JP2004308912A - フランジ継手用ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】最大で１５００ｇ／ｍ²の面積比重量を有する２枚の金属箔間に埋め込んだ、少なくとも１つの黒鉛箔の層からなる耐圧性の平面状コア、該コアに面していない金属箔の表面を最大で３５０ｇ／ｍ²の面積比重量を有する黒鉛箔でできた上載せ層で覆われ、このコアに面していない表面を有する金属箔からなり、ＴＡ空気の限界値以下の漏洩率を有するフランジ継手用平形ガスケットを提供する。
【解決手段】ガスケットの層接合材のコアの黒鉛箔の面積比重量に対する上載せ層の黒鉛箔の面積比重量の比を１：３〜１：７とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、非特許文献１に規定の限界値以下の漏洩率を有するフランジ継手用の枠体付ガスケットに関する。

黒鉛箔又は黒鉛を含む積層体でできたガスケットは、例えば化学産業において配管及び装置、発電所の蒸気管及び暖房設備に従来技術で使用されている。黒鉛箔は、黒鉛層間化合物の熱膨張、及びこの膨張により得られるアコーディオン形粒子を引続き圧縮することにより製造される。これらの粒子は、加圧下に圧縮する際に互いに埋め合わされ、接着剤を添加することなく箔又はプレートのような安定かつ柔軟な平面状形成物を製造できる。黒鉛箔は高温及び腐食媒質に耐えるので、比較的僅かな流体透過性、高い圧縮率、優れたスプリングバック性及び加圧下での極めて僅かなクリープ傾向を特徴とする。

黒鉛からなるガスケットの機械的安定性は、金属（シート又は箔）からなる補強挿入物を２つの黒鉛箔間に埋め込むことで高め得る。従って従来技術に基づく全層厚で１〜４ｍｍのガスケットには、大抵の場合厚さ数１００μｍの複数の黒鉛箔間に金属挿入物を埋め込んだ積層体が使用されている。

複数の金属層と黒鉛層が交互に重なる層接合材の製造方法は、特許文献１から公知である。金属層と黒鉛層との間に、接着剤なしで不可分の結合を、有機珪素化合物、過フッ化物又は金属石けんの群からの界面活性物質を薄層の形で少なくとも１つの接合すべき表面上に塗布し、該表面を引続き接触させ、圧力及び熱の作用で互いに接合することで形成できる。

特許文献１の例４は、かかる層接合材の特徴的な構成を開示する。該層接合材は、各々厚さ０．２５ｍｍの４層の黒鉛箔と、各々厚さ０．０５ｍｍの３層のアルミニウムシートから成り、各シートは２枚の黒鉛箔間に埋め込まれ、交互に重なる積層体を形成する。

このようなフランジ継手用積層体からなるガスケットの漏洩率は、その環状ガスケットの内周および／又は外周を枠体１で囲んだ場合、明らかに低下する。厚さの等しい４枚の黒鉛箔３'、３''、３'''及び３''''と、それらの２枚の黒鉛箔の間に埋め込んだ、厚さの等しい３枚の金属箔２'、２''及び２'''とからなるガスケットの断面を図１に示す。その枠体１は、この層接合材の全ての層を包み込んでいる。この枠体は、拡散バリヤの役目をする。枠体下にその黒鉛は特に強力に圧縮され、その結果枠体１と外側黒鉛層３'もしくは（３''''）間に十分に流体の漏れない封止が達成される。

