TWI780927B - 金屬密封件 - Google Patents

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TWI780927B TW110135630A TW110135630A TWI780927B TW I780927 B TWI780927 B TW I780927B TW 110135630 A TW110135630 A TW 110135630A TW 110135630 A TW110135630 A TW 110135630A TW I780927 B TWI780927 B TW I780927B
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柏原一之
藤堂聡
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日商三菱電線工業股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種金屬密封件，該金屬密封件將兩平面之間密封，且於塑性變形區域對於設定高度之反作用力的增減係和緩。截面形狀具有長方形的中間基部3、設於此中間基部3之各長邊3A兩端的第一主凸部1、第一副凸部11、第二主凸部2及第二副凸部12，各凸部1、11、2、12的一個稜線形成與長方形短邊接續之共通直線L10、L20。

Description

金屬密封件
本發明係關於一種金屬密封件，特別是用於將兩平面之間密封的金屬密封件。
本申請人先前已提案了第13圖及第14圖所示之金屬密封件60(專利文獻1)。亦即，此金屬密封件60裝於相互平行之第一平面P1與第二平面P2之間(參照第14圖)，金屬密封件60整體為環狀，具有橫截面為矩形之中間基部63、抵接第一平面P1且靠近內徑的半圓形截面之第一凸部66、及抵接第二平面P2且靠近外徑的半圓形截面之第二凸部67。並且，在裝接壓縮狀態(使用狀態)中，如第14圖所示，承受來自相互接近之第一平面P1及第二平面P2的推壓力，以中間基部63的重心點為中心產生旋轉變形。此外，使第一平面P1及第二平面P2相互接近時，如第14圖所示，角部68、69亦壓接，而對第一平面P1及第二平面P2壓接四個位置，可用密封所需的充分接觸面壓(1000MPa以上)保持壓接密封狀態。
專利文獻1為日本特許第4091373號公報。
然而，如第13圖及第14圖所示之橫截面形狀的金屬密封件60，需要一邊使金屬材料塑性變形(壓扁)，一邊對凸緣平面(第一、第二平 面)P1、P2施加極大的力(壓縮荷重)。因此，第13圖及第14圖所示之習知金屬密封件60已發現有如下之問題點。亦即，(i)為了賦予大的壓縮荷重，而對緊固螺栓的負擔增加，需要使用半徑大的螺栓或增加螺栓數量、(ii)由於(i)而難以使裝置整體小型化、(iii)使凸緣(flange)平面(第一、第二平面P1、P2)受損等造成損傷的疑慮。
對此，本發明係解決習知的問題點(i)、(ii)、(iii)，目的係提供一種金屬密封件，可用較小的壓縮力即可緊固，減少緊固螺栓的負擔，可對裝置的小型化帶來貢獻。此外，又一目的係提供一種金屬密封件，可減少(塑性變形之前的)旋轉彈性變形過程中之與凸緣面的摩擦量，並減少此時的壓縮荷重，藉此可進一步減少對凸緣面的損傷。
本發明係裝設於相互平行之第一平面與第二平面之間且整體為環狀，具備橫截面形狀為長方形的中間基部、抵接上述第一平面且靠近內徑的第一主凸部、靠近外徑的第一副凸部、抵接上述第二平面且靠近外徑的第二主凸部及靠近內徑的第二副凸部，上述第一主凸部的內周邊部、上述中間基部的內周短邊及上述第二副凸部的內周邊部係於橫截面上以一條共通直線接續，上述第二主凸部的外周邊部、上述中間基部的外周短邊及上述第一副凸部的外周邊部係於橫截面上以一條共通直線接續，並且，上述第一主凸部、第一副凸部、第二主凸部及第二副凸部係頂端具有圓弧狀頂部，使上述第一主凸部及第二主凸部的各底邊的尺寸為W1，並使中間基部的長邊的尺寸為W0，則0.20‧W0≦W1≦0.45‧W0之關係成立。
又，使上述第一主凸部及第二主凸部之頂端的圓弧狀頂部在橫截面中的曲率半徑為R1，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則0.05‧H0≦R1≦0.25‧H0之關係成立。
又，使上述第一副凸部及第二副凸部之頂端的圓弧狀頂部在橫截面中的 曲率半徑為R2，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則0.05‧H0≦R2≦0.125‧H0之關係成立。
