(57)【要約】【課題】締め付け荷重が高い場合であっても、低い場合であっても安定した高いシール性を示すＳ字形断面金属ガスケット及びこれを装着したシール構造体を提供すること。【解決手段】Ｓ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケットの平坦部１１ａ、１２ａにリング状突起部１３、１４を形成してなる金属ガスケット１０及びこれをシール対象部材３３、３４間に装着してなるシール構造体２０。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケットの平坦部にリング状突起部を形成してなることを特徴とするＳ字形断面金属ガスケット。
【請求項２】
前記リング状突起部が、尖り状断面であることを特徴とする請求項１記載のＳ字形断面金属ガスケット。
【請求項３】
請求項１又は２記載のＳ字形断面金属ガスケットをシール対象部材間に装着してなることを特徴とするシール構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低い締め付け荷重であっても、安定した高いシール性を示すＳ字形断面金属ガスケット及びこれを装着したシール構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空装置のシールや圧力流体配管等のシールにはＯリングに代表されるゴム製ガスケット、樹脂製ガスケットあるいは金属製ガスケットなどが使用されている。このうち、高温雰囲気下で且つ弾性復元性の必要な箇所には、所謂Ｓ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケット（以下、「Ｓ字形金属ガスケット」とも言う）、バネ入りＣ字形金属ガスケット及びＥ字形金属ガスケットなどの金属製ガスケットが使用されている。このうち、Ｓ字形金属ガスケットは、他の金属製ガスケットに比べて構造が簡単で低価格で作製でき、更に圧縮量（圧縮変位）に対して締め付け荷重が小さくて済む利点がある。すなわち、Ｓ字形金属ガスケットは例えば振動などによって、圧縮量（圧縮変位）が変動したとしても、安定したシールを保持する高変位追従性を有している。このようなＳ字形金属ガスケットは例えば特許文献１の米国特許第３，２８５，６３２号明細書に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第３，２８５，６３２号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｓ字形断面金属ガスケットは金属フランジで挟まれ、金属と金属の接触であるため、高いシール性を付与することが困難である。これを解決するものとして、接触面を研磨面とする方法が考えられる。しかし、この方法はＳ字形断面金属ガスケットとフランジの双方を研磨するため、コストアップとなる。また、Ｓ字形断面金属ガスケットを圧縮変位が徐々に変動する環境下で使用する場合、大きな圧縮荷重（圧縮変位）を受けると変形し、図５に示すように、シール面が平坦部１１ａ、１２ａとシール対象部材３３、３４との接触面から該平坦部１１ａ、１２ａに連続する曲面１１ｂ、１２ｂとシール対象部材３３、３４の接触面になり、一方、小さな圧縮荷重（圧縮変位）を受けると、図６に示すように、シール面が平坦部１１ａ、１２ａの先端部分とシール対象部材３３、３４との接触面となり、シール位置が移動することでシール性が不安定となるという問題がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、締め付け荷重が高い場合であっても、低い場合であっても安定した高いシール性を示すＳ字形断面金属ガスケット及びこれを装着したシール構造体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行なった結果、Ｓ字形断面金属ガスケットの平坦部にリング状の突起部を形成してなるものは、締め付け荷重が高い場合であっても、低い場合であっても安定した高いシール性を示すこと等を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明（１）は、Ｓ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケットの平坦部にリング状突起部を形成してなることを特徴とするＳ字形断面金属ガスケットを提供するものである。かかる構成を採ることにより、シールはフランジ面とＳ字形断面金属ガスケットの平坦部に形成されたリング状突起部との接触で行なわれるため、締め付け荷重が高い場合であっても、低い場合であっても安定した高いシール性を示す。また、リング状突起部は平坦部からの高さがあるため、この高さ寸法の範囲内でフランジの変位があったとしても、常にフランジ面とリング状突起部との接触でシールされているため、高く安定したシール性を示す。
