WO2024062740A1 - 環状金属シール、環状金属シールの取付構造及び環状金属シールの取付方法 - Google Patents

環状金属シール、環状金属シールの取付構造及び環状金属シールの取付方法 Download PDF

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WO2024062740A1
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annular metal
protrusions
metal seal
pair
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Inventor
一之 柏原
聡 藤堂
Original Assignee
三菱電線工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing

Definitions

  • the present invention relates to an annular metal seal, an annular metal seal mounting structure, and an annular metal seal mounting method.
  • a metal seal 210 that is entirely annular and interposed between a pair of mutually parallel flat surfaces 201 and 202, an intermediate base 210a and an upper flat surface are provided. 202, and a second contact protrusion 211 that abuts on the lower flat surface 201. Two contact protrusions 211 are provided protruding toward the outer diameter of the intermediate base 210a, and the pressing force received from the pair of flat surfaces 201 and 202 in the mounted and compressed state causes torsional elastic deformation to rotate around the intermediate base 210a.
  • An annular metal seal 210 configured as described above is known (for example, see Patent Document 1).
  • this annular metal seal 210 includes R-shaped protrusions (first contact convex portion 214 and second contact convex portion 211) arranged asymmetrically on the upper and lower surfaces, and a corner portion 212. , 213 come into contact with the upper and lower flanges (flat surfaces 201, 202), the metal material is plastically deformed and a reaction force is generated against the upper and lower flanges, which requires a very high compressive load.
  • the damage to the upper and lower flanges is large and the load on the tightening bolts used for tightening is large.
  • the present invention has been made in view of these points, and its purpose is to reduce damage to the first member and second member and load on the tightening bolt.
  • the shape of the protrusions on the upper and lower surfaces of the annular metal seal has been devised.
  • the annular metal seal is an annular seal body; a pair of upper and lower tapered first protrusions that respectively protrude from the upper and lower surfaces of the seal body and correspond to the outer peripheral corner portions of the seal groove; a pair of upper and lower tapered second protrusions that respectively protrude from the upper and lower surfaces of the seal body and correspond to the inner peripheral corner portions of the seal groove; a positioning protrusion protruding from at least one side surface of the outer diameter side and the inner diameter side of the seal body; The height of the pair of upper and lower second protrusions from the vertical center is different from the height of the pair of upper and lower first protrusions from the vertical center.
  • tapered means that the tip of the protrusion is narrower than the base.
  • the tapered first protrusion and second protrusion protruding from the upper and lower surfaces of the annular seal body are arranged so that when the annular metal seal is fitted into the annular seal groove of the first member, the tapered first and second protrusions protrude from the upper and lower surfaces of the annular seal body.
  • the load required for deformation is less than that of a non-tapered protrusion, which prevents damage to the first and second members and to the tightening bolt. The load is reduced.
  • both the first protrusion and the second protrusion on the upper and lower surfaces deform and exhibit sealing performance, leakage between the first member and the second member is reliably prevented. Furthermore, since the positioning protrusion maintains the distance between the inner surface of the seal groove and the first protrusion or the second protrusion, interference with the R part of the corner of the seal groove is prevented, and sealing performance is stabilized. . In addition, since the height of the pair of upper and lower second protrusions from the vertical center is different from the height of the pair of upper and lower first protrusions from the vertical center, the height of the pair of second protrusions is different from the height of the top and bottom when contacting the outside when falling or handling. The lower protrusions are less likely to be damaged, and even if the higher protrusions are damaged, sealing performance is ensured by the upper and lower lower protrusions.
  • the positioning protrusion bulges out from the outer diameter side surface of the seal body,
  • the height of the pair of upper and lower second protrusions from the vertical center is lower than the height of the pair of upper and lower first protrusions from the vertical center.
  • the distance between the inner surface of the seal groove and the first protrusion is maintained by the positioning protrusion, interference with the R portion of the corner of the seal groove is prevented, and sealing performance is stabilized.
  • the second protrusion on the inner diameter side is lower than the first protrusion on the outer diameter side, the second protrusion is less likely to be damaged when it comes into contact with the outside during dropping or handling. Even if the first protrusion is damaged, the sealing performance is ensured by the upper and lower second protrusions.
  • the mounting structure of the annular metal seal of the third invention is as follows: Installation of an annular metal seal in which the inside and outside of the annular metal seal are sealed by being pressed and deformed by a second member while the annular metal seal is fitted into an annular seal groove of a first member.
  • the structure is
  • the annular metal seal is an annular seal body; a pair of upper and lower tapered first protrusions that respectively protrude from the upper and lower surfaces of the seal body and correspond to the outer peripheral corner portions of the seal groove; a pair of upper and lower tapered second protrusions that respectively protrude from the upper and lower surfaces of the seal body and correspond to the inner peripheral corner portions of the seal groove; a positioning protrusion protruding from at least one side surface of the outer diameter side and the inner diameter side of the seal body; The height from the vertical center of the pair of upper and lower second protrusions is different from the height from the vertical center of the pair of upper and lower first protrusions, By tightening the first member and the second member to deform the annular metal seal, the inside and outside of the annular metal seal are sealed.
  • the tapered first protrusion and second protrusion protruding from the upper and lower surfaces of the annular seal body are arranged so that when the annular metal seal is fitted into the annular seal groove of the first member, the tapered first and second protrusions protrude from the upper and lower surfaces of the annular seal body.
  • the load required for deformation is less than that of a non-tapered protrusion, which prevents damage to the first and second members and to the tightening bolt. The load is reduced.