又，使上述第一主凸部及第二主凸部之頂端的上述圓弧狀頂部在橫截面中的內接圓之中心點與各個鄰近之共通直線的距離為X1、X2，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則0≦X1≦0.25‧H0及0≦X2≦0.125‧H0之關係成立。
又，使上述第一主凸部及第二主凸部之外周側及內周側的稜線形成之角度為θ1，且使上述第一副凸部及第二副凸部之外周側及內周側的稜線形成之角度為θ2，則25°≦θ1≦45°及25°≦θ2≦45°之關係成立。
又，本發明係裝設於相互平行之第一平面與第二平面之間且整體為環狀，具備橫截面形狀為長方形的中間基部、抵接上述第一平面且靠近內徑的第一內凸部、靠近外徑的第一外凸部、抵接上述第二平面且靠近外徑的第二外凸部及靠近內徑的第二內凸部，上述第一內凸部的內周邊部、上述中間基部的內周短邊及上述第二內凸部的內周邊部係於橫截面上以一條共通直線接續，上述第二外凸部的外周邊部、上述中間基部的外周短邊及上述第一外凸部的外周邊部係於橫截面上以一條共通直線接續，並且，上述第一內凸部、第一外凸部、第二外凸部及第二內凸部係頂端具有圓弧狀頂部且為相同高度，使上述第一內凸部、第一外凸部、第二外凸部及第二內凸部的所有各底邊的尺寸為W1，且使上述中間基部的長邊的尺寸為W0，則0.20‧W0≦W1≦0.45‧W0之關係成立。
又，使上述第一內凸部、第一外凸部、第二內凸部及第二外凸部之頂端的上述圓弧狀頂部在橫截面中的曲率半徑為R11，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則0.05‧H0≦R11≦0.25‧H0之關係成立。
又，使上述第一內凸部、第二內凸部、第一外凸部及第二外凸部之頂端 的上述圓弧狀頂部在橫截面中的內接圓之中心點與各個相近之上述共通直線的距離為X11，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則0≦X11≦0.25‧H0之關係成立。
又，使上述第一內凸部、第二內凸部、第一外凸部及第二外凸部之外周側及內周側的稜線形成之角度為θ11，則25°≦θ11≦45°之關係成立。
發明之功效：根據本發明，可用較小的壓縮力即可緊固，減少緊固螺栓的負擔，可對裝置的小型化帶來貢獻。此外，可防止對所裝接之凸緣面損傷，密封性能亦優異。
〔本發明〕
1:第一主凸部
1A:內周邊部
1B:底邊
2:第二主凸部
2A:外周邊部
2B:底邊
3:中間基部
3A:長邊
3B:短邊
5,6:圓弧狀頂部
11:第一副凸部
11A:外周邊部
12:第二副凸部
12A:內周邊部
13:最頂端角部
15:第一內凸部
15A:內周邊部
16:第一外凸部
16A:外周邊部
17:第二外凸部
17A:外周邊部
18:第二內凸部
18A:內周邊部
20:底邊
21:第一長邊
22:第二長邊
31:內周短邊
32:外周短邊
H0:高度尺寸
L10,L20:共通直線
Ls:軸心
M1:箭頭
O1:中心點
Og:重心點
P1:第一平面
P2:第二平面
R1,R2,R11:曲率半徑
S:金屬密封件
T:厚度尺寸
W0:長邊尺寸
W1:底邊尺寸
W2:底邊尺寸
X1,X2,X11:距離
X3:箭頭
X4:箭頭
α:微小間隙
θ1,θ2,θ11:角度
〔習用〕
60:金屬密封件
63:中間基部
66:第一凸部
67:第二凸部
68,69:角部
〔第1圖〕顯示本發明之一實施形態的圖，(A)為截面擴大前視圖，(B)為俯視圖，(C)前視圖，(D)為仰視圖。
〔第2圖〕擴大截面圖。
〔第3圖〕說明形狀與尺寸等之關係的截面分解圖。
〔第4圖〕顯示藉由FEM分析得到關於本發明之實施品的最終緊固壓縮狀態的截面形狀，並顯示對第一平面及第二平面的接觸面壓。
〔第5圖〕用以說明作用之截面圖。
〔第6圖〕顯示本發明之其他實施形態的圖，(A)為截面擴大前視圖，(B)為俯視圖，(C)前視圖，(D)為仰視圖。
〔第7圖〕擴大截面圖。
〔第8圖〕說明形狀與尺寸等之關係的截面分解圖。
〔第9圖〕顯示藉由FEM分析得到關於本發明之實施品的最終緊固壓縮狀態的截面形狀，並顯示對第一平面及第二平面的接觸面壓。
〔第10圖〕顯示荷重特性之圖表。
〔第11圖〕顯示將實施例1、2與習知例比較的(包含使用範圍的)荷重特性之圖表。
〔第12圖〕顯示將實施例1、2與習知例比較的旋轉彈性變形區域之荷重特性圖表。
〔第13圖〕顯示習知例之圖，(A)為整體截面前視圖，(B)為主要部位擴大截面圖。
〔第14圖〕顯示藉由FEM分析得到關於習知例的最終緊固壓縮狀態的截面形狀，並顯示對第一平面及第二平面的接觸面壓。
以下基於圖所示之實施形態來詳細地說明本發明。如第1圖~第4圖所示，本發明之金屬密封件S裝設於相互平行之第一平面P1與第二平面P2之間。又，金屬密封件S整體為圓形、橢圓形或多角形狀等之環狀，且將平行之第一平面P1及第二平面P2之間密封。針對此金屬密封件S的橫截面形狀說明，係具有長方形的中間基部3、抵接第一平面P1且靠近內徑的第一主凸部1及靠近外徑的第一副凸部11。此外，具有抵接第二平面P2且靠近外徑的第二主凸部2及靠近內徑的第二副凸部12。