【０００８】
また、本発明（２）は、前記リング状突起部が、尖り状断面である前記Ｓ字形断面金属ガスケットを提供するものである。かかる構成を採ることにより、前記発明と同様の効果を奏する他、より一層シール性を高めることができる。
【０００９】
また、本発明（３）は、前記Ｓ字形断面金属ガスケットをシール対象部材間に装着してなることを特徴とするシール構造体を提供するものである。本発明のシール構造体は、圧縮変位が徐々に変動する環境下で使用しても、常に安定したシールを確保でき、該シール構造体を有する装置の安定運転が確保できる。また、Ｓ字形状金属ガスケットの圧縮変位の許容範囲が広がるため、フランジなどのシール対象部材のシール面の面間隔の公差の精度を多少悪くしても、シール性は低下しない。このため、装置のコストダウンが図れる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施の形態におけるＳ字形金属ガスケットを図１〜図４を参照して説明する。図１は本例のＳ字形金属ガスケットの非圧縮状態を示す部分断面図、図２は本例のＳ字形金属ガスケットの装着時における圧縮状態を示す部分断面図、図３は図２の金属ガスケットの締め付け荷重が小さい場合（圧縮量が小さい場合）における圧縮状態を示す部分断面図、図４は図２の金属ガスケットの締め付け荷重が大きい場合（圧縮量が大きい場合）における圧縮状態を示す部分断面図である。
【００１１】
本例のＳ字形金属ガスケットは、第１平坦部１１ａと、Ｃ字断面形状部１１ｂと、逆Ｃ字断面形状部１２ｂと、第２平坦部１２ａからなり、Ｃ字断面形状部１１ｂと逆Ｃ字断面形状部１２ｂとが互いのＣ字形の縁端部となる連結点１１ｃで連続する断面形状に形成されたリング状の金属製の一体物であって、第１平坦部１１ａ上に第１リング状突起部１３と、第２平坦部１２ａ上に第２リング状突起部１４を有し、シールする流体側（図中、右側）にあるＣ字形状に由来する谷部１１ｄと、その反対側にある非流体側（図中、左側）にある逆Ｃ字形状に由来する谷部１２ｄの２つの谷部を有する。なお、本明細書においては、第１平坦部１１ａ及び第２平坦部１２ａを単に、平坦部１１ａ、１２ａ又は平坦部とも言い、第１リング状突起部１３及び第２リング状突起部１４を単に、リング状突起部１３、１４又はリング状突起部とも言う。
【００１２】
本例のＳ字形金属ガスケット１０における平坦部１１ａ、１２ａは、Ｓ字形状に係るシール対象部材３３、３４側の部分を言い、Ｓ字形状に由来するようなやや曲面の形状であっても、略平面形状であってもよく、好ましくは略平面形状である。また平坦部１１ａ、１２ａは非圧縮状態においては、載置状態で水平面を形成することなく、谷部１１ｄ、１２ｄの開口がやや開いた傾斜面であってもよい。
【００１３】
第１平坦部１１ａ上及び第２平坦部１２ａ上に形成される第１リング状突起部１３及び第２リング状突起部１４としては、特に制限されず、断面形状が、尖り状断面、半円形断面、四角形断面及び半楕円形断面等が挙げられる。このうち、尖り状断面の突起部がシール面圧が高くとれる点で好適である。また、第１リング状突起部１３及び第２リング状突起部１４の第１平坦部１１ａ上及び第２平坦部１２ａ上における位置としては、特に制限されないが、第１平坦部１１ａ及び第２平坦部１２ａの幅の中心位置とすることが、締め付け荷重が小さくなっても、大きくなっても金属ガスケットの平坦部がシール対象部材に接触することがなく、突起部とシール対象部材との接触が維持できる点で好適である。また、第１リング状突起部１３及び第２リング状突起部１４の突起高さ寸法としては、特に制限されないが、例えばＳ字形断面金属ガスケットの内径と外径の差が２〜４ｍｍの場合、０．０５〜１ｍｍの範囲が好適である。０．０５ｍｍ未満であれば、締め付け荷重が変化した場合、金属ガスケットの平坦部とシール対象部材が接触し易くなり、１ｍｍを越えるとリング状突起部が細長くなり、変形し易くなる。
【００１４】
Ｓ字形金属ガスケット１０の製造方法としては、特に制限されず、例えば絞り加工、曲げ加工及びプレス加工などを適宜組み合わせて、目的に応じた所定の金属基材を塑性変形させることで行なわれる。金属基材としては、例えばステンレス鋼、ニッケル、ニッケル基合金、アルミニウム及びアルミニウム基合金などが挙げられる。また、Ｓ字形金属ガスケット１０の表面は精密研磨を施した後、銀などのメッキが施したものであってもよい。
【００１５】
