CN103307279A - 密封垫用橡胶圈 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种密封垫用橡胶圈，减小在密封垫用橡胶圈的密封用橡胶和金属板的接合界面处产生的应力，防止密封用橡胶从金属板上剥离、在金属板的端部附近在密封用橡胶中产生裂纹。该密封垫用橡胶圈中在密封用橡胶的外周侧的端面埋入并粘接金属板的孔缘部，该密封用橡胶包括：内周侧的具有起密封作用的最厚部的第1鼓出部、构成与金属板粘接的粘接部的外周侧的第2鼓出部、及该第1及第2鼓出部之间的凹部。第2鼓出部及凹部具有在通过夹持密封垫的面压缩橡胶圈时不与夹持该密封垫的面接触的厚度。金属板的前端位于：在凹部的范围内、在两鼓出部朝向凹部倾斜的斜面从相对于外侧凸的曲面变化为相对于外侧凹的曲面的变化点P1、P2之间。

Description

密封垫用橡胶圈

技术领域

本发明涉及一种密封垫用橡胶圈，用于确保密封垫的流体孔等密封垫局部的密封性，在金属板的孔缘部接合环状的密封用橡胶。

背景技术

汽车的发动机等内燃机用的密封垫为了提高汽缸体和汽缸盖之间的密封性而设置在该汽缸体和汽缸盖之间。在该密封垫上设有：向汽缸体的燃烧室开口的燃烧室孔、用于穿插将汽缸体和汽缸盖紧密结合的螺栓的螺栓孔、以及用于使冷却水通过的水孔和用于使油通过的油孔等流体孔。

密封垫用橡胶圈主要用于确保这样的密封垫的流体孔等的密封性，是在环状的密封用橡胶的外周侧的端面埋入金属板的孔缘部，并在该孔缘部粘接上述密封用橡胶而成。在上述密封垫的流体孔等处设置橡胶圈时，使上述橡胶圈的金属板介入于该密封垫的上下两面侧的密封垫板之间，在上述流体孔等的周围设置橡胶圈。而且，若将设置有该橡胶圈的密封垫设置于上述汽缸盖和汽缸体之间，则由于在上述流体孔的周围，上述橡胶圈的密封用橡胶被该汽缸盖和汽缸体按压，因此可确保上述流体孔的密封性。

图6表示一直以来使用的密封垫用橡胶圈的主要部分的截面形状。该图所示的橡胶圈50具有环状的密封用橡胶51和金属板52，其中金属板52具有与流体孔等相适合的形状的孔。上述密封用橡胶51的平面形状与上述金属板52的孔的形状相对应，且从该密封用橡胶51的外周侧的端面埋入上述金属板52的孔缘部，并在该金属板52的孔缘部粘接该密封用橡胶51。上述橡胶圈50的截面形状是相对于其厚度方向的中心线L对称的形状。另外，该橡胶圈50的密封用橡胶51包括：密封部54，其具有厚度最大的最厚部；以及粘接部55，以越靠近外周侧厚度越小的方式倾斜，且与上述金属板52粘接。

将该密封垫用橡胶圈50用从上下进行按压的两个面夹持，求出在厚度方向上压缩20％、25％、30％时的应力分布，其结果如图7的(a)～(c)所示，橡胶圈50内的应力的大小用点的浓淡表示，且按附图标记A～D的顺序，浓度越淡应力越大。

在将上述橡胶圈50压缩20％～30％的情况下，上述密封用橡胶51的几乎整个面与按压密封用橡胶51的上下的两个面接触，密封用橡胶51内的应力在该密封用橡胶51与上下的两个面接触的部位附近变大，特别是在将橡胶圈50压缩25％以上的图7的(b)(c)的情况下，在上述金属板52和上述密封用橡胶51的粘接界面附近应力整体地变大。

