(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-04
(45)【発行日】2023-01-13
(54)【発明の名称】金属シール、及び、流体制御装置
(51)【国際特許分類】
F16J 15/08 20060101AFI20230105BHJP
F16L 23/02 20060101ALN20230105BHJP
【ＦＩ】
F16J15/08 A
F16J15/08 G
F16L23/02 D
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2017228199
(22)【出願日】2017-11-28
(65)【公開番号】P2019100361
(43)【公開日】2019-06-24
【審査請求日】2020-10-16
【審判番号】
【審判請求日】2022-04-15
(73)【特許権者】
【識別番号】591202155
【氏名又は名称】熊本県
(73)【特許権者】
【識別番号】000127961
【氏名又は名称】株式会社堀場エステック
(74)【代理人】
【識別番号】100121441
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 竜平
(74)【代理人】
【識別番号】100154704
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 真大
(72)【発明者】
【氏名】上村 誠
(72)【発明者】
【氏名】宮地 博記
(72)【発明者】
【氏名】村上 恵一
【合議体】
【審判長】平田 信勝
【審判官】岡本 健太郎
【審判官】尾崎 和寛
(56)【参考文献】
【文献】実開昭４９－２９４４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００８－４５７３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３４０３１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２８１５８９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
F16J 15/08
F16L 23/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１平面、及び、当該第１平面に対して平行な第２平面との間に設けられ、前記第１平面、及び、前記第２平面を互いに近づけることによって押圧挟持される環状の金属シールであって、前記第１平面と対向させて設けられる第１端面部と、
前記第２平面と対向させて設けられる第２端面部と、を備え、
前記第１端面部が、
前記第１平面と接触する曲面又は平面を有する第１凸部と、
前記第１凸部に対して半径方向にずらして形成され、前記第１平面と接触して食い込むように構成された稜線を有する第１突起と、を具備し、
前記第２端面部が、
前記第２平面と接触する曲面又は平面を有する第２凸部と、
前記第２凸部に対して半径方向にずらして形成され、前記第２平面と接触して食い込むように構成された稜線を有し、第２突起と、を具備し、
前記第２端面部が前記第２平面に接触しており、かつ、前記第１端面部に対して前記第１平面が離間している前記金属シールが変形前の自然状態である場合に、前記第１凸部において前記第２平面に対する垂直方向距離が最も大きい点と、前記第１突起の稜線とが、前記第１平面と平行な同一平面上にあり、
前記金属シールにおいて、前記第１凸部、及び、前記第２突起が内周側に形成されており、前記第１突起、及び、前記第２凸部が外周側に形成されており、横断面視で前記第１凸部の曲面における前記第１平面に対する接触点又は前記第１凸部の平面における半径方向の中点が、前記第２突起において前記第２平面に接触する稜線に対して半径方向にずれており、前記第１突起において前記第１平面に接触する稜線が、前記第２凸部の曲面における前記第２平面に対する接触点又は前記第２凸部の平面における半径方向の中点に対して半径方向にずれていることを特徴とする金属シール。
【請求項2】
前記第１端面部が前記第１平面に接触しており、かつ、前記第２端面部に対して前記第２平面が離間している前記金属シールが変形前の自然状態である場合に、前記第２凸部において前記第１平面に対する垂直方向距離が最も大きい点と、前記第２突起の稜線とが、前記第２平面と平行な同一平面上にある請求項１記載の金属シール。
