CN108730066B - 密封垫及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够维持密封垫的性能的同时以更简单的构成提高冷却效率的密封垫及其制造方法。所述密封垫包括第一环状部(31)和主体部(33)，第一环状部(31)由编织第一金属线(20)而得到的金属线编织物(21)构成并具有密封对象孔(35)，主体部(33)与第一环状部(31)的外周缘相接，构成第一环状部(31)的第一金属线(20)以及构成主体部(33)的第一金属线(20)互相交缠，并且与构成第一环状部(31)的第一金属线(20)一起编入第二金属线(25)，将该第一环状部(31)作为高热传导区域而形成。
Description
技术领域
本发明涉及密封垫(英文：gasket)及其制造方法，更详细而言，涉及提高了冷却效率的密封垫及其制造方法。
背景技术
在被夹持在汽缸盖与汽缸体之间的密封垫中，使用了由高传热性的金属构成围绕燃烧室孔的金属板而得到的密封垫(例如，参照专利文献1)。在这样的密封垫中，利用围绕燃烧室孔的金属板的优异的热传导率，能够良好地释放热。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-111948号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，以往以来，不限于上述的专利文献1所记载的密封垫，还已知有由铜、铜合金、石墨等高热传导率的材料构成的密封垫。由高热传导率的材料构成的密封垫与由不锈钢等构成的密封垫相比，在冷却效率方面优异，另一方面，存在密封特性差、或高价、或必需维护等各种各样的问题。
因此，上述的专利文献1所记载的密封垫通过并用不锈钢的密封垫基板、和围绕燃烧室孔的高热传导率的金属板，从而欲解决这些问题。然而，需要组合多个部件，存在部件件数的增加和/或制造工序的复杂化这样的新问题。另外，对于开口径比水孔、油孔等燃烧室孔小的孔难以适用同样的构造，存在仅能够提高特定的部位的冷却效率这样的问题。
本发明是鉴于上述的问题而做出的，其课题在于提供一种能够维持密封垫的性能的同时以更简单的构成提高冷却效率的密封垫及其制造方法。
用于解决问题的技术方案
用于解决上述的课题的本发明的密封垫是由金属线编织物构成的密封垫，其特征在于，该密封垫包括至少具有一个贯通孔的环状部、和与该环状部的外周缘相接的主体部，构成所述环状部的金属线编织物的第一金属线以及构成所述主体部的金属线编织物的第一金属线互相交缠从而该环状部和该主体部接合，并且在俯视下在该密封垫的至少一部分的区域形成热传导区域，在该热传导区域与所述第一金属线一起编入有热传导率比该第一金属线的热传导率高的第二金属线。
用于解决上述的课题的本发明的密封垫的制造方法的特征在于，编织筒状的金属线编织物和其他的筒状的金属线编织物，在编织这些筒状的金属线编织物和其他的筒状的金属线编织物时，在它们中的至少一部分的区域，与构成该区域的第一金属线一起编入热传导率比该第一金属线的热传导率高的第二金属线而形成高热传导区域，将所述筒状的金属线编织物在筒轴方向上压扁而形成环状部，将所述其他的筒状的金属线编织物在径方向上压扁而形成主体部，在得到的所述主体部的预定的位置形成配置孔，在该配置孔配置所述环状部，将所述主体部以及所述环状部压扁而一体化。
发明的效果
根据本发明，由金属线编织物构成环状部和主体部，使各自的第一金属线互相交缠而接合，并且形成编入有热传导率比第一金属线的热传导率高的第二金属线的高热传导区域。因此，作为密封垫，能够通过利用金属线编织物的压缩应力来维持密封性的同时，利用高热传导区域提高该部位的冷却效率。由于高热传导区域能够仅通过与第一金属线一起编入第二金属线而形成，所以有利于部件件数的减少和/或制造工序的简化，并且也有利于形成于任意的部位。
这样，根据本发明，与使用热传导率高的金属板的以往的密封垫相比，能够维持密封垫的性能的同时以更简单的构成提高冷却效率。
附图说明
图1是例示本发明的密封垫的第一实施方式的立体图。
图2例示了图1的密封垫的制造方法的一部分，(a)～(c)是分别例示构成第一环状部、第二环状部以及主体部的金属线编织物的构成图。
