WO2023063210A1 - グランドパッキン - Google Patents

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WO2023063210A1
WO2023063210A1 PCT/JP2022/037443 JP2022037443W WO2023063210A1 WO 2023063210 A1 WO2023063210 A1 WO 2023063210A1 JP 2022037443 W JP2022037443 W JP 2022037443W WO 2023063210 A1 WO2023063210 A1 WO 2023063210A1
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WO
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packing
gland packing
gland
protective layer
peripheral surface
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/037443
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English (en)
French (fr)
Inventor
和義 佐藤
貴士 川崎
涼平 村上
Original Assignee
日本ピラー工業株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 日本ピラー工業株式会社 filed Critical 日本ピラー工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/18—Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for elastic or plastic packings
    • F16J15/20—Packing materials therefor
    • F16J15/22—Packing materials therefor shaped as strands, ropes, threads, ribbons, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/18—Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for elastic or plastic packings
    • F16J15/24—Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for elastic or plastic packings with radially or tangentially compressed packing

Definitions

  • the present invention relates to gland packing, and particularly to one containing fluororesin.
  • “Gland packing” is packed in a stuffing box for the purpose of sealing the gap between the opening of the casing of fluid equipment and the movable shaft (preventing fluid leakage from the gap or preventing foreign matter from entering the gap). It is a general term for packing (string-shaped or ring-shaped flexible member).
  • a "stuffing box” is a cylindrical member fitted inside the opening of the casing, surrounding the movable shaft and forming an annular space, that is, a packing chamber, between the inner peripheral surface of itself and the outer peripheral surface of the movable shaft. Form. In the packing chamber, a string-like packing is wound around the movable shaft, or an annular packing is arranged side by side along the movable shaft to form a cylindrical structure. form.
  • Mold packing molded packing
  • Blade packing is made by stacking sheet-like materials in an annular mold, spirally winding tape-like materials, or filling granular materials and applying pressure to create an annular shape.
  • Mold packing molded packing
  • Blade packing braided packing
  • One gland packing may include two or more types of rings with different structures or materials (for example, see FIG. 9 of Patent Document 2 and FIG. 7 of Patent Document 5). Such a gland packing is called a "combination packing”. Types of rings included in combination packings include, for example, seal packings and adapter packings.
  • the "seal packing” is a ring whose main purpose is to maintain the required sealing performance of the gland packing, and is usually arranged in the central portion of the gland packing in the axial direction.
  • Adapter packing is a ring that has higher mechanical strength than seal packing, and is usually placed at both ends of the gland packing in the axial direction. deformation and entering the gap between the stuffing box and surrounding members such as the packing retainer).
  • a plurality of rings forming the same gland packing may be individually packed in a stuffing box, or may be packed after being integrated into a single cylindrical structure (see, for example, Patent Document 5).
  • annular members with high mechanical strength such as spacer rings, backup rings, lantern rings, etc. are incorporated as necessary.
  • the spacer ring is sandwiched between the rings that make up the gland packing to equalize pressure between the rings, prevent deformation of the rings, or release heat from the rings.
  • the backup ring is arranged on one side or both sides of the gland packing in the axial direction to prevent the gland packing from sticking out.
  • the lantern ring is H-shaped in cross-section taken along a plane containing the central axis, ie, includes circumferential grooves on each of the outer and inner peripheral surfaces. Normally, the grooves on the outer peripheral surface and the grooves on the inner peripheral surface communicate with each other through radial through holes.
  • the lantern ring is adjacent to the filling port of the stuffing box between the rings constituting the gland packing or on one side of the gland packing in the axial direction, and allows the lubricating liquid or cooling liquid supplied from the filling port to flow into the groove. to spread around the circumference of the gland packing.
  • a cylindrical structure constructed by incorporating these annular members into a gland packing is also called a "gland packing.”
  • Japanese Patent No. 3862853 JP 2020-084993 A Japanese Patent No. 4340647 Japanese Patent No. 6182461 Japanese Patent No. 5972208 Japanese Patent No. 6603589
  • gland packing materials The following properties are mainly required for gland packing materials. (1) It has high heat resistance, and can withstand temperature rise caused by friction with a movable shaft, high-temperature fluid, or the driving part of fluid equipment. (2) It has excellent chemical resistance and is chemically stable against fluids. (3) Low coefficient of friction with respect to the movable shaft. Expanded graphite is a representative material having these properties.
  • inorganic materials such as glass, carbon and ceramics, and fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) are known. In particular, fluororesin improves the chemical resistance of the gland packing and reduces the coefficient of friction of the gland packing against the movable shaft. It is also used as an additive to be incorporated (see Patent Documents 4 and 6, for example).
  • the gland packing containing fluororesin has a problem that it is difficult to maintain the upper limit of the operating temperature sufficiently high.
  • the reason for this problem is as follows. Fluororesins undergo oxidative decomposition when the temperature in air exceeds a certain level. Its level (hereinafter referred to as "decomposition temperature”) is 350° C. for PTFE, for example. Furthermore, carbonyl fluoride (COF 2 ), which is one of the decomposition products, reacts with moisture in the air to produce hydrogen fluoride (HF).
  • HF has the property of corroding the movable shaft
  • the operating temperature of the gland packing containing fluororesin exceeds the decomposition temperature of the fluororesin, the region of the surface of the movable shaft that comes into contact with the gland packing and its vicinity will be corroded. , HF corrosion can occur. If this corrosion is excessive, the sealing performance of the gland packing will deteriorate, and there is a danger that the durability of the movable shaft will be impaired. In order to avoid this danger, the operating temperature of the gland packing containing fluororesin must be limited to the decomposition temperature of the fluororesin or less.
  • An object of the present invention is to solve the above problems, and in particular to provide a gland packing that can be used at a temperature higher than the decomposition temperature of the contained fluororesin.
  • a gland packing according to one aspect of the present invention comprises a sealing layer and a protective layer.
  • the seal layer is a cylindrical portion containing fluororesin, and has an outer peripheral surface that is brought into close contact with the inner peripheral surface of the stuffing box and an inner peripheral surface that is brought into close contact with the outer peripheral surface of the movable shaft of the fluid device.
  • the protective layer is an annular portion that does not contain fluororesin, covers at least the air-side end face of the seal layer in the axial direction, and prevents oxygen and moisture from entering the seal layer.
  • the protective layer may have a thickness of 5 mm or more in the axial direction regardless of the diameter of the movable shaft.
  • the protective layer prevents oxygen and moisture from entering the sealing layer. Therefore, even if the temperature of the gland packing reaches the decomposition temperature of the fluororesin in the seal layer, the seal layer lacks both oxygen necessary for oxidative decomposition and moisture necessary for HF generation. HF generation from the sealing layer is suppressed. As a result, even if the temperature of the gland packing is maintained at a level higher than the decomposition temperature, corrosion of the movable shaft due to HF is unlikely to progress, so the sealing performance of the gland packing is kept high and the durability of the movable shaft is less likely to be impaired. . Thus, the gland packing can be used at a temperature higher than the decomposition temperature of the fluororesin it contains.
  • the above-mentioned gland packing according to the present invention is a combination packing including a seal packing and an adapter packing, the seal layer being the entire seal packing, and the protective layer being at least adjacent to the atmosphere side of the seal packing in the adapter packing.
  • the gland packing can be easily constructed from existing members.
  • the sealing layer and protective layer may be integrated by compression molding.
  • the above-described gland packing according to the present invention is easy to handle in operations such as stuffing into a stuffing box.
  • the air-side end of the protective layer may be covered with a metal plate.
  • the function of the protective layer to block oxygen and moisture is strengthened, and the protective layer can also have the function of supplementing the mechanical strength of the seal layer.
  • the above gland packing according to the present invention may further comprise a sacrificial member.
  • the sacrificial member is an annular member located on the atmosphere side of the protective layer of the gland packing and adjacent to the atmosphere side, and contains a sacrificial metal.
  • the sacrificial metal is a metal whose corrosion resistance to HF is lower than the material of the movable shaft.
  • the sacrificial metal is preferably aluminum or nickel.
  • the surface of the sacrificial member has a hole, recess, or groove, or a cavity inside the sacrificial member, and the sacrificial metal is placed in the hole, recess, groove, or cavity.
  • a lantern ring may be used as a sacrificial member.
  • the above gland packing according to the present invention is provided with a sacrificial member, even if oxygen and moisture break through the protective layer and penetrate into the sealing layer, even if HF is generated from the sealing layer, the HF will be a movable axis. Corrodes the sacrificial metal first. As a result, the amount of HF that corrodes the movable shaft is suppressed, so the gland packing according to the present invention can delay the progress of corrosion of the movable shaft due to HF for a longer period of time.
  • FIG. (a) is a perspective view schematically showing the appearance of a blade packing that constitutes a gland packing according to an embodiment of the present invention.
  • (b) is a perspective view schematically showing the appearance of the cross section of the blade packing of (a) and its vicinity.
  • (c) is a perspective view schematically showing the structure of the yarn that constitutes the blade packing of (a).
  • 4 is a cross-sectional view of a gland packing and a shaft sealing device according to an embodiment of the present invention;
  • FIG. (a) is a cross-sectional view of an apparatus used in a gland packing stem corrosion test.
  • (b) is a schematic cross-sectional view of a first test product.
  • (c) is a schematic cross-sectional view of a second test product.
  • (d) is an enlarged view of the surface of the simulated stem that was in contact with the first test article.
  • (e) is an enlarged view of the surface of the simulated stem that was in contact with the second test article.
  • (a) is a perspective view schematically showing the appearance of a molded packing that constitutes a gland packing according to a first modified example of the embodiment of the present invention.
  • (b) is a schematic cross-sectional view of the mold packing of (a).
  • (c) is a schematic cross-sectional view of a blade packing that constitutes a gland packing according to a second modified example of the embodiment of the present invention;
  • (d) is a schematic cross-sectional view of a protective layer of a gland packing according to a third modified example of the embodiment of the present invention;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a gland packing and a shaft sealing device according to a fourth modified example of the embodiment of the invention;
  • a gland packing according to an embodiment of the present invention is mounted on a valve, for example, and used to seal the gap between the opening of the casing and the stem.
  • a “casing” is also called a “valve box” and is a housing that houses a flow path inside.
  • a “stem” is also called a “valve stem” and is a rod-shaped member that transmits power to the valve body of a valve or the like by rotating around a central axis or reciprocating in the direction of the central axis. Since the power transmission destination is located in the flow path in the casing, the casing must have an opening for the stem to pass through. Gland packing according to embodiments of the present invention prevents fluid from leaking through this opening. [Ring structure]
  • a gland packing ring according to an embodiment of the present invention is formed, for example, of a blade packing 100 described below.