この原理に基づき組立てられた、流体漏れに対し高度の要求を満たすガスケットは、例えば商品名“SIGRAFLEX”（高圧用）の名称で市販されている（非特許文献３参照）。このガスケットは積層された同じ厚さの複数の黒鉛箔から成り、箔間に金属箔の補強挿入物が埋め込まれている。典型的には、環状ガスケット体の内周および／又は外周範囲は、層接合材の全ての層を包み込む枠体で囲まれている。例えばヨーロッパで使用されている標準的フランジ継手の封止に好適な厚さ２ｍｍのガスケットは、各々厚さ０．５ｍｍの４層の黒鉛箔と、箔間に埋め込んだ、各々厚さ０．０５ｍｍの３層の特殊鋼の箔からなる。このガスケットは、特殊鋼の枠体を備える。全体として７層の積層体からなるこのガスケットの気体透過率は、（ＶＤＩ基準要綱２４４０で測定して）０．９×１０^-5ｋＰａ×１／（ｓ×ｍ）であり、極めて低い。その漏洩率（非特許文献１に基づく）は、フランジ継手に対する１０^-5ｋＰａ×１／（ｓ×ｍ）の限界値を下回るものである。この限界値を守ることは、ＶＤＩ基準要綱２４４０に基づく試験、即ちその漏れ測定が室温でのヘリウム質量分光法で、ヘリウム差圧１バール及び表面圧力３０ＭＰａにより行われる。

上記の原理に基づき組立てられた比較的厚いガスケットも公知である。例えば、厚さ４ｍｍのガスケットは、同じ厚さの８層の黒鉛箔と、７層の埋め込み金属箔、即ちこの層接合材は合計１５層からなる。

工業分野において、設備の作動と操作の確実性及び、特に２００２年に新たに決議されたＴＡ空気（清浄保持空気、非特許文献２）の導入に関する環境保護の理由から、低い漏洩率の遵守を可能にするガスケットの需要が増大している。
欧州特許第０６１６８８４号明細書 「空気清浄保持に関する技術手引書」（短縮してＴＡ空気） ２００２年７月１４日に新たに締結された「ＴＡ空気」 ＳＧＬ ＣＡＲＢＯＮ Ｇｒｏｕｐ会社案内書

本発明は、従来技術に比べて構造の改善された、即ち灰分の少ない高純度の黒鉛箔の分量を削減しおよび／又は厚さの一定した金属挿入物の層の分量を削減し、３０ＭＰａの表面圧力及び１バールのヘリウム差圧で１０^-5ｋＰａ×１／（ｓ×ｍ）以下の漏洩率を示す、ＴＡ空気の要求を満たすフランジ継手用ガスケットを提供することを課題とする。

この課題は、本発明の請求項１に記載のガスケットの組立て構成、更に従属請求項に記載のガスケットの有利な特徴及び実施形態により解決される。

フランジ継手用ガスケットの層接合材に、そのコアの黒鉛箔の面積比重量に対する上載せ層の黒鉛箔の面積比重量の比を１：３〜１：７とすることにより、ＴＡ空気の限界値を超えない漏洩率を示すフランジ継手用ガスケットを提供できる。

本発明によるガスケットの更なる特徴、詳細及び利点を図面に基づき以下に述べる。

図２は、本発明によるガスケットの断面を示す。このガスケットは、孔の空いていない２枚の金属箔２'、２''間に埋め込んだ、少なくとも１つの黒鉛箔の層から成り、耐圧性の厚い平面状内部コア５を含む。該コアに面していない金属箔の表面は、コアに比べて薄い黒鉛箔からなる上載せ層４'、４''で覆われている。典型的には、環状ガスケット体の封止すべき空隙に接する内周範囲は、枠体１で囲まれている。枠体１は、ガスケットを構成する積層体の全ての層を包み込んでいる。この内側の枠体に、補助的に外側の枠体を設けてもよい（図示せず）。この外側枠体により、ガスケットの吹き抜け安全性が高まる。

上載せ層を構成する黒鉛箔の面積比重量と、コアを構成する黒鉛箔のそれとの比率が１：３〜１：７であることが、本発明のガスケットの機能に決定的に重要である。面積比重量（ｇ／ｍ²）は、黒鉛箔の厚さ（ｍ）と密度（ｇ／ｍ³）の積で生ずる。この層の面積比重量は、本発明による層接合材中でそれら層が果たす種々の機能に応じて選択される。

