KR102001873B1

KR102001873B1 - 금속 시일

Info

Publication number: KR102001873B1
Application number: KR1020130007370A
Authority: KR
Inventors: 사토시 토도
Original assignee: 미츠비시 덴센 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2019-07-19
Also published as: CN103225692B; US20130193650A1; KR20130087416A; TW201331494A; JP2013155769A; CN103225692A; TWI491822B; US8814175B2; JP5717662B2

Abstract

약한 압축력으로 조일 수 있고, 또한 수압시에는 충분한 시일성을 발휘하는 금속 시일을 제공한다.
U자 형상의 금속제 얇은 시일(1)과, 그 측벽부(6, 6)와 바닥벽부(5, 5)를 배면측으로부터 포위하여 받는 금속제 보강 외측끼움 부재(3)로 구성된다.

Description

금속 시일{METAL SEAL}

본 발명은 금속 시일에 관한 것이다.

종래, 도 7에 나타내는 바와 같은 금속 시일(41)이 공지이다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 즉, 횡단면 형상이 두께 치수(T₄₁)가 큰 U자형이며, 바닥벽부(42)와 측벽부(43)를 가짐과 아울러, 측벽부(43)의 선단 외면에는 밀봉용 접촉 소볼록부(小凸部)(44)를 가지고, 유체 압력을 받는 오목홈부(凹溝部)(45)를 구비하고 있다.

그러나, 서로 평행한 2평면(46, 47)에 대하여, 상기 소볼록부(44, 44)가 압접함으로써 밀봉 작용을 할 때에, 두께 치수(T₄₁)가 크기 때문에, 매우 큰 접촉면압을 가지고 압접 상태가 된다.

그런데, 사용되는 설비나 장치에 따라서는, 상기 2평면(46, 47)의 재질이 무른 경우나 상처받기 쉬운 경우, 변형하기 쉬운 경우 등이 있기 때문에, 도 7에 나타낸 바와 같은 큰 두께 치수(T₄₁)의 금속 시일(41)을 사용할 수 없는 경우가 있다. 또한, 비가압시의 압축력이 작은 개소에는 이러한 두께 치수(T₄₁)가 큰 금속 시일(41)은 적용할 수 없다.

일본 공개특허공보 2009-24838호

그래서, 본 발명자는 도 8에 나타내는 바와 같은 횡단면 U자 형상의 두께 치수(T₄₈)가 작은 금속제 얇은(薄肉) 시일(48)을 제작하여, 많은 실험을 반복했다. 즉, 도 8의 금속제 얇은 시일(48)은 밀봉용 접촉 소볼록부(49, 49)를 선단 외면에 가지고, 그 이외에는 전체에 걸쳐 작은 동일 두께 치수(T₄₈)로 형성되어 있다.

그런데, 이러한 얇은 시일(48)은 다음과 같은 문제가 있는 것을 알았다. 즉, 도 9에 나타내는 바와 같이, 직사각형 시일 홈(33)을 가지는 제1 부재(31)와, 평면부(34)를 가지는 제2 부재(32) 사이의 밀봉을 위해서 사용했더니, 도 9 중에 2점쇄선으로 나타낸 원래의 형상의 얇은 시일(48A)이, 유체 압력(P)을 받으면 실선으로 나타내는 형상(48C)으로 과대 변형하여, 5개소 Y₁, Y₂, Y₃, Y₄, Y₅에서, 평면부(34)나, 시일 홈(33)의 홈 바닥면(33A), 홈 측면(33B)에 압접한다. 본래라면 도 9의 Y₁, Y₅ 및 Y₃의 3개소에서 압접해야 하지만, U자형의 얇은 시일(48)의 측벽부(35, 35)가 강하게 평면부(34)와 홈 바닥면(33A)에 압접함으로써, 본래의 밀봉 작용을 이루어야 할 소볼록부(49, 49)가 충분한 접촉면압을 가지고 평면부(34)와 홈 바닥면(33A)에 접촉할 수 없어, 결국, 전체적인 밀봉성이 저하되어 버린다는 제1의 문제점이 있다.

