材料の進歩によりシールがどのように改善され、ガスケットの耐用年数が延長されたのか

May 24, 2023

アーロン・ラーソン

おそらくほとんどの人はガスケットについてあまり考えたことがないでしょう。 それでも、彼らはガスケットによってもたらされる恩恵を毎日享受しています。 文字通り何千ものガスケットが取り付けられた発電所で生成された電気から、運転する車、飲み、入浴する流水に至るまで、ガスケットは現代生活のほぼすべての側面を支えています。

ガスケットという用語は、バルブやパイプ フランジなどの機械的ジョイントの 2 つの分離可能な部分の間にクランプされる材料または材料の組み合わせとして定義できます。 その機能は、ピース間にシールを作成し、そのシールを長期間維持することです。 率直に言って、ガスケットがなければ、ほとんどの機器は、少なくとも長期間は動作できませんでした。 液体または気体を含むすべてのシステムにはシールが必要であり、ガスケットは液体の侵入と汚染物質の侵入を防ぐために使用される主な製品の 1 つです。

John H. Bickford が編集し、CRC Press (Taylor & Francis Group の出版社) から 1998 年に出版された書籍『Gaskets and Gasketed Joints』の中で、Daniel E. Czernik はガスケットの簡単な歴史を説明しています。 彼は次のように書いています。「ガスケットは、産業革命の到来から蒸気機関の時代、そして内燃機関の進化の始まりまで利用されてきました。内燃機関の出現以来、想像できるほぼすべての材料から、非常に硬いものまで、あらゆる材料が使用されてきました。非常に柔らかいものまで、革、紙、金属、コルク、ゴム、スポンジ、プラスチックなどのガスケットに使用されてきました（そして今も使用されています）。」

1800 年代半ば、加硫技術の開発により、ゴムが一般的なガスケット材料になりました。 1900 年代初頭までに (図 1)、アスベストは熱、摩耗、アルカリ、酸に対する耐性が高く、優れた柔軟性を備えていたため、あらゆる種類の製品でのアスベストの使用が急増し、ガスケットにも広がりました。長期持続するシーリングシステムにとって望ましい特性。

チェルニク氏はガスケットの歴史の中で興味深い逸話を語った。 彼は、ガスケット、特にエンジン ヘッド ガスケットの破損が、1920 年代と 1930 年代にレースカーがインディアナポリス 500 を完走できなかった原因であることが多かったと説明しました。 「数百マイル走ると、オイル漏れで路面が非常に滑りやすくなり、ドライバーは氷の上を走っているように感じた」と彼は書いている。

現在、エンジン ガスケットは非常に信頼性が高くなります。 多くの自動車所有者は、何十年も運転してきたにもかかわらず、ヘッドガスケットの故障を一度も経験したことがありません。 実際、セミトラクターの頑丈なディーゼル エンジンがヘッド ガスケットの交換が必要になるまでに 100 万マイル以上走行することは珍しくありません。 このような印象的な動作を基にすると、長年の研究開発がはるかに優れたガスケットに結実したことは明らかです。

チェルニク氏は、コルクがガスケットに使用された最初の素材の1つであると指摘しました。 長年にわたり、コルクはポリマーと組み合わされて、より良い密閉性を提供する複合材料が作られてきました。 ガスケットに使用されるもう 1 つの一般的な材料は紙です。 紙ガスケットに使用される繊維は一般にセルロースです。 時間が経つにつれ、メーカーは繊維にグリセリンと膠を染み込ませ、その混合物をホルムアルデヒドで処理し、オーブンで乾燥させることで紙ガスケットを改良しました。 「加工繊維」として知られるこの製品は、現在でも広く使用されています。

『Gaskets and Gasketed Joints』のもう 1 人の寄稿者である Jörg Latte は、本の中で次のように書いています。「現代的な意味での産業用の平らなガスケットは、約 100 年前にオーストリアの技術者リチャード・クリンガーによって発明され、アスベストとゴムをベースにしていました。これらの最初の製品は成功を収め、多くの模倣者を惹きつけ、すぐにさまざまな品質の多くの素材が入手可能になりました。」

