JP3927963B2 - 膨張黒鉛製編み糸およびグランドパッキン - Google Patents

Description

本発明は、流体機器の軸封部等に用いられるグランドパッキンに好適な膨張黒鉛製編み糸およびグランドパッキンに関するものである。

従来、膨張黒鉛製編み糸として、所定幅の膨張黒鉛テープを複数枚重ね合わせて膨張黒鉛基材を構成し、この膨張黒鉛基材の外周をステンレス鋼線等の補強線材でニット編み又は袋編みして外補強したものが提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。

上記構成の膨張黒鉛製編み糸によれば、膨張黒鉛基材の外周をステンレス鋼線等の補強線材でニット編み等して被覆してあるので、これら複数の編み糸を編組してグランドパッキンを製造する際に各編み糸に生じる引っ張り力やねじり力に対して、補強線材のニット編みがこれに十分に対抗し、このニット編み内にある膨張黒鉛基材の破断が防止されるというものである。

特開平６−１７９３７号公報

しかしながら、膨張黒鉛基材の外表面をステンレス鋼線等の補強線材でニット編みや袋編みして被覆する上記膨張黒鉛製編み糸では、膨張黒鉛基材を補強線材でニット編みや袋編み被覆するのに多くの時間がかかり生産性が悪いという問題があった。

また、こうした編み糸は、膨張黒鉛基材の外表面がニット編みや袋編みされるステンレス鋼線等の補強線材で多く覆われてしまうため、膨張黒鉛基材の特性である、回転軸やステム等相手側部材（以下、単に「相手側部材」という。）へのなじみ性及びシール性を十分に発揮することができないという問題があった。すなわち、図１０のように膨張黒鉛基材２の外表面を補強線材３でニット編みや袋編み被覆した編み糸１では、図９に示すように、この編み糸１を複数本用いて編組又はひねり加工してグランドパッキンＧを構成し、このグランドパッキンＧをパッキンボックスＡ内に挿入してパッキン押えＢで押圧することによりグランドパッキンＧの各編み糸１を図１０中のＣ方向から圧縮した時に、膨張黒鉛基材２はこれの外表面上で隣接する補強線材３，３間から外部へ破線ｅのように膨出しようとする膨出量が少なくなり、このため相手側部材９に十分な接触圧と接触面積で接触させることが不足気味になって、相手側部材９へのなじみ性やシール性が低下することになる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、グランドパッキンを製造する際に各編み糸に生じる引っ張り力やひねり力に対して、外補強的な十分な対抗力を有するものでありながら、生産性を向上でき、また相手側部材へのなじみ性及びシール性を向上させることのできる膨張黒鉛製編み糸を提供することにある。
また、本発明の目的は、外補強的な編み糸が使用されながら相手側部材へのなじみ性及びシール性を向上させることのできるグランドパッキンを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明の膨張黒鉛製編み糸は、線径が０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの細い補強線材が膨張黒鉛基材の外表面側の長手方向にスパイラル状に埋設されているものであり、前記膨張黒鉛基材がひねり加工した膨張黒鉛テープで形成されており、前記補強線材は、前記ひねり加工された膨張黒鉛基材の外表面にスパイラル状に露出した膨張黒鉛テープ端縁に沿って該膨張黒鉛テープ端縁の内側に埋入されていることに特徴を有するものである。この場合において、補強線材としては、レーヨン、フェノール、アラミド、ＰＢＩ、ＰＢＯ、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の有機系線材、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維等の無機系線材、鉱物系繊維の線材、ステンレス、インコネル，モネル等の金属系線材など、用途に応じて各種の線材を選択的に使用できる。

