WO2014132832A1 - 耐熱ガスケット - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a heat resistant gasket capable of maintaining excellent sealing performance even when used in a high temperature environment.
  • a metal gasket used for flange joint parts such as flow path piping through which high-temperature gas flows
  • a metal gasket consisting of a single metal plate such as a stainless steel plate having a bead formed along an opening for gas flow path.
  • FIG. 3 there is known a metal gasket 100 having a structure in which a plurality of metal plates 101 having elasticity having a half bead 101a formed along the outer periphery of the gas passage opening 101b is laminated (see Patent Document 1) ).
  • the expansive graphite begins to disappear due to oxidation of the expanded graphite sheet 11 at 500 to 600 ° C. to carbon dioxide gas. Therefore, when used in a high temperature environment as described above, not only the expanded graphite is completely covered with the coated metal plate, but also the phlogopite or muscovite is processed to block the contact of the high temperature gas to the expanded graphite
  • the mica sheet is polymerized to expanded graphite (see Patent Document 2), and the production cost is high.
  • the present invention has been made in view of the foregoing, and the technical object thereof is to provide a heat resistant gasket capable of preventing stress relaxation by heat and maintaining excellent sealability even in a high temperature environment. It is in.
  • the heat-resistant gasket according to the invention of claim 1 comprises a first coated plate made of metal on which an annular continuous embossed portion is formed, and the first coated plate Metal disposed opposite to each other in the thickness direction and in close contact with the convex surface of the embossed portion such that the end portions on the inner or outer circumferential side of the embossed portion are bonded closely to the first cover plate And a core made of expanded graphite held between the first cover plate and the second cover plate between the embossed portion and the end portion.
  • the core made of expanded graphite has excellent compressive strength and elasticity even at high temperature, so that elastic recovery is obtained by receiving compression between the first cover plate and the second cover plate. It exerts a force and does not cause stress relaxation. And even in a high temperature environment, the core held between the first cover plate and the second cover plate is in contact with the high temperature gas or the high temperature air by the seal portion by the convex surface of the embossed portion and the seal portion by close polymerization between the end portions. Since it is shut off, the loss of expanded graphite due to oxidation is prevented. Therefore, the excellent sealability by the elasticity of the expanded graphite is maintained.
  • a compression limiting plate is interposed between the first cover plate and the second cover plate and on the opposite side of the expanded graphite as viewed from the embossed portion. It is done.
  • the compression limiting plate interposed between the first cover plate and the second cover plate prevents over-compression of the core made of expanded graphite.
  • the heat-resistant gasket according to the invention of claim 3 is the construction according to claim 1 or 2, wherein a core made of metal is laminated on the expanded graphite of the core.
  • a core made of metal laminated on expanded graphite of the core improves the handling property of the core at the time of manufacturing the gasket and reduces the amount of the expanded graphite used. It is.
  • the core made of expanded graphite sandwiched between the first cover plate and the second cover plate has a high temperature due to the seal portion by the convex surface of the embossed portion and the seal portion by close polymerization between the end portions. Since the contact of gas and high temperature air is blocked, the loss due to oxidation can be prevented even in high temperature environment, and the compressive strength and elasticity can be maintained, and excellent heat-resistant sealability can be exhibited. Moreover, since expensive materials such as heat resistant steel plates are not used and the amount of expansive graphite used can be small, it can be provided at low cost.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. It is a fragmentary sectional view showing an example of the heat resistant gasket concerning a prior art.
  • the heat-resistant gasket in this embodiment has a square-rounded square planar shape as shown in FIG. 1, and a circular opening A on the gas flow path side is opened at the center and a pipe is formed at the corner A plurality of bolt insertion holes B are formed in order to insert bolts for joining the roads.
  • the heat-resistant gasket has a first cover plate 1 on which an annular annular continuous embossed portion 11 concentric with the opening A is formed, and the first cover plate 1 is disposed opposite to the first cover plate 1 in the thickness direction.
  • the second coated plate 2 is closely attached to the convex surface 11a of the second coated plate 2 and is bonded to the first coated plate 1 in close contact polymerization with each other at the end portions 1a and 2a of the inner peripheral side (opening A side) of the embossed portion 11 And a core 3 sandwiched between the first cover plate 1 and the second cover plate 2 between the embossed portion 11 and the end portions 1a and 2a; It has a compression limiting plate 4 interposed between two coated plates 2.
  • the first cover plate 1 is made of a stainless steel plate, and the outer edge is a rounded square, and a circular hole (not shown) as a bolt insertion hole B is drilled in the corner.
