CN109210298A

CN109210298A - 螺旋形垫圈

Info

Publication number: CN109210298A
Application number: CN201810728938.3A
Authority: CN
Inventors: 柳武雄二; 泽本直雪; 田边裕树; 佐藤裕太; 户矢崎清志
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2019-01-15
Anticipated expiration: 2038-07-05
Also published as: JP2019015336A; US20190011049A1; JP6815288B2; CN109210298B; US10591064B2

Abstract

本发明提供一种螺旋形垫圈，其在紧固前的状态下在垫圈面露出的填充构件之间不易残留以螺旋状连通的间隙，且能够对设置于配管接头的法兰盘发挥充分的密封性。本发明的螺旋形垫圈是将金属制环箍构件与填充构件的重叠体卷绕到开口部的周围且一体化而成的在端部具有垫圈面的螺旋形垫圈，在该垫圈面中，该填充构件的端部比该环箍构件的端部突出，并且该垫圈面的表面粗糙度R_z为30μm～200μm。

Description

螺旋形垫圈

技术领域

本发明涉及螺旋形垫圈，更详细地涉及提高了配管接头的密封性的螺旋形垫圈。

背景技术

已知有将截面成型为V字或W字状的金属制环箍构件与以石棉、陶瓷纤维等为主要材料的无机纸的填充构件重叠并卷绕而成的螺旋形垫圈(例如参照专利文献1和2)。这样的螺旋形垫圈在各种配管的配管接头中，作为用于得到密封性(例如气密性或液密性)的材料(密封材料)使用。

其中，构成螺旋形垫圈的填充构件一般使用比环箍构件宽度大的材料，在通过卷绕形成的环箍构件与填充构件的叠层端面(抵接于法兰盘等的垫圈面)，使填充构件的端部从环箍构件的端部之间在垫圈的厚度方向露出。因此，容易在露出的填充构件之间形成间隙。

在形成了这样的间隙的螺旋形垫圈中，希望通过垫圈的紧固而使露出的填充构件填埋该间隙，但这并不能说是容易的。即，如果紧固时赋予的垫圈的压缩量小，则该间隙在垫圈面中以螺旋状连通的状态残留。此时，该间隙会成为密封对象的流体的泄露路径，造成泄露。

因此，希望开发使会成为这样的泄露路径的间隙不易残留在垫圈面、且对设置于配管接头的法兰盘能够发挥充分的密封性的螺旋形垫圈。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实公平6－000693号公报

专利文献2：日本特开平10－141503号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明以解决上述问题为课题，其目的在于：提供在紧固前的状态下在垫圈面露出的填充构件之间不易残留以螺旋状连通的间隙，且对设置于配管接头的法兰盘能够发挥充分的密封性的螺旋形垫圈。

用于解决课题的技术方案

本发明涉及一种螺旋形垫圈，其是将金属制环箍构件与填充构件的重叠体卷绕到开口部的周围且一体化而成的在端部具有垫圈面的螺旋形垫圈，

在该垫圈面中，该填充构件的端部比该环箍构件的端部突出，

并且，该垫圈面的表面粗糙度R_z为30μm～200μm。

在一个实施方式中，上述填充构件的卷绕前的25％压缩负载P为5MPa～9MPa，

该填充构件的卷绕前的厚度相对于上述环箍构件的卷绕前的厚度的比率的百分率Tr为200％～1500％，

并且，利用该25％压缩负载P和该比率的百分率Tr算出的以下的式(I)所示的V(％/MPa)为22～300。

发明的效果

根据本发明，在垫圈面中露出的填充构件之间会成为泄露路径的原因的螺旋状的间隙不易残留，且对设置于各种配管接头的法兰盘能够提供充分的密封性。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的螺旋形垫圈的一例的图，(a)是该螺旋形垫圈的俯视图，而且(b)是(a)所示的螺旋形垫圈的A－A方向截面图。