图3例示了图1的密封垫的制造方法的一部分，(a)是例示主体部的立体图，(b)是例示在主体部配置了第一环状部以及第二环状部的状态的立体图。
图4是例示本发明的密封垫的第二实施方式的剖视图。
附图标记说明
20：第一金属线；
21～23：金属线编织物；
25：第二金属线；
30：密封垫；
31：第一环状部(高热传导区域)；
32：第二环状部；
33：主体部；
34：板面；
35：密封对象孔；
36：紧固连结用具插通孔。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在图中，将x设为厚度方向，将y、z设为与x方向正交且互相正交的方向。此外，图1～图4使尺寸变化以使得容易理解构成，尺寸并不一定与实际制造的产品的比率一致。
如图1所例示的那样，第一实施方式的密封垫30是介于汽缸体11与汽缸盖12之间且由螺栓10紧固连结的汽缸盖密封垫。
汽缸体11形成有四个汽缸孔13、和形成于汽缸孔13的外周的水套用的水孔、润滑油用的油孔等水油孔14作为密封对象孔。未图示的活塞在上下方向上往复自如地安装在汽缸孔13的内部。在汽缸体11中，相对于一个汽缸孔13而四个螺栓孔15形成于汽缸孔13的外周。
汽缸盖12组装有未图示的喷射器和/或进气排气门，并贯通有与汽缸体11的螺栓孔15相对应的螺栓孔16。
密封垫30由第一金属线20被编织而得到的金属线编织物21～23构成，并具备由金属线编织物21构成的第一环状部31、由金属线编织物22构成的第二环状部32以及由金属线编织物23构成的主体部33。密封垫30通过构成第一环状部31、第二环状部32以及主体部33各自的金属线编织物21～23的第一金属线20互相交缠而接合，并形成为在x方向上的两端具有在yz平面上延伸的板面34且x方向上的板厚D1为0.4mm～2.0mm的一块板状。
第一金属线20是直径为0.1mm～0.3mm的金属的细线，例示有SUS301、SUS304、SUS304L等不锈钢线。本实施方式的第一金属线20为同一金属且同一直径。
金属线编织物21～23通过以将线圈(日文：編目)(环)24连续地拼在一起的方式编织第一金属线20而形成。具体而言，金属线编织物21～23以在与编织的第一金属线20的延伸方向正交的方向上引出线圈24的、纬编(平针组织、罗纹组织、双反面组织)进行编织。金属线编织物21～23只要是通过编织第一金属线20而形成的即可，并不限定编织方法，也可以以经编(特里科经编(日文：トリコット編))进行编织。
第一环状部31是具有在x方向上贯通的密封对象孔35且x方向上的俯视形状为圆环的部件。第二环状部32是具有在x方向上贯通的紧固连结用具插通孔36且x方向上的俯视形状为圆环的部件。
密封对象孔35是与汽缸体11的汽缸孔13、水油孔14分别对应的贯通孔。紧固连结用具插通孔36是配置于密封对象孔35的周围且供螺栓10插通的贯通孔。此外，第一环状部31以与汽缸体11的汽缸孔13、水油孔14分别对应的方式形成为各种各样的形状，在俯视下并不限定于圆环状。
密封垫30在俯视下包括第一环状部31、第二环状部32以及主体部33在内的整个区域中的至少一部分的区域形成有热传导率区域。在本实施方式中，热传导率区域为第一环状部31，在俯视下呈圆环状，并围绕汽缸孔13或水油孔14。
第一环状部31在金属线编织物21与第一金属线20一起编入有第二金属线25。第二金属线25是热传导率比第一金属线20的热传导率高且直径为0.1mm～0.3mm的细线。例如，在由不锈钢构成了第一金属线20的情况下，第二金属线25优选为铜、或黄铜、磷青铜、锌白铜、铍铜合金等弹簧用铜合金。
第一环状部31可以具有填充材料37。在构成第一环状部31的金属线编织物21中，线圈24之间的间隙由填充材料37密封。作为填充材料37，例示了碳。此外，在图中，以点描的方式示出了填充材料37，但实际上线圈24由填充材料37密封。线圈24闭塞了的状态是流体不通过线圈24的状态，第一环状部31构成为通过密封对象孔35的流体不向第一环状部31的周方向外侧漏出。
主体部33与第一环状部31的外周缘相邻，并且与第二环状部32的外周缘相邻，并内包第一环状部31以及第二环状部32，且其外周形状形成为与汽缸体11或汽缸盖12的外周形状相同的形状。主体部33具有十二个第一配置孔38和十个第二配置孔39。
