專利名稱：金屬密封墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)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(shù)：
當(dāng)對汽車發(fā)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?fàn)畹娜痪?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(shè)計手法。其中，因為半突緣具有生產(chǎn)成本低、能夠以較小的緊固力容易地進行密封的優(yōu)點，所以多用于相比柴油機緊固力較小的汽油機。
關(guān)于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(chǎn)生直線部。已知該直線部與曲線部相比在發(fā)動機運行中容易發(fā)生漏水或漏油等不良狀況，認(rèn)為其原因是在安裝有密封墊的發(fā)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(dǎo)致密封表面壓力部分地降低的緣故。
因此，當(dāng)該半突緣俯視呈直線狀時存在的問題是當(dāng)該直線部分變長時，因為該半突緣較之全突緣對于壓縮力的抵抗力變?nèi)?，所以在該半突緣上發(fā)生彈力減弱從而變得不能充分地發(fā)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(zhì)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，并且將該半突緣的角部的輪廓形成為曲率半徑大于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(fā)動機的輕量化發(fā)動機部件的剛性降低從而由發(fā)動機的運行而反復(fù)發(fā)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(jù)距緊固螺栓孔的距離不同緊固壓力不同，所以半突緣所產(chǎn)生的密封表面壓力也不均等，從而容易發(fā)生彈力減弱的部分和不容易發(fā)生的部分相攙雜。
專利文獻1日本特開2004-92475號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決上述的問題而做成的，本發(fā)明的目的在于，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(fā)生的表面壓力分布從而防止夾持金屬密封墊的部件產(chǎn)生損傷，進而能夠確保良好的密封性能的金屬密封墊。
用于實現(xiàn)上述目的的本發(fā)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(nèi)側(cè)配置有在厚度方向上形成了凹凸的表面壓力輔助板。該凹凸只要相對于表面壓力輔助板的板基準(zhǔn)線的至少一方凹或凸即可，不必一定相對于兩側(cè)凹或凸。
根據(jù)該構(gòu)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(chǎn)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(cè)并與半突緣接觸的部件中的與半突緣的角部的接觸狀態(tài)，從寬度較窄近似于線狀的區(qū)域變?yōu)閷挾容^寬的面狀的區(qū)域，并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(chǎn)生的表面壓力、尤其是在半突緣的角部所產(chǎn)生的表面壓力，所以能夠防止夾持金屬密封墊的部件產(chǎn)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(shè)為與所述半突緣相交的方向。通過設(shè)定為該構(gòu)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(chǎn)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。并且，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(shè)定為凹凸連續(xù)的波形且遍及整個周圍而設(shè)置，也可以僅在需要進行表面壓力調(diào)整的部分上形成凹凸。另外，可以對應(yīng)著表面壓力調(diào)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，對于表面壓力調(diào)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(diào)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(gòu)成，有以下這樣的構(gòu)成。第一構(gòu)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(cè)膨脹的半突緣的第一金屬基板和第二金屬基板，在內(nèi)周側(cè)(半突緣的密封對象孔側(cè))的平坦部的內(nèi)側(cè)夾持著中間基板而對稱地配置，并且在中間基板的外周側(cè)，在從半突緣的傾斜部至該傾斜部的外周側(cè)的平坦面的、半突緣的內(nèi)側(cè)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(gòu)成是，在第一構(gòu)成的基礎(chǔ)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(gòu)成是，在第一構(gòu)成的基礎(chǔ)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(nèi)周側(cè)的平坦部相接觸而形成。
第四構(gòu)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(cè)膨脹的半突緣；中間基板，其配置在半突緣的內(nèi)周側(cè)的平坦部的內(nèi)側(cè)；表面壓力輔助板，其在中間基板的外周側(cè)從半突緣的傾斜部到該傾斜部的外周側(cè)的平坦部地配置在半突緣的內(nèi)側(cè)，且形成有凹凸；和平坦的第二金屬基板的。第五構(gòu)成是，在第四構(gòu)成的基礎(chǔ)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(nèi)側(cè)，也可以在傾斜部的外周側(cè)將其配置在半突緣的外周側(cè)的平坦部的內(nèi)側(cè)，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(yù)期得到彈力減弱防止效果。
