JP6749215B2 - グランドパッキン - Google Patents

Description

本発明は、グランドパッキンに関する。

従来、ポンプ又はバルブ等の流体機器には、シール材であるグランドパッキンが備えられている。この種のグランドパッキンは、中芯材、および、ひねられた状態または編組された状態で前記中芯材の周りに集束された複数本のヤーン（編み糸）を用いて構成されたものである（例えば、特許文献１参照）。

このグランドパッキンは、使用に際し、まず所定の長手方向長さを有するように整えられる。そして、前記グランドパッキンは、そのままの状態で所定の流体機器の軸材に応じたリング状に形成されたり、前記軸材に応じたリング状に圧縮成形されたりしたうえで、前記流体機器において前記軸材の周囲に位置するスタッフィングボックスに詰め込まれて設置される。

しかしながら、前記グランドパッキンにおいては、前記中芯材が、繊維材を編む又は組むことによってなる筒状部材と、この筒状部材に充填された複数の繊維状膨張黒鉛とから構成されていたので、前記グランドパッキンがリング状を呈するように湾曲させられたとき、前記中芯材が湾曲した部分から急激に折れ曲がり、前記複数の繊維状膨張黒鉛のいずれかが破断することがあった。

つまり、前記中芯材は、外力により曲げ作用を受けたとき、その外力に応じて所定量の撓みを許容することができるものの、許容量以上の外力を受けた場合に前記複数の繊維状膨張黒鉛に欠損を生じさせる可能性のあるものとなっていた。そのため、前記複数の繊維状膨張黒鉛の欠損が、前記中芯材、ひいては前記グランドパッキンのシール性能低下を引き起こすおそれがあった。

特開２００７−１９１８０３号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、シール性能の向上を図ることができるグランドパッキンの提供を目的とする。

請求項１に係る発明は、
シール材組成物含むグランドパッキンであって、
前記シール材組成物は、
積層体と、
前記積層体を包囲する長尺状の包囲体と、を備え、
前記積層体は、
膨張黒鉛によりテープ状に形成されるシート状部材を複数有し、
複数の前記シート状部材が、前記包囲体の長手方向と交差する方向に積層され、
前記複数のシート状部材のうち、積層方向に隣り合う前記シート状部材が、前記包囲体の長手方向に相対移動可能に設けられ、
前記包囲体は、
前記隣り合うシート状部材の積層状態を保持しつつ、前記包囲体の長手方向に相対移動することを許容するものである。

本発明の別の態様によれば、
前記シール材組成物が用いられた中芯材と、
ひねられた状態または編組された状態で前記中芯材の周りに設けられたヤーンと、を備えている。

本発明のさらに別の態様によれば、
前記シール材組成物の包囲体が、金属線から形成され、
前記ヤーンが、膨張黒鉛材、前記膨張黒鉛材を補強する補強材を備える。

本発明のまた別の態様によれば、
前記中芯材が、前記グランドパッキンの総質量を基準にして５質量％以上、７０質量％以下である。

本発明のまた別の態様によれば、
前記シール材組成物のみから形成される。

本発明によれば、シール性能の向上を図ることができるグランドパッキンを提供できる。

本発明の一実施形態に係るグランドパッキンの一部断面斜視図である。 (ａ)は図１のグランドパッキンの使用状態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のグランドパッキンの概略斜視図である。 図１のグランドパッキンの断面図である。 図１のグランドパッキンにおける中芯材（シール材組成物）の斜視図である。 図４の中芯材の概略平面図である。 図４の中芯材の概略一部断面図である。 図４の中芯材が撓んだ場合における概略一部断面図である。 別の実施形態に係る中芯材の概略一部断面図である。 比較例である従来の中芯材の概略一部断面図である。 実験結果を示す図である。 実験機の概略構成を示す模式図である。 図１１の実験機を用いた実験の実験結果を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るグランドパッキン１の一部断面斜視図である。図２（ａ）は、グランドパッキン１の使用状態の一例を示す断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のグランドパッキン１の概略斜視図である。図３は、グランドパッキン１の断面図である。なお、これらの図においては、グランドパッキン１を、説明の便宜上、模式的に示している。

図１に示すように、グランドパッキン１は、シール材組成物２を用いて構成された紐状のシール材である。グランドパッキン１は、図２（ａ）に示すように、使用時に互いに対向する内側被シール部（所定の機器の軸材）１０１と外側被シール部（前記所定の機器の静止部）１０２との間をその対向方向と略直交する方向（前記軸材の軸方向）に圧縮された状態でシールできるように構成されている。

