密封构造的制作方法

本发明涉及一种利用衬垫的密封构造，例如，涉及一种在搭载于车辆的发动机和进气歧管的接合部等使用的密封构造。

背景技术：

作为这种利用衬垫的密封构造，提案有例如专利文献1中所记载的密封构造。在该专利文献1中的密封构造中，作为主体的衬垫具有：衬垫主体部，其一端与形成于一个部件的安装槽的槽底面紧密接触，并且，另一端与另一个部件紧密接触；一对第一侧面唇以及第二侧面唇，在安装槽的槽底部附近与该安装槽的槽侧面紧密接触；一对第三侧面唇以及第四侧面唇，在安装槽的槽口部附近与该安装槽的槽侧面紧密接触。

并且，当将第一侧面唇以及第二侧面唇中的衬垫宽度尺寸设为W1、将第三侧面唇以及第四侧面唇中的衬垫宽度尺寸设为W2、将第一侧面唇以及第二侧面唇紧密接触的位置中的安装槽的槽宽度尺寸设为W3、将第三侧面唇以及第四侧面唇紧密接触的位置中的安装槽的槽宽度尺寸设为W4时，以满足W3＜W4且W1＜W2的关系的方式设定各尺寸。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-40673号公报

技术实现要素：

(发明要解决的技术问题)

在专利文献1所记载的密封构造中，为了抑制受到形成于一个部件的安装槽的尺寸公差的扩大化的影响而发生所谓的衬垫从锥形槽形状的安装槽鼓起的举动，使衬垫本身的截面形状为特定的截面形状。另一方面，在着眼于在搭载于车辆的发动机和进气歧管的接合部中使用的密封构造的情况下，作为发动机的小型化(省空间化)和轻量化的环节，存在即使在发动机和进气歧管的接合部中，也要求衬垫本身的截面形状和安装有该衬垫的槽形状的缩小化的倾向。从这样的观点看来，在专利文献1所记载的密封构造中仍然存在改良的余地。

例如，多数情况下，由橡胶类弹性材料形成的衬垫为预先考虑到其自身的压缩永久形变或者形成有用于收容衬垫的槽的部件的变形所导致的过盈量、以及面压的降低等的截面形状。因此，仅单纯地缩小化衬垫的截面形状，多数情况下面压不足，在专利文献1所记载的密封构造中也无法稳定发挥必要的功能。

本发明着眼于这样的问题而完成的，其提供一种密封构造，即使在将衬垫的截面形状缩小化的情况下，也能够抑制面压的降低，从而稳定得到预期的功能。

(解决技术问题的技术手段)

本发明为一种密封构造，如技术方案一所记载，其具备形成于一个部件的衬垫槽和被插入该衬垫槽的衬垫，通过所述一个部件和另一个部件的对接，所述衬垫产生压缩变形，由此将所述两个部件之间进行密封，就所述衬垫槽而言，位于槽底面的两侧的内侧面彼此平行地形成。

另外，所述衬垫在其截面中由衬垫主体部和端面突起部形成，就所述衬垫主体部而言，其宽度方向的两个外侧面成为相对于所述衬垫槽的内侧面的压接面。就所述端面突起部而言，其从所述衬垫主体部向与宽度方向正交的高度方向的两侧分别突出，形成宽度比该衬垫主体部窄且尖细的形状，从而，一个压接于所述衬垫槽的槽底面，另一个压接于所述另一个部件。所述衬垫主体部的压接面形成为朝向所述衬垫槽的内侧面成为凸形状的圆弧状面。

在这种情况下，在稳定地确保面压方面，优选的是，相对于所述衬垫的整个截面积，两个端面突起部的截面积所占的比例为30％以下。

另外，基于同样的观点，优选的是，在所述衬垫的截面中，两个端面突起部的前端面为圆弧状面，所述端面突起部的前端面的曲率半径相对于所述衬垫主体部的宽度尺寸的比例为15％以下。