图2是图1的(b)所示的本发明的垫圈的局部放大截面图。

图3是用于说明构成图1的(b)所示的本发明的垫圈的卷绕前的环箍构件和填充构件的初期厚度的示意截面图。

图4是示意性地表示本发明的螺旋形垫圈的另一例的截面图。

图5是用于示意性地说明将图1的(b)所示的本发明的螺旋形垫圈配置于配管接头的状态的截面图。

图6是示意性地表示本发明的螺旋形垫圈的其他例子的截面图。

符号说明

100、200、300 螺旋形垫圈

102、202 环箍构件

104、204 填充构件

110、210 开口部

120、220 垫圈面

112 第一弯曲部

114 第二弯曲部

116 第三弯曲部

212 弯曲部

512、514 配管接头

具体实施方式

以下，使用附图详细叙述本发明。

图1是示意性地表示本发明的螺旋形垫圈的一例的图。

如图1的(a)所示，本发明的螺旋形垫圈100(以下，有时简称为“垫圈100”)是通过将金属制环箍构件102与填充构件104的重叠体以在中心具有开口部110的方式卷绕且一体化而构成的。此外，在图1的(a)中，环箍构件102表示在垫圈100的外周和内周，但如后所述，通过上述卷绕，在垫圈面120中，填充构件104的端部比环箍构件102的端部突出，在垫圈面120的内部以包埋于填充构件104之间的状态配置。

环箍构件102例如由不锈钢、铁、镍、铝等金属构成，优选为1条薄带板。从容易获得、且具有强度和耐热性的理由出发，优选环箍构件102由不锈钢构成。此外，在本发明中，环箍构件102优选使用具有0.1mm～0.3mm、更优选0.1mm～0.15mm的初期厚度Th的构件。其中，本说明书中使用的用语“环箍构件的初期厚度Th”是指将该环箍构件与填充构件的重叠体卷绕之前的状态下的环箍构件的厚度。

填充构件104配置在垫圈100内卷绕的环箍构件102之间。填充构件104例如由膨胀石墨、无机纸(例如包含石棉、陶瓷纤维等的无机纤维)、和多孔质四氟乙烯、以及这些的组合材料构成，优选为1条带状的片。从即使密度比较低也能够对垫圈100提供高的密封性、且其本身具有优异的耐热性的理由出发，填充构件104优选由膨胀石墨构成。

另外填充构件104在卷绕前的状态下，优选具有1.0g/cm³～1.2g/cm³的密度。填充构件通过具有这样的范围内的密度，能够制成压缩量大的垫圈。此外，在本发明中，填充构件104优选使用具有0.4mm～1.5mm、更优选0.4mm～0.8mm的初期厚度Tf的构件。其中，本说明书中使用的用语“填充构件的初期厚度Tf”是指将该填充构件与环箍构件的重叠体卷绕之前的状态下的填充构件的厚度。

在本发明中，开口部110设置在螺旋形垫圈100的大致中央，能够通过来自配管接头的液流或气流。开口部110优选具有大致圆形或大致椭圆形的形状。开口部110的直径根据安装垫圈100的配管的内径适当设定。在图1的(a)所示的实施方式中，垫圈100以这样的开口部110为中心，环箍构件102和填充构件104在径向重叠(即、叠层)且一边对它们施加规定的负载(绕组负载)，一边以任意的次数卷绕，由此形成由多个填充构件104的层的端部构成的垫圈面120。即，垫圈面120由从环箍构件102的端部露出的填充构件104的端部构成。

垫圈面120的径向的宽度不一定被限定，例如为4mm～10mm，优选为5mm～8mm。

图1的(b)是上述图1的(a)所示的垫圈100的A－A方向(为环箍构件102与填充构件104的厚度方向，同时也是垫圈100的径向)截面图。

在图1的(b)所示的实施方式中，垫圈100在开口部110的外周侧设置有环箍构件102与填充构件104的重叠部分(在图1的(b)中，在径向分别具有3重的重叠)。在图1的(b)中，环箍构件102沿着垫圈100的厚度方向，具有3个弯曲部(曲折部)(即，从图1所示的上方到下方，为第一弯曲部112、第二弯曲部114和第三弯曲部116)，作为整体具有W字状的截面。

