| 【発明の名称】 |
グランドパッキンおよびその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】渡辺 勝美
【氏名】山中 二朗
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| 【要約】 |
【課題】軸の摺動（または回転）が連続かつ長時間に及ぶような特別な使用条件下においても摺動抵抗が小さくフローも少ない膨張黒鉛系パッキンを提供する。
【解決手段】膨張黒鉛製テープ１を渦巻き状に巻回し、これを加圧成形する。この成形品にパラフィンエマルジョンとポリエチレングリコールの混合処理液１ａの含浸により、パラフィンとポリエチレングリコールが合量で０．２〜８重量％付着させたリング状グランドパッキンＡとする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 膨張黒鉛単体あるいは膨張黒鉛と金属線等を複合させた膨張黒鉛系パッキンに、パラフィンエマルジョンとポリエチレングリコールの混合処理液の含浸により、パラフィンとポリエチレングリコールが付着していることを特徴とするグランドパッキン。
【請求項２】 膨張黒鉛製テープを渦巻き状または同心円状に配置し、これを縦方向に加圧成形して得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに、パラフィンエマルジョンとポリエチレングリコールの混合処理液の含浸により、パラフィンとポリエチレングリコールが合量で０．２〜８重量％付着している請求項１に記載のグランドパッキン。
【請求項３】 膨張黒鉛製テープの周囲を補強繊維で被覆した編み糸を複数本用いて編組して得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに、パラフィンエマルジョンとポリエチレングリコールの混合処理液の含浸により、パラフィンとポリエチレングリコールが合量で３〜１５重量％付着している請求項１に記載のグランドパッキン。
【請求項４】 膨張黒鉛単体あるいは膨張黒鉛と金属線等を複合させた膨張黒鉛系パッキンまたは上記パッキン素材に、パラフィンエマルジョン１００重量部に対して１２５〜１０００重量部のポリエチレングリコールを混合した処理液を含浸させた後、低温で長時間乾燥させることによりパラフィンとポリエチレングリコールを含ませることを特徴とするグランドパッキンおよびその製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バルブ等の機器のスタフィングボックス内に装填し、バルブステムからの流体の漏れを防止するグランドパッキンおよびその製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、バルブステムあるいは回転軸（以下、軸と称する）からの漏れを防止するために使用するパッキンとしては、石綿繊維やカーボン繊維等の耐熱繊維を八編み、袋編みあるいは格子編み等に編組し、潤滑剤等を含浸させるか表面処理を行った、いわゆる編組パッキンが知られている。かかるパッキンは、耐熱性・耐薬品性・耐摩耗性等が優れているために現在でも広く使用されているが、近時、環境問題に対する意識の高まり等から微少な漏れも問題とされるようになり、シール性の高い膨張黒鉛を主原料として用いるパッキン（以下、膨張黒鉛系パッキンと称する）が多用されるようになってきている。
【０００３】前記膨張黒鉛系パッキンには種々のタイプがあるが、最も一般的なものは、テープモールド式といわれ、膨張黒鉛製シートを所定の幅にスリットして得たテープ状素材を成形用金型内に渦巻き状または同心円状に配置した後、これを縦方向に圧縮成形加工して得られたリング状グランドパッキンである。
【０００４】別の成形方法としてはラミネート式といわれ、膨張黒鉛製シートをリング状に打ち抜いたリング状素材を成形用金型内に所定枚数積層し、これを縦方向に加圧成形して得られたリング状グランドパッキンである。
【０００５】また、別の構造の膨張黒鉛系パッキンとして、膨張黒鉛製シートを所定の幅にスリットして得たテープ状素材にテープ状の金網を一緒に渦巻き状に巻き込み加圧成形したタイプや、膨張黒鉛製シートを所定の幅にスリットして得たテープ状素材を積層した後、周囲を金属線で被覆したタイプ等、パッキンの取り出し性や補強性を高めたものもある。
