JP2002525510A

JP2002525510A - 改良スタッフィングボックスパッキンアセンブリ

Info

Publication number: JP2002525510A
Application number: JP2000570483A
Authority: JP
Inventors: アルバート・エル・ハレルソン・ザ・サード
Original assignee: ガーロックインコーポレーテッド
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2002-08-13
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: KR100671245B1; AU5917199A; PE20000838A1; BR9913965A; CO5021179A1; DE69925611D1; DE69925611T2; KR20010075113A; EP1114265B1; US6182974B1; AR020396A1; EP1114265A1; WO2000015981A1; JP4693991B2

Abstract

(57)【要約】本願のコンパクトなスタッフィングボックスパッキンアセンブリは、それぞれ角度付き対向表面を備えて型成形されたグラファイトの高密度金属インサート成形編組エンドリングを含有し、さらに複数の中央プレフォームリングが開示される。一実施形態においては、角度付き対向表面を有する３つの低密度グラファイトプレフォームリングが上記高密度編組エンドリングの間に収容される。上記プレフォームリングの対向表面は、パッキンアセンブリの縦軸に対して、上記編組エンドリングとは異なる角度で延びている。上記編組エンドリングはプレフォームリングに対する支持機能およびステム拭取り機能を提供する。他の実施形態においては、上記エンドリングと同じ材料から成る追加プレフォーム支持リングが、上記低密度プレフォームリングの間に配置される。開示されるまた別の実施形態は、角度付き対向表面を有する上記３つの低密度グラファイトプレフォームリングのうちの２つを、それぞれ角度付き対向表面を備えて型成形されたグラファイトの高密度金属インサート成形編組エンドリングから成るプレフォーム支持リングで置き換えることを含んでいる。さらにもう１つの実施形態は、それぞれ角度付き対向表面を備えて型成形されたグラファイトから成る高密度金属インサート編組エンドリングで構成されるエンドリングおよび中央リングを有することを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の背景この発明は、概ね、バルブステム、シャフトおよびピストンロッドのためのス
タッフィングボックスパッキンアセンブリに関し、より詳細には、高密度でコン
パクトな５リング形スタッフィングボックスパッキンアセンブリ等における従来
サイズの５リング形スタッフィングボックスパッキンアセンブリの改良デザイン
に関する。

【０００２】従来、高性能運用実績が要求されないバルブ用スタッフィングボックスにおい
ては、図１に断面を示す５リング形スタッフィングボックスパッキンアセンブリ
が使用されている。この５リング形スタッフィングボックスパッキンアセンブリ
は、グラファイトから成る３つの型成形テープリング２、４、６を共にセット中
心に配設し、編組エンドリング８、１０を５リングセットの最上部と最下部にあ
たる位置に配して構成されたフラットな複合セットである。これらの５つのリン
グは、バルブステム１４を封止するためのスタッフィングボックス１２内に載置
される。グラファイト製の型成形テープリングは、グランド（図示せず）を締め
付けたときスタッフィングボックスまたはバルブステムに対して変形する可撓性
グラファイトテープから成る低密度リングである。この種のグラファイト製の型
成形テープリングは、通常、密度約１．１ｇ／ｃｃで生産されている。約０．７
ｇ／ｃｃの密度を有するグラファイトテープは、製造業者が可撓性グラファイト
テープリングの生産のために購入できる可撓性グラファイトテープでは、本願発
明者の知る最低密度である。０．７ｇ／ｃｃのリング製品は、単に、０．７ｇ／
ｃｃの可撓性グラファイトテープを螺旋重ねにしてテープ端を所定の位置に貼着
したものである。これらのリングは、多くの場合、バルブスタッフィングボック
ス内への取付けを簡単なものとするため、分割しなければならない。リングが可
撓性グラファイトテープだけの螺旋重ねである場合、１つのリングの一方の側を
切り抜いてリングがバルブステム周囲を滑動できるようにすれば、個々のテープ
積層が薄片に裂けて分離する。ところが、型成形工程においてテープの螺旋重ね
を比較的低い圧力下で圧縮すると、テープの巻き重ねが各層間に蛇腹式結合を形
成し、リングが容易に分割可能となって取付け時の取扱いが簡単になる。型成形
工程におけるテープの圧縮によって、型成形リングの密度は約０．７ｇ／ｃｃよ
り高いレベル、通常、約１．１ｇ／ｃｃレベルにまで上昇する。

【０００３】可撓性グラファイトは、多大な圧縮力を加えると、微小な隙間を通って押し出
されるという好ましくない性質を有している。押し出しを制御、防止するために
、従来、押出し防止用編組エンドリング８、１０が可撓性グラファイトリング２
、４、６の外側に配置されていた。これらの編組エンドリングは、軟質炭素繊維
の編組パッキン材料から構成されることが多い。

【０００４】上記５リング形の“フラットな”複合パッキンアセンブリは、組立てがきわめ
て単純かつ容易である。すべての構成要素が方形の断面形状となっており、また
３つのグラファイト製の型成形テープリングを共にパッキンアセンブリの中心に
配し、編組エンドリングを最上端と最下端に配置することは業界周知の原則であ
る。上記５リング形フラット複合パッキンアセンブリの使用が普及した結果、業
界におけるバルブ設計の多くは、スタッフィングボックスの深さを５リングのフ
ラット複合体の５つのパッキンリングの断面のみを収容するだけのものとした用
途に合わせている。このスタッフィングボックスの深さは、現在、市場の主流ト
レンドとなっている。

【０００５】上記フラットな５リング形スタッフィングボックスパッキンアセンブリは、製
造および取付けが簡単かつ容易であるが、拡張効率や、ステムのスケール付着に
よる摩耗損傷に対する耐性や、バルブステムの摩擦・密封特性には限界がある。

【０００６】その開示内容が本明細書において引例として参照されるリチャード・Ｅ・ホワ
イト（Richard E. White）等への米国特許第４，３２８，９７４号のスタッフィ
ングボックスパッキンアセンブリは、高性能運用実績が要求される石油化学工業
用バルブや発電工業用バルブなどのバルブにおける半径方向への拡張ならびに密
封特性を向上させるために開発された。図２に断面を示すこの１１リング形パッ
キンアセンブリは、独自設計の低密度グラファイト製のプレフォーム（Ｐｒｅｆ
ｏｒｍ）リング１４、１６が、より高密度のグラファイト製アダプタ（Ａｄａｐ
ｔｅｒ）リング１８、２０と組み合わせられて、これらのリングのうち一対は外
側密封面へ向かって、他の一対は内側密封面へ向かって半径方向拡張性を備えら
れている。上記アダプタリングおよびプレフォームリングは、螺旋重ね形式また
は積層形式のいずれかで層化されてから型成形された可撓性グラファイトテープ
で構成されている。アダプタリングおよびプレフォームリングの隣接する合せ面
角度２２および２４は、通常、それぞれ４５度および６０度である。密度の異な
る材質を異なる角度で組み合わせることの組合わせ効果は、パッキンアセンブリ
の半径方向拡張性を増大させることである。この半径方向拡張能力の増大により
、従来もっと多くの設計を費やして到達できたであろう範囲よりもさらに広範囲
にスタッフィングボックスの断面間隙を覆うことが単一のパッキンアセンブリで
可能となり、さらにこの拡張性の能力増大は密封効率の向上につながっている。

【０００７】各リング、プレフォーム１４、１６およびアダプタ１８、２０は、グラファイ
ト、通常そして代表的な例として、可撓性グラファイトテープ材タイプのグラフ
ァイトから成る。プレフォーム１４、１６は、約０．５〜約１．４ｇ／ｃｃの範
囲の密度を有する。アダプタリング１８、２０は、約１．４〜約１．７ｇ／ｃｃ
の範囲の密度を有する。残りの７つのリングは、重要な支持機能を果たすために
存在する。４つの金属製すなわちＧＹＬＯＮ（登録商標）スペーサリング２５、
２６、２８、３０によって、荷重力がプレフォーム対１４、１６およびアダプタ
リング対１８、２０の圧縮表面の周りに均等に分布することが保証される。３つ
の編組リング３２、３４、３６がパッキンアセンブリの最上部、中心部および最
下部に配置されているが、これらは一括して弾力性リング、押出し防止リングお
よびワイパリングとして作動するために存在している。編組リング３２、３４、
３６は、圧縮性の炭素またはグラファイト編組材である。

【０００８】米国特許第４，３２８，９７４号はまた、図３に断面を示す代替７リング形パ
ッキンアセンブリを開示している。この７リング形パッキンアセンブリの原理が
図２の１１リング形パッキンアセンブリと異なる点は、プレフォーム１４、１６
を結合して、高さを減じた単一のプレフォームリング３８となっていることにあ
り、このプレフォームリング３８はそれぞれプレフォーム１４および１６の外径
・内径とも角度を付けた面形状４０および４２を含有している。図２の上記２つ
のプレフォームリング（１４、１６）を合併して単一のリング３８とすることに
より、図２のスペーサリング（２５、２６、２８、３０）のうちの２つ、および
編組リング（３２、３４、３６）のうちの１つが不要となる。これにより、プレ
フォームリング３８に加え、上記７リング形パッキンアセンブリが２つの可撓性
グラファイト製アダプタリング４４、４６、２つのスペーサリング４８、５０、
および２つの圧縮性編組炭素またはグラファイトリング５２、５４を有する。図
３の７リング形パッキンアセンブリは、１１リング形アセンブリで可能な浅さよ
り浅いスタッフィングボックスを有するバルブをシールするために使用すること
ができる。より浅いスタッフィングボックスをシールすることができるというこ
の特徴は、しかしながら、密封効果において妥協することで得られたものである
。この対応法において、使用するプレフォームリング材料の量を減らしたことで
、７リング形パッキンアセンブリの相対的な密封効果も減少した。

【０００９】米国特許第４，３２８，９７４号の１１リング形アセンブリおよび７リング形
アセンブリは、図１のフラット５リング形パッキンアセンブリとの並列比較機能
試験により、漏洩が発生すれば重大なプロセスユニット停止時間や環境危険条件
につながるおそれのある臨界工程バルブにおける使用において最良の機能をもつ
製品であることが判明している。しかしながら、１１リング形アセンブリおよび
７リング形アセンブリの複雑さ、コスト、パッキンアセンブリ高さ、および取付
け要求事項に難点があった。

【００１０】発明の要約この発明の第１の目的は、従来サイズの５リング形スタッフィングボックスに
おけるワンステップ取付け・圧縮手順に適応した新規な改良形のコンパクトなス
タッフィングボックスパッキンアセンブリを提供することにある。

【００１１】この発明のもう１つの目的は、密封性および半径方向拡張能力を向上させて、
パッキンアセンブリを高性能運用実績が要求される従来サイズの５リング形スタ
ッフィングボックスを有するバルブにおける使用に適応させた、新規な改良形ス
タッフィングボックスパッキンアセンブリを提供することにある。

【００１２】この発明のまた別の目的は、従来サイズの５リング形スタッフィングボックス
において、高密度に金属インサート成形され、耐押出し性および耐摩耗性を有す
る編組エンドリングを備えた新規な改良形のコンパクトなスタッフィングボック
スパッキンアセンブリを提供することにある。

【００１３】この発明のさらなる目的は、従来サイズの５リング形スタッフィングボックス
において、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する高密度編組エンドリング
を備えた新規な改良形のコンパクトなスタッフィングボックスパッキンアセンブ
リを提供することにある。

