CN105604732A - 密封垫以及密封垫的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在由紧固用具所产生的紧固力低的情况下也能够避免陷入紧固力不足的困境同时提高密封性能的密封垫以及密封垫的制造方法。由马氏体系的不锈钢板来构成密封垫(20)的金属板(21)～金属板(23)以及环状构件(33)中的至少金属板(21)、金属板(23)以及环状构件(33)，并且在第一气缸孔用卷边(30)的至少一部分与第二气缸孔用卷边(34)的至少一部分，形成硬度比不锈钢板高的高硬度部(35)。

Description

密封垫以及密封垫的制造方法
技术领域
本发明涉及密封垫以及密封垫的制造方法，更详细地说，涉及即使在紧固用具所产生的紧固力低的情况下也能够避免陷入紧固力不足的困境同时提高密封性能的密封垫以及密封垫的制造方法。
背景技术
有人提出了下述密封垫的方案：在铁素体系不锈钢板上，仅在形成为环状的密封卷边的一部分设置有使硬度局部下降而成的硬度降低区域(例如参照专利文献1)。
该密封垫将硬度降低区域以外的部分保持为高硬度以确保弹簧特性，并且确保密封卷边在硬度降低区域中的伸长率以防止在密封卷边的边缘部产生裂纹。另外，构成该密封垫的金属板为以JIS标准规定的SUS301-CSPH、SUS304-CSPH为代表的奥氏体系不锈钢板、或以SUS430为代表的铁素体系不锈钢板，其硬度按维氏硬度被设定为400HV～550HV。另外，硬度降低区域的硬度按维氏硬度被设定为170HV～445HV。
近年来的发动机，为了提高燃料经济性而将气缸盖以及气缸体薄壁化以谋求轻量化以及低刚性化。因此，伴随着该气缸盖以及气缸体的薄壁化，密封垫的螺栓紧固力降低。
在这样螺栓紧固力降低了的情况下，在专利文献1所记载的密封垫中无需对密封性能加以强化的部分也变为高硬度，所以在对气缸盖以及气缸体进行了紧固时，密封垫会陷入紧固力不足的困境从而密封性能恶化。
专利文献1：日本特开2000-027999号公报
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其课题在于提供即使在由紧固用具所产生的紧固力低的情况下也能够避免陷入紧固力不足的困境同时提高密封性能的密封垫以及密封垫的制造方法。
用于解决上述课题的本发明的密封垫，被夹持于由紧固用具所紧固的二个构件之间，由一片金属板或层叠二片以上而成的金属板构成，具备：与在该二个构件中的至少一个构件上设置的密封对象孔相对应的开口部；从该金属板的平面向该二个构件中的一个突出而环状包围该开口部的密封卷边；和供该紧固用具插通的插通孔；其特征在于：至少一片所述金属板由马氏体系不锈钢板构成，并且在形成于该不锈钢板的所述密封卷边的至少一部分，形成有具有硬度高于该不锈钢板的高硬度部。
另外，用于解决上述课题的本发明的密封垫的制造方法，是被夹持在由紧固用具所紧固的二个构件之间的密封垫的制造方法，其特征在于：在进行了在一片金属板或层叠二片以上而成的金属板中的至少一片马氏体系不锈钢板上，形成与在所述二个构件中的至少一个构件上设置的密封对象孔相对应的开口部、从该不锈钢板的平面向所述二个构件中的一个突出而环状包围该开口部的密封卷边、和供所述紧固用具插通的插通孔的工序后，进行向所述密封卷边的至少一部分照射激光的淬火加工以形成硬度比所述不锈钢板的硬度高的高硬度部的工序。
