JP4928681B2 - メタルパッキン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルパッキンに関し、特に、弾性体等からなるシール材の適用が困難な箇所に装着すると好適なメタルパッキンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、管材等の中空部材同士を連結させるような場合、両者の連結部を密封するシール材が必要となるが、例えば蒸気管同士の場合、両者の内部を流通する蒸気は高温であるため、ゴム材等の弾性体からなるシール材の適用は困難となる。このため、従来から、温度等の使用条件等が厳しい箇所に対しては、断面Ｃ字状を有する環状のメタルパッキン（Ｃリングシール）や、金属ばね等を内蔵したいわゆるＣリングシール等が適用されている。
【０００３】
このようなメタルパッキンの一例としては、特開平１１−１０１３４６号公報によって開示されたものが知られている。この公報には、内周側に全周にわたって延びる開口溝をもった環状のメタルパッキンが記載されている。そして、このメタルパッキンでは、シール性の向上を図るべく、任意の断面において、内周（開口溝）側の遊端部が、外周側の湾曲部の接線方向に延びるように形成されている。また、シール性をより高めるための工夫が施されたメタルパッキンとしては、特開平７−５５００４号公報によって開示されたものも知られている。この公報に記載されたメタルパッキンは、金属ばねを内蔵させたＯリングシールであり、金属ばねを完全に覆う環状ジャケットを備える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように構成された従来のメタルパッキンには、次のような問題点が存在していた。すなわち、上述した各公報記載のメタルパッキンを始めとする従来のメタルパッキンは、いずれも単体でも締付力の調整が困難であり、強固に締め付けることによって弾性限界を越え、メタルパッキンが塑性変形してしまうことがあった。この場合、そのメタルパッキンを再装着する場合に本来の反発力を得ることができなくなり、変形の状態によっては、再装着自体が困難となってしまう。また、金属ばねを内蔵させたＯリングシール等のように、シール性の向上を求めた場合、メタルパッキンの製造コストが著しく高まってしまうという問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明は、良好なシール性、装着性を有すると共に、低コストで構成可能であり、かつ、設計の自由度が高いメタルパッキンの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明によるメタルパッキンは、互いに連結し合う中空部材同士の間に装着されるメタルパッキンにおいて、各中空部材の孔部同士を連通させる開口部を有する環状基部と、環状基部の内周又は外周から、内方又は外方に突出する一対の環状リップとを備え、各環状リップは、環状基部から遠ざかるにつれて互いに離間し、かつ、各環状リップの遊端部同士間の距離は、開口部の軸方向における環状基部の長さよりも長いことを特徴とする。
【０００７】
このメタルパッキンは、例えば互いに連結させる管材等の中空部材同士間に装着され、当該連結部を密封するものである。このメタルパッキンは、中空部材の孔部同士を連通させる開口部を有する環状基部を備える。この環状基部の内周又は外周には、一対の環状リップが開口部の軸方向に配設されている。各環状リップは、環状基部から遠ざかるにつれて互いに離間し、かつ、遊端部同士間の距離が、開口部の軸方向における環状基部の長さ（厚さ）よりも長くなるように形成されている。すなわち、各環状リップは、メタルパッキンの任意の断面において、環状基部から略ハの字状に突出する。
【０００８】
このメタルパッキンを用いて、中空部材同士の連結部を密封するに際しては、中空部材同士間にメタルパッキンを配置した後、中空部材同士を締め付ける。この場合、各環状リップの遊端部同士間の距離が、開口部の軸方向における環状基部の長さよりも長いことから、中間部材は、環状基部と接触する前に、環状リップと接触する。そして、各中空部材の先端部が環状基部と接触した段階で、締付作業を終了する。すなわち、中空部材の締付距離は、環状基部の長さ（厚さ）によって規定される。
【０００９】
