JPH09264427A - メタルガスケット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールに必要な締め付け力が低く、シール性
能が向上することが可能で、しかも、シール面の損傷が
生じることがなく、高温、高圧時などにおいてもシール
性が低下するおそれのなく、取り扱いも簡単なメタルガ
スケットを提供する。 【解決手段】 環状のメタルガスケット１０のシールす
べき部材２０、２１のフランジ面２２、２３と接触する
両側のシール面１１、１２にそれぞれ、メタルガスケッ
トの周方向に形設された少なくとも一つの環状の凹溝１
１ａ、１２ａを備えるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子力分野、半導
体分野などにおける各種配管、機械設備など高温高圧、
真空などの過酷な条件でシール部材として用いられるメ
タルガスケットに関し、特に低い締め付け力でシール性
が良好なメタルガスケットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、メタルガスケットは、その高
い気密性、耐熱性などに優れるために、原子力分野、半
導体分野などにおける各種配管、機械設備など高温、高
圧、真空、低温などの過酷な条件下において広範に用い
られている。しかしながら、メタルガスケットは、エラ
ストマーなどの弾性部材から構成されるいわゆるソフト
ガスケットに比較して、メタルガスケットに塑性変形を
生じさせてシール効果を維持するために、大きな締めつ
け力が必要であるため、例えば、配管などの継ぎ目のフ
ランジやこれを締結するためのボルトをこのような大き
な締めつけ力に耐えうるようにするために、フランジ厚
やボルト径を大きくしなければならず、機器が大型化し
てしまい、またコストが高くなるなどの問題があリ、シ
ールに必要な締め付け力の低減が望まれていた。

【０００３】ところで、メタルガスケットを用いて、図
１３に示したように、例えば、配管２００、２０２の継
ぎ目などを締め付けてシールする際には、配管のフラン
ジ２０４、２０６に装着したボルト２０３を締め付ける
ことによって、メタルガスケット２１０の表面、特にフ
ランジ面２０４ａ、２０６ａと当接して押圧されるシー
ル面２１２、２１４が、フランジ面２０４ａ、２０６ａ
の微小な形状に沿うように塑性変形して、気密性（シー
ル性）が保持される。このシール性を確保するために
は、ある一定以上の応力が必要であり、この応力が気密
開始応力Ｓ０であるが、図１４に示したように、ガスケ
ットのシールに必要な締め付け力Ｓは、安定したシール
性能を得るために、気密開始応力Ｓ０よりも高い締め付
け力が必要である。従って、シールに必要な締め付け力
Ｓを低減するためには、この気密開始応力Ｓ０を低減す
る必要がある。すなわち、図１４に示したように、シー
ルのためにＳの締め付け力を必要とするガスケットにお
いて、シールに必要な締め付け力をＳ’まで低減するた
めには、気密開始応力を、Ｓ’０にまで低減する必要が
ある。

【０００４】これに対して、特開平２−１１３１７１号
公報及び特公平６−５６２１１号公報では、図１５に示
したように、断面略Ｃ字形状のアルミニウムなどの金属
からなる外側ケーシング１１６の内部に、第１のケーシ
ング１１４とコイルスプリング１１２を嵌着するととも
に、外側ケーシング１１６のシール面となる支持面１１
８に周方向に設けられた環状の突起部分１２０を形成し
ている。これによって、この突起部分１２０に応力集中
させるとともに、この突起部分によって接触面積を減少
することによって、同じ締め付け力に対して発生する応
力（すなわち、単位面積当たりの圧力）を増加させて、
気密開始応力を低減させて、シールに必要な締め付け力
の低減を図り、シール性能を向上することが行われてい
る。

