JP4425621B2 - グランドパッキン - Google Patents

Description

本発明は、膨張黒鉛を主成分とするグランドパッキンに関するものである。

従来から、金属線などの芯材に膨張黒鉛を巻き付けてなる膨張黒鉛糸を格子編、八ツ編、撚り合せなどの編組方法で編組した膨張黒鉛製グランドパッキン（内部補強形膨張黒鉛製グランドパッキン）が知られている。

このような膨張黒鉛製グランドパッキンは、シール性が良好であるが、高締め付け時にスタフィングボックスとステムとの隙間などからグランドパッキンの角部が食み出すなど機械的強度に劣るという問題点がある。

この問題点を解決するために、アラミッド繊維などをニット編したもので膨張黒鉛を被覆してなる膨張黒鉛編糸を編組した外周補強形膨張黒鉛製グランドパッキンなどが用いられている。しかしながら、外周補強形膨張黒鉛製グランドパッキンは、食み出しを防止する効果は充分であるが、シール性に劣るという問題点がある。このためグランドパッキンの食み出しを防止し、かつ良好なシール性を得ようとすると、内部補強形膨張黒鉛製グランドパッキンと、外周補強形膨張黒鉛製グランドパッキンとをそれぞれ組み合わせて使用する必要があった。

すなわち、グランドパッキンをステムに複数連設して装着するに際し、両端部のグランドパッキンとして外周補強形膨張黒鉛製グランドパッキンを用い、これに挟まれる他の部分を内部補強形膨張黒鉛製グランドパッキンを用いることにより、食み出しを防止し、かつ良好なシール性を得ていた。しかしながら、この場合には、２種類の膨張黒鉛製グランドパッキンを用意しなければならない。

一方、図７（Ａ）、（Ｂ）に示したように、本出願人によって、補強材が外周に設けられた外周補強膨張黒鉛編糸１と、補強材が内部に設けられた内部補強膨張黒鉛編糸２とにより編組された角形編組体を用いたグランドパッキン１０も提供されている。図７に示したグランドパッキン１０では、外周補強膨張黒鉛編糸１が前記角形編組体の一対の角部１ａ，１ａを通過し、かつ前記内部補強膨張黒鉛編糸２が他方の角部２ａ，２ａを通過するように構成されている（特許文献１）。

すなわち、このグランドパッキン１０では、断面略正方形のうち、どの端面においても、内部補強形膨張黒鉛１と外周補強形膨張黒鉛編糸２とが略半分づつ露出するように形成されている。

したがって、この形状のまま、図７（Ｂ）において上下左右方向から所定の圧力で圧縮されてなる編組体から構成されたグランドパッキン１０が、図８に示したように、スタフィングボックス２１内に収容されると、ステム２２と摺接する面には、高強度の外周補強膨張黒鉛編糸１と、シール性が良好な内部補強膨張黒鉛編糸２とが略半分ずつ摺接されることになる。

ここで、特にステム２２の周面に外周補強膨張黒鉛編糸１が常に摺接されていると、ステム２２が矢印Ａ，Ａ’方向に摺動する場合に、ステム２２が外周補強膨張黒鉛編糸１と接触し合うので、ステム２２の周面に傷がつくという問題があった。
特開平６−１２９５４５号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、シール性に優れ、しかも高締め付け時にスタフィングボックスとステムとの隙間などからグランドパッキンの角部が食み出すことがなく、さらにステムの外周面を傷付ける虞のないグランドパッキンを提供することを目的としている。

本発明に係るグランドパッキンは、
外周補強膨張黒鉛偏糸および内部補強膨張黒鉛偏糸とから編組された角形編組体が構成要素とされるグランドパッキンにおいて、
断面略正方形に圧縮された前記角形編組体の、互いに対向する一対の側端面の少なくとも７０％以上の面積に前記外周補強膨張黒鉛編糸が露出され、互いに対向する他の一対の側端面の少なくとも７０％以上の面積に前記内部補強膨張黒鉛編糸が露出されていることを特徴としている。

このような構成であれば、スタフィングボックスとステムとの間に構成される隙間の中には、外周補強膨張黒鉛偏糸が配置されるので、食い込みを防止することができる。また、ステムの外周面と接する部分では、シール性の高い内部補強用膨張黒鉛編糸がステムの外周面に並んで配置されるので、ステムが摺動するにしても、そのステムの外周面に傷が生じることがない。したがって、シール性が良好に維持され、かつステムの損傷を防止することができる。

