JP2004218737A - 金属ガスケット及びシール構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな圧縮変位を受けても、安定した高いシール性を示す金属ガスケット及びこれを装着したシール構造体を提供すること。
【解決手段】第１平坦部１１ａ、Ｃ字形状部１１ｅ、逆Ｃ字形状部１２ｅ及び第２平坦部１２ａから形成されるＳ字形状の縦断面を有するＳ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケット１０の、第１平坦部１１ａ、及び第１平坦部１１ａとＣ字形状部１１ｅの境界１３から連続する第１微小曲面部位１１ｂと、第２平坦部１２ａ、及び第２平坦部１２ａと逆Ｃ字形状部１２ｅの境界１４から連続する第２微小曲面部位１２ｂが少なくとも精密研磨。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大きな圧縮変位を受けても、安定した高いシール性を示す金属ガスケット及びこれを装着したシール構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空装置のシールや圧力流体配管等のシールにはＯリングに代表されるゴム製ガスケット、樹脂製ガスケットあるいは金属製ガスケットなどが使用されている。このうち、高温雰囲気下で且つ弾性復元性の必要な箇所には、所謂Ｓ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケット（以下、「Ｓ字形金属ガスケット」とも言う）、バネ入りＣ字形金属ガスケット及びＥ字形金属ガスケットなどの金属製ガスケットが使用されている。このうち、Ｓ字形金属ガスケットは、他の金属製ガスケットに比べて構造が簡単で低価格で作製でき、更に圧縮量（圧縮変位）に対して締め付け荷重が小さくて済む利点がある。すなわち、Ｓ字形金属ガスケットは例えば振動などによって、圧縮量（圧縮変位）シール位置が変動したとしても、安定したシールを保持する高変位追従性を有している。このようなＳ字形金属ガスケットは例えば特許文献１の米国特許第３，２８５，６３２号明細書に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第３，２８５，６３２号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平坦部とＣ字形状部を備える所謂Ｓ字形金属ガスケットを圧縮変位が大きな領域で使用する場合、あるいは圧縮変位が徐々に変動する環境下で使用する場合、大きな圧縮荷重を受けると、Ｃ字形状が圧縮変形し、図３に示すように、シール面が平坦部１１ａ、１２ａとシール対象部材３３、３４との面接触から該平坦部１１ａ、１２ａに連続する曲面１１ｂ、１２ｂとシール対象部材３３、３４の線接触に移動するという問題がある。
【０００５】
通常、平坦部とＣ字形状部を備えるＳ字形金属ガスケット１０は平坦部１１ａ、１２ａでのシールを意図しているため、平坦部１１ａ、１２ａが精密研磨されている。一方、曲面１１ｂ、１２ｂを含めたＣ字形状部は、例えば曲げ加工など加工率が大きい塑性加工が行なわれるため、所謂肌荒れ現象を起こしており、粗い表面をしている。このため、前述の如く、シール部が平坦部１１ａ、１２ａから曲面１１ｂ、１２ｂへと移動したときに、粗い面にシール部がくるためシール性が著しく低下するという問題がある。コーティングなどによりシール性を安定させる方法も考えられるが、耐熱性が低下するため高温下で使用することは困難であり、更にシールする流体の種類によっては使用できない可能性もある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、大きな圧縮変位を受けても、安定した高いシール性を示す金属ガスケット及びこれを装着したシール構造体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行なった結果、平坦部とＣ字形状部を備える所謂Ｓ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケットの、該平坦部及びそれから連続する該Ｃ字形状部又は逆Ｃ字形状部にある微小曲面部位が少なくとも精密研磨されていれば、大きな圧縮変位を受けてシール部が平坦部１１ａ、１２ａから曲面１１ｂ、１２ｂへと移動したとしても、この移動した曲面上の位置は精密研磨されており、安定した高いシール性を示すことなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明（１）は、第１平坦部、Ｃ字形状部、逆Ｃ字形状部及び第２平坦部から形成されるＳ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケットの、該第１平坦部、及び該第１平坦部と該Ｃ字形状部の境界から連続する第１微小曲面部位と、該第２平坦部、及び該第２平坦部と該逆Ｃ字形状部の境界から連続する第２微小曲面部位が少なくとも精密研磨されていることを特徴とする金属ガスケットを提供するものである。本発明によれば、大きな圧縮変位を受けて金属ガスケットが変形し、シール部が平坦部から曲面へと移動したとしても、この移動した曲面上の位置は精密研磨されており、安定した高いシール性を示す。また、本発明の金属ガスケットはコーティング処理が不要であり、高温下でのシールに好適である。