【請求項3】
前記第１凸部が、前記第２凸部よりも内周側に形成されており、前記第１突起が、前記第２突起よりも外周側に形成されている請求項２記載の金属シール。
【請求項4】
前記第１凸部と前記第２突起が軸方向に並んで形成されており、前記第２凸部と前記第１突起が軸方向に並んで形成されている請求項２又は３記載の金属シール。
【請求項5】
横断面を見た場合に、前記第１端面部と前記第２端面部が所定の回転中心に対して回転対称である請求項１乃至４いずれかに記載の金属シール。
【請求項6】
横断面を見た場合に、前記第１端面部と前記第２端面部が非対称である請求項１乃至４いずれかに記載の金属シール。
【請求項7】
請求項１乃至６いずれかに記載の金属シールと、前記第１平面が形成されたフランジと、
前記第２平面が形成されたブロックと、を備え、
前記ブロックに対して前記フランジを取り付けることによって前記金属シールが前記第１平面と前記第２平面との間に押圧挟持されるように構成された流体制御装置。
【請求項8】
第１端面部と、第２端面部を備えた環状の金属シールであって、前記第１端面部が、
曲面又は平面を有する第１凸部と、
前記第１凸部に対して前記金属シールの半径方向にずらして形成され、平面と接触して食い込むように構成された稜線を有する第１突起と、を具備し、
前記第２端面部が、
曲面又は平面を有する第２凸部と、
前記第２凸部に対して前記金属シールの半径方向にずらして形成され、平面と接触して食い込むように構成された稜線を有する第２突起と、を具備し、
前記第２端面部が所定平面上に配置され、かつ、前記金属シールが変形前の自然状態にある場合に、
前記第１凸部において前記所定平面に対する垂直方向距離が最も大きい点と、前記第１突起の稜線とが、前記所定平面と平行な同一平面上にあり、
前記金属シールにおいて、前記第１凸部、及び、前記第２突起が内周側に形成されており、前記第１突起、及び、前記第２凸部が外周側に形成されており、横断面視で前記第１凸部の曲面における前記所定平面に対する垂直方向距離が最も大きい点又は前記第１凸部の平面における半径方向の中点が、前記第２突起における稜線に対して半径方向にずれており、前記第１突起おける稜線が、前記第２凸部の曲面における前記所定平面に接触する点又は前記第２凸部の平面における半径方向の中点に対して半径方向にずれていることを特徴とする金属シール。
【請求項9】
請求項１乃至６又は８いずれかに記載の金属シールを用いたシール方法であって、前記金属シールが変形前の自然状態において、前記第１端面部を第１平面に対して離間させて対向させるとともに、前記第２端面部を第２平面に対して接触させることと、
前記第１平面、及び、前記第２平面を互いに近づける際に、前記第１平面が、前記第１凸部、及び、前記第１突起の稜線に同時に接触し始めるようにすることと、を備えたシール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、平行な２つの平面間において押圧挟持される金属シールに関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、マスフローコントローラ等の流体制御機器では、内部流路が形成されたブロックと、前記ブロックの内部流路の開口部分を塞ぐように取り付けられるバルブや流量センサのフランジとの間に環状の金属シールが設けられる。前記金属シールは、前記ブロックと前記フランジとの間で平行な平面間で軸方向に押し潰されることによって前記ブロックと前記フランジとの間の隙間を塞ぎ、内部流路から外部への漏れが発生するのを防ぐ。
【0003】
従来の環状の金属シール１００Ａとしては、図７及び図８に示すように、変形前の自然状態での横断面視において概略長方形状の中間基部Ｍと、前記中間基部Ｍの上部内周側から突出させた半円形状の第１凸部１１Ａと、前記中間基部Ｍの下部内周側から吐出させた半円形状の第２凸部２１Ａとを備えている。前記第１凸部１１Ａの外周側、前記第２凸部２１Ａの内周側にはそれぞれ直角の第１エッジ１２Ａ、及び、第２エッジ２２Ａが形成されている。
【0004】