  • FIG. 1(a) is a perspective view schematically showing the appearance of the blade packing 100
  • FIG. 1(b) is a cross section (a section perpendicular to the longitudinal direction) of the blade packing 100 and an appearance of the vicinity thereof. It is a perspective view showing typically.
  • the blade packing 100 is a string-like member having a square cross section, and has a width and thickness of, for example, several millimeters to several tens of millimeters.
  • Braid packing 100 includes one core 110 and eight yarns 120 .
  • the core 110 is a string-like expanded graphite material
  • the yarn 120 is a wire material in which a cylindrical member 121 is filled with an expanded graphite material 122 .
  • both the core 110 and the yarn 120 have a circular cross section with a diameter of, for example, several millimeters before they are braided into the braided packing 100 .
  • eight yarns 120 are twisted around the core 110 into a single strand, for example, by octuple braiding, and the cross-section of the entire strand is trimmed into a square by compression molding.
  • both the core 110 and the yarns 120 are greatly distorted from a circular cross section, as shown in FIG. 1(b).
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of the yarn 120 .
  • Tubular member 121 includes fibrous material 123 that is woven into a tubular shape.
  • the fiber material 123 is made of metal such as Inconel (registered trademark) or stainless steel, and has a thickness of, for example, several tenths of a millimeter.
  • the expanded graphite material 122 is fibrous, for example, and has a thickness of several tenths of a millimeter to several millimeters and a length of several hundred millimeters.
  • a plurality of expanded graphite materials 122 are packed in a tubular member 121 in parallel with the axial direction of the tubular member 121 without gaps. Due to the presence of the tubular member 121 , the yarn 120 does not easily lose its shape when braided into the blade packing 100 and improves the mechanical strength of the blade packing 100 .
  • blade packing 100 two types are prepared: one containing, for example, PTFE as a fluororesin, and one containing no fluororesin. Impregnation, for example, is used as a method of incorporating PTFE into the blade packing 100 . Specifically, for example, the blade packing 100 is immersed in the PTFE dispersion for a predetermined time in a string-shaped state as shown in FIG. is dried until all the medium (usually water) has evaporated. As a result, fine particles of PTFE remain in the blade packing 100 . [Structure of shaft sealing device]
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the gland packing 200 and shaft sealing device 500 according to the embodiment of the present invention.
  • the shaft sealing device 500 is a device for sealing the gap between the stem 510 of the valve and the opening 551 of the casing 550 with the gland packing 200 .
  • the cross section shown in FIG. 2 includes the central axis of stem 510 .
  • the central axis of the stem 510 is parallel to the left-right direction
  • the flow path 540 inside the casing 550 is located on the left side
  • the external space 560 of the casing 550 extends on the right side, generally communicating with the outside air.
  • the left side that is, the side closer to flow path 540
  • the shaft sealing device 500 includes a stuffing box 520 and a packing gland 530 .
  • the stuffing box 520 is a cylindrical member fitted inside the opening 551 of the casing 550 and coaxially surrounds the stem 510 .
  • the stuffing box 520 has a fluid-side end (left end in FIG. 2) 521 facing the flow path 540 in the casing 550, and an air-side end (right end in FIG. 2) 522 protruding outside the casing 550.
  • the inner peripheral surface 523 of the stuffing box 520 forms an annular packing chamber with the outer peripheral surface 511 of the stem 510 .
  • the packing chamber is closed with gland packing 200 .
  • the packing gland 530 is an annular member that coaxially surrounds the stem 510 inside the air-side end 522 of the stuffing box 520, and its fluid-side end (left end in FIG. 2) 531 is the air side of the packing chamber. (on the right side in FIG. 2) is closed.
  • An annular flange 533 protrudes in the outer peripheral direction from an air-side end (right end in FIG. 2) 532 of the packing retainer 530, and is fixed to an air-side end 522 of the stuffing box 520 with a plurality of bolts 534. ing. [Configuration of gland packing]
  • the gland packing 200 is composed of five rings 210, 221, 222, for example. Each of the rings 210, 221, and 222 is formed by compression-molding the blade packing 100 into an annular shape. It is adjusted to a value equal to or greater than the internal WP. The rings 210, 221, 222 are forced into the packing chamber and aligned side-by-side along the stem 510 to form the gland packing 200 into a tubular structure. The outer peripheral surface of the gland packing 200 is in close contact with the inner peripheral surface 523 of the stuffing box 520 , and the inner peripheral surface is in close contact with the outer peripheral surface 511 of the stem 510 . The fluid side end (left end in FIG.
  • the gland packing 200 increases the degree of close contact between the inner peripheral surface 523 of the stuffing box 520 and the outer peripheral surface 511 of the stem 510, the fluid cannot penetrate between the gland packing 200 and either surface 523, 511. .
  • the gap between stem 510 and rib 524 is sealed.
  • the three rings 210 arranged in the center in the axial direction are all formed of the blade packing 100 containing PTFE, and the two rings 221 and 222 arranged at both ends in the axial direction are either are also made of blade packing 100 that does not contain fluororesin.
  • the cylindrical portion composed of the central ring 210 will be referred to as a "seal layer”
  • the annular portions composed of the rings 221 and 222 at each end will be referred to as a "protective layer”.
  • the sealing layer 210 alone can achieve the sealing performance required for the gland packing 200 . This is because the thickness TS of the seal layer 210 in the axial direction is designed to be sufficiently large. Since the sealing layer 210 further comprises PTFE, it has a sufficiently high chemical resistance and a sufficiently low coefficient of friction against the stem 510 . As a result, sealing layer 210 is chemically stable to any of the types of fluids that are expected to fill flow path 540 , keeping gland packing 200 highly sealed, and providing a good seal against stem 510 . To keep the sliding resistance of the packing 200 sufficiently low.
  • the protective layers 221 and 222 cover both end surfaces of the sealing layer 210 in the axial direction. Since the fibrous expanded graphite material is densely entangled in the blade packing 100, it is not easy for oxygen molecules and water molecules to pass through them. As a result, the protective layers 221 and 222 prevent oxygen and moisture from entering the seal layer 210 from both the fluid in the channel 540 and the air outside the stuffing box 520 . In particular, by designing the thickness TP of each of the protective layers 221 and 222 in the axial direction to be sufficiently large, the amount of oxygen required for oxidative decomposition of PTFE in the seal layer 210 is also required for the generation of HF. A large amount of water does not easily penetrate.
  • the protective layers 221 and 222 do not contain any fluororesin. Therefore, even if the temperature of gland packing 200 reaches the decomposition temperature of PTFE of 350° C., generation of HF from gland packing 200 is suppressed. As a result, even if the temperature of the gland packing 200 is maintained at a level higher than the PTFE decomposition temperature of 350° C., the stem 510 is less likely to be corroded by HF. Durability is less likely to be compromised. Thus, the gland packing 200 can be used at a temperature higher than 350° C., the decomposition temperature of PTFE. [Corrosion test]
  • FIG. 3(a) is a cross-sectional view of an apparatus 600 used for the corrosion test.
  • Device 600 is a model of shaft seal device 500 and surrounds simulated stem 610 .
  • a simulated stem 610 is a model of the stem 510, and is a round bar made of SUS403 and having a diameter DS of 32 mm, for example.
  • the cross section shown in FIG. 3( a ) includes the central axis of the simulated stem 610 .
  • the central axis of the simulated stem 610 is parallel to the vertical direction, the upper side is assumed to be the atmosphere side, and the lower side is assumed to be the fluid side.
  • the device 600 includes a stuffing box 620 and a packing gland 630.
  • Stuffing box 620 is a cylindrical member that coaxially surrounds simulated stem 610.
  • the packing chamber is closed with a gland packing 310 to be tested.
  • An annular rib 624 protrudes from an end 621 on the fluid side of the stuffing box 620 (lower end in FIG. 3A) toward the outer peripheral surface 611 of the simulated stem 610 to form the bottom of the packing chamber. .
  • the packing retainer 630 is an annular member that coaxially surrounds the simulated stem 610 on the atmospheric side of the stuffing box 620 (the upper side in FIG. 3(a)), and the end on the fluid side (the lower end in FIG. 3(a)).
  • Part) 631 closes the opening of the packing chamber on the atmosphere side (the upper side in FIG. 3(a)).
  • An annular flange 633 protrudes in the outer peripheral direction from an air-side end (upper end in FIG. 3A) 632 of the packing retainer 630, and a plurality of bolts are attached to the air-side end 622 of the stuffing box 620. 634.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of the first test article 310
  • FIG. 3C is a schematic cross-sectional view of the second test article 320.
  • the presence or absence of fluorine resin differs between the first ring 311 and the second ring 312 . That is, while the blade packing 100 of the first ring 311 contains PTFE, the blade packing 100 of the second ring 312 does not contain any fluororesin.
  • Four rings 311, 312 are forced into the packing chamber and aligned side-by-side along the simulated stem 610 so that the specimens 310, 320 form a tubular structure. The arrangements of the four rings 311, 312 are different between these cylindrical structures.
  • the first test product 310 has a first ring 311 in the central portion in the axial direction and a second ring 312 in both ends in the axial direction.
  • the second test piece 320 as shown in FIG. Configured.
  • the test was conducted in the following procedure. First, the packing chamber is filled with the test article 310 or 320, and the packing gland 630 closes the opening of the packing chamber on the atmosphere side. Next, the bolt 634 is tightened so that the fluid-side end (lower end in FIG. 3(a)) 631 of the packing gland 630 presses the test article 310 or 320 against the rib 624 with a pressure of, for example, 30 N/mm 2 . The tightening torque is adjusted. As a result, the test article 310 or 320 is compressed in the axial direction (vertical direction in FIG. 3(a)), and expands radially (horizontal direction in FIG. 3(a)) into the stuffing box 620.
  • the degree of close contact between the peripheral surface 623 and the outer peripheral surface 611 of the simulated stem 610 is increased. Subsequently, the device 600 in this state is heated in an electric furnace and maintained at a temperature higher than the decomposition temperature of PTFE, 350° C., for example, 400° C. for 24 hours. After the device 600 has cooled to room temperature, the simulated stem 610 is removed from the device 600 and visually inspected for corrosion on its surface.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the surface of the simulated stem 610 that was in contact with the first test article 310
  • (e) is an enlarged view of the surface of the simulated stem 610 that was in contact with the second test article 320. It is an enlarged view.
  • Each enlarged view shows the portion of the surface of the simulated stem 610 that is in contact with the air-side ends of the test pieces 310 and 320, specifically, the dashed line portion STR shown in FIG. 3(a).
  • No corrosion is observed on the surface of the simulated stem 610 shown in FIG. 3(d).
