JP2004232806A

JP2004232806A - パッキン材料及びこの材料を用いたグランドパッキン

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Publication number: JP2004232806A
Application number: JP2003024483A
Authority: JP
Inventors: Katsuro Tsukamoto; 勝朗塚本; Toshiharu Sakura; 俊治佐倉; Hiroaki Tsukamoto; 浩晃塚本
Original assignee: Japan Matex KK
Current assignee: Japan Matex KK
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP4252814B2; US20040151905A1

Abstract

【課題】高温下、高圧下で使用されても十分な耐久性を維持することができ、また高い潤滑性を長期に渡って維持することができ、スタフィングボックスに詰め込む全てのグランドパッキンを一種で済ますことができるパッキン材料の提供。
【解決手段】平繊された帯状の炭素繊維束の片面若しくは両面に膨張黒鉛テープを積層一体化してなる第１の積層テープを捩じって糸状体とし、複数の補強繊維或いは補強線材を互いに略平行に配置してなる補強材、又は織物を帯状に裁断してなる補強材の片面或いは両面に膨張黒鉛テープを積層一体化して第２の積層テープとし、この第２の積層テープを前記糸状体の周囲に巻回してなることを特徴とするパッキン材料である。できれば、第２の積層テープに代えて、平繊された帯状の炭素繊維束の片面若しくは両面に膨張黒鉛テープを積層一体化してなる第３の積層テープを前記糸状体の周囲に巻回するのがよい。
【選択図】図１３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッキン材料及びこの材料を用いたグランドパッキンに関し、より詳しくは、常温下、低圧下で使用される場合はもちろん、高温下、高圧下で使用されても十分な耐久性を維持することができ、いずれの場合も高い潤滑性を長期に渡って維持することができ、ひいてはバルブ用、ポンプ用のいずれにも対応することができ、更に、スタフィングボックスに詰め込む全てのグランドパッキンを一種で済ますことができるグランドパッキン、及びその材料に関する。
なお、本明細書中、「許容引張力」とは、材料が破断に至るときの引張力（ｋｇｆ）のことで、材料の引張強さ（ｋｇｆ／ｃｍ^２）と材料の断面積（ｃｍ^２）の積のことを指す。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ポンプ、バルブ等の流体機器の軸封を行うグランドパッキンとして、アスベスト、炭化繊維、炭素繊維、アラミド樹脂繊維等からなるものがあり、また、これら各素材からなるパッキンにＰＴＦＥを含浸させたものもある（例えば、特許文献１参照）。
これらのグランドパッキンは、軸と機器ケーシングの間に形成される室内、すなわちスタフィングボックス内に詰め込まれて、軸と機器ケーシングの間から流体が漏出するのを防止するようになっている。
【０００３】
ポンプとバルブとでは、グランドパッキンに求められる性能がやや異なる。
ポンプの軸封部では、パッキンが軸体の高速回転を邪魔しないように、まず高い潤滑性が求められ、次に、高いシール性と耐圧性が求められる。流体の若干の漏れは、軸体とパッキンの間で生じる摩擦熱を逃がすことになるので、若干の漏れは許容される。
一方、バルブの軸封部では、高圧流体が全く漏れないように、まず高いシール性と耐圧性が求められ、次に、高い潤滑性が求められる。バルブの軸体は、軸周りの回転運動と、軸長方向の往復直線運動をするため、軸体と軸受の隙間へパッキンの一部が変形してはみ出し、このはみ出しによって軸体の回転トルクが急激に上昇してしまうことが多かった。このため、バルブ用のパッキンにおいて耐圧性は特に重要となっている。
従来のグランドパッキンは、潤滑性（低トルク性）、耐圧性、耐熱性を全て高い次元で調和させることができず、また、超高圧、高熱下での使用（例えば火力発電所のバルブ用）に長期間耐え得るものはなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１０１７６４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、常温下、低圧下で使用される場合はもちろん、高温下、高圧下で使用されても十分な耐久性を維持することができ、いずれの場合も高い潤滑性を長期に渡って維持することができ、更に、スタフィングボックスに詰め込む全てのグランドパッキンを一種で済ますことができるグランドパッキン、及びその材料の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、平繊された帯状の炭素繊維束の片面若しくは両面に膨張黒鉛テープを積層一体化してなる第１の積層テープを捩じって糸状体とし、複数の補強繊維或いは補強線材を互いに略平行に配置してなる補強材、又は織物を帯状に裁断してなる補強材の片面或いは両面に膨張黒鉛テープを積層一体化して第２の積層テープとし、この第２の積層テープを前記糸状体の周囲に巻回してなることを特徴とするパッキン材料である。
