JPH07509299A - 螺旋状に巻いた耐火性ガスケット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 螺旋状に巻いた耐火性ガスケット 発明の分野 本発明は、一般に封止材またはガスケット、さらに特定すれば螺旋状に巻いたガ スケットに関する。

発明の背景 当業界で周知の螺旋状に巻いたガスケットは、一般に金属、たとえばステンレス 鋼の薄いストリップと、軟かい非金属の充填材物質の薄いストリップとを交互に 重ね合わせ、螺旋に巻いて環状のリングを形成した積層体である。充填材物質の ストリップの積層された周縁が封止面を形成する。適当な充填材物質は、多様な フルオロカーボン・ポリマー、アスベスト、薄片状グラファイト（ｅｘｆｏｌｉ ａｔｅｄｇｒａｐｈｊ　１ｅ）（登録商標Ｇｒａｆｏｉｌ）およびセラミックを 含む。

典型的に、金属ストリップは中央の一般にＶ型の折り目または窪みを、ストリッ プの全長にわたって形成してあり、折り目の両側には実質的に平坦な部分を存す る。また充填材物質もこの形をとる。

Ｖ型折り目の目的は、封止すべき２つの面の間でガスケットが圧縮されたときに 、金属ストリップが折り目に沿って弾発的または弾性的に変形することを可能に する路を形成するためである。Ｖ型の頂点は、その周りにＶ型の脚部を旋回させ る蝶番いの作用を有効に行う。通常、充填材物質自身は軟かく、かつ非弾発的で あるので、金属ストリップが充填材を封止すべき２つの面に押し付けることが必 要である。

従来周知の螺旋状に巻いたガスケットの１つの欠点は、グラファイトを充填材物 質とする場合のように、腐食性の強い酸化性物質に曝露すると劣化するか、また は、あるフルオロポリマーを充填材物質とする場合のように、高温たとえば火の 環境に曝露すると劣化することである。火の環境に曝露している間、リークを防 止するグラファイトの高温安定性、およびポリテトラフルオロエチレンの化学的 不活性を有する螺旋状に巻いたガスケットは現在知られていない。

この劣化のために、周知の螺旋状に巻いたＰＴＦＥガスケットは、「耐火性」の バルブまたはフランジに使用することが通常できない。

「耐火性」であるためには、バルブまたはフランジを開放された火炎の環境のよ うな高温に曝露し、試験中に一定の期間にバルブまたはフランジからの漏洩が特 定の量を超えないことが必要である。

「耐火性」のバルブまたはフランジの主要な応用は、火中で漏洩すると惨事を招 く腐食性の強い液体たとえば濃硫酸の輸送である。

これらのガスケットの他の欠点は、ガスケットを十分に圧縮して気密に封止する ために、封止すべきジヨイントを締め付けるボルトのトルクを極めて高くする必 要があることである。その結果、ガスケットの取り付けが長びき、かつ必要とさ れるトルクによってボルトまたはフランジが悪影響を受けるような特定の用途に 使用するにはこのようなガスケットは適していない。

従って、腐食性の化学物質とともに使用することかでき、かつ火に対する保護手 段を与え、しかもガスケットの封止応力が低い場合から高い場合まで、在勤に封 止することができるガスケットが必要となる。

発明の詳細な説明 本発明は、螺旋状に巻いた金属ストリップと、複数の圧縮可能な充填材ストリッ プとの多重巻きを含むガスケットであり、少なくとも１つの圧縮可能な充填材が 圧縮可能な耐火性充填材物質であり、かつ少なくとも１つの他の圧縮可能な充填 材が、圧縮可能な耐酸化性充填材物質である。圧縮可能な耐火性充填材物質、ま たは圧縮可能な耐酸化性充填材物質のストリップを、螺旋状に巻いた隣接する金 属ストリップの間に配置する。このとき耐火性充填材物質をガスケットの外側領 域に、かつ圧縮可能な耐酸化性物質を半径方向においてガスケットの内側により 近い領域に配置する。複数の圧縮可能な充填材か、ガスケット設置応力が低い場 合から高い場合まですぐれた封止可能特性を螺旋状に巻いたガスケットに与え、 かつガスケットに耐火性を与える。

