JP3564195B2 - 導管シール用シール配設材 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、導管をシールするためのシール配設材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導管をシールするためのシール配設材は、開放し緩んだ状態のハウジングを、シール材としてパイプまたは導管の周囲に設置し、シールするものである。この場合、ハウジングを締めることにより、シール材の環状をなすビード（ｂｅａｄ）を、そのシール面が導管の表面を要求される接触圧またはシール力で押圧するまで、導管の外壁に対し径方向に移動させる。気体または液体が導管内にある場合には、運転に際して異なる圧力（減圧または増圧）がかかるため、環状をなすビードが導管の外壁を支持する際の接触圧を、そのシール面にて、加圧部分とその周囲との間で個々の圧力に応じて適合、調整する必要がある。接触圧が過度に弱いと、内圧が高い場合に、ビードの例えば環状部の弧が導管の外壁から持ち上がる等してシールの完全さが失われる。従って、十分なシール効果のためには、シールされる部位における圧力差の最大値を考慮し、接触圧を強めるよう注意する必要がある。
【０００３】
一方、薄いパイプまたは導管を用いる場合には、その強度が限定されることを考慮して、シール材による接触圧は、導管の強度に応じて相対的に低水準に維持される。特に、この接触圧の制限は、金属製パイプの場合より、強度の低いプラスチック製パイプの場合に考慮される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような接触圧の制限の結果、特に、シール材の弾性的かつ微細な移動する、いわゆるシール材が「緩んだ」状態の原因となるような圧力変動を含む場合、あるいは、圧力が内容物の圧力に対し低下したり減少した場合には、十分なシール効果が得られなくなり、その結果、通常のシール配設材によるシール性の維持が困難となる可能性がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一般的なシール配設材における上記問題に鑑みてなされたもので、素材や強度の異なる導管に対し、導管の圧力の高低にかかわらず、また、連結箇所に高負荷がかかる場合でも、広範かつ耐久性を有するシール作用を付与するものである。
【０００６】
一般的なシール配設材では、シール材に、環状ビードを、シール材の内側に位置する第一のラジアルビード部と、シール材の外側に位置する第二のラジアルビード部とに、軸回りに分ける環状をなすギャップを設け、このギャップを、シール面から環状をなすビードへと傾斜させて延設し、ギャップに隣接した第二のラジアルビード部に、鋭角をなすシーリングリップを形成することにより、上記問題が解決される。
また、本発明に係る他の望ましい例は、請求項の従属項に示した通りである。
【０００７】
導管へのシール配設材の固定に際しては、例えばパイプのうち漏洩を起こす箇所や導管の連結箇所にてハウジングを締め、第一のシール手段を形成する第一のラジアルビード部のシール面により導管の外壁を支持する。このシール面は、軸方向の幅が延長された広いシール部を有するため、導管の外壁にかかる負荷が許容し得る程度となるようラジアルビード部に低い接触圧を付与しても、この圧力が、まずその内側にて、シール作用として十分に作用する。更に、傾斜したギャップが、導管の長手方向に沿って角度をなして形成されているため、シール配設材を締めると、第一のラジアルビード部が、第二のラジアルビード部のシーリングリップを押圧し、その結果、シーリングリップが導管の外壁を確実に支持して、外側に、第二のシール手段が形成される。また、シーリングリップが内側を向いているため、シール作用が強化される。このようにして、内容物の存在下であっても、導管を低圧で確実にシールすることが可能である。
【０００８】
シール配設材をパイプの連結に使用する場合、シール作用を示す環状をなすビードは、導管に（軸方向の動きまたはねじれの）力を加えることはないが、導管の周囲の壁面を支持し、制御された力で導管を押圧する。また、このシール配設材は、機械的な負荷を抑制するため、永続的な弾性を有している。パイプの連結に関しては、本発明に係るシール材が、パイプの表面が粗いか平滑であるかにかかわらず良好なシール性を示すため、パイプの端部を正確に突き合わせる必要はなく、パイプの端部を特に機械加工する必要もない。
【０００９】
