JP5583151B2

JP5583151B2 - 金属シール

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Publication number: JP5583151B2
Application number: JP2012011109A
Authority: JP
Inventors: 聡藤堂
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2032-01-23
Also published as: TW201333352A; US9057443B2; CN103216619B; KR20130086174A; CN103216619A; TWI518271B; JP2013148201A; US20130187343A1; KR101974881B1

Description

本発明は、金属シールに関する。

従来、平行な対向２平面の間の密封を行う金属シールとしては、横断面形状がＵ型であって、全体形状が円形のものが公知である。

特開２００９−２４８３８号公報

上述の従来の金属シールを、全体非円形（異形と呼ぶ場合がある）として、全体非円形の窓部（開口部）に沿って配設して、その非円形窓部の周縁の密封を行おうとした場合、全体のシール性能が悪化する場合があった。
特に、極めて小さな曲率半径のアール状曲り部を有する非円形の場合、残部の直線辺部の部位では、十分なシール性（密封性能）が得られない場合がある。

そこで、本発明は、横断面において、基部と、該基部から平行乃至先端拡開状に突設されて対向する平行な２平面の各々に接触するシール用圧接小突部を先端に有する一対の片持梁状弾性脚片とを、具備する金属シールに於て、全体形状がアール状曲り部と直線辺部とを有する異形の環状であって、上記片持梁状弾性脚片の突出寸法と肉厚寸法と脚片基部肉付の内の少なくとも１つを、上記アール状曲り部の第１中央部位と直線辺部の第２中央部位では相違させて、上記片持梁状弾性脚片の片持梁曲げ剛性を、横断面形状のみにて比較して、上記第１中央部位よりも上記第２中央部位を大きく設定した。
また、上記アール状曲り部の第１中央部位から上記直線辺部の第２中央部位へ向かって、横断面形状のみにて比較した上記片持梁曲げ剛性を、段階的、又は／及び、勾配的に、増加させて、上記第１中央部位よりも上記第２中央部位の上記片持梁曲げ剛性を大きく設定した。

本発明に係る金属シールによれば、全体が異形の閉環状の場合にも、全周にわたって接触面圧を均一化可能となる。特に、異形の環状の直線辺部と（小さな曲率半径の）アール状曲り部において、対向する平行な２平面に対する圧接小突部の接触面圧が均等化する。このように、接触面圧が全周縁に沿って均等化するため、シール全体の流体漏洩が、確実に低減でき、特に、細長いレーストラック型や矩形状のように極めて小さな曲率半径のアール状曲り部が存在する窓部（開口部）の密封性能が著しく向上できる。

本発明に係る金属シールの一例の全体形状説明のための平面図である。金属シールの他の例の全体形状説明のための平面図である。本発明と従来例の接触面圧を比較して示したグラフ図である。本発明の第１の実施の形態を示すアール状曲り部の第１中央部位の横断面図である。第１の実施の形態における直線辺部の第２中央部位の横断面図である。第２の実施の形態を示すアール状曲り部の第１中央部位の横断面図である。第２の実施の形態における直線辺部の第２中央部位の横断面図である。第３の実施の形態を示すアール状曲り部の第１中央部位の横断面図である。第３の実施の形態における直線辺部の第２中央部位の横断面図である。図１の４分の１範囲Ｙの曲げ剛性の変化を示すグラフ図である。図２の４分の１範囲Ｙの曲げ剛性の変化を示すグラフ図である。

以下、図示の実施の形態に基づいて本発明を詳説する。
図１又は図２に於て、全体形状がアール状曲り部10と直線辺部（ストレート部）20とを有する異形（非円形）の閉じた環状の金属シール１を示す。図１は細長いレーストラック形状を示し、図２は矩形状の場合を示している。

図４と図５は本発明の第１の実施の形態を示す横断面図であって、第１部材11に凹設された矩形状シール溝13内に装着され、第１部材11のこの矩形状シール溝13の（平面状の）溝底面13Ａと、平面状の第２部材12との間を密封する金属シール１を例示する。この金属シール１は、いわゆるＵ型シールであり、横断面において、基部（底壁部）３と、この基部３から平行に突設された一対の片持梁状弾性脚片４，４とを、具備する。
対向する平行な２平面５，６―――図４では、１平面５は第１部材11の溝底面13Ａが相当し、他平面６は第２部材12が相当する―――の各々に接触するシール用圧接小突部７を、上記弾性脚片４が有している。図例では、この圧接小突部７は小丸山型の横断面形状であるが、これを三角山型や四角形状としても良い。