於第1圖及第2圖中，Ls表示金屬密封件S整體的軸心，在第2圖中顯示為比實際上更極端地接近密封件的截面。中間基部3係由平行於第一平面P1與第二平面P2之長邊3A及與長邊3A正交之短邊3B形成。為了區別此長邊3A，會有稱為第一長邊21及第二長邊22之情況。又，為了區別此短邊3B，會有稱為內周短邊31及外周短邊32之情況。
並且，如第2圖及(將其分解顯示之)第3圖所示，第一主凸 部1的截面形狀為山型，在內周側具有斷崖狀的內周邊部1A，又，第二副凸部12的截面形狀(在第2圖中雖為倒立的山型)同樣地在內周側具有斷崖狀的內周邊部12A。
又如第3圖之分解圖中以箭頭X1、X2所示，使山型的第一主凸部1及第二副凸部12抵接中間基部3之長邊3A的靠內周短邊31之端部，藉此，第一主凸部1的內周邊部1A、中間基部3的內周短邊31及第二副凸部12的內周邊部12A(於橫截面上)以一條共通直線L10接續。此外，如第2圖及第3圖所示，第二主凸部2(雖為倒立的山型)在外周側具有斷崖狀的外周邊部2A，又，第一副凸部11的山型截面形狀同樣地在外周側具有斷崖狀的外周邊部11A。
以及如第3圖之分解圖中以箭頭X3、X4所示，使山型的第二主凸部2及第一副凸部11抵接中間基部3之長邊3A的靠外周短邊32之端部，藉此，第二主凸部2的外周邊部2A、中間基部3的外周短邊32及第一副凸部11的外周邊部11A(於橫截面上)以一條共通直線L20接續。
並且，上述第一主凸部1、第一副凸部11、第二主凸部2及第二副凸部12各(為山型且)頂端具有圓弧狀頂部5或圓弧狀頂部6。以及，使第一主凸部1及第二主凸部2的各底邊1B、2B的尺寸為W1，並使中間基部3的長邊3A的尺寸為W0，則下述式1成立。
0.20‧W0≦W1≦0.45‧W0…(式1)
此外，第一副凸部11及第二副凸部12的各底邊之尺寸設為W2。
此外，使第一主凸部1及第二主凸部2之頂端的圓弧狀頂部5在橫截面中的曲率半徑為R1，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則下述式2成立。
0.05‧H0≦R1≦0.25‧H0…(式2)
並且，使第一副凸部11及第二副凸部12之頂端的圓弧狀頂部6在橫截面中的曲率半徑為R2，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則下述式3成立。
0.05‧H0≦R2≦0.125‧H0…(式3)
又，使第一主凸部1及第二主凸部2之頂端的上述圓弧狀頂部5在橫截面中的(具有上述半徑R1之)內接圓之中心點O1與(各個存在於鄰近位置之)共通直線L10、L20的距離為X1、X2，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則下述式4及式5成立。
0≦X1≦0.25‧H0…(式4)
0≦X2≦0.125‧H0…(式5)
此外，X1=0係表示中心點O1位於內周邊部1A上。X2=0係表示中心點O1位於外周邊部2A上。
接著，使第一主凸部1及第二主凸部2之外周側及內周側的稜線形成之角度為θ1，則下述式6成立。
25°≦θ1≦45°…(式6)
又，使第一副凸部11及第二副凸部12之外周側及內周側的稜線形成之角度為θ2，則下述式7成立。
25°≦θ2≦45°…(式7)
如上述針對第1圖~第3圖說明的本發明之實施形態的金屬密封件S，隨著第一平面P1及第二平面P2相互接近，首先引起旋轉彈性變形，接著如第4圖所示地形成在四個位置接觸(壓接)之最終緊固壓縮狀態(即所謂的設置狀態)。關於在此狀態下之四個位置的接觸面壓波形及其數值，係與顯示其他實施形態之第9圖及顯示習知例之第14圖一併於後詳細地說明。
另，第5圖係說明第一平面P1及第二平面P2由第2圖之狀態開始接近之瞬間的圖。由第5圖可知，隨著金屬密封件S的旋轉彈性變形，開始往第5圖之箭頭M1方向傾倒，第一主凸部1的圓弧狀頂部5滑動接觸於第一平面P1，但最頂端角部13顯示遠離第一平面P1之動作(參照微小間隙α)，巧妙地避免此最頂端角部13損傷第一平面P1。
接著說明第6圖~第9圖所示之其他實施形態，裝設於相互平行之第一平面P1與第二平面P2之間，以及整體為圓形、橢圓形或多角形狀等之環狀這兩點，係與第1圖~第5圖所示之上述實施形態相同。
然而，第6圖~第9圖所示之金屬密封件S維持不引起旋轉彈性變形而到達設置狀態。
從具體的截面形狀說明，係具有長方形的中間基部3、抵接第一平面P1且靠近內徑的第一內凸部15、靠近外徑的第一外凸部16、抵接第二平面P2且靠近外徑的第二外凸部17及靠近內徑的第二內凸部18。Og表示長方形的上述中間基部3之重心點。T表示長方形的上述中間基部3之厚度尺寸。
