JP6329773B2 - ガスケット - Google Patents

Description

本発明は、ガスケットに関し、特に、耐薬品性、耐熱性及びシール性などを向上させることができるガスケットに関する。

従来、ガスケットとして石綿ジョイントシートが使用されていたが、安全性の観点から、近年では、ノンアスベストジョイントシート又はうず巻形ガスケットなどが使用されている。
このノンアスベストジョイントシートとして、金属と膨張黒鉛シートを組み合わせたガスケットなどが挙げられる。特に、石油精製工場や石油化学工場などでは、断面が波形状の金属板の両面に、膨張黒鉛シートを接着したガスケットなどが使用されている。

次に、本発明に関連する技術について説明する。
たとえば、特許文献１には、フッ素樹脂に介装されるクッション部材が、バーミキュライトシートで形成されているフッ素樹脂被覆ガスケットが開示されている。

また、特許文献２には、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ている非石綿ガスケットが開示されている。

また、特許文献３には、同心円の波形を付けた金属薄板の谷部に粉体のシール材を充填し、該金属薄板の両面にシール性を有するシートを積層接着したことを特徴とするガスケットの技術が開示されている。

また、特許文献４には、軸心方向視が同心円又はほぼ同心円を呈する状態に断面形状が波形に形成される円環状の金属薄板と、前記金属薄板の両面夫々に積層配備されるＰＴＦＥシートとを備えて成るとともに、前記ＰＴＦＥシートの厚さが、前記金属薄板の波高さ以上で、かつ、前記波高さの２．５倍以下の範囲に設定されているガスケットが開示されている。

また、特許文献５には、両面に波形加工が施されたコルゲート状の金属板の両面に被覆材を貼り合わせてなり、該金属板の一方の面は２山部以上の波形が、他方の面は１山部以上の波形がそれぞれ加工されたものであって、下記（１）〜（４）；
（１）該金属板の厚み（ｔ_０）が０．４〜１．２ｍｍ、
（２）該波形の高さ（ｔ_１）と該金属板の厚み（ｔ_０）との差（ｔ_１−ｔ_０）が０．２ｍｍ以上、
（３）被覆材の厚み（ｔ_２）が０．１５〜１．２ｍｍ、
（４）被覆材の密度が０．７〜１．３５ｇ/ｃｍ^３、
を満たすことを特徴とする被覆コルゲートメタルガスケットが開示されている。

特開昭５７−４７４６号公報 特開２００８−４５６０８号公報 特開２００９−１１５１６１号公報 特開２０１０−１０６９５８号公報 特開２０１１−１６３４９５号公報

しかしながら、上記特許文献１のフッ素樹脂被覆ガスケットは、シール性を良好とするために、高い締付面圧を必要とした。そして、低い締付面圧であっても、良好にシールできることが要望されていた。
また、特許文献２の非石綿ガスケットや特許文献５の被覆コルゲートメタルガスケットは、低い締付面圧で良好にシールできるものの、耐薬品性を向上させることが要望されていた。

また、特許文献３のガスケットは、生産性などを向上させることが要望されており、また、特許文献４のガスケットは、特許文献３のガスケットと比べると、生産性を向上させることができるものの、さらにシール性などを向上させることが要望されていた。
なお、フッ素樹脂被覆ガスケットにおいて、クッション部材が、無機繊維とアラミド繊維に無機充填材を加え、バインダーとして耐油性合成ゴムを配合した、石綿を含まないＮＡ
（非石綿）ジョイントシートである場合には、耐熱性を向上させることが要望されていた。

本発明は、上記事情に鑑み提案されたものであり、耐薬品性、耐熱性及びシール性などを向上させることができるガスケットの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のガスケットは、断面が波形状の、環状の金属板及び該金属板を覆う膨張黒鉛シートを有する中芯材と、この中芯材の上部、下部、内周側端部及び外周側端部を覆うフッ素系樹脂製からなり、当該中芯材の全体を内部に収容する被覆材と、を有するガスケットであって、前記被覆材と前記中芯材の前記上部、下部、内周側端部及び外周側端部との間に空隙を有し、当該ガスケットが締め付けられると、前記中芯材は、前記被覆材に収容された状態で締付面圧に応じて変形し、前記内周側端部及び外周側端部の空隙内において前記波形状の山部が微小距離移動する構成としてある。

本発明のガスケットによれば、耐薬品性、耐熱性及びシール性などを向上させることができる。特に、シール性においては、上記の中芯材を有することにより、低い締付面圧でシールすることができ、さらに、膨張黒鉛シートが、被覆材と金属板との間に存在し、緩衝材として機能することによって、より良好なシール性を発揮することができる。

