JP4754150B2 - 改良されたリング密封体 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、対向した平行表面間に流体またはガス密閉密封された継ぎ手を作るために、しばしばガスケットとして言及される、密封体に関する。
【０００２】
より詳細には、本発明は、実質上平らな平行表面間で並外れた低い漏洩率を達成するようなプラスチック変形を設ける金属密封体に関する。
【０００３】
（背景技術）
一般的に使用される密封リングは円形でありかつ「Ｃ」形状の半径方向断面を有している。これらの「Ｃ密封体」は、アメリカ合衆国特許第５，３５４，０７２号に記載されているようなリングの中心に向かい合っているＣ構造の開放側辺と、そしてリングの中心から離れて向かい合っているＣの開放側辺の両方により構成されている。２つの平行表面が中央においてＣ密封体とともに持ち来たされるので、
Ｃ密封体は圧縮の間中閉止しているＣ断面の開放側辺により圧縮されている。密封体の変形可能な特性は噛み合っている表面に損傷を与えることなく可塑的な変形を発生させる。密封体の弾性的回復を増大するために、幾つかのＣ密封体は、特定の密封構体に必要とされる圧縮抵抗および弾性特性に対して圧縮抵抗および弾性特性を同様に変更する密封体の中心に同中心的に置かれた円形の弾性螺旋ばねを備えている。残念ながら、代表的に繰り返し不能になっている受容可能な密封体の構造を結果として生じる内方螺旋ばねを有するＣ密封体を製造するのは比較的複雑である。
【０００４】
幾つかのＣ密封体は、密封されるように意図される対向の平行表面と接触する表面上に形成される、「デルタ」として当該技術において同様に言及される、円形の隆起部を備えている。これらの隆起部は密封体と対向平行表面との間の開始接触区域を小さくし、それによって並行表面におけるより小さい撓みを収容するために密封体を可塑的に変形させるより少ない負荷を必要としている。残念ながら、これらの円形の隆起部を備えたＣ密封体は、密封体が圧縮されるときＣ密封体の円形の隆起部と外面との間に室をしばしば形成する。この密封体は耐漏洩性にするか、または許容誤差内であるように十分に低い値の漏洩を有することができるけれども、「実際の漏洩」は、この筒状の室と密封体の内方通路との間に漏洩がある場合に発生され、それによってそれらの間にガスまたは流体をゆっくり流れさせる。耐漏洩性の密封体は有効であるけれども、密封体の試験は漏洩が存在することを間違ってかつ望ましくなく反映するかもしれず、そしてこの状態はそれゆえ「実際の漏洩」として言及される。
【０００５】
利用可能になっている追加の密封体は、また円形でしかもかわって「Ｃ」断面を有する「Ｖ密封体」としてしばしば言及され、この「Ｖ密封体」は密封体の中心に向かって内方にまたは外方に向くように構成されたＶの下方点を備えた断面を有している。この構造は代表的には十分な変形を備えるが、Ｖ密封体は、Ｖ密封体の点が圧縮負荷を集中しかつ密封体の繰り返される圧縮および圧縮解除時密封体を失敗するようにしがちであるより高い応力を形成するので代表的にはとくに弾性回復または反復性を備えない。
【０００６】
当該技術における追加の密封体は「Ｚ密封体」および簡単な「Ｏ密封体」を包含している。しかしながら、これらの密封体の各々はまた顕著な欠点を被る。
【０００７】
したがって、またリバウンドとして知られる、高度の抵抗を有する軸方向に対向した平行表面間に密封された継ぎ手を設けるために改良されたリング密封体を設けることが望ましい。より詳しくは、リング密封体が予め定めた圧縮力からの開放を受けた後最初の寸法に実質上戻るのが望ましい。
【０００８】
また、実質的な量の圧縮および圧縮解除サイクルを受けることができかつその後さらに実質上耐漏洩の密封体を設ける改良されたリング密封体を設けるのが望ましい。
【０００９】
そのうえ、実際の漏洩を示しがちでない改良されたリング密封体を設けるのが望ましい。
【００１０】
加えて、かくして種々の大きさおよび寸法において構成され得る自在な用途用のリング密封体を設けるのが望ましい。
【００１１】
（発明の開示）
本発明は、改良されたリング密封体を設けることによって上述した欠点に取り組んでいる。以前のリング密封体と同様な、リング密封体が、ガスまたは流体通過用の軸方向に整列された孔を有する環状に成形された本体要素を含んでいる。リング密封体は、また、半径方向内面、半径方向外面および密封継ぎ手がそれらの間に置かれるように向けられる対向した実質上平行な表面に係合するようになされた第１および第２軸方向端面を含んでいる。
