专利名称：密封件和密封结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种密封件和密封结构。
背景技术：
0型圈等的密封件通过在两部件之间夹紧并压缩对两部件间的间隙密封。通常，在两部件中的一方部件上设置用于安装密封件的槽。装于槽内的密封件，通过贴紧槽的槽底面与另一方部件表面，密封两部件之间的间隙。密封件在两部件之间受挤压而变形，与两部件的接触面起到密封面的作用。由于密封件与两部件之间的相互无间隙贴紧，密封件发挥密封性。但是，如果两部件的表面存在凸凹，将会在密封件与两部件之间形成间隙，而使密封流体从该缝隙泄漏。 发动机部件等的铸压铝制部件，在加工表面存在因砂眼形成凹状部。铸件在烧结成型后粒子间的空隙也会残留于部件内部形成砂眼。为提高尺寸精度和平面度，通过切削来加工铸件的表面，但此时，部件内部的砂眼由于切削而露出于表面，形成凹状部。当该凹状部的大小大于密封件的密封面的宽度时，密封流体就会通过该凹状部泄露。近年，为了通过简化制造工艺来降低制造成本，多使用铸件组装产品。但是，由于上述砂眼的产生而得不到充分的密封性，因此，存在着在任何阶段均需要设置密封件，因不合格件而废弃产品，不得不放弃使用铸件等情形。在现有技术中，对于上述问题采用如下对策，即，在密封面的凹状部涂布树脂或液状橡胶(FIPG)来是密封件与铸件之间的间隙密封，或者，铸件自身采用受砂眼的影响较少的结构来代替等(参照专利文献I)。但是，近年的机械设计，以确保空间和节省燃烧费用为目的，寻求小型化、轻量化等，由于小型化的促进，导致难以成型的产品形状增加，另外，制造工艺中的缺陷管理操作变得困难。从而，需要为了解决砂眼问题，需要对密封件自身下功夫。作为密封件的结构已经提出了众多提案。例如，在专利文献2中公开了，在截面的圆周的一部分设置凹状部，防止安装时产生扭曲等的密封部件。在专利文献3中公开了，使截面为三叉形状，以实现低负荷并降低负荷变动等的低负荷密封件。在专利文献4中公开了，使截面为三叉形状，以提高安装性，在安装时可使姿态更稳定的密封件。但是，以上结构都是为了实现在安装时降低反作用力并防止翻倒，并没有考虑如何应对安装对象的接触面的状况较差的情形。现有技术文献专利文献专利文献I :日本发明专利公开第2001-113404号公报；专利文献2 日本发明专利公开第平10-318373号公报；专利文献3 :日本发明专利公开第2000-356267号公报；专利文献4 :日本发明专利公开第2003-322257号公报。
发明内容
本发明为解决上述现有的问题，其目的在于提供一种密封件和密封结构，可在安装对象的接触面上存在因砂眼或伤痕等形成的凹状部或凸状部，或者上述两者都存在而形成的凸凹等时，仍能不受这样的接触面的表面状态的影响而发挥其密封性。
为达到上述目的，本发明的密封件，其安装在设于相互固定组装的两部件中一方部件的槽内，通过在两个部件之间被压缩，形成分别与所述槽的槽底面和另一方部件的表面贴紧的密封面，而密封两部件之间的间隙，其特征在于具有多个用于形成与所述槽的槽底面或与所述另一方部件的表面的任意一方表面之间的密封面的唇形部，从而在相邻的唇形部之间形成与所述任意一方表面分离的凹部，并且，令压缩方向为高度方向，所述槽的两侧面相向的方向为宽度方向，则在密封件被压缩于所述两部件间之前的状态下，在沿高度方向和宽度方向截断密封件而形成的截面中，该截面的轮廓中形成与所述槽的槽底面或所述另一方部件的表面的任意另一方表面之间的密封面的区域为圆弧状部，该圆弧状部朝向所述另一方表面形成为凸状的曲线，构成所述圆弧状部的曲线的曲率半径ra与所述截面的宽度d0满足关系0. 75 ( ra/dO 彡 2. O。根据本发明，通过满足上述圆弧半径的曲率半径ra和截面宽度d0之间的关系，可抑制安装时密封件的反作用力增加，并能扩大与另一方表面的密封面。