垫圈100在垫圈面120中，填充构件104的端部比环箍构件102的端部突出。即，垫圈面120由从环箍构件102的端部露出的填充构件104的端部构成。这样的填充构件104的端部的突出的特征优选在垫圈100的垫圈面120的两端面(即、图1的(b)的上侧面和下侧面)出现。

此外，在垫圈100中，垫圈面120的表面粗糙度R_z(最大高度粗糙度)为30μm～200μm，优选为30μm～100μm。其中，最大高度粗糙度“R_z”是指按照JIS B 0601：2013计算的、由垫圈面120的基准长度的轮廓曲线的山高度(Z_p)的最大值与谷深度(Z_v)的最大值的和得到的表面粗糙度。在垫圈面的表面粗糙度低于30μm的情况下，该垫圈面的凹凸变得更小，但为了达到该表面粗糙度，需要对垫圈面实施研磨等特别的表面处理，例如制造工序有可能变得繁杂。如果垫圈面的表面粗糙度高于200μm，则在垫圈的截面(例如如图1的(b)所示的垫圈的厚度方向的截面)中，为在互相相邻的填充构件之间形成有明显的间隙的状态。由此，该间隙在垫圈面上以螺旋状连通，有可能成为密封对象的流体的泄露路径。

图2是图1的(b)所示的垫圈100的局部放大截面图。

在图2所示的卷绕多周的环箍构件102中，第一弯曲部112、112b、112c、112d在垫圈100的厚度方向上，优选设置为互相大致相同的高度。另外，相邻的环箍构件102的各最短距离(即、从第一弯曲部112到第一弯曲部112b的最短距离、从第一弯曲部112b到第一弯曲部112c的最短距离、以及从第一弯曲部112c到第一弯曲部112d的最短距离)优选基本相同。

同样在图2所示的卷绕多周的环箍构件102中，第二弯曲部114、114b、114c、114d在螺旋形垫圈的厚度方向上，优选设置为互相成为大致相同的高度。另外，从第二弯曲部114到第二弯曲部114b的最短距离、从第二弯曲部114b到第二弯曲部114c的最短距离、以及从第二弯曲部114c到第二弯曲部114d的最短距离优选基本相同。此外，在图2所示的卷绕多周的环箍构件102中，第三弯曲部116、116b、116c、116d在螺旋形垫圈的厚度方向上，优选设置成为互相大致相同的高度。另外，从第三弯曲部116到第三弯曲部116b的最短距离、从第三弯曲部116b到第三弯曲部116c的最短距离、以及从第三弯曲部116c到第三弯曲部116d的最短距离优选基本相同。

其中，在垫圈100中，紧固前的(即、在进行向配管接头的安装之前的未压缩的状态)填充构件104在垫圈100的厚度方向露出，为了使其成为基本不形成明显的间隙的状态，认为重要的是(1)作为构成填充构件104的材料的压缩特性，压缩率大(即、柔软)、和/或(2)填充构件104的初期厚度Tf相对于环箍构件102的初期厚度Th大。

从这样的观点出发，使用图3，首先，对“(1)构成填充构件104的材料的压缩特性”进行研究。图3是用于说明构成图1的(b)所示的垫圈100的卷绕前的环箍构件102和填充构件104的初期厚度的示意截面图。

