JP3978021B2 - シールリング並びに複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック等のシールリング並びに複合材からなる複合材タンク、及び配管等のフランジ継手とカバーとの接合部のシール等に適用されるシールリング及び該シールリングを装備した複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機器に用いられる低温流体収容用の低温タンク、及びフランジ継手部は、軽量で高強度の繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の複合材が広く用いられている。かかる低温タンク、及びフランジ継手部においては、−２５０℃程度の極低温ガスを収容する場合があることから、タンク、及びフランジ継手部カバーとの接合フランジ部の流体シールは、前記のような極低温のガスによる熱収縮の影響を受けることなく、常時高いシール性を保持することが要求される。
【０００３】
図４は、かかる低温タンク、及びフランジ継手部においてマンホールを覆っているマンホールカバーとタンク本体との流体シール部の一例を示す要部拡大断面図である。図４において、１０はタンク本体、１１は該タンク本体１０の上面に開口されたマンホールを覆うマンホールカバーである。１５は前記タンク本体１０の上面に刻設された環状のリング溝であり、該リング溝１５内には環状のシールリング３０が嵌装され、前記タンク本体１０の内部に通ずる流体漏洩路１６を通して流れてくるガスをシールしている。
前記シールリング３０は円形断面の中空リング（３１は中空部）で、その外周面を前記リング溝１５の外周面１０ｃ、底面１０ａ及びマンホールカバー１１の下面１１ａに圧接することにより前記ガスのシールをおこなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる低温タンク、及びフランジ継手部においては、前記のように−２５０℃程度の極低温ガスを収容する場合があり、このため熱収縮量（温度収縮量）の大きいシールリング３０と熱収縮量（温度収縮量）の小さいタンク本体１０との間に熱収縮差が生じ、該シールリング３０とタンク本体１０及びマンホールカバー１１のシール面にずれが生じてシール不良によるガス漏れが発生し易い。
【０００５】
また、前記シールリング３０は円形断面の中空リングに形成され弾力性が小さいため、マンホールカバー１１をタンク本体１０に締め付けて、該シールリング３０を前記リング溝１５の底面１０ａ及びマンホールカバー１１の下面１１ａに圧接する際に該シールリング３０に塑性変形を生じてそれ以後のシール性が低下し、前記の場合と同様にシール不良によるガス漏れが発生し易い。
【０００６】
また、前記不具合に対応可能な技術として実開平４−１１７９５７号の考案が提供されている。かかる公報の図１に示されるシールリングは、該シールリングのリング溝及びカバー側への当接部が尖鋭に形成されているため、前記のような熱膨張差に追従し難い。又、係る公報の図８に示されるシールリングは、通常の円形断面Ｏリングの内周側を大きく開口しているが、内周側が大きく開口しているため、ばね作用による押圧力（ばね力）が小さく、上下のシール部におけるシール性が十分でない。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、タンク、及びフランジ継手部等の被シール体とシールリングとの熱収縮差によるシール面のずれの発生を防止するとともにシールリングの弾力性を向上させて、シール不良によるガス漏れの発生を防止し、安定したシール性を保持できるシールリングの構造及び該シールリングを用いた複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、内在する被密封流体を密閉すると共に、少なくとも一方の部品が樹脂材製である相対接合部品間の相対接合面に形成されたリング溝に装着されて前記相対接合部品間をシールするシールリングであって、前記樹脂材製の一方の部品よりも低温収縮率の大きい弾性材製板が断面ハート外形状に形成されて内部空間を有する環状体と、前記環状体のハート外形状の一方の側面に有して前記リング溝の形成面と密接する第１シール曲面と、前記第１シール曲面と反対のハート外形状の他方の側面に有して前記他方の部品と密接する第２シール曲面と、前記第１シール曲面と第２シール曲面とから対称に中間のハート外形状のへこみに向って湾曲に形成された第１弾性曲部及び第２弾性曲部とを有し、前記第１弾性曲部のへこみ側の対向端部と第２弾性曲部の対向端部との対向間が対向間隙に形成され、前記相対接合部品により前記それぞれの対向端部が接合支持されるとともに前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の各内径面がリング溝の内径面に圧接して支持されることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、前記シールリングが被密封マイナス低温流体をシールするものであって、一対をなす前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の内径面が前記リング溝の内径面に低温収縮して接合するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、内在する被密封流体を密閉すると共に、少なくとも一方の部品が樹脂材製である相対接合部品間の相対接合面に形成されたリング溝に装着されて前記相対接合部品間をシールするシールリングであって、前記樹脂材製の一方の部品よりも低温収縮率の大きい弾性材製板が断面ハート外形状に形成されて内部空間を有する環状体と、前記環状体のハート外形状の一方の側面に有して前記リング溝の形成面と密接する第１シール曲面と、前記第１シール曲面と反対のハート外形状の他方の側面に有して前記他方の部品と密接する第２シール曲面と、前記第１シール曲面と第２シール曲面とから対称に中間のハート外形状のへこみに向って湾曲に形成された第１弾性曲部及び第２弾性曲部とを有し、前記第１弾性曲部のへこみ側の対向端部と第２弾性曲部の対向端部との対向間が対向間隙に形成され、前記シールリングが被密封マイナス低温流体をシールするものであって、一対をなす前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の内径面が前記リング溝の内径面に低温収縮して接合するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