(57)【要約】【課題】小さな締付力で使用可能であり、しかも内部応力が弾性域にて使用できて、繰返しての再使用を可能とする。【解決手段】対向する２平面Ｐ1 ，Ｐ2 の間を密封する金属シールＳであって、密封用平面部４，４を、未使用自由状態から圧縮使用状態にわたって、平行状に有している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２平面（Ｐ1 ）（Ｐ2 ）の間を密封する金属シールに於て、
軸心方向から見て細帯閉環形状の密封用平面部（４）（４）を、上記２平面（Ｐ1 ）（Ｐ2 ）へ圧接した圧縮使用状態、及び、未使用自由状態で、有することを特徴とする金属シール。
【請求項２】
横断面形状がＵ字形であって、開口端部（２）（２）の各外面に上記密封用平面部（４）（４）を設けた請求項１記載の金属シール。
【請求項３】
横断面形状が、円弧状の底壁部（８）を有するＶ字形であって、開口端部（２）（２）の各外面に上記密封用平面部（４）（４）を設けた請求項１記載の金属シール。
【請求項４】
上記密封用平面部（４）に対して直角に起立する鍔片部（６）を有する請求項１，２又は３記載の金属シール。
【請求項５】
未使用自由状態の横断面に於ける上記密封用平面部（４）（４）の相互間隔寸法を（ＷA ）とし、各密封用平面部（４）の帯幅寸法を（Ｌ）とし、横断面に於けるラジアル方向寸法を（ＷB ）とすると
0.8 ＜ＷA ／ＷB ＜2.0 
0.1 ＜Ｌ／ＷB ＜0.2
なる関係式が成立する請求項１，２，３又は４記載の金属シール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属シールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対向する２平面の間を密封するための金属シールとして、メタルＯリングやメタルＣリングが公知である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０１３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の上記金属シールは、密封性を高めるために、未使用自由状態（圧縮変形前）では、シール面が円弧や突起形状であって、密封平面に対して、接触当初は線接触し、続いて圧縮使用状態では、密封平面に対して面接触させていた。但し、上記線接触から面接触になるまでには、大きい圧縮力を負荷する必要があった。
このような大きい圧縮力を負荷すると、金属シールの内部応力が弾性域を越えて、塑性域となり、繰返して再使用することが困難となっていた。
また、上述した大きい圧縮力を負荷するために、対向する（密封）平面相互を締結するボルトのサイズを大きくし、本数を増やす必要があったり、あるいは、密封平面を有する部材の厚みを増加させる必要があり、軽量化・コンパクト化を図ることを阻害していた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明は、対向する２平面の間を密封する金属シールに於て、軸心方向から見て細帯閉環形状の密封用平面部を、上記２平面へ圧接した圧縮使用状態、及び、未使用自由状態で、有する。
また、横断面形状がＵ字形であって、開口端部の各外面に上記密封用平面部を設けたものである。
また、横断面形状が、円弧状の底壁部を有するＶ字形であって、開口端部の各外面に上記密封用平面部を設けたものである。
【０００６】
また、上記密封用平面部に対して直角に起立する鍔片部を有する。
また、未使用自由状態の横断面に於ける上記密封用平面部の相互間隔寸法をＷA とし、各密封用平面部の帯幅寸法をＬとし、横断面に於けるラジアル方向寸法をＷB とすると
0.8 ＜ＷA ／ＷB ＜2.0 
0.1 ＜Ｌ／ＷB ＜0.2
