专利名称：金属衬垫的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设置在内燃机汽缸体和汽缸盖接合面之间的金属衬垫，其能防止流体例如燃烧气体，冷却水，润滑油等的泄漏。
通常，各种衬垫设置在构成一汽车发动机例如一内燃机的汽缸体和汽缸盖接合面之间，以防止流体例如燃烧气体，冷却水，润滑油等的泄漏，并且通过紧固件例如螺栓等紧固汽缸体和汽缸盖而达到密封作用。在先有技术中，具有所谓的软衬垫，其由石棉材料，化纤材料，碳片材料等制造。然而，软衬垫有一个不可避免的缺点，由于内燃机的工作，衬垫材料随时间而变坏，并且其难于保证好的耐热性。所以，众所周知，近来已广泛使用了金属衬垫，其耐热，耐压，工作可靠，并具有好的复原特性(弹簧特性)和导热性。
近来，为了进一步达到更好的发动机性能，在发动机的小型化和轻量化方面已有了一些发展，以产生更高的输出，和减少油耗等等。例如，为了达到这一发展的目的，发动机部件有使用铝合金的趋势，在汽缸体中的相邻汽缸筒之间的间隔制的尽可能小。
另一方面，在用铝合金制造发动机部件时，容易想到，与例如铸铁制的发动机部件相比，其整体钢性大大减小了。另外，发动机的小型化和轻量化引起一新的问题，发动机保留的热量——其是由发动机的工作所产生的——增加了。为了克服发动机保留的热量的增加，就要扩展冷却水路等等，然而，这就进一步降低了发动机的整体钢性。另外，在汽缸筒的附近形成冷却水路以提高冷却效率，然而，这就使紧固汽缸体和汽缸盖的螺栓等的紧固位置远离汽缸筒。于是，这必然使靠近螺栓的位置紧固力较大，相反，远离螺栓的位置紧固力较小。
当发动机的整体刚性下降时，和由于紧固件例如螺栓的增加而引起的紧固力的偏移时，在设置在汽缸体和汽缸盖接合面之间的金属衬垫上，在金属衬垫和汽缸体之间，或在金属衬垫和汽缸盖之间，于其对应于汽缸筒所形成的汽缸内径孔的周边部分产生间隙。当这种情况发生时，因为汽缸内径孔周边部分的表面压力不平衡，汽缸内径孔的圆度下降了，另外，因为发动机工作期间从汽缸体到汽缸盖不同部分导热性不同，汽缸的变形增加了。另外，当上述间隙产生时，因为金属衬垫的接合面侧直接暴露于燃烧气体，就引起一些问题金属衬垫的寿命减少了，不能长时间地保证密封特性。
例如，如图20所示，在先有技术的金属衬垫1中，在金属制的基板2上有一汽缸内径孔3，并沿汽缸内径孔3的内周边有一线材形成的环4，通过一夹住基板2边部的折叠的内弹性金属板5夹住环4而将其固定在位，另外，一外弹性金属板6覆盖并夹住内弹性金属板5。另一方面，基板2的外周边部由与内外弹性金属板5和6不同的另一弹性金属板7夹住。弹性金属板7例如通过点焊焊接在基板2上。另外，沿基板2的螺栓孔，油孔，水孔等，并沿基板2的外周边形成有硅橡胶边8或类似物。
在这种金属衬垫1中，为了克服上述的发动机的整体刚度的减少，和由于紧固件例如螺栓等引起的紧固力的偏移，使环4的压扁量和橡胶边8的变形量相互不同，同时，通过选择内和外弹性金属板5和6的厚度而限制环4的压扁量，以保证在金属衬垫1的任何位置都有有效的密封，并通过基板2外周边部的弹性金属板7抑制金属衬垫1的整体变形而使紧固力均匀。
然而，虽然图20所示的金属衬垫1确实能保证足够的密封和抑制变形，但要求基板2和各弹性金属板5,6和7都制成单独的元件，并且，在制造时，必须分别将各弹性金属板5,6和7装在基板2上。于是，这就不可避免地增加成本，而使金属衬垫1很昂贵。另外，在金属衬垫1中，因为围绕汽缸孔只设置金属元件，例如环4，内和外弹性金属板5和6，所以，其不可能减轻发动机整体刚度的下降，和吸收螺栓的紧固力的偏移。所以，其有难于保证汽缸孔圆度的缺点。
另外，在日本专利公开号昭6-101761中所公开的金属衬垫中，为了保证好的气体密封，在螺栓孔的周边部装有一垫圈，或将基板对应于周边部(螺栓孔的密封部)的部分向后折叠，而使周边部比其他部分更厚，同时，将垫圈也装在汽缸内径孔的周边部，或者基板相应于周边部的部分向后折叠，并将一恢复弹性元件插入垫圈和基板之间，或折叠部分和基板(汽缸内径孔的密封部)之间。另外，在螺栓孔密封部和汽缸内径孔密封部之间形成一橡胶烘制的密封缘部分，以密封水和油。
然而，在这种情况下，在紧固螺栓的时候，对于螺栓孔位置的内侧区域，必须由汽缸盖施加一使橡胶烘制的密封缘部分变形的载荷，和一使汽缸孔密封部分的恢复弹性件变形的载荷。然而，小型和轻质发动机所需要的铝合金制的汽缸筒的刚度是低的，不能施加一足够的载荷。于是，在汽缸盖螺栓孔之间的部分变形形成一向上弯曲的凸面。特别是，在相邻于汽缸筒的部分形成一大的挠度。
如上所述，当在相邻于汽缸盖的汽缸筒的螺栓孔之间的部分产生一大的挠度时，就难于密封发动机工作时产生的高温高压的燃烧气体。于是，在先有技术的金属衬垫中，已采取了一种对策，将恢复弹性件的厚度在汽缸内径孔密封部分整体作得更大，将一填隙板部分插入相邻的汽缸内径孔之间，以增加汽缸内径孔周围的表面压力。
然而，在这种对策中，因为汽缸盖的挠曲，即，螺栓孔之间部分的挠曲越来越大，由于螺栓的紧固，螺栓孔附近的表面压力是高的，相反，螺栓孔之间部分的表面压力，特别是，相邻于汽缸筒部分的表面压力是低的。于是，有高的表面压力的部分，即，螺栓孔附近的部分，将汽缸内筒的表面向内推，并且，当螺栓孔形成于汽缸内径孔周围的四个角的每一个上时，汽缸内筒的截面变形为一苜蓿叶形状，并且失圆。当发动机在这种状态工作时，就增加了油耗，降低了功率，并造成废气污染等等。
本发明解决了上述问题，其目的是提供一种金属衬垫，其能以低成本制造，同时，能保证一个与内燃机的高性能相对应的足够的功能，同时，其有一个小的金属接触密封面积，以减小绝对载荷，其能使降低内燃机的刚度，并保证燃烧室孔的圆度。
本发明的另一目的是提供一种金属衬垫，其能抑制由于螺栓的紧固而引起的汽缸盖螺栓孔之间部分的变形，同时保证好的密封，并能减少由于螺栓的紧固所引起的螺栓孔附近部分和燃烧室孔(汽缸筒)周围部分之间的表面压差，而使燃烧室孔周围部分的表面压力均匀，而保证燃烧室孔的圆度。
在本发明的第一方面，设置于汽缸体和汽缸盖的接合面之间，使该接合面之间密封的金属衬垫，包括一金属制的单一基板，其上形成至少一个燃烧室孔；一基板上的折叠部分，其通过将燃烧室孔的边缘向回折叠于基板上而形成；一软性元件，其固定于基板折叠部分的内侧；一由橡胶类材料制的凸边，其形成于基板的至少一个接合面上，使凸边的高度高于折叠部分的高度；另一折叠部分，其形成于基板接合区域中的位置，该折叠部分不同于燃烧室孔的折叠部分；一填隙板，其固定于所述另一折叠部分中。在这方面，形成凸边的位置包括当设置金属衬垫时要求表面压力稳定的位置，例如，绕燃烧室孔，绕螺栓孔等位置，或在接合面区域之间要形成分界的位置，例如，在一油孔和一水孔之间形成分界的密封位置。另外，作为软性元件，例如可以是一可延展的石墨板，聚酰亚胺的聚四氟乙烯板等，云母，或铅，锌，铜，软钢等金属板。填隙板的固定位置没有特别的限制，只要是在基板与汽缸体和汽缸盖的整个接合区域中能防止汽缸体和汽缸盖的接合面变形的位置就行。