또한, 도 9의 수압(受壓) 상태를 거친 후에, 얇은 시일(48)을 외부로 취출한 경우에, 도 10에 나타내는 바와 같이, 소성 변형에 따른 이상 횡단면 형상이 되는 것도 밝혀졌다. 즉, 도 10의 2점쇄선으로 나타낸 원래의 형상(48A)이 실선으로 나타낸 형상(48C)까지 소성 변형한다. 이와 같이, 소성 변형을 일으키면, 소볼록부(49, 49)가 평면부(34), 홈 바닥면(33A)에 대하여, 충분한 접촉면압으로 접촉할 수 없어, 유체의 누설을 발생시킨다는 제2의 문제점이 있다. 따라서, 유체 압력(P)이 고저 변동하는 사용 조건하에서 비교적 짧은 사용 기간 후에는 유체 누설을 발생시켜, 사용할 수 없게 되어, 수명이 짧다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 서술한 바와 같은 문제점을 해결하여, 약한 힘으로 압축 가능하며, 평행한 2평면을 접근시키는 조임력(締付力)이 작은 개소에도 적용할 수 있고, 유체 압력을 받은 수압 상태하에서 이상 변형(소성 변형)을 발생시키지 않고, 장기 사용 기간에 걸쳐 안정적인 시일 성능을 발휘하는 금속 시일을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 유체의 압력이 고저 변동하는 것 같은 사용 개소, 또는 반복하여 2평면 사이가 개폐하여 가벼운 압축과 릴리스를 반복하는 사용 개소에도 장기에 걸쳐 안정적인 시일 성능을 발휘하는 금속 시일을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그래서, 본 발명은 횡단면 U자 형상 내지 튤립 형상으로서, 선단에 밀봉용 접촉 소볼록부를 가지는 금속제 얇은 시일과; 끼워넣음용 오목홈을 가지는 횡단면 U자 형상으로서, 상기 얇은 시일의 바닥벽부 및 측벽부를 상기 끼워넣음용 오목홈에 끼움 장착하여, 상기 바닥벽부 및 측벽부의 수압시의 변형을 억제하기 위한 금속제 보강 외측끼움 부재;를 구비하고 있다.

또, 평행한 2평면 사이를 밀봉하는 금속 시일로서, 상기 얇은 시일의 한 쌍의 상기 접촉 소볼록부의 상호 간격 치수가 상기 보강 외측끼움 부재의 두께 치수보다 크게 설정되어 있다.

또, 상기 보강 외측끼움 부재의 한 쌍의 측벽부의 선단보다 개구 방향으로 돌출된 탄성 판스프링 형상의 한 쌍의 주(主) 시일 돌출편부를 상기 얇은 시일이 가지고 있고, 이 주 시일 돌출편부의 선단 외면에 상기 접촉 소볼록부가 부착 설치되어 있다.

또, 상기 보강 외측끼움 부재는 상기 평행한 2평면에 대하여 경접촉(輕接觸) 내지 비접촉으로서, 압접하지 않는 두께 치수로 설정되어 있다.

본 발명에 따른 금속 시일에 의하면, 평행한 2평면에 대하여, 금속제 얇은 시일이 유연하게 또한 작은 접촉력을 가지고 압접하므로, 외부로부터 부여되는 압축 외력은 작다. 즉, 그러한 압축 외력(조임력)이 작은 사용 개소에 적합하다.

그럼에도 불구하고, 유체 압력이 충분히 높은 경우에도 충분히 대응 가능하며, 소성 변형을 발생시키지 않고, 밀봉성(시일 성능)을 충분히 발휘할 수 있다. 또한, 평행한 2평면이 반복하여 압축과 릴리스를 반복하는 사용 개소, 또는 유체 압력이 고저 변동하는 사용 개소에도 적합하며, 장기에 걸쳐 안정적인 시일 성능을 발휘한다.

