JP4674055B2 - ガスケット - Google Patents

Description

本発明は、フランジ面間に装着されて気密機能を果たすガスケットに係り、特に高温環境下や熱サイクル環境下の使用に最適なガスケットに関する。

従来から、熱交換器、石油精製プラントなどの高温用ガスケットとして、メタルジャケット形ガスケットや渦巻き形ガスケットが用いられてきた。
図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、メタルジャケット形ガスケット１００は、石綿製あるいは非石綿製の中芯材１０２を金属薄板１０４で被覆（（Ａ）は半被覆形、（Ｂ）は二重被覆形）したものであり、一般に熱交換器などに使用されるものである。メタルジャケット形ガスケット１００は、高温高圧ラインに多用される渦巻き形ガスケットに比べて、シール性に劣り、通常、そのシール性を高めるために、フランジとの接触面となるメタルジャケット形ガスケット１００の上下面には、黒鉛あるいは雲母などの無機系粉体を配合した油溶性あるいは水溶性のペーストが塗布されて使用されている。また、メタルジャケット形ガスケット１００は、熱サイクルのあるラインなどで使用されると、中芯材に含有される有機分の減少あるいは熱負荷による硬化が原因となって、その弾力性（クッション性）が低下し、高い気密性を確保することができないという問題もある。

一方、図８に示すように、渦巻き形ガスケット１２０は、Ｖ字形断面の金属製フープ１２２と、石綿紙、非石綿紙及び膨張黒鉛シートなどからなる各種緩衝材（フィラー材）１２４と、を径方向に重ね合わせ、渦巻き状に巻き回したものである。また、径方向外側には外輪１２６が設けられており、径方向内側には内輪１２８が設けられている。渦巻き形ガスケット１２０の耐熱特性は、緩衝材の種類により異なり、石綿紙では６００℃までの使用実績が多々あり、例えば、エチレンガスの加熱炉などでは、７００℃程度の温度域まで使用されることがある。また、非石綿紙では５００〜６００℃程度までの耐熱性を有し、膨張黒鉛シートは４００〜４５０℃以上で、酸素存在下、熱減量が著しく大きくなることから、一般に４５０℃程度の耐熱性を有する。ただし、膨張黒鉛は、不活性ガス中では、熱減量の影響を受けにくいことから、材料的には１６５０℃までの温度域で使用可能であると言われている。
この渦巻き形ガスケット１２０では、フィラー材１２４に石綿紙単体、非石綿紙単体を用いた場合には、高温条件下、そのシール性が著しく低下する。このため、火力発電所用プラント、炭化水素系プラント、硝酸アンモニウムプラントなどの各種高温プラント用で特にシール性を要求される場合には、フィラー材１２４として石綿紙単体、非石綿紙単体での使用は避け、フィラー材１２４に膨張黒鉛を使用し、さらに、より高温での使用を可能とするために、酸素存在側（径方向内側又は／及び外側）に、その遮断用として、石綿紙あるいは非石綿紙（アラミド繊維などの有機繊維、セラミック繊維などの無機繊維、マイカなどの無機物からなるもの）を巻き回した製品が多く使用されている。

特開平３−１１７７８２号公報 特開２００２−３１７８７４号公報 特開平７−３０５７７２号公報 特公平１−４８４２９号公報

ところで、上記メタルジャケット形ガスケットでは、軟質石綿板あるいは非石綿板などを弾力性部材（クッション材）として中芯材に使用しているが、これらには、ゴムなどの有機分が含まれている。このため、高温条件下では、この有機分の熱減量が原因となってガスケットの応力緩和が生じ、さらに、有機分の炭化などにより、若干の硬化を生じることから、その弾力性（クッション性）が失われる。この結果、高温−常温−高温などのように、熱サイクルのかかる条件で、メタルジャケット形ガスケットが使用される場合には、降温時に、ガスケットの復元性が十分でなくなり、漏れが発生する問題がある。

