JP4252669B2 - 膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる材料およびこの材料からなる膨張黒鉛製グランドパッキン並びにその膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法 - Google Patents
膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる材料およびこの材料からなる膨張黒鉛製グランドパッキン並びにその膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる材料およびこの材料からなる膨張黒鉛製グランドパッキン並びにその膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法に関し、より詳しくは、シール性、耐熱性、耐薬品性等に加えて製造容易性に優れ、しかも軸および機器ケーシングに電食を生じさせない、膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる材料およびこの材料からなる膨張黒鉛製グランドパッキン並びにその膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法に関する。
なお、明細書中、許容引張力とは、材料が破断に至るときの引張力のことで、材料の引張強さと材料の断面積の積のことを指す。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、流体機器の軸封を行うパッキンとして、膨張黒鉛製グランドパッキンが存在している。膨張黒鉛製グランドパッキンは、軸と機器ケーシングの間に形成される室内、すなわちスタフィングボックス内に詰め込まれて、軸と機器ケーシングの間から流体が漏出するのを防止するようになっている。
膨張黒鉛は、石綿等のパッキン材料に比べて潤滑性、耐熱性、耐薬品性などの面で優れている反面、引張強さが低くしかも脆いという欠点を有している。このため、膨張黒鉛からシートを構成してそのシートを撚り加工しようとすると、該シートに大きな引張力が作用してシートが破断してしまうことが多かった。このような理由から、膨張黒鉛製グランドパッキンは、膨張黒鉛単独から構成されることは少なく、通常は、他の材料によって補強された形で製造されていた。
【０００３】
補強構造をもつ膨張黒鉛製グランドパッキンとしては、次のようなものが提案されている。
例えば、膨張黒鉛シートの一面に綿糸織物シートを積層して積層シートを構成し、この積層シートを裁断して帯状の積層シートを形成し、この帯状の積層シートが補強用線材を被覆し且つ膨張黒鉛シートが外側に位置するように積層シートを撚り加工して編糸を構成し、その後この編糸を編組してなる膨張黒鉛製グランドパッキンが提案されている。
この例においても、積層シートを撚り加工するとき、および編糸を編組するときに、膨張黒鉛シートに引張力が作用する。しかしながら、膨張黒鉛シートは、綿糸織物シートに補強されているため、破断することはない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の技術には、以下のような問題があった。
すなわち、綿糸は引張強さがあまり高くないため、綿糸織物シートが補強材として十分に機能を果たすためには、該シートの断面積を大きくとる必要があった。従来は、帯状の積層シートの帯幅を大きくして綿糸織物シートの帯幅を大きくとることでこれに対応しており、具体的に帯幅は１０ｍｍより大きく設定されていた。しかしながら、このような帯幅の積層シートから良質の編糸を得るには難があった。これは、帯幅が１０ｍｍを超えると積層シートの柔軟性が低下し、撚り加工しにくくなるためである。また、このようして得られた編糸も柔軟性に劣り、編組する際に難があった。
【０００５】
さらに、この編糸を編組して得られる膨張黒鉛製グランドパッキンも柔軟性に劣っていた。このような柔軟性の低い膨張黒鉛製グランドパッキンをスタフィングボックス内に詰め込んだ場合、グランドを強く締め付けたとしても、十分なシール性を確保できない恐れがあった。
【０００６】
また、膨張黒鉛製グランドパッキンの外側には、膨張黒鉛が位置していた。このため、膨張黒鉛製グランドパッキンをスタフィングボックス内に詰め込んだ状態では、膨張黒鉛は軸および機器ケーシングと接触していた。膨張黒鉛は導電性材料であり、また軸および機器ケーシングも金属等の導電性材料から構成されている。従って、膨張黒鉛と軸の間、および膨張黒鉛と機器ケーシングの間には電位差が生じ、しばらくすると軸および機器ケーシングの表面に電食が発生する恐れもあった。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、シール性、耐熱性、耐薬品性等に加えて製造容易性に優れ、しかも軸および機器ケーシングに電食を生じさせない、膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる材料およびこの材料からなる膨張黒鉛製グランドパッキン並びにその膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、編糸を編組してなる紐体を加圧成形することにより得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる編糸であって、膨張黒鉛シートの一面に四フッ化ポリエチレン製フィルムが積層されるとともに、他面にポリビニルアルコール層が設けられてなる帯状の積層シートを、四フッ化ポリエチレン製フィルムが外側に位置するように撚り加工してなることを特徴とする編糸である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、編糸を編組してなる紐体を加圧成形することにより得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる編糸であって、膨張黒鉛シートの少なくとも一面にポリビニルアルコール層が設けられてなる帯状の積層シートを、ポリビニルアルコール層が外側に位置するように撚り加工してなることを特徴とする編糸である。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記帯状の積層シートが補強用線材を被覆するように、該積層シートを撚り加工してなることを特徴とする請求項１に記載の編糸である。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記帯状の積層シートが補強用線材を被覆するように、該積層シートを撚り加工してなることを特徴とする請求項２に記載の編糸である。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の編糸を編組してなることを特徴とする紐体である。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項１または３に記載の編糸を編組してなるとともに、前記ポリビニルアルコール層が、前記編組加工後に除去されてなることを特徴とする紐体である。
【００１４】
請求項７記載の発明は、四フッ化ポリエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂が含浸されてなることを特徴とする請求項６に記載の紐体である。
【００１５】
請求項８記載の発明は、請求項５乃至７いずれかに記載の紐体を加圧成形してなることを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンである。
【００１６】
請求項９記載の発明は、膨張黒鉛シートの一面に四フッ化ポリエチレン製フィルムを積層するとともに、他面にポリビニルアルコール層を形成して積層シートを構成し、この積層シートを裁断して帯状の積層シートを形成し、この帯状の積層シートを四フッ化ポリエチレン製フィルムが外側に位置するように撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編組して紐体を構成し、この紐体を湯洗することにより該紐体からポリビニルアルコールを溶出除去した後この紐体を乾燥させ、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法である。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、溶出除去を終えた紐体を乾燥させた後、この紐体に、四フッ化ポリエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂を含浸させ、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする請求項９に記載の膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法である。
【００１８】
請求項１１記載の発明は、膨張黒鉛シートの少なくとも一面にポリビニルアルコール層が設けられてなる積層シートを裁断して帯状の積層シートを構成し、該帯状の積層シートが補強用線材を被覆し且つポリビニルアルコール層が外側に位置するように該積層シートを撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編組して紐体を構成し、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法である。
これらの発明を提供することにより、上記課題を悉く解決する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態に係る膨張黒鉛製グランドパッキンおよびそれに用いられる材料について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、第１実施形態における編糸を示す斜視図である。図２は、図１に示す編糸の製造過程を示す図である。図３は、第１実施形態における積層シートを示す断面図である。図４は、第１実施形態における紐体を示す斜視図である。図５は、図４に示す紐体から構成される膨張黒鉛製グランドパッキンを示す斜視図である。
第１実施形態に係る膨張黒鉛製グランドパッキン（以下、パッキンと称する）（１）は、編糸（２）を編組してなる紐体（３）を加圧成形することにより得られるものである。
以下、これら構成要素について、順次、詳説する。
【００２２】
編糸（２）は、帯状の積層シート（４）を撚り加工してなるものである。
その帯状の積層シート（４）は、図３に示す積層シート（５）を帯状に裁断して形成されるものである。積層シート（５）は、膨張黒鉛シート（６）の一面に四フッ化ポリエチレン製フィルム（以下、ＰＴＦＥ製フィルムと称する）（７）が積層されるとともに、他面にポリビニルアルコール層（以下、ＰＶＡ層と称する）（８）が不織布状に設けられてなるものである。
【００２３】
膨張黒鉛シート（６）としては、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛等の黒鉛粉末を、濃硫酸、濃硝酸等と反応させて一旦層間化合物とした後、水洗などによって残留分解させて残留化合物とし、これを急熱して膨張させて得られる膨張可撓性黒鉛そのものをロール材等により圧縮成形したシート状のものを使用することができる。
【００２４】
膨張黒鉛シート（６）の密度は、特に限定されるものではないが、０．８０〜２．２ｇ／ｃｍ3 であることが好ましい。密度がこの範囲内にあると、膨張黒鉛シート（６）の表面に結晶レベルの凹凸が形成され、その上に積層されるものにアンカー効果を生じさせることができる。これに対し、密度が０．８０ｇ／ｃｍ3 未満であると組織のきめが粗くなり過ぎ、パッキンにしたときのシール性が低下する。逆に、密度が２．２ｇ／ｃｍ3 を超えると、組織のきめが細かくなり過ぎてアンカー効果を生じさせにくくなり、ＰＴＦＥ製フィルム（７）やＰＶＡ層（８）との積層を良好に行い得ない。
【００２５】
また、膨張黒鉛シート（６）の厚みは、特に限定されるものではないが、０．１０〜１．５ｍｍ程度とされることが好ましい。厚みが０．１０ｍｍ未満であると、膨張黒鉛が有する優れた耐熱性、耐食性、耐磨耗性を発現させることができない。逆に、厚みが１．５ｍｍを超えると、膨張黒鉛の脆さが現れてしまう。
【００２６】
ＰＴＦＥ製フィルム（７）は、膨張黒鉛シート（６）を補強するものである。このＰＴＦＥ製フィルム（７）は、膨張黒鉛シート（６）の一面に積層される。その積層方法は、特に限定されるものではないが、例えば接着剤や熱融着フィルムを用いる方法を採用することができる。その熱融着フィルムとしては、例えばポリエチレンフィルム、オレフィン系フィルム、ウレタン系フィルムを挙げることができる。
