(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の配管接続用フランジ（１)(１）間に配設されるセンターリング部（３）と、外径方向へ開口する凹周溝（４）を形成すると共に該一対のフランジ（１)(１）の端面（10)(10）に圧接して密封作用をなす一対の密封アーム部（５)(５）とを、金属にて一体に作製し、
上記密封アーム部（５）が上記フランジ（１）の端面（10）に圧接する部位に、小突起（７）を形成し、
上記一対の密封アーム部（５)(５）と、上記一対のフランジ（１)(１）の端面（10)(10）との過度の圧接を防止するように、一対の上記端面（10)(10）間隔寸法（Ｗ）を規制する段差部（９)(９）を、上記センターリング部（３）に形成し、さらに、上記段差部（９）に、上記フランジ（１）の端面（10）に圧接する副突起（23）を形成して、上記密封アーム部（５）の小突起（７）と共に同心円状二重シール構造としたことを特徴とする継手用シール構造体。
【請求項２】
一対の配管接続用フランジ（１)(１）間に配設されるセンターリング部（３）と、外径方向へ開口する凹周溝（４）を形成すると共に該一対のフランジ（１)(１）の端面（10)(10）に圧接して密封作用をなす一対の密封アーム部（５)(５）とを、金属にて一体に作製したシール本体（６）と、該シール本体（６）の上記凹周溝（４）に内装されて上記一対の密封アーム部（５)(５）を使用状態にて上記端面（10)(10）に圧接する方向に弾発付勢する弾性体（８）と、を具備し、
上記密封アーム部（５）が上記フランジ（１）の端面（10）に圧接する部位に、小突起（７）を形成し、
上記一対の密封アーム部（５)(５）と、上記一対のフランジ（１)(１）の端面（10)(10）との過度の圧接を防止するように、一対の上記端面（10)(10）間隔寸法（Ｗ）を規制する段差部（９)(９）を、上記センターリング部（３）に形成し、さらに、上記段差部（９）に、上記フランジ（１）の端面（10）に圧接する副突起（23）を形成して、上記密封アーム部（５）の小突起（７）と共に同心円状二重シール構造としたことを特徴とする継手用シール構造体。
【請求項３】
弾性体（８）がＯリングである請求項２記載の継手用シール構造体。
【請求項４】
弾性体（８）が、その横断面形状においてアール部（21）が内径側を向くように上記凹周溝（４）に内装されたＤリングである請求項２記載の継手用シール構造体。
【請求項５】
凹周溝（４）の内周奥底部が、横断面略円弧状又は隅部アール状に形成されている請求項１，２，３又は４記載の継手用シール構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は継手用シール構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般にＮＷ継手（またはＫＦ継手若しくはクランプチェーン）と呼ばれる継手は、図15と図16に示すように、一対のフランジ31, 31と、開閉自在なクランプ32と、シール用のＯリング34と、このＯリング34の位置決め用金属製センターリング35とにより構成されていた。
【０００３】
この図15と図16の構成のＮＷ継手としては、例えば、特開平７−243567号にて提案されているが、この継手を、高真空で使用したり、ゴム部材を侵す薬品用に使用する場合には、上記Ｏリング34はゴム製であるので、使用できなかった。つまり、ゴム製Ｏリング34は、気体の透過性の問題───真空度が悪くなるという問題───や、薬品に対して弱い性質を有しているため耐久性で問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、Ｏリング34の代わりに金属シール材を上記問題は解決できる。しかしながら、ＮＷ継手は、ピンにて枢結された一対の半円弧状のクランプ32, 32を（図示省略のネジ杆とナットにて）締め付ける構造であるので、片締めが発生しやすく、金属シール材では片締め状態で直ちに漏洩が発生するという問題がある。
【０００５】