【００１４】この発明のさらにまた別の目的は、従来サイズの５リング形スタッフィングボ
ックスにおいて、角のある対向表面を有してそれぞれ型成形された高密度、金属
インサート成形編組エンドリングを備えた新規な改良形のコンパクトなスタッフ
ィングボックスパッキンアセンブリを提供することにある。

【００１５】上記およびその他の目的に従い、この発明の一側面においては、スタッフィン
グボックス用パッキンであって、少なくとも１つの中央リングと、軸方向の圧縮
力が上記パッキンに加えられたとき応答し、上記少なくとも１つの中央リングの
第１の端部の１つの半径方向縁部に隣接する材料を強制的に軸方向および半径方
向において上記少なくとも１つの中央リングから遠ざかる方向に移動させ、さら
に上記材料を不浸透性でかつ効果的な密封状態に圧縮するエンドリングとから成
るスタッフィングボックス用パッキンにおいて、上記エンドリングは、少なくと
も約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、上記編組グ
ラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサートとから成
ることを特徴とするスタッフィングボックス用パッキンが含まれる。

【００１６】この発明の他の側面においては、少なくとも２つの低密度中央リングと、両リ
ング間に作用可能に配置された少なくとも１つの追加リングとから成るスタッフ
ィングボックス用パッキンにおいて、上記少なくとも１つの追加リングが、少な
くとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、角度付
き対向表面を有する上記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に
分散されたインサートと、軸方向の圧縮力が上記パッキンに加えられたとき応答
し、上記少なくとも２つの低密度中央リングのうちの１つの第１の端部の１つの
半径方向縁部に隣接する材料を強制的に軸方向および半径方向において上記少な
くとも２つの中央リングのうちの１つから遠ざかる方向に移動させ、さらに上記
材料を不浸透性でかつ効果的な密封状態に圧縮するエンドリングとから成るスタ
ッフィングボックス用パッキンにおいて、上記エンドリングは、少なくとも約１
．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、上記編組グラファ
イトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサートとから成ること
を特徴とするスタッフィングボックス用パッキンが含まれる。

【００１７】この発明のさらに他の側面においては、２つのエンドリングの間に作用可能に
配置された角度付き対向表面を有する少なくとも３つの低密度グラファイトプレ
フォームリングと、隣接する低密度プレフォームリングの間に作用可能に配置さ
れた少なくとも１つの追加リングとから成るスタッフィングボックス用パッキン
において、上記少なくとも１つの追加リングが、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの
密度を有する編組グラファイトテープ基部と、角度付き対向表面を有する上記編
組グラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサートと、
軸方向の圧縮力が上記パッキンに加えられたとき応答し、上記少なくとも３つの
低密度中央リングのうちの１つの第１の端部の１つの半径方向縁部に隣接する材
料を強制的に軸方向および半径方向において上記少なくとも３つの中央リングの
うちの１つから遠ざかる方向に移動させ、さらに上記材料を不浸透性でかつ効果
的な密封状態に圧縮するエンドリングとから成るスタッフィングボックス用パッ
キンにおいて、上記エンドリングは、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有す
る編組グラファイトテープ基部と、上記編組グラファイトテープ基部全体にわた
って作用可能に分散されたインサートとから成ることを特徴とするスタッフィン
グボックス用パッキンが含まれる。

【００１８】この発明のさらに別の側面においては、中央リングアセンブリを備えたスタッ
フィングボックス用パッキンにおいて、上記中央リングアセンブリは、角度付き
対向表面を有する１つの低密度グラファイトプレフォームリングと、２つのプレ
フォーム支持リングとから成り、上記低密度グラファイトプレフォームリングは
、上記２つのプレフォーム支持リングの間に作用可能に配置されており、上記２
つのプレフォーム支持リングは、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編
組グラファイトテープ基部と、上記編組グラファイトテープ基部全体にわたって
作用可能に分散されたインサートと、軸方向の圧縮力が上記パッキンに加えられ
たとき応答し、上記材料を不浸透性でかつ効果的な密封状態に圧縮するエンドリ
ングとから成り、上記エンドリングは、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有
する編組グラファイトテープ基部と、上記編組グラファイトテープ基部全体にわ
たって作用可能に分散されたインサートとから成ることを特徴とするスタッフィ
ングボックス用パッキンが含まれる。

【００１９】この発明の他の目的および利点は、以下の説明、添付図面および付属の請求項
から明らかになるであろう。

【００２０】発明の詳細な説明図４において、この発明の従来サイズの５リング形スタッフィングボックスパ
ッキンアセンブリ５６の一実施形態が示されており、図１の従来サイズの５リン
グ形スタッフィングボックス１２に装着されている。図３の７リング形パッキン
アセンブリの場合と同様、上記５リング形スタッフィングボックスパッキンアセ
ンブリ５６は、型成形された可撓性グラファイトテープから成り、約０．５〜約
１．４ｇ／ｃｃの範囲の密度を有する３つの低密度プレフォームリング５８（そ
れぞれ図３のプレフォーム３８とおおよそ同じ厚さ）を備える。これらのプレフ
ォームリング５８は図示のように個別のリングとすることができ、それぞれのリ
ングは、対向する外側表面６０および６２が同じ鋭角でスタッフィングボックス
パッキンアセンブリ５６の縦軸まで延び、この軸に沿ってバルブステム１４が延
びている。３つのプレフォームリング５８を使用する場合、該３つのリングは入
れ子状に重ねられ、２つのエンドリングの最も外側の表面６０および６２がそれ
ぞれ内径および外径が角度を有する面形状を形成してプレフォームリングアセン
ブリとしている。このように、最も外側の表面６０が鋭角をなしてパッキンアセ
ンブリの縦軸まで軸方向内側に延び、最も外側の表面６２が鋭角をなしてパッキ
ンアセンブリの縦軸まで軸方向外側に延びているが、いずれの場合も約４５度の
角度としている。

【００２１】図２および図３の従来技術のパッキンアセンブリでは、プレフォームリングと
アダプタリングの密度にできるだけ大きな差異を維持することが望ましいことが
判明した。異なる密度は、これら２つの構成要素の異なる角度と共に、パッキン
アセンブリの密封性および半径方向拡張能力の向上の源であると考えられた。パ
ッキンアセンブリを圧縮すると、プレフォーム１４、１６、３８が拡張してシー
ルを形成するが、この圧縮はまた必然的にプレフォームリング部品自体の密度を
増大させる。半径方向拡張性および密封性の向上は、その後に加えられる圧縮の
結果として、プレフォームリングの密度がアダプタリングの密度レベルに到達し
匹敵するまで発生し続ける。この時点においては、プレフォームリングとアダプ
タリングの密度が同じになり、パッキンアセンブリは、図１の従来の複合フラッ
トリングパッキンアセンブリと同等に機能し続けるに過ぎない。図２および図３
の従来技術のパッキンアセンブリの性能向上ならびに寿命増大を図るため、従来
、プレフォームの密度値は代表値で約１．１ｇ／ｃｃ、アダプタリングの密度は
最大値で約１．７ｇ／ｃｃに制御されている。アダプタリングの密度、約１．７
ｇ／ｃｃは、可撓性グラファイトを型成形時に圧縮して得られる最大実用密度限
界を表している。

【００２２】図４の上記５リング形スタッフィングボックスパッキンアセンブリ５６を実現
するには、２つのリングを追加するだけで、図３のアダプタリング４４、４６の
機能、スペーサリング４８、５０の支持機能、および圧縮性編組炭素またはグラ
ファイトリング５２、５４のワイパ機能を実施することが必要であった。（好ま
しくは）純粋な可撓性グラファイトテープから成り、金属インサート成形された
所望形状に適合可能な（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ）編組基部（以下、ＭＩＣブレ
ードという）内に、支持スペーサ機能およびワイパ機能を果たすことのできる金
属その他の材質の細片、ワイヤ、線条、薄葉、等を挿入もしくは包含したものは
、支持スペーサ機能およびワイパ機能を達成できることが判った。ガーロック・
インダストリアル・パッキン・プロダクツ（ＧａｒｌｏｃｋＩｎｄｕｓｔｒｉ
ａｌＰａｃｋｉｎｇＰｒｏｄｕｃｔｓ、ニューヨーク州ソダス（Ｓｏｄｕｓ
））によりパッキン１３０３として販売されているタイプのインコネル（Ｉｎｃ
ｏｎｅｌ；登録商標）金属インサートを用いたＭＩＣブレードが現在のところ最
も好ましい選択であるが、他の金属製インサートの選択（スチール、銅、真鍮、
アルミニウム、亜鉛、等）も用いることができる。該金属製インサートに起因し
て、ＭＩＣブレードは種々の形状、サイズ、角度、等に型成形することが可能と
なり、きわめて汎用性がある。上記金属インサートは、型成形ＭＩＣブレードリ
ング仕上げ品を事実上いかなる所望の形状にも適合させ、堅固に保持させる。

【００２３】型成形試作を行って、ＭＩＣブレードリングを製造できる到達可能な最大密度
を測定した。試作品は、ＭＩＣブレード型成形リングが、グラファイトテープア
ダプタリング１８、２０、４４、４６で到達可能な最大密度約１．７ｇ／ｃｃよ
りはるかに高い約２．６０＋ｇ／ｃｃもの高密度を有しうることが実証された
。３つのプレフォームリング５８（３つの断面の合計積層高さを有する）は、パ
ッキンアセンブリ５６に望まれる高性能レベルを維持するのに必要な部品である
。プレフォーム５８は、圧縮時にプレフォームリング５８材料の半径方向の拡張
流動の増強を生ぜしめるため、両端に成形リング６４、６６を備えていなければ
ならない。しかしながら、上記プレフォームに対する強固な支持を設けることが
必要であり、最後に、押出し防止機能およびワイパ機能を果たすという点で圧縮
性編組炭素またはグラファイトエンドリングも必要部品である。これらの性質を
すべて備えた２つのエンドリング６４、６６を設けるため、該エンドリング６４
、６６はテープ形状のグラファイトを用いたＭＩＣブレードとしている。テープ
形状のグラファイトを用いることの利点の１つは、その型成形時に、合い接触の
ための平滑な低摩擦表面を提供することである。エンドリングの高密度表面７０
、７２が大きな圧縮荷重力の下でプレフォームリングの低密度表面６０、６２と
接触するとき、エンドリング表面７０、７２は、軟質のプレフォーム５８材料が
外側あるいは内側に摺動および滑動し易くなるよう平滑で相対的に滑り易いもの
でなければならない。もしエンドリング表面７０、７２が従来最もよく見られる
型成形編組形式と共通の粗い表面生地を有していたとすると、合成摩擦がパッキ
ンアセンブリの拡張品質の大半を無くしてしまうであろう。この粗いエンドリン
グ表面７０とプレフォーム材料との接触により、プレフォーム材料はその接触点
に保持され、拘束されるであろう。

【００２４】半径方向の拡張がプレフォームリング５８の主要な機能であるため、型成形Ｍ
ＩＣブレードリングの強固さは全く不利とならず、それどころか実際には利点と
なる。非常に強固であるため、これらのエンドリング６４、６６は圧縮荷重力に
影響されないまま留まり、平滑な接触表面７０、７２を、従来の可撓性グラファ
イトテープアダプタ（１８、２０、４４、４６）で可能な程度より良好に維持し
、そうしてプレフォームリング５８に対する支持体となる。各エンドリング６４
、６６は、外側表面６８が現在のところ好ましくはおよそ９０度の角度でパッキ
ンアセンブリの縦軸まで延び、内側表面が現在のところ好ましくは６０度の角度
をなして型成形される。エンドリング６４の内側表面７０は約６０度の鋭角でパ
ッキンアセンブリの縦軸まで延び、最上部プレフォームリングの角度付き表面６
０と協働して内径が角度を有する面形状を形成する。同様に、エンドリング６６
の内側表面７２は約６０度の鋭角でパッキンアセンブリの縦軸まで延び、最下部
プレフォームリングの角度付き表面６２と協働して外径が角度を有する面形状を
形成する。ＭＩＣブレードエンドリング６４、６６における金属成分により、該
エンドリングはパッキングランド（図示せず）による圧縮を経るときリングの形
状を保持するようになり、また先に述べたように、エンドリング６４、６６とプ
レフォームリング５８との密度範囲が大きければ大きい程、得られるパッキンア
センブリ５６における半径方向拡張ならびに密封性の向上範囲も大きいものとな
る。

