CN102224364B - 双材质复合衬垫 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双材质复合衬垫，优选的是双材质复合环状衬垫，其对在一个面具有洼下的间隙部的对置的2面间进行密封，具有在对该间隙部进行密封的衬垫的上端部和下端部分别设置突起的纵长剖面形状，衬垫的上部低硬度弹性体成形部由肖式A硬度为5～35的硫化橡胶形成，另外，下部高硬度弹性体成形部由肖式A硬度为45～80的硫化橡胶形成，使低硬度弹性体成形部和高硬度弹性体成形部接合的分型线被设定在低硬度弹性体成形部的高度为衬垫整体的高度的5～40％的位置。该双材质复合衬垫能够对以由汽车用发动机的汽缸体、汽缸盖、链罩的3部件构成的结合构造为代表的3部件的间隙进行3面同时密封。

Description

双材质复合衬垫
技术领域
本发明涉及双材质复合衬垫。进一步详细而言，涉及有效地用于汽车用发动机等部件的3面同时密封的双材质复合衬垫。
背景技术
在汽车用发动机中，使用了进气歧管用、过滤层用、汽缸盖罩用、凸轮罩用等比较大型的衬垫。在这种情况下，选取在一个部件设有槽，另一个部件具有平坦部，通过在槽安装衬垫，从而将2部件间密封的构造。然而，槽的深度由于槽加工或组装时的公差影响，不一定始终为同一深度(参照专利文献1)。
在汽车用发动机中，发动机的汽缸体和汽缸盖的2部件经由汽缸盖衬垫而被气密密封，但为了将其附带的动力传递机构与发动机一体化，铺设有链罩。由于该链罩跨过汽缸体和汽缸盖的接合面而垂直地铺设，因而在这些接合面的交点部分，要求非常规的3面同时密封功能。
图9是显示作为3面同时密封的用途例，应用有发动机密封用衬垫的状态的立体图，在汽车用发动机中，作为将燃料的爆发燃烧转换为活塞的往复运动的部分的汽缸体21和作为将来自活塞的往复运动转换为旋转运动的部分的汽缸盖22的2部件，经由作为用于保持汽缸体21和汽缸盖22之间的气密性的密封部件的汽缸盖衬垫23而被气密密封。
为了将其附带的动力传递机构与发动机一体化，作为对用于将由汽缸盖转换的旋转运动传递至发动机外部的变速机构进行容纳的部分，铺设有链罩24，由于该链罩24跨过汽缸体21和汽缸盖22的接合面而垂直地铺设，因而在这些接合面的交点部分，即在3点密封部分25需要衬垫26，该衬垫作为要求非常规的3面同时密封功能的密封部件。
即使汽缸盖、汽缸体及链壳的热膨胀量产生差，作为能够可靠地密封3面接合部的密封材料，提出了由第1密封片、第2密封片、第1筋以及第2筋构成将3面接合部进行密封的密封材料，其中，第1密封片将汽缸盖的下表面和汽缸体的上表面之间密封，第2密封片比第1密封片的后侧面更向着汽缸盖下表面的前侧端部和汽缸体上表面的前侧端部彼此之间突出设置，将汽缸盖下表面的前侧端部和汽缸体上表面的前侧端部彼此之间密封，第1筋将第1密封片的后侧面上部和第2密封片的上表面之间倾斜地连结，第2筋将第1密封片的后侧面下部和第2密封片的下表面之间倾斜地连结，在该提案中，由第1密封片和第2密封片形成密封材料(参照专利文献2)。
另外，提出了如下的3部件接合部的衬垫构造：作为向发动机的汽缸体、汽缸盖以及前罩的3部件接合部进行安装的衬垫材料，在汽缸体和汽缸盖之间安装汽缸盖衬垫，在汽缸体和汽缸盖与前罩之间相对于汽缸盖衬垫沿直角方向配备前罩衬垫，汽缸盖衬垫成为将3部件接合部侧的端面稍稍置于内侧的配置，将前罩衬垫的3部件接合部沿两直角方向延伸而形成大致十字部，并且，使大致十字部的汽缸盖衬垫的接触面部分地突出而形成凸部。在该提案中，需要对接合面位置进行特别限定，由于3部件的公差所导致的尺寸的偏差，3点密封部分的气密性不充分(参照专利文献3)。
