JP6674776B2 - うず巻形ガスケット - Google Patents

Description

本発明は、うず巻形ガスケットに関し、より詳しくは、ガスケット本体のフィラー材に無機繊維を使用したうず巻形ガスケットに関する。

ガスケットは一般的に、ノンメタリックガスケット・セミメタルガスケット・メタルガスケットの三種が主流となっている。中でも、セミメタルガスケットは、ノンメタリックガスケットが使用できない高圧条件での使用が可能である。また、高圧条件で使用可能なガスケットとしてメタルガスケットがあるが、高い寸法精密性が要求され、硬いため締め込みにくい。このような理由から、特殊条件での使用が一般的である。一方で、セミメタルガスケットは高圧条件で使用可能であり、加工性や取り扱いが容易とされており、高圧下で使用されるガスケットとしては一般的である。特に、うず巻形ガスケットはセミメタルガスケットの中で代表的なガスケットの一つである。

高圧条件で使用される、うず巻形ガスケットは、フィラー材とフープ材により構成されている。
うず巻形ガスケット(ＳＷＧ)は、図１に示すような構成となっている。すなわち、うず巻形ガスケットにおいては、フィラー材１と、断面がＶ字等の形状の薄い金属テープからなるフープ材２とを重ね合せてうず巻状に巻いて、巻き初めと巻き終りをフープ材２のみにて２〜３周の空巻きを行い、これをスポット溶接などによって固着することによって、ガスケット本体１０を形成している。

そして、このガスケット本体１０の内周縁には、ガイド部材として、環状の金属板からなる内輪リング部材３を嵌合することによって固定している。また、ガスケット本体１０の外周縁には、ガイド部材として、環状の金属板からなる外輪リング部材４を嵌合することによって固定している。

このようなフィラー材には、代表的に膨張黒鉛シート（たとえば、特許文献１：特開２０１１−１４４８８１号公報）、マイカを主体とするシート（たとえば、特許文献２:特開２００７−１２７１７８号公報）、無機繊維（たとえば、特許文献３：特開平７-３０５７７２号公報を配合したシートがある。
内圧に対する耐性はそれぞれ類似しているが、フィラー材質が異なることで利点と問題点が以下のようにある。

マイカを主体とするシートでは、高温領域まで使用可能であるが、常温におけるシール性が悪い。また、膨張黒鉛シートでは、常温におけるシール性は良好であるが、膨張黒鉛は材質が柔らかく、傷が付きやすい。このため、傷によるリークパスの形成や不良率が向上する恐れがあり、加工性や取り扱いに問題がある。

これに対し、無機繊維を配合したシートは、フィラー材として比較的、強い強度を有し、傷などがつき難く、加工性及び取り扱いに優れている。また、マイカ以上のシール性を有している利点があるものの、膨張黒鉛に匹敵する常温シール性は有していない。

特開２０１１−１４４８８１号公報 特開２００７−１２７１７８号公報 特開平７-３０５７７２号公報

このような状況のもと、本発明は上記のような従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、無機繊維を配合したシートを用いたときに、リークパスの少ない常温シール性を有するうず巻形ガスケットを提供することを目的とする。

一般的に、うず巻形ガスケットのシール性の問題は以下の要因が考えられる。
(i)ガスケットとフランジ間の接面漏れ
(ii)フィラー材内部を通る透過漏れ
(iii)フィラー材とフープ材の界面を通る透過漏れ
本発明者らは無機繊維を配合したシート材において、(iii）を改善することで常温シール性が向上すると考えた。そして、(iii)の漏洩メカニズムとしては、交互に積層して巻き取られているフープ材とフィラー材の接地面を流体が伝って起こると考え、これを減らすためには、フィラーの表面粗さが重要であり、目が細かい方(Ｒｚが小さい方)が緻密に接地し、(iii)による漏れを軽減できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の構成は以下の通りである。
［１］フィラー材と、フープ材とを重ね合せてうず巻状に巻いて形成したガスケット本体を備えるうず巻型ガスケットであって、
該フィラー材が無機繊維を配合したシートからなり、
フィラー材のＪＩＳ Ｂ ００３１（１９９４）によるＲｚ値が２６μｍ以下であることを特徴とするうず巻形ガスケット。
［２］フィラー材の組成が、無機充填材７４〜８５重量％、無機繊維２〜２０重量％、有機繊維２〜２０重量％、有機バインダ４〜１２重量％の範囲ある（ただし、合計は１００重量％）ことを特徴とする［１］に記載のうず巻形ガスケット。
［３］無機繊維がロックウールを含むことを特徴とする［１］または［２］に記載のうず巻形ガスケット。
［４］無機繊維の７５重量％以上がロックウールであることを特徴とする［３］に記載のうず巻形ガスケット。
［５］無機繊維のアスペクト比の平均値が７０〜１１５の範囲にあることを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載のうず巻形ガスケット。

