(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状をなし、対向する密封面間に装着されて封止機能を果たすガスケットであって、
フープ材とフィラー材とが重ねて巻回され、その内周の巻き始めと外周の巻き終わりではフィラー材を含まずフープ材だけが巻回されて、渦巻形となっており、
前記フープ材とフィラー材とが重ねて巻回されてなる部分は、その両側面が前記密封面に当接される受圧部を構成し、
前記フィラー材を含まずフープ材だけが巻回されてなる部分は、フープ材の巻数が１１巻以上であって、前記受圧部の巻回が解けるのを阻止するとともに、前記受圧部のフープ材が外周側に膨れるような変形を抑えガスケット装着時におけるガスケット外周の位置決め機能をも果たす外輪部としての働きをする、
ことを特徴とする、外輪付きの渦巻形ガスケット。
【請求項２】
前記フープ外輪部のフープ材が、前記受圧部のフープ材と同じ材質である、請求項１に記載の渦巻形ガスケット。
【請求項３】
前記フープ外輪部のフープ材が、前記受圧部のフープ材と連続した同じフープ材からなる、請求項２に記載の渦巻形ガスケット。
【請求項４】
前記フープ外輪部のフープ材の幅Ｔ２と前記受圧部のフープ材の幅Ｔ１とが下記（１）式に示す関係を有する、請求項１から３までのいずれかに記載の渦巻形ガスケット。
１≧Ｔ２／Ｔ１≧０．３    ・・・（１）
【請求項５】
前記フープ外輪部のフープ材が、２〜５巻毎に、先に巻回されたフープ材の外周に１〜３個所で溶接されている、請求項１から４までのいずれかに記載の渦巻形ガスケット。
【請求項６】
前記フィラー材が非石綿無機材料からなり、
前記密封面間に装着されて使用され、
密封面と受圧部との間の締付面圧２０〜３０ＭＰａで使用したときに、０〜１ＭＰａの内圧に対して、漏洩量１．０×１０−４Ｐａ・ｍ３／ｓ以下であり、
密封面と受圧部との間の締付面圧４０〜５０ＭＰａで使用したときに、０〜５ＭＰａの内圧に対して、漏洩量２．０×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓ以下であり、
密封面と受圧部との間の締付面圧６０〜７０ＭＰａで使用したときに、０〜１２ＭＰａの内圧に対して、漏洩量２．０×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓ以下である、
請求項１から５までのいずれかに記載の渦巻形ガスケット。
【請求項７】
前記フィラー材が膨張黒鉛材料からなり、
前記密封面間に装着されて使用され、
密封面と受圧部との間の締付面圧２０〜３０ＭＰａで使用したときに、０〜２ＭＰａの内圧に対して、漏洩量１．０×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下であり、
密封面と受圧部との間の締付面圧４０〜５０ＭＰａで使用したときに、０〜５ＭＰａの内圧に対して、漏洩量９．０×１０−７Ｐａ・ｍ３／ｓ以下であり、
密封面と受圧部との間の締付面圧６０〜７０ＭＰａで使用したときに、０〜１２ＭＰａの内圧に対して、漏洩量９．０×１０−７Ｐａ・ｍ３／ｓ以下である、
請求項１から５までのいずれかに記載の渦巻形ガスケット。
【請求項８】
前記フィラー材が非石綿無機材料からなり、
前記密封面間に装着されて使用され、
密封面と受圧部との間の締付面圧２０ＭＰａで使用したときに、歪量４％以上であり、
密封面と受圧部との間の締付面圧７０ＭＰａで使用したときに、歪量２５％以下である、
請求項１から５までのいずれかに記載の渦巻形ガスケット。
【請求項９】
前記フィラー材が膨張黒鉛材料からなり、
前記密封面間に装着されて使用され、
密封面と受圧部との間の締付面圧２０ＭＰａで使用したときに、歪量５％以上であり、
密封面と受圧部との間の締付面圧７０ＭＰａで使用したときに、歪量３０％以下である、
請求項１から５までのいずれかに記載の渦巻形ガスケット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦巻形ガスケットに関し、詳しくは、ステンレス帯材などからなるフープ材と非石綿紙テープなどからなるフィラー材とを重ねて巻回してなる環状の渦巻形ガスケットを対象にしている。
【０００２】
【従来の技術】
渦巻形ガスケットは、各種配管のフランジ面で管内を通過するガスの漏れを防ぐためなど、様々な流体機器や流体装置における封止構造に利用されている。
【０００３】
渦巻形ガスケットの基本構造は、薄いステンレス帯板などからなる断面Ｖ字形やＭ字形をなすフープ材と、非石綿紙テープなどからなるフィラー材とを重ねて渦巻状に巻回されている。
【０００４】
管フランジなどの対向する密封面間に渦巻形ガスケットを装着して、密封面間に締め付け力を加えると、フィラー材およびフープ材が幅方向（ガスケット厚み方向）に変形するとともに、フープ材の弾力的な反発力によって、フィラー材の両側端が密封面に強く当接される。このとき発生する高い面圧で、密封面と渦巻形ガスケットとの接触個所が封止され、渦巻形ガスケットの内周側と外周側との間における流体の漏洩が阻止される。