  • both the first protrusion and the second protrusion on the upper and lower surfaces deform and exhibit sealing performance, leakage between the first member and the second member is reliably prevented. Furthermore, since the positioning protrusion maintains the distance between the inner surface of the seal groove and the first protrusion or the second protrusion, interference with the R part of the corner of the seal groove is prevented, and sealing performance is stabilized. . In addition, since the height of the pair of upper and lower second protrusions from the vertical center is different from the height of the pair of upper and lower first protrusions from the vertical center, the height of the second protrusion of the upper and lower pair is different from the height of the upper and lower pair of first protrusions from the vertical center. The lower protrusions are less likely to be damaged, and even if the higher protrusions are damaged, the sealing performance is ensured by the upper and lower lower protrusions.
  • the positioning protrusion bulges out from the outer diameter side surface of the seal body,
  • the height of the pair of upper and lower second protrusions from the vertical center is lower than the height of the pair of upper and lower first protrusions from the vertical center.
  • the distance between the inner surface of the seal groove and the first protrusion is maintained by the positioning protrusion, interference with the R portion of the corner of the seal groove is prevented, and sealing performance is stabilized.
  • the second protrusion on the inner diameter side is lower than the first protrusion on the outer diameter side, the second protrusion is less likely to be damaged when it comes into contact with the outside during dropping or handling. Even if the first protrusion is damaged, the sealing performance is ensured by the upper and lower second protrusions.
  • the method for attaching the annular metal seal of the fifth invention is as follows: A method for installing an annular metal seal in which the annular metal seal is fitted into an annular seal groove of a first member and is pressed and deformed by a second member to seal the inside and outside of the annular metal seal.
  • annular seal body a pair of upper and lower tapered first protrusions that respectively protrude from the upper and lower surfaces of the seal body and correspond to the outer peripheral corner portions of the seal groove; a pair of upper and lower tapered second protrusions that respectively protrude from the upper and lower surfaces of the seal body and correspond to the inner peripheral corner portions of the seal groove; a positioning protrusion protruding from at least one side surface of the outer diameter side and the inner diameter side of the seal body; the positioning protrusion protrudes from a side surface on the outer diameter side of the seal body; preparing an annular metal seal in which the height of the pair of upper and lower second protrusions from the vertical center is lower than the height of the pair of upper and lower first protrusions from the vertical center; With the positioning protrusion in contact with the outer side surface of the seal groove and the first protrusion on the lower surface of the seal body separated from the outer corner of the seal groove, insert the annular metal seal into the seal groove. Insert the The first member and the second
  • the tapered first protrusion and second protrusion protruding from the upper and lower surfaces of the annular seal body are arranged so that when the annular metal seal is fitted into the annular seal groove of the first member, the tapered first and second protrusions protrude from the upper and lower surfaces of the annular seal body.
  • the load required for deformation is less than that of a non-tapered protrusion, which prevents damage to the first and second members and to the tightening bolt. The load is reduced.
  • both the first protrusion and the second protrusion on the upper and lower surfaces deform and exhibit sealing performance, leakage between the first member and the second member is reliably prevented. Moreover, the distance between the inner surface of the seal groove and the first protrusion is maintained by the positioning protrusion, and interference with the R portion of the corner of the seal groove is prevented, thereby stabilizing the sealing performance. Furthermore, since the second protrusion on the inner diameter side is lower in height than the first protrusion on the outer diameter side, the second protrusion is less likely to be damaged when it comes into contact with the outside during dropping or handling. Even if the first protrusion is damaged, the sealing performance is ensured by the upper and lower second protrusions.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a mounting structure for an annular metal seal including an annular metal seal according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing an annular metal seal. It is a graph showing load characteristics concerning an example and a comparative example.
  • 5A and 5B are diagrams showing the results of an analysis of the compression behavior of the annular metal seal according to the comparative example, where FIG. 5A shows the state before compression and FIG. 5B shows the state during compression. It is a figure which shows the result of analyzing the compression behavior concerning the annular metal seal based on an Example, (a) shows before compression, (b) shows during compression. 2 of an annular metal seal according to another embodiment.
  • FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a mounting structure for an annular metal seal including an annular metal seal according to a conventional technology.
  • FIG. 1 shows an annular metal seal mounting structure 3 including an annular metal seal 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the annular metal seal 10 is pressed and deformed by the second member 2 while being fitted into the annular seal groove 4 of the first member 1.
  • the inside A and the outside B of 10 are sealed.
  • the configurations of the first member 1 and the second member 2 will not be specifically explained, but for example, they are annular flange parts at the connection part of a pair of pipes, and the first bolt of the first member 1 is inserted.
  • a tightening bolt (not shown) is passed through the hole 1a and the second bolt insertion hole 2a of the second member 2 to be tightened onto the nut.
  • the annular metal seal 10 of this embodiment has, for example, first protrusions 11, 12 and second protrusions 13, 14 on the upper and lower surfaces, respectively, which taper toward the tip. It has a protruding seal body 10a.
  • the annular metal seal 10 is made of, for example, stainless steel, nickel alloy, copper, or the like.
  • the annular metal seal 10 includes an annular seal body 10a and a pair of upper and lower tapered first grooves that protrude from the upper and lower surfaces of the seal body 10a and correspond to the outer corner R1 of the seal groove 4. It includes protrusions 11 and 12, and a pair of upper and lower tapered second protrusions 13 and 14 that protrude from the upper and lower surfaces of the seal body 10a, respectively, and correspond to the inner corner R2 of the seal groove 4.
  • “tapered” means that the tip of the protrusion is narrower than the base.