並且，於截面圖中，第一內凸部15為山型，在內周側具有斷崖狀的內周邊部15A，又，第二內凸部18(雖為倒立的山型)同樣地在內周側具有斷崖狀的內周邊部18A。以及，此內周邊部15A、中間基部3的內周短邊31及內周邊部18A於橫截面上以一條共通直線L10接續。此共通直線L10與密封件軸心Ls平行。
又，第二外凸部17的外周邊部17A、中間基部3的外周短邊32及第一外凸部16的外周邊部16A於橫截面上以一條共通直線L20接續。
此外，第一內凸部15、第一外凸部16、第二外凸部17及第二內凸部18的頂端具有圓弧狀頂部5。
並且，由第8圖之截面圖等可知，四個凸部15、16、17、18之底邊20的尺寸設定為相等。而且，使此底邊20的尺寸為W1，則下述式8成立。
0.20‧W0≦W1≦0.45‧W0…(式8)
再者，使上述第一內凸部15、第一外凸部16、第二內凸部18及第二外凸部17之頂端的圓弧狀頂部5在橫截面中的曲率半徑為R11，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則下述式9成立。
0.05‧H0≦R11≦0.25‧H0…(式9)
又，使上述第一內凸部15、第二內凸部18、第一外凸部16及第二外凸部17之頂端的圓弧狀頂部5在橫截面中的內接圓之中心點O1與各個相近之上述共通直線L10、L20的距離為X11，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則下述式10成立。
0≦X11≦0.25‧H0…(式10)
又，使上述第一內凸部15、第二內凸部18、第一外凸部16及第二外凸部17之外周側及內周側的稜線形成之角度為θ11，則下述式11成立。
25°≦θ11≦45°…(式11)
接著，於第1圖及第2圖說明之本發明的(第一)實施例與第13圖所示之習知例，分別使第一平面P1及第二平面P2的間隔尺寸Hp(設置高度G)減少的情況下，以密封件截面之重心為中心產生旋轉彈性變形後，經過四點接觸狀態，到達第4圖及第14圖所示之塑性變形區域，產生很大的變形。
第4圖及第14圖中，顯示對自由狀態下的高度尺寸為1.0mm之金屬密封件S、60，將第一平面P1及第二平面P2的間隔尺寸Hp減少至0.7 mm，亦即使金屬密封件S、60的設置高度G為0.7mm之最終緊固壓縮狀態(即所謂的設置狀態)的變形狀態，及對第一平面P1及第二平面P2之各接觸面壓。又，第4圖及第14圖顯示截面形狀及接觸面壓以FEM分析求出的結果。又如後述之第11圖所示，密封件的使用範圍Gx較佳為具有一定程度的寬度。
將第4圖及第14圖比較則可知下述事項。惟，將第14圖顯示的四個接觸面壓之波形以一點鏈線標註於第4圖的上下各圖表中，明示本發明之實施品與習知例之波形的差異。亦即，由第4圖及第14圖可知下述事項。(i)本發明之實施品中，對第一平面P1之接觸面壓波形係顯現第一副凸部11的波形大(高)，第一主凸部1的波形小(低)。(ii)本發明之實施品中，對第二平面P2之接觸面壓波形係顯現第二副凸部12的波形大(高)，第二主凸部2的波形小(低)。(iii)習知例中，相較於角部68的波形，第一凸部66的波形寬度較廣、最大高度較低且面積較大。(iv)習知例中，相較於角部69的波形，第二凸部67的波形寬度較廣、最大高度較低且面積較大。(v)無論本發明之實施品及習知例，四個波形的高度均顯示超過1000MPa之較高值(接觸面壓)，可充分地發揮密封性能。
接著，於第6圖及第7圖說明之本發明的(第二)實施例與第13圖所示之習知例，分別使第一平面P1及第二平面P2的間隔尺寸Hp(設置高度G)減少的情況下，密封件截面的旋轉彈性變形不在第6圖及第7圖之第二實施例發生，從起初維持四點接觸，經過彈性變形，到達第9圖所示之塑性變形區域，產生很大的變形。
第9圖及第14圖中，顯示對自由狀態下的高度尺寸為1.0mm之金屬密封件S、60，將第一平面P1及第二平面P2的間隔尺寸Hp減少至0.7mm，亦即使金屬密封件S、60的設置高度G為0.7mm之最終緊固壓縮狀態 的變形狀態，及對第一平面P1及第二平面P2之各接觸面壓。
將第9圖及第14圖比較則可知下述事項。惟，將第14圖顯示的四個接觸面壓之波形以一點鏈線標註於第9圖的上下各圖表中，明示本發明之第二實施品與習知例之波形的差異。亦即，由第9圖及第14圖可知下述事項。(i)本發明之實施品中，對第一平面P1之接觸面壓波形係第一內凸部15與第一外凸部16約略相等。(ii)本發明之實施品中，對第二平面P2之接觸面壓波形係約略相等。(iii)習知例中，相較於角部68的波形，第一凸部66的波形寬度較廣、最大高度較低且面積較大。(iv)習知例中，相較於角部69的波形，第二凸部67的波形寬度較廣、最大高度較低且面積較大。(v)習知例中，四個波形的高度及面積約略相等。(vi)無論本發明之實施品及習知例，四個波形的高度均顯示超過1000MPa之較高值(接觸面壓)，可充分地發揮密封性能。
