JP6913009B2 - 金属シール、流体制御装置及びシール方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属シール、流体制御装置及びシール方法に関するものである。

マスフローコントローラ等の流体制御機器においては、内部流路が形成されたブロックに対し、バルブや流量センサ等のフランジを接続する場合に、ブロック及びフランジの互いに対向する平面の間に対し、その二つの平面の間に形成される隙間を塞ぐための金属シールが設けられる。

前記従来の金属シールとして特許文献１には、図６及び図７に示すように、変形前の自然状態において、金属シール１００Ａの径方向に沿った断面形状が、略長方形状の中間基部Ｍと、中間基部Ｍの上面における径方向に対して内側から突出した半円形状の第１凸部１１Ａ及び該径方向に対して外側から突出した第１エッジ部１２Ａと、中間基部Ｍの下面における径方向に対して外側から突出した半円形状の第２凸部２１Ａ及び該径方向に対して内側から突出した第２エッジ部２２Ａと、を備えたものが開示されている。

前記特許文献１に開示された金属シール１００Ａによって二つの平面Ｓ１，Ｓ２間に形成される隙間を塞ぐ場合には、先ず、二つの平面Ｓ１，Ｓ２間に金属シール１００Ａを配置し、両平面Ｓ１，Ｓ２を互いに接近させる。これにより、図７（ａ）に示すように、第１平面Ｓ１と第１凸部１１Ａのみが接触し、第２平面Ｓ２と第２凸部２１Ａのみが接触した第１状態となる。次に、両平面Ｓ１，Ｓ２をさらに接近させると、図７（ｂ）に示すように、第１凸部１１Ａ及び第２凸部２１Ａが、上下方向にそれぞれ押圧されて、金属シール１００Ａに対し、中間基部Ｍ（重心）を中心とする捩れ弾性変形が生じる。その結果、第１平面Ｓ１に第１エッジ部１２Ａが接触するのと同時に、第２平面Ｓ２に第２エッジ部２２Ａが接触した第２状態となる。

前記金属シール１００Ａによれば、二つの平面Ｓ１，Ｓ２に対する金属シール１００Ａの各接触箇所で適切な面圧が実現され、二つの平面Ｓ１，Ｓ２に損傷が生じ難くなり、漏れが発生するのを防止できると考えられている。

しかしながら、実際には、前記金属シール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。

すなわち、前記金属シール１００Ａにおいては、前記第１状態から前記第２状態になる場合に、内側及び外側へそれぞれ広がろうとする。この時、金属シール１００Ａの体積自体は大きくは変化できないので、第１凸部１１Ａは、第１平面Ｓ１に対して径方向内側へ滑ってしまい、第２凸部２１Ａは、第２平面Ｓ２に対して径方向外側へ滑ってしまう。そうすると、第１平面Ｓ１及び前記第２平面Ｓ２には、金属シール１００Ａの滑りによる細かい傷が生じ、密閉できない箇所が発生してしまう。

また、前記金属シール１００Ａのように、前記第１状態から前記第２状態になる場合に、大きく捩じれ弾性変形が生じると、図８（ａ）に示すように、環状の金属シール１００Ａは内側に金属が集中することによって、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。その結果、図８（ｂ）に示すように、第１凸部１１Ａと第１平面Ｓ１との間に当接している箇所と当接していない箇所が生じ、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金属シール１００Ａに実現できていない可能性がある。

特許４２９９５８１号公報

そこで、本発明は、第１平面及び第２平面に対し、金属シールの滑りによる微小な傷が発生し難く、また、第１平面及び第２平面に対する密着性が高い金属シールを提供することを主な課題とするものである。

