JP2004218739A - 多重構造を有するｓ字形断面金属ガスケット及びシール構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】高い締め付け荷重であっても、弾性復元性を維持して安定した高いシール性を示すＳ字形断面金属ガスケット及びこれを装着したシール構造体を提供すること。
【解決手段】２つのＳ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケット１０ａ、１０ｂの重ね合わせ２重構造であって、外側リング状金属ガスケット１０ａと内側リング状金属ガスケット１０ｂは上方縁部１１ｄ、２１ｄ及び下方縁部１２ｄ、２２ｄでそれぞれ接合されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い締め付け荷重であっても、弾性復元性を維持して安定した高いシール性を示す多重構造を有するＳ字形断面金属ガスケット及びこれを装着したシール構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空装置のシールや圧力流体配管等のシールにはＯリングに代表されるゴム製ガスケット、樹脂製ガスケットあるいは金属製ガスケットなどが使用されている。このうち、高温雰囲気下で且つ弾性復元性の必要な箇所には、所謂Ｓ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケット（以下、「Ｓ字形金属ガスケット」とも言う）、バネ入りＣ字形金属ガスケット及びＥ字形金属ガスケットなどの金属製ガスケットが使用されている。このうち、Ｓ字形金属ガスケットは、他の金属製ガスケットに比べて構造が簡単で低価格で作製でき、更に圧縮量（圧縮変位）に対して締め付け荷重が小さくて済む利点がある。すなわち、Ｓ字形金属ガスケットは例えば振動などによって、圧縮量が変動したとしても、安定したシールを保持する高変位追従性を有している。このようなＳ字形金属ガスケットは例えば特許文献１の米国特許第３，２８５，６３２号明細書に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第３，２８５，６３２号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｓ字形断面金属ガスケットは金属フランジで挟まれ、金属と金属の接触であるため、高いシール性を付与することが困難である。また従来のＳ字形状のガスケットは、図３に示すように、その形状の弾性限界を超えて大きな圧縮荷重Ｐがかかる場合、Ｃ字断面形状部の背６１、６１に応力が集中してしまい塑性変形を生じる。この際、弾性反発力を発揮することができず、シール性を得ることができなくなるという問題がある。なお、図３中、符号６２、６３はシール対象部材である。また、弾性限界に近い圧縮荷重で繰り返し振動を受けると、ガスケットが金属疲労を起こし、疲労破壊して耐久性が低下するという問題がある。また、シールする流体側とその反対側の非流体側の圧力差が高い場合、通常Ｓ字形リングガスケットは締め付け荷重が小さいためシール部分に隙間が生じ、漏洩の原因となる。単純にＳ字形リングガスケットの肉厚を厚くしたり、硬い材質を使用すれば、締め付け荷重を高くすることもできるが、この場合、弾性復元性が小さくなり、使用可能範囲が著しく狭くなる。例えば熱膨張や振動によりシール面間隔が変化しても、その変化に追随できず、シール漏れを起こす。
【０００５】
従って、本発明の目的は、高い締め付け荷重であっても、塑性変形をおこさず、弾性復元性を維持して安定した高いシール性を示すＳ字形断面金属ガスケット及びこれを装着したシール構造体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行なった結果、２つ又は３つのＳ字形断面金属ガスケットを重ね合わせて２重又は３重の多重構造のＳ字形金属ガスケットとすれば、高い締め付け荷重であっても、塑性変形せず弾性復元性を維持して安定した高いシール性を示すこと等を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明（１）は、２つのＳ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケットの重ね合わせ２重構造であって、外側リング状金属ガスケットと内側リング状金属ガスケットは上方縁部及び下方縁部でそれぞれ接合されているＳ字形断面金属ガスケットを提供するものである。かかる構成を採ることにより、シールする流体側とその反対側の非流体側の圧力差が高い場合であっても、あるいは高い締め付け荷重がかかっても、弾性復元性が低下することがなく、安定した高いシール性を示す。
【０００８】