ラッテ氏は、利用可能なオプションが多数あるため混乱が生じ、一部の発明者は「あらゆる用途に適した汎用ガスケット」を探すことになったと示唆した。 しかし、ラテ氏は「そのようなガスケットは存在しないし、存在し得ない」と説明した。 むしろ、汎用ガスケットの開発という目標には、ガスケット材料の適用範囲を拡大することによってしか達成できないと彼は示唆しました。

「工業技術者やガスケットのユーザーは、常にガスケットが下手か下手になるべきです。この問題には他の多くのパラメータが関係するため、特定の用途に対するガスケットの選択が正しいか間違っているかだけが問題です。」

POWER マガジンは 140 年にわたり、新しいテクノロジーを取り上げ、電力業界のベスト プラクティスを報告してきました。 1882 年に設立されたこの出版物は、ガスケットに焦点を当てた記事を含む、あらゆる種類のトピックに関する無数の技術記事を発行してきました。 POWER のアーカイブ内の多くの問題から事例が見つかりますが、以下は 110 年以上前に発行された記事から抜粋した例です。

POWER 誌の 1912 年 6 月 11 日号では、「Devo ガスケット」(図 2) が短い記事で紹介されました。 このガスケットは、ニュージャージー州ブランズウィックの Goetze Gasket & Packing Co. によって製造されました。 記事では、このガスケットは高圧、低圧、過熱蒸気用と説明されていました。 それは、「アスベスト被覆に完全に埋め込まれた波形鋼製ガスケットで構成されており、全体が黒鉛化されています。ガスケットの厚さは 1/8 インチですが、1/16 インチまで圧縮できます。」 記事は続けて、「このガスケットは深い波形であるため、フランジ表面が異常に粗い場合でも蒸気密な接合を実現します。」と述べています。 やや驚くべきことに、同様の設計のガスケットが現在でも存在しています。

POWER 誌の 1912 年 2 月 13 日号に掲載された記事では、適切なガスケットの切断と取り付けについて取り上げられています。 オハイオ州スプリングフィールドのスコット・ノートン氏は、「良い梱包作業に関する2つの主要なポイントは、梱包を切断することと、それを所定の位置に置くことである」と書いている。

シートパッキンの切断についてノートン氏は、「パッキンをフランジに当ててハンマーで軽く叩いてマーキングするのは大丈夫ですが、決してガスケットが切れるほど強く叩いてはいけません。ナイフを使用してください。 」

この記事はさらに、「ガスケットを切断して所定の位置に取り付けるのと同じくらい重要なのは、ボルトとナットを取り付けることです。」と説明しています。 ノートン氏は次のように書いている。「一流の技術者が、エンジンのシリンダーヘッドやスチームチェストのボルトを交換するときに、ボルトをしっかりと締める様子を見てください。彼がすべてのボルトを、順番に、特に注意を払いながら、少しずつ慎重に締め上げていくことに注目してください。」作業がほぼ完了したとき、残りのボルトが適切な張力に引き上げられている間、1 つまたは 2 つのボルトには大きな負担がかかることはありませんが、圧力はすべてのボルトに均等に徐々に分割されます。ボルトを締めて、次のボルトを締める、というように繰り返すと、ボルト穴での多くの吹き抜けが発生します。」

この記事で共有した最後の教訓は、コストに関するものでした。 この記事には、「ガスケットの最も安い部分は元のコストであり、それを取り付ける部分が高価な部分です。」と書かれています。 おそらく最も驚くべきことは、これらの教訓が、POWER 誌のページに掲載されてから 110 年以上経った現在でもなお共感を呼んでいることです。 これは、エンジニアリングの優れた実践が時代を超越していることを示しています。

チェルニク氏は、紙ガスケット製造は第二次世界大戦後、ビーター・アド（BA）プロセスの導入により「大きな革命」を経験したと説明した。 「このプロセスでは、エラストマー、繊維、フィラーが水と混合されてスラリーになります。その後、スラリーがコンベアベルト上に堆積され、水が除去されます。加熱後、BA フェーシングはガスケットを作る準備が整います。」と彼は言いました。書きました。