在本发明中，作为“(1)构成填充构件104的材料的压缩特性”，能够利用例如填充构件104的25％压缩负载P(填充构件104的厚度方向(所卷绕时的垫圈100的径向)上的填充构件104的25％压缩负载)来表示。25％压缩负载P的值越小，则能够评价填充构件104越容易压缩(即、越柔软)，而该P的值越大，则能够评价填充构件104越难以压缩(即、越硬)。此外，该25％压缩负载能够根据JIS 6254，作为将试验片的原始厚度(压缩前的厚度)压扁达到25％的厚度所需的负载的值(MPa)测定得到。

其中，在垫圈100中，该填充构件104的25％的压缩负载优选为5MPa～9MPa，更优选为6MPa～8MPa。通过填充构件104的25％的压缩负载在这样的范围内，在垫圈面120露出的填充构件104之间难以残留或发生明显的间隙，垫圈面120更平坦。即，如果该填充构件104的25％的压缩负载低于5MPa，则在卷起时在环箍构件102间所夹的填充构件104的压缩量过大，在垫圈面120露出的填充构件104彼此互相推挤上升，垫圈面120的平坦度有可能降低(垫圈面120的表面粗糙度高于200μm)。另外，如果该填充构件104的25％的压缩负载高于9MPa，则在卷起时在环箍构件102之间所夹的填充构件104的压缩量过小，在垫圈面120露出的填充构件104间的间隙未被填埋，垫圈面120的平坦度有可能降低(垫圈面120的表面粗糙度高于200μm)。

接着，对“(2)填充构件104的初期厚度Tf相对于环箍构件102的初期厚度Th”进行研究。

在本发明中，“(2)填充构件104的初期厚度Tf相对于环箍构件102的初期厚度Th”例如能够以填充构件104的初期厚度Tf相对于环箍构件102的初期厚度Th的比率的百分率Tr来表示：

即能够评价为，该比率的百分率Tr的值越大，则填充构件104的卷起时的压缩量越大，而该Tr的值越小，填充构件104的卷起时的压缩量越小。

其中，在垫圈100中，填充构件104的初期厚度Tf相对于该环箍构件102的初期厚度Th的比率的百分率Tr优选为200％～1500％，更优选为400％～800％。通过该比率的百分率Tr在这样的范围内，在垫圈面120露出的填充构件104之间难以残留或发生明显的间隙，垫圈面120变得更加平坦。即，如果该比率的百分率Tr低于200％，则卷起时夹在环箍构件102之间的填充构件104的压缩量过小，在垫圈面120露出的填充构件104间的间隙未被填埋，垫圈面120的平坦度有可能降低(垫圈面120的表面粗糙度高于200μm)。另外，如果该比率的百分率Tr超过1500％，则卷起时夹在环箍构件102之间的填充构件104的压缩量过大，在垫圈面120露出的填充构件104彼此互相推挤上升，垫圈面120的平坦度有可能降低(垫圈面120的表面粗糙度高于200μm)。

此外，在本发明中，填充构件104的25％压缩负载P在5MPa～9MPa的范围内、且填充构件104的初期厚度Tf相对于环箍构件102的初期厚度Th的比率的百分率Tr在200％～1500％的范围内的情况下，利用25％压缩负载P和比率的百分率Tr算出的以下的式(I)所示的V(％/MPa)优选为22～300、更优选为24～260，由此垫圈100能够提供更加平坦的垫圈面120，对设置于配管接头的法兰盘能够发挥更高的密封性。

垫圈100作为整体优选具有2.1g/cm³～2.4g/cm³的密度。通过垫圈整体的密度满足这样的范围，在作为环箍构件102使用不锈钢以及作为填充构件104使用膨胀石墨的情况下，能够制作压缩量大的垫圈100。

图4是示意性地表示本发明的螺旋形垫圈的另一例的截面图。

在图4所示的实施方式中，本发明的螺旋形垫圈200(以下，有时简称为“垫圈200”)在开口部210的外周侧设置有环箍构件202与填充构件204的重叠部分(在图4中，在径向分别具有3重的重叠)。在图4中，环箍构件202沿着垫圈200的厚度方向具有1个弯曲部(曲折部)212，作为整体具有V字状的截面。

