TW202421944A - 環狀金屬密封件、環狀金屬密封件之安裝結構及環狀金屬密封件之安裝方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種在被嵌入第一部件之環狀密封槽內的狀態下被第二部件按壓而變形之環狀金屬密封件，具備：環狀密封件主體；分別從密封件主體之上表面及下表面突出且與密封槽之外周側隅角部對應的上下一對前端漸細的第一突條；分別從密封件主體之上表面及下表面突出且與密封槽之內周側隅角部對應的上下一對前端漸細的第二突條；以及從密封件主體之外徑側及內徑側中的至少一側的側面膨出的定位用突起，上下一對第二突條自上下中心的高度與上下一對第一突條自上下中心的高度不同。藉由本發明可減少第一部件及第二部件的損壞及對緊固螺栓的負荷。

Description

環狀金屬密封件、環狀金屬密封件之安裝結構及環狀金屬密封件之安裝方法

本發明係關於環狀金屬密封件、環狀金屬密封件之安裝結構及環狀金屬密封件之安裝方法。

目前已知一種例如如圖4（a）所示的整體呈環狀的金屬密封件210，其被夾裝於相互平行的一對平坦面201、202之間，該環狀金屬密封件210構成為，具備中間基部210a、與上側的平坦面202抵接的第一接觸凸部214、以及與下側的平坦面201抵接的第二接觸凸部211，將第一接觸凸部214偏向中間基部210a之內徑側突出設置，將第二接觸凸部211偏向中間基部210a之外徑側突出設置，藉由在安裝壓縮狀態下從一對平坦面201、202接受的按壓力產生以中間基部210a為中心旋轉的扭轉彈性變形（例如，參照專利文獻1）。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1 日本專利第4091373号公報

[發明所欲解決之課題]

例如，如圖4（b）所示，該環狀金屬密封件210在非對稱地配置於上下表面的R狀突條（第一接觸凸部214及第二接觸凸部211）和角部212、213與上下法蘭（平坦面201、202）接觸之後，使金屬材料發生塑性變形，同時產生對上下法蘭的反作用力，因此需要非常高之壓縮載荷，故存在對上下法蘭的損壞變大，且對緊固所使用的緊固螺栓的負荷變大這樣的問題。

本發明係鑒於這一點而完成者，其目的在於減少對第一部件及第二部件的損壞及對緊固螺栓的負荷。 [解決課題之手段]

為了實現上述目的，在本發明中，對環狀金屬密封件之上下表面的突條形狀進行了反復研究。

具體而言， 在第一發明中， 以環狀金屬密封件為對象，前述環狀金屬密封件在被嵌入第一部件之環狀的密封槽內的狀態下被第二部件按壓而變形， 前述環狀金屬密封件具備： 環狀的密封件主體； 上下一對前端漸細的第一突條，其分別從前述密封件主體之上表面及下表面突出，且與前述密封槽之外周側隅角部對應； 上下一對前端漸細的第二突條，其分別從前述密封件主體之上表面及下表面突出，且與前述密封槽之內周側隅角部對應；以及 定位用突起，其從前述密封件主體之外徑側及內徑側中的至少一側的側面膨出， 上下一對第二突條自上下中心的高度與上下一對第一突條自上下中心的高度不同。

在此，「前端漸細的」係意指與突條之根部相比，前端變細。藉由上述結構，從環狀的密封件主體的上下表面突出的前端漸細的第一突條及第二突條在環狀金屬密封件被嵌入第一部件之環狀的密封槽內的狀態下被第二部件按壓時，以從前端被壓塌的方式變形，故與非前端漸細的突條相比，變形所需的載荷很少即可，減少了對第一部件及第二部件的損壞及對緊固螺栓的負荷。由於上下表面的第一突條及第二突條雙方變形而發揮密封性能，故能夠可靠地防止第一部件和第二部件之間的泄漏。此外，由於定位用突起保持密封槽內表面和第一突條或第二突條之間的距離，故能夠防止與密封槽的隅角部之R部的干擾，密封性能穩定。另外，由於使上下一對第二突條自上下中心的高度與上下一對第一突條自上下中心的高度不同，故在當落下或處理時而與外部接觸之時，高度低的一方的突條不易受到損傷，即使在高度高的一方的突條受到損傷的情況下，亦能利用高度低的一方的上下突條確保密封性能。

