KR20190062255A

KR20190062255A - 금속 실, 유체 제어 장치 및 실 방법

Info

Publication number: KR20190062255A
Application number: KR1020180147785A
Authority: KR
Inventors: 마코토 우에무라; 히로키 미야지
Original assignee: 쿠마모토 프리펙쳐; 가부시키가이샤 호리바 에스텍
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2019-06-05
Also published as: US10883602B2; CN110005808A; JP2019100362A; CN110005808B; JP6913009B2; US20190162305A1

Abstract

제1 평면 및 제2 평면에 대해, 금속 실의 미끄러짐에 의한 미소한 손상이 발생하기 어렵고, 제1 평면 및 제2 평면에 대한 밀착성이 높은 금속 실을 제공한다. 제1 평면 및 제2 평면의 사이에 마련되고, 상기 제1 평면 및 상기 제2 평면을 서로 근접시킴으로써 누름 협지되는 링 모양의 금속 실로서, 상기 제1 평면과 대향하는 제1 단면부와, 상기 제2 평면과 대향하는 제2 단면부를 구비하고,
상기 제1 단면부가, 상기 금속 실의 지름 방향으로 어긋나게 형성되고, 상기 제1 평면과 접촉하는 능각을 가지는 한 쌍의 제1 돌기를 구비하고, 상기 제2 단면부가, 상기 지름 방향에 대해, 상기 한쪽의 제1 돌기보다도 내측, 또한 상기 다른 쪽의 제1 돌기보다도 외측에 형성되고, 상기 제2 평면과 접촉하는 능각을 가지는 제2 돌기와, 상기 지름 방향에 대해, 상기 제2 돌기보다도 내측 및 외측에 각각 형성되고, 상기 한 쌍의 제1 돌기의 능각을 포함하는 기준 평면에 대해서 수직 방향 거리가 가장 큰 점이, 상기 제2 돌기의 능각에 있어서의 상기 수직 방향 거리보다도 작은 한 쌍의 제3 돌기를 구비한다.

Description

금속 실, 유체 제어 장치 및 실 방법{METAL SEAL, FLUID CONTROL APPARATUS, AND SEALING METHOD}

본 발명은 금속 실(seal), 유체 제어 장치 및 실 방법에 관한 것이다.

매스 플로우 컨트롤러 등의 유체 제어 기기에 있어서는, 내부 유로가 형성된 블록에 대해, 밸브나 유량 센서 등의 플랜지를 접속하는 경우에, 블록 및 플랜지의 서로 대향하는 평면의 사이에 대해, 그 두 개의 평면의 사이에 형성되는 간극을 막기 위한 금속 실이 마련된다.

상기 종래의 금속 실로서 특허 문헌 1에는, 도 6 및 도 7에 도시하는 것처럼, 변형 전의 자연 상태에 있어서, 금속 실(100A)의 지름 방향을 따른 단면 형상이, 대략 직사각형 모양의 중간 베이스부(M)와, 중간 베이스부(M)의 상면에 있어서의 지름 방향에 대해서 내측에서 돌출된 반원 형상의 제1 볼록부(11A) 및 그 지름 방향에 대해서 외측에서 돌출된 제1 엣지부(12A)와, 중간 베이스부(M)의 하면에 있어서의 지름 방향에 대해서 외측에서 돌출된 반원 형상의 제2 볼록부(21A) 및 그 지름 방향에 대해서 내측에서 돌출된 제2 엣지부(22A)를 구비한 것이 개시되어 있다.

상기 특허 문헌 1에 개시된 금속 실(100A)에 의해서 두 개의 평면(S1, S2) 사이에 형성되는 간극을 막는 경우에는, 우선, 두 개의 평면(S1, S2) 사이에 금속 실(100A)을 배치하고, 양 평면(S1, S2)을 서로 접근시킨다. 이것에 의해, 도 7의 (a)에 도시하는 것처럼, 제1 평면(S1)과 제1 볼록부(11A)만이 접촉하고, 제2 평면(S2)과 제2 볼록부(21A)만이 접촉한 제1 상태가 된다. 다음에, 양 평면(S1, S2)을 더 접근시키면, 도 7의 (b)에 도시하는 것처럼, 제1 볼록부(11A) 및 제2 볼록부(21A)가 상하 방향으로 각각 눌려, 금속 실(100A)에 대해, 중간 베이스부(M)(중심(重心))를 중심(中心)으로 하는 비틀림 탄성 변형이 생긴다. 그 결과, 제1 평면(S1)에 제1 엣지부(12A)가 접촉함과 동시에, 제2 평면(S2)에 제2 엣지부(22A)가 접촉한 제2 상태가 된다.

상기 금속 실(100A)에 의하면, 두 개의 평면(S1, S2)에 대한 금속 실(100A)의 각 접촉 지점에서 적절한 면압(面壓)이 실현되어, 두 개의 평면(S1, S2)에 손상이 생기기 어려워져, 누설이 발생하는 것을 방지할 수 있다고 생각되고 있다.

그렇지만, 실제로는, 상기 금속 실(100A)을 이용해도 유체의 누설이 발생하는 경우가 있다. 이 원인에 대해 본원 발명자 등이 열심히 검토를 행해본 바, 이하와 같은 복수의 문제가 있는 것을 처음으로 찾아냈다.

즉, 상기 금속 실(100A)에 있어서는, 상기 제1 상태로부터 상기 제2 상태로 되는 경우에, 내측 및 외측으로 각각 확장되려고 한다. 이때, 금속 실(100A)의 체적 자체는 크게는 변화할 수 없으므로, 제1 볼록부(11A)는 제1 평면(S1)에 대해서 지름 방향 내측으로 미끄러져 버리고, 제2 볼록부(21A)는 제2 평면(S2)에 대해서 지름 방향 외측으로 미끄러져 버린다. 그러면, 제1 평면(S1) 및 상기 제2 평면(S2)에는, 금속 실(100A)의 미끄러짐에 의한 미세한 손상이 생겨, 밀폐할 수 없는 지점이 발생해 버린다.