一方、高温−常温−高温などのような熱サイクルのかかる条件下では、渦巻き形ガスケットが使用される場合が多い。これまでは、石綿繊維と有機分、無機充填材からなるフィラー材を用いた石綿渦巻き形ガスケットが多用されてきた。これは、６００℃までの使用実績が多くあり、６００℃以上でも使用される例があるからである。しかしながら、近年の石綿規制の動きに伴い、その原材料の入手が困難になってきている。
また、近年の各種プラントでは、その処理効率を上げるなどのために、処理温度が上昇する傾向があり、既存の石綿、あるいはそれに変わる非石綿渦巻き形ガスケットでは、その対応が困難になってきている。例えば、超過酷流動触媒分解装置などでは、その耐熱性が７００〜８００℃まで要求されており、石綿を含め、非石綿、膨張黒鉛からなる既存製品では、その対応が困難である。
ここで、上記のような７００〜８００℃あるいはそれ以上の高温用の渦巻き形ガスケットとしては、より耐熱性の高い、無機系のセラミック製フィラー材やマイカ製フィラー材を用いた渦巻き形ガスケットがあるが、これらはシール性に著しく劣り、その単体での使用は困難である。一般に、これらはシール性の要求の高くない箇所に使用されるが、シール性が要求される場合には、膨張黒鉛をフィラー材に用い、酸素遮断用としてその径方向内側又は／及び外側に上述の無機系フィラー材を用いた渦巻き形ガスケットが使用されることもある。しかしながら、酸素遮断性あるいはシール性に劣り、汎用的ではない。

さらに、熱サイクルラインに使用されるガスケットとして、いわゆるバネ入りメタルＣリングがある。図９に示すように、このバネ入りメタルＣリング１５０は、コイルスプリング１５２を薄い金属板１５４で被覆した金属Ｃリングであり、２００℃を超える高温用としては、その耐熱条件によって、外被材１５４Ａにニッケル（Ｎｉ）材や、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼材が用いられ、また、コイルスプリング１５２にインコネル材が用いられ、さらに、高温時、外被材１５４Ａが柔らかくなり、コイルスプリング１５２が外被材１５４Ａに食い込み、シール性が低下してしまうことを防止するために、内被材１５４Ｂにインコネル材、ＳＵＳ材が用いられる。このバネ入りメタルＣリング１５０は、コイルスプリング１５２の弾性を利用した製品であり、一般的に使用されるメタル平形ガスケットに比べて比較的復元性に優れるが、渦巻き形ガスケットに比べるとその復元性が若干劣る。また、バネ入りメタルＣリング１５０は、渦巻き形ガスケットに比べて、高額となる。さらに、バネ入りメタルＣリング１５０では、フランジ側シール面の表面粗さをより小さく管理しないと十分なシール性が得られないため、表面粗さ管理を徹底させなければならない煩雑さがある。
以上のような理由で、バネ入りメタルＣリング１５０は、熱サイクルラインに使用されるガスケットとして汎用的に用いられていない。