図８（ａ）に示すように変形前の自然状態では、前記第１凸部１１Ａのみが前記第１平面Ｓ１と接触し、前記第２凸部２１Ａのみが前記第２平面Ｓ２と接触する。次に図８（ｂ）に示すように前記金属シール１００Ａを押圧挟持する第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２が相互に接近すると、前記第１凸部１１Ａ、及び、前記第２凸部２１Ａが上下方向にそれぞれ押圧されて、前記金属シール１００Ａには、断面が捩じれることにより前記中間基部Ｍ（重心）を中心とする捩じれ弾性変形が生じることになる。この結果、前記第１平面Ｓ１に前記第１エッジ１２Ａが接触するのと同時に前記第２平面Ｓ２に対して前記第２エッジ２２Ａが接触することになる。
【0005】
特許文献１では、前記金属シール１００Ａを自然状態から所定期間の間は捩じれ弾性変形させた後、前記第１エッジ１２Ａ及び前記第２エッジ２２Ａによって捩じれ弾性変形を終了させることによって各所で適切な接触面圧を実現して、前記第１平面Ｓ１及び前記第２平面Ｓ２に損傷が生じないようにして、漏れが発生するのを防ぐことができると考えられている。
【0006】
しかしながら、実際には上記のような金属シール１００Ａを用いても流体の漏れが発生することがある。この原因について本願発明者らが鋭意検討を行ったところ以下のような複数の問題があることを初めて見出した。
【0007】
すなわち、前記金属シール１００Ａを変形前の自然状態から捩じれ弾性変形させて前記第１エッジ１２Ａ、及び、前記第２エッジ２２Ａを前記第１平面Ｓ１、及び、前記第２平面Ｓ２に接触させるようにすると、前記金属シール１００Ａは圧縮による変形中に内周側及び外周側へそれぞれ広がろうとする。
【0008】
この際、圧縮による場合は金属シール１００Ａの体積自体は大きくは変化できないので、前記第１凸部１１Ａは、前記第１平面Ｓ１に対して内周側へ滑ってしまい、前記第２凸部２１Ａは、前記第２平面Ｓ２に対して外周側へ滑ってしまう。そうすると、第１平面Ｓ１、及び、前記第２平面Ｓ２には滑りによる細かい傷が発生するため、密閉できない箇所が発生してしまう。
【0009】
また、特許文献１に記載されている程度に大きく捩じれ弾性変形を前記金属シール１００Ａに生じさせると、図９（ａ）に示すように、環状の金属シール１００Ａは内周側に金属が集中することによって、前記第１凸部１１Ａ上に円周方向に沿って微小なしわが発生することになる。この結果、図９（ａ）のＡ－Ａ線断面図である図９（ｂ）に示すように、前記第１凸部１１Ａと前記第１平面Ｓ２とは当接している箇所としていない箇所が発生して、不均一に接触していることになるため、想定しているような押し潰し状態が前記金属シール１００Ａに実現できていない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特許４２９９５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は、上述したような問題を鑑みてなされたものであり、第１平面、及び、第２平面に対して滑りによる微小な傷が発生しにくく、しわの発生を抑えて、均一に押し潰すことができる金属シールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
すなわち、本発明に係る金属シールは、第１平面、及び、当該第１平面に対して平行な第２平面との間に設けられ、前記第１平面、及び、前記第２平面を互いに近づけることによって押圧挟持される環状の金属シールであって、前記第１平面と対向させて設けられる第１端面部と、前記第２平面と対向させて設けられる第２端面部と、を備え、前記第１端面部が、前記第１平面と接触する曲面又は平面を有する第１凸部と、前記第１凸部に対して半径方向にずらして形成され、前記第１平面と接触する稜線を有する第１突起と、を具備し、前記第２端面部が前記第２平面に接触しており、かつ、前記第１端面部に対して前記第１平面が離間している前記金属シールが変形前の自然状態である場合に、前記第１凸部において前記第２平面に対する垂直方向距離が最も大きい点と、前記第１突起の稜線とが、前記第１平面と平行な同一平面上にあることを特徴とする。
【0013】
このようなものであれば、前記第１平面、及び、前記第２平面を互いに近づけることによって、前記第１凸部と前記第１突起をほぼ同時に前記第１平面に対して接触させ始めることができる。このため、押圧挟持の過程において前記金属シールに対して大きな捩じれ弾性変形を生じにくくすることができ、前記第１凸部上において変形によるしわの発生を抑制できる。したがって、金属シール全体を前記第１平面、及び、前記第２平面により均一に押圧して高いシール性を実現できる。