在本发明的金属衬垫中，当将金属衬垫放入汽缸体和汽缸盖之间而进行组装时，对于由于离紧固件例如螺栓的距离不同而引起的紧固力的偏移，折叠部分和在折叠部分内侧的软性元件能随着偏移而适当变形，这种变形能使紧固力所产生的表面压力均匀。另外，橡胶类材料制的凸边可弹性变形而促使表面压力的均匀化，并能达到和保持一个足够的密封作用。另外，其导致了在组装时表面压力只直接施加在燃烧室孔周围的部分，于是，能减少整个紧固力。另外，因为金属衬垫包括单片基板，并且，基板的燃烧室孔的边缘被折叠，所以，能减少所要制造的金属模的数量，并能很大程度上减少包括材料成本的制造成本。另外，因为能通过一冲程分布器的方法，或金属模的方法容易地形成凸边，所以，能很便宜地制造金属衬垫。
在上述本发明的第一方面，对于紧固件的紧固力的偏移，因为另外的折叠部分增进了紧固力所产生的表面压力的均匀性，就抑制了汽缸体和汽缸盖的变形。因为填隙板固定于另外折叠部分内侧，就防止了金属衬垫仅在燃烧室孔周围的位置与汽缸体和汽缸盖接触，并且由此，表面压力不仅仅集中于燃烧室孔周围的位置，并能防止汽缸体和汽缸盖的变形。
当形成折叠部分时，在一些情况下，折叠部分的端部不能完全压平。如果折叠部分端部不能压平的金属衬垫设置在汽缸体和汽缸盖之间，可以设想，密封性能将变差。另一方面，为了使端部压平，需要一很大的载荷，并且，通过施加一过大的载荷而压扁可能同时会引起回弹。在这方面，当板厚为0.3mm或更大时，很难压平端部。所以，在最佳实施例中，折叠部分的端部位于汽缸体和汽缸盖的至少一个的接合面的外侧。这样，就不会降低密封性，并且不需要施加一大的载荷来压平端部。于是，能准确地计算装配时的衬垫载荷。
从前面的描述清楚可见，本发明的金属衬垫有下列优点。其能很便宜地制造金属衬垫，并且，能使由紧固件例如螺栓所引起的汽缸体和汽缸盖接合面之间的表面压力更均匀，能保证足够的密封性能，和保证燃烧室孔的圆度。于是，改善了发动机的油耗，减小了功率损失，并能达到长的使用寿命。另外，由于有折叠部分，紧固件引起的紧固力能均匀分布，并且通过折叠部分和固定在其中的软性元件能保证足够的密封性，并能保证发动机孔的圆度。另外，因为金属衬垫包括单片基板，并且燃烧室孔等的边缘被折叠，所以能减少所要制造的金属模的数量，并能减少包括材料成本在内的制造成本。另外，能使汽缸体和汽缸盖接合面之间的表面压力更均匀，以保证足够的密封性能。
另外，表面压力不仅仅集中于燃烧室孔周围的位置，并能防止汽缸体和汽缸盖接合面的变形。
在本发明的最佳实施例中，当除燃烧室孔的折叠部分之外在基板的接合部分中形成有另外的折叠部分时，该另外的折叠部分的端部位于汽缸体和汽缸盖接合面的至少一个的外侧。由此，不致降低密封性能，也不需要施加载荷来压平端部，并能准确地计算出设置金属衬垫时的衬垫载荷。
在本发明的另一实施例中，在基板的外周边形成另外的折叠部分。由此，使汽缸体和汽缸盖接合面的表面压力均匀，并能防止汽缸体和汽缸盖的变形。
在本发明的另一实施例中，在基板上形成有螺栓孔，在螺栓孔的边缘形成另外的折叠部分。由此，连接件例如螺栓的轴向力被所述另外的折叠部分分散，并且使在紧固件例如螺栓附近的紧固力所产生的表面压力更均匀，并能抑制汽缸体和汽缸盖的变形。
在本发明的另一实施例中，在基板上形成台阶部分，使折叠部分一个接合面离基板一接合面的高度与折叠部分另一接合面离基板另一接合面的高度基本相等。由此，当金属衬垫设置于汽缸体和汽缸盖之间时，折叠部分的接合面从基板分别向汽缸体的接合面侧和向汽缸盖的接合面侧突出一相同的程度。于是，折叠部分能与汽缸体和汽缸盖均匀地接触，并且因为台阶部分使折叠部分本身具有弹簧特性，所以，随着紧固力或发动机工作时的热效应所引起的汽缸体和汽缸盖的变形，折叠部分能适应地变形，而使表面压力更均匀。
在本发明的另一实施例中，固定于折叠部分内侧的软性元件的宽度能沿燃烧室孔的圆周方向部分地变化。由此，对于紧固件例如螺栓的紧固力，折叠部分的推斥力能随软性元件宽度的增加而增加，并且随软性元件宽度的减小而减小。所以，通过在远离紧固件的紧固力较小的位置增加软性元件的宽度，和在靠近紧固件的紧固力较大的位置减小软性元件的宽度，能使燃烧室孔周围对汽缸体和汽缸盖所产生的表面压力更均匀。
在本发明的另一实施例中，固定于折叠部分内侧的软性元件的厚度沿燃烧室孔的圆周方向部分地变化。例如，当形成于基板上的螺栓孔之间的距离较大时，或当水孔的数量较多时，就增加了表面压力的不均匀性。于是，通过在这种位置增加软性元件的厚度，能使燃烧室孔周围在汽缸体和汽缸盖上所产生的表面压力更均匀。
在本发明的另一实施例中，一种表面处理材料覆盖于基板的至少一个接合面上。作为表面处理材料，例如，可以使用氟橡胶，腈橡胶(NBR)，可延展的石墨板等等。于是，表面处理材料使金属衬垫的表面光滑，并且表面处理材料补偿了汽缸体和汽缸盖接合面的不平度，并防止了内燃机工作时压力的损耗。
在本发明的另一实施例中，一种润滑剂施加于折叠部分的接合面上。作为润滑剂，可以使用二硫化钼，石墨等等。于是，润滑剂使折叠部分的接合面平滑。并且，汽缸体和汽缸盖的接合面的金属不与基板的金属直接接触。于是，防止了在折叠部分的接合面上出现裂纹。并且，当汽缸体和汽缸盖由不同金属制造时，其能防止内燃机工作时由于热膨胀的不同而引起的磨擦，而防止由于磨损而出现的刮伤，并通过微密封作用而防止压力损失。
在本发明的另一实施例中，至少在基板燃烧室孔内表面上涂镀至少一种涂层。作为涂层，可采用金属镀层，树脂涂层，或金属和树脂的混合涂层。由此，即使当装有金属衬垫的内燃机是一例如由海水冷却的舷外发动机，或用于海水和淡水的通用发动机等等，其也能保证有耐腐蚀性，和耐化学性，并能长时间保证有稳定的密封性能。这种涂层在形成孔之后和施加表面处理材料和润滑剂之前进行预处理。
在本发明的另一实施例中，沿燃烧室孔整个圆周，线形软性元件固定于基板燃烧室孔折叠部分端部的内侧。由此，紧固元件例如螺栓的紧固力使汽缸体和汽缸盖之间的线形软性元件被压扁，并且金属衬垫接合面与汽缸体之间的间隙和金属衬垫接合面与汽缸盖之间的间隙被软性元件压扁的量所堵塞。于是，更满意的密封被保证。
在本发明的另一实施例中，沿燃烧室孔的整个圆周，至少两个不同直径的线形软性元件固定于基板燃烧室孔折叠部分的内侧。当在燃烧室孔折叠部分的端部需要高的表面压力时，一大直径的软性元件固定于折叠部分内侧的内端，一小直径的软性元件固定于折叠部分内侧的外端。于是，相对于紧固件例如螺栓所产生的紧固力，在靠近燃烧室一侧的软性元件的压扁量要大于远离燃烧室的一侧，并且软性元件的变形与表面压力成适当的比例，以使在燃烧室孔折叠部分的端部能保证一高的表面压力。另一方面，例如，在通过将一铸铁衬套压配合入一铝制汽缸体而构成发动机的情况下，铸铁衬套的内周边有变形和磨圆的可能性，并且当一大的载荷施加在燃烧室孔折叠部分端部时，燃烧室孔的圆度会变差。所以，在这种情况下，一小直径的软性元件被固定于折叠部分内侧的内端，和一大直径的软性元件固定于折叠部分内侧的外端。通过这种布置，远离燃烧室的软性元件的压扁量大于靠近燃烧室一侧的压扁量，使软线的变形与表面压力成适当的比例，并使燃烧室孔周围的紧固表面压力均匀。于是，能防止铸铁衬套的内周边变形和磨圆，以及燃烧室孔的圆度的变差。