【０００６】さらに別の構造の膨張黒鉛系パッキンとしては、膨張黒鉛製シートを所定の幅にスリットして得たテープ状素材の周囲を補強繊維で袋編みするなどの方法で、膨張黒鉛と補強繊維とを複合させた編み糸を作り、これを八編み、袋編みあるいは格子編み等に編組して紐状体を構成することで、様々な軸径に合わせて所定の長さに切断して使用できるようにしたタイプもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のような膨張黒鉛系パッキンは、石綿等の編組パッキンに比べ、シール性は格段に優れているものの、鱗片状の膨張黒鉛粉末が金属からなる相手軸材に対して付着し易い傾向があり、その使用により軸の摺動抵抗が増加するという問題がある。このため、既存のプラントで使用されているバルブのパッキンを編組パッキンから膨張黒鉛系パッキンに変更しようとする際に、摺動抵抗が増加し軸が回らなくなるのを防ぐために、金属製のスリーブを用いて膨張黒鉛系パッキンの使用量を少なくする必要があり、操作が煩雑であること等が指摘されている。
【０００８】この対策として、一般的に膨張黒鉛系パッキンに潤滑剤を含浸あるいは表面処理することが行われており、潤滑剤としてはタービン油等の鉱油系潤滑剤やシリコーンオイル、フッ素オイル、パラフィンワックス等が使用されているが、これらの潤滑剤は量が少ないと効果がなく、量が多いとパッキンがフローして隙間からはみ出し応力緩和が大きくなるという問題がある。
【０００９】そこで、本発明者らは、摺動抵抗が小さくフローも少ない膨張黒鉛系パッキンについて鋭意検討を行ったところ、膨張黒鉛系パッキンにパラフィンエマルジョンを含浸させることにより、良好なシール性を維持しながら摺動抵抗が低減し、フローが少なくなることを見出し、その知見に基づく改良発明（特願平９−１９１８０７号、特開平１１−２１５４２号）を提案している。これは、タービン油、シリコーンオイル、フッ素オイル等の液体の潤滑剤に比べ、パラフィン等の常温で固体の潤滑剤はパッキンを締め付けた時に潤滑剤が流れ出たり、パッキンをフローさせたりすることが少ないことよるものと考えられる。
【００１０】しかし、このようなパラフィンエマルジョンを含浸した膨張黒鉛系パッキンにおいても、例えば、軸の摺動（または回転）が連続かつ長時間に及ぶような特別な使用条件下においては、摺動抵抗が増加するといった問題が発生する場合があり、さらなる改良が求められている。
【００１１】本発明の目的は、以上の問題点に鑑みてなされたもので、パラフィンエマルジョンの優れた効果を維持しながら、軸の摺動（または回転）が連続かつ長時間に及ぶような特別な使用条件下においては、摺動抵抗が小さくフローも少ない膨張黒鉛系パッキンおよびその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１の発明は、膨張黒鉛単体あるいは膨張黒鉛と金属線等を複合させた膨張黒鉛系パッキンに、パラフィンエマルジョンとポリエチレングリコールの混合処理液の含浸によりパラフィンとポリエチレングリコールが付着していることを要旨としている。
【００１３】請求項２の発明は、請求項１において、膨張黒鉛製テープを渦巻き状または同心円状に配置し、これを縦方向に加圧成形して得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに、パラフィンエマルジョンとポリエチレングリコールの混合処理液の含浸により、パラフィンとポリエチレングリコールが合量で０．２〜８重量％付着していることを要旨としている。
【００１４】請求項３の発明は、請求項１において、膨張黒鉛製テープの周囲を補強繊維で被覆した編み糸を複数本用いて編組して得られる膨張黒鉛製グランドパッキンに、パラフィンエマルジョンとポリエチレングリコールの混合処理液の含浸により、パラフィンとポリエチレングリコールが合量で３〜１５重量％付着していることを要旨としている。
