JP3101804B2 - 膨張黒鉛製シール素材およびその製造方法 - Google Patents
膨張黒鉛製シール素材およびその製造方法Info
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Description
ン、ガスケット、Vリングおよびバルブシートなどの各
種高温用シール材、さらに、ベアリングのような摺動
材、あるいは高温真空炉用の断熱材などに使用される膨
張黒鉛製シール素材およびその製造方法に関するもので
ある。
弗化エチレン樹脂(テフロン)などで構成されていた
が、最近では、耐熱性などの点で優れた膨張黒鉛を用い
たものが多く開発されている。
結晶1aが積層状態となっている厚さH0 の酸処理黒鉛
1Aを加熱して膨張処理することにより、図10に示す
ように、上記積層方向(矢印a方向)に拡開されて黒鉛
結晶1aの各間にすきまGを有する厚さH(5mm〜10
mm程度)の蛇腹状の構造体1からなる。
黒鉛を使用して、例えばガスケット用シートなどのシー
ト状の膨張黒鉛製シール素材を製造する場合は、図11
に示すように、加熱により膨張され厚いマット状とされ
た表層部、内層部ともに均一組成の膨張黒鉛マット状体
200を図示省略したベルトコンベアなどを介して上下
一対の加圧ロール201,201に供給しかつ通過させ
ることにより、膨張黒鉛粒子1aを加圧して互いに一体
化してシート状の膨張黒鉛製シール素材202を製造す
る。この製造時において、上記マット状体200の表層
部(これはマット状体200の表裏両層部を指し、以
下、単に表層部と称する)に存在している低密度で蛇腹
状の膨張黒鉛1(図10参照)は、上記一対の加圧ロー
ル201,201の通過時に強い圧縮力と剪断力を受け
るために、図12に示すように、面積が大きく、かつ厚
さt1の小さい薄葉状の圧縮体203に形態変化する一
方、上記マット状体200の内層部に存在する蛇腹状の
膨張黒鉛1が一対の加圧ロール201,201の通過時
に受ける圧縮力および剪断力は上記表層部のものより小
さいために、図13に示すように、表層部における上記
薄葉状圧縮体203に比して面積が小さく、かつ厚みt
2が大きい圧縮体204に形態変化する。
のシート状の膨張黒鉛製シール素材202の一部を階段
状に切除して示す斜視図であり、その表層部には図12
に示すような薄葉状の圧縮体203がその長手方向をシ
ート長手方向に対して直交する方向に沿わせて規則性の
ある状態で高密度に高配向されている一方、内層部には
図13に示すような厚みの大きい圧縮体204が規則性
なくランダムに配置されている。
従来の膨張黒鉛製シール素材は、もともと機械的強度が
低い上に、基材が膨張黒鉛を加圧しただけのものであっ
て、その表層部には薄葉状の圧縮体203が高密度で高
配向されているので、引張り力が作用した場合、(1)
表層部の薄葉状圧縮体203に形成されている亀裂が成
長する、(2)高密度で高配向の表層部は少量の曲げ応
力負荷時に亀裂を発生するなどの挙動を示し、その亀裂
が内層部に急速に進行して破断するといったように、伸
びがほとんど零に等しく、引張り強度が非常に小さい。
そのために、当該膨張黒鉛製シール素材の取扱い時や各
種シール材などの加工時に不用意に曲げや引張りなどが
加わらないように慎重を期する必要があり、したがっ
て、この膨張黒鉛製シール素材によるシール材などの加
工品の適用範囲が狭くなるばかりでなく、加工手段にも
自ずと制約があって、加工品の生産性が低いものになる
という問題があった。
ので、簡単な手段によって伸び率を付与し、かつ引張り
強度を高めて、加工品の適用範囲の拡大を図ることがで
きるとともに、可撓性を向上できることと相俟って加工
品の生産性向上も達成することができる膨張黒鉛製シー
ル素材およびその製造方法を提供することを目的として
いる。
め、請求項1の発明に係る膨張黒鉛製シール素材は、膨
張させた黒鉛粒子を加圧して互いに一体化してなる膨張
黒鉛基材の表層部を(好ましくは表裏双方の表層部でか
つ全域を)、該膨張黒鉛基材の重量が0.5〜3%の範
囲で減量されるべく除去処理したことを特徴とするもの
であり、加圧に伴い薄葉状の圧縮体が高密度で高配向さ
れて伸びをほとんど期待することのできない表層部を除
去処理することによって、比較的厚さの大きい圧縮体が
ランダム配向されている内層部のもつ伸び特性および引
張り強度を活用して該シール素材の伸び率および引張り
強度を増大することが可能となる。その結果、該シール
素材による加工品の適用範囲の拡大が図れるとともに、
加工手段の制約も少なくなって、加工品の生産性の向上
も図れる。
いては、上記露出する膨張黒鉛基材の表面のX線回折に
よる回折ピーク値(2θ角度)が26.52°〜26.