すなわち、本発明に係る金属シールは、第１平面及び第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平面と対向する第１端面部と、前記第２平面と対向する第２端面部と、を備え、前記第１端面部が、前記金属シールの径方向にずらして形成され、前記第１平面と接触する稜角を有する一対の第１突起を具備し、前記第２端面部が、前記径方向に対し、前記一方の第１突起よりも内側、かつ、前記他方の第１突起よりも外側に形成され、前記第２平面と接触する稜角を有する第２突起と、前記径方向に対し、前記第２突起よりも内側及び外側にそれぞれ形成され、前記一対の第１突起の稜角を含む基準平面に対して垂直方向距離の最も大きい点が、前記第２突起の稜角における前記垂直方向距離よりも小さい一対の第３突起と、を具備することを特徴とするものである。

このようなものであれば、第１平面及び第２平面を接近させると、第１平面に対して一対の第１突起の稜角が食い込むように接触すると共に、第２平面に対して第２突起の稜角が食い込むように接触する第１状態となる。そして、この第１状態において、金属シールの径方向に沿った断面を見ると、第１平面及び第２平面の間で三点支持された状態となり、その後、第１平面及び第２平面をさらに接近させて金属シールを加圧した場合に、金属シールが径方向に対して内側や外側へ倒れるように捩れ変形することを防止できる。また、第１状態になった後、加圧によって金属シールが変形し、これにより、第２平面に対して第２突起のみならず、一対の第３突起が接触する第２状態となる。そして、第２状態になった後、第１平面及び第２平面をさらに接近させて金属シールを加圧した場合に、第１状態において、第２突起に比べて平面に対する食い込みが浅かった一対の第１突起が、一対の第３突起と接触した第２平面によって強く押圧されて第１平面に対して深く食い込むようになる。これにより、第２突起のみならず、一対の第１突起も対向する平面に対して深く食い込み、第１平面及び第２平面に対して金属シールがより位置ズレし難くなり、シール性も向上する。また、この場合、金属シールに対して捩れの弾性変形が生じ難くなってしわが発生し難くなり、その結果、第１平面及び第２平面い対し、金属シールを周方向に沿って均一に密着されることができるようになり、シール性を向上させることができる。なお、稜角とは、二つの法面によって形成される二面角の稜線であり、法面は、平面であってもよく、多少湾曲した曲面であってもよい。因みに、各突起の稜角は、金属シールが各平面で押圧されていない未使用時の自然状態において角状になっているが、各平面に押圧された使用後において角が潰れ、その先端が平坦状、円弧状等の角状でない形状に変形する可能性がある。

また、前記金属シールにおいて、前記一対の第３突起が、前記第１平面及び前記第２平面によって前記金属シールを押圧挟持して変形した場合に、前記第２平面と接触するものであり、さらに、前記第１平面及び前記第２平面によって前記金属シールを押圧挟持して変形した場合に、前記一方の第３突起が、前記径方向に対し、前記一方の第１突起よりも外側で前記第２平面と接触し、前記他方の第３突起が、前記径方向に対し、前記他方の第１突起よりも内側で前記第２平面に接触するものであってもよい。

このようなものであれば、前記第２状態になった後、第１平面及び第２平面をさらに接近させて金属シールを加圧した場合に、一対の第１突起に対し、互いに向かい合う方向へ移動させる圧縮力が働く。しかし、一対の第１突起に対していくら圧縮力が働いたとしても、金属シール自体はある程度までしか変形できないため、一対の第１突起の互いに向かい合う方向への移動が阻止される。これにより、一対の第１突起が第１平面に対して滑り難くなり、シール性が向上する。また、第１端面部と第２端面部とで径方向に対する各突起の位置が相違しているため、金属シールをひっくり返して使用することにより、同じ金属シールを用いて再度シールし直すことができる。詳述すると、一度目のシールによって第１平面及び第２平面に対して各突起の接触位置に傷が形成されるが、二度目のシールにおいては、金属シールをひっくり返して使用することにより、その傷を避けるように各突起を第１平面及び第２平面に接触させることができ、二度目のシールにおいても一度目のシールと同様に気密性を保つことができる。