在本发明另一实施例中，一填隙板固定于相邻燃烧室孔之间的折叠部分中，由此，特别是当汽缸体和汽缸盖的刚度较小时，因为填隙板固定于表面压力较低的相邻燃烧室孔之间，填隙板使表面压力均匀。
在本发明另一实施例中，在基板燃烧室孔折叠部分至少一个接合面上，于折叠部分的宽度内形成至少一个绕燃烧室孔的金属凸边。由于金属凸边的形成，金属衬垫与汽缸体或汽缸盖的接触从面接触变为线接触，使固定于折叠部分内侧的软性元件的变形更容易。于是，例如，在靠近螺栓等的紧固位置的高压部分和在相邻螺栓之间中部位置的低压部分之间的表面压差成为均匀。特别是，当在燃烧室孔的径向形成至少两个相互间隔的金属凸边，而具有一波纹形状截面时，线接触的数量增加了，并且密封面有高的压力而增强了迷宫作用。因此，即使一个金属凸边发生泄漏，另一金属凸边也能保证密封性能。
在本发明另一实施例中，沿燃烧室孔圆周方向，金属凸边的高度可部分变化。由此，对于例如螺栓等紧固件的紧固力，金属凸边越高，推斥力越大，反之，当高度低时，推斥力减小。然而，通过在小紧固力的位置形成大高度的金属凸边，并通过在大紧固力的位置形成小高度的金属凸边，能使汽缸体和汽缸盖中产生的绕燃烧室孔的表面压力更均匀。
在本发明另一实施例中，在基板除折叠部分之外的两接合面上覆盖有泡沫橡胶，使泡沫橡胶的高度高于折叠部分的高度。
在有燃烧室孔折叠部分，和在例如基板外边缘或螺栓孔所形成的另外的折叠部分的金属衬垫中，当其设置在汽缸体和汽缸盖之间时，在无折叠部分的基板部分和汽缸体和汽缸盖之间形成间隙。特别是，在水冷发动机的情况下，冷却水由泵循环，在泵附近水压可能是高的，反之，在远离泵的位置水压可能是低的。于是，在有对应于发动机水套的水孔的金属衬垫中，通过改变水孔的尺寸来调节水压。然而，当基板有一大的厚度时，有使间隙变大和发生短路的可能性。于是，在上述的实施例中，在除折叠部分之外的基板的两接合面上，覆盖有要求小的表面压力的泡沫橡胶。于是，能防止水孔之间的短路，而不需要大的表面压力。
在本发明的另一实施例中，在基板的至少一个接合面上形成橡胶类材料制的凸边，使凸边的高度高于燃烧室孔折叠部分的高度，并且，向回折叠的基板边缘向基板侧进一步弯曲。由此，能防止固定于折叠部分内侧的软性元件从折叠部分内侧伸出。
在本发明的另一实施例中，折叠部分的内表面被制成为具有高摩擦阻力的表面。为了形成高摩擦阻力表面，基板可以保留一个末进行精加工的状态，或在基板上形成不规则形状或裂纹。因为折叠部分的内表面有高的摩擦阻力，使固定于折叠部分内的软性元件不易在折叠部分内侧移动，并且软性元件不易从折叠部分中伸出。
在本发明的另一实施例中，在基板上要形成橡胶类材料凸边的至少一个部分制成为有高摩擦阻力的表面。为了形成高摩擦阻力的表面，可以使基板保持不进行精加工的状态，或在基板上形成不规则形状或裂纹。于是，当使用一冲程分布器方法或使用金属模在基板上形成凸边时，凸边能更牢固地固定于基板上。
在本发明的第二方面，一种设置于汽缸体和汽缸盖的接合面之间，使该接合面之间密封的金属衬垫，包括一金属制的单一基板，其上形成至少一个燃烧室孔；一基板上的折叠部分，其通过将燃烧室孔的边缘向回折叠于基板上而形成；一软性元件，其固定于基板折叠部分的内侧；一由橡胶材料制的凸边，其形成于基板的至少一个接合面上，使凸边的高度高于折叠部分的高度；其特征在于当穿过相邻燃烧室孔中点的直线作为一标线，穿过标线两侧的相对的两螺栓孔中点的直线作为第一螺栓线，穿过位于标线各侧的一组螺栓孔中点的直线作为第二螺栓线时，在基板的连接区域中的至少一个位置，形成有大厚度部分，其厚度大于基板而小于折叠部分，其位于第一螺栓线上的各螺栓孔的基板边缘侧，和位于第二螺栓线两端的各螺栓孔的基板边缘侧。
可以通过将基板边缘向回折叠，或在相应位置附着一与基板分离的填隙板而形成一大厚度部分。然而，当通过附着一与基板分离的元件而成形时，所用的元件最好不是如橡胶那样的低刚度材料，而最好是与基板刚度差不多的金属。
形成凸边的位置包括在安装金属衬垫时要求表面压力稳定的位置，例如，绕燃烧室孔的位置，绕螺栓孔的位置，等等，以及接合面之间要分界的空间之间的位置，如使油孔和水孔之间分界的密封位置。
在本发明的金属衬垫中，当将金属衬垫设在汽缸体和汽缸盖之间而进行组装时，随着根据紧固件例如螺栓的距离而引起的紧固力的偏移，燃烧室孔的折叠部分和在其内侧的软性元件适当地变形，并且同时，橡胶类材料制的凸边弹性变形，以保证足够的密封作用。
在这方面，汽缸体相对于螺栓的紧固力在沿形成大厚度部分的第一和第二螺栓线的截面上的变形如下设定。因为燃烧室孔的折叠部分比大厚度部分要厚至少一个软性元件的厚度，所以，汽缸盖被推靠在燃烧室孔的折叠部分上，并且汽缸盖螺栓孔之间的部分首先变形，向上侧弯曲成一中凸形。随后，基板的边缘与大厚度部分接触。然而，因为大厚度部分例如是由与基板刚度差不多的金属制的，并且无软性元件固定在其中，所以，大厚度部分几乎不变形，并能支承汽缸盖的变形。另外，当紧固力增加时，大厚度部分作为一对抗体，并产生一力使汽缸盖螺栓孔之间的部分变形，向下侧弯曲成一中凸形。因为这个力是在与燃烧室孔折叠部分与汽缸盖接触所引起的汽缸盖的变形相抵消的方向产生的，所以，汽缸盖的变形被抑制了。
于是，在有形成于上述位置的大厚度部分的第一或第二螺栓孔线的部分，在靠近螺栓孔位置和在螺栓孔之间邻近燃烧室孔位置之间的表面压差变小。
本发明的金属衬垫有一个优点，即，通过燃烧室孔的折叠部分，固定在折叠部分中的软性元件，和由橡胶类材料制的凸边，能保证密封作用。
另外，通过在由螺栓孔的设置而表示的每条线上于基板边缘形成的大厚度部分，能抑制紧固螺栓时汽缸盖的变形，以及在靠近螺栓孔的位置和靠近燃烧室孔位置之间的表面压差。
在一最佳实施例中，在本发明的金属衬垫中，第一螺栓孔线是一条直线，其穿过标线两侧线对称设置的两螺栓孔的中点。
在另一实施例中，对所有螺栓孔设定第一和第二螺栓孔线，在第一螺栓孔线的各螺栓孔的基板边缘侧的基板接合区域中的所有位置，和在第二螺栓孔线两端各螺栓孔的基板边缘侧的基板接合区域中的位置形成大厚度部分。因为在上述第一和第二螺栓孔线的所有位置形成有大厚度部分，在燃烧室孔的整个周边的表面压力是平均的，并能保证燃烧室孔的圆度。于是，在使用上述金属衬垫的发动机中，机油消耗减少了，燃料消耗减少了，功率损失减少了，废气的污染也减小了。
在另一实施例中，通过将基板的边缘向回折叠，可形成部分或所有的一组大厚度部分。通过折叠部分而形成的大厚度部分，容易使沿汽缸孔的表面压力均匀，并降低制造成本。
