ヤーンの製造方法及びグランドパッキン
【課題】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、廉価に実使用できるようにすべく、生産性に優れる状態で作成できるようにするためのヤーンの製造方法を実現して提供する。
【解決手段】繊維材２を編む又は組むことによって成る筒状部材３内に膨張黒鉛を充填して成るヤーンの製造方法において、所定の幅を有した状態で連続供給されて来る膨張黒鉛シート９を、その幅方向に沿って小幅に連続して切断する細断工程ｓと、この細断工程ｓによって作成される短冊状の膨張黒鉛材４を前記筒状部材３内に案内供給して充填させる供給充填工程ｋと、を有することを特徴とする。
【解決手段】繊維材２を編む又は組むことによって成る筒状部材３内に膨張黒鉛を充填して成るヤーンの製造方法において、所定の幅を有した状態で連続供給されて来る膨張黒鉛シート９を、その幅方向に沿って小幅に連続して切断する細断工程ｓと、この細断工程ｓによって作成される短冊状の膨張黒鉛材４を前記筒状部材３内に案内供給して充填させる供給充填工程ｋと、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヤーンの製造方法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の製造方法、並びにその製造方法によって作成されるヤーンを用いたグランドパッキンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、繊維材の編組（ニット編みや袋編等）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。
【０００３】
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。
【０００４】
ところで、上記のヤーンの作り方としては、特許文献３（図１参照）に示されたように、上下向きに配された筒状部材内に短冊状の膨張黒鉛を投入してゆく、という製作方法又は手段としての考え方が開示されているに過ぎないものであり、実際にどのようにして効率良く生産させるか、については触れられていなかった。
【特許文献１】特開昭６３−１８６３号公報
【特許文献２】特公平６−２７５４６号公報
【特許文献３】特許第２５６２６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、廉価に実使用できるようにすべく、生産性に優れる状態で作成できるようにするための製造方法、即ちヤーンの製造方法を実現して提供する点にある。また、その改善されたヤーンの製造方法によるヤーンを用いた生産性の良いグランドパッキンを得ることも目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、繊維材２を編む又は組むことによって成る筒状部材３内に膨張黒鉛を充填して成るヤーンの製造方法において、
所定の幅を有した状態で連続供給されて来る膨張黒鉛シート９を、その幅方向に沿って小幅に切断する細断工程ｓと、この細断工程ｓによって作成される短冊状の膨張黒鉛材４を前記筒状部材３内に案内供給して充填させる供給充填工程ｋと、を有することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のヤーンの製造方法において、前記細断工程ｓにおいては、前記幅方向に延びる切断刃１４を前記膨張黒鉛シート９のシート面９ａに対する上下方向に往復移動させることにより、前記膨張黒鉛シート９を連続的に切断して前記短冊状の膨張黒鉛材４を作成することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のヤーンの製造方法において、前記供給充填工程ｋにおいては、前記細断工程ｓを経て供給されてくる短冊状の膨張黒鉛材４を、漏斗１７を用いて前記筒状部材３内に落下案内供給させることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載のヤーンの製造方法において、前記供給充填工程ｋにおいては、前記細断工程ｓを経て供給されて来る前記膨張黒鉛材４をその供給順に前記筒状部材３内に落下案内供給させることにより、複数の前記膨張黒鉛材４を、互いの端部位置を筒状部材３の長手方向に所定量位置ずれさせた状態で前記筒状部材３内に供給することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のヤーンの製造方法において、前記細断工程ｓへの前記膨張黒鉛シート９の供給速度Ｖと、前記膨張黒鉛シート９の切断作動から次の切断作動迄の間の待機時間Ｔとの少なくとも一方を可変調節することにより、前記膨張黒鉛材４の幅寸法、並びに前記端部位置のずれ量の少なくとも一方を可変調節設定することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６に係る発明は、グランドパッキンにおいて、請求項１〜５の何れか一項に記載のヤーンの製造方法によって製造されたヤーン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。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、所定の幅を有する膨張黒鉛シートをその幅方向に沿って切断することによって小幅の膨張黒鉛材を形成させる工程を有しているから、その細断工程を続けることによって短冊状の膨張黒鉛材を連続的に作成することが可能であるとともに、その膨張黒鉛材を筒状部材内に供給する供給充填工程が為されることによってヤーンを連続的に製造することが可能となる。つまり、多量生産に好適なヤーンの製造方法とすることができる。長尺状の膨張黒鉛シートにおいては、その長手方向よりも幅方向の方が引張り強度に優れている性質があるから、例えば膨張黒鉛シートをその長手方向に沿って切断することでさらに長尺状の膨張黒鉛材を作成して筒状部材に供給する方法よりも、ヤーンとしての機械的強度に勝るものが得られる利点がある。
【００１３】
加えて、編組する等のヤーンを曲げることを考えた場合、膨張黒鉛は伸びが殆ど期待できないことから、前記のさらに長尺状の膨張黒鉛材を用いる場合には、膨張黒鉛材が切れることでしか対応できないが、本発明による膨張黒鉛細は短冊状なので、隣合うものどうしがずれ動くことで曲がり変形に追従でき、切れてしまう不都合はまず生じない点で有利である。その結果、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その機械的特性に有利なものとしながら、廉価に実使用できて生産性に優れる状態で作成可能なヤーンの製造方法を実現して提供することができる。
【００１４】
