(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１非密封面と、第１環状密封ダムを間につくるように第１部材と接触するため第１軸方向に向いた第１環状密封面を持つ第１突起部とを有する第１環状ビーム部と、
第２非密封面と、第２環状密封ダムを間につくるように第２部材と接触するため前記第１方向とは逆の第２軸方向に向いた第２環状密封面を持つ第２突起部とを有する第２環状ビーム部と、
中央通路を形成するように前記第１及び第２密封面の間に延びている環状内面と、
前記第１及び第２密封面の間に前記環状内面から離間して延びており、前記第１及び第２環状ビーム部間に、これらに対して実質的に垂直に延びる材料の環状コラム部を形成している環状外面とを備え、
前記環状内面及び外面の一方は、前記環状コラム部の有効最小幅を少なくとも部分的に画定するために、実質的に半径方向に向かって延びる環状凹部を有しており、
前記第１突起部の前記第１密封面の少なくとも一部と前記第２突起部の前記第２密封面の少なくとも一部とは、前記環状コラム部と軸方向に重なっており、
前記第１及び第２非密封面は、前記環状凹部と軸方向に重なっており、前記環状凹部を有する前記環状内面及び外面の一方から半径方向に向かって延びている、金属シール。
【請求項２】
前記環状凹部が、前記環状コラム部から前記ビーム部へと延びる第１対角線ブレース部を形成するように設計されている、請求項１に記載の金属シール。
【請求項３】
前記第１及び第２密封面が、前記環状コラム部のみに対して軸方向に位置する、請求項１または２に記載の金属シール。
【請求項４】
前記第１及び第２密封面が、前記環状内面及び外面のいずれか一方に位置する、請求項１〜３のいずれかに記載の金属シール。
【請求項５】
前記第１及び第２密封面が、圧縮された際に平坦な密封ラインを形成するように実質的に平坦である、請求項１〜４のいずれかに記載の金属シール。
【請求項６】
前記平坦な密封面が実質的に相互に平行である、請求項５に記載の金属シール。
【請求項７】
前記平坦な密封面が、前記金属シールの中心軸に対して実質的に垂直である、請求項６に記載の金属シール。
【請求項８】
前記コラム部と前記ビーム部が、１個の単一部材から一体に形成されている、請求項２〜７のいずれかに記載の金属シール。
【請求項９】
前記コラム部の前記有効最小幅が、約０．２０ｍｍ（０．００８インチ）〜約０．７６ｍｍ（０．０３０インチ）の範囲内にある、請求項２〜８のいずれかに記載の金属シール。
【請求項１０】
前記コラム部の前記密封面間にある軸方向の高さが、少なくとも前記有効最小幅と同じである、請求項２〜９のいずれかに記載の金属シール。
【請求項１１】
前記コラム部の前記高さが、前記コラム部の最小幅の少なくとも３倍の長さである、請求項１０に記載の金属シール。
【請求項１２】
前記第１対角線ブレース部が、約３５°〜５５°の角度で前記コラム部から延びている、請求項１〜１１のいずれかに記載の金属シール。
【請求項１３】
前記環状コラム部は、約０．５１ｍｍ（０．０２０インチ）〜約２５．４ｍｍ（１．０インチ）の間にある軸方向高さを有する、請求項１〜１２のいずれかに記載の金属シール。
【請求項１４】
前記環状コラム部から前記第２ビーム部にかけて延びている第２対角線ブレース部をさらに有している、請求項２〜１３のいずれかに記載の金属シール。
【請求項１５】
前記第１及び第２対角線ブレース部が、前記環状コラム部における前記環状密封面の間のほぼ中間において接触している、請求項１４に記載の金属シール。
【請求項１６】
前記第１及び第２対角線ブレース部の各々が、約３５°〜約５５°の角度で前記コラム部から延びている、請求項１５に記載の金属シール。
【請求項１７】
前記環状凹部が、前記第１及び第２環状密封面の間のほぼ中間に位置している、請求項１〜１６のいずれかに記載の金属シール。
【請求項１８】
前記環状凹部が、前記第１及び第２環状密封面のうちの一方に近接して配置されている、請求項１〜１６のいずれかに記載の金属シール。
【請求項１９】
前記環状凹部が前記環状内面に形成されている、請求項１〜１８のいずれかに記載の金属シール。
【請求項２０】
前記環状凹部が前記環状外面に形成されている、請求項１〜１８のいずれかに記載の金属シール。
【請求項２１】
