JP6994485B2 - Metal seal - Google Patents
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Description
本発明は、金属シールに係り、特に、２平面間を密封するための金属シールに関する。 The present invention relates to a metal seal, and more particularly to a metal seal for sealing between two planes.
従来、図10に示した金属シール60を、本出願人が提案した（特許文献１参照）。即ち、この金属シール60は、相互に平行な第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 の間に介装され、全体が環状であり、横断面矩形状の中間基部63と、第１平面Ｐ1 に当接する内径寄りの断面半円形の第１凸部66と、第２平面Ｐ2 に当接する外径寄りの断面半円形の第２凸部67とを、有している。
そして、装着圧縮状態（使用状態）では、図10（Ｂ）に示すように、相互に接近する第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 から押圧力Ｆ61，Ｆ62によって、中間基部63の重心点Ｇ63を中心に「回転弾性変形」を生じ、その「回転弾性変形」に伴う弾発的反発力により、第１凸部66は第１平面Ｐ1 に圧接し、かつ、第２凸部67は第２平面Ｐ2 に圧接して、流体の密封作用を行うものであった。
Conventionally, the present applicant has proposed the
Then, in the mounted compressed state (used state), as shown in FIG. 10 (B), the
このように、図10に示した従来の金属シール60は、第１・第２平面Ｐ1 ，Ｐ2 からの押圧力Ｆ61，Ｆ62が小さく、弾発付勢復元性に優れた金属シールであったが、被密封用流体の圧力が高い場合や、圧力の脈動が発生した場合、図10（Ｂ）の矢印Ｚ方向に、第２凸部67が第２平面Ｐ2 から浮上り（２点鎖線参照）、矢印Ｂ67方向に流体洩れ（ブロ―バイ）を生ずる虞れがあることが、その後の試験の結果、判明した。
As described above, in the
そこで、本出願人は、図12（Ａ）（Ｂ）に示すような断面形状の金属シール62を提案した（特許文献２参照）。即ち、図12（Ａ）に示すように、矩形状中間基部63の角部68，69に、横断面小三角形状の補助小突起64，65を、付設した。
言い換えると、図10（Ａ）に示した断面形状をそのまま基本形状として、中間基部63における、第１平面Ｐ1 に対応する第１長辺部71の外方端71Ａに、補助小突起64を付設し、さらに、中間基部63における、第２平面Ｐ2 に対応する第２長辺部72の内方端72Ａに、補助小突起65を付設した。
Therefore, the applicant has proposed a
In other words, using the cross-sectional shape shown in FIG. 10A as the basic shape as it is, the auxiliary
特許文献１記載の金属シールは、（上述のように）高圧の流体圧が作用するとブローバイによる流体洩れの虞れがあった。その改良発明としての特許文献２記載の金属シールは、そのようなブローバイ等による流体洩れを防止できるが、あくまでも、回転弾性変形領域内での使用であった。現実には、種々の使用状況・条件下で、密封（シール）性能を十分高く、しかも、常に安定して発揮させることが難しい場合があることも、最近、判明した。
The metal seal described in
そこで、本発明は、従来の特許文献１，特許文献２に記載の金属シールのような回転弾性変形領域内に限定せずに、塑性変形領域までも許容して、最近の厳しい使用状況・条件に十分対応できる金属シールの提供を一つの目的とする。
第１平面と第２平面の間に介装した金属シールを、この２平面の相互締付けによって、塑性変形領域内における十分な変形を起こすには、締付けボルトへの負荷が急増し、かつ、シール圧縮量に対する締付力（反力）が急激増加することも予想される。
このようなボルトの負荷の急増や、シール圧縮量に対する反力の急激増加を、抑制して、実用性のある金属シールを提供することを、本発明の他の目的とする。
Therefore, the present invention allows not only the rotational elastic deformation region as in the conventional metal seals described in
In order for the metal seal interposed between the first plane and the second plane to be sufficiently deformed in the plastic deformation region by mutual tightening of the two planes, the load on the tightening bolt is rapidly increased and the seal is sealed. It is also expected that the tightening force (reaction force) with respect to the amount of compression will increase sharply.
Another object of the present invention is to provide a practical metal seal by suppressing such a rapid increase in bolt load and a rapid increase in reaction force with respect to a seal compression amount.
本発明は、相互に平行な第１平面と第２平面の間に介装される全体が環状であって、横断面形状が略矩形の中間基部と、上記第１平面に当接する内径寄りの第１凸部と、上記第２平面に当接する外径寄りの第２凸部と、を備えた金属シールに於て、上記第１凸部及び第２凸部は、各々、先端に円弧状頂部を有すると共に上記中間基部に連設される基底部に向かって幅寸法がしだいに増加する横断面形状であり、しかも、上記中間基部における、上記第１平面・第２平面に対応する第１長辺部・第２長辺部の各々には、第１副凸部・第２副凸部が、配設されており、自由状態における断面に於て、上記中間基部は、矩形の４角部のうちで上記第１長辺部の外径側に形成される角部と、上記第２長辺部の内径側に形成される角部に、三角形状切欠きを設け、該切欠きが形成される以前の上記矩形の第１長辺部の長さ寸法Ｗ
0
と、横断面三角形の上記第１副凸部の三角頂点と外径側短辺との幅方向の寸法Ｗ
21
とが、下記〔数１〕を満たし、かつ、上記長さ寸法Ｗ
0
と、横断面三角形の第２副凸部の三角頂点と内径側短辺との幅方向の寸法Ｗ
22
とが、下記〔数２〕を満たし、装着未圧縮状態から、上記第１平面と第２平面の相対的接近に伴って、回転モーメントを受けて、上記第１凸部と第１副凸部が上記第１平面に当接した横断面２点接触状態と、上記第２凸部と第２副凸部が上記第２平面に当接した横断面２点接触状態と、から成る４点接触状態に至るまでは、上記中間基部を中心に回転弾性変形を生ずるように構成され、上記４点接触状態から、さらに上記第１平面と第２平面からの押圧力を受けて、上記第１凸部と第１副凸部と第２凸部と第２副凸部、及び、その近傍部位の塑性変形を生ずるように構成した。
〔数１〕０．１５・Ｗ0 ≦Ｗ21≦０．４０・Ｗ0
〔数２〕０．１５・Ｗ0 ≦Ｗ22≦０．４０・Ｗ0
In the present invention, an intermediate base having a substantially triangular cross-sectional shape and an intermediate base interposed between the first plane and the second plane parallel to each other and having an inner diameter that abuts on the first plane are provided. In a metal seal provided with a first convex portion and a second convex portion closer to the outer diameter that abuts on the second plane, the first convex portion and the second convex portion each have an arc shape at the tip. It is a cross-sectional shape that has a top and whose width dimension gradually increases toward the base portion that is connected to the intermediate base portion, and that is, the first plane corresponding to the first plane and the second plane in the intermediate base portion. A first sub-convex portion and a second sub-convex portion are arranged on each of the long side portion and the second long side portion, and the intermediate base portion is a rectangular four-sided portion in a cross section in a free state. A triangular notch is provided in the corner portion formed on the outer diameter side of the first long side portion and the corner portion formed on the inner diameter side of the second long side portion, and the notch is formed. The length dimension W 0 of the first long side portion of the rectangle before being formed, and the dimension W 21 in the width direction between the triangular apex of the first sub-convex portion of the cross-sectional triangle and the short side on the outer diameter side. However , the following [Equation 1] is satisfied, and the above-mentioned length dimension W 0 and the dimension W 22 in the width direction between the triangular apex of the second sub-convex portion of the cross-sectional triangle and the short side on the inner diameter side are as follows. [Equation 2] is satisfied, and the first convex portion and the first sub-convex portion receive the rotational moment as the first plane and the second plane approach each other from the uncompressed state, and the first convex portion and the first sub-convex portion are the first. Up to a four-point contact state consisting of a two-point cross-sectional contact state in contact with a plane and a two-point cross-section contact state in which the second convex portion and the second sub-convex portion abut on the second plane. Is configured to cause rotational elastic deformation around the intermediate base portion, and further receives pressing force from the first plane and the second plane from the four-point contact state, and the first convex portion and the first It is configured to cause plastic deformation of the sub-convex portion, the second convex portion, the second sub-convex portion, and the vicinity thereof.
[Number 1] 0.15 ・ W 0 ≦ W 21 ≦ 0.40 ・ W 0
[Number 2] 0.15 ・ W 0 ≦ W 22 ≦ 0.40 ・ W 0
また、上記４点接触状態において、上記第２副凸部が上記第２平面に接することで描かれる第２副凸部接触円が、上記第１凸部・上記第１副凸部が上記第１平面に接することで描かれる第１凸部接触円・第１副凸部接触円によって形成された帯状円形リングの内部に、存在している。
また、上記４点接触状態において、上記第１副凸部が上記第１平面に接することで描かれる第１副凸部接触円が、上記第２凸部・上記第２副凸部が上記第２平面に接することで描かれる第２凸部接触円・第２副凸部接触円によって形成された帯状円形リングの内部に、存在している。
また、上記４点接触状態の横断面において、上記第２副凸部の先端の上記第２平面への接触点から、上記第２平面に対して９０°を成すように立てた垂線と、上記第１凸部の外周側稜線の延長線と、上記第１副凸部の内周側稜線の延長線との、交点との距離の最大値を、０．１５・Ｗ0 以内に設定した。
また、上記４点接触状態の横断面において、上記第１副凸部の先端の上記第１平面への接触点から、上記第１平面に対して９０°を成すように立てた垂線と、上記第２凸部の内周側稜線の延長線と、上記第２副凸部の外周側稜線の延長線との、交点との距離の最大値を、０．１５・Ｗ0 以内に設定した。
Further, in the four-point contact state, the second sub-convex portion contact circle drawn by the second sub-convex portion in contact with the second plane is the first convex portion and the first sub-convex portion is the first sub-convex portion. It exists inside a band-shaped circular ring formed by a first convex contact circle and a first sub-convex contact circle drawn by being in contact with one plane.
