JPS6324308Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は管と円筒形表面とが軸線方向、回転方
向及び角方向に不整合にさせられる状態で管と円
筒形表面とが密封させられる流体耐密密封装置に
係る。本考案は特に円筒形表面と接触してこの表
面と締り嵌めされることによつて流体耐密密封を
もたらすための彎曲表面を有するリング部分を有
する金属製の弾性密封部材を有する流体耐密密封
装置に係る。

圧力下の流体を流れさせる種々の管装置は管に
よつて連結される諸構成要素間の寸法公差、熱膨
張及び収縮並びに振動撓みを考慮してある程度の
可撓性を有するように設計されなければならな
い。このような可撓性を付与するのに航空機及び
ミサイル装置に特に望ましい軽量小形装置は以前
から本技術分野に知られているけれども、こうし
た在来装置は概して、可撓性装置内を流れる流体
の漏洩を防ぐのにエラストマー、プラスチツク、
ゴムまたは石綿式密封を採用している。あいに
く、これらの形式の密封は約204℃、（400〓）乃
至260℃、（500〓）を上廻る高い温度に曝された
時に、または非常に低い温度に於いて、または放
射を受ける環境に於いて役に立たなくなりがちで
ある。

エラストマーまたは類似材料で造られた密封の
能力を越える環境に於いて可撓性管装置に使用さ
れる密封組立体は、典型的には、管の部分に円周
波形（即ちベロー）か、伸縮ループか、またはピ
ストンリングを収容している装置かを採用してい
る。然し、これらの装置は概して非常に重く、大
きい空間を要し、かつもろさ及び摩損のために破
損しがちであり、従つて流体を漏洩させる惧れが
ある。更にまた、これらの密封装置は精密な公差
が要求され、製造及び取付けが困難である。

本考案の目的は、極端な温度に於いて、かつ放
射を受ける環境に使用されることができ、かつ軸
線方向及び角方向に不整合にさせられかつ回転さ
せられた時に流体の漏洩が最低限であるような流
体耐密密封装置を提供することである。

他の目的は、軽くて容易に製造され、容易に取
付けられ、かつ再使用されることのできる流体耐
密密封装置を提供するにある。

本考案のもう一つの目的は、精密な公差を必要
としない、即ち精密に機械加工された接触表面を
必要としない流体耐密密封装置を提供するにあ
る。

前記の諸目的はＸの直径を有する円筒形表面に
管を密封するための流体耐密密封装置を備えるこ
とによつて達成され、この流体耐密密封装置はこ
の円筒形表面と接触するための彎曲表面を有する
リング部分を有する金属製の弾性密封部材を備
え、この彎曲表面は前記円筒形表面に締り嵌めさ
れるようにＸとは異なる自由直径を取付け前に有
している。

前記円筒形表面は孔の内側表面であることがで
きて、前記密封部材はリング部分を太い方の端に
有する截頭円錐形部分を有しかつ前記孔に嵌入す
るようになつている。この場合に、前記彎曲表面
の自由直径は前記孔の内径よりも大きく、また前
記密封部材は弾性を有するから、前記彎曲表面は
前記孔に弾性変形されて締り嵌めされる。

一方、前記円筒形表面は導管の外側表面である
ことができて、前記密封部材はリング部分を細い
方の端に有する截頭円錐形部分を有しかつ前記導
管の周囲に嵌まるようになつている。この場合に
は、前記彎曲表面が取付けに先立つて前記導管の
外径よりも小さい自由直径を有し、従つて前記導
管の外面に弾性変形されて締り嵌めされる。

前記円筒形表面と接触しているリング部分の彎
曲表面の曲率半径は前記円筒形表面の半径と同一
であることができるけれども、判明していること
はもつと小さい曲率半径である方が密封装置の漏
洩率を減少させることができることである。即
ち、両接触表面間の流体漏洩はこれら両表面を相
互に押付けようとする力を接触面積によつて割つ
た値によつて定義される接触応力と関係があり、
接触応力が増せば流体の漏洩は減少される。リン
グ部分の彎曲表面の曲率半径を小さくすることに
よつて、接触面積は減少し、従つて接触応力は増
大することになるわけである。