また、上記目的を達成するために、請求項２に係る発明のグランドパッキンは、複数本の編み糸が編組された又は複数本の編み糸がひねり加工されたグランドパッキンにおいて、前記編み糸は、膨張黒鉛基材の外表面側の長手方向に線径０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの細い補強線材がスパイラル状に埋設されているものであり、前記編み糸の膨張黒鉛基材がひねり加工した膨張黒鉛テープで形成されており、前記補強線材は、前記ひねり加工された膨張黒鉛基材の外表面にスパイラル状に露出した膨張黒鉛テープ端縁に沿って該膨張黒鉛テープ端縁の内側に埋入されていることに特徴を有するものである。この場合において、補強線材としては、前記のとおり、レーヨン、フェノール、アラミド、ＰＢＩ、ＰＢＯ、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の有機系線材、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維等の無機系線材、鉱物系繊維の線材、ステンレス、インコネル，モネル等の金属系線材など、用途に応じて各種の線材を選択的に使用できる。

請求項１に係る発明の膨張黒鉛製編み糸によれば、補強線材を線径０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの細い線材で構成し、この細い補強線材を膨張黒鉛基材の外表面側の長手方向にスパイラル状に埋設してあるので、グランドパッキンを製造する際に各編み糸に生じる引っ張り力やねじり力に対して、補強線材がこれに対抗し、膨張黒鉛基材の破断が防止される。
しかも、補強線材は単に膨張黒鉛基材の外周にスパイラル状に巻回するだけであるから、従来のニット編みや袋編み被覆に要する時間に比べてきわめて短時間に巻回できて生産性を高めることができる。
また、補強線材は線径０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの細い線材で膨張黒鉛基材の外周にスパイラル状に埋設することで、従来のニット編みや袋編みされた補強線材で多く覆われた膨張黒鉛基材による編み糸に比較して回転軸やステム等相手側部材に対する膨張黒鉛基材の接触圧及び接触面積を十分に確保できるため、相手側部材へのなじみ性及びシール性を向上できるという効果を奏する。

また請求項１に記載の発明によれば、膨張黒鉛テープをひねり加工した膨張黒鉛基材は膨張黒鉛基材自体の引張り強さとひねり強さを向上でき、補強線材による補強作用と相俟って引っ張りやねじりに強い膨張黒鉛製編み糸を得ることができる。しかも補強線材は膨張黒鉛基材のスパイラル状の膨張黒鉛テープ端縁に沿ってその内側に埋入されているので、膨張黒鉛基材の外表面全体を露出することができ、相手側部材に対する膨張黒鉛基材の接触圧及び接触面積を十分に確保できてなじみ性及びシール性をより一層向上できる。

請求項２に係る発明のグランドパッキンによれば、複数本編組され又は複数本ひねり加工されている編み糸が膨張黒鉛基材の外表面側の長手方向に線径０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの細い補強線材がスパイラル状に埋設されているものであるから、グランドパッキンを製造する際に各編み糸に生じる引っ張り力やねじり力に対して、補強線材により外補強的な十分な対抗力を発揮できる。また、補強線材は単に膨張黒鉛基材の外周にスパイラル状に巻回することで足り、従来のニット編みや袋編みして被覆するものに比べ、短時間に巻回できて生産性を高めることができる。しかも、補強線材は線径０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの細い線材で膨張黒鉛基材の外周にスパイラル状に埋設することで、従来のニット編みや袋編みされた補強線材で多く覆われた膨張黒鉛基材による編み糸に比較して相手側部材に対する膨張黒鉛基材の接触圧及び接触面積を十分に確保できるため、相手側部材へのなじみ性及びシール性を向上できる。

また請求項２に記載の発明のグランドパッキンによれば、編み糸の膨張黒鉛基材が膨張黒鉛テープをひねり加工することで構成されているので、膨張黒鉛基材自体の引張り強さとひねり強さを向上でき、補強線材による補強作用と相俟って引っ張りやねじりに強い膨張黒鉛製編み糸を得ることができる。しかも補強線材が膨張黒鉛基材のスパイラル状の膨張黒鉛テープ端縁に沿ってその内側に埋入されているので、相手側部材へのなじみ性及びシール性に優れるグランドパッキンを得ることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、請求項１に記載の発明に係る膨張黒鉛製編み糸の実施形態を示す斜視図であり、これらの図において、膨張黒鉛製編み糸１は、図１（ａ）のように、幅２ｍｍ〜３０ｍｍ（好ましくは１０ｍｍ〜３０ｍｍ）、厚さ０．１０ｍｍ〜０．５０ｍｍ（好ましくは０．２０ｍｍ〜０．４０ｍｍ）の膨張黒鉛テープをひねり加工した膨張黒鉛基材２の外表面側に、図１（ｂ）のように、塑性変形しやすい金属線からなる補強線材３を、膨張黒鉛基材２の外表面にスパイラル状に露出した膨張黒鉛テープ端縁４に沿ってその内側に埋入するよう巻回したものである。補強線材３は１本または複数本を膨張黒鉛テープのひねりピッチに合わせてスパイラル状に巻回されるが、この補強線材３の巻回ピッチＰは、好ましくは０．５ｍｍ〜５ｍｍの狭幅ピッチ、より好ましくは１ｍｍ〜３ｍｍの狭幅ピッチでスパイラル状に巻回される。

