| 【発明の名称】 |
メタルシール |
| 【発明者】 |
【氏名】日高 芳皓
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| 【要約】 |
【課題】密封性、耐圧性を向上した「メタルシール」を提供する。
【解決手段】第１金属（たとえば、ステンレス）からなるシール母材２８の表面に該第１金属よりも低硬度の第２金属（たとえば、銀）からなる内側被覆層２９を設け、内側被覆層２９の表面に該第２金属よりも低硬度の第３金属（たとえば、錫）からなる外側被覆層３０を設けて構成される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１金属からなるシール母材の表面に該第１金属よりも低硬度の第２金属からなる内側被覆層を設け、該内側被覆層の表面に該第２金属よりも低硬度の第３金属からなる外側被覆層を設けたことを特徴とするメタルシール。
【請求項２】 前記シール母材は環状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のメタルシール。
【請求項３】 前記シール母材は内側に開口するように断面が略Ｃ字状に形成されていることを特徴とする請求項２記載のメタルシール。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、静止面を密封するメタルシール関し、特に、密封性を向上したメタルシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば、車両に搭載される空気調和装置に使用されるコンプレッサにおいては、シリンダとヘッドの間など、構成部品の相対面間をシール（密封）するため、金属（メタル）からなる環状に形成されたメタルシール（金属Ｏリング）が用いられる。このようなシールにはゴムからなるものもあるが、密封性や耐久性の観点から金属が用いられる場合がある。
【０００３】このようなメタルシールには、断面が略Ｏ字状に形成されたもの（すなわち、中空のもの）、あるいは、耐圧性の向上などの観点から内側に開口するように断面が略Ｃ字状に形成されたものなどがある。
【０００４】図５に示されているように、メタルシール４１は、ステンレスなどの金属からなるシール母材４２の表面に、該シール母材４２よりも硬度が低い（軟らかい）銀やインジウムなどの金属からなる単一の被覆層４３を設けて構成される。
【０００５】シールすべき部品のシール面（静止面）４４とこれに対向するシール面間に介装されて該部品がボルトなどにより締め付けられて、該シール面４４とこれに対向するシール面間に加圧的に挟持されると、表面の被覆層４３が変形して、部品のシール面４４の凹凸（一般に同心円状の複数形成されている。）にくい込むことにより、当該シール面間がシールされる。
【０００６】ここで、近時においては、車両に搭載される空気調和装置のコンプレッサに使用される冷媒として、環境により優しいという観点から二酸化炭素（ＣＯ２ ）が使用されるようになってきた。このような二酸化炭素を冷媒として用いると、従来のフロンなどと比較して、コンプレッサ自体を高圧設計とする必要があり、これに用いるメタルシールとしても、十分な密封性を維持しつつ耐高圧性を高くする必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来のメタルシールは被覆層が単一であるから、シール面の凹凸に対するくい込みを十分とするために被覆層の材料としてインジウムのような非常に軟らかい金属を選択すると、高圧力に負けて被覆層の一部が剥離して吹き飛ばされてしまう場合があり、反対に被覆層の材料として比較的に硬い金属を選択すると、シール面の凹凸に対するくい込みが不十分となり、十分なシール性を実現することができないという問題があった。特に、ボルトなどによる締め付け力が弱く十分な面圧が得られない場合やシール面の面粗度が不良で凹凸が大きい場合にはシール性が不十分となりがちであった。
【０００８】本発明は、このような実状に鑑みてなされ、密封性、耐圧性を向上することができるメタルシールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るメタルシールは、第１金属からなるシール母材の表面に該第１金属よりも低硬度の第２金属からなる内側被覆層を設け、該内側被覆層の表面に該第２金属よりも低硬度の第３金属からなる外側被覆層を設けたことを特徴とする。
【００１０】この場合において、請求項２記載のように、前記シール母材としては環状に形成されたものを採用することができる。さらにこの場合において、請求項３記載のように、前記シール母材としては内側に開口するように断面が略Ｃ字状に形成されたものを採用することができる。