４ないし６記載の発明は前記シールリングを用いた複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造の発明に係り、請求項４の発明は、繊維強化プラスチック等の複合材からなり内部に流体が収容される複合材タンク、及び配管等のフランジ継手と該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手の開口部を覆うカバーとの接合部において該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手内部と外部との間の流体シールを行うようにした複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造において、前記複合材タンク、及び配管等のフランジ継手の前記接合部に設けられ該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手内部の流体が導かれる環状のリング溝と、該リング溝内に挿入されて該流体の外部への漏洩を阻止する環状の流体シールリングとを備え、前記シールリングは内在する被密封流体を密閉すると共に、少なくとも一方の部品が樹脂材製である相対接合部品間の相対接合面に形成されたリング溝に装着されて前記相対接合部品間をシールするシールリングであって、前記樹脂材製の一方の部品よりも低温収縮率の大きい弾性材製板が断面ハート外形状に形成されて内部空間を有する環状体と、前記環状体のハート外形状の一方の側面に有して前記リング溝の形成面と密接する第１シール曲面と、前記第１シール曲面と反対のハート外形状の他方の側面に有して前記他方の部品と密接する第２シール曲面と、前記第１シール曲面と第２シール曲面とから対称に中間のハート外形状のへこみに向って湾曲に形成された第１弾性曲部及び第２弾性曲部とを有し、前記第１弾性曲部のへこみ側の対向端部と第２弾性曲部の対向端部との対向間が対向間隙に形成され、前記相対接合部品により前記それぞれの対向端部が接合支持されるとともに前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の各内径面がリング溝の内径面に圧接して支持されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は請求項４において、前記シールリングが被密封マイナス低温流体をシールするものであって、一対をなす前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の内径面が前記リング溝の内径面に低温収縮して接合するように構成されていることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、繊維強化プラスチック等の複合材からなり内部に流体が収容される複合材タンク、及び配管等のフランジ継手と該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手の開口部を覆うカバーとの接合部において該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手内部と外部との間の流体シールを行うようにした複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造において、前記複合材タンク、及び配管等のフランジ継手の前記接合部に設けられ該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手内部の流体が導かれる環状のリング溝と、該リング溝内に挿入されて該流体の外部への漏洩を阻止する環状の流体シールリングとを備え、前記シールリングは内在する被密封流体を密閉すると共に、少なくとも一方の部品が樹脂材製である相対接合部品間の相対接合面に形成されたリング溝に装着されて前記相対接合部品間をシールするシールリングであって、前記樹脂材製の一方の部品よりも低温収縮率の大きい弾性材製板が断面ハート外形状に形成されて内部空間を有する環状体と、前記環状体のハート外形状の一方の側面に有して前記リング溝の形成面と密接する第１シール曲面と、前記第１シール曲面と反対のハート外形状の他方の側面に有して 前記他方の部品と密接する第２シール曲面と、前記第１シール曲面と第２シール曲面とから対称に中間のハート外形状のへこみに向って湾曲に形成された第１弾性曲部及び第２弾性曲部とを有し、前記第１弾性曲部のへこみ側の対向端部と第２弾性曲部の対向端部との対向間が対向間隙に形成され、 前記シールリングが被密封マイナス低温流体をシールするものであって、一対をなす前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の内径面が前記リング溝の内径面に低温収縮して接合するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
かかる発明によれば、シールリングは、弾性材料からなりリング溝の形成面に当接される第１シール曲面と、第２の部品（マンホールカバー）に形成されたシール面に当接される第２シール曲面と、流体漏洩路とは反対側に凸の外側曲面部との３つの曲面部を滑らかに結合した中空の略ハート形断面形状に構成されているので、該シールリングは、前記外側曲面部の形成部位を支点としての第１シール曲面側及び第２シール曲面側の垂直方向弾性変形によるばね作用によって、該第１シール曲面及び第２シール曲面が前記第２の部材に形成されたシール面及びリング溝の底面に常時一定の圧力で押し付けられる。
【００１４】
これにより、シールリングと複合材タンク、及び配管等のフランジ継手を含む被シール体との間の熱収縮差による該シールリングと被シール体及び第２の部材のシール面にずれが生じても、該シールリングの第１シール曲面及び第２シール曲面は、前記弾性変形によるばね作用により常時相手側のシール面（第２の部材に形成されたシール面及びリング溝の底面）に所要圧力で以って当接され、前記被シール体からリング溝内に流入した漏洩流体のリング溝外部への漏洩を確実に阻止できる。
【００１５】
また前記第２の部材取付用ボルトの弛み等によって前記被シール体と相手側の第２の部材との接合面とが離れ気味になっても、前記のように、該シールリングの第１シール曲面及び第２シール曲面が前記弾性変形によるばね作用により前記接合面の移動に追従できて、常時相手側のシール面に所要圧力で以って当接されるので、該シールリングのシール部から外部への流体の漏洩が回避される。
