阅读说明：本技术 金属垫圈 (Metal gasket ) 是由 佐藤广嗣 于 2018-07-11 设计创作，主要内容包括：一种金属垫圈,其为在火力发电站、核电站、蒸汽涡轮船的蒸汽机构、炼油线、石油化学工业的生产线、半导体制造线等中将配管彼此连接时使用的金属垫圈,其特征在于,在金属垫圈1的外周面具有V字状的圆周槽2,圆周槽2的深度A与金属垫圈1的截面的水平方向的长度B之比(圆周槽的深度A/水平方向的长度B)的值为0.1～0.95,V字状的圆周槽2的切口角度为30～120°。(A metal gasket used for connecting pipes to each other in a steam plant, a nuclear power plant, a steam turbine ship, a production line of a petroleum chemical industry, a semiconductor manufacturing line, or the like, wherein a V-shaped circumferential groove 2 is provided on an outer circumferential surface of a metal gasket 1, a ratio of a depth A of the circumferential groove 2 to a length B of a cross section of the metal gasket 1 in a horizontal direction (depth A of the circumferential groove/length B in the horizontal direction) is 0.1 to 0.95, and a notch angle of the V-shaped circumferential groove 2 is 30 to 120 °.)

金属垫圈

技术领域

本发明涉及金属垫圈。更详细而言，本发明涉及例如在火力发电站、核电站、蒸汽涡轮船的蒸汽机构、炼油线、石油化学工业的生产线、半导体制造线等中将配管彼此连接时使用的金属垫圈

背景技术

作为耐热性优异且紧固力低的金属垫圈，提出了金属中空O形环、金属C形环等(例如参见专利文献1和专利文献2)。作为与这些金属垫圈相比紧固力小、且密封性优异的金属垫圈，提出了在环状的内周面具有V字状的圆周槽的金属制环形垫圈；在外径部侧面或内径部侧面具备凹槽的金属垫圈(例如参见专利文献3和专利文献4)。

上述金属制环形垫圈和上述金属垫圈均是紧固力小、密封性优异。

但是，近年来，希望开发出通过以更小的紧固力将法兰间紧固而能确保密封性的金属垫圈。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-177976号公报

专利文献2：日本特开平11-30333号公报

专利文献3：日本实开昭60-43766号公报

专利文献4：日本特开2003-156147号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是鉴于上述现有技术而进行的，其课题在于提供一种通过以小的紧固力将法兰间紧固而能确保密封性的金属垫圈。

用于解决课题的手段

本发明涉及：

(1)一种金属垫圈，其特征在于，在金属垫圈的外周面具有V字状的圆周槽，该圆周槽的深度A与该金属垫圈的截面的水平方向的长度B之比(圆周槽的深度A/水平方向的长度B)的值为0.1～0.95，V字状的圆周槽的切口角度为30～120°；

(2)如上述(1)所述的金属垫圈，其中，该金属垫圈的表面硬度为15～250HV；和

(3)如上述(1)或(2)所述的金属垫圈，其中，金属垫圈由选自由铝、铝合金、不锈钢、镍铬铁耐热耐蚀合金、碳钢、铅、金、银、铜和镁合金组成的组中的金属形成。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种通过以小的紧固力将法兰间紧固而能确保密封性的金属垫圈。

附图说明

图1中，(a)是示出本发明的金属垫圈的一个实施方式的示意性侧视图，(b)是示出该金属垫圈的一个实施方式的示意性俯视图。

图2是示出图1的(b)所示的X-X部的金属垫圈的一个实施方式的示意性截面图。

图3是示出图1的(b)所示的X-X部的金属垫圈的另一实施方式的示意性截面图。

图4是示出图1的(b)所示的X-X部的金属垫圈的又一实施方式的示意性截面图。

图5是关于本发明的金属垫圈的V字状的圆周槽的深度A和金属垫圈的水平方向的长度B的示意性说明图。

图6是各实施例和各比较例中使用的垫圈的密封性的评价试验装置的示意性说明图。

具体实施方式

如上所述，本发明的金属垫圈的特征在于，在该金属垫圈的外周面具有V字状的圆周槽，该圆周槽的深度A与该金属垫圈的截面的水平方向的长度B之比(圆周槽的深度A/水平方向的长度B)的值为0.1～0.95，V字状的圆周槽的切口角度为30～120°。本发明的金属垫圈由于具有上述构成，因此可发挥出通过以小的紧固力将法兰间紧固而确保密封性的优异效果。

