衬垫的制作方法

专利名称：衬垫的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种衬垫，涉及用于夹装在构成内燃机的气缸体和气缸盖相对的接合面间而对该接合面间进行密封的衬垫，所述内燃机使用于例如摩托车、汽车、工业用机械、船外机等。
背景技术：
作为层叠型的衬垫，有例如专利文献1中示出的衬垫。其为这样的技术，即，在燃烧室孔周缘部设有板厚最厚的部分、负载高载荷地进行设计，相应于必要的密封性能将板厚设定得较小，抑制防止气缸盖或气缸缸孔的变形。即，其目的在于，由将衬垫的总板厚在燃烧室孔周缘部设定得最厚，接着是其外侧的凸条部(ビ一ド，bead)部分，而后在更外侧的其他部分设计为最薄，由此来提高密封性，并且确保气缸缸孔的圆度以便不在燃烧室(缸孔)临近的周缘部施加过大的表面压力，或防止气缸盖的变形。而且，在专利文献1中公开了这样的技术，即，通过在燃烧室孔周缘部中也使其总板厚沿周向变化，从而调整气缸缸孔周缘部的表面压力，或防止气缸盖的变形，或确保气缸缸孔的正圆。
日本特开平12-227047号公报然而，存在这样的问题，即，为了在燃烧室孔周缘部使总板厚变化而得到目标的表面压力，有进行尝试求得厚度的必要，而由于反复的调整作业而使得设计效率低。另外，由锻造加工使副板的厚度部分地变化，但是，因为副板的少许的厚度的差给表面压力带来较大的影响，所以需要充分的金属模精度。另外，由于在多气缸发动机用衬垫中加工面积相应于气缸数而变大，并需要较大的载荷，所以，存在限定生产设备、加工困难的问题。

发明内容
本发明是鉴于这些问题而做出的，其目的在于提供一种金属衬垫，其能够使燃烧室孔周缘部的表面压力稳定，可提高密封压力，同时确保气缸缸孔的正圆，或防止气缸盖的变形，而且能够容易设定目标的表面压力。
为解决上述课题，本发明的技术方案1的一种衬垫，具有一对基板、副板、垫板；所述一对基板，开口设置有燃烧室孔，同时，包围该燃烧室孔地设有第一凸条部，相互层叠配置着；所述副板，层叠在所述一对基板间；所述垫板，在所述基板以及副板间并且在所述基板的燃烧室孔的周围层叠；对于所述基板，将隔着所述第一凸条部的形成位置的所述燃烧室孔侧的平坦部称为第一平坦部，以及将隔着所述第一凸条部的从所述燃烧室孔离开一侧的平坦部称为第二平坦部，在这样的场合下，所述垫板至少层叠在所述基板的第一平坦部以及所述第一凸条部的形成位置上，其特征在于，沿所述燃烧室孔的周向延伸设置有第二凸条部，该第二凸条部在所述副板中的层叠于所述第一平坦部的部分将该副板向板厚方向弯曲而成，通过板厚方向的载荷而塑性变形。
这里，在技术方案中，“在副板中的层叠于所述第一平坦部的部分”，除了在第一平坦部直接层叠的场合，也包括经由垫板等进行层叠的场合。
本发明的技术方案2的衬垫，在技术方案1中，其特征在于，所述副板，由比所述基板硬度低的材料形成。
本发明的技术方案3的衬垫，在技术方案1或2中，其特征在于，所述第二凸条部的宽度以及高度中的至少任意一项沿延伸设置方向带有变化。
本发明的技术方案4的衬垫，在技术方案1至3的任意一项中，其特征在于，在所述基板中形成有插通紧固用螺栓的螺栓孔，所述第二凸条部不在所述螺栓孔附近形成而仅在从所述螺栓孔离开的位置形成。
本发明的技术方案5的衬垫，在技术方案1至4的任意一项中，其特征在于，形成有大于等于2条的所述第二凸条部。
本发明的技术方案6的衬垫，在技术方案1至5的任意一项中，其特征在于，关于层叠所述垫板的部分，合计了所述基板的板厚、所述副板的板厚以及所述垫板的板厚的总板厚在所述第一平坦部的位置设定得最厚。