为了通过折叠基板边缘而形成折叠部分，在形成基板的时候，即，在将金属板的外周部分切成预定形状，和在金属板的预定位置形成各种孔的时候，金属板被成形，使要向回折叠的部分从金属板的主体整体向外突出，然后，将伸出的边缘部向回折叠在基板上。
所以，当通过折叠基板的边缘在基板上形成一组大厚度部分的一部分或全部时，通过将突出的边缘部分向回折叠而容易形成大厚度部分。然而，如果由于基板的设计而难于形成这种折叠部分，可以通过在相应的位置附着一填隙板而形成大厚度部分。这能达到相同的作用。
在形成折叠部分的时候，将会出现折叠部分的端部不能完全压平的情况。当金属衬垫设置于汽缸体和汽缸盖之间而折叠部分的端部不能完全压平的时候，即，折叠部分的上下侧稍微挤压而使端部形成为圆形时，可以想象，通过工作和停止的热冷循环的重复，折叠部分端部的圆形形状逐渐改变，并且在折叠部分的端部的密封特性将变差。另外，为了使圆的端部压扁和变平，需要一个很大的载荷。通过施加载荷进行压平时，将会引起回弹和破裂。在这方面，当板厚等于或大于0.3mm时，端部就很难压平。
在另一实施例中，形成为大厚度部分的折叠部分端部位于汽缸体和汽缸盖接合面的至少一个的外侧。由此，不会损失密封特性，并且不需要施加载荷使端部压平。另外，在设置金属衬垫时，能准确地计算衬垫的载荷。
在另一实施例中，在折叠部分(大厚度部分)和基板之间形成一台阶部分，以使燃烧室孔的折叠部分(大厚度部分)上接合面离基板上接合面的高度等于折叠部分(大厚度部分)的下接合面离基板下接合面的高度。由此，当设置金属衬垫时，燃烧室孔折叠部分的接合面和大厚度部分的接合面分别向汽缸体的接合面和向汽缸盖的接合面突出一相同的程度。于是，汽缸体的接合面和汽缸盖的接合面均匀地与汽缸体和汽缸盖接触，并且因为台阶部分使折叠部分本身具有弹簧特性，所以，折叠部分和大厚度部分能随由于紧固力和工作时所产生的热的影响所造成的汽缸体和汽缸盖的变形而变形。于是，能提高表面压力的均匀化。
下面通过实施例并参照附图对本发明进行描述。
图1是本发明的金属衬垫一个实施例的结构的平面图；图2是沿图1中A-A线的剖视图；图3是沿图1中B-B线的剖视图；图4是沿图1中C-C线的剖视图；图5A是一剖视图，显示了在汽缸孔折叠部分一个接合面上形成的金属边；图5B是一剖视图，显示了在汽缸孔折叠部分两个接合面上形成的金属边；图6是一个实施例的剖视图，其中，折叠部分上层的一个边缘进一步向基板的上表面弯曲；图7是本发明的金属衬垫另一实施例的结构平面图；图8是本发明一个实施例所用的填隙板的平面图；图9是沿图7中A-A线的剖视图；图10是沿图7中C-C线的剖视图；图11是沿图7中D-D线的剖视图；图12A是一实施例的剖视图，其中，一组环固定在汽缸孔折叠部分内侧，使环的直径从折叠部分的端部依次减小；图12B是一实施例的剖视图，其中，一组环固定在汽缸孔折叠部分内侧，使环的直径从折叠部分的端部依次增加；图13是本发明的金属衬垫另一实施例的剖视图；图14A是一剖视图，其中，金属衬垫设在汽缸体和汽缸盖之间，使折叠部分的端部仅位于汽缸体接合面的外侧；图14B是一剖视图，其中，金属衬垫设在汽缸体和汽缸盖之间，使折叠部分的端部位于汽缸体和汽缸盖的两个接合面的外侧；
图15是一实施例的剖视图，其中，泡沫橡胶附着在一个实施例的基板上；图16是本发明金属衬垫另一实施例的结构平面图；图17是沿图16中A-A线的剖视图；图18是对应于图16中直线K2所取剖面的示意图，其中，解释大厚度部分的结构所产生的作用；图19是对应于图3的剖视图，除了没有形成台阶部分；图20是先有技术的金属衬垫剖视图。
图1-4显示了本发明的一个实施例。金属衬垫10包括一金属例如不锈钢制的基板11，一组孔形成在基板11上。基板11包括各孔的内表面，和围绕各孔的两个接合面，它们被覆盖以金属镀层，树脂涂层，或金属与树脂的混合涂层，另外，根据构成发动机的汽缸体和汽缸盖的接合面的加工不平度，在基板11的表面烘制一种表面处理材料12，例如氟化橡胶，腈化橡胶(NBR)，二硫化钼等等。在图4中，表面处理材料12作了稍夸大的显示，但在其他图中没有显示。
一组孔包括一组对应于汽缸体的汽缸筒(燃烧室)的汽缸内径孔13，对应于连接汽缸体和汽缸盖的紧固螺栓位置的螺栓孔14，对应于将润滑油供应到各滑动部件例如活塞等(未示)的油道的油孔15，和位于水套内侧部的水孔16，水套用于将冷却水供应到由于燃料的燃烧和活塞的滑动而温度升高的汽缸体和汽缸盖。当金属衬垫10设置在汽缸体和汽缸盖之间而构成一发动机时，孔13-16与发动机的相应部分连通。
在孔13-16中，对于汽缸内径孔13，基板11的孔13的边缘向后折叠，形成一折叠部分，如图2-4所示，并且一个由例如可延展的石墨板制的软性元件17夹在折叠部分21的内侧。软性元件17的厚度根据发动机的结构是可变的，然而，大约0.3mm是一个标准的厚度，并且，在本实施例中，一个密度为1.0的软性元件被夹在内侧，并被一个600kg/cm2的压力压缩，使其被压缩和变形大约30-40％。另一方面，在基板11外周缘的预定位置形成有折叠部分22，其如同汽缸内径孔13的折叠部分21那样向同一接合面折叠。特别是，折叠部分22的尺寸根据各折叠部分22所形成的位置而变化。形成于基板11外周缘一侧的折叠部分22在整个宽度方向上延伸，一些折叠部分22形成于基板11外周缘的长的一侧，处于对应于螺栓孔14之间的位置和靠近螺栓孔14的位置。折叠部分22简单地向后折叠，并且，没有元件夹在折叠部分内侧。
虽然图中没有显示，折叠部分21和22的两个接合面覆盖以润滑剂，例如二硫化钼，石墨等等，另外，折叠部分21和22的内表面可以形成不平整或形成裂缝。
这里，对于软性元件17，虽然可根据发动机的刚度而不同，但刚度越大，减少的厚度可以越多。也就是说，可以使用更簿的软性元件17。另外，软性元件17不限于可延展的石墨板，例如，可以使用软金属板，如铅板，锌板，铜板，软钢板等，或四氟乙烯板(例如聚酰亚胺板)，或云母。
因为折叠部分21和22形成于汽缸内径孔13的边缘，和对应于基板11外周边的螺栓孔14的位置，所以，折叠部分21和22突出于基板11的接合面的一侧。然而，如图3和4所示，在基板11上的折叠部分21和基板11其他部分之间的连接部分形成一台阶部分23，并且，在基板11上的折叠部分22和基板11其他部分之间的连接部分形成另一台阶部分23。在图3和4中，台阶部分23被形成，使折叠部分21和22的上和下接合面向下下降。于是，折叠部分21和22的上接合面到基板11上接合面的高度等于折叠部分21和22的下接合面到基板11下接合面的高度。然而，如图2所示，在相邻汽缸孔13之间距离较窄的位置没有形成台阶部分23。
