(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体が環状の金属製シール本体と、該シール本体を全面にわたって略均一な厚さ寸法で被覆したコーティング層とを備え、相互に平行な一対の接触平坦面部の間に介装される金属シールであって、該一対の接触平坦面部に夫々当接する弯曲凸状シール面に於て、上記コーティング層にその内面から食い込むように小突起が上記シール本体に突設され、しかも、上記金属製シール本体は、中間基部と、上記接触平坦面部の一方に当接する一方の弯曲凸状シール面を形成する第１接触凸部と、上記接触平坦面部の他方に当接する他方の弯曲凸状シール面を形成する第２接触凸部と、を備えた略Ｓ字状横断面形状であって、該金属製シール本体は、装着圧縮状態にて上記一対の接触平坦面部から受ける押圧力によって、上記中間基部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、さらに、上記弯曲凸状シール面における上記コーティング層にその内面から食い込むように突設された上記小突起の高さ寸法が、コーティング層の平均肉厚寸法の50％〜75％に設定されていることを特徴とする金属シール。
【請求項２】
上記一対の接触平坦面部と直交する方向から見て、全体が環状の上記シール本体の周方向に沿って全体が環状に、上記小突起が形成されている請求項１記載の金属シール。
【請求項３】
上記一対の接触平坦面部に夫々当接する弯曲凸状シール面に於て、上記コーティング層の内面の一部が食い込む小凹溝が、上記シール本体に凹設されて、該小凹溝が上記小突起と共に配設されている請求項１又は２記載の金属シール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属シールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からシール材としてゴム製Ｏリングが広く使用されているが、高温、低温、ゴム腐食ガス環境等では使用できない場合がある。そこで、従来から以下の(1) 〜(4) のような金属製のシールが用いられている。即ち、(1) メタルＯリング、(2) メタルＣリング、(3) バネ入りＣリング、(4) レジェントシール等が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実開昭６２−０２８９５９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各々の金属シールには以下のような問題がある。
(1) メタルＯリング
最も一般的で実績のある金属シールであり、安定したシール性能が得られるが、締付力が大きく、かつ、復元量が0.05mm程度と小さい等の欠点がある。
(2) メタルＣリング
メタルＯリングに比べて締付力は小さく、かつ復元量も比較的大きく、0.05mm〜0.15mm程度である。しかしながら、用途（使用条件）によっては、依然、締付力の値が大きく、復元量も不足する。
(3) バネ入りＣリング
復元量は0.1 〜0.15mmと大きい。しかしながら、用途（使用条件）によっては復元量が不足する。さらに、コイルバネを包み込むようにＣリング本体内に入れるので、製作が面倒で構造が複雑化すると共に、締付力が大きく、コストも高くなる欠点がある。
(4) レジェントシール
他のメタルシールに比べて締付力が小さく、かつ復元量も0.1 〜0.2 mmと大きい。しかし、切削加工であるため、製作が面倒で、非常に高価である。
【０００５】
要するに、従来の金属シールでは、製作が容易で、締付力が小さく、かつ、復元力が大きくて、安価であるという全ての条件（要望）を満足させ得るものが、なかった。
特に、シールを装着する取付部材の材質が、セラミックス等の脆い材質や、アルミニウム等の柔らかい材質に、不適当であったり、シール溝の深さ寸法公差が大きい場合に、シール性（密封性）にバラツキを生じ易かったり、シールが使用可能なセット高さ範囲が狭い等の問題やシールの取り付けに注意を要するという問題もあった。
【０００６】