そこで、本発明は、上記事情を考慮し、高温環境下や熱サイクル環境下に使用しても、復元性能を維持することによりシール性の低下を防止できるガスケットを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、環状に構成され、対向するフランジ面間に装着されて前記フランジ面間を気密にするガスケットであって、渦巻き状に巻回した金属製の中芯部材と、前記中芯部材を被覆する金属製の被覆部材と、を有し、前記中芯部材は、前記ガスケットの径方向に対して垂直方向に切断した断面視において径方向側に屈曲又は／及び湾曲している部位を有し、かつ前記屈曲又は／及び湾曲している部位が前記ガスケットの径方向に沿って重なるように巻回されており、前記中芯部材が前記被覆部材により被覆された状態では、前記ガスケットの径方向に対して垂直方向に切断した断面視において、前記中芯部材の径方向外側及び内側と前記被覆部材との間に空間部が形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、金属製の中芯部材と、この金属製の中芯部材を被覆する金属製の被覆部材と、を有しているため、５００〜６００℃以上の高温環境下や、高温−常温−高温のように温度変化が生じる熱サイクル環境下、で使用した場合でも、従来技術のガスケットのように有機分の硬化や熱減量による応力緩和を生じることがない。このため、高温環境下や熱サイクル環境下においても、長期間にわたって、中芯部材の所定の弾力性（復元性）を維持することができ、中芯部材が所定の残留応力を保持することができる。この結果、高温環境下や熱サイクル環境下においても、中芯部材からフランジ面に接触応力を作用させることができ、フランジ面間のシール機能（気密機能）を維持することができる。また、中芯部材又は中芯構成部材が径方向側に屈曲又は／及び湾曲している部位を有しているため、フランジ面から締付圧力が作用すると、ガスケットの軸方向（径方向に対して直交する方向）に沿って大きく弾性変形し、この反作用として、中芯部材又は中芯構成部材からフランジ面間に作用する接触応力が高くなる。この結果、フランジ面間のシール機能（気密機能）を大幅に向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガスケットにおいて、前記中芯部材は、異なる種類の金属からなる複数の中芯構成部材で構成され、径方向に沿って異なる種類の金属からなる前記中芯構成部材が交互に配置されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、中芯部材が異なる種類の金属からなる中芯構成部材で構成され、径方向に沿って異なる種類の金属からなる中芯構成部材が交互に配置されているため、ガスケットの使用条件や金属の性質などに基づいて、中芯構成部材を適宜、組み合せることにより、極低温から超高温まで幅広い環境に適用することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のガスケットにおいて、径方向に隣接する前記中芯構成部材の高さがそれぞれ異なることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、径方向に隣接する中芯構成部材の高さがそれぞれ異なるため、ガスケットの軸方向から締付圧力が作用したときに、高さの高い中芯構成部材がこの締付圧力によりガスケットの軸方向に弾性変形する。このとき、高さの低い中芯構成部材がガスケットの軸方向に弾性変形しないため、径方向に隣接する中芯構成部材相互間の接触圧力が高くなる。この接触圧力の反作用により、高さの高い中芯構成部材からフランジ面に作用する接触応力も高くなり、フランジ面間のシール機能（気密機能）をさらに向上させることができる。
なお、本明細書において「中芯構成部材の高さ」とは、中芯構成部材のガスケット軸方向に沿う長さを意味する。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスケットにおいて、前記中芯部材又は前記中芯構成部材の径方向内側又は／及び径方向外側には金属製の位置決め部材が配置されており、前記位置決め部材の高さは前記中芯部材又は前記中芯構成部材の高さよりも低いことを特徴とする。さらに、請求項５に記載の発明として、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスケットにおいて、前記中芯部材の前記ガスケットの径方向内側端部と径方向外側端部は、径方向に沿って隣接する前記中芯部材の隣接部分に溶接により固定されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、中芯部材又は中芯構成部材の径方向内側又は／及び径方向外側には、金属製の位置決め部材が配置されているため、この位置決め部材により中芯部材又は中芯構成部材の径方向への弾性変形が抑制される。このため、フランジ面から作用する締付圧力が逃げることなく、締付圧力をそのまま反作用力として、中芯部材又は中芯構成部材からフランジ面に作用させることができる。この結果、中芯部材又は中芯構成部材からフランジ面に作用する接触応力を高めることができ、フランジ面間のシール機能（気密機能）を大幅に向上させることができる。
また、位置決め部材の高さが中芯部材又は中芯構成部材の高さよりも低いため、中芯部材又は中芯構成部材の軸方向に沿う弾性変形が位置決め部材により抑制されることがない。
なお、本明細書において「位置決め部材の高さ」あるいは「中芯部材又は中芯構成部材の高さ」とは、「位置決め部材のガスケット軸方向に沿う高さ」あるいは「中芯部材又は中芯構成部材のガスケット軸方向に沿う高さ」を意味する。

本発明は、金属製の中芯部材と、この金属製の中芯部材を被覆する金属製の被覆部材と、を有しているため、５００〜６００℃以上の高温環境下や、高温−常温−高温のように温度変化が生じる熱サイクル環境下、で使用した場合でも、従来技術のガスケットのように有機分の硬化や熱減量による応力緩和を生じることがない。このため、高温環境下や熱サイクル環境下においても、長期間にわたって、中芯部材の所定の弾力性（復元性）を維持することができ、中芯部材が所定の残留応力を保持することができる。この結果、高温環境下や熱サイクル環境下においても、中芯部材からフランジ面に接触応力を作用させることができ、フランジ面間のシール機能（気密機能）を維持することができる。

本発明は、中芯部材が異なる種類の金属からなる中芯構成部材で構成され、径方向に沿って異なる種類の金属からなる中芯構成部材が交互に配置されているため、ガスケットの使用条件や金属の性質などに基づいて、中芯構成部材を適宜、組み合せることにより、極低温から超高温まで幅広い環境に適用することができる。