【００２５】エンドリング６４、６６を形成するＭＩＣブレードがかなりの可撓性グラファ
イト含有量を有し、かつ純粋な可撓性グラファイトで型成形されたテープリング
の特徴である平滑仕上げ表面を有している一方、その金属インサート成形された
編組構造がリングの耐押出し性を保証している。該ＭＩＣブレード材料はまた、
きわめて効果的なワイパリング材料でもある。可撓性グラファイトテープ材料は
、それ自身を金属表面に粒子状に付着させる親和力を有している。ワイパリング
がプレフォームリングの上や下に配置されていない場合、ステムがその開放位置
や閉鎖位置に作動すると共に、グラファイト粒子はステム１４に付着し、スタッ
フィングボックスから運び出されるであろう。その結果生じる可撓性グラファイ
トプレフォームリング５８からのグラファイト材料の損失に起因して、パッキン
アセンブリセット５６における漏れ経路が早急に開発されることになろう。実施
した試験において、ＭＩＣブレードエンドリング６４、６６は、ステム１４を測
定できる程に顕著に全体的に清浄な拭取り状態に維持できる能力を示し、プレフ
ォーム５８からのグラファイト材料の損失はたとえあったとしても僅かなもので
あった。

【００２６】周知の通り、グラファイトは金属表面に対する天然の親和性を有しており、金
属表面に付着し金属の小グルーブを埋め易い傾向を有している。上昇ステムと呼
ばれるものにおいて、ステムは往復運動または垂直螺旋運動のいずれかを経て、
結局ステムの全部分がワイパリングを通り過ぎることになるが、これによってグ
ラファイト材料はステムから拭き取られた状態が維持され、かつグラファイト材
料はスタッフィングボックス内に保有され続け、その結果グラファイトはシール
機能を果たし続けることができる。エンドリングがなければ、グラファイトはス
タッフィングボックスから運び出され、風のせいで、あるいは弁おおいの内表面
やパッキン押えの外側最上面やステムが接触しうるその他の機械的部品との接触
のせいで、おそらくステムから掻き取られるか、吹き飛ばされるかするであろう
。このようなグラファイトの損失は、ついにはシールの損失を招き、保守要員が
絶え間なくバルブへ向かい調整を行う必要を生じるであろう。

【００２７】ＭＩＣブレードエンドリングにおける金属インサート材は、バルブステム１４
表面上の非摩耗性スクレーパとして作用する。適用分野によっては、媒体もしく
は外部環境が金属ステム表面上にスケールの付着を発生させる場合もある。これ
らの適用用途においては、バルブステムがパッキンアセンブリセット５６を貫い
て作動するとき、このスケールの切削特性のために良好なシールを得ることがと
くに困難である。このスケール／屑の堆積は、従来の圧縮性編組炭素またはグラ
ファイトエンドリング（８、１０、３２、３４、３６、５２、５４）中において
グルーブを切り易い。しかしながら、ＭＩＣブレードエンドリング６４、６６の
内在的な耐摩耗性や靭性がスケールを取り除き、スケールのグルーブ切り作用に
抵抗する。

【００２８】図４の５リング形スタッフィングボックスパッキンアセンブリ５６をいくつか
の方式で試験したところ、図１〜３の従来技術パッキンアセンブリに比べ大きな
利点を提供することを示した。

【００２９】１）比較標準排出試験この試験は、曝露媒体を７５０Ｆ／５００ｐｓｉヘリウムとし、パッキンア
センブリについてバルブ機能試験を実施することで行った。ステム１４を、定形
動作１通りを１日５００回として３日間反復する。熱間試験すなわち熱サイクル
に各１日に６時間、合計３熱サイクルに供する。この試験手順は、製品の機能遂
行能力を対象にした非常に難しい試験である。以下は、従来の７リング形パッキ
ンアセンブリ（図３）、５リング形パッキンアセンブリ５６（図４）、および５
リング形フラット複合型パッキンアセンブリ（図１）において行われた試験の結
果である。

【００３０】

【表１】

【００３１】上記３製品のすべてに対し、性能比較を引き出すことができるように同じ押え
荷重力（３８００ｐｓｉ）で圧縮した。上記従来技術の７リング形パッキンア
センブリおよび上記５リング形フラット複合型パッキンアセンブリを、２ステッ
プで取り付けた。２ステップ取付けは最良のパフォーマンスを生むが、より多く
の時間を費やす。新しい５リング形パッキンアセンブリ５６では、取付けにワン
ステップ手順を用いた。図３および図４の両アセンブリの設計においては試験手
順全体を通して検出できた漏れは０ｐｐｍであり、図１の５リング形フラット複
合型パッキンアセンブリでは７ポイントの漏れが検出でき、最大漏れレベル８０
０ｐｐｍが記録された。図３のパッキンアセンブリも図４の５リング形パッキン
アセンブリのいずれも試験中にいかなる追跡調整も必要とならなったが、一方、
図１の５リング形フラット複合型パッキンアセンブリは漏れレベルを５００ｐｐ
ｍ目標値（「大気清浄法」による法規制）以下に維持するために１つの調整を要
した。ステム摩擦力の測定は、制御バルブ業界の重大関心事であるが、５リング
形パッキンアセンブリ５６は、図３の７リング形パッキンアセンブリより２１．
２％低い平均摩擦を示し、図１の５リング形従来技術複合パッキンアセンブリよ
り４８．８％低い摩擦を示した。

【００３２】総括：５リング設計によるスタッフィングボックスパッキンアセンブリ５６
（金属インサート成形された所望形状に適合可能な（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ）
編組エンドリング６４、６６を備えている）は、７リング形アセンブリ（図３）
の密封性能と匹敵し、５リング形従来技術アセンブリ（図１）の性能を大きく凌
いだ。図４の５リング形パッキンアセンブリ５６はまた、より低いステム摩擦結
果の点において、他のいずれのパッキンアセンブリをも大きく凌ぐ性能を示した
。

【００３３】約３８００ｐｓｉが、従来技術の７リング形および１１リング形アセンブリ、
および従来技術の複合型５リング形フラットアセンブリを用いた排出試験の実施
において好ましい結果を得るために必要な押え荷重の最小量である。これまで従
来技術アセンブリと共に使用されている圧縮性編組炭素またはグラファイトエン
ドリングは、比較的軟質かつ可撓性である。バルブ用スタッフィングボックスに
おいて圧縮すると、加えられた押え荷重力によってこれらの圧縮性編組エンドリ
ングは急速に拡張し、ステム表面およびボックス穴表面に強く接触する。荷重力
が約３８００ｐｓｉまで増大すると、最上部編組圧縮性エンドリング（８、３２
、５２）は強い摩擦でバルブステム１４表面上に把持される。この摩擦把持によ
り、荷重力の一部がエンドリングを貫いて、パッキンアセンブリの中心に配され
たシールリング（２、４、６、１４、１６、３８）に効果的に伝達されることを
妨げる。

【００３４】ＭＩＣブレードは高密度エンドリング６４または６６に型成形されるが、圧縮
性編組炭素の軟質の弾性を有していない。エンドリング６４および６６は効果的
なワイパ／押出し防止リングとして働くのに十分な接触を得られるが、ＭＩＣブ
レードリングは大きな荷重を加えてもステム表面に対し堅固な摩擦把持を生ぜし
めることができない程に靭性が強過ぎる。摩擦把持の不足は、パッキンアセンブ
リの中心に位置する主要シールリング（プレフォーム５８）に効率的に伝達され
る押え荷重力の割合が大きいことを意味する。この原理を立証するには、ＭＩＣ
ブレードエンドリングを備えた５リング形パッキンアセンブリ５６がより低い押
え荷重圧力で約５００ｐｐｍ未満のシーリングを達成することができるようにす
ればよい。

【００３５】約３０００ｐｓｉの押え荷重を用いる以外は前述と同じ実施条件で排出試験を
行った。その結果は次の通りである。

【００３６】

【表２】＊＝初期値／最終値（調整後）

【００３７】ＭＩＣブレードエンドリング６４、６６を備えた５リング形パッキンアセンブ
リ５６は、押え荷重力をエンドリングを通してプレフォームシールリング５８に
一層効率的に伝達することができた。その最大漏れポイントは約３５０ｐｐｍで
あり、「大気清浄法」で指定されている５００ｐｐｍレベルを十分下回っていた
。調整は必要なく、続いてワンステップ取付け手順を行った。７リング形の従来
技術パッキンアセンブリは、上記の優れた２ステップ取付け法および同じ約３０
００ｐｓｉの押え荷重力を用いて取り付け、初期漏れは約１３００ｐｐｍであり
、漏れを約５００ｐｐｍ以下に抑えるためには約４０３８ｐｓｉの押え荷重に調
整する必要があった。上記７リング形パッキンアセンブリにおいて圧縮性編組エ
ンドリングによって形成された摩擦把持は、約３０００ｐｓｉの初期押え荷重力
の一部が効率的に中心プレフォームシールリング３８に到達するのを防止した。
その結果、７リング形パッキンアセンブリのプレフォーム３８は、半径方向に拡
張して５リング形ＭＩＣブレードパッキンアセンブリ５６で得られるシールと同
等のシールを発生させるのに必要な圧縮エネルギーを受けなかった。ＭＩＣブレ
ードエンドリング６４、６６を含有する５リング形パッキンアセンブリ５６は、
保有するリングは少ないが堅固で所望形状に適合可能なエンドリング６４、６６
を有しているため、加えられた力をより効率的かつ効果的に使用している。

【００３８】ステム摩擦の比較：次の表は、図３の７リング形パッキンアセンブリおよび図４の５リング形パッ
キンアセンブリにおけるいくつかの基本摩擦力の比較を示している。始動摩擦は
、初期ストロークで移動するステムを始動させるのに必要な力である。第２列の
値は滑りステム摩擦係数で、高温条件下で測定する。

【００３９】

【表３】

【００４０】先の試験において見られるように、７リング形パッキンアセンブリは摩擦性能
において図１の５リング形フラットリング複合型パッキンアセンブリを上回って
いる。この試験結果は、図４の５リング形パッキンアセンブリの方が始動摩擦（
green）と高温摩擦の両方において７リング形パッキンアセンブリを上回ってい
る。

