JP6349239B2

JP6349239B2 - パッキン

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Publication number: JP6349239B2
Application number: JP2014240854A
Authority: JP
Inventors: 高山　剛; 剛高山; 英人橋口
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2018-06-27
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: JP2016102537A

Description

本発明は、ヤーンを用いて構成されるパッキンに関する。

従来、ポンプ又はバルブ等の流体機器には、軸封部品であるパッキン（グランドパッキン）が備えられている。このようなパッキンとしては、複数本のヤーン（編み糸）がひねり加工又は編組されることによって構成されたものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

この種のグランドパッキンおいて、複数本のヤーンに含まれる少なくとも１本のヤーンは、例えば図１０に示すように、線材９１を編んで形成した筒状部材９２を備えるとともに、細長状に形成した膨張黒鉛シート片９３を多数備えている。そして、前記ヤーンは、前記膨張黒鉛シート片９３が前記筒状部材９２の軸心方向に延びるように前記膨張黒鉛シート片９３を前記筒状部材９２に装填することにより構成されている。

前記ヤーン１においては、前記膨張黒鉛シート片９３が前記筒状部材９２に充填されたとき、ある前記膨張黒鉛シート片９３の長手方向一端部９５と他の前記膨張黒鉛シート片９３の長手方向他端部９６との間に比較的大きな空隙９８が設けられていた。この空隙９８は、前記ヤーン１のひねり加工時又は編組時に編目を有する前記筒状部材９２内の前記膨張黒鉛シート片９３が前記筒状部材９２の外にはみ出しそのはみ出した部分が欠落するという問題を抑制するために設けられている。

しかしながら、前記空隙９８の存在により前記筒状部材９２内において前記膨張黒鉛シート片９３の充填密度が前記ヤーン１の長手方向にわたって一定とならず、前記ヤーンの太さが不均一になりやすかった。そして、このことは、前記ヤーンを含む複数のヤーンを用いて構成されるパッキンにおいて、シール性に悪影響を及ぼす結果につながるおそれがあった。

特開２００７−１３８３１５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、筒状部材に複数の膨張黒鉛シート片を充填してなるヤーンを用いて構成されるパッキンにおいて、良好なシール性を確保することができるパッキンを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、
複数本のヤーンがひねり加工又は編組されることによって構成されるパッキンにおいて、
筒状部材を備えるとともに、細長状に形成した膨張黒鉛シート片を多数備え、前記膨張黒鉛シート片が前記筒状部材の軸心方向に延びるように前記膨張黒鉛シート片を前記筒状部材に装填してなるヤーンが、前記複数本のヤーンに含まれ、
前記膨張黒鉛シート片が、前記筒状部材の軸心方向一方側に向かって先細形状に形成された長手方向一端部と、前記筒状部材の軸心方向他方側に向かって先細形状に形成された長手方向他端部とを有し、
前記膨張黒鉛シート片の長手方向一端部が、この膨張黒鉛シート片の前記筒状部材の軸心方向他方側に位置する他の前記膨張黒鉛シート片の長手方向他端部と、前記筒状部材の径方向に関して対向するように設けられているものである。

この構成によれば、前記複数本のヤーンに含まれる前記ヤーンにおいて、前記膨張黒鉛シート片を、その長手方向一端部が前記他の膨張黒鉛シート片の長手方向他端部により形成される隙間に入り込むように、前記筒状部材に収容することが可能となる。そのため、これらの長手方向一端部及び長手方向他端部とが重なり合う部分において、空隙を極力発生させないようにする、又は、発生した空隙の大きさを極力小さくすることができる。

したがって、前記筒状部材内に前記膨張黒鉛シート片をその充填密度が前記ヤーンの長手方向にわたってできるだけ一定となるように分布させて、前記ヤーンの太さをできるだけ均一に保つことができる。その結果、前記ヤーンを用いてパッキンが構成された場合に、そのパッキンのシール性に前記ヤーンの太さの差に起因する悪影響が及ぶことを抑制することができる。よって、前記パッキンに関して良好なシール性を確保することができる。

