JPH041232B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、封合特性の優れたガスケツト組立体
及びその製作方法に関するものである。

従来の技術、および発明が解決しようとする課題 基体板の表面にエラストマー製封合ビードを設
けて成るガスケツトは、よく知られている（例え
ば、米国特許第3794333号明細書参照）。

しかるに、中央の金属芯と、１層または２層の
表面シートを有し、表面シートに封合ビードを設
けた積層ヘツド・ガスケツトが、内燃機関の封合
において重要性を増してきている。封合ビード
は、全体としてパターン（模様）を描くがごとく
配置され、往々にしてシルク・スクリーン法（印
刷の手法）によつて設けられる。

表面シートには、通常、封合ビードに加えて、
被覆すなわち表面処理を施すことが必要であり、
それによつて、封合ビードのフレツチング侵食
（こすれ侵食）、摩滅、配置形状（または模様）の
乱れ、または破断が防止される。ところが、表面
シートを保護するための前記表面処理は、表面シ
ートに対する封合ビードの接着を困難にするとい
う欠点がある。そのため、ガスケツトの表面シー
ト上に封合ビードを設けた後に表面処理を施すと
いう手法が、往々にして採用される。このとき、
場合によつては、封合ビードに表面処理を施さな
いこともある。この手法は、表面シートに表面処
理を施した後に封合ビードを設ける場合に比して
遥かに厄介であり、費用が嵩み、時として効果が
少ない。

この意味で、ガスケツト表面に何らの表面処理
をも施さない、米国特許第3794333号明細書に記
載されるがごときガスケツトが経済的に有利であ
るが、ガスケツトの外表面に付設された封合ビー
ドは苛酷な外部環境に晒されて、その耐久性が損
なわれる。

本発明は、斯かる技術的背景の下で創案された
ものであり、使用にあたつて封合ビードが封合さ
れるべき表面との直接接触から保護され、かつ従
来のものに比して封合特性の優れたガスケツト組
立体を得ることを、その目的とする。

課題を解決するための手段 この目的は、封合されるべき一対の部材の表面
間に配置されるとともに、該表面間で圧縮される
ガスケツト組立体であつて、その一方が圧縮可能
な材料の層であり、他方が金属層である互いに積
層された一対のガスケツト層と、両ガスケツト層
の間に配置されて、該両ガスケツト層の間に包み
込まれた封合ビードであつて、圧搾下で変形可能
である非圧縮性エラストマーで形成された封合ビ
ードと、その周囲に前記封合ビードが配置されて
いる、ガスケツト組立体の少なくとも一つの開口
とを含むガスケツト組立体を提供することによつ
て達成される。なお、本明細書において非圧縮性
とは、加圧力（または圧搾力）を印加したときに
体積変化なく変形する性質を言い、例えばゴムは
非圧縮性材料である。逆に、圧縮可能な材料の典
型的は、その内部に多数の空隙を有する材料であ
る。また、本明細書における「非圧縮性のエラス
トマー」には、「事実上非圧縮性」のエラストマ
ーも含まれる。

本発明のガスケツト組立体は、内燃機関用ヘツ
ド・ガスケツト組立体を包含する。この場合、ガ
スケツト組立体はヘツドとエンジンブロツクの間
に配置されるようになつている。ガスケツト組立
体は、少なくとも１つの燃焼用の開口を有し、ま
た油および水等のための複数の穴が形成（画定）
される。

一対のガスケツト層の間に設けられた、パター
ン（模様）として与えられるエラストマー材製封
合ビード（隆起条）は、少なくとも１つの開口を
取り囲んで封合ビード帯域でのガスケツト組立体
の封合効果を高める。ガスケツト層は、エラスト
マー製封合ビードがその内部で拘束される空所を
提供するものとして働き、それ故、封合ビードが
あたかも装着された“オー・リング”であるかの
ように機能する。

斯かるヘツド組立体をヘツドおよびブロツクの
間に圧縮して配置すると、封合ビードはヘツドお
よびブロツクとの直接接触から保護され、それに
より摩擦、熱および押出しから保護される。

