JP4058395B2 - パッキンとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はグランドパッキンのアダプターパッキンに好適なパッキンとその製造方法に関し、さらに詳しくは、初期締め時の変形量が少なく、摺動面との摩擦による摺動抵抗を小さくでき、軸方向への加圧力を隣接するパッキン等へ効率よく伝達できるうえ、安価に実施できるパッキンとその製造方法に関する。

各種流体機器の軸封部に使用されるグランドパッキンは、流体の吹き出しや吹き抜けが起らないよう、高いシール性能を持つことが要求され、軸方向に締付力を与えた場合、その締付力を軸直角方向に伝達し易い性質が求められる。
上記のグランドパッキンは複数個組み合わせて用いることが多く、摺動面との摩擦が大きくなり、ステムトルクが増大し、バルブを作動する際に作業性が悪化する場合がある。特に、パッキン押えに近い部分は、軸方向の締付力によって軸半径方向の接面圧が高くなり易く、これにより摩擦による摺動抵抗が増大する惧れがある。
そこで、ステムトルクの低減を図り、バルブの作動性を向上するため、パッキン押えに近い部分のグランドパッキンには、固くて締付力を軸直角方向に伝達しにくい、別種のグランドパッキンをアダプターパッキンとして用いる方法がある。

上記のアダプターパッキンとしては、膨張黒鉛を編組した塑性体やプラスティック芯などの塑性体を中芯に用いるものがあるが、前者は強度が小さく加圧時に流動して、軸方向に加えた応力に対する軸直角方向に発生する応力の比率(応力変換比)が大きくなる問題があり、後者は熱膨張係数が大きく熱膨張や熱収縮によりシール性が低下する問題がある。そこで、従来、金属線状体を交絡させ固溶化熱処理した塑性体を中芯に用いたパッキンが提案されている(例えば、特許文献１参照。)。

この従来技術のパッキンは、中芯材の表面を編み糸で被覆編組することにより形成してあり、中芯材が塑性体であるため軸方向への応力に対し弾性変形せず、摺動面との摩擦による摺動抵抗が低減されるうえ、軸直角方向への伝達比が小さく、しかも中芯材が金属製であるため固く、圧縮率も小さいことから、軸方向への応力を効率よく伝達できる利点がある。

しかし、上記の従来技術では、金属製の中芯材を用いるため製造コストが高いうえ、中芯材の表面を編み糸で被覆編組しているため、このパッキンを初めて加圧する際に編み糸同士が互いに馴染んで変形する、いわゆる初期締め時の変形量が大きく、パッキン押えによる締付寸法が長くなる。パッキン装着時にこの締付寸法が長くなると、パッキン押えによる増締め代が少なくなり、グランドパッキンのクリープによる応力緩和を生じた場合に、増し締めが困難となる惧れがある。

特開平１０−１８４９２８号公報

本発明は上記の問題点を解消し、初期締め時の変形量が少なく、摺動面との摩擦による摺動抵抗を小さくでき、軸方向への加圧力を隣接するパッキン等へ効率よく伝達できるうえ、安価に実施できるパッキンとその製造方法を提供することを技術的課題とする。

本発明は上記課題を解決するために、例えば、本発明の実施の形態を示す図１から図５に基づいて説明すると、次のように構成したものである。
即ち、本発明１はパッキンに関し、複数本の編み糸(２)の編組により四隅の角部（５）が、少なくとも一方の辺の両端の第１角部（５ａ）及び第４角部（５ｄ）はこの第１角部（５ａ）と第４角部（５ｄ）との間の辺の中間部（６）より外側に突出し、少なくとも他方の辺の両端の第２角部（５ｂ）及び第３角部（５ｃ）はこの第２角部（５ｂ）と第３角部（５ｃ）との間の辺の中間部（６）より外側に突出した角型断面の紐状体(３)のパッキンを使用して、上記の紐状体(３)の第１角部（５ａ）と第２角部（５ｂ）との間及び第３角部（５ｃ）と第４角部（５ｄ）との間の互いに対向する２側面(４・４)を予め加圧して圧縮させ、この紐状体(３)の断面形状を長方形に形成したことを特徴とする。