또, 상기 금속 실(100A)과 같이, 상기 제1 상태로부터 상기 제2 상태로 되는 경우에, 크게 비틀림 탄성 변형이 생기면, 도 8의 (a)에 도시하는 것처럼, 링 모양의 금속 실(100A)은 내측에 금속이 집중됨으로써, 제1 볼록부(11A)상에 원주 방향을 따라서 미소한 주름이 발생한다. 그 결과, 도 8의 (b)에 도시하는 것처럼, 제1 볼록부(11A)와 제1 평면(S1)의 사이에 맞닿아 있는 지점과 맞닿아 있지 않은 지점이 생겨, 불균일하게 접촉하고 있게 되기 때문에, 상정하고 있는 것 같이 눌러 찌부러뜨린 상태가 금속 실(100A)에 실현되어 있지 않을 가능성이 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 4299581호 공보

이에, 본 발명은 제1 평면 및 제2 평면에 대해, 금속 실의 미끄러짐에 의한 미소한 손상이 발생하기 어렵고, 또, 제1 평면 및 제2 평면에 대한 밀착성이 높은 금속 실을 제공하는 것을 주된 과제로 하는 것이다.

즉, 본 발명에 따른 금속 실은 제1 평면 및 제2 평면의 사이에 마련되고, 상기 제1 평면 및 상기 제2 평면을 서로 근접시킴으로써 누름 협지되는 링 모양의 금속 실로서, 상기 제1 평면과 대향하는 제1 단면부와, 상기 제2 평면과 대향하는 제2 단면부를 구비하고, 상기 제1 단면부가, 상기 금속 실의 지름 방향으로 어긋나게 형성되고, 상기 제1 평면과 접촉하는 능각(稜角)을 가지는 한 쌍의 제1 돌기를 구비하고, 상기 제2 단면부가, 상기 지름 방향에 대해, 상기 한쪽의 제1 돌기보다도 내측, 또한 상기 다른 쪽의 제1 돌기보다도 외측에 형성되고, 상기 제2 평면과 접촉하는 능각을 가지는 제2 돌기와, 상기 지름 방향에 대해, 상기 제2 돌기보다도 내측 및 외측에 각각 형성되고, 상기 한 쌍의 제1 돌기의 능각을 포함하는 기준 평면에 대해서 수직 방향 거리가 가장 큰 점이, 상기 제2 돌기의 능각에 있어서의 상기 수직 방향 거리보다도 작은 한 쌍의 제3 돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 것이면, 제1 평면 및 제2 평면을 접근시키면, 제1 평면에 대해서 한 쌍의 제1 돌기의 능각이 파고들어가도록 접촉함과 아울러, 제2 평면에 대해서 제2 돌기의 능각이 파고들어가도록 접촉하는 제1 상태가 된다. 그리고, 이 제1 상태에 있어서, 금속 실의 지름 방향을 따른 단면을 보면, 제1 평면 및 제2 평면의 사이에서 삼점(三点) 지지된 상태가 되고, 그 후, 제1 평면 및 제2 평면을 더 접근시켜 금속 실을 가압했을 경우에, 금속 실이 지름 방향에 대해서 내측이나 외측으로 쓰러지도록 비틀림 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또, 제1 상태가 된 후, 가압에 의해서 금속 실이 변형되고, 이것에 의해, 제2 평면에 대해서 제2 돌기뿐만 아니라, 한 쌍의 제3 돌기가 접촉하는 제2 상태가 된다. 그리고, 제2 상태가 된 후, 제1 평면 및 제2 평면을 더 접근시켜 금속 실을 가압했을 경우에, 제1 상태에 있어서, 제2 돌기에 비해 평면에 대한 파고들어감이 얕은 한 쌍의 제1 돌기가, 한 쌍의 제3 돌기와 접촉한 제2 평면에 의해서 강하게 눌려서 제1 평면에 대해서 깊게 파고들어가게 된다. 이것에 의해, 제2 돌기뿐만 아니라, 한 쌍의 제1 돌기도 대향하는 평면에 대해서 깊게 파고들어, 제1 평면 및 제2 평면에 대해서 금속 실이 보다 위치가 어긋나기 어려워져, 실링성(sealing 性)도 향상된다. 또, 이 경우, 금속 실에 대해서 비틀림의 탄성 변형이 생기기 어려워져 주름이 발생하기 어려워지고, 그 결과, 제1 평면 및 제2 평면 있어 대해, 금속 실을 원주 방향을 따라서 균일하게 밀착시킬 수 있게 되어, 실링성을 향상시킬 수 있다. 또한, 능각이란, 두 개의 법면에 의해서 형성되는 이면각의 능선이고, 법면은 평면이어도 되고, 다소 만곡된 곡면이어도 된다. 덧붙여서, 각 돌기의 능각은, 금속 실이 각 평면으로 눌려 있지 않은 미사용시의 자연 상태에 있어서 각 모양으로 되어 있지만, 각 평면에 눌린 사용 후에 있어서 각이 찌그러져, 그 선단(先端)이 평탄 모양, 원호(圓弧) 모양 등의 각 모양이 아닌 형상으로 변형될 가능성이 있다.

또, 상기 금속 실에 있어서, 상기 한 쌍의 제3 돌기가, 상기 제1 평면 및 상기 제2 평면에 의해서 상기 금속 실을 누름 협지하여 변형된 경우에, 상기 제2 평면과 접촉하는 것이고, 추가로, 상기 제1 평면 및 상기 제2 평면에 의해서 상기 금속 실을 누름 협지하여 변형된 경우에, 상기 한쪽의 제3 돌기가, 상기 지름 방향에 대해, 상기 한쪽의 제1 돌기보다도 외측에서 상기 제2 평면과 접촉하고, 상기 다른 쪽의 제3 돌기가, 상기 지름 방향에 대해, 상기 다른 쪽의 제1 돌기보다도 내측에서 상기 제2 평면에 접촉하는 것이어도 된다.

