JP4654181B2 - パイプ連結器のガスケット及び、これが組み込まれたパイプ連結器 - Google Patents

Description

本発明は、傾斜したボルトパッドを有する一対の連結部品を用いたタイプの機械的なパイプ連結のための密閉ガスケットに関するものである。ガスケットは、連結部品内に案内され、機械的連結器によって接続される一対のパイプにおける間隔が空けられた並列の端部と係合する。機械的なパイプ連結は、口が広げられたり、広げられていなかったりし、溝部が形成された端部を有するパイプや、滑らかな端部を有するパイプを含む複数の形式がある。この連結は典型的なものであり、本発明はガスケットが用いられる用途を意図したものである。

金属であろうと非金属であろうと様々なタイプのパイプ間を密閉して接続するために用いられる弾性のガスケットが組み込まれたパイプ連結器は、一般的に、多数の連結部品又はパイプや、調整金具や弁を有し、しばしば、歯車ボルトパッドを有する一対の連結部品を有している。これらの部分は互いに締め付けられ、連結部品の接続工程において、密閉の作用は、ガスケットをパイプの端部に対してしっかりと取り付ける手助けとなる。連結部分を固定のために並列に配置するとき、径方向内側で、周辺及び周方向の圧縮力がガスケットに作用する。結果として、ガスケット及び連結部分間の密閉面や、ガスケット及びパイプ端部間の密閉面は、流体密封シールを形成する目的物と、対面関係で係合するようになっている。

これらの機械的な連結用途は、２３０°Ｆやそれ以上の温度で、概ね１０００ｐｓｉの圧力で液体を運ぶパイプシステムで用いられる。また、このタイプの連結は、有毒で揮発性の化学品を含むすべてのタイプの流動体で用いられている。

従来、複数部品の連結器及び溝付きパイプ端部で用いられるガスケットは、連結部品及びパイプ間のスペースを充填する弾性材料の量が多い場合には、より効果的に作用すると一般的に考えられていた。しかしながら、ここで説明した直感に反したものにも拘わらず、弾性材料の量がより多いことは、ガスケット及び各連結部分の表面及びパイプ表面間の密閉の有効性を減らすことが知られている。例えば、溝型パイプ連結において、取り付ける前のガスケットは、１つであるが、もともと異なった形状の部分を有しているとともに、連結部品内に案内される環状のベースと、連結器の内側面に沿い、下側に延びる一対の脚と、連結される２つのパイプの端部まで延びて、比較的幅広く内側に延びる一対の縁とを有している。一般的に、各穴の縁の上面は、脚部分の内壁に連続しており、各脚とともに円弧面を形成する。この穴の縁の肥厚部分は、より望ましいと考えられている。これらの従来の装置において、連結部分を接続するとき、穴の縁と脚との間の距離が短くなり、穴の縁と脚とを接続する領域が小さくなる。

この構成では、極端に高い温度において、弾性材料がこの内側の曲面に沿って膨らんだりして溶けてしまうことが、しばしば発生する。ガスケットで用いられる一般的な弾性材料には、天然ゴム、合成ゴム、これらの合成物が含まれ、一般的に弾性の膨張は、パイプの膨張に対して１５〜２０倍の倍率で大きくなる。特に、エチレンポリプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）といった弾性材料を用いると、高温下においてガスケットの様々な部材の溶解が発生し、結果として、密閉材料の十分な量が無い危機的な密閉領域が残る。

さらに、ガスケットの材料を溶融させる十分な温度や圧力が無い場合でも、内側に延びる穴の縁の末端部分が、パイプ表面に対して比較的低い圧力を与えることが分かっている。そして、しばしば上方に持ち上げられて、下側に膨らんだ脚や内側の穴の縁部分と融合するようになる。この状態において、密閉の圧力も大幅に低下してしまう。

これらの従来の具体例は、Johnsonが提案した米国特許第１，７０４，００３号に含まれる。これは、接続用のパイプ間のギャップに架かる単一の弾性密閉リング形式のガスケットが組み込まれるパイプ連結に関するものである。また、Hele-Shawが提案した米国特許第１，８０８，２６２号には、パイプ端部を囲む内曲したフランジを有する弾性材料のリングを備えたパイプ連結が開示されている。

Reynoldsが提案した米国特許第１，８６７，８９１号には、圧力下で流体を収容するために弾性材料を用いたパイプ連結と、このタイプのシステムに適用されるものとして提案されている従来の密閉ガスケットのタイプとが開示されている。

多くの従来の発明では、高圧供給用に用いられるものを含むガスケットの形状の変形例について提案されているが、すべては、ガスケット及び／又は比較的長く内側に延びる縁の負荷において、一般的に近い並列用の脚及び縁の接続領域を含んでいる。

Johnsonが提案した米国特許第１，８９９，６９５号には、開口部を有する弾性材料のパイプ連結密閉リングが開示されている。ここで、開口部は、連結内に位置しているときに、密閉するようにパイプからの流体圧力を受けやすくなっている。Damsel等が提案した米国特許第１，９３１，９２２号には、非腐食性で非多孔質のプラスチック材料でコーティングされ、弾力性のある材料で形成されたパッキンリングの構造における積層物が開示されている。Damselが提案した米国特許第１，９６７，４６６号には、内部に環状の空洞を有するパイプ連結用のリングが開示されている。

Damselが提案した米国特許第２，０１３，２６７号には、通路状に形成されたパッキンガスケットが、通路の底においてガスケット内に配置され、分割された無孔の補強用及び保護用のリングを含み、ガスケットが内側に壊れるのを抑制するのに十分な硬さを有するガスケットが開示されている。