【０００５】
渦巻形ガスケットには、フィラー材とフープ材とが重ねて巻回され密封面に当接されるガスケット本体の内周側あるいは外周側に、鋼材などからなるブロック環状の内輪あるいは外輪を設けることが行われている。
【０００６】
内輪は、渦巻形ガスケットに加わる締め付け力によってガスケット本体のフープ材が内径側に座屈する菊形変形を阻止する機能があるとされている。外輪は、ガスケット本体のフープ材が外周側に膨れるような変形をするのを抑えることで、フープ材から密封面に大きな反発力が作用し、封止機能が高まるとされている。外輪は、渦巻形ガスケットの装着時に、外周の位置決め機能も果たす。外輪のない渦巻形ガスケットは、通常、溝付きフランジに装着され、ガスケットが収容される溝の周壁でガスケットの外周を位置決めすると同時に、外周側へのガスケットの変形を抑えて、密封面への反発力を作用させている。
【０００７】
特開平１０−２２０５８３号公報には、フープ材を巻回して構成された内輪を備えておくことで、ブロック環状の内輪に比べて安価な構造で、前記した座屈防止機能が果たせると記載されている。
【０００８】
また、本件特許出願人は、特公昭６２−４５８１公報において、溶接に難点のあるアルミニウムをフープ材に用いた渦巻形ガスケットの内外周の端部に、溶接性に優れたステンレス製テープを１〜３周程度巻いて溶接することで、ガスケットのほぐれを防止する技術を提案している。この技術で外輪を設けるには、ステンレス製テープの外周に外輪となる金属環を嵌合する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の渦巻形ガスケットのうち、前記した外輪付きの渦巻形ガスケットは、比較的に高い締め付け圧力すなわち面圧が与えられる使用条件では、外輪を有することで外輪のないものや内輪だけのものに比べて封止性能が向上するのであるが、比較的に低い面圧しか与えられない使用条件では、十分な封止機能が発揮できないという問題がある。
【００１０】
渦巻形ガスケットは、高温高圧用ガスケットとして広く使用されている。この場合には、高い締め付け力が加えられ十分に高い面圧が作用する。しかし、例えば、ＡＮＳＩ／ＡＳＭＥ規格のフランジで１５０Ｌｂ以下の低圧力クラスでは、フランジ剛性やボルト強度の点で、外輪付き渦巻形ガスケットに必要とされる十分な締付面圧を加えることができず、封止機能が不十分になって、流体の漏洩量が増えることがある。
【００１１】
上記のような低圧力クラスでは、従来、ジョイントシートなどの非金属製シートガスケットを使用することが多い。しかし、ジョイントシートに使用されていた石綿などの材料は環境問題の点で好ましくないとされ、石綿に代わる材料が種々検討されているが、十分な性能を適当なコストで実現することは困難であった。
【００１２】
近年、地球規模で環境汚染の防止が要求されており、各種機器や配管設備におけるガスなどの漏洩防止についても、規制強化が進んでいる。そのため、渦巻形ガスケットに対して、前記した低圧力クラスでジョイントシートに代わるガスケットとして十分な性能が発揮できることが強く要望されているとともに、低圧力クラスから高圧力クラスまでの全ての圧力クラスで、さらなる漏洩防止性能の向上が望まれている。
【００１３】
本願発明の課題は、渦巻形ガスケットの封止機能を、低圧力クラスから高圧力条件までの広い範囲において向上させることである。特に、従来の渦巻形ガスケットでは十分な性能が発揮できなかった低圧力クラスでも良好な封止機能を発揮できるようにすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる外輪付きの渦巻形ガスケットは、環状をなし、対向する密封面間に装着されて封止機能を果たすガスケットであって、フープ材とフィラー材とが重ねて巻回され、その内周の巻き始めと外周の巻き終わりではフィラー材を含まずフープ材だけが巻回されて、渦巻形となっており、前記フープ材とフィラー材とが重ねて巻回されてなる部分は、その両側面が前記密封面に当接される受圧部を構成し、前記フィラー材を含まずフープ材だけが巻回されてなる部分は、フープ材の巻数が１１巻以上であって、前記受圧部の巻回が解けるのを阻止するとともに、前記受圧部のフープ材が外周側に膨れるような変形を抑えガスケット装着時におけるガスケット外周の位置決め機能をも果たす外輪部としての働きをする、ことを特徴とする。
【００１５】
〔フープ材〕
フープ外輪部および受圧部のフープ材は、基本的には、通常の渦巻形ガスケットのフープ材と同様の材料および構造を有するものが使用される。
【００１６】