第一配置孔38形成于主体部33的中央部以及外周附近，并以与第一配置孔38的内周缘相接的方式配置有第一环状部31。第二配置孔39形成于第一配置孔38的周围，并以与第二配置孔39的内周缘相接的方式配置有第二环状部32。
如图2以及图3所例示的那样，密封垫30的制造方法是如下方法：由编织第一金属线20和高热传导的第二金属线25而形成的筒状的金属线编织物21形成第一环状部31；另外，由编织第一金属线20而形成的筒状的金属线编织物22形成第二环状部32；而且，由编织第一金属线20而形成的其他的筒状的金属线编织物23形成主体部33，并将它们压缩而形成为板状。
如图2的(a)～(c)所例示的那样，以线圈横列(英文：course)方向朝向圆筒轴方向且线圈纵行(英文：wale)方向朝向圆筒周方向的方式编织第一金属线20，从而形成多个圆筒状的金属线编织物21～23。在图示的例子中，由于利用一台编织机编织多个圆筒状的金属线编织物21～23，所以将这些线圈横列数以及线圈纵行数限定为相同数。此外，也可以是，金属线编织物21～23的组成(线圈横列数、线圈纵行数等)能够通过变更编织机的间距的间隔等而进行变更，并在第一环状部31、第二环状部32以及主体部33分别不同。
如图2的(a)所例示的那样，金属线编织物21与金属线编织物22、23不同，每隔“1”线圈横列便与第一金属线20一起编入有第二金属线25。此外，也可以是，金属线编织物21以所有的线圈横列编入有第二金属线25。另外，金属线编织物21只要第二金属线25与第一金属线20互相缠绕(交缠)即可，也可以先编织第一金属线20，然后使第二金属线25与线圈24缠绕。第一金属线20和第二金属线25的编织方法也可以不同。
如图3的(a)所例示的那样，由金属线编织物23形成主体部33。具体而言，首先，将圆筒轴方向朝向与x方向正交的y方向的金属线编织物23在x方向(圆筒径方向)上压扁。接下来，将该金属线编织物23的预定的位置的线圈24在yz平面上扩张开而形成第一配置孔38以及第二配置孔39。此处所说的预定的位置是指与第一环状部31以及第二环状部32分别对应的位置。与汽缸孔13对应的第一环状部31用的第一配置孔38在作为主体部33的短边方向的z方向的中心配置成一列。与水油孔14对应的第一环状部31用的第一配置孔38相对于与汽缸孔13对应的第一环状部31用的第一配置孔38配置于z方向侧方。第二配置孔39配置于第一配置孔38的周围。这样一来，当在x方向上压扁了时，形成成为主体部33的金属线编织物23。
在本实施方式中，由一个圆筒状的金属线编织物23形成了主体部33，但也可以由多个圆筒状的金属线编织物23形成主体部33。另外，第一配置孔38以及第二配置孔39只要第一环状部31的金属线编织物21以及第二环状部32的金属线编织物22分别配置于其内侧即可，其大小和/或形状没有限定。第一配置孔38以及第二配置孔39也可以通过剪切主体部33而形成，但若剪切主体部33则容易松散开，所以优选通过将线圈24扩开而形成。
如图3的(b)所例示的那样，将第一环状部31的金属线编织物21配置于第一配置孔38的内侧，将第二环状部32的金属线编织物22以各自的圆筒轴方向朝向x方向的方式配置于第二配置孔39的内侧。此时，主体部33的金属线编织物23的面与第一环状部31的金属线编织物21以及第二环状部32的金属线编织物22的面正交。
此外，金属线编织物21以及金属线编织物22各自在分别配置于主体部33的第一配置孔38以及第二配置孔39之前，在筒轴方向上压扁，在形成一定程度形状后进行配置。另外，配置有它们的金属线编织物23也同样地在径方向上压扁而形成一定程度形状。
这样，在将金属线编织物21～23配置于预定的位置而一体化之前，分别压扁而形成为临时形状，从而能够将柔软且形状难以固定的编织物作为具有一定程度预定的形状的状态进行处理。由此，容易进行制造，有利于大量生产。
接下来，使用未图示的压力机将组合了的所有的金属线编织物21～23在x方向上进行压缩，而形成为在x方向上的两端具有板面34的一块板状，该制造方法完成。
