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ウィルズリングまたはクーパーリングは、オールメタル製のOリングシールの一種です。高性能ピストンエンジンのヘッドガスケットのシールなど、非常に過酷な用途に使用されます。
中空の金属製ウィルズリングは、軟質金属シールよりも優れた復元力と、エラストマーOリングよりも高い耐熱性を持つため、使用されています。
ウィルズリングは、中空の金属管状のOリングです。内部はガス圧で加圧されています[ 1 ]。 この構造の利点は、リングが幅広い条件下でシールできることです[ 2 ] 。金属構造のため、高温や低温、化学攻撃に対しても頑丈です。より柔らかいコーティングを施すことで、さらに優れた適合性を提供したり、粗く加工された表面に対してシールしたりすることができます[ 2 ] 。内部加圧により、必要な可動範囲と、エラストマーOリングよりも速い応答速度の両方において柔軟性があります。また、その屈曲は温度の影響を受けません[注1 ] 。
リングは、製造時に静的ガス充填によって加圧されるか、使用中にジョイントに加わる圧力によって加圧される。これらの加圧式リングには、ガスの侵入を可能にするために圧力側にベントがある。非加圧リングの圧力制限は 4 MPa [注 2 ] だが、内部加圧リングでは 40 MPa、外部加圧式では200 MPa または 1,000 MPaに達する。 [ 3 ]
ウィルズリングは、大きく分けて5つのタイプで製造されています。[ 2 ]
通気孔付きおよびスリット付きの形状は、通常、内部圧力を保持するために内部に通気孔が設けられていますが、水中での使用など、高い外部圧力で使用するために外部通気孔付きのものもあります。[注3 ]
これらは静的な面シールにのみ使用され、可動グランドには使用されません。薄いチューブ壁は、乱暴な取り扱い、尖った工具、組み立て時の圧着による損傷を受けやすいです。圧力作動式は、尖った損傷に対してはやや耐性がありますが、組み立て時に内部加圧による支持がないため、折り曲げや圧着のリスクが高くなります。
リングは、通常は嵌合面のいずれか一方に加工された溝に取り付けられます。[ 4 ]これらの溝の正しい垂直深さ（幅や断面積ではなく）は、シール性能を制御する重要な要素です。[ 5 ]エラストマーOリングの溝とは異なり、溝の幅と形状は重要ではなく、深さだけが重要です。この「溝」は、自由高さが維持されていれば、側面が開いた溝または開口部になることさえ可能です。[ 5 ]
ウィルズリングは、ステンレス鋼やインコネルなどのさまざまな耐火金属で製造されています。[ 5 ] PTFEコーティングやさまざまな厚さの銀メッキも利用可能です。[ 5 ]
加圧ウィルズリング（元々はクーパーリングとして知られていた）の最もよく知られた用途の1つは、ピストンエンジンの燃焼室を密閉することです。[ 5 ]これらは高価であることと、他の現代的なガスケットの性能が良いことから広くは使用されていませんが、高性能エンジンには適しています。
この場合の最初の応用例の 1 つは、コベントリー クライマックスのレーシング エンジンでした。[ 6 ]コベントリー クライマックスのより一般的なユーティリティ エンジンではこれらのシールは必要ありませんでしたが、ヒルマン インプなどの市販車のエンジンに採用され、レース用に再調整されたときに、この種の補助シールを追加するのが一般的な慣行でした。[ 4 ] FWMV V8などのコベントリー クライマックスの設計の中には、ウェット ライナーを備えたオープン デッキ ブロックを使用するものがありました。これらはシリンダー ヘッドの近くではなく、ライナーの底部に配置されていました。そのため、ブロックとライナーが異なる速度で膨張する、特にエンジン負荷が減少するとライナーがより急速に収縮する場合に、熱膨張の差による問題が発生し、冷却液の漏れを引き起こしました。 [ 7 ]この解決策は、ライナーを再設計して、代わりに上部に配置することで、膨張の影響を受ける距離を短縮することでした。ウィルズリングは内部加圧のおかげで高いコンプライアンスを備えており、締め付け距離が短いため弾性がほとんどなく、ヘッドボルトからの締め付け力が大きく変動する可能性があったにもかかわらず、確実なシールが可能であった。
ウィルズリングは、エラストマーOリングや金属箔ヘッドガスケットなどの他のシールと比較して高価です。典型的な比較として、リング1個[注4 ]は約50ドル[ 8 ]で、 4気筒エンジン用の高性能ヘッドガスケットの価格とほぼ同じです。