本発明の場合、望ましくは、第一のラジアルビード部の軸方向内方の側面に、軸回りに環状をなす溝が、切り欠き部として形成されている。すなわち、シール配設材の軸方向内方に形成された、導管中の内容物側を向く空洞は、外気から遮断され、かつ切り欠き部には、鋭角状をなし、明かに突出するシーリングリップが形成されている。導管内の圧力が増加すると、この溝または空洞内の圧力もそれに応じて増加し、第一のラジアルビード部の切り欠き部を押圧する。その結果、シーリングリップが、概ね径方向に沿って導管の表面を押圧する一方、第一のラジアルビード部が軸方向に変形し、この変形が、ギャップを介して第二のラジアルビード部を漸次押圧する。導管の外壁に対する後者の押圧力は接触圧を増加させるとともに、増圧に比例してシール幅を増加させるため、シール作用が強められる。
【００１０】
シール手段に、第一のラジアルビード部の切り欠き部に隣接して、凹状をなす移行部を、シール手段に向け、例えば円筒状をなすように設けてもよい。その結果、第一のラジアルビード部の径方向部分はより変形しやすくなり、かつこの移行部における厚みの減少により、変形時の弾性が増加する。
【００１１】
更に、第二のラジアルビード部のシーリングリップを、第一のラジアルビード部のシール面に対し相対的に径方向外方に後退させ、シール配設材を締めた際に、まず、第一のラジアルビード部のシール面により導管の外壁を支持させることも可能である。この場合、第二のラジアルビード部のシーリングリップによる導管の外壁の支持はそれ以降となるため、このシーリングリップ自身が第一のラジアルビード部のシール面により押圧されることはない。従って、この配設材では、シーリングリップが導管の外壁上のうち所定の位置に在り、かつこの所定の位置にて圧力が増加する。その結果、シール作用の改善され、表面が粗いか、または表面に凹凸を有する導管であっても、シール性が更に均一化する。
【００１２】
一方、第二のラジアルビード部を、配設材の軸に沿って傾斜するシール面と、この軸に沿って延びるシール面とに分けると、シール配設材を締めた場合、軸に沿って傾斜するシール面における接触圧は、導管の外壁を、軸に沿って延びるシール面にて、かすかな接触圧により（または力を加えずに）わずかに支持する間、ほぼ平衡して増加する。これは、必要最小量の接触圧を、導管を破壊することなく最小の力で導管に負荷する際に必要となる。
【００１３】
このシール材は、軸方向に沿って鏡像的に対称であることが望ましい。この場合、シール材は、その両端側にてパイプの連結部を支持するラジアルビード部の特性に応じて、２箇所のラジアルビード部が同じシール性を示すよう、任意の形状のものを用いることができる。そして、このシール材の使用により、衝撃や振動等に対する抵抗性が付与され、特にガス管に使用する場合には、火災や爆発に対する安全性が向上する。この特性は、例えば地震の可能性がある地域では不可欠なものである。
【００１４】
また、このシール材は、ハウジング内に、緩く、もしくは合致して内接するか、あるいは弱い挿入力で圧入されていることが望ましい。ここで、ハウジングが自立し、あるいは導管の端部から移動し得る場合、シール材はその周囲にてハウジングに対しわずかに移動可能とされ、その結果、ハウジングは、シール作用を妨げるような圧力を加えることなく、シール材の周囲を覆っている。シール材の外周面及び／または、ハウジング内周面における平滑化処理や滑剤の適用により、移動の妨害となる摩擦を低下させることも可能である。
【００１５】
【実施例】
以下、図面を参照しつつ、実施例により、本発明について更に詳しく説明する。
【００１６】
図１は、導管を構成する２本のパイプ１，２間のパイプ連結部を示している。パイプ１，２は、互いの開口部を対向させた状態で隣接し、ギャップ３、あるいは小さなギャップを介して当接するか、または、ギャップなしで密着している、同様に、パイプの連結には、例えばねじ込みや、一方のパイプの端部を他方のパイプの端部内に径合させる方法（図示せず。）が採られているが、このような連結方法は、導管の内容物が漏洩、流出する可能性があるため、ガスまたは液体に対し耐性を持たない。
【００１７】
図の場合、導管から内容物が流出する可能性を明示するために、パイプはギャップ３により連結されている。また、シール配設材は、図１中Ａ−Ａで示すような線または断面で示す部分を介して互いに対称とされているが、図１では、その中央部と右側部分のみが示されている。更に、図の例では特に断面形状のみが示されているが、これを軸回りに回転させることにより、軸回りに対称であるシール配設材が示される。
【００１８】