最も望ましくは、封合ビードは金属層に接着さ
れ、かつ前記一方のガスケツト層としての表面層
が封合ビードを密着して取り囲む帯域において圧
力により接着剤で金属層に接着される。この処理
操作は、ガスケツト組立体が圧縮状態に置かれる
時に、封合ビードの横方向移動を制限し、かつ封
合ビードを硬くする。更に、それは一方がガスケ
ツト層としての表面層を圧縮して稠密化する。

本発明の第二の特徴によれば、封合されるべき
一対の部材の表面間に配置されるガスケツト組立
体を製作する方法であつて、非圧縮性のエラスト
マー材製封合ビードを一つの金属製第一ガスケツ
ト層の表面上に配置して硬化させる段階と、第一
ガスケツト層および封合ビードの上に第二ガスケ
ツト層としての圧縮可能材料表面層を設置し、も
つてガスケツト組立体の少なくとも一つの開口の
周囲に位置づけられた封合ビードを第一ガスケツ
ト層と前記表面層との間に包み込む段階と、第二
ガスケツト層としての前記表面層を第一ガスケツ
ト層に圧搾下で接着し、もつて前記表面層を圧縮
して封合ビードの領域で稠密化せしめる段階とか
ら成るガスケツト組立体を製造する方法が提供さ
れる。

実施例 次に、図面を参照すると、ヘツド２およびブロ
ツク３を有するデイーゼル機関１が、特にその内
部で使用されるように形成され且つ構成されたガ
スケツト組立体１０を使用するように、例示され
ている。ブロツク３は、シリンダ開口４、シリン
ダ・スリーブ５およびピストン６を有するものと
して示されている。機関１は複数の燃焼シリンダ
４を有しており、その１つが第２図に示されてい
る。

ガスケツト組立体１０は積層体であつて、全体
的に平らで中実で広い金属芯（金属層）１４と、
一対の全体的に平らな広い表面シート（表面層）
１６とを有するものとして示される。金属芯１４
は表面１８のような上および下平面を有してお
り、それに表面シート１６が積層される。また金
属芯の所望位置には、刻印加工またはエンボス加
工またはエツチング等によるその他の表面加工が
施され得る。

表面シート１６は、圧縮可能なガスケツト表面
用合成材料で作られ且つ繊維で補強されていても
よい。表面シートは、適当な熱反応接着剤のよう
な接着剤をもつて、または機械的に表面１８に積
層される。適当な熱反応接着剤としては、フエノ
ール・ニトリルゴムおよびポリブチラル・ゴムな
どがあり、これは、最初に表面シートの表面に使
用するのに適する。表面シートには、アスベス
ト・ガラス繊維またはその他の適当な繊維材料を
混入することができ、かつニトリル、ネオプレン
またはポリアクリルのような各エラストマーを結
合剤として利用し得る。往々にして、結合剤はア
スベスト繊維またはその他の有機または無機繊維
充填物などを使用しているかにより表面シートの
約15％〜約25％の量を有する。図示の実施例で
は、表面シート１６は約0.64mm（約0.025インチ）
の厚さを有するが、勿論この寸法は利用箇所に応
じて変更可能である。表面シートは、一般的に油
および冷却剤による劣化に耐え、トルクを維持
し、押出しを最小限にち且つ熱抵抗を有してい
る。

ガスケツト組立体１０には、貫き加工によつて
燃焼用開口２０、およびボトル穴２２のような
穴、および複数の油および水通路２４が形成され
ている。金属芯は冷間圧延鋼製であつてよく、か
つその厚さは利用箇所に応じて変更することがで
きる。約0.15mm（0.006インチ）から1.3mm（約
0.050インチ）までの厚さが代表的である。接着
性を高めるために、金属芯の表面１８にリン酸塩
処理を施してもよい。

図示した実施例では、金属芯１４は燃焼用開口
２０を取り囲むエンボシング部（隆起部）２１を
有する。次にガスケツト組立体１０は、既知の方
法でエンボシング部２１の周囲に固定された環状
外装部２５を与えられ、燃焼用開口の封合が補わ
れる。