通过满足ra/dO ( 2. 0，并利用多个唇形部形成与一方表面的密封面，且在唇形部之间形成凹部，可抑制安装时反作用力增大。例如，当两部件的组装使得密封件与另一方部件间产生滑动的情形下，不使曲率半径ra过大，即，不使圆弧状部过于呈直线状，由此可抑制密封件与另一方部件间滑动阻力增大。通过与一方表面之间，由多个唇形部接触一方表面，而形成多个密封面。由此可抑制压缩时密封件反作用力增大。当满足0. 75 ( ra/dO时，即，在假定直径设为d0的圆形截面的密封件的情形下，使圆弧状部的曲率比该密封件的圆形的曲率小，由此，在高度方向上以与圆形截面的密封件大致相同的压缩量，在两部件之间进行压缩时，密封件与另一方表面接触的区域(密封面)的宽度变大。此处，压缩量为被两部件压缩前的密封件截面的高度，与该高度方向上从槽底面到另一方部件表面之间的距离(被两部件压缩后的密封件截面的高度)差。由此，降低因对象部件的接触面状况对密封性造成的影响。即，即使另一方表面有凸凹时，也可使扩大的密封面覆盖凸凹，抑制经由该凸凹泄漏。在此，圆弧状部所接触的槽底面或另一方部件表面产生凹状部和凸状部，或者它们组合形成的凸凹的情形可以是，圆弧状部所接触的部件为铸件，进而对其进行切削加工后，在与密封件的接触面上形成因砂眼产生的凹状部的情形。另外，例如，也可以是，通过对与圆弧状部接触的槽底面或另一方部件表面进行切削和喷砂加工等而造成伤痕，由此形成凸凹的情形。作为在与圆弧状部的接触面上形成凸凹的情形，不限定于以上说明。因此，本发明的密封件优选为，所述两部件中，任一方部件为铸件，
所述圆弧状部所接触的另一方表面为所述两部件中的铸件的表面。另外，还优选为所述圆弧状部所接触的另一方表面是通过切削或者喷砂方式加工的表面。在铸件的情况下，形成由砂眼构成的凹状部。S卩，本发明的密封件也适用于，现有的密封件中表面状态使得难以对对象部件的接触面充分密封的情形。如此，根据本发明的密封件可 以消除作为安装对象的部件而采用铸件时的问题，因此可以更多地采用铸件、降低工艺数量、减少不合格产品、减少管理操作。为达到上述目的，本发明的密封结构，其特征在于，具有相互固定组装的两部件，和密封所述两部件之间的缝隙的上述密封件。另外，优选所述两部件的任一方为铸造件，与所述密封件的所述圆弧状部相接触的另一方表面为所述两部件中的铸件的部件表面。并优选与所述密封件的所述圆弧状部相接触的另一方表面是通过切削或者喷砂方式加工的表面。还有选与所述密封件的所述圆弧状部相接触的另一方表面具有因砂眼形成凹状部。如上所述，即使在与密封件的圆弧状部的接触面上形成因砂眼产生的凹状部时，也可由扩大的密封件的密封面覆盖凹状部，由此抑制经由凹状部泄漏。因此，可消除因采用上述铸件产生的问题、减少工艺步骤数量、减少不合格产品、减少管理操作。发明效果根据本发明，即使在安装对象的接触面上形成有，因砂眼或伤痕等产生的凹状部或凸状部，或者它们组合形成的凸凹的情形下，也可以不受这样的接触面表面状况的影响，发挥密封性。
图I是本发明实施例的密封件的模式截面图。图2A是本发明实施例的密封结构的模式截面图。图2B是本发明实施例的密封结构的模式截面图。图3A是本发明实施例的密封结构的模式截面图。图3B是本发明实施例的密封结构的模式截面图。图4是用于说明压缩量的模式图。图5是用于说明压缩率的模式图。图6是本发明变形例的密封件的模式截面图。图7是表示本发明实施例的密封件和比较例之间的性能比较的验证结果的表。图8是表示本发明实施例的密封件和比较例之间的性能比较的验证结果的表。图9是本发明实施例中设定密封件的截面形状尺寸的例。图10是表示本发明实施例的密封件的性能验证结果的表。图11是表示本发明实施例的密封件的性能验证结果的表。符号说明I密封件2圆弧状部3唇形部
