專利名稱：金屬墊片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在原子能領(lǐng)域、半導(dǎo)體領(lǐng)域等中的各種配管、機械設(shè)備等高溫高 壓、真空等嚴(yán)酷條件下作為密封構(gòu)件而使用的金屬墊片，特別地，涉及一種能以較小的旋緊 力獲得良好的密封性的金屬墊片。
背景技術(shù)：
在要求高真空用途那樣的不能允許透過泄漏的高密封性能、對脫氣的烘干處理等 的耐熱性的用途中，一般使用由軟質(zhì)金屬材料構(gòu)成的金屬墊片，該軟質(zhì)金屬材料比由橡膠、 合成橡膠等構(gòu)成的材料的特性更好。
為了使用這種金屬墊片來確保穩(wěn)定的密封性，與使用橡膠、合成橡膠的情況相比 就必須作用非常大的旋緊力。其結(jié)果是，在使用金屬墊片的情況下，通常會使旋緊作業(yè)的負 載增加，造成凸緣、螺栓等連結(jié)體大型化。
另外，在0形環(huán)狀的墊片即不是密封形狀的墊片的情況下，安裝時一般在全部旋 進墊片安裝螺紋的狀態(tài)下使用，但在0形環(huán)狀的橡膠制或合成橡膠制的墊片的情況下，由 于在較小的旋緊負載下能大幅度變形，因此，當(dāng)逐級旋緊螺栓時，能在旋緊墊片時簡單地使 螺栓旋轉(zhuǎn)旋緊。另一方面，當(dāng)處于螺栓的螺紋全部旋進的狀態(tài)時，立刻螺栓不能再旋轉(zhuǎn)?；?者幾乎不能旋轉(zhuǎn)。
因此，在0形環(huán)狀的橡膠制或合成橡膠制的墊片的情況下，即使手動作業(yè)也能容 易地進行螺栓的旋緊管理。
與此相對，在金屬制的0形環(huán)狀的墊片的情況下，由于原本就需要較大的力以使 墊片變形，不易確知處于螺栓的螺紋全部旋進狀態(tài)的瞬間的變化。因此，存在通過手動作業(yè) 的螺栓旋緊的管理不易進行的問題。
作為金屬制的0形環(huán)狀的墊片，已知有金屬中空0形環(huán)、帶彈簧的金屬C形環(huán)等。 然而，即使在金屬中空0形環(huán)、帶彈簧的金屬C形環(huán)的情況下，也不易確知處于螺栓的螺紋 全部旋進狀態(tài)的瞬間的變化，進行手動作業(yè)的螺栓旋緊的管理是困難的。另外，在上述金屬 中空0形環(huán)、帶彈簧的金屬C形環(huán)等的情況下，通過改變控制“0”、“C”等整體形狀的部分的 厚度、尺寸，能使其容易變形。此外，在帶彈簧的C形環(huán)的情況下，通過適當(dāng)改變內(nèi)置的彈簧 的粗細等，能使其容易變形。然而，若改變彈簧的粗細，則由于影響反作用力或密封面的應(yīng) 力，因此，存在影響密封性能的問題。
對于金屬中空0形環(huán)、帶彈簧的金屬C形環(huán)，為了提高密封性能，提出有各種方案。
例如，將軟質(zhì)層(金屬鍍覆、橡膠涂覆等)設(shè)于金屬墊片的密封面，或采用使應(yīng)力 集中產(chǎn)生于金屬墊片的密封面的形狀。即，在專利文獻1中，將突出部設(shè)于密封面，在專利 文獻2中，將凹槽設(shè)于密封面，從而形成產(chǎn)生應(yīng)力集中的形狀。
然而，即使這樣的改善方案，也不能完全以較小的旋緊力發(fā)揮足夠的密封性能。
另外，特別地，如專利文獻1、2所述，當(dāng)將密封面形成產(chǎn)生應(yīng)力集中的形狀時，因 該形狀而使損傷容易殘留于對象側(cè)的凸緣面，其結(jié)果是，凸緣的再使用有時會產(chǎn)生問題。此外，由于應(yīng)力集中部為凸?fàn)?，因此，存在容易產(chǎn)生損傷、操作時特別需要注意等問題。
專利文獻1 日本專利特開平2-113171號
專利文獻2 日本專利特開平9464427號
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明鑒于上述以往的實際情況而作，其目的在于提供一種金屬墊片，該金屬墊 片能以較小的旋緊力來獲得高密封性，而且，即使在通過手動作業(yè)進行螺栓固定的情況下， 也能容易地進行螺栓旋緊的管理，此外，不會對對象側(cè)的凸緣面造成損傷。
解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所涉及的金屬墊片是由利用周向的開口而形成截面大 致呈C字狀的外環(huán)和以嵌合狀態(tài)配置于該外環(huán)內(nèi)側(cè)的內(nèi)環(huán)構(gòu)成的金屬墊片，其特征是，上 述內(nèi)環(huán)由截面為多邊形的多棱體構(gòu)成，且該內(nèi)環(huán)中彼此相對的一對角部隔著上述外環(huán)的上 述開口分別配置于兩側(cè)的內(nèi)周面。