  • the height of the upper and lower pair of second protrusions 13 and 14 from the vertical center C is different from the height of the upper and lower pair of first protrusions 11 and 12 from the vertical center C.
  • the height of the upper and lower pair of second protrusions 13 and 14 from the vertical center C is lower than the height of the upper and lower pair of first protrusions 11 and 12 from the vertical center C by h.
  • the height of the upper and lower pair of first protrusions 11 and 12 from the vertical center C is 0.400 mm
  • a positioning protrusion 20 protrudes from the outer diameter side surface 10b of the annular metal seal 10.
  • the seal body 10a has a generally X-shaped cross section, and the positioning protrusion 20 is provided at the middle in the height direction of the outer diameter side surface 10b of the seal body 10a.
  • the height of the positioning projection 20 from the vertical center C is, for example, 0.3 mm, and the width W from the tip of the first protrusion 11 to the outer diameter side surface 10b of the positioning projection 20 is, for example, 0.20 mm. Since the radius r0 of the outer diameter side angle R1 is 0.1 mm, W>r0.
  • the positioning protrusion 20 abuts the inner side surface 4a of the seal groove 4, and the tapered first protrusion of the seal body 10a extends from the outer diameter side corner R1 of the seal groove 4. 11 is separated, the annular metal seal 10 is fitted into the seal groove 4, and by tightening the first member 1 and the second member 2 and deforming the annular metal seal 10, the inner side A of the annular metal seal 10 and The outside B is sealed.
  • a gap S is provided between the inner side surface 4a of the seal groove 4 and the tip of the pointed protrusion 11 to prevent contact with the outer diameter corner angle R1 of the seal groove 4.
  • the gap S is maintained at 0.2 mm or more (S>r0).
  • the positioning protrusion 20 is brought into contact with the inner side surface 4a of the seal groove 4, and the first protrusion 11 of the seal body 10a is separated from the outer diameter side corner R1 of the seal groove 4. Then, the annular metal seal 10 is fitted into the seal groove 4. At this time, the positioning protrusion 20 comes into contact with the inner side surface 4a of the seal groove 4, and the protrusion amount W of the positioning protrusion 20 in the radial direction is equal to or larger than the radius r0 of the outer diameter side corner R1 of the seal groove 4. Because of this (W ⁇ r0), the first protrusion 11 of the annular metal seal 10 is reliably spaced apart from the outer radius corner R1.
  • first member 1 and the second member 2 are tightened using a tightening bolt or the like to deform the annular metal seal 10 and seal the inside A and the outside B of the annular metal seal 10.
  • both the first protrusions 11, 12 and the second protrusions 13, 14 on the upper and lower surfaces deform and exhibit sealing performance, ensuring that leakage between the first member 1 and the second member 2 is prevented. is prevented.
  • Example- FEM (finite element method) analysis was performed on the load applied when tightening the first member 1 and the second member 2.
  • the analysis model was a two-dimensional axially symmetric analysis, and the materials were stainless steel and other metal materials with similar mechanical properties.
  • a model corresponding to the annular metal seal 210 having the shape shown in FIG. 4 was set as a comparative example, and a model of the annular metal seal 10 according to the above embodiment was set as an example.
  • the interval (set height) between the pair of upper and lower compression plates was narrowed, and the annular metal seals of the models corresponding to the annular metal seal 210 according to the comparative example and the annular metal seal 10 according to the example were respectively deformed.
  • the comparative examples and examples were compressed from the initial height to a set height of 0.70 mm.
  • the load characteristic shown in FIG. 3 is a plot of the correlation between the reaction force generated in the pair of upper and lower compression plates and the set height at that time.
  • the annular metal seal 210 of the comparative example has R-shaped protrusions (first contact convex portion 214 and second contact convex portion 211) arranged asymmetrically on the upper and lower surfaces, and corner portions. 212 and 213 come into contact with the upper and lower flanges (flat surfaces 201 and 202), the metal material is plastically deformed and a reaction force is generated against the upper and lower flanges, so the annular metal seal 210 of the comparative example The tip was significantly deformed while tilting, and as shown in Figure 3, a very high compressive load was required. Therefore, the damage to the upper and lower flanges is large, and the load on the tightening bolts used for tightening is also large.
  • this conventional annular metal seal 110 without the positioning protrusion 20 is used by being fitted into a seal groove 104 dug in the first member 101, and is used by fitting into a seal groove 104 dug in the first member 101.
  • One protrusion 111 contacts the outer diameter corner R1 of the seal groove 104.
  • the corner R1 on the outer diameter side of the seal groove 104 is normally an unavoidable shape when the seal groove 104 is machined. Therefore, the following problems may occur.
  • the positioning protrusion 20 maintains a gap S between the inner side surface 4a of the seal groove 4 and the first ridge 11, preventing interference with the outer diameter corner angle R1 of the seal groove 4. This stabilizes the position of the annular metal seal 10 when tightened, and a reaction force or contact surface pressure is normally generated.
  • there is no radial slippage at the outer diameter corner angle R1 so scratches are not made in the path direction connecting the areas to be sealed, leakage does not occur, and sealing performance is stable.
  • the tapered first protrusions 11, 12 and second protrusions 13, 14 protruding from the upper and lower surfaces of the annular seal body 10a are such that the annular metal seal 10 is connected to the first member 1.
  • the R-shaped protrusion of the comparative example that does not taper as shown in FIG. The load required for deformation is smaller than that required for deformation, and damage to the first member 1 and second member 2 and load on the tightening bolt are reduced.
  • the inner diameter side may be lower than the first protrusions 11, 12 on the outer diameter side.
