(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッキン箱用のパッキンであり、
内向き又は外向きシールの少なくとも一方を形成するように圧縮可能でパッキン据付中にリホーム可能な第１の密度の黒鉛プリホーム・リングと、
軸方向の圧縮力が前記パッキンに加えられるときに応じて、前記プリホーム・リングの第１の端の一方の半径方向へりに隣接した黒鉛プリホーム・リング材料を前記プリホーム・リングから軸方向及び半径方向にすべるように強制し、前記材料を不浸透で有効なシールになるようにさらに圧縮する第１の密度より高い第２の密度で堅いパッキン構成・要素の端リングを備え、前記端リングが１．８ｇ／ｃｃを超える密度を有し、前記プリホーム・リングの前記第１の端に隣接した前記端リングの第１の端表面を有し、前記プリホーム・リングの第１の端が前記端リングの第１の端表面に対向する第１の端表面を有し、前記対向表面が各々前記パッキンの縦軸に対して鋭角をなして伸びており、前記角度が異なっており、前記端リングは、前記パッキンの縦軸に対して直角に伸びる第２の端表面を有することを特徴とするパッキン箱用パッキン。
【請求項２】
前記端リングが前記端リングを成形してそれに１．８ｇ／ｃｃを超える密度を与えるように型成形された金属インサートを含む編組黒鉛テープ原料から成形されている請求項１に記載のパッキン。
【請求項３】
前記プリホーム・リングの前記第１の端が内向きシールを形成するように構成され、前記鋭角が軸方向に内側方向にあり、前記プリホーム・リング及び前記端リングの対面する表面の鋭角がそれぞれ４５°と６０°である請求項１に記載のパッキン。
【請求項４】
パッキン箱用のパッキンであり、内向き及び外向きシールの両方を形成するために圧縮可能でパッキン据付中にリホーム可能な第１の密度の黒鉛プリホーム組立体を備え、前記プリホーム組立体が上端表面と下端表面を有し、それらの両方が前記パッキンの縦軸に対して、鋭角で伸びているパッキンにおいて、
前記プリホーム組立体の上端表面に隣接しており、圧縮力が前記パッキンに加えられるときに応じて、前記プリホーム組立体の材料を前記上端表面において半径方向及び軸方向に流れるように強制し、さらに前記材料を不浸透性で有効なシールにさらに圧縮する前記第１の密度より高い第２の密度で堅い第１の前記端リングを備え、第１の前記端リングは前記プリホーム組立体の上端表面に隣接してそれに対向して前記プリホーム組立体の上端表面の鋭角と異なる前記パッキンの縦軸に対して鋭角で伸びており、
前記プリホーム組立体の上端表面に隣接しており、圧縮力が前記パッキンに加えられるときに応じて、前記プリホーム組立体の材料を下端表面において半径方向及び軸方向に流れるように強制し、さらに前記材料を不浸透性で有効なシールにさらに圧縮するように応じる前記第１の密度より高い第２の密度で堅い前記端リングを備え、第２の前記端リングは前記プリホーム組立体の下端表面に隣接してそれに対向して前記プリホーム組立体の下端表面の鋭角と異なる前記パッキンの縦軸に対して鋭角で伸びており、
第１及び第２の前記端リングの各々が前記端リングを形作るように型成形された金属インサートを含む編組黒鉛原料から成形されていることを特徴とするパッキン箱用パッキン。
【請求項５】
第１及び第２の前記端リングが内向きシール及び外向きシールを与えるように前記プリホーム組立体の上と下の表面に係合している請求項４に記載のパッキン。
【請求項６】
内向きシールが第１又は第２の前記端リングの一方の第１の端表面によって前記プリホーム組立体の相対する上又は下表面と組合わさって与えられ、前記内向きシールを形成する前記端リングの第１表面とプリホーム組立体の上又は下表面が軸方向に内向きに前記パッキンの縦軸に対して鋭角をなして傾けられ、外向きシールが残りの前記端リングの第１の端表面と前記プリホーム組立体の残りの対向する上又は下表面によって与えられ、前記外向きシールを形成する前記端リングの第１表面とプリホーム組立体の上又は下表面が前記パッキンの縦軸に対して軸方向に外向きに鋭角をなして傾けられている請求項５に記載のパッキン。
