JP4150741B2 - ヤーン及びグランドパッキン - Google Patents

Description

本発明は、ヤーン及びグランドパッキンに係り、詳しくは、編組タイプのグランドパッキンや紐状ガスケット、耐火クロス等に用いられるヤーン、並びにそのヤーンを用いて作成されるグランドパッキンに関するものである。

流体機器の軸封部などに用いるグランドパッキンや、それに用いるヤーン（編み糸）に関する従来技術としては、特許文献１や特許文献２に示されたもののように、基材として膨張黒鉛を用いたものが知られている。これら特許文献１，２においては、グランドパッキン用としてのヤーンを、繊維材を編む又は組むこと（ニット編みや編組等）によって成る筒状部材内に長尺状の膨張黒鉛シートを充填することで形成することが開示されている。そして、上記のようにして形成されるヤーンを複数本用いてのひねり加工又は編組（例：８本の編み糸による８打角編）により、グランドパッキンが作成される。

このような構成の膨張黒鉛製ヤーンを用いる従来技術は、膨張黒鉛基材の外周を補強線材でニット編み等して被覆してあるので、これら複数のヤーンを編組してグランドパッキンを製造する際に各ヤーンに生じる引っ張り力やねじり力に対して、補強線材の編組で成る筒状部材がこれに対抗し、その筒状部材内にある膨張黒鉛基材の破断が防止されることを企図して為されたものである。
特開昭６３−１８６３号公報 特公平６−２７５４６号公報

しかしながら、これら従来技術によるヤーンを用いての編組によりグランドパッキンを作成した場合、ヤーンの筒状部材内に装填されている膨張黒鉛が切れてしまう不都合の生じることがあった。即ち、ヤーンをひねり加工又は編組すべく曲げたり捩ったりした場合に、筒状部材内の膨張黒鉛シートがその曲りや捩りに追従して伸びることができず、切断されてしまうのである。膨張黒鉛が切断されると、その切断箇所における膨張黒鉛量が不足し、グランドパッキンとした場合のシール性が低下することになり、具合が悪い。

本発明の目的は、繊維材を編む又は組むことによって成る筒状部材内に基材としての膨張黒鉛を充填して成るヤーンを更に改良することにより、グランドパッキンを作成すべくひねり加工又は編組する際に膨張黒鉛が切れてしまう不都合が防止されるよう、柔軟性に富む改善されたものとする点にある。また、その改善されたヤーンによって形成されるシール性に優れるグランドパッキンを得ることも目的である。

請求項１に係る発明は、ヤーンにおいて、繊維材２を編む又は組むことによって成る筒状部材３内に、繊維状の膨張黒鉛４の多数が、互いの端部位置を繊維状膨張黒鉛長手方向に所定量位置ずれさせた状態で充填されて形成され、前記繊維状膨張黒鉛の端部位置のずれ量が５〜１００ｍｍになるように前記繊維状膨張黒鉛の長さを１０００ｍｍ以下に設定していることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のヤーンにおいて、前記繊維状膨張黒鉛４の厚みは０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下で、前記繊維状膨張黒鉛４の幅を厚みで除した値である縦横比が１．５以上２以下であることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、グランドパッキンにおいて、請求項１〜２の何れか一項に記載のヤーン１の複数本を集束してひねり加工又は編組して紐状に構成されることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、繊維状の膨張黒鉛を互いに端部位置を所定量ずつ位置ずれさせて筒状部材内に充填させることにより、横に隣合う膨張黒鉛どうしの滑りによるヤーンとしての曲りへの追従性能、即ち膨張黒鉛の伸びが改善され、膨張黒鉛が切れてしまうことなくひねり加工又は編組すべく曲げたり捩ったりすることが可能になるヤーンを提供することができる。また、それによって請求項３のように、良好なシール性が維持される性能の安定したグランドパッキンの提供も実現される。この場合、繊維状膨張黒鉛の端部ずらし量（端部ずれ量）を５〜１００ｍｍに設定し、繊維状膨張黒鉛の長さを１０００ｍｍ以下に設定すれば更に好都合である。