【００４１】密度範囲特長─ＭＩＣ対可撓性グラファイトテープ次に示すのはいくつかの密度値、および約０．７ｇ／ｃｃ（約４３．７ｌｂ
ｓ．／ｆｔ^３）の初期可撓性グラファイトテープ密度からそれらの密度値を得る
ために要する対応圧縮荷重力のリストである。可撓性グラファイトによる型成形テープ材密度値メートル法（英）圧縮荷重力０．７ｇ／ｃｃ（４３．７ｌｂｓ／ｆｔ^３）０ｐｓｉ１．０ｇ／ｃｃ（６２．４ｌｂｓ／ｆｔ^３）３５０ｐｓｉ１．１ｇ／ｃｃ（６８．６ｌｂｓ／ｆｔ^３）７５０ｐｓｉ１．４ｇ／ｃｃ（８７．３ｌｂｓ／ｆｔ^３）１９００ｐｓｉ１．５ｇ／ｃｃ（９３．６ｌｂｓ／ｆｔ^３）２９００ｐｓｉ１．６ｇ／ｃｃ（９９．６ｌｂｓ／ｆｔ^３）３６５０ｐｓｉ１．７ｇ／ｃｃ（１０６．０ｌｂｓ／ｆｔ^３）５０００ｐｓｉ１．８ｇ／ｃｃ（１１２．３ｌｂｓ／ｆｔ^３）５８５０ｐｓｉ１．８１２ｇ／ｃｃ（１１３．０ｌｂｓ／ｆｔ^３）６０００ｐｓｉ

【００４２】本出願人が型成形可撓性グラファイトテープにおいて目にしたこれまでで最大
の独立（圧縮荷重力が加わることによって生じる引張力を受けていない）密度は
約１．８１ｇ／ｃｃ（約１１３ｌｂｓ／ｆｔ^３）である。約１１３ｌｂｓ／
ｆｔ^３の型成形テープリング密度を望む場合、約４３．７ｌｂｓ／ｆｔ^３の可
撓性グラファイトテープの螺旋重ねを金型に設置し、およそ６０００ｐｓｉの圧
力下で圧縮する。型から取り出すと、型成形テープ密度は約１１３ｌｂｓ／ｆ
ｔ^３となる。テープを約６０００ｐｓｉよりもっと高い圧力下で型成形すれば、
上記圧縮荷重力の影響下に留まっている限り、テープリングの密度は約１１３
ｌｂｓ／ｆｔ^３より高レベルに至る。しかしながら、型から取り出すと、型成形
テープリングはすぐにおよそ１１３ｌｂｓ／ｆｔ^３の密度に戻る。約１．８１
ｇ／ｃｃ（または約１１３ｌｂｓ／ｆｔ^３）は、したがって、可撓性グラファ
イト材料を用いてアダプタリング（１８、２０、４４、４６）の密度を設計する
ときの臨界限界となる。可撓性グラファイトテープをアダプタリングの出発原材
料として用いる限り、到達可能な最大密度は約１１３ｌｂｓ／ｆｔ^３である。

【００４３】プレフォームリング（１４、１６、３８）は、約１．１ｇ／ｃｃの密度で生産
されるのが代表的である。前述の通り、プレフォームリングとアダプタリングと
の密度差を最大化することが、パッキンアセンブリの半径方向拡張性および寿命
の向上を最大化するためにきわめて重要である。可撓性グラファイト製の型成形
テープリングは、前回受けた圧縮力を超える圧縮力を受けるまで変形も拡張も圧
縮も起こり始めない。

【００４４】例えば、図２および図３の従来技術パッキンアセンブリのための約１．１ｇ／
ｃｃの密度のプレフォームリングを約７５０ｐｓｉの圧縮荷重下で型成形し、次
いでバルブスタッフィングボックスにおける残りのリング要素と組み合わせる場
合、そのプレフォームリングは、パッキン押えの圧縮荷重力が約７５０ｐｓｉを
超えるまで、変形もせず拡張動作を始めることもない。約７５０ｐｓｉを超える
や否や、リングは内径もしくは外径のうち、設計がいずれに焦点をあてているか
に応じて、そのいずれかへの拡張を優先的に行う。

【００４５】約３６５０ｐｓｉの押え荷重圧縮力の結果として初期シールが得られたら、（
約３６５０ｐｓｉの押え荷重を受けた）プレフォームリングは、約１．６ｇ／ｃ
ｃの密度となる。後日、漏れが生じてパッキンアセンブリが追加圧縮を必要とし
た場合、そのプレフォームリングは、それが受ける圧縮荷重力が約３６５０ｐｓ
ｉを超えるや否や拡張し、シールを回復する。

【００４６】従来技術のアダプタリングは、可撓性グラファイトテープから型成形し、約１
．７ｇ／ｃｃ（約１０６ｌｂｓ／ｆｔ^３）の密度で生産するのが代表的である
。約１．７ｇ／ｃｃというのは、最大到達可能密度レベル（約１．８１ｇ／ｃｃ
）に可能な限り近く、製造の観点からみて実用的な値である。すべてのサイズに
おけるすべての可撓性グラファイトは約１．７ｇ／ｃｃの密度に型成形すること
ができるが、あらゆる生産注文において、あらゆるリング、あらゆるサイズで最
大密度１．８１ｇ／ｃｃを達成することは実際的でない。１．７ｇ／ｃｃは、製
造の一貫性を得るために日常的に達成可能な最大密度として選択されたものであ
る。この密度レベルは、型成形プロセスにおいておよそ５０００ｐｓｉの圧縮荷
重力を必要とする。アダプタリングは、パッキンアセンブリにおいて他の構成要
素と組み合わせたとき、約５０００ｐｓｉの荷重力を超えるまでいかなる顕著な
変形も拡張も受けない。

【００４７】約１．１ｇ／ｃｃの可撓性グラファイトテープにより型成形されたプレフォー
ムリングと、約１．７ｇ／ｃｃの可撓性グラファイトテープにより型成形された
アダプタとの間に存する密度における相異、すなわち密度差が、これらの新しい
原材料を用いて実用的に達成可能な最大値である。図２または図３の従来技術パ
ッキンアセンブリをバルブに取り付けて圧縮すると、圧縮荷重により、より軟ら
かいプレフォームリング（１４、１６、３８）が変形し半径方向に拡張してバル
ブスタッフィングボックス表面に対して内径および外径のシール接触を形成する
。上記密度差（約１．１ｇ／ｃｃ対約１．７ｇ／ｃｃ）および上記角度差（約４
５°対約６０°)は、この拡張効率を、図１の標準的なフラット複合型リングパ
ッキンアセンブリの拡張効率を数桁上回る大きさにまで向上させる。パッキンア
センブリを漸次高くなる荷重力の下で圧縮するにつれて、約４５°のプレフォー
ムリング（１４、１６、３８）角度はアダプタ（１８、２０、４４、４６）の角
度６０°と匹敵するまでに変形するが、上記密度差は、約５０００ｐｓｉ押え荷
重圧縮圧力に到達するまでパッキンアセンブリ特性であり続ける。およそ５００
０ｐｓｉで、プレフォームリング（１４、１６、３８）の密度はアダプタリング
（１８、２０、４４、４６）のそれと匹敵する。約５０００ｐｓｉポイントに達
すると、これらの従来技術パッキンアセンブリ設計における拡張効率は、図１の
従来のフラットリング複合型パッキンアセンブリのそれにまで低下する。この約
５０００ｐｓｉの効率の障壁は、可撓性グラファイトテープ材料の使用に内在す
る制約の結果として必要なものであるが、適切に形成されたより高い密度のアダ
プタが利用可能であるとしたら業界が享受できたであろうような性能、寿命等に
対する障壁となってきた。

【００４８】図４のエンドリング６４、６６において使用されるＭＩＣブレード材で行った
型成形試作により、この編組材料の形態は、エンドリング形状に型成形されたと
き、対向するプレフォームリング５８の増強された拡張範囲を上記５０００ｐｓ
ｉを十分に上回って広げることができることが明らかとなった。次のテーブルに
、可撓性グラファイト製の型成形リングの能力をはるかに超えるＭＩＣブレード
材における密度−荷重力値の例をいくつか挙げる。ＭＩＣブレード−型成形密度値、メートル法（英）圧縮荷重力１．４４ｇ／ｃｃ（９０ｌｂｓ／ｆｔ^３）７５０ｐｓｉ１．６８ｇ／ｃｃ（１０５ｌｂｓ／ｆｔ^３）１５００ｐｓｉ１．８４ｇ／ｃｃ（１１５ｌｂｓ／ｆｔ^３）２５００ｐｓｉ１．９６ｇ／ｃｃ（１２２ｌｂｓ／ｆｔ^３）３５００ｐｓｉ２．１２ｇ／ｃｃ（１３２ｌｂｓ／ｆｔ^３）４５００ｐｓｉ２．１８ｇ／ｃｃ（１３６ｌｂｓ／ｆｔ^３）５５００ｐｓｉ２．２２ｇ／ｃｃ（１３９ｌｂｓ／ｆｔ^３）６５００ｐｓｉ２．２８ｇ／ｃｃ（１４２ｌｂｓ／ｆｔ^３）７５００ｐｓｉ２．３２ｇ／ｃｃ（１４５ｌｂｓ／ｆｔ^３）８５００ｐｓｉ２．３６ｇ／ｃｃ（１４５ｌｂｓ／ｆｔ^３）９５００ｐｓｉ２．４０ｇ／ｃｃ（１５０ｌｂｓ／ｆｔ^３）１０５００ｐｓｉ２．４４ｇ／ｃｃ（１５２ｌｂｓ／ｆｔ^３）１１５００ｐｓｉ２．５７ｇ／ｃｃ（１６０＋ｌｂｓ／ｆｔ^３）３８０００ｐｓｉ

【００４９】既に述べた通り、従来技術の７リング形および１１リング形パッキンアセンブ
リの半径方向の拡張能力の向上における限界は、アダプタリングの生産に使用さ
れる可撓性グラファイトテープの密度限界に基づく。その限界は約５０００〜約
６０００ｐｓｉである。上記プレフォームリングは、この約６０００ｐｓｉの限
界を超えてそれらの半径方向拡張能力を延長させる能力を有しているが、その延
長は、圧縮を行う材料がそれに対応して上昇する材料値にまで密度を増大させる
ような材料である場合にのみ可能である。上記ＭＩＣブレードに関する表に示す
通り、ＭＩＣブレードエンドリングは約１６０＋ｌｂｓ／ｆｔ^３の密度にまで
型成形することができる能力を有している。この密度値を達成するためには、型
成形において約３８，０００ｐｓｉの圧縮荷重力が必要となる。約１６０＋ｌ
ｂｓ／ｆｔ^３に対して示されている圧縮荷重力値は、約１インチ×約１１／２
インチのＭＩＣリングの型成形を行った結果として測定したものである。１イン
チ×約１１／２インチのリングは約０．９８２平方インチの表面積を有してい
る。これと同じ荷重力を約１／２インチ×約３／４インチのリング（表面積約０
．２４５平方インチ）に加えると、実効型成形圧力は約１５０，０００ｐｓｉ以
上となり、約１７０ｌｂｓ／ｆｔ^３のエンドリング密度が得られるであろう。
パッキンアセンブリ寸法が約１×約１１／２の場合、約１６０ｌｂｓ／ｆｔ ^３に型成形されたＭＩＣブレードエンドリングに対し、プレフォームで強化した
半径方向拡張能力は約７５０ｐｓｉ〜約３８，０００ｐｓｉの圧縮荷重圧力範囲
をカバーするまで向上する。

【００５０】上記バルブパッキンアセンブリは、バルブの使用範囲および運用寿命能力にお
いて弱連結であることが多い。高性能バルブパッキンアセンブリであっても、図
３の従来技術パッキンアセンブリと同様、約６０００ｐｓｉを超える拡張および
材料の流れを提供することはできない。ＭＩＣブレードエンドリング６４、６６
と組み合わせ、それらと整合する標準のプレフォームリング５８を用いた場合、
図４の５リング形スタッフィングボックスパッキンアセンブリ５６は約３８，０
００ｐｓｉの高レベルに至る性能特性の向上を提供することができ、これは現行
の従来技術パッキンアセンブリの能力をはるかに上回っている。