另一方面，在基板11的两个接合面上的每一个上形成有例如硅橡胶制的橡胶边24。橡胶边24绕汽缸内径孔13和绕各螺栓孔14成形，并分界出各汽缸内径孔13，螺栓孔14，油孔15和水孔16。在图1中，橡胶边24的轨迹由长短虚线表示。另外，如图3和4所示，特别是绕螺栓孔14形成的橡胶边24有一与接合面正交的半圆形的截面，同时，在两个接合面上的橡胶边24是对称的。在其他位置形成的橡胶边24有与接合面正交的梯形的截面，并且在两个接合面的橡胶边24是对称的。在本实施例中，虽然橡胶边24的截面形状是半圆形的和梯形的，但所有橡胶边24可以形成为半圆形或梯形，或其他形状。另外，在基板11上形成橡胶边24的位置处可以预先形成一些不平整部或裂缝，以使橡胶边24能以好的状态成形。
橡胶边24形成于基板11两个接合面上，以致橡胶边24的上顶点离折叠部分21和22上接合面的高度等于橡胶边24的下顶点离折叠部分21和22下接合面的高度，另外，相反的橡胶边24的上顶点和下顶点之间的距离为折叠部分21和22的1.5倍。在这种情况下，关于金属衬垫10的厚度，假设在上和下顶点之间测量的对置的橡胶边24的高度用T1表示，汽缸内径孔13折叠部分21的厚度用T2表示，折叠部分22靠近螺栓孔14外周边的厚度用T3表示，这些厚度T1,T2和T3的关系必须满足T1,T2和T3的值的顺序为越来越大。可以通过例如一冲程分布器的方法，网板印刷，使用金属模的模注方法或其他方法来形成橡胶边24，特别是当使用网板印刷时，能容易得到一压合图形。
在这种情况下，能仅在一个接合面上形成橡胶边24，而在另一接合面上形成一金属边，使金属边突出于该接合面侧。然而，形成金属边就必须使用一金属模。
当如此形成的金属衬垫10设置于汽缸体和汽缸盖的接合面之间时，与汽缸体或汽缸盖的接合面接触的金属表面(特别是覆盖以表面处理材料12的)的区域为整个金属衬垫10面积的大约25％。当金属衬垫10设置于汽缸体和汽缸盖之间，并且由紧固装置例如螺栓紧固时，这种设计能尽可能减少所被施加的绝对载荷。
下面，描述金属衬垫10的功能。当金属衬垫10设置在构成一发动机的汽缸体和汽缸盖之间，并由紧固件例如螺栓紧固时，紧固力所产生的汽缸体和汽缸盖的表面压力使金属衬垫10在被压扁的方向变形，更具体地说，最高的橡胶边24在被压扁的方向弹性变形，然后，折叠部分21和22在被压扁的方向变形，并且，软性元件17由于折叠部分21的变形而变形。这时，在折叠部分21中，假设软性元件17的板厚是0.3mm，在软性元件17靠近螺栓并有较高表面压力的部分，其大约变形50％，而具有大约0.15mm的厚度。在软性元件17远离螺栓并有较低表面压力的部分，例如在相邻汽缸内径孔13之间的部分或在螺栓孔14之间的位置，厚度减少到大约0.18-0.20mm。于是，因为软性元件17在表面压力较高的部分变形而有一较薄的厚度，反之，在与较高表面压力部分相比有一较低表面压力的部分，软性元件17变形有一较厚的厚度，所以，在金属衬垫10的表面能施加一大致均匀的表面压力。
相对于紧固力所引起的汽缸体和汽缸盖的变形，一个推斥力使折叠部分21和22和软性元件17随汽缸体和汽缸盖的变形而变形。于是，汽缸体和汽缸盖和金属衬垫10的接合面之间的间隙被堵塞了。另外，在螺栓孔14附近，因为折叠部分22与汽缸体和汽缸盖的接合面直接接触，所以，轴向力几乎不减小。另外，因为折叠部分21和22由于台阶部分23的变形而本身具有弹簧特性，所以，折叠部分21和22能适当地变形并能保证密封性能。
在装有如上所述的金属衬垫10的发动机中，工作时在绕汽缸内径孔13的位置密封压力最高。假设在发动机工作时燃烧气体的最高压力是100kg/cm2，并假设衬垫系数为6，施加于汽缸内径孔13周围的压力为“600kg/cm2×折叠部分21的面积”。假设汽缸内径孔13的直径为80mm，折叠部分21的宽度为4.0mm，当金属衬垫10装在一四缸发动机上时，折叠部分21的面积为43cm2，于是，一个600×43=25800kg的压力被施加。
甚至当这样的压力被施加时，折叠部分21和被固定在其内侧的软性元件17也能成比例地变形，并能维持和保证一满意的密封性能。另外，作为软性元件17的可延展的石墨板具有好的导热性，所以，就是在加热时，其恢复力也不会变坏。特别是，在一有高密度的压缩制品中，恢复率的降低很小，并能保证一个长时间的可靠性。
如图5A和5B所示，当在绕汽缸内径孔13的折叠部分21的一个接合面上，或在折叠部分21的两个接合面上，在折叠部分21的宽度内形成金属凸边21A时，能达到下面的优点。即，在图5A和5B所示的例子中，在汽缸内径孔13的径向部分，形成一组相互间隔的金属凸边，其横截面为波纹形，由于形成有这些金属凸边21A，折叠部分21与汽缸体或汽缸盖的接触从面接触变为线接触，同时，使固定在折叠部分21内侧的软性元件17的变形成为更容易。于是，就有一个优点，使靠近螺栓孔14的高压部分和在螺栓孔14之间低压部分之间的差较大。特别是，通过形成多个金属凸边21A，线接触部分的数量增加了，并且，一个高压被施加在密封表面上，由此而形成一迷宫式效应，并且当一个金属凸边21A发生泄漏时，其他的金属凸边21A也能保证密封作用。然而，即使采用单个金属凸边21A，也能达到形成高压部分和低压部分之间的差的优点。
如图6所示，在将软性元件17固定在内侧的汽缸内径孔13的折叠部分21上，折叠部分21上层的边缘21B能进一步向基板11的上表面弯曲。通过边缘21B的弯曲，能防止软性元件17从折叠部分21的内侧向外移动。
图7-10显示了与金属衬垫10不同的另一金属衬垫30。在该金属衬垫30中，为简化描述，与金属衬垫10相同的部件标以相同的标号。
在金属衬垫30中，一由线状软金属材料制的环31固定在汽缸内径孔13的折叠部分21内侧的内端，以使环31在汽缸内径孔13的整个周边上延伸。金属衬垫30没有基板11靠近螺栓孔14的外周边上形成的折叠部分22，反之，通过使螺栓孔14的边缘向回折叠而形成一折叠部分32。另外，在基板11与汽缸体和汽缸盖的整个接合面区域上，形成一组孔33，其位于能防止汽缸体和汽缸盖的接合面变形的位置，例如，在靠近螺栓孔14和基板11外周边与橡胶边24之间的位置，然后，各孔33的边缘向回折叠形成一折叠部分34，并且一个环形填隙板35固定于折叠部分34内侧。另外，在相邻的汽缸内径孔13之间的位置，在相邻的折叠部分21的内侧固定一个由软金属材料制的填隙板36，如图8所示。另外，为了能容易识别环形填隙板35是否固定在折叠部分34内侧，最好填隙板35的宽度大于折叠部分34。
在汽缸体和汽缸盖由低刚度材料例如铝合金等制造的情况下，通过与软性元件17例如可延展的石墨板等一同使用，而使金属衬垫30能具有更均匀的表面压力，并保证密封特性。即，当金属衬垫30设于汽缸体和汽缸盖之间，并通过螺栓的紧固而施加一表面压力时，首先，最高的橡胶边24在被压扁的方向弹性变形，然后，折叠部分21和22在被压扁的方向变形，并通过该变形，使软性元件17和环31变形。因为环31是线状的，即，其有一大致圆形的截面，首先，环31在一窄小的面积接收表面压力，随着环31被逐渐压扁，接受表面压力的区域增加了。
