專利名稱：金屬墊片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被夾持在汽缸體與汽缸蓋上對置的接合表面之間的金屬墊片，來對前述接合表面進(jìn)行封接，其中，所述汽缸體和汽缸蓋用于形成一種用在摩托車、小汽車、工業(yè)用機(jī)器以及外置發(fā)動機(jī)中的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。
背景技術(shù)：
在這種類型的常規(guī)金屬墊片中，其中之一比如在日本已公開專利No.(平)6-101761中進(jìn)行了描述。如圖38中所示，這種金屬墊片包括一個由薄金屬片制成的基板，并且該基板具有一個第一厚度增大部分52和一個橡膠凸緣53，第一厚度增大部分52比如通過將一個墊圈裝配到基板上用于限定出一個開口的圓周部分上而形成，所述開口比如是一個燃燒腔室開口，橡膠凸緣53則通過對一種橡膠材料進(jìn)行焙烤而形成，以便沿著一條在基板50的外周附近延伸的密封線從基板50的兩個表面上突起出來。這種金屬墊片還具有一個第二厚度增大部分54和一個可恢復(fù)的彈性體55，第二厚度增大部分54通過對基板50的一部分周邊部分進(jìn)行回折而形成，可恢復(fù)的彈性體55位于所述墊圈與基板50的兩個表面之間。
換句話說，形成于基板50上的開口的外周，比如油孔和水孔的外周，通過利用從基板50的兩個表面上突起的橡膠凸緣環(huán)繞在開口周圍而被密封起來，并且橡膠凸緣53的壓縮變形量由厚度增大部分52、53加以調(diào)節(jié)，來由此防止橡膠凸緣53發(fā)生破裂。為了防止橡膠凸緣53在壓縮作用下發(fā)生破損，橡膠凸緣53的壓縮變形量的最大值通常比如被設(shè)定為40％或者更低。
作為另外一種常規(guī)的金屬墊片，其中之一在日本已公開專利No.2001-206687中進(jìn)行了描述。
如圖39中所示，這種金屬墊片具有一個第一厚度增大部分52和一個第二厚度增大部分54，第一厚度增大部分52通過對基板上位于燃燒腔室開口51側(cè)的周邊部分進(jìn)行回折，并且將一個薄墊板58插入到折疊部分內(nèi)部而形成，第二厚度增大部分54比如通過對油孔的一部分圓周部分或者基板的外周邊緣進(jìn)行回折而形成。在這種金屬墊片中，通過以這樣一種方式對基板50進(jìn)行彎曲而形成兩條呈外凸-內(nèi)凹輪廓的金屬凸緣線60(在基板50的兩個表面上類似地形成一個外凸部分)，即基板在位于第一厚度增大部分52與第二厚度增大部分54之間的基板50的兩個表面上突起出來，并且一種彈性密封材料61被填充在位于金屬凸緣60相反側(cè)面上的內(nèi)凹部分中。當(dāng)需要提供一種不太昂貴的墊片時，鍍鋅鐵被用作基板50的材料。
但是，在現(xiàn)有技術(shù)的前一示例中，在橡膠凸緣53的厚度之中，僅有延伸到厚度增大部分52和54之外的那部分厚度受到壓縮并發(fā)生變形，來產(chǎn)生出用于形成密封的彈性力。由于橡膠凸緣53必須被成形在一個平整的部分上，以便從基板50的兩個表面上突起出來，所以用于形成橡膠凸緣53的橡膠量受到限制，從而使得壓縮變形量必須很小。因此，對橡膠凸緣53的尺寸精度要求很高，并發(fā)變形量很小，對橡膠凸緣53的加工處理變得困難，并且加工精度變得嚴(yán)格。
例如，如果第一厚度增大部分52的厚度0.7t被標(biāo)記為T0，而基板的厚度0.4t被標(biāo)記為T1，那么從基板向一側(cè)突起的高度T2為T2＝(T0-T1)÷2+壓縮變形量＝0.15+0.15×0.4(意思是說壓縮變形量最大值的40％)＝0.21因此，所述橡膠凸緣在基板一側(cè)上的突出量為0.21毫米。盡管在第一厚度增大部分的厚度0.7t與基板的厚度0.4t之間存在著較大差異，但是橡膠凸緣53僅具有非常少量的橡膠，并且因此其壓縮變形量很?。灰虼?，橡膠凸緣53變得難以進(jìn)行加工，并且加工精度如前所述那樣變得更為苛刻。
直接暴露在冷卻水中的橡膠凸緣53、位于第一厚度增大部分52的端面中的可恢復(fù)彈性體55以及第一厚度增大部分52，易于生銹或者吸水，由此增大了性能下降和質(zhì)量降低的機(jī)會。
如前所述，當(dāng)一個橡膠凸緣53被成形在基板50的平整表面上時，比如假設(shè)一個金屬墊片被置于汽缸蓋與汽缸體的接合表面之間，汽缸蓋與汽缸體之間熱膨脹的差異會引起錯位現(xiàn)象，導(dǎo)致沿著基板50的表面施加一個剪切力，增大橡膠凸緣53從基板50上脫落的可能性。
由于在從水孔至密封線(seal line)的區(qū)域在基板與各個接合表面之間存在有一個間隙，所以如果使用了規(guī)定之外的冷卻水，那么從水孔至密封線的基板將會受到這種規(guī)定之外的冷卻水的腐蝕作用。
還有，除了基板50圓周部分上的回折部分(第二厚度增大部分54)之外，在基板上的外周邊緣與密封線(成形有橡膠凸緣53的位置)之間的區(qū)域，由于在基板的兩個側(cè)表面與基板50的各個接合表面之間存在有一個間隙，假設(shè)這種金屬墊片被用在一部外置發(fā)動機(jī)中，那么外部的臟水或者海水會進(jìn)入前述間隙，導(dǎo)致由鑄鐵或者鋁制成的部件的接合表面以及墊片基板50的外露部分發(fā)生腐蝕。
還有，由于冷卻水直接與由回折金屬和燃燒腔室開口51側(cè)的高溫回折墊圈形成的第一厚度增大部分52發(fā)生接觸，所以沸騰的水會產(chǎn)生出氣泡，抑制冷卻效果，增大過熱的機(jī)會。另一方面，由于冷卻水直接與橡膠密封線發(fā)生接觸，冷卻水中的乙醇成分和乙二醇會導(dǎo)致整個橡膠凸緣53發(fā)生腐蝕或者膨脹，由此降低耐用性。
在現(xiàn)有技術(shù)的后一示例中，金屬墊片包括一個第一厚度增大部分52和一個第二厚度增大部分54，用以防止發(fā)動機(jī)發(fā)生變形，并且還用以防止凸緣60(包括彈性密封材料61)過度壓縮，其中，第一厚度增大部分52通過對基板上燃燒腔室側(cè)的整個周邊進(jìn)行回折而形成，來將高壓氣體密封起來。由于第二厚度增大部分54通過對外周邊緣部分進(jìn)行局部回折而形成，所以在從密封線至發(fā)動機(jī)外周邊緣之間的區(qū)域，會在基板的兩個表面上產(chǎn)生一個間隙，該間隙的大小對應(yīng)于發(fā)動機(jī)密封區(qū)域(接合表面)與墊片表面之間的橡膠厚度，其中，所述密封線由靠近基板50的外周邊緣設(shè)置或者位于螺栓內(nèi)側(cè)的凸緣60形成。
因此，假設(shè)所述墊片被用在一部外置馬達(dá)或者類似裝置中，臟水或者海水會濺入和進(jìn)入前述間隙，并且由于發(fā)動機(jī)將熱量輻射到由鑄鐵或者鋁制成的發(fā)動機(jī)的密封區(qū)域以及墊片基板50的外露部分上，所以臟水或者類似物質(zhì)的粘附現(xiàn)象會導(dǎo)致發(fā)生腐蝕。
由于使用了前述金屬墊片的發(fā)動機(jī)在尺寸和重量方面得以減小，所以用于發(fā)動機(jī)的密封區(qū)域的承面寬度(deck width)變得更窄，并且難以確保這樣一個空間，用于除了沿著燃燒腔室開口周邊的回折部分的寬度之外，形成一個在基板50的兩個表面上突起的呈寬幅波紋結(jié)構(gòu)的寬金屬凸緣60。這一點同樣可以應(yīng)用于環(huán)繞在開口比如螺栓孔、水孔、油孔周圍的區(qū)域。隨著使用了金屬墊片的發(fā)動機(jī)變得更小和更輕，產(chǎn)生的一個問題是，其變得難以采用現(xiàn)有技術(shù)中的金屬墊片結(jié)構(gòu)(后一示例)。
由于與本專利申請相反，彈性密封材料61僅被用在內(nèi)凹部分中，所以如果基板的硬度很低，那么當(dāng)彈性密封材料61受到壓縮而變形時，金屬凸緣60有可能以這樣一種方式發(fā)生變形，即在厚度方向上發(fā)生翹曲，并且當(dāng)這種變形發(fā)生時，會導(dǎo)致密封壓力下降一個對應(yīng)于所述變形的量。
還有，常規(guī)金屬墊片的另外一種示例例如在日本已公開專利No.2001-173791中予以披露。
如圖40中所示，這種金屬墊片包括兩個基板50。更具體地說，在兩個基板50中，一個厚度增大部分52被成形在較厚基板(上基板)上燃燒腔室開口51側(cè)的邊緣部分處。在兩個基板50中的每一個基板上，一個呈外凸結(jié)構(gòu)的基板凸緣53被成形在厚度增大部分52外側(cè)的一個位置上，并且其高度高于厚度增大部分52。該金屬墊片通過將兩個基板50以這樣一種方式疊置起來而組成，即兩個基板凸緣53的外凸部分側(cè)相互面對。還有，朝向外側(cè)的內(nèi)凹部分中填充有一種彈性密封材料54。
當(dāng)所述金屬墊片被置于汽缸體和汽缸蓋上對置的接合表面之間并且利用夾緊螺栓緊固起來時，基板凸緣53受到壓縮并發(fā)生變形，降低至環(huán)繞在燃燒腔室開口內(nèi)周邊緣周圍的厚度增大部分的厚度，同時，填充在所述內(nèi)凹部分中的彈性密封材料54受到壓縮并發(fā)生變形，來利用一個密封壓力將燃燒氣體、油以及冷卻水的壓力密封起來，所述密封壓力由基板凸緣53的彈性力和彈性密封材料54的彈性力組合而成。當(dāng)然，某些常規(guī)的金屬墊片不帶有任何填充在內(nèi)凹部分中的彈性密封材料54，并且某些常規(guī)的金屬凸緣由單塊基板組成。
但是，在這種常規(guī)的金屬墊片中(參照圖40)，當(dāng)由于緊固操作而發(fā)生變形時，基板凸緣53和彈性密封材料54共同產(chǎn)生出一個彈性力，來沿著密封線施加一個所需的密封壓力。
但是，當(dāng)為了防止發(fā)生疲勞損壞和降低基板50的成本而利用低硬度的金屬板制取基板50時，在前述金屬墊片中，當(dāng)螺栓被緊固并且所述凸緣的內(nèi)凹部分中的彈性密封材料54受到壓縮并發(fā)生變形時，會施加一個外力，使得基板50和基板凸緣53受到壓縮并以這樣一種方式發(fā)生變形，即在厚度方向上發(fā)生翹曲。由于基板50如前所述那樣由低硬度的金屬制成，所以凸緣具有低的形狀保持能力，并且相應(yīng)地基板50具有不足的抗變形能力，因此具有低的密封性能。
在由于發(fā)動機(jī)反復(fù)工作和停機(jī)所產(chǎn)生的重復(fù)載荷的作用下，在長時間使用之后，會產(chǎn)生某些問題，比如夾緊螺栓的軸向拉力下降，基板50上的基板凸緣53隨時間而發(fā)生變形，或者所述凸緣的內(nèi)凹部分中的彈性密封材料54質(zhì)量下降；因此，密封表面壓力很有可能下降。這些問題尤其在夾緊螺栓外側(cè)的外伸部分上更為明顯。
當(dāng)彈性密封材料54通過在基板上的內(nèi)凹部分中進(jìn)行烘焙而形成時，即使彈性密封材料54在高溫下被填充到內(nèi)凹部分中，在后續(xù)的開式冷卻(cooling and being left open)過程中，其體積也會以熱膨脹的量發(fā)生變化，彈性密封材料54上厚度最大的中部會以熱收縮的量發(fā)生收縮。當(dāng)表面壓力如前所述那樣下降時，這是不足之處。尤其是當(dāng)墊片被安裝在已經(jīng)利用較弱的軸向緊固拉力裝配起來的發(fā)動機(jī)中時，這種現(xiàn)象似乎更有可能發(fā)生。
本發(fā)明的概述[權(quán)利要求1]本發(fā)明為解決前述問題而作出，并且其任務(wù)是提供一種金屬墊片，這種金屬墊片能夠降低成本，并且能夠持續(xù)很長的時間周期確保一個穩(wěn)定的密封性能。
為了完成前述任務(wù)，根據(jù)在權(quán)利要求1中陳述的本發(fā)明，在這里提供了一種金屬墊片，其包括一個由薄金屬板制成的基板，所述基板具有成形于其中的一個或者不少于兩個開口，以及通過在所述基板厚度方向上對基板進(jìn)行彎曲而沿著密封線形成的金屬凸緣，所述金屬凸緣具有外凸剖面，并且當(dāng)這種金屬墊片被夾持在對置的接合表面之間時，會在厚度方向上發(fā)生變形，來將所述接合表面封接起來，其中，一種能夠與所述金屬凸緣的變形相協(xié)作在壓縮作用下發(fā)生變形的彈性密封材料，至少被固定在所述金屬凸緣的外凸部分上和被填充在所述外凸部分相反側(cè)的內(nèi)凹部分中，并且位于所述外凸部分側(cè)的表面上的彈性密封材料的高度，被制成等于或者基本上等于所述外凸部分的高度，并且，能夠與所述金屬凸緣的變形相協(xié)作在壓縮作用下發(fā)生變形的所述彈性密封材料，還被固定在所述基板表面上至少面對所述接合表面的外周邊緣和與所述基板表面對置的接合表面上一開口的內(nèi)周部分中之一的部分上。
優(yōu)選的是，除了經(jīng)受很大壓力的螺接部分之外，位于外凸部分側(cè)的彈性密封材料的最大凸緣寬度被限制在所述金屬凸緣的寬度的1.5倍之內(nèi)。隨著橡膠凸緣的寬度變得更大，必須向基板上施加更大的載荷。從抑制載荷增大的觀點來看，所希望的是如前所述那樣，將由彈性密封材料形成的凸緣的寬度限制在金屬凸緣的寬度的1.5倍之內(nèi)。這種關(guān)系并不適用于即將局部施加很大載荷的位置處。