【００５１】従来技術の炭素圧縮性編組エンドリングは、圧縮性グラファイト撚糸リングに
比べて価格が安く、大きな押え荷重力を加えたときの破砕損傷に対する抵抗が高
いが、炭素撚糸ブレードは、グラファイトのもつ高温曝露に対する抵抗を有して
いない。グラファイト撚糸ブレードは、不利益な影響を殆どあるいは全く伴わず
に約１２００Ｆへの曝露に耐えることができる一方、炭素撚糸は１１００Ｆ以上
に間断なく曝されるとわずかな劣化を被る。グラファイト撚糸ブレードは価格が
かなり高いが、押え荷重圧力が４０００ｐｓｉを超えると破砕損傷を起こし易く
なる。炭素圧縮性ブレードは４０００ｐｓｉをはるかに超えても破砕損傷を受け
ない。

【００５２】上記５リング形スタッフィングボックスパッキンアセンブリ５６におけるエン
ドリング６４、６６は、純粋グラファイトとインコネルから成るインコネルＭＩ
Ｃブレードエンドリングである。より詳細には、ＭＩＣブレードエンドリングは
、約６８％の可撓性グラファイト箔と約３２％のインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ；
登録商標）から成り、該可撓性グラファイトにおける炭素含有量が約９５％以上
であることが現在のところ好ましい。もっと低い約５０％の可撓性グラファイト
や、約７０％〜約９９．５％の炭素含有量をもつものを使用してもよい。可撓性
グラファイトの使用量は、上は約８５％、下は約５０％の間で変化させることも
でき、ここで該インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ；登録商標）の割合はそれに対応し
て調整する。

【００５３】上記ＭＩＣブレードの温度抵抗特性は圧縮性グラファイト撚糸エンドリングと
相等しいが、それらは金属インサートによりグラファイト圧縮性撚糸ブレードを
超える破砕抵抗特性を有する。その結果、パッキンアセンブリ５６は、従来利用
可能ないかなる先行技術のパッキンアセンブリをも上回って高温／高抵抗への曝
露に耐えることができる。

【００５４】元来予期されていた通り、上記の５リング形スタッフィングボックスパッキン
アセンブリは、バルブステムの全長もしくはほぼ全長にわたって作動するバルブ
において効果的であることが判明した。しかしながら、この特定の５リング形パ
ッキンアセンブリは、例えば制御バルブのようなある種の用途におけるバルブに
使用したとき、いくつかの欠点が見られた。制御バルブは通常、バルブステムが
全開状態と全閉状態との間をその全長を通じて移動するような従来のオン／オフ
型のバルブと異なり、配管系の流量を調節するのに用いられる。これらの調節用
途においては、制御バルブのステムは、利用できるステムストローク長の約１０
％〜約２０％のみを通して作動する時間の大半を費やしてしまう場合がある。こ
の環境においては、パッキンアセンブリの最上部および最下部に編組エンドリン
グを用いてワイパ部として機能させ、グラファイト粒子がステム移動の結果とし
てボックスから運び出される機会を減じるようにした代表的な編組エンドリング
／可撓性グラファイト中央リング複合型パッキンアセンブリが望ましいことが分
かった。上に述べたように、バルブがそのステム長にわたって動作する場合、バ
ルブを操作するたびにこのワイパ作用が働いて実効を発揮する。しかしながら、
ステム移動長におけるリングの１〜２横断面（またはそれ以下）に過ぎない場合
もあるような非常に短いステム動作に機能的な運用寿命の大半が帰着するような
制御バルブでは、したがって、スタッフィングボックス室を貫通するステム表面
の多くが、これらの短いステム動作の間、エンドワイパリングと接触しない。

【００５５】それ以後、エンドワイパリングしか使用しない場合は、ワイパ作用はパッキン
アセンブリの端部にしか発生しない。グラファイト粒子がパッキンアセンブリの
中央において可撓性グラファイトリング材料から分離し、ステム表面の移動によ
りワイパ作用が行われるパッキンアセンブリの端部へ運搬される場合、この運搬
活動は、時間を経て、材料の置換によりパッキンアセンブリの中央領域に空隙を
残す傾向がある。ユニットとしてのスタッフィングボックスから失われるグラフ
ァイト材料はなく、着実に増えるシーリング材の割合がワイパリングに隣り合う
ステム端部に集中するにつれてスタッフィングボックス全域におけるシーリング
材の分布が徐々に変化してゆく。

【００５６】これらの問題を解消もしくは少なくとも最小化しようとする試みとして、図５
に示す１つの代替デザインを開発した。この代替スタッフィングボックスパッキ
ンアセンブリデザインは、ステム全長に比して比較的短い動作ストロークを有す
る制御バルブにおける使用を主眼としており、上記構成で述べたと同様なアダプ
タ部６４、６６とプレフォーム部５８とを含有する。これらの構成要素に加え、
通常約１．８インチ厚に型成形した金属強化可撓性グラファイト編組リングまた
はＭＩＣブレードプレフォーム支持リング１０２、１０４、１０６をプレフォー
ムリング５８の各々の下部に配する。その結果、図５に示すように、各プレフォ
ームリング５８は一対のＭＩＣブレードプレフォーム支持リング１０２間に狭持
される。このように配置されたＭＩＣブレードプレフォーム支持リング１０２、
１０４、１０６は、それらが接触するプレフォームリング５８と同じ４５°の凹
凸角を有する。現在のところ好ましくは、これらのＭＩＣブレードプレフォーム
支持リング１０２、１０４、１０６の厚さは、特定のスタッフィングボックスパ
ッキンアセンブリの特定の機能上・設計上の必要に応じて、（約１／１６インチ
厚から厚みの全横断面またはそれ以上まで）変化させることができる。図示の特
定の実施形態では８つのリング要素（２つのアダプタまたはエンドリング６４、
６６、３つのプレフォームリング５８、そして３つのＭＩＣブレードプレフォー
ム支持リング１０２、１０４、１０６）を含み、５つの横断面＋約３／８インチ
のパッキンアセンブリ積層高さを有しているが、プレフォームリング要素の数、
ＭＩＣブレードプレフォーム支持リング要素の数、およびリング個々の厚さまた
は軸方向高さは、特定のバルブスタッフィングボックス寸法の機能上・設計上の
必要ならびに関与する特定の用途に応じて変化させることができる。実際のとこ
ろ、現在、図５に示すようにエンドリング６６に隣り合う第３のＭＩＣブレード
プレフォーム支持リング１０６を含めることは不必要であると考えられている。

【００５７】図４の５リング形スタッフィングボックスパッキンアセンブリ５６のデザイン
を変更してＭＩＣブレードプレフォーム支持リング１０２、１０４、１０６を含
めれば、上述の欠点が補正されることが分かっている。図５に示す構成では、編
組支持リングは内部ワイパ部として働き、いずれかのステム１４が１つのプレフ
ォームリング５８の約１／２〜約１横断面より大きな移動を行うと、そのステム
の全表面がＭＩＣブレードプレフォーム支持リングまたはワイパリング１０２、
１０４、１０６の少なくとも１つと接触することが分かっている。ＭＩＣブレー
ド支持リング１０２、１０４を個々のプレフォームリング５８のいずれかの側に
有することが、可撓性グラファイト材を個々のプレフォームリングの各々の横断
面内に限定維持するため、パッキンアセンブリ１００の最極端に向かっての可撓
性グラファイト材料の移動は起こりえない。ＭＩＣブレードプレフォーム支持リ
ング１０２、１０４、１０６の約４５°の凹凸角は、パッキンアセンブリの種々
の角度や種々の密度設計における半径方向拡張性の向上を支持するものであって
、減じるものではない。

【００５８】具体的には、エンドリング６４、６６は非常に硬質であり、したがって、最下
部プレフォームリング５８の底面および最上部プレフォームリング５８の頂部は
、プレフォームリングアセンブリの中央部にある支持物のない軟質の材料より大
きく変形しようとする。図４に照らして図５の実施形態において予測されること
として、プレフォーム要素５８間に配置されたＭＩＣブレードプレフォーム支持
リング１０２、１０４は、ＭＩＣブレードエンドリング６４、６６と同様、剛性
または比較的剛性であり、プレフォームリング５８よりはるかに高密度を有する
。この結果、荷重が増加するにつれ、中央プレフォームリング５８の４５度角が
アセンブリ１００最上部のエンドリング６４における６０度角に近づくことを強
いられ、両角間の接触によってそれらにきわめて近接した第１のプレフォームリ
ング５８が変形し始める。この結果、各プレフォーム５８間の強化硬質ＭＩＣブ
レードプレフォーム支持リング１０２、１０４のために、１つのプレフォームリ
ング５８から次のプレフォームリング５８、さらに次のプレフォームリング５８
へとより一層均等かつ効率的な荷重の伝達が発生すると思われる。この結果、締
付けを行うと、上記硬質のＭＩＣブレードプレフォーム支持リング１０２、１０
４、１０６は、プレフォームリング５８ど同様に、実際に移動する。より硬質の
材料であるＭＩＣブレードプレフォーム支持リング１０２、１０４、１０６は、
より軟質のプレフォーム５８間およびそれに隣接して配置されており、３つの軟
質プレフォーム要素５８のすべてを、図４に示すように上記ＭＩＣブレードプレ
フォーム支持リングが各プレフォーム５８間に配置されていない場合に移動する
よりも多く、６０度角に向かって強制的に移動させる傾向を有する。

【００５９】ＭＩＣブレードエンドリング６４、６６間で圧縮されると、５つのリングのす
べて、少なくとも２つのＭＩＣブレードプレフォーム支持リング１０２、１０４
、そしておそらく第３のリング１０６および３つのプレフォームリング５８は、
ＭＩＣブレードエンドリング６４、６６間に配置されており、ステム１４に対し
て相対的に回転し、その結果エンドリング６４と第１のプレフォームリング間の
間隙を閉鎖する。こうして、ステム１４に最も近いＭＩＣブレードプレフォーム
支持リング１０２／プレフォームリング５８間の境界線１１２の部分１１０は、
初期にはステム１４に比して高い位置にあるが、下方に回動すると共に、ＭＩＣ
ブレードプレフォーム支持リング１０２／プレフォームリング５８間の境界線の
外側部分１１４は、スタッフィングボックスの開放部分に向かって上方に回動す
るであろう。言い換えると、上記境界線は、スタッフィングボックスの頂部から
離れてステム表面に沿って低部に向かって移動し、４５度角の外側端は、スタッ
フィングボックスの低部から離れて頂部に向かって上方に移動するであろう。し
たがって、必然的に、すべてのＭＩＣブレードリングとプレフォーム支持リング
／プレフォームリングの境界線１１０、１１２、１１６〜１２６が移動し、そし
ておそらく、ある地点では、ステム１４と垂直になる場合もあろう。上記各種の
構成要素間における異なる角度の基本的な半径方向拡張性は、図示の各実施形態
において重要であり、また図５の実施形態の利点を提供するのに役立つ。