【００１１】特に限定されないが、前記第１金属としてはインコネル（商標）やステンレスを用いることができ、前記第２金属としては銀を用いることができ、前記第３金属としては錫を用いることができる。
【００１２】本発明によるメタルシールがシールすべきシール面に加圧的に挟み込まれると、最も軟らかい第３金属からなる外側被覆層が主として変形して、該シール面の凹凸にくい込む。これと同時に、次に軟らかい第２金属からなる内側被覆層が外側表面層ほどではないが変形して密封に寄与するとともに該第３金属を支える。したがって、最も軟らかい外側被覆層がシール面に十分くい込むことによって密封性を向上することができ、かつ外側被覆層は該外側被覆層よりも硬くシール母材よりは軟らかい内側被覆層により支えられているので、高圧が作用した場合であっても剥離・吹き飛ばされることが少なくなり、耐圧性を向上することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
【００１４】図１は本発明に係るメタルシールが使用されたコンプレッサを示す断面図、図２は本発明に係るメタルシールの要部を示す断面図、図３はメタルシールの断面形状の一例を示す断面図、図４はメタルシールの断面形状の他の例を示す断面図である。
【００１５】まず、図１を参照して、本発明に係るメタルシールが使用される対象装置の一例としてのコンプレッサについて概説する。
【００１６】このコンプレッサは、自動車用空気調和装置等に用いられる容量可変斜板式コンプレッサである。この容量可変斜板式コンプレッサは、同図に示されているように、シリンダ１１における圧縮室内容積を、このコンプレッサに帰還する冷媒の吸込圧に応じて変化させて、該コンプレッサの吐出冷媒量を調節し、このコンプレッサの吸入圧が一定になるようにしたものである。
【００１７】シリンダ１１の一側には、クランク室１２を構成するフロントヘッド１３が複数のボルト（不図示）により取り付けられており、シリンダ１１の他側には、バルブプレート１４を介してリアヘッド１５が複数のボルト（不図示）により取り付けられている。
【００１８】このコンプレッサの中央部には、エンジンによりベルト、プーリ及びマグネットクラッチ（いずれも不図示）を介して回転駆動される駆動軸（シャフト）１６が回転自在に支持されている。この駆動軸１６には、突出する駆動棒１７を有する駆動板１８が一体的に取り付けられており、クランク室１２内で駆動軸１６と共に回転するようになっている。
【００１９】駆動棒１７の先端部近傍には、円弧状の長穴１９が形成されており、この長穴１９に遊嵌するピン２０を支点として駆動斜板２１が駆動軸１６に対して傾斜して揺動し得るように連結され、駆動軸１６の回転力が駆動棒１７およびピン２０を介して駆動斜板２１に伝達するようになっている。
【００２０】この駆動斜板２１には、スラスト軸受およびラジアル軸受（いずれも不図示）を介して、非回転のソケットプレート２２が摺動自在（回転自在）に取り付けられている。このソケットプレート２２には球面軸受２３を介して、円周方向等間隔に配置された複数のピストン２４が連結されている。
【００２１】この容量可変斜板式コンプレッサにあっては、駆動軸１６の回転に伴い駆動斜板２１が回転し、この駆動斜板２１が駆動軸１６に対し傾斜していることから、駆動斜板２１の回転により非回転のソケットプレート２２は、いわゆるみそすり的動作をする。このソケットプレート２２のみそすり的動作により、ピストン２４がシリンダボア２５内で軸方向に往復運動する。駆動斜板２１の駆動軸１６に対する傾斜角度は、駆動棒１７の長穴１９内におけるピン２０の位置に応じて変化することができ、これによりピストン２４のストロークが調節される。
【００２２】このコンプレッサに使用される冷媒としては、二酸化炭素（ＣＯ２ ）が採用されており、このため、各部の耐圧性は、フロンなどを用いる場合と比較して高くなるように設計されている。
【００２３】シリンダ１１のフロントヘッド１３との間のシール面には、環状の溝２６が形成されており、この溝２６内に、本発明に係るメタルシール２７が挿入されている。また、リアヘッド１５のシリンダ１１との間のシール面およびバルブプレート１４との間のシール面には、それぞれ環状の溝２６が形成されており、これらの溝２６内にそれぞれ本発明に係るメタルシール２７が挿入されている。
【００２４】各メタルシール２７は対応する溝２６に沿うように環状に形成されたいわゆるＯリングであり、その断面形状は、図３に示されているように、略Ｏ字状（すなわち、中空）、あるいは、図４に示されているように、内側に開口するように略Ｃ字状とされている。何れの断面形状のメタルシール２７を用いても良いが、断面Ｃ字状のものの方が、高圧が作用することにより外側に開くため、耐圧性の観点からは好ましい。なお、断面形状は他の形状のものであってもよい。
