JP2013015225A - ガスケット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フッ素樹脂を含む素材からなる外皮部材と、該外皮部材とは異なる素材からなる中芯部材とからなり、前記中芯部材の外面全体が前記外皮部材により被覆されてなり、前記外皮部材がPTFEと粘土の複合材からなることを特徴とするガスケットとする。
【選択図】図2
Description
しかしながら、膨張黒鉛製ガスケットは、フランジへの焼き付きや粉落ちによるコンタミネーション等の問題があり、高温流体の配管や半導体等の製造工場などの汚染をきらう現場では使用できず、フッ素樹脂製ガスケットは、クリープや応力緩和が大きいため、応力負荷が大きい場所では使用できない。
また、フッ素樹脂の摩擦係数が小さいために、大きい荷重が加わると外皮部材と中芯部材との間で滑りが生じ、中芯部材が破損するおそれがあった。
また、外周端部から外皮部材内部に流体が浸入することにより、中芯部材の強度が低下して高い応力下では使用できなくなるおそれがあった。
また、ガスケットの形状が複雑になると、中芯部材を外皮部材で被覆することが困難となるため、複雑な形状のものを製作することは困難であった。
この方法によれば、PTFEのクリープを防止することは可能となるが、ガラス粒子は粒径が比較的大きく(小さくするのが困難)、他の材料とのなじみ性も悪いため、ガラス粒子を含んだガスケットとすることにより、柔軟性、なじみ性、シール性が低下してしまうという大きな問題がある。
該外皮部材とは異なる素材からなる中芯部材とからなり、
前記中芯部材の外面全体が前記外皮部材により被覆されてなり、
前記外皮部材がフッ素樹脂と粘土の複合材からなることを特徴とするガスケットに関する。
更に、フッ素樹脂を含む外皮部材を中芯部材により補強することができるので、クリープや応力緩和を低減することができ、応力負荷が大きい場所でも使用可能なガスケットとなる。
図1は本発明に係るガスケットの第一実施形態を示す図であり、(a)は外観図、(b)は縦断面図、(c)は一部拡大断面図である。
ガスケット(1)の全体形状は特に限定されないが、図示例では円環状のものが示されている。
外皮部材(2)の厚みは、全体として0.2〜10mm程度とされる。
この場合において、外皮部材(2)は、PTFEシート(5)の内部に粘土粒子(6)が含まれたもの(図2(a)参照)であってもよいし、PTFEシート(5)と粘土シート(7)を積層したもの(図2(b)参照)であってもよい。
より具体的には、雲母、バーミキュライト、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト、マガディアイト、アイラライト、カネマイト、イライト、セリサイト、ノントロナイトのうちの一種以上が好適に用いられる。
また、本発明では、変性粘土にシリル化剤を反応させたものを使用することもできる。この場合、粘土とシリル化剤の総重量に対するシリル化剤組成を30%重量未満とする構成を採用することができる。
これは、粘土粒子の配合量が3重量%未満であると、ガスケットに高い面圧が加わった場合にPTFEのクリープを充分に防止できず、25重量%を超えると柔軟性が損なわれるためである。
尚、外皮部材(2)を、一方の面にPTFEシート(5)を配置し、他方の面に粘土シート(7)を配置した構造としてもよいが、この場合、PTFEシート(5)がガスケットの表裏面を構成するようにする。つまり、粘土シート(7)が露出しないようにする必要がある。
また、PTFEシート(5)及び粘土シート(7)の厚みについても特に限定されないが、例えばそれぞれ0.01〜0.03mm程度とすることができる。
先ず、天然もしくは合成スメクタイト、又はこれらの混合物からなる粘土を、水又は水を主要成分とする液体に加え、希薄で均一な粘土分散液を調製する。
粘土中に含まれる固形分の割合は3〜15重量%であることが好ましい。また、粘土分散液の濃度は、好ましくは0.5〜10重量%、より好ましくは1〜3重量%とされる。更に、必要に応じて上記した添加物の1種以上を粘土分散液に添加して、液中に均一分散又は溶解させる。