黒鉛箔からなる外側上載せ層の機能は、フランジにぴったり適合し、かつ漏れ路の発生を十分に阻止すべく、枠体により流体漏れのない封止を形成することにある。枠体下にある上載せ層の範囲は、特に強く加圧されるので、この範囲の黒鉛の流体透過度は明らかに低下する。上載せ層中の黒鉛箔の面積比重量が低ければ低い程、透過率は低くなる。従って本発明によるガスケットの上載せ層には、最高で３５０ｇ／ｍ²、特に１５０〜２５０ｇ／ｍ²の面積比重量の黒鉛箔を使用する。従来技術では、少なくとも０．７ｇ／ｃｍ³の密度を有する黒鉛箔を製造でき、従って３５０ｇ／ｍ²の最大の面積比重量で、最高で０．５ｍｍの厚さの上載せ層が生じる。しかし、拡散侵入する粒子を、通過の困難な拡散バリヤである金属箔に、できるだけ迅速にぶつけるために、この黒鉛箔の上載せ層をできるだけ薄く形成することが望ましい。それ故これらの上載せ層は、特に有利な実施形態では０．１５〜０．３５ｍｍの厚さである。この上載せ層の最低の厚さは、フランジにぴったり適合し、かつフランジの粗面性を補償できる上載せ層の機能により決定される。鋼製フランジの典型的な最大粗面度は、Ｒｚ＝８０〜９０μｍである。従って最低で０．１５ｍｍの厚さを有する上載せ層は、そのフランジの表面の粗面性を補償するのに十分である。

これらの外側上載せ層は、封止されるべき空隙を貫流する媒質と接触しており、従ってそれらは特に純粋で、従ってまた（ＤＩＮ第５１９０３により規定されている）化学的に耐性な、最高でも１％の灰分の黒鉛箔（即ちその質量に対し少なくとも９９％の黒鉛含有量に相当する）で製造する必要がある。更に灰分の少ない高純度の黒鉛箔を上載せ層に使用することは、フランジの汚染による腐食の危険性を低減するために必要である。特に高純度の黒鉛からなる上載せ層を製造する必要性に関して、コアに比べて上載せ層の厚さを削減することは、経済的理由からも有利である。

本発明による層接合材中のコアの機能は、ガスケットの機械的要求を満たす、即ち十分な圧縮性と戻り弾性を保証し、かつこのガスケットに、フランジ間の空隙を満たすのに必要な厚さを与えることにある。コアの十分な耐圧強度は、ガスケットのコア中の黒鉛箔の面積比重量が１５００ｇ／ｍ²を越えない場合に生ずる。コアに６００〜１２００ｇ／ｍ²の面積比重量と、０．７〜１．３ｇ／ｃｍ³の密度を持つ黒鉛箔を使用するとよい。

表面が金属箔２'、２''、そして封止すべき空隙に面するエッジが枠体１により密封されているため、本発明によるガスケットのコア５は封止すべき空隙を貫流する媒質と接触しない。従ってこの黒鉛のコア５に、不透過性及び化学的安定性に関して高度の要求を設定する必要はない。従ってこのコアを、上載せ層に使用する箔に比べて純度の低い、しかしそのガスケットに対する機能的要求に相応した黒鉛箔から製造すると経済的に有利である。９６％以上の黒鉛含有量、即ち灰分の質量比が４％以下の黒鉛箔が適する。

このコアの媒質不透過性に対する要求が低いことは、本発明による層接合材の内部に金属製の付加的拡散バリヤのない比較的厚い黒鉛層が存在することを許容する。このコアの厚さは、フランジ継手の封止に必要なガスケットの全厚に依存する。ヨーロッパで一般に使用されているフランジ継手には、通常厚さ２ｍｍのガスケットを必要とし、米国で一般に使用されているフランジ継手には、通常厚さ１．６ｍｍのガスケットを必要とする。