  • corrosion CRD appears on the surface of the simulated stem 610 shown in (e) of FIG. 3 (see the dashed line shown in (e) of FIG. 3).
  • the corrosion CRD appearing on the surface of the second test piece 320 is due to HF generated by oxidative decomposition of the PTFE contained in the first ring 311. Except for the arrangement of the rings 311 and 312, there is no difference between the test products 310 and 320 in the conditions that can affect the amount of HF produced, such as the content of PTFE. Therefore, the presence or absence of corrosion CRD reveals the following.
  • the second ring 312 isolates the first ring 311 from the outside air, so oxygen and moisture are less likely to enter the first ring 311.
  • FIG. As a result, even at a high temperature of 400° C., the amount of HF generated from the PTFE in the first ring 311 is suppressed to the extent that it does not substantially corrode the surface of the simulated stem 610 .
  • the first ring 311 has the same structure as the seal layer 210 of the gland packing 200 shown in FIG. Therefore, by covering both end surfaces of the sealing layer 210 with the protective layers 221 and 222 to prevent oxygen and moisture from entering the sealing layer 210, even at a high temperature of 400° C., the PTFE in the sealing layer 210 releases HF. Only an amount that does not substantially corrode the surface of stem 510 should be produced.
  • the axial thickness TP of the second ring 312 relates to the diameter DS of the simulated stem 610.
  • three types of simulated stems 610 with respective diameters DS of 19 mm, 24 mm, and 32 mm were subjected to the corrosion test using the first test piece 310 according to the above procedure.
  • the inner diameters of the rings 311 and 312 are adjusted to a value equal to or smaller than the diameter DS of the simulated stem 610
  • the thickness TP in the axial direction of the second ring 312 was set to 2 mm and 5 mm.
  • the thickness TP was set to two types of 3 mm and 5 mm, and the thickness TP was set to three types of 4 mm, 5 mm and 7 mm in the test for the simulated stem 610 having a diameter DS of 32 mm.
  • Table 1 shows the results of corrosion tests conducted as described above.
  • the gland packing 200 is mounted on the valve and used to seal the gap between the opening 551 of the casing 550 and the stem 510 .
  • the gland packing according to the embodiment of the present invention may be mounted on other fluid equipment and used to seal the gap between the opening of the casing and the movable shaft.
  • fluid devices include pumps and other devices that use power to change fluid pressure, and generators and other devices that use fluid pressure to drive power. It includes the equipment that produces it.
  • “Casing” means a housing such as a main body of a pump that houses a flow path inside.
  • Gland packing according to embodiments of the present invention can also be used to prevent fluid from leaking from this opening.
  • the cross section of the blade packing 100 is square, but it may be rectangular or round.
  • the yarn 120 is formed by filling a fibrous expanded graphite material 122 into a tubular member 121, and in addition, for example, a tape-shaped expanded graphite material is rolled or laminated. good too.
  • eight braids are used in the process of forming the bundle of yarns 120 into a single string, but other braiding processes such as bag knitting, lattice knitting, or twisting are used. good too.
  • the core 110 nor the tubular member 121 are essential components for the present invention, one or both of them 110 and 121 may be omitted.
  • the rings 210, 221, and 222 that constitute the gland packing 200 are obtained by compressing the blade packing 100 into an annular shape in advance. However, any or all of the rings 210, 221, 222 may be coaxially wound around the stem 510 while the blade packing 100 remains string-like.
  • the blade packing 100 that constitutes the seal layer 210 of the gland packing 200 is impregnated with PTFE.
  • This impregnation is performed on the bundle of yarns 120 after being twisted into a string, but may also be performed individually on the yarns 120 before being twisted, or on the tubular member. It may be performed separately on the expanded graphite material 122 before being filled in 121 .
  • the expanded graphite material 122 in the yarn 120 may be replaced with a fluororesin member.
  • the fluorine resin instead of PTFE, perfluoroalkoxyalkane (PFA), polyvinylidene fluoride (PVDF), or the like may be used.
  • both end surfaces of the seal layer 210 are covered with protective layers 221 and 222 .
  • at least the air-side end surface of the seal layer 210 should be covered with the protective layer 221 .
  • the fluid in the flow path 540 is of a type that does not contain oxygen or moisture, such as an oil system, and the amount of oxygen and moisture entering the seal layer 210 from the fluid side is negligible, the fluid in the seal layer 210
  • the protective layer 222 covering the side end face may be omitted.
  • the seal layer 210 and the protective layers 221 and 222 of the gland packing 200 have the same ring structure and material, except for the presence or absence of PTFE.
  • the structure or material of the ring may be different between the sealing layer and the protective layer, and in particular the gland packing may be a combination packing including a seal packing and an adapter packing.
  • the seal layer is the entire seal packing
  • the protective layer includes at least that part of the adapter packing that is adjacent to the atmosphere side of the seal packing. That is, the gland packing according to the present invention can be easily constructed from existing members by adjoining the adapter packing that does not contain fluororesin on the atmosphere side of the seal packing.
  • the gland packing 200 forms a single cylindrical structure by combining separate rings 210, 221, and 222 in the packing chamber.
  • the rings 210, 221, 222 may be integrated into a single tubular structure by compression molding prior to being packed into the packing chamber. In this case, the gland packing 200 is easy to handle in the work of filling the packing chamber.
  • both the sealing layer 210 and the protective layers 221 and 222 are made of the blade packing 100, but in addition, one or both of the sealing layer and the protective layer are made of molded packing.
  • FIG. 4(a) is a perspective view schematically showing the appearance of a mold packing 410 constituting a gland packing according to a first modification of the embodiment of the present invention
  • FIG. 4(b) is a schematic diagram of the mold packing 410. It is a sectional view.
  • the molded packing 410 is an annular member having an inner diameter equal to or smaller than the diameter of the stem 510 and a radial width equal to or larger than the radial inner diameter of the packing chamber.
  • Mold packing 410 includes body 411 , annular sheet 412 and mesh 413 .
  • the main body 411 is, for example, an annular expanded graphite material, and is formed by pressing and integrating a tape-shaped expanded graphite material in a spirally wound state or in a concentrically arranged state. .
  • a plurality of layers extending in the radial direction appear in a cross section along a plane including the central axis of the main body 411 .
  • the annular sheet 412 is, for example, a sheet-like expanded graphite material punched into an annular shape, and covers both axial end surfaces of the main body 411 (upper and lower surfaces in FIG.
  • the mesh 413 is made of, for example, metal fibers such as stainless steel woven in an annular shape, and is coaxially superimposed on the annular sheet 412. Due to its high mechanical strength, the main body 411 can be axially oriented (see FIG. 4). (a) and (b) prevent it from protruding in the vertical direction).
  • the mold packing 410 is impregnated with a fluorine resin such as PTFE, PFA, or PVDF. This impregnation may be performed on the finished mold packing 410 , or may be performed on the tape-shaped expanded graphite material before being molded into the main body 411 . Furthermore, the main body 411 itself may be made of fluororesin. If the protective layer is sufficiently thick in the axial direction, the annular sheet 412 may be omitted from the mold packing 410 that constitutes the seal layer. Moreover, if the mechanical strength of the protective layer is sufficient for the adapter packing, the mesh 413 may be omitted from the mold packing 410 that constitutes the sealing layer.
  • a fluorine resin such as PTFE, PFA, or PVDF.
  • the mold packing 410 that does not contain any fluororesin is used.
  • the thickness of the annular sheet 412 may be designed so as to suppress the penetration of oxygen and moisture between the layers of the main body 411, or a material other than expanded graphite may be used.
  • the thickness or structure of the mesh 413 may be designed such that the mechanical strength of the protective layer reaches the level required for the adapter packing.
  • the core 110 and the yarns 120 of the blade packing 100 are both made of fibrous expanded graphite material, and at least one of the core and the yarns may be made of glass, carbon, ceramics, or the like. It may be made of inorganic or metallic fibers. Any material equivalent to expanded graphite in terms of heat resistance, corrosion resistance to the fluid in the flow path 540, sealability, workability, mechanical strength, etc. can be used as the material for the blade packing 100.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a blade packing 420 that constitutes a gland packing according to a second modification of the embodiment of the present invention.
  • the braid packing 420 is a cord-like member having a square cross section, and 16 yarns 422 are braided around one central core 421 .
  • the core 421 is made of ceramic fibers and the yarns 422 are made of stainless steel fibers. Accordingly, the blade packing 420 is excellent in heat resistance and chemical resistance.
  • the blade packing 420 has high mechanical strength and is preferably incorporated into the gland packing as an adapter packing. At this time, the blade packing 420 is designed to have a sufficiently large thickness in the axial direction, so that it can also function as a protective layer for the gland packing.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a protective layer 430 of a gland packing according to a third modification of the embodiment of the present invention.
  • the protective layer 430 is an annular molded packing and includes a body 431 , a metal cap 432 and a mesh 433 .
  • the main body 431 is, for example, an annular expanded graphite material, and a tape-shaped expanded graphite material is integrated by being pressed in a spirally wound state or concentrically arranged state.
  • the main body 431 may be made of blade packing. In either structure, the main body 431 does not incorporate fluororesin.
  • the metal cap 432 is, for example, a ring-shaped metal plate, and is formed by filling a ring-shaped mold with a thin wire made of metal such as stainless steel and then pressurizing and integrating them.
  • the metal cap 432 covers the air-side end surface of the main body 431 (the upper surface in FIG. 4(d)).
  • the mesh 433 is, for example, an annularly woven fiber made of a metal such as stainless steel, and covers the fluid-side end surface of the main body 431 (lower surface in FIG. 4(d)). Since both the metal cap 432 and the mesh 433 have high mechanical strength, they not only prevent the main body 431 from protruding in the axial direction (vertical direction in FIG.
  • the metal cap 432 also blocks out components in the outside air, especially oxygen and moisture. In this way, the presence of the metal cap 432 allows the protective layer 430 to enhance its original function of preventing oxygen and moisture from entering the seal layer, and also to supplement the mechanical strength of the seal layer.
  • the gland packing may further include a sacrificial member.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a gland packing 250 and a shaft sealing device 500 according to a fourth modification of the embodiment of the invention.
  • a gland packing 250 according to the fourth modification includes a sacrificial member 251 in addition to the sealing layer 210 and protective layers 221 and 222 of the gland packing 200 shown in FIG.
  • the sacrificial member 251 is, for example, an annular member made of resin or metal, does not contain fluororesin like the protective layers 221 and 222 , and preferably has an inner diameter slightly larger than the diameter of the stem 510 .
  • An existing lantern ring is preferably used as the sacrificial member 251 .
