JP6257277B2

JP6257277B2 - 金属シール

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Publication number: JP6257277B2
Application number: JP2013235242A
Authority: JP
Inventors: 聡藤堂
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2033-11-13
Also published as: JP2015094447A

Description

本発明は、金属シールに関する。

従来、図８に示すように、対向する平行な二平面31，32の間を密封する金属シール33と
して、金属製の外ジャケット34と内ジャケット35を共に横断面Ｃ型として、両者の開口部
34Ａ，35Ａを同じ方向（図８ではラジアル外方向）に向けて、相互に重ね合わせ、しかも
、内ジャケット35内に弾発コイル36を収納したものが公知である（例えば、特許文献１参
照）。

特開平２−２６３６７号公報

上述の図８に例示したような従来の金属シール33は、シール溝37内に装入する必要があ
った。即ち、金属シール33の二平面31，32への位置決め―――特に軸心Ｌ₀ に関して金属
シール33を同心状に位置決め―――させることが困難であるため、一方の平面31に矩形状
のシール溝37を形成せねばならなかった。
また、従来の金属シール33は捩れを生ずる虞もあった。

さらに、二平面31，32が相互に接近して、金属シール33が圧縮された圧縮密封状態下で
の圧力分布を、図８中にグラフ図をもって示すが、このグラフ図から明らかな如く、圧力
分布曲線Ｐx は丘陵型乃至丸い低山型であり、（気体遮断性能が低く）密封性能が不十分
であるという問題があった。
また、図８のグラフ図の圧力分布曲線Ｐx を高い山型を呈するように、二平面31，32を
相互に接近させる大きな締付力が必要となり、クランプ（締付部材）を大型のものとした
り、締付ボルトを大径のものとする必要があった。

そこで、本発明は、このような問題点を解決して、金属シールの二平面に於ける位置決
めが確実・容易に行われ、かつ、二平面間での姿勢が安定し、シール溝の省略も可能とす
ることを一つの目的とする。さらに、圧力分布曲線をピークのあるシャープな山型として
、密封性能を向上し、かつ、二平面と接近させるための締付力を低減させることを、他の
目的とする。
また、製造工程も少なくて済み、コストアップを抑えながら、上記締付力を低減し、密
封性能（シール性能）も改善することを、さらなる目的とする。

そこで本発明は、対向する平行な二平面に接触する横断面Ｃ型の金属製外ジャケットと
、該外ジャケットの内部に装入される金属製内ジャケットと、該内ジャケットの内部に収
納されて該内ジャケットを介して上記外ジャケットを拡径方向に弾発付勢する弾発コイル
ばねとを、備えた金属シールに於て、上記内ジャケットは、上記外ジャケットの内部に装
入された装入部と、上記外ジャケットの開口部から外方へ突出状の延伸部と、該延伸部の
外端に連設された位置決め用係止片部とを、備え、しかも、上記装入部は、上記外ジャケ
ットが上記二平面に接触するシール部位を内面から拡径方向に押圧する角部を有し、上記位置決め用係止片部が上記二平面の外周端の角部に係止して位置決めされ、上記二平面にはシール溝が省略されている。

また、対向する平行な二平面に接触する横断面Ｃ型の金属製外ジャケットと、該外ジャケットの内部に装入される金属製内ジャケットと、該内ジャケットの内部に収納されて該内ジャケットを介して上記外ジャケットを拡径方向に弾発付勢する弾発コイルばねとを、備えた金属シールに於て、上記内ジャケットは、上記外ジャケットの内部に装入された装入部と、上記外ジャケットの開口部から外方へ突出状の延伸部と、該延伸部の外端に連設された位置決め用係止片部とを、備え、しかも、上記装入部は、上記外ジャケットが上記二平面に接触するシール部位を内面から拡径方向に押圧する角部を有し、上記内ジャケットは２個の金属板片から成り、各金属板片は、上記角部を頂部に有する山型部と、上記延伸部を形成する平板合せ部と、該平板合せ部の外端を折曲げて上記係止片部を形成する折曲片部とを、有し、２個の上記金属板片の一方を反転して、上記平板合せ部において他方に当接して、上記山型部によって上記装入部を形成したものである。