即ち、金属はゴムに比べ、弾性変形量が極端に小さいので、金属シール材の密封部位を均等に押し潰すように締め付けなければ、安定した密封性（シール性）が発揮できず、従って、片締め状態となりやすいＮＷ継手としては、金属シール材は不適当と考えられていた。
【０００６】
本発明の目的は、このような従来の問題点を解決し、高真空での密封性（シール性）を確保でき、かつ、薬品にも侵されず、しかも、クランプの締め付け時に片締めが生じにくく、安定した密封性（シール性）を発揮できる（ＮＷ）継手用のシール構造体を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題を解決するため、一対の配管接続用フランジ間に配設されるセンターリング部と、外径方向へ開口する凹周溝を形成すると共に該一対のフランジの端面に圧接して密封作用をなす一対の密封アーム部とを、金属にて一体に作製し、上記密封アーム部が上記フランジの端面に圧接する部位に、小突起を形成し、上記一対の密封アーム部と、上記一対のフランジの端面との過度の圧接を防止するように、一対の上記端面間隔寸法を規制する段差部を、上記センターリング部に形成し、さらに、上記段差部に、上記フランジの端面に圧接する副突起を形成して、上記密封アーム部の小突起と共に同心円状二重シール構造とした。
また、一対の配管接続用フランジ間に配設されるセンターリング部と、外径方向へ開口する凹周溝を形成すると共に該一対のフランジの端面に圧接して密封作用をなす一対の密封アーム部とを、金属にて一体に作製したシール本体と、該シール本体の上記凹周溝に内装されて上記一対の密封アーム部を使用状態にて上記端面に圧接する方向に弾発付勢する弾性体と、を具備し、上記密封アーム部が上記フランジの端面に圧接する部位に、小突起を形成し、上記一対の密封アーム部と、上記一対のフランジの端面との過度の圧接を防止するように、一対の上記端面間隔寸法を規制する段差部を、上記センターリング部に形成し、さらに、上記段差部に、上記フランジの端面に圧接する副突起を形成して、上記密封アーム部の小突起と共に同心円状二重シール構造としたものである。
【０００８】
なお、弾性体がＯリングとするのが、好ましい。
【０００９】
あるいは、弾性体が、その横断面形状においてアール部が内径側を向くように上記凹周溝に内装されたＤリングであるのが好ましい。
また、凹周溝の内周奥底部が、横断面略円弧状又は隅部アール状に形成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図12は、配管の接続等に使用されるＮＷ継手を例示する分解斜視図であり、図13は、このＮＷ継手の接続途中の状態を模式的に示す要部断面図であり、図14は、接続（完了）状態を模式的に示す要部断面図である。
【００１１】
この図12と図13と図14に於て、ＮＷ継手は、一対のフランジ１，１と、開閉自在なクランプ２と、（本発明に係る）シール構造体Ｓとから構成される。フランジ１は、パイプ等の配管材に連結される筒部１ａと、この筒部１ａの内端側に連設された外鍔部１ｂとを、有する。
【００１２】
この外鍔部１ｂの内端面───即ちフランジ１の端面10───は、軸心Ｌと直交する平面状である。さらに、外鍔部１ｂの外端面11は基端側（内径寄り）ほど肉厚が増加する勾配面状に形成される。
そして、シール構造体Ｓは、一対の上記フランジ１，１の端面10, 10の間に配設される。
【００１３】
クランプ２は、組み合わされて円環状となる一対の略半円弧状の半割部材12, 12と、この一対の半割部材12, 12を開閉自在に枢結したヒンジ部13と、半割部材12, 12の開放可能端側の突出片部14, 14を相互に連結するためのボルト杆15・蝶ネジ16から成る着脱締付具17等から、構成されている。そして、半割部材12はその内周に凹溝18が形成され、横断面が略コ字状等として、その凹溝18にフランジ１，１の外鍔部１ｂ，１ｂが嵌合する。半割部材12の凹溝18を形成する左右側壁部19, 19の内径端縁は僅かに面取りされて、フランジ１の外鍔部１ｂの勾配状外端面11に当接し、図13の状態から図14の使用状態（締付状態）に移行し、一対の対向する外鍔部１ｂ，１ｂを相互に接近させる（引き寄せる）。
【００１４】