なる関係式が成立する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る金属シールによれば、対向する２平面（密封平面）を相互に締付ける力―――負荷すべき圧縮力―――を著しく低減できる。しかも、密封性も良好である。これに伴って、金属シールの内部応力が常に弾性域にあって、繰返しての金属シールの再使用が可能となる。
また、密封平面を有するフランジ等の部材の厚みを減少することが可能となり、かつ、密封平面を有する上記部材を相互に締結するボルトのサイズを小さくしたり、本数を減らすことができ、装置全体の軽量化及びコンパクト化を図り得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の一形態を示す未使用自由状態の拡大要部断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す未使用自由状態の拡大要部断面図である。
【図３】圧縮使用状態を示した実施の一形態の拡大要部断面図である。
【図４】圧縮使用状態を示した他の実施の形態の拡大要部断面図である。
【図５】全体を示す図であって、（Ａ）は一部破断平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図６】使用状態を説明するための図であって、図５のＭ−Ｍ拡大断面図である。
【図７】別の実施の形態を示す一部破断平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図３と図４に示すように、本発明に係る金属シールＳは、対向する平行な２平面Ｐ1 ，Ｐ2 の間に介装され、密封平面としての該２平面Ｐ1 ，Ｐ2 の間を密封するものである。
図１と図２に示す実施の一形態では、金属シールＳの横断面形状はＵ字形であり、全体が均一で小さな肉厚寸法Ｔを有する薄い金属板材製である。
【００１０】
図１は未使用自由状態を示し、同図に示すように、Ｕ字形の開口端部２，２の各外面には密封用平面部４，４を設ける。両平面部４，４は相互に平行であり、軸心方向（図１の上下方向）から見ると、各密封用平面部４は細帯閉環形状である。
そして、図３は２平面Ｐ1 ，Ｐ2 へ圧縮した圧縮使用状態を示し、Ｕ字形の開口端部２，２の各外面には、図１の未使用自由状態に於ける帯幅寸法Ｌと同一のままにて密封用平面部４，４を残留し、この密封用平面部４，４が密封平面Ｐ1 ，Ｐ2 に弾発的に軽く圧接する。即ち、図３に於ても、両平面部４，４は相互に平行状態を保ち、軸心方向（図２の上下方向）から見ると、各平面部４は（当然に）細帯閉環形状を保っている。
なお、図１，図２に２点鎖線にて示す如く、開口端部２の外面に形成された密封用平面部４に対して直角に起立する位置決め用鍔片部６を形成するも、好ましい。図１に於て、この鍔片部６と平面部４の成す角度θは90°±10°とする。望ましくは、θ＝90°±５°に設定する。
【００１１】
図１に示す未使用自由状態の横断面に於て、密封用平面部４，４の相互間隔寸法をＷA とし、各密封用平面部４の帯幅寸法をＬとし、横断面に於けるラジアル方向寸法（鍔片部６があるときはその鍔片部６を除く寸法）をＷB とすると、
0.8＜ＷA ／ＷB ＜2.0 
0.1＜Ｌ／ＷB ＜0.2
なる関係式が成立する。
さらに望ましくは、以下のように設定する。
0.9 ＜ＷA ／ＷB ＜1.5 
0.12＜Ｌ／ＷB ＜0.18
【００１２】
また、前記各寸法と、肉厚寸法Ｔ、及び、密封平面Ｐ1 ，Ｐ2 間の間隔寸法ＨAとの間には、以下の関係式が成立する。
0.02・ＷB ＜Ｔ＜0.08・ＷB 
0.9 ・ＷA ＜ＨA ＜0.97・ＷA 
即ち、金属シールＳの肉厚寸法Ｔは十分に小さく設定され、薄板から製造するのが望ましい。また、密封平面Ｐ1 ，Ｐ2 の間隔寸法ＨA は、未使用自由状態の間隔寸法ＷA よりも僅かに小さく設定されており、いわゆるシール締め代は極めて小さく設定される。シール締め代が極めて小さいことによって、２平面Ｐ1 ，Ｐ2 へ圧接した圧縮使用状態（図２参照）、及び、未使用自由状態（図１参照）に於て、細帯閉環形状の密封用平面部４，４が同様に形成され、しかも、圧縮変形しても弾性域内での変形で済む。
