JP2569431B2

JP2569431B2 - グランドパッキン

Info

Publication number: JP2569431B2
Application number: JP6304173A
Authority: JP
Inventors: 淳一相沢; 高徳佐々木; 嘉久一兒玉; 博行篠倉
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1994-11-15
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1997-01-08
Anticipated expiration: 2012-01-08
Also published as: JPH08145185A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ポンプ、攪拌機、バ
ルブ等の各種機器の軸封部等に使用される紐状のグラン
ドパッキンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、上記グランドパッキンとし
て、炭化繊維を含む各種繊維を、角編、格子編、丸編等
にて紐状に編組した単一編組構造のものや、上記繊維を
丸編又は角編にて紐状に編組して中芯を形成し、その周
囲を丸編による表面被覆層で被覆した多重編組構造のも
のが知られている。これらグランドパッキンには、ポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の目詰め材が含
浸されており、この目詰め材によって、流体がパッキン
内部を浸透して漏洩したり、パッキンと軸又はボックス
との間から漏洩したりするのを防止すると共に、所望の
潤滑性を確保できるようにしている。この目詰め材は、
パッキンの内部に均一に含浸させるか或いは、パッキン
の表層部に重点的に含浸させることが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記何れのグランドパ
ッキンについても、使用時に目詰め材が徐々に流出する
ことから、その体積減少によってシール性が低下すると
いう問題があった。特に、格子編にて単一編組したグラ
ンドパッキンについては、堅牢にて編目が緻密であるの
で、軸に対する接触性が良いものの、圧縮復元性に劣る
ことから、目詰め材の流出に伴ってシール性が大きく低
下するという問題があった。また、角編や丸編にて単一
編組したグランドパッキンは、編目がルーズであるの
で、圧縮復元性に優れるものの、軸に対する接触性に劣
り、局部接触が生じて軸が摩耗し易くなると共に、軸と
の摺接によって編み糸が切断されると、編組構造が破壊
されて、シール性が大きく低下するという問題があっ
た。

【０００４】さらに、従来の多重編組構造のグランドパ
ッキンは、丸編又は角編による中芯と、丸編による表面
被覆層との複合体であるので、圧縮復元性に極めて優れ
るものの、軸に対する接触性に劣り、局部接触が生じて
軸が摩耗し易く、漏洩量が多くなって増し締めを頻繁に
行う必要があるという問題があった。

【０００５】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、所望の圧縮復元性及び軸に対する接触性を
確保することができ、長期間にわたって良好なシール性
を発揮することができるグランドパッキンを提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のこの発明のグランドパッキンは、炭化繊維よりなる多
数本の編み糸を編組して形成した紐状のグランドパッキ
ンにおいて、断面中央部に角編構造の中芯を配置し、こ
の中芯の周囲を格子編構造の表面被覆層によって被覆し
ていると共に、上記中芯及び表面被覆層のそれぞれの表
層部に、それぞれの内層部よりも高密度にて目詰め材を
含浸させていることを特徴とするものである。また、上
記中芯及び表面被覆層のそれぞれの表層部には、目詰め
材を５〜４０重量％含浸させているのが好ましく、さら
に、表層部と内層部との含浸密度比は、中芯において
５：１〜３：１に設定し、表面被覆層においては８：１
〜５：１に設定するのが好ましい。

【０００７】

【作用】上記の構成のグランドパッキンによれば、断面
中央部に角編構造による中芯を配置した多重編組構造で
あると共に、中芯内層部の目詰め材の含浸密度が、表層
部よりも低いため、角編構造の有する中芯の良好な弾力
性を損なうことがなく、かつ表面被覆層の内層部におけ
る目詰め材の含浸密度が、表層部よりも低い点と相まっ
て、パッキン全体として、良好な圧縮復元性を確保する
ことができる。このため、目詰め材の流出に伴ってグラ
ンドパッキンの体積が減少するのを、効果的に抑制する
ことができる。

