金屬密封墊的製作方法
2023-10-10 07:44:19
專利名稱：金屬密封墊的製作方法
技術領域：
本發明涉及發動機的排氣歧管用的密封墊及氣缸蓋密封墊等金屬密封墊。
背景技術：
當對汽車發動機的排氣歧管和排氣管的接合面以及氣缸蓋和氣缸體的接合面進行密封時，在部件之間夾持著金屬密封墊從而將燃燒氣體、冷卻水、潤滑油等密封。
在這些金屬密封墊中，作為密封方法主要使用將剖面為凸狀的全突緣(フルビ一ド)和剖面為臺階狀(彎曲狀)的半突緣(ハ一フビ一ド)配置在密封對象孔的周邊附近的設計手法。其中，因為半突緣具有生產成本低、能夠以較小的緊固力容易地進行密封的優點，所以多用於相比柴油機緊固力較小的汽油機。
關於使用了該半突緣的金屬密封墊，因所安裝的部件的形狀，俯視時在排氣歧管用金屬密封墊等上會產生直線部。已知該直線部與曲線部相比在發動機運行中容易發生漏水或漏油等不良狀況，認為其原因是在安裝有密封墊的發動機的運行中，在該半突緣的直線部上的彈力減弱(蠕變減弱)變大，導緻密封表面壓力部分地降低的緣故。
因此，當該半突緣俯視呈直線狀時存在的問題是當該直線部分變長時，因為該半突緣較之全突緣對於壓縮力的抵抗力變弱，所以在該半突緣上發生彈力減弱從而變得不能充分地發揮密封性能。
作為其對策之一提出了一種金屬制密封墊，其在實質上呈正方形或矩形的流體孔的周圍在厚度方向上相向配置一對半突緣，並且將該半突緣的角部的輪廓形成為曲率半徑大於流體孔的角部的曲率半徑的形狀，從而其作為整體是在平滑的圓弧形狀上延伸的形狀(例如，參照專利文獻1)。但是，存在的問題是為了形成這樣的半突緣，需要在流體孔(密封對象孔)的周圍有較大的面積從而不實用。
另外，在另一方面，即便在氣缸蓋密封墊中，也會隨著發動機的輕量化發動機部件的剛性降低從而由發動機的運行而反覆發生的氣缸蓋的變形量變大，所以壓迫半突緣的力也變大，半突緣的彈力減弱成為了大問題。
進而，在這些金屬密封墊中還存在的問題是因為根據距緊固螺栓孔的距離不同緊固壓力不同，所以半突緣所產生的密封表面壓力也不均等，從而容易發生彈力減弱的部分和不容易發生的部分相攙雜。
專利文獻1日本特開2004-92475號公報發明內容本發明是為了解決上述的問題而做成的，本發明的目的在於，提供一種既能夠防止金屬密封墊的包圍著密封對象孔而形成的半突緣中的彈力減弱、又能夠拓寬在半突緣上所發生的表面壓力分布從而防止夾持金屬密封墊的部件產生損傷，進而能夠確保良好的密封性能的金屬密封墊。
用於實現上述目的的本發明所涉及的金屬密封墊具有密封對象孔、且形成有包圍該密封對象孔的半突緣，其中，在所述半突緣的整個周圍或周圍的一部分上，在所述半突緣的內側配置有在厚度方向上形成了凹凸的表面壓力輔助板。該凹凸只要相對於表面壓力輔助板的板基準線的至少一方凹或凸即可，不必一定相對於兩側凹或凸。
根據該構成，因為配置有在厚度方向上形成了凹凸的表面壓力輔助板，所以通過由表面壓力輔助板的凹凸所產生的彈性效果能夠輔助半突緣的壓縮性，從而能夠防止半突緣的彈力減弱。
另外，因為將配置在該金屬密封墊的兩側並與半突緣接觸的部件中的與半突緣的角部的接觸狀態，從寬度較窄近似於線狀的區域變為寬度較寬的面狀的區域，並且使表面壓力的最大值減小從而能夠緩和表面壓力，還因為能夠緩和在半突緣上所產生的表面壓力、尤其是在半突緣的角部所產生的表面壓力，所以能夠防止夾持金屬密封墊的部件產生損傷，從而能夠確保良好的密封性能。
另外，在上述的金屬密封墊中，在所述半突緣的整個周圍或周圍的一部分上所述表面壓力輔助板的凹凸的頂部的方向設為與所述半突緣相交的方向。通過設定為該構成，相比凹凸的頂部的方向與半突緣平行地配置的情況，能夠更加有效地利用由表面壓力輔助板所產生的彈性效果。
