JP2009526185A - 高温での使用条件に適合化された可撓性黒鉛／金属の複層による気密性ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】安定した状態で５５０℃までの温度に抵抗する気密性ガスケットを製造する。
【解決手段】（ｎ＋１）枚の可撓性黒鉛シート（１０、１１）と、楔状に穿孔された（ｎ）枚の金属補強シート（２０）（ｎ≧２）の交互の積み重ねた積層体によって実現され、用いられる可撓性黒鉛シートの厚みが、厚みが２ｍｍである複合プレートの一片全てが少なくとも３層の可撓性黒鉛を含み、単位表面あたり最大でも２．３４ｋｇ／ｍ²の黒鉛の質量を有し、穿孔された前記金属補強シートのそれぞれについて、前記金属シートにある楔が、前記金属シートの表面に対して、該金属シートが接合する可撓性黒鉛層の最も薄い厚みの１．３倍を超えない高さを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、気密性の平面ガスケットの製造分野に関するものであり、該ガスケットは、可撓性黒鉛と穿孔された金属シートとを交互に積み重ねた積層体によって実現され、たとえば質の劣化を受けずに３００℃を超える高い温度条件に耐えられるものであり、これは非常に高いガスケットの締付応力の下でも同様である。

可撓性黒鉛は、酸性溶剤による浸食によって原子あるいは分子を溶け込ませた黒鉛の熱膨張によって作り上げられる（フレーク状であることが最も多い）。
こうして得られた材料は非常に比重が小さく、いかなる結合剤も必要とすることなく、単純な機械的応力によって自律的に固まる特性を有している。
したがって、ラミネート加工または圧縮によって、ロール状またはプレート状の柔軟な材料あるいは半剛性の材料が得られる。

可撓性黒鉛シートは、気密性の平面ガスケットを製造するために古くから用いられている。
このような気密性の平面ガスケットは、たとえば、熱い液体や腐食性の液体を搬送するために化学工業または石油化学工業の施設で用いられ、また、圧力下にある水蒸気を搬送するために火力発電所または原子力発電所で用いられている。
気密性の平面ガスケットの利用を、図１に概略的に示している。
二つの金属クランプ（１、２）が、それらの間に二つの管状導管（５、６）を接続することで、通管路を形成している。
組立品の周囲に位置しているボルト（３）を用いて二つの金属クランプ（１、２）を締め付けることによって、可撓性黒鉛シート（４）の挟み込みが可能となり、該シートが平面ガスケットとして作用する。
可撓性黒鉛の柔軟性と変形能力の特徴によって、可撓性黒鉛は金属クランプに向き合った面に合致し、通管路の内部（ａ）と外部空間（ｂ）との間で良好な気密性を確保することができる。
可撓性黒鉛の熱安定性および強い化学的不活性の特性、特に有機溶液または酸性溶液に対する特性のために、多くの状況において可撓性黒鉛は選り抜きの材料となっている。

気密性の平面ガスケットの特性については、三つの特徴が決定的である。
すなわち、密閉適性（標準化された条件で測定される漏出率の形で表示される）、ガスケットを構成する材料が劣化する最大温度、そしてガスケットを構成する材料の利用温度の範囲における、ガスケット構造の機械的特徴の維持である。
ガスケットの特徴によって、一方では、ガスケットが圧迫される面に対する適応性、また他方では、時間経過の中で気密性を保証することを目的とした、時間経過および熱サイクルの中でクランプの締付圧力を維持するためのクリープ抵抗が常に可能となるはずである。

可撓性黒鉛のある種の特性については、空気下での５００℃、さらには５５０℃までの温度に対する耐性があるにも関わらず、可撓性黒鉛シートはいくつかの不都合を有する。
該可撓性黒鉛シートは、扱うのが難しく、比較的簡単に破れ、そして厚く製造することが難しいのである。
したがって、可撓性黒鉛シートの製造者は、複数材料の積層体、一般的には金属シートと可撓性黒鉛シートの交互の積層体を開発することで、気密性ガスケットの使用をより実用的にし、該ガスケットをより機械的抵抗力のあるものにしている。
今日では、図２に記載したような積層体で構成されたガスケットを利用することが非常に一般的であるが、該図において、二つの可撓性黒鉛シート（１０、１１）は、中央の金属シート（１２）（インサート）に結合されている。
また、これらのガスケットは、ガスケット表面全体に不均衡に配分される強い圧縮応力のために、該ガスケットを構成する層に平行な方向に引っ張られている。
この現象は、「クランプの挟み込み」と呼ばれる。
したがって、該ガスケットは、とりわけ高温での扱いにおいて、熱膨張によってクランプの幾何学形状が変化するときにクリープの問題を呈するおそれがある。
そして、クリープは、ガスケットの寿命および該ガスケットが一部を形成するシステムの気密性を制限するおそれがある。

