JP2017201205A - 密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】小さな締付荷重をもって十分なシール部材の接触面圧を得ることが可能であって、かつ、安定して高いシール性能を発揮するコンパクトな密封構造を提供する。
【解決手段】一軸心Ｌ₁と直交する直交平面Ｒに対して、30°〜80°の所定傾斜角度θ₆，θ₇を成すように、被密封面として対向する第１面部６と第２面部を、傾斜状に設け、この第１面部６と第２面部の間にシール部材10のシール本体部20を介在させる。さらに、シール部材10の全体を直交平面Ｒと平行に保つための軸心直交姿勢保持手段を具備する。
【選択図】図４

Description

本発明は、密封構造に関する。

従来のシール部材を用いた密封構造の一例を挙げれば、対向する一対のフランジの被密封面の一部を傾斜状として、断面矩形（正方形）のシール部材の角部（エッジ部）を、上記傾斜状とした被密封面に圧接する構造が公知である（特許文献１参照）。

特開平５−２４８５４２号公報

上述の特許文献１に記載された密封構造では、シール部材の角部、及び、その角部が食い込む被密封面が、圧潰したり、傷が付き、流体の外部洩れを発生するという問題があった。
そこで、シール部材の角部（エッジ部）を被密封面に圧接させずに、例えば、横断面矩形のシール部材の１面を被密封面に対して面状に圧接する密封構造も、従来から、行われている。
しかし、面状に圧接しながら、高いシール性能を発揮させるには、シール部材と被密封面との接触面圧を十分高くせねばならないので、フランジ等を相互に締付ける締付具を大径等として大型化し、かつ、上記フランジ等も厚肉とする等の高剛性化、大型化せねばならないという問題がある。

本発明に係る密封構造は、このような従来の問題を解決して、従来よりも小さな締付力―――低締付力―――をもって、従来と同等の接触面圧が得られて、優れたシール性能を発揮し、しかも、フランジ等の肉厚を減少し、装置の軽量・小型化を図り得る密封構造を提供することを目的とする。また、シール部材が高精度に正常な姿勢で締付けられて、シール性能が常に安定する密封構造を提供することを、他の目的とする。

そこで、本発明は、締付具にて一軸心に沿った方向に締付けられる第１部材と第２部材を備え、かつ、被密封面として、第１部材の第１面部と、第２部材の第２面部が、対向して配設された密封構造に於て、上記一軸心と直交する直交平面に対して、上記第１面部、第２面部が、所定傾斜角度を成すように傾斜状に設け、該第１面部と第２面部の間にシール部材を介在させて、上記締付具の締付け状態で、上記シール部材が上記第１面部と第２面部に圧接するように構成した。

また、本発明は、締付具にて一軸心に沿った方向に締付けられる第１部材と第２部材を備え、かつ、被密封面として、第１部材の第１面部と、第２部材の第２面部が、対向して配設された密封構造に於て、上記一軸心と直交する直交平面に対して、上記第１面部、第２面部が、所定傾斜角度を成すように傾斜状に設けられ、該第１面部と第２面部の間にシール部材を介在させて、上記締付具の締付け状態で、上記シール部材が上記第１面部と第２面部に圧接するように構成し、さらに、上記シール部材の全体を、上記締付具の未締付け状態で、上記一軸心と直交する上記直交平面に対して平行に保つための軸心直交姿勢保持手段を具備する。

また、上記第１部材と第２部材の軸心の少なくとも一方に対し、上記シール部材の軸心を、上記締付具の未締付け状態で、一致させるセンタリング手段を備えている。
また、上記未締付け状態及び締付け状態で、上記第１部材と第２部材の軸心を相互に一致させる嵌め合い構造を備えている。

また、上記軸心直交姿勢保持手段は；上記シール部材の軸心と直交する方向に、上記シール部材の一部に形成された軸心直交壁部と；上記第１部材又は第２部材の軸心と直交するように、上記第１部材又は第２部材に設けられ、上記シール部材の上記軸心直交壁部を受持する受持平面部とから；構成されている。
また、上記センタリング手段は、上記第１部材又は第２部材に突設された環状突出壁部と、上記シール部材に形成されて上記環状突出壁部に嵌合する嵌合面部とから、構成されている。
また、上記所定傾斜角度が、30°以上80°以下である。

本発明によれば、従来と同一の接触面圧を発揮させるための、締付具の大きさ（外径や頭部の寸法）を減少でき、かつ、フランジ等の肉厚や外径を小さくすることも可能となり、装置の軽量化・小型化を図り得る。また、被密封面が損傷を受けることも防止できる。