本実施形態において、グランドパッキン１は、図１、図３に示すように、シール材組成物２からなる中芯材３を備えている。グランドパッキン１は、また、別のシール材組成物として、ひねられた状態または編組された状態で中芯材３の周りに設けられたヤーン（編み糸）４を複数備えている。グランドパッキン１は、所定の長手方向長さを有する紐状に形成されている。

グランドパッキン１は、例えば使用に際し、まず図２（ｂ）に示すように内側被シール部１０１に対応するリング状に形成され、または、圧縮成形される。そして、グランドパッキン１は、図２（ａ）に示すように、内側被シール部１０１の周囲に位置する外側被シール部１０２のスタッフィングボックス１０３に詰め込まれ、グランド（パッキン押え）１０４で締め付けられた状態に保持される。

次に、中芯材３（シール材組成物２）について図面を参照しつつ説明する。

図４は、中芯材３（シール材組成物２）の概略斜視図である。図５は、中芯材３の概略平面図である。図６は、中芯材３の概略一部断面図である。なお、図中の寸法比率は、説明の便宜上、適宜誇張されており、実際のものとは異なる場合がある。

ここで、中芯材３（後述の積層体５（シート状部材１０）および包囲体６）に関しては、図４における矢印Ｘ方向を長手方向とし、矢印Ｙ方向を短手方向とし、矢印Ｚ方向を厚さ方向（上下方向）とする。

図４、図５、図６に示すように、中芯材３は、積層体５と、包囲体６とを備えている。本実施形態において、中芯材３は、直方体形状を呈する紐状（長尺状）部材であり、グランドパッキン１とほぼ同じ長手方向長さを有している。包囲体６は、長尺状に形成されたものであり、積層体５を包囲するように設けられている。

積層体５は、シート状部材１０を複数有している。これらのシート状部材１０は、膨張黒鉛によりテープ状（帯状）に形成されるとともに、包囲体６の長手方向Ｘと交差する方向（厚さ方向である矢印Ｚ方向）に積層されている。そして、複数のシート状部材１０のうち、積層方向に隣り合うシート状部材１０が、包囲体６の長手方向Ｘに相対移動可能に設けられている。

本実施形態において、シート状部材１０は、膨張黒鉛を主成分とする膨張黒鉛製テープ状体である。シート状部材１０は、ほぼ扁平な直方体形状を呈する帯状体であり、ほぼ一定の厚さおよび包囲体６よりも短い長手方向長さを有している。なお、各シート状部材１０は、他者と厳密な同一形状を有するものだけでなくてもよく、製造上の誤差を含むものであり、積層体５を成形可能な形状を有するものであればよい。

複数のシート状部材１０は、互いに略同一方向に延在するように配置されている。そして、複数のシート状部材１０は、隣り合うシート状部材１０のうちの一方側のシート状部材１０を他方側のシート状部材１０に対して包囲体６の長手方向Ｘに所定量ずれ得るように配置され、その状態で積層体５が直方体形状を呈するように積層されている。

ここで、前述の包囲体６の長手方向Ｘと交差する方向、即ち複数のシート状部材１０（積層体５）の積層方向とは、包囲体６の長手方向Ｘおよび短手方向Ｙと直交する厚さ方向Ｚに対して傾斜する方向である。この積層方向は、図２（ｂ）に示すようにグランドパッキン１が内側被シール部１０１に対応するリング状に形成される場合、図３中の縦（上下）方向（概ね内側被シール部１０１の径方向）、図３中の横（左右）方向（概ね内側被シール部１０１の軸方向）、または、図３中の斜め方向とされ得る。なお、前記積層方向は、図３中の横（左右）方向とする（換言すれば、シート状部材１０が内側被シール部１０１の軸方向に対して縦向き（略直交する向き）に並ぶ）ことが好ましい。

詳しくは、図６に示すように、隣り合うシート状部材１０は、一方側のシート状部材１０と他方側のシート状部材１０とが積層方向とほぼ直交する方向（包囲体６の長手方向Ｘ）にそれぞれ摺動可能となるように積層されている。一方側のシート状部材１０と他方側のシート状部材１０との積層状態は、これらの摺動にかかわらず包囲体６によって維持される。

