JPH02199386A - 特に真空技術のための弁またはフランジ用のシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フランジと皿状部材に設けられた互いに対向
する少なくとも二つのシール面を備え、このシール面に
、皿ばねとして形成され軸方向に摺動可能なシール要素
が接触可能である、特に真空技術のための弁またはフラ
ンジ用のシール装置に関する。

〔従来の技術〕

例えば米国特許第４３１８５３２号明細書または西独国
特許第３１１６４０１号明細書によって、冒頭に述べた
種類のシール装置を次のように形成することが知られて
いる。すなわち、対向する二つのケーシングフランジに
、皿ばねを押しつけ可能な斜めのシール面を設け、押し
棒を介して軸方向に押圧するように形成することが知ら
れている。

この公知のシール装置は、皿ばねの外周部と傾斜したケ
ーシングフランジとの間のシール座のところで、力が分
散するという欠点がある。

この場合、力伝達角度は常に例えば約１２°である。

約１２°のこの角度を下回ることはできない。

なぜなら、この角度が例えば８°になると、皿ばねがシ
ール座で挟まれ、もはや開放できないからである。

すなわち、シール座における不所望な力分散が欠点であ
る。この場合、軸方向の力と、それに対して垂直な方向
のシール力が常に発生する。

すなわち、シール力は前記のカニ角形の力分散によって
定まり、軸方向の力によって生じる。

〔発明の課題〕

本発明の課題は、はるかに大きなシール力を軸方向に対
して垂直な方向に発生させるために、できるだけ小さな
力を軸方向に加えるだけで済むように、冒頭に述べた種
類のシール装置を改良することである。

〔課題を解決するための手段〕

この課題を解決するための、本発明によるシール装置は
、皿状部材の環状隆起部が弾性的な範囲内で半径方向に
変形可能であり、軸方向に調節可能な小径のリングと皿
状部材の環状隆起部との間に、皿ばねが設けられ、この
皿ばねのために、約１２°の角度の開放状態の場合に、
皿ばねの外径部が皿状部材の環状隆起部の内径部に接触
し、皿ばねの内径部が方向に向けて軸方向に調節可能な
リングに接触するような間隔が設けられ、この皿ばねが
錠止状態で、軸方向に調節可能なフランジのシール力を
、シール線に沿って半径方向外向きに、皿状部材の環状
隆起部に伝達し、皿ばねが閉鎖状態で死点まで完全に圧
縮され、それによって軸方向から半径方向への理論的に
無限大の力の伝達を可能にすることを特徴とする。

〔発明の作用および効果〕

この技術思想によって、シール面が一つだけしか存在し
ないという重要な効果が得られる。

一方、西独国特許出願公開第２９４７５８５号公報の場
合には、二つの異なるシール面が設けられている。

本発明に従って、皿状部材を使用することによって、前
記西独間特許出願公報に示しであるような内側のシール
座はもはや必要でない。すなわち、皿状部材の外周部に
シール座を一つ設けるだけでよい。

他の重要な利点は、本発明による力分散が西独国特許第
２９４７５８５号明細書による力分散に比べて優れてい
る点にある。

この場合、同様に、軸方向に移動可能なリングが示しで
あるが、このリングは円錐形のシール面を備え、このシ
ール面は傾斜した皿ばねと共に、互いにほぼ垂直なシー
ル面を生じる。

この場合、斜めに沿って案内されるこのシール面には、
前述の不所望な力分散が生じる。これは、シール圧力が
比較的にきびしく制限されるという欠点があり、また両
シール座で皿ばねが転動し、早く摩耗することになる。

本発明では、皿ばねの傾斜運動が軸方向に行われる。こ
の場合、皿ばねが、閉鎖状態で互いに一直線上に並ぶ、
互いに対向する円筒状の接触面に接触し、それによって
一種の、皿ばねのスナップ作用が達成される。

本発明の好ましい実施形では、フランジ継手において、
２個のフランジが互いに軸方向に移動可能であるときに
、フランジの間の中間室に、フランジの分離隙間を架橋
する皿状部材がシール要素として設けられ、この皿状部
材の外周部が分離隙間に入っていて、皿状部材の内周部
に、傾斜可能な皿ばねが接触し、この皿ばねの内周部が
軸方向に移動可能なリングの外周部に支持されている。