請求項２記載の発明は、前記第２の積層テープに代えて、平繊された帯状の炭素繊維束の片面若しくは両面に膨張黒鉛テープを積層一体化してなる第３の積層テープを前記糸状体の周囲に巻回してなることを特徴とする請求項１に記載のパッキン材料である。
請求項３記載の発明は、前記糸状体は、前記第１の積層テープが補強用中芯材を被覆するように該積層テープを捩じったものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパッキン材料である。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３いずれかに記載のパッキン材料を編組し、この編組体を所定形状に加圧成型してなることを特徴とするグランドパッキンである。
これらの発明を提供することにより、上記課題を悉く解決する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るグランドパッキン及びこのパッキンに用いられる材料について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の第１実施形態に係るパッキン材料について説明する。
図１は、第１実施形態における糸状体の一例を示す図である。図２は、図１に示す糸状体を形成する様子を示す図であり、第１の積層テープを捩る様子を示す図である。図３は、本発明における第１の積層テープ及び該積層テープを形成するために用いられる積層体を示す断面図である。
本発明に係るグランドパッキン（１）（図１２参照）は、糸状のパッキン材料（２）（図６参照）を編組し、この編組体（３）（図８乃至１１参照）を所定形状に加圧成型してなるものである。
【０００８】
第１実施形態に係るパッキン材料（２）（図６参照）は、平繊された帯状の炭素繊維束（７）（図２、３参照）の片面若しくは両面に膨張黒鉛テープ（６）を積層一体化してなる第１の積層テープ（４）を捩じって糸状体（２０）とし、複数の補強繊維或いは複数の補強線材（１０）（図７参照）を互いに略平行に配置してなる補強材（１１）又は織物を帯状に裁断してなる補強材の片面（図７（ａ）参照）或いは両面（図７（ｂ）参照）に膨張黒鉛テープ（６０）を積層一体化して第２の積層テープ（１２）（図６、７参照）とし、この第２の積層テープ（１２）を前記糸状体（２０）の周囲に巻回してなるものである。
【０００９】
図２は、第１の積層テープ（４）を捩じるときの様子を示している。第１の積層テープ（４）は、図３に示す積層シート（５）を帯状に裁断して形成される。積層シート（５）は、膨張黒鉛シート（６１）に、平繊された帯状の炭素繊維束（以下、平繊繊維束と称する）（７）を接着剤層（８）を介して積層一体化することにより構成される。接着剤層（８）は、接着剤本来の役目と、補強材の役目とを兼ね備えている。
【００１０】
接着剤層（８）の種類は特に限定されず、有機質系接着剤、無機質系接着剤、無機有機混合質系接着剤など、種々の接着剤から構成することができ、その形態も、液状、エマルジョン、フィルム状、不織布状など種々の形態を採ることができる。また、その配設方法も特に限定されず、塗布、熱圧着、吹き付けなど、種々の方法を採用することが可能である。
【００１１】
なお、接着剤層（８）には、できれば水溶性の熱可塑性樹脂接着剤を使用することが好ましく、中でも無公害性のポリビニルアルコールを用いることが好ましい。ポリビニルアルコールは、液状のまま膨張黒鉛シート（６１）の表面或いは炭素繊維束（７）の表面に塗布するか、又は吹き付けることにより配設することができる。吹き付けによって配設する場合には、例えば不織布状に配設することができる。
【００１２】
ポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡと称する）を不織布状に配設する場合、接着剤層（８）は、ＰＶＡ樹脂繊維が不規則な方向に伸びて積層され、且つそれら樹脂繊維が相互に固着されてシート状とされる。このような構造の接着剤層（８）は、あらゆる方向の引張に対して大きな引張強さを有し、特に帯状に加工された状態でその軸長方向の引張に対して大きな引張強さを発揮することができる。
【００１３】
膨張黒鉛シート（６１）と平繊繊維束（７）を接着する際には、その間にＰＶＡ等の接着剤層（８）を介在させ積層した状態でその両面に圧力を加え、或いは加熱しながら圧力を加えることで、これらを強固に積層一体化することができる。
