专利名称：金属垫片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种被夹持在汽缸体与汽缸盖上对置的接合表面之间的金属垫片，来对前述接合表面进行封接，其中，所述汽缸体和汽缸盖用于形成一种用在摩托车、小汽车、工业用机器以及外置发动机中的内燃发动机。
背景技术：
在这种类型的常规金属垫片中，其中之一比如在日本已公开专利No.(平)6-101761中进行了描述。如图38中所示，这种金属垫片包括一个由薄金属片制成的基板，并且该基板具有一个第一厚度增大部分52和一个橡胶凸缘53，第一厚度增大部分52比如通过将一个垫圈装配到基板上用于限定出一个开口的圆周部分上而形成，所述开口比如是一个燃烧腔室开口，橡胶凸缘53则通过对一种橡胶材料进行焙烤而形成，以便沿着一条在基板50的外周附近延伸的密封线从基板50的两个表面上突起出来。这种金属垫片还具有一个第二厚度增大部分54和一个可恢复的弹性体55，第二厚度增大部分54通过对基板50的一部分周边部分进行回折而形成，可恢复的弹性体55位于所述垫圈与基板50的两个表面之间。
换句话说，形成于基板50上的开口的外周，比如油孔和水孔的外周，通过利用从基板50的两个表面上突起的橡胶凸缘环绕在开口周围而被密封起来，并且橡胶凸缘53的压缩变形量由厚度增大部分52、53加以调节，来由此防止橡胶凸缘53发生破裂。为了防止橡胶凸缘53在压缩作用下发生破损，橡胶凸缘53的压缩变形量的最大值通常比如被设定为40％或者更低。
作为另外一种常规的金属垫片，其中之一在日本已公开专利No.2001-206687中进行了描述。
如图39中所示，这种金属垫片具有一个第一厚度增大部分52和一个第二厚度增大部分54，第一厚度增大部分52通过对基板上位于燃烧腔室开口51侧的周边部分进行回折，并且将一个薄垫板58插入到折叠部分内部而形成，第二厚度增大部分54比如通过对油孔的一部分圆周部分或者基板的外周边缘进行回折而形成。在这种金属垫片中，通过以这样一种方式对基板50进行弯曲而形成两条呈外凸-内凹轮廓的金属凸缘线60(在基板50的两个表面上类似地形成一个外凸部分)，即基板在位于第一厚度增大部分52与第二厚度增大部分54之间的基板50的两个表面上突起出来，并且一种弹性密封材料61被填充在位于金属凸缘60相反侧面上的内凹部分中。当需要提供一种不太昂贵的垫片时，镀锌铁被用作基板50的材料。
但是，在现有技术的前一示例中，在橡胶凸缘53的厚度之中，仅有延伸到厚度增大部分52和54之外的那部分厚度受到压缩并发生变形，来产生出用于形成密封的弹性力。由于橡胶凸缘53必须被成形在一个平整的部分上，以便从基板50的两个表面上突起出来，所以用于形成橡胶凸缘53的橡胶量受到限制，从而使得压缩变形量必须很小。因此，对橡胶凸缘53的尺寸精度要求很高，并发变形量很小，对橡胶凸缘53的加工处理变得困难，并且加工精度变得严格。
例如，如果第一厚度增大部分52的厚度0.7t被标记为T0，而基板的厚度0.4t被标记为T1，那么从基板向一侧突起的高度T2为T2＝(T0-T1)÷2+压缩变形量＝0.15+0.15×0.4(意思是说压缩变形量最大值的40％)＝0.21因此，所述橡胶凸缘在基板一侧上的突出量为0.21毫米。尽管在第一厚度增大部分的厚度0.7t与基板的厚度0.4t之间存在着较大差异，但是橡胶凸缘53仅具有非常少量的橡胶，并且因此其压缩变形量很小；因此，橡胶凸缘53变得难以进行加工，并且加工精度如前所述那样变得更为苛刻。
直接暴露在冷却水中的橡胶凸缘53、位于第一厚度增大部分52的端面中的可恢复弹性体55以及第一厚度增大部分52，易于生锈或者吸水，由此增大了性能下降和质量降低的机会。
如前所述，当一个橡胶凸缘53被成形在基板50的平整表面上时，比如假设一个金属垫片被置于汽缸盖与汽缸体的接合表面之间，汽缸盖与汽缸体之间热膨胀的差异会引起错位现象，导致沿着基板50的表面施加一个剪切力，增大橡胶凸缘53从基板50上脱落的可能性。
由于在从水孔至密封线(seal line)的区域在基板与各个接合表面之间存在有一个间隙，所以如果使用了规定之外的冷却水，那么从水孔至密封线的基板将会受到这种规定之外的冷却水的腐蚀作用。
还有，除了基板50圆周部分上的回折部分(第二厚度增大部分54)之外，在基板上的外周边缘与密封线(成形有橡胶凸缘53的位置)之间的区域，由于在基板的两个侧表面与基板50的各个接合表面之间存在有一个间隙，假设这种金属垫片被用在一部外置发动机中，那么外部的脏水或者海水会进入前述间隙，导致由铸铁或者铝制成的部件的接合表面以及垫片基板50的外露部分发生腐蚀。
还有，由于冷却水直接与由回折金属和燃烧腔室开口51侧的高温回折垫圈形成的第一厚度增大部分52发生接触，所以沸腾的水会产生出气泡，抑制冷却效果，增大过热的机会。另一方面，由于冷却水直接与橡胶密封线发生接触，冷却水中的乙醇成分和乙二醇会导致整个橡胶凸缘53发生腐蚀或者膨胀，由此降低耐用性。
在现有技术的后一示例中，金属垫片包括一个第一厚度增大部分52和一个第二厚度增大部分54，用以防止发动机发生变形，并且还用以防止凸缘60(包括弹性密封材料61)过度压缩，其中，第一厚度增大部分52通过对基板上燃烧腔室侧的整个周边进行回折而形成，来将高压气体密封起来。由于第二厚度增大部分54通过对外周边缘部分进行局部回折而形成，所以在从密封线至发动机外周边缘之间的区域，会在基板的两个表面上产生一个间隙，该间隙的大小对应于发动机密封区域(接合表面)与垫片表面之间的橡胶厚度，其中，所述密封线由靠近基板50的外周边缘设置或者位于螺栓内侧的凸缘60形成。
因此，假设所述垫片被用在一部外置马达或者类似装置中，脏水或者海水会溅入和进入前述间隙，并且由于发动机将热量辐射到由铸铁或者铝制成的发动机的密封区域以及垫片基板50的外露部分上，所以脏水或者类似物质的粘附现象会导致发生腐蚀。
由于使用了前述金属垫片的发动机在尺寸和重量方面得以减小，所以用于发动机的密封区域的承面宽度(deck width)变得更窄，并且难以确保这样一个空间，用于除了沿着燃烧腔室开口周边的回折部分的宽度之外，形成一个在基板50的两个表面上突起的呈宽幅波纹结构的宽金属凸缘60。这一点同样可以应用于环绕在开口比如螺栓孔、水孔、油孔周围的区域。随着使用了金属垫片的发动机变得更小和更轻，产生的一个问题是，其变得难以采用现有技术中的金属垫片结构(后一示例)。
由于与本专利申请相反，弹性密封材料61仅被用在内凹部分中，所以如果基板的硬度很低，那么当弹性密封材料61受到压缩而变形时，金属凸缘60有可能以这样一种方式发生变形，即在厚度方向上发生翘曲，并且当这种变形发生时，会导致密封压力下降一个对应于所述变形的量。
还有，常规金属垫片的另外一种示例例如在日本已公开专利No.2001-173791中予以披露。
如图40中所示，这种金属垫片包括两个基板50。更具体地说，在两个基板50中，一个厚度增大部分52被成形在较厚基板(上基板)上燃烧腔室开口51侧的边缘部分处。在两个基板50中的每一个基板上，一个呈外凸结构的基板凸缘53被成形在厚度增大部分52外侧的一个位置上，并且其高度高于厚度增大部分52。该金属垫片通过将两个基板50以这样一种方式叠置起来而组成，即两个基板凸缘53的外凸部分侧相互面对。还有，朝向外侧的内凹部分中填充有一种弹性密封材料54。
当所述金属垫片被置于汽缸体和汽缸盖上对置的接合表面之间并且利用夹紧螺栓紧固起来时，基板凸缘53受到压缩并发生变形，降低至环绕在燃烧腔室开口内周边缘周围的厚度增大部分的厚度，同时，填充在所述内凹部分中的弹性密封材料54受到压缩并发生变形，来利用一个密封压力将燃烧气体、油以及冷却水的压力密封起来，所述密封压力由基板凸缘53的弹性力和弹性密封材料54的弹性力组合而成。当然，某些常规的金属垫片不带有任何填充在内凹部分中的弹性密封材料54，并且某些常规的金属凸缘由单块基板组成。
但是，在这种常规的金属垫片中(参照图40)，当由于紧固操作而发生变形时，基板凸缘53和弹性密封材料54共同产生出一个弹性力，来沿着密封线施加一个所需的密封压力。
但是，当为了防止发生疲劳损坏和降低基板50的成本而利用低硬度的金属板制取基板50时，在前述金属垫片中，当螺栓被紧固并且所述凸缘的内凹部分中的弹性密封材料54受到压缩并发生变形时，会施加一个外力，使得基板50和基板凸缘53受到压缩并以这样一种方式发生变形，即在厚度方向上发生翘曲。由于基板50如前所述那样由低硬度的金属制成，所以凸缘具有低的形状保持能力，并且相应地基板50具有不足的抗变形能力，因此具有低的密封性能。
在由于发动机反复工作和停机所产生的重复载荷的作用下，在长时间使用之后，会产生某些问题，比如夹紧螺栓的轴向拉力下降，基板50上的基板凸缘53随时间而发生变形，或者所述凸缘的内凹部分中的弹性密封材料54质量下降；因此，密封表面压力很有可能下降。这些问题尤其在夹紧螺栓外侧的外伸部分上更为明显。
当弹性密封材料54通过在基板上的内凹部分中进行烘焙而形成时，即使弹性密封材料54在高温下被填充到内凹部分中，在后续的开式冷却(cooling and being left open)过程中，其体积也会以热膨胀的量发生变化，弹性密封材料54上厚度最大的中部会以热收缩的量发生收缩。当表面压力如前所述那样下降时，这是不足之处。尤其是当垫片被安装在已经利用较弱的轴向紧固拉力装配起来的发动机中时，这种现象似乎更有可能发生。
本发明的概述[权利要求1]本发明为解决前述问题而作出，并且其任务是提供一种金属垫片，这种金属垫片能够降低成本，并且能够持续很长的时间周期确保一个稳定的密封性能。
为了完成前述任务，根据在权利要求1中陈述的本发明，在这里提供了一种金属垫片，其包括一个由薄金属板制成的基板，所述基板具有成形于其中的一个或者不少于两个开口，以及通过在所述基板厚度方向上对基板进行弯曲而沿着密封线形成的金属凸缘，所述金属凸缘具有外凸剖面，并且当这种金属垫片被夹持在对置的接合表面之间时，会在厚度方向上发生变形，来将所述接合表面封接起来，其中，一种能够与所述金属凸缘的变形相协作在压缩作用下发生变形的弹性密封材料，至少被固定在所述金属凸缘的外凸部分上和被填充在所述外凸部分相反侧的内凹部分中，并且位于所述外凸部分侧的表面上的弹性密封材料的高度，被制成等于或者基本上等于所述外凸部分的高度，并且，能够与所述金属凸缘的变形相协作在压缩作用下发生变形的所述弹性密封材料，还被固定在所述基板表面上至少面对所述接合表面的外周边缘和与所述基板表面对置的接合表面上一开口的内周部分中之一的部分上。
