JP2011069485A - グランドパッキン - Google Patents

Abstract

【課題】どのような分野に使用されるグランドパッキンであるとしても、必要に応じて、硬度と柔軟性を調整することができ、加えて、何度も増し締めを行なわなくて有効なシール性を長期に渡り発揮することのできるグランドパッキンを提供する。
【解決手段】編組されたフィラメント糸で形成された外側部分（Ａ₁）と、該外側部分に囲まれた中央部分（Ａ₂）とから構成された断面構造を有するグランドパッキンであって、前記中央部分（Ａ₂）の少なくとも一部分が、紡績糸および／または混紡糸から形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、グランドパッキンに関し、詳しくは、ポンプなどの回転・往復動機器の軸部の密封に使用されるグランドパッキンに関する。

グランドパッキンは、バルブステム、流体機器あるいは装置の回転軸など回転あるいは摺動動作を伴う箇所において使用されているが、これらの箇所では、作動抵抗によるエネルギーの損失が伴われるため、作動抵抗を軽減させることは、動力源のエネルギー消費を少なくするとともにパッキンの長寿命化を図るために不可欠である。

また、近年、自然環境への影響を考慮して石綿系のグランドパッキンの使用が制限されているため、例えば、黒色を嫌う製紙業界における各種薬液ラインの攪拌機用ポンプの軸封止用のグランドパッキンとしては、アスベスト（石綿）の代替品として、白色系ノンアスベストグランドパッキンが使用されている。

このように製紙業界などで使用される白色系ノンアスベストグランドパッキンとしては、その要求特性に応じてアラミド繊維、ＰＴＦＥ繊維などの有機繊維、あるいは、ガラス繊維、セラミック繊維などの無機繊維が基材として使用され、かつ、これらの基材に金属粒子、無機粉末粒子、ＰＴＦＥディスパージョンなどが、補助材として加えられている。

ところで、グランドパッキンを製造するには、先ず、上記したような１種または２種類以上の有機繊維あるいは無機繊維などからなる素糸を格子編、袋編、八つ編などにより編組し、その後、プレスすることで、例えば、図４および図５に示すような断面四角形状のグランドパッキン１０を形成している（特許文献１）。なお、素糸は、１本の繊維または束ねられた複数本の繊維から形成される。

ここで、例えば、格子編を行なう編機により工業的に製造されたグランドパッキン１０におけるパッキン本体１０Ａの断面構造は、図５のような構成を有している。すなわち、中心部に位置する中芯糸４と、中芯糸４の外側四角に配置される角糸６と、これら中芯糸４、角糸６と、外被を構成する編組糸８などから構成されている。

特開２００１−１９２６４４号公報

ところで、このような従来の白色系ノンアスベストグランドパッキン１０は、パッキン本体１０Ａ全てが、同一の繊維(糸)形状の糸により形成されていた。すなわち、中芯糸４と、角糸６と、編組糸８との全てが、フィラメント糸で形成されているか、あるいはその全てが紡績糸または混紡糸で形成されているかのいずれかであった。

しかしながら、このようにパッキン本体１０Ａ全てが、ただ一つの繊維形状で形成されていると、全体として硬度が高くなり過ぎてしまったり、あるいは逆に硬度が低くなり過ぎてしまったりして、使用に適した硬度を提供することが困難であった。

仮に、硬度が高すぎてしまった場合には、取扱い性が悪く装着作業が困難となり、例えば、ポンプなど回転機器に装着する際に摺動軸の周面を傷付けてしまう虞がある。
一方、硬度が低すぎてしまうと、使用時に何度も増し締めを行なわなければならない。

本発明は、このような従来の実情に鑑み、どのような分野に使用されるグランドパッキンであるとしても、必要に応じて、硬度と柔軟性を調整することができ、加えて、何度も増し締めを行なわなくて有効なシール性を長期に渡り発揮することのできるグランドパッキンを提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明に係るグランドパッキンは、
編組されたフィラメント糸で形成された外側部分（Ａ₁）と、該外側部分（Ａ₁）に囲まれた中央部分（Ａ₂）とから構成された断面構造を有するグランドパッキンであって、
前記中央部分（Ａ₂）の少なくとも一部分が、紡績糸および／または混紡糸から形成されていることを特徴としている。