【００１４】
膨張黒鉛シート（６１）としては、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛等の黒鉛粉末を、濃硫酸、濃硝酸等と反応させて一旦層間化合物とした後、水洗などを経て残留化合物を得、これを急熱して膨張させて得られる膨張可撓性黒鉛そのものを、ロール材等により圧縮成形したシート状のものを使用することができる。
【００１５】
膨張黒鉛シート（６１）の密度は、特に限定されるものではないが、０．８０〜２．２ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。密度がこの範囲内にあると、膨張黒鉛シート（６１）の表面に結晶レベルの凹凸が形成され、その上に積層されるものにアンカー効果を生じさせることができる。これに対し、密度が０．８０ｇ／ｃｍ^３未満であると組織のきめが粗くなり過ぎ、パッキンにしたときのシール性が低下する。逆に、密度が２．２ｇ／ｃｍ^３を超えると、組織のきめが細かくなり過ぎてアンカー効果を生じさせにくくなり、平繊繊維束（７）との積層を良好に行い得ない可能性がある。
【００１６】
膨張黒鉛シート（６１）の厚みは、特に限定されるものではないが、０．１０〜１．５ｍｍ、より好ましくは０．１２〜０．２ｍｍ程度とされることが好ましい。厚みが０．１０ｍｍ未満であると、膨張黒鉛が有する優れた耐熱性、耐食性、耐磨耗性を発現させることができない。また、このように極薄のものは製造が困難であって経済的でない。逆に、厚みが１．５ｍｍを超えると、膨張黒鉛の脆さが現れてしまう。
【００１７】
平繊繊維束（７）は、膨張黒鉛シート（６１）を補強すると共に膨張黒鉛シート（６１）に不足しがちな弾力性を補い、また、固体潤滑材の役目を果たすこともできるものである。この平繊繊維束（７）は、接着剤層（８）を介して膨張黒鉛シート（６１）の表面に積層される。その積層方法は、上記した方法を採用することができるが、接着剤として熱融着フィルムを用いる場合には、例えば、ＰＶＡ不織布、ＰＶＡフィルム、ポリエチレンフィルム、オレフィン系フィルム、ウレタン系フィルムを用いることができる。
【００１８】
平繊繊維束（７）は、炭素繊維束などの強化繊維束を元幅から所要の幅に適宜平に拡げた帯状の繊維集合体である。この平繊繊維束（７）は機械的強度に優れており、また、その機械的強度等の諸性質が、−２００°Ｃ〜＋６００°Ｃの間で殆ど変化せず、低温特性、高温特性が共に優れている。従って、平繊繊維束（７）は、常温域は勿論のこと、過酷温度環境下においても確実に膨張黒鉛シート（６１）を補強することができる。また、平繊繊維束（７）は優れた潤滑性及びシール性を有しているので、これが外側に位置するように糸状体（２０）を構成すれば、潤滑性及びシール性に優れたパッキン（１）を得ることができる。また、平繊繊維束（７）は耐食性および耐磨耗性に優れているので、化学プラント等の過酷環境下でも長期間の使用に耐えることができる。なお、平繊繊維束（７）の厚さは、０．０１〜０．５ｍｍとすることが好ましく、より好ましくは０．１５〜０．２ｍｍとされ、０．０１〜０．０２ｍｍとすることもできる。これは、厚みが０．０１ｍｍ未満であると、十分な潤滑性及びシール性が得られず、逆に厚みが０．５ｍｍを超えると、十分な柔軟性が得られないからである。
【００１９】
平繊繊維束（７）の製造方法は特に限定されず、例えば超音波や流体流を用いて、マルチフィラメントと称される繊維束（炭素繊維束）を薄くかつ広幅に平繊することができるが、好ましくは炭素繊維束を数十μｍ或いはそれ以下の厚さにまで平繊するのがよく、例えば帯幅２５ｍｍ以上、厚さ２０μｍ以下にまで平繊するのがよい。
【００２０】
第１の積層テープ（４）の製造工程には、積層シート（５）を帯状に裁断する工程があるが、平繊繊維束における各繊維は非常に密にしかも均一に配列されており、各繊維の間には大きな摩擦力が働いている。従って、各繊維は軸方向及び軸直角方向に強く連結され、第１の積層テープ（４）は引張強さの大きな一枚の帯状体となる。通常、平繊繊維束は種々の長さの炭素繊維を方向を揃えた形で密に集合させたものであり、言い換えれば、不連続の炭素繊維が軸方向及び軸直角方向に連続的に密に配設されたものである。この繊維集合体においては、上記したように繊維同士が相互に大きな摩擦力で連結され、斜めに切断されても一枚の強い帯状体とすることができるのである。
【００２１】
第１の積層テープ（４）の幅は５〜３０ｍｍとされ、好ましくは５〜２５ｍｍとされる。その幅が３０ｍｍを超えると、第１の積層テープ（４）は柔軟性が低下し、糸状体（２０）に加工しにくくなる。逆に、その幅が５ｍｍ未満になると、第１の積層テープ（４）の許容引張力が極度に低下して、糸状体（２０）に加工する際に破断する恐れがある。第１の積層テープ（４）は、その帯幅が５〜３０ｍｍであるならば、十分な許容引張力を有するため、捩じり加工の際に破断する恐れがない。