好ましくは、請求項２に記載のように、前記膨張黒鉛シート片が、鋭角状に尖った先端を前記長手方向一端部及び前記長手方向他端部のそれぞれに備える。

好ましくは、請求項３に記載のように、前記膨張黒鉛シート片が、前記筒状部材の軸心方向と直交する方向から見て、当該膨張黒鉛シート片の長手方向に沿って延びる平行四辺形状を呈し得る。

本発明によれば、筒状部材に複数の膨張黒鉛シート片を充填してなるヤーンを用いて構成されるパッキンにおいて、良好なシール性を確保することができるパッキンを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るパッキンの斜視図である。図１のパッキンにおけるヤーンの一部での、筒状部材への膨張黒鉛シート片の充填状態を示す模式側面図である。図２の膨張黒鉛シート片の斜視図である。図２の膨張黒鉛シート片の作成の仕方を示す図である。図２のヤーンを製造するための製造装置の一例を示す概略構成図である。図５の製造装置における、筒状部材への膨張黒鉛シート片の充填時の様子を示す図である。ガスシール特性の確認のために用いられる実験装置の概略構成図である。図７の実験装置による実験結果を示す図である。（ａ）図７の実験装置により使用された後の実施品のパッキンを示す斜視図であり、（ｂ）は図７の実験装置により使用された後の従来品のパッキンを示す図である。従来のパッキンにおけるヤーンの一部での、筒状部材への膨張黒鉛シート片の充填状態を示す模式側面図である。

本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

本発明の一実施形態に係るパッキン（グランドパッキン）２は、図１に示すように、前記ヤーン１を含む複数本のヤーン３を芯材４の周りでこれらをひねり加工又は編組（ここでは、８本のヤーンによる８打角編）することにより紐状に構成されている。前記グランドパッキン２においては、前記複数本のヤーン３中に前記ヤーン１が含まれるものであればよいが、前記複数本のヤーン３のすべてが前記ヤーン１であることが好ましい。

図１、図２に示すように、前記ヤーン１は、筒状部材６を備えている。前記ヤーン１は、さらに前記筒状部材６に収容可能なように細長状に形成した膨張黒鉛シート片７を多数備えている。前記ヤーン１は、前記膨張黒鉛シート片７の長手方向を実質的に前記筒状部材６の軸心方向に沿わせた状態で前記膨張黒鉛シート片７を前記筒状部材６に装填することにより構成されている。

前記ヤーン１においては、前記膨張黒鉛シート片７が、前記筒状部材６の軸心方向一方側に向かって先細形状に形成された長手方向一端部１１と、前記筒状部材６の軸心方向他方側に向かって先細形状に形成された長手方向他端部１２とを有している。そして、前記膨張黒鉛シート片７の長手方向一端部１１が、この膨張黒鉛シート片７の前記筒状部材６の軸心方向他方側に位置する他の前記膨張黒鉛シート片７の長手方向他端部１２と、前記筒状部材６の径方向に関して対向するように設けられている。

このような構成により、前記膨張黒鉛シート片７を、その長手方向一端部１１が前記他の膨張黒鉛シート片７の長手方向他端部１２により形成される隙間に入り込むように、前記筒状部材６に収容することが可能となる。そのため、これらの長手方向一端部１１及び長手方向他端部１２とが重なり合う部分において、空隙を極力発生させないようにする、又は、発生した空隙の大きさを極力小さくすることができる。

したがって、前記筒状部材６内に前記膨張黒鉛シート片７をその充填密度が前記ヤーン１の長手方向にわたってできるだけ一定となるように分布させて、前記ヤーン１の太さをできるだけ均一に保つことができる。その結果、前記ヤーン１を用いて構成される前記グランドパッキン２に、このヤーン１の太さの差に起因する悪影響が及ぶことを抑制することができる。

