JP5714965B2

JP5714965B2 - うず巻形ガスケット

Info

Publication number: JP5714965B2
Application number: JP2011087239A
Authority: JP
Inventors: 晃則大脇
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2031-04-11
Also published as: JP2012219938A

Description

本発明は、高圧の機器や配管の継手部に使用され、水、油、蒸気、ガス等の流体をシールする目的で使用されるうず巻形ガスケットに関する。

うず巻形ガスケットは、金属薄板を略Ｖ字断面に絞り加工したフープ材とフィラー材とが重ねて巻き回されてなり、両側面がシール面に当接する受圧面となるガスケット本体部を有する構成を基本形としたものが知られている。また、締付圧力によるガスケット本体の内側への変形の防止やセンタリングを目的として、金属製補強リングをガスケット本体の内側や外側あるいは両方に設けた内輪付、外輪付、内外輪付等と称される種々のタイプが知られている（例えば特開２００２−３１７８７４号公報）。

うず巻形ガスケットにおいて、フィラー材の種類としては、従来は石綿ペーパーを帯状にスリットした石綿テープが一般的であったが、石綿繊維が原因と推測されている健康障害が社会問題となって石綿の使用が禁止されたため、現在は石綿以外の無機材を主原料とし、ゴムとアラミド繊維等の有機物をバインダーとした抄造紙、いわゆるノンアスベストペーパーをスリットしたものや膨張黒鉛テープ、フッ素樹脂テープ、マイカテープ、バーミキュライトを主原料とするテープが使われている。

実開平７−２０４６４号公報には、金属製フープ材とフィラー材を重ね合わせてうず巻形に巻回してなるガスケットにおいて、内周形成部にてフープ材と重ね合わされるフィラー材を膨張黒鉛テープで形成し、外周形成部にてフープ材と重ね合わされるフィラー材を、補強材で補強したマイカテープで形成する複合フィラーを使用したものが開示されている。また、特開平１１−３５１３９９号公報には、金属製フープ材とフィラー材を重ね合わせてうず巻形に巻回してなるうず巻形ガスケットにおいて、フィラー材の内周部分と外周部分を補強材で補強された有機物量が５％以下のマイカテープで形成し、中央部分を膨張黒鉛テープで形成する複合フィラーを使用したものが開示されている。

特開２００２−３１７８７４号公報実開平７−２０４６４号公報特開平１１−３５１３９９号公報

しかしながら、うず巻形ガスケットは流体種類、温度、圧力によって内外輪、フィラー、フープの材質を選定して使用されるが、これまで、うず巻形ガスケットのフィラー材に由来するコンタミネーション（異物）の流体混入を防止できるものがなかった。すなわち、従来のうず巻形ガスケットは、フィラーが流体に直接曝されるため、フィラー材の一部やフィラー材に付着している汚れ、埃が流体内に混入するという問題があった。

従って、本発明の目的は、うず巻形ガスケットに由来するコンタミ（異物）の流体混入を防止すると共に、十分なシール性を発揮するうず巻形ガスケットを提供することにある。

かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、略Ｖ字断面の金属製フープ材とフィラー材であるフッ素樹脂テープとが重ねて巻き回されてなるガスケット本体部の内側に金属製中空Ｏリング又は金属製Ｃリングを配設したうず巻形ガスケットであれば、うず巻形ガスケットに由来するコンタミ（異物）の流体混入を防止すると共に、十分なシール性を発揮することを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、略Ｖ字断面の金属製フープ材とフィラー材であるフッ素樹脂テープとが重ねて巻き回されてなり、両側面がシール面に当接する受圧面となるガスケット本体部を有するうず巻形ガスケットであって、該ガスケット本体部の内側に金属製中空Ｏリングまたは金属製Ｃリングが配設され、該金属製中空Ｏリングまたは金属製Ｃリングが配設される該ガスケット本体部の内側部材は、金属製フープ材が複数回巻き回された内周空巻き部であり、該金属製中空Ｏリングまたは金属製Ｃリングと該ガスケット本体部の内側部材はシール面に当接するものであり、該金属製中空Ｏリングまたは金属製Ｃリングと該ガスケット本体部にフランジが当接し、締め付け荷重が作用したときに、該フランジと該ＯリングまたはＣリングと前記ガスケット本体部の内側部材との間に空間を形成し、かつ、この空間により密封領域を形成することを特徴とするうず巻形ガスケットを提供するものである。