次いで、粘土分散液を水平に静置して、粘土粒子をゆっくりと沈積させるとともに、分散媒である液体と粘土粒子を固液分離手段によって分離することにより、粘土薄膜を成形する。
最後に、粘土薄膜を110〜300℃の温度条件下で乾燥することにより、本発明において用いられる粘土シート(7)が得られる。
これらの方法のうち、例えば、加熱蒸発法を用いる場合、真空引きにより予め脱気した粘土分散液を平坦なトレイに注ぎ、水平を保った状態で、強制送風式オーブン中で30〜70℃、好ましくは40〜50℃の温度条件下で、3時間から半日程度、好ましくは3〜5時間乾燥させることにより、粘土シート(7)を得る。
粘土粒子の積層が高度に配向されるとは、粘土粒子の単位構造層(厚さ約1nm)を、層面の向きを同一にして重ね、層面に垂直な方向に高い周期性をもたせることを意味している。このような粘土粒子の配向を得るためには、希薄で均一な粘土分散液を水平に静置し、粘土粒子をゆっくりと沈積させるとともに、例えば、分散媒である液体をゆっくりと蒸発させて膜状に形成する必要がある。
また、遮水性は、遮水係数が2×10−11cm/s以下であり、光透過性は、可視光(500nm)の透過性が75%以上であり、面積は100×40cm以上に大面積化することが可能であり、高耐熱性を有している。
具体的には、膨張黒鉛及びその複合材、ジョイントシート、金属板などを好適な例として挙げることができる。
中でも、膨張黒鉛と粘土の複合材は、膨張黒鉛が有する優れた特性(可撓性、耐アルカリ性、耐水性等)と、粘土が有する優れた特性(機械的強度、耐熱性、耐食性、ガスバリア性、耐酸性等)を併せ持つものとなるため好ましい。
膨張黒鉛と粘土の複合材としては、膨張黒鉛層に粘土層が積層された構造のもの、膨張黒鉛層の全面が粘土層により被覆された構造のもの、膨張黒鉛層の内部に粘土粒子が侵入した構造のもの等を使用することができる。
膨張黒鉛と粘土の複合材に用いられる粘土の種類は特に限定されず、上述した外皮部材(2)において使用可能な粘土を使用することができる。また、粘土層については、上述した粘土シート(7)を使用することができる。
また、膨張黒鉛シートに粘土粒子を分散させた粘土分散液を塗布する方法や、膨張黒鉛シートを粘土粒子を分散させた粘土分散液に浸漬させる方法により製造することもできる。
更に、粘土シートを巻回ローラから順次巻き出して移送し、このシートの表面に膨張黒鉛粉末を連続的に供給し、圧延ローラにより膨張黒鉛粉末を粘土シートの表面上でシート状に成形することにより、膨張黒鉛層と粘土層を一体化する方法により製造することもできる。
また、膨張黒鉛粉末と粘土粒子とを混合した後、この混合物を多段の圧延ローラを通過させて圧延することにより、シート状とする方法により製造することもできる。
先ず、後述する所定の方法により外皮部材(2)を製作する(図3(a)参照)。
次いで、該外皮部材(2)の厚みの約半分の位置に表裏面と平行方向に切り込み(4)を全周に亘って形成する(図3(b)参照)。この切り込み(4)は外周側から内周側に向けて形成することが好ましいが、内周側から外周側に向けて形成してもよい。
続いて、切り込み(4)に中芯部材(3)を挿入する(図3(c)参照)。
最後に、厚み方向に加圧力を加えて圧縮することにより、外皮部材(2)と中芯部材(3)とを一体化させる(図3(d)参照)。
中芯部材(3)の外形寸法は、外皮部材(2)の外形寸法よりも一回り小さく設定されている。これによって、図示の如く、中芯部材(3)の外面全体が外皮部材(2)により被覆された状態となる。
この第二実施形態が上記した第一実施形態と異なっている点は、第一実施形態では外皮部材(2)が切り込み(4)を入れた1枚の部材から形成されていたのに対して、第二実施形態では外皮部材(2)が2枚の同形状の部材から形成されている点である。
先ず、後述する所定の方法により2枚の同形状の外皮部材(2)を製作し、この2枚の外皮部材(2)の間に中芯部材(3)を配置して(図5(a)参照)、2枚の外皮部材(2)により中芯部材(3)をサンドイッチ状に挟み込む(図5(b)参照)。
次いで、厚み方向に加圧力を加えて圧縮することにより、外皮部材(2)と中芯部材(3)とを一体化させる(図5(c)参照)。