  • the inner diameter side may be formed from The second protrusions 13, 14 having a low height are hard to be damaged, and even if the first protrusions 11, 12 are damaged, sealing performance is ensured by the upper and lower second protrusions 13, 14.
  • the present invention may have the following configuration for the above embodiment.
  • the positioning protrusion 20 is bulged on the outer diameter side surface 10b of the seal body 10a, but as in the annular metal seal 10' shown in FIG. It may be made to bulge out on the inner side surface on the inner diameter side of 10a'.
  • the second protrusions 13', 14' on the inner diameter side are closer to the vertical center C than the first protrusions 11', 12' on the outer diameter side. It is desirable that the height is low. It goes without saying that the positioning protrusion may bulge out on both the outer and inner side surfaces.
  • the height from the vertical center C of the pair of upper and lower second protrusions 13, 14 on the inner diameter side is greater than the height from the vertical center C of the pair of upper and lower first protrusions 11, 12 on the outer diameter side.
  • the height from the vertical center C of the pair of upper and lower second protrusions 13, 14 on the inner diameter side is higher than the height from the vertical center C of the pair of upper and lower first protrusions 11, 12 on the outer diameter side. It can also be expensive. Even in this case, the lower protrusion is less likely to be damaged when it comes into contact with the outside during falling or handling, and even if the higher protrusion is damaged, the lower protrusion is less likely to be damaged.

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Abstract

第１部材（１）の環状のシール溝（４）に嵌め込まれた状態で、第２部材（２）で押さえ付けられて変形する環状金属シール（１０）は、環状のシール本体（１０ａ）と、シール本体（１０ａ）の上面及び下面からそれぞれ突出し、シール溝（４）の外周側隅角部（Ｒ１）に対応する上下一対の先細の第１突条（１１，１２）と、シール本体（１０ａ）の上面及び下面からそれぞれ突出し、シール溝（４）の内周側隅角部（Ｒ２）に対応する上下一対の先細の第２突条（１３，１４）と、シール本体（１０ａ）の外径側及び内径側の少なくとも一方の側面より膨出する位置決め用突起２０とを備え、上下一対の第２突条（１３，１４）の上下中心（Ｃ）からの高さと上下一対の第１突条（１１，１２）の上下中心（Ｃ）からの高さとが異なる。これにより、第１部材（１）及び第２部材（２）へのダメージ及び締付ボルトへの負荷を低減する。

Description

環状金属シール、環状金属シールの取付構造及び環状金属シールの取付方法
　本発明は、環状金属シール、環状金属シールの取付構造及び環状金属シールの取付方法に関する。
　従来、例えば、図４（ａ）に示すように、相互に平行な一対の平坦面２０１，２０２の間に介装される全体が環状の金属シール２１０において、中間基部２１０ａと、上側の平坦面２０２に当接する第１接触凸部２１４と、下側の平坦面２０１に当接する第２接触凸部２１１とを備え、第１接触凸部２１４を中間基部２１０ａの内径寄りに突設し、第２接触凸部２１１を中間基部２１０ａの外径寄りに突設して、装着圧縮状態にて一対の平坦面２０１，２０２から受ける押圧力によって、中間基部２１０ａを中心に回転する捩れ弾性変形を生ずるように構成された環状金属シール２１０は知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第４０９１３７３号公報