この原理にしたがい、主としてガスケットの機械的耐性をさらに向上させるために、多くの解決法が提案されている。
これらの解決法は、補強シートについて、さまざまな材料（さまざまな金属、完全なシートまたは穿孔されたシート、さらにはグリッド）で、可撓性黒鉛と補強シートとの間の機械的結合を確保するためにはさまざまな解決法で、ガスケットの厚みに応じて３、５、７枚の層あるいはそれ以上の層の積層体を介在させるものである。
これらの結合方法のうち、用いられる二つの主要な技術を挙げることができる。
すなわち、黒鉛シートにおける、接着あるいは機械的な保持手段による定着である。
これら機械的な保持手段は、鋲、すなわちパンチを用いて金属薄板または金属シートに穿孔することで生じる楔とすることができる（仏国特許出願公開第２６２５２８１号明細書（Ｄａｎａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）参照）。

可撓性黒鉛シートが剛性の金属構造体に結合したタイプのこの材料の組み合わせでは、可撓性黒鉛シートによって変形能力／接触面および気密面への合致という機能が確保されるのに対し、金属補強材によって全体の強度という利点が得られ、したがって、容易な扱い（大きなサイズのガスケットについても）が可能となり、また、全体により良好なクリープ抵抗が与えられる。

可撓性黒鉛シートを金属薄板または金属シートに固定するために、従来のように接着剤または粘着剤を用いることができるが、該接着剤または該粘着剤は３００℃を超えると機械的耐性を保証することができない。
欧州特許第６１６８８４号明細書、米国特許第５５０９９９３号明細書および米国特許第６９６２３４９号明細書（Ｓｉｇｒｉ Ｇｒｅａｔ Ｌａｋｅｓ Ｃａｒｂｏｎ ＡＧ）では、金属と黒鉛との境界面を変性させる物質の利用が記載されているが、該物質は、有機シリコン化合物、ペルフルオロ化合物あるいは金属石鹸のような接着剤ではない。
これらの生成物は粘着促進剤であり、数ナノメートルの厚みで適用されるべきものである。
したがって、接着剤ではなく、熱圧技術、典型的には１５０℃と３００℃の間に含まれる温度での熱圧技術によって金属層が黒鉛層に固定される（米国特許第６２５８４５７号明細書（ＳＧＬ Ｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｂＨ）参照）。
しかし、生産性が低いためにこの技術は実施するのに非常にコストが高く、４００℃を超える集積体の十分な機械的耐性を保証するものではない。

もう一つの技術的アプローチは、機械的な保持手段を用いるのだが、該保持手段は、金属シートに多くの鋲の形状をした穿孔を作ることで得られるものである（欧州特許出願公開第０６４０７８２号明細書（Ｔａｋｏ Ｐａｙｅｎ Ｓ．ｐ．ａ．）、仏国特許出願公開第２６２５２８１号明細書（Ｄａｎａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、米国特許第４７２３７８３号明細書（Ｄａｎａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、米国特許第６２５８４５７号明細書（ＳＧＬ Ｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｂＨ）参照）。
しかし、上記で引用した米国特許第５５０９９９３号明細書の教示内容のように、鋲状に金属薄板を穿孔することは、金属薄板に局所的な応力をもたらすことになり、このことは荷重下での破断につながるおそれがある。
金属薄板に結合した可撓性黒鉛シートの積層体は、しかしながらさらにいくつかの弱点を有している。
まず、１００μｍ以上のシートの厚み中で穿孔された金属補強材は、ガスケットの裁断、つまり平らなシートから望まれる幾何学形状を得ることを可能にする操作をより難しくしてしまう。
この不都合を抑えるため、標準的な技法では穿孔された金属補強材の数を限定し、また該補強材の厚みを抑える。
典型的には単一の金属補強材が用いられ、全体の厚みが３ｍｍになる場合には二つ用いられることもあり、二つ以上はほとんど用いられないのだが、二つ以上用いられるのはガスケットの厚みが３ｍｍを超える場合のみである。
金属帯板の厚みはほとんどの場合、１００ミクロンに近い。

結論として、接着による層間の結合という解決法は、一方では、温度に対する耐性が限定されている要素（接着剤）を導入することである。
また、該解決法は、穿孔されたシートと可撓性黒鉛シートとを結合するために用いられる単純な同時ラミネート加工よりも、実施するためにより繊細な生産過程を必要としている。
他方では、接着剤を用いない集積方法も存在するが、これらの方法も複雑である。
なぜなら、該方法は、熱圧方法、並びに、非常に薄い厚みで表面を変性させる化学製品の適用を必要とするからである。

同時ラミネート加工は連続的に材料の「サンドイッチ」を生産する操作として容易に理解することができるのに対し、接着は、表面の被覆加工、乾燥を必要とし、そして特におよそ３００℃の温度で機能することのできる接着剤については、接着剤を安定させるための熱処理を必要とすることが多い。

この一連の操作は、連続する過程によって行われるか、あるいは連続で作動する一連の設備の複合体を用いて行われる。

いずれの場合にも、穿孔された金属薄板を用いた同時ラミネート加工が最も経済的な連続組立方法であると考えられるが、従来の手段による裁断が難しいといった重大な不都合も有している。