本発明のうず巻形ガスケットは、所定の表面粗さ(Ｒｚ)を有するフィラー材を使用することで、フープ材とフィラー材との間の馴染みを良好にする。その結果、フィラー材とフープ材の界面を通る透過漏れを軽減し、常温におけるシール性が良好となる。

図１は、うず巻形ガスケットの概略を示す部分断面図である。

以下、本発明のうず巻形ガスケットについてさらに詳細に説明する。
本発明のうず巻形ガスケットは、図１に記載されるようにフィラー材と、フープ材とを重ね合せてうず巻状に巻回して形成した環状のガスケット本体を備えている。

［フィラー材］
フィラー材は無機繊維を配合したシートからなる。
本発明で使用されるフィラー材は、ＪＩＳ Ｂ ００３１（１９９４）によるＲｚ値が２６μｍ以下であり、好ましくは２５μｍ以下であり、さらに好ましくは２４μｍ以下である。また、Ｒｚ値は１μｍ以上であることが望ましい。なお、Ｒｚは粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さを抜き取り、この抜き取り部分の平均線から縦倍率の方向に測定した、最も高い山頂から５番目までの山頂の標高の絶対値の平均値と、もっとも低い谷底から５番目までの谷底の標高の絶対値の平均値との和を求め、この値μｍで示したものである。Ｒｚは表面粗さ測定機で測定される。

無機繊維としては、石綿以外の無機繊維が用いられ、具体的には、例えば、セラミック繊維、ロックウール、ガラス繊維、チタン酸繊維等が挙げられる。このうちロックウールが生体分解性を有する点で好ましい。

フィラー材の表面粗さを制御する要因としては、繊維のアスペクト比が起因すると考えられる。無機繊維のアスペクト比が大きい場合、フィラー表面に突出する繊維の凹凸が大きくなると考えられ、表面粗さとしては粗い状態 (Ｒｚ値は大きくなる)になると考えられる。本件における、実施例で使用している、ロックウールのアスペクト比の平均値は、７２．４８であった。また、比較例のアスペクト比の平均値は、１１７．８０であった。そのため、適切なアスペクト比の無機繊維を選択して使用することで、所定の表面粗さを達成することが可能となる。

このような無機繊維としては、平均繊維径は２０μｍ以下、好ましくは１１〜２０μｍであり、その平均繊維長は、前記した繊維径およびアスペクト比から適宜選定される。また、アスペクト比の平均値は１５０以下、好ましくは、１１５以下、さらに好ましくは、７０〜１１５の範囲にあることが望ましい。

無機繊維の形状は、１００個のサンプルについて顕微鏡観察により、実施例に示す方法により、繊維径と繊維長を測定し、平均値を求めるとともに、アスペクト比を算出する。
本発明においては、このような無機繊維を、１種または２種以上組み合わせて用いてもよい。

本発明では、無機繊維としてロックウールを含むことが、生分解性などの観点で環境に悪影響を及ぼすことがなく好ましい。さらに、無機繊維の７５重量％以上がロックウールであることが好ましい。