【請求項７】
第１及び第２の前記端リングが１．８ｇ／ｃｃを超える密度を有する請求項６に記載のパッキン。
【請求項８】
５リングを含み前記プリホーム組立体が前記５リングのうちの三つを備える請求項７記載のパッキン。
【請求項９】
前記三つの前記プリホーム組立体リングの各々が中央穴から同じ鋭角で伸びる上及び下表面を備え、前記プリホーム組立体リングが前記端リングの間に積み重ねられている請求項８記載のパッキン。
【請求項１０】
前記プリホーム組立体の上及び下組立体リングの縦軸に対して４５°の角度で伸び、第１及び第２の前記端リングの第１の端表面が前記パッキンの縦軸に対して６０°の角度で伸びている請求項９記載のパッキン。
【請求項１１】
前記端リングの各々が５２．５ｋｇ／ｃｍ2から２４５０ｋｇ／ｃｍ2の範囲内にある圧縮荷重値で型成形されている請求項６記載のパッキン。
【請求項１２】
前記端リングの各々が１７５ｋｇ／ｃｍ2から２４５０ｋｇ／ｃｍ2の範囲内にある圧縮荷重値で型成形されている請求項６記載のパッキン。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、一般的にいえば、弁棒軸及びピストン棒に用いるパッキン箱用パッキンに関し、さらに具体的には、高密度小形５リング・パッキン箱用パッキンに関する。
背景技術
従来は、図１に断面図で示された５リング・パッキン箱用パッキンは、高性能な結果が必要でない場合に弁用パッキン箱において用いられていた。この５リング・パッキン箱用パッキンは、３枚の黒鉛型成形のテープリング２，４及び６をセットの中心に合せて置き５リングセットの上、下に編組端リング８及び１０を配置した構成の平型組合せセットである。これらの５リングは、弁棒１４をシールするためにパッキン箱１２の中に取付けられている。黒鉛型成形テープリングは、パッキン押え（図示なし）を締め付けるとパッキン箱又は弁棒にもたれて変形される可撓性黒鉛テープから形成された低密度リングである。これらの黒鉛型成形テープリングは、普通は、約１．１ｇ／ｃｃの密度で作られる。０．７ｇ／ｃｃ密度は、メーカが可撓性黒鉛テープリングを作るのに購入できる最低の可撓性黒鉛テープの密度である。０．７ｇ／ｃｃで仕上げられたリングが両端を適所に接着された０．７ｇ／ｃｃの可撓性黒鉛テープを単にらせん状に巻いたものである。多くの場合に、これらのリングは、弁のパッキン箱の中に据え付けるのを容易にするために切れ目を入れられる必要がある。このリングが柔軟な黒鉛テープを単に螺旋巻きにしたものであるならば、リングを弁の周りに滑ることができるようにするためにリングの片側を切断すると個々のテープの一巻きずつがはがれて分離する。しかし、テープの螺旋巻きが比較的低い圧力によって型成形操作で圧縮されればテープの一巻き一巻きは、個々の層の間に蛇原形つなぎを形成し、リングを据え付け目的のために容易に切れ目を入れて取扱いできるようにする。型成形操作におけるテープの圧縮が型成形されたリングの密度を０．７ｇ／ｃｃ以上のレベルに、通常約１．１ｇ／ｃｃに上げる。
可撓性黒鉛が強い圧縮力の結果として微小な隙間を通してはみ出されてくる点でマイナスの機能的属性を持っている。はみ出しを制御して防止するために、はみ出し防止編組端リング８及び１０が可撓性黒鉛リング２，４及び６の外側に配置されている。これらの編組端リングは、柔らかい炭素繊維による編組パッキン材料から形成されることが多い。
５リング「平形」組合せセットの構成は、組立てるのが非常に簡単である。すべての構成要素が断面形状が四角であり、３個の黒鉛型成形テープリングが上下間に編組端リングを置いてセットの中心に合わせて置かれることは業界では周知の原理である。５リング平形組合せセットが広く用いられている結果として、業界における多くの弁設計が５リング平形組合せの５パッキンリング断面積だけを収容するのに十分なパッキン箱深さで用いるために適用されているこのパッキン箱深さは現在広くゆきわたっている市場の傾向である。
平形５リング・パッキン箱用パッキンは、製造及び組立てに簡単であるが、膨張効率、弁棒のスケール蓄積によって生ずる磨耗損傷に対する抵抗、弁棒摩擦及び密封性性質における限界を持っている。