本发明的技术方案7的衬垫，在技术方案6中，其特征在于，通过至少在所述第一平坦部层叠多层所述垫板，所述总板厚设定得较厚。
这里，技术方案的记述中，所说的“至少在第一平坦部”的意思是，不只指仅在第一平坦部层叠多层垫板的场合，也包括除了第一平坦部还在第一平坦部以外的部分层叠多层垫板的场合。
另外，层叠多层垫板，包括将1张的垫板折回而进行重叠的场合。
如果根据本发明，能够使燃烧室孔周缘部的表面压力稳定，可提高密封压力的同时确保气缸缸孔正圆，或可防止气缸盖的变形，而且能够容易设定目标的表面压力。


图1(a)是示出了本实施方式的衬垫的平面图，(b)是示出了构成衬垫的副板的平面图。
图2是图1的A-A’线的断面图。
图3是示出了本发明的其他的衬垫的断面图(图1的A-A’线断面的一部分)。
图4是示出了形成本发明的其他的第二凸条部的副板的断面图(图1的A-A’线断面的一部分)。
图5是示出了本发明的其他的衬垫的断面图(图1的A-A’线断面的一部分)。
图6是示出了本发明的其他的衬垫的断面图(图1的A-A’线断面的一部分)。
图7是用于说明本发明的其他的第二凸条部的配置例的衬垫的平面图。
图8是示出了本发明的其他的衬垫的断面图(图1的A-A’线断面的一部分)。
图9是示出了本发明的其他的衬垫的断面图(图1的A-A’线断面的一部分)。
图10是示出了本发明的其他的衬垫的断面图(图1的A-A’线断面的一部分)。
图11是示出了本发明的其他的衬垫的断面图(图1的A-A’线断面的一部分)。
附图标记说明1 燃烧室孔2 螺栓孔10 衬垫10’基板10’A 第一平坦部10’B 第二平坦部11、11’、11”垫板11A 增厚部BD1 第一凸条部BD2 第二凸条部SL 密封线具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(构成)在图1以及图2中示出了本实施方式的衬垫。图1(a)是示出了本实施方式的衬垫10的平面图，(b)是构成(a)中示出的衬垫的副板的平面图。另外，图2是图1(a)的A-A’线断面图。
本实施方式的衬垫10，是夹装在内燃机的气缸盖和气缸体的接合面间的衬垫的一个例子。该衬垫10，具有在上下层叠的基板10’、10’，在该基板10’、10’间层叠的副板10”、还有在该基板10’、10’以及副板10”间部分地层叠的垫板11。下面，对各部件的构成进行说明。
基板10’由薄壁金属板形成，第一凸条部BD1(后述)硬度较高，能够由弹力产生密封所需的充足的表面压力，采用例如薄壁的不锈钢板等作为材料。
在基板10’上，开口设置有燃烧室孔1以及螺栓孔2。
燃烧室孔1，在基板10’的大致中央部沿长度方向上排列多个地形成，在内燃机的接合面上开口，分别形成在与多个使燃烧气体爆炸的燃烧室对应的位置上。另外，螺栓孔2，与插通螺栓的位置对应地形成，该螺栓将衬垫10紧固固定在气缸体以及气缸盖上。
另外，在所述燃烧室孔1的周围，以环状包围该燃烧室孔1以及第一平坦部10’A(后述)地设定有密封线SL，沿该密封线SL形成有第一凸条部BD1。第一凸条部BD1，在本实施方式中，是以向板厚方向的一侧呈凸状地形成的方式将基板10’弯曲形成而构成的金属凸条部。另外，第一凸条部BD1的形状在本发明中并不做限定，可采用各种形状，但是，在图2中形成弓状的全凸条部(フルビ一ド，full bead)。第一凸条部BD1的凸条部高度设定成，比垫板11的增厚部11A(后述)与平坦部的板厚差的1/2的尺寸高，通过弹性变形到由增厚部11A形成的板厚方向的间隙高度，可产生所需的密封压力。