【００１５】請求項４の発明は、膨張黒鉛単体あるいは膨張黒鉛と金属線等を複合させた膨張黒鉛系パッキンまたは上記パッキン素材に、パラフィンエマルジョン１００重量部に対して１２５〜１０００重量部のポリエチレングリコールを混合した処理液を含浸させた後、低温で長時間乾燥させることにより、パラフィンとポリエチレングリコールを含ませることを要旨としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態としては、例えば、膨張黒鉛製シートを所定の幅にスリットして得たテープ状素材を成形用金型内に渦巻き状に配置した後、これを縦方向に加圧成形して得られたリング状の膨張黒鉛系パッキンを作製し、これをパラフィンエマルジョン１００重量部に対して１２５〜１０００重量部、好ましくは１７０〜５００重量部で混合した処理液中に含浸させた後、低温で長時間乾燥させることにより、パラフィンとポリエチレングリコールを合量で０．２〜８重量％付着させたグランドパッキンである。
【００１７】また、本発明の他の実施の形態としては、例えば、膨張黒鉛製テープの周囲を金属線等の補強繊維で被覆した編み糸を作製し、この編み糸複数本を用いて、棒状の中芯材の周りを編組した紐状体を作製した後、所定長さで切断して成形用金型内に配置した後、これを縦方向に加圧成形しえ得られたリング状の膨張黒鉛系パッキンを作製し、パラフィンエマルジョン１００重量部に対して１２５〜１０００重量部、好ましくは１７０〜５００重量部で混合した処理液中に含浸させた後、低温で長時間乾燥させることにより、パラフィンとポリエチレングリコールを合量で３〜１５重量％付着させたグランドパッキンである。
【００１８】〔作用〕本発明者らは、パラフィンエマルジョンを含浸した膨張黒鉛系パッキンの摺動抵抗をさらに小さく、かつ軸の摺動（または回転）が連続かつ長時間に及ぶような特別な使用条件下においても効果を発揮できる潤滑剤について鋭意検討を行った結果、パラフィンエマルジョンにポリエチレングリコールを適量混合することによって、上記した特別な使用条件下における軸トルクが変化することを知り得た。
【００１９】これは、一般にリング状グランドパッキンと軸との摺動（または回転）は、図５に示すように、リング状グランドパッキンＰと軸９との接触境界面に存在する極く僅かな潤滑剤層７の流動によって起こっており、この流動に潤滑剤の粘度が複雑な影響を与えているために、軸トルクが変化するものと推定している。
【００２０】すなわち、リング状の膨張黒鉛系パッキンにパラフィンエマルジョンを含浸すると、軸とパッキンの接触境界面で流動しているパラフィンの粘度によって、脆性材料である膨張黒鉛系パッキンの内径表面が削られ、この摩耗粉がパラフィンと混ざり合いながらさらに粘度が増加する結果、軸トルクが大きくなる場合があると考えられる。
【００２１】そこで、処理液としてパラフィンエマルジョンにポリエチレングリコールを混合して使用すると、パラフィンエマルジョン１００重量部に対して１２５重量部未満では、上記したような特別な使用条件下において軸トルクの増加傾向が見られたが、１２５重量部以上では軸トルクの増加はほとんど見られなくなる。しかし、ポリエチレングリコールの混合量が１０００重量部を越えると、パラフィンの効果が見られなくなり、軸トルクの増加傾向はないものの、軸トルクの絶対値自体が大きくなってしまう。
【００２２】したがって、リング状の膨張黒鉛系パッキンまたは上記パッキン素材に、パラフィンエマルジョン１００重量部に対して１２５〜１０００重量部のポリエチレングリコールを混合した処理液を含浸させることにより、パラフィンエマルジョンを使用した場合の良好なシール性と小さい摺動抵抗を維持しながら、軸の摺動（または回転）数に関係なく安定した効果が得られる。
【００２３】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
〔実施例１〕図１に示すように、厚さ０．３８ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3の膨張黒鉛製シートを１６ｍｍ幅にスリットしたテープ１を渦巻き状に巻回し、これをクランクプレスで加圧成形した膨張黒鉛系パッキンＡを、パラフィンエマルジョン（東邦化学工業（株）製パラックス４０Ｋ−３）１００重量部に対して２５０重量部のポリエチレングリコール（三洋化成工業（株）製ＰＥＧ−４００）を混合調整した液中に３０分間浸漬し、これを６０℃で８時間以上乾燥させ、合量で４重量％のパラフィンとポリエチレングリコール１ａが含まれるリング状（内径２６ｍｍ、外径４２ｍｍ、高さ８ｍｍ）のグランドパッキンを得た。
