JP6595583B2 - グランドパッキン、及びグランドパッキンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、バルブ又はポンプ等の軸封部に使用されるグランドパッキン、及びグランドパッキンの製造方法に関する。

従来、バルブ又はポンプ等の軸封部には、グランドパッキンが使用されている（例えば、特許文献１及び２参照）。例えば、図２０に示されるように、グランドパッキン１１０，１１１は、複数個がステム（軸）１３３に外嵌された状態でスタフィングボックス１３１内に装填される。そして、複数のグランドパッキン１１０，１１１は、スタフィングボックス１３１の大気側に嵌合したパッキン押さえ１３８により軸方向に圧縮されることによって、ステム１３３の外周面とスタフィングボックス１３１の内周面とに密に接触し、両者の間をシールしている。

複数個のグランドパッキン１１０，１１１のうち、軸方向両端部を除くグランドパッキン（以下、第１のグランドパッキンという）１１０は、主たるシールとして機能する膨張黒鉛製の圧縮成形体からなっている。軸方向両端のグランドパッキン（以下、第２のグランドパッキンという）１１１は、炭素繊維又は膨張黒鉛製の編み糸等を編組することによって構成され、第１のグランドパッキン１１０よりも機械的強度が高い編組パッキンからなっている。

第１のグランドパッキン１１０は、膨張黒鉛のテープ状素材を渦巻き状に巻いて圧縮成形されるリング状のパッキン本体１２１と、このパッキン本体１２１の軸方向両端面に設けられかつリング状の膨張黒鉛シート材からなるラミネート部材１２２，１２３とを備えている。図示例では、パッキン本体１２１の軸方向の各側にそれぞれ２枚のラミネート部材１２２，１２３が積層して設けられている。そして、パッキン本体１２１の軸方向両端には、軸方向外側に突出する突部１２４，１２５が形成され、この突部１２４，１２５の径方向外側及び径方向内側にそれぞれラミネート部材１２２，１２３が設けられ、ラミネート部材１２２の内周面及びラミネート部材１２３の外周面がそれぞれ突部１２４，１２５に対向し接触している。

特開平７−２１７７４５号公報 特開平７−３０１３３８号公報

図２０に示すように、第１のグランドパッキン１１０のラミネート部材１２２，１２３は、バルブ等におけるケーシング内の流体がパッキン本体１２１に浸透するのを防止したり、パッキン本体１２１に浸透した流体がグランドパッキン１１０外に漏出するのを防止したりする機能を有している。しかしながら、パッキン本体１２１の突部１２４，１２５とラミネート部材１２２，１２３とは、母線が軸方向に沿って直線状に延びる円筒形の接触面１２７を介して接触しているため、当該接触面１２７を介してパッキン本体１２１内に流体が浸透したり（矢印ａ参照）、逆にパッキン本体１２１に浸透した流体が接触面１２７を介して漏れ出したりする（矢印ｂ参照）可能性があり、パッキン本体１２１に対する流体の浸透及び漏出を完全に防止することは困難である。

一方、第１のグランドパッキン１１０は、製造段階でパッキン本体１２１を構成する渦巻き状のテープの間に空気が残留してしまうことがある。しかし、パッキン本体１２１内に残留した空気はシール流体の漏れ道となる可能性があり、第１のグランドパッキン１１０のシール性の低下の原因となる。また、内部に空気が残留すると、所定の寸法や密度でグランドパッキンを形成することが困難となる。

本発明は、パッキン本体の突部とラミネート部材との接触面を介してパッキン本体に流体が浸透したり漏出したりすることを抑制することができるグランドパッキンを提供することを目的とする。また、製造の際に内部の空気の残留を抑制することができるグランドパッキンの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のグランドパッキンは、膨張黒鉛テープ材を渦巻き状に巻いてなるリング状のパッキン本体と、前記パッキン本体の軸方向端面に接合されかつリング状の膨張黒鉛シート材からなるラミネート部材とを有し、前記パッキン本体の軸方向端面には、前記ラミネート部材の内周面又は外周面に径方向に対向して接触する突部が形成されているグランドパッキンであって、
前記突部と前記ラミネート部材との接触面は、軸方向の少なくとも一部において半径が変化したものとなっている。

この構成によれば、パッキン本体の突部とラミネート部材との接触面が軸方向の少なくとも一部において半径が変化しているので、当該接触面を通過しようとする流体の流路を可及的に長くすることができる。したがって、接触面を介して外部からパッキン本体に流体が浸透したりパッキン本体から外部へ流体が漏出したりすることを抑制することができる。

前記接触面は、以下のように構成することができる。
例えば、前記接触面は、軸方向に関して一定の割合で半径が変化するテーパー面を有していてもよい。
また、複数の前記ラミネート部材が軸方向に積層されている場合には、これらのラミネート部材における前記接触面が互いに同一方向に傾斜するテーパ面を有していてもよい。