本発明のうず巻形ガスケットは、ガスケット本体部の内側に金属製中空Ｏリング又は金属製Ｃリングを配設したため、締め付けることにより、ガスケット本体部及び金属製中空Ｏリング又は金属製Ｃリングが潰れ、フランジとの隙間をなくすことができ、且つフランジとガスケット本体部と金属製中空Ｏリング又は金属製Ｃリングで形成される空間領域を密閉状態にするため、フィラー材が流体に曝されることがなく、且つ優れたシール性を有する。

本実施の形態におけるうず巻形ガスケットの平面図である。本実施の形態におけるうず巻形ガスケットの断面図である。うず巻形ガスケットの受圧面に圧力Ｗが作用している状態を示す図である。フランジとガスケット本体部と金属製中空Ｏリングで形成される密封域を示す部分拡大図である。シール試験の概略図である。比較例１のうず巻形ガスケットの断面図である。

本実施の形態におけるうず巻形ガスケット１０は、厚みの薄い、環状のものであり、対向するシール面間に装着されてシール機能を果たすものであり、略Ｖ字断面の金属製フープ材１とフィラー材２とが重ねて巻き回されてなり、両側面がシール面９に当接する受圧面５となるガスケット本体部Ｘを有するものである。

金属製中空Ｏリング又は金属製Ｃリング（以下、単に「金属製中空Ｏリング等」とも言う。）３が配設されるガスケット本体部Ｘの内側の部材は、金属製フープ材１であるか、あるいは金属製フープ材１が巻き回された内周空巻き部８の内側部材である。金属製中空Ｏリング等３と当接する部材を金属製フープ材１とすることで、所定の締め付け荷重がかかると、フランジ９、金属製中空Ｏリング３等及び金属製フープ材とで囲まれる空間を密封域４０とすることができ、ガスケット本体部Ｘが流体に曝されることがなくなる（図４参照）。すなわち、金属製中空Ｏリング３等は、所定の締め付け荷重がかかると、フランジ９、金属製中空Ｏリング３等及び金属製フープ材１とで囲まれる空間を密封域４０とすることができる部材である。また、中空でない金属製中実Ｏリングを装填すると、金属製中実Ｏリングを潰すために大きな荷重が必要となり、ガスケット本体部Ｘがシールするために必要な面圧を維持できなくなってしまう恐れがある。これは金属プレートガスケット等の金属ソリッドガスケットでも同様の問題が生じる。

内周空巻き部８として使用する金属製フープ材１は、ガスケット本体部Ｘを構成する金属製フープ材と同じ材質、同じ形状であってもよく、また、材質や形状が異なっていてもよい。また、金属製フープ材１と金属製中空Ｏリング等３は、接着剤などで固定されていてもよい。

金属製中空Ｏリング３の線径（ｔ_３）又は金属製Ｃリングの厚み（ｔ_３）は、ガスケット本体部の厚さ（ｔ_１）の７５％以上、１２０％以下、好適には８５％以上、１２０％以下であることが好ましい。ガスケット本体部Ｘの厚さの１２０％を超える厚さの金属製中空Ｏリング等を用いた場合、過剰圧縮率となり金属製中空Ｏリング等３が座屈をすることがある。座屈を起こすと金属製中空Ｏリング等３はフランジ９との接触面を失い、良好なシール性能が得られなくなる。また、ガスケット本体部Ｘの厚さの７５％未満の線径（厚み）の金属製中空Ｏリング等を用いた場合、フランジ９と金属製中空Ｏリング等３が接触できないことがあり、同様に、良好なシール性能が得られなくなる。

また、金属製中空Ｏリング３等の線径（ｔ_３）は、金属製フープ材１の幅（ｔ_２）より、大であっても、同じであっても、小であってもよい。金属製中空Ｏリング等３の線径（ｔ_３）は、金属製フープ材１の幅（ｔ_２）の８５％以上、１２０％以下であることが好ましく、１００％が最適である。このような寸法関係にあれば、フランジの締め付けにより、先に金属製フープ材１が撓んでも、ほぼ同時に金属製中空Ｏリング等３も潰すことができ、且つガスケット本体部Ｘがシールするために必要な面圧を維持することができる。