参照这样的应力分布，在上述以往的密封垫用橡胶圈50中，当将其安装于密封垫并在加压状态下使用时，由于上述密封用橡胶51的变形，该密封用橡胶51和上述金属板52之间的粘接界面处的应力变大。因此，在长时间使用上述密封垫的情况下，上述密封用橡胶51从上述金属板52上剥离、或在上述金属板52的端部附近在上述密封用橡胶51中产生裂纹，且剥离和裂缝扩展从而变得易于破损。

另外，图8表示作为参考例而示出的其他密封垫用的橡胶圈60的主要部分截面形状。与图6所示的橡胶圈50相同，该橡胶圈60具有环状的密封用橡胶61和金属板62，其中金属板62具有与密封垫的流体孔等相适合的形状的孔，该密封用橡胶61包括：密封部64，其具有厚度最大的最厚部；以及粘接部65，使外表面以随着靠近外周侧、厚度比图6的例子变得更小的方式倾斜，且与上述金属板62粘接。

与图7的(c)的情况相同地，将上述参考例的橡胶圈60用从上下进行按压的两个面夹持，在厚度方向上压缩30％时的应力分布如图9所示，该橡胶圈60内的应力的大小用与图7相同的表示方式进行表示。

将上述图9所示的应力分布与图7的(c)的情况进行对比，在参考例的橡胶圈60中，由于使与金属板62粘接的粘接部65的厚度以随着靠近外周侧而比图6的例子变得更小的方式倾斜，因此粘接部65的大半未与按压橡胶圈60的上下的两个面接触。因此能够推测到，当对橡胶圈60进行了上述30％的压缩时，在该密封用橡胶61未与上下的两个面接触的部位，密封用橡胶61内的应力没有变大。但是，在埋入密封用橡胶61中的金属板62的孔缘部的前端附近，应力变得较大。一般认为其原因在于，作用于上述密封用橡胶61的密封部64的压缩力对粘接部65产生了影响，该粘接部65从该密封部64开始厚度逐渐变小但仍与该密封部64一体化。

发明内容

本发明的技术课题在于，根据上述与作用于橡胶圈的密封用橡胶的内部的应力相关的知识，提供一种密封垫用橡胶圈，该密封垫用橡胶圈能够减小在压缩时在密封用橡胶和金属板的接合界面附近产生的应力，从而能够抑制由于长时间的使用引起的密封用橡胶从金属板上剥离、抑制在金属板的端部附近在密封用橡胶中产生裂纹。

在用于解决上述课题的本发明的密封垫用橡胶圈中，在环状的密封用橡胶的外周侧的端面埋入金属板的孔缘部，并在该金属板的孔缘部粘接该密封用橡胶，该密封垫用橡胶圈的特征在于，上述橡胶圈的截面形状关于该橡胶圈的厚度方向的中心线对称，上述密封用橡胶具有：第1鼓出部，位于该密封用橡胶的内周侧，构成密封部；第2鼓出部，位于该密封用橡胶的外周侧，构成与上述金属板粘接的粘接部；以及凹部，其位于上述第1鼓出部和第2鼓出部之间，上述第1鼓出部具有起密封作用的最厚部，上述第2鼓出部及上述凹部具有下述厚度，即，在将上述橡胶圈安装于密封垫并通过夹持该密封垫的面从其两面侧压缩橡胶圈时不与夹持该密封垫的面接触的厚度，埋入上述密封用橡胶中的上述金属板的前端位于，在上述第1鼓出部和第2鼓出部之间的凹部的范围内、从两鼓出部朝向凹部倾斜的斜面从相对于外侧凸的曲面变化为相对于外侧凹的曲面的变化点之间。

在本发明的密封垫用橡胶圈的优选的实施方式中，上述橡胶圈中的第1鼓出部和第2鼓出部以下述方式形成，即，在该橡胶圈的厚度方向的中心线两侧的一对倾斜的直线之间包含该直线的一部分；上述凹部以下述方式形成，即，具有在上述两鼓出部之间使上述两直线分别朝向中心线侧垂直地以圆弧状凹陷而成的形状，使埋入上述密封用橡胶中的上述金属板的前端位于形成有成为上述圆弧的凹部的范围内，另外，上述凹部处的上述密封用橡胶的最小的厚度大于上述第1鼓出部的最厚部的厚度的50％，且小于第2鼓出部的顶点部位的厚度。