  • the sacrificial member 251 has an H-shaped cross section along a plane containing the central axis, ie, includes circumferential grooves 252 and 253 on the outer and inner peripheral surfaces, respectively.
  • the groove 252 on the outer peripheral surface and the groove 253 on the inner peripheral surface may communicate with each other through a radial through hole (not shown).
  • the sacrificial member 251 is adjacent to the atmosphere side of the atmosphere side protective layer 221 . Therefore, the fluid-side end portion (left end portion in FIG. 5) 531 of the packing gland 530 presses the sacrificial member 251 toward the fluid side (left-hand side in FIG. 5), so that the seal layer 210 moves in the axial direction (left-right direction in FIG. 5). ).
  • One or more wires 254 made of sacrificial metal are packed inside the groove 253 on the inner peripheral surface of the sacrificial member 251 .
  • the sacrificial metal is a metal that is less resistant to corrosion by HF than the material of stem 510 .
  • the sacrificial metal is preferably aluminum or nickel.
  • each wire 254 has a circular cross section and a diameter sufficiently smaller than both the radial depth and the axial width of the groove 253 .
  • Each wire 254 wraps around the stem 510 along the groove 253 for at least one turn.
  • the inner diameter of the turns is greater than the inner diameter of stem 510 .
  • the gland packing 250 Since the gland packing 250 has a sacrificial metal wire rod 254, it is possible to delay the progress of corrosion of the stem 510 due to HF for a longer period of time. This is for the following reasons. Strictly speaking, even a small amount of oxygen and moisture in the outside air can break through the protective layers 221 and 222 and enter the sealing layer 210 . Therefore, while the gland packing 250 is maintained at a temperature higher than the decomposition temperature of PTFE, a small amount of HF is produced from the sealing layer 210 . Therefore, if the period of use of the gland packing 250 at high temperature extends over, for example, several years, the total amount of HF generated during that period may increase to a non-negligible extent.
  • sacrificial metal wires 254 are filled only inside the grooves 253 on the inner peripheral surface of the sacrificial member 251 .
  • the wire 254 may be stuffed inside the groove 252 on the outer peripheral surface of the sacrificial member 251 .
  • each wire rod 254 has a circular cross section, but the cross section is not limited to this, and may be elliptical or polygonal.
  • the perimeter of the surface may be wavy or zigzag.
  • the sacrificial metal may be formed into a belt-like or ring-shaped member instead of the wire rod 254 .
  • the sacrificial metal is a film that covers at least a part of the inner surface of the groove 252 on the outer peripheral surface of the sacrificial member 251 or the groove 253 on the inner peripheral surface of the sacrificial member 251, or a part is embedded in each inner surface and the remaining is the grooves 252 and 253. may form a plurality of protrusions extending inwardly of the .
  • a dedicated annular member may be made of resin or metal as a sacrificial member.
  • the surface of the annular member has a hole, recess or groove, or a cavity therein, in which the sacrificial metal is placed. Holes, recesses, or grooves in the annular member may be arranged, or the cavity in the annular member may be in communication with the atmosphere, such that these sacrificial metals are exposed to the HF generated from the sealing layer 210 .
  • the sacrificial member 251 is arranged only on the atmospheric side of the protective layer 221 on the atmospheric side. This is the case where the amounts of oxygen and moisture penetrating into the protective layer 222 on the fluid side are sufficiently small to be ignored compared to the amounts of oxygen and moisture penetrating into the protective layer 221 on the atmospheric side.
  • a sacrificial member may also be placed on the fluid side of the fluid side protective layer 222 to further reduce the amount of HF produced.
  • REFERENCE SIGNS LIST 100 braid packing 110 core 120 yarn 121 tubular member 122 expanded graphite material 123 fiber material 200 gland packing 210 sealing layer 221, 222 protective layer 500 shaft sealing device 510 stem 511 outer peripheral surface of stem 520 stuffing box 521 fluid side of stuffing box 522 stuffing box air side end 523 stuffing box inner surface 524 stuffing box rib 530 packing gland 531 packing gland fluid side end 532 packing gland atmospheric end 533 packing gland flange 534 bolt 540 flow path 550 casing 551 opening of casing 560 outer space of casing

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Abstract

グランドパッキンのシール層は、フッ素樹脂を含む筒状部分であり、外周面をスタッフィングボックスの内周面に密着させ、内周面を流体機器の可動軸の外周面に密着させる。グランドパッキンの保護層は、フッ素樹脂を含まない環状部分であり、シール層の軸方向における端面のうち、少なくとも大気側の端面を覆って、シール層への酸素と水分との浸入を防ぐ。

Description

グランドパッキン
　本発明はグランドパッキンに関し、特にフッ素樹脂を含むものに関する。