請求項２のように、細断工程においては、膨張黒鉛シートをその幅方向に延びる切断刃のシート面に対する上下移動によって細断するようにすれば、切断刃の単純な往復移動でありながら、膨張黒鉛シートから短冊状の膨張黒鉛材を切断して作成する動作を連続して行うことができ、量産に適した細断工程を得ることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、作成された短冊状の膨張黒鉛材を漏斗を用いて筒状部材内に供給する供給充填工程とすれば、細断されて成る膨張黒鉛材が落下する挙動のみを利用して効率良く筒状部材内に充填することができる高効率で廉価な製造方法として提供することができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、細断工程における切断順に膨張黒鉛材が筒状部材内に供給されるようになるから、細断工程における切断作動とその次の切断作動とのインターバルを利用して、筒状部材に供給される際における相隣る膨張黒鉛材どうしの端部の位置ずれ長さ、即ちずれ量を設定することかできる。これにより、専用のずれ量設定工程を別途設ける大掛かりな手段が不要となり、簡単で廉価な案内充填工程としながら膨張黒鉛材を所定量位置ずれさせながら筒状部材内に供給することができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、細断工程への膨張黒鉛シートの供給速度、及び／又は膨張黒鉛シートの切断作動から次の切断作動迄の間の待機時間を調節することにより、膨張黒鉛材の幅寸法や相隣る膨張黒鉛材どうしの端部位置のずれ量を任意に設定することが可能になる。これにより、専用のずれ量調節設定工程を別途設ける大掛かりな設備が不要であり、簡単で廉価な案内充填工程としながら、筒状部材内に供給される膨張黒鉛材のずれ量を任意に調節設定できる便利で使い易いヤーンの製造方法を提供することができる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、上述した請求項１〜５の発明によるいずれかの作用効果を奏するヤーンにより、シール性に優れるグランドパッキンを作成して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明によるヤーンの製造方法、そのための設備であるヤーンの製造装置、前記製造方法によって製造されたヤーン、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の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１〜図４はヤーンの製造装置とそれによる製造方法を示す各図、図５はヤーンにおける膨張黒鉛材の配列状態を示す模式図、図６は、図５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７は膨張黒鉛材の断面寸法を示す拡大図、図８，９は膨張黒鉛材の縦横比と曲げ半径との関係データを示す図、図１０はグランドパッキンの使用例を示す図、図１１は種々のヤーンの伸びに関するデータ表を示す図、図１２は切断作動等に関するタイムチャート図である。
【００２０】
図１に本発明によるヤーンの製造方法を実施するための製造装置Ａの概略構成が示されている。この製造装置Ａは、繊維材２を編む又は組むことによって成る筒状部材３内に膨張黒鉛を充填して成るヤーン１を製造するものであって、所定の幅を有する膨張黒鉛シート９を連続供給可能な膨張黒鉛供給機構ａと、膨張黒鉛供給機構ａから供給されてくる膨張黒鉛シート９を細断機構ｃに向けて搬送する搬送機構ｂと、搬送機構ｂによって搬送されてくる膨張黒鉛シート９を、その幅方向に沿って連続的に小幅に切断自在な細断機構ｃと、細断機構ｃによって作成された短冊状の膨張黒鉛材（膨張黒鉛繊維）４を筒状部材３内に案内供給する案内供給機構ｄと、複数の繊維材２を編組して筒状部材３を作成して行く編み機ｅと、を有して構成されている。
【００２１】
膨張黒鉛供給機構ａは、帯状の膨張黒鉛シート９を巻回装備自在なリール１０を、軸心Ｐ周りに正逆いずれの方向にも回転自在に設けて構成されている。これにより、図１に示す矢印イ方向へのリール１０の回転により、これに巻回される膨張黒鉛シート９を巻き解して取出して連続供給することが自在となっている。
【００２２】
搬送機構ｂは、膨張黒鉛供給機構ａから供給されてくる膨張黒鉛シート９を上下一対のローラ１１，１２で挟持するとともに、それら両ローラ１１，１２のうちの少なくとも一方１１を搬送駆動部１３によって駆動回転させる構造によって構成されている。つまり、膨張黒鉛シート９を水平方向に横移送させるものであって、リール１０は、搬送機構ｂによる膨張黒鉛シート９の強制搬送によって追従回転し、膨張黒鉛シート９を巻き解すようになっている。
【００２３】
細断機構ｃは、水平方向に搬送されて来る膨張黒鉛シート９の幅方向に延びる切断刃１４と、これを膨張黒鉛シート９のシート面９ａに対する上下方向に往復移動させる細断駆動部１５と、切断刃１４と対を為す受台１６とを設けて構成されている。図３や図４における２１，２２は、膨張黒鉛シート９や膨張黒鉛材４をガイドするために受台１６と対を為す押え片である。代切断刃１４は、シート面９ａに対して角度が付いた刃先１４ａを有するもの（所謂ギロチンカッター）に形成されており、下降移動することによって膨張黒鉛シート９をその幅方向の一端から他端に架けて順次切断するように構成されている。尚、切断刃１４を上下方向に往復移動させる細断駆動部１５は公知の種々の構造が選択設定されるものであり、その詳細は割愛する。
【００２４】
案内供給機構ｄは、細断機構ｃの終端部に大径の上端開口部１７ａが配置され、かつ、上下向き姿勢に配される筒状部材の上端部に小径の下端開口部１７ｂが配置される上下向き姿勢の漏斗１７を設けて構成されている。つまり、案内供給機構ｄは、細断機構ｃによって作成された小幅で短冊状の膨張黒鉛材４が、すり鉢状に傾斜した漏斗内面１７ｃに落下して当接することで、横臥姿勢から上下向き姿勢に姿勢変更されながら、その切断順に筒状部材３内に案内供給されるように作用するものであり、複数の膨張黒鉛材４が、互いの端部位置が筒状部材３の長手方向、即ち上下方向に所定量位置ずれされた状態で筒状部材３内に供給されるように構成されている。
【００２５】
筒状部材３は、編み機ｅによって編組されて下方に延びるように作成されるものであり、その編み機ｅに下端開口部１７ｂが挿入配備されることにより、順次作成される筒状部材３内に膨張黒鉛材４が充填されてヤーン１が作成されるように構成されている。また、搬送機構ｂ、細断機構ｃ、及び編み機ｅの駆動状態を制御する制御装置１８、並びに、膨張黒鉛材４の幅寸法を設定する幅設定手段（調節設定手段の一例）１９、膨張黒鉛材４どうしの端部のずれ量を設定するずれ量設定手段（調節設定手段の一例）２０が制御装置１８を設けて駆動制御部Ｌが構成されている。
【００２６】
ここで、製造装置Ａによるヤーンの製造方法は、搬送工程ｈと細断工程ｓと供給充填工程ｋとを経てヤーン１が製造されるものとなっている。搬送工程ｈは、搬送駆動部１３を駆動させて膨張黒鉛シート９を挟持している一対のローラ１１，１２を駆動回転させ、それに伴ってリール１０が追従回転して巻回されている膨張黒鉛シート９が巻き解されるものであり、ローラ１１，１２の回転速度を制御することによって細断機構ｃへの膨張黒鉛シート９の搬送速度Ｖ（図３等を参照）を任意に制御することが可能である。
【００２７】
細断工程ｓは、所定の幅を有した状態で連続供給されて来る膨張黒鉛シート９を、その幅方向に沿って小幅に連続して切断する工程である。具体的には、細断駆動部１５を駆動して切断刃１４を下降切断移動及び上昇復帰移動を繰返し行うこと（切断刃１４を膨張黒鉛シート９のシート面９ａに対する上下方向に往復移動させること）により、搬送されてくる膨張黒鉛シート９を所定の小幅ｗを有した短冊状の膨張黒鉛材４に細断する機能を担っている。切断された膨張黒鉛材４は直下に配備されている漏斗１７内に落下して行くこととなる。なお、「連続的に小幅に切断」とは、細断機構ｃが停止することなく動き続けることによって切断刃１４で順次膨張黒鉛シート９を細断することの意であり、その駆動速度を増減変更することによって前記小幅ｗを任意に増減することができる。これは、細断機構ｃの構造上、切断される側である膨張黒鉛シート９を基準にすると、「断続的に小幅に切断」という言い方で定義することも可能である。
【００２８】
供給充填工程ｋは、細断工程ｓによって作成される短冊状の膨張黒鉛材４を筒状部材３内に案内供給して充填させる工程である。具体的には、図１，図２に示すように、細断工程ｓを経て落下供給されて来る膨張黒鉛材４を、漏斗内面１７ｃで受止めて下端開口部１７ｂに案内することにより、横臥姿勢を上下向き姿勢に変えてから筒状部材３に供給する機能を発揮する工程であり、その供給順に筒状部材３内に落下案内供給させることにより、隣合う膨張黒鉛材４，４どうしには、互いの端部位置が上下方向に（筒状部材３の長手方向に）所定量Ｄだけ位置ずれさせた状態で筒状部材３内に供給するようになっている。
