墊片的製作方法

2023-06-27 01:45:11

專利名稱：墊片的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種主要是用於化學工業領域中的配管中的，適宜使用於酸、鹼、溶劑
等的難以使用通常的片狀墊片的位置的墊片。
背景技術：
作為該類墊片，本申請人先前提出了一種墊片，其是在具有同心圓的波形的金屬 薄板的谷部上填充粉體密封材料，在填充該粉體密封材料的金屬薄板的兩表面上層疊粘接 具有密封性的PTFE片而成的墊片(下面，稱為"先前提出的墊片")。該墊片，是作為彌補 當時佔主流的使用膨脹石墨片的墊片(下面，稱為"現有技術墊片")的缺點，即，彌補"由 於作為密封材料使用膨脹石墨片，雖然能夠在40(TC以下的溫度的非氧化性流體中使用，但 是難以在氧化性流體中使用，在用途上受到限制"的缺點的墊片而進行開發的。作為現有技 術的墊片，例如，已知在專利文獻1中公開的墊片。 另外，現有技術墊片，是通過具有同心圓的波形的金屬薄板和在其兩表面上作為 密封材料分別層疊粘接的膨脹石墨片構成的結構。該現有技術墊片，作為金屬平板或兩表 面加工成不連續的凹凸或齒形凹凸的金屬板構成的芯材，使用具有同心圓的波形的金屬薄 板，由此，具有下述優點壓縮率飛躍式地提高並且具有能夠確保即使在具有翹稜或起伏不 平的搪瓷法蘭中也能使用的變形追隨性(對於法蘭面精度的追隨性)。另外，與法蘭接觸的 兩表面通過流動性高的膨脹石墨片形成，也確保了與法蘭具有優異的相容性。
此處，作為參考，參照圖8(A) (C)所示的壓縮變形過程，預先說明使用PTFE片 的先前提出的墊片的結構(參照圖7)及使其發生密封作用的原理。如圖7所示，先前提出 的墊片IO，在谷部lla上填充粉體密封材料14的波形的金屬薄板11的前表面及背面兩表 面上，層疊粘接具有密封性的圓環狀的PTFE片12、13而構成。首先，在圖8(A)所示的夾緊 前的自由狀態下，實施剖面波形的金屬薄板11，具有波螺距P、厚度高度T，PTFE片12、 13在 全體上具有均勻的厚度d，金屬薄板11的谷部1 la和PTFE片12、 13之間(現有技術中的空 隙的部分)，填充有填充材料14。 在圖8 (B)的負載低夾緊負重的低夾緊狀態下，在相對的法蘭50、60之間在厚度方 向上壓縮墊片10。金屬薄板11隨著厚度高度T的縮小，波螺距p擴大，在厚度方向上發生 壓縮變形並在面方向(內外徑方向)上發生伸長變形。PTFE片12、13，在金屬薄板11的峰 部lib上在厚度方向上被壓縮，並且，由於在金屬薄板11的谷部lla上填充有填充材料14， 在金屬薄板11的谷部lla上也被壓縮，從而在金屬薄板11的峰部lib及谷部lla的全部 表面上確保夾緊面壓，能夠發揮穩定的密封性能。另外，llc、lld是平坦部。
在圖8 (C)的負載高夾緊負重的高夾緊狀態下，在相對的法蘭50、60之間在厚度方 向上進一步壓縮墊片10。金屬薄板ll隨著厚度高度T的進一步縮小，波螺距p進一步擴大，
在厚度方向上進一步發生壓縮變形並在面方向上進一步發生伸長變形，直至接近平板的狀 態。PTFE片12、13，在金屬薄板11的峰部llb上在厚度方向上進一步被壓縮，並且，由於在 金屬薄板11的谷部lla上填充有填充材料14，在金屬薄板11的谷部lla上也進一步被壓
