CN101074731B - 金属密封垫 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种既能够防止金属密封垫的包围着密封对象孔而形成的半突缘中的弹力减弱、也能够防止夹持金属密封垫的部件产生损伤，从而能够确保良好的密封性能的金属密封垫。该金属密封垫是具有密封对象孔(2)、且形成有包围着该密封对象孔(2)的半突缘(11、21)的金属密封垫(1)，其中，在所述半突缘(11、21)的整个周围或周围的一部分上，在所述半突缘(11、21)的内侧配置有在厚度方向上形成了凹凸的表面压力辅助板(30)。
Description
技术领域
本发明涉及发动机的排气歧管用的密封垫及气缸盖密封垫等金属密封垫。
背景技术
当对汽车发动机的排气歧管和排气管的接合面以及气缸盖和气缸体的接合面进行密封时，在部件之间夹持着金属密封垫从而将燃烧气体、冷却水、润滑油等密封。
在这些金属密封垫中，作为密封方法主要使用将剖面为凸状的全突缘(フルビ一ド)和剖面为台阶状(弯曲状)的半突缘(ハ一フビ一ド)配置在密封对象孔的周边附近的设计手法。其中，因为半突缘具有生产成本低、能够以较小的紧固力容易地进行密封的优点，所以多用于相比柴油机紧固力较小的汽油机。
关于使用了该半突缘的金属密封垫，因所安装的部件的形状，俯视时在排气歧管用金属密封垫等上会产生直线部。已知该直线部与曲线部相比在发动机运行中容易发生漏水或漏油等不良状况，认为其原因是在安装有密封垫的发动机的运行中，在该半突缘的直线部上的弹力减弱(蠕变减弱)变大，导致密封表面压力部分地降低的缘故。
因此，当该半突缘俯视呈直线状时存在的问题是：当该直线部分变长时，因为该半突缘较之全突缘对于压缩力的抵抗力变弱，所以在该半突缘上发生弹力减弱从而变得不能充分地发挥密封性能。
作为其对策之一提出了一种金属制密封垫，其在实质上呈正方形或矩形的流体孔的周围在厚度方向上相向配置一对半突缘，并且将该半突缘的角部的轮廓形成为曲率半径大于流体孔的角部的曲率半径的形状，从而其作为整体是在平滑的圆弧形状上延伸的形状(例如，参照专利文献1)。但是，存在的问题是：为了形成这样的半突缘，需要在流体孔(密封对象孔)的周围有较大的面积从而不实用。
另外，在另一方面，即便在气缸盖密封垫中，也会随着发动机的轻量化发动机部件的刚性降低从而由发动机的运行而反复发生的气缸盖的变形量变大，所以压迫半突缘的力也变大，半突缘的弹力减弱成为了大问题。
进而，在这些金属密封垫中还存在的问题是：因为根据距紧固螺栓孔的距离不同紧固压力不同，所以半突缘所产生的密封表面压力也不均等，从而容易发生弹力减弱的部分和不容易发生的部分相搀杂。
专利文献1：日本特开2004-92475号公报
发明内容
本发明是为了解决上述的问题而做成的，本发明的目的在于，提供一种既能够防止金属密封垫的包围着密封对象孔而形成的半突缘中的弹力减弱、又能够拓宽在半突缘上所发生的表面压力分布从而防止夹持金属密封垫的部件产生损伤，进而能够确保良好的密封性能的金属密封垫。
用于实现上述目的的本发明所涉及的金属密封垫具有密封对象孔、且形成有包围该密封对象孔的半突缘，其中，在所述半突缘的整个周围或周围的一部分上，在所述半突缘的内侧配置有在厚度方向上形成了凹凸的表面压力辅助板。该凹凸只要相对于表面压力辅助板的板基准线的至少一方凹或凸即可，不必一定相对于两侧凹或凸。
根据该构成，因为配置有在厚度方向上形成了凹凸的表面压力辅助板，所以通过由表面压力辅助板的凹凸所产生的弹性效果能够辅助半突缘的压缩性，从而能够防止半突缘的弹力减弱。