從這樣一種立場來看，即當(dāng)所述墊片被置于接合表面之間時其壓縮變形量不超過40％，彈性密封材料的厚度(高度)比如可以被設(shè)定為一個不會引起壓縮斷裂的值。
根據(jù)本發(fā)明，由于金屬凸緣被制成能夠僅在基板的一個表面上發(fā)生外凸，所以彈性密封材料的量會大于當(dāng)橡膠凸緣部分被成形在基板的兩個表面上時，因此彈性密封材料的壓縮變形量變大，并且加工精度可以不很嚴(yán)格。還有，由于彈性密封材料被固定在所述外凸部分上，換句話說，被固定在金屬凸緣的傾斜表面上，所以彈性密封材料難以從基板上發(fā)生脫落。此外，由于彈性密封材料被固定在所述外凸部分上，所以防止了凸緣寬度變得過寬。位于所述外凸部分上的彈性密封材料用于抑制基板由于內(nèi)凹部分中的彈性密封材料發(fā)生翹曲而變形。
還有，由于所需的密封壓力通過金屬凸緣的彈性力與固定于金屬凸緣所在位置處的彈性密封材料的彈性力協(xié)同作用而產(chǎn)生，所以基板材料的硬度可以降低。
由于可以在無需過度增大凸緣寬度的條件下利用彈性密封材料獲得一個較寬的密封區(qū)域，所以可以容忍接合表面上存在的裂紋、鑄造砂眼以及表面粗糙度，并且可以利用一個低的表面壓力令人滿意地將接合表面封接起來。
在基板的外凸部分側(cè)表面上，在接合表面與基板之間顯現(xiàn)出一個間隙的位置處，彈性密封材料比如被固定在一個面對著對置接合表面上的外周邊緣部分的位置上，并且這樣能夠防止水從外部滲透入所述間隙。
為了便于加工或者類似處理，所希望的是，比如固定于金屬凸緣外凸部分上的彈性密封材料與面對著對置接合表面上的外周邊緣部分的彈性密封材料成為一體并且連續(xù)，但是即使它們不連續(xù)并且分離開也沒有問題。
面對著接合表面上的外周邊緣部分的彈性密封材料的高度，無需必須等于或者基本上等于所述外凸部分的高度，并且無論前者的高度高于或者低于形成于所述外凸部分上的彈性密封材料，均沒有問題。
根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)明以在權(quán)利要求1中陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，前述金屬凸緣是一個完整凸緣或者一個呈階梯形狀的半凸緣。
根據(jù)權(quán)利要求3的發(fā)明以權(quán)利要求1為基礎(chǔ)，并且其特征在于，通過在金屬凸緣的延伸方向上至少部分地改變凸起的高度和金屬凸緣的寬度，密封表面壓力在所述凸緣的延伸方向上得以均衡。
根據(jù)本發(fā)明，在接合表面上的低剛度部分，凸緣的高度被制成相對較高或者凸緣的寬度被制成相對較寬，來由此增大該凸緣處的彈性力，并且由此在凸緣的延伸方向上對密封表面壓力進(jìn)行均衡，換句話說，沿著所述密封線對密封表面壓力進(jìn)行均衡，因此可以有效地利用螺栓的緊固力。
換句話說，通過根據(jù)即將封接在所述接合表面上的表面的剛度改變凸緣的高度和寬度，由填充在凸緣內(nèi)凹部分中的彈性密封材料或者由固定于其外凸部分側(cè)的彈性密封材料產(chǎn)生的彈性應(yīng)力發(fā)生變化，使得能夠向剛度較低的密封區(qū)域上施加一個必需的密封壓力。
根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)明以權(quán)利要求1中陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，前述金屬凸緣至少沿著基板上所述開口的內(nèi)周邊緣和基板的外周邊緣中之一形成。
根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)明以權(quán)利要求1中陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，至少所述基板的一部分外周邊緣延伸到對置的接合表面的外側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明，通過使得基板的外周輪廓大于接合表面，固定于外周邊緣上的彈性密封材料可以以一個較大的容許偏差(increasedtolerance)面對著對置接合表面的外周邊緣，使得其能夠可靠地防止比如鹽水或者類似物質(zhì)從外部進(jìn)入。
根據(jù)權(quán)利要求6的發(fā)明以權(quán)利要求1中陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，至少對于形成于基板上的所述開口的內(nèi)周邊緣和基板的外周邊緣中之一的整個圓周邊緣或者其一部分來說，一個厚度增大部分被成形在所述基板上，其厚度高于基板上的其余區(qū)域，并且低于金屬凸緣的外凸部分，用以對彈性密封材料在厚度方向上的變形量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，由于彈性密封材料的壓縮變形量由所述厚度增大部分可靠地加以調(diào)節(jié)，所以彈性密封材料可以持續(xù)很長的時間周期保持其彈性。
根據(jù)權(quán)利要求7的發(fā)明以權(quán)利要求1至6中任一陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，至少在基板的一個表面上，一層薄的耐腐蝕薄膜被固定在沒有被彈性密封材料覆蓋起來的區(qū)域上，該耐腐蝕薄膜比前述的彈性密封材料薄。
根據(jù)本發(fā)明，即使鹽水或者污濁液體滲入基板與接合表面之間的間隙中，至少可以防止基板的表面發(fā)生腐蝕。
根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)明其特征在于，一種金屬墊片，包括一個由薄金屬板制成的基板，該基板至少具有一個燃燒腔室開口和一個液體孔，一個形成于基板上燃燒腔室開口側(cè)的內(nèi)周邊緣處的厚度增大部分，以及一個沿著一條密封線形成的凸緣，用于通過在厚度方向上發(fā)生變形來進(jìn)行密封，其中，至少所述密封線的一部分被設(shè)置成環(huán)繞在一個或者不少于兩個液體孔的周圍，沿著至少環(huán)繞在液體孔周圍的密封線形成的凸緣，包括一個以外凸形式形成的金屬凸緣和一個橡膠凸緣，所述金屬凸緣的高度高于通過在厚度方向上對基板進(jìn)行彎曲而形成的厚度增大部分，所述橡膠凸緣由固定于基板上金屬凸緣外凸部分側(cè)的表面上的彈性密封材料和填充在外凸部分相反側(cè)的內(nèi)凹部分中的彈性密封材料形成，并且，位于外凸部分側(cè)的表面上的彈性密封材料至少被固定在金屬凸緣外凸部分的表面上，并且被設(shè)置成高度等于或者基本上等于金屬凸緣的高度，同時，一層耐腐蝕薄膜被成形在由凸緣環(huán)繞起來的基板表面上，所述凸緣沿著在金屬凸緣的外凸部分側(cè)環(huán)繞在液體孔周圍的密封線形成，并且所述薄膜的高度低于橡膠凸緣的高度。
前述液體孔最好是一個水孔。
根據(jù)本發(fā)明，環(huán)繞在諸如水孔這樣的液體孔周圍的凸緣，阻止了液體從液體孔越過所述凸緣而浸出。
與此同時，通過如前所述那樣將凸緣制成一個由金屬凸緣與橡膠凸緣組成的復(fù)合凸緣。換句話說，由于金屬凸緣僅在基板的上表面?zhèn)缺恢瞥赏馔剐问剑詮椥悦芊獠牧系牧看笥诋?dāng)在基板的兩個表面上均成形有外凸的橡膠凸緣時。因此，彈性密封材料的壓縮變形量會增大，并且加工精度變得不很嚴(yán)格。由于彈性密封材料被固定在金屬凸緣的外凸部分或者傾斜表面上，所以對于彈性密封材料來說，其不大有可能從基板上發(fā)生脫落。
還有，由于所需的密封壓力通過金屬凸緣的彈性力和固定于金屬凸緣所在位置處的彈性密封材料的彈性力協(xié)同作用而產(chǎn)生，所以基板材料的硬度可以降低。由于可以利用彈性密封材料獲得一個寬的密封區(qū)域，換句話說，由于可以利用彈性密封材料形成一個區(qū)域密封(area seal)，所以可以容忍存在于接合表面上的裂紋、鑄造砂眼以及加工表面粗糙度，從而可以利用一個低的壓力獲得令人滿意的密封效果。
在從液體孔至凸緣所在位置的區(qū)域，位于金屬凸緣外凸部分側(cè)的基板表面與接合表面之間會出現(xiàn)一個間隙，但是由于耐腐蝕薄膜被成形在基板的表面上，所以即使穿過液體孔的液體具有腐蝕性，也可以防止基板表面受到腐蝕。
根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)明以在權(quán)利要求8中陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，一層薄的耐腐蝕薄膜被成形在由凸緣環(huán)繞起來的表面上，所述凸緣沿著位于金屬凸緣內(nèi)凹部分側(cè)的密封線形成，并且所述薄膜與填充在內(nèi)凹部分中的彈性密封材料相連續(xù)。
根據(jù)本發(fā)明的金屬凸緣被構(gòu)造成不僅在一個表面上突起出來，而且還在位于金屬凸緣內(nèi)凹側(cè)的基板表面上和液體孔側(cè)而并非凸緣側(cè)上突起出來，這就存在這樣一個風(fēng)險，即流過液體孔的液體將通過位于對置接合表面上的裂紋或者在振動作用下，與金屬凸緣內(nèi)凹側(cè)的基板表面發(fā)生接觸。在本發(fā)明中，在內(nèi)凹側(cè)的基板表面上存在有耐腐蝕薄膜的條件下，即使液體具有腐蝕性，也可以防止基板的表面受到腐蝕。
根據(jù)權(quán)利要求10的發(fā)明以在權(quán)利要求9中陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，在基板上由凸緣環(huán)繞起來的位置處成形有多個通孔，所述凸緣沿著環(huán)繞在液體孔周圍的密封線形成，并且形成于基板兩個表面上的薄膜通過所述多個通孔連接起來。
根據(jù)本發(fā)明，由于位于基板兩個表面上的薄膜通過所述通孔相互連接起來，所以薄膜不太易于從基板上發(fā)生脫落。需要注意的是，位于金屬凸緣外凸部分側(cè)的薄膜不與接合表面發(fā)生接觸，但是位于金屬凸緣內(nèi)凹側(cè)的薄膜與接合表面發(fā)生接觸。
根據(jù)權(quán)利要求11的發(fā)明以權(quán)利要求8至10中任一陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，薄膜還被應(yīng)用在液體孔的內(nèi)周表面上。
根據(jù)本發(fā)明，否則會與液體發(fā)生接觸的孔內(nèi)周表面，由所述薄膜加以保護(hù)。與此同時，當(dāng)薄膜被成形在基板的前表面和后表面上時，位于液體孔側(cè)而并非凸緣側(cè)的所有基板表面和端面，均由所述薄膜加以保護(hù)。
根據(jù)權(quán)利要求12的發(fā)明以在權(quán)利要求11中陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，至少沿著環(huán)繞在所述液體孔周圍的密封線形成的一部分凸緣，被沿著所述液體孔的整個周邊設(shè)置，位于外凸部分側(cè)的彈性密封材料被設(shè)置成直至與外凸部分側(cè)彈性密封材料連續(xù)的薄膜被貼附到所述液體孔的內(nèi)周表面上，并且包括一個對應(yīng)于薄膜厚度的量的液體孔尺寸，基本上等于敞口于所述接合表面上的液體孔的尺寸，其中所述接合表面即將由夾持于其間的墊片封接起來。
根據(jù)本發(fā)明，通過靠近液體孔成形橡膠凸緣，由于位于金屬凸緣外凸部分側(cè)的基板表面由橡膠凸緣加以保護(hù)，所以對于外凸部分側(cè)的表面來說，所述薄膜是不必要的。
根據(jù)權(quán)利要求13的發(fā)明以在權(quán)利要求8至10以及12中任一陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，第二厚度增大部分被成形在基板的一部分外周邊緣上，并且除了該第二厚度增大部分之外，沿著外周邊緣延伸的密封線被設(shè)置在基板的外周邊緣處或者外周邊緣附近，其中，沿著所述密封線形成的凸緣包括一個以外凸形式形成的金屬凸緣和一個橡膠凸緣，所述金屬凸緣高于通過在厚度方向上對基板進(jìn)行彎曲形成的厚度增大部分，所述橡膠凸緣由固定于基板上金屬凸緣外凸部分側(cè)的表面上和填充在其內(nèi)凹部分中的彈性密封材料形成，并且與金屬凸緣的變形相協(xié)作，在厚度方向上受到壓縮并發(fā)生變形，位于外凸部分側(cè)的表面上的彈性密封材料至少被固定在金屬凸緣外凸部分的表面上，并且彈性密封材料的高度被設(shè)置成等于或者基本上等于金屬凸緣的高度。
