特開 2024-113600 リング状金属ガスケット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113600

(43)【公開日】2024-08-22

(54)【発明の名称】リング状金属ガスケット

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/08 20060101AFI20240815BHJP

【ＦＩ】

F16J15/08 A

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018715

(22)【出願日】2023-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】000003263

【氏名又は名称】三菱電線工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柏原 一之

(72)【発明者】

【氏名】藤堂 聡

【テーマコード（参考）】

3J040

【Ｆターム（参考）】

3J040AA01

3J040BA03

3J040EA18

3J040FA01

(57)【要約】

【課題】リング状金属ガスケットを、断面積が小さくてより狭いスペースにも適用可能であり、また、小さな軸力でも所望の封止性能が得られるものにする。
【解決手段】半径方向内側面２が平坦な断面矩形状で、半径方向外側面の両角部に面取り４を設ける。断面の半径方向の幅に対する面取り４の一辺の長さの比を、０．５００以上０．８７５以下とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の被封止部材に挟み込まれるリング状金属ガスケットであって、
半径方向内側面が平坦な断面矩形状で、半径方向外側面の両角部に面取りが設けられており、
断面の半径方向の幅に対する前記面取りの一辺の長さの比が、０．５００以上０．８７５以下である
ことを特徴とするリング状金属ガスケット。

【請求項2】

断面のアスペクト比が、２．０以上３．５以下である
ことを特徴とする請求項１に記載のリング状金属ガスケット。

【請求項3】

面取りの軸方向に対する角度が、３５°以上５５°以下である
ことを特徴とする請求項１に記載のリング状金属ガスケット。

【請求項4】

半径方向内側面及び半径方向外側面が平坦な断面六角形である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のリング状金属ガスケット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固定フランジなどの一対の被封止部材に挟み込まれるリング状金属ガスケットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、真空の形成及び内外圧力を密封するための固定フランジ用のリング状金属ガスケットは知られている。この種のリング状金属ガスケットとして、例えば図６Ａに示すような断面形状のメタルＯリング１０１が知られている。このメタルＯリング１０１は、例えば図６Ｂに示すように、上下のフランジ１１０，１１１で締め付けることにより変形し、反力を得てシール性能を発現する。

【0003】

一方、特許文献１のように、径方向に延びる一対のフォーク部と、フォーク部の基部同士を連結する連結部と、フォーク部の先端側から圧縮方向反対側に突出するリップ部とを備える、複雑な断面形状のリング状金属ガスケットも知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１６７６１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この種のリング状金属ガスケットが使用される設備や装置は、一般的に小型化に向かう傾向があり、使用される各部品に許容されるスペースの制限は、より厳しくなっている。リング状金属ガスケットについても例外ではなく、より狭い限られたスペースで使用可能な小さな断面の製品が求められている。

【0006】

また、設備、装置等の小型化に伴ってボルト等の締結部品のサイズも小さくなり、得られる軸力が低下するため、リング状金属ガスケットは、より小さな締結力で封止性能を発現することが必要となってきた。

【0007】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リング状金属ガスケットを、断面積が小さくてより狭いスペースにも適用可能であり、また、小さな軸力でも所望の封止性能が得られるものにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、この発明では、リング状金属ガスケットの断面形状に工夫を加えた。

【0009】

具体的には、第１の発明のリング状金属ガスケットは、一対の被封止部材に挟み込まれるリング状金属ガスケットであって、
半径方向内側面が平坦な断面矩形状で、半径方向外側面の両角部に面取りが設けられており、
断面の半径方向の幅に対する前記面取りの一辺の長さの比が、０．５００以上０．８７５以下である。

