CN101122338A - 非石棉密封垫片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有对密封性有利的波纹部分且进一步改善密封性能的非石棉密封垫片。该非石棉密封垫片包括由芯层(1A)和表面层(2、3)构成的三层结构的密封部(S)，其中，芯层(1A)由金属板制成并形成为同心圆状的波纹形状，表面层(2、3)由膨胀石墨制成并层积在芯层(1A)的表面和背面上；在密封部(S)的外周端处，芯层(1A)从表面和背面的各表面层(2、3)向外径侧突出；在密封部(S)的内周端处，表面和背面的各表面层(2、3)比芯层(1A)更向内径侧突出，而覆盖住芯层(1A)。

Description

非石棉密封垫片
技术领域
本发明涉及法兰配管之间的连接处或阀门等流体设备与配管的连接处等部位所使用的金属密封垫片等非石棉密封垫片。
背景技术
如日本公开专利特开昭58-15088号公报所公开的那样，现有的密封垫片一般是用石棉制作的。但是，因石棉具有有害性，而使现有的石棉制成的密封垫片类逐渐转化为其他的材料，在一般配管用途中也在进一步强化推进石棉联结密封垫片的替代，因此，近年来，把金属等用作代替石棉的密封垫片用材料的研究越来越受到关注。
金属密封垫片用于极高的压力或温度，由于密封所必要的紧固压力(或最低负荷面压力)高，需要很大的紧固力，所以，通常采取用多个螺栓进行紧固的方法。其密封部的剖面形状有平面形、波纹形、锯齿形等各种形状，在液体等流体配管系统等中，大多使用同心圆状的波纹形的金属密封垫片。例如，像日本公开专利特开2005-90699号公报所公开的那样，把波纹数较少的金属密封垫片安插在发动机的汽缸与汽缸盖之间。
剖面为波纹形的金属密封垫片(也叫做“波纹密封垫片”)是把金属板加工成同心圆状的波纹形，可以取得高的接触压力，同时可以附带金属弹簧效果，从而也能提高密封性。而且，垫片是金属制的，能以较低的紧固压力获取足够的密封功能，同时，还具备耐热性，也多用于阀门等流体设备。
如图11所示，作为波纹数多的金属密封垫片，可以列举出例如安装在法兰配管之间的金属密封垫片g用作流体的防漏。该图11所示的金属密封垫片g是钢板冲压制成的，具有内径与法兰配管31、32的内部流路w的内径相同的中心孔38和密封部37，该密封部37为具有与安装用的螺栓35不相干涉的圆环状，且剖面形成为同心圆(或者近似同心圆)状的波纹形状。
但是，如上所述，在流体防漏用的金属密封垫片中，在设置波纹部分方面下功夫就是为了提高密封性，但毕竟是金属接触，所以有关流体的防漏性能、即密封性能仍然不如石棉联结密封垫片，对于非石棉密封垫片，还留有进一步改善的余地。
发明内容
鉴于上述的情况，本发明的目的在于在具有对密封性有利的波纹部分的非石棉密封垫片上集中下更大的功夫，进一步改善密封性能。
本发明的非石棉密封垫片，包括芯层和表面层，所述芯层由金属板制成，形成为同心或近似同心状的波纹形状，由所述芯层与层积在该芯层的表面和背面两面上的膨胀石墨制的表面层构成三层结构的密封部，在该密封部的外周端处，所述芯层比所述表面和背面的各表面层更向外径侧突出；所述表面层由膨胀石墨制成，层积在所述芯层的表面和背面两面上，在所述密封部的内周端处，所述表面层比所述芯层更向内径侧突出，并构成为覆盖所述芯层的状态。
按照本发明，由于通过形成同心状的密封环能够把局部的紧固压力设定得高，所以，即使在用螺栓等紧固手段紧固时的低扭矩紧固状态下，密封性也很好。此外，由于紧固时的密封垫片压缩量可以很大，所以，对法兰面等被密封面的磨合性和对被密封面的面精度的追随性优越。由于具备这样的优势，所以在使用石棉联结密封垫片的地方，无需变更紧固管理就能够得到同等以上的密封性能。
本发明的第二方面的非石棉密封垫片，具有所述波纹形状的波纹部、内周侧法兰部和外周侧法兰部而构成所述密封部，所述内周侧法兰部接续设置在所述波纹部的内径侧上，该内周侧法兰部的外径侧端与所述波纹部的厚度方向的一端处于同一平面上或者近似处于同一平面上，而且该内周侧法兰部形成为锥面，该锥面呈如下状态：越是靠近内径侧端，则越偏向远离所述厚度方向的另一端的一侧；所述外周侧法兰部接续设置在所述波纹部的外径侧上。
