JP2015129533A

JP2015129533A - グランドパッキン

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Publication number: JP2015129533A
Application number: JP2014000491A
Authority: JP
Inventors: 幸一片岡; Koichi Kataoka; 藤原　優; Masaru Fujiwara; 優藤原
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2014-01-06
Filing date: 2014-01-06
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2034-01-06
Also published as: JP6182461B2

Abstract

【課題】膨張黒鉛とＰＴＦＥとの組み合わせ材料よりなるグランドパッキンを提供するにあたり、温度昇降に伴う膨張黒鉛とＰＴＦＥとに隙間ができて漏洩するおそれがあるなど、互いに熱膨張率が異なることに起因した不都合を回避しながら実現させる。【解決手段】膨張黒鉛ヤーンの編組による編組体で形成されるパッキン本体１に、ＰＴＦＥディスパージョンを含浸することでグランドパッキンを構成する。パッキン本体１は、これにＰＴＦＥディスパージョンが含浸された状態における焼成処理がなされたものを用いている。【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプやバルブ等の流体機器のシール部品として使用されるグランドパッキンに係り、特に、ボール弁やバタフライ弁などの比較的高温、高圧の流体シールにも用いられるグランドパッキンに関するものである。

シール性に優れ、かつ、ステム（軸）との間の摩擦係数が小さなパッキンとしては、特許文献１や特許文献２において開示されるもののように、ＰＴＦＥを主材料とするグランドパッキンが知られている。
ＰＴＦＥ材料によるグランドパッキンの場合、最高使用圧力は比較的低いため、高圧条件にて使用する場合は、「はみ出し」が生じて漏洩につながるおそれがあった。この「はみ出し」とは、例えば、パッキン押えによる押圧力により、スタフィンボックスの底部とステムとの間の隙間や、グランド押えとステム及びスタフィンボックスとの間の隙間に、グランドパッキンが部分的に変形して入り込む現象である。

そこで、ＰＴＦＥを用いながらも前記はみ出しの不都合は招かないようにすべく、特許文献３にて開示されるように、温度耐性に優れる膨張黒鉛テープの表面にフッ素樹脂粉末を付着させたものを用いてなるグランドパッキンも知られている。
この場合、一般にグランドパッキンに使用されるフッ素樹脂粉末の典型的な例としては、ＰＴＦＥ粒子が水分散されたものであるＰＴＦＥディスパージョンが挙げられる。

また、耐熱性や耐薬品性に優れた特性をもつ膨張黒鉛を素材とするグランドパッキンも知られている。例えば、特許文献４において開示されるもののように、繊維材を編む又は組むことによって成る筒状部材内に短冊状の膨張黒鉛を充填して形成されるヤーンの複数本を、集束してひねり加工又は編組して紐状に構成されたグランドパッキンがある。つまり、繊維による筒状部材で膨張黒鉛を外囲することにより、膨張黒鉛による特徴を強度不足なく発揮可能とされている。

そこで、これら両者、即ち、ＰＴＦＥと膨張黒鉛とを組み合わせることにより、それぞれの長所を有するグランドパッキンを創作することが考えられる。しかしながら、ＰＴＦＥの熱膨張率（１００×１０^−６／℃）は、弁などの機器に使用される金属の熱膨張率（１０〜２０×１０^−６／℃）や、パッキン材料として使用される膨張黒鉛の熱膨張率（０．４〜２７×１０^−６／℃）に比べて大きいため、単純に組み合わせることは難しい、という問題があった。

特開２００７−０７８００３号公報特表２００４−５２５３２０号公報特開平０２−０９３１７１号公報特開２００７−１３８３１５号公報

本発明の目的は、鋭意研究を続けて工夫を行うことにより、膨張黒鉛とＰＴＦＥとの組み合わせ材料よりなるグランドパッキンを提供するにあたり、温度昇降に伴う膨張黒鉛とＰＴＦＥとに隙間ができて漏洩するおそれがあるなど、互いに熱膨張率が異なることに起因した不都合を回避しながら実現させる点にある。