【0010】

ここで、リング状金属ガスケットの矩形状断面の半径方向の長さ（幅）に対する面取りの比を０．５００よりも小さくすると変形に必要な軸力が大きくなってしまい、０．８７５よりも大きくすると変形に必要な軸力は小さくなるものの、適切なシール性能を得るためには変形後の幅が大きくなりすぎて溝の外径に干渉する懸念がある。しかし、上記の構成によると、変形後の幅を大きくしすぎないようにしながら、小さな軸力で適切なシール性能が得られる。特に半径方向内側面が平坦であることから変形前の幅が小さく、変形時にも膨らみにくいことから変形後の幅の増加も抑えられる。また、面取りがあることにより、被封止部材の成形時に形成された隅角のＲ部との接触が避けられて有利である。ここで、「平坦」とは、完全に凹凸のないフラットな形状という意味ではなく、多少の凹凸や傾斜があってもよいことを意味する。

【0011】

第２の発明では、第１の発明において、
断面のアスペクト比は、２．０以上３．５以下である。

【0012】

ここで、断面のアスペクト比を２．０よりも小さくすると、幅の割合が増えて変形させるために必要な軸力が大きくなりすぎ、３．５よりも大きくすると、軸力が小さくなりすぎてシール性能を得るために必要な反力を得られなくなる懸念がある。また、変形しやすくなりすぎて適切なシール性能を得るためには変形後の幅が大きくなり、溝の外径に干渉する懸念がある。しかし、上記の構成によると、変形後の幅を大きくしすぎないようにしながら、小さな軸力で適切なシール性能が得られる。

【0013】

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
面取りの軸方向に対する角度は、３５°以上５５°以下である。

【0014】

ここで、面取りの軸方向に対する角度が、３５°よりも小さくなると一対の被封止部材で挟み込んだときに、変形させるための軸力が大きくなってしまい、５５°よりも大きくなると軸力が小さくなりすぎてシール性能を得るために必要な反力を得られなくなる懸念がある。また、シール面が尖りすぎて変形量が大きくなりすぎて溝の外径に干渉する懸念がある。しかし、上記の構成によると、変形後の幅を大きくしすぎないようにしながら、小さな軸力で適切なシール性能が得られる。

【0015】

第４の発明では、第１から第３のいずれか１つの発明において、
リング状金属ガスケットは、半径方向内側面及び半径方向外側面が平坦な断面六角形である。

【0016】

上記の構成によると、最も簡単な形状で、切削、切断などにより成形がしやすく、変形前及び変形後の幅を抑えやすいリング状金属ガスケットが得られる。

【発明の効果】

【0017】

以上説明したように、本発明のリング状金属ガスケットは、一対の被封止部材で挟み込んだときに、変形前及び変形後の幅が抑えられるので、断面積が小さくてより狭いスペースにも適用可能であり、変形後の幅を抑えながらも小さな軸力で所望の封止性能が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係るリング状金属ガスケットを拡大して示す断面図である。

【図2A】本発明の実施形態に係るリング状金属ガスケットを示す正面図である。

【図2B】本発明の実施形態に係るリング状金属ガスケットを示す平面図である。

【図2C】本発明の実施形態に係るリング状金属ガスケットを示す斜視図である。

【図3】図２ＢのIII－III線拡大断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係るリング状金属ガスケットの使用状態の一例を示す断面図である。

【図5A】本発明の実施例に係るリング状金属ガスケットに対して行った解析結果の変形前の様子を示す図である。

【図5B】本発明の実施例に係るリング状金属ガスケットに対して行った解析結果の変形後の様子を示す図である。

【図6A】従来技術（比較例）に係るメタルＯリングに対して行った解析結果の変形前の様子を示す図である。

【図6B】従来技術（比較例）に係るメタルＯリングに対して行った解析結果の変形後の様子を示す図である。

【図7】荷重特性を比較したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0020】

図１～図３は、本発明の実施形態のリング状金属ガスケット１を示し、このリング状金属ガスケット１は、半径方向内側面２及び半径方向外側面３が平坦な断面矩形状である。ここで、「平坦」とは、完全に凹凸のないフラットな形状という意味ではなく、多少の凹凸や傾斜があってもよいことを意味する。

