JP4324607B2 - 非石綿ガスケット - Google Patents

Description

本発明は、フランジ配管どうしの接続箇所やバルブ等の流体機器と配管との接続箇所等に用いられる金属ガスケット等の非石綿ガスケットに関するものである。

従来のガスケットは、特許文献１にて開示されるように、石綿を用いて製作されているのが一般的であった。しかしながら、石綿の持つ有害性により、従来の石綿によるガスケット類は順次他の材質に転化されてきており、一般配管用途においても石綿ジョイントシートガスケットの代替化を進める動きが一層強くなってきている。そこで、石綿に代わるガスケット用材料として、近年では金属等が注目されてきている。

金属ガスケットは、きわめて高い圧力や温度に対して用いられるものであり、シールする上で必要となる締付圧力（又は最低負荷面圧）高く大きな締付力を必要とすることから、通常は複数のボルトを用いて締付固定する手段が採られる。そのシール部の断面形状から平形、波形、のこ歯形等種々のものがあり、液体等の流体配管システム等においては同心円状で波形の金属ガスケットを用いることが多い。例えば、波の数の比較的少ないものとしては、特許文献２において開示されるように、エンジンにおけるシリンダとシリンダヘッドとの間に介装されるものが知られている。

断面が波形の金属ガスケット（「コルゲートガスケット」とも呼ばれる）は、金属薄板を同心円状の波形に加工して、高い接触圧力を取ることができるとともに、金属のバネ効果を加味してシール性も向上させることができるものである。そして、金属製でありながら比較的低い締付圧力で充分にシール機能が得られ、かつ、耐熱性も有するという特徴を持っており、バルブ等の流体機器にもよく使用されてきている。

また、波の数の多いものとしては、図１１に示すように、例えば流体の漏れ防止用としてフランジ配管どうしの間に介装される金属ガスケットｇが挙げられる。この図１１に示す金属ガスケットｇは、フランジ配管３１，３２の内部流路ｗの径と同等の内径を持つ中心孔３８と、取付け用のボルト３５に干渉しない程度の外径とを有する円環状で、かつ、断面が同心円（又はほぼ同心円）状の波形形状に形成されたシール部３７を有する鋼板プレス製のものに構成されている。
特開昭５８−１５０８８号公報 特開２００５−９０６９９号公報

しかしながら、流体漏れ防止用の金属ガスケットにおいては、上述のように波形部分を設ける工夫によってシール性が向上する工夫が為されてはいるものの、やはり金属接触であるためか、流体の漏れ防止性能、即ちシール性能に関してはまだ石綿ジョイントシートガスケットに軍配が上がるのが実情であり、非石綿ガスケットには更なる改善の余地が残されているように思える。

本発明の目的は、上記実情に鑑みることにより、シール性で有利な波形部分を有する非石綿ガスケットに更なる工夫を凝らすことにより、よりシール性能が改善されるものとして実現し、提供する点にある。

請求項１に係る発明は、非石綿ガスケットにおいて、同心又はほぼ同心状の波形形状に形成された金属板製のコア層１Ａと、その表裏の両面に積層される膨張黒鉛製の表面層２，３とから成る三層構造のシール部Ｓを有し、
前記シール部Ｓの外周端においては、前記コア層１Ａが前記表裏の各表面層２，３よりも外径側に突出され、前記シール部Ｓの内周端においては、前記表裏の各表面層２，３が前記コア層１Ａよりも内径側に突出されて前記コア層１Ａを覆う状態に構成され、
前記シール部Ｓが、前記波形形状のコルゲート部４と、その内外径側に連設される内周側フランジ部５及び外周側フランジ部６とから成り、
前記内周側フランジ部５は、その外径側端が前記コルゲート部４の厚さ方向の一端と同一又はほぼ同一の面上に位置され、かつ、内径側端ほど前記厚さ方向の他端から遠ざかる側に寄る状態のテーパ面に形成されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、同心状のシールループを形成することで局部的な締付圧力を高く設定できるため、ボルト等の締付手段による締結時の低トルク締付状態においてもシール性に優れている。