本発明により、１．５ｍｍ以上の厚さのコアを有するガスケットを、そのコアが各々最高で１５００ｇ／ｍ²の面積比重量を有する、少なくとも２枚の黒鉛箔の層から組立て、その際個々の黒鉛箔の層間に、各々１枚の金属挿入物を埋め込むようにして形成すると特に有利である。このコアの黒鉛箔の層間に埋込まれた金層挿入物は、コアが、その両表面の金属箔及び枠体により完全に囲まれており、拡散バリヤの役目をしなくてもよいので、突起付きシート又はエキスパンデッドメタルシートとしても形成可能である。従ってこのコアの黒鉛箔の層間に埋め込まれる金属挿入物とは、孔の空いていない金属箔のことも、突起付きシート又はエキスパンデッドメタルシートのことも意味する。

同様に、複数の黒鉛箔の層を含むコアを持つ本発明によるガスケットの機能にとって、上載せ層を構成する黒鉛箔の面積比重量が３５０ｇ／ｍ²以下、コア中の層を構成する黒鉛箔の面積比重量が１５００ｇ／ｍ²以下、上載せ層の面積比重量と、コア中の層の黒鉛箔の面積比重量との比率が、１：３〜１：７であることが極めて重要である。

例えば本発明による厚さ４ｍｍのガスケットは、以下に記載の層構造を有する。即ち厚さ０．２５ｍｍの黒鉛箔からなる上載せ層４'、拡散バリヤとしての厚さ０．０５ｍｍの金属箔２'、各々厚さ１．１ｍｍの３枚の黒鉛箔５'、５''、５'''からなるコア５、それらの間に補強のために埋め込む厚さ０．０５ｍｍの金属箔、突起付きシート又はエキスパンデッドメタルシート６'、６''、拡散バリヤとしての厚さ０．０５ｍｍのもう１つの金属箔２''及び厚さ０．２５ｍｍの黒鉛箔からなる上載せ層４''を有する。このコア（５）内及び上載せ層４'、４''内の黒鉛箔５'、５''、５'''の密度は、各々１ｇ／ｃｍ³である。図３はこの層構造の断面を概略的に示しており、その際コア５の黒鉛箔５'、５''、５'''間に金属箔６'、６''が埋め込まれている。全ての層は枠体１により囲まれている。

一方で枠体とフランジの共同作用で流体に対する媒質安定性と封止の機能の分離、他方で本発明による層接合材の上載せ層とコア間の圧縮率、戻り弾性率及び空隙充填度は、このガスケットの漏洩率を増やすことなく、黒鉛層の厚さに関し高純度の黒鉛の灰分を低下させ、かつ拡散バリヤとして必要な金属製の中間層の数を削減することを可能にする。

コアと上載せ層の間に埋め込んだ金属箔の機能は、内部の拡散バリヤの作用以外に、この層結合物の機械的な補強にある。典型的には、特殊鋼、鋼、鉄、アルミニウム、ニッケル、銅、チタン又は亜鉛或いはニッケル、銅、アルミニウム又は亜鉛の合金からなる金属箔又は金属シートを使用する。これら金属挿入物の厚さは０．０２〜１ｍｍ、特に０．０２〜０．２ｍｍである。

多層のコアを使用する場合、コア中で黒鉛箔５'、５''、５'''・・・の個々の層間にある金属挿入物６'、６''・・・を、それらが拡散バリヤとして働く必要がないので、突起付きシート、又はエキスパンデッドメタルシートとしても形成してもよい。本発明によるガスケットの機能にとって、場合によっては多層の平面状コアの両側表面が孔の空いていない拡散バリヤの役目をする金属箔２'、２''により覆われていることは極めて重要である。

本発明によるガスケットのコアと上載せ層の黒鉛箔の製造は、例えば硫化水素黒鉛又は窒化黒鉛等の黒鉛の塩の黒鉛層間化合物の熱膨張と、引続いての、結合剤を添加しない、この発泡体の加圧下での平面状形成物への圧縮により行われる。