一般的に、利用温度が４００℃を超え、密封すべき流動体の圧力が高すぎるとき、可撓性黒鉛をベースとする複合プレートから裁断された平面ガスケットは、より確実でありながらよりコストの高い解決法に変える必要がある。
しかし、これらの解決法は、スパイラルガスケット、波形ガスケット、およびその他の金属ガスケットのように、サイズの観点では柔軟性が低い。
欧州特許第６１６８８４号明細書 米国特許第５５０９９９３号明細書 米国特許第６９６２３４９号明細書 米国特許第６２５８４５７号明細書 欧州特許出願公開第０６４０７８２号明細書 仏国特許出願公開第２６２５２８１号明細書 米国特許第４７２３７８３号明細書

したがって、本発明が応えようとする課題は、簡単な裁断と、簡単で経済的な連続生産を可能にする、可撓性黒鉛の層と金属シートとの交互の積層体で構成されるプレートおよび／またはガスケットの新規な製造方法を提案することであり、該プレートおよび／またはガスケットは、クランプの平面ガスケットでは現在までに達成されていない温度および圧力まで非常に良好な機械的耐性を有し、大気に対して環境的に危険なガスの漏出を抑えることを目的としている、新しい標準にしたがった気密性を保証するものである。

本発明の目的は、（ｎ＋１）枚の可撓性黒鉛シート（１０、１１）と、楔状に穿孔された（ｎ）枚の金属補強シート（２０）を交互に積み重ねた積層体によって実現される複合プレートであり、前記交互の積層体の最初と最後のシートが可撓性黒鉛シートとなるように実現された複合プレートであって、
ｎ≧２であること、
用いられる複数の可撓性黒鉛シートの厚みは、同一でも異なっていてもよく、厚みが２ｍｍである複合プレートの全てが、
（ｉ）少なくとも３層の可撓性黒鉛を含み、
（ｉｉ）単位面積あたりの黒鉛の質量が最大でも２．３４ｋｇ／ｍ²であるような厚みであること、
穿孔された前記金属補強シートのそれぞれについて、前記金属補強シートにある楔が、前記金属補強シートの表面に対して、該金属補強シートが結合する可撓性黒鉛層の最も薄い厚みの１．３倍を超えない高さを有すること、
を特徴としている。

もう一つの目的は、本発明によるプレートの裁断によって生産される気密性の平面ガスケットである。

さらにもう一つの目的は、６００℃を超えない温度、好ましくは３５０℃と５５０℃の間に含まれる温度、より好ましくは４００℃と５００℃の間に含まれる温度での、そのようなガスケットの利用である。

図１は、気密性の平面ガスケットの概略図を示している。
符号（ａ）は通管路の内部を示し、符号（ｂ）は外側空間を示している。

図２は、可撓性黒鉛／可撓性金属インサート／金属インサート／黒鉛／可撓性黒鉛というタイプの積層体の概略図を示している。

図３は、本発明による複合プレートの縦断面を概略的に示している。

図４は、異なる構造（金属シートの数、黒鉛密度の異なる三つの値）の複合プレートから裁断した厚さ２ｍｍのガスケットに対する、３００℃に標準化した試験の際に観察された漏出率を示している。

図５は、本発明による実施を目的とした金属薄板の穿孔の配置を示している。
サイズは、ミリメートルで表示している。

本発明によると、課題は容易に裁断して平面ガスケットにすることができるプレートによって解決されるのだが、該プレートは、室温において、従来の複層集積体と同等さらには上回る締付圧力に対する抵抗性という特徴を有しているが、材料（可撓性黒鉛および金属）が劣化する限界近くの温度まで優れた機械的特徴を保持する。
接着剤を伴うまたは伴わない既知の構造的な集積体では、理論的に４００℃という温度を超えることができないのに対し、本発明による製品では、これらの機械的特性を黒鉛の酸化温度まで維持させることが可能である。

本発明による製品を製造するためには、Ｐａｐｙｅｘ（登録商標）Ｉ６００°タイプの既知の可撓性黒鉛シートが適している。

Ｐａｐｙｅｘ（登録商標）Ｉ６００°タイプのシートを用いながら、本発明は、高い流動体の圧力のシステムを密閉するために、可撓性黒鉛製の平面ガスケットの利用可能性を少なくとも１００℃〜１５０℃上げるものである。

また、本発明による集積体の構造によって、金属と黒鉛との各境界面に厚みの薄い機能化剤を堆積させることで、前記複層構造の優れた機械的耐性を損なうことなく、金属と黒鉛との各境界面を機能化することが可能となる。

本発明の原理は、可撓性黒鉛シートと、楔状に穿孔された薄い金属シートとを機械的な定着によって結合させることからなる。
提案する解決法の特徴は、以下の手段の組み合わせによるものである。