補強線材３としては、線径０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの細いステンレス鋼線（ＳＵＳ３０４）が用いられ、このステンレス鋼線を０．１Ｎ〜３０Ｎ、好ましくは１０Ｎ〜２０Ｎの締付け強さで緩みなく膨張黒鉛基材２の外表面側に膨張黒鉛テープ端縁４に沿ってその内側に埋入するようスパイラル状に巻回することによって膨張黒鉛製編み糸１が構成されている。

このように、補強線材３が線径０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの細い線材で構成され、この細い補強線材３が膨張黒鉛基材２の外周に膨張黒鉛テープ端縁４に沿ってその内側に埋設されていることにより、グランドパッキンを製造する際に各編み糸１に生じる引っ張り力やねじり力に対して外補強的な十分な対抗力を発揮できる。
また、補強線材３は単に膨張黒鉛基材２の外表面にスパイラル状に巻回することで足り、従来のニット編みや袋編みして被覆するものに比べ、短時間に巻回できて生産性を高めることができる。

しかも、補強線材３は線径０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの細い線材で膨張黒鉛基材２の外表面に露出させることなく埋設してあるので、回転軸やステム等相手側部材に対する膨張黒鉛基材２の接触圧及び接触面積を十分に確保できて、相手側部材へのなじみ性及びシール性を高めることができる。

ここで、補強線材３の線径が０．０５ｍｍ未満であると、前記０．１Ｎ〜３０Ｎの締付け強さで巻回させようとするときに補強線材３が切断されやすく、膨張黒鉛基材２の外周を緩みなくスパイラル状に巻回することの確実性に欠ける。また、補強線材３の線径が０．２ｍｍを超えると、膨張黒鉛テープ端縁４の内側に埋入しにくくなる。したがって、補強線材３の線径は、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの細い線材で構成しておくことが好ましい。

補強線材３は、図１（ｂ）のように、膨張黒鉛基材２の膨張黒鉛テープ端縁４に沿わせてその内側にスパイラル状に巻回するものに限られず、図２に示すように、膨張黒鉛基材２の外表面上にさらに別の補強線材３を１本または複数本使用して前記スパイラル状の補強線材３に交差するよう逆向きにスパイラル状に巻回し、これによって互いに交差するスパイラル状に巻回するものであってもよい。この場合、後者のように膨張黒鉛基材２の外表面上に巻回される補強線材３のピッチＰが０．５ｍｍ未満であると、補強線材３の表面占有率が高くなり過ぎて、膨張黒鉛基材２の外方への膨出がしにくくなるとともに、相手側部材に対する膨張黒鉛基材２の接触面積も小さくなり、なじみ性やシール性が低下することになる。また、ピッチＰが５ｍｍを超えると、補強線材３を緩みなく膨張黒鉛基材２の外周に巻回しても、ひねり加工された膨張黒鉛基材２の軸線に対する補強線材３の巻回角度が小さくなって、補強線材３にたるみが発生しやすくなる。したがって、補強線材３は、０．５ｍｍ〜５ｍｍの狭幅ピッチによって膨張黒鉛基材２の外周に巻回しておくことが必要である。