另外，第11圖及第12圖係橫軸為設置高度G(mm)，縱軸為壓縮荷重F(kN)之圖表。壓縮荷重F(kN)亦可稱為第一平面P1及第二平面P2承受的來自金屬密封件S、60之「反作用力」。如第11圖及(將其重要部分擴大之)第12圖所示，本發明與習知例展現特性上的顯著差異。
針對第11圖及第12圖說明如下，一點鏈線顯示第13圖及第14圖所示之習知例的特性。點P31為第一凸部66及第二凸部67對第一平面P1及第二平面P2輕微接觸之壓縮開始點。P32顯示四點接觸開始點。亦即，顯示由上述壓縮開始點P31開始，對於第一凸部66及第二凸部67，由第一平面P1及第二平面P2承受推壓力，(圖式省略的)角部68、69初次接觸第一平面P1及第二平面P2之狀態。
由第12圖可知，習知例的金屬密封件60中，在由點P31至點P32之彈性旋轉區域，產生大的壓縮荷重(反作用力)F60(第12圖中顯示F60 =2.0kN)。△G60係由點P31至點P32為止，為了減少第一平面P1及第二平面P2之間隔尺寸Hp的移動量，可知△G60非常大。此外，此移動量△G60中，旋轉彈性變形需要大的反作用力△F60。
設置高度G(間隔尺寸Hp)由點P32之四點接觸開始點至第14圖所示之最終緊固壓縮狀態(最終設置狀態)的點P33為止，可見到反作用力F急遽增加(參照第11圖)。亦即，第11圖的一點鏈線所示之習知例的圖表線條係由點P32至點P33為止，反作用力(壓縮荷重)F以陡峭的斜率增加。
相對於此，第11圖及第12圖中，以虛線顯示之本發明的實施例1如下。亦即，點P36為第一主凸部1及第二主凸部2(參照第2圖)對第一平面P1及第二平面P2輕微接觸之壓縮開始點。點P37顯示四點接觸開始點。亦即，由第2圖些微彈性旋轉變形，圓弧狀頂部6輕微接觸第一平面P1及第二平面P2之狀態。
△Ga係由點P36至點P37為止，為了減少第一平面P1及第二平面P2之間隔尺寸Hp的移動量，可知△Ga與習知例所對應之該移動量△G60相比係充分地小。此外，實施例1的移動量△Ga中，旋轉彈性變形需要的反作用力(壓縮荷重)△Fa係比習知例的上述反作用力(壓縮荷重)△F60顯著地小。又，第12圖中，△Fg顯示兩者的反作用力差。亦即，本發明的實施例1中，點P36至點P37為止之設置高度移動量△Ga及其所需要的壓縮荷重(反作用力)△Fa係比習知例顯著地小，因此，與習知例相比，可大幅降低第一主凸部1及第二主凸部2對第一平面P1及第二平面P2造成擦傷的疑慮，為本發明的實施例1具有的優點。
此外，針對第11圖(第12圖)說明，實施例1的虛線中，由四點接觸開始點P37至第4圖所示之最終緊固壓縮狀態(最終設置狀態)的點 P38為止，與習知例的一點鏈線相比，反作用力F的增加極為和緩。亦即，以虛線所示之本發明的實施例1的圖表線係由點P37至點P38為止，反作用力F以和緩的斜率緩慢地增加。
因此，根據本發明的實施例1，對於從展現密封性之四點接觸開始點P37以後的壓縮，反作用力(緊固力)F緩慢地增加(增加的比例少)，因此，可防止在第一平面P1及第二平面P2(即凸緣面等)損傷。此外，對緊固所需之螺栓的負擔亦可降低，隨此，亦可使螺栓半徑縮小，可減少螺栓數量，及可謀求裝置的小型化及降低成本。並且，在實際的裝置(機器)中，常有第一平面P1及第二平面P2之間的間隔尺寸Hp因加工尺寸誤差或溫度、壓力等使用條件等而產生不均。然而，第11圖所示之虛線顯示，即使設置高度G相對於規定值有大小變化，反作用力F幾乎不增減，可穩定地維持密封性能等。
接著，以下針對第6圖~第9圖所示之本發明的實施例2，以第11圖及第12圖中的實線來說明壓縮荷重(反作用力)F相對於設置高度G(mm)的變化等。第11圖及將其主要部位擴大之第12圖中，一點鏈線作為習知例(參照第13圖及第14圖)已說明如上。
相對於此，本發明的實施例2之金屬密封件S不產生彈性旋轉變形，產生如第7圖~第9圖所示之壓縮變形。因此，第11圖及第12圖中，實施例1及習知例的高度變化(移動量)△Ga、△G60不存在(不出現)。點P40因此可稱為四點接觸開始點兼壓縮開始點。之後如第11圖所示，一邊描繪與實施例1略為相同的和緩斜率一邊到達最終設置狀態之點P41。實施例2的此點P41與實施例1的點P38略為一致(反作用力F大略為相同數值)。
由第11圖及第12圖可知，習知例中展現大的反作用力△F60及大的設置高度移動量△G60之由壓縮開始點P31至四點接觸開始點P32為止 的「作動」，在本發明的實施例2中完全被省略。因此，實施例2中，不會對第一平面P1及第二平面P2造成擦傷。故密封性能穩定且優異。並且，本發明的實施例2中，第11圖的由四點接觸開始點兼壓縮開始點P40至最終設置狀態之點P41的實線，與習知例的一點鏈線相比，顯示反作用力F極為緩慢地增加。