また、前記いずれかの金属シールにおいて、前記一対の第１突起又は前記一対の第３突起の少なくとも一方が、前記基準平面に対して垂直方向に伸び、かつ、前記第２突起の稜角を通過する中央線に対して線対称に形成されているものであってもよい。

このようなものであれば、例えば、一対の第１突起を中央線に対して線対称に形成すると、前記第１状態において、第２平面による押圧が、第２突起を介して各第１突起に略均等に伝わり、第１平面に対する各第１突起の稜角の食い込み深さが略同一になる。これにより、片側の第１突起の稜角による第１平面への食い込みが浅くなる事態が回避され、第１平面に対する一対の第１突起の滑りを抑制できる。一方、一対の第３突起を中央線に対して線対称に形成すると、前記第２状態において、第１平面による押圧が、各第１突起を介して各第３突起に均等に伝わり、第２平面に対する各第３突起の接触圧力が略同一になる。これにより、片側の第３突起による第２平面への接触圧力が低くなる事態が回避され、第２平面に対する一対の第３突起の滑りを抑制できる。そして、一対の第１突起及び一対の第３突起をいずれも中央線に対して線対称に形成すると、その中心線に対して両側（内側及び外側）で金属シールに働く外力や応力の偏りが無くなり、これにより、一対の第１突起及び一対の第３突起の接触平面に対する滑りを更に抑制できる。

また、前記いずれかの金属シールにおいて、前記一対の第３突起が、前記第２平面に接触する稜角を有しているものであってもよい。

このようなものであれば、前記第２状態において、第２平面に対して一対の第３突起が食い込むように接触し、これにより、第２平面に対する一対の第３突起の滑りが抑制される。

また、前記一対の第３突起の稜角が、前記基準平面に対して同じ垂直方向距離になるように形成されているものであってもよい。

このようなものであれば、前記第１状態から前記第２状態に移行する場合に、第２平面に対して各第３突起が略同時に接触し、これに伴って第２平面に対する各第３突起の食い込みの深さが略同一になる。これにより、片側の第３突起の第２平面に対する食い込みが浅くなることが防止され、第２平面に対する一対の第３突起の滑りを抑制できる。

なお、本発明に係る流体制御装置は、前記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平面及び前記第２平面によって押圧挟持されるように構成されたものである。

このようなものであれば、ブロックとフランジとの間に形成される隙間のシール性が向上し、この隙間からの流体が漏れを抑制できる。

また、本発明に係る金属シールは、第１端面部及び第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、前記金属シールの径方向にずらして形成され、稜角を有する一対の第１突起を具備し、前記第２端面部が、前記径方向に対し、前記一方の第１突起よりも内側、かつ、前記他方の第１突起よりも外側に形成され、稜角を有する第２突起と、前記径方向に対し、前記第２突起よりも内側及び外側にそれぞれ形成され、前記一対の第１突起の稜角を含む基準平面に対する垂直方向距離の最も大きい点が、前記第２突起の稜角における前記垂直方向距離よりも小さい一対の第３突起と、を具備していることを特徴とするものである。

また、本発明に係るシール方法は、稜角を有する一対の第１突起を具備する第１端面部と、稜角を有する第２突起及び稜線を有する一対の第３突起を具備する第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、前記一対の第１突起における稜角を前記第１平面に対して接触させると共に、前記一対の第２突起における稜角を前記第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平面によって前記金属シールを押圧挟持して変形することにより、前記一対の第３突起における稜線を前記第２平面に対して接触させることと、を備えた方法である。

このように構成した本発明によれば、第１平面及び第２平面に対し、金属シールの滑りによる微小な傷が発生し難く、また、第１平面及び第２平面に対する密着性が高い金属シールを得ることができる。

実施形態１に係る金属シール及びその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である。 実施形態１に係る金属シールの模式的斜視図である。 実施形態１に係る金属シールの径方向に沿った横断面を示す模式的断面図である。 実施形態１に係る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である。 実施形態２に係る金属シールの径方向に沿った横断面を示す模式的断面図である。 従来の金属シールを示す模式的斜視図である。 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である。 従来の金属シールにおける押圧挟持完了後のしわの発生状態を示す模式図である。