すなわち、前記ヤーン１が前記グランドパッキン２のために用いられる場合に前記ヤーン１ができるだけ均一な太さとなるので、前記複数のヤーン３を緻密に編みやすくなる。したがって、前記グランドパッキン２の太さ（長手方向と略直交する方向の寸法）及び密度にばらつきが生じることを抑制することができる。よって、前記グランドパッキン２に良好なシール性を確保することが可能となる。

本実施形態においては、図２に示すように、前記筒状部材６は、網目状構造を有するものとされている。詳しくは、前記筒状部材６は、線材１３がニット編みされることにより、編目１４を有する丸編み構造物とされている。前記筒状部材６は、軸心方向及び径方向（軸心方向と直交する方向）に前記膨張黒鉛シート片７を並べて配置することができる内部空間を有するように形成されている。

前記線材１３としては、インコネル線又はステンレス線等の金属線が採用されている。前記線材１３は、具体的には例えば、０．１ｍｍ程度の直径を有する丸線とされる。

前記膨張黒鉛シート片７は、その長手方向を実質的に前記筒状部材６の軸心方向に沿わせた状態で、前記筒状部材６の軸心方向及び径方向に並ぶように前記筒状部材６に殆どひねられることなく収容されている。図３に示すように、前記膨張黒鉛シート片７は、前記筒状部材６の軸心方向の長さよりも短い長さＬと、前記筒状部材６の径方向の幅よりも短い幅Ｗと、前記幅Ｗの大きさ以下の厚みＴとを有する短冊状に形成されている。

前記膨張黒鉛シート片７は、具体的には例えば、１００〜３００ｍｍ（好ましくは１５０〜２５０ｍｍ）程度の長さＬと、０．５〜２．５ｍｍ（好ましくは０．５〜１．５ｍｍ）程度の幅Ｗ、０．２〜１．０ｍｍ（好ましくは０．３〜０．８ｍｍ）程度の厚みＴとを有する短冊状に形成される。なお、ここでの幅Ｗの値は、前記膨張黒鉛シート片７の長手方向中途部１５の幅についてのものである。

図２、図３に示すように、前記長手方向一端部１１は、前記長手方向中途部１５側から長手方向一方側の先端１７に向かって徐々に幅狭となるように形成されている。詳しくは、前記長手方向一端部１１は、前記先端１７に向かって先細形状となる外形を前記膨張黒鉛シート片７の長手方向に沿って延びる第１側面１８とこれに対して傾斜する第２側面１９とを用いて規定されており、これら両側面１８・１９（又はその延長線）が交わる位置に前記先端１７を位置させるようになっている。

一方、前記長手方向他端部１２は、前記長手方向中途部１５側から長手方向他方側の先端２２に向かって徐々に幅狭となるように形成されている。詳しくは、前記長手方向他端部１２は、前記先端２２に向かって先細形状となる外形を前記膨張黒鉛シート片７の長手方向に沿って延びる第３側面２３とこれに対して傾斜する第４側面２４とを用いて規定されており、これら両側面１８・１９（又はその延長線）が交わる位置に前記先端２２を位置させるようになっている。

ここで、前記長手方向一端部１１と前記長手方向他端部１２とは、前記長手方向中途部１５の中心点を基準に実質的に点対称に配置されている。すなわち、前記長手方向一端部１１は、前記第２側面１９が前記膨張黒鉛シート片７の幅方向一方側の空間に面するように設けられている。前記長手方向他端部１２は、前記第４側面２４が前記膨張黒鉛シート片７の幅方向他方側の空間に面するように設けられている。

本実施形態において、前記膨張黒鉛シート片７は、前記筒状部材６内にその軸心方向一端側の開口部を介して前記長手方向一端部１１（前記先端１７）から順次挿入されて、前記筒状部材６に収容される。前記筒状部材６に収容された前記膨張黒鉛シート片７は、前記長手方向他端部１２（前記先端２２）を前記開口部に向けた状態で保持される。