【００２７】
ＰＴＦＥ製フィルム（７）は、機械的強度に優れているので、膨張黒鉛シート（６）を補強することができる。また、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は優れた潤滑性を有しているので、これが外側に位置するように編糸（２）を構成することにより、潤滑性に優れたパッキン（１）を得ることができる。また、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は電気絶縁性に優れているので、これが外側に位置するように編糸（２）を構成することにより、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。また、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は耐腐食性および耐磨耗性に優れているので、化学プラント等の過酷環境下でも長期間の使用に耐えることができる。
【００２８】
なお、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は、直径０．０５〜１５μｍ程度の微細孔を有する多孔質状のフィルムであることが望ましい。その理由は、多孔質状のＰＴＦＥ製フィルム（７）は、膨張黒鉛シート（６）との積層を良好に行うことができるためである。
多孔質状のＰＴＦＥ製フィルム（７）は、ＰＴＦＥ樹脂のモールディングパウダを押し固めた後、急速に延伸させることにより得られる、空孔率２５〜９５％のものが好適に使用される。
【００２９】
ＰＶＡ層（８）は、膨張黒鉛シート（６）を補強するものである。このＰＶＡ層（８）は、膨張黒鉛シート（６）の他面に不織布状に積層されている。不織布状のＰＶＡ層（８）は、ＰＶＡ樹脂繊維が不規則な方向に伸びて積層され、且つそれら樹脂繊維が相互に固着されてシート状とされたものである。このような構造のＰＶＡ層（８）は、あらゆる方向の引張に対して大きな引張強さを有し、特に帯状に加工された状態でその軸長方向の引張に対して大きな引張強さを発揮することができる。
【００３０】
積層シート（５）は、膨張黒鉛シート（６）に、このようなＰＴＦＥ製フィルム（７）およびＰＶＡ層を積層して構成される。帯状の積層シート（４）は、この積層シート（５）を帯状に裁断したものである。帯状の積層シート（４）の幅は５〜３０ｍｍとされ、好ましくは５〜２５ｍｍとされる。その幅が３０ｍｍを超えると、帯状の積層シート（４）は柔軟性が低下し、編糸（２）に加工しにくくなる。逆に、その幅が５ｍｍ未満になると、帯状の積層シート（４）の許容引張力が極度に低下して、編糸（２）に加工する際に破断する恐れがある。帯状の積層シート（４）は、その帯幅が５〜３０ｍｍであるならば、十分な許容引張力を有するため、撚り加工の際に破断する恐れがない。
なお、帯状の積層シート（４）は、ＰＴＦＥ製フィルム（７）およびＰＶＡ層で補強されているので、比較的薄く形成することができる。従って、帯幅５〜１０ｍｍ程度の帯状の積層シート（４）はもちろん、帯幅１０ｍｍを超える帯状の積層シート（４）であっても、十分な柔軟性を確保することができる。
【００３１】
編糸（２）は、この帯状の積層シート（４）を撚り加工してなるものである。
その撚り回数は、１ｍ当たりの撚り回数が５５〜７０回程度であることが好ましい。このような回数であれば、編糸（２）の強度が非常に高くなることが発明者によって確かめられている。なお、帯状の積層シート（４）は、ＰＴＦＥ製フィルム（７）が外側に位置するように撚り加工される。この場合、後述するように、パッキン（１）の表面にＰＴＦＥ製フィルム（７）を位置させることができる。従って、潤滑性、耐磨耗性、および耐腐食性に優れたパッキン（１）を得ることが可能となる。また、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は電気絶縁性にも優れているので、電気絶縁性に優れたパッキン（１）を得ることが可能となり、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。
【００３２】
この編糸（２）は、柔軟性に優れているので、複雑な編組加工を容易に行うことができ、しかも複雑な加工を行っても積層シート（４）に破断が生じない。また、編糸（２）を構成する帯状の積層シート（４）は、十分な許容引張力を有しているため、編組加工の際に破断する恐れもない。
【００３３】
なお、編糸（２）は、図６および図７に示すように、補強用線材（９）を備えた構造であってもよい。具体的には、帯状の積層シート（４）が補強用線材（９）を被覆するように、帯状の積層シート（４）を撚り加工してなる構造であってもよい。この場合、帯状の積層シート（４）のみからなる場合よりも、編糸（２）の許容引張力を向上させることができる。
補強用線材（９）の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、モネルメタル、インコネル、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックファイバー繊維、あるいは潤滑油を含浸させたアラミド繊維、ＰＴＦＥ繊維等の合成樹脂繊維など、パッキン用材料として必要な強度を有する材料であれば好適に使用することができる。
【００３４】
この補強用線材（９）は、直径３ｍｍ以下とされることが好ましい。このような直径とすれば、帯状の積層シート（４）の撚り加工を容易に行うことができる。
また、この補強用線材（９）は、１本で使用されてもよいが、複数本で使用されてもよい。１本で使用される場合、補強用線材（９）は、例えば、編組せずにそのままの状態で使用されてもよいし、編組されて紐体にした状態で使用されてもよい。また、複数本で使用される場合、補強用線材（９）は、束ねて使用されてもよいし、束ねた後それを編組して紐体にした状態で使用されてもよい。
【００３５】
このようにして得られた編糸（２）を編組することにより、編紐、打紐、組紐等の形態をなす紐体（３）を構成することができる。具体的には、１本または複数本の編糸（２）を編組することにより、丸編紐、角編紐等の編紐や、丸打紐、角打紐等の打紐等の形態をなす紐体（３）を構成することができる。その他、袋状紐や固着紐等の形態をなす紐体（３）を構成することもできる。
なお、打紐の場合には、四つ打ち、八つ打ち、十六打ち等、任意の打ち方が可能である。
【００３６】
紐体（３）は、外側にＰＴＦＥ製フィルム（７）が位置した構造となる。パッキン（１）は、この紐体（３）を加圧成形してなるものであるから、パッキン（１）の表面にＰＴＦＥ製フィルム（７）を位置させることができる。
なお、紐体（３）の構成時においては、紐体（３）の内側にＰＶＡ層（８）が位置しているが、ＰＶＡ層（８）は、紐体（３）の形成後に除去されてもよい。ＰＶＡ層（８）は、後述するように補強材としては優れているものの、応力緩和を生じやすい性質を有しているから、これを除去することにより、紐体（３）に応力緩和が生じないようにすることができる。これにより、パッキン（１）に応力緩和が生じないようにすることができる。なお、補強材が必要とされるのは、膨張黒鉛シート（６）に最も引張力が作用する時、すなわち編糸（２）構成時と紐体（３）構成時であるから、紐体（３）の構成後にＰＶＡ層（８）が除去されたとしても問題はない。
【００３７】
ＰＶＡ層（８）を除去する場合には、紐体（３）に液状樹脂を含浸させることが好ましい。これは、ＰＶＡ層（８）を除去した場合、ＰＶＡ層（８）が存在していた部分に空隙が形成されるためである。紐体（３）に液状樹脂を含浸させれば、その空隙を液状樹脂によって充填することができる。空隙を液状樹脂によって充填することにより、パッキン（１）をスタフィングボックス内で使用した際に紐体（３）内部を流体が通過するのを防止することができる。従って、パッキン（１）のシール性を高めることができる。
【００３８】
紐体（３）に含浸させる液状樹脂としては、例えば、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂を挙げることができる。なお、紐体（３）には、これらの液状樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂を含浸させることが可能である。
【００３９】
パッキン（１）は、この紐体（３）を加圧成形して得られるものである。パッキン（１）は、例えば、図５に示すように、リング状に形成される。リング状に形成されたパッキン（１）は、スタフィングボックス内に詰め込まれ、流体機器の軸封を行うパッキンとして好適に使用することができる。
パッキン（１）は、前記したように、その表面にＰＴＦＥ製フィルム（７）が位置した構造である。従って、潤滑性、耐磨耗性、および耐腐食性に優れたパッキン（１）とすることができる。また、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は電気絶縁性にも優れているので、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。
【００４０】
ＰＶＡ層（８）を有するパッキン（１）は、ＰＶＡ層（８）を除去したものに比べて、その除去作業を省略して製造することができるので、製造を容易化することができるとともに、製造コストを低減することができる。
一方、ＰＶＡ層（８）を除去したパッキン（１）は、ＰＶＡ層（８）による応力緩和性がなくなっている。従って、ＰＶＡ層（８）を有しているものよりもシール性を高めることができる。また、ＰＶＡ層（８）を除去した後紐体（３）に液状樹脂を含浸させてなるパッキン（１）は、紐体（３）内が密に充填された状態にありしかも応力緩和性がなくなっているので、シール性を一層高めることができる。
【００４１】
次に、この第１実施形態に係るパッキン（１）の製造方法について説明する。
このパッキン（１）は、上述のように、膨張黒鉛シート（６）の一面にＰＴＦＥ製フィルム（７）を積層するとともに、他面に不織布状のＰＶＡ層（８）を形成して積層シート（５）を構成し（第１工程）、この積層シート（５）を裁断して帯状の積層シート（４）を形成し（第２工程）、この帯状の積層シート（４）をＰＴＦＥ製フィルム（７）が外側に位置するように撚り加工して編糸（２）を構成し（第３工程）、この編糸（２）を編組して紐体（３）を構成し（第４工程）、最後にこの紐体（３）を加圧成形する（第５工程）ことにより構成される。
以下、各工程について、順次、詳細に説明する。
【００４２】
第１工程について説明する。膨張黒鉛シート（６）の一面にＰＴＦＥ製フィルム（７）を積層する際には、前記したように、接着剤や熱融着フィルム等を用いて積層することができる。膨張黒鉛シート（６）には、表面に結晶レベルの凹凸を有するものを使用することが好ましい。これにより、膨張黒鉛シート（６）は、ＰＴＦＥ製フィルム（７）を積層するための熱融着フィルムやＰＶＡ層（８）にアンカー効果を生じさせることができる。このような膨張黒鉛シート（６）を使用することにより、ＰＴＦＥ製フィルム（７）やＰＶＡ層（８）との積層を良好に行うことが可能となる。
【００４３】
不織布状のＰＶＡ層（８）は、膨張黒鉛シート（６）の他面にＰＶＡ水溶液を液圧をかけつつ吹き付けることにより形成される。ＰＶＡ水溶液を液圧をかけつつ吹き付けることにより、ＰＶＡ水溶液は膨張黒鉛シート（６）上で繊維状に固化する。このとき、各繊維は不規則な方向に伸び且つ相互に絡み合った状態で固化する。そして、ある程度の時間吹き付け作業を行うことにより、不規則な方向に伸び且つ相互に絡み合った状態の繊維が積み重ねられて固化し、不織布状のＰＶＡ層（８）が形成される。
【００４４】
第２工程について説明する。積層シート（５）を帯状に裁断して帯状の積層シート（４）を形成する。このとき、積層シート（５）を帯幅２５ｍｍ以下に裁断することが、その後撚り加工する上で好ましい。膨張黒鉛シート（６）は、前記したようにＰＶＡ層（８）およびＰＴＦＥ製フィルム（７）によって両面が補強された構造であるので、幅が２５ｍｍ以下、さらには１０ｍｍ以下であっても撚り加工時の引張に十分耐えることができる。しかも、帯状の積層シート（４）は、両面が十分に補強された構造であるので比較的薄く形成することができ、上記した範囲の幅であっても柔軟性に優れ、撚り加工が容易である。
【００４５】