また、本発明（２）は、３つのＳ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケットの重ね合わせ３重構造であって、外側リング状金属ガスケット、中側リング状金属ガスケット及び内側リング状金属ガスケットは上方縁部及び下方縁部でそれぞれ接合されているＳ字形断面金属ガスケットを提供するものである。本発明は薄板から作製されるＳ字形金属ガスケットを使用する場合、特に好適であり、薄板から作製されるＳ字形金属ガスケットの高い弾性復元性を維持したまま、締め付け荷重を高くすることができる。
【０００９】
また、本発明（３）は、前記Ｓ字形断面金属ガスケットをシール対象部材間に装着してなるシール構造体を提供するものである。本発明のシール構造体は、シールする流体側とその反対側の非流体側の圧力差が高い場合であっても、安定したシールができるため装置の安全運転が確保できる。また、圧縮変位が徐々に変動する環境下で使用しても、繰り返し耐久性に優れるため、交換頻度を少なくすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施の形態におけるＳ字形金属ガスケットを図１〜図２を参照して説明する。図１は本例の２重構造のＳ字形金属ガスケットの非圧縮状態を示す部分断面図、図２は本例の２重構造のＳ字形金属ガスケットの装着時における圧縮状態を示す部分断面図である。
【００１１】
本例の２重構造のＳ字形金属ガスケット１０の外側部材であるＳ字形金属ガスケット１０ａはＣ字断面形状部１１ａと、逆Ｃ字断面形状部１２ａとが互いのＣ字形の縁端部となる連結点１１ｃで連続する断面形状に形成されたリング状の金属製の一体物であって、シールする流体側（図中、右側）にあるＣ字形状に由来する谷部１１ｂと、その反対側にある非流体側（図中、左側）にある逆Ｃ字形状に由来する谷部１２ｂの２つの谷部を有する。また、内側部材であるＳ字形金属ガスケット１０ｂはＣ字断面形状部２１ａと、逆Ｃ字断面形状部２２ａとが互いのＣ字形の縁端部となる連結点２１ｃで連続する断面形状に形成されたリング状の金属製の一体物であって、Ｃ字断面形状部２１ａは外側部材のＣ字断面形状部１１ａの谷部１１ｂに嵌合し、逆Ｃ字断面形状部２２ａの谷部で外側部材の逆Ｃ字断面形状部１２ａを嵌合している。Ｓ字形状は厳密な形状を言うのではなく、図１の形状以外に、例えばＣ字形状又は逆Ｃ字形状が文字通り「Ｃ」の如く、その先端の縁端部１１ｄ、２１ｄ、１２ｄ、２２ｄが内側に屈曲するカール形状のものや、あるいはＣ字形状又は逆Ｃ字形状のシール対象部材と当接する上側部材や下側部材が、非圧縮時から図２に示すような平坦部を形成するような形状のものであってもよい。
【００１２】
本例の２重構造のＳ字形金属ガスケット１０において、外側リング状金属ガスケット１０ａと内側リング状金属ガスケット１０ｂは上方縁部１１ｄ、２１ｄ及び下方縁部１２ｄ、２２ｄでそれぞれ接合され接合部１５ａ、１５ｂを有している。従って、外側リング状金属ガスケット１０ａと内側リング状金属ガスケット１０ｂのＣ字断面形状部同士１１ａ、２１ａや逆Ｃ字断面形状部１２ａ、２２ａ同士は、隣接しているのみで接合されている訳ではなく、外側リング状金属ガスケット１０ａと内側リング状金属ガスケット１０ｂ間には厳密には僅かな隙間を有している。
【００１３】
Ｓ字形金属ガスケット１０ａ、１０ｂの製造方法としては、特に制限されず、例えば特開平４−３６６０７２号公報記載の方法を適用することができる。すなわち断面が略Ｃ字形状の環状山部と環状谷部とを交互に有する２枚重ねの金属ベローズを成形し、該金属ベローズの周面において断面が２重Ｓ字形状となる箇所で切断し、その後２つのＳ字形状の上方縁部及び下方縁部をそれぞれ接合して２重構造のＳ字形金属ガスケットを製造する方法が例示できる。Ｓ字形状の上方縁部及び下方縁部を接合する方法としては、縁部の１周分を連続して溶接する方法が挙げられる。溶接方法としては、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接及びレーザー溶接が例示できる。金属基材としては、例えばステンレス鋼、ニッケル、ニッケル基合金、アルミニウム及びアルミニウム基合金などが挙げられる。また、外側リング状金属ガスケット１０ａと内側リング状金属ガスケット１０ｂの材質や機械的特性は同一であっても、異なっていてもよいが、略同一であることが、使用状態において大きな締め付け荷重がかかった場合、両者で同じ荷重を負担すると共に同様な弾性復元性を示すことができる点で好適である。
【００１４】
次に、本例の２重構造のＳ字形金属ガスケット１０の使用方法について説明する。使用箇所としては、例えば図１に示すような一方のシール対象部材１４の凹部１４１に２重構造のＳ字形金属ガスケット１０を嵌め込む。次いで、シール対象部材１３、１４をその間を狭めるようにして締め付ける。２重構造のＳ字形金属ガスケット１０は所定の圧縮荷重において挟まれ、締め付けられた状態となり、シール構造体２０を構成する（図２）。本例における２重構造のＳ字形金属ガスケット１０は所定の圧縮荷重の締め付け状態において、外側Ｓ字形金属ガスケット１０ａとシール対象部材１３との当接、及び内側Ｓ字形金属ガスケット１０ｂとシール対象部材１４との当接はそれぞれ平坦部１１ｅ、平坦部２２ｅの面接触により行なわれているが、これに限定されず、例えば図３に示すように点６４で線接触するものであってもよい。