【００１６】
さらに本発明によれば、前記シールリングには前記第１シール曲面、第２シール曲面及び第１弾性曲部、第２弾性曲部及び外側曲面部の５つの曲面部が形成される一定厚さの外郭部に囲まれた内部空間が形成されており、かつ該内部空間と流体の導入側とを連通するへこみが形成されているため、流体の導入路を通った漏洩流体が該へこみから内部空間に流入し、該内部空間内の漏洩流体による内圧が第１シール曲面及び第２シール曲面を相手側のシール面に押し付けるように作用することとなり、該第１シール曲面及び第２シール曲面と相手側のシール面との流体シール機能がさらに向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１８】
図１は本発明の実施例に係る低温流体収容用低温タンクのシールリング装着部の片側断面図である。図２は前記低温タンクのマンホール形成部近傍の要部断面図、図３は本発明に係るシールリングの漏洩試験装置の断面図である。
【００１９】
図２において、１０は繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）材からなり内部に低温流体が収容されるタンク本体、０１０は該タンク本体１０の上部に開口するマンホールである。１１は該マンホール０１０を覆うマンホールカバーであり、複数のボルト１２を前記タンク本体１０に形成されたねじ穴１４に螺合することにより前記タンク本体１０に着脱可能となっている。１は流体シール用のシールリングで、詳細は後述する。
【００２０】
本発明は、かかる低温タンク、及びフランジ継手部等に適用されるシールリング及びそのシール構造に関するものである。
図１、２において、１０はタンク本体、１１はマンホールカバー、１５は前記タンク本体１０の前記マンホールカバー１１との接合部である上面に設けられた環状のリング溝である。１６は流体漏洩路で前記タンク本体１０の内部と前記リング溝１５とに連通し、前記タンク本体内部の漏洩流体が該流体漏洩路１６を通って前記環状のリング溝１５に導かれるようになっている。
１は該リング溝１５内に挿入されて漏洩流体の外部への漏洩を阻止する環状のシールリングで、鋼鈑等の弾性変形可能な材料を曲げ成形等により屈曲して成形される。
【００２１】
前記シールリング１は、前記リング溝１５の底面１０ａに当接される第１シール曲面５と、マンホールカバー１１の前記リング溝１５に臨むシール面１１ａに当接する第２シール曲面４と、該第１シール曲面５及び第２シール曲面４に夫々連なる弾性曲部７Ｂ、７Ａとへこみ８を形成する対向端部６Ｂ、６Ａと、前記へこみ８側に対し反対方向に凸状の外側曲面部３とを鋼板から一体に形成し、外側曲面部３を外径側にして断面が略ハート形断面形状に折曲げ形成する。
また前記シールリング１は、前記第１、第２のシール曲面５、４を含む一定厚さの外郭部に囲まれた内部空間２が形成されるとともに、前記内部空間２と前記流体漏洩路１６側とを連通する隙間ｃがへこみ８に形成されている。
弾性変形可能な材料からなる断面管状の前記シールリング１は、前記外側曲面部３の最外径位置を支点として第１シール曲面５側及び第２シール曲面４側が垂直方向に弾性変形可能に構成される。
【００２２】
かかる構成からなるシールリング１を備えた複合材製低温タンク、及びフランジ継手部において、該シールリング１は、リング溝１５の底面１０ａに密接される第１シール曲面５及びマンホールカバー１１のシール面１１ａに密接される第２シール曲面４が弾性変位すると、前記外側曲面部３の最外径位置を支点とするばね作用により、該第１シール曲面５及び第２シール曲面４が前記マンホールカバー１１のシール面１１ａ及びリング溝１５の底面１０ａに前記第１シール曲面５及び第２シール曲面４が形状を崩すことなく常時一定の圧力で密接する。
【００２３】
これにより、シールリング１とタンク本体１０との間の熱収縮差による該シールリング１がタンク本体１０及びマンホールカバー１１に対し、ずれが生じても、該シールリング１の第１シール曲面５及び第２シール曲面４は弾性変形によるばね作用により、常時相手側のシール面１１ａ及びリング溝１５の底面１０ａに所要圧力で以って密接され、前記タンク本体１０から流体漏洩路１６を通ってリング溝１５内に流入した漏洩流体はリング溝１５の外部へ漏洩するのを確実に阻止するのが期待できる。
また前記ボルト１２の弛み等によって前記タンク本体１０と相手側のマンホールカバー１１との接合面とが離れ気味になっても、前記のように、該シールリング１の第１シール曲面５及び第２シール曲面４が前記弾性変形によるばね作用により前記接合面のゆるみに追従できて、常時相手側のシール面に所要圧力で以って当接されるので、該シールリング１の密接面から外部への流体の漏洩が回避される。
【００２４】
さらに前記シールリング１は、前記第１シール曲面５、第２シール曲面４及び外側曲面部３が形成される一定厚さの外郭部に囲まれた内部空間部２が形成され、該空間部２と前記流体漏洩路１６とを連通するへこみ８が形成されているため、流体漏洩路１６を通った漏洩流体が該へこみ８から内部空間２に流入し、該内部空間２内の漏洩流体による内圧が、第１シール曲面５及び第２シール曲面４をシール面１１ａ及び底面１０ａに押し付ける。そして、第１シール曲面５及び第２シール曲面４が相手側のシール面１１ａと底面１０ａとに密接して流体シール能力をさらに向上させる。
【００２５】
図３は前記のように構成されたシールリング１の流体漏洩実験装置の要部を示し、図３において２１は上フランジ、２０は下フランジで、両上、下フランジ２１、２０をボルト２７で締め付けることにより上、下フランジ２１、２０の内部空間に流体室２３を形成し、該流体室２３内に加圧ガス注入路２５を中心にして前記シールリング１が装着されている。２４は該シールリング１のバックアップ用シール、２８はシールリング１の変位を検出するレーザ変位計である。
【００２６】
かかる流体漏洩実験装置による流体漏洩実験では、上フランジ部２１に設けられた加圧ガス注入路２５から加圧されたヘリウムガス（ＬＨｅ２）を流体室２３内に導入して前記シールリング１のへこみ８側から作用させ、シールリング１の密接面間を通して漏洩したガス量をリーク抽出路２６において検出した。
その結果、低温タンク、及びフランジ継手部の使用圧力の許においてシールリング１の密接面間を通してリーク抽出路２６に流出したガスは検出されず、該シールリング１を用いたシール構造は十分に高いシール性能を発揮することが確認された。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係るシールリングは、以下に記載するような優れた効果を奏する。