（ａ）複合プレートは、可撓性黒鉛の（ｎ＋１）層と金属のｎ層とが交互する（２ｎ＋１）層を含み、ここでｎ≧２である。
外側の層は可撓性黒鉛の層である。
したがって、ｎ＝２の実施では、
可撓性黒鉛／補強シート／可撓性黒鉛／補強シート／可撓性黒鉛、
という積層を示す。
複数の可撓性黒鉛シートの厚みは同一でも異なっていてもよく、同様に、それらの密度も同一でも異なっていてもよい。

（ｂ）金属補強シートは、個々の厚みが６０ミクロンを超えないシートである。
複数の金属補強シートの性質および厚みは、同一でも異なっていても良い。
前記金属補強シートの材料は、鋼鉄、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金で構成されるグループから選択される。

（ｃ）金属シートは、高さの小さい楔を形成するように穿孔され、典型的には高さは、シートの平面に対して８６０ミクロンを超えない。
超えてしまうと、同時ラミネート加工による集積過程の際に、楔が密度１ｇ／ｃｍ³の可撓性黒鉛に好ましくない形で侵入する。
可撓性黒鉛シートを楔状に穿孔されたインサートに接合させるだけでは、最適な機械的性能を確保するためには十分ではない。
図５は、本発明の範囲で用いることのできる、穿孔された金属シートの実施態様を示している。

金属シートの穿孔は、四つの面を有する丸い針を用いて行うことができる。
該針が金属に貫入するとき、該針は孔を開け、金属薄板に押し入って四つの面を作り、該面は針の進行方向に折り曲げられる。
こうして、典型的には四つの先端部を有する楔が得られ、該楔の理論的な高さは最大でも孔の直径の半分である。
図５は、本発明の実施態様による厚さ５０μｍステンレス鋼３１６のシートにある孔の配置を示している。
続いて、容易に裁断でき、機械的にも十分な抵抗力のある複層構造を得るために、理想的には４０μｍと６０μｍの間に含まれる厚みのステンレス鋼の金属シートが用いられる。
孔の直径は、有利には０．８ｍｍと１．７２ｍｍの間に含まれる。

（ｄ）可撓性黒鉛シートの厚みは、黒鉛層の数が、クランプ間での圧縮前における構造全体の厚みがミリメートルで、およそ１．５未満にならないように制限される。

補強シートの厚みを６０ミクロンまたはそれ未満に抑えることにより、厚みのより大きい複数の補強材で行われるのとは逆に、すき間のない面からガスケットを裁断することを非常に容易なままにすることができる。
提案する解決法によって、パンチ、裁断機、カッターといった簡単な器具を用いて形状を裁断することが可能となる。
厚みが１００ミクロンあるいはそれ以上のシートの使用に基づいた従来の解決法では、ウォータージェット切断や、このような複層構造上での回転器具の使用といった、より洗練された技術を用いることが必要となる。
この使用簡便性は、経済性および操作の柔軟性という点で、ガスケットの裁断者にとって評価できる利点である。

特徴的な実施態様では、本発明による複合プレートは、可撓性黒鉛シートがすべて０．６ｍｍ未満の厚みであり、１．３ｇ／ｃｍ³の最大密度を有することを特徴としている。

もう一つの特徴的な実施態様は、前述の実施態様と組み合わせることができるのだが、該実施態様において、本発明による複合プレートは、積層体の上面および下面に位置する可撓性黒鉛シートが、一つまたは複数の他の黒鉛シートより小さい密度をした可撓性黒鉛で実現されることを特徴としている。

さらにもう一つの特徴的な実施態様では、本発明による複合プレートは、積層体の外面に位置する黒鉛シートの密度が０．７ｇ／ｃｍ³を超えないことを特徴としている。

本発明は、多くの利点を有している。
第一の利点は、複合プレートの製造方法に関するものである。
すなわち、接着剤またはその他の結着剤を必要としないのである。
接着剤または結着剤は、高温での長時間の使用に対して弱い要素であり、工業的な実用において、３００℃を超える温度で長時間使用できる接着剤がなく、米国特許第６２５８４５７号明細書に記載されている方法にしたがった集積体では、４００℃を超えての長時間の使用は可能とはならない。

第二の利点は、層間における機械的な接合の質に関するものであり、本発明による機械的な接合によって、三次元維持構造に由来する可撓性黒鉛シートのクリープというリスクが、クランプの過剰な締付の場合にでも大幅に軽減される。
層に平行な方向に対するクリープは、二つの層の間または一つの黒鉛層の内部で起こる可能性がある。
一般的には、該クリープは、ガスケットの締付応力の緩み、ひいてはガスケットの完全な破壊につながるものである。

実施例２に詳細を説明している標準化された試験の条件では、厚さ２ｍｍ、外径９２ｍｍ、内径４９ｍｍの円形ガスケット（ｎ＝３）が、２００ＭＰａを超える、好ましくは２３０ＭＰａを超える、そして、より好ましくは２５０ＭＰａを超えるガスケットにかかる面圧力まで、クリープに対する機械的抵抗力を有することが観察されている。
標準化された試験の同一の条件では、１０^-4ｍｂ^*ｌ／ｓ^*ｍ未満、好ましくは５×１０^-5ｍｂ^*ｌ／ｓ^*ｍ未満の漏出率が測定されている。