このような構成のグランドパッキンとすれば、回転軸などと接触する外側部分（Ａ₁）に所定の硬度を付与すべく、編組されたフィラメント糸で形成しているため、回転軸などとの摩擦抵抗によっても繊維が破損することがなく、長期的に安定したシール性を実現することができる。また、中央部分（Ａ₂）には、フィラメント糸に比して高い柔軟性を有する紡績糸や混紡糸も使用されるため、グランドパッキン全体として所望の柔軟性が得られ、回転軸などとのなじみが良く、高いシール性を実現することができる。

また、本発明では、前記外側部分（Ａ₁）を形成する編組されたフィラメント糸が、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）繊維からなることが望ましい。
このように、前記外側部分（Ａ₁）を形成する編組されたフィラメント糸が、ＰＰＳ繊維により形成されていれば、ＰＰＳ繊維は、難燃性で耐熱性および耐薬品性にも富んでおり、さらには、耐磨耗性を有し、高温時における寸法安定性も有しているので、石綿に代わるシール材として薬液供給ラインなどに有効に使用することができる。

また、本発明では、前記中央部分（Ａ₂）の全体が、編組されていない紡績糸および／または混紡糸から形成されていることが望ましい。
このように、前記中央部分（Ａ₂）の全体が、編組されていない紡績糸および／または混紡糸から形成されていれば、グランドパッキン全体としてより高い柔軟性が得られ、回転軸などとのなじみが良く、高いシール性を実現することができる。また、紡績糸や混紡糸は、フィラメント糸よりも安価であるため、グランドパッキンの製造にかかる材料コストを低減することもできる。

本発明に係るグランドパッキンによれば、グランドパッキンの断面の外側部分（Ａ₁）が編組されたフィラメント糸で形成されるとともに、この外側部分（Ａ₁）で囲まれた中央部分（Ａ₂）には、フィラメント糸に比して柔軟性を有する紡績糸や混紡糸も使用されるため、グランドパッキン全体として適宜な硬度と所望の柔軟性が得られ、回転軸などとのなじみが良く、長期的に安定した高いシール性を実現することができる。

これにより、取扱い性が良好で、グランドパッキンを装着する時などに、流体機器の摺動面を傷付けてしまうこともない。また、安定したシール性を得るために増し締めの回数を少なくすることができ、有効なシール性を長期に渡り発揮することができる。

さらに、パッキン本体がＰＰＳ繊維により形成されていれば、特にフッ素樹脂並みの耐薬品性を発揮するとともに、耐熱性など優れた物性を有しているので、薬液ラインなどに良好であるとともに長期間に渡り有効なシール性を発揮することができる。

図１は本発明のグランドパッキンが装着されたスタフィンボックスを示した断面図である。 図２Ａは、図１に採用されたグランドパッキンの概略構成を示す断面図である。 図２Ｂは、図２Ａのグランドパッキンの構成要素を示した断面図である。 図３Ａは、八編みで形成されたグランドパッキンを示す斜視図である。 図３Ｂは、格子編みで形成されたグランドパッキンを示す斜視図である。 図３Ｃは、袋編みで形成されたグランドパッキンを示す斜視図である。 図４は格子編で形成された従来のグランドパッキンを一部ほぐした状態で示す斜視図である。 図５は、図３に示した従来のグランドパッキンの構成要素を示した断面図である。 図６は本発明によるグランドパッキンの特性を調べるための実験装置を示した概略図断面である。 図７Ａは、本発明により製造されたグランドパッキンの漏洩量の推移を示した実験データである。 図７Ｂは、本発明により製造されたグランドパッキンを装着したスタフィンボックス内の温度変化を示した実験データである。 図７Ｃは、本発明により製造されたグランドパッキンの軸抵抗の推移を示した実験データである。 図７Ｄは、本発明により製造されたグランドパッキンが４つ並べて装着された場合の装着長さの変化を調べた実験データである。 図８Ａは、比較例１のグランドパッキンの漏洩量の推移を示した実験データである。 図８Ｂは、比較例１のグランドパッキンを装着したスタフィンボックス内の温度変化を示した実験データである。 図８Ｃは、比較例１のグランドパッキンの軸抵抗の推移を示した実験データである。 図８Ｄは、比較例１のグランドパッキンが４つ並べて装着された場合の装着長さの変化を調べた実験データである。 図９Ａは、比較例２のグランドパッキンの漏洩量の推移を示した実験データである。 図９Ｂは、比較例２のグランドパッキンを装着したスタフィンボックス内の温度変化を示した実験データである。 図９Ｃは、比較例２のグランドパッキンの軸抵抗の推移を示した実験データである。 図９Ｄは、比較例２のグランドパッキンが４つ並べて装着された場合の装着長さの変化を調べた実験データである。

