JP7049214B2 - 渦巻形ガスケット - Google Patents

Description

本発明は、渦巻形ガスケットに関する。

気体や液体などの流体の流路を構成する配管同士の接続箇所等において互いに対向する一対のシール面間には、流体の漏洩を防止する渦巻形ガスケットが配設されている。この渦巻形ガスケットは、帯板状の金属材からなるフープ材と、膨張黒鉛等の軟質材からなる帯板状のフィラー材とを重ね合わせ、渦巻状に巻回して構成されており、両シール面間に装着されて使用される。その際、これらのシール面同士を互いに近づけるようにボルト等によって締め付け、渦巻形ガスケットに対してその軸方向両端面から所定の締め付け圧を作用させることで、両シール面間のシール性を確保するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１－２５７４９４号公報

前記両シール面のボルト等による締め付け位置が渦巻形ガスケットの径方向一方側に偏っていると、両シール面は、渦巻形ガスケットの径方向一方側に対応する位置で最も近づくとともに、渦巻形ガスケットの径方向他方側に対応する位置で最も離反するように撓む場合がある。このような撓みが生じると、渦巻形ガスケットは、その径方向他方側において各シール面との間に隙間が発生し、適切なシール性能を発揮することができないという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、両シール面がその締め付けによって撓んでも、適切なシール性能を維持することができる渦巻形ガスケットを提供することを目的とする。

本発明の渦巻形ガスケットは、帯板状の金属材からなるフープ材、及び帯板状の軟質材からなるフィラー材を、互いに板厚方向に重ね合わせて渦巻状に巻回して構成された渦巻形ガスケットであって、前記巻回された前記フープ材の径方向に隣り合う部分同士の間における前記フィラー材の厚みは、前記渦巻形ガスケットの径方向一方側から径方向他方側に向かうに従って徐々に厚くなっている。

本発明によれば、巻回されたフープ材の径方向に隣り合う部分同士の間における、軟質材からなるフィラー材の厚みは、渦巻形ガスケットの径方向一方側から径方向他方側に向かうに従って徐々に厚くなっているので、渦巻形ガスケットの弾性復元力は、フィラー材によって径方向一方側から径方向他方側に向かうに従って徐々に大きくなる。これにより、渦巻形ガスケットを一対のシール面間に装着したときに、両シール面のボルト等による締め付け位置が、渦巻形ガスケットの径方向一方側に偏っている場合、両シール面は渦巻形ガスケットの径方向他方側に対応する位置で最も離反するように撓むが、渦巻形ガスケットの径方向他方側は、その大きな弾性復元力によって両シール面の撓みに追従して復元する。その結果、渦巻形ガスケットの径方向他方側と各シール面との間に隙間が発生することはないので、渦巻形ガスケットは適切なシール性能を維持することができる。

前記フープ材は、断面略Ｖ字形に屈曲して形成されており、前記フープ材の屈曲角度は、前記渦巻形ガスケットの前記径方向一方側から前記径方向他方側に向かうに従って徐々に大きくなっているのが好ましい。
この場合、断面略Ｖ字形に屈曲して形成された金属材からなるフープ材の屈曲角度は、渦巻形ガスケットの径方向一方側から径方向他方側に向かうに従って徐々に大きくなっているので、フープ材は、渦巻形ガスケットの径方向一方側から径方向他方側に向かうに従って徐々に屈曲及び復元し易くなる。これにより、渦巻形ガスケットの弾性復元力を、フープ材とフィラー材との協働によって、径方向一方側から径方向他方側に向かうに従ってさらに徐々に大きくすることができる。

本発明の渦巻形ガスケットによれば、両シール面がその締め付けによって撓んでも、適切なシール性能を維持することができる。

本発明の第１実施形態に係る渦巻形ガスケットを示す断面図である。 前記渦巻形ガスケットの製造方法の一例を示す説明図である。 フィラー材の厚みを長手方向において連続的に変化させた状態を示す説明図である。 フィラー材の厚みを巻回の周回毎に段階的に変化させた状態を示す説明図である。 フィラー材の厚みが薄い側の変化率が大きくなるように当該厚みを変化させた状態を示す説明図である。 フィラー材の厚みが薄い側の変化率が小さくなるように当該厚みを変化させた状態を示す説明図である。 シール面が撓んだ状態における前記渦巻形ガスケットを示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る渦巻形ガスケットを示す断面図である。 シール面が撓んだ状態における第２実施形態の渦巻形ガスケットを示す断面図である。 シール面が撓んだ状態における第１実施形態の渦巻形ガスケットを示す断面図である。

以下、本発明の渦巻形ガスケットの実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る渦巻形ガスケットを示す断面図である。図１において、渦巻形ガスケット１は、例えば配管３０同士の接続箇所において、両配管３０のフランジ３１の互いに対向するシール面３２間に装着される。