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が挙げられる。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
フープ外輪部と受圧部とで、フープ材の材質や厚み、幅などを変えることができる。また、フープ外輪部と受圧部のフープ材に同じものを使用することもできる。
【００２０】
〔フィラー材〕
受圧部のフィラー材は、基本的には、通常の渦巻形ガスケットのフィラー材と同様の材料および構造を有するものが使用される。
【００２１】
フィラー材の材料としては、各種の合成樹脂や無機質材料が使用できる。例えば、ＰＴＦＥ樹脂、膨張黒鉛、石綿、非石綿無機材料などが挙げられる。複数の材料を組み合わせたものでも良い。渦巻形ガスケットが接触する流体の種類に合わせてフィラー材の材料を選択することができる。
【００２２】
フィラー材の厚みは、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、０．３５〜１．０ｍｍの範囲に設定される。
【００２３】
フィラー材の幅は、受圧部のフープ材の幅と同じか少し広い程度に設定しておく。
【００２４】
〔受圧部〕
受圧部は、両側面が配管フランジなどの密封面に当接して、封止機能を果たす構造である。フープ材とフィラー材とが重ねて巻回されてなる。
【００２５】
使用用途や要求性能に合わせて、フープ材およびフィラー材の材質や厚みなどの条件を設定する。
【００２６】
フープ材の幅は、１．６〜６．４ｍｍの範囲に設定できる。
【００２７】
また、渦巻形ガスケットの製造時に、巻圧を適切に設定することで、フープ材の変形性や封止機能を向上させることができる。通常は、巻圧を０．１〜０．３５ＭＰａの範囲に設定できる。
【００２８】
ガスケットの径方向における受圧部の幅で、密封機能を果たす面積が変わる。受圧部の径方向幅は、受圧部の内径Ｄ2と外径Ｄ1との差になる。受圧部の内径Ｄ2は、ガスケットの設置個所における配管や流体通路の径に合わせて設定できる。
【００２９】
受圧部の内周の巻き始めと外周の巻き終わりでは、フィラー材を含まずフープ材だけを巻回しておくことができる。フープ材だけの巻数は、１〜３回程度で良い。内外周の端部あるいは端部近くで、フープ材同士を溶接して固定することができる。
【００３０】
〔フープ外輪部〕
通常の渦巻形ガスケットにおける外輪と同様に、受圧部の外周に配置され、受圧部の外周側への変形を抑える機能を有する。また、渦巻形ガスケットの外周位置を決める機能も果たす。
【００３１】
フープ外輪部は、フープ材を巻回して構成される。これによって、フープ外輪部に適度な剛性と変形性を発揮させることができる。
【００３２】
フープ材は、受圧部と同じフープ材を使用することもできるし、受圧部とは異なるフープ材を使用することもできる。フープ外輪部の内周側と外周側とで違うフープ材を組み合わせて使用することもできる。
【００３３】
フープ外輪部すなわちフープ材の幅は、受圧部におけるフープ材の幅と同じ程度か狭く設定される。使用状態において、密封面には受圧部の両側面が接触し、フープ外輪部は接触しないようにしておくのが好ましい。具体的には、フープ外輪部のフープ材の幅Ｔ2と受圧部のフープ材の幅Ｔ1とが、下記（１）式に示す関係を有することができる。
【００３４】
１≧Ｔ2／Ｔ1≧０．３    ・・・（１）
上記条件を満足すれば、製造工程で巻き回し時に芯ずれが生じ難く、それに伴うばらけを防止することもできる。
【００３５】
フープ外輪部の、受圧部に対する変形抑制機能や耐変形性を、フープ外輪部におけるフープ材の巻密度によって適切に設定することができる。巻密度が大き過ぎると、フープ外輪部として必要な機能が発揮し難い。フープ外輪部の巻圧は受圧部の巻圧よりも低く設定しておいたほうが好ましい。
【００３６】
良好なシール性が発揮できる巻密度の具体的条件として、フープ外輪部では２．６〜３．６回／ｍｍの範囲が採用できる。この巻密度を得るのに適した巻圧として、０〜０．３ＭＰａの範囲に設定できる。さらに好ましくは０．２７ＭＰａ以下である。
【００３７】
フープ外輪部の外径Ｄ0は、装着個所のスペースや渦巻形ガスケットの規格寸法などに合わせておく。フープ外輪部の内径Ｄ1は、受圧部の外径に相当する。フープ外輪部の外径Ｄ0と内径Ｄ1との差が、フープ外輪部の径方向の幅になる。
【００３８】
フープ外輪部のフープ材は、外周端側になる巻き終わりの部分を溶接で固定することができる。また、内周端側になる巻き始めの部分を受圧部のフープ材と溶接で固定することもできる。さらに、フープ材の全長にわたって、適宜の間隔でフープ材同士を溶接で固定しておくこともできる。
【００３９】
