JPH0798064A

JPH0798064A - シール用ｏリングおよびその製造法

Info

Publication number: JPH0798064A
Application number: JP20276893A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Motoya; 雅克元矢; Hiroaki Ito; 博章伊藤; Tomoo Majima; 知央真島
Original assignee: Nichias Corp; Toa Valve Co Ltd
Current assignee: Nichias Corp; Toa Valve Co Ltd
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 1995-04-11

Abstract

(57)【要約】【目的】シール用メタルＯリングが高温で塑性変形
し、弾性を失うことのないようにする。【構成】メタルＯリング部材１の中空部に膨張黒鉛２
を高密度で充填して構成する。【効果】膨張黒鉛は高密度にされるとゴム弾性を発揮
する。よって、上記構成によれば、高温でのメタルＯリ
ング部材の弾性はその内部の膨張黒鉛に保持される。ま
た、メタルＯリング部材で密閉状にされた膨張黒鉛は直
接空気に触れることがないから酸化減量することがな
く、高温での弾性はそのまま維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バルブ、ポンプ等の流
体機器の軸封部や配管フランジ接合部等に組み込まれ
て、各種流体を密封するのに用いられるシール用Ｏリン
グおよびその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のシール用Ｏリングとし
て、メタルパイプを適当の長さに切断し、それをリング
状に成形し、その両端を溶接した中空メタルＯリング体
が知られており、高温、高圧のガスケットとして用いら
れている。一方、膨張黒鉛よりなるシール用材料または
部材は、例えば長尺の膨張黒鉛シートを渦巻き状に巻回
して成形金型に入れて圧縮成形する方法で得られるもの
で、膨張黒鉛の柔軟特性と黒鉛の本来的特性を有するこ
とから、いわゆるグランドパッキンまたはガスケットと
して多用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記メ
タルＯリングは圧縮および復元に対して弾性を示す範囲
が少なく、特に高温での塑性変形が著しく、使用金属材
料によっては、５００℃以上で弾性を失い、シール性能
が大きく低下するという欠陥がある。一方、前記膨張黒
鉛よりなるＯリングは、４００℃以上の空気に触れると
酸化減量する欠陥を有している。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、前述したメタルＯリングおよ
び膨張黒鉛パッキンの欠点を除去し、かつ両者の特性を
あわせ持つ改良されたシール用Ｏリングとその製造法を
提供することを主たる目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるシール用Ｏ
リングは、メタルＯリング部材の中空部に膨張黒鉛を高
密度で充填して構成したことを要旨とする。また、本発
明によるシール用Ｏリングの製造法は、直線状のメタル
パイプ部材の中空部に膨張黒鉛を絞り加工等により高密
度に充填し、この膨張黒鉛入りの直線状メタルパイプ部
材をリング状に湾曲して突き合わせ、その突き合わせ部
分を溶接にて結合することを要旨としている。

【０００６】

【作用】上記構成のシール用Ｏリングにおいて、メタル
Ｏリング部材内部に高密度に充填された膨張黒鉛はゴム
弾性を発現することから、高温でのメタルＯリング部材
の弾性は前記膨張黒鉛により保持される。また、メタル
Ｏリング部材で密閉状にされた膨張黒鉛は直接空気に触
れず、酸化減量しないので、前述した高温での弾性はそ
のまま維持される。また、上記シール用Ｏリングの製造
法によれば、メタルＯリング部材の特性を具備し、しか
も高温で弾性を失うことのないシール用Ｏリングを簡易
な作業工程により得ることができる。

【０００７】

【実施例】図１〜図２に、本発明の一実施例を示す。図
１〜図２において、Ａはシール用Ｏリングを示す。１は
そのＯリングを構成するメタルＯリング部材、２はこの
メタルＯリング部材の中空部に高密度に充填された膨張
黒鉛である。３はメタルＯリング部材の突き合わせ溶接
部を示す。

【０００８】上記メタルＯリング部材１に使用する金属
材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、高ニ
ッケル合金、インコネル等が挙げられる。メタルＯリン
グの肉厚は、少なくとも突き合わせ溶接が可能であり、
かつ必要最小限の強度を有し、しかも内部に高密度に充
填された膨張黒鉛に発現されるゴム弾性をメタルを通し
て外部に充分に出せるような肉厚に定められる。これら
点を考慮すると、上記メタルＯリング部材の肉厚は０．
１mm〜０．５mmの範囲が好ましく、より好ましくは０．
８mm〜０．５mmである。

