JP2009052734A - 耐熱プレコートネジ - Google Patents

Abstract

【課題】 耐熱性に優れたプレコートネジを提供する。
【解決手段】 予めシール材が塗布されたプレコートネジにおいて、該シール材が耐熱ゴム１００重量部、摺動性耐熱配合剤１〜２００重量部、及び耐熱性樹脂１〜１００重量部からなることを特徴とする耐熱プレコートネジ。

Description

本発明は、耐熱プレコートネジに関する。

配管からの漏れを防ぐため、施工現場ではシールテープや液状ガスケット等の現場施工型シール材がよく用いられている。しかし、現場施工型シール材は満足な性能を得るには熟練した技術と経験が必要とされ、現場においての作業時間も必要となる。また、このような現場施工型のシール材の不適切な使用・施工で発生するトラブルの例として、シールテープの巻き過ぎ・たるみ等により発生する組み付け時の切断片が原因となる装置等の目詰まり・故障が挙げられる。また、液状ガスケットの塗り過ぎによる流体汚染・装置等の故障、あるいは塗り不足や脱脂不足による密着不良が原因でシール性不良等が発生する可能性もある。

このような現場施工型のシール材の施工不良を防止し、現場での作業効率を高めるためにネジに予めシール材を塗布したプレコートネジ（例えば、太平化成株式会社のエイトシール）が知られている。また、マイクロカプセル内外に反応性樹脂と硬化剤を配置し、ネジ締め込み時の応力を利用してマイクロカプセルを破壊し、反応性樹脂と硬化剤を混合させるプレコートネジ（例えば、特許文献１、２参照）が知られている。これらのプレコートネジは空圧配管や水配管等の常温環境下では高いシール性が得られ、使用実績も多数ある。
特開２００７−３１５５９ 特開平５−１８６７６３

また、潤滑性を持つゴム組成物シール材として、特許文献３、４が知られている。しかし、これらのゴム組成物はＯリング等の成型シール材であり、本発明の用途とはシール材の成型、加硫工程が異なっている。すなわち、成型シール材はロール、バンバリミキサー、あるいはニーダー等の混練機で原料ゴムと配合剤、加硫剤を配合、混練したコンパウンドを金型に注入して加硫し、成型シール材を得る。一方、プレコートネジシール材は原料ゴムと配合剤、加硫剤を水系溶媒あるいは溶剤に分散あるいは溶解した溶液をネジに塗布して加硫し、プレコートネジシール材を得る。このように、成型シール材とプレコートネジシール材とはまったく異なる技術分野であると当業者に認識されている。
特開２０００−１７１１０ 特開２００３−９６４３８

従来のプレコートネジは、蒸気配管（１００℃以上）や油圧配管（８０℃以上）等、流体が高温になる分野あるいは高温環境下ではシール材が軟化し、シール性が低下する現象が見られることがあった。この様な環境ではシールテープや液状ガスケット等の現場施工型シール材を使用せざるを得ないが、これらの現場施工型シール材は前述の様に施工性・確実性に劣り、トラブルの原因となる可能性がある。

本発明は、このような従来のプレコートネジが有する問題を解決するものであり、流体が高温になる環境あるいは高温環境下でシール性が低下しないプレコートネジを提供するものである。

本発明は、ネジ螺合部からの漏れを防ぐことを目的にシール材が螺合部に塗布されたプレコートネジにおいて、該ネジシール材が耐熱ゴム１００重量部、摺動性耐熱配合剤１〜２００重量部、及び耐熱性樹脂１〜１００重量部からなることを特徴とする耐熱プレコートネジである。

本発明はプレコートネジシール材に関し、従来使用が適さないとされてきた蒸気配管や油圧配管等、高温環境下での使用を可能にするものである。高温環境に適合するため耐熱ゴムを主成分とし、摺動性に優れる摺動性耐熱配合剤を配合し、シール材の強度を高め、基材への密着性を高める耐熱性樹脂を配合した。本発明は使用環境に応じて主成分となる耐熱ゴムを選択でき、使用するネジの材質に応じて耐熱性樹脂を選択できる。これらの配合剤を適切に選択する事により長期において安定したシール性が実現される。

プレコートネジシール材は現場施工型のシール材と異なり、現場での作業を必要とせず安定したシール性を発揮できるという特性がある。本発明ではトルク低減効果のある摺動性耐熱配合剤を配合しているため、現場での作業性は非常に良好である。

この発明は、従来のプレコートネジで対応する事が難しい８０℃以上の高温でのシール性を向上させるため、耐熱性を持つゴムを主成分とする。使用される耐熱ゴムとしては、公知の加硫系で加硫することができるフッ素ゴム（ＦＫＭ，ＦＥＰＭ）、パーフルオロゴム（ＦＦＫＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）、フロロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ；低ニトリル〜極高ニトリル）や水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ，ＥＰＤＭ）等が挙げられる。配合は、一般に耐熱配合あるいは高温用配合とされている配合が望ましい。また、シール材の有無を容易に判別できるよう、着色する事ができる。

