JPS6024346B2 - 渦巻型ガスケツトおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、渦巻型ガスケットおよびその製造方法の改
良に関するものである。

従来、この種の渦巻型ガスケットには、厚さ０．２柵、
幅約５肋程度のステンレス帯板をＶ型あるいはＷ型に屈
曲成形した金属フープ材と、石綿紙等のクッション性を
有するパッキン材を前記フーブと同機に屈曲成形したフ
ィラー材とを重ね合せて渦巻状に巻き、その巻き始めお
よび終点をスポット溶接にて固定したものが多用されて
いる。

前記渦巻型ガスケットを構成するスープ村は、ステンレ
ス鋼（ＳＵＳ３０４、３２１、３１６）が耐熱性、耐熱
品、耐物理特性を利用して一般的に用いられており、そ
の他、特別な用途として同じくステンレス鋼種の内でも
ＳＵ蛤３１６−Ｌ、３１６−ＥＬＣ、３０＄十Ｃｂ、
４３僕等もあり、その他、チタン・モネル、インコネル
等も用いられている。前記フィラー材としては、石綿ペ
ーパーが最も一般的なものとして用いられており、特に
耐薬品性を要求されるような場合にはＰＴＦＥが、また
、天然黒鉛が持つ耐熱性、耐薬品性を利用した膨張黒鉛
シートも用いられている。

その他の特殊な用途として、石綿ペーパーよりも優れた
シール性を利用した石綿ジョイントシートが用いられて
いる。上記構成の渦巻型ガスケツトにあっては、基本的
にはＶ型またはＷ型に成形された金属フープ材のエッジ
部分が、ガスケツトを扱持している接合面に強く接触し
、メタルタッチで流体をシールし、同時にフープ材間に
巻き込まれているフィラー材はクッション材的役割を持
ち、金属フーブの反駁弾性を補助すると共にメタルタッ
チ部分でシールしきれなかった流体をそのフィラー部分
の繊密性と接触面の広がり（幅）とでシールし、そのよ
うなシール機構がいく軍にも連なり（繰り返えされて）
、流体のシールが完遂される。

上記のようなシール機構（原理）をもつ渦巻型ガスケッ
トは、メタルタッチをより強くとる必要から比較的大き
な縦付力を要し、その用途も高温度で高圧力の領域の流
体シールが主となる。

また上記渦巻型ガスケットの形状としては、基本形であ
るリング状のものが一般的であるが、他に各種フランジ
形状、用途に合致した随円形、トラック形、ダイヤモン
ド形、角形等の特殊な形状のものがあり、また、熱交換
器のように複数の流体を１つのガスケツトで同時にシー
ルする場合には基本形の内側を接合フランジの形状に合
わせて二分割、三分割した枝付タイプもある。また、主
な用途が高温高圧領域の流体シールにあるため、内部流
体圧力に見合った補強用内・外輪つきのものが多用され
ており、その補強内・外輪は通常、渦巻型ガスケットが
最適縦付状態になるように、接合フランジに配置された
際のセンタリングと締付量とが一定になるように、外蓬
、厚さがコンブレッションゲージの役割も同時に果して
いる。

前述したような特長あるシール構造を有する渦巻型ガス
ケットは耐高温高圧用シ−ルとして、化学プラント・機
器用としての用途が主とされていたが、そのシールの安
定性の面から、最近では低圧用シールとしての用途まで
範囲が拡大される額向にある。

渦巻型ガスケツトにおけるフィラー材として石綿ペーパ
ーが最も一般的に使用されていることは前述のとおりで
あるが、石綿ペーパーの主成分である石綿繊維（クリッ
タィル石綿）は４００〜５００ｑＣの温度でその組織内
の結晶水が失われ始め、約８０００Ｃでほとんど結晶水
を消失し、腕化を生じるため、石綿ペーパーは高温領域
になると弾力性の欠如、トルク損失の増大等を生じ、そ
の結果として渦巻型ガスケツトとしてのシール性能が著
しく低下する欠点がある。