【０００８】また、表面被覆層の表層部に高密度に含浸
させた目詰め材によって、良好なシール性と潤滑性を確
保することができると共に、当該目詰め材の摩耗による
シール隙間の発生に対し、中芯の弾力性による復元によ
り、この隙間を補償することができる。さらに、表面被
覆層が、中芯と比べて２〜４倍程度緻密な編目を有する
格子編構造であるので、軸に対する良好な接触性を確保
することができると共に、軸との摺接によって編み糸が
切断された場合でも、編組構造が破壊されるのを防止す
ることができる。特に、上記中芯及び表面被覆層のそれ
ぞれの表層部に、目詰め材を５〜４０重量％含浸させて
いる場合には、パッキンとして好適な潤滑性、柔軟性、
可撓性、及び圧縮復元性を確保することができる。

【０００９】

【実施例】

＜実施例１＞図１はこの発明のグランドパッキンの一実
施例を示す斜視図である。このグランドパッキンは、断
面中央部に角編構造の中芯１を配置し、この中芯１の周
囲を、格子編構造の表面被覆層２によって被覆した多重
編組構造のものである。上記中芯１は、図２に示すよう
に、アクリル繊維を炭化処理して得られる炭化繊維から
なる８本の編み糸１ａに、予めＰＴＦＥの微粒子からな
る目詰め材３（ダイキン工業株式会社製：商品名「ダイ
フロン」）を含浸させた後、経路数が２の角編編組によ
って紐状とし、その表層部１１に、ＰＴＦＥの微粒子か
らなる目詰め材３を、そのディスパージョンに浸して含
浸させたものであり、この目詰め材３の含浸時に、表層
部１１を透過した目詰め材３が、内層部１２に僅かに含
浸されることになる。ここに、上記表層部１１の目詰め
材３は、３０重量％含浸させてあり、その内層部１２の
目詰め材３よりも３倍程度の高密度になっている。

【００１０】表面被覆層２は、炭化繊維にＰＴＦＥの微
粒子からなる目詰め材を予め含浸させた２０本の編み糸
２ａを、経路数を３にて格子編した後、その表層部２１
に、再度ＰＴＦＥの微粒子からなる目詰め材３を含浸さ
せたものであり、上記表層部２１の目詰め材３は、その
内層部２２のそれよりも８倍程度の高密度になるように
４０重量％含浸させてある。なお、上記目詰め材３とし
ては、ＰＴＦＥの微粒子単体の他、これに潤滑油や固体
潤滑材等を混合したものが採用される。また、本実施例
のグランドパッキンにおいては、中芯１の断面積が、グ
ランドパッキンの横断面において、２５％程度を占める
ように構成されている。

【００１１】＜実施例２＞図３は、この発明のグランド
パッキンの他の実施例を示す要部斜視図である。この実
施例のグランドパッキンは、上記実施例１のグランドパ
ッキンにおいて、表面被覆層２の編み糸２ａの本数を３
６本とし、経路数を４としたものである。

【００１２】上記の構成のグランドパッキンは、断面中
央部に角編構造の中芯１を配置し、その周囲を表面被覆
層２で覆った多重編組構造であること、中芯１の内層部
１２における目詰め材３の含浸密度が、表層部１１のそ
れの１／３程度に設定されており、角編構造の有する中
芯１の良好な弾力性か損なわれないこと、及び表面被覆
層２の内層部２２における目詰め材３の含浸密度が、表
層部２１のそれよりも１／８程度に低く設定されている
ことから、パッキン全体として良好な圧縮復元性を発揮
することができる。このため、目詰め材３の流出に伴っ
てグランドパッキンの体積が減少するのを、効果的に抑
制することができ、ひいては長期間にわたって良好なシ
ール性を発揮することができる。

【００１３】また、表面被覆層２の表層部２１の目詰め
材３が、高密度であるので、良好なシール性と潤滑性を
確保することができる。しかも、表面被覆層２の目詰め
材３が摩耗した場合に、中芯１が弾力性により復元する
ことで、シール面に発生する隙間を補償することができ
る。このため、より長期間にわたって良好なシール性と
潤滑性とを確保することができる。

【００１４】さらに、表面被覆層２が、緻密な編目の格
子編構造であるので、軸に対する良好な接触性を確保す
ることができる。このため、軸との間で局部接触が生じ
て軸が摩耗するのを防止することができると共に、軸と
の摺接によって編み糸２ａが切断された場合でも、編組
構造が破壊されるのを防止することができる。特に、上
記中芯１及び表面被覆層２のそれぞれの表層部１１，２
１に、目詰め材３が５〜４０重量％含浸され、また、中
芯１及び表面被覆層２のそれぞれの表層部１１，２１と
内層部１２，２２の含浸密度比が、中芯１において５：
１〜３：１に設定され、表面被覆層２においては８：１
〜５：１に設定されている場合には、パッキンとしてよ
り好適な潤滑性、柔軟性、可撓性、及び圧縮復元性を確
保することができる。