因此，根據本發明的實施例2，對於展現密封性之點P40以後的壓縮，反作用力(緊固力)的增加緩慢(增加的比例少)，因此，可防止在第一平面P1及第二平面P2(即凸緣面等)損傷。此外，對緊固所需之螺栓的負擔亦可降低，隨此，亦可使螺栓半徑縮小，可減少螺栓數量，及可謀求裝置的小型化及降低成本。並且，在實際的裝置(機器)中，常有第一平面P1及第二平面P2之間的間隔尺寸Hp因加工尺寸誤差或溫度、壓力等使用條件等而產生不均。然而，第11圖所示之實線顯示，即使設置高度G相對於規定值有大小變化，反作用力F幾乎不增減，可穩定地維持密封性能等。
另外，如上述式2、式3、式9所示，實施例1(第1圖、第2圖)的曲率半徑R1、R2及實施例2(第6圖、第7圖)的曲率半徑R11存在有較佳的上限及下限。第10圖係在使實施例2的曲率半徑R11變化的情況下，(以FEM分析)求出反作用力F相對於設置高度G如何變化之圖表。又，H0表示金屬密封件S的高度。實施例1(第1圖、第2圖)中的以上述式2、式3表示之曲率半徑R1、R2的上限及下限之情況下的壓縮荷重(反作用力)的變化，亦以第10圖所示之實施例2的圖表線為參考。亦即，針對第10圖說明，則可知R11/H0=0.125之情況與第11圖的實線(實施例2)及虛線(實施例1)大略一致。
並且，R11/H0=0.05的情況下，斜率變得和緩。又，R11/H0=0.25的情況下，斜率突然變化。然而，無論任一條圖表線，在實用上的密 封性及對凸緣的接觸壓力均在適當的範圍內。
本發明係如以上詳細說明，裝設於相互平行之第一平面P1與第二平面P2之間且整體為環狀，具備橫截面形狀為長方形的中間基部3、抵接上述第一平面P1且靠近內徑的第一主凸部1、靠近外徑的第一副凸部11、抵接上述第二平面P2且靠近外徑的第二主凸部2及靠近內徑的第二副凸部12，上述第一主凸部1的內周邊部1A、上述中間基部3的內周短邊31及上述第二副凸部12的內周邊部12A係於橫截面上以一條共通直線L10接續，上述第二主凸部2的外周邊部2A、上述中間基部3的外周短邊32及上述第一副凸部11的外周邊部11A係於橫截面上以一條共通直線L20接續，並且，上述第一主凸部1、第一副凸部11、第二主凸部2及第二副凸部12係頂端具有圓弧狀頂部5、6，故內周面及外周面為無凹凸的圓周面，因此可容易地在工具機進行卡緊(chucking)，可由圓形切片材料藉由切削或研削來迅速且容易地進行加工。此外，反作用力F相對於設置高度G之增加和緩，藉此，以第一平面P1及第二平面P2形成之設置高度G即使產生差異，反作用力F仍約略維持在相同值，可維持優異的密封性。又，可不需對第一平面P1及第二平面P2施予過大的面壓力，可防止凸緣面等損傷。此外，對緊固所需之螺栓的負擔亦可降低，可使螺栓半徑縮小，可減少螺栓數量，及可謀求裝置的小型化及降低成本。
又，使上述第一主凸部1及第二主凸部2的各底邊1B、2B的尺寸為W1，並使中間基部3的長邊3A的尺寸為W0，則0.20‧W0≦W1≦0.45‧W0之關係成立，故如第11圖所示，可使接觸面壓(反作用力)F相對於設置高度G的斜率和緩，可減少第一平面P1及第二平面P2相互接近所產生的荷重增加。
再者，使上述第一主凸部1及第二主凸部2之頂端的圓弧狀頂 部5在橫截面中的曲率半徑為R1，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則0.05‧H0≦R1≦0.25‧H0之關係成立，故形成和緩的斜率，可減少第一平面P1及第二平面P2相互接近所產生的荷重增加。藉此防止損傷第一平面P1及第二平面P2，可發揮高密封性能。
又，使上述第一副凸部11及第二副凸部12之頂端的圓弧狀頂部6在橫截面中的曲率半徑為R2，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則0.05‧H0≦R2≦0.125‧H0之關係成立，故形成和緩的斜率，可減少第一平面P1及第二平面P2相互接近所產生的荷重增加，發揮充分的密封性能，並防止損傷第一平面P1及第二平面P2。
再者，使上述第一主凸部1及第二主凸部2之頂端的上述圓弧狀頂部5在橫截面中的內接圓之中心點O1與各個鄰近之共通直線L10、L20的距離為X1、X2，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則0≦X1≦0.25‧H0及0≦X2≦0.125‧H0之關係成立，故由第2圖之狀態經過四點接觸至第4圖所示之最終設置狀態為止，第一主凸部1及第二主凸部2的圓弧狀頂部5相對於第一平面P1及第二平面P2圓滑地旋轉(參照第5圖的箭頭M1)。