이러한 것이면, 상기 제2 상태가 된 후, 제1 평면 및 제2 평면을 더 접근시켜 금속 실을 가압했을 경우에, 한 쌍의 제1 돌기에 대해, 서로 마주보는 방향으로 이동시키는 압축력이 작용한다. 그러나, 한 쌍의 제1 돌기에 대해서 아무리 압축력이 작용한다고 하더라도, 금속 실 자체는 어느 정도까지 밖에 변형할 수 없기 때문에, 한 쌍의 제1 돌기의 서로 마주보는 방향으로의 이동이 저지된다. 이것에 의해, 한 쌍의 제1 돌기가 제1 평면에 대해서 미끄러지기 어려워져, 실링성이 향상된다. 또, 제1 단면부와 제2 단면부에서 지름 방향에 대한 각 돌기의 위치가 상위(相違)하기 때문에, 금속 실을 뒤집어 사용함으로써, 같은 금속 실을 이용하여 재차 다시 실링할 수 있다. 상술하면, 첫 번째의 실에 의해서 제1 평면 및 제2 평면에 대해서 각 돌기의 접촉 위치에 손상이 형성되지만, 두 번째의 실에 있어서는, 금속 실을 뒤집어 사용함으로써, 그 손상을 피하도록 각 돌기를 제1 평면 및 제2 평면에 접촉시킬 수 있어, 두 번째의 실에 있어서도 첫 번째의 실과 마찬가지로 기밀성을 유지할 수 있다.

또, 상기 어느 금속 실에 있어서, 상기 한 쌍의 제1 돌기 또는 상기 한 쌍의 제3 돌기 중 적어도 한쪽이, 상기 기준 평면에 대해서 수직 방향으로 연장되고, 또한 상기 제2 돌기의 능각을 통과하는 중앙선에 대해서 선대칭으로 형성되어 있는 것이어도 된다.

이러한 것이면, 예를 들면, 한 쌍의 제1 돌기를 중앙선에 대해서 선대칭으로 형성하면, 상기 제1 상태에 있어서, 제2 평면에 의한 누름이, 제2 돌기를 통해서 각 제1 돌기에 대략 균등하게 전해져, 제1 평면에 대한 각 제1 돌기의 능각이 파고들어간 깊이가 대략 동일하게 된다. 이것에 의해, 편측의 제1 돌기의 능각에 의한 제1 평면으로의 파고들어감이 얕아지는 사태가 회피되어, 제1 평면에 대한 한 쌍의 제1 돌기의 미끄러짐을 억제할 수 있다. 한편, 한 쌍의 제3 돌기를 중앙선에 대해서 선대칭으로 형성하면, 상기 제2 상태에 있어서, 제1 평면에 의한 누름이, 각 제1 돌기를 통해서 각 제3 돌기에 균등하게 전해져, 제2 평면에 대한 각 제3 돌기의 접촉 압력이 대략 동일하게 된다. 이것에 의해, 편측의 제3 돌기에 의한 제2 평면으로의 접촉 압력이 낮아지는 사태가 회피되어, 제2 평면에 대한 한 쌍의 제3 돌기의 미끄러짐을 억제할 수 있다. 그리고, 한 쌍의 제1 돌기 및 한 쌍의 제3 돌기를 모두 중앙선에 대해서 선대칭으로 형성하면, 그 중심선에 대해서 양측(내측 및 외측)에서 금속 실에 작용하는 외력이나 응력의 편향이 없어지고, 이것에 의해, 한 쌍의 제1 돌기 및 한 쌍의 제3 돌기의 접촉 평면에 대한 미끄러짐을 더욱 억제할 수 있다.

또, 상기 어느 금속 실에 있어서, 상기 한 쌍의 제3 돌기가, 상기 제2 평면에 접촉하는 능각을 가지고 있는 것이어도 된다.

이러한 것이면, 상기 제2 상태에 있어서, 제2 평면에 대해서 한 쌍의 제3 돌기가 파고들어가도록 접촉하고, 이것에 의해, 제2 평면에 대한 한 쌍의 제3 돌기의 미끄러짐이 억제된다.

또, 상기 한 쌍의 제3 돌기의 능각이, 상기 기준 평면에 대해서 같은 수직 방향 거리가 되도록 형성되어 있는 것이어도 된다.

이러한 것이면, 상기 제1 상태로부터 상기 제2 상태로 이행하는 경우에, 제2 평면에 대해서 각 제3 돌기가 대략 동시에 접촉하고, 이것에 따라서 제2 평면에 대해 각 제3 돌기가 파고들어간 깊이가 대략 동일하게 된다. 이것에 의해, 편측의 제3 돌기의 제2 평면에 대한 파고들어감이 얕아지는 것이 방지되어, 제2 평면에 대한 한 쌍의 제3 돌기의 미끄러짐을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 유체 제어 장치는, 상기 어느 것에 기재된 금속 실과, 상기 제1 평면이 형성된 플랜지와, 상기 제2 평면이 형성된 블록을 구비하고, 상기 블록에 대해서 상기 플랜지를 장착함으로써 상기 금속 실이 상기 제1 평면 및 상기 제2 평면에 의해서 누름 협지되도록 구성된 것이다.