Further, in the four-point contact state, the first sub-convex portion contact circle drawn by the first sub-convex portion in contact with the first plane is the second convex portion and the second sub-convex portion is the second sub-convex portion. It exists inside a band-shaped circular ring formed by a second convex contact circle and a second sub-convex contact circle drawn by being in contact with two planes.
Further, in the cross section in the four-point contact state, a vertical line erected so as to form 90 ° with respect to the second plane from the contact point of the tip of the second sub-convex portion with the second plane, and the above. The maximum value of the distance between the extension line of the outer peripheral side ridge line of the first convex portion and the extension line of the inner peripheral side ridge line of the first sub-convex portion with the intersection was set within 0.15 · W 0 .
Further, in the cross section in the four-point contact state, a vertical line erected so as to form 90 ° with respect to the first plane from the contact point of the tip of the first sub-convex portion with the first plane, and the above. The maximum value of the distance between the extension line of the inner peripheral side ridge line of the second convex portion and the extension line of the outer peripheral side ridge line of the second sub-convex portion with the intersection was set within 0.15 · W 0 .
本発明によれば、金属シールを塑性変形させるために、第１・第２平面を締付けるための力が過大とならず、締付ボルトの外径も小さくて済み、これによって、シール装着機器のコンパクト化にも寄与できる。第１平面・第２平面に対して適切な接触面圧分布をもって各々２点で圧接し、優れた密封性を発揮する。 According to the present invention, in order to plastically deform the metal seal, the force for tightening the first and second planes is not excessive, and the outer diameter of the tightening bolt can be small, whereby the seal mounting device can be used. It can also contribute to compactness. It is pressure-welded at two points each with an appropriate contact surface pressure distribution to the first plane and the second plane, and exhibits excellent sealing performance.
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及び図３（Ａ）に示すように、本発明に係る金属シールＳは、相互に平行な第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 の間に介装して使用され、全体が、円形や長円形や多角形等の環状である。そして、平行な上記２平面Ｐ1 ，Ｐ2 間を密封するものである。
例えば、（図示省略したが）シール凹溝内に装着されて、シール凹溝の底面と、蓋部材の下面とに、圧接して密封作用をなす。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment.
As shown in FIGS. 1 (A), 2 and 3 (A), the metal seal S according to the present invention is interposed between the first plane P 1 and the second plane P 2 which are parallel to each other. It is used and the whole is a ring such as a circle, an oval, or a polygon. Then, the parallel planes P 1 and P 2 are sealed.
For example, it is mounted in the concave groove of the seal (although not shown), and press-contacts the bottom surface of the concave groove of the seal and the lower surface of the lid member to perform a sealing action.
そして、この金属シールＳの横断面形状について説明すれば、略矩形の中間基部３と、第１平面Ｐ1 に当接する内径寄りの第１凸部11と、第２平面Ｐ2 に当接する外径寄りの第２凸部12と、を備えている。上記略矩形の中間基部３は、第１・第２平面Ｐ1 ，Ｐ2 に対して平行な長辺３Ａ，３Ａ───これを区別して、第１長辺部31・第２長辺部32と呼ぶ場合もある───と、それに直交する短辺３Ｂ，３Ｂから形成されるが、図例では、４角部の内で点対称位置の２角部に、小さな三角形状切欠き15，15が設けられている。
Then, to explain the cross-sectional shape of the metal seal S, a substantially rectangular
第１凸部11は、先端に所定半径Ｒの円弧状頂部11Ａを有すると共に、上記中間基部３に連設される基底部13に向かって幅寸法Ｗ11がしだいに増加する横断面形状とされている。
また、第１凸部11は、切欠き15の存在しない（矩形状中間基部３の）直角状角部３Ｃにおける第１長辺部31側に連設されている。このようにして、第１凸部11は矩形状中間基部３の第１長辺部31の内径側の端部に配設されている。
また、（図２に示すように）第１凸部11の内周側稜線11Ｂは、中間基部３の内周側短辺３Ｂの延長線上に存在する。
The first
Further, the first
Further, the inner peripheral
第２凸部12は、先端に所定半径Ｒの円弧状頂部12Ａを有すると共に、上記中間基部３に連設される基底部14に向かって幅寸法Ｗ12がしだいに増加する横断面形状とされている（図２では上下反転した山型に図示される）。
The second
また、第２凸部12は、切欠き15の存在しない（矩形状中間基部３の）直角状角部３Ｄにおける第２長辺部32側に連設されている。このようにして、第２凸部12は矩形状中間基部３の第２長辺部32の外径側の端部に配設されている。
また、（図２に示すように）第２凸部12の外周側稜線12Ｃは、中間基部３の外周側短辺３Ｂの延長線上に存在する。
Further, the second
Further, the outer peripheral
そして、図１（Ａ）と図２と図３（Ａ）に示した実施の形態に於ては、上記中間基部３における、第１平面Ｐ1 ・第２平面Ｐ2 に対応する第１長辺部31・第２長辺部32の各中間位置に、横断面三角形の第１副凸部21・第２副凸部22が、配設されている。
また、図１（Ｂ）と図４と図５に示した本発明の他の実施形態に於ては、横断面が台形の第１副凸部21・第２副凸部22が、第１長辺部31・第２長辺部32に、各々配設されている。
Then, in the embodiment shown in FIGS. 1 (A), 2 and 3 (A), the first length corresponding to the first plane P 1 and the second plane P 2 in the
Further, in the other embodiments of the present invention shown in FIGS. 1 (B), 4 and 5, the first
横断面三角形の第１副凸部21が第１長辺部31の「中間位置」に配設されているとは、次のように定義する。
即ち、図２に示す金属シールＳの自由状態における断面に於て、切欠き15が形成される以前の第１長辺部31の長さ寸法───つまり、図２の金属シールＳの横断面の幅寸法───をＷ
0 とすると共に、第１副凸部21の三角頂点21Ｐと、外径側短辺３Ｂとの（幅方向の）寸法をＷ21とすれば、次の数式〔数１〕を満たす場合を言う。
〔数１〕０．１５・Ｗ0 ≦Ｗ21≦０．４０・Ｗ0
It is defined as follows that the first
That is, in the cross section of the metal seal S in the free state shown in FIG. 2, the length dimension of the first
[Number 1] 0.15 ・ W 0 ≦ W 21 ≦ 0.40 ・ W 0
また、横断面三角形の第２副凸部22が第２長辺部32の「中間位置」に配設されているとは、図２の自由状態断面に於て、切欠き15が形成される以前の第２長辺部32の長さ寸法───つまり、図２の金属シールＳの横断面の前記幅寸法Ｗ
0
───に対して、（横断面三角形の）第２副凸部22の三角頂点22Ｐと、内径側短辺３Ｂとの（幅方向の）寸法をＷ22とすれば、次の数式〔数２〕を満たす場合を言うものと定義する。
〔数２〕０．１５・Ｗ0 ≦Ｗ22≦０．４０・Ｗ0
Further, the fact that the second
[Number 2] 0.15 · W0 ≦ Wtwenty two≤0.40 ・ W0
また、第１副凸部21と第２副凸部22が、図４に示すような横断面台形である実施形態に於て、前記「中間位置」に配設されているとは、次のように定義する。
図４に示した金属シールＳを、装着未圧縮状態から、第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 の相対的接近に伴って、押圧力を受けて、第１副凸部21及び第２副凸部22が、各々、第１平面Ｐ1 ・第２平面Ｐ2 に当接して、図５に示す４点接触状態に至るが、その状態下で、図５で明らかな如く、横断面台形の第１副凸部21・第２副凸部22の台形上辺は微小傾斜角度βをもって（第１・第２）平面Ｐ1 ，Ｐ2 に接触する。
Further, in the embodiment in which the first
The metal seal S shown in FIG. 4 receives a pressing force from the uncompressed state as the first plane P 1 and the second plane P 2 approach each other, and the first
従って、第１副凸部21にあっては、横断面台形（の上辺）の外径側の一点21Ｋを、図２に示した頂点21Ｐに該当するものとして、前記Ｗ21を規定する。さらに、第２副凸部22にあっては、横断面台形の内径側の一点22Ｋを、図２に示した頂点22Ｐに該当するものとして、前記Ｗ22を規定する。このように、各寸法Ｗ21，Ｗ22を規定すれば、前記数式〔数１〕〔数２〕が、図５に示した実施形態にもそのまま適用できる。即ち、第１副凸部21・第２副凸部22が横断面台形である場合に、前記数式〔数１〕〔数２〕を充足すれば、第１副凸部21・第２副凸部22が、第１長辺部31・第２長辺部32の「中間位置に配設」されていると言える。
Therefore, in the first
ところで、図10及び図12にて既に説明したように、従来の金属シール60，62は、基本的に金属の弾性変形領域内で使用されている。
これに対し、本願発明は、図２，図４にて説明した横断面形状であって、装着未圧縮状態から、第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 の相対的接近に伴って、押圧力を受けて、まず、図２から図３のように、あるいは、図４から図５に示すように、回転弾性変形を生ずるが、さらに、引続いて、図７に示す如く、第１凸部11と第１副凸部21と第２凸部12と第２副凸部22、及び、（断面における）その近傍部位が、塑性変形を生ずるように、構成されている。
By the way, as already described with reference to FIGS. 10 and 12, the conventional metal seals 60 and 62 are basically used in the elastic deformation region of the metal.