図１は、本発明の一実施形態にかかるガスケットの概略図であり、（ａ）は平面図を示しており、（ｂ）はＡ−Ａ拡大断面図を示している。 図２は、本発明の一実施形態にかかるガスケットの使用状態を説明するための概略拡大断面図を示している。 図３は、本発明の応用例にかかるガスケットを説明するための概略拡大断面図を示している。

［ガスケットの一実施形態］
図１において、本実施形態のガスケット１は、断面が波形状の、環状の金属板２１及び該金属板２１を覆う膨張黒鉛シート２２を有する中芯材２と、この中芯材２の上部、下部及び内周側端部を覆うフッ素系樹脂製の被覆材３とを有している。
なお、本実施形態では、ガスケット１の平面形状を円環状としてあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、図示してないが、矩形環状や楕円環状などでもよい。

（中芯材）
中芯材２は、上述したように、金属板２１及び膨張黒鉛シート２２を有している。
金属板２１は、平面形状が円環状であり（図１（ａ）参照）、Ａ−Ａ断面形状が波形状である（図１（ｂ）参照）。この波形状などについては、後述する。
また、金属板２１の材質は、例えばＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１６又はＳＵＳ３０４等のステンレス鋼としてある。ただし、金属板２１の材質は、これに限定されるものではなく、たとえば、シールされる流体の種類や温度などにより適宜選択される。

この金属板２１は、通常、プレス加工により成形される。
また、金属板２１は、上面側に複数の山部（すなわち、波形状による山部）が成形されており、下面側に複数の山部が成形されている。これらの山部は、上方又は下方から見ると、同心円状となる。なお、山部の数量は、これに限定されるものではなく、一方の面側に一つ以上の山部が成形され、かつ、他方の面側に二つ以上の山部が成形されていればよい。

膨張黒鉛シート２２は、膨張黒鉛を主成分として含有するシートであり、成形された金属板２１を覆っている。すなわち、円環状の一対の膨張黒鉛シート２２は、金属板２１の上面及び下面にそれぞれ積層され、さらに、内周側の縁部どうしが接合され、かつ、外周側の縁部どうしが接合されている。したがって、金属板２１は、一対の膨張黒鉛シート２２によって、密封された状態で覆われている。この膨張黒鉛シート２２の厚さなどについては、後述する。
なお、膨張黒鉛シート２２の積層及び接合には、通常、接着剤などが用いられる。
また、円環状の一対の膨張黒鉛シート２２は、金属板２１の上面及び下面にほぼ密着した状態で積層されるので、中芯材２は、Ａ−Ａ断面形状が波形状である（図１（ｂ）参照）。

（被覆材）
被覆材３は、上述したように、フッ素系樹脂製の成形品であり、上側シート部３１、下側シート部３２及び連結部３３を有している。上側シート部３１及び下側シート部３２は、ほぼ同じ大きさの円環状としてある。また、連結部３３は、二つの傾斜部を有しており、上側シート部３１及び下側シート部３２の内周側縁部どうしを連結している。
この被覆材３は、中芯材２の上部、下部及び内周側端部を覆っている。また、被覆材３は、通常、中芯材２の外周側端部が突き出た状態で、中芯材２を収容している。

なお、ガスケット１は、図１（ｂ）に示すように、中芯材２の谷部と上側シート部３１との間に、及び、中芯材２の谷部と下側シート部３２との間に、空隙を有している。
また、被覆材３は、中芯材２の波形状の山部とほぼ接触しているが、ガスケット１が締め付けられていない状態では、被覆材３は、中芯材２の波形状の山部から離れていてもよい。そして、ガスケット１が締め付けられている状態では、被覆材３は、中芯材２の山部と接触し、また、締付面圧に応じて中芯材２が変形するので、山部は微小距離だけ移動する。

ここで、好ましくは、被覆材３のフッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であるとよい。このようにすると、被覆材３の耐薬品性を向上させることができ、ガスケット１の耐薬品性を向上させることができる。
また、ガスケット１は、上述したフッ素樹脂被覆ガスケット、すなわち、クッション部材が、無機繊維とアラミド繊維に無機充填材を加え、バインダーとして耐油性合成ゴムを配合した、石綿を含まないＮＡ
（非石綿）ジョイントシートである、フッ素樹脂被覆ガスケットと比べると、耐熱性（使用温度範囲：−１００℃〜２６０℃）を向上させることができる。
なお、上記のフッ素系樹脂として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の他に、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）、ＦＥＰ（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）、ＥＴＦＥ（エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）などが挙げられる。