本発明による層接合材の製造は、特許文献１に記載の方法で行うとよい。その方法の利点は、それら層間の不可分の結合を形成するため、老化、軟化及び／又は化学的又は熱的分解に曝される従来の接着剤を必要としない点にある。その代わりに、金属箔及び黒鉛箔の接合に、例えば有機珪素化合物、金属石けん又は過フッ化物の群からの境界面活性物質の接着仲介物質を使用する。これら物質は、被覆した面を、圧力と温度の作用下に接合すべき面と接触させた際、例えば数ｎｍに過ぎない層厚で互いに接合すべき金属表面と黒鉛表面上に極く薄く塗布した場合、不可分の結合を形成する。この接合すべき表面を接触させ続けると、圧力及び熱の作用により互いに結合する。

或いはまた、本発明による層接合材を、そのガスケットの使用条件が許すなら、個々の層を公知の接着剤で上下に接着することによっても製造することもできる。

コアの黒鉛箔と、その間に埋め込む突起付きシートとの接合は、公知方法で、この突起付きシートの突出する表面構造が黒鉛箔に侵入および／又は黒鉛が孔に侵入するように、加圧することにより形成される。

外側上載せ層の流体に対する緊密度は、公知方法で樹脂を含浸させることにより更に改善できる。適した含浸剤は、例えば硬化触媒の作用下にフラン樹脂に縮合するフルフリルアルコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂及びアクリル樹脂がある。

本発明による層接合材の内周範囲及び場合により外周範囲の枠体は、公知の方法で形成される。通常フランジ継手のガスケットには、厚さ０．１５〜０．２ｍｍの特殊鋼からなる枠体が使用される。しかし先に記載した厚さ０．１ｍｍの枠体を持つ積層体でできたガスケットは、特に低い漏洩率を示すことを確認した。本発明によるガスケットに適した枠体材料は、クロムニッケル鋼、ニッケル、ニッケル合金、銅及びアルミニウムである。

表１に記載の組立て構成及び特殊鋼（材料番号第１．４４０１）からなる厚さ０．１ｍｍの内側枠体を有するガスケットの漏洩率をＶＤＩ基準要綱２４４０に基づき検査した。

測定のため、ＤＩＮフランジ、ＤＮ４０とＰＮ４０の間にこのガスケットを平坦な密封枠体で挟み込んだ。粗面深さはＲｚ≦６．３μｍであった。ボルトを３０ＭＰａの面圧を生じる力で締付けた。組立て後、このフランジセットを３００℃の炉内で４８時間放置した。冷却後、絶対漏洩率をヘリウム漏洩検出器（質量分光測計）で１バールのヘリウム差圧で測定した。比漏洩率を検出すべく、実際に加圧した封止面の平均周径を参考にした。

本発明によるガスケットの比漏洩率は、０．９５×１０^-5ｋＰａ×１／（ｓ×ｍ）であった。従って本発明によるガスケットはＴＡ空気に規定される１×１０^-5ｋＰａ×１／（ｓ×ｍ）の限界値を下回るものである。

本発明のガスケットは著しく低い漏洩率を持ち、例えば化学産業や発電所において有 効に使用可能である。

従来技術による枠体のあるフランジ継手のガスケットの断面図。 本発明による枠体のあるフランジ継手のガスケットの断面図。 本発明による枠体のあるフランジ継手用ガスケットの別の実施形の断面図。

符号の説明

１ 枠体、２'、２''、２'' 金属箔、３'、３''、３'''、３'''' 黒鉛箔、４'、４'' 黒鉛箔からなる上載せ層、５ コア、５'、５''、５''' コア中の黒鉛箔の層、６'、６'' コア中の金属箔

Claims (16)