本発明によれば、製造工程が従来よりも増加せず、安価に製造可能でありながら、二平
面を接近させるための締付力が小さくても十分な密封性能（シール性能）を発揮する。さ
らに、介装される二平面に対する金属シールの位置決めが容易で、かつ、捩れ等を生じな
いで、姿勢も安定する。

本発明の実施の一形態を示す、使用状態の要部断面図である。本発明の使用例を示す一部断面平面図である。本発明の実施の一形態と、実施の他の形態とを示す、要部断面図である。圧縮密封状態の説明及び圧力分布を示した図である。要部の部品の一例を示した断面説明図である。角部の各種の実施例を示す要部拡大断面図である。比較例を示す要部拡大断面及び圧力分布の図である。従来例を示す要部拡大断面及び圧力分布の図である。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１は、本発明に係る金属シールＳの使用状態を示している。この金属シールＳは、対
向する二平面１，２に直接的に接触（圧接）して密封作用をなす横断面Ｃ型の金属製外ジ
ャケット３と、この外ジャケット３の内部に装入された金属製内ジャケット４と、この内
ジャケット４の内部に収納されて該内ジャケット４を介して外ジャケット３を（横断面に
於ける）拡径方向に弾発付勢する金属製弾発コイルばね５とを、備えており、これらの全
体形状は円環状又は異形環状である。

外ジャケット３は、なじみ性に優れた比較的軟らかい金属から成り、例えば、アルミ、
銀、銅、ニッケル、タンタル等が好適であり、二平面１，２に圧接状態で微小凹凸に対し
てもなじみ易く、密封性能を保持する。
内ジャケット４は、内部の弾発コイルばね５の弾発力を外ジャケット３に伝える役目も
はたし、材質としては、ステンレス鋼やインコネル（耐熱合金）等が使用できる。
弾発コイルばね５は、ステンレス鋼やインコネル（耐熱合金）等が使用できる。

図１と図２に示したように、本金属シールＳは、例えば、真空配管用の管継手６に使用
され、勾配面７を外面に有するフランジ部（外鍔部）８を備えると共に、パイプ８が溶接
等にて一体に連結される継手本体10，10の一端面が、前述の平面１，２を成している。
この継手本体10，10のフランジ部８，８の勾配面７，７に圧接する勾配面17，17を有す
る凹溝11が設けられた複数のブロック体12を、ピン13とリンク14にて、揺動可能に順次枢
結して、締付チェーン部20を構成し、かつ、ボルト15とナット16を有する締結具18によっ
て、上記チェーン部20の開口端を引寄せて、フランジ部８，８を締付ける締付部材19を、
この管継手６が、具備する。
この締付部材19によって、両フランジ部８，８が相互に引寄せられ、二平面１，２が接
近して、金属シールＳを圧縮方向に押圧変形させて、密封を行う。

ところで、図３（Ａ）と図５に示すように、内ジャケット４は、２個の金属板片21，21
から成り、各金属板片21は、角部Ｃを頂部に有する山型部21Ａと、平板合せ部21Ｂと、平
板合せ部21Ｂの外端を折曲げた折曲片部21Ｃとを、一体に有する。
山型部21Ａは、図５と、図１，図３では略直角の二等辺三角形状の場合を例示する。

２個の金属板片21，21の一方を、図５に示すように、（上下）反転して、平板合せ部21
Ｂ，21Ｂにおいて他方に当接し（重ね合わせ）、図３，図１に示すように、２個の山型部
21Ａ，21Ａによって、外ジャケット３の内部に装入される装入部22を形成する。つまり、
外ジャケット３の内部へは、（図例では）略正方形状の装入部22が装入される。そして、
横断面Ｃ型の外ジャケット３のラジアル外方向へ開口する開口部３Ａからラジアル外方へ
突出状の延伸部23が、上記装入部22の外端に連設されている。
即ち、図５の平板合せ部21Ｂ，21Ｂを重ね合わせることによって、延伸部23が構成され
ているといえる。