次に、シール構造体Ｓについて説明すると、図１、及び、図13と図14に示すように、一対の配管接続用フランジ１，１間に配設されるセンターリング部３と、外径方向へ開口する凹周溝４を形成する一対の密封アーム部５，５とを、金属にて一体に作製したシール本体６を、備えている。
【００１５】
シール本体６は、例えば金属切削（又は研削）にてリング状に一体加工され、また、材質は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル等の金属、あるいは、それらの合金等が使用される。さらに、一対の上記密封アーム部５，５は、（図13と図14に示す如く）一対のフランジ１，１の端面10, 10に使用状態で圧接して密封作用をなすものであり、図１に示した第１の実施の形態では、一対の密封アーム部５，５は横断面略Ｕ字型であって、外側端面に三角山形の小突起７を有する。
【００１６】
言い換えれば、密封アーム部５が、フランジ１の端面10に圧接する（シール）部位に、小突起７が鋭いエッジをもって、突出状に形成されており、かつ、横断面Ｕ字状の一対のこの密封アーム部５，５は、図13から図14のようにしだいにフランジ１，１の端面10, 10が接近するに伴って、弾性変形し、その反力によって、鋭いエッジの小突起７，７が端面10に喰い込むようにして、密封作用をなす。
【００１７】
そして、上記凹周溝４内には、ゴム製Ｏリング等の弾性体８が嵌着（内装）されている。この弾性体８は、図14に示す如く、使用（締付）状態下にて、フランジ１の端面10, 10に密封アーム部５，５（の小突起７，７）が圧接する方向に、弾発付勢する。
【００１８】
次に、センターリング部３について説明すると、前述の一対の密封アーム部５，５と、一対のフランジ１，１の端面10，10との過度の圧接を防止するように、一対の上記端面10, 10間隔寸法Ｗ（図14参照）を規制する段差部９，９を、備えている。
【００１９】
具体的には、センターリング部３の横断面形状を扁平凸型に形成して、段差部９，９の間隔寸法Ｂを、適切な値に設定する。この間隔寸法Ｂは、自由状態（図１参照）における一対の密封アーム部５，５の厚さ寸法Ｔの70％〜90％に設定する。さらに、上記間隔寸法Ｂを、厚さ寸法Ｔの75％〜85％に設定するのが好ましい。
なお、図１の第１の実施の形態では、小突起７，７の先端から先端までの間隔寸法が厚さ寸法Ｔに相当している。
【００２０】
そして、寸法Ｂが上記下限値未満であれば、密封アーム部５，５が締付状態下で過大に変形し、従って、密封アーム部５と、フランジ１の端面10との過度に圧接され、塑性変形によって正常な密封作用ができなくなったり、部分的に破損する虞がある。逆に、上限値を越すと、密封アーム部５と、フランジ１の端面10との圧接力が不足して密封性（シール性）が十分に発揮されなくなる虞がある。
【００２１】
図１に示した自由状態において、シール本体６の一対の密封アーム部５，５の外周縁５ａ，５ａよりも、弾性体８の外周縁が、小さな径寸法に設定され、弾性体８が凹周溝４から突出しないように内装されている。
そして、図１に示したシール本体６に於ては、一対の密封アーム部５，５をその内端寄りで連結して、Ｕ字型に構成されると共に、首部20にて、横断面扁平凸字型のセンターリング部３の外周面中央に、連設した形状として、一対の密封アーム部５，５の全体としての弾性変形を柔軟に行って、小突起７が常に安定して略一定の弾発的圧接力で、フランジ１の端面10に圧接させることができる。
【００２２】
また、凹周溝４の内周奥底部が、横断面円弧状（半円弧状）に形成され、Ｏリング等の弾性体８を安定姿勢で内装できると共に、シール本体６に局部的に集中応力が生ずることを防止し、円滑に弾性的圧縮変形を行わしめている。
【００２３】
次に、図２に示した第２の実施の形態では、弾性体８がＤリングである。つまり、弾性体８は、その横断面形状においてアール部21が内径側を向くように、凹周溝４に内装された、横断面Ｄ型のリング体である。そして、図例では、凹周溝４の内面に密封状に内装され、かつ、（図１と同様に）自由状態において、弾性体８の外周縁は、凹周溝４から外径方向へは、突出しないように、嵌合している。
【００２４】
