JP6154427B2 - ガスケット及びガスケットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はガスケット及びガスケットの製造方法に関し、特に漏れるおそれが少ないガスケット及びガスケットの製造方法に関する。

医薬、製薬、食品、ファインケミカル等の生産プロセスにおいて、種々の化学薬品が使用される。これらの生産プロセスに使用されるタンク、熱交換器、撹拌機、配管などの機器類の内部には、それぞれの薬品に耐えられる様に、金属の表面をガラス材料によって覆うガラスライニング（ＧＬ）手法が施工され、金属が腐食することが防止されている。
そして、マンホール（人孔）やフランジ等のシール面のガスケットには、薬剤と反応しないＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のガスケットが使われている。
しかしながら、ガスケット全体をＰＴＦＥ製にすると高価になるので、外面をＰＴＦＥフィルムで包んだ構造のガスケットが使用されている。

しかしながら、マンホールやフランジ面は、ガラスライニングのために割れ易くガスケットの締め付け面圧を制限せざるを得ない状況にあるが、面圧が小さければ内部液体が漏れ、面圧が大きければガラス面が割れて故障の原因になるので、これに携わるユーザー、メーカー、取扱い設備担当者は大変な苦労を強いられる。
各ガスケットメーカーからも多くの、例えば先行技術文献に示すような種々の特許が開示されている。
特許文献１では、中芯部材が有機繊維、無機繊維、無機粉体及びバインダーを含むガスケットが開示されている。
特許文献２では、フッソ樹脂外皮部材の上下表面にフッソ樹脂多孔質シートが被着されているガスケットが開示されている。
特許文献３では、中芯部材が膨張黒鉛シートからなるガスケットが開示されている。
特許文献４では、中芯部材が有機繊維、無機繊維、無機粉体及びバインダーを含み、無機粉体が中芯部材中に一様に分散しているガスケットが開示されている。
しかしながら、未だに最良のガスケットが無いのが現状である。

図１に従来の一般的なガスケット１１の構造を示す。
リング形状の中芯部材１３と、中芯部材１３の上面、下面及び内周面を被覆する外皮部材１２よりなっている。中芯部材１３は、非アスベスト系硬質ジョイントシート１３１と、その上下の不織布のフェルト類１３２の３層構造になっている。フェルト類１３２は、非アスベスト系硬質ジョイントシート１３１と外皮部材１２との間の空気溜り１４の空気を透過させる。

従来のガスケットの不具合としては、
（１）中芯部材には一般的に非アスベスト系硬質ジョイントシートが使われているが、応力緩和が大きいので、強く締め付けても応力が緩和してしまい漏れが発生し易い。
（２）ＰＴＦＥシートから外皮部材を作成する場合に、外皮部材をリング形状に切り出すとＰＴＦEシートから取れる数が少ないので、コスト高になる。このために、ＰＴＦＥシートから外皮部材を長方形状に切り出し、切り出した長方形状のＰＴＦＥシートを、中芯部材のリング形状の、上面、下面及び内周面を被覆するように断面がＵ字形状になるように延伸加工し、長方形状の両端を重ねて接合してリング形状にして中芯部材を被覆している。しかしながら、重ねた部分で生じる段差によって漏れが生じる。
この段差による漏れを防ぐために、現場において段差部分を細かいサンドペーパーで削ったり、アイロンをかけたりしているが、作業に長時間を要する。
（３）上記（２）のように、切り出した長方形状のＰＴＦＥシートを断面がＵ字形状になるように延伸加工するが、波打った形状となり、中芯部材を被覆したときの平面度が０．８〜３．０ｍｍと悪い。このために、漏れが生じる。
（４）中芯部材に膨張黒鉛を使用した場合、膨張黒鉛のコンタミ（ゴミ）が、容器内や周囲を汚すおそれがある。

特開２０００−１０４８３２号公報 特開２００３−１０６４５６号公報 特開２００５−３３７４０１号公報 特開２００９−２４８７７号公報

本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、漏れるおそれが少ないガスケット及びガスケットの製造方法を提供するものである。

請求項１に係る発明は、リング形状の中芯部材と該中芯部材の上面、下面及び内周面を被覆するＰＴＦＥフィルムの外皮部材とを備えるガスケットであって、前記中芯部材は、膨張黒鉛を有する中芯部材本体の周囲を多孔質のＰＴＦEからなる本体包装材が包む構成であり、前記外皮部材は、厚みが０．３〜０．８ｍｍであり、前記外皮部材は、ＰＴＦＥフィルムの端同士が重ねられて接合されてリング形状になっており、前記中芯部材を被覆している外皮部材の平面度が０．２５ｍｍ以下であることを特徴とするガスケットに関する。