以下に、本発明に係る金属シールを図面に基づいて説明する。

＜実施形態１＞
本実施形態に係る金属シール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、各機器の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。

具体的に説明すると、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、ブロックＢに対して取り付けられるバルブＶと、同様にブロックＢに対して取り付けられる２つの圧力センサＰと、を備えたものである。

前記ブロックＢは、概略直方体形状のものであり、バルブＶ及び２つの圧力センサＰの取付面となる上面に、内部流路へ繋がる複数の開口Ｃが設けられている。なお、バルブＶ及２つの圧力センサＰは、ブロックＢの取付面に対して取付フランジＦＬを介してボルト等によって固定される。そして、金属シール１００は、ブロックＢの取付面に設けられた開口Ｃを囲むように配置され、この取付面と取付フランジＦＬの底面との間に挟持される。

より具体的に説明すると、ブロックＢの取付面には、各開口Ｃの周囲に金属シール１００と接触する環状の第１平面Ｓ１が形成されている。また、バルブＶ及び２つの圧力センサＰにおける取付フランジＦＬの底面には、金属シール１００と接触する第２平面Ｓ２が形成されている。そして、金属シール１００は、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との間に挟持され、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２を相互に近づけることによって押圧される。なお、本実施形態においては、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としているが、この関係は逆であってもよい。

次に、前記金属シール１００について詳述すると、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、その断面を中心軸Ｚの周りに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、金属シール１００は、第１平面Ｓ１と対向する第１端面部１Ｐと、第２平面Ｓ２と対向する第２端面部２Ｐと、を備えている。そして、第１端面部１Ｐには、２か所の突出している部分が形成してあり、第２端面部２Ｐには、３か所の突出している部分が形成されている。なお、第１端面部１Ｐ及び第２端面部２Ｐは、例えば、切削加工等の機械加工で所定形状に成形してあるが、その他の加工方法で成形しても構わない。なお、以下の説明においても、金属シール１００を第１端面部１Ｐ又は第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、その中心軸Ｚに対して垂直な方向を径方向Ｒとして説明する。

前記第１端面部１Ｐは、図２に示すように、径方向Ｒに対してずらして形成された一対の第１突起１１ａ，１１ｂを備えている。具体的には、第１端面部１Ｐは、径方向Ｒに対して外側に形成された一方の第１突起１１ａと、径方向Ｒに対して内側に形成された他方の第１突起１１ｂと、を備えている。

前記各第１突起１１ａ，１１ｂは、図３に示すように、径方向Ｒに沿った横断面が二等辺三角形状のものである。よって、各第１突起１１ａ，１１ｂは、第１端面部１Ｐを一周する稜角ＬＡを形成している。なお、各第１突起１１ａ，１１ｂの稜角ＬＡは、少なくとも１８０°よりも小さく、好ましくは１１０°±１°に形成してあり、外側の法面と内側の法面とが第１平面Ｓ１に対して同じ角度で傾斜するようにしてある。

前記第２端面部２Ｐは、図２に示すように、第２突起１２と、径方向Ｒに対して第２突起１２よりも内側及び外側にそれぞれ形成された一対の第３突起１３ａ，１３ｂと、を備えている。具体的には、第２端面部２Ｐは、第２突起１２と、径方向Ｒに対して第２突起１２よりも外側に形成された一方の第３突起１３ａと、径方向Ｒに対して第２突起１２よりも内側に形成された他方の第３突起１３ｂと、を備えている。