3縮，從而在金屬薄板11的峰部lib及谷部11a的全部表面上進一步確保高的夾緊面壓，能夠持續保持在低夾緊負重下得到的穩定的密封性能。 如此，先前提出的墊片10，由於通過填充有填充材料14填埋現有技術中的空隙的金屬薄板11的谷部11a的部分，在現有技術的低夾緊負重下，壓縮不能壓縮的金屬薄板11的谷部1 la上的PTFE片12、 13，在低夾緊負重下，能夠在全部表面上確保夾緊面壓，因而，能夠從低夾緊負重得到穩定的密封性能。因此，具有能夠在低 高夾緊負重下長期確保穩定的密封性能的效果。 但是，先前提出的墊片，在金屬薄板的谷部的全部上填充密封用填充材料的作業非常困難，並且需要大量時間，在生產性方面有問題。另外，將谷部用填充材料填充的狀態維持至金屬薄板的表面用PTFE片覆蓋也是困難的，雖然在性能上被評價，但是作為產品並不適於批量生產。 專利文獻1 :JP實開平5-92574號公報

發明內容
本發明，是基於上述實情而做出的發明。其目的是，提供一種墊片，該墊片沿襲在作為芯材的具有剖面波形的金屬薄板的兩表面上層疊配備PTFE片的結構，被改善成能夠容易地製作，並且該墊片具有優異的密封性且具有也能夠在氧化性流體中使用的優點，並且也能夠適於批量生產。 本發明的技術方案l的發明，是一種墊片，其特徵在於，由從軸心X方向視呈同心圓或近似同心圓的狀態的剖面形狀形成波形的圓環狀的金屬薄板1和在上述金屬薄板1的兩表面上分別層疊配置的PTFE片2、3而構成，其中，上述PTFE片2、3的厚度d，設定成是上述金屬薄板1的波高h以上並且是上述波高h的2. 5倍以下的範圍。 本發明的技術方案2的發明，是如上述的墊片，其特徵在於，上述PTFE片2、3的厚度設定為0. 3mm以上並且是0. 75m以下。 本發明的技術方案3的發明，是如上述的墊片，其特徵在於，上述金屬薄板1的波螺距P設定為上述波高h的4 6倍，優選設定為5倍。 本發明的技術方案4的發明，是如上述的墊片，其特徵在於，上述金屬薄板1中的處於直徑最內側的單位波部分li的波高hi和/或處於直徑最外側的單位波部分lu的波高hu，設定為比單位波部分li、lu以外的其他部分Is的波高h稍高。 本發明的技術方案5的發明，是如上述的墊片，其特徵在於，上述單位波部分li、
lu的波高hi、 hu是上述其他部分Is的波高h的1. 1 1. 3倍，優選是1. 2倍。 本發明的技術方案6的發明，是如上述的墊片，其特徵在於，上述金屬薄板l是由
不鏽鋼鋼板形成。 根據本發明的技術方案1的發明，其詳細情形將在具體實施方式
部分中進行敘述，其在使用狀態中，PTFE片中的位於峰部上的為了得到有效的密封性的面壓高的薄的部分不會破裂而存留，同時，填埋谷部，從而在該部分上作為墊片的面壓也發生作用。因此，不需要在現有技術(先前提出的墊片)中必需的填埋金屬薄板的谷部的粉體，也不需要將該粉體預先供給至金屬薄板的各谷部的製作作業(工序)以及將供給的粉體進行維持以使其不在直至層疊PTFE片之間脫落的作業(工序)，能夠使生產性顯著提高並且使成本降低。
其結果是，能夠提供一種墊片，該墊片沿襲在作為芯材的具有剖面波形的金屬薄板的兩表面上層疊配備PTFE片的結構，被改善成能夠容易地製作，並且該墊片具有優異的密封性且具有也能夠在氧化性流體中使用的優點，並且也能夠適於批量生產。作為其現實的數值，根據本發明的技術方案2的發明，優選上述PTFE片的厚度設定為0. 3mm以上並且是0. 75m以下，另外，根據本發明的技術方案3的發明，優選上述金屬薄板的波螺距設定為波高的4 6倍，優選設定為5倍。另外，從強度或耐腐蝕性等方面考慮，根據本發明的技術方案6的發明，優選金屬薄板是由不鏽鋼製成。 根據本發明的技術方案4的發明，由於將金屬薄板中的處於直徑最內側或直徑最外側的單位波部分的波高設定為比該單位波部分以外的其他部分的波高稍高，能夠提高墊片的直徑內側端部或直徑外側端部的面壓，能夠提供在直徑方向端部上的密封性進一步提高的墊片。該情形下，如本發明的技術方案5的發明所示，從提高密封性方面考慮，優選直徑方向端部的單位波部分的波高是上述其他部分的波高的1. 1 1. 3倍，優選是1. 2倍。