Costanzoが提案した米国特許第２，７６６，５１８号には、内圧反応タイプのガスケットを含むプラスチックパイプの部分を接続する方法が開示されている。

Youngが提案した米国特許第３，０８０，８９４号には、異なる径のパイプの接続や、同様な連結及びガスケットが開示されている。

Kunsmanが提案した米国特許第４，５６１，６７８号には、２つの縁を有する密閉ガスケットを支持するためのガスケット支持通路を有するパイプ連結器が開示されている。密閉ガスケットの縁は、連結によって接続される一対の溝型パイプの端部付近まで延びている。

DeRaymondが提案した米国特許第４，８９３，８４３号には、パイプとの摩擦係合が無い状態でパイプ上に位置するように構成された滑らかな弾性ガスケットが開示されている。

様々なタイプのパイプ連結に関する他の先行技術として、DeReymond等が提案した米国特許第４，７０２，４９９号があり、これは、ヒンジで動作可能な分割されたパイプ連結に関するものである。

Dole等が提案した米国特許第５，７５８，９０７号は、各端部に止め部材を備えた調節ミス制限部分を有するパイプ連結に関するものであり、取り付けるパイプの隣接する端部に組み込む際に連結部分のズレを抑制するものである。この連結は、接続されるパイプの隣接端部との密閉係合内に配置される密閉ガスケットを有している。
米国特許第１，７０４，００３号 米国特許第１，８０８，２６２号 米国特許第１，８６７，８９１号 米国特許第１，８９９，６９５号 米国特許第１，９３１，９２２号 米国特許第１，９６７，４６６号 米国特許第２，０１３，２６７号 米国特許第２，７６６，５１８号 米国特許第３，０８０，８９４号 米国特許第４，５６１，６７８号 米国特許第４，８９３，８４３号 米国特許第４，７０２，４９９号 米国特許第５，７５８，９０７号

本発明は、圧縮力の影響下におけるガスケットの他の部分の所望の動作を妨げる過度の弾性材料の使用を避けながら、連結部品及びパイプの各密閉面間の密閉を大幅に向上させるガスケットに関するものである。上方への屈曲を抑制する補助的なガスケットの密閉縁と、負荷のもとにおいて基本的な構成を有するフランジとを設けることにより、そして、組み立てられた連結器及びパイプ端部間においてガスケットをより近くに案内することにより、より一層の密閉を達成することができ、溶融や他の好ましくない相互作用を減少させたり、排除したりできる。

開示されたガスケットは、溝付きパイプを接続するパイプ連結で用いられるものとして説明されているが、一般的に溝部が無いパイプ端部を含む機械的なパイプ連結において適用される。

図において、特に、図１、図１Ｃ、図１Ｄ及び図３において、本発明である連結用のガスケット１０を示す。ガスケットに対しては様々なタイプの弾性材料が考えられるが、好ましいと分かった１つの材料は、「ＥＰＤＭ」と称されるエチレンポリプロピレンジエンモノマーである。しかしながら、本発明では、他の合成材料や、天然ゴム材料や、これらの混合物を用いることが考えられる。

従来、密閉を向上させるには、弾性材料の使用を増加させるのが最も好ましいと考えられていた。しかしながら、本発明は、機械的な圧縮密閉力のより効果的な分布を許容するとともに、熱や圧力が増加したときに、ガスケットの安定性を増加させる状態で、ある領域における弾性材料の量を低減させるガスケットに関するものである。これにより、適切な面との接触をより均一に行うことができる。さらに、ガスケットによって、十分な圧力及び温度の下での連結において、弾性材料の過度の膨張及びバンチングを避けることができ、パイプシステム内で一般的に見られる複数のガスケットにおける均一性をより向上させることができる。

図１、図１Ｃ、図１Ｄ及び図３において、ガスケット１０には、優れた漏電抵抗の密閉面が設けられていることが分かる。ガスケット１０は、弾力性のあるリングを有している。円環状のベース部材１２は、内側に延びる一対のフランジ１４、１６を有しており、これらのフランジは図に示すように一体的に形成されている。各フランジは、機械的なパイプ連結器に取り付ける前において、径方向内側に延びており、環状のベース部材１２に対して鋭角で略外側に向かっている。各フランジは、径方向最も内部に密閉面１８、２０を有している。各密閉面は、連結器内に組み込んだときに、軸方向内側を向く縁２２、２４を有している。ガスケットが非圧縮状態にある場合において、各縁は、ベース部材１２に対して鋭角を形成している。図に示すように、フランジ１４、１６は、環状のベース部材１２と一体的に形成されている。

図２及び図５において、外周溝部３２、３４を有するパイプ端部２８、３０を公知の方法で接続し、完全に組み立てられた連結器２６を示す。連結部分は、図１のガスケット１０と係合して保持する。図５には、連結部分が接続されたときに発生する圧縮力が与えられたときのガスケット１０を示している。

非圧縮状態における図１に示すように、ガスケット１０の縁２２、２４は、従来のガスケットよりも短い長さＬを有している。縁の有効性を減少させずに、縁の長さを短くすることによって、密閉の向上を得ながら、パイプ表面に対する縁２２、２４の圧力応答を増加させることが分かる。