第３工程について説明する。帯状の積層シート（４）を撚り加工して編糸（２）を構成する。帯状の積層シート（４）は、前記したように、１０ｍｍ以下の幅であっても撚り加工時の引張に十分に耐えることができる。また、１０ｍｍ幅以下の帯状の積層シート（４）は、柔軟性に優れているので容易に撚り加工することができる。このようにして得られた編糸（２）は柔軟性に優れているので、複雑な編組を行うことが可能となる。
なお、前述のように、補強用線材（９）によって補強された編糸（２）を構成することも可能である。この場合、帯状の積層シート（４）が補強用線材（９）を被覆するように、帯状の積層シート（４）を撚り加工すればよい。これにより、編糸（２）の許容引張力を向上させることができる。
【００４６】
第４工程について説明する。編糸（２）を前記した各種編組法を用いて編組し、紐体（３）を構成する。編糸（２）は柔軟性に優れているので、複雑な編組を行うことができる。そして、この編糸（２）から得られた紐体（３）は柔軟性に優れている。
なお、前述のように、紐体（３）を構成した後に、紐体（３）からＰＶＡ層（８）を除去することも可能である。ＰＶＡ層（８）を除去する方法としては、紐体（３）を湯洗する方法を挙げることができる。ＰＶＡ樹脂は水溶性の合成樹脂であるから、湯洗することにより容易且つ速やかに溶解除去される。このようにＰＶＡ層（８）を除去することによって、紐体（３）からＰＶＡ層（８）の応力緩和性をなくすことができる。
【００４７】
ＰＶＡ層（８）を除去する場合には、前述のように、除去によって形成された空隙を充填するための液状樹脂を紐体（３）に含浸させることが好ましい。これにより、その空隙が充填される。従って、応力緩和性が少なく且つシール性が高い膨張黒鉛製グランドパッキン（１）を得ることが可能となる。
【００４８】
第５工程について説明する。紐体（３）を型に嵌めて加圧成形することにより、パッキン（１）を構成する。パッキン（１）の形状は、特に限定されるものではないが、通常はリング状に構成される。
以上により、パッキン（１）の製造工程を終了する。
【００４９】
次に、本発明に係る第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図８は、第２実施形態における編糸を示す斜視図である。図９は、図８に示す編糸の製造過程を示す図である。図１０は、第２実施形態における積層シートを示す断面図である。なお、紐体については第１実施形態を示す図４を準用して説明する。
第２実施形態に係る膨張黒鉛製グランドパッキン（１）が第１実施形態と異なる点は、編糸（２）の構造であり、その他の構成は、第１実施形態と略同様である。
以下、編糸（２）の構造について説明する。
【００５０】
編糸（２）は、帯状の積層シート（４０）と補強用線材（９）とから構成されている。
帯状の積層シート（４０）は、積層シート（５０）を帯状に裁断することにより形成される。積層シート（５０）は、膨張黒鉛シート（６）の片面または両面にＰＴＦＥ製フィルム（７）が積層されてなる構造である。図１０は、膨張黒鉛シート（６）の両面にＰＴＦＥ製フィルム（７）が積層されている場合を例示している。
【００５１】
帯状の積層シート（４０）の帯幅は１０ｍｍ以上に設定され、好ましくは１０ｍｍとされる。帯幅が１０ｍｍ未満であると、帯状の積層シート（４０）は撚り加工時の引張力に耐えられない可能性がある。一方、帯幅が１０ｍｍ以上であれば、帯状の積層シート（４０）は撚り加工時の引張力に耐えることができる。なお、柔軟性に優れ、許容引張力が大きい帯状の積層シート（４０）とするためには、帯幅を１０ｍｍ程度とすることが好ましい。
なお、編糸（２）は、図８および図９に示すように、帯状の積層シート（４０）が補強用線材（９）を被覆し且つＰＴＦＥ製フィルム（７）が外側に位置するように、帯状の積層シート（４０）を撚り加工してなるものである。これにより、編糸（２）の許容引張力を十分大きくすることができる。
【００５２】
膨張黒鉛製グランドパッキン（１）は、許容引張力が大きくしかも柔軟性に優れた帯状の積層シート（４０）から構成することができるので、製造容易性およびシール性に優れたパッキン（１）とすることが可能となる。また、外側にＰＴＦＥ製フィルム（７）が位置するので、第１実施形態の場合と同様に、潤滑性、耐磨耗性、および耐腐食性に優れた膨張黒鉛製グランドパッキン（１）とすることができる。また、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は電気絶縁性にも優れているので、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。
【００５３】
次に、第２実施形態に係るパッキンの製造方法について説明する。
このパッキン（１）は、膨張黒鉛シート（６）の片面または両面にＰＴＦＥ製フィルム（７）を積層してなる積層シート（５０）を構成し（第１工程）、この積層シート（５０）を裁断して帯状の積層シート（４０）を構成し（第２工程）、この帯状の積層シート（４０）が補強用線材（９）を被覆し且つＰＴＦＥ製フィルム（７）が外側に位置するように該積層シート（４０）を撚り加工して編糸（２）を構成し（第３工程）、この編糸（２）を編組して紐体（３）を構成し（第４工程）、最後にこの紐体（３）を加圧成形する（第５工程）ことにより構成される。
【００５４】
第１工程について説明する。膨張黒鉛シート（６）の片面または両面にＰＴＦＥ製フィルム（７）を積層する際には、接着剤や熱融着フィルム等を用いて積層することができる。膨張黒鉛シート（６）には、表面に結晶レベルの凹凸を有するものを使用することが好ましい。これにより、ＰＴＦＥ製フィルム（７）を積層するための熱融着フィルム等にアンカー効果を生じさせることができる。このような膨張黒鉛シート（６）を使用することにより、ＰＴＦＥ製フィルム（７）との積層を良好に行うことが可能となる。
第２工程乃至第５工程については、第１実施形態の場合と略同様なので、その説明を省略する。
【００５５】
この製造方法においては、許容引張力が大きくしかも柔軟性に優れた帯状の積層シート（４０）からパッキン（１）を製造することができるので、パッキン（１）を容易に製造することができる。また、第２実施形態では、ＰＶＡ層（８）が存在しないので、その除去工程が存在しない。従って、第１実施形態におけるＰＶＡ層（８）を除去する場合に比べて、製造工程を簡素化することができる。
【００５６】
なお、本発明における帯状の積層シート（４）、編糸（２）、紐体（３）、パッキン（１）の構造は、上記した構造に限定されるものではない。例えば、帯状の積層シート（４）は、膨張黒鉛シート（６）の一方の面にＰＶＡ層（８）を積層しただけのもの、膨張黒鉛シート（６）の両方の面にＰＶＡ層（８）を積層したものであってもよい。これらの場合にも、膨張黒鉛シート（６）は十分に補強されるので帯状の積層シート（４）を比較的薄く形成することが可能となる。従って、帯状の積層シート（４）の幅を３０ｍｍ程度としても加工しやすく、しかも加工時の引張に耐えることができる。
【００５７】
また、第１実施形態においては、ＰＶＡ層（８）の積層を、ＰＶＡ水溶液の吹き付けによって行っているが、本発明においてはこれに限定されない。例えば、ＰＶＡ水溶液を加熱されたローラの表面に吹き付けることによって不織布状のＰＶＡシート（図示せず）を形成し、このＰＶＡシートを膨張黒鉛シート（６）の表面に熱融着によって積層することも可能である。この場合、熱融着に要する温度は、１８５〜１９５°Ｃ程度であることが好ましい。その温度が１８５°Ｃ未満であれば、融着が不十分となる恐れがあり、逆に１９５°Ｃを越えると、不織布状の組織が壊れてしまう恐れがある。また、ＰＶＡ層（８）は、必ずしも不織布状である必要はなく、フィルム状、あるいはメッシュ状であってもよい。ＰＶＡ層（８）をフィルム状とする場合には、あらかじめフィルム状に形成されたＰＶＡ樹脂を、熱融着によって膨張黒鉛シート（６）に積層すればよい。また、メッシュ状とする場合には、あらかじめメッシュ状に形成されたＰＶＡ樹脂を、熱融着によって膨張黒鉛シート（６）に積層すればよい。
【００５８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。但し、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
〔積層シートの引張試験〕
（実施例）
厚さ０．２ｍｍ、密度１．１ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シートの一面に、厚さ０．０３ｍｍのＰＴＦＥ製フィルムを熱融着フィルムを用いて積層するとともに、他面に、ＰＶＡ樹脂の含有率が６０重量％のＰＶＡ水溶液を液圧をかけつつ吹き付けて形成した不織布状のＰＶＡ層を積層し、積層シートを構成した。次いで、この積層シートを図９に示す大きさに裁断して試験片（１４）を構成した。図９中の長さの単位はｍｍである。
なお、ＰＴＦＥ製フィルムは、直径０．０５〜１５μｍ程度の微細孔を有する多孔質状のフィルムを使用した。
【００５９】
（比較例）
厚さ０．２ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シートの両面に、厚さ０．１５ｍｍの綿糸織物シートを熱融着フィルムを用いて積層し、積層シートを構成した。次いで、この積層シートを図９に示す大きさに裁断して試験片（１４）を構成した。
【００６０】
実施例および比較例に係る試験片（１４）をそれぞれ４枚ずつ用意し、これらに対し、気温２２°Ｃの室内でＪＩＳ Ｋ ６３０１-1975 （加硫ゴム物性試験方法）に基づいて引張試験を行った。なお、引張試験機には、東洋精機(株)製の樹脂引張試験機を使用した。
実施例の試験結果を表１に、比較例の試験結果を表２に示す。
【表１】
【表２】
【００６１】
以上の試験結果から、ＰＶＡ層およびＰＴＦＥ製フィルムを補強材とした実施例の方が、綿糸織物シートを補強材とした比較例よりも明らかに引張強さが大きいことが分かる。
【００６２】
〔膨張黒鉛製グランドパッキンのトルク試験〕
（実施例）
厚さ０．２ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シートの一面に、厚さ０．０３ｍｍのＰＴＦＥ製フィルムを熱融着フィルムを用いて積層するとともに、他面に、ＰＶＡ水溶液を液圧をかけて吹き付けて形成した不織布状のＰＶＡ層を積層し、積層シートを構成した。次いで、この積層シートを幅１０ｍｍに裁断して帯状の積層シートを構成した。次いで、この帯状の積層シートを撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編紐して紐体を構成し、最後にこの紐体を加圧成形してリング状の膨張黒鉛製グランドパッキンを構成した。
なお、ＰＴＦＥ製フィルムには、直径０．０５〜１５μｍ程度の微細孔を有する多孔質状のフィルムを使用した。
また、膨張黒鉛製グランドパッキンの大きさを、φ1 ８×φ2 １８×ｔ６（φ1 ：内径、φ2 ：外径、ｔ：厚み（いずれも単位はｍｍ））とした。
【００６３】
（比較例）
厚さ０．２ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シートの両面に、厚さ０．１５ｍｍの綿糸織物シートを熱融着フィルムを用いて積層し、積層シートを構成した。次いで、この積層シートを幅１０ｍｍに裁断して帯状の積層シートを構成した。次いで、この帯状の積層シートを撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編紐して紐体を構成し、最後にこの紐体を加圧成形してリング状の膨張黒鉛製グランドパッキンを構成した。
なお、膨張黒鉛製グランドパッキンの大きさを、φ1 ８×φ2 １８×ｔ６（φ1 ：内径、φ2 ：外径、ｔ：厚み（いずれも単位はｍｍ））とした。
【００６４】
図１０は、トルク試験の実施状況を示す図である。トルク試験を行うにあたり、実施例に係る膨張黒鉛製グランドパッキン（１）を４個用意し、これら４個の膨張黒鉛製グランドパッキン（１）をセットにして、気温２２度の室内で流体機器のスタフィングボックス（１０）内に配置した。次いで、膨張黒鉛製グランドパッキン（１）の軸挿通孔内に、ＳＵＳ３０４製で軸径φ８（単位はｍｍ）のスピンドル（１１）を挿通した。次いで、締め付けナット（１２）を締め付け圧２００ｋｇ／ｃｍ2 で締め付けて、スピンドル（１１）およびスタフィングボックス（１０）の内壁面に各膨張黒鉛製グランドパッキン（１）が圧接するようにした。次いで、スピンドル（１１）をバネばかり（１３）で引っ張り、スピンドル（１１）が動き始めるときの引張力（スピンドルとパッキンの間の最大静止摩擦力に相当する）を測定した。これと同様の試験を、比較例に係る膨張黒鉛製グランドパッキンに対しても行った。実施例の試験結果を表３に、比較例の試験結果を表４に示す。
【表３】
【表４】
【００６５】