【００２９】
ヤーンの製造装置Ａ（製造方法）による以上の工程により、リール１０に巻回されている膨張黒鉛シート９を小幅で短冊状の膨張黒鉛材４に細断し、その細断によって作成される多数の膨張黒鉛材４を、編み機ｅで作成されつつある筒状部材３内に漏斗１７を用いて充填することにより、繊維材２の編組によって成る筒状部材３内に膨張黒鉛を充填して成るヤーン１を製造することができるのである。次に、ヤーン１の実施例、並びに製造装置Ａの制御について説明する。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように、切断刃１４が上昇するとともに搬送機構ｂの駆動が再開され、それまで停止していた膨張黒鉛シート９が速度Ｖ（単位：ｍｍ／秒）で搬送され始める。そして、図３（ｂ）に示すように、黒鉛幅設定手段２０によって設定された距離ｗだけ搬送されると、搬送機構ｂが停止される。このとき、既に細断されて膨張黒鉛シート９の先端に存在する膨張黒鉛材４ａは、速度Ｖでもって水平方向に押し出されて飛び始める。尚、ここでは説明の便宜上、この最初に切断された膨張黒鉛材４を第１膨張黒鉛材４ａから順次、第２，第３膨張黒鉛材４ｂ，４ｃと呼ぶものとし、また、第１膨張黒鉛材４ａの前に既に作成されているものは第０膨張黒鉛材４ｚと呼ぶものとする。また、図３，４において、ローラ１１，１２の軸部１１ａ，１２ａが白抜きで描かれているのは回転している状態を、そして黒塗りの状態で描かれているのは回転が停止している状態をそれぞれ示すものとする。
【００３１】
次いで、図３（ｃ）に示すように、切断機構ｃが駆動され、上昇待機位置にある切断刃１４が下降移動して膨張黒鉛シート９の先端部を幅ｗでもって細断（切断）し、次の膨張黒鉛材４ｂを作成する。このとき、速度Ｖで飛び出した膨張黒鉛材４ａは、重力加速度Ｇによってやや下降しながらも水平距離Ｗ分は飛散した状態にある。つまり、切断刃１４による切断から次の切断までの待機時間（タイムラグ）をＴ（単位：秒）とすれば、その間における膨張黒鉛材４ａの飛散距離Ｗ＝ＶＴであり、これが膨張黒鉛材の製造工程において隣合う膨張黒鉛材４ａ，４ｂどうしの水平方向の間隔である。但し、切断刃１４による切断作用は一瞬（時間０）のうちに行われるものと仮定して検討してある。
【００３２】
図４（ａ）は、第２膨張黒鉛材４ｂの膨張黒鉛シート９による押し出しが完了して単独で飛び出ようとするときの状態を示している。この状態では、第１膨張黒鉛材４ａは図３（ｃ）に示す状態から若干移動しており、第２膨張黒鉛材４ｂとの水平方向の間隔は、前述の飛散距離Ｗである。そして、次に細断作用されて第３膨張黒鉛材４ｃが作成されたときには、図４（ｂ）に示すように、第２膨張黒鉛材４ｂと第３膨張黒鉛材４ｃとの水平方向の間隔はＷであり、そのとき漏斗１７の内面１７ｃに沿って滑落移動する第１膨張黒鉛材４ａと、その前に既に作成されている第０膨張黒鉛材４ｚとの端部どうしの「ずれ量」はＤであり、Ｄ＝αＷ（＝αＶＴ）である。
【００３３】
αは係数であり、この係数αは、水平方向の間隔Ｗを筒状部材３内における上下方向のずれ量に換算するためのものであり、案内供給機構ｄ等のシステムの仕様によって決定される要素である。この場合のように水平方向の距離Ｗは、切断位置と筒状部材３との高さに応じた重力加速度による間隔の増幅作用や、漏斗内面１７ｃを滑落する摩擦抵抗等の種々の要因によって係数αが決まるのであるが、その詳細については割愛する。実際のずれ量Ｄは、後述するように２０〜３０ｍｍや、それ以外の値に設定される。
【００３４】
隣合う膨張黒鉛材どうしの水平方向の間隔Ｗは、即ち、ずれ量Ｄは、膨張黒鉛シート９の搬送速度Ｖ、及び切断刃１４の待機時間Ｔ［およそ図３（ｂ）の状態から図４（ａ）の状態までの時間であり、正確には図１２を参照］によって定まるものであり、例えば、搬送速度Ｖが速く、かつ、待機時間Ｔが長い場合は「ずれ量Ｄ」は大きくなり、搬送速度Ｖが遅く、かつ、待機時間Ｔが短い場合は「ずれ量Ｄ」は小さくなる。また、搬送速度Ｖが速く、かつ、待機時間Ｔが短い場合や、搬送速度Ｖが遅く、かつ、待機時間Ｔが長い場合も考えられ、これら両者の調節如何によって、即ち、ずれ量設定手段２０によってずれ量Ｄを任意に可変設定することが可能である。
【００３５】
待機時間Ｔの開始直前の時間帯である送り時間Ｔｈ［図３（ａ）の状態から、図３（ｂ）の状態に移行するに要する時間であり、正確には図１２を参照］に、搬送速度Ｖを乗じたもの（ＶＴｈ）が膨張黒鉛材４の幅ｗであり、この送り時間Ｔｈ及び、搬送速度Ｖが幅設定手段１９によって設定され、それによって膨張黒鉛材４の幅ｗが決まるのである。但し、搬送速度Ｖは、幅設定手段１９とずれ量設定手段２０との双方で設定可能であるため、例えば、いずれか先に操作された方の設定速度が優先設定される、といった具合に条件設定しておくと良い。
【００３６】
参考として、図１２に細断機構ｃによる細断作用の概略のタイムチャートを示しておく。図１２においては、ある切断時を基点として搬送機構ｂと切断機構ｃの駆動及び停止に関する作動順序を経時的に表したものであり、前述したように切断作用は時間を要せず瞬間的に作動するものとして描いてある。このタイムチャートから分るように、搬送速度Ｖを固定した場合、膨張黒鉛材４の幅ｗは送り時間Ｔｈに、そしてずれ量Ｄは待機時間Ｔによって決定される。
【００３７】
次に、上述したヤーンの製造方法によって製造されるヤーン１の形状や特性、及び幾つかの実施例、並びにそのヤーン１を用いて作成されるグランドパッキン５（Ｇ）について説明する。
【００３８】
上述の製造装置Ａによる製造方法によって製造されたグランドパッキン用のヤーン（編み糸）１は、図１，２，５に示すように、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、短冊状の膨張黒鉛材４の多数が、互いの端部位置を膨張黒鉛材長手方向に所定量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、膨張黒鉛材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７に示すように、膨張黒鉛材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、膨張黒鉛材４の断面形状は、例えば、円形、長円形や楕円径等、矩形以外の形状でも良い。
【００３９】
例えば、図２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膨張黒鉛材４を投入してゆくことにより、図５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膨張黒鉛材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５に示すように、ヤーン長手方向で隣合う膨張黒鉛材４どうしの間である途切れ部ｆ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ｆ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５においては途切れ部ｆを誇張して描いてある。
【００４０】
図８及び図９においては、膨張黒鉛材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、膨張黒鉛材４の切断、割れ、外装繊維材２の間からの食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。膨張黒鉛材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。
【００４１】
しかして図８の表や図９のグラフから分るように、膨張黒鉛材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８，９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。