リチャード・イー・ホワイト（Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｅ．Ｗｈｉｔｅ）ほかの米国特許第４，３２８，９７４号のパッキン箱用パッキンは、高性能成績を必要とする石油化学工業又は電力事業などの弁のための半径方向膨張及び密封性特性を高めるために開発された。図２の断面図で示されたこの１１リングセットは、独特に設計された低密度黒鉛プリホーム・リング１４及び１６がより密度の高い黒鉛アダプタ・リング１８及び２０にはめられて組込まれ、これらのリングの一方の対が外側シーリング面の方に向いた半径方向膨張特性を備え、他方の対のリングが同様に内側シーリング面に向けられている。アダプタ及びプリホーム・リングは、型成形の前にらせん巻又は積層形式に積層された可撓性黒鉛テープから構成されている。プリホーム・リング及びアダプタ・リングの隣接接合表面角２２及び２４は、普通は、それぞれ４５°及び６０°である。異なる密度の材料を異なる角度で接合する組合せ効果は、セットの半径方向膨張特性を高めることである。この高められた半径方向膨張能力によってもっと普通の設計で可能であるより広い範囲の断面のパッキン箱隙間をカバーすることが単一セットで可能になり、高められた膨張能力は、また、密封効率の程度をさらに高める。
プリホーム・リング及びアダプタ・リングは、黒鉛で構成され、通常そして普通は、可撓性黒鉛テープ材料タイプのものである。プリホームは、０．５ないし１．４ｇ／ｃｃの密度範囲のものである。アダプタ・リングは、１．４ないし１．７ｇ／ｃｃの密度範囲のものである。残りの７個のリングは、重要な支持機構を与えるためにある。四つの金属付ＧＹＬＯＮ（商標）スペーサリング２４，２６，２８及び３０は、荷重が対のプリホーム・リングとアダプタ・リングの圧縮面の周りに平均して分配されることを確実にする。セットの一番上、中心及び一番下に置かれた三つの編組リング３２，３４及び３６は、弾性リング、はみ出し防止リング及びワイパリングとして一緒になって働くために存在する。編組リングは、可圧縮性炭素又は黒鉛編組材料である。
米国特許第４，３２８，９７４号は、また、図３に断面図で示された代りの７リングセットを開示している。７リングセットの図２の１１リングセットとの原理的相異は、プリホーム・リング１４及び１６がそれぞれにプリホーム・リング１４及び１６の外向き及び内向き傾斜面形状構成を含む単一の高さを減らしたプリホーム・リング３８に組合わされたことである。図２の二つのプリホーム・リングを単一のリング３８に併合することは、図２のスペーサリングの二つと編組リングの一つの必要をなくす。従って、プリホーム・リング３８に加えて、１１リングセットは、二つの可撓性黒鉛アダプタ・リング４４と４６、二つのスペーサリング４８と５０及び二つの可圧縮性編組炭素又は黒鉛リング５２と５４を備えている。図３の７リングセットは、１１リングセットで可能であるより浅いパッキン箱を備えている弁を密封するのに使用できる。しかし、この特徴は、密封有効性において妥協して得られた。プリホーム・リング材料の量を減らしたことはまた７リングセットの相対密封有効性を下げる。
図１の平形５リングセットと並べての比較機能試験において米国特許第４，３２８，９７４号の１１及び７リングセットは、漏れが重大なプロセスユニットの停止又は環境的に危険な状態に導くであろう重要なプロセス弁において用いられるのに最良の機能的製品であることを証明した。しかし１１及び７リングセットの複雑さ、費用、セットの高さ及び据え付けに必要な条件は都合が悪いとわかった。
発明の開示
本発明の主な目的は、５リング・パッキン箱における一段階据え付け圧縮操作で行われるようにした新規で改良された小形５リング・パッキン箱用パッキンを提供することである。
本発明のもう一つの目的は、高性能成績を必要とする弁において用いるパッキンに適応する密封性及び半径方向膨張能力を高めた新規で改良された小形５リング・パッキン箱用パッキンを提供することである。