【００１２】
本発明のリング密封体は、リング密封体の半径方向外面からリング密封体の前記半径方向内面に向かって半径方向に内方に向かって突出する複数の孔を含んでいる。孔の形成は孔の長さに半径方向にかつリング密封体の軸方向端面間に軸方向に延びる複数の側壁を作り出す。複数の孔は多数の形状を採ることができる。好ましくは、例えば、孔はコストを最小にしかつ製造においてあらゆる困難を減少するようにリング密封体の半径方向外面からリング密封体の中心に向かって半径方向に穿孔することによって構成される。この方法において構成された孔は円形の断面を有している。しかしながら、孔は、また、リング密封体の軸方向端面間に軸方向にかつリング密封体の内方および外方半径方向表面間に半径方向に延びている実質上平らな側壁を形成する構成において実質上矩形にすることができる。代替の好適な実施の形態において、これらの平らな側壁はリング密封体の軸線に関連して或る角度で構成され、かくして平行四辺形の形においてリング密封体の半径方向外面上に開口を形成している。
【００１３】
簡単化のために、孔は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、孔は他の形状の断面を有することができるけれども、ここでは円形断面を有するように出して説明される。孔の数およびそれらの直径は密封構体の所望の機械的特性に依存して変化することができる。例えば、孔の数の増大または孔の直径の増加は、変形するような密封体の能力を増加することを包含している、密封体の機械的な特性を変更するリング密封体の内部側壁の厚さの対応する減少を引き起こす。しかしながら、この孔の数の増大または孔の直径の増加は圧縮および圧縮解除後の密封体の弾性回復（リバウンド）を減少するかもしれない。好適な実施の形態において、孔は筒状でありかつリング密封体の厚さの２５％ないし７５％の直径を有する。２５％より少ない直径は弾性的に変形するようなリング密封体の能力を著しく減少する。一方で、リング密封体の厚さの７５％を超える孔の直径は密封体の構造的な完全性を弱くしかつ密封体を圧縮の間中失敗しがちにさせる。本発明の好適な実施の形態において、孔はリング密封体の厚さのほぼ５０％の直径を有する。
【００１４】
好適な実施の形態において、リング密封体は１０ないし１５０個の間の孔を有しており、それによって軸方向端面間に構成される対応する１０ないし１５０個の半径方向に延びる側壁を形成する。同様により好適な実施の形態において、本発明のリング密封体は２０ないし３０個の孔を有しており、それによって対応する２０ないし３０個の半径方向にかつ軸方向に延びている側壁を形成している。
【００１５】
本発明のリング密封体は軸方向端面から軸方向に突出する円形隆起部を含んでいる。また、当該技術に熟練した者によって「デルタ」として言及される、これらの円形隆起部は軸方向端面を軸方向内方端面と軸方向外方端面に分割し、それぞれの軸方向内方端面は軸方向外方端面内にかつしたがってリング密封体の中心に密接して同中心的に位置決めされている。重要性について、軸方向内方端面は軸方向外方端面に対して軸方向にずれている。より詳しくは、軸方向内方端面は、この軸方向内方端面において測定されたリング密封体の厚さが軸方向外方端面において測定されるようなリング密封体の厚さより薄いように軸方向外方端面に対して凹まされる。ずれた軸方向端面を設けることは、圧縮の間中対向平行表面に係合するような軸方向内方端面の能力を妨げることによって実際の漏洩を形成するような密封体の傾向を除去する。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、２つの平らな表面間を密封するために非常に反復性があり、高品質で、安価かつ信頼し得るリング密封体を提供することにある。
【００１７】
本発明の追加の目的は、実質上耐漏洩性の密封体を設けるために顕著な延性を備えるリング密封体を提供することにある。
【００１８】
さらに、本発明の追加の目的は、密封体が実質的な量のサイクル、圧縮および圧縮解除を受けることができるように実質的な弾性回復を備えかつ、さらに耐漏洩性の密封体を設けるリング密封体を提供することにある。
【００１９】