进一步，从防止衬垫从衬垫槽的脱落这一观点出发，优选的是，所述衬垫形成为基本截面形状在长度方向上均匀的形状，在所述衬垫主体部中的压接面的长度方向的局部，在高度方向上排列形成有一对突起部。

(发明的效果)

根据本发明，在通过一个部件和另一个部件的对接而导致衬垫在衬垫槽内产生压缩变形的情况下，能够限制衬垫主体部的中央部处的向宽度方向的变形，同时，能够使高度方向两端的端面突起部积极地产生压缩变形，因此，能够充分地确保功能上必要的面压。因此，即使将衬垫的截面形状缩小化，也能够稳定地维持预期的功能。

附图说明

图1是示出用于实施本发明所涉及的密封构造的更具体的第一方式的图，是示出成为密封构造的主要要素的衬垫的外观形状的立体图。

图2是沿着图1的a-a线的放大截面图。

图3是沿着图1的b-b线的放大截面图。

图4是将衬垫插入衬垫槽的非压缩状态下的放大截面图。

图5是示出图2所示的衬垫的各部分的尺寸关系的说明图。

图6是示出将衬垫从图4的状态进行了压缩的状态的截面图。

图7是示出图6所示的压缩状态下的衬垫的内部应力分布的说明图。

图8是用于实施本发明所涉及的密封构造的更具体的第二方式的图，是示出成为密封构造的主要要素的衬垫的另一例的俯视说明图。

图9是示出图8所示的衬垫的应用例的发动机的分解立体图。

符号说明

1衬垫

2一个部件

3另一个部件

4衬垫槽

4a槽底面

4b内侧面

5衬垫主体部

5a压接面

6a、6b端面突起部

7前端面

10突起部。

具体实施方式

图1至图7示出用于实施本发明所涉及的更具体的第一方式，图1是示出成为密封构造的主要要素的衬垫1的外观形状的立体图，图2是作为衬垫1的与长度方向或者周长方向正交的截面下的基本截面形状的沿着图1的a-a线的放大截面图。图3是沿着图1的b-b线的放大截面图，图4是将衬垫1插入衬垫槽4的非压缩状态下的放大截面图。

如图1所示，成为密封构造的主要要素的衬垫1为平面形状形成椭圆形或者长圆形的闭环状的部件，从其功能出发，例如通过具有耐热性以及耐油性等的橡胶类弹性材料一体成形而成。

如图4所示，在应用以衬垫1为主要要素的密封构造的两个部件2、3彼此之间的对接而形成的接合部，在任一个部件2的平坦的接合面预先形成与衬垫1同样地为闭环状的角槽状的衬垫槽4。并且，以使该衬垫槽4的深度方向和衬垫1的高度方向一致的方式将衬垫1插入衬垫槽4。就图4中示出的衬垫槽4而言，夹着槽底面4a并且位于其两侧的内侧面4b形成为平行的平坦面。

此外，作为利用衬垫1的密封构造的应用例，在设想发动机和进气歧管的接合部的情况下，如后述的图9所示，一个部件2相当于例如树脂制的进气歧管15，另一个部件相当于例如具有吸气端口14的铝合金制的气缸盖。另外，在图4中示出的衬垫槽4的槽底面4a的内角部以及开放侧的外角部分别形成有R倒角部，但这些R倒角部并不是必须的。

图1中示出的衬垫1的与长度方向或者周长方向正交的截面的基本截面形状如图2所示，在此，该截面形状形成为左右对称形状且上下对称形状，遍及长度方向或者周长方向的全长而形成均匀的形状。并且，衬垫1由在中央部占据较大面积的最大宽度尺寸W的衬垫主体部5、和从衬垫主体部5分别向与宽度方向正交的高度方向的两方向突出的尖细形状的端面突起部6a、6b形成。此外，衬垫1的高度尺寸H设定得比衬垫主体部5的最大宽度尺寸W大。