  • the embossed portion 11 is formed in a substantially semicircular arc shape so as to surround the part. In the appearance shown in FIG. 1, this embossed portion 11 is in the form of a circular groove.
  • the second cover plate 2 is also made of a stainless steel plate, and the outer edge is a rounded square having the same shape and size as the first cover plate 1 and a circular hole (not shown) as a bolt insertion hole B at the corner.
  • a portion of the embossed portion 11 facing the convex surface 11a having a substantially semicircular arc shape is brought into close contact with the convex surface 11a, and the end portion 2a on the inner peripheral side (opening A side) forms a substantially J-shaped cross section.
  • the folded portion 2 b is in close contact polymerization state so as to cover the end portion 1 a on the inner peripheral side of the first cover plate 1.
  • the second cover plate 2 is appropriately thinner than the first cover plate 1 to improve the concentrated surface pressure due to the tightening load in the mounted state and to seal the end portion 2 a of the second cover plate 2. We are trying to adjust the contact pressure.
  • the core 3 is between the first cover plate 1 and the second cover plate 2 and is a close contact portion between the embossed portion 11 of the first cover plate 1 and the second cover plate 2 and the first cover plate 1 and the second cover plate 2.
  • the annular space S enclosed by the end portions 1a and 2a intimately polymerized with each other is held between the first covering plate 1 and the second covering plate 2.
  • the core 3 has a structure in which two annular expanded graphite sheets 31 and 32 and an annular core material 33 formed of steel plates between them are laminated.
  • the compression limiting plate 4 is made of a stainless steel plate or an iron plate that is slightly thinner than the core 3, and the outer edge thereof forms a rounded square with the same shape and size as the first covering plate 1 and the second covering plate 2, A circular opening 4A larger in diameter than the embossed portion 11 is opened at the center, and a circular hole (not shown) as a bolt insertion hole B is bored at a corner.
  • the height h of the embossed portion 11 of the first coated plate 1 is the thickness of the compression limiting plate 4 so that the convex surface 11 a of the embossed portion 11 is in close contact with the second coated plate 2 when the heat resistant gasket is tightened. It is set higher than t. Moreover, the folding
  • the heat-resistant gasket configured as described above is, for example, interposed between joining flanges of a turbine outlet in a turbocharger and the like, and is sealed to seal high temperature gas flowing through the turbine outlet.
  • the expanded graphite sheets 31 and 32 in the core 3 have excellent compressive strength and elasticity even at high temperatures of 800 ° C. or more, and do not cause stress relaxation. Then, the expanded graphite sheets 31 and 32 are oxidized by a high temperature gas or air containing oxygen in a high temperature environment of 500 ° C. or higher, and gradually disappear as carbon dioxide gas.
  • the embossed portion 11 The seal portion by close contact of the convex surface 11a of the second cover plate 2 and the seal portion by close polymerization of the end portions 1a and 2a of the first cover plate 1 and the second cover plate 2 Since the inflow of the high temperature gas and the high temperature air into the annular space S in which the core 3 is accommodated is reliably shut off, the oxidation loss of the expanded graphite sheets 31 and 32 is effectively prevented. For this reason, even if stress relaxation is caused by the first covering plate 1 and the second covering plate 2 being exposed to high temperatures, excellent sealing performance can be exhibited with respect to high temperature exhaust gas flowing through the turbine outlet.
  • the core 33 is interposed between the expanded graphite sheets 31 and 32. Therefore, the amount of use of the expanded graphite sheets 31 and 32 can be reduced.
  • the core 3 is not encased by welding or the like of the first cover plate 1 and the second cover plate 2, but the end portion 1a on the inner peripheral side of the first cover plate 1; Since the core 3 and the compression limiting plate 4 are held as shown in FIG. 2 by the end portions 2a of the folded back portions 2b formed on the inner peripheral portion of the cover plate 2 being polymerized with each other, the manufacturing cost is reduced. In addition, the handleability of the core 3 at the time of manufacturing the gasket can be improved.
  • the embossed portion may be formed on the second cover plate 2 and the convex surface thereof may be in close contact with the first cover plate 1. Further, the materials of the first cover plate 1, the second cover plate 2, the compression limiting plate 4 and the like are appropriately selected according to the use conditions and the like.
  • the 1st covering board 1 is a 2nd covering board It may be relatively thinner than 2 or the first covering plate 1 and the second covering plate 2 may have the same thickness.