因为环31固定在折叠部分21的内侧，所以，压扁性能逐渐变差。然而，这时因为在折叠部分21，软性元件17和环31中已产生了推斥力，就保证了与汽缸体和汽缸盖的接合面的密封性能，另外，推斥力使折叠部分21，软性元件17的环31随汽缸体和汽缸盖的变形而变形，而连续地保证密封性能。
另一方面，因为环31固定于汽缸孔13的整个周边，并且填隙板36固定于相邻的汽缸筒13之间，折叠部分32克服螺栓或类似物的紧固力而作用一个推斥力，紧固力所产生的表面压力在整个金属衬垫30上变得均匀，以使能保证足够的密封性能，尤其是在表面压力较弱的位置，如在汽缸内径孔13之间和螺栓孔14之间。
另外，因为形成了一组孔33，并且通过使每个孔33形成折叠部分34而固定填隙板35，金属衬垫30不仅在汽缸内径孔13周围，而且在各折叠部分34与汽缸体和汽缸盖接触。于是，表面压力不仅仅集中于汽缸内径孔13的周围，并且抑制了汽缸体和汽缸盖接合面的变形。
另外，如图12A和12B所示，一组直径不同的环37,38和39可以固定在折叠部分21的内侧，处于汽缸内径孔13的整个周边上。这些环37,38和39由与环31相同的线状软金属材料制造。
如图12A所示，当汽缸内径孔13的端部需要一高的表面压力时，有最大直径的环37固定于折叠部分21的内侧，有中等直径的环38和有最小直径的环39以朝向折叠部分21外侧的顺序固定。在这种布置中，相对于由螺栓等产生的紧固力，因为压扁量在汽缸内径孔13端部最大，并且随离端部的距离的增加而压扁量减小，环37,38和39的变形能与表面压力适当成比例，并在汽缸内径孔13的端部能保证一高的表面压力。
另一方面，在一将铸铁套筒压配合入铝制汽缸体而形成的发动机中，当一大的载荷施加于汽缸内径孔13的折叠部分21时，有产生一缺点的可能性，即，铸铁套筒变形而使其边缘变圆，并且降低了汽缸孔的圆度。所以，在这种情况下，如图12B所示，直径最小的环39固定于折叠部分21的端部，直径中等的环38和直径最大的环37以朝向折叠部分21外侧的顺序固定。通过这种布置，压扁量在远离端部的位置比在靠近折叠部分21端部的位置更大。于是，环37,38和39的变形与表面压力适当地成比例，并且，紧固表面压力是均匀的。于是，防止了使铸铁套筒边缘变圆的变形，并能保证汽缸孔的圆度。
在本发明的金属衬垫10和30中，因为其是由单一的基板11形成的，并且折叠部分21,22,32和34形成于基板11上，所以能减少要制造的金属模的数量，并且能大大减少制造成本，包括材料成本。另外，因为通过一冲程的分布器方法，网板印刷，使用金属模的模塑方法等能容易地形成橡胶边24，所以，能很便宜地制造金属衬垫。
在如上所述的金属衬垫10和30中，当其设置于汽缸体和汽缸盖的接合面之间并被紧固时，相对于紧固力的偏移，折叠部分21和在其内侧的软性元件17随着偏移而适当变形，由于这种变形，使紧固力所产生的表面压力更加均匀。另外，因为橡胶边24也弹性变形，并使紧固力进一步均匀，能保证足够的密封性能。如上所述，通过避免了紧固力的偏移，并保证了足够的密封作用，能防止发动机工作时由于所产生的振幅的影响而在金属衬垫上发生裂纹和断口，并防止了由于燃烧气体的影响所引起的金属衬垫工作寿命的缩短。对于整个发动机来说，改进了燃料的燃烧，并提高了使用寿命。
在本实施例中，通过形成台阶部分23和23，折叠部分21,22,32和34的上接合面离基板11的上接合面的高度与折叠部分21,22,32和34的下接合面离基板11下接合面的高度相等。然而，如图13所示，代替台阶部分的形成，在折叠部分21的折叠侧，橡胶边24a的高度可以制作的更高，在另一侧，橡胶边24b的高度可以制作的较低，以使橡胶边24a的上接合面离基板11的上接合面的高度与橡胶边24b下接合面离基板11下接合面的高度相等。
另外，因为折叠部分22形成于基板11的外周边，所以，折叠部分22端部有不能完全压平的可能性。当不能完全压平的金属衬垫设置于汽缸体和汽缸盖之间时，如可容易想到的，在端部的密封性能将变差，并将需要一个过大的载荷使端部压扁和变平，这时，就有施加载荷进行压扁所引起的回弹的可能性。
所以，如图14A和14B所示，当折叠部分22的端部22A位于汽缸盖100和汽缸体101接合面中至少一个的外侧时，密封性能不会下降，并且不需要施加载荷使端部变平。另外，这样作使得能计算出准确的衬垫载荷。
另外，如图15所示，当金属衬垫10或30被装在一水冷发动机上时，在基板11除折叠部分21,22,32和34的两接合面上覆盖泡沫橡胶40，这能达到下面的优点。即，在水冷发动机中，冷却水由泵循环，这就存在一个倾向在泵的附近水压较高，反之，在远离泵的位置水压较低。由此，在先有技术中，在有对应于水冷发动机水套的水孔16的金属衬垫上，是通过改变水孔16的尺寸来调节水压。然而，当使用厚度较大的基板时，折叠部分21,22,32和34和基板11单板部分之间的厚度差较大，基板11的单板部分和汽缸体或汽缸盖之间的间隙较大。于是，就存在短路的可能性。所以，当覆盖以泡沫橡胶40的金属衬垫装在这种发动机上时，水孔16之间的短路就可以防止，而无需施加太大的表面压力。
虽然图中没有显示，但对远离紧固件例如螺栓的位置，汽缸内径孔14之间的位置和油孔15和水孔16数量较多的位置，通过部分地增加软性元件17的宽度和厚度，能得到一均匀的表面压力。即，因为软性元件17的宽度和厚度的增加能使其推斥力增加，反之，宽度和厚度的减小能使推斥力减小，所以，如果在紧固力较低的位置使软性元件17的宽度和厚度部分地增加，能适当地使表面压力均匀。
另外，当需要形成一厚度较大的金属衬垫时，不需要重叠一组基板11，可以通过将所需厚度的软性元件或填隙板固定在与汽缸体或汽缸盖的接合面直接接触的折叠部分的内侧，或通过对应地增加橡胶边和金属边的高度，来达到这一目的。
下面参照图16和17描述本发明另一实施例。
参照附图，一金属衬垫40包括一金属例如不锈钢制的基板11，在基板11上形成一组孔。基板11有，各孔的内表面，和围绕各孔的两个接合面，其被覆以涂层，例如金属镀层，树脂涂层，或金属和树脂的混合涂层。另外，根据构成一发动机的汽缸体和汽缸盖接合面的加工不平度，一种表面处理材料12，例如氟橡胶，腈橡胶(NBR)，二硫化钼等等被烘制在基板11的表面上。
一组孔包括一组对应于汽缸体汽缸筒(燃烧室)的汽缸内径孔13，对应于连接汽缸体和汽缸盖的紧固螺栓位置的螺栓孔14(14a-14f)，对应于将润滑油供到各滑动部件例如活塞(未示)等等的油道的油孔15，和位于将冷却水供到由于燃料燃烧和活塞滑动而温度升高的汽缸体和汽缸盖上的水套内侧部分的水孔16。当金属衬垫40设置于汽缸体和汽缸盖之间而构成一发动机时，这些孔13-16与发动机的对应部分相连通。
在孔13-16中，对于汽缸内径孔13，基板11的孔13的边缘向后折叠形成一折叠部分21，如图17所示，并且一个由例如石墨板制造的软性元件17固定于折叠部分21内侧。软性元件17的厚度根据发动机的刚度变化，刚度越大，厚度越簿，然而，大约0.3mm为一标准厚度，并且，在这个实施例中，密度为1.0的软性元件被固定在内侧，并由一600kg/cm2的压力压缩而变形大约30-50％。另外，软性元件17不限于可延展的石墨板，而例如可以使用软金属板，如铅板，锌板，铜板，软钢板等等，或四氟乙烯板(如聚酰亚胺板)，或云母。