优选的是，除了经受很大压力的螺接部分之外，位于外凸部分侧的弹性密封材料的最大凸缘宽度被限制在所述金属凸缘的宽度的1.5倍之内。随着橡胶凸缘的宽度变得更大，必须向基板上施加更大的载荷。从抑制载荷增大的观点来看，所希望的是如前所述那样，将由弹性密封材料形成的凸缘的宽度限制在金属凸缘的宽度的1.5倍之内。这种关系并不适用于即将局部施加很大载荷的位置处。
从这样一种立场来看，即当所述垫片被置于接合表面之间时其压缩变形量不超过40％，弹性密封材料的厚度(高度)比如可以被设定为一个不会引起压缩断裂的值。
根据本发明，由于金属凸缘被制成能够仅在基板的一个表面上发生外凸，所以弹性密封材料的量会大于当橡胶凸缘部分被成形在基板的两个表面上时，因此弹性密封材料的压缩变形量变大，并且加工精度可以不很严格。还有，由于弹性密封材料被固定在所述外凸部分上，换句话说，被固定在金属凸缘的倾斜表面上，所以弹性密封材料难以从基板上发生脱落。此外，由于弹性密封材料被固定在所述外凸部分上，所以防止了凸缘宽度变得过宽。位于所述外凸部分上的弹性密封材料用于抑制基板由于内凹部分中的弹性密封材料发生翘曲而变形。
还有，由于所需的密封压力通过金属凸缘的弹性力与固定于金属凸缘所在位置处的弹性密封材料的弹性力协同作用而产生，所以基板材料的硬度可以降低。
由于可以在无需过度增大凸缘宽度的条件下利用弹性密封材料获得一个较宽的密封区域，所以可以容忍接合表面上存在的裂纹、铸造砂眼以及表面粗糙度，并且可以利用一个低的表面压力令人满意地将接合表面封接起来。
在基板的外凸部分侧表面上，在接合表面与基板之间显现出一个间隙的位置处，弹性密封材料比如被固定在一个面对着对置接合表面上的外周边缘部分的位置上，并且这样能够防止水从外部渗透入所述间隙。
为了便于加工或者类似处理，所希望的是，比如固定于金属凸缘外凸部分上的弹性密封材料与面对着对置接合表面上的外周边缘部分的弹性密封材料成为一体并且连续，但是即使它们不连续并且分离开也没有问题。
面对着接合表面上的外周边缘部分的弹性密封材料的高度，无需必须等于或者基本上等于所述外凸部分的高度，并且无论前者的高度高于或者低于形成于所述外凸部分上的弹性密封材料，均没有问题。
根据权利要求2的发明以在权利要求1中陈述的结构为基础，并且其特征在于，前述金属凸缘是一个完整凸缘或者一个呈阶梯形状的半凸缘。
根据权利要求3的发明以权利要求1为基础，并且其特征在于，通过在金属凸缘的延伸方向上至少部分地改变凸起的高度和金属凸缘的宽度，密封表面压力在所述凸缘的延伸方向上得以均衡。
根据本发明，在接合表面上的低刚度部分，凸缘的高度被制成相对较高或者凸缘的宽度被制成相对较宽，来由此增大该凸缘处的弹性力，并且由此在凸缘的延伸方向上对密封表面压力进行均衡，换句话说，沿着所述密封线对密封表面压力进行均衡，因此可以有效地利用螺栓的紧固力。
换句话说，通过根据即将封接在所述接合表面上的表面的刚度改变凸缘的高度和宽度，由填充在凸缘内凹部分中的弹性密封材料或者由固定于其外凸部分侧的弹性密封材料产生的弹性应力发生变化，使得能够向刚度较低的密封区域上施加一个必需的密封压力。
根据权利要求4的发明以权利要求1中陈述的结构为基础，并且其特征在于，前述金属凸缘至少沿着基板上所述开口的内周边缘和基板的外周边缘中之一形成。
根据权利要求5的发明以权利要求1中陈述的结构为基础，并且其特征在于，至少所述基板的一部分外周边缘延伸到对置的接合表面的外侧。
根据本发明，通过使得基板的外周轮廓大于接合表面，固定于外周边缘上的弹性密封材料可以以一个较大的容许偏差(increasedtolerance)面对着对置接合表面的外周边缘，使得其能够可靠地防止比如盐水或者类似物质从外部进入。
根据权利要求6的发明以权利要求1中陈述的结构为基础，并且其特征在于，至少对于形成于基板上的所述开口的内周边缘和基板的外周边缘中之一的整个圆周边缘或者其一部分来说，一个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区域，并且低于金属凸缘的外凸部分，用以对弹性密封材料在厚度方向上的变形量进行调节。
根据本发明，由于弹性密封材料的压缩变形量由所述厚度增大部分可靠地加以调节，所以弹性密封材料可以持续很长的时间周期保持其弹性。
根据权利要求7的发明以权利要求1至6中任一陈述的结构为基础，并且其特征在于，至少在基板的一个表面上，一层薄的耐腐蚀薄膜被固定在没有被弹性密封材料覆盖起来的区域上，该耐腐蚀薄膜比前述的弹性密封材料薄。
根据本发明，即使盐水或者污浊液体渗入基板与接合表面之间的间隙中，至少可以防止基板的表面发生腐蚀。
根据权利要求8的发明其特征在于，一种金属垫片，包括一个由薄金属板制成的基板，该基板至少具有一个燃烧腔室开口和一个液体孔，一个形成于基板上燃烧腔室开口侧的内周边缘处的厚度增大部分，以及一个沿着一条密封线形成的凸缘，用于通过在厚度方向上发生变形来进行密封，其中，至少所述密封线的一部分被设置成环绕在一个或者不少于两个液体孔的周围，沿着至少环绕在液体孔周围的密封线形成的凸缘，包括一个以外凸形式形成的金属凸缘和一个橡胶凸缘，所述金属凸缘的高度高于通过在厚度方向上对基板进行弯曲而形成的厚度增大部分，所述橡胶凸缘由固定于基板上金属凸缘外凸部分侧的表面上的弹性密封材料和填充在外凸部分相反侧的内凹部分中的弹性密封材料形成，并且，位于外凸部分侧的表面上的弹性密封材料至少被固定在金属凸缘外凸部分的表面上，并且被设置成高度等于或者基本上等于金属凸缘的高度，同时，一层耐腐蚀薄膜被成形在由凸缘环绕起来的基板表面上，所述凸缘沿着在金属凸缘的外凸部分侧环绕在液体孔周围的密封线形成，并且所述薄膜的高度低于橡胶凸缘的高度。
前述液体孔最好是一个水孔。
根据本发明，环绕在诸如水孔这样的液体孔周围的凸缘，阻止了液体从液体孔越过所述凸缘而浸出。
与此同时，通过如前所述那样将凸缘制成一个由金属凸缘与橡胶凸缘组成的复合凸缘。换句话说，由于金属凸缘仅在基板的上表面侧被制成外凸形式，所以弹性密封材料的量大于当在基板的两个表面上均成形有外凸的橡胶凸缘时。因此，弹性密封材料的压缩变形量会增大，并且加工精度变得不很严格。由于弹性密封材料被固定在金属凸缘的外凸部分或者倾斜表面上，所以对于弹性密封材料来说，其不大有可能从基板上发生脱落。
还有，由于所需的密封压力通过金属凸缘的弹性力和固定于金属凸缘所在位置处的弹性密封材料的弹性力协同作用而产生，所以基板材料的硬度可以降低。由于可以利用弹性密封材料获得一个宽的密封区域，换句话说，由于可以利用弹性密封材料形成一个区域密封(area seal)，所以可以容忍存在于接合表面上的裂纹、铸造砂眼以及加工表面粗糙度，从而可以利用一个低的压力获得令人满意的密封效果。
在从液体孔至凸缘所在位置的区域，位于金属凸缘外凸部分侧的基板表面与接合表面之间会出现一个间隙，但是由于耐腐蚀薄膜被成形在基板的表面上，所以即使穿过液体孔的液体具有腐蚀性，也可以防止基板表面受到腐蚀。
根据权利要求9的发明以在权利要求8中陈述的结构为基础，并且其特征在于，一层薄的耐腐蚀薄膜被成形在由凸缘环绕起来的表面上，所述凸缘沿着位于金属凸缘内凹部分侧的密封线形成，并且所述薄膜与填充在内凹部分中的弹性密封材料相连续。
根据本发明的金属凸缘被构造成不仅在一个表面上突起出来，而且还在位于金属凸缘内凹侧的基板表面上和液体孔侧而并非凸缘侧上突起出来，这就存在这样一个风险，即流过液体孔的液体将通过位于对置接合表面上的裂纹或者在振动作用下，与金属凸缘内凹侧的基板表面发生接触。在本发明中，在内凹侧的基板表面上存在有耐腐蚀薄膜的条件下，即使液体具有腐蚀性，也可以防止基板的表面受到腐蚀。
根据权利要求10的发明以在权利要求9中陈述的结构为基础，并且其特征在于，在基板上由凸缘环绕起来的位置处成形有多个通孔，所述凸缘沿着环绕在液体孔周围的密封线形成，并且形成于基板两个表面上的薄膜通过所述多个通孔连接起来。
根据本发明，由于位于基板两个表面上的薄膜通过所述通孔相互连接起来，所以薄膜不太易于从基板上发生脱落。需要注意的是，位于金属凸缘外凸部分侧的薄膜不与接合表面发生接触，但是位于金属凸缘内凹侧的薄膜与接合表面发生接触。
根据权利要求11的发明以权利要求8至10中任一陈述的结构为基础，并且其特征在于，薄膜还被应用在液体孔的内周表面上。
根据本发明，否则会与液体发生接触的孔内周表面，由所述薄膜加以保护。与此同时，当薄膜被成形在基板的前表面和后表面上时，位于液体孔侧而并非凸缘侧的所有基板表面和端面，均由所述薄膜加以保护。
根据权利要求12的发明以在权利要求11中陈述的结构为基础，并且其特征在于，至少沿着环绕在所述液体孔周围的密封线形成的一部分凸缘，被沿着所述液体孔的整个周边设置，位于外凸部分侧的弹性密封材料被设置成直至与外凸部分侧弹性密封材料连续的薄膜被贴附到所述液体孔的内周表面上，并且包括一个对应于薄膜厚度的量的液体孔尺寸，基本上等于敞口于所述接合表面上的液体孔的尺寸，其中所述接合表面即将由夹持于其间的垫片封接起来。
根据本发明，通过靠近液体孔成形橡胶凸缘，由于位于金属凸缘外凸部分侧的基板表面由橡胶凸缘加以保护，所以对于外凸部分侧的表面来说，所述薄膜是不必要的。
根据权利要求13的发明以在权利要求8至10以及12中任一陈述的结构为基础，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边缘上，并且除了该第二厚度增大部分之外，沿着外周边缘延伸的密封线被设置在基板的外周边缘处或者外周边缘附近，其中，沿着所述密封线形成的凸缘包括一个以外凸形式形成的金属凸缘和一个橡胶凸缘，所述金属凸缘高于通过在厚度方向上对基板进行弯曲形成的厚度增大部分，所述橡胶凸缘由固定于基板上金属凸缘外凸部分侧的表面上和填充在其内凹部分中的弹性密封材料形成，并且与金属凸缘的变形相协作，在厚度方向上受到压缩并发生变形，位于外凸部分侧的表面上的弹性密封材料至少被固定在金属凸缘外凸部分的表面上，并且弹性密封材料的高度被设置成等于或者基本上等于金属凸缘的高度。
由于如前所述构造而成的凸缘沿着基板的外周边缘成形，所以如果存在有这样一种可能性，即诸如盐水这样的腐蚀性液体从外部进入，那么沿着外周边缘形成的橡胶凸缘将阻止它们从外部进入。尤其是，通过成形如前所述的凸缘，即使在接合表面上存在有裂纹或者存在有振动，由于弹性密封材料与接合表面紧密接触，所以仍然可以可靠地产生一个令人满意的密封效果。
因此，前述薄膜无需被成形在位于环绕在液体孔周围的凸缘与沿着基板外周边缘的凸缘之间的基板表面上，因为该表面不会与任何腐蚀性液体发生接触。因此，也防止了面对着基板表面的接合表面受到腐蚀性液体的腐蚀作用。
在权利要求14中陈述的发明以权利要求13中的结构为基础，并且其特征在于，省去了前述的第二厚度增大部分，并且为了替代该第二厚度增大部分，在橡胶凸缘的延伸方向上沿着橡胶凸缘的一部分设置一个较大宽度部分。