以上の試験結果から、ＰＶＡ層およびＰＴＦＥ製フィルムを補強材とした実施例の方が、綿糸織物シートを補強材とした比較例よりも引張力が小さくて済むことがわかる。これは、実施例に係る膨張黒鉛製グランドパッキンの方が、潤滑性が良好であることを示している。従って、パッキンに挿通されたスピンドルを回転させる際には、実施例に係る膨張黒鉛製グランドパッキン（１）を使用した方が、低トルクで回転させ得ることが分かる。
【００６６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、編糸を編組してなる紐体を加圧成形することにより得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる編糸であって、膨張黒鉛シートの一面に四フッ化ポリエチレン製フィルムが積層されるとともに、他面にポリビニルアルコール層が設けられてなる帯状の積層シートを、四フッ化ポリエチレン製フィルムが外側に位置するように撚り加工してなることを特徴とする編糸であるから、以下の効果を奏する。
すなわち、この編糸は、帯幅３０ｍｍ以下の柔軟性に優れた帯状の積層シートから構成することができるので、柔軟性に優れた編糸とすることができる。従って、複雑な編組加工を容易に行うことができる。また、この編糸を構成する帯状の積層シートは許容引張力が大きいので、撚り加工および編組加工の際に破断する恐れがない。また、この編糸は、四フッ化ポリエチレン製フィルムが外側に位置するように撚り加工されているため、パッキンを構成した際、パッキンの表面に四フッ化ポリエチレン製フィルムを位置させることができる。従って、潤滑性、耐磨耗性、および耐腐食性に優れたパッキンを得ることが可能となる。また、四フッ化ポリエチレン製フィルムは電気絶縁性にも優れているので、電気絶縁性に優れたパッキンを得ることが可能となり、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。
【００６７】
請求項２記載の発明は、編糸を編組してなる紐体を加圧成形することにより得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる編糸であって、膨張黒鉛シートの少なくとも一面にポリビニルアルコール層が設けられてなる帯状の積層シートを、ポリビニルアルコール層が外側に位置するように撚り加工してなることを特徴とする編糸であるから、以下の効果を奏する。
すなわち、請求項１の場合と同様、柔軟性に優れた編糸とすることができるので、複雑な編組加工を容易に行うことができる。また、編糸を構成する帯状の積層シートは、許容引張力が大きいので、撚り加工および編組加工の際に破断する恐れがない。また、この編糸は、ポリビニルアルコール層が外側に位置するように撚り加工されているため、パッキンに構成した際、パッキンの表面にポリビニルアルコール層を位置させることができる。従って、耐磨耗性および耐腐食性に優れたパッキンを得ることが可能となる。また、ポリビニルアルコール層は、電気絶縁性にも優れているので、電気絶縁性に優れたパッキンを得ることができる。
【００６８】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の編糸を編組してなることを特徴とする紐体であるから、以下の効果を奏する。すなわち、許容引張力が大きくしかも柔軟性に優れた編糸から構成することにより、複雑な編組加工を経ても破断箇所がなくしかも柔軟性に優れた紐体とすることができる。また、紐体の外側に四フッ化ポリエチレン製フィルムまたはポリビニルアルコール層が位置することになるから、パッキンの表面に四フッ化ポリエチレン製フィルムまたはポリビニルアルコール層を位置させることができる。従って、耐磨耗性および耐腐食性に優れたパッキンを得ることが可能となる。また、四フッ化ポリエチレン製フィルムは潤滑性および電気絶縁性にも優れているので、潤滑性および電気絶縁性にも優れたパッキンを得ることが可能となり、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。
【００６９】
請求項６記載の発明は、請求項１または３に記載の編糸を編組してなるとともに、前記ポリビニルアルコール層が、前記編組加工後に除去されてなることを特徴とする紐体であるから、以下の効果を奏する。すなわち、応力緩和を生じやすいポリビニルアルコール層を除去することにより、応力緩和が生じない紐体とすることができる。これにより、パッキンに応力緩和が生じないようにすることができ、パッキンのシール性を高めることができる。
【００７０】
請求項７記載の発明は、四フッ化ポリエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂が含浸されてなることを特徴とする請求項６に記載の紐体であるから、以下の効果を奏する。すなわち、ポリビニルアルコール層の除去によって形成された空隙を液状樹脂によって充填することができる。空隙を液状樹脂によって充填することにより、パッキンをスタフィングボックス内で使用した際に紐体内部を流体が通過するのを防止して、パッキンのシール性を一層高めることができる。
【００７１】
請求項８記載の発明は、請求項５乃至７いずれかに記載の紐体を加圧成形してなることを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンであるから、以下の効果を奏する。すなわち、破断箇所がなくしかも柔軟性に優れた紐体から構成することにより、シール性に優れたパッキンとすることができる。また、パッキンの外側に四フッ化ポリエチレン製フィルムやポリビニルアルコール層が位置する場合には、耐磨耗性および耐腐食性に優れたパッキンとすることができる。また、四フッ化ポリエチレン製フィルムは潤滑性および電気絶縁性にも優れているので、潤滑性および電気絶縁性にも優れたパッキンとすることができ、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。また、柔軟性に優れしかも許容引張力が大きい積層シートから構成されているので、製造容易性に優れたパッキンとすることができる。
【００７２】
請求項９記載の発明は、膨張黒鉛シートの一面に四フッ化ポリエチレン製フィルムを積層するとともに、他面にポリビニルアルコール層を形成して積層シートを構成し、この積層シートを裁断して帯状の積層シートを形成し、この帯状の積層シートを四フッ化ポリエチレン製フィルムが外側に位置するように撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編組して紐体を構成し、この紐体を湯洗することにより該紐体からポリビニルアルコールを溶出除去した後この紐体を乾燥させ、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法であるから、以下の効果を奏する。すなわち、許容引張力が大きくしかも柔軟性に優れた帯状の積層シートから構成することができるので、撚り加工や編組加工を容易に行うことができ、パッキンを容易に製造することができる。また、パッキンの表面に四フッ化ポリエチレン製フィルムを位置させることができるので、潤滑性、耐磨耗性、および耐腐食性に優れたパッキンを得ることができる。また、四フッ化ポリエチレン製フィルムは電気絶縁性にも優れているので、電気絶縁性に優れたパッキンを得ることが可能となり、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。また、応力緩和を生じやすいポリビニルアルコール層を除去することにより、パッキンに応力緩和が生じないようにしてシール性を高めることができる。
【００７３】
請求項１０記載の発明は、溶出除去を終えた紐体を乾燥させた後、この紐体に、四フッ化ポリエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂を含浸させ、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする請求項９に記載の膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法であるから、ポリビニルアルコール層の除去によって形成された空隙を液状樹脂によって充填することができる。これにより、パッキンをスタフィングボックス内で使用した際に紐体内部を流体が通過しない、シール性が高いパッキンを得ることができる。
【００７４】
請求項１１記載の発明は、膨張黒鉛シートの少なくとも一面にポリビニルアルコール層が設けられてなる積層シートを裁断して帯状の積層シートを構成し、該帯状の積層シートが補強用線材を被覆し且つポリビニルアルコール層が外側に位置するように該積層シートを撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編組して紐体を構成し、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法であるから、以下の効果を奏する。すなわち、許容引張力が大きくしかも柔軟性に優れた帯状の積層シートから構成することができるので、撚り加工や編組加工を容易に行うことができ、パッキンを容易に製造することができる。また、パッキンの表面にポリビニルアルコール層を位置させることができるので、耐磨耗性および耐腐食性に優れたパッキンを得ることができる。また、ポリビニルアルコール層は電気絶縁性にも優れているので、電気絶縁性にも優れたパッキンを得ることが可能となり、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における編糸を示す斜視図である。
【図２】図１に示す編糸の製造過程を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態における積層シートを示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態における紐体を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る膨張黒鉛製グランドパッキンを示す斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態における編糸の変形例を示す斜視図である。
【図７】図６に示す編糸の製造過程を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態における編糸を示す斜視図である。
【図９】図８に示す編糸の製造過程を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態における積層シートを示す断面図である。
【図１１】引張試験に供される積層シートの大きさを示す図である。
【図１２】トルク試験の試験状況を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・・膨張黒鉛製グランドパッキン
２・・・・・編糸
３・・・・・紐体
４，４０・・・・・帯状の積層シート
５，５０・・・・・積層シート
６・・・・・膨張黒鉛シート
７・・・・・四フッ化ポリエチレン製フィルム
８・・・・・ポリビニルアルコール層
９・・・・・補強用線材
【発明の属する技術分野】
本発明は、膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる材料およびこの材料からなる膨張黒鉛製グランドパッキン並びにその膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法に関し、より詳しくは、シール性、耐熱性、耐薬品性等に加えて製造容易性に優れ、しかも軸および機器ケーシングに電食を生じさせない、膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる材料およびこの材料からなる膨張黒鉛製グランドパッキン並びにその膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法に関する。
なお、明細書中、許容引張力とは、材料が破断に至るときの引張力のことで、材料の引張強さと材料の断面積の積のことを指す。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、流体機器の軸封を行うパッキンとして、膨張黒鉛製グランドパッキンが存在している。膨張黒鉛製グランドパッキンは、軸と機器ケーシングの間に形成される室内、すなわちスタフィングボックス内に詰め込まれて、軸と機器ケーシングの間から流体が漏出するのを防止するようになっている。