根據(jù)這樣結(jié)構(gòu)的金屬墊片，內(nèi)環(huán)的角部與外環(huán)抵接，并被局部用力地按壓，且其他 部分緩慢地與外環(huán)抵接，因此，用于獲得密封力的整體的旋緊力也可以較小。
在本發(fā)明中，上述內(nèi)環(huán)最好是截面為四邊形的四棱體。
若是這樣的結(jié)構(gòu)，則能利用簡單結(jié)構(gòu)的內(nèi)環(huán)來提高密封性能。
此外，在本發(fā)明中，上述內(nèi)環(huán)即上述多棱體的頂部最好形成為圓弧狀。
若是這樣的結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)的相對于外環(huán)的緊貼性良好，因此，能較好地維持密封性 能，并能防止內(nèi)環(huán)朝周向的移動。
另外，若頂部是銳角則會引起應(yīng)力過度集中，藉此，可能會帶來外環(huán)的破損、在對 象凸緣的密封面產(chǎn)生凹陷等損壞，但若頂部是圓弧狀，則能抑制上述損壞。
此外，在本發(fā)明中，構(gòu)成上述內(nèi)環(huán)的金屬最好由比構(gòu)成上述外環(huán)的金屬硬質(zhì)的金 屬形成。
若如上所述內(nèi)環(huán)比外環(huán)硬，則高硬度的內(nèi)環(huán)將低硬度的內(nèi)環(huán)朝外側(cè)按壓，且低硬 度的外環(huán)相對于對象構(gòu)件的貼合性良好，因此，密封性也較好。
另外，也能將軟質(zhì)層設(shè)于上述外環(huán)的至少外周側(cè)表面。此處，作為軟質(zhì)層，可以是 樹脂或適當(dāng)?shù)南鹉z，此外也可以是軟金屬的鍍覆層。
即使在如上所述將軟質(zhì)層設(shè)于外環(huán)的至少外周側(cè)表面的情況下，也能良好地維持 相對于對象構(gòu)件的貼合性。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明的金屬墊片，與以往的金屬墊片相比，為了獲得相同的密封性所需要 的整體的旋緊負載變小，且施加一定負載情況下的變形量變大，因此，能以較小的旋緊力來 確保足夠的密封性，且在進行通過手動作業(yè)的螺栓固定時，在螺栓的螺紋全部旋進的瞬間， 螺栓基本不能再旋轉(zhuǎn)，因此，能容易進行手動作業(yè)的螺栓旋緊的管理。
此外，由于外環(huán)的外周面是不存在突出部分的曲面，因此，不會對對象側(cè)的凸緣面 產(chǎn)生損傷。


圖1是本發(fā)明一實施例的金屬墊片(metal gasket)的剖視圖。4
圖2是表示形成圖1所示的外環(huán)時的步驟的剖視圖。
圖3是表示將圖1的金屬墊片使用于配管等的凸緣部的狀態(tài)的局部放大剖視圖。
具體實施方式
以下，對本發(fā)明所涉及的金屬墊片進行說明。
圖1是表示本發(fā)明一實施例的金屬墊片的半剖圖。
如圖1所示，金屬墊片10由截面大致呈C字狀的外環(huán)12和截面大致呈四邊形的 中空的內(nèi)環(huán)14構(gòu)成。
構(gòu)成內(nèi)環(huán)14的金屬最好由比構(gòu)成外環(huán)12更硬質(zhì)的金屬形成。
作為優(yōu)選，例如，外環(huán)12由被稱為所謂軟金屬的鋁形成，內(nèi)環(huán)14由比鋁更硬質(zhì)的 金屬，例如不銹鋼等形成。
即，在本實施例的金屬墊片10中，配置于密封面的外環(huán)12的硬度比內(nèi)環(huán)14的硬 度低，藉此，外環(huán)12容易變形。此外，如圖2所示，預(yù)先準(zhǔn)備環(huán)狀且被沖裁成平板狀的鋁板 12’，并將該鋁板12’卷曲成管狀來形成外環(huán)12。