また、ガスケット１０のフランジ１４、１６は、パイプ表面に対する密閉圧力を発生させて向上させる構成となっており、連結ハウジング及びパイプ表面間のガスケットに対して構造上の剛性を与える。連結器内の流体圧力に加えて、図に示すようなフランジ構造は、力を縁に効率良く伝達するようになっており、密閉圧力を増加させる。従来、ガスケットは、比較的緩く接続された周辺の複数の脚を含む構成となっており、これらの脚は、各脚の弧状内壁によって環状ベース部材に実質的にヒンジで連結されていた。本発明は、フランジの断面の壁を厚くし、ガスケットにおけるベース部材の内面（又は、後壁）とフランジ部材の上側内領域との間の弧状接続面を有する開口領域の範囲を設けている。形状や寸法を変えても、ガスケット及びパイプ表面間の密閉圧力分布が増加することが分かる。

例えば、従来のガスケットにおいて、縁の全体が密閉面として機能すると仮定すると、縁端部から脚の接続部分までの寸法Ｗ（図１Ａ）は、寸法Ａ（図５）に対する寸法Ｗの比率が略０．５以上で維持されるようになっていた。本発明では、図１Ｃにおけるフランジの幅Ｓ及び寸法Ａの比率が、好ましくは略０．３０〜０．４０の範囲内で維持されている。これは、密閉をより効果的にするだけでなく、先端部の上側への曲げや故障の影響を受けにくくしている。全体のフランジ構造の一部としての短い縁は、縁の部分においてゼロよりも増加する密閉圧力を示す図１６及び図１７において明らかなように、密閉工程における縁の機能を増加させる。図１６及び図１７において、Ｅは、フランジにおける平坦な環状内壁、例えば、図１Ｃの壁４２や図６の壁９４の位置を示す。

図１５に示す従来の圧力分布と、図１６及び図１７に示す本発明の圧力分布とを比べると、圧力の急激な低下によって生じる図１５のピークへの急激な上昇に比べて、図１６及び図１７の分布パターンの均一性が大きくなっている。さらに、図１５〜図１７に示すように、縁が従来のガスケットに設けられている限り、密閉圧力の最大値が脚の角（又は、ヒール部）又はこの近傍に発生していた。一方、本発明のガスケットでは、密閉圧力の最大値が、フランジの軸方向内側又は、フランジの平坦な内壁の近傍に発生している。この最大圧力の位置がずれていることで、接続されたフランジ及び縁の密閉効果を増加させることが分かる。したがって、縁の浮き上がりや密閉の低下が抑制される。従来のガスケットにおける縁の先端部が、熱及び圧力のもとで上側に曲がる特性を与えると、密閉力が大幅に復帰する。

また、本発明は、全体の密閉圧力を大きく低下させることなく、潤滑溝部を用いることができる。潤滑溝部が好ましいと考えられるが、密閉面上の開口通路は、密閉効率を低下させる傾向がある。しかしながら、図１及び図１Ｃに示すような潤滑溝部を有するフランジを用いれば、フランジの平坦な内壁が潤滑溝部上に直接配置される。図６に示すように潤滑溝部を持たないフランジでは、図１７の位置Ｅで示すフランジの平坦な内壁又は、この近傍において、最大の圧力が発生する。こういった場合、溝部によって発生する、図１６に示す密閉圧力の低下は無くなる。そして、図１７や説明のためだけの図６に示すように、圧力は、架空の溝位置Ｃ、Ｄ間において最大となる。

さらに、周辺環状ベース部材１２に対して鋭角となる平面として、図１及び図１Ｃに示すフランジ１４、１６における弧状の内周面４０、４２を構成することにより、図１Ｄ及び図５に示す連結器内におけるガスケット１０の機械的圧縮において、内側の周辺面４０、４２は円弧又は、僅かに膨張した略円錐の構成（例えば、内側に凸）となる。これにより、図１Ｄに示すように、圧力応答を与え、パイプ端部の表面に向かう補助的な密閉力が向上する。図１及び図１Ｃに示す円弧の周辺面４０、４２は内側に僅かに突出しているが、これらは平坦又は略平坦な形状を有している。これにより、フランジ１４、１６及び縁２２、２４の最も下側の面の密閉圧力に対する応答性を向上させることができる。

同様に、連結器の半分に対する径方向外側に向かう密閉力が向上する。縁２２、２４の長さを最小とし、平坦で比較的広い内側のフランジ壁４０、４２を最大とすることにより、１０００ｐｓｉの範囲の水圧がかかったり、２３０°Ｆ以上の範囲の温度が発生したりしても、弾性の膨張係数が金属の連結部品の膨張係数の１５〜２０倍であるにもかかわらず、フランジが破損し、縁が高温のもとで内側の周囲面１３、４０、４２と溶融する傾向が排除される。

フランジ構造は、高圧及び高温の用途において特に優れた結果をもたらすことが分かっている。例えば、図１Ａに示す従来のガスケット４４において、内側の壁面４６は円弧形状となっており、寸法Ｗは、脚４７のヒールから縁４８の先端に延びている。寸法Ａに対する寸法Ｗの比率は、略０．５〜略０．９となっており、寸法Ａは、図５に示すように、パイプ溝部からパイプ端部までの距離である。