図面の簡単な説明 図１は、本発明のガスケットの斜視図である。

図２は、図１の線２−２に沿って切断した本発明のガスケットの断面図である。

図３は、本発明のガスケットで封止したジヨイントの断面図である。

発明の詳細な説明 さて図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。図１は、本発明のガスケ ットｌＯの斜視図を示す。

ガスケット１０は環状リングの形状をなし、外側周縁１１および内側周縁１３を 有する。螺旋状に巻いた金属ストリップ１４の多重巻きは、ガスケットＩＯの全 部にわたって存在する。金属ストリップ取り付は手段１２によって、金属ストリ ップと金属ストリップを固定して巻きかほどけるのを防止する。金属ストリップ 取り付は手段１２は、通常スポット溶接とすることがもっとも多い。金属ストリ ップは、金属を化学的に処理する装置の製造において使用する物質から製造する ことができ、金属ストリップを使用する化学的作業に応じて選択することができ る。好ましい金属は、ステンレス鋼、さらに好ましくはオーステナイト・ステン レス鋼である；しかじ金属ストリップが曝される化学的環境に応じて、他の物質 も選択できることを理解すべきである。たとえば、鉄、ニッケル、銅、コバルト 、チタン、貴金属および耐火性金属、またはこれらの合金も使用することができ る。

さて図２を参照して、図１の線２−２に沿って切断した図１のガスケットの断面 図を示す。これは金属ストリップ１４を螺旋状に巻いた多重捲きを示す。内側周 縁１３および外側周縁１１に、金属ストリップ１４の多重層があり、これらはガ スケットの支持体をなす。

さらに図２を参照して、圧縮可能な耐火性物質のストリップ２２が、ガスケット の外側周縁１１に向いた領域において螺旋状に巻いた隣接する金属ストリップの 間に配置しである。圧縮可能な耐火性物質２２は、グラファイト質、アスベスト 質、セラミック質およびこれらの混合物から選択することができる。グラファイ ト質、アスベスト質およびセラミック質とは、グラファイト、アスベストまたは セラミックを、圧縮可能なストリップ、テープまたはシートを形成するのに必要 な有機または無機の耐火性物質たとえば繊維、接着剤、セメントなどと組み合せ た物質のことである。好ましい圧縮可能な耐火性物質は、薄片状グラファイト（ ｅｘｆｏｌｉａｔｅｄ　ｇｒａｐｈｉｔｅ）である。

さらに、図２を参照すると、圧縮可能な耐酸化性物質２３のストリップか、ガス ケットの内側周縁に向いた領域において、螺旋状に巻いた隣接する金属ストリッ プの間に配置しである。圧縮可能な耐酸化性物質２３は、ポリテトラフルオロエ チレン、充填材の入ったポリテトラフルオロエチレン、または多孔性ポリテトラ フルオロエチレンとすることができる。好ましい耐酸化性物質は参照文献として ここに加えたＧｏｒｅの米国特許第３．９５３．５６６号に教示する方法によっ て製造された延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンである。

圧縮可能な耐酸化性物質のストリップは、ガスケットの内側周縁に向いた領域に 配置されて、ガスケットの使用時に、ガスケットの内側周縁と接触する酸化性物 質に対する保護手段をガスケットに与える。圧縮可能な耐火性物質のストリップ は、ガスケットの外側周縁に向いた領域に配置して、高温に対する保護手段をガ スケットに与える。圧縮可能な耐火性物質と圧縮可能な耐酸化性物質とのガスケ ット中における相対的な量は、ガスケットの最終使用に要求される条件に応じて 決定する。たとえば、ガスケットを腐食性の極めて強い物質たとえば濃硫酸と接 触させる場合は、ガスケットの内側領域に、相対的に多量の圧縮可能な耐酸化性 物質を加える。しかし、火の危険が重大な関心事である場合は、ガスケットの外 側領域に、相対的に多量の圧縮可能な耐火性物質を加える。

