JP4129916B2 - オフセット突起部を有するオープン弾性メタルガスケット - Google Patents

Description

本発明は、固定シール方法の分野、特に、コアとしてバネを有するガスケットの効率性を確保するために必要な予圧より低い予圧でシールを得る必要のある弾性メタルガスケットに関するものである。

メタルガスケットは、腐食性液体への耐性、高温／低温における性能および経時的な耐久性等の理由から、様々な応用に利用可能であり、その中でも、例えば、化学、石油および核工学等の分野ならびに自動車および航空宇宙産業を挙げることができるが、これらに限定されない。ガスケットによるシールの品質は、ガスケットの接触面と、ガスケットが配されるアセンブリのフランジとの間に発生する特定の押圧力に依存する。この特定の押圧力は、最初にアセンブリを締める時、ガスケットがフランジの表面の凹凸に嵌め合う程度でなければならない。従って、締める際の特定の押圧力を比較的高くする必要があり、ガスケットと締めフランジの表面によって画定される空洞内の液体の圧力より大きい必要があることは明らかである。

さらに、多くの応用では、予圧を低く維持する必要がある。これは、核工学産業等でアセンブリが届き難く、締付け道具の取り扱いが難しい場合や、航空宇宙および宇宙産業等でアセンブリが高特徴性の材料であり、軽量化されており、大きな予圧に耐えられない場合に該当する。良い結果を得るために、メタルＯリングガスケットが開発されている。その弾性部材は、好ましくは延性材料の薄層に包まれたオープンチューブである。各接触面に、締めフランジの表面に対するガスケットの反応軸に突出する部分が設けてある。これによって、この種のガスケットにおける予圧を半分にすることができる。このアセンブリに関しては、米国特許第３１８８１００号公報を挙げることができる。図１および２を参照して、米国特許第３１８８１００号公報に記載されたガスケットの操作における原理および欠点を説明する。

図１に、上記米国特許に記載されたガスケットの断面を示す。ガスケットが環状であり、断面が回転体からなることが分かる。ただし、ガスケットの内側に開口２が設けてあり、開いている。メタルコア３と、その周囲に配された軟らかい外層４との２つの部材からなっている。アセンブリは、ガスケットの両側の平面６を覆う２つの突起部５を形成するように、シールすべき部分と接触する部分が加工または変形されている。この２つの突起部５は、ガスケットが接触する２つの平面と接触し、部分的に圧縮されるように設計されている。

一般的なオープンチューブ構造は、突起部５の存在に関らず、全体的な低剛性や高液密性の基準を同時に満足し得るものではない。実際、オープンチューブ構造によって、圧縮の際にガスケット部が非対称に変形してしまうことがあり、その結果、図２に示すような突起部５の変位によってシールの劣化が発生することがある。

図中、点Ｃ１およびＣ２は、それぞれ圧縮前と圧縮後の突起部の接触個所を示す。ガスケット１は、シールすべき２つの空間を画定し、圧縮されると寄り合う２つの面と接触した状態で示してある。接触点が、Ｃ１からＣ２まで、Δａの変位を受ける。さらに、ガスケット１が平坦化されると、ガスケット１によって形成される開口構造の端部７が僅かに近寄り、外側に変位する。換言すると、図１中符号５で示す突起部の初期位置が、ガスケットの幾何学構造の中央である点Ｃ１にある場合、ガスケット１が平坦化された後の突起部の位置を示す点Ｃ２は、中央ではなく片方に偏っている。従って、好ましいシールを得たい場合に、ガスケット断面の軸の変位が欠点になる。このようなガスケットにおいて、最良のシールは、圧縮中に得られ、利用者が望むように圧縮後に得られるのではない。圧縮中にシールが劣化することもある。

仏国特許第２５５７６６２号および仏国特許第２６３６１１５号は、いずれも、コアがコイルバネからなり、外部シースに２つの突出加工部を有する形態のメタルＯリングガスケットを記載している。ガスケットの中央コアを形成するためにコイルバネを使用することによって、バネが転位してしまい、よってシール面でバネが予測不可能な作用を起こすおそれがあるので、予圧を特定の閾値より低くすることができない。
米国特許第３１８８１００号公報 仏国特許第２５５７６６２号公報 仏国特許第２６３６１１５号公報

本発明は、突起部を有する弾性メタルガスケットの新規な形態を提案することによって、上述の課題を解決することを目的とする。

そのために、本発明は、弾性のメタルコアと、該メタルコアを収容する外部メタルシースとを有する弾性メタルガスケットであって、該ガスケットが、静止時、静止状態のガスケットの断面の幾何学的中心を通過する直線からなる中央線を有する開円形断面を有し、その開口が、所定の予圧下で、物体と液密に接触するように設計された頂点を有する突起部を各々設けた２つの対向する接触面の間に配された弾性メタルガスケットを提供することをその主な目的とする。