도 1은 본 발명의 실시의 일 형태를 나타내는 자유 상태의 주요부 횡단면도이다.
도 2는 다른 실시형태를 나타내는 자유 상태의 주요부 횡단면도이다.
도 3은 시일 홈과 금속 시일의 치수 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 장착 미수압 상태를 나타내는 설명도이다.
도 5는 장착 수압 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6은 다른 사용 조건하의 장착 수압 상태를 나타내는 설명도이다.
도 7은 종래예를 나타내는 횡단면도이다.
도 8은 비교예를 나타내는 횡단면도이다.
도 9는 비교예의 수압 상태를 나타내는 단면도이다.
도 10은 수압후에 외부로 취출한 상태의 횡단면 설명도이다.

이하, 도시의 실시형태에 기초하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1에 있어서, 횡단면 U자 형상 내지(개구 방향(E)으로 확개(擴開)하는) 튤립 형상의 금속제 얇은 시일(1)과, 이 얇은 시일(1)의 수압시의 변형을 억제(저지)하기 위한 금속제의 횡단면 U자 형상의 보강 외측끼움 부재(3)로 이루어진다.

구체적으로는 도 1에서는 얇은 시일(1)은 튤립 형상으로서, 선단에 밀봉용 접촉 소볼록부(2, 2)를 가지고, 예를 들면, 얇은 금속판(소재)으로부터 절곡 프레스 가공으로 튤립 형상으로 형성하고 있다. 그리고, 선단은 작게 되접어, 접촉 소볼록부(2, 2)를 형성하고 있다(도 1 및 도 3~도 6 참조). 또, 도 2에 나타낸 다른 실시형태에서는 얇은 금속판(소재)을 가지고 튤립 형상으로 형성하고 있지만, 선단은 그 외면이 둥근 산형으로 돌출하도록, 소성 가공 또는 납땜이나 용접에 의해, 접촉 소볼록부(2)를 형성한다. 또한, 도 2에 있어서, 2점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 다소 큰 산형으로 접촉 소볼록부(2)를 형성하면, 후술하는 도 6에 나타낸 수압 상태에서 확실한 밀봉 성능을 발휘 가능하다.

그리고, 보강 외측끼움 부재(3)는 얇은 시일(1)을 끼워넣기 위한 끼워넣음용 오목홈(4)을 가지는 횡단면 U형이며, 얇은 시일(1)의 만곡 형상 바닥벽부(5), 및 측벽부(6, 6)가 도 1 또는 도 2에 나타낸 자유 상태하에서 밀접 상태로서 끼워넣음용 오목홈(4)에 끼움 장착하고, 이로써 후술하는 도 5 또는 도 6과 같이 수압 상태에서의 바닥벽부(5) 및 측벽부(6, 6)의 변형을 억제한다.

도 3~도 6에 나타내는 바와 같이, 이른바 2중 구조 시일인 본 발명에 따른 금속 시일은 평행한 2평면(11, 12) 사이를 밀봉하는 시일이다. 전체 형상은 도시 생략했지만, 원형이나 직사각형이나 레이스 트랙형 또는 각종 이형(異形)을 한 폐환 형상(閉環狀)이다. 그리고, 도 3~도 6에서는 제1 부재(31)에 직사각형 시일 홈(7)을 오목하게 설치하고, 그 홈 바닥면(7A)이 상기 평면(12)에 상당한다. 또, 제2 부재(32)의 도면의 하면이 다른 평면(11)에 상당하고 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 금속 시일은 평행한 2평면(11, 12) 사이를 밀봉하는 시일로서, (내측 시일로서의) 얇은 시일(1)의 한 쌍의 접촉 소볼록부(2, 2)의 상호 간격 치수(H₂)가 보강 외측끼움 부재(3)의 두께 치수(T₃)보다 크게 설정된다(도 1~도 3 참조). 즉, H₂>T₃와 같이 설정한다. 이 점은 도 1~도 3에 나타낸 미장착 자유 상태에서 말할 수 있는 것이지만, 구체적으로는 도 4나 도 5 또는 도 6에 나타낸 각 사용 상태(각 장착 상태)에 있어서도 H₂>T₃의 관계식이 성립한다.