ハウジング４は基本的に軸回りに対称をなすスリーブまたは環状の部材で、物理的な被覆装置により形成され、パイプまたは導管の周囲を覆うことにより固定可能とされている。当初の緩んだ状態では、ハウジング４は、パイプ連結部の中央部、すなわちギャップ３上に配設され、かつハウジング４の個々の端部６は、パイプ１，２の端部に配設される。また、ハウジング４の端部６には、径方向内方に向け末端壁７が延設されている。
【００１９】
ハウジング４の内側には、軸回りに対称な環状をなす、エラストマー製のシール材８が、スリーブのように当接され、かつシール材８の外周面は、隣接するハウジング４の内周面に圧接されている。また、シール材８をハウジング４に当接させる前に、シール材８の外周面またはハウジング４の内周面に、予め平滑性を付与するペーストあるいは類似の滑剤を塗布してもよい。
【００２０】
本実施例に係るシール配設材の場合、内径という用語は、シール材８の個々の断面における内側の幅を示す。パイプ１，２の連結部を覆う第一の中間部９では、シール材８の内径はパイプ１，２の外径より大きく、その結果、シールの内側には、シール材８の第一の中間部９とパイプ１，２の外壁との間に、図２に示すようにハウジング４を締めた場合であっても、環状をなす空洞１０が形成される。
【００２１】
中間部９には、軸方向に沿って、その内径が中間部９より拡径された移行部１１が隣接し、かつ移行部１１には、傾斜した側面または円弧状の断面を有する環状の溝が形成されている。また、移行部１１には、より内径が小さく、かつ２部分に細分される環状ビード１２が連なっている。より詳細には、環状ビード１２は、狭い溝または環状のギャップ１３から構成される凹部により、ラジアルビード部１４，１８に分かれている。
【００２２】
第一のラジアルビード部１４は、移行部１１に軸方向に沿って隣接し、基本的に導管の表面に平行なシール面１５とギャップ１３とを有し、かつ移行部１１との間に、パイプ２に向き、第一のラジアルビード部１４のシール面１５に連なる切り欠き部１６を形成する径方向向きの溝を有している。また、この切り欠き部には、パイプの連結部に面し、かつ軸方向内方に鋭角をなすよう突出するシーリングリップ１７が形成されている。
【００２３】
軸方向に沿った場合、図１の右側では、ギャップ１３は、第一のラジアルビード部１４のシール面１５から環状ビード１２またはシール材８に向け、例えば１１０°から１３０°の範囲で鈍角をなすよう延設されている。また、ギャップ１３の最大深さまたは最大径は、概ね中間部９の内径に相応している。
【００２４】
シール材８の軸に沿って、ギャップ１３からハウジング４の末端壁７に至る部分には、第二のラジアルビード部１８が形成されている。この第二のラジアルビード部１８は、そのシール面２１と、ギャップ１３によりラジアルビード部１８に形成された側壁２０からなる、鋭角をなすシーリングリップ２１を有している。ここで、シーリングリップ２１の前縁の内径は、その内側に位置する、第一のラジアルビード部１４のシール面１５とギャップ１３との分割線上に形成された、第一のラジアルビード部１４の外縁２２の内径より小さい。符号１９は、軸方向に沿って漸次拡径しつつ第二のシール面２３に至る第一のシール面で、かつ第二のシール面２３は、ハウジング４の末端壁７まで同一径をなすよう延設されている。
【００２５】
また、これらシール材８は、左側部分（図示せず。）においても、環状ビード１２と鏡像的に対称をなす環状ビードを有するよう、鏡像的に対称をなす形状を示している。
【００２６】
この位置でシール配設材を締め付ける場合には、ハウジング４を例えばネジ式の閉止具（図示せず。）で締め、パイプ１，２をハウジング４により径方向外方から締め付け、第一のラジアルビード部１４のシール面１５にて、パイプ２を支持する。ハウジング４を更に締めると、第一のラジアルビード部１４が、第一のラジアルビード部１４を構成する弾性部材の弾性変形により径方向に押圧されて、ギャップ１３が、ギャップ１３に面する側面により塞がれる。すると、第二のラジアルビード部１８に形成された側壁２０が圧迫され、側壁２０が押圧される。また、ハウジング４は、第二のラジアルビード部１８に形成された第二のシール面２３が、パイプ２を、圧力を加えずに、またはわずかな圧力で支持するまで締め付けられる。
【００２７】