　「グランドパッキン」は、流体機器のケーシングの開口部と可動軸との隙間のシール（その隙間からの流体の漏れの阻止、またはその隙間への異物の侵入の防止）を目的としてスタッフィングボックスに詰め込まれるパッキン（紐状または環状の可撓性部材）の総称である。「スタッフィングボックス」は、ケーシングの開口部の内側に嵌め込まれた筒状部材であり、可動軸を囲んで自身の内周面と可動軸の外周面との間に環状の空間、すなわちパッキン室を形成する。パッキン室には、紐状のパッキンが可動軸に巻き付けられた状態で、または環状のパッキンが内側に可動軸を通した状態で、可動軸に沿って隣り合わせで並べられ、１つの筒状構造を成す。この筒状構造が、「パッキン押さえ」と呼ばれる環状部材によって軸方向に圧縮されると径方向に膨張し、スタッフィングボックスの内周面と可動軸の外周面とに密着してパッキン室を塞ぐ。これにより、ケーシングの開口部と可動軸との隙間がシールされる。「グランドパッキン」は、筒状構造を成す複数のパッキンの１つ１つを指す場合もあれば、筒状構造の全体を指す場合もある。この明細書では、誤解を避ける目的で、「グランドパッキン」を筒状構造の全体の意味で使用する。さらに、筒状構造を構成する環状に巻かれた紐状のパッキン、または環状のパッキンのそれぞれを「リング」と呼ぶ。
　リングの構造にはモールドパッキンとブレードパッキンとの２種類がある。「モールドパッキン（成形パッキン）」は、環状の型の中にシート状の材料が積層され、テープ状の材料が渦巻状に巻かれ、または粒状の材料が充填され、加圧されることによって環状に一体化したものである（たとえば、特許文献１、２参照）。「ブレードパッキン（編組パッキン）」は、繊維状またはテープ状の材料から形成された線材（ヤーン）の束が、ひねり加工または編組加工によって紐状または環状に成形されたものである（たとえば、特許文献３、４参照）。
　１つのグランドパッキンが、構造または材料の異なるリングを２種類以上含んでいてもよい（たとえば、特許文献２の図９、特許文献５の図７参照）。このようなグランドパッキンは「組合せパッキン」と呼ばれている。組合せパッキンが含むリングの種類には、たとえばシールパッキンとアダプタパッキンとがある。「シールパッキン」は、グランドパッキンに必要なシール性を保たせることを主目的とするリングであり、通常、グランドパッキンの軸方向における中央部に配置される。「アダプタパッキン」は、シールパッキンよりも機械的強度が高いリングであり、通常、グランドパッキンの軸方向における両端部に配置され、各端部におけるシールパッキンのはみ出し（加圧されたパッキンが過剰に変形し、パッキン押さえ等の周辺の部材とスタッフィングボックスとの隙間へ入り込む現象）を防ぐ。同じグランドパッキンを構成する複数のリングはスタッフィングボックスに、個別に詰め込まれても、単一の筒状構造に一体化された上で詰め込まれてもよい（たとえば、特許文献５参照）。
　必要に応じてグランドパッキンには、スペーサリング、バックアップリング、ランタンリング等、機械的強度が高い環状部材が組み込まれる。スペーサリングは、グランドパッキンを構成するリングの間に挟まれ、リング間で圧力を均一化し、リングの変形を防ぎ、またはリングから熱を逃がす。バックアップリングは、グランドパッキンの軸方向における片側または両側に配置され、グランドパッキンのはみ出しを防ぐ。ランタンリングは、中心軸を含む平面による断面がＨ字形であり、すなわち外周面と内周面とのそれぞれに周方向の溝を含む。通常、外周面の溝と内周面の溝とは径方向の貫通穴で連通している。ランタンリングは、グランドパッキンを構成するリングの間、またはグランドパッキンの軸方向における片側でスタッフィングボックスの注液口に隣接しており、注液口から供給される潤滑液または冷却液を溝に流してグランドパッキンの全周に行き渡らせる。この明細書では、これらの環状部材がグランドパッキンに組み込まれて構成される筒状構造も「グランドパッキン」と呼ぶ。
特許第３８６２８５３号公報 特開２０２０－０８４９９３号公報 特許第４３４０６４７号公報 特許第６１８２４６１号公報 特許第５９７２２０８号公報 特許第６６０３５８９号公報
　グランドパッキンの材料には主に次の性質が求められる。（１）耐熱性が高く、可動軸との摩擦、高温の流体、または流体機器の駆動部に起因する温度上昇に耐え得る。（２）耐薬品性に優れ、流体に対して化学的に安定である。（３）可動軸に対する摩擦係数が低い。これらの性質に優れた材料としては膨張黒鉛が代表的である。その他に、ガラス、炭素、セラミックス等の無機物、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂が知られている。特にフッ素樹脂は、グランドパッキンの耐薬品性を向上させ、かつ可動軸に対するグランドパッキンの摩擦係数を低下させる性質に優れているので、リングを形作る材料そのものの他、その材料に含浸、塗布等によって組み込まれる添加剤としても利用される（たとえば、特許文献４、６参照）。
　しかし、フッ素樹脂を含むグランドパッキンには、使用温度の上限を十分に高く維持することが難しいという問題がある。この問題が生じる理由は次のとおりである。フッ素樹脂は、空気中での温度があるレベルを超えると酸化分解を起こす。そのレベル（以下、「分解温度」と呼ぶ。）は、たとえばＰＴＦＥでは３５０℃である。さらに、分解生成物の１つであるフッ化カルボニル（ＣＯＦ2）が空気中の水分と反応することにより、フッ化水素（ＨＦ）が生成される。ＨＦには可動軸を腐食させる性質があるので、フッ素樹脂を含むグランドパッキンの使用温度がそのフッ素樹脂の分解温度を超えると、可動軸の表面のうちグランドパッキンと接触する領域およびその近傍には、ＨＦによる腐食が生じ得る。この腐食が過度であればグランドパッキンのシール性が低下し、更には可動軸の耐久性が損なわれる危険がある。この危険を回避するには、フッ素樹脂を含むグランドパッキンの使用温度をそのフッ素樹脂の分解温度以下に制限せざるを得ない。
　本発明の目的は上記の課題を解決することであり、特に、含有するフッ素樹脂の分解温度よりも高温での使用が可能なグランドパッキンを提供することにある。
　本発明の１つの観点によるグランドパッキンはシール層と保護層とを備えている。シール層は、フッ素樹脂を含む筒状部分であり、外周面をスタッフィングボックスの内周面に密着させ、内周面を流体機器の可動軸の外周面に密着させる。保護層は、フッ素樹脂を含まない環状部分であり、シール層の軸方向における端面のうち、少なくとも大気側の端面を覆って、シール層への酸素と水分との浸入を防ぐ。保護層は特に、軸方向における厚さが、可動軸の径の大きさにかかわらず、５ｍｍ以上であればよい。
　本発明による上記のグランドパッキンでは、保護層がシール層への酸素および水分の浸入を防ぐ。したがって、グランドパッキンの温度がシール層内のフッ素樹脂の分解温度に達しても、シール層の中には、酸化分解に必要な酸素も、ＨＦの生成に必要な水分も不足しているので、シール層からのＨＦの生成が抑えられる。その結果、グランドパッキンの温度が分解温度よりも高いレベルに維持されても、ＨＦによる可動軸の腐食が進みにくいので、グランドパッキンのシール性が高く保たれ、可動軸の耐久性が損なわれにくい。こうして、上記のグランドパッキンは、含有するフッ素樹脂の分解温度よりも高温での使用が可能である。
　本発明による上記のグランドパッキンが、シールパッキンとアダプタパッキンとを含む組合せパッキンであり、シール層がシールパッキンの全体であり、保護層が、アダプタパッキンのうち、少なくとも、シールパッキンの大気側に隣接するものを含んでもよい。この場合、上記のグランドパッキンを既存の部材から容易に構成することができる。
　シール層と保護層とが圧縮成形によって一体化していてもよい。この場合、本発明による上記のグランドパッキンは、スタッフィングボックスの中に詰め込む作業等での取り扱いが容易である。
　保護層の大気側の端部が金属板で覆われていてもよい。この場合、酸素と水分とを遮断する保護層の機能が強化されると共に、シール層の機械的強度を補う機能を保護層が兼ね備えることができる。
　本発明による上記のグランドパッキンが更に犠牲部材を備えていてもよい。犠牲部材はグランドパッキンの保護層のうち大気側に位置するものの大気側に隣接する環状部材であり、犠牲金属を含む。犠牲金属は、ＨＦに対する耐腐食性が可動軸の材質よりも低い金属である。たとえば、可動軸の材質が、鋳鉄、鋳鋼、またはステンレス鋼である場合、犠牲金属が好ましくはアルミニウムまたはニッケルである。好ましくは、犠牲部材の表面に、穴、凹み、もしくは溝があり、または犠牲部材の内部に空洞があり、その穴、凹み、溝、または空洞に犠牲金属が配置されている。たとえば、ランタンリングが犠牲部材として流用されてもよい。
　本発明による上記のグランドパッキンが犠牲部材を備えている場合、仮に酸素と水分とが保護層を突破してシール層に浸入した結果、シール層からＨＦが生成されたとしても、ＨＦは可動軸よりも先に犠牲金属を腐食させる。これにより、可動軸を腐食させるＨＦの量が抑えられるので、本発明による上記のグランドパッキンはＨＦによる可動軸の腐食の進行を、更に長期にわたって遅らせることができる。
（ａ）は、本発明の実施形態によるグランドパッキンを構成するブレードパッキンの外観を模式的に示す斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のブレードパッキンの横断面とその近傍との外観を模式的に示す斜視図である。（ｃ）は、（ａ）のブレードパッキンを構成するヤーンの構造を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態によるグランドパッキンと軸封装置との断面図である。 （ａ）は、グランドパッキンによるステムの腐食試験に使用された装置の断面図である。（ｂ）は第１試験品の模式的な断面図である。（ｃ）は第２試験品の模式的な断面図である。（ｄ）は、第１試験品と接触していた模擬ステムの表面の拡大図である。（ｅ）は、第２試験品と接触していた模擬ステムの表面の拡大図である。 （ａ）は、本発明の実施形態の第１変形例によるグランドパッキンを構成するモールドパッキンの外観を模式的に示す斜視図である。（ｂ）は（ａ）のモールドパッキンの模式的な断面図である。（ｃ）は、本発明の実施形態の第２変形例によるグランドパッキンを構成するブレードパッキンの模式的な断面図である。（ｄ）は、本発明の実施形態の第３変形例によるグランドパッキンの保護層の模式的な断面図である。 本発明の実施形態の第４変形例によるグランドパッキンと軸封装置との断面図である。
　本発明の実施形態によるグランドパッキンは、たとえばバルブに搭載され、そのケーシングの開口部とステムとの隙間のシールに利用される。「ケーシング」は「弁箱」とも呼ばれ、内側に流路を収める筐体である。「ステム」は「弁棒」とも呼ばれ、中心軸まわりの回転、または中心軸方向での往復運動により、バルブの弁体等に動力を伝達する棒状部材である。動力の伝達先はケーシング内の流路に位置するので、ケーシングにはステムを貫通させるための開口部が欠かせない。この開口部から流体が漏れるのを、本発明の実施形態によるグランドパッキンは防ぐ。
　［リングの構造］
　本発明の実施形態によるグランドパッキンのリングは、たとえば、以下に述べるブレードパッキン１００で形成される。図１の（ａ）は、ブレードパッキン１００の外観を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、ブレードパッキン１００の横断面（長手方向に対して垂直な断面）とその近傍との外観を模式的に示す斜視図である。ブレードパッキン１００は、横断面が正方形の紐状部材であり、その幅と厚みとがたとえば数ｍｍ～数十ｍｍである。ブレードパッキン１００は１本の中芯１１０と８本のヤーン１２０とを含む。中芯１１０は紐状の膨張黒鉛材であり、ヤーン１２０は、筒状部材１２１の中に膨張黒鉛材１２２が充填されている線材である。図示されてはいないが、中芯１１０とヤーン１２０とはいずれも、ブレードパッキン１００に編み組みされる前の状態では横断面が、たとえば直径数ｍｍの円形である。ブレードパッキン１００の製造では、中芯１１０のまわりで８本のヤーン１２０が、たとえば八つ編みによって１本の紐に撚り合わされ、その紐全体の横断面が圧縮成形によって正方形に整えられる。その結果、ブレードパッキン１００の内部では、図１の（ｂ）が示すように、中芯１１０とヤーン１２０とはいずれも、横断面が円形から大きく歪んでいる。