또한, 상세하게 설명하면, 보강 외측끼움 부재(3)의 한 쌍의 측벽부(8, 8)의 선단(8A, 8A)보다 개구 방향(E)으로 돌출된 탄성 판스프링 형상의 한 쌍의 돌출편부(9, 9)를 얇은 시일(1)이 (일체 형상으로) 가지고 있다고 말할 수 있다. 게다가 이 돌출편부(9, 9)의 선단 외면에 상기 서술한 접촉 소볼록부(2)가 부착 설치되어 있다. 따라서, 도 3~도 6에 나타낸 장착 사용 상태에 있어서 명확한 바와 같이 탄성 판스프링 형상의 한 쌍의 돌출편부(9, 9)야말로 본 발명에 따른 본 금속 시일의 주된 시일 작용을 이루는 부분으로서, 「주 시일 돌출편부」라고 부른다.

또, 보강 외측끼움 부재(3)는 평행한 2평면(11, 12)에 대하여, 상시 경접촉 내지 비접촉이다. 즉, 평행한 2평면(11, 12)에 대하여 압접하지 않을 두께 치수(T₃)로 설정되고, 특히 도 3으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 이 두께 치수(T₃)는 시일 홈(7)의 깊이 치수(H₇)보다 작다. 또, 보강 외측끼움 부재(3)는 평행한 2평면(11, 12)에 대하여 압접하여 시일 작용을 이루기 위한 소볼록부를 전혀 구비하지 않는 평탄면을 측벽부(8, 8)의 외면에 구비하고 있다.

또, 외측 끼움 부재(3)의 오목홈(4)의 형상은 도 1 또는 도 2에 나타내는 바와 같이 균등한 소접촉면압으로 내측 끼움 형상의 얇은 시일(1)에 접촉하도록, 얇은 시일(1)의 바닥벽부(5)와 측벽부(6, 6)의 외면 형상에 일치시켜 형성되고, 또한 양 측벽부(8, 8)의 선단 형상은 내면측이 큰 곡면 모따기 형상(20)으로 형성되어 있다.

탄성 판스프링 형상의 주 시일 돌출편부(9, 9)의 외면이 원활하게 이 곡면 모따기 형상(20)의 측벽부(8)의 선단에 접촉하거나, 유리하거나, 탄성 변형 가능하게 되어 있다(도 3~도 6을 비교 참조).

다음에 도 4는 장착 미수압 상태를 나타내는데, 이 도 4에 있어서의 접촉면압 그래프도는 가로축에 위치를 나타내고, 세로축에 접촉면압(Po)을 나타내고 있고, 본 금속 시일은 평행한 평면(11, 12)에 대한 접촉면압(Po)이 매우 작고, 따라서 약한 조임력을 가지고 평행한 평면(11, 12)을 서로 조임 가능한 시일이다.