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Abstract

　熱による応力緩和を防止して高温環境でも優れたシール性を維持し得る耐熱ガスケットを提供する。この目的を達成するため、環状に連続したエンボス部（１１）が形成された金属製の第一被覆板（１）と、この第一被覆板（１）に厚さ方向に対向配置されると共にエンボス部（１１）の凸面（１１ａ）に密接されエンボス部（１１）の内周側の端部（１ａ，２ａ）同士で第一被覆板（１）と互いに密接重合された状態に結合された金属製の第二被覆板（２）と、エンボス部（１１）と前記端部（１ａ，２ａ）の重合部の間で第一被覆板（１）と第二被覆板（２）の間に挟持された膨張黒鉛（３１，３２）からなるコア（３）を備える。

Description

耐熱ガスケット
　本発明は、高温環境下で使用された場合でも優れた密封性能を維持し得る耐熱ガスケットに関する。
　従来、高温のガスが流通する流路配管等のフランジ接合部に用いられるガスケットとしては、ガス流路用の開口に沿ってビードを形成したステンレス鋼板等の金属板単体からなるメタルガスケットが知られている。また図３に示すように、ガス通路用開口１０１ｂの外周に沿ってハーフビード１０１ａを形成した弾性を有する複数枚の金属板１０１を積層した構造のメタルガスケット１００が知られている（特許文献１参照）。
　ところで近年、ターボエンジンにおいては、その高性能化や環境対応（排ガス対策）のために、ターボチャージャのタービンアウトレット部を流通するガスの温度が高温化しており、具体的には800℃を超えている。したがって、このようなターボチャージャのタービンアウトレット部の管路接合部に、上述のようなステンレス鋼板からなるメタルガスケットを適用した場合、高温の排ガスによってビード１０１ａに応力緩和現象をきたし、このためビード１０１ａにおけるシール面圧が低下して、十分なシール性を維持することができなくなってガス漏れが発生してしまう問題がある。
　また、メタルガスケットの材質として耐熱鋼材を採用した場合でも、800℃を超えるような環境では、優れたシール性を維持することは困難であり、800℃以上の熱に耐え得る耐熱合金を採用した場合は、材料コストが著しく高くなってしまう問題がある。
　そこで、膨張黒鉛からなるクッション材を金属板で被覆した構造のガスケットも開発されているが、膨張黒鉛は、膨張黒鉛シート１１は500～600℃で酸化して炭酸ガスとなることによる消失が始まるので、上述のような高温環境で使用する場合は、膨張黒鉛を被覆金属板で完全に被覆するばかりでなく、膨張黒鉛への高温ガスの接触を遮断するために金雲母又は白雲母を加工したマイカシートを膨張黒鉛に重合しており（特許文献２参照）、製造コストが高いものとなっていた。
特開２００９－２４３５４０号公報 実開平５－３８４６４号公報
　本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、熱による応力緩和を防止して高温環境でも優れたシール性を維持し得る耐熱ガスケットを提供することにある。
　上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る耐熱ガスケットは、環状に連続したエンボス部が形成された金属製の第一被覆板と、この第一被覆板に厚さ方向に対向配置されると共に前記エンボス部の凸面に密接され前記エンボス部の内周側又は外周側の端部同士が前記第一被覆板と互いに密接重合された状態に結合された金属製の第二被覆板と、前記エンボス部と前記端部の間で前記第一被覆板と第二被覆板の間に挟持された膨張黒鉛からなるコアを備えるものである。
　請求項１の構成を備える耐熱ガスケットにおいて、膨張黒鉛からなるコアは、高温でも優れた圧縮強度や弾力性を有するため、第一被覆板と第二被覆板の間で圧縮を受けることによって弾性的な復元力を発揮するものであり、応力緩和を生じない。そして高温環境であっても、第一被覆板と第二被覆板の間に挟持されたコアは、エンボス部の凸面によるシール部と端部同士の密接重合によるシール部によって高温ガスや高温空気の接触が遮断されているため、酸化による膨張黒鉛の消失が防止される。したがって、膨張黒鉛の弾性による優れたシール性が維持される。
　請求項２の発明に係る耐熱ガスケットは、請求項１に記載の構成において、第一被覆板と第二被覆板の間であってかつエンボス部から見て膨張黒鉛と反対側に、圧縮制限プレートが介在されたものである。