請求項１に係る発明は、グランドパッキンにおいて、膨張黒鉛ヤーンの編組による編組体で形成されるパッキン本体１によりなるとともに、前記パッキン本体１は、ＰＴＦＥディスパージョンが含浸された状態における焼成処理がなされたものであることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のグランドパッキンにおいて、前記パッキン本体１は、その高さ寸法ｈが幅寸法ｗの２／５〜３／５に設定されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のグランドパッキンにおいて、前記パッキン本体１は、前記焼成処理後にシリコーンオイルが含浸されたものであることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載のグランドパッキンにおいて、前記シリコーンオイルの重量比が０．４％〜１．２％に設定されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載のグランドパッキンにおいて、前記ＰＴＦＥディスパージョンには黒鉛が含まれていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、編組された編組体であるパッキン本体では膨張黒鉛ヤーンが交絡しているので、ＰＴＦＥディスパージョンは断面中心部などのパッキン本体の内部深くまでは含浸されることはなく、パッキン本体の表面部にだけ含浸されるようになる。
良好なシール性、低摩擦性、摺動耐久性を発揮するには、少なくともパッキン本体の外周辺部にＰＴＦＥディスパージョンが含浸されておれば良い。
つまり、余分なＰＴＦＥディスパージョンが含浸されることがないから、昇温降温に伴うＰＴＦＥの膨張収縮が少なくなり、そのことに起因した漏洩が回避されるようになる。

例えば、膨張黒鉛ヤーンにＰＴＦＥディスパージョンを含浸させ、そのＰＴＦＥディスパージョンが含浸している膨張黒鉛ヤーンを編組した編組体でなるグランドパッキンでは、パッキン内部の奥深くまでＰＴＦＥディスパージョンが存在している。そのため、使用時における昇温降温においてＰＴＦＥが膨張収縮し、そのことに起因した漏洩の生じることがある。これに対して、請求項１に係る発明では、上述の如く、ＰＴＦＥの膨張収縮に起因する漏洩の不都合は回避される。

そして、焼成によりＰＴＦＥ高分子粒子どうしが融着して強固なＰＴＦＥ層が形成されるので、ステムとパッキン内周面との摺動部においては、ＰＴＦＥ層の耐摩耗性が向上して早期に磨耗することがなく、長期に亘って良好なシール性能を維持することが可能になる。なお、ＰＴＦＥを焼成するに必要な温度に対して膨張黒鉛は耐熱性を有しており、焼成処理によりパッキン本体に不利益が生じることはない。また、焼成処理により、ＰＴＦＥディスパージョンに含まれる界面活性剤が分解されるとか、ＰＴＦＥのクリープが低減されて応力緩和が起こり難くなるといった利点もある。

その結果、温度昇降に伴う膨張黒鉛とＰＴＦＥとに隙間ができて漏洩するおそれがあるなど、互いに熱膨張率が異なることに起因した不都合を回避しながら、膨張黒鉛とＰＴＦＥとの組み合わせ材料よりなるグランドパッキンを、良好なシール性能を発揮し、かつ、耐久性もより改善される状態で提供することができる。

請求項２の発明によれば、次のような作用効果がある。即ち、焼成によりＰＴＦＥ高分子粒子どうしが融着して強固なＰＴＦＥ層が形成されるので、パッキン本体の剛性が向上して形状保形特性に優れるものとなり、その高さ寸法（軸心方向の長さ）が幅寸法（径方向幅の長さ）より短い形状のもの、より具体的には幅寸法の２／５〜３／５に設定とすることが可能になる。即ち、高さ寸法が幅寸法の２／５を下回る場合は、パッキン本体の剛性が低下して形状保持性に劣り、３／５を上回る場合は、機器の省スペース化や軽量化への効果が少なくなるからである。
従って、グランドパッキンとして組み込む機器のグランド部の深さを従来に比べて浅くできるので、機器の省スペース化や軽量化を実現可能とさせることができる。

請求項３の発明によれば、シリコーンオイルは焼成されないことからシリカを生成しないとともに、焼成ＰＴＦＥ高分子粒子間にシリコーンオイルが入り込むこともない。
従って、グランドパッキンの締付時や増し締め時にシリコーンオイルがバルブステムとパッキン内周面との間に染み出るので、摩擦力を低減してＰＴＦＥ層の耐摩耗性が向上し、長期に亘り良好なシール性能を維持することができる。

請求項４の発明によれば、次のような作用効果が得られる。即ち、シリコーンオイルの重量比が０．４％未満である場合には、摩擦力低減の効果に乏しく、シリコーンオイルの重量比が１．２％を超える場合には、単位時間あたりの染み出し量が多くなり、グランドパッキンとしての使用時の応力緩和が大きくなってしまう。
従って、シリコーンオイルの重量比が０．４％〜１．２％であることにより、応力緩和を少なくしながら良好な摩擦力の低減効果が得られる利点がある。