　例えば図４（ｂ）に示すように、この環状金属シール２１０は、上下面に非対称に配置されたＲ状突条（第１接触凸部２１４及び第２接触凸部２１１）と、角部２１２，２１３とが上下のフランジ（平坦面２０１，２０２）に接触して以降、金属材料を塑性変形させながら、上下のフランジに対する反力を起こさせることから、非常に高い圧縮荷重が必要となるため、上下のフランジに対するダメージが大きく、また、締め付けに使用する締付ボルトへの負荷が大きくなるという問題がある。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、第１部材及び第２部材へのダメージ及び締付ボルトへの負荷を低減することにある。
　上記の目的を達成するために、この発明では、環状金属シールの上下面の突条形状に工夫を加えた。
　具体的には、
　第１の発明では、
　第１部材の環状のシール溝に嵌め込まれた状態で、第２部材で押さえ付けられて変形する環状金属シールを対象とし、
　前記環状金属シールは、
　環状のシール本体と、
　前記シール本体の上面及び下面からそれぞれ突出し、前記シール溝の外周側隅角部に対応する上下一対の先細の第１突条と、
　前記シール本体の上面及び下面からそれぞれ突出し、前記シール溝の内周側隅角部に対応する上下一対の先細の第２突条と、
　前記シール本体の外径側及び内径側の少なくとも一方の側面より膨出する位置決め用突起とを備え、
　上下一対の第２突条の上下中心からの高さと上下一対の第１突条の上下中心からの高さとが異なる。
　ここで、「先細の」という意味は、突条の根元に比べて先端が細くなっていることを意味する。上記の構成によると、環状のシール本体の上下面から突出する先細の第１突条及び第２突条は、環状金属シールが第１部材の環状のシール溝に嵌め込まれた状態で、第２部材で押さえ付けられたときに、先端から潰れるように変形するので、先細でない突条に比べて変形に要する荷重が少なくて済み、第１部材及び第２部材へのダメージ及び締付ボルトへの負荷が低減される。上下面の第１突条及び第２突条の両方が変形してシール性能を発揮するので、第１部材と第２部材との間の漏れが確実に防止される。さらに、位置決め用突起が、シール溝内面と第１突条又は第２突条との間の距離を保つので、シール溝の隅角部のＲ部との干渉が防止され、シール性能が安定する。また、上下一対の第２突条の上下中心からの高さと上下一対の第１突条の上下中心からの高さとが異なるようにしているので、落下時やハンドリング時に外部と接触したときに高さの低い方の突条に傷が付きにくく、高さの高い方の突条に傷が付いた場合でも、高さの低い方の上下の突条でシール性能が確保される。
　第２の発明では、第１の発明において、
　前記位置決め用突起は、前記シール本体の外径側の側面より膨出し、
　上下一対の第２突条の上下中心からの高さは、上下一対の第１突条の上下中心からの高さよりも低い。
　上記の構成によると、位置決め用突起によってシール溝内面と第１突条との間の距離が保たれ、シール溝の隅角部のＲ部との干渉が防止され、シール性能が安定する。また、内径側の第２突条の方が、外径側の第１突条よりも高さが低いので、落下時やハンドリング時に外部と接触したときに第２突条に傷が付きにくく、第１突条に傷が付いた場合でも、上下の第２突条でシール性能が確保される。
　第３の発明の環状金属シールの取付構造は、
　環状金属シールが、第１部材の環状のシール溝に嵌め込まれた状態で、第２部材で押さえ付けられて変形することにより、環状金属シールの内側と外側とがシールされる環状金属シールの取付構造であって、
　前記環状金属シールは、
　　環状のシール本体と、
　　前記シール本体の上面及び下面からそれぞれ突出し、前記シール溝の外周側隅角部に対応する上下一対の先細の第１突条と、
　　前記シール本体の上面及び下面からそれぞれ突出し、前記シール溝の内周側隅角部に対応する上下一対の先細の第２突条と、
　　前記シール本体の外径側及び内径側の少なくとも一方の側面より膨出する位置決め用突起とを備え、
　上下一対の第２突条の上下中心からの高さと上下一対の第１突条の上下中心からの高さとが異なり、
　前記第１部材と前記第２部材とを締め付けて前記環状金属シールを変形させることにより、前記環状金属シールの内側と外側とがシールされている。
　上記の構成によると、環状のシール本体の上下面から突出する先細の第１突条及び第２突条は、環状金属シールが第１部材の環状のシール溝に嵌め込まれた状態で、第２部材で押さえ付けられたときに、先端から潰れるように変形するので、先細でない突条に比べて変形に要する荷重が少なくて済み、第１部材及び第２部材へのダメージ及び締付ボルトへの負荷が低減される。上下面の第１突条及び第２突条の両方が変形してシール性能を発揮するので、第１部材と第２部材との間の漏れが確実に防止される。さらに、位置決め用突起が、シール溝内面と第１突条又は第２突条との間の距離を保つので、シール溝の隅角部のＲ部との干渉が防止され、シール性能が安定する。また、上下一対の第２突条の上下中心からの高さと上下一対の第１突条の上下中心からの高さとが異なるようにしているので、落下時やハンドリング時に外部と接触したときに高さの低い方の突条に傷が付きにくく、高さの高い方の突条に傷が付いた場合でも、高さの低い方の上下の突条でシール性能が確保される。
　第４の発明では、第３の発明において、
　前記位置決め用突起は、前記シール本体の外径側の側面より膨出し、
　上下一対の第２突条の上下中心からの高さは、上下一対の第１突条の上下中心からの高さよりも低い。
　上記の構成によると、位置決め用突起によってシール溝内面と第１突条との間の距離が保たれ、シール溝の隅角部のＲ部との干渉が防止され、シール性能が安定する。また、内径側の第２突条の方が、外径側の第１突条よりも高さが低いので、落下時やハンドリング時に外部と接触したときに第２突条に傷が付きにくく、第１突条に傷が付いた場合でも、上下の第２突条でシール性能が確保される。
　第５の発明の環状金属シールの取付方法は、
