【実施例1】
【0015】
実施例1に係る金属ガスケットにつき、
図1から
図4を参照して説明する。以下、本実施例においては、
図2の紙面上下を軸方向、
図2の紙面左右をそれぞれ外径、内径として説明する。
【0016】
本発明の金属ガスケット1は、高温、極低温、高圧、高真空等の条件下で使用されるものであって、例えば、
図1に示されるように、容器、機械、機器等の連結部分を構成する被取付部材10,11間に形成される環状のシール溝12内に配置され、被取付部材10,11により挟み込まれることにより軸方向に圧縮された状態で、これら被取付部材10,11間をシールするものである。尚、
図1において、金属ガスケット1は、被取付部材10,11の連結時に使用される図示しないボルト等の締付けによる初期荷重を受けて圧縮された状態となっており、これを金属ガスケット1の初期状態とする。更に尚、金属ガスケット1よりも内径側が被密封流体で満たされているものとする。
【0017】
図2に示されるように、本実施例1の金属ガスケット1は、環状を成し、径方向に延びる一対のフォーク部2と、金属ガスケット1の外径縁において一対のフォーク部2の基部2c同士を連結する連結部3と、フォーク部2の先端側から圧縮方向反対側にそれぞれ突出し環状のシール面4bを有するリップ部4と、から構成されている。尚、
図2に示される金属ガスケット1は、被取付部材10,11によって圧縮される前の状態(以下、自然状態という。)であり、このとき一対のフォーク部2の外面2a同士は略平行をなしている。
更に尚、フォーク部2同士が近づく方向を圧縮方向として、すなわち
図2においてフォーク部2同士が軸方向に近づく方向を圧縮方向として説明する。
【0018】
また、
図2に示されるように、金属ガスケット1は、径方向に延びる一対のフォーク部2が断面視において半円環状の連結部3によって連結される断面略U字状をなしている。尚、フォーク部2の径方向長さL1は、連結部3の軸方向の外径長さRよりも長く(L1>R)、好ましくは連結部3の軸方向の外径長さRに対するフォーク部2の径方向長さL1の比率L1/Rが1.1〜1.7であればよい。更に尚、金属ガスケット1の断面は、径線を基準として線対称に形成されており、上下のフォーク部2および上下のリップ部4は略同一構成であるため、上方のフォーク部2およびリップ部4について詳しく説明し、下方のフォーク部2およびリップ部4に関する説明を省略する。
【0019】
また、金属ガスケット1は、ニッケル合金等からなる母材に銀やフッ素樹脂等の表面処理剤により被膜処理を行うことにより形成されている。尚、表面処理剤による被覆は、少なくとも被取付部材10,11に接触するリップ部4が設けられる外面2a側に形成されていればよい。
【0020】
連結部3は、外径側に位置する外面3aと、内径側に位置する内面3bと、を備えている。外面3aおよび内面3bは、一対のフォーク部2同士の間に位置する共通の曲率中心Cと、それぞれ一定の曲率を有する湾曲面である。そのため、連結部3の肉厚は均一に形成されている。また、一対のフォーク部2同士は略平行をなしている。
【0021】
フォーク部2は、軸方向外側に位置する外面2aと、軸方向内側に位置する内面2bと、内径端に位置する端面2dと、を備えている。外面2aおよび内面2bは、径方向に延びる平面であり、互いに略平行をなしている。また、フォーク部2は、連結部3によって連結される基部2cが連結部3の外面3aおよび内面3bの曲率中心Cまで延びている。
【0022】
リップ部4は、端面2dの上端から外径かつ上方に向けて延びる傾斜平面である先端面4aと、先端面4aから外径に向けて径方向に延びる平面であるシール面4bと、フォーク部2の外面2aからシール面4bに向けて上方側に立ち上がる基端面4cと、を備えている。尚、先端面4aとシール面4bとの間に図示しない微小な面取りが設けられている。基端面4cは、シール面4b側の軸方向に延びる平面4dと、後述する立ち上がり領域41側の曲面4eと、を備えている。また、シール面4bと基端面4cとの接続部4fは、R面取りにより形成されている。更に尚、先端面4aの径方向を基準とした傾斜角βは10〜70度程度であり、好ましくは30〜50度であればよい。
【0023】
フォーク部2の外面2aから基端面4cが立ち上がる立ち上がり領域41が設けられており、該立ち上がり領域41には、金属ガスケット1の外部かつ立ち上がり領域41の上方に曲率中心が位置するような曲面をなす谷状湾曲面42が形成されている。尚、該曲率中心は、金属ガスケット1の外部に位置していればよい。
【0024】
次いで、金属ガスケット1による被取付部材10,11間の密封について説明する。
図2に示される自然状態の金属ガスケット1が上下から被取付部材10,11により挟み込まれる際、一対のリップ部4のシール面4bに被取付部材10,11が当接したのちに圧接され、一対のフォーク部2同士が上下方向に近づくように変形し初期状態(