又，使上述第一主凸部1及第二主凸部2之外周側及內周側的稜線形成之角度為θ1，且使上述第一副凸部11及第二副凸部12之外周側及內周側的稜線形成之角度為θ2，則25°≦θ1≦45°及25°≦θ2≦45°之關係成立，故可適當地設定第一主凸部1及第二主凸部2的彈力及剛性，得到於第11圖中以虛線所示之和緩的斜率特性。
又，本發明係裝設於相互平行之第一平面P1與第二平面P2之間且整體為環狀，具備橫截面形狀為長方形的中間基部3、抵接上述第一平面P1且靠近內徑的第一內凸部15、靠近外徑的第一外凸部16、抵接上述第二平面P2且靠近外徑的第二外凸部17及靠近內徑的第二內凸部18，上述第一內 凸部15的內周邊部15A、上述中間基部3的內周短邊31及上述第二內凸部18的內周邊部18A係於橫截面上以一條共通直線L10接續，上述第二外凸部17的外周邊部17A、上述中間基部3的外周短邊32及上述第一外凸部16的外周邊部16A係於橫截面上以一條共通直線L20接續，並且，上述第一內凸部15、第一外凸部16、第二外凸部17及第二內凸部18係頂端具有圓弧狀頂部5且為相同高度，故(不進行彈性旋轉變形)立即開始壓縮變形(參照第11圖及第12圖的點P40)。因此，如第12圖的上述說明，可完全地防止伴隨習知例之大的設置高度移動量△G60及大的反作用力△F60而在凸緣等的第一平面P1及第二平面P2產生之擦傷。並且，如第11圖所示，與第13圖之習知例相比，顯示反作用力F相對於設置高度G的圖表線(實線)的斜率約為一半，係較和緩，故可防止在第一平面P1及第二平面P2(即凸緣面等)損傷。此外，對緊固所需之螺栓的負擔亦可降低，隨此，亦可使螺栓半徑縮小，可減少螺栓數量，及可謀求裝置的小型化及降低成本。並且，在實際的裝置(機器)中，常有第一平面P1及第二平面P2之間的間隔尺寸Hp因加工尺寸誤差或溫度、壓力等使用條件等而產生不均。然而，第11圖所示之虛線顯示，即使設置高度G相對於規定值有大小變化，反作用力F幾乎不增減，可穩定地維持密封性能等良好。另，(由第7圖可知)內徑及外徑為直線L10、L20，故可在工具機進行卡緊，亦具有可由圓形切片材料藉由切削或研削來迅速且容易地進行加工的優點。
又，使上述第一內凸部15、第一外凸部16、第二外凸部17及第二內凸部18的所有各底邊20的尺寸為W1，且使上述中間基部3的長邊3A的尺寸為W0，則0.20‧W0≦W1≦0.45‧W0之關係成立，故如第11圖所示，反作用力F相對於設置高度G之增加和緩，藉此，可減少第一平面P1及第二平面P2相互接近所產生的荷重增加。
另，使上述第一內凸部15、第一外凸部16、第二內凸部18及第二外凸部17之頂端的上述圓弧狀頂部5在橫截面中的曲率半徑為R11，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則0.05‧H0≦R11≦0.25‧H0之關係成立，故形成如第10圖所示之和緩的斜率，可減少第一平面P1及第二平面P2相互接近所產生的荷重增加，發揮充分的密封性能，並防止損傷第一平面P1及第二平面P2。
再者，使上述第一內凸部15、第二內凸部18、第一外凸部16及第二外凸部17之頂端的上述圓弧狀頂部5在橫截面中的內接圓之中心點O1與各個相近之上述共通直線L10、L20的距離為X11，並使金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則0≦X11≦0.25‧H0之關係成立，故初次接觸第一平面P1及第二平面P2(參照第11圖及第12圖的點P40)之後，至第9圖所示之最終設置狀態為止，圓弧狀頂部5可相對於第一平面P1及第二平面P2往徑向內方向及徑向外方向順暢地變形成開腳狀。
又，使上述第一內凸部15、第二內凸部18、第一外凸部16及第二外凸部17之外周側及內周側的稜線形成之角度為θ11，則25°≦θ11≦45°之關係成立，故可適當地設定各四個凸部15、16、17、18的(相對於第一平面P1及第二平面P2之)彈力及剛性，得到於第11圖中以實線所示之和緩的斜率特性。
1:第一主凸部
1A:內周邊部
2:第二主凸部
2A:外周邊部
3:中間基部
3A:長邊
3B:短邊
5,6:圓弧狀頂部
11:第一副凸部
11A:外周邊部
12:第二副凸部
12A:內周邊部
21:第一長邊
22:第二長邊
31:內周短邊
32:外周短邊
H0:高度尺寸
L10,L20:共通直線
Ls:軸心
O1:中心點
P1:第一平面
P2:第二平面
R1,R2:曲率半徑
S:金屬密封件
W0:長邊尺寸
W1:底邊尺寸
W2:底邊尺寸
X1,X2:距離
θ1,θ2:角度

Claims (9)