所述构成的基板10’、10’，一对上下对照地，即第一凸条部BD1朝向副板10”地配置。另外，隔着基板10’的第一凸条部BD1的两侧是平坦的，以下将第一凸条部BD1的燃烧室孔1侧的平坦部称为第一平坦部10’A，将离开燃烧室孔1一侧称为第二平坦部10’B。
副板10”用于相应于接合面间的距离调整衬垫10的板厚的目的等，与基板10’形状大致相同，在层叠方向对应的位置上开口设置有燃烧室孔1或缸孔2。另外，在本实施方式中，在副板10”中的、层叠在基板10’的第一平坦部10’A上的部分，沿燃烧室孔1的周向延伸设有第二凸条部BD2。该第二凸条部BD2的凸条部高度比形成于基板10’的第一凸条部BD1低，并且，通过施加板厚方向载荷而相应于其表面压力的大小进行塑性变形。副板10”采用比基板10’硬度低的软质金属，例如实施了锌电镀的铁板，以便使第二凸条部BD2可以塑性变形。硬度最好是在维氏硬度(HV)200左右或更低。第二凸条部BD2，除了锻造加工，也可以由压纹等冲压加工形成。如果进行冲压加工的话，由于能够以比锻造加工低的载荷进行加工，所以加工起来比较容易。
垫板11用于部分地调整板厚的目的等，燃烧室孔1的周围，在本实施方式中是在基板10’的第一平坦部10’A以及第一凸条部BD1的形成位置层叠，通过紧固而部分地安装在副板10”上。另外，垫板11在燃烧室孔1的端缘整周上折回，与其他部分相比形成板厚较厚的增厚部11A。因此，在第一平坦部10’A层叠垫板11的增厚部11A和副板10”的第二凸条部BD2形成部分；在第一凸条部BD1形成位置层叠垫板11的平坦部和副板10”；在第二平坦部10’B仅层叠副板10”。因此，衬垫10的总板厚(在图中是，基板10’的板厚+副板10”、10”的板厚+位于层叠有垫板的部分的垫板11的板厚)在燃烧室孔1周缘最厚，随着自此向外侧而逐步地变薄。
(作用效果)下面，对于所述构成的衬垫10作用效果进行说明。
将所述构成的衬垫10置于构成发动机的气缸体的接合面和气缸盖的接合面之间，由贯穿螺栓孔2的紧固螺栓紧固而安装。
此时，第一凸条部BD1，压缩变形到板厚方向间隙的高度，该板厚方向间隙由垫板11的增厚部11A和平坦部的板厚差形成，通过其弹性回复力产生密封压力，密封燃烧室的气体压力。
与此同时，在总板厚最厚的燃烧室孔1周缘的第一平坦部10’A，通过集中承受螺栓的紧固载荷，产生密封燃烧室孔的爆炸燃烧压力所需的充足的高表面压力。此时，因为总板厚逐步地变薄，表面压力按第一平坦部10’A、第一凸条部BD1形成位置、第二平坦部10’B的顺序逐步地变小，所以，可以避免接合面的变形，该变形是由于燃烧室附近的表面压力过于极端地变大而造成的。
而且，在本实施方式中，通过在紧固时被基板10’的第一平坦部10’A压缩，第二凸条部BD2相应于紧固载荷的大小进行塑性变形，所以，高度相应地降低。因此，即使在燃烧室孔1周缘中，例如在螺栓孔2附近，紧固时的载荷变得比从螺栓孔2离开的部分大，所以，高度降低了与第二凸条部BD2的变形相当的程度。因为紧固载荷在高度降低的部分分散，所以在紧固后(第二凸条部BD2的塑性变形后)燃烧室孔1周缘的表面压力变得均匀。因此，可实现良好的密封作用，同时，确保燃烧室的圆度，防止接合面的变形。