이러한 것이면, 블록과 플랜지의 사이에 형성되는 간극의 실링성이 향상되어, 이 간극으로부터의 유체의 누설을 억제할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 금속 실은, 제1 단면부 및 제2 단면부를 구비한 링 모양의 금속 실로서, 상기 제1 단면부가, 상기 금속 실의 지름 방향으로 어긋나게 형성되고, 능각을 가지는 한 쌍의 제1 돌기를 구비하고, 상기 제2 단면부가, 상기 지름 방향에 대해, 상기 한쌍의 제1 돌기보다도 내측, 또한 상기 다른 쪽의 제1 돌기보다도 외측에 형성되고, 능각을 가지는 제2 돌기와, 상기 지름 방향에 대해, 상기 제2 돌기보다도 내측 및 외측에 각각 형성되고, 상기 한 쌍의 제1 돌기의 능각을 포함하는 기준 평면에 대한 수직 방향 거리가 가장 큰 점이, 상기 제2 돌기의 능각에 있어서의 상기 수직 방향 거리보다도 작은 한 쌍의 제3 돌기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 본 발명에 따른 실 방법은, 능각을 가지는 한 쌍의 제1 돌기를 구비하는 제1 단면부와, 능각을 가지는 제2 돌기 및 능선을 가지는 한 쌍의 제3 돌기를 구비하는 제2 단면부를 구비한 링 모양의 금속 실을 이용한 실 방법으로서, 상기 한 쌍의 제1 돌기에 있어서의 능각을 상기 제1 평면에 대해서 접촉시킴과 아울러, 상기 한 쌍의 제2 돌기에 있어서의 능각을 상기 제2 평면에 대해서 접촉시키는 것과, 상기 제1 평면 및 상기 제2 평면에 의해서 상기 금속 실을 누름 협지하여 변형시킴으로써, 상기 한 쌍의 제3 돌기에 있어서의 능선을 상기 제2 평면에 대해서 접촉시키는 것을 구비한 방법이다.

이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 제1 평면 및 제2 평면에 대해, 금속 실의 미끄러짐에 의한 미소한 손상이 발생하기 어렵고, 또, 제1 평면 및 제2 평면에 대한 밀착성이 높은 금속 실을 얻을 수 있다.

도 1은 실시 형태 1에 따른 금속 실 및 그 금속 실이 이용되는 매스 플로우 컨트롤러를 나타내는 모식적 분해 사시도이다.
도 2는 실시 형태 1에 따른 금속 실의 모식적 사시도이다.
도 3은 실시 형태 1에 따른 금속 실의 지름 방향을 따른 횡단면을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 4는 실시 형태 1에 따른 금속 실의 누름 개시시에 있어서의 변형 전의 자연 상태와 누름 협지 완료 후의 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 5는 실시 형태 2에 따른 금속 실의 지름 방향을 따른 횡단면을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 6은 종래의 금속 실을 나타내는 모식적 사시도이다.
도 7은 종래의 금속 실의 누름 개시시에 있어서의 변형 전의 자연 상태와, 누름 협지 완료 후의 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 8은 종래의 금속 실에 있어서의 누름 협지 완료 후의 주름의 발생 상태를 나타내는 모식도이다.

이하에, 본 발명에 따른 금속 실을 도면에 기초하여 설명한다.

＜실시 형태 1＞

본 실시 형태에 따른 금속 실(100)은, 도 1에 도시하는 것처럼, 예를 들면, 유체 제어 장치인 매스 플로우 컨트롤러(200)에 있어서, 각 기기 사이의 접속 부분으로부터의 유체의 리크를 막기 위해서 이용된다.

구체적으로 설명하면, 상기 매스 플로우 컨트롤러(200)는, 내부 유로가 형성된 블록(B)과, 블록(B)에 대해서 장착되는 밸브(V)와, 마찬가지로 블록(B)에 대해서 장착되는 2개의 압력 센서(P)를 구비한 것이다.

상기 블록(B)은 개략 직육면체 형상의 것이고, 밸브(V) 및 2개의 압력 센서(P)의 장착면이 되는 상면에, 내부 유로로 연결되는 복수의 개구(C)가 마련되어 있다. 또한, 밸브(V) 및 2개의 압력 센서(P)는, 블록(B)의 장착면에 대해서 장착 플랜지(FL)를 통해서 볼트 등에 의해서 고정된다. 그리고, 금속 실(100)은 블록(B)의 장착면에 마련된 개구(C)를 둘러싸도록 배치되고, 이 장착면과 장착 플랜지(FL)의 저면(底面)의 사이에 협지된다.

보다 구체적으로 설명하면, 블록(B)의 장착면에는, 각 개구(C)의 주위에 금속 실(100)과 접촉하는 링 모양의 제1 평면(S1)이 형성되어 있다. 또, 밸브(V) 및 2개의 압력 센서(P)에 있어서의 장착 플랜지(FL)의 저면에는, 금속 실(100)과 접촉하는 제2 평면(S2)이 형성되어 있다. 그리고, 금속 실(100)은 제1 평면(S1)과 제2 평면(S2)의 사이에 협지되어, 제1 평면(S1)과 제2 평면(S2)을 서로 근접시킴으로써 눌린다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 설명의 편의상, 도 1에 있어서의 상면측을 제1 평면(S1), 하면측을 제2 평면(S2)으로 하고 있지만, 이 관계는 반대여도 된다.

다음에, 상기 금속 실(100)에 대해 상술하면, 금속 실(100)은, 도 2에 도시하는 것처럼 원주(圓柱) 좌표계를 설정했을 경우, 중심축 Z로부터 지름 방향 R로 소정 거리 떨어진 위치에 도 3에 도시하는 단면을 배치하고, 그 단면을 중심축 Z의 둘레로 1회전시킨 회전체 형상을 이루는 것이다. 보다 구체적으로는, 금속 실(100)은 제1 평면(S1)과 대향하는 제1 단면부(1P)와, 제2 평면(S2)과 대향하는 제2 단면부(2P)를 구비하고 있다. 그리고, 제1 단면부(1P)에는 2곳의 돌출되어 있는 부분이 형성되어 있고, 제2 단면부(2P)에는, 3곳의 돌출되어 있는 부분이 형성되어 있다. 또한, 제1 단면부(1P) 및 제2 단면부(2P)는, 예를 들면, 절삭 가공 등의 기계 가공으로 소정 형상으로 성형되어 있지만, 그 외의 가공 방법으로 성형해도 상관없다. 또한, 이하의 설명에 있어서도, 금속 실(100)을 제1 단면부(1P) 또는 제2 단면부(2P)에 대해서 수직인 방향에서 보았을 경우의 중심을 통과하는 회전축을 중심축 Z, 그 중심축 Z에 대해서 수직인 방향을 지름 방향 R로 하여 설명한다.