なお、本明細書でいう平面度とは、ＪＩＳ Ｂ ０１８２：１９９３「工作機械-試験及び検査用語」に準拠して定め、ガスケットの外皮部材の面内で、その面上のすべての点が、外皮部材の面の代表平面に平行な二つの平面内にあり、かつ、この平面の間の距離が最小となるときの二つの面の間の距離をいう。

請求項２に係る発明は、前記膨張黒鉛の黒鉛純度が９５．０〜９９．８質量％であり、
前記膨張黒鉛の密度が０．９５〜１．４６ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする請求項１記載のガスケットに関する。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載のガスケットの製造方法であって、ＰＴＦＥフィルムの端同士を重ねて接合し、リング形状の外皮部材にする接合工程と、前記接合工程によって端同士を接合された前記外皮部材で、前記中芯部材のリング形状の上面、下面及び内周面を被覆する被覆工程と、前記被覆工程の後に、前記外皮部材で覆われた前記中芯部材の上面側及び下面側から、１００〜１１０℃の温度、３〜５ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で、２〜１０分間プレスするプレス工程と、前記プレス工程に続いて、前記外皮部材で覆われた前記中芯部材の上面側及び下面側から０．５〜５．０ｋｇ／ｃｍ^２の荷重を加えた状態で前記ガスケットが４０℃以下になるまで冷却する冷却工程とを備えていることを特徴とするガスケットの製造方法に関する。

請求項４に係る発明は、前記第１工程における前記外皮部材の端同士の接合が、前記外皮部材の間に厚さ０．０３〜０．１５ｍｍのＰＦＡを挟み、２３０〜２８０℃の加熱温度での接着により行われることを特徴とする請求項３記載のガスケットの製造方法に関する。

請求項１に係る発明のガスケットによれば、中芯部材が膨張黒鉛を有し、かつ外皮部材の平面度が０．２５ｍｍ以下であるので、漏れるおそれが少ない。また、中芯部材本体の周囲を本体包装材が包んでいるので、中芯部材本体の膨張黒鉛のコンタミが、容器内や周囲を汚すおそれがない。

請求項２に係る発明のガスケットによれば、膨張黒鉛の黒鉛純度が９５．０〜９９．８質量％であり、膨張黒鉛の密度が０．９５〜１．４６ｇ／ｃｍ^３であるので、応力緩和が小さくなり、漏れるおそれがさらに小さくなり、コスト高にならない。

請求項３に係る発明のガスケットの製造方法によれば、外皮部材の平面度を小さくできるので、漏れるおそれが少なくなる。

請求項４に係る発明のガスケットの製造方法によれば、外皮部材の端同士の接合を強固にすることができる。

従来の一般的なガスケットの概略構造図である。 本実施形態に係るガスケットの概略構造図である。 （ａ）は本実施形態に係るガスケットの概略部分断面図であり、（ｂ）は本実施形態に係るガスケットの他の形態の概略部分断面図である。 本実施形態に係るガスケットの他の形態の概略部分断面図である。 本実施形態に係るガスケットの製造方法を示す図である。 本実施例での圧縮復元試験の結果を示す図である。 本実施例での応力緩和特性の試験結果を示す図である。 本実施例でのシール特性の試験に用いるマンホールの概略図である。 本実施例でのシール特性の試験結果を示す図である。 本実施例でのシール特性の試験結果を示す図である。 本実施例でのシール特性の試験結果を示す図である。 従来品でのシール特性の試験結果を示す図である。