根据本发明的密封垫以及密封垫的制造方法，由马氏体系不锈钢板构成了构成密封垫的金属板的至少一片，在形成于该不锈钢板的密封卷边的一部分形成有比周围高硬度化了的高硬度部。由此，即使由于在密封垫整体的硬度降低从而由紧固用具所产生的紧固力低的情况下，也能够避免紧固力不足，并且能够通过高硬度部来提高需要密封性能的部位的硬度以提高密封性能。
例如，能够在由紧固用具紧固了密封垫时成为密封卷边的低表面压力的部位形成高硬度部以对该部位进行加强、或者在密封卷边的周向上设置硬度的高低起伏以使密封性能均匀化。
附图说明
图1是例示本发明的密封垫的实施方式的立体图。
图2是图1的Ⅱ-Ⅱ剖视图。
图3是例示图1的高硬度部的放大图，图3(a)是高硬度部的俯视图，图3(b)是图3(a)的Ⅲ-Ⅲ横剖视图。
图4是例示图1的气缸孔与气缸孔用卷边部的俯视图。
图5是例示图1的水油孔与水油孔用卷边部的俯视图。
图6是表示图1的高硬度部的其他例子的横剖视图。
图7是例示本发明的密封垫的其他实施方式的剖视图。
图8是例示本发明的密封垫的其他实施方式的图，图8(a)是密封垫的俯视图，图8(b)是图8(a)的ⅤⅢ-VⅢ横剖视图。
附图标记说明
10：发动机
11：螺栓
12：气缸盖
13：气缸体
15：气缸孔
16：水油孔
17：螺栓孔
20：密封垫
21、22、23：金属板
21a：面
24：气缸孔用开口部
25：水油孔用开口部
26：插通孔
27：气缸孔用卷边部
28：水油孔用卷边部
29：插通孔用卷边部
30：第一气缸孔用卷边
35：高硬度部
37：低硬度部
具体实施方式
以下，对本发明的密封垫以及密封垫的制造方法的实施方式进行说明。另外，图1～图8为了使构成容易理解而改变了尺寸，气缸孔和/或水油孔的大小、卷边的厚度、形状等尺寸不一定与实际制造的比率一致。另外，图中的虚线表示俯视时的折峰、单点划线表示折谷。
图1表示由本发明的实施方式构成的密封垫20的构成。该密封垫20被夹持在由作为发动机10的紧固工具的螺栓11所紧固的气缸盖12与气缸体13之间。
在气缸盖12组装有未图示的喷油器和/或进排气门，插通孔14在上下方向上贯通。在气缸体13作为密封对象孔而形成有四个气缸孔15，在该气缸孔15内在上下方向上往复自如地组装有未图示的活塞。另外，在气缸体13作为密封对象孔而形成有在气缸孔15外周形成的水套用水孔和/或润滑油用油孔等水油孔16。而且，在气缸孔15的外周，相对于一个气缸孔15形成有四个螺栓孔17。另外，发动机10并不限定于上平面封闭式发动机，也可以是开式水套式发动机。
密封垫20是从上往下依次层叠多片金属板21、金属板22以及金属板23而形成的。
在该密封垫20形成有：与气缸孔15相对应而配置的四个气缸孔用开口部24；与水油孔16相对应而配置的多个水油孔用开口部25；和与螺栓孔17相对应而在上下方向上贯通的插通孔26。另外，在密封垫20分别形成有：配置于气缸孔用开口部24周边缘部的气缸孔用卷边部27；配置于水油孔用开口部25周边缘部的水油孔用卷边部28；和配置于插通孔26周边缘部的插通孔用卷边部29。在气缸孔用卷边部27、水油孔用卷边部28以及插通孔用卷边部29分别形成有密封卷边。
如图2所示，在气缸孔用卷边部27形成有：第一气缸孔用卷边30，其作为密封卷边从金属板21的平面向下方突出而环状包围气缸孔用开口部24；和折返部32，将金属板21的气缸孔用开口部24侧的端部31向下方折返而成。
另外，在折返部32的内侧配置有环状包围气缸孔用开口部24的环状构件33。在该环状构件33作为密封卷边而形成有从该环状构件33的平面向上方突出而环状包围气缸孔用开口部24的第二气缸孔用卷边34。该环状构件33配置得比金属板21的端部31靠气缸孔用开口部24侧，由金属板21与金属板23夹持。