【0021】

そして、半径方向外側面３における、軸方向両端の両角部に面取り４が設けられている。これにより、リング状金属ガスケット１は、半径方向内側面２及び半径方向外側面３が平坦な断面六角形状をしている。面取り４は、原則として、軸方向両側の形状が軸方向中間線を中心に対称形をしているが、場合によっては非対称であってもよい。面取り４が施されることで形成された軸方向両端角部が被封止部材とのシール面５を形成する。

【0022】

リング状金属ガスケット１は、例えば、図４に示すように、半導体製造装置などに用いられるマスフローコントローラの、被封止部材としての上側固定フランジ１０と下側固定フランジ１１との間に挟み込まれ、両者間でガス、液体などの流体を封止する役割を果たす。

【0023】

この面取り４は、糸面取りのような、単に尖りを無くすための小さい面取りではなく、断面の半径方向の長さ（すなわち幅Ｗ）に対する面取り４の一辺の長さＬの比（Ｌ／Ｗ）が、０．５００以上０．８７５以下（０．５００≦Ｌ／Ｗ≦０．８７５）という、幅Ｗに対して比較的大きなものである。ここで一辺の長さＬは、被封止部材のシール面と接する側（軸方向端面側）の一辺の長さをいう。この面取り４が設けられているので、例えば、下側固定フランジ１１の成形時に形成された隅角のＲ部１２との接触が避けられて有利である。

【0024】

そして、リング状金属ガスケット１の矩形状断面の半径方向の幅（幅Ｗ）に対する面取り４の比を０．５００よりも小さくすると変形に必要な軸力が大きくなり、０．８７５よりも大きくすると軸力は小さくなるが、適切なシール性能を得るためには変形後の幅Ｗが大きくなりすぎて下側固定フランジ１１の溝の外径に干渉する懸念がある。しかし、本実施形態のように０．５００≦Ｌ／Ｗ≦０．８７５であれば、変形後の幅を大きくしすぎないようにしながら、小さな軸力で適切なシール性能が得られる。

【0025】

また本実施形態では、リング状金属ガスケット１の断面の高さをＨとしてアスペクト比（Ｈ／Ｗ）が、２．０以上３．５以下（２．３≦Ｈ／Ｗ≦３．５）と高さＨが幅Ｗに比べて高くなっている。

【0026】

断面のアスペクト比を２．０よりも小さくすると、幅Ｗの割合が増え、変形させるために必要な軸力が大きくなり、３．５よりも大きくすると、幅Ｗの割合が減って変形しやすくなるが、軸力が小さくなりすぎてシール性能を得るために必要な反力を得られなくなる懸念がある。また、適切なシール性能を得るためには変形後の幅Ｗが大きくなりすぎて下側固定フランジ１１の溝の外径に干渉する懸念がある。しかし、本実施形態のように２．３≦Ｈ／Ｗ≦３．５であれば、変形後の幅Ｗを大きくしすぎないようにしながら、小さな軸力で適切なシール性能が得られる。

【0027】

また本実施形態では、面取り４の軸方向に対する角度θが、３５°以上５５°以下である（３５°≦θ≦５５°）。

【0028】

面取り４の軸方向に対する角度が、３５°よりも小さくなると変形させるための軸力が大きくなり、５５°よりも大きくなると変形量が大きくなりすぎて下側固定フランジ１１の溝の外径に干渉する懸念がある。しかし、本実施形態のように３５°≦θ≦５５°であると、変形後の幅を大きくしすぎないようにしながら、小さな軸力で適切なシール性能が得られる。

【0029】

本実施形態では、例えば、一辺の長さＬが０．３０ｍｍ、高さＨが０．８ｍｍ、角度θが４５°で、外径が２０．２５ｍｍの場合を図示している。これらの寸法は、用途に合わせ、上記範囲内で変更可能である。リング状金属ガスケット１の外径は、特に制限はないが、例えば５ｍｍ～４５ｍｍ程度で、比較的小さなものである。