本発明の好ましい実施例において、図１Ｃ及び図１Ｄに示すように、図５に示す寸法Ａに対するフランジ１６のフランジ幅Ｓの比率は、略０．２５〜略０．４５となっており、好ましくは、略０．３０〜略０．４０である。また、略０．２０〜略０．５０の広範囲を予測できる。図１Ｃに示す独創的なガスケットにおけるフランジの内壁４２は、平坦であるとともにサイズが大きくなっており、図１Ｄに示すように、フランジが連結器内で圧縮され、高温の液体が与えられたときに、連結器の密閉に作用する圧力が増加する。図１Ｂは、図１Ａの従来のガスケットを示す。ここで、比較的長い縁４８は、ガスケットが連結器内で圧縮したときに、後壁５０に当接する。これにより、高温において、縁が後壁５０に溶融するおそれがある。これは、一つには、ガスケットの構成部品を支持として作用するよりは、圧縮力のもとで縁４８及び環状のベース部材４３間のヒンジとして作用する、円弧の内壁４６による構造的支持の欠損によるものであると考えられる。図１Ａに示すような従来の設計に基づいて、脚４７（１つだけを示している）及び密閉面４９（１つだけを示している）が、パイプ表面に対して密閉するようになっているが、図１５で説明したように、密閉圧力が全面に対して効果的ではない。そして、これは、実質的には脚における円弧状の内壁４６による構造的支持の欠損によるものと考えられる。

図１及び図１Ｃで述べたように、非圧縮状態における本発明のガスケットのフランジは、好ましくは、上側の壁１２に対して略６０〜８５度の角度αとなっている。したがって、従来のように比較的弱いヒンジとして作用しないと考えられる。

図１、図１Ｃ、図１Ｄ及び図５において、本実施例のガスケットにおける各密閉面１８、２０は、略円錐形状の内壁４０、４２の真下に、外周溝部３６、３８を有している。ガスケット上において、密閉面が適切な液体潤滑剤を有していれば、ガスケットをより容易に取り付けることができることが分かる。潤滑剤としては、
アメリカのVictaulic社によって商標Victaulicのブランド潤滑剤として販売されているガスケット潤滑剤であって、一般的には、「VIC-LUBE」のブランド潤滑剤といった、植物塩基を持つものが好ましい。外周溝部３６、３８を設けることにより、潤滑剤が溝部に充填しやすくなり、連結部品を閉じることによって連結部品による圧縮力が作用したときに、溝部３６、３８は、潤滑剤をとらえやすくなり、溝部の両側に位置する周囲の面に潤滑剤を徐々に排出させやすくなる。これにより、ガスケットの密閉面における円滑で均一な密閉を促進させるとともに、連結器の締め付け工程が進むにつれて、パイプ及び連結器のハウジングの間のガスケットの面がつままれるのを避けることができる。これにより、好ましくないガスケットの突き出しを徐々に減らすことができる。

連結部品を接続する工程が完了すると、図５の断面図で示すように、溝部３６、３８は、概ね平坦となり、実質的に消滅する。しかしながら、上述したように、締め付け工程における徐々の排出によって、表面１８、２０上及び溝部３０、３８内に最初に存在する潤滑剤により、溝部を囲み、密閉面全体に延びる重要な密閉領域を滑らかにすることができる。

図４において、本発明の変形例である一部分を示す。ガスケット６０は、図１、図１Ｃ及び図３のガスケット１０と同様の構造を有している。ここで、密閉面６６、６８には、刻み６２、６４の構成の表面処理が施されている。いかなる粗面処理を用いることが考えられるが、一つの好ましい形態として、十字型又は斜交並行模様に方向付けられて延びる、複数の微細な溝部の形態を示している。溝部は、図１及び図３の溝部３６、３８の深さよりも深くないが、このパターンは潤滑油を取り込むことができ、連結器の締め付け工程において、潤滑油が配置される領域は、幅広い領域に沿ってより容易に配置することができる。多くの他の観点において、図４に示す実施例は、図１及び図３の実施例と同様であり、弾性の環状ベース部材７０には、内側に延びるフランジ部材７２、７４が設けられている。また、密閉面６６、６８上の刻み６２、６４は、パイプ上の小さな表面欠陥を補填する手助けとなる。

図６には、本発明の他の変形例であるガスケット８０の一部分を示している。ここで、弾性の環状ベース部材８２には、径方向内側に延びるフランジ部材８４（１つだけを示す）が設けられている。本実施例において、内側に延びる縁８６（１つだけを示す）は、
弧状面８８の交差によって形成され、平坦な密閉面９０を有する縁端部を有するように構成されており、パイプ端部の表面における密閉面９２及び縁８６間の接触を促進させる。

縁８６は、上側表面８８において下側に作用する水圧によって、パイプ表面と全体で接触し続けるようになっているとともに、内側に膨らんだ環状のフランジ内壁９４や内側に膨らむ後壁９６と接触しないようになっている。これにより、温度が略２３０°Ｆ以上に上昇して、内表面間が溶融するのを避けることができる。短い縁８８及び概ね細長く、平坦なフランジの内壁９４によって、上昇した温度及び圧縮のもとにおいて、後壁９６が内側に膨らんだときに、弾性材料が接触しなくなる。しかも、平坦な内壁の表面９４と、比較的頑丈なフランジ８４とによって、平坦で環状の内壁が、概ね平坦又は平坦に近い形状を保持しつつ、ガスケットに対する構造的な支持が得られ、圧力下でのパイプ表面に対する均一な密閉圧力が促進される。場合によっては、環状の内壁が僅かに内側に膨らむが、概ね平坦な形状は保持される。

図７において、本発明の他の実施例であるガスケット９１の一部分を示す。ここで、弾性の環状ベース部材９３は、上述した実施例のように、径方向内側に延びて一体的に形成されたフランジ部材９５を有している。軸方向に延びる複数の縁（縁９８だけを示す）は、概ね図６に示すように構成されているが、潤滑油をとらえる複数の溝部（溝部９７だけを示す）が追加的に設けられている。これらの溝部は、図５に示すガスケット及び連結器の接続において説明したように、連結器内のガスケットの圧縮において、潤滑剤をとらえたり、徐々に排出したりする。