상기 제1 단면부(1P)는, 도 2에 도시하는 것처럼, 지름 방향 R에 대해서 어긋나게 형성된 한 쌍의 제1 돌기(11a, 11b)를 구비하고 있다. 구체적으로는, 제1 단면부(1P)는 지름 방향 R에 대해서 외측에 형성된 한쪽의 제1 돌기(11a)와, 지름 방향 R에 대해서 내측에 형성된 다른 쪽의 제1 돌기(11b)를 구비하고 있다.

상기 각 제1 돌기(11a, 11b)는, 도 3에 도시하는 것처럼, 지름 방향 R을 따른 횡단면이 이등변 삼각형 모양의 것이다. 따라서, 각 제1 돌기(11a, 11b)는 제1 단면부(1P)를 일주(一周)하는 능각 LA를 형성하고 있다. 또한, 각 제1 돌기(11a, 11b)의 능각 LA는, 적어도 180°보다도 작고, 바람직하게는 110°±1°로 형성되어 있으며, 외측의 법면과 내측의 법면이 제1 평면(S1)에 대해서 같은 각도로 경사지도록 되어 있다.

상기 제2 단면부(2P)는, 도 2에 도시하는 것처럼, 제2 돌기(12)와, 지름 방향 R에 대해서 제2 돌기(12)보다도 내측 및 외측에 각각 형성된 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)를 구비하고 있다. 구체적으로는, 제2 단면부(2P)는 제2 돌기(12)와, 지름 방향 R에 대해서 제2 돌기(12)보다도 외측에 형성된 한쪽의 제3 돌기(13a)와, 지름 방향 R에 대해서 제2 돌기(12)보다도 내측에 형성된 다른 쪽의 제3 돌기(13b)를 구비하고 있다.

상기 제2 돌기(12)는 지름 방향 R을 따른 횡단면이 개략 삼각형 모양의 것이다. 따라서, 제2 돌기(12)는 제2 단면부(2P)를 일주하는 능각 LA를 형성하고 있다. 그리고, 제2 돌기(12)의 능각 LA는 지름 방향 R에 대해, 한쪽의 제1 돌기(11a)의 능각 LA보다도 내측, 또한 다른 쪽의 제1 돌기(11b)의 능각 LA보다도 외측이 되도록 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 제2 돌기(12)의 능각 LA는, 지름 방향 R에 대해, 한 쌍의 제1 돌기(11a)의 능각 LA와 다른 쪽의 제1 돌기(11b)의 능각 LA 사이의 중앙이 되도록 형성되어 있다. 또한, 제2 돌기(12)의 능각 LA는, 적어도 180°보다도 작고, 바람직하게는 110°±1°로 형성되어 있으며, 외측의 법면과 내측의 법면이 제2 평면(S2)에 대해서 같은 각도로 경사지도록 되어 있다.

상기 각 제3 돌기(13a, 13b)는 지름 방향 R을 따른 횡단면이 개략 삼각형 모양의 것이다. 따라서, 각 제3 돌기(13a, 13b)는, 제2 단면부(2P)를 일주하는 능각 LA를 형성하고 있다. 그리고, 한쪽의 제3 돌기(13a)의 능각 LA는, 지름 방향 R에 대해, 한쪽의 제1 돌기(11a)의 능각 LA보다도 외측이 되도록 형성되어 있고, 또, 다른 쪽의 제3 돌기(11b)의 능각 LA는, 지름 방향 R에 대해, 다른 쪽의 제1 돌기(11b)의 능각 LA보다도 내측이 되도록 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 한쪽의 제3 돌기(13a)의 능각 LA는, 한쪽의 제1 돌기(11a)의 능각 LA보다도 지름 방향 R에 대해서 소정 거리만큼 외측이 되도록 형성되어 있고, 또, 다른 쪽의 제3 돌기(13b)의 능각 LA는, 다른 쪽의 제1 돌기(11b)의 능각 LA보다도 지름 방향 R에 대해서 상기 소정 거리와 동일 거리만큼 내측이 되도록 형성되어 있다. 또한, 각 제3 돌기(13a, 13b)의 능각 LA는, 적어도 180°보다도 작고, 바람직하게는 110°±1°로 형성되어 있어, 외측의 법면보다도 내측의 법면이 제2 평면(S2)에 대해서 작은 각도로 경사지도록 되어 있다.

또, 상기 각 제3 돌기(13a, 13b)의 능각 LA는, 도 3에 도시하는 것처럼, 금속 실(100)이 변형 전의 자연 상태에 있어서, 한 쌍의 제1 돌기(11a)의 능각 LA를 포함하는 기준 평면 RP에 대한 수직 방향 거리가, 제2 돌기(12)의 능각 LA에 있어서의 기준 평면 RP에 대한 수직 방향 거리에 비해 거리 h만큼 작게 되어 있다. 그리고, 각 제3 돌기(13a, 13b)의 능각 LA에 있어서의 기준 평면 RP에 대한 수직 방향 거리는, 동일하게 되어 있다.

따라서, 도 4의 (a)에 도시하는 것처럼, 제1 단면부(1P)에 제1 평면(S1)이 접촉하고, 제2 단면부(2P)에 제2 평면(S2)이 접촉하고, 누름 협지가 개시되는 시점에서는, 제2 평면(S2)에 대해서 제2 돌기(12)의 능각 LA만이 접촉하고, 각 제3 돌기(13a, 13b)의 능각 LA는 접촉하지 않는 상태가 된다. 그리고, 각 제3 돌기(13a, 13b)의 능각 LA는, 제1 평면(S1)에서 보았을 때 같은 높이에 배치되도록 되어 있다.