在第二發明中，於第一發明之基礎上， 前述定位用突起從前述密封件主體之外徑側的側面膨出， 上下一對第二突條自上下中心的高度比上下一對第一突條自上下中心的高度低。

藉由上述結構，利用定位用突起保持密封槽內表面與第一突條之間的距離，防止與密封槽的隅角部之R部的干擾，密封性能穩定。另外，由於內徑側的第二突條的高度比外徑側的第一突條低，故在當落下或處理時而與外部接觸之時，第二突條不易受到損傷，即使在第一突條受到損傷的情況下，亦能利用上下的第二突條確保密封性能。

第三發明的環狀金屬密封件之安裝結構， 係藉由環狀金屬密封件在被嵌入第一部件之環狀的密封槽內的狀態下被第二部件按壓而變形，將環狀金屬密封件之內側和外側密封的環狀金屬密封件之安裝結構，其中， 前述環狀金屬密封件具備： 環狀的密封件主體； 上下一對前端漸細的第一突條，其分別從前述密封件主體之上表面及下表面突出，且與前述密封槽之外周側隅角部對應； 上下一對前端漸細的第二突條，其分別從前述密封件主體之上表面及下表面突出，且與前述密封槽之內周側隅角部對應；以及 定位用突起，其從前述密封件主體之外徑側及內徑側中的至少一側的側面膨出， 上下一對第二突條自上下中心的高度與上下一對第一突條自上下中心的高度不同， 藉由擰緊前述第一部件和前述第二部件而使前述環狀金屬密封件變形，前述環狀金屬密封件之內側和外側被密封。

藉由上述結構，從環狀的密封件主體之上下表面突出的前端漸細的第一突條及第二突條在環狀金屬密封件被嵌入第一部件之環狀的密封槽內的狀態下被第二部件按壓時，以從前端被壓塌的方式變形，故與非前端漸細的突條相比，變形所需的載荷很少即可，減少了對第一部件及第二部件的損壞及對緊固螺栓的負荷。由於上下表面的第一突條及第二突條雙方變形而發揮密封性能，故能夠可靠地防止第一部件和第二部件之間的泄漏。此外，由於定位用突起保持密封槽內表面和第一突條或第二突條之間的距離，故能夠防止與密封槽的隅角部之R部的干擾，密封性能穩定。另外，由於使上下一對第二突條自上下中心的高度與上下一對第一突條自上下中心的高度不同，故在當落下或處理時而與外部接觸之時，高度低的一方的突條不易受到損傷，即使在高度高的一方的突條受到損傷的情況下，亦能利用高度低的一方的上下突條確保密封性能。

在第四發明中，於第三發明之基礎上， 前述定位用突起從前述密封件主體之外徑側的側面膨出， 上下一對第二突條自上下中心的高度比上下一對第一突條自上下中心的高度低。

藉由上述結構，利用定位用突起保持密封槽內表面與第一突條之間的距離，防止與密封槽的隅角部之R部的干擾，密封性能穩定。另外，由於內徑側的第二突條的高度比外徑側的第一突條的高度低，故在當落下或處理時而與外部接觸之時，第二突條不易受到損傷，即使在第一突條受到損傷的情況下，亦能利用上下的第二突條確保密封性能。

第五發明的環狀金屬密封件之安裝方法， 係藉由環狀金屬密封件在被嵌入第一部件之環狀的密封槽內的狀態下被第二部件按壓而變形，將環狀金屬密封件之內側和外側密封的環狀金屬密封件之安裝方法，其中， 前述環狀金屬密封件具備： 環狀的密封件主體； 上下一對前端漸細的第一突條，其分別從前述密封件主體之上表面及下表面突出，且與前述密封槽之外周側隅角部對應； 上下一對前端漸細的第二突條，其分別從前述密封件主體之上表面及下表面突出，且與前述密封槽之內周側隅角部對應；以及 定位用突起，其從前述密封件主體之外徑側及內徑側中的至少一側的側面膨出， 前述定位用突起從前述密封件主體之外徑側的側面膨出， 上下一對第二突條自上下中心的高度比上下一對第一突條自上下中心的高度低， 前述環狀金屬密封件之安裝方法包括如下步驟： 準備前述環狀金屬密封件； 使前述定位用突起與前述密封槽之外側側面抵接，在將前述密封件主體之下表面的第一突條遠離前述密封槽之外周側隅角部的狀態下，將前述環狀金屬密封件嵌入前述密封槽內；以及 擰緊前述第一部件和前述第二部件而使前述環狀金屬密封件變形，將環狀金屬密封件之內側和外側密封。