本発明のさらに他の目的は、実際の漏洩の特性を示す密封体を作るように圧縮されるとき同中心の室を形成しないリング密封体を提供することにある。
【００２０】
さらに、本発明の目的は、製造が簡単でかつ種々の大きさおよび寸法において構成され得るリング密封体を提供することにある。
【００２１】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は図面において関連して採られる以下の詳細な説明から当該技術に熟練した者によってよく理解される。
【００２２】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明は、図面に示されるように、種々の形状における実施の形態を考え得る一方、本発明の現在の好適な実施の形態が以下で、本開示が本発明の例示として検討されかつ図示された特定の実施の形態に本発明を制限するように意図されない理解によって説明される。
【００２３】
図に示されるように、本発明のリング密封体１はガスまたは流体の通過を許容するための軸方向に整列された中央孔４を有している環状に成形された本体要素３を含んでいる。リング密封体１の環状構造により、リング密封体１は半径方向内面５、半径方向外面６、第１軸方向端面１１および第２軸方向端面１７を含んでいる。これらの面の各々はあらゆる数の形状を採ることができる。それらは実質上平らなかつ平坦な、または実質上屈曲されてもよい。例えば、図３に示されるように、半径方向内面５は平らな領域７および屈曲された領域９を含んでいる。同様に、図に示されるように、半径方向外面６は平らな表面および角度が付けられた当接部を含むように示されている。これらの表面は、本発明の意図から逸脱することなく他の形状を採ることもできる。
【００２４】
本発明のリング密封体１は、さらに、リング密封体の半径方向外面６からリング密封体の中央孔４に向かって内方に突出する複数の孔２５を含んでいる。孔２５の形成はリング密封体の半径方向外面６から内方にかつリング密封体の軸方向端面１１と１７間にまた軸方向に延びる複数の側壁２７を形成する。用語「孔」は円形の断面を有する開放突起を意味するようにしばしば解釈されるけれども、本書で使用されるとき「孔」は非常に多くの成形された断面からなる孔を含むように広く解釈されるように向けられる。例えば、孔２５は図８に示されるごとく正方形または長方形の断面を有することができるか、または孔２５は側壁２７が平らでかつリング密封体１に対して角度が付けられることができ、したがって図９に示されるごとく、平行四辺形の形に断面を形成する断面を有することもできる。孔２５を形成する軸方向に整列されない側壁２７を有するリング密封体１は、リング密封体１が特定の負荷に対して顕著な変形を要求する場合にとくに適すると思われる。さらに、孔は、一般に、半径方向外面からリング密封体の中心に向かって軸方向に突出するけれども、孔はリング密封体の中心に向かって屈曲された通路に沿って突出し得るかまたは本発明の精神または範囲から逸脱することなく軸方向に向かって角度が付けられ得る。
【００２５】
一方で、かつ図２、図３および図７に示されるように、好適な実施の形態において、孔２５は円形断面を有する筒状孔を形成するように半径方向に穿孔することによって製造される。この形状の孔は製造するのに比較的安価でかつ最も簡単であるように思われる。本発明のリング密封体はあらゆる数の孔２５を含むことが可能である。しかしながら、リング密封体１は、圧縮負荷によりリング密封体の塑性変形を効果的に増大するのに十分な孔２５、しかもリング密封体１の構造的完全性が、それらが圧縮および圧縮解除の繰り返しサイクルにより失敗しがちであるように側壁２７の厚さを減少することによって危険に陥れられる多すぎない多数の孔を含むのが好適である。好適な実施の形態において、リング密封体１は１０ないし１５０個の間の半径方向に整列された孔２５を含んでいる。同様により好ましくは、リング密封体１は２０ないし３０の間の孔２５を含んでいる。図６に示されるように、好適なリング密封体１は２４個の孔を含んでいる。
【００２６】