また、シール性（密封性）を高めるために、樹脂やゴムを金属製シール本体の表面に被覆したコーティング層を有する金属シールも、提案されているが、相手部材にシール面が押圧された装着圧縮状態（特に高温使用条件下）に於て、コーティング層が軟化して、シール面のコーティング層が圧縮を受けない側へ移動（フロー）してゆくという問題がある。
このようなコーティング層の移動（フロー）によっての逃げが生ずると、シール面は金属製シール本体が直接に相手部材に接触し、密封性が低下することとなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、全体が環状の金属製シール本体と、該シール本体を全面にわたって略均一な厚さ寸法で被覆したコーティング層とを備え、相互に平行な一対の接触平坦面部の間に介装される金属シールであって、該一対の接触平坦面部に夫々当接する弯曲凸状シール面に於て、上記コーティング層にその内面から食い込むように小突起が上記シール本体に突設され、しかも、上記金属製シール本体は、中間基部と、上記接触平坦面部の一方に当接する一方の弯曲凸状シール面を形成する第１接触凸部と、上記接触平坦面部の他方に当接する他方の弯曲凸状シール面を形成する第２接触凸部と、を備え、略Ｓ字状横断面形状であって、該金属製シール本体は、装着圧縮状態にて上記一対の接触平坦面部から受ける押圧力によって、上記中間基部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、さらに、上記弯曲凸状シール面における上記コーティング層にその内面から食い込むように突設された上記小突起の高さ寸法が、コーティング層の平均肉厚寸法の50％〜75％に設定されている。
【０００８】
また、上記一対の接触平坦面部と直交する方向から見て、全体が環状の上記シール本体の周方向に沿って全体が環状に、上記小突起が形成されている。
また、上記一対の接触平坦面部に夫々当接する弯曲凸状シール面に於て、上記コーティング層の内面の一部が食い込む小凹溝が、上記シール本体に凹設されて、該小凹溝が上記小突起と共に配設されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施の形態に基づき、本発明を詳説する。
図１（Ａ）と図２は、本発明に係る金属シール（メタルシール）Ｓの実施の一形態を示し、自由状態（未装着状態）の断面図であり、図１（Ｂ）は使用状態───装着圧縮状態───を示す断面図である。
【００１０】
この金属シールＳは、全体が円環状や長円環状や楕円環状や（角が丸味のある）略矩形環状等の閉じた環状の形状を有する。しかも、この金属シールＳは、ステンレス鋼やばね鋼やその他の金属から成る金属製シール本体３と、このシール本体３に（全面に略均一な厚さ寸法で）被覆したコーティング層４とを、備えている。
【００１１】
金属製シール本体３は、切削や研削等の機械加工にて作製され、及び／又は、プレス加工等の塑性加工等で作製される。コーティング層４は、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のプラスチック、あるいは、各種ゴムから成る。
そして、この金属シールＳは、相互に平行な一対の接触平坦面部１，２の間に介装されるものであり、この接触平坦面部１，２と直交する方向から見て、全体が（上述のように）円形、長円、楕円や略矩形の環状である。
【００１２】
金属製シール本体３の横断面形状は、略Ｓ字状（波形状）であり、さらに詳しく説明すれば、中間基部５と、第１接触平坦面部１に当接する一方の弯曲凸状シール面11を形成する弯曲山型の第１接触凸部21と、第２接触平坦面部２に当接する他方の弯曲凸状シール面12を形成する第２接触凸部22と、を備えている。
【００１３】
言い換えると、シール本体３は、第１接触凸部21を有する内周端部６と、中間基部５と、第２接触凸部22を有する外周端部７と、から成り、中間基部５は、内周端部６から外周端部７へしだいに拡径するテーパ状であると共に、この内周端部６と中間基部５と外周端部７は同一肉厚寸法で、緩やかに弯曲した断面Ｓ字状である。なお、本発明では、Ｓ字状とは、反転Ｓ字状───Ｚ字状───をも含むものと定義する。また、同一肉厚寸法とせず、肉厚寸法を大小変化させても良い。