根据本发明，第二厚度增大部分可以省去。因此，即使当由于空间原因无法成形金属的第二厚度增大部分时，如此构造而成的垫片能够取代所述第二厚度增大部分。
根据权利要求15的发明以在权利要求14中陈述的结构为基础，并且其特征在于，在沿着基板外周边缘的密封线的外侧，一层耐腐蚀薄膜被成形在基板的整个表面上。
根据本发明，在舷外马达或者类似装置中，如果存在有这样一种可能性，即基板的外周边缘与一种诸如盐水这样的腐蚀性液体发生接触，由前述薄膜对其加以保护。
根据权利要求16的发明以权利要求1至6、8至10、12、14以及15中之一陈述的结构为基础，并且其特征在于，至少在固定于前述外凸部分侧的表面上的弹性密封材料的表面和填充在前述内凹部分中的弹性密封材料的表面中之一上，沿着密封线成形有一条或者不少于两条凸起线。
根据权利要求17的发明以权利要求1至6、8至10、12、14和15中之一中的结构为基础，并且其特征在于，至少在固定于外凸部分侧的表面上的弹性密封材料的表面和填充在其内凹部分中的弹性密封材料的表面中之一上，在密封表面压力相对较低的区域，成形有一条或者不少于两条凸起线。
根据权利要求18的发明以权利要求16中陈述的结构为基础，其特征在于，在它们的延伸方向上，至少各条凸起线的高度和宽度中之一根据所述凸起成形位置处的密封表面压力发生变化，并且随着密封表面压力变小，至少为所述凸起的高度和宽度中之一设定一个较大的值。
根据权利要求19的发明以权利要求16中陈述的结构为基础，其特征在于，至少在固定于外凸部分侧上的弹性密封材料的表面和填充在其内凹部分中的弹性密封材料的表面中之一上，成形有多条凸起线，并且在这些凸起线中，至少凸起的高度和每单位凸起长度的面积中之一根据所述凸起成形位置处的密封表面压力发生变化。
根据权利要求20的发明以在权利要求16、18和19中之一陈述的结构为基础，其特征在于，多个基板被叠置在一个多层结构中。
附图简述
图1是一个平面视图，用于解释一种根据本发明第一实施例的金属垫片；图2是一个沿着图1中线A-A的剖视图；图3是一个沿着图1中线B-B的剖视图；图4是一个沿着线B-B的剖视图，用于解释一种利用半凸缘形成的凸起形凸缘；图5是一个平面视图，用于解释一种根据本发明第二实施例的金属垫片；图6是一个沿着图5中线A-A的剖视图；图7是一个沿着图5中线B-B的剖视图；图8是一个剖视图，示出了一部安装有根据本发明第二实施例的金属垫片的发动机；
图9是另外一个剖视图，示出了一部安装有根据本发明第二实施例的金属垫片的发动机；图10是一个平面视图，用于解释一个形成在一个螺栓孔中的第二厚度增大部分；图11是一个沿着图10中线C-C的剖视图；图12示出了这样一种情况，即其中形成于螺栓孔中的第二厚度增大部分被去除；图13是一个平面视图，用于解释一种根据本发明第三实施例的金属垫片；图14是一个沿着图13中线A-A的剖视图；图15是一个沿着图13中线B-B的剖视图；图16是一个沿着图13中线C-C的剖视图；图17是一个沿着图13中线D-D的剖视图；图18是一个沿着图13中线E-E的剖视图；图19是一个剖视图，示出了这样一种情况，即第二厚度增大部分由一个橡胶凸缘取代；图20示出了这样一种情况，即其中沿着基板的外周的边缘部分也是弯曲的；图21示出了这样一种情况，即其中沿着基板的外周的边缘部分也是弯曲的；图22示出了这样一种情况，即其中金属凸缘被制成呈凸起形状的半凸缘；图23示出了这样一种情况，即其中第二厚度增大部分由金属制成；图24示出了这样一种情况，即其中第二厚度增大部分由金属制成；图25是一个剖视图，示出了一个根据本发明第四实施例的凸缘；图26是一个剖视图，也示出了一个根据本发明第四实施例的凸缘；
图27是一个剖视图，也示出了一个根据本发明第四实施例的凸缘；图28示出了凸起的另外一种示例；图29示出了凸起的再一种示例；图30示出了凸起的又一种示例；图31也示出了凸起的又一种示例；图32也示出了凸起的又一种示例；图33也示出了凸起的又一种示例；图34也示出了凸起的又一种示例；图35示出了一种作为基板的半凸缘示例；图36示出了一种作为基板的半凸缘示例；图37示出了第二弹性密封材料的一种改进；图38是一个用于解释一种常规金属垫片的简图；图39是一个用于解释另外一种常规金属垫片的简图；图40是一个用于解释一种常规金属凸缘的简图；实施本发明的最佳方式下面将参照附图对本发明的第一实施例进行描述图1是一个平面视图，用于解释一种根据本实施例的金属垫片。图2是一个沿着图1中线A-A的剖视图。图3是一个沿着图1中线B-B的剖视图。
下面将利用根据该第一实施例的金属垫片的结构开始进行描述。
根据本实施例的金属垫片1是这样一个示例，即螺栓孔沿着基板的外周设置，但是这并非要表明一种限制。金属垫片1的基板2包括金属板，比如不锈钢板、软钢板或者铝板。
如图1中所示，在基板2的中部，成形有一个大的废气孔3，用于供高温废气穿过其中，并且以这样一种方式设置有一条第一密封线SL1，即该第一密封线SL1完整地环绕在废气孔3的周围。在第一密封线SL1的外侧，以一种环绕在废气孔周围的方式在四个位置处成形有冷却水孔4，用于供冷却水流过其中来对废气进行冷却。还有，在一个沿着基板2的外周边缘部分延伸的环圈上，设置有一条第二密封线SL2。用于夹紧螺栓的螺栓孔5被成形在第二密封线SL2外侧的四个位置处。
如图2和3中所示，呈凸起形状的完整凸缘6、7通过沿着第一密封线SL1和第二密封线SL2对基板2进行弯折而形成。
由一种橡胶材料，比如氟橡胶、NBR或者硅橡胶，或者一种树脂材料构成的弹性密封材料8至11，被固定在完整凸缘6、7外凸部分侧的基板表面上，并且一个类似的弹性密封材料12、13被填充在完整凸缘6、7外凸部分相反侧的内凹部分中。
固定于完整凸缘6、7外凸部分侧的弹性密封材料8至11，横跨完整凸缘6、7的宽度覆盖住两侧面，并且被固定在基板2上与所述外凸部分的表面连续的平整表面上，从外凸部分的两个侧面8a、9a、10a和11a直至附近的废气孔3、冷却水孔4或者基板2的外周边缘部分2a。附图标记8b、9b、10b和11b指代的是固定于所述平整表面上的弹性密封材料部分。在设置有所述金属垫片的两个接合表面中，接合表面SA1面对着垫片的外凸部分侧表面，并且在其上设置有废气孔3的敞口端部、冷却水孔4的敞口端部以及该接合表面SA1的所有外周圆周部。弹性密封材料8b、9b、10b和11b已经被设置在基板2上面对着接合表面SA1的表面上，其中在接合表面SA1上包括有前述的废气孔3的敞口端部、冷却水孔4的敞口端部以及该接合表面SA1的所有外周圆周部，并且所述弹性密封材料部分将与接合表面SA1发生接触。
固定于完整凸缘6、7外凸部分侧上的弹性密封材料8至11的高度，基本上等于完整凸缘6、7的外凸部分的高度，并且这些弹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，填充在完整凸缘6、7的内凹部分中的弹性密封材料12、13的量，基本上等于该内凹部分的容积，并且这些弹性密封材料部分的上表面基本上与基板2的平整表面相平齐。
在本实施例中，可以通过对弹性密封材料8至13进行模制，来将它们固定到基板2上外凸部分的表面上和将它们填充到内凹部分中。为此，在完整凸缘6和7上成形有用于模制材料的通道(未示出)，以使得同时对所述凸缘的外凸部分侧和内凹部分侧进行模制。
如图3中所示，在冷却水孔4之间的区域，一个弹性密封材料薄膜14被固定在外凸部分侧的平整表面上，该弹性密封材料薄膜14的耐用性很好，并且比前述的弹性密封材料要薄。另一方面，一个薄的弹性密封材料薄膜15被固定在内凹部分侧的整个平整表面区域上。可以在基板2上成形一个通孔，来使得上方的弹性密封材料薄膜14与下方的弹性密封材料薄膜15连通。当在上方、下方的密封材料薄膜之间形成连通时，能够使得这些薄膜14、15不太易于发生分离。
在金属垫片1的该示例中，由于待密封起来的废气压力低于在燃烧腔室中的压力，所以没有成形一个厚度增大部分来对弹性密封材料8至13的压缩量进行调节。
当一个如前所述构造而成的金属垫片1被夹持在汽缸体与汽缸盖上的接合表面之间并且被紧固在一起时，与完整凸缘6、7相协作，固定于完整凸缘6、7外凸部分侧上的弹性密封材料8至11和填充在其内凹部分中的弹性密封材料12、13在厚度方向上受到压缩并发生变形。因此，利用沿着第一密封线SL1和第二密封线SL2形成的完整凸缘6、7(包括弹性密封材料8至13)的弹性，形成双重密封。
在如前所述构造而成的金属垫片1中，由于弹性密封材料8至11被固定在完整凸缘6、7的外凸部分上，并且类似的密封材料12、13被填充在完整凸缘6、7的内凹部分中，所以在厚度方向上从基板2上突起的弹性密封材料是仅位于完整凸缘6、7的外凸部分侧的密封材料，换句话说，是仅位于基板2的一个侧面上的密封材料。
因此，如果在螺栓被紧固之后发生了变形的凸缘的高度被标记为t0，那么固定于完整凸缘6、7外凸部分上的弹性密封材料8至11的高度比如为t0+压缩变形量(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弹性密封材料8至11的高度为0.7毫米。因此，位于完整凸缘6、7外凸部分上的弹性密封材料8至11的质量变大，导致压缩变形量增大，使得易于形成弹性密封材料8至11，并且使得能够增大所述弹性密封材料部分的厚度，从而使得并发变形的量变大，并且可以设定一个较大的加工容许偏差，使得能够降低生产成本。
横跨完整凸缘6、7外凸部分的宽度固定于两侧的弹性密封材料8至11，在面对着水孔4的区域被暴露在冷却水中，相反，填充在完整凸缘6、7内凹部分中的弹性密封材料12、13由完整凸缘6、7覆盖起来，因此不会被暴露在冷却水中，由此，防止了所述弹性密封材料部分发生质量下降，并且可以持续很长的时间周期保持一个稳定的密封性能。
还有，由于所需的密封压力通过完整凸缘6、7的弹性力与固定于完整凸缘6、7的外凸部分侧和填充在其内凹部分侧的弹性密封材料8至11的弹性力协同作用而获得，所以能够降低基板2的硬度，消除了关于基板2上的凸缘6、7发生疲劳损坏的担忧，进一步容忍和吸收了发动机的振动幅度和密封区域的粗糙度，并且由此利用低的表面压力将冷却水的压力以及油的压力密封起来。
还有，由于对于凸缘6、7外凸部分侧的弹性密封材料8至11和完整凸缘6、7内凹部分侧的弹性密封材料12、13来说可以确保一个宽的密封区域，所以可以利用一个低的表面压力令人满意地将在铸造过程中在接合表面上产生的裂纹、砂眼以及粗糙的加工表面密封起来。此外，由于弹性密封材料8至13由一种弹性物质(尤其是橡胶基材料)组成，所以密封系数很低，因此可以在不利的状况下在所述区域有效地利用有限的轴向载荷，从而使得总的载荷可以降低。顺便说说，由于形成橡胶凸缘的弹性密封材料部分主要被设置在金属凸缘的外凸部分上，所以所述凸缘宽度无需被制得过宽。