以下、本発明に係るガスケットの好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図２に本実施形態に係るガスケット１の概略外観図を示し、図３（ａ）にガスケット１の概略断面図を示す。
ガスケット１は、リング形状の中芯部材３と、中芯部材３の上面、下面及び内周面を被覆するＰＴＦＥフィルムの外皮部材２とを備える
中芯部材３は、膨張黒鉛を有する中芯部材本体３１の周囲を多孔質のＰＴＦEからなる本体包装材３２が包む構成であり、外皮部材２は、厚みが０．３〜０．８ｍｍであり、外皮部材２は、ＰＴＦＥフィルムの端同士が重ねられて接合されたリング形状になっている。ガスケット１の大きさに特に制限はないが、外径が３００〜３０００ｍｍが好ましい。
外皮部材２の厚みが０．３ｍｍより薄いと、中芯部材３を被覆するように延伸加工し易くなり、かつ外皮部材２の繋ぎ目の段差から漏れ難くなるが、耐圧力性能が低下する。また、０．８ｍｍより厚いと延伸加工し難くなり、かつ外皮部材２の繋ぎ目の段差から漏れ易くなる。
また、中芯部材本体３１の周囲を本体包装材３２が包んでいるので、中芯部材本体３１の膨張黒鉛のコンタミが、容器内や周囲を汚すおそれがない。

また、中芯部材３を被覆している外皮部材２の平面度が０．２５ｍｍ以下である。このことにより、漏れるおそれが少なくなる。
また、中芯部材３の膨張黒鉛の黒鉛純度が９５．０〜９９．８質量％であり、膨張黒鉛の密度が０．９５〜１．４６ｇ／ｃｍ^３である。黒鉛純度及び密度がこの範囲であることにより、応力緩和が小さくなって漏れ難くなるとともに、高コストにならない。

中芯部材本体３１としては、膨張黒鉛を主成分としてもよいし、膨張黒鉛と粘土とを主成分としてもよい。膨張黒鉛と粘土とを主成分とする場合には、特許５２２４１５３号や、特許第５５１４２７８号の特許公報に記載されている構成としてもよい。
膨張黒鉛を主成分とする場合には、中芯部材本体３１の９０体積％以上が膨張黒鉛であることが好ましく、９５体積％以上が膨張黒鉛であることがさらに好ましい。

外皮部材２の断面形状が図２（ａ）のようにＵ字形状になっており、中芯部材３の内周側と外皮部材２の間には、空気溜まり４ができる。しかしながら、本体包装材３２が多孔質のＰＴＦEからなるので、空気溜まり４の空気が外部に抜き出ることができる。

ガスケット１の周方向の一部で外皮部材２が重なって重複部５になっており、この段差で漏れるおそれがある。しかしながら、本実施形態のガスケット１の中芯部材本体３１が膨張黒鉛を含むので、応力緩和が小さい。このことにより、漏れのおそれを少なくすることができる。

外皮部材２の形状としては、図３（ａ）のような断面Ｕ字形状でなく、図３（ｂ）のような断面Ｙ字形状にしてもよい。また、中芯部材３の外周面も外皮部材２が被覆するようにしてもよい。
さらに、図４に示すように、中芯部材本体３１の中に断面が波形状の金属板６があり、膨張黒鉛と層構造になっていてもよい。金属の種類としては特に限定されず、例えばＳＵＳが挙げられる。金属板６を有することにより、ガスケット１を締めつけたときに締め付けが均一になる。

次に本実施形態に係るガスケット１の製造方法について説明する。
製造方法は次の工程を有している（図５参照）。
・＜切り出し工程＞ＰＴＦＥフィルムを例えば長方形状に切り出す（図５（ａ）参照）。
・＜接合工程＞長方形状のＰＴＦＥフィルムの両端を重ねて接合し、中芯部材３の上面、下面及び内周面を被覆するリング形状に加工する。
具体的には、例えば
（１）切り出した長方形状のＰＴＦＥフィルムを、中芯部材３のリング形状の上面、下面及び内周面を被覆するように断面がＵ字形状であって、両端Ｅ１及びＥ２が近接するように延伸加工する（図５（ｂ）参照）。
（２）リング形状の外皮部材２の両端Ｅ１及びＥ２の間にＰＦＡ（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）を挟んで重ね、加熱して両端Ｅ１及びＥ２を接着する（図５（ｃ）参照）。加熱温度は、２３０〜２８０℃が好ましい。この温度範囲より低いと融着が充分でなく、高いと外皮部材２同士の接着位置がずれるおそれがある。また、ＰＦＡの厚さは０．０３〜０．１５ｍｍが好ましく、０．０９〜１．１ｍｍがさらに好ましい。この範囲より薄いと接着強度が充分でなく、この範囲より厚ければ平面度に不具合が出る。
・＜被覆工程＞接合工程によって両端を接合した外皮部材２で、中芯部材３（図５（ｄ）参照）のリング形状の上面、下面及び内周面を被覆する（図５（ｅ）参照）。
・＜プレス工程＞被覆工程の後に、外皮部材２で覆われた中芯部材３の上面側及び下面側から、圧力が３〜５ｋｇ／ｃｍ^２であり、温度が１００〜１１０℃であり、２〜１０分間プレスする。
・＜冷却工程＞プレス工程に続いて、外皮部材で覆われた中芯部材の上面側及び下面側から金属板に挟んで０．５〜５．０ｋｇ／ｃｍ^２の荷重を加えた状態でガスケットが４０℃以下になるまで冷却する。