本発明は、径方向に隣接する中芯構成部材の高さがそれぞれ異なるため、ガスケットの軸方向から締付圧力が作用したときに、高さの高い中芯構成部材がこの締付圧力によりガスケットの軸方向に弾性変形する。このとき、高さの低い中芯構成部材がガスケットの軸方向に弾性変形しないため、径方向に隣接する中芯構成部材相互間の接触圧力が高くなる。この接触圧力の反作用により、高さの高い中芯構成部材からフランジ面に作用する接触応力も高くなり、フランジ面間のシール機能（気密機能）をさらに向上させることができる。

本発明は、中芯部材又は中芯構成部材が径方向側に屈曲又は／及び湾曲している部位を有しているため、フランジ面から締付圧力が作用すると、ガスケットの軸方向（径方向に対して直交する方向）に沿って大きく弾性変形し、この反作用として、中芯部材又は中芯構成部材からフランジ面間に作用する接触応力が高くなる。この結果、フランジ面間のシール機能（気密機能）を大幅に向上させることができる。

本発明は、中芯部材又は中芯構成部材の径方向内側又は／及び径方向外側には、金属製の位置決め部材が配置されているため、この位置決め部材により中芯部材又は中芯構成部材の径方向への弾性変形が抑制される。このため、フランジ面から作用する締付圧力が逃げることなく、締付圧力をそのまま反作用力として、中芯部材又は中芯構成部材からフランジ面に作用させることができる。この結果、中芯部材又は中芯構成部材からフランジ面に作用する接触応力を高めることができ、フランジ面間のシール機能（気密機能）を大幅に向上させることができる。

次に、本発明の第１実施形態に係るガスケットについて、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態のガスケット１０は、渦巻状となるように巻回した第１金属薄板（中芯部材）１２と、第１金属薄板１２の外側を被覆した第２金属薄板（被覆部材）１４と、で構成されている。
第１金属薄板１２は、径方向（図１中矢印Ｘ方向）に対して垂直方向（図１中矢印Ｙ方向側）に切断した断面が径方向外側（図１中矢印Ｏ方向側）に屈曲する屈曲部１２Ａを持つように（例えば、Ｖ字形、Ｍ字形など）、構成されている。
なお、第１金属薄板１２の断面形状は、屈曲部を有する形状に限られるものではなく、その断面が径方向（図１中矢印Ｘ方向）に円弧状や波形状などの湾曲部を有する形状や、直線部分と曲線部分とを組み合わせた形状などでもよい。さらに、第１金属薄板１２は、その断面が径方向内側（図１中矢印Ｉ方向側）に屈曲する屈曲部１２Ａを持つように（例えば、逆Ｖ字形、逆Ｍ字形など）、構成されていてもよい。
このように、第１金属薄板１２の断面を上述のような形状に構成することにより、径方向（図１中矢印Ｘ方向）に対して直交する方向（以下、適宜「軸方向」と称する。図１中矢印Ｙ方向）に作用する圧力（例えば、フランジからの締付圧力）に対して、軸方向の弾性変形を大きくすることができる。

また、第１金属薄板１２は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌなどの各種ステンレス鋼、インコネル、インコロイなどに代表される各種金属合金、あるいはアルミニウム、ニッケルなど各種金属単体など、で構成されている。ガスケットの使用される環境（例えば、極低温か、超高温か、など）に応じて、耐熱性を有するように、適宜設定が可能である。本実施形態のガスケット１０を構成する第１金属薄板１２は、上記金属の中から１種類の金属で構成されている。

また、第１金属薄板１２の厚み（肉厚）は、ガスケット１０の寸法、使用用途、ボルト等の締付圧力などの条件によって適宜設定することができる。

また、第１金属薄板１２の径方向内側（内径側）の端部と径方向外側（外径側）の端部は、径方向に隣接する第１金属薄板１２の隣接部分に溶接などにより固定されている。

一方、第２金属薄板１４は、円盤状に形成されており第１金属薄板１２の上方側（図１中矢印Ｕ方向側）から第１金属薄板１２を覆う上側金属薄板１４Ａと、第１金属薄板１２の下方側（図１中矢印Ｄ方向側）から第１金属薄板１２を覆い上側金属薄板１４Ａと係合する下側金属薄板１４Ｂと、で構成されている。この第２金属薄板１４の材質は、上述した第１金属薄板１２の材質と同様である。