【００２２】
なお、第１の積層テープ（４）は、平繊繊維束（７）および接着剤層（８）で補強されているので、比較的薄く形成することができる。従って、帯幅５〜１０ｍｍ程度の第１の積層テープ（４）はもちろん、帯幅１０ｍｍを超える第１の積層テープ（４）であっても、十分な柔軟性を確保することができる。５〜１０ｍｍ幅の第１の積層テープ（４）を用いて糸状体（２０）を構成した場合、二十四打ち、三十二打ち、といった多数打ちの紐体（３）を構成することができる。また、その多数打ちの紐体（３）を種々の太さの糸状体（２０）から構成することができる。これにより、紐体（３）内部を密に詰まった状態とすることができるので、シール性が非常に高いパッキン（１）を得ることができる。
【００２３】
糸状体（２０）は、第１の積層テープ（４）を捩じって糸状にしたものである。第１の積層テープ（４）が平繊繊維束（７）の片面にのみ膨張黒鉛シート（６）を有している場合には、該テープ（４）の捩じり加工において、平繊繊維束（７）が外側に位置するように加工しても、或いは膨張黒鉛シート（６１）が外側に位置するように加工してもそのいずれでもよいが、平繊繊維束（７）が内側に位置するように捩れば、パッキンを構成したときに該繊維の一部がパッキンの外面に露出しないようにすることができる。
【００２４】
本発明における第１の積層テープ（４）の捩じり方法は特に限定されるものではないが、第１の積層テープ（４）を幅方向中央部で折り畳んだものをきつく捩じったり、或いは折り畳まずに捩じる（図２参照）方法を採用することができる。
【００２５】
なお、その捩じり回数は、１ｍ当たりの捩じり回数が５５〜７０回程度であることが好ましい。このような回数であれば、糸状体（２０）の強度が非常に高くなることが発明者によって確かめられている。
炭素繊維マルチフィラメント等の炭素繊維束を平繊してなる平繊繊維束（７）は、潤滑性、耐磨耗性、耐腐食性、機械的強度、及びシール性に優れているため、この平繊繊維束（７）を材料として使用することにより、潤滑性、耐磨耗性、耐腐食性、機械的強度、及びシール性に優れたパッキン（１）を得ることができる。
【００２６】
また、この糸状体（２０）は、柔軟性に優れているので、複雑な編組加工を容易に行うことができ、しかも複雑な加工を行っても積層シート（４）に破断が生じない。また、糸状体（２０）を構成する第１の積層テープ（４）は、十分な許容引張力を有しているため、編組加工の際に破断する恐れもない。
【００２７】
なお、糸状体（２０）は、図４および図５に示すように、補強用中芯材（９）を備えた構造であってもよい。具体的には、第１の積層テープ（４）が補強用中芯材（９）を被覆するように、補強用中芯材（９）を芯としてその周囲に第１の積層テープ（４）を図５に示す如く捩じった構造とすることができる。この場合、第１の積層テープ（４）のみからなる場合よりも、糸状体（２０）の許容引張力を向上させることができる。補強用中芯材（９）の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、モネルメタル、インコネル、クロム鉄、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属、ガラス繊維、セラミックファイバー繊維、あるいはアラミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ナイロン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂等からなる合成樹脂繊維、若しくはこれら合成樹脂繊維に潤滑油を含浸させたもの、或いはこれら合成樹脂繊維の炭化物、アスベストなど、パッキン用材料として必要な強度を有する材料であれば好適に使用することができる。
【００２８】
この補強用中芯材（９）は、直径０．１５〜０．３ｍｍ程度とされることが好ましく、更に好ましくは０．２５ｍｍ程度とすることができる。このような直径とすれば、第１の積層テープ（４）の捩じり加工を容易に行うことができる。また、この補強用中芯材（９）は、１本で使用されてもよいが、後述するように、複数本で使用されてもよい。１本で使用される場合、補強用中芯材（９）は、例えば、編組せずにそのままの状態で使用されてもよいし、編組されて紐体にした状態で使用されてもよい。また、複数本で使用される場合、補強用中芯材（９）は、束ねて使用されてもよいし、束ねた後それを編組して紐体にした状態で使用されてもよい。補強用中芯材（９）を構成する各単線材の断面形状は特に限定されず、例えば、円形断面、長四角断面、楕円形断面等、種々の形状を採ることができる。
【００２９】
第２の積層テープ（１２）は、複数の補強繊維或いは複数の補強線材（１０）からなる補強材（１１）又は織物を帯状に裁断してなる補強材の片面或いは両面に、膨張黒鉛テープ（６０）を積層一体化したものである。