図1参照。)となる。そのため、シール面4bによって被取付部材10,11間が密封されることになる。
【0025】
次に、周囲の温度変化に伴う熱収縮や熱膨張により被取付部材10,11が変形した際の金属ガスケット1による密封について説明する。
図3に示されるように、初期状態から被取付部材10,11の変形によりシール溝12の上下隙間が狭まった場合、初期状態(
図3二点鎖線参照。)に比べ金属ガスケット1の変形量が大きくなって金属ガスケット1に作用する力が大きくなっている。このとき、連結部3の軸方向略中央部分を基点として金属ガスケット1が変形することにより、一対のフォーク部2同士が上下方向に近づくように変形する。これに伴い、内径側においてシール面4bに近い立ち上がり領域41が、外面2aとなす角が狭くなるように変形する。そのため、シール溝12の上下隙間が狭まっても、被取付部材10,11に対するリップ部4の接触角度が維持され、シール面4bの移動が生じにくくリップ部4を被取付部材10,11に追従させることができるため、シール性が維持されるようになっている。
【0026】
また、
図4に示されるように、初期状態から被取付部材10,11の変形によりシール溝12の上下隙間が広くなった場合、初期状態(
図4二点鎖線参照。)に比べ金属ガスケット1の変形量が小さくなって金属ガスケット1に作用する力が小さくなっている。このとき、連結部3の軸方向略中央部分を基点として金属ガスケット1が変形することにより、一対のフォーク部2同士が離れるように変形する。これに伴い、内径側においてシール面4bに近い立ち上がり領域41が、外面2aとなす角が広くなるように変形する。そのため、シール溝12の上下隙間が広くなっても、被取付部材10,11に対するリップ部4の接触角度が維持され、シール面4bの移動が生じにくくリップ部4を被取付部材10,11に追従させることができるため、シール性が維持されるようになっている。
【0027】
また、リップ部4は、フォーク部2の先端側から基部2c側に向けて圧縮方向反対側に傾斜する先端面4aを備えていることから、シール面4bのシール幅を狭くできるため、リップ部4に力が加わったときにシール面4bの移動が生じることなく立ち上がり領域41を変形させやすい。
【0028】
また、基端面4cは、シール面4b側の平面4dと立ち上がり領域41側の曲面4eとから形成されていることから、リップ部4に力が加わったときに平面4dに比べて曲面4eに応力が集中しやすくなるため、基端面4cにおける平面4dと曲面4eとの組み合わせによって立ち上がり領域41の変形量を制御することができる。
【0029】
また、シール面4bは、山状に湾曲していることから、被取付部材10,11に対してシール面4bを周方向に線状に接触させてシール幅をより狭くできるため、リップ部4に力が加わったときにシール面4bを確実に接触させた状態で立ち上がり領域41を変形させやすい。
【0030】
また、シール面4bと基端面4cとの接続部4fはR面取りされていることから、リップ部4に力が加わったときにシール面4bが移動してもR面取りされた接続部4fが接触することにより、角当たりが防止されるため、シール性を安定して維持できる。
【0031】
また、
図2に示されるように、自然状態の金属ガスケット1において一対のフォーク部2の外面2a同士が平行であることにより、被取付部材10,11の変形に対するフォーク部2の変形量を小さくすることができるため、被取付部材10,11に対するリップ部4の接触角度が維持されやすい。
【0032】
また、フォーク部2の内面2bが断面直線に形成されることにより、金属ガスケット1の変形時にフォーク部2に径方向に亘って均等に応力を作用させることができる。
【0033】
また、連結部3の内面3bが湾曲面であることにより、連結部3に応力が略均一に作用しやすくなるため、連結部3の軸方向略中央部分を基点として金属ガスケット1をバランスよく変形させることができる。
【0034】
また、連結部3の外面3aが一定の曲率を有する湾曲面であることにより、連結部3に応力がより略均一に作用しやすくなるため、連結部3の軸方向略中央部分を基点として金属ガスケット1をバランスよく変形させることができる。
【0035】
また、金属ガスケット1は、圧縮方向、すなわち軸方向に断面線対称に形成されていることにより、連結部3およびフォーク部2に応力がそれぞれ略均一に作用しやすくなるため、連結部3の軸方向略中央部分を基点として金属ガスケット1をバランスよく変形させることができる。
【0036】