以下に、本発明によるヤーン及びそれを用いたグランドパッキンの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１はヤーンの製作状況を示す概略説明図、図２はヤーンにおける繊維状膨張黒鉛の配列状態を示す模式図、図３は、図１のヤーンを用いて作成されたグランドパッキンを示す図、図４は繊維状膨張黒鉛の断面寸法を示す拡大図、図５，６は繊維状膨張黒鉛の縦横比と曲げ半径との関係データを示す図、図７はグランドパッキンの使用例を示す図、図８は種々のヤーンの伸びに関するデータ表を示す図である。

本発明によるグランドパッキン用のヤーン（編み糸）１は、図１に示すように、繊維材２の編組によって成る筒状部材３内に、短冊状の繊維状膨張黒鉛４の多数が、互いの端部位置を繊維状膨張黒鉛長手方向に所定量ｄでもって位置ずれさせた状態で充填されて形成されている。そして、繊維状膨張黒鉛４の断面形状は、幅を厚みで除した値である縦横比ｈが１〜５（１≦ｈ≦５）に設定されているのが望ましい。この縦横比ｈは、図４に示すように、繊維状膨張黒鉛４の断面寸法における幅ｗを厚みｔで除した（割った）値（ｈ＝ｗ／ｔ）である。尚、繊維状膨張黒鉛４の断面形状は、例えば、長円形や楕円径等、矩形以外の形状でも良い。

例えば、図１に示すように、上下向きに配された筒状部材３の内部に、端部位置がｄだけ上下方向にずらした状態で繊維状膨張黒鉛４を投入してゆくことにより、図２にも示すように、筒状部材３内において、互いの端部位置がｄずれた状態で多数の繊維状膨張黒鉛４が、充填される状態のヤーン１が形成される。この場合、図２に示すように、ヤーン長手方向で隣合う繊維状膨張黒鉛４どうしの間である途切れ部ｅは、互いにｄずつ位置ずれすることになり、ヤーン長手方向におけるある箇所に多数の途切れ部ｅが集中して、その部分のヤーン１の機械的強度が落ちるということが生じ難い又は生じないという利点がある。尚、便宜上、図２においては途切れ部ｅを誇張して描いてある。

図５及び図６においては、繊維状膨張黒鉛４の厚みｔが、０．２５ｍｍ、０．３８ｍｍ、０．５０ｍｍの３種類について、縦横比ｈが１．５，２，３，４，５の５種類の計１５通りのサンプル（ヤーン１）について、横方向の曲げ可能半径を測定してデータを取ったものである。この場合の「曲げ可能半径」とは、繊維状膨張黒鉛４の切断、割れ、外装繊維材２の間からのはみ出しが生じない正常な状態で曲げうる最小径のことである。繊維状膨張黒鉛４の厚みｔが０．２５ｍｍのものは小径グランドパッキン用のヤーンに、０．３８ｍｍのものは普及型のグランドパッキン用ヤーンに、そして０．５０ｍｍのものは大径グランドパッキン用のヤーンにそれぞれ適している、という使用形態が考えられる。

しかして図５の表や図６のグラフから分るように、繊維状膨張黒鉛４の縦横比ｈが５以下になると実用に耐え得る最小曲げ半径値が得られるものであり、縦横比ｈが３以下になると、最小曲げ半径が極端に小さくなることが伺える。従って、縦横比ｈの範囲は、好ましくは１．０〜３．０の範囲（１．０≦ｈ≦３．０）に設定されるのが望ましい。ｈが１であるとは、厚さが０．２５ｍｍの場合には幅も０．２５ｍｍとなり、物理的に切断するのが困難になるから、切断作業の実情から、縦横比ｈの下限を１に設定するのが現実的であると思われる。尚、図５，５の実験データからは、縦横比ｈが１．５〜３．０の範囲のヤーン１が良い。