この保持状態では、前記膨張黒鉛シート片７の長手方向他端部１２が、別の前記膨張黒鉛シート片７の長手方向他端部１２に対して前記筒状部材６の軸心方向にずれた位置に配置される。そして、前記長手方向他端部１２が先細形状であるので、新たに前記膨張黒鉛シート片７が前記筒状部材６に挿入されて収容されるまでの間、当該長手方向他端部１２の側方に空間が形成されることとなる。

したがって、前記筒状部材６に後から前記膨張黒鉛シート片７が挿入されたとき、その長手方向一端部１１が先細形状であるので、当該膨張黒鉛シート片７を、その長手方向一端部１１が前記筒状部材６内で先に挿入されている他の前記膨張黒鉛シート片７の長手方向他端部１２側方に形成されている前記空間に入り込むように、前記筒状部材６に収容することができる。

好ましくは、図２、図３に示すように、前記膨張黒鉛シート片７の長手方向一端部１１において、前記先端１７が鋭角状に尖るように形成される。また、前記膨張黒鉛シート片７の長手方向他端部１２において、前記先端２２が鋭角状に尖るように形成される。

すなわち、前記膨張黒鉛シート片７の幅方向において、前記長手方向一端部１１の前記第１側面１８と前記第２側面１９とがなす角度Θ１が鋭角とされる。前記膨張黒鉛シート片７の幅方向において、前記長手方向他端部１２の前記第３側面２３と前記第４側面２４とがなす角度Θ２が鋭角とされる。

前記角度Θ１は、具体的には例えば、５〜６０°、より好ましくは５〜４５°の範囲内の角度に設定される。また、前記角度Θ２は、具体的には例えば、５〜６０°、より好ましくは５〜４５°の範囲内の角度に設定される。

好ましくは、図２、図３に示すように、前記膨張黒鉛シート片７が、前記筒状部材６の軸心方向と直交する方向から見て、当該膨張黒鉛シート片７の長手方向に沿って延びる平行四辺形状を呈し得るものとされる。すなわち、前記長手方向一端部１１側の前記角度Θ１と、前記長手方向他端部１２側の前記角度Θ２とが、略同一の角度とされる。

この場合、前記膨張黒鉛シート片７は、図４に示すように、所定幅を有する長方形の膨張黒鉛シート２６をその長手方向に対して傾斜する平面で所定幅ごとに切断することにより連続的に作成することが可能となる。したがって、前記膨張黒鉛シート片７の作成の容易化を図ることができる。

また、本実施形態において、前記ヤーン１は、図５に示すように、製造装置３０を用いて製造することができる。前記製造装置３０は、供給機構３１と、搬送機構３２と、切断機構３３と、案内供給機構３４と、編み機３５とを備えている。

前記供給機構３１は、リール４１を備えている。前記リール４１は、所定の幅を有する長方形の膨張黒鉛シート２６を巻回することができるように構成され、回転軸４３回りに回転自在に設けられている。前記リール４１に巻回された前記膨張黒鉛シート２６は、前記リール４１が図５に示す矢印４４方向へ回転することにより解かれるようになっている。

前記搬送機構３２は、一対のローラ４５・４６と、搬送駆動部４７とを備えている。前記一対のローラ４５・４６は、前記供給機構３１で前記リール４１から解かれた前記膨張黒鉛シート２６の一部を挟持することができるように構成されている。前記搬送駆動部４７は、前記一対のローラ４５・４６のうちの少なくとも一方を回転駆動させることができるように構成されている。

前記搬送機構３２において、前記一対のローラ４５・４６は、それらの少なくとも一方が前記搬送駆動部４７により回転駆動させられたとき、挟持している前記膨張黒鉛シート２６の一部を引っ張り、前記リール４１から解かれた前記膨張黒鉛シート２６を前記切断機構３３に向かって送り出すことができることができるようになっている。

前記切断機構３３は、切断刃５０と、切断駆動部５１と、受台５２とを備えている。前記切断刃５０は、前記膨張黒鉛シート２６をその搬送方向に対して傾斜する平面で切断することができるように構成されている。前記切断駆動部５１は、前記切断刃５０を前記膨張黒鉛シート２６に対して近接・離間方向に往復移動させることができるように構成されている。前記受台５２は、前記切断刃５０と対をなすように配置されている。

