密封垫的制作方法

本发明涉及密封垫，更具体地涉及一种具有改进的密封性能的密封垫。

背景技术：

作为夹在汽缸盖和汽缸体之间的三层结构的密封垫，提出了这样一种密封垫：在中间层形成围绕通孔的折回部，以及在上层和下层分别形成围绕通孔并且具有相对于中间层呈上下对称形状的密封筋(bead)(例如，参见日本专利申请公开号1999-118038(专利文献1))。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题

顺便提及，在密封垫中存在这样的问题：当汽缸内气体的燃烧压力上升而发生缸盖抬升时汽缸盖与汽缸体之间的垂直方向距离变宽，以及在因发动机运转时冷热的影响导致的变形而在汽缸体和/或汽缸盖中产生凹陷时密封垫的密封面倾斜。这些垂直方向的变宽、密封面的倾斜成为通孔周缘处的表面压力下降的主要原因。

然而，在专利文献1记载的密封垫中，对这些问题没有考虑对策。因此，在密封垫中，如果发生通孔周缘处的表面压力下降的情况，则在形成于通孔周缘处的折回部分处的燃烧压力不能被充分降低。结果，利用形成于上层和下层的密封筋，高燃烧压力的气体不能被密封，而且存在气体泄漏的风险。

本发明是考虑到上述问题而做出的，目的在于提供一种能够可靠地防止流体泄漏的密封垫，其即使在通孔周缘处的表面压力下降的情况发生时也不会降低密封性能。

解决问题的手段

实现上述目的的本发明的密封垫是通过从上侧朝下侧依次层叠上层、中间层和下层这三层而形成的密封垫，其中：形成贯通三层的通孔，中间层通过层叠两片板材而形成，板材中的第一板材具有通过折回成包围板材中的第二板材的位于通孔侧的端部而形成的折回部；形成有位于折回部的径向外侧的周缘端的径向内侧的围绕通孔的主密封结构以及位于周缘端的径向外侧的围绕主密封结构的副密封结构；主密封结构具有顶部在上方和下方中的一个方向上突出的、形成于上层的上层主筋，顶部在与所述一个方向相反的另一个方向上突出的、形成于中间层的第二板材的中间层主筋，以及顶部在所述一个方向上突出的、形成于下层的下层主筋，并且上层主筋、中间层主筋和下层主筋在上下方向上层叠；副密封结构具有顶部在所述一个方向突出的、形成于上层的上层副筋，顶部在所述另一个方向上突出的、形成于第二板材的中间层副筋，以及顶部在所述一个方向上突出的、形成于下层的下层副筋，并且上层副筋、中间层副筋和下层副筋在上下方向上层叠。

发明的有益效果

在本发明中，当上层、中间层和下层层叠时，具有各自在交替方向上突出的上层主筋、中间层主筋和下层主筋的主密封结构以及具有以相同的方式在相互交替的方向突出的上层副筋、中间层副筋和下层副筋的副密封结构从通孔朝径向外侧依次布置。因此，根据本发明，通过主密封结构和副密封结构，能够使从通孔向径向外侧的、在其中表面压力变高的部分翻倍，能够进行两阶段密封。由此，即使通孔周缘处的表面压力下降的情况发生而导致流体通过主密封结构，也能够通过主密封结构有利地降低流体的压力，并且能够通过副密封结构可靠地防止被主密封结构降低了压力的流体通过。

附图说明

图1示出了例示本发明的密封垫的实施例的透视图。

图2示出了图1中的箭头i所示的截面图。

图3示出了图2中箭头ii所示的截面图。

图4示出了例示气体燃烧压力变化的截面图，其中图4(a)示出未发生缸盖抬升的状态，图4(b)示出发生缸盖抬升的状态。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。在附图中，x应当是密封垫20的垂直方向(上下方向)和厚度方向(层叠方向)，而y和z应当是与x方向正交且彼此正交的方向。顺便提及，在图1-4中，尺寸经过改变，以使构造更容易被理解，并且尺寸并不一定与实际制造的产品中的比例一致。

如图1-4所例示的，本实施例的密封垫20是组装于发动机10中、位于汽缸体11与汽缸盖12之间并通过螺栓13进行紧固的汽缸盖密封垫。

如图1所例示的，在汽缸体11上形成有作为待密封的孔的四个汽缸孔14和水/油孔15，水/油孔15例如为形成于汽缸孔14外周的用于水套的水孔和用于润滑油的油孔。在汽缸孔14内组装有能够沿上下方向往复运动的活塞(未图示)。在汽缸体11中，对于一个汽缸孔14，在该汽缸孔14的外周形成有四个螺栓孔16。