請求項５の発明によれば、ＰＴＦＥの耐摩耗性が向上する利点が得られる。

本発明によるグランドパッキンの半割状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図本発明によるグランドパッキンを示し、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は一部切欠きの斜視図（ａ）は紐状体を示す斜視図、（ｂ）はＰＴＦＥディスパージョンが含浸された紐状体を示す斜視図グランドパッキンの使用例を示す要部の断面図摺動抵抗試験機の概略構成を示す模式図種々の示差走査熱量測定の結果を示すグラフ摺動抵抗試験の結果を示す図表摺動回数と摺動荷重との関係を示すグラフ熱サイクルシール試験の条件を示す図表

以下に、本発明によるグランドパッキンの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、ＰＴＦＥとは、ＰｏｌｙＴｅｔｒａＦｌｕｏｒｏＥｔｈｙｌｅｎｅ（ポリテトラフルオロエチレン）の略称である。

実施形態１によるグランドパッキンＡは、図1、図２に示すように、リング状のパッキン本体１に、このパッキン本体１へのＰＴＦＥディスパージョンの含浸することで形成される表面層２を有してなる構造のものに構成されている。
詳しくは、膨張黒鉛ヤーン３の編組による編組体で形成されるパッキン本体１に、ＰＴＦＥディスパージョンを含浸することでグランドパッキンＡが構成されている。ＰＴＦＥディスパージョンの含浸による表面層２は、内周面２ａ、外周面２ｂ、一方の環状面2ｃ、他方の環状面２ｄのそれぞれであり、それらの総称でもある。
なお、グランドパッキンＡは、パッキン本体１にＰＴＦＥディスパージョンが含浸された状態における焼成処理がなされたものでも良い。

グランドパッキンＡは、例えば、平行に引き揃えた複数本の膨張黒鉛製テープ（図示省略）により、又はこれら膨張黒鉛製テープの外周がステンレス細線（図示省略）で編組被覆されたものにより、１本の膨張黒鉛ヤーン（膨張黒鉛編糸）３が形成されている。膨張黒鉛は緻密な組織構造を有し、成形性および形状保持性に優れた材料であるが、ステンレス細線の編成被覆により、いわゆるニット編み補強として強度向上処理を施す構成を加えても良い。

この基本的構成要素である膨張黒鉛ヤーン３の複数本が編組され、図３（ａ）に示すように、矩形の断面形状を持つ紐状体４が構成される。この紐状体４を編組する膨張黒鉛ヤーン３の望ましい本数は、４本以上であり、図１〜図３の例では９本としている。このように、４本以上の膨張黒鉛ヤーン３により紐状体（膨張黒鉛ヤーンの編組による編組体であって、パッキン本体でもある）４を構成することにより、均整のとれた立体構成とすることができる。図１〜図３の例では、縦横方向にそれぞれ３本の膨張黒鉛ヤーン３を編素した立体構成とすることにより、縦横に十分な厚みを有する紐状体４が得られている。

図３（ｂ）は、前述の紐状体４にＰＴＦＥでスパージョンを含浸させ、4箇所の側面２ａ〜２ｄに前述の表面層２を形成させた状態を示している。図３（ａ）や（ｂ）に示される紐状体４をリング状にダイモールド成型することにより、図１，２に示すグランドパッキンＡを形成することができる。また、図３（ｂ）に示す紐状体４を焼成処理し、それからリング状にダイモールド成型することでグランドパッキンＡを構成しても良い。

図１，２に示されるグランドパッキンＡは、実施形態１の構成を備えるとともに、下記実施形態２〜実施形態６のように構成されたものでも良い。
（実施形態２）：パッキン本体１は、これにＰＴＦＥディスパージョンが含浸された状態における焼成処理がなされたものであるグランドパッキンＡ。例えば、ＰＴＦＥディスパージョンが含浸された紐状体４〔図３（ｂ）参照〕を予め焼成処理し、それからダイモールド成型などによってリング状に形成してグランドパッキンＡを構成する。また、図３（ｂ）に示す紐状体４をダイモールド成型などによってリング状に形成し、それから焼成処理されたグランドパッキンＡとする構成でも良い。