このように、このメタルパッキンを用いた場合、各中空部材を締め付けることにより、各環状リップは、各中空部材に押圧されて、付根部分を基にして弾性的に折り曲げられる。従って、各環状リップの遊端部と、対応する中空部材との接触部分に、変形に応じた反発力による応力が集中することになる。また、中空部材の孔部に導入した流体が各環状リップ同士の隙間に流れ込むことにより、当該流体からの圧力が各環状リップを中空部材に対して押し付けるように作用することになる。この結果、このメタルパッキンは、各中空部材に加えられる締付力を比較的小さくしても、極めて良好なシール性能を発揮する。
【００１０】
更に、このメタルパッキンでは、中空部材の締付距離が環状基部の長さによって規定されるので、中空部材を過剰に締め付けてメタルパッキンを塑性変形させてしまうことを確実に防止することができる。従って、メタルパッキンを再装着する際であっても、本来の反発力や装着性を良好に維持することが可能である。加えて、環状基部や各環状リップは、円盤状の金属材を切削加工したり、金属製の筒体を輪切りにした上で塑性加工を施したりすることにより、極めて容易に形成可能である。従って、メタルパッキンの製造コストを容易に低下させることができ、また、設計の自由度を容易に向上させることが可能となる。
【００１１】
この場合、環状基部は、略矩形の断面形状を有すると好ましい。
【００１２】
このように、環状基部の断面形状を一様な略矩形状とすることにより、中空部材の締付距離を極めて容易に規定することができる。これにより、メタルパッキンを塑性変形させてしまうことを極めて確実に防止可能となる。
【００１３】
更に、本発明によるメタルパッキンは、円盤状の金属材を切削加工することにより形成すると好ましく、また、金属製の筒体を輪切りにし、内周又は外周に塑性加工を施すことにより形成してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるメタルパッキンの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明によるメタルパッキンの使用状態を示す断面図である。同図に示すメタルパッキン１は、管材等の中空部材同士の連結部を密封するためのものであり、温度等の使用条件等が厳しく、弾性体等からなるシール材の適用が困難な箇所に装着すると好適である。図１では、互いに連結させる中空部材として、高温の蒸気を流通させるための蒸気管５０ａ，５０ｂを例示している。ここで、蒸気管５０ａ，５０ｂについて簡単に説明すると、図中上方に位置する蒸気管５０ａは、孔部５１を有し、その外周には、雄ねじ部５２が形成されている。一方、図中下方に位置する蒸気管５０ｂの内周には、蒸気管５０ａの雄ねじ部５２と螺合する雌ねじ部５３が形成されている。また、蒸気管５０ｂは、雌ねじ部５３よりも小径のテーパ孔部５４を有しており、このテーパ孔部５４と雌ねじ部５３との間には、段部５５が形成されている。
【００１６】
メタルパッキン１は、図１に示すように、互いに連結し合う蒸気管５０ａ，５０ｂ同士の間、すなわち、蒸気管５０ａの先端と、蒸気管５０ｂの段部５５との間に装着されることになる。メタルパッキン１は、図２示すように、環状を呈しており、蒸気管５０ａの孔部５１と蒸気管５０ｂのテーパ孔部５４とを連通させるための開口部２を有する環状基部３を備える。環状基部３は、図３に示すように、長方形の断面形状を有し、その上面３ａ及び下面３ｂは、互いに平行かつ平坦に形成されている。
【００１７】
また、環状基部３の内周には、一対の環状リップ４，５が開口部２の軸方向に配設されている。すなわち、環状基部３の上側の内周縁部からは、環状リップ４が図３における上方に向けて突出しており、環状基部３の下側の内周縁部からは、環状リップ５が図３における下方に向けて突出している。そして、各環状リップ４，５は、環状基部３から遠ざかるにつれて互いに離間し、かつ、両者の遊端部４ａ，５ａ同士間の距離Ｈが、開口部２の軸方向における環状基部３の厚さＤよりも長くなるように形成されている。これにより、各環状リップ４，５は、メタルパッキン１の任意の断面において、環状基部３から略ハの字状に突出することになる。
【００１８】
更に、メタルパッキン１は、環状基部３の外周面の複数箇所に配設された突起６を有する。本実施形態に係るメタルパッキン１では、突起６は、互いに開口部２の中心軸（中心点）に関して点対称をなすように、環状基部３の外周の２箇所に配設されている。また、各突起６は、装着対象である蒸気管５０ｂの雌ねじ部５３と係合（螺合）可能な形状（先細の尖った形状）、寸法を有する。
【００１９】