弁またはフランジのシール装置は原理的には同じように
機能する。

本発明は、特許請求の範囲の個々の請求項の対象だけで
なく、個々の請求項の相互の組合せも対象とする。明細
書と図面に開示されているすべての記載と特徴、特に図
面に示した空間的な構造は、それが個別的にまたは組合
せにおいて、技術水準と比べて新規である場合には、本
発明にとって重要なものであるとして請求する。

〔実施例〕

以下、複数の実施例を示した図に基づいて本発明の詳細
な説明する。この場合、本発明の価値のある特徴と本発
明の効果が図面とその説明から明らかになる。

第１ａ図には、弁シールにおける主フランジ１が示しで
ある。この主フランジは内側にあるケーシング段差部に
、シール座１ｏを備えている。

閉鎖位置において、このシール座には、シール尖端部（
シール刃）２４の球状の外周部が接触する。このシール
尖端部は金属製の皿状部材２のフランジ１８に形成され
ている。

皿状部材２の半径方向内側には、リング４が設けられて
いる。このリングは皿状部材２と共に、中実軸１９に支
承されている。この場合、リング４は中実軸１９上で記
入矢印方向に成る程度の軸方向遊び２５を有する。

フランジ１８の内周とリング４の外周の間の中間室３２
には、皿ばね３が設けられている。

この皿ばねは付勢要素として、リング４に軸方向（矢印
６方向）に加えられる閉鎖力を、記入した矢印７と反対
方向にシール座１ｏに伝達する。

皿状部材２と主フランジ１の間には、小さな隙間（約０
．０５＋ｎｍ）がある。皿ばね３は材料を選択すること
によって非常に動くことができるがまたはスリットを形
成して（内側から外側へおよびその逆に）、非常に動く
ことができるようになっている。リング４に力（矢印参
照）が作用すると、先ず、皿状部材２のフランジ１８が
主フランジに接触するまで、外側へ押圧される。

リング４が更に矢印６方向に押圧されると、リングは皿
ばね３と皿状部材２を介して主フランジ１に対してシー
ル力を加える。その際、リングは直径が少しだけ内側へ
圧縮される。皿ばね３と皿状部材２は圧縮され、フラン
ジ１は幾分外側へ逃げる。係合している個々の面の間の
移行部は幾分（弾性的に）変形する（ヘルツ応力）。錠
止状態（第１ａ図）で、矢印７方向の力（すなわち、シ
ール力に対して垂直方向の力）が零になるように、そし
て前記の変形を行いかつシール力を付加的に加えるため
に、リング４に力を加えるように、全体が計算されて設
計されている。シール力は半径方向内側へ均一に分配さ
れて向き、それによって外周では分配されて互いに相殺
される。

上述の変形はきわめて小さい。従って、皿ばね３の角度
は非常に平らに（約１０°）に保たれる。シール要部が
まだ接触しない変形の開始範囲では、力の伝達は良好で
はない（矢印方向７のシール方向に比較した垂直方向６
の力の比は約１＝６〜１：１０）。

すなわち、先ず最初は、初期隙間８を架橋しなければな
らない。この隙間８を克服すると、カフは太き（増大す
る。そのとき、力の伝達も同じように増大する。力の伝
達は既にｌ：１５になり、良好である。シールカフが大
きくなればなるほど、皿ばねは死点に近づく。最後に、
矢印７方向の力が最大にあると、伝達比は理論的には１
：無限大である。そのとき、リング４の横断面とその材
料は力を決定する。矢印６方向に外れないようにするた
めに、ストッパー９が皿状部材２に固定または取り外し
可能に設けられている。

皿ばねは矢印６方向へのリング４の軸方向移動によって
、互いに対向する円筒状接触面２１゜２２の間で食い込
んで固定され、皿ばねに作用する半径方向外向きの力は
、半径方向外側へ曲がる皿状部材２のフランジ１８上で
全く同じ方向に、すなわちシール座の方向（矢印７の方
向）に生じる。それによってフランジは同様に、矢印７
と反対方向に半径方向外向きに押圧され、そのシール尖
端部２４は大きなシール力を加えながら、ケーシング固
定の主フランジ１のシール座１０に当たる。