关于这点，例如，若第二凸条部BD2不发生塑性变形，而是仅进行如通常的第一凸条部BD1那样的弹性变形的凸条部的话，尽管相应于紧固载荷进行压缩变形，但载荷越大的部分变形量越大，而相反地产生较大的弹性回复力，所以，不能达到表面压力均匀化的目的。
另外，因为所述第二凸条部BD2的高度变化(抑扬)相应于实际的紧固载荷自然地产生，所以，当与预先在燃烧室孔1周缘设有板厚差的场合相比时，缩短了反复的调整作业，设计效率得到提高。而且，第二凸条部BD2可以由冲压加工而形成，所以与锻造加工相比的话加工也容易，适用范围也广。另外，因为第二凸条部BD2易于变形，所以金属模的精度也没有如此高的要求，在制造设备或成本方面也有利。
(变型例)以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明的应用并不限定于所述实施方式，可在不偏离发明要旨的范围内适宜地加以改变。
例如，第二凸条部BD2并不限定于形成图2中示出的仅1条的场合，也可如图3所示那样在层叠于第一平坦部10’A的位置上形成2条或者更多条的可塑性变形的第二凸条部BD2。如果像这样的话，即使在第一平坦部10’A的宽度较宽的场合，也能够在宽度方向整体的范围内使表面压力均匀化。在该场合，没有2条都制成相同的宽度以及高度的必要，可例如将从燃烧室孔1离开一侧的凸条部高度设定得较低等。
另外，第二凸条部BD2的形状，并不限定于如所述实施方式那样的弓状，例如图4中示出的那样，凸条部的凸面是平坦的，或者不只在板厚方向的一侧凸出而是在板厚方向两侧凸出的凹凸状也可以。
另外，增厚部11A并不限定于折回垫板11而形成的场合，例如也可将板厚不同或者相同的多张金属板通过焊接或紧固等重合而形成。在图8至图10中示出了以下场合的例子，即，通过采用多张垫板，在第一平坦部10’A的位置将总板厚形成为最厚。图8示出了将形状不同的2张垫板11’、11”安装在副板10”的两面上的场合。其中，一侧的垫板11”层叠在第一平坦部10’A以及第一凸条部BD1的形成位置，另一侧的垫板11’层叠在第一平坦部10’A，由此在第一平坦部10’A的位置总板厚形成得最厚。另外，本发明并不限定于将垫板安装在副板10”的场合，也可通过安装在基板10’以及副板10”上(图9)，或安装在基板10’、10’的相互相对的面上(图10)，从而在第一平坦部10’A的位置将总板厚形成为最厚。而且，本发明并不限定于多张层叠垫板的场合，也可如图11中示出的那样，通过在1张的垫板11的板厚上形成变化，在第一平坦部10’A的位置形成为最厚，从而较厚地制成总板厚。图11中示出的垫板11，能够例如在层叠于第一平坦部10’A的位置喷镀金属，或由锻压而形成。如图11中示出的那样，也可不仅由垫板的板厚调整总板厚，而且还部分地将副板或基板自身的板厚形成得较厚，从而在第一平坦部10’A的位置较厚地制成总板厚。另外，也可以如图5中示出的那样，以从上下夹入副板10”的第二凸条部BD2的方式折回垫板11，形成增厚部11A。
另外，第二凸条部BD2的宽度或凸条部高度，可在凸条部的整个延伸设置方向上制成一样，但也可通过调整宽度的宽窄或凸条部高度而使第二凸条部BD2的刚性有所变化。在图6中示出了较宽地制成宽度的第二凸条部BD2的例子。例如，在螺栓孔2附近的紧固载荷较大的情况下，与从螺栓孔2离开的部分相比，将凸条部宽度形成得较宽并且凸条部高度形成得较低，由此在该部分凸条部的刚性降低，易于塑性变形，所以，也易于使载荷降低。另一方面，因为在从螺栓孔2离开的部分，第二凸条部BD2难于变形，所以，可维持凸条部的高度，能够维持紧固载荷的大小，因此，表面压力变得均匀。
