JP3576229B2 - サニタリ配管用ガスケット及びその製作方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、医薬品，食品等の生産装置におけるサニタリ配管の継手部分に使用される多孔質ポリテトラフルオロエチレン製のサニタリ配管用ガスケット及びその製作方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
サニタリ配管用ガスケットとしては、一般に、シリコンゴム等からなるゴム製の環状ガスケットやポリテトラフルオロエチレン製の環状ガスケットがある。しかし、ゴム製のものは、長期使用のうちに可塑剤が溶出し易く、高度のクリーン度が要求されるサニタリ配管には適用し難い。また、サニタリ配管においては、近時、蒸気滅菌処理を行う頻度が高くなっているが、かかる処理を行う場合、ガスケットが高温条件下で使用されるため劣化し易く、耐久性に問題がある。特に、劣化切断した場合には、漏れが生じて、所定のシール機能を発揮できない。一方、ポリテトラフルオロエチレン製のものは、ポリテトラフルオロエチレンの特性から、上記したような問題は生じないが、その反面、硬質であるため柔軟性，馴染み性，復元性等に劣る。したがって、所定のシール機能を発揮させるためには、極めて大きな締付トルクが必要となったり、頻繁な増締め作業が必要となり、また再度の締付けによるシール機能回復も困難である。
【０００３】
そこで、近時、このようなシリコンゴム製ガスケットやポリテトラフルオロエチレン製ガスケットにおける問題を解決したものとして、多孔質ポリテトラフルオロエチレンつまり延伸により多孔質化させたポリテトラフルオロエチレンを構成素材とした環状のサニタリ配管用ガスケット（以下「従来ガスケット」という）が提案されている（例えば、特開平５−９９３４３号参照）。かかる従来ガスケットは、軟質材である多孔質ポリテトラフルオロエチレンを構成材とするものであることから、耐久性，クリーン性，耐薬品性等に優れるといったポリテトラフルオロエチレン本来の特性を担保しつつ、通常のポリテトラフルオロエチレン製のガスケットでは得ることのできない優れた柔軟性，馴染み性，復元性等を有するものであり、サニタリ配管における厳しいシール条件下でも好適に使用することができるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来ガスケットにあっては、それが多孔質材で構成されているため、被密封流体に直接触れるガスケット内周部分から被密封流体が浸透して、所謂浸透洩れを生じる虞れがある。かかる浸透洩れは、被密封流体が液体である場合はさほど生じないが、ガスシールとして使用する場合や真空保持シールとして使用した場合には甚だしい。浸透洩れを防止するために、ガスケットの成形密度を高めておくことも考えられるが、成形密度を高めるにも限度があり、浸透洩れはこれを確実には阻止することは不可能である。また、成形密度を必要以上に高めると、多孔質ポリテトラフルオロエチレン本来の特性（柔軟性等）が損なわれることになり、多孔質ポリテトラフルオロエチレンを構成材として使用したことの意義が消失することになる。このように、多孔質ポリテトラフルオロエチレン製の環状ガスケットにあって、浸透洩れは材質上宿命的な欠点であり、そのために用途が大幅に制限されているのが実情である。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、多孔質ポリテトラフルオロエチレン製ガスケットにおける材質上の宿命的な欠点である浸透洩れを、多孔質ポリテトラフルオロエチレンを構成材としたことによる特性、意義を消失させることなく、確実に防止することができるサニタリ配管用ガスケットを提供することを発明の目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明のサニタリ配管用ガスケットは、多孔質ポリテトラフルオロエチレン製の環状ガスケットであって、被密封流体に直接触れるガスケット内周部分の表面層のみを、当該内周部分の表面層のみの加熱により形成したガスケットの厚み方向における中央部分で厚く且つ両端部分で薄くなった無孔質の溶融固化層としたことを発明の基本構成とするものである。