第２の積層テープ（１２）は、固体潤滑材の役目と補強部材の役目を果たし、また、平繊繊維束の繊維がパッキン材料（２）の表面に髭状にはみ出すのを防止することができる。
因みに、平繊繊維束の繊維がパッキン材料（２）の表面に髭状にはみ出すと、これを加圧成形したグランドパッキンの表面にも髭状繊維がはみ出る。この髭状繊維は、回転軸等の軸部材の早期磨耗の原因となり、ひいてはバルブ等からの流体漏れを引き起こす原因となる。
【００３０】
補強材（１１）は、複数の補強繊維或いは複数の補強線材（１０）からなるものであってもよいし、又は、織物を帯状に裁断したものであってもよい。
補強繊維、補強線材（１０）、織物の材質は特に限定されるものではないが、補強線材については例えば、モネルメタル、インコネル、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属を採用することができ、補強繊維については例えば、ガラス繊維、セラミックファイバー繊維、あるいはアラミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ナイロン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂等からなる合成樹脂繊維、若しくはこれら合成樹脂繊維に潤滑油を含浸させたもの、或いはこれら合成樹脂繊維の炭化物（炭素繊維）、アスベストなどを採用することができ、織物については例えば、綿糸織物を採用することができる。
【００３１】
補強繊維或いは補強線材（１０）から補強材（１１）を構成する場合（図７参照）には、複数本の補強繊維或いは複数本の補強線材（１０）を互いに略平行に配置して全体として帯状となるようにし、帯状の補強材（１１）を構成する。
この帯状の補強材（１１）の片面或いは両面に、膨張黒鉛テープ（６０）を積層一体化して第２の積層テープ（１２）を構成する。帯状の補強材（１１）と膨張黒鉛テープ（６０）は、例えば各種接着剤を用いて一体化することができる。
【００３２】
第２の積層テープ（１２）の厚さは特に限定されるものではないが、補強材（１１）の片面に膨張黒鉛テープ（６０）を設ける場合には例えば０．２ｍｍとすることができ、両面に設ける場合には例えば０．３５ｍｍとすることができる。
第２の積層テープ（１２）の幅は特に限定されるものではないが、好ましくは１０〜２０ｍｍ、より好ましくは１５ｍｍとされる。
第２の積層テープ（１２）の幅が２０ｍｍを超えると、第２の積層テープ（１２）は柔軟性が低下し、第１の積層テープ（４）の周囲に巻回しにくくなり、また、巻回状態においてテープの重なり合う部分の幅にムラが生じる。逆に、その幅が１０ｍｍ未満になると、第２の積層テープ（１２）の許容引張力が極度に低下して、巻回の際に破断する恐れがある。
【００３３】
第２の積層テープ（１２）は、糸状体（２０）の外周面に一重若しくは二重に巻回される（図６に示す例では一重）。二重に巻回すれば、潤滑性、シール性を更に向上させることができる。二重にする場合、互いの巻回方向を逆向きとし、相互に交差するように巻回すると、パッキン材料（２）のシール性、耐久性を一層高めることができる。また、互いの巻回方向が逆向きとなるように二重に巻回すると、左回転、右回転のいずれの向きに回転する回転軸に対しても同程度のシール性、耐久性を発揮することができる。
尚、第２の積層テープ（１２）は、縁部同士が重なり合うように巻回されることが好ましい。
なお、第２の積層テープ（１２）が補強材（１１）の片面にのみ膨張黒鉛テープ（６０）を有している場合には、該テープ（１２）は補強材（１１）が内側に位置するように糸状体（２０）に巻回されることが好ましい。パッキンを構成したときに、補強材（１１）が外面に露出しないようにするためである。
【００３４】
このようにして得られた糸状のパッキン材料（２）を編組することにより、編紐、打紐、組紐等の形態をなす紐体（３）を構成することができる。具体的には、１本または複数本のパッキン材料（２）を編組することにより、丸編紐、角編紐等の編紐や、丸打紐、角打紐等の打紐等の形態をなす紐体（３）を構成することができる。その他、袋状紐や固着紐等の形態をなす紐体（３）を構成することもできる。なお、打紐の場合には、四つ打ち、八つ打ち、十六打ち、十八打ち、二十四打ち、三十二打ち等、任意の打ち方が可能である。
【００３５】
紐体（３）は、外側に膨張黒鉛テープが位置した構造となる。
なお、接着剤層（８）としてＰＶＡを用いた場合には、紐体（３）の内部にＰＶＡ層が位置することになるが、ＰＶＡ層は、紐体（３）の形成後に除去されてもよい。ＰＶＡ層は、補強材としては優れているものの、応力緩和を生じやすい性質を有しているから、これを除去することにより、紐体（３）に応力緩和が生じないようにすることができる。これにより、パッキン（１）に応力緩和が生じないようにすることができる。なお、補強材が必要とされるのは、膨張黒鉛テープ（６）に最も引張力が作用する時、すなわち糸状体（２０）構成時と紐体（３）構成時であるから、紐体（３）の構成後にＰＶＡ層が除去されたとしても問題はない。