膨張黒鉛は、石綿等のパッキン材料に比べて潤滑性、耐熱性、耐薬品性などの面で優れている反面、引張強さが低くしかも脆いという欠点を有している。このため、膨張黒鉛からシートを構成してそのシートを撚り加工しようとすると、該シートに大きな引張力が作用してシートが破断してしまうことが多かった。このような理由から、膨張黒鉛製グランドパッキンは、膨張黒鉛単独から構成されることは少なく、通常は、他の材料によって補強された形で製造されていた。
【０００３】
補強構造をもつ膨張黒鉛製グランドパッキンとしては、次のようなものが提案されている。
例えば、膨張黒鉛シートの一面に綿糸織物シートを積層して積層シートを構成し、この積層シートを裁断して帯状の積層シートを形成し、この帯状の積層シートが補強用線材を被覆し且つ膨張黒鉛シートが外側に位置するように積層シートを撚り加工して編糸を構成し、その後この編糸を編組してなる膨張黒鉛製グランドパッキンが提案されている。
この例においても、積層シートを撚り加工するとき、および編糸を編組するときに、膨張黒鉛シートに引張力が作用する。しかしながら、膨張黒鉛シートは、綿糸織物シートに補強されているため、破断することはない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の技術には、以下のような問題があった。
すなわち、綿糸は引張強さがあまり高くないため、綿糸織物シートが補強材として十分に機能を果たすためには、該シートの断面積を大きくとる必要があった。従来は、帯状の積層シートの帯幅を大きくして綿糸織物シートの帯幅を大きくとることでこれに対応しており、具体的に帯幅は１０ｍｍより大きく設定されていた。しかしながら、このような帯幅の積層シートから良質の編糸を得るには難があった。これは、帯幅が１０ｍｍを超えると積層シートの柔軟性が低下し、撚り加工しにくくなるためである。また、このようして得られた編糸も柔軟性に劣り、編組する際に難があった。
【０００５】
さらに、この編糸を編組して得られる膨張黒鉛製グランドパッキンも柔軟性に劣っていた。このような柔軟性の低い膨張黒鉛製グランドパッキンをスタフィングボックス内に詰め込んだ場合、グランドを強く締め付けたとしても、十分なシール性を確保できない恐れがあった。
【０００６】
また、膨張黒鉛製グランドパッキンの外側には、膨張黒鉛が位置していた。このため、膨張黒鉛製グランドパッキンをスタフィングボックス内に詰め込んだ状態では、膨張黒鉛は軸および機器ケーシングと接触していた。膨張黒鉛は導電性材料であり、また軸および機器ケーシングも金属等の導電性材料から構成されている。従って、膨張黒鉛と軸の間、および膨張黒鉛と機器ケーシングの間には電位差が生じ、しばらくすると軸および機器ケーシングの表面に電食が発生する恐れもあった。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、シール性、耐熱性、耐薬品性等に加えて製造容易性に優れ、しかも軸および機器ケーシングに電食を生じさせない、膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる材料およびこの材料からなる膨張黒鉛製グランドパッキン並びにその膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、編糸を編組してなる紐体を加圧成形することにより得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる編糸であって、膨張黒鉛シートの一面に四フッ化ポリエチレン製フィルムが積層されるとともに、他面にポリビニルアルコール層が設けられてなる帯状の積層シートを、四フッ化ポリエチレン製フィルムが外側に位置するように撚り加工してなることを特徴とする編糸である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、編糸を編組してなる紐体を加圧成形することにより得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる編糸であって、膨張黒鉛シートの少なくとも一面にポリビニルアルコール層が設けられてなる帯状の積層シートを、ポリビニルアルコール層が外側に位置するように撚り加工してなることを特徴とする編糸である。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記帯状の積層シートが補強用線材を被覆するように、該積層シートを撚り加工してなることを特徴とする請求項１に記載の編糸である。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記帯状の積層シートが補強用線材を被覆するように、該積層シートを撚り加工してなることを特徴とする請求項２に記載の編糸である。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の編糸を編組してなることを特徴とする紐体である。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項１または３に記載の編糸を編組してなるとともに、前記ポリビニルアルコール層が、前記編組加工後に除去されてなることを特徴とする紐体である。
【００１４】
請求項７記載の発明は、四フッ化ポリエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂が含浸されてなることを特徴とする請求項６に記載の紐体である。
【００１５】
請求項８記載の発明は、請求項５乃至７いずれかに記載の紐体を加圧成形してなることを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンである。
【００１６】
請求項９記載の発明は、膨張黒鉛シートの一面に四フッ化ポリエチレン製フィルムを積層するとともに、他面にポリビニルアルコール層を形成して積層シートを構成し、この積層シートを裁断して帯状の積層シートを形成し、この帯状の積層シートを四フッ化ポリエチレン製フィルムが外側に位置するように撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編組して紐体を構成し、この紐体を湯洗することにより該紐体からポリビニルアルコールを溶出除去した後この紐体を乾燥させ、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法である。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、溶出除去を終えた紐体を乾燥させた後、この紐体に、四フッ化ポリエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂を含浸させ、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする請求項９に記載の膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法である。
【００１８】
請求項１１記載の発明は、膨張黒鉛シートの少なくとも一面にポリビニルアルコール層が設けられてなる積層シートを裁断して帯状の積層シートを構成し、該帯状の積層シートが補強用線材を被覆し且つポリビニルアルコール層が外側に位置するように該積層シートを撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編組して紐体を構成し、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法である。
これらの発明を提供することにより、上記課題を悉く解決する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態に係る膨張黒鉛製グランドパッキンおよびそれに用いられる材料について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、第１実施形態における編糸を示す斜視図である。図２は、図１に示す編糸の製造過程を示す図である。図３は、第１実施形態における積層シートを示す断面図である。図４は、第１実施形態における紐体を示す斜視図である。図５は、図４に示す紐体から構成される膨張黒鉛製グランドパッキンを示す斜視図である。
第１実施形態に係る膨張黒鉛製グランドパッキン（以下、パッキンと称する）（１）は、編糸（２）を編組してなる紐体（３）を加圧成形することにより得られるものである。
以下、これら構成要素について、順次、詳説する。
【００２２】
編糸（２）は、帯状の積層シート（４）を撚り加工してなるものである。
その帯状の積層シート（４）は、図３に示す積層シート（５）を帯状に裁断して形成されるものである。積層シート（５）は、膨張黒鉛シート（６）の一面に四フッ化ポリエチレン製フィルム（以下、ＰＴＦＥ製フィルムと称する）（７）が積層されるとともに、他面にポリビニルアルコール層（以下、ＰＶＡ層と称する）（８）が不織布状に設けられてなるものである。
【００２３】
膨張黒鉛シート（６）としては、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛等の黒鉛粉末を、濃硫酸、濃硝酸等と反応させて一旦層間化合物とした後、水洗などによって残留分解させて残留化合物とし、これを急熱して膨張させて得られる膨張可撓性黒鉛そのものをロール材等により圧縮成形したシート状のものを使用することができる。
【００２４】
膨張黒鉛シート（６）の密度は、特に限定されるものではないが、０．８０〜２．２ｇ／ｃｍ3 であることが好ましい。密度がこの範囲内にあると、膨張黒鉛シート（６）の表面に結晶レベルの凹凸が形成され、その上に積層されるものにアンカー効果を生じさせることができる。これに対し、密度が０．８０ｇ／ｃｍ3 未満であると組織のきめが粗くなり過ぎ、パッキンにしたときのシール性が低下する。逆に、密度が２．２ｇ／ｃｍ3 を超えると、組織のきめが細かくなり過ぎてアンカー効果を生じさせにくくなり、ＰＴＦＥ製フィルム（７）やＰＶＡ層（８）との積層を良好に行い得ない。
【００２５】
また、膨張黒鉛シート（６）の厚みは、特に限定されるものではないが、０．１０〜１．５ｍｍ程度とされることが好ましい。厚みが０．１０ｍｍ未満であると、膨張黒鉛が有する優れた耐熱性、耐食性、耐磨耗性を発現させることができない。逆に、厚みが１．５ｍｍを超えると、膨張黒鉛の脆さが現れてしまう。
【００２６】
ＰＴＦＥ製フィルム（７）は、膨張黒鉛シート（６）を補強するものである。このＰＴＦＥ製フィルム（７）は、膨張黒鉛シート（６）の一面に積層される。その積層方法は、特に限定されるものではないが、例えば接着剤や熱融着フィルムを用いる方法を採用することができる。その熱融着フィルムとしては、例えばポリエチレンフィルム、オレフィン系フィルム、ウレタン系フィルムを挙げることができる。
【００２７】
ＰＴＦＥ製フィルム（７）は、機械的強度に優れているので、膨張黒鉛シート（６）を補強することができる。また、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は優れた潤滑性を有しているので、これが外側に位置するように編糸（２）を構成することにより、潤滑性に優れたパッキン（１）を得ることができる。また、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は電気絶縁性に優れているので、これが外側に位置するように編糸（２）を構成することにより、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。また、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は耐腐食性および耐磨耗性に優れているので、化学プラント等の過酷環境下でも長期間の使用に耐えることができる。
【００２８】
なお、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は、直径０．０５〜１５μｍ程度の微細孔を有する多孔質状のフィルムであることが望ましい。その理由は、多孔質状のＰＴＦＥ製フィルム（７）は、膨張黒鉛シート（６）との積層を良好に行うことができるためである。
多孔質状のＰＴＦＥ製フィルム（７）は、ＰＴＦＥ樹脂のモールディングパウダを押し固めた後、急速に延伸させることにより得られる、空孔率２５〜９５％のものが好適に使用される。
【００２９】