虽然在实施方式项中详细作了说明，而按照本发明，在一对被密封面之间把非石棉密封垫片压缩为规定的状态而安装的情况下，与仅是金属密封垫片的情况相比，能够减轻因压缩引起的内端向内径侧移动的比例即缩小率，透过伴随密封垫片压缩的缩径变形，能够缩小把自由状态下的内端的直径设定得比内部流路的直径稍大一点的情况下的直径差，或者能够使因内端的未预期的向内部流路的突出所导致的妨碍流体流动这样的弊病难以产生。
本发明的第三方面的非石棉密封垫片，具有所述波纹形状的波纹部、内周侧法兰部和外周侧法兰部而构成所述密封部，所述内周侧法兰部接续设置在所述波纹部的内径侧上，并且与所述波纹部的厚度方向的一端处于同一平面上或者近似处于同一平面上；所述外周侧法兰部接续设置在所述波纹部的外径侧上，与所述波纹部的厚度方向的一端处于同一平面上或者近似处于同一平面上，并且与所述内周侧法兰部处于同侧。
像本发明那样，如果把内周侧法兰部和外周侧法兰部都配置在与波纹部的厚度方向的一端处于同一平面上或者近似处于同一平面上，而且被配置在同一侧，由于在同一侧的被密封面同时支承内外周端的状态下压缩垫片，所以与内外周端靠接在各自的被密封面上的结构相比，能够进行更有效的压缩，而能提高密封性。
基于本发明的第一方面的非石棉密封垫片，其特征在于，在所述波纹部的径向上相邻的波纹之间的间隔形成为不等波纹间距，越靠所述波纹部的内径侧就越窄。
像本发明那样，如果做成内径侧波纹节距变窄的不等波纹节距，在一对被密封面间压缩时，越靠内径侧就越为高密度靠接状态，能够进一步提高密封性。
基于本发明的第二方面的非石棉密封垫片，其特征在于，在所述波纹部的径向上相邻的波纹之间的间隔形成为不等波纹间距，越靠所述波纹部的内径侧就越窄。
像本发明那样，如果做成内径侧波纹节距变窄的不等波纹节距，在一对被密封面间压缩时，越靠内径侧就越为高密度靠接状态，能够进一步提高密封性。
基于本发明的第三方面的非石棉密封垫片，其特征在于，在所述波纹部的径向上相邻的波纹之间的间隔形成为不等波纹间距，越靠所述波纹部的内径侧就越窄。
像本发明那样，如果做成内径侧波纹节距变窄的不等波纹节距，在一对被密封面间压缩时，越靠内径侧就越为高密度靠接状态，能够进一步提高密封性。
附图说明
图1是实施例1的非石棉密封垫片的主视图。
图2是图1的非石棉密封垫片的剖视图。
图3是表示图1的非石棉密封垫片的螺栓安装部的主要部分的剖视图。
图4是实施例2的非石棉密封垫片的主视图。
图5是表示图4的垫片的螺栓安装部的主要部分的剖视图。
图6A是实施例3的非石棉密封垫片的主视图，图6B是其剖视图。
图7A是实施例4的非石棉密封垫片的自由状态图，图7B是其紧固后的状态图。
图8是表示压缩复原特性的图。
图9是表示加热循环后氦气密封特性的图。
图10是表示近似椭圆形的非石棉密封垫片的主视图(其他实施例)。
图11是表示现有的金属密封垫片及安装状况的立体图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的非石棉密封垫片的实施方式。图1～图3表示的是实施例1；图4、图5表示的是实施例2；图6A、图6B表示的是实施例3；图7A、图7B表示的是实施例4；图8、图9是表示各种特性的图；图10表示的是其他实施例的非石棉密封垫片的主视图。
[实施例1]
图1～图3表示实施例1的非石棉密封垫片A，该非石棉密封垫片A具有三层结构的密封部S而构成，该密封部S由形成为具有轴心P的同心圆状(同心形状之一例)的波纹形状的不锈钢等金属板制的芯层1A、层积在该芯层1A的表面和背面两面上的膨胀石墨制的表面层2、3构成。密封部S由波纹形状的波纹部4、与其内外径侧接续设置的内周侧法兰部5和外周侧法兰部6构成；内周侧法兰部5和外周侧法兰部6被配置成与作为波纹部4厚度方向的一端的下侧处于同一平面上，并被配置于相互相同的一侧。