【００１４】
このように、この金属シールＳ（シール本体３）は、緩やかな弯曲面にて構成された略円錐台形の皿バネ状であるということができ、内周端部６によって、孔部８が形成される。なお、図１〜図２（及び、後述の図３〜図５）に於て、接触平坦面部１，２は全体に平坦面として内径及び外径方向へ連続している場合を図示したが、所望により、この接触平坦面部１，２の内径側又は／及び外径側に、段差部を介して複数段状に平坦面を形成したり、あるいは、突起部を形成しても自由である（図示省略）。
【００１５】
図２は金属シールＳの自由状態（未装着状態）であり、図１（Ａ）は、第１接触平坦面部１と第２接触平坦面部２の間隔寸法が十分に大きく（開いて）、金属シールＳが圧縮力（締付力又は押圧力ということもある）が零の初期状態を示す。図１（Ｂ）は一対の上記接触平坦面部１，２が相互に接近して、両者の間隔寸法を減少させて、圧縮力（締付力又は押圧力ということもある）が比較的大きく作用している装着圧縮状態を示す。この図１（Ａ）と（Ｂ）とを比較すれば分かるように、金属シールＳ（シール本体３）は、一対の接触平坦面部１，２から受ける押圧力によって、中間基部５を中心に回転する捩れ弾性変形を、生じている。
【００１６】
そして、一対の接触平坦面部１，２に夫々当接する弯曲凸状シール面11, 12に於て、コーティング層４にその内面から食い込むように、断面三角形の小突起Ｐ1 ，Ｐ2 が、シール本体３に突設されている。
この小突起Ｐ1 ，Ｐ2 は、接触平坦面部１，２と直交する方向から見て、全体が（前述の）環状のシール本体３の周方向に沿って、全体が環状に形成されている。つまり、小突起Ｐ1 ，Ｐ2 はシール本体３と、相似形の環状となる。
【００１７】
図１と図２に示す実施の形態では、図１（Ｂ）に示した装着圧縮状態にて、弯曲凸状シール面11, 12の内で最も接触平坦面部１，２に接近する位置に、小突起Ｐ1 ，Ｐ2 を配設した場合を例示し、かつ、各々単数本の場合を例示する。図１（Ｂ）に示すように、接触平坦面部１，２から相互に接近する方向の押圧力が作用したとき、小突起Ｐ1 ，Ｐ2 が突支りとなり、コーティング層４が過大に圧縮されて、図１（Ｂ）の左右方向に───内外径方向に───移動する（逃げる）のを、防止する。つまり、コーティング層４の損傷を防止して、シール性（密封性）を維持できる。
【００１８】
なお、突起Ｐ1 ，Ｐ2 の高さ寸法は、コーティグ層４の平均肉厚寸法の50％〜75％とする。その理由は、下限値未満であるとコーティング層４が接触平坦面部１，２にて圧潰されつつ内外径方向へ移動（フロー）する量が増加して、シール性（密封性）が悪化するためであり、逆に上限値を越えると接触平坦面部１，２を傷付け易くなり、金属シールＳのなじみが悪くなるためである。ところで、本発明に於て、図１（Ｂ）に示した装着圧縮状態で小突起Ｐ1 ，Ｐ2 は塑性変形させない。
【００１９】
次に、図３は他の実施の形態を示し、図３（Ａ）は図１（Ａ）に、図３（Ｂ）は図１（Ｂ）に、夫々対応した状態を示す。この図３（Ａ）（Ｂ）では、小突起Ｐ1 を、孔部８を形成する内周端面に最も近い弯曲凸状シール面11の内端部に突設し、また、小突起Ｐ2 を、外周端面に最も近い弯曲凸状シール面12外端部に突設している。
【００２０】
図３（Ｂ）に示す装着圧縮状態で、弯曲凸状シール面11, 12が最も接触平坦面部１，２に接近した部位と、各小突起Ｐ1 ，Ｐ2 との間に、コーティング層４が必ず残留するポケット部（凹所）13, 14が形成される。このようにして、コーティング層４が内外径方向へ移動（フロー）するのを阻止できる。なお、小突起Ｐ1 ，Ｐ2 の高さ寸法は前述の図１の場合と同様とする。
【００２１】
次に、図４は別の実施の形態を示し、図４（Ａ）は図１（Ａ）に、図４（Ｂ）は図１（Ｂ）に、夫々対応した状態を示す。この図４（Ａ）（Ｂ）では、弯曲凸状シール面11に、２個（本）の小突起Ｐ1 ，Ｐ1 を配設し、また、弯曲凸状シール面12には、２個（本）の小突起Ｐ2 ，Ｐ2 を配設している。
図４（Ｂ）に示す装着圧縮状態で、弯曲凸状シール面11, 12が最も接触平坦面部１，２に接近した部位を中心に、２個（本）の小突起Ｐ1 とＰ1 、及び、２個（本）の小突起Ｐ2 とＰ2 が、対応している。