また、石綿ペーパーは繊維質であるため、これを主成分
としたフィラ‐村は完全な繊密性を出すことは難しく、
流体とくにガス体をシールすることは非常にむずかしい
。

さらにまた、石綿繊維は天然無機質繊維として地中から
掘り出されるため、塩素イオン（Ｃｒ）やマグネタィト
を抱いて産出される。

このＣＩ‐やマグネタィトを石綿繊維と完全に分離する
技術は現時点では開発されていないため、石綿繊維を使
用した石綿ペーパー中にはこれらが混入している。石綿
繊維中のＣＩ‐は、採掘産地により差はあるが、１００
肥．Ｐ．Ｍ以上にも達するものがある。しかして渦巻型
ガスケットの主用途は、前述したように、高温高圧用領
域の流体シールに利用されるため、これに適用される装
置や配管はステンレス鋼が多く、ステンレス鋼の接合フ
ランジと渦巻型ガスケットとが接触し、かつそこに多量
のＣＩ‐やマグネタィトの存在があり、常にステンレス
の軍食・孔食という腐食の問題が内在している。しかし
ながら、石綿繊維はＭ＆・Ｓｉ２０３（ＯＨ）４の実験
式で示されるように、白色または淡緑色の無機繊維で、
その繊維径は０．００００紙側程度と細く、柔軟性に富
み、強度は１９０〜３３０ｋ９ｆ／鮒程度と強籾で、鉄
鋼の抗張力よりも大きく、しかも耐薬品性も多くの薬品
に安定である長所を持っているため、これにとって替わ
るガスケット用繊維がほとんど開発されていないのが現
状である。

このため、使用範囲のほとんどで耐高温性に欠陥はある
もの）、やむをえず石綿繊維からなるガスケツトが用い
られている。

一方、石綿繊維の使用については、これが人体におよぽ
す影響（公害問題）から、その使用が制限されるか、も
しくは著しく困難になる頃向がある。前述したごと〈、
渦巻型ガスケットは本来高温で、かつ高圧流体のシール
材とされていたものが、そのシールの安定性がかわれ、
低圧流体領域にまでその利用範囲が広げられてきている
が、低圧流体領域における機器や配管等の都材は使用流
体圧（圧力レーテイング）に見合った強度設計がなされ
ているため、渦巻型ガスケットの本来のシール機構を満
たすようなフーブ材と接合フランジ面とのメタルタッチ
が完全に行なえる締付力を与えることができない。

このような状態では、メタルタッチ部分のシールの不完
全さをフィラー部分が補なわなければ、シールの完遂は
できないものであり、したがってフィラー材の特性が重
要なポイントとなってくる。近年、石綿にかわる特色あ
るフィう−村として、膨脹黒鉛シートが提案されている
。

しかしこのシートは上記のような場合に要求される繊密
性は良好であるが、非常に高価であり、また酸化雰園気
中で４００℃以上に加熱されると酸化消失（昇華）して
しまうので、高温領域での使用には供し得ない。また、
弗素樹脂シートも提案されてはいるが、これは熱可塑性
高分子材料であるので、耐高温性については本質的にま
ったく問題とならず、わずかに耐薬品性のみの要求を満
たすにすぎない。

以上のような状況に鑑み石綿繊維に替わる、安価な高性
能なガスケット用材料の開発が望まれている。この発明
は、前述した従釆の渦巻型ガスケットの欠点を解消する
ためになされたものであって、とくに４００午○以上の
温度でも強度や弾力性を矢なわず、しかも低い締付圧の
領域でも安定したシー′レ効果が発揮される渦巻型ガス
ケットを提供することを目的としているものである。

この発明による渦巻型ガスケツトは、金属帯板を充填材
料と共に渦巻状に巻き込んで輪形に形成する渦巻型ガス
ケットにおいて、前記充填材料が膨脹バーミキュラィト
禾膨脹バーミキュラィトとを主材とする材料で形成され
ていることに特徴を有するものである。

前記パーミキュラィトとは三層粘土鉱物に属し、黒髪母
に類似する構造あり、純バーミキュラィトの構造式は１
．斑ｒｓ舷ｄ（１班８）によると〔Ｍｇ３、ＡＺ、Ｆｅ
２）０２・４（Ｓｉ、Ａ〃、Ｆｅ）０２・日２０（ＸＱ
０・ＭＭ８０１ＺＣａ）八面体層 四
面体層 結晶水 層間配置であるとされて
いる。

このバーミキュラィトの結晶水は７００００以上に加熱
されてはじめて失なわれ始めるので、この点はガスケッ
トの素材として前述の石綿繊維および膨脹黒鉛に比べて
耐熱的にきわめて有利である。