【０００７】
かかるサニタリ配管用ガスケットは、多孔質ポリテトラフルオロエチレン製の環状ガスケットの被密封流体に直接触れるガスケット内周部分の表面層のみを、加熱溶融させた上、冷却固化させることにより、当該ガスケット内周部分の表面層のみを無孔質の溶融固化層となすことにより製作される。なお、前記ガスケット内周部分の表面層のみの溶融固化処理は、４２０〜４６０℃で１０〜３０秒の条件で行うようにすることが好ましい。具体的には、前記表面層の加熱溶融処理は、加熱された金属部材を該表面層に全面的に接触させることにより行うのが好ましい。
【０００８】
【作用】
被密封流体に直接触れるガスケット内周部分に無孔質の溶融固化層が形成されているから、該部分からの浸透洩れは、ガスケットが多孔質材で構成されているにも拘わらず、確実に防止される。しかも、この溶融固化層はガスケット内周部分の表面層のみにすぎないから、ガスケット全体として柔軟性，馴染み性等の多孔質ポリテトラフルオロエチレン本来の特性は何ら損なわれず、これをガスケット構成材として使用することの意義は消失しない。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の構成を図１〜図３に示す実施例に基づいて具体的に説明する。
【００１０】
この実施例のサニタリ配管用ガスケット１は、図１に示す如く、多孔質ポリテトラフルオロエチレン製のシート材から打抜いた環状素材を金型により加圧成形することによって得られたもので、両面に環状の突条１ａ，１ｂを突設してなる円環状板形状をなす。なお、多孔質ポリテトラフルオロエチレン製シート材としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン素材を加圧ロールにより結晶配向処理した上、ゴム被覆ピンチロールにより、３２７℃未満の温度条件下において延伸率１１０〜３００％で延伸させてなる空隙率４０〜８６％のものが使用される。
【００１１】
このガスケット１は、図２及び図３に示す如く、サニタリ配管２ａ，２ｂの端部に形成したフェルール３ａ，３ｂ間に挟圧状態で介挿することによって、サニタリ配管２ａ，２ｂの継手部分をシールさせるべく機能するものである。すなわち、ガスケット１を、フェルール３ａ，３ｂ間の所定位置つまり配管２ａ，２ｂと同心となる位置に位置させる。この位置決めは、フェルール３ａ，３ｂの対向面に形成した円環状の凹部４ａ，４ｂに、ガスケット１の突条１ａ，１ｂを係合させることによって行われる。そして、フェルール３ａ，３ｂ間をクランプバンド５により締付けて、ガスケット１をフェルール３ａ，３ｂ間に挟圧させるのである。なお、このクランプバンド５は、一般に、環状に連結された２〜３個の円弧状セグメント５ａ…からなる二つ割り又は三つ割り構造のものであり、セグメント５ａ，５ａ間の連結ネジを締付けて環形状を縮径変形させることにより、フェルール３ａ，３ｂ間を締付けうるようになっている。
【００１２】
したがって、フェルール３ａ，３ｂによるガスケット１の締付面圧つまりクランプバンド５の締付トルクを適当としておくことによって、フェルール３ａ，３ｂ間がガスケット１によりシールされることになるが、フェルール３ａ，３ｂによる拘束を何ら受けずに配管２ａ，２ｂ内の被密封流体に直接触れることになるガスケット内周部分１ｃからは、前述した如く、ガスケット１が多孔質ポリテトラフルオロエチレンを構成材とするものであることから浸透洩れが生ずる虞れがある。この実施例では、ガスケット内周部分１ｃを次のような浸透洩れ防止構造となすことによって、かかる浸透洩れを効果的に防止している。
【００１３】
すなわち、ガスケット内周部分１ｃの表面層を、図１〜図３に示す如く、内周部分１ｃの全面に亘って、無孔質の溶融固化層１´ｃとなしてある。
【００１４】