上述したメタルパッキン１は、旋盤等を用いて、図３において破線で示すような金属製の円盤Ｐの内部、及び、外周を切削加工することにより成形される。すなわち、環状基部３、各環状リップ４，５、及び、突起６等は、円盤状の金属材を切削加工することにより、極めて容易かつ短時間で形成可能である。従って、メタルパッキン１では、製造コストを容易に低下させることが可能であり、また、設計の自由度を容易に向上させることが可能となる。なお、環状基部３の外周面に金属製のピン等を挿入、固定することにより各突起６を構成してもよい。
【００２０】
メタルパッキン１を用いて、中空部材としての蒸気管５０ａと蒸気管５０ｂとの連結部を密封するに際しては、各突起６を蒸気管５０ｂの雌ねじ部５３に係合させる。そして、メタルパッキン１を蒸気管５０ｂ等の軸周りに回転させながら段部５５まで滑り込ませ、段部５５上に載置する。このように、メタルパッキン１は、環状基部３の外周に、蒸気管５０ｂの雌ねじ部５３と係合可能な突起６を有することから、蒸気管５０ａと蒸気管５０ｂとの間の適正な位置に、極めて容易に配置することが可能である。
【００２１】
また、上述したように、メタルパッキン１では、各環状リップ４，５の遊端部４ａ，５ａ同士間の距離Ｈが、開口部２の軸方向における環状基部３の厚さＤよりも長い。従って、メタルパッキン１を段部５５上に載置した際、環状基部３の下面３ｂは、段部５５の上面とは接触せず、環状リップ５の遊端部５ａのみが段部５５と接触する。このようにして、メタルパッキン１が蒸気管５０ｂの段部５５に載置されたならば、蒸気管５０ａの雄ねじ部５２を蒸気管５０ｂの雌ねじ部５３に螺合させる。
【００２２】
蒸気管５０ａを蒸気管５０ｂに螺合させたならば、図４に示すように、蒸気管５０ａを軸周りに回転させて、蒸気管５０ａ，５０ｂ同士を締め付ける。この場合も、上述したように、メタルパッキン１では、各環状リップ４，５の遊端部４ａ，５ａ同士間の距離Ｈが、開口部２の軸方向における環状基部３の厚さＤよりも長いことから、図４に示すように、蒸気管５０ａの先端は、環状基部３の上面３ａと接触する前に、環状リップ４と接触する。この状態から、更に蒸気管５０ａを軸周りに回転させて、蒸気管５０ａ，５０ｂ同士を締め付ける。
【００２３】
これにより、各環状リップ４，５は、それぞれ接触している蒸気管５０ａ，５０ｂに押圧されて、付根部分（環状基部３の上下の内周縁部）を基にして弾性的に折り曲げられる。そして、各環状リップ４，５の遊端部４ａ，５ａと、対応する蒸気管５０ａ，５０ｂとの接触部分に、変形に応じた反発力による応力が集中することになる。従って、メタルパッキン１は、蒸気管５０ａ，５０ｂに加える締付力を比較的小さくしても、極めて良好なシール性能を発揮することになる。
【００２４】
そして、蒸気管５０ａ，５０ｂ同士の締付作業は、図５に示すように、蒸気管５０ａの先端が環状基部３の上面と接触すると共に、段部５５（蒸気管５０ｂ）の上面が環状基部３の下面３ｂと接触した段階で終了させる。すなわち、メタルパッキン１を適用する場合、蒸気管５０ａ，５０ｂの締付距離は、矩形断面を有する環状基部３の上面３ａと下面３ｂとによって規定される距離（厚さ）Ｄによって規定されることになる。これにより、蒸気管５０ａ，５０ｂを過剰に締め付けてメタルパッキン１を塑性変形させてしまうことを極めて確実に防止することができる。従って、メタルパッキン１を再装着する際であっても、本来の反発力や装着性を良好に維持することが可能である。
【００２５】
また、蒸気管５０ａの先端が環状基部３の上面３ａと接触し、段部５５の上面が環状基部３の下面３ｂと接触した状態では、蒸気管５０ａの先端との環状リップ４の上面とが完全に密着し合うと共に、段部５５と環状リップ５の上面とが完全に密着し合う。これに加えて、蒸気管５０ａ，５０ｂの孔部５１，５４に蒸気（流体）を流通させた際には、当該蒸気が環状リップ４，５同士の隙間Ｇに流れ込み、当該蒸気からの圧力が環状リップ４，５を蒸気管５０ａ、又は、５０ｂに対して押し付けるように作用することになる。従って、メタルパッキン１を用いれば、蒸気管５０ａと蒸気管５０ｂとの連結部を極めて良好に密封することが可能となる。
【００２６】
図６に、本発明によるメタルパッキンの変形例を示す。同図に示すメタルパッキン１Ａは、金属性の筒体を輪切にすることにより、同図において破線で示す部材Ｐｉを得た上で、部材Ｐｉの内周に塑性加工を施して、環状リップ４，５を折り曲げ成形したものである。この場合、環状リップ４，５を所望の形状にするために、部材Ｐｉに対して、適宜、切削加工や熱処理を施すと好ましい。このようなメタルパッキン１Ａも、低コストで構成可能であると共に、高い設計上の自由度を有し、かつ、極めて高いシール性や良好な装着性を発揮する。
【００２７】