また、本実施形態の第２金属薄板１４の形状は、いわゆる半被覆形であるが、特に半被覆形に限られるものではなく、例えば、全被覆形、波形被覆形、二重被覆形などの形状でもよい。ガスケット１０の寸法、ガスケット１０に作用する締付圧力などにより適宜設定することができる。
なお、これらの第２金属薄板１４の形状は、従来のメタルジャケット形ガスケットに広く適用されているため、その詳細な説明は省略する。

次に、本実施形態に係るガスケット１０の作用について説明する。

図１に示すように、ガスケット１０が配管や機器に使用されるフランジのフランジ面間に装着され、ボルトなどの固着具によりフランジ面から軸方向（図１中矢印Ｙ方向）に締付圧力（圧縮力）が作用すると、第１金属薄板１２が弾性変形して軸方向（図１中矢印Ｙ方向）に縮む。第１金属薄板１２が軸方向に縮むと、第１金属薄板１２の径方向（図１中矢印Ｘ方向）に撓む。このとき、第１金属薄板１２の反発力により、第１金属薄板１２から上下のフランジ面に対して接触応力が作用するため、フランジ面間をシールすることができる。
例えば、高温−常温−高温のように温度変化が生じる熱サイクル環境下でガスケット１０を使用した場合では、熱負荷後、常温に戻る際に、フランジやこれを締め付けるボルトの熱収縮によりフランジ面間が開く（開放する）方向に力が作用するが、ガスケット１０の第１金属薄板１２が上述したように金属で構成されているため、有機材を含んだ従来のガスケットのように熱減量や熱による硬化が生じてしまうことがなく、軸方向の弾性力（復元力）を維持することができる。このため、締付圧力に対する反発力として第１金属薄板１２からフランジ面間に接触応力が常に作用し、開こうとするフランジ面間を完全にシールすることができる。
特に、中芯材である第１金属薄板１２の断面が径方向に屈曲する屈曲部１２Ａを有しているため、第１金属薄板１２は軸方向に弾性変形し易くなり、弾性変形量が大きくなる。この結果、第１金属薄板１２からフランジ面にそれぞれ作用する接触応力が高くなり、フランジ面間のシール性能を大幅に向上させることができる。

また、ガスケット１０の中芯材である第１金属薄板１２が、上述したように金属で構成されているため、５００〜６００℃以上の高温環境下で使用した場合でも、従来技術のガスケットのように有機分の硬化や熱減量による応力緩和を生じることがない。このため、高温環境下や熱サイクル環境下においても、長期間にわたって、第１金属薄板１２の弾力性（復元性）を維持することができ、また、第１金属薄板１２が所定の残留応力を保持することができる。この結果、高温環境下や熱サイクル環境下でガスケット１０を使用した場合でも、フランジ面間のシール機能を長期間に亘って維持することができる。

なお、第１金属薄板１２の断面がＶ字形ではなく、Ｍ字形、逆Ｖ字形、逆Ｍ字形、あるいは湾曲部を有している場合にも、第１金属薄板１２の軸方向の弾性変形量が大きくなるため、同様にして、第１金属薄板１２からフランジ面に作用する接触応力が高くなり、フランジ面間のシール性能を向上させることができる。

次に、本発明の第２実施形態に係るガスケットについて説明する。
なお、第１実施形態に係るガスケット１０と同様の構成については同符号を付すと共に、同様の構成及び作用効果についてはその説明を適宜省略する。

図２に示すように、本実施形態のガスケット２０は、第１金属薄板１２の径方向外側（図２中矢印Ｏ方向側）と径方向内側（図２中矢印Ｉ方向側）とに角形断面の外側環状リング（位置決め部材）２２及び内側環状リング（位置決め部材）２４がそれぞれ配置されている。この各環状リング２２、２４の軸方向（図２中矢印Ｙ方向）に沿う高さは、第１金属薄板１２の軸方向に沿う高さよりも低くなるように設定されている。
また、各環状リング２２、２４の材質は、第１金属薄板１２及び第２金属薄板２４の材質と同様である。
なお、各環状リング２２、２４の断面の形状は、角形に限られるものではなく、円形やその他の形状でもよい。