以下、図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。
図１は、本実施例のグランドパッキンが装着されたスタフィングボックスを示したものである。スタフィングボックス１内のステム２の周面には、環状のグランドパッキン３ａがスタフィンボックス１の底部４に当接した状態で配置され、他の３つのグランドパッキン３ｂ、３ｃ、３ｄもこれに連設して装着されている。なお、グランドパッキン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、全て同一の構造を有しているので、以下の説明では、これら全てをグランドパッキン３と称する場合もある。

本実施例のグランドパッキン３を構成する素糸は、全てＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）繊維から形成されている。ＰＰＳ繊維は、難燃性、耐熱性、および耐薬品性に富み、さらには、耐磨耗性を有し、高温時における寸法安定性にも優れる。そして、このＰＰＳ繊維からなる素糸の一部または全部を、適宜な編組方法、本実施例では格子編により編組し、プレスした後、切断することにより、グランドパッキン３が形成されている。

図２Ａに示したように、本実施例のグランドパッキン３の断面構造は、中央部分Ａ₂とその外側を取り囲む外側部分Ａ₁とから構成されている。また、図２Ｂに示したように、外側部分Ａ₁は、外被編組糸５０から形成されており、中央部分Ａ₂は中芯糸２０と、角糸３０と、対辺糸４０とから形成されている。

また、本実施例のグランドパッキン３では、外側部分Ａ₁が編組されたフィラメント糸で形成されている。すなわち、外側部分Ａ₁を形成する外被編組糸５０は、フィラメント糸であり、且つ編組されている。このような編組されたフィラメント糸は、高い硬度を有するため、グランドパッキン３全体における外側部分Ａ₁の構成割合を大きくすることで、グランドパッキン３全体の硬度を高めることができる。

また、本実施例のグランドパッキン３では、中央部分Ａ₂の全体が編組されていない紡績糸および／または混紡糸で形成されている。このような紡績糸や混紡糸は、フィラメント糸に比して高い柔軟性を有する。さらに、編組されていないため、より柔軟性に富んでいる。したがって、グランドパッキン３全体におけるこのような中央部分Ａ₂の構成割合を大きくすることで、グランドパッキン３全体の柔軟性を高めることができる。

すなわち、本発明に係るグランドパッキン３は、編組されたフィラメント糸で形成された外側部分Ａ₁と、編組されていない紡績糸および／または混紡糸で形成された中央部分Ａ₂との構成割合を適宜調整することにより、適宜な硬度と所望の柔軟性を備えることができる。この外側部分Ａ₁と中央部分Ａ₂との好ましい構成割合は、グランドパッキンのサイズ等によっても異なるが、重量比（「中央部分Ａ₂を形成する紡績糸および／または混紡糸の重量」／「外側部分Ａ₁を形成するフィラメント糸の重量」）で、概ね３／７〜１／９の範囲である。

なお、本実施例のグランドパッキン３では、上述したように、中央部分Ａ₂の全体が紡績糸および／または混紡糸で形成されているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明に係るグランドパッキン３では、中央部分Ａ₂のうち、少なくとも一部分が紡績糸および／または混紡糸により形成されていれば良い。例えば、図２Ｂを例に説明すれば、中芯糸２０、角糸３０、および対辺糸４０のうち、中芯糸２０だけを紡績糸および／または混紡糸で形成し、角糸３０および対辺糸４０は、フィラメント糸で形成しても良い。また、例えば、中芯糸２０の一部分だけを紡績糸および／または混紡糸で形成し、その他の部分は全てフィラメント糸で形成することも可能である。

