JPH11182682A - 積層メタルガスケット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの燃焼室穴等の流体流通穴を囲繞し
シールする突条ビードの圧縮−復元の振幅を小さくでき
る突条ビードの新規な構造を提案する。 【解決手段】 流体流通穴３とボルト穴４とを有し、該
流体流通穴３の周りにこれを囲繞する突条ビード５、６
を備える金属板１及び２を積層してなり、金属板１及び
２の突条ビード５及び６は同一の形状、寸法を有し、同
一方向に突起している。金属板１のビード５と金属板２
のビード６とは、ビード５の背面の凹部５１内にビード
６の凸部６１の一部が嵌入するように互いに重ね合わさ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車用等のエンジ
ンのシリンダヘッドガスケット、エキゾーストマニホル
ドガスケット等に好適に用いられる積層メタルガスケッ
トに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンのシリンダヘッドとシリンダブ
ロックとの接合面をシールするシリンダヘッドガスケッ
ト或はシリンダヘッドと排気マニホルドとの接合面とを
シールするエキゾーストマニホルドガスケットには、通
常金属ガスケットが用いられ、該金属ガスケットは燃焼
ガスが流通する燃焼室穴或は排気ガスが流通する排気穴
等の流体流通穴の周りに該流体流通穴を囲繞しシールす
るビードを備えている。このような従来の金属ガスケッ
トの一例が後記説明する図８に示されている。

【０００３】該ビードは、バネ弾性を有し、ボルトの締
結力により締め付けられたとき、圧縮されて弾性的に変
形し、この弾性的変形に基づく復元力によりシリンダヘ
ッド及びシリンダブロックもしくは排気マニホルド等の
接合面に高い面圧を生じさせてシール線を形成し、流体
流通穴をシールする。また、ビードはその弾性的変形に
基づく復元量により前記接合面の歪みにも追従し、シー
ル効果を維持する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】流体流通穴内の燃焼ガ
ス或は排気ガス等の爆発的内圧がガスケットに印加され
たとき、その荷重に基づきガスケットを締め付けている
締結ボルトには伸びを生じ、金属ガスケットのビードも
これに追従して復元するので、金属ガスケットのビード
はエンジンの運転中、圧縮−復元のサイクルを繰り返
す。このため、金属ガスケットが長期使用される中に、
ビードにへたり或は亀裂等の損傷が生じ、ビードがシー
ル機能を喪失する危険がある。

【０００５】このビードのへたり或は損傷はビードの圧
縮−復元の変化量すなわち圧縮−復元の振幅が大きい程
生じ易い。従って、従来から、ビードのへたりや損傷を
防止するためにビードの全屈を防止しビードの圧縮−復
元の振幅を制限する種々のタイプのストッパーをビード
よりも流体流通穴側に並設することが提案され、実用さ
れている。

【０００６】本発明は、ビードの圧縮−復元の振幅を低
減する新規な手段を提供するものであり、積層金属ガス
ケットにおいてビードの圧縮−復元の振幅を小さくでき
る突条ビードの新規な構造を提案するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明は、少なくとも１個の流体流通穴と複数個のボルト穴
とを有し、該流体流通穴の周りにこれを囲繞する突条ビ
ードを備える金属板を複数枚積層してなるメタルガスケ
ットにおいて、各金属板の前記突条ビードが同一の形
状、寸法を有し、かつ同一の方向に向かって突起し、突
条ビードの背面の凹部内に他の金属板の突条ビードの凸
部の一部が嵌入するように、各金属板の突条ビードが互
いに重ね合わされていることを特徴とする。

【０００８】また、本発明による積層メタルガスケット
においては、好ましくは前記突条ビードを備える各金属
板が同一の成形金型を用いて成形され、流体流通穴周り
の突条ビードに限らず、流体流通穴自体及びボルト穴並
びにこれら以外にガスケットが備える冷却水通路穴、オ
イル通路穴或は流体流通穴周りの突条ビード以外のビー
ド等の全てが各金属板において同一の形状、寸法及び個
数に成形されている。更に、本発明のガスケットにおい
ては、後記する理由により流体流通穴を囲繞する突条ビ
ードの断面形状は台形であることが好ましい。

【０００９】以上のとおり構成される本発明の積層メタ
ルガスケットにおいて、流体流通穴を囲繞する突条ビー
ドの圧縮−復元の振幅が小さい理由すなわち本発明の作
用については、後に図面に基づき説明する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明によるシリンダヘッ
ドガスケットの実施例の平面図である。図２は図１のＡ
−Ａ線による拡大断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂ線
による拡大断面図であり、図４は図１のＣ−Ｃ線による
拡大断面図である。図１においては図面を簡単化し、わ
かり易くするために、冷却水通路穴及びオイル通路穴並
びにこれらの通路穴をシールするためのビード等のシー
ル手段の図示を省略している。