（実施形態３）：パッキン本体１は、図１（ｂ）に示すように、その高さ寸法ｈが幅寸法ｗよりも小（ｈ＜ｗ）であり、より詳しくは、高さ寸法ｈが幅寸法ｗの２／５〜３／５（０．４ｗ≦ｈ≦０．６ｗ）とされているグランドパッキンＡ。例えば、高さ寸法ｈが幅寸法ｗの半分（ｈ＝１／２ｗ）に設定されている扁平な断面形状を有するものでも良い。
（実施形態４）：パッキン本体１は、焼成処理後にシリコーンオイルが含浸されている構成のグランドパッキンＡ。
（実施形態５）：パッキン本体１は、焼成処理後にシリコーンオイルが重量比（グランドパッキンＡの全体重量に対する重量比）が０．４％〜１．２％に設定される状態に含浸されている構成のグランドパッキンＡ。
（実施形態６）：パッキン本体１に含浸されるＰＴＦＥディスパージョンとして、黒鉛が含まれているものが使用されているグランドパッキンＡ。
（実施形態７）：内周面のＰＴＦＥ層の表面に油系溶剤（例：灯油）と共に防食材（例：亜硝酸ナトリウム）が塗布されているグランドパッキンＡ。

従来のグランドパッキンにおいては、下記（１）〜（５）の課題があった。
（１）ＰＴＦＥの熱膨張率（１００×１０^−６／℃）は、弁などの機器に使用される金属の熱膨張率（１０〜２０×１０^−６／℃）やパッキンに使用される膨張黒鉛の熱膨張率（０．４〜２７×１０^−６／℃）に比べて大きい。
膨張黒鉛ヤーンにＰＴＦＥディスパージョンを含浸し、これを編組した編組体であるグランドパッキンは、パッキン断面中心部にまでＰＴＦＥが含浸される。そのため、その中心部にまで及ぶ余分なＰＴＦＥも、パッキン使用時における昇温・降温に伴って膨張・収縮し、漏洩が生じる。

（２）一般にグランドパッキンに使用されるＰＴＦＥディスパージョンは、ＰＴＦＥ粒子が水分散されたものである。パッキン材料にＰＴＦＥディスパージョンを含浸させた後のＰＴＦＥ層は、ＰＴＦＥ粒子どうしが界面活性剤の粘着力により弱く結合しているものであるため、バルブのステムとパッキン内周面との摺動において、容易に磨耗する。その結果、シール性が損なわれるという問題が生じる。
（３）ＰＴＦＥディスパージョンに含まれる界面活性剤がバルブのステムを腐食させ、そのためにシール性が損なわれる、という問題もある。
（４）ＰＴＦＥは容易にクリープする。そのため、ＰＴＦＥを備えるグランドパッキンは、パッキンとしての使用時に応力緩和が起き、その結果、シール性能が損なわれる。

（５）編組パッキンは紐状であるが、容易に曲がる或いは断面形状が変化すると、機器への組み込みに支障が生じるので、ある程度の剛性を必要とする。そのため、グランドパッキンの高さ（ステムの軸心方向長さ）は、幅（ステムの径方向長さ）と同等以上の寸法を採る必要があった。従って、グランドパッキンを組み込む機器のグランド深さは比較的大きいものであった。
しかしながら、近年、使用が増加しつつあるボール弁やバタフライ弁などのクォーターターン弁は、その構造や特性からグランド部においても省スペース化が求められてきており、それに対処する必要が生じてきている。

（６）シリコーンオイルは焼成温度下ではシリカを生成するため、グランドパッキンの使用時にはパッキン内周面とバルブステムとの間に介在するシリカがバルブステムを傷付け、それによって漏洩の生じることがあった。
未焼成のＰＴＦＥ層のＰＴＦＥ粒子間には隙間があるので、そこに潤滑剤を含浸させると、潤滑剤はＰＴＦＥ粒子間に入り込んでＰＴＦＥ粒子の粘着力を阻害させ、容易にＰＴＦＥ層のクリープが発生するようになる。

実施形態１によるグランドパッキンＡの採用により、課題（１）が解決又は抑制され、下記（Ａ）の作用効果が得られる。
（Ａ）ＰＴＦＥディスパージョンは、グランドパッキンとしての外周辺部（表面部分）に含浸される。一方、編組された編組体であるパッキン本体は、ヤーンが交絡しているため、ＰＴＦＥディスパージョンはパッキン本体の断面中心部にまでは含浸されない。良好なシール性、低摩擦性、摺動耐久性を発揮するグランドパッキンとするには、少なくともパッキン本体の外周辺部にＰＴＦＥディスパージョンが含浸されておれば良い。余分なＰＴＦＥディスパージョンが含浸されていないため、昇温降温後のＰＴＦＥの膨張収縮が少なく、漏洩しないようになる。