本発明によると、静止時には、突起部が、中央線に対して同じ側に僅かにずれ、該予圧の作用下では該中央線側に寄る。

前記突起部が、前記開口から等距離に位置することが好ましい。

本発明のシールの好ましい実施形態によると、前記２つの接触面が、それぞれ対応する突起部の対称軸に対して垂直であり、前記対称軸が、ガスケットの断面によって規定される円の中心を通過するものである。

本発明によるシールの多くの実施形態では、ガスケットが略環状である。この場合、開口が、継目の対称軸側またはその反対側に位置することが可能である。

また、ガスケットは、例えば楕円形、三角形、四角形等、様々な形状が可能である。

突起部も、例えば三角形、台形、楕円形または四角形等、様々な形状が可能である。

略三角形の断面を有する突起部の高さは、０．０５ないし０．５０ｍｍであることが好ましい。

図３を参照すると、本発明によるガスケットの操作は、上述の米国特許に記載された従来の方式のガスケットに似た原理に基づいているが、次に説明するとおり、大きな相違点もある。

ガスケット１０は、開口１２を設けたオープン円柱構造を有する。シールすべき物体と接触する接触面に、突起部が設けてある。この突起部は、ガスケット１０の断面の幾何学的中央を通過するガスケット１０の中央線Ａ２に対して僅かにオフセットされている符号Ｄ１またはＤ２で示す個所に配置されている。換言すると、ガスケット１０の突起部が形成される２つの接触点Ｄ１とＤ２を通過する線Ａ１と中央線Ａ２との間に僅かな間隔Δａが空けてある。

このように、圧縮前と圧縮後の対向状態を示すこの図面において、ガスケット１０の端部１７の位置が開口１２に対して変位していることによって示されるとおり、ガスケット１０が僅かに左側に変形する。換言すると、圧縮後、各突起部の対称軸は、ガスケット１０の中央線Ａ２上またはそれに近接するＤ´１またはＤ´２に位置する。その結果、Ｄ１およびＤ２で示す静止状態における突起部の変位を考慮する必要がある。開口１２の位置に関らず、突起部１５は開口に対して反対側に配置される。

図４は、本発明によるシールの好ましい実施形態を詳細に示したものである。これは、通常は硬化ステンレス、銅ベリリウム、ニッケルまたはチタン合金等の高弾性限界を有する材料からなるメタルコア１３を有する。このメタルコアの周囲に外部シース１４が設けてある。これは、例えばアルミニウム、銀、金、銅またはそれらと同様の材料等の延性の比較的高い材料からなっている。好ましい形態によると、シース１４は単一の層からなる。他の実施形態によれば、外部シース１４を、複数の延性の高い材料の層によって構成することも可能である。

ほぼ正反対に位置する２つの平滑接触面１６がある。ただし、いずれも同じ側で同一の傾斜角αで傾斜しているため、平行ではない。各接触面１６の中央に突起部１５が設けてある。好ましい実施形態によると、突起部１５の形状は三角形である。ただし、突起部の形状は、台形、四角形、楕円形またはこれらの形状の組合わせや変形であっても良い。各突起部１５の対称軸Ａ５は、垂直に対して同じ傾斜角αで傾斜しており、ガスケット１０の幾何学的中心を通過する。

各接触面１６が傾斜しているため、いずれもシールすべき複数の部材８のうちの１つと接触する端部１９を有することが可能である。従って、突起部１５の高さｈと、接触面１６の傾斜角αと、接触面１６の長さを適切に選択することで、圧縮前にガスケットを設置した時に、ガスケットと部材８との間で二重接触を得ることができる。実に、表面が平行な部材８は、突起部１５と、対応する接触面１６の端部１９と、両方同時に接触することが可能である。

傾斜角αの角度は小さい必要があり、例えば、１から１５°であることが好ましい。その正確な値は、締め付けた後に同様に最良のシールを得ることと、解除時に最小可能の力閾値に対して同レベルのシールを維持することの両条件によって決定される。

厚さ０．５ｍｍ、外径４．２ｍｍのアルミニウム製のシースの場合、傾斜角αを約８°にすると、図３における軸Ａ１およびＡ２のオフセットは、高さｈを０．１ｍｍとして、約０．３０ｍｍである。

図５は、従来技術によるガスケットと、本発明によるガスケットの、圧縮距離ΔＥによる線形予圧密度Ｆの特性を示すグラフである。

図６は、圧縮時の力による圧縮サイクル中の漏洩値Ｑの変化を示すグラフである。図６において、本発明によるガスケットの性能（曲線Ｉ、実線）を、突起部がオフセットされていない従来技術によるガスケットの性能（曲線Ａ、点線）と比較した。