その上、彎曲表面の曲率半径を小さくすること
によつて、接触面積が小となるから、精密な公差
は要求されず、また接触表面を高度に研摩する必
要はなくなる。

更にまた、密封装置は金属製であるから、極端
な温度下において、また放射を受ける環境におい
ても密封作用が不能となることはない。

前記截頭円錐形部分及びリング部分は非常に薄
い高強度合金で造られるから、密封部材は小形で
ありかつ軽量である。

その上、連結されるべき管と円筒形表面との直
径の差は、締り嵌めされるけれどこれら管と円筒
形表面との連結が解かれた後には密封部材がもと
の大きさに戻ることができるような弾性限界内に
ある程度の差である。従つて、密封部材は再使用
可能である。

本明細書に使用されている“締り嵌め”なる用
語は、密封部材の彎曲表面が取付けに先立つて円
筒形表面の直径と少し違う自由直径を有してお
り、かつこの彎曲表面が弾性であり、この彎曲表
面が円筒形表面に押し込まれ、または円筒形表面
周囲に押付けられた時、密封部材が弾性変形させ
られ、この弾性変形の反作用力によつて円筒形表
面と全周に亘つて密接して維持されるようになる
ことを意味している。

本明細書に使用されている“自由直径”なる用
語は、円筒形表面に取付けられる以前の、従つて
圧縮または膨張何れかの弾性変形以前のリング部
分の彎曲表面の直径を意味している。

本考案のその他の目的、利点及び特徴は添付図
面を参照して本考案の実施例の説明から明らかに
なる。

添付図面を参照すれば、第１図に示されている
ように、本考案による流体耐密密封装置は密封部
材１０を管１２の端に有しており、密封部材１０
はリング部分１４、截頭円錐形先細部分１６、短
い截頭円錐形部分１８及び円筒形部分２０から成
つている。密封部材１０を構成しているこれら諸
部分は一体に形成されており、かつ第１図に示さ
れているように、管１２と同じ外径を有する円筒
形部分２０は管１２の端に溶接線２２に沿つて溶
接されている。円筒形部分２０の他端は、截頭円
錐形先細部分１６の細い方の端にその太い方の端
を接続した短い截頭円錐形部分１８の細い方の端
に連らなつている。先細部分１６の太い方の端は
リング部分１４に続いており、リング部分１４は
密封部材１０の端にあり、かつ先細部分１６の太
い方の端を含む平面の、先細部分１６とは反対側
に位置せしめられている。

円筒形部分２０を形成している円筒壁の厚さt₀
は管１２を形成している円筒壁の厚さと同じであ
るかまたは異ることができる。第１図に見られる
如く、密封部材１０を形成している壁の厚さは短
い截頭円錐形部分１８に沿つて厚さt₀から厚さｔ
まで漸減しており、厚さｔは截頭円錐形の先細部
分１６及びリング部分１４を形成している壁に亘
つて実質的に同じである。従つて、リング部分１
４及び先細部分１６は実質的に等しい長手方向断
面厚さを有している。このように厚さが漸減して
いれば密封部材１０の弾性が強められることにな
る。この厚さは、密封部材１０を形成している材
料が極端な温度に於いて優れたばね性質を有する
インコネル７１８またはワスパロイ
（Waspalloy）の如き高強度合金であれば、3.175
乃至381ミリメートル（0.125乃至15.00インチ）
の管直径範囲内で0.0762乃至0.508ミリメートル
（0.003乃至0.020インチ）にされることができる。

リング部分１４は外側彎曲表面２４を有し、こ
の表面２４の長手方向断面は円弧形である。この
リング部分１４の彎曲表面２４の自由外径は第２
図に示されている円筒形孔の直径Ｘよりも大きい
Ａとして第１図に示されている。密封は彎曲表面
２４と孔２６の表面との密封界面３０によつて達
成される。

再び第１図を参照すれば、リング部分１４の彎
曲表面２４は截頭円錐形の先細部分１６の外面を
含む截頭円錐形面の外側にあり、従つて截頭円錐
形の先細部分１６の最大直径よりも大きい直径を
有している。