【００６０】上述のように、可撓性グラファイトから成るＭＩＣブレードプレフォーム支持
リング１０２、１０４、１０６は、型成形され、一般的にプレフォームリング５
８より大きな密度および剛性を有している。プレフォーム５８の代表的な密度は
約０．５０〜約１．４ｇ／ｃｃである。現在好適とされているＭＩＣブレードプ
レフォーム支持リング１０２、１０４、１０６の密度は、約１．８ｇ／ｃｃもし
くはそれ以上である。上記ＭＩＣブレードプレフォーム支持リングをスタッフィ
ングボックスパッキンアセンブリ内部に含有することは、ステムに対する案内／
軸受支持という利得をも提供し、ステム１４が動作中にその軸上の中心に保持さ
れることを確実にするのに貢献する。プレフォームリング５８の密度のみは、ス
テムに対する案内／軸受支持機能にいくらかでも意味のある貢献をするに足りな
いことが分かっている。

【００６１】実施例１以下に、図５に示すスタッフィングボックスパッキンアセンブリの利点を数値
化するための２種の機能試験例を説明する。１つの試験例は連続作動制御バルブ
試験装置を用いたものであり、他の試験例は、バルブステムが全ストローク距離
にわたって反復作動する試験装置を用いる。

【００６２】制御バルブ試験：この試験に用いた試験装置は、４インチ、３００ポンドクラスのサーク・グロ
コン（ＳｅｒｋＧｌｏｃｏｎ）バルブを、ステムの移動がその中点に心合わせ
された状態で、約１０％のステム移動距離にわたって作動するようにセットアッ
プした（通常の運用作動条件）。試験中、ステムは毎分約６サイクル半、サイク
ル間の休止期間約１０秒で作動させた。試験中に記録された温度／圧力／媒体条
件は、約３９２°Ｆ、約６５４ｐｓｉ、メタンの使用であった。排出漏れ率の測
定にはＦｏｘｂｏｒｏガス検知器を用いた。試験の目標は、３種の異なるスタッ
フィングボックスパッキンアセンブリにおいて漏れ排出読取値が１０，０００ｐ
ｐｍを超えるまでに累積できたステム作動回数を測定し記録することであった。
試験結果を以下に示す。

【００６３】１．図１の５リング形フラット複合型スタッフィングボックスパッキン
アセンブリ：漏れは３２時間後１０００ｐｐｍを超え、漏れは５２時間後５０００ｐｐｍを超え、漏れは７２時間後１０，０００ｐｐｍを超えた。

【００６４】２．図３の７リング形スタッフィングボックスパッキンアセンブリ：漏れは６８時間後１０００ｐｐｍを超え、漏れは１０２時間後５０００ｐｐｍを超え、漏れは１２６時間後１０，０００ｐｐｍを超えた。

【００６５】３．図５に示すスタッフィングボックスパッキンアセンブリ：漏れは３５５時間後１０００ｐｐｍを超え、漏れは４１０時間後５０００ｐｐｍを超え、漏れは４５５時間後１０，０００ｐｐｍを超えた。

【００６６】周知のように、グラファイト粒子のステムへの移行は可撓性グラファイトパッ
キンリングに対して研磨効果を及ぼし、パッキンリングの内径シール表面にグル
ーブを刻む。グラファイトのステム表面上への蓄積が継続して累積されると、こ
れらのグルーブは次第に大きくなり、より多くの量の媒体を外部環境へ漏洩させ
る。上記比較試験結果に見られる通り、上記７リング形スタッフィングボックス
アセンブリは、上記５リング形フラット複合型スタッフィングボックスアセンブ
リを凌ぐ有意な機能的性能改善を提供する。上記７リング形パッキンアセンブリ
デザインと上記５リング形複合型パッキンアセンブリデザインにおけるワイパリ
ングはパッキンアセンブリの端部に配置されているので、それらの配置のために
、パッキンアセンブリ／ステムシール領域の中央部においてグラファイト粒子の
蓄積が発生することを防止するワイパリングの有用性が除去されてしまう。その
結果、アセンブリ中央部におけるワイパ作用がよく見てもかなり制約されてしま
う。さらに、ステム作動期間中にわたって、グラファイト材料の一部の移行がこ
れら両パッキンアセンブリの最極端に向かって起こっているはずである。

【００６７】見られるように、図５のパッキンアセンブリの性能は、上記５リング形フラッ
ト複合型パッキンアセンブリの結果を上回るきわめて顕著な改善、ならびに上記
７リング形パッキンアセンブリの結果を上回る有意な改善を示した。この改善は
ＭＩＣブレードプレフォーム支持リングの３本の追加細片の内部ワイパ効果に基
づくものと考えられ、結果として、ワイパ作用の向上、グラファイトの区画限定
の向上、ステム案内支持の向上、そしてシール結果の向上につながる。

【００６８】バルブ試験−ステムの全ストローク長距離にわたる循環（モータ作動式バルブ
への応用シミュレーション）：このバルブ試験には、モータ作動式アクチュエータを備えたパシフィック（Ｐ
ａｃｉｆｉｃ）バルブ試験装置を用いた。使用した媒体は、約３９２°Ｆおよび
約５６４ｐｓｉにおけるメタンであった。バルブステムを、全開位置と全閉位置
との間で、繰り返しサイクル循環させた。試験期間中は２回以上の再調整を許可
しなかった。試験の目標は、試験対象の各スタッフィングボックスパッキンアセ
ンブリにおいて漏れが１０，０００ｐｐｍを超えるまでに累積することのできた
ステムストローク回数を測定することであった。

【００６９】１．図１の５リング形フラット複合型パッキンアセンブリ：漏れは２３００サイクル後１０，０００ｐｐｍを超えた。

【００７０】２．図３の７リング形パッキンアセンブリ：漏れは６０００サイクル後１０，０００ｐｐｍを超えた。

【００７１】３．図４のパッキンアセンブリ：漏れは６５００サイクル後１０，０００ｐｐｍを超えた。

【００７２】４．図５のパッキンアセンブリ：漏れは２８，５００サイクル後１０，０００ｐｐｍを超えた。

【００７３】図５のパッキンアセンブリの他のパッキンアセンブリに対しての性能改善の理
由は、上記試験の結論で既に述べたのと同じである。区画限定制御の向上は、主
として、先の試験で示された改善に対して、この試験で見られた改善の増大に起
因するものと考えられた。これらの結果はまた、図５のパッキンアセンブリの有
する図４の標準デザインを上回る機能上の利点をも立証した。

【００７４】第２の代替スタッフィングボックスパッキンアセンブリの実施形態を図６に示
す。図６に示すパッキンアセンブリ１３０は、図４のパッキンアセンブリ５６に
おいてアダプタリング６４、６６の構成に用いられたのと同タイプの材料である
型成形ＭＩＣブレード編組材料で、全体が構成されている。これらのＭＩＣブレ
ード内部また中央リング１３２、１３４、１３６と共に用いる撚糸材料で現在好
適とされているのは、主に可撓性グラファイト箔または薄片材料から構成される
ものである。該撚糸は、本体内、本体上、もしくは本体周囲に（例えば、箔状細
片、線状体、等の）１本またはそれ以上の金属製ストランドをも組み入れている
。

【００７５】知られているように、可撓性グラファイト自体、広範囲の耐温度性および耐薬
品性を有する傑出したシール材である。可撓性グラファイトは金属表面に優れた
シール接触を形成し、非摩耗性であり、形状可変である。しかしながら、可撓性
グラファイトは一方で、例えば耐摩耗性に乏しく、側面荷重力を受けたときの半
径方向の復元力に乏しい（軸受支持性が乏しい）、等のいくつかの否定的な属性
も有しており、動的な運動や圧縮荷重力に曝されると微小間隙を通じて容易に押
し出される。

【００７６】金属製強化材を上記可撓性グラファイト撚糸に付加すると、上記の否定的属性
の大部分が解消される。図６のＭＩＣブレードに用いられている現在のところ好
ましい撚糸の構造においては、可撓性グラファイト箔の芯を覆ってインコネル繊
維（約０．００３５インチ径）のワイヤを封止した骨格ニット、そしてその編組
仕上げ品は非摩耗性で、良好なシール特性を有し、かつ高い耐摩耗性、優れた押
出し抵抗を示すことが分かり、そしてまた優れた軸受支持材であった。

【００７７】図６のパッキンアセンブリは、そのアダプタあるいはエンドリング６４、６６
およびプレフォーム要素／リング１３２、１３４、１３６のすべてに型成形ＭＩ
Ｃブレード可撓性グラファイト編組リングを用いている。上記特定のパッキンア
センブリ１３０は、１／４回転（あるいはロータリ）バルブへの適用の場合に内
在する問題の特性を打ち消すように開発されたものである。１／４回転バルブは
、通常、（ナイフ、門、玉形弁において共通に使われている往復型または直線型
ステムと対比して）ステム軸の周囲を９０°円弧回転して作動するステムを有す
る。ステム１４の頂部にある力を加えてこの回転運動を発生させる作用は、自ず
と一定程度の側面荷重をステム１４に加えることになり、パッキン材に対して半
径方向圧縮力が行使される結果を生む。型成形された可撓性グラファイトリング
類似品５８（非強化）をシール材として用いた場合、この側面荷重が該シール材
の半径方向圧縮力を生み出し、ステム１４がその心合わせ位置に復帰する際に半
径方向復元力が殆ど発生しない。その結果生じる間隙が見て明らかな漏れ通路を
開けてしまい、これがパッキンアセンブリのシール寿命および運用寿命を早める
ことになる。アセンブリ中心部に可撓性グラファイトテープリングを用いた型成
形複合型パッキンアセンブリは、直線型ステム運動へ適用する場合にしばしば選
ばれるシーリングの選択肢であるが、上記問題点のためにそれらの回転型への適
用に選択することは厳しく制限される。

【００７８】ＭＩＣブレード可撓性グラファイトによる型成形編組リングを主要シール部材
として有するパッキンアセンブリの変形例を提供することは、上記側面荷重の問
題を効果的に解消する。図６のパッキンアセンブリにおけるＭＩＣブレードプレ
フォームリング１３２、１３４、１３６の強化密度は、ステム１４に高度の軸受
支持を与え、バルブ作動時にステムの半径方向運動を効果的に減殺する。これに
より、乏しい半径方向復元力という不利益の減殺を受けることなく、ロータリバ
ルブにおいて可撓性グラファイト材のシール特性の恩恵を最大に引き出すことが
できる。

【００７９】知られているように、グラファイトはグラファイト粒子移行と呼ばれる機能的
属性をもっている。すなわち、グラファイトが移動金属表面に対して圧縮される
と、グラファイトの粒子が刈り取られてその金属表面自体に付着する。この性質
は多くの利点（例えば、摩擦低減、金属表面の微細研磨、等）を有する一方、門
や球体やナイフ弁がするようなあらゆる直線作動に伴ってグラファイトがシール
室から漸進的に運び出されるのを促進する。そのような場合に、このグラファイ
ト粒子移行を打ち消すために可撓性グラファイト含有組織体の対向端に編組ワイ
パリングを使用することが一般に行われている。そのワイパリングは、可撓性グ
ラファイト材をスタッフィングボックスの範囲内に閉じ込めた状態に保持する。
ワイパシステムを追加することは、直線状に移動するステムを備えたバルブに対
してきわめて良好に機能する一方、回転運動バルブにおけるグラファイト粒子移
行を低減するために、図５のように、エンドワイパ部または内部ワイパ部１０２
、１０４、１０６を使用することが無駄になる。ステム１４の動きのために、ア
センブリ１００の端部のワイパ６４、６６は活動を始めない。ステム１４上にグ
ラファイト粒子の蓄積が起こるにつれ、ステムの移動は、残ったままの可撓性グ
ラファイトシールリング５８の内径シール表面内に周方向のグルーブを刻み付け
る結果になる。可撓性グラファイト材はそれ自身をすり減らし、その結果生じる
グルーブがシーリングパッキンアセンブリを貫いて漏れ通路を作り出す。