另外，因为将配置在该金属密封垫的两侧并与半突缘接触的部件中的与半突缘的角部的接触状态，从宽度较窄近似于线状的区域变为宽度较宽的面状的区域，并且使表面压力的最大值减小从而能够缓和表面压力，还因为能够缓和在半突缘上所产生的表面压力、尤其是在半突缘的角部所产生的表面压力，所以能够防止夹持金属密封垫的部件产生损伤，从而能够确保良好的密封性能。
另外，在上述的金属密封垫中，在所述半突缘的整个周围或周围的一部分上所述表面压力辅助板的凹凸的顶部的方向设为与所述半突缘相交的方向。通过设定为该构成，相比凹凸的顶部的方向与半突缘平行地配置的情况，能够更加有效地利用由表面压力辅助板所产生的弹性效果。
该表面压力辅助板的凹凸既可以形成为梯形等直线形状，也可以形成为圆弧形状或正弦形状等曲线。并且，既可以是一阶也可以是多阶。另外，在厚度方向上既可以是轴对称也可以不是轴对称。另外，在密封对象孔的周围方向上既可以设定为凹凸连续的波形且遍及整个周围而设置，也可以仅在需要进行表面压力调整的部分上形成凹凸。另外，可以对应着表面压力调整的情况，使凹凸的形状、大小在密封对象孔的周围方向上变化。另外，对于表面压力调整板自身既可以遍及密封对象孔的整个周围而配置，也可以仅配置在需要进行表面压力调整的部分上。
另外，作为该金属密封垫的半突缘部分的具体构成，有以下这样的构成。第一构成是，将分别形成有包围着密封对象孔、且在远离密封对象孔的方向上向外侧膨胀的半突缘的第一金属基板和第二金属基板，在内周侧(半突缘的密封对象孔侧)的平坦部的内侧夹持着中间基板而对称地配置，并且在中间基板的外周侧，在从半突缘的倾斜部至该倾斜部的外周侧的平坦面的、半突缘的内侧配置有在厚度方向上形成了凹凸的表面压力辅助板。第二构成是，在第一构成的基础上，将中间基板和表面压力辅助板由同一个板来形成。第三构成是，在第一构成的基础上，没有中间基板，使第一金属基板和第二金属基板的半突缘的内周侧的平坦部相接触而形成。
第四构成是，层积了：第一金属基板，其形成有包围着密封对象孔、且在远离密封对象孔的方向上向外侧膨胀的半突缘；中间基板，其配置在半突缘的内周侧的平坦部的内侧；表面压力辅助板，其在中间基板的外周侧从半突缘的倾斜部到该倾斜部的外周侧的平坦部地配置在半突缘的内侧，且形成有凹凸；和平坦的第二金属基板的。第五构成是，在第四构成的基础上，使中间基板和表面压力辅助板由同一个板来形成。
进而，代替将表面压力辅助板配置在半突缘的从倾斜部至平坦部的内侧，也可以在倾斜部的外周侧将其配置在半突缘的外周侧的平坦部的内侧，在这种情况下，半突缘的角部上的表面压力缓和效果多少会小一些，但是因为能够利用表面压力辅助板的弹力来辅助半突缘的弹力，所以能够预期得到弹力减弱防止效果。
另外，作为本发明能够适用的金属密封垫有发动机的排气歧管用密封垫及气缸盖密封垫等金属密封垫，在这些金属密封垫中能够发挥上述那样很大的效果，但是并不限定于这些密封垫，只要是对密封对象孔进行密封的金属密封垫即可。
根据本发明的金属密封垫，既能够防止金属密封垫的包围着密封对象孔而形成的半突缘中的弹力减弱、也能够拓宽在半突缘上所发生的表面压力分布从而防止夹持金属密封垫的部件产生损伤，进而能够确保良好的密封性能。
附图说明
图1是示意地表示本发明所涉及的实施形态的金属密封垫的俯视图。
图2是示意地表示在没有图1的第一金属基板的状态下的第一实施形态的金属密封垫的俯视图。
图3是示意地表示第一实施形态的金属密封垫的图1的A-A部分的剖面的图。
图4是示意地表示观察第一实施形态的金属密封垫的图1的B-B部分的剖面所得的图。
图5是示意地表示观察金属密封垫被压缩时的图1的B-B部分的剖面所得的图。
图6是示意地表示表面压力辅助板的凹凸的顶部的方向的一个例子的俯视图。
图7是示意地表示表面压力辅助板的凹凸的顶部的方向的另一个例子的俯视图。
图8是示意地表示第二实施形态的金属密封垫的图1的A-A部分的剖面的图。