　請求項２の構成を備える耐熱ガスケットにおいて、第一被覆板と第二被覆板の間に介在された圧縮制限プレートは、膨張黒鉛からなるコアの過圧縮を防止するものである。
　請求項３の発明に係る耐熱ガスケットは、請求項１又は２に記載の構成において、コアの膨張黒鉛に金属製の芯材が積層されたものである。
　請求項３の構成を備える耐熱ガスケットにおいて、コアの膨張黒鉛に積層された金属製の芯材は、当該ガスケットの製造時におけるコアのハンドリング性を良くすると共に、膨張黒鉛の使用量を節減するものである。
　本発明に係る耐熱ガスケットによれば、第一被覆板と第二被覆板の間に挟持された膨張黒鉛からなるコアは、エンボス部の凸面によるシール部と端部同士の密接重合によるシール部によって、高温ガスや高温空気の接触が遮断されるので、高温環境でも酸化による消失が防止されると共に圧縮強度や弾力性を維持し、優れた耐熱シール性を発揮することができる。しかも耐熱鋼板などの高価な材料を使用せず、膨張黒鉛の使用量も少なくて済むため、低コストで提供することができる。
本発明に係る耐熱ガスケットの実施の形態を示す概略的な平面図である。 図１におけるII－II断面図である。 従来技術に係る耐熱ガスケットの一例を示す部分的な断面図である。
　以下、本発明に係る耐熱ガスケットの好ましい実施の形態について、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。
　この実施の形態における耐熱ガスケットは、図１に示すような角丸め四角形の平面形状をなすものであって、中央にガス流路側となる円形の開口部Ａが開設されると共に、角部に管路の接合用のボルトを挿通するための複数のボルト挿通孔Ｂが開設されている。
　そしてこの耐熱ガスケットは、開口部Ａと同心の円環状に連続したエンボス部１１が形成された第一被覆板１と、この第一被覆板１に厚さ方向に対向配置されると共にエンボス部１１の凸面１１ａに密接され、このエンボス部１１の内周側（開口部Ａ側）の端部１ａ，２ａ同士で第一被覆板１と互いに密接重合された状態に結合された第二被覆板２と、エンボス部１１と前記端部１ａ，２ａの間で第一被覆板１と第二被覆板２の間に挟持されたコア３と、エンボス部１１の外周側で第一被覆板１と第二被覆板２の間に介在された圧縮制限プレート４を備えるものである。
　詳しくは、第一被覆板１はステンレス鋼板からなるものであって、外縁が角丸め四角形をなすと共にその角部にボルト挿通孔Ｂとしての不図示の円形孔が穿たれ、開口部Ａの外周を取り囲むようにエンボス部１１が断面略半円弧状に浮き出し形成されている。図１に示す外観ではこのエンボス部１１は円形の溝状をなしている。
　第二被覆板２もステンレス鋼板からなるものであって、外縁が第一被覆板１と同形同大の角丸四角形をなすと共にその角部にボルト挿通孔Ｂとしての不図示の円形孔が穿たれ、エンボス部１１の断面略半円弧状の凸面１１ａと対向する部分がこの凸面１１ａと密接され、内周側（開口部Ａ側）の端部２ａが、断面略Ｊ字形をなすように形成された折り返し部２ｂによって、第一被覆板１の内周側の端部１ａの上に覆いかぶさるように密接重合した状態となっている。そして、第二被覆板２を第一被覆板１よりも適宜薄肉に形成することによって、装着状態での締付け荷重による集中面圧の向上を図ると共に、第二被覆板２の端部２ａにおけるシール面圧の調整を図っている。
　コア３は、第一被覆板１と第二被覆板２の間であって第一被覆板１のエンボス部１１と第二被覆板２の密接部及び第一被覆板１と第二被覆板２の互いに密接重合した端部１ａ，２ａによって密閉された環状空間Ｓに収容され、第一被覆板１と第二被覆板２に挟持されている。また、このコア３は、環状の二枚の膨張黒鉛シート３１，３２と、その間の鋼板からなる環状の芯材３３を積層した構造となっている。
　圧縮制限プレート４は、コア３よりもやや薄肉のステンレス鋼板又は鉄板からなるものであって、外縁が第一被覆板１及び第二被覆板２と同形同大の角丸四角形をなすと共に、中央にエンボス部１１よりも大径の円形の開口部４Ａが開設され、角部にボルト挿通孔Ｂとしての不図示の円形孔が穿たれている。
　なお、第一被覆板１のエンボス部１１の高さｈは、当該耐熱ガスケットの締め付け時にエンボス部１１の凸面１１ａが第二被覆板２と確実に密接するように、圧縮制限プレート４の厚さｔより高く設定される。また、第二被覆板２の折り返し部２ｂの折り返し幅ｗは、加工可能な範囲で任意に設定可能である。