以上説明したように、連結部3は湾曲しており、フォーク部2の外面2aからリップ部4が立ち上がる立ち上がり領域41の位置まで厚みが同一に形成されていることから、被取付部材10,11の変形に対してフォーク部2には径方向に亘って応力が略均一に作用することにより、フォーク部2の一部には大きな変形が生じず、フォーク部2の破損を防止することができるとともに、連結部3が変形しやすく、被取付部材10,11に対するリップ部4の接触角度が維持され、シール面4bの移動が生じにくくリップ部4を被取付部材10,11に追従させることができるため、シール性を維持することができる。
【0037】
また、連結部3の外面3aおよび内面3bは、同一の曲率中心Cによる曲面であることから、連結部3の厚みが同一に形成されるため、連結部3が変形した際に連結部3の破損を防止することができる。
【0038】
また、フォーク部2と連結部3との境界の厚みが同一であり、フォーク部2から連結部3まで厚みが略同一に形成されるため、応力が金属ガスケット1全体に均等に分散される。
【0039】
また、リップ部4は、フォーク部2の先端側から基部2c側に向けて圧縮方向反対側に傾斜する先端面4aと、先端面4aから基部2c側に向けて径方向に延びるシール面4bと、フォーク部2の外面2aからシール面4bに向けて圧縮方向反対側に立ち上がる基端面4cと、を備え、フォーク部2の外面2aから基端面4cが立ち上がる立ち上がり領域41に谷状湾曲面42が形成されている。これによれば、被取付部材10,11が変形すると、リップ部4に力が加わり、連結部3の中央部分を起点としてフォーク部2の基部2c側が変形するとともにフォーク部2の先端側においてシール面4bに近い立ち上がり領域41が変形する。このことにより、被取付部材10,11に対するリップ部4の接触角度が維持され、シール面4bの移動が生じにくくリップ部4を被取付部材10,11に追従させることができるため、シール性を維持することができる。
【0040】
また、金属ガスケット1は断面略U字状をなすことから、被取付部材10,11の変形に追従しやすく応力が分散しやすいため、金属ガスケット1を長寿命化できる。
【0041】
また、金属ガスケット1よりも内径側が被密封流体で満たされているため、内径側から被密封流体の圧力を受けて上下一対のフォーク部2が互いに離れるような力いわゆる自己増圧機能による力が作用し、被取付部材10,11にリップ部4のシール面4bがそれぞれ圧接されてシール性が確保される。
【実施例4】
【0047】
実施例4に係る金属ガスケットにつき、
図7を参照して説明する。尚、前記実施例1と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
【0048】
本実施例4の金属ガスケット301は、
図7に示されるように、実施例1における金属ガスケット1と比較してリップ部304の軸方向外側への突出量が多くなっている。
【0049】
詳しくは、リップ部304は、基端面304cを構成する平面304dの軸方向寸法が実施例1に比較し長く、先端面304aとフォーク部302の端面302dとの角部が基端面304cを構成する立ち上がり領域41における谷状湾曲面42よりも軸方向外側に形成されている。すなわち、リップ部304は、シール面304bがフォーク部302の外面302aよりも軸方向外側に大きく離れた形状となっている。尚、実施例1においては、先端面304aと端面302dとの角部と、谷状湾曲面42とは、軸方向位置が略同一に形成されている。
【0050】
これによれば、初期状態から被取付部材10,11の変形によりシール溝12の上下隙間が狭まり金属ガスケット301が圧縮方向に変形した場合、被取付部材10,11(
図7には図示せず。)に対してフォーク部302の基部302c側において外面302aが当接しにくくなっており、リップ部304のみを当接させることができるため、リップ部304のシール面304bの接触角度が維持され、シール面304bの移動が生じにくくなっている。
【0051】
また、フォーク部302の径方向長さL2が径方向長さL1(
図2参照。)よりも短く(L2<L1)、連結部303は外径長さRを維持したまま実施例1と比較して薄肉となっており、フォーク部302の基部302c側も同様に薄肉となっている。そして、金属ガスケット301の剛性は、フォーク部302の径方向長さL2が短い程高く、また連結部303及びフォーク部302の基部302c側が薄肉である程低く、さらにフォーク部302が短いことからフォーク部302から直接的にフォーク部302の端部に設けられたリップ部304に作用する変形量が小さくなる。一方、リップ部304の軸方向外側への突出量が多いことから、リップ部304の立ち上がり領域41による変形許容量が大きい。そのため、金属ガスケット301が被取付部材10,11により軸方向内側に圧縮された際に、リップ部304は実施例1と同等に変形し、被取付部材10,11に追従することでき、被取付部材10,11に当接した状態を維持することができる。
【実施例5】
【0052】
実施例5に係る金属ガスケットにつき、