如图4所示，衬垫主体部5的宽度方向的两个外侧面成为压缩变形时压接于衬垫槽4的内侧面4b的压接面5a，两个压接面5a形成为朝向对应的内侧面4b侧而形成凸形状的平滑的圆弧状面或者弯曲面。并且，在衬垫1未被压缩的自由状态下，如图2、图4所示，两个压接面5a彼此之间所形成的距离处的衬垫主体部5的最大宽度尺寸W被设定为与衬垫槽4的槽宽度W1大致相同的尺寸。

从衬垫主体部5的两端向高度方向突出的两个端面突起部6a、6b的前端面7形成为规定曲率的圆弧状面，以宽度尺寸从所述两个端面突起部6a、6b的前端面7侧朝向衬垫主体部5侧连续变大的方式慢慢变化，同时，两个端面突起部6a、6b与衬垫主体部5形成为一体。

在此，图5是为了更容易理解图2中示出的衬垫主体部5和两个端面突起部6a、6b的边界等而加入了必要的尺寸线等的进一步的放大截面说明图，并未有目的地加上影线。在该图中，在衬垫1的高度尺寸H中，H1为衬垫主体部5的区域，H2为两个端面突起部6a、6b的区域。衬垫主体部5的高度尺寸H1被设定为相对于衬垫1整体的高度尺寸H二分之一左右，两个端面突起部6a、6b的高度尺寸H2彼此相等。另外，衬垫主体部5的最大宽度尺寸W设定得与衬垫主体部5的高度尺寸H1相同或者稍大于衬垫主体部5的高度尺寸H1。

更详细而言，衬垫主体部5和端面突起部6a、6b的边界部即该端面突起部6a、6b的根部(最大宽度部)的宽度尺寸W2设定得比衬垫主体部5的高度方向两端处的最小宽度尺寸W3小。并且，衬垫主体部5的高度方向两端和各端面突起部6a、6b的宽度尺寸W2的根部通过R倒角部8平滑地连续。作为其结果，衬垫主体部5和两个端面突起部6a、6b通过大致S字状的相当于R倒角部8的平滑的台阶部而相互地连续。在此，将两个端面突起部6a、6b的前端面7和R倒角部8连接的倾斜面9为平坦面而非圆弧状面。

在着眼于相当于最大宽度尺寸W且高度尺寸H1的范围的衬垫主体部5的面积和相当于衬垫主体部5的两端的高度尺寸H2的范围的两个端面突起部6a、6b的面积的关系的情况下，两个端面突起部6a、6b的面积相对于衬垫1整体的面积被设定为30％以下，更详细而言，与衬垫主体部5的面积相对于衬垫1整体的面积的74％相对比，两个端面突起部6a、6b的面积被设定为26％左右。

进一步，如图4所示，在将衬垫1仅是插入形成于一个部件2的角槽状的衬垫槽4的非压缩状态下，即在衬垫主体部5的压接面5a轻微地与衬垫槽4的各个内侧面4b点接触并且一个端面突起部6a以不被压缩而是与槽底面4a接触的方式插入的情况下，相对于衬垫1在衬垫槽4内所占据的面积(与图4中示出的假想线L1相比，衬垫槽4侧的面积)，向衬垫槽4的外侧突出的面积(与图4中示出的假想线L1相比，向衬垫槽4的外侧突出的面积)被设定为15％左右。此外，如先前说明，由于将衬垫槽4的槽宽度W1和衬垫1中的衬垫主体部5的最大宽度尺寸W设定为同等的尺寸，因此，在图4的状态下，可以视为衬垫1未被压缩变形，实际上为衬垫1的自由状态。

如先前说明，相对于衬垫主体部5的面积74％，将两个端面突起部6a、6b的面积设定为26％左右，一个端面突起部6a或者6b的面积为13％左右。因此，如图4所示，当将衬垫1插入衬垫槽4时，未与槽底面4a接触的另一个端面突起部6b保持原有状态地突出于衬垫槽4的外部。并且，用于闭塞衬垫槽4的开放侧的另一个部件3以密接的方式与形成有衬垫槽4的一个部件2对接。因此，当对接一个部件2和另一个部件3时，如图6所示，包括向衬垫槽4的外侧突出的另一个端面突起部6b并且相对于衬垫1整体的面积的15％左右的面积被压缩。