圖1是實施例1的墊片的平面圖。 圖2是表示墊片的結構的圖1的a-a線剖面圖。 圖3是表示圖1的墊片在壓縮的使用狀態下的狀況的剖面圖。 圖4是表示金屬薄板的波高和螺距等的參數的直徑方向端部的剖面圖。 圖5是表示各種實施例和各種比較例的數據的參數表。 圖6是關於圖5的數據的判斷基準表。 圖7是表示現有技術的墊片的結構的半剖面圖。 圖8是表示現有技術的墊片的壓縮變形過程，(A)表示自由狀態、(B)表示低夾緊狀態、(C)表示高夾緊狀態。附圖標記的說明1金屬薄板li處於直徑最內側的單位波部分(最內側的波部分)lu處於直徑最外側的單位波部分(最外側的波部分)Is單位波部分以外的其他部分2PTFE片3PTFE片G墊片X軸心d PTFE片的厚度h金屬薄板的波高(其他部分的波高)hi處於直徑最內側的單位波部分的波高hu處於直徑最外側的單位波部分的波高P金屬薄板的波螺距
具體實施例方式
下面，參照

本發明的墊片的實施方式。圖1是墊片的平面圖、圖2是自由狀態中的墊片的半剖面圖、圖3是使用狀態中的墊片的半剖面圖、圖4是定義金屬薄板的各種參數的說明圖、圖5和6是表示實施例和比較例的特性數據或判斷基準的表。
本發明的墊片G，如圖1、圖2所示，由從軸心X方向視呈同心圓(或近似同心圓)的狀態的剖面形狀形成連續的波形的圓環狀的金屬薄板1、在金屬薄板1的兩表面上分別層疊配置的PTFE片2、3構成。具有波形剖面的金屬薄板l，也稱為"波紋板"，通過不鏽鋼鋼板等形成。各PTFE片2、3的厚度d，設定成是金屬薄板1的波高h以上並且是波高h的2.5倍以下的範圍。 金屬薄板l，是通過模具進行擠壓成型，使平板圓環狀的基板形成為在直徑方向上的剖面形狀呈連續的同心圓的波形的"波形金屬薄板"。該金屬薄板1的形狀，如圖1 圖3所示，板厚t、波高h、波螺距p的各尺寸設定在規定的範圍，作為一個實例，可舉出，設定為t = 0. 5mm、 h = 0. 3mm、 p = 1. 5mm。 如圖4所示，金屬薄板1的波高h，是從自由狀態中的金屬薄板1全體的厚度，即，厚度高度T減去板厚t的值(h = T_t)。螺距p，是前表面或背面的任一表面中的直徑方向上相鄰的谷部la之間或峰部lb之間的距離。金屬薄板1的波螺距p設定為波高h的4 6倍(4h《p《6h)，優選設定為p = 5h。 另外，金屬薄板l中的處於直徑最內側的單位波部分(即，最內側的波部分)li的波高hi和處於直徑最外側的單位波部分(即，最外側的波部分)lu的波高hu，設定為比單位波部分li、lu以外的其他部分(S卩，主波部分)ls的波高hs稍高。具體地，是1. 1Xls《li《1. 3Xls、1. 1Xls《lu《1. 3Xls，優選設定為li = lu = 1. 2Xls。詳細內容如後所述，此處記載如下通過使這些最內側的波部分li或最外側的波部分lu的波高比其他部分稍高，能夠有助於進一步提高作為墊片G的密封性。另外，圖4中的假想線，表示出了單位波部分(li、lu)與主波部分ls波高(h)相同的情形。 PTFE片2、3的直徑內側端部重疊而一體化，作為該一體化的部分的連接設置部4與一對PTFE片2、3構成袋蓋體5， PTFE片2、3是該袋蓋體5的一部分。該袋蓋體5，在圖示中進行了省略，其是通過邊使具有連接設置部4的厚度的圓環狀的PTFE板旋轉，邊從外周端部用切刀切至厚度中央，僅留下直徑內側端部而製得。