逆に、複数の前記ラミネート部材における前記接触面が互いに異なる方向に傾斜するテーパ面を有していてもよい。
また、前記接触面は、湾曲面を有していてもよい。

本発明におけるグランドパッキンの製造方法は、膨張黒鉛テープ材を渦巻き状に巻いて圧縮することにより、軸方向の端面に突部を有するリング状のパッキン本体を成形する第１の工程と、
前記パッキン本体の前記端面に、膨張黒鉛シート材からなるリング状のラミネート部材を重ね、かつ当該ラミネート部材の周面と前記突部の周面とを接触させた状態で前記パッキン本体及び前記ラミネート部材を圧縮する第２の工程と、を含むグランドパッキンの製造方法であって、
前記第２の工程において、圧縮前の前記ラミネート部材の周面と前記突部の周面との軸方向の接触長さが、前記ラミネート部材の厚さ寸法よりも短く設定されていることを特徴とする。

上記の本発明によれば、第２の工程において、圧縮前のラミネート部材の周面と突部の周面との軸方向の接触長さが、ラミネート部材の厚さ寸法よりも短く設定されているので、第２の工程の際に、パッキン本体の内部に含まれる空気が、ラミネート部材の周面と突部の周面との接触部分を通過して排出されやすくなる。したがって、成形後のグランドパッキンの内部における空気の残留を抑制することができ、グランドパッキンのシール性や寸法精度等の向上を図ることができる。

前記第２の工程において、圧縮前の前記ラミネート部材の周面と前記突部の周面とが線接触されていてもよい。
このような構成によって、パッキン本体の内部に含まれる空気をより排出し易くすることができる。

前記第２の工程において、圧縮前の前記ラミネート部材の周面と前記突部の周面との少なくとも一方は、軸方向の少なくとも一部においてその半径が変化していてもよい。
このような構成によって、ラミネート部材の周面と突部の周面との軸方向の接触長さを容易に短くすることができる。

前記ラミネート部材の前記周面と前記突部の前記周面との少なくとも一方が、テーパー面を有していてもよい。

複数の前記ラミネート部材が軸方向に積層されている場合、これらのラミネート部材における前記周面は、互いに同一方向に傾斜するテーパー面を有していてもよいし、互いに逆方向に傾斜するテーパー面を有していてもよい。

本発明のグランドパッキンによれば、パッキン本体の突部とラミネート部材との接触面を介した流体の浸透や漏出を抑制することができる。また、本発明のグランドパッキンの製造方法によれば、第２の工程の際にパッキン本体の突部とラミネート部材との間から空気を抜け易くし、製造後のグランドパッキンの内部に空気が残留するのを防止することができる。

一実施形態に係るグランドパッキンの使用状態を示す断面説明図である。 グランドパッキンの一部を拡大して示す断面図である。 変形例に係るグランドパッキンの一部を拡大して示す断面図である。 変形例に係るグランドパッキンの一部を拡大して示す断面図である。 変形例に係るグランドパッキンの一部を拡大して示す断面図である。 変形例に係るグランドパッキンの一部を拡大して示す断面図である。 変形例に係るグランドパッキンの一部を拡大して示す断面図である。 変形例に係るグランドパッキンの一部を拡大して示す断面図である。 変形例に係るグランドパッキンの一部を拡大して示す断面図である。 変形例に係るグランドパッキンの一部を拡大して示す断面図である。 グランドパッキンの二次成形前のパッキン本体及びラミネート部材を示す断面図である。 二次成形工程における圧縮前のパッキン本体とラミネート部材とを示す断面図である。 図１２のXIII部拡大図である。 変形例に係る製造方法の二次成形工程における圧縮中のパッキン本体及び第１のラミネート部材の一部を拡大して示す断面図である。 変形例に係る製造方法の二次成形工程における圧縮中のパッキン本体及び第１のラミネート部材の一部を拡大して示す断面図である。 変形例に係る製造方法の二次成形工程における圧縮中のパッキン本体及び第１のラミネート部材の一部を拡大して示す断面図である。 変形例に係る製造方法の二次成形工程における圧縮中のパッキン本体及び第１のラミネート部材の一部を拡大して示す断面図である。 漏洩試験の結果を示すグラフである。 ラミネート部材の切断加工を説明する断面図である。 従来のグランドパッキンの使用状態を示す断面説明図である。 従来の製造方法の二次成形工程における圧縮前の第１のラミネート部材と第１の突部との関係を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明のグランドパッキンの実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るグランドパッキンの使用状態を示す断面説明図である。本実施形態のグランドパッキン１０，１１は、スタフィングボックス３１に装填され、このスタフィングボックス３１とこれを貫通するステム（軸）３３との間をシールするために用いられる。スタフィングボックス３１には、大気側（図１における上側）が開放し、装置内部側（図１における下側）に底面３５ａを有する円筒形状のパッキン収納凹部（円筒孔）３５が形成されている。パッキン収納凹部３５の底面３５ａの中央には、ステム３３が貫通する孔３６が形成されている。