图9是示意地表示第二实施形态的金属密封垫的部分立体图。
图10是示意地表示第三实施形态的金属密封垫的图1的A-A部分的剖面的图。
图11是示意地表示第四实施形态的金属密封垫的图1的A-A部分的剖面的图。
图12是示意地表示第四实施形态的金属密封垫的部分立体图。
图13是示意地表示第五实施形态的金属密封垫的图1的A-A部分的剖面的图。
图14是示意地表示第五实施形态的金属密封垫的部分立体图。
图15是示意地表示表面压力辅助板的凹凸的第一例的图。
图16是示意地表示表面压力辅助板的凹凸的第二例的图。
图17是示意地表示表面压力辅助板的凹凸的第三例的图。
图18是示意地表示表面压力辅助板的凹凸的第四例的图。
图19是示意地表示表面压力辅助板的凹凸的第五例的图。
图20是示意地表示表面压力辅助板的位置不同的第一实施形态的金属密封垫的图1的A-A部分的剖面的图。
图21是示意地表示表面压力辅助板的位置不同的第二实施形态的金属密封垫的图1的A-A部分的剖面的图。
图22是示意地表示表面压力辅助板的位置不同的第三实施形态的金属密封垫的图1的A-A部分的剖面的图。
图23是示意地表示表面压力辅助板的位置不同的第四实施形态的金属密封垫的图1的A-A部分的剖面的图。
图24是示意地表示表面压力辅助板的位置不同的第五实施形态的金属密封垫的图1的A-A部分的剖面的图。
标号说明
1：密封垫
2：密封对象孔
3：螺栓孔
10：第一金属基板
11：半突缘
11a：内周侧的平坦部
11b：倾斜部
11c：外周侧的平坦部
20：第二金属基板
21：半突缘
21a：内周侧的平坦部
21b：倾斜部
21c：外周侧的平坦部
30：表面压力辅助板
30a：凹凸
40：中间基扳
40a：内周侧端部
具体实施方式
接下来，参照附图，对本发明所涉及的金属密封垫的实施形态进行说明。图1～图24是模式说明图，为了更加方便地理解构成，密封对象孔的大小、螺栓孔的大小、半突缘的大小、中间基板的宽度、表面压力辅助板的宽度、金属基板的板厚、中间基板的板厚、表面压力辅助板等的板厚及凹凸等的尺寸都与实物不同，夸张地进行表示。另外，为了使说明简单化，以下，将密封对象孔设为一个进行说明，但是在如多气缸的发动机的排气歧管的密封垫或气缸盖密封垫那样，分别具有多个气体流通孔、或者具有燃烧室孔(气缸孔( ボア用穴))、水孔、油孔等多个种类的密封对象孔的情况下，本发明仍然能够适用。另外设定以下所使用的“外侧”“内侧”是关于密封垫的厚度方向的表达，密封垫平面内的方向用“外周侧”“内周侧”来表达。
如图1所示，本发明的实施形态的金属密封垫1，具有多个由低碳钢板、不锈钢退火件、不锈钢调质件(弹簧钢板)等形成的金属基板(金属构成板)而构成。另外，其配合夹持金属密封垫1的部件的形状而制造，并形成密封对象孔及用于插通连接螺栓的螺栓孔3等。
该金属密封垫1，在图1至图5所示的第一实施形态中，第一金属基板10和第二金属基板20夹持着中间基板40而对称地配置。与此同时，在中间基板40的外周侧，在半突缘11、21的从倾斜部11b、21b至外周侧的平坦部11c、21c的内侧，配置有在金属密封垫1的厚度方向上形成了凹凸的表面压力辅助板30。即，使表面压力辅助板30的内周侧端部配置在倾斜部11b、21b的内侧。
第一金属基板10和第二金属基板20，由例如低碳钢板、不锈钢退火件形成，并设置有密封对象孔2和包围该密封对象孔2的螺栓孔3。另外，还在第一金属基板10和第二金属基板20上，分别形成包围着密封对象孔2、且在远离密封对象孔2的方向上关于密封垫的厚度方向向外侧膨胀的半突缘11、21。另外，该第一金属基板10和第二金属基板20夹持着中间基板40而对称地配置。