【０００５】一方、このようにメタルガスケットのシー
ル面となる支持面１１８に周方向に環状の突起部分１２
０を形成する代わりに、図示しないが、配管の継ぎ目な
どのシールすべき部材のフランジのシール面（すなわ
ち、メタルガスケット１０１が押圧されシール面となる
面）に、環状の突起部分を設けたり、環状の溝部を設け
て、シールに必要な締め付け力の低減を図り、シール性
能を向上することが行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−１１３１７１号公報及び特公平６−５６２１１号公
報に示したように、シール面となる支持面１１８に周方
向に環状の突起部分１２０を設けたメタルガスケットで
は、メタルガスケットの材質によっては、気密開始応力
に至る前に突起部分１２０に塑性変形が生じて、メタル
ガスケットのシール面とフランジとの接触面積が大きく
なって、同じ締め付け力に対して発生する応力が減少
し、気密開始応力が低減せず、シールに必要な締め付け
力の低減効果が得られなかった。また、ボルトによるフ
ランジの締め付けに伴って、突起部分１２０にクリープ
現象が生じて突起部分が周囲に流れてしまうので、高温
時及び高温経過後の常温時にシール性能が低下するおそ
れがある。さらに、突起部分１２０がメタルガスケット
の外側に突出しているために、運搬、取り扱いなどの際
に他の部材と接触するなどして、突起先端部が損傷する
おそれがあり、シール性が低下することになり、また、
メタルガスケットの外側に突起部分１２０を設けるため
に、その製作工程が複雑でコスト高となり好ましくなか
った。

【０００７】また、シールすべき部材のフランジのシー
ル面に、環状の突起部分や溝部を設けてシールに必要な
締め付け力の低減を図り、シール性能を向上する方法で
は、シールすべき部材の構造によっては、溝や突起部分
の形成のために複雑な工程が必要でコストが高となって
いた。また、ガスケットの幅が小さい場合には、ガスケ
ットのシール面とこれらの突起部分や溝部との位置合わ
せが難しく、位置ずれによってシール性の低下をきたす
おそれがあり好ましくなかった。さらに、これらのフラ
ンジの突起部分や溝部が、運搬、取り扱いなどの際に他
の部材と接触するなどして、損傷してシール性が損なわ
れた場合には、いったん締め付けたフランジを取り外し
て、加工し直す必要があり、煩雑な作業が必要であっ
た。

【０００８】本発明は、このような現状に鑑みて、シー
ルに必要な締め付け力が低く、シール性能が向上するこ
とが可能で、しかも、シール面の損傷が生じることがな
く、高温、高圧時などにおいてもシール性が低下するお
それのなく、取り扱いも簡単なメタルガスケットを提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述したよう
な従来技術における課題及び目的を達成するために発明
なされたものであって、本発明のメタルガスケットは、
環状のメタルガスケットのシールすべき部材のフランジ
面と接触する両側のシール面にそれぞれ、メタルガスケ
ットの周方向に形設された少なくとも一つの環状の凹溝
を備えるように構成した。すなわち、フランジと接触す
るシール面に沿って全周にわたって、シール面を幅方向
に横断することなく少なくとも一つの環状の凹溝を形成
した。

【００１０】それによって、メタルガスケットの両側の
シール面に設けられた凹溝のエッジ部分に応力集中が起
こるとともに、凹溝を設けたことによって、メタルガス
ケットのシール面のフランジ面との接触面積を減少し
て、同じ締め付け力でも発生する応力（単位面積当たり
の押圧力）が増加して、この両者の効果が相俟って気密
開始応力を低減することができ、その結果、シールに必
要な締め付け力を低減することが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のメタルガスケットでは、
前記凹溝が、メタルガスケットのシールすべき部材のフ
ランジ面と接触するシール面のシール幅の中央近傍に形
成するのが好ましい。また、前記凹溝が、メタルガスケ
ットの両側のシール面に対称的に形成されているのが締
め付けの際、均等に荷重がかかりシール性が増大するた
めに好ましい。さらに、この凹溝の形状は、Ｖ字型であ
るのが切削などの加工がし易く、応力集中などの効果が
高く好ましいが、Ｕ字型その他の形状であってもよい。

