JP2811186B2 - 圧縮変態型金属シール部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は，特に高圧配管や高圧容器のシール面に形成
したＯリング溝内に挿入されたり、フランジ間に挟持さ
れてシール効果を発揮する金属製のシール部材に関す
る。

（従来の技術） 金属ワイヤコイルばねを連続巻き状態で円環体に形成
した中央コアと、その外周を包囲する金属外皮とを備え
る金属ガスケットや金属Ｏリングはすでに広く知られて
おり、例えば特公昭51−46220号「弾性金属ガスケッ
ト」に記載されている。

このような金属ガスケットにおけるひずみと圧力の関
係は添付図面第６図のようになり、ひずみがある限界点
Ｂを超えるとコイルばねが座屈を起こしてその円形断面
が破壊しシール効果が失われる。この破壊した円形断面
は荷重が除去されても再び元の形状に復帰することはな
い。従って、初期ひずみを与えたシール点Ｓから座屈変
形を起こし始める点Ｋまでが使用可能範囲であり、実際
には安全のためそれよりかなり低い範囲を使用範囲とし
ている。このため、ひずみ量が限定されてシールすべき
適用範囲が狭められるという欠点があった。

特公昭57−41628号「弾性金属ガスケット」では、コ
イルばねの中又は外側に補強条片を配置して、ガスケッ
トを締め付けた時に一定の限度を超えてガスケットが変
形するのを防止している。従って、ひずみ量は補強条片
の厚み以下に抑えられ、ガスケットの適用範囲はおのず
から限定されたものとなっている。

特開昭60−227091号「緊密連結装置」でも、楕円形の
コイルばねの中にロツクリングを挿入して継手がつぶれ
るのを制限している。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、中央コアと金属外皮とを有する金属
シール部材において、広い使用範囲を確保すると共に、
シールの信頼性を高めることにある。

（問題点を解決するための手段とその作用） 本発明の前述した目的は、中空で長円形の横断面を有
しかつ環状で弾性を有する金属コイルばねから成る金属
コアと、前記金属コアの外周を包囲する少なくとも１枚
の金属外皮とを備え、前記長円形は中心軸線に垂直な方
向の長さが中心軸線に平行な方向の長さよりも大きくな
っている長円形で、前記金属コア及び金属外皮は、中心
軸線と平行な方向に圧縮されたとき、最初はほぼそのま
まの長円形断面を保ちながら収縮し上下の被圧縮面がそ
れぞれ円周方向に連続する１つの円でシールをし、ある
変態点以上の圧縮力を受けると上下の被圧縮面がそれぞ
れその中央付近から撓んだアーチ面を呈するように変形
し円周方向に連続する２つの同心円でシールするように
なる圧縮変態型金属シール部材によって達成される。

かかる構成に基づき、本発明の金属シール部材によれ
ば、その特性曲線は第７図のようになる。初期ひずみを
与えたシール点Ｓから変態点Ｈまでは従来と同じように
円周方向に連続する幅広の１つの円でシールがなされ、
変態点Ｈに来ると金属外皮の中央付近がアーチ状に撓ん
で接触点が２カ所になり、円周方向に連続する２つの同
心円でシールされるようになる。さらにひずんで内部接
触点Ｃに達すると、金属コアの上下が内部で接触するよ
うになり（第３図参照）、さらにひずんで点Ｋに達する
と座屈変形が始まるようになる。座屈点Ｂに達すると金
属コア及び金属外皮は破壊されてシール効果を失う。従
って、本発明によるシール部材ではシール点Ｓから座屈
変形開始点Ｋまでが使用可能範囲となり、従来よりもは
るかに使用範囲が広がって適用範囲が拡大する。加え
て、２つの同心円によるシールでは二重にシールがなさ
れる結果、その信頼性が向上するという利点が得られ
る。

金属コアの上下がその内部で接触することを防止した
い時は、その内部に変形防止用の環状円板を挿入してひ
ずみ量を制限することができる。

また、金属コアの外周を包囲する金属外皮を二枚構造
とすることにより、シール性、耐久性等の信頼性をさら
に向上させることもできる。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面の実施例を参
照した以下の記載により明らかとなろう。

（実施例） 第１図は、本発明による金属シール部材10の無負荷時
の状態を横断面形状で表わしており、このシール部材10
は、中空で長円形の横断面を有しかつ環状で弾性を有す
る金属コイルばねから成る金属コア12と、前記金属コア
の外周を包囲しかつ半径方向外側に円周方向に連続する
１本の切れ目16を有する１枚の金属外皮14とを備えてい
る。切れ目16は、シールの適用対象によって半径方向内
側に位置させることもできる。また、金属外皮14は二枚
重ねの構造に作ることもできる。金属コア12を構成する
コイルばねは、連続して密着するように巻かれて環状体
を形成しており、「長円形の横断面」とは、巻回された
ばねの中心線に垂直な断面形状が長円形に見えることを
言っていることに留意されたい。