ギャップ１３に面する第一のラジアルビード部１４の側面による第二のラジアルビード部１８及びシーリングリップ２１の押圧の結果、シール材８を締め付けた状態では、シール面１５，１９，２３における加圧状況は、ラジアルビード部１４，１８の特殊な形状により、図２に示すようになる。すなわち、シール配設材の締め付け操作において、配設材は、第一のラジアルビード部１４のシール面１５及び第ニのラジアルビード部１８のシール面１９によるパイプ２への押圧と、第一のラジアルビード部１４によるギャップ１３の閉塞に伴う、第ニのラジアルビード部１８のうち、特にシーリングリップ２１への押圧によるシール作用との、二重のシール作用を有している。そして、これらの作用により、導管への加圧が低圧であっても、また、真空で環状ビード１２に低い接触圧しか付与できないような場合でも、確実かつ鋭敏なシール作用が可能となる。
【００２８】
図３中矢印Ｐで示すように導管の内容物が噴出した場合には、空洞１０内の圧力がそれに比例して増加する。この圧力Ｐは、移行部１１及び切り欠き部１６からなる第一のラジアルビード部１４の空洞１０側の側面を押圧し、その結果、シーリングリップ１７及びシール面１５が、上記した第一のラジアルビード部１４の弾性変形により押圧されたパイプ２の表面を更に押圧する。すなわち、切り欠き部１６の存在により、導管内における内容物の増圧と、それに伴う空洞１０内における増圧の結果、第一のラジアルビード部１４は、パイプ２の表面に対し径方向に更に弾性変形する。また、この圧力Ｐは第一のラジアルビード部１４の軸方向に沿った変形や歪をも増加させるため、第ニのラジアルビード部１８のうち、特にシーリングリップ２１への圧力と、それに伴うシール材８の環状ビード１２によるパイプ２への接触圧が更に増加する。
【００２９】
シール面１５，１９，２３にて得られた圧力の状況を図３中矢印Ｆで示す。ここで、矢印の向きは、シール配設材による環状ビード１２内における圧力の向きを示している。また、矢印Ｐは、空洞１０内における増圧により生じた圧力を示している。すなわち、当初から導管に加えられる圧力は低いが、これは、当初必要な、予想される圧力の最大値より低い接触圧に対しては十分であり、その結果、導管の外壁に付与される負荷も低くて済む。しかも、この接触圧またはシール圧は、必要とされる圧力の増加に付随して増加する。
【００３０】
なお、シール配設材のハウジング４は、ネジや閉止具ともども金属製であることが望ましく、特に、高品質のステンレス製であることが望ましい。
【００３１】
また、シール材８やシール用のスリーブは、個々の内容物に応じて選択される合成ゴム製とする。すなわち、水、廃水、汚水、空気、固体、及び化学製品にはＥＰＤＭゴム（エチレン−プロピレン−ジエンエラストマー）を、ガス、油剤、燃料、及び推進剤や他の炭化水素にはＮＢＲゴム（アクリロニトリル−ブタジエンエラストマー）をそれぞれ用いる。
【００３２】
上記の通り、このシール配設材は、導管の２本のパイプをシールしつつ連結する際に使用されるものである。このような場合、２本のパイプが固定手段により予め固定され、シール配設材の機能が、専らシール作用のみに限定されていてもよい。しかしながら、例えば任意の向きに延びる廃水や汚水パイプ等の場合には、パイプの端部を互いに同軸をなすよう支持する必要があるため、互いのパイプ１，２の端部の支持という機能が加わる。
【００３３】
本発明に係るシール配設材によれば、パイプまたは導管の漏洩箇所のシールに加え、連結すべきパイプの端部間のギャップの幅と無関係に、パイプ連結部におけるシールが可能となっている。従って、本発明に係るシール配設材を、パイプ長の変更手段として適用することもできる。また、このシール配設材は、連結すべきパイプ間に角度のずれがある場合や、パイプが互いに逆方向に回転する場合等を含む、軸が径方向にずれたパイプの連結にも適用可能となっている。パイプの径が互いに異なる場合も同様である。
【００３４】
このシール配設材は、多種多様なパイプに適用可能である。すなわち、このようなパイプには、軸方向または径方向に溶接されたものを含む鉄を始め、アルミニウム、銅、及びそれらの合金を含む非鉄金属、ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＣ、ＡＢＳ、及びガラス繊維強化プラスチック（ＧＲＰ）のようなプラスチック、あるいはガラス、繊維、セメント、またはセラミックのような他の材質が適用できる。
【００３５】
ハウジング４及びシール材８が、その一方が長手方向に沿った平面にて、半分あるいは連続的に分割可能とされていてもよく、かつこれらが、完全に分割可能、もしくはハウジングに設けられたヒンジを介して分割可能であってもよい。この場合、特に、互いに分割できないパイプをシールする際におけるシール配設材の取り付けが容易となる。また、このシール配設材を、パイプ漏洩箇所の修理に適用することも可能である。
【００３６】