本申请人以前提出了一种衬垫，该衬垫安装于设在2部件中的一个部件的安装槽，并且，被2部件压缩而将这2部件的间隙密封，其中，使衬垫的高压侧的部分比低压侧的部分更容易压缩，如果利用2部件进行压缩，则为了机体中央附近以向着低压侧的区域突出的方式弯曲变形，侧面进行倾斜(参照专利文献4)。
在该提案的发明中，也记载了在对在一个面具有洼下的间隙部的对置的2面间进行密封的衬垫中，在对该间隙部进行密封的具有纵长剖面形状的衬垫的上端部和下端部分别设置密封突起的形态，作为衬垫材料，例如可以使用橡胶硬度(硬度计A：JIS K6253)为40～70的丙烯酸类橡胶、腈类橡胶、氟橡胶等橡胶材料单体或热可塑性弹性体单体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-276462号公报
专利文献2：日本特开2008-19793号公报
专利文献3：日本专利第3572201号公报
专利文献4：日本特开2007-255671号公报
专利文献5：WO2004/031315A1
发明内容
本发明要解决的问题
例如，在由汽缸体、汽缸盖以及链罩的3部件构成的结合构造中，在接合面产生非常规的间隙，但无法用衬垫单体对这样的间隙部进行密封，这成为了问题。当前，该部分用硅酮类液态橡胶应对并进行组装，但硅酮类液态橡胶不是产生面压的密封材料，用作单纯的填塞间隙部的填料，因而材料由于长期的使用而劣化(永久形变)并导致泄漏等问题，尤其对于生化乙醇等新燃料而言，具有非常容易劣化的缺点。另外，在组装线上，涂布-组装-干燥等工序数繁杂，工序内产生不良时难以进行修正操作，此外，还存在着硅酮类液态橡胶自身的产品管理也困难的问题。
本发明的目的在于，提供一种对在一个面具有洼下的间隙部的对置的2面间进行密封的衬垫，尤其是在具有纵长剖面形状的衬垫的上端部和下端部分别设置密封突起的衬垫，该衬垫将用于密封该间隙部，优选的是，能够对以由汽车用发动机的汽缸体、汽缸盖以及链罩的3部件构成的结合构造为代表的3部件的间隙进行3面同时密封。
用于解决问题的方法
本发明的目的通过一种双材质复合衬垫而达到，该双材质复合衬垫对在一个面具有洼下的间隙部的对置的2面间进行密封，具有在对该间隙部进行密封的衬垫的上端部和下端部分别具有突起的纵长剖面形状，衬垫的上部低硬度弹性体成形部由肖式A硬度为5～35的硫化橡胶形成，另外，下部高硬度弹性体成形部由肖式A硬度为45～80的硫化橡胶形成，使低硬度弹性体成形部和高硬度弹性体成形部接合的分型线被设定在低硬度弹性体成形部的高度为整体的高度的5～40％的位置。
优选的是，将对置的2面间密封的衬垫是环状衬垫，另外，在衬垫的上端部的中央和下端部的中央分别设有突起。
发明的效果
本发明所涉及的双材质复合衬垫起到如下的效果。
(1)有效地适用于在一个面侧洼下的伤痕或槽作为间隙部而形成于2面的接合部的、对置的2面间的密封。
(2)由于衬垫的整个表面为可进行3面密封的构造，因而不特别限定接合面的位置，就能够进行3面同时密封。
(3)在安装时，从衬垫下部的高硬度弹性体成形部得到充分的反作用力，上部低硬度弹性体成形部的上部突起有效地填塞在由例如汽车用发动机的汽缸体、汽缸盖以及链罩的3部件的结合构成的接合面所产生的非常规的间隙部，能够进行密封。