前記１２第２突起は、径方向Ｒに沿った横断面が概略三角形状のものである。よって、第２突起１２は、第２端面部２Ｐを一周する稜角ＬＡを形成している。そして、第２突起１２の陵角ＬＡは、径方向Ｒに対し、一方の第１突起１１ａの稜角ＬＡよりも内側、かつ、他方の第１突起１１ｂの稜角ＬＡよりも外側になるように形成してある。より具体的には、第２突起１２の稜角ＬＡは、径方向Ｒに対し、一対の第１突起１１ａの稜角ＬＡと他方の第１突起１１ｂの稜角ＬＡとの間の中央になるように形成してある。なお、第２突起１２の稜角ＬＡは、少なくとも１８０°よりも小さく、好ましくは１１０°±１°に形成してあり、外側の法面と内側の法面とが第２平面Ｓ２に対して同じ角度で傾斜するようにしてある。

前記各第３突起１３ａ，１３ｂは、径方向Ｒに沿った横断面が概略三角形状のものである。よって、各第３突起１３ａ，１３ｂは、第２端面部２Ｐを一周する稜角ＬＡを形成している。そして、一方の第３突起１３ａの稜角ＬＡは、径方向Ｒに対し、一方の第１突起１１ａの稜角ＬＡよりも外側になるように形成してあり、また、他方の第３突起１１ｂの稜角ＬＡは、径方向Ｒに対し、他方の第１突起１１ｂの稜角ＬＡよりも内側になるように形成してある。より具体的には、一方の第３突起１３ａの稜角ＬＡは、一方の第１突起１１ａの稜角ＬＡよりも径方向Ｒに対して所定距離だけ外側になるように形成してあり、また、他方の第３突起１３ｂの稜角ＬＡは、他方の第１突起１１ｂの稜角ＬＡよりも径方向Ｒに対して前記所定距離と同一距離だけ内側になるように形成してある。なお、各第３突起１３ａ，１３ｂの稜角ＬＡは、少なくとも１８０°よりも小さく、好ましくは１１０°±１°に形成してあり、外側の法面よりも内側の法面の方が第２平面Ｓ２に対して小さい角度で傾斜するようにしてある。

また、前記各第３突起１３ａ，１３ｂの稜角ＬＡは、図３に示すように、金属シール１００が変形前の自然状態において、一対の第１突起１１ａの稜角ＬＡを含む基準平面ＲＰに対する垂直方向距離が、第２突起１２の稜角ＬＡにおける基準平面ＲＰに対する垂直方向距離に比べて距離ｈだけ小さくなっている。そして、各第３突起１３ａ，１３ｂの稜角ＬＡにおける基準平面ＲＰに対する垂直方向距離は、同一になっている。

従って、図４（ａ）に示すように、第１端面部１Ｐに第１平面Ｓ１が接触し、第２端面部２Ｐに第２平面Ｓ２が接触して、押圧挟持が開始される時点では、第２平面Ｓ２に対して第２突起１２の稜角ＬＡのみが接触し、各第３突起１３ａ，１３ｂの稜角ＬＡは接触しない状態となる。そして、各第３突起１３ａ，１３ｂの稜角ＬＡは、第１平面Ｓ１から見て同じ高さに配置されるようになっている。

また、金属シール１００を中心軸Ｚ方向に沿って断層をとった場合には、一対の第１突起１１ａ、１１ｂ、第２突起１２、一対の第３突起１３ａ，１３ｂは、その稜角ＬＡがそれぞれ異なる平面上に現れる。そして、各第１突起１１ａ，１１ｂの稜角ＬＡは、同一平面上に現れ、同様に、各第３突起１３ａ，１３ｂの稜角ＬＡも、同一平面上に現れる。さらに、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の切断面に現れる任意の２つの端面を見た場合に、各端面に現れるそれぞれの第１突起１１ａ，１１ｂの２つの稜角ＬＡは、同一平面上に配置され、同様に、各端面に現れるそれぞれの第３突起１３ａ，１３ｂの２つの稜角ＬＡは、同一平面上に配置されように構成してある。そして、各端面に現れる各第１突起１１ａ，１１ｂの稜角ＬＡが配置される平面と、各端面に現れる各第３突起１３ａ，１３ｂの稜角ＬＡが配置される平面とは、平行になるように構成してある。