該表面壓力輔助板的凹凸既可以形成為梯形等直線形狀，也可以形成為圓弧形狀或正弦形狀等曲線。並且，既可以是一階也可以是多階。另外，在厚度方向上既可以是軸對稱也可以不是軸對稱。另外，在密封對象孔的周圍方向上既可以設定為凹凸連續的波形且遍及整個周圍而設置，也可以僅在需要進行表面壓力調整的部分上形成凹凸。另外，可以對應著表面壓力調整的情況，使凹凸的形狀、大小在密封對象孔的周圍方向上變化。另外，對於表面壓力調整板自身既可以遍及密封對象孔的整個周圍而配置，也可以僅配置在需要進行表面壓力調整的部分上。
另外，作為該金屬密封墊的半突緣部分的具體構成，有以下這樣的構成。第一構成是，將分別形成有包圍著密封對象孔、且在遠離密封對象孔的方向上向外側膨脹的半突緣的第一金屬基板和第二金屬基板，在內周側(半突緣的密封對象孔側)的平坦部的內側夾持著中間基板而對稱地配置，並且在中間基板的外周側，在從半突緣的傾斜部至該傾斜部的外周側的平坦面的、半突緣的內側配置有在厚度方向上形成了凹凸的表面壓力輔助板。第二構成是，在第一構成的基礎上，將中間基板和表面壓力輔助板由同一個板來形成。第三構成是，在第一構成的基礎上，沒有中間基板，使第一金屬基板和第二金屬基板的半突緣的內周側的平坦部相接觸而形成。
第四構成是，層積了第一金屬基板，其形成有包圍著密封對象孔、且在遠離密封對象孔的方向上向外側膨脹的半突緣；中間基板，其配置在半突緣的內周側的平坦部的內側；表面壓力輔助板，其在中間基板的外周側從半突緣的傾斜部到該傾斜部的外周側的平坦部地配置在半突緣的內側，且形成有凹凸；和平坦的第二金屬基板的。第五構成是，在第四構成的基礎上，使中間基板和表面壓力輔助板由同一個板來形成。
進而，代替將表面壓力輔助板配置在半突緣的從傾斜部至平坦部的內側，也可以在傾斜部的外周側將其配置在半突緣的外周側的平坦部的內側，在這種情況下，半突緣的角部上的表面壓力緩和效果多少會小一些，但是因為能夠利用表面壓力輔助板的彈力來輔助半突緣的彈力，所以能夠預期得到彈力減弱防止效果。
另外，作為本發明能夠適用的金屬密封墊有發動機的排氣歧管用密封墊及氣缸蓋密封墊等金屬密封墊，在這些金屬密封墊中能夠發揮上述那樣很大的效果，但是並不限定於這些密封墊，只要是對密封對象孔進行密封的金屬密封墊即可。
根據本發明的金屬密封墊，既能夠防止金屬密封墊的包圍著密封對象孔而形成的半突緣中的彈力減弱、也能夠拓寬在半突緣上所發生的表面壓力分布從而防止夾持金屬密封墊的部件產生損傷，進而能夠確保良好的密封性能。
圖1是示意地表示本發明所涉及的實施形態的金屬密封墊的俯視圖。
圖2是示意地表示在沒有圖1的第一金屬基板的狀態下的第一實施形態的金屬密封墊的俯視圖。
圖3是示意地表示第一實施形態的金屬密封墊的圖1的A-A部分的剖面的圖。
圖4是示意地表示觀察第一實施形態的金屬密封墊的圖1的B-B部分的剖面所得的圖。
圖5是示意地表示觀察金屬密封墊被壓縮時的圖1的B-B部分的剖面所得的圖。
圖6是示意地表示表面壓力輔助板的凹凸的頂部的方向的一個例子的俯視圖。
圖7是示意地表示表面壓力輔助板的凹凸的頂部的方向的另一個例子的俯視圖。
圖8是示意地表示第二實施形態的金屬密封墊的圖1的A-A部分的剖面的圖。
圖9是示意地表示第二實施形態的金屬密封墊的部分立體圖。
圖10是示意地表示第三實施形態的金屬密封墊的圖1的A-A部分的剖面的圖。
圖11是示意地表示第四實施形態的金屬密封墊的圖1的A-A部分的剖面的圖。
圖12是示意地表示第四實施形態的金屬密封墊的部分立體圖。
圖13是示意地表示第五實施形態的金屬密封墊的圖1的A-A部分的剖面的圖。
圖14是示意地表示第五實施形態的金屬密封墊的部分立體圖。
圖15是示意地表示表面壓力輔助板的凹凸的第一例的圖。