(4)由于衬垫为密封材料，因而不存在使用硅酮类液态橡胶时的工序数(涂布-组装-干燥)遍及多个工序的繁杂，也改善了硅酮类液态橡胶具有的密封材料的产品管理性。另外，还提高了在工序内产生不良时的修正操作和车检时等的维护性。
附图说明
图1是显示本发明的双材质复合环状衬垫的基本形态的纵剖面图。
图2是显示本发明的双材质复合环状衬垫的其他形态的纵剖面图。
图3是双材质复合环状衬垫的局部俯视图。
图4是剖面形状不同的其他双材质复合环状衬垫的纵剖面图。
图5是显示图1所示的双材质复合环状衬垫的安装状态的纵剖面图。
图6是显示图4所示的双材质复合环状衬垫的安装状态的纵剖面图。
图7是显示相对于产生间隙部的壳体而将本发明的双材质复合环状衬垫安装在安装槽的状态的立体图。
图8是显示安装在安装槽时的泄漏状态(a)和密封状态(b)的剖面图。
图9是显示作为对双材质复合环状衬垫进行3面同时密封的用途例，应用于发动机密封用衬垫的状态的立体图。
具体实施方式
本发明所涉及的双材质复合衬垫，优选的是双材质复合环状衬垫，对在一个面具有洼下的间隙部的对置的2面间进行密封，具有纵长剖面形状，该纵长剖面形状在对该间隙部进行密封的衬垫的上端部中央和下端部中央具有突起，使衬垫的上部由低硬度弹性体形成，另外，使下部由高硬度弹性体由形成。环状衬垫的环状形状也可以是圆形或四边形等，可以选取任意的形状。
在此，作为低硬度弹性体，为了得到优异的间隙追踪性，肖式A硬度为5～35，优选的是10～20，另外，高硬度弹性体是产生反作用力的支持体，且必须具有能够密封另一个安装槽侧的硬度，因而肖式A硬度为40以上，优选的是45～80。另外，由于高硬度弹性体是产生反作用力的支持体，因而优选的是抗永久形变(压缩永久形变)较强。橡胶硬度的调整通过调整填充剂配合量或交联密度来进行，在使硬度增加的情况下，通过填充剂配合量的增加或交联密度的增加来进行。此外，肖式A硬度的测量是以与ISO 7619-1对应的JIS K6253的类型A硬度计为基准而进行的。
在安装衬垫时，从这样的下部高硬度弹性体成形部得到充分的反作用力，低硬度弹性体成形部上部的突起填塞在由3部件的结合构成的接合面产生的非常规的间隙部，一边使面压提高一边进行密封。另一方面，下部的突起使衬垫下部的密封性提高。
位于低硬度弹性体成形部的上部中央的突起具有曲率。另外，位于高硬度弹性体成形部的下部中央的突起也同样地具有曲率。各突起通过具有曲率，从而在得到良好的面压的同时，使压缩时的形变缓和。从提高对于3面接合部件的间隙追踪性或缓和形变的观点出发，曲率优选为约0.3～0.5。
从侵入性良好地追踪3面部的间隙部的观点出发，由低硬度弹性体成形的衬垫的上部剖面积的尺寸必须设计成大于由成为对象的3面接合面所产生的间隙部的剖面积。另外，从低硬度弹性体成形部得到向3面部的间隙侵入所需的充分的反作用力的必要性出发，由高硬度弹性体成形的衬垫的下部剖面的高度必须大于上部低硬度弹性体成形部的剖面的高度。
反之，在剖面积为一定的情况下，如果高硬度弹性体成形部的高度低于低硬度弹性体成形部的高度，则无法得到充分的反作用力，另外，同时容易产生压曲。因此，从产生充分的反作用力和防止压曲的观点出发，低硬度弹性体成形部的高度优选为双材质复合衬垫整体的剖面高度的约5～40％。此外，在该值不足约5％的情况下，低硬度弹性体向间隙部的侵入量不足，无法可靠地密封。