実施形態２によるグランドパッキンＡの採用により、課題（２）〜（４）が解決又は抑制され、下記（Ｂ）〜（Ｄ）の作用効果が得られる。
（Ｂ）焼成によりＰＴＦＥ高分子粒子どうしが融着し強固なＰＴＦＥ層が形成する。そのため、バルブのステムとパッキン内周面との摺動部において、ＰＴＦＥ層の耐摩耗性が向上することにより、長期に亘りシール性能を維持できる。膨張黒鉛は、ＰＴＦＥを焼成する温度に対して耐熱性を有する。
（Ｃ）焼成処理により、ＰＴＦＥディスパージョンに含まれる界面活性剤が分解される。（Ｄ）焼成することで、ＰＴＦＥのクリープが低減されるため、グランドパッキンとしての使用時に応力緩和が起こり難い。

実施形態３によるグランドパッキンＡの採用により、課題（５）が解決又は抑制され、下記（Ｆ）の作用効果が得られる。
（Ｆ）焼成によりＰＴＦＥ高分子粒子どうしが融着し、強固なＰＴＦＥ層を形成する。そのため、グランドパッキンの剛性が増加し、パッキン高さがパッキン幅の半分といった具合にパッキン幅より少ない寸法であっても、形状保持特性に優れるものとなる。また、グランドパッキンを組み込む機器のグランド深さを、従来の半分といった具合に、従来よりも小さくできるので、機器の省スペース化、軽量化が実現できる。

実施形態４によるグランドパッキンＡの採用により、課題（６）が解決又は抑制され、下記（Ｇ）の作用効果が得られる。
（Ｇ）シリコーンオイルは焼成されないため、シリカを生成せず、また、焼成ＰＴＦＥ高分子粒子間に入り込まない。パッキン締付時及び増し締め時にシリコーンオイルがバルブステムとパッキン内周面との間に染み出て、摩擦力を低減し、ＰＴＦＥ層の耐摩耗性が向上し、長期に亘りシール性を維持できる。

実施形態５によるグランドパッキンＡの採用により、課題（６）が解決又は抑制され、前記（Ｇ）及び下記（Ｈ）の作用効果が得られる。
（Ｈ）グランドパッキンの全体に対するシリコーンオイルの比が、０．４重量％未満の場合は摩擦力低減の効果が少なくなり、１．２％を超える場合は染み出し量が多くなって応力緩和が大きくなる傾向のあることが知見された。従って、重量比を０．４％〜１．２％とすれば、十分な摩擦力低減効果と少ない応力緩和との両立を高次元で発揮させることが可能になる。

実施形態６によるグランドパッキンＡの採用により、下記（Ｅ）の作用効果が得られ、実施形態７によるグランドパッキンＡの採用により、下記（Ｉ）の作用効果が得られる。
（Ｅ）ＰＴＦＥの耐摩耗性の向上。
（Ｉ）より一層の防食効果が得られる。

〔試験機について〕
図５に摺動抵抗評価を行うための試験機（摺動抵抗評価試験機）Ｂの概略構成を示す。この試験機Ｂは、油圧シリンダ６を備える油圧ユニット５、軸荷重測定用の第１荷重変換器７、締付圧測定用の第２荷重変換器８、パッキンボックス９、加熱ヒーター１０、制御部１１などを有して構成されている。

パッキンボックス９には、例えば、図４に示す構成のシール装置Ｓが横臥姿勢で組み込まれており、ボックス基部９Ａから取り込まれて加熱ヒーター１０で昇温されたシール対象流体が加圧されてシール装置Ｓに供給され、漏洩した流体はボックス主部９Ｂに接続された排出路１２から排出される。
シール装置Ｓに供給されるシール対象流体の圧を検出する圧力計１３、その圧を制御用信号に変換する圧力変換器１４、シール対象流体の温度を検出する温度センサ１５が装備されている。

試験機Ｂによる試験（摺動抵抗評価試験）は、グランドパッキンＡを複数用いてなるテスト用のシール装置Ｓ（図４参照）をパッキンボックス９に組み込み、かつ、加熱ヒーター１０に通電させた状態で、シール対象となる流体をボックス基部９Ａの入口路１６から供給するとともに、グランドパッキンＡに挿通されているステム１７を油圧シリンダ６の駆動によって往復スライド移動されることにより行われる。テスト用のシール装置Ｓとしては、実施例１，２、及び比較例１，２のものが用意されている。

その試験の際、流体の圧力、温度、排出路１２からの漏れ量（単位時間当りの漏れ量）、シール装置Ｓの締付圧、ステム１７に作用する軸荷重が各々センシングされて制御部１１に集約されて記憶されるようになっている。
制御部１１は、データロガー１８、ペン書き記録計１９、動歪計２０などを有して構成されており、締付圧、流体圧力、軸荷重の記録などが行われる。
パッキンボックス９の内部構造は、詳細は割愛するが、複数のグランドパッキンが軸心方向で直列に配備されてシール装置Ｓが形成されている。