【００１１】図１乃至図４において、シリンダヘッドガ
スケットＧ１は２層の金属板１及び２を積層してなり、
金属板１及び２は鋼板、ステンレス鋼板等の弾性を有す
る金属板からなり、燃焼室穴３及びボルト穴４並びに図
示を省略した冷却水通路穴、オイル通路穴等を備えてい
る。また、金属板１及び２は燃焼室穴３の周りにこれを
囲繞する断面形状台形の突条ビード５及び６を備えてい
る。図１においては図示を簡略化して突条ビード５を２
本の線により表している。

【００１２】金属板１及び２における断面形状台形の突
条ビード５及び６は、図２乃至図４に示すとおり、同一
の形状、同一の寸法を有し、しかも燃焼室穴周りの同一
の位置に位置し、同一の方向に突起している。そして、
金属板１の突条ビード５の背面の凹部５１内に金属板２
の突条ビード６の凸部６１の一部が嵌入するように、突
条ビード５及び６が互いに重ね合わされている。従っ
て、金属板１の前記凹部５１の傾斜内面５２の一部と金
属板２の前記凸部６１の傾斜外面６２の一部とは互いに
接触している。

【００１３】上記のように形成された突条ビード５及び
６を備えるガスケットＧ１を圧縮するとき、ビード５及
び６は多少平滑化するように変形されるので、上記の傾
斜内面５２と傾斜外面６２との接触部は大きな圧縮力の
作用下で摺動しながら相対的に変位し、両面間には大き
い摩擦力が作用する。他方、ガスケットが復元するとき
は接触部の相対的変位による摩擦は小さい。従って、図
６に示すように、ガスケットを圧縮するときの荷重−歪
み特性（イ）と、ガスケットが復元するときの荷重−歪
み特性（ロ）とは大きく異なり、いわゆるヒシテリシス
現象が存在する。

【００１４】上記のとおり、荷重−歪み特性がガスケッ
トの圧縮時と復元時とで大きく相違し、ヒシテリシス現
象が存在することは、本発明の積層メタルガスケットの
前記構成からもたらされる大きな特徴である。従来の積
層メタルガスケット、例えば図８の燃焼室穴１０４周辺
の断面図に示す、互いに対抗する突条ビード１０５、１
０６を備える上板１０１、下板１０２を折り返し部（ス
トッパー）１０７を備える中間板１０３を介在させて積
層したシリンダヘッドガスケットにおいては、図６の
（ハ）に示すように、圧縮時の荷重−歪み特性と復元時
の荷重−歪み特性とには殆ど相違がなく、前記したよう
なヒシテリシスは殆ど存在しない。

【００１５】さて、本発明の積層メタルガスケットにお
いて流体流通穴を囲繞する突条ビードの圧縮−復元の振
幅が小さい理由すなわち本発明の作用について説明すれ
ば、図７に示す、縦軸に締付力、横軸にたわみ量（ボル
トの場合は伸び、ガスケットの場合は圧縮量）をとった
ボルト締付三角図においては、締結ボルトを締結してガ
スケットを圧縮した状態はボルトの締付力−伸び特性線
（イ）とガスケットの締付力−圧縮量（荷重−たわみ）
特性線（ロ）との交点の０点で表される。このとき、ボ
ルトの伸びはＳ_bでボルトに加わる締付力（引張り荷
重）はＦ_bであり、また、ガスケットの圧縮量はＳ_gで締
付力（圧縮荷重）はＦ_gである。ボルトの引張り荷重Ｆ_b
とガスケットの圧縮荷重Ｆ_gとは大きさが等しく釣り合
っている。

【００１６】今、エンジンの燃焼室内の爆発力Ｆがボル
ト及びガスケットに加わったとき、爆発力Ｆの一部はボ
ルトを伸長させる引張り荷重ｆ_bとして作用し、ボルト
を更にａだけ伸長させる。ガスケットは、ボルトがａだ
け伸びることに伴い、圧縮量がａだけ減少し、圧縮量の
減少量ａに相当する圧縮荷重ｆ_gだけ爆発力Ｆを吸収す
る。 Ｆ＝ｆ_b＋ｆ_g である。換言すれば、爆発力Ｆが加わったときのボルト
の伸びａ、ガスケットの圧縮量の減少量ａは、上記の関
係が満足されるように定まる。