　図１の（ｃ）は、ヤーン１２０の構造を模式的に示す斜視図である。筒状部材１２１は筒状に編まれた繊維材１２３を含む。繊維材１２３はインコネル（登録商標）またはステンレス鋼等の金属製であり、太さがたとえば十分の数ｍｍである。膨張黒鉛材１２２はたとえば繊維状であり、太さが十分の数ｍｍ～数ｍｍ、長さが数百ｍｍである。図１の（ｃ）が示すように、筒状部材１２１の中に複数本の膨張黒鉛材１２２が筒状部材１２１の軸方向に対して平行に、隙間なく詰め込まれている。筒状部材１２１の存在により、ヤーン１２０は、ブレードパッキン１００に編み組みされる際にその形状が崩れにくいと共に、ブレードパッキン１００の機械的強度を向上させる。
　ブレードパッキン１００としては更に、フッ素樹脂としてたとえばＰＴＦＥを含むものと、いずれのフッ素樹脂も含まないものとの２種類が用意される。ブレードパッキン１００にＰＴＦＥを組み込む方法としては、たとえば含浸が利用される。具体的には、たとえば、ブレードパッキン１００が、図１の（ａ）に示されているように紐状に成形された状態でＰＴＦＥディスパージョンの中に所定時間浸された後、吸収したディスパージョンの媒質（通常は水）がすべて蒸発するまで乾燥される。これにより、ブレードパッキン１００の中にＰＴＦＥの微粒子が残留する。
　［軸封装置の構造］
　図２は、本発明の実施形態によるグランドパッキン２００と軸封装置５００との断面図である。軸封装置５００は、バルブのステム５１０とケーシング５５０の開口部５５１との隙間をグランドパッキン２００で塞ぐための装置である。図２が示す断面はステム５１０の中心軸を含む。図２では、ステム５１０の中心軸が左右方向に平行であり、左側にはケーシング５５０内の流路５４０が位置し、右側にはケーシング５５０の外部空間５６０が広がり、一般に外気に通じている。以下、図２が示す任意の部位に対して左側（すなわち、流路５４０に近い側）を「流体側」と呼び、右側（すなわち、流路５４０から遠い側）を「大気側」と呼ぶ。
　軸封装置５００はスタッフィングボックス５２０とパッキン押さえ５３０とを含む。スタッフィングボックス５２０は、ケーシング５５０の開口部５５１の内側に嵌め込まれた円筒部材であり、ステム５１０を同軸に囲んでいる。スタッフィングボックス５２０の流体側の端部（図２では左端部）５２１はケーシング５５０内の流路５４０に面し、大気側の端部（図２では右端部）５２２はケーシング５５０の外側へ突出している。スタッフィングボックス５２０の内周面５２３はステム５１０の外周面５１１との間に円環状のパッキン室を形成している。パッキン室はグランドパッキン２００で塞がれている。スタッフィングボックス５２０の流体側の端部５２１からはステム５１０の外周面５１１へ向かって円環状のリブ５２４が突出し、流路５４０とパッキン室との間を仕切っている。パッキン押さえ５３０は、スタッフィングボックス５２０の大気側の端部５２２の内側でステム５１０を同軸に囲む円環部材であり、その流体側の端部（図２では左端部）５３１でパッキン室の大気側（図２では右側）の開口部を閉じている。パッキン押さえ５３０の大気側の端部（図２では右端部）５３２から外周方向へは円環状のフランジ５３３が張り出しており、スタッフィングボックス５２０の大気側の端部５２２に複数のボルト５３４で固定されている。
　［グランドパッキンの構成］
　グランドパッキン２００は、たとえば５つのリング２１０、２２１、２２２で構成される。リング２１０、２２１、２２２はいずれも、ブレードパッキン１００が円環状に圧縮成形されたものであり、内径がステム５１０の径ＤＳ以下の値に揃えられ、径方向の幅がパッキン室の径方向の内法ＷＰ以上の値に揃えられている。リング２１０、２２１、２２２がパッキン室の中に押し込まれ、ステム５１０に沿って隣り合わせで並べられることにより、グランドパッキン２００は筒状構造を成す。グランドパッキン２００の外周面はスタッフィングボックス５２０の内周面５２３に密着し、内周面はステム５１０の外周面５１１に密着する。パッキン押さえ５３０の流体側の端部（図２では左端部）５３１がボルト５３４の軸力でグランドパッキン２００の大気側の端（図２では右端）のリング２２１を流体側（図２では左側）へ押圧すると、グランドパッキン２００の流体側の端（図２では左端）のリング２２２がリブ５２４に押し付けられる。これにより、グランドパッキン２００が軸方向（図２では左右方向）に圧縮されるので、径方向（図２では上下方向）に膨張する。その結果、グランドパッキン２００がスタッフィングボックス５２０の内周面５２３とステム５１０の外周面５１１との密着度を上昇させるので、グランドパッキン２００といずれの面５２３、５１１との間にも流体が浸透できない。こうして、ステム５１０とリブ５２４との隙間がシールされる。
　グランドパッキン２００のうち、軸方向における中央部に配置された３つのリング２１０はいずれも、ＰＴＦＥを含むブレードパッキン１００で形成され、軸方向における両端部に配置された２つのリング２２１、２２２はいずれも、フッ素樹脂を含まないブレードパッキン１００で形成されている。以下、中央部のリング２１０で構成された筒状部分を「シール層」と呼び、各端部のリング２２１、２２２で構成された環状部分を「保護層」と呼ぶ。
　シール層２１０は単独で、グランドパッキン２００に要求されるシール性を実現可能である。これは、シール層２１０の軸方向における厚さＴＳが十分に大きく設計されていることによる。シール層２１０は更にＰＴＦＥを含むので、耐薬品性が十分に高く、かつ、ステム５１０に対する摩擦係数が十分に低い。その結果、シール層２１０は、流路５４０を満たすことが想定される流体の種類のいずれに対しても化学的に安定であってグランドパッキン２００のシール性を高く保ち、かつ、ステム５１０に対するグランドパッキン２００の摺動抵抗を十分に低く抑える。
　保護層２２１、２２２はシール層２１０の軸方向における両端面を覆っている。ブレードパッキン１００の中では繊維状の膨張黒鉛材が緻密に絡み合っているので、それらの間を酸素分子と水分子とが通過するのは容易でない。これにより、保護層２２１、２２２は流路５４０内の流体とスタッフィングボックス５２０外の空気とのいずれからも、酸素と水分とがシール層２１０へ浸入するのを防ぐ。特に、保護層２２１、２２２それぞれの軸方向における厚さＴＰが十分に大きく設計されることにより、シール層２１０の中には、ＰＴＦＥの酸化分解に必要な量の酸素も、ＨＦの生成に必要な量の水分も浸透しにくい。さらに、保護層２２１、２２２にはいずれのフッ素樹脂も含まれていない。したがって、グランドパッキン２００の温度がＰＴＦＥの分解温度３５０℃に達しても、グランドパッキン２００からのＨＦの生成が抑えられる。その結果、グランドパッキン２００の温度がＰＴＦＥの分解温度３５０℃よりも高いレベルに維持されても、ＨＦによるステム５１０の腐食が進みにくいので、グランドパッキン２００のシール性が高く保たれ、ステム５１０の耐久性が損なわれにくい。こうして、グランドパッキン２００は、ＰＴＦＥの分解温度３５０℃よりも高温での使用が可能である。
　［腐食試験］
　保護層２２１、２２２によるステム５１０の腐食防止効果は、以下に述べる腐食試験で確かめられた。図３の（ａ）は、その腐食試験に使用された装置６００の断面図である。装置６００は軸封装置５００の模型であり、模擬ステム６１０を囲んでいる。模擬ステム６１０はステム５１０の模型であり、たとえばＳＵＳ４０３から成る、径ＤＳ＝３２ｍｍの丸棒である。図３の（ａ）が示す断面は模擬ステム６１０の中心軸を含む。図３の（ａ）では、模擬ステム６１０の中心軸が上下方向に平行であり、上側が大気側と想定され、下側が流体側と想定されている。
　装置６００はスタッフィングボックス６２０とパッキン押さえ６３０とを含む。スタッフィングボックス６２０は、模擬ステム６１０を同軸に囲む円筒部材であり、その内周面６２３が模擬ステム６１０の外周面６１１との間に円環状のパッキン室（たとえば、内径ＤＳ＝３２ｍｍ、外径ＤＢ＝４８ｍｍ）を形成している。パッキン室は試験対象のグランドパッキン３１０で塞がれている。スタッフィングボックス６２０の流体側の端部（図３の（ａ）では下端部）６２１からは模擬ステム６１０の外周面６１１へ向かって円環状のリブ６２４が突出し、パッキン室の底を形成している。パッキン押さえ６３０は、スタッフィングボックス６２０の大気側（図３の（ａ）では上側）で模擬ステム６１０を同軸に囲む円環部材であり、その流体側の端部（図３の（ａ）では下端部）６３１でパッキン室の大気側（図３の（ａ）では上側）の開口部を閉じている。パッキン押さえ６３０の大気側の端部（図３の（ａ）では上端部）６３２から外周方向へは円環状のフランジ６３３が張り出しており、スタッフィングボックス６２０の大気側の端部６２２に複数のボルト６３４で固定されている。
　試験対象のグランドパッキンとしては第１試験品３１０と第２試験品３２０との２種類が用意された。図３の（ｂ）は第１試験品３１０の模式的な断面図であり、（ｃ）は第２試験品３２０の模式的な断面図である。いずれの試験品３１０、３２０も第１リング３１１と第２リング３１２とを２つずつ含む。いずれのリング３１１、３１２も、ブレードパッキン１００が円環状に圧縮成形されたものであり、内径が模擬ステム６１０の径ＤＳ＝３２ｍｍ以下の値に揃えられ、径方向の幅がパッキン室の径方向の内法ＷＰ＝（ＤＢ－ＤＳ）／２＝８ｍｍ以上の値に揃えられている。軸方向の厚さは、第１リング３１１同士では等しく、第２リング３１２同士では等しく、４つのリング３１１、３１２の合計では約２０ｍｍである。第１リング３１１と第２リング３１２との間ではフッ素樹脂の有無が異なる。すなわち、第１リング３１１ではブレードパッキン１００がＰＴＦＥを含む一方、第２リング３１２ではブレードパッキン１００がいずれのフッ素樹脂も含まない。４つのリング３１１、３１２がパッキン室の中に押し込まれ、模擬ステム６１０に沿って隣り合わせで並べられることにより、試験品３１０、３２０は筒状構造を成す。これらの筒状構造の間では４つのリング３１１、３１２の配列が異なる。第１試験品３１０では、図３の（ｂ）が示すとおり、軸方向における中央部が第１リング３１１で構成され、軸方向における両端部が第２リング３１２で構成される。一方、第２試験品３２０では、図３の（ｃ）が示すとおり、上半部すなわち大気側の半分が第１リング３１１で構成され、下半部すなわち流体側の半分が第２リング３１２で構成される。
　試験は以下の手順で行われた。まず、パッキン室に試験品３１０または３２０が詰め込まれ、パッキン押さえ６３０でパッキン室の大気側の開口部が閉じられる。次に、パッキン押さえ６３０の流体側の端部（図３の（ａ）では下端部）６３１が試験品３１０または３２０をリブ６２４に、たとえば３０Ｎ／ｍｍ2の圧力で押し付けるように、ボルト６３４の締め付けトルクが調節される。これにより、試験品３１０または３２０が軸方向（図３の（ａ）では上下方向）に圧縮されるので、径方向（図３の（ａ）では左右方向）に膨張してスタッフィングボックス６２０の内周面６２３と模擬ステム６１０の外周面６１１との密着度を上昇させる。続いて、この状態の装置６００が電気炉内で加熱され、ＰＴＦＥの分解温度３５０℃よりも高温、たとえば４００℃に２４時間維持される。装置６００が室温まで冷却された後、装置６００から模擬ステム６１０が取り出され、その表面に腐食がないか、目視で検査される。
　目視検査の結果は次のとおりである。図３の（ｄ）は、第１試験品３１０と接触していた模擬ステム６１０の表面の拡大図であり、（ｅ）は、第２試験品３２０と接触していた模擬ステム６１０の表面の拡大図である。いずれの拡大図も、模擬ステム６１０の表面のうち、試験品３１０、３２０の大気側の端部との接触部分、具体的には、図３の（ａ）が示す破線部ＳＴＲを示す。図３の（ｄ）が示す模擬ステム６１０の表面には腐食が認められない。これに対し、図３の（ｅ）が示す模擬ステム６１０の表面には腐食ＣＲＤが現れている（図３の（ｅ）が示す破線部参照）。