3a 凹部4 一方部件40 表面41 槽42槽底面43槽侧面5另一方部件
50 表面51凹状部6 间隙
具体实施例方式以下参照附 图，根据实施例以例示详细说明本发明的实施方式。但是，除非有特殊说明，本发明的范围并不限于本实施例中所述结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等。(实施例)参照图f图11，说明本发明实施例的密封件和密封结构。图I为本发明实施例的密封件的模式截面图。图2A和图2B为本发明实施例的密封结构(平面固定密封)的模式截面图。图3A和图3B为本发明实施例的密封结构(圆筒面固定密封)的模式截面图。图4为用于说明压缩量的模式图。图5为用于说明压缩率的模式图。图6为表示本发明变形例的密封件的模式截面图。图7为表示本发明实施例的密封件和比较例之间的性能比较验证结果的表。图8为表示本发明实施例的密封件和比较例之间的性能比较的验证结果的表。图9为本发明实施例中设定密封件的截面形状尺寸的例。图10和图11为表示本发明实施例的密封件的性能验证的表。<密封件>本实施例的密封件I由橡胶状的弹性体构成。作为该橡胶状弹性体的材质的具体例优选列举有，丙烯橡胶或腈橡胶、氟橡胶等。本实施例的密封件I用于汽车部件或产业机器等的各种设备。具体来说，进气歧管用、滤清器垫用、气缸盖罩用、正时皮带罩用、燃料电池的分离器用等，用于各种用途。特别是，适用于在接触面上具有因砂眼形成的凹状部的铝压铸产品等的铸件的密封、铸造面的密封、喷砂面的密封、切削加工面的密封。在上述各种设备中，密封件I被夹持在具有相互对置的对置面的两部件的对置面之间并被压缩，而密封两部件间的间隙。通常，在两部件的一方部件的对置面上设置有用于安装密封件I的槽。通过将密封件I安装于该槽内，并使其贴紧于槽底面和另一方部件表面，从而密封两部件间的间隙。如图I所示，密封件1，在沿高度方向和宽度方向切开的截面上的截面形状为，具有形成与另一方部件之间的密封面的圆弧状部2，形成与槽底面之间的密封面的多个唇形部3，和用于吸收压缩负荷的凹部3a。在此，高度方向为安装密封件时在两部件之间被压缩的方向，宽度方向为安装密封件的槽的两侧面互相对置的方向。密封件I的截面形状以沿高度方向的截面的中心轴X为中心，在宽度方向上左右对称。
与产品宽度同于密封件I的大致正圆形截面的现有密封件(0型圈)中的圆弧状部相比，圆弧状部2的圆弧状部的曲率小。即，以大于大致正圆形截面的密封件的半径(dO/2)的曲率半径ra形成圆弧状部2。因此，在对本实施例的密封件I和大致正圆形截面的密封件在高度方向上压缩相同量时，在本实施例的密封件I所形成的密封面的接触宽度变大。唇形部3朝向槽底面42突出，具有由凸状曲线构成的圆弧状的截面形状。唇形部3成对设置，它们与槽底面42接触，由此在密封件I和槽底面42之间形成一对密封面。设置唇形部3的数量没有特别限定，也可以设置3个以上。在一对唇形部3之间设置由凹状曲线构成的圆弧状的凹部3a。凹部3a与槽底面42分离，并与槽底面42之间形成间隙。当在两部件之间被压缩时，密封件I变形，使得凹部3a与槽底面42之间的间隙减小(凹部3a受到挤压)，其截面形状成为与槽41的截面形状近似的大致矩形。由于变形，降低因压缩产生的反作用力的增加，并且，提高了密封时对槽41的填充率。因此，可抑制因密封面扩大产生的密封件I的反作用力的增加，并可有效的利用槽空间。<密封结构>参照图2k 图3B说明本实施例的密封结构。本实施例的密封结构为，两部件之间，利用密封件I密封两部件之间的间隙，即密封一方部件4和另一方部件5之间的间隙6。与密封件I的密封面2接触的部件为铸件，通过切削对与密封件I贴紧的面进行加工，以调整尺寸或平面度。通过图中未表示的方法(例如，嵌合、通过螺栓紧固、粘接等公知的方法)互相组装并固定一方部件4和另一方部件5。