以下，基于附图对本发明的金属垫圈进行详细说明，但本发明不仅限定于该附图中记载的实施方式。

图1的(a)是示出本发明的金属垫圈的一个实施方式的示意性侧视图，图1的(b)是该金属垫圈的示意性俯视图。

图1中，从通过以小的紧固力将法兰间紧固而确保密封性的方面出发，本发明的金属垫圈1的表面硬度(维氏硬度)的下限值优选为15HV以上、更优选为19HV以上。另外，从通过以小的紧固力将法兰间紧固而确保密封性的方面出发，本发明的金属垫圈1的表面硬度(维氏硬度)的上限值优选为250HV以下、更优选为220HV以下、进一步优选为175HV以下、更进一步优选为170HV以下。

对于本发明的金属垫圈1而言，从通过以小的紧固力将法兰间紧固而确保密封性的方面出发，金属垫圈的材质优选为选自由铝、铝合金、不锈钢、镍铬铁耐热耐蚀合金、碳钢、铅、金、银、铜和镁合金组成的组中的金属，更优选为选自由铝、铝合金、不锈钢和镍铬铁耐热耐蚀合金组成的组中的金属，进一步优选为铝或不锈钢。

作为铝合金，可以举出例如铝-铁合金、铝-铜合金、铝-锰合金、铝-镁合金、铝-锌合金、铝-镍合金等，但本发明并不仅限于上述例示。

作为不锈钢，可以举出例如SUS304、SUS430、SUS630、SUS631、SUS633、SUS420J2等，但本发明并不仅限于上述例示。

另外，作为用于镁合金的镁以外的金属，可以举出例如锂、钙、铝、锌、钛、锰、锆、钇、钽、钕、铌等，但本发明并不仅限于上述例示。

如图1的(b)所示，金属垫圈1的平面形状为环状。金属垫圈1的平面形状的外径L根据金属垫圈1的用途而异，不能一概地决定，因此优选根据金属垫圈1的用途适当决定，通常为2mm～3m左右。

图1的(b)所示的X-X部的金属垫圈1的截面形状可以如图2的(a)所示为圆形，也可以如图2的(b)所示为矩形，还可以如图2(c)所示为正方形、长方形等多边形。上述圆形是不仅包括正圆、还包括纵长的椭圆形和横长的椭圆形的概念的圆形。需要说明的是，图2的(a)～(c)分别是示出本发明的金属垫圈的一个实施方式的示意性截面图。

在金属垫圈1的上下表面，例如，可以如图3的(a)所示形成有平面部1a，可以如图3的(b)所示形成有凸部(突起)1b，可以如图3(c)所示形成有凹部1c，也可以如图3的(d)所示形成有切口部1d。平面部1a、凸部1b、凹部1c和切口部1d分别可以形成于上下表面的两个面，也可以仅形成于上表面，还可以仅形成于下表面。需要说明的是，图3的(a)～(d)分别是图1的(b)所示的X-X部的金属垫圈的另一实施方式的示意性截面图。

金属垫圈1在其外周面具有V字状的圆周槽2。V字状的圆周槽2的底部可以如图4的(a)所示呈锐角，也可以如图4的(b)所示呈平面，还可以如图4的(c)所示为圆弧状。在这些V字状的圆周槽2的形状中，从通过以小的紧固力将法兰间紧固而确保密封性的方面出发，优选如图4的(a)所示呈锐角。需要说明的是，图4的(a)～(c)分别是图1的(b)所示的X-X部的金属垫圈的又一实施方式的示意性截面图。

如图5所示，关于金属垫圈1的V字状的圆周槽的深度A与截面的水平方向的长度B之比(圆周槽的深度A/水平方向的长度B)的值，从通过以小的紧固力将法兰间紧固而确保密封性的方面出发，该比值为0.1以上、优选为0.2以上、更优选为0.3以上、进一步优选为0.4以上、更进一步优选为0.5以上；从提高金属垫圈1的机械强度、通过以小的紧固力将法兰间紧固而确保密封性的方面出发，该比值为0.95以下、优选为0.9以下、更优选为0.88以下、进一步优选为0.86以下。需要说明的是，图5是关于本发明的金属垫圈1的V字状的圆周槽2的深度A和金属垫圈1的水平方向的长度B的示意性说明图。