　環状金属シールが、第１部材の環状のシール溝に嵌め込まれた状態で、第２部材で押さえ付けられて変形することにより、環状金属シールの内側と外側とをシールする環状金属シールの取付方法であって、
　　環状のシール本体と、
　　前記シール本体の上面及び下面からそれぞれ突出し、前記シール溝の外周側隅角部に対応する上下一対の先細の第１突条と、
　　前記シール本体の上面及び下面からそれぞれ突出し、前記シール溝の内周側隅角部に対応する上下一対の先細の第２突条と、
　　前記シール本体の外径側及び内径側の少なくとも一方の側面より膨出する位置決め用突起とを備え、
　　前記位置決め用突起が、前記シール本体の外径側の側面より膨出し、
　　上下一対の第２突条の上下中心からの高さが、上下一対の第１突条の上下中心からの高さよりも低い環状金属シールを準備し、
　前記位置決め用突起を前記シール溝の外側側面に当接させ、前記シール溝の外周側隅角部から前記シール本体の下面の第１突条を離した状態で、前記シール溝に前記環状金属シールを嵌め込み、
　前記第１部材と前記第２部材とを締め付けて前記環状金属シールを変形させて環状金属シールの内側と外側とをシールする構成とする。
　上記の構成によると、環状のシール本体の上下面から突出する先細の第１突条及び第２突条は、環状金属シールが第１部材の環状のシール溝に嵌め込まれた状態で、第２部材で押さえ付けられたときに、先端から潰れるように変形するので、先細でない突条に比べて変形に要する荷重が少なくて済み、第１部材及び第２部材へのダメージ及び締付ボルトへの負荷が低減される。上下面の第１突条及び第２突条の両方が変形してシール性能を発揮するので、第１部材と第２部材との間の漏れが確実に防止される。また、位置決め用突起によってシール溝内面と第１突条との間の距離が保たれ、シール溝の隅角部のＲ部との干渉が防止され、シール性能が安定する。さらに、内径側の第２突条の方が、外径側の第１突条よりも高さが低いので、落下時やハンドリング時に外部と接触したときに第２突条に傷が付きにくく、第１突条に傷が付いた場合でも、上下の第２突条でシール性能が確保される。
　以上説明したように、本発明によれば、第１部材及び第２部材へのダメージ及び締付ボルトへの負荷を低減することができる。
実施形態に係る環状金属シールを含む環状金属シールの取付構造を示す断面図である。 環状金属シールを示す拡大断面図である。 実施例及び比較例に係る荷重特性を示すグラフである。 比較例に係る環状金属シールに係る圧縮挙動を解析した結果を示す図であり、（ａ）が圧縮前を示し、（ｂ）が圧縮中を示す。 実施例に係る環状金属シールに係る圧縮挙動を解析した結果を示す図であり、（ａ）が圧縮前を示し、（ｂ）が圧縮中を示す。 その他の実施形態に係る環状金属シールの図２相当図である。 従来技術に係る環状金属シールを含む環状金属シールの取付構造を示す断面図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る環状金属シール１０を含む、環状金属シールの取付構造３を示す。
　この環状金属シールの取付構造３において、環状金属シール１０が、第１部材１の環状のシール溝４に嵌め込まれた状態で、第２部材２で押さえ付けられて変形することにより、環状金属シール１０の内側Ａと外側Ｂとがシールされている。本実施形態では、第１部材１及び第２部材２の構成は具体的には説明しないが、例えば、一対の配管の接続部分における環状のフランジ部分であり、第１部材１の第１ボルト挿通孔１ａ及び第２部材２の第２ボルト挿通孔２ａに図示しない締付ボルトを相通してナットに締め付けるように構成されている。
　図２に拡大して示すように、本実施形態の環状金属シール１０は、例えば、上下面に、先端に向かって先細となる第１突条１１，１２及び第２突条１３，１４がそれぞれ突出したシール本体１０ａを有する。環状金属シール１０は、例えば、ステンレス鋼、ニッケル合金、銅等よりなる。
　具体的には、環状金属シール１０は、環状のシール本体１０ａと、このシール本体１０ａの上面及び下面からそれぞれ突出し、シール溝４の外周側隅角部Ｒ１に対応する上下一対の先細の第１突条１１，１２と、シール本体１０ａの上面及び下面からそれぞれ突出し、シール溝４の内周側隅角部Ｒ２に対応する上下一対の先細の第２突条１３，１４とを備えている。ここで、「先細の」という意味は、突条の根元に比べて先端が細くなっていることを意味する。
　そして、上下一対の第２突条１３，１４の上下中心Ｃからの高さと上下一対の第１突条１１，１２の上下中心Ｃからの高さとが異なっている。本実施形態では、特に、上下一対の第２突条１３，１４の上下中心Ｃからの高さは、上下一対の第１突条１１，１２の上下中心Ｃからの高さよりもｈだけ低い。本実施形態では、例えば、上下一対の第１突条１１，１２の上下中心Ｃからの高さが０．４００ｍｍ、上下一対の第２突条１３，１４の上下中心Ｃからの高さが０．３７５ｍｍで、ｈ＝０．０２５ｍｍである。
　そして、本実施形態の環状金属シールの取付構造３では、図１に示すように、環状金属シール１０の外径側側面１０ｂに位置決め用突起２０が膨出している。
　このように、シール本体１０ａは、概ね断面Ｘ状であり、位置決め用突起２０が、シール本体１０ａの外径側側面１０ｂの高さ方向中間に設けられている。位置決め用突起２０の上下中心Ｃからの高さは、例えば、０．３ｍｍであり、第１突条１１の先端から位置決め用突起２０の外径側側面１０ｂまでの幅Ｗは例えば、０．２０ｍｍで、外径側隅角Ｒ１の半径ｒ０が０．１ｍｍであることから、Ｗ＞ｒ０となっている。
　本実施形態の環状金属シールの取付構造３では、位置決め用突起２０がシール溝４の内側側面４ａに当接し、シール溝４の外径側隅角Ｒ１からシール本体１０ａの先細の第１突条１１を離した状態で、シール溝４に環状金属シール１０が嵌め込まれ、第１部材１と第２部材２とを締め付けて環状金属シール１０を変形させることにより、環状金属シール１０の内側Ａと外側Ｂとがシールされている。