第三の利点は、本発明による複合体の温度に対する耐性に関するものである。
本発明の定着による接合という解決法によって、厚さ５０ミクロンの接着された複数の平面インサートに基づく、通常、市販で提供されているもの（Ｓｉｇｒａｆｌｅｘ（登録商標）ＨＤおよびＰａｐｙｅｘ（登録商標）ＨＰ）と同等、さらにはそれを上回る機械的特性を備えた複層構造体を実現することが可能となる。
該解決法によって、これらの既存の構造体に、室温において同等、さらにはそれを上回る許容可能な最大の締付応力が与えられるだけではなく、該解決法をグレードＩ６００°の可撓性黒鉛Ｐａｐｙｅｘ（登録商標）と組み合わせたときには連続的に５５０℃まで（最高で６００℃）、通常グレードであるＩ９８０のＰａｐｙｅｘ（登録商標）については５００℃まで、熱間での非常に優れたこの機械的特性が保持される。
本発明による複合ガスケットは、２４時間を超える累積時間に対して、４５０℃と５５０℃の間に含まれる温度で利用することができる。

最後に、機械的な定着方法は、接着剤あるいは結着剤を伴うまたは伴わない、既知の集積方法よりも実現がずっと容易である。
該方法によって、製造コストが削減される。

構造体中に薄い厚みの可撓性黒鉛シートが存在することによって必要となる唯一の制約は、金属の穿孔によって生じる楔の高さを低い高さに維持することである。
金属シートからの楔の高さは、接合しようとする可撓性黒鉛シートの厚みの１．３倍未満でなければならない。
この値を超えると、同時ラミネート加工の操作の際に、シートの破断および／または層が互いにうまく結合していない、あるいはほとんど結合していない区域の存在が観察され、これらの欠陥部分に「またがって」裁断されたガスケットの機械的な完全性が損なわれる。

これらすべての手段の組み合わせが、新しく、有利な結果へとつながることを確認することができる。
それはすなわち、単純な連続方法にしたがって低コストで生産でき、望まれるガスケットの形状を得るために非常に容易に裁断することができ、いかなる接着剤や熱に弱い要素を含まず、いったん裁断すると、気密性という点で非常に性能が良いと同時に、可撓性黒鉛シートの酸化が始まる値（約５００℃、さらには５５０℃）に達しない限り、利用温度で機械的に反応することのないガスケットを生み出す複合プレートである。

本発明のもう一つの主要な利点は、可撓性黒鉛と金属インサートとの境界面を変性させる可能性をもたらすということであり、それにも関わらず集積体の熱間での機械的耐性を劣化させないということである。
本発明者は、熱で劣化する可能性のある物質を堆積させても、インサートへの堆積の厚みが１０μｍを超えなければ、既に説明した楔のある複層構造によるガスケットの機械的耐性に悪影響を与えないことを見出した。
有利には、この機能化は、
（ａ）ニトリルゴムの層の堆積、
（ｂ）ポリオレフィンの層またはシートの堆積、
（ｃ）フッ素化ポリマーの層またはシートの堆積、
（ｄ）熱可塑性エラストマーのフッ素化ポリマーの層またはシートの堆積、
から構成されるグループから選択することができる。

たとえば、本発明者は軽い粘着層（３Ｍ７５タイプ）を黒鉛−金属の境界面に適用した。
この層によって、トラックの幅が１０ｍｍ未満のガスケットの裁断がより容易になり、パンチする際に層間剥離する危険もない。

本発明者は、この原理を、コストの低い、穿孔されたアルミニウム製のインサートに適用した。
黒鉛と接触したときのインサートの電解腐食というリスクを完全に避けるために、インサートを抗腐食塗装の薄い層による電気泳動によって保護した。
こうして製造されたガスケットの機械的特性は、低コストの金属インサート（低炭素鋼、アルミニウムなど）の利用に関連する電解腐食という問題を越えつつ、純粋な構造のものの特性に対して同等である。

本発明の範囲において、本発明者は、上述した機械的定着の存在によって、ガスケットの気密性を向上させることができ、だからといって機械的抵抗性を劣化させない、黒鉛−金属の境界面のその他の変性を実現した。
つまり、本発明による境界面の変性では、熱可塑性ポリマー（ポリオレフィン、ＰＴＦＥなど）、熱可塑性エラストマー（ニトリルゴムなど）といったその他の機能化剤を介在させることができる。