【００８０】図６のパッキンアセンブリ１３０において、ブレードを作るために用いられて
いる可撓性グラファイト撚糸は、撚糸の各ストランドに親和的であってそれら自
身の金属補強材ストランド構造を含んでいる。そのブレードの構造における前記
金属補強材の存在は、回転運動ステムに対して効果的な内蔵ワイパシステムとし
て作用し、優れた仕事をする。ステム表面に付着するいかなるグラファイトも、
１本の編組撚糸ストランドの幅を移動することができる前に拭き取られてしまう
。

【００８１】従来、上記２つの問題領域のために、圧縮パッキン業界は従来の（炭素または
グラファイト繊維系撚糸システムを用いた）編組パッキンセットに大きく依存し
なければならかった。可撓性グラファイト製品の秀でた性能は広く認識されてい
るが、一方、上記２つの問題領域（低い半径方向復元力または軸受支持性と、効
果的なワイパシステムの不在）が回転型の用途における可撓性グラファイトの使
用を制限してきた。図６のパッキンアセンブリ１３０を用いれば、いずれの問題
領域も効果的に解消され、可撓性グラファイトの性能利点をフルに活用できる。

【００８２】実施例２比較機能試験評価において、次の２種の異なるパッキンアセンブリデザインに
ついて業界で一般的なロータリバルブを用いて比較試験を行った：１．図６のパッキンアセンブリと類似したパッキンアセンブリ、ただし
中央リングは２個のみ備える；２．図１のパッキンアセンブリと類似した４リング形フラット複合型パ
ッキンアセンブリ、ただし中央可撓性グラファイトパッキンリングは２個のみ備
える。

【００８３】最上部および最下部の編組炭素押出し防止エンドリングに、断面方形の２つの
可撓性グラファイト中央リングを加えて複合型パッキンアセンブリ（図１）を構
成した。上記可撓性グラファイトリングはリング金属補強材を含有せず、シール
性と軸受支持性とのバランスを最大化するために約１．４ｇ／ｃｃの密度に型成
形した。試験装置は、ＵｎｉｔｏｒｑＭ１４８ＤＡアクチュエータを備え
たＫｕｋａ３インチ、１５０番クラスのボールバルブを使用した。水を用い、
３００ｐｓｉでこのシステムを加圧した。試験の目標は、スタッフィングボック
スから漏れ出す水の浸出が検知される時まで１／４回転ステムサイクル（６ステ
ムサイクル／分または３０００ステムサイクル／日）にわたってバルブを作動さ
せることであった。その試験の結果を以下に示す。

【００８４】図１のものと類似の上記４リング形フラット複合型パッキンアセンブリにおい
て、１０，０００ステムサイクルでスタッフィングボックス最上部において検出
可能かつ回収可能な量の水の漏出が存在した。試験後のパッキングランドおよび
ステム表面の調査によって、有意な程度のグラファイト粒子の蓄積が上記ステム
表面上で発生していたこと、および上記ステムはパッキン押えとの側面荷重接触
の結果としてのゴーリング損傷を被っていたことが示された。

【００８５】図６のものと類似の上記パッキンアセンブリにおいて、１００，０５９ステム
サイクルの後は試験を最終的に切り上げて、水の浸出は検知されなかった。試験
後のパッキングランドおよびステム表面の調査によって、水あるいはグラファイ
トの蓄積の痕跡は見られなかった。

【００８６】図６のものと類似の上記パッキンアセンブリは、ステム１４を軸中心に保持す
るのに必要な軸受支持を与えることができ、可撓性グラファイトリング部におけ
る金属補強材は、グラファイト粒子の蓄積が発生するのを防止したと考えられる
。

【００８７】直線型ステム運動バルブに関し、このステムの軸受支持特徴は、ロータリバル
ブの性能には決定的に重要であり、また多くの直線型ステム運動バルブにおける
非常に価値の高い機能的特徴でもある。摩耗、加工制御や加工精度の間違いや誤
り、バルブとアクチュエータ間の接続のミスアラインメント、等に起因して、直
線型ステム移動バルブは、付加的な軸受支持要素（例えば、ブッシュ、押え輪、
アングルブロック、等）をパッキンアセンブリに加えると、シール性能が改善さ
れることが多い。スタッフィングボックスの深さが十分にあれば、これらの付加
的要素のための必要スペースを取ることは容易である。但し、新たなスタッフィ
ングボックスでは、浅い（５リング形またはそれ以下）スタッフィングボックス
深さとするのが業界の通例となっている。

【００８８】図６のパッキンアセンブリ１３０は、シール部も軸受支持部として機能すると
いう点で独自の長所を備えている。したがって、この点で、図６のものに類似し
たパッキンアセンブリを用いたときには、浅いボックスデザインということはも
はや関心の対象にならない。図６のパッキンアセンブリ１３０は直線型および回
転型のバルブ使用に長所を有しており、リング部の型成形厚およびパッキンアセ
ンブリに組み込まれるリング数に応じて、パッキン積層の高さを２横断面深さの
セットからそれ以上にどこでも変更することができる。図６のパッキンアセンブ
リは、種々の角度に基づく半径方向拡張性の向上という利点をも有していること
が理解さるべきである。

【００８９】図７に示すスタッフィングボックスパッキンアセンブリ１４０は、図５（１０
０）および図６（１３０）に示す各スタッフィングボックスパッキンアセンブリ
の組合わせである。図７に示すように、最上部１４２と最下部１４４のプレフォ
ームリングはＭＩＣブレード型式＃１３０３の型成形凹凸リングであり、中央プ
レフォームリング５８のみが型成形可撓性グラファイトテープから構成されてい
る。

【００９０】図５および図６のパッキンアセンブリの場合と同様、高密度に型成形したＭＩ
Ｃブレードプレフォーム支持リング１４２、１４４のこの特定の配置構成は、ワ
イパ作用の改善および軸受支持の向上をもたらす。この特定のパッキンアセンブ
リは、軸受支持設計の不足が原因でステムがその作動時に揺動運動を起こす傾向
があるような非回転型の用途に有用である。図７に示すパッキンアセンブリ１４
０は、ステムをスタッフィングボックス内に相対的に心合わせされた状態で保持
するのに必要な付加的軸受支持を提供している。

【００９１】ときに、特定業界のバルブ適用用途においては、選ばれた用途に対して正しく
選択された高性能バルブパッキンアセンブリデザインによってバルブが適切にパ
ッキングされているにも拘らず、良好なシール性能を提供できないことがある。
その性能不足の理由は、種々多様である（例えば、バルブ構成部品の機械的損傷
、予期せぬ未計画の使用環境条件、等）。これらの場合によく遭遇する具体的な
原因の１つは、ステムが作動したときスタッフィングボックスの中心軸から外れ
出ることが関与している。この心外れを伴う作動の問題は、アクチュエータの力
の結果として側面荷重または変位運動が誘発されることや、弁おおいヨークナッ
トのねじ山の摩耗の結果としての揺動運動や、ステム加工時のスタッフィングボ
ックスの心軸とのミスアラインメント、水平軸を有するバルブステムの直径が大
きいこと（ステム重量の大半がスタッフィングボックスパッキンセットによって
支持されている）、等に起因して起こる可能性がある。スタッフィングボックス
が十分深ければ、これらのミスアラインメントの問題は、ブッシュ、アングルブ
ロック等の付加的な軸受支持素子を使用することで補正することができる。残念
ながら、また着実に増加していることであるが、これらのバルブは付加的な軸受
支持要素の使用を組み入れるにはボックス深さが不十分な浅いものである。

【００９２】図７に示す通りの上記パッキンアセンブリ１４０のデザインは、この付加的な
ボックス深さに関する要求事項の必要性および／または付加的軸受支持要素の必
要性をなくしてしまうことが分かった。図７に示されているように、上記パッキ
ンアセンブリ１４０は、２つの高密度ＭＩＣブレードアダプタエンドリング６４
、６６と２つの高密度ＭＩＣブレードプレフォームリング１４２、１４４を含む
５つのリングを有している。これらの４つのリング６４、６６、１４２、１４４
は、それらが接触するいずれかのステム、スリーブ材またはシャフト材に対する
軸受支持度を向上させる。

【００９３】図７に示す上記パッキンアセンブリ１４０は、上記２つの高密度ＭＩＣブレー
ドプレフォームリング１４２、１４４、および１つの低密度中央可撓性グラファ
イトプレフォームリング５８、はすべて上記ＭＩＣブレードアダプタエンドリン
グ６４、６６からの角度が異なっているという点でシール性特徴の向上をもたら
す。その異なる角度が、加えられた圧縮荷重の結果としての半径方向拡張性の増
大を保証している。図７に示す実施形態では、個別の各シール要素や個別の各軸
受支持要素に対する必要性が、これらの両機能とも本デザインに存在する多機能
要素によって与えられているためになくなっている。

【００９４】単一の可撓性グラファイト（非強化)プレフォームリング５８がそのいずれか
の側でＭＩＣブレード高密度プレフォームリング１４２、１４４により囲い込ま
れていることにより、図７のデザインは、図５のパッキンアセンブリ１００の説
明で開示した内部ワイパの恩恵が有利に働くような制御バルブにおける使用に適
したものとなっている。

【００９５】図７に示すパッキンアセンブリのデザインはまた、摩耗性の高い適用環境（例
えば、薬品スラリー用途）で最適なシール性結果が要求されるような浅いスタッ
フィングボックスを有するバルブに対して非常に適切な選択となるであろう。上
記２つのＭＩＣブレードアダプタエンドリング６４、６６および上記２つのＭＩ
Ｃブレードプレフォームリング１４２、１４４は耐摩耗性を向上させる助けとな
り、摩耗性媒体をより軟質の中央可撓性グラファイトプレフォームリング５８と
の接触およびその劣化から守る。

【００９６】図７に示されている多種多様なリング６４、６６、１４２、１４４、５８の個
々の厚さを変化させて、特定のバルブスタッフィングボックスのデザインの要求
事項に従い、パッキンアセンブリの仕上げ積層高さを変更することができる。

【００９７】明らかなことであるが、バルブ業界は、バルブ用スタッフィングボックスパッ
キンアセンブリから導き出すことのできる性能の着実な発展を見てきた。この発
展は、アスベストブレード型式から、炭素およびグラファイトブレードへ、複合
型パッキンアセンブリデザイン（図１）へ、カップアンドコーン複合型パッキン
アセンブリ技術へ、例えば１１個の構成要素から成るＥＶＳＰアセンブリ（図２
）、７個の構成要素から成るＥＶＳＰアセンブリ（図３）等へと遷移してきた。
いずれの場合にも性能の向上が達成されたが、殆どの場合、スタッフィングボッ
クス内におけるパッキンアセンブリの位置決めがより簡単になり、時間や労力が
少なくて済むようになったという点で、密封パッキンアセンブリの設計は、より
簡素なものとなり、バルブ保守業務へ適用し易くなった。図４〜７に示されてい
る各スタッフィングボックスパッキンアセンブリは更なる発展の数例であり、次
第に浅くなるスタッフィングボックス空洞に適応可能な多機能構成要素を含む新
規なパッキンアセンブリデザインを活用して運用性能の向上を生み出している。

【００９８】本明細書に記載の物品はこの発明の好ましい実施形態を構成するが、この発明
はこれらの詳細な物品に限定されるものではないこと、および添付のクレームに
おいて規定されるこの発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことが
可能であることが理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のスタッフィングボックス、ステム、およびフラットな
５リング形スタッフィングボックスパッキンアセンブリの断面図である。