另外，在本发明的密封垫用橡胶圈的优选的实施方式中，上述密封用橡胶的材质为天然橡胶、氟系橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、氯丁二烯橡胶、或硅橡胶，另外，作为将上述密封用橡胶和上述金属板粘接的粘接剂，能够使用聚氨酯类、丙烯酸类、环氧类、苯酚类、丁腈橡胶类、或氯丁二烯橡胶类的粘接剂，另外，作为上述金属板，能够使用不锈钢、铁、或镀锌钢板。

在具有上述结构的密封垫用橡胶圈中，在构成上述密封用橡胶的密封部的第1鼓出部和构成与金属板粘接的粘接部的第2鼓出部之间形成凹部，并且，具有在通过夹持密封垫的两个面从两面侧压缩橡胶圈时上述第2鼓出部及上述凹部不会与夹持该密封垫的面接触的厚度，因此在从两面侧压缩橡胶圈的第1鼓出部时，第2鼓出部不会被压缩，因此，能够根据图9的应力分布推测到，不仅能够谋求减小在该第2鼓出部内的密封用橡胶和金属板的接合界面附近产生的应力，而且通过上述凹部的存在，能够抑制作用于第1鼓出部的压缩力对第2鼓出部侧产生影响。

另外，由于使埋入上述密封用橡胶中的金属板的前端位于：在上述第1鼓出部和第2鼓出部之间的凹部的范围内、从两鼓出部朝向凹部倾斜的斜面从相对于外侧凸的曲面变化为相对于外侧凹的曲面的变化点之间，因此在埋入密封用橡胶中的金属板的前端部的周边也没有大的应力产生作用，其结果，能够抑制由于长时间使用引起的密封用橡胶从金属板上的剥离、抑制在金属板的端部附近在密封用橡胶中产生裂纹的情况。

而且，通过下述本发明实施例求出的应力分布的结果，也能够确认上述本发明的作用。

根据本发明的上述密封垫用橡胶圈，能够减小在压缩橡胶圈时在密封用橡胶和金属板的接合界面附近产生的应力，从而能够抑制由于长时间使用引起的密封用橡胶从金属板上的剥离、抑制在金属板的端部附近在密封用橡胶中产生裂纹的情况。

附图说明

图1是具有本发明的密封垫用橡胶圈的密封垫的俯视图。

图2是图1的A-A位置处的放大剖视图，表示本发明的密封垫用橡胶圈的实施例的主要部分的形态。

图3是用于说明本发明的密封垫用橡胶圈的一种设计手法的以放大截面进行表示的说明图。

图4是表示本发明的密封垫用橡胶圈的一个实施例的形态的详细情况的剖视图。

图5是将上述实施例的密封垫用橡胶圈压缩时的应力分布图，(a)～(c)分别为使压缩率为20％、25％、30％时的应力分布图。

图6是表示密封垫用橡胶圈的以往例的剖视图。

图7是将图6所示的密封垫用橡胶圈压缩时的应力分布图，(a)～(c)分别为使压缩率为20％、25％、30％时的应力分布图。

图8是作为与本发明进行对比的参考例的密封垫用橡胶圈的主要部分剖视图。

图9是将上述参考例的密封垫用橡胶圈以30％的压缩率进行压缩时的应力分布图。

符号说明

1            密封垫用橡胶圈

10           密封用橡胶

11           第1鼓出部

11a          最厚部

12           凹部

13           第2鼓出部

20           金属板

30           密封垫

具体实施方式

图1表示具有本发明的密封垫用橡胶圈1的密封垫30，图2是用放大截面表示上述橡胶圈1的主要部分的结构的图。

图1所示的密封垫30是为了提高汽车等的内燃机中的汽缸体和汽缸盖之间的密封性而设置在汽缸体和汽缸盖之间的部件，在该密封垫30上，在与汽缸体的燃烧室相对应的位置设有燃烧室孔31，在该燃烧室孔31的周围设有用于使冷却水通过的水孔32和用于使油通过的油孔33。另外，设有螺栓孔34，用于穿插将汽缸体和汽缸盖紧密结合的螺栓。上述密封垫30在上下两面侧具有呈大致相同的形状的2片密封垫板35、36(参照图2)，安装于该密封垫30上的橡胶圈1设置在该密封垫30的水孔32和油孔33的部分。