そして、図４と図５（イ）とを比較すれば判るように、弾性脚片４の突出寸法Ｈを、閉環状の金属シール１の周方向位置で、次のように、相違させる。即ち、金属シール１に於て、凹溝８の深さ寸法を相違させることによって、（外径寸法は同一のままで）突出寸法Ｈを相違させ、しかも、図１又は図２に示した全体レーストラック形状又は全体矩形状の金属シール１に於て、アール状曲り部10の中央部位Ｍ₁ （これを第１中央部位と呼ぶ）と直線辺部20の中央部位Ｍ₂ ，Ｍ₂´ （これを第２中央部位と呼ぶ）とでは、相違させる。
つまり、図４は第１中央部位Ｍ₁ の横断面であり、図５（イ）は第２中央部位Ｍ₂ ，Ｍ₂´ の横断面であり、図４と図５（イ）とを比較した場合、図４の突出寸法Ｈが大きいことによって、片持梁状弾性脚片４の片持梁曲げ剛性Ｇは、横断面形状のみにて比較して、第１中央部位Ｍ₁ よりも第２中央部位Ｍ₂ ，Ｍ₂´ の方が、大きい（図10又は図11参照）。

本発明の説明に於て、「横断面形状のみにて片持梁曲げ剛性を比較する」とは、図１，図２に例示した全体形状がアール状曲り部10を有する異形の場合には、アール状曲り部10の存在の影響が、弾性脚片４の片持梁曲げ剛性に及び、そのため、現実の金属シール１にあっては、「横断面形状」及び「アール状曲り部10の範囲内の周方向位置、又は、アール状曲り部10からいくら離れているかという周方向位置」とを総合して決定されなければならないが、ここに於て、後者の「周方向位置」を無視して、前者のみをもって、片持梁曲げ剛性を比較することを言う。

次に、図５（ロ）は、図４と比較すれば明らかなように、弾性脚片４の肉厚寸法Ｔを、図１，図２に示した）アール状曲り部10の第１中央部位Ｍ₁ よりも、直線辺部20の第２中央部位Ｍ₂ , Ｍ₂´ を、大きく設定する。このようにして、弾性脚片４の片持梁曲げ剛性Ｇは、横断面形状のみにて比較した場合、第１中央部位Ｍ₁ よりも第２中央部位Ｍ₂ , Ｍ₂´ の方が大きい（図10又は図11参照）。
また、図５（ハ）は、図４と比較すれば判るように、弾性脚片４が、基部３側へ肉厚寸法Ｔをしだいに増加するように、凹溝８側に脚片基部肉付Ｎ（図５（ハ）に網目をもって示す）を付加している。このようにして、弾性脚片４の片持梁曲げ剛性Ｇは、横断面形状のみにて比較した場合、第１中央部位Ｍ₁ よりも第２中央部位Ｍ₂ , Ｍ₂´ の方が大きい（図10又は図11参照）。

次に、図１と図10に於て、全体が細長いレーストラック形状の金属シール１は、図１の左右に小さな曲率半径の（ 180°にわたる）アール状曲り部10，10と、それを左右連結する平行な直線辺部（ストレート部）20，20を有するが、図10は、図１の４分の１の範囲Ｙについて、横軸に周方向位置を採り、縦軸に、弾性脚片４の片持梁としての曲げ剛性Ｇを採ったグラフ図である。なお、縦軸の片持梁曲げ剛性Ｇは、横断面形状のみにて比較して示す。

前述の如く、第１中央部位Ｍ₁ の上記曲げ剛性Ｇは、第２中央部位Ｍ₂ の上記曲げ剛性Ｇよりも小さく設定されている。しかしながら、周方向にアール状曲り部10の第１中央部位Ｍ₁ から直線辺部20の第２中央部位Ｍ₂ へ向かって、如何に変化（増加）させるかという点に関しては、図10に於て、実線，一点鎖線，破線にて示す。即ち、段階的（実線参照）、又は、勾配的（一点鎖線参照）、若しくは、段階的及び勾配的（破線参照）に、増加させる。