汽缸盖12组装有喷射器和进气/排气门(未示出)，并贯通有与汽缸体11的螺栓孔16相对应的螺栓孔17。

密封垫20包括在x方向上朝下侧依次层叠的上层21、中间层22以及下层23这三层，且形成为平板状。在密封垫20中形成有通孔24-26。通孔24对应于汽缸孔14，通孔25对应于水/油孔15，而通孔26对应于螺栓孔16和17，并且通孔24-26贯穿上层21、中间层22和下层23中所有的层。

在下文中，俯视图中彼此相邻的通孔用通孔24a、24b表示。

如图2所例示的，上层21和下层23中的每一个均由单个金属板构成。上层21和下层23的厚度可以彼此不同。构成上层21和下层23的金属板的例子包括由不锈钢等制成的弹性金属板。

中间层22通过在层叠截面图中在x方向上朝下侧依次层叠由第一板材27和第二板材28制成的两个板而构成。对于构成第一板材27和第二板材28的金属板，作为示例的是由诸如不锈钢和钢之类的铁合金制成的金属板，以及通过将金属板退火处理得到的金属板。它们也可以由互不相同的金属构成。

第一板材27通过弯曲加工等折回成包围第二板材28的通孔24a侧的端部，以形成折回部30a。折回部30a中位于径向外侧的周缘端29a是被折回的第一板材27的周缘端。折回部30a形成为索环(grommet)状，被折回的第一板材27内包第二板材28的位于通孔24a侧的周缘端。

密封垫20在径向方向上从通孔24a朝其外侧依次具有在俯视图中均呈环状的主密封结构(初级密封结构)31a和副密封结构(次级密封结构)32a。在俯视图中，通孔24a、主密封结构31a和副密封结构32a同心布置。

主密封结构31a布置在第一板材27的位于径向外侧的周缘端29a的径向内侧并围绕通孔24a。在层叠截面图中，在主密封结构31a中，上层主筋33a、中间层主筋34a和下层主筋35a在x方向上朝下侧层叠，并且中间层主筋34a被内包在折回部30a中。

上层主筋33a形成于上层21，中间层主筋34a形成于中间层22的第二板材28，下层主筋35a形成于下层23。每个筋33a-35a在俯视图中呈环状，布置在周缘端29a的径向内侧，并围绕通孔24a。

上层主筋33a、中间层主筋34a和下层主筋35a在通孔24a的周向的整个圆周上形成全筋。全筋是指具有凸起形状的筋，其中在层叠横截面视图中位于中央部的顶部在x方向上突出于两个端部。

在上层主筋33a和下层主筋35a的全筋中，顶部分别向x方向的下侧突出，并且在中间层主筋34a的全筋中，顶部向x方向的上侧突出。换言之，上层主筋33a和中间层主筋34a在它们彼此靠近的方向上突出，中间层主筋34a和下层主筋35a在它们彼此分离的方向上突出，而上层主筋33a和下层主筋35a在同一方向上突出。

此外，上层主筋33a、中间层主筋34a和下层主筋35a在x方向排成一列。换言之，在上层主筋33a、中间层主筋34a和下层主筋35a中，在作为筋宽度方向的y方向上的各个中心位置彼此一致。

在本实施例的上层主筋33a、中间层主筋35a和下层主筋35a中，每个全筋在层叠截面图中呈等腰梯形形状，构成各自的顶的面在x方向上彼此相对。顺便提及，全筋在层叠截面图中可以呈弧形形状或三角形形状。

如上所述，在主密封结构31a中，上层主筋33a、中间层主筋34a和下层主筋35a在x方向上从上侧向下侧在交替的方向上突出。

上层主筋33a、中间层主筋34a和下层主筋35a的各个筋形状除层叠截面图中的顶部的突出方向之外优选为相同，并且筋高度和筋宽度也优选为相同。具体而言，上层主筋33a和中间层主筋34a在垂直方向上具有对称的形状。中间层主筋34a和下层主筋35a在垂直方向上具有对称的形状。上层主筋33a和下层主筋35a在突出方向、宽度和高度方面具有相同的形状。