リング状突起部１３、１４の形成方法としては、特に制限されないが、例えば平坦部に突起部を形成する方法、および平坦部を削ることにより突起部を形成する方法が挙げられる。平坦部に突起部を形成する方法としては、突起部を形成する部分以外をマスキングし、マスキングしていない部分にメッキ又はコーティング層を形成する方法が挙げられる。また、平坦部を削ることにより突起部を形成する方法としては、切削等の機械加工をする方法や突起部を形成する部分をマスキングし、該マスキング以外の部分をエッチングする方法が挙げられる。
【００１６】
次に、Ｓ字形金属ガスケット１０の使用方法について説明する。使用箇所としては、例えば図２に示すような一方のシール対象部材３４の凹部３５にＳ字形金属ガスケット１０を嵌め込む。次いで、シール対象部材３３、３４をその間を狭めるようにして締め付ける。Ｓ字形金属ガスケット１０は所定の圧縮荷重において挟まれ、厚みがＨより小さいｈに変形し、締め付けられた状態となり、第１平坦部１１ａ上に形成された第１リング状突起部１３がシール対象部材３３と線接触し、第２平坦部１２ａ上に形成された第２リング状突起部１４がシール対象部材３４と線接触し、シール構造体２０を構成する（図２）。
【００１７】
本例のＳ字形金属ガスケット１０によれば、シール構造体２０において、締め付け荷重が小さくなると、あるいは変位量が使用中に徐々に小さくなると、Ｃ字形状の復元性により拡張変形するが、この状態であってもリング状突起部１３とシール対象部材３３のシール位置及びリング状突起部１４とシール対象部材３４のシール位置が変動しないため、高いシール性を維持することができる（図３）。一方、締め付け荷重が大きくなると、あるいは変位量が使用中に徐々に大きくなると、Ｃ字形状は圧縮変形するが、この状態であってもリング状突起部１３とシール対象部材３３のシール位置及びリング状突起部１４とシール対象部材３４のシール位置が変動しないため、同様に高いシール性を維持することができる（図４）。
【００１８】
本例の実施の形態例のシール構造体２０は、例えば真空装置のシール及び圧力流体配管等のシールなどに適用される。図２中、符号ｆで示される流体としては、気体及び液体のいずれであってもよく、使用温度も−２００〜５００℃の範囲において使用されるが、特に流体側の温度が２００〜５００℃の範囲にあるような高温条件下の場合、本例のＳ字形金属ガスケット１０はゴム部材やコーティング材を一切使用しなくともよいため、好適である。
【００１９】
本実施の形態例のＳ字形金属ガスケット１０によれば、シールはフランジ面等のシール対象部材３３、３４とＳ字形断面金属ガスケットの平坦部に形成されたリング状突起部１３、１４との接触で行なわれるため、締め付け荷重が高い場合であっても、低い場合であっても安定した高いシール性を示す。また、リング状突起部１３、１４は平坦部からの高さがあるため、この高さ寸法の範囲内でフランジの変位があったとしても、常にフランジ面とリング状突起部との接触でシールされているため、高く安定したシール性を示す。また、本例のＳ字形金属ガスケットを用いれば、圧縮変位の許容範囲が広がるため、フランジなどのシール対象部材のシール面の面間隔の公差の精度が多少悪くてもシール性は低下しない。
このため、例えばフランジ面の加工精度をそれ程高める必要がないため、装置全体のコストダウンを図ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、締め付け荷重が高い場合であっても、低い場合であっても安定した高いシール性を示す。また、リング状突起部の高さ寸法の範囲内でフランジの変位があったとしても、常にフランジ面とリング状突起部との接触でシールされているため、高く安定したシール性を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例のＳ字形金属ガスケットの非圧縮状態を示す部分断面図である。
【図２】本実施の形態例のＳ字形金属ガスケットの装着時における圧縮状態を示す部分断面図である。
【図３】締め付け荷重が小さい場合のシール状態を示す部分断面図である。
【図４】締め付け荷重が大きい場合のシール状態を示す部分断面図である。
【図５】従来のＳ字形断面金属ガスケットにおける締め付け荷重が大きい場合のシール状態を示す部分断面図である。
【図６】従来のＳ字形断面金属ガスケットにおける締め付け荷重が小さい場合のシール状態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１０    Ｓ字形金属ガスケット
１１ａ  第１平坦部
１１ｂ  Ｃ字断面形状部
１１ｃ  連結点
１１ｄ、１２ｄ  谷部
１２ａ  第２平坦部
１２ｂ  逆Ｃ字断面形状部
１３    第１リング状突起部
１４    第２リング状突起部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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