另外，作為本發(fā)明能夠適用的金屬密封墊有發(fā)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(fā)揮上述那樣很大的效果，但是并不限定于這些密封墊，只要是對密封對象孔進行密封的金屬密封墊即可。
根據(jù)本發(fā)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(fā)生的表面壓力分布從而防止夾持金屬密封墊的部件產(chǎn)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(fā)明所涉及的實施形態(tài)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(tài)下的第一實施形態(tài)的金屬密封墊的俯視圖。
圖3是示意地表示第一實施形態(tài)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(tài)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(tài)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(tài)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(tài)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(tài)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(tài)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(tài)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(tài)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(tài)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(tài)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(tài)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(tài)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(tài)的金屬密封墊的圖1的A-A部分的剖面的圖。
標(biāo)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(nèi)周側(cè)的平坦部11b傾斜部11c外周側(cè)的平坦部20第二金屬基板21半突緣21a內(nèi)周側(cè)的平坦部21b傾斜部21c外周側(cè)的平坦部30表面壓力輔助板30a凹凸40中間基扳40a內(nèi)周側(cè)端部具體實施方式
接下來，參照附圖，對本發(fā)明所涉及的金屬密封墊的實施形態(tài)進行說明。圖1～圖24是模式說明圖，為了更加方便地理解構(gòu)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，夸張地進行表示。另外，為了使說明簡單化，以下，將密封對象孔設(shè)為一個進行說明，但是在如多氣缸的發(fā)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(fā)明仍然能夠適用。另外設(shè)定以下所使用的“外側(cè)”“內(nèi)側(cè)”是關(guān)于密封墊的厚度方向的表達，密封墊平面內(nèi)的方向用“外周側(cè)”“內(nèi)周側(cè)”來表達。
如圖1所示，本發(fā)明的實施形態(tài)的金屬密封墊1，具有多個由低碳鋼板、不銹鋼退火件、不銹鋼調(diào)質(zhì)件(彈簧鋼板)等形成的金屬基板(金屬構(gòu)成板)而構(gòu)成。另外，其配合夾持金屬密封墊1的部件的形狀而制造，并形成密封對象孔及用于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(tài)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(cè)，在半突緣11、21的從傾斜部11b、21b至外周側(cè)的平坦部11c、21c的內(nèi)側(cè)，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(nèi)周側(cè)端部配置在傾斜部11b、21b的內(nèi)側(cè)。
第一金屬基板10和第二金屬基板20，由例如低碳鋼板、不銹鋼退火件形成，并設(shè)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(guān)于密封墊的厚度方向向外側(cè)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、不銹鋼退火件、不銹鋼調(diào)質(zhì)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(huán)狀配置。這樣的話，如圖3所示，在半突緣11、21的內(nèi)周側(cè)(密封對象孔2側(cè))的平坦部11a、21a的內(nèi)側(cè)，其內(nèi)周側(cè)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(diào)整厚度的作用。因此，該中間基板40由在周方向上連續(xù)的一張環(huán)狀板形成。
表面壓力輔助板30，如圖2所示配置成環(huán)狀，并且如圖4以及圖5所示在厚度方向上形成有凹凸，從而相對于金屬密封墊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，賦予緩沖效果，從而進行半突緣11、21的表面壓力調(diào)整。