【図２】従来技術の１１リング形スタッフィングボックスパッキンアセン
ブリの断面図である。

【図３】従来技術の７リング形スタッフィングボックスパッキンアセンブ
リの断面図である。

【図４】この発明のスタッフィングボックス、ステム、および５リング形
スタッフィングボックスパッキンアセンブリの断面図である。

【図５】この発明のスタッフィングボックス、ステム、および代替スタッ
フィングボックスパッキンアセンブリの断面図である。

【図６】この発明のスタッフィングボックス、ステム、および第２の代替
スタッフィングボックスパッキンアセンブリの断面図である。

【図７】この発明のスタッフィングボックス、ステム、および第３の代替
スタッフィングボックスパッキンアセンブリの断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】ることを含んでいる。さらにもう１つの実施形態は、それぞれ角度付き対向表面を備えて型成形されたグラファイトから成る高密度金属インサート編組エンドリングで構成されるエンドリングおよび中央リングを有することを含んでいる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スタッフィングボックス用パッキンであって、少なくとも１つの中央リングと、軸方向の圧縮力が上記パッキンに加えられたとき応答し、上記少なくとも１つ
の中央リングの第１の端部の１つの半径方向縁部に隣接する材料を強制的に軸方
向および半径方向において上記少なくとも１つの中央リングから遠ざかる方向に
移動させ、さらに上記材料を不浸透性でかつ効果的な密封状態に圧縮するエンド
リングとから成るスタッフィングボックス用パッキンにおいて、上記エンドリン
グは、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、上記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサ
ートとから成ることを特徴とするスタッフィングボックス用パッキン。
【請求項２】請求項１のパッキンにおいて、上記エンドリングの第１の端
部が内径シールを形成し、この内径シールにおいて、その鋭角が軸方向内方に向
かい、かつ上記少なくとも１つの中央リングおよびエンドリング対向表面の鋭角
がそれぞれ約４５°および６０°であることを特徴とするパッキン。
【請求項３】請求項１のパッキンにおいて、上記エンドリングが高い耐押
出し性および耐摩耗性を有していることを特徴とするパッキン。
【請求項４】請求項１のパッキンにおいて、上記エンドリングが上記少な
くとも１つの中央リングを支持し、かつバルブステムを拭き取ることを特徴とす
るパッキン。
【請求項５】請求項１のパッキンにおいて、上記少なくとも１つの中央リ
ングが、２つのエンドリングの間に作用可能に配置された角度付き対向表面を有する３
つの低密度グラファイトプレフォームリングから成ることを特徴とするパッキン
。
【請求項６】請求項１のパッキンにおいて、上記少なくとも１つの中央リ
ングが、少なくとも２つの低密度グラファイトプレフォームリングと、両リング間に作用可能に配置された少なくとも１つの追加リングとから成り、
上記少なくとも１つの追加リングが、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、２つのエンドリングの間に作用可能に配置された角度付き対向表面を有する上
記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサート
とから成ることを特徴とするパッキン。
【請求項７】請求項１のパッキンにおいて、上記少なくとも１つの中央リ
ングが、２つのエンドリングの間に作用可能に配置された角度付き対向表面を有する少
なくとも３つの低密度グラファイトプレフォームリングと、隣接する低密度プレフォームリングの間に作用可能に配置された少なくとも１
つの追加リングとから成り、上記少なくとも１つの追加リングが、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、２つのエンドリングの間に作用可能に配置された角度付き対向表面を有する上
記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサート
とから成ることを特徴とするパッキン。
【請求項８】請求項１のパッキンにおいて、上記少なくとも１つの中央リ
ングが、２つの追加リングの間に作用可能に配置された角度付き対向表面を有する１つ
の低密度グラファイトプレフォームリングから成り、上記追加リングが２つのエ
ンドリングの間に作用可能に配置されており、上記追加リングが、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、２つのエンドリングの間に作用可能に配置された角度付き対向表面を有する上
記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサート
とから成ることを特徴とするパッキン。
【請求項９】請求項１のパッキンにおいて、上記少なくとも１つの中央リ
ングが、少なくとも３つのリングから成り、それらリングの各々が、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、２つのエンドリングの間に作用可能に配置された角度付き対向表面を有する上
記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサート
とから成ることを特徴とするパッキン。
【請求項１０】請求項１のパッキンにおいて、上記編組グラファイトテー
プ基部における上記インサートが、支持スペーサおよびワイパ機能を果たすことのできる金属または他の材料の細
片、ワイヤ、線条、薄葉であることを特徴とするパッキン。
【請求項１１】請求項６のパッキンにおいて、上記金属が、スチール、銅、真鍮、アルミニウム、および亜鉛から成るグループから選ばれたことを特徴とするパッキン。
【請求項１２】請求項１のパッキンにおいて、上記エンドリングが、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ；登録商標）を用いたＭＩＣブレードから成るこ
とを特徴とするパッキン。
【請求項１３】請求項６のパッキンにおいて、上記インサートが上記エン
ドリングを実質的にいかなる所望の形状にも適合させ堅固に保持させることを特
徴とするパッキン。
【請求項１４】請求項１０のパッキンにおいて、各エンドリングが、約７
５０ｐｓｉ〜約３８，０００ｐｓｉの範囲内の圧縮荷重値で型成形されることを
特徴とするパッキン。
【請求項１５】少なくとも２つの低密度中央リングと、両リング間に作用可能に配置された少なくとも１つの追加リングとから成るス
タッフィングボックス用パッキンにおいて、上記少なくとも１つの追加リングが
、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、角度付き対向表面を有する上記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作
用可能に分散されたインサートと、軸方向の圧縮力が上記パッキンに加えられたとき応答し、上記少なくとも２つ
の低密度中央リングのうちの１つの第１の端部の１つの半径方向縁部に隣接する
材料を強制的に軸方向および半径方向において上記少なくとも２つの中央リング
のうちの１つから遠ざかる方向に移動させ、さらに上記材料を不浸透性でかつ効
果的な密封状態に圧縮するエンドリングとから成るスタッフィングボックス用パ
ッキンにおいて、上記エンドリングは、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、上記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサ
ートとから成ることを特徴とするスタッフィングボックス用パッキン。
【請求項１６】請求項１のパッキンにおいて、上記エンドリングの第１の
端部が内径シールを形成し、この内径シールにおいて、その鋭角が軸方向内方に
向かい、かつ上記少なくとも１つの中央リングおよびエンドリング対向表面の鋭
角がそれぞれ約４５°および６０°であることを特徴とするパッキン。
【請求項１７】請求項１のパッキンにおいて、上記エンドリングが高い耐
押出し性および耐摩耗性を有していることを特徴とするパッキン。
【請求項１８】請求項１のパッキンにおいて、上記エンドリングが上記少
なくとも１つの中央リングを支持し、かつバルブステムを拭き取ることを特徴と
するパッキン。
【請求項１９】請求項１のパッキンにおいて、上記編組グラファイトテー
プ基部における上記インサートが、支持スペーサおよびワイパ機能を果たすことのできる金属または他の材料の細
片、ワイヤ、線条、薄葉であることを特徴とするパッキン。
【請求項２０】請求項１のパッキンにおいて、上記エンドリングが、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ；登録商標）を用いたＭＩＣブレードから成るこ
とを特徴とするパッキン。
【請求項２１】２つのエンドリングの間に作用可能に配置された角度付き
対向表面を有する少なくとも３つの低密度グラファイトプレフォームリングと、隣接する低密度プレフォームリングの間に作用可能に配置された少なくとも１
つの追加リングとから成るスタッフィングボックス用パッキンにおいて、上記少
なくとも１つの追加リングが、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、角度付き対向表面を有する上記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作
用可能に分散されたインサートと、軸方向の圧縮力が上記パッキンに加えられたとき応答し、上記少なくとも３つ
の低密度中央リングのうちの１つの第１の端部の１つの半径方向縁部に隣接する
材料を強制的に軸方向および半径方向において上記少なくとも３つの中央リング
のうちの１つから遠ざかる方向に移動させ、さらに上記材料を不浸透性でかつ効
果的な密封状態に圧縮するエンドリングとから成るスタッフィングボックス用パ
ッキンにおいて、上記エンドリングは、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、上記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサ
ートとから成ることを特徴とするスタッフィングボックス用パッキン。
【請求項２２】請求項１のパッキンにおいて、上記エンドリングの第１の
端部が内径シールを形成し、この内径シールにおいて、その鋭角が軸方向内方に
向かい、かつ上記少なくとも１つの中央リングおよびエンドリング対向表面の鋭
角がそれぞれ約４５°および６０°であることを特徴とするパッキン。
【請求項２３】請求項１のパッキンにおいて、上記エンドリングが高い耐
押出し性および耐摩耗性を有していることを特徴とするパッキン。
【請求項２４】請求項１のパッキンにおいて、上記エンドリングが上記少
なくとも１つの中央リングを支持し、かつバルブステムを拭き取ることを特徴と
するパッキン。
【請求項２５】請求項１のパッキンにおいて、上記編組グラファイトテー
プ基部における上記インサートが、支持スペーサおよびワイパ機能を果たすことのできる金属または他の材料の細
片、ワイヤ、線条、薄葉であることを特徴とするパッキン。
【請求項２６】請求項１のパッキンにおいて、上記エンドリングが、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ；登録商標）を用いたＭＩＣブレードから成るこ
とを特徴とするパッキン。
【請求項２７】請求項１０のパッキンにおいて、各エンドリングが、約７
５０ｐｓｉ〜約３８，０００ｐｓｉの範囲内の圧縮荷重値で型成形されることを
特徴とするパッキン。
【請求項２８】中央リングアセンブリを備えたスタッフィングボックス用
パッキンにおいて、上記中央リングアセンブリは、角度付き対向表面を有する１つの低密度グラファイトプレフォームリングと、２つのプレフォーム支持リングとから成り、上記低密度グラファイトプレフォ
ームリングは、上記２つのプレフォーム支持リングの間に作用可能に配置されて
おり、上記２つのプレフォーム支持リングは、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、上記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサ
ートと、軸方向の圧縮力が上記パッキンに加えられたとき応答し、上記材料を不浸透性
でかつ効果的な密封状態に圧縮するエンドリングとから成り、上記エンドリング
は、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、上記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサ
ートとから成ることを特徴とするスタッフィングボックス用パッキン。
【請求項２９】請求項１０のパッキンにおいて、各エンドリングが、約７
５０ｐｓｉ〜約３８，０００ｐｓｉの範囲内の圧縮荷重値で型成形されることを
特徴とするパッキン。
【請求項３０】少なくとも３つの中央プレフォームリング備えたスタッフ
ィングボックス用パッキンにおいて、上記少なくとも３つの中央プレフォームは
、角度付き対向表面を有し、かつ少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編
組グラファイトテープ基部と、上記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサ
ートと、軸方向の圧縮力が上記パッキンに加えられたとき応答し、上記低密度中央リン
グのうちの１つの第１の端部の１つの半径方向縁部に隣接する材料を強制的に軸
方向および半径方向において上記少なくとも３つの中央リングのうちの１つから
遠ざかる方向に移動させ、さらに上記材料を不浸透性でかつ効果的な密封状態に
圧縮する少なくとも２つのエンドリングとから成り、上記少なくとも２つのエン
ドリングは、少なくとも約１．８ｇ／ｃｃの密度を有する編組グラファイトテープ基部と、上記編組グラファイトテープ基部全体にわたって作用可能に分散されたインサ
ートとから成ることを特徴とするスタッフィングボックス用パッキン。