【００１５】即ち、上記目詰め材３の含浸量が５重量％
未満であると、良好なシール性及び潤滑性を確保するこ
とが困難であり、４０重量％を超えると、表層部１１，
２１が硬くなって、適度の柔軟性、可撓性、及び圧縮復
元性を確保することが困難になる。また、中芯１の表層
部１１と内層部１２の含浸密度比が３：１より小さくな
ると、内層部１２の含浸密度が相対的に増加するため、
角編の有する弾力性が損なわれ、５：１より大きくなる
と、内層部１２の含浸密度が相対的に低下するため、中
芯１自体が柔軟になり過ぎてパッキンとしての形状保持
性が低下し、使用限界圧力の低下をもたらす。一方、表
面被覆層２においては、表層部２１と内層部２２の含浸
密度比が５：１より小さくなると、内層部２２の含浸密
度が相対的に高くなり、表面被覆層２を形成する格子編
構造が緻密なことと相まって、パッキンの柔軟性が損な
われ、８：１より大きくなると、内層部１２の含浸密度
が相対的に低下するため、長期間の潤滑特性の保持に支
障をきたすことになる。

【００１６】表１に、上記実施例２のグランドパッキン
と、従来の多重編組構造のグランドパッキン（比較例
１）の物理的特性を示す。上記比較例１は、図１１に示
すように、炭化繊維の編み糸を角編編組した中芯５１の
周囲を、角編編組からなる表面被覆層５２によって被覆
したものでり、上記表面被覆層５２は、炭化繊維の編み
糸を、経路数２にて角編編組した後、その表層部に、Ｐ
ＴＦＥの微粒子からなる目詰め材を４０重量％含浸させ
たものである。

【００１７】

【表１】

【００１８】なお、表１中の圧縮率は、内径１００ｍ
ｍ，外径１２９ｍｍ，厚み１４．５ｍｍのグランドパッ
キンを５段に積み重ね、その内外周及び底部を型で拘束
した状態で、荷重２５ｋｇｆ／ｃｍ²、加圧速度２．５
ｋｇ／（ｃｍ²・ｍｉｎ）で加圧圧縮した際の圧縮変形
量Δｔを測定し、次式を用いて算出した値である。圧縮率＝Δｔ／ｔ ×１００ｔ：パッキンの初期厚さまた、圧縮復元率は、上記の条件でグランドパッキンを
加圧圧縮した後、負荷を零にして、その圧縮復元量Δｔ
1 を測定し、次式を用いて算出した値である。圧縮復元率＝Δｔ1 ／Δｔ ×１００表１から、実施例２のグランドパッキンは、従来の多重
編組構造のグランドパッキンと同等の圧縮復元性及び可
撓性を示すことが明らかである。

【００１９】次に、上記実施例２のグランドパッキン
と、比較例１のグランドパッキンについて、下記の試験
装置、試験方法、及び試験条件により、パッキンのシー
ル特性、パッキン減量特性、軸スリーブ摩耗特性、パッ
キン増し締め特性、摺動特性等の動特性試験を行った。 (1) 試験装置試験装置本体９０、圧力負荷装置９１、軸駆動装置９２
及び制御装置９３によって構成されている（図４参
照）。試験装置本体９０は、架台９０ｅ上に、グランド
パッキンを装着したパッキングボックス９０ａが配置さ
れており、その回転軸に、軸受装置９０ｂ、軸トルク検
出器９０ｃ、及び軸受装置９０ｄを介して、軸駆動装置
９２の回転力が入力されるようになっている。また、上
記圧力負荷装置９１は、水槽９１ａ内の流体を吸水ポン
プ９１ｂによってパッキングボックス９０ａに供給する
ことにより、パッキングボックス９０ａに装着されたグ
ランドパッキンに任意の圧力を負荷するものである。