また、締結時におけるガスケット圧縮量が大きく取れるので、フランジ面等の被シール面への馴染み性及び被シール面の面精度に対する追従性に優れる。

このような特長を持つので、石綿ジョイントシートガスケットが使用されている箇所において、締結管理を変更することなく同等以上のシール性能が得られるようになる利点もある。

非石綿ガスケットを介して接続される各被シール面の流路には、金属材であるコア層が露呈されないので、金属との接触を回避しなければならないような流体（薬液や洗浄液等）を使用できるとともに、外周には金属製のコア層が露呈されているので、組付け時等において非石綿ガスケットと締結ボルトとが接触する際にはコア層のみが接触することとなり、膨張黒鉛製の表面層が締結ボルトに当たって崩れ、それによってシール性に悪影響を及ぼすというおそれが回避されるようになる。

その結果、シール性で有利な波形部分を有する非石綿ガスケットに更なる工夫を凝らすことにより、よりシール性能が改善されるものとして提供することができる。

また請求項１の発明によれば、詳しくは実施形態の項において説明するが、一対の被シール面間において非石綿ガスケットを規定の状態に圧縮させて装着させた場合、圧縮によって内端が内径側へ移動する割合である縮小率が、金属のみのガスケットの場合に比べて軽減されるようになり、ガスケット圧縮に伴う縮径変形を見越して、自由状態における内端の径を、内部流路の径よりも少し大き目に設定する場合の径差量を縮小化できるとか、内端の予期せぬ内部流路への出っ張りにより、流体の流れの妨げとなる不都合が生じ難いといった利点を得ることが可能になる。

以下に、本発明による非石綿ガスケットの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１〜図３は参考例１を、図４，５は参考例２を、図６は参考例３を、図７は実施例を夫々示す図であり、図８，９は各種特性グラフを示す図、図１０は別参考例による非石綿ガスケットの正面図である。

〔参考例１〕
参考例１による非石綿ガスケットＡを図１〜図３に示す。この非石綿ガスケットＡは、軸心Ｐを有する同心円状（同心状の一例）の波形形状に形成されたステンレス等の金属板製のコア層１Ａと、その表裏の両面に積層される膨張黒鉛製の表面層２，３とから成る三層構造のシール部Ｓを有して構成されている。シール部Ｓは、波形形状のコルゲート部４と、その内外径側に連設される内周側フランジ部５及び外周側フランジ部６とから成り、内周側フランジ部５及び外周側フランジ部６は、コルゲート部４の厚さ方向の一端である下側と同一の面上で、かつ、互いに同じ側に配置されている。

つまり、コルゲート部４における下側の各山部ｙの頂点と、内周側フランジ部５及び外周側フランジ部６の底面５ａ，６ａとが互いに同一の仮想平面ｍに含まれる状態に形成されている。図３においては、下側の第１フランジ配管１１の端面１１Ａが仮想平面ｍに相当している。尚、図３は、内部流路ｒを有する第１及び第２フランジ配管１１，１２の各端面（被シール面）１１Ａ，１２Ａに上下の山部ｙが軽く接触する程度となるよう、各端面１１Ａ，１２Ａの間に非石綿ガスケットＡが圧縮されずに単に介装される自由状態として描いてある。

シール部Ｓの外周端、即ち、外周側フランジ部６の外周端においては、コア層１Ａが表裏の各表面層２，３よりも外径側に若干突出されている。つまり、表裏の（上下の）表面層２，３の外径よりもコア層１Ａの外径のほうが少し大きく形成されており、金属部分が露出する状態に構成されている。そして、シール部Ｓの内周端、即ち、内周側フランジ部５の内周端においては、表裏の各表面層２，３がコア層１Ａよりも内径側に突出され、かつ、互いに密着する方向に（上下に）加工されており、その結果、コア層１Ａが露出されないよう覆う状態に構成されている。