图中的箭头表示从密封对象区域作用于密封件I的密封流体的压力的方向。图2A和图3A表不在另一方部件5的表面可能形成有凹状部51的条件(例如，另一方部件5为铸件时)下安装密封件I的例子。另外，图2B和图3B表示在一方部件4的槽41的槽底面42可能形成有凹状部44的条件(例如，一方部件4为铸件时)下安装密封件I的例子。即，如图所示，本实施例中，安装密封件I时需使圆弧状部2与铸件接触。本实施例相关的密封件I具有，如图2A和图2B所示对平面状的对置面之间的间隙进行密封的情形，和如图3A和图3B所示对圆筒面状的对置面之间的间隙进行密封的情形。密封件I的整体形状因对象部件(两部件)的结构而不同。例如，在图2A和图2B所示的密封结构的情形下，根据密封件所适用的对象产品，密封件I的平面形状(从各图中上下方向所见的形状)可为圆形和多边形等多种形状，通常为不具有端部的无端(连续)的形状。在图3A和图3B所示的密封结构的情形下，密封件I呈环状。以下说明图2A和图2B所示的密封结构。在该密封结构中，两部件具有平面状的互相对置的对置面。该两部件中，对于一方部件4，在与另一方部件5的对置面40上设置有用于安装密封件I的槽41。密封件I安装于槽41，受到槽底面42和另一方部件5的对置面50之间的挤压而压缩变形，从而密封两部件之间的间隙6。在图2A和图2B中，表示密封件I被两部件压缩前的状态。实际上，如图5所示，间隙6比图示的状态更窄，密封件I被槽底面42和对置面50向两部件的相向方向压缩。接着说明图3A和图3B所不的乾'封结构。在该S封结构中，两部件具有圆筒面状的互相对置的对置面。该两部件中，一方部件4是轴，另一方部件5是具有可插入轴的轴孔的轴套。在一方部件4的对置面(外周面)40设置用于安装密封件I的环状槽41。密封件I、安装于槽41，受到槽底面42和另一方部件5的对置面(轴孔内周面)50之间的挤压而压缩变形，从而密封两部件之间的间隙6。在该密封结构中，首先将密封件I安装于轴的槽41，然后将轴插入轴套的轴孔而进行组装。因此，将轴与轴套组装时，密封件I的圆弧状部2与轴孔内周面(对置面50)滑动。图3A和图3B与图2A和图2B同样，表示密封件I被两部件压缩前的状态。实际上，如图5所示，间隙6比图示的状态更窄，密封件I被槽底面42和对置面50向两部件的相向方向压缩。<密封件的尺寸设定>如下所述设定本实施例的密封件I的截面各尺寸。如图I所示，设定密封件I的产品高度h0和产品宽度d0大致相同，本实施例的密封件1，设定直径为d0的高度与现有的大致正圆形截面的密封件的高度大致相同。
在本实施例中，设定构成圆弧状部2的曲线的曲率半径ra (mm)和，产品宽度(密封件的截面宽度)d0 (mm)的各尺寸，使其满足以下关系。0. 75 ( ra/dO 彡 2. 0通过使其满足0. 75 ( ra/d0，可以扩大与对置面50的密封面。即，假定设直径为d0的正圆形截面的现有密封件的情形下,使圆弧状部2的曲率(1/ra)比现有密封件的圆形曲率(2/dO)小，从而在与现有密封件以相同的压缩量压缩时，本实施例的密封件I形成比现有的密封件接触宽度更大的密封面。如图4所示，压缩量为被两部件压缩前的密封件I的产品高度h0，与该高度方向上从槽底面42到对置面50的距离(压缩后的密封件I的产品高度)的差。如图5所示，压缩率通过计算压缩量除以产品高度h0得到，即，产品高度h0和压缩(密封)时的产品高度h0丨的差除以产品高度h0。压缩率=(h0-h0; ) /hO通过使其满足ra/dO ( 2. 0，可抑制安装时反作用力增大。如图3A所示的结构，在组装两部件使得密封件I与对置面50滑动时，不使曲率半径ra过大，即圆弧状部2不会过于被压缩成直线状，由此可以抑制密封件I和对置面50之间的滑动阻力增大。