プレス工程と冷却工程を行うことにより、外皮部材２が中芯部材３になじみ、外皮部材２の平面度が０．２５ｍｍ以下になる。
また、プレス工程での圧力が上記範囲よりも小さいと、平面度が小さくならず、上記範囲よりも大きいとガスケット１が変形する。プレス時の温度が上記範囲より低いと平面度が小さくならず、上記範囲より大きいと、ガスケット１が変形する。プレス時間が上記範囲よりも短いと平面度が小さくならず、上記範囲よりも長いとガスケット１が変形する。
また、冷却工程での圧力が上記範囲よりも小さいと、平面度が小さくならず、上記範囲よりも大きいとガスケット１が変形する。冷却工程での冷却温度が上記温度より高いと平面度が小さくならない。

＜実施例＞
本発明の実施例のガスケットを下記のように作成した。
（１）ガスケット寸法
外径：４００ｍｍ
内径：３００ｍｍ
厚さ：７．８ｍｍ
（２）中芯部材
中芯部材本体材質：膨張黒鉛１００％
膨張黒鉛の純度：９９．５質量％
膨張黒鉛の密度：１．３ｇ／ｃｍ^３
本体包装材材質：多孔質ＰＴＦE
本体包装材厚さ：３５μｍ
（３）外皮部材
材質：ＰＴＦＥフィルム
厚さ：０．４ｍｍ
（４）平面度
０．２０ｍｍ

実施例の製造方法を下記に示す。
＜接合工程＞
ＰＦＡ厚さ：０．０８ｍｍ
加熱温度：２５０℃
圧着時間：５分
プレス機：盤石油圧工業株式会社製熱プレス機（最高加熱温度：４００℃、最大圧
力：３５０トン、加圧面積：７００×７００ｍｍ）
＜プレス工程＞
圧力：４ｋｇ／ｃｍ^２
温度：１０５℃
時間：５分
プレス機：盤石油圧工業株式会社製熱プレス機（最高加熱温度：４００℃、最大圧
力：３５０トン、加圧面積：７００×７００ｍｍ）
＜冷却工程＞
圧力：０．８ｋｇ／ｃｍ^２
冷却温度：３０℃
ＳＵＳ３０４の厚み５ｍｍの表面みがき板に挟んで冷却した。

比較用として図１に示した構造の従来品を用いた。
（１）ガスケット寸法
外径：４００ｍｍ
内径：３００ｍｍ
厚さ：７．８ｍｍ
（２）中芯部材
非アスベスト系硬質ジョイントシート１３１と、その上下の不織布のフェルト類１３２の３層構造
（３）外皮部材
材質：ＰＴＦＥフィルム
厚さ：０．４ｍｍ
（４）平面度
１．２ｍｍ

<評価>
（１）圧縮復元試験
本実施例及び従来品の本体包装材の圧縮復元試験を下記のように行った。
（１−１）試験方法
試験規格 ＥＮ１３５５５に準拠する
使用試験機 ガスケット性能評価機
試料寸法 ＪＩＳ１０Ｋ−５０Ａ ＲＦ
試料厚み ６ｍｍ
温度条件 ２５℃（±５）
締付面圧 ２０［ＭＰａ］
締付速度 ０．５［ＭＰａ／ｓｅｃ］
（１−２）試験結果
結果を図６及び表１に示す。
本実施例は従来品に較べて高い圧縮率を示した。

（２）応力緩和特性
本実施例及び従来品の本体包装材の応力緩和特性を下記のように測定した。
（２−１）試験方法
試験規格 EN13555に準拠する
使用試験機 ガスケット性能評価機
試料寸法 ＪＩＳ１０Ｋ−５０Ａ ＲＦ
試料厚み ６ｍｍ
温度条件 １００℃（±５）
締付面圧 ２０［ＭＰａ］
締付速度 ０．５［ＭＰａ／ｓｅｃ］
試験時間 ４時間
（２−２）試験結果
結果を図７及び表２に示す。
本実施例は従来品に較べて高い面圧保持力を示した。