由于如前所述構(gòu)造而成的凸緣沿著基板的外周邊緣成形，所以如果存在有這樣一種可能性，即諸如鹽水這樣的腐蝕性液體從外部進(jìn)入，那么沿著外周邊緣形成的橡膠凸緣將阻止它們從外部進(jìn)入。尤其是，通過成形如前所述的凸緣，即使在接合表面上存在有裂紋或者存在有振動，由于彈性密封材料與接合表面緊密接觸，所以仍然可以可靠地產(chǎn)生一個令人滿意的密封效果。
因此，前述薄膜無需被成形在位于環(huán)繞在液體孔周圍的凸緣與沿著基板外周邊緣的凸緣之間的基板表面上，因為該表面不會與任何腐蝕性液體發(fā)生接觸。因此，也防止了面對著基板表面的接合表面受到腐蝕性液體的腐蝕作用。
在權(quán)利要求14中陳述的發(fā)明以權(quán)利要求13中的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，省去了前述的第二厚度增大部分，并且為了替代該第二厚度增大部分，在橡膠凸緣的延伸方向上沿著橡膠凸緣的一部分設(shè)置一個較大寬度部分。
根據(jù)本發(fā)明，第二厚度增大部分可以省去。因此，即使當(dāng)由于空間原因無法成形金屬的第二厚度增大部分時，如此構(gòu)造而成的墊片能夠取代所述第二厚度增大部分。
根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)明以在權(quán)利要求14中陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，在沿著基板外周邊緣的密封線的外側(cè)，一層耐腐蝕薄膜被成形在基板的整個表面上。
根據(jù)本發(fā)明，在舷外馬達(dá)或者類似裝置中，如果存在有這樣一種可能性，即基板的外周邊緣與一種諸如鹽水這樣的腐蝕性液體發(fā)生接觸，由前述薄膜對其加以保護(hù)。
根據(jù)權(quán)利要求16的發(fā)明以權(quán)利要求1至6、8至10、12、14以及15中之一陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，至少在固定于前述外凸部分側(cè)的表面上的彈性密封材料的表面和填充在前述內(nèi)凹部分中的彈性密封材料的表面中之一上，沿著密封線成形有一條或者不少于兩條凸起線。
根據(jù)權(quán)利要求17的發(fā)明以權(quán)利要求1至6、8至10、12、14和15中之一中的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并且其特征在于，至少在固定于外凸部分側(cè)的表面上的彈性密封材料的表面和填充在其內(nèi)凹部分中的彈性密封材料的表面中之一上，在密封表面壓力相對較低的區(qū)域，成形有一條或者不少于兩條凸起線。
根據(jù)權(quán)利要求18的發(fā)明以權(quán)利要求16中陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，其特征在于，在它們的延伸方向上，至少各條凸起線的高度和寬度中之一根據(jù)所述凸起成形位置處的密封表面壓力發(fā)生變化，并且隨著密封表面壓力變小，至少為所述凸起的高度和寬度中之一設(shè)定一個較大的值。
根據(jù)權(quán)利要求19的發(fā)明以權(quán)利要求16中陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，其特征在于，至少在固定于外凸部分側(cè)上的彈性密封材料的表面和填充在其內(nèi)凹部分中的彈性密封材料的表面中之一上，成形有多條凸起線，并且在這些凸起線中，至少凸起的高度和每單位凸起長度的面積中之一根據(jù)所述凸起成形位置處的密封表面壓力發(fā)生變化。
根據(jù)權(quán)利要求20的發(fā)明以在權(quán)利要求16、18和19中之一陳述的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，其特征在于，多個基板被疊置在一個多層結(jié)構(gòu)中。
附圖簡述

圖1是一個平面視圖，用于解釋一種根據(jù)本發(fā)明第一實施例的金屬墊片；圖2是一個沿著圖1中線A-A的剖視圖；圖3是一個沿著圖1中線B-B的剖視圖；圖4是一個沿著線B-B的剖視圖，用于解釋一種利用半凸緣形成的凸起形凸緣；圖5是一個平面視圖，用于解釋一種根據(jù)本發(fā)明第二實施例的金屬墊片；圖6是一個沿著圖5中線A-A的剖視圖；圖7是一個沿著圖5中線B-B的剖視圖；圖8是一個剖視圖，示出了一部安裝有根據(jù)本發(fā)明第二實施例的金屬墊片的發(fā)動機(jī)；
圖9是另外一個剖視圖，示出了一部安裝有根據(jù)本發(fā)明第二實施例的金屬墊片的發(fā)動機(jī)；圖10是一個平面視圖，用于解釋一個形成在一個螺栓孔中的第二厚度增大部分；圖11是一個沿著圖10中線C-C的剖視圖；圖12示出了這樣一種情況，即其中形成于螺栓孔中的第二厚度增大部分被去除；圖13是一個平面視圖，用于解釋一種根據(jù)本發(fā)明第三實施例的金屬墊片；圖14是一個沿著圖13中線A-A的剖視圖；圖15是一個沿著圖13中線B-B的剖視圖；圖16是一個沿著圖13中線C-C的剖視圖；圖17是一個沿著圖13中線D-D的剖視圖；圖18是一個沿著圖13中線E-E的剖視圖；圖19是一個剖視圖，示出了這樣一種情況，即第二厚度增大部分由一個橡膠凸緣取代；圖20示出了這樣一種情況，即其中沿著基板的外周的邊緣部分也是彎曲的；圖21示出了這樣一種情況，即其中沿著基板的外周的邊緣部分也是彎曲的；圖22示出了這樣一種情況，即其中金屬凸緣被制成呈凸起形狀的半凸緣；圖23示出了這樣一種情況，即其中第二厚度增大部分由金屬制成；圖24示出了這樣一種情況，即其中第二厚度增大部分由金屬制成；圖25是一個剖視圖，示出了一個根據(jù)本發(fā)明第四實施例的凸緣；圖26是一個剖視圖，也示出了一個根據(jù)本發(fā)明第四實施例的凸緣；
圖27是一個剖視圖，也示出了一個根據(jù)本發(fā)明第四實施例的凸緣；圖28示出了凸起的另外一種示例；圖29示出了凸起的再一種示例；圖30示出了凸起的又一種示例；圖31也示出了凸起的又一種示例；圖32也示出了凸起的又一種示例；圖33也示出了凸起的又一種示例；圖34也示出了凸起的又一種示例；圖35示出了一種作為基板的半凸緣示例；圖36示出了一種作為基板的半凸緣示例；圖37示出了第二彈性密封材料的一種改進(jìn)；圖38是一個用于解釋一種常規(guī)金屬墊片的簡圖；圖39是一個用于解釋另外一種常規(guī)金屬墊片的簡圖；圖40是一個用于解釋一種常規(guī)金屬凸緣的簡圖；實施本發(fā)明的最佳方式下面將參照附圖對本發(fā)明的第一實施例進(jìn)行描述圖1是一個平面視圖，用于解釋一種根據(jù)本實施例的金屬墊片。圖2是一個沿著圖1中線A-A的剖視圖。圖3是一個沿著圖1中線B-B的剖視圖。
下面將利用根據(jù)該第一實施例的金屬墊片的結(jié)構(gòu)開始進(jìn)行描述。
根據(jù)本實施例的金屬墊片1是這樣一個示例，即螺栓孔沿著基板的外周設(shè)置，但是這并非要表明一種限制。金屬墊片1的基板2包括金屬板，比如不銹鋼板、軟鋼板或者鋁板。
如圖1中所示，在基板2的中部，成形有一個大的廢氣孔3，用于供高溫廢氣穿過其中，并且以這樣一種方式設(shè)置有一條第一密封線SL1，即該第一密封線SL1完整地環(huán)繞在廢氣孔3的周圍。在第一密封線SL1的外側(cè)，以一種環(huán)繞在廢氣孔周圍的方式在四個位置處成形有冷卻水孔4，用于供冷卻水流過其中來對廢氣進(jìn)行冷卻。還有，在一個沿著基板2的外周邊緣部分延伸的環(huán)圈上，設(shè)置有一條第二密封線SL2。用于夾緊螺栓的螺栓孔5被成形在第二密封線SL2外側(cè)的四個位置處。
如圖2和3中所示，呈凸起形狀的完整凸緣6、7通過沿著第一密封線SL1和第二密封線SL2對基板2進(jìn)行彎折而形成。
由一種橡膠材料，比如氟橡膠、NBR或者硅橡膠，或者一種樹脂材料構(gòu)成的彈性密封材料8至11，被固定在完整凸緣6、7外凸部分側(cè)的基板表面上，并且一個類似的彈性密封材料12、13被填充在完整凸緣6、7外凸部分相反側(cè)的內(nèi)凹部分中。
固定于完整凸緣6、7外凸部分側(cè)的彈性密封材料8至11，橫跨完整凸緣6、7的寬度覆蓋住兩側(cè)面，并且被固定在基板2上與所述外凸部分的表面連續(xù)的平整表面上，從外凸部分的兩個側(cè)面8a、9a、10a和11a直至附近的廢氣孔3、冷卻水孔4或者基板2的外周邊緣部分2a。附圖標(biāo)記8b、9b、10b和11b指代的是固定于所述平整表面上的彈性密封材料部分。在設(shè)置有所述金屬墊片的兩個接合表面中，接合表面SA1面對著墊片的外凸部分側(cè)表面，并且在其上設(shè)置有廢氣孔3的敞口端部、冷卻水孔4的敞口端部以及該接合表面SA1的所有外周圓周部。彈性密封材料8b、9b、10b和11b已經(jīng)被設(shè)置在基板2上面對著接合表面SA1的表面上，其中在接合表面SA1上包括有前述的廢氣孔3的敞口端部、冷卻水孔4的敞口端部以及該接合表面SA1的所有外周圓周部，并且所述彈性密封材料部分將與接合表面SA1發(fā)生接觸。
固定于完整凸緣6、7外凸部分側(cè)上的彈性密封材料8至11的高度，基本上等于完整凸緣6、7的外凸部分的高度，并且這些彈性密封材料部分的上表面基本上平行于基板2的平整表面。
另一方面，填充在完整凸緣6、7的內(nèi)凹部分中的彈性密封材料12、13的量，基本上等于該內(nèi)凹部分的容積，并且這些彈性密封材料部分的上表面基本上與基板2的平整表面相平齊。
在本實施例中，可以通過對彈性密封材料8至13進(jìn)行模制，來將它們固定到基板2上外凸部分的表面上和將它們填充到內(nèi)凹部分中。為此，在完整凸緣6和7上成形有用于模制材料的通道(未示出)，以使得同時對所述凸緣的外凸部分側(cè)和內(nèi)凹部分側(cè)進(jìn)行模制。
如圖3中所示，在冷卻水孔4之間的區(qū)域，一個彈性密封材料薄膜14被固定在外凸部分側(cè)的平整表面上，該彈性密封材料薄膜14的耐用性很好，并且比前述的彈性密封材料要薄。另一方面，一個薄的彈性密封材料薄膜15被固定在內(nèi)凹部分側(cè)的整個平整表面區(qū)域上?？梢栽诨?上成形一個通孔，來使得上方的彈性密封材料薄膜14與下方的彈性密封材料薄膜15連通。當(dāng)在上方、下方的密封材料薄膜之間形成連通時，能夠使得這些薄膜14、15不太易于發(fā)生分離。
在金屬墊片1的該示例中，由于待密封起來的廢氣壓力低于在燃燒腔室中的壓力，所以沒有成形一個厚度增大部分來對彈性密封材料8至13的壓縮量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
當(dāng)一個如前所述構(gòu)造而成的金屬墊片1被夾持在汽缸體與汽缸蓋上的接合表面之間并且被緊固在一起時，與完整凸緣6、7相協(xié)作，固定于完整凸緣6、7外凸部分側(cè)上的彈性密封材料8至11和填充在其內(nèi)凹部分中的彈性密封材料12、13在厚度方向上受到壓縮并發(fā)生變形。因此，利用沿著第一密封線SL1和第二密封線SL2形成的完整凸緣6、7(包括彈性密封材料8至13)的彈性，形成雙重密封。
在如前所述構(gòu)造而成的金屬墊片1中，由于彈性密封材料8至11被固定在完整凸緣6、7的外凸部分上，并且類似的密封材料12、13被填充在完整凸緣6、7的內(nèi)凹部分中，所以在厚度方向上從基板2上突起的彈性密封材料是僅位于完整凸緣6、7的外凸部分側(cè)的密封材料，換句話說，是僅位于基板2的一個側(cè)面上的密封材料。
因此，如果在螺栓被緊固之后發(fā)生了變形的凸緣的高度被標(biāo)記為t0，那么固定于完整凸緣6、7外凸部分上的彈性密封材料8至11的高度比如為t0+壓縮變形量(t0×0.4(最大值的40％))。如果t0是0.5毫米，那么利用前述公式可以得出彈性密封材料8至11的高度為0.7毫米。因此，位于完整凸緣6、7外凸部分上的彈性密封材料8至11的質(zhì)量變大，導(dǎo)致壓縮變形量增大，使得易于形成彈性密封材料8至11，并且使得能夠增大所述彈性密封材料部分的厚度，從而使得并發(fā)變形的量變大，并且可以設(shè)定一個較大的加工容許偏差，使得能夠降低生產(chǎn)成本。
橫跨完整凸緣6、7外凸部分的寬度固定于兩側(cè)的彈性密封材料8至11，在面對著水孔4的區(qū)域被暴露在冷卻水中，相反，填充在完整凸緣6、7內(nèi)凹部分中的彈性密封材料12、13由完整凸緣6、7覆蓋起來，因此不會被暴露在冷卻水中，由此，防止了所述彈性密封材料部分發(fā)生質(zhì)量下降，并且可以持續(xù)很長的時間周期保持一個穩(wěn)定的密封性能。