【００３６】
ＰＶＡ層を除去する場合には、紐体（３）に液状樹脂を含浸させることが好ましい。これは、ＰＶＡ層を除去した場合、ＰＶＡ層が存在していた部分に空隙が形成されるためである。紐体（３）に液状樹脂を含浸させれば、その空隙を液状樹脂によって充填することができる。空隙を液状樹脂によって充填することにより、パッキン（１）をスタフィングボックス内で使用した際に紐体（３）内部を流体が通過するのを防止することができる。従って、パッキン（１）のシール性を高めることができる。
【００３７】
紐体（３）に含浸させる液状樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、水溶性フェノール樹脂、或いはガラス、アルミナ、シリカゲル、ミクロマイカ、黒鉛、チタン等の無機微粉末を含むエマルジョン樹脂を挙げることができる。なお、紐体（３）には、これらの液状樹脂からなる群から選択された１または２以上の液状樹脂を含浸させることが可能である。含浸方法としては、例えば、自然含浸（ドブ付け含浸）、加熱含浸、真空含浸等を挙げることができる。
【００３８】
パッキン（１）は、この紐体（３）を加圧成形して得られるものである。パッキン（１）は、例えば、図１２に示すように、リング状に形成される。リング状に形成されたパッキン（１）は、スタフィングボックス内に詰め込まれ、流体機器の軸封を行うパッキンとして好適に使用することができる。パッキン（１）は、前記したように、その表面に膨張黒鉛テープ（６０）が位置した構造である。従って、潤滑性、シール性、耐磨耗性、機械的強度、および耐腐食性に優れたパッキン（１）とすることができる。
【００３９】
補強用中芯材（９）を有さないパッキン材料（２）からグランドパッキン（１）を構成した場合、このグランドパッキン（１）は通常、１５０〜２５００ｐｓｉの圧力流体用（バルブ用）に使用することができ、この条件下で十分な耐久性と潤滑性（低トルク性）を発揮することができる。１５００ｐｓｉの圧力流体用としては例えば石油、石油化学プラントでの使用が考えられ、２５００ｐｓｉの圧力流体用としては例えば原子力発電プラントでの使用が考えられる。
【００４０】
補強用中芯材（９）を有するパッキン材料（２）からグランドパッキン（１）を構成した場合、このグランドパッキン（１）は通常、１５０〜４５００ｐｓｉの圧力流体用（バルブ用）に使用することができ、この条件下で十分な耐久性と潤滑性（低トルク性）を発揮することができる。４５００ｐｓｉの圧力流体用としては例えば火力発電プラントでの使用が考えられる。
また、上記したいずれの実施形態も、回転軸が高速回転する流体機器の軸封部に高ＰＶ値下（回転軸の周速２５ｍ／ｓｅｃ以上）で使用されても（ポンプ用）、十分な潤滑性、耐久性を有することができる。
【００４１】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１３は、第２実施形態に係るパッキン材料を示す図である。
第２実施形態に係るパッキン材料（２）は、第１実施形態における第２の積層テープ（１２）に代えて、平繊された帯状の炭素繊維束（７）の片面若しくは両面に膨張黒鉛テープ（６）を積層一体化してなる第３の積層テープ（２１）を、第１実施形態における糸状体（２０）の周囲に巻回してなることを特徴とするものである。
糸状体（２０）は、第１実施形態の場合と同様のものを使用することができる。第３の積層テープ（２１）は、第１の積層テープ（４）と同様のものとすることができる。
第３の積層テープ（２１）が帯状の炭素繊維束（７）の片面にのみ膨張黒鉛テープ（６）を有している場合には、帯状の炭素繊維束（７）が内側に位置するように該テープ（２１）が巻回されることが好ましい。パッキンを構成したときに炭素繊維束（７）が外面に露出しないようにするためである。
【００４２】
なお、糸状体（２０）は、第１実施形態と同様、補強用中芯材（９）を内部に巻き込んだ構造であってもよい。補強用中芯材（９）の材質としては、第１実施形態と同様とすることができる。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様な効果を奏することができる。
【００４３】
【実施例】
次に、本発明に係るパッキン材料の実施例を紹介することにより、その効果を明確にする。尚、本発明に係るパッキン材料は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００４４】
（実施例）
本発明に係る実施例を以下の如く製造し、この実施例に係るパッキン材料を加圧成形してグランドパッキンを得た。この実施例では、上記第２実施形態に係るパッキン材料を構成した。