副密封结构32a布置在第一板材27的位于径向外侧的周缘端29a的径向外侧，并围绕主密封结构31a。在层叠截面图中，在副密封结构32a中，上层副筋36a、中间层副筋37a和下层副筋38a在x方向上朝下侧层叠。

上层副筋36a形成于上层21，中间层副筋37a形成于中间层22的第二板材28，下层副筋38a形成于下层23。每个筋36a-38a在俯视图中呈环形形状，并且布置在周缘端29a的径向外侧。上层副筋36a围绕上层主筋33a，中间层副筋37a围绕中间层主筋34a，并且下层副筋38a围绕下层主筋35a。

上层副筋36a、中间层副筋37a和下层副筋38a在主密封结构31a的周向的整个圆周上形成为半筋。半筋是指在层叠截面图中在中央部具有相对于径向倾斜的斜面的筋，与斜面的径向内侧或外侧邻接的端部中的任一个端部关于另一端部在x方向上突出而形成阶梯状。

在上层副筋36a和下层副筋38a的每个半筋中，斜面的位于径向外侧的端部相对于斜面的位于径向内侧的端部在x方向上朝下侧突出。在中间层副筋37a的半筋中，斜面的位于径向外侧的端部相对于斜面的位于径向内侧的端部在x方向上朝上侧突出。换言之，上层副筋36a和中间层副筋37a在它们彼此靠近的方向上突出，中间层副筋37a和下层副筋38a在它们彼此分离的方向上突出，并且上层副筋36a和下层副筋38a在相同的方向上突出。

此外，上层副筋36a、中间层副筋37a和下层副筋38a在x方向上排成一列。换言之，在上层副筋36a、中间层副筋37a和下层副筋38a中，在作为筋宽度方向的y方向上的各个中心位置彼此重合。

在本实施例中的上层副筋36a、中间层副筋37a和下层副筋38a中，每个半筋在层叠截面图中呈曲柄(crank)形状。具体而言，半筋呈“z”字状，其中与斜面的径向两侧邻接的端部平坦地形成，并且形成各个突出端部的表面在x方向上彼此面对。顺便提及，半筋可以形成为在层叠截面图中呈“s”字状，其中与斜面在径向上的两侧邻接的端部和斜面之间的角度被倒圆。

如上所述，在副密封结构32a中，上层副筋36a、中间层副筋37a和下层副筋38a在x方向上从上侧向下侧在交替的方向上突出。

期望上层副筋36a、中间层副筋37a和下层副筋38a各自的筋形状除层叠截面图中的顶部的突出方向之外相同，筋高度和筋宽度也期望相同。换言之，上层副筋36a和中间层副筋37a在垂直方向上具有对称的形状。中间层副筋37a和下层副筋38a在垂直方向上具有对称的形状。上层副筋36a和下层副筋38a在突出方向、宽度和高度方面具有相同的形状。

如图3所例示的，围绕与通孔24a相邻的通孔24b的主密封结构31b也以与主密封结构31a相同的方式构造，并且副密封结构32b也以与副密封结构32a相同的方式构造。

在彼此相邻的通孔24a和24b之间的区域中，围绕一个通孔24a的上层副筋36a的顶部的高度与围绕另一个通孔24b的上层副筋36b的顶部的高度一致，并且上层副筋36a与上层副筋36b相接。以相同的方式，中间层副筋37a和37b彼此相接，并且下层副筋38a和38b彼此相接。换言之，在彼此相邻的通孔24a和24b之间，副密封结构32a和32b彼此邻接并作为一个密封结构起作用。当它们被认为是一个密封结构时，在该密封结构中，形成有在层叠截面图中沿上下方向依次排列的三个全筋。

上层副筋36a和36b之间的边界、中间层副筋37a和37b之间的边界以及下层副筋38a和38b之间的边界在x方向上排成一列。换言之，当副密封结构32a和32b彼此邻接并形成一个密封结构时形成的三个全筋在y方向上的中央部彼此一致。在本实施例中，三个全筋在层叠截面图中呈等腰梯形形状，并且构成各个顶的表面在x方向上彼此面对。顺便提及，通过使副密封结构32a和32b彼此相接而形成的三个全筋在层叠截面图中可以呈弧形形状或三角形形状。

如图4(a)所例示的，在未发生缸盖抬升的情况下，在周缘端29a的径向内侧形成的主密封结构31a的表面压力高。因此，即使在汽缸孔14中产生的气体的燃烧压力p1高时，气体也被主密封结构31a拦截，不会向径向外侧泄漏。