（３）シール特性
本実施例及び従来品の本体包装材の応力緩和特性を下記のように測定した。
（３−１）試験方法
図８に示すマンホールで漏れを調べた。この図で１〜１２の位置はクランプ位置を示し、（１）〜（１２）の位置は漏れを確認した位置を示す。なお、マンホールのヒンジ部は３と４のクランプ位置の間にあり、外皮部材２の重複部５は１と１２のクランプ位置の間に位置している。
評価試験機 ： ４００Ａグラスライニングマンホールフランジ
（歪量最大１．６ｍｍ）
クランプボルト ： Ｍ２２×１２本
ボルト潤滑剤 ： スリーボンド１９１０ 二硫化モリブデン焼き付き防止材
締付トルク ： 初期締付トルク １５０Ｎｍ ２サイクル以降 １００Ｎｍ
温度条件 ： １００℃／１５０℃／２００℃ （１２ｈ暴露）
温度サイクル ： 各温度５サイクル
（所定温度（１２ｈ）→ＲＴ→開放→再締付→漏洩確認→
所定温度（１２ｈ）→計５サイクル）
マンホール開閉の有無 ： 各温度・サイクル毎に行う
内圧 ： ０．２［ＭＰａ］ ／ ０．５［ＭＰａ］
流体 ： 空気
漏洩確認方法 ： カニ泡確認

（３−２）
試験結果を図９〜図１２に示す。
本実施例では、内圧が０．２ＭＰａ及び０．５ＭＰａで、温度が１００℃、１５０℃、２００℃の全ての条件で、５サイクルとも漏れが発生しなかった。
一方、従来品は１サイクル後に内圧０．２ＭＰａで漏れが、マンホールのヒンジ部の近傍と、外皮部材２の重複部５の近傍とで発生し、締付トルクを２００Ｎｍに増やしても漏れた。
このように、本発明のガスケットは、従来品に比べ、漏れのおそれが少ない。

本発明は、例えばガラスライニング（ＧＬ）手法で施工されたマンホールやフランジ等のシール面のガスケットに好適に使用される。

１、１１ ガスケット
２、１２ 外皮部材
３、１３ 中芯部材
３１、１３１ 中芯部材本体
３２、１３２ 本体包装材
４、１４ 溜まり
５ 重複部
６ 金属板

Claims (3)

1. リング形状の中芯部材と該中芯部材の上面、下面及び内周面を被覆するＰＴＦＥフィルムの外皮部材とを備え、
   前記中芯部材は、膨張黒鉛を有する中芯部材本体の周囲を多孔質のＰＴＦＥからなる本体包装材が包む構成であり、
   前記外皮部材は、厚みが０．３〜０．８ｍｍであり、
   前記外皮部材は、ＰＴＦＥフィルムの端同士が重ねられて接合されてリング形状になっており、
   前記中芯部材を被覆している外皮部材の平面度が０．２５ｍｍ以下であるガスケットの製造方法であって、
   ＰＴＦＥフィルムの端同士を重ねて接合し、リング形状の外皮部材にする接合工程と、
   前記接合工程によって端同士を接合された前記外皮部材で、前記中芯部材のリング形状の上面、下面及び内周面を被覆する被覆工程と、
   前記被覆工程の後に、前記外皮部材で覆われた前記中芯部材の上面側及び下面側から、１００〜１１０℃の温度、３〜５ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で、２〜１０分間プレスするプレス工程と、
   前記プレス工程に続いて、前記外皮部材で覆われた前記中芯部材の上面側及び下面側から０．５〜５．０ｋｇ／ｃｍ^２の荷重を加えた状態で前記ガスケットが４０℃以下になるまで冷却する冷却工程を備えていることを特徴とするガスケットの製造方法。
2. 前記接合工程における前記外皮部材の端同士の接合が、前記外皮部材の間に厚さ０．０３〜０．１５ｍｍのＰＦＡを挟み、２３０〜２８０℃の加熱温度での接着により行われることを特徴とする請求項１記載のガスケットの製造方法。
3. 前記ガスケットの前記膨張黒鉛の黒鉛純度が９５．０〜９９．８質量％であり、
   前記膨張黒鉛の密度が０．９５〜１．４６ｇ／ｃｍ ^３ であることを特徴とする請求項１又は２記載のガスケットの製造方法。

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