另外，为了抑制了因压缩时的弯曲和与对置面50之间的滑动而导致倾斜及反作用力增大，产品的高度h0和产品的宽度d0的截面形状高宽比(产品高度hO/产品宽度d0)设定为以下范围。0. 8 彡 h0/d0 彡 2. 0为了进一步降低反作用力等，在图6所示变形例的密封件I '中，可以在圆弧状部2的中央设置平坦部2a。平坦部2a的宽度d0 ’与产品宽度d0的关系如下。d0 > d0 ; >0图7表示将本实施例的密封件与作为比较例的具有D字形截面的密封件进行性能比较的检验结果。在该验证中，对于图2A所示的平面固定用密封件，本实施例的密封件采用硬度约70度的橡胶材料制成，内径为21. 8mm, hO为2. 4mm, d0为2. 4mm的密封件形状。图9表示本实施例所采用的密封件的截面形状的具体尺寸设定。比较例的密封件采用与本实施例的密封件相同的橡胶材料制成与本实施例的密封件相同内径，但不具有如本实施例的密封件的凹部，且圆弧状部的曲率半径和产品宽度均满足与本实施例相同的上述关系的，截面大致呈D字形的密封件。这些密封件均为ra/d0=0.83。通过FEM分析计算出以8%压缩率分别压缩这些密封件时的密封接触宽度，单位长度的反作用力、最大面压力。
如图7所示，本实施例的密封件，其密封面的接触宽度大致与比较例的密封件大致相同，并且反作用力和最大面压力有很大程度降低。因此，在设计以使反作用力相同时，在密封接触面形成有凹状部的两部件间的间隙的情形下，与比较例的密封件相比可以对更大的凹状部覆盖而进行密封。图8表示令压缩率为25%且其他的条件与图7所示的验证相同的情形下，压缩两密封件而进行性能比较的验证结果。如图8所示可知，即使压缩率变化，两者在密封面的接触宽度、反作用力和最大面压力方面的趋势没有变化。
图10所示的表表示，以图9所示的密封件形状为基本形状，仅改变曲率半径ra，并对因此产生的密封接触宽度和反作用力的变化进行试验的验证结果。如验证结果所示，增大ra后，密封接触宽度增加，并且反作用力也增加。但是，反作用力增加较缓慢并达到饱和，而密封接触宽度相对有很大增加。因此，若以ra=l. 2mm为基准，则在ra/d0=0. 75左右，密封接触宽度的增加效果显著。另一方面，若超过ra/d0=2. 00，则反作用力的数值变为基准值的I. 5倍，不能实用，并且使密封接触宽度增大的效果达到极限。图11所示的表为试验是否因h0/d0变化产生弯曲和倾斜的验证结果。该验证所用的密封件为ra/d0=0. 83。弯曲主要是在图2A和图2B所示的平面固定用的密封件的情形下发生的现象，在将密封件安装于槽内，并在两部件之间压缩并压紧时，根据设计上下不被压坏，而是在左右发生歪曲现象。发生该现象时，得不到规定的密封性，不能实用。倾斜主要是在图3A和3B所示的圆筒面固定用的密封件的情形下发生的现象，在将密封件固定于一方部件，并将另一方部件滑动插入到规定位置时，由于滑动阻力使得已固定的密封件在滑动阻力的作用下一部分发生倾斜，使密封件在扭曲状态下固定的现象。发生该现象发生时不仅不能得到规定的密封性，最坏的情况是，密封件因扭曲而产生损伤。如验证结果所示，在h0/d0=2. 0以下时不发生弯曲现象，而达到2. 3时100%会发生。另外，在不足h0/d0=0.8时倾斜现象显著。因此，在处于h0/d0=0.8 2.0范围内时的形状能避免两现象发生。〈本实施例的优点〉根据本实施例，通过使圆弧状部2的曲率半径ra和截面宽度d0满足上述关系，设置多个唇形部3并形成凹部3a，则可抑制安装时密封件的反作用力增加，并可降低因对象部件的接触面的状况对密封性的影响。即，无论是在图2A和图3A所示的密封件的情形下，在另一方部件表面50形成有凹状部51，还是在图2B和图3B所示的密封件的情形下，在安装槽41的槽底面42形成有凹状部44的情况，通过由圆弧状部2形成的扩大的密封面覆盖凹状部44、51，可抑制密封流体等经凹状部44、51泄漏。