JP4716828B2

JP4716828B2 - 金属シール

Info

Publication number: JP4716828B2
Application number: JP2005271537A
Authority: JP
Inventors: 聡藤堂; 隆広假屋
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2025-09-20
Also published as: JP2007085373A

Description

本発明は金属シールに関する。

従来、横断面がＣ型の金属製シール本体41を有する金属シール（いわゆるメタルＣリング）は広く知られている（例えば図10参照）。
図10では金属シールがシール本体41自身をもって構成されている場合を例示したが、内部に、コイルバネリングを装入した構造も広く知られている。

ところで、このシール本体41が、相手部材42, 43の平坦面に圧接されるシール面44は、自由状態では円弧であるため、この相手部材42，43を相互に接近させてゆくと、シール面44の接触面積が広くなり、シール面44の接触面圧Ｐは、図10（Ｂ）に示すグラフ図のように、低くなだらかな低丘状を描く。つまり、このような低丘状面圧分布では、十分なシール性能（密封性）が得られないことがある。

このようなシール面の接触面圧Ｐを高くするため、従来、Ｃ型金属製シール本体の開口端にストレート状端部を形成した金属シールが提案されている（特許文献１参照）。あるいは、シール面に小突起を形成した金属シールも提案されている（特許文献２参照）。
特開平１１−１０１３４６号公報特表２００４−５２８５１６号公報

しかし、従来の特許文献１に記載のものでは、内周面が自由状態下にて円形でなくなり、コイルバネの反発力が有効に均一にシール面の位置に作用しなくなる欠点があり、ストレート端部の肉厚寸法は他の部位と同一であって、相手部材相互の締付力も大きい。

従来の特許文献２の金属シールでは、横断面ストレート状のシール面に三角形の小突起を形成することは、製作上極めて煩雑であり、高価なシールとなる。

そこで、本発明は、相手部材を相互に引き寄せる締付力が小さくて済み、接触面圧を局部的に高めて、密封性能を改善した金属シールを提供することを一つの目的とする。さらに、製作も容易であり、安価に作ることができ、コイルバネリングを容易に装入できて、コイルバネリングの弾発力（反発力）を有効に活かすことが可能であって、しかも、従来の図10に例示したようなシール溝46（の寸法）をそのまま使用できる金属シールを提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、横断面略Ｃ型の金属製シール本体と、該シール本体内に装入される金属製コイルバネリングと、を具備した金属シールに於て、上記シール本体の外周面に、横断面において１８０°対称位置に配設され相手部材へ圧接されるべき円弧状シール面の両端部を各々切欠く一対のストレート状斜辺部と、該一対のストレート状斜辺部にて形成され横断面において１８０°対称位置に配設される残留円弧部と、を有し、さらに、上記シール本体は、上記斜辺部を外周面に４個有し、該斜辺部が圧縮塑性加工にて形成され、かつ、自由状態にて横断面円形状内周面を有する。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明は従来の上述の問題点（欠点）を解決して、相手部材へ圧接されるシール円弧部の接触面積が有効減少できて、接触面圧を急峻な山型として、増大できるので、密封性能（シール性）は安定し、かつ、著しく向上する。しかも、製作はプレス加工等にて容易である。特に、内周面は円形状であり、外周面にストレート状斜辺部を形成するため、弯曲弾性変形するべき部位における肉厚が薄くできるので、締付力を低減できる。さらに、従来のシール溝の寸法をそのままで、本発明の金属シールを装着可能であって、締付力が従来品よりも低いにかかわらず、同等のシール性が得られる。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１と図３（Ａ）に於て、この金属シール１は、鋼（ステンレス鋼を含む）やアルミニウムやその他の金属から成ると共に表面に必要に応じて、延性に富んだ金属（前記鋼、アルミニウムより延性のある金属、例えば、亜鉛）などのメッキを施した金属製シール本体２と、このシール本体２内に装入された金属製コイルバネリング３と、から成り、シール本体２は横断面略Ｃ型である。言い換えると、図１と図３（Ａ）では、この金属シール１はシール本体２を具備しているといえる。このシール本体２はジャケットと呼ばれる場合もある。

図２は、金属シール１の内部のコイルバネリング３を省略して示す一部破断要部斜視図であって、図２の下方の（切欠部を有する）第１相手部材11と、平坦面12ａを有する上方の第２相手部材12との間に形成された、横断面矩形のシール溝13内に、金属シール１が装着され、矢印Ｅ，Ｆ方向に第１・第２相手部材11，12が締付けられることで、金属シール１（シール本体２）は圧縮力を受ける。なお、図３（Ａ）には２点鎖線にて、第１・第２相手部材11，12及びシール溝13等を示している。

ところで、図１と図３（Ａ）に示すように、シール本体２は、自由状態にて、横断面円形状内周面４を有すると共に、外周面５には相手部材11, 12へ圧接されるべき（図10に示した）円弧状シール面44を部分的に切欠くストレート状（直線状）斜辺部６，６，６，６を４個有する。