この実施例では、所望の封合ビード２６が金属
芯の片側または両側表面に設けられ、かつ固定さ
れる。パターン（模様）として与えられた封合ビ
ード２６は、ガスケツト組立体１０を使用する利
用箇所で封合力の増大を必要とする帯域に形成さ
れる一連の封合ビード２８，３０を有する。典型
的には、封合ビード２８は燃焼用開口をほぼ包囲
するように形成され、かつ封合ビード３０は関連
するヘツドとブロツクの間の水および油通路をほ
ぼ囲むように形成される。時として、ヘツドおよ
びブロツクの形状の故に、およびボルト穴の配置
の故に、またはその他の設計上の理由で、第１図
および第３図に示すように、欠円状または完全円
状のビード形状が所望される。

図示した実施例において、封合ビード２８およ
び３０を形成する封合ビード２６は、典型的には
米国特許3477867号に記載されているように好ま
しくはシルク・スクリーン法によつて、封合ビー
ドの高い所の高さ約0.15mm（約0.006インチ）か
ら約0.2mm（約0.008インチ）までの範囲で堆積さ
れたシリコーン封合剤でこれを作ることができ
る。シリコーン封合剤は二成分熱硬化性液体シリ
コーンであつてよい。寸法的に安定で接着性の高
い金属芯に封合ビードを置いて接着する時、封合
ビードはガスケツト組立体ごとに正確に高精度に
一致して配置され得る。

封合ビードが設置されて金属芯１４の表面１８
上で既知の方法により硬化された後、圧縮性表面
シート１６が金属芯に重ね配置され、かつ封合ビ
ードは通常の介在接着剤層により金属芯に積層さ
れる。接着剤は表面シートを金属芯に接着し、か
つ金属芯および表面シートが圧力により積層され
る時に、表面シートは封合ビードの帯域で圧縮さ
れ且つ稠密化される。金属芯をリン酸塩処理し、
またはその他の適当な処理をして接着性を高める
と、表面シート１６が金属芯の表面に即座にしつ
かりと接着され、かつ封合ビード２６を構成する
封合材によつては、該表面シート１６は封合ビー
ド２８，３０に接着したり接着しないことがあ
る。いずれにしても、表面シートおよび金属芯は
封合ビードを包み且つ取り囲む。

望ましくは表面シートは、封合ビードを近接し
て取り囲む帯域Ｚで金属芯の表面１８に固定さ
れ、それにより封合ビードを閉じ込め、かつガス
ケツト組立体を圧縮状態に置く時に、封合ビード
の事実上の横方向移動を防ぐ。封合ビードを包み
込むことは多くの利点を有する。とりわけ、ビー
ドがエラストマーで形成されているときには、封
合ビードの移動または押出しを防いで封合ビード
の負荷支持能力を高める。表面シートおよび金属
芯が封合ビードを非常に近接して取り囲んでいる
ときには、押出しを防ぐのみならず、封合ビード
は、従来のもののように表面に露出されるならば
同じ封合ビードが示すであろうものよりも、幾分
硬質の負荷たわみ曲線（すなわち、たわみ特性）
を示す傾向をもつ。このため、圧縮下において、
封合ビードの圧縮が押出しを生じることなく、表
面シートの下表面（内表面）での若干の埋没程度
に制限されようとするので、封合ビードおよびそ
れに重なる表面は、従来可能であつたものより大
きな圧縮負荷におけるシール（密封体）として、
より有効に働き得る。

表面に封合ビードを有するガスケツトを使用す
る時に、負荷をガスケツトの他の部分に加える前
に封合ビードを表面シートにほぼ完全に埋め込む
ことが最初に必要である。しかしながら、包まれ
たビード帯域での予圧縮に依存する本発明のガス
ケツト組立体では、ビード帯域以外の区域で負荷
が加わることがほとんど直ちに生じてもよい。封
合ビード材が、例えばシリコーンおよびその他の
ゴム等のエラストマーのごとく実質的に非圧縮性
である時、およびガスケツト組立体が使用中また
は製作過程において封合ビード帯域で圧縮される
時、封合ビードに重なる表面材料が稠密になり、
かつそれが当初の多孔質よりも軽度の多孔質体
（すなわち、圧縮によつて孔が漬された状態のも
の）になつて流体を通さなくなろうとする。この
ため、この帯域の表面材料は、封合ビード帯域に
隣接する区域と異なつて高められた封合特性およ
び物理的特性を有する。