在这样的密封垫20中，由马氏体系不锈钢板构成了金属板21、金属板23以及环状构件33，并且在第一气缸孔用卷边30的至少一部分与第二气缸孔用卷边34的至少一部分，形成有硬度比金属板21的硬度以及环状构件33的硬度高的高硬度部35。
作为马氏体系不锈钢板，例如可以例示JIS标准所规定的SUS403、SUS410、SUS420J1等。另外，该不锈钢板的硬度设定为维氏硬度为100HV以上且234HV以下。
通过在金属板21、金属板23以及环状构件33使用维氏硬度100HV以上且234HV以下的马氏体系不锈钢板，更优选使用维氏硬度150HV以上且190HV以下的马氏体系不锈钢板，由此，密封垫20整体的硬度降低，有利于在螺栓11的紧固力较低的情况下消除紧固力不足的问题。
另外，也可以将金属板21、金属板23以及环状构件33的各硬度分别设为不同的硬度。另外，金属板22也可以由马氏体系不锈钢板构成，但优选使得金属板22的硬度比金属板21以及金属板23的硬度高，并具有作为弹簧材的特性。
高硬度部35形成于在利用螺栓11将气缸盖12以及气缸体13紧固了时、第一气缸孔用卷边30的周向上的表面压力较低的部位和第二气缸孔用卷边34的周向上的表面压力较低的部位。
另外，高硬度部35只要至少形成于在利用螺栓11紧固了的情况下施加最大表面压力的第一气缸孔用卷边30突出侧的面21a以及第二气缸孔用卷边34突出侧的面33a即可。但是，如果高硬度部35如该实施方式那样形成于剖视时的第一气缸孔用卷边30的整个区域(也包含面21a和其相反侧的面)和/或第二气缸孔用卷边34的整个区域，则更为有利于密封性能的提高。
该高硬度部35的硬度优选为，维氏硬度为200HV以上且500HV以下，在形成于气缸孔用卷边部27的情况下，更优选为维氏硬度为250HV以上且350HV以下。通过将高硬度部35的硬度设为不锈钢板的硬度以上，从而气缸孔用卷边部27的成为低表面压力的部位的硬度升高，所以有利于密封性能的提高。
根据上述的密封垫20，通过由马氏体系不锈钢板构成了构成密封垫20的构件中的至少金属板21、金属板23以及环状构件33，由此，即使在密封垫20整体的硬度低从而由螺栓11产生的紧固力低的情况下，也能够避免紧固力不足。
另外，通过在密封垫20的气缸孔用卷边部27的成为低表面压力的部位，形成比周围高硬度化了的高硬度部35，由此，在该密封垫20被夹持于气缸盖12与气缸体13之间而由螺栓11紧固了的情况下，能够对成为低表面压力的部位进行加强。
如图3(a)以及(b)所示，在上述密封垫20中，高硬度部35优选放大地形成到俯视与第一气缸孔用卷边30相邻的部位36。这样，高硬度部35包括俯视与第一气缸孔用卷边30相邻的部位36，因此也就包括第一气缸孔用卷边30的弯曲部位的外侧部位，能够避免在该弯曲部位产生裂纹。另外，对于在第二气缸孔用卷边34所形成的高硬度部35也是同样的。
另外，如图4所示，在上述密封垫20中，优选：高硬度部35与不锈钢板的硬度的低硬度部37沿第一气缸孔用卷边30在第一气缸孔用卷边30的周向交替地配置，并且低硬度部37配置得比高硬度部35接近插通孔26。另外，对于未图示的第二气缸孔用卷边34，也同样地构成。
在利用螺栓11对气缸盖12与气缸体13进行了紧固时，紧固应力集中在密封垫20的插通孔26附近。在气缸孔用卷边部27，该紧固应力集中于与连结气缸孔用开口部24的中心O与插通孔26的中心P的螺栓轴线L1平行的插通孔26的切线L2之间的部位。因此，在第一气缸孔用卷边30与第二气缸孔用卷边34，在周向上交替地存在在被紧固时紧固应力集中而成为高表面压力、高密封性能的部位和成为低表面压力、低密封性能的部位。