図８において、圧縮された状態で連結器内に配置された、図７のガスケット９０の一部分を示す。ここで、説明のために連結部品の一部を示す。弾性の環状ベース部材９２は、一体的に形成され、略径方向内側に延びるフランジ部材９４、１０２を有する。フランジ部材は、図７において部分的に示すように、軸方向内側に延びる縁９８、１０６を有する。潤滑油をとらえる溝部９７、１０８は、ガスケットが十分に圧縮されたときに、概ね平坦となっており、フランジ部材９４、１０２の支持壁及び内側の後壁１０４は、内側に膨らんでおり、比較的短い縁９８、１０６との溶融及び／又は接触を避けている。

図９において、本発明の他の実施例であるガスケット１１０の一部分を示す。ここで、弾性の環状部材１１２は、上述した実施例のような構成となっているが、一対のフランジ部材（フランジ部材１１４だけを示す）及び密閉面（面１１６だけを示す）を有している。外周溝部１１８は、逆Ｖ字形状の切欠９０で形成されており、連結器内で圧縮された状態において、潤滑液体をとらえたり、潤滑液体を周辺の表面領域に徐々に排出したりする。逆Ｖ字形状の切欠９０は、上述した実施例における逆Ｕ字形状の溝部と同様の状態で潤滑油を保持するために設けられている。しかしながら、Ｖ字形状の切欠９０は、圧縮状態において、より均一で段階的な状態で平坦な構造となっており、ガスケットが周囲の連結器内で圧縮されたときに、最終的に完全に平坦な形状となる。また、徐々に平坦になる過程と、周囲の領域に潤滑剤を比較的ゆっくりと排出することにより、切欠に隣接する領域内に均等に潤滑油を配置させる。したがって、ガスケット及びパイプ端部間の完全な密閉の手助けとなる。

図１０において、本発明の他の実施例を示す。ここで、ガスケット１２０には、径方向内側に延びる複数のフランジ（フランジ１２２だけを示す）と、内側に延びる複数の縁（縁１２４だけを示す）とが設けられている。縁は、フランジから軸方向内側に延びているとともに、連続した密閉面１２６を形成する。密閉面１２６は、フランジ１２２の径方向内側の端部に沿って延びている。ガスケット１２０は、図８に示す密閉縁と同様の構成の複数の密閉縁（縁１２４だけを示す）を有する。そして、フランジの内壁１３０の真下には、逆長方形状の溝部１２８が設けられている。逆長方形状の溝部１２８は、上述した実施例の溝部と同様の状態において潤滑油を保持し、上述した状態と同様に連結器内で圧縮されたときに、周囲の領域に潤滑油を徐々に排出する。溝部１２８の構成が徐々に変化するのに応じて、周囲の領域に潤滑油を徐々に排出することにより、逆長方形状の溝部は、密閉面１２６及びパイプ端部間の完全な密閉を補助する。

溝部及び切欠を含む他のタイプの系統的な表面の凹凸を代わりに用いて、連結器の締め付け時において、パイプ端部の表面欠陥に対する補填を補助するように、潤滑油を保持したり、潤滑油を組織的且つ段階的に排出したりするようにしてもよい。例えば、逆長方形状の溝部１２８を、断面が正方形や他の形状に変えてもよい。

図１１において、本発明の他の実施例であるガスケット１３０を示し、ガスケット１３０は、外周の環状ベース部材１３２を有している。図１１の実施例において、径方向に延びるフランジ部材１３４、１３６は、内側支持壁１３８、１４０を有している。これらの内側支持壁は、交互に一連の略台形形状の硬い壁部材１４４から構成されており、それぞれの壁部材は交互に対応する略台形形状の空間１４２によって分離され、全体が環状のループ又は壁を形成している。図１２には、ループの一部分だけを示す。図１１の断面図から分かるように、内壁１３８、１４０は、径方向内側に延びる縁１４６、１４８を補填し、パイプ端部の面に対する密閉圧力の利用を向上させている。図１１の面１５０、１５２は、台形形状の硬い壁部分１４４の内側の面を示している。ここで、図１１の内側の面１５４、１５６は、空間１４２に対応するフランジの壁における内壁面を示す。

図１１及び図１２において、径方向最も内側の密閉面１５８、１６０は、上述した実施例における外周溝部と同様に機能する、略逆Ｕ字形状の外周溝部１６２、１６４を有している。パイプ連結器内にガスケットを組み込む前に、ガスケットの全面に潤滑油を塗布したときに、外周溝部は、潤滑油を保持する。パイプ連結部材が共に閉じ位置に引かれると、溝部１６２、１６４は、上述した実施例で説明したように、パイプ表面に対して徐々に平坦になるとともに、周囲の領域に対して潤滑油を徐々に排出し、密閉面１５８、１６０及びパイプ表面間の密閉を完全に行う。パイプ連結部品を締め付ける工程が進むと、パイプ密閉面１５８、１６０が実質的に水平になり、パイプ端部の外面と係合するまで、フランジ部材１３４、１３６は内側に回動する。そして、内側の支持壁部分１４４は、ある程度圧縮されて、係方向に働く支持力を与え、外周ベース部材１３２の外周面１３１及び連結器の間の完全な密閉や、フランジ部材１３４，１３６の密閉面１５８、１６０及びパイプ端部の間の完全な密閉を補助する。上述したように内側の支持壁１３８は、固体の弾性材料１４４の略台形形状部分の交互の部分で構成されており、パイプ連結器及びパイプ端部に対する縁１４６、１４８の密閉面に対して効果的な構造支持力を与える。特に、支持壁１３８の交互の部分は、パイプ表面に対して密閉力が与えられた状態において、内側に延びる縁１４６、１４８に支持力を与える。