另一方面，例如，準(zhǔn)備截面呈四邊形的四棱體的方筒管等，在將該方筒管拉繞成環(huán) 狀后，焊接兩端部，從而形成內(nèi)環(huán)14。另外，該方筒管形成的內(nèi)環(huán)14是在將一對角部14a、 14b配置于軸向(上下方向)、將另一對角部14c、14d配置于水平方向(徑向)的狀態(tài)下， 拉繞成環(huán)狀，而形成圖1所示的形狀的。因此，首先，若在制成環(huán)狀的內(nèi)環(huán)14后，以覆蓋該 內(nèi)環(huán)14的外側(cè)的方式來卷曲上述外環(huán)12，則如圖1所示，能形成由內(nèi)環(huán)14和外環(huán)12構(gòu)成 的金屬墊片10。外環(huán)12和內(nèi)環(huán)14的制作方法、組裝方法并不限定于上述實施例。
根據(jù)本實施例，由于內(nèi)環(huán)14的一對角部14a、14b配置于外環(huán)12的開口 12c的兩 側(cè)內(nèi)周面，因此，能從內(nèi)側(cè)用力按壓外環(huán)12。藉此，內(nèi)環(huán)14作為彈性元件起作用，且外環(huán)12 作為密封元件起作用。
如圖3所示，如上所述的金屬墊片10例如安裝于在半導(dǎo)體制造中所使用的配管 20,21的接頭部分的凸緣面22，并被螺栓M等旋緊。另外，為了提高構(gòu)成金屬墊片10的外 環(huán)12的密封性，也能對外環(huán)12的表面進行聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亞胺等的涂覆或銀、鎳、 銅等的鍍覆。
以下，對采用這種結(jié)構(gòu)的金屬墊片10的旋緊進行說明。
如圖3所示，在本發(fā)明的金屬墊片10中，當(dāng)將墊片10安裝于需要密封的構(gòu)件20、 21的凸緣面22，并利用螺栓M等作用規(guī)定的旋緊力時，首先，外環(huán)12的外周面被壓縮。此 時，外環(huán)12的與內(nèi)環(huán)14的一對角部14a、14b抵接的部分不易變形，但其他部分承受恰當(dāng)?shù)?壓縮力，緩緩地朝凸緣面22貼近。藉此，確保了密封性。另外，由于外環(huán)14由軟金屬形成， 且采用該外環(huán)14的內(nèi)周面與一對角部14a、14b接觸的結(jié)構(gòu)，因此，能在將整體的旋緊力抑 制得較小的狀態(tài)下維持密封性能。
此時，由于外環(huán)12采用內(nèi)周面與一對角部14a、14b接觸的結(jié)構(gòu)，因此，在該部位應(yīng) 力會集中，能在將整體的旋緊力抑制得較小的狀態(tài)下貼近凸緣面，并能維持密封性能。
另外，在本實施例中，即使以手動進行螺栓固定，在螺栓的螺紋全部旋進的瞬間， 螺栓基本不能再旋轉(zhuǎn)。藉此，能以手動進行該螺栓固定管理。
此外，當(dāng)金屬墊片10被壓縮時，外環(huán)12中與內(nèi)環(huán)14的一對角部Ha、14b不接觸的部分容易變形。
另一方面，由于在內(nèi)環(huán)14中，該內(nèi)環(huán)14隨壓縮而朝墊片10的徑向(剖視圖的橫 向)延展，因此，內(nèi)環(huán)14容易變形，另外，在變形時保持朝上下方向(壓縮方向)的反作用 力，所以，能以較小的負載使墊片10大幅度變形。由此，在以手動進行螺栓固定的情況下， 在旋緊時能簡單地旋轉(zhuǎn)螺栓，若到達界限，則螺栓不能再旋轉(zhuǎn)，因此，螺栓固定管理是容易 的。
如上所述，即使本發(fā)明的金屬墊片為0形環(huán)狀的金屬墊片，也能在將整體的旋緊 力抑制得較小的狀態(tài)下確保密封性，且若螺栓的螺紋全部旋進，則立刻螺栓不能再旋轉(zhuǎn)，因 此，能容易地進行手動操作的螺栓固定管理。
以上，說明了本發(fā)明一實施例的金屬墊片，但本發(fā)明并不限定于上述實施例。
例如，外環(huán)12也可不是單一的金屬，而是合金。另外，也可通過樹脂、橡膠等的涂 覆或鍍覆等，將軟質(zhì)層設(shè)于構(gòu)成密封面的外環(huán)12的外側(cè)表面。此處，在另外設(shè)置軟質(zhì)層的 情況下，能根據(jù)條件適當(dāng)選擇材質(zhì)。
如上所示，若將適當(dāng)?shù)能涃|(zhì)層設(shè)于外環(huán)12的外側(cè)表面，則能使墊片的密封性提 高。另外，在將軟質(zhì)層設(shè)于外環(huán)12的表面的情況下，也可將軟質(zhì)層至少形成于外周側(cè)表面 而非外環(huán)12的外側(cè)整體。然而，若考慮作業(yè)性，則將軟質(zhì)層設(shè)于外側(cè)整體是實際的。