また、積層体５におけるすべての位置ずれ発生箇所に関する隣り合うシート状部材１０のずれ量（即ち、一方側のシート状部材１０と他方側のシート状部材１０とのずれ量）Ｇは、中芯材３が外力を受けて撓まされていない図６に示す初期状態において、包囲体６の長手方向Ｘに沿ってほぼ同一になるように設定されている。

そして、段差部１１は、このような積層状態において、隣り合うシート状部材１０との間に一方側のシート状部材１０（又は他方側のシート状部材１０）の厚さに応じて形成されている。この段差部１１は、積層体５の上面側表層部８および下面側表層部９の各々に形成されており、包囲体６の長手方向Ｘに沿ってほぼ等間隔に配置されている。

なお、前記初期状態における隣り合うシート状部材１０のずれ量Ｇは、特に限定されるものではなく、隣り合うシート状部材１０が相対移動する（互いに摺動する）ことにより、前記初期状態のずれ量Ｇよりも拡大した場合であっても積層状態が保持されるように設定されたものであればよい。また、たとえば、これらのずれ量Ｇは互いに異なるものであってもよい。

また、本実施形態において、シート状部材１０は、上面側表層部８に露出する長手方向一端部１３と、下面側表層部９に露出する長手方向他端部１４と、これら両端部１３、１４をつなぐ長手方向中途部１５とを有する。シート状部材１０の長手方向一端部１３および長手方向他端部１４は、それぞれ長手方向中途部１５を挟んだ反対側（積層体５の上面側表層部８側および下面側表層部９側）で包囲体６に接している。シート状部材１０は、包囲体６の長手方向Ｘに対して傾斜する方向に延在している。

詳しくは、図６に示すように、積層体５の上面側表層部８および下面側表層部９においては、それぞれのシート状部材１０の長手方向一端部１３および長手方向他端部１４により、段差部１１が形成されている。そして、各シート状部材１０の大部分をなす長手方向中途部１５が、包囲体６の長手方向Ｘに対して所定の傾斜角度Θ１を有している。

各シート状部材１０は、積層体５の１つの層を形成している。積層体５は、本実施形態においてはシート状部材１０が７層積層された構造となっている。なお、各シート状部材１０の積層数は、特に限定されるものではなく、各シート状部材１０の厚さ等に応じて適宜設定され得るものであり、少なくとも２層以上であればよい。

また、図６では、隣り合うシート状部材１０の間に隙間を誇張して示しているが、実際には、この隙間がほとんど生じないように複数のシート状部材１０の積層が行われ、これにより積層体５は図６に示すものに比べてより扁平化したものとなる（図４参照）。

さらに、本実施形態においては、各シート状部材１０の長手方向一端部１３および長手方向他端部１４の少なくとも一方が、包囲体６の長手方向Ｘに沿うように設けられている。詳しくは、長手方向一端部１３および長手方向他端部１４の両方が、それぞれ、包囲体６の長手方向Ｘとほぼ平行に延びるように、長手方向中途部１５に対して折り曲げられている。

また、シート状部材１０は、例えば、１００ｍｍ以上、３００ｍｍ以下（好ましくは、１５０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下）程度の長手方向長さを有し、１ｍｍ以上、３０ｍｍ以下（好ましくは、３ｍｍ以上、１５ｍｍ以下）程度の短手方向（長手方向Ｘおよび厚さ方向Ｚの各々と直交する方向）長さを有し、０．０１ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下（好ましくは、０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下）程度の厚さを有している。

各図に示すように、包囲体６は、隣り合う各シート状部材１０（積層体５）の積層状態を保持しつつ包囲体６の長手方向Ｘに相対移動することを許容するように構成されている。本実施形態において、包囲体６は、その長手方向Ｘに沿うように積層体５を挿入可能な筒形状を有している。包囲体６の長手方向両端部は、積層体５の長手方向両端部を露出させる解放状態をとり得るようになっている。

包囲体６は、網目構造を有する網状体であり、包囲体６が囲繞する積層体５の表層に概ね接した状態で長手方向Ｘに延設されている。積層体５を囲繞した状態の包囲体６の外形が、実質的に、中芯材３の外形をかたちづくるようになっている。包囲体６は、適宜の編み方（例えば、ニット編み）により編まれた、又は、適宜の組み方で組まれた線材１７を用いて構成されている。