前記シールが耐食性合金で形成されている、請求項１〜２０のいずれかに記載の金属シール。
【請求項２２】
前記シールが、純ニッケル、銅、スズ、アルミニウム、ステンレス鋼のグループから選択した材料で形成されている、請求項１〜２０のいずれかに記載の金属シール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、概して１対の部材間に密封をつくり出すための金属シールに関する。さらに詳しくいえば、本発明は、漏れを分子レベルで最小限に留めるべく、十分な幅にかけて質の高い密封ダムをつくるために、狭域（高い接触応力に等しい小さな密封範囲）に有効負荷を集中させることで信頼性の高い密封を提供することが可能なシールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
代表的な静的シール集合体は、第１嵌合面を備えた第１部材と、適当な密封材料（例えば金属Ｏ−リング）の環状シールと、第２嵌合面を備えた第２部材とからなる。機械的負荷が両部材の第１、第２嵌合面を介してシールに加えられる。一般に、機械的負荷は、圧搾としても知られている変位が密封面間に生じるように、多数の締付け具にトルクを加えることによってつくられる。接触面の正味の負荷は２本の密封線をつくる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
低い漏れの要求は、断面が長方形の中実金属リングを圧縮することによって達成できる。中実金属リングが有する１つの問題は、発生された力が部材の嵌合面の塑性変形を生ずるのに十分な大きさになりうるということである。嵌合面のこの塑性変形はブリネリングと呼ばれている。一旦ブリネリングが生じると、まず破損された密封面を補修しない限り、適正な再密封の可能性が著しく低減してしまう。
【０００４】
したがって、静的密封のための設計要求には、最適荷重レベルと柔軟性とが含まれている。圧搾された際の良好な静的シールは、密封するには十分な大きさではあるが、空所面にブリネリングを与えるには不十分な大きさの負荷レベルを生じることができなければならない。近年、従来技術においては多くの種類の金属性密封リングが存在する。
【０００５】
金属製“Ｏ”リングは、これらの矛盾した設計要求を満たすべく開発された初期の成果である。しかし、通常この種のシールは、“Ｏ”リングが中実であるか中空であるかに関係なく過度に剛性であり、本質的に高価であるために、その弾性がかなり制限されてしまう。“Ｏ”リングを改良した結果、Ｃ字型密封シールが開発された。特に、“Ｏ”の一部分を単純に除去することにより、シールのフープ拘束が大幅に減少され、シールがさらに柔軟になる。しかし、基本的な“Ｃ”シールは、改良を加え、非常に軟質のメッキ材料で被覆しない限り、１×１０ｅ-9ｃｃ／ｓｅｃ  Ｈｅまたはこれより良い漏れ率の所望の標準真空レベルにまで達することができない。このレベルの密封精度を得るために、これまでいくつかのＣ字型シールが設計された。
【０００６】
上述のことを考慮すれば、当業者には、密封線のブリネリングとずれを最小にする最適化された密封範囲を備えた、改良されたシールが必要であることが明らかであろう。本発明は当該技術におけるその他の要求と同様この要求を扱っているが、その他の要求は一旦当業者に開示されてしまえば明らかになるであろう。
【０００７】
本発明の１つの目的は、比較的安価に製造できる、信頼性の高い金属シールを提供することである。
本発明の別の目的は、幾何学的に単純な断面を有し、かつ、既存の設備によって緊密な公差で大量生産できる金属シールを提供することである。
【０００８】
本発明のさらに別の目的は、密封ダム幅を最適化することにより、シールを圧縮するために必要な負荷を最小化する狭域に有効負荷を集中できる、高い信頼性をもった金属シールを提供することである。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、シール圧縮の最中に、密封ダムが著しくずれることのない金属シールを提供することである。