またこのバーミキュラィトは鱗片状構造であるため、シ
ート状に加工された場合、繊維状のものよりも良好な繊
密性を有し、ガスのシールに対しても有利な特性をそな
えている。膨脹したバーミキュラィトシートを得る方法
としては、バーミキュラィト原石を物理的にシート状に
並べて平滑にならしたものに結合剤を吹き付け、結合剤
の結合力によってバーミキュラィト粒同志を結合する方
法、あるいは膨脹バーミキュラィトを横向きに軽く圧属
して得た薄いバーミキュラィト小片と繊維とを公知の抄
造方法で抄き上げる方法等が知られているが、これら方
法により得られるシートは結合剤を比較的多量に必要と
するため、耐熱性の低下や柔軟性に乏しい脆いバーミキ
ュラィトシートしか得られない欠点がある。

しかし、膨脹バーミキュラィトを水中に分散して高速ミ
キサーで製断力を加えるか、乾燥状態でミラクルミル等
のディスィンテクレータ−で数断力を加え、層間より剥
離した鱗片状簿片としたものにあっては、その剥離活性
面同志が接合することにより、接合面強度の強い柔軟な
シートが得られる。また上記の剥離した膨脹バーミキュ
ラィトに未膨脹バーミキュラィトを混合して形成したシ
ートを充填材料とした渦巻型ガスケットにあっては、こ
れが接合フランジ等の間で高温雰囲気で使用された場合
、熱により未膨脹バーミキュラィト部分が膨脹し、さら
にフープ間の充填密度を上げると共に膨張力が反力とし
て作用し、ガスケット反発弾性が増大するので、シール
性の向上が図れる。

また、前記未膨脹バーミキュラィトの使用にあっては、
渦巻型ガスケットの使用温度よりや）低い温度で分解す
る含浸膨脹剤で処理しておくことで、より良好な反発弾
性を期待できることは云うまでもない。前記含浸膨張剤
としては、たとえば硝酸イオンとアンモニアイオンとを
含む水溶液の使用が適している。さらにまた、充填材料
に、膨脹バーミキュラィトの外に、非金属繊維、金属繊
維、結合剤、充填剤等を配合することにより、強度、柔
軟性をより一層高めることができる。

上述した渦巻型ガスケットは、充填材料に石綿を使用す
る従来の渦巻ガスケツトの製造方法と基本的に同じ方法
で製造することができる。

こ）で、渦巻型ガスケットの一般的な製造方法を簡単に
記述する。

まず、第１図に示すように、所定厚さの石綿べーパ１を
一組のロールシェアカッター２ａ，２ｂにて型付けをし
ながら幅約５側に切り出してフィラー材をつくり、一方
、フープ材も（金属帯板）も同様の手段で型付けを行な
い、次に第２図に示すように、型付されたフープ３を成
巻機の巻駒４の溝中に端部を固定し、２〜３周程度の空
巻き後スポット溶接し、次に第３図に示すように、型付
けされた前記石綿ペーパーのフィラー材１を前記フープ
材３に挿入し、フープ材と共に所定のガスケット中にな
るまで巻き込んだあと、フィラー材１を切断し、最初と
同様にフープ材４だけ２一３／周空巻き後スポット溶接
し、このように成巻された渦巻型ガスケットを巻駒３か
ら取り外し、そのスリット挿入部などの不用部分のフー
プ材を切り取って製品とするものである。

第４図は、渦巻型ガスケットのフィラ一部断面を示した
ものであるが、通常、フィラー材を前記ロールカッター
で型付け切断する際にフィラー材（石綿ペーパー）が引
伸ばされて■部に割れ、亀裂等の欠陥部分が生じ、巻き
重ねられて渦巻型ガスケット（第５図参照）として成形
された後は、充填不充分な欠陥部分として残る。

とくに前記バーミキュラィトを主村とするフィラー材に
あっては、それが顕著にあらわれる煩向がある。上記の
ような欠陥部分（充填不充分部）はガスケットの内蚤側
から渦巻状に連続して外蓬側にまで達する流体の漏れ道
となるため、シール性を低下させる原因となっている。

しかし、フイラー材を型付けする工程でロールカッター
によって引張力が作用しても、その引張力に打ち勝てる
材料をフィラー材に鰭層しておく方法によれば、上述し
たフイラー材の型付け時における割れや亀裂などの欠陥
部分の発生は確実に防止することができる。

すなわち、第６図に示すように、フィラー材１に軟質金
属箔５を重ね合わせ、その金属箔を外側にして、ロール
カッターでＶ型あるいはＷ型に型付けする方法であるり
前記軟質金属箔としては、アルミニューム、銅、バビー
ットメタル、ニッケル、銀、金などが良く、厚みが０．
２肋以下のものが好ましい。