なお、包囲体６は、本実施形態においては長手方向Ｘに対して所定の角度でねじられた（ツイストされた）線材１７を備えるものとしているが、これに限定されるものではなく、長手方向Ｘと略同一方向に延びる線材を備えるものとしてもよい。また、線材１７の間隔は、各図に示すように不均等であってもよいし、略均等であってもよい。

線材１７としては、例えば、ニッケル合金若しくはステンレス線等の鉄を主成分とする合金等から構成される金属線、天然ゴム等の天然樹脂、合成樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、又は、天然若しくは合成繊維等が用いられる。なお、本実施形態における線材１７には、金属線を用いている。また、線材１７は、例えば、０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下程度の直径を有する丸線とされる。なお、包囲体６は、実際には、前述のとおり隣り合うシート状部材１０の間に隙間がほとんど生じないように図５に比べて扁平化した積層体５を包囲するものとなる（図３参照）。

このような構成において、例えば中芯材３を用いてシール材を製造するために、又は、中芯材３を丸い棒状部材に巻き付けながら搬送するために、中芯材３を撓ませて湾曲させるとき、隣り合うシート状部材１０を、互いの位置ずれが生じるように、それぞれ包囲体６の長手方向Ｘに摺動させることが可能となる。

すなわち、中芯材３は、隣り合うシート状部材１０をそれぞれ撓ませながら、隣り合うシート状部材１０、即ち一方側のシート状部材１０と他方側のシート状部材１０とを包囲体６の長手方向Ｘに沿うように相対移動させることが可能となる。しかも、その際には、隣り合うシート状部材１０の積層状態を保持することが可能となる。

具体的には、図７に示すように、複数のシート状部材１０の積層状態を維持したまま、積層体５の上面側（外周面側）表層部８においては、長手方向一端部１３を矢印１８で示すように摺動させ、かつ、積層体５の下面側（内周面側）表層部９においては、長手方向他端部１４を矢印１９で示すように摺動させることが可能となる。

したがって、中芯材３を湾曲させるべくこれに外力を付与したとき、中芯材３に急激に折り曲げられた部分が発生してしまうことを阻止でき、このような折曲部分により複数のシート状部材１０のいずれかが破断することを抑止できる。よって、中芯材３に性能低下を引き起こす欠損が生じることを防止できる。

本発明に係る中芯材３は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、図８に示すような各シート状部材２０が各シート状部材１０よりも短い長手方向長さ、および、包囲体６の長手方向Ｘに対して前記実施形態の傾斜角度Θ１よりも大きい傾斜角度Θ２を有するものとしてもよい。また、図示は省略するが、各シート状部材２０が各シート状部材１０よりも長い長手方向長さ、および、包囲体６の長手方向Ｘに対して前記実施形態の傾斜角度Θ１よりも小さい傾斜角度を有するものとしてもよい。

そして、前述のような作用効果を得られることは、中芯材の可撓性についての実験により確認された。実験方法は、以下の通りである。この実験においては、中芯材として、実施例１および実施例２と、従来の中芯材と同様の構造を有する比較例１とを準備するとともに、第１丸棒状部材および第２丸棒状部材を準備した。

実施例１は、中芯材３と同様の構造を有するものである。積層体５における複数のシート状部材１０は、それぞれ約２００ｍｍの長手方向長さを有し、７層積層された構造をなす。また、複数のシート状部材１０は、包囲体６の長手方向に関して１０ｃｍごとに５つの段差部１１を形成するようなずれ量Ｇをもって配置されている。

実施例２は、図８に示すような中芯材と同様の構造を有するものである。積層体５における複数のシート状部材２０は、それぞれ約１００ｍｍの長手方向長さを有し、７層積層された構造をなす。また、複数のシート状部材２０は、包囲体６の長手方向に関して１０ｃｍごとに７つの段差部１１を形成するようなずれ量Ｇをもって配置されている。

比較例１は、図９に示すような従来の中芯材と同様の構造を有するものである。複数の繊維状部材３０は、包囲体３２内にランダムに並ぶように充填されている。また、複数の繊維状部材３０は、包囲体３２近傍に段差部を生じさせず、包囲体３２内に多数（広い面積）の隙間が生じるように配置されている。

第１丸棒状部材は、実施例１、実施例２、および、比較例１を全周にわたって巻き付けることが可能なものであり、１０ｍｍの直径を有している。第２丸棒状部材は、実施例１、実施例２、および、比較例１を全周にわたって巻き付けることが可能なものであり、３０ｍｍの直径を有している。