また、図２では、小突起７として、丸味のある形状───例えば半円形や半楕円形山形───に形成されている。それ以外は、図１で述べた構成と同様の構成は同一の符号をもって示したので、その説明を省略する。
【００２５】
次に、図３に示す比較例に於て、図１と比較すれば明らかな如く、小突起７，７を省略している。即ち、密封アーム部５の外側面を平滑面状として、（図13・図14に示した）フランジ１の端面10に当接して、密封させるようにしたものである。それ以外は、図１と同一の符号は同一の構成を示しているので、説明を省略する。
【００２６】
次に、図４に示す第３の実施の形態に於て、図２と比較すれば明らかなように、（弾性体８は同じＤリングであるが）密封アーム部５，５の外側面を凹凸波状として、複数本の（全体円環状の）小突起７…を形成した場合を例示する。このように複数本の小突起７…を形成すれば、使用状態で、密封アーム部５，５の弾性変形の大小にかかわらず、安定した密封性能が発揮できる利点がある。
それ以外は、図１，図２と同一の符号は同一の構成であることを示し、説明を省略する。
【００２７】
次に、図５に示す第４の実施の形態では、図１と比較して明らかなように、小突起７，７の位置が密封アーム部５の先端（外周縁５ａ）側に、配設されている。また、図６に示す第５の実施の形態では、図２と比較すれば明らかなように、小突起７の位置が密封アーム部５の先端（外周縁５ａ）側に、配設されている。この図５，図６に於て、図１，図２と同一符号の部分は同一構成であることを示す。この図５，図６のように構成すれば、一対の小突起７，７間の寸法（厚さ寸法Ｔ）の弾性変形可能域が増加し、安定した弾発力をもって、フランジ１の端面10（図14参照）に圧接できる利点がある。
【００２８】
次に、図７に示す第６の実施の形態では、図１と比較すると次の点が相違する。即ち、金属製のシール本体６に首部20が無い形状とされ、密封アーム部５，５が、センターリング部３からストレート状に外径方向へ延伸した形状であり、凹周溝４が深く、従って、この凹周溝４に内装される弾性体８も径方向に長い扁平Ｄ型のＤリングになっている。また、小突起７，７は密封アーム部５，５の先端寄りに配設されている。それ以外は、図１と同一符号をもって同一構成であることを示して、説明を省略する。
【００２９】
図８に示す第７の実施の形態では、図７と比較すると次の点が相違する。即ち、小突起７を半円形や半楕円形や山形としている点、及び、凹周溝４の内周奥底部が、隅部アール状に形成されている点、及び、弾性体８が横断面楕円形乃至長円形（円盤形）である点、が主として相違している。
【００３０】
隅部アール状とは、凹周溝４の内周奥底部の両隅部を直角とせずに、丸味を持たせたアール状としていることで、密封アーム部５，５に外力が作用したときの応力集中を避けている形状である。それ以外は、上述の他の実施の形態と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００３１】
次に、図９に示す第８の実施の形態では、図７と比較すれば明らかなように、弾性体８をＯリングとすると共に、凹周溝４を、内周寄りの小幅部４ａと外周寄りの大幅部４ｂに（２段に）形成し、Ｏリングから成る弾性体８を大幅部４ｂに嵌着させている。なお、小幅部４ａと大幅部４ｂとの段差部をアール状として、Ｏリングから成る弾性体８が密に接するように保持される。
【００３２】
小突起７，７が密封アーム部５，５の先端寄りに配設され、その内部に於て、弾性体８が同様に先端寄りに配設されているので、この弾性体８の弾発力が有効に作用して、小突起７，７がフランジ１の端面10（図14参照）に大きな局部的圧力で圧接し、高い密封性（シール性）を発揮する。なお、凹周溝４の内周奥底部は略円弧状である。
【００３３】
次に、図10に示す第９の実施の形態では、図９と比較すれば明らかなように、弾性体８がＤリングである点、及び、小突起７が半円形等の丸味のある山形である点、及び、凹周溝４の内周奥底部が、（図８と同様に）直角隅部にアールを付けた隅部アール状に形成されている点で、相違している。それ以外の構成は、既述の実施の形態と同一符号をもって同様の構成であることを示したので、説明を省略する。
【００３４】