次に、第２図を参照すれば、密封部材１０を有
する管１２は物体２８にある円筒形孔２６に嵌入
されて示されており、物体２８は例えば金属また
はセラミツク材料で形成された弁、作動機または
類似構成要素の口であり、管１２は物体２８へ流
入流出する流体を圧力下に搬送する導管である。
円筒形孔２６と密封部材１０の嵌合は、彎曲表面
２４の最大自由直径Ａが円筒形孔２６の内径Ｘよ
りも大きく、密封部材１０のリング部分１４がこ
の円筒形孔２６に押込まれて弾性変形されて締り
嵌めされている。

第２図に示されているように、彎曲表面２４は
密封界面３０に沿つて円筒形孔２６の内面と接触
する。この密封界面３０は彎曲表面２４を取巻い
て円周方向に延びており、同界面３０に於いて彎
曲表面２４は円筒形孔２６の内面と連続接触し、
かく接触することによつてこれら両要素間を密封
している。

この締り嵌めは、密封部材１０を使用者が普通
の手の力によつて挿入したり取外したりするのを
可能ならしめるのに、かつ弾性密封部材がこの部
材の弾性強度を超えて応力をかけられることのな
いのを確実にするのに、比較的弱くされなければ
ならない。このように比較的弱く嵌合されて摩擦
力が弱く保たれれば、密封部材１０と孔２６との
間の相対的滑り及び回転が密封接触を保持して可
能にされる。締り嵌めは比較的弱いけれども、管
及び孔の中の流体の圧力が密封部材１０のリング
部分１４を外方へ押して密封接触せしめ従つて密
封を“圧力付勢”させるから密封特性は良好であ
る。円筒形孔の直径Ｘが10.668乃至10.7188ミリ
メートル（0.420乃至0.422インチ）であれば、彎
曲表面２４の10.7696乃至10.7950ミリメートル
（0.424乃至0.425インチ）の自由直径Ａ〔即ち締り
嵌めは0.0508乃至0.127ミリメートル（0.002乃至
0.005インチ）である〕がこの直径〔10.6934ミリ
メートル（0.421インチ）〕の密封に有利なことが
判明している。直径50.8ミリメートル（２イン
チ）の密封は0.0762乃至0.1778ミリメートル
（0.003乃至0.007インチ）だけ締り嵌めされれば
良好に作用する。

密封された管の中に収容される圧力はほとんど
の用途に於いて約0.07キログラム毎平方センチメ
ートル（１ポンド毎平方インチ）の圧力よりも高
くて、密封部材１０を孔２６から押出してしまう
ような大きさのものである。

従つて、第２図，第３図，第４図及び第５図に
示されている保持器組立体３２が円筒形孔２６か
ら密封部材１０が押出されるのを防ぐために使用
される。第２図及び第３図に最も明瞭に見られる
ように、保持器組立体３２は切欠き３６を有する
主部材３４を有しており、主部材３４は、主部材
３４にある孔４４を貫通して物体２８の表面４０
にあるねじ孔４４に受けられるボルト３８によつ
て、円筒形孔２６の入口に隣接して物体２８の表
面４０に連結されている。

保持器組立体３２は、切欠き３６へ円筒形部分
２０を入れかつ孔４４を経てねじ孔４６へボルト
３８を通すことによつて密封部材１０が円筒形孔
２６へ挿入されてから物体２８に連結される。

第２図及び第３図に最も明瞭に示されているよ
うに、管１２を円筒形孔２６から軸線方向に引出
そうとする力が管１２に加えられた時に、このよ
うに軸線方向に引出されるのを切欠き３６の周囲
の主部材３４が短い截頭円錐形部分１８と接触す
ることによつて防ぐように、切欠き３６の最大寸
法は短い截頭円錐形部分１８の最大直径よりも小
さい。

次に第５図を参照すれば、彎曲管４８が本考案
による密封部材１０を同管４８の両端に有してお
り、これらの密封部材１０は物体２８及び物体５
０にそれぞれ受けられている。彎曲管４８を矢印
によつて示されているように流れる流体の圧力は
多分、彎曲管４８を物体２８及び５０から引出そ
うとするように作用するから、保持器組立体３２
がこれらの物体に取付けられている。短い截頭円
錐形部分１８に隣接する円筒形部分５２が彎曲管
４８と一体であるように密封部材１０は彎曲管４
８と一体に形成されている。