【００１２】さらに、本発明のメタルガスケットは、中
空で環状の金属管であるメタル中空ガスケット、断面Ｃ
字状の環状のガスケットであるメタルＣリングガスケッ
トであるのが好ましいが、特にこれに限定されるもので
はなく、例えば平型などその他の形状のメタルガスケッ
トにも適用可能であることは勿論である。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいてより
詳細に説明する。図１は、本発明のメタルガスケットの
第１の実施例の平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線
方向の部分断面斜視図であり、図３は、図１のメタルガ
スケットを配管などの継ぎ目のフランジに用いた状態を
示す部分拡大断面図である。

【００１４】図において、１０は全体で本発明のメタル
ガスケットを示しており、メタルガスケット１０は、断
面円形の環状の中空の金属管から構成されており、これ
は、例えば、金属管を円形や楕円、三角形などの所定の
形状にくせ付けして、両端を突き合わせ溶接によって形
成されている。そして、図３に示したように、締め付け
の際に配管２０、２１などの継ぎ手部分のフランジ面２
２、２３と接触してシール性を付与する両側のシール面
１１、１２にそれぞれ、メタルガスケットの周方向に、
すなわち、シール面に沿って全周にわたって、環状の断
面Ｖ字形状の凹溝１１ａ、１２ａが形成されている。

【００１５】この場合、凹溝１１ａ、１２ａは、メタル
ガスケット１０のシール性を確保するために、シール面
１１、１２を幅方向に横断することがないように形成す
ることが好ましい。また、凹溝１１ａ、１２ａの位置は
特に限定されるものではないが、メタルガスケット１０
のシール面１１、１２のシール幅の中央近傍に形成する
のが、シール性を考慮すれば好ましく、特に、メタルガ
スケットの両側のシール面１１、１２に対称的に形成さ
れているのが締め付けの際、均等に荷重がかかりシール
性が増大するために好ましい。さらに、凹溝１１ａ、１
２ａは、本実施例のように、それぞれ一つの凹溝だけで
はなく、図４に示したように、複数の凹溝１１ａ、１２
ａを半径方向に所定間隔離間して形成しても良く、その
数は目的とする締め付け力の低減率を考慮して適宜選択
すればよい。

【００１６】なお、この凹溝１１ａ、１２ａの形状は、
Ｖ字型であるのが切削などの加工がし易く、後述するよ
うに、応力集中などの効果が高く好ましいが、図５に示
したようなコの字型形状の凹溝でもよく、またＵ字型形
状などその他の形状であってもよい。また、凹溝１１
ａ、１２ａの溝深さは、締め付けの際の、塑性変形によ
るシール性の付与、エッジ部分への応力集中などを考慮
すれば、メッキなどの成膜厚を含んだ総管肉厚の２分の
１以下とするのが好ましい。さらに、溝幅は、ガスケッ
トとフランジとの接触幅によっても変わるが、気密開始
応力を低減し、シールに必要な締め付け力を低減するた
めに、接触幅の３分の１以下、好ましくは、１０分の１
以下とするのが望ましい。また、これらの凹溝１１ａ、
１２ａを形成する方法としては、金型による圧縮成型な
どの切削、旋盤加工などの切削加工が適用できるが、溝
加工の寸法精度、経済性から適宜選択すればよい。

【００１７】また、メタルガスケット１０を構成する金
属管の材質としては、特に限定されるものではなく、シ
ールすべき部材のフランジの材質に応じて適宜選択すれ
ばよく、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼、イ
ンコネルなどが使用可能である。また、シール性を高め
るために、メタルガスケットの表面に、ポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミドなどのコーティ
ングや、銀、ニッケル、銅などのメッキを施すことも可
能である。さらに、図示しないが、メタルガスケットの
内径側に複数の貫通小孔を設けておけば、高圧に使用す
る際に、メタルガスケット内部と外部の流体圧力が均衡
して、つぶれ破損によるシール漏洩が生じないので好ま
しい。