請求項１に係る本発明のシールリングによれば、シールリングを取り付ける接合部品が樹脂材製であるために、弾性材製のシールリングと温度収縮率が異なるので、被密封流体が低温になるとシールリングが樹脂材製接合部品よりも大きく温度収縮する。このとき、シールリングのシール曲面と接合している樹脂材製接合部品の接触面にはシールリングが収縮した範囲に渡り摺動傷が発生する。このためにこの摺動傷を介して被密封流体が漏洩することになるが、内部空間へ流入した被密封流体の圧力が第１シール曲面と第２シール曲面とを相対接合部品に圧接させるように作用する。同時に、第１弾性曲部と第２弾性曲部とがリング溝の内径に圧接して第１シール曲面と第２シール曲面とを相対接合部品に対して湾曲状の形状で弾性押圧する。その結果、低温でシールリングのシール能力が低下しても、第１シール曲面及び第２シール曲面のシール能力が向上する効果を奏する。
【００２８】
また、請求項１に係るシールリングによれば、シールリングの第１シール曲面と第２シール曲面とは互いに第１シール曲面と連続する第１弾性曲部及び第２シール曲面と連続する第２弾性曲部の各内径面がリング溝の内径面に圧接して支持された上に、第１対向端部と第２対向端部とが接合して互いに支持されるので、第１シール曲面と第２シール曲面が相対接合部品に密接する。このため、低温でシール能力が低下しても、各シール曲面を相対接触部品に密封接触させてシール効果を奏する。
【００２９】
請求項２に係るシールリングによれば、シールリングが収縮しても対称を成す両弾性曲部がリング溝の内径面に接合するように設計されているので、シールリングが低温により収縮して弾性曲部がリング溝の内周面に圧接しても、弾性曲部の両端部が内部空室内に入り込むように弾性変形するので、リング溝の内周面を破壊するのを防止する。同時に、各弾性曲部がリング溝の内径面により支持された第１シール曲面と第２シール曲面とを弾性的に押圧してそのシール能力を発揮する。このため、低温でシールリングの密封能力が低下しても両シール曲面が相対接合部品に密封接触して優れたシール効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係る低温流体収容用低温タンクのシールリング装着部の拡大断面図である。
【図２】 前記低温タンクのマンホール形成部近傍の要部断面図である。
【図３】 本発明に係るシールリングの漏洩試験装置の断面図である。
【図４】 従来技術を示す図１対応図である。
【符号の説明】
１ シールリング
２ 内部空間
３ 外側曲面部
４ 第２シール曲面
５ 第１シール曲面
６Ａ、６Ｂ 対向端部
７Ａ、７Ｂ 弾性曲部
８ へこみ
１０ タンク本体
１０ａ 底面
０１０ マンホール
１１ マンホールカバー
１１ａ シール面
１２ ボルト
１５ リング溝
１６ 流体漏洩路
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック等のシールリング並びに複合材からなる複合材タンク、及び配管等のフランジ継手とカバーとの接合部のシール等に適用されるシールリング及び該シールリングを装備した複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機器に用いられる低温流体収容用の低温タンク、及びフランジ継手部は、軽量で高強度の繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の複合材が広く用いられている。かかる低温タンク、及びフランジ継手部においては、−２５０℃程度の極低温ガスを収容する場合があることから、タンク、及びフランジ継手部カバーとの接合フランジ部の流体シールは、前記のような極低温のガスによる熱収縮の影響を受けることなく、常時高いシール性を保持することが要求される。
【０００３】
図４は、かかる低温タンク、及びフランジ継手部においてマンホールを覆っているマンホールカバーとタンク本体との流体シール部の一例を示す要部拡大断面図である。図４において、１０はタンク本体、１１は該タンク本体１０の上面に開口されたマンホールを覆うマンホールカバーである。１５は前記タンク本体１０の上面に刻設された環状のリング溝であり、該リング溝１５内には環状のシールリング３０が嵌装され、前記タンク本体１０の内部に通ずる流体漏洩路１６を通して流れてくるガスをシールしている。
前記シールリング３０は円形断面の中空リング（３１は中空部）で、その外周面を前記リング溝１５の外周面１０ｃ、底面１０ａ及びマンホールカバー１１の下面１１ａに圧接することにより前記ガスのシールをおこなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる低温タンク、及びフランジ継手部においては、前記のように−２５０℃程度の極低温ガスを収容する場合があり、このため熱収縮量（温度収縮量）の大きいシールリング３０と熱収縮量（温度収縮量）の小さいタンク本体１０との間に熱収縮差が生じ、該シールリング３０とタンク本体１０及びマンホールカバー１１のシール面にずれが生じてシール不良によるガス漏れが発生し易い。
【０００５】
また、前記シールリング３０は円形断面の中空リングに形成され弾力性が小さいため、マンホールカバー１１をタンク本体１０に締め付けて、該シールリング３０を前記リング溝１５の底面１０ａ及びマンホールカバー１１の下面１１ａに圧接する際に該シールリング３０に塑性変形を生じてそれ以後のシール性が低下し、前記の場合と同様にシール不良によるガス漏れが発生し易い。
【０００６】