BA ゴムには、ニトリル、スチレン、アクリル、フルオロカーボンなどが含まれます。 チェルニク氏は、ゴムのブレンドが一般的であると指摘した。 「その後、ビーター・アド・フェーシング材料と穴あき鋼鉄または中実鋼の補強コアを組み込んだ複合ガスケットが、さまざまなエンジンガスケット用途のシール用の主要な製品になった」と彼は書いている。

アスベストが石綿肺、中皮腫、肺がんなどのいくつかの重篤な病気のリスクを高めることが広く認識されるようになってから、多くの政府がその使用を制限し始めました。 国際アスベスト禁止事務局によると、コスタリカ、メキシコ、米国を除く経済協力開発機構（OECD）加盟国を含む67カ国が現在アスベストを禁止しており、中国さえもアスベストを禁止している。

この規制を受けて、多くの素材メーカーがアスベスト代替品の開発に本格的に取り組んだ。 豊富なリソースを背景にしているため、彼らはおおむね成功を収めています。 現在、ガラス繊維やアラミド繊維などの非アスベスト繊維とゴムを組み合わせた圧縮非アスベスト材料が入手可能です。 この配合物は、非常に優れた温度および圧力性能を有することが証明されており、多くの場合、アスベスト含有材料の適切な代替品として機能します。

ほぼすべての発電所システムの工学設計仕様を満たすために、数十の異なるガスケット材料が利用可能です。 以下に、存在する広範なガスケットのタイプの一部を示します。

■ 独立気泡スポンジゴム素材。■ 圧縮非アスベスト。■ コルク。■ 電気絶縁。■ 電磁干渉 (EMI) および無線周波数干渉 (RFI) シールド。■ フェルト。■ 繊維。■ 柔軟なグラファイト。■ フォーム。 ■ 高温材料.■ 金属合金.■ 連続気泡スポンジゴム材料.■ プラスチック.■ ゴム成形材料.■ ゴム.■ 半金属 (図 3)。

上記のガスケット タイプの一部で使用される一般的な材料と製品名には、ブチル、セルロース、チョメリック、布挿入、エラストマー、EPDM (エチレン プロピレン ジエン モノマー)、フレキシブル グラファイト、Formex、HDPE (高密度) があります。ポリエチレン)、ハイテックス、ハイパロン、ラテックス、LDPE (低密度ポリエチレン)、マイラー、ネオプレン、ニトリル、ノーメックス、ナイロン、フェノール、ポリエステル、ポリウレタン、PTFE (ポリテトラフルオロエチレン)、PVC (ポリ塩化ビニル)、シリコーン、UHMW (超高分子)分子量）、ウレタン、ビニール、バイトン、羊毛フェルトなど。

Latte 氏によると、シーリング材の最も重要な特性は次のとおりです。

■ 積載能力。■ シール性。■ シール材の弾性挙動。■ 媒体に対する耐薬品性。

ラッテ氏は、「通常、ガスケットには引張力はかからず、圧力だけがかかるため、材料の引張強さは品質を考慮する上で特に重要ではない」と述べた。 それにもかかわらず、同氏は、引張強さの測定が製造目的にとって重要であると示唆した。「これは、生産の安定性と再現性を実証するための簡単かつ迅速な方法である。圧縮性と回復性の測定を除く他の方法は、時間と費用がかかりすぎるため、製造を行うことはできない」生産品質を管理するために使用される」とラテ氏は書いた。

特定の用途で使用する最適なガスケット材料を選択する場合は、多くの場合、専門家に相談するのが最善です。 選択した材料が意図した目的に適切であることを確認するには、いくつかの要素を評価する必要があります。 主な考慮事項は次のとおりです。

■ 温度。 どのような温度範囲に耐える必要がありますか? ■ 圧力。 どのような圧力範囲に耐える必要がありますか? ■ 媒体。 どのような液体や物質にさらされるのでしょうか? 研磨性や腐食性はありますか? ■ 紫外線やオゾンへの曝露。 日光やオゾンにさらされませんか? ■ 製品規格。 業界固有の製品要件の対象になりますか? EMI シールド特性は必要ですか?■ 業界標準。 他の業界固有の基準の対象になりますか?