【０００９】
また、本発明（２）は、前記金属ガスケットをシール対象部材間に装着してなるシール構造体を提供するものである。本発明のシール構造体は、圧縮変位が大きな領域で使用しても、あるいは圧縮変位が徐々に変動する環境下で使用しても、常に安定したシールを確保でき、該シール構造体を有する装置の安定運転が確保できる。また、Ｓ字形状金属ガスケットの圧縮変位の許容範囲が広がるため、フランジなどのシール対象部材のシール面の面間隔の公差の精度を多少悪くしても、シール性は低下しない。このため、装置のコストダウンが図れる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施の形態における金属ガスケットを図１〜図３を参照して説明する。図１は本例の金属ガスケットの非圧縮状態を示す部分断面図、図２は本例の金属ガスケットの装着時における圧縮状態を示す部分断面図、図３は図２の金属ガスケットが大きな圧縮変位を受けた場合における圧縮状態を示す部分断面図である。
【００１１】
本例のＳ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケットは、第１平坦部１１ａと、Ｃ字断面形状部１１ｅと、逆Ｃ字断面形状部１２ｅと、第２平坦部１２ａからなり、Ｃ字断面形状部１１ｅと逆Ｃ字断面形状部１２ｅとが互いのＣ字形の縁端部となる連結点１１ｃで連続する断面形状に形成されたリング状の金属製の一体物であって、シールする流体側（図中、右側）にあるＣ字形状に由来する谷部１１ｆと、その反対側にある非流体側（図中、左側）にある逆Ｃ字形状に由来する谷部１２ｆの２つの谷部を有する。
【００１２】
本例のＳ字形金属ガスケットにおいて、平坦部１１ａは曲面ではない平面を言うものであり、非圧縮状態においては、図４に示すように載置状態において、水平面を形成することなく、谷部１１ｆ、１２ｆの開口がやや開いた傾斜面であってもよい。しかし、この場合においても圧縮状態におけるシール部は、図２に示すようなシール対象部材３３と第１平坦部１１ａとが面接触を、シール対象部材３４と第２平坦部１１ｂとが面接触を形成できるものである。
【００１３】
本例のＳ字形金属ガスケットにおいて、第１平坦部１１ａ、第１平坦部１１ａとＣ字形状部１１ｅの境界１３から連続する第１微小曲面部位１１ｂ、第２平坦部１２ａ及び逆Ｃ字形状部１２ｅの境界１４から連続する第２微小曲面部位１２ｂが少なくとも精密研磨されている。第１平坦部１１ａと第１微小曲面部位１１ｂは連続する面であり、第２平坦部１２ａと第２微小曲面部位１２ｂは連続する面である。
【００１４】
第１微小曲面部位１１ｂ、第２微小曲面部位１２ｂの幅、すなわち、図１中の当該符号部分の矢印で示される寸法（符号１３から１５までの長さ、又は符号１４から１６までの長さ）としては、Ｓ字形金属ガスケット１０に大きな圧縮荷重が掛かり変形することに伴い、弾性復元性を示す範囲内において、シール対象部材３３、３４との接触位置が移動する、その最大移動距離である。具体的には、厚さＨが２〜５ｍｍのＳ字形金属ガスケットの場合で０．２〜０．９ｍｍであり、厚さＨが５〜１０ｍｍのＳ字形金属ガスケットの場合で０．６〜２ｍｍである。第１平坦部１１ａ、第２平坦部１２ａ及び前記微小曲面部位が少なくとも精密研磨されていれば、大きな圧縮変位を受けてシール部が平坦部から曲面へと移動したとしても、この移動した曲面上の位置は精密研磨されており、安定した高いシール性を示す。本発明においては、少なくとも第１平坦部１１ａ、第２平坦部１２ａ及び第１微小曲面部位１１ｂ、第２微小曲面部位１２ｂが精密研磨されていればよいが、第１微小曲面部位１１ｂ及び第２微小曲面部位１２ｂについては、更に大きめの幅寸法を精密研磨することが、精密研磨された部分でシールできるより安全側となるため好適である。精密研磨方法によっては、Ｓ字形金属ガスケットの全周面を精密研磨してもよい。
【００１５】
精密研磨部分は、算術平均表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下、好ましくは０．０４μｍ以下である。算術平均表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍを越える粗さであると、シール性が低下する傾向となり、好ましくない。精密研磨方法としては、公知の機械研磨が適用でき、例えば砥粒とバフを用いたグラインダーによる研磨方法、及びセラミックボールや樹脂ボールと共に全体の研磨を行なうバレル研磨方法が挙げられる。バレル研磨方法は、例えば遠心バレル研磨、流動バレル研磨、回転バレル研磨及び振動バレル研磨が挙げられる。機械研磨を行なった後、更に化学研磨や電解研磨を行なうことが、更に滑らかな表面を得ることができる点で好ましい。