具体的には、フープ材を２〜５周巻回する毎に、先に巻回された内側のフープ材の外周に１〜３個所で溶接しておくことができる。フープ材の巻き始め側と巻き終わり側とで、溶接間隔を変えることもできる。溶接個所が多く間隔が短いほど、フープ材の変形が規制され、フープ外輪部の剛性が増し、受圧部に対する拘束も強くなる。特に、大口径の渦巻形ガスケットの場合には、フープ材のぐらつきやばらけが生じ易くなるので、フープ材の溶接固定が有効である。具体的には、外径４００ｍｍφ程度の渦巻形ガスケットに効果的である。
【００４０】
〔渦巻形ガスケット〕
上記のような構造を有していれば、その他の構成については、通常の渦巻形ガスケットと同様の技術を組み合わせることができる。
【００４１】
渦巻形ガスケットは、通常、円環状をなしているが、楕円や長円さらには多角形の環状をなす場合もある。
【００４２】
渦巻形ガスケットの寸法や材料、使用条件などは、ＪＩＳ等の工業規格で規定されており、それらの規格に合わせて設計することができる。
【００４３】
渦巻形ガスケットの封止機能は、密封面間に装着された状態で、渦巻形ガスケットに加わる内圧、および、密封面と受圧部との間に加わる面圧を規定したときに、渦巻形ガスケットの内周側から外周側あるいはその逆に漏れる流体の漏洩量で評価することができる。
【００４４】
本発明の渦巻形ガスケットは、前記面圧および内圧が低い状態から高い状態までの広い範囲において、極めて少ない漏洩量が達成できる。
【００４５】
例えば、フィラー材に非石綿無機材料した場合、締付面圧２０〜３０ＭＰａで使用したときに、０〜１ＭＰａの内圧に対して、漏洩量１．０×１０-4Ｐａ・ｍ3／ｓ以下、締付面圧４０〜５０ＭＰａで使用したときに、０〜５ＭＰａの内圧に対して、漏洩量２．０×１０-5Ｐａ・ｍ3／ｓ以下、締付面圧６０〜７０ＭＰａで使用したときに、０〜１２ＭＰａの内圧に対して、漏洩量２．０×１０-5Ｐａ・ｍ3／ｓ以下の性能が達成できる。
【００４６】
フィラー材が膨張黒鉛材料を使用した場合、締付面圧２０〜３０ＭＰａで使用したときに、０〜２ＭＰａの内圧に対して、漏洩量１．０×１０-6Ｐａ・ｍ3／ｓ以下、締付面圧４０〜５０ＭＰａで使用したときに、０〜５ＭＰａの内圧に対して、漏洩量９．０×１０-7Ｐａ・ｍ3／ｓ以下、締付面圧６０〜７０ＭＰａで使用したときに、０〜１２ＭＰａの内圧に対して、漏洩量９．０×１０-7Ｐａ・ｍ3／ｓ以下の性能が達成できる。
【００４７】
ここで、漏洩量の測定は、後述する測定装置および測定方法を適用することができるが、同様の測定結果が得られれば、測定装置や測定条件は変更することもできる。
【００４８】
渦巻形ガスケットの使用状態における軸方向の歪量を適切に設定することで、良好な密封性能を発揮させることができる。具体的には、ガスケット面圧１０〜７０ＭＰａのときの歪量が、従来のブロック状外輪を備えた渦巻形ガスケットに比べて１４０〜２００％になるようにしておくのが好ましい。このような歪量に設定するためには、前記したフープ材の巻密度の調整が有効である。
【００４９】
具体的な歪量の値として、フィラー材に非石綿無機材料を使用した場合、締付面圧２０ＭＰａで使用したときに、歪量４％以上、締付面圧７０ＭＰａで使用したときに、歪量２５％以下であることが好ましい。フィラー材に膨張黒鉛材料を使用した場合、締付面圧２０ＭＰａで使用したときに、歪量５％以上、締付面圧７０ＭＰａで使用したときに、歪量３０％以下であることが好ましい。
【００５０】
〔使用用途〕
従来、渦巻形ガスケットが使用されていた各種用途に使用することができる。
【００５１】
各種配管のフランジや、各種機器類の流体通路部分の接合面、流体容器の蓋や開口部、バルブ類などに使用される。
【００５２】
ガスケットの使用用途は、内圧によって高圧用、低圧用などに分類されることがあるが、本発明の渦巻形ガスケットは、低圧から高圧までの広い範囲に対応することができる。具体的には、前記した内圧および面圧の設定範囲において良好な性能が発揮できる。
【００５３】
【発明の実施形態】
〔渦巻形ガスケット〕
図１、２に示す渦巻形ガスケットＧは、全体が中空円環状をなし、内周側には受圧部１０、外周側にはフープ外輪部２０を備えている。
【００５４】
受圧部１０は、ステンレスなどの薄板金属帯材からなるフープ材１４と、非石綿紙などからなるフィラー材１２とが重ね合わされて、渦巻状に巻回されている。フープ材１４は、断面形状が扁平に開いたＶ字形に成形されている。フィラー材１２の素材は平坦なテープ状であるが、フープ材１４と重ね合わされることで、フープ材１４の断面形状に沿って同様のＶ字形をなしている。
【００５５】
受圧部１０の最内周および最外周では、フープ材１４のみを１回もしくは少数回だけ巻回している。フープ材１４の内周端部は、溶接で固定されている。溶接位置は、１個所だけであってもよいし、間隔をあけて複数個所に設定されてあってもよい。フープ材１４の外周端部は、内周端と同様にして溶接で固定しておく。但し、フープ材１４の外周端部は固定しなくても、フープ外輪部２０の存在によって、フープ材１４が解けるのを阻止することができる場合もある。
【００５６】