在沿着外周侧的第二密封线SL2形成的完整凸缘7处，由于在紧固有螺栓的位置处及其附近的表面压力最高，所以通过与其它区域相比缩小凸缘的宽度或者通过降低靠近螺栓孔的凸缘的高度，可以降低螺栓紧固区域附近的表面压力，来由此利用沿着第二密封线SL2的完整凸缘7(包括弹性密封材料10、11)对密封区域压力进行均衡。通过这种均衡，夹紧螺栓的轴向力可以减小。
在前述金属垫片1中，由于凸缘6、7仅在基板的一个表面上突起，并且还因为弹性密封材料12、13被填充在凸缘6、7的内凹部分中，所以基板2在凸缘6内凹部分侧的整个表面均与相应的接合表面发生接触。由此，在基板2的前述表面与接合表面之间不会产生一个间隙。
另一方面，在沿着第一密封线形成的凸缘6外凸部分侧的表面上，由于在基板上的某个区域设置有高度等于凸缘6的弹性密封材料8b，所以当螺栓被紧固起来时，弹性密封材料8b受到压缩并发生变形，来由此利用弹性密封材料8b将废气钻孔3的整个内周边缘密封起来，其中，基板上的所述区域面对着对置的接合表面上环绕在废气钻孔3周围的内周端部。
在凸缘7外凸部分侧的表面上，弹性密封材料11b被设置在基板2的外周侧，并且位于一个面对着对置接合表面上的外周端部的位置处。因此，当螺栓被紧固起来时，随着弹性密封材料11b受到压缩并发生变形，对置的接合表面上的整个周边部分均由弹性密封材料11b密封起来。因此，防止了水或者类似物质从外部进入基板2的表面与接合表面SA1之间。
还有，由于在凸缘6、7外凸部分侧的表面上，弹性密封材料9b、10b被设置在环绕于各个冷却水孔4周围的内周区域上，所以弹性密封材料9b、10b与对置接合表面上的各个冷却水孔的内周区域发生接触，由此将接合处封接起来。尽管在冷却水孔4之间不存在高度等于所述凸缘的弹性密封材料，但是基板2的表面上固定有弹性密封薄膜，由此防止受到冷却水的影响。一个高度等于所述凸缘的弹性密封材料也可以被固定成环绕在各个冷却水孔4的内周边缘的周围。
从前述内容显而易见，假设金属垫片1比如被用作一部舷外马达中的内燃发动机内，那么盐水通常被用作舷外发动机中的冷却水，并且当将不锈钢用于所述垫片时，其易于在冷却水的作用下潜在地发生不同程度的腐蚀现象，并且当使用软钢时，易于发生盐水腐蚀。但是，当使用了根据本实施例的金属垫片1并且采用了前述的凸缘结构和弹性密封材料配置时，即使为了降低成本而使用了不太昂贵的软钢，也能够将盐水密封起来，由此防止了盐水腐蚀现象并且改善了防生锈效果，同时使得能够防止凸缘振动幅度(flange vibrationamplitude)，在热量作用下的并发变形以及轴向紧固拉力的下降。还有，当将铝用于基板2时，无需担忧盐水腐蚀现象，弹性可以利用填充在外凸的完整凸缘6、7内凹部分中的弹性密封材料12、13和成形在外凸部分上的弹性密封材料部分而获得，并且密封性能可以利用被制成将所述凸缘覆盖起来的弹性密封材料8a、9a、10a和11a来确保。
尽管在前述实施例中对作为外凸型凸缘的完整凸缘6、7进行了举例说明，但是如图4中示出的那样，可以在密封区域狭窄的情况下采用阶梯状半凸缘6、7。在图4中，倾斜部分的上表面用作所述凸缘的外凸侧表面，而倾斜部分的下表面被用作内凹侧表面，上侧弹性密封材料8、11的高度等于所述凸缘的高度，而下侧弹性密封材料12、13被填充至与其下表面平齐。工作过程和效果均与前面所描述的相同。
下面将参照附图对本发明的第二实施例进行描述。该第二实施例中与第一实施例中相同的那些部件由相同的附图标记来标识。
图5是一个平面视图，用于解释一种根据第二实施例的金属垫片1。图6是一个沿着图5中线A-A的剖视图。图7是一个沿着图5中线B-B的剖视图。图8和9示出了两种情况，即其中一个根据该第二实施例的金属垫片被安装在发动机中。
根据第二实施例的金属垫片是一种被置于汽缸体与汽缸盖之间的垫片。
下面将利用其结构开始进行描述。
作为根据该第二实施例的金属垫片1的基板2，金属板可以是不锈钢或者软钢。在这里，假设为了提供一种不太昂贵的垫片而使用了软钢。
基板2上设置有一个燃烧腔室开口20，和一个通过对燃烧腔室开口20的内周边缘部分进行向上回折而形成的第一厚度增大部分21，该第一厚度增大部分21具有最大的厚度，由此与基板的其余部分形成了一个厚度差。一个第二厚度增大部分22通过对基板2的一部分外周边缘向上回折而形成。比如通过锻造处理，第二厚度增大部分22被制成薄于第一厚度增大部分21。基板2上第一厚度增大部分21的折叠部分，沿着燃烧腔室开口20的周边部分以这样一种方式发生厚度变化(变形)，即靠近螺栓孔5的折叠部分被制成一个薄的部分，而位于螺栓5之间区域上的折叠部分被制成一个厚的部分，所述螺栓孔5将在后面予以描述。第一厚度增大部分21中薄的部分的总厚度大于第二厚度增大部分22的总厚度。
一条第一密封线SL1被设置成完整地环绕在基板2上的第一厚度增大部分21的周围。在第一密封线SL1的外侧，成形有一些孔，比如水孔23、油孔24以及链传动腔室孔(chain chamber hole)25。一条第二密封线SL2被设置成沿着基板2的外周边缘进行延伸，并且也环绕在诸如链传动腔室孔25这样的孔的周围。附图标记26指代的是一个位于第二密封线SL2外侧的螺栓孔。
如图6和7中所示，外凸剖面的完整凸缘6、7通过沿着第一密封线SL1和第二密封线SL2对基板进行弯折而形成。
由一种橡胶材料，比如氟橡胶、NBR和硅橡胶，一种树脂材料或者类似材料制成的弹性密封材料8至11，被固定在基板2上完整凸缘6、7外凸侧的表面上，并且类似的弹性密封材料12、13被填充在完整凸缘6、7外凸部分相反侧的内凹部分中。
固定于完整凸缘6、7外凸侧上的弹性密封材料8至11被固定在基板2的表面上，至少横跨完整凸缘6、7的宽度覆盖住两个侧面。需要注意的是，在设置于凸缘6、7外凸侧的弹性密封材料8至11中，位于沿着基板2的外边缘2a形成的完整凸缘7外周部分上的密封材料11被固定至与基板2的外边缘2a相平齐，并且还被固定在基板2上与外凸部分的表面连续的平整部分表面上，同时，固定于所述平整部分的表面上的弹性密封材料11b可以面对着对置接合表面的外周边缘部分。
在本实施例中，基板2的外边缘2a被制成延伸出前述接合表面的外周边缘之外，来由此吸收在模制过程中弹性密封材料11的成形误差(forming error)，使得弹性密封材料11b可以被可靠地定位成与相应接合表面的外边缘成面对面的关系。
在设置于凸缘6、7外凸部分侧的弹性密封材料中，在环绕诸如链传动腔室孔25这样孔的周边部分成形有密封线SL2a的区域，用于完整凸缘7内周边缘侧的弹性密封材料被固定在基板2上与外凸部分的表面连续的平整表面上，也就是说，直至链传动腔室孔25的内周边缘，以便固定于前述平整表面上的弹性密封材料可以面对着对置的接合表面上相应孔的内周边缘部分。
固定于完整凸缘6、7外凸部分侧的弹性密封材料8至11的高度，被制成等于或者基本上等于完整凸缘6、7的外凸部分的高度，并且这些弹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，使得填充在完整凸缘6、7内凹部分中的弹性密封材料12、13的填充量基本上等于内凹部分的容积，并且它们的表面被制成基本上与基板2的平整表面相平齐。
当一个如前所述构造而成的金属垫片1被置于汽缸体30和汽缸盖31上对置的接合表面之间并且利用夹紧螺栓紧固起来时，与完整凸缘6、7相协作，固定于完整凸缘6、7外凸部分上的弹性密封材料8至11和填充在其内凹部分中的弹性密封材料12、13将在厚度方向上受到压缩并发生变形，并且在紧固操作结束时，由于基板2上具有最大厚度的第一厚度增大部分21与其余部分之间存在有厚度差，所以最大的表面压力会集中在第一厚度增大部分21上，并且最大的载荷也会作用在该第一厚度增大部分21上。
因此，形成了三重密封，包括在第一厚度增大部分21处的最大表面压力和两条完整凸缘线6、7(包括在外凸和内凹部分上的弹性密封材料部分)的弹性作用力，同时，第一厚度增大部分21的止挡作用防止了固定于完整凸缘6外凸侧和填充在内凹侧的弹性密封材料8、9和12总体发生坍塌，另一方面，第二厚度增大部分22的止挡作用防止了固定于完整凸缘7外凸侧和填充在内凹侧的弹性密封材料10、11和13总体发生坍塌。
还有，在如前所述构造而成的金属垫片1中，由于弹性密封材料8至11被固定在完整凸缘6、7的外凸部分上和被填充在其内凹部分中，所以在厚度方向上从基板2上突起的弹性密封材料是仅位于完整凸缘6、7的外凸侧的弹性密封材料，换句话说，是仅位于基板2的一个侧面上的弹性密封材料。
因此，如果基板2在第一厚度增大部分21处的回折部分的厚度被标记为t0，那么固定于完整凸缘6、7外凸部分上的弹性密封材料8至11的高度比如是t0+压缩变形量(t0×0.4(最大值的40％))，并且假设t0为0.5毫米，那么利用前述公式可以得出橡胶凸缘的高度为0.7毫米，这是图13中所示现有技术中的两倍。
因此，位于完整凸缘6、7外凸侧的弹性密封材料8至11的质量变大，导致压缩变形量增大，使得易于执行弹性密封材料部分的成形操作，并且使得能够增大所述弹性密封材料部分的厚度，从而变得能够设定一个较大的成形工艺容许偏差并且降低制造成本。
还有，横跨完整凸缘6、7外凸部分的宽度被固定在两侧的弹性密封材料8至11，仅在面对着水孔23的区域被暴露在冷却水中。相反，填充在完整凸缘6、7内凹部分中的弹性密封材料部分由完整凸缘6、7覆盖起来，不会被暴露于冷却水中，由此，防止了所述弹性密封材料部分发生质量下降，并且因而可以持续更长的时间周期保持一个稳定的密封性能。
还有，由于所需的密封压力通过完整凸缘6、7的弹性力与固定于完整凸缘6、7外凸部分侧和填充在其内凹部分侧的弹性密封材料8至13的弹性力协同作用而获得，因此使得能够降低基板2的硬度，消除关于基板2上的凸缘6、7发生疲劳损坏的担忧，容忍发动机的振动幅度以及密封区域的粗糙度，并且由此利用低的表面压力将冷却水的压力和油的压力密封起来。
还有，由于对于完整凸缘6、7外凸部分侧的弹性密封材料8至11以及完整凸缘6、7内凹部分侧的弹性密封材料12、13来说，可以确保一个宽的密封区域，所以可以利用低的压力令人满意地将在铸造过程中在接合表面上产生的裂纹、砂眼以及粗糙的加工表面密封起来。还有，由于弹性密封材料8至13由一种弹性物质(尤其是橡胶基材料)构成，所以密封系数很低，因此可以在不利的状况下在所述区域有效地利用有限的轴向载荷，从而使得总的载荷可以降低。