圖16是示意地表示表面壓力輔助板的凹凸的第二例的圖。
圖17是示意地表示表面壓力輔助板的凹凸的第三例的圖。
圖18是示意地表示表面壓力輔助板的凹凸的第四例的圖。
圖19是示意地表示表面壓力輔助板的凹凸的第五例的圖。
圖20是示意地表示表面壓力輔助板的位置不同的第一實施形態的金屬密封墊的圖1的A-A部分的剖面的圖。
圖21是示意地表示表面壓力輔助板的位置不同的第二實施形態的金屬密封墊的圖1的A-A部分的剖面的圖。
圖22是示意地表示表面壓力輔助板的位置不同的第三實施形態的金屬密封墊的圖1的A-A部分的剖面的圖。
圖23是示意地表示表面壓力輔助板的位置不同的第四實施形態的金屬密封墊的圖1的A-A部分的剖面的圖。
圖24是示意地表示表面壓力輔助板的位置不同的第五實施形態的金屬密封墊的圖1的A-A部分的剖面的圖。
標號說明1密封墊2密封對象孔3螺栓孔10第一金屬基板11半突緣11a內周側的平坦部11b傾斜部11c外周側的平坦部20第二金屬基板21半突緣21a內周側的平坦部21b傾斜部21c外周側的平坦部30表面壓力輔助板30a凹凸40中間基扳40a內周側端部具體實施方式
接下來，參照附圖，對本發明所涉及的金屬密封墊的實施形態進行說明。圖1～圖24是模式說明圖，為了更加方便地理解構成，密封對象孔的大小、螺栓孔的大小、半突緣的大小、中間基板的寬度、表面壓力輔助板的寬度、金屬基板的板厚、中間基板的板厚、表面壓力輔助板等的板厚及凹凸等的尺寸都與實物不同，誇張地進行表示。另外，為了使說明簡單化，以下，將密封對象孔設為一個進行說明，但是在如多氣缸的發動機的排氣歧管的密封墊或氣缸蓋密封墊那樣，分別具有多個氣體流通孔、或者具有燃燒室孔(氣缸孔( ボア用穴))、水孔、油孔等多個種類的密封對象孔的情況下，本發明仍然能夠適用。另外設定以下所使用的「外側」「內側」是關於密封墊的厚度方向的表達，密封墊平面內的方向用「外周側」「內周側」來表達。
如圖1所示，本發明的實施形態的金屬密封墊1，具有多個由低碳鋼板、不鏽鋼退火件、不鏽鋼調質件(彈簧鋼板)等形成的金屬基板(金屬構成板)而構成。另外，其配合夾持金屬密封墊1的部件的形狀而製造，並形成密封對象孔及用於插通連接螺栓的螺栓孔3等。
該金屬密封墊1，在圖1至圖5所示的第一實施形態中，第一金屬基板10和第二金屬基板20夾持著中間基板40而對稱地配置。與此同時，在中間基板40的外周側，在半突緣11、21的從傾斜部11b、21b至外周側的平坦部11c、21c的內側，配置有在金屬密封墊1的厚度方向上形成了凹凸的表面壓力輔助板30。即，使表面壓力輔助板30的內周側端部配置在傾斜部11b、21b的內側。
第一金屬基板10和第二金屬基板20，由例如低碳鋼板、不鏽鋼退火件形成，並設置有密封對象孔2和包圍該密封對象孔2的螺栓孔3。另外，還在第一金屬基板10和第二金屬基板20上，分別形成包圍著密封對象孔2、且在遠離密封對象孔2的方向上關於密封墊的厚度方向向外側膨脹的半突緣11、21。另外，該第一金屬基板10和第二金屬基板20夾持著中間基板40而對稱地配置。
中間基板40，由低碳鋼板、不鏽鋼退火件、不鏽鋼調質件(彈簧鋼板)等形成，如圖2所示，在密封對象孔2的周圍呈環狀配置。這樣的話，如圖3所示，在半突緣11、21的內周側(密封對象孔2側)的平坦部11a、21a的內側，其內周側端部40a面向密封對象孔2而配置。該中間基板40起到防止流體進入半突緣11、21之間的作用和調整厚度的作用。因此，該中間基板40由在周方向上連續的一張環狀板形成。
表面壓力輔助板30，如圖2所示配置成環狀，並且如圖4以及圖5所示在厚度方向上形成有凹凸，從而相對於金屬密封墊1的半突緣11、21的壓縮方向具有彈性，在半突緣11、21被壓縮時如圖5所示，與半突緣11、21的傾斜部11b、21b接觸，賦予緩衝效果，從而進行半突緣11、21的表面壓力調整。