　以上のように構成された耐熱ガスケットは、例えばターボチャージャにおけるタービンアウトレット部の接合フランジ間などに介装され、締め付けられることによって、前記タービンアウトレット部を流通する高温のガスをシールするものである。
　そして、接合フランジ間で締め付けられた状態では、第一被覆板１におけるエンボス部１１が変形を受けることによる弾性的な復元力や、第二被覆板２における折り返し部２ｂが変形を受けることによる弾性的な復元力のほか、コア３における膨張黒鉛シート３１，３２が第一被覆板１及び第二被覆板２を介して圧縮を受けることによって弾性的な復元力を発現し、これによって、前記接合フランジとの密接面にガスシールに必要な面圧を得るものである。
　また、コア３における膨張黒鉛シート３１，３２は800℃以上の高温でも優れた圧縮強度や弾力性を有し、応力緩和を生じない。そして膨張黒鉛シート３１，３２は500℃以上の高温環境では酸素を含む高温のガスや空気によって酸化し、炭酸ガスとなって徐々に消失してしまうが、上述の構成によれば、エンボス部１１の凸面１１ａと第二被覆板２の密接によるシール部と、第一被覆板１及び第二被覆板２の端部１ａ，２ａの密接重合によるシール部は、接合フランジ間の締付け荷重によって密接力が高まり、コア３が収容された環状空間Ｓへの高温ガスや高温空気の流入が確実に遮断されるため、膨張黒鉛シート３１，３２の酸化消失が有効に防止される。このため、第一被覆板１及び第二被覆板２が高温にさらされることによって応力緩和を生じても、タービンアウトレット部を流通する高温の排ガス等に対する優れたシール性を発揮することができる。
　また、接合フランジ間での当該耐熱ガスケットの締め付け量は、圧縮制限プレート４によって制限されるため、コア３の膨張黒鉛シート３１，３２の過圧縮が防止される。したがって膨張黒鉛シート３１，３２の過圧縮を防止することができ、繰り返し圧縮荷重による膨張黒鉛シート３１，３２のへたりを抑制し、耐久性を向上させることができる。
　しかも、コア３は第一被覆板１と第二被覆板２の間のうちエンボス部１１の内周側にのみ設けたのに加え、膨張黒鉛シート３１，３２の間に芯材３３を介装したものであるため、膨張黒鉛シート３１，３２の使用量を節減することができる。
　また、上述の構成によれば、コア３を第一被覆板１と第二被覆板２の溶接などによって包蔵したものではなく、第一被覆板１の内周側の端部１ａと、第二被覆板２の内周部に形成された折り返し部２ｂの端部２ａが互いに重合することで図２のようにコア３と圧縮制限プレート４を挟持したものであるため、製造コストを低減することができ、また、当該ガスケットの製造時におけるコア３のハンドリング性を向上することができる。
　なお、エンボス部は第二被覆板２に形成し、その凸面を第一被覆板１に密接させるように構成しても良い。また、第一被覆板１や第二被覆板２、あるいは圧縮制限プレート４などの材質は、使用条件などに応じて適切に選択される。
　また、上述の実施の形態では、第二被覆板２を第一被覆板１より相対的に薄肉に形成したものとして説明したが、これとは逆に、第一被覆板１を第二被覆板２より相対的に薄肉にしても良いし、第一被覆板１と第二被覆板２が互いに同じ厚さであっても構わない。
１　第一被覆板
１ａ，２ａ　端部
１１　エンボス部
１１ａ　凸面
２　第二被覆板
２ｂ　折り返し部
３　コア
４　圧縮制限プレート
Ａ　開口部
３１，３２　膨張黒鉛シート
３３　芯材

Claims (3)

  1. 　環状に連続したエンボス部が形成された金属製の第一被覆板と、この第一被覆板に厚さ方向に対向配置されると共に前記エンボス部の凸面に密接され前記エンボス部の内周側又は外周側の端部同士が前記第一被覆板と互いに密接重合された状態に結合された金属製の第二被覆板と、前記エンボス部と前記端部の間で前記第一被覆板と第二被覆板の間に挟持された膨張黒鉛からなるコアを備えることを特徴とする耐熱ガスケット。
  2. 　第一被覆板と第二被覆板の間であってかつエンボス部から見て膨張黒鉛と反対側に、圧縮制限プレートが介在されたことを特徴とする請求項１に記載の耐熱ガスケット。
  3. 　コアの膨張黒鉛に金属製の芯材が積層されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の耐熱ガスケット。
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