本発明の別の目的は、反力を制限し、変形およびブリネリングを避けるために、制御されたコラムバックリングを用いる金属シールを提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、１×１０ｅ-9ｃｃ／ｓｅｃ  Ｈｅ未満の漏れ率、またはこれより良い漏れ率を有する金属ビームコラムシールを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、密封線のずれまたは密封されるべき部材の嵌合面のブリネリングを発生することなくシールを維持するために、広範囲にわたる密封を提供し、制御された方法で座屈する構造コラムによって相互に連結された２つの離間した構造ビームを備えた構造を利用して、“Ｃ”シールの特性において全体が金属からなる非常に優れたシールを実現することができるという認識から生まれたものである。
【００１２】
基本的に前述の目的は、シールを圧縮するのに必要な負荷を最適化する一方で、漏れを最小にするべく十分な幅にかけて密封ダムをつくるために、有効負荷を狭域に集中させる金属シールを提供することで達成できる。金属シールは、第１環状ビーム部、第２環状ビーム部、第１、第２環状ビーム部の間にのびる内面および外面を備えている。内面および外面のうちの１つは、該第１、第２環状ビーム部の間で、これに対して実質的に垂直に延びる材料の環状コラム部を少なくとも部分的に画定する環状凹部を設けている。第１環状ビーム部は、第１非密封面と、第１環状密封ダムを間につくるように第１部材と接触するため第１軸方向を向いた第１環状密封面を持つ第１突起部とを備えている。第２環状ビーム部は、第２非密封面と、第２環状密封ダムを間につくるように第２部材と接触するため、前記第１方向とは逆の第２軸方向を向いた第２環状密封面を持つ第１突起部とを備えている。環状内面が、中央通路を形成するように、第１、第２密封面の間に延びている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（１）第１実施例
まず図１、図２を参照すると、本発明の第１実施例による金属シール１０が示されている。金属シール１０は円形に描かれている。しかし、当業者には、シール１０が円形リング以外の別タイプの形状であってもよいことがこの開示から明白であろう。金属シール１０は、高い信頼性と耐圧（＜１×１０ｅ-9ｃｃ／ｗｅｃ  Ｈｅ漏れ率）、圧縮のための低い総負荷（ユニット円周当りの低い力、または円周インチ（ＰＣＩ）当りのポンド数）という用途に用いられると、次の主要機能を提供する。
【００１４】
金属シール１０は、所望の密封特性を持った適当な金属材料を所望の形状に機械加工して作成することが好ましい。例えば、密封性を高めるために、延性合金または金属要素（スズ、ニッケル、アルミニウム、銅）でシール１０を製造することもできる。シール１０の一般的な材料はステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、銅である。また、厚さが約０．０２５mm（０．００１インチ）〜約０．１５ｍｍ（０．００６インチ）であり、異なる固有の耐力強度を有する、つまり、コーティングが所与の幅にかけて塑性変形する条件を作り出すために多少の負荷を必要とする、スズ、アルミニウム、ニッケルのような軟質のコーティング材を採用してもよい。これ以外の適当な金属要素を採用することも可能である。
【００１５】
シール１０は半導体プロセス装置または真空プロセス産業、またはその他の上述した機能を必要とする産業において特に有益である。換言すれば、シール１０は、高い信頼性、圧縮に要する低い負荷、極度の密封（１×１０ｅ-9ｃｃ／ｓｅｃ  Ｈｅまたはこれより良いの漏れ率）を必要とする半導体プロセスおよび真空装置産業、またはその他の産業に適用することができる。さらにシール１０は、その基本的な形状が密封グランド寸法または起こりうるボルト充填に貢献するあらゆる場合に適用することが可能である。
【００１６】
図示したシール１０の応用形には、直径、形状、高さ、コーティング、熱膨張一致の係数に選択したベース材料、圧力または真空密封、融和性のある材料を選ぶことによる任意の液体の密封、または、これ以外の、所与の用途に合わせてシール１０を設計するのに一般に使用される応用形が含まれる。
【００１７】
