JP2014169717A - 耐熱ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】熱による応力緩和を防止して高温環境でも優れたシール性を維持し得る耐熱ガスケットを提供する。
【解決手段】環状に連続したエンボス部１１が形成された金属製の第一被覆板１と、この第一被覆板１に厚さ方向に対向配置されると共にエンボス部１１の凸面１１ａに密接されエンボス部１１の内周側の端部１ａ，２ａ同士で第一被覆板１と互いに密接重合された状態に結合された金属製の第二被覆板２と、エンボス部１１と前記端部１ａ，２ａの重合部の間で第一被覆板１と第二被覆板２の間に挟持された膨張黒鉛３１，３２からなるコア３を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、高温環境下で使用された場合でも優れた密封性能を維持し得る耐熱ガスケットに関する。

従来、高温のガスが流通する流路配管等のフランジ接合部に用いられるガスケットとしては、ガス流路用の開口に沿ってビードを形成したステンレス鋼板等の金属板単体からなるメタルガスケットが知られている。また図３に示すように、ガス通路用開口１０１ｂの外周に沿ってハーフビード１０１ａを形成した弾性を有する複数枚の金属板１０１を積層した構造のメタルガスケット１００が知られている（特許文献１参照）。

ところで近年、ターボエンジンにおいては、その高性能化や環境対応（排ガス対策）のために、ターボチャージャのタービンアウトレット部を流通するガスの温度が高温化しており、具体的には800℃を超えている。したがって、このようなターボチャージャのタービンアウトレット部の管路接合部に、上述のようなステンレス鋼板からなるメタルガスケットを適用した場合、高温の排ガスによってビード１０１ａに応力緩和現象をきたし、このためビード１０１ａにおけるシール面圧が低下して、十分なシール性を維持することができなくなってガス漏れが発生してしまう問題がある。

また、メタルガスケットの材質として耐熱鋼材を採用した場合でも、800℃を超えるような環境では、優れたシール性を維持することは困難であり、800℃以上の熱に耐え得る耐熱合金を採用した場合は、材料コストが著しく高くなってしまう問題がある。

そこで、膨張黒鉛からなるクッション材を金属板で被覆した構造のガスケットも開発されているが、膨張黒鉛は、膨張黒鉛シート１１は500〜600℃で酸化して炭酸ガスとなることによる消失が始まるので、上述のような高温環境で使用する場合は、膨張黒鉛を被覆金属板で完全に被覆するばかりでなく、膨張黒鉛への高温ガスの接触を遮断するために金雲母又は白雲母を加工したマイカシートを膨張黒鉛に重合しており（特許文献２参照）、製造コストが高いものとなっていた。

特開２００９−２４３５４０号公報 実開平５−３８４６４号公報

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、熱による応力緩和を防止して高温環境でも優れたシール性を維持し得る耐熱ガスケットを提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る耐熱ガスケットは、環状に連続したエンボス部が形成された金属製の第一被覆板と、この第一被覆板に厚さ方向に対向配置されると共に前記エンボス部の凸面に密接され前記エンボス部の内周側又は外周側の端部同士が前記第一被覆板と互いに密接重合された状態に結合された金属製の第二被覆板と、前記エンボス部と前記端部の間で前記第一被覆板と第二被覆板の間に挟持された膨張黒鉛からなるコアを備えるものである。

請求項１の構成を備える耐熱ガスケットにおいて、膨張黒鉛からなるコアは、高温でも優れた圧縮強度や弾力性を有するため、第一被覆板と第二被覆板の間で圧縮を受けることによって弾性的な復元力を発揮するものであり、応力緩和を生じない。そして高温環境であっても、第一被覆板と第二被覆板の間に挟持されたコアは、エンボス部の凸面によるシール部と端部同士の密接重合によるシール部によって高温ガスや高温空気の接触が遮断されているため、酸化による膨張黒鉛の消失が防止される。したがって、膨張黒鉛の弾性による優れたシール性が維持される。

請求項２の発明に係る耐熱ガスケットは、請求項１に記載の構成において、第一被覆板と第二被覆板の間であってかつエンボス部から見て膨張黒鉛と反対側に、圧縮制限プレートが介在されたものである。