図３は、膨張黒鉛製編み糸の参考形態を示す斜視図であり、膨張黒鉛製編み糸１は、幅２ｍｍ〜３０ｍｍ（好ましくは１０ｍｍ〜３０ｍｍ）、厚さ０．１０ｍｍ〜０．５０ｍｍ（好ましくは０．２０ｍｍ〜０．４０ｍｍ）の膨張黒鉛テープをひねり加工した膨張黒鉛基材２の外表面に、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ線径の細い補強線材３をその断面一部が喰い込む状態でスパイラル状に埋設したものである。なお、この場合、膨張黒鉛基材２の外表面に補強線材３をその断面全部が喰い込むようにスパイラル状に埋設するものであってもよい。また、喰い込ませる補強線材３は、必要に応じて２条以上使用してもよい。
一方、補強線材３の巻回は、互いに逆向きにスパイラル状に巻回して、互いに交差する二条以上のスパイラル状の外補強にしたものであってもよい。また、補強線材３の巻回ピッチは、上記実施形態の場合と同様に、０．５ｍｍ〜５ｍｍの狭幅ピッチ、好ましくは１ｍｍ〜３ｍｍの狭幅ピッチで緩みなく一条のスパイラル状に巻回される。

このように補強線材３が膨張黒鉛基材２の外表面に該補強線材３の断面一部もしくは断面全部が喰い込んだ状態でスパイラル状に埋設されると、図４のように、補強線材３のその喰い込み分だけ膨張黒鉛基材２の外表面を相手側部材９に近付けることができるため、膨張黒鉛基材２が図中、Ｃ方向から圧縮荷重を受けた時に破線ｅのように膨出することで相手側部材９に対する膨張黒鉛基材２の接触圧及び接触面積を確保しやすくなり、相手側部材９へのなじみ性及びシール性をより一層向上できる。

次に、請求項２に記載の発明に係るグランドパッキンの実施形態について説明する。
図５に示すように、グランドパッキン４は、前述の図１（ｂ）の膨張黒鉛製編み糸１（１Ａ）と図２の膨張黒鉛製編み糸１（１Ｂ）を８本集束して、８打角編みしたものである。なお、各膨張黒鉛製編み糸（１Ａ）（１Ｂ）の補強線材３としては、ステンレス鋼線の他に塑性変形しやすい特性を有しているインコネル，モネルなどの金属線を使用したものであってもよいことは勿論である。また、８打角編みに限らず、１６打角編み、１８打角編み、２４打角編み、３２打角編み、あるいは、中芯を内部に入れた筒編みであってもよいのは勿論である。

（他の実施形態）
膨張黒鉛基材２は、図６（ａ）に示すように複数枚の膨張黒鉛テープを積み重ねて構成した膨張黒鉛基材２であっても、また、図６（ｂ）に示すように膨張黒鉛テープを長手方向に折りたたんで構成した膨張黒鉛基材２であっても、また、図６（ｃ）に示すように膨張黒鉛テープを長手方向にＶ字状に折りたたんで構成した膨張黒鉛基材２であっても、さらには中実断面の棒状あるいは紐状の膨張黒鉛基材２であってもよい。さらに加えて、これら図６（ａ）〜（ｃ）に示す膨張黒鉛基材２をひねり加工した膨張黒鉛基材２であってもよい。

また、グランドパッキン４の形態としては、複数本の膨張黒鉛製編み糸１を編組する形態のグランドパッキンに限られないのは勿論である。たとえば、複数本の膨張黒鉛製編み糸１をひねり加工したグランドパッキンであってもよい。

実施例１
膨張黒鉛製編み糸の一実施例を挙げる。幅２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの膨張黒鉛テープをひねり加工して膨張黒鉛基材２を作り、この膨張黒鉛基材２の外表面に線径０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍのステンレス鋼線からなる補強線材３を膨張黒鉛テープ端縁４に沿ってその内側に埋入するよう０．５ｍｍ〜６．０ｍｍのピッチで緩みなく一条のスパイラル状に巻回した外径約３ｍｍの膨張黒鉛製編み糸１Ａ（図１（ｂ）の膨張黒鉛製編み糸１）と、前記膨張黒鉛基材２の外周に前記と同様の線径範囲の補強線材３で、かつ、この補強線材３を前記と同様範囲のピッチで緩みなく互いに交差する二条のスパイラル状に巻回した外径約３ｍｍの膨張黒鉛製編み糸１Ｂ（図２の膨張黒鉛製編み糸１）をそれぞれ作成した。