さらに、延伸部23の外端には、位置決め用係止片部24がＴ字状として、連設される。即
ち、上述した（図５の）折曲片部21Ｃ，21Ｃによって、係止片部24が形成される。
図５に於て、折曲片部21Ｃは平板合せ部21Ｂから直角に折曲げられ、これによって、図
１，図３に示すように、延伸部23と係止片部24とは横断面Ｔ字型を形成する。
係止片部24は、図１及び図４に示すように、継手本体10のフランジ部８の外周端面８Ａ
に係止することで、金属シールＳが、継手軸心Ｌ₀ に関して偏心することを防止する位置
決めの機能を発揮する。つまり、係止片部24を位置決め用と呼ぶのは、このように位置決
めの機能を有するためである。

図４に於て、矢印Ｆ，Ｆのように二平面１，２が相互に接近すると、金属シールＳは実
線から二点鎖線のように圧縮変形する。同図中、符号25は、外ジャケット３が二平面１，
２に接触しているシール部位を示す。この外ジャケット３のシール部位25，25を、内面26
から拡径方向に押圧（支持）する角部Ｃ，Ｃを、内ジャケット４の装入部22が具備する。
言い換えると、四角形状の装入部22は、その四角形状の対向する二つの角部Ｃ，Ｃを結ぶ
一対角線が、二平面１，２と直交するように配設され、前記シール部位25の中間点を、角
部Ｃが、内面26から弾発的に押圧支持する。

なお、図５に於て、装入部22と弾発コイルばね５の変形状態の２点鎖線表示を、図示省
略したが、中心の弾発コイルばね５の弾性圧縮変形による弾発力は、内ジャケット４の装
入部22を介して、強力に、角部Ｃから（外ジャケット３の）シール部位25に伝達され、図
４中にグラフ図にて示したように、シャープなピークを有する山型の圧力（接触面圧力）
分布曲線Ｐx が得られ、これによって、金属の平面１，２と、金属の外ジャケット３のメ
タルタッチ部位からの気体（流体）の漏洩を確実に防止することが可能となる。

ところで、図４中に２点鎖線にて示すように二平面１，２が相互に接近して、金属シー
ルＳの各部位も圧縮変形を生じた場合、何らかの原因で矢印Ｆ，Ｆ方向の外力が過大とな
って、金属シールＳに過大な負担が作用したようなときに、コイルばね５，装入部22，外
ジャケット３が破損することを防止するために、図３（Ｂ）に示す実施の形態のように、
コイルばね５の内部に、過大圧縮防止用の潰し量制御部材27を付加するも、好ましい。

次に、図６（Ａ）〜（Ｄ）は、装入部22（山型部21Ａ）の角部Ｃに関して、種々の例を
示す拡大断面図である。図６（Ａ）ではシャープな角を有する角部Ｃを示し、図６（Ｂ）
では小さなアールＲを有する角部Ｃを示し、切削・研削を行わずに、図５に示すような折
曲加工のみにて製造可能な場合を示す。図６（Ｃ）では、微小平坦部を有する角部Ｃを示
す。また、図６（Ｄ）では、小平坦部と小（Ｖ字）溝部28を有する角部Ｃを示す。
図６（Ａ）では極めてシャープな圧力分布曲線Ｐx が示され、図６（Ｂ）では、最適な
シャープさの圧力分布曲線Ｐx に設定される。また、図６（Ｃ）では、頂点が２個のシャ
ープな圧力分布曲線Ｐx となって密封性能が向上する場合に適用される。また、図６（Ｄ
）では、４点イ，ロ，ハ，ニが外ジャケット３に当接しはじめて、頂点が４個のシャープな圧力分布曲線Ｐx となって密封性能が優れる。

本発明に於て、角部Ｃとは、図６（Ａ）〜（Ｄ）を全て包含し、図６（Ｂ）のアールＲ
は、金属板片21の板厚Ｔの２倍以下であり、かつ、図６（Ｃ）（Ｄ）では、平坦幅寸法Ｗ
が板厚Ｔの３倍以下であると、定義する。