非石綿ガスケットＡが自由状態であるときには、図３に示すように、内周側フランジ部５の内周端の径は流路ｒの径よりやや大きく、かつ、外周側フランジ部６の外周端、即ちコア層１Ａの外周端と締付ボルト７との間には明確な径方向隙間が存在するように非石綿ガスケットＡの内外径寸法が設定されている。そして、規定トルクで締付ボルト７を締付操作して、非石綿ガスケットＡが圧縮された状態（図示省略）では、内径側及び外径側に若干膨張するので、内周側フランジ部５の内周端の径が流路ｒの径に一致又はほぼ一致し、かつ、コア層１Ａの外周端が締付ボルト７に軽く接触するか、或いは極僅かな隙間が空く状態に変位するように設定されている。

従って、非石綿ガスケットＡを介して接続される各フランジ配管１１，１２の流路ｒ、ｒには、金属材であるコア層１Ａが露呈されないので、金属との接触を回避しなければならないような薬液や洗浄液といった流体を使用できるとともに、外周には金属製のコア層１Ａが露呈されているので、組付け時等において非石綿ガスケットＡと締結ボルト７とが接触する際にはコア層１Ａのみが接触することとなり、膨張黒鉛製の表面層２，３が締結ボルト７に当たって崩れ、それによってシール性に悪影響を及ぼすというおそれが回避される好ましい作用効果を得ている。尚、参考例１の非石綿ガスケットＡは、円形のシール部Ｓのみで構成されている。

上記のような参考例１による非石綿ガスケットＡに関しては、次のような種々の特徴を有しており、簡単に補足説明する。尚、項目としては、構造と特徴、特性（圧縮復元特性、加熱サイクル後ヘリウムガスシール試験）等である。

〔構造と特徴〕
芯材であり金属薄板（例：配管用標準材料であるステンレス材）であるコア層１Ａを波形（コルゲート）に成形し、その両面にシール性、耐熱性を有する膨張黒鉛シート２，３を積層したセミメタリックガスケットである。これによれば、同心円状のシールループを形成することで局部的な締付圧力を高く設定できるため、ボルト締結時の低トルク締付状態においてもシール性に優れている。また、ボルト締結時の圧縮量が大きく取れるので、フランジ面への馴染み性及びフランジ面積度に対する追従性に優れる。このような特長を持つので、石綿ジョイントシートガスケットが使用されている箇所において、締結管理を変更することなく同等以上のシール性能が得られるようになる利点がある。

〔圧縮復元特性〕
参考例１の非石綿ガスケットＡの圧縮復元特性の一例を、石綿ジョイントシートガスケットとの比較グラフとして図８に示す。このグラフから、非石綿ガスケットＡの圧縮量は、石綿ジョイントシートガスケットの５倍程度確保できることが理解できる。

〔加熱サイクル後ヘリウムガスシール試験〕
参考例１の非石綿ガスケットＡの加熱サイクル後ヘリウムガスシール特性の一例を、石綿ジョイントシートガスケットとの比較グラフとして図９に示す。このグラフから、非石綿ガスケットＡは、石綿ジョイントシートガスケットと比較して高温使用におけるシール性を高いレベルで安定化することが可能であることが理解できる。

〔参考例２〕
参考例２による非石綿ガスケットＡは、図４，５に示すように、コア層１Ａと、これの外周側の４箇所に一体形成される突片１Ｂとで成るガスケット主部１を備えたものであり、それ以外は参考例１の非石綿ガスケットＡと同じである。従って、参考例１の非石綿ガスケットＡと互いに同じ箇所には同じ符号を付すものとする。

４箇所の突片１Ｂはガスケット中心Ｐ周りに均等角度（９０度）離れるとともに、外周側フランジ部６と同一平面となる状態に形成されている。締結ボルト７は、図４に示すように、隣合う突片１Ｂ，１Ｂ間の４箇所に配置されるのが好都合である。突片１Ｂは、非石綿ガスケットＡの組付け時における位置決めや、持ち運び時の掴み代として機能させることができて便利である。

〔参考例３〕
参考例３による非石綿ガスケットＡは、図６に示すように、コルゲート部４における径方向で隣合う波どうしの間隔、即ち山部ｙどうしの間隔が、コルゲート部４の内径側ほど狭くなる不等波ピッチに形成されている。詳しくは、隣合う山部ｙ，ｙどうしの径方向の間隔を内径側から順にｄｎ（ｎ＝１，２，３…）とすれば、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３＜…ｄｎ−１＜ｄｎなる関係が成立する構成である。それ以外は参考例１による非石綿ガスケットＡと同様である。