垫圈200也与垫圈100同样，在垫圈面220中，填充构件204的端部比环箍构件202的端部突出，垫圈面220由从环箍构件202的端部露出的填充构件204的端部构成。而且在垫圈面220上具有规定的表面粗糙度R_z。

图5是用于示意性地说明将图1的(b)所示的垫圈100配置于配管接头的状态的截面图。

垫圈100例如配置在2个配管接头512、514的法兰盘之间。然后，在设置于配管接头512、514的法兰盘的孔516、518穿过螺栓，将法兰盘用螺母拧紧来固定，由此垫圈100对配管接头512、514的法兰盘发挥顺应性，且能够对配管接头512、514之间的连接赋予高的密封性。

此外，在上述实施方式的说明中，图1～图5表示了环箍构件102、202的截面V字或W字的弯曲部112～112d、116～116d、212～212d向外径侧位移的弯曲形状，但本发明的螺旋形垫圈也可以具有例如如图6所示，弯曲部312、312b、312c、312d向内径侧位移的垫圈300的形态。

实施例

以下，利用实施例更具体地说明本发明，但本发明不受这些实施例限定。

(实施例1：使用具有W字截面形状的环箍构件的试验垫圈的制作和评价)

通过对宽度7.1mm和初期厚度(Th)0.13mm的SUS304带钢进行拉深加工，制作截面形状为W字状的环箍构件。此外，所制得的具有W字截面形状的环箍构件的构成弯曲部的角度全部相同。另一方面，准备具有7.5mm宽度和0.18mm～2.08mm初期厚度(Tf)的各种膨胀石墨带，这些之中，选择25％压缩负载P根据JIS 6254在5MPa～9MPa的范围的石墨带。接着，使用所选择的膨胀石墨带作为填充构件，重叠在上述具有W字状截面形状的环箍构件的一个面上，用加压辊一边施加15kgf的负载，一边以螺旋状卷成3卷制成试验垫圈，将这样的试验垫圈针对各填充构件(初期厚度Tf和25％压缩负载P不同的各填充构件)各制作多个。此外，所得到的试验垫圈的垫圈面的填充构件的露出量为0.1mm～0.4mm。进而，关于所得到的试验垫圈，在中央具有直径49mm的开口部，且试验垫圈的外周和内周使用与上述环箍构件同样的SUS304带钢进行增强。

将所得到的试验垫圈通过开口部的中心且沿着垫圈的厚度方向切断，通过其切截面，目测观察在垫圈面因填充构件的露出所形成的间隙的有无。对于各试验垫圈，将通过目测无法确认有间隙的情况判定为“○”，将确认到该间隙的情况判定为“×”。将所得到的结果以记载为“隙”的栏表示在表1中。

另外，对所得到的试验垫圈，利用表面粗糙度测定器(三丰株式会社制SJ－210)，根据JIS B 0601：2013测定垫圈面的表面粗糙度(最大高度粗糙度)R_z。对各试验垫圈，将表面粗糙度R_z在30μm～200μm的范围内的情况判定为“○”，将脱离该范围的情况判定为“×”。将所得到的结果作为垫圈面的平坦度以记载为“平”的栏表示在表1中。

表1

1)“该填充构件的初期厚度相对于环箍构件的初期厚度的比率的百分率Tr”

Tr＝Tf/Th×100(％)的计算值

如表1所示，可以认为，垫圈面的表面粗糙度(最大高度粗糙度)R_z在30μm～200μm的范围内的试验垫圈(平坦度“平”被判定为○的、表中、分类为“(i)”类别的垫圈)不仅垫圈面发挥密封性能而且足够平坦，基于后述的性能试验的结果，判断作为垫圈良好。

相对于此，表1中，分类为“(ii)”类别的试验垫圈虽然在垫圈面中在从环箍构件的端部露出的填充构件之间没有产生间隙，但是垫圈面的表面粗糙度(最大高度粗糙度)R_z高于200μm(平坦度“平”被判定为×)，基于后述的性能试验的结果，判断不适合作为垫圈。