図8を参照して説明する。尚、前記実施例1と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
【0053】
本実施例5の金属ガスケット401は、
図8に示されるように、実施例1における金属ガスケット1と比較してリップ部404の軸方向外側への突出量が少なくなっている。
【0054】
詳しくは、リップ部404は、基端面404cを構成する平面404dの軸方向寸法が実施例1に比較し短く、先端面404aとフォーク部402の端面402dとの角部が基端面404cを構成する立ち上がり領域41における谷状湾曲面42よりも軸方向内側に形成されている。すなわち、リップ部404の先端側、言い換えればフォーク部402の先端側の厚みが最も薄い形状となっている。
【0055】
これによれば、被取付部材10,11が変形すると、リップ部404に力が加わり、フォーク部402の内径側においてシール面404bに近い立ち上がり領域41から基端面404cにかけて応力が作用することによりリップ部404が形成されるフォーク部402の先端部が変形しやすくなるため、被取付部材10,11(
図8には図示せず。)に対するリップ部404の接触角度が維持され、シール面404bの移動が生じにくくなっている。
【0056】
また、フォーク部402の径方向長さL3が径方向長さL1(
図2参照。)よりも長く(L3>L1)、連結部403は外径長さRを維持したまま実施例1と比較して厚肉となっており、フォーク部402の基部402c側も同様に厚肉となっている。そして、金属ガスケット401の剛性は、フォーク部402の径方向長さL3が長い程低く、また連結部403及びフォーク部402の基部402c側が厚肉である程高く、さらにフォーク部402が長いことからフォーク部402から直接的にフォーク部402の端部に設けられたリップ部404に作用する変形量が大きくなる。一方、リップ部404の軸方向外側への突出量が少ないことから、リップ部404の立ち上がり領域41による変形許容量が小さい。そのため、金属ガスケット401が被取付部材10,11により軸方向内側に圧縮された際に、リップ部404は実施例1と同等に変形し、被取付部材10,11に追従することでき、被取付部材10,11に当接した状態を維持することができる。
【0057】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【0058】
例えば、金属ガスケットは、被取付部材10,11により上下方向から挟み込まれて固定されると説明したが、これに限らず例えば実施例1,2,4,5において金属ガスケットの連結部から外径側に延びる被固定部を設け、該非固定部をボルト固定してもよいし、実施例3において金属ガスケットの連結部から内径側に延びる被固定部を設け、該非固定部をボルト固定してもよい。
【0059】
また、シール面と基端面との接続部4fは、R面取りされていると説明したが、これに限らずC面取りされていてもよい。
【0060】
また、先端面は端面の上端から外径(実施例3では内径)に向けて上方に傾斜しながら延びる平面であると説明したが、これに限らず、先端面と端面との間に径方向に延びる介在面を備えていてもよい、言い換えるとリップ部をフォーク部に設ける径方向の位置は先端ではなく中間であってもよい。
【0061】
また、前記実施例では、連結部の外面および内面の曲率が一定の曲率を有するものとして説明したが、これに限らず、連結部の外面および内面は、一部の曲率が変化するものであってもよい。また、連結部は、少なくとも外面が湾曲面として形成されるものであれば、内面は、例えば軸方向に延びる直線状の面を有する屈曲面であってもよい。
【0062】
また、前記実施例では、連結部の外面および内面が同一の曲率中心による円弧状であると説明したが、これに限らず、例えば同一の焦点による楕円や双曲線であってもよい。これによれば、連結部の厚みを略同一にすることができる。
【0063】
また、前記実施例では、フォーク部の外面からリップ部の基端面が立ち上がる立ち上がり領域が外面から上方側に湾曲しながら延びる谷状湾曲面として構成されるものとして説明したが、これに限らず、立ち上がり領域は、フォーク部の外面から上方側に直角に延びる直交屈曲面として構成されていてもよい。
【0064】
また、一対のフォーク部は平行であると説明したが、これに限らず、内径側に行くに連れてフォーク部同士の間が開く形状すなわち、フォーク部が圧縮方向反対側に傾斜しフォーク部の径方向を基準とした傾斜角が鋭角をなしていてもよい。これによれば、金属ガスケットが被取付部材10,11によって初期状態よりも圧縮された際、フォーク部の基部が被取付部材10,11に当接し難くリップ部を被取付部材10,11に追従させやすくなり、また金属ガスケットが初期状態よりも広がった際、リップ部を被取付部材10,11に追従させやすくなる。