本発明の他の実施態様は、圧縮可能な耐酸化性物質の２つの領域を有し、その１ つを内側周縁に隣接させ、第２の領域を外側周縁に隣接させる；そして圧縮可能 な耐酸化性物質の２つの領域の間に、圧縮可能な耐火性物質の領域を設ける。

さて図３を参照して、ガスケットｌＯを、ジヨイント３１の封止に使用した状態 のところを示す。ジヨイント３１は１対の対向する封止面３２、３２’を育し、 これらの間にガスケットＩＯを挿入する。ジヨイント３３を押圧する手段３３、 たとえばボルトは、ガスケットｌＯに圧縮力を加え、ガスケットｌＯをある程度 圧縮してジヨイント３１を封止する。

ジヨイントは、流体が通過する内腔３４を形成する。ジヨイント３１内にガスケ ットｌＯを配置する方法は、圧縮可能な耐酸化性充填材物質２３を、ガスケット ＩＯの内側周縁１３に向けて配置し、これによって内腔３４内の流体が圧縮可能 な耐火性充填材物質２２に接触することを防止する。

本発明のガスケットは、当業界において周知な螺旋状に巻いたガスケットの装置 および技術を使用して構成することができる。本発明のガスケットの製造に使用 する巻く機械は通常の型であって、ガスケットの内側周縁に対応する周縁輪郭を 有するマンドレルの周りに、圧縮可能な充填材物質のストリップと金属ストリッ プとを交互に緊密に巻き合せて螺旋状にするものである。金属ストリップは、こ れも従来の方法によって、最初にマンドレルに１回またはそれ以上巻き付けた後 に、スポット溶接して、巻きほどけを防止する。次に圧縮可能な耐酸化性物質の ストリップを、螺旋状に巻く金属ストリップの間に挿入し、これらを巻き合わせ て、耐酸化性領域を形成する。圧縮可能な耐酸化性物質の領域を形成した後に、 圧縮可能な耐火性物質のストリップを、螺旋状に巻く金属ストリップの間に挿入 し、先と同様に耐火性領域を形成する。同様に従来の方法により最後の少数回の 螺旋巻きを金属ストリップのみとし、金属ストリップの取り付は手段たとえばス ポット溶接によって、金属ストリップと金属ストリップを固着して巻きほとけを 防止する。

Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｖｅｓｓｅｌ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｃｏｕｎｃｉｌ　（ＰＶ ＲＣ）は、反復可能な火に曝露する試験の開発を後援した。この試験は、火の温 度に曝露した後にガスケットの漏洩に基づく合格／不合格の規準を設定するもの である。圧縮したアスベストの最低性能を基準として使用した。

公称４インチ（約１０ｃｍ）のパイプ型ガスケットをＦＩＴＴ試験装置に装荷し た。この試験装置においてガスケットを室温て８０９０ｐｓｉ（５５，７ＭＰａ ）の応力に圧縮した後、４００ｐｓｉ（２７，２Ｂａｒ）でヘリウムの漏洩を測 定した。次に、加熱されたプラテンに移動させるために、ガスケットの応力を手 動で５０００ｐｓｉ　（３４，５ＭＰａ）に減少させた。

次に、この固定装置を、６７７°Ｃに予熱されたプラテンの間に配置した。この 固定装置およびガスケットの温度が上昇するにつれて、ガスケットの応力をさら に１５００ｐｓｉ　（Ｉｏ、３ＭＰａ）まで低下させた。熱が浸透する間、ヘリ ウムの圧力を４００ｐｓｉ（２７，２８ａｒ）に保持した。この温度における時 間は１５分であった。

熱サイクルの間および終りにおける漏洩を、最初の室温における値と比較した。

計算された気密性パラメータ（ｔｉｇｈｔｎｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ）が３ ２未満の場合、ガスケットの性質がアスベストよりも悪く、試験は不合格である ことを示す。