【0014】
また、前記第１平面と前記第２平面による押圧開始時から前記第１突起が前記第１平面に接触するので、前記第１突起の稜線が前記第１平面に対して食い込むことにより、前記第２端面部が前記第２平面に対してすべりが発生するのを防ぐことができる。したがって、押圧挟持されていく過程で前記金属シールが滑って前記第１平面、及び、前記第２平面に微小な傷が発生して、漏れが発生する原因となるのを抑制できる。
【0015】
前記第２端面部においても高いシール性を実現しつつ、金属シールが変形することによるしわの発生を抑えて均一な押圧挟持を実現できるようにするには、前記第２端面部が、前記第２平面と接触する曲面又は平面を有する第２凸部と、前記第２凸部に対して半径方向にずらして形成され、前記第２平面と接触する稜線を有する第２突起と、を具備し、前記第１端面部が前記第１平面に接触しており、かつ、前記第２端面部に対して前記第２平面が離間している前記金属シールが変形前の自然状態である場合に、前記第２凸部において前記第１平面に対する垂直方向距離が最も大きい点と、前記第２突起の稜線とが、前記第２平面と平行な同一平面上にあればよい。
【0016】
前記金属シールが、内周側と外周側で押圧状態の均一性が保たれやすくするには、前記第１凸部が、前記第２凸部よりも内周側に形成されており、前記第１突起が、前記第２突起よりも外周側に形成されていればよい。
【0017】
前記第１平面と、前記第２平面による押圧挟持により、前記第１凸部、及び、前記第２凸部に滑りがより発生しにくくするには、前記第１凸部と前記第２突起が軸方向に並んで形成されており、前記第２凸部と前記第１突起が軸方向に並んで形成されていればよい。
【0018】
前記金属シールを機械加工等によって簡単に加工できるようにするには、横断面を見た場合に、前記第１端面部と前記第２端面部が所定の回転中心に対して回転対称であればよい。
【0019】
前記第１平面と、前記第２平面による押圧挟持を開始した際に、第１端面部と第２端面部においていずれか先に変形が生じやすくして、金属シールの個体間に変形モードの違いが生じにくくするには、横断面を見た場合に、前記第１端面部と前記第２端面部が非対称であればよい。横断面を対称形状とした場合には金属シールを構成する金属の品質のばらつきに応じて、前記第１端面部、又は、前記第２端面部のどちらから変形が発生するかは変化するが、非対称形状であれば、構造としての強度の差が金属の品質よりも影響を大きくして、必ず一方から変形が開始されるように変形モードを限定しやすい。したがって、金属シールの個体間においてシール性に関するばらつきを抑えることができる。
【0020】
本発明に係る金属シールと、前記第１平面が形成されたフランジと、前記第２平面が形成されたブロックと、を備え、前記ブロックに対して前記フランジを取り付けることによって前記金属シールが前記第１平面と前記第２平面との間に押圧挟持されるように構成された流体制御装置であれば、前記ブロックに取り付けられる各種流体機器との接続部分からの流体のリークを低減し、より高精度な流体制御を実現できる。
【0021】
また、本発明に係る金属シールは、第１端面部と、第２端面部を備えた環状の金属シールであって、前記第１端面部が、曲面又は平面を有する第１凸部と、前記第１凸部に対して前記金属シールの半径方向にずらして形成され、稜線を有する第１突起と、を具備し、前記第２端面部が所定平面上に配置され、かつ、前記金属シールが変形前の自然状態にある場合に、前記第１凸部において前記所定平面に対する垂直方向距離が最も大きい点と、前記第１突起の稜線とが、前記所定平面と平行な同一平面上にあることを特徴とする。
【0022】
このようなものであれば、前記第１端面部と前記第２端面部とから平行な平面で押圧挟持してシール性を発揮させる際に、前記第１凸部と前記第１突起を同時に押圧挟持される面に接触を開始させることができる。このため、金属シール自体には捩じれ弾性変形がほとんど生じず、前記第１凸部上において変形によるしわの発生を抑制し、当該第１凸部が均一に押圧されて高いシール性を実現できる。また、前記第１突起が押圧される面に最初から接触しているので、押圧挟持によって金属シールが半径方向に滑るのを防止し、リークの原因となる微小な傷の発生を防げる。