　第２試験品３２０の表面に現れた腐食ＣＲＤは、第１リング３１１が含むＰＴＦＥの酸化分解で生成されたＨＦによるものである。試験品３１０、３２０の間では、リング３１１、３１２の配置以外、ＰＴＦＥの含有量等、ＨＦの生成量に影響し得る条件に差が認められない。したがって、腐食ＣＲＤの有無からは次のことがわかる。第１試験品３１０では第２試験品３２０とは異なり、第２リング３１２が第１リング３１１を外気から隔離しているので、第１リング３１１へ酸素と水分とが浸入しづらい。その結果、４００℃の高温下でも、第１リング３１１内のＰＴＦＥから生成されるＨＦの量が、模擬ステム６１０の表面を実質上腐食させない程度にまで抑えられる。
　以上の試験の結果から次のことが結論される。第１リング３１１は、図２が示すグランドパッキン２００のシール層２１０と同じ構造であり、第２リング３１２は、グランドパッキン２００の保護層２２１、２２２と同じ構造である。したがって、シール層２１０の両端面を保護層２２１、２２２が覆ってシール層２１０への酸素と水分との浸入を防ぐことにより、４００℃の高温下でもシール層２１０内のＰＴＦＥからはＨＦが、ステム５１０の表面を実質上腐食させない程度の量しか生成されないはずである。
　第１試験品３１０については更に、第２リング３１２の軸方向における厚さＴＰが模擬ステム６１０の径ＤＳとどのように関係するかが調べられた。具体的には、それぞれの径ＤＳが１９ｍｍ、２４ｍｍ、３２ｍｍである３種類の模擬ステム６１０に対し、第１試験品３１０による腐食試験が上記の手順で行われた。ここで、径ＤＳ＝１９ｍｍの模擬ステム６１０は外径ＤＢ＝２８．６ｍｍのパッキン室に収容され、径ＤＳ＝２４ｍｍの模擬ステム６１０は外径ＤＢ＝３７ｍｍのパッキン室に収容され、径ＤＳ＝３２ｍｍの模擬ステム６１０は外径ＤＢ＝４８ｍｍのパッキン室に収容された。リング３１１、３１２の内径は模擬ステム６１０の径ＤＳ以下の値に揃えられ、径方向の幅はパッキン室の径方向の内法ＷＰ＝（ＤＢ－ＤＳ）／２以上の値に揃えられた。径ＤＳ＝１９ｍｍの模擬ステム６１０に対する試験では、第２リング３１２の軸方向における厚さＴＰが２ｍｍ、５ｍｍの２種類に設定され、径ＤＳ＝２４ｍｍの模擬ステム６１０に対する試験では、厚さＴＰが３ｍｍ、５ｍｍの２種類に設定され、径ＤＳ＝３２ｍｍの模擬ステム６１０に対する試験では、厚さＴＰが４ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍの３種類に設定された。
　表１は、以上のように行われた腐食試験の結果を示す。
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　表１が示すとおり、第２リング３１２の軸方向における厚さＴＰが５ｍｍであれば、いずれの模擬ステム６１０の表面にも腐食は認められなかったが、厚さＴＰが５ｍｍよりも小さければ、いずれの模擬ステム６１０の表面にも腐食が現れた。これらの結果からは次のことが期待される。グランドパッキン２００の保護層２２１、２２２は、軸方向における厚さＴＰが５ｍｍ以上（ＴＰ≧５ｍｍ）であれば、ステム５１０の径ＤＳの大きさにかかわらず、ステム５１０の腐食を十分に防止できる程度にまでシール層２１０への酸素と水分との浸入を抑えることができる。
　［変形例］
　（１）グランドパッキン２００はバルブに搭載され、ケーシング５５０の開口部５５１とステム５１０との隙間のシールに利用される。しかし、本発明の実施形態によるグランドパッキンは他の流体機器に搭載され、そのケーシングの開口部と可動軸との隙間のシールに利用されてもよい。「流体機器」には、バルブ等、流体の流れを機械的に制御する機器の他にも、ポンプ等、動力で流体の圧力を変化させる機器、および、発電機等、流体の圧力で動力を生み出す機器が含まれる。「ケーシング」は、ポンプの本体等、内側に流路を収める筐体を意味し、「可動軸」は、ポンプの駆動軸等、中心軸まわりの回転、または中心軸方向での往復運動によって動力を伝達する棒状部材を意味する。動力の伝達先が、ポンプの羽根車、ピストン等のようにケーシング内の流路に位置する場合、ケーシングには可動軸を貫通させるための開口部が欠かせない。この開口部から流体が漏れるのを防ぐのにも、本発明の実施形態によるグランドパッキンは利用可能である。
　（２）ブレードパッキン１００の横断面は正方形であるが、長方形または丸形であってもよい。ヤーン１２０は、筒状部材１２１の中に繊維状の膨張黒鉛材１２２が充填されたものであるが、その他に、たとえば、テープ状の膨張黒鉛材が丸められ、または積層されたものであってもよい。ブレードパッキン１００の製造では、ヤーン１２０の束を１本の紐に成形する工程で八つ編みが使用されているが、袋編み、格子編み等の他の編組加工、またはひねり加工が使用されてもよい。また、中芯１１０も筒状部材１２１も本発明にとっては必須の構成要素ではないので、それら１１０、１２１の一方または両方が省略されてもよい。
　（３）グランドパッキン２００を構成するリング２１０、２２１、２２２は、ブレードパッキン１００が予め円環状に圧縮成形されたものである。しかし、リング２１０、２２１、２２２のいずれか、またはすべてが、ブレードパッキン１００が紐状のまま、ステム５１０に同軸に巻きつけられたものであってもよい。
　（４）グランドパッキン２００のシール層２１０を構成するブレードパッキン１００には、ＰＴＦＥが含浸によって組み込まれている。この含浸は、１本の紐に撚り合わされた後のヤーン１２０の束に対して行われるが、その他に、撚り合わされる前のヤーン１２０に対して個別に行われてもよいし、筒状部材１２１の中に充填される前の膨張黒鉛材１２２に対して個別に行われてもよい。さらに、ヤーン１２０内の膨張黒鉛材１２２がフッ素樹脂製の部材に置換されてもよい。また、フッ素樹脂としてはＰＴＦＥに代えて、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等が使用されてもよい。
　（５）グランドパッキン２００では、シール層２１０の両端面が保護層２２１、２２２で覆われている。しかし、シール層２１０への酸素と水分との浸入を防ぐには、少なくとも、シール層２１０の大気側の端面が保護層２２１で覆われていればよい。たとえば、流路５４０内の流体が油系等、酸素も水分も含まない種類であることにより、シール層２１０へ流体側から浸入する酸素と水分との量が無視できる場合、シール層２１０の流体側の端面を覆う保護層２２２が省略されてもよい。
　（６）グランドパッキン２００のシール層２１０と保護層２２１、２２２とでは、ＰＴＦＥの有無を除き、リングの構造と材料とがいずれも同じである。しかし、シール層と保護層とではリングの構造または材料が異なっていてもよく、特にグランドパッキンが、シールパッキンとアダプタパッキンとを含む組合せパッキンであってもよい。この場合、シール層はシールパッキンの全体であり、保護層は、アダプタパッキンのうち、少なくともシールパッキンの大気側に隣接するものを含む。すなわち、シールパッキンの大気側に、フッ素樹脂を含まないアダプタパッキンを隣接させることにより、本発明によるグランドパッキンを既存の部材から容易に構成することができる。
　（７）グランドパッキン２００は、バラバラのリング２１０、２２１、２２２がパッキン室の中で組み合わされることにより、単一の筒状構造を成す。その他に、これらのリング２１０、２２１、２２２が、パッキン室に詰め込まれる前に、圧縮成形によって単一の筒状構造に一体化されていてもよい。この場合、グランドパッキン２００は、パッキン室に詰め込む作業等での取り扱いが容易である。
　（８）グランドパッキン２００ではシール層２１０と保護層２２１、２２２との両方がブレードパッキン１００で構成されているが、その他に、シール層と保護層との一方または両方がモールドパッキンで構成されていてもよい。
　図４の（ａ）は、本発明の実施形態の第１変形例によるグランドパッキンを構成するモールドパッキン４１０の外観を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）はモールドパッキン４１０の模式的な断面図である。モールドパッキン４１０は円環部材であり、内径がステム５１０の径以下であり、径方向の幅がパッキン室の径方向の内法以上である。モールドパッキン４１０は、本体４１１、円環シート４１２、およびメッシュ４１３を含む。本体４１１は、たとえば円環状の膨張黒鉛材であり、テープ状の膨張黒鉛材が渦巻状に巻かれた状態で、または同心円状に並べられた状態で、加圧されて一体化したものである。この製法に伴い、本体４１１の中心軸を含む平面による断面には、径方向（図４の（ｂ）では左右方向）に連なる複数の層が現れる。円環シート４１２は、たとえばシート状の膨張黒鉛材が円環状に打ち抜かれたものであり、本体４１１の軸方向における両端面（図４の（ｂ）では上下面）を覆って本体４１１の層間への流体の浸入を防ぐ。メッシュ４１３はたとえば、ステンレス鋼等の金属から成る繊維が円環状に編まれたものであり、円環シート４１２に同軸に重ねられ、その高い機械的強度によって、本体４１１が軸方向（図４の（ａ）、（ｂ）では上下方向）へはみ出すのを防ぐ。
　グランドパッキンのシール層がモールドパッキン４１０で構成される場合、モールドパッキン４１０には、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、またはＰＶＤＦ等のフッ素樹脂が含浸によって組み込まれる。この含浸は、モールドパッキン４１０の完成品に対して行われてもよいし、本体４１１に成形される前のテープ状の膨張黒鉛材に対して行われてもよい。さらに、本体４１１自体がフッ素樹脂製であってもよい。なお、保護層が軸方向において十分に厚い場合、シール層を構成するモールドパッキン４１０からは円環シート４１２が省略されてもよい。また、保護層の機械的強度がアダプタパッキンとして十分なレベルである場合、シール層を構成するモールドパッキン４１０からはメッシュ４１３が省略されてもよい。
　グランドパッキンの保護層がモールドパッキン４１０で構成される場合、モールドパッキン４１０としては、いずれのフッ素樹脂も含まないものが使用される。さらに、本体４１１の層間への酸素と水分との浸入が抑えられるように、円環シート４１２の厚さが設計され、またはその材料に膨張黒鉛以外が使用されてもよい。また、保護層の機械的強度がアダプタパッキンに必要なレベルに達するように、メッシュ４１３の厚さまたは構造が設計されてもよい。
　（９）ブレードパッキン１００の中芯１１０とヤーン１２０とはいずれも繊維状の膨張黒鉛材で形成されているが、その他に、中芯とヤーンとの少なくとも一方が、ガラス、炭素、セラミックス等の無機物または金属から成る繊維で形成されてもよい。耐熱性、流路５４０内の流体等に対する耐腐食性とシール性、加工性、機械的強度等が膨張黒鉛と同等な材料であれば、ブレードパッキン１００の材料として採用可能である。
　図４の（ｃ）は、本発明の実施形態の第２変形例によるグランドパッキンを構成するブレードパッキン４２０の模式的な断面図である。ブレードパッキン４２０は、横断面が正方形の紐状部材であり、１本の中芯４２１のまわりに１６本のヤーン４２２が編み組みされている。図１が示すブレードパッキン１００とは異なり、ブレードパッキン４２０では中芯４２１がセラミック繊維から成り、ヤーン４２２がステンレス繊維から成る。これにより、ブレードパッキン４２０は耐熱性と耐薬品性とに優れている。さらに、ブレードパッキン４２０は機械的強度が高いので、好ましくはアダプタパッキンとしてグランドパッキンに組み込まれる。このとき、ブレードパッキン４２０は、軸方向における厚さが十分に大きく設計されることにより、グランドパッキンの保護層としての機能を兼ね備えることができる。