【００４２】
図６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１０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。
【００４３】
〔ヤーンの実施例１〕
実施例１によるヤーンは、前述の製造方法を用いて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（ｔ）０．３８ｍｍ×幅（ｗ）１．０ｍｍの矩形断面形状を為し、かつ、長さが２００ｍｍ前後の膨張黒鉛材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、膨張黒鉛材４，４どうしの端部のずれ量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における膨張黒鉛材４の縦横比ｈは、ｈ＝１．０／０．３８≒２．６３であり、また、重量は５ｇ／ｍであった。
【００４４】
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、表面に膨張黒鉛を塗布し、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。
【００４５】
〔ヤーンの実施例２〕
実施例２によるヤーンは、前述の製造方法を用いて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の膨張黒鉛材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、膨張黒鉛材４，４どうしの端部のずれ量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における膨張黒鉛材４の縦横比ｈは、ｈ＝１．０／０．３８≒２．６３であり、また、重量は４ｇ／ｍであった。
【００４６】
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、表面に膨張黒鉛を塗布し、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）。
【００４７】
図１１に、上記実施例１，２のヤーンと、従来構造による従来品１〜５の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で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熱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。
【００４８】
図１１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、膨張黒鉛材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。
【００４９】
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５の途切れ部ｆ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。
【００５０】
これに対して実施例１，２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状の膨張黒鉛材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ｆ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内における膨張黒鉛材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１１参照）、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。
【００５１】
以上より、実施例１，２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もある。１．膨張黒鉛材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．膨張黒鉛材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。
【００５２】
〔別実施例〕
細断工程ｓを行うための細断機構ｃは、要は膨張黒鉛シート９をその幅方向に沿って切断する構造のものなら良く、従って切断刃１４を用いる図示の構造以外のものでも良い。また、搬送工程ｈを行うための搬送機構ｂや、供給充填工程ｋを行うための案内供給機構ｄは、図示以外の構造によるものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ヤーンの製造方法を示す概略の模式図
【図２】案内供給機構による「ずれ量」の形成状況の全体を示す作用図
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、ずれ量の形成状況の前半部を示す作用図
【図４】（ａ），（ｂ）は、ずれ量の形成状況の後半部を示す作用図
【図５】ヤーン内部における膨張黒鉛材の配列状況示す模式図
【図６】図２のヤーンの編組によるグランドパッキンを示す斜視図
【図７】膨張黒鉛材の断面形状及び寸法比率を示す説明図
【図８】膨張黒鉛材の幅／厚みの比率と最小曲げ半径との対比表を示す図
【図９】膨張黒鉛材の幅／厚みの比率と最小曲げ半径との関係グラフを示す図
【図１０】グランドパッキンの使用例を示す要部の断面図
【図１１】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
【図１２】搬送機構及び細断機構の概略の作動タイムチャートを示す図
【符号の説明】
【００５４】
１ ヤーン
２ 繊維材
３ 筒状部材
４ 膨張黒鉛材
５ グランドパッキン
９ 膨張黒鉛シート
９ａ シート面
１４ 切断刃
１７ 漏斗
ｋ 供給充填工程
ｓ 細断工程
Ａ ヤーンの製造装置
Ｔ 待機時間
Ｖ 膨張黒鉛シートの供給速度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヤーンの製造方法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の製造方法、並びにその製造方法によって作成されるヤーンを用いたグランドパッキンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、繊維材の編組（ニット編みや袋編等）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。
【０００３】
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。
【０００４】
ところで、上記のヤーンの作り方としては、特許文献３（図１参照）に示されたように、上下向きに配された筒状部材内に短冊状の膨張黒鉛を投入してゆく、という製作方法又は手段としての考え方が開示されているに過ぎないものであり、実際にどのようにして効率良く生産させるか、については触れられていなかった。
【特許文献１】特開昭６３−１８６３号公報
【特許文献２】特公平６−２７５４６号公報
【特許文献３】特許第２５６２６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、廉価に実使用できるようにすべく、生産性に優れる状態で作成できるようにするための製造方法、即ちヤーンの製造方法を実現して提供する点にある。また、その改善されたヤーンの製造方法によるヤーンを用いた生産性の良いグランドパッキンを得ることも目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、繊維材２を編む又は組むことによって成る筒状部材３内に膨張黒鉛を充填して成るヤーンの製造方法において、