かかる浸透洩れ防止構造を有するサニタリ配管用ガスケット１の製作は、ガスケット内周部分１ｃの表面層を加熱溶融させた上、冷却固化させることによって行われる。かかる熱処理は種々の手法によって行うことができるが、この実施例では、ガスケット１が円環状であることに鑑み、内部にヒータを装填した円筒状の金属部材を使用して、溶融固化層１´ｃを形成するようにしている。すなわち、この金属部材はその外径寸法をガスケット１の内径寸法に略一致させた円筒状のもので、ヒータにより金属部材を多孔質ポリテトラフルオロエチレンの融点以上の適当温度に加熱した上、ガスケット１を金属部材に外嵌保持させて、ガスケット内周部１ａをその全周に亘って金属部材の外周部に均等に接触させる。そして、金属部材の外周部に接触しているガスケット内周部分１ｃの表面層を、その全周に亘って同時に且つ均一に溶融させた後、ヒータによる金属部材の加熱を除去して、溶融部分を冷却固化させ、ガスケット内周部分１ｃの表面層を無孔質の溶融固化層１´ｃとなすのである。かくして形成された溶融固化層１´ｃは、図３に示す如く、ガスケット１の厚み方向における中央部分で厚く且つ両端部分で薄くなっている（以下、かかる層断面形状を「中高形状」という）。なお、ヒータは温度制御が可能なものを使用することが好ましい。
【００１５】
このようにガスケット内周部分１ｃの表面層を無孔質の溶融固化層１´ｃとなしておくと、ガスケット１が多孔質材からなるものであっても、ガスケット内周部分１ｃからの浸透洩れは溶融固化層１´ｃによって効果的に防止される。また、溶融固化されたガスケット内周部分１ｃの表面層１´ｃは硬質となっているが、この溶融固化層１´ｃは極く薄いものであり且つ被密封流体が直接触れる部分にのみ形成されたにすぎないものであるから、溶融固化層１´ｃの存在によっては、ガスケット１全体として多孔質ポリテトラフルオロエチレン本来の特性（柔軟性，馴染み性，復元性等）は何ら損なわれることがない。すなわち、浸透洩れを防止できる点を除いては、従来ガスケットと同一の機能を有する。特に、溶融固化層１´ｃを前記した中高形状としておくと、ガスケット１を厚み方向に圧縮（フェルール２ａ，２ｂにより挟圧）した場合、溶融固化層１´ｃの両端薄肉部は中央厚肉部に比して容易に変形することから、溶融固化層１´ｃの存在がガスケット１の弾性特性（柔軟性，馴染み性等）に与える悪影響を充分に排除し得ることになる。
【００１６】
上記した如くしてガスケット内周部１ａの表面層を溶融固化層１´ｃとなしたサニタリ配管用ガスケット１が、浸透洩れを効果的に防止でき、ガスシール性，気密保持性に優れたものであることは、以下に述べる実験によって確認されている。
【００１７】
すなわち、この実験では、まず、各々複数個の多孔質ポリテトラフルオロエチレン製ガスケットＩ〜ＶＩを、多孔質ポリテトラフルオロエチレン製シートを原材料として、同一条件で製作した。各ガスケットＩ〜ＶＩは、同一形状のものであり、図１に示すサニタリ配管用ガスケット形状をなす、内径２３．２ｍｍ，外径５０．５ｍｍ，厚さ２ｍｍの円環状板形状のものである。
【００１８】
さらに、ガスケットＶＩを除くガスケットＩ〜Ｖについては、上記した熱処理条件の範囲ではあるが、異なる熱処理条件でガスケット内周部分に溶融固化層を形成した。すなわち、ガスケットＩについては４２０℃，１０秒の条件で、ガスケットＩＩについては４４０℃，１０秒の条件で、ガスケット ＩＩＩについては４４０℃，２０秒の条件で、ガスケットＩＶについては４４０℃，３０秒の条件で、ガスケットＶについては４６０℃，１０秒の条件で、夫々、上記実施例におけると同様の方法（内部に温度調節可能なヒータを装備した金属製の薄肉円筒を使用）により、ガスケット内周部分に中高形状の溶融固化層を形成した。なお、ガスケットＶＩは上記熱処理を一切行わないもの、つまり溶融固化層が全く形成されていない従来ガスケットである。
【００１９】
そして、各ガスケットＩ〜ＶＩのシール特性について、次のような確認実験を行った。実験装置は、図２に示すサニタリ配管継手構造において配管２ａ，２ｂを盲栓により閉塞したものと同様構造をなすもので、閉塞された配管２ａ，２ｂ内を当該ガスケットによりシールされた密閉空間（以下「検査空間」という）としたものである。なお、説明の便宜上、実験装置の各部材については、図２に示すサニタリ配管継手構造において対応部材に付した符号をそのまま使用することとする。
【００２０】