1. ２枚の金属箔（２'、２''）間に埋め込まれた、最高で１５００ｇ／ｍ²の面積比重量を有する黒鉛箔の層又は各々最高で１５００ｇ／ｍ²の面積比重量を有する複数の黒鉛箔（５'、５''・・・）の層からなる平面状コア（５）、このコアに面していない金属箔（２'、２''）の表面を覆い、その面積比重量が各々最高で３５０ｇ／ｍ²の黒鉛箔からなる２枚の金属挿入物（６'、６''）と、２枚の外側上載せ層（４'、４''）とを交互に重ねた積層体、そして、この層接合材の全ての層を包み込む内側枠体（１）とからなるフランジ継手用ガスケットにおいて、コアの黒鉛箔の面積比重量に対する上載せ層（４'、４''）の黒鉛箔の面積比重量の比が１：３〜１：７であることを特徴とするフランジ継手用ガスケット。
2. コア（５）を構成する黒鉛箔（５'、５''・・・）からなる層間に埋め込んだ金属挿入物（６'、６''・・・）が、突起付きシート又はエキスパンデッドメタルシートとして形成されたことを特徴とする請求項１記載のガスケット。
3. コア（５）を構成する黒鉛箔の面積比重量が５００〜１２００ｇ／ｍ²であり、上載せ層（４'、４''）を構成する黒鉛箔の面積比重量が１５０〜２５０ｇ／ｍ²であることを特徴とする請求項１又は２記載のガスケット。
4. コア（５）を構成する黒鉛箔の灰分の相対質量比が、最高で４％であり、上載せ層（４'、４''）に使用する黒鉛箔の灰分の相対質量比が最高で１％であることを特徴とする請求項１から３の１つに記載のガスケット。
5. 上載せ層（４'、４''）を構成する黒鉛箔の灰分の相対質量比が、最高で０．１５％であることを特徴とする請求項１から４の１つに記載のガスケット。
6. コア（５）を構成する黒鉛箔の灰分の相対質量比が、最高で２％であることを特徴とする請求項１から５の１つに記載のガスケット。
7. 上載せ層（４'、4''）とコア（５）との間に埋め込む金属箔（２'、２''）と、コアの黒鉛箔間に埋め込む金属箔、突起付きシート又はエキスパンデッドメタル箔（６'、６''）が最高で１ｍｍの厚さであることを特徴とする請求項１から６の１つに記載のガスケット。
8. 上載せ層（４'、４''）とコア（５）との間に埋め込む金属箔（２'、２''）及びこのコアの黒鉛箔（５'、５''・・・）間に埋め込む金属箔、突起付きシート又はエキスパンデッドメタルシート（６'、６''・・・）が０．０２〜０．２ｍｍの厚さであることを特徴とする請求項１から７の１つに記載のガスケット。
9. 上載せ層（４'、４''）とコア（５）との間に埋め込む金属箔（２'、２''）及びコア（５）の黒鉛箔（５'、５''）間に埋め込む金属箔、突起付きシート又はエキスパンデッドメタルシート（６'、６''）が、特殊鋼、鋼、鉄、アルミニウム、ニッケル、銅、チタン又は亜鉛の群からの材料又はニッケル、銅、アルミニウム又は亜鉛の合金からなることを特徴とする請求項１から８の１つに記載のガスケット。
10. それらの金属箔が、有機珪素化合物、金属石けん又は過フッ化物の群からの界面活性な接着仲介物質により、或いは接着剤により黒鉛箔と接合されたことを特徴とする請求項１から９の１つに記載のガスケット。
11. 黒鉛箔からなる上載せ層（４'、４''）がフラン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂からなる含浸剤を含むことを特徴とする請求項１から１０の１つに記載のガスケット。
12. ガスケットの外周範囲が、積層体の全ての層を包み込む外側枠体により囲まれたことを特徴とする１から１１の１つに記載のガスケット。
13. 上記枠体が最高で０．２ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１から１２の１つに記載の方法。
14. 枠体が最高で０．１ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１から１３の１つに記載のガスケット。
15. 枠体が、クロムニッケル鋼、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム及び銅の群からの１材料からなることを特徴とする請求項１から１４の１つに記載のガスケット。
16. ガスケットの漏洩率が、（ＶＤＩ基準要綱）２４４０により測定して、≦１０^-5ｋＰａ×ｌ／（ｓ×ｍ）であることを特徴とする請求項１から１５の１つに記載のガスケット。
    
    

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