金属製中空Ｏリングの中空率は３５〜８０％であることが好ましい。金属製中空Ｏリングの中空率が３５％未満の場合、金属製中空Ｏリングを潰すために大きな荷重が必要となり、ガスケット本体部Ｘがシールするために必要な面圧を維持できなくなってしまう恐れがある。金属製中空Ｏリングの中空率が８０％を超える場合、肉厚が薄くなるため、金属製中空Ｏリングを製作するための突合せの溶接が難しくなるという製造上の問題が生じる。

金属製Ｃリング３の肉厚は、ガスケット厚さの５〜２５％であることが好ましい。金属製Ｃリング３の肉厚が、ガスケット厚さの２５％を超えると、製作が難しくなると共に、金属製Ｃリング３を潰すために大きな荷重が必要となり、ガスケット本体部Ｘがシールするために必要な面圧を維持できなくなってしまう恐れがある。また、金属製Ｃリング３の肉厚が、ガスケット厚さの５％未満であると、強度が不足し、うず巻形ガスケットの補強リングとしての役割を果たさなくなる。

金属製Ｃリング３は、断面がＣ字形状で、且つＣ字の開口が中心側にある公知のガスケットであり、通常、プレス金型で成形して製作されたり、ロールフォーミングで成形して製作される。

金属製中空Ｏリング等の材質としては、特に制限されないが、流体に侵されず、使用温度に耐えることのできるものであればよい。一般的にはＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３１６Ｌ、ニッケル合金が耐熱性、耐食性及び価格などの観点から好ましい。

また、金属製中空Ｏリング等はメッキが施されていてもよい。金属製中空Ｏリング等にメッキを施すと、金属製中空Ｏリング等のシール性能は更に向上し、ガスケット本体部Ｘが、高温流体に曝されることがなくなる。

うず巻形ガスケット１０において、ガスケット本体部Ｘの厚さ（ｔ_１）は、略Ｖ字断面におけるフィラー材２の幅寸法でもある。また、略Ｖ字断面における金属製フープ材１の幅（ｔ_２）は、うず巻形ガスケットとしての厚みを言う（図２参照）。また、うず巻形ガスケット１０は受圧面側において、フィラー材２を金属製フープ材１より僅かに突出させてなる。突出量が小さ過ぎると、ガスケット本体の表面へのシールの露出が少なくなり、シール性能が悪くなり、突出量が大き過ぎると、所定面圧で締め付けた際、表面に露出した膨張黒鉛の部分で実体漏れが多くなるため、シール性能が低下する。金属製フープ材１としては、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼、インコネル・インコロイなどの耐熱合金の帯を使用すればよい。

フィラー材２であるフッ素樹脂テープは、従来、うず巻形ガスケットに使用されている公知のものが使用できる。フッ素樹脂は繊維状としてテープ中に存在する。フッ素樹脂としては、例えばテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、変性ＰＴＦＥ、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＥＦ）、ポリふっ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリふっ化ビニル（ＰＶＦ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）などが挙げられる。

フッ素樹脂テープには、充填材が配合されていても、配合されていなくてもよいが、充填材無配合のものが、なじみやすく優れたシール性が得られる点で好ましい。充填材としては、例えば、マグネシウム、鉄、アルカリ土類金属、アルカリ金属などを含むケイ酸塩鉱物又は珪石、ワラストナイトなどの天然鉱物、シリカ、酸化アルミニウム、ガラス、ジルコン、酸化チタン、酸化鉄などの酸化物、硼化ジルコン、二硫化モリブデンなどの含硫黄化合物、カーボン等が挙げられる。

フッ素樹脂テープの製造方法としては、フッ素樹脂、必要に応じて充填材及び助剤を含む混合物を２軸ロール間に複数回通す圧延工程と、圧延工程から得られたシートを乾燥する工程と、シートをテープ状に切断する切断工程とを有する方法が挙げられる。乾燥後の焼成工程は行わないことが、なじみやすく優れたシール性が得られる点で好ましい。

うず巻形ガスケット１０は、ガスケット本体部Ｘの外周に、金属製フープ材が巻き回された外周空巻き部７を形成している。外周空巻き部７として使用する金属製フープ材は、ガスケット本体部Ｘを構成する金属製フープ材１と同じ材質、同じ形状であってもよく、また、材質や形状が異なっていてもよい。