【0023】
平面間で金属シールを押圧挟持する過程でしわの発生を防ぎ、均一なシールを実現できるようにしつつ、金属シールが平面間で滑るのを防いで、リークの原因となる微小な傷の発生を抑制できるようにするには、曲面又は平面を有する第１凸部、及び、稜線を有する第１突起を具備する第１端面部と、第２端面部と、を備えた環状の金属シールを用いたシール方法であって、前記金属シールが変形前の自然状態において、前記第１端面部を第１平面に対して離間させて対向させるとともに、前記第２端面部を第２平面に対して接触させることと、前記第１平面、及び、前記第２平面を互いに近づける際に、前記第１平面が、前記第１凸部、及び、前記第１突起の稜線に同時に接触し始めるようにすることと、を備えたシール方法を用いればよい。
【発明の効果】
【0024】
このように本発明に係る金属シールであれば、変形前の自然状態において前記第１凸部と前記第１突起とが弾性変形を発生させずに前記第１平面に対して同時に接触できるように構成されているので、押圧挟持していく過程で金属シールにおいて大きな変形が生じない。したがって、前記第１凸部においてしわが発生するのを防ぎ、当該第１凸部における均一なシール性を実現できる。
【0025】
また、前記第１突起が金属シールの変形開始時から前記第１平面に接触して、ストッパとして役割を果たすので、前記第２端面部が第２平面に対して滑るのを防ぎ、微小な半径方向への傷が第２平面に発生することを防ぐことができる。
【0026】
これらのことから、従来よりも金属シールのシール性を高めて、流体のリークが発生するのを好適に防げる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の第１実施形態に係る金属シール、及び、当該金属シールが用いられるマスフローコントローラを示す模式的分解斜視図。
【図2】第１実施形態の金属シールの模式的斜視図。
【図3】第１実施形態の金属シールの横断面を示す模式的断面図。
【図4】第１実施形態の金属シールの押圧開始時における変形前の自然状態と、押圧挟持完了後の状態を示す模式的断面図。
【図5】本発明の第２実施形態に係る金属シールの横断面を示す模式的断面図。
【図6】本発明の第３実施形態に係る金属シールの横断面を示す模式的断面図。
【図7】従来の金属シールを示す模式的斜視図。
【図8】従来の金属シールの押圧開始時における変形前の自然状態と、押圧挟持完了後の状態を示す模式的断面図。
【図9】従来の金属シールにおいて押圧挟持完了後のしわの発生状態について示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【0028】
本発明の第１実施形態に係る金属シール１００について図面を参照しながら説明する。
【0029】
第１実施形態の金属シール１００は、図１に示すように、例えば流体制御装置であるマスフローコントローラ２００において機器間の接続部分からの流体のリークを防ぐために用いられるものである。前記マスフローコントローラ２００は、内部流路が形成されたブロックＢと、前記ブロックＢに対して取り付けられるバルブＶ、及び、２つの圧力センサＰを備えたものである。
【0030】
前記ブロックＢは、概略直方体形状のものであり、その上面が前記バルブＶ、及び、前記圧力センサＰの取付面となっている。このブロックＢの取付面には内部流路が外部開口する箇所が複数設けられており、この開口部分の周囲に環状の金属シール１００が配置される。より具体的には、前記バルブＶの前記ブロックＢに対する取付フランジＦＬの底面、及び、前記圧力センサＰの前記ブロックＢに対する取付フランジＦＬの底面に第１平面Ｓ１が形成されている。また、前記ブロックＢの取付面において内部流路の開口部分Ｃの周囲に形成された環状の第２平面Ｓ２が形成されている。なお、説明の便宜上、図１における上面側を第１平面Ｓ１、下面側を第２平面Ｓ２として定義しているが、この関係は逆であっても構わない。
【0031】
前記金属シール１００は、前記第１平面Ｓ１と前記第２平面Ｓ２との間に挟持され、前記バルブＶ、及び、前記圧力センサＰの取付フランジＦＬを前記ブロックＢに対してボルト等で固定し、前記第１平面Ｓ１と前記第２平面Ｓ２とを相互に近づけることで押圧挟持される。
【0032】