如图4(b)所例示的，当发生缸盖抬升时，汽缸盖12在x方向上朝上侧升高，主密封结构31a的表面压力与上述状态相比降低。此时，在主密封结构31a中，三个全筋的高度比前述状态中更高，以保持一定的表面压力。因此，当气体通过主密封结构31a时，气体的燃烧压力p1降低到压力p2。然后，具有被主密封结构31a降低了的压力p2的气体被副密封结构32a拦截，不会在径向上向副密封结构32a的外侧泄漏。

如上所述，密封垫20包括从通孔24a朝其径向外侧依次布置的主密封结构31a和副密封结构32a，在主密封结构31a中全筋的突出方向交替，在副密封结构32a中半筋的突出方向交替。因此，通过主密封结构31a和副密封结构32a，自通孔24a朝径向外侧的其中表面压力升高的部分加倍，并且可以在两个阶段进行密封。

由此，即使处在因缸盖抬升而允许在汽缸孔14中燃烧的气体通过主密封结构31a而使得通孔24a的周缘处的表面压力降低的情况中，通过主密封结构31a有利地降低了气体的燃烧压力p1，且副密封结构32a能可靠地阻止具有降低后的压力的气体通过。

顺便提及，除了在该实施例中例示的缸盖抬升之外，通孔24a的周缘处的表面压力降低的情况的例子还包括归因于运行中冷热影响的汽缸体11和/或汽缸盖12的变形。

在主密封结构31a和副密封结构32a中，通过以交替的突出方向层叠形成于上层21、中间层22和下层23的每一个上的三个筋33a-35a和三个筋36a-38a，可以使x方向上的变形量变大。由此，有利于确保对导致通孔24a的周缘处的表面压力降低的情况的追从性/顺应性(followability)，这些情况例如是由于缸盖抬升而引起的汽缸体11和汽缸盖12之间变宽的变化和/或由于应变而导致的密封面的倾斜度的变化。

主密封结构31a和副密封结构32a具有至少三个筋且它们以交替的突出方向层叠就足够。例如，在中间层22由三层板材构成时，在除折回部的板材以外的每一板材上均形成有筋，在四个筋的突出方向交替设置的情况下层叠板材，形成于上层21和下层23的筋的突出方向彼此面向相反方向。

特别地，通过将中间层主筋34a内包在折回部30a中，主密封结构31a能保持折回部30a在x方向上的高度。由此，可以有利地增加折回部30a的表面压力，并且可以有效地抑制当通孔24的周缘处的表面压力降低时由主密封结构31引起的表面压力的降低。

另外，通过使构成副密封结构32a、32b的各个半筋在通孔24a和24b之间相接，即使在通孔24a、24b之间的空间狭窄的情况下，也能够对通孔24a和24b中的每一个进行两阶段密封。由此，有利地避免了在通孔24a和24b之间允许气体的进入和流出。

在上述实施例中，类似的双重密封结构也可应用于对应于水/油孔的通孔25的周缘。

上述密封垫20可以应用于具有通孔24的密封垫，例如用于法兰的密封垫和用于排气歧管的密封垫，而不限于汽缸盖密封垫。

在上述实施例中，在中间层22中第一板材27可以上下颠倒。此外，在主密封结构31a中这样的结构也是可行的：上层主筋33a和下层主筋35a的每个全筋的顶部在x方向上向上突出，而中间层主筋34a的全筋的顶部在x方向上向下突出。在这种情况下，在副密封结构32a中，有利地，使上层副筋36a和下层副筋38a的每个全筋的顶部在x方向上向上突出，并且使中间层副筋37a的全筋的顶部在x方向上向下突出。

在层叠截面图中各个筋33a-38b、33b-38b的形状没有特别限制。

在上述实施例中，构成副密封结构32a和32b的各个半筋在通孔24a和24b之间的空间变窄的部分彼此相接，但是用于使各个半筋彼此相接的长度可以设定为很长。具体地，在通孔24a和24b之间的空间变窄的部分中，各个半筋可以在俯视图中呈线性形状，以将相接长度设定得更长。

附图标记列表

20密封垫

21上层

22中间层

23下层

24a、24b通孔

27第一板材

28第二板材

29a、29b周缘端

30a、30b折回部

31a、31b主密封结构

32a、32b副密封结构

33a、33b上层主筋

34a、34b中间层主筋

35a、35b下层主筋

36a、36b上层副筋

37a、37b中间层副筋

38a、38b下层副筋