【００１８】このように構成されるメタルガスケット１
０を用いた場合の締め付け力の低減について、以下に説
明する。一般に、ガスケット３０がシールすべき部材３
１のフランジ面３２に接触して、ボルトなどによる締め
付けによって所定の締め付け力を受ける場合には、図６
に示したように、フランジ面３２も微小変形３２’が生
じて、接触面３２’で圧縮される。従って、従来のガス
ケットでは、応力集中箇所がなく、接触面３２’にてほ
ぼ均等に荷重されるため、気密開始応力が低減すること
がないので、シールに必要な締め付け力が低減すること
がない。

【００１９】これに対して、本発明のメタルガスケット
１０では、図７に示したように、ガスケット１０がシー
ルすべき部材３１のフランジ面３２に接触して、ボルト
などによる締め付けによって所定の締め付け力を受ける
場合には、フランジ面３２が従来と同様に微小変形３
２’箇所が生じる。しかしながら、図８の拡大図に示し
たように、メタルガスケット１０の凹溝１１ａのエッジ
部分１１ｂ、１１ｃの間でフランジ面３２ａが隆起状に
微小に変形して、エッジ部分１１ｂ、１１ｃに応力集中
が生じることになる。従って、ボルトなどを締め付けて
締め付け圧力をかけた場合に、このエッジ部分１１ｂ、
１１ｃに応力が集中することになり、しかも凹溝１１ａ
の分だけ全体的に（シール面１１の）接触面積が減少し
ているので、接触部の単位面積当たりの荷重が大きくな
る。従って、この両作用が相俟って、結果として気密開
始応力が低減して、シールに必要な締め付け力が低減す
ることになる。すなわち、低いボルト締め付け力で、気
密に必要な応力を発生させることが可能である。また、
凹溝１１ａのエッジ部分１１ｂ、１１ｃでは、クリープ
現象は突起に比較して微少であり、高温時および高温経
過後の常温時などシール性能の熱安定性も良好である。

【００２０】図９は、本発明のメタルガスケットの第２
の実施例を示す図２と同様な部分断面斜視図である。こ
の実施例では、メタルガスケット１０が、金属製の断面
Ｃ字状の環状のケーシング部材１４と、ケーシング部材
１４の内側に嵌着された断面円形状の環状の弾性部材１
５とから構成されている。そして、ケーシング部材１４
の両側のシール面１４ａ、１４ｂには、第１の実施例と
同様に、ケーシング部材１４の周方向に、すなわち、シ
ール面に沿って全周にわたって、環状の断面Ｖ字形状の
凹溝１４ｃ、１４ｄが形成されている。この場合、ケー
シング部材１４には、その外径側端部に周方向に切欠部
１４ｅが設けられており、これにより、内部に嵌着され
た弾性部材１５と相俟って締め付け力に対して反力が発
生して、よりシール性を増加することができるようにな
っている。なお、この場合、本実施例では、切欠部１４
ｅをケーシング部材１４の外径側端部に周方向に設けた
が、これを内径側端部に周方向に設けることも可能であ
る。

【００２１】また、第１の実施例と同様に、凹溝１４
ｃ、１４ｄを複数半径方向に離間して設けることも可能
であること、図１０に示したようなコの字型形状の凹溝
でもよく、またＵ字型形状などその他の形状であっても
よいことなどは同様である。なお、弾性部材１５として
は、コイルスプリングが好ましいが、板バネなどその他
の弾性部材であってもよい。

【００２２】このように構成される本発明のメタルガス
ケットでは、第１の実施例と同様な作用を有し、シール
に必要な締め付け力が低減するが、この際、ケーシング
部材１４に設けられた切欠部１４ｅ、内部に嵌着された
弾性部材１５によって締め付け力に対して反力が発生し
て、よりシールに必要な締め付け力が低減し、しかも、
シール性を増加することができる。