本発明においては、このような無機繊維を、１種または２種以上組み合わせて用いてもよい。
フィラー材は、前記無機繊維とともに、有機繊維、無機充填材、無機バインダおよび有機バインダを含んで形成されるものが望ましい。

有機繊維としては、植物繊維等の天然繊維、アラミド繊維等の合成繊維、炭化繊維、炭素繊維、黒鉛化繊維等が挙げられる。これらの有機繊維は、１種また２種以上組み合わせて用いてもよい。

これら有機繊維は、フィラー材とフープ材とを巻合わせてうず巻形ガスケットを製造する際に、フィラー材が破断しないなどフィラー材の強度を強める役割を果たしている。このような有機繊維は、柔軟性に富み、得られるうず巻形ガスケットの気密性を低下させないものであることが望ましく、その繊維径は１０μｍ以下であり、０．２μｍ以上であることが望ましい。そのため、このような有機繊維として、少なくとも一種は上記のような繊維径のフィブリル化したパルプ状のアラミド繊維を使用することが望ましい。

無機充填材としては、タルク、クレー、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化亜鉛、酸化チタン、シリカ等が挙げられる。これらの無機充填材は、繊維間の目づめ（気密性）、フィラーの可撓性、フィラーの高温時における形状保持性（凝集性）を高める役割を果たしており、高温時にも消失することなく残存し、シール性を維持する役割を果たしている。このような無機充填材の粒径は微細であることが好ましく、具体的には、粒径が５μｍ以下で、かつ１μｍ以下の粒子が５％以上存在する粒径分布を有することが望ましい。本発明においては、互いに異なった粒径分布をもつ２種以上の充填材を組み合わせて用いることが望ましく、このように粒径分布の異なった２種以上の充填材を組み合わせて用いると、気密性、可撓性に優れたガスケットを得ることができる。

バインダは、繊維と無機充填材とを結合し、シール性を高めフィラー材に機械的強度を与える役割を果たしており、有機・無機のいずれでもよく、また有機バインダと無機バインダとを組合せて用いてもよい。このような無機バインダとして、具体的には、例えば、ポリリン酸塩、水ガラス等を挙げることができる。有機バインダとしては、具体的には、例えば、ＮＢＲ系、ＳＢＲ系、アクリル酸エステル系、フッ素ゴム系等の耐熱性に富むエラストマー系有機バインダ、メチルシリコーン系バインダ、フェニルシリコーン系バインダ等のシリコーン系のバインダ、あるいは水分散系フェノール樹脂等のフェノール系のバインダが挙げられる。

フィラー材には、上述したような成分に加え、必要に応じて、パラフィンワックス系等の撥水・撥油剤が含まれていてもよい。このような撥水・撥油剤を用いると、常温時のシール性を向上させることができる。

また本発明のフィラー材には、上記成分に加えてさらに、各種加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、着色剤等が含まれていてもよい。
本発明で使用するフィラー材は、無機充填材７４〜８５重量％、無機繊維２〜２０重量％、有機繊維２〜２０重量％、有機バインダ４〜１２重量の範囲ある（ただし、合計は１００重量％）ものが所定の強度を発現するために好ましい。

本発明で使用するフィラー材には、上記のような無機繊維と無機充填材と、さらに無機バインダとを含む場合、無機物は合計で７６〜９４重量％、好ましくは８５〜９０重量％（ただし、無機バインダを含む場合、無機充填材、無機繊維、有機繊維、有機バインダおよび無機バインダの合計は１００重量％）で含まれる。
の量で含まれる。

フィラー材中の無機繊維は２〜２０重量％、好ましくは２〜１９重量％、特に好ましくは２〜１８重量％の量で含まれ、しかも、無機繊維は上記の無機物の総量１００重量部中に１．８重量部以上、好ましくは３．５重量部以上の量で含まれていることが望ましい。

また、フィラー材中に、無機バインダと有機バインダとは合計で、５〜２０重量％、好ましくは７〜１７重量％の量で、無機繊維と有機繊維とは合計で４〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％の量で含まれていることが望ましい。