なお、上述したメタルパッキン１，１Ａは、環状基部３の上側の内周縁部から環状リップ４が突出し、環状基部３の下側の内周縁部から環状リップ５が突出するものとして説明したが、これに限られるものではない。すなわち、図７に示すメタルパッキン１Ｂのように、環状基部３の内周の中間部から、互いに離間するように環状リップ４，５を突出させてもよい。また、上述したメタルパッキン１，１Ａ，１Ｂについては、いずれも、各環状リップ４，５が環状基部３の内周から内方に突出するものとして説明したが、これに限られるものではない。すなわち、図８に示すメタルパッキン１Ｃのように、環状基部３の外周から、一対の環状リップ４，５を外方に向けて突出させてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によるメタルパッキンは、以上説明したように構成されているため、次のような効果を得る。すなわち、本発明によるメタルパッキンは、装着対象となる一対の中空部材の孔部同士を連通させる開口部を有する環状基部と、環状基部の内周又は外周から、内方又は外方に突出する一対の環状リップとを備える。そして、各環状リップは、環状基部から遠ざかるにつれて互いに離間し、かつ、遊端部同士間の距離が、開口部の軸方向における環状基部の長さよりも長くなるように形成されている。この結果、本発明によれば、良好なシール性、装着性を有すると共に、低コストで構成可能であり、かつ、設計の自由度が高いメタルパッキンの実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるメタルパッキンの使用状態を示す断面図である。
【図２】図１に示すメタルパッキンの斜視図である。
【図３】図２におけるIII−III線についての断面図である。
【図４】本発明によるメタルパッキンの装着手順を説明するための断面図である。
【図５】本発明によるメタルパッキンの装着手順を説明するための断面図である。
【図６】本発明によるメタルパッキンの変形例を示す断面図である。
【図７】本発明によるメタルパッキンの他の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明によるメタルパッキンの更に他の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…メタルパッキン、２…開口部、３…環状基部、４，５…環状リップ、４ａ，５ａ…遊端部、６…突起、５０ａ，５０ｂ…蒸気管、５１…孔部、５２…雄ねじ部、５３…雌ねじ部、５４…テーパ孔部、５５…段部。

Claims (4)

1. 互いに連結し合う、外周に雄ねじ部が形成された一方の中空部材と、内周に前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部が形成された他方の中空部材との間に装着されるメタルパッキンにおいて、
   前記各中空部材の孔部同士を連通させる開口部を有し、前記一方の中空部材と前記他方の中空部材との締結時において、軸方向の一方の面が前記一方の中空部材の先端に接触すると共に、軸方向の他方の面が前記他方の中空部材の先端に接触するように形成された環状基部と、
   前記環状基部の内周又は外周から、内方又は外方に突出する一対の環状リップと、
   前記環状基部の外周面に、前記開口部の中心軸に関して点対称をなすように配設され、前記雌ねじ部に螺合可能な複数の突起と、を備え、
   前記各環状リップは、前記環状基部から遠ざかるにつれて互いに離間し、かつ、前記各環状リップの遊端部同士間の距離は、前記開口部の軸方向における前記環状基部の長さよりも長く形成されており、
   前記環状基部の軸方向における両面が前記一方の中空部材および前記他方の中空部材に接触した状態において、前記一方の環状リップは、前記一方の中空部材に接触し、前記他方の環状リップは、前記他方の中空部材に接触するように形成されていることを特徴とするメタルパッキン。
2. 前記環状基部は、略矩形の断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載のメタルパッキン。
3. 円盤状の金属材を切削加工することにより形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のメタルパッキン。
4. 金属製の筒体を輪切りにし、内周又は外周に塑性加工を施すことにより形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のメタルパッキン。

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