On the other hand, the present invention has the cross-sectional shape described in FIGS. 2 and 4, and is pushed from the uncompressed state as the first plane P 1 and the second plane P 2 approach each other. Under pressure, first, as shown in FIGS. 2 to 3, or as shown in FIGS. 4 to 5, rotational elastic deformation occurs, and subsequently, as shown in FIG. 7, the first convex. The
具体的に説明すると、図２又は図４に示した自由状態の断面形状のままで、シール装着装置の内部の第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 の間に介装した装着未圧縮状態から、第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 を、（図外の）ボルト締付けによって、相対的に接近させてゆくと、まず、第１凸部11と第２凸部12のみが当接しつつ締付力（押圧力）を受けて、回転弾性変形を開始する。
Specifically, the uncompressed state in which the seal mounting device is interposed between the first plane P1 and the second plane P2 while maintaining the cross-sectional shape in the free state shown in FIG. 2 or FIG. Therefore, when the first plane P 1 and the second plane P 2 are relatively close to each other by bolt tightening (not shown in the figure), first, only the first
引続き、ボルト締付けによって、第１・第２平面Ｐ1 ，Ｐ2 を相対的に接近させると、第１凸部11と第１副凸部21が第１平面Ｐ1 に当接した横断面２点接触状態となると同時に、第２凸部12と第２副凸部22が第２平面Ｐ2 に当接した横断面２点接触状態とから成る４点接触状態（図３，図５参照）となる。このように４点接触状態に至るまでは、上記中間基部３（の重心点Ｏ3 ）を中心に回転弾性変形を生ずるように構成されている。
このような作動（構成）は、従来の図12（Ａ）（Ｂ）と同様であると言える。
Subsequently, when the first and second planes P 1 and P 2 are relatively close to each other by bolt tightening, the first
It can be said that such an operation (configuration) is the same as that of the conventional FIGS. 12 (A) and 12 (B).
しかしながら、本発明に係る金属シールＳでは、図３，図５に示したような４点接触状態から、さらに、第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 を相対的に接近させていって、押圧力を受け続け、図７に示す如く、塑性変形を生ずるように構成されている。
図３（Ｂ）は、４点接触状態における同図（Ａ）の要部のみを、抽出して示した縮小平面図である。
図３（Ｂ）に於て、Ｒ11は、図３（Ａ）に示した第１凸部11が第１平面Ｐ1 に接する点を、上面から見て描いた第１凸部接触円である。
Ｒ21は、第１副凸部21が第１平面Ｐ1 に接する点を、上面から見て描いた第１副凸部接触円である。
さらに、Ｒ22は、図３（Ａ）に示した第２副凸部22が第２平面Ｐ2 に接する点を、上面から見て描いた第２副凸部接触円である。
However, in the metal seal S according to the present invention, the first plane P 1 and the second plane P 2 are further brought closer to each other from the four-point contact state as shown in FIGS. 3 and 5. As shown in FIG. 7, it is configured to continue to receive a pressing force and cause plastic deformation.
FIG. 3B is a reduced plan view showing only the main part of FIG. 3A in the four-point contact state by extracting it.
In FIG. 3B, R 11 is a first convex contact circle drawn from the upper surface at a point where the first
R 21 is a first sub-convex contact circle drawn from the upper surface at a point where the first sub-convex 21 touches the first plane P 1 .
Further, R 22 is a second sub-convex contact circle drawn from the upper surface at a point where the second sub-convex 22 shown in FIG. 3A is in contact with the second plane P 2 .
この図３（Ｂ）から、以下のことが判る。つまり、図３（Ａ）の４点接触状態に於て、第２副凸部接触円Ｒ22は、第１凸部接触円Ｒ11及び第１副凸部接触円Ｒ21によって形成された帯状円形リングＲ100 の内部に、存在する。
図３（Ｂ）に示したこのような特徴点は、後述する（従来例の場合を示す）図11（Ｂ）及び図11（Ｃ）と、対比することで、独自の作用・効果を発揮することが、明らかになるであろう。なお、図５に示した他の実施形態の４点接触状態にあっても、図３（Ｂ）（Ｃ）で説明したと同様の技術的構成となり、かつ、同じ作用効果が得られる。
From this FIG. 3 (B), the following can be seen. That is, in the four-point contact state of FIG. 3A, the second sub-convex contact circle R 22 has a band shape formed by the first convex contact circle R 11 and the first sub-convex contact circle R 21 . It exists inside the circular ring R 100 .
Such feature points shown in FIG. 3 (B) exhibit unique actions and effects by comparing them with FIGS. 11 (B) and 11 (C), which will be described later (showing the case of the conventional example). It will be clear to do. Even in the four-point contact state of the other embodiment shown in FIG. 5, the technical configuration is the same as that described in FIGS. 3 (B) and 3 (C), and the same effect can be obtained.
次に、図３（Ｃ）は、４点接触状態における同図（Ａ）の要部のみを、抽出して示した縮小底面図である。
図３（Ｃ）に於て、Ｒ12は、図３（Ａ）に示した第２凸部12が第２平面Ｐ2 に接する点を、底面から見て描いた第２凸部接触円である。
Ｒ21は、第１副凸部21が第１平面Ｐ1 に接する点を、底面から見て描いた第１副凸部接触円である。
さらに、Ｒ22は、図３（Ａ）に示した第２副凸部22が第２平面Ｐ2 に接する点を、底面から見て描いた第２副凸部接触円である。
Next, FIG. 3C is a reduced bottom view showing only the main part of FIG. 3A in the four-point contact state.
In FIG. 3 (C), R 12 is a second convex contact circle drawn from the bottom surface at a point where the second
R 21 is a first sub-convex contact circle drawn from the bottom surface at a point where the first sub-convex 21 touches the first plane P 1 .
Further, R 22 is a second sub-convex contact circle drawn from the bottom surface at a point where the second sub-convex 22 shown in FIG. 3A is in contact with the second plane P 2 .
この図３（Ｃ）から、以下のことが判る。つまり、図３（Ａ）の４点接触状態に於て、第１副凸部接触円Ｒ21が、第２凸部接触円Ｒ12と第２副凸部接触円Ｒ22によって形成された帯状円形リングＲ200 の内部に、存在する。
図３（Ｃ）に示したこのような特徴点は、後述する（従来例の場合を示す）図11（Ｃ）及び図12（Ｄ）と、対比することで、独自の作用・効果を発揮することが、明らかとなるであろう。
From this FIG. 3 (C), the following can be seen. That is, in the four-point contact state of FIG. 3A, the first sub-convex contact circle R 21 has a band shape formed by the second convex contact circle R 12 and the second sub-convex contact circle R 22 . It exists inside the circular ring R 200 .
Such feature points shown in FIG. 3 (C) exhibit unique actions and effects by comparing them with FIGS. 11 (C) and 12 (D), which will be described later (showing the case of the conventional example). It will be clear to do.
そして、図３（Ａ）に於て、本発明のさらなる特徴点につき説明する。
即ち、図３（Ａ）に示した４点接触状態の横断面において、第２副凸部22の先端（頂点22Ｐ）の第２平面Ｐ2 への接触点から、第２平面Ｐ2 に対して９０°を成すように立てた垂線Ｔ1 を、（仮に）想定する。
そして、図３（Ａ）に於て、第１凸部11の外周側稜線11Ｃの延長線Ｙ11と、第１副凸部21の内周側稜線21Ｅの延長線Ｙ21との交点をＯＹとすると、この交点ＯＹは、前記垂線Ｔ1 に一致して、垂線Ｔ1 上に存在する。
図３（Ａ）に於ては、両延長線Ｙ11，Ｙ21の交点ＯＹから第２平面Ｐ2 に下した垂線と、前記垂線Ｔ1 とが、一致し、同図中のεは、零であることを記載している。
Then, in FIG. 3A, further feature points of the present invention will be described.
That is, in the cross section of the four-point contact state shown in FIG. 3A, from the contact point of the tip (
Then, in FIG. 3A, the intersection of the
In FIG. 3A, the perpendicular line drawn from the intersection OY of both extension lines Y 11 and Y 21 to the second plane P 2 and the perpendicular line T 1 coincide with each other, and ε in the figure is , It is stated that it is zero.