　そして、シール溝４の内側側面４ａと、尖った突条１１の先端との間にシール溝４の外径側隅角Ｒ１との接触を防止する隙間Ｓが設けられている。本実施形態では、隙間Ｓは、０．２ｍｍ以上保たれている（Ｓ＞ｒ０）。
　－環状金属シールの取付方法－
　まず、上述した環状金属シール１０を準備する。
　次いで、図１に示すように、位置決め用突起２０をシール溝４の内側側面４ａに当接させ、シール溝４の外径側隅角Ｒ１からシール本体１０ａの第１突条１１を離した状態で、シール溝４に環状金属シール１０を嵌め込む。このとき、位置決め用突起２０がシール溝４の内側側面４ａに当接し、位置決め用突起２０の半径方向の突出量Ｗが、シール溝４の外径側隅角Ｒ１の半径ｒ０の大きさ以上であることから（Ｗ≧ｒ０）、環状金属シール１０の第１突条１１が確実に外径側隅角Ｒ１から距離を離される。
　次に、第１部材１と第２部材２とを締付ボルト等により締め付けて環状金属シール１０を変形させて環状金属シール１０の内側Ａと外側Ｂとをシールする。
　このとき、上下面の第１突条１１，１２及び第２突条１３，１４の両方が変形してシール性能を発揮するので、第１部材１と第２部材２との間の漏れが確実に防止される。
　－実施例－
　第１部材１と第２部材２とを締め付けるときに加わる荷重についてＦＥＭ（有限要素法）解析を行った。解析モデルは、２次元軸対称解析とし、材料は、ステンレス鋼及びその他類似の機械特性を有する金属材料とした。解析方法は、比較例として、図４に示す形状の環状金属シール２１０に対応するモデルを設定し、実施例として、上記実施形態に係る環状金属シール１０のモデルを設定した。そして、それらのモデルの上下面にそれぞれ第１部材１及び第２部材２に対応する上下一対の圧縮板を配置した。
　そして、上下一対の圧縮板の間隔（セット高さ）を狭め、比較例に係る環状金属シール２１０及び実施例に係る環状金属シール１０に対応するモデルの環状金属シールをそれぞれ変形させた。具体的には、比較例及び実施例について、初期高さからセット高さ０．７０ｍｍまで圧縮させた。
　そのときに上下一対の圧縮板に生じる反力とセット高さの相関をプロットしたのが、図３に示す荷重特性である。
　図４（ｂ）に示すように、比較例の環状金属シール２１０は、上下面に非対称に配置されたＲ状突条（第１接触凸部２１４及び第２接触凸部２１１）と、角部２１２，２１３とが上下のフランジ（平坦面２０１，２０２）に接触して以降、金属材料を塑性変形させながら、上下のフランジに対する反力を起こさせることから、比較例の環状金属シール２１０は、傾きながら先端が大きく変形し、図３に示すように、非常に高い圧縮荷重が必要となった。このため、上下のフランジに対するダメージが大きく、また、締付に使用する締付ボルトへの負荷が大きくなる。
　一方で、図５（ｂ）に示すように、実施例に係るモデルでは、比較例のように大きく傾くことなく、第１突条１１，１２及び第２突条１３，１４の先細となった先端側のみが潰れた。このため、図３に実線で示すように、比較例の傾きに比べて小さい傾きの荷重特性が得られた。すなわち、同じセット高さにおける圧縮荷重が大いに低減された。
　一方、図７に示す、位置決め用突起２０のない従来例として、第１部材１０１の第１平面１０１ａと第２部材１０２の第２平面１０２ａとの間に挟持され、第１平面１０１ａと第２平面１０２ａを相互に近づけることによって押圧される環状金属シール１１０を有する環状金属シールの取付構造１０３を考える。
　ここで、この従来の位置決め用突起２０のない環状金属シール１１０は、第１部材１０１に掘られたシール溝１０４に嵌め込んで使用され、環状金属シール１１０の尖った突条１１１～１１４のうちの１つの突条１１１がシール溝１０４の外径側隅角部Ｒ１に当接する。シール溝１０４の外径側隅角部Ｒ１は、機械加工でシール溝１０４を加工する場合、通常は、避けられない形状である。このため、以下のような問題が生じ得る。
　（１）締付時に環状金属シール１１０の位置が安定せず、正常に反力又は接触面圧が立たない。
　（２）外径側隅角Ｒ１で半径方向に滑り、密封すべき領域をつなぐパス方向に傷が付き、漏れの原因となる。
　しかしながら、本実施形態に係る環状金属シール１０では、図１に示すように、位置決め用突起２０によってシール溝４の内側側面４ａと第１突条１１との間に隙間Ｓが保たれ、シール溝４の外径側隅角Ｒ１との干渉が防止される。このため、締付時に環状金属シール１０の位置が安定し、正常に反力又は接触面圧が立つ。また、外径側隅角Ｒ１で半径方向に滑ることがなく、密封すべき領域をつなぐパス方向の傷が付かず、漏れが発生せず、シール性能が安定する。
　以上説明したように、本実施形態では、環状のシール本体１０ａの上下面から突出する先細の第１突条１１，１２及び第２突条１３，１４は、環状金属シール１０が第１部材１の環状のシール溝４に嵌め込まれた状態で、第２部材２で押さえ付けられたときに、先端から潰れるように変形するので、図４で示したような先細でない比較例のＲ状突条に比べて変形に要する荷重が少なくて済み、第１部材１及び第２部材２へのダメージ及び締付ボルトへの負荷が低減される。
　さらに、内径側の第２突条１３，１４の方が、外径側の第１突条１１，１２よりも高さが低いので、落下時やハンドリング時に外部と接触したときに内径側のより高さの低い第２突条１３，１４に傷が付きにくく、仮に第１突条１１，１２に傷が付いた場合でも、上下の第２突条１３，１４でシール性能が確保される。
　以上説明したように、本実施形態によれば、第１部材１及び第２部材２へのダメージ及び締付ボルトへの負荷を低減することができる。
　（その他の実施形態）
　本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
　すなわち、上記実施形態では、位置決め用突起２０は、シール本体１０ａの外径側側面１０ｂに膨出させたが、図６に示す環状金属シール１０’のように、位置決め用突起２０’をシール本体１０ａ’の内径側の内側側面に膨出させてもよい。この場合も、落下時等の傷を防止する目的で、内径側の第２突条１３’，１４’の方が、外径側の第１突条１１’，１２’よりも上下中心Ｃからの高さが低いのが望ましい。なお、位置決め用突起は、外径側及び内径側の両側面に膨出させてもよいのはもちろんである。