うず巻形ガスケット１０は、空巻き部７の外周に、ガスケット本体部Ｘの厚み（ｔ_１）より小の厚みを有し、且つ金属製中空Ｏリング等３の線径より小の厚みを有する外輪４を形成している。外輪４は、締付圧力によるガスケット本体部の内側への変形の防止やセンタリング機能を有している。外輪４は、金属板を使用すればよい。

次に、うず巻形ガスケット１０の製造方法の一例を説明する。先ず所定の厚さ、所定の幅寸法の金属製フープ材を略Ｖ字形に絞り加工する。次いで、金属製フープ材だけを２〜５周巻いて内周空巻き部８を形成する。次いで、フィラー材として所定の厚さ、所定の幅寸法の例えばフッ素樹脂テープを重ね合わせ、重ね合わせたまま所定寸法になるまで成巻してガスケット本体部Ｘを形成する。次いで、最後に金属製フープ材のみ２〜５周程度空巻きした後スポット溶接して外周空巻き部７を形成する。この時、ガスケットの本体部Ｘの厚さを所定の寸法になるように押駒すきまを調整し、フッ素樹脂テープのはみ出し量を所定の寸法とする。次いで、金属製中空Ｏリング等３を内周空巻き部８の内周部に接着剤で外れないように接合で取り付け、最後に、所定の厚さの金属板（外輪４）を装着して完成させる。

次に、うず巻形ガスケット１０の使用方法を説明する。うず巻形ガスケット１０は、石油精製、石油化学プラント、発電所、製鉄所などにおいて、配管の接続場所、すなわち、対向するシール面９、９間に装着されて流体をシールするために使用される（図３参照）。なお、図３及び図４は、締め付け荷重Ｗが作用して、金属製中空Ｏリング３と金属製フープ材１が潰れて、フランジ９と金属製中空Ｏリング３と金属製フープ材１とで形成される空間ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆが密封領域４０となっている状態を示す。このような密封領域４０の存在により、ガスケット本体部Ｘは流体に曝されることがなく、流体へのフィラー材やフィラー材の付着物の混入を防止すると共に、長期間の良好なシール性が得られる。

フランジ９をボルトで締め付けるとフランジ９はガスケット本体部Ｘを支点として撓みが生じる。そのためガスケット本体部Ｘの外周側は面圧が高く、内側は面圧が小さくなる。従来のうず巻形ガスケットにおいて、フィラーをフッ素樹脂テープにしてもフィラー材やフィラー材の付着物の混入を防止することができない場合がある。しかし、本発明のうず巻形ガスケットは内側の締め付け面圧が小さくても、ガスケット本体部Ｘは常に内部流体に曝されることがないため、フランジのたわみが大きくてもフィラー材やフィラー材の付着物の混入を防止することができる。

本発明のうず巻形ガスケット１０は、シール面９と受圧面Ｘ間の締め付け面圧７８.４〜１５６.８Ｎ/ｍｍ^２で使用した際、金属製中空Ｏリング等は隙間なく締め付けられ、流体への異物混入がないものとなっている。また、流体の０〜１．０ＭＰａの内圧に対して、漏洩量はほぼゼロである。なお、コンタミ（異物混入）としては、ガスケットをフランジに挟み、締め付けることにより、ガスケット本体部のフープ材がフランジに食い込んだり、擦れにより生じる金属粉、あるいはフープ材よりはみ出しているフッ素樹脂テープが締め付けにより、フープ材とフランジに挟まれて切れて生じる糸状の破片等が挙げられる。

本発明のうず巻形ガスケットは、上記外輪付きうず巻形ガスケット以外に、外輪が省略されたうず巻形ガスケットを含むものである。

実施例
次ぎに実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。

＜うず巻形ガスケットの作製＞
石油学会規格「配管用うず巻形ガスケット」で定められたクラス９００２Ｂの外輪付きタイプうず巻形ガスケットを製作した。これは、図１及び図２に示す構造のうず巻形ガスケットであり、呼び寸法は、ガスケット本体部内径６９．８ｍｍ、ガスケット本体部外径８５．９ｍｍ、外輪外径１０４．９ｍｍ、ガスケット本体部Ｘの厚さ（ｔ_１）４．５ｍｍで、金属製中空Ｏリングを線径（φ）４．０ｍｍ、材質はＳＵＳ３２１とした。また、略Ｖ字断面の金属製フープ材の幅（ｔ_２）５.０ｍｍ、フィラー材はＰＴＦＥテープとし、金属製中空Ｏリングは中空率５６％（内径３．０ｍｍ）、メッキなしとした。