假设通过相邻汽缸内径孔13中点的直线由标线L0表示，位于标线L0一侧的螺栓孔14a-14c的中点处于与标线L0平行的直线L1上，位于标线L0另一侧的螺栓孔14d-14f的中点处于与标线L0平行的直线L2上。另外，在标线L0两侧以最近距离相对的两螺栓孔14a和14d的中点处于与标线L0正交的直线K1上，同样，两螺栓孔14b和14e的中点处于与标线L0正交的直线K2上，并且两螺栓孔14c和14f的中点处于与标线L0正交的直线K3上。这里，各直线K1-K3由第一螺孔线表示，各直线L1和L2由第二螺孔线表示。
一油孔15位于直线K1上的螺栓孔14a和基板11的外周边之间，油孔15沿直线K1并靠近基板11外周边的一个部分朝汽缸内径孔13的折叠部分21的同一接合面侧向回折叠，而形成一折叠部分22a。将在直线K1上螺栓孔14d外侧的基板11的一个外周边部分进行折叠，而形成一折叠部分22d，该外周边部分向汽缸内径孔13折叠部分21的同一接合面侧向回折叠。
在直线K2上的螺栓孔14b和14e外侧，通过分别将基板11外周边部分朝汽缸内径孔13折叠部分21的同一接合面侧向回折叠，而形成折叠部分22b和22e。
另一油孔15位于直线K3上的螺栓孔14c和基板11外周边之间，油孔15沿直线K3并靠近基板11外周边的一个部分朝汽缸内径孔13的折叠部分21的同一接合面侧向回折叠，而形成一折叠部分22c。在直线K3上的螺栓孔14f(也作为油孔)上，通过折叠在基板11外周边侧的螺栓孔14f的边缘，而形成一折叠部分22f，螺栓孔14f的边缘是朝汽缸内径孔13折叠部分21的同一接合面侧向回折叠的。
在直线L1上的两端部螺栓孔的每一个(左端的螺栓孔14a示于图16中，右端的螺栓孔未示)的外侧的基板11的外周边进行折叠而形成折叠部分22g，折叠部分22g是通过朝汽缸内径孔13折叠部分21的同一接合面侧折叠而形成的。同样，在直线L2上的两端部螺栓孔的每一个的外侧的基板11的外周边进行折叠而形成折叠部分22h，折叠部分22h是通过朝汽缸内径孔13折叠部分21的同一接合面侧折叠而形成的。
在本发明中，折叠部分22a-22h对应于大厚度部分，并且，所有折叠部分都是通过将基板11的一个多余边缘向回折叠而形成的，而多余边缘是与基板形成的同时形成的，其整体地突出于主体。这些折叠部分的内侧中没有固定任何物体，而仅仅是折叠。
折叠部分21和22a-22h的两个接合面覆盖以润滑剂，例如二硫化钼，石墨等等，另一方面，一些裂口形成于折叠部分21的内侧表面。
基板11上形成折叠部分21和22(22a-22h)的部分与基板11的其他部分相比突出于一个接合面侧。然而，如图17所示，在折叠部分21和22b与基板11其他部分之间的连接部形成一台阶部分23，以使折叠部分21和22b相对于基板11的其他部分降低。于是，折叠部分21和22b上表面离基板11上表面的高度等于折叠部分21和22b下表面离基板11下表面的高度。在相邻汽缸内径孔13之间的位置因为间隔较窄没有形成台阶部分23。
另一方面，在基板11的两接合面的每一个上形成例如由硅橡胶制的橡胶边24。橡胶边24绕汽缸内径孔13成形，并绕各螺栓孔14成形，并且，同时界定出汽缸内径孔13，螺栓孔14，油孔15和水孔16。在图16中，橡胶边24的轨迹由长短虚线表示。
另外，如图17所示，橡胶边24具有与接合面正交的半圆形截面，同时，在两接合面的橡胶边24是对称的。截面的形状不限于半圆形，而可以是梯形，并且其在其他位置的形状可以与绕螺栓孔14的不同。另外，在基板11上的要形成橡胶边24的位置可以预先形成一些波纹形状或裂纹，以使橡胶边24能以一好的状态形成。
这些橡胶边24形成于基板11两接合面上，以使橡胶边24的上顶点离折叠部分21和22b上接合面的高度等于橡胶边24的下顶点离折叠部分21和22b下接合面的高度，另外，在对置的橡胶边24的上顶点和下顶点之间的距离为折叠部分21和22厚度的1.5倍。在这种情况下，关于金属衬垫10的厚度，在对置的橡胶边24的上和下顶点之间测量的高度由T1表示，汽缸内径孔13折叠部分21的厚度由T2表示，并且在靠近螺栓孔14的外周边的折叠部分22的厚度由T3表示，它们之间的关系和图4中所述的相同。橡胶边24可以由图4中所述的那样形成。
在该实施例中，可以仅在一个接合面上形成橡胶边24，而在另一接合面上形成一金属边，使金属边突出于该接合面侧。然而，形成金属边需要一金属模。
当以这种方式形成的金属衬垫40设置于汽缸体和汽缸盖的接合面之间时，与汽缸体或汽缸盖接合面接触的金属表面(实际上覆盖以表面处理材料)的面积是金属衬垫40整个面积的大约30％或更少。当金属衬垫40设置于汽缸体和汽缸盖之间，并且由例如螺栓的紧固件紧固时，这种设计能最大可能地减少所施加的绝对载荷。
下面，描述金属衬垫40的作用。当金属衬垫40设置于汽缸体和汽缸盖之间，并且由例如螺栓的紧固件紧固时，由于紧固件引起的汽缸体和汽缸盖的表面压力，金属衬垫40在被压扁的方向变形。更具体地说，最高的橡胶边24在被压扁的方向弹性变形，然后，折叠部分21和22在被压扁的方向变形，并且折叠部分21的变形使软性元件17变形。
这时，在折叠部分21中，假设软性元件17的厚度是0.3mm，软性元件17靠近螺栓并表面压力较高的部分，软性元件17变形大约50％，而有大约0.15mm的厚度，在软性元件17远离螺栓并表面压力较低的部分，例如在相邻汽缸内径孔13之间的位置，或螺栓孔14之间的位置，厚度减少到大约0.18-0.20mm。于是，因为软性元件17的变形在高表面压力的部分有一较簿的厚度，反之，在与高表面压力部分相比表面压力较低的部分，软性元件17变形而有一较厚的厚度，于是，能保证一足够的密封作用。
另外，如果橡胶边24的宽度减少，变形所需的载荷将减小。于是，金属衬垫40将适用于汽缸体和汽缸盖刚度的进一步减少。
关于紧固力所引起的汽缸盖的变形，当考虑沿直线K2的截面时，如图18所示，汽缸盖被压靠在汽缸内径孔13的折叠部分21上，螺栓孔14b和14e之间的汽缸盖部分弯曲变形，向上侧形成一中凸形，由字母H1表示。然后，汽缸盖接触分别位于螺栓孔14b和14e外侧的折叠部分22b和22e。然而，因为折叠部分22b和22e中没有固定软性元件，所以它们几乎不变形，并支承汽缸盖的变形。
当紧固力进一步增加时，折叠部分22b和22e作为一对立物而起作用，并且产生一力F，其使螺栓孔14b和14e之间的汽缸盖部分弯曲变形，向下侧形成一中凸形。因为力F是在与由于汽缸内径孔的折叠部分21与汽缸盖接触所引起的汽缸盖变形H1相抵消的方向产生的，所以，与没有形成折叠部分22b和22e的先有技术的变形Hp相比，汽缸盖的实际变形H2是小的。