48°の範囲にあるものであり、要はこの膨張黒鉛基材
の表層部をこの回折ピーク値の範囲になるように作れば
よい。
としては、請求項3〜5に記載のように、シート状、プ
レス成形品、あるいは糸状体のいずれを採用してもよ
く、シート状の場合は、これを適当な大きさに切断する
ことで様々な用途に応じることができ、また、プレス成
形品の場合は、リング状のパッキンや軸受を簡単に作成
することができ、さらに糸状体の場合は、パッキンなど
として実装する際の寸法調整が容易である。
材の製造方法は、膨張させた黒鉛粒子を加圧して互いに
一体化して膨張黒鉛基材を形成した後、この基材におけ
る表層部(好ましくは表裏双方の表層部)の全域を、マ
イクロブラスト加工、レーザー加工およびスパッタリン
グ加工のうちの少なくとも一種の加工手段により、膨張
黒鉛基材の重量が0.5〜3%の範囲で減量されるべく
除去処理することを特徴とするものであり、このような
製造方法によれば、上記した表層部の除去処理を能率良
く行えるとともに、その除去量も任意に調整することが
できる。
7に記載のように、膨張黒鉛基材における表層部の除去
処理手段としてマイクロブラスト加工を用い、そのブラ
スト用粒子として、粒子径が50〜100μmのクルミ
粉を使用する場合は、ブラスト加工時に粒子の一部が除
去表面に残留したとしても、その粒子が柔らかいクルミ
粒子であるから、使用態様において、相手側ステムなど
を傷つけるおそれがない。
クロブラスト加工に限定されるものでないが、このブラ
スト加工を採用するには、以下の条件を満足させるとよ
い。即ち、膨張黒鉛は、商業的に生産されているもの
で、幅方向(図10の矢印b方向)の寸法は1mm以下で
あり、この点から上記ブラスト加工に使用する粒子とし
ては、粒子径が1mm以下のものが好適である。また、ブ
ラスト加工時の粒子としては、粒子径が50〜100μ
mのクルミ粉が最適であるが、それ以外にも、SiC
粉、ガラスビーズ、鉄粉、プラスチックビーズなどを挙
げることができる。
にしたがって説明する。図1は本発明に係るシート状の
膨張黒鉛製シール素材の一部を階段状に切除して示す斜
視図であり、同図において、11は膨張黒鉛基材で、該
基材11は、図9に示すように酸処理された黒鉛1Aを
図10のように膨張処理した後、図11に示すように、
その膨張され厚いマット状とされた膨張黒鉛マット状体
200をベルトコンベア(図示省略)などを介して一対
の加圧ロール201,201に供給しかつ通過させるこ
とにより、膨張黒鉛粒子1aを加圧して互いに一体化さ
せたものである。
表裏の表層部の全域に、例えば粒径が50〜100μm
のクルミ粉などの粒子を用いてマイクロブラスト加工を
施して、該膨張黒鉛基材11の重量が0.5〜3%の範
囲で減量されるべく除去処理し、該除去処理により露出
する膨張黒鉛基材11の表層部のX線回折による回折ピ
ーク値を26.52°〜26.48°の範囲とすること
により、表層部11aおよび内層部11bともに、ほぼ
同じ大きさで、図13に示すような厚みの大きい圧縮体
204がランダムに配置された構成としている。
シール素材においては、その膨張黒鉛基材11の表層部
および内層部ともに厚みの大きい圧縮体204がランダ
ム配向されてなるものであるから、多少の引張り力が加
わったとしても、表層部から亀裂が急速に内層部へ進行
することによる破断がなくなり、該シール素材の伸び率
および引張り強度を増大することが可能となる。