另外，如图5所示，在着眼于以衬垫主体部5的最大宽度尺寸W为基准时的该衬垫主体部5中的圆弧状的压接面5a的曲率和两个端面突起部6a、6b中的圆弧状的前端面7的曲率的关系的情况下，将压接面5a的曲率半径R1设定为最大宽度尺寸W的1.67倍左右，并且将端面突起部6a、6b的前端面7的曲率半径R2设定为最大宽度尺寸W的0.13倍左右，即最大宽度尺寸W的15％以下。

在此，在图1中示出的衬垫1中，其基本截面形状虽然为图2所示的形状，但优选的是如图3所示，在长度方向或者周长方向的四个部位，在高度方向上排列形成有一对小的突起部10的形状。

如图1、图3所示，在衬垫1的长度方向或者周长方向的四个部位，在衬垫主体部5的两侧的压接面5a中接近两端的端面突起部6a、6b的根部的部分，分别形成有圆锥状的小的突起部10。将这些突起部10的球状的前端面的直径设定为例如0.5mm左右。并且，这些突起部10作为防止衬垫1从衬垫槽4脱落的脱落防止单元发挥作用。因此，如图4所示，在将衬垫1仅是插入衬垫槽4的非压缩状态下，即使为衬垫主体部5的两侧的压接面5a与衬垫槽4的内侧面4b通过点接触而轻微接触的程度，也能如图1、图3所示，在形成有突起部10的部位，将各个突起部10压接于衬垫槽4的内侧面4b。由此，能够阻止衬垫1从衬垫槽4的脱落。

因此，在以这样的衬垫1为主要要素的密封构造中，如图4以及图6所示，通过使衬垫1被预先插入衬垫槽4的一个部件2和另一个部件3以彼此密接的方式对接，衬垫1被压缩变形直至图6的状态。

在这种情况下，如图2所示，为了提高衬垫1的压缩变形时施加于作为对象侧的另一个部件3的密封面的初始面压，将两个端面突起6a、6b的前端面7形成为相对小径的圆弧状面。另一方面，通过赋予衬垫1的中央部的衬垫主体部5足够大的截面积，实现与所述两个端面突起部6a、6b的刚性的差别化以支承两个端面突起部6a、6b。因此，当衬垫1被压缩至图6所示的状态时，变成其压缩形变集中在两个端面突起部6a、6b的前端部的形状，在衬垫主体部5的中心部，即使原料自身例如因热量输入等弹力减弱，也能够保持橡胶类弹性材料特有的复原力。

另外，比较图4和图6可知，被压缩之前与衬垫槽4的内侧面4b稍微点接触的衬垫主体部5随着压缩变形的进行而压接于衬垫槽4的内侧面4b并且向宽度方向(外侧)的变形被限制，因此，与该内侧面4b的接触面积增大。由此，得到来自衬垫槽4的内侧面4b的反作用力，另一方面，如先前所述，由于在衬垫主体部5的中心部具有橡胶类弹性材料特有的复原力，因此，来自衬垫槽4的内侧面4b的反作用力经由衬垫主体部5特别向位于另一个部件3侧的端面突起部6b的前端部传递。并且，通过施加了该反作用力的端面突起部6b的压缩变形，能够抑制相对于另一个部件3的面压降低。该端面突起部6b处的面压降低抑制效果或者面压维持效果大大依赖于将衬垫主体部5的压接面5a的形状形成为朝向衬垫槽4的内侧面4b成为凸形状的圆弧状面这一设置。

图7示出图6所示的压缩变形状态下的衬垫1的内部应力分布，示出该图的多阶段的浓淡中越淡的部分内部应力越高。从该图7也能够容易理解，与衬垫主体部5的中心部相比，两个端面突起部6a、6b的内部应力高，特别是另一个部件3侧的端面突起部6b的面压高。