また、本実施例のグランドパッキン３では、上述したように、中央部分Ａ₂の全体が編組されていないが、本発明では、中央部分Ａ₂の一部分または全体が編組されていても良い。

このように、本発明に係るグランドパッキン３では、中央部分Ａ₂の一部分にフィラメント糸が用いられていても良く、中央部分Ａ₂の一部分または全体が編組されていても良い。しかしながら、グランドパッキン全体としてより高い柔軟性を得るため、また、グランドパッキンの製造にかかる材料コストを低減するためには、中央部分（Ａ₂）の全体が、編組されていない紡績糸および／または混紡糸から形成されていることが好ましい。

また、本実施例では、グランドパッキン３を形成する素糸は、全てＰＰＳ繊維により形成されているが、本発明のグランドパッキン３を構成する素糸は、ＰＰＳ繊維には限定されない。したがって、例えば、アラミド繊維、ポリエステル繊維、合成繊維などの有機繊維や、炭素繊維、ガラス繊維、ロックウールなどの無機繊維のいずれか１つ、または上述した繊維の複数を採用することができる。

ただし、少なくとも、外部の流体と接触する外側部分Ａ₁には、ＰＰＳ繊維からなるフィラメント糸を用いることが、酸、アルカリなど様々な薬液が流れるラインに本発明に係るグランドパッキン３を好適に用いることが可能となるため、好ましい。

また、本実施例のグランドパッキン３は、図２Ｂに示したように、その外側部分Ａ₁が１層の外被編組糸５０から形成されているが、本発明の外側部分Ａ₁はこれに限定されず、複数層から形成されていても良い。

また、本実施例のグランドパッキン３は、上述したように、格子編により編組されているが、本発明に係るグランドパッキン３は、どのような編組方法で製造されても良い。例えば、図３Ａに示したような八編み、図３Ｂに示したような格子編み、図３Ｃに示したような袋編みなどの編組方法により編組されていても良い。

また、本発明では、例えば、特開２００４−１６９８２３号公報に開示されているように、グランドパッキン基材の表面または内部に水膨潤性マイカを含浸させれば、焼き付けを防止し、優れたシール性を維持することができる。

以上、本発明のグランドパッキンについて説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されない。
例えば、ＰＰＳ繊維からなる基材に、補助材として加えられる材料は、水膨潤性マイカに限定されず、潤滑油、ＰＴＦＥディスパージョンなど公知の材料を要求特性に合わせて適宜用いることができる。これら基材に加えられる補助材に関しては、本発明の要旨ではないので詳細は省略する。

以下に、本発明に係るグランドパッキンの特性を確認するために行なった比較試験について説明する。
供試試料としたグランドパッキンは、本発明品である実施例１の場合も、従来例である比較例１，２の場合も格子編により製造されたものである。

先ず、発明品である実施例１のグランドパッキンは、全てＰＰＳ繊維から形成されている。そして、図２Ａおよび図２Ｂに示したように、実施例１の外側部分Ａ₁を構成する外被編組糸５０は、フィラメント糸からなり、このフィラメント糸が一回編み上げられて形成されている。また、実施例１の中央部分Ａ₂を構成する中芯２０と角糸３０と対辺糸４０とは、全て紡績糸から形成されており、且つ編組されていない。

これに対し、比較例１のグランドパッキンは、図２Ａに示した外側部分Ａ₁と中央部分Ａ₂の全てがＰＰＳの紡績糸からなる。そして、外側部分Ａ₁の外被編組糸５０のみが編組され、中央部分Ａ₂を構成する、中芯２０と角糸３０と対辺糸４０とは編組されていない。

また、比較例２のグランドパッキンは、外側部分Ａ₁および中央部分Ａ₂の全てがＰＰＳ繊維のフィラメント糸からなる。この比較例２では、外被編組糸５０を始めとして、中央部分Ａ₂を構成する中芯２０と、角糸３０と、対辺糸４０とは、全て編組されていない。