또, 금속 실(100)을 중심축 Z방향을 따라서 단층(斷層)을 취한 경우에는, 한 쌍의 제1 돌기(11a, 11b), 제2 돌기(12), 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)는, 그 능각 LA가 각각 다른 평면상에 나타난다. 그리고, 각 제1 돌기(11a, 11b)의 능각 LA는, 동일 평면상에 나타나고, 마찬가지로, 각 제3 돌기(13a, 13b)의 능각 LA도, 동일 평면상에 나타난다. 추가로, 금속 실(100)은 등단면 형상의 환상체(環狀體)이므로, 도 2에 도시하는 것처럼 중심축 Z를 포함하는 1 또는 2의 절단면에 나타나는 임의의 2개의 단면(端面)을 보았을 경우에, 각 단면에 나타나는 각각의 제1 돌기(11a, 11b)의 2개의 능각 LA는, 동일 평면상에 배치되고, 마찬가지로, 각 단면에 나타나는 각각의 제3 돌기(13a, 13b)의 2개의 능각 LA는, 동일 평면상에 배치되도록 구성되어 있다. 그리고, 각 단면에 나타나는 각 제1 돌기(11a, 11b)의 능각 LA가 배치되는 평면과, 각 단면에 나타나는 각 제3 돌기(13a, 13b)의 능각 LA가 배치되는 평면은, 평행이 되도록 구성되어 있다.

이러한 구성으로 되어 있기 때문에, 도 3에 도시하는 것처럼, 한 쌍의 제1 돌기(11a, 11b), 제2 돌기(12) 및 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)는, 상기 기준 평면 RP로부터 수직 방향으로 연장되고, 또한 제2 돌기(12)의 능각 LA를 통과하는 중심선 CL에 대해서 선대칭이 되도록 구성되어 있다.

다음에, 금속 실(100)을 제1 평면(S1)과 제2 평면(S2)으로 누름 협지했을 경우를 도 4에 기초하여 설명한다.

도 4의 (a)에 도시하는 것처럼, 금속 실(100)이 변형 전의 자연 상태로서, 제1 평면(S1)이 제1 단면부(1P)에 접촉하고, 제2 평면(S2)이 제2 단면부(2P)에 접촉하며, 가압이 개시되는 시점에서는, 제1 평면(S1)에 대해서 한 쌍의 제1 돌기(11a, 11b)의 능각 LA가 접촉하고, 제2 평면(S2)에 대해서 제2 돌기(12)의 능각 LA가 접촉한 제1 상태가 된다.

다음에, 상기 제1 상태가 된 후, 제1 평면(S1) 및 제2 평면(S2)을 더 접근시키면, 도 4의 (b)에 도시하는 것처럼, 제1 평면(S1) 및 제2 평면(S2)에 의한 금속 실(100)에 대한 가압이 개시되고, 이것에 의해, 금속 실(100)에 변형이 생겨, 제2 평면(S2)에 대해, 제2 돌기(12)의 능각 LA에 더하여, 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)의 능각 LA도 접촉한 제2 상태가 된다. 보다 구체적으로는, 금속 실(100)에 대한 가압이 개시되면, 금속 실(100)에 대해, 자연 상태로부터 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)를 근소하게 중심선 CL측으로 기우는 것 같은 변형이 생기고, 이것에 의해, 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)의 능각 LA는, 자연 상태에 비해 근소하게 중심선 CL측에 가까워진 상태로 제2 평면(S2)에 대해서 접촉한 상태가 된다. 단, 이 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)의 중심선 CL측으로의 이동은 근소하고, 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)가 제2 평면(S2)에 접촉한 상태(제2 상태)에 있어서, 지름 방향 R에 대해, 한쪽의 제3 돌기(13a)가, 한쪽의 제1 돌기(11a)보다도 외측에 배치되고, 또한 다른 쪽의 제3 돌기(13b)가, 다른 쪽의 제1 돌기(11b)보다도 내측에 배치된 상태는 유지된다.

또한, 가압이 개시된 시점에 있어서, 한 쌍의 제1 돌기(11a, 11b)의 능각 LA는, 제1 평면(S1)에 대해서 접촉하고 있으므로, 그 제1 평면(S1)에 파고들어 쐐기로서의 역할을 수행한다. 마찬가지로, 제2 돌기(12)의 능각 LA는, 제2 평면(S2)에 접촉하고 있으므로, 그 제2 평면(S2)에 파고들어 쐐기로서의 역할을 수행한다. 이것에 의해, 가압에 의해서 금속 실(100)에 변형이 생겨도, 한 쌍의 제1 돌기(11a, 11b) 및 제2 돌기(12)는, 처음에 접촉하고 있는 위치로부터 거의 위치가 시프트되지 않는다. 이 경우, 도 4에 있어서는, 한 쌍의 제1 돌기(11a, 11b) 및 제2 돌기(12)의 각 능각 LA를 선단이 뾰족해진 각 모양으로 도시하고 있지만, 금속 실(100)의 강도의 문제에 의해, 그 각 모양의 선단이 찌그러져, 평탄 모양 또는 원호 모양 등의 각 모양이 아닌 형상으로 변형할 가능성이 있다.

그리고, 상기 제2 상태가 된 후, 제1 평면(S1)과 제2 평면(S2)을 더 접근시키면, 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)의 능각 LA가, 제2 평면(S2)으로 파고들어간다. 이 경우, 지름 방향 R에 대해, 한쪽의 제1 돌기(11a)의 능각 LA가 제1 평면(S1)에 접촉하는 위치보다도, 제2 돌기(12)의 능각 LA가 제2 평면(S2)에 접촉하는 위치가 내측이 되는데 반해, 한쪽의 제3 돌기(13a)의 능각 LA가 제2 평면(S2)에 접촉하는 위치가 외측이 된다. 이것에 따라서, 한쪽의 제1 돌기(11a) 및 제2 돌기(12)가 눌려 생기는 응력의 방향과, 한쪽의 제1 돌기(11a) 및 한쪽의 제3 돌기(13a)가 눌려 생기는 응력의 방향이, 역방향이 된다. 이것에 의해, 제2 평면(S2)에 대한 한쪽의 제3 돌기(13a)의 미끄러짐이 억제되고, 한쪽의 제3 돌기(13a)의 능각 LA는, 제2 평면(S2)에 대해서 처음에 접촉한 위치로부터 거의 위치가 시프트되지 않게 된다. 또한, 다른 쪽의 제1 돌기(11b), 제2 돌기, 다른 쪽의 제3 돌기(13b)에 관해서도, 지름 방향 R에 대한 위치 관계가 역전되는 것뿐으로 마찬가지로 말할 수 있다.