上述した実施例で述べたように、連結器の組み立てにおいて潤滑油を保持し、又は／及び、パイプ表面上の一般的な欠損を補填するために、密閉面１５８、１６０は、刻み面、逆Ｖ字形状の切欠、逆正方形状や逆長方形状の切欠などといった、完全な密閉を補助する他の凹凸面を代わりに含むことができる。

図１３において、図１１及び図１２に示す連結器用のガスケットの他の実施例を示す。ガスケット１８０は、内側支持壁１７９を有している。ここで、図１１の内側支持壁１３８における台形形状の固体弾性部分が、幅広く、固体の弾性材料の略台形形状部分に変わっている。本実施例において、略正方形状の固体弾性部分１８４の間の空間１８２は、台形形状の空間として構成され、図１１及び図１２の空間１４２よりも広く、円形配列で配置されている。

図１４において、図１３の線１４−１４に沿った断面図を示す。ここで、硬い弾性壁材料の略台形形状部１８４の交互の部分は、略台形形状の空間又は窪み１８２によって分離されて示されている。他の観点において、図１３及び図１４のガスケットは、図１１及び図１２のガスケットと同様であり、縁１８６を有している。

図１１〜図１４の２つのガスケットから分かるように、内壁は、様々な構成の空間によって仕切られた、固体材料の様々な形状部分で形成されており、固体材料は、連結部品内に取り付けられたガスケットを備えた連結部品を組み立てるときに、圧縮されるようになる。そして、パイプの外周面及び連結器の内周面のそれぞれに対して必要な力を与え、圧力下の液体漏れに対して密閉する。ガスケットにおける環状の内周面に、様々な構成の空間によって分離された固体材料の部分を設けた構成とすることで、固体材料部分は、ガスケットの密閉面に対して、連結器及びパイプ部品に対する必要な力を与える。一方、空間は、ある用途における圧力及び温度が発生したときに、ガスケットの部品の溶融を引き起こす表面接触のおそれをなくしつつ、固体材料部分が広がるのを許容する空間となる。対応する形状の空間によって分割された、三角、円、楕円及び他の固体部分を含む様々なタイプの壁の構成を用いることができる。

図１５において、従来で述べたタイプのガスケットを用いた密閉面４９（図１Ａ及び図１Ｂに示す）及びパイプ表面における、コンピュータで得られた密閉圧力分布を示す。縁４８の先端から脚の端部まで圧力を測定した。図示のように、縁４８の全体において密閉圧力は存在しない。そして、密閉圧力は脚のヒール（端部）まで増加し、脚の端部でゼロに戻る。

対照的に、図１６は、図１や図１Ｃに示す本発明のガスケットにおいて、コンピュータで得られた密閉圧力のグラフを示す。ここで、硬いフランジには、平坦で、比較的細長い内側のフランジ壁が設けられている。縁の長さＬは短く、Ｓ／Ａの比率は略０．３０〜略０．４０となっている。そして、フランジ密閉面は、図１６の位置Ｅにおいて、潤滑剤保持溝部２１を有している。パイプ表面上の密閉圧力が位置Ｃ及び位置Ｄの間（これは、潤滑剤保持溝を示す）において低下するが、溝部によって得られる潤滑剤排出効果の利益は、溝部における密閉圧力の低下をはるかに上回っていることが分かる。このため、溝部を適切に設けることは、ガスケットの全体における密閉能力に悪影響を与えない。

図１７において、図６に示すガスケットにおける密閉面の密閉圧力分布のグラフを示す。ここで、密閉面は、潤滑剤保持溝部を有していない。本実施例において、圧力は、比較的均一に分配されている。本実施例において、図６のフランジ部材８４及び平坦な内側フランジ壁９４の伝達力とみられるものによって、縁の一部は、パイプ表面に対して密閉する。