上で説明されたように、側壁２７は本発明の精神および範囲から逸脱することなく多数の形状からなることができる。例えば、孔２５がそれらの外方端からリング密封体の中心４に向かって半径方向外面６の近傍に一定の直径を有する形状において筒状であるとき、側壁２７は実質上凹状である断面を有しそして半径方向外面６からリング密封体の中心孔４に向かって減少する厚さを有している。一方、図８および図９によれば、側壁２７が実質上平らでありかつそれらの半径方向長さに沿って一定の厚さを有する場合に、リング密封体１の中心に向かって減少する断面を有する孔２５である。さらに、側壁２７が孔２５の全体長さに延びることは重要でない。例えば、図２、図３および図７に示されるように、側壁２７は凹み２９を有することができる。凹み２９はリング密封体１がキーパ（図示せず）に挿入されるのを可能にするために設けられる。キーパはリング密封体１の側壁２９の受容のために寸法付けられた１またはそれ以上の孔を有する実質上平らなシートである。当該技術に熟練した者によって理解されるように、かつ図１０を参照して、リング密封体１の圧縮前の対向した平行な平らな表面３１間に１またはそれ以上のリング密封体を含んでいるキーパを配置することによって２つの対向した平行な平らな表面３１間の適切な整列および位置決めにおいて１またはそれ以上のリング密封体を配置するのがより容易である。
【００２７】
図４を参照して、従来のＣ密封体は代表的にはそれらの軸方向端面に円形の隆起部を含んでいる。Ｃ密封体が密封継ぎ手を形成するように圧縮されるとき、Ｃ密封体の開放端は円形の隆起部上の圧縮により近接するような傾向およびＣ密封体の閉止された側上に増大された剛性を有する。これが発生するとき、軸方向端面が対向した平行な平らな表面３１にまた係合するように半径方向内面と交差する点に関して共通である。Ｃ密封体は完全に耐漏洩性の密封体を形成することが可能であるけれども、残念ながら、密封体の中心からガスまたは流体を受容可能でかつ後でこれらの内容物を密封体の中心に漏洩し得る室３３が形成される。図４はその位置を示すように互い違いにされた室３３の断面図を示している。実際には、円形の隆起部２３は代表的には、１インチの千分の幾つかのみの高さでありそしてそれらは密封体が圧縮されるとき顕著な塑性変形を受ける。結果として、室３３は人間の目にほとんど見ることができない。しかしながら、リング密封体室３３は、これが実際に発生されない密封体の漏洩を反映することができるので非常に厄介である密封体の中心にガスまたは流体を貯蔵しかつ搬送することができる。好都合には、好適な実施の形態において、本発明のリング密封体１はこの「実際の漏洩」を除去する。
【００２８】
図３、図５および図１０に示されるように、本発明のリング密封体１は軸方向端面１１および１７から軸方向に突出する円形の隆起部２３を含んでいる。隆起部２３は第１軸方向端面１１を第１軸方向内方端面１３および第１軸方向外方端面１５に分割する。同様に、第２軸方向端面１７から突出する隆起部２３はその軸方向端面を第２軸方向内方端面１９および第２軸方向外方端面２１に分割する。本発明の目的は、軸方向内方端面１３および１９がずれを発生するために軸方向外方端面１５および２１に関連して内方に向かって凹ませられるということである。図５に示されるように、軸方向内方端面１３および１９において測定されるようなリング密封体１の厚さは軸方向外方端面１５および２１で測定されるようなング密封体１の厚さより薄い。このずれは、軸方向内方端面１３および１９と対向した平行な平らな表面３１との間に空間３９が維持されるのを許容する。このギャップは、密封中隆起部の変形を増大し、かつ耐漏洩性の密封体が得られる可能性を高める隆起部２３に付加されるような増大された負荷を許容する。さらに、ギャップは、同様に、室３３が軸方向内方端面１３および１９と「実際の漏洩」を作り出し得る対抗した平らな表面３１との間に形成されないことを保証する。
【００２９】
軸方向外方端面１５および２１と軸方向内方端面１３および１９との間のずれは「実際の漏洩」が発生しないことを保証するのに必要とされるどのような距離であってもよい。この距離はリング密封体の材料、隆起部２３の高さ、密封構体上で対向した平行な平らな表面３１によって付加される圧縮力、孔２５の数および直径、孔２５の深さ、側壁２７の厚さ、側壁２７の長さ等に依存して変化することができる。好適な実施の形態において、ずれは少なくとも０．００１インチである。
【００３０】
本発明のリング密封体１は本発明の精神および範囲から逸脱することなく多数の異なる構造を採ることができる。図２、図３および図６を参照して、極端に低い漏洩率にとくに適する、現在好適なリング密封体１の寸法は以下に設けられる。
【００３１】
【表１】

【００３２】