本発明に於て、「相手部材へ圧接されるべき円弧状シール面44」とは、基本的に外周面５が元来の円形であったと───つまり、図10のように従来のように円形外周面であったと───仮定した場合に、相手部材へ圧接されたであろう円弧長さ範囲の円弧状シール面44を、指していると定義する。

従って、この円弧状シール面44をストレート状斜辺部６，６にて切欠いた結果、実際の装着（締付け）状態では、残留円弧部７が新シール面となり、接触面積が十分に減少する。図３（Ｂ）は、横軸に円周方向の位置座標をとり、縦軸に接触面圧Ｐをとって示したグラフ図であって、相手部材へ圧接されるべき円弧状シール面44の場合の接触面圧を圧力分布曲線Ｐ₄₄として示し、図１と図３（Ｂ）に示した本発明実施品の接触面圧を圧力分布曲線Ｐ₇として示すが、曲線Ｐ₄₄と曲線Ｐ₇を比較すれば明らかなように、緩やかな低い丘のような圧力分布曲線Ｐ₄₄は、急峻な（ピークを示す）圧力分布曲線Ｐ₇となる。（なお、図２（Ｂ）にも本発明実施品の圧力分布曲線Ｐ₇を同様に示している。）言い換えれば、図10（Ａ）（Ｂ）に示した従来の圧力分布曲線Ｐ₄₄が、本発明では上述の構成によって急峻な圧力分布の曲線Ｐ₇となり、略線接触状態の高いピーク圧にて相手部材11, 12に密に圧接する（図２（Ｂ）と図３（Ｂ）と図10（Ｂ）参照）。

さらに、図１と図２と図３に示した実施の形態に於て、相手部材11, 12へ圧接されるべき円弧状シール面44, 44が、横断面において 180°対称位置に配設されると共に、各々のこの円弧状シール面44の両端部を一対のストレート状斜辺部６，６にて切欠いて、外周面５には４個の斜辺部６…を形成している。

さらに具体的に説明すれば、略Ｃ字型（状）の横断面のシール本体２の外周面５の形状は、開口部14から順に、端円弧部15，斜辺部６，残留円弧部７，斜辺部６，中間円弧部16，斜辺部６，残留円弧部７，斜辺部６，端円弧部15を有している。
そして、上記各斜辺部６は、プレス機械による圧縮塑性加工により、形成される。特に、図９に示す如く、従来公知の方法によって、従来の金属シール（金属製シール本体41）を製造した後、図示省略の金型に装入して、矢印Ｋ方向から冷間プレス加工にて、圧縮塑性加工を施して、ストレート状斜辺部６を形成すれば、このストレート状斜辺部６に対応した肉厚寸法Ｔ₆（図１参照）が小さいといえども、加工硬化により十分な強度が得られて、円弧部15，16に比べて劣らず、シール本体２の全周にわたって強度が均一に保ち得る利点がある。

次に、図４は参考例を示す。図４に於ては、前述の実施の形態で説明したコイルバネリング３（図３（Ａ）参照）を省略している。即ち、この金属シール１は、シール本体２のみをもって構成されており、図１〜図３と同一符号は既に説明した構成と同様であるので、説明を省略する。
なお、図４に於て、横断面略Ｃ型のシール本体２の開口部14を、２点鎖線にて示すように閉じることで、横断面略Ｏ型とするも自由である。このようにして、金属製Ｏリングとすることも好ましい。

また、図１〜図４のいずれに於ても、中間円弧部16の一部分をストレート状に形成し、又は、前述の金属製Ｏリングの場合には、中間円弧部16が 180°対称位置に２個存在することになるので、両方の中間円弧部16, 16の各々の一部分をストレート状に形成しても良い。

次に図５は別の実施の形態を示す。即ち、図１〜図４に於て説明した金属シール１では、開口部14が径方向外方へ向いているが、図５に示すように、径方向内方へ開口部14を向くように形成する。即ち、図１〜図４では径方向外方域が高圧側であり、図５では径方向内方域が高圧側として、使用される。又は、図１〜図４では径方向内方域が腐食性流体として用い、図５では径方向外方域が腐食性流体として用いる。
なお、図５に於て、中間円弧部16の一部を切欠いてストレート辺部を形成しても良い。

次に、図６と図７と図８は他の別々の参考例を示し、金属製のシール本体２の自由状態下で横断面円形状外周面５に、２箇所のストレート状斜辺部６，６を形成している。
図６では、横断面略Ｃ型であって、開口部14寄りに２個（２本）のストレート状斜辺部６，６を配設している。しかも、外周面５が相手部材11, 12（図２参照）へ圧接されるべき円弧状シール面44の略中央位置から開口部14方向へ、相互に接近するように２本のストレート状斜辺部６，６を形成している。
図７では、横断面略Ｃ型であって、開口部14と反対側に２個（２本）のストレート状斜辺部６，６を設けている。具体的には、外周面５が相手部材11, 12（図２参照）へ圧接されるべき円弧状シール面44の略中央位置から反開口部方向へ、相互に接近するように２本のストレート状斜辺部６，６を配設している。