この長円形は、シール部材の中心軸線20に垂直な方向
の長さＷが中心軸線に平行な方向の長さＴよりも大きく
なっている長円形である。

第２図は、このシール部材10がフランジ間に挟まれて
中心軸線と平行な方向に圧縮されている第一段の変形状
態を表わしており、金属コア12と金属外皮14は、中心軸
線と平行な方向に圧縮されてほぼそのままの長円形断面
を保ちながら収縮し、上下の被圧縮面はそれぞれ円周方
向に連続する幅広の１つの円18でシール作用をしてい
る。

第３図は、シール部材10がさらに圧縮されてある変態
点以上の圧縮力を受けた第二段の変形状態を表わしてお
り、上下の被圧縮面はそれぞれその中央付近から撓んだ
アーチ面31,32を呈するように変形し、円周方向に連続
する２つの同心円35,36で上下それぞれの面をシールし
ている。かくして、二重のシール線が提供されることに
なり、信頼性の高いシール効果が得られる。第３図の状
態では、上下のアーチ面が内部で接触しており、この状
態は第７図の点Ｃに対応し、さらに座屈変形が始まる点
Ｋまでは圧縮力を受けても耐えることができるから、そ
の適用範囲はかなり広いものになる。

第４図は、金属コアと金属外皮の長円形をさらに扁平
化した実施例を表わしており、半径方向の両端部41,42
で座屈破壊が起こりやすくなるのを防止するため、中心
軸線と垂直な平面内を延伸する環状の平板45を内部に挿
入している。平板45の端部は、金属コアを構成するコイ
ルばねの端部を結合する前に溶接して連結しても良い
し、重ねたままにしておいても良い。この実施例では、
ある変態点以上の圧縮力を受けると、第５図に示すよう
な変形状態になり、第３図の場合と同様に上下の被圧縮
面はそれぞれその中央付近から撓んだアーチ面51,52を
呈するように変形するが、平板45があるためそのひずみ
量はある程度制限され、両端部41,42での座屈変形が防
止される。第５図の状態でも円周方向に連続する２つの
同心円55,56で上下それぞれの面がシールされることに
なり、二重のシール線に基づく信頼性の高いシール効果
が得られる。

（発明の効果） 以上詳細に説明した如く、本発明の金属シール部材に
よれば、中央コアと金属外皮とを有する高圧配管や高圧
容器用のシールにおいて、広い使用範囲が確保されると
共に、シールの信頼性が高められ、装置やシステム全体
の安全性が向上する等、その技術的効果には極めて顕著
なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な実施例による金属シール部材を
中心軸線を含む平面で切断した横断面図、第２図はシー
ル部材がフランジ間で第一段の圧縮変形を受けている状
態を表わす横断面図、第３図はシール部材がフランジ間
で第二段の圧縮変形を受けている状態を表わす横断面
図、第４図は他の実施例によるシール部材の第一段圧縮
状態を表わす横断面図、第５図は第二段圧縮状態を表わ
す横断面図、第６図は従来の金属ガスケットの圧力とひ
ずみとの関係を表わすグラフ、第７図は本発明によるシ
ール部材の圧力とひずみとの関係を表わすグラフであ
る。 10……シール部材、12……金属コア 14……金属外皮、16……切れ目 18……円、20……中心軸線 31,32……アーチ面 35,36……同心円、45……平板

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空で長円形の横断面を有しかつ環状で弾
   性を有する金属コイルばねから成る金属コアと、 前記金属コアの外周を包囲する少なくとも１枚の金属外
   皮とを備え、 前記長円形は中心軸線に垂直な方向の長さが中心軸線に
   平行な方向の長さよりも大きくなっている長円形で、 前記金属コア及び金属外皮は、中心軸線と平行な方向に
   圧縮されたとき、最初はほぼそのままの長円形断面を保
   ちながら収縮し上下の被圧縮面がそれぞれ円周方向に連
   続する１つの円でシールをし、ある変態点以上の圧縮力
   を受けると上下の被圧縮面がそれぞれその中央付近から
   撓んだアーチ面を呈するように変形し円周方向に連続す
   る２つの同心円でシールするようになることを特徴とす
   る圧縮変態型金属シール部材。
2. 【請求項２】前記金属コアの内部に前記中心線に垂直な
   平面内を延伸する環状の円板が配置されている請求項１
   記載の金属シール部材。