また、前記不具合に対応可能な技術として実開平４−１１７９５７号の考案が提供されている。かかる公報の図１に示されるシールリングは、該シールリングのリング溝及びカバー側への当接部が尖鋭に形成されているため、前記のような熱膨張差に追従し難い。又、係る公報の図８に示されるシールリングは、通常の円形断面Ｏリングの内周側を大きく開口しているが、内周側が大きく開口しているため、ばね作用による押圧力（ばね力）が小さく、上下のシール部におけるシール性が十分でない。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、タンク、及びフランジ継手部等の被シール体とシールリングとの熱収縮差によるシール面のずれの発生を防止するとともにシールリングの弾力性を向上させて、シール不良によるガス漏れの発生を防止し、安定したシール性を保持できるシールリングの構造及び該シールリングを用いた複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、内在する被密封流体を密閉すると共に、少なくとも一方の部品が樹脂材製である相対接合部品間の相対接合面に形成されたリング溝に装着されて前記相対接合部品間をシールするシールリングであって、前記樹脂材製の一方の部品よりも低温収縮率の大きい弾性材製板が断面ハート外形状に形成されて内部空間を有する環状体と、前記環状体のハート外形状の一方の側面に有して前記リング溝の形成面と密接する第１シール曲面と、前記第１シール曲面と反対のハート外形状の他方の側面に有して前記他方の部品と密接する第２シール曲面と、前記第１シール曲面と第２シール曲面とから対称に中間のハート外形状のへこみに向って湾曲に形成された第１弾性曲部及び第２弾性曲部とを有し、前記第１弾性曲部のへこみ側の対向端部と第２弾性曲部の対向端部との対向間が対向間隙に形成され、前記相対接合部品により前記それぞれの対向端部が接合支持されるとともに前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の各内径面がリング溝の内径面に圧接して支持されることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、前記シールリングが被密封マイナス低温流体をシールするものであって、一対をなす前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の内径面が前記リング溝の内径面に低温収縮して接合するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、内在する被密封流体を密閉すると共に、少なくとも一方の部品が樹脂材製である相対接合部品間の相対接合面に形成されたリング溝に装着されて前記相対接合部品間をシールするシールリングであって、前記樹脂材製の一方の部品よりも低温収縮率の大きい弾性材製板が断面ハート外形状に形成されて内部空間を有する環状体と、前記環状体のハート外形状の一方の側面に有して前記リング溝の形成面と密接する第１シール曲面と、前記第１シール曲面と反対のハート外形状の他方の側面に有して前記他方の部品と密接する第２シール曲面と、前記第１シール曲面と第２シール曲面とから対称に中間のハート外形状のへこみに向って湾曲に形成された第１弾性曲部及び第２弾性曲部とを有し、前記第１弾性曲部のへこみ側の対向端部と第２弾性曲部の対向端部との対向間が対向間隙に形成され、前記シールリングが被密封マイナス低温流体をシールするものであって、一対をなす前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の内径面が前記リング溝の内径面に低温収縮して接合するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４ないし６記載の発明は前記シールリングを用いた複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造の発明に係り、請求項４の発明は、繊維強化プラスチック等の複合材からなり内部に流体が収容される複合材タンク、及び配管等のフランジ継手と該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手の開口部を覆うカバーとの接合部において該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手内部と外部との間の流体シールを行うようにした複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造において、前記複合材タンク、及び配管等のフランジ継手の前記接合部に設けられ該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手内部の流体が導かれる環状のリング溝と、該リング溝内に挿入されて該流体の外部への漏洩を阻止する環状の流体シールリングとを備え、前記シールリングは内在する被密封流体を密閉すると共に、少なくとも一方の部品が樹脂材製である相対接合部品間の相対接合面に形成されたリング溝に装着されて前記相対接合部品間をシールするシールリングであって、前記樹脂材製の一方の部品よりも低温収縮率の大きい弾性材製板が断面ハート外形状に形成されて内部空間を有する環状体と、前記環状体のハート外形状の一方の側面に有して前記リング溝の形成面と密接する第１シール曲面と、前記第１シール曲面と反対のハート外形状の他方の側面に有して前記他方の部品と密接する第２シール曲面と、前記第１シール曲面と第２シール曲面とから対称に中間のハート外形状のへこみに向って湾曲に形成された第１弾性曲部及び第２弾性曲部とを有し、前記第１弾性曲部のへこみ側の対向端部と第２弾性曲部の対向端部との対向間が対向間隙に形成され、前記相対接合部品により前記それぞれの対向端部が接合支持されるとともに前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の各内径面がリング溝の内径面に圧接して支持されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は請求項４において、前記シールリングが被密封マイナス低温流体をシールするものであって、一対をなす前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の内径面が前記リング溝の内径面に低温収縮して接合するように構成されていることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、繊維強化プラスチック等の複合材からなり内部に流体が収容される複合材タンク、及び配管等のフランジ継手と該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手の開口部を覆うカバーとの接合部において該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手内部と外部との間の流体シールを行うようにした複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造において、前記複合材タンク、及び配管等のフランジ継手の前記接合部に設けられ該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手内部の流体が導かれる環状のリング溝と、該リング溝内に挿入されて該流体の外部への漏洩を阻止する環状の流体シールリングとを備え、前記シールリングは内在する被密封流体を密閉すると共に、少なくとも一方の部品が樹脂材製である相対接合部品間の相対接合面に形成されたリング溝に装着されて前記相対接合部品間をシールするシールリングであって、前記樹脂材製の一方の部品よりも低温収縮率の大きい弾性材製板が断面ハート外形状に形成されて内部空間を有する環状体と、前記環状体のハート外形状の一方の側面に有して前記リング溝の形成面と密接する第１シール曲面と、前記第１シール曲面と反対のハート外形状の他方の側面に有して 