ここで、前記外周補強膨張黒鉛偏糸の補強材は、金属線により構成されていることが好ましい。

このような構成であれば、簡単な構成で、外周補強膨張黒鉛編糸を構成することができる。

本発明に係るグランドパッキンによれば、複数個連設してステムの周面に装着するに際し、高強度の外周補強膨張黒鉛偏糸が露出する面をスタフィングボックス底部側に対向する向きで装着することにより、高締め付け時に、グランドパッキンの角部がスタフィングボックスとステムとの隙間などから食み出すことが防止される。また、ステムと当接する面に、外周補強膨張黒鉛編糸が配置されないことから、いくらステムが摺動するとしても、ステムの周面が外周補強膨張黒鉛編糸により磨耗されることはない。

以下、本発明に係るグランドパッキンについて具体的に説明する。

図１（Ａ）は、本発明に係るグランドパッキンの一実施例を示す部分側面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すグランドパッキンを構成する編糸の通過経路を示す説明図である。

図１（Ａ）に示すグランドパッキン３０は、補強材が外周に設けられ補強された外周補強膨張黒鉛編糸３１と、補強材が内部に設けられた内部補強膨張黒鉛編糸３２とが八つ編により角形編組体に編組されている。

本実施例のグランドパッキン３０では、図１（Ｂ）に示すように、グランドパッキン３０の一方の対向する角部および内部を通る経路３１ａを通過する編糸には、外周補強膨張黒鉛偏糸３１が使用されている。グランドパッキン３０の他方の対向する角部および内部を通る経路３２ａを通過する編糸には、内部補強膨張黒鉛偏糸３２が使用されている。

また、このグランドパッキン３０において、外周補強膨張黒鉛偏糸３１と内部補強膨張黒鉛偏糸３２とは、略同じ太さのものが使用されている。

さらに、このグランドパッキン３０を構成する編糸の数は、外周補強膨張黒鉛編糸３１と内部補強膨張黒鉛編糸３２との合計で通常８本である。なお、外周補強黒鉛編組３１と内部補強膨張黒鉛偏糸３２とからなる編組体の中心部に、必要に応じて中芯を介在させることもできる。

外周補強膨張黒鉛編糸３１は、膨張黒鉛の外周に補強材が設けられている。このような外周補強膨張黒鉛編糸３１としては、厚さ０.２〜１.０ｍｍ、幅２.０〜１０.０ｍｍ程度の帯状の膨張黒鉛シートを複数枚積層し、その表面を後述するような高強度繊維でニット編または袋編して被覆したもの、あるいは金属線などで膨張黒鉛の外周を螺旋状に巻回したものなどが用いられる。外周補強膨張黒鉛編糸３１に用いられる膨張黒鉛としては、炭素含有率が９６.５以上、密度が０.５ｇ／ｃｍ³ 以上のものが好ましい。また、高強度繊維としては５０ＭＰａ以上の強度を有する繊維が用いられ、具体的には、炭素繊維、金属繊維、アラミッド繊維、ガラス繊維、セラミック繊維などが挙げられる。このような高強度繊維の繊維径は、通常０.１〜１０μｍである。金属線としては、ステンレス、銅合金
、アルミ合金、モネル、インコネルなどからなり、直径が０.１〜０.３ｍｍの金属線が挙げられる。

外周補強膨張黒鉛編糸３１においては、膨張黒鉛と補強材との重量比（膨張黒鉛／補強
材）は、使用する補強材の種類により異なるが、たとえば補強材が金属繊維である場合には通常７０／３０〜３０／７０であり、補強材がアラミッド繊維である場合には通常９０／１０〜６０／４０である。

内部補強膨張黒鉛編糸３２は、帯状の膨張黒鉛シートを折り畳んだ編糸であってもよく、厚さ０.００５〜０.２ｍｍ程度の金属箔などに帯状の膨張黒鉛製シートを積層被覆してなる編糸であってもよく、あるいは太さ０.１〜０.３ｍｍ程度の金属線、アラミッド繊維などの高強度繊維に帯状の膨張黒鉛を螺旋状に巻き付け、あるいは撚った編糸であってもよい。内部補強膨張黒鉛編糸３２に用いられる膨張黒鉛としては、炭素含有率が９６.５
以上、密度が０.５ｇ／ｃｍ³ 以上のものが好ましい。