複数のグランドパッキン１０，１１は、いずれもリング状に形成され、パッキン収納凹部３５の大気側の開口からスタフィングボックス３１のパッキン収納凹部３５内に装填される。スタフィングボックス３１の外面には、取付ボルト３７によってパッキン押さえ３８が取り付けられている。このパッキン押さえ３８は、パッキン収納凹部３５内に嵌合される円筒形状の押さえ部３８ａと、押さえ部３８ａの端部から径方向に延びるフランジ部３８ｂとを備え、このフランジ部３８ｂが取付ボルト３７によってスタフィングボックス３１に取り付けられている。

押さえ部３８ａの先端は、パッキン収納凹部３５内の軸方向端部に配置されたグランドパッキン１１に当接している。そして、取付ボルト３７を締め付けると、パッキン収納凹部３５の底面３５ａと押さえ部３８ａの先端面との間で複数のグランドパッキン１０，１１が軸方向に圧縮される。これにより、グランドパッキン１０の内周面１０ｂがステム３３の外周面に密に接触し、グランドパッキン１０の外周面１０ａがスタフィングボックス３１のパッキン収納凹部３５の内周面３５ｂに密に接触し、これによって、スタフィングボックス３１とステム３３との間がシールされる。

スタフィングボックス３１に収納された複数のグランドパッキン１０，１１は、第１のグランドパッキン１０と第２のグランドパッキン１１とを含む。図１に示す例では、スタフィングボックス３１内に４個の第１のグランドパッキン１０と２個のグランドパッキン１１とが軸方向に並べて収納されている。スタフィングボックス３１内の軸方向両端部には、それぞれ第２のグランドパッキン１１が配置され、２個の第２のグランドパッキン１１の間に、４個の第１のグランドパッキン１０が配置されている。

第２のグランドパッキン１１は、第１のグランドパッキン１０よりも機械的強度が高い編組パッキンからなっている。具体的に、第２のグランドパッキン１１は、炭素繊維又は膨張黒鉛製の編み糸等を編組することによって構成されている。この第２のグランドパッキン１１は、自身の強度を高めることによって、スタフィングボックス３１とステム３３との隙間や、スタフィングボックス３１及びステム３３とパッキン押さえ３８との隙間にはみ出して噛み込まれることを防止している。

第１のグランドパッキン１０は、パッキン本体２１とラミネート部材２２，２３とを有している。パッキン本体２１は、膨張黒鉛によってリング状に形成されている。また、パッキン本体２１は、断面形状が略長方形状に形成されている。パッキン本体２１は、膨張黒鉛のテープ状素材を渦巻き状に巻いたものを成形金型に装填してプレス機械により圧縮することによって一次成形される。パッキン本体２１の軸方向一端面における径方向の内端部には、軸方向外側（図１における上方）に向けて突出する第１の突部２４が形成されている。パッキン本体２１の軸方向他端面における径方向の外端部には、軸方向外側（図１における下方）に向けて突出する第２の突部２５が形成されている。

ラミネート部材２２，２３はリング状に形成されている。具体的に、ラミネート部材２２，２３は、膨張黒鉛のシート材をリング状に打ち抜くことによって形成されている。ラミネート部材２２，２３は、パッキン本体２１の軸方向両端面にそれぞれ設けられている。ラミネート部材２２，２３とパッキン本体２１の一次成形品とは、成形金型に装填され、プレス機械により圧縮することによって二次成形され、一体化される。なお、グランドパッキンのより詳細な製造方法については後述する。

ラミネート部材２２，２３は、パッキン本体２１の軸方向一端面に設けられた第１のラミネート部材２２と、軸方向他端面に設けられた第２のラミネート部材２３とからなる。
第１のラミネート部材２２は、第１の突部２４の径方向外側に配置されている。第１のラミネート部材２２の内周面は、第１の突部２４の外周面に対向し、当該外周面に密に接触している。なお、以下の説明では、互いに接触する第１のラミネート部材２２の内周面と第１の突部２４の外周面とを、併せて「接触面」という。本実施形態では、２枚の第１のラミネート部材２２が設けられており、これらは軸方向に重ねられている。

第２のラミネート部材２３は、第２の突部２５の径方向内側に配置されている。そして、第２のラミネート部材２３の外周面は、第２の突部２５の内周面に対向し、当該内周面に密に接触している。以下の説明では、互いに接触する第２のラミネート部材２３の外周面と第２の突部２５の内周面とを、併せて「接触面」という。本実施形態では、２枚の第２のラミネート部材２３が設けられており、これらは軸方向に重ねられている。

図２は、第１のグランドパッキン１０の一部を拡大して示す断面図である。
第１のラミネート部材２２と第１の突部２４との接触面２７は、第１のラミネート部材２２の軸心（軸３３の中心）からの半径が変化している。具体的に、接触面２７は、軸方向に関して一定の割合で半径が変化するテーパー面を有している。

