JP7428433B2 - メタルコンタクトによるシール構造 - Google Patents
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Description
図5(B)は、対面する接合部10、20の密着面(アタリ面)5と隙間(アタリ抜け部)4を図5(A)のA-A方向から見た図である。
しかし、当該方法は、使用環境が高圧環境、高温環境、腐食性環境等では使えないといった実情がある。また、接触面が微振動などにより動くと剥離し機能しなくなるといった実情もある。
螺合による締め付けによって金属同士を接触させてシール対象をシール対象存在側とシール対象非存在側との間を仕切り方向に沿ってシールするメタルコンタクトによるシール構造であって、
金属同士が接触するシール部の少なくとも一方の表面に、レーザを照射することで、仕切り方向に延在する溝を仕切り方向と交差する方向に複数列形成し、当該隣接する溝の間の凸部であってシール部の表面側の辺を上底とし溝の底部側の辺をこれより長い下底とした断面台形形状の凸部を、仕切り方向と交差する方向に複数列形成し、
前記断面台形形状の凸部のピッチが45μm~600μmの範囲、前記凸部の溝の底部からの高さが400~50μmの範囲、前記凸部の断面台形形状の上底が10μm~100μmの範囲、下底が15μm~500μm範囲であることを特徴とする。
<方法1>としては、図1(A)に示すように、材料(金属継手の接合部10のシール部(接触面)1の付近)の表面から深さ(X)、例えば、400~50μmをレーザを使って軟化させる(焼き鈍し処理を施す)。なお、図1(A)はシール部(接触面)1付近の図5(A)のB方向から見た断面図である。
ここで、本発明に係る仕切り方向は、シール対象存在側とシール対象非存在側とを仕切っているシール部1の延在方向と略一致する方向であり、図1(A)の平面と略直交する方向に延在し、この仕切り方向に延在するようにシール部1は線状或いは帯状に形成されている(図2(A)、図2(B)、図3(A)においても同様)。
但し、上記は一例であり、「表面からの深さ(X)、例えば、400~50μmの範囲で、Hv=150から200程度」以外でも、母材の材質やレーザ加工の仕様変更などによって、表面からの深さを変更したり硬度を変更(例えばより柔らかくしたり、硬くしたり)することは可能であり、例えば、「表面からの深さ(X)、例えば、500μm以下の範囲で、Hv=250以下」、若しくは、「表面からの深さ(X)、例えば、300μm以下の範囲で、Hv=190以下」、若しくは、「表面からの深さ(X)、例えば、250μm以下の範囲で、Hv=170以下」などとすることも可能である。更には、「表面からの深さ(X)、例えば、500μm以下の範囲で、Hv=150以下或いは170以下」などとすることも可能である。
また、軟化させる深さや硬度は継手の接合部の材質、使用環境などに応じて適宜に調整することができる。
<レーザによる軟化処理(焼き鈍し処理)方法>
加工対象物である継手のメタルコンタクトのシール部(接触面)1に対して、レーザを照射することで表面のみ軟化させる(図1(A))。
なお、加工対象物としては、メタルコンタクトシールによる金属継手などに適用可能である。
なお、軟化幅Yは、シール部1と同じ幅とすることができるし、シール部1の幅より狭い幅、或いはシール部1の幅より広い幅とすることもできる。
レーザの種類は、炭酸ガスレーザ、半導体レーザ、ファイバーレーザ、ディスクレーザ、YAGレーザなどとすることができる。
レーザ波長:300~1500nm程度
レーザ出力:数百ワット
パワー密度:10~300W/mm2
加工速度:数百mm/min
集光形状:円形、矩形など
などとすることができる。
この場合、若干の鉄の酸化物ができるためレーザで除去する。
その後、上記(1)の軟化処理を行う(図2(A)参照)。
但し、軟化処理前に行う脱炭処理は、上述したレーザ加熱による場合に限らず、電気炉などを用いて行うこともできる。
当該処理は、上記(1)で使用するレーザ加工装置の出力等を調整することなどによって実施可能である。
具体的には、図3(A)に示すように、シール部(接触面)1に複数列(或いは条)の溝(仕切り方向に延在する溝)50を掘り断面台形形状の山(凸部)60を溝50が延在する方向(仕切り方向)と交差する方向に複数列形成する、すなわち、シール部(接触面)1の表面を断面台形形状の凸部を有する凹凸形状にする。図3(B)は断面台形形状の凸部を有する凹凸形状を有するシール部(接触面)1の表面の一例を撮影した画像である。ここでの断面は、溝50或いは山(凸部)60の延在方向と略直交する平面で切断した断面である。
この台形形状により締め付け時(締結時)は山の頭がつぶれ易くなる。締め付け荷重(締結荷重)が大きくなり変形が進むと接触面積が増えるため山の頭がつぶれにくくなり、所定以上はつぶれなくなる(図3(C))。
<溝加工>
レーザを用いた加工方法としては、上述したように、加工対象物のメタルコンタクトによる継手のシール部1に対して、レーザを照射することで微細な溝加工を行う。例えば、回転治具等を用いてワークを回転させる、又はスキャナ光学系にてレーザを走査させてレーザを照射し、溝加工を行う。
なお、加工対象物としては、メタルコンタクトシールによる金属継手などに適用可能である。
また、対象材料としては、母材硬度=250~400HV程度のSUS材(ステンレス材)、スチール材などが一例として想定されるが、これらに限らず、レーザによる溝加工が可能な金属材料であれば適用可能である。
なお、本実施の形態において形成する溝50としては、溝幅は数十μm程度であり、溝ピッチは数十μm程度であり、溝深さは数十μm程度とすることができる。
レーザの種類は、超短パルスレーザを利用することができる。
パルス幅は「50fs[フェムト秒]~950ps[ピコ秒]」程度とすることができ、レーザ波長は「200~1600nm[ナノメートル]」程度とすることができる。
パルスエネルギーは「1μJ[マイクロジュール]~1mJ[ミリジュール]」とすることができる。
使用可能なレーザ加工設備(装置)の具体例としては、例えば、COHERENT社製のMonacoシリーズなどがある。
そして、図6(A)のシール部1には上述した各種のシール構造を採用することができる。
そして、図6(B)のシール部1には上述した各種のシール構造を採用することができる。
2 シール部上流(ガス上流)
3 シール部下流(ガス下流)
4 隙間(アタリ抜け部)
5 接触面(アタリ面)
10、20 接合部(金属継手のメタルコンタクト部分)
Claims (2)
- 螺合による締め付けによって金属同士を接触させてシール対象をシール対象存在側とシール対象非存在側との間を仕切り方向に沿ってシールするメタルコンタクトによるシール構造であって、
金属同士が接触するシール部の少なくとも一方の表面に、レーザを照射することで、仕切り方向に延在する溝を仕切り方向と交差する方向に複数列形成し、当該隣接する溝の間の凸部であってシール部の表面側の辺を上底とし溝の底部側の辺をこれより長い下底とした断面台形形状の凸部を、仕切り方向と交差する方向に複数列形成し、
前記断面台形形状の凸部のピッチが45μm~600μmの範囲、前記凸部の溝の底部からの高さが400~50μmの範囲、前記凸部の断面台形形状の上底が10μm~100μmの範囲、下底が15μm~500μm範囲であること
を特徴とするメタルコンタクトによるシール構造。 - 金属同士を螺合による締め付けによって締結した際に、前記凸部の溝の底部からの高さが所定高さまでつぶれ締結荷重が一定になる範囲で使用することを特徴とする請求項1に記載のメタルコンタクトによるシール構造。
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