フープ外輪部２０は、受圧部１０のフープ材１４と同じ薄板金属帯材からなるフープ材２２を渦巻状に巻回して構成されている。フープ外輪部２０のフープ材２２は、断面形状が、受圧部１０のフープ材１４とほぼ同じ角度で屈曲したＶ字形をなしている。但し、フープ外輪部２０のフープ材２２の幅Ｔ2は、受圧部１０のフープ材１４の幅Ｔ1よりも少し狭い。
【００５７】
フープ外輪部２０の内周端面のＶ字形に凹んだ形状が、受圧部１０の外周端面のＶ字形に張り出した形状に嵌り込む状態になっている、したがって、受圧部１０とフープ外輪部２０を組み立てた状態では、ガスケットＧの軸方向には互いに移動したりずれたりすることが阻止される。
【００５８】
フープ外輪部２０のフープ材２２の内周端は、受圧部１０の外周端もしくは外周面に溶接で固定される。フープ外輪部２０のフープ材２２の外周端は、受圧部１０の内外周端と同様に、溶接で固定することができる。
【００５９】
フープ外輪部２０の外径Ｄ0、フープ外輪部２０の内径Ｄ1（すなわち、受圧部１０の外径）および受圧部１０の内径Ｄ2の設定によって、渦巻形ガスケットＧの寸法が決まる。
【００６０】
〔別の実施形態〕
図３に示す渦巻形ガスケットＧは、基本的には前記実施形態と同様の構成を備えているが、フープ外輪部２０の構造が少し異なる。
【００６１】
フープ外輪部２０のフープ材２２の幅Ｔ2が、受圧部１０のフープ材１４の幅Ｔ1と同じに設定されている。
【００６２】
渦巻形ガスケットＧの製造時には、受圧部１０でフィラー材１２とフープ材１４とを重ねて巻回したあと、フープ材１４だけをさらに巻回することで、フープ外輪部２０を構成する。したがって、受圧部１０のフープ材１４とフープ外輪部２０のフープ材２２とは、同じ薄板金属帯材を連続的に巻回したもので構成され、受圧部１０とフープ外輪部２０との境界で溶接による接合は不要になる。
【００６３】
上記実施形態の構造では、使用状態で、渦巻形ガスケットＧのフープ外輪部２０の両側面と、両側に配置される密封面との間に隙間が生じ難い。その結果、屋外に露出した状態で使用される場合や、海上その他の水濡れを生じる環境で使用しても、雨水や海水などが浸入して、受圧部１０の材料が腐食したり損傷したりすることを防ぐことができる。
【００６４】
〔渦巻形ガスケットの密封作用〕
図４は、本発明のフープ材２２からなるフープ外輪部２０を採用した渦巻形ガスケットＧと、従来の鋼材などからなるブロック環状の外輪２９および内輪４０を採用した渦巻形ガスケットＧ’との使用状態における密封作用の違いを模式的に説明している。
【００６５】
＜従来構造＞
図４(a)に示す従来構造では、配管フランジなどの密封面３０、３０の間に、渦巻形ガスケットＧ’を装着し、両側から締め付け圧力を加えると、密封面３０、３０に当接する受圧部１０のフィラー材１２およびフープ材１４が厚み方向に圧縮される。
【００６６】
受圧部１０は外径側へ変形しようとする。しかしながら、外輪２９は鋼製ブロックなどからなる剛体であるので、受圧部１０の外径部の外径側への変形が外輪２９によって抑制される。それにより、締付圧力が逃げることなく、密封面３０、３０の接触応力が高まり、密封が達成されると考えられている。それゆえ、一般的には、外輪２９を剛性の高い金属として締付圧力を増加させることで、密封性を高めている。
【００６７】
しかしながら、締付力をいくら増加させても、密封性能がそれ以上は向上しない限界があった。このような限界が生じる原因は、次のように考えられる。
【００６８】
外輪２９は、剛性が高すぎて、受圧部１０の外径側への変形が外輪２９によって強く抑制されることで、受圧部１０を構成するフープ材１４およびフィラー材１２のＶ字形状の角度が一定以上には小さくなることができず、フープ材１４とフィラー材１２との接触部の応力が高まらないため、ガスケット内部におけるフープ材１４とフィラー材１２との接触面での密封性能が、一定限度以上には向上しないためであると考えられる。すなわち、フープ材１４とフィラー材１２との間を通過する漏洩（内部透過漏洩とも呼ばれる）が生じる。
【００６９】
上記問題は、締付圧力が低いほど顕著にあらわれる。そのため、締付圧力が低い使用条件の場合に、特に密封性能が低くなる。前記課題の欄で説明した締付面圧が低い低圧力クラスでは十分な密封機能が達成できない理由である。
【００７０】
さらに、上記のブロック状外輪付きの渦巻形ガスケットＧ’の場合、剛性の高い外輪２９の存在によって受圧部１０が外径側へ変形し難くなるため、使用時にガスケットＧ’の圧縮によって発生する径方向の応力は内径方向に向かって強く働くことになり、内周端で座屈すなわち菊型変形を誘発し易い。この菊型変形を防止するために内輪４０が必要とされていた。すなわち、内輪４０で、受圧部１０を内径側から支えることで、菊型変形を防止している。
【００７１】
＜本発明の構造＞
図４(b)に示すように、本発明のフープ外輪部２０は、フープ材２２を巻回して構成されている。