リング密封体１は密封用途に適するあらゆる材料から製造され得る。しかしながら、リング密封体１はアルミニウム、銅、銀、ニッケル、鋼のごとき金属またはハステロイのごとき合金から製造されるのが好適である。好適な実施の形態において、
リング密封体１はステンレススチールから製造される。しかしながら、リング密封体１は本発明の精神および範囲から逸脱することなくエラストマを含んでいる他の材料から製造され得る。
【００３３】
当該技術に熟練した者が本発明を実施かつそれを使用することができるような用語に本発明を説明しかつ本発明を実施する現在最適な形態を明らかにした。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のリング密封体を示す正面図である。
【図２】 図１の線２−２に沿って取られた本発明の本発明のリング密封体を示す断面図である。
【図３】 本発明のリング密封体を示す断面図である。
【図４】 圧縮において示される従来のリング密封体の互い違いの断面図である。
【図５】 圧縮において示される本発明のリング密封体の互い違いの断面図である。
【図６】 図２の線６−６に沿って取られた断面図である。
【図７】 筒状の孔を含んでいる本発明のリング密封体の側面図である。
【図８】 正方形断面形状の孔を有する実施の形態を示している本発明のリング密封体の部分側面図である。
【図９】 平行四辺形のように形成された孔を有する実施の形態を示している本発明のリング密封体の部分側面図である。
【図１０】 軸方向導管を有する２つの対向した平行表面間の密封体としてその作動を示している本発明のリング密封体の断面側面図である。

Claims (8)

1. 第１および第２の軸方向に対向した平行な表面間に密封された継ぎ手を作るために軸方向に圧縮されるようになされるリング密封体において、
   前記リング密封体が金属材料から構成され、
   ガスまたは流体通過用の軸方向に整列された孔を有する環状に成形された本体要素と、
   半径方向内面と、
   半径方向外面と、
   前記軸方向に対向した平行な表面に係合するようになされた第１および第２軸方向端面と、
   前記半径方向外面から前記半径方向内面に向かって半径方向に内方に向かって突出する複数の孔と、を含み、
   前記複数の孔は、前記半径方向外面から前記半径方向内面へと前記ガスまたは流体が連通しないように、前記半径方向外面から前記半径方向内面に向かって部分的にのみ突出していることを特徴とするリング密封体。
2. 前記複数の孔が筒状でありかつ前記第２の軸方向端面に対して前記第１の軸方向端面との間に測定されるような前記リング密封体の厚さの２５％〜７５％の直径を有することを特徴とする請求項１に記載のリング密封体。
3. 前記複数の孔が前記第２の軸方向端面に対して前記第１の軸方向端面との間に測定されるような前記リング密封体の厚さの５０％の直径を有することを特徴とする請求項２に記載のリング密封体。
4. 前記リング密封体が含む前記複数の孔が、１０〜１５０個であることを特徴とする請求項１に記載のリング密封体。
5. 前記リング密封体が含む前記複数の孔が、２０〜３０個であることを特徴とする請求項２に記載のリング密封体。
6. 第１および第２の軸方向に対向した平行な表面間に密封された継ぎ手を作るために軸方向に圧縮されるようになされるリング密封体において、
   前記リング密封体が金属材料から構成され、
   ガスまたは流体通過用の軸方向に整列された孔を有する環状に成形された本体要素と、
   半径方向内面と、
   半径方向外面と、
   前記軸方向に対向した平行な表面に係合するようになされた第１および第２軸方向端面と、
   前記半径方向外面から前記半径方向内面に向かって前記第１および第２軸方向端面間で内方に向かって突出しかつ前記半径方向外面の周部に延びる周部溝と、
   前記周部溝内に配置されそして前記軸方向表面間で第１方向にかつ前記半径方向外面から前記半径方向内面に向かって第２方向に伸びている複数の側壁と、を含んでいることを特徴とするリング密封体。
7. 前記リング密封体が１０〜１５０個の側壁を有することを特徴とする請求項６に記載のリング密封体。
8. 前記リング密封体が２０〜３０個の側壁を有することを特徴とする請求項６に記載のリング密封体。

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