このような構成になっているため、図３に示すように、一対の第１突起１１ａ，１１ｂ、第２突起１２及び一対の第３突起１３ａ，１３ｂは、前記基準平面ＲＰから垂直方向に伸び、かつ、第２突起１２の稜角ＬＡを通過する中心線ＣＬに対して線対称になるように構成してある。

次に、金属シール１００を第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２とで押圧挟持した場合を図４に基づき説明する。

図４（ａ）に示すように、金属シール１００が変形前の自然状態であって、第１平面Ｓ１が第１端面部１Ｐに接触し、第２平面Ｓ２が第２端面部２Ｐに接触し、加圧が開始される時点では、第１平面Ｓ１に対して一対の第１突起１１ａ，１１ｂの稜角ＬＡが接触し、第２平面Ｓ２に対して第２突起１２の稜角ＬＡが接触した第１状態となる。

次に、前記第１状態になった後、第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２をさらに接近させると、図４（ｂ）に示すように、第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２による金属シール１００に対する加圧が開始され、これにより、金属シール１００に変形が生じ、第２平面Ｓ２に対し、第２突起１２の稜角ＬＡに加え、一対の第３突起１３ａ，１３ｂの稜角ＬＡも接触した第２状態となる。より具体的には、金属シール１００に対する加圧が開示されると、金属シール１００に対し、自然状態から一対の第３突起１３ａ，１３ｂを僅かに中心線ＣＬ側へ寄せるような変形が生じ、これにより、一対の第３突起１３ａ，１３ｂの稜角ＬＡは、自然状態に比べて僅かに中心線ＣＬ側に近づいた状態で第２平面Ｓ２に対して接触した状態となる。但し、この一対の第３突起１３ａ，１３ｂの中心線ＣＬ側への移動は僅かであり、一対の第３突起１３ａ，１３ｂが第２平面Ｓ２に接触した状態（第２状態）において、径方向Ｒに対し、一方の第３突起１３ａが、一方の第１突起１１ａよりも外側に配置され、かつ、他方の第３突起１３ｂが、他方の第１突起１１ｂよりも内側に配置された状態は維持される。

なお、加圧が開始された時点において、一対の第１突起１１ａ，１１ｂの稜角ＬＡは、第１平面Ｓ１に対して接触しているので、その第１平面Ｓ１に食い込んで楔としての役割を果たす。同様に、第２突起１２の稜角ＬＡは、第２平面Ｓ２に接触しているので、その第２平面Ｓ２に食い込んで楔としての役割を果たす。これにより、加圧によって金属シール１００に変形が生じても、一対の第１突起１１ａ，１１ｂ及び第２突起１２は、最初に接触している位置から殆ど位置ズレしない。この場合、図４においては、一対の第１突起１１ａ，１１ｂ及び第２突起１２の各稜角ＬＡを先端が尖った角状に図示しているが、金属シール１００の強度の問題により、その角状の先端が潰れて、平坦状又は円弧状等の角状でない形状に変形する可能性がある。

そして、前記第２状態になった後、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２とをさらに接近させると、一対の第３突起１３ａ，１３ｂの稜角ＬＡが、第２平面Ｓ２に食い込む。この場合、径方向Ｒに対し、一方の第１突起１１ａの稜角ＬＡが第１平面Ｓ１に接触する位置よりも、第２突起１２の稜角ＬＡが第２平面Ｓ２に接触する位置が内側になるのに対し、一方の第３突起１３ａの稜角ＬＡが第２平面Ｓ２に接触する位置が外側になる。これに伴って、一方の第１突起１１ａ及び第２突起１２が押圧されて生じる応力の向きと、一方の第１突起１１ａ及び一方の第３突起１３ａが押圧されて生じる応力の向きが、逆向きになる。これにより、第２平面Ｓ２に対する一方の第３突起１３ａの滑りが抑制され、一方の第３突起１３ａの稜角ＬＡは、第２平面Ｓ２に対して最初に接触した位置から殆ど位置ズレしなくなる。なお、他方の第１突起１１ｂ、第２突起、他方の第３突起１３ｂに関しても、径方向Ｒに対する位置関係が逆転するだけで同様のことが言える。