  1. 一種金屬密封件，裝設於相互平行之第一平面(P1)與第二平面(P2)之間且整體為環狀，具備橫截面形狀為長方形的中間基部(3)、抵接上述第一平面(P1)且靠近內徑的第一主凸部(1)、靠近外徑的第一副凸部(11)、抵接上述第二平面(P2)且靠近外徑的第二主凸部(2)及靠近內徑的第二副凸部(12)，該第一主凸部(1)的內周邊部(1A)、該中間基部(3)的內周短邊(31)及該第二副凸部(12)的內周邊部(12A)係於橫截面上以一條共通直線(L10)接續，該第二主凸部(2)的外周邊部(2A)、該中間基部(3)的外周短邊(32)及該第一副凸部(11)的外周邊部(11A)係於橫截面上以一條共通直線(L20)接續，並且，該第一主凸部(1)、該第一副凸部(11)、該第二主凸部(2)及該第二副凸部(12)係頂端具有圓弧狀頂部(5)、(6)，使該第一主凸部(1)及該第二主凸部(2)的各底邊(1B)、(2B)的尺寸為W1，並使該中間基部(3)的長邊(3A)的尺寸為W0，則下述式1成立：0.20‧W0≦W1≦0.45‧W0…(式1)。
  2. 如請求項1之金屬密封件，其中，使該第一主凸部(1)及該第二主凸部(2)之頂端的該圓弧狀頂部(5)在橫截面中的曲率半徑為R1，並使該金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則下述式2成立；0.05‧H0≦R1≦0.25‧H0…(式2)。
  3. 如請求項1之金屬密封件，其中，使該第一副凸部(11)及該第二副凸部(12)之頂端的該圓弧狀頂部(6)在橫截面中的曲率半徑為R2，並使該金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則下述式3成立：0.05‧H0≦R2≦0.125‧H0…(式3)。
  4. 如請求項1之金屬密封件，其中，使該第一主凸部(1)及該 第二主凸部(2)之頂端的該圓弧狀頂部(5)在橫截面中的內接圓之中心點O1與各個相近之該共通直線(L10)、(L20)的距離為X1、X2，並使該金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則下述式4及式5成立：0≦X1≦0.25‧H0…(式4) 0≦X2≦0.125‧H0…(式5)。
  5. 如請求項1之金屬密封件，其中，使該第一主凸部(1)及該第二主凸部(2)之外周側及內周側的稜線形成之角度為θ1，且使該第一副凸部(11)及該第二副凸部(12)之外周側及內周側的稜線形成之角度為θ2，則下述式6及式7成立：25°≦θ1≦45°…(式6) 25°≦θ2≦45°…(式7)。
  6. 一種金屬密封件，裝設於相互平行之第一平面(P1)與第二平面(P2)之間且整體為環狀，具備橫截面形狀為長方形的中間基部(3)、抵接該第一平面(P1)且靠近內徑的第一內凸部(15)、靠近外徑的第一外凸部(16)、抵接該第二平面(P2)且靠近外徑的第二外凸部(17)及靠近內徑的第二內凸部(18)，該第一內凸部(15)的內周邊部(15A)、該中間基部(3)的內周短邊(31)及該第二內凸部(18)的內周邊部(18A)係於橫截面上以一條共通直線(L10)接續，該第二外凸部(17)的外周邊部(17A)、該中間基部(3)的外周短邊(32)及該第一外凸部(16)的外周邊部(16A)係於橫截面上以一條共通直線(L20)接續，並且，該第一內凸部(15)、該第一外凸部(16)、該第二外凸部(17)及該第二內凸部(18)係頂端具有圓弧狀頂部(5)且為相同高度，使該第一內凸部(15)、該第一外凸部(16)、該第二外凸部(17)及該第二內凸部(18)的所有各底邊(20)的尺寸為W1，且使該中間基部(3)的長邊(3A)的尺寸為W0，則下述式8成立： 0.20‧W0≦W1≦0.45‧W0…(式8)。
  7. 如請求項6之金屬密封件，其中，使該第一內凸部(15)、該第一外凸部(16)、該第二內凸部(18)及該第二外凸部(17)之頂端的該圓弧狀頂部(5)在橫截面中的曲率半徑為R11，並使該金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則下述式9成立：0.05‧H0≦R11≦0.25‧H0…(式9)。
  8. 如請求項6之金屬密封件，其中，使該第一內凸部(15)、該第二內凸部(18)、該第一外凸部(16)及該第二外凸部(17)之頂端的該圓弧狀頂部(5)在橫截面中的內接圓之中心點(O1)與各個相近之該共通直線(L10)、(L20)的距離為X11，並使該金屬密封件整體的高度尺寸為H0，則下述式10成立：0≦X11≦0.25‧H0…(式10)。
  9. 如請求項6之金屬密封件，其中，使該第一內凸部(15)、該第二內凸部(18)、該第一外凸部(16)及該第二外凸部(17)之外周側及內周側的稜線形成之角度為θ11，則下述式11成立：25°≦θ11≦45°…(式11)。
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