专利名称：金属垫片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在原子能领域、半导体领域等中的各种配管、机械设备等高温高 压、真空等严酷条件下作为密封构件而使用的金属垫片，特别地，涉及一种能以较小的旋紧 力获得良好的密封性的金属垫片。
背景技术：
在要求高真空用途那样的不能允许透过泄漏的高密封性能、对脱气的烘干处理等 的耐热性的用途中，一般使用由软质金属材料构成的金属垫片，该软质金属材料比由橡胶、 合成橡胶等构成的材料的特性更好。
为了使用这种金属垫片来确保稳定的密封性，与使用橡胶、合成橡胶的情况相比 就必须作用非常大的旋紧力。其结果是，在使用金属垫片的情况下，通常会使旋紧作业的负 载增加，造成凸缘、螺栓等连结体大型化。
另外，在0形环状的垫片即不是密封形状的垫片的情况下，安装时一般在全部旋 进垫片安装螺纹的状态下使用，但在0形环状的橡胶制或合成橡胶制的垫片的情况下，由 于在较小的旋紧负载下能大幅度变形，因此，当逐级旋紧螺栓时，能在旋紧垫片时简单地使 螺栓旋转旋紧。另一方面，当处于螺栓的螺纹全部旋进的状态时，立刻螺栓不能再旋转。或 者几乎不能旋转。
因此，在0形环状的橡胶制或合成橡胶制的垫片的情况下，即使手动作业也能容 易地进行螺栓的旋紧管理。
与此相对，在金属制的0形环状的垫片的情况下，由于原本就需要较大的力以使 垫片变形，不易确知处于螺栓的螺纹全部旋进状态的瞬间的变化。因此，存在通过手动作业 的螺栓旋紧的管理不易进行的问题。
作为金属制的0形环状的垫片，已知有金属中空0形环、带弹簧的金属C形环等。 然而，即使在金属中空0形环、带弹簧的金属C形环的情况下，也不易确知处于螺栓的螺纹 全部旋进状态的瞬间的变化，进行手动作业的螺栓旋紧的管理是困难的。另外，在上述金属 中空0形环、带弹簧的金属C形环等的情况下，通过改变控制“0”、“C”等整体形状的部分的 厚度、尺寸，能使其容易变形。此外，在带弹簧的C形环的情况下，通过适当改变内置的弹簧 的粗细等，能使其容易变形。然而，若改变弹簧的粗细，则由于影响反作用力或密封面的应 力，因此，存在影响密封性能的问题。
对于金属中空0形环、带弹簧的金属C形环，为了提高密封性能，提出有各种方案。
例如，将软质层(金属镀覆、橡胶涂覆等)设于金属垫片的密封面，或采用使应力 集中产生于金属垫片的密封面的形状。即，在专利文献1中，将突出部设于密封面，在专利 文献2中，将凹槽设于密封面，从而形成产生应力集中的形状。
然而，即使这样的改善方案，也不能完全以较小的旋紧力发挥足够的密封性能。
另外，特别地，如专利文献1、2所述，当将密封面形成产生应力集中的形状时，因 该形状而使损伤容易残留于对象侧的凸缘面，其结果是，凸缘的再使用有时会产生问题。此外，由于应力集中部为凸状，因此，存在容易产生损伤、操作时特别需要注意等问题。
专利文献1 日本专利特开平2-113171号
专利文献2 日本专利特开平9464427号
发明所要解决的技术问题
本发明鉴于上述以往的实际情况而作，其目的在于提供一种金属垫片，该金属垫 片能以较小的旋紧力来获得高密封性，而且，即使在通过手动作业进行螺栓固定的情况下， 也能容易地进行螺栓旋紧的管理，此外，不会对对象侧的凸缘面造成损伤。
解决技术问题所采用的技术方案
为了实现上述目的，本发明所涉及的金属垫片是由利用周向的开口而形成截面大 致呈C字状的外环和以嵌合状态配置于该外环内侧的内环构成的金属垫片，其特征是，上 述内环由截面为多边形的多棱体构成，且该内环中彼此相对的一对角部隔着上述外环的上 述开口分别配置于两侧的内周面。
根据这样结构的金属垫片，内环的角部与外环抵接，并被局部用力地按压，且其他 部分缓慢地与外环抵接，因此，用于获得密封力的整体的旋紧力也可以较小。
在本发明中，上述内环最好是截面为四边形的四棱体。
若是这样的结构，则能利用简单结构的内环来提高密封性能。
此外，在本发明中，上述内环即上述多棱体的顶部最好形成为圆弧状。
若是这样的结构，内环的相对于外环的紧贴性良好，因此，能较好地维持密封性 能，并能防止内环朝周向的移动。
另外，若顶部是锐角则会引起应力过度集中，藉此，可能会带来外环的破损、在对 象凸缘的密封面产生凹陷等损坏，但若顶部是圆弧状，则能抑制上述损坏。