また、有機繊維は２〜２０重量％、好ましくは２．０〜１３．７重量％、特に好ましくは２．０〜９．７重量％の量でフィラー材中に含まれていることが望ましい。
この無機繊維と無機バインダと無機充填材とからなる無機物が上記のような総量で含まれたフィラー材は、高温下での気密性に優れている。なお、無機物含有量が７６重量％より少ないフィラー材では、有機物が多いので、高温下で分解され、減量が著しくなり、バインダの目づめ効果がなくなる。

また、上記のように無機繊維と有機繊維とが合計で４〜２０重量％の量で含まれたフィラー材は、フィラー材製造時に必要な強度およびうず巻形ガスケット製造時に必要な強度を有している。しかもこのフィラー材を有するうず巻形ガスケットでは、常温時のシール性にも優れ、高温下に使用してもその熱減量により、気密性を損なうものではない。

フィラー材は、抄紙法など従来公知の方法にて製造することができ。また、無機繊維などの各成分を含む混合物を、２軸ロール間に複数回通す圧延工程を含むロール成形によっても製造することは可能である。ロール成形の際に。フィラー材の圧縮率を高めることで、所望の表面粗さに調整することも可能である。

[フープ材]
前記フープ材としては、通常のうず巻形ガスケットに用いられるテープ状のフープ材を使用することができる。

フープ材の材料としては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼材や、アルミニウム、インコネル、ハステロイ等の単体金属および合金などが挙げられる。

前記フープ材の厚みは、ガスケットの寸法や使用用途、要求性能などの条件によっても異なるが、通常は、０．１〜０．３ｍｍの範囲に設定される。
前記フープ材の断面形状は、Ｖ字形やＭ字形などの屈曲線状をなすもののほか、円弧状や波形状などの曲線状のもの、直線部分と曲線部分とが組み合わされているものなども採用できる。

［うず巻形ガスケット］
本発明のうず巻形ガスケットは、前記フィラー材と前記フープ材とを従来公知の方法でうず巻状に巻いて形成したガスケット本体を備えている。

また前記ガスケット本体においては、前記フィラー材以外のフィラー材が併用されていてもよい。たとえば、内周部および外周部のみに前記フィラー材を使用し、中央部には従来の膨張黒鉛フィラー材を使用してガスケット本体が形成されていてもよい。

本発明のうず巻型ガスケットは、さらに前記ガスケット本体の内周に嵌合される内輪リング部材および／または前記ガスケット本体の外周に嵌合される外輪リング部材を備えていてもよい。

本発明のうず巻形ガスケットは、上記のような表面粗さを具備したフィラー材を含む構造であることから、フィラー材とフープ材とが密接になじむので、フィラー材とフープ材との間からの、漏れを抑制できる。このため高い常温シール性を発揮する。

［実施例］
以下、本発明に係るうず巻形ガスケットを実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

＜繊維径、繊維長の評価＞
無機繊維の電子顕微鏡写真を撮影し、径および長さを測定した。

［実施例１］
無機充填材(タルク・クレー他)：７８重量％、無機繊維(生分解性ロックウール、ラピナスＲｏｘｕｌＲ１０００ＲＳ４７０)：６重量％、有機繊維 (アラミド繊維)：８重量％、有機バインダ(ＮＢＲ)：８重量％で含むフィラー材を使用した。フィラー材の形態はシート状であり、その厚みは、０．５±０．０５ｍｍであった。ロックウールのアスペクト比の平均値は、７２．４８であった。
以下の方法で、フィラー材の表面粗さを評価した。

＜評価方法＞
ＪＩＳ Ｂ ００３１(１９９４)に準ずる形で測定を行った。測定は、作製した３個の試験片について行った。
評価長さ：４．０ｍｍ
評価速度：０．３ｍｍ/ｓ
カットオフ値：０．８ｍｍ
その結果、Ｒｚ＝１９．８３５μｍ、２０．３３５μｍ、２１．５３８μｍであった。