그리고, 도 5에 나타낸 장착 수압 상태에 있어서, 유체 압력(P)이 작용하면, 외측 끼움 부재(3)의 측벽부(8)의 선단 곡면 모따기 형상(20)으로부터 점차 분리하면서 연신된 돌출편부(9)는 내면으로부터 받는 유체 압력(P)에 의해 평면(11, 12)에 대하여 도 5 중의 접촉면압 그래프도와 같은 접촉면압을 가지고, 다소 강하게 (소볼록부(2)가) 압접하여 확실한 밀봉 작용을 한다. 얇은 시일(1)의 나머지 부위(측벽부(6, 6)와 바닥벽부(5))는 압력(P)을 받아도 변형하지 않아, 비교예로서 도 9와 도 10에 있어서 설명한 문제는 해결할 수 있다. 즉, 수압 상태에서 이상한 팽출 변형을 발생시키는 것을 방지할 수 있고, 또한 이것에 의해 소볼록부(2(49))가 적정한 접촉면압(Po)을 가지고 압접하여, 우수한 밀봉성(시일 성능)을 발휘할 수 있다. 게다가, 도 10에 나타낸 바와 같은 팽출 형상으로 이상 소성 변형을 발생시키지 않아, 액체 압력(P)이 고저 변동하는 사용 조건(환경)하에서 장기간의 사용에 견뎌, 수명이 현저하게 연장된다.

도 6에 나타낸 도면은 화살표 F방향으로 제2 부재(32)(평면(11))가 미소 치수만큼 이동하는 것 같은 사용 조건을 나타내고, 도 5의 갭(G₁)이 도 6과 같이 큰 갭(G₂)으로 변화한다. 이러한 특수한 사용 조건하에 있어서는, 종래예의 도 7과 같이 두께 치수(T₄₁)가 큰 금속 시일(41)에서는 대응이 곤란한 경우가 많지만, 본 발명에서는, 도 5와 도 6의 접촉면압(Po)이 거의 변화하지 않고, 안정적으로 확실한 밀봉 작용이 얻어진다. 이 이유의 하나는 외측 끼움 부재(3)의 측벽부(8)의 선단(8A)으로부터 개구 방향(E)으로 돌출 형상의 탄성 판스프링 형상의 한 쌍의 주 시일 돌출편부(9)가 탄발적으로 유연하게 만곡 탄성 변형하여, 화살표 F방향으로의 평면(11)의 변위에 유연·확실하게 대응하기 때문이다.

그런데, 도 6에 있어서, 상기 서술한 특수한 사용 조건에 한정되지 않고, 압력(P)을 받아 평면(11, 12) 사이의 갭(G₁, G₂)이 변화되어 버리는 경우, 또는 조립 공차나 가공 공차 등에 의해 갭(G₁, G₂)이 대소 상이한 경우 등에 있어서도, 본 발명에 따른 금속 시일은 도 5와 도 6에 나타낸 바와 같이, 유연하고 또한 확실하게 대응 가능하며, 안정적이고 우수한 밀봉성(시일 성능)을 발휘하는 것이다.

또한, 도 2에 나타낸 실시형태에 있어서도, 도 4~도 6에 나타낸 이미 서술한 작용·효과가 마찬가지로 발휘된다.

본 발명은 이상 상세히 서술한 바와 같이, 횡단면 U자 형상 내지 튤립 형상으로서, 선단에 밀봉용 접촉 소볼록부(2, 2)를 가지는 금속제 얇은 시일(1)과, 끼워넣음용 오목홈(4)을 가지는 횡단면 U자 형상으로서, 얇은 시일(1)의 바닥벽부(5) 및 측벽부(6, 6)를 끼워넣음용 오목홈(4)에 끼움 장착하여, 바닥벽부(5) 및 측벽부(6, 6)의 수압시의 변형을 억제하기 위한 금속제 보강 외측끼움 부재(3)를 구비한 구성이므로, 도 8~도 10에 대해서 서술한 문제점을 전부 해결하여, 소기 목적을 달성할 수 있었다. 즉, 본 발명에 의하면, 도 10과 같은 이상한 소성 변형을 방지할 수 있어, 장기의 사용 기간에 걸쳐, 안정적인 밀봉성을 발휘할 수 있다. 특히, 약한 압축력(조임력)이면서, 높은 액체 압력에도 충분히 대응할 수 있어, 우수한 밀봉성을 발휘한다.

요컨대, 본 발명은 금속 시일이면서, 약한 압축력을 가지고 소망량의 변형을 부여하는 것이 가능하며, 동시에 수압시에 과대한 소성 변형이 발생하지 않고, 게다가 압축과 내압이 반복되는 사용 조건에도 견디어, 수명이 긴 시일이다.