２枚の第１のラミネート部材２２の内周面（接触面２７）は、軸方向の外側（図２の上側）ほど半径が大きくなるテーパー面に形成されている。また、２枚の第１のラミネート部材２２は同一の形状に形成され、双方の内周面全体の断面形状が鋸歯形状に形成される。

第１の突部２４の外周面は、第１のラミネート部材２２の内周面に密に接触しているので、当該第１のラミネート部材２２の内周面と同一形状のテーパー面を有し、軸方向の全体の断面形状が鋸歯形状に形成されている。

本実施形態では、パッキン本体２１の第１の突部２４と第１のラミネート部材２２との接触面２７がテーパー面を有しているので、図２０に示す従来技術と比較して、接触面２７の長さが長くなり、さらに折れ曲がった形状となる。そのため、接触面２７を介して外部からパッキン本体２１内にガス又は液体等の流体が浸透しようとする場合（矢印ａ参照）、又は、接触面２７を介してパッキン本体２１内の流体が外部へ漏出しようとする場合（矢印ｂ参照）に、流体が通過する経路が長くなるため、流体の浸透又は漏出を抑制することができる。

なお、図１に示すように、第２のラミネート部材２３と第２の突部２５との接触面もテーパー面を有している。この第２のラミネート部材２３と第２の突部２５との関係は、第１のラミネート部材２２と第１の突部２４との関係と、径方向の配置が逆になる以外は同一であるため、詳細な説明は省略する。

図３〜図１０は、第１のラミネート部材２２と第１の突部２４との接触面２７の変形例を示している。
図３に示す変形例では、２枚の第１のラミネート部材２２の内周面（接触面２７）が互いに逆向きに傾斜するテーパー面に形成されている。具体的には、軸方向外側（図３における上側）に配置された第１のラミネート部材２２の内周面は、軸方向外側ほど半径が大きくなり、軸方向内側（図３における下側）に配置された第１のラミネート部材２２の内周面は、軸方向外側ほど半径が小さくなっている。２枚の第１のラミネート部材２２は、同一形状のものを表裏反対に配置したものに相当する。

したがって、本変形例においても、図２０に示す従来技術と比較して接触面２７が長くなり、折れ曲がった形状となる。そのため、流体が通過する経路も長くなり、パッキン本体２１に対する流体の浸透又は漏出を抑制することができる。

図４に示す変形例は、２枚の第１のラミネート部材２２の内周面（接触面２７）が、それぞれ軸方向の外側（図４の上側）ほど半径が小さくなるテーパー面に形成されたものである。本変形例でも、２枚の第１のラミネート部材２２は同一の形状に形成されているので、接触面２７全体の断面形状が鋸歯形状に形成されている。したがって、上記実施形態と同様に流体の経路を長く形成することができ、パッキン本体２１に対する流体の浸透（矢印ａ）や漏出（矢印ｂ）を抑制することができる。

図５に示す変形例では、２枚の第１のラミネート部材２２の内周面（接触面２７）が互いに逆向きに傾斜するテーパー面に形成されている。具体的には、軸方向外側（図５における上側）に配置された第１のラミネート部材２２の内周面は、軸方向外側ほど半径が小さくなり、軸方向内側（図３における下側）に配置された第１のラミネート部材２２の内周面は、軸方向外側ほど半径が大きくなっている。２枚の第１のラミネート部材２２は、同一形状のものを表裏反対に配置したものである。

本変形例においても、図２０に示す従来技術と比較して接触面２７が長くなる。そのため、パッキン本体２１に対して流体が浸透又は漏出する際の流体の経路も長くなり、パッキン本体２１に対する流体の浸透又は漏出を抑制することができる。

図６に示す変形例では、第１のグランドパッキン１０に１枚の第１のラミネート部材２２が設けられ、その内周面（接触面２７）が円弧状に湾曲した湾曲面に形成されている。具体的に、第１のラミネート部材２２の内周面は、軸方向の中央ほど半径が大きくなるように凹状の湾曲面に形成されている。
本変形例においても、図２０に示す従来技術と比較して接触面２７が長くなるため、当該接触面２７を介したパッキン本体２１に対する流体の浸透又は漏出を抑制することができる。

図７に示す変形例では、第１のグランドパッキン１０に１枚の第１のラミネート部材２２が設けられ、その内周面（接触面２７）が円弧状に湾曲した湾曲面に形成されている。具体的に、第１のラミネート部材２２の内周面は、軸方向の中央ほど半径が小さくなるように凸状の湾曲面に形成されている。
本変形例においても、図２０に示す従来技術と比較して接触面２７が長くなるため、当該接触面２７を介したパッキン本体２１に対する流体の浸透又は漏出を抑制することができる。