此外，基板2上的第一厚度增大部分21在螺栓孔5的附近被制成一个薄的连接区域(web area)，但是在螺栓孔5之间被制成一个厚的连接区域，从而使得在对螺栓紧固的过程中，第一厚度增大部分21的弹性在夹紧螺栓的附近较弱，而该区域的紧固力较大，但是其弹性在夹紧螺栓之间的区域较强，而该区域的紧固力相对较小。因此，施加在第一厚度增大部分21上的表面压力可以在燃烧腔室开口20的圆周方向上得以均衡，并且夹紧螺栓的轴向拉力可以降低，由此使得能够有效地防止发动机尤其是低刚度的发动机发生变形。
在近年来的发动机中，已经在小型化、减轻重量以及提高性能方面进行了改进，并且由于为了节约能源而采用了贫燃料(leanfuel)，所以燃烧腔室的温度已经提高。为了对高压气体进行密封，通过设置第一厚度增大部分21来产生出一个高的表面压力，其中所述第一厚度增大部分21如前所述那样通过在基板的燃烧腔室开口20侧对内周边缘进行回折而形成。在本实施例中，通过在第一厚度增大部分21的圆周方向上改变其厚度，沿着用于燃烧腔室开口的孔圆周部分的紧固表面压力得以均衡，由此改善对燃烧气体密封的效能。
在本实施例中，根据需要，外凸剖面的凸缘6、7被设置成在燃烧腔室开口20的圆周部分上将第一厚度增大部分21环绕起来，并且还将油孔24、水孔23、螺栓孔5以及链传动腔室孔25环绕起来。利用这种外凸剖面的凸缘6、7，凸缘高度和凸缘宽度可以根据接触位置处接合表面的刚度而发生变化，从而沿着所述密封线使密封压力均衡，来由此提高密封效能。在刚度不足以及表面压力较弱的位置处，通过升高凸缘高度或者拓宽凸缘宽度，密封压力可以较为容易地得以均衡。
如图8中的剖视图所示，该图8示出了处于安装状态的垫片，除了位于外周边缘处的回折部分(第二厚度增大部分22)之外，通过将一种弹性密封材料11b在外凸侧固定到基板2的表面上，当受到压缩时，会使得弹性密封材料11b与对置的接合表面30a的外周边缘发生接触，来防止脏水、盐水或者类似物质从外周端部进入。更具体地说，基板2被制成延伸到汽缸盖30上的接合表面30a之外，此外，设置在所述凸缘外凸部分外侧的弹性密封材料也被制成从密封区域上突起出来，由此防止脏水、盐水或者类似物质的渗入，其中，在所述外凸部分的外侧形成了一个间隙。图9示出了这样一种情况，即其中凸缘6、7被设置成它们的外凸侧面朝下。
如图8和9中所示，在对置的接合表面中，位于较小外轮廓侧的接合表面和基板2上凸缘外凸侧的表面最好被设计成使得它们相互面对。
图10示出了这样一种情况，即用于对弹性密封材料的压缩变形量进行调节的第二厚度增大部分22，通过对诸如螺栓孔5或者油孔6这样的开口的一部分内周部分进行回折而形成，取代了对基板2的外周部分进行回折。在这种情况下，如沿着图11中线C-C的剖视图中所示，除了弹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，通过在其余区域上成形薄的弹性密封薄膜14、15，能够防止基板2发生腐蚀。还有，如图12中所示，能够沿着第二密封线SL2将用于凸缘外凸侧的弹性密封材料固定到基板2在凸缘7侧的表面上，来增大弹性密封材料的面积，由此免除通过回折处理在螺栓孔5、油孔6或者类似位置处形成的第二厚度增大部分。
根据本发明的金属垫片1的结构并不局限于前述实施例，而是可以在不脱离本发明的保护范围和技术构思的条件下通过合适判断来加以改变。
例如，在前述的实施例中，通过在基板2的外周侧对基板的边缘部分进行回折之后进行锻造处理，来使得第二厚度增大部分22变薄。作为其一种可选择方式，第二厚度增大部分22比如可以通过将一块薄于基板2的薄垫板比如通过焊接方式固附到基板2的外周区域上而形成，来由此省去对第二厚度增大部分22的前述锻造处理。还有，可以将一块薄垫板包埋在第一厚度增大部分21的折叠部分中，来由此省去对第二厚度增大部分22的成形操作。
此外，在前述实施例中，第一厚度增大部分21通过对基板2上燃烧腔室开口20侧的内周端部进行回折而形成，但是作为其一种可选择方式，第一厚度增大部分21可以通过将一块厚度基本上等于基板2的薄垫板比如通过焊接方式固附到基板2上燃烧腔室开口20侧的端部上而形成。或者，第一厚度增大部分21可以通过将一个垫圈装配到基板上燃烧腔室开口20侧的端部上而形成，或者通过一块弹性板作为中间物将一个垫圈装配到基板2上燃烧腔室开口20侧的端部上而形成，或者通过比如利用焊接方式将成形为完整凸缘6、7的薄垫板固附到基板2上燃烧腔室开口20侧的端部上而形成。
还有，在第二实施例中，已经对这样一种示例进行了描述，即其中完整凸缘6、7被成形在基板2上第一厚度增大部分21的外侧，并且完整凸缘6、7被成形在基板2上第二厚度增大部分22的内侧。接着，弹性密封材料被固定在完整凸缘6、7的外凸部分上并且被填充在其内凹部分中。但是，这并非是对本发明的一种限制，并且在基板2上第二厚度增大部分22的内侧，替代完整凸缘6、7，可以通过对基板2进行弯曲来形成均呈阶梯结构的半凸缘，并且可以将一种弹性密封材料固定在这些半凸缘的外凸部分上和填充在其内凹部分中。还有，在基板2上第一厚度增大部分21的外侧，替代完整凸缘6、7，也可以通过对基板2进行弯曲来形成均呈阶梯结构的半凸缘，并且可以将一种弹性密封材料固定在这些半凸缘的外凸部分上和填充在其内凹部分中。
填充在半凸缘内凹部分中的弹性密封材料被制成基本上与基板2的平整表面相平齐，并且因此该弹性密封材料不会被暴露在冷却水中，但是固定于外凸部分上的弹性密封材料从基板2的平整表面上突起，所以直接被暴露在冷却水中。在这种情况下，通过使得固定于外凸部分上的弹性密封材料具有较大的宽度，可以防止弹性密封材料整体发生质量下降，由此确保其良好的密封性能。
还有，在前述实施例中，完整凸缘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弹性密封材料的高度，并且完整凸缘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，这些并非是必须的，比如，完整凸缘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，从而使得完整凸缘6、7被包埋在弹性密封材料中，并且尽管这些没有图示出，但是完整凸缘6、7的外凸部分可以从弹性密封材料上突起出来。同样的情况也适用于所述的半凸缘。
此外，在前述实施例中，固定于完整凸缘6、7或者半凸缘外凸部分侧的弹性密封材料的表面，被制成基本上平行于基板2的平整表面，但是这也并非是必须的，并且只要弹性密封材料可以与凸缘相协作受到压缩并发生变形即可，对于弹性密封材料来说，可以采用多种形状。
还有，在前述实施例中，填充在完整凸缘6、7或者半凸缘的内凹部分中的弹性密封材料被制成基本上与基板2的平整表面相平齐，但是只要弹性密封材料能够与凸缘相协作受到压缩并在厚度方向上发生变形，相对于基板2的平整表面来说，这些弹性密封材料可以具有一个多少有些粗糙的表面。例如，可以在填充于完整凸缘6、7内凹部分侧的弹性密封材料上成形一条沟槽，以允许该弹性密封材料更容易地发生变形。
还有，在前述的实施例中，已经对这样一种情况进行了描述，即其中固定于完整凸缘6、7外凸部分侧的弹性密封材料横跨外凸部分的宽度设置在两个侧面上，但是这种配置并非是对本发明的一种限制。例如，固定于完整凸缘6、7外凸部分侧的弹性密封材料可以仅被设置在外凸部分宽度上的燃烧腔室开口20侧。利用这种配置，防止了位于外凸部分侧的弹性密封材料(比如橡胶)被暴露在冷却水或者油中，这将导致更为耐用，并且当完整凸缘6、7靠近螺栓孔5或者水孔23时，这种结构最为合适。凸缘的宽度可以在圆周方向上发生变化，来对表面压力进行调节。
还有，在各个前述实施例中，弹性密封材料已经被填充在凸缘6、7的内凹部分中，以便在利用夹紧螺栓将汽缸体等等紧固起来之前，基本上与基板的平整表面相平齐。但是，可选择地，可以利用基本上等于内凹部分容积的弹性密封材料对完整凸缘6、7的内凹部分进行填充，并且将内凹部分中即将受到压缩并发生变形的弹性密封材料设置成，通过利用夹紧螺栓进行紧固而将发动机组装起来时，基本上与基板2的平整表面相平齐。
能够提供密封和润滑性能的润滑剂，比如二硫化钼，可以被涂敷在基板2的一个或者两个表面上，来防止由于位移或者碰撞而造成磨损，其中，所述位移或者碰撞是由于发动机与垫片之间存在着热膨胀差异或者由于振动幅度所导致的。
下面将参照附图对本发明的第三实施例进行描述。
图13是一个平面视图，用于解释一种根据本发明第三实施例的金属垫片。图14是一个沿着图13中线A-A的剖视图。图15是一个沿着图13中线B-B的剖视图。图16是一个沿着图13中线C-C的剖视图。图17是一个沿着图13中线D-D的剖视图。图18是一个沿着图13中线E-E的剖视图。
下面将对一个根据该第三实施例的金属垫片进行描述。
根据该第三实施例的金属垫片1是一种被夹持在一部内燃发动机中汽缸盖与汽缸体上的接合表面之间的垫片示例。作为金属垫片1的基板2，可以采用薄的金属板，比如不锈钢、软钢或者铝，但是下面将基于这种假设进行描述，即利用软钢板来提供一种不太昂贵的垫片。如果低刚度的薄金属板，比如软钢板，被用于基板2，那么如下所述那样可以获得一个足够的密封性能。
差不多在基板2的中部，成形有一个大的燃烧腔室开口3，该燃烧腔室开口3的位置对应于使得燃烧气体发生爆炸的燃烧腔室缸筒。在燃烧腔室开口3的开口端部处，通过对基板的整个内周边缘进行向上回折，形成一个具有最大厚度的第一厚度增大部分21，并且利用该折叠部分，与垫片上的其余部分形成一个厚度差。由于被设计成当其中由金属制成的主体被安装在接合表面之间时能够产生出最大的表面压力，所以第一厚度增大部分21能够充分地将具有最高可能压力的燃烧气体密封起来。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样对金属板进行回折，而是可以如现有技术中那样通过使用一个垫圈而制成。第一厚度增大部分21的回折部分的厚度被设计成，通过在燃烧腔室开口3的圆周方向上成形一个相对薄于螺栓孔5附近的薄的连接区域和一个在螺栓孔5之间的厚的连接区域，在其延伸方向上改变(变化)其厚度，来对由在圆周方向上成形的第一厚度增大部分产生的密封表面压力进行均衡。
在一种用于多汽缸式发动机的金属垫片中，第二厚度增大部分通常通过对基板2的外周边缘部分进行局部回折来形成。但是，在该第三实施例中，由于垫片被用在单汽缸中，所以夹紧螺栓的轴向拉力很小，并且从燃烧腔室开口3至周边部分的距离很短。因此，第二厚度增大部分如下面将要描述的那样由一个较大宽度的橡胶凸缘形成，来取代由金属形成的第二厚度增大部分。当然，也可以使用由金属板形成的第二厚度增大部分。