【００２３】図１１は、本発明のメタルガスケットの第
３の実施例を示す部分断面斜視図である。この実施例で
は、外側のケーシング部材１４と弾性部材１５との間
に、断面Ｃ字形状の環状の内側ケーシング部材１６を介
装（嵌着）しており、その他の点では、第２の実施例と
同様な構成となっている。すなわち、ケーシング部材１
４の両側のシール面１４ａ、１４ｂには、ケーシング部
材１４の周方向に、環状の断面Ｖ字形状の凹溝１４ｃ、
１４ｄが形成され、ケーシング部材１４には、その外径
側端部に周方向に切欠部１４ｅが設けられていることな
どは第２の実施例と同様である。なお、図１２は、凹溝
１４ｃ、１４ｄをコ字状の溝とした例を示したが、前述
の実施例と同様にこの凹溝の形状は変更可能である。

【００２４】この場合、内側ケーシング部材１６は、例
えば、ステンレス鋼、インコネルなどの金属材料で構成
され、弾性部材の荷重を均一に分散させるためのもので
ある。すなわち、弾性部材１５が、コイルスプリングな
どの場合に、巻き線の頂部における荷重を均一に分散し
て、外側のケーシング部材１４に伝えるようになってい
る。なお、内側ケーシング部材１６にも、外側のケーシ
ング部材１４の切欠部１４ｅに対応した切欠部１６ｅが
設けられている。

【００２５】このように構成される本実施例のメタルガ
スケットでは、第１の実施例と同様な作用を有し、シー
ルに必要な締め付け力が低減するが、この際、ケーシン
グ部材１４、１６に設けられた切欠部１４ｅ，１６ｅ、
内部に嵌着された弾性部材１５によって締め付け力に対
して反力が発生して、よりシールに必要な締め付け力が
低減し、しかも、シール性を増加することができる。ま
た、内側のケーシング部材１６が弾性部材１５と外側の
ケーシング部材１４との間に介在しているので、弾性部
材１５の反力が外側ケーシング部材１４に均一に分散さ
れるので、均等なシール性が付与されることになる。

【００２６】

【実施例１】断面Ｃ字形状のアルミニウムのケーシング
（内径１０１ｍｍ×φ３．８ｍｍ）にインコネルのコイ
ルスプリングを嵌着した従来の通常のバネ入りメタルガ
スケット（通常品Ａ）と、断面Ｃ字形状のアルミニウム
のケーシング（内径１０１ｍｍ×φ３．８ｍｍ）にイン
コネルのコイルスプリングを嵌着し、シール両面にＶ字
型の突起（高さ０．０８ｍｍ、幅０．１ｍｍ）を周方向
に設けた従来のバネ入りメタルガスケット（突起品Ｂ）
と、断面Ｃ字形状のアルミニウムのケーシング（内径１
０１ｍｍ×φ３．８ｍｍ）にインコネルのコイルスプリ
ングを嵌着し、シール両面にＶ字型の凹溝（深さ０．０
８ｍｍ、幅０．１ｍｍ）を周方向に設けた図９に示した
本発明のバネ入りメタルガスケット（本発明品Ｃ）に関
して、それぞれ気密開始応力と締め付け力を測定した。
その結果を下記の表１に示した。

【００２７】

【表１】

【００２８】この結果から明らかなように、本発明品Ｃ
の気密開始応力は、通常品Ａに比較して約２分の１、突
起品Ｂに比較しても低下しており、ガスケットのシール
に必要な締め付け力も通常品Ａに比較して約２分の１、
突起品Ｂに比較してもかなり低減することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明のメタルガスケットは、環状のメ
タルガスケットの配管の継ぎ手部分などのシールすべき
部材のフランジ面と接触する両側のシール面にそれぞ
れ、メタルガスケットの周方向に形設された少なくとも
一つの環状の凹溝を備えるように構成したので、凹溝の
エッジ部分に応力集中が起こるとともに、凹溝を設けた
ことによって、メタルガスケットのシール面のフランジ
面との接触面積が減少するので、同じ締め付け力でも発
生する応力（単位面積当たりの押圧力）が増加して、こ
の両者の効果が相俟って気密開始応力を低減することが
でき、その結果、シールに必要な締め付け力を低減する
ことが可能となる。