図３に示すグランドパッキン５は、上述のヤーン１の８本（複数本の一例）を芯材Ｓの周りに（芯材Ｓが無くても良い）集束してひねり加工又は編組（８打角編等）して紐状に構成されたものであり、これを連続して丸めて圧縮成形することにより、断面が矩形で全体形状がドーナツ型のリング形のグランドパッキンＧとすることができる。例えば、図７に示すように、グランドパッキンＧは、回転軸６の軸方向に複数個並ぶ状態でパッキンボックス７に装備され、かつ、パッキン蓋８によって軸方向に押圧されることにより、回転軸６の外周面６ａに対してシール作用するように用いられる。

〔実施例１〕
実施例１によるヤーンは、次のように作成される。繊維材２として直径０．１ｍｍ程度のインコネル線（又はステンレス線等）を用いて編組（ニット編）によって成る筒状部材３内に、厚さ０．３８ｍｍ×幅１．０ｍｍの矩形断面形状を為し、かつ、長さが２００ｍｍ前後の繊維状膨張黒鉛４の多数を、それらの端部の位置を２０ｍｍずらしながら入れ込んで充填させ、断面形状が円形（丸型）のヤーン１とした。つまり、端部ずれ量ｄ＝２０ｍｍに設定した例である。この実施例１による第１ヤーン１における繊維状膨張黒鉛４の縦横比ｈは、ｈ＝１．０／０．３８≒２．６３であり、また、第１ヤーン１の重量は５ｇ／ｍであった。

図３に、実施例１のヤーン１を用いて成るグランドパッキン５が示されている。このグランドパッキン５は、実施例１のヤーン１を８本用いて編組（８打角編等）した後に、表面に黒鉛を塗布し、断面が縦８ｍｍで横８ｍｍの正方形を呈するグランドパッキン５を製作した。

〔実施例２〕
実施例２によるヤーンは、次のようにして作成される。断面サイズが厚さ０．３８ｍｍで、幅１．０ｍｍ、長さ２００ｍｍの繊維状膨張黒鉛４を、その端部を３０ｍｍずつずらしながら収束させて長尺品とし、その外周を線径０．１ｍｍのインコネル線による繊維材２を用いてニット編みして成る筒状部材３で被覆し、断面形状が円形（丸型）のヤーン１を製作した。つまり、端部ずれ量ｄ＝３０ｍｍに設定した例である。この実施例２による第２ヤーン１における繊維状膨張黒鉛４の縦横比ｈは、ｈ＝１．０／０．３８≒２．６３であり、また、第２ヤーン１の重量は４ｇ／ｍであった。

この実施例２によるヤーン１を８本用いて編組してから、表面に黒鉛を塗布し、断面が縦６．５ｍｍで横６．５ｍｍの正方形を呈するグランドパッキン５を製作した（図３参照）。

図８に、本発明の上記実施例１，２のヤーンと、従来構造による従来品１〜５にヤーンとの特性比較表を示す。従来品の概略構成は次の通りである。従来品１のヤーンは、細幅の膨張黒鉛シートの複数枚を積層して、その外周を繊維で補強する構造のものである。従来品２のヤーンは、広幅の膨張黒鉛テープを折畳んだ成る紐状体の外周を繊維で補強する構造のものである。従来品３のヤーンは、繊維で補強された広幅の膨張黒鉛テープを折畳み又は加撚する構造のものである。従来品４のヤーンは、従来品３のヤーンの外周をさらに繊維で補強する構造のものである。従来品５のヤーンは、繊維で形成した筒状部材内に短冊状の膨張黒鉛シートを充填する構造のものである。