上述した、実施例、比較例１、および比較例２で使用したグランドパッキンについて、外側部分Ａ₁および内側部分Ａ₂における繊維の種類、素糸の形状、編組の有無について整理すれば、表１に示すとおりである。

なお、表１において、外側部分Ａ₁および中央部分Ａ₂は、それぞれ、単にＡ₁、Ａ₂と表記している。また、外側部分Ａ₁（または中央部分Ａ₂）が編組されている場合は「○」、編組されていない場合は「×」と表記している。

試験装置の概要
図６は、グランドパッキンの特性を調べるために使用した横型回転試験装置を示したものである。この試験装置では、パッキンボックスの内部に主軸が水平方向に挿通されている。そして、主軸の外周側に装着された軸スリーブと、外方のパッキンボックスとの間に、グランドパッキン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが収容され、これらのグランドパッキン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが、パッキン押さえにより押さえられている。これらのグランドパッキン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとして、実施例１あるいは比較例１，２のいずれかのグランドパッキンを装着して、試験を行なった。

パッキンボックスには、温度計などの温度測定手段が設置され、この温度測定手段により流体（水道水）温度とパッキンボックス内の温度とを検出した。
本試験装置では、モータにより主軸を回転させ、圧力流体である水道水を上部から導入する。そして、パッキン押さえの隙間から外方に漏れ出た水道水をメスシリンダで受け、その漏れ出た容量を測定した。また、温度測定手段により、特にパッキンボックス内の温度を検出した。
さらに、連続運転中に、主軸の回転に対する軸抵抗と、パッキンの全長の変化を測定した。

（１）試験条件（実施例１も比較例１，２も同一条件）
配列：片側４リング（図４参照）
寸法：φ８０×φ１０５×１２．５^H
回転数：１１９４ｒｐｍ（周速５ｍ／ｓ）〜２３８８ｒｐｍ（周速１０ｍ／ｓ）
圧力：０．４９ＭＰａ
流体：水道水（約４０℃）

（２）試験治具
試験試料サイズ：φ８０×φ１０５×１２．５^H（片側７リングまで装着可）
周速（回転数）：ｍａｘ１５ｍ／ｓ（３５８２ｒｐｍ）
押込み圧力：ｍａｘ１０ｋｇｆ／ｃｍ

（３）測定項目
〔１〕漏洩量（ｃｃ／ｍｉｎ）
〔２〕パッキンボックス温度（℃）
〔３〕軸抵抗（Ｎ・ｍ）
〔４〕パッキン装着長（０．０１ｍｍまで計測）

（４）試験手順
〔１〕パッキンボックスにパッキンを装着する。
〔２〕締付前のパッキン装着長を測定する。
〔３〕パッキン押さえのボルトを締付け、水圧０．４９ＭＰａを負荷する。
〔４〕漏洩量が多い場合（２００ｃｃ／ｍｉｎ以上）、スパナでナットを１／６〜１／１２回転ずつ締付けを行い漏れ量を（１００ｃｃ／ｍｉｎ以下）調整する。
〔５〕−１． １１９４ｒｐｍ（周速５ｍ／ｓ）で回転させ、漏れ量が多い場合（２００ｃｃ／ｍｉｎ以上）は、スパナでナットを１／６〜１／１２回転ずつ締付けを行い漏洩量を調整する。
〔５〕−２． ６０時間以上の連続運転を行ない所定の計測をする。
〔５〕−３． １１９４ｒｐｍ（周速５ｍ／ｓ）で６０時間以上の連続運転後、連続して２３８８ｒｐｍ（周速１０ｍ／ｓ）まで回転を上昇させ、漏れ量が多くなった場合は、スパナでナットを１／６〜１／１２回転ずつ締付けを行い漏洩量を（１００ｃｃ／ｍｉｎ以下）調整する。
〔６〕２００時間以上の連続運転を行ない所定の計測をする。

（５）試験結果
図７Ａ，図７Ｂ、図７Ｃ，図７Ｄは、本発明品である実施例１によるグランドパッキンの試験結果を示したものである。
図８Ａ，図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄは、比較例１によるグランドパッキンの試験結果を示したものである。
図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃ，図９Ｄは、比較例２によるグランドパッキンの試験結果を示したものである。