　上記実施形態では、内径側の上下一対の第２突条１３，１４の上下中心Ｃからの高さを、外径側の上下一対の第１突条１１，１２の上下中心Ｃからの高さよりも低くしたが、内径側の上下一対の第２突条１３，１４の上下中心Ｃからの高さが、外径側の上下一対の第１突条１１，１２の上下中心Ｃからの高さよりも高くてもよい。この場合でも、落下時やハンドリング時に外部と接触したときに高さの低い方の突条に傷が付きにくく、高さの高い方の突条に傷が付いた場合でも、高さの低い方の上下の突条でシール性能が確保される。しかし、外部との接触をより回避しやすい内径側の上下一対の第２突条１３，１４の上下中心Ｃからの高さを低くする方が、確実に損傷を防止でき、少なくとも上下一対の第２突条１３，１４によるシール性能を確保できるので、有利である。
　なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
　　　　　　１　　　第１部材
　　　　　　１ａ　　第１ボルト挿通孔
　　　　　　２ａ　　第２ボルト挿通孔
　　　　　　２　　　第２部材
　　　　　　３　　　取付構造
　　　　　　４　　　シール溝
　　　　　　４ａ　　内側側面
　　　　　１０　　　環状金属シール
　　　　　１０ａ　　シール本体
　　　　　１０ｂ　　外径側側面
　　　　　１１，１２　　　第１突条
　　　　　１３，１４　　　第２突条
　　　　　２０　　　位置決め用突起
　　　　１０１　　　第１部材
　　　　１０１ａ　　第１平面
　　　　１０２　　　第２部材
　　　　１０２ａ　　第２平面
　　　　１０３　　　取付構造
　　　　１０４　　　シール溝
　　　　１１０　　　環状金属シール
　　　　１１１～１１４　　突条
　　　　２０１，２０２　　平坦面
　　　　２１０　　　環状金属シール
　　　　２１１　　　第２接触凸部
　　　　２１２，２１３　　角部
　　　　２１４　　　第１接触凸部

Claims (5)

  1. 　第１部材の環状のシール溝に嵌め込まれた状態で、第２部材で押さえ付けられて変形する環状金属シールであって、
    　環状のシール本体と、
    　前記シール本体の上面及び下面からそれぞれ突出し、前記シール溝の外周側隅角部に対応する上下一対の先細の第１突条と、
    　前記シール本体の上面及び下面からそれぞれ突出し、前記シール溝の内周側隅角部に対応する上下一対の先細の第２突条と、
    　前記シール本体の外径側及び内径側の少なくとも一方の側面より膨出する位置決め用突起とを備え、
    　上下一対の第２突条の上下中心からの高さと上下一対の第１突条の上下中心からの高さとが異なる
    ことを特徴とする環状金属シール。
  2. 　前記位置決め用突起は、前記シール本体の外径側の側面より膨出し、
    　上下一対の第２突条の上下中心からの高さは、上下一対の第１突条の上下中心からの高さよりも低い
    ことを特徴とする請求項１に記載の環状金属シール。
  3. 　環状金属シールが、第１部材の環状のシール溝に嵌め込まれた状態で、第２部材で押さえ付けられて変形することにより、環状金属シールの内側と外側とがシールされる環状金属シールの取付構造であって、
    　前記環状金属シールは、
    　　環状のシール本体と、
    　　前記シール本体の上面及び下面からそれぞれ突出し、前記シール溝の外周側隅角部に対応する上下一対の先細の第１突条と、
    　　前記シール本体の上面及び下面からそれぞれ突出し、前記シール溝の内周側隅角部に対応する上下一対の先細の第２突条と、
    　　前記シール本体の外径側及び内径側の少なくとも一方の側面より膨出する位置決め用突起とを備え、
    　上下一対の第２突条の上下中心からの高さと上下一対の第１突条の上下中心からの高さとが異なり、
    　前記第１部材と前記第２部材とを締め付けて前記環状金属シールを変形させることにより、前記環状金属シールの内側と外側とがシールされている
    ことを特徴とする環状金属シールの取付構造。
  4. 　前記位置決め用突起は、前記シール本体の外径側の側面より膨出し、
    　上下一対の第２突条の上下中心からの高さは、上下一対の第１突条の上下中心からの高さよりも低い
    ことを特徴とする請求項３に記載の環状金属シールの取付構造。
  5. 　環状金属シールが、第１部材の環状のシール溝に嵌め込まれた状態で、第２部材で押さえ付けられて変形することにより、環状金属シールの内側と外側とをシールする環状金属シールの取付方法であって、
    　　環状のシール本体と、
    　　前記シール本体の上面及び下面からそれぞれ突出し、前記シール溝の外周側隅角部に対応する上下一対の先細の第１突条と、
    　　前記シール本体の上面及び下面からそれぞれ突出し、前記シール溝の内周側隅角部に対応する上下一対の先細の第２突条と、
    　　前記シール本体の外径側及び内径側の少なくとも一方の側面より膨出する位置決め用突起とを備え、
    　　前記位置決め用突起が、前記シール本体の外径側の側面より膨出し、
    　　上下一対の第２突条の上下中心からの高さが、上下一対の第１突条の上下中心からの高さよりも低い環状金属シールを準備し、
    　前記位置決め用突起を前記シール溝の外側側面に当接させ、前記シール溝の外周側隅角部から前記シール本体の下面の第１突条を離した状態で、前記シール溝に前記環状金属シールを嵌め込み、
    　前記第１部材と前記第２部材とを締め付けて前記環状金属シールを変形させて環状金属シールの内側と外側とをシールする
    ことを特徴とする環状金属シールの取付方法。
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