一条第一密封线SL1被设置成完整地环绕在基板2上的第一厚度增大部分21的周围。在第一密封线SL1的外侧，成形有水孔4、油孔24以及链传动腔室孔25。一条第二密封线SL2沿着基板2的外周边缘设置，并且一条第三密封线SL3被设置成将链传动腔室孔25和油孔24环绕起来。此外，一条第四密封线SL4被设置成将作为所述液体孔的水孔4环绕起来。在某些情况下，环绕在水孔4周围的第四密封线SL4被设置成利用单根密封线将多个水孔环绕起来。密封线上相互接近或者平行延伸的重叠部分被组合成单根密封线。
沿着所有密封线SL1至SL4均成形有一条凸缘BD。根据本实施例的凸缘BD比如是一个如图14中所示由金属凸缘6或8与橡胶凸缘7或9形成的复合凸缘。
金属凸缘6、8是通过对基板2进行弯折而形成的完整凸缘，以便向基板2的一个表面侧(上表面)突起，并且这些凸缘的高度被设定为高于第一厚度增大部分21，随着其在厚度方向上发生变形，所述凸缘会产生出一个密封压力。
橡胶凸缘7或9包括弹性密封材料7a、7b或者9a、9b和弹性密封材料7c或9c，其中，弹性密封材料7a、7b或者9a、9b被固定在金属凸缘6或8上基板2的外凸部分侧的表面上，而弹性密封材料7c或9c被填充在金属凸缘6或8上外凸部分相反侧的内凹部分中。这些弹性密封材料可以由一种耐腐蚀并且有弹性的材料组成，也就是说一种橡胶材料，比如氟橡胶、NBR或者硅橡胶，一种树脂材料或者类似材料。
设置在金属凸缘6、8外凸部分侧的弹性密封材料7a、7b、9a和9b被以这样一种方式固定在基板2的表面上，即横跨金属凸缘6、8的宽度至少覆盖住两个侧面。如图19中所示，某些沿着基板2的外周边缘成形的橡胶凸缘7、9被制成具有较宽范围，来使得它们也用作所述第二厚度增大部分。
固定于金属凸缘6、8外凸部分侧的弹性密封材料7a、7b、9a和9b的高度，被制成等于或者基本上等于金属凸缘6、8外凸部分的高度，并且它们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，前述弹性密封材料7a、7b、9a和9b的高度可以被设定为略微高于金属凸缘6、8外凸部分的高度，但是该高度必须是这样一个高度，即能够使得由第一厚度增大部分21的高度进行调节的压缩变形量为35％或者更低(一种特定材料的公知压缩变形量，这样不会引起皱缩现象)。
与此同时，使得填充在金属凸缘6、8内凹部分中的弹性密封材料7c和9c的量，基本上等于所述内凹部分的容积，并且它们的下表面被制成基本上与基板2的平整下表面相平齐。
比如如图14和15中所示那样，由与弹性密封材料7a至7c、9a至9c相同的材料组成的薄膜14、15，沿着至少环绕在水孔4周围的密封线被固定在基板2的上、下表面上，并且在水孔4的内周表面(内部表面)上成形有另外一个前面提及的薄膜16。由此，基板2上位于环绕在水孔4周围的密封线内侧的部分，由橡胶凸缘7、9和薄膜14、15、16完全覆盖起来。在该操作过程中，在填充于所述内凹部分中的弹性密封材料7c或者9c中，与薄膜15成为一体的部分的高度，被设定为等于薄膜15的高度，以确保与薄膜15具有良好的连续性。在沿着线A-A的剖视图中示出的部分中，存在有薄膜14和15，但是如果所述凸缘被设置成将水孔的整个周围覆盖起来，那么这些薄膜将是不必要的。
在位于被设定成集中地将多个水孔4包绕起来的密封线内侧的基板2上，成形有一个微小孔17，该孔17敞口于基板2的两个表面上，并且正如图16中示出的那样，该孔17将覆盖在基板两个表面上的薄膜14与15相互连接起来，以使得薄膜14和15更难以从基板2上发生脱落。
在这里，可以将环绕在水孔4周围的密封线设置成靠近水孔4的周边，并且正如图15中示出的那样，将位于外凸部分侧的弹性密封材料7a、7b、9a和9b中的弹性密封材料7b、9b设置成靠近水孔4，以便使得密封材料部分7b、9b将基板覆盖起来，直至与水孔4的周边。
当薄膜16被成形在水孔4的内侧表面上时，如图15中所示，水孔4的直径缩小一个对应于薄膜16厚度的量。
基于这种假设，即在所述薄膜成形之后，水孔的直径比如将等于汽缸盖中水孔的直径，那么在所述薄膜成形之前，通过从完整水孔的最终直径中减去薄膜14、15的薄膜厚度，来设定出垫片中水孔4的直径。利用这种方案，防止了水流通道在垫片位置处发生局部变窄。
接下来将对前述金属垫片的工作过程和效果进行描述。
当一个如前所述构造而成的金属垫片1被设置在汽缸体与汽缸盖上对置的接合表面之间并且利用夹紧螺栓紧固起来时，与金属凸缘6、8相协作，构成橡胶凸缘7、9的弹性密封材料7a、7b、9a、9b和弹性密封材料7c、9c在厚度方向上受到压缩并发生变形，并且在紧固操作结束时，由于基板2上具有最大厚度的第一厚度增大部分21与其余部分之间存在有厚度差，所以最大的表面压力会集中在第一厚度增大部分21上，并且最大的载荷也会作用在该第一厚度增大部分21上。
因此，形成了三重密封，该三重密封主要包括第一厚度增大部分21上的最大表面压力，以及凸缘BD(金属凸缘6、8和橡胶凸缘7、9)的弹性作用力，同时，第一厚度增大部分21的止挡作用防止了固定于或者填充在金属凸缘6、8的外凸部分侧或者内凹部分侧的弹性密封材料7a至7c和9a至9c总体发生坍塌，并且第二厚度增大部分22的止挡作用防止了固定于或者填充在金属凸缘6、8的外凸部分侧或者内凹部分侧的弹性密封材料7a至7c和9a至9c总体发生塌陷。
还有，由于水孔4被如前所述构造而成的凸缘BD包绕起来，所以防止了冷却水流向凸缘BD的外侧。
仍然在如前所述构造而成的金属垫片1中，由于弹性密封材料7a、7b、9a和9b被固定在金属凸缘6、8的外凸部分上，并且类似的弹性密封材料7c、9c被填充在金属凸缘6、8的内凹部分中，所以在厚度方向上从基板2上突起的弹性密封材料7a、7b、9a和9b，是仅位于金属凸缘6、8外凸部分侧的弹性密封材料部分，换句话说，是位于基板2一个侧面上的弹性密封材料部分。
因此，如果基板2的厚度被标记为t1，并且第一厚度增大部分21的厚度被标记为t0，那么固定于金属凸缘6、8外凸部分上的弹性密封材料7a、7b、9a和9b的高度比如是(t0-t1)+压缩变形量((t0-t1)×0.4(最大值的40％))，假设t0为0.5毫米，基板的厚度t1为0.25毫米(在本实施例中，由于第一厚度最大部分21通过对基板2进行回折而形成，所以基板的厚度t1被设定为t0的1/2)，那么利用前述公式可以得出橡胶凸缘7、9的高度为0.35毫米，是在图25中所示现有技术中的值的1.7倍。
因此，位于金属凸缘6、8外凸部分上的弹性密封材料7a、7b、9a和9b质量增大，并且它们的压缩变形量变大，使得其易于执行弹性密封材料7a、7b、9a和9b的成形操作，并且使得能够增大弹性密封材料7a至7c和9a至9c的厚度，以使其变得能够设定一个较大的加工容许偏差，并且降低制造成本。
在横跨金属凸缘6、8外凸部分的宽度被固定于两侧的弹性密封材料7a、7b、9a和9b中，仅有面对着水孔4的部分7b和9b被暴露在冷却水中。相反，填充在金属凸缘6、8内凹部分中的弹性密封材料7c和9c由金属凸缘6、8覆盖起来，因此不会暴露在冷却水中，由此，防止了弹性密封材料7a、7c、9a、9c发生质量下降，并且因此可以持续较长时间周期保持一个稳定的密封性能。
此外，由于基板2上位于密封线SL4内部的整个表面(基板的上、下表面以及孔的内侧表面)均被耐腐蚀薄膜14和15覆盖起来，所以即使一种有可能对基板2造成腐蚀的液体，比如不合格的冷却水，突然流过水孔4，也能够防止基板2受到腐蚀，其中，所述密封线SL4被制成将水孔4环绕起来。
还有，由于所需的密封压力通过金属凸缘6、8的弹性力和固定于金属凸缘6、8外凸部分上或者填充在其内凹部分中的弹性密封材料7a至7c、9a至9c的弹性力协同作用而获得，所以能够使得基板2本身的硬度下降，由此消除了关于基板2上的凸缘6、8发生疲劳损坏的担忧，此外还能够容忍发动机的振动幅度和密封区域的粗糙度，由此利用一个低的表面压力将冷却水的压力和油的压力充分地密封起来。
还有，由于对于金属凸缘6、8的外凸部分侧的弹性密封材料7a、7b、9a、9b来说和对于其内凹部分侧的弹性密封材料7c和9c来说，可以确保一个宽的密封区域，换句话说，由于垫片上用作区域密封(area seal)和与接合表面发生接触的部分均由一种橡胶或者一种橡胶基材料制成，所以可以利用一个低的表面压力令人满意地将作为接合表面上铸造缺陷的裂纹、砂眼或者粗糙的加工表面密封起来。此外，由于弹性密封材料7a至7c和9a至9c均由一种弹性材料制成(尤其是橡胶基材料)，所以密封系数很低，并且因此可以在不利的状况下在所述区域有效地利用有限的轴向载荷，并且总的载荷可以降低。
还有，在螺栓孔5的附近，基板2上的第一厚度增大部分21被制成一个薄的连接区域，但是在螺栓孔5之间，其被制成一个厚的连接区域，以便使得第一厚度增大部分21的弹性力在夹紧螺栓的附近较弱，而这里的紧固力较大；但是，在夹紧螺栓之间的区域其弹性力较强，而这里的紧固力相对较小。因此，施加于第一厚度增大部分21上的表面压力可以在燃烧腔室开口3的圆周方向上得以均衡，并且夹紧螺栓的轴向拉力可以降低，由此使得能够令人满意地防止发动机尤其是低刚度的发动机发生变形。近年来，发动机已经在减小尺寸和重量以及提高性能方面取得了进步，并且由于为了节约能源而采用了贫燃料，燃烧腔室的温度已经升高。为了对高压气体进行密封，需要利用第一厚度增大部分21产生出一个高的表面压力，其中第一厚度增大部分21如前所述那样通过对基板上燃烧腔室开口3侧的内周边缘进行回折而形成。在本实施例中，通过在第一厚度增大部分21的圆周方向上改变其厚度，沿着用于燃烧腔室缸筒的开口圆周部分的紧固表面压力得以均衡，降低了油耗量和功率损失，由此提高了对燃烧气体的密封效能。
在本实施例中，根据需要，外凸剖面的凸缘6、8被设置成在燃烧腔室开口3的圆周部分将第一厚度增大部分21环绕起来，并且还将油孔24、水孔4、螺栓孔5以及链传动腔室孔25环绕起来。利用这种外凸剖面的金属凸缘6、8，凸缘高度或凸缘宽度可以根据接触位置处接合表面的刚度发生变化，来沿着所述密封线对密封压力进行均衡，由此提高密封效能。通过在刚度不足和表面压力较弱的位置处升高凸缘高度或者拓宽凸缘宽度，可以更为容易地对密封压力进行均衡。
在这里，通过如图20和21中所示那样在凸缘BD的外侧成形薄膜，防止了由于与脏水、盐水或者类似物质发生接触而发生腐蚀，其中，图20和21对所述外周边缘进行了描绘。
根据本发明的金属垫片的结构并不局限于前述实施例，而是可以在不脱离本发明的保护范围和技术构思的条件下通过合适判断来加以改变。