なお、図２中の金属シールＳの幅寸法Ｗ0 に対して、最大ε値は、０．１５・Ｗ0 以内であれば良い。
言い換えると、第２平面Ｐ2 に対して９０°を成すように立てた上記垂線Ｔ1 の近傍に、交点ＯＹが存在しておれば十分である。
The maximum ε value may be within 0.15 · W 0 with respect to the width dimension W 0 of the metal seal S in FIG. 2.
In other words, it is sufficient if the intersection OY exists in the vicinity of the perpendicular line T 1 set up so as to form 90 ° with respect to the second plane P 2 .
また、図３（Ａ）に示すように、４点接触状態に於て、第１副凸部21の先端の第１平面Ｐ1 への接触点───頂点21Ｐが該当している───から、上記第１平面Ｐ1 に対して９０°を成すように立てた垂線Ｔ2 を想定する。
Further, as shown in FIG. 3A, in the four-point contact state, the contact point of the tip of the first
そして、第２凸部12の内周側稜線12Ｂの延長線Ｙ12と、第２副凸部22の外周側稜線22Ｅの延長線Ｙ22との交点をＯｘとすると、この交点Ｏｘは、前記垂線Ｔ2 に一致して、垂線Ｔ2 上に存在する。
図３（Ａ）に於ては、交点Ｏｘから第１平面Ｐ1 に直交する垂線と、前記垂線Ｔ2 とが、一致し、同図中のεは、零であることを記載している。
Then, assuming that the intersection of the
In FIG . 3A, it is described that the perpendicular line orthogonal to the first plane P1 from the intersection Ox coincides with the perpendicular line T2, and ε in the figure is zero. ..
なお、金属シールＳの幅寸法Ｗ0 に対して、最大ε値は、０．１５・Ｗ0 以内であれば良い点は、図３（Ａ）の交点ＯＹについての場合と同じである。言い換えれば、第１平面Ｐ1 に対して９０°を成す垂線Ｔ2 の近傍に、交点Ｏｘが存在すれば、十分である。 It should be noted that the maximum ε value with respect to the width dimension W 0 of the metal seal S may be 0.15 · W 0 or less, which is the same as the case of the intersection OY in FIG. 3 (A). In other words, it is sufficient if the intersection Ox is present in the vicinity of the perpendicular line T 2 forming 90 ° with respect to the first plane P 1 .
次に、図５に於て、図３（Ａ）の垂線Ｔ1 ，Ｔ2 は、台形状副凸部21，22の先端の一角部21Ｋ，22Ｋから第１・第２平面Ｐ1 ，Ｐ2 に対して垂直に立てる点、及び、交点Ｏｘ，ＯＹが、夫々、垂線Ｔ1 の近傍にある───つまり、同図中の小さな寸法εをもって外れている───点以外は、図３（Ａ）と同様の構成であるので、詳細説明を省略する。
Next, in FIG. 5, the perpendicular lines T 1 and T 2 in FIG. 3 (A) are the first and second planes P 1 and P from the
ここで、図２，図４にもどって望ましい各部の寸法（寸法関係）について追加説明する。
第１凸部11・第２凸部12の外周・内周の稜線の成す角度をθとすれば、２５°≦θ≦３５°のように設定する。また、第１副凸部21・第２副凸部22の外周・内周の稜線の成す角度をθ’とすれば、５０°≦θ’≦１１０°のように設定する。
矩形状の中間基部３の幅寸法と高さ寸法を、各々、Ｗ0 ，Ｈ0 とすれば、第１凸部11・第２凸部12の高さ寸法Ｈ11，Ｈ12は、次のように設定する。
〔数３〕０．２５・Ｈ0 ≦Ｈ11≦０．５・Ｈ0
〔数４〕０．２５・Ｈ0 ≦Ｈ12≦０．５・Ｈ0
また、第１凸部11・第２凸部12の基底部13，14の各々寸法を、Ｗ110 ，Ｗ120 とすれば、次のように設定する。
〔数５〕０．２０・Ｗ0 ≦Ｗ110 ≦０．３５・Ｗ0
〔数６〕０．２０・Ｗ0 ≦Ｗ120 ≦０．３５・Ｗ0
また、第１・第２副凸部21，22の高さ寸法を、各々、Ｈ21，Ｈ22とすれば、次のように設定する。
〔数７〕０．１０・Ｈ0 ≦Ｈ21≦０．２５・Ｈ0
〔数８〕０．１０・Ｈ0 ≦Ｈ22≦０．２５・Ｈ0
Here, the desirable dimensions (dimensional relations) of each part will be additionally described by returning to FIGS. 2 and 4.
If the angle formed by the ridges of the outer and inner circumferences of the first
Assuming that the width dimension and the height dimension of the rectangular
[Number 3] 0.25 ・ H 0 ≦ H 11 ≦ 0.5 ・ H 0
[Number 4] 0.25 ・ H 0 ≦ H 12 ≦ 0.5 ・ H 0
Further, assuming that the dimensions of the
[Number 5] 0.20 ・ W 0 ≦ W 110 ≦ 0.35 ・ W 0
[Number 6] 0.20 ・ W 0 ≦ W 120 ≦ 0.35 ・ W 0
Further, if the height dimensions of the first and second
[Number 7] 0.10 ・ H 0 ≦ H 21 ≦ 0.25 ・ H 0
[Number 8] 0.10 ・ H 0 ≦ H 22 ≦ 0.25 ・ H 0
次に、図６（Ａ）は本発明の一実施品の横断面の具体的寸法・形状を示すと共に、図６（Ｂ）は比較例（従来例）の横断面の具体的寸法・形状を例示している。図６（Ｂ）は、既に図10で説明した従来の金属シール60そのものであるが、これを回転弾性変形領域（図10（Ｂ）参照）を越えて、第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 の間隔寸法Ｈｐを減少させてゆくと、図11に示した４点接触状態を経て、図８に示したような塑性変形領域に至り、大きな変形を起こす。
Next, FIG. 6A shows the specific dimensions and shape of the cross section of one embodiment of the present invention, and FIG. 6B shows the specific dimensions and shape of the cross section of the comparative example (conventional example). Illustrate. FIG. 6B is the
また、図８では、第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 の間隔寸法Ｈｐを０．７ｍｍまで減少した───即ち、金属シール60のセット高さＧを０．７ｍｍとした───最終締付圧縮状態（いわゆるセット状態）の金属シールの変形状態、及び、第１・第２平面Ｐ1 ，Ｐ2 に対する接触面圧を示す。
Further, in FIG. 8, the distance dimension Hp between the first plane P 1 and the second plane P 2 is reduced to 0.7 mm-that is, the set height G of the
本発明に係る金属シールＳの実施品（図６（Ａ））では、図７に示すような、セット高さＧを０．７ｍｍとした最終締付圧縮状態（いわゆるセット状態）の金属シールＳの断面形状、及び、接触面圧についてのＦＥＭ解析した結果を示す。 In the product of the metal seal S according to the present invention (FIG. 6 (A)), the metal seal S in the final tightening compressed state (so-called set state) with the set height G set to 0.7 mm as shown in FIG. The result of FEM analysis about the cross-sectional shape and the contact surface pressure of the above is shown.
図７と図８を比較すれば、以下のことが判る。即ち、（ｉ）第１平面Ｐ1 に対する接触面圧波形は、本発明実施品（図６（Ａ），図２参照）では、第１副凸部21（図２参照）の波形が大きく、第１凸部11（図２参照）の波形が小さく出現している。（ii）第２平面Ｐ2 に対する接触面圧波形は、本発明実施品（図６（Ａ），図２参照）では、第２副凸部22の波形が大きく、第２凸部12の波形が小さく出現している。(iii) 比較例（図６（Ｂ）参照）では、第１凸部66の波形が、角部68の波形に比較すると、幅が広く、最大高さ（面圧）がやや低く、面積は僅かに大きい。（iv）比較例（図６（Ｂ）参照）では、第２凸部67の波形が、角部69の波形に比較すると、幅が広く、最大高さ（面圧）がやや低く、面積が僅かに大きい。（ｖ）図７と図８のいずれにあっても、接触面圧は、４点接触状態の４点のいずれもが１０００ＭＰａを越えた十分高い値を示し、密封性能に関しては、十分である。
Comparing FIGS. 7 and 8, the following can be seen. That is, (i) the contact surface pressure waveform with respect to the first plane P 1 has a large waveform of the first sub-convex portion 21 (see FIG. 2) in the product of the present invention (see FIGS. 6 (A) and 2). The waveform of the first convex portion 11 (see FIG. 2) appears small. (Ii) As for the contact surface pressure waveform with respect to the second plane P 2 , in the product of the present invention (see FIGS. 6A and 2), the waveform of the second
ところが、図９に示すように、横軸にセット高さＧ（ｍｍ）をとり、縦軸に第１平面Ｐ1 （第２平面Ｐ2 ）が受ける反力Ｆ（ｋＮ）をとったグラフ図に於て、本発明と比較例とでは、著しい特性上の差異を示している。
図９について説明すれば、点線のグラフ線は、図６（Ｂ）に示した比較例に関する特性を示す。点Ｐ31は、第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 に対して第１凸部66 と第２凸部67が軽く接触した圧縮開始点を示す。（断面姿勢は、図10（Ａ）が該当している。）
However, as shown in FIG. 9, a graph showing the set height G (mm) on the horizontal axis and the reaction force F (kN) received by the first plane P 1 (second plane P 2 ) on the vertical axis. In the present invention and the comparative example, a remarkable difference in characteristics is shown.