【００１７】ガスケットの圧縮復元特性が前記のように
ヒシテリシス特性を有し、復元時の締付力−圧縮量の関
係が、圧縮時の締付力−圧縮量特性線（ロ）とは異なる
締付力−圧縮特性線（ハ）により示される場合は、爆発
力Ｆが加わったとき、ボルトに加わる引張り荷重ｆ_b′
によりボルトが更にｂだけ伸長し、これに伴ってガスケ
ットの圧縮量がｂだけ減少するときに、ガスケットが吸
収する圧縮荷重ｆ_g′は特性線（ハ）により定まり、
ｆ_g′＞ｆ_gである。Ｆ＝ｆ_b′＋ｆ_g′であるから、
ｆ_b′＜ｆ_bとなり、ボルトの伸びｂすなわちガスケット
の圧縮量の減少量ｂは前記のａより小さく、ｂ＜ａであ
る。

【００１８】前記のとおり圧縮時の荷重−歪み特性と復
元時の荷重−歪み特性とが大きく異なりヒシテリシス特
性を有する本発明による積層メタルガスケットにおいて
は、上記理由によりガスケットの圧縮−復元の振幅を従
来のガスケットに較べて小さくできる。これは取りも直
さず、突条ビードの圧縮−復元の振幅を小さくできるこ
とに外ならない。

【００１９】上記説明したとおり、本発明による積層メ
タルガスケットにおいては、流体流通穴３を囲繞する突
条ビード５及び６の圧縮−復元の振幅を小さくできるの
で、通常は、突条ビードの圧縮を制限するストッパーを
並設することを必要としない。従って、流体流通穴３、
３の間隔を小さくでき、またストッパー形成のための加
工を必要としない利点がある。更に、流体流通穴周りの
シール面圧の均等化も後記するように突条ビードの高さ
及び幅を流体流通穴周りの位置によって変えるだけで容
易に実現できる。ただし、本発明は適宜なストッパーを
突条ビードに並設することを排除するものではない。

【００２０】上記したとおり、突条ビードの圧縮−復元
の振幅を小さくするには、突条ビードを圧縮するときに
大きい摩擦力が作用し、突条ビードの圧縮復元特性が圧
縮時と復元時とにおいて大きく異なることが必要であ
る。本発明において流体流通穴を囲繞する突条ビードの
断面形状が、図１乃至図４に示す実施例のように、台形
であることを好ましいとする理由は、突条ビードの断面
形状が台形である場合に、突条ビードを圧縮する際の摩
擦力が大きく、ヒシテリシスが顕著に表れるからであ
る。

【００２１】前記の構成を有する実施例のシリンダヘッ
ドガスケットＧ１においては、金属板１及び２はそれぞ
れ別個の成形金型を用いて成形されてもよいが、金属板
１及び２の流体流通穴を囲繞する突条ビード５及び６が
同一の形状、寸法を有することから、好ましくは、金属
板１及び２は同一の成形金型を用いて成形される。この
場合、言う迄もなく、金属板１及び２は、突条ビード５
及び６に限らず、燃焼室穴３、ボルト穴４並びに図示を
省略した冷却水通路穴、オイル通路穴等全てが同一の形
状、寸法、個数に形成される。これらを全て同一にでき
ない場合、例えばガスケットの外周部に設ける外周ビー
ドの突起方向を金属板１及び２において互いに逆方向と
し、変形に対する追従性を良くするような場合には、勿
論、同一成形金型は使用できない。

【００２２】ガスケットＧ１の金属板１及び２を同一の
成形金型を用いて成形することは、成形金型の種類を減
じることができ、成形金型取替えの段取り時間が不要に
なり、また成形した金属板１及び２の仕掛品在庫量を減
少できる等、ガスケットの製造コストの低減に対して大
きな効果がある。ガスケットが３層の金属板により形成
されている場合においては、３層の金属板全てを同一の
成形金型を用いて成形することによりコスト低減効果は
更に増大する。

【００２３】また、この実施例のガスケットＧ１におい
ては、図２乃至図４に示すように、突条ビード５及び６
の幅は燃焼室穴３周りの各位置において変わらず、同一
の幅Ｗであるが、突条ビード５及び６の高さは燃焼室穴
周りの位置によって変化しており、従って突条ビード５
及び６のバネ定数もビードの高さの変化に従って燃焼室
穴３周りの位置によって変化している。