通常，发动机用的各种环状衬垫设计成高度为约5～20mm，宽度为约1.5～6mm的纵长的剖面形状，在本发明所涉及的双材质复合环状衬垫的情况下，横纵比(宽度d0/高度h0)设定在0.2～0.3的范围内。关于该衬垫的剖面宽度，优选的是两侧面作为倾斜面而构成，使得宽度从上部低硬度弹性体向着下部高硬度弹性体的下部前端逐渐变窄，由此，确保了下部高硬度弹性体的反作用力特性上升和向上部低弹性体的传播、向间隙的追踪以及上部低硬度弹性体的支持。
从密封性的观点出发，将低硬度弹性体成形部和高硬度弹性体成形部的界面接合，接合可以是粘接剂的粘接，但从成形上和剥离强度的观点出发，优选的是硫化粘接。另外，从硫化粘接物的剥离强度的观点出发，优选的是低硬度弹性体和高硬度弹性体为同种的弹性体，为具有相同交联构造的弹性体，具体而言，使用作为发动机周围的衬垫的功能上、耐油性、耐热性、耐寒性、耐药品性优异的丙烯酸酯橡胶、硅酮橡胶、氟橡胶等。并且，还可以使用(A)至少具有1个能够进行氢化硅烷化反应的烯基的丙烯酸类聚合物、(B)含有氢化硅烷基的化合物硬化剂以及(C)含有氢化硅烷化催化剂作为必须成分的组合物的硬化物等(参照专利文献5)。
图1是显示本发明的双材质复合环状衬垫的基本形态的纵剖面图，具有纵长剖面的环状衬垫1，在上端部中央具有上部突起2，在下端部中央具有下部突起3，低硬度弹性体成形部4和高硬度弹性体成形部5在分型线6被硫化粘接。
此外，在图1、图2及图4中，标号A表示内侧面，标号B表示外侧面。
使低硬度弹性体成形部和高硬度弹性体成形部接合的分型线，设定在如上所述地低硬度弹性体成形部的高度(h1)相对于整体的高度(h0)为约40％以下，优选为约5～40％，尤其优选为约15～40％的位置。
另外，该分型线可以不是平面状，优选如图2所示，上部低硬度弹性体成形部侧设定为凹面状，下部高硬度弹性体成形部侧设定为凸面状。通过使凹凸面为接合面，不仅能够更加增大接合面积并增大剥离强度(单位：N/mm)，而且从高硬度支持弹性体向低硬度弹性体的力能够容易传播。此外，这种情况下的下部高硬度弹性体成形部的高度(h2)为凸部顶点的高度。换言之，上部低硬度弹性体部的高度(h1)为凹部底部的高度。
图3是双材质复合环状衬垫的局部俯视图，衬垫的整体形状与槽形状一致而形成为环状，但在没有台阶槽的情况下，也能够应用。另外，也可以如以往的衬垫那样，在密封面具有多个突起。此外，图1～2均显示了图3的A-A线剖面。在环状衬垫1的侧面，相对于长度方向隔开间隔L，在两侧面分别具备一对突起7、7′，这些一对突起是用于防止倾倒或用于防止脱落的凸部，是否设置这样的凸部是任意的。
图4显示了剖面形状不同的其他双材质复合环状衬垫的纵剖面图。即，使图1～2的形状的上部低硬度弹性体成形部向两侧伸出，在伸出部8设有上部突起2、2′、2″。该伸出部被夹在2面间，是为了使衬垫的安装状态更稳定化而设置的，由于虽然被夹在2面间，但构成为设在伸出部的突起与另一个壳体面抵接，因而能够抑制反作用力的增加，得到高面压。此外，为了得到高硬度弹性体成形部的反作用力特性，优选高硬度弹性体成形部的剖面两侧面由倾斜面构成，使得剖面宽度向着下部前端变窄。此外，标号C是锥。