請求項２の構成を備える耐熱ガスケットにおいて、第一被覆板と第二被覆板の間に介在された圧縮制限プレートは、膨張黒鉛からなるコアの過圧縮を防止するものである。

請求項３の発明に係る耐熱ガスケットは、請求項１又は２に記載の構成において、コアの膨張黒鉛に金属製の芯材が積層されたものである。

請求項３の構成を備える耐熱ガスケットにおいて、コアの膨張黒鉛に積層された金属製の芯材は、当該ガスケットの製造時におけるコアのハンドリング性を良くすると共に、膨張黒鉛の使用量を節減するものである。

本発明に係る耐熱ガスケットによれば、第一被覆板と第二被覆板の間に挟持された膨張黒鉛からなるコアは、エンボス部の凸面によるシール部と端部同士の密接重合によるシール部によって、高温ガスや高温空気の接触が遮断されるので、高温環境でも酸化による消失が防止されると共に圧縮強度や弾力性を維持し、優れた耐熱シール性を発揮することができる。しかも耐熱鋼板などの高価な材料を使用せず、膨張黒鉛の使用量も少なくて済むため、低コストで提供することができる。

本発明に係る耐熱ガスケットの実施の形態を示す概略的な平面図である。 図１におけるII−II断面図である。 従来技術に係る耐熱ガスケットの一例を示す部分的な断面図である。

以下、本発明に係る耐熱ガスケットの好ましい実施の形態について、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。

この実施の形態における耐熱ガスケットは、図１に示すような角丸め四角形の平面形状をなすものであって、中央にガス流路側となる円形の開口部Ａが開設されると共に、角部に管路の接合用のボルトを挿通するための複数のボルト挿通孔Ｂが開設されている。

そしてこの耐熱ガスケットは、開口部Ａと同心の円環状に連続したエンボス部１１が形成された第一被覆板１と、この第一被覆板１に厚さ方向に対向配置されると共にエンボス部１１の凸面１１ａに密接され、このエンボス部１１の内周側（開口部Ａ側）の端部１ａ，２ａ同士で第一被覆板１と互いに密接重合された状態に結合された第二被覆板２と、エンボス部１１と前記端部１ａ，２ａの間で第一被覆板１と第二被覆板２の間に挟持されたコア３と、エンボス部１１の外周側で第一被覆板１と第二被覆板２の間に介在された圧縮制限プレート４を備えるものである。

詳しくは、第一被覆板１はステンレス鋼板からなるものであって、外縁が角丸め四角形をなすと共にその角部にボルト挿通孔Ｂとしての不図示の円形孔が穿たれ、開口部Ａの外周を取り囲むようにエンボス部１１が断面略半円弧状に浮き出し形成されている。図１に示す外観ではこのエンボス部１１は円形の溝状をなしている。

第二被覆板２もステンレス鋼板からなるものであって、外縁が第一被覆板１と同形同大の角丸四角形をなすと共にその角部にボルト挿通孔Ｂとしての不図示の円形孔が穿たれ、エンボス部１１の断面略半円弧状の凸面１１ａと対向する部分がこの凸面１１ａと密接され、内周側（開口部Ａ側）の端部２ａが、断面略Ｊ字形をなすように形成された折り返し部２ｂによって、第一被覆板１の内周側の端部１ａの上に覆いかぶさるように密接重合した状態となっている。そして、第二被覆板２を第一被覆板１よりも適宜薄肉に形成することによって、装着状態での締付け荷重による集中面圧の向上を図ると共に、第二被覆板２の端部２ａにおけるシール面圧の調整を図っている。

コア３は、第一被覆板１と第二被覆板２の間であって第一被覆板１のエンボス部１１と第二被覆板２の密接部及び第一被覆板１と第二被覆板２の互いに密接重合した端部１ａ，２ａによって密閉された環状空間Ｓに収容され、第一被覆板１と第二被覆板２に挟持されている。また、このコア３は、環状の二枚の膨張黒鉛シート３１，３２と、その間の鋼板からなる環状の芯材３３を積層した構造となっている。

圧縮制限プレート４は、コア３よりもやや薄肉のステンレス鋼板又は鉄板からなるものであって、外縁が第一被覆板１及び第二被覆板２と同形同大の角丸四角形をなすと共に、中央にエンボス部１１よりも大径の円形の開口部４Ａが開設され、角部にボルト挿通孔Ｂとしての不図示の円形孔が穿たれている。

なお、第一被覆板１のエンボス部１１の高さｈは、当該耐熱ガスケットの締め付け時にエンボス部１１の凸面１１ａが第二被覆板２と確実に密接するように、圧縮制限プレート４の厚さｔより高く設定される。また、第二被覆板２の折り返し部２ｂの折り返し幅ｗは、加工可能な範囲で任意に設定可能である。