本実施形態に係るガスケット１０によれば、フランジ面から締付圧力（圧縮応力）が第１金属薄板１２に作用すると、第１金属薄板１２が弾性変形し、軸方向（図２中矢印Ｙ方向）に縮む。このとき、同時に、第１金属薄板１２が径方向（図２中矢印Ｘ方向）に撓もうとする。
ここで、第１金属薄板１２の径方向外側（図２中矢印Ｏ方向側）及び径方向内側（図２中矢印Ｉ方向側）には、金属製の各環状リング２２、２４がそれぞれ配置されているため、第１金属薄板１２の径方向への弾性変形（撓み）が抑制される。これにより、フランジ面からの締付圧力が発散することなく、締付圧力をそのまま反作用力とすることができるため、第１金属薄板１２からフランジ面に作用する接触応力をさらに高めることができる。この結果、フランジ面間のシール機能を大幅に向上させることができる。
なお、各環状リング２２、２４の軸方向に沿う高さが第１金属薄板１２の軸方向に沿う高さよりも低いため、締付圧力による第１金属薄板１２の軸方向への弾性変形が各環状リング２２、２４により抑制されることがない。

なお、各環状リング２２、２４は、第１金属薄板１２の径方向外側（図２中矢印Ｏ方向側）及び径方向内側（図２中矢印Ｉ方向側）の両方にそれぞれ配置させた構成に限られるものではなく、図３に示すように、第１金属薄板１２の径方向外側（図３中矢印Ｏ方向側）だけに角形断面の外側環状リング（位置決め部材）２２が配置されている構成でもよい。この構成により、第１金属薄板１２の径方向外側（図３中矢印Ｏ方向側）への弾性変形のみが抑制され、第１金属薄板１２からフランジ面に作用する接触応力を変化させることができる。
また、第１金属薄板１２の径方向内側（図３中矢印Ｉ方向側）に内側環状リングのみを配置させる構成にしてもよい。
このように、各環状リング２２、２４は、ガスケット１０の使用用途に応じて適宜設定することができる。

また、上述したように、第２実施形態に係るガスケット２０では、内部に金属製の各環状リング２２、２４を配置した構成を示したが、これに限られることはない。
例えば、ガスケット２０を構成する第１金属薄板１２の径方向外側又は／及び内側には、第１金属薄板１２の軸方向に沿う高さよりも低くなるようにフープ材（図示省略、位置決め部材）を巻き回して構成してもよい。
このフープ材の材料としては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼材や、アルミニウム、インコネル、ハステロイ等の単体金属及び合金が挙げられる。

次に、本発明の第３実施形態に係るガスケットについて説明する。
なお、第１実施形態に係るガスケット１０と同様の構成については同符号を付すと共に、同様の構成及び作用効果についてはその説明を適宜省略する。

図４に示すように、本実施形態のガスケット３０は、第１金属薄板１２を２種類の金属で構成したものである。径方向内側（図４中矢印Ｉ方向側）に位置する第１中芯構成部材（中芯構成部材）１２Ｓと径方向外側（図１中矢印Ｏ方向側）に位置する第２中芯構成部材（中芯構成部材）１２Ｔとを重ね合わせて、渦巻状に巻き回したものである。各中芯構成部材１２Ｓ、１２Ｔの材料は、上述した第１金属薄板１２を構成する金属の中から２種類の金属が選択される。
ここで、第１中芯構成部材１２Ｓの軸方向（図４中矢印Ｙ方向）に沿う高さが第２中芯構成部材１２Ｔの軸方向（図４中矢印Ｙ方向）に沿う高さと比較して、短くなるように設定されている。