ＰＶＡ層（８）は、膨張黒鉛シート（６）を補強するものである。このＰＶＡ層（８）は、膨張黒鉛シート（６）の他面に不織布状に積層されている。不織布状のＰＶＡ層（８）は、ＰＶＡ樹脂繊維が不規則な方向に伸びて積層され、且つそれら樹脂繊維が相互に固着されてシート状とされたものである。このような構造のＰＶＡ層（８）は、あらゆる方向の引張に対して大きな引張強さを有し、特に帯状に加工された状態でその軸長方向の引張に対して大きな引張強さを発揮することができる。
【００３０】
積層シート（５）は、膨張黒鉛シート（６）に、このようなＰＴＦＥ製フィルム（７）およびＰＶＡ層を積層して構成される。帯状の積層シート（４）は、この積層シート（５）を帯状に裁断したものである。帯状の積層シート（４）の幅は５〜３０ｍｍとされ、好ましくは５〜２５ｍｍとされる。その幅が３０ｍｍを超えると、帯状の積層シート（４）は柔軟性が低下し、編糸（２）に加工しにくくなる。逆に、その幅が５ｍｍ未満になると、帯状の積層シート（４）の許容引張力が極度に低下して、編糸（２）に加工する際に破断する恐れがある。帯状の積層シート（４）は、その帯幅が５〜３０ｍｍであるならば、十分な許容引張力を有するため、撚り加工の際に破断する恐れがない。
なお、帯状の積層シート（４）は、ＰＴＦＥ製フィルム（７）およびＰＶＡ層で補強されているので、比較的薄く形成することができる。従って、帯幅５〜１０ｍｍ程度の帯状の積層シート（４）はもちろん、帯幅１０ｍｍを超える帯状の積層シート（４）であっても、十分な柔軟性を確保することができる。
【００３１】
編糸（２）は、この帯状の積層シート（４）を撚り加工してなるものである。
その撚り回数は、１ｍ当たりの撚り回数が５５〜７０回程度であることが好ましい。このような回数であれば、編糸（２）の強度が非常に高くなることが発明者によって確かめられている。なお、帯状の積層シート（４）は、ＰＴＦＥ製フィルム（７）が外側に位置するように撚り加工される。この場合、後述するように、パッキン（１）の表面にＰＴＦＥ製フィルム（７）を位置させることができる。従って、潤滑性、耐磨耗性、および耐腐食性に優れたパッキン（１）を得ることが可能となる。また、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は電気絶縁性にも優れているので、電気絶縁性に優れたパッキン（１）を得ることが可能となり、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。
【００３２】
この編糸（２）は、柔軟性に優れているので、複雑な編組加工を容易に行うことができ、しかも複雑な加工を行っても積層シート（４）に破断が生じない。また、編糸（２）を構成する帯状の積層シート（４）は、十分な許容引張力を有しているため、編組加工の際に破断する恐れもない。
【００３３】
なお、編糸（２）は、図６および図７に示すように、補強用線材（９）を備えた構造であってもよい。具体的には、帯状の積層シート（４）が補強用線材（９）を被覆するように、帯状の積層シート（４）を撚り加工してなる構造であってもよい。この場合、帯状の積層シート（４）のみからなる場合よりも、編糸（２）の許容引張力を向上させることができる。
補強用線材（９）の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、モネルメタル、インコネル、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックファイバー繊維、あるいは潤滑油を含浸させたアラミド繊維、ＰＴＦＥ繊維等の合成樹脂繊維など、パッキン用材料として必要な強度を有する材料であれば好適に使用することができる。
【００３４】
この補強用線材（９）は、直径３ｍｍ以下とされることが好ましい。このような直径とすれば、帯状の積層シート（４）の撚り加工を容易に行うことができる。
また、この補強用線材（９）は、１本で使用されてもよいが、複数本で使用されてもよい。１本で使用される場合、補強用線材（９）は、例えば、編組せずにそのままの状態で使用されてもよいし、編組されて紐体にした状態で使用されてもよい。また、複数本で使用される場合、補強用線材（９）は、束ねて使用されてもよいし、束ねた後それを編組して紐体にした状態で使用されてもよい。
【００３５】
このようにして得られた編糸（２）を編組することにより、編紐、打紐、組紐等の形態をなす紐体（３）を構成することができる。具体的には、１本または複数本の編糸（２）を編組することにより、丸編紐、角編紐等の編紐や、丸打紐、角打紐等の打紐等の形態をなす紐体（３）を構成することができる。その他、袋状紐や固着紐等の形態をなす紐体（３）を構成することもできる。
なお、打紐の場合には、四つ打ち、八つ打ち、十六打ち等、任意の打ち方が可能である。
【００３６】
紐体（３）は、外側にＰＴＦＥ製フィルム（７）が位置した構造となる。パッキン（１）は、この紐体（３）を加圧成形してなるものであるから、パッキン（１）の表面にＰＴＦＥ製フィルム（７）を位置させることができる。
なお、紐体（３）の構成時においては、紐体（３）の内側にＰＶＡ層（８）が位置しているが、ＰＶＡ層（８）は、紐体（３）の形成後に除去されてもよい。ＰＶＡ層（８）は、後述するように補強材としては優れているものの、応力緩和を生じやすい性質を有しているから、これを除去することにより、紐体（３）に応力緩和が生じないようにすることができる。これにより、パッキン（１）に応力緩和が生じないようにすることができる。なお、補強材が必要とされるのは、膨張黒鉛シート（６）に最も引張力が作用する時、すなわち編糸（２）構成時と紐体（３）構成時であるから、紐体（３）の構成後にＰＶＡ層（８）が除去されたとしても問題はない。
【００３７】
ＰＶＡ層（８）を除去する場合には、紐体（３）に液状樹脂を含浸させることが好ましい。これは、ＰＶＡ層（８）を除去した場合、ＰＶＡ層（８）が存在していた部分に空隙が形成されるためである。紐体（３）に液状樹脂を含浸させれば、その空隙を液状樹脂によって充填することができる。空隙を液状樹脂によって充填することにより、パッキン（１）をスタフィングボックス内で使用した際に紐体（３）内部を流体が通過するのを防止することができる。従って、パッキン（１）のシール性を高めることができる。
【００３８】
紐体（３）に含浸させる液状樹脂としては、例えば、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂を挙げることができる。なお、紐体（３）には、これらの液状樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂を含浸させることが可能である。
【００３９】
パッキン（１）は、この紐体（３）を加圧成形して得られるものである。パッキン（１）は、例えば、図５に示すように、リング状に形成される。リング状に形成されたパッキン（１）は、スタフィングボックス内に詰め込まれ、流体機器の軸封を行うパッキンとして好適に使用することができる。
パッキン（１）は、前記したように、その表面にＰＴＦＥ製フィルム（７）が位置した構造である。従って、潤滑性、耐磨耗性、および耐腐食性に優れたパッキン（１）とすることができる。また、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は電気絶縁性にも優れているので、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。
【００４０】
ＰＶＡ層（８）を有するパッキン（１）は、ＰＶＡ層（８）を除去したものに比べて、その除去作業を省略して製造することができるので、製造を容易化することができるとともに、製造コストを低減することができる。
一方、ＰＶＡ層（８）を除去したパッキン（１）は、ＰＶＡ層（８）による応力緩和性がなくなっている。従って、ＰＶＡ層（８）を有しているものよりもシール性を高めることができる。また、ＰＶＡ層（８）を除去した後紐体（３）に液状樹脂を含浸させてなるパッキン（１）は、紐体（３）内が密に充填された状態にありしかも応力緩和性がなくなっているので、シール性を一層高めることができる。
【００４１】
次に、この第１実施形態に係るパッキン（１）の製造方法について説明する。
このパッキン（１）は、上述のように、膨張黒鉛シート（６）の一面にＰＴＦＥ製フィルム（７）を積層するとともに、他面に不織布状のＰＶＡ層（８）を形成して積層シート（５）を構成し（第１工程）、この積層シート（５）を裁断して帯状の積層シート（４）を形成し（第２工程）、この帯状の積層シート（４）をＰＴＦＥ製フィルム（７）が外側に位置するように撚り加工して編糸（２）を構成し（第３工程）、この編糸（２）を編組して紐体（３）を構成し（第４工程）、最後にこの紐体（３）を加圧成形する（第５工程）ことにより構成される。
以下、各工程について、順次、詳細に説明する。
【００４２】
第１工程について説明する。膨張黒鉛シート（６）の一面にＰＴＦＥ製フィルム（７）を積層する際には、前記したように、接着剤や熱融着フィルム等を用いて積層することができる。膨張黒鉛シート（６）には、表面に結晶レベルの凹凸を有するものを使用することが好ましい。これにより、膨張黒鉛シート（６）は、ＰＴＦＥ製フィルム（７）を積層するための熱融着フィルムやＰＶＡ層（８）にアンカー効果を生じさせることができる。このような膨張黒鉛シート（６）を使用することにより、ＰＴＦＥ製フィルム（７）やＰＶＡ層（８）との積層を良好に行うことが可能となる。
【００４３】
不織布状のＰＶＡ層（８）は、膨張黒鉛シート（６）の他面にＰＶＡ水溶液を液圧をかけつつ吹き付けることにより形成される。ＰＶＡ水溶液を液圧をかけつつ吹き付けることにより、ＰＶＡ水溶液は膨張黒鉛シート（６）上で繊維状に固化する。このとき、各繊維は不規則な方向に伸び且つ相互に絡み合った状態で固化する。そして、ある程度の時間吹き付け作業を行うことにより、不規則な方向に伸び且つ相互に絡み合った状態の繊維が積み重ねられて固化し、不織布状のＰＶＡ層（８）が形成される。
【００４４】
第２工程について説明する。積層シート（５）を帯状に裁断して帯状の積層シート（４）を形成する。このとき、積層シート（５）を帯幅２５ｍｍ以下に裁断することが、その後撚り加工する上で好ましい。膨張黒鉛シート（６）は、前記したようにＰＶＡ層（８）およびＰＴＦＥ製フィルム（７）によって両面が補強された構造であるので、幅が２５ｍｍ以下、さらには１０ｍｍ以下であっても撚り加工時の引張に十分耐えることができる。しかも、帯状の積層シート（４）は、両面が十分に補強された構造であるので比較的薄く形成することができ、上記した範囲の幅であっても柔軟性に優れ、撚り加工が容易である。
【００４５】
第３工程について説明する。帯状の積層シート（４）を撚り加工して編糸（２）を構成する。帯状の積層シート（４）は、前記したように、１０ｍｍ以下の幅であっても撚り加工時の引張に十分に耐えることができる。また、１０ｍｍ幅以下の帯状の積層シート（４）は、柔軟性に優れているので容易に撚り加工することができる。このようにして得られた編糸（２）は柔軟性に優れているので、複雑な編組を行うことが可能となる。
なお、前述のように、補強用線材（９）によって補強された編糸（２）を構成することも可能である。この場合、帯状の積層シート（４）が補強用線材（９）を被覆するように、帯状の積層シート（４）を撚り加工すればよい。これにより、編糸（２）の許容引張力を向上させることができる。
【００４６】
第４工程について説明する。編糸（２）を前記した各種編組法を用いて編組し、紐体（３）を構成する。編糸（２）は柔軟性に優れているので、複雑な編組を行うことができる。そして、この編糸（２）から得られた紐体（３）は柔軟性に優れている。
なお、前述のように、紐体（３）を構成した後に、紐体（３）からＰＶＡ層（８）を除去することも可能である。ＰＶＡ層（８）を除去する方法としては、紐体（３）を湯洗する方法を挙げることができる。ＰＶＡ樹脂は水溶性の合成樹脂であるから、湯洗することにより容易且つ速やかに溶解除去される。このようにＰＶＡ層（８）を除去することによって、紐体（３）からＰＶＡ層（８）の応力緩和性をなくすことができる。
【００４７】
ＰＶＡ層（８）を除去する場合には、前述のように、除去によって形成された空隙を充填するための液状樹脂を紐体（３）に含浸させることが好ましい。これにより、その空隙が充填される。従って、応力緩和性が少なく且つシール性が高い膨張黒鉛製グランドパッキン（１）を得ることが可能となる。
【００４８】
第５工程について説明する。紐体（３）を型に嵌めて加圧成形することにより、パッキン（１）を構成する。パッキン（１）の形状は、特に限定されるものではないが、通常はリング状に構成される。
以上により、パッキン（１）の製造工程を終了する。
【００４９】