덧붙여서, 제1 평면(S1) 및 제2 평면(S2)에 의한 금속 실(100)의 가압이 개시되면, 한 쌍의 제1 돌기(11a, 11b), 제2 돌기(12), 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)의 각 능각 LA는, 금속 실(100)의 강도의 문제에 의해, 그 각이 찌그러져, 그 선단이 평탄 모양 또는 원호 모양 등의 각 모양이 아닌 형상으로 변형할 가능성이 있다.

또, 상기 제1 상태로부터 상기 제2 상태가 될 때까지의 동안, 바꾸어 말하면, 금속 실(100)에 대한 가압이 개시되고 나서 제2 평면(S2)에 대해서 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)의 능각 LA가 접촉할 때가지의 동안에, 제1 평면(S1)에 대해서 한 쌍의 제1 돌기(11a, 11b)의 능각 LA가 파고들어가는 깊이는, 제2 평면(S2)에 대해서 제2 돌기(12)의 능각 LA가 파고들어가는 깊이에 비해 얕다. 이것은, 제1 평면(S1)에는 두 개의 능각 LA가 접촉하고 있는데 반하여, 제2 평면(S2)에는 하나의 능각 밖에 접촉하고 있지 않아, 접촉 면적이 상위하기 때문이다. 그러나, 상기 제2 상태가 된 후, 추가로 가압이 계속되면, 제2 평면(S2)에 의한 누름력이, 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)를 통해서 한 쌍의 제1 돌기(11a, 11b)에 효율 좋게 전해지게 되어, 한 쌍의 제1 돌기(11a, 11b)의 능각 LA가, 제1 평면(S1)에 의해 깊게 파고들어간다. 이것에 의해, 금속 실(100)의 변형이 커지더라도, 이것에 따라 제1 평면(S1)에 대한 한 쌍의 제1 돌기(11a, 11b)의 능각 LA의 파고들어감이 깊어져, 제1 평면(S1)에 대해서 미끄러짐이 억제되어, 한 쌍의 제1 돌기(11a, 11b)가, 제1 평면(S1)에 대해서 처음에 접촉한 위치로부터 거의 위치가 시프트되지 않게 된다.

이러한 것으로부터, 실시 형태 1에 따른 금속 실(100)이면, 누름 협지를 진행시킴으로써 금속 실(100)이 미끄러져 제1 평면(S1)이나 제2 평면(S2)에 미소한 손상이 나기 어렵고, 또, 금속 실(100)에 주름이 생기기 어려워져, 그 결과, 유체의 리크의 원인이 되는 미소 간극이 발생하기 어려워진다.

또, 이러한 구성으로 하면, 금속 실(100)이, 제1 평면(S1) 및 제2 평면(S2)에 의해서 누름 협지되었다고 하더라도, 평면에 대한 각 돌기의 접촉 위치가 어긋나지 않기 때문에, 누름 방향(중심축 CL을 따른 방향)에 대해서 큰 비틀림이 발생하지 않는다. 이 때문에, 금속 실(100)은 제1 평면(S1) 및 제2 평면(S2)에 의해서 누름 협지된 후에 있어서도, 누름 방향에 대한 복원력을 유지한다. 이것에 의해, 하등의 원인으로 제1 평면(S1)과 제2 평면(S2) 사이의 거리가 다소 커지는 것과 같은 사태가 생겼다고 하더라도, 실링성이 유지된다.

따라서, 실시 형태 1에 따른 금속 실(100)은, 제1 평면(S1)과 제2 평면(S2)에 의해서 균일하게 눌려, 전체 둘레에 걸쳐 높은 밀착성을 실현할 수 있어, 실링성이 향상되어, 유체의 리크를 방지할 수 있다.

＜실시 형태 2＞

본 실시 형태는 상기 실시 형태 1에 따른 금속 실(100)의 제2 단면부(2P), 구체적으로는, 제2 단면부(2P)에 형성되는 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)의 변형예이다. 본 실시 형태에 따른 금속 실(100)은, 도 5에 도시하는 것처럼, 한 쌍의 제3 돌기(13a′, 13 b′)가, 지름 방향을 따른 횡단면이 개략 부분 원통 모양으로 되어 있다. 그리고, 본 실시 형태에 따른 금속 실(100)에 있어서는, 상기 제2 상태에 있어서, 한 쌍의 제3 돌기(13a′, 13 b′)에 있어서의 기준 평면 RP에 대한 수직 방향 거리가 가장 큰 부분이 능선 RL이 되어 제2 평면(S2)에 대해서 접촉한다.

이러한 구성에 있어서는, 상기 실시 형태 1에 따른 한 쌍의 제3 돌기(13a, 13b)의 능각 LA와 같이, 한 쌍의 제3 돌기(13a′, 13 b′)의 능선 RL에 의한 제2 평면(S2)에 대한 파고들어감은 기대할 수 없지만, 상기 실시 형태 1에 따른 금속 실(100)과 마찬가지로 실링성이 향상된다.

＜그 외의 실시 형태＞

본 발명에 따른 금속 실은 매스 플로우 컨트롤러에만 이용되는 것이 아니고, 그 외의 용도에도 이용할 수 있다. 예를 들면, 압력 제어 장치 등의 유체 제어 기기에 이용해도 되고, 유체가 흐르는 배관끼리의 커플링 부분에 이용해도 된다.

상기 각 실시 형태에 있어서는, 한 쌍의 제1 돌기를 중심축에 대해 선대칭으로 배치함과 아울러, 한 쌍의 제3 돌기를 중심축에 대해 선대칭으로 배치하고 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 한 쌍의 제1 돌기 또는 한 쌍의 제2 돌기 중 적어도 한쪽만이, 중심축에 대해서 선대칭으로 배치되어 있는 것이어도 된다.