そして、実施例１、実施例２、および、比較例１を、それぞれ、撓ませて湾曲させながら、第１丸棒と第２丸棒との各々にほぼ全周にわたって巻き付けた。その後、実施例１、実施例２、および、比較例１をそれぞれ第１丸棒状部材および第２丸棒状部材から取り外し、シート状部材１０・２０、繊維状部材３０の状態を確認した。

その結果を図１０に示す。すなわち、実施例１および実施例２においては、複数のシート状部材１０・２０のいずれについても破断は確認されなかった（図中では、このことを○で示している）。これに対し、比較例１においては、包囲体３２の長手方向の２箇所で全層にわたる破断が確認された（図中では、このことを×で示している）。

また、本実施形態においては、各シート状部材１０が、前述のように包囲体６の長手方向Ｘに対して傾斜する方向に延在しているので、中芯材３に曲げ作用が働いたとき、隣り合うシート状部材１０をそれぞれ円滑に摺動させることが可能となる。よって、複数のシート状部材１０において破断をより発生しにくいものにできる。

また、本実施形態においては、各シート状部材１０の長手方向一端部１３および長手方向他端部１４が、それぞれ、包囲体６の長手方向Ｘに沿うように設けられているので、これらの端部１３，１４が包囲体６の網目部分から外部に向かって突出しなくなる。よって、長手方向一端部１３および長手方向他端部１４が、外部にある設置物等との衝突により破損してしまうことを抑止できる。

次に、ヤーン４について説明する。

図１、図３に示すように、ヤーン４は、本実施形態においては複数（１６本）備えられている。ヤーン４は、中芯材３に沿ってその長手方向に延設されるとともに、中芯材３の周りに集束する（設けられる）ようにひねり加工又は編組されることにより、長尺形状を有する紐状のグランドパッキン１をかたちづくるようになっている。

ヤーン４は、中芯材３を被覆するように１６打袋編みされている。なお、中芯材３と共にグランドパッキン１を構成するヤーン４に関しては、本実施形態においては１６本のヤーンを用いる１６打袋編を採用する構成としているが、この構成に限定するものではなく、例えば、４本のヤーンを用いる４打角編や８本のヤーンを用いる８打角編を採用する構成としてもよい。

各ヤーン４は、紐状の中芯材３よりも細く形成されている。そして、本実施形態においては、グランドパッキン１中の中芯材３（その含有率）がグランドパッキン１の総質量を基準にして５質量％以上、７０質量％以下となるように設定されていることから、これに応じた含有率（質量比率）をヤーン４が有するようになっている。

詳細については図１２を用いて後述するが、グランドパッキン１中の中芯材３の含有率が５質量％未満になると、締付完了後において初期の締付力が残留している割合（締付力残留率）が小さくなる（この現象を本明細書において「応力緩和」ともいう）。当該応力緩和の発生に伴いシール性が低下することから、グランドパッキン１中の中芯材３の含有率を５質量％以上とすることが必要である。ここで、初期の締付力が維持されずに応力緩和が生じる原因の一つは、グランドパッキン１自体が機器の隙間からはみ出し、グランドパッキン１の体積が減少することによるものである。一方、グランドパッキン１中の中芯材３の含有率が７０質量％を超えると、グランドパッキン１に対するヤーン４の割合が多くなり、潤滑剤が適正量でなくなることによりシール性が低下する。これを防止するため、グランドパッキン１中の中芯材３の含有率を７０質量％以下とすることが必要である。

また、グランドパッキン１中の中芯材３の含有率は、グランドパッキン１の総重量を基準にして５質量％以上、５０質量％以下に設定することがより好ましく、２０質量％以上、５０質量％以下に設定することがさらに好ましい。グランドパッキン１中の中芯材３の含有率を２０質量％以上、５０質量％以下に設定することにより、漏洩量をより低減できるとともに、所定以上の高い締付力残留率を確保しやすくなる。

また、ヤーン４は、すべてが略同一構造を有するものとしているが、例えば、一部のヤーン４が残りのヤーン４に対して異なる構造を有するものとしてもよい。

図３に示すように、本実施形態において、各ヤーン４は、膨張黒鉛材５１と、潤滑剤と、膨張黒鉛材５１を補強するための補強材５２とから構成されている。膨張黒鉛材５１は、長尺状に形成されている。前記潤滑剤は、概ねヤーン４のうちの隣り合うヤーン４間に介在するように設けられている。潤滑剤としては、例えば、フッ素樹脂パウダー（ＰＴＦＥディスパージョン等）が挙げられる。