If FIG. 9 is described, the dotted graph line shows the characteristics of the comparative example shown in FIG. 6 (B). Point P 31 indicates a compression start point where the first
点Ｐ32は、４点接触開始点を示す。即ち、図10（Ｂ）に示す回転弾性変形を経て、図11（Ａ）に示すように４点ａ，ｂ，ｃ，ｄにて、２平面Ｐ1 ，Ｐ2 に対して軽く接触した状態である。
ΔＧｂは、上記点Ｐ31から点Ｐ32に至るまでに、２平面Ｐ1 ，Ｐ2 の間隔寸法Ｈｐを減少させるための移動量であり、かなり大きいことが判る。さらに、その移動量ΔＧｂ中に、回転弾性変形のために反力ΔＦを必要としている。
Point P 32 indicates a four-point contact start point. That is, after undergoing the rotational elastic deformation shown in FIG. 10 (B), as shown in FIG. 11 (A), the two planes P 1 and P 2 are in light contact with each other at the four points a, b, c and d. Is.
It can be seen that ΔGb is a movement amount for reducing the interval dimension Hp of the two planes P 1 and P 2 from the point P 31 to the point P 32 , and is considerably large. Further, a reaction force ΔF is required for the rotational elastic deformation in the movement amount ΔGb.
セット高さＧ（間隔寸法Ｈｐ）が点Ｐ32の４点接触状態から、図８に示した最終締付圧縮状態（最終セット状態）の点Ｐ33までは、急激な反力Ｆの増加がみられる。即ち、破線で示した比較例のグラフ線は、点Ｐ32から点Ｐ33までは急な勾配をもって、反力Ｆが増加する。しかも、点Ｐ32を越えても、グラフ線は急な勾配のままで、反力Ｆが増加し続けていることが判る。 A sharp increase in reaction force F increases from the 4-point contact state where the set height G (interval dimension Hp) is point P 32 to the point P 33 in the final tightening compression state (final set state) shown in FIG. Be looked at. That is, in the graph line of the comparative example shown by the broken line, the reaction force F increases with a steep slope from the point P 32 to the point P 33 . Moreover, it can be seen that even after the point P 32 is exceeded, the graph line remains steep and the reaction force F continues to increase.
これに対して、図９中に実線にて示した本発明の実施品（図６（Ａ）参照）では、以下の通りである。つまり、点Ｐ36は、第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 に対して、第１凸部11と第２凸部12が軽く接触した圧縮開始点を示す。（断面姿勢は、図２と同じである。）
On the other hand, the product of the present invention (see FIG. 6A) shown by the solid line in FIG. 9 is as follows. That is, the point P 36 indicates the compression start point where the first
点Ｐ37は、４点接触開始点を示す。即ち、図３（Ａ）に示すように、４点ｅ，ｆ，ｇ，ｈにて、２平面Ｐ1 ，Ｐ2 に対して、軽く接触した状態である。
ΔＧａは、上記点Ｐ36から点Ｐ37に至るまでに、２平面Ｐ1 ，Ｐ2 の間隔寸法Ｈｐを減少させるための移動量であり、比較例の対応する前記移動量ΔＧｂよりも十分小さいことが判る。さらに、本発明実施品の移動量ΔＧａ中に、回転弾性変形のために、ほとんど反力を必要としない。
Point P 37 indicates a four-point contact start point. That is, as shown in FIG. 3A, the two planes P1 and P2 are in light contact with each other at the four points e, f, g, and h.
ΔGa is a movement amount for reducing the interval dimension Hp of the two planes P1 and P2 from the point P36 to the point P37, and is sufficiently smaller than the corresponding movement amount ΔGb in the comparative example. It turns out. Further, almost no reaction force is required due to the rotational elastic deformation during the movement amount ΔGa of the product according to the present invention.
即ち、本発明の金属シールＳにおいては、点Ｐ36から点Ｐ37に至るまでのセット高さ移動量ΔＧａ、及び、そのために要する（反力Ｆに対する）外力が、比較例の移動量ΔＧｂ、及び、そのために要する外力ΔＦに比べて、各々、十分小さいが故に、第１凸部11・第２凸部12が第１平面Ｐ1 ・第２平面Ｐ2 に対して擦れ傷を発生する虞れが、比較例よりも、著しく低減できる利点がある。
That is, in the metal seal S of the present invention, the set height movement amount ΔGa from the point P36 to the point P37 and the external force required for that (with respect to the reaction force F) are the movement amount ΔGb of the comparative example. Further, since the external force ΔF required for that purpose is sufficiently small, the first
図９について、さらに説明すれば、実線グラフ線に於て、セット高さＧ（間隔寸法Ｈｐ）が点Ｐ37の４点接触状態から、図７に示した最終締付圧縮状態（最終セット状態）の点Ｐ38までは、比較例の実線グラフ線に比べて、極めて緩やかに反力Ｆが増加する。
即ち、実線で示した本発明の実施品のグラフ線は、点Ｐ37から点Ｐ38までは、緩やかな勾配をもって、反力Ｆが少しずつ増加する。
しかも、点Ｐ38を越えても、グラフ線は緩やかな勾配のままで、（あるいはさらに緩やかな勾配となりつつ）、反力Ｆがゆるりと増加し続けている。
To further explain FIG. 9, in the solid line graph line, from the four-point contact state where the set height G (interval dimension Hp) is the point P 37 , the final tightening compression state (final set state) shown in FIG. Up to point P 38 of), the reaction force F increases extremely slowly as compared with the solid graph line of the comparative example.
That is, in the graph line of the product of the present invention shown by the solid line, the reaction force F gradually increases from the point P37 to the point P38 with a gentle gradient.
Moreover, even after the point P 38 is exceeded, the graph line remains a gentle gradient (or becomes a gentler gradient), and the reaction force F continues to increase slowly.
従って、本発明によれば、シール性を発現した４点接触開始点Ｐ37から以降の圧縮に対し、反力（締付力）Ｆの増加が緩やかであるため（増加の割合が少ないため）、第１・第２平面Ｐ1 ，Ｐ2 ───つまり、フランジ面等───に傷が付くことを防止できる。さらには、締付けに要するボルトへの負担も低減でき、これに伴って、ボルトの径を小さくしたり、ボルトの本数を削減できて、装着の小型化とコストダウンを図り得る。さらに、２平面Ｐ1 ，Ｐ2 間の間隔寸法Ｈｐが加工寸法誤差や温度・圧力等の使用条件等によってばらつきを生じることも実際の装置（機器）ではよくあり得る。しかしながら、図９に示した実線のグラフ線では、セット高さＧが所定値よりも大小変化したとしても、反力Ｆがほとんど増減しないことを示し、密封性能等は安定して良好に維持できる。 Therefore, according to the present invention, the reaction force (tightening force) F increases slowly with respect to the compression after the 4-point contact start point P 37 that exhibits the sealing property (because the rate of increase is small). , 1st and 2nd planes P 1 , P 2 ─── That is, the flange surface, etc. ─── can be prevented from being scratched. Furthermore, the burden on the bolts required for tightening can be reduced, and along with this, the diameter of the bolts can be reduced and the number of bolts can be reduced, so that the mounting size can be reduced and the cost can be reduced. Further, it is often the case in an actual device (equipment) that the interval dimension Hp between the two planes P 1 and P 2 varies depending on the processing dimension error, the usage conditions such as temperature and pressure, and the like. However, the solid graph line shown in FIG. 9 shows that the reaction force F hardly increases or decreases even if the set height G changes more than a predetermined value, and the sealing performance and the like can be stably and satisfactorily maintained. ..
なお、図12に示した、補助小突起64，65を有する従来の金属シール62については、図９に示すようなグラフ図を省略したが、同様の結果が得られている。
図９のグラフ図は、以上述べたように、本発明（の実施品）を比較例（従来例）と比べて多くの利点のあることを示しているが、その実線と破線で示した差異が生じた理由につき、以下、追加説明と分析を行う。
Regarding the
As described above, the graph of FIG. 9 shows that the present invention (implemented product) has many advantages over the comparative example (conventional example), but the difference shown by the solid line and the broken line. The reason why this happened will be explained and analyzed below.
図11は比較例（従来例）を示し、本発明の実施例を示した図３と対比すべき図である。
図３（Ａ）に示した４点ｅ，ｆ，ｇ，ｈの平面接触状態において、図３（Ｂ）の平面図に示したように、第２副凸部22が第２平面Ｐ2 に接することで描かれた第２副凸部接触円Ｒ22が、上記４点接触状態において、上記第２副凸部22が上記第２平面Ｐ2 に接することで描かれる第２副凸部接触円Ｒ22が、上記第１凸部11・上記第１副凸部21が上記第１平面Ｐ1 に接することで描かれる第１凸部接触円Ｒ11・第１副凸部接触円Ｒ21によって形成された帯状円形リングＲ100 の内部に、存在している。
FIG. 11 shows a comparative example (conventional example) and is a diagram to be compared with FIG. 3 showing an embodiment of the present invention.