各フランジ３１の外周側には、軸方向に貫通する貫通孔３３が周方向の複数箇所（図例では１カ所のみ図示）に形成されている。これらの貫通孔３３にはボルト４１が挿通され、その挿通状態のボルト４１にナット４２が螺合されている。そして、ボルト４１及びナット４２により、両シール面３２同士を互いに近づけるように締め付け、ガスケット本体２（後述）に対して軸方向両側（図１の左右両側）から所定の締め付け圧を作用させることで、両シール面３２間のシール性が確保されるようになっている。

本実施形態の渦巻形ガスケット１は、環状のガスケット本体２と、このガスケット本体２の内周側に取り付けられた補強リング部材としての内輪３と、ガスケット本体２の外周側に取り付けられた補強リング部材としての外輪４とを備えている。なお、渦巻形ガスケット１は、内輪３及び外輪４の一方又は両方を備えていなくても良い。

内輪３は、冷間圧延鋼板やステンレス鋼板などの金属材を用いて環状に形成されている。内輪３の外周面には、径方向外側に膨出した山形の膨出部３ａが全周にわたって形成されている。外輪４は、内輪３と同様、冷間圧延鋼板やステンレス鋼板などの金属材を用いて環状に形成されている。外輪４の内周面には、Ｖ字溝４ａが全周にわたって形成されている。

ガスケット本体２は、帯板状の金属材（ステンレス鋼等）からなるフープ材１１と、そのフープ材１１と同一幅又はそれよりも若干幅広の帯板状の軟質材（膨張黒鉛又はフッ素樹脂等）からなるフィラー材１２とを、互いに板厚方向に重ね合わせて渦巻状に巻回して構成されている。フープ材１１は、径方向内側が開口するように（曲げ部が径方向外側に位置するように）断面略Ｖ字形に屈曲して形成されており、フィラー材１２も、フープ材の断面形状に沿って断面略Ｖ字形に形成されている。フィラー材１２は、長手方向全長にわたって均一の密度を有している。

これにより、ガスケット本体２の内周面には、Ｖ字溝２ａが全周にわたって形成されており、このＶ字溝２ａに内輪３の膨出部３ａが係合されている。また、ガスケット本体２の外周面には、径方向外側に膨出した山形の膨出部２ｂが全周にわたって形成されており、この膨出部２ｂは外輪４のＶ字溝４ａに係合されている。
ガスケット本体２において、内周側及び外周側或いはそのどちらか一方側にフープ材１１のみが巻回された空巻き部を形成してもよい。

図２は、渦巻形ガスケット１の製造方法の一例を示す説明図である。図２に示すように、渦巻形ガスケット１を製造する際には、まず、図中の時計回り方向に回転可能な回転軸５１の外周に内輪３を取り付ける。そして、回転軸５１と共に内輪３を回転させながら、帯板状のフープ材１１及びフィラー材１２を重ね合わせて内輪３の外周に巻回する。図２は、その巻回途中の状態を示している。

フープ材１１及びフィラー材１２の巻回中には、例えばこれらの重ね合わせ位置（図２の１２時の位置）において、加圧ロール５２によってフープ材１１及びフィラー材１２が回転軸５１の中心部に向けて加圧される。加圧ロール５２は、加圧アーム５３の先端部において図中の反時計回り方向に回転可能に取り付けられており、加圧ロール５２の外周面は、前記重ね合わせ位置で、巻回途中のフープ材１１の外周面に常に接触しながら回転するようになっている。このため、加圧ロール５２により加圧アーム５３を図中の下側に向けて押圧することで、加圧ロール５２は、回転しながらフープ材１１及びフィラー材１２を加圧するようになっている。なお、加圧ロール５２の加圧力は、フープ材１１及びフィラー材１２の巻回中は常に一定となるように設定されている。

フープ材１１の巻回初期には、複数枚のフィラー材１２が互いに板厚方向に重ね合わせた状態でフープ材１１とともに巻回され、フープ材１１の巻回が進むに従って、フィラー材１２同士の重合枚数が徐々に減るようになっている。例えば、本実施形態では、フープ材１１の巻回初期にはフィラー材１２同士の重合枚数を３枚とし、フープ材１１の巻回途中にはフィラー材１２同士の重合枚数を２枚に減らしている。そして、フープ材１１の巻回終期には、フィラー材１２同士を重ね合わせずに、１枚のフィラー材１２のみをフープ材１１と共に巻回している（図１も参照）。