補強材５２は、膨張黒鉛材５１をその外側または内側から補強するための少なくとも１つの線材を用いて構成されるものである。本実施形態において、補強材５２は、膨張黒鉛材５１をその外側から補強するものであり、膨張黒鉛材５１よりも細く形成されている。補強材５２を構成する前記少なくとも１つの線材としては、例えば、ニッケル合金やステンレス等の金属線、有機繊維（木綿等）または無機繊維（炭素繊維等）からなる非金属線が挙げられる。

本実施形態のように、補強材５２が膨張黒鉛材５１をその外側から補強する外側補強構造が用いられる場合、膨張黒鉛材５１が複数の繊維状膨張黒鉛から構成され、補強材５２が前記少なくとも１つの線材のニット編み等により形成された、膨張黒鉛材５１を充填する筒状体とされる。なお、外側補強構造は、これに限定するものではなく、例えば膨張黒鉛材５１が山折りおよび谷折り、または山折りもしくは谷折りに畳まれ、補強材５２がこの折り畳まれた状態の膨張黒鉛材５１を被覆する前記少なくとも１つの線材の編組体とされるものとしてもよい。

また、前記外側補強構造に代えて、補強材５２を膨張黒鉛材５１の内側から補強する内側補強構造を用いることも可能であり、この場合には、例えば、補強材５２が張黒鉛材５１に沿うように設けられ、この状態にある膨張黒鉛材５１が補強材５２を包むように山折りおよび谷折り、または山折りもしくは谷折りに畳まれた紐状体とされる内側補強構造を採用してもよいし、補強材５２が張黒鉛材５１に沿うように設けられ、この状態にある膨張黒鉛材５１がひねられた紐状体とされる内側補強構造を採用してもよい。

このような構成により、グランドパッキン１を、その使用に際して、内側被シール部と外側被シール部との間に配置するために、即ち所定の機器のスタッフィングボックスに詰め込むためにリング状に湾曲させた場合、グランドパッキン１のうちの中芯材３（シール材組成物２）が、前述のとおり、隣り合うシート状部材１０を、互いの位置ずれが生じるように、それぞれ包囲体６の長手方向Ｘに摺動することが可能となる。

したがって、シート状部材１０の膨張黒鉛の一部欠損を抑止しつつ、中芯材３ひいてはこれを用いるグランドパッキン１の可撓性を向上させることができる。よって、グランドパッキン１を湾曲させたとき、シート状部材１０の膨張黒鉛の一部欠損に起因する中芯材３のシール性能低下が発生することを抑制でき、グランドパッキン１のシール性能の向上を図ることができる。

さらに、例えば図３に示すようにグランドパッキン１を使用する際に、中芯材３におけるシート状部材１０の積層方向が内側被シール部の軸方向となるようにグランドパッキン１をリング状に形成すれば、積層されたシート状部材１０をそれぞれ複雑に折り畳んだ状態に保つことができ、中芯材３のシール性能の向上を図ることができる。これにより、グランドパッキン１のシール性能の更なる向上を図ることができる。

また、本実施形態においては、潤滑剤を使用しない中芯材３を用いるので、グランドパッキン１における、応力緩和の原因の一つとなる潤滑剤の使用量の低減を図ることができる。したがって、応力緩和を抑制でき、これによりグランドによる締付力の低下を抑制できる。結果、グランドパッキン１とスタッフィングボックスの内面との間に隙間を生じにくくして、長期間にわたって良好なシール性能を確保できる。

本発明に係るグランドパッキンを使用すれば、流体の単位時間当たりの漏洩量（シール特性）、および、締付力残留率の低下（応力緩和）が抑制されることを、次の実験を実施することにより確認できた。この実験においては、本発明に係る実施例１、実施例２、実施例３、実施例４および実施例５を準備するとともに、比較例１および比較例２を準備した。また、これらに対応する実験機７０を準備した。

実施例１は、積層体（膨張黒鉛）：包囲体（金属線）＝８５：１５である質量比率を有する中芯材と、膨張黒鉛材：補強材（金属線）：潤滑剤＝８０：１０：１０である質量比率を有する複数本のヤーンとを備え、中芯材：複数本のヤーン＝５：９５である質量比率を有するグランドパッキンである。