또, 본 발명은 평행한 2평면(11, 12) 사이를 밀봉하는 금속 시일로서, 얇은 시일(1)의 한 쌍의 접촉 소볼록부(2, 2)의 상호 간격 치수(H₂)가 보강 외측끼움 부재(3)의 두께 치수(T₃)보다 크게 설정되어 있는 구성이므로, 외측 끼움 부재(3)가 평행한 평면(11, 12)에 압접하는 것 같은 경우를 방지할 수 있고, 소볼록부(2, 2)는 항상 평행한 평면(11, 12)에 대하여 탄발력을 가지고 유연하게 압접하여, 안정적인 밀봉 성능을 발휘한다.

또, 보강 외측끼움 부재(3)의 한 쌍의 측벽부(8, 8)의 선단(8A, 8A)보다 개구 방향(E)으로 돌출된 탄성 판스프링 형상의 한 쌍의 주 시일 돌출편부(9, 9)를 얇은 시일(1)이 가지고 있고, 주 시일 돌출편부(9, 9)의 선단 외면에 접촉 소볼록부(2)가 부착 설치되어 있는 구성이므로, 압축력(조임력)은 매우 작고, 평행한 평면(11, 12)이 무른 재질이나 상처받기 쉬운 경우에도 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 수압시에는 돌출편부(9, 9)에 의해 주 시일로서의 우수한 시일성을 발휘하여, 외부 누설을 유효 방지한다.

또, 보강 외측끼움 부재(3)는 평행한 2평면(11, 12)에 대하여 경접촉 내지 비접촉으로서, 압접하지 않는 두께 치수(T₃)로 설정되어 있는 구성이므로, 평행한 2평면(11, 12)이 손상이나 변형을 받지 않고, 얇은 시일(1)이 자유 자재로 탄성적으로 변형하면서, 유체 압력(P)을 받아, 충분히 밀봉 작용을 이룰 수 있다.

1…얇은 시일
2…접촉 소볼록부
3…보강 외측끼움 부재
4…끼워넣음용 오목홈
5…바닥벽부
6…측벽부
8…측벽부
9…돌출편부
11, 12…평면
E…개구 방향
H₂…상호 간격 치수
T₃…두께 치수

Claims

횡단면 U자 형상 내지 튤립 형상으로서, 선단에 밀봉용 접촉 소볼록부(2)를 가지는 금속제 얇은 시일(1)과,
끼워넣음용 오목홈(4)을 가지는 횡단면 U자 형상으로서, 상기 얇은 시일(1)의 바닥벽부(5) 및 측벽부(6)를 상기 끼워넣음용 오목홈(4)에 끼움 장착하여, 상기 바닥벽부(5) 및 측벽부(6)의 수압시의 변형을 억제하기 위한 금속제 보강 외측끼움 부재(3)를 구비하고,
평행한 2평면(11)(12) 사이를 밀봉하며, 상기 얇은 시일(1)의 한 쌍의 상기 접촉 소볼록부(2)의 상호 간격 치수(H₂)가 상기 보강 외측끼움 부재(3)의 두께 치수(T₃)보다 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 시일.
제 1 항에 있어서, 상기 보강 외측끼움 부재(3)의 한 쌍의 측벽부(8)의 선단(8A)보다 개구 방향(E)으로 돌출한 탄성 판스프링 형상의 한 쌍의 주 시일 돌출편부(9)를 상기 얇은 시일(1)이 가지고 있고, 이 주 시일 돌출편부(9)의 선단 외면에, 상기 접촉 소볼록부(2)가 부착 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 시일.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보강 외측끼움 부재(3)는 상기 평행한 2평면(11)(12)에 대하여, 경접촉 내지 비접촉으로서, 압접하지 않는 두께 치수(T₃)로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 시일.
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