表裏の表層部に対するブラスト加工による減量率(%)
と伸び率(%)の関係および、チャック間距離を80m
mとした試料を10mm/min.の速度で引張ったと
きの引張り強度(kgf/mm2 )の関係について本発
明者が行った試験結果は、図2および表1に示す通りで
あった。また、図3の(a)〜(f)は表1中に示す試
料a〜fそれぞれにおける伸び量(mm)と引張り強度
との相関関係を示す特性図である。
かなように、減量率0.5〜3%の範囲の製品は、伸び
率の面では減量率0.5%未満および3%を越えるもの
に比べて、いずれも増大しているとともに、引張り強度
の面では減量率0.5%未満のものと比べてほぼ同等も
しくはそれ以上で、かつ、減量率3%を越えるものと比
べると非常に大きく増加していることが分かる。特に、
減量率が0.8〜1.0%の範囲のものが伸び率および
引張り強度の両面において非常に優れていることが分か
る。
を検討してみると、減量率0%の試料aでは、引張り力
が加わったとき、まず、その引張り力が厚みの大きい圧
縮体204が規則性なくランダムに配置されている内層
部に作用して強度および伸び量が上昇し、飽和点に達し
た後、次に、面積が大きくかつ厚みの小さい薄葉状の圧
縮体203がシート長手方向に対して直交する方向に沿
わせて規則性のある状態で高密度に高配向されている表
層部に引張り力が作用するが、この表層部を形成する薄
葉状の圧縮体203は亀裂が入りやすく、一旦亀裂が入
ると、それが急速に成長して内層部にも進行することに
なるため、上記飽和点に達した以降の強度および伸び量
の上昇はほとんど望めない。また、減量率7.2%の試
料eや減量率18.1%の試料fでは、薄葉状の圧縮体
203からなる表層部が存在しないために、強度および
伸び量がともに試料aの内層部のみの強度および伸び量
に止まることになる。
減量率0.9%の試料cおよび減量率1.6%の試料d
で示す本発明相当品では、内層部11bおよび表層部1
1aともに薄葉状の圧縮体203の大部分が除去処理さ
れているか、もしくは薄葉状の圧縮体203の全てが除
去処理されて、ほぼ同じ大きさで厚みの大きい圧縮体2
04がランダムに配置された構成であるために、引張り
力に内層部11bが対抗することに伴う強度および伸び
量の上昇に加えて、それとほぼ同一組成にある表層部1
1aが引張り力に対抗することに伴って強度および伸び
量がさらに上昇することになって、上述したようにシー
ル素材全体の伸び率および引張り強度が増大するという
特性を発揮していることが分かる。
の適用例を列記する。 適用例1:これは、図4に示すように、炭素繊維などの
紡績糸12の外周部に、上記のごとく表裏の表層部が所
定の減量率で除去処理されたシート状膨張黒鉛製シール
素材を細幅に切断してなるテープ状の膨張黒鉛基材11
Aを螺旋状に巻き付けて紐状シール材13を形成したも
のである。
記のごとく表裏の表層部が所定の減量率で除去処理され
たシート状膨張黒鉛製シール素材を細幅に切断してなる
テープ状の膨張黒鉛基材11Aまたはその複数枚を積層
するとともに、その積層体の外周にSUS304で直径
が0.1mmなどの細径の金属線材14による編み補強
体15を被せて外補強形編み糸状シール材16を形成し
たものである。
記のごとく表裏の表層部が所定の減量率で除去処理され
たシート状膨張黒鉛製シール素材を適当幅に切断してな
る膨張黒鉛基材11Bをその幅方向で折り畳むととも
に、その折り畳み体の外周にSUS304で直径が0.