【０００９】膨張黒鉛は、これを圧縮して高密度にする
と、ゴム弾性が発現され、これが低温、高温においても
保持されるという特性をもっている。実験によれば、膨
張黒鉛は密度が１．８ｇ／cm³以上になるとゴム弾性が
顕著に発現されることが確認されている。この場合、Ｏ
リング本体の装着時の締付け圧による圧縮を考慮する
と、Ｏリング本体製品での膨張黒鉛の充填密度は１．８
ｇ／cm³以下であっても、締付けによって１．８ｇ／cm³
以上になることで、目的とするゴム弾性を発現させるこ
とができる。上記締付け圧による圧縮を考慮した場合、
Ｏリング製品の膨張黒鉛の充填密度は１．３ｇ／cm³程
度であってもよい。

【００１０】上記のように構成されたシール用Ｏリング
にあっては、メタルＯリング部材１に高密度に充填され
た膨張黒鉛２はゴム弾性を発現し得ることから、高温で
のメタルＯリング部材の弾性は、その内部に充填された
膨張黒鉛２が有するゴム弾性により保持される。また、
メタルＯリング部材１で密閉された膨張黒鉛は直接空気
に触れることがないので、酸化減量するおそれは全くな
く、高温でのゴム弾性もそのまま維持されて一般的なメ
タル中空Ｏリングに比較して大きな圧縮復元性能が得ら
れる。

【００１１】図３〜図５に、前記シール用Ｏリングの製
造法の一例を示す。まず、図３に示すように、所要の長
さをもつ棒状のメタルパイプ１’に丸棒状に予備成形し
た膨張黒鉛棒２’を押し込み充填し、次に図４に示すよ
うに、メタルパイプ１’の一端を扁平状につぶし、チャ
ック４で把持し、この膨張黒鉛充填メタルパイプ１’を
ダイス５を通して絞り加工し、この絞り加工によりパイ
プ径を縮少しながらパイプに充填された膨張黒鉛棒２’
を高密度に圧縮する。このあと図５に示すように、膨張
黒鉛充填の棒状メタルパイプ１’をリング状に湾曲成形
し、その両端を突き合わせ、パイプの突き合わせ部を抵
抗溶接にて結合することにより、所望とするシール用Ｏ
リング製品が得られる。

【００１２】上記製造法によれば、Ｏリング寸法に合わ
せた金型等の成形治具を使用しないので、所望の径寸法
を有するシール用Ｏリングを簡単容易に、かつ安価に製
作することができる。なお、前記ダイスによる絞り加工
によらず、例えば一端を蓋板で閉塞した棒状のメタルパ
イプ１’に膨張黒鉛棒を短いブロックに分けて入れ、そ
れを押し棒で順次に押圧して密度を上げる手段を適用し
てもよい。

【００１３】図６は、前記シール用ＯリングＡをバルブ
装着した例を示している。同図中、６はスタフィングボ
ックス、７はストッパーであって、そのあいだにシール
用リング体Ａが装着され、ナット８を回すことで、シー
ルのための初期締付けを行い、バルブ本体９とスタフィ
ングボックス６のシールを行う。軸１０とスタフィング
ボックス６とのシールはグランドパッキン１１で行い、
グランド押え部材１２で締付けることにより、シールを
している。

【００１４】通常、この種のバルブにあっては、高温流
体のサイクル加圧により、シール部材に荷重が繰り返し
加わり、同時に空気の出入りが発生する。従来の膨張黒
鉛のみでシールしていると酸化減量が激しく、耐用寿命
が短い。しかし、本発明のシール用ＯリングＡの使用に
よれば、膨張黒鉛はメタルＯリング部材１で密閉されて
いるので、直接空気に触れることがなく、酸化は起こら
ない。また、繰り返し荷重に対して、弾性が内部の高密
度膨張黒鉛で保たれるので、シール性能は安定状態に維
持される。

【００１５】図７は、前記シール用ＯリングＡをフラン
ジ接合部に装着した例を示している。同図中、１３，１
４は配管フランジであり、フランジに対するセンターリ
ング１５の内側にシール用リング本体Ａを嵌め込み、フ
ランジのガスケットとしたものである。前記フランジ接
合部の使用例においても、シール用ＯリングＡは高温で
の復元性が大きく、優れたシール安定性が得られる。

【００１６】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
メタルＯリング部材の中空部に膨張黒鉛を高密度で充填
した構成としたので、高温での弾性が保たれ、かつ高温
でのシール安定性を有するシール用Ｏリングが得られ
る。加えて、本発明によれば、前記構成のシール用Ｏリ
ングを簡易な作業工程により得ることができる。また従
来の膨張黒鉛によるシール材は４００℃以上では単独に
使用できなかったが、本発明によれば、メタル部材の材
質によっては１０００℃以上の高温において使用可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すシール用Ｏリングの正
面図である。