如图5所示，在金属垫圈1的V字状的圆周槽2与外周面的边界存在两处圆周槽2的端部3a、3b。圆周槽的深度A是指它们之中V字状的圆周槽2的深度更深的长度。

金属垫圈1的水平方向的长度B根据金属垫圈1的用途等而异，不能一概地决定，因此优选根据金属垫圈1的用途等适当决定，通常为1～15mm左右。

金属垫圈1的厚度t根据金属垫圈1的用途等而异，不能一概地决定，因此优选根据金属垫圈1的用途适当决定，通常为1.5～15mm左右。

关于V字状的圆周槽的切口角度θ，从通过以小的紧固力将法兰间紧固而确保密封性的方面出发，θ为30°以上、优选为40°以上、更优选为45°以上，从通过以小的紧固力将法兰间紧固而确保密封性的方面出发，θ为120°以下、优选为110°以下、更优选为100°以下。

如上构成的金属垫圈1通过以小的紧固力将法兰间紧固而能够确保密封性。

因此，本发明的金属垫圈1例如在火力发电站、核电站、蒸汽涡轮船的蒸汽机构、炼油线、石油化学工业的生产线、半导体制造线等中将配管彼此连接时可以适合使用。

实施例

接着，基于实施例来更详细地说明本发明的金属垫圈，但本发明并不仅限于这些实施例。

实施例1

作为金属垫圈，使用具有图1和图5所示的截面形状的铝制金属垫圈(表面硬度：22HV)。更具体而言，使用下述的金属垫圈1：在图1和图5所示的金属垫圈1中，金属垫圈1的平面形状的外径L为75mm，厚度t为3.5mm，V字状的圆周槽的深度A为3mm，水平方向的长度B为3.5mm，深度A与水平方向的长度B之比(圆周槽的深度A/水平方向的长度B)的值为0.86，V字状的圆周槽的切口角度为75°。

基于下述评价方法对上述金属垫圈1的密封性进行了评价。其结果，从金属垫圈1的氦气泄漏量为1×10^-9Pa·m³/s·m。将上述密封性的评价结果示于表1。

另外，基于下述评价方法对金属垫圈1的压缩性进行了评价。将其结果示于表1。需要说明的是，压缩性优异是指，为了消除垫圈与测试板之间的间隙所需要的压缩负荷小。

[密封性]

在评价垫圈的密封性时，使用图6所示的垫圈的密封性的评价试验装置4。图6是垫圈的密封性的评价试验装置4的示意性说明图。

首先，在密封性的评价试验装置4内将垫圈5安装于测试板6a、6b之间，对垫圈5赋予压缩负荷25kN/m后，从氦气储瓶7的喷嘴7a喷射氦气，使评价试验装置4内充满大气压的氦气。

接着，使用氦气检漏仪8，将垫圈内减压至真空度为0.1Pa为止，在到达该真空度后经过5分钟的时刻，测定从垫圈的外部流入垫圈内侧的空间部的氦气的泄漏量。

基于上述测定的氦气的泄漏量，根据以下评价基准对密封性进行评价。

(评价基准)

◎：氦气的泄漏量为1×10^-9Pa·m³/s·m以下。

〇：氦气的泄漏量超过1×10^-9Pa·m³/s·m且为1×10^-8Pa·m³/s·m以下。

Δ：氦气的泄漏量超过1×10^-8Pa·m³/s·m且为1×10^-6Pa·m³/s·m以下。

×：氦气的泄漏量超过1×10^-6Pa·m³/s·m。

[压缩性]

使用图6所示的垫圈的密封性的评价试验装置4，将垫圈5安装于测试板6a、6b之间，一边压缩垫圈一边用千分表测定测试板6a的移动量，测定基于式：[压缩率]＝[(初期的垫圈的高度)－(压缩后的垫圈的高度)]÷[初期的垫圈的高度]×100求出的压缩率到达17％时的压缩负荷，根据下述评价基准对压缩性进行评价。

(评价基准)

◎：压缩负荷小于50kN/m。

〇：压缩负荷为50kN/m以上且小于80kN/m。

Δ：压缩负荷为80kN/m以上且小于100kN/m。

×：压缩负荷为100kN/m以上。

[综合评价]

基于垫圈的密封性和压缩性的评价结果，将◎记为50分、〇记为30分、Δ记为10分、×记为-10分，对密封性的得分和压缩性的得分进行合计，将其总分记载于表1的综合评价的栏中，垫圈的密封性和压缩性的评价结果中的任一者存在×的评价时，在综合评价的栏中记载“不合格”。需要说明的是，综合评价的最高得分为100分。