該表面壓力輔助板30，由不鏽鋼調質件(彈簧鋼板)等形成，其凹凸可以如圖4、圖12、圖15、圖16所示那樣形成梯形等直線形狀，還可以如圖9、圖14、圖17、圖18、圖19所示那樣形成圓弧形狀或正弦形狀等曲線。進而，可以如圖4、圖5、圖9、圖12、圖14、圖15、圖17、圖18所示那樣形成單階，還可以如圖16、圖19所示那樣形成多階。另外，在厚度方向上可以軸對稱也可以非軸對稱。
另外，在密封對象孔2的周圍方向上，可以以凹凸連續的波形遍及整個周圍而設置，還可以以凹凸連續的波形、或者單獨的凸或凹僅在需要進行表面壓力調整的部分上形成凹凸。另外，可以對應著表面壓力調整的情況使凹凸的形狀、大小變化。另外，既可以將表面壓力調整板30自身遍及密封對象孔的整個周圍而配置，也可以僅配置在需要進行表面壓力調整的部分上。總之，只要相對於金屬密封墊的壓縮方向具有適當的彈性、且凹凸自身難以發生彈力減弱即可。該凹凸可以通過衝壓加工等容易地形成。
另外，如圖6所示，該表面壓力輔助板30的凹凸的頂部30a的方向構成為與半突緣11、21相交的方向，優選80°～100°，更加優選90°(垂直)的方向，這相比與半突緣11、21平行地配置凹凸的頂部的情況能夠更加高效地利用由表面壓力輔助板30的凹凸所產生的彈性效果。另外，當配置在該相交方向上時，表面壓力輔助板30的凹凸與半突緣11、21的傾斜部11b、21b接觸，由此使半突緣11、21的角部的寬度很窄的(線狀的)接觸狀態變成寬度較寬的(面狀的)接觸狀態從而使表面壓力的局部大小變小，因此能夠防止在半突緣11、21所接觸的部件中接觸的部分發生損傷。另外，如圖7所示，當使表面壓力輔助板30中凹凸的頂部30a的方向成為同一方向時，雖然不能成為像處於與半突緣11、21相交的方向時那樣周密細微的表面壓力，但是因為凹凸變得簡單所以能夠改善工作性。
該相交方向的配置由於表面壓力調整根據該相交角度而變化，所以若根據要求的壓縮彈性(彈簧力)而使該相交角度變化則能夠進行更加周密細微的表面壓力調整。即，在半突緣11、21的周圍的一部分或整體上，表面壓力輔助板30的凹凸的頂部的方向成為與半突緣11、21相交的方向。當在半突緣11、21的整個周圍上使表面壓力輔助板30的凹凸的頂部的方向成為與半突緣11、21相交的方向時，例如在密封對象孔2為圓形的情況下凹凸的頂部(谷和山)呈放射狀配置。
另外，該表面壓力輔助板30可以形成為在密封對象孔2的周方向上連續的環，但是因為其功能是表面壓力調整，所以不必一定設置成在整個周方向上連續的一體物件，既可以將分開的多個表面壓力輔助板30相接並排，也可以只在需要進行表面壓力調整的部分上分散配置表面壓力輔助板30。即，在半突緣11、21的周圍的一部分或者整體上，在半突緣11、21的內側配置在厚度方向上形成有凹凸的表面壓力輔助板30。
根據本構成，因為能夠根據表面壓力輔助板30的有無、凹凸的形狀以及大小(高度、寬度等)的變化、凹凸的頂部的長度(表面壓力輔助板30的寬度)、凹凸的頂部的方向與半突緣11、21的相交角度等，使表面壓力調整的情況變化，所以能夠容易地進行非常周密細微的表面壓力調整。
如圖8以及圖9所示那樣，本發明的第二實施形態的金屬密封墊相對於第一實施形態的金屬密封墊的不同之處在於，中間基板40和表面壓力輔助板30由一張表面壓力輔助板30形成。其他的構成與第一實施形態的金屬密封墊一樣。另外在圖9中，表面壓力輔助板30其內周側平坦，而外周側形成有曲線狀的凹凸。