本実施形態に係るガスケット３０によれば、第１金属薄板１２が種類の異なる金属で構成されているため、ガスケットの使用用途に応じて、第１金属薄板１２の復元力を適宜調整することができる。
特に、第１中芯構成部材１２Ｓの軸方向に沿う高さと第２中芯構成部材１２Ｔの軸方向に沿う高さとが異なるように設定されているため、ガスケット３０の軸方向から締付圧力が作用したときに、高さの高い第２中芯構成部材１２Ｔがこの締付圧力により軸方向に弾性変形する。このとき、高さの低い第１中芯構成部材１２Ｓが軸方向に弾性変形しないため、径方向に隣接する各中芯構成部材１２Ｓ、１２Ｔ間の接触圧力が高くする。この接触圧力の反作用により、高さの高い第２中芯構成部材１２Ｔからフランジ面に作用する接触応力も高くなり、フランジ面間のシール機能（気密機能）をさらに向上させることができる。
なお、本実施形態のガスケット３０では、２種類の金属から構成されている第１金属薄板を例に取り説明したが、これに限られるものではなく、ガスケットの使用用途に応じて、複数種類の金属で構成するようにしてもよい。

なお、図４に示すように、第３実施形態のガスケット３０では、被覆部材である第２金属薄板１４の形状が半被覆形であるが、これに限られることはない。例えば、図５に示すように、被覆部材である第２金属薄板１４の形状を二重被覆形としてもよい。二重被覆形の第２金属薄板１４は、カップ状に形成され第１金属薄板１２の下方側（図５中矢印Ｄ方向側）から第１金属薄板１２を収容する下側金属薄板１４Ｃと、カップ状に形成され第１金属薄板１２の上方側（図５中矢印Ｕ方向側）から第１金属薄板１２を覆い下側金属薄板１４Ｃと係合する上側金属薄板１４Ｄと、で構成されている。このように、第２金属薄板１４の形状を二重被覆形とすることにより、内部に配置されている第１金属薄板１２の過剰変形を防止することができる。

（試験例）
次に、上記実施形態の各ガスケットを用いて、シール性の確認試験を行った。
確認試験は、ガスケット（寸法などの詳細は後述）をフランジ（ＪＰＩ３００Ｌｂ ２Ｂフランジ、ボルトサイズ３／４−１０ＵＮＣ、ボルト本数８本）間に装着し、トルク１４０Ｎ・ｍで締付を行った。このフランジ締結体を予め６００℃に熱しておいて電気炉に８時間（８ｈ）放置した。その後、室温まで冷却し、シール性の確認を行った。

（試験装置）
ここで、シール性の確認に用いた試験装置について説明する。
図６に示すように、試験装置５０は、内部に水が貯溜された水槽５２と、フランジ締結体５４に窒素ガスを供給する窒素ボンベ５６と、を備えている。なお、窒素ボンベ５６とフランジ締結体５４との間には、途中に減圧弁５８、ポンプ６０及びバルブ６２を設け内部に窒素ガスが流通する管状部材６４が接続されている。

シール性の確認試験は、上記試験装置５０を用いた水没法により行い、熱負荷後のフランジ締結体５４に、窒素ガス内圧を負荷し、その後、フランジ締結体５４を水槽５２の内に入れ、１０分間に漏れ出てくる気泡をメスシリンダ６６で捕集し、この捕集した気泡を時間当たりの漏れ量に換算して比較した。

ここで、シール性の確認試験を行ったガスケットの構成について、以下の表１に示す。

実施例１のガスケットは、図５に示すガスケット３０である。フランジ面と接触するガスケット３０の上面と下面には、ペーストが薄く均一に塗布されている。
実施例２のガスケットは、図４に示すガスケット３０である。フランジ面と接触するガスケット３０の上面と下面には、ペーストが薄く均一に塗布されている。
現行品のガスケットは、図７（Ｂ）に示す二重被覆形のメタルジャケット形ガスケット１００である。このメタルジャケット形ガスケット１００の中芯材は、非石綿紙である。フランジ面と接触するガスケット１００の上面と下面には、ペーストが薄く均一に塗布されている。
比較例１のガスケットは、図８に示す内外輪付きの渦巻き形ガスケット１２０である。この渦巻き形ガスケット１２０のフィラー材１２４には膨張黒鉛を使用し、その径方向外側には酸素遮断効果を得るために非石綿紙が巻き回されている。フープ材１２２には厚み０．２ｍｍのＳＵＳ３１６製金属薄板を巻き回し、巻き終わりには、フープ材１２２のみを３巻空巻きした後、３箇所を溶接で固定した。
なお、表１中に記載した第１金属薄板、第２金属薄板、第１中芯構成部材、第２中芯構成部材などの用語の意味は、上記各実施形態に記載した用語の意味と同一である。