藉由上述結構，從環狀的密封件主體之上下表面突出的前端漸細的第一突條及第二突條在環狀金屬密封件被嵌入第一部件之環狀的密封槽內的狀態下被第二部件按壓時，以從前端被壓塌的方式變形，故與非前端漸細的突條相比，變形所需的載荷很少即可，減少了對第一部件及第二部件的損壞及對緊固螺栓的負荷。由於上下表面的第一突條及第二突條雙方變形而發揮密封性能，故能夠可靠地防止第一部件和第二部件之間的泄漏。另外，利用定位用突起保持密封槽內表面與第一突條之間的距離，防止與密封槽的隅角部之R部的干擾，密封性能穩定。此外，由於內徑側的第二突條的高度比外徑側的第一突條的高度低，故在當落下或處理時而與外部接觸之時，第二突條不易受到損傷，即使在第一突條受到損傷的情況下，亦能利用上下的第二突條確保密封性能。 [發明效果]

如上所述，藉由本發明，能夠減少對第一部件及第二部件的損壞及對緊固螺栓的負荷。

下面，基於附圖對本發明的實施方式進行說明。

圖1表示包含本發明之實施方式的環狀金屬密封件10的環狀金屬密封件之安裝結構3。

在該環狀金屬密封件之安裝結構3中，藉由環狀金屬密封件10在被嵌入第一部件1之環狀的密封槽4內的狀態下被第二部件2按壓而變形，環狀金屬密封件10之內側A和外側B被密封。在本實施方式中，第一部件1及第二部件2的結構未具體說明，但第一部件1及第二部件2例如為一對配管的連接部分處的環狀的法蘭部分，構成為將未圖示的緊固螺栓穿過第一部件1的第一螺栓插通孔1a及第二部件2的第二螺栓插通孔2a並擰緊螺母。

如圖2放大所示，本實施方式的環狀金屬密封件10例如具有密封件主體10a，在該密封件主體10a之上下表面，分別突出有朝向前端逐漸變細的第一突條11、12及第二突條13、14。環狀金屬密封件10例如由不鏽鋼、鎳合金、銅等製成。

具體而言，環狀金屬密封件10具備環狀的密封件主體10a、從該密封件主體10a之上表面及下表面分別突出且與密封槽4之外周側隅角部R1對應的上下一對前端漸細的第一突條11、12、以及從密封件主體10a之上表面及下表面分別突出且與密封槽4之內周側隅角部R2對應的上下一對前端漸細的第二突條13、14。在此，「前端漸細的」係指與突條之根部相比，前端變細。

而且，上下一對第二突條13、14自上下中心C的高度與上下一對第一突條11、12自上下中心C的高度不同。在本實施方式中，特別是，上下一對第二突條13、14自上下中心C的高度比上下一對第一突條11、12自上下中心C的高度低h。在本實施方式中，例如，上下一對第一突條11、12自上下中心C的高度為0.400mm，上下一對第二突條13、14自上下中心C的高度為0.375mm，h=0.025mm。

而且，在本實施方式的環狀金屬密封件之安裝結構3中，如圖1所示，定位用突起20在環狀金屬密封件10之外徑側側面10b膨出。

藉此，密封件主體10a大概為截面X狀，定位用突起20設置於密封件主體10a之外徑側側面10b的高度方向中間。定位用突起20自上下中心C的高度例如為0.3mm，從第一突條11之前端到定位用突起20之外徑側側面10b的寬度W例如為0.20mm，外徑側隅角部R1之半徑r0為0.1mm，故W＞r0。