此外，也可以利用压力机的模具在x方向上进行压缩，并且在yz平面上进行压缩而形成第一环状部31的密封对象孔35、第二环状部32的紧固连结用具插通孔36、以及主体部33的外周形状。
另外，可以是，在将第一环状部31在x方向上进行压缩之前，将填充材料37填充于第一环状部31。例如，当将碳的粉末填充于压缩前的第一环状部31并压缩第一环状部31时，碳的粉末也会被压缩以使得将线圈24密封。
当压缩第一环状部31、第二环状部32以及主体部33时，在各自的边界彼此的第一金属线20(线圈24)互相缠绕(交缠)，所以能够将它们接合。具体而言，使第一环状部31的外周缘以及主体部33的第一配置孔38的内周缘各自的线圈24互相缠绕，而将第一环状部31以及主体部33接合。另外，使第二环状部32的外周缘以及第二配置孔39的内周缘各自的线圈24互相缠绕，而将第二环状部32以及主体部33接合。
这样，上述的密封垫30使由金属线编织物21～23构成的第一环状部31、第二环状部32以及主体部33各自的第一金属线20交缠而形成为板状，并且作为编入有热传导率比第一金属线20的热传导率高的第二金属线25的高热传导区域而形成第一环状部31。因此，作为密封垫30，通过利用金属线编织物21～23的压缩应力，能够维持密封性能的同时利用作为高热传导区域的第一环状部31提高冷却效率。由于高热传导区域能够仅通过与第一金属线20一起编入第二金属线25而形成，所以有利于部件件数的减少和/或制造工序的简化，并且也有利于形成于任意的部位。
如上所述，上述的密封垫30与使用热传导率高的金属板的以往的密封垫相比，能够维持作为密封垫30的密封性能和/或密封对象孔35的周围的表面压力的同时以更简单的构成提高冷却效率。
通过在密封垫30形成高热传导区域，能够在汽缸体11与汽缸盖12之间效率良好地传导热。由此，有利于提高冷却效率，能够抑制由汽缸孔13的内部的燃料的燃烧导致的温度差。
尤其是，通过使汽缸孔13的周缘的第一环状部31作为高热传导区域而形成，能够提高汽缸孔13的周边的冷却性能。由此，通过降低汽缸孔13的周围的温度，从而能够抑制爆震的发生。另外，也能够抑制润滑油的粘度降低和/或蒸发的发生，能够减少润滑油的消耗量。而且，也有利于消除汽缸孔13的周边的温度差即排气侧的温度与进气侧的温度的不均匀，能够防止由该温度差导致的汽缸孔13的变形。
另外，通过将水油孔14的周缘的第一环状部31作为高热传导区域而形成，能够利用水油孔14更高效地进行与冷却水和/或循环油的热交换，有利于进一步的冷却性能的提高。
这样，上述的密封垫30仅通过与构成欲积极促进热传导的部位的第一金属线20一起编入第二金属线25，能够容易地形成高热传导区域。
另外，通过由编织第一金属线20而得到的金属线编织物21～23构成，与使多个金属板层叠而得到的以往的密封垫相比，能够轻量化。由此，有利于发动机的轻量化，能够提高发动机的燃料经济性。
另外，作为机械特征，第二金属线25的弹性力与第一金属线20的弹性力不同。因此，即使将金属线编织物21～23在同一方向上进行压缩，也能够使金属线编织物21的压缩应力与金属线编织物22、23的压缩应力不同。由此，有利于使第一环状部31、第二环状部32以及主体部33的压缩应力分别不同。
另外，与使多个金属板层叠而得到的以往的密封垫相比，能够省略在各金属板形成筋(英文：bead)和/或折回部的工序，所以有利于制造的简化，能够提高生产率。
除了第一环状部31之外，也可以将第二环状部32和/或主体部33作为高热传导区域。另外，也可以不将主体部33的整个区域作为高热传导区域，而是将一部分的区域作为高热传导区域。
如图4所例示的那样，关于第二实施方式的密封垫30，第一环状部31、第二环状部32以及主体部33各自在被夹持在汽缸体11与汽缸盖12之间并由螺栓10紧固连结了的状态下x方向上的压缩应力不同。
在第一环状部31、第二环状部32以及主体部33分别产生的压缩应力在螺栓10的紧固压力(紧固连结力)成为了板面34与汽缸体11以及汽缸盖12的座面紧贴(日文：馴染む)的程度(双方的板面34与汽缸体11以及汽缸盖12的座面没有间隙地相接的程度)以上时产生。