【００２０】(2) 試験方法シール特性水の漏洩量を自動計測してデータロガに集積。パッキン減量特性試験前後のパッキンの重量を測定し、パッキンの減量を
算出。軸スリーブ摩耗特性試験前後の軸スリーブの表面粗さを測定し、軸スリーブ
の摩耗量を算出。パッキン増し締め特性漏洩量が５００ｃｃ／ｍｉｎを超える毎に、増し締め調
整を行い、その回数を計数。摺動特性上記軸トルク検出器９０ｃによって動トルクを測定。

【００２１】(3) 試験条件パッキン寸法内径１００ｍｍ，外径１２９ｍｍ，厚み１４．５ｍｍパッキン配列数５列試験時間２０００時間（連続運転）軸スリーブ偏芯量１００μｍ（２００μｍＴＩＲ）流体の種類清水流体温度常温〜４５°Ｃ流体圧力起動時１０ｋｇｆ／ｃｍ² 軸回転数１９１０ｒｐｍ（軸スリーブ周速１０ｍ／ｓ）

【００２２】上記動特性試験の結果は以下の通りであっ
た。 (1) シール特性実施例２と比較例１の経時的な漏洩量を図５及び図６に
示す。比較例１は、図６から明らかなように、漏洩量が
多く且つ大きく変動するため、頻繁に増し締め調整を行
う必要があった。また、軸スリーブの摺動面に大きな局
部摩耗が発生していた。さらに、パッキンの摺動痕跡か
ら、狭い範囲でしかシールが行われていないことが確認
された。これに対して実施例２は、図５から明らかなよ
うに、漏洩量が少なく且つ安定していた。また、軸スリ
ーブの摺動面は、局部摩耗が殆ど発生しておらず、比較
的均質で良好な状態であった。上記漏洩量の変化から、
パッキンのシール特性をシール隙間の変化として表した
のが図７である。上記シール隙間は、下記同心円隙間の
洩れ式から逆算したものである。Ｑ＝πＤｈ³ΔＰ／１２ηａＱ：漏洩量（ｃｍ³／ｓｅｃ）Ｄ：軸スリーブの直径（ｃｍ）ｈ：シール隙間（ｃｍ） ΔＰ：圧力差（ｋｇｆ／ｃｍ²） η：流体の粘度（ｋｇｆ・ｓｅｃ／ｃｍ²）ａ：シール長（ｃｍ）図７より、実施例２のシール隙間は、比較例１の約１／
２であり、またその変化も少なく安定していることが明
らである。また、軸振れ（軸スリーブ偏芯量）が１００
μｍの場合の試験データであるので、実施例２の方が比
較例１よりも軸振れに対する追従性に優れることが分か
る。

【００２３】(2) パッキン減量特性実施例２と比較例１の経時的な重量減少率を図８に示
す。同図から明らかなように、実施例２及び比較例１の
何れについても、運転開始から２００時間までに６〜７
重量％の重量減少が生じているが、その後の重量減少は
極めて少なかった。また、上記重量減少は、パッキンの
基材繊維の摩耗でなく、パッキンに含まれる油分が流出
したものと考えられ、寿命に影響するようなパッキン基
材の摩耗は認められなかった。

【００２４】(3) 軸スリーブ摩耗特性パッキンとの摺接による軸スリーブの摩耗特性を、試験
時間と軸スリーブの最大摩耗深さとの関係で図９に示
す。同図から明らかなように、何れの場合も、スリーブ
の摩耗量自体は極めて少ないが、比較例１の場合、運転
時間に比例してかなりの割合で摩耗しているのに対し
て、実施例２は、運転時間に比して摩耗割合が少ない。
従って、寿命評価については実施例２の方が比較例１よ
りも優れている。

【００２５】(4) パッキン増し締め特性２０００時間毎にパッキンを交換して３回運転試験を行
った場合の、パッキンの平均増し締め回数は、実施例２
が２回であったのに対して、比較例１は１０回であっ
た。また、パッキンの増し締め率を次式で求め、その結
果を図１０に示す。 ε＝ΔＬ／Ｌ×１００ ε：増し締め率（％） ΔＬ：増し締め量（ｍｍ）Ｌ：装着時のパッキンの総高さ（ｍｍ）図１０から明らかなように、増し締め率から見た寿命評
価は、実施例２の方が比較例１よりも優れており、実施
例２は比較例１の３倍程度の寿命になると考えられる。