前記金属シール１００の詳細について説明すると、前記金属シール１００は、図２に示すように円柱座標系を設定した場合、中心軸Ｚから半径方向ｒに所定距離離れた位置に図３に示す断面を配置し、前記中心軸Ｚ周りに１回転させた回転体形状をなすものである。より具体的には、前記金属シール１００は、前記第１平面Ｓ１と対向して設けられる第１端面部１Ｐと、前記第２平面Ｓ２と対向して設けられる第２端面部２Ｐとを備えている。図２及び図３に示すように前記第１端面部１Ｐ及び前記第２端面部２Ｐにはそれぞれ２か所突出している部分が形成してある。また、第１実施形態では、前記金属シール１００の横断面形状は重心に対して前記第１端面部１Ｐと前記第２端面部２Ｐの形状が回転対称となるように形成してある。前記第１端面部１Ｐ、及び、前記第２端面部２Ｐの形状は例えば切削加工等の機械加工で形成してあるが、その他の加工方法で形成しても構わない。なお、以下の説明においても前記金属シール１００を前記第１端面部１Ｐ又は前記第２端面部２Ｐに対して垂直な方向から見た場合の中心を通る回転軸を中心軸Ｚ、前記中心軸Ｚに対して垂直な方向を半径方向ｒとして説明する。
【0033】
【0034】
前記第１凸部１１は、図３に示すように横断面が部分円筒状に第１平面Ｓ１側へと突出したものである。したがって、図２の斜視図に示すように前記第１凸部１１は、全体としてハーフパイプが環状をなすように前記第１端面部１Ｐの内周側に配置してある。
【0035】
前記第１突起１２は、図３に示すように横断面が概略三角形状のものである。したがって、図２の斜視図に示すように前記第１突起１２は、前記第１端面部１Ｐの外周側において一周する稜線ＲＬを形成している。前記第１突起１２の稜角は図３の横断面図に示されるように９０°よりも若干大きく形成してあり、内周側の法面よりも外周側の法面の方が傾斜が大きくなるようにしてある。
【0036】
前記第２端面部２Ｐは、図３の横断面図に示すように、半径方向ｒに対して内周側に形成された第２突起２２と、外周側に形成された第２凸部２１と、を備えている。なお、前記第１端面部１Ｐと前記第２端面部２Ｐは回転対称となるように形成されているので、前記第１凸部１１と前記第２凸部２１は同じ形状を有しており、前記第１突起１２と前記第２突起２２も同じ形状を有している。
【0037】
前記第２突起２２は、図３の横断面図に示すように、前記第１凸部１１の下側に配置してある。言い換えると、前記第１凸部１１と前記第２突起２２は前記金属シール１００の中心軸Ｚ方向に対して並ぶように配置してある。ここで、図４（ａ）に示すように前記金属シール１００が変形前の自然状態において、前記第１凸部１１において中心軸Ｚ方向に沿って最も外側の点、すなわち、前記第１平面Ｓ１との接触点ＴＰは、前記第２突起２２の稜線ＲＬよりも外周側に配置してある。また、前記第２突起２２の稜角は図３の横断面図に示されるように９０°よりも若干大きく形成してあり、外周側の法面よりも内周側の法面の方が傾斜を大きくしてある。
【0038】
前記第２凸部２１は、図３の横断面図に示すように、前記第１突起１２の下側に配置あり、前記第１突起１２と前記第２凸部２１は前記金属シール１００の中心軸Ｚ方向に対して並ぶように配置してある。図４（ａ）に示すように前記金属シール１００が変形前の自然状態において、前記第２凸部２１において中心軸Ｚ方向に沿って最も外側の点、すなわち、前記第２平面Ｓ２との接触点ＴＰは、前記第１突起１２の稜線ＲＬよりも内周側に配置してある。
【0039】
図４（ａ）に示すように、前記金属シール１００が変形前の自然状態であり、例えば、前記第１端面部１Ｐに前記第１平面Ｓ１が接触し、前記第２端面部２Ｐに前記第２平面Ｓ２が接触して、押圧挟持が開始される時点では、前記第１凸部１１の接触点ＴＰ（接触線）と、前記第１突起１２の稜線ＲＬとは、前記第２平面Ｓ２から見て同じ高さに配置されるようにしてある。言い換えると、自然状態において前記第２平面Ｓ２に前記金属シール１００が載置されている場合には、前記第１凸部１１において前記第２平面Ｓ２から最も垂直方向に離れている点である接触点ＴＰと前記第１突起１２の稜線ＲＬは前記第２平面Ｓ２と並行な同一平面上に配置してある。
【0040】
同様に自然状態においては、前記第２突起２２の稜線ＲＬと、前記第２凸部２１の第２平面Ｓ２に対するも第１平面Ｓ１に対して平行な同一平面状に配置されるようにしてある。
【0041】