【図２】前記Ｏリングの断面図である。

【図３】シール用Ｏリングを製造する第１工程図であ
る。

【図４】シール用Ｏリングを製造する第２工程図であ
る。

【図５】シール用Ｏリングを製造する第３工程図であ
る。

【図６】シール用Ｏリングを装着したバルブの断面図で
ある。

【図７】シール用Ｏリングを装着したフランジ接合部の
断面図である。

【符号の説明】

Ａシール用Ｏリング１メタルＯリング部材２膨張黒鉛３溶接部４チャック５絞りダイス１’ メタルパイプ２’ 膨張黒鉛棒６スタフィングボックス７ストッパー８ナット９バルブ本体１０軸１１グランドパッキン１２グランド押え部材１３，１４配管フランジ１５センターリング

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【手続補正書】

【提出日】平成６年９月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】シール用Ｏリングおよびその製造法

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００３】

【０００４】

【発明の目的】本発明は、前述したメタルＯリングおよ
び膨張黒鉛パッキンの欠点を除去し、かつ両者の特性を
併せ持つ改良されたシール用Ｏリングとその製造法を提
供することを主たる目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるシール用Ｏ
リングは、インコネル製Ｏリング部材の中空部に密度
１．６ｇ／ｃｍ^３以上の膨張黒鉛成形体を充填して構成
したことを要旨としている。また、本発明によるシール
用Ｏリングの製造法は、直線状のメタルパイプ部材の中
空音に密度１．３ｇ／ｃｍ^３以上の膨張黒鉛成形体を充
填し、その中実のパイプ部材を絞り加工して、中芯の膨
張黒鉛成形体の密度を１．６ｇ／ｃｍ^３以上に高密度化
する工程と、この絞り加工後の中実パイプ部材をリング
状に湾曲して突き合わせ、その突き合わせ部分を溶接に
て結合する工程とから成ることを要旨としている。

【０００６】

【作用】上記構成のシール用Ｏリングにおいて、メタル
Ｏリング部材に用いているインコネルはクロム、鉄を含
む高ニッケル合金で、耐食性を有し、かつ１０００℃ま
での高温雰囲気で使用可能であり、またそのＯリング部
材内部には密度１．６ｇ／ｃｍ^３以上の膨張黒鉛成形体
が充填されているので、その高密度の膨張黒鉛はゴム弾
性を発現することから、高温でのインコネル製Ｏリング
部材の弾性は前記膨張黒鉛により保持される。また、イ
ンコネル製Ｏリング部材で密閉状にされた膨張黒鉛は直
接空気に触れず、酸化減量しないので、前述した高温で
の弾性はそのまま維持される。また、前記シール用Ｏリ
ングの製造法によれば、メタルＯリング部材の特性を具
備し、しかも高温で弾性を失うことのないシール用Ｏリ
ングを簡易な作業工程により得ることができる。

【０００７】

【実施例】図１〜図２に、本発明の一実施例を示す。図
１〜図２において、Ａは本発明方法によって得られたシ
ール用Ｏリングを示す。１はそのＯリングを構成するイ
ンコネル製Ｏリング部材、２はこのインコネル製Ｏリン
グ部材の中空部に密度１．６ｇ／ｃｍ^３以上の高密度に
充填された膨張黒鉛成形体である。３はメタルＯリング
部材の突き合わせ溶接部を示す。

【０００８】上記シール用Ｏリング部材に使用する金属
材料としては、１０００℃の高温雰囲気で使用可能なイ
ンコネルが最も好ましい。しかし、アルミニウム、ステ
ンレス鋼、銅等の金属材料も使用できる。これらのメタ
ルＯリングの肉厚は、少なくとも突き合わせ溶接が可能
であり、かつ必要最小限の強度を有し、しかも内部に高
密度に充填された前記膨張黒鉛成形体に発現されるゴム
弾性をメタルを通して外部に充分に出せるような肉厚に
定められる。これらの点を考慮すると、上記メタルＯリ
ング部材の肉厚は０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲が好ま
しく、より好ましくは０．５ｍｍ〜０．８ｍｍである。