所定の幅を有した状態で連続供給されて来る膨張黒鉛シート９を、その幅方向に沿って小幅に切断する細断工程ｓと、この細断工程ｓによって作成される短冊状の膨張黒鉛材４を前記筒状部材３内に案内供給して充填させる供給充填工程ｋと、を有することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のヤーンの製造方法において、前記細断工程ｓにおいては、前記幅方向に延びる切断刃１４を前記膨張黒鉛シート９のシート面９ａに対する上下方向に往復移動させることにより、前記膨張黒鉛シート９を連続的に切断して前記短冊状の膨張黒鉛材４を作成することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のヤーンの製造方法において、前記供給充填工程ｋにおいては、前記細断工程ｓを経て供給されてくる短冊状の膨張黒鉛材４を、漏斗１７を用いて前記筒状部材３内に落下案内供給させることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載のヤーンの製造方法において、前記供給充填工程ｋにおいては、前記細断工程ｓを経て供給されて来る前記膨張黒鉛材４をその供給順に前記筒状部材３内に落下案内供給させることにより、複数の前記膨張黒鉛材４を、互いの端部位置を筒状部材３の長手方向に所定量位置ずれさせた状態で前記筒状部材３内に供給することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のヤーンの製造方法において、前記細断工程ｓへの前記膨張黒鉛シート９の供給速度Ｖと、前記膨張黒鉛シート９の切断作動から次の切断作動迄の間の待機時間Ｔとの少なくとも一方を可変調節することにより、前記膨張黒鉛材４の幅寸法、並びに前記端部位置のずれ量の少なくとも一方を可変調節設定することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６に係る発明は、グランドパッキンにおいて、請求項１〜５の何れか一項に記載のヤーンの製造方法によって製造されたヤーン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。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、所定の幅を有する膨張黒鉛シートをその幅方向に沿って切断することによって小幅の膨張黒鉛材を形成させる工程を有しているから、その細断工程を続けることによって短冊状の膨張黒鉛材を連続的に作成することが可能であるとともに、その膨張黒鉛材を筒状部材内に供給する供給充填工程が為されることによってヤーンを連続的に製造することが可能となる。つまり、多量生産に好適なヤーンの製造方法とすることができる。長尺状の膨張黒鉛シートにおいては、その長手方向よりも幅方向の方が引張り強度に優れている性質があるから、例えば膨張黒鉛シートをその長手方向に沿って切断することでさらに長尺状の膨張黒鉛材を作成して筒状部材に供給する方法よりも、ヤーンとしての機械的強度に勝るものが得られる利点がある。
【００１３】
加えて、編組する等のヤーンを曲げることを考えた場合、膨張黒鉛は伸びが殆ど期待できないことから、前記のさらに長尺状の膨張黒鉛材を用いる場合には、膨張黒鉛材が切れることでしか対応できないが、本発明による膨張黒鉛細は短冊状なので、隣合うものどうしがずれ動くことで曲がり変形に追従でき、切れてしまう不都合はまず生じない点で有利である。その結果、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その機械的特性に有利なものとしながら、廉価に実使用できて生産性に優れる状態で作成可能なヤーンの製造方法を実現して提供することができる。
【００１４】
請求項２のように、細断工程においては、膨張黒鉛シートをその幅方向に延びる切断刃のシート面に対する上下移動によって細断するようにすれば、切断刃の単純な往復移動でありながら、膨張黒鉛シートから短冊状の膨張黒鉛材を切断して作成する動作を連続して行うことができ、量産に適した細断工程を得ることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、作成された短冊状の膨張黒鉛材を漏斗を用いて筒状部材内に供給する供給充填工程とすれば、細断されて成る膨張黒鉛材が落下する挙動のみを利用して効率良く筒状部材内に充填することができる高効率で廉価な製造方法として提供することができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、細断工程における切断順に膨張黒鉛材が筒状部材内に供給されるようになるから、細断工程における切断作動とその次の切断作動とのインターバルを利用して、筒状部材に供給される際における相隣る膨張黒鉛材どうしの端部の位置ずれ長さ、即ちずれ量を設定することかできる。これにより、専用のずれ量設定工程を別途設ける大掛かりな手段が不要となり、簡単で廉価な案内充填工程としながら膨張黒鉛材を所定量位置ずれさせながら筒状部材内に供給することができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、細断工程への膨張黒鉛シートの供給速度、及び／又は膨張黒鉛シートの切断作動から次の切断作動迄の間の待機時間を調節することにより、膨張黒鉛材の幅寸法や相隣る膨張黒鉛材どうしの端部位置のずれ量を任意に設定することが可能になる。これにより、専用のずれ量調節設定工程を別途設ける大掛かりな設備が不要であり、簡単で廉価な案内充填工程としながら、筒状部材内に供給される膨張黒鉛材のずれ量を任意に調節設定できる便利で使い易いヤーンの製造方法を提供することができる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、上述した請求項１〜５の発明によるいずれかの作用効果を奏するヤーンにより、シール性に優れるグランドパッキンを作成して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明によるヤーンの製造方法、そのための設備であるヤーンの製造装置、前記製造方法によって製造されたヤーン、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の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１〜図４はヤーンの製造装置とそれによる製造方法を示す各図、図５はヤーンにおける膨張黒鉛材の配列状態を示す模式図、図６は、図５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７は膨張黒鉛材の断面寸法を示す拡大図、図８，９は膨張黒鉛材の縦横比と曲げ半径との関係データを示す図、図１０はグランドパッキンの使用例を示す図、図１１は種々のヤーンの伸びに関するデータ表を示す図、図１２は切断作動等に関するタイムチャート図である。
【００２０】
図１に本発明によるヤーンの製造方法を実施するための製造装置Ａの概略構成が示されている。この製造装置Ａは、繊維材２を編む又は組むことによって成る筒状部材３内に膨張黒鉛を充填して成るヤーン１を製造するものであって、所定の幅を有する膨張黒鉛シート９を連続供給可能な膨張黒鉛供給機構ａと、膨張黒鉛供給機構ａから供給されてくる膨張黒鉛シート９を細断機構ｃに向けて搬送する搬送機構ｂと、搬送機構ｂによって搬送されてくる膨張黒鉛シート９を、その幅方向に沿って連続的に小幅に切断自在な細断機構ｃと、細断機構ｃによって作成された短冊状の膨張黒鉛材（膨張黒鉛繊維）４を筒状部材３内に案内供給する案内供給機構ｄと、複数の繊維材２を編組して筒状部材３を作成して行く編み機ｅと、を有して構成されている。
【００２１】