図１と図10に於て、符号Ｃは、アール状曲り部10と直線辺部20との境目を示すが、図10の実線にて示した場合は、この境目Ｃよりも第１中央部位Ｍ₁ に僅かに寄った位置Ｅまでは同一横断面形状（図４参照）とすると共に、位置Ｅにて急に横断面形状を、図５（イ）（ロ）（ハ）のいずれか、又は、それらの結合した形状に、近づくように、変化させ、その後は、図10の実線にて明らかなように、一定形状のままで第２中央部位Ｍ₂ の方向へ進み（第１の階段を形成し）、その後、複数個の階段を形成しつつ第２中央部位Ｍ₂ に至るように、変化している。

次に、図10に於て、一点鎖線にて示した場合は、第１中央部位Ｍ₁ から第２中央部位Ｍ₂ まで、連続的に増加するような勾配的増加をもって、片持梁曲げ剛性Ｇを変化させている。
また、図10に於て、破線にて示した場合は、アール状曲り部10の内で、前記位置Ｅまでは、同一横断面形状として、境目Ｃに近づいた位置Ｅからは、傾斜の異なる２本の勾配線にて曲げ剛性Ｇを漸増し、その後、同一横断面形状（同一曲げ剛性）をもって第２中央部位Ｍ₂ に至る。

念を入れて言えば、図10は、横断面形状のみにて比較した片持梁曲げ剛性Ｇの変化を示したグラフ図であるため、水平線部位の横断面形状は同一であり、片持梁曲げ剛性Ｇが小から大に変化する場合の横断面形状は、図４から図５（イ）（ロ）（ハ）のいずれか、又は、それらを組合せたように、変化することを示している。

図10の実線にて示した横断面変化（片持梁曲げ剛性Ｇの変化）を与えた金属シール１を、実際に図４に例示したように、相互に平行な第１・第２部材11，12の平面５，６にて圧接した装着使用状態に於て、平面５，６への接触面圧Ｐが周方向に如何に変化するかを、図３の実線にて示す。即ち、アール状曲り部10では、同一横断面形状であっても、直線辺部20よりも、シールとしての剛性が高まり、逆に、直線辺部20では、同一横断面形状であっても、アール状曲り部10よりもシールとしての剛性が低下する。故に、図10の実線から図３の実線にて示したように、金属シール１全体としては、従来の全周同一横断面形状の金属シールの接触面圧を示した二点鎖線の場合に比べて、周方向全体にわたって均等な接触面圧となり、特に、直線辺部20の第２中央部位Ｍ₂ の接触面圧が、従来よりも、十分に増大化でき、シール性（密封性）が改善できる。
なお、図10の一点鎖線や破線の場合、図１のアール状曲り部10の曲率半径の大小、及び、金属シール横断面形状（寸法）に対応して、一層望ましい均等接触面圧が得られることがある。

次に、図２と図11に於て、全体が４角部にアール状曲り部10を有する矩形状の金属シール１は、その曲り部10は小さな曲率半径の90°の中心角度を成し、かつ、図２の上辺・下辺は長い直線辺部20，20であり、左辺・右辺は短い直線辺部20，20である。図11は、図２の４分の１の範囲Ｙについて、横軸に周方向位置を採り、縦軸に、弾性脚片４の片持梁としての曲げ剛性Ｇを採ったグラフ図である。梁曲げ剛性Ｇは、図10と同様に横断面形状のみでの比較値である。

第１中央部位Ｍ₁ の曲げ剛性Ｇは、第２中央部位Ｍ₂ 及びＭ₂´ の曲げ剛性Ｇよりも、小さく設定され、しかも、図11のように長辺を成す直線辺部（上辺・下辺）20の第２中央部位Ｍ₂ は、短辺を成す直線辺部（右辺・左辺）20の第２中央部位Ｍ₂´ よりも、曲げ剛性Ｇの値を大に設定している場合を例示した。その理由は、図２からも明らかなように、短辺を成す右辺・左辺の直線辺部20の第２中央部位Ｍ₂´ は、アール状曲り部10により近くに在って、アール状曲り部10の剛性高さの影響が及び易いため、横断面形状のみにて比較した、右辺・左辺の第２中央部位Ｍ₂´ の前記片持梁曲げ剛性Ｇを僅かに小に設定する。