【０００９】膨張黒鉛は、これを圧縮して高密度にする
と、ゴム弾性が発現され、これが低温、高温においても
保持されるという特性をもっている。実験によれば、膨
張黒鉛は密度が１．６ｇ／ｃｍ^３以上になると復元率が
急激に増大し、ゴム弾性が顕著に発現されることが確認
されている。この場合、Ｏリング本体の装着時の締付け
圧による圧縮を考慮すると、Ｏリング本体に充填する膨
張黒鉛の充填密度は１．６ｇ／ｃｍ^３以下であっても、
締付け圧によって１．６ｇ／ｃｍ^３以上になることで、
目的とするゴム弾性を発現させることができる。上記締
付け圧による圧縮を考慮した場合、Ｏリング製品の膨張
黒鉛の充填密度は１．３ｇ／ｃｍ^３程度であってもよ
い。

【００１０】図３のグラフは、膨張黒鉛を高密度に充填
して構成したメタルＯリング部材における膨張黒鉛の充
填密度と、Ｏリング締付け復元率との関係を示したもの
である。供試体としては、厚さ０．２８ｍｍ、外径４．
７ｍｍのインコネル製パイプに膨張黒鉛を充填し、外径
２００ｍｍのＯリング部材に構成したものを用い、締付
け圧は６０ｋｇｆ／ｃｍとした。このグラフに示すよう
に、メタルＯリング部材に膨張黒鉛を高密度、特に１．
６ｇ／ｃｍ^３以上に充填することによって、メタルＯリ
ング部材の復元率は顕著に発揮されることが認められ
た。

【００１１】上記のように構成されたシール用Ｏリング
にあっては、インコネル製Ｏリング部材１に高密度に充
填された膨張黒鉛成形体２はゴム弾性を発現し得ること
から、高温でのインコネル製Ｏリング部材の弾性は、そ
の内部に充填された膨張黒鉛成形体２が有するゴム弾性
により保持される。また、インコネル製Ｏリング部材１
で密閉された膨張黒鉛は直接空気に触れることがないの
で、酸化減量するおそれは全くなく、高温でのゴム弾性
もそのまま維持されて一般的なメタル中空Ｏリングに比
較して大きな圧縮復元性能が得られる。

【００１２】図４〜図６に、前記シール用Ｏリングの製
造法の一例を示す。まず、図４に示すように、所要の長
さをもつ棒状のインコネル製等のメタルパイプ１’に丸
棒状に予備圧縮成形した膨張黒鉛棒２’を押し込み充填
し、次に図５に示すように、メタルパイプ１’の一端を
扁平状につぶし、チャック４で把持し、この膨張黒鉛充
填メタルパイプ１’をダイス５を通して絞り加工し、こ
の絞り加工によりパイプ径を縮少しながらパイプに充填
された膨張黒鉛棒２’を高密度に圧縮する。このあと図
６に示すように、膨張黒鉛充填の棒状メタルパイプ１’
をリング状に湾曲成形し、その両端を突き合わせ、パイ
プの突き合わせ部を抵抗溶接にて結合することにより、
所望とするシール用Ｏリング製品が得られる。

【００１３】前記メタルパイプの溶接には、抵抗溶接
（バット溶接）、ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接が挙げられ
る。バット溶接の場合、リングの小口径溶接時には、非
溶接部である膨張黒鉛中芯部分に大量に電流が流れた
り、流れる電流値が不安定になると、溶接部の制御に影
響が出て、良好かつ安定した溶接結果が得られない。そ
こで、メタルＯシール用パイプの内面に、シリコン系ワ
ニス（溶剤系）をそそぎ込んでコーティングし、風乾
後、所定温度（１２０℃〜１５０℃）にて数時間焼付け
し、電気絶縁膜（０．０１ｍｍ程度の膜厚、抵抗値数Ｍ
Ω〜∞）を形成させる。上記のようなコーティングは、
リング外径が５０ｍｍ〜２００ｍｍ（パイプ径３．２ｍ
ｍ〜６．４ｍｍに対し）の溶接時、溶接を安定的に実施
するための溶接準備として行うのがよい。

【００１４】ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接は膨張黒鉛中芯
を入れたメタルＯシール用パイプを、溶接部がストレー
トで正確に突き合わさるようにセットし、溶接トーチを
溶接面の外間上に回転移動させて、溶接を完成させる。
ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接はバット溶接に比して、メタ
ルＯリング用パイプの肉厚が０．５ｍｍ以下のものに使
用され、内面側への溶接バリのはり出しが少なく、溶接
代をほとんどゼロにすることができる。バット溶接では
溶接部の接触抵抗を利用して、溶接発熱をさせて溶着を
完了させるが、肉厚がうすくなると、溶接温度、電流、
時間を制御するのがむづかしく、安定的に溶接を量産化
することが困難である。これに対し、ＴＩＧ溶接、プラ
ズマ溶接はバット溶接のごとく溶接代をほとんど取らな
いため、シール面を凹部にさせず、かつ溶着不足になら
ないよう、溶接条件を設定することが重要となる。