【００１５】
第１の実施の形態例の２重構造のＳ字形金属ガスケット１０によれば、従来のＳ字形金属ガスケットより厚みの薄いＳ字形金属ガスケットを２つ重ね合わせで使用できるため、高い締め付け荷重で使用する場合であっても、あるいは使用途中で大きな圧縮荷重がかかる場合であっても、塑性変形せず、弾性復元性を維持して安定した高いシール性を示す。
【００１６】
第１の実施の形態例のシール構造体２０は、例えば真空装置のシール及び圧力流体配管等のシールなどに適用される。図２中、符号ｂで示される流体としては、気体及び液体のいずれであってもよく、使用温度も−２００〜５００℃の範囲において使用されるが、特に流体側の温度が２００〜５００℃の範囲にあるような高温条件下の場合、本例の２重構造のＳ字形金属ガスケット１０はゴム部材を一切使用していないため、本発明の効果を確実に奏することができる点で好適である。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施の形態におけるＳ字形金属ガスケットを説明する。
第２の実施の形態におけるＳ字形金属ガスケットは、不図示の３つのＳ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケットの重ね合わせ３重構造であって、外側リング状金属ガスケット、中側リング状金属ガスケット及び内側リング状金属ガスケットは上方縁部及び下方縁部でそれぞれ接合されているものである。すなわち、本例のＳ字形金属ガスケットは図１の２重構造に対して３重構造を採るものであり、図１において、内側のＳ字形金属ガスケット１０ｂの流体側（図中、右側）に更に該内側のＳ字形金属ガスケット１０ｂに嵌合するＳ字形金属ガスケットを設けたものである。第２の実施の形態例の３重構造のＳ字形金属ガスケットによれば、従来のＳ字形金属ガスケットより厚みの薄いＳ字形金属ガスケットを３つ重ね合わせで使用できるため、高い締め付け荷重で使用する場合であっても、あるいは使用途中で大きな圧縮荷重がかかる場合であっても、塑性変形せず、弾性復元性を維持して安定した高いシール性を示す。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、高い締め付け荷重で使用する場合であっても、あるいは使用途中で大きな圧縮荷重がかかる場合であっても、塑性変形せず、弾性復元性を維持して安定した高いシール性を示す。また本発明のシール構造体は、シールする流体側とその反対側の非流体側の圧力差が高い場合であっても、安定したシールができるため装置の安全運転が確保できる。また、圧縮変位が徐々に変動する環境下で使用しても、繰り返し耐久性に優れるため、交換頻度を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例の２重構造のＳ字形金属ガスケットの非圧縮状態を示す部分断面図である。
【図２】本実施の形態例の２重構造のＳ字形金属ガスケットの装着時における圧縮状態を示す部分断面図である。
【図３】従来のＳ字形断面金属ガスケットにおける締め付け荷重が大きい場合のシール状態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１０ ２重構造のＳ字形金属ガスケット
１０ａ 外側Ｓ字形金属ガスケット
１０ｂ 内側Ｓ字形金属ガスケット
１１ａ、２１ａ Ｃ字断面形状部
１１ｂ、１２ｂ 谷部
１１ｃ、２１ｃ 連結点
１１ｄ、２１ｄ 上方縁部
１２ａ、２２ａ 逆Ｃ字断面形状部
１２ｄ、２２ｄ 下方縁部
１３、１４ シール対象部材
１５ａ、１５ｂ 接合部
２０ シール構造部

Claims (3)

1. ２つのＳ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケットの重ね合わせ２重構造であって、外側リング状金属ガスケットと内側リング状金属ガスケットは上方縁部及び下方縁部でそれぞれ接合されていることを特徴とするＳ字形断面金属ガスケット。
2. ３つのＳ字形状の縦断面を有するリング状金属ガスケットの重ね合わせ３重構造であって、外側リング状金属ガスケット、中側リング状金属ガスケット及び内側リング状金属ガスケットは上方縁部及び下方縁部でそれぞれ接合されていることを特徴とするＳ字形断面金属ガスケット。
3. 請求項１又は２記載のＳ字形断面金属ガスケットをシール対象部材間に装着してなることを特徴とするシール構造体。

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