因此，PTFE片2、3，是在直徑內側端連接而成為一體，但是，也可是例如將2張PTFE片2、3的直徑內側端部之間通過粘結而一體化的結構。 各PTFE片2、3是具有相同的厚度，其厚度d是設定為金屬薄板1的波高h以上，並且波高h的2. 5倍以下的範圍(h《d《2. 5Xh)。艮卩，波高h是0. 3mm時，0. 3mm《d《0. 75mm。這些將在後面進行記載，此處記載如下隨著墊片G的壓縮，在波高h變低的金屬薄板1的谷部la上，流動性好的PTFE片2、3流進起到填埋的作用，因此，至少需要與自由狀態中的波高h同等的厚度d。 其中，PTFE片2、3變厚，則在壓縮的使用狀態下，由於流動性良好，PTFE片2、3在直徑方向上移動過度，有可能產生溢出，同時蠕變現象也變得顯著。另外，成本也顯著提高。由於上述因素，現實地優選能抑制在波高的2. 5倍以下。這是上述的(h《d《2. 5Xh)的原因。
使用狀態下的墊片G，如圖3所示，是在相對的一對法蘭6、7之間在厚度方向上被
6壓縮的狀態，隨著金屬薄板1的波高h的減低，波螺距p增大，厚度高度T與自由狀態相比 明確地變薄。各PTFE片2、3，在與金屬薄板1的峰部lb相接的位置被壓縮而在直徑方向上 流動同時厚度變薄，並且，位於谷部la的位置由於從與峰部lb相接的位置流動而來的材料 而導致厚度增加，由此，與自由狀態相比，填埋高度變低的谷部la，得到在厚度方向上沒有 間隙的狀態。 另外，雖然對從如圖2所示的自由狀態的墊片G進行到如圖3所示的使用狀態的 墊片G的變化狀況(中途狀態)進行了省略，但是可認為該金屬薄板1和PTFE片2、3與前 述的先前提出的墊片(參照圖7)的負載低夾緊負重的夾緊狀態(參照圖8(B))同樣地進 行變化。另外，如圖3所示的金屬薄板1的剖面形狀，為了方便起見可將其與如圖2所示的 自由狀態的情形進行同等地描述，實際上，如前所述，波高h發生減少並且波螺距p發生增 加。 如圖3所示的使用狀態中，由於在墊片G的厚度內不存在空隙，能夠有效地利用在 剖面呈波形的金屬薄板1上產生的賦予面壓的彈簧効果。同時，由於覆蓋金屬薄板1的兩 表面的PTFE片2、3所保持的良好的流動性，即，在峰部lb中減少厚度而在谷部la中增加 厚度的性質，作為墊片G的兩表面2a、3a均平坦化，其與各法蘭6、7的表面8、9具有良好的 密接性。 即，由於將與PTFE片2、3的厚度d之比設定為適當的範圍(h《d《2. 5Xh)、金 屬薄板1的波螺距P設定為波高h的4 6倍(4h《p《6h)，在使用狀態中，PTFE片2、3 中的位於峰部lb上的為了得到有效的密封性的面壓高的薄的部分不會破裂而存留，同時， 填埋谷部la，從而在該部分上作為墊片G的各表面2a、3a與各法蘭6、7的表面8、9之間也 發生面壓作用。 因此，可不需要現有技術的用於填埋金屬薄板1的谷部la的粉體，因而不需要將 其粉體預先供給至金屬薄板1的各谷部la的製作作業(工序)以及將該供給的粉體維持 以使其不在直至層疊PTFE片2、3之間脫落的作業(工序)，因而，能夠顯著地提高生產性並 且能夠降低成本。 另外，金屬薄板1的直徑方向的端部(即，最內側的波部分li的波高hi或最外 側的波部分lu的波高hu)是比其他的波部分ls的高度h稍高而形成，因此，能夠使墊片G 與各法蘭6、7之間的接觸壓力在直徑方向的端部進一步提高，能夠更有效地迴避漏出的可 能，從而進一步提高密封性。作為採用提高端部的波高的方式的結構，即可僅是直徑方向的 內端部(最內側的波部分li)，也可僅是外端部(最外側的波部分lu)。
另外，金屬薄板1的波高也可以全部是h，而不管直徑方向的端部li、lu的波高如 何，將金屬薄板1的波高定義為h。接下來，對於墊片G的各種實施例以及各種比較例的測 定數據或特性數據等的參數，參照圖5、圖6進行說明。