次に、本発明に係る第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図８は、第２実施形態における編糸を示す斜視図である。図９は、図８に示す編糸の製造過程を示す図である。図１０は、第２実施形態における積層シートを示す断面図である。なお、紐体については第１実施形態を示す図４を準用して説明する。
第２実施形態に係る膨張黒鉛製グランドパッキン（１）が第１実施形態と異なる点は、編糸（２）の構造であり、その他の構成は、第１実施形態と略同様である。
以下、編糸（２）の構造について説明する。
【００５０】
編糸（２）は、帯状の積層シート（４０）と補強用線材（９）とから構成されている。
帯状の積層シート（４０）は、積層シート（５０）を帯状に裁断することにより形成される。積層シート（５０）は、膨張黒鉛シート（６）の片面または両面にＰＴＦＥ製フィルム（７）が積層されてなる構造である。図１０は、膨張黒鉛シート（６）の両面にＰＴＦＥ製フィルム（７）が積層されている場合を例示している。
【００５１】
帯状の積層シート（４０）の帯幅は１０ｍｍ以上に設定され、好ましくは１０ｍｍとされる。帯幅が１０ｍｍ未満であると、帯状の積層シート（４０）は撚り加工時の引張力に耐えられない可能性がある。一方、帯幅が１０ｍｍ以上であれば、帯状の積層シート（４０）は撚り加工時の引張力に耐えることができる。なお、柔軟性に優れ、許容引張力が大きい帯状の積層シート（４０）とするためには、帯幅を１０ｍｍ程度とすることが好ましい。
なお、編糸（２）は、図８および図９に示すように、帯状の積層シート（４０）が補強用線材（９）を被覆し且つＰＴＦＥ製フィルム（７）が外側に位置するように、帯状の積層シート（４０）を撚り加工してなるものである。これにより、編糸（２）の許容引張力を十分大きくすることができる。
【００５２】
膨張黒鉛製グランドパッキン（１）は、許容引張力が大きくしかも柔軟性に優れた帯状の積層シート（４０）から構成することができるので、製造容易性およびシール性に優れたパッキン（１）とすることが可能となる。また、外側にＰＴＦＥ製フィルム（７）が位置するので、第１実施形態の場合と同様に、潤滑性、耐磨耗性、および耐腐食性に優れた膨張黒鉛製グランドパッキン（１）とすることができる。また、ＰＴＦＥ製フィルム（７）は電気絶縁性にも優れているので、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。
【００５３】
次に、第２実施形態に係るパッキンの製造方法について説明する。
このパッキン（１）は、膨張黒鉛シート（６）の片面または両面にＰＴＦＥ製フィルム（７）を積層してなる積層シート（５０）を構成し（第１工程）、この積層シート（５０）を裁断して帯状の積層シート（４０）を構成し（第２工程）、この帯状の積層シート（４０）が補強用線材（９）を被覆し且つＰＴＦＥ製フィルム（７）が外側に位置するように該積層シート（４０）を撚り加工して編糸（２）を構成し（第３工程）、この編糸（２）を編組して紐体（３）を構成し（第４工程）、最後にこの紐体（３）を加圧成形する（第５工程）ことにより構成される。
【００５４】
第１工程について説明する。膨張黒鉛シート（６）の片面または両面にＰＴＦＥ製フィルム（７）を積層する際には、接着剤や熱融着フィルム等を用いて積層することができる。膨張黒鉛シート（６）には、表面に結晶レベルの凹凸を有するものを使用することが好ましい。これにより、ＰＴＦＥ製フィルム（７）を積層するための熱融着フィルム等にアンカー効果を生じさせることができる。このような膨張黒鉛シート（６）を使用することにより、ＰＴＦＥ製フィルム（７）との積層を良好に行うことが可能となる。
第２工程乃至第５工程については、第１実施形態の場合と略同様なので、その説明を省略する。
【００５５】
この製造方法においては、許容引張力が大きくしかも柔軟性に優れた帯状の積層シート（４０）からパッキン（１）を製造することができるので、パッキン（１）を容易に製造することができる。また、第２実施形態では、ＰＶＡ層（８）が存在しないので、その除去工程が存在しない。従って、第１実施形態におけるＰＶＡ層（８）を除去する場合に比べて、製造工程を簡素化することができる。
【００５６】
なお、本発明における帯状の積層シート（４）、編糸（２）、紐体（３）、パッキン（１）の構造は、上記した構造に限定されるものではない。例えば、帯状の積層シート（４）は、膨張黒鉛シート（６）の一方の面にＰＶＡ層（８）を積層しただけのもの、膨張黒鉛シート（６）の両方の面にＰＶＡ層（８）を積層したものであってもよい。これらの場合にも、膨張黒鉛シート（６）は十分に補強されるので帯状の積層シート（４）を比較的薄く形成することが可能となる。従って、帯状の積層シート（４）の幅を３０ｍｍ程度としても加工しやすく、しかも加工時の引張に耐えることができる。
【００５７】
また、第１実施形態においては、ＰＶＡ層（８）の積層を、ＰＶＡ水溶液の吹き付けによって行っているが、本発明においてはこれに限定されない。例えば、ＰＶＡ水溶液を加熱されたローラの表面に吹き付けることによって不織布状のＰＶＡシート（図示せず）を形成し、このＰＶＡシートを膨張黒鉛シート（６）の表面に熱融着によって積層することも可能である。この場合、熱融着に要する温度は、１８５〜１９５°Ｃ程度であることが好ましい。その温度が１８５°Ｃ未満であれば、融着が不十分となる恐れがあり、逆に１９５°Ｃを越えると、不織布状の組織が壊れてしまう恐れがある。また、ＰＶＡ層（８）は、必ずしも不織布状である必要はなく、フィルム状、あるいはメッシュ状であってもよい。ＰＶＡ層（８）をフィルム状とする場合には、あらかじめフィルム状に形成されたＰＶＡ樹脂を、熱融着によって膨張黒鉛シート（６）に積層すればよい。また、メッシュ状とする場合には、あらかじめメッシュ状に形成されたＰＶＡ樹脂を、熱融着によって膨張黒鉛シート（６）に積層すればよい。
【００５８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。但し、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
〔積層シートの引張試験〕
（実施例）
厚さ０．２ｍｍ、密度１．１ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シートの一面に、厚さ０．０３ｍｍのＰＴＦＥ製フィルムを熱融着フィルムを用いて積層するとともに、他面に、ＰＶＡ樹脂の含有率が６０重量％のＰＶＡ水溶液を液圧をかけつつ吹き付けて形成した不織布状のＰＶＡ層を積層し、積層シートを構成した。次いで、この積層シートを図９に示す大きさに裁断して試験片（１４）を構成した。図９中の長さの単位はｍｍである。
なお、ＰＴＦＥ製フィルムは、直径０．０５〜１５μｍ程度の微細孔を有する多孔質状のフィルムを使用した。
【００５９】
（比較例）
厚さ０．２ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シートの両面に、厚さ０．１５ｍｍの綿糸織物シートを熱融着フィルムを用いて積層し、積層シートを構成した。次いで、この積層シートを図９に示す大きさに裁断して試験片（１４）を構成した。
【００６０】
実施例および比較例に係る試験片（１４）をそれぞれ４枚ずつ用意し、これらに対し、気温２２°Ｃの室内でＪＩＳ Ｋ ６３０１-1975 （加硫ゴム物性試験方法）に基づいて引張試験を行った。なお、引張試験機には、東洋精機(株)製の樹脂引張試験機を使用した。
実施例の試験結果を表１に、比較例の試験結果を表２に示す。
【表１】
以上の試験結果から、ＰＶＡ層およびＰＴＦＥ製フィルムを補強材とした実施例の方が、綿糸織物シートを補強材とした比較例よりも明らかに引張強さが大きいことが分かる。
【００６２】
〔膨張黒鉛製グランドパッキンのトルク試験〕
（実施例）
厚さ０．２ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シートの一面に、厚さ０．０３ｍｍのＰＴＦＥ製フィルムを熱融着フィルムを用いて積層するとともに、他面に、ＰＶＡ水溶液を液圧をかけて吹き付けて形成した不織布状のＰＶＡ層を積層し、積層シートを構成した。次いで、この積層シートを幅１０ｍｍに裁断して帯状の積層シートを構成した。次いで、この帯状の積層シートを撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編紐して紐体を構成し、最後にこの紐体を加圧成形してリング状の膨張黒鉛製グランドパッキンを構成した。
なお、ＰＴＦＥ製フィルムには、直径０．０５〜１５μｍ程度の微細孔を有する多孔質状のフィルムを使用した。
また、膨張黒鉛製グランドパッキンの大きさを、φ1 ８×φ2 １８×ｔ６（φ1 ：内径、φ2 ：外径、ｔ：厚み（いずれも単位はｍｍ））とした。
【００６３】
（比較例）
厚さ０．２ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3 の膨張黒鉛シートの両面に、厚さ０．１５ｍｍの綿糸織物シートを熱融着フィルムを用いて積層し、積層シートを構成した。次いで、この積層シートを幅１０ｍｍに裁断して帯状の積層シートを構成した。次いで、この帯状の積層シートを撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編紐して紐体を構成し、最後にこの紐体を加圧成形してリング状の膨張黒鉛製グランドパッキンを構成した。
なお、膨張黒鉛製グランドパッキンの大きさを、φ1 ８×φ2 １８×ｔ６（φ1 ：内径、φ2 ：外径、ｔ：厚み（いずれも単位はｍｍ））とした。
【００６４】
図１０は、トルク試験の実施状況を示す図である。トルク試験を行うにあたり、実施例に係る膨張黒鉛製グランドパッキン（１）を４個用意し、これら４個の膨張黒鉛製グランドパッキン（１）をセットにして、気温２２度の室内で流体機器のスタフィングボックス（１０）内に配置した。次いで、膨張黒鉛製グランドパッキン（１）の軸挿通孔内に、ＳＵＳ３０４製で軸径φ８（単位はｍｍ）のスピンドル（１１）を挿通した。次いで、締め付けナット（１２）を締め付け圧２００ｋｇ／ｃｍ2 で締め付けて、スピンドル（１１）およびスタフィングボックス（１０）の内壁面に各膨張黒鉛製グランドパッキン（１）が圧接するようにした。次いで、スピンドル（１１）をバネばかり（１３）で引っ張り、スピンドル（１１）が動き始めるときの引張力（スピンドルとパッキンの間の最大静止摩擦力に相当する）を測定した。これと同様の試験を、比較例に係る膨張黒鉛製グランドパッキンに対しても行った。実施例の試験結果を表３に、比較例の試験結果を表４に示す。
【表３】
以上の試験結果から、ＰＶＡ層およびＰＴＦＥ製フィルムを補強材とした実施例の方が、綿糸織物シートを補強材とした比較例よりも引張力が小さくて済むことがわかる。これは、実施例に係る膨張黒鉛製グランドパッキンの方が、潤滑性が良好であることを示している。従って、パッキンに挿通されたスピンドルを回転させる際には、実施例に係る膨張黒鉛製グランドパッキン（１）を使用した方が、低トルクで回転させ得ることが分かる。
【００６６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、編糸を編組してなる紐体を加圧成形することにより得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる編糸であって、膨張黒鉛シートの一面に四フッ化ポリエチレン製フィルムが積層されるとともに、他面にポリビニルアルコール層が設けられてなる帯状の積層シートを、四フッ化ポリエチレン製フィルムが外側に位置するように撚り加工してなることを特徴とする編糸であるから、以下の効果を奏する。
すなわち、この編糸は、帯幅３０ｍｍ以下の柔軟性に優れた帯状の積層シートから構成することができるので、柔軟性に優れた編糸とすることができる。従って、複雑な編組加工を容易に行うことができる。また、この編糸を構成する帯状の積層シートは許容引張力が大きいので、撚り加工および編組加工の際に破断する恐れがない。また、この編糸は、四フッ化ポリエチレン製フィルムが外側に位置するように撚り加工されているため、パッキンを構成した際、パッキンの表面に四フッ化ポリエチレン製フィルムを位置させることができる。従って、潤滑性、耐磨耗性、および耐腐食性に優れたパッキンを得ることが可能となる。また、四フッ化ポリエチレン製フィルムは電気絶縁性にも優れているので、電気絶縁性に優れたパッキンを得ることが可能となり、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。
【００６７】