次に第６図を参照すれば、物体５４及び５６が
管６４の両端に於ける密封部材６０及び６２を受
ける円筒形孔５８を有している。各円筒形孔５８
は小さくされた直径の孔５９に終り、各孔５９は
管６４の端に隣接している。この場合に、物体５
４及び５６が相対的に動かないように剛固に支持
されていて、管６４を通る流体の流れが矢印によ
つて示されている状態であれば、管６４が軸線方
向に少し移動すれば管６４の一端は他方の物体か
ら他端の出る前に孔５９の面に衝突するので管６
４が円筒形孔５８から軸線方向に外れることがな
い。従つて保持器組立体は必要でない。保持器組
立体の必要がなければ密封部材６０及び６２は円
筒形部分２０と截頭円錐形の先細部分１６との間
に介在させられる短い截頭円錐形部分１８を有す
る必要がなく従つてこの部分１８は省かれる。

第６図の右側に見られるように、密封部材６０
は溶接線２２に沿つて管６４に溶接された円筒形
部分２０を有し、また第６図の左側に見られるよ
うに、密封部材６２は管６４と一体に形成され従
つて溶接線はない。

実際には、第６図の物体５４及び５６のような
連結されるべき構成要素の公差及び撓みのせいで
密封部材１０は円筒形孔２６と第２図に示されて
いる如く完全に整合しておらず、第４図に示され
ているように角度ａだけ不整にされている。概し
て、その公差及び撓みは角度ａが6゜よりも小さく
されなければならないような程度にされ、かつほ
とんど総べての用途に於いて角度ａは12゜よりも
小さい。

第４図に示されているように、彎曲表面２４の
曲率半径Ｙは円筒形孔２６の半径よりも、即ち
Ｘ／２よりも小さく、そうすれば彎曲表面２４と
孔２６との間の接触応力は増大し、従つて、流体
の漏洩率は減少する。曲率半径Ｙは孔２６の半径
の約20％に減らされることができ、この場合にお
いて“泡耐密”（“bubble tight”）の密封を、直
径7.9375ミリメートル（0.3125インチ）の管で最
大5゜の不整合角度で、35キログラム毎平方センチ
メートル（500ポンド毎平方インチ）圧力下のち
つ素に対して維持できることが判明している。
“泡耐密”の密封とはヘリウムの10^-3立方センチ
メートル毎秒の漏洩率を有する密封を意味する。

曲率半径の減らされた結果として接触応力が増
せば、比較的小さい値の不整合角度ａに於いて漏
洩が良好に制御される。もしも更に大きい不整合
角度が必要ならば、その時には曲率半径をこうし
た所要条件に合うように増大することができるけ
れどもこの場合には漏洩制御の僅かな損失が小さ
い不整合角度に於いて生ずることがある。直径
57.15ミリメートル（2.25インチ）のものの密封
において、彎曲表面の曲率半径を3.175ミリメー
トル（0.125インチ）から6.35ミリメートル
（0.250インチ）まで変えることによつて、密封部
材の傾動能力が角度ａ＝3゜からａ＝5゜まで増大さ
れることができる。

第２図に於ける円周密封界面３０は、彎曲表面
２４及び孔２６が一致する中心線を有していれば
実質的に円の線であるけれども、管１２及び孔２
６が第４図に示されているように不整合にさせら
れた中心線を有していれば実質的にだ円の線にな
る。

密封部材１０は同部材１０と孔２６との軸線方
向相対滑り運動、両者の相対角方向不整合及び両
者の相対回転中においても、孔２６に対して確実
に密封されている。

第７図及び第８図は第１図乃至第６図に示され
ている基本理念を取入れている代替実施例を示し
ている。従つて、第７図及び第８図の実施例に於
いて円筒形表面は円筒形導管の外側円筒形表面で
あり、かつ密封部材はリング部分を細い方の端に
有する截頭円錐形部分を有している。前記リング
部分は円筒形導管の外側表面周囲に締り嵌めされ
ている。リング部分の彎曲表面の最小自由直径は
円筒形導管の外径よりも小さく、従つて締り嵌め
が得られる。