在本實施方式的環狀金屬密封件之安裝結構3中，定位用突起20與密封槽4之內側側面4a抵接，在使密封件主體10a的前端漸細的第一突條11遠離密封槽4之外徑側隅角部R1的狀態下，環狀金屬密封件10被嵌入密封槽4內，擰緊第一部件1和第二部件2而使環狀金屬密封件10變形，由此，環狀金屬密封件10之內側A和外側B被密封。

而且，在密封槽4之內側側面4a和尖的突條11之前端之間設置有防止與密封槽4之外徑側隅角部R1接觸的間隙S。在本實施方式中，間隙S保持在0.2mm以上（S＞r0）。

－環狀金屬密封件之安裝方法－ 首先，準備上述的環狀金屬密封件10。

接著，如圖1所示，使定位用突起20與密封槽4之內側側面4a抵接，在使密封件主體10a的第一突條11遠離密封槽4之外徑側隅角部R1的狀態下，將環狀金屬密封件10嵌入密封槽4內。此時，定位用突起20與密封槽4之內側側面4a抵接，定位用突起20之半徑方向的突出量W為密封槽4之外徑側隅角部R1的半徑r0的大小以上（W≥r0），故環狀金屬密封件10的第一突條11可靠地與外徑側隅角部R1隔開距離。

接著，藉由緊固螺栓等擰緊第一部件1和第二部件2而使環狀金屬密封件10變形，將環狀金屬密封件10之內側A和外側B密封。

此時，由於上下表面的第一突條11、12及第二突條13、14雙方變形而發揮密封性能，故能夠可靠地防止第一部件1和第二部件2之間的泄漏。

－實施例－ 對擰緊第一部件1和第二部件2時施加的載荷進行FEM（有限元法）分析。分析模型設為二維軸對稱分析，材料設為不鏽鋼及其他具有類似機械特性的金屬材料。就分析方法而言，將與圖4所示形狀的環狀金屬密封件210對應的模型設定為比較例，將上述實施方式的環狀金屬密封件10的模型設定為實施例。然後，在此等模型之上下表面分別配置與第一部件1及第二部件2對應的上下一對壓縮板。

然後，縮小上下一對壓縮板的間隔（設置高度），使與比較例之環狀金屬密封件210及實施例之環狀金屬密封件10對應的模型的環狀金屬密封件分別變形。具體而言，關於比較例及實施例，從初始高度壓縮至設置高度0.70mm。

描繪此時在上下一對壓縮板上產生的反作用力和設置高度的相關性所得的特性為圖3所示的載荷特性。

如圖4（b）所示，比較例之環狀金屬密封件210在非對稱地配置於上下表面的R狀突條（第一接觸凸部214及第二接觸凸部211）和角部212、213與上下法蘭（平坦面201、202）接觸之後，使金屬材料塑性變形，同時產生對上下法蘭的反作用力，因此，比較例之環狀金屬密封件210在傾斜的同時其前端大幅變形，如圖3所示，需要非常高的壓縮載荷。因此，對上下法蘭的損壞變大，另外，對緊固所使用的緊固螺栓的負荷變大。

另一方面，如圖5（b）所示，在實施例之模型中，並非像比較例那樣大幅傾斜，而是僅第一突條11、12及第二突條13、14之前端變細的前端側被壓塌。因此，如圖3中實線所示，可獲得與比較例的斜率相比斜率小的載荷特性。即，大幅減少了在相同設置高度下的壓縮載荷。

另一方面，作為圖7所示的無定位用突起20的先前例，考慮具有如下環狀金屬密封件110的環狀金屬密封件之安裝結構103，該環狀金屬密封件110被夾持於第一部件101之第一平面101a和第二部件102之第二平面102a之間，藉由使第一平面101a和第二平面102a相互接近而被按壓。

在此，該先前的無定位用突起20的環狀金屬密封件110被嵌入在第一部件101上挖出的密封槽104內來使用，環狀金屬密封件110之尖的突條111～114中之一個突條111與密封槽104之外徑側隅角部R1抵接。在藉由機械加工來加工密封槽104的情況下，密封槽104之外徑側隅角部R1通常為不可避免的形狀。因此，可能產生如下之問題。