本発明２はパッキンの製造方法に関し、複数本の編み糸(２)により四隅の角部（５）が、少なくとも一方の辺の両端の第１角部（５ａ）及び第４角部（５ｄ）はこの第１角部（５ａ）と第４角部（５ｄ）との間の辺の中間部（６）より外側に突出し、少なくとも他方の辺の両端の第２角部（５ｂ）及び第３角部（５ｃ）はこの第２角部（５ｂ）と第３角部（５ｃ）との間の辺の中間部（６）より外側に突出した角型断面の紐状体(３)に編組したのち、この紐状体(３)の第１角部（５ａ）と第２角部（５ｂ）との間及び第３角部（５ｃ）と第４角部（５ｄ）との間の互いに対向する２側面(４・４)を加圧して圧縮し、これにより上記の紐状体(３)の断面形状を長方形に形成することを特徴とする。

上記の紐状体は互いに対向する２側面が予め加圧され圧縮されており、編み糸同士が互いに馴染んでいる。このため、この圧縮された側面に応力を加えた際の圧縮変形量や他の側面の膨張変形量が少ない。

上記の予め加圧した２側面に応力を加えた際に、この応力に対する、他の側面に生じる応力の比率、いわゆる応力変換比は、小さいほど摺動面との摩擦による摺動抵抗を小さくでき、軸方向への加圧力を隣接するパッキン等へ効率よく伝達できるので、通常０.７５以下に設定され、好ましくは０.５以下、より好ましくは０.２以下に設定される。

一般に、編み糸で編組した紐状体の角部を通過する編み糸は、紐状体が加圧されると紐状体内部においてジグザグ状にうねる現象を生じ、対角線に沿って縮む方向に引っ張られ、これにより紐状体の断面形状は角部が切り欠かれた状態となる。
そこで、上記の圧縮前の紐状体は、その断面形状の角部がこれに隣接する辺の中間部よりも外側へ突出した形状に編組しておくと、上記の圧縮後の紐状体は角部が切欠状とならず、圧縮される面に隣接する側面は、角部と中間部とが略面一状にされるので、より好ましい。
なお本発明３はパッキンに関し、上記課題を解決するために、複数本の編み糸(２)により角型断面の紐状体(３)に編組したパッキンを使用して、上記の紐状体(３)の互いに対向する２側面(４・４)を予め加圧して圧縮させ、この紐状体(３)の断面形状をこの断面形状の角部（５）が切欠状である長方形に形成したことを特徴とする。

本発明は上記のように構成され作用することから、次の効果を奏する。

(１) 上記の紐状体は互いに対向する２側面が予め加圧され圧縮されており、編み糸同士が互いに馴染んでいるため、初期締め時に、この圧縮方向への加圧による圧縮変形量が少なく、これと直交する方向への側面の膨張変形量が少なく済む。このため、軸方向への締付力の軸直交方向への応力変換比を小さくでき、摺動面との摩擦による摺動抵抗を低減できるので、軸方向への加圧力を隣接するパッキン等へ効率よく伝達でき、容易に増し締めすることができる。

(２) 上記の紐状体は、初期締め時の圧縮変形量や、加圧方向と直交方向への膨張変形量が少なく、装着時に軸表面との隙間を少なくできる。このため、軸方向に隣接するグランドパッキン等の側面全体を確りと押圧でき、軸方向への加圧力を効率よく伝達することができる。

(３) 上記の紐状体は予め圧縮されており、初期締め時の圧縮変形量が少ないため、パッキン押えによる締付寸法が短く済む。この結果、このパッキン押えの増締め代を長く残すことができ、グランドパッキンのクリープによる応力緩和が生じた場合などに、増し締めを容易にすることができる。