此外，在上述實施例中，內(nèi)環(huán)14形成為截面呈四邊形，但若該內(nèi)環(huán)14為多棱體，則 并不限定于四棱體，例如，也可形成截面為六邊形的六棱體?？傊?，只要是隔著外環(huán)12的中 央開口大致均等地按壓兩側(cè)的對稱位置的形狀即可。
上述本發(fā)明的金屬墊片能廣泛地使用于超真空凸緣、真空設(shè)備、蒸鍍裝置、噴鍍裝 置、CVD裝置、各種真空泵等高溫、高壓、真空、低溫等嚴(yán)酷的條件下。
另外，如圖1所示，在外環(huán)14例如為四棱體的情況下，最好以圓弧狀、特別是與外 環(huán)12的內(nèi)周面緊貼的較大直徑來形成一對角部14a、14b的外表面頂部。這樣，若以與外環(huán) 14的內(nèi)周相同的直徑來形成內(nèi)環(huán)14，則內(nèi)環(huán)14緊貼地滑動接觸，因此，能防止由于內(nèi)環(huán)14 而導(dǎo)致外環(huán)12變形的發(fā)生。
另外，通過進行使內(nèi)環(huán)14的一對角部14a、14b與外環(huán)12的內(nèi)周面緊密接觸的尺 寸設(shè)計，能抑制在內(nèi)環(huán)14相對于外環(huán)12較小的情況下產(chǎn)生的內(nèi)環(huán)14的偏移、斜向傾斜的發(fā)生。
此外，在上述實施例中，外環(huán)12的開口部12c配置于凸緣面的外周側(cè)，但也可將外 環(huán)12形成為其開口部12c配置于凸緣面的內(nèi)周側(cè)。
若將外環(huán)12的開口部12c配置于高壓側(cè)，則該壓力進入外環(huán)12內(nèi)并將外環(huán)12朝 外側(cè)撐開，因此，能發(fā)揮自緊功能。
(符號說明)
10金屬墊片
12外環(huán)
12c開口
14內(nèi)環(huán)
14a、14b 角部
權(quán)利要求
1.一種金屬墊片，由利用周向的開口而形成截面大致呈C字狀的外環(huán)和以嵌合狀態(tài)配 置于該外環(huán)內(nèi)側(cè)的內(nèi)環(huán)構(gòu)成，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)由截面為多邊形的多棱體構(gòu)成，且該內(nèi)環(huán)的彼此相對的一對角部隔著所述外 環(huán)的所述開口分別配置于兩側(cè)的內(nèi)周面。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬墊片，其特征在于， 所述內(nèi)環(huán)是截面呈四邊形的四棱體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的金屬墊片，其特征在于， 所述內(nèi)環(huán)即所述多棱體的頂部形成為圓弧狀。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的金屬墊片，其特征在于，構(gòu)成所述內(nèi)環(huán)的金屬由比構(gòu)成所述外環(huán)的金屬硬質(zhì)的金屬形成。
5.如權(quán)利要求1或4所述的金屬墊片，其特征在于， 將軟質(zhì)層設(shè)于所述外環(huán)的至少外周側(cè)表面。
全文摘要
一種金屬墊片，能以小的旋緊力獲得高密封性，而且，在施加一定的旋緊負載的情況下的變形量大，因此，即使在以手動作業(yè)進行螺栓固定的情況下，也能進行螺栓旋緊的管理，并不會對對象側(cè)的凸緣面造成損傷。金屬墊片(10)由利用周向的開口而形成截面大致呈C字狀的外環(huán)(12)和以嵌合狀態(tài)配置于該外環(huán)(12)內(nèi)側(cè)的內(nèi)環(huán)(14)構(gòu)成，其特征是，內(nèi)環(huán)(14)例如由截面呈四邊形的多棱體構(gòu)成，且該內(nèi)環(huán)(14)的彼此相對的一對角部隔著外環(huán)(12)的開口分別配置于兩側(cè)的內(nèi)周面。
文檔編號F16J15/08GK102037260SQ20098011844
公開日2011年4月27日 申請日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者佐藤廣嗣, 吉田勉, 大見忠弘, 村松晃, 桑村幸, 熊木聰, 白井泰雪, 野口勝通 申請人:國立大學(xué)法人東北大學(xué), 日本華爾卡工業(yè)株式會社