同一接触面圧を発生させるに必要な締付力につき、本発明と従来例とを対比して示す断面説明図であり、（Ａ）は本発明の実施の一形態を示す要部概略断面説明図、（Ｂ）は従来例を示す要部概略断面説明図である。 同一締付力によって発生する接触面圧について、本発明と従来例とを対比して示す断面説明図であり、（Ａ）は本発明の実施の一形態を示す要部概略断面説明図、（Ｂ）は従来例を示す要部概略断面説明図である。 傾斜角度θと接触面圧Ｐ_XU，Ｐ_XLとの関係を示す図であって、（Ａ）は実験モデルを示す図であり、（Ｂ）は実験結果を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す締付け（完了）状態の要部断面図である。 図４の要部拡大図である。 シール部材の他の実施例を示す要部断面図である。 シール部材の別の実施例を示す要部断面図である。 シール部材のさらに他の実施例を示す要部断面図である。 シール部材のさらに別の実施例を示す要部断面図である。 シール部材の他の実施例を示す要部断面図である。 シール部材の正常姿勢（点線）と異常（不良）姿勢（実線）とを示した説明図である。 同一接触面圧を発生させるに必要な締付力につき、本発明と従来例とを対比して示す断面説明図であり、（Ａ）は本発明の実施の形態（図９）を示す要部概略断面説明図、（Ｂ）は従来例を示す要部概略断面説明図である。 同一締付力によって発生する接触面圧について、本発明と従来例とを対比して示す断面説明図であり、（Ａ）は本発明の実施の形態（図９）を示す要部概略断面説明図、（Ｂ）は従来例を示す要部概略断面説明図である。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１（Ａ），図２（Ａ）に於て、本発明に係る密封構造の実施の一形態を示し、図１（Ｂ），図２（Ｂ）は、従来例を示している。

まず、図１（Ｂ）、図２（Ｂ）に示した従来例を簡略説明すれば、締付具53にて一軸心Ｌ₁ に沿った方向に締付けられる第１部材51と第２部材52とを備え、その間に断面矩形（正方形を含む）のシール部材50が介在し、被密封面としての第１面部56・第２面部57は、一軸心Ｌ₁ に直交平面状として、かつ、相互に平行に対向して配設されている。

これに対し、本発明に係る密封構造は、図１（Ａ），図２（Ａ）に示すように、締付具３にて一軸心Ｌ₁ に沿った（平行な）方向に締付けられる第1部材１と第２部材２の各被密封面としての第１面部６・第２面部７は、上記一軸心Ｌ₁ に直交する直交平面Ｒに対して、30°〜80°の所定傾斜角度θ₆ ，θ₇ を成すように（なお、40°≦θ₆ ≦60°，40°≦θ₇ ≦60°とするのがより望ましい）、傾斜状に配設される。
θ（θ₆ ，θ₇ ）が下限値未満であると、後述するように、締付力を小さくできる効果が急に低下する。逆に、θ（θ₆ ，θ₇ ）が上限値を越すと、第１部材１・第２部材２の形状が複雑化し、かつ、コンパクト化が難しくなる。

このように平行状に対向して配設された傾斜状の第１面部６・第２面部７の間に、横断面矩形（正方形を含む）のシール部材10が介在している。
しかも、図例では横断面正方形のシール部材10は、対向２面が前述の傾斜角度θ₆ ，θ₇ をもって傾斜状として、被密封平面としての第１面部６・第２面部７に平行状に対向している。そして、締付具３の締付状態で、シール部材10の上記２面が、各々、第１面部６・第２面部７に圧接する。
締付具３は、図１（Ａ）では、ボルト３Ａとナット３Ｂから成る場合を示したが、ボルト３Ａとその雄ネジが螺合するネジ孔をもって構成しても良く、あるいは、レバーとカムとから成る構造とするも自由である（図示省略）。また、図２（Ａ）では、締付具３の軸心を示す一点鎖線をもって、締付具３を簡略に表示する。

ところで、第１部材１・第２部材２は、密封容器やシリンダバレルや配管等のフランジ部等であって、図１，図２では、簡略化して図示している。
図１は、本発明に係る密封構造（同図（Ａ））と、従来の密封構造（同図（Ｂ））を、対比し、同一接触面圧Ｐ₀ を発生させるに必要な締付荷重Ｆ_Ay，Ｆ_Byについて比較した図であって、同図（Ａ）に示した本発明の実施形態の締付荷重Ｆ_Ayは、同図（Ｂ）に示した従来例の締付荷重Ｆ_Byよりも十分に小さい。つまり、Ｆ_Ay＜Ｆ_By［数式１］となる。

図１（Ａ）の締付具３の本数をＮ_A とし、各締付具３によって第１部材１と第２部材２に付与すべき力をＦ₁ とすると共に、図１（Ｂ）の締付具53の本数をＮ_B とし、各締付具53によって付与すべき力をＦ₀ とすると、以下の数式２，３が成立する。
Ｆ_Ay＝Ｆ₁ ×Ｎ_A ［数式２］
Ｆ_By＝Ｆ₀ ×Ｎ_B ［数式３］
数式２，数式３と上記数式１より、
Ｆ₁ ×Ｎ_A ＜Ｆ₀ ×Ｎ_B ［数式４］
が成立し、図１（Ａ）（本発明）と図１（Ｂ）（従来例）とを対比すれば、 (ｉ) 本数Ｎ_A ，Ｎ_B が同じであれば、Ｆ₁ ＜Ｆ₀ となり、締付具３を、細径として小型化を図り得ると共に、ボルト頭部やナット等を小型化できて、（フランジ等から成る）第１部材１・第２部材２の小型化、軽量化を図り得る。 (ii) 締付けに要する力Ｆ₁ ，Ｆ₀ を同じとするならば、Ｎ_A ＜Ｎ_B となる。即ち、締付具３の本数を従来の締付具53の本数よりも減少できることとなり、締付作業の能率化を図ることができ、（フランジ等から成る）第１部材１・第２部材２の孔加工を容易迅速に行い得ると共に小型化と軽量化も図り得る。