まず、平繊された帯状の炭素繊維束の両面に膨張黒鉛テープを積層一体化してなる第１の積層テープを構成し、この第１の積層テープが補強用中芯材を被覆するように、該補強用中芯材を芯としてその周囲に第１の積層テープを捩じって糸状体を構成した。
補強用中芯材はインコネル線であり、その径は０．２５ｍｍであった。
平繊された炭素繊維束の厚みは０．０２ｍｍであり、帯幅は２０ｍｍであった。
膨張黒鉛テープの厚みは０．２ｍｍであり、帯幅は２０ｍｍであった。
【００４５】
次いで、平繊された帯状の炭素繊維束の片面に膨張黒鉛テープを積層一体化してなる第３の積層テープを構成し、この第３の積層テープを前記糸状体の周囲に巻回して、断面四角形状のパッキン材料を得た。第３の積層テープは、膨張黒鉛テープが外側に現れるように巻回した。パッキン材料の一辺の長さは６．５ｍｍであった。
第３の積層テープにおける平繊炭素繊維束の厚み及び帯幅、膨張黒鉛テープの厚み及び帯幅は、第１の積層テープと同じであった。
次に、このパッキン材料を編組し、この編組体をリング状に加圧成型してグランドパッキンを得た。
【００４６】
（比較例１）
図１９は、比較例１に係るパッキン材料の概略断面図である。
図１９に示されるように、膨張黒鉛テープを積層して紐状としたもの（３３）の周囲を、インコネル線（３１）で編組被覆して断面四角形状のパッキン材料（３２）を構成した。紐状体（３３）は断面四角形であり、その一辺は９．３８ｍｍであった。インコネル線（３１）の径は０．１２ｍｍであった。パッキン材料（３２）の四角形断面一辺の長さは９．５ｍｍであった。
次に、このパッキン材料（３２）を編組し、この編組体をリング状に加圧成型してグランドパッキンを得た。
【００４７】
（比較例２）
図２０は、比較例２に係るパッキン材料の概略断面図である。
図２０に示されるように、膨張黒鉛テープを細くスライスしたもの（３４）の周囲を、インコネル線（３５）で編組被覆して糸状体（３６）を構成し、該糸状体（３６）を編組して断面四角形状のパッキン材料（３７）を構成した。膨張黒鉛テープの厚みは０．２９ｍｍ、スライス幅は６．５ｍｍであった。インコネル線（３５）の径は０．１０ｍｍであった。また、パッキン材料（３７）の四角形断面一辺の長さは９．５ｍｍであった。
次に、このパッキン材料（３７）を編組し、この編組体をリング状に加圧成型してグランドパッキンを得た。
【００４８】
＜試験方法＞
スタフィングボックス内に実施例、比較例１、比較例２に係るリング状のグランドパッキンを入れ、該パッキンを貫通する軸（弁棒）との関係で生じるグランドパッキンのシール性、潤滑性、耐圧性を、軸（弁棒）の往復摺動により試験した。
シール性を試す試験として漏洩量試験、潤滑性を試す試験として摺動抵抗試験（往復運動方向転換時、一方向摺動時）、耐圧性を試す試験としてパッキンと軸間（弁棒）の面圧変化試験を行った。
軸（弁棒）の往復運動は、２５００回を１サイクルとし、このサイクルを６回繰返して最終的に１５０００回の往復運動を行った（図１４参照）。各試験に供される加圧流体としては熱水を用い、スタフィングボックスの温度は３５０°Ｃであった。軸の作動条件は、軸のストローク５０ｍｍ、作動速度２５ｍｍ／ｓｅｃ、往復両端での停止時間は１ｓｅｃ、作動回数は前述の如く２５００回×６サイクルであった。
この往復運動の際に行った各試験の結果を図１５乃至１８に示す。図１５は漏洩量試験、図１６は摺動抵抗試験（往復運動方向転換時）、図１７は摺動抵抗試験（一方向摺動時）、図１８は面圧試験の結果である。
【００４９】
＜試験結果＞
図１５に示す漏洩量試験の結果から判るように、実施例では終始にわたり漏洩量が殆どゼロであるが、比較例１では終始にわたりかなりの漏洩があり、比較例２では５０００回目あたりから漏洩が始まり、やがて漏洩量が急激に増える。よって、実施例に係るパッキンは各比較例よりも長期にわたって良好なシール性を高温高圧下で発揮することができる。
【００５０】
図１６、１７に示す摺動抵抗試験の結果から判るように、実施例の摺動抵抗は、比較例２の摺動抵抗よりも終始にわたって小さく、１５００回の往復運動を超えたあたりから比較例１の摺動抵抗よりも確実に小さくなり、往復回数が増えるにつれてその開きは大きくなっている。よって、実施例に係るパッキンは各比較例よりも長期にわたって良好な潤滑性を高温高圧下で発揮することができる。
【００５１】
図１８に示す面圧試験の結果から判るように、実施例の面圧は、比較例１、２の面圧よりも終始にわたって大きい。よって、実施例に係るパッキンは各比較例よりも長期にわたって良好な耐圧性ひいては高いシール性を高温高圧下で発揮することができる。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１、２に記載のパッキン材料は、常温下、低圧下で使用される場合はもちろん、高温下、高圧下で使用されても十分な耐久性を維持することができ、いずれの場合も高い潤滑性（低トルク性）を長期に渡って維持することができる。更に、平繊繊維束の髭状繊維がパッキン材料表面に露出するのを防止して軸磨耗の防止を図ることができる。