還有，由于所需的密封壓力通過完整凸緣6、7的彈性力與固定于完整凸緣6、7的外凸部分側(cè)和填充在其內(nèi)凹部分側(cè)的彈性密封材料8至11的彈性力協(xié)同作用而獲得，所以能夠降低基板2的硬度，消除了關(guān)于基板2上的凸緣6、7發(fā)生疲勞損壞的擔(dān)憂，進(jìn)一步容忍和吸收了發(fā)動機(jī)的振動幅度和密封區(qū)域的粗糙度，并且由此利用低的表面壓力將冷卻水的壓力以及油的壓力密封起來。
還有，由于對于凸緣6、7外凸部分側(cè)的彈性密封材料8至11和完整凸緣6、7內(nèi)凹部分側(cè)的彈性密封材料12、13來說可以確保一個寬的密封區(qū)域，所以可以利用一個低的表面壓力令人滿意地將在鑄造過程中在接合表面上產(chǎn)生的裂紋、砂眼以及粗糙的加工表面密封起來。此外，由于彈性密封材料8至13由一種彈性物質(zhì)(尤其是橡膠基材料)組成，所以密封系數(shù)很低，因此可以在不利的狀況下在所述區(qū)域有效地利用有限的軸向載荷，從而使得總的載荷可以降低。順便說說，由于形成橡膠凸緣的彈性密封材料部分主要被設(shè)置在金屬凸緣的外凸部分上，所以所述凸緣寬度無需被制得過寬。
在沿著外周側(cè)的第二密封線SL2形成的完整凸緣7處，由于在緊固有螺栓的位置處及其附近的表面壓力最高，所以通過與其它區(qū)域相比縮小凸緣的寬度或者通過降低靠近螺栓孔的凸緣的高度，可以降低螺栓緊固區(qū)域附近的表面壓力，來由此利用沿著第二密封線SL2的完整凸緣7(包括彈性密封材料10、11)對密封區(qū)域壓力進(jìn)行均衡。通過這種均衡，夾緊螺栓的軸向力可以減小。
在前述金屬墊片1中，由于凸緣6、7僅在基板的一個表面上突起，并且還因為彈性密封材料12、13被填充在凸緣6、7的內(nèi)凹部分中，所以基板2在凸緣6內(nèi)凹部分側(cè)的整個表面均與相應(yīng)的接合表面發(fā)生接觸。由此，在基板2的前述表面與接合表面之間不會產(chǎn)生一個間隙。
另一方面，在沿著第一密封線形成的凸緣6外凸部分側(cè)的表面上，由于在基板上的某個區(qū)域設(shè)置有高度等于凸緣6的彈性密封材料8b，所以當(dāng)螺栓被緊固起來時，彈性密封材料8b受到壓縮并發(fā)生變形，來由此利用彈性密封材料8b將廢氣鉆孔3的整個內(nèi)周邊緣密封起來，其中，基板上的所述區(qū)域面對著對置的接合表面上環(huán)繞在廢氣鉆孔3周圍的內(nèi)周端部。
在凸緣7外凸部分側(cè)的表面上，彈性密封材料11b被設(shè)置在基板2的外周側(cè)，并且位于一個面對著對置接合表面上的外周端部的位置處。因此，當(dāng)螺栓被緊固起來時，隨著彈性密封材料11b受到壓縮并發(fā)生變形，對置的接合表面上的整個周邊部分均由彈性密封材料11b密封起來。因此，防止了水或者類似物質(zhì)從外部進(jìn)入基板2的表面與接合表面SA1之間。
還有，由于在凸緣6、7外凸部分側(cè)的表面上，彈性密封材料9b、10b被設(shè)置在環(huán)繞于各個冷卻水孔4周圍的內(nèi)周區(qū)域上，所以彈性密封材料9b、10b與對置接合表面上的各個冷卻水孔的內(nèi)周區(qū)域發(fā)生接觸，由此將接合處封接起來。盡管在冷卻水孔4之間不存在高度等于所述凸緣的彈性密封材料，但是基板2的表面上固定有彈性密封薄膜，由此防止受到冷卻水的影響。一個高度等于所述凸緣的彈性密封材料也可以被固定成環(huán)繞在各個冷卻水孔4的內(nèi)周邊緣的周圍。
從前述內(nèi)容顯而易見，假設(shè)金屬墊片1比如被用作一部舷外馬達(dá)中的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)內(nèi)，那么鹽水通常被用作舷外發(fā)動機(jī)中的冷卻水，并且當(dāng)將不銹鋼用于所述墊片時，其易于在冷卻水的作用下潛在地發(fā)生不同程度的腐蝕現(xiàn)象，并且當(dāng)使用軟鋼時，易于發(fā)生鹽水腐蝕。但是，當(dāng)使用了根據(jù)本實施例的金屬墊片1并且采用了前述的凸緣結(jié)構(gòu)和彈性密封材料配置時，即使為了降低成本而使用了不太昂貴的軟鋼，也能夠?qū)Ⅺ}水密封起來，由此防止了鹽水腐蝕現(xiàn)象并且改善了防生銹效果，同時使得能夠防止凸緣振動幅度(flange vibrationamplitude)，在熱量作用下的并發(fā)變形以及軸向緊固拉力的下降。還有，當(dāng)將鋁用于基板2時，無需擔(dān)憂鹽水腐蝕現(xiàn)象，彈性可以利用填充在外凸的完整凸緣6、7內(nèi)凹部分中的彈性密封材料12、13和成形在外凸部分上的彈性密封材料部分而獲得，并且密封性能可以利用被制成將所述凸緣覆蓋起來的彈性密封材料8a、9a、10a和11a來確保。
盡管在前述實施例中對作為外凸型凸緣的完整凸緣6、7進(jìn)行了舉例說明，但是如圖4中示出的那樣，可以在密封區(qū)域狹窄的情況下采用階梯狀半凸緣6、7。在圖4中，傾斜部分的上表面用作所述凸緣的外凸側(cè)表面，而傾斜部分的下表面被用作內(nèi)凹側(cè)表面，上側(cè)彈性密封材料8、11的高度等于所述凸緣的高度，而下側(cè)彈性密封材料12、13被填充至與其下表面平齊。工作過程和效果均與前面所描述的相同。
下面將參照附圖對本發(fā)明的第二實施例進(jìn)行描述。該第二實施例中與第一實施例中相同的那些部件由相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)識。
圖5是一個平面視圖，用于解釋一種根據(jù)第二實施例的金屬墊片1。圖6是一個沿著圖5中線A-A的剖視圖。圖7是一個沿著圖5中線B-B的剖視圖。圖8和9示出了兩種情況，即其中一個根據(jù)該第二實施例的金屬墊片被安裝在發(fā)動機(jī)中。
根據(jù)第二實施例的金屬墊片是一種被置于汽缸體與汽缸蓋之間的墊片。
下面將利用其結(jié)構(gòu)開始進(jìn)行描述。
作為根據(jù)該第二實施例的金屬墊片1的基板2，金屬板可以是不銹鋼或者軟鋼。在這里，假設(shè)為了提供一種不太昂貴的墊片而使用了軟鋼。
基板2上設(shè)置有一個燃燒腔室開口20，和一個通過對燃燒腔室開口20的內(nèi)周邊緣部分進(jìn)行向上回折而形成的第一厚度增大部分21，該第一厚度增大部分21具有最大的厚度，由此與基板的其余部分形成了一個厚度差。一個第二厚度增大部分22通過對基板2的一部分外周邊緣向上回折而形成。比如通過鍛造處理，第二厚度增大部分22被制成薄于第一厚度增大部分21?；?上第一厚度增大部分21的折疊部分，沿著燃燒腔室開口20的周邊部分以這樣一種方式發(fā)生厚度變化(變形)，即靠近螺栓孔5的折疊部分被制成一個薄的部分，而位于螺栓5之間區(qū)域上的折疊部分被制成一個厚的部分，所述螺栓孔5將在后面予以描述。第一厚度增大部分21中薄的部分的總厚度大于第二厚度增大部分22的總厚度。
一條第一密封線SL1被設(shè)置成完整地環(huán)繞在基板2上的第一厚度增大部分21的周圍。在第一密封線SL1的外側(cè)，成形有一些孔，比如水孔23、油孔24以及鏈傳動腔室孔(chain chamber hole)25。一條第二密封線SL2被設(shè)置成沿著基板2的外周邊緣進(jìn)行延伸，并且也環(huán)繞在諸如鏈傳動腔室孔25這樣的孔的周圍。附圖標(biāo)記26指代的是一個位于第二密封線SL2外側(cè)的螺栓孔。
如圖6和7中所示，外凸剖面的完整凸緣6、7通過沿著第一密封線SL1和第二密封線SL2對基板進(jìn)行彎折而形成。
由一種橡膠材料，比如氟橡膠、NBR和硅橡膠，一種樹脂材料或者類似材料制成的彈性密封材料8至11，被固定在基板2上完整凸緣6、7外凸側(cè)的表面上，并且類似的彈性密封材料12、13被填充在完整凸緣6、7外凸部分相反側(cè)的內(nèi)凹部分中。
固定于完整凸緣6、7外凸側(cè)上的彈性密封材料8至11被固定在基板2的表面上，至少橫跨完整凸緣6、7的寬度覆蓋住兩個側(cè)面。需要注意的是，在設(shè)置于凸緣6、7外凸側(cè)的彈性密封材料8至11中，位于沿著基板2的外邊緣2a形成的完整凸緣7外周部分上的密封材料11被固定至與基板2的外邊緣2a相平齊，并且還被固定在基板2上與外凸部分的表面連續(xù)的平整部分表面上，同時，固定于所述平整部分的表面上的彈性密封材料11b可以面對著對置接合表面的外周邊緣部分。
在本實施例中，基板2的外邊緣2a被制成延伸出前述接合表面的外周邊緣之外，來由此吸收在模制過程中彈性密封材料11的成形誤差(forming error)，使得彈性密封材料11b可以被可靠地定位成與相應(yīng)接合表面的外邊緣成面對面的關(guān)系。
在設(shè)置于凸緣6、7外凸部分側(cè)的彈性密封材料中，在環(huán)繞諸如鏈傳動腔室孔25這樣孔的周邊部分成形有密封線SL2a的區(qū)域，用于完整凸緣7內(nèi)周邊緣側(cè)的彈性密封材料被固定在基板2上與外凸部分的表面連續(xù)的平整表面上，也就是說，直至鏈傳動腔室孔25的內(nèi)周邊緣，以便固定于前述平整表面上的彈性密封材料可以面對著對置的接合表面上相應(yīng)孔的內(nèi)周邊緣部分。
固定于完整凸緣6、7外凸部分側(cè)的彈性密封材料8至11的高度，被制成等于或者基本上等于完整凸緣6、7的外凸部分的高度，并且這些彈性密封材料部分的上表面被制成基本上平行于基板2的平整表面。
另一方面，使得填充在完整凸緣6、7內(nèi)凹部分中的彈性密封材料12、13的填充量基本上等于內(nèi)凹部分的容積，并且它們的表面被制成基本上與基板2的平整表面相平齊。
當(dāng)一個如前所述構(gòu)造而成的金屬墊片1被置于汽缸體30和汽缸蓋31上對置的接合表面之間并且利用夾緊螺栓緊固起來時，與完整凸緣6、7相協(xié)作，固定于完整凸緣6、7外凸部分上的彈性密封材料8至11和填充在其內(nèi)凹部分中的彈性密封材料12、13將在厚度方向上受到壓縮并發(fā)生變形，并且在緊固操作結(jié)束時，由于基板2上具有最大厚度的第一厚度增大部分21與其余部分之間存在有厚度差，所以最大的表面壓力會集中在第一厚度增大部分21上，并且最大的載荷也會作用在該第一厚度增大部分21上。
因此，形成了三重密封，包括在第一厚度增大部分21處的最大表面壓力和兩條完整凸緣線6、7(包括在外凸和內(nèi)凹部分上的彈性密封材料部分)的彈性作用力，同時，第一厚度增大部分21的止擋作用防止了固定于完整凸緣6外凸側(cè)和填充在內(nèi)凹側(cè)的彈性密封材料8、9和12總體發(fā)生坍塌，另一方面，第二厚度增大部分22的止擋作用防止了固定于完整凸緣7外凸側(cè)和填充在內(nèi)凹側(cè)的彈性密封材料10、11和13總體發(fā)生坍塌。
還有，在如前所述構(gòu)造而成的金屬墊片1中，由于彈性密封材料8至11被固定在完整凸緣6、7的外凸部分上和被填充在其內(nèi)凹部分中，所以在厚度方向上從基板2上突起的彈性密封材料是僅位于完整凸緣6、7的外凸側(cè)的彈性密封材料，換句話說，是僅位于基板2的一個側(cè)面上的彈性密封材料。
因此，如果基板2在第一厚度增大部分21處的回折部分的厚度被標(biāo)記為t0，那么固定于完整凸緣6、7外凸部分上的彈性密封材料8至11的高度比如是t0+壓縮變形量(t0×0.4(最大值的40％))，并且假設(shè)t0為0.5毫米，那么利用前述公式可以得出橡膠凸緣的高度為0.7毫米，這是圖13中所示現(xiàn)有技術(shù)中的兩倍。
因此，位于完整凸緣6、7外凸側(cè)的彈性密封材料8至11的質(zhì)量變大，導(dǎo)致壓縮變形量增大，使得易于執(zhí)行彈性密封材料部分的成形操作，并且使得能夠增大所述彈性密封材料部分的厚度，從而變得能夠設(shè)定一個較大的成形工藝容許偏差并且降低制造成本。
還有，橫跨完整凸緣6、7外凸部分的寬度被固定在兩側(cè)的彈性密封材料8至11，僅在面對著水孔23的區(qū)域被暴露在冷卻水中。相反，填充在完整凸緣6、7內(nèi)凹部分中的彈性密封材料部分由完整凸緣6、7覆蓋起來，不會被暴露于冷卻水中，由此，防止了所述彈性密封材料部分發(fā)生質(zhì)量下降，并且因而可以持續(xù)更長的時間周期保持一個穩(wěn)定的密封性能。
還有，由于所需的密封壓力通過完整凸緣6、7的彈性力與固定于完整凸緣6、7外凸部分側(cè)和填充在其內(nèi)凹部分側(cè)的彈性密封材料8至13的彈性力協(xié)同作用而獲得，因此使得能夠降低基板2的硬度，消除關(guān)于基板2上的凸緣6、7發(fā)生疲勞損壞的擔(dān)憂，容忍發(fā)動機(jī)的振動幅度以及密封區(qū)域的粗糙度，并且由此利用低的表面壓力將冷卻水的壓力和油的壓力密封起來。