以上のように、フープ材１１及びフィラー材１２を巻回することで、巻回されたフープ材１１の径方向に隣り合う部分同士の間におけるフィラー材１２の厚みｔは、渦巻形ガスケット１の径方向内側から径方向外側に向かうに従って徐々に薄くなっている。換言すれば、巻回されたフープ材１１の径方向に隣り合う部分同士の間におけるフィラー材１２の厚みｔは、渦巻形ガスケット１の径方向外側から径方向内側に向かうに従って徐々に厚くなっている。

ここで、フィラー材１２の「厚み」とは、巻回されたフープ材１１の径方向に隣り合う部分同士の間に存在するフィラー材１２が複数枚の場合には、これら複数枚のフィラー材１２の板厚の合計を意味し、前記隣り合う部分同士の間に存在するフィラー材１２が１枚の場合には、その１枚のフィラー材１２の板厚を意味する。

なお、本実施形態では、フープ材１１の巻回が進むに従ってフィラー材１２同士の重合枚数を徐々に減らすことでフィラー材１２の厚みｔを変化させているが、他の方法により前記厚みｔを変化させてもよい。例えば、巻回前の状態における１枚の帯板状のフィラー材１２の板厚を、予め長手方向一端から長手方向他端に向かうに従って徐々に厚くしておき、フィラー材１２を前記長手方向他端から順にフープ材１１と共に巻回することによって、前記厚みｔを変化させてもよい。

フィラー材１２の厚みｔは、図３Ａに示すように、フィラー材１２の長手方向において、連続的に変化させてもよいし、図３Ｂに示すように、巻回の周回毎に（例えば１巻回毎に）段階的に変化させてもよい。但し、後者のように周回毎に段階的に変化させたほうが、渦巻形ガスケット１が装着されたフランジ３１が締め付けられた際の面圧が周方向でほぼ均一となることによりシール性が安定するため、好ましい。また、フィラー材１２の厚みｔは、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、フィラー材１２の長手方向において、一定の変化率で変化させてもよいし、図３Ｃに示すように、厚みが薄い側の変化率が大きくなるように変化させてもよいし、図３Ｄに示すように、厚みが薄い側の変化率が小さくなるように変化させてもよい。

以上、第１実施形態の渦巻形ガスケット１によれば、巻回されたフープ材１１の径方向に隣り合う部分同士の間における、軟質材からなるフィラー材１２の厚みｔは、渦巻形ガスケット１の径方向外側から径方向内側に向かうに従って徐々に厚くなっているので、渦巻形ガスケット１の弾性復元力は、フィラー材１２によって径方向外側から径方向内側に向かうに従って徐々に大きくなる。これにより、渦巻形ガスケット１を一対のシール面３２間に装着したときに、ボルト４１及びナット４２による両シール面３２の締め付け位置が渦巻形ガスケット１の径方向外側に偏っていることで、図４に示すように、両シール面３２は渦巻形ガスケット１の径方向内側に対応する位置で最も離反するように撓むが、渦巻形ガスケット１の径方向内側は、その大きな弾性復元力によって両シール面３２の撓みに追従して復元する。その結果、渦巻形ガスケット１の径方向内側と各シール面３２との間に隙間が発生することはないので、渦巻形ガスケット１は適切なシール性能を維持することができる。

［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る渦巻形ガスケット１を示す断面図である。本実施形態の渦巻形ガスケット１は、金属材からなるフープ材１１の断面形状が第１実施形態と異なる。図５に示すように、本実施形態のフープ材１１は、第１実施形態と同様に、径方向内側が開口するように（曲げ部が径方向外側に位置するように）断面略Ｖ字形に屈曲して形成されているが、その屈曲角度αは、渦巻形ガスケット１の径方向外側から径方向内側に向かうに従って徐々に大きくなっている（図６参照）。なお、図５に示すように両シール面３２に撓みが生じていない場合、すなわち両シール面３２間の隙間が渦巻形ガスケット１の径方向全体にわたって均一である場合、フープ材１１は、前記径方向全体にわたって屈曲角度αが同じ角度となるように屈曲変形している。
本実施形態の他の構成は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

第２実施形態の渦巻形ガスケット１によれば、断面略Ｖ字形に屈曲して形成された金属材からなるフープ材１１の屈曲角度αは、渦巻形ガスケット１の径方向外側から径方向内側に向かうに従って徐々に大きくなっているので、フープ材１１は、渦巻形ガスケット１の径方向外側から径方向内側に向かうに従って徐々に屈曲及び復元し易くなる。これにより、渦巻形ガスケット１の弾性復元力を、フープ材１１とフィラー材１２との協働によって、径方向外側から径方向内側に向かうに従ってさらに徐々に大きくすることができる。