従って、バルブ用或いはポンプ用のいずれに使用してもそれぞれに必要な機能を十分に発揮することができる。
このパッキン材料は、耐圧力性、耐熱性、潤滑性の全てにおいて高い性能を発揮するから、スタフィングボックスに詰め込む全てのグランドパッキンをこの材料一種で形成することができる。
請求項３記載のパッキン材料は、耐久性が更に向上し、更なる高圧下での使用が可能となる。
【００５３】
請求項４記載のグランドパッキンは、常温下、低圧下で使用される場合はもちろん、高温下、高圧下で使用されても十分な耐久性を維持することができ、高い潤滑性（低トルク性）を長期に渡って維持することができる。更に、平繊繊維束の髭状繊維がパッキン表面に露出するのを防止して軸磨耗の防止を図ることができる。
従って、バルブ用或いはポンプ用のいずれに使用してもそれぞれに必要な機能を十分に発揮することができる。
このグランドパッキンは、耐圧力性、耐熱性、潤滑性の全てにおいて高い性能を発揮するから、スタフィングボックスに詰め込む全てのグランドパッキンを一種で済ますことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における糸状体の一例を示す図である。
【図２】図１に示す糸状体を形成する様子を示す図であり、第１の積層テープを捩る様子を示す図である。
【図３】本発明における第１の積層テープ及び該積層テープを形成するために用いられる積層体を示す断面図である。
【図４】第１実施形態における糸状体の他の例を示す図である。
【図５】図４に示す糸状体を形成する様子を示す図であり、補強線材を中心としてこれを被覆するように第１の積層テープを捩る様子を示す図である。
【図６】第１実施形態に係るパッキン材料を形成する様子を示す図であり、糸状体の周囲に第２の積層テープを巻回する様子を示す図である。
【図７】本発明における第２の積層テープを帯幅方向に切断した状態で示す断面図であり、（ａ）は補強材の片面に膨張黒鉛テープを一体化した場合を示す図、（ｂ）は補強材の両面に膨張黒鉛テープを一体化した場合を示す図である。
【図８】本発明に係るパッキン材料を編組した状態の一例を示す図である。
【図９】本発明に係るパッキン材料を編組した状態の一例を示す図である。
【図１０】本発明に係るパッキン材料を編組した状態の一例を示す図である。
【図１１】本発明に係るパッキン材料を編組した状態の一例を示す図である。
【図１２】本発明に係るグランドパッキンの一例を示す図である。
【図１３】第２実施形態に係るパッキン材料を示す図であり、（ａ）は該パッキン材料を一部分解した状態で示す斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図１４】パッキンの性能試験における軸の摺動回数を示すグラフである。
【図１５】漏洩量試験の結果を示すグラフである。
【図１６】摺動抵抗試験（往復運動方向転換時）の結果を示すグラフである。
【図１７】摺動抵抗試験（一方向摺動時）の結果を示すグラフである。
【図１８】面圧試験の結果を示すグラフである。
【図１９】比較例１に係るパッキン材料の概略断面図である。
【図２０】比較例２に係るパッキン材料の概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・グランドパッキン
２・・・・・パッキン材料
３・・・・・編組体
４・・・・・第１の積層テープ
５・・・・・積層シート
６，６０・・膨張黒鉛テープ
７・・・・・平繊された炭素繊維束
８・・・・・接着剤層
９・・・・・補強用中芯材
１０・・・・補強線材
１１・・・・補強材
１２・・・・第２の積層テープ
２０・・・・糸状体

Claims

平繊された帯状の炭素繊維束の片面若しくは両面に膨張黒鉛テープを積層一体化してなる第１の積層テープを捩じって糸状体とし、複数の補強繊維或いは補強線材を互いに略平行に配置してなる補強材、又は織物を帯状に裁断してなる補強材の片面或いは両面に膨張黒鉛テープを積層一体化して第２の積層テープとし、この第２の積層テープを前記糸状体の周囲に巻回してなることを特徴とするパッキン材料。
前記第２の積層テープに代えて、平繊された帯状の炭素繊維束の片面若しくは両面に膨張黒鉛テープを積層一体化してなる第３の積層テープを前記糸状体の周囲に巻回してなることを特徴とする請求項１に記載のパッキン材料。
前記糸状体は、前記第１の積層テープが補強用中芯材を被覆するように該積層テープを捩じったものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパッキン材料。
請求項１乃至３いずれかに記載のパッキン材料を編組し、この編組体を所定形状に加圧成型してなることを特徴とするグランドパッキン。