而且，第二凸条部BD2无需如所述实施方式中示出的那样沿燃烧室孔1的整周形成，可如图7中示出的那样仅在周向的一部分形成。图7是衬垫10的平面图，为了易于说明第二凸条部BD2的形成位置而以点划线进行表示。在图7的例子中，仅在从螺栓孔2离开的部分形成第二凸条部BD2，在螺栓孔2附近没有形成第二凸条部BD2，而是使副板10”为平坦状，即，在螺栓孔2附近成为从最初使第二凸条部BD2塑性变形到完全弯曲那样的状态。而且，在图7的例子中，在第二凸条部BD2中也是，随着从靠近螺栓孔2的部分向从螺栓孔2离开的部分(朝向在从图中的点X到点Y示出的部分)，凸条部高度慢慢地变高，另外凸条部宽度变窄。通过这样地制成，可使表面压力更加均匀化，同时，也可对应紧固载荷差大的场合。
在本发明中，第一凸条部BD1的形状或构成并没有特别地限定，并不限定于如所述实施方式那样沿密封线SL仅形成金属凸条部的场合，本发明也可以适用在沿密封线SL形成由金属凸条部和在板厚方向压缩变形的弹性密封材料构成的合成凸条部的场合。
权利要求
1.一种衬垫，具有一对基板、副板、垫板；所述一对基板，开口设置有燃烧室孔，同时，包围该燃烧室孔地设有第一凸条部，相互层叠配置着；所述副板，层叠在所述一对基板间；所述垫板，在所述基板以及副板间并且在所述基板的燃烧室孔的周围层叠；对于所述基板，将隔着所述第一凸条部的形成位置的所述燃烧室孔侧的平坦部称为第一平坦部，以及将隔着所述第一凸条部的从所述燃烧室孔离开一侧的平坦部称为第二平坦部，在这样的场合下，所述垫板至少层叠在所述基板的第一平坦部以及所述第一凸条部的形成位置上，其特征在于，沿所述燃烧室孔的周向延伸设置有第二凸条部，该第二凸条部在所述副板中的层叠于所述第一平坦部的部分将该副板向板厚方向弯曲而成，通过板厚方向的载荷而塑性变形。
2.权利要求1中记述的衬垫，其特征在于，所述副板由硬度比所述基板低的材料形成。
3.权利要求1或2中记述的衬垫，其特征在于，所述第二凸条部的宽度以及高度中的至少任意一项沿延伸设置方向带有变化。
4.权利要求1至3的任意一项中记述的衬垫，其特征在于，在所述基板中形成有供紧固用螺栓插通的螺栓孔，所述第二凸条部不在所述螺栓孔附近形成而仅在从所述螺栓孔离开的位置形成。
5.权利要求1至4的任意一项中记述的衬垫，其特征在于，形成大于等于2条的所述第二凸条部。
6.权利要求1至5的任意一项中记述的衬垫，其特征在于，关于层叠所述垫板的部分，合计了所述基板的板厚、所述副板的板厚以及所述垫板的板厚的总板厚在所述第一平坦部的位置形成为最厚。
7.权利要求6中记述的衬垫，其特征在于，通过至少在所述第一平坦部层叠多张所述垫板，所述总板厚形成得较厚。
全文摘要
本发明提供一种可以更确实地使增厚部的表面压力均等的衬垫。衬垫(10)在上下层叠有开口设置了燃烧室孔(1)以及螺栓孔(2)的一对基板(10’、10’)，在该基板(10’、10’)之间夹装有副板(10”)以及垫板(11)。副板(10”)在燃烧室孔(1)周缘延伸设有可塑性变形的第二凸条部(BD2)。由于第二凸条部(BD2)相应于紧固载荷的大小而变形，所以，在紧固载荷较大时，衬垫的高度变低，在紧固后燃烧室孔1周缘的表面压力均匀化。
文档编号F16J15/06GK1955452SQ20061011491
公开日2007年5月2日 申请日期2006年8月10日 优先权日2005年10月24日
发明者植田耕作, 小林信秀 申请人:日本金属密封片株式会社