또, 상기 각 실시 형태에 있어서는, 한 쌍의 제1 돌기의 형상을 중심축에 대해 선대칭인 형상으로 하고 있지만, 비대칭인 형상으로 할 수도 있다. 마찬가지로, 한 쌍의 제3 돌기의 형상을 비대칭인 형상으로 할 수도 있다. 단, 이 경우, 중심축에 대해 양측에서 외력이나 응력에 편향이 생기는 것으로부터, 선대칭인 형상으로 하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 따른 금속 실은, 링 모양의 것이면 되고, 상기 각 실시 형태와 같이 제1 단면부 또는 제2 단면부에 대해서 수직인 방향에서 보았을 경우에 개략 정원 모양의 것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 단면부 또는 제2 단면부에 대해서 수직인 방향에서 보았을 경우에, 타원 형상, 모서리가 둥근 사각형 모양, 트랙 형상 등 다양한 형상으로 링 모양으로 형성한 금속 실이어도 된다. 정원 형상 이외의 경우에는 전술한 실시 형태에 있어서의 중심축은 기준축으로서 정의할 수 있다. 또, 금속 실은 연신(延伸) 방향에 대한 횡단면의 형상이 어느 절단면에서도 거의 같은 형상이 되는 등단면 형상의 환상체로서 형성되는 것이 바람직하다.

그 외, 본 발명은 상기 각 실시 형태로 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.

100: 금속 실
200: 유체 제어 장치
1P: 제1 단면부
2P: 제2 단면부
S1; 제1 평면
S2: 제2 평면
11a, 11b: 제1 돌기
12: 제2 돌기
13a, 13b: 제3 돌기

Claims

제1 평면 및 제2 평면의 사이에 마련되고, 상기 제1 평면 및 상기 제2 평면을 서로 근접시킴으로써 누름 협지되는 링 모양의 금속 실(seal)로서,
상기 제1 평면과 대향하는 제1 단면부와,
상기 제2 평면과 대향하는 제2 단면부를 구비하고,
상기 제1 단면부가
상기 금속 실의 지름 방향으로 어긋나게 형성되고, 상기 제1 평면과 접촉하는 능각을 가지는 한 쌍의 제1 돌기를 구비하고,
상기 제2 단면부가
상기 지름 방향에 대해, 상기 한쪽의 제1 돌기보다도 내측, 또한 상기 다른 쪽의 제1 돌기보다도 외측에 형성되고, 상기 제2 평면과 접촉하는 능각을 가지는 제2 돌기와,
상기 지름 방향에 대해, 상기 제2 돌기보다도 내측 및 외측에 각각 형성되고, 상기 한 쌍의 제1 돌기의 능각을 포함하는 기준 평면에 대해서 수직 방향 거리가 가장 큰 점이, 상기 제2 돌기의 능각에 있어서의 상기 수직 방향 거리보다도 작은 한 쌍의 제3 돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 실.
청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 제3 돌기가, 상기 제1 평면 및 상기 제2 평면에 의해서 상기 금속 실을 누름 협지하여 변형된 경우에, 상기 제2 평면과 접촉하는 금속 실.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 평면 및 상기 제2 평면에 의해서 상기 금속 실을 누름 협지하여 변형시킨 경우에,
상기 한쪽의 제3 돌기가, 상기 지름 방향에 대해, 상기 한쪽의 제1 돌기보다도 외측에서 상기 제2 평면과 접촉하고,
상기 다른 쪽의 제3 돌기가, 상기 지름 방향에 대해, 상기 다른 쪽의 제1 돌기보다도 내측에서 상기 제2 평면에 접촉하는 금속 실.
청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 제1 돌기 또는 상기 한 쌍의 제3 돌기 중 적어도 한쪽이, 상기 기준 평면에 대해서 수직 방향으로 연장되고, 또한 상기 제2 돌기의 능각을 통과하는 중앙선에 대해서 선대칭으로 형성되어 있는 금속 실.
청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 제3 돌기가, 상기 제2 평면에 접촉하는 능각을 가지고 있는 금속 실.
청구항 5에 있어서,
상기 한 쌍의 제3 돌기의 능각이, 상기 기준 평면에 대해서 같은 수직 방향 거리가 되도록 형성되어 있는 금속 실.
청구항 1에 기재된 금속 실과,
상기 제1 평면이 형성된 플랜지와,
상기 제2 평면이 형성된 블록을 구비하고,
상기 블록에 대해서 상기 플랜지를 장착함으로써 상기 금속 실이 상기 제1 평면 및 상기 제2 평면에 의해서 누름 협지되도록 구성된 유체 제어 장치.
제1 단면부 및 제2 단면부를 구비한 링 모양의 금속 실로서,
상기 제1 단면부가
상기 금속 실의 지름 방향으로 어긋나게 형성되고, 능각을 가지는 한 쌍의 제1 돌기를 구비하고,
상기 제2 단면부가
상기 지름 방향에 대해, 상기 한쪽의 제1 돌기보다도 내측, 또한 상기 다른 쪽의 제1 돌기보다도 외측에 형성되고, 능각을 가지는 제2 돌기와,
상기 지름 방향에 대해, 상기 제2 돌기보다도 내측 및 외측에 각각 형성되고, 상기 한 쌍의 제1 돌기의 능각을 포함하는 기준 평면에 대한 수직 방향 거리가 가장 큰 점이, 상기 제2 돌기의 능각에 있어서의 상기 수직 방향 거리보다도 작은 한 쌍의 제3 돌기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 금속 실.
능각을 가지는 한 쌍의 제1 돌기를 구비하는 제1 단면부와, 능각을 가지는 제2 돌기 및 능선을 가지는 한 쌍의 제3 돌기를 구비하는 제2 단면부를 구비한 링 모양의 금속 실을 이용한 실 방법으로서,
상기 한 쌍의 제1 돌기에 있어서의 능각을 상기 제1 평면에 대해서 접촉시킴과 아울러, 상기 제2 돌기에 있어서의 능각을 상기 제2 평면에 대해서 접촉시키는 것과,
상기 제1 평면 및 상기 제2 평면에 의해서 상기 금속 실을 누름 협지하여 변형시킴으로써 상기 한 쌍의 제3 돌기를 상기 제2 평면에 대해서 접촉시키는 것을 구비한 실 방법.