次に、図２は、本発明に係る密封構造（同図（Ａ））と、従来の密封構造（同図（Ｂ））を、対比し、同一の締付力によって発生する接触面圧Ｐ₀ ，Ｐ₁ について比較した図である。
即ち、Ｆ_Ay＝Ｆ_By ［数式５］
Ｐ₁ ＞Ｐ₀ ［数式６］
が成立する。
なお、［数式５］を充足するには、締付具３，53によって付与すべき力Ｆ₀ 、及び、本数も同一に設定すればよい。
上記［数式６］から、本発明によれば、密封に必要な十分に大きい接触面圧Ｐ₁ が確実に得られることが判る。
また、Ｐ₁ ＝Ｐ₀ ならば、Ｆ_Ay＜Ｆ_Byとなる。

図１，図２について以上述べた点を、別の表現をもって追加説明すると、図１（Ｂ），図２（Ｂ）に示す如く、従来の密封構造にあっては、第１面部56・第２面部57―――被密封面―――が締付方向（一軸心Ｌ₁ ）に垂直な面であり、締付荷重Ｆ_Byと、シール部材50からの反力とが、物理的に相等しくなる構造であった。
これに対し、本発明の密封構造にあっては、シール部材10からの反力（ベクトル）の方向が、締付方向（一軸心Ｌ₁ ）と異なる構造としている。このようなシール部材10を、同じく締付方向（一軸心Ｌ₁ ）と異なる角度に形成した第１面部６と第２面部７にて、挾圧することにより、（締付力に比べて）高いシール反力を得ることを実現しているといえる。図２（Ｂ）に示した従来例について、本発明における前記傾斜角度θ（θ₆ ，θ₇ ）をもって示すならば、θ＝０°に相当する。そして、この０°の時の接触面圧Ｐ₀ に対し、本発明（図２（Ａ））の場合の接触面圧Ｐ₁ は、力学的には、次のような数式をもって示される。
Ｐ₁ ＝Ｐ₀ ／ cosθ ［数式７］

次に、図３に於て、傾斜角度θと接触面圧との関係を示した、本発明の実施品と従来例の実験結果について、以下説明する。
シール部材10は、横断面形状が（基本的形態と考えられる）一辺２mmの正方形で、全体が円環状のアルミニウム製とする。横断面における重心12によって描かれる円形の径Ｄが40mmであり、単位長さ当たりの締付荷重Ｆｙは、50Ｎ／mm（長さは重心12位置の周長を基準にした）である。例えば、２mm角のシール部材10（50）を挾圧する第１面部６と第２面部７の間隔寸法Ｃは２mmである。

接触面圧Ｐ_XU，Ｐ_XLは、各々、図３（Ａ）に示すようにシール部材10の上方接触面・下方接触面（各々第１面部６・第２面部７との圧接面）における値である。本発明の実施例１，２，３では、第１面部６とシール部材10と第２面部７との摺動摩擦抵抗の影響と推定されるが、上方側接触面圧Ｐ_XUの値が、下方側接触面圧Ｐ_XLの値よりも、僅かに大きい。
また、従来例では、θ＝０°であるために、Ｐ_XU＝Ｐ_XLとなり、接触面圧は、25MPa である。即ち、50Ｎ／mm÷２mm＝25MPa となる。
そして、傾斜角度θ（θ₆ ，θ₇ ）が45°，60°，75°と大きくなるに従って、従来例よりも順次高い接触面圧が得られることを確認できる。しかも、Ｐ_XU，Ｐ_XLの平均値について検討すれば、前記［数式７］から算出される値に略等しいことも、確認できる。
図３に示された結果について、接触面圧を基準に考えれば、本発明実施例を用いることで、より小さな締付荷重Ｆｙにて、従来例と同等の接触面圧が得られることとなる。

次に、図４及び図５に於て、本発明の他の実施の形態を示し、また、図12（Ａ），図13（Ａ）に於て、別の実施の形態を示す。
３は締付具であって、ボルト３Ａとナット３Ｂとスプリングワッシャから成る。第１部材１と第２部材２は、上記締付具３によって、一軸心Ｌ₁ に沿った（平行な）方向に締付けられる。この第１部材１の被密封面としての第１面部６と、第２部材２の被密封面としての第２面部７は、上記一軸心Ｌ₁ に直交する直交平面Ｒに対して、30°〜80°の所定傾斜角度θ₆ ，θ₇ を成すように（なお、40°≦θ₆ ≦60°，40°≦θ₇ ≦60°とするのがより望ましい）、傾斜状に配設される点は、図１〜図３で述べた通りであって、θ（θ₆ ，θ₇ ）が下限値未満であると、（前述の如く、）締付力を小さくする効果が急に低下する。逆に、θ（θ₆ ，θ₇ ）が上限値を越すと、第１部材１・第２部材２の形状が複雑化し、コンパクト化も難しくなる場合がある。
なお、図４では、15は被接続パイプを示し、例えば、溶接17にて、第１部材１・第２部材２に連結されている場合を示し、図12では、パイプ、あるいは、シリンダバレル，密封容器等を図示省略している。