図４〜図６に見られるように、本発明の１実施例によるシール集合体１２を、金属シール１０がその一部分を成す形で示している。さらに詳細には、シール集合体１２は、第１嵌合または密封面１６を備えた第１板または部材１４、スペーサ部材１８、シール１０と接触するための第２嵌合または密封面２２を備えた第２板あるいは部材２０を設けている。部材１４、１８、２０は、複数の締付け具またはボルト２４によって相互に結合されている。締付け具２４を締めることによってシール１０に負荷がかかり圧縮され、塑性変形が生じ、第１、第２部材１４、２０の間に環状密封が形成される。シール１０の変形は、シールの密封面の間の軸高さの約１２〜４０％である。
【００１８】
金属シール１０の役割は、金属−金属、金属−セラミック、セラミック−セラミック、または、プロセスガスおよび／または化学製品の運搬システムに使用される金属の適当な組合せであってよい２つの対向した部材１４、２０の間、さらに、あらゆる流体制御または空気利用のためのフランジや構成要素の間に、密封を提供することである。シール１０は、溝、もみ下げ機でくり広げられた穴の中、また、密封する構成要素を固定的に離間するためのスペーサまたは保持部材１８を備えた、比較的平坦な面の間において最も一般的に使用される。シール１０は、円形または非円形の形状に製造することができ、また、様々な高さ、直径、断面に製造することができる。
【００１９】
図３に最良に示すように、シール１０の断面形状は基本的に７つの部分に分けることができる（破線で示す）。特に、シール１０の断面形状は、細いコラム部３０、第１突起部３２を備えた第１ビーム部３１、第２突起部３４を備えた第２ビーム部３３、第１対角線ブレース部３５、第２対角線ブレース部３６を設けている。金属シール１０の第１ビーム部３１には、第１突起部３２上に形成された第１環状密封面４０と、第１突起部３２の半径方向外側に位置した第１環状非密封面４１とを有する軸方向を向いた面を設けられている。第２ビーム部３３には、第２突起部３４上に形成された第２環状密封面４２と、第２突起部３４の半径方向外側に位置した第２環状非密封面４３とを有する軸方向を向いた面が設けられている。金属シール１０は、環状内面４４と環状外面４５とを備えたリング形である。この実施例では、シール１０の外面４５は、シール１０が軸方向に圧縮されることを許容し、制御されたバックリングをもたらす環状凹部４８を備えている。
【００２０】
第１環状密封面４０は、第１突起部３２上に位置しており、第１部材１４の密封面１６と接触して両面の間に第１環状密封ダムを形成するように第１軸方向を向いている。第２環状密封面４２は、第２突起部３４上に位置しており、第１環状密封面４０の第１軸方向とは逆の第２軸方向を向いている。第２環状密封面４２は、第２部材２０の密封面２２と接触し、両面の間に第２環状密封ダムを形成する。第１、第２環状密封面４０、４２は、相互に平行し、シール１０の中心軸Ａに対して垂直である実質的に平坦な面であることが好ましい。また任意で、環状密封面４０、４２を変形可能なメッキなどで被覆することもできる。しかし、本発明の密封においてはこのような変形可能なメッキを用いる必要はない。図６、図８にあるように、突起部３２、３４が軸方向に変形されることにより、非密封面４１、４３と面１６、２２の間にそれぞれ狭い空間が生じる。
【００２１】
この実施例では、第１、第２突起部３２、３４は内面４４に近接して配置されている。当然のことながら、必要に応じて、および／または所望であれば、突起部３２、３４の位置を第１、第２ビーム部３１、３３に沿って半径方向に移動することができる。突起部３２、３４は、環状密封面４０、４２が、軸方向に向かって少なくとも部分的にコラム部３０の上に重なるように配置されることが好ましい。図示した例において、シール１０は外面４５上に凹部４８を備えているため、突起部３２、３４が内面４４から半径方向外側に向かってあまり遠く離れていないことが望ましい。突起部３２、３４は、第１、第２ビーム部３１、３３の半径長さの約半分を超えない範囲内に位置し、そのため、環状密封面４０、４２が、軸方向に向かって少なくとも部分的にコラム部３０の上に重なるようにすることが好ましい。環状凹部４８が内面４４上に設けられている場合には、当然のことながら、第１、第２突起部３２、３４は、図１２にあるように外面上、またはその付近に配置されるべきである。
【００２２】