ここで、図１（Ａ），（Ｂ）のように、外周補強膨張黒鉛編糸３１と内部補強膨張黒鉛編糸３２とが、紐状に編組されたままでは、特に、図１（Ｂ）に示したように、角部は丸みを帯びて形成されている。このような丸みを帯びた一次編組体を、実際のグランドパッキンとして使用する場合には、例えば、ローラにより４側面が圧縮され、その断面が略正方形に整えられる。

本発明では、上記のように丸みを帯びた紐状の一次編組体が、ローラにより圧縮されてから使用される。すなわち、本実施例では、図１（Ｂ）の状態から、矢印Ｐで示したように、４つの角部から中央部に向って圧縮され、角部が潰されている。このように圧縮すると、図２（Ａ）に示したような断面略正方形で一対の側端面に外周補強膨張黒鉛偏糸３１が露出され、他の一対の側端面に内部補強膨張黒鉛偏糸３２が露出されたものが得られる。

なお、この図２（Ａ）では、外周膨張黒鉛偏糸３１が、正方形を構成する一対の側端面全面に露出している。また、他の一対の側端面には、内部補強膨張黒鉛偏糸３２が全面に露出している。

すなわち、図２（Ａ）では、外周補強膨張黒鉛偏糸３１も内部補強膨張黒鉛偏糸３２も、それぞれ該当する側端面に１００％露出したものが示されている。なお、この外周補強膨張編糸３１は、一対の側端面に面積比で１００％露出されていなくても、図２（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示したように、少なくとも互いに点対称となる一対の角部を含む態様であれば、全体面積の７０％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上露出していれば良い。同様に、内部補強膨張黒鉛偏糸３２も、該当する側端面の全体面積に対し、通常は７０％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上露出していれば良い。このような割合でそれぞれの膨張黒鉛偏糸３１，３２が露出していれば、いかなる割合であっても良い。

このような割合で一対の側端面に外周補強膨張黒鉛偏糸３１が他の一対の側端面に内部補強膨張黒鉛偏糸３２が露出されたものを、所定の長さに切断し、両端部を近接させてリング状に巻回することにより、グランドパッキン３０が構成されている。

このようにして得られたグランドパッキン３０では、その補強部分３１ａ，３１ａが中央に延びているため、剛性が高く形状保持性に優れている。

このため、後述するような方法で、図３に示したように、スタフィングボックス２１内のステム２２の周面に装着すると、高締め付け時に、グランドパッキン３０の角部がスタフィングボックス２１とステム２２との間に形成される両端部の隙間４０は、外周補強膨張黒鉛偏糸３１により覆われるので、この隙間４０などから食み出しが生じることはない。また、膨張黒鉛を主体として構成され、ステム２２に摺接する部分は内部補強膨張黒鉛
編糸３２であるため、シール性に優れている。さらに、長期間にわたって使用した後にグランドパッキン３０を交換する場合にも、使用中にほとんど型崩れが起こらないのでグランドパッキン３０を容易に取り出すことができ、グランドパッキン３０の取替作業が迅速容易なものとなる。

以上本発明の一実施例について説明したが、本発明では上記実施例に限定されず種々変形可能であり、例えば後述するような構成であってもよい。

図４（Ａ）に示すグランドパッキン５０は、外周補強膨張黒鉛編糸３１と内部補強膨張黒鉛編糸３２とが格子編により角形編組体に編組されている。本実施例のグランドパッキン５０では、 図４（Ｂ）に示すように、グランドパッキン５０の一方の対向する角部お
よび内部を通る経路３１ａを通過する編糸には外周補強膨張黒鉛編糸３１が使用され、他方の対向する角部および内部を通る経路３２ｂには、内部補強膨張黒鉛編糸３２が用いられている。また、４側面部および内部を通る経路３１ｂを通過する編糸には、外周補強膨張黒鉛編糸３１または内部補強膨張黒鉛編糸３２が用いられている。このグランドパッキン５０を構成する編糸の数は、外周補強膨張黒鉛編糸３１と内部補強膨張黒鉛編糸３２との合計で通常１６本、１８本または２０本である。