還有，由于對于完整凸緣6、7外凸部分側(cè)的彈性密封材料8至11以及完整凸緣6、7內(nèi)凹部分側(cè)的彈性密封材料12、13來說，可以確保一個寬的密封區(qū)域，所以可以利用低的壓力令人滿意地將在鑄造過程中在接合表面上產(chǎn)生的裂紋、砂眼以及粗糙的加工表面密封起來。還有，由于彈性密封材料8至13由一種彈性物質(zhì)(尤其是橡膠基材料)構(gòu)成，所以密封系數(shù)很低，因此可以在不利的狀況下在所述區(qū)域有效地利用有限的軸向載荷，從而使得總的載荷可以降低。
此外，基板2上的第一厚度增大部分21在螺栓孔5的附近被制成一個薄的連接區(qū)域(web area)，但是在螺栓孔5之間被制成一個厚的連接區(qū)域，從而使得在對螺栓緊固的過程中，第一厚度增大部分21的彈性在夾緊螺栓的附近較弱，而該區(qū)域的緊固力較大，但是其彈性在夾緊螺栓之間的區(qū)域較強(qiáng)，而該區(qū)域的緊固力相對較小。因此，施加在第一厚度增大部分21上的表面壓力可以在燃燒腔室開口20的圓周方向上得以均衡，并且夾緊螺栓的軸向拉力可以降低，由此使得能夠有效地防止發(fā)動機(jī)尤其是低剛度的發(fā)動機(jī)發(fā)生變形。
在近年來的發(fā)動機(jī)中，已經(jīng)在小型化、減輕重量以及提高性能方面進(jìn)行了改進(jìn)，并且由于為了節(jié)約能源而采用了貧燃料(leanfuel)，所以燃燒腔室的溫度已經(jīng)提高。為了對高壓氣體進(jìn)行密封，通過設(shè)置第一厚度增大部分21來產(chǎn)生出一個高的表面壓力，其中所述第一厚度增大部分21如前所述那樣通過在基板的燃燒腔室開口20側(cè)對內(nèi)周邊緣進(jìn)行回折而形成。在本實施例中，通過在第一厚度增大部分21的圓周方向上改變其厚度，沿著用于燃燒腔室開口的孔圓周部分的緊固表面壓力得以均衡，由此改善對燃燒氣體密封的效能。
在本實施例中，根據(jù)需要，外凸剖面的凸緣6、7被設(shè)置成在燃燒腔室開口20的圓周部分上將第一厚度增大部分21環(huán)繞起來，并且還將油孔24、水孔23、螺栓孔5以及鏈傳動腔室孔25環(huán)繞起來。利用這種外凸剖面的凸緣6、7，凸緣高度和凸緣寬度可以根據(jù)接觸位置處接合表面的剛度而發(fā)生變化，從而沿著所述密封線使密封壓力均衡，來由此提高密封效能。在剛度不足以及表面壓力較弱的位置處，通過升高凸緣高度或者拓寬凸緣寬度，密封壓力可以較為容易地得以均衡。
如圖8中的剖視圖所示，該圖8示出了處于安裝狀態(tài)的墊片，除了位于外周邊緣處的回折部分(第二厚度增大部分22)之外，通過將一種彈性密封材料11b在外凸側(cè)固定到基板2的表面上，當(dāng)受到壓縮時，會使得彈性密封材料11b與對置的接合表面30a的外周邊緣發(fā)生接觸，來防止臟水、鹽水或者類似物質(zhì)從外周端部進(jìn)入。更具體地說，基板2被制成延伸到汽缸蓋30上的接合表面30a之外，此外，設(shè)置在所述凸緣外凸部分外側(cè)的彈性密封材料也被制成從密封區(qū)域上突起出來，由此防止臟水、鹽水或者類似物質(zhì)的滲入，其中，在所述外凸部分的外側(cè)形成了一個間隙。圖9示出了這樣一種情況，即其中凸緣6、7被設(shè)置成它們的外凸側(cè)面朝下。
如圖8和9中所示，在對置的接合表面中，位于較小外輪廓側(cè)的接合表面和基板2上凸緣外凸側(cè)的表面最好被設(shè)計成使得它們相互面對。
圖10示出了這樣一種情況，即用于對彈性密封材料的壓縮變形量進(jìn)行調(diào)節(jié)的第二厚度增大部分22，通過對諸如螺栓孔5或者油孔6這樣的開口的一部分內(nèi)周部分進(jìn)行回折而形成，取代了對基板2的外周部分進(jìn)行回折。在這種情況下，如沿著圖11中線C-C的剖視圖中所示，除了彈性密封材料部分和第一厚度增大部分21和第二厚度增大部分22上的回折部分之外，通過在其余區(qū)域上成形薄的彈性密封薄膜14、15，能夠防止基板2發(fā)生腐蝕。還有，如圖12中所示，能夠沿著第二密封線SL2將用于凸緣外凸側(cè)的彈性密封材料固定到基板2在凸緣7側(cè)的表面上，來增大彈性密封材料的面積，由此免除通過回折處理在螺栓孔5、油孔6或者類似位置處形成的第二厚度增大部分。
根據(jù)本發(fā)明的金屬墊片1的結(jié)構(gòu)并不局限于前述實施例，而是可以在不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍和技術(shù)構(gòu)思的條件下通過合適判斷來加以改變。
例如，在前述的實施例中，通過在基板2的外周側(cè)對基板的邊緣部分進(jìn)行回折之后進(jìn)行鍛造處理，來使得第二厚度增大部分22變薄。作為其一種可選擇方式，第二厚度增大部分22比如可以通過將一塊薄于基板2的薄墊板比如通過焊接方式固附到基板2的外周區(qū)域上而形成，來由此省去對第二厚度增大部分22的前述鍛造處理。還有，可以將一塊薄墊板包埋在第一厚度增大部分21的折疊部分中，來由此省去對第二厚度增大部分22的成形操作。
此外，在前述實施例中，第一厚度增大部分21通過對基板2上燃燒腔室開口20側(cè)的內(nèi)周端部進(jìn)行回折而形成，但是作為其一種可選擇方式，第一厚度增大部分21可以通過將一塊厚度基本上等于基板2的薄墊板比如通過焊接方式固附到基板2上燃燒腔室開口20側(cè)的端部上而形成。或者，第一厚度增大部分21可以通過將一個墊圈裝配到基板上燃燒腔室開口20側(cè)的端部上而形成，或者通過一塊彈性板作為中間物將一個墊圈裝配到基板2上燃燒腔室開口20側(cè)的端部上而形成，或者通過比如利用焊接方式將成形為完整凸緣6、7的薄墊板固附到基板2上燃燒腔室開口20側(cè)的端部上而形成。
還有，在第二實施例中，已經(jīng)對這樣一種示例進(jìn)行了描述，即其中完整凸緣6、7被成形在基板2上第一厚度增大部分21的外側(cè)，并且完整凸緣6、7被成形在基板2上第二厚度增大部分22的內(nèi)側(cè)。接著，彈性密封材料被固定在完整凸緣6、7的外凸部分上并且被填充在其內(nèi)凹部分中。但是，這并非是對本發(fā)明的一種限制，并且在基板2上第二厚度增大部分22的內(nèi)側(cè)，替代完整凸緣6、7，可以通過對基板2進(jìn)行彎曲來形成均呈階梯結(jié)構(gòu)的半凸緣，并且可以將一種彈性密封材料固定在這些半凸緣的外凸部分上和填充在其內(nèi)凹部分中。還有，在基板2上第一厚度增大部分21的外側(cè)，替代完整凸緣6、7，也可以通過對基板2進(jìn)行彎曲來形成均呈階梯結(jié)構(gòu)的半凸緣，并且可以將一種彈性密封材料固定在這些半凸緣的外凸部分上和填充在其內(nèi)凹部分中。
填充在半凸緣內(nèi)凹部分中的彈性密封材料被制成基本上與基板2的平整表面相平齊，并且因此該彈性密封材料不會被暴露在冷卻水中，但是固定于外凸部分上的彈性密封材料從基板2的平整表面上突起，所以直接被暴露在冷卻水中。在這種情況下，通過使得固定于外凸部分上的彈性密封材料具有較大的寬度，可以防止彈性密封材料整體發(fā)生質(zhì)量下降，由此確保其良好的密封性能。
還有，在前述實施例中，完整凸緣6、7的外凸部分的高度被制成略微高于第一厚度增大部分21并且基本上等于固定于外凸部分上的彈性密封材料的高度，并且完整凸緣6、7的外凸部分的高度被制成略微高于第二厚度增大部分22。但是，這些并非是必須的，比如，完整凸緣6、7的外凸部分的高度可以被制成略微低于第一厚度增大部分21，從而使得完整凸緣6、7被包埋在彈性密封材料中，并且盡管這些沒有圖示出，但是完整凸緣6、7的外凸部分可以從彈性密封材料上突起出來。同樣的情況也適用于所述的半凸緣。
此外，在前述實施例中，固定于完整凸緣6、7或者半凸緣外凸部分側(cè)的彈性密封材料的表面，被制成基本上平行于基板2的平整表面，但是這也并非是必須的，并且只要彈性密封材料可以與凸緣相協(xié)作受到壓縮并發(fā)生變形即可，對于彈性密封材料來說，可以采用多種形狀。
還有，在前述實施例中，填充在完整凸緣6、7或者半凸緣的內(nèi)凹部分中的彈性密封材料被制成基本上與基板2的平整表面相平齊，但是只要彈性密封材料能夠與凸緣相協(xié)作受到壓縮并在厚度方向上發(fā)生變形，相對于基板2的平整表面來說，這些彈性密封材料可以具有一個多少有些粗糙的表面。例如，可以在填充于完整凸緣6、7內(nèi)凹部分側(cè)的彈性密封材料上成形一條溝槽，以允許該彈性密封材料更容易地發(fā)生變形。
還有，在前述的實施例中，已經(jīng)對這樣一種情況進(jìn)行了描述，即其中固定于完整凸緣6、7外凸部分側(cè)的彈性密封材料橫跨外凸部分的寬度設(shè)置在兩個側(cè)面上，但是這種配置并非是對本發(fā)明的一種限制。例如，固定于完整凸緣6、7外凸部分側(cè)的彈性密封材料可以僅被設(shè)置在外凸部分寬度上的燃燒腔室開口20側(cè)。利用這種配置，防止了位于外凸部分側(cè)的彈性密封材料(比如橡膠)被暴露在冷卻水或者油中，這將導(dǎo)致更為耐用，并且當(dāng)完整凸緣6、7靠近螺栓孔5或者水孔23時，這種結(jié)構(gòu)最為合適。凸緣的寬度可以在圓周方向上發(fā)生變化，來對表面壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。
還有，在各個前述實施例中，彈性密封材料已經(jīng)被填充在凸緣6、7的內(nèi)凹部分中，以便在利用夾緊螺栓將汽缸體等等緊固起來之前，基本上與基板的平整表面相平齊。但是，可選擇地，可以利用基本上等于內(nèi)凹部分容積的彈性密封材料對完整凸緣6、7的內(nèi)凹部分進(jìn)行填充，并且將內(nèi)凹部分中即將受到壓縮并發(fā)生變形的彈性密封材料設(shè)置成，通過利用夾緊螺栓進(jìn)行緊固而將發(fā)動機(jī)組裝起來時，基本上與基板2的平整表面相平齊。
能夠提供密封和潤滑性能的潤滑劑，比如二硫化鉬，可以被涂敷在基板2的一個或者兩個表面上，來防止由于位移或者碰撞而造成磨損，其中，所述位移或者碰撞是由于發(fā)動機(jī)與墊片之間存在著熱膨脹差異或者由于振動幅度所導(dǎo)致的。
下面將參照附圖對本發(fā)明的第三實施例進(jìn)行描述。
圖13是一個平面視圖，用于解釋一種根據(jù)本發(fā)明第三實施例的金屬墊片。圖14是一個沿著圖13中線A-A的剖視圖。圖15是一個沿著圖13中線B-B的剖視圖。圖16是一個沿著圖13中線C-C的剖視圖。圖17是一個沿著圖13中線D-D的剖視圖。圖18是一個沿著圖13中線E-E的剖視圖。
下面將對一個根據(jù)該第三實施例的金屬墊片進(jìn)行描述。
根據(jù)該第三實施例的金屬墊片1是一種被夾持在一部內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中汽缸蓋與汽缸體上的接合表面之間的墊片示例。作為金屬墊片1的基板2，可以采用薄的金屬板，比如不銹鋼、軟鋼或者鋁，但是下面將基于這種假設(shè)進(jìn)行描述，即利用軟鋼板來提供一種不太昂貴的墊片。如果低剛度的薄金屬板，比如軟鋼板，被用于基板2，那么如下所述那樣可以獲得一個足夠的密封性能。
差不多在基板2的中部，成形有一個大的燃燒腔室開口3，該燃燒腔室開口3的位置對應(yīng)于使得燃燒氣體發(fā)生爆炸的燃燒腔室缸筒。在燃燒腔室開口3的開口端部處，通過對基板的整個內(nèi)周邊緣進(jìn)行向上回折，形成一個具有最大厚度的第一厚度增大部分21，并且利用該折疊部分，與墊片上的其余部分形成一個厚度差。由于被設(shè)計成當(dāng)其中由金屬制成的主體被安裝在接合表面之間時能夠產(chǎn)生出最大的表面壓力，所以第一厚度增大部分21能夠充分地將具有最高可能壓力的燃燒氣體密封起來。需要注意的是，第一厚度增大部分21的成形方式并不局限于如前所述那樣對金屬板進(jìn)行回折，而是可以如現(xiàn)有技術(shù)中那樣通過使用一個墊圈而制成。第一厚度增大部分21的回折部分的厚度被設(shè)計成，通過在燃燒腔室開口3的圓周方向上成形一個相對薄于螺栓孔5附近的薄的連接區(qū)域和一個在螺栓孔5之間的厚的連接區(qū)域，在其延伸方向上改變(變化)其厚度，來對由在圓周方向上成形的第一厚度增大部分產(chǎn)生的密封表面壓力進(jìn)行均衡。
在一種用于多汽缸式發(fā)動機(jī)的金屬墊片中，第二厚度增大部分通常通過對基板2的外周邊緣部分進(jìn)行局部回折來形成。但是，在該第三實施例中，由于墊片被用在單汽缸中，所以夾緊螺栓的軸向拉力很小，并且從燃燒腔室開口3至周邊部分的距離很短。因此，第二厚度增大部分如下面將要描述的那樣由一個較大寬度的橡膠凸緣形成，來取代由金屬形成的第二厚度增大部分。當(dāng)然，也可以使用由金屬板形成的第二厚度增大部分。