In the plane contact state of the four points e, f, g, and h shown in FIG. 3 (A), the second
それに対して、図11（Ａ）に於ては、４点ａ，ｂ，ｃ，ｄは、図３（Ａ）の４点ｅ，ｆ，ｇ，ｈが、各々、対応すると見ることができると共に、図11（Ｂ）は図３（Ｂ）に対応する（要部を抽出して示した）平面図である。
この図11（Ｂ）から、以下のことが判る。つまり、第１凸部66・第１角部68が第１平面Ｐ1 に接することで描かれる第１凸部接触円Ｒａ・第１角部接触円Ｒｂによって形成された帯状円形リングＲ'100の内部に、第２角部69が第２平面Ｐ2 に接することで描かれる第２角部接触円Ｒｃが、存在しておらず、この第２角部接触円Ｒｃは、上記帯状円形リングＲ'100の内周縁よりも、ラジアル内方向に、外れている。
On the other hand, in FIG. 11A, it can be seen that the four points a, b, c, and d correspond to the four points e, f, g, and h in FIG. 3A, respectively. In addition, FIG. 11 (B) is a plan view (shown by extracting the main part) corresponding to FIG. 3 (B).
From this FIG. 11 (B), the following can be seen. That is, a strip-shaped circular ring R'100 formed by the first convex portion contact circle Ra and the first corner contact circle Rb drawn by the first
図11（Ａ）（Ｂ）に示したように、第２角部接触円Ｒｃがラジアル内方向に外れていることによって、第１・第２平面Ｐ1 ，Ｐ2 から締付力Ｆ1 ，Ｆ2 を受けた際、金属シール60のｃ点に作用する力は、ａ点とｂ点に分散せず、（図11（Ａ）に示す）真上のａ点に伝達されて、直ちにｃ点とａ点間の圧縮変形を生じて（図９に破線をもって示した）急勾配の反力Ｆの特性を示すと考えられる。
次に、図11（Ｃ）は図３（Ｃ）と対比すべき底面図である。
As shown in FIGS. 11 (A) and 11 (B), the tightening force F 1 , from the first and second planes P 1 and P 2 due to the second corner contact circle Rc being displaced in the radial inward direction. When receiving F 2 , the force acting on the c point of the
Next, FIG. 11 (C) is a bottom view to be compared with FIG. 3 (C).
本発明の実施例では、図３（Ａ）に示した４点ｅ，ｆ，ｇ，ｈの平面接触状態において、図３（Ｃ）の平面図に示したように、上記第１副凸部21が上記第１平面Ｐ1 に接することで描かれる第１副凸部接触円Ｒ21が、上記第２凸部12・上記第２副凸部22が上記第２平面Ｐ2 に接することで描かれる第２凸部接触円Ｒ12・第２副凸部接触円Ｒ22によって形成された帯状円形リングＲ200 の内部に、存在している。
In the embodiment of the present invention, in the plane contact state of the four points e, f, g, and h shown in FIG. 3 (A), as shown in the plan view of FIG. 3 (C), the first sub-convex portion is described. The first sub-convex contact circle R 21 drawn by 21 contacting the first plane P 1 is formed by the second
それに対して、比較例（従来例）では、図11（Ｃ）に示すように、第２凸部67・第２角部69が第２平面Ｐ2 に接することで描かれる第２凸部接触円Ｒｄ・第２角部接触円Ｒｃによって形成された帯状円形リングＲ'200の内部に、第１角部68が第１平面Ｐ1 に接することで描かれる第１角部接触円Ｒｂが、存在せず、この第１角部接触円Ｒｂは、上記帯状円形リングＲ'200の外周縁よりも、ラジアル外方向に、外れている。
On the other hand, in the comparative example (conventional example), as shown in FIG. 11C, the second convex portion contact is drawn by the second
図11（Ａ）（Ｃ）に示したように、第１角部接触円Ｒｂがラジアル外方向に外れていることによって、第１・第２平面Ｐ1 ，Ｐ2 から締付力Ｆ1 ，Ｆ2 を受けた際、金属シール60のｂ点に作用する力は、ｄ点とｃ点に分散せず、（図11（Ａ）に示す）真下のｄ点に伝達されて、直ちにｂ点とｄ点間の圧縮変形を生じて（図９に破線をもって示した）急勾配の反力Ｆの特性を示すと考えられる。
As shown in FIGS. 11A and 11C, the tightening force F1 and P2 from the first and second planes P1 and P2 are due to the first corner contact circle Rb being displaced in the radial outward direction. When receiving F 2 , the force acting on the b point of the
次に、図12に示した他の比較例（従来例）にあっても、図11（Ｂ）（Ｃ）と同様の接触円Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄが描かれていることとなって、その結果、図９に於て、同様に破線グラフ線が描かれることとなる。
但し、図12に於けるｂ点，ｃ点は、小さな三角形の補助小突起64，65の頂点とする。それ以外は、図11（Ａ）と同様であるので、重複説明を省略する。
Next, even in the other comparative example (conventional example) shown in FIG. 12, the contact circles Ra, Rb, Rc, and Rd similar to those in FIGS. 11 (B) and 11 (C) are drawn. As a result, a broken line graph line is similarly drawn in FIG.
However, points b and c in FIG. 12 are the vertices of the auxiliary
次に、図９に示したグラフ図に於て、本発明と比較例の差異が生じた他の根拠について以下考察する。
図３又は図５に於て、本発明では、上記４点接触状態の横断面において、上記第２副凸部22の先端の上記第２平面Ｐ2 への接触点から、上記第２平面Ｐ2 に対して９０°を成すように立てた垂線Ｔ1 に完全一致して乃至その近傍に、上記第１凸部11の外周側稜線11Ｃの延長線Ｙ11と、上記第１副凸部21の内周側稜線21Ｅの延長線Ｙ21との、交点ＯＹが、存在するように、構成されている。しかも、上記４点接触状態の横断面において、上記第１副凸部21の先端の上記第１平面Ｐ1 への接触点から、上記第１平面Ｐ1 に対して９０°を成すように立てた垂線Ｔ2 に完全一致して乃至その近傍に、上記第２凸部12の内周側稜線12Ｂの延長線Ｙ12と、上記第２副凸部22の外周側稜線22Ｅの延長線Ｙ22との、交点Ｏｘが、存在するように、構成されている。
Next, in the graph shown in FIG. 9, other grounds for the difference between the present invention and the comparative example will be considered below.
In FIG. 3 or FIG. 5, in the present invention, in the cross section in the four-point contact state, the second plane P is formed from the contact point of the tip of the second
このような構成によって、図７に示したような最終締付圧縮状態に於て、上下各々２個ずつの接触面圧波形による反力の位置が、図７の左右方向───全体のラジアル方向───にずれていることとなり、図９に実線のグラフ線で示されるような緩やかな勾配の反力特性が達成されている。 With such a configuration, in the final tightening compression state as shown in FIG. 7, the position of the reaction force due to the contact surface pressure waveforms of two each on the upper and lower sides is in the left-right direction of FIG. It is deviated in the direction ───, and the reaction force characteristic with a gentle gradient as shown by the solid graph line in FIG. 9 is achieved.
図３（Ａ）と図７とを対比して、具体的に説明すれば、第２副凸部22に作用した（第２平面Ｐ2 からの）締付力は、交点ＯＹに向かって伝達されつつ左右稜線11Ｃ，21Ｅ（の内部）に沿うように分岐して、第１凸部11の頂部11Ａ、及び、第１副凸部21へ、伝達される。
これを、比較例を示した図８と比べれば、判るように、図８の左下の波形による締付力は、左上の波形による締付力と、真向対立する。従って、図８では、図９の破線グラフ線の如く、急な勾配線が描かれたものと、考えられる。
本発明の実施例では、前述の如く、巧妙に左右稜線11Ｃ，21Ｅ（の内部）に沿うように、第２副凸部22の大きな締付力が２つに分岐してゆくため、（柔軟性を残して）図９に実線で示した緩やかな勾配となり、反力Ｆの急激な増加が生じない。
More specifically, by comparing FIG. 3A and FIG. 7, the tightening force acting on the second sub-convex portion 22 (from the second plane P2) is toward the intersection OY . While being transmitted, it branches along (inside) the left and
Comparing this with FIG. 8 showing a comparative example, as can be seen, the tightening force due to the waveform at the lower left of FIG. 8 is in direct opposition to the tightening force due to the waveform at the upper left. Therefore, in FIG. 8, it is considered that a steep gradient line is drawn as shown by the broken line graph line in FIG.
In the embodiment of the present invention, as described above, the large tightening force of the second
他方、第１副凸部21に作用した（第１平面Ｐ1 からの）締付力は、交点Ｏｘに向かって伝達されつつ左右稜線12Ｂ，22Ｅ（の内部）に沿うように分岐して、第２凸部12の頂部12Ａ、及び、第２副凸部22へ、伝達される。
これを、比較例を示した図８と比べれば、判るように、図８の右下の波形による締付力は、右上の波形による締付力と、真向対立する。従って、図８では、図９の破線グラフ線の如く、急な勾配線が描かれたものと、考えられる。
On the other hand, the tightening force acting on the first sub-convex portion 21 (from the first plane P 1 ) is transmitted toward the intersection Ox and branches along the left and right ridge lines 12B and 22E (inside). It is transmitted to the
Comparing this with FIG. 8 showing a comparative example, as can be seen, the tightening force due to the waveform in the lower right of FIG. 8 is in direct opposition to the tightening force due to the waveform in the upper right. Therefore, in FIG. 8, it is considered that a steep gradient line is drawn as shown by the broken line graph line in FIG.