また、図11の実線，一点鎖線，破線は、図10に示した（既述の）実線，一点鎖線，破線と対応して、段階的、勾配的、段階的及び勾配的に、変化している。それ以外に、境目Ｃと、段階的に変化する位置Ｅとの位置関係も、図10と同様であるので、説明を省略する。そして、図11に示すように、横断面形状・寸法を変化させることで、図３で述べた場合と同様に、周方向全体にわたって均等な接触面圧が使用状態下で発生して、従来よりもシール性（密封性）が向上する。

次に、図６と図７に示した第２の実施の形態について説明すると、この金属シール１はＫ型シールと呼ばれる横断面形状であり、基部（底壁部）３は略８角形状であり、これから先端開脚状に一対の片持梁状弾性脚片４，４が突設されている。
対向する２平面５，６の各々に、弾性脚片４，４の先端の小角山型のシール用圧接小突部７が付設される。この小突部７は、図示省略の小丸山型や小三角山型としても自由である。

図６と図７（イ）とを比較すれば判るように、弾性脚片４の突出寸法Ｈを変化させ、図１又は図２に例示した全体形状のアール状曲り部10の中央部位Ｍ₁の突出寸法Ｈよりも、直線辺部20の中央部位Ｍ₂ , Ｍ₂´ の突出寸法Ｈを小さく設定して、これによって、片持梁状弾性脚片４の曲げ剛性Ｇは、横断面形状のみにて比較して、第１中央部位Ｍ₁ よりも第２中央部位Ｍ₂ , Ｍ₂´ の方が、大きい（図10又は図11参照）。

また、図７（ロ）は、図６と比較すれば明らかなように、弾性脚片４の肉厚寸法Ｔは、図１，図２に示した第１中央部位Ｍ₁ よりも第２中央部位Ｍ₂ , Ｍ₂´ の方を、大に設定する。このようにして、横断面形状のみにて曲げ剛性Ｇを比較した場合、第１中央部位Ｍ₁ よりも第２中央部位Ｍ₂ , Ｍ₂´ の方を大に設定する（図10，図11参照）。
また、図７（ハ）と図６とを比較すれば判るように、図７（ハ）では、弾性脚片４が、基部３側へ肉厚寸法Ｔをしだいに増加するように、凹溝８側に脚片基部肉付Ｎ（図７（ハ）に網目をもって示す）を付加している。このようにして、第１中央部位Ｍ₁ よりも第２中央部Ｍ₂ , Ｍ₂´ の方を大に設定する（図10又は図11参照）。

次に、図８と図９に示した第３の実施の形態について説明すると、この金属シール１は、横倒コの字型の横断面形状であり、やや肉厚の基部（底壁部）３と、それから平行に乃至先端拡開状に突設された一対の弾性脚片４，４とから、一体に形成されている。弾性脚片４，４の先端には、小三角山型のシール用圧接小突部７が突設されている。
図９（イ）（ロ）（ハ）は、各々、図５又は図７の（イ）（ロ）（ハ）に対応しており、突出寸法Ｈ，肉厚寸法Ｔ，脚片基部肉付Ｎが、図８に比較して、同様に変化させている。その構成及び作用効果は、図４，図５、又は、図６，図７と同様である。

ところで、本発明は設計変更自由であって、金属シール全体の形状が三角形状や凹形状または凸形状などでもよい。また、図１，図２に於て、図４〜図９に示した横断面における凹溝８が、全体環状の内方を向くように構成する場合と、外方を向くように構成する場合は、用途に応じて選択される。また、図10又は図11に於て、実線にて示した段階的変化の段数を増減自由であり、また、勾配的変化（傾斜線）をもって変化する際に、グラフ図に於て、緩やかな曲線が描かれるように、変化させるも望ましい。また、図５，図７，図９に於て、（イ）（ロ）（ハ）の２つ又は３つを相互に組合せることも自由である。