図１〜図４に於て、装着未圧縮状態下で、内ジャケット４の内端には、微小ギャップＧ
が形成されているが、この微小ギャップＧと、前記板厚Ｔとの関係は、 0.8・Ｔ≦Ｇ≦３
・Ｔとするのが望ましい。下限値未満であると、内ジャケット４の内端が相互に押圧して
、弾性的変形がスムースでなくなり、逆に、上限値を越せば、外ジャケット３を内面26側
から保持する力が不十分となる。

次に、図７に於て比較例を示す。本発明の実施形態を示した図１〜図４と比較すれば、
内ジャケット４の装入部22の形状が横断面円形であって、外ジャケット３の横断面円形状
内面26に対して略全体に接触した構成である。
この比較例によれば、位置決め用係止片部24を備え、フランジ部等への位置決めは容易
ではあるが、平面に圧接する面圧力の圧力分布曲線Ｐx は、低い丘陵型であって、本発明
と同等の締付力では、流体の漏洩を発生し易い欠点があり、この漏洩を防止するには、極
めて大きなフランジ部締付力を必要とする欠点がある。例えば、図２に示したような締付
部材19を使用する場合、本発明よりも、一層大型の強力な締付部材を必要とする。これに
伴って締付トルクも高く、作業者の作業時間も長くなったり、配管相互の間隔を増加させ
る必要があり、省スペース化を妨げることとなる。あるいは、フランジ部の強度も増加す
る必要があり、軽量化と省スペース化の妨げとなる。このように、図７の比較例と対比し
てみれば、本発明の利点が明らかとなる。

なお、本発明は上述の図示の実施例に限らず、設計変更自由であって、図２に示した締
付部材19の代りに、２分割又は３分割とした円弧状のブロック体12を用いた、いわゆるヴ
ィクトリックジョイントを用いたり、あるいは、フランジに孔を貫設して、ボルトにて、
若しくは、ボルト・ナット結合にて、締付ける構成とすることも、自由である。また、図
５にて述べた山型部21Ａの形状として、家型等の多角形状とすることも好ましい。また、
角部Ｃを有する頂部内面の角度θは60°〜 120°の範囲で、望ましくは80°〜 100°の範
囲で、増減可能である。

本発明は以上述べたように、対向する平行な二平面１，２に接触する横断面Ｃ型の金属
製外ジャケット３と、該外ジャケット３の内部に装入される金属製内ジャケット４と、該
内ジャケット４の内部に収納されて該内ジャケット４を介して上記外ジャケット３を拡径
方向に弾発付勢する弾発コイルばね５とを、備えた金属シールに於て、上記内ジャケット
４は、上記外ジャケット３の内部に装入された装入部22と、上記外ジャケット３の開口部
３Ａから外方へ突出状の延伸部23と、該延伸部23の外端に連設された位置決め用係止片部
24とを、備え、しかも、上記装入部22は、上記外ジャケット３が上記二平面１，２に接触
するシール部位25，25を内面26から拡径方向に押圧する角部Ｃを有する構成であるので、
所期目的を達成し、位置決め用係止片部24によって、管継手本体のフランジ部８，８相互
を同心状に組立てる作業が迅速かつ容易となり、さらに、フランジ部８の外周端面に位置
決め用係止片部24が係止され、金属シールを管継手本体と同心状に、確実かつ容易に位置
決めを行い得る。しかも、これによって、二平面１，２にシール溝の加工を省略できて、
フランジ部の製作が容易である。また、延伸部23と係止片部24によって、金属シールが二
平面１，２間にて捩れずに姿勢が安定し、特に、角部Ｃがシール部位25の中央から位置ず
れを発生しない。