具体而言，在本实施方式中，对于第一环状部31、第二环状部32以及主体部33中的每一个而言，构成它们的金属线编织物21～23中的第一金属线20的体积密度不同。此外，体积密度是每单位面积的质量，例如，金属线编织物21中的第一金属线20的体积密度表示用于金属线编织物21的第一金属线20的质量。
第一金属线20的体积密度按第一环状部31的第一金属线20的体积密度ρ1、第二环状部32的第一金属线20的体积密度ρ2、以及主体部33的第一金属线20的体积密度ρ3的顺序依次变小，体积密度ρ1成为最大。也就是说，按主体部33、第二环状部32以及第一环状部31的顺序而第一金属线20依次变密，第一环状部31成为最密。也就是说，密封垫30的表面压力按主体部33、第二环状部32以及第一环状部31的顺序依次变高，第一环状部31成为最大表面压力。
被紧固连结了时的密封垫30中的第一环状部31、第二环状部32以及主体部33的x方向上的压缩应力能够根据第一金属线20的材质、线径以及根数而不同。另外，压缩应力能够根据金属线编织物21的在x方向上进行压缩之前的线圈24的线圈横列数以及线圈纵行数、线圈24的大小、编织方法等而不同。此外，压缩应力能够根据金属线编织物21的朝向、层叠个数等而不同。此外，根据第一金属线20的材质、和/或金属线编织物21～23的编织方法，即使第一金属线20的体积密度变大，x方向上的压缩应力也有时变小。
因此，密封垫30也可以使金属线编织物21～23各自的线圈24的大小、第一金属线20的线径、编织方法、一次编入的第一金属线20的根数、以及构成第一金属线20的材料不同。
这样，优选密封垫30使第一环状部31、第二环状部32以及主体部33的压缩应力分别不同。通过使它们的压缩应力不同，从而能够自由地调节被紧固连结了时的、第一环状部31、第二环状部32以及主体部33各自的表面压力。由此，即使长期被紧固连结，与使多个金属板层叠而得到的以往的密封垫相比，也有利于维持表面压力，能够提高耐久性。
前述的密封垫30通过利用金属线编织物21～23的易加工性、柔软性，能够形成为任意的形状，且能够改变任意的部位的x方向上的压缩应力。由此，能够适用于各种各样的密封垫。
前述的密封垫30不限定于凸缘用密封垫，例如也能够适用于排气歧管用的密封垫、汽缸盖密封垫等具有多个密封对象孔35的密封垫。此外，在汽缸盖密封垫中，可以制造与汽缸孔以外的水孔和/或油孔对应的环状部。
对于前述的密封垫30，也可以使第一金属线20的体积密度按体积密度ρ1、体积密度ρ2以及体积密度ρ3的顺序依次变大。第一环状部31、第二环状部32以及主体部33的x方向上的斥力能够根据密封垫的形状、使用用途进行各种变更。
Claims (4)
1.一种密封垫，所述密封垫是由金属线编织物构成的密封垫，其特征在于，
该密封垫包括至少具有一个贯通孔的环状部、和与该环状部的外周缘相接的主体部，所述环状部以筒状的所述金属线编织物在筒轴方向上被压缩的状态呈环状，所述主体部以筒状的所述金属线编织物在径方向上被压缩的状态呈板状并且具有将预定的位置的线圈扩张而形成的配置孔，
所述环状部配置于所述配置孔，构成所述环状部的金属线编织物的第一金属线以及构成所述主体部的金属线编织物的第一金属线互相交缠从而该环状部和该主体部接合，并且在俯视下在该密封垫的至少一部分的区域形成热传导区域，在该热传导区域与所述第一金属线一起编入有热传导率比该第一金属线的热传导率高的第二金属线。
2.根据权利要求1所述的密封垫，
所述热传导区域为所述环状部。
3.根据权利要求1或2所述的密封垫，
所述第一金属线由不锈钢构成，所述第二金属线由铜或铜合金构成。
4.一种密封垫的制造方法，其特征在于，
编织筒状的金属线编织物和其他的筒状的金属线编织物，
在编织这些筒状的金属线编织物和其他的筒状的金属线编织物时，在它们中的至少一部分的区域，与构成该区域的第一金属线一起编入热传导率比该第一金属线的热传导率高的第二金属线而形成高热传导区域，
将所述筒状的金属线编织物在筒轴方向上压扁而形成环状部，将所述其他的筒状的金属线编织物在径方向上压扁而形成主体部，
在得到的所述主体部的预定的位置形成配置孔，在该配置孔配置所述环状部，
将所述主体部以及所述环状部压扁而一体化。
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