膨張黒鉛供給機構ａは、帯状の膨張黒鉛シート９を巻回装備自在なリール１０を、軸心Ｐ周りに正逆いずれの方向にも回転自在に設けて構成されている。これにより、図１に示す矢印イ方向へのリール１０の回転により、これに巻回される膨張黒鉛シート９を巻き解して取出して連続供給することが自在となっている。
【００２２】
搬送機構ｂは、膨張黒鉛供給機構ａから供給されてくる膨張黒鉛シート９を上下一対のローラ１１，１２で挟持するとともに、それら両ローラ１１，１２のうちの少なくとも一方１１を搬送駆動部１３によって駆動回転させる構造によって構成されている。つまり、膨張黒鉛シート９を水平方向に横移送させるものであって、リール１０は、搬送機構ｂによる膨張黒鉛シート９の強制搬送によって追従回転し、膨張黒鉛シート９を巻き解すようになっている。
【００２３】
細断機構ｃは、水平方向に搬送されて来る膨張黒鉛シート９の幅方向に延びる切断刃１４と、これを膨張黒鉛シート９のシート面９ａに対する上下方向に往復移動させる細断駆動部１５と、切断刃１４と対を為す受台１６とを設けて構成されている。図３や図４における２１，２２は、膨張黒鉛シート９や膨張黒鉛材４をガイドするために受台１６と対を為す押え片である。代切断刃１４は、シート面９ａに対して角度が付いた刃先１４ａを有するもの（所謂ギロチンカッター）に形成されており、下降移動することによって膨張黒鉛シート９をその幅方向の一端から他端に架けて順次切断するように構成されている。尚、切断刃１４を上下方向に往復移動させる細断駆動部１５は公知の種々の構造が選択設定されるものであり、その詳細は割愛する。
【００２４】
案内供給機構ｄは、細断機構ｃの終端部に大径の上端開口部１７ａが配置され、かつ、上下向き姿勢に配される筒状部材の上端部に小径の下端開口部１７ｂが配置される上下向き姿勢の漏斗１７を設けて構成されている。つまり、案内供給機構ｄは、細断機構ｃによって作成された小幅で短冊状の膨張黒鉛材４が、すり鉢状に傾斜した漏斗内面１７ｃに落下して当接することで、横臥姿勢から上下向き姿勢に姿勢変更されながら、その切断順に筒状部材３内に案内供給されるように作用するものであり、複数の膨張黒鉛材４が、互いの端部位置が筒状部材３の長手方向、即ち上下方向に所定量位置ずれされた状態で筒状部材３内に供給されるように構成されている。
【００２５】
筒状部材３は、編み機ｅによって編組されて下方に延びるように作成されるものであり、その編み機ｅに下端開口部１７ｂが挿入配備されることにより、順次作成される筒状部材３内に膨張黒鉛材４が充填されてヤーン１が作成されるように構成されている。また、搬送機構ｂ、細断機構ｃ、及び編み機ｅの駆動状態を制御する制御装置１８、並びに、膨張黒鉛材４の幅寸法を設定する幅設定手段（調節設定手段の一例）１９、膨張黒鉛材４どうしの端部のずれ量を設定するずれ量設定手段（調節設定手段の一例）２０が制御装置１８を設けて駆動制御部Ｌが構成されている。
【００２６】
ここで、製造装置Ａによるヤーンの製造方法は、搬送工程ｈと細断工程ｓと供給充填工程ｋとを経てヤーン１が製造されるものとなっている。搬送工程ｈは、搬送駆動部１３を駆動させて膨張黒鉛シート９を挟持している一対のローラ１１，１２を駆動回転させ、それに伴ってリール１０が追従回転して巻回されている膨張黒鉛シート９が巻き解されるものであり、ローラ１１，１２の回転速度を制御することによって細断機構ｃへの膨張黒鉛シート９の搬送速度Ｖ（図３等を参照）を任意に制御することが可能である。
【００２７】
細断工程ｓは、所定の幅を有した状態で連続供給されて来る膨張黒鉛シート９を、その幅方向に沿って小幅に連続して切断する工程である。具体的には、細断駆動部１５を駆動して切断刃１４を下降切断移動及び上昇復帰移動を繰返し行うこと（切断刃１４を膨張黒鉛シート９のシート面９ａに対する上下方向に往復移動させること）により、搬送されてくる膨張黒鉛シート９を所定の小幅ｗを有した短冊状の膨張黒鉛材４に細断する機能を担っている。切断された膨張黒鉛材４は直下に配備されている漏斗１７内に落下して行くこととなる。なお、「連続的に小幅に切断」とは、細断機構ｃが停止することなく動き続けることによって切断刃１４で順次膨張黒鉛シート９を細断することの意であり、その駆動速度を増減変更することによって前記小幅ｗを任意に増減することができる。これは、細断機構ｃの構造上、切断される側である膨張黒鉛シート９を基準にすると、「断続的に小幅に切断」という言い方で定義することも可能である。
【００２８】
供給充填工程ｋは、細断工程ｓによって作成される短冊状の膨張黒鉛材４を筒状部材３内に案内供給して充填させる工程である。具体的には、図１，図２に示すように、細断工程ｓを経て落下供給されて来る膨張黒鉛材４を、漏斗内面１７ｃで受止めて下端開口部１７ｂに案内することにより、横臥姿勢を上下向き姿勢に変えてから筒状部材３に供給する機能を発揮する工程であり、その供給順に筒状部材３内に落下案内供給させることにより、隣合う膨張黒鉛材４，４どうしには、互いの端部位置が上下方向に（筒状部材３の長手方向に）所定量Ｄだけ位置ずれさせた状態で筒状部材３内に供給するようになっている。
【００２９】
ヤーンの製造装置Ａ（製造方法）による以上の工程により、リール１０に巻回されている膨張黒鉛シート９を小幅で短冊状の膨張黒鉛材４に細断し、その細断によって作成される多数の膨張黒鉛材４を、編み機ｅで作成されつつある筒状部材３内に漏斗１７を用いて充填することにより、繊維材２の編組によって成る筒状部材３内に膨張黒鉛を充填して成るヤーン１を製造することができるのである。次に、ヤーン１の実施例、並びに製造装置Ａの制御について説明する。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように、切断刃１４が上昇するとともに搬送機構ｂの駆動が再開され、それまで停止していた膨張黒鉛シート９が速度Ｖ（単位：ｍｍ／秒）で搬送され始める。そして、図３（ｂ）に示すように、黒鉛幅設定手段２０によって設定された距離ｗだけ搬送されると、搬送機構ｂが停止される。このとき、既に細断されて膨張黒鉛シート９の先端に存在する膨張黒鉛材４ａは、速度Ｖでもって水平方向に押し出されて飛び始める。尚、ここでは説明の便宜上、この最初に切断された膨張黒鉛材４を第１膨張黒鉛材４ａから順次、第２，第３膨張黒鉛材４ｂ，４ｃと呼ぶものとし、また、第１膨張黒鉛材４ａの前に既に作成されているものは第０膨張黒鉛材４ｚと呼ぶものとする。また、図３，４において、ローラ１１，１２の軸部１１ａ，１２ａが白抜きで描かれているのは回転している状態を、そして黒塗りの状態で描かれているのは回転が停止している状態をそれぞれ示すものとする。
【００３１】
次いで、図３（ｃ）に示すように、切断機構ｃが駆動され、上昇待機位置にある切断刃１４が下降移動して膨張黒鉛シート９の先端部を幅ｗでもって細断（切断）し、次の膨張黒鉛材４ｂを作成する。このとき、速度Ｖで飛び出した膨張黒鉛材４ａは、重力加速度Ｇによってやや下降しながらも水平距離Ｗ分は飛散した状態にある。つまり、切断刃１４による切断から次の切断までの待機時間（タイムラグ）をＴ（単位：秒）とすれば、その間における膨張黒鉛材４ａの飛散距離Ｗ＝ＶＴであり、これが膨張黒鉛材の製造工程において隣合う膨張黒鉛材４ａ，４ｂどうしの水平方向の間隔である。但し、切断刃１４による切断作用は一瞬（時間０）のうちに行われるものと仮定して検討してある。
【００３２】
図４（ａ）は、第２膨張黒鉛材４ｂの膨張黒鉛シート９による押し出しが完了して単独で飛び出ようとするときの状態を示している。この状態では、第１膨張黒鉛材４ａは図３（ｃ）に示す状態から若干移動しており、第２膨張黒鉛材４ｂとの水平方向の間隔は、前述の飛散距離Ｗである。そして、次に細断作用されて第３膨張黒鉛材４ｃが作成されたときには、図４（ｂ）に示すように、第２膨張黒鉛材４ｂと第３膨張黒鉛材４ｃとの水平方向の間隔はＷであり、そのとき漏斗１７の内面１７ｃに沿って滑落移動する第１膨張黒鉛材４ａと、その前に既に作成されている第０膨張黒鉛材４ｚとの端部どうしの「ずれ量」はＤであり、Ｄ＝αＷ（＝αＶＴ）である。