此外，本发明的密封垫用橡胶圈并不限定适用于在此参照图1及图2进行说明那样的在汽车等的内燃机中的汽缸盖和汽缸体之间设置的密封垫30的流体孔。

上述图2的橡胶圈1具有环状的密封用橡胶10和金属板20，该金属板20具有形状与密封垫30中的水孔32和油孔33等相适合的孔，该密封用橡胶10的平面形状与上述金属板20的孔的形状相对应，具体而言，与上述水孔32和油孔33等应密封的部位的形状相对应。

上述橡胶圈1通过使其金属板20夹持于上述密封垫30的2片密封垫板35、36之间而被安装于该密封垫中，当然上述金属板20在孔的周围具有被该密封垫板稳定地夹持的部分。

另外，该橡胶圈1比设置橡胶圈1的上述密封垫30的孔小，且在密封用橡胶10的中央具有呈与该孔相对应的形状的连通孔10a。而且，当将上述密封垫30设置于汽缸体和汽缸盖之间时，该橡胶圈1的上述密封用橡胶10被汽缸体和汽缸盖按压。由此，可确保设置有上述橡胶圈1的密封垫30的流体孔的密封性。

如图2所示，在本发明的密封垫用橡胶圈1的实施例中，该橡胶圈1具有：上述环状的密封用橡胶10；以及金属板20，该金属板20安装在该密封用橡胶10的外周侧的端面，具有形状呈圆形或椭圆形等的密封用橡胶安装用的孔。该橡胶圈1的截面形状关于厚度方向的中心线L对称。而且，上述密封用橡胶10具有：其截面的内周侧的第1鼓出部11、外周侧的第2鼓出部13、以及上述第1鼓出部11和上述第2鼓出部13之间的凹部12，在设置于环状的密封用橡胶10的外周侧的端面处的槽中，埋入上述金属板20的孔缘部20a，并将该金属板20的孔缘部20a与上述密封用橡胶10粘接。

上述第1鼓出部11在上述密封用橡胶10的内周侧构成密封部，具有厚度最大且平坦的最厚部11a，且在该最厚部11a具有确保密封作用所需的宽度。另外，上述第2鼓出部13构成上述密封用橡胶10的外周侧的与上述金属板20相对的粘接部，其顶部的厚度小于第1鼓出部11的厚度，并且，具有如下厚度，即：在将上述橡胶圈1安装于密封垫30并通过从其两面侧夹持该密封垫30的面压缩橡胶圈1时，第2鼓出部13与上述凹部12都不会与夹持该密封垫30的面接触。另外，关于上述凹部12，使其最小的厚度大于上述第1鼓出部11的最厚部11a的厚度的50％，从而保持第1鼓出部11和第2鼓出部13的连结强度，但通过该凹部12的存在，具有抑制作用于第1鼓出部11的压缩力对第2鼓出部13侧产生影响的功能。

关于从上述密封用橡胶10的第2鼓出部13内埋入至到达上述凹部12内的部位的上述金属板20的前端位置，由于在上述凹部12中，具有抑制作用于第1鼓出部11的压缩力对第2鼓出部13侧、特别是对密封用橡胶10和金属板20的粘接部产生影响的功能，因此需要使金属板20的前端位置位于上述凹部12的内周侧的端部和该凹部12的外周侧的端部之间，具体而言，从避免上述压缩力对上述粘接界面产生影响的观点来看，金属板20的前端位置位于如下位置时是有效的，即：位于从两鼓出部11、13陷入凹部12的部分处的、从第1鼓出部11及第2鼓出部13朝向凹部12倾斜的斜面从相对于外侧凸的曲面变化到相对于外侧凹的曲面的变化点P1、P2之间。