此外，表1中，分类为“(iii)”类别的试验垫圈在垫圈面中从环箍构件的端部露出的填充构件之间产生了间隙，因此必然垫圈面的表面粗糙度(最大高度粗糙度)R_z超过200μm(平坦度“平”被判定为×)，基于后述的性能试验的结果，判断不适合作为垫圈。

接着，将上述得到的类别(i)的试验垫圈在配管接头的FF法兰盘间以0.1mm或0.2mm的压缩量夹持，将该法兰盘以规定的紧固压力固定。接着，在该配管接头以内压49kPa，作为流体通过压缩空气，利用质量流量计测定从夹持部分泄露的流体的量(泄露量)。通过了流体的类别(i)的试验垫圈全部显示10cc/分钟以下的泄露量，确认到作为垫圈具有优异的密封性能。将所得到的结果表示在表2中。

此外，对表1中记为类别(ii)或(iii)的试验垫圈，与上述同样测定在FF法兰盘间的流体的泄露量。类别(ii)和(iii)的试验垫圈均具有超过10cc/分钟的泄露量，确认到与上述(i)的试验垫圈比较，密封性能差。将所得到的结果表示在表2中。

表2

如表2所示可知，上述制作的试验垫圈中，可以认为类别(i)的垫圈在垫圈面中在从环箍构件的端部露出的填充构件间没有间隙，且垫圈面发挥密封性能而且足够平坦，具有优异的密封性能。

(实施例2：使用具有V字截面形状的环箍构件的试验垫圈的制作和评价)

通过对与实施例1同样的SUS304带钢进行拉深加工，制作具有各种25％压缩负载P和厚度的百分率Tr的填充构件，且制作截面形状为V字状的环箍构件。即，除了使用截面形状不同的环箍构件以外，与实施例1同样操作，制作试验垫圈。

对所得到的试验垫圈，与实施例1同样，进行根据垫圈面的表面粗糙度R_z的平坦度的判定，且利用目测观察间隙的有无。其结果，确认到表面粗糙度R_z在30μm～200μm的范围内的试验垫圈作为垫圈良好。

另外，对垫圈面的表面粗糙度R_z在30μm～200μm的范围内的试验垫圈，与实施例1同样测定FF法兰盘间的流体的泄露量。确认到在该范围内的试验垫圈均具有低于10cc/分钟的泄露量，密封性能优异。

(实施例3：变更了填充构件的试验垫圈的制作和评价)

作为填充构件，代替膨胀石墨带，而使用具有宽度7.5mm和初期厚度(Tf)0.18mm～2.08mm的各种非金属制非石棉纸，除此以外，与实施例1同样操作，制作试验垫圈。即，制作具有各种25％压缩负载P和厚度的百分率Tr的填充构件，且制作截面形状为W字状的环箍构件。

对所得到的试验垫圈，与实施例1同样操作，进行根据垫圈面的表面粗糙度R_z的平坦度的判定，且利用目测观察间隙的有无。其结果确认到表面粗糙度R_z在30μm～200μm的范围内的试验垫圈作为垫圈良好。

Claims

1.一种螺旋形垫圈，其特征在于：

其是将金属制环箍构件与填充构件的重叠体卷绕到开口部的周围且一体化而成的在端部具有垫圈面的螺旋形垫圈，

并且，该垫圈面的表面粗糙度R_z为30μm～200μm。

2.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于：

所述填充构件的卷绕前的25％压缩负载P为5MPa～9MPa，

该填充构件的卷绕前的厚度相对于所述环箍构件的卷绕前的厚度的比率的百分率Tr为200％～1500％，

并且，利用该25％压缩负载P和该比率的百分率Tr算出的以下的式(I)所示的V(％/MPa)为22～300，