【００１３】
次に、金属シールＳの他の実施の形態について説明する。図２と図４に示すように、横断面形状が円弧状の底壁部８を有するＶ字形であって、Ｖ字形の開口端部２，２の各外面に密封用平面部４，４を形成している。
図２，図４に於ける図１，図３と同一符号は、既述した図１，図３の構成と同様であるので重複説明を省略する。
【００１４】
図５又は図７は金属シールＳの全体を示す図であって、平面図に於て、略矩形状であることを例示している。本発明の金属シールＳの全体の形状は、これ以外に、円形，正方形状，競技トラック形状，楕円形，その他の異形であっても、自由である。
しかも、図５では、Ｖ字状（又はＵ字状）の開口部10がアキシャル外方を向いている場合を示し、図７では、Ｖ字状（又はＵ字状）の開口部10がアキシャル内方を向いている場合を示している。このように、図１〜図４に於ても、開口部10が外方を向く場合と、内方を向く場合が、選択自由であると言える。
なお、図５（Ａ）に於て、平面視矩形の角部に、水平面状の突片部14，14，14，14を形成して、全体の輪郭線を、角部にやや小さ目のアールのある矩形状として、（図示省略の）シール取付用相手部材の矩形状凹窪部に、正確に位置決めできるように構成されている。
【００１５】
図５，図６に於て、鍔片部６は、平面視にて４辺の各々に１枚ずつ配設されていると共に、開口端部２，２の内の一方側にのみ設けられている。図２，図３のように鍔片部６，６を開口端部２，２の両方に設けても良いが、図５，図６のように一方側に設けるも自由である。また、図７では、上辺・下辺では各１枚の鍔片部６が設けられると共に、左辺・右辺には複数枚の鍔片部６，６が設けられている。このように、各辺の鍔片部６の個数は増減自由であり、図１，図３の実線で示したように、鍔片部６を省略する場合もある。
逆に、鍔片部６を全周に渡って（連続状に）設けることも好ましい。
【００１６】
ところで、鍔片部６を設けた場合にあっては、密封用平面部４に対する起立角度θを90°（直角）に形成すると、図４，図６に示すような圧縮使用状態下で、密封用平面部４が相手側平面Ｐ1 ，Ｐ2 に対し、相互に平行を保ちつつ密に接する利点がある。
つまり、図２，図５に示した未使用自由状態から、僅かながらも圧縮しつつ図４，図６の圧縮使用状態に変化させる途中で、鍔片部６が、平面Ｐ1 ，Ｐ2 を有する装着部材の角部12の外周面（又は内周面）12Ａに保持されており、密封用平面部４と平面Ｐ1 ，Ｐ2 とが相互に平行を保持しつつ密に接する、好ましい結果が得られる。
また、図例では平面Ｐ1 ，Ｐ2 が水平面状である場合を示しているが、使用箇所によっては、この平面Ｐ1 ，Ｐ2 が鉛直面状（垂直面状）である場合も想定せねばならない。このような場合、鍔片部６は、金属シールＳが（重力で）下方へ位置ずれすることを、有効に防止し、さらに、脱落することを防止する利点もある。
【００１７】
本発明に係る金属シールＳの材質としては、ステンレス鋼や、Ｎｉ系合金等の耐熱合金が望ましい。
この金属シールＳの用途は、例えば、自動車（燃焼機関）の排気系統のように、比較的高温雰囲気で、かつ、差圧も最大 500kPa 程度で圧力が比較的低く、しかも、装置や構成材の兼ね合いから大きな締付力をシールに付与できない箇所に、好適である。一例としては、従来のメタルＣリングやメタルＯリングでは、締付力として50Ｎ／mm程度が必要であり、それよりも小さな締付力ではシール性を発揮できなかったが、図２，図４，図５，図６に例示した本発明の金属シールＳによれば、５Ｎ／mm程度―――従来の１／10以下―――の締付力の圧縮使用状態で、安定した密封性能（シール性）を発揮することを、確認できた。