このように作成した補強線材一条と二条の膨張黒鉛製編み糸１Ａ、１Ｂを内径３２ｍｍのリング状にしてステムを軸封し、締付圧力３９．２ＭＰａ、熱水の圧力×温度：１７．２ＭＰａ×３５０℃の条件で、１サイクル目、２サイクル目、および３サイクル目ともに３時間（５００往復）後における熱水の漏洩試験の結果を図７の図表に示す。
この図表から明らかなように、いずれの膨張黒鉛製編み糸１Ａ、１Ｂにおいても、ステムへのなじみ性及びシール性に優れ、漏れの無いことが確認された。

実施例２
グランドパッキンの一実施例を挙げる。実施例１で作成した補強線材一条と二条の膨張黒鉛製編み糸１Ａ、１Ｂと同様の膨張黒鉛製編み糸１Ａ、１Ｂを作成し、この膨張黒鉛製編み糸１Ａ、１Ｂを８本、１６本、２４本、３２本で集束して、８打角編み、１６打角編み、１８打角編み、２４打角編み、３２打角編みのグランドパッキンを作成し、各グランドパッキンを内径３２ｍｍのリング状にしてステムを軸封し、締付圧力３９．２ＭＰａ、熱水の圧力×温度：１７．２ＭＰａ×３５０℃の条件で、１サイクル目、２サイクル目、および３サイクル目ともに３時間（５００往復）後における熱水の漏洩試験の結果を図８の図表に示す。
この図表から明らかなように、いずれのグランドパッキンにおいてもステムへのなじみ性及びシール性に優れ、漏れの無いことが確認された。

（ａ）はひねり加工した膨張黒鉛基材の実施形態を示す斜視図であり、（ｂ）は請求項１に記載の発明に係る膨張黒鉛製編み糸の実施形態を示す斜視図である。 膨張黒鉛製編み糸の他の実施形態を示す斜視図である。 膨張黒鉛製編み糸の参考形態を示す斜視図である。 図３に示された参考形態である膨張黒鉛製編み糸と相手側部材との関係を示す説明図である。 請求項２に記載の発明に係るグランドパッキンの実施形態の一例を示す斜視図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は膨張黒鉛部材の他の実施形態を示す概略図である。 膨張黒鉛製編み糸の熱水の漏洩試験の結果を示す図表である。 グランドパッキンの熱水の漏洩試験の結果を示す図表である。 グランドパッキンの使用形態の一例を示す概略図である。 従来例の膨張黒鉛製編み糸と相手側部材との接触状況を示す説明図である。

符号の説明

１ 膨張黒鉛製編み糸
２ 膨張黒鉛基材
３ 補強線材
４ 膨張黒鉛テープ端縁
５ グランドパッキン

Claims (2)

1. 線径が０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの細い補強線材が膨張黒鉛基材の外表面側の長手方向にスパイラル状に埋設されている膨張黒鉛製編み糸であり、
   前記膨張黒鉛基材がひねり加工した膨張黒鉛テープで形成されており、前記補強線材が、前記膨張黒鉛基材の外表面にスパイラル状に露出した膨張黒鉛テープ端縁に沿って該膨張黒鉛テープ端縁の内側に埋入されていることを特徴とする膨張黒鉛製編み糸。
2. 複数本の編み糸が編組された又は複数本の編み糸がひねり加工されたグランドパッキンにおいて、
   前記編み糸は、膨張黒鉛基材の外表面側の長手方向に線径０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの細い補強線材がスパイラル状に埋設されているものであり、
   前記編み糸の膨張黒鉛基材がひねり加工した膨張黒鉛テープで形成されており、前記補強線材は、前記ひねり加工された膨張黒鉛基材の外表面にスパイラル状に露出した膨張黒鉛テープ端縁に沿って該膨張黒鉛テープ端縁の内側に埋入されていることを特徴とするグランドパッキン。

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