第５図において、ガスケツト組立体は封合ビー
ドおよびビード帯域での圧縮前の状態で例示され
ている。しかしながら、製作中に、ガスケツト組
立体は好ましくは該図示帯域で圧縮されるので、
表面シートは第６図に示すように稠密化される。
ここでは、シリコーン製封合ビード２８が表面シ
ート１６中に埋め込まれて図示されており、かつ
ビード帯域での表面シートは圧縮されている。第
５図において、ビード帯域での表面シートの突出
量は、封合ビードの高さＹとほぼ等しいが、第６
図では、該表面シートの突出量は高さＸで示され
るように概略減少している。望ましくは高さＸ対
Ｙの比は約１対２（すなわち１／２）より大きく
なく、かつ好ましくはもつと小さい（なお、特許
請求の範囲第６項の記載では、Ｘ対Ｙの比が１／
２以下になされているが、この値は厳格なもので
はなく、事実上は約１／２以下であればよい）。
斯様に、ガスケツト組立体の表面は、封合ビード
を表面上に有するものよりももつと平らに近く、
その全表面にわたつてガスケツト組立体の封合特
性を高める。

本発明のガスケツト組立体から得られる別の利
点は、封合ビードを押出しから保護するのみなら
ず表面現象から保護する。この表面現象には、機
関における使用中の封合ビードの破裂および乱れ
の傾向とともに出荷中、取り扱い中および装着作
業中の封合ビードの破裂および乱れが含まれる。
このような破裂は封合されるべき表面の粗さに起
因することがあり、そこでは粗い仕上げによる封
合ビードの裂けまたは割れの傾向が高い。更に、
過大な熱がエラストマー製封合ビードに悪影響を
及ぼす傾向があることは知られている。説明した
ように、封合ビードを包み込むことによつて、封
合ビードがガスケツト組立体の表面にある時より
も遥かに封合ビードを熱による影響から絶縁す
る。加えて、或る環境では封合ビードのこすれ侵
食が生じる。表面材をこすれ侵食に耐えるように
処理することができるが、適当な保護層を封合ビ
ードに接着することの困難等のために、侵食に抵
抗する材料でシリコーン・ビードのような封合ビ
ードを処理することは、従来非常に困難であつ
た。

また、方法発明の利点とも関連するが、封合ビ
ードが表面にないときは、処理を補うことなく、
すなわちガスケツト組立体の製作中に工程を追加
することなく、表面全体に耐侵食コーテイングお
よび他の表面処理を容易かつ安価に施すことが可
能となる。封合ビードを金属芯に設けることによ
り、シリコーンのようなビード材料の硬化を促進
すべく表面シートの特殊なバリアコート（バリア
すなわち遮断手段となる被覆のこと。また、この
特殊なコート材は、表面材料自体がビード材料の
硬化を抑制する傾向をもつがために現在往々にし
て必要である）を予め施しておくことが不要にな
る。また、表面シートで封合ビードを包み込んだ
構造の本発明によるガスケツト組立体は、前述の
ように封合ビードの負荷支持能力が高いが故に、
シリンダヘツドのゆがみ抑制の改善を図り得る。

封合ビードが、シリコーン・エラストマー製と
して説明されたが、その他のエラストマーおよび
弾性材料も使用可能であり、これらにはニトリル
（ポリブタジエンニトルリゴム）またはネオプレ
ンゴム、可撓性およびゴム変成エポキシのような
エポキシ、またはそれらの化合物が含まれる。更
に、封合ビードおよび表面シートはビード帯域で
の封合力の伝達で協働するので、封合ビードを介
して封合が行われる個所で封合を行うために、必
ずしもエラストマーのような弾性をもたない若干
硬い材料の使用を考慮することは可能である。ま
た、封合ビードが表面シート中へ埋没する本発明
の特性によれば、従来のもののようには封合ビー
ドを外部表面に出さない手法で、ヘツドおよびブ
ロツクに対する表面シート表面の封合適合性の向
上を企図し得る。