本発明の実施例では、前述の如く、巧妙に左右稜線12Ｂ，22Ｅ（の内部）に沿うように、第１副凸部21の大きな締付力が２つに分岐してゆくため、（柔軟性を残して）図９に実線で示した緩やかな勾配となり、反力Ｆの急激な増加が生じない。
In the embodiment of the present invention, as described above, the large tightening force of the first
ところで、図７に於て、大きな接触面圧を示している左下の波形４と右上の波形５は、各々、図３（Ａ）の第２副凸部22と第１副凸部21の圧縮に伴って発生した面圧を示すと共に、（図８の比較例の如く、上下に衝突せずに）横断面に於て、斜め方向の下と上に配設される。これによって、横断面における回転変形を伴いつつ、面圧の上昇も緩やかとなって、図９に示した良好な結果が得られたと推察される。
By the way, in FIG. 7, the lower
さらに、図７に於て、左上の波形６と右下の波形７は、各々、図３（Ａ）の第１凸部11と第２凸部12の圧縮に伴って発生した面圧を示し、（図８の比較例の如く、上下に衝突せずに）横断面に於て、ラジアル方向の内方・外方に、孤立して存在する。これによって、反力の上昇も十分緩やかとなり、図９に示した良好な結果が得られたものと推察される。
なお、本発明は、図示の実施例に限定されず設計変更自由であって、例えば、第１・第２副凸部21，22は、半円形や半楕円形等とすることもできる。
Further, in FIG. 7, the upper
The present invention is not limited to the illustrated embodiment, and the design can be freely changed. For example, the first and second
本発明は、以上詳述したように、相互に平行な第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 の間に介装される全体が環状であって、横断面形状が略矩形の中間基部３と、上記第１平面Ｐ1 に当接する内径寄りの第１凸部11と、上記第２平面Ｐ2 に当接する外径寄りの第２凸部12と、を備えた金属シールに於て、上記第１凸部11及び第２凸部12は、各々、先端に円弧状頂部11Ａ，12Ａを有すると共に上記中間基部３に連設される基底部13，14に向かって幅寸法Ｗ11，Ｗ12がしだいに増加する横断面形状であり、しかも、上記中間基部３における、上記第１平面Ｐ1 ・第２平面Ｐ2 に対応する第１長辺部31・第２長辺部32の各中間位置には、第１副凸部21・第２副凸部22が、配設されている構成であるので、図９のグラフ図に実線をもって示す如く、セット高さＧに対して反力Ｆの増加が、緩やかであり、これによって、第１・第２平面Ｐ1 ，Ｐ2 によって形成されるセット間隔に差が生じても、反力Ｆは略同じ値に維持され、優れた密封性を維持できる。また、第１・第２平面Ｐ1 ，Ｐ2 に対して過大な面圧力を与えずに済み、フランジ等の傷付きを防止できる。
As described in detail above, the present invention has an
また、装着未圧縮状態から、上記第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 の相対的接近に伴って、回転モーメントを受けて、上記第１凸部11と第１副凸部21が上記第１平面Ｐ1 に当接した横断面２点接触状態と、上記第２凸部12と第２副凸部22が上記第２平面Ｐ2 に当接した横断面２点接触状態と、から成る４点接触状態に至るまでは、上記中間基部３を中心に回転弾性変形を生ずるように構成され、上記４点接触状態から、さらに上記第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 からの押圧力を受けて、上記第１凸部11と第１副凸部21と第２凸部12と第２副凸部22、及び、その近傍部位の塑性変形を生ずるように構成したので、第１平面Ｐ1 と第２平面Ｐ2 をボルト締付けによって極めてスムーズに、塑性変形に至るまで作業を行い得る。しかも、セット高さＧのばらつきがあっても、安定した高い密封性能を発揮できる。
Further, from the uncompressed state of mounting, the first
また、上記４点接触状態において、上記第２副凸部22が上記第２平面Ｐ2 に接することで描かれる第２副凸部接触円Ｒ22が、上記第１凸部11・上記第１副凸部21が上記第１平面Ｐ1 に接することで描かれる第１凸部接触円Ｒ11・第１副凸部接触円Ｒ21によって形成された帯状円形リングＲ100 の内部に、存在している構成としたので、（図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、）第２副凸部22の接触面圧による反力は、第１凸部11と第１副凸部21に分散しつつ伝達され、図９に示すように、セット高さＧに対して反力Ｆの増加が緩やかな優れた反力特性が得られる。
Further, in the four-point contact state, the second sub-convex contact circle R 22 drawn by the second sub-convex 22 coming into contact with the second plane P 2 is the first
また、上記４点接触状態において、上記第１副凸部21が上記第１平面Ｐ1 に接することで描かれる第１副凸部接触円Ｒ21が、上記第２凸部12・上記第２副凸部22が上記第２平面Ｐ2 に接することで描かれる第２凸部接触円Ｒ12・第２副凸部接触円Ｒ22によって形成された帯状円形リングＲ200 の内部に、存在している構成であるので、（図３（Ａ）（Ｃ）に示すように、）第１副凸部21の接触面圧による反力は、第２凸部12と第２副凸部22に分散しつつ伝達され、図９に示すように、セット高さＧに対して反力Ｆの増加が緩やかな優れた反力特性が得られる。
Further, in the four-point contact state, the first sub-convex contact circle R 21 drawn by the first sub-convex 21 coming into contact with the first plane P 1 is the second
また、上記４点接触状態の横断面において、上記第２副凸部22の先端の上記第２平面Ｐ2 への接触点から、上記第２平面Ｐ2 に対して９０°を成すように立てた垂線Ｔ1 に完全一致して乃至その近傍に、上記第１凸部11の外周側稜線11Ｃの延長線Ｙ11と、上記第１副凸部21の内周側稜線21Ｅの延長線Ｙ21との、交点ＯＹが、存在するように、構成されているので、第２副凸部22に作用する大き目の反力は、稜線11Ｃと稜線21Ｅに沿うように分岐され、図７に示したような横断面における締付面圧が得られ、その結果、図９に於て、実線で示すように緩やかな勾配の優秀な反力特性の金属シールが得られる。
Further, in the cross section in the four-point contact state, the tip of the second
また、上記４点接触状態の横断面において、上記第１副凸部21の先端の上記第１平面Ｐ1 への接触点から、上記第１平面Ｐ1 に対して９０°を成すように立てた垂線Ｔ2 に完全一致して乃至その近傍に、上記第２凸部12の内周側稜線12Ｂの延長線Ｙ12と、上記第２副凸部22の外周側稜線22Ｅの延長線Ｙ22との、交点Ｏｘが、存在するように、構成されているので、第１副凸部21に作用する大き目の反力は、稜線12Ｂと稜線22Ｅに沿うように分岐され、図７に示したような締付面圧が得られ、その結果、図９に於て、実線で示すように緩やかな勾配の優秀な反力特性の金属シールが得られる。
Further, in the cross section in the four-point contact state, the tip of the first
３ 中間基部
３Ｂ 外径側短辺
11 第１凸部
11Ａ 円弧状頂部
11Ｃ 外周側稜線
12 第２凸部
12Ａ 円弧状頂部
12Ｂ 内周側稜線
13 基底部
14 基底部
15 切欠き
21 第１副凸部
21Ｅ 内周側稜線
21Ｐ 三角頂点
22 第２副凸部
22Ｅ 外周側稜線
22Ｐ 三角頂点
31 第１長辺部
32 第２長辺部
Ｏｘ 交点
ＯＹ 交点
Ｐ1 第１平面
Ｐ2 第２平面
Ｒ11 第１凸部接触円
Ｒ12 第２凸部接触円
Ｒ21 第１副凸部接触円
Ｒ22 第２副凸部接触円
Ｒ100 帯状円形リング
Ｒ200 帯状円形リング
Ｔ1 垂線
Ｔ2 垂線
Ｗ0
長さ寸法
Ｗ11 幅寸法
Ｗ12 幅寸法
Ｗ21 幅方向の寸法
Ｗ22 幅方向の寸法
Ｙ11 延長線
Ｙ12 延長線
Ｙ21 延長線
Ｙ22 延長線
ε 距離
3
11 First convex part
11A Arc-shaped top
11C Outer peripheral ridgeline
12 Second convex part
12A Arc-shaped top
12B Inner circumference ridgeline
13 Base
14 Base
15 notch
21 First sub-convex part
21E Inner circumference ridgeline
21P triangular apex
22 Second sub-convex part
22E Outer peripheral ridgeline
22P triangular apex
31 First long side
32 2nd long side Ox intersection OY intersection P 1 1st plane P 2 2nd plane R 11 1st convex contact circle R 12 2nd convex contact circle R 21 1st sub-convex contact circle R 22 2nd Sub-convex contact circle R 100 band-shaped circular ring R 200 band-shaped circular ring T 1 vertical line T 2 vertical line W 0 length dimension W 11 width dimension W 12 width dimension W 21 width direction dimension W 22 width direction dimension Y 11 extension line Y 12 extension line Y 21 extension line Y 22 extension line ε distance
Claims (5)
上記第１凸部（11）及び第２凸部（12）は、各々、先端に円弧状頂部（11Ａ）（12Ａ）を有すると共に上記中間基部（３）に連設される基底部（13）（14）に向かって幅寸法Ｗ 11 ，Ｗ 12 がしだいに増加する横断面形状であり、
しかも、上記中間基部（３）における、上記第１平面（Ｐ1 ）・第２平面（Ｐ2 ）に対応する第１長辺部（31）・第２長辺部（32）の各々には、第１副凸部（21）・第２副凸部（22）が、配設されており、
自由状態における断面に於て、上記中間基部（３）は、矩形の４角部のうちで上記第１長辺部(31)の外径側に形成される角部と、上記第２長辺部 (32) の内径側に形成される角部に、三角形状切欠き（15）（15）を設け、該切欠き（15）が形成される以前の上記矩形の第１長辺部（31）の長さ寸法Ｗ 0 と、横断面三角形の上記第１副凸部（21）の三角頂点（21Ｐ）と外径側短辺（３Ｂ）との幅方向の寸法Ｗ 21 とが、下記〔数１〕を満たし、かつ、上記長さ寸法Ｗ 0 と、横断面三角形の第２副凸部（22）の三角頂点（22Ｐ）と内径側短辺（３Ｂ）との幅方向の寸法Ｗ 22 とが、下記〔数２〕を満たし、
装着未圧縮状態から、上記第１平面（Ｐ1 ）と第２平面（Ｐ2 ）の相対的接近に伴って、回転モーメントを受けて、上記第１凸部（11）と第１副凸部（21）が上記第１平面（Ｐ1 ）に当接した横断面２点接触状態と、上記第２凸部（12）と第２副凸部（22）が上記第２平面（Ｐ2 ）に当接した横断面２点接触状態と、から成る４点接触状態に至るまでは、上記中間基部（３）を中心に回転弾性変形を生ずるように構成され、
上記４点接触状態から、さらに上記第１平面（Ｐ1 ）と第２平面（Ｐ2 ）からの押圧力を受けて、上記第１凸部（11）と第１副凸部（21）と第２凸部（12）と第２副凸部（22）、及び、その近傍部位の塑性変形を生ずるように構成したことを特徴とする金属シール。
〔数１〕０．１５・Ｗ0 ≦Ｗ21≦０．４０・Ｗ0