実施例２は、積層体（膨張黒鉛）：包囲体（金属線）＝８５：１５である質量比率を有する中芯材と、膨張黒鉛材：補強材（金属線）：潤滑剤＝８０：１０：１０である重量比率を有する複数本のヤーンとを備え、中芯材：複数本のヤーン＝２０：８０である質量比率を有するグランドパッキンである。

実施例３は、積層体（膨張黒鉛）：包囲体（金属線）＝８５：１５である質量比率を有する中芯材と、膨張黒鉛材：補強材（金属線）：潤滑剤＝８０：１０：１０である重量比率を有する複数本のヤーンとを備え、中芯材：複数本のヤーン＝３０：７０である質量比率を有するグランドパッキンである。

実施例４は、積層体（膨張黒鉛）：包囲体（金属線）＝８５：１５である質量比率を有する中芯材と、膨張黒鉛材：補強材（金属線）：潤滑剤＝８０：１０：１０である質量比率を有する複数本のヤーンとを備え、中芯材：複数本のヤーン＝５０：５０である質量比率を有するグランドパッキンである。

実施例５は、積層体（膨張黒鉛）：包囲体（金属線）＝８５：１５である質量比率を有する中芯材と、膨張黒鉛材：補強材（金属線）：潤滑剤＝８０：１０：１０である質量比率を有する複数本のヤーンとを備え、中芯材：複数本のヤーン＝７０：３０である質量比率を有するグランドパッキンである。

比較例１は、積層体（膨張黒鉛）：包囲体（金属線）＝８５：１５である質量比率を有する中芯材と、膨張黒鉛材：補強材（金属線）：潤滑剤＝８０：１０：１０である質量比率を有する複数本のヤーンとを備え、中芯材：複数本のヤーン＝４：９６である質量比率を有するグランドパッキンである。

比較例２は、積層体（膨張黒鉛）：包囲体（金属線）＝８５：１５である質量比率を有する中芯材と、膨張黒鉛材：補強材（金属線）：潤滑剤＝８０：１０：１０である質量比率を有する複数本のヤーンとを備え、中芯材：複数本のヤーン＝７１：２９である質量比率を有するグランドパッキンである。

実験機７０は、図１１に示すように、油圧シリンダ７１を備える油圧ユニット７２と、軸荷重測定用の第１荷重変換器７３と、締付力測定用の第２荷重変換器７４と、パッキン箱７５と、加熱ヒーター７６と、制御部７７とを備える。パッキン箱７５には、図２（ａ）に示すようなシール装置８０が組み込まれ得るようになっている。

実験機７０は、シール対象流体を、入口路８１を通じてボックス基部８２に取り込み、取込後のシール対象流体を加熱ヒーター７６により昇温させ、その後にパッキン箱７５に組み込まれた前記シール装置に供給するとともに、このシール対象流体を供給された前記シール装置から漏洩した流体をボックス主部８３から排出路８４を通じて排出することができるように構成されている。

実験機７０は、前記シール装置に供給されるシール対象流体の圧を検出するための圧力計８６と、その検出後の圧を制御用信号に変換するための圧力変換器８７と、シール対象流体の温度を検出するための温度センサ８８とを備えている。さらに、実験機７０は、締付力残留率を測定するためのロードセル（図示せず）を前記シール装置に備えている。

ここで、前記シール装置は、図２（ａ）を用いて言えば、外側被シール部１０２（パッキン箱７５）のスタッフィングボックス１０３と、内側被シール部（ステム）１０１を囲繞する状態でスタッフィングボックス１０３に詰め込まれたグランドパッキン（グランドパッキン１のように配置されるもの）と、スタッフィングボックス１０３に詰め込まれた状態の前記グランドパッキンを締め付けるためのグランド（パッキン押え）１０４を備えるものである。

そして、前記シール装置は、グランド１０４側に設けられたボルトの締め込みにより、ステム１０１の軸方向に沿って並べられた複数の前記グランドパッキン（実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５、比較例１および比較例２のいずれか）をステム１０１の軸方向に押圧して、スタッフィングボックス１０３の内面とステム１０１の外周面との間をシールするシール部を形成するようになっている。

実験時には、まず実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５、比較例１および比較例２のグランドパッキンをステム１０１に対応するリング状に圧縮成形する。次に、実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５、比較例１および比較例２のいずれかのグランドパッキンがステム１０１を囲繞するように当該グランドパッキンを前記シール装置に複数設ける。次に、これらのグランドパッキンを備える前記シール装置をパッキン箱７５に組み込む。