図６又は図７では、図２の相手部材11, 12の矢印Ｅ，Ｆ方向への締付けにて、平坦面12ａに圧接する接触面積は、図10に示した従来の（斜辺部６，６の無い）シール本体41に比較して、約半分となるので、接触面圧は２倍以上となり、しかも、円弧部17又は18と、斜辺部６との境界がエッジ（角部）が形成されるので、ピーク圧が立って、上記２倍よりもさらに最高面圧（ピーク圧）は大きくなる（線接触状態となる）。

また、図８では、図７と比較すると明らかなように、コイルバネリング３を省略すると共に、ストレート状斜辺部６と（開口端14側の）円弧部18との境界点（線）を、僅かに反開口端方向へ位置をずらせている。なお、図８に示したシール本体２にコイルバネリング３を付加したり、逆に、図６，図７のコイルバネリング３を省略するも自由であり、また、円弧部17の一部にストレート辺を形成しても良い（図示省略）。

なお、図１〜図８のいずれに於ても、ストレート状斜辺部６を冷間プレス等の圧縮塑性加工にて形成する。強度上好ましく、また、コストを下げることができる。つまり、内周面４は横断面円形であるので、ストレート状斜辺部６に対応する部位の肉厚寸法Ｔ₆が他の部位よりも小さくなるので、上記圧縮塑性加工にて加工硬化による強度向上を図る。ところで、上述のストレート状斜辺部６の傾斜角度θは、15°〜30°が好ましい。下限値以下であると、相手部材11, 12に圧縮使用状態で圧接することとなり、切欠きの効果が低減する。逆に上限値を越すと、加工が面倒となり、加工費が高くなり、又は、強度が過少となる。

本発明は以上述べたように、金属製シール本体２から成り、又は、金属製シール本体２を具備した金属シールに於て、該シール本体２は自由状態にて横断面円形状内周面４を有すると共に、外周面５には相手部材11, 12へ圧接されるべき円弧状シール面44を部分的に切欠くストレート状斜辺部６を有するものであるので、接触面積が減少して、接触面積Ｐ₇が急峻な山型として増加し、密封性能（シール性）は安定して向上する。しかも、製作は冷間プレス加工にて容易である。かつ、ストレート状斜辺部６に対応する肉厚寸法Ｔ₆は他の部位の肉厚寸法よりも小さくなり、締付力を低減可能である。つまり、締付力が従来品よりも低いにかかわらず、同等以上の密封性（シール性）を発揮する。また、従来品用の溝深さはそのままで十分なので、本発明に係る金属シールをそのまま既設装置に適用できて、好都合である。言い換えると、従来から使用されてきたＣ型金属シール（図10参照）に、本発明に係る金属シールを置き換えて使用でき、しかも、面圧Ｐ₇が増加するので、シール性は確実に向上する。また、本発明では、接触面圧Ｐ₇が増加するので、相手部材11, 12の接触面12ａの加工精度も（必要以上に気にせずに）下げ得るという利点がある。

また、本発明の金属シール本体２は、横断面略Ｃ型である。
また、相手部材11, 12へ圧接されるべき円弧状シール面44, 44が横断面において 180°対称位置に配設されると共に、各円弧状シール面44の両端部を各々切欠く一対のストレート状斜辺部６を有し、外周面５に４個の斜辺部６…を有することにより、低締付力でも十分な密封性能（シール性）を発揮でき、バランスよい圧縮変形するので、その密封性能も一層安定して、向上する。
また、シール本体２の内周面４が円形状として、その内周面４に接触して装入された円形状横断面のコイルバネリング３は、安定保持されつつ全周にわたって弾発力を発揮し、接触面圧Ｐ₇を安定して増大させることが可能である。

本発明の実施の一形態を示す断面図である。本発明の使用状態と接触面圧を説明するための図であって、（Ａ）は要部拡大一部破断斜視説明図、（Ｂ）はグラフ図である。要部の構成と接触面圧を説明するための図であって、（Ａ）は要部拡大断面説明図、（Ｂ）はグラフ図である。参考例を示す要部拡大断面図である。別の実施の形態を示す断面図である。さらに他の参考例を示す拡大断面図である。さらに別の参考例を示す拡大断面図である。さらに異なる参考例を示す拡大断面図である。製造方法を説明する断面図である。従来例を示す説明図である。

２シール本体
３コイルバネリング
４内周面
５外周面
６ストレート状斜辺部
７残留円弧部
11, 12 相手部材
44 シール面
Ｐ₇接触面圧（圧力分布曲線）

Claims

横断面略Ｃ型の金属製シール本体（２）と、該シール本体（２）内に装入される金属製コイルバネリング（３）と、を具備した金属シールに於て、
上記シール本体（２）の外周面（５）に、横断面において１８０°対称位置に配設され相手部材（11）（12）へ圧接されるべき円弧状シール面（44）（44）の両端部を各々切欠く一対のストレート状斜辺部（６）（６）と、該一対のストレート状斜辺部（６）（６）にて形成され横断面において１８０°対称位置に配設される残留円弧部（７）（７）と、を有し、
さらに、上記シール本体（２）は、上記斜辺部（６）を外周面（５）に４個有し、該斜辺部（６）が圧縮塑性加工にて形成され、かつ、自由状態にて横断面円形状内周面（４）を有することを特徴とする金属シール。