【００３３】
αは係数であり、この係数αは、水平方向の間隔Ｗを筒状部材３内における上下方向のずれ量に換算するためのものであり、案内供給機構ｄ等のシステムの仕様によって決定される要素である。この場合のように水平方向の距離Ｗは、切断位置と筒状部材３との高さに応じた重力加速度による間隔の増幅作用や、漏斗内面１７ｃを滑落する摩擦抵抗等の種々の要因によって係数αが決まるのであるが、その詳細については割愛する。実際のずれ量Ｄは、後述するように２０〜３０ｍｍや、それ以外の値に設定される。
【００３４】
隣合う膨張黒鉛材どうしの水平方向の間隔Ｗは、即ち、ずれ量Ｄは、膨張黒鉛シート９の搬送速度Ｖ、及び切断刃１４の待機時間Ｔ［およそ図３（ｂ）の状態から図４（ａ）の状態までの時間であり、正確には図１２を参照］によって定まるものであり、例えば、搬送速度Ｖが速く、かつ、待機時間Ｔが長い場合は「ずれ量Ｄ」は大きくなり、搬送速度Ｖが遅く、かつ、待機時間Ｔが短い場合は「ずれ量Ｄ」は小さくなる。また、搬送速度Ｖが速く、かつ、待機時間Ｔが短い場合や、搬送速度Ｖが遅く、かつ、待機時間Ｔが長い場合も考えられ、これら両者の調節如何によって、即ち、ずれ量設定手段２０によってずれ量Ｄを任意に可変設定することが可能である。
【００３５】
待機時間Ｔの開始直前の時間帯である送り時間Ｔｈ［図３（ａ）の状態から、図３（ｂ）の状態に移行するに要する時間であり、正確には図１２を参照］に、搬送速度Ｖを乗じたもの（ＶＴｈ）が膨張黒鉛材４の幅ｗであり、この送り時間Ｔｈ及び、搬送速度Ｖが幅設定手段１９によって設定され、それによって膨張黒鉛材４の幅ｗが決まるのである。但し、搬送速度Ｖは、幅設定手段１９とずれ量設定手段２０との双方で設定可能であるため、例えば、いずれか先に操作された方の設定速度が優先設定される、といった具合に条件設定しておくと良い。
【００３６】
参考として、図１２に細断機構ｃによる細断作用の概略のタイムチャートを示しておく。図１２においては、ある切断時を基点として搬送機構ｂと切断機構ｃの駆動及び停止に関する作動順序を経時的に表したものであり、前述したように切断作用は時間を要せず瞬間的に作動するものとして描いてある。このタイムチャートから分るように、搬送速度Ｖを固定した場合、膨張黒鉛材４の幅ｗは送り時間Ｔｈに、そしてずれ量Ｄは待機時間Ｔによって決定される。
【００３７】
次に、上述したヤーンの製造方法によって製造されるヤーン１の形状や特性、及び幾つかの実施例、並びにそのヤーン１を用いて作成されるグランドパッキン５（Ｇ）について説明する。
【００３８】
上述の製造装置Ａによる製造方法によって製造されたグランドパッキン用のヤーン（編み糸）１は、図１，２，５に示すように、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、短冊状の膨張黒鉛材４の多数が、互いの端部位置を膨張黒鉛材長手方向に所定量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、膨張黒鉛材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７に示すように、膨張黒鉛材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、膨張黒鉛材４の断面形状は、例えば、円形、長円形や楕円径等、矩形以外の形状でも良い。
【００３９】
例えば、図２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膨張黒鉛材４を投入してゆくことにより、図５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膨張黒鉛材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５に示すように、ヤーン長手方向で隣合う膨張黒鉛材４どうしの間である途切れ部ｆ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ｆ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５においては途切れ部ｆを誇張して描いてある。
【００４０】
図８及び図９においては、膨張黒鉛材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、膨張黒鉛材４の切断、割れ、外装繊維材２の間からの食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。膨張黒鉛材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。
【００４１】
しかして図８の表や図９のグラフから分るように、膨張黒鉛材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８，９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。
【００４２】
図６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１０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。
【００４３】
〔ヤーンの実施例１〕
実施例１によるヤーンは、前述の製造方法を用いて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（ｔ）０．３８ｍｍ×幅（ｗ）１．０ｍｍの矩形断面形状を為し、かつ、長さが２００ｍｍ前後の膨張黒鉛材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、膨張黒鉛材４，４どうしの端部のずれ量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における膨張黒鉛材４の縦横比ｈは、ｈ＝１．０／０．３８≒２．６３であり、また、重量は５ｇ／ｍであった。
【００４４】
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、表面に膨張黒鉛を塗布し、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。
【００４５】
〔ヤーンの実施例２〕
実施例２によるヤーンは、前述の製造方法を用いて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の膨張黒鉛材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、膨張黒鉛材４，４どうしの端部のずれ量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における膨張黒鉛材４の縦横比ｈは、ｈ＝１．０／０．３８≒２．６３であり、また、重量は４ｇ／ｍであった。
【００４６】
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、表面に膨張黒鉛を塗布し、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）。
【００４７】
図１１に、上記実施例１，２のヤーンと、従来構造による従来品１〜５の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で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熱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。
【００４８】
図１１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、膨張黒鉛材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。