【００２６】(5) 摺動特性２０００時間毎にパッキンを交換して３回運転試験を行
った場合の、平均動トルクは、実施例２が１４．８ｋｇ
ｆ・ｃｍであったのに対して、比較例１は１９．０ｋｇ
ｆ・ｃｍであった。この結果から、実施例２の方が比較
例１よりも摺動特性に優れることが明らかである。この
結果から、実施例２の長寿命化を容易に予測することが
できる。

【００２７】以上の動特性試験の結果をまとめて評価し
た結果を表２に示す。この表２においては、「◎」
「○」「△」「×」の４段階で評価しており、「◎」が
評価が最も高く、「×」が最も低い。なお、参考までに
実施例１及び従来のグランドパッキン（比較例２，比較
例３）についての評価も記載する。上記比較例２は、炭
化繊維にＰＴＦＥの微粒子からなる目詰め材を含浸させ
た複数本の編み糸６０を、経路数４にて格子編した後、
その表層部６１にＰＴＦＥの微粒子からなる目詰め材６
２を含浸させた単一編組構造のものである（図１２参
照）。また、比較例３は、炭化繊維の編み糸を角編編組
した中芯７１の周囲を、丸編編組からなる表面被覆層７
２によって被覆したものであり、上記表面被覆層７２
は、炭化繊維にＰＴＦＥの微粒子からなる目詰め材を含
浸させた編み糸を袋編編組した後、その表層部に、再度
ＰＴＦＥの微粒子からなる目詰め材７３を含浸させたも
のである（図１３参照）。

【００２８】

【表２】

【００２９】この発明のグランドパッキンは、上記実施
例に限定されるものでなく、例えば、編み糸１ａの本数
を増減すること等、種々の設計変更を施すことができ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、この発明のグランドパッ
キンによれば、良好な圧縮復元性を発揮することができ
るので、目詰め材の流出に伴ってグランドパッキンの体
積が減少するのを、効果的に抑制することができる。ま
た、表面被覆層の表層部に高密度に含浸させた目詰め材
によって、良好なシール性と潤滑性を確保することがで
きると共に、当該目詰め材が摩耗しても、中芯の弾性復
元作用によって、シール面に隙間が発生するのを抑制す
ることができる。さらに、表面被覆層が、緻密な編目の
格子編構造であるので、軸に対する良好な接触性を確保
することができると共に、軸との摺接によって編み糸が
切断された場合でも、編組構造が破壊されるのを防止す
ることができる。従って、長期間にわたって良好なシー
ル性を確保することができる。特に、上記中芯及び表面
被覆層のそれぞれの表層部に、目詰め材を５〜４０重量
％含浸させている場合には、パッキンとして好適な潤滑
性、柔軟性、可撓性、及び圧縮復元性を確保することが
できる結果、より長期間にわたって良好なシール性を確
保することができるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のグランドパッキンの一実施例を示す
要部斜視図である。

【図２】中芯の要部斜視図である。

【図３】他の実施例を示す要部斜視図である。

【図４】試験装置の概略図である。

【図５】実施例の漏洩量を示すグラフ図である。

【図６】比較例の漏洩量を示すグラフ図である。

【図７】シール隙間の変化を示すグラフ図である。

【図８】パッキンの重量減少率を示すグラフ図である。

【図９】軸スリーブの摩耗量を示すグラフ図である。

【図１０】パッキンの増し締め率を示すグラフ図であ
る。

【図１１】比較例１の要部斜視図である。

【図１２】比較例２の要部斜視図である。

【図１３】比較例３の要部斜視図である。

【符号の説明】

１中芯１ａ編み糸１１表層部１２内層部２表面被覆層２１表層部２２内層部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化繊維よりなる多数本の編み糸を編組し
て形成した紐状のグランドパッキンにおいて、断面中央部に角編構造の中芯を配置し、この中芯の周囲
を格子編構造の表面被覆層によって被覆していると共
に、上記中芯及び表面被覆層のそれぞれの表層部に、それぞ
れの内層部よりも高密度にて目詰め材を含浸させている
ことを特徴とするグランドパッキン。
【請求項２】上記中芯及び表面被覆層のそれぞれの表層
部に、目詰め材を５〜４０重量％含浸させている請求項
１記載のグランドパッキン。