ガスケットの交換が必要となる理由は複数ありますが、最も一般的なのは、メンテナンスのためにシステムまたはコンポーネントを分解した後です。 このような場合、必要なときに必要なガスケットを提供できる信頼できるサプライヤーを見つけることが重要です。 75 年にわたりエネルギー業界にガスケットを提供してきた企業の 1 つが Lamons です。 同社は 1947 年に WA Lamons によって設立され、それ以来、石油、ガス、石油化学産業に高品質のガスケットを販売してきました。 ラモンズはまた、米軍、紙パルプ、食品および飲料、上下水、発電、製薬分野の顧客もサポートしてきました。

テキサス州ヒューストンに本社を置く Lamons は、世界最大のガスケット、シール、ボルト、ホース アセンブリの非公開メーカーの 1 つに成長しました。 その成長は買収によって部分的に促進されました。 1985 年に、ラモンズはリチャード ガスケット カンパニーを買収し、数年後の 1988 年にパッキングおよびガスケット エンジニアリングを引き継ぎました。 同社は 1997 年にテキサス州ビューモントに本拠を置くインダストリアル ボルト アンド ガスケット社を買収しました。2010 年にラモンズ社はサウス テキサス ボルト アンド フィッティング社を買収し、同社は世界で最も有能な特殊ファスナー メーカーの 1 つとなりました。

IsoTek は 2012 年に買収され、同社の製品ポートフォリオに絶縁ガスケット、スリーブ、ワッシャーが追加されました。 2016 年にホースを追加したことで、ラモンズは安全シーリングおよび取り付けソリューションで世界市場をリードするというビジョンを実現しました。 2019 年、ラモンズはエネルギーに特化した世界有数の未公開株投資会社であるファースト リザーブ ファミリーの一員となりました。

ラモンズは、ヒューストンに合計 300,000 平方フィートの製造施設を持っています。これには、新型コロナウイルスのパンデミック中に建設された 64,000 平方フィートの追加施設 (図 4) が含まれています。また、コロラド州デンバーには、特に同社の IsoTek シーリングおよび絶縁製品ライン。

Lamons 社の戦略的事業開発担当上級副社長、クリス・ビーズリー氏は次のように述べています。 「ガスケットを製造するだけでなく、標準および特殊ファスナー、ホースアセンブリを含むように製品ラインナップを拡大し、お客様にトータルソリューションを提供できるようになりました。」

過去 70 年以上にわたって、Lamons は顧客と業界により良いサービスを提供するために継続的な改善と革新に誇りを持ってきました。 これを達成するための基礎となっているのは、北米、ヨーロッパ、アジアに支社を構え、世界中で優れた顧客サポートを提供するという同社の理念であり、より迅速なサービスと納期厳守で高品質の製品を提供しています。

Lamons の CEO、Marc Roberts は、同社が顧客サービスに重点を置いていることが、同社を他のサプライヤーと実際に区別できる点であると述べました (図 5)。 同氏は、20ドルのガスケットや5ドルのボルトの納入を待っているために、たとえ短期間であっても装置を停止させなければならない場合、製油所や石油化学工場は数百万ドルの収益を失う可能性があると指摘した。 同じことが発電所にも当てはまることを彼は知っています。

「私たちが本当に注力しているのは、休日かどうかは関係なく、年中無休、年中無休で対応できるようにサービス レベルを向上させることです。私たちはそれを重要視しません。私たちの顧客はオンラインを維持し、ダウンタイムの問題が発生する理由として当社の製品が障害になることはないでしょう」とロバーツ氏は述べました。