ところで、図11に於て、センターリング部３の段差部９の要部拡大図を示し、図13, 図14のように、フランジ１の端面10に圧接する段差部９に、副突起23を突出状に形成して、密封アーム部５の前述の小突起７と共に、同心円状に（内外）二重シール構造としている。図11（Ａ）では、丸味のある半円形や小山形の副突起23の場合を示し、図11（Ｂ）では、三角山形でエッジのある副突起23の場合を示す。
この図11（Ａ）又は図11（Ｂ）の構成は、既述の図１，図２，図４〜図10のいずれの実施の形態にも適用されている。
【００３５】
図14に示した使用（締付）状態に於て、図11の構成を図１，図２，図４〜図10に適用した内外二重シール構造であるので、フランジ１，１の内部を流れる流体が確実に密封されて、外部への漏洩を防止できる。
【００３６】
上述のように、本発明に係るシール構造体Ｓは、従来の（図16に示した）センターリング35の機能と、従来の（図16の）Ｏリング34のシール機能とを、兼ね備えているものである。なお、図１，図２，図４〜図11で説明したいずれの実施の形態に於ても、所望により、弾性体８を省略することも可能であり、金属製のシール本体６のみにて構成してもよい。
【００３７】
このシール構造体Ｓの使用方法について説明すれば、図12に示すように、一対のフランジ１，１の外鍔部１ｂ，１ｂ間に、シール構造体Ｓを介装（挾着）して、クランプ２の半割部材12, 12の凹溝18, 18に上記外鍔部１ｂ，１ｂを差し込む。半割部材12, 12を、ヒンジ部13廻りに揺動して閉じ、蝶ネジ16によって締付ける。そうすると、図12及び図13から図14に示すように、クランプ２の径が縮小するに伴って、クランプ２の左右側壁部19, 19の内周縁が、外鍔部１ｂの勾配状（傾斜状）の外端面11に摺接しつつ、端面10, 10が相互に近付く方向に移動する。これによって、密封アーム部５，５の外側面が端面10, 10に密着（圧接）状態となり、密封アーム部５の（板バネのような）弾発付勢力によって、密封性（シール性）を発揮するように、接続が完了する。
【００３８】
なお、上記一対の端面10, 10の間隔寸法Ｗは、センターリング部３の段差部９に、端面10の内周端が当接することで、規制され、密封アーム部５と端面10との過度の圧接を防止し（密封アーム部５の過度の変形を防止し）、破損を防ぎ、常に安定した密封性（シール性）を発揮できる。
【００３９】
しかも、クランプ２を図12から図13のように締め付けていった場合、例えば、ヒンジ部13側から先に両外鍔部１ｂ，１ｂが接近し、反ヒンジ部側（開口側）が遅れて接近するような不均等な締付けが発生しようとしたとき、センターリング部３に形成した段差部９，９に上記ヒンジ部13側に於て端面10, 10が当接し、それ以上の締付けが防止され、引続いて反ヒンジ部側（開口側）が締付けられて、片締めが防止でき、 360°全周にわたって、均一に締付けできる。
【００４０】
そして、図11に示す副突起23は、クランプ締付けによって押し潰され（圧接され）、本来の小突起７によるシールとは別の部位でもシールが行われ、２重シール機能を発揮できる。
【００４１】
図14に於て、継手の内部───フランジ１，１の内部───が流体通路として使用されるが、本発明では、密封（シール）機能は、（ゴム製の弾性体８ではなく）薬品等の流体に対して耐久性のある金属材から成るシール本体６の密封アーム部５，５が、はたすので、かつ、ゴム製の弾性体８はこのような流体に接しないので、シール構造体Ｓとして耐久性に優れ、かつ、気体の透過性の問題も解決できる。
【００４２】
なお、本発明は図示の実施の形態に限定されず種々設計変更自由であって、図１，図２，図４〜図10の部分的特徴点を交互に入替えて適用するも、好ましいことである。また、弾性体８として、弾発力に優れたプラスチックを用いても良い。
【００４３】
【実施例】
図６に示した形状のものを作製した。シール本体６をアルミニウムで作り、弾性体８としてフッ素ゴム製Ｄリングを用いて、Ｈｅリーク試験を行った。その結果、リーク量は、１×10-11 Ｐａ・ｍ3 ／sec 程度と良好なシール性能を確認できた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は上述の構成により次のような著大な効果を奏する。