【００２５】このメタルシール２７は、図２に示されているように、シール母材２８の表面に内側被覆層２９を被覆形成し、さらに内側被覆層２９の表面に外側被覆層３０を被覆形成して構成されている。シール母材２８は、断面Ｏ字状の金属Ｏリングの場合には、そのような断面Ｏ字状に形成され、断面Ｃ字状の金属Ｏリングの場合には、そのような断面Ｃ字状に形成されている。
【００２６】シール母材２８、内側被覆層２９および外側被覆層３０を構成する各金属材料は、この順に軟らかくなるように（すなわち、硬度が低くなるように）設定されている。より特定的には、シール母材２８を構成する金属材料（第１金属）としてはインコネル（商標）やステンレスを用いることができ、内側被覆層２９を構成する金属材料（第２金属）としては銀を用いることができ、外側被覆層３０を構成する金属材料（第３金属）としては錫を用いることができる。内側被覆層２９および外側被覆層３０は、めっきあるいは蒸着などの方法により形成することができる。
【００２７】この実施形態では、シール母材２８の断面の直径が３．１８ｍｍ、シール母材２８の肉厚が０．３ｍｍに対して、内側被覆層２９の厚さは０．０１ｍｍ、外側被覆層３０の厚さは０．０１ｍｍに設定した。なお、シール面３１の面粗度は約０．２μｍＲｚである。
【００２８】このようなメタルシール２７をシリンダ１１およびリアヘッド１５の対応する溝２６にそれぞれ挿入した状態で、シリンダ１１に対してフロントヘッド１３およびリアヘッド１５をボルト締結すると、各メタルシール２７は、シリンダ１１またはリアヘッド１５の溝２６の底面（シール面３１）とこれらに対応するフロントヘッド１３またはシリンダ１１のシール面３１とによって加圧的に挟持されて、図３または図４に示されているように変形（弾性変形ないし塑性変形）する。
【００２９】このように、メタルシール２７がシールすべきシール面３１に加圧的に挟み込まれると、図１に示されているように、最も軟らかい外側被覆層３０が主として変形（塑性変形）して、該シール面３１の凹凸（一般に同心円状に複数形成されている。）にくい込む。これと同時に、次に軟らかい内側被覆層２９が外側表面層３０ほどではないが変形（弾性変形ないし塑性変形）して密封に寄与するとともに外側被覆層３０を支える。
【００３０】したがって、最も軟らかい外側被覆層３０がシール面３１に十分くい込むことによって密封性を向上することができ、かつ外側被覆層３０は該外側被覆層３０よりも硬くシール母材２８よりは軟らかい内側被覆層２９により支えられているので、高圧が作用した場合であっても剥離・吹き飛ばされることが少なくなり、耐圧性を向上することができる。
【００３１】特に、ボルトによる締め付け力が弱く十分な面圧が得られない場合やシール面３１の面粗度が不良で凹凸が大きい場合には、従来の一層の被覆層しかないものではシールが不十分であったが、硬度を上述のように調整した二層の被覆層を有している本発明に係るメタルシール２７によれば、十分なシール効果を得ることが可能である。
【００３２】ところで、上述した実施形態では、シール母材２８の表面に二層の被覆層２９，３０を形成したが、三層以上の被覆層を形成してもよい。この場合において、各被覆層を構成する金属材料の硬度は外側の層にいくにしたがって低くなるように設定される。
【００３３】なお、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００３４】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係るメタルシールによれば、耐圧性、密封性を向上したメタルシールを提供することができるという効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４７６５
【氏名又は名称】カルソニックカンセイ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月１４日（１９９９．１２．１４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７１８０
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 均 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１６５３１５（Ｐ２００１−１６５３１５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２２日（２００１．６．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５４２１４ |
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