次に、入口路８１からボックス基部８２に取り込まれたシール対象流体を加熱ヒーター７６により昇温させる。次に、昇温後のシール対象流体をボックス基部８２からパッキン箱７５に組み込まれた前記シール装置に供給する。このシール対象流体の供給時には、油圧ユニット７２の油圧シリンダ７１を駆動させることにより、ステム１０１を往復スライド移動させる。

この際に、実験機７０においては、排出路８４からの流体の漏洩量（単位時間当りの漏洩量）およびロードセルによる締付力残留率が計測され、制御部７７に記憶されるようになっている。実験機７０においては、また、流体の圧力、温度、前記シール装置（グランドパッキン）の締付力、ステム９２に作用する軸荷重がそれぞれ計測され、制御部７７に集約されて記憶されるようになっている。

実験機７０を用いた実験条件は、次のとおりである。すなわち、リング状に圧縮性成形した実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５、比較例１および比較例２の各々のグランドパッキン寸法：φ２４（内径）×φ３７（外径）×ｔ６．４（高さ）、液体温度：４００℃、液体圧力：１５．５ＭＰａである。

この実験により、図１２に示す実験結果を得られた。図１２に示す実験結果より、実施例１、実施例２、実施例３、実施例４および実施例５の各々について、排出路８４からの漏洩量（単位時間当りの漏洩量）、および、締付力残留率の低下（応力緩和）を抑制でき、所定の基準値内であることがわかった（図中では、このことを○で示している）。つまり、流体の単位時間当たりの漏洩量（シール特性）、および、締付力残留率の低下を抑制できる効果、即ちシール性能を向上できる効果があることが明らかになった。

また、図１２に示す実験結果より、比較例１については、締付力残留率を抑制することが困難であり、所定の基準値から外れることがわかった（図中では、このことを×で示している）。さらに、比較例２については、排出路８４からの漏洩量（単位時間当りの漏洩量）を抑制することが困難であり、所定の基準値から大幅に外れることがわかった（図中では、このことを×で示している）。つまり、比較例１および比較例２のような構成であれば、シール性能の向上を見込めないことが明らかになった。

また、本発明のグランドパッキンは、本実施形態においては中芯材３（シール材組成物２）とヤーン４とから構成したものとしているが、これに限定されるものではなく、ヤーン４を用いずにシール材組成物２のみから構成したものとすることも可能である。

なお、上述の教示を考慮すれば、本発明が多くの変更形態および変形形態をとり得ることは明らかである。したがって、本発明が、添付の特許請求の範囲内において、本明細書に記載された以外の方法で実施され得ることを理解されたい。

１ グランドパッキン
２ シール材組成物
３ 中芯材
４ ヤーン
５ 積層体
６ 包囲体
５１ 膨張黒鉛材
５２ 補強材

Claims (5)

1. シール材組成物を含むグランドパッキンであって、
   前記シール材組成物は、
   積層体と、
   前記積層体を包囲する長尺状の包囲体と、を備え、
   前記積層体は、
   膨張黒鉛によりテープ状に形成されるシート状部材を複数有し、
   前記複数のシート状部材が、前記包囲体の長手方向と交差する方向に積層され、
   前記複数のシート状部材のうち、積層方向に隣り合うシート状部材の一方が他方に対して前記包囲体の長手方向にずれるように配置され、かつ前記包囲体の長手方向に相対移動可能に設けられ、
   前記包囲体は、
   前記隣り合うシート状部材の積層状態を保持しつつ、前記複数のシート状部材に対して前記包囲体の長手方向に相対移動することを許容する、グランドパッキン。
2. 前記シール材組成物が用いられた中芯材と、
   前記中芯材に沿ってその長手方向に延設されるととともに、前記中芯材の周りに集束するようにひねり加工または編組されているヤーンと、を備えている、請求項１に記載のグランドパッキン。
3. 前記シール材組成物の包囲体が、金属線から形成され、
   前記ヤーンが、膨張黒鉛材、前記膨張黒鉛材を補強する補強材を備える、請求項２に記載のグランドパッキン。
4. 前記中芯材が、前記グランドパッキンの総質量を基準にして５質量％以上、７０質量％以下である、請求項２または請求項３に記載のグランドパッキン。
5. 前記シール材組成物のみから形成される、請求項１に記載のグランドパッキン。

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