前記他方の部品と密接する第２シール曲面と、前記第１シール曲面と第２シール曲面とから対称に中間のハート外形状のへこみに向って湾曲に形成された第１弾性曲部及び第２弾性曲部とを有し、前記第１弾性曲部のへこみ側の対向端部と第２弾性曲部の対向端部との対向間が対向間隙に形成され、 前記シールリングが被密封マイナス低温流体をシールするものであって、一対をなす前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の内径面が前記リング溝の内径面に低温収縮して接合するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
かかる発明によれば、シールリングは、弾性材料からなりリング溝の形成面に当接される第１シール曲面と、第２の部品（マンホールカバー）に形成されたシール面に当接される第２シール曲面と、流体漏洩路とは反対側に凸の外側曲面部との３つの曲面部を滑らかに結合した中空の略ハート形断面形状に構成されているので、該シールリングは、前記外側曲面部の形成部位を支点としての第１シール曲面側及び第２シール曲面側の垂直方向弾性変形によるばね作用によって、該第１シール曲面及び第２シール曲面が前記第２の部材に形成されたシール面及びリング溝の底面に常時一定の圧力で押し付けられる。
【００１４】
これにより、シールリングと複合材タンク、及び配管等のフランジ継手を含む被シール体との間の熱収縮差による該シールリングと被シール体及び第２の部材のシール面にずれが生じても、該シールリングの第１シール曲面及び第２シール曲面は、前記弾性変形によるばね作用により常時相手側のシール面（第２の部材に形成されたシール面及びリング溝の底面）に所要圧力で以って当接され、前記被シール体からリング溝内に流入した漏洩流体のリング溝外部への漏洩を確実に阻止できる。
【００１５】
また前記第２の部材取付用ボルトの弛み等によって前記被シール体と相手側の第２の部材との接合面とが離れ気味になっても、前記のように、該シールリングの第１シール曲面及び第２シール曲面が前記弾性変形によるばね作用により前記接合面の移動に追従できて、常時相手側のシール面に所要圧力で以って当接されるので、該シールリングのシール部から外部への流体の漏洩が回避される。
【００１６】
さらに本発明によれば、前記シールリングには前記第１シール曲面、第２シール曲面及び第１弾性曲部、第２弾性曲部及び外側曲面部の５つの曲面部が形成される一定厚さの外郭部に囲まれた内部空間が形成されており、かつ該内部空間と流体の導入側とを連通するへこみが形成されているため、流体の導入路を通った漏洩流体が該へこみから内部空間に流入し、該内部空間内の漏洩流体による内圧が第１シール曲面及び第２シール曲面を相手側のシール面に押し付けるように作用することとなり、該第１シール曲面及び第２シール曲面と相手側のシール面との流体シール機能がさらに向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１８】
図１は本発明の実施例に係る低温流体収容用低温タンクのシールリング装着部の片側断面図である。図２は前記低温タンクのマンホール形成部近傍の要部断面図、図３は本発明に係るシールリングの漏洩試験装置の断面図である。
【００１９】
図２において、１０は繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）材からなり内部に低温流体が収容されるタンク本体、０１０は該タンク本体１０の上部に開口するマンホールである。１１は該マンホール０１０を覆うマンホールカバーであり、複数のボルト１２を前記タンク本体１０に形成されたねじ穴１４に螺合することにより前記タンク本体１０に着脱可能となっている。１は流体シール用のシールリングで、詳細は後述する。
【００２０】
本発明は、かかる低温タンク、及びフランジ継手部等に適用されるシールリング及びそのシール構造に関するものである。
図１、２において、１０はタンク本体、１１はマンホールカバー、１５は前記タンク本体１０の前記マンホールカバー１１との接合部である上面に設けられた環状のリング溝である。１６は流体漏洩路で前記タンク本体１０の内部と前記リング溝１５とに連通し、前記タンク本体内部の漏洩流体が該流体漏洩路１６を通って前記環状のリング溝１５に導かれるようになっている。
１は該リング溝１５内に挿入されて漏洩流体の外部への漏洩を阻止する環状のシールリングで、鋼鈑等の弾性変形可能な材料を曲げ成形等により屈曲して成形される。
【００２１】
前記シールリング１は、前記リング溝１５の底面１０ａに当接される第１シール曲面５と、マンホールカバー１１の前記リング溝１５に臨むシール面１１ａに当接する第２シール曲面４と、該第１シール曲面５及び第２シール曲面４に夫々連なる弾性曲部７Ｂ、７Ａとへこみ８を形成する対向端部６Ｂ、６Ａと、前記へこみ８側に対し反対方向に凸状の外側曲面部３とを鋼板から一体に形成し、外側曲面部３を外径側にして断面が略ハート形断面形状に折曲げ形成する。
また前記シールリング１は、前記第１、第２のシール曲面５、４を含む一定厚さの外郭部に囲まれた内部空間２が形成されるとともに、前記内部空間２と前記流体漏洩路１６側とを連通する隙間ｃがへこみ８に形成されている。
弾性変形可能な材料からなる断面管状の前記シールリング１は、前記外側曲面部３の最外径位置を支点として第１シール曲面５側及び第２シール曲面４側が垂直方向に弾性変形可能に構成される。
【００２２】
かかる構成からなるシールリング１を備えた複合材製低温タンク、及びフランジ継手部において、該シールリング１は、リング溝１５の底面１０ａに密接される第１シール曲面５及びマンホールカバー１１のシール面１１ａに密接される第２シール曲面４が弾性変位すると、前記外側曲面部３の最外径位置を支点とするばね作用により、該第１シール曲面５及び第２シール曲面４が前記マンホールカバー１１のシール面１１ａ及びリング溝１５の底面１０ａに前記第１シール曲面５及び第２シール曲面４が形状を崩すことなく常時一定の圧力で密接する。