因此，由于低硬度部37形成于变为高表面压力、高密封性能的部位，而高硬度部35形成于变为低表面压力、低密封性能的部位，从而能够在气缸孔用卷边部27的周向上设置刚性的高低起伏。由此，能够将气缸孔用卷边部27的周向的密封性能均匀化以提高密封性能。
另外，如图5所示，在上述密封垫20中，优选，在水油孔用卷边部28的至少一部分，形成硬度比不锈钢板的硬度高的高硬度部35。
该高硬度部35形成于水油孔用卷边部28的螺栓11的紧固力难以传递的部位。所谓水油孔用卷边部28的螺栓11的紧固力难以传递的部位，是在远离插通孔26而配置的部位和/或在与插通孔26之间具有气缸孔用开口部24和/或水油孔用开口部25的部位。
另外，形成于该水油孔用卷边部28的高硬度部35的硬度，优选为维氏硬度为300HV以上且450HV以下。特别是，俯视位于比插通孔26靠外侧的位置的水油孔用卷边部28，为了难以传递螺栓11的紧固力，而优选使其硬度比形成于气缸孔用卷边部27的高硬度部35高。
这样，通过在螺栓11的紧固力难以传递的水油孔用卷边部28形成高硬度部35，从而能够提高外伸量变大或者在发动机10运行时开口变大、不能确保密封性能的水油孔用卷边部28的刚性以确保密封性能。
接下来，对密封垫20的制造方法进行说明。首先，形成金属板21～金属板23与环状构件33。接着，在金属板21～金属板23上形成气缸孔用开口部24、水油孔用开口部25以及插通孔26。接着，在金属板21上形成气缸孔用卷边部27、水油孔用卷边部28以及插通孔用卷边部29，并且在环状构件33上形成第二气缸孔用卷边34。
接着，从金属板21的第一气缸孔用卷边30的突出的面21a侧向第一气缸孔用卷边30、以及从环状构件33的第二气缸孔用卷边34的突出的面33a侧向第二气缸孔用卷边34照射激光，通过未图示的冷却装置将照射部位冷却。通过由该激光所进行的淬火加工形成高硬度部35。另外，向水油孔用卷边部28的密封卷边也同样照射激光，冷却而形成高硬度部35。另外，能够通过使激光照射时间以及从突出侧的面21a算起的淬火深度、以及冷却装置的冷却时间的任一个变化，来调节高硬度部35的硬度。
接着，将折返部32折返使得环状构件33配置于折返部32的内部，层叠金属板21～金属板23以及环状构件33而完成密封垫20的制造。
根据该制造方法，能够通过激光淬火加工而仅在必要的部位容易且在短时间内形成高硬度部35。另外，在通过使激光的照射时间和/或淬火深度变化而使高硬度部35的硬度变化的情况下，很有效。
如图6所示，使激光照射时间以及从突出侧的面21a算起的淬火深度、以及冷却装置的冷却时间的至少一个变化，使得高硬度部35的硬度向高硬度部35与其以外的部位的边界逐渐降低。在这里，淬火深度d1向第一气缸孔用卷边30的宽度方向逐渐变浅，高硬度部35的硬度向第一气缸孔用卷边30的宽度方向平滑地降低。由此，能够避免高在硬度部35的边界部位产生裂纹以防止破损。另外，在第一气缸孔用卷边30的纵截面上也同样优选，高硬度部35的硬度向高硬度部35与其以外的部位的边界逐渐降低。
根据图1～图6所示的密封垫20，伴随着减薄气缸盖12以及气缸体13的壁厚，即使由螺栓11产生的紧固力降低，也能够避紧固力不足并且能够确保充分的密封性，所以有利于发动机10的轻量化以及低刚性化。由此，能够提高发动机10的燃料经济性。
另外，在上述实施方式中，以被夹持于气缸盖12与气缸体13之间的密封垫20为例，但本发明并不限定于此。