【００７２】
本発明の場合も、締付力を与えられた受圧部１０は外径側へ変形しようとする。このとき、フープ外輪部２０は、受圧部１０の変形に呼応してフープ材２２が変形することができる。その結果、受圧部１０の外径側への変形が、前記従来構造のように強く抑制されることがない。受圧部１０では、フープ材１４とフィラー材１２との接触応力が上昇して、受圧部１０の内部におけるフープ材１４とフィラー材１２との間の密封性が極めて良好に達成されることになる。
【００７３】
また、フープ外輪部２０は、受圧部１０に対して全く拘束しないのではなく、適度な拘束力が作用する。例えば、図４(a)で外輪２９のない構造すなわち外輪無しの基本的な渦巻形ガスケットでは、締付圧力がほとんど逃げてしまう。しかし、フープ外輪部２０が受圧部１０に対して適度な拘束力を作用すれば、受圧部１０でフィラー材１２の両側面を密封面３０、３０に対して十分な強さで当接させて、良好な密封機能を発揮させることができる。
【００７４】
このように、本発明の構造では、フィラー材１２とフープ材１４との接触面における密封性能が向上する。その結果、例えば、従来構造では漏洩量を２〜５×１０-5Ｐａ・ｍ3／ｓ程度にするのが限界である場合でも、本発明の構造を採用することで、漏洩量２×１０-5Ｐａ・ｍ3／ｓ未満の高い密封性能を達成できることになる。
【００７５】
本発明の構造では、締付力が低い場合であっても受圧部１０のフープ材１４が十分に変形可能なので、低圧条件で使用しても良好な密封機能を達成することができる。
【００７６】
さらに、フープ外輪部２０を備えていれば、内輪を不要にできるという利点がある。本発明では、受圧部１０の外径側への変形がある程度まで許容されるので、内径方向への応力が低減し、前記した内周端での菊型変形は生じ難い。したがって、菊型変形を防止するための内輪を設けなくても良いことになる。
【００７７】
但し、内部流体が受圧部１０に直接に接触するのを防止することなどを目的として、受圧部の内径側にブロック構造の内輪を設けておいたり、フープ材の空巻部分を設けておいたりすることは有効である。
【００７８】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に示す基本構造を有し、ＪＩＳ規格の〔外輪付  ＪＩＳ１０Ｋ  呼び寸法８０Ａ（ＩＤ９８，ＯＤ１１８，外輪  ＯＤ１３４，ｔ４．５）〕に相当する渦巻形ガスケットを製造した。
【００７９】
受圧部１０のフープ材１４は、厚さ０．２ｍｍ、幅４．５ｍｍのＳＵＳ３０４からなり、Ｖ字形に型付けされた帯板を用いた。フープ材１４を２回空巻した後、幅４．５ｍｍの非石綿無機質紙（オリベスト社製）からなるフィラー材１２を、フープ材１４と重ね合わせて、内径Ｄ2＝９８ｍｍ、外径Ｄ1＝１１８ｍｍの環状に巻回した。巻圧０．２７ＭＰａに設定した。巻き終わりは、フープ材１４だけを２回空巻したあと１点で溶接して固定し、受圧部１０を作製した。
【００８０】
厚さ０．２ｍｍ、幅３．２ｍｍのＳＵＳ３０４からなる帯板を、受圧部１０のフープ材１４と同様のＶ字形に型付けされたフープ材２２を、受圧部１０の外周に重ね合わせ、フープ材１４にフープ材２２を溶接した。フープ材２２を、外輪外径寸法であるＤ0＝１３４ｍｍになるまで巻圧０．１ＭＰａで巻回した。巻き終わりは、周方向に２ｍｍづつ空けて３点で溶接して固定した。このようにして作製されたフープ外輪部２０の合計巻数は約２１回であった。
【００８１】
〔実施例２〕
図３に示す基本構造を有し、ＪＩＳ規格の〔外輪付  ＪＩＳ１０Ｋ  呼び寸法１００Ａ（ＩＤ１２３，ＯＤ１４３，外輪  ＯＤ１５９，ｔ４．５）〕に相当する渦巻形ガスケットを製造した。
【００８２】
受圧部１０のフープ材１４は、厚さ０．２ｍｍ、幅４．５ｍｍのＳＵＳ３０４からなりＶ字形に型付けされた帯板を用いた。
【００８３】
フープ材１４を２回空巻した後、幅４．５ｍｍの非石綿無機質紙（オリベスト社製）からなるフィラー材１２を、フープ材１４と重ね合わせて、内径Ｄ2＝９８ｍｍ、外径Ｄ1＝１１８ｍｍの環状に巻回した。巻圧０．２７ＭＰａに設定した。巻き終わりは、フープ材１４だけを２回空巻して、受圧部１０を作製した。
【００８４】
つづけて、受圧部１０に使用したフープ材１４をそのまま連続して、受圧部１０の外周に巻回し、フープ外輪部２０を構成するフープ材２２に用いた。フープ外輪部２０では、フープ材２２を、外輪外径寸法であるＤ0＝１５９ｍｍになるまで巻圧０．１ＭＰａで巻回した。巻き終わりは、周方向に２ｍｍづつ空けて３点で溶接して固定した。このようにして作製されたフープ外輪部２０の合計巻数は約２５回であった。
【００８５】
〔比較例１〕
実施例１に対応して、従来構造を有するＪＩＳ規格相当の渦巻形ガスケットを準備した。図４(a)に相当する構造を有している。軟鋼（ＳＰＣＣ）からなるブロック環状の外輪を使用した以外、受圧部の構造および全体の寸法などは、実施例１と同じである。