そして、圧力分布曲線Ｐx は、図４のグラフ図に示すように、ピークのあるシャープな
山型となって、（気体等の）流体の密封性能が優れる。しかも、二平面１，２を接近させ
るための締付力は小さくて済む。締付力が小さいことによって図２に例示の締付部材19や
（図示省略の）締結ボルトを小型化でき、かつ、フランジ部８等を薄肉化でき、軽量化も
図り得る。
さらに、角部Ｃを形成するための機械加工（切削加工や研削加工）が不要であり、製造
工程が少なくて済み、コストアップも抑えつつ、高い密封性能（シール性能）を発揮する
金属シールが得られる。

また、上記内ジャケット４は２個の金属板片21，21から成り、各金属板片21は、上記角
部Ｃを頂部に有する山型部21Ａと、上記延伸部23を形成する平板合せ部21Ｂと、該平板合
せ部21Ｂの外端を折曲げて上記係止片部24を形成する折曲片部21Ｃとを、有し、２個の上
記金属板片21，21の一方を反転して、上記平板合せ部21Ｂ，21Ｂにおいて他方に当接して
、上記山型部21Ａ，21Ａによって上記装入部22を形成した構成であるので、製造が容易で
、優れた密封性能を発揮する金属シールを、安価に提供できる。

１，２平面
３外ジャケット
３Ａ開口部
４内ジャケット
５弾発コイルばね
21 金属板片
21Ａ山型部
21Ｂ平板合せ部
21Ｃ折曲片部
22 装入部
23 延伸部
24 位置決め用係止片部
25 シール部位
Ｃ角部
Ｐx 圧力（接触面圧）分布曲線

Claims

対向する平行な二平面（１）（２）に接触する横断面Ｃ型の金属製外ジャケット（３）
と、該外ジャケット（３）の内部に装入される金属製内ジャケット（４）と、該内ジャケ
ット（４）の内部に収納されて該内ジャケット（４）を介して上記外ジャケット（３）を
拡径方向に弾発付勢する弾発コイルばね（５）とを、備えた金属シールに於て、
上記内ジャケット（４）は、上記外ジャケット（３）の内部に装入された装入部（22）
と、上記外ジャケット（３）の開口部（３Ａ）から外方へ突出状の延伸部（23）と、該延
伸部（23）の外端に連設された位置決め用係止片部（24）とを、備え、しかも、上記装入
部（22）は、上記外ジャケット（３）が上記二平面（１）（２）に接触するシール部位（
25）（25）を内面（26）から拡径方向に押圧する角部（Ｃ）を有し、
上記位置決め用係止片部（24）が上記二平面（１）（２）の外周端の角部に係止して位置決めされ、上記二平面（１）（２）にはシール溝が省略されていることを特徴とする金
属シール。
対向する平行な二平面（１）（２）に接触する横断面Ｃ型の金属製外ジャケット（３）
と、該外ジャケット（３）の内部に装入される金属製内ジャケット（４）と、該内ジャケ
ット（４）の内部に収納されて該内ジャケット（４）を介して上記外ジャケット（３）を
拡径方向に弾発付勢する弾発コイルばね（５）とを、備えた金属シールに於て、
上記内ジャケット（４）は、上記外ジャケット（３）の内部に装入された装入部（22）
と、上記外ジャケット（３）の開口部（３Ａ）から外方へ突出状の延伸部（23）と、該延
伸部（23）の外端に連設された位置決め用係止片部（24）とを、備え、しかも、上記装入
部（22）は、上記外ジャケット（３）が上記二平面（１）（２）に接触するシール部位（
25）（25）を内面（26）から拡径方向に押圧する角部（Ｃ）を有し、
上記内ジャケット（４）は２個の金属板片（21）（21）から成り、各金属板片（21）は
、上記角部（Ｃ）を頂部に有する山型部（21Ａ）と、上記延伸部（23）を形成する平板合
せ部（21Ｂ）と、該平板合せ部（21Ｂ）の外端を折曲げて上記係止片部（24）を形成する
折曲片部（21Ｃ）とを、有し、
２個の上記金属板片（21）（21）の一方を反転して、上記平板合せ部（21Ｂ）（21Ｂ）
において他方に当接して、上記山型部（21Ａ）（21Ａ）によって上記装入部（22）を形成
したことを特徴とする金属シール。