図12（Ｂ），図13（Ｂ）は、従来例を示し、本発明の実施形態の図12（Ａ），図13（Ａ）と対比すれば明らかとなるように、従来例では、締付具53にて一軸心Ｌ₁ に沿った方向に締付けられる第１部材51と第２部材52とを備え、その間に断面矩形（正方形を含む）のシール部材50が介在し、被密封面としての第１面部56・第２面部57は、一軸心Ｌ₁ に直交平面状として、かつ、相互に平行に対向して配設されている。
これに対し、図12（Ａ），図13（Ａ）、又は、図４，図５に示した本発明の実施形態では、シール部材10は、横断面形状が、正方形，矩形，板片形等の流体密封用シール本体部20と、このシール本体部20から延伸状に連設された延設部21とを、有し、さらに、上記シール本体部20は、被密封面としての第１面部６・第２面部７に平行状に対向する第１シール面31・第２シール面32を有する。この第１シール面31・第２シール面32は、上記一軸心Ｌ₁ ―――つまりシール軸心Ｌ₁₀―――に直交する平面Ｒに対して、前記傾斜角度θ₆ ，θ₇ をもって、傾斜している。このようにして、シール部材10のシール本体部20の平行状の第１シール面31と第２シール面32は、各々、第１面部６・第２面部７に対して（締付具３の締付状態で）圧接する。

図４，図５，図12（Ａ），図13（Ａ）に示した実施形態の密封構造は、シール部材10の全体を、締付具３の未締付け状態で、（さらに、締付け状態で、）上述の一軸心Ｌ₁ と直交する直交平面Ｒに対して、平行に保つための軸心直交姿勢保持手段Ｚを、具備する。しかも、本発明の密封構造は、第１部材１と第２部材２の軸心Ｌ₁₁，Ｌ₁₂の内の少なくとも一方に対して、シール部材10の軸心Ｌ₁₀を、締付具３の未締付け状態で、一致させるセンタリング手段Ｃを、備えている。具体的には、図４，図５，図12（Ａ），図13（Ａ）では、第２面部７が凸状雄部であって、この第２面部７の軸心Ｌ₁₂に対して、シール部材10の軸心を、センタリング手段Ｃにて、一致させている。

図４と図５に於て、軸心直交姿勢保持手段Ｚについて説明する。シール部材10にはシール軸心Ｌ₁₀と直交する方向に、軸心直交壁部22が設けられている。図４と図５では、シール部材10自体が横断面折曲板片状であり、シール本体部20と延設部21の境界線を２点鎖線23をもって図５に示す。つまり、延設部21は、２点鎖線近傍では、傾斜角度θ₇ （θ₆ ）の傾斜壁部を有し、角部24を介して、軸心直交壁部22に連続する折曲形状である。
他方、第２部材２に於ては、傾斜面状の第２面部７の縮径側部に、第２部材２の軸心Ｌ₁₂と直交するように、シール部材10の軸心直交壁部22を受持する（環状の）受持平面部25が（切欠状に）形成されている。
軸心直交姿勢保持手段Ｚは、この受持平面部25と上記軸心直交壁部22とから、構成される。なお、受持平面部25を、第１部材１に設けて、シール部材10の軸心直交壁部23を押す構成とすることも可能である（図示省略）。

次に、センタリング手段Ｃは、第２部材２に突設された環状突出壁部26（の外周面）と、シール部材10に形成されて上記環状突出壁部26に嵌合する嵌合面部27とから構成される（図５参照）。
さらに、上記嵌合面部27は、図５では、軸心直交壁部22の孔部内周面をもって構成され、かつ、環状突出壁部26は、受持平面部25の内径端から起立している。また、嵌合面部27は軸心直交壁部22の貫孔内周面をもって構成されている。このように、簡易な形状と構造をもって、軸心直交姿勢保持手段Ｚ及びセンタリング手段Ｃが同時に構成されている。
なお、図示省略するが、環状突出壁部26を第１部材１に設けると共に、この第１部材１の環状突出壁部26に、シール部材10の嵌合面部27を嵌合させて、センタリング手段Ｃを構成するも自由である。

ところで、図４，図５に於て、第２面部７と受持平面部25との角部に、小切欠部28が形成されている。この角部には、バリ等が発生し易く、また、シール部材10の延設部21の折曲隅部には、粉塵が付着したり、バリ等が発生し易いために、シール部材10が第２面部７・受持平面部25に密接することが難しくなることを、防止できる。なお、第２面部７と受持平面部25との角部に小切欠部28を省略して、図12，図13、及び、図９，図８に示すように、シール部材10において、延設部21の肉厚寸法を小さく設定して、延設部21の内面が、第２面部７に対して微小ギャップをもって遊離させるも、望ましい別の実施形態であって、同様の効果―――シール部材10のシール本体部20が第２面部７に密接し、かつ、軸心直交壁部22が受持平面部25に密接させることができるという効果―――を奏し得る。また、図10の実施例のように、シール部材10の折曲隅部に盗み（凹窪部）33を形成するも、同様の効果が奏せられて好ましい。