前記の耐熱性ゴムは摩擦係数が高いために、これをシール材の主成分に用いたプレコートネジは充分なシール性を発揮できる深さまで締め込むには高いトルクを必要とする。本発明では、シール材表面の摩擦係数を下げるために、摺動性・潤滑性・離型性に優れた摺動性耐熱配合剤を耐熱ゴム１００重量部に対して１〜２００重量部、好ましくは３０〜１５０重量部添加する。摺動性耐熱配合剤の添加によって作業性とシール性が向上する。使用される摺動性耐熱配合剤としては、黒鉛、タルク、二硫化モリブデン、フッ素樹脂、ポリエーテルスルホン酸等が挙げられる。

摺動性耐熱配合剤の添加量が上記の下限より小さいと、シール材の摩擦係数を十分に低下させることができず、その添加量が上記の上限より多いと、耐熱ゴム成分が相対的に低下して溶液粘度が下がることで溶液に流れが生じやすくなり、シール材の膜厚が薄くなりやすい。膜厚が薄い場合、相手側ネジとの接触面に隙間を生じやすくなり、その隙間から漏れが発生することがある。

摺動性耐熱配合剤は耐熱ゴム中に均一に分散させてもよく、シール材の表面に偏在するように溶融させてもよく、さらには、相手側ネジに点で接触するように溶融しない粉末を添加する事もできる。

また、予めネジに塗布されたプレコートネジシール材は強度が低く、基材ネジとの密着性が十分でない場合、締め込み時に螺合する相手側ネジとの摩擦によって剥離する可能性がある。プレコートネジはシール材が欠落した部分があるとシール性が大幅に低下し、シール材としての機能を果たさなくなる。シール材の強度を上げ、基材ネジとの密着性を向上することを目的に、密着性に優れる耐熱性樹脂を耐熱ゴム１００重量部に対して１〜１００重量部、好ましくは１０〜６０重量部配合する。本発明における「耐熱性樹脂」とは、主成分である耐熱ゴムと相溶性があり、融点が高い熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を指す。

耐熱性樹脂を配合する事で締め込み時のシール材の剥離を防ぐ事ができるため、より確実なシール性を得る事ができる。使用される耐熱性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。

耐熱性樹脂の添加量が上記の下限より小さいと、シール材に実用的な耐熱性を付与することができず、その添加量が上記の上限より多いと、シール材強度が上がり過ぎるため相手ネジ山との空隙にシール材が追随できずに相手側ネジとの接触面に隙間が生じ、漏れが発生する可能性がある。耐熱性樹脂は公知の架橋剤を用いて公知の架橋系で架橋させる事もできる。

本発明におけるネジシール材は分散液又は溶液の状態でネジに塗布されるため、公知の有機溶剤あるいは水系溶媒に分散あるいは溶解し、かつ、主成分となる耐熱ゴムと相分離してはならない。シール材は、上記の耐熱ゴム、摺動性耐熱配合剤及び耐熱樹脂に加えて、公知の配合剤を添加する事ができる。

シール材は公知の有機溶剤あるいは水系溶媒に分散あるいは溶解した後、分散液又は溶液をネジに塗布する。ネジへの塗布はディッピング、刷毛塗り、ノズルからの定量吐出等、任意の方法が採られる。乾燥後、主成分である耐熱ゴムに適合する公知の加硫系・加硫剤を用いた加硫工程を経てプレコートネジが得られる。

また、塗布されるネジは通常オネジ側であるがメネジ側でもよく、シール材を塗布する部分はネジ部全面であっても、一部分であってもよい。溶液の保存安定性を高めるために加硫剤等の一部の成分を塗布直前に混合できるように二液性とすることもできる。シール材が二液性の場合には、予め混合した溶液を塗布する事も、２液を分けて（マイクロカプセル等で区分する事も含む）塗布してネジ締め込み時に混合させることもできる。シール材の厚みはシール性を発揮できる厚みであれば良く、ネジのサイズ・規格によって適宜変えることが望ましいが、特に限定されるものではない。

主成分となる耐熱ゴムにアクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）を使用し、摺動性耐熱配合剤にはポリテトラフルオロエチレン、耐熱性樹脂にフェノキシ樹脂を用いた実施例を表１に、比較例を表２に示す。なお、各成分の配合割合は重量部である。