图5和图6是显示分别在图1和图4所示的双材质复合环状衬垫的安装状态的剖面图，标号9表示壳体，10表示安装槽。另外，图7是显示相对于产生间隙部12的壳体而将本发明的双材质复合环状衬垫1安装在具有安装槽10的部件的状态的立体图。并且，图8是显示在这样的间隙部12安装衬垫11时的泄漏状态(a)和密封状态(b)的剖面图。
本发明所涉及的双材质复合环状衬垫，被夹在由密封材料密封的2部件的非密封面和其他部件面的对置的2面间而安装，适合以这样的方式使用：在一个面侧形成衬垫用安装槽，在与其对置的另一个面侧以跨过该安装槽的位置关系形成洼下的间隙部，在上述安装槽安装衬垫的高硬度弹性体成形部侧，衬垫的低硬度弹性体成形部侧与对置的另一个具有间隙部的面接触并变形，使该间隙部与低硬度弹性体成形部气密接合，对3面接合部件的间隙进行3面同时密封。
例如，以这样的方式使用：在所参照的图9中，2部件21、22由密封材料23密封，衬垫26被夹在这2部件的密封对象面21′、22′和其他部件24的同时密封面24′的对置的2面间而安装，在一个面24′侧形成衬垫安装槽27，在与其对置的另一个面21′、22′侧，以跨过该安装槽27的位置关系形成由2部件21、22和密封材料23构成的洼下的间隙部28，在上述安装槽27安装衬垫的高硬度弹性体成形部侧，衬垫的低硬度弹性体成形部侧与对置的另一个具有间隙部的面接触并变形，使该间隙部与低硬度弹性体成形部气密接合，对3面接合部件的间隙进行3面同时密封。
此时，低硬度弹性体成形部分的体积必须设定成大于成为3面同时密封的对象的间隙(由3面接合面所产生的间隙)体积量。
实施例
接下来，说明本发明的实施例。
实施例
在图7所示的状态下使用具有图4所示的剖面形状的T字锥型的圆环状衬垫，进行密封。低硬度弹性体成形部(高度h1＝1.5mm)由肖式A硬度为10的丙烯酸酯橡胶构成，高硬度弹性体成形部(高度h2＝6.45mm)由肖式A硬度为50的丙烯酸酯橡胶构成，整体的高度h0是7.95mm，所以高度h1/h0为18.9％。使用分型线的宽度d0为2.17mm，另外，锥形角(C)为2.0°的圆环状衬垫。
在图7所示的形态下，相对于具有间隙部12(间隙高度Bh＝1.0mm，间隙宽度Bm＝0.6mm)的壳体，在将上述双材质复合环状衬垫安装于直角方向的安装槽之后，利用压缩试验对以25％或者30％的压缩率进行压缩时的间隙面积13(参照图8)进行计测。此外，泄漏状态是指存在着间隙面积，密封状态是指间隙面积为0。
如果对于本实施例的双材质复合环状衬垫(实施例)和使用与其相同的形状的以往的单材质衬垫(整体由肖式A硬度为50的丙烯酸酯橡胶制)的情况(比较例)，测量间隙面积，则得到下表所示的结果。
表
压缩率    实施例    比较例
25％      0.00mm2    20.22mm2
30％      0.00mm2    20.15mm2
从以上的结果可知，本发明所涉及的双材质复合环状衬垫的相对于壳体的间隙追踪性优异。
此外，间隙面积的测量通过如下的方法进行。
在设有矩形的挖入槽(准间隙部)的金属板预先埋入泥子(putty)，如果将其连同金属板一起按压于衬垫，则埋入的泥子相应地从槽被挤出侵入间隙部的衬垫材料的量，一部分残留在槽内，使其原样地硬化。硬化后，进而使不同颜色的泥子流入并硬化，将硬化后的2个颜色的泥子同时从槽中拔出，相对于槽方向而沿直角切断。对该切割面进行照片拍摄，对该照片进行图像处理，计测残留在矩形部的最初的泥子的剖面积作为间隙面积。