なお、図７Ｂ，図８Ｂ，図９Ｂは、測定時間に対するパッキンボックス内の温度を調べた結果を示し、図７Ｃ，図８Ｃ、図９Ｃは、測定時間に対する軸抵抗を調べた結果を示し、図７Ｄ，図８Ｄ，図９Ｄは、測定時間に対する４連(リング)のグランドパッキン装着長の変化を調べた結果を示している。

漏洩の結果：
実施例１のグランドパッキンは、図７Ａに示したように、モータ側のグランドパッキンも、反モータ側のグランドパッキンも漏洩量に大きな違いは無く、測定時間が長くなるとしても、漏洩量の増減はほとんど無く、シール性が良好であることが確認された。

これに対し、比較例１では、運転の初期では、漏洩量が多いため、締付け圧力の調整が必要であった。また、比較例２では、運転開始直後にモータ側に焼き付けが発生したため、回転数を一度５ｍ／ｓ以下まで下げたのち再度５ｍ／ｓまで再度上昇させる必要が生じた。運転開始１時間半後に増締めした後、反モータ側に焼き付けが発生したことが確認された。また、運転開始２４時間後にも反モータ側に焼付き現象が有った。なお、焼き付けの発生は目視により確認された。

温度変化の結果：
実施例１では、図７Ｂに示したように、パッキンボックス内の温度は、反モータ側とモータ側との差は略一定であり、運転時間が１２０時間付近までは温度が略一定で、大幅な増減は見られなかった。これにより、温度安全性があることが確認された。比較例１の場合、全体として実施例１に比べて温度が高く、運転初期に特に温度上昇が見られた。
比較例２では、運転初期から８０時間付近までは、温度変化のバラツキが大きかった。特にモータ側では、６０℃付近まで上昇することが確認された。

軸抵抗の結果：
実施例１の場合、運転が開始してから、比較的早く安定した値を示した。運転開始１２０時間付近で増し締めを行なったとき、若干の上昇が見られたものの、その後大きな変化は無かった。その後の増し締め時には、温度変化は見られなかった。比較例１の場合、運転開始後に漏洩が多いため、増し締めを行なう必要が生じたため、運転開始初期時の軸抵抗は高かった。比較例２の場合、運転開始時初期から軸抵抗が高く、その後少しずつ低下した。

装着長の結果：
実施例１の場合、運転開始時から４回の増し締め締め略１００時間毎に行ったが、増し締め後の装着長さの変化は少なかった。比較例１では、運転開始直後から漏洩が多い（２００ｃｃ／ｍｉｎ以上）ため、運転開始から短時間のうちに多数回の増し締めを行なう必要が生じ、その都度、装着長の長さが減少した。比較例２の場合、運転開始直後にモータ側に焼き付けが発生したため、回転数を一度５ｍ／ｓ以下まで下げたのち再度５ｍ／ｓまで再度上昇させる必要が生じた同時に、締付を緩める必要があった。

以上の試験結果からも分かるように、本発明に係るグランドパッキンは、比較例１，２に比べて適宜な硬度と適宜な柔軟性に富み、漏洩も少ないことが確認された。

１ スタフィンボックス
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ グランドパッキン
２０ 中芯
３０ 角糸
４０ 対辺糸
５０ 外被編組糸
Ａ パッキン本体
Ａ₁ 外側部分
Ａ₂ 中央部分

Claims (3)

1. 編組されたフィラメント糸で形成された外側部分（Ａ₁）と、該外側部分（Ａ₁）に囲まれた中央部分（Ａ₂）とから構成された断面構造を有するグランドパッキンであって、
   前記中央部分（Ａ₂）の少なくとも一部分が、紡績糸および／または混紡糸から形成されていることを特徴とするグランドパッキン。
2. 前記外側部分（Ａ₁）を形成する編組されたフィラメント糸が、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）繊維からなることを特徴とする請求項１に記載のグランドパッキン。
3. 前記中央部分（Ａ₂）の全体が、編組されていない紡績糸および／または混紡糸から形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のグランドパッキン。

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