図８に示す変形例では、第１のグランドパッキン１０に２枚の第１のラミネート部材２２Ａ，２２Ｂが設けられ、一方の第１のラミネート部材２２Ａの内周面（接触面２７）が凸状の湾曲面に形成され、他方の第１のラミネート部材２２Ｂの内周面（接触面２７）が凹状の湾曲面に形成されたものである。したがって、接触面２７は、全体として波形状に形成されている。
本変形例においても、図２０に示す従来技術と比較して接触面２７が長くなるため、当該接触面２７を介したパッキン本体２１に対する流体の浸透又は漏出を抑制することができる。

図９に示す変形例では、第１のグランドパッキン１０に２枚の第１のラミネート部材２２Ａ，２２Ｂが設けられ、一方の第１のラミネート部材２２Ａの内周面（接触面２７）がテーパー面に形成され、他方の第１のラミネート部材２２Ｂの内周面（接触面２７）が軸方向に沿った面に形成されている。したがって、接触面２７は、軸方向の一部において半径が変化したものとなる。
本実施形態においても、図２０に示す従来技術と比較して接触面２７が長くなるため、当該接触面２７を介した流体の浸透又は漏出を抑制することができる。

図１０に示す変形例では、第１のグランドパッキン１０に１枚の第１のラミネート部材２２が設けられ、その内周面（接触面２７）は、互いに逆向きに傾斜する複数のテーパー面が軸方向交互に配置され、その結果、接触面２７の全体が、鋸歯形状に形成されたものとなっている。
したがって、本変形例においても、図２０に示す従来技術と比較して接触面２７が長くなるため、当該接触面２７を介した流体の浸透又は漏出を抑制することができる。

以上の、図３〜図１０の変形例は、第１のラミネート部材２２と第１の突部２４との関係のみを示すものであるが、第２のラミネート部材２３と第２の突部２５との関係に対しても適用できるものである。

次に、第１のグランドパッキン１０の製造方法について詳細に説明する。
第１のグランドパッキン１０は、金型によって圧縮成形することにより製造される。具体的に、第１のグランドパッキン１０の製造方法は、パッキン本体２１を成形する一次成形工程（第１の工程）と、一次成形されたパッキン本体２１に第１及び第２のラミネート部材２２，２３を接合する二次成形工程（第２の工程）とを含む。

一次成形工程において、パッキン本体２１は、膨張黒鉛のテープ状素材を渦巻き状に巻き、これを成形金型に装填してプレス機械により圧縮することによって成形される。図１１に、一次成形されたパッキン本体２１を示している。この成形により、パッキン本体２１の軸方向両端面に第１の突部２４と第２の突部２５とがそれぞれ形成される。

第１及び第２のラミネート部材２２，２３は、トムソン刃等によって膨張黒鉛のシート材をリング状に打ち抜くことによって形成されている。
二次成形工程において、リング状に形成された第１のラミネート部材２２は、一次成形されたパッキン本体２１の軸方向一端面に同心状に重ねられ、第２のラミネート部材２３は、パッキン本体２１の軸方向他端面に同心状に重ねられる。パッキン本体２１及び第１，第２のラミネート部材２２，２３の軸心をＯで示す。そして、これらを成形金型に装填してプレス機械により圧縮することによってパッキン本体２１に第１及び第２のラミネート部材２２，２３が接合される。

図１２は、二次成形工程において圧縮前のパッキン本体とラミネート部材とを示す断面図である。
一次成形後のパッキン本体２１には、渦巻き状に巻回された膨張黒鉛テープの間に空気Ａが含まれていることがある。本実施形態では、二次成形工程によりパッキン本体２１に含まれる空気Ａを排出するために、以下の構造を備えている。

図１１及び図１２に示すように、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａは、軸方向に関して一定の割合で半径が変化するテーパー面に形成されている。また、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａは、軸方向の外側（図１１の上側）ほど、半径が大きくなっている。２枚の第１のラミネート部材２２は、同一のものが用いられている。

これに対して、第１の突部２４の外周面２４ａは、一定の半径を有する円筒面に形成されている。
そして、図１２に示すように、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａであるテーパー面の先端が第１の突部２４の外周面２４ａに接触することによって、両者は線接触している。言い換えると、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａと第１の突部２４の外周面２４ａとの軸方向の接触長さは、第１のラミネート部材２２の軸方向の厚さよりも短くなっている。これにより、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａと第１の突部２４の外周面２４ａとの間には、隙間ｓが形成されている。

第２のラミネート部材２３の外周面２３ａは、軸方向に関して一定の割合で半径が変化するテーパー面に形成されている。また、第２のラミネート部材２３の外周面２３ａは、軸方向の外側（図１１の下側）ほど、半径が小さくなっている。２枚の第２のラミネート部材２３は、同一のものが用いられている。

これに対して、第２の突部２５の内周面２５ａは、一定の半径を有する円筒面に形成されている。
そして、図１２に示すように、第２のラミネート部材２３の外周面２３ａであるテーパー面の先端が第２の突部２５の内周面２５ａに接触することによって、両者は線接触している。言い換えると、第２のラミネート部材２３の外周面２３ａと第２の突部２５の内周面２５ａとの軸方向の接触長さは、第２のラミネート部材２３の軸方向の厚さよりも短くなっている。