还有，在前述实施例中，第一厚度增大部分21通过对基板2上燃烧腔室开口3侧的内周端部进行回折而形成，但是作为其一种可选择方式，第一厚度增大部分21可以通过将一块厚度基本上等于基板2的薄垫板比如通过焊接方式固附到基板2上燃烧腔室开口3侧的端部上而形成。或者，第一厚度增大部分21可以通过将一个垫圈装配到基板上燃烧腔室开口3侧的端部上而形成，或者通过将一个垫圈通过一个由弹性板形成的中间物装配到基板2上燃烧腔室开口3侧的端部上而形成，或者通过比如利用焊接方式将被制成完整凸缘6、8的薄垫板固附到基板2上燃烧腔室开口3侧的端部上而形成。
还有，替代作为完整凸缘的金属凸缘6、8，可以通过如图22中所示那样对基板2进行弯曲而将金属凸缘29制成均呈阶梯结构的半凸缘，并且弹性密封材料30、31可以被固定在各个金属凸缘29的外凸部分上或者被填充在其内凹部分中。
在这里，由于填充在作为半凸缘的金属凸缘29内凹部分中的弹性密封材料30，其下表面基本上与基板2的平整下表面相平齐，所以弹性密封材料30几乎不被暴露在冷却水中。固定于外凸部分侧的弹性密封材料31在厚度方向上进行延伸，因此直接被暴露在冷却水中。在这种情况下，弹性密封材料7a、7b、9a、9b的宽度被增大，来防止所有的密封材料部分7a、7b、9a、9b发生质量下降，由此确保一个令人满意的密封性能。
还有，在前述实施例中，固定于金属凸缘6、8外凸部分上的弹性密封材料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，但是这并非是必要的，并且可以采用各种形状，只要密封材料部分可以与金属凸缘6、8相协作在厚度方向上受到压缩并发生变形即可。
此外，在前述实施例中，填充在金属凸缘6、8内凹部分中的弹性密封材料7c、9c被制成基本上与基板2的平整表面相平齐，但是与基板2的平整表面相比，弹性密封材料7c和9c可以具有一个略微不规则的表面，只要密封材料部分可以与金属凸缘6、8相协作在厚度方向上受到压缩并发生变形即可。例如，可以在填充于金属凸缘6、8内凹部分侧的弹性密封材料7c和9c上成形一条沟槽，以使得密封材料部分7c、9c更易于发生变形。
如图23和24中所示，可以通过对基板2的一部分外周边缘进行回折来形成一个金属的第二厚度增大部分。
构成前述橡胶凸缘的弹性密封材料7a至7c、9a至9c、30以及31可以通过固定于基板2上的凸缘6、8的外凸部分侧或者填充在其内凹部分侧而形成。为此，比如可以在金属凸缘6、8上成形用于模制材料的通道(未图示)，用于同步成形外凸部分和内凹部分。
比如，前述的薄膜可以通过镀铬处理而形成。
尽管主要参照水冷式发动机进行了描述，但是对于气冷式发动机来说，位于第一厚度增大部分21外侧的凸缘线可以省略。
下面将参照附图对本发明的第四实施例进行描述。
在根据本申请中所述发明的金属垫片1中，除了沿着密封线的凸缘的结构之外，其余结构与各个前述实施例中相同。
换句话说，所述凸缘均沿着密封线SL1和SL2形成。如图25和26中所示，在本实施例中凸缘BD是由一个作为完整凸缘的凸缘6与一个橡胶凸缘8或10组成的复合体，其中所述凸缘6由基板形成。
基板凸缘6通过在厚度方向上对基板2进行弯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。
橡胶凸缘由填充在基板凸缘6内凹部分中的第一弹性密封材料10和固定于基板凸缘6外凸部分侧的第二弹性密封材料8组成。
第一弹性密封材料部分被设置成能够使得下表面平整并且基本上与基板2的下表面相平齐。在凸缘宽度方向的中部附近，一个外凸凸起11以这样一种方式成形在凸缘的下表面上，即沿着密封线SL1或者SL2延伸。
第二弹性密封材料8被制成其宽度略微大于基板凸缘6的宽度，并且位于该凸缘的外凸部分的表面上和与外凸部分连续的平整表面上。第二弹性密封材料8被设计成能够使得其高度差不多等于基板凸缘6的高度，并且其表面(上表面)基本上平整。
第二弹性密封材料8的宽度最好不超过基板凸缘6的宽度的1.5倍。如果宽度过度增大，那么载荷将过度增大。弹性密封材料8的高度最好是基板凸缘6的高度的0.9至1.1倍。
当然，诸如形成于基板2上的螺栓孔5这样的孔的数目和类型，以及密封线SL1和SL2的位置，随着设置有金属垫片1的汽缸体和汽缸盖的类型不同而发生变化。
当如前所述构造而成的金属垫片1被置于一部发动机的汽缸体与汽缸盖上的接合表面之间并且利用夹紧螺栓紧固起来时，金属垫片1被安装到位。所述凸缘在夹紧螺栓的紧固力作用下发生变形，并且沿着密封线产生出一个所需的密封压力，来由此将油等等密封起来。
当垫片被紧固起来时，设置在燃烧腔室开口3的圆周端部处的厚度增大部分16用于限制所述凸缘的压缩变形量，在厚度增大部分16处产生出一个高的表面压力，从而由该厚度增大部分16将高温高压的燃烧气体密封起来。
当在厚度增大部分16的表面上没有涂敷任何涂层来以较低的成本提供垫片时，垫片上的厚度增大部分16与发动机的机械加工表面(接合表面)发生金属-金属接触，并且由此在机械加工表面上存在有3至6毫米的不规则工具痕。
发动机工作所产生的爆炸压力不是一个恒定的压力，而是一个脉动压力；因此，某些压力会从厚度增大部分16向外周侧发生泄漏。但是，该压力由位于厚度增大部分16外侧的凸缘BD密封起来。
根据本实施例的凸缘BD被构造成能够在基板凸缘6和橡胶凸缘受到压缩并发生变形时，利用由它们组成的复合弹簧产生出一个所需的密封压力，并且这种复合结构能够降低形成基板凸缘6的基板2的硬度。所述凸缘在受到压缩并发生了变形的弹性密封材料部分8和10的平整表面处，与上、下接合表面发生接触，并且柔软的弹性密封材料部分8和10与接合表面紧密接触，将任何由工具痕形成的微小间隙封闭起来，由此将在前述脉动压力下从厚度增大部分16泄漏出来的燃烧气体密封起来。
在这种结构的垫片中，即弹性密封材料仅被填充在基板凸缘6的内凹部分中，当弹性密封材料10受到压缩并发生变形时，会产生一个外力来使得基板凸缘6和在各个侧面上与基板凸缘6连续的平整部分以这样一种方式发生变形，即它们向上发生翘曲。为了抑制基板凸缘6发生疲劳损坏和降低基板2的成本而使得基板2的硬度越低，那么变形就越明显，比如向上翘曲就越有可能发生。但是，在本实施例中，还在外凸部分侧设置有第二弹性密封材料8，并且使得该第二弹性密封材料8发生变形来防止基板凸缘6和基板2发生变形，由此防止由内凹部分中的第一弹性密封材料10所产生的密封性能发生下降。
在第一弹性密封材料10的填充过程中，其中部有可能在从高温至开式冷却的过渡过程中略微发生凹陷。在本实施例中，形成有凸起11和9，即使当垫片被用于一部轴向紧固拉力很弱的发动机中时，仍然可以在燃烧腔室开口3外侧的区域以低成本确保稳定的密封性能。在螺栓被紧固起来之后，凸起11和9处于压服和平整状态。
只要螺栓被合适地紧固起来，在螺栓4的附近就不会产生任何紧固问题。但是，因为油孔5和链条腔室孔17远离夹紧螺栓，所以它们处于不合适的紧固状态下。随着发动机经历多次重复的热循环，轴向紧固拉力会发生某种程度的下降，其中，热循环的重复次数与发动机的使用次数相同。在发动机工作过程中，垫片会在热量的作用下发生变形，因此密封状态恶化。
为了在那些不利状况下实现彻底密封，在现有技术中，在具有填充在基板凸缘6的内凹部分中的弹性密封材料10的凸缘结构中，如果基板2的硬度增大，那么弹性力就会增大，但是凸缘会困囿于振动强度所导致的疲劳损坏，并且也并不希望如此增大硬度；另一方面，如果基板凸缘6的硬度下降，那么将会发生前述的变形现象，导致弹性力下降。为了弥补这种不足，在本实施例中，如前所述那样，除了填充在基板凸缘6的内凹部分中的第一弹性密封材料10之外，在内凹部分相反侧的外凸部分上，还形成有第二弹性密封材料8，并且该第二弹性密封材料8用于防止基板2和基板凸缘6发生变形，其中，第二弹性密封材料8被构造成使得其宽度大于所述凸缘的宽度，并且其高度基本上等于基板凸缘6的高度。
随着基板2的硬度下降，会使得弹性力降低，但是由于在外凸部分上第一弹性密封材料8被制成其高度等于基板凸缘6的高度，来由此对填充在内凹部分中的弹性密封材料10的变形加以调节，所以凸缘BD提供的弹性力将等于或者大于由一种使用了由高硬度材料制成的基板2的结构所提供的弹性力。
还有，当弹性密封材料10通过模制工艺而形成时，基板凸缘6的内凹部分侧被加工成与基板2的平整表面相平齐。在模制过程中，密封材料10在高温作用下发生热膨胀，但是当其开式冷却时，厚度较大的橡胶中部将以一个对应于热膨胀的量发生收缩，并且略微发生凹陷，在远离夹紧螺栓没有被合适地紧固起来并且外伸的部分中，表面压力会下降，产生压力泄漏的机会。
作为对策，根据本专利申请中所述的发明，如图25中所示那样，在位于基板凸缘6的内凹部分中的弹性密封材料10表面的中间位置处，成形有一个微小凸起11，所述凸缘在紧固载荷不会如此增大的条件下发生变形，并且当表面压力下降时，成形在第一弹性密封材料10的表面上的凸起11同时发生膨胀和变形。尽管就面积而言很小，但是所述凸起却产生出一个高的表面压力，并且用于形成彻底密封。换句话说，在一个远离夹紧螺栓靠近外周侧的位置上，表面压力趋于变得相对较小，位于基板凸缘6的两个表面上的弹性密封材料通常被压靠在对置的接合表面上，来通过在紧固载荷作用下凸缘受到压缩并发生变形而将它们封接起来。与此同时，在内凹部分侧形成于弹性密封材料10上的凸起11以这样一种方式发生变形，即被推入所述内凹部分中，使得其本身适合于接合表面的平整表面，并且变得基本上与基板2的平整表面(下侧面)相平齐。
在这种稳定状态下，比如当在振动作用下使得位于凸缘位置的对置接合表面之间的间隙增大时，表面压力会暂时下降，凸缘的压缩变形量也会下降，由此降低密封压力。在位于内凹部分侧的弹性密封材料10处，根据间隙的增大，凸起11自动地发生膨胀，来可靠地确保与对置的接合表面发生接触，并且具有较小的接触表面，可以利用所述凸起通过增大表面压力来保持密封状况。随着间隙减小，所述稳定状态得以恢复。
在前面，已经对随着对置的接合表面之间的间隙发生变化表面压力发生下降的情况进行了描述。即使当对置的接合表面之间的间隙保持不变时或者即使当弹性力随着时间流逝和表面压力变得更小而下降时，如前所述那样，由于随着表面压力下降载荷集中在凸起11上(在这种情况下凸起11和9无需必须发生膨胀)，在凸起11的位置处表面压力升高，使得能够保持一个特定的密封压力。
当在所述凸缘位置处接合表面之间的间隙变化很大时，优选的是在如图27中示出的那样，在位于基板凸缘6外凸部分上的弹性密封材料上也成形一个凸起9。
在凸缘宽度方向上排布的凸起11和9并不局限于一个，可以是如图28至30中所示出的两个或者更多。当设置有两个或者更多凸起时，凸起11和9的高度可以不同。凸起的大小也可以存在差异。当成形有多个凸起时，表面压力的载荷可以得以缓解，或者如果表面压力降低时，可以利用所述多个凸起11、9获得迷宫效果，或者在实际上增加密封线SL来持续更长的时间周期提供稳定的密封性能。