实施例2

作为金属垫圈，使用具有图1和图5所示的截面形状的铝制金属垫圈(表面硬度：22HV)。更具体而言，使用下述的金属垫圈1：在图1和图5所示的金属垫圈1中，金属垫圈1的平面形状的外径L为75mm，厚度t为3.5mm，V字状的圆周槽的深度A为1.5mm，水平方向的长度B为3.5mm，深度A与水平方向的长度B之比(圆周槽的深度A/水平方向的长度B)的值为0.43，V字状的圆周槽的切口角度为45°。

与实施例1同样地对上述金属垫圈1的密封性和压缩性进行评价。将其结果示于表1。需要说明的是，使用上述金属垫圈1为了赋予与实施例1相同的密封性(1×10^-9Pa·m³/s·m以下)所需要的压缩负荷为25kN/m。

实施例3

作为金属垫圈，使用具有图1和图5所示的截面形状的铝制金属垫圈(表面硬度：22HV)。更具体而言，使用下述的金属垫圈1：在图1和图5所示的金属垫圈1中，金属垫圈1的平面形状的外径L为75mm，厚度t为3.5mm，V字状的圆周槽的深度A为1mm，水平方向的长度B为3.5mm，深度A与水平方向的长度B之比(圆周槽的深度A/水平方向的长度B)的值为0.29，V字状的圆周槽的切口角度为90°。

与实施例1同样地对上述金属垫圈1的密封性和压缩性进行评价。将其结果示于表1。需要说明的是，使用上述金属垫圈1为了赋予与实施例1相同的密封性(1×10^-9Pa·m³/s·m以下)所需要的压缩负荷为25kN/m。

实施例4～31和比较例1～9

在实施例1中，如表1所示变更金属垫圈的材质、图1的(b)所示的金属垫圈1的平面形状的外径L、以及图5所示的金属垫圈1的厚度t、V字状的圆周槽的深度A、截面的水平方向的长度B、V字状的圆周槽的深度A与截面的水平方向的长度B之比(圆周槽的深度A/水平方向的长度B)的值(表1中记为“深度A/长度B”)和V字状的圆周槽的切口角度θ(表1中记为“角度θ”)，除此以外与实施例1同样地制作金属垫圈，与实施例1同样地对该金属垫圈的密封性和压缩性进行评价。将其结果示于表1。

需要说明的是，将金属垫圈的材质记载于表1的“材质”一栏中，Al表示铝[硬度(HV)：22]，SUS表示SUS304[硬度(HV)：202]。

比较例10

作为现有的垫圈，使用不锈钢(SUS304)制的金属中空O形环[日本VALQUA工业株式会社制造、件号：3640]，与实施例1同样地对密封性和压缩性进行评价。将其结果示于表1。

比较例11

作为现有的金属垫圈，使用日本特开2003-156147号公报的图2所示的截面具有片假名的コ字形状的不锈钢(SUS316L)制的金属垫圈。更具体而言，使用下述的金属垫圈：在该图2所示的金属垫圈中，外径D为75mm，半径方向的宽度W₁为4mm，宽度W₂为3mm，尖端15、15间的宽度d为2mm。与实施例1同样地对该金属垫圈的密封性和压缩性进行评价。将其结果示于表1。

比较例12

作为现有的环形垫圈，使用如日本实开昭60-43766号公报的第1图和第2图所示在内周面具有V字状的圆周槽的不锈钢(SUS304)制的环形垫圈。更具体而言，使用下述的环形垫圈：在该第1图和第2图中，外径为75mm，截面形状为半径3mm的圆形，在内周面形成有从中心O至底部23的距离d为0mm、开度(切口角度)θ为90°的V字状的圆周槽。与实施例1同样地对上述环形垫圈的密封性和压缩性进行评价。将其结果示于表1。

[表1]

由表1所示的结果可知，在各实施例中得到的金属垫圈的情况下，与现有的金属中空O形环、金属垫圈和环形垫圈相比，通过以小的紧固力(压缩负荷)将法兰间紧固，能够确保密封性。

符号说明

1 金属垫圈

1a 平面部

1b 凸部

1c 凹部

2 V字状的圆周槽

3a 圆周槽的端部

3b 圆周槽的端部

4 密封性的评价试验装置

5 垫圈

6a 测试板

6b 测试板

7 氦气储瓶

7a 喷嘴

8 氦气检漏仪