ビーズリー氏は、最近からかわれているのを聞いた流行語の一つが、グローバルとローカルを組み合わせた「グローカル」だと語った。 彼は、ラモンズ社のような世界的なサプライヤーと協力することで得られるメリットがあることを知っていますが、パーソナライズされたサービスを提供する地元密着型の企業からも得られるメリットもあります。

「人々は現地のサプライヤーを求めており、ベンダー管理の在庫や VMI プログラムなどに関する創造的なソリューションの考案にもっと熱心に取り組んでくれるサプライヤーを求めています。これには、委託品のスペアの管理や、製品の検討などが含まれます。顧客の競争力を高めるために材料を手元に置いておくパートナーシップです」とビーズリー氏は説明した。

近年、主に新型コロナウイルス感染症（COVID-19）が原因でサプライチェーンが困難にさらされているのは周知の事実だが、最近ではウクライナ戦争に伴う対ロシア制裁も影響している。 「多くの素材が東ヨーロッパと中国から来ていた」とビーズリー氏は語った。 「これらすべてが一種の変形を起こし、需要側に追いつくために、企業は生産需要を満たすために5か月または6か月のリードタイムを維持し続けることができなくなりました。私は、それが多くのことをシフトまたは押し上げたと思います」その要件はサプライチェーン市場のサブサプライヤーにまで及び、それがラモンズを、例えば北米の風力エネルギー市場の国内サプライヤーとして、そして実際に発電全体にとってより重要なものにしたのだと思います。」

「世界中で販売しているすべてのものの 78% をここヒューストンで製造しています [図 6]」と Roberts 氏は POWER に語った。 「当社は代理店ではありません。当社は直接製造業者であり、顧客に直接販売しています。実際、現在は代理店に販売しています。」

「業界はここで方向転換しました」とビーズリー氏は語った。 「数年前、人々は基本的に最低コストを求めていました。多くの人にとってそれが唯一重要であり、そのために彼らは中国やインド、あるいはそれらの場所の一部のサプライヤーを求めていました。しかし今はそうではありません」 」

技術サポートとサービスに関して、Lamons はカスタム エンジニアリング ソリューション、リバース エンジニアリング ソリューション、特殊加工部品、プロトタイプ加工、トレーニング、フィールド サポートなど、さまざまなサービスを提供しています。 同社はまた、最も緊急の注文をできるだけ早く対応できるようにする「集中工場」コンセプトも採用しています。 ロバーツ氏は、このコンセプトは自動車業界で何十年にもわたって使用されてきたと述べた。

ラモンズ氏が行ったのは、基本的に注文を受けて数時間以内に出荷できる製品を迅速に生産するために必要な生産作業員 (図 7)、サポート スタッフ、品質管理チームのメンバーなどを含む専任チームを作成することです。 すべての注文がこのように処理されるわけではありませんが、一定の割合の注文には今すぐ必須の規定があり、それらのリクエストにはこの種の特別な扱いが与えられます。 ロバーツ氏は、Focused Factoryによってラモンズの「顧客が必要なときに、必要な方法で、必要な場所にサービスを提供する」能力が強化されると述べた。

「ほとんどの典型的な製造業者は、先入れ先出し方式のアプローチを維持していると思います。『発注書を出してくれれば、材料の準備ができたと伝えたら、欲しいものを手に入れることができます』というようなものです。 そして、多くの人がそれを受け入れているのは、自分たちには選択肢がないと考えているからだと思います」とビーズリー氏は説明した。 「しかし、私たちのメンタリティはまさに現場ジョニーと呼ぶべきものです。私たちのビジネスの約 35 ～ 37% は 24 時間以内のターンアラウンドです。私たちのビジネスの 55% 近くは 48 時間以内のターンアラウンドです。私たちはこう考えました。人々が必要なものをより迅速に入手できるように、真に専用の機械や輸送手段、非常に合理化された注文入力システムをどのようにして導入するかをすぐに考え出す必要があります。そして正直に言って、その考え方は電力業界やその他の業界にとって非常にうまく機能すると思います。時間に敏感な要件を持つ業界。」

Lamons は、カスタム シールとガスケットのトップ サプライヤーです。