【0030】

リング状金属ガスケット１は、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌなどの丸棒や丸パイプから削り出し、切断などによって加工される。面取り４の加工はどの段階で行ってもよい。リング状金属ガスケット１の材質も、用途に合わせて適切な金属を選択すればよく、ＳＵＳＵ３１６Ｌに限定されない。本実施形態のリング状金属ガスケット１は、基本的な断面が矩形状で、半径方向外側面３に面取り４が形成されて六角形状になるという極めて単純な形状であるので、例えば、丸棒や丸パイプから削り出し、切断等で成形するときの加工がしやすく、製造しやすいという利点もある。

【0031】

－実施例－
次に、実施例である本実施形態に係るリング状金属ガスケット１と、比較例である従来のメタルＯリング１０１の荷重特性を比較したシミュレーション結果について図５Ａ～図７を用いて説明する。

【0032】

まず、断面形状であるが、圧縮前のシミュレーション用に設定した平坦な上下のフランジ１１０，１１１の間隔であるセット高さ０．８５５ｍｍの形状では、図６Ａに示すように、比較例のメタルＯリング１０１は、外径Ｄ０が０．８５５ｍｍの円環形で、肉厚ｔ０が０．２５ｍｍである。

【0033】

一方、図５Ａに示すように、実施例のリング状金属ガスケット１の幅Ｗが０．３５５ｍｍで、高さＨが０．８５５ｍｍである。幅だけ比べても実施例のリング状金属ガスケット１の幅ＷがメタルＯリングの幅（外径Ｄ０）の１／２よりも小さい（Ｗ＜Ｄ０／２）。

【0034】

そして、上下のフランジ１１０，１１１の間隔を狭くして、セット高さを０．６０ｍｍまで小さくすると、図６Ｂに示すように、比較例のメタルＯリング１０１は、押しつぶされて、幅が左右均等に拡がって１～２割程度大きくなる。

【0035】

一方、実施例のリング状金属ガスケット１では、特に半径方向内側面２の上下中間部はほとんど膨らまずに、半径方向内側面２の上下のシール面５部分が拡がり、半径方向内側面２と半径方向外側面３との間の距離はあまり増えない。このように、元々の幅Ｗが小さく、変形後の幅Ｗの増加も抑えられている。

【0036】

次いで、図７に実施例及び比較例の荷重特性について示す。上下の被封止部材の間隔（セット高さ）を小さくしていくと、比較例の方が、若干圧縮荷重が大きいが、実施例においても同様の荷重特性を示すことが分かった。

【0037】

実施例では、変形前の幅Ｗを比較例に比べて１／２よりも小さくしたにもかかわらず、幅の大きな比較例と同等の圧縮荷重が得られることが分かる。

【0038】

このように、本実施形態に係るリング状金属ガスケット１は、一対の被封止部材で挟み込んだときに、変形前及び変形後の幅Ｗが抑えられるので、断面積が小さくてより狭いスペースにも適用可能である。また、変形後の幅Ｗを抑えながらも小さな軸力で所望の封止性能が得られる。このため、小さなボルト等の締結力によって得られる軸力が限られている場合でも、必要な封止性能を確保できる。

【0039】

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

【0040】

すなわち、上記実施形態では、リング状金属ガスケット１は、マスフローコントローラの上側固定フランジ１０と下側固定フランジ１１との間に挟み込まれ、両者間でガスなどの流体を封止する用途について説明したが、これに限定されず、封止する流体は液体でもよく、用途も特に限定されない。

【0041】

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

【符号の説明】

【0042】

１ リング状金属ガスケット
２ 半径方向内側面
３ 半径方向外側面
４ 面取り
５ シール面
１０ 上側固定フランジ（被封止部材）
１１ 下側固定フランジ（被封止部材）
１２ Ｒ部
１０１ メタルＯリング（比較例）
１１０ フランジ
１１１ フランジ

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】