同样，对于沿直线K1和K3的截面，通过位于相应螺栓孔14a和14d,14c和14f外侧的折叠部分22a和22d,22c和22f的作用，就抑制了汽缸盖的变形。另外，对于沿直线L1和L2的截面，由于位于相应螺栓孔14a和14d外侧的折叠部分22g和22h的作用，同样地抑制了汽缸盖的变形。
如上所述，在本实施例中，相对于螺栓的紧固力，由于在第一和第二螺栓线(K1-K3，和L1-L2)的上述位置形成折叠部分(大厚度部分)22(22a-22h)，就使汽缸内径孔13整个周边上的表面压力成为均匀。并保证了汽缸内径孔13的圆度。于是，能保证汽缸内筒截面的圆度。并且，作为发动机的整体，降低了油耗，减少了功率损失，并减小了废气污染。
另外，在本实施例中，当油孔15处于沿螺栓线如直线K1的螺栓孔14a和基板11外周边之间时，并且螺栓孔14f也作为一油孔时，油孔15和螺栓孔14f的边缘部分折叠形成折叠部分22a,22c和22f。然而，即使在这种情况下，基板11外周边的一部分也可以折叠形成折叠部分。在这方面，从节约基板材料的观点来看，与留下一个用于折叠形成基板11外周边折叠部分的向外延伸的多余部分相比，通过留下一用于折叠的多余周边部分而在基板上形成油孔等是有利的，所以这种方法能节约更多的成本。
另外，在本实施例中，在基板11上形成有台阶部分23，以使折叠部分21以及折叠部分22的两接合面离基板11每一侧的高度都是相等的。于是，折叠部分21和22的接合面与汽缸体和汽缸盖能均匀接触。另外，因为能使基板11两侧橡胶边24的高度相等，所以，橡胶边24与汽缸体和汽缸盖的接触也是均匀的。另外，由于台阶部分23的形成，而使折叠部分21和22具有弹簧特性。所以，金属衬垫40能随汽缸体和汽缸盖由于紧固力和运转热量作用所引起的变形而适当变形，并能提高表面压力的均匀性。
本发明还包括没有形成台阶部分23的金属衬垫。在基板11上不形成台阶部分23，例如，如图19所示，在折叠部分21和22b一侧形成的橡胶边24a较厚，而在另一侧形成的橡胶边24b较簿，使上橡胶边24a离折叠部分21和22b上接合面的高度等于下橡胶边24b离折叠部分21和22b下接合面的高度。
另外，在形成折叠部分，特别是形成于基板11外周边的折叠部分22(22b,22d等)时，可能发生折叠部分的端部不能完全压平的情况。如果这种折叠部分端部不平的金属衬垫设置在汽缸体和汽缸盖之间，很容易想到，在该端部的密封特性将变坏。另一方面，需要一个很大的载荷使该端部压扁和变平，并且当施加一载荷使其压扁时，可能会发生回弹。例如，如果板厚为0.3mm或更大，就很难使端部压扁和变平。
所以，如图14A和14B所示，折叠部分22的端部22A位于汽缸体101和汽缸盖100接合面的至少一个的外侧。于是，密封性能将不会变坏，也不需要施加载荷使端部变平。另外，通过这种布置，能准确地计算出衬垫的载荷。
在本实施例中，所有大厚度的部分都是折叠部分22，其是由折叠基板11的边缘，即折叠与基板整体的用于折叠的突出的，并在制作基板时同时成形的多余边部而形成的。所以，大厚度部分的形成是容易的。然而，本发明不限于此，如果由于设计需要而不可能形成折叠部分，可以通过将一填隙板附着在相应部位而形成一大厚度部分。
在通过在基板外周边附着一与基板分离的板材而形成一大厚度部分的情况下，可以在沿第一和第二螺栓孔线的相应位置固定小的板材。然而，当对应于基板整个外周边的的大的整体板材被固定而使基板的整个外周边成为大厚度部分时，大厚度部分的形成更为容易。这也增加了大厚度部分的反作用。
另外，在本实施例中，例如，对于折叠部分22a和22d，当它们离标线L0的距离不同时，最好在较远的折叠部分22a中插入一填隙板或类似物，以增加其厚度，以致通过两个折叠部分22a和22d得到相等的反作用。另外，为了达到相等的反作用，对于两个大厚度部分的每一个，只需要使上述距离与除基板以外的大厚度部分的比率相等即可。
在采用折叠部分22a和22c的情况下，当油孔15形成于螺栓孔14a和14c外侧时，除了折叠部分22a和22c，还可以在螺栓孔14a和14c一侧的油孔15边缘形成另外的折叠部分(未示)。另一方面，一填隙板可以固定于相应位置，而形成一大厚度部分。换句话说，沿一螺栓孔线形成的大厚度部分不限于两个，而可以形成三个或多个。
另外，在本实施例中，所有大厚度部分(折叠部分)形成于第一和第二螺栓孔线上的预定位置。然而，本发明包括这种情况，其中，一部分的大厚度部分形成于第一和第二螺栓孔线上的各预定位置。并且在这种情况下，汽缸盖的变形被部分地抑制，于是，与先有技术相比，汽缸内径孔周围的表面压力是均匀的，并能提高汽缸内径孔的圆度。
权利要求
1．一种设置于汽缸体和汽缸盖的接合面之间，使该接合面之间密封的金属衬垫，包括一金属制的单一基板，其上形成至少一个燃烧室孔；一基板上的折叠部分，其通过将燃烧室孔的边缘向回折叠于基板上而形成；一软性元件，其固定于基板折叠部分的内侧；一由橡胶材料制的凸边，其形成于基板的至少一个接合面上，使凸边的高度高于折叠部分的高度；其特征在于当穿过相邻燃烧室孔中点的直线作为一标线，穿过标线两侧的相对的两螺栓孔中点的直线作为第一螺栓线，穿过位于标线各侧的一组螺栓孔中点的直线作为第二螺栓线，在其板的连接区域中，形成有大厚度部分，其厚度大于基板而小于折叠部分，其位于第一螺栓线上的各螺栓孔的基板边缘侧，和位于第二螺栓线两端的各螺栓孔的基板边缘侧。
2．如权利要求1所述的金属衬垫，其特征在于所述第一螺栓线为一直线，其穿过在标线两侧对称线定位的两螺栓孔的中点。
3．如权利要求1或2所述的金属衬垫，其特征在于所述第一和第二螺栓线对基板上所形成的所有螺栓孔而设定，在第一和第二螺栓线的所述所有位置上形成所述大厚度部分。
4．如权利要求1～3中任一所述的金属衬垫，其特征在于一组大厚度部分中的一部分或全部是通过向回折叠基板的边缘而形成的。
5．如权利要求4所述的金属衬垫，其特征在于形成为大厚度部分的折叠部分端部位于汽缸体和汽缸盖接合面的至少一个的外侧。
6．如权利要求1～5中任一所述的金属衬垫，其特征在于在基板上形成有台阶部分，使燃烧室孔折叠部分和大厚度部分上接合面离基板上接合面的高度等于折叠部分和大厚度部分下接合面离基板下接合面的高度。
全文摘要
设置于汽缸体和汽缸盖的接合面之间,使该接合面之间密封的金属衬垫,包括:一金属制的单一基板,其上形成至少一个燃烧室孔;一基板上的折叠部分,其通过将燃烧室孔的边缘向回折叠于基板上而形成;一软性元件,其固定于基板折叠部分的内侧;一由橡胶类材料制的凸边,其形成于基板的至少一个接合面上,使凸边的高度高于折叠部分的高度;一另一折叠部分,其形成于基板接合区域中的位置,该折叠部分不同于燃烧室孔的折叠部分;一填隙板,其固定于所述另一折叠部分中。
文档编号F16J15/12GK1309254SQ0013537
公开日2001年8月22日 申请日期1995年11月20日 优先权日1994年11月22日
发明者植田耕作 申请人:日本金属密封片株式会社