一般に前述したアルミニューム、バビットメタル等の欧
質金属箔はバーミキュラィトのフィラー材と比べ抗張力
が大きいため、型付けの際の引張力（フィラー材の幅方
向に働く）に対する伸びが小さいので、フィラー材単体
の場合よりも全体的な伸びは少なく、この伸びの少なく
なった分（Ｖ型・Ｗ型に型付けされるのに不足する長さ
分）だけ、これに重ね合わされたフイラー材を第７図の
矢印のように、ロールカツタ−の直前で引き込む作用が
働くので、軟質金属箔を積層したフィラー材においては
、引張力によってＡ部に亀裂や割れ等が生じる現象がな
くなるばかりでなく、しかも軟質金属箔を中心に型付け
が行なわれるため、むしろフィラー材の曲率が４・さく
なり、圧縮された非常に充填性の良好なものが得られる
。

また、上述した型付け方法で得られたバーミキュラィト
のフィラー材を用いた渦巻型ガスケツトと、従来の方法
で形成したものとについて藤圧紙法によるシール性判定
のため重要項目である縦付け面圧を測定した結果、第８
図および第９図ならびに下記の表に示すように、フィラ
ー材の充填度が向上し、フープ材３とフイラー材１との
面圧の差が少ない良好な面圧分布を示すことが認められ
た。

さらにまた、膨脹バーキュラィトを主材とした含水組成
物をフープ材のうえに塗着し、これを乾燥して得られた
フィラー材とフープ材との積層体を直接型付けする方法
によれば、大きな結合力と優れた柔軟性とを発揮するフ
ィラ−材を備えた渦巻型ガスケットが得られる。

前述したように、バーミキュライトは１．母ｒｓｈａｄ
（１９４８）による構造式に見られるように、含水ケイ
酸塩鉱物であり、その構造中の鱗状層間に多くの層間結
晶水をもっており、これを急激に高温加熱すると層間結
晶水は急激に飛散蒸発し、その力が鱗片層間を剥離する
力として作用して層間が押広げられ、し、も虫状に連な
る膨張バーミキュラィトが得られる。

また、過酸化水素等の過酸化物あるいは前述した公知の
薬品を鱗片状層間に浸透させ、その薬品の急激な飛散を
うながす温度まで加熱（通常、前者の層間結晶水を飛散
させる温度よりも低い）することによって、前者と同様
な膨脹バーミキュラィトが得られることも知られている
。

上記のようにして膨張されたバーミキュラィトを水中に
分散させた状態で高速敷断を行うことにより、鱗片状薄
片が得られ、これの鱗片蓬２４６仏（６０メッシュ）〜
１６坪（１０メッシュ）となるように鱗片径を調整し、
抄造法によってシート化したバーミキュラィトシートに
は、従釆のものでは得られない柔軟性がある。

これは下記の事由によるものである。鱗片状簿片に鞠断
された膨張バーミキュラィトは元来層間同志が結合して
いた面であるため、その表面活性が鱗片状簿片の状態と
なっても存在しており、この活性面同志が抄造法によっ
て抄き上げられた際再び結びつくため、すぐれた柔軟性
が得られるものである。

しかして、前述したように、鱗片状薄片のバーミキュラ
ィトからなる含水組成物をフィラー材とし、これをフー
プ材のうえに塗着し、その型付け工程で前記バーミキュ
ラィトのフィラー材を圧搾処理する方法によれば、鱗片
状薄片の活性面は、より多く平行に向い合わされるため
、前述した沙造法によるバーミキュラィトシートに比べ
、結合力および柔軟性のよりすぐれたバーミキュラィト
のフィラー材が得られる利点があり、さらに、渦巻型ガ
スケットの型付け工程を利用してバーミキュラィトの圧
搾操作が行われるので、バーミキュラィトの加圧処理工
程を省くことができる。

鱗片状薄片のバーミキュラィトの使用に当っては、さき
に膨張バーミキュラィトの製法で述べた薬品処理したも
の）方がバーミキュラィト層間結晶水を温存した状態で
鱗片簿片が得られるので効果が大きい。また、前述した
鱗片状薄片の表面活性力は鱗片状薄片同志だけでなく、
金属表面との間にも及び、その表面活性による結合力は
金属表面の平滑度によって若干かわるが、いかなる種類
の金属にも発揮される。

