JP5951307B2 - メタルガスケット - Google Patents

Description

本発明は、メタルガスケットに関する。

原子力分野、半導体分野等における各種配管や機械設備等、高温高圧、真空などの条件でシール部材として用いられるメタルガスケットが従来から知られている。

特開平２−１１３１７１号公報（特許文献１）においては、少なくとも２つの直径方向に突出する部分が外表面に形成されたメタルガスケットが示されている。

特開平９−２６４４２７号公報（特許文献２）においては、メタルガスケットの周方向に形成された環状の凹溝を備えたメタルガスケットが示されている。

特開２００９−２８１４２４号公報（特許文献３）においては、断面略Ｃ字状に形成された外環と、この外環の内側に嵌合された内環とを備えたメタルガスケットであって、内環が断面多角形体から構成され、内環における互いに対向する一対の角部が、外環の内周面上に配置されたものが示されている。

特開平２−１１３１７１号公報 平９−２６４４２７号公報 特開２００９−２８１４２４号公報

メタルガスケットを用いることにより、エラストマー等からなるＯリングを用いた場合と比較して、高シール性、高耐プラズマ性、および高耐熱性を実現することが可能である。

その一方で、メタルガスケットを用いた場合、エラストマー等からなるＯリングを用いた場合と比較して、必要締め付け力が大きくなり、ガスケットの変形量が少なくなり、除荷時の復元量が少なくなるという傾向がある。

締め付け作業の簡便性や、装置の小型化という観点からは、必要締め付け力は小さい方が好ましい。また、ガスケットを配設する溝や、ガスケットが当接するフランジの寸法公差等の影響を緩和する観点からは、ガスケットの変形量は大きい方が好ましい。また、シール対象が使用中に若干開いた場合のガスケットの追随性を向上させる観点からは、除荷時の復元量は大きいことが好ましい。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、必要締め付け力が小さく、ガスケットの変形量が大きく、除荷時の復元量が大きいメタルガスケットを提供することにある。

本発明に係るメタルガスケットは、略Ｃ形の断面形状を有するリング状の第１部材と、第１部材の内周側に設けられた少なくとも２つの部品からなるリング状の第２部材とを備え、第２部材は、第１部材に圧縮力が作用したときに圧縮力の方向に対して斜めに交差する方向に部品どうしが滑動する滑り部分と、第１部材に当接する突出部とを含む。

１つの実施態様では、上記メタルガスケットにおいて、第２部材を構成する少なくとも２つの部品は、第１部材よりも硬い素材からなる。

１つの実施態様では、上記メタルガスケットにおいて、第１部材は、Ｃ形の断面形状を有する金属製の本体と、本体の表面に形成され、本体よりも軟質の素材からなる被覆部とを含む。

本発明に係るメタルガスケットにおいては、第１部材の内周側に設けられた第２部材に滑り部分が設けられ、第１部材に圧縮力が作用したときには、上記滑り部分において部品どうしが滑動するため、所定のシール性を得るための必要締め付け力を小さくすることができるとともに、ガスケットの変形量を大きくすることができる。

他方、本発明に係るメタルガスケットにおいて、締付力が除荷されたときは、略Ｃ形の断面形状を有するリング状の第１部材の復元力によってメタルガスケットが復元されるため、除荷時の復元量を大きくすることができる。

また、本発明に係るメタルガスケットにおいては、第１部材の内周側に設けられた第２部材に第１部材に当接する突出部が設けられているため、第１部材に圧縮力が作用したときに、突出部から外側に向けて力が作用し、応力を集中させることができる。この結果、高シール性を実現できる。

なお、主に金属からなるメタルガスケットにおいては、エラストマーなどからなるガスケットと比較して、高耐プラズマ性および高耐熱性が実現される。

上述のとおり、本発明によれば、高シール性、高耐プラズマ性、および高耐熱性を実現するとともに、必要締め付け力が小さく、ガスケットの変形量が大きく、除荷時の復元量が大きいメタルガスケットを提供することができる。

本発明の１つの実施の形態に係るメタルガスケットの断面を示す図である。 図１に示すメタルガスケットと、比較例に係るメタルガスケットとについて、シール締め付け時の線圧と変位との関係を示すグラフである。 本発明の１つの実施の形態の変形例に係るメタルガスケットの断面を示す図である。 本発明の１つの実施の形態の他の変形例に係るメタルガスケットの断面を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。

図１は、本実施の形態に係るメタルガスケットの断面を示す図である。図１に示すように、本実施の形態に係るメタルガスケットは、原子力分野、半導体分野等における各種配管や機械設備等、高温高圧、真空などの条件でシール部材として用いられるリング状のメタルガスケットであって、第１部材１と、第２部材２とを含む。

第１部材１および第２部材２は、各々、リング状に形成されている。第１部材１および第２部材２は、いずれも金属により形成されるが、たとえば第１部材の外表面にエラストマーや樹脂等、本体よりも軟質の素材からなる被覆部を設けてもよい。

典型的な例では、第１部材１は、アルミニウムなどから構成され、第２部材２は、ステンレスや鉄などから構成される。第１部材１は、メタルガスケットによりシールされる空間に面するものであるため、不純物が少なく、耐熱性が高いものであることが好ましい。第２部材２は、後述のとおり、突出部３によって第１部材１に応力集中を生じさせるものであるため、第１部材１（典型的にはアルミニウム）よりも硬い素材により構成されることが好ましい。

図１に示す例では、メタルガスケットは、図１中の上下において、シールすべきフランジ等に当接する。第１部材１のＣ形の断面形状は、第１部材１に周方向に沿って開口が設けられることによって形成される。上記開口は、典型的には、メタルガスケットにおける外気側（密閉空間の反対側）に面するように設けられる。