【００２３】
これにより、シールリング１とタンク本体１０との間の熱収縮差による該シールリング１がタンク本体１０及びマンホールカバー１１に対し、ずれが生じても、該シールリング１の第１シール曲面５及び第２シール曲面４は弾性変形によるばね作用により、常時相手側のシール面１１ａ及びリング溝１５の底面１０ａに所要圧力で以って密接され、前記タンク本体１０から流体漏洩路１６を通ってリング溝１５内に流入した漏洩流体はリング溝１５の外部へ漏洩するのを確実に阻止するのが期待できる。
また前記ボルト１２の弛み等によって前記タンク本体１０と相手側のマンホールカバー１１との接合面とが離れ気味になっても、前記のように、該シールリング１の第１シール曲面５及び第２シール曲面４が前記弾性変形によるばね作用により前記接合面のゆるみに追従できて、常時相手側のシール面に所要圧力で以って当接されるので、該シールリング１の密接面から外部への流体の漏洩が回避される。
【００２４】
さらに前記シールリング１は、前記第１シール曲面５、第２シール曲面４及び外側曲面部３が形成される一定厚さの外郭部に囲まれた内部空間部２が形成され、該空間部２と前記流体漏洩路１６とを連通するへこみ８が形成されているため、流体漏洩路１６を通った漏洩流体が該へこみ８から内部空間２に流入し、該内部空間２内の漏洩流体による内圧が、第１シール曲面５及び第２シール曲面４をシール面１１ａ及び底面１０ａに押し付ける。そして、第１シール曲面５及び第２シール曲面４が相手側のシール面１１ａと底面１０ａとに密接して流体シール能力をさらに向上させる。
【００２５】
図３は前記のように構成されたシールリング１の流体漏洩実験装置の要部を示し、図３において２１は上フランジ、２０は下フランジで、両上、下フランジ２１、２０をボルト２７で締め付けることにより上、下フランジ２１、２０の内部空間に流体室２３を形成し、該流体室２３内に加圧ガス注入路２５を中心にして前記シールリング１が装着されている。２４は該シールリング１のバックアップ用シール、２８はシールリング１の変位を検出するレーザ変位計である。
【００２６】
かかる流体漏洩実験装置による流体漏洩実験では、上フランジ部２１に設けられた加圧ガス注入路２５から加圧されたヘリウムガス（ＬＨｅ２）を流体室２３内に導入して前記シールリング１のへこみ８側から作用させ、シールリング１の密接面間を通して漏洩したガス量をリーク抽出路２６において検出した。
その結果、低温タンク、及びフランジ継手部の使用圧力の許においてシールリング１の密接面間を通してリーク抽出路２６に流出したガスは検出されず、該シールリング１を用いたシール構造は十分に高いシール性能を発揮することが確認された。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係るシールリングは、以下に記載するような優れた効果を奏する。
請求項１に係る本発明のシールリングによれば、シールリングを取り付ける接合部品が樹脂材製であるために、弾性材製のシールリングと温度収縮率が異なるので、被密封流体が低温になるとシールリングが樹脂材製接合部品よりも大きく温度収縮する。このとき、シールリングのシール曲面と接合している樹脂材製接合部品の接触面にはシールリングが収縮した範囲に渡り摺動傷が発生する。このためにこの摺動傷を介して被密封流体が漏洩することになるが、内部空間へ流入した被密封流体の圧力が第１シール曲面と第２シール曲面とを相対接合部品に圧接させるように作用する。同時に、第１弾性曲部と第２弾性曲部とがリング溝の内径に圧接して第１シール曲面と第２シール曲面とを相対接合部品に対して湾曲状の形状で弾性押圧する。その結果、低温でシールリングのシール能力が低下しても、第１シール曲面及び第２シール曲面のシール能力が向上する効果を奏する。
【００２８】
また、請求項１に係るシールリングによれば、シールリングの第１シール曲面と第２シール曲面とは互いに第１シール曲面と連続する第１弾性曲部及び第２シール曲面と連続する第２弾性曲部の各内径面がリング溝の内径面に圧接して支持された上に、第１対向端部と第２対向端部とが接合して互いに支持されるので、第１シール曲面と第２シール曲面が相対接合部品に密接する。このため、低温でシール能力が低下しても、各シール曲面を相対接触部品に密封接触させてシール効果を奏する。
【００２９】
請求項２に係るシールリングによれば、シールリングが収縮しても対称を成す両弾性曲部がリング溝の内径面に接合するように設計されているので、シールリングが低温により収縮して弾性曲部がリング溝の内周面に圧接しても、弾性曲部の両端部が内部空室内に入り込むように弾性変形するので、リング溝の内周面を破壊するのを防止する。同時に、各弾性曲部がリング溝の内径面により支持された第１シール曲面と第２シール曲面とを弾性的に押圧してそのシール能力を発揮する。このため、低温でシールリングの密封能力が低下しても両シール曲面が相対接合部品に密封接触して優れたシール効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係る低温流体収容用低温タンクのシールリング装着部の拡大断面図である。
【図２】 前記低温タンクのマンホール形成部近傍の要部断面図である。
【図３】 本発明に係るシールリングの漏洩試験装置の断面図である。
【図４】 従来技術を示す図１対応図である。
【符号の説明】
１ シールリング
２ 内部空間
３ 外側曲面部
４ 第２シール曲面
５ 第１シール曲面
６Ａ、６Ｂ 対向端部
７Ａ、７Ｂ 弾性曲部
８ へこみ
１０ タンク本体
１０ａ 底面
０１０ マンホール
１１ マンホールカバー
１１ａ シール面
１２ ボルト
１５ リング溝
１６ 流体漏洩路
Claims (6)
- 内在する被密封流体を密閉すると共に、少なくとも一方の部品が樹脂材製である相対接合部品間の相対接合面に形成されたリング溝に装着されて前記相対接合部品間をシールするシールリングであって、前記樹脂材製の一方の部品よりも低温収縮率の大きい弾性材製板が断面ハート外形状に形成されて内部空間を有する環状体と、前記環状体のハート外形状の一方の側面に有して前記リング溝の形成面と密接する第１シール曲面と、前記第１シール曲面と反対のハート外形状の他方の側面に有して前記他方の部品と密接する第２シール曲面と、前記第１シール曲面と第２シール曲面とから対称に中間のハート外形状のへこみに向って湾曲に形成された第１弾性曲部及び第２弾性曲部とを有し、前記第１弾性曲部のへこみ側の対向端部と第２弾性曲部の対向端部との対向間が対向間隙に形成され、前記相対接合部品により前記それぞれの対向端部が接合支持されるとともに前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の各内径面がリング溝の内径面に圧接して支持されることを特徴とするシールリング。