すなわち、第１の実験では、各ガスケットＩ〜ＶＩを、図２に示すサニタリ配管継手構造におけると同様に、フェルール１ａ，１ｂ間に挟圧保持させた上、検査空間に圧縮空気を供給，封入して、検査空間内の圧力を２．０Ｋｇｆ／ｃｍ^２ とし、一定時間経過時における検査空間内の圧力を測定した。この実験は、クランプバンド５の締付トルクを２５Ｋｇｆ・ｃｍとした場合及び１００Ｋｇｆ・ｃｍとした場合について行い、前者の場合は１時間経過時の圧力を測定し、後者の場合には１時間経過時の圧力及び１８時間経過時の圧力を夫々測定した。 その結果は表１に示す通りであった。なお、従来ガスケットＶＩについては、１８時間経過時の圧力測定を行い得なかった。これは、１８時間経過前において検査空間内圧力が完全に消失したためである。
【００２１】
この実験結果から、溶融固化層を形成したガスケットＩ〜Ｖについては、締付トルクに拘らず、検査空間内圧力が殆ど降下せず、浸透洩れが効果的に防止されていることが確認された。一方、溶融固化層を形成しない従来ガスケットＶＩについては、締付トルクに拘らず、時間の経過と共に圧力が大きく降下しており、浸透洩れが生じていることが理解される。したがって、溶融固化層を被密封流体接触部分に形成しておくことによって、多孔質ポリテトラフルオロエチレン製ガスケットのガスシール特性を大幅に向上させ得ることが理解される。
【００２２】
【表１】

【００２３】
また、第２の実験では、上記実験装置の検査空間内をバキュームポンプにより−７００ｍｍＨｇの真空状態とした上、各ガスケットＩ〜ＶＩについて、締付トルクを２５Ｋｇｆ・ｃｍとした場合には１時間経過時の検査空間内圧力を、また締付トルクを１００Ｋｇｆ・ｃｍとした場合には１時間経過時の検査空間内圧力及び２時間経過時の検査空間内圧力を、夫々測定した。その結果は、表２に示す通りであった。なお、従来ガスケットＶＩについては２時間経過時の測定値が示されていないが、これは２時間経過前に真空状態が完全に解消されてしまったことによる。
【００２４】
この実験結果から、溶融固化層を形成したガスケットＩ〜Ｖについては、締付トルクが大きい（１００Ｋｇｆ・ｃｍ）場合には完全な気密保持機能を発揮し、浸透洩れを確実に防止しうることが確認された。また、締付トルクが小さい（２５Ｋｇｆ・ｃｍ）場合にも、浸透洩れが効果的に防止され、優れた気密保持機能が発揮されることが理解される。一方、従来ガスケットＶＩについては、締付トルクを大きくしても、気密保持機能が充分に発揮されず、浸透洩れが甚だしいことが理解される。したがって、溶融固化層を被密封流体接触部分に形成しておくことによって、多孔質ポリテトラフルオロエチレン製ガスケットの気密保持特性を大幅に向上させ得ることが理解される。
【００２５】
【表２】

【００２６】
第３の実験は、ガスケットＩ〜Ｖについて、配管２ａ，２ｂの蒸気滅菌処理を３回繰り返した後に、上記各実験と同様の圧力測定を行ったものであり、その結果は表３に示す通りであった。
【００２７】
この実験結果から理解されるように、溶融固化層を形成したガスケットＩ〜Ｖについては、このような過酷な条件下においても、優れたガスシール性及び気密保持性を発揮しうるものであることが理解される。したがって、本発明の浸透洩れ防止構造を適用することによって、多孔質ポリテトラフルオロエチレン製ガスケットを、蒸気滅菌処理を行うことが法的に義務付けられているサニタリ配管においても好適に実用できるものとなしうることが理解される。
【００２８】
【表３】

【００２９】
また、第４の実験では、ガスケットＩ〜Ｖについて、上記実験装置を配管軸線が水平となる状態で水槽中に浸漬させた上、検査空間内に窒素ガスを供給して、該検査空間内を常時一定圧力に保持し、水面上に浮上してくる気泡をメスシリンダにより捕集することによって、気泡量つまりガスケットからの窒素ガス漏洩量を測定した。この実験では、締付トルクを２５Ｋｇｆ・ｃｍ及び４０Ｋｇｆ・ｃｍとした場合において、検査空間内圧力を２Ｋｇｆ／ｃｍ^２ に保持したときの漏洩量、３Ｋｇｆ／ｃｍ^２ に保持したときの漏洩量、及び検査空間内圧力を４Ｋｇｆ／ｃｍ^２ に保持したときの漏洩量を夫々測定した。また、ガスケットＩＩＩ については、締付トルクを１００Ｋｇｆ・ｃｍとし且つ検査空間内圧力を４Ｋｇｆ／ｃｍ^２ に保持した場合についても、漏洩量を測定した。さらに、ガスケット ＩＩＩのうち、締付トルクを２５Ｋｇｆ・ｃｍとして上記実験を行ったものについては、これを実験後実験装置から回収し、その回収したガスケット（以下「ガスケット ｉｉｉ」という）を、再度、締付トルクを１００Ｋｇｆ・ｃｍとして実験装置に組込み、検査空間内圧力を４Ｋｇｆ／ｃｍ^２ に保持したときの漏洩量を、上記同様にして測定した。その結果は、表４に示す通りであった。