【００２４】〔実施例２〕図２に示すように、厚さ０．６０ｍｍの膨張黒鉛製シートを５．２ｍｍ幅にスリットしたテープ２の周囲を直径０．０８ｍｍのステンレス線３で袋編みした編み糸４を１６本と、図３の中芯材５を用いて紐状体６となし、この紐状体６を図４に示すように、リング状に圧縮成形加工して得られた膨張黒鉛系パッキンＢを上記処理液中に３０分間浸漬し、これを６０℃で８時間以上乾燥させ、合量で１０重量％のパラフィンとポリエチレングリコールが含まれるリング状（内径２６ｍｍ、外径４２ｍｍ、高さ８ｍｍ）のグランドパッキンを得た。
【００２５】〔比較例１〕上記膨張黒鉛系パッキンＡを固形分濃度が２０重量％になるように調整したパラフィンエマルジョン溶液中に３０分間浸漬し、これを６０℃で８時間以上乾燥させ、１重量％のパラフィンが含浸したリング状（内径２６ｍｍ、外径４２ｍｍ、高さ８ｍｍ）のグランドパッキンを得た。
【００２６】〔比較例２〕上記膨張黒鉛系パッキンＡをポリエチレングリコール中に３０分間浸漬し、これを８時間以上風乾して、７重量％のポリエチレングリコールが含浸したリング状（内径２６ｍｍ、外径４２ｍｍ、高さ８ｍｍ）のグランドパッキンを得た。
【００２７】〔比較例３〕上記膨張黒鉛系パッキンＢを上記パラフィンエマルジョン溶液中に３０分間浸漬し、これを６０℃で８時間以上乾燥させ、３重量％のパラフィンが含浸したリング状（内径２６ｍｍ、外径４２ｍｍ、高さ８ｍｍ）のグランドパッキンを得た。
【００２８】上記実施例１，２および比較例１〜３のリング状グランドパッキンを供試体Ｐとし、これを図６に示す出願人規格の試験機８（軸径２６ｍｍ、スタフィングボックス内径４２ｍｍ、スタフィングボックス深さ１５０ｍｍ）にそれぞれ６リング装着して面圧５００ｋｇｆ／ｃｍ2で締め付け、この試験機８を常温にて軸を連続して回転させたときの軸トルクを測定した。なお、図６において、９は軸、１０はパッキン押さえ、１１は締め付けボルト、１２はランタンリング、１３はＮガス加圧口、１４はガス出口である。
【００２９】上記試験機において、パッキン締め付け後および軸の連続回転後の軸トルクの変化を測定した結果を下記表１に示す。表１に示す如く、本発明による実施例１，２で得られたリング状グランドパッキンは、比較例１〜３のグランドパッキンに比べて締め付け直後と軸を連続回転した後の軸トルクの変化が少ないことが確認された。
【００３０】なお、今回の実施例はいずれもリング状グランドパッキンを成形した後、処理液を含浸したものを供試体としたものであるが、あらかじめ処理液で処理した膨張黒鉛粉末あるいは膨張黒鉛製テープを用いてグランドパッキンを製造しても差し支えない。また、膨張黒鉛製テープ間に金属製メッシュをはさみ、取り出し性を向上させたものが本発明に含まれることは言うまでもない。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、従来の膨張黒鉛系パッキンのシール性を維持しながら、軸の摺動（または回転）が連続かつ長時間に及ぶような特別な使用条件下においても軸トルクが安定しており、しかも製造が容易で安価に製造できるリング状グランドパッキンが得られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１１０８０４
【氏名又は名称】ニチアス株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月７日（１９９９．１２．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７２３８３
【弁理士】
【氏名又は名称】永田 武三郎
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１６５３２４（Ｐ２００１−１６５３２４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２２日（２００１．６．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３４７４５１ |
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