請求項２記載の発明は、編糸を編組してなる紐体を加圧成形することにより得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる編糸であって、膨張黒鉛シートの少なくとも一面にポリビニルアルコール層が設けられてなる帯状の積層シートを、ポリビニルアルコール層が外側に位置するように撚り加工してなることを特徴とする編糸であるから、以下の効果を奏する。
すなわち、請求項１の場合と同様、柔軟性に優れた編糸とすることができるので、複雑な編組加工を容易に行うことができる。また、編糸を構成する帯状の積層シートは、許容引張力が大きいので、撚り加工および編組加工の際に破断する恐れがない。また、この編糸は、ポリビニルアルコール層が外側に位置するように撚り加工されているため、パッキンに構成した際、パッキンの表面にポリビニルアルコール層を位置させることができる。従って、耐磨耗性および耐腐食性に優れたパッキンを得ることが可能となる。また、ポリビニルアルコール層は、電気絶縁性にも優れているので、電気絶縁性に優れたパッキンを得ることができる。
【００６８】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の編糸を編組してなることを特徴とする紐体であるから、以下の効果を奏する。すなわち、許容引張力が大きくしかも柔軟性に優れた編糸から構成することにより、複雑な編組加工を経ても破断箇所がなくしかも柔軟性に優れた紐体とすることができる。また、紐体の外側に四フッ化ポリエチレン製フィルムまたはポリビニルアルコール層が位置することになるから、パッキンの表面に四フッ化ポリエチレン製フィルムまたはポリビニルアルコール層を位置させることができる。従って、耐磨耗性および耐腐食性に優れたパッキンを得ることが可能となる。また、四フッ化ポリエチレン製フィルムは潤滑性および電気絶縁性にも優れているので、潤滑性および電気絶縁性にも優れたパッキンを得ることが可能となり、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。
【００６９】
請求項６記載の発明は、請求項１または３に記載の編糸を編組してなるとともに、前記ポリビニルアルコール層が、前記編組加工後に除去されてなることを特徴とする紐体であるから、以下の効果を奏する。すなわち、応力緩和を生じやすいポリビニルアルコール層を除去することにより、応力緩和が生じない紐体とすることができる。これにより、パッキンに応力緩和が生じないようにすることができ、パッキンのシール性を高めることができる。
【００７０】
請求項７記載の発明は、四フッ化ポリエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂が含浸されてなることを特徴とする請求項６に記載の紐体であるから、以下の効果を奏する。すなわち、ポリビニルアルコール層の除去によって形成された空隙を液状樹脂によって充填することができる。空隙を液状樹脂によって充填することにより、パッキンをスタフィングボックス内で使用した際に紐体内部を流体が通過するのを防止して、パッキンのシール性を一層高めることができる。
【００７１】
請求項８記載の発明は、請求項５乃至７いずれかに記載の紐体を加圧成形してなることを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンであるから、以下の効果を奏する。すなわち、破断箇所がなくしかも柔軟性に優れた紐体から構成することにより、シール性に優れたパッキンとすることができる。また、パッキンの外側に四フッ化ポリエチレン製フィルムやポリビニルアルコール層が位置する場合には、耐磨耗性および耐腐食性に優れたパッキンとすることができる。また、四フッ化ポリエチレン製フィルムは潤滑性および電気絶縁性にも優れているので、潤滑性および電気絶縁性にも優れたパッキンとすることができ、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。また、柔軟性に優れしかも許容引張力が大きい積層シートから構成されているので、製造容易性に優れたパッキンとすることができる。
【００７２】
請求項９記載の発明は、膨張黒鉛シートの一面に四フッ化ポリエチレン製フィルムを積層するとともに、他面にポリビニルアルコール層を形成して積層シートを構成し、この積層シートを裁断して帯状の積層シートを形成し、この帯状の積層シートを四フッ化ポリエチレン製フィルムが外側に位置するように撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編組して紐体を構成し、この紐体を湯洗することにより該紐体からポリビニルアルコールを溶出除去した後この紐体を乾燥させ、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法であるから、以下の効果を奏する。すなわち、許容引張力が大きくしかも柔軟性に優れた帯状の積層シートから構成することができるので、撚り加工や編組加工を容易に行うことができ、パッキンを容易に製造することができる。また、パッキンの表面に四フッ化ポリエチレン製フィルムを位置させることができるので、潤滑性、耐磨耗性、および耐腐食性に優れたパッキンを得ることができる。また、四フッ化ポリエチレン製フィルムは電気絶縁性にも優れているので、電気絶縁性に優れたパッキンを得ることが可能となり、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。また、応力緩和を生じやすいポリビニルアルコール層を除去することにより、パッキンに応力緩和が生じないようにしてシール性を高めることができる。
【００７３】
請求項１０記載の発明は、溶出除去を終えた紐体を乾燥させた後、この紐体に、四フッ化ポリエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂を含浸させ、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする請求項９に記載の膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法であるから、ポリビニルアルコール層の除去によって形成された空隙を液状樹脂によって充填することができる。これにより、パッキンをスタフィングボックス内で使用した際に紐体内部を流体が通過しない、シール性が高いパッキンを得ることができる。
【００７４】
請求項１１記載の発明は、膨張黒鉛シートの少なくとも一面にポリビニルアルコール層が設けられてなる積層シートを裁断して帯状の積層シートを構成し、該帯状の積層シートが補強用線材を被覆し且つポリビニルアルコール層が外側に位置するように該積層シートを撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編組して紐体を構成し、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法であるから、以下の効果を奏する。すなわち、許容引張力が大きくしかも柔軟性に優れた帯状の積層シートから構成することができるので、撚り加工や編組加工を容易に行うことができ、パッキンを容易に製造することができる。また、パッキンの表面にポリビニルアルコール層を位置させることができるので、耐磨耗性および耐腐食性に優れたパッキンを得ることができる。また、ポリビニルアルコール層は電気絶縁性にも優れているので、電気絶縁性にも優れたパッキンを得ることが可能となり、軸や機器ケーシングの電食を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における編糸を示す斜視図である。
【図２】図１に示す編糸の製造過程を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態における積層シートを示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態における紐体を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る膨張黒鉛製グランドパッキンを示す斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態における編糸の変形例を示す斜視図である。
【図７】図６に示す編糸の製造過程を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態における編糸を示す斜視図である。
【図９】図８に示す編糸の製造過程を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態における積層シートを示す断面図である。
【図１１】引張試験に供される積層シートの大きさを示す図である。
【図１２】トルク試験の試験状況を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・・膨張黒鉛製グランドパッキン
２・・・・・編糸
３・・・・・紐体
４，４０・・・・・帯状の積層シート
５，５０・・・・・積層シート
６・・・・・膨張黒鉛シート
７・・・・・四フッ化ポリエチレン製フィルム
８・・・・・ポリビニルアルコール層
９・・・・・補強用線材
Claims (11)
- 編糸を編組してなる紐体を加圧成形することにより得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる編糸であって、膨張黒鉛シートの一面に四フッ化ポリエチレン製フィルムが積層されるとともに、他面にポリビニルアルコール層が設けられてなる帯状の積層シートを、四フッ化ポリエチレン製フィルムが外側に位置するように撚り加工してなることを特徴とする編糸。
- 編糸を編組してなる紐体を加圧成形することにより得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに用いられる編糸であって、膨張黒鉛シートの少なくとも一面にポリビニルアルコール層が設けられてなる帯状の積層シートを、ポリビニルアルコール層が外側に位置するように撚り加工してなることを特徴とする編糸。
- 前記帯状の積層シートが補強用線材を被覆するように、該積層シートを撚り加工してなることを特徴とする請求項１に記載の編糸。
- 前記帯状の積層シートが補強用線材を被覆するように、該積層シートを撚り加工してなることを特徴とする請求項２に記載の編糸。
- 請求項１乃至４いずれかに記載の編糸を編組してなることを特徴とする紐体。
- 請求項１または３に記載の編糸を編組してなるとともに、前記ポリビニルアルコール層が、前記編組加工後に除去されてなることを特徴とする紐体。
- 四フッ化ポリエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂が含浸されてなることを特徴とする請求項６に記載の紐体。
- 請求項５乃至７いずれかに記載の紐体を加圧成形してなることを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキン。
- 膨張黒鉛シートの一面に四フッ化ポリエチレン製フィルムを積層するとともに、他面にポリビニルアルコール層を形成して積層シートを構成し、この積層シートを裁断して帯状の積層シートを形成し、この帯状の積層シートを四フッ化ポリエチレン製フィルムが外側に位置するように撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編組して紐体を構成し、この紐体を湯洗することにより該紐体からポリビニルアルコールを溶出除去した後この紐体を乾燥させ、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法。
- 溶出除去を終えた紐体を乾燥させた後、この紐体に、四フッ化ポリエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂を含浸させ、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする請求項９に記載の膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法。
- 膨張黒鉛シートの少なくとも一面にポリビニルアルコール層が設けられてなる積層シートを裁断して帯状の積層シートを構成し、該帯状の積層シートが補強用線材を被覆し且つポリビニルアルコール層が外側に位置するように該積層シートを撚り加工して編糸を構成し、この編糸を編組して紐体を構成し、その後この紐体を加圧成形することを特徴とする膨張黒鉛製グランドパッキンの製造方法。
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