也就是说，波纹部4中的下侧的各波峰部y的顶点与内周侧法兰部5和外周侧法兰部6的底面5a、6a包含在相互相同的同一假想平面m内。图3中，下侧的第一法兰配管11的端面11A相当于假想平面m。图3描绘的是上下波峰部y轻轻接触于具有内部流路r的第一和第二法兰配管11、12的各端面(被密封面)11A、12A那样的、在各端面11A、12A之间不压缩非石棉密封垫片A而仅仅将其插装在两端面之间的自由状态。
在密封部S的外周端、即外周侧法兰部6的外周端上，芯层1A从表面和背面的各表面层2、3朝外径侧稍许突出。也就是说，芯层1A的外径稍稍大于表面背面的(上下的)表面层2、3的外径，从而构成为金属部分露出的状态。在密封部S的内周端、即内周侧法兰部5的内周端上，表面和背面的各表面层2、3比芯层1A更向内径侧突出，而且向着相互紧密贴合的方向(上下方向)进行加工，结果，构成覆盖芯层1A使之不露出来的状态。
如图3所示，在非石棉密封垫片A处于自由状态时，内周侧法兰部5的内周端的直径稍微大于流路r的直径，而且把非石棉密封垫片A的内外径设定为在外周侧法兰部6的外周端、即芯层1A的外周端与紧固螺栓7之间存在明确的径向间隙的尺寸。然后，以规定的扭矩把紧固螺栓7拧紧，在非石棉密封垫片A被压缩的状态下(省略图示)，由于向内径侧和外经侧稍稍膨胀，所以内周侧法兰部5的内周端的直径与流路r的直径一致或近似一致，而芯层1A的外周端轻轻接触于紧固螺栓7，或是变形为空开极微小的间隙的状态。
因此，由于金属制的芯层1A不显露在经非石棉密封垫片A连接起来的各法兰配管11、12的流路r、r内，所以能够使用必须避免与金属接触的药液或洗净液那样的流体，同时由于金属制的芯层1A显露于外周，所以在组装时等，非石棉密封垫片A与紧固螺栓7接触时，仅仅芯层1A接触，从而能够避免膨胀石墨制的表面层2、3碰到紧固螺栓7而崩溃以及因此而对密封性产生坏影响的可能。另外，实施例1的非石棉密封垫片A仅仅由圆形的密封部S构成。
关于上述的实施例1的非石棉密封垫片A，具有如下种种特征，简单地进行补充说明。此外，分为结构与特征、特性(压缩复原特性、加热循环后氦气密封试验)等项目。
[结构与特征]
一种组合式垫片，把作为芯材的金属薄板(例如：作为配管用标准材料的不锈钢材料)即芯层1A成形为波纹状(波纹)，在其两面层积具有密封性和耐热性的膨胀石墨片2、3。这样，由于利用形成同心圆状的密封环能够把局部的紧固压力设定得高，所以，即使在螺栓紧固时的低扭矩紧固状态下，密封性也很好。由于螺栓紧固时的压缩量被设定得很大，所以，对法兰面的磨合性和对法兰面精度的追随性优越。由于具备这样的优势，在使用石棉联结密封垫片的地方无需变更紧固管理就能够得到同等以上的密封性能。
[压缩复原特性]
图8是比较实施例1的非石棉密封垫片A的一个例子与石棉联结密封垫片的压缩复原特性的比较图，从该图可知，非石棉密封垫片A的压缩量能够确保为石棉联结封垫密圈的压缩量的大约5倍。
[加热循环后氦气密封试验]
图9是比较实施例1的非石棉密封垫片A的一个例子与石棉联结密封垫片的加热循环后氦气密封特性的图，从该图可知，与石棉联结密封垫片相比，非石棉密封垫片A能够把高温使用中的密封性稳定在高水平上。
[实施例2]
如图4、5所示，实施例2的非石棉密封垫片A设置有由芯层1A和在其外周侧的四个地方一体形成的突片1B构成的密封垫片主体1，此外，都与实施例1的非石棉密封垫片A相同。因此，与实施例1的非石棉密封垫片A相同的部位标注同样的附图标记。
四个部位的突片1B在垫片的中心P周围以等角度(90度)隔开，同时形成为与外周侧法兰部6处于同一平面的状态。如图4所示，紧固螺栓7最好被配置在相邻的突片1B、1B之间的四个部位。突片1B可以方便地用作非石棉密封垫片A装配时的定位或运输时的固定件。
[实施例3]
如图6A、图6B所示，实施例3的非石棉密封垫片A，在波纹部4的径向上相邻的波纹之间的间隔、即波峰y之间的间隔被形成为越靠波纹部4的内径侧就越窄的不等波纹节距。详细地说，如果把相邻的波峰y、y之间的径向的间隔按起自内径侧的顺序设为dn(n＝1，2，3，…)，就是d1＜d2＜d3＜…dn-1＜dn的关系成立的结构。此外，与实施例1的非石棉密封垫片A相同。