環状内面４４は、第１、第２環状密封面４０、４２の間に延び、内面４４で包囲された中央通路を形成している。この実施例では、環状内面４４は、第１、第２密封面４０、４２に対して実質的に垂直に延びている。しかし当業者には、内面４４にさらに機械工作を施して、シール１０を変形するのに必要な負荷力を減少するようにできることがこの開示から明白であろう。さらに、内面４４を、環状凹部などを有するように起伏のある形状につくることもできる。
【００２３】
環状外面４５は、第１、第２非密封面４１、４３の間にのびており、環状内面４４から半径方向外側に向かって離間している。外面４５は、シール１０を変形させるために必要な負荷力の量を制御するべく実質的に半径方向に延びた環状凹部４８を備えている。凹部４８は、均一形状の連続した凹部であることが好ましい。さらに、凹部４８の傾斜した面は約９０°の角度を成していることが好ましい。当然、この角度は７０〜１１０°の間で変更することができる。
【００２４】
細いコラム部３０は、環状密封面４０、４２との間に延びており、ビーム部３１、３３の部分にオーバラップしており、突起部３２、３４を備えている。特に、ビーム部３１、３３は、シール１０の環状内面４４と環状外面４５の間に延びている。対角線ブレース部３５、３６は、環状凹部４８を画定するようコラム部３０、ビーム部３１、３３に対して角度付けられている。この実施例において、対角線ブレース部３５、３６は、その外端においてビーム部３１、３３を支持するように、大体、コラム部３０の中心点からビーム部３１、３３の外端にかけてのびている。これは、直線で示した図９でさらによく見ることができる。図９では、シール１０の断面形を形成するコラム、ビーム、突起部、ブレースを直線で概略的に示している。凹部４８の形状は、所望のシール幅、密封面４０、４２の位置、所望の最小コラム幅Ｃ1、ブレース部３５、３６の有効角度、ビーム部３１、３３の厚さまたは深さＢ1によって決定される。あるいは、凹部４８を、図１５にあるように、中央にではなく、シール１０の頂部または底部のいずれかの付近に形成することもできる。
【００２５】
再び図３を参照すると、シール１０の形状は、一般に従来の機械加工技術によって製作される。例えば、シール１０を旋盤上で製造することができる。シール１０を形成する上で、ストック材料に内面４４を形成するためにボアが穿孔される。次に、ストック材料の軸方向端部の１つが加工され、突起部３２と、ビーム部３１の非密封面４１が形成される。これで、シール１０の外径または外面４５に、環状凹部４８を形成するための環状カットができあがる。次に、シール１０の別の軸方向端部が機械加工され、突起部３４と、ビーム部３３の非密封面４３とが形成される。
【００２６】
シール１０の幾何学的および次元的な特性は、図２、図３、図９で見ることができる。まず図２を参照すると、シール１０の外径Ｄ1は、シール１０の用途に基づいてあらゆる所望の形状にすることができる。つまり、シール１０の外径には制限がないということである。シール１０の内径Ｄ2は少なくとも約２０ｍｍ（０．００８インチ）かそれ以上でなければならない。シール１０の自由軸方向の高さは、約０．５１ｍｍ（０．０２０インチ）〜約２５．４ｍｍ（１．０インチ）までの環状コラム部３０の高さＣ2に等しい。シール１０の半径方向幅は、外径Ｄ1と内径Ｄ2の差、すなわち、外面４５と内面４４との間の距離となる。本好適実施例においては、シール１０の半径方向幅は、少なくとも約０．５１ｍｍ（０．０２０インチ）かそれ以上であることが好ましい。
【００２７】
第１、第２環状密封面４０、４２は、密封外径Ｓ1、半径方向密封幅Ｓ2、軸方向高さＣ2を有することが好ましい。本発明のある潜在的な実施例においては、密封外径Ｓ2は約５．７９ｍｍ（０．２２８インチ）である。第１、第２環状密封面４０、４２の半径方向幅Ｓ2は約１．７７ｍｍ（０．０７０インチ）である。突起部３２、３４は、非密封面４１、４３から軸方向に約０．０８ｍｍ（０．００３インチ）の長さで延びている。したがって、第１、第２環状密封面４０、４２の各々は、第１、第２環状非密封面４１、４３から約０．０８ｍｍ（０．００３インチ）の長さで軸方向外側にそれぞれ延びている。この例では、シール１０は、約７．１６ｍｍ（０．２８２インチ）の外径Ｄ1と、約５．２３ｍｍ（０．２０６インチ）の内径Ｄ2とを備えている。環状凹部４８は、外面４５上に形成され、約０．９１ｍｍ（０．０３６インチ）の軸方向高さを有することが好ましい。環状凹部４８のくさび形部分は、約７０°〜１１０°の有効角度を形成している。