上記した実施例では、封合ビードが金属芯に接
着され、かつ表面シートが金属芯に接着される。
使用する材料によつては、積層加工中に封合ビー
ドを表面シートに接着する方が望ましいこともあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を具体化したガスケツト
組立体の上面図であり、第２図は第１図に示した
ガスケツト組立体を使用するデイーゼル機関の破
断断面図であり、第３図は封合ビードを加えた第
１図のガスケツト組立体の金属芯の破断平面図で
あり、第４図は第１図のガスケツト組立体の第３
図と同様な破断平面図であり、第５図は第４図の
５−５線截断拡大断面図であり、第６図は本発明
に従い予め圧縮された第５図の部分の拡大断面図
である。 １０……ガスケト組立体、１４……金属芯、１
６……表面シート、１８……表面、２０……燃焼
用開口、２２……ボルト穴、２６，２８，３０…
…封合ビード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 封合されるべき一対の部材の表面間に配置さ
   れるとともに、該表面間で圧縮されるガスケツト
   組立体にして、 その一方が圧縮可能な材料の層であり、他方が
   金属層である互いに積層された一対のガスケツト
   層と、 前記両ガスケツト層の間に配置され、該両ガス
   ケツト層の間に包み込まれた封合ビードであつ
   て、圧搾下で変形可能である非圧縮性エラストマ
   ーで形成された封合ビードと、 その周囲に前記封合ビードが配置されている、
   ガスケツト組立体の少なくとも一つの開口とを含
   むガスケツト組立体。 ２ 前記両ガスケツト層が、前記封合ビードに接
   近してこれを包囲する領域で互いに固着されてお
   り、もつてガスケツト組立体が圧縮状態に置かれ
   た際に前記封合ビードの横づれを事実上防止する
   構造の特許請求の範囲第１項に記載されたガスケ
   ツト組立体。 ３ ガスケツト組立体が、前記封合ビードによつ
   て完全に包囲された少なくとも一つの開口を有す
   る特許請求の範囲第１項に記載されたガスケツト
   組立体。 ４ 圧縮可能な材料で形成されるとともに前記金
   属層に積層された第三のガスケツト層と、該第三
   のガスケツト層と前記金属層との間に配置されて
   該両ガスケツト層の間に包み込まれた非圧縮性の
   材料から成る第二の封合ビードとを具備する特許
   請求の範囲第１項に記載されたガスケツト組立
   体。 ５ 封合ビード帯域で表面層が圧縮されていて、
   封合ビード上の表面層の突出高さが封合ビードの
   高さの1/2以下になされている特許請求の範囲第
   １項に記載されたガスケツト組立体。 ６ 封合されるべき一対の部材の表面間に配置さ
   れるガスケツト組立体を製作する方法であつて、 圧搾下で変形可能である非圧縮性のエラストマ
   ー材製封合ビードを一つの金属製第一ガスケツト
   層の表面上に配置して硬化させる段階と、 前記第一ガスケツト層および前記封合ビードの
   上に第二ガスケツト層としての圧縮可能材料製表
   面層を設置し、もつてガスケツト組立体の少なく
   とも一つの開口の周囲に位置づけられた前記封合
   ビードを第一ガスケツト層と前記表面層との間に
   包み込む段階と、 第二ガスケツト層としての前記表面層を第一ガ
   スケツト層に圧搾下で接着し、もつて前記表面層
   を圧縮して前記封合ビードの領域で稠密化せしめ
   る段階とから成るガスケツト組立体を製作する方
   法。 ７ 第二ガスケツト層としての前記表面層を、前
   記封合ビードに接近してこれを包囲する領域で前
   記金属製第一ガスケツト層に固着し、もつてガス
   ケツト組立体が圧縮状態に置かれた際に前記封合
   ビードの横づれを制限することを特徴とする特許
   請求の範囲第６項に記載されたガスケツト組立体
   を製作する方法。