次に、上述した金属板２１の形状（波形状）、膨張黒鉛シート２２の厚さ、並びに、被覆材３の上側シート部３１及び下側シート部３２の厚さなどについて説明する。
（１）金属板２１の厚さ（ｔ_０）は、通常、０．４〜１．２ｍｍである。
この（１）の要件は、ガスケット１を締め付けた際、金属板２１が適度な反発弾性力を発生させるための要件の一つであり、この（１）の要件、並びに、後述する（２）の要件及び（３）の要件を満足することによって、金属板２１は、適度な反発弾性力を発生させることができる。
なお、上記の数値限定の理由は、ｔ_０が０．４ｍｍ未満であると、所定の締付面圧まで締め付けた際、金属板２１が塑性変形して反発弾性力がなくなってしまうからである。また、ｔ_０が１．２ｍｍを超えると、所定の締付面圧で締め付けた際、必要な変形量が確保できなくなるからである。
また、ｔ_０は、金属板２１自体の厚さであり（図１（ｂ）参照）、金属板２１のどの箇所においても、ほぼ同じとしてある。

（２）金属板２１の波形の高さ（ｔ_１）と金属板２１の厚み（ｔ_０）との差（ｔ_１−ｔ_０）は、通常、０．２ｍｍ以上である。
この（２）の要件は、上述したように、ガスケット１を締め付けた際、金属板２１が適度な反発弾性力を発生させるための要件の一つである。
なお、上記の数値限定の理由は、（ｔ_１−ｔ_０）が０．２ｍｍ未満であると、金属板２１の山部の曲率半径が大きくなりすぎて、シールに必要な反発弾性力を発生させることができなくなるからである。
また、波形の高さ（ｔ_１）は、上側の山部の頂点と下側の山部の頂点との高低差（見かけ厚さとも呼ばれる。）である（図１（ｂ）参照）。

（３）金属板２１の波ピッチ（Ｐ）は、通常、２．２〜４．２ｍｍである。
この（３）の要件は、上述したように、ガスケット１を締め付けた際、金属板２１が適度な反発弾性力を発生させるための要件の一つである。
なお、上記の数値限定の理由は、Ｐが２．２ｍｍ未満であると、金属板２１の山部の曲率半径が小さくなりすぎて、弾性変形しにくくなるからである。また、Ｐが４．２ｍｍを超えると、金属板２１の山部の曲率半径が大きくなりすぎて、シールに必要な反発弾性力を発生させることができなくなるからである。
また、波ピッチは、通常、等ピッチであるが、これに限定されるものではない。また、山部の数量は、金属板２１の幅（＝（外径―内径）／２）に応じて適宜設定される。

（４）膨張黒鉛シート２２の厚さ（ｔ_２）は、通常、０．１５〜１．５ｍｍであり、好ましくは、０．３〜１．２ｍｍである。
このようにすると、金属板２１の山部による面圧集中の効果を発揮できる。また、被覆材３の上側シート部３１及び下側シート部３２に対して緩衝材として機能し、上側シート部３１及び下側シート部３２へのダメージを抑制することができる。
なお、上記の数値限定の理由は、ｔ_２が０．１５ｍｍ未満であると、緩衝材として機能することができなくなるからである。また、ｔ_２が１．５ｍｍを超えると、金属板２１の山部による面圧集中の影響を緩和してしまい、シール性が低下してしまうからであり、また、金属板２１の反発弾性力を低減させるからである。
また、膨張黒鉛シート２２の厚さ（ｔ_２）は、金属板２１の上面及び下面を覆う部分の厚さであり（図１（ｂ）参照）、この部分のどの箇所においても、ほぼ同じとしてある。

（５）膨張黒鉛シート２２の密度は、通常、０．７〜２．１ｇ／ｃｍ^３である。
このようにすると、膨張黒鉛シート２２は、上側シート部３１及び下側シート部３２に対する緩衝材として適度に機能することができる。
なお、上記の数値限定の理由は、膨張黒鉛シート２２の密度が０．７ｇ／ｃｍ^３未満であると、柔らかすぎて緩衝材としての機能することができないからである。また、膨張黒鉛シート２２の密度が２．１ｇ／ｃｍ^３を超えると、硬すぎて緩衝材としての機能することができないからである。

（６）被覆材３の上側シート部３１及び下側シート部３２の厚さ（Ｔ）は、通常、０．１５〜１．０ｍｍであり、好ましくは、０．３〜０．８ｍｍである。
このようにすると、フランジ面の歪や粗さを吸収することができ、かつ、金属板２１の山部による面圧集中の効果を発揮できる。
なお、上記の数値限定の理由は、Ｔが０．１５ｍｍ未満であると、フランジ面の歪や粗さを吸収することができなくなるからである。また、Ｔが１．０ｍｍを超えると、金属板２１の山部による面圧集中の効果を発揮できなくなるからである。