また、部材間の金属導通を得るために、金属製のスパイラルチューブを使用して、圧縮荷重が小さくて済む金属導通用管構造が知られている。しかしながら、スパイラルチューブを使用する構造であるのでシール性は期待できない。このような用途に、圧縮荷重が同等であり、しかも、シール性も得られる本発明の金属シールを、適用することができる。
【００１８】
上述したような用途に本発明の金属シールＳは好適であり、特に、従来例のメタルＣリング，メタルＯリング等のように自由状態でシール面を円弧（Ｒ形状）として、大きい圧縮力を負荷してシール面を平面状として相手面（密封用平面）に強く圧接していたのに対し、本発明の金属シールＳはシール面が未使用自由状態から圧縮使用状態に至るまで密封用平面部４，４を備えており、かつ、肉厚寸法Ｔも極めて小さく（薄く）、圧縮変形時に必要な締付力が著しく低くて済み、一定のシール性を発揮する。具体的には、上述の従来例の金属シールに比べて、１／10以下の締付力でシール性が得られることが確認された。これに伴って、密封平面Ｐ1 ，Ｐ2 を有する相手部材の厚みを減少することが可能となり、かつ、締結用ボルトのサイズを小さくしたり、本数を減少でき、これによって、装置の軽量化及びコンパクト化を図ることが可能となる。
【００１９】
本発明は、対向する２平面Ｐ1 ，Ｐ2 の間を密封する金属シールに於て、軸心方向から見て細帯閉環形状の密封用平面部４，４を、上記２平面Ｐ1 ，Ｐ2 へ圧接した圧縮使用状態、及び、未使用自由状態で、有する構成であるので、自由状態から使用状態にまで圧縮に要する負荷は小さくて済み、金属シールＳの内部応力は弾性域内にあって、塑性変形しないので、再使用が可能となる。また、密封平面を有する相手部材の厚みを減少し、かつ、ボルトの径を減少し、本数も低減できて、コンパクト化及び重量の軽減も図ることが可能となる。
【００２０】
また、横断面形状がＵ字形であって、開口端部２，２の各外面に上記密封用平面部４，４を設けたので、（例えば、）薄い金属素材から容易かつ比較的安価に製造可能となる。
また、横断面形状が、円弧状の底壁部８を有するＶ字形であって、開口端部２，２の各外面に上記密封用平面部４，４を設けたので、（例えば、）薄い金属素材から容易かつ比較的安価に製造可能であり、特に、従来例の金属シールよりも、１／10以下の小さな締付力にて圧縮して、使用状態下で十分なシール性能を満たすことができる。
【００２１】
また、上記密封用平面部４に対して直角に起立する鍔片部６を有する構成であるので、金属シールＳの正確な位置決めが行われ、しかも、密封用平面部４は、自由状態から使用状態に次第に圧縮していく際に、鍔片部６は誘導（ガイド）の機能を発揮して、確実に密封用平面部４，４が相手の２平面Ｐ1 ，Ｐ2 に安定して平行に圧接できる。つまり、安定した優れたシール性能を発揮できる。
【００２２】
また、未使用自由状態の横断面に於ける上記密封用平面部４，４の相互間隔寸法をＷAとし、各密封用平面部４の帯幅寸法をＬとし、横断面に於けるラジアル方向寸法をＷB とすると
0.8 ＜ＷA ／ＷB ＜2.0
0.1 ＜Ｌ／ＷB ＜0.2
なる関係式が成立するように構成したので、横断面全体が柔軟に弾性圧縮可能であって、締付力を十分に低くすることができる。しかも、帯幅寸法Ｌが適度に小さいので、優れた密封（シール）性能を発揮できる。
【符号の説明】
【００２３】
２  開口端部
４  （密封用）平面部
６  鍔片部
８  底壁部
Ｌ  帯幅寸法
Ｐ1 ，Ｐ2   平面
Ｓ  金属シール
ＷA   間隔寸法
ＷB   ラジアル方向寸法
【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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【図７】
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