また、図４，図５、及び、図12，図13に示した本発明の実施の形態では、締付具３の締付け状態、及び、その直前の未締付け状態で、第１部材１と第２部材２の軸心Ｌ₁₁，Ｌ₁₂を相互に一致させる嵌め合い構造Ｈを、備えている。即ち、この嵌め合い構造Ｈは、第１部材１と第２部材２のいずれか一方に、孔部29を形成し、他方には、この孔部29に密に嵌合する軸部（外周面部）30を形成して、両軸心Ｌ₁₁，Ｌ₁₂を相互に高精度に一致させる構造である。
なお、図６，図７に各々示した実施例では、拡大側の端面（下端面）が、図５等と相違して、軸心直交面状であるが、このような形状とすることも可能である。また、図７では、シール本体部20の一部分に肉盛部（厚肉部）34を設けて、第１面部６に対する接触面積が大きく広くなって、密封に必要な接触面圧が過小となることを防止している。

図11は、シール部材10の正常姿勢を点線10Ａで示し、不良姿勢を実線10Ｂで示した模式説明図である。この図11に於ては、円錐面を有する（雄側の）第２面部７（図５，図12，図13参照）を、上方まで延長して、円錐形状４として描いた図である。

図４〜図13に示した実施の形態に於ては、前述したように、軸心直交姿勢保持手段Ｚを備えている。仮に、この軸心直交姿勢保持手段Ｚが存在しない場合に、実線10Ｂの如くシール部材が一軸心Ｌ₁ に対して非直交平面状―――即ち、傾斜面状―――となる可能性が考えられる。
つまり、図４，図５，図12，図13に於て、仮に軸心直交姿勢保持手段Ｚの無いシール部材10を作業者が第２面部７に嵌込んでゆく際に、目視でその姿勢を決めるほかなく、シール部材10が傾いて実線10Ｂの如く、第２面部７に嵌合（外嵌）する場合が生ずる。その後、第１部材１を組付けて締付具３にて締付けてゆく際にも、実線10Ｂの如く傾斜面状に変位する場合もある。

このような傾斜面状（実線10Ｂ）の不良姿勢では、第１面部６・第２面部７に接触するシール部材の横断面部位及び接触面圧が周方向に均一とならない。このように、シール部材が第１面部６・第２面部７に対して、周方向で均一に圧接しない場合には、次のような問題が生ずる。
(ｉ) シール部材の周方向の一部からの流体洩れが発生する。 (ii) シール性能（密封性）が不安定となる。(iii) 本発明の基本的目的の一つが低締付力にて十分なシール性能を発揮させることであるにかかわらず、前記 (ｉ)(ii) のような問題が生じた場合に、締付具３を過大に締付けざるを得なくなり、第１面部６・第２面部７の傷付きを発生したり、シール部材を損傷したり、その他の部材に損傷を生ずる。

上述のように、図４〜図13に示した実施形態では、軸心直交姿勢保持手段Ｚを備えているので、接続作業に於て、熟練を要することなく作業者は簡単に図11の点線10Ａのように、シール部材10を設置でき、正常姿勢で締付けて接続作業を完了でき、前記 (ｉ)(ii)(iii)の問題を解決できる。
軸心直交姿勢保持手段Ｚに、さらに、センタリング手段Ｃを付加すれば、シール部材10は、一層確実に図11の点線10Ａのように、高精度に正常姿勢にスムーズに設置できて、前記 (ｉ)(ii)(iii)の問題を解決できる。
さらに、第１部材１と第２部材２の軸心Ｌ₁₁，Ｌ₁₂を相互に一致させる嵌め合い構造Ｈが、付加されると、シール部材10に比較して、十分に大型部品（部材）である第１部材１と第２部材２相互のセンタリング（芯合わせ）が行われるので、軸心直交姿勢保持手段Ｚ及びセンタリング手段Ｃによる前述の作用・効果が、一層、確実に発揮される。

次に、図12は、本発明に係る密封構造（同図（Ａ））と、従来の密封構造（同図（Ｂ））を、対比し、同一接触面圧Ｐ₀ を発生させるに必要な締付荷重Ｆ_Ay，Ｆ_Byについて比較した図であって、同図（Ａ）に示した本発明の実施形態の締付荷重Ｆ_Ayは、同図（Ｂ）に示した従来例の締付荷重Ｆ_Byよりも十分に小さい。つまり、Ｆ_Ay＜Ｆ_By［数式１］となる。