中间基板40，由低碳钢板、不锈钢退火件、不锈钢调质件(弹簧钢板)等形成，如图2所示，在密封对象孔2的周围呈环状配置。这样的话，如图3所示，在半突缘11、21的内周侧(密封对象孔2侧)的平坦部11a、21a的内侧，其内周侧端部40a面向密封对象孔2而配置。该中间基板40起到防止流体进入半突缘11、21之间的作用和调整厚度的作用。因此，该中间基板40由在周方向上连续的一张环状板形成。
表面压力辅助板30，如图2所示配置成环状，并且如图4以及图5所示在厚度方向上形成有凹凸，从而相对于金属密封垫1的半突缘11、21的压缩方向具有弹性，在半突缘11、21被压缩时如图5所示，与半突缘11、21的倾斜部11b、21b接触，赋予缓冲效果，从而进行半突缘11、21的表面压力调整。
该表面压力辅助板30，由不锈钢调质件(弹簧钢板)等形成，其凹凸可以如图4、图12、图15、图16所示那样形成梯形等直线形状，还可以如图9、图14、图17、图18、图19所示那样形成圆弧形状或正弦形状等曲线。进而，可以如图4、图5、图9、图12、图14、图15、图17、图18所示那样形成单阶，还可以如图16、图19所示那样形成多阶。另外，在厚度方向上可以轴对称也可以非轴对称。
另外，在密封对象孔2的周围方向上，可以以凹凸连续的波形遍及整个周围而设置，还可以以凹凸连续的波形、或者单独的凸或凹仅在需要进行表面压力调整的部分上形成凹凸。另外，可以对应着表面压力调整的情况使凹凸的形状、大小变化。另外，既可以将表面压力调整板30自身遍及密封对象孔的整个周围而配置，也可以仅配置在需要进行表面压力调整的部分上。总之，只要相对于金属密封垫的压缩方向具有适当的弹性、且凹凸自身难以发生弹力减弱即可。该凹凸可以通过冲压加工等容易地形成。
另外，如图6所示，该表面压力辅助板30的凹凸的顶部30a的方向构成为与半突缘11、21相交的方向，优选80°～100°，更加优选90°(垂直)的方向，这相比与半突缘11、21平行地配置凹凸的顶部的情况能够更加高效地利用由表面压力辅助板30的凹凸所产生的弹性效果。另外，当配置在该相交方向上时，表面压力辅助板30的凹凸与半突缘11、21的倾斜部11b、21b接触，由此使半突缘11、21的角部的宽度很窄的(线状的)接触状态变成宽度较宽的(面状的)接触状态从而使表面压力的局部大小变小，因此能够防止在半突缘11、21所接触的部件中接触的部分发生损伤。另外，如图7所示，当使表面压力辅助板30中凹凸的顶部30a的方向成为同一方向时，虽然不能成为像处于与半突缘11、21相交的方向时那样周密细微的表面压力，但是因为凹凸变得简单所以能够改善工作性。
该相交方向的配置由于表面压力调整根据该相交角度而变化，所以若根据要求的压缩弹性(弹簧力)而使该相交角度变化则能够进行更加周密细微的表面压力调整。即，在半突缘11、21的周围的一部分或整体上，表面压力辅助板30的凹凸的顶部的方向成为与半突缘11、21相交的方向。当在半突缘11、21的整个周围上使表面压力辅助板30的凹凸的顶部的方向成为与半突缘11、21相交的方向时，例如在密封对象孔2为圆形的情况下凹凸的顶部(谷和山)呈放射状配置。
另外，该表面压力辅助板30可以形成为在密封对象孔2的周方向上连续的环，但是因为其功能是表面压力调整，所以不必一定设置成在整个周方向上连续的一体物件，既可以将分开的多个表面压力辅助板30相接并排，也可以只在需要进行表面压力调整的部分上分散配置表面压力辅助板30。即，在半突缘11、21的周围的一部分或者整体上，在半突缘11、21的内侧配置在厚度方向上形成有凹凸的表面压力辅助板30。
根据本构成，因为能够根据表面压力辅助板30的有无、凹凸的形状以及大小(高度、宽度等)的变化、凹凸的顶部的长度(表面压力辅助板30的宽度)、凹凸的顶部的方向与半突缘11、21的相交角度等，使表面压力调整的情况变化，所以能够容易地进行非常周密细微的表面压力调整。