ここで、シール配設材を長手方向に沿って分割または分離する面の長手方向に対する角度を、ハウジング４とシール材８との間で変えることにより、環状ビード１２における連続した直線状をなす分割箇所の形成が防止され、その結果、シール作用が維持される。
【００３７】
また、ラジアルビード部の形状を平らなシール配設材に転写した場合には、回転方向に対称なシール配設材に関する上記なシール材を、平面状に配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシール配設材の、パイプ連結部を囲んだ状態における概略断面図である。
【図２】図１に示すシール配設材を締めた際に、シール配設材のシール面にかかる径方向の接触力の例を示す図である。
【図３】導管内の圧力を上げた際に、シール配設材のシール面にかかる径方向の接触力の例を示すシール配設材の概略断面図である。
【図４】シール配設材を締めた際における、シール配設材及びハウジングの、一部を断面とした斜視図である。
【符号の説明】
１，２ パイプ
３，１３ ギャップ
４ ハウジング
７ 末端壁
８ シール材
１１ 移行部
１２ 環状ビード
１４ 第一のラジアルビード部
１５ シール面
１６ 切り欠き部
１７，２１ シーリングリップ
１８ 第二のラジアルビード部
１９ 第一のシール面
２３ 第二のシール面

Claims (9)

1. 気体または液体用の導管のためのシール配設材であって、導管の周囲にスリーブ状に適合する閉鎖可能なハウジングと、このハウジング内に配設された、環状をなし、かつ導管の外壁に向け突出する環状ビードと、この外壁に接触可能とされたシール面とを有するエラストマー製のシール材とを具備し、
   このシール材（８）に、環状ビード（１２）を、シール材の内側に位置する第一のラジアルビード部（１４）と、シール材の外側に位置する第二のラジアルビード部（１８）とに分ける環状をなすギャップ（１３）を設け、かつこのギャップ（１３）を、シール面（１５）から環状ビードへと傾斜させて延設し、ギャップ（１３）に隣接する第二のラジアルビード部（１８）に、鋭角をなすシーリングリップ（２１）を形成し、前記導管（１，２）の連結部を覆う中間部（９）における前記シール材（８）の内径は前記導管（１，２）の外径より大きく、前記ハウジング（４）を締めた場合であっても、前記シール材（８）の前記中間部（９）と前記導管（１，２）の外壁との間に環状をなす空洞（１０）が形成されており、前記シーリングリップ（２１）の前縁が、前記第一のラジアルビード部（１４）のシール面（１５）に対し径方向外方に後退していることを特徴とするシール配設材。
2. 第一のラジアルビード部（１４）が、シール材の内側面に、軸回りに環状をなす溝を切り欠き部（１６）として有し、かつ第一のラジアルビード部（１４）が、シールの内側に向け、鋭角状をなすシーリングリップ（１７）を形成することを特徴とする請求項第１項記載のシール配設材。
3. シール材（８）が、第一のラジアルビード部（１４）の切り欠き部（１６）に隣接して、凹状をなす移行部（１１）を有することを特徴とする請求項第１項または第２項記載のシール配設材。
4. 第二のラジアルビード部（１８）が、軸方向に対し傾斜する第一のシール面（１９）と、この第一のシール面（１９）に隣接し、かつハウジング（４）の末端壁（７）まで軸方向に沿って略同一径をなすよう延設された第二のシール面（２３）とを有することを特徴とする請求項第１項ないし第３項のいずれか１項に記載のシール配設材。
5. シール材（８）の２箇所の軸端部がそれぞれ環状ビード（１２）を有し、かつこれら２箇所の環状ビード（１２）が、互いに鏡像的に対称をなす形状を示すことを特徴とする請求項第１項ないし第４項のいずれか１項に記載のシール配設材。
6. ハウジング（４）が外面に係止手段を有することを特徴とする請求項第１項ないし第５項のいずれか１項に記載のシール配設材。
7. シール材（８）が、ハウジング（４）内に緩く、もしくは合致して適合されていることを特徴とする請求項第１項ないし第６項のいずれか１項に記載のシール配設材。
8. シール材（８）の外周面及び／またはハウジング（４）の内周面に、摩擦低下手段が適用されていることを特徴とする請求項第１項ないし第７項のいずれか１項に記載のシール配設材。
9. シール材（８）を構成するエラストマーの材質が、ＥＰＤＭゴム（エチレン−プロピレン−ジエンエラストマー）またはＮＢＲゴム（アクリロニトリル−ブタジエンエラストマー）であることを特徴とする請求項第１項ないし第８項のいずれか１項に記載のシール配設材。

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