【００１５】上記製造法によれば、Ｏリング寸法に合わ
せた金型等の成形治具を使用しないので、所望の径寸法
を有するシール用Ｏリングを簡単容易に、かつ安価に製
作することができる。なお、前記ダイスによる絞り加工
によらず、例えば一端を蓋板で閉塞した棒状のメタルパ
イプ１’に膨張黒鉛棒を短いブロックに分けて入れ、そ
れを押し棒で順次に押圧して密度を上げる手段を適用し
てもよい。

【００１６】図７は、前記シール用ＯリングＡをバルブ
装着した例を示している。同図中、６はスタフィングボ
ックス、７はストッパーであって、そのあいだにシール
用ＯリングＡが装着され、ナット８を回すことで、シー
ルのための初期締付けを行い、バルブ本体９とスタフィ
ングボックス６のシールを行う。軸１０とスタフィング
ボックス６とのシールはグランドパッキン１１で行い、
グランド押え部材１２で締付けることにより、シールを
している。

【００１７】通常、この種のバルブにあっては、高温流
体のサイクル加圧により、シール部材に荷重が繰り返し
加わり、同時に空気の出入りが発生する。従来の膨張黒
鉛のみでシールしていると酸化減量が激しく、耐用寿命
が短い。しかし、本発明のシール用ＯリングＡの使用に
よれば、膨張黒鉛はインコネル製Ｏリング部材１で密閉
されているので、直接空気に触れることがなく、酸化は
起こらない。また、繰り返し荷重に対して、弾性が内部
の高密度膨張黒鉛で保たれるので、シール性能は安定状
態に維持される。

【００１８】図８は、前記シール用ＯリングＡをフラン
ジ接合部に装着した例を示している。同図中、１３，１
４は配管フランジであり、フランジに対するセンターリ
ング１５の内側にシール用ＯリングＡを嵌め込み、フラ
ンジのガスケットとしたものである。前記フランジ接合
部の使用例においても、シール用ＯリングＡは高温での
復元性が大きく、優れたシール安定性が得られる。

【００１９】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によるシー
ル用Ｏリングは、メタルＯリング部材に、耐食性を有
し、かつ１０００℃までの高温雰囲気で使用可能なイン
コネル製パイプを使用し、その中空部に密度１．６ｇ／
ｃｍ^３以上の膨張黒鉛を充填した構成としたので、高温
での弾性が保たれ、かつ高温での格段のシール特性が発
揮される。加えて、本発明方法によれば、金属製Ｏリン
グ部材の中空部に膨張黒鉛を高密度、特に１．６ｇ／ｃ
ｍ^３以上に充填することによって、その復元率、ひいて
はＯリング部材の弾力性を顕著に発揮させることができ
る。また従来の膨張黒鉛によるシール材は４００℃以上
では単独に使用できなかったが、本発明によれば、メタ
ル部材にインコネルを用いているので、１０００℃以上
の高温において使用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図２】前記Ｏリングの断面図である。

【図３】メタルＯリング部材の膨張黒鉛充填密度と締付
け復元率との関係を示すグラフである。

【図４】シール用Ｏリングを製造する第１工程図であ
る。

【図５】シール用Ｏリングを製造する第２工程図であ
る。

【図６】シール用Ｏリングを製造する第３工程図であ
る。

【図７】シール用Ｏリングを装着したバルブの断面図で
ある。

【図８】シール用Ｏリングを装着したフランジ接合部の
断面図である。

【符号の説明】Ａシール用Ｏリング１インコネル製Ｏリング部材２膨張黒鉛成形体３溶接部４チャック５絞りダイス１’ メタルパイプ２’ 膨張黒鉛棒６スタフィングボックス７ストッパー８ナット９バルブ本体１０軸１１グランドパッキン１２グランド押え部材１３，１４配管フランジ１５センターリング

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図４】

【図５】

【図７】

【図８】

【図３】

【図６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者真島知央神奈川県横浜市保土ケ谷区法泉１丁目18番 17号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メタルＯリング部材の中空部に膨張黒鉛
を高密度で充填して構成したことを特徴とするシール用
Ｏリング。
【請求項２】直線状のメタルパイプ部材の中空部に膨
張黒鉛を絞り加工等により高密度に充填し、この膨張黒
鉛入りの直線状メタルパイプ部材をリング状に湾曲して
突き合わせ、その突き合わせ部分を溶接にて結合するこ
とを特徴とするシール用Ｏリングの製造法。