好ましい実施例に関して、本発明を示して説明したが、本発明の精神及び範囲から外れない範囲内において、当業者によって様々な変形や変更を行うことができる。

本発明の実施例１であるガスケットの断面図であり、弛緩状態を示し、ガスケットの縁の一部分の近傍であって、周方向に延びる外周潤滑剤保持溝部を有している。 非圧縮状態にある従来のガスケットの一部を示す断面図であり、ガスケットの脚をベースに接続する円弧の内壁面を示す。 図１の従来のガスケットの一部を示す断面図であり、パイプ連結において圧縮されたガスケットの構成を示す。 非圧縮状態にある本発明のガスケットの一部を示す断面図であり、略平坦で環状の内壁と、フランジに設けられた比較的短い縁と、位置Ｃ及び位置Ｄ間における縁に隣接する潤滑剤保持溝部とを有する、比較的丈夫で支えとなるフランジを説明する図である。 図１Ｃのガスケットの一部を示す断面図であり、パイプ連結内に位置しているときのガスケットの構成を示す。 図１に示すガスケットが組み込まれたパイプ連結の正面図であり、摺動可能に係合する傾斜したボルトパッドを有する一対の溝付きパイプ部分を保持し、圧縮状態にある本発明のガスケットを示す。 図１のガスケットの全体を示す断面図である。 図１及び図３に示すガスケットの一部についての断面を含む右側斜視図であり、刻み又は十字の密閉面が設けられた追加的な特徴を示す。 図２のパイプ連結における線５−５に沿った断面図であり、圧縮状態にある図１のガスケットを示す。 交換される密閉縁構成を有する本発明のガスケットの一部を示す断面図である。 図６のガスケットの変形例の一部を示す断面図であり、縁密閉面の一部に隣接し、周方向に延びる外周潤滑剤保持溝部が設けられている。 圧縮状態における図７のガスケットを有するパイプ連結の断面図であり、概ね平坦な状態にある外周潤滑剤保持溝部を有しており、パイプ連結器の一部分も示す。 本発明の他の実施例であるガスケットの一部を示す断面図であり、密閉面において、逆Ｖ字形状の切欠による他の実施例である外周潤滑剤溝部が設けられている。 本発明の他の実施例であるガスケットの一部を示す断面図であり、同一の密閉面において、逆Ｕ字形状の溝部が設けられており、溝部は、ガスケットを連結器内に組み込んだときに、ガスケットの密閉表面を滑らかにするための潤滑剤を保持する。 本発明の他の実施例であるガスケットの一部を示す断面図である。ここで、周辺密閉フランジ及び縁は、内壁によって支持されており、内壁は、図１２に詳細に示されているように、交互のスペースによって分離された固体の弾性材料の交互の部分を有している。 図１１における線１２−１２に沿った断面図であり、交互に配置された対応する相補的な台形スペースによって分離され、交互に配置された固体の弾性材料を有する台形部分を複数有する密閉フランジの内側支持壁を示す。 図１１及び図１２のガスケットの変形例の断面図であり、密閉フランジの内側支持壁は、支持壁内に形成された台形スペースによって分けられ、交互に配置された略長方形の弾性部分で構成されている。 図１３における線１４−１４に沿った断面図である。 図１Ａに示す従来のガスケットの縁端部と脚の角との間の密閉面における密閉圧力分布を示すグラフである。 図１Ｃのガスケットの縁端部と支持フランジの角（例えば、ヒール部分）との間のフランジ密閉面における理論的な密閉圧力分布を示すグラフである。フランジの密閉面は、図１Ｃの位置Ｃ及び位置Ｄ間に位置し、グラフに示すように潤滑剤が塗布されていない潤滑剤保持溝部を有する。 図６のガスケットの縁端部と支持フランジの角との間のフランジ密閉面における理論的な密閉圧力分布を示すグラフである。フランジ密閉面には、グラフで示すように、位置Ｃ、Ｄ間において潤滑保持溝を有しておらず、ガスケットには、潤滑剤が与えられていない。

Claims (29)