【００４９】
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５の途切れ部ｆ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。
【００５０】
これに対して実施例１，２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状の膨張黒鉛材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ｆ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内における膨張黒鉛材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１１参照）、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。
【００５１】
以上より、実施例１，２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もある。１．膨張黒鉛材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．膨張黒鉛材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。
【００５２】
〔別実施例〕
細断工程ｓを行うための細断機構ｃは、要は膨張黒鉛シート９をその幅方向に沿って切断する構造のものなら良く、従って切断刃１４を用いる図示の構造以外のものでも良い。また、搬送工程ｈを行うための搬送機構ｂや、供給充填工程ｋを行うための案内供給機構ｄは、図示以外の構造によるものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ヤーンの製造方法を示す概略の模式図
【図２】案内供給機構による「ずれ量」の形成状況の全体を示す作用図
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、ずれ量の形成状況の前半部を示す作用図
【図４】（ａ），（ｂ）は、ずれ量の形成状況の後半部を示す作用図
【図５】ヤーン内部における膨張黒鉛材の配列状況示す模式図
【図６】図２のヤーンの編組によるグランドパッキンを示す斜視図
【図７】膨張黒鉛材の断面形状及び寸法比率を示す説明図
【図８】膨張黒鉛材の幅／厚みの比率と最小曲げ半径との対比表を示す図
【図９】膨張黒鉛材の幅／厚みの比率と最小曲げ半径との関係グラフを示す図
【図１０】グランドパッキンの使用例を示す要部の断面図
【図１１】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
【図１２】搬送機構及び細断機構の概略の作動タイムチャートを示す図
【符号の説明】
【００５４】
１ ヤーン
２ 繊維材
３ 筒状部材
４ 膨張黒鉛材
５ グランドパッキン
９ 膨張黒鉛シート
９ａ シート面
１４ 切断刃
１７ 漏斗
ｋ 供給充填工程
ｓ 細断工程
Ａ ヤーンの製造装置
Ｔ 待機時間
Ｖ 膨張黒鉛シートの供給速度
【特許請求の範囲】
【請求項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膨張黒鉛を充填して成るヤーンの製造方法であって、
所定の幅を有した状態で連続供給されて来る膨張黒鉛シートを、その幅方向に沿って小幅に切断する細断工程と、この細断工程によって作成される短冊状の膨張黒鉛材を前記筒状部材内に案内供給して充填させる供給充填工程と、を有するヤーンの製造方法。
【請求項２】
前記細断工程においては、前記幅方向に延びる切断刃を前記膨張黒鉛シートのシート面に対する上下方向に往復移動させることにより、前記膨張黒鉛シートを連続的に切断して前記短冊状の膨張黒鉛材を作成する請求項１に記載のヤーンの製造方法。
【請求項３】
前記供給充填工程においては、前記細断工程を経て供給されてくる短冊状の膨張黒鉛材を、漏斗を用いて前記筒状部材内に落下案内供給させる請求項１又は２に記載のヤーンの製造方法。
【請求項４】
前記供給充填工程においては、前記細断工程を経て供給されて来る前記膨張黒鉛材をその供給順に前記筒状部材内に落下案内供給させることにより、複数の前記膨張黒鉛材を、互いの端部位置を筒状部材の長手方向に所定量位置ずれさせた状態で前記筒状部材内に供給する請求項１〜３の何れか一項に記載のヤーンの製造方法。
【請求項５】
前記細断工程への前記膨張黒鉛シートの供給速度と、前記膨張黒鉛シートの切断作動から次の切断作動迄の間の待機時間との少なくとも一方を可変調節することにより、前記膨張黒鉛材の幅寸法、並びに前記端部位置のずれ量の少なくとも一方を可変調節設定する請求項４に記載のヤーンの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載のヤーンの製造方法によって製造された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。
【請求項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膨張黒鉛を充填して成るヤーンの製造方法であって、
所定の幅を有した状態で連続供給されて来る膨張黒鉛シートを、その幅方向に沿って小幅に切断する細断工程と、この細断工程によって作成される短冊状の膨張黒鉛材を前記筒状部材内に案内供給して充填させる供給充填工程と、を有するヤーンの製造方法。
【請求項２】
前記細断工程においては、前記幅方向に延びる切断刃を前記膨張黒鉛シートのシート面に対する上下方向に往復移動させることにより、前記膨張黒鉛シートを連続的に切断して前記短冊状の膨張黒鉛材を作成する請求項１に記載のヤーンの製造方法。
【請求項３】
前記供給充填工程においては、前記細断工程を経て供給されてくる短冊状の膨張黒鉛材を、漏斗を用いて前記筒状部材内に落下案内供給させる請求項１又は２に記載のヤーンの製造方法。
【請求項４】
前記供給充填工程においては、前記細断工程を経て供給されて来る前記膨張黒鉛材をその供給順に前記筒状部材内に落下案内供給させることにより、複数の前記膨張黒鉛材を、互いの端部位置を筒状部材の長手方向に所定量位置ずれさせた状態で前記筒状部材内に供給する請求項１〜３の何れか一項に記載のヤーンの製造方法。
【請求項５】
前記細断工程への前記膨張黒鉛シートの供給速度と、前記膨張黒鉛シートの切断作動から次の切断作動迄の間の待機時間との少なくとも一方を可変調節することにより、前記膨張黒鉛材の幅寸法、並びに前記端部位置のずれ量の少なくとも一方を可変調節設定する請求項４に記載のヤーンの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載のヤーンの製造方法によって製造された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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−１９１８０３（Ｐ２００７−１９１８０３Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８５６４（Ｐ２００６−８５６４）
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【出願人】（０００２２９７３７）日本ピラー工業株式会社 (337)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【出願人】（０００２２９７３７）日本ピラー工業株式会社 (337)
【Ｆターム（参考）】
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