这样的本发明的双材质复合环状衬垫，例如是图9所示的发动机用衬垫，例如用于汽缸体、汽缸盖和链罩或凸轮罩的接合面的交点部分，即3点密封部分，可以进行3面同时密封。
标号说明
A内侧面
B外侧面
C锥
1双材质复合环状衬垫
2上部突起
3下部突起
4低硬度弹性体成形部
5高硬度弹性体成形部
6分型线
7突起
8伸出部
9壳体
10安装槽
11衬垫
12间隙部
13间隙面积
21汽缸体
21′汽缸体和链罩的密封对象面
22汽缸盖
22′汽缸盖和链罩的密封对象面
23汽缸盖衬垫
24链罩
24′同时密封面
25 3点密封部分
26衬垫
27衬垫用槽

Claims (10)

1. 一种双材质复合衬垫，对在一个面具有洼下的间隙部的对置的2面间进行密封，具有在对该间隙部进行密封的衬垫的上端部和下端部分别设置突起的纵长剖面形状，衬垫的上部低硬度弹性体成形部由肖式A硬度为5~35的硫化橡胶形成，另外，下部高硬度弹性体成形部由肖式A硬度为45~80的硫化橡胶形成，使低硬度弹性体成形部和高硬度弹性体成形部接合的分型线被设定在低硬度弹性体成形部的高度为衬垫整体的高度的5~40％的位置，
具有间隙部的面的间隙是由于多个部件相接而产生的间隙，
所述双材质复合衬垫用于对3面接合部件的间隙进行3面同时密封，
将低硬度弹性体成形部分的体积设定成大于成为3面同时密封的对象的间隙体积量。
2. 根据权利要求1所述的双材质复合衬垫，其特征在于，
将对置的2面间密封的衬垫是环状衬垫。
3. 根据权利要求1或2所述的双材质复合衬垫，其特征在于，
在衬垫的上端部的中央和下端部的中央分别设有突起。
4. 根据权利要求1所述的双材质复合衬垫，其特征在于，
使低硬度弹性体成形部和高硬度弹性体成形部接合的分型线，形成为相对于衬垫的上下方向而垂直的平面状。
5. 根据权利要求1所述的双材质复合衬垫，其特征在于，
在使低硬度弹性体成形部和高硬度弹性体成形部接合的分型线，低硬度弹性体成形部形成为凹状，另外，高硬度弹性体成形部形成为凸状。
6. 根据权利要求1所述的双材质复合衬垫，其特征在于，
低硬度弹性体成形部和高硬度弹性体成形部的接合是通过硫化粘接而进行的。
7. 根据权利要求1所述的双材质复合衬垫，其特征在于，
使低硬度弹性体成形部向两侧伸出，在伸出部设有多个突起。
8. 根据权利要求1或7所述的双材质复合衬垫，其特征在于，
高硬度弹性体成形部的剖面两侧面作为倾斜面而构成，使得剖面宽度向着下部前端变窄。
9. 根据权利要求1所述的双材质复合衬垫，其特征在于，
被夹在由密封材料密封的2部件的非密封面和其他部件面的对置的2面间而安装，在一个面侧形成衬垫用安装槽，在与其对置的另一个面侧以跨过该安装槽的位置关系形成洼下的间隙部，在上述安装槽安装衬垫的高硬度弹性体成形部侧，衬垫的低硬度弹性体成形部侧与对置的另一个具有间隙部的面接触并变形，使该间隙部与低硬度弹性体成形部气密接合，对3面接合部件的间隙进行3面同时密封。
10. 根据权利要求1所述的双材质复合衬垫，其特征在于，
用于对由汽车用发动机的汽缸体、汽缸盖以及链罩的3部件构成的结合构造的间隙进行3面同时密封。
CN200980147943.4A 2008-11-25 2009-11-24 双材质复合衬垫 Expired - Fee Related CN102224364B (zh)

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