中芯部材(3)の外形寸法は、外皮部材(2)の外形寸法よりも一回り小さく設定されている。これによって、図示の如く、中芯部材(3)の外面全体が外皮部材(2)により被覆された状態となる。
この第三実施形態が上記した第一及び第二実施形態と異なっている点は、第一及び第二実施形態では外皮部材(2)が円環状に形成されているのに対して、第三実施形態では外皮部材(2)が帯状のテープから形成されている点である。
このように外皮部材(2)が帯状テープからなることにより、熱交換器に使用されるような大きいガスケットや複雑な形状のガスケットであっても、中芯部材(3)を外皮部材(2)により容易に且つ確実に被覆して製造することが可能となる(図8参照)。
これによって、外皮部材(2)を形成する帯状テープが延伸性に優れたものとなるため、中芯部材(3)を密着性よく被覆することが可能となり、複雑な形状の中芯部材(3)に対しても容易に巻回することが可能となる。
図9に示す方法では、先ずPTFEからなる円筒を成形してこれを約350℃で焼成し(図9(a)参照)、次いでこの円筒を所定厚みに切削(スライス)することにより(図9(b)参照)、外皮部材(2)を得ることができる。
図10に示す方法では、先ずPTFEからなるシートを成形してこれを二軸方向に延伸した後(図10(a)参照)、約200℃で焼成し、得られた所定厚みの延伸シート(図10(b)参照)を、打ち抜き型を用いて所定形状に打ち抜くことにより(図10(c)参照)、外皮部材(2)を得ることができる。
尚、焼成温度の違いによって、図9のものではPTFEは無孔質となり、図10のものではPTFEは多孔質となる。
外皮部材(2)が、PTFEシートの内部に粘土粒子が含まれたものである場合(図2(a)参照)、PTFE粉末と粘土粒子とを混合した材料をシート状に成形し、これを二軸方向に延伸した後、焼成する方法により製造することができる。
尚、第一及び第二実施形態のガスケットに対して使用される外皮部材(2)については焼成したものを用いることが好ましいが、第三実施形態のガスケットに対して使用される外皮部材(2)については最後の焼成工程を省略する。
第一及び第二実施形態のガスケットに対して使用される外皮部材(2)については、積層一体化する前の二軸延伸PTFEシート又は積層一体化した後の複合シートを焼成することが好ましいが、第三実施形態のガスケットに対して使用される外皮部材(2)については焼成工程を省略する。
2 外皮部材
3 中芯部材
4 切り込み
5 PTFEシート
6 粘土粒子
7 粘土シート
Claims (9)
- フッ素樹脂を含む素材からなる外皮部材と、
該外皮部材とは異なる素材からなる中芯部材とからなり、
前記中芯部材の外面全体が前記外皮部材により被覆されてなり、
前記外皮部材がフッ素樹脂と粘土の複合材からなることを特徴とするガスケット。 - 前記外皮部材がPTFEと粘土の複合材からなることを特徴とする請求項1記載のガスケット。
- 前記外皮部材が、PTFEシートの内部に粘土粒子が含まれたものであることを特徴とする請求項2記載のガスケット。
- 前記外皮部材が、PTFEシートと粘土シートを積層したものであることを特徴とする請求項2記載のガスケット。
- 前記中芯部材が膨張黒鉛からなることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載のガスケット。
- 前記中芯部材が膨張黒鉛と他の素材との複合材からなることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載のガスケット。
- 前記中芯部材が膨張黒鉛と粘土の複合材からなることを特徴とする請求項6記載のガスケット。
- 前記中芯部材が金属からなることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載のガスケット。
- 前記中芯部材がジョイントシートからなることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載のガスケット。
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