前記切断刃５０は、前記膨張黒鉛シート２６の表面に対して角度が付いた刃先５３を有している。そのため、前記切断刃５０は、前記切断駆動部５１により前記膨張黒鉛シート２６の表面に対して近接する方向に移動させられることにより、前記膨張黒鉛シート片７を前述のように作成すべく、前記膨張黒鉛シート２６をその幅方向の一端側から他端側にかけて傾斜状に順次切断することができるようになっている。

前記案内供給機構３４は、漏斗５５を備えている。前記漏斗５５は、大径の上側開口部５６と、これよりも小径の下側開口部５７とを有している。前記漏斗５５は、前記切断機構３３で形成された前記膨張黒鉛シート片７を前記上側開口部５６に導くことができるように、前記上側開口部５６を上方に開口させかつ前記下側開口部５７を下方に開口させた状態で、前記受台５２の下方に設けられている。

前記編み機３５は、線材１３をニット編みして筒状部材６を形成することができるように構成されている。前記編み機３５は、前記筒状部材６の開口部が前記漏斗５５の下側開口部５７に対向する位置に保持されるように前記線材１３のニット編みを続け、筒状部分（前記筒状部材６の一部）を形成しながら下方へ送り出し、軸心方向の長さを所定寸法とする前記筒状部材６をかたちづくるようになっている。

なお、前記製造装置３０において、前記搬送機構３２、前記切断機構３３、前記編み機３５の駆動は、制御装置７６により制御されるように構成されている。

このような構成の前記製造装置３０を用いることにより、前記膨張黒鉛シート２６を次の切断工程に連続的に供給するために搬送する搬送工程を前記供給機構３１及び前記搬送機構３２を用いて実施し、この搬送工程により搬送されてくる前記膨張黒鉛シート２６を前記膨張黒鉛シート片７が形成されるように連続的に切断する切断工程を前記切断機構３３を用いて実施し、この切断工程により作成された前記膨張黒鉛シート片７を図６に示すように前記筒状部材６内に案内して充填する充填工程を前記案内供給機構３４及び前記編み機３５を用いて実施して、前記ヤーン１を製造することができる。

また、本実施形態に係る前記ヤーン１のみ（１６本）を用いて構成したパッキン（実施品）について、図７に示すような実験装置６０を用いてガスシール特性に関する実験を行った。比較例として、上述のような従来のヤーンのみを用いて構成したパッキン（従来品）を準備し、これについても前記実験装置６０を用いてガスシール特性に関する実験を行った。

前記実験装置６０は、試験体（パッキン）６１を収容可能なパッキンボックス６２と、前記パッキンボックス６２に組み込まれた試験体６１を所定の締付圧で締付可能な締付機構６３と、前記パッキンボックス６２に組み込まれた試験体６１に所定圧力のガスを負荷可能なガス供給機構６４と、前記パッキンボックス６２側からリークオフパイプ６５を介して漏れ出るガスの漏洩量を測定するための測定装置６６とを備えている。

前記実験装置６０において、前記締付機構６３には、油圧シリンダ６７、軸荷重測定用荷重変換器６８、及び、締付圧測定用荷重変換器６９等が備えられている。前記ガス供給機構６４には、パイプ７１を介してガスを供給可能な供給装置７２、供給されるガスの圧力を変換可能な圧力変換器７３、及び、加熱ヒータ７４等が備えられている。また、前記締付機構６３による締付圧及びガスの圧力を記録可能な記録計７５が備えられている。

実験方法に関しては、まず、パッキンをリング形状に形成し、そのリング形状のパッキンを６個準備する。そして、これらのグランドパッキンを同軸的にかつ連続的に並べたものを試験体６１として前記パッキンボックス６２に組み込む。次に、前記締付機構６３により、前記パッキンボックス６２に組み込まれた試験体６１を締付圧２０Ｎ／ｍｍ^２で軸方向に締め付けてこの締付状態を保持する。