(４) 上記の紐状体は複数本の編み糸よりなるので、中芯材を必ずしも必要とせず、編み糸により編組した紐状体を加圧して圧縮するだけでよいので、安価に実施できるうえ、パッキンボックスの収容空間に応じた寸法に切断するなど容易に準備でき、摺動面との間の所定の間隔を容易に設定して簡単に装着することができる。

(５) 上記の圧縮前の紐状体を、その断面形状の角部がこれに隣接する辺の中間部よりも外側へ突出した形状に編組した場合には、上記の圧縮後の紐状体の角部が切欠状とならず、側面が角部と中間部とで略面一状となるので、加圧時に摺動面へ略均一状に接触でき、この摺動面を略均一に押圧することができる。従って摺動面に局部的に強く接触することが抑制され、摺動面との摩擦による摺動抵抗を小さく抑えることができる。
さらにこの場合には、角部と中間部が略面一状となるので、隣接するグランドパッキンの側面全体を確りと押圧することができ、軸方向への加圧力を効率よく伝達して一層良好に増し締めすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１から図３は本発明の実施形態を示し、図１はパッキンの斜視図、図２はパッキンの製造過程における紐状体の断面形状を示し、図２(ａ)は加圧前の紐状体の断面図、図２(ｂ)は加圧により圧縮した後の紐状体の断面図であり、図３はパッキンボックスにパッキンを収容した軸封装置の断面図である。

図１に示すように、このパッキン(１)は、複数本の編み糸(２…)により、角型断面の紐状体(３)に編組してある。
上記の編み糸(２)は、特定の材質等に限定されず、例えば、アラミド繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ＰＴＦＥ繊維、膨張黒鉛など、従来周知のものを単独で或いは２種以上を組み合わせて使用することができ、その繊維等の構造も、マルチフィラメントなどの連続体や紡績糸などの断続体を用いても良い。

上記の編み糸(２)の本数は、特定の本数に限定されないが、通常、本数ｎと編み糸経路数Ｎとの関係が、次式
ｎ＝２Ｎ²＋２Ｎ−４ を満たす本数、例えば３６本や５６本などが採用される。上記の式を満たす本数であれば、表面が平滑で編組構造に空隙の少ない格子編みパッキンにできるからである。

上記の紐状体(３)は、互いに対向する２側面、例えば図１における左右の側面(４・４)が予め加圧されて圧縮してあり、従って、この紐状体(３)の断面形状は長方形に形成されている。

次に、上記のパッキンの製造手順について説明する。
最初に、上記の編み糸(２)により角型断面の紐状体(３)が編組される。このとき、この紐状体(３)の断面形状は、図２(ａ)に示すように、角部(５)がこれに隣接する辺の中間部(６) よりも外側へ突出した形状、すなわち一方の辺の両端の第１角部（５ａ）及び第４角部（５ｄ）はこの第１角部（５ａ）と第４角部（５ｄ）との間の辺の中間部（６）より外側に突出し、他方の辺の両端の第２角部（５ｂ）及び第３角部（５ｃ）はこの第２角部（５ｂ）と第３角部（５ｃ）との間の辺の中間部（６）よりも外側へ突出した形状にしてある。
この突出寸法(７)は、上記の辺中間部(６)におけるパッキン厚さ(８)の５〜２０％、好ましくは、１０〜１５％に設定してある。

次いで、上記の紐状体(３)は、第１角部（５ａ）と第２角部（５ｂ）との間及び第３角部（５ｃ）と第４角部（５ｄ）との間の互いに対向する２側面(４・４)が加圧されて圧縮される。この加圧により、紐状体(３)は他の側面(９・９)が加圧方向と直交する方向に膨出する。このとき、角部(５)については、この角部(５)を通過する編み糸は紐状体内部においてジグザグ状にうねりを生じ、対角線に沿って縮む方向に引っ張られることから、膨出変化量が少ない。しかし、この角部(５)は予め外方に突出させてあるので、膨出後の上記の他の側面(９)は、角部(５)と辺中間部(６)とが略面一状となる。この結果、上記の加圧により得られるパッキン(１)の断面形状は、図２(ｂ)に示すように、ほぼ直角の角部(５)を有する長方形に形成される。