【００８６】
〔比較例２〕
実施例１に対応して、外輪付きでない基本形の渦巻形ガスケットを準備した。フープ外輪部を有しない以外は実施例１と共通する材料および構造を備えている。
【００８７】
〔性能比較試験〕
実施例１、２および比較例１、２について、密封性能を測定し、その結果を評価した。
【００８８】
＜試験装置＞
図５に示す試験装置を使用する。
【００８９】
上下のフランジ盤１１０、１２０の間に、試験を行うガスケットＧを挟み込んで装着する。フランジ盤１２０は、上部に配置された油圧式荷重負荷装置１４０によって下方に加圧される。フランジ盤１２０の上端には張り出し部１２２を有する。張り出し部１２２に当接するダイヤルゲージ１５０で、フランジ盤１２０の移動量が測定できる。フランジ盤１２０の移動量は、ガスケットＧの歪量を示す。
【００９０】
下側のフランジ盤１１０の中央にはガス供給路１７４が開口し、ガス供給路１７４には、窒素ガスボンベ１７０から窒素ガスが圧送される。窒素ガスの供給圧力は圧力計に示される。窒素ガスの圧力調整によって、ガスケットＧに加わる内圧が変わる。
【００９１】
フランジ盤１１０、１２０の対向個所の外周は、Ｏリング２０を介してフランジカバー１３０で覆われている。フランジカバー１３０の内側空間の圧力が、ゴム管１６２を経て、液槽１６４に立てられたビュレット１６０の内に導入され、液面高さとして示される。ガスケットＧに加えられた窒素ガスの内圧がガスケットＧから外部に漏れると、ビュレット１６０の液面高さが変化する。
【００９２】
＜試験方法＞
試験装置のフランジ盤１１０、１２０の間に、ガスケットＧを装着する。
【００９３】
油圧式荷重負荷装置１４０で、所定のガスケット応力に相当する荷重を負荷する。所定荷重に達した時点で、そのときの歪量を保持させ、１０分間放置して応力緩和を収まらせる。
【００９４】
窒素ガスの内圧を加えるとともに、ビュレット１６０の液面高さを測定する。液面高さの時間当たりの低下量から、漏洩量を算出する。測定は、５分を基準にした。漏洩量が微小な場合には、漏洩ガス量が０．２ｍｌになるまでの時間を測定して、漏洩量を算出した。
【００９５】
＜試験結果＞
図６に示すグラフは、試験中における経時的な歪量とガスケット応力の変化状態を示している。下表には、漏洩量の測定結果を示す。表中、圧力クラスは、密封環境の圧力（内圧）を３段階に分け、それぞれの環境で封止機能を発揮させるのに必要なガスケットの締付面圧を設定している。
【００９６】
【表１】
0005031951.tif 000002
＜評  価＞
(1) 上記表の結果から、フープ材からなるフープ外輪部を有する実施例１、２では、ブロック状のフープ外輪部を有する比較例１および外輪無しの比較例２に比べて、低圧、中圧および高圧の何れのクラスでも、漏洩量が格段に少ないことが実証された。具体的には、漏洩量が約１／１０にまで減少している。特に、低圧クラスでは、比較例１、２は実用的に十分な密封性能が発揮できないが、実施例１、２では、良好な密封機能が発揮できる。
【００９７】
(2) 図６の圧縮復元図によると、全ての圧力クラスで、実施例１、２は比較例１に比べて変形し易いことが判る。
【００９８】
図６と前記表の結果から、内圧０．５ＭＰａの低圧力クラスでは、ガスケットの締付面圧が２０ＭＰａという、このクラスで許容される低い締付圧力でも、歪量１０％程度の歪みが生じており、良好な密封機能が発揮されていることが判る。
【００９９】
同様にして、内圧５ＭＰａの中圧クラスでは、５０ＭＰａの面圧で締め付けることで、２０％程度の歪量になり、内圧１２ＭＰａの高圧クラスでは、歪量が２５％程度まで変形することで、良好な密封機能が発揮されている。
【０１００】
これらの結果から、本発明の実施例では、フープ外輪部を採用することで、受圧部に対する拘束力を、強過ぎない適度な範囲で作用させることができ、受圧部におけるフープ材とフィラー材との接触応力が高められ、その結果、フィラー材が高密度状態になって内部透過漏洩が阻止できるとともに、締付圧力の逃げを防ぎ、締付圧力を有効に作用させて密封機能を向上できたものと考えられる。
【０１０１】
(3) 実施例１、２の渦巻形ガスケットは、ＣＡＡＡ（米国「大気浄化法」Clean Air Act Amendment of 1990)の漏洩管理値である大気濃度１００ｐｐｍ（カリフォルニア州の規制値）に相当する漏洩量５×１０-5Ｐａ・ｍ3／ｓの基準を満足することができる。
【０１０２】
特に、低圧力クラス（内圧０．５ＭＰａ以下、締付圧２０ＭＰａ以下）において、実施例１、２の漏洩量は、従来のジョイントシート（ペースト塗布状態）で達成される１×１０-4Ｐａ・ｍ3／ｓに比べて約１／２程度まで削減できている。したがって、低圧力クラスにおいて、従来のジョイントシートに代わる非石綿シール部材として有効に使用できることが実証された。
【０１０３】