該第二實施形態與第一實施形態相比，因為要求有密封效果的中間基板40和要求有彈性效果的表面壓力輔助板30這兩方的功能由同一張基板發揮，所以不能靈活使用材料，但是因為沒有中間基板40從而表面壓力輔助板30的寬度增大，所以具有工作性提高的優點。
如圖10所示，本發明的第三實施形態的金屬密封墊相對於第一實施形態的金屬密封墊的不同之處在於，沒有中間基板40。其他的構成與第一實施形態的金屬密封墊一樣。在該構成中，雖然不能謀求由中間基板40所產生的密封性能的提高，但是能夠謀求輕量化和工作性的提高。
如圖11以及圖12所示，本發明的第四實施形態的金屬密封墊層積了第一金屬基板10，其形成有包圍著密封對象孔2、在遠離密封對象孔2的方向上向外側膨脹的半突緣11；中間基板40，其配置在半突緣11的內周側即密封對象孔2側的平坦部11a的內側；表面壓力輔助板30，其在中間基板的外周側、從半突緣11的傾斜部11b至外周側的平坦部11c地配置在半突緣11的內側，並且形成有凹凸；和平坦的第二金屬基板20。與第一實施形態的金屬密封墊的不同之處在於，在第二金屬基板20上沒有形成半突緣21。
該第四實施形態的金屬密封墊適用於與第一實施形態的金屬密封墊相比由突緣產生的壓縮變形量變小的情況，能夠節約材料從而輕量化。另外，具有能夠使密封墊的厚度變薄這樣的優點。
如圖13以及圖14所示那樣，本發明的第五實施形態的金屬密封墊相對於第四實施形態的金屬密封墊的不同之處在於，中間基板40和表面壓力輔助板30由一張表面壓力輔助板30形成。其他的構成與第四實施形態的金屬密封墊一樣。另外在圖14中，關於表面壓力輔助板30的凹凸，內周側是平坦的，外周側成為只在半突緣11側的一側上凸出的曲線狀的凹凸。
另外，在圖20～圖24中，將表面壓力輔助板30配置在半突緣11(21)的外周側的平坦部11b(21b)的內側，來取代在第一～第五實施形態的金屬密封墊中將表面壓力輔助板30配置在半突緣11(21)的從傾斜部11b(21b)至外周側的平坦部11c(21c)的內側。在這種情況下，半突緣11(21)的角部上的表面壓力緩和效果雖小但是能夠通過表面壓力輔助板30的彈力輔助半突緣11(21)的彈力，所以能夠起到防止半突緣11(21)彈力減弱的效果。
根據上述構成的金屬密封墊1，因為配置有在厚度方向上形成了凹凸的表面壓力輔助板30，所以利用由表面壓力輔助板30的凹凸產生的彈性效果能夠防止半突緣的彈力減弱。另外，因為能夠緩和在半突緣11(21)上產生的表面壓力、尤其是在半突緣11(21)的角部上產生的力，所以能夠防止夾持金屬密封墊1的部件產生損傷，能夠確保良好的密封性能。
權利要求
1.一種金屬密封墊，其具有密封對象孔、且形成有包圍該密封對象孔的半突緣，其特徵在於在所述半突緣的整個周圍或其周圍的一部分上，在所述半突緣的內側配置有在厚度方向上形成了凹凸的表面壓力輔助板。
2.根據權利要求1所述的金屬密封墊，其特徵在於在所述半突緣的整個周圍或周圍的一部分上，所述表面壓力輔助板的凹凸的頂部的方向設為與所述半突緣相交的方向。
全文摘要
本發明提供一種既能夠防止金屬密封墊的包圍著密封對象孔而形成的半突緣中的彈力減弱、也能夠防止夾持金屬密封墊的部件產生損傷，從而能夠確保良好的密封性能的金屬密封墊。該金屬密封墊是具有密封對象孔(2)、且形成有包圍著該密封對象孔(2)的半突緣(11、21)的金屬密封墊(1)，其中，在所述半突緣(11、21)的整個周圍或周圍的一部分上，在所述半突緣(11、21)的內側配置有在厚度方向上形成了凹凸的表面壓力輔助板(30)。
文檔編號F02F11/00GK101074731SQ200710103839
公開日2007年11月21日 申請日期2007年5月16日 優先權日2006年5月16日
發明者今井敏博 申請人:石川密封墊板有限責任公司