従来技術によるガスケットでは、圧縮開始後、より早い段階で良いシールが得られることが分かる。しかし、その後、特にこの例においては圧縮距離０．７ｍｍに達すると、そのシールが劣化してしまう。さらに、傾斜角αが８°である本発明によるガスケットは、加圧段階ではシールが一定に改善され、圧縮距離０．７ｍｍという同じ値までの圧縮処理の終了時には非常に良いシールを得ている。この非常に良いシールは、４ないし５Ｎ／ｍｍの力閾値までは減圧中の変化が非常に少ない。

本発明によるガスケットの多くの実施形態によると、ガスケットは略環状である。

本発明によるガスケットの他の実施形態によると、その形状は楕円形（図７）、四角形、丸コーナーを有する略四角形（図８）、三角形、長楕円形（図９）または、これらの形状の組合わせおよび／または変形によって形成されたその他の形状７（図１０）である。

上述の場合、略三角断面の突起部の高さは、０．０５ないし０．５０ｍｍである。

略三角断面の場合、高さは、突起部の頂点から表面１６まで、該表面に対して垂直に測った値である。本発明によるガスケットの他の実施形態によれば、突起部は、楕円形（図１１）、四角形、丸コーナーを有する略四角形（図１２）、三角形（図１３）、台形（図１４）またはその他の形状８であっても良い。丸形のまたはその他の形状を有する略台形断面の場合、高さは、突起部の頂点から表面１６まで、該表面に対して垂直に測った値である。

図１は、従来技術によるメタルガスケットを示すものである。 図２は、従来技術によるメタルガスケットの操作による結果を示すものである。 図３は、本発明による弾性メタルガスケットの操作原理を示すものである。 図４は、本発明による弾性メタルガスケットを示すものである。 図５は、本発明による弾性メタルガスケットの適切な操作による曲線を示すものである。 図６は、本発明による弾性メタルガスケットの適切な操作による曲線を示すものである。 図７は、本発明によるガスケットの形状の例を示すものである。 図８は、本発明によるガスケットの形状の例を示すものである。 図９は、本発明によるガスケットの形状の例を示すものである。 図１０は、本発明によるガスケットの形状の例を示すものである。 図１１は、本発明によるガスケットの突起部の形状の例を示すものである。 図１２は、本発明によるガスケットの突起部の形状の例を示すものである。 図１３は、本発明によるガスケットの突起部の形状の例を示すものである。 図１４は、本発明によるガスケットの突起部の形状の例を示すものである。

Claims (16)

1. 弾性のメタルコアと、該メタルコアを収容する外部メタルシース（１４）とを有する弾性メタルガスケット（１０）であって、該ガスケット（１０）が、静止時には、静止状態のガスケットの断面の幾何学的中心を通過する直線からなる中央線（Ａ２）を有する開円形断面を有し、その開口（１２）が、所定の予圧下で、物体（８）と液密に接触するように設計された頂点を有する突起部（１５）を各々設けた２つの対向する接触面（１６）の間に配され、静止時には、該突起部（１５）が中央線（Ａ２）に対して同じ側に僅かにオフセットされており、該予圧の作用下では該中央線側に寄ることを特徴とする弾性メタルガスケット。
2. 前記突起部（１５）が、前記開口（１２）から等距離に位置することを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
3. 前記２つの接触面（１６）が、それぞれ対応する突起部の対称軸（Ａ５）に対して垂直であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
4. 前記対称軸（Ａ５）が、ガスケット（１０）の断面によって規定される円の中心を通過することを特徴とする請求項３に記載のガスケット。
5. 三角形状である各突起部（１５）の頂点と、開口（１２）に最も近い接触面（１６）の端部（１９）とがシール面を形成し、各接触面（１６）が、該シール面に対して傾斜角αで傾斜しており、αが１ないし１２°であり、この傾斜角αが予圧の作用下で小さくなることを特徴とする請求項４に記載のガスケット。
6. 環状であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
7. 突起部（１５）の高さ（ｈ）が、０．０５ｍｍないし０．５０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
8. 突起部の形状が略三角形であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
9. 突起部の形状が略台形であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
10. 突起部の形状が略楕円形であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
11. 突起部の形状が略四角形であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
12. 略環状であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
13. 楕円形状であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
14. 三角形状であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
15. 四角形状であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
16. 開口（１２）が、継目の対称軸側またはその反対側に位置することを特徴とする請求項１に記載のガスケット。

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