なお、シール装置Ｓの一般的な例としては、図４に示すように、パッキンボックス２１に形成されている略円柱状の凹部２１ａに、ステム２２を囲繞する状態で装備される複数のグランドパッキンＡと、パッキンボックス２１に螺装される状態のシール押え２３とでなるものが挙げられる。図示しないボルトの締め込みにより、複数のグランドパッキンＡは、パッキンボックス２１の段付部２１ｂとシール押え２３との間でステム２２の軸心方向（軸長手方向）に押圧され、パッキンボックス２１とステム２２との間（シール部）をシール可能となる。

〔摺動耐久試験について〕
図５に示す試験機Ｂによる摺動耐久試験は、次のとおりの条件にて行った。即ち、グランドパッキン寸法：φ３２（内径）×φ４８（外径）×ｔ８（厚み）、グランドパッキン本数：６本（６個）、締付面圧：２０Ｎ／ｍｍ^２、ステム速度（ステム移動速度）１０ｍｍ／ｓｅｃ、ステム距離（ステム移動距離）：５０ｍｍ／１往復、である。

〔示差走査熱量測定について〕
後述する示差走査熱量測定は、試験速度（昇温速度）：１０℃／分、供試体（試料）質量：１０ｍｇ、雰囲気：窒素ガス、という条件にて行った。なお、示差走査熱量測定とは、試料と基準物質との間の熱量の差を計測することで、融点や転移点などを測定する熱分析の手法である。一定の熱を与えながら、基準物質と試料の温度を測定して、試料の熱物性を温度差として捉え、試料の状態変化による吸熱反応や発熱反応を測定する。

示差走査熱量測定においては、後述するように、吸熱のピークが３２２℃〜３３２℃であればＰＴＦＥは焼成されていると見なすことができる。従って、本発明によるグランドパッキンＡは、膨張黒鉛ヤーンの編組による編組体で形成されるパッキン本体１によりなるとともに、前記パッキン本体１は、ＰＴＦＥディスパージョンが含浸された状態における焼成処理がなされたもの、即ち、パッキン本体１は、示差走査熱量測定における吸熱のピークが３２２℃〜３３２℃を示す状態に加熱処理されているのものである、と定義することができる。

〔実施例１〕
実施例１によるグランドパッキンＡについて説明する。
平行に引き揃えた複数本の膨張黒鉛製テープ（図示省略）の外周を、ステンレス細線（図示省略）によって編組被覆することにより、基本的構成要素として１本の膨張黒鉛ヤーン３（図１，２を参照）が形成されている（特開２００５−３０５６号公報の段落００３１，００３２を参照）。
膨張黒鉛は緻密な組織構造を有し、成形性および形状保持性に優れた材料であり、ステンレス細線の編成被覆により、いわゆるニット編み補強として強度向上処理が施された構成の膨張黒鉛ヤーン３とされている。

この基本的構成要素である膨張黒鉛ヤーン３が、さらに複数本編組されることにより、図３に示すように、太径な紐状体４が構成されている。この紐状体４を編組する膨張黒鉛ヤーン３の本数は、図１〜３に示すように９本とされており、均整のとれた立体構成の紐状体４が構成されている。実施例１においては、縦横方向にそれぞれ３本の膨張黒鉛ヤーン３を編素した立体構成とすることにより、縦横に十分な厚みを有する紐状体４が得られている。

上記の紐状体（紐状パッキン）４をＰＴＦＥディスパージョンに浸漬させ、ＰＴＦＥ粒子を紐状体４に含浸させる。紐状体４におけるＰＴＦＥ重量は、重量比で５％〜２５％であり、望ましくは１１％〜１９％である。
前記紐状体４を、処理温度３４０℃〜３８０℃にて２〜５時間加熱することにより、ＰＴＦＥ粒子を焼成する。この加熱後の紐状体４の示差走査熱量測定を行った結果、即ち、実施例１による場合の結果を図６（ｃ）に示す。

図６においては、（ａ）〜（ｄ）の曲線を同一縦軸で示すと重なり合って判別しずらいため、各々を便宜的に縦軸方向にずらして記載してある。また、図６では、縦軸の紙面下方側が吸熱を示している。ＰＴＦＥの溶解温度は吸熱のピークで示され、実施例１では３２７℃であったことから、焼成されていることが確認できている。何故なら、吸熱のピークが３２２℃〜３３２℃であればＰＴＦＥは焼成されていると見なせるからである。
そして、前記加熱後の紐状体４をリング状にダイモールド成型し、図１，２に示される如くのグランドパッキンＡを作製した。