（溶融試験）
試作シール材の耐熱性を簡便に判定するために溶融試験を実施した。表１、２の配合に従って溶液化したシール材をＳＵＳ板に塗布し、２００℃×３０分間焼成する事でＳＵＳ板上に厚さ２０〜３０μｍのシール材を得る。この塗面上に直径５ｍｍの鉄製円筒形冶具を載せ、１．５ｔ／ｃｍ^２の圧力をかける。圧力がかかった状態のまま１５０℃×１２〜１４時間加熱する。放冷後、冶具を外して圧力のかかっていた部分を目視にて観察する。加熱することで溶融し、冶具の圧力により流れが発生すると冶具辺縁部に盛り上がりが生じる。また、シール材のＳＵＳへの密着力が不十分であると冶具にシール材が転写されてＳＵＳ板から剥され、ＳＵＳ表面が露出する。溶融・剥離が少ないほど耐熱性が高いと判断する。得られた結果を表３〜４に示す。

（耐圧試験）
溶融試験で選抜された試作品のシール性を評価するために耐圧試験を実施した。表１、２の配合に従って溶液化したシール材をネジ（３／８六角穴付テーパーネジプラグ沈み形互省規格ＧＭ形）にノズルからの定量吐出により塗布し、２００℃×３０分間焼成する事でプレコートネジを得る。このネジを同径のソケットの片側に締付トルク２９Ｎｍで取り付け、ソケット内部に蒸留水を入れる。ソケットのもう一方の側にもネジを同様に取り付け、蒸留水が封入された試験体を得る。得られた試験体はネジの締め込まれた深さを測定した後、１８０℃×１００時間加熱する。試験前後の試験体の重量及び予め測定した風袋から封入された蒸留水の残量を計算し、残存率を算出する。なお、今回の試験ではシール材の膜厚は約３００μｍとなるように調整した。得られた結果を表５〜６に示す。

表３に示すように、本発明のシール材は優れた耐熱性を示す。他方、表４に示すように、耐熱性樹脂と摺動性耐熱配合剤をいずれも添加しない配合（比較例１）はやや剥離・流れが生じており、実施例２から耐熱性樹脂を除いた比較例２は溶融試験においてわずかに剥離と溶融が生じている。また、実施例３から摺動性耐熱配合剤を除いた比較例４は溶融試験においてわずかな剥離が発生している。以上の事から、耐熱プレコートシール材においては耐熱性樹脂と摺動性耐熱配合剤の両方の添加が必須であると判断される。

表５に示すように、本発明の耐熱プレコートネジは、高温下で極めて優れたシール性を示す。これに対し、表６に示すように、実施例２から耐熱性樹脂を除いた比較例２では、充填蒸留水の残存率が５７％となることが分かる。これは、耐熱性樹脂を配合していないために溶液粘度が上がらず、シール性を発揮するのに必要な膜厚を確保できなかったことと、シール材がネジ基材に対して充分な接着力を発揮できず、締め付け時のトルクあるいは試験時の内部圧力に耐えられなかったことの２つの要因が重なったためであると考えられる。また、摺動性耐熱配合剤を１００重量部配合してある事も溶液粘度低下の一因となっていると考えられる。

また、実施例３から摺動性耐熱配合剤を除いた比較例４でも充填蒸留水残存率が８４％となり、漏れが発生している事がわかる。これは、次の理由によると推測される。すなわち、低摩擦係数で摺動性に優れる摺動性耐熱配合剤を添加していないためにねじ込み深さが浅くなり、接ネジ面が少なくなる。同時に、耐熱性樹脂の添加によってシール材強度が上がり、相手ネジ山との空隙にシール材が十分に追随できず僅かな隙間を発生する。充填蒸留水はその隙間から外部に漏れていったと考えられる。

しかし、実施例３に摺動性耐熱配合剤を増量した比較例３と、実施例３に耐熱性樹脂を増量した比較例５においても漏れが発生している。比較例３と比較例５は溶融試験においてはわずかな剥離が認められただけであり、比較的良好な結果が得られている。これらの試験体が漏れを生じた原因として、次の理由が考えられる。

比較例３はネジ深さが十分に深い事から、前記比較例２と同様の理由によってシール材の膜厚が不足していたために発生した漏れであると推測される。一方、比較例５は相対的にネジ深さが浅くなっている事から前記比較例４と同様に、耐熱性樹脂の過剰な添加による漏れであると推測される。

※１；日本ゼオン（株） Ｎｉｐｐｏｌ ＤＮ−１０１Ｌ（高ニトリルタイプ ニトリル量３６％〜４３％）
※２；川口化学工業（株） アンテージＯＤ−Ｐ
※３；大内新興化学工業（株） ノクセラーＴＴ
※４；大内新興化学工業（株） ノクセラーＭ
※５；ＭＴカーボンブラック
※６；ポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末
※７；フェノキシ樹脂
※８；メチルエチルケトン：シクロヘキサノン＝１：１

Claims (1)

1. ネジ螺合部からの漏れを防ぐことを目的にシール材が螺合部に塗布されたプレコートネジにおいて、該シール材が耐熱ゴム１００重量部、摺動性耐熱配合剤１〜２００重量部、及び耐熱性樹脂１〜１００重量部からなることを特徴とする耐熱プレコートネジ。