本発明の螺旋状に巻いたガスケットの４個の試料を前述のように製造し、このガ スケット耐火試験によって試験した。試験結果を表ＲＯＴＴは、Ｐｒｅｓｓｕｒ ｅ　Ｖｅｓｓｅｌ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｃｏｕｎｃｉｌ　（ＰＶＲＣ）によって 開発された封止性能試験である。ガスケットは、カナダ、モントリオールのＥｃ ｏｌｅ　Ｐｏｔｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅにおいて、ＡＳＴＭ　Ｆ−５８６−Ｄｒａ ｆｔ＃８　（ＴｈｅＳｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｍｅｃｈａｎｉｃ ｓより入手可能）によって試験した。

試験ガスケットは剛体プラテンの間において特定のガスケット設置応力に締め付 けた。各設置応力において、ガスケットは、内部圧力をヘリウム４００および８ ００ｐｓｉ　（２７，２および５４．４Ｂａｒ）とした。各設置応力／内部圧力 の水準において、ヘリウムの重量漏洩速度を圧力減少方法によって測定し、気密 性パラメータ（Ｔｐ）は次に示すように計算した。

Ｔｐ＝　（Ｐ／Ｐ’″）（Ｌ”　／Ｌ）””Ｐ＝内部圧力（ｐｓｉ） Ｐ”＝標準大気圧（１４，７ｐＳｉ） Ｌ′″＝参照重量漏洩速度（１５０ｍｍＯＤガスケットに対してＨｅ　１．Ｏｍ ｇ／秒）Ｌ二重量漏洩速度（ｍｇ／５ｅｅ） ｌのＴｐは１５ｐｓｉ　（１，０３Ｂａｒ）において１　ｍｇ／　ｓｅｅの漏洩 を示し、１００のＴｐは、１０．０００分の１の漏洩、すなわちＯ，０００１ｍ ｇ／　ｓｅｃを示す。

各最初の設置応力／内部圧力の水準において漏洩試験を行った後、設置応力を減 少させて次に再び負荷する（負荷の除去−再負荷）を反復して、漏洩試験を反復 した。ガスケットの最初の設置応力および再負荷の設置応力に対する、ＴｐＯ値 を図に描き、ガスケット定数ｒＧｂＪ、ｒａｊおよびｒＧｓｊを得た。

「Ｇｂ」は、７ｐ＝ｔにおける最初の応力負荷曲線の応力の値である。

ｒａＪは、負荷曲線の傾斜である。

ｒＧｓＪは、Ｔｐ＝　１における再負荷応力負荷曲線の応力の値である。

定数が低いガスケットは、最初に必要とする封止応力が低く、かつ低いガスケッ ト応力で高い気密性を生じ、しかもガスケット応力の除去に対して過敏でないこ とを意味するので、望ましい。こうして、負荷曲線の平坦な線は、適用する応力 の僅かな変化で、ガスケットが高水準の気密性を生ずることを示す。

例２のガスケットおよび２つの比較ガスケットをＲＯＴＴによって試験した。試 験結果を表２に示す。

次の実施例は、本発明の教示をさらに説明するために示したものであり、本発明 の範囲を限定するものではない。当業者は、本発明の精神および範囲を逸脱する ことなく、多様な変更および均等物を容易に想到することができるであろう。

例１ 複数の充填材を螺旋状に巻いた公称４インチのパイプ型ガスケットを製造した。

まず、幅０．２２３インチ（５，６６ｍｍ）　、厚さ０．０１０−１’：／チ（ ０，２５ｍｍ）の３１６Ｌ型ステンレス鋼の連続する平坦な金属ストリップを、 ガスケットを螺旋状に巻く通常の装置の形成用マンドレルに供給した。金属スト リップを数回マンドレルに巻き付けた後に、形成されたストリップをスポット溶 接して、巻きほどけを防止し、かつガスケットの内径を設定した。