（試験結果）
試験結果は、以下の表２に示す通りになった。

上記表２に示す通り、現行品であるメタルジャケット形ガスケット１００は、熱負荷後、２ＭＰａまで気密性を確保したものの、３ＭＰａで漏れを検出した。また、比較例１である渦巻き形ガスケット１２０は、熱負荷後、１ＭＰａまで気密性を確保したものの、２ＭＰａで漏れを検出した。
これらに対して、実施例１のガスケット３０では８ＭＰａ以上の気密性を確保し、実施例２のガスケット３０では７ＭＰａまで気密性を確保が判明した。
また、実施例１のガスケット３０と実施例２のガスケット３０の優位性を確認するために、通常、実機では使用しない圧力範囲までの試験を実施しており、実機使用時には、性能的に両者に大差がないと考えられる。
ただし、熱負荷後、シール性を確認し、ガスケット３０をフランジから取り外した後、実施例１のガスケット３０では異常な変形が見られなかったものの、実施例２のガスケット３０では異常な変形（金属製の被覆部材の一部が径方向外側に突出した状態）が生じていることが判明した。これは、過剰な内圧が負荷された場合、あるいは片締めを生じている場合に起こる現象であり、不均一な締付面圧、過剰な流体圧に対しては、実施例１のガスケット３０の方が異常変形を抑制でき、安定した気密性を保持できると推測される。

本発明の第１実施形態に係るガスケットの部分的な断面図である。 本発明の第２実施形態に係るガスケットの部分的な断面図である。 本発明の第２実施形態に係るガスケットの変形例であるガスケットの部分的な断面図である。 本発明の第３実施形態に係るガスケットの部分的な断面図である。 本発明の第３実施形態に係るガスケットの変形例であるガスケットの部分的な断面図である。 試験装置の概略構成図である。 （Ａ）は従来の半被覆形のメタルジャケット形ガスケットの部分的な断面図であり、（Ｂ）は従来の二重被覆形のメタルジャケット形ガスケットの部分的な断面図である。 従来の渦巻き型ガスケットの部分的な斜視図である。 従来のバネ入りメタルＣリングの構成図である。

符号の説明

１０、２０、３０ ガスケット
１２ 第１金属薄板（中芯部材）
１２Ｓ 第１中芯構成部材（中芯構成部材）
１２Ｔ 第２中芯構成部材（中芯構成部材）
１４ 第２金属薄板（被覆部材）
２２ 外側環状リング（位置決め部材）
２４ 内側環状リング（位置決め部材）

Claims (5)

1. 環状に構成され、対向するフランジ面間に装着されて前記フランジ面間を気密にするガスケットであって、
   渦巻き状に巻回した金属製の中芯部材と、
   前記中芯部材を被覆する金属製の被覆部材と、
   を有し、
   前記中芯部材は、前記ガスケットの径方向に対して垂直方向に切断した断面視において径方向側に屈曲又は／及び湾曲している部位を有し、かつ前記屈曲又は／及び湾曲している部位が前記ガスケットの径方向に沿って重なるように巻回されており、
   前記中芯部材が前記被覆部材により被覆された状態では、前記ガスケットの径方向に対して垂直方向に切断した断面視において、前記中芯部材の径方向外側及び内側と前記被覆部材との間に空間部が形成されていることを特徴とするガスケット。
2. 前記中芯部材は、異なる種類の金属からなる複数の中芯構成部材で構成され、
   径方向に沿って異なる種類の金属からなる前記中芯構成部材が交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
3. 径方向に隣接する前記中芯構成部材の高さがそれぞれ異なることを特徴とする請求項２に記載のガスケット。
4. 前記中芯部材又は前記中芯構成部材の径方向内側又は／及び径方向外側には金属製の位置決め部材が配置されており、前記位置決め部材の高さは前記中芯部材又は前記中芯構成部材の高さよりも低いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスケット。
5. 前記中芯部材の前記ガスケットの径方向内側端部と径方向外側端部は、径方向に沿って隣接する前記中芯部材の隣接部分に溶接により固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスケット。

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