＜熱サイクルシール試験＞
図５に示すように、弁を模した前述の試験機Ｂに実施例１によるグランドパッキンＡを装填し、図９に示す条件のとおり、温度を昇温させた後、降温させた（温度サイクル負荷）。その後、窒素ガスを負荷した後の漏洩量を測定した。比較例1（後述）のものに比べて、温度サイクル負荷後の漏洩量は少なく、優れたシール性を示している。

＜摺動耐久試験＞
図５に示す試験機Ｂに実施例１によるグランドパッキンＡを装填し、前述の段落「００４４」に示される条件にてステム１７を往復動させ、そのときのステム１７の摺動荷重の変化を記録する、という摺動耐久試験を行った。ここでは、摺動荷重が往復動１回目の摺動荷重の１．５倍を超えた往復回数を耐久摺動回数とした。
その結果、実施例１によるグランドパッキンＡでは、図7，8に示されるように、耐久摺動回数は５０，０００回以上であった（５０，０００回までに耐久摺動回数に達せず、試験を終了した）。

ここで、紐状体４のＰＴＦＥ重量比が１１％未満であると、摺動抵抗が大きくなって耐久摺動回数が減少し、６％未満であると、耐久摺動回数がより顕著に減少した。また、ＰＴＦＥ重量比が１９％を超えると、ＰＴＦＥ層（表面層２）がその内部で剥離し、耐久摺動回数が減少するとともにガスシール性も低下し、２５％を超えると、耐久摺動回数がより顕著に減少するとともにガスシール性も顕著に低下した（データ省略）。
また、焼成により内部のＰＴＦＥ粒子どうしが融着し、強固なＰＴＦＥ層を形成する。そのため、被シール流体であるガスは容易に通過し難く、シール性能が向上した。

〔実施例２〕
実施例２によるグランドパッキンＡについて説明する。
前述の実施例１における紐状体４（ＰＴＦＥディスパージョンが重量比５％〜２５％で含浸されている紐状体４）を３４０℃〜３８０℃にて１時間加熱し、ＰＴＦＥ粒子を焼成した。この加熱後の紐状体４を示差走査熱量測定を行い、その結果を図６（ｂ）に示す。二つの吸熱ピークは、３２７℃と３４０℃であった。

吸熱のピークが３２２℃〜３３２℃であればＰＴＦＥは焼成されているとみなせ、吸熱のピークが３３５℃〜３４５℃であれば焼成されていないとみなせる。従って、実施例２によるグランドパッキンＡにおいては、表面層２を形成するＰＴＦＥは、焼成されたＰＴＦＥと未焼成のＰＴＦＥとからなることが確認された。

実施例２によるグランドパッキンＡは、３４０℃〜３８０℃にて１時間加熱された前記紐状体４を用いて、実施例１の場合と同等の手段で作製されたものである。そして、実施例２のグランドパッキンＡを用いて摺動耐久試験を行った。その結果、図７，８に示されるように、耐久摺動回数は４５，０００回であった。

〔その他の実施例〕
１．黒鉛
実施例１のグランドパッキンＡにおいて、ＰＴＦＥディスパージョンに代えて、黒鉛ディスパージョンを１重量％でＰＴＦＥディスパージョンに混合させた混合液（黒鉛を有するＰＴＦＥディスパージョン）を用いたものを試した。その結果、耐摩耗性が向上した。

２．シリコーンオイル
実施例１に記載の手段で作製された紐状体４（ＰＴＦＥディスパージョンが重量比５％〜２５％で含浸されている紐状体４）を、シリコーンオイルに浸漬させ、紐状体４におけるシリコーンオイルの重量比が０．４％〜１．２％となる状態にシリコーンオイルを含浸させる。このシリコーンオイルの含浸された紐状体４を使ってリング状のグランドパッキンＡを作製する。
シリコーンオイル含浸グランドパッキンＡでは、機器に組付けての締付時及び増し締め時に潤滑液（シリコーンオイル）がバルブステムとパッキン内周面との間に染み出し、摩擦力を低減させてＰＴＦＥ層の耐摩耗性が向上し、長期に亘り所期のシール性能が維持されることが知見された。

紐状体４におけるシリコーンの重量比が０．４％未満では、摩擦力の低減効果が緩く、重量比が１．２％超えではシリカに変化し易くなる傾向がある。シリコーンの重量比がある程度大きくなると、グランドパッキンとしての使用時に加熱された場合、シリコーンオイルがシリカに変化し易くなり、場合によってはシリカが機器（特に、弁のグランド部に使用の場合は弁軸）に傷を付けるおそれが生じてくる。
従って、シリカに変化し難く、かつ、摩擦力の低減効果をより有効に得るには、シリコーンの重量比を０．４％〜１．２％に設定するのが望ましい。