【００１６】
Ｓ字形金属ガスケット１０の製造方法としては、特に制限されず、例えば絞り加工、曲げ加工及びプレス加工などを適宜組み合わせて、目的に応じた所定の金属基材を塑性変形させることで行なわれる。金属基材としては、例えばステンレス鋼、ニッケル基合金などが挙げられる。また、Ｓ字形金属ガスケット１０の表面は精密研磨を施した後、銀などのメッキが施したものであってもよい。
【００１７】
次に、金属ガスケット１０の使用方法について説明する。使用箇所としては、例えば図２に示すような一方のシール対象部材３４の凹部３５に金属ガスケット１０を嵌め込む。次いで、シール対象部材３３、３４をその間を狭めるようにして締め付ける。金属ガスケット１０は所定の圧縮荷重において挟まれ、厚みがＨより小さいｈに変形し、締め付けられた状態となり、第１平坦部１１ａがシール対象部材３３と面接触し、第２平坦部１２ａがシール対象部材３４と面接触し、シール構造体２０を構成する（図２）。シール対象部材３３、３４のＳ字形金属ガスケットとの接触面は通常、Ｓ字形金属ガスケットのシール面と同様の滑らかな表面を有しており、シール性を高めている。
【００１８】
図３に示すように、シール構造体２０において、Ｓ字形金属ガスケット１０が更に大きな圧縮荷重を受けると、Ｃ字形状が圧縮変形し、シール面が第１平坦部１１ａとシール対象部材３３の面接触、第２平坦部１２ａとシール対象部材３４の面接触から第１微小曲面部位１１ｂとシール対象部材３３の線接触、第２微小曲面部位１２ｂとシール対象部材３４の線接触に移動する。この場合、第１微小曲面部位１１ｂ、第２微小曲面部位１２ｂは精密研磨されているため、シール性は低下することはない。
【００１９】
本例の実施の形態例のシール構造体２０は、例えば真空装置のシール及び圧力流体配管等のシールなどに適用される。図２および図３中、符号ｆで示される流体としては、気体及び液体のいずれであってもよく、特に流体側の温度が２００〜５００℃の範囲にあるような高温条件下の場合、本例の金属ガスケット１０はゴム部材やコーティング材を一切使用しなくともよいため、好適である。
【００２０】
本実施の形態例の金属ガスケット１０によれば、大きな圧縮荷重がかかって、圧縮変位が大きくなり、Ｓ字形金属ガスケットが変形し、該Ｓ字形金属ガスケットとシール対象部材のシール部が移動し、面接触から線接触となっても、安定した高いシール性を示す。また、本例のＳ字形金属ガスケットを用いれば、圧縮変位の許容範囲が広がるため、フランジなどのシール対象部材のシール面の公差の精度が多少悪くてもシール性は低下しない。このため、例えばフランジ面の加工精度をそれ程高める必要がないため、装置全体のコストダウンを図ることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、大きな圧縮荷重がかかって、圧縮変位が大きくなり、Ｓ字形金属ガスケットが変形し、該Ｓ字形金属ガスケットとシール対象部材のシール部が移動し、面接触から線接触となっても、滑らかな平面と滑らかな曲面の接触が維持されるため安定した高いシール性を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例の金属ガスケットの非圧縮状態を示す部分断面図である。
【図２】本実施の形態例の金属ガスケットの装着時における圧縮状態を示す部分断面図である。
【図３】本実施の形態例の金属ガスケットの装着時における他の圧縮状態を示す部分断面図である。
【図４】他の実施の形態例の金属ガスケットの非圧縮状態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ Ｓ字形金属ガスケット
１１ａ 第１平坦部
１２ａ 第２平坦部
１１ｂ 第１微小曲面部位
１２ｂ 第２微小曲面部位
１１ｃ 連結点
１１ｅ Ｃ字断面形状部
１２ｅ 逆Ｃ字断面形状部
１１ｆ、１２ｆ 谷部
１３、１４ 境界
２０ シール構造体
３１ 平坦部
３２ 曲面
３３、３４ シール対象部材
Ｈ、ｈ 厚み

Claims (3)

1. 第１平坦部、Ｃ字形状部、逆Ｃ字形状部及び第２平坦部から形成されるＳ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケットの、該第１平坦部、及び該第１平坦部と該Ｃ字形状部の境界から連続する第１微小曲面部位と、該第２平坦部、及び該第２平坦部と該逆Ｃ字形状部の境界から連続する第２微小曲面部位が少なくとも精密研磨されていることを特徴とする金属ガスケット。
2. 精密研磨部分は、算術平均表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下の表面であることを特徴とする請求項１記載の金属ガスケット。
3. 請求項１又は２記載の金属ガスケットをシール対象部材間に装着してなることを特徴とするシール構造体。

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