（1）在緊固時環狀金屬密封件110的位置不穩定，不能正常產生反作用力或接觸表面壓力。

（2）在外徑側隅角部R1處沿半徑方向滑動，在連接應密封的區域的路徑方向上受到損傷，導致泄漏。

但是，在本實施方式之環狀金屬密封件10中，如圖1所示，藉由定位用突起20在密封槽4之內側側面4a和第一突條11之間保持間隙S，防止與密封槽4之外徑側隅角部R1的干擾。因此，在緊固時環狀金屬密封件10的位置穩定，正常產生反作用力或接觸表面壓力。另外，不會在外徑側隅角部R1處沿半徑方向滑動，不會受到在連接應密封的區域的路徑方向上的損傷，不會發生泄漏，密封性能穩定。

如上所述，在本實施方式中，從環狀的密封件主體10a之上下表面突出的前端漸細的第一突條11、12及第二突條13、14在環狀金屬密封件10被嵌入第一部件1之環狀的密封槽4內的狀態下被第二部件2按壓時，以從前端被壓塌的方式變形，故與如圖4所示的非前端漸細的比較例之R狀突條相比，變形所需的載荷很少即可，減少了對第一部件1及第二部件2的損壞及對緊固螺栓的負荷。

此外，由於內徑側的第二突條13、14的高度比外徑側的第一突條11、12的高度低，故在當落下或處理時而與外部接觸之時，內徑側的高度更低的第二突條13、14不易受到損傷，即使在第一突條11、12受到損傷的情況下，亦能利用上下的第二突條13、14確保密封性能。

如上所述，藉由本實施方式，能夠減少對第一部件1及第二部件2的損壞及對緊固螺栓的負荷。

（其他實施方式） 在本發明中，關於上述實施方式，亦可以為如下結構。

即，在上述實施方式中，定位用突起20在密封件主體10a之外徑側側面10b膨出，但亦可以如圖6所示的環狀金屬密封件10’那樣，使定位用突起20’在密封件主體10a’之內徑側的内側側面膨出。在該情況下，為了防止落下時等的損傷，理想的是，內徑側的第二突條13’、14’自上下中心C的高度比外徑側的第一突條11’、12’自上下中心C的高度低。此外，定位用突起當然亦可以在外徑側及內徑側的兩側面膨出。

在上述實施方式中，使內徑側的上下一對第二突條13、14自上下中心C的高度低於外徑側的上下一對第一突條11、12自上下中心C的高度，但內徑側的上下一對第二突條13、14自上下中心C的高度亦可以高於外徑側的上下一對第一突條11、12自上下中心C的高度。在該情況下，在當落下或處理時而與外部接觸之時，高度低的一方的突條不易受到損傷，即使在高度高的一方的突條受到損傷的情況下，亦能利用高度低的一方的上下突條確保密封性能。但是，降低更容易避免與外部的接觸的內徑側的上下一對第二突條13、14自上下中心C的高度這一設計，能夠更可靠地防止損傷，能夠確保至少基於上下一對第二突條13、14的密封性能，故有利。

此外，以上實施方式僅是本質上較佳的例示，並非意在限制本發明、其應用物或用途的範圍。

1:第一部件 1a:第一螺栓插通孔 2a:第二螺栓插通孔 2:第二部件 3:安裝結構 4:密封槽 4a:内側側面 10:環狀金屬密封件 10a:密封件主體 10b:外徑側側面 11、12:第一突條 13、14:第二突條 20:定位用突起 101:第一部件 101a:第一平面 102:第二部件 102a:第二平面 103:安裝結構 104:密封槽 110:環狀金屬密封件 111～114:突條 201、202:平坦面 210:環狀金屬密封件 211:第二接觸凸部 212、213:角部 214:第一接觸凸部