1mmなどの細径の金属線材14による編み補強体15
を被せて外補強形編み糸状シール材17を形成したもの
である。
記のごとく表裏の表層部が所定の減量率で除去処理され
たシート状膨張黒鉛製シール素材を適当幅に切断してな
る膨張黒鉛基材11Bをその幅方向でほぼZ字状に折り
畳み、かつ、その表面に長手方向に沿ったコルゲート加
工を施すとともに、その折り畳み体の内部にコットンな
どの補強線18を挿通させて内補強形編み糸状シール材
19を形成したものである。
記のごとく表裏の表層部が所定の減量率で除去処理され
たシート状膨張黒鉛製シール素材を適当幅に切断してな
る膨張黒鉛基材11をブラスト加工により除去処理され
た後の表裏の表層部11aが内外周面となるようにリン
グ状にダイモールド成形してリング状成形体20を形成
したものであり、このまま軸受などに使用可能である。
記載の発明によれば、元来、内層部のもつ伸び特性およ
び引張り強度特性を表層部にも付与させて該シール素材
の伸び率および引張り強度を増大することができる。し
たがって、該シール素材による加工品の適用範囲の拡大
を図ることができるとともに、加工手段の制約も少なく
なり、さらに、可撓性の向上も相俟って加工品の生産性
の向上を図ることができるといった効果を奏する。
の形態をシート状とすることにより、任意の大きさ、形
状に切断して各種のシール材の加工に容易に利用するこ
とができる。
態をプレス成形品とすることにより、リング状パッキン
や軸受などの作製が簡易となる。
形態を糸状体とすることにより、耐摺動性などに優れた
パッキン材料を容易に得ることができる上、実装時の寸
法調整なども容易に行なえる。
張黒鉛基材の表層部の除去手段として、マイクロブラス
ト加工、レーザー加工およびスパッタリング加工の少な
くとも一種を使用するので、上記した表層部の除去処理
を能率良く行えるとともに、その除去量も任意に調整す
ることができる。
ば、膨張黒鉛基材における表層部をマイクロブラスト加
工により除去処理するときのブラスト用粒子として、粒
子径が50〜100μmで、柔らかいクルミ粉を使用す
ることにより、ブラスト加工時に粒子の一部が除去後の
表面に残留したとしても、使用態様において、その残留
粒子によって相手側ステムなどを傷つけるおそれがな
い。したがって、プラスト加工後に残留粒子を取り除く
面倒な作業が不要で、表層部の除去処理を能率よく行う
ことができる。
一部を階段状に切除して示す斜視図である。
ト加工による減量率と伸び率のおよび引張り強度の関係
を示すグラフである。
における伸び量と引張り強度との相関関係を示す特性図
である。
を示す斜視図である。
視図である。
視図である。
視図である。
部破断面斜視図である。
大斜視図である。
を概略的に示す要部の斜視図である。
圧縮体を示す拡大斜視図である。
を示す拡大斜視図である。
を階段状に切除して示す斜視図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 膨張させた黒鉛粒子を加圧して互いに一
体化してなる膨張黒鉛基材の表層部を、該膨張黒鉛基材
の重量が0.5〜3%の範囲で減量されるべく除去処理
したことを特徴とする膨張黒鉛製シール素材。 - 【請求項2】 膨張させた黒鉛粒子を加圧して互いに一
体化してなる膨張黒鉛基材の表層部を、その露出する表
面のX線回折による回折ピーク値が26.52°〜2
6.48°の範囲にしていることを特徴とする膨張黒鉛
製シール素材。 - 【請求項3】 その形態がシート状である請求項1また
は2に記載の膨張黒鉛製シール素材。 - 【請求項4】 その形態がプレス成形品である請求項1
または2に記載の膨張黒鉛製シール素材。 - 【請求項5】 その形態が糸状体である請求項1または
2に記載の膨張黒鉛製シール素材。 - 【請求項6】 膨張させた黒鉛粒子を加圧して互いに一
体化して膨張黒鉛基材を形成した後、この基材における
表層部の全域を、マイクロブラスト加工、レーザー加工
およびスパッタリング加工のうちの少なくとも一種の加
工手段により、膨張黒鉛基材の重量が0.5〜3%の範
囲で減量されるべく除去処理することを特徴とする膨張
黒鉛製シール素材の製造方法。 - 【請求項7】 上記膨張黒鉛基材における表層部の除去
処理手段がマイクロブラスト加工であり、そのブラスト
用粒子として、粒子径が50〜100μmのクルミ粉を
使用する請求項6に記載の膨張黒鉛製シール素材の製造
方法。
Priority Applications (8)
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JPH1025159A JPH1025159A (ja) | 1998-01-27 |
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- 1996-07-05 JP JP08176580A patent/JP3101804B2/ja not_active Expired - Fee Related
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