例如，如图7所示，密封垫20也可以仅用一片金属板21构成，而不使多片金属板21～金属板23以及环状构件33层叠。
另外，如图8的(a)所示，也可以应用于进排气系的歧管密封垫40。该歧管密封垫40由一片马氏体系不锈钢板的金属板41构成。在金属板41上形成有：与歧管相对应而配置的歧管用开口部42；和与紧固用的螺栓孔相对应而贯通的插通孔43。另外，分别形成有：在歧管用开口部42的周边缘部配置的歧管用卷边部44；和在插通孔43的周边缘部配置的插通孔用卷边部45。
如图8的(a)所示，在歧管用卷边部44作为密封卷边而形成有歧管用卷边46，该歧管用卷边46从金属板41的平面向上方突出而环状包围歧管用开口部42。
在这样的歧管密封垫40，在歧管用卷边46的至少一部分形成有硬度比金属板41的硬度高的高硬度部35。
根据该歧管密封垫40，与上述密封垫20同样，即使紧固力降低也能够避免紧固力不足同时能够确保充分的密封性。
另外，在上述实施方式中，对在形成于密封垫20的角部的水油孔用卷边部28形成了高硬度部35的例子进行了说明，但本发明并不限定于此。例如，也可以是在气缸孔用开口部24周围形成的水油孔用卷边部28。
另外，高硬度部35也可以遍及气缸孔用卷边部27和/或水油孔用卷边部28的全周而形成。

Claims (7)

1.一种密封垫，被夹持于由紧固用具所紧固的二个构件之间，由一片金属板或层叠二片以上而成的金属板构成，具备：与在该二个构件中的至少一个构件上设置的密封对象孔相对应的开口部；从该金属板的平面向该二个构件中的一个突出而环状包围该开口部的密封卷边；和供该紧固用具插通的插通孔；其特征在于：
至少一片所述金属板由马氏体系不锈钢板构成，并且在形成于该不锈钢板的所述密封卷边的至少一部分，形成有具有硬度高于该不锈钢板的硬度的高硬度部。
2.根据权利要求1所述的密封垫，其中：
所述高硬度部形成于在由所述紧固用具紧固了所述二个构件时、在所述不锈钢板所形成的所述密封卷边的周向上的表面压力较低的部位的至少该密封卷边突出侧的面。
3.根据权利要求1或2所述的密封垫，其中：
所述高硬度部扩展形成到俯视与所述密封卷边相邻的部位。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的密封垫，其中：
所述高硬度部与所述不锈钢板的硬度的低硬度部在所述密封卷边的周向上交替地配置，并且所述低硬度部配置得比所述高硬度部接近所述插通孔。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的密封垫，其中：
所述高硬度部是通过淬火加工而形成的，所述淬火加工是通过从所述密封卷边的突出方向向该密封卷边照射的激光而进行的。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的密封垫，其中：
作为所述二个构件中的一个使用气缸体，作为另一个使用气缸盖。
7.一种密封垫的制造方法，是被夹持在由紧固用具所紧固的二个构件之间的密封垫的制造方法，其特征在于：
在进行了在一片金属板或层叠二片以上而成的金属板中的至少一片马氏体系不锈钢板上，形成与在所述二个构件中的至少一个构件上设置的密封对象孔相对应的开口部、从该不锈钢板的平面向所述二个构件中的一个突出而环状包围该开口部的密封卷边、和供所述紧固用具插通的插通孔的工序后，
进行向所述密封卷边的至少一部分照射激光的淬火加工以形成硬度比所述不锈钢板的硬度高的高硬度部的工序。
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