对象部件的接触面的状况劣化，并不限于如上所述因砂眼而在槽底面42或另一方部件表面50形成凹状部44、51的情形。例如，也可以是通过切削或喷砂对槽底面42或另一方部件表面50进行表面加工，而产生伤痕，由此形成凹状部或凸状部，或者形成它们组合的凸凹的情形。通过形成凹部3a可抑制反作用力增加。通过抑制密封件I的反作用力增加，也特别适用于，两部件的两方或任意一方是与金属制部件相比易发生变形的树脂制的部件的情形。与现有的密封件同样地，也适用于两部件的表面没有形成凹状部的情形。
根据本实施例，可解决采用铸件时所产生的不合格的问题。因此，可以更多地采用铸件，并可利于削减工艺数量、减 少不合格品、减少管理操作等。
权利要求
1.一种密封件，其安装在设于相互固定组装的两部件中一方部件的槽内，通过在两个部件之间被压缩，形成分别与所述槽的槽底面和另一方部件的表面贴紧的密封面，而密封两部件之间的间隙，其特征在于 具有多个用于形成与所述槽的槽底面或与所述另一方部件的表面的任意一方表面之间的密封面的唇形部，从而在相邻的唇形部之间形成与所述任意一方表面分离的凹部，并且， 令压缩方向为高度方向，所述槽的两侧面相向的方向为宽度方向，则在沿高度方向和宽度方向截断密封件而形成的截面中，该截面的轮廓中与所述槽的槽底面或所述另一方部件的表面的任意另一方表面之间的密封面的区域，在密封件被压缩于所述两部件间之前的状态下为圆弧状部，该圆弧状部朝向所述另一方表面形成为凸状的曲线， 构成所述圆弧状部的曲线的曲率半径ra与所述截面的宽度do满足关系 .O.75 ≤ra/dO ≤ 2. O。
2.根据权利要求I所述密封件，其特征在于， 所述两部件之一的部件为铸件， 所述圆弧状部所接触的另一方表面为所述两部件中的铸件的表面。
3.根据权利要求I所述密封件，其特征在于， 所述圆弧状部所接触的另一方表面是通过切削或者喷砂方式加工的表面。
4.根据权利要求2或3所述密封件，其特征在于， 所述圆弧状部所接触的另一方表面具有因砂眼形成的凹状部。
5.—种密封结构，其特征在于，具有 相互固定组装的两部件，和 密封所述两部件之间的缝隙的如权利要求I所述的密封件。
6.根据权利要求5所述的密封结构，其特征在于， 所述两部件之一为铸造件， 与所述密封件的所述圆弧状部相接触的另一方表面为所述两部件中的铸件的部件表面。
7.根据权利要求5所述的密封结构，其特征在于， 与所述密封件的所述圆弧状部相接触的另一方表面是通过切削或者喷砂方式加工的表面。
8.根据权利要求6或7所述的密封结构，其特征在于， 与所述密封件的所述圆弧状部相接触的另一方表面具有因砂眼形成的凹状部。
全文摘要
本发明提供一种密封件和密封结构，其不受安装对象的接触面的表面状态的影响并能发挥密封性。密封件(1)，与所安装的一方部件的槽(41)的槽底面(42)，或另一方部件的表面中任意一方表面贴紧，并设置多个形成密封面的唇形部(3)，唇形部(3)之间形成凹部(3a)，且令压缩方向为高度方向，槽的两侧面相对的方向为宽度方向，则在两部件之间密封件压缩前的状态，在沿高度方向和宽度方向截断密封件(1)形成的截面中，该截面的轮廓中形成与槽底面(42)或者另一方部件的表面的任意另一方表面之间的密封面的区域为圆弧状部(2)，该圆弧状部朝向另一方表面形成为凸状的曲线，圆弧状部(2)的曲率半径(ra)与截面的宽度(d0)满足0.75≤ra/d0≤2.0的关系。
文档编号F16J15/06GK102639909SQ20108005429
公开日2012年8月15日 申请日期2010年11月12日 优先权日2009年11月30日
发明者佐藤博明, 本田重信, 渡边健 申请人:Nok株式会社