一條第一密封線SL1被設(shè)置成完整地環(huán)繞在基板2上的第一厚度增大部分21的周圍。在第一密封線SL1的外側(cè)，成形有水孔4、油孔24以及鏈傳動腔室孔25。一條第二密封線SL2沿著基板2的外周邊緣設(shè)置，并且一條第三密封線SL3被設(shè)置成將鏈傳動腔室孔25和油孔24環(huán)繞起來。此外，一條第四密封線SL4被設(shè)置成將作為所述液體孔的水孔4環(huán)繞起來。在某些情況下，環(huán)繞在水孔4周圍的第四密封線SL4被設(shè)置成利用單根密封線將多個水孔環(huán)繞起來。密封線上相互接近或者平行延伸的重疊部分被組合成單根密封線。
沿著所有密封線SL1至SL4均成形有一條凸緣BD。根據(jù)本實施例的凸緣BD比如是一個如圖14中所示由金屬凸緣6或8與橡膠凸緣7或9形成的復(fù)合凸緣。
金屬凸緣6、8是通過對基板2進(jìn)行彎折而形成的完整凸緣，以便向基板2的一個表面?zhèn)?上表面)突起，并且這些凸緣的高度被設(shè)定為高于第一厚度增大部分21，隨著其在厚度方向上發(fā)生變形，所述凸緣會產(chǎn)生出一個密封壓力。
橡膠凸緣7或9包括彈性密封材料7a、7b或者9a、9b和彈性密封材料7c或9c，其中，彈性密封材料7a、7b或者9a、9b被固定在金屬凸緣6或8上基板2的外凸部分側(cè)的表面上，而彈性密封材料7c或9c被填充在金屬凸緣6或8上外凸部分相反側(cè)的內(nèi)凹部分中。這些彈性密封材料可以由一種耐腐蝕并且有彈性的材料組成，也就是說一種橡膠材料，比如氟橡膠、NBR或者硅橡膠，一種樹脂材料或者類似材料。
設(shè)置在金屬凸緣6、8外凸部分側(cè)的彈性密封材料7a、7b、9a和9b被以這樣一種方式固定在基板2的表面上，即橫跨金屬凸緣6、8的寬度至少覆蓋住兩個側(cè)面。如圖19中所示，某些沿著基板2的外周邊緣成形的橡膠凸緣7、9被制成具有較寬范圍，來使得它們也用作所述第二厚度增大部分。
固定于金屬凸緣6、8外凸部分側(cè)的彈性密封材料7a、7b、9a和9b的高度，被制成等于或者基本上等于金屬凸緣6、8外凸部分的高度，并且它們的上表面被制成基本上平行于基板2的平整表面。需要注意的是，前述彈性密封材料7a、7b、9a和9b的高度可以被設(shè)定為略微高于金屬凸緣6、8外凸部分的高度，但是該高度必須是這樣一個高度，即能夠使得由第一厚度增大部分21的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)的壓縮變形量為35％或者更低(一種特定材料的公知壓縮變形量，這樣不會引起皺縮現(xiàn)象)。
與此同時，使得填充在金屬凸緣6、8內(nèi)凹部分中的彈性密封材料7c和9c的量，基本上等于所述內(nèi)凹部分的容積，并且它們的下表面被制成基本上與基板2的平整下表面相平齊。
比如如圖14和15中所示那樣，由與彈性密封材料7a至7c、9a至9c相同的材料組成的薄膜14、15，沿著至少環(huán)繞在水孔4周圍的密封線被固定在基板2的上、下表面上，并且在水孔4的內(nèi)周表面(內(nèi)部表面)上成形有另外一個前面提及的薄膜16。由此，基板2上位于環(huán)繞在水孔4周圍的密封線內(nèi)側(cè)的部分，由橡膠凸緣7、9和薄膜14、15、16完全覆蓋起來。在該操作過程中，在填充于所述內(nèi)凹部分中的彈性密封材料7c或者9c中，與薄膜15成為一體的部分的高度，被設(shè)定為等于薄膜15的高度，以確保與薄膜15具有良好的連續(xù)性。在沿著線A-A的剖視圖中示出的部分中，存在有薄膜14和15，但是如果所述凸緣被設(shè)置成將水孔的整個周圍覆蓋起來，那么這些薄膜將是不必要的。
在位于被設(shè)定成集中地將多個水孔4包繞起來的密封線內(nèi)側(cè)的基板2上，成形有一個微小孔17，該孔17敞口于基板2的兩個表面上，并且正如圖16中示出的那樣，該孔17將覆蓋在基板兩個表面上的薄膜14與15相互連接起來，以使得薄膜14和15更難以從基板2上發(fā)生脫落。
在這里，可以將環(huán)繞在水孔4周圍的密封線設(shè)置成靠近水孔4的周邊，并且正如圖15中示出的那樣，將位于外凸部分側(cè)的彈性密封材料7a、7b、9a和9b中的彈性密封材料7b、9b設(shè)置成靠近水孔4，以便使得密封材料部分7b、9b將基板覆蓋起來，直至與水孔4的周邊。
當(dāng)薄膜16被成形在水孔4的內(nèi)側(cè)表面上時，如圖15中所示，水孔4的直徑縮小一個對應(yīng)于薄膜16厚度的量。
基于這種假設(shè)，即在所述薄膜成形之后，水孔的直徑比如將等于汽缸蓋中水孔的直徑，那么在所述薄膜成形之前，通過從完整水孔的最終直徑中減去薄膜14、15的薄膜厚度，來設(shè)定出墊片中水孔4的直徑。利用這種方案，防止了水流通道在墊片位置處發(fā)生局部變窄。
接下來將對前述金屬墊片的工作過程和效果進(jìn)行描述。
當(dāng)一個如前所述構(gòu)造而成的金屬墊片1被設(shè)置在汽缸體與汽缸蓋上對置的接合表面之間并且利用夾緊螺栓緊固起來時，與金屬凸緣6、8相協(xié)作，構(gòu)成橡膠凸緣7、9的彈性密封材料7a、7b、9a、9b和彈性密封材料7c、9c在厚度方向上受到壓縮并發(fā)生變形，并且在緊固操作結(jié)束時，由于基板2上具有最大厚度的第一厚度增大部分21與其余部分之間存在有厚度差，所以最大的表面壓力會集中在第一厚度增大部分21上，并且最大的載荷也會作用在該第一厚度增大部分21上。
因此，形成了三重密封，該三重密封主要包括第一厚度增大部分21上的最大表面壓力，以及凸緣BD(金屬凸緣6、8和橡膠凸緣7、9)的彈性作用力，同時，第一厚度增大部分21的止擋作用防止了固定于或者填充在金屬凸緣6、8的外凸部分側(cè)或者內(nèi)凹部分側(cè)的彈性密封材料7a至7c和9a至9c總體發(fā)生坍塌，并且第二厚度增大部分22的止擋作用防止了固定于或者填充在金屬凸緣6、8的外凸部分側(cè)或者內(nèi)凹部分側(cè)的彈性密封材料7a至7c和9a至9c總體發(fā)生塌陷。
還有，由于水孔4被如前所述構(gòu)造而成的凸緣BD包繞起來，所以防止了冷卻水流向凸緣BD的外側(cè)。
仍然在如前所述構(gòu)造而成的金屬墊片1中，由于彈性密封材料7a、7b、9a和9b被固定在金屬凸緣6、8的外凸部分上，并且類似的彈性密封材料7c、9c被填充在金屬凸緣6、8的內(nèi)凹部分中，所以在厚度方向上從基板2上突起的彈性密封材料7a、7b、9a和9b，是僅位于金屬凸緣6、8外凸部分側(cè)的彈性密封材料部分，換句話說，是位于基板2一個側(cè)面上的彈性密封材料部分。
因此，如果基板2的厚度被標(biāo)記為t1，并且第一厚度增大部分21的厚度被標(biāo)記為t0，那么固定于金屬凸緣6、8外凸部分上的彈性密封材料7a、7b、9a和9b的高度比如是(t0-t1)+壓縮變形量((t0-t1)×0.4(最大值的40％))，假設(shè)t0為0.5毫米，基板的厚度t1為0.25毫米(在本實施例中，由于第一厚度最大部分21通過對基板2進(jìn)行回折而形成，所以基板的厚度t1被設(shè)定為t0的1/2)，那么利用前述公式可以得出橡膠凸緣7、9的高度為0.35毫米，是在圖25中所示現(xiàn)有技術(shù)中的值的1.7倍。
因此，位于金屬凸緣6、8外凸部分上的彈性密封材料7a、7b、9a和9b質(zhì)量增大，并且它們的壓縮變形量變大，使得其易于執(zhí)行彈性密封材料7a、7b、9a和9b的成形操作，并且使得能夠增大彈性密封材料7a至7c和9a至9c的厚度，以使其變得能夠設(shè)定一個較大的加工容許偏差，并且降低制造成本。
在橫跨金屬凸緣6、8外凸部分的寬度被固定于兩側(cè)的彈性密封材料7a、7b、9a和9b中，僅有面對著水孔4的部分7b和9b被暴露在冷卻水中。相反，填充在金屬凸緣6、8內(nèi)凹部分中的彈性密封材料7c和9c由金屬凸緣6、8覆蓋起來，因此不會暴露在冷卻水中，由此，防止了彈性密封材料7a、7c、9a、9c發(fā)生質(zhì)量下降，并且因此可以持續(xù)較長時間周期保持一個穩(wěn)定的密封性能。
此外，由于基板2上位于密封線SL4內(nèi)部的整個表面(基板的上、下表面以及孔的內(nèi)側(cè)表面)均被耐腐蝕薄膜14和15覆蓋起來，所以即使一種有可能對基板2造成腐蝕的液體，比如不合格的冷卻水，突然流過水孔4，也能夠防止基板2受到腐蝕，其中，所述密封線SL4被制成將水孔4環(huán)繞起來。
還有，由于所需的密封壓力通過金屬凸緣6、8的彈性力和固定于金屬凸緣6、8外凸部分上或者填充在其內(nèi)凹部分中的彈性密封材料7a至7c、9a至9c的彈性力協(xié)同作用而獲得，所以能夠使得基板2本身的硬度下降，由此消除了關(guān)于基板2上的凸緣6、8發(fā)生疲勞損壞的擔(dān)憂，此外還能夠容忍發(fā)動機(jī)的振動幅度和密封區(qū)域的粗糙度，由此利用一個低的表面壓力將冷卻水的壓力和油的壓力充分地密封起來。
還有，由于對于金屬凸緣6、8的外凸部分側(cè)的彈性密封材料7a、7b、9a、9b來說和對于其內(nèi)凹部分側(cè)的彈性密封材料7c和9c來說，可以確保一個寬的密封區(qū)域，換句話說，由于墊片上用作區(qū)域密封(area seal)和與接合表面發(fā)生接觸的部分均由一種橡膠或者一種橡膠基材料制成，所以可以利用一個低的表面壓力令人滿意地將作為接合表面上鑄造缺陷的裂紋、砂眼或者粗糙的加工表面密封起來。此外，由于彈性密封材料7a至7c和9a至9c均由一種彈性材料制成(尤其是橡膠基材料)，所以密封系數(shù)很低，并且因此可以在不利的狀況下在所述區(qū)域有效地利用有限的軸向載荷，并且總的載荷可以降低。
還有，在螺栓孔5的附近，基板2上的第一厚度增大部分21被制成一個薄的連接區(qū)域，但是在螺栓孔5之間，其被制成一個厚的連接區(qū)域，以便使得第一厚度增大部分21的彈性力在夾緊螺栓的附近較弱，而這里的緊固力較大；但是，在夾緊螺栓之間的區(qū)域其彈性力較強(qiáng)，而這里的緊固力相對較小。因此，施加于第一厚度增大部分21上的表面壓力可以在燃燒腔室開口3的圓周方向上得以均衡，并且夾緊螺栓的軸向拉力可以降低，由此使得能夠令人滿意地防止發(fā)動機(jī)尤其是低剛度的發(fā)動機(jī)發(fā)生變形。近年來，發(fā)動機(jī)已經(jīng)在減小尺寸和重量以及提高性能方面取得了進(jìn)步，并且由于為了節(jié)約能源而采用了貧燃料，燃燒腔室的溫度已經(jīng)升高。為了對高壓氣體進(jìn)行密封，需要利用第一厚度增大部分21產(chǎn)生出一個高的表面壓力，其中第一厚度增大部分21如前所述那樣通過對基板上燃燒腔室開口3側(cè)的內(nèi)周邊緣進(jìn)行回折而形成。在本實施例中，通過在第一厚度增大部分21的圓周方向上改變其厚度，沿著用于燃燒腔室缸筒的開口圓周部分的緊固表面壓力得以均衡，降低了油耗量和功率損失，由此提高了對燃燒氣體的密封效能。
在本實施例中，根據(jù)需要，外凸剖面的凸緣6、8被設(shè)置成在燃燒腔室開口3的圓周部分將第一厚度增大部分21環(huán)繞起來，并且還將油孔24、水孔4、螺栓孔5以及鏈傳動腔室孔25環(huán)繞起來。利用這種外凸剖面的金屬凸緣6、8，凸緣高度或凸緣寬度可以根據(jù)接觸位置處接合表面的剛度發(fā)生變化，來沿著所述密封線對密封壓力進(jìn)行均衡，由此提高密封效能。通過在剛度不足和表面壓力較弱的位置處升高凸緣高度或者拓寬凸緣寬度，可以更為容易地對密封壓力進(jìn)行均衡。
在這里，通過如圖20和21中所示那樣在凸緣BD的外側(cè)成形薄膜，防止了由于與臟水、鹽水或者類似物質(zhì)發(fā)生接觸而發(fā)生腐蝕，其中，圖20和21對所述外周邊緣進(jìn)行了描繪。
根據(jù)本發(fā)明的金屬墊片的結(jié)構(gòu)并不局限于前述實施例，而是可以在不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍和技術(shù)構(gòu)思的條件下通過合適判斷來加以改變。
還有，在前述實施例中，第一厚度增大部分21通過對基板2上燃燒腔室開口3側(cè)的內(nèi)周端部進(jìn)行回折而形成，但是作為其一種可選擇方式，第一厚度增大部分21可以通過將一塊厚度基本上等于基板2的薄墊板比如通過焊接方式固附到基板2上燃燒腔室開口3側(cè)的端部上而形成。或者，第一厚度增大部分21可以通過將一個墊圈裝配到基板上燃燒腔室開口3側(cè)的端部上而形成，或者通過將一個墊圈通過一個由彈性板形成的中間物裝配到基板2上燃燒腔室開口3側(cè)的端部上而形成，或者通過比如利用焊接方式將被制成完整凸緣6、8的薄墊板固附到基板2上燃燒腔室開口3側(cè)的端部上而形成。