[实施例4]
如图7A、图7B所示，实施例4的非石棉密封垫片A的内周侧法兰部5的外径侧端与波纹部4的厚度方向的下端(一端之一例)处于(或近似处于)同一平面上，而且形成为越是靠近内径侧端就越靠近下侧(“远离厚度方向的另一端的一侧”之一例)的锥面，此外，与实施例1的非石棉密封垫片A相同。因此，与实施例1的非石棉密封垫片A相同的部位标注相同的附图标记。
在只有内周侧法兰部5的内端5a接触第一法兰配管的端面11A的自由状态下，如果拧紧紧固螺栓7把实施例4的非石棉密封垫片A压缩下去，则内周侧法兰部5以其内端5a为基准向接近于水平面的方向折回的方式变形，所以，利用内周侧法兰部5朝下方弯曲而产生的弹性，使内端5a的抵接压力在密封垫片的底面侧逐渐上升。这时，直接与端面11A接触的是下侧的表面层3即膨胀石墨，与芯层1A(金属)接触的情况相比产生高的摩擦系数，所以，相对于因压缩而产生的使波纹部4在径向扩展变形的力的阻力，比与金属接触时的阻力强。
其结果是，与仅仅是金属的垫片的情况相比，能减小以规定扭矩拧紧紧固螺栓7时的内端5a向内径侧移动的比例即缩小率，透过伴随垫片压缩的缩径变形，能够缩小把自由状态的内端5a的直径设定得比内部流路r的直径稍大一点的情况下的直径差，或者能够使因内端5a的未预期的向内部流路r的突出所导致的妨碍流体流动这样的弊病难以产生。
[其他实施例]
如图10所示，也可以是做成形成为同心近似椭圆状的波纹形状的金属板制的芯层1A的非石棉密封垫片A。除正面看的形状不同之外，与实施例1的非石棉密封垫片A相同，对应的部位标注对应的附图标记。作为同心或近似同心的形状，可以是椭圆、长圆、矩形、多边形等各种形状。

Claims (6)

1.一种非石棉密封垫片，其特征在于，
包括芯层和表面层，
所述芯层由金属板制成，形成为同心或近似同心状的波纹形状，由所述芯层与层积在该芯层的表面和背面两面上的膨胀石墨制的表面层构成三层结构的密封部，在该密封部的外周端处，所述芯层比所述表面和背面的各表面层更向外径侧突出；
所述表面层由膨胀石墨制成，层积在所述芯层的表面和背面两面上，在所述密封部的内周端处，所述表面层比所述芯层更向内径侧突出，并构成为覆盖所述芯层的状态。
2.根据权利要求1记载的非石棉密封垫片，其特征在于，具有所述波纹形状的波纹部、内周侧法兰部和外周侧法兰部而构成所述密封部，
所述内周侧法兰部接续设置在所述波纹部的内径侧上，该内周侧法兰部的外径侧端与所述波纹部的厚度方向的一端处于同一平面上或者近似处于同一平面上，而且该内周侧法兰部形成为锥面，该锥面呈如下状态：越是靠近内径侧端，则越偏向远离所述厚度方向的另一端的一侧；
所述外周侧法兰部接续设置在所述波纹部的外径侧上。
3.根据权利要求1记载的非石棉密封垫片，其特征在于，具有所述波纹形状的波纹部、内周侧法兰部和外周侧法兰部而构成所述密封部，
所述内周侧法兰部接续设置在所述波纹部的内径侧上，并且与所述波纹部的厚度方向的一端处于同一平面上或者近似处于同一平面上；
所述外周侧法兰部接续设置在所述波纹部的外径侧上，与所述波纹部的厚度方向的一端处于同一平面上或者近似处于同一平面上，并且与所述内周侧法兰部处于同侧。
4.根据权利要求1记载的非石棉密封垫片，其特征在于，在所述波纹部的径向上相邻的波纹之间的间隔形成为不等波纹间距，越靠所述波纹部的内径侧就越窄。
5.根据权利要求2记载的非石棉密封垫片，其特征在于，在所述波纹部的径向上相邻的波纹之间的间隔形成为不等波纹间距，越靠所述波纹部的内径侧就越窄。
6.根据权利要求3记载的非石棉密封垫片，其特征在于，在所述波纹部的径向上相邻的波纹之间的间隔形成为不等波纹间距，越靠所述波纹部的内径侧就越窄。
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