次に、前記ガス供給機構６４により、前記パッキンボックス６２で締付状態にある試験体６１に圧力１Ｍｐａの窒素ガスを負荷する。窒素ガスの負荷開始から１０分経過後、この間に前記パッキンボックス６２側から漏れ出たガスの漏洩量を前記測定装置６６により測定して記録する。その後、窒素ガスの圧力を除去する。こうして、ガスシール特性に関する実験を終了する。

そして、前記方法で２０Ｎ／ｍｍ^２に設定した前記締付機構６３よる締付圧を、３０Ｎ／ｍｍ^２に代えたうえで、また、４０Ｎ／ｍｍ^２に代えたうえで、前記同様の方法でさらなる実験を行った。

その結果、図８に示すように、実施品については、窒素ガスの漏洩量が、締付圧にかかわらず、０．０１ｃｃ／ｍｉｎ以下であることがわかった。従来品については、窒素ガスの漏洩量が、締付圧が２０Ｎ／ｍｍ^２の場合には０．１ｃｃ／ｍｉｎ、３０Ｎ／ｍｍ^２の場合には０．０５ｃｃ／ｍｉｎ、４０Ｎ／ｍｍ^２の場合には０．０１ｃｃ／ｍｉｎ以下であることがわかった。

このことから、実施品については、締付圧が比較的小さい場合であっても、窒素ガスの漏洩量が従来品と比べて少なくなることが確認できた。つまり、前記パッキン２が良好なシール性を確保することができるものであると確認できた。

また、前記締付機構６３よる締付圧を１００Ｎ／ｍｍ^２に設定したうえで前記同様の方法で実験を行った後、前記パッキンボックス６２から試験体を取り出し、この試験体におけるパッキンのはみ出し部のはみ出し寸法を測定した。なお、前記はみ出し部はリング形状の前記パッキンの端面内径側から軸心方向に突出するものであり、はみ出し寸法は前記はみ出し部の軸心方向の突出量である。

その結果、試験体が実施品の場合には、図９（ａ）に示すように、パッキン８１のはみ出し部８２のはみ出し寸法ｄ１の最大値が０．２ｍｍ程度となることがわかった。試験体が従来品の場合には、図９（ｂ）に示すように、パッキン８４のはみ出し部８５に関するはみ出し寸法ｄ２の最大値が０．６ｍｍ程度となることがわかった。

１ヤーン
２グランドパッキン
６筒状部材
７膨張黒鉛シート片
１１膨張黒鉛シート片の長手方向一端部
１２膨張黒鉛シート片の長手方向他端部
１７長手方向一端部の先端
２２長手方向他端部の先端

Claims

複数本のヤーンがひねり加工又は編組されることによって構成されるパッキンにおいて、
筒状部材を備えるとともに、細長状に形成した膨張黒鉛シート片を多数備え、前記膨張黒鉛シート片が前記筒状部材の軸心方向に延びるように前記膨張黒鉛シート片を前記筒状部材に装填してなるヤーンが、前記複数本のヤーンに含まれ、
前記膨張黒鉛シート片が、前記筒状部材の軸心方向一方側に向かって先細形状に形成された長手方向一端部と、前記筒状部材の軸心方向他方側に向かって先細形状に形成された長手方向他端部とを有し、
前記膨張黒鉛シート片の長手方向一端部が、この膨張黒鉛シート片の前記筒状部材の軸心方向他方側に位置する他の前記膨張黒鉛シート片の長手方向他端部と、前記筒状部材の径方向に関して対向するように設けられていることを特徴とするパッキン。
前記膨張黒鉛シート片が、鋭角状に尖った先端を前記長手方向一端部及び前記長手方向他端部のそれぞれに備えることを特徴とする請求項１に記載のパッキン。
前記膨張黒鉛シート片が、前記筒状部材の軸心方向と直交する方向から見て、当該膨張黒鉛シート片の長手方向に沿って延びる平行四辺形状を呈し得ることを特徴とする請求項２に記載のパッキン。