(4) 実施例１、２では、試験装置への装着や位置決めなどの取り扱い作業については、外輪付きの比較例１と同様に良好に行えた。
【０１０４】
(5) 製造工程において、実施例１、２では、受圧部１０となるフィラー材１２およびフープ材１４の巻回作業に引き続いて、フープ外輪部２０となるフープ材２２の巻回作業が行え、一連の製造作業で能率的に製造できた。特に、実施例２では、受圧部１０とフープ外輪部２０とで、同じフープ材１４、２２をそのまま連続して巻回しているので、製造作業は極めて能率的に行えた。これに対し、比較例１では、ブロック状のフープ外輪部の製造工程、受圧部の巻回工程、および、受圧部とフープ外輪部の結合工程が必要であった。
【０１０５】
本発明では、製造工程の削減およびフープ外輪部の製造コストの低減が図れ、渦巻形ガスケットの製造能率向上および価格削減に大きく貢献できることが、実証された。
【０１０６】
〔フィラー材の変更〕
受圧部１０で使用するフィラー材１２の材料を変えて、前記同様の試験を行った。
【０１０７】
前記実施例１において、非石綿紙からなるフィラー材１２を、膨張黒鉛に変えたもの（実施例１ａ）を作製した。また、前記比較例１で、フィラー材１２を膨張黒鉛に変えたもの（比較例１ａ）も作製した。
【０１０８】
各試料について、前記同様の密封性試験を行い、その結果を図７の圧縮復元図および下表の漏洩量測定結果に示す。
【０１０９】
【表２】
0005031951.tif 000003
＜評  価＞
(1) フィラー材料を、非石綿紙から膨張黒鉛に変えても、本発明では、従来構造に比べて格段に優れた密封機能を発揮できることが実証された。
【０１１０】
〔巻数比較試験〕
フープ外輪部２０におけるフープ材２２の巻数と密封性能との関係を測定評価した。
【０１１１】
実施例１において、フープ材２２の巻数が異なる試料を複数作製し、前記同様の密封性試験を行った。下表にその結果を示す。
【０１１２】
【表３】
0005031951.tif 000004
＜評  価＞
(1) フープ外輪部２０のフープ材２２の巻数が増えるほど、漏洩量は少なくなり、密封性が高まることが実証された。巻数が１０回あれば、低圧力クラスであっても極めて高い密封性能が発揮できることが判る。
【０１１３】
(2) 実施例１３のように巻数が少ない場合は、漏洩量の点では、前記比較例１のブロック状外輪を用いた場合と同程度であるが、材料コストや製造工程の簡略化の点では、フープ外輪部のほうが有利である。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明の渦巻形ガスケットは、受圧部の外周にフープ材が巻回されてなる構造を有するフープ外輪部を備えており、使用時には、受圧部の変形に伴ってフープ外輪部が適度に変形し、受圧部に対して適切な拘束を果たす。その結果、受圧部において、フィラー材とフープ材との間に十分に大きな面圧が作用し、フープ材とフィラー材との間における内部漏洩が改善され、密封性能が向上する。
【０１１５】
その結果、高圧条件から低圧条件までの広い使用条件の何れにおいても、良好な密封性能を発揮することができ、渦巻形ガスケットのガスケット性能を格段に向上させることができる。
【０１１６】
従来の渦巻形ガスケットでは使用が困難であった使用条件や用途に対しても、良好に適用することが可能になり、渦巻形ガスケットの適用範囲あるいは使用用途の拡大にも大きく貢献できる。
【０１１７】
従来のブロック構造のフープ外輪部を使用した渦巻形ガスケットでは、規格寸法毎に、寸法形状の異なるフープ外輪部を製造して準備しておかなければならないが、本発明では、フープ材の巻回数を変えるだけで、外径の異なる渦巻形ガスケットが容易に製造できる。さらに、規格寸法から外れる規格外の製品についても容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態を表す渦巻形ガスケットの断面図
【図２】  平面図
【図３】  別の実施形態を表す断面図
【図４】  渦巻形ガスケットの密封作用を説明する模式図。
【図５】  性能試験装置の構造図
【図６】  性能試験結果を示す線図
【図７】  フィラー材を変えた場合の性能試験結果を示す線図
【符号の説明】
１０    受圧部
１２    フィラー材
１４    フープ材
２０    フープ外輪部
２２    フープ材
３０    密封面
Ｇ      渦巻形ガスケット
【図１】
0005031951.tif 000005
【図２】
0005031951.tif 000006
【図３】
0005031951.tif 000007
【図４】
0005031951.tif 000008
【図５】
0005031951.tif 000009
【図６】
0005031951.tif 000010
【図７】
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