図８の特性比較表から、実施例１，２のヤーン１の伸びは、従来品１〜５のいずれのものよりも明確に優れており、レベルの高いものとなっていることが理解できる。この伸びの大幅な改善により、グランドパッキンを作成すべく複数のヤーン１による編組時に、繊維状膨張黒鉛４が曲り具合に追従できずに切れてしまう不都合が解消されるので、グランドパッキンとしてのシール性低下が生ぜず、良好なシール性能を長期に亘って発揮することが可能となるのである。

即ち、従来品のヤーンでは、膨張黒鉛（膨張黒鉛シート、膨張黒鉛テープ）が筒状部材内にランダムに投入されて充填されているので、ヤーン長手方向で隣合う膨張黒鉛どうしの間である途切れ部（図２の途切れ部ｅを参照）が偏って存在することとなり、中には１箇所に途切れ部が集中配置されてしまう等、膨張黒鉛のヤーンの長手方向位置における密度が不均一になり易く、それによって機械的な伸びも不均一になり易い。従って、ヤーンを捩ったり曲げたりした場合には、伸びが劣る部位において比較的容易く膨張黒鉛が切れてしまう不都合が生じて胃いたと考えられる。

これに対して本発明によるヤーン１においては、筒状部材３内に充填される多数の短冊上の繊維状膨張黒鉛を均等的に端部位置をヤーン長手方向にずらす構成としてあるので、前述のように途切れ部ｅの箇所がヤーン１としての長手方向に（横方向にも）均等的に分散配置されることになり、筒状部材３内における繊維状膨張黒鉛４の密度がより一層均一化することができる。その結果、膨張黒鉛どうしの滑りによる伸びへの対応がヤーン長手方向の位置如何に拘らずに均一化されて実質的に改善されることとなり（図８参照）、膨張黒鉛が切れてしまうことなくヤーン１のひねり加工や編組を行うことが可能になる。

以上より、本発明によるヤーン１、及びそれによるグランドパッキン５には次のような利点がある。１．繊維状膨張黒鉛の収束本数を変更することで、任意の太さのヤーンを製作することが可能である。２．繊維状膨張黒鉛どうしの滑りが良く、そのために膨張黒鉛が切れることがないと共に伸びも大きい。３．繊維束は容易に断面が変形して丸形になるので、補強材との密着性が良く、かつ、曲げ易い。４．長尺の材料を使用しないので、生産が容易である。５．接着剤無しでヤーンを製作することが可能である。

ヤーンの概略の作り方を示す作用図 ヤーン内部における繊維状膨張黒鉛の配列状況示す模式図 図１のヤーンの編組によるグランドパッキンを示す斜視図 繊維状膨張黒鉛の断面形状及び寸法比率を示す説明図 繊維状膨張黒鉛の断面の幅／厚みの比率と最小曲げ半径との対比表を示す図 繊維状膨張黒鉛の断面の幅／厚みの比率と最小曲げ半径との関係グラフを示す図 グランドパッキンの使用例を示す要部の断面図 ヤーンの従来品と本発明品との伸びに関する特性比較表を示す図

符号の説明

１ ヤーン
２ 繊維材
３ 筒状部材
４ 繊維状膨張黒鉛
５ グランドパッキン

Claims (3)

1. 繊維材を編む又は組むことによって成る筒状部材内に、繊維状の膨張黒鉛の多数が、互いの端部位置を繊維状膨張黒鉛の長手方向に所定量位置ずれさせた状態で充填されて形成され、前記繊維状膨張黒鉛の端部位置のずれ量が５〜１００ｍｍになるように前記繊維状膨張黒鉛の長さを１０００ｍｍ以下に設定している、ヤーン。
2. 前記繊維状膨張黒鉛の厚みは０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下で、前記繊維状膨張黒鉛の幅を厚みで除した値である縦横比が１．５以上２以下である請求項１に記載のヤーン。
3. 請求項１〜２の何れか一項に記載のヤーンの複数本を集束してひねり加工又は編組して紐状に構成されるグランドパッキン。

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