（請求項１，２によれば、）密封される流体には金属が接触するので、耐食性・耐薬品性に優れ、かつ、密封アーム部５と、フランジ１の端面10との圧接で（超高真空等に於て）高い密封性（シール性）を発揮する。
また、センターリング部３と密封アーム部５，５とが一体に作製されているので、寸法精度が高く、クランプ２に正確な位置・姿勢に保持され、安定して優れた密封性（シール性）を発揮する。かつ、クランプ２の締付力が小さくても十分な密封性（シール性）が得られる。
また、小突起７の存在により、極めて大きい接触面圧で、フランジ１の端面10に圧接する。これによって、確実に密封性（シール性）を高め得る。
また、段差部９，９によって確実に密封アーム部５，５のフランジ端面10, 10への過度の圧接、及び、それに伴う密封アーム部５，５の過大な変形を防止できる。これによって、使用状態（締付状態）にて、適切な面圧力で密封アーム部５，５がフランジ端面10，10に接触し、安定した密封性（シール性）を発揮できる。しかも、クランプ２を締付けてゆく、途中で、片締めを有効に防止でき、金属製のシール本体６の密封アーム部５，５であっても、 360°全周に均等な面圧にて密封アーム部５の外側面が、フランジ端面10，10に接触できる。
同心円状二重シール構造として、一層安定した確実な密封性（シール性）を得ることができる。しかも、構造は簡素で、部品点数も増加しない。
【００４５】
（請求項２によれば、）凹周溝４内の弾性体８によって、密封アーム部５が、確実にかつ強く、フランジ１の端面10に圧接して、一層安定した密封性（シール性）を発揮できる。かつ、弾性体８としてゴムやプラスチック等を使用したとしても、内部の流体との接触が、金属製のシール本体６にて包囲（被覆）される構造であることによって防止され、弾性体８が薬品等の流体にて侵されることがなくなり、長寿命なシール構造体である。
【００４６】
（請求項３によれば、）弾性体８として部品の入手が容易であって、しかも、常に安定して密封アーム部５，５を側外方へ弾発的に押圧して、フランジ端面10，10に対して、強力に圧接させることが可能となる。
（請求項４によれば、）凹周溝４の断面積を有効活用できると共に、特に、密封アーム部５，５の先端寄りが相互に接近する方向に過度に変形するのを、防止できる。
（請求項５によれば、）凹周溝４の内周奥底部に於て、密封アーム部５，５の基端に応力集中が生ずることを防止できる。かつ、密封アーム部５，５が円滑に弾性変形する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の第１の形態を示す要部断面図である。
【図２】  本発明の実施の第２の形態を示す要部断面図である。
【図３】  比較例を示す要部断面図である。
【図４】  本発明の実施の第３の形態を示す要部断面図である。
【図５】  本発明の実施の第４の形態を示す要部断面図である。
【図６】  本発明の実施の第５の形態を示す要部断面図である。
【図７】  本発明の実施の第６の形態を示す要部断面図である。
【図８】  本発明の実施の第７の形態を示す要部断面図である。
【図９】  本発明の実施の第８の形態を示す要部断面図である。
【図10】  本発明の実施の第９の形態を示す要部断面図である。
【図11】  要部拡大断面図である。
【図12】  継手の一例を示す分解斜視図である。
【図13】  使用方法を説明すると共に継手の締付途中の状態を示す要部断面図である。
【図14】  使用方法を説明する使用状態（締付状態）を示す要部拡大断面図である。
【図15】  従来例を示す断面図である。
【図16】  従来例を示す使用状態説明図である。
【符号の説明】
１  フランジ
１ｂ  外鍔部
２  クランプ
４  凹周溝
５  密封アーム部
６  シール本体
７  小突起
８  弾性体
９  段差部
10  端面
23  副突起
Ｓ  シール構造体
Ｔ  厚さ寸法
Ｗ  間隔寸法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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