還有，替代作為完整凸緣的金屬凸緣6、8，可以通過如圖22中所示那樣對基板2進(jìn)行彎曲而將金屬凸緣29制成均呈階梯結(jié)構(gòu)的半凸緣，并且彈性密封材料30、31可以被固定在各個金屬凸緣29的外凸部分上或者被填充在其內(nèi)凹部分中。
在這里，由于填充在作為半凸緣的金屬凸緣29內(nèi)凹部分中的彈性密封材料30，其下表面基本上與基板2的平整下表面相平齊，所以彈性密封材料30幾乎不被暴露在冷卻水中。固定于外凸部分側(cè)的彈性密封材料31在厚度方向上進(jìn)行延伸，因此直接被暴露在冷卻水中。在這種情況下，彈性密封材料7a、7b、9a、9b的寬度被增大，來防止所有的密封材料部分7a、7b、9a、9b發(fā)生質(zhì)量下降，由此確保一個令人滿意的密封性能。
還有，在前述實施例中，固定于金屬凸緣6、8外凸部分上的彈性密封材料7a、7b、9a、9b的上表面被制成基本上平行于基板2的平整表面，但是這并非是必要的，并且可以采用各種形狀，只要密封材料部分可以與金屬凸緣6、8相協(xié)作在厚度方向上受到壓縮并發(fā)生變形即可。
此外，在前述實施例中，填充在金屬凸緣6、8內(nèi)凹部分中的彈性密封材料7c、9c被制成基本上與基板2的平整表面相平齊，但是與基板2的平整表面相比，彈性密封材料7c和9c可以具有一個略微不規(guī)則的表面，只要密封材料部分可以與金屬凸緣6、8相協(xié)作在厚度方向上受到壓縮并發(fā)生變形即可。例如，可以在填充于金屬凸緣6、8內(nèi)凹部分側(cè)的彈性密封材料7c和9c上成形一條溝槽，以使得密封材料部分7c、9c更易于發(fā)生變形。
如圖23和24中所示，可以通過對基板2的一部分外周邊緣進(jìn)行回折來形成一個金屬的第二厚度增大部分。
構(gòu)成前述橡膠凸緣的彈性密封材料7a至7c、9a至9c、30以及31可以通過固定于基板2上的凸緣6、8的外凸部分側(cè)或者填充在其內(nèi)凹部分側(cè)而形成。為此，比如可以在金屬凸緣6、8上成形用于模制材料的通道(未圖示)，用于同步成形外凸部分和內(nèi)凹部分。
比如，前述的薄膜可以通過鍍鉻處理而形成。
盡管主要參照水冷式發(fā)動機(jī)進(jìn)行了描述，但是對于氣冷式發(fā)動機(jī)來說，位于第一厚度增大部分21外側(cè)的凸緣線可以省略。
下面將參照附圖對本發(fā)明的第四實施例進(jìn)行描述。
在根據(jù)本申請中所述發(fā)明的金屬墊片1中，除了沿著密封線的凸緣的結(jié)構(gòu)之外，其余結(jié)構(gòu)與各個前述實施例中相同。
換句話說，所述凸緣均沿著密封線SL1和SL2形成。如圖25和26中所示，在本實施例中凸緣BD是由一個作為完整凸緣的凸緣6與一個橡膠凸緣8或10組成的復(fù)合體，其中所述凸緣6由基板形成。
基板凸緣6通過在厚度方向上對基板2進(jìn)行彎折而被成形在厚度增大部分16上，并且呈外凸形式，其高度高于厚度增大部分16。
橡膠凸緣由填充在基板凸緣6內(nèi)凹部分中的第一彈性密封材料10和固定于基板凸緣6外凸部分側(cè)的第二彈性密封材料8組成。
第一彈性密封材料部分被設(shè)置成能夠使得下表面平整并且基本上與基板2的下表面相平齊。在凸緣寬度方向的中部附近，一個外凸凸起11以這樣一種方式成形在凸緣的下表面上，即沿著密封線SL1或者SL2延伸。
第二彈性密封材料8被制成其寬度略微大于基板凸緣6的寬度，并且位于該凸緣的外凸部分的表面上和與外凸部分連續(xù)的平整表面上。第二彈性密封材料8被設(shè)計成能夠使得其高度差不多等于基板凸緣6的高度，并且其表面(上表面)基本上平整。
第二彈性密封材料8的寬度最好不超過基板凸緣6的寬度的1.5倍。如果寬度過度增大，那么載荷將過度增大。彈性密封材料8的高度最好是基板凸緣6的高度的0.9至1.1倍。
當(dāng)然，諸如形成于基板2上的螺栓孔5這樣的孔的數(shù)目和類型，以及密封線SL1和SL2的位置，隨著設(shè)置有金屬墊片1的汽缸體和汽缸蓋的類型不同而發(fā)生變化。
當(dāng)如前所述構(gòu)造而成的金屬墊片1被置于一部發(fā)動機(jī)的汽缸體與汽缸蓋上的接合表面之間并且利用夾緊螺栓緊固起來時，金屬墊片1被安裝到位。所述凸緣在夾緊螺栓的緊固力作用下發(fā)生變形，并且沿著密封線產(chǎn)生出一個所需的密封壓力，來由此將油等等密封起來。
當(dāng)墊片被緊固起來時，設(shè)置在燃燒腔室開口3的圓周端部處的厚度增大部分16用于限制所述凸緣的壓縮變形量，在厚度增大部分16處產(chǎn)生出一個高的表面壓力，從而由該厚度增大部分16將高溫高壓的燃燒氣體密封起來。
當(dāng)在厚度增大部分16的表面上沒有涂敷任何涂層來以較低的成本提供墊片時，墊片上的厚度增大部分16與發(fā)動機(jī)的機(jī)械加工表面(接合表面)發(fā)生金屬-金屬接觸，并且由此在機(jī)械加工表面上存在有3至6毫米的不規(guī)則工具痕。
發(fā)動機(jī)工作所產(chǎn)生的爆炸壓力不是一個恒定的壓力，而是一個脈動壓力；因此，某些壓力會從厚度增大部分16向外周側(cè)發(fā)生泄漏。但是，該壓力由位于厚度增大部分16外側(cè)的凸緣BD密封起來。
根據(jù)本實施例的凸緣BD被構(gòu)造成能夠在基板凸緣6和橡膠凸緣受到壓縮并發(fā)生變形時，利用由它們組成的復(fù)合彈簧產(chǎn)生出一個所需的密封壓力，并且這種復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠降低形成基板凸緣6的基板2的硬度。所述凸緣在受到壓縮并發(fā)生了變形的彈性密封材料部分8和10的平整表面處，與上、下接合表面發(fā)生接觸，并且柔軟的彈性密封材料部分8和10與接合表面緊密接觸，將任何由工具痕形成的微小間隙封閉起來，由此將在前述脈動壓力下從厚度增大部分16泄漏出來的燃燒氣體密封起來。
在這種結(jié)構(gòu)的墊片中，即彈性密封材料僅被填充在基板凸緣6的內(nèi)凹部分中，當(dāng)彈性密封材料10受到壓縮并發(fā)生變形時，會產(chǎn)生一個外力來使得基板凸緣6和在各個側(cè)面上與基板凸緣6連續(xù)的平整部分以這樣一種方式發(fā)生變形，即它們向上發(fā)生翹曲。為了抑制基板凸緣6發(fā)生疲勞損壞和降低基板2的成本而使得基板2的硬度越低，那么變形就越明顯，比如向上翹曲就越有可能發(fā)生。但是，在本實施例中，還在外凸部分側(cè)設(shè)置有第二彈性密封材料8，并且使得該第二彈性密封材料8發(fā)生變形來防止基板凸緣6和基板2發(fā)生變形，由此防止由內(nèi)凹部分中的第一彈性密封材料10所產(chǎn)生的密封性能發(fā)生下降。
在第一彈性密封材料10的填充過程中，其中部有可能在從高溫至開式冷卻的過渡過程中略微發(fā)生凹陷。在本實施例中，形成有凸起11和9，即使當(dāng)墊片被用于一部軸向緊固拉力很弱的發(fā)動機(jī)中時，仍然可以在燃燒腔室開口3外側(cè)的區(qū)域以低成本確保穩(wěn)定的密封性能。在螺栓被緊固起來之后，凸起11和9處于壓服和平整狀態(tài)。
只要螺栓被合適地緊固起來，在螺栓4的附近就不會產(chǎn)生任何緊固問題。但是，因為油孔5和鏈條腔室孔17遠(yuǎn)離夾緊螺栓，所以它們處于不合適的緊固狀態(tài)下。隨著發(fā)動機(jī)經(jīng)歷多次重復(fù)的熱循環(huán)，軸向緊固拉力會發(fā)生某種程度的下降，其中，熱循環(huán)的重復(fù)次數(shù)與發(fā)動機(jī)的使用次數(shù)相同。在發(fā)動機(jī)工作過程中，墊片會在熱量的作用下發(fā)生變形，因此密封狀態(tài)惡化。
為了在那些不利狀況下實現(xiàn)徹底密封，在現(xiàn)有技術(shù)中，在具有填充在基板凸緣6的內(nèi)凹部分中的彈性密封材料10的凸緣結(jié)構(gòu)中，如果基板2的硬度增大，那么彈性力就會增大，但是凸緣會困囿于振動強(qiáng)度所導(dǎo)致的疲勞損壞，并且也并不希望如此增大硬度；另一方面，如果基板凸緣6的硬度下降，那么將會發(fā)生前述的變形現(xiàn)象，導(dǎo)致彈性力下降。為了彌補(bǔ)這種不足，在本實施例中，如前所述那樣，除了填充在基板凸緣6的內(nèi)凹部分中的第一彈性密封材料10之外，在內(nèi)凹部分相反側(cè)的外凸部分上，還形成有第二彈性密封材料8，并且該第二彈性密封材料8用于防止基板2和基板凸緣6發(fā)生變形，其中，第二彈性密封材料8被構(gòu)造成使得其寬度大于所述凸緣的寬度，并且其高度基本上等于基板凸緣6的高度。
隨著基板2的硬度下降，會使得彈性力降低，但是由于在外凸部分上第一彈性密封材料8被制成其高度等于基板凸緣6的高度，來由此對填充在內(nèi)凹部分中的彈性密封材料10的變形加以調(diào)節(jié)，所以凸緣BD提供的彈性力將等于或者大于由一種使用了由高硬度材料制成的基板2的結(jié)構(gòu)所提供的彈性力。
還有，當(dāng)彈性密封材料10通過模制工藝而形成時，基板凸緣6的內(nèi)凹部分側(cè)被加工成與基板2的平整表面相平齊。在模制過程中，密封材料10在高溫作用下發(fā)生熱膨脹，但是當(dāng)其開式冷卻時，厚度較大的橡膠中部將以一個對應(yīng)于熱膨脹的量發(fā)生收縮，并且略微發(fā)生凹陷，在遠(yuǎn)離夾緊螺栓沒有被合適地緊固起來并且外伸的部分中，表面壓力會下降，產(chǎn)生壓力泄漏的機(jī)會。
作為對策，根據(jù)本專利申請中所述的發(fā)明，如圖25中所示那樣，在位于基板凸緣6的內(nèi)凹部分中的彈性密封材料10表面的中間位置處，成形有一個微小凸起11，所述凸緣在緊固載荷不會如此增大的條件下發(fā)生變形，并且當(dāng)表面壓力下降時，成形在第一彈性密封材料10的表面上的凸起11同時發(fā)生膨脹和變形。盡管就面積而言很小，但是所述凸起卻產(chǎn)生出一個高的表面壓力，并且用于形成徹底密封。換句話說，在一個遠(yuǎn)離夾緊螺栓靠近外周側(cè)的位置上，表面壓力趨于變得相對較小，位于基板凸緣6的兩個表面上的彈性密封材料通常被壓靠在對置的接合表面上，來通過在緊固載荷作用下凸緣受到壓縮并發(fā)生變形而將它們封接起來。與此同時，在內(nèi)凹部分側(cè)形成于彈性密封材料10上的凸起11以這樣一種方式發(fā)生變形，即被推入所述內(nèi)凹部分中，使得其本身適合于接合表面的平整表面，并且變得基本上與基板2的平整表面(下側(cè)面)相平齊。
在這種穩(wěn)定狀態(tài)下，比如當(dāng)在振動作用下使得位于凸緣位置的對置接合表面之間的間隙增大時，表面壓力會暫時下降，凸緣的壓縮變形量也會下降，由此降低密封壓力。在位于內(nèi)凹部分側(cè)的彈性密封材料10處，根據(jù)間隙的增大，凸起11自動地發(fā)生膨脹，來可靠地確保與對置的接合表面發(fā)生接觸，并且具有較小的接觸表面，可以利用所述凸起通過增大表面壓力來保持密封狀況。隨著間隙減小，所述穩(wěn)定狀態(tài)得以恢復(fù)。
在前面，已經(jīng)對隨著對置的接合表面之間的間隙發(fā)生變化表面壓力發(fā)生下降的情況進(jìn)行了描述。即使當(dāng)對置的接合表面之間的間隙保持不變時或者即使當(dāng)彈性力隨著時間流逝和表面壓力變得更小而下降時，如前所述那樣，由于隨著表面壓力下降載荷集中在凸起11上(在這種情況下凸起11和9無需必須發(fā)生膨脹)，在凸起11的位置處表面壓力升高，使得能夠保持一個特定的密封壓力。
當(dāng)在所述凸緣位置處接合表面之間的間隙變化很大時，優(yōu)選的是在如圖27中示出的那樣，在位于基板凸緣6外凸部分上的彈性密封材料上也成形一個凸起9。
在凸緣寬度方向上排布的凸起11和9并不局限于一個，可以是如圖28至30中所示出的兩個或者更多。當(dāng)設(shè)置有兩個或者更多凸起時，凸起11和9的高度可以不同。凸起的大小也可以存在差異。當(dāng)成形有多個凸起時，表面壓力的載荷可以得以緩解，或者如果表面壓力降低時，可以利用所述多個凸起11、9獲得迷宮效果，或者在實際上增加密封線SL來持續(xù)更長的時間周期提供穩(wěn)定的密封性能。
還有，針對多個凸起11、9來說，為了尋求如圖31至34中所示出的凸起11、9的最優(yōu)化，通過使得凸起11、9的尺寸或者形狀發(fā)生變化(在縱向剖面輪廓或者平面視圖中單位長度的面積)，能夠增強(qiáng)前述效果。換句話說，當(dāng)在平行的寬度方向上設(shè)置有兩個或者更多凸起時，優(yōu)選的是使得凸起11、9的高度相對較低，或者在較高的表面壓力側(cè)減小每單位長度的面積。