次に、上記のパッキンを具体的に製作した実施例について説明する。
最初に、太さ１.３mmの炭素繊維マルチフィラメント(２)を３６本用いて、角部(５)でのパッキン厚さが９mm、辺中間部(６)でのパッキン厚さ(８)が７mmの、断面形状が略正方形の紐状体(３)を編組した。即ち、この紐状体(３)の角部(５)は、隣接する辺の中間部(６)に対してそれぞれ１mmずつ突出させてある。

次いで、上記の紐状体(３)の互いに対向する２側面(４・４)を加圧した。これにより紐状体(３)は加圧方向に圧縮されるとともに直交方向に膨出し、断面形状が１０mm×６mmの長方形で、角部(５)が切欠状とならない、パッキン(１)に形成された。

得られたパッキン(１)の、上記の加圧した側面(４)に１０N/mm²の応力を加えたところ、他の側面(９)に発生する応力は７N/mm²であった。従って、このパッキン(１)の応力変換比は０.７であった。

次に、上記のパッキンをグランドパッキンのアダプターパッキンとして用いる場合について説明する。
図３に示すように、このパッキン(１)は軸封装置(10)のパッキンボックス(11)に収容されたグランドパッキン(12)の両端に配置され、パッキン押え(13)により軸方向に締め付けられて一側面を摺動面(14)に接当させてある。なお、この実施例ではこのパッキン(１)をメインシールパッキン(15)の両側に配置したが、本発明では、このパッキン(１)を、グランドパッキン(12)のいずれか一方の端部にのみ、例えばパッキン押え(13)側にのみ、アダプターパッキンとして配置してもよい。

上記のパッキン(１)は、予め加圧され圧縮されているため、パッキンボックス(11)に収容したのち、初めてパッキン押え(13)により締め付けた際の変形量、いわゆる初期締め時の変形量が少なく、装着時のパッキン押え(13)による締付寸法が短く済む。この結果、パッキン押え(13)の増締め代(16)を長く残せるので、グランドパッキン(12)のクリープによる応力緩和を生じた際などに、容易に増し締めされる。

また、上記のパッキン(１)は、パッキン押え(13)による初期締め時の変形量が少ないことから、パッキンボックス(11)内の収容空間に応じた寸法に切断するなど容易に準備され、摺動面(14)との間に所定の間隔、例えば０.１mm以下程度の間隔を容易に設定して簡単に装着される。

上記のパッキン(１)は予め圧縮変形されているうえ、角部が切欠状になっていないため、パッキン押え(13)により軸方向に締め付けられると、隣接するメインシールパッキン(15)の側面全体を良好に押圧することができる。
また、このパッキン(１)は、パッキン押え(13)で軸方向へ締め付けた際に、軸直交方向への変形量が少なく、しかも摺動面(14)に略均一な圧力で接し、軸直交方向への応力変換比が小さいことから、摺動面(14)との摩擦による摺動抵抗が小さく抑えられている。
これらの結果、パッキン押え(13)による締付力が、隣接するメインシールパッキン(15)へ効率よく伝達され、増し締め作業が効率よく行われる。

なお、上記の実施例では、編み糸として炭素繊維マルチフィラメントを用いたが、本発明では他の繊維などを用いてもよく、編み糸の本数なども上記の実施例のものに限定されないことは、言うまでもない。
また本発明のパッキンは、編み糸で角型断面に編組したものであればよく、パッキン断面に長さ方向の芯材等を配置したものであっても良い。

上記の実施形態では、加圧前の紐状体の各角部を、対角線方向に突出させておいた。しかしながら本発明では、例えば図４に示す変形例のように、紐状体(３)の角部(５)を、隣接する一方の辺の中間部(６) に対して、すなわち一方の辺の両端の第１角部（５ａ）及び第４角部（５ｄ）はこの第１角部（５ａ）と第４角部（５ｄ）との間の辺の中間部（６）に対して直交する方向へ突出させ、他方の辺の両端の第２角部（５ｂ）及び第３角部（５ｃ）はこの第２角部（５ｂ）と第３角部（５ｃ）との間の辺の中間部（６）に対して直交する方向へ突出させておいてもよい。