本発明者は、全体の厚みが等しく、クランプ間の締付圧力が等しいとき、本発明による複合プレートから準備したガスケットによって、積層体が、複数の層、したがって機能化された境界面を有する分だけよりいっそう高い気密性のレベルが得られることを確認した。
この結果は、図４の曲線によって示されている。
したがって、全体の厚みが２ｍｍのガスケットについては、
０．６５ｍｍ／０．０５ｍｍ／０．６ｍｍ／０．０５ｍｍ／０．６５ｍｍ、
という厚みを伴う、密度が１ｇ／ｃｍ³に近い可撓性黒鉛の３層と金属の２層による積層体によって、締付圧力が同等であるとき、
０．９０ｍｍ／０．０５ｍｍ／０．９０ｍｍ、
という厚みを伴った、同一の可撓性黒鉛と同一の一層の金属による三層の積層体より、顕著に良好な気密性のレベルが得られることになり、他の点ではすべて同等である（同一の補強シートの性質、同一の接合技術、可撓性黒鉛シートおよび金属シートの同一の性質、近似した厚み）。

本発明によって、１８０ＭＰａを超え、好ましくは１９０ＭＰａを超える、４００℃での、ＥＮ１３５５５規格によって判定される許容可能な最大の応力ＱＳ_maxを有するガスケットを実現することができる。
特徴的な実施態様では、少なくとも一つのガスケットの外面は抗粘着コーティングによって覆われている。

本発明は、実施例によってより良く理解されるものであるが、該実施例は限定的なものではない。

カーボン ローレンヌ社によって生産されている、グレードがＰａｐｙｅｘ（登録商標）Ｉ６００°、密度が１ｇ／ｃｍ³、厚みが０．５ｍｍの四つの可撓性黒鉛シート（幅１ｍ、長さ３００ｍのロール状で提供されているシート）と、グレード３１６、厚みが５０ミクロンで、ｃｍ²あたり４つの穿孔密度で均等に配分された直径１．２ｍｍの孔による穿孔を施し、穿孔によって生じたシートの平面から６５０ミクロンの高さの楔を備えた三つのステンレス鋼のシート（幅１ｍ、長さ３００ｍのボビン状で提供されているシート）を交互に重ねることで複合プレートを実現した。
ガスケットの最終的な厚みは、２ｍｍである。

２０ＭＰａのプレストレス下で、ガスケットを４８時間にわたって５５０℃に維持した後、５５０℃での許容可能な最大応力の測定ＱＳ_maxは、ＥＮ１３５５５規格にしたがって２００ＭＰａに近い値を示した。

カーボン ローレンヌ社によって生産されている、グレードがＰａｐｙｅｘ（登録商標）Ｉ９８０、密度が１ｇ／ｃｍ³、厚みが０．５ｍｍの四つの可撓性黒鉛シート（幅１ｍ、長さ３００ｍのロール状で提供されているシート）と、グレード３１６、厚みが５０ミクロンで、ｃｍ²あたり４つの穿孔密度で均等に配分された直径１．２ｍｍの孔による穿孔を施し、穿孔によって生じたシートの平面から６５０ミクロンの高さの楔を備えた三つのステンレス鋼のシート（幅１ｍと長さ３００ｍのボビン状で提供されているシート）を交互に重ねることで複合プレートを実現した。
これらの鋼鉄のシートは、厚さ５μｍのニトリルゴムで両面を覆っている。

７層の連続同時ラミネート加工によって複合プレートを実現し（可撓性黒鉛の４層、穿孔された金属の３層）、最終的な厚みは、およそ２ｍｍである。
同時ラミネート加工の終了点では、製品は平らなまま保持されており、１ｍ×１ｍのサイズのプレートに裁断した。

これらのプレートのなかには、単純なパンチを用いて裁断し、円形ガスケットにしたものがある。
外径が９２ｍｍ、内径が４９ｍｍ（全体の厚みが２ｍｍ）のガスケットは、ＶＤＩ２４４０規格にしたがった以下の条件で特徴づけられる。
すなわち、
−ＤＩＮ２６３５による形状Ｅ ＤＮ４０／ＰＮ４０の標準化されたクランプ間での締付、
−ガスケット表面にかかる圧力：３０ＭＰａ、
−ガスケット／クランプ全体の熱サイクル：２５℃と３００℃の間で１回、
−４８時間３００℃で維持、
−ガスケット／クランプ全体による漏出率の測定、クランプ内部での１バールのヘリウム圧である。

測定した漏出率は、６×１０^-5ｍｂ^*ｌ／ｓ^*ｍであった。

比較として、同一の材料ではあるが、厚みが，
１ｍｍ／０．１ｍｍ／１ｍｍ、
である３層のみによる積層体から複合プレートを製造した。

同一のサイズをしたガスケットに対し、同一の操作条件で測定した漏出率は、２×１０^-3ｍｂ^*ｌ／ｓ^*ｍであった。

複層構造をしたこのタイプのガスケットについて、ガスケットにかかる２５０ＭＰａまでの面圧力下における、層に平行な方向のクリープに対する強い機械的抵抗力は、可撓性黒鉛シートに接着された平面金属帯板の連続集積から製造した同等の構造体で測定される機械的抵抗力と一致している。

しかし、本発明によるガスケットが、連続的かつ露出した使用において５００℃という温度までクリープ抵抗を保持したのに対し、従来技術による機械的な接合を用いていないガスケットは、より低い温度で顕著なクリープを示した。