ここで、好ましくは、膨張黒鉛シート２２の厚さ（ｔ_２）が、０．３〜１．２ｍｍであり、かつ、被覆材３の上側シート部３１及び下側シート部３２の厚さ（Ｔ）が、０．３〜０．８ｍｍであるとよい。
このようにすると、膨張黒鉛シート２２が被覆材３に対してより良好に緩衝材として機能するとともに、金属板２１の山部による面圧集中の効果をより発揮することができる。また、金属板２１の山部による面圧集中の効果によって、より低い締付面圧で良好にシールすることができる。

次に、上記構成のガスケット１の使用状態などについて、図面を参照して説明する。
図２において、ガスケット１は、所定の締付面圧（本実施形態では、１９．６Ｎ／ｍｍ^２）で締め付けられた状態で、一対のフランジ４の間に取り付けられている。そして、ガスケット１の内周側には、流体があり、この流体は、ガスケット１の被覆材３と接する。
ここで、ガスケット１は、被覆材３によって、耐薬品性を向上させることができ、また、上述したフッ素樹脂被覆ガスケットと比べると、耐熱性を向上させることができる。

さらに、ガスケット１は、シール性を向上させることができる。すなわち、中芯材２の金属板２１の山部による面圧集中、及び、反発弾性力によって、低い締付面圧でシールすることができる。すなわち、ガスケット１は、たとえば、１９．６Ｎ／ｍｍ^２といった低い締付面圧であっても、良好にシールすることができる。
また、ガスケット１は、中芯材２の膨張黒鉛シート２２が、被覆材３（上側シート部３１及び下側シート部３２）と金属板２１との間に存在し、緩衝材として機能する。すなわち、金属板２１の山部上の膨張黒鉛シート２２の部分が変形するので、金属板２１の山部からの反発弾性力が、均一化された状態で、上側シート部３１及び下側シート部３２に作用する。これにより、ガスケット１は、低い締付面圧でシールすることができ、また、シールの信頼性（たとえば、長期間にわたりシール性が維持されるといった信頼性）などを向上させることができる。さらに、上側シート部３１及び下側シート部３２は、膨張黒鉛シート２２を介して金属板２１の山部によって押圧されるので、上側シート部３１及び下側シート部３２へのダメージを抑制することができる。

なお、本実施形態のガスケット１は、締付面圧１９．６Ｎ/ｍｍ^２で使用した際、２ＭＰａの内圧に対して、漏洩量はほぼゼロという極めて優れたシール性を発揮することができた。
このガスケット１において、金属板２１は、材質がＳＵＳ３１６であり、板厚ｔ_０＝０．８ｍｍ、波高さｔ_１＝１．０〜１．２ｍｍ、波ピッチＰ＝３．２ｍｍであった。また、膨張黒鉛シート２２は、密度１．１ｇ／ｃｍ^３、厚さｔ_２＝０．３８ｍｍであった。さらに、被覆材３は、材質がＰＴＦＥであり、上側シート部３１及び下側シート部３２の厚さＴ＝０．４ｍｍであった。

以上説明したように、本実施形態のガスケット１によれば、耐薬品性、耐熱性及びシール性などを向上させることができる。
また、本実施形態は、様々な応用例を有している。
次に、本実施形態の応用例について、図面を参照して説明する。

＜ガスケットの応用例＞
図３において、本応用例のガスケット１ａは、上述したガスケット１と比べると、被覆材３ａが、中芯材２の上部、下部、内周側端部及び外周側端部を覆い、さらに、上側シート部３１ａ、下側シート部３２ａ及び連結部３３を有し、上側シート部３１ａ及び下側シート部３２ａの外周側縁部どうしが縫合されている点などが相違する。なお、本応用例の他の構成は、ガスケット１とほぼ同様としてある。
したがって、図３において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

被覆材３ａは、実施形態の被覆材３と比べると、上側シート部３１ａ及び下側シート部３２ａの外径が大きい構造としてある。この外径は、中芯材２の上部、下部、内周側端部及び外周側端部を覆うことが可能な大きさ、すなわち、上側シート部３１ａ及び下側シート部３２ａの外周側縁部どうしを重ね合せるための重ね合せ代（重ね合せ部分）を有する大きさとしてある。
そして、被覆材３ａは、中芯材２を収容した後、上側シート部３１ａ及び下側シート部３２ａの外周側縁部どうしが、重ね合せられ、さらに、樹脂製などの糸５によって縫合されている。すなわち、被覆材３ａは、外周側において、中芯材２をほぼ密封している。