另外，上述变化点P1、P2也可以说是在鼓出部11、13和凹部12之间的密封用橡胶10的表面，与相对于橡胶圈1的厚度方向的中心线L垂直的面最接近的倾斜的部分。在上述鼓出部11、13和凹部12之间存在倾斜角未发生变化的部分，从而无法确定与相对于上述中心线L垂直的面最接近的倾斜的部分的情况下，由于不认为在上述鼓出部11、13和凹部12之间在作用效果方面存在显著的变动，所以上述变化点P1、P2也应该看作是在上述倾斜角不发生变化的部分中最接近鼓出部11、13的点。

具体而言，上述橡胶圈的形态能够形成为如参照图3在以下进行说明那样地设计的结构。关于上述图2的橡胶圈1，单纯地作为具有下述部分的部件进行说明，即，密封用橡胶10的截面的内周侧的第1鼓出部11、外周侧的第2鼓出部13、及第1鼓出部11和第2鼓出部13之间的凹部12。与此相对，关于图3所示的橡胶圈1A，虽然并没有与上述图2的橡胶圈1发生实质性的改变，但作为橡胶圈的设计手法采用如下方式：在图示的截面中，第1鼓出部11A和第2鼓出部13A以下述方式形成，即，在该橡胶圈1A的厚度方向的中心线L两侧的一对倾斜的直线S内包含该直线的一部分，换言之，该直线S与两鼓出部11A、13A部分接触，而且上述两鼓出部11A、13A之间的凹部12A以下述方式形成，即，具有使上述两直线S分别朝向中心线L侧垂直地以圆弧R凹陷而成的形状。另外，通过小圆弧状的圆滑的面将由上述设计产生的直线S和圆弧R的交点的角部倒角。

在该情况下，与利用图2说明的情况相同，从具有抑制作用于上述第1鼓出部11的压缩力对上述粘接界面产生影响的功能这一观点来看，以下的结构是恰当的，即：使埋入上述密封用橡胶10中的金属板20的前端位于在两鼓出部11A、13A之间由上述圆弧R形成的凹部12A所在的两端的点r1和点r2的范围内。

该范围与利用上述图2说明的橡胶圈1相比较时，只要没有使上述直线S和圆弧R的交点的角部极端地倒角，则不具有实质性的差异，特别是，已知在两鼓出部11A、13A之间由圆弧R形成的凹部12A是相对于外侧凹的曲面，因此，由上述圆弧R形成的凹部12A所在的两端的点r1和点r2的范围，与在图2的橡胶圈1中从第1鼓出部11及第2鼓出部13朝向凹部12倾斜的斜面从相对于外侧凸的曲面变化为相对于外侧凹的曲面的变化点P1、P2相同，或者至少位于比变化点P1、P2稍微靠近内侧的位置。

通过像这样地构成，在使用上述密封垫30时，只有上述密封用橡胶10的第1鼓出部11、11A被强烈地压缩，抑制在上述凹部12、12A及上述第2鼓出部13、13A中产生的应力的大小，减小在上述密封用橡胶10和上述金属板20的粘接界面处产生的应力。

作为上述密封垫用橡胶圈1、1A中的密封用橡胶10的材质，能够将天然橡胶、氟系橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、氯丁二烯橡胶、或硅橡胶等作为优选的材料使用。另外，作为将上述密封用橡胶10和上述金属板20粘接的粘接剂，优选使用聚氨酯类、丙烯酸类、环氧类、苯酚类、丁腈橡胶类、或氯丁二烯橡胶类的粘接剂。另外，能够在上述金属板20中使用不锈钢、铁、或镀锌钢。

针对基于图3所述的设计手法如图4所示那样地形成具体形态后的本发明的密封垫用橡胶圈1，对将其用两侧的两面夹持并压缩时的应力分布进行说明，具体如下。

将该密封垫用橡胶圈1用上述两个面夹持，求出将密封用橡胶10在厚度方向上压缩20％、25％、30％时在上述密封垫用橡胶圈1中产生的应力的分布，其结果如图5(a)～(c)所示。在图5中上述密封垫用橡胶圈1内的应力的大小，与图7相同地用点的浓淡表示，按附图标记A～D的顺序，浓度越淡的区域应力越大。