1. パイプの端部を接続する機械的な連結器で用いられるガスケットであって、
   弾性材料で形成された、略環状のベース部材を有し、
   前記ベース部材の各外周端部は、一体的に形成されて、略径方向内側に延びるフランジ部材を有し、
   前記各フランジ部材は、環状内壁と、軸方向内側に面する一体的な縁とを有し、
   前記縁の径方向最も内側の面は、前記フランジ部材の径方向最も内側の面と連続しており、前記縁を含む前記フランジ部材の前記径方向最も内側の面が、連結される部品の表面一部分と係合するための径方向最も内側において連続する密閉面を形成しており、
   前記縁の長さに対する、前記部品の軸方向における前記フランジ部材の厚みは、ガスケットが密閉のために連結器内に位置して径方向に向かう圧縮力が作用するとき、前記フランジ部材において径方向に延びる前記環状内壁が、圧力応答及び補助的な密閉力を与える内側に凸の略円錐構成となるように設定されていることを特徴とするガスケット。
2. 前記各フランジ部材は、前記径方向最も内側の連続する密閉面に、外周溝部を有することを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
3. 前記各外周溝部は、前記各フランジ部材の前記環状内壁と略同一線上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のガスケット。
4. 前記弾性材料は、ポリエチレンポリプロピルジエンモノマー（ＥＰＤＭ）であることを特徴とする請求項３に記載のガスケット。
5. 前記環状内壁は、非圧縮状態において略平坦であり、
   前記機械的連結器内に位置して連結器によって径方向に向かう圧縮力を受けるとともに、内側の液体の圧力を受けるときに、前記環状内壁は、内側に凸の略円錐構成を保持することを特徴とする請求項４に記載のガスケット。
6. 前記内側に凸の略円錐構成は、わずかに突出していることを特徴とする請求項５に記載のガスケット。
7. 前記外周溝部は、パイプの端部との対面接触における前記フランジ部材の密閉を補助するための潤滑媒体を保持する寸法及び構成となっていることを特徴とする請求項６に記載のガスケット。
8. 前記部品は、端部に溝部が形成されたパイプであり、
   前記フランジ部材の厚み寸法Ｓを、前記パイプの溝部から前記パイプの端部までの寸法Ａで割った値が、略０．２５〜略０．４５の範囲内であることを特徴とする請求項７に記載のガスケット。
9. 前記フランジ部材の厚み寸法Ｓを、前記パイプの溝部から前記パイプの端部までの寸法Ａで割った値が、略０．３０〜略０．４０の範囲内であることを特徴とする請求項８に記載のガスケット。
10. 前記フランジ部材の厚み寸法は、前記フランジ部材における外側の外周壁面から外周潤滑溝部までの寸法であることを特徴とする請求項９に記載のガスケット。
11. 前記フランジ部材の前記環状内壁は、円弧面によって、前記ベース部材における内側の後壁に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載のガスケット。
12. 前記フランジ部材は、非圧縮状態において、前記ベース部材に対して、略６０°〜略８５°の角度αを形成することを特徴とする請求項１１に記載のガスケット。
13. 前記径方向最も内側の連続した密閉面は、前記部品の面に対する密閉圧力を増加させるための複数の凹凸面を含むことを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
14. 前記凹凸面は、潤滑油を保持する寸法及び構成であって、各パイプの端部に対する密閉面の密閉を増加させるための複数の溝部を有することを特徴とする請求項１３に記載のガスケット。
15. 前記複数の溝部は、刻み溝部又は切欠を有することを特徴とする請求項１４に記載のガスケット。
16. 前記複数の溝部又は前記切欠は、十字状のパターンで設けられていることを特徴とする請求項１５に記載のガスケット。
17. 前記フランジ部材における前記環状内壁は、対応する複数の空間によって分割された複数の壁部材で構成されていることを特徴とする請求項１６に記載のガスケット。
18. 前記複数の壁部材は、略台形形状に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載のガスケット。
19. 前記フランジの前記環状内壁における前記複数の空間は、略台形形状に形成されていることを特徴とする請求項１８に記載のガスケット。
20. 前記複数の壁部材は、不規則に構成されていることを特徴とする請求項１７に記載のガスケット。
21. 前記複数の空間は、不規則に構成されていることを特徴とする請求項１７に記載のガスケット。
22. 前記各フランジ部材は、前記機械的な連結器内に組み込まれ、前記機械的な連結器による圧縮力及び流体圧力が加わったときに、前記フランジ部材及び前記部品間の密閉圧力分布が前記フランジ部材の最も外側の角から外周溝部まで増加するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のガスケット。
23. 前記フランジ部材は、前記機械的な連結器内に組み込まれ、機械的な連結器による圧縮力及び流体圧力が加わったときに、前記フランジ部材及び前記部品間の密閉圧力分布が前記フランジ部材の最も外側の角から前記環状内壁まで増加し、前記各縁に向けて低下するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
24. 隣接するパイプの端部を接続する機械的な連結器に用いられるガスケットであって、
    各パイプ端部によって長手方向軸が定義されており、弾性材料で形成され、連結される部品とともに周方向において機械的な連結器内に位置するように構成された略環状のベース部材と、
    前記略環状のベース部材と一体的に形成されているとともに、軸方向に空間を有し、径方向内側に延びる一対のフランジ部材を有し
    前記各フランジ部材は、軸方向において所定の厚みを有するとともに、円弧状の内壁と、内側に向かい合う径方向内側の密閉面を有する縁とを有し、
    前記縁の径方向最も内側の面が、前記フランジ部材の径方向最も内側の面に連続しており、前記縁および前記フランジ部材の前記径方向最も内側の面が、連結されるパイプ端部の外側表面部分と係合するための径方向最も内側において連続する密閉面を形成し、
    対応する前記密閉縁の軸方向長さに対する前記部品の軸方向における前記フランジ部材の厚みが、前記ガスケットが連結器内に位置して２つのパイプ端部を連結し、連結器によって径方向に向かう機械的な圧縮力が与えられるときに、前記フランジ部材における前記内壁が、圧力応答及び補助的な密閉力を与える内側に凸の略円錐構成となるように設定されていることを特徴とするガスケット。
25. 複数の円弧状の連結部品と、
    直列した複数のパイプ部材における端部同士を並べて固定するための前記部品の内側周辺に設けられた係合手段と、
    各連結部品におけるガスケット保持通路と、
    前記連結部品を端部同士で固定するための手段と、
    前記連結部品のガスケット保持通路内に位置するガスケットとを有する機械的な連結器であって、
    前記ガスケットは、弾性密閉材料で形成され、前記通路内に位置する略環状のベース部材を有し、
    前記環状のベース部材は、一体的に形成され、径方向内側に延びる一対のフランジ部材を有し、
    前記各フランジ部材は、軸方向において所定の厚みを有するとともに、円弧状の内壁と、内側で向かい合い軸方向に延びる密閉縁、および径方向最も内側の密閉面とを有し、
    前記各密閉縁の径方向最も内側の面は、前記各フランジ部材における径方向最も内側の前記密閉面と連続しており、前記密閉縁および前記フランジ部材の前記密閉面が、連結されるパイプ端部の円弧表面部分と係合するための径方向最も内側において連続する密閉表面を形成しており、
    対応する前記密閉縁の軸方向長さに対する前記フランジ部材の厚みは、前記ガスケットが前記連結部品によって径方向に向かう機械的圧縮力を受けたときに、前記フランジ部材における前記円弧状の内壁が、前記連結部品及び前記パイプ端部間の内側の流体圧力に対して十分な密閉力を与えるような、内側に凸の略円錐構成となるように設定されていることを特徴とするパイプ連結器。
26. 前記密閉縁は、径方向において前記パイプ端部との密閉接触を保持する十分な厚みを有しており、前記密閉縁は、流体圧力によって生じる上側に曲がる力に対して抵抗することを特徴とする請求項２５に記載のパイプ連結器。
27. 前記径方向最も内側で連続した密閉面は、前記部品の表面に対する密閉圧力を増加させるための複数の凹凸面を含むことを特徴とする請求項２に記載のガスケット。
28. 前記凹凸面は、前記部品としてのパイプの端部に対する密閉面の密閉を増加させるための潤滑油を保持する構成の複数の溝部を有することを特徴とする請求項２７に記載のガスケット。
29. 前記各フランジ部材及び前記部品間の密閉圧力分布は、前記溝部の略幅において低下し、前記縁に向かって増加することを特徴とする請求項２２に記載のガスケット。

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