本実施例のグランドパッキン５０は、膨張黒鉛を主体として構成されているのでシール性が良好である。また、このように編み込まれた編組体を矢印Ｐ方向から圧縮すれば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、一対の端側面に外周補強膨張黒鉛偏糸３１が露出され、他の一対の端側面に内部補強膨張黒鉛偏糸３２が露出される。したがって、上記実施例と同様の作用効果を奏する。

図５（Ａ）に示すグランドパッキン６０は、外周補強膨張黒鉛編糸３１と内部補強膨張黒鉛編糸３２とが格子編により角形編組体に編組されている。本実施例のグランドパッキン６０を構成する編組体では、 図５（Ｂ）に示すように、グランドパッキン６０の一方
の対向する角部および内部を通る経路３１ａを通過する編糸には外周補強膨張黒鉛編糸３１が使用され、他方の対向する角部および内部を通る経路３２ｃは内部補強膨張黒鉛偏糸３２が用いられる。また、これに加えて４側面部および内部を通る経路３１ｃを通過する編糸に外周補強膨張黒鉛偏糸３１が、経路３２ｄを通過する偏糸に内部補強膨張黒鉛偏糸３２が用いられる。また、経路３１ａ、３１ｃ、３２ｄを通過する偏糸に外周補強膨張黒鉛編糸３１、経路３２ｃを通過する偏糸に内部補強膨張黒鉛偏糸３２を用いれば、高圧用として用いる場合に良好である。また、経路３１ａを通過する偏糸に外周補強膨張黒鉛偏糸３１、経路３１ｃ、３２ｃ、３２ｄを通過する偏糸に内部補強膨張黒鉛偏糸３２を用いれば、低圧用として用いる場合や、シール性が求められる場合に良好である。

このグランドパッキン６０を構成する編糸の数は、外周補強膨張黒鉛編糸３１と内部補強膨張黒鉛編糸３２との合計で通常３２本、３６本または４０本である。

本実施例のグランドパッキン６０を、矢印Ｐ方向から圧縮すれば、図２に示したように、一対の端側面に外周補強膨張黒鉛偏糸３１が露出され、他の一対の端側面に内部補強膨張黒鉛偏糸３２が露出される。したがって、上記実施例と同様の作用効果を奏する。

図６（Ａ）に示すグランドパッキン７０は、中芯３を被覆するように外周補強膨張黒鉛編糸３１と内部補強膨張黒鉛編糸３２とが袋編により角形編組体に編組されている。

中芯３としては、帯状の膨張黒鉛繊維を集束させたもの、膨張黒鉛繊維を八ッ編したものなどが用いられる。このグランドパッキン７０を構成する編糸の数は、外周補強膨張黒鉛編糸３１と内部補強膨張黒鉛編糸３２との合計で通常１２本、２４本または４８本であ
る。また、外周補強膨張黒鉛偏糸３１および内部補強膨張黒鉛偏糸３２を構成する偏糸の径は適宜な径に選択される。

そして、矢印Ｐ方向から圧縮すれば、図２に示したように、一対の端側面に外周補強膨張黒鉛偏糸３１が略全面に露出し、他の一対の端側面に内部補強膨張黒鉛偏糸３２が露出したグランドパッキンを得ることができる。

次に本発明のグランドパッキンを用いた場合のステムの封止構造について説明する。本実施例のステムの封止構造は、 図３に示すように、スタフィングボックス２１内のステ
ム２２にグランドパッキンを複数連設して装着しステム２２を封止するに際し、例えば、一つのグランドパッキン３０を、外周補強膨張黒鉛偏糸３１が露出する端面を、スタフィングボックス底部６２側に位置するように装着する。また、これと同様に、外周補強膨張黒鉛偏糸３１が露出する端面を、パッキン押え２３側に位置するように装着している。

このような封止構造を形成するには、まずスタフィングボックス２１内のステム２２に、外周補強膨張黒鉛偏糸３１が通過する内径側角部６１が、スタフィングボックス底部６２側に位置するようにグランドパッキン３０を装着する。すなわちスタフィングボックス２１とステム２２とで形成される隙間４０の端部に、外周補強膨張黒鉛偏糸３１が当接するように装着する。次いで、同じ姿勢でグランドパッキン３０を順次並設する。本実施例では、４個のグランドパッキン３０を並設している。本発明ではこのグランドパッキン３０の個数は任意である。