　（１０）グランドパッキンの保護層は大気側の端部が金属板で覆われていてもよい。図４の（ｄ）は、本発明の実施形態の第３変形例によるグランドパッキンの保護層４３０の模式的な断面図である。保護層４３０は円環状のモールドパッキンであり、本体４３１、金属キャップ４３２、およびメッシュ４３３を含む。本体４３１はたとえば円環状の膨張黒鉛材であり、テープ状の膨張黒鉛材が渦巻状に巻かれた状態で、または同心円状に並べられた状態で、加圧されて一体化したものである。その他に、本体４３１がブレードパッキンで形成されてもよい。いずれの構造にしろ、本体４３１にはフッ素樹脂が組み込まれていない。金属キャップ４３２はたとえば円環状の金属板であり、ステンレス鋼等の金属から成る細線が円環状の金型に充填された上で加圧されて一体化したものである。金属キャップ４３２は本体４３１の大気側の端面（図４の（ｄ）では上面）を覆う。メッシュ４３３はたとえば、ステンレス鋼等の金属から成る繊維が円環状に編まれたものであり、本体４３１の流体側の端面（図４の（ｄ）では下面）を覆う。金属キャップ４３２とメッシュ４３３とはいずれも機械的強度が高いので、本体４３１が軸方向（図４の（ｄ）では上下方向）へはみ出すのを防ぐだけでなく、保護層４３０へ向かってシール層がはみ出すのも防ぐ。金属キャップ４３２は更に外気中の成分、特に酸素と水分とを遮断する。このように、金属キャップ４３２の存在によって保護層４３０は、シール層への酸素と水分との浸入防止という本来の機能を強化させると共に、シール層の機械的強度を補う機能を兼ね備えることができる。
　（１１）グランドパッキンが更に犠牲部材を備えていてもよい。図５は、本発明の実施形態の第４変形例によるグランドパッキン２５０と軸封装置５００との断面図である。第４変形例によるグランドパッキン２５０は、図２が示すグランドパッキン２００のシール層２１０と保護層２２１、２２２とに加え、犠牲部材２５１を備えている。犠牲部材２５１はたとえば樹脂製または金属製の環状部材であり、保護層２２１、２２２と同様にフッ素樹脂を含まず、好ましくは内径がステム５１０の径よりもわずかに大きい。好ましくは犠牲部材２５１として既存のランタンリングが流用される。この場合、犠牲部材２５１は中心軸を含む平面による断面がＨ字形であり、すなわち外周面と内周面とのそれぞれに周方向の溝２５２、２５３を含む。外周面の溝２５２と内周面の溝２５３とが径方向の貫通穴（図示せず。）で連通していてもよい。犠牲部材２５１は大気側の保護層２２１の大気側に隣接している。したがって、パッキン押さえ５３０の流体側の端部（図５では左端部）５３１が犠牲部材２５１を流体側（図５では左側）へ押圧することにより、シール層２１０が軸方向（図５では左右方向）に圧縮される。
　犠牲部材２５１の内周面の溝２５３の内側には、犠牲金属から成る線材２５４が１本以上詰められている。犠牲金属は、ＨＦに対する耐腐食性がステム５１０の材質よりも低い金属である。たとえばステム５１０の材質が、鋳鉄、鋳鋼、またはステンレス鋼である場合、犠牲金属が好ましくはアルミニウムまたはニッケルである。たとえば、各線材２５４の横断面が円形であり、その直径が溝２５３の径方向の深さと軸方向の幅とのいずれもよりも十分に小さい。各線材２５４は溝２５３に沿ってステム５１０のまわりを、少なくとも１周は巻いている。好ましくは、巻きの内径がステム５１０の内径よりも大きい。これにより、線材２５４がステム５１０には接触しないので、ステム５１０に対するグランドパッキン２５０の摺動抵抗だけでなく、ステム５１０との摩擦によって線材２５４から剥離する犠牲金属の破片の量も抑えられる。したがって、これらの破片がステム５１０と保護層２２１との隙間に、更にはステム５１０とシール層２１０との隙間に入り込んで保護層２２１とシール層２１０との摩耗を早める危険度が低い。
　グランドパッキン２５０は犠牲金属製の線材２５４を備えているので、ＨＦによるステム５１０の腐食の進行を更に長期にわたって遅らせることができる。これは次の理由による。厳密には、外気中の酸素と水分とはわずかながらも保護層２２１、２２２を突破してシール層２１０に浸入し得る。したがって、グランドパッキン２５０がＰＴＦＥの分解温度よりも高温に維持される間は、シール層２１０からＨＦがわずかながらも生成される。したがって、グランドパッキン２５０の高温での使用期間がたとえば数年にわたると、その期間に生成されたＨＦの総量が無視できない程度にまで増大し得る。しかし、犠牲金属はステム５１０の材質よりもＨＦによって腐食しやすいので、シール層２１０から生成された微量のＨＦは専ら犠牲金属の線材２５４の腐食に費やされ、ステム５１０を腐食させるＨＦが実質上残らない。こうして、グランドパッキン２５０の高温での使用期間がたとえば数年にわたっても、ステム５１０の腐食が実質上進行しない。
　図５の例では犠牲金属製の線材２５４が犠牲部材２５１の内周面の溝２５３の内側にのみ詰められている。しかし、これに限らず、線材２５４が犠牲部材２５１の外周面の溝２５２の内側に詰められてもよい。また、図５の例では各線材２５４の横断面が円形であるが、これに限らず、楕円形または多角形であってもよく、表面に溝または凹み等の凹凸が設けられることにより、横断面の周が波状またはつづら折り状であってもよい。これにより、単位体積あたりの表面積が大きいので、ＨＦと接触し得る面積が十分に大きく確保される。さらに、犠牲金属が線材２５４に代えて、帯状または環状の部材に成形されていてもよい。その他に、犠牲金属が、犠牲部材２５１の外周面の溝２５２または内周面の溝２５３の内面の少なくとも一部を覆う膜、または、各内面に一部が埋め込まれ、残りが溝２５２、２５３の内側に伸びている複数の突起を形作っていてもよい。
　図５の例では犠牲部材２５１として既存のランタンリングが流用されている。その他に犠牲部材として専用の環状部材が樹脂または金属から作製されてもよい。この環状部材の表面には、穴、凹み、もしくは溝があり、または、その内部には空洞があり、その穴、凹み、溝、または空洞に犠牲金属が配置されている。これらの犠牲金属がシール層２１０から生成されたＨＦに曝されるように、環状部材の穴、凹み、もしくは溝が配置され、または環状部材の空洞が外気と連通していればよい。
　図５の例では犠牲部材２５１が大気側の保護層２２１の大気側にのみ配置されている。これは、大気側の保護層２２１に侵入する酸素と水分との量に比べれば、流体側の保護層２２２に侵入する量が十分に無視できるほど小さい場合である。他の場合には、ＨＦの生成量を更に抑える目的で、犠牲部材が流体側の保護層２２２の流体側にも配置されてもよい。
　１００　ブレードパッキン
　１１０　中芯
　１２０　ヤーン
　１２１　筒状部材
　１２２　膨張黒鉛材
　１２３　繊維材
　２００　グランドパッキン
　２１０　シール層
　２２１、２２２　保護層
　５００　軸封装置
　５１０　ステム
　５１１　ステムの外周面
　５２０　スタッフィングボックス
　５２１　スタッフィングボックスの流体側の端部
　５２２　スタッフィングボックスの大気側の端部
　５２３　スタッフィングボックスの内周面
　５２４　スタッフィングボックスのリブ
　５３０　パッキン押さえ
　５３１　パッキン押さえの流体側の端部
　５３２　パッキン押さえの大気側の端部
　５３３　パッキン押さえのフランジ
　５３４　ボルト
　５４０　流路
　５５０　ケーシング
　５５１　ケーシングの開口部
　５６０　ケーシングの外部空間

Claims (7)

  1. 　フッ素樹脂を含む筒状部分であり、外周面をスタッフィングボックスの内周面に密着させ、内周面を流体機器の可動軸の外周面に密着させるシール層と、
    　フッ素樹脂を含まない環状部分であり、前記シール層の軸方向における端面のうち、少なくとも大気側の端面を覆って、前記シール層への酸素と水分との浸入を防ぐ保護層と
    を備えているグランドパッキン。
  2. 　前記グランドパッキンが、シールパッキンとアダプタパッキンとを含む組合せパッキンであり、
    　前記シール層が前記シールパッキンの全体を含み、
    　前記保護層が、前記アダプタパッキンのうち、少なくとも、前記シールパッキンの大気側に隣接するものを含む、
    請求項１に記載のグランドパッキン。
  3. 　前記シール層と前記保護層とが圧縮成形によって一体化している、請求項１に記載のグランドパッキン。
  4. 　前記保護層の大気側の端部が金属板で覆われている、請求項１に記載のグランドパッキン。
  5. 　前記保護層の軸方向における厚さが、前記可動軸の径の大きさにかかわらず、５ｍｍ以上である、請求項１に記載のグランドパッキン。
  6. 　前記保護層のうち大気側に位置するものの大気側に隣接する環状部材であり、フッ化水素に対する耐腐食性が前記可動軸の材質よりも低い犠牲金属を含む犠牲部材
    を更に備えている、請求項１に記載のグランドパッキン。
  7. 　前記犠牲部材の表面に、穴、凹み、もしくは溝があり、または前記犠牲部材の内部に空洞があり、
    　前記犠牲金属が前記犠牲部材の穴、凹み、溝、または空洞の中に配置されている、
    請求項６に記載のグランドパッキン。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5370926A (en) * 1987-03-10 1994-12-06 The Marlo Company International Packing material
US5687974A (en) * 1996-03-15 1997-11-18 Calconn, Inc. Packing material having expanded graphite dispersed throughout
JPH11336911A (ja) * 1998-05-28 1999-12-07 Japan Matekkusu Kk 密封材料
US20140105527A1 (en) * 2012-03-23 2014-04-17 Lynne A. THOMA Seal-bearing assembly
US20140314346A1 (en) * 2012-03-23 2014-10-23 SEAL-RYT CORPORATlON Seal-bearing assembly
JP2015129532A (ja) * 2014-01-06 2015-07-16 日本ピラー工業株式会社 グランドパッキン
JP2019196828A (ja) * 2018-05-11 2019-11-14 日本ピラー工業株式会社 グランドパッキン、及びグランドパッキン用ヤーンの製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5370926A (en) * 1987-03-10 1994-12-06 The Marlo Company International Packing material
US5687974A (en) * 1996-03-15 1997-11-18 Calconn, Inc. Packing material having expanded graphite dispersed throughout
JPH11336911A (ja) * 1998-05-28 1999-12-07 Japan Matekkusu Kk 密封材料
US20140105527A1 (en) * 2012-03-23 2014-04-17 Lynne A. THOMA Seal-bearing assembly
US20140314346A1 (en) * 2012-03-23 2014-10-23 SEAL-RYT CORPORATlON Seal-bearing assembly
JP2015129532A (ja) * 2014-01-06 2015-07-16 日本ピラー工業株式会社 グランドパッキン
JP2019196828A (ja) * 2018-05-11 2019-11-14 日本ピラー工業株式会社 グランドパッキン、及びグランドパッキン用ヤーンの製造方法

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