次に、幅０．１８８インチ（４，７７ｍｍ）　、厚さ０．０４０インチ（１，０ ２ｍｍ）の（Ｗ、Ｌ、Ｇｏｒｅ　＆　Ａｓ５ｏｃｉａｔｅｓ、　Ｉｎｃ、から入 手した）延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンの圧縮可能な充填材物質ストリ ップ。この延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンは、かさ比ＫＯ，６０ｇ／ｃ ｃであった。このストリップを螺旋状に巻いた金属ストリップの間に挿入して、 交互に重り合った層を形成し、２つのストリップを相互に緊密に巻き合わせた結 果、圧縮可能な充填材物質は形成された金属ストリップの形状に従った。ガスケ ットの最終幅の約１／３の点に達するまで、この巻き付けを続けた。

この時点において、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンのストリップを切断 し、幅０．２２８インチ（５，８ｍｍ）　、厚さ０．０１フインチ（０，４３ｍ ｍ）のＵＣＡＲＣａｒｂｏｎ　Ｃｏ、の登録商標Ｇｒａｆｏｉ　ｌの薄片状グラ ファイトの第２の圧縮可能な充填材物質のストリップを、さきの延伸多孔質ポリ テトラフルオロエチレンのストリップの端に突き合わせた。ステンレス鋼ストリ ップと薄片状グラファイトのストリップを前述の方法で、ガスケットの輻の外側 の２／３を形成するまで巻き続けた。この時点で、薄片状グラファイトのストリ ップを切断して、金属ストリップのみを少数回巻き付け、これを相互にスポット 溶接して、巻きほどけを防止し、かつガスケットの外径を設定した。

こうして製造したガスケットは、厚さ３／１６インチ（４，７ｍｍ）　、内径４ ７７８インチ（１２３，８ｍｍ）　、外径５７７８インチ（１４９，２ｍｍ）で あった。

ガスケットの幅の内方のほぼ１／３は、圧縮可能な充填材物質として、延伸多孔 質ポリテトラフルオロエチレンを含んでおり、ガスケットの幅の外方のほぼ２／ ３は、圧縮可能な充填材物質としてＧｒａｆｏｉｌを含んでいた。

このガスケットについてガスケット耐火試験を行い、試験結果を表１に示す。

例　２ 複数の充填材を螺旋状に巻いた公称４インチのパイプ型ガスケットを、次の例外 を除いて例１に記載した方法で、製造した。すなわち、ガスケットの幅の内方の ほぼ１／２は、圧縮可能な充填材物質として、延伸多孔質ポリテトラフルオロエ チレンを含み、ガスケットの幅の外方のほぼ１／２は、圧縮可能な充填材物質と して、薄片状グラファイトを含んでいた。

このガスケットについてガスケット耐火試験、および室温操作の気密性試験を行 い、試験結果を表１および表２に示す。

例３ 複数の充填材を螺旋状に巻いた公称４インチのパイプ型ガスケットを、次の例外 を除いて例■に記載した方法で製造した。すなわちガスケットの幅の内方のほぼ １／３は、圧縮可能な充填材物質として、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレ ンを含み、ガスケットの幅の中央のほぼ１／３は、圧縮可能な充填材物質として 、薄片状グラファイトを含み、かつガスケットの幅の外方のほぼ１／３は、圧縮 可能な充填材物質として、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンを含んでいた 。

このガスケットについてガスケット耐火試験を行い、試験結果を表１に示す。

例　４ 複数の充填材を螺旋状に巻いた公称４インチのパイプ型ガスケットを、次の例外 を除いて例１に記載した方法で製造した。すなわち、ガスケットの幅の内方のほ ぼ２／３は、圧縮可能な充填材物質として、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチ レンを含み、ガスケットの幅の外方のほぼ１／３は、圧縮可能な充填材物質とし て、薄片状グラファイトを含んでいた。