図２１には、比較対象として従来の二次成形工程における圧縮前の第１のラミネート部材１２２と第１の突部１２４との関係を示している。従来、ラミネート部材１２２の内周面１２２ａは、一定の半径を有する円筒面に形成されており、ラミネート部材１２２の内周面１２２ａと第１の突部１２４の外周面１２４ａとは、ラミネート部材１２２の厚さの範囲で面接触している。そのため、パッキン本体１２１の内部に含まれた空気Ａが、ラミネート部材１２２の内周面１２２ａと第１の突部１２４の外周面１２４ａとの間から排出される際の抵抗が大きくなり、その結果、当該空気Ａが排出され難くなり、パッキン本体１２１内に残留してしまう可能性が高かった。

本実施形態においては、図１２に示すように、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａがテーパー面に形成され、第１の突部２４の外周面２４ａに線接触することによって、両周面２２ａ，２４ａの軸方向の接触長さが短くなり、両周面２２ａ，２４ａ間には隙間ｓが形成される。そのため、図１３に示すように、二次成形工程によってパッキン本体２１が圧縮されると、内部に含まれた空気Ａが矢印のように接触部分及び隙間ｓを通過して外部に排出され易くなっている。そのため、二次成形後の第１のグランドパッキン１０の内部に空気Ａが残留するのを抑制することができる。

同様に、図１２に示すように、第２のラミネート部材２３の外周面２３ａがテーパー面に形成され、第２の突部２５の内周面２５ａに線接触することによって、両周面２３ａ，２５ａの軸方向の接触長さが短くなり、両周面２３ａ，２５ａ間には隙間ｓが形成される。そのため、二次成形工程によってパッキン本体２１が圧縮されると、内部に含まれた空気Ａが隙間ｓを通過して外部に排出されやすくなっている。そのため、二次成形後の第１のグランドパッキン１０の内部に空気Ａが残留するのを抑制することができる。

なお、テーパー面は、例えばラミネート部材２２，２３を打ち抜くためのトムソン刃の刃面によって形成することができる。例えば、図１９に示すように、膨張黒鉛のシート材をトムソン刃５０を用いて打ち抜く際に、テーパー面を形成したい側に傾斜した刃面５１を向けることによってテーパー面を形成することができる。トムソン刃５０は、片刃のものに限らず両刃のものを用いてもよい。

以上のように、二次成形後の第１のグランドパッキン１０の内部に残留する空気Ａが少なくなると、次のような効果が得られる。
第１のグランドパッキン１０の内部に残留する空気Ａは、軸封部への使用時にシール流体の漏れ道になる可能性がある。本実施形態では、第１のグランドパッキン１０に残留する空気を少なくすることができるので、シール流体の漏れ道も少なくなり、シール性を向上させることができる。

また、二次成形後の第１のグランドパッキン１０の内部に残留する空気が少なくなると、第１のグランドパッキン１０の寸法や密度を所定に設定しやすくなる。これにより第１のグランドパッキン１０の寸法や密度についての精度を高めることができる。

さらに、二次成形後の第１のグランドパッキン１０の内部に残留する空気が少なくなると、使用による寸法の経時的な変化を抑制することができる。そのため、第１のグランドパッキン１０の寿命を高めることができる。

また、二次成形後の第１のグランドパッキン１０の内部に残留する空気が少なくなると、第１のグランドパッキン１０の損傷を抑制することができる。この損傷としては、例えば、第１のグランドパッキン１０の表面における亀裂の発生や、ラミネート部材２２，２３の剥がれ等を挙げることができる。

ラミネート部材２２，２３の周面２２ａ，２３ａの鉛直方向（軸心方向）に対する角度θ（図１３参照）は、１°〜４５°の範囲で設定することができる。角度θが４５°を超えると、二次成形工程における圧縮によって、ラミネート部材２２，２３の周面２２ａ，２３ａと突部２４，２５の周面２４ａ，２５ａとの間の隙間ｓが消失し難くなり、シール性の低下の原因となるからである。

図１４は、変形例に係る製造方法の二次成形工程における圧縮前の第１のラミネート部材２２と第１の突部２４との関係を示す断面図である。
本変形例では、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａの形状が、図１３に示す実施形態と異なっている。具体的に、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａは、軸方向の外側（図１４の上側）ほど半径が小さくなるテーパー面、すなわち、図１３に示す実施形態とは逆向きのテーパー面に形成されている。２枚の第１のラミネート部材２２は、同一のものが用いられている。