さらに言い換えると、前記金属シール１００を前記中心軸Ｚ方向に沿って断層撮影した場合、前記第１凸部１１の前記第１平面Ｓ１に対する接触線と、前記第１突起１２の稜線ＲＬは同一面上で撮像される。同様に前記第２突起２２の稜線ＲＬと、前記第２凸部２１の前記第２平面Ｓ２に対する接触線とは同一面上で撮像される。また、前記金属シール１００を定盤等の所定平面に対して前記第２端面部２Ｐを載置した場合、前記第１凸部１１において前記所定平面から最も垂直方向距離の大きい点又は線と、前記第１突起１２の稜線ＲＬは前記所定平面と平行な同一面上に配置される。また、前記金属シール１００は、等断面形状の環状体であるので、図２に示すように中心軸Ｚを含む１又は２の切断面で現れる任意の２つの端面を見た場合に、各端面に表れる前記第１凸部１１において最も突出している地点であり、第１平面Ｓ１に対して接触する２つの接触点ＴＰと、各端面に表れる第１突起１２の２つの稜線ＲＬとは、前記金属シール１００が変形前の自然状態では同一平面状に配置されるように構成してある。
【0042】
このように構成された前記金属シール１００を前記第１平面Ｓ１と前記第２平面Ｓ２で押圧挟持した場合について図４を参照しながら説明する。
【0043】
図４（ａ）に示すように、前記金属シール１００が変形前の自然状態であって、前記第１平面Ｓ１が前記第１端面部１Ｐに接触し、前記第２平面Ｓ２が前記第２端面部２Ｐに接触し、加圧が開始される時点では、前記第１凸部１１の接触点ＴＰと前記第１突起１２の稜線ＲＬは前記第１平面Ｓ１に対して同時に接触する。同様に前記第２突起２２の稜線ＲＬと前記第２凸部２１の接触点ＴＰは前記第２平面Ｓ２に対して同時に接触する。
【0044】
次に図４（ａ）の状態からさらに前記第１平面Ｓ１と前記第２平面Ｓ２を接近させていくと、加圧開始時点において前記第１突起１２の稜線ＲＬは前記第１平面Ｓ１に対して接触しているので、前記第１突起１２の稜線ＲＬが楔としての役割を果たして、図４（ｂ）に示すように前記金属シール１００に変形が生じても前記第１突起１２が最初に接触している位置からほとんど変化しない。このため、前記第１突起１２と中心軸Ｚ方向に対して対向して設けられている前記第２凸部２１は曲面であっても前記第２平面Ｓ２に対してほとんど滑らず、最初の接触位置からほとんど変化しない。
【0045】
また、前記第２突起２２も前記第１突起１２と同様の作用を奏するので、図４（ａ）と図４（ｂ）の比較から分かるように前記第１凸部１１と前記第２突起２２の接触している位置も最初の位置からほとんど変化しない。このため、前記第２突起２２と中心軸Ｚ方向に対して対向して設けられている前記第１凸部１１は曲面であっても前記第１平面Ｓ１に対してほとんど滑らず、最初の接触位置からほとんど変化しない。
【0046】
これらのことから、第１実施形態の金属シール１００であれば、押圧挟持を進めることによって金属シール１００が滑って前記第１平面Ｓ１や前記第２平面Ｓ２に微小な傷が付きにくく、流体のリークの原因となる微小隙間が発生しにくい。
【0047】
さらに、前記第１凸部１１、前記第１突起１２、前記第２凸部２１、及び、前記第２突起２２が、それぞれ前記第１平面Ｓ１及び前記第２平面Ｓ２に同時に接触した状態から押圧挟持が開始されるので、従来の金属シール１００と比較すると金属シール１００に発生する捩じり弾性変形量は小さい。このため、前記金属シール１００の変形が前記第１凸部１１や前記第２凸部２１にしわとなって表れにくい。
【0048】
したがって、第１実施形態の金属シール１００は前記第１平面Ｓ１と前記第２平面Ｓ２によって均一に押圧され、全周に亘って高い密着性を実現できる。
【0049】
以上の作用によって、第１実施形態の金属シール１００であれば高いシール性を実現して、流体のリークを防ぐことができる。加えて、金属シール１００は、第１平面Ｓ１、第２平面Ｓ２に対して反転させて用いることによって、第１突起１２、及び、第２突起２２を新たに第２平面Ｓ２、及び、第１平面Ｓ１に対して接触させて、少なくとも２回はシールすることができる。
【0050】
次に本発明の第２実施形態に係る金属シール１００について図５を参照しながら説明する。なお、第１実施形態において説明した部材と対応する部材には同じ符号を付すこととする。
【0051】