此外，在本发明中，构成上述内环的金属最好由比构成上述外环的金属硬质的金 属形成。
若如上所述内环比外环硬，则高硬度的内环将低硬度的内环朝外侧按压，且低硬 度的外环相对于对象构件的贴合性良好，因此，密封性也较好。
另外，也能将软质层设于上述外环的至少外周侧表面。此处，作为软质层，可以是 树脂或适当的橡胶，此外也可以是软金属的镀覆层。
即使在如上所述将软质层设于外环的至少外周侧表面的情况下，也能良好地维持 相对于对象构件的贴合性。
发明效果
根据本发明的金属垫片，与以往的金属垫片相比，为了获得相同的密封性所需要 的整体的旋紧负载变小，且施加一定负载情况下的变形量变大，因此，能以较小的旋紧力来 确保足够的密封性，且在进行通过手动作业的螺栓固定时，在螺栓的螺纹全部旋进的瞬间， 螺栓基本不能再旋转，因此，能容易进行手动作业的螺栓旋紧的管理。
此外，由于外环的外周面是不存在突出部分的曲面，因此，不会对对象侧的凸缘面 产生损伤。
图1是本发明一实施例的金属垫片(metal gasket)的剖视图。4
图2是表示形成图1所示的外环时的步骤的剖视图。
图3是表示将图1的金属垫片使用于配管等的凸缘部的状态的局部放大剖视图。
具体实施方式
以下，对本发明所涉及的金属垫片进行说明。
图1是表示本发明一实施例的金属垫片的半剖图。
如图1所示，金属垫片10由截面大致呈C字状的外环12和截面大致呈四边形的 中空的内环14构成。
构成内环14的金属最好由比构成外环12更硬质的金属形成。
作为优选，例如，外环12由被称为所谓软金属的铝形成，内环14由比铝更硬质的 金属，例如不锈钢等形成。
即，在本实施例的金属垫片10中，配置于密封面的外环12的硬度比内环14的硬 度低，藉此，外环12容易变形。此外，如图2所示，预先准备环状且被冲裁成平板状的铝板 12’，并将该铝板12’卷曲成管状来形成外环12。
另一方面，例如，准备截面呈四边形的四棱体的方筒管等，在将该方筒管拉绕成环 状后，焊接两端部，从而形成内环14。另外，该方筒管形成的内环14是在将一对角部14a、 14b配置于轴向(上下方向)、将另一对角部14c、14d配置于水平方向(径向)的状态下， 拉绕成环状，而形成图1所示的形状的。因此，首先，若在制成环状的内环14后，以覆盖该 内环14的外侧的方式来卷曲上述外环12，则如图1所示，能形成由内环14和外环12构成 的金属垫片10。外环12和内环14的制作方法、组装方法并不限定于上述实施例。
根据本实施例，由于内环14的一对角部14a、14b配置于外环12的开口 12c的两 侧内周面，因此，能从内侧用力按压外环12。藉此，内环14作为弹性元件起作用，且外环12 作为密封元件起作用。
如图3所示，如上所述的金属垫片10例如安装于在半导体制造中所使用的配管 20,21的接头部分的凸缘面22，并被螺栓M等旋紧。另外，为了提高构成金属垫片10的外 环12的密封性，也能对外环12的表面进行聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺等的涂覆或银、镍、 铜等的镀覆。
以下，对采用这种结构的金属垫片10的旋紧进行说明。
如图3所示，在本发明的金属垫片10中，当将垫片10安装于需要密封的构件20、 21的凸缘面22，并利用螺栓M等作用规定的旋紧力时，首先，外环12的外周面被压缩。此 时，外环12的与内环14的一对角部14a、14b抵接的部分不易变形，但其他部分承受恰当的 压缩力，缓缓地朝凸缘面22贴近。藉此，确保了密封性。另外，由于外环14由软金属形成， 且采用该外环14的内周面与一对角部14a、14b接触的结构，因此，能在将整体的旋紧力抑 制得较小的状态下维持密封性能。
此时，由于外环12采用内周面与一对角部14a、14b接触的结构，因此，在该部位应 力会集中，能在将整体的旋紧力抑制得较小的状态下贴近凸缘面，并能维持密封性能。
另外，在本实施例中，即使以手动进行螺栓固定，在螺栓的螺纹全部旋进的瞬间， 螺栓基本不能再旋转。藉此，能以手动进行该螺栓固定管理。
此外，当金属垫片10被压缩时，外环12中与内环14的一对角部Ha、14b不接触的部分容易变形。