(實施例1) 實施例1的墊片G中的金屬薄板1，由不鏽鋼鋼板製成，厚度t = 0. 5mm ;波高h = 0. 3mm(厚度高度T = 0. 8mm);螺距p = 1. 5mm ;內側的單位波部分與外側的單位波部分li、 lu的波高hi、hu = 0. 36mm。 PTFE片2、3的厚度d = 0. 3mm。
(實施例2) 實施例2的墊片G中的金屬薄板1 ，是與實施例1的金屬薄板1相同。PTFE片2、3的厚度d = 0. 4mm。
(實施例3) 實施例3的墊片G中的金屬薄板1 ，是與實施例1的金屬薄板1相同。PTFE片2、 3的厚度d = 0. 5mm。
(比較例1) 比較例1的墊片G中的金屬薄板1，由不鏽鋼鋼板製成，厚度t = 0. 8mm ;波高h = 1. 0mm(厚度高度T = 1. 8mm);螺距p = 3. 2mm。 PTFE片2、3的厚度d = 0. 3mm。
(比較例2) 比較例2的墊片G中的金屬薄板1 ，是與比較例1的金屬薄板1相同。PTFE片2、 3的厚度d = 0. 4mm。
(比較例3) 比較例3的墊片G中的金屬薄板1 ，是與比較例1的金屬薄板1相同。PTFE片2、 3的厚度d = 0. 5mm。
(比較例4) 比較例4的墊片G中的金屬薄板1，由不鏽鋼鋼板製成，厚度t = 0. 5mm ;波高h = 0. 6mm(厚度高度T = 1. 1mm);螺距p = 3. 2mm。 PTFE片2、3的厚度d = 0. 3mm。
(比較例5) 比較例5的墊片G中的金屬薄板1 ，是與比較例4的金屬薄板1相同。PTFE片2、 3的厚度d = 0. 4mm。
(比較例6) 比較例6的墊片G中的金屬薄板1 ，是與比較例1的金屬薄板1相同。PTFE片2、 3的厚度d = 0. 5mm。
(比較例7) 比較例7的墊片G中的金屬薄板1，由不鏽鋼鋼板製成，是厚度t = 0. 5mm的沒有 進行波形加工的平坦的平板。PTFE片2、3的厚度d = 0. 3mm。
(比較例8) 比較例8的墊片G中的金屬薄板1 ，是與比較例7的金屬薄板1相同。PTFE片2、 3的厚度d = 0. 4mm。
(比較例9) 比較例9的墊片G中的金屬薄板1 ，是與比較例7的金屬薄板1相同。PTFE片2、 3的厚度d = 0. 5mm。 通過圖5的參數數據以及圖6的判斷基準可知，實施例1 3的墊片均密封特性 (洩露少的特性)良好，壓縮恢復特性也良好，並且應力緩和特性(包括蠕變)也良好。艮P， 能夠獲得在壓縮使用時，PTFE片(被覆材料)2、3沒有破裂的具有穩定的密封特性、適度好 的(適當的)壓縮恢復量以及小的應力緩和率的墊片G。另外，在圖6的判斷基準表中，僅 O表示的"良好"是符合規定(OK)，A表示的"不安"以及X表示的"不可"，均是作為產品 是不符合規定(NG)。另外，圖5、6中所述的"被覆材料"，是指PTFE片2、3。
與此相對，金屬薄板1的厚度、波高及螺距全部超過實施例1 3的比較例1 3 的墊片中，伴隨著使用的壓縮產生PTFE片2、3破裂等，其密封特性和應力緩和特性全部是不可(X)。對於壓縮恢復特性，僅PTFE片2、3的厚度最薄(d = 0. 3mm)的比較例l是良好 (〇)，厚度是0. 4mm或0. 5mm的比較例2、3是不安(△)。因此，比較例1 3的墊片，不