【００３０】
この実験結果から理解されるように、溶融固化層を形成したガスケットＩ〜Ｖについては、締付トルク及び被密封流体圧力に拘らず、浸透洩れを確実に防止できることが更に確認された。また、再使用ガスケット ｉｉｉについても、シール機能が充分に発揮されていることが確認され、溶融固化層を形成したことによっては多孔質ポリテトラフルオロエチレン製ガスケット本来の特性である復元性等に何らの悪影響も及ぼさないことが理解される。
【００３１】
【表４】

【００３２】
さらに、溶融固化層を形成したことによるガスケットの柔軟性への影響を調べるために、各ガスケットＩ〜ＶＩについて、ガスケット硬度を測定した。この硬度測定はＡＳＫＥＲ社製のデュロメータ硬度計（Ｃ型）を使用して、ガスケットにおける半径線上の３箇所について行った。すなわち、溶融固化層が形成されている内周側端部位置（図１に示すＡ位置）、突条近傍位置（同Ｂ位置）及び外周側端部位置（同Ｃ位置）の３箇所である。なお、硬度測定に際しては、予め、ガスケットの突条１ａ，１ｂをカッタナイフで切除した。
【００３３】
この硬度測定の結果は表５に示す通りであり、溶融固化層を形成すると否とに拘らず、硬度は略同程度であることが確認された。このことから、溶融固化層を形成することによっては、多孔質ポリテトラフルオロエチレン製ガスケット本来の特性である柔軟性を損なうことがないことが理解される。
【００３４】
【表５】

【００３５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に変更，改良することができる。例えば、ガスケット密度は、多孔質ポリテトラフルオロエチレン本来の特性を失わない範囲でシール条件等に応じて適宜に設定しておくことができる。また、浸透洩れ防止構造の製作方法つまり溶融固化層を形成する手法も任意であり、例えば、溶融固化層の形成は、ガスケットの成形時又はガスケット素材（シート素材等）の成形時に同時に行うようにすることも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明のサニタリ配管用ガスケットによれば、多孔質ポリテトラフルオロエチレン製ガスケット本来の特性を損なうことなく、その宿命的な欠点であるガスケット内周部分からの浸透洩れを確実に防止することができる。したがって、多孔質ポリテトラフルオロエチレン製ガスケットのシール特性（ガスシール性，気密保持性等）を、従来ガスケットに比して、大幅に向上させ得て、当該ガスケットの用途を大幅に拡大することができる。
【００３７】
また、本願明細書に記載の製作方法によれば、上記浸透漏れ防止構造を有するサニタリ配管用ガスケットを好適に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサニタリ配管用ガスケットの一実施例を示す半截の斜視図である。
【図２】同ガスケットを装着したサニタリ配管継手構造を示す縦断側面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示す詳細図である。
【符号の説明】
１…サニタリ配管用ガスケット、１ｃ…ガスケット内周部分、１´ｃ…溶融固化層。

Claims (1)

1. 多孔質ポリテトラフルオロエチレン製の環状ガスケットであって、被密封流体に直接触れるガスケット内周部分の表面層のみを、当該内周部分の表面層のみの加熱により形成したガスケットの厚み方向における中央部分で厚く且つ両端部分で薄くなった無孔質の溶融固化層としたことを特徴とするサニタリ配管用ガスケット

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