このガスケットについてガスケット耐火試験を行い、試験結果を表１に示す。

また比較の目的で、２つの市販の螺旋状に巻いたガスケットおよび１つの他の耐 火性ガスケットを試験した。各市販の螺旋状に巻いたガスケットは、巻いた金属 ストリップの間に、単一の物質のみ、すなわち薄片状グラファイトまたはポリフ ルオロエチレンを含んでいた。評価した他の耐火性ガスケットは、圧縮したアス ベストを切断したシートのガスケットであり、これにはガスケット耐火性試験の みを行った。試験の結果を表Ｉおよび表２に示す。

例　１　合　格　＞２０００（注１）　＞２８０（注２）例２　合格　＞２００ ０（注２）　＞２８０（注２）例３　合格　＞２０００（注１）　＞２８０（注 ２）例４　合格　＞２０００（注Ｊ）　＞２８０（注２）アスベスト　合　格　 ＜　７００　＜　７０薄片状グラ　合　格　＞　２０００　＞　２８０フアイト ＰＴＦＥ巻き　不合格　＞　２０００　２この試験より明かなことは、本発明の ガスケットの耐火性は、薄片状グラファイトのみを充填して螺旋状に巻いたガス ケットと、少なくとも同等である。また本発明のガスケットは、ポリテトラフル オロエチレンのみを充填して螺旋状に巻いたガスケットより、耐火性の点で実質 的な改良を示す。

表　２ ガスケット　ａ　Ｇｂ　Ｇｓ　’ｒｐ＠’ｒｐ＠Ｔｐ＠　Ｔｐ＠　Ｔｐ＠（ＭＰ ａ）　ＱＰａ）　６．９０！ｉＰａ　３１．ｌＦａ　５Ｓ、叱７５．第＞ＩＱ１ ４ｆａこの試験より、本発明のガスケットは、ガスケットに加える応力が低い場 合から高い場合まで優れた封止性を示すことが明かである。

こうして、ガスケット封止力のすべての範囲において、優れた封止性を有する螺 旋状に巻いたガスケットを初めて得ることができる。

当業者にとって、ここに開示した本発明の実施または本明細書を考慮することに より、本発明の他の実施態様が明かになるであろう。

本明細書および実施例は、単に例示に過ぎないことを考慮すべきであって、本発 明の真の精神および範囲は、次の請求の範囲によって示すことを意図する。

ＦＩＧ、　２ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成７年１月１９日

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．（ｉ）螺旋状に巻いた金属ストリップ、（ｉｉ）圧縮可能な耐火性充填材物 質のストリップおよび（ｉｉｉ）圧縮可能な耐酸化性充填材物質のストリップと の多重巻きを含み、前記耐火性充填材物質のストリップが、ガスケットの外側周 縁に向いた領域において、螺旋状に巻いた隣接する金属ストリップの間に配置し てあり、前記圧縮可能な耐酸化性物質のストリップが、前記ガスケットの内側周 縁に向けて半径方向に一層近接した領域において、螺旋状に巻いた隣接する金属 ストリップの間に配置してあるガスケット。
2. ２．圧縮可能な耐火性充填材物質のストリップが、グラファイト材を含む、請求 項１に記載のガスケット。
3. ３．圧縮可能な耐火性充填材物質のストリップが、薄片状グラファイトを含む、 請求項２に記載のガスケット。
4. ４．圧縮可能な耐火性充填材物質のストリップが、アスベスト材を含む、請求項 １に記載のガスケット。
5. ５．圧縮可能な耐火性充填材物質が、セラミック材を含む、請求項１に記載のガ スケット。
6. ６．圧縮可能な耐酸化性充填材物質が、ポリテトラフルオロエチレンである、請 求項１に記載のガスケット。
7. ７．ポリテトラフルオロエチレンが、多孔質ポリテトラフルオロエチレンである 、請求項６に記載のガスケット。
8. ８．多孔性ポリテトラフルオロエチレンが、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチ レンである、請求項７に記載のガスケット。
9. ９．ポリテトラフルオロエチレンが充填材を含む、請求項６に記載のガスケット 。