従って、図６に示すように、両シール面３２が渦巻形ガスケット１の径方向内側に対応する位置で最も離反するように撓んだときに（両シール面３２間の隙間が、渦巻形ガスケット１の径方向外側から径方向内側に向かうに従って徐々に大きくなったときに）、渦巻形ガスケット１の径方向内側は、その大きな弾性復元力によって両シール面３２の撓みに追従して復元する。その結果、渦巻形ガスケット１の径方向内側と各シール面３２との間に隙間が発生することはないので、渦巻形ガスケット１は、さらに適切なシール性能を維持することができる。

［その他］
第１及び第２実施形態では、フランジ３１の両シール面３２の締め付け位置が径方向外側に偏っている場合について説明したが、例えば、図７に示すように、前記締め付け位置が径方向内側に偏っている場合にも、本発明の渦巻形ガスケットを適用することができる。
具体的には、前記締め付け位置が径方向内側に偏っている場合、ガスケット本体２の内周側及び外周側にフープ材１１のみが巻回された空巻き部１３が形成され、かつ内輪を有しない渦巻形ガスケット１において、フープ材１１の径方向に隣り合う部分同士の間におけるフィラー材１２の厚みｔを、渦巻形ガスケット１の径方向内側から径方向外側に向かうに従って徐々に厚くすればよい。

前記厚みｔを渦巻形ガスケット１の径方向内側から径方向外側に向かうに従って徐々に厚くする方法としては、フープ材１１の巻回が進むに従ってフィラー材１２の重合枚数を徐々に増やしてもよいし、１枚のフィラー材１２の板厚を予め長手方向一端から長手方向他端に向かうに従って徐々に厚くしておき、フィラー材１２を前記長手方向一端から順にフープ材１１と共に巻回してもよい。

この場合、渦巻形ガスケット１の弾性復元力は、フィラー材１２によって径方向内側から径方向外側に向かうに従って徐々に大きくなる。これにより、両シール面３２の締め付け位置が渦巻形ガスケット１の径方向内側に偏っていることで、両シール面３２は渦巻形ガスケット１の径方向外側に対応する位置で最も離反するように撓むが、渦巻形ガスケット１の径方向外側は、その大きな弾性復元力によって両シール面３２の撓みに追従して復元する。その結果、渦巻形ガスケット１の径方向外側と各シール面３２との間に隙間が発生することはないので、渦巻形ガスケット１は適切なシール性能を維持することができる。

上記のように、巻回されたフープ材１１の径方向に隣り合う部分同士の間におけるフィラー材１２の厚みｔを、渦巻形ガスケット１の径方向内側から径方向外側に向かうに従って徐々に厚くした場合、第２実施形態のフープ材１１の屈曲角度αは、渦巻形ガスケット１の径方向内側から径方向外側に向かうに従って徐々に大きくすればよい。この場合、渦巻形ガスケット１の弾性復元力は、フープ材１１とフィラー材１２との協働によって、径方向内側から径方向外側に向かうに従ってさらに徐々に大きくなる。

これにより、両シール面３２の締め付け位置が渦巻形ガスケット１の径方向内側に偏っていることで、両シール面３２は渦巻形ガスケット１の径方向外側に対応する位置で最も離反するように撓むが、渦巻形ガスケット１の径方向外側は、その大きな弾性復元力によって両シール面３２の撓みに追従して復元する。その結果、渦巻形ガスケット１の径方向外側と各シール面３２との間に隙間が発生することはないので、渦巻形ガスケット１は適切なシール性能を維持することができる。

第１及び第２実施形態では、フープ材１１が、径方向内側が開口するように（曲げ部が径方向外側に位置するように）断面略Ｖ字形に屈曲して形成されている例を説明したが、径方向外側が開口するように（曲げ部が径方向内側に位置するように）断面略Ｖ字形に屈曲して形成されていてもよいし、断面略Ｗ字形（曲げ部が３箇所あり）に屈曲して形成されていてもよい。

今回開示された実施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、上記した意味ではなく、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、及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 渦巻形ガスケット
１１ フープ材
１２ フィラー材
ｔ 厚み
α 屈曲角度

Claims (1)

1. 帯板状の金属材からなるフープ材、及び帯板状の軟質材からなるフィラー材を、互いに板厚方向に重ね合わせて渦巻状に巻回して構成された渦巻形ガスケットであって、
   前記巻回された前記フープ材の径方向に隣り合う部分同士の間における前記フィラー材の厚みは、前記渦巻形ガスケットの径方向一方側から径方向他方側に向かうに従って徐々に厚くなっており、
   前記フープ材は、断面略Ｖ字形に屈曲して形成されており、
   前記フープ材の屈曲角度は、前記渦巻形ガスケットの前記径方向一方側から前記径方向他方側に向かうに従って徐々に大きくなっている、渦巻形ガスケット。

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