４００℃での許容可能な最大応力ＱＳ_maxの測定は、ＥＮ１３５５５規格にしたがって２００ＭＰａに近い値を示した。

この測定値は、従来技術による集積体での通常の測定値を超えている。
４００℃でのＱｓ_maxの値は、１５０ＭＰａを超えない。

さらに、従来の複層構造体（Ｓｉｇｒａｆｌｅｘ Ｓｅｌｅｃｔ ｅｔ ＨＤ）、またはＰａｐｙｅｘ（登録商標）ＨＰなど）では、米国特許第６９６２３４９号明細書に記載されているようなガスケットの内縁部を密閉する金属リングを付加せずに、ＶＤＩ２４４０規格（ＴＡ Ｌｕｆｔ）にしたがった気密性と、高温での機械的耐性および高い機械的性能を組み合わせることができない。

したがって、使用者によるプレートからのガスケットの寸法に合わせた裁断では、規格で定められた裁断したガスケットの漏出レベルを確保するためには、前記リングの付加方法を熟練する必要がある。

しかし、前記金属リングと組み合わせた本発明による構造体によって、機能化剤を添加しなくてもＶＤＩ２４４０規格（ＴＡ Ｌｕｆｔ）に合致した結果が得られることに注目することができ、このことは、米国特許第６９６２３４９号明細書に記載されていることに反し、すべての金属層が穿孔されているという事実にもかかわらずそうである。

先行実施例と同一タイプの穿孔された３つの金属補強材を含んだ、厚みが２ｍｍの複層構造体について測定した漏出率は、８．９×１０^-5ｍｂ^*ｌ／ｓ^*ｍであった。
外側の層の黒鉛が、厚さ０．５ｍｍ、密度０．７ｇ／ｃｍ³のＰａｐｙｅｘ（登録商標）Ｉ９８０であるのに対し、内側の層は、０．６ｍｍの厚みに対して１．１ｇ／ｃｍ³の密度を有している。

カーボン ローレンヌ社によって生産されている、グレードＰａｐｙｅｘ（登録商標）Ｎ９９８、密度が１ｇ／ｃｍ³、厚みが０．５ｍｍの六つの可撓性黒鉛シート（幅１ｍ、長さ３００ｍのロール状で提供されているシート）と、グレード３１６、厚みが５０ミクロンの、五つのステンレス鋼のシート（幅１ｍ、長さ３００ｍのボビン状で提供されているシート）を交互に重ねることで、本発明による複合プレートを実現した。
鋼鉄シートは、ｃｍ²あたり４つの穿孔密度で均等に配分された直径１．２ｍｍの孔による穿孔を含んでおり、穿孔によって生じる楔の高さはシートの表面から６５０ミクロンであった。

全体の厚みが、およそ３ｍｍの、１１層（可撓性黒鉛の６層、穿孔された金属の５層）の連続同時ラミネート加工によって複合プレートを実現した。
同時ラミネート加工の終了点では、製品は平らなまま保持し、裁断して１ｍ×１ｍのサイズのプレートにした。

これらの複合プレートから裁断した、大きな外径５４０ｍｍ、内径４０６．５ｍｍの３つのガスケットを、１２０ＭＰａの面圧力下で圧縮した。
これらのガスケットを、３５０℃の温度で２時間維持した。
室温に戻した後、厚みの相対的変動Δｅ／ｅと表面積の相対的変動Δｓ／ｓを測定した。
ここから、幾何学的基準によってガスケットの熱間でのクリープを評価することができた。
結果は以下の表に記載している。

これらの締付条件と温度条件において、そして黒鉛と金属のさまざまな層の間で差を持つ膨張効果にもかかわらず、この大きなサイズのガスケットはクリープ現象に完全に耐えている。

可撓性黒鉛をベースとするいかなる平面ガスケットも、このような小さな値を達成していない。
大半は１０％を超えるΔｅ／ｅと、５％を超えるΔｓ／ｓを有することになる。

したがって、さまざまな層の機械的な定着によって、既存の解決法と比較して、この製品に、既存の製品を上回る優れた機械的耐性が提供され、これは、特に３５０℃を超える温度で機械的耐性が示される。

気密性の平面ガスケットを概略図 先行技術に係る積層体の概略図 本発明による複合プレートの縦断面概略図 異なる構造の複合プレートに係る漏出率の結果を示す図 本発明に係る金属補強シートの穿孔の配置図

符号の説明

１ 金属クランプ
２ 金属クランプ
３ ボルト
４ 可撓性黒鉛シート
１０ 可撓性黒鉛シート
１１ 黒鉛補強シート
１２ 金属補強シート
２０ 金属補強シート

Claims (15)