図12（Ａ）の締付具３の本数をＮ_Aとし、各締付具３によって第１部材１と第２部材２に付与すべき力をＦ₁ とすると共に、図12（Ｂ）の締付具53の本数をＮ_Bとし、各締付具53によって付与すべき力をＦ₀ とすると、以下の数式２，３が成立する。
Ｆ_Ay＝Ｆ₁ ×Ｎ_A ［数式２］
Ｆ_By＝Ｆ₀ ×Ｎ_B ［数式３］
数式２，数式３と上記数式１より、
Ｆ₁ ×Ｎ_A＜Ｆ₀ ×Ｎ_B ［数式４］
が成立し、図12（Ａ）（本発明）と図12（Ｂ）（従来例）とを対比すれば、 (ｉ) 本数Ｎ_A，Ｎ_Bが同じであれば、Ｆ₁ ＜Ｆ₀ となり、締付具３を、細径として小型化を図り得ると共に、ボルト頭部やナット等を小型化できて、（フランジ等から成る）第１部材１・第２部材２の小型化、軽量化を図り得る。 (ii) 締付けに要する力Ｆ₁ ，Ｆ₀ を同じとするならば、Ｎ_A＜Ｎ_Bとなる。即ち、締付具３の本数を従来の締付具53の本数よりも減少できることとなり、締付作業の能率化を図ることができ、（フランジ等から成る）第１部材１・第２部材２の孔加工を容易迅速に行い得ると共に小型化と軽量化も図り得る。

次に、図13は、本発明に係る密封構造（同図（Ａ））と、従来の密封構造（同図（Ｂ））を、対比し、同一の締付力によって発生する接触面圧Ｐ₁ ，Ｐ₀ について比較した図である。
即ち、Ｆ_Ay＝Ｆ_By ［数式５］
Ｐ₁ ＞Ｐ₀ ［数式６］
が成立する。
なお、［数式５］を充足するには、締付具３，53によって付与すべき力Ｆ₀ 、及び、本数も同一に設定すればよい。
上記［数式６］から、本発明によれば、密封に必要な十分に大きい接触面圧Ｐ₁ が確実に得られることが判る。
また、Ｐ₁ ＝Ｐ₀ ならば、Ｆ_Ay＜Ｆ_Byとなる。

図12，図13について以上述べた点を、別の表現をもって追加説明すると、図12（Ｂ），図13（Ｂ）に示す如く、従来の密封構造にあっては、第１面部56・第２面部57―――被密封面―――が締付方向（一軸心Ｌ₁ ）に垂直な面であり、締付荷重Ｆ_Byと、シール部材50からの反力とが、物理的に相等しくなる構造であった。
これに対し、本発明の密封構造にあっては、シール部材10からの反力（ベクトル）の方向が、締付方向（一軸心Ｌ₁ ）と異なる構造としている。このようなシール部材10を、同じく締付方向（一軸心Ｌ₁ ）と異なる角度に形成した第１面部６と第２面部７にて、挾圧することにより、（締付力に比べて）高いシール反力を得ることを実現しているといえる。図13（Ｂ）に示した従来例について、本発明における前記傾斜角度θ（θ₆ ，θ₇ ）をもって示すならば、θ＝０°に相当する。そして、この０°の時の接触面圧Ｐ₀ に対し、本発明（図13（Ａ））の場合の接触面圧Ｐ₁ は、力学的には、次のような数式をもって示される。
Ｐ₁ ＝Ｐ₀ ／ cosθ ［数式７］

なお、本発明に於けるシール部材10の材質として、樹脂製，ゴム製，金属製など公知の材料を適用することができる。
中でも、ヘリウムガスや水素ガスのシール部材10そのものの透過が小さい点で、金属製のシール部材10（金属シール）が好適で、ヘリウムガスや水素ガスをシールする場合でも、低締付力で十分な密封性を確保でき、さらに、耐熱性にも優れる。
金属材料としては、アルミニウム，アルミニウム合金，鉄，鉄合金，銅，銅合金が適用できる。

本発明に用いられるシール部材10の全体形状は、円形が望ましいが、これ以外に、楕円形や長円形（競技トラック形）等であっても良く、さらに、角部を大き目のアール形状とした四角形状とすることも、可能である。
また、シール部材10のシール本体部20の横断面形状としては、正方形（図９，図12，図13）、矩形（図８，図10，図５）、台形・平行四辺形（図６，図７）等が挙げ得るが薄い板片状でも良い。
また、第１面部６、第２面部７は、上記一軸心Ｌ₁ と直交する直交平面Ｒに対して、所定傾斜角度θ₆ ，所定傾斜角度θ₇ を成すように傾斜状に設ければよく、第１面部６の所定傾斜角度θ₆ と第２面部７の所定傾斜角度θ₇ が、θ₆ ＝θ₇ （つまり、第１面部と第２面部が平行）、θ₆ ＜θ₇ 、θ₆ ＞θ₇ という態様があり、第１面部６と第２面部７の間に介在するシール部材の断面形状などにより、適宜特定すれば良い。