【００２４】すなわち、大きいボルト締付力が印加され
るボルト穴４に近接する位置においては突条ビード５及
び６の高さを低くして（高さｈ₃）ビードのバネ定数を
小さくし、ボルト穴４から離間しボルト締付力が小さい
位置においては突条ビード５及び６の高さをｈ₃よりも
高い高さｈ₂として、ビードのバネ定数を大きくし、燃
焼室穴３の周りにおいて均等なシール面圧が得られるよ
うにビードの高さを調整している。更に、シール条件が
最も厳しく燃焼ガスの漏洩を生じ易い隣接燃焼室穴３、
３間においては突条ビード５及び６の高さを最も高いｈ
₁としている。突条ビードの高さを上記のように変化さ
せる代りに突条ビードの幅を変化させてもよい。

【００２５】図５は本発明によるシリンダヘッドガスケ
ットの他の実施例についての図３と同様な拡大断面図で
ある。この実施例のシリンダヘッドガスケットＧ２にお
いては２層の金属板１及び２の燃焼室穴３を囲繞する突
条ビード７及び８の断面形状は山形である。この点以外
は、ガスケットＧ２は前記実施例のガスケットＧ１とほ
ぼ同様であり、突条ビード７及び８は同一の形状、寸法
を有し、しかも燃焼室穴３周りの同一の位置において燃
焼室穴３を囲繞し、同一方向に突起し、そして突条ビー
ド７の背面の凹部７１の内部に金属板２の突条ビード８
の凸部８１の一部が嵌入するように、突条ビード７及び
８が互いに重ね合わされている。

【００２６】従って、突条ビード７の背面の凹部７１の
内表面７２と突条ビード８の凸部８１の外表面８２とが
互いに接触している。ただ、前記実施例のガスケットＧ
１における凹部５１の傾斜内表面５２と凸部６１の傾斜
外表面６２との接触部の面積に較べると、この実施例の
ガスケットＧ２においては凹部７１の内表面７２と凸部
８１の外表面８２との接触部の面積は著しく小さく、圧
縮時における摩擦は前記実施例のガスケットＧ１に較べ
ると小さい。

【００２７】以上、本発明の実施例を専らシリンダヘッ
ドガスケットにつき説明したが、本発明はこれに限られ
るものではなく、エキゾーストマニホルドガスケットに
も適用できるものである。

【００２８】

【発明の効果】上記説明した構成と作用とを有する本発
明の積層メタルガスケットにおいては下記の顕著な効果
を奏する。 燃焼室穴等の流体流通穴を囲繞する突条ビードの圧縮
−復元の振幅を小さくすることができ、従って突条ビー
ドのへたりや損傷を防止、軽減できる。 本発明のガスケットにおいては、通常は突条ビードの
圧縮−復元の振幅を制限するストッパーを突条ビードに
並設することを必要としない。従って、流体流通穴間の
間隔を小さくできる、ストッパーの形成加工が不必要等
の利点がある。 本発明によるガスケットにおいては、好ましくは、ガ
スケットを構成する複数の金属板が同一の成形金型を用
いて形成される。この場合、ガスケットの製造コストを
低減する効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるシリンダヘッドガスケットの実施
例の平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線による拡大断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線による拡大断面図である。

【図４】図１のＣ−Ｃ線による拡大断面図である。

【図５】本発明によるシリンダヘッドガスケットの他の
実施例の拡大断面図である。

【図６】本発明による積層メタルガスケットと従来の積
層メタルガスケットとの荷重−歪み特性線図である。

【図７】本発明の作用を説明するボルト締付三角図であ
る。

【図８】従来の積層メタルガスケットの断面図である。

【符号の説明】 ３ 流体流通穴 ５、６ 突条ビード ５１ ビード背面の凹部 ６１ ビードの凸部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤沢 勝秀 神奈川県大和市深見西１丁目５番２号 日 本ラインツ株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１個の流体流通穴と複数個の
   ボルト穴とを有し、該流体流通穴の周りにこれを囲繞す
   る突条ビードを備える金属板を複数枚積層してなるメタ
   ルガスケットにおいて、各金属板の前記突条ビードが同
   一の形状、寸法を有し、かつ同一の方向に向かって突起
   し、突条ビードの背面の凹部内に他の金属板の突条ビー
   ドの凸部の一部が嵌入するように、各金属板の突条ビー
   ドが互いに重ね合わされていることを特徴とする積層メ
   タルガスケット。
2. 【請求項２】 前記の各金属板が同一の成形金型を用い
   て前記流体流通穴、ボルト穴及び前記突条ビード等を成
   形されている請求項１に記載の積層メタルガスケット。
3. 【請求項３】 前記突条ビードの断面形状が台形である
   請求項１に記載の積層メタルガスケット。
4. 【請求項４】 前記突条ビードの高さ及び幅の一方もし
   くは双方が前記流体流通穴の周りの位置によって変化さ
   せられている請求項１に記載の積層メタルガスケット。