そして、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａは、第１の突部２４の外周面２４ａに線接触し、その軸方向の接触長さが第１のラミネート部材２２の厚さ寸法よりも短く、両周面２２ａ，２４ａ間に隙間ｓが形成されている。そのため、パッキン本体２１内に含まれる空気Ａは、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａと、第１の突部２４の外周面２４ａとの間から外部へ排出されやすくなり、第１のグランドパッキン１０内の空気の残留を抑制することができる。

なお、図１４には、第１のラミネート部材２２と第１の突部２４との関係しか示していないが、第２のラミネート部材２３の外周面２３ａも、第１の実施形態とは逆向きのテーパー面とされ、このテーパー面の先端が第２の突部２５の内周面２５ａに線接触される。

図１５は、変形例に係る製造方法の二次成形工程における圧縮前の第１のラミネート部材２２と第２の突部２４との関係を示す断面図である。
本変形例では、２枚の第１のラミネート部材２２の内周面２２ａが互いに逆向きに傾斜するテーパー面とされている。具体的に、軸方向外側（図１５の上側）の第１のラミネート部材２２の内周面２２ａは、軸方向外側ほど半径が大きくなり、軸方向内側（図１５の下側）の第１のラミネート部材２２の内周面２２ａは、軸方向外側ほど半径が小さくなっている。２枚の第１のラミネート部材２２は、同一のものを表裏逆転して用いることができる。

本変形例においても、各第１のラミネート部材２２の内周面２２ａは、第１の突部２４の外周面２４ａに線接触し、その軸方向の接触長さが第１のラミネート部材２２の厚さ寸法よりも短く、両周面２２ａ，２４ａの間には隙間ｓが形成されている。そのため、パッキン本体２１内に含まれる空気Ａは、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａと、第１の突部２４の外周面２４ａとの間から外部へ排出されやすくなり、第１のグランドパッキン１０内の空気の残留を抑制することができる。

なお、図１５には、第１のラミネート部材２２と第１の突部２４との関係しか示していないが、第２のラミネート部材２３の外周面２３ａも、互いに逆向きに傾斜するテーパー面とされ、このテーパー面の先端が第２の突部２５の内周面２５ａに線接触される。

図１６は、変形例に係る製造方法の二次成形工程における圧縮前の第１のラミネート部材２２と第２の突部２４との関係を示す断面図である。
本変形例においても、２枚の第１のラミネート部材２２の内周面２２ａが互いに逆向きに傾斜するテーパー面とされている。具体的に、軸方向外側（図１６の上側）の第１のラミネート部材２２の内周面２２ａは、軸方向外側ほど半径が小さくなり、軸方向内側（図１６の下側）の第１のラミネート部材２２の内周面２２ａは、軸方向外側ほど半径が大きくなっている。２枚の第１のラミネート部材２２は、同一のものを表裏逆転して用いることができる。

本変形例においても、各第１のラミネート部材２２の内周面２２ａは、第１の突部２４の外周面２４ａに線接触し、その軸方向の接触長さが第１のラミネート部材２２の厚さ寸法よりも短く、両周面２２ａ，２４ａの間には隙間ｓが形成されている。そのため、パッキン本体２１内に含まれる空気Ａは、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａと、第１の突部２４の外周面２４ａとの間から外部へ排出されやすくなり、第１のグランドパッキン１０内の空気の残留を抑制することができる。

図１７は、変形例に係る製造方法の二次成形工程における圧縮前の第１のラミネート部材２２と第２の突部２４との関係を示す断面図である。
本変形例では、２枚の第１のラミネート部材２２の内周面２２ａが、一定の半径を有する円筒面に形成され、第１の突部２４の外周面２４ａが、テーパー面に形成されたものとなっている。したがって、第１の突部２４の外周面２４ａは、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａに線接触し、軸方向の接触長さは、第１のラミネート部材２２の厚さ寸法よりも短く形成され、両周面２２ａ，２４ａの間には隙間ｓが形成されている。

したがって、本変形例においても、パッキン本体２１内に含まれる空気Ａは、第１のラミネート部材２２の内周面２２ａと、第１の突部２４の外周面２４ａとの間から外部へ排出されやすくなり、第１のグランドパッキン１０内の空気の残留を抑制することができる。

本出願の発明者は、本発明の製造方法により製造された第１のグランドパッキンの性能を検証するために、次のような試験を行った。
まず、バルブを模擬した試験装置に実施例に係る第１のグランドパッキンを含む５本のグランドパッキンを装着した。図１を参照して説明したように、軸方向の両端に第２のグランドパッキンを配置し、その間に３本の第１のグランドパッキンを配置した。各グランドパッキンの寸法は、内径２４ｍｍ、外径３７ｍｍ、厚さ６．５ｍｍとした。

グランドパッキンに締付圧２０Ｎ／ｍｍ^２、４０Ｎ／ｍｍ^２、６０Ｎ／ｍｍ^２を負荷し、Ｈｅガス５．２ＭＰａを加圧した。各締付圧における１０分経過後のＨｅの漏洩量をＨｅリークディテクタにより測定した。
比較のため、実施例に係る第１のグランドパッキンに代えて、従来例に係る第１のグランドパッキンを装着して同様の条件で漏洩量の試験を行った。その結果を図１８に示す。