【００２２】
小突起Ｐ1 とＰ1 の間、及び、小突起Ｐ2 とＰ2 の間に、夫々、形成されたポケット部（凹所）13, 14には、必ずコーティング層４の一部が残留する。しかも、直接的に、小突起Ｐ1 ，Ｐ1 は第１接触平坦面部１の押圧力に対する突支となり、かつ、小突起Ｐ2 ，Ｐ2 は第２接触平坦面部２の押圧力に対する突支となり、一層確実に、コーティング層４の移動（逃げ）を防止できる。小突起Ｐ1 ，Ｐ1 又はＰ2 ，Ｐ2 の高さ寸法については、図１の場合と同様とする。
この図４の場合、接触平坦面部１，２に直交する方向から見れば、２条の小突起Ｐ1 とＰ1 、及び、２条の小突起Ｐ2 とＰ2 は、シール本体３の周方向に沿って平行な閉じた環状を呈する。
【００２３】
次に、図５は参考例を示し、図５（Ａ）は図１（Ａ）に、図５（Ｂ）は図１（Ｂ）に、夫々対応した状態を示す。この図５（Ａ）（Ｂ）に於て、図１（Ａ）（Ｂ）で説明した小突起Ｐ1 ，Ｐ2 の代わりに、小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 が設けられる。
さらに詳しく説明すれば、相互に平行な一対の接触平坦面部１，２に夫々当接する弯曲凸状シール面11, 12に於て、シール本体３に小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 が夫々凹設され、コーティング層４の内面の一部がこの小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 に食い込んでいる。なお、コーティング層４の外表面は、この小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 に対応した位置で、（凹状とならず）連続弯曲面状である。
【００２４】
接触平坦面部１，２と直交する方向から見て、シール本体３の周方向に沿って、この小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 は全体環状に形成されている。つまり、この小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 はシール本体３と相互形の環状である。
さらに具体的に説明すると、各小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 は、横断面略半円形（又は半楕円形）であり、図５（Ｂ）に示した装着圧縮状態にて、弯曲凸状シール面11, 12の内で最も接触平坦面部１，２に接近する位置に、小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 は配設した場合を例示し、かつ、各々単数本の場合を示す。
【００２５】
図５（Ｂ）に示すように、接触平坦面部１，２が相互に接近して、押圧力が金属シールＳに作用した際、小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 が（前述の）ポケット部13, 14（図４参照）を構成して、シール性（密封性）を確保する。なお、小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 の幅寸法は当然にシール面の幅よりも小さく設定する。また、小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 の深さ寸法は、コーティング層４の厚さの75％以下とするのが良い。その理由はコーティング層４の内面の一部が小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 内に十分に充填される必要があるためである。
そして、上述した小突起Ｐ1 ，Ｐ2 と小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 とを、結合して、弯曲凸状シール面11, 12に、夫々、配設して、突支とポケット部の両者を具備させるも、好ましい。
【００２６】