本発明では、軸方向において、従来の装置よりもはるか
に小さな閉鎖力しか必要としない。

なぜなら、力の真直ぐな伝達が常に矢印７と反対方向に
（それに対して曲がった力を加えないで）達成されるか
らである。

この場合、半径方向外向きに変形可能なフランジＩ８を
備えた皿状部材２を使用することが重要である。このフ
ランジはその外周端部に、シール尖端部２４を備えてい
る。

半径方向外側へ変形可能なシールフランジ１８を備えた
皿状部材を使用することによって、シール座を１個しか
設ける必要がないという利点がある。従来の普通のシー
ルの場合には、シール座が二つ設けられている。

フランジ１８のシール尖端部２４はいろいろな形に形成
可能である。シール尖端部は球状断面に形成可能である
。すなわち、成る半径を有していてもよい。しかし、台
形状の断面を有するような刃先として形成してもよい。

更に、皿ばね３の内側接触面２１が環状溝２３の範囲に
設けられることが重要である。この環状溝は軸方向にお
いて、上側と下側が突起１７によって画成される。それ
によって、皿ばね３がその傾斜運動時に（第１ａ図から
第１ｂ図への移行参照）滑り落ちることがない。

更に、皿状部材４が成る程度の遊び２５をもって中心軸
１９に支承されることが大切である。

それによって、シール状態で皿ばね３の食い込みによる
皿状部材の変形を吸収することができる。

本発明の場合には、矢印６方向の非常に小さな閉鎖力に
よって、矢印７方向の大きなシール力を発生できること
が重要である。この場合、皿ばね３は実質的に摩耗しな
い。

この場合、すべての材料はその弾性範囲内で応力を受け
るべきである。塑性変形は望ましくない。

第４図には、皿ばね３の第１の実施例の断面が示しであ
る。この皿ばねは第１ｂ図の負荷されていない状態で組
み込まれる。

第５図は皿ばね３ａの他の実施例を示している。この場
合、外周に、半径方向内向きのスリット２６が設けられ
、このスリットに対して交互に、半径方向外向きのスリ
ット２７が内周に設けられている。このスリット２６．
２７は外周面または内周面から所定の間隔２８を有する
。

それによって、皿ばね３ａは斜め方向に良好な弾力性が
あるが、半径方向においては非常に安定しており、わず
かしか圧縮できない。従って、リング４から半径方向外
向きに水平方向に発生する力は、同じ水平方向でシール
座１０に直接伝達可能である。

それによって、力の直線的な伝達は常に、第１ａ図の水
平方向に行われ、従来不利であった力の分散を生じない
。

第２図と第３図は変形実施例、すなわちフランジ継手を
示している。この場合、第２図はシール状態のフランジ
継手を示し、第３図は開放状態のフランジ継手を示して
いる。

第３図では、対称に形成された二つのフランジ１１．１
２が互いに向き合っていて、その間に中間室２９を形成
している。この場合、半径方向外側にある、中間室２９
の内側端面には、シールのシール面１６が形成されてい
る。

中間室２９内には、金属製の皿状部材１３が設けられて
いる。皿状部材１３の内周と皿ばね１４の外周の間には
円筒状の接触面２２が形成されている。皿ばねは前記と
同じ方法で組み込まれている。

同様に、反対側には円筒状の接触面２１が設けられてい
る。

この場合にも、第１ａ図と第１ｂ図の実施例で示したよ
うな環状溝２３を設けることができる。

更に、前記実施例と同じ機能が得られる。すなわち、ね
じ２０によるねし継手を介して両フランジ１１．１２を
ねし止めする際に、軸方向に動かすことによって、先ず
シール面１６が互いに案内される。この場合、上側のシ
ール面ののそばにはテーパ部３０が設けられている。こ
のテーパ部は、シール面を当接させる際に皿状部材３の
そばを案内され、このシール面を傷つけることがない。

それによって、斜めの運動が達成される。この場合、両
フランジ１１．１２をねし止めすることによって同時に
、リング１５を矢印６方向に向けて下方へ動かし、それ
によってシール状態で一直線上に並ぶ互いに対向する両
接触面２１．２２の間の中間室内で、皿ばね１４を再び
（さび止めし、半径方向外向きのシール圧力を矢印７方
向に加える。このシール圧力はシール１４からシール面
１６への必要なシール力を生じる。