逆に金属面が凹凸であるもの、織布、毛布等のように起
毛した面を有するものに対する結合力は非常に弱い。次
に、この発明の好ましい実施例を下記に示す。

実施例 ３号バーミキュラィト原石を１０％週酸化水素にて処理
した膨張バーミキュラィト１０礎都を２倍量の水と共に
家庭用ミキサーにて１０分間高速酸断を行って鱗片状薄
片を調整し、これに未膨張バーミキュラィト１礎部、ガ
ラス繊維３部、クレー１７部を加えてよく燈拝し、さら
にその中に合成ゴムラテツクス５部、加硫剤分散液０．
５部を添加して低速回転で３明色間混合し、このように
して得られた粘鋼なスラリーｌａを第１０図に示す装置
のコーター６にて金属フープ材３上に所定の厚さで塗着
し、膨張バ−ミキュラィトの鱗片状薄片が金属フープ材
３に接合しやすく、毛布には接合し‘こくい物性を利用
して、毛布製キャタピラー７とサクションボックス８と
で余剰水分を絞り出し、次の乾燥室９で乾燥し、そのあ
と圧搾ロール１０にて鱗片状薄片が平面方向に配向する
ように加圧し、次に型付けロールカッタ１１にて型付け
とスリットを行ない、これを巻取って渦巻型ガスケット
の素材とした。

前記加圧ロールは鱗片状薄片をより良好に配向させるた
めにフリクションロールを用いてあり、上側ロールは被
加圧物の走行速度に同期して回転させ上側ロール（スラ
リー塗着側ロール）は下側ロールより速く回転させ、平
面方向の力を同時に作用させるようにしてある。なお、
前記装置における渦巻型ガスケットの素材の生産速度と
渦巻型ガスケットの成巻機（図示してない）とを同期さ
せ、前記巻取り工程を雀錨各して直接ガスケットを連続
して製造することができる。

かくして上記の製造方法によれば、フーブ材とフィラー
材をそれぞれ別個の工程にて製造しそれを複合して渦巻
型ガスケットを成巻する従来の製造法に比較して、省力
・高能率な連続操作により、安価で安定した渦巻型ガス
ケットが製造できるので、その経済的効果は非常に大き
い。

以上に述べたように、この発明による渦巻型ガスケツト
は、４００ｏｏ以上の高温においても良好な強度・柔軟
性・圧縮弾性を有するばかりでなく、フィラー材の高級
密性により低締付圧時のシール性が飛躍的に向上してお
り、低圧用ガスケットとしても使用できる長所がある。

また、この発明方法によれば、煩雑な工程をシンプルな
連続作業とすることが可能となり、しかも量産効果があ
がる点、原材料として安価なバーミキュラィトが使用で
きる点から、その経済的効果も大きい。なお、この発明
は、渦巻型ガスケットの基本形（ドーナツ形）ばかりで
なく、従来技術における内外論付タイプ、異形タイプ、
枝付タイプ等に適用できることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の渦巻型ガスケット製造方法を説明するた
めのフィラー材型付けロールの部分断面図、第２図はフ
ープ材の巻駒部分の側面図、第３図はフープ材とフィラ
−村とを重ねて巻き込む巻駒部分の側面図、第４図は型
付けされたフィラー材の側面図、第５図は渦巻型ガスケ
ットの素材構成を示す端面図、第６図はフィラー材と金
属箔との積層体の部分側面図、第７図は型付けされた積
層体の側面図、第８図はこの発明の渦巻型ガスケットの
縦付け面圧分布状態を示す説明図、第９図は従来品の渦
巻型ガスケットの綿付け面区分状態を示す説明図、第１
０図は渦巻型ガスケツトの製造装置の側面図である。 １・・・・・・フィラー材、２ａ，２ｂ・・・・・・型
付けロールカッター、３・・・・・・フープ材、４・・
・・・・巻駒、５・・・・・・金属箔、６・・・・・・
バーミキュラィトスラリー、７“””キヤタピラー、８
……サクシヨンボツクス、９・・・・・・乾燥室、１０
・・・・・・加圧ロール、１１・・・・・・型付けロー
ル。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属帯板を充填材料と共に渦巻状に巻き込んで輪形
   に形成する渦巻形ガスケツトにおいて、前記充填材料が
   膨脹バーミキユライトと未膨脹バーミキユライトとを主
   材とする材料で形成されていることを特徴とする渦巻型
   ガスケツト。 ２ 膨脹バーミキユライト、または膨脹バーミキユライ
   トと未膨脹バーミキユライトを主材とする含水組成物を
   金属帯板に直接に所定の厚さに塗着成形したあと脱水乾
   燥して積層帯板となし、次にこの積層帯板を圧搾してか
   ら型付け処理を施し、それにより所要の形状に屈曲され
   た積層帯板を渦巻状に巻き込んで輪形に形成することを
   特徴とする渦巻ガスケツトの製造方法。