最後に、パッキン押え２３にて、１０〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 程度の加圧下にグランドパッキン全体を押え保持すればよい。

このようなグランドパッキンを用いてステムをシールすれば、スタフィングボックス２１内でのシール性が向上されるとともに、食い込みもなく、さらにはステム２２の周面に傷が生じることを防止することができる。

本実施例において、外周補強膨張黒鉛編糸３１としては、５０ＭＰａ以上の強度を有する繊維、たとえば炭素繊維、金属繊維、アラミッド繊維、ガラス繊維、セラミック繊維などを多数本集束し、ポリテトラフルオロエチレン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、パラフィン系ワックスなどを含浸させたもの、金属箔を撚り合せたものなどを例示することができる。

以上本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されない。例えば，編組体の編み方は八つ編、格子編に限定されるものではない。例えば、他の編み方であるとしても、糸の太さを変えるなどすれば、一対の側端面の略全面に外周補強膨張黒鉛偏糸３１を略全面に露出させ、他の一対の側端面に内部補強膨張黒鉛偏糸３２を略全面に露出させることができる。

さらに、上記各実施例では、紐状に長く形成された編組体を、長い状態のまま圧縮し、その後所定の長さに切断し、それらをリング状に巻回して用いるグランドパッキンについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、圧縮する前に切断し、切断されたものをプレス金型内に収容し、その金型内で圧縮して断面略正方形のグランドパッキンを形成するようにしても良い。このようにすれば、リング金型内において圧縮される際に、リング状のプレス金型の内周側および外周側に、外周補強膨張黒鉛偏糸３１を配置して、圧縮すればよい。

このように圧縮する方法は、上記実施例に限定されない。

図１（Ａ）は、本発明に係るグランドパッキンの一実施例を示す部分側面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すグランドパッキンを構成する編糸の通過経路を示す説明図である。 図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は図１に示した偏糸を所定の方向から圧縮した後の断面図で、図２（Ａ）は、外周補強膨張黒鉛偏糸および内部補強膨張黒鉛偏糸がそれぞれ１００％露出したグランドパッキンの断面図、図２（Ｂ）、（Ｃ）、図２（Ｄ）は、それぞれ別の態様で外周補強膨張黒鉛偏糸と内部補強膨張黒鉛偏糸が露出したグランドパッキンの断面図である。 図３は本発明に係るグランドパッキンによる封止構造を示す概略断面図である。 図４（Ａ）は、本発明に係るグランドパッキンの他の実施例を示す部分側面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すグランドパッキンを構成する編糸の通過経路を示す説明図である。 図５（Ａ）は、本発明に係るグランドパッキンのさらに他の実施例を示す部分側面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示すグランドパッキンを構成する編糸の通過経路を示す説明図である。 図６（Ａ）は、本発明に係るグランドパッキンのさらに他の実施例を示す側面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すグランドパッキンを構成する偏糸の通過経路を示す説明図である。 図７は従来のグランドパッキンの側面図と偏糸の通過経路を示す説明図である。 図８は従来のグランドパッキンによるシール構造を示した断面図である。

符号の説明

３０，５０、６０、７０…グランドパッキン
３１…偏糸（外周補強膨張黒鉛偏糸）
３２…偏糸（内部補強膨張黒鉛偏糸）
２１…スタフィングボックス
２２…ステム
２３…パッキン押え
４０…隙間

Claims (2)

1. 外周補強膨張黒鉛偏糸および内部補強膨張黒鉛偏糸とから編組された角形編組体が構成要素とされるグランドパッキンにおいて、
   断面略正方形に圧縮された前記角形編組体の、互いに対向する一対の側端面の少なくとも７０％以上の面積に前記外周補強膨張黒鉛編糸が露出され、互いに対向する他の一対の側端面の少なくとも７０％以上の面積に前記内部補強膨張黒鉛編糸が露出されていることを特徴とするグランドパッキン。
2. 前記外周補強膨張黒鉛偏糸の補強材は、金属線により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のグランドパッキン。

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