【００２８】
コラム部３０の有効最小コラム幅Ｃ1は、一般に、約０．２０ｍｍ（０．００８インチ）〜１．０６ｍｍ（０．０４２インチ）である。上述した環状コラム部３０の高さＣ2は、約０．５１ｍｍ（０．０２０インチ）〜約２５．４ｍｍ（１．０インチ）の範囲内にあることが好ましい。環状コラム部３０の高さＣ2と環状コラム部３０の有効最小幅Ｃ1の比率は３：１かこれ以上であることが好ましく、すなわち、高さＣ2はコラム部３０の有効最小幅Ｃ1の３倍またはこれ以上である。環状コラム部高さＣ2が１．０インチ未満であれば（より小さな密封）、環状コラム部３０の有効最小幅Ｃ1のより最適な範囲は約０．２０ｍｍ（０．００８インチ）〜０．７６ｍｍ（約０．０３０インチ）の範囲にある。換言すれば、シールの高さが高いほど、有効最小コラム幅Ｃ1が、低いシールと比べて広くなるということである。
【００２９】
ビーム部３１、３３の軸方向厚みまたは深さＢ1は、ブレース部３５、３６に基づく。特に、ビーム部３１、３３の軸方向深さＢ1は実際ゼロであっても構わない。言い換えれば、環状非密封面４１、４３が凹部４８と共にポイントを形成することもできる。しかしながら、ブレース部３５または３６のいずれか一方を除去した場合には、ブレース部３５または３６を有さないビーム部３１あるいは３３が少なくとも約０．２５ｍｍ（０．０１０インチ）の軸方向深さＢ1を持たなければならない。
【００３０】
ビーム部３１、３３は、少なくとも約０．１１ｍｍ（０．０４５インチ）またはこれ以上の半径方向幅Ｂ2を有することが好ましい。ビーム部３１と３３の半径方向幅Ｂ2は相互に等しく、密封面４０、４２の幅の少なくとも約３倍であることが望ましい。当然、必要に応じて、および／または所望であれば、ビーム部３１と３３の幅Ｂ2がそれぞれ異なっていても構わない。
【００３１】
これまで、シール１０を外面４５に関連した環状凹部４８を具備した形で示してきたが、環状凹部４８を、図１２にあるようにシール１０の中心軸Ａに向かって半径方向内側を向いた状態で、内面４４に設けることもできるため、本発明は上記の形状に限定される必要はない。
【００３２】
さらに、ビーム部３１、３３、対角線ブレース部３５、３６、コラム部３０を全て一体形成した状態でシール１０を示しているが、上述したように、これらのうちの任意の１つまたはそれ以上を他の部分から独立して形成することが可能であるため、これは本発明に必要な限定ではない。
【００３３】
使用時に、シール１０はシール集合体１２の部材１４、２０間に置かれる。密封面４０、４２の平坦な密封ダムは、シール集合体１２が図４〜図８に示すように一体に連結された際に、部材１４、２０の密封面１６、２２とそれぞれ完全に密封接続する。特に、部材１４、２０は、複数の締付け具２４（図では２本のみ示されている）によって一体に締め付けられ、シール１０を図８に示すように環状凹部４８内にいくぶん膨張するように圧縮する。このように、シール１０は密封接触を著しくずらすことないので、より良好で確実な密封が維持される。ビーム部３１、３３およびコラム部３０は制限された形でつぶされ、反力を制限する。密封点は著しくずれることなく、一定の密封接触において維持される。
【００３４】
添付の図面に示すように、金属シール１０は、分子レベルで漏れを最小化するべく十分な幅にかけて質の高い密封ダムを生じるために、狭域（高い接触応力に等しい小さな密封範囲）にかけて有効負荷を集中することにより、信頼性の高い密封を提供する。シール１０と接続面の間の密接な接触が必要な密封ダム幅を最小化することにより、高い圧縮負荷を用いなくても高いパフォーマンス密封が得られる。この方法により、シール１０の実質的に平行な密封面４０、４２が面１６、２２と密接に接触することができ、その結果、制御された接触応力が得られる。
【００３５】
シール１０は、シールの剛性を空所とシールの合計公差範囲にわたって許容可能に設計することにより、密封空所公差を調整するように設計されている。シール１０の断面を図３に示すように設計することで、断面のゆがみが制御される。つまり、無制御なバックリングがない。断面のウェブ厚、高さ、環状部分の範囲を変えることにより、シール１０を、様々な密封グランド深さにおいて機能させるべく設計することができる。
【００３６】
（２）従来技術と金属シール１０との対比