另一方面，由于在内环14中，该内环14随压缩而朝垫片10的径向(剖视图的横 向)延展，因此，内环14容易变形，另外，在变形时保持朝上下方向(压缩方向)的反作用 力，所以，能以较小的负载使垫片10大幅度变形。由此，在以手动进行螺栓固定的情况下， 在旋紧时能简单地旋转螺栓，若到达界限，则螺栓不能再旋转，因此，螺栓固定管理是容易 的。
如上所述，即使本发明的金属垫片为0形环状的金属垫片，也能在将整体的旋紧 力抑制得较小的状态下确保密封性，且若螺栓的螺纹全部旋进，则立刻螺栓不能再旋转，因 此，能容易地进行手动操作的螺栓固定管理。
以上，说明了本发明一实施例的金属垫片，但本发明并不限定于上述实施例。
例如，外环12也可不是单一的金属，而是合金。另外，也可通过树脂、橡胶等的涂 覆或镀覆等，将软质层设于构成密封面的外环12的外侧表面。此处，在另外设置软质层的 情况下，能根据条件适当选择材质。
如上所示，若将适当的软质层设于外环12的外侧表面，则能使垫片的密封性提 高。另外，在将软质层设于外环12的表面的情况下，也可将软质层至少形成于外周侧表面 而非外环12的外侧整体。然而，若考虑作业性，则将软质层设于外侧整体是实际的。
此外，在上述实施例中，内环14形成为截面呈四边形，但若该内环14为多棱体，则 并不限定于四棱体，例如，也可形成截面为六边形的六棱体。总之，只要是隔着外环12的中 央开口大致均等地按压两侧的对称位置的形状即可。
上述本发明的金属垫片能广泛地使用于超真空凸缘、真空设备、蒸镀装置、喷镀装 置、CVD装置、各种真空泵等高温、高压、真空、低温等严酷的条件下。
另外，如图1所示，在外环14例如为四棱体的情况下，最好以圆弧状、特别是与外 环12的内周面紧贴的较大直径来形成一对角部14a、14b的外表面顶部。这样，若以与外环 14的内周相同的直径来形成内环14，则内环14紧贴地滑动接触，因此，能防止由于内环14 而导致外环12变形的发生。
另外，通过进行使内环14的一对角部14a、14b与外环12的内周面紧密接触的尺 寸设计，能抑制在内环14相对于外环12较小的情况下产生的内环14的偏移、斜向倾斜的发生。
此外，在上述实施例中，外环12的开口部12c配置于凸缘面的外周侧，但也可将外 环12形成为其开口部12c配置于凸缘面的内周侧。
若将外环12的开口部12c配置于高压侧，则该压力进入外环12内并将外环12朝 外侧撑开，因此，能发挥自紧功能。
(符号说明)
10金属垫片
12外环
12c开口
14内环
14a、14b 角部
权利要求
1.一种金属垫片，由利用周向的开口而形成截面大致呈C字状的外环和以嵌合状态配 置于该外环内侧的内环构成，其特征在于，所述内环由截面为多边形的多棱体构成，且该内环的彼此相对的一对角部隔着所述外 环的所述开口分别配置于两侧的内周面。
2.如权利要求1所述的金属垫片，其特征在于， 所述内环是截面呈四边形的四棱体。
3.如权利要求1或2所述的金属垫片，其特征在于， 所述内环即所述多棱体的顶部形成为圆弧状。
4.如权利要求1至3中任一项所述的金属垫片，其特征在于，构成所述内环的金属由比构成所述外环的金属硬质的金属形成。
5.如权利要求1或4所述的金属垫片，其特征在于， 将软质层设于所述外环的至少外周侧表面。
全文摘要
一种金属垫片，能以小的旋紧力获得高密封性，而且，在施加一定的旋紧负载的情况下的变形量大，因此，即使在以手动作业进行螺栓固定的情况下，也能进行螺栓旋紧的管理，并不会对对象侧的凸缘面造成损伤。金属垫片(10)由利用周向的开口而形成截面大致呈C字状的外环(12)和以嵌合状态配置于该外环(12)内侧的内环(14)构成，其特征是，内环(14)例如由截面呈四边形的多棱体构成，且该内环(14)的彼此相对的一对角部隔着外环(12)的开口分别配置于两侧的内周面。
文档编号F16J15/08GK102037260SQ20098011844
公开日2011年4月27日 申请日期2009年5月7日 优先权日2008年5月20日
发明者佐藤广嗣, 吉田勉, 大见忠弘, 村松晃, 桑村幸, 熊木聪, 白井泰雪, 野口胜通 申请人:国立大学法人东北大学, 日本华尔卡工业株式会社