第２実施形態の金属シール１００は、その横断面が非対称形状となるように形成してある。具体的には第２実施形態では、前記第１凸部１１と前記第１突起１２との間に形成された第１凹部の形状が、前記第２突起２２と前記第２凸部２１との間に形成された第２凹部の形状と異ならせてある。すなわち、第１凹部のほうが第２凹部よりも肉厚を大きくしてあり、前記第１端面部１Ｐ側のほうが前記第２端面部２Ｐ側よりも変形しにくく形成してある。
【0052】
このように構成することで、前記第１平面Ｓ１と前記第２平面Ｓ２との間で第２実施形態の金属シール１００を押圧挟持すると、前記第２端面部２Ｐから変形が起こり、その後、前記第１端面部１Ｐ側が変形するという変形モードを構造によって生じやすくできる。したがって、複数の金属シール１００において金属の品質にバラツキがあったとしても個体差を無くして、どの個体でも同様の変形モードを実現させやすい。このため、第２実施形態の金属シール１００であれば、量産した場合でも材料の品質のばらつきに影響を小さくでき、シール性等の特性を個体間で一定に保つことができる。
【0053】
次に第３実施形態の金属シール１００について図６を参照しながら説明する。なお、第１実施形態において説明した部材と対応する部材には同じ符号を付すこととする。
【0054】
第３実施形態の金属シール１００は、第１実施形態と比較すると第１凸部１１、及び、第２凸部２１の形状が曲面ではなく平面である点が異なっている。具体的には、前記第１平面Ｓ１と前記第２平面Ｓ２との間で前記金属シール１００の押圧挟持が開始される時点において、前記第１突起１２の稜線ＲＬと同時に前記第１平面Ｓ１に対して接触する接触面ＴＳを前記第１凸部１１は有している。同様に第２凸部２１も前記第２突起２２の稜線ＲＬと同時に前記第２平面Ｓ２に対して接触する接触面ＴＳを有している。
【0055】
このような第３実施形態の金属シール１００であっても第１実施形態とほぼ同様のシール性を実現し、微小な傷が前記第１平面Ｓ１、又は、前記第２平面Ｓ２に発生しにくくして、流体のリークを防ぐことができる。
【0056】
その他の実施形態について説明する。
【0057】
本発明に係る金属シールは、マスフローコントローラだけに用いられるものではなく、その他の用途にも用いることができる。例えば圧力制御装置等の流体制御機器に用いてもよいし、流体の流れる配管同士の継手部分に用いてもよい。
【0058】
第１凸部、第１突起、第２凸部、第２突起の半径方向の配置については各実施形態に示したものに限られない。例えば、第１凸部と第２凸部が金属シールの中心軸方向に並んで配置してあり、第１突起と第２突起が金属シールの中心軸方向に並んで配置してあってもよい。
【0059】
第１突起、第２突起の形状についても稜線が形成されるものであればよい。例えば第１凸部、第２凸部で全周にわたってシール性が確保できるのであれば、第１突起、第２突起の稜線は一部切り欠かれていても良い。すなわち、第１突起、第２突起は押圧挟持を進める過程における前記第１平面及び前記第２平面に対するアンカーの役割だけを果たすように構成してもよい。
【0060】
第１凸部、第２凸部の形状を非対称にしても構わないし、第１突起と第２突起の形状を非対称にしてもよい。
【0061】
金属シールは、環状のものであればよく、前述した実施形態のように第１端面部又は第２端面部に対して垂直な方向から見た場合に概略真円状のものに限られない。金属シールは、例えば第１端面部又は第２端面部に対して垂直な方向から見た場合に、楕円形状、角丸四角形状、トラック形状等様々な形状で環状に形成してもよい。真円形状以外の場合には前述した実施形態における中心軸は基準軸として定義できる。また、金属シールは、延伸方向に対する横断面の形状がどの切断面でもほぼ同じ形状となる等断面形状の環状体として形成されるのが好ましい。
【0062】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の組み合わせや変形を行っても構わない。
【符号の説明】
【0063】
１００・・・金属シール
１Ｐ ・・・第１端面部
１１ ・・・第１凸部
１２ ・・・第１突起
２Ｐ ・・・第２端面部
２１ ・・・第２凸部
２２ ・・・第２突起
ＴＰ ・・・接触点
ＲＬ ・・・稜線
１Ｐ ・・・第１端面部
１１ ・・・第１凸部
１２ ・・・第１突起
２Ｐ ・・・第２端面部
２１ ・・・第２凸部
２２ ・・・第２突起
ＴＰ ・・・接触点
ＲＬ ・・・稜線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