如图8以及图9所示那样，本发明的第二实施形态的金属密封垫相对于第一实施形态的金属密封垫的不同之处在于，中间基板40和表面压力辅助板30由一张表面压力辅助板30形成。其他的构成与第一实施形态的金属密封垫一样。另外在图9中，表面压力辅助板30其内周侧平坦，而外周侧形成有曲线状的凹凸。
该第二实施形态与第一实施形态相比，因为要求有密封效果的中间基板40和要求有弹性效果的表面压力辅助板30这两方的功能由同一张基板发挥，所以不能灵活使用材料，但是因为没有中间基板40从而表面压力辅助板30的宽度增大，所以具有工作性提高的优点。
如图10所示，本发明的第三实施形态的金属密封垫相对于第一实施形态的金属密封垫的不同之处在于，没有中间基板40。其他的构成与第一实施形态的金属密封垫一样。在该构成中，虽然不能谋求由中间基板40所产生的密封性能的提高，但是能够谋求轻量化和工作性的提高。
如图11以及图12所示，本发明的第四实施形态的金属密封垫层积了：第一金属基板10，其形成有包围着密封对象孔2、在远离密封对象孔2的方向上向外侧膨胀的半突缘11；中间基板40，其配置在半突缘11的内周侧即密封对象孔2侧的平坦部11a的内侧；表面压力辅助板30，其在中间基板的外周侧、从半突缘11的倾斜部11b至外周侧的平坦部11c地配置在半突缘11的内侧，并且形成有凹凸；和平坦的第二金属基板20。与第一实施形态的金属密封垫的不同之处在于，在第二金属基板20上没有形成半突缘21。
该第四实施形态的金属密封垫适用于与第一实施形态的金属密封垫相比由突缘产生的压缩变形量变小的情况，能够节约材料从而轻量化。另外，具有能够使密封垫的厚度变薄这样的优点。
如图13以及图14所示那样，本发明的第五实施形态的金属密封垫相对于第四实施形态的金属密封垫的不同之处在于，中间基板40和表面压力辅助板30由一张表面压力辅助板30形成。其他的构成与第四实施形态的金属密封垫一样。另外在图14中，关于表面压力辅助板30的凹凸，内周侧是平坦的，外周侧成为只在半突缘11侧的一侧上凸出的曲线状的凹凸。
另外，在图20～图24中，将表面压力辅助板30配置在半突缘11(21)的外周侧的平坦部11b(21b)的内侧，来取代在第一～第五实施形态的金属密封垫中将表面压力辅助板30配置在半突缘11(21)的从倾斜部11b(21b)至外周侧的平坦部11c(21c)的内侧。在这种情况下，半突缘11(21)的角部上的表面压力缓和效果虽小但是能够通过表面压力辅助板30的弹力辅助半突缘11(21)的弹力，所以能够起到防止半突缘11(21)弹力减弱的效果。
根据上述构成的金属密封垫1，因为配置有在厚度方向上形成了凹凸的表面压力辅助板30，所以利用由表面压力辅助板30的凹凸产生的弹性效果能够防止半突缘的弹力减弱。另外，因为能够缓和在半突缘11(21)上产生的表面压力、尤其是在半突缘11(21)的角部上产生的力，所以能够防止夹持金属密封垫1的部件产生损伤，能够确保良好的密封性能。
Claims (1)
1.一种金属密封垫，其具有密封对象孔、且形成有包围该密封对象孔的剖面为台阶状的半突缘，其特征在于：在所述半突缘的整个周围或其周围的一部分上，在所述半突缘的在厚度方向上的内侧配置有在厚度方向上形成了凹凸的表面压力辅助板，该凹凸相对于所述半突缘的压缩方向具有弹性，所述表面压力辅助板的凹凸的顶部的方向设为与所述半突缘相交的方向，所述表面压力辅助板是包围密封对象孔的环状，俯视仅设置在第一金属基板的一部分之间。
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