リング１５は両フランジ１１．１２の間で、その上面と
底面がある程度の間隔を有していなければならない。そ
れによって、リングは半径方向の遊び２５により、中間
室２９内で動（ことができる。

第１ａ図と第１ｂ図の場合には更に、皿状部材２が図示
していない連行突起を介して軸方向に移動可能なリング
４に連結されている。

第１ａ図において開放運動を達成するために、リング４
は矢印６方向と反対方向に下方へ動くと、皿状部材２の
前記連行突起はリング４に係合する。それによって、皿
状部材２は同様に矢印６方向と反対方向において、シー
ル面ＩＯから離れ、矢印６方向と反対方向に下方へ連行
される。

本発明の場合には、例えば西独国特許第２９４７５８５
号明細書の場合のように、力がシール要素を介して分散
しないで、別個の部材、すなわち浮動するリング４と共
に皿ばね３，３ａを介して分散する。従って、本発明に
従って得られる力の分散を効果的にするために、別個の
部材によって行われる運動により、別個の部材は微細な
掻き傷や損傷に対して敏感でない。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明による弁シールの閉鎖状態を示す概略
図、第１ｂ図は弁シールの開放状態を示す図、第２図は
本発明によるフランジシールの閉鎖状態を示す図、第３
図は第２図のフランジシールの開放状態を示す図、第４
図は第１の実施例の皿ばねの断面を示す図、第５図は皿
ばねの第２実施例の平面図である。 １・・・フランジ、　　２・・・皿状部材、３・・・皿
ばね、　　４・・・リング、　　５・・・間隔、　６・
・・方向、　　１８・・・隆起部プ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フランジと皿状部材に設けられた互いに対向する少
   なくとも二つのシール面を備え、このシール面に、皿ば
   ねとして形成され軸方向に摺動可能なシール要素が接触
   可能である、特に真空技術のための弁またはフランジ用
   のシール装置において、皿状部材（２）の環状隆起部（
   １８）が弾性的な範囲内で半径方向に変形可能であり、
   軸方向に調節可能な小径のリング（４）と皿状部材（２
   ）の環状隆起部（１８）との間に、皿ばね（３）が設け
   られ、この皿ばねのために、約１２°の角度の開放状態
   の場合に、皿ばねの外径部が皿状部材（２）の環状隆起
   部（１８）の内径部に接触し、皿ばねの内径部が方向（
   ６）に向けて軸方向に調節可能なリング（４）に接触す
   るような間隔（５）が設けられ、この皿ばね（３）が錠
   止状態で、軸方向に調節可能なフランジ（１）のシール
   力を、シール線に沿って半径方向外向きに、皿状部材（
   ２）の環状隆起部（１８）に伝達し、皿ばね（３）が閉
   鎖状態で死点まで完全に圧縮され、それによって軸方向
   から半径方向への理論的に無限大の力の伝達を可能にす
   ることを特徴とするシール装置。 ２、皿状部材（２）の半径方向に変形可能な隆起部（１
   ８）の、シール座（１０）に付設された外側の面が、シ
   ール尖端部（２４）として形成されていることを特徴と
   する、請求項１記載のシール装置。 ３、リング（４）が半径方向の遊び（２５）をもってそ
   の中心軸（１９）に支承されていることを特徴とする、
   請求項１または請求項２記載のシール装置。 ４、皿ばね（３ａ）の外周に、半径方向内側へ向いたス
   リット（２６）がずらして加工され、このスリットに対
   向してかつ交互に、半径方向外側へ向いたスリット（２
   ７）が内周に設けられていることを特徴とする、請求項
   １から請求項３までのいずれか一つに記載のシール装置
   。 ５、皿状部材（２）が連行突起を介して、軸方向に移動
   可能なリング（４）に係合していることを特徴とする、
   請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載のシー
   ル装置。 ６、両フランジ（１１、１２）が軸方向に互いに移動可
   能であるフランジ継手において、フランジ（１１、１２
   ）の間の中間室（２９）内で、シール要素としての皿状
   部材（１３）の外周部が、分離隙間（３１）を架橋する
   ようにフランジに接触し、傾くことができる皿ばね（１
   ４）が皿状部材の内周部に接触し、皿ばねの内周部が軸
   方向に移動可能なリング（１５）の外周部に支持されて
   いることを特徴とする、請求項１から請求項４までのい
   ずれか一つに記載のシール装置。