根据图5的(a)～(c)，对于上述密封垫用橡胶圈1，由于以即使被压缩20％～30％、上述凹部12及上述第2鼓出部13也未被压缩的方式形成，所以应力变大的区域未较大地扩大到上述第1鼓出部11的外侧。而且，特别的，在上述第2鼓出部13的范围内的、密封用橡胶10和金属板20的上下面的粘接界面处，与金属板20内相同地处于实际上应力未产生作用的状态，另外，在上述凹部12的范围内，将密封垫用橡胶圈1在厚度方向上压缩20％～30％的任一种情况下，也只是在金属板20的端部附近，应力比上述粘接界面增大一个等级。

因此，即使在长时间使用上述密封垫，也能够抑制上述密封用橡胶10从上述金属板20上剥离、抑制在该金属板20的端部附近在上述密封用橡胶10中产生裂纹。

Claims (7)

1.一种密封垫用橡胶圈，其中，在环状的密封用橡胶的外周侧的端面埋入金属板的孔缘部，并在该金属板的孔缘部粘接该密封用橡胶，所述密封垫用橡胶圈的特征在于，

所述橡胶圈的截面形状关于该橡胶圈的厚度方向的中心线对称，

所述密封用橡胶具有：第1鼓出部，其位于所述密封用橡胶的内周侧，构成密封部；第2鼓出部，其位于密封用橡胶的外周侧，构成与所述金属板粘接的粘接部；以及凹部，其位于所述第1鼓出部和第2鼓出部之间，

所述第1鼓出部具有起密封作用的最厚部，所述第2鼓出部及所述凹部具有如下厚度：在将所述橡胶圈安装于密封垫并通过夹持所述密封垫的面从其两面侧压缩所述橡胶圈时不与夹持所述密封垫的面接触，

埋入所述密封用橡胶中的所述金属板的前端位于：在所述第1鼓出部和第2鼓出部之间的凹部的范围内、从两鼓出部朝向凹部倾斜的斜面从相对于外侧凸的曲面变化为相对于外侧凹的曲面的变化点之间。

2.如权利要求1所述的密封垫用橡胶圈，其特征在于，

所述橡胶圈中的第1鼓出部和第2鼓出部以下述方式形成，即，在该橡胶圈的厚度方向的中心线两侧的一对倾斜的直线之间包含所述直线的一部分，

所述凹部以下述方式形成，即，具有在所述两鼓出部之间使所述两直线分别朝向中心线侧垂直地以圆弧凹陷而成的形状，

使埋入所述密封用橡胶中的所述金属板的前端位于形成有成为所述圆弧的凹部的范围内。

3.如权利要求1所述的密封垫用橡胶圈，其特征在于，

所述凹部处的所述密封用橡胶的最小的厚度大于所述第1鼓出部的最厚部的厚度的50％，且小于第2鼓出部的顶点部位的厚度。

4.如权利要求2所述的密封垫用橡胶圈，其特征在于，

所述凹部处的所述密封用橡胶的最小的厚度大于所述第1鼓出部的最厚部的厚度的50％，且小于第2鼓出部的顶点部位的厚度。

5.如权利要求1～4中任一项所述的密封垫用橡胶圈，其特征在于，

所述密封用橡胶的材质为天然橡胶、氟系橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、氯丁二烯橡胶、或硅橡胶。

6.如权利要求1～4中任一项所述的密封垫用橡胶圈，其特征在于，

将所述密封用橡胶和所述金属板粘接的粘接剂为聚氨酯类、丙烯酸类、环氧类、苯酚类、丁腈橡胶类、或氯丁二烯橡胶类。

7.如权利要求1～4中任一项所述的密封垫用橡胶圈，其特征在于，

所述金属板为不锈钢、铁、或镀锌钢。

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