該表面壓力輔助板30，由不銹鋼調(diào)質(zhì)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(xù)的波形遍及整個周圍而設(shè)置，還可以以凹凸連續(xù)的波形、或者單獨的凸或凹僅在需要進行表面壓力調(diào)整的部分上形成凹凸。另外，可以對應(yīng)著表面壓力調(diào)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(diào)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(diào)整的部分上?？傊灰鄬τ诮饘倜芊鈮|的壓縮方向具有適當(dāng)?shù)膹椥?、且凹凸自身難以發(fā)生彈力減弱即可。該凹凸可以通過沖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(gòu)成為與半突緣11、21相交的方向，優(yōu)選80°～100°，更加優(yōu)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(chǎn)生的彈性效果。另外，當(dāng)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(tài)變成寬度較寬的(面狀的)接觸狀態(tài)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(fā)生損傷。另外，如圖7所示，當(dāng)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，雖然不能成為像處于與半突緣11、21相交的方向時那樣周密細(xì)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于表面壓力調(diào)整根據(jù)該相交角度而變化，所以若根據(jù)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(xì)微的表面壓力調(diào)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(dāng)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(xù)的環(huán)，但是因為其功能是表面壓力調(diào)整，所以不必一定設(shè)置成在整個周方向上連續(xù)的一體物件，既可以將分開的多個表面壓力輔助板30相接并排，也可以只在需要進行表面壓力調(diào)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(nèi)側(cè)配置在厚度方向上形成有凹凸的表面壓力輔助板30。
根據(jù)本構(gòu)成，因為能夠根據(jù)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(diào)整的情況變化，所以能夠容易地進行非常周密細(xì)微的表面壓力調(diào)整。
如圖8以及圖9所示那樣，本發(fā)明的第二實施形態(tài)的金屬密封墊相對于第一實施形態(tài)的金屬密封墊的不同之處在于，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(gòu)成與第一實施形態(tài)的金屬密封墊一樣。另外在圖9中，表面壓力輔助板30其內(nèi)周側(cè)平坦，而外周側(cè)形成有曲線狀的凹凸。
該第二實施形態(tài)與第一實施形態(tài)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(fā)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(yōu)點。
如圖10所示，本發(fā)明的第三實施形態(tài)的金屬密封墊相對于第一實施形態(tài)的金屬密封墊的不同之處在于，沒有中間基板40。其他的構(gòu)成與第一實施形態(tài)的金屬密封墊一樣。在該構(gòu)成中，雖然不能謀求由中間基板40所產(chǎn)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(fā)明的第四實施形態(tài)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(cè)膨脹的半突緣11；中間基板40，其配置在半突緣11的內(nèi)周側(cè)即密封對象孔2側(cè)的平坦部11a的內(nèi)側(cè)；表面壓力輔助板30，其在中間基板的外周側(cè)、從半突緣11的傾斜部11b至外周側(cè)的平坦部11c地配置在半突緣11的內(nèi)側(cè)，并且形成有凹凸；和平坦的第二金屬基板20。與第一實施形態(tài)的金屬密封墊的不同之處在于，在第二金屬基板20上沒有形成半突緣21。
該第四實施形態(tài)的金屬密封墊適用于與第一實施形態(tài)的金屬密封墊相比由突緣產(chǎn)生的壓縮變形量變小的情況，能夠節(jié)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(yōu)點。
如圖13以及圖14所示那樣，本發(fā)明的第五實施形態(tài)的金屬密封墊相對于第四實施形態(tài)的金屬密封墊的不同之處在于，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(gòu)成與第四實施形態(tài)的金屬密封墊一樣。另外在圖14中，關(guān)于表面壓力輔助板30的凹凸，內(nèi)周側(cè)是平坦的，外周側(cè)成為只在半突緣11側(cè)的一側(cè)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(cè)的平坦部11b(21b)的內(nèi)側(cè)，來取代在第一～第五實施形態(tài)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(cè)的平坦部11c(21c)的內(nèi)側(cè)。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(jù)上述構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)生的表面壓力、尤其是在半突緣11(21)的角部上產(chǎn)生的力，所以能夠防止夾持金屬密封墊1的部件產(chǎn)生損傷，能夠確保良好的密封性能。
權(quán)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，其特征在于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(nèi)側(cè)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(jù)權(quán)利要求1所述的金屬密封墊，其特征在于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(shè)為與所述半突緣相交的方向。
全文摘要
本發(fā)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(chǎn)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(nèi)側(cè)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(yōu)先權(quán)日2006年5月16日
發(fā)明者今井敏博 申請人:石川密封墊板有限責(zé)任公司