本発明は、以上詳述したように、締付具３にて一軸心Ｌ₁ に沿った方向に締付けられる第１部材１と第２部材２を備え、かつ、被密封面として、第１部材１の第１面部６と、第２部材２の第２面部７が、対向して配設された密封構造に於て、上記一軸心Ｌ₁ と直交する直交平面Ｒに対して、上記第１面部６、第２面部７が、所定傾斜角度θ₆ 、所定傾斜角度θ₇ を成すように傾斜状に設け、該第１面部６と第２面部７の間にシール部材10を介在させて、上記締付具３の締付け状態で、上記シール部材10が上記第１面部６と第２面部７に圧接するように構成したので、従来よりも小さい締付荷重Ｆ_Ayで、従来と同等の接触面圧Ｐ₀ が得られる。これにより、締付具３の小型化、及び、第１部材１・第２部材２の薄肉化・コンパクト化・軽量化を達成できる。さらに、これに伴って、装置全体の小型化・軽量化も図り得る。
また、上記所定傾斜角度θ₆ ，θ₇ が、30°以上80°以下であるため、（30°以上とすることで従来と同等の）十分に高い接触面圧Ｐ₀ を、小さな締付荷重Ｆ_Ayにて、得ることができる。つまり、下限値未満では、依然、大きな締付荷重Ｆ_Ayを要する。逆に、上限値を越すと、第１部材１・第２部材２の形状が複雑化し、かつ、一軸心Ｌ₁ 方向に沿った寸法を増加して、装置のコンパクト化・軽量化が困難となる。

また、締付具３にて一軸心Ｌ₁ に沿った方向に締付けられる第１部材１と第２部材２を備え、かつ、被密封面として、第１部材１の第１面部６と、第２部材２の第２面部７が、対向して配設された密封構造に於て、上記一軸心Ｌ₁ と直交する直交平面Ｒに対して、上記第１面部６、第２面部７が、所定傾斜角度θ₆ 、所定傾斜角度θ₇ を成すように傾斜状に設けられ、該第１面部６と第２面部７の間にシール部材10を介在させて、上記締付具３の締付け状態で、上記シール部材10が上記第１面部６と第２面部７に圧接するように構成し、さらに、上記シール部材10の全体を、上記締付具３の未締付け状態で、上記一軸心Ｌ₁ と直交する上記直交平面Ｒに対して平行に保つための軸心直交姿勢保持手段Ｚを具備する構成であるので、従来よりも小さい締付荷重Ｆ_Ayで、従来と同等の接触面圧Ｐ₀ が得られる。これにより、締付具３の小型化、及び、第１部材１・第２部材２の薄肉化・コンパクト化・軽量化を達成できる。さらに、これに伴って、装置全体の小型化・軽量化も図り得る。しかも、シール部材10の全体が軸心直交姿勢保持手段Ｚによって、一軸心Ｌ₁ と直交する直交平面Ｒと平行に確実に維持されつつ、締付けられてゆくので、シール部材10は、 360°全周にわたって、第１面部６・第２面部７に対しての接触姿勢、接触部位、接触面圧が均一となり、 360°全周のいずれの部分も確実に密封性能を発揮し、シール全体として優れたシール性能（密封性）を発揮する。しかも、シール部材10を第２面部７（又は第１面部６）上にセットする作業が、熟練を要さずに、正常姿勢（図11の点線10Ａ参照）に容易かつ迅速に行い得る。このように、低締付力をもって、シール部材10の優れたシール性能が安定して発揮される。また、締付具３を適正なトルクにて締付けるだけで済み、シール部材10、被密封面等の損傷を防止できる。

また、上記第１部材１と第２部材２の軸心Ｌ₁₁，Ｌ₁₂の少なくとも一方に対し、上記シール部材10の軸心Ｌ₁₀を、上記締付具３の未締付け状態で、一致させるセンタリング手段Ｃを備えている構成であるので、シール部材10の軸心Ｌ₁₀は、被密封面を有する第２部材２（又は第１部材１）の軸心Ｌ₁₂（又は軸心Ｌ₁₁）に対して一致しつつ、軸心直交姿勢保持手段Ｚの姿勢維持作用との相乗効果を奏し、一層、シール部材10は全周にわたって、第１面部６・第２面部７に対する接触姿勢、接触部位、接触面圧が均一化し、全周のいずれの部分も確実に高い密封性能を発揮できる。
さらに、シール部材10を正常姿勢に設置する作業が熟練を要さずに容易かつ確実に行い得る。

また、上記未締付け状態及び締付け状態で、上記第１部材１と第２部材２の軸心Ｌ₁₁，Ｌ₁₂を相互に一致させる嵌め合い構造Ｈを備えているので、大容積を占める第１部材１・第２部材２の全体のセンタリングも確実に行われて、軸心直交姿勢保持手段Ｚによるシール部材10の正常な姿勢維持作用に加勢して、一層安定した優れたシール性能を、発揮させ得ることとなる。

また、上記軸心直交姿勢保持手段Ｚは、上記シール部材10の軸心Ｌ₁₀と直交する方向に、上記シール部材10の一部に形成された軸心直交壁部22と、上記第１部材１又は第２部材２の軸心Ｌ₁₁，Ｌ₁₂と直交するように、上記第１部材１又は第２部材２に設けられ、上記シール部材10の上記軸心直交壁部22を受持する受持平面部25とから、構成されているので、シール部材10側には軸心直交壁部22を簡単に付加形成できると共に、第１部材１又は第２部材２には、小さな円環状としての受持平面部25を簡単に付加形成可能であり、全体の容積が増加せず、コンパクトな外形を維持可能である。