針對沿著密封線延伸的單根凸起11、9來說，可以根據(jù)凸起11、9所在位置處的表面壓力來改變凸起11、9的高度或者形狀。換句話說，在表面壓力相對較小的區(qū)域，凸起11、9的高度和寬度可以增大。
凸起11、9可以沿著密封線SL1和SL2的整個長度連續(xù)成形，或者以給定的間隔間斷式成形。
當(dāng)凸起11、9在密封線SL1和SL2上部分地成形時，它們必須被成形在遠(yuǎn)離螺栓孔的位置、具有相對較低的表面壓力的位置或者對置的接合表面之間的間隙變化相對較大的部分(表面壓力變化的幅度相對較大)。
在本實施例中，已經(jīng)對作為完整凸緣的基板凸緣6進(jìn)行了描述，但是本實施例也適用于當(dāng)基板凸緣6是呈階梯結(jié)構(gòu)的半凸緣時。更具體地說，如圖35和36中示出的那樣，一個第二彈性密封材料12被固定在呈階梯形式的基板凸緣6的外凸部分上(從基板的平整部分升高的部分)，一個第一彈性密封材料14被應(yīng)用在外凸部分相反側(cè)的內(nèi)凹部分上，并且接著在較厚的部分上成形凸起13和15。工作過程和效果均與前述實施例中相同。
在厚度增大部分16附近的凸緣BD中，如圖37中所示，第二彈性密封材料無需必須被固附在外凸部分的兩個傾斜側(cè)面上。換句話說，通過接收一個相對較高的表面壓力和具有一個用于約束基板的強(qiáng)大作用力，厚度增大部分16抑制了基板發(fā)生變形。這應(yīng)用在夾緊螺栓附近的部分上。
凸起11、9的高度必須被設(shè)計成，使得無論凸起的形狀如何，當(dāng)凸起發(fā)生變形達(dá)到厚度增大部分16的厚度時，變形率不超過25％。
在前述示例中，已經(jīng)對具有單個基板的金屬墊片進(jìn)行了描述，在金屬墊片中，可以根據(jù)接合表面之間的間隙將多個基板相互疊置在一起，各個基板均具有前述結(jié)構(gòu)。在這種情況下，基板無需必須如同現(xiàn)有技術(shù)中那樣被疊置成使得基板凸緣的外凸部分相互面對面地排布。
本結(jié)構(gòu)的其它方面、工作過程以及效果均與前述實施例中相同。
工業(yè)實用性正如從前面的描述中明白的那樣，通過采用本發(fā)明，可以獲得一種金屬墊片，這種金屬墊片通過阻止諸如鹽水這樣的水分從外部滲入，顯現(xiàn)出了防生銹效果，并且在某些狀況下，比如密封表面粗糙、在發(fā)動機(jī)中振動幅度劇烈變化、高溫和低溫反復(fù)出現(xiàn)、緊固操作中的表面壓力很低，可以確保持續(xù)較長的時間周期保持一個令人滿意的密封性能。
權(quán)利要求
1.一種金屬墊片，包括一個由薄金屬板制成的基板，所述基板具有成形于其上的一個或者不少于兩個開口，以及一個通過在厚度方向上對所述基板進(jìn)行彎折而沿著密封線形成的金屬凸緣，該金屬凸緣具有外凸剖面，并且當(dāng)所述金屬墊片被夾持在對置的接合表面之間時，所述金屬凸緣在厚度方向上發(fā)生變形，用以將所述接合表面的接合處封接起來，其特征在于一種能夠與所述金屬凸緣的變形相協(xié)作在壓縮作用下發(fā)生變形的彈性密封材料，至少被固定在所述金屬凸緣的外凸部分上和被填充在所述外凸部分相反側(cè)的內(nèi)凹部分中，并且位于所述外凸部分側(cè)的表面上的彈性密封材料的高度，被制成等于或者基本上等于所述外凸部分的高度，并且，在所述金屬凸緣的所述外凸部分側(cè)的所述基板的表面上，能夠與所述金屬凸緣的變形相協(xié)作在壓縮作用下發(fā)生變形的所述彈性密封材料，還被固定在基板的所述表面上的某些部分上，這些部分至少面對著所述接合表面的外周邊緣和與基板的所述表面對置的所述接合表面上一開口的內(nèi)周部分中之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬墊片，其特征在于所述金屬凸緣是一個完整凸緣或者一個呈階梯形狀的半凸緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬墊片，其特征在于通過在金屬凸緣的延伸方向上至少部分地改變所述凸起的高度和所述金屬凸緣的寬度，密封表面壓力在所述凸緣的延伸方向上得以均衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬墊片，其特征在于所述金屬凸緣至少沿著所述基板上一開口的內(nèi)周邊緣和所述基板的外周邊緣中之一形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬墊片，其特征在于至少所述基板的一部分外周邊緣延伸到所述對置接合表面的外側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬墊片，其特征在于對于至少形成于所述基板上的所述孔的內(nèi)周邊緣和所述基板的外周邊緣中之一的整個圓周邊緣或者其一部分來說，一個厚度增大部分被形成在所述基板上，其厚度大于所述基板的其余區(qū)域，并且低于所述金屬凸緣的所述外凸部分，來對在所述彈性密封材料厚度方向上的變形量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一所述的金屬墊片，其特征在于至少在所述基板的一個表面上，一層薄的耐腐蝕薄膜被固定在沒有利用所述彈性密封材料覆蓋起來的區(qū)域上，該耐腐蝕薄膜薄于所述彈性密封材料。
8.一種金屬墊片，包括一個由薄金屬板制成的基板，該基板具有至少一個燃燒腔室開口和一個液體孔，一個形成于基板上燃燒腔室開口側(cè)的內(nèi)周邊緣處的厚度增大部分，以及一個沿著一條密封線形成的凸緣，用于通過在厚度方向上發(fā)生變形來進(jìn)行密封，其特征在于至少所述密封線的一部分被設(shè)置成環(huán)繞在一個或者不少于兩個液體孔的周圍，沿著至少環(huán)繞在所述液體孔周圍的密封線形成的凸緣，包括一個以外凸形式形成的金屬凸緣和一個橡膠凸緣，所述金屬凸緣的高度高于通過在厚度方向上對所述基板進(jìn)行彎折而形成的厚度增大部分，所述橡膠凸緣由固定于所述基板上所述金屬凸緣外凸部分側(cè)的表面上的彈性密封材料和填充在所述外凸部分相反側(cè)的內(nèi)凹部分中的彈性密封材料形成，并且，位于所述外凸部分側(cè)的表面上的彈性密封材料，至少被固定在所述金屬凸緣的外凸部分的表面上，并且被設(shè)置成在高度上等于或者基本上等于所述金屬凸緣的高度，同時，一層耐腐蝕薄膜被成形在由所述凸緣環(huán)繞起來的所述基板表面上，所述凸緣沿著在所述金屬凸緣外凸部分側(cè)環(huán)繞在所述液體孔周圍的密封線形成，并且所述薄膜的高度低于所述橡膠凸緣的高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬墊片，其特征在于一層薄的耐腐蝕薄膜被成形在由所述凸緣環(huán)繞起來的表面上，所述凸緣沿著位于所述金屬凸緣內(nèi)凹部分側(cè)的密封線形成，并且所述薄膜與填充在所述內(nèi)凹部分中的所述彈性密封材料相連續(xù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬墊片，其特征在于在所述基板上由所述凸緣環(huán)繞起來的位置處成形有多個通孔，所述凸緣沿著環(huán)繞在所述液體孔周圍的密封線形成，并且形成于所述基板兩個表面上的所述薄膜通過所述多個通孔連接起來。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一所述的金屬墊片，其特征在于所述薄膜還被應(yīng)用在所述液體孔的內(nèi)周表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的金屬墊片，其特征在于至少一部分沿著環(huán)繞在所述液體孔周圍的密封線形成的所述凸緣沿著所述液體孔的整個周邊排布，位于所述外凸側(cè)的彈性密封材料被設(shè)置成直至與所述外凸側(cè)的彈性密封材料連續(xù)的所述薄膜被應(yīng)用到所述液體孔的內(nèi)周表面上，并且包括一個對應(yīng)于薄膜厚度的量的所述液體孔的尺寸，基本上等于敞口于所述接合表面上的所述液體孔的尺寸，其中，所述接合表面即將由被夾持于其間的所述墊片封接起來。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至10以及12中任一所述的金屬墊片，其特征在于所述第二厚度增大部分被成形在所述基板的一部分外周表面上，并且除了該第二厚度增大部分之外，沿著所述外周邊緣延伸的密封線被設(shè)置在基板的外周邊緣處或者外周邊緣附近，其中，沿著所述密封線成形的所述凸緣包括一個以外凸形式形成的金屬凸緣和一個橡膠凸緣，所述金屬凸緣高于通過在厚度方向上對所述基板進(jìn)行彎折而形成的厚度增大部分，所述橡膠凸緣由固定于所述基板上所述金屬凸緣的所述外凸部分側(cè)的表面上和填充在所述內(nèi)凹部分中的彈性密封材料形成，并且與所述金屬凸緣的變形相協(xié)作，在厚度方向上受到壓縮并發(fā)生變形，位于所述外凸部分側(cè)的表面上的彈性密封材料，至少被固定在所述金屬凸緣的外凸部分的表面上，并且所述彈性密封材料的高度被設(shè)置成等于或者基本上等于所述金屬凸緣的高度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的金屬墊片，其特征在于省去了所述的第二厚度增大部分，并且為了替代所述第二厚度增大部分，在所述橡膠凸緣的延伸方向上沿著該橡膠凸緣的一部分設(shè)置有一個較大寬度部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的金屬墊片，其特征在于在沿著所述基板的外周邊緣的密封線的外側(cè)，一個耐腐蝕薄膜被成形在所述基板的整個表面上。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至6、8至10、12、14以及15中之一所述的金屬墊片，其特征在于至少在固定于所述外凸部分側(cè)的表面上的彈性密封材料的表面和填充在所述內(nèi)凹部分中的彈性密封材料的表面中之一上，沿著密封線成形有一條或者不少于兩條凸起線。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至6、8至10、12、14和15中之一所述的金屬墊片，其特征在于至少在固定于所述外凸部分側(cè)的表面上的彈性密封材料的表面和填充在所述內(nèi)凹部分中的彈性密封材料的表面中之一上，在所述密封表面壓力相對較低的區(qū)域，成形有一條或者不少于兩條凸起線。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬墊片，其特征在于在它們的延伸方向上，至少各條所述凸起的高度和寬度中之一根據(jù)在所述凸起成形位置處的密封表面壓力發(fā)生變化，并且隨著所述密封表面壓力變小，至少為所述凸起的高度和寬度中之一設(shè)定一個較大的值。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬墊片，其特征在于至少在固定于所述外凸部分側(cè)的彈性密封材料的表面和填充在所述內(nèi)凹部分中的彈性密封材料的表面中之一上，成形有多條凸起線，并且在這些凸起線中，至少所述凸起的每高度的面積和每單位長度的面積中之一根據(jù)在所述凸起成形位置處的密封表面壓力發(fā)生變化。
20.根據(jù)權(quán)利要求16、18和19中之一所述的金屬墊片，其特征在于，多個基板被疊置在一個多層結(jié)構(gòu)中。
全文摘要
一種金屬墊片，具有一個被設(shè)置成環(huán)繞在一廢氣孔3周邊的周圍的第一密封線SL1，一個沿著基板2的外周邊緣設(shè)置的第二密封線SL2，以及通過沿著所述兩條密封線對基板2進(jìn)行彎折而形成的完整凸緣6、7，該完整凸緣6、7均具有外凸剖面。彈性密封材料8至11被固定在所述凸緣的外凸部分以及與該外凸部分連續(xù)的平整表面上，該彈性密封材料8至11的高度基本上等于所述外凸部分的高度。位于所述平整表面上的彈性密封材料被設(shè)置成覆蓋至廢氣孔3的敞口位置或者基板2的周邊位置，此外，在所述外凸部分的相反側(cè)，彈性材料部分12、13被填充在所述凸緣的內(nèi)凹部分中。墊片的這種結(jié)構(gòu)能夠使得成本下降，并且能夠使得墊片持續(xù)很長的時間周期保持一個穩(wěn)定的密封性能。
文檔編號F16J15/08GK1488047SQ02803707
公開日2004年4月7日 申請日期2002年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月4日
發(fā)明者植田耕作, 渡邊秀男, 男 申請人:日本金屬密封片株式會社