図１に示す例では、第２部材２は、２つの嵌合部品２Ａ，２Ｂから構成される。嵌合部品２Ａ，２Ｂは、断面が菱形形状を有する部材であって、第１部材１の内周側に嵌合されている。

嵌合部品２Ａ，２Ｂは、図１の上下方向において、第１部材１の内面に当接する突出部３を有している。第１部材１に上下方向の圧縮力が作用したときには、突出部３が第１部材１の内面を押圧し、応力集中を生じさせる。これにより、メタルガスケットによる高いシール性を確保することが可能である。

また、第２部材２は、嵌合部品２Ａ，２Ｂが互いに滑動する滑り部分４を有している。第１部材１に上下方向の圧縮力が作用したときには、滑り部分４において嵌合部品２Ａ，２Ｂが互いに滑動する。これにより、所定のシール性を得るための必要締め付け力を小さくすることができるとともに、ガスケットの変形量を大きくすることができる。

締め付け作業の簡便性や、装置の小型化という観点からは、所定のシール性を得るための必要締め付け力はできるだけ小さい方が好ましい。所定のシール性を得るための必要締め付け力が大きいと、大きな締め付け力に耐え得る大型の装置が必要となるからである。また、ガスケットを配設する溝や、ガスケットが当接するフランジの寸法公差等の影響を緩和する観点からは、ガスケットの変形量は大きい方が好ましい。

本実施の形態に係るメタルガスケットにおいて、締付力が除荷されたときは、略Ｃ形の断面形状を有する第１部材１の復元力によってメタルガスケットが復元されるため、除荷時の復元量を大きくすることができる。

なお、第１部材１および第２部材２の形状は、適宜変更可能である。たとえば、図１に示すθ１〜θ６の角度は、一例として、１０°以上６０°以下程度の角度で適宜変更可能である。また、図１に示す全高（ｈ）は、たとえば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度の間で適宜変更可能である。嵌合部品２Ａ，２Ｂの高さ（ｈ１，ｈ２）は、各々、全高（ｈ）の１／４以上３／４以下程度の間で適宜変更可能である。また、第１部材１の厚みは、たとえば０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下程度の間で適宜変更可能である。

図２は、図１に示すメタルガスケット（実施例）と、比較例に係るメタルガスケットとについて、シール締め付け時の線圧と変位との関係を示すグラフである。

図２に示す例において、「実施例」とあるのは、第１部材１としてＡ１０５０からなるもの（厚み：０．４ｍｍ）を用い、第２部材２（嵌合部品２Ａ，２Ｂ）としてＳＵＳ３０４からなるものを用いたもの（内径：５１ｍｍ×全高：３．８ｍｍ）である。

同じく図２に示す例において、「メタルＯリング」とあるのは、外径：８０ｍｍ×全高：２．４ｍｍ×厚み：０．５ｍｍのＳＵＳ３２１からなるものである。

同じく図２に示す例において、「バネ入りＣリング」とあるのは、Ｃ形断面形状のリング（Ｃリング）としてＡ１０５０からなるもの（厚み：０．４ｍｍ）を用い、Ｃリング内に嵌合されるバネとしてＳＵＳ３０４からなるものを用いたもの（内径：７０ｍｍ×全高：３．８ｍｍ）である。

図２に示すように、「実施例」においては、比較例に係る「メタルＯリング」および「バネ入りＣリング」と比較して、小さな線圧で一定の変位（変形量）が得られるとともに、除荷したときの変位戻り量（除荷時の復元量）が大きい。このように、本実施の形態によれば、高シール性、高耐プラズマ性、および高耐熱性というメタルガスケットの利点を生かしながら、必要締め付け力を小さく、ガスケットの変形量を大きく、除荷時の復元量を大きくすることが可能である。

次に、図３，図４を用いて、本実施の形態の変形例について説明する。まず、図３，図４に示すように、第２部材２を構成する嵌合部品の数は、２つに限定されるものではない。図３，図４の例では、３つの嵌合部品２Ａ〜２Ｃが設けられているが、嵌合部品は、４つ以上であってもよい。

また、図３，図４に示すように、滑り部分４は、直線と曲線との接点によって形成されていてもよい。更なる変形例として、滑り部分４は、曲線どうしの接点によって形成されてもよい。

図３に示すように、突出部３は、必ずしも尖っている必要はない。図３の例のように、突出部３の先端が曲面状に形成されていても、上下方向に圧縮力が作用したときに、第１部材１に応力集中を生じさせることができれば、本件発明で言うところの「突出部」に概要すると解釈されるべきである。

突出部３は、図３の例のように、上下で対称となる位置に形成されてもよいし、図４に示すように、上下で対称とはならない位置に形成されてもよい。

なお、滑り部分４において、嵌合部材２Ａ〜２Ｃの表面に、滑動を生じさせやすくするための表面加工が施されていてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 第１部材、２ 第２部材、２Ａ〜２Ｃ 嵌合部品、３ 突出部、４ 滑り部分。

Claims (3)

1. 略Ｃ形の断面形状を有するリング状の第１部材と、
   前記第１部材の内周側に設けられた少なくとも２つの部品からなるリング状の第２部材とを備え、
   前記第２部材は、前記第１部材に圧縮力が作用したときに前記圧縮力の方向に対して斜めに交差する方向に前記部品どうしが滑動する滑り部分と、前記第１部材に当接する突出部とを含む、メタルガスケット。
2. 前記第２部材を構成する前記少なくとも２つの部品は、前記第１部材よりも硬い素材からなる、請求項１に記載のメタルガスケット。
3. 前記第１部材は、Ｃ形の断面形状を有する金属製の本体と、前記本体の表面に形成され、前記本体よりも軟質の素材からなる被覆部とを含む、請求項１または請求項２に記載のメタルガスケット。

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