また、上記センタリング手段Ｃは、上記第１部材１又は第２部材２に突設された環状突出壁部26と、上記シール部材10に形成されて上記環状突出壁部26に嵌合する嵌合面部27とから、構成されているので、シール部材10には簡単に嵌合面部27を付加形成可能であると共に、第２部材２（第１部材１）側には、簡単に環状突出壁部26を付加形成可能であり（図５又は図12，図13参照）、全体の容積が増加せず、コンパクトな外形を維持できる。
また、上記所定傾斜角度θ₆ ，θ₇ が、30°以上80°以下であるため、（30°以上とすることで従来と同等の）十分に高い接触面圧Ｐ₀ を、小さな締付荷重Ｆ_Ayにて、得ることができる。つまり、下限値未満では、依然、大きな締付荷重Ｆ_Ayを要する。逆に、上限値を越すと、第１部材１・第２部材２の形状が複雑化し、かつ、一軸心Ｌ₁ 方向に沿った寸法を増加して、装置のコンパクト化・軽量化が困難となる。

１ 第１部材
２ 第２部材
３ 締付具
６ 第１面部
７ 第２面部
10 シール部材
22 軸心直交壁部
25 受持平面部
26 環状突出壁部
27 嵌合面部
θ（θ₆ ，θ₇ ） 傾斜角度
Ｃ センタリング手段
Ｈ 嵌め合い構造
Ｌ₁ 一軸心
Ｌ₁₀ シール軸心
Ｌ₁₁，Ｌ₁₂ 軸心
Ｒ 直交平面
Ｚ 軸心直交姿勢保持手段

Claims (7)

1. 締付具（３）にて一軸心（Ｌ₁ ）に沿った方向に締付けられる第１部材（１）と第２部材（２）を備え、かつ、被密封面として、第１部材（１）の第１面部（６）と、第２部材（２）の第２面部（７）が、対向して配設された密封構造に於て、
   上記一軸心（Ｌ₁ ）と直交する直交平面（Ｒ）に対して、
   上記第１面部（６）、第２面部（７）が、所定傾斜角度（θ₆ ）、所定傾斜角度（θ₇ ）を成すように傾斜状に設け、
   該第１面部（６）と第２面部（７）の間にシール部材（10）を介在させて、上記締付具（３）の締付け状態で、上記シール部材（10）が上記第１面部（６）と第２面部（７）に圧接するように構成したことを特徴とする密封構造。
2. 締付具（３）にて一軸心（Ｌ₁ ）に沿った方向に締付けられる第１部材（１）と第２部材（２）を備え、かつ、被密封面として、第１部材（１）の第１面部（６）と、第２部材（２）の第２面部（７）が、対向して配設された密封構造に於て、
   上記一軸心（Ｌ₁ ）と直交する直交平面（Ｒ）に対して、
   上記第１面部（６）、第２面部（７）が、所定傾斜角度（θ₆ ）、所定傾斜角度（θ₇ ）を成すように傾斜状に設けられ、
   該第１面部（６）と第２面部（７）の間にシール部材（10）を介在させて、上記締付具（３）の締付け状態で、上記シール部材（10）が上記第１面部（６）と第２面部（７）に圧接するように構成し、さらに、上記シール部材（10）の全体を、上記締付具（３）の未締付け状態で、上記一軸心（Ｌ₁ ）と直交する上記直交平面（Ｒ）に対して平行に保つための軸心直交姿勢保持手段（Ｚ）を具備することを特徴とする密封構造。
3. 上記第１部材（１）と第２部材（２）の軸心（Ｌ₁₁）（Ｌ₁₂）の少なくとも一方に対し、上記シール部材（10）の軸心（Ｌ₁₀）を、上記締付具（３）の未締付け状態で、一致させるセンタリング手段（Ｃ）を備えている請求項２記載の密封構造。
4. 上記未締付け状態及び締付け状態で、上記第１部材（１）と第２部材（２）の軸心（Ｌ₁₁）（Ｌ₁₂）を相互に一致させる嵌め合い構造（Ｈ）を備えている請求項２又は３記載の密封構造。
5. 上記軸心直交姿勢保持手段（Ｚ）は、
   上記シール部材（10）の軸心（Ｌ₁₀）と直交する方向に、上記シール部材（10）の一部に形成された軸心直交壁部（22）と、
   上記第１部材（１）又は第２部材（２）の軸心（Ｌ₁₁）（Ｌ₁₂）と直交するように、上記第１部材（１）又は第２部材（２）に設けられ、上記シール部材（10）の上記軸心直交壁部（22）を受持する受持平面部（25）とから、
   構成されている請求項２記載の密封構造。
6. 上記センタリング手段（Ｃ）は、上記第１部材（１）又は第２部材（２）に突設された環状突出壁部（26）と、上記シール部材（10）に形成されて上記環状突出壁部（26）に嵌合する嵌合面部（27）とから、構成されている請求項３記載の密封構造。
7. 上記所定傾斜角度（θ₆ ）（θ₇ ）が、30°以上80°以下である請求項１，２，３，４，５又は６記載の密封構造。
   
   
   
   

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