于是，在本实施方式中，通过两个部件2、3彼此之间的对接，衬垫1在衬垫槽4内产生压缩变形(弹性变形)，在这种情况下，能够限制衬垫主体部5在中央部向宽度方向的变形，同时，能够使两端的端面突起部6a、6b积极地压缩变形。由此，能够充分地确保功能上必要的面压，并且，即使将衬垫1的截面形状缩小化，也能够稳定地维持预期的功能。

为了进行上述实施方式的衬垫1和现有的同等品的性能比较，本申请发明人进行了实验，在本实施方式中，能够确认衬垫1的截面积缩小了20％左右。另外，在本实施方式中能够确认，与现有的同等品相比，在初始面压方面能够提高约40％，在压缩永久形变率方面能够降低约30％。

进一步，如图1、图3所示，就设定于衬垫1的长度方向或者周长方向的四个部位并且作为脱落防止单元发挥作用的小的突起部10而言，以不会阻碍如上所述的面压降低抑制效果或者面压维持效果的方式，不是在衬垫1的长度方向或者周长方向的全周而是在长度方向或者周长方向以能够达成预期的目的的最低限度的间隔进行设定。并且，即使假设图4中示出的衬垫槽4的槽宽W1具有允许尺寸公差内的最大公差，并且图2中示出的衬垫主体部5的最大宽度尺寸W具有允许尺寸公差内的最小公差的情况下，以突起部10压接于衬垫槽4的内侧面4b的方式来设定其突出量。因此，如图4所示，即使在将衬垫1插入衬垫槽4的压缩变形前的自由状态下，各突起部10成为压接于衬垫槽4的内侧面4b的形态。由此，能够将图4的状态下的衬垫1从衬垫槽4的脱落防患于未然。

此外，在本实施方式中，如先前所述，以将衬垫1应用于发动机的气缸盖和进气歧管的接合部的情况为例进行了说明，但是应用部位并不限于此。例如，当然也能够用作发动机所附带的节流阀或者EGR管的接合部的衬垫。另外，衬垫1的平面形状并不限于形成椭圆形或者长圆形的闭环状的形状，也可以对应于应用部位的槽周形状而形成为例如圆形、四边形、八边形等。

进一步，在通过衬垫1自身的摩擦力等而发挥防止从衬垫槽4脱落的脱落防止效果并且能够自我保持的情况下，脱落防止用的一对突起部10并不是必须的。而且，即使在具备脱落防止用的一对突起部10的情况下，该脱落防止用突起部10的位置、数量以及形状也不限定于上述实施方式。总之，作为突起部10只要是能够发挥脱落防止效果的形状即可，因此，例如，作为突起部10的形状可以为圆形以外的任意形状，另外，也可以根据需要沿着衬垫1的周长全周连续形成。

图8是示出本发明所涉及的密封构造的第二实施方式的图，对于与前述的第一实施方式共通的部分赋予同一符号。

在该第二实施方式中，将图1中示出的衬垫1用作衬垫单体(ガスケット素片)11a，为了将三个衬垫单体11a经由沿着各衬垫单体11a的长径方向延伸的桥接部12相互连接，将各衬垫素片11a和桥接部12一体成形，从而形成所谓的三连式衬垫11。

如图9所示，当将例如三气缸类型的发动机13中的例如铝合金制的气缸盖的吸气端口14和树脂制的进气歧管15连接时，这样的三连式衬垫11被预先安装于在进气歧管15侧的凸缘部15a形成的图示外的衬垫槽。此外，图1中示出的第一实施方式的衬垫1也能够同时使用三个，能够在与图9同样的形态下使用自不必说。

在该第二实施方式中，仅在衬垫单体11a为三连式这一点上与前述的第一实施方式不同，因此，在该第二实施方式中也能够得到与第一实施方式同样的效果。