- 前記シールリングが被密封マイナス低温流体をシールするものであって、一対をなす前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の内径面が前記リング溝の内径面に低温収縮して接合するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシールリング。
- 内在する被密封流体を密閉すると共に、少なくとも一方の部品が樹脂材製である相対接合部品間の相対接合面に形成されたリング溝に装着されて前記相対接合部品間をシールするシールリングであって、前記樹脂材製の一方の部品よりも低温収縮率の大きい弾性材製板が断面ハート外形状に形成されて内部空間を有する環状体と、前記環状体のハート外形状の一方の側面に有して前記リング溝の形成面と密接する第１シール曲面と、前記第１シール曲面と反対のハート外形状の他方の側面に有して前記他方の部品と密接する第２シール曲面と、前記第１シール曲面と第２シール曲面とから対称に中間のハート外形状のへこみに向って湾曲に形成された第１弾性曲部及び第２弾性曲部とを有し、前記第１弾性曲部のへこみ側の対向端部と第２弾性曲部の対向端部との対向間が対向間隙に形成され、前記シールリングが被密封マイナス低温流体をシールするものであって、一対をなす前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の内径面が前記リング溝の内径面に低温収縮して接合するように構成されていることを特徴とするシールリング。
- 繊維強化プラスチック等の複合材からなり内部に流体が収容される複合材タンク、及び配管等のフランジ継手と該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手の開口部を覆うカバーとの接合部において該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手内部と外部との間の流体シールを行うようにした複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造において、前記複合材タンク、及び配管等のフランジ継手の前記接合部に設けられ該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手内部の流体が導かれる環状のリング溝と、該リング溝内に挿入されて該流体の外部への漏洩を阻止する環状の流体シールリングとを備え、前記シールリングは内在する被密封流体を密閉すると共に、少なくとも一方の部品が樹脂材製である相対接合部品間の相対接合面に形成されたリング溝に装着されて前記相対接合部品間をシールするシールリングであって、前記樹脂材製の一方の部品よりも低温収縮率の大きい弾性材製板が断面ハート外形状に形成されて内部空間を有する環状体と、前記環状体のハート外形状の一方の側面に有して前記リング溝の形成面と密接する第１シール曲面と、前記第１シール曲面と反対のハート外形状の他方の側面に有して前記他方の部品と密接する第２シール曲面と、前記第１シール曲面と第２シール曲面とから対称に中間のハート外形状のへこみに向って湾曲に形成された第１弾性曲部及び第２弾性曲部とを有し、前記第１弾性曲部のへこみ側の対向端部と第２弾性曲部の対向端部との対向間が対向間隙に形成され、前記相対接合部品により前記それぞれの対向端部が接合支持されるとともに前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の各内径面がリング溝の内径面に圧接して支持されることを特徴とする複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造。
- 前記シールリングが被密封マイナス低温流体をシールするものであって、一対をなす前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の内径面が前記リング溝の内径面に低温収縮して接合するように構成されていることを特徴とする請求項４記載の複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造。
- 繊維強化プラスチック等の複合材からなり内部に流体が収容される複合材タンク、及び配管等のフランジ継手と該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手の開口部を覆うカバーとの接合部において該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手内部と外部との間の流体シールを行うようにした複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造において、前記複合材タンク、及び配管等のフランジ継手の前記接合部に設けられ該複合材タンク、及び配管等のフランジ継手内部の流体が導かれる環状のリング溝と、該リング溝内に挿入されて該流体の外部への漏洩を阻止する環状の流体シールリングとを備え、前記シールリングは内在する被密封流体を密閉すると共に、少なくとも一方の部品が樹脂材製である相対接合部品間の相対接合面に形成されたリング溝に装着されて前記相対接合部品間をシールするシールリングであって、前記樹脂材製の一方の部品よりも低温収縮率の大きい弾性材製板が断面ハート外形状に形成されて内部空間を有する環状体と、前記環状体のハート外形状の一方の側面に有して前記リング溝の形成面と密接する第１シール曲面と、前記第１シール曲面と反対のハート外形状の他方の側面に有して前記他方の部品と密接する第２シール曲面と、前記第１シール曲面と第２シール曲面とから対称に中間のハート外形状のへこみに向って湾曲に形成された第１弾性曲部及び第２弾性曲部とを有し、前記第１弾性曲部のへこみ側の対向端部と第２弾性曲部の対向端部との対向間が対向間隙に形成され、前記シールリングが被密封マイナス低温流体をシールするものであって、一対をなす前記第１弾性曲部及び第２弾性曲部の内径面が前記リング溝の内径面に低温収縮して接合するように構成されていることを特徴とする複合材タンク、及び配管等のフランジ継手のシール構造。
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