また、上記の実施形態では、加圧前の紐状体の角部を、隣接する辺の中間部よりも外方に突出させたが、本発明では角部が突出しない角型断面の紐状体を用いてもよい。この場合は、例えば図５に示す別の変形例のように、互いに対向する２側面(４・４)を予め加圧・圧縮することにより角部(５)が切欠状になるが、上記の実施形態と同様、初期締め時の変形量を小さくできるので、パッキンボックスへ簡単に装着することができるうえ、摺動面との摩擦による摺動抵抗を低減することができる。

本発明のパッキンは、予め加圧し圧縮してあるので、初期締め時の変形量を小さくできることから、特にグランドパッキンのアダプターパッキンに好適であるが、他の用途のパッキンに用いてもよいことはいうまでもない。

本発明の実施形態を示す、パッキンの斜視図である。 パッキンの製造過程における紐状体の断面形状を示し、図２(ａ)は加圧前の紐状体の断面図、図２(ｂ)は加圧により圧縮した後の紐状体の断面図である。 パッキンボックスにパッキンを収容した軸封装置の断面図である。 本発明の変形例を示す、加圧前の紐状体の断面図である。 本発明の別の変形例を示す、加圧により圧縮した後の紐状体の断面図である。

符号の説明

１…パッキン
２…編み糸(炭素繊維マルチフィラメント)
３…紐状体
４…互いに対向する２側面
５…角部
５ａ…第１角部
５ｂ…第２角部
５ｃ…第３角部
５ｄ…第４角部
６…辺中間部
９…他の側面

Claims (4)

1. 複数本の編み糸（２）の編組により四隅の角部（５）が、少なくとも一方の辺の両端の第１角部（５ａ）及び第４角部（５ｄ）はこの第１角部（５ａ）と第４角部（５ｄ）との間の辺の中間部（６）より外側に突出し、少なくとも他方の辺の両端の第２角部（５ｂ）及び第３角部（５ｃ）はこの第２角部（５ｂ）と第３角部（５ｃ）との間の辺の中間部（６）より外側に突出した角型断面の紐状体（３）のパッキンを使用して、
   上記の紐状体（３）の第１角部（５ａ）と第２角部（５ｂ）との間及び第３角部（５ｃ）と第４角部（５ｄ）との間の互いに対向する２側面（４・４）を予め加圧して圧縮させ、この紐状体（３）の断面形状を長方形に形成したことを特徴とする、パッキン。
2. 上記の予め加圧した２側面（４・４）に加える応力に対し、他の側面（９）に発生する応力の比率が０．７５以下である、請求項１に記載のパッキン。
3. 複数本の編み糸（２）により四隅の角部（５）が、少なくとも一方の辺の両端の第１角部（５ａ）及び第４角部（５ｄ）はこの第１角部（５ａ）と第４角部（５ｄ）との間の辺の中間部（６）より外側に突出し、少なくとも他方の辺の両端の第２角部（５ｂ）及び第３角部（５ｃ）はこの第２角部（５ｂ）と第３角部（５ｃ）との間の辺の中間部（６）より外側に突出した角型断面の紐状体（３）に編組したのち、この紐状体（３）の第１角部（５ａ）と第２角部（５ｂ）との間及び第３角部（５ｃ）と第４角部（５ｄ）との間の互いに対向する２側面（４・４）を加圧して圧縮し、これにより上記の紐状体(３)の断面形状を長方形に形成することを特徴とする、パッキンの製造方法。
4. 複数本の編み糸(２)により角型断面の紐状体(３)に編組したパッキンを使用して、
   上記の紐状体(３)の互いに対向する２側面(４・４)を予め加圧して圧縮させ、この紐状体(３)の断面形状をこの断面形状の角部（５）が切欠状である長方形に形成したことを特徴とする、パッキン。

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