因みに、第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２による金属シール１００の加圧が開始されると、一対の第１突起１１ａ，１１ｂ、第２突起１２、一対の第３突起１３ａ，１３ｂの各稜角ＬＡは、金属シール１００の強度の問題により、その角が潰れて、その先端が平坦状又は円弧状等の角状でない形状に変形する可能性がある。

また、前記第１状態から前記第２状態になるまでの間、言い換えると、金属シール１００に対する加圧が開始されてから第２平面Ｓ２に対して一対の第３突起１３ａ、１３ｂの稜角ＬＡが接触するまでの間に、第１平面Ｓ１に対して一対の第１突起１１ａ，１１ｂの稜角ＬＡが食い込む深さは、第２平面Ｓ２に対して第２突起１２の稜角ＬＡが食い込む深さに比べて浅い。これは、第１平面Ｓ１には二つの稜角ＬＡが接触しているのに対して、第２平面Ｓ２には一つの稜角しか接触しておらず、接触面積が相違しているからである。しかし、前記第２状態になった後、さらに加圧が続くと、第２平面Ｓ２による押圧力が、一対の第３突起１３ａ，１３ｂを介して一対の第１突起１１ａ，１１ｂに効率良く伝わるようになり、一対の第１突起１１ａ，１１ｂの稜角ＬＡが、第１平面Ｓ１により深く食い込む。これにより、金属シール１００の変形が大きくなっても、これに応じて第１平面Ｓ１に対する一対の第１突起１１ａ，１１ｂの稜角ＬＡの食い込みが深くなり、第１平面Ｓ１に対して一対の滑りが抑制され、一対の第１突起１１ａ，１１ｂが、第１平面Ｓ１に対して最初に接触した位置から殆ど位置ズレしなくなる。

これらのことから、実施形態１に係る金属シール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が滑って第１平面Ｓ１や第２平面Ｓ２に微小な傷が付き難く、また、金属シール１００にしわが生じ難くなり、その結果、流体のリークの原因となる微小隙間が発生し難くなる。

また、このような構成にすれば、金属シール１００が、第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２によって押圧挟持されたとしても、平面に対する各突起の接触位置がズレないため、押圧方向（中心軸ＣＬに沿う方向）に対して大きな捩れが発生しない。このため、金属シール１００は、第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２によって押圧挟持された後においても、押圧方向に対する復元力を維持する。これにより、何等かの原因で第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との間の距離が多少大きくなるような事態が生じたとしても、シール性が保たれる。

従って、実施形態１に係る金属シール１００は、第１平面Ｓ１と第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、シール性が向上し、流体のリークを防ぐことができる。

＜実施形態２＞
本実施形態は、前記実施形態１に係る金属シール１００の第２端面部２Ｐ、具体的には、第２端面部２Ｐに形成される一対の第３突起１３ａ，１３ｂの変形例である。本実施形態に係る金属シール１００は、図５に示すように、一対の第３突起１３ａ´，１３ｂ´が、径方向に沿った横断面が概略部分円筒状になっている。そして、本実施形態に係る金属シール１００においては、前記第２状態において、一対の第３突起１３ａ´，１３ｂ´における基準平面ＲＰに対する垂直方向距離が最も大きい部分が稜線ＲＬとなって第２平面Ｓ２に対して接触する。

このような構成においては、前記実施形態１に係る一対の第３突起１３ａ，１３ｂの稜角ＬＡのように、一対の第３突起１３ａ´，１３ｂ´の稜線ＲＬによる第２平面Ｓ２に対する食い込みは期待できないが、前記実施形態１に係る金属シール１００同様にシール性が向上する。