〔数２〕０．１５・Ｗ0 ≦Ｗ22≦０．４０・Ｗ0 An intermediate base (3) having an annular shape and a substantially rectangular cross-sectional shape intervening between the first plane (P 1 ) and the second plane (P 2 ) parallel to each other, and the first plane described above. A metal seal provided with a first convex portion (11) closer to the inner diameter that abuts on a flat surface (P 1 ) and a second convex portion (12) closer to the outer diameter that abuts on the second flat surface (P 2 ). At,
The first convex portion (11) and the second convex portion (12) each have an arcuate top portion (11A) (12A) at the tip and are connected to the intermediate base portion (3) at the base portion (13). It is a cross-sectional shape in which the width dimensions W 11 and W 12 gradually increase toward (14).
Moreover, in each of the first long side portion (31) and the second long side portion (32) corresponding to the first plane (P 1 ) and the second plane (P 2 ) in the intermediate base portion (3). , The first sub-convex portion (21) and the second sub-convex portion (22) are arranged.
In the cross section in the free state, the intermediate base portion (3) includes a corner portion formed on the outer diameter side of the first long side portion (31) among the four triangular portions and the second long side portion. Triangular notches (15) and (15) are provided at the corners formed on the inner diameter side of the portion (32), and the first long side portion (31) of the above-mentioned rectangle before the notch (15) is formed is provided. ), And the width direction dimension W 21 of the triangular apex ( 21P ) and the outer diameter side short side (3B) of the first sub-convex portion (21) of the cross-sectional triangle are as follows . Equation 1] is satisfied, and the above-mentioned length dimension W 0 and the widthwise dimension W 22 between the triangular apex (22P) and the inner side short side (3B) of the second sub-convex portion (22) of the cross-sectional triangle. And satisfy the following [Equation 2]
From the uncompressed state, the first convex portion (11) and the first sub-convex portion receive a rotational moment as the first plane (P 1 ) and the second plane (P 2 ) approach each other. The two-point cross-sectional contact state in which (21) is in contact with the first plane (P 1 ), and the second convex portion (12) and the second sub-convex portion (22) are in the second plane (P 2 ). It is configured to cause rotational elastic deformation around the intermediate base portion (3) until the contact state of two points in the cross section in contact with the above and the contact state of four points consisting of the above intermediate base portion (3).
From the four-point contact state, the first convex portion (11) and the first sub-convex portion (21) are further subjected to the pressing force from the first plane (P 1 ) and the second plane (P 2 ). A metal seal characterized in that it is configured to cause plastic deformation of a second convex portion (12), a second sub-convex portion (22), and a portion in the vicinity thereof.
[Number 1] 0.15 ・ W 0 ≦ W 21 ≦ 0.40 ・ W 0
[Number 2] 0.15 ・ W 0 ≦ W 22 ≦ 0.40 ・ W 0
上記第２副凸部（22）が上記第２平面（Ｐ2 ）に接することで描かれる第２副凸部接触円（Ｒ22）が、
上記第１凸部（11）・上記第１副凸部（21）が上記第１平面（Ｐ1 ）に接することで描かれる第１凸部接触円（Ｒ11）・第１副凸部接触円（Ｒ21）によって形成された帯状円形リング（Ｒ100 ）の内部に、
存在している請求項１記載の金属シール。 In the above four-point contact state
The second sub-convex contact circle (R 22 ) drawn by the second sub-convex (22) in contact with the second plane (P 2 ) is
The first convex portion contact circle (R 11 ) and the first sub-convex contact drawn by contacting the first convex portion (11) and the first sub-convex portion (21) with the first plane (P 1 ). Inside the band-shaped circular ring (R 100 ) formed by a circle (R 21 ),
The existing metal seal according to claim 1.
上記第１副凸部（21）が上記第１平面（Ｐ1 ）に接することで描かれる第１副凸部接触円（Ｒ21）が、
上記第２凸部（12）・上記第２副凸部（22）が上記第２平面（Ｐ2 ）に接することで描かれる第２凸部接触円（Ｒ12）・第２副凸部接触円（Ｒ22）によって形成された帯状円形リング（Ｒ200 ）の内部に、
存在している請求項１記載の金属シール。 In the above four-point contact state
The first sub-convex contact circle (R 21 ) drawn by the first sub-convex (21) in contact with the first plane (P 1 ) is
The second convex portion contact circle (R 12 ) and the second sub-convex contact drawn by contacting the second convex portion (12) and the second sub-convex portion (22) with the second plane (P 2 ). Inside the band-shaped circular ring (R 200 ) formed by a circle (R 22 ),
The existing metal seal according to claim 1.
上記第２副凸部（22）の先端の上記第２平面（Ｐ2 ）への接触点から、上記第２平面（Ｐ2 ）に対して９０°を成すように立てた垂線（Ｔ1 ）と、
上記第１凸部（11）の外周側稜線（11Ｃ）の延長線（Ｙ11）と、上記第１副凸部（21）の内周側稜線（21Ｅ）の延長線（Ｙ21）との、交点（ＯＹ）との距離εの最大ε値を、０．１５・Ｗ0 以内に設定した請求項１，２又は３記載の金属シール。 In the cross section of the above four-point contact state,
A perpendicular line (T 1 ) erected so as to form 90 ° with respect to the second plane (P 2 ) from the contact point of the tip of the second sub-convex portion (22) with the second plane (P 2 ). When,
An extension line (Y 11 ) of the outer peripheral side ridge line (11C) of the first convex portion (11) and an extension line (Y 21 ) of the inner peripheral side ridge line (21E) of the first sub-convex portion (21). , The metal seal according to claim 1, 2 or 3, wherein the maximum ε value of the distance ε from the intersection ( OY ) is set within 0.15 · W 0 .
上記第１副凸部（21）の先端の上記第１平面（Ｐ1 ）への接触点から、上記第１平面（Ｐ1 ）に対して９０°を成すように立てた垂線（Ｔ2 ）と、
上記第２凸部（12）の内周側稜線（12Ｂ）の延長線（Ｙ12）と、上記第２副凸部（22）の外周側稜線（22Ｅ）の延長線（Ｙ22）との、交点（Ｏｘ）との距離εの最大ε値を、０．１５・Ｗ0 以内に設定した請求項１，２又は３記載の金属シール。 In the cross section of the above four-point contact state,
A perpendicular line (T 2 ) erected so as to form 90 ° with respect to the first plane (P 1 ) from the contact point of the tip of the first sub-convex portion (21) with the first plane (P 1 ). When,
An extension line (Y 12 ) of the inner peripheral side ridge line (12B) of the second convex portion (12) and an extension line (Y 22 ) of the outer peripheral side ridge line (22E) of the second sub-convex portion (22). , The metal seal according to claim 1, 2 or 3, wherein the maximum ε value of the distance ε from the intersection (Ox) is set within 0.15 · W 0 .
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