ところで、本発明は上述の実施の形態に限定されず、設計変更自由であって、図１〜図４に示した横断面三角形の小突起Ｐ1 ，Ｐ2 を、横断面半円形、半楕円形、四角形等としても良く、図１と図３とを結合した各２本ずつの小突条Ｐ1 ，Ｐ1 及びＰ2 ，Ｐ2 としても良く、さらには、図３と図４とを結合した各３本ずつの小突起Ｐ1 …，Ｐ2 …とするも好ましい。あるいは、弯曲凸状シール面11, 12の夫々に、４本以上の小突条を突設することも可能である。
【００２７】
ところで、図１、及び、図３〜図５の各図の（Ａ）と（Ｂ）とを比較対比すれば明らかな如く、一対の接触平坦面部１，２の間隔が増減変化すると、全体に捩れ弾性変形しつつ、各弯曲凸状シール面11, 12が接触平坦面部１，２と直接に接触する部位が、内端・外端から中間基部５の方向（内方）へ移り変わる。
従って、金属シールＳを組み付ける（装着する）際に、上述の小突起Ｐ1 ，Ｐ2 及び／又は小凹溝Ｑ1 ，Ｑ2 を備えた構成によって、弯曲凸状シール面11, 12が接触平坦面部１，２に直接に接触する部位が移り変わっても、コーティング層４が大きく損傷を受けずに済む。
【００２８】
また、組み付け後───装着圧縮状態───においては、コーティング層４に過大な荷重が掛からないように突支となって、コーティング層４を安定した厚さに保つ。例えば、コーティング層４がプラスチックやゴムである場合、高温使用条件下で強度が低下し、圧縮力（押圧力）を受けて、移動（フロー）しやすくなるのが、小突起Ｐ1 ，Ｐ2 等によって、この移動（フロー）を阻止して、コーティング層４を安定した状態に保つことができる。
【００２９】
本発明は、上述の小突起Ｐ1 ，Ｐ2 が、装着圧縮状態下でも、塑性変形しない程度の低い締め付け力で組み付けられて使用されるのに、好適な金属シールである。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、上述の構成により次のような著大な効果を奏する。
（請求項１，２によれば、）接触平坦面部１，２に弯曲凸状シール面11, 12が当接した状態で、小突起Ｐ1 ，Ｐ2 は、コーティング層４が接触平坦面部１，２からの押圧力で圧潰されつつ内外径方向へ移動するのを防止する突支の役目をなし、あるいは、シール面にコーティング層４の一部が残留するポケット部13, 14を形成する。
このようにして、シール性（密封性）を確保できる。特に、低い締付力（押圧力）の一対の接触平坦面部１，２相互間に於て、優れたシール性（密封性）を発揮できる。
【００３１】
さらに、装着圧縮状態にて全体が捩れ弾性変形を生ずるため、弾性復元性（弾性変形領域）が大きく、広いセット高さに対応でき、取付部材の凹部（凹溝）等の寸法公差が大きくても、安定したシール性（密封性）を発揮でき、また、低い締付力で使用できて、取付部材（フランジ等）が脆い材質や軟らかい材質でも適用可能であり、しかも、シール面が装着時に移動しても、常に安定したシール性（密封性）を発揮できる。
（請求項３によれば、）上記効果を奏し、さらに、突支とポケット部の両者を具備することに伴って、コーティング層４が接触平坦面部１，２からの押圧力で圧潰されつつ内外径方向へ移動するのを一層確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態を示す要部断面説明図である。
【図２】  全体の断面図である。
【図３】  本発明の第２の実施の形態を示す要部断面説明図である。
【図４】  本発明の第３の実施の形態を示す要部断面説明図である。
【図５】  参考例を示す要部断面説明図である。
【符号の説明】
１  接触平坦面部
２  接触平坦面部
３  シール本体
４  コーティング層
５  中間基部
11  弯曲凸状シール面
12  弯曲凸状シール面
21  第１接触凸部
22  第２接触凸部
Ｓ  金属シール
Ｐ1   小突起
Ｐ2   小突起
Ｑ1   小凹溝
Ｑ2   小凹溝
【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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