以上のように構成された耐熱ガスケットは、例えばターボチャージャにおけるタービンアウトレット部の接合フランジ間などに介装され、締め付けられることによって、前記タービンアウトレット部を流通する高温のガスをシールするものである。

そして、接合フランジ間で締め付けられた状態では、第一被覆板１におけるエンボス部１１が変形を受けることによる弾性的な復元力や、第二被覆板２における折り返し部２ｂが変形を受けることによる弾性的な復元力のほか、コア３における膨張黒鉛シート３１，３２が第一被覆板１及び第二被覆板２を介して圧縮を受けることによって弾性的な復元力を発現し、これによって、前記接合フランジとの密接面にガスシールに必要な面圧を得るものである。

また、コア３における膨張黒鉛シート３１，３２は800℃以上の高温でも優れた圧縮強度や弾力性を有し、応力緩和を生じない。そして膨張黒鉛シート３１，３２は500℃以上の高温環境では酸素を含む高温のガスや空気によって酸化し、炭酸ガスとなって徐々に消失してしまうが、上述の構成によれば、エンボス部１１の凸面１１ａと第二被覆板２の密接によるシール部と、第一被覆板１及び第二被覆板２の端部１ａ，２ａの密接重合によるシール部は、接合フランジ間の締付け荷重によって密接力が高まり、コア３が収容された環状空間Ｓへの高温ガスや高温空気の流入が確実に遮断されるため、膨張黒鉛シート３１，３２の酸化消失が有効に防止される。このため、第一被覆板１及び第二被覆板２が高温にさらされることによって応力緩和を生じても、タービンアウトレット部を流通する高温の排ガス等に対する優れたシール性を発揮することができる。

また、接合フランジ間での当該耐熱ガスケットの締め付け量は、圧縮制限プレート４によって制限されるため、コア３の膨張黒鉛シート３１，３２の過圧縮が防止される。したがって膨張黒鉛シート３１，３２の過圧縮を防止することができ、繰り返し圧縮荷重による膨張黒鉛シート３１，３２のへたりを抑制し、耐久性を向上させることができる。

しかも、コア３は第一被覆板１と第二被覆板２の間のうちエンボス部１１の内周側にのみ設けたのに加え、膨張黒鉛シート３１，３２の間に芯材３３を介装したものであるため、膨張黒鉛シート３１，３２の使用量を節減することができる。

また、上述の構成によれば、コア３を第一被覆板１と第二被覆板２の溶接などによって包蔵したものではなく、第一被覆板１の内周側の端部１ａと、第二被覆板２の内周部に形成された折り返し部２ｂの端部２ａが互いに重合することで図２のようにコア３と圧縮制限プレート４を挟持したものであるため、製造コストを低減することができ、また、当該ガスケットの製造時におけるコア３のハンドリング性を向上することができる。

なお、エンボス部は第二被覆板２に形成し、その凸面を第一被覆板１に密接させるように構成しても良い。また、第一被覆板１や第二被覆板２、あるいは圧縮制限プレート４などの材質は、使用条件などに応じて適切に選択される。

また、上述の実施の形態では、第二被覆板２を第一被覆板１より相対的に薄肉に形成したものとして説明したが、これとは逆に、第一被覆板１を第二被覆板２より相対的に薄肉にしても良いし、第一被覆板１と第二被覆板２が互いに同じ厚さであっても構わない。

１ 第一被覆板
１ａ，２ａ 端部
１１ エンボス部
１１ａ 凸面
２ 第二被覆板
２ｂ 折り返し部
３ コア
４ 圧縮制限プレート
Ａ 開口部
３１，３２ 膨張黒鉛シート
３３ 芯材

Claims (3)

1. 環状に連続したエンボス部が形成された金属製の第一被覆板と、この第一被覆板に厚さ方向に対向配置されると共に前記エンボス部の凸面に密接され前記エンボス部の内周側又は外周側の端部同士が前記第一被覆板と互いに密接重合された状態に結合された金属製の第二被覆板と、前記エンボス部と前記端部の間で前記第一被覆板と第二被覆板の間に挟持された膨張黒鉛からなるコアを備えることを特徴とする耐熱ガスケット。
2. 第一被覆板と第二被覆板の間であってかつエンボス部から見て膨張黒鉛と反対側に、圧縮制限プレートが介在されたことを特徴とする請求項１に記載の耐熱ガスケット。
3. コアの膨張黒鉛に金属製の芯材が積層されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の耐熱ガスケット。

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