圖1係表示包含實施方式的環狀金屬密封件的環狀金屬密封件之安裝結構的剖視圖。 圖2係表示環狀金屬密封件的放大剖視圖。 圖3係表示實施例及比較例的載荷特性的坐標圖。 圖4係表示對比較例之環狀金屬密封件的壓縮行為進行分析之結果的圖，（a）表示壓縮前，（b）表示壓縮中。 圖5係表示對實施例的環狀金屬密封件的壓縮行為進行分析之結果的圖，（a）表示壓縮前，（b）表示壓縮中。 圖6係其他實施方式的環狀金屬密封件的相當於圖2的圖。 圖7係表示包含先前技術的環狀金屬密封件的環狀金屬密封件之安裝結構的剖視圖。

1:第一部件

1a:第一螺栓插通孔

2a:第二螺栓插通孔

2:第二部件

3:安裝結構

4:密封槽

4a:內側側面

10:環狀金屬密封件

10a:密封件主體

10b:外徑側側面

11、12:第一突條

13、14:第二突條

20:定位用突起

Claims (5)

1. 一種環狀金屬密封件，其在被嵌入第一部件之環狀的密封槽內的狀態下被第二部件按壓而變形，其特徵在於，具備： 環狀的密封件主體； 上下一對前端漸細的第一突條，其分別從前述密封件主體之上表面及下表面突出，且與前述密封槽之外周側隅角部對應； 上下一對前端漸細的第二突條，其分別從前述密封件主體之上表面及下表面突出，且與前述密封槽之內周側隅角部對應；以及 定位用突起，其從前述密封件主體之外徑側及內徑側中的至少一側的側面膨出， 上下一對第二突條自上下中心的高度與上下一對第一突條自上下中心的高度不同。
2. 如請求項1之環狀金屬密封件，其中 前述定位用突起從前述密封件主體之外徑側的側面膨出， 上下一對第二突條自上下中心的高度比上下一對第一突條自上下中心的高度低。
3. 一種環狀金屬密封件之安裝結構，藉由環狀金屬密封件在被嵌入第一部件之環狀的密封槽內的狀態下被第二部件按壓而變形，將環狀金屬密封件之內側和外側密封，其特徵在於， 前述環狀金屬密封件具備： 環狀的密封件主體； 上下一對前端漸細的第一突條，其分別從前述密封件主體之上表面及下表面突出，且與前述密封槽之外周側隅角部對應； 上下一對前端漸細的第二突條，其分別從前述密封件主體之上表面及下表面突出，且與前述密封槽之內周側隅角部對應；以及 定位用突起，其從前述密封件主體之外徑側及內徑側中的至少一側的側面膨出， 上下一對第二突條自上下中心的高度與上下一對第一突條自上下中心的高度不同， 藉由擰緊前述第一部件和前述第二部件而使前述環狀金屬密封件變形，將前述環狀金屬密封件之內側和外側密封。
4. 如請求項3之環狀金屬密封件之安裝結構，其中 前述定位用突起從前述密封件主體之外徑側的側面膨出， 上下一對第二突條自上下中心的高度比上下一對第一突條自上下中心的高度低。
5. 一種環狀金屬密封件之安裝方法，藉由環狀金屬密封件在被嵌入第一部件之環狀的密封槽內的狀態下被第二部件按壓而變形，將環狀金屬密封件之內側和外側密封，其特徵在於， 前述環狀金屬密封件具備： 環狀的密封件主體； 上下一對前端漸細的第一突條，其分別從前述密封件主體之上表面及下表面突出，且與前述密封槽之外周側隅角部對應； 上下一對前端漸細的第二突條，其分別從前述密封件主體之上表面及下表面突出，且與前述密封槽之內周側隅角部對應；以及 定位用突起，其從前述密封件主體之外徑側及內徑側中的至少一側的側面膨出， 前述定位用突起從前述密封件主體之外徑側的側面膨出， 上下一對第二突條自上下中心的高度比上下一對第一突條自上下中心的高度低， 前述環狀金屬密封件之安裝方法包括如下步驟： 準備前述環狀金屬密封件； 使前述定位用突起與前述密封槽之外側側面抵接，在將前述密封件主體之下表面的第一突條遠離前述密封槽之外周側隅角部的狀態下，將前述環狀金屬密封件嵌入前述密封槽內；以及 擰緊前述第一部件和前述第二部件而使前述環狀金屬密封件變形，將環狀金屬密封件之內側和外側密封。