第７図を詳しく参照すれば、管７０が第１密封
部材７２を一端にかつ第２密封部材７４を他端に
有しており、これら密封部材は双方とも管７０と
一体に形成されている。第１密封部材７２は截頭
円錐形の先細部分７６及びこの部分７６の細い方
の端から延びているリング部分７８から成つてい
る。先細部分７６の太い方の端は管７０の端から
延びている。

同様に、第２密封部材７４は第２截頭円錐形の
先細部分８０及びこの部分８０の細い方の端から
延びている第２リング部分８２から成つている。
第２先細部分８０の太い方の端は管７０の先細部
分７６とは反対の端から延びている。

リング部分７８は第１円筒形導管８８の外側円
筒形表面８６と接触しかつ締り嵌めされる彎曲表
面８４を有しており、前記第１導管８８中には圧
力下の流体が流れ、この導管８８は図示されてい
ない剛固な構造体に装着されている。

同様に、第２リング部分８２は第２円筒形導管
９４の外側円筒形表面９２と接触しかつ締り嵌め
される彎曲表面９０を有しており、前記第２導管
９４中には圧力下の流体が流れ、この導管９４は
図示されていない剛固な構造体に装着されてい
る。

導管の外側円筒形表面に対する彎曲表面の密封
作動は第１図乃至第６図に関して既述されたのと
同じであり、従つて詳しくは説明されない。然
し、第７図を見て明らかなのは、導管８８と９４
との間を流れている流体が、管７０及び密封部材
７２及び７４によつて形成された密閉装置から漏
洩するのを、彎曲表面８４及び９０と導管の外側
円筒形表面８６及び９２との間にそれぞれ形成さ
れる密封によつて防止されるということである。

第７図に示されているように、管７０の外径に
等しい内径を有する円筒形金属製容器９６が接触
縁に沿つて管７０に溶接されており、金属製容器
９６は管７０よりも厚い材料で造られていて、管
７０の薄い密封部材７２及び７４を振動力から保
護している。

金属製容器９６は密封部材７２を越えて延びて
いる第１開放端９８を有し、かつこの容器９６内
に導管８８の一端を受けている。第１開放端９８
の直径は導管８８の外径よりも大である。

同様に、金属製容器９６の第２開放端１００は
第２密封部材７４の端を越えて延びておりかつ第
２円筒形導管９４の端を受けている。第２開放端
１００の直径は第２円筒形導管９４の外径よりも
大である。

第２円筒形導管９４は円筒形表面９２から少し
隆起している第１環状部分１０２を同導管の端に
隣接させて有し、かつそのほかに円筒形表面９２
から突出している第２環状部分１０４をも有して
おり、この第２環状部分１０４は第７図に示され
ているように、金属製容器９６の第２開放端１０
０の左方にある。これら第１及び第２環状部分１
０２，１０４を円筒形表面９２上に形成すること
によつて、導管８８及び９４の受ける様々な振動
力に起因する管７０及び金属製容器９６の係合解
除は防がれる。これらの環状部分１０２及び１０
４は導管９４上にしか図示されていないけれど
も、導管８８上にも同様に設けられることもでき
る。

次に第８図を参照すれば、導管８８及び９４が
寸法公差に起因して、または両導管８８及び９４
の受ける振動またはその他の機械的な力に起因し
て両導管の中心線に関して不整合にさせられてい
る。判明しているのは、第８図にｂとして示され
ている約5゜の限度までの不整合角度が本考案の密
封装置によつて許容され、この場合にも漏洩がほ
とんど生じないということである。彎曲表面８４
と円筒形表面８６、及び彎曲表面９０と円筒形表
面９２が締り嵌めされているので、角度不整合中
にも密封を維持するのに必要な接触がこれら両表
面間に維持されているのである。

本考案による流体耐密密封装置の第９図に示さ
れている実施例は、リング部分１０８の彎曲表面
１０６が円筒形孔２６の半径Ｘ／２に等しい曲率
半径を有しているのを除けば、第２図に示されて
いる装置と同じである。