３．防食剤
実施例１に記載の手段で作製されたグランドパッキンＡの内周面に、適当な溶剤に希釈された亜硝酸ナトリウムを塗布したものを試作した。
焼成によりＰＴＦＥ粒子どうしが融着し強固なＰＴＦＥ層を形成するため、防食剤を塗布した場合においても防食剤はＰＴＦＥ層の表面に位置し、長期間その機能を発揮することが知見された。

〔比較例１〕
特開２００７−１３８３１５号公報にて示されるヤーン（膨張黒鉛編組糸）をＰＴＦＥディスパージョンに浸漬させ、ＰＴＦＥ粒子を含浸させた。即ち、ここで言うヤーンは、「繊維材を編む又は組むことによって成る筒状部材内に、幅を厚みで除した値である縦横比が１〜５に設定される断面を有する繊維状膨張黒鉛を充填して形成されるヤーン」である。繊維材としては、インコネル線、ステンレス線等である。

前記のヤーンにおけるＰＴＦＥの重量比は３０％〜４０％である。そして、このＰＴＦＥを有するヤーンの複数本を編組すること（前述の段落００２５を参照）により、図１，２に示す紐状体４のような紐状パッキン（紐状体）を作製する。なお、加熱処理（焼成処理）は行っていない。

＜熱サイクルシール試験＞
図５に示す試験機Ｂに比較例１によるグランドパッキンＡを装填し、図９に示す条件のとおり、温度を昇温させた後、降温させた（温度サイクル負荷）。その後、窒素ガスを負荷した後の漏洩量を測定した。実施例1のものに比べ、温度サイクル負荷後の漏洩量は多く、シール性に劣っている。

〔比較例２〕
比較例２のグランドパッキンＡは、実施例１のものにおいて焼成処理を行わなかったものである。即ち、「膨張黒鉛ヤーンの編組による編組体で形成されるパッキン本体１に、ＰＴＦＥディスパージョンを含浸することでなるグランドパッキンＡ」である。

まず、ＰＴＦＥでスパージョンが含浸されてから熱処理されていない状態の紐状体の示差走査熱量測定を行い、その結果を図６の（ａ）に示す。吸熱のピーク、即ち溶解温度は３４０℃であった。これによりＰＴＦＥが未焼成であることが確認された(吸熱のピークが３３５℃〜３４５℃であれば、ＰＴＦＥは焼成されていないとみなせる)。
そして、図５に示す試験機Ｂにより、比較例２によるグランドパッキンの摺動耐久試験を行い、その結果を図７，８に示す。これらより、摺動耐久回数は２０，０００回であることが判った。

〔比較例３〕
前述の比較例２による紐状体を、処理温度４００℃にて１〜５時間加熱し、ＰＴＦＥ粒子を焼成した紐状体を作製した。この二次処理テープの示差走査熱量測定の結果は、図６（ｄ）に示されるとおりである。この図６（ｄ）から、吸熱のピークを示さず、従って、ＰＴＦＥが分解されたことを確認した。この比較例３のものでは、上記の条件で加熱することによりＰＴＦＥは「分解」されてしまっており、本発明に言う「焼成」とは異なるものである。

そして、この紐状体を用い、実施例1による場合と同様の方法により、比較例３によるグランドパッキンを作製した。比較例３によるグランドパッキンを試験機Ｂにより摺動耐久試験を行った結果、耐久摺動回数は１５，０００回であった。

１パッキン本体
ｈ高さ寸法
ｗ幅寸法

Claims

膨張黒鉛ヤーンの編組による編組体で形成されるパッキン本体によりなるとともに、前記パッキン本体は、ＰＴＦＥディスパージョンが含浸された状態における焼成処理がなされたものであるグランドパッキン。
前記パッキン本体は、その高さ寸法が幅寸法の２／５〜３／５に設定されている請求項１に記載のグランドパッキン。
前記パッキン本体は、前記焼成処理後にシリコーンオイルが含浸されたものである請求項１又は２に記載のグランドパッキン。
前記シリコーンオイルの重量比が０．４％〜１．２％に設定されている請求項３に記載のグランドパッキン。
前記ＰＴＦＥディスパージョンには黒鉛が含まれている請求項１〜４の何れか一項に記載のグランドパッキン。