＜その他の実施形態＞
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。

前記各実施形態においては、一対の第１突起を中心軸に対して線対称に配置すると共に、一対の第２突起を中心軸に対して線対称に配置しているが、これに限定されない。例えば、一対の第１突起又は一対の第２突起の少なくとも一方のみが、中心軸に対して線対称に配置されているものであってもよい。

また、前記各実施形態においては、一対の第１突起の形状を中心軸に対して線対称な形状としているが、非対称な形状にすることもできる。同様に、一対の第３突起の形状を非対称な形状とすることもできる。但し、この場合、中心軸に対して両側で外力や応力に偏りが生じることから、線対称な形状とすることが好ましい。

また、本発明に係る金属シールは、環状のものであればよく、前記各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。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た金属シールであってもよい。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。

その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００ 金属シール
２００ 流体制御装置
１Ｐ 第１端面部
２Ｐ 第２端面部
Ｓ１ 第１平面
Ｓ２ 第２平面
１１ａ，１１ｂ 第１突起
１２ 第２突起
１３ａ，１３ｂ 第３突起

Claims (9)

1. 第１平面及び第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平面と対向する第１端面部と、
   前記第２平面と対向する第２端面部と、を備え、
   前記第１端面部が、
   前記金属シールの径方向にずらして形成され、前記第１平面と接触する稜角を有する一対の第１突起を具備し、
   前記第２端面部が、
   前記径方向に対し、前記一方の第１突起よりも内側、かつ、前記他方の第１突起よりも外側に形成され、前記第２平面と接触する稜角を有する第２突起と、
   前記径方向に対し、前記第２突起よりも内側及び外側にそれぞれ形成され、前記一対の第１突起の稜角を含む基準平面に対して垂直方向距離の最も大きい点が、前記第２突起の稜角における前記垂直方向距離よりも小さい一対の第３突起と、を具備することを特徴とする金属シール。
2. 前記一対の第３突起が、前記第１平面及び前記第２平面によって前記金属シールを押圧挟持して変形した場合に、前記第２平面と接触する請求項１記載の金属シール。
3. 前記第１平面及び前記第２平面によって前記金属シールを押圧挟持して変形した場合に、
   前記一方の第３突起が、前記径方向に対し、前記一方の第１突起よりも外側で前記第２平面と接触し、
   前記他方の第３突起が、前記径方向に対し、前記他方の第１突起よりも内側で前記第２平面に接触する請求項１又は２のいずれかに記載の金属シール。
4. 前記一対の第１突起又は前記一対の第３突起の少なくとも一方が、前記基準平面に対して垂直方向に伸び、かつ、前記第２突起の稜角を通過する中央線に対して線対称に形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の金属シール。
5. 前記一対の第３突起が、前記第２平面に接触する稜角を有している請求項１乃至４のいずれかに記載の金属シール。
6. 前記一対の第３突起の稜角が、前記基準平面に対して同じ垂直方向距離になるように形成されている請求項５記載の金属シール。
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平面及び前記第２平面によって押圧挟持されるように構成された流体制御装置。
8. 第１端面部及び第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、
   前記金属シールの径方向にずらして形成され、稜角を有する一対の第１突起を具備し、
   前記第２端面部が、
   前記径方向に対し、前記一方の第１突起よりも内側、かつ、前記他方の第１突起よりも外側に形成され、稜角を有する第２突起と、
   前記径方向に対し、前記第２突起よりも内側及び外側にそれぞれ形成され、前記一対の第１突起の稜角を含む基準平面に対する垂直方向距離の最も大きい点が、前記第２突起の稜角における前記垂直方向距離よりも小さい一対の第３突起と、を具備していることを特徴とする金属シール。
9. 請求項１乃至６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、
   前記一対の第１突起における稜角を前記第１平面に対して接触させると共に、前記第２突起における稜角を前記第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平面によって前記金属シールを押圧挟持して変形することにより、前記一対の第３突起を前記第２平面に対して接触させることと、を備えたシール方法。
   

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