本発明は以上述べたように、全体形状が閉環状である金属シールに於て、その横断面形状が全周にわたって均一で無いことを特徴とするものであり、全周にわたって接触面圧を均等化して、全体としての密封性能を向上できる。
また、本発明は、横断面において、基部３と、該基部３から平行乃至先端拡開状に突設されて対向する平行な２平面５，６の各々に接触するシール用圧接小突部７を先端に有する一対の片持梁状弾性脚片４，４とを、具備する金属シールに於て、全体形状がアール状曲り部10と直線辺部20とを有する異形の環状であって、上記片持梁状弾性脚片４，４の突出寸法Ｈと肉厚寸法Ｔと脚片基部肉付Ｎの内の少なくとも１つを、上記アール状曲り部10の第１中央部位Ｍ₁ と直線辺部20の第２中央部位Ｍ₂ ，Ｍ₂´ では相違させて、上記片持梁状弾性脚片４，４の片持梁曲げ剛性Ｇを、横断面形状のみにて比較して、上記第１中央部位Ｍ₁ よりも上記第２中央部位Ｍ₂ ，Ｍ₂´ を大きく設定した構成であるので、直線辺部20の接触面圧Ｐを増加でき、この直線辺部20からの流体漏洩を防いで、金属シール全体としての密封性能を向上できる。特に、小さな曲率半径を有するアール状曲り部10を有する細長レーストラック型や細長矩形状の金属シールとして、優れたシール性（密封性能）を発揮する。あるいは、対向する平行な２平面５，６が傷付き易い場合にあっては、締付力を小さくできる利点がある。即ち、アール状曲り部10の剛性を低下させることによって、アール状曲り部10の接触面圧を低減できる。

また、上記アール状曲り部10の第１中央部位Ｍ₁ から上記直線辺部20の第２中央部位Ｍ₂ へ向かって、横断面形状のみにて比較した上記片持梁曲げ剛性Ｇを、段階的、又は／及び、勾配的に、増加させて、上記第１中央部位Ｍ₁ よりも上記第２中央部位Ｍ₂ の上記片持梁曲げ剛性Ｇを大きく設定した構成であるので、一層、全周にわたって均一な接触面圧Ｐにて平面５，６に圧接して、シール全体としての密封性能を向上できる。

３基部
４弾性脚片
５，６平面
10 アール状曲り部
20 直線辺部（ストレート部）
Ｇ片持梁曲げ剛性
Ｈ突出寸法
Ｍ₁ 第１中央部位
Ｍ₂ ，Ｍ₂´ 第２中央部位
Ｎ脚片基部肉付
Ｔ肉厚寸法

Claims

横断面において、基部（３）と、該基部（３）から平行乃至先端拡開状に突設されて対向する平行な２平面（５）（６）の各々に接触するシール用圧接小突部（７）を先端に有する一対の片持梁状弾性脚片（４）（４）とを、具備する金属シールに於て、
全体形状がアール状曲り部（10）と直線辺部（20）とを有する異形の環状であって、上記片持梁状弾性脚片（４）（４）の突出寸法（Ｈ）と肉厚寸法（Ｔ）と脚片基部肉付（Ｎ）の内の少なくとも１つを、上記アール状曲り部（10）の第１中央部位（Ｍ ₁ ）と直線辺部（20）の第２中央部位（Ｍ ₂ ）（Ｍ ₂ ´ ）では相違させて、上記片持梁状弾性脚片（４）（４）の片持梁曲げ剛性（Ｇ）を、横断面形状のみにて比較して、上記第１中央部位（Ｍ ₁ ）よりも上記第２中央部位（Ｍ ₂ ）（Ｍ ₂ ´ ）を大きく設定したことを特徴とする金属シール。
上記アール状曲り部（10）の第１中央部位（Ｍ ₁ ）から上記直線辺部（20）の第２中央部位（Ｍ ₂ ）へ向かって、横断面形状のみにて比較した上記片持梁曲げ剛性（Ｇ）を、段階的、又は／及び、勾配的に、増加させて、上記第１中央部位（Ｍ ₁ ）よりも上記第２中央部位（Ｍ ₂ ）の上記片持梁曲げ剛性（Ｇ）を大きく設定した請求項１記載の金属シール。