＜うず巻形ガスケットの作製方法＞
先ずガスケット本体部と金属製中空Ｏリングをそれぞれ別個に製作した。なお、ガスケット本体部は、従来の一般的な製法通り、ガスケット本体部作製の際、金属製フープと同じ材料同じ形状のものを使用して、外周空巻き部７と内周から巻き部８を形成した。この際、外周空巻き部７と金属板状の外輪４及び内周空巻き部８と金属製中空Ｏリングは、外れ防止のためそれぞれ接着剤で固定した。

（加熱後シール試験）
図５に示すシール試験装置２０を使用した。すなわち、ＪＰＩ−７Ｓ−１５適用規格（クラス９００２Ｂ）フランジ２１を使用し、フランジ２１間に本発明のうず巻形ガスケット１０を挟み、ユニファイネジ２２（７／８−９ＵＮＣ）８本で面圧１１７．６Ｎ／ｍｍ^２まで締め付けて試験体とし、大気雰囲気の循環炉に入れ、常温で１０００時間、窒素ガスを３．０ＭＰａの内圧で負荷したときの漏れを、石鹸水の吹き付けにより確認した。なお、フランジ２１は、予め内壁を十分に洗浄して、付着物がないようなものを使用した。これを３サイクル繰り返し行なった。なお、ユニファイネジによる試験体の締め付けは、トルクレンチで上記面圧となるように４段階で対角に締め付け、最終トルクで３回締め付けた。その結果を表１に示す。表１中、ｎ１がシール試験１回目、ｎ２がシール試験２回目、ｎ３がシール試験３回目である。また、試験終了後、フランジを分解して、フランジの内壁の異物付着状態を目視により観察した。その結果、異物の存在は確認できなかった。

比較例１
金属製中空Ｏリングに代えて、外輪と同じ厚みの金属板状の内輪３０とした以外は、実施例１と同様の方法で行った。すなわち、比較例１は、図６の構造の金属製中空Ｏリングの使用を省略したうず巻形ガスケット５０を使用したものである。その結果を表１に示す。また、試験終了後、フランジを分解して、フランジの内壁の異物付着状態を目視により観察した結果、少しの異物が観察された。この異物を純水で洗浄して集め、濾過し、ろ材に捕捉された異物を公知の元素分析を行ったところ、フィラー材由来と推測されるフッ素が検出された。

本発明のうず巻形ガスケットは、石油精製、石油化学プラント、発電所、製鉄所などにおいて、配管の接続場所等で清浄な流体をシールするために好適なガスケットである。

１金属製フープ材
２フィラー材
３金属製中空Ｏリング
４外輪
５受圧面
７外周空巻き部
８内周空巻き部
９フランジ
１０、５０うず巻形ガスケット
２０シール試験装置
３０内輪

Claims

略Ｖ字断面の金属製フープ材とフィラー材であるフッ素樹脂テープとが重ねて巻き回されてなり、両側面がシール面に当接する受圧面となるガスケット本体部を有するうず巻形ガスケットであって、該ガスケット本体部の内側に金属製中空Ｏリングまたは金属製Ｃリングが配設され、
該金属製中空Ｏリングまたは金属製Ｃリングが配設される該ガスケット本体部の内側部材は、金属製フープ材が複数回巻き回された内周空巻き部であり、
該金属製中空Ｏリングまたは金属製Ｃリングと該ガスケット本体部の内側部材はシール面に当接するものであり、
該金属製中空Ｏリングまたは金属製Ｃリングと該ガスケット本体部にフランジが当接し、締め付け荷重が作用したときに、該フランジと該ＯリングまたはＣリングと前記ガスケット本体部の内側部材との間に空間を形成し、かつ、この空間により密封領域を形成することを特徴とするうず巻形ガスケット。
前記金属製中空Ｏリングの線径が、ガスケット本体部の厚さの７５％以上、１２０％以下であることを特徴とする請求項１記載のうず巻形ガスケット。
前記金属製Ｃリングの厚みが、ガスケット本体部の厚さの７５％以上、１２０％以下であることを特徴とする請求項１記載のうず巻形ガスケット。
前記ガスケット本体部の外周に、該ガスケット本体部の厚みより小の厚みであって、且つ該金属製中空Ｏリングまたは金属製Ｃリングの線径（厚み）より小の厚みを有する外輪を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のうず巻形ガスケット。