彎曲表面１０６と円筒形孔２６の表面との間の
密封界面の接触応力は第２図の実施例の接触応力
よりも弱いけれども、接触面積は大きいから、こ
の実施例は第２図の実施例よりも広い角方向不整
合範囲に亘つて接触密封界面を維持することがで
きる。

本考案を説明するのに種々の実施例が以上に選
択されたけれども、本技術分野に精通せる人々に
よつて理解されることになるのは、これらの実施
例には実用新案登録請求の範囲に定義されている
如き本考案の範囲を逸脱することなしに様々な改
変が施されることができることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による流体耐密密封装置を弾性
変形させられていない状態に有する管の一部長手
方向断面図にされた側面図、第２図は第１図に示
されている管を、物体にあつて第１図に示されて
いる装置の自由直径Ａよりも小さい直径Ｘを有す
る円筒形孔へ挿入されて弾性変形させられた状態
に示す一部長手方向断面図にされた側面図、第３
図は第２図に示されている物体の円筒形孔から密
封部材の出るのを防ぐ保持器組立体を第２図の線
３−３に沿つて示す端面図、第４図は管が物体の
円筒形孔の中心線に対して相対的に角方向に不整
合にされている点を除けば第２図と同様な一部長
手方向断面図にされた側面図、第５図は円筒形孔
を有する２個の物体にそれぞれ受けられてその位
置に保持器組立体によつて維持された両端に流体
耐密密封装置を有する管を示す一部断面図にされ
た側面図、第６図は円筒形孔を有する２個の物体
にそれぞれ受けられているが保持器組立体は不必
要だから使用されていない、両端に流体耐密密封
装置を有する管の一部断面図にされた側面図、第
７図は本考案の第２実施例に於いて円筒形表面が
円筒形導管の外側表面でありかつ密封部材が前記
円筒形導管を囲んで嵌合されている状態を示す長
手方向断面図、第８図は第７図の組立体に於い
て、同図に示されている２條の導管が不整合にさ
せられた状態を示す長手方向断面図、そして第９
図はリング部分の彎曲表面がＸ／２に等しい曲率
半径を有する点を除けば、第２図と同じ側面図で
ある。 １０……「密封部材」、１２……「管」、１４…
…「リング部分」、１６……「先細部分」、２４…
…「彎曲表面」、２６……「円筒形表面」。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 管１２，７０をＸの直径を有する円筒形表面２
   ６，８６，９２に密封接触するための流体耐密密
   封装置であつて、該管１２，７０と該円筒形表面
   ２６，８６，９２とは相対的に、角方向に不整合
   にされ、軸線方向に動かされ且つ回転させられる
   ようになつており、該管１２，７０の端において
   該管１２，７０の軸線方向に延びていて且つ流体
   耐密に該管１２，７０に堅固に連結されている金
   属製の弾性密封部材１０，７２，７４を有し、該
   密封部材１０，７２，７４は、該円筒形表面２
   ６，８６，９２に接する彎曲表面２４，８４，９
   ０を有するリング部分１４，７８，８２と、先細
   部分１６，７６，８２とを含んでおり、該リング
   部分１４，７８，８２は該先細部分１６，７６，
   ８２の端から軸線方向に延びており、該先細部分
   １６，７６，８０は該リング部分１４，７８，８
   ２がそこから延びている該先細部分１６，７６，
   ８０の端を含む平面の片側に配置されており、該
   リング部分１４，７８，８２は該平面の反対側に
   配置されており、該リング部分１４，７８，８２
   及び該先細部分１６，７６，８０は単一片の材料
   で形成されており、該リング部分１４，７８，８
   ２の彎曲表面２４，８４，９０はＸと相違する自
   由直径Ａを有していて該彎曲表面２４，８４，９
   ０と該円筒形表面２６，８６，９２との間が締り
   嵌めされていて該リング部分１４，７８，８２の
   弾性変形をもたらしており、これによつて該彎曲
   表面２４，８４，９０と該円筒形表面２６，８
   ６，９２との間が流体耐密密封されていることを
   特徴とする流体耐密密封装置。