次に、厚さ０．２ｍｍ、幅５．３ｍｍのＳＵＳ３０４製の薄板を、所定のガスケット高さ（４．５ｍｍ）となるように断面を略Ｖ字状に成形したフープ材と、幅を６．０ｍｍに調整した前記各フィラー材とを用いて、内外輪付うず巻形ガスケット（ガスケット寸法：ＪＩＳ１０Ｋ２５Ａ、内輪内径；６１ｍｍ、ガスケット本体；６９ｍｍ×８９ｍｍ、外輪外径；１０４ｍｍ）を作製した。

具体的には、炭素鋼（ＳＰＣＣ）製の内輪の外径側にフープ材の端部をスポット溶接し、フープ材のみ２周巻きつけた後、フィラー材とフープ材とを重ねて巻きつけ、最後にフープ材のみを２周巻きつけて、所定のガスケット幅６．５ｃｍとし、巻きつけたフープ材の外形側の端部はスポット溶接により固定し、さらに炭素鋼（ＳＰＣＣ）製の外輪を装着し、内外輪付うず巻形ガスケットを作製した。

作製したうず巻形ガスケットをＳＵＳ３１６Ｌ製のフランジ（適用フランジ規格：ＪＩＳ Ｂ ２２３８）間に装着し、ＳＮＢ７製のボルトを用いて、ガスケット締め付け面圧が５０ＭＰａとなるように圧縮させて供試体を作成した。
次いで、この供試体のシール性能を石鹸水発泡法により常温シール性を評価した。

＜石鹸水発泡法＞
実機（ガス性流体用配管）フランジ部に試験用ガスケットを組付け、フランジ間隙に石鹸水を塗布したのち、ヘリウムを配管内に流通させて、気泡発生の有無により、配管の接続部からヘリウムが漏洩しているか否かを判断する。石鹸水発泡法は、工業界における漏洩評価であり、漏洩量３×１０^-4 Ｐａ・ｍ³/ｓ以上であれば石鹸水の発泡を観測可能であり、初期シールがあるかどうかの判断材料となる。

［比較例１］
無機充填材(タルク・クレー他)：７８重量％、無機繊維(リフラクトリーセラミックファイバー)：６重量％、有機繊維 (アラミド繊維)：８重量％、有機バインダ(ＮＢＲ)：８重量％で含むフィラー材を使用した。フィラー材の形態はシート状であり、その厚みは、０．５±０．０５ｍｍであった。リフラクトリーセラミックファイバーの平均アスペクト比は、１１７．８０であった。

実施例１と同様の方法で、３個のフィラー材の表面粗さを評価した。その結果、Ｒｚ＝３４．８０６μｍ、３４．６５４μｍ、２７．９４３μｍであった。
実施例１のフィラー材に替えて比較例１のフィラー材を使用して上記実施例１と同様にして内外輪付うず巻形ガスケットを作成し、石鹸水発泡法により常温シール性および加熱後シール性能を評価した。
結果をあわせて表２に示す。

１・・・フィラー材
２・・・フープ材
３・・・内輪リング部材
４・・・外輪リング部材
１０・・・ガスケット本体

Claims (5)

1. フィラー材と、フープ材とを重ね合せてうず巻状に巻いて形成したガスケット本体を備えるうず巻型ガスケットであって、
   該フィラー材が無機繊維を配合したシートからなり、
   フィラー材のＪＩＳ Ｂ ００３１（１９９４）によるＲｚ値が１９．８３５〜２１．５３８μｍの範囲にあることを特徴とするうず巻形ガスケット。
2. フィラー材の組成が、無機充填材７４〜８５重量％、無機繊維２〜２０重量％、有機繊維２〜２０重量％、有機バインダ４〜１２重量％の範囲ある（ただし、合計は１００重量％）ことを特徴とする請求項１に記載のうず巻形ガスケット。
3. 無機繊維がロックウールを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のうず巻形ガスケット。
4. 無機繊維の７５重量％以上がロックウールであることを特徴とする請求項３に記載のうず巻形ガスケット。
5. 無機繊維のアスペクト比の平均値が７０〜１１５の範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のうず巻形ガスケット。

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