このようにすると、外周側からガスケット１ａに流体がかかっても、被覆材３ａは、外周側において、中芯材２をほぼ密封しているので、中芯材２が濡れて侵されるといった不具合をほぼ防止することができる。
また、真空配管（図示せず）に使用されても、被覆材３ａが内周側に引き込まれない構造となるので、引き込まれるリスクを回避することができる。
さらに、被覆材３ａの上側シート部３１ａや下側シート部３２ａのめくれが発生しない構造となるので、フランジ間の隙間が小さい場合であっても、容易に装着することができる。
また、温度上昇により、被覆材３ａ内の圧力が上昇しても、被覆材３ａの外周側において、外気と連通しているので、内部の圧力上昇によって、被覆材３ａが破損するといった不具合を確実に回避することができる。

このように、本応用例のガスケット１は、上述した実施形態のガスケット１とほぼ同様の効果を奏するとともに、安全性や作業性などを向上させることができる。
なお、本応用例は、上側シート部３１ａ及び下側シート部３２ａの外周側縁部どうしが縫合されている構成としてあるが、これに限定されるものではない。たとえば、図示してないが、上側シート部３１ａ及び下側シート部３２ａの外周側縁部どうしを、溶着や接着などによって、密封状態で接合してもよい。このようにすると、外周側からガスケット１ａに流体がかかっても、被覆材３ａは、外周側において、中芯材２を密封しているので、中芯材２が濡れて侵されるといった不具合を防止することができる。

以上、本発明のガスケットについて、好ましい実施形態などを示して説明したが、本発明に係るガスケットは、上述した実施形態などにのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、ガスケット１、１ａは、連結部３３が二つの傾斜部を有する構成としてあるが、これに限定されるものではない。たとえば、図示してないが、二つの傾斜部の代わりに、Ａ−Ａ断面がほぼ半円状の湾曲部、あるいは、円筒の内周側の側面と対応する形状の側壁部を有する構成であってもよい。このようにすると、流体が連結部３３の近傍に滞留するといった不具合を回避することができる。

１、１ａ ガスケット
２ 中芯材
３、３ａ 被覆材
４ フランジ
５ 糸
２１ 金属板
２２ 膨張黒鉛シート
３１、３１ａ 上側シート部
３２、３２ａ 下側シート部
３３ 連結部

Claims (7)

1. 断面が波形状の、環状の金属板及び該金属板を覆う膨張黒鉛シートを有する中芯材と、
   この中芯材の上部、下部、内周側端部及び外周側端部を覆うフッ素系樹脂製からなり、当該中芯材の全体を内部に収容する被覆材と、
   を有するガスケットであって、
   前記被覆材と前記中芯材の前記上部、下部、内周側端部及び外周側端部との間に空隙を有し、
   当該ガスケットが締め付けられると、
   前記中芯材は、前記被覆材に収容された状態で締付面圧に応じて変形し、前記内周側端部及び外周側端部の空隙内において前記波形状の山部が微小距離移動する
   ことを特徴とするガスケット。
2. 前記被覆材のフッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
3. 前記被覆材のフッ素系樹脂が、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であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
4. 下記の（１）〜（６）；
   （１）前記金属板の厚さ（ｔ０）が、０．４〜１．２ｍｍである。
   （２）前記金属板の波形の高さ（ｔ１）と前記金属板の厚み（ｔ０）との差（ｔ１−ｔ０）が、０．２ｍｍ以上である。
   （３）前記金属板の波ピッチ（Ｐ）が、２．２〜４．２ｍｍである。
   （４）前記膨張黒鉛シートの厚さ（ｔ２）が、０．１５〜１．５ｍｍである。
   （５）前記膨張黒鉛シートの密度が、０．７〜２．１ｇ／ｃｍ３である。
   （６）前記被覆材の上側シート部及び下側シート部の厚さ（Ｔ）が、０．１５〜１．０ｍｍである。
   を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスケット。
5. 前記膨張黒鉛シートの厚さ（ｔ２）が、０．３〜１．２ｍｍであり、かつ、前記被覆材の上側シート部及び下側シート部の厚さ（Ｔ）が、０．３〜０．８ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載のガスケット。
6. １９．６Ｎ／ｍｍ２以上の締付面圧で、使用可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスケット。
7. 前記被覆材が、前記中芯材の上部、下部、内周側端部及び外周側端部を覆い、該被覆材が、上側シート部、下側シート部及び連結部を有し、前記上側シート部及び下側シート部の外周側縁部どうしが、縫合されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のガスケット。

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