〔実施例〕
実施例による非石綿ガスケットＡは、図７に示すように、内周側フランジ部５が、その外径側端がコルゲート部４の厚さ方向の下端（一端の一例）と同一（又はほぼ同一）の面上に位置され、かつ、内径側端ほど下側（「厚さ方向の他端から遠ざかる側」の一例）に寄る状態のテーパ面に形成されている以外は、参考例１の非石綿ガスケットＡと同じである。従って、参考例１の非石綿ガスケットＡと互いに同じ箇所には同じ符号を付すものとする。

内周側フランジ部５の内端５ａのみが第１フランジ配管の端面１１Ａに接している自由状態において、締結ボルト７を回して実施例の非石綿ガスケットＡを圧縮して行くと、内周側フランジ部５がその内端５ａを基準として水平面に近づく方向に折り返されるように変形されて行くので、内周側フランジ部５が下方に折り曲げられていることによる弾性により、ガスケット底面側では内端５ａの当接圧が次第に上昇してゆく。この場合、端面１１Ａに直接接しているのは下側の表面層３、即ち膨張黒鉛であって、コア層１Ａが（金属が）接触する場合に比べて高い摩擦係数が生じているので、圧縮によってコルゲート部４が径方向に拡がり変位しようとする力への抗力が、金属と接触している場合よりも強く働く。

その結果、規定トルクで締結ボルト７を締付たときの内端５ａが内径側へ移動する割合である縮小率が、金属のみのガスケットの場合に比べて軽減されるようになり、ガスケット圧縮に伴う縮径変形を見越して、自由状態における内端５ａの径を、内部流路ｒの径よるも少し大き目に設定する場合の径差量を縮小化できるとか、内端５ａの予期せぬ内部流路ｒへの出っ張りにより、流体の流れの妨げとなる不都合が生じ難いといった利点を得ることが可能になる。

〔別参考例〕
図１０に示すように、同心略楕円状の波形形状に形成された金属板製のコア層１Ａをする非石綿ガスケットＡでも良い。正面視の形状が異なる以外は、参考例１による非石綿ガスケットＡと同じであり、対応する箇所には対応する符号を付すものとする。尚、同心又はほぼ同心状の形状としては、楕円、長円、矩形、多角形等、種々の形状が可能である。

参考例１の非石綿ガスケットの正面図 図１の非石綿ガスケットの断面図 図１の非石綿ガスケットのボルト取付部を示す要部の断面図 参考例２の非石綿ガスケットの正面図 図４のガスケットのボルト取付部を示す要部の断面図 参考例３の非石綿ガスケットを示し、（ａ）正面図、（ｂ）断面図 実施例の非石綿ガスケットを示し、（ａ）自由状態、（ｂ）締付後状態 圧縮復元特性グラフを示す図表 加熱サイクル後ヘリウムガスシール特性グラフを示す図表 略楕円形状の非石綿ガスケットを示す正面図（別参考例） 従来の金属ガスケット及び実装状況を示す斜視図

符号の説明

１Ａ コア層
２，３ 表面層
４ コルゲート部
５ 内周側フランジ部
６ 外周側フランジ部
Ａ 非石綿ガスケット
Ｓ シール部

Claims (1)

1. 同心又はほぼ同心状の波形形状に形成された金属板製のコア層と、その表裏の両面に積層される膨張黒鉛製の表面層とから成る三層構造のシール部を有し、
   前記シール部の外周端においては、前記コア層が前記表裏の各表面層よりも外径側に突出され、前記シール部の内周端においては、前記表裏の各表面層が前記コア層よりも内径側に突出されて前記コア層を覆う状態に構成され、
   前記シール部が、前記波形形状のコルゲート部と、その内外径側に連設される内周側フランジ部及び外周側フランジ部とから成り、
   前記内周側フランジ部は、その外径側端が前記コルゲート部の厚さ方向の一端と同一又はほぼ同一の面上に位置され、かつ、内径側端ほど前記厚さ方向の他端から遠ざかる側に寄る状態のテーパ面に形成されている非石綿ガスケット。

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