図１０、図１１に示すように、従来のシール集合体１２′は、底密封面１６′を備えた底部または第１部材１４′と、内部にＣ字型シール１０′を受容するスペーサ部材１８′とを具備している。頂部密封面２２′を備えた頂部または第２部材２０′がベース板または部材１４′に対して固定され、複数の締付け具２４′によって締付けられて、密封面２２′を“Ｃ”リングまたはシール１０´の反対側の上に持って行く。まず、図１１に示すように無負荷で拘束されていない状態にあるこのような従来の“Ｃ”シールは、密封面１６´、２２´と接触する頂部および底部において単一の点または線を有している。しかし、図１１にあるようにシール１０´に負荷をかけると、シール１０´が圧縮され、密封ダム線がずれて膨張する。これはシール接触をずらしてしまう。
【００３７】
一方、本発明によるシール１０は、細い構造コラム部３０によって支持され、２つの対角線ブレース部３５、３６によって補強された２つの構造ビーム部３１、３３により形成された２つの伸延した平坦な密封面４０、４２を備えている。細いコラム部３０の高さは、一般にその幅よりも長い。例えば、コラム部３０の高さは、その幅の３倍であってもよい。一般に、ブレース部３５、３６の角度は、ビーム部３１、３３に対して３５°〜５５°である。したがって、シール１０の圧縮中にも著しくずれることのない広い密封範囲が、密封面４０、４２の上に形成される。
【００３８】
（３）第２実施例
図１２を参照すると、本発明の第２実施例による金属シール１１０が示されている。シール１１０は、その内面１４４上に凹部１４８が形成されていることを除いて、上述のシール１０とほぼ同一である。上述したシール１１０とシール１０との類似性を考慮し、ここではシール１１０についてのこれ以上の詳細な説明または図示を省略する。基本的に、金属シール１１０は、第１突起部１３２上に形成された第１環状密封面１４０と、第２突起部１３４上に形成された第２環状密封面１４２とを備えている。
【００３９】
ここでは金属シール１１０の一部分のみが図示されているが、当業者には、シール１１０が円形または非円形の連続したリングであることがこの開示から明白であろう。シール１１０の断面は均一の形状であることが好ましい。金属シール１１０は、所望の密封特性を有する適当な金属材料を所望の形状に機械加工したものである。例えば、シール１１０は、純ニッケル、アルミニウム、もしくはステンレス鋼のような高張力鋼合金、またはその他任意の適当な密封材料でつくることができる。
【００４０】
（４）第３実施例
図１３〜図１４を参照すると、本発明の第３実施例による金属シール２１０が示されている。シール２１０は、それが非円形形状に描かれており、突起部２３２、２３４が内面２４４から半径方向外側に移動されていることを除いて、上述のシール１０とほぼ同一である。シール２１０とシール１０との類似性を考慮して、ここではシール２１０について詳細に説明または図示することを省略する。基本的に、金属シール２１０は、第１突起部２３２上に形成された第１環状密封面２４０と、第２突起部２３４上に形成された第２環状密封面２４２とを備えている。
【００４１】
金属シール２１０は非円形であることから、当業者には、シール２１０が円形または非円形であってよい連続したリングであることがこの開示から明白であろう。シール２１０の断面は、シール２１０のほぼ円周にのびる全長にかけて均一の形状であることが好ましい。金属シール２１０は、所望の密封特性を有する適当な金属材料を所望の形状に機械加工して作ることが好ましい。例えば、シール２１０は、純ニッケル、アルミニウム、もしくはステンレス鋼のような高張力鋼合金、またはその他任意の適当な密封材料から製造することができる。
【００４２】
（５）第４実施例
図１５を参照すると、本発明の第４実施例による金属シール３１０が示されている。シール３１０は、その軸方向面のうちの一方の付近に環状凹部３４８を備えていることを除いて、上述のシール１０または１１０とほぼ同一である。シール３１０とシール１０、１１０との類似性を考慮して、ここではシール３１０についてこれ以上の詳細な説明または図示を省略する。基本的に、金属シール３１０は、第１突起部３３２上に形成された第１環状密封面と、第２突起部３３４上に形成された第２環状密封面３４２とを備えている。
【００４３】