1. （ｎ＋１）枚の可撓性黒鉛シート（１０、１１）と、楔状に穿孔された（ｎ）枚の金属補強シート（２０）を交互に積み重ねた積層体によって実現される複合プレートであり、前記交互の積層体の最初と最後のシートが可撓性黒鉛シートとなるように実現された複合プレートであって、
   ｎ≧２であること、
   用いられる複数の可撓性黒鉛シートの厚みは、同一でも異なっていてもよく、厚みが２ｍｍである複合プレートの全てが、
   （ｉ）少なくとも３層の可撓性黒鉛を含み、
   （ｉｉ）単位面積あたりの黒鉛の質量が最大でも２．３４ｋｇ／ｍ²であるような厚みであること、
   穿孔された前記金属補強シートのそれぞれについて、前記金属補強シートにある楔が、前記金属補強シートの表面に対して、該金属補強シートが結合する可撓性黒鉛層の最も薄い厚みの１．３倍を超えない高さを有すること、
   を特徴とする複合プレート。
2. 前記可撓性黒鉛シートが、すべて０．６ｍｍ未満の厚みであり、１．３ｇ／ｃｍ³の最大密度を有することを特徴とする、請求項１に記載の複合プレート。
3. 積層体の上面と下面に位置する可撓性黒鉛シートが、密度が一つまたは複数のその他の可撓性黒鉛シートより低い可撓性黒鉛によって実現されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の複合プレート。
4. 積層体の外面に位置する可撓性黒鉛シートの密度が、０．７ｇ／ｃｍ³を超えないことを特徴とする、請求項１または請求項３に記載の複合プレート。
5. さらに、１０μｍ未満の厚みをした、少なくとも一つの機能化された、金属／黒鉛の境界面を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載の複合プレート。
6. 前記機能化が、
   ニトリルゴムの層の堆積、
   ポリオレフィンの層またはシートの堆積、
   フッ素化ポリマーの層またはシートの堆積、
   熱可塑性エラストマーのフッ素化されたポリマーの層またはシートの堆積、
   から構成されるグループから選択されることを特徴とする、請求項５に記載の複合プレート。
7. 前記金属補強シートの材料が、鋼鉄、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金で構成されるグループから選択されることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一つに記載の複合プレート。
8. 複合プレートの厚みが、およそ２ｍｍであることと、裁断によって、
   −ＤＩＮ２６３５による形状Ｅ ＤＮ４０／ＰＮ４０の規格化されたクランプ間における締付、
   −ガスケットの表面にかかる圧力：３０ＭＰａ、
   −ガスケット／クランプ全体の熱サイクル：２５℃と３００℃の間で１回、
   −４８時間３００℃で維持、
   −ＥＮ１３５５５規格にしたがった機械的抵抗力Ｑｓ_maxの測定、
   という条件によって判定される、ガスケットに対して２００ＭＰａを超え、好ましくは２３０ＭＰａを超え、さらに好ましくは２５０ＭＰａを超える面圧力まで、層に平行なクリープ抵抗を有する、外径が９２ｍｍ、内径が４９ｍｍの円形ガスケットを生産することが可能となることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか一つに記載の複合プレート。
9. 指示した条件下において、前記ガスケットが、クランプ内部の１バールのヘリウム圧で、１０^-4ｍｂ^*ｌ／ｓ^*ｍ未満、好ましくは５×１０^-5ｍｂ^*ｌ／ｓ^*ｍ未満の、ガスケット／クランプ全体について測定された漏出率を有することを特徴とする、請求項８に記載の複合プレート。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか一つに記載の複合プレートを裁断することで生産される、気密性の平面ガスケット。
11. 厚みが２ｍｍ、外径が９２ｍｍ、内径が４９ｍｍのガスケットに対して、
    −ＤＩＮ２６３５による形状Ｅ ＤＮ４０／ＰＮ４０の規格化されたクランプ間の締付、
    −ガスケットの表面にかかる圧力：３０ＭＰａ、
    −ガスケット／クランプ全体の熱サイクル：２５℃と３００℃の間で１回、
    −４８時間、３００℃に維持、
    −ＥＮ１３５５５規格による機械的抵抗力Ｑｓ_maxの測定、
    という条件において判定されるガスケットにかかる面圧力で、層に平行なクリープ抵抗が、２００ＭＰａを超え、好ましくは２３０ＭＰａを超え、さらに好ましくは２５０ＭＰａを超えることを特徴とする、請求項９に記載の複合プレートから裁断された気密性の円形ガスケット。
12. 外面の少なくとも一つが、抗粘着性のコーティングによって覆われていることを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の気密性ガスケット。
13. ４００℃でのＥＮ１３５５５規格によって判定される許容可能な最大応力ＱＳ_maxが、１８０ＭＰａを超え、好ましくは１９０ＭＰａを超えることを特徴とする、請求項１０〜請求項１２のいずれか一つに記載の気密性ガスケット。
14. ６００℃を超えない温度、好ましくは３５０℃と５５０℃の間に含まれる温度、さらに好ましくは４００℃と５００℃の間に含まれる温度における、請求項１０〜請求項１３のいずれか一つに記載のガスケットの利用。
15. ２４時間を超える累積時間に対する４５０℃と５５０℃の間に含まれる温度での、請求項１０〜請求項１４のいずれか一つに記載のガスケットの利用。

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