【００３０】従って、締め付け力の低下にともない、配
管などの継ぎ目のフランジやこれを締結するためのボル
トなどの機器を小型化することが可能となる。また、こ
の凹溝部分ではクリープの発生がほとんどないために、
シール性能の温度安定性も良好であり、また、取り扱
い、運搬の際にもこの凹溝が損傷することがほとんどな
いので、一般のメタルガスケットと同様な取り扱いでよ
く便利であり、シール性が損なうこともない。

【００３１】従って、本発明のメタルガスケットは、原
子力分野、半導体分野などにおける各種配管、機械設備
など高温、高圧、真空、低温などの過酷な条件下におい
て広範に用いることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタルガスケットの第１の実施例の平
面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線方向の部分断面斜視図である。

【図３】図１のメタルガスケットを配管などの継ぎ目の
フランジに用いた状態を示す部分拡大断面図である。

【図４】図１の実施例の凹溝の別の配置状態を示す部分
断面斜視図である。

【図５】図１の実施例の凹溝の別の形状を示す部分断面
斜視図である。

【図６】従来のガスケットの締め付け状態を示す部分拡
大断面図である。

【図７】本発明のガスケットの締め付け状態を示す部分
拡大断面図である。

【図８】図７のＢ部の拡大図である。

【図９】本発明のメタルガスケットの第２の実施例を示
す部分断面斜視図である。

【図１０】図９の実施例の凹溝の別の形状を示す部分断
面斜視図である。

【図１１】本発明のメタルガスケットの第３の実施例を
示す部分断面斜視図である。

【図１２】図１１の実施例の凹溝の別の形状を示す部分
断面斜視図である。

【図１３】従来のメタルガスケットを配管などの継ぎ目
のフランジに用いた状態を示す部分拡大断面図である。

【図１４】メタルガスケットの締め付け力と歪みとの関
係を示すグラフである。

【図１５】従来のメタルガスケットの部分断面斜視図で
ある。

【符号の説明】

１０…メタルガスケット １１、１２…シール面 １１ａ、１２ａ…凹溝 １１ｂ、１１ｃ…エッジ部分 １４…ケーシング部材 １４ａ、１４ｂ…シール面 １４ｃ、１４ｄ…凹溝 １４ｅ、１６ｅ…切欠部 １５…弾性部材 １６…内側ケーシング部材 ２０、２１…配管 ２２、２３…フランジ面 ３０…ガスケット ３２…フランジ面

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メタルガスケットのシールすべき部材の
   フランジ面と接触する両側のシール面にそれぞれ、メタ
   ルガスケットの周方向に形設された少なくとも一つの環
   状の凹溝を備えることを特徴とするメタルガスケット。
2. 【請求項２】 前記凹溝が、メタルガスケットのシール
   すべき部材のフランジ面と接触するシール面のシール幅
   の中央近傍に形成されていることを特徴とする請求項１
   に記載のメタルガスケット。
3. 【請求項３】 前記凹溝が、メタルガスケットの両側の
   シール面に対称的に形成されていることを特徴とする請
   求項１又は２のいずれかに記載のメタルガスケット。
4. 【請求項４】 前記メタルガスケットが、中空の金属管
   であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記
   載のメタルガスケット。
5. 【請求項５】 前記メタルガスケットが、断面Ｃ字状の
   ケーシング部材であることを特徴とする請求項１又は２
   に記載のメタルガスケット。
6. 【請求項６】 前記メタルガスケットが、前記ケーシン
   グ部材の内側に嵌着された弾性部材をさらに備えること
   を特徴とする請求項５に記載のメタルガスケット。
7. 【請求項７】 前記メタルガスケットが、前記ケーシン
   グ部材の内側に嵌着された断面Ｃ字状の内側ケーシング
   部材と、内側ケーシング部材の内部に嵌着された弾性部
   材とを備えることを特徴とする請求項５に記載のメタル
   ガスケット。