採用作為產品。 接下來，金屬薄板1的波高和螺距超過實施例1 3 (厚度相同)的比較例4 6 的墊片中，除比較例4的密封特性是不可(X)以外，全部是不安(△)。 S卩，進行強夾緊時， 被覆材料(PTFE片)破裂或應力緩和變大，長期使用時的穩定性欠缺，從而也能夠將其判斷 為與比較例1 3的墊片同樣不具有實用性。 另外，作為參考，金屬薄板1是平板的比較例7 9的墊片中，當然是缺少壓縮恢 復性而不可(X)，不能在該狀況下耐用。順便進行說明，其密封特性是不安(A)，應力緩 和特性是良好(〇)。即，壓縮量過小，預計其在高溫下使用時發生顯著的蠕變。
如上所述，在實施例1 3的墊片G中，由於金屬薄板1的波高h和PTFE片2、3 的厚度d的比設定在適當的範圍(h《d《2. 5Xh)，成為能夠滿足全部的密封特性、壓縮應 力特性以及應力緩和特性的產品。與此相對，不將金屬薄板的波高h與PTFE片的厚度d的 比設定在適當的範圍(h《d《2. 5Xh)或金屬薄板1的波螺距p不設定為波高h的4 6 倍的本發明的規定外的墊片的比較例1 9的墊片，其密封特性、壓縮應力特性、應力緩和 特性中，有任何一項以上為不安(△)或NG(X)，不能適於實用。 [oose](其它實施例〕 PTFE片2、3，也可是分別相互獨立的片，另外，也可通過模具成型形成所示的具有 連接設置部4(參照圖1、2)的結構的PTFE制的袋蓋體5。另外，金屬薄板l的材料，在不鏽 鋼之外，也可是壓延鋼板、高張力鋼板或鋁合金等各種材料。
9
權利要求
一種墊片，由從軸心方向視呈同心圓或近似同心圓的狀態的剖面形狀形成波形的圓環狀的金屬薄板和在上述金屬薄板的兩表面上分別層疊配置的PTFE片構成，上述PTFE片的厚度設定成是上述金屬薄板的波高以上並且是波高的2.5倍以下。
2. 如權利要求1所述的墊片，其中，上述PTFE片的厚度設定為0. 3mm以上並且是0. 75mm以下。
3. 如權利要求1所述的墊片，其中，上述金屬薄板的波螺距設定為上述波高的4 6倍。
4. 如權利要求3所述的墊片，其中，上述金屬薄板的波螺距設定為上述波高的5倍。
5. 如權利要求2所述的墊片，其中，上述金屬薄板的波螺距設定為上述波高的4 6倍。
6. 如權利要求5所述的墊片，其中，上述金屬薄板的波螺距設定為上述波高的5倍。
7. 如權利要求1 6中任一項所述的墊片，其中，上述金屬薄板中的處於直徑最內側的 單位波部分的波高和/或處於直徑最外側的單位波部分的波高設定為比該單位波部分以 外的其他部分的波高稍高。
8. 如權利要求7所述的墊片，其中，上述單位波部分的波高是上述其他部分的波高的1. 1 1. 3倍。
9. 如權利要求8所述的墊片，其中，上述單位波部分的波高是上述其他部分的波高的 1.2倍。
10. 如權利要求1所述的墊片，其中，上述金屬薄板是由不鏽鋼鋼板形成。
全文摘要
本發明提供一種墊片，該墊片沿襲在作為芯材的具有剖面波形的金屬薄板的兩表面上層疊配備PTFE片的結構，被改善成能夠容易地製作，並且該墊片具有優異的密封性且具有也能夠在氧化性流體中使用的優點，並且也能夠適於批量生產。在金屬波紋板的兩表面上層疊配置PTFE片的結構的墊片中，由從軸心(X)方向視呈同心圓或近似同心圓的狀態的剖面形狀形成波形的圓環狀的金屬薄板(1)和在上述金屬薄板(1)的兩表面上分別層疊配置的PTFE片(2)、(3)構成，其中，上述PTFE片(2)、(3)的厚度(d)，設定成是上述金屬薄板(1)的波高(h)以上並且是上述波高(h)的2.5倍以下的範圍。
文檔編號F16J15/12GK101725711SQ200910206579
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月22日 優先權日2008年10月30日
發明者前田桐志, 末廣篤, 柳武雄二, 田邊裕樹 申請人:日本皮拉工業株式會社