ここで使用している「実質的」、「約」、および／または「ほぼ」という程度を示す用語は、結果が著しく違ってしまわない範囲での、修飾された用語の逸脱の妥当な量を意味する。これらの用語は、その用語が修飾する意味を否定しない場合には、修飾された用語の±１５％の逸脱を含めて解釈されるべきである。
【００４４】
精選された実施例のみを本発明の例証として選択したが、当業者には、請求項で定義された本発明の範囲を逸脱しない限り、様々な変更、修正が可能であることがこの開示から明白であろう。さらに、本発明による実施例の前述の説明は例証のみを目的としたものであり、請求項およびその均等物によって定義されているように本発明を限定することを目的としたものではない。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、密封線のブリネリングとずれを最小にする最適化された密封範囲を備え、比較的安価に製造できる、信頼性の高い金属シールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による金属シールの平面図である。
【図２】図１に示した金属シールの側面図であり、ここでは、２つの対角線ブレースを形成するために、シールの環状外面に環状凹部が形成されている。
【図３】図１、図２に示した金属シールを、図１の断面線３−３で切った断面図である。
【図４】図１〜図３に示した金属シールをシール集合体と共に組立分解した縦断面図であり、シール集合体は、金属シールを軸方向に圧縮して間に環状シールをつくるために、締付け具によって１つに結合される１対の嵌合部材または板と、スペーサ部材とを備えている。
【図５】金属シールを圧縮する以前、すなわち無負荷状態の、嵌合部材、スペーサ部材、金属シールの縦断面図である。
【図６】嵌合部材、スペーサ部材、金属シールの図５と類似した縦断面図であるが、金属シールを圧縮して間に環状密封をつくるために締付け具によって嵌合部材が結合された後の状態を示す。
【図７】金属シールを圧縮する以前、つまり無負荷状態にある、図１〜図６に示した金属シールの一部分を示す拡大部分断面図である。
【図８】金属シールを圧縮した後、つまり、間に環状密封をつくるべく金属シールを圧縮するために負荷を加えた状態の、図１〜図６に示した嵌合部材と金属シールの拡大部分断面図である。
【図９】コラム、ビーム、ブレースを示す、図１〜図８の金属シールの等価線図である。
【図１０】シール集合体における従来技術の“Ｃ”リングシールを示す側部縦断面図である。
【図１１】従来の“Ｃ”シールの概略断面図であって、その無負荷位置を実線で、また負荷位置を破線でそれぞれ示す。
【図１２】内面に環状凹部が形成されている、本発明の第２実施例による金属シールの縦断面図である。
【図１３】本発明の第３実施例による金属シールの正面図である。
【図１４】本発明の第３実施例による、断面線１４−１４に沿って切った、図１３の金属シールの一部分を示す部分断面図である。
【図１５】本発明による別の断面をもった金属シールの一部分を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１０、１０´、１１０、２１０、３１０    密封シール
１２、１２´    シール集合体
１４、１４´    第１板または部材
１６、１６´    第１嵌合または密封面
１８、１８´    スペーサ部材
２０、２０´    第２板または部材
２２、２２´    第２嵌合または密封面
２４、２４´    締付け具またはボルト
３０    細いコラム部
３１    第１ビーム部
３２、２３２、３３２    第１突起部
３３    第２ビーム部
３４、１３４、２３４、３３４    第２突起部
３５    第１対角線ブレース部
３６    第２対角線ブレース部
４０、１４０    第１環状密封面
４１    第１環状非密封面
４２、１４２、２４２    第２環状密封面
４３    第２環状非密封面
４４、１４４、２４４    環状内面
４５    環状外面
４８、１４８、３４８    環状凹部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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