図１８に示すように、実施例と従来例とを比較すると、実施例の方がＨｅガスの漏洩量が少なく、シール性が優れていることが分かる。特に、締付圧が低いほど、実施例の方が従来例よりも漏洩量が少なくなっていることが分かる。したがって、本発明の製造方法により第１のグランドパッキンを製造することで、漏洩量を少なくしてシール性を高めることが可能である。

次に、本出願の発明者は、実施例に係る第１のグランドパッキンと従来例に係る第１のグランドパッキンとを同一の条件で製造し、その寸法、質量、及び密度を比較した。その結果を表１に示す。この表１には、実施例、従来例とも１０個の第１のグランドパッキンの寸法、質量、及び密度の計測結果（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０）と、それぞれの平均値とが示されている。

実施例に係る第１のグランドパッキンと、従来例に係る第１のグランドパッキンとを比較すると、内径、外径、及び質量の平均値についてはほとんど同一の値となっているが、高さ寸法の平均値については実施例に係る第１のグランドパッキンの方が小さくなり、密度の平均値については実施例に係る第１のグランドパッキンの方が大きくなり、本来得ようとしている値により近い値となっている。これは、二次成形工程で、第１のグランドパッキンの内部に含まれる空気Ａが排出されたことによるものと考えられる。したがって、本発明の製造方法によって第１のグランドパッキンを製造することで、寸法（特に、高さ寸法）及び密度の精度を高めることが可能である。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された発明の範囲内において適宜変更することが可能である。

１０ ：第１のグランドパッキン
２１ ：パッキン本体
２２ ：第１のラミネート部材
２２ａ ：内周面
２３ ：第２のラミネート部材
２３ａ ：外周面
２４ ：第１の突部
２４ａ ：外周面
２５ ：第２の突部
２５ａ ：内周面
２７ ：接触面

Claims (11)

1. 膨張黒鉛テープ材を渦巻き状に巻いてなるリング状のパッキン本体と、前記パッキン本体の軸方向端面に接合されかつリング状の膨張黒鉛シート材からなるラミネート部材とを有し、前記パッキン本体の軸方向端面には、前記ラミネート部材の内周面又は外周面に径方向に対向して接触する突部が形成されているグランドパッキンであって、
   前記突部と前記ラミネート部材との接触面は、軸方向の少なくとも一部において半径が変化している、グランドパッキン。
2. 前記接触面が、軸方向に関して一定の割合で半径が変化するテーパー面を有している、請求項１に記載のグランドパッキン。
3. 複数の前記ラミネート部材が軸方向に積層され、これらのラミネート部材における前記接触面が、互いに同一方向に傾斜するテーパ面を有している、請求項２に記載のグランドパッキン。
4. 複数の前記ラミネート部材が軸方向に積層され、これらのラミネート部材における前記接触面が互いに異なる方向に傾斜するテーパ面を有している、請求項２に記載のグランドパッキン。
5. 前記接触面が、湾曲面を有している、請求項１に記載のグランドパッキン。
6. 膨張黒鉛テープ材を渦巻き状に巻いて圧縮することにより、軸方向の端面に突部を有するリング状のパッキン本体を成形する第１の工程と、
   前記パッキン本体の前記端面に、膨張黒鉛シート材からなるリング状のラミネート部材を重ね、かつ当該ラミネート部材の周面と前記突部の周面とを接触させた状態で前記パッキン本体及び前記ラミネート部材を圧縮する第２の工程と、を含むグランドパッキンの製造方法であって、
   前記第２の工程において、圧縮前の前記ラミネート部材の周面と前記突部の周面との軸方向の接触長さが、前記ラミネート部材の厚さ寸法よりも短く設定されていることを特徴とする、グランドパッキンの製造方法。
7. 前記第２の工程において、圧縮前の前記ラミネート部材の周面と前記突部の周面とが線接触している、請求項６に記載のグランドパッキンの製造方法。
8. 前記第２の工程において、圧縮前の前記ラミネート部材の周面と前記突部の周面との少なくとも一方は、軸方向の少なくとも一部においてその半径が変化している、請求項６又は７に記載のグランドパッキンの製造方法。
9. 前記ラミネート部材の前記周面と前記突部の前記周面との少なくとも一方が、テーパー面を有している、請求項８に記載のグランドパッキンの製造方法。
10. 複数の前記ラミネート部材が軸方向に積層されており、これらのラミネート部材における前記周面が互いに同一方向に傾斜するテーパー面を有している、請求項９に記載のグランドパッキンの製造方法。
11. 複数の前記ラミネート部材が軸方向に積層されており、これらのラミネート部材における前記周面が互いに逆方向に傾斜するテーパー面を有している、請求項９に記載のグランドパッキンの製造方法。

Images