还有，针对多个凸起11、9来说，为了寻求如图31至34中所示出的凸起11、9的最优化，通过使得凸起11、9的尺寸或者形状发生变化(在纵向剖面轮廓或者平面视图中单位长度的面积)，能够增强前述效果。换句话说，当在平行的宽度方向上设置有两个或者更多凸起时，优选的是使得凸起11、9的高度相对较低，或者在较高的表面压力侧减小每单位长度的面积。
针对沿着密封线延伸的单根凸起11、9来说，可以根据凸起11、9所在位置处的表面压力来改变凸起11、9的高度或者形状。换句话说，在表面压力相对较小的区域，凸起11、9的高度和宽度可以增大。
凸起11、9可以沿着密封线SL1和SL2的整个长度连续成形，或者以给定的间隔间断式成形。
当凸起11、9在密封线SL1和SL2上部分地成形时，它们必须被成形在远离螺栓孔的位置、具有相对较低的表面压力的位置或者对置的接合表面之间的间隙变化相对较大的部分(表面压力变化的幅度相对较大)。
在本实施例中，已经对作为完整凸缘的基板凸缘6进行了描述，但是本实施例也适用于当基板凸缘6是呈阶梯结构的半凸缘时。更具体地说，如图35和36中示出的那样，一个第二弹性密封材料12被固定在呈阶梯形式的基板凸缘6的外凸部分上(从基板的平整部分升高的部分)，一个第一弹性密封材料14被应用在外凸部分相反侧的内凹部分上，并且接着在较厚的部分上成形凸起13和15。工作过程和效果均与前述实施例中相同。
在厚度增大部分16附近的凸缘BD中，如图37中所示，第二弹性密封材料无需必须被固附在外凸部分的两个倾斜侧面上。换句话说，通过接收一个相对较高的表面压力和具有一个用于约束基板的强大作用力，厚度增大部分16抑制了基板发生变形。这应用在夹紧螺栓附近的部分上。
凸起11、9的高度必须被设计成，使得无论凸起的形状如何，当凸起发生变形达到厚度增大部分16的厚度时，变形率不超过25％。
在前述示例中，已经对具有单个基板的金属垫片进行了描述，在金属垫片中，可以根据接合表面之间的间隙将多个基板相互叠置在一起，各个基板均具有前述结构。在这种情况下，基板无需必须如同现有技术中那样被叠置成使得基板凸缘的外凸部分相互面对面地排布。
本结构的其它方面、工作过程以及效果均与前述实施例中相同。
工业实用性正如从前面的描述中明白的那样，通过采用本发明，可以获得一种金属垫片，这种金属垫片通过阻止诸如盐水这样的水分从外部渗入，显现出了防生锈效果，并且在某些状况下，比如密封表面粗糙、在发动机中振动幅度剧烈变化、高温和低温反复出现、紧固操作中的表面压力很低，可以确保持续较长的时间周期保持一个令人满意的密封性能。
权利要求
1.一种金属垫片，包括一个由薄金属板制成的基板，所述基板具有成形于其上的一个或者不少于两个开口，以及一个通过在厚度方向上对所述基板进行弯折而沿着密封线形成的金属凸缘，该金属凸缘具有外凸剖面，并且当所述金属垫片被夹持在对置的接合表面之间时，所述金属凸缘在厚度方向上发生变形，用以将所述接合表面的接合处封接起来，其特征在于一种能够与所述金属凸缘的变形相协作在压缩作用下发生变形的弹性密封材料，至少被固定在所述金属凸缘的外凸部分上和被填充在所述外凸部分相反侧的内凹部分中，并且位于所述外凸部分侧的表面上的弹性密封材料的高度，被制成等于或者基本上等于所述外凸部分的高度，并且，在所述金属凸缘的所述外凸部分侧的所述基板的表面上，能够与所述金属凸缘的变形相协作在压缩作用下发生变形的所述弹性密封材料，还被固定在基板的所述表面上的某些部分上，这些部分至少面对着所述接合表面的外周边缘和与基板的所述表面对置的所述接合表面上一开口的内周部分中之一。
2.根据权利要求1所述的金属垫片，其特征在于所述金属凸缘是一个完整凸缘或者一个呈阶梯形状的半凸缘。
3.根据权利要求1所述的金属垫片，其特征在于通过在金属凸缘的延伸方向上至少部分地改变所述凸起的高度和所述金属凸缘的宽度，密封表面压力在所述凸缘的延伸方向上得以均衡。
4.根据权利要求1所述的金属垫片，其特征在于所述金属凸缘至少沿着所述基板上一开口的内周边缘和所述基板的外周边缘中之一形成。
5.根据权利要求1所述的金属垫片，其特征在于至少所述基板的一部分外周边缘延伸到所述对置接合表面的外侧。
6.根据权利要求1所述的金属垫片，其特征在于对于至少形成于所述基板上的所述孔的内周边缘和所述基板的外周边缘中之一的整个圆周边缘或者其一部分来说，一个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区域，并且低于所述金属凸缘的所述外凸部分，来对在所述弹性密封材料厚度方向上的变形量进行调节。
7.根据权利要求1至6中任一所述的金属垫片，其特征在于至少在所述基板的一个表面上，一层薄的耐腐蚀薄膜被固定在没有利用所述弹性密封材料覆盖起来的区域上，该耐腐蚀薄膜薄于所述弹性密封材料。
8.一种金属垫片，包括一个由薄金属板制成的基板，该基板具有至少一个燃烧腔室开口和一个液体孔，一个形成于基板上燃烧腔室开口侧的内周边缘处的厚度增大部分，以及一个沿着一条密封线形成的凸缘，用于通过在厚度方向上发生变形来进行密封，其特征在于至少所述密封线的一部分被设置成环绕在一个或者不少于两个液体孔的周围，沿着至少环绕在所述液体孔周围的密封线形成的凸缘，包括一个以外凸形式形成的金属凸缘和一个橡胶凸缘，所述金属凸缘的高度高于通过在厚度方向上对所述基板进行弯折而形成的厚度增大部分，所述橡胶凸缘由固定于所述基板上所述金属凸缘外凸部分侧的表面上的弹性密封材料和填充在所述外凸部分相反侧的内凹部分中的弹性密封材料形成，并且，位于所述外凸部分侧的表面上的弹性密封材料，至少被固定在所述金属凸缘的外凸部分的表面上，并且被设置成在高度上等于或者基本上等于所述金属凸缘的高度，同时，一层耐腐蚀薄膜被成形在由所述凸缘环绕起来的所述基板表面上，所述凸缘沿着在所述金属凸缘外凸部分侧环绕在所述液体孔周围的密封线形成，并且所述薄膜的高度低于所述橡胶凸缘的高度。
9.根据权利要求8所述的金属垫片，其特征在于一层薄的耐腐蚀薄膜被成形在由所述凸缘环绕起来的表面上，所述凸缘沿着位于所述金属凸缘内凹部分侧的密封线形成，并且所述薄膜与填充在所述内凹部分中的所述弹性密封材料相连续。
10.根据权利要求9所述的金属垫片，其特征在于在所述基板上由所述凸缘环绕起来的位置处成形有多个通孔，所述凸缘沿着环绕在所述液体孔周围的密封线形成，并且形成于所述基板两个表面上的所述薄膜通过所述多个通孔连接起来。
11.根据权利要求8至10中任一所述的金属垫片，其特征在于所述薄膜还被应用在所述液体孔的内周表面上。
12.根据权利要求11所述的金属垫片，其特征在于至少一部分沿着环绕在所述液体孔周围的密封线形成的所述凸缘沿着所述液体孔的整个周边排布，位于所述外凸侧的弹性密封材料被设置成直至与所述外凸侧的弹性密封材料连续的所述薄膜被应用到所述液体孔的内周表面上，并且包括一个对应于薄膜厚度的量的所述液体孔的尺寸，基本上等于敞口于所述接合表面上的所述液体孔的尺寸，其中，所述接合表面即将由被夹持于其间的所述垫片封接起来。
13.根据权利要求8至10以及12中任一所述的金属垫片，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，并且除了该第二厚度增大部分之外，沿着所述外周边缘延伸的密封线被设置在基板的外周边缘处或者外周边缘附近，其中，沿着所述密封线成形的所述凸缘包括一个以外凸形式形成的金属凸缘和一个橡胶凸缘，所述金属凸缘高于通过在厚度方向上对所述基板进行弯折而形成的厚度增大部分，所述橡胶凸缘由固定于所述基板上所述金属凸缘的所述外凸部分侧的表面上和填充在所述内凹部分中的弹性密封材料形成，并且与所述金属凸缘的变形相协作，在厚度方向上受到压缩并发生变形，位于所述外凸部分侧的表面上的弹性密封材料，至少被固定在所述金属凸缘的外凸部分的表面上，并且所述弹性密封材料的高度被设置成等于或者基本上等于所述金属凸缘的高度。
14.根据权利要求13所述的金属垫片，其特征在于省去了所述的第二厚度增大部分，并且为了替代所述第二厚度增大部分，在所述橡胶凸缘的延伸方向上沿着该橡胶凸缘的一部分设置有一个较大宽度部分。
15.根据权利要求14所述的金属垫片，其特征在于在沿着所述基板的外周边缘的密封线的外侧，一个耐腐蚀薄膜被成形在所述基板的整个表面上。
16.根据权利要求1至6、8至10、12、14以及15中之一所述的金属垫片，其特征在于至少在固定于所述外凸部分侧的表面上的弹性密封材料的表面和填充在所述内凹部分中的弹性密封材料的表面中之一上，沿着密封线成形有一条或者不少于两条凸起线。
17.根据权利要求1至6、8至10、12、14和15中之一所述的金属垫片，其特征在于至少在固定于所述外凸部分侧的表面上的弹性密封材料的表面和填充在所述内凹部分中的弹性密封材料的表面中之一上，在所述密封表面压力相对较低的区域，成形有一条或者不少于两条凸起线。
18.根据权利要求16所述的金属垫片，其特征在于在它们的延伸方向上，至少各条所述凸起的高度和宽度中之一根据在所述凸起成形位置处的密封表面压力发生变化，并且随着所述密封表面压力变小，至少为所述凸起的高度和宽度中之一设定一个较大的值。
19.根据权利要求16所述的金属垫片，其特征在于至少在固定于所述外凸部分侧的弹性密封材料的表面和填充在所述内凹部分中的弹性密封材料的表面中之一上，成形有多条凸起线，并且在这些凸起线中，至少所述凸起的每高度的面积和每单位长度的面积中之一根据在所述凸起成形位置处的密封表面压力发生变化。
20.根据权利要求16、18和19中之一所述的金属垫片，其特征在于，多个基板被叠置在一个多层结构中。
全文摘要
一种金属垫片，具有一个被设置成环绕在一废气孔3周边的周围的第一密封线SL1，一个沿着基板2的外周边缘设置的第二密封线SL2，以及通过沿着所述两条密封线对基板2进行弯折而形成的完整凸缘6、7，该完整凸缘6、7均具有外凸剖面。弹性密封材料8至11被固定在所述凸缘的外凸部分以及与该外凸部分连续的平整表面上，该弹性密封材料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弹性密封材料被设置成覆盖至废气孔3的敞口位置或者基板2的周边位置，此外，在所述外凸部分的相反侧，弹性材料部分12、13被填充在所述凸缘的内凹部分中。垫片的这种结构能够使得成本下降，并且能够使得垫片持续很长的时间周期保持一个稳定的密封性能。
文档编号F16J15/08GK1488047SQ02803707
公开日2004年4月7日 申请日期2002年11月12日 优先权日2002年4月4日
发明者植田耕作, 渡边秀男, 男 申请人:日本金属密封片株式会社