本発明のなおもう一つの目的は、はみ出し及び摩損に対する抵抗力の強い高密度、金属挿入、編組形端リングを備える新規で改良された小形５リング・パッキン箱用パッキンを提供することである。
本発明のもう一つの目的は１．８ｇ／ｃｃより大きい密度を持つ高密度編組形端リングを備える新規で改良された小形５リング・パッキン箱用パッキンを提供することである。
本発明のなおもう一つの目的は角度付対面表面を有するように各々を型成形した高密度金属挿入編組形端リングを有する新規で改良された小形５リング・パッキン箱用パッキンを提供することである。
角度付対面表面を有する三つの低密度黒鉛プリホーム・リングが高密度編組形端リングの間に含まれている。プリホーム・リングの対面表面は、パッキンの縦軸に関して編組形端リングの対面表面が伸びるのとは異なる角度で伸びている。編組形端リングは、プリホーム・リングに対する支持機能は勿論弁棒をぬぐう機能をも備えている。
【図面の簡単な説明】
図１は従来技術のパッキン箱、ステム及び平形５リング・パッキン箱用パッキンを通る断面図である。
図２は、従来技術の従来の１１リング・パッキン箱用パッキンの断面図である。
図３は、従来技術の従来の７リング・パッキン箱用パッキンの断面図である。
図４は、本発明のパッキン箱、ステム及び５リング・パッキン箱用パッキンを通る断面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
図４を参照すると、本発明のコンパクトな５リング・パッキン箱用パッキン５６が図１の５リング詰箱１２に取付けられて示されている。図３の７リングユニットにおけるように、５リング・パッキン箱用パッキン５６は、０．５ないし１．５ｇ／ｃｃの範囲用の密度を持つ三つの型成形可撓性黒鉛テープ低密度プリホーム・リング５８を備えている。これらのプリホーム・リングは、図示のように各々パッキン箱用パッキン組立体５６の弁棒１４が伸びる方向にある縦軸に対して同じ鋭角をなして伸びている向かい合った外側表面６０と６２を備える別々のリングであることができる。代りに、高さが３リングに相当する図３の単一プリホーム・リング３８を３プリホーム・リング５８の代りに置き換えることができる。３プリホーム・リング５８を用いるとき、３リングは、はまり込んで、二つの端リングの最も外側の表面６０と６２は、それぞれプリホーム・リング組立体に対して内向き及び外向き角度付面形構成を形成する。従って最も外側の表面６０は、軸方向に内側方向にパッキンの縦軸に対して鋭角をなして伸び、最も外側の表面６２は、軸方向に外側方向に鋭角をなして伸び、両方とも約４５°の角度をなしている。
図２及び３の従来のパッキンセットの場合、プリホーム・リングとアダプタ・リングの密度において、できるだけ広い差を保つことが望ましいことがわかった。これら二つの構成部品の異なる角度とともに、異なる密度は、セットの密封性及び半径方向膨張能力を高めるための源である。セットが圧縮されるにつれて、プリホームは、シールを形成するために膨張するが、この圧縮はまた、必然的にプリホーム・リング構成部品そのものの密度を大きくする。増強半径方向膨張及び密封性の特性は、プリホーム・リングの密度がアダプタ・リングの密度レベルに達して一致するようなときまで、あとで加えられた圧縮の結果として起り続ける。プリホーム・リングとアダプタ・リングの密度が同じになるこの時点において、セットは、図１の普通の組合せ平形リングセットに匹敵する程にだけ働く。図２及び３の従来のパッキンセットの性能を高めて使用寿命を延ばすために、プリホームの密度の値は、１．１ｇ／ｃｃの代表的値に調節され、アダプタ・リングの密度は、１．７ｇ／ｃｃの最大値に調節された。１．７ｇ／ｃｃというアダプタ・リングの密度が、可撓性黒鉛テープを圧縮して型成形リングの形で達成できる最大の実用密度を表している。
本発明の５リング・パッキン箱用パッキン５６を達成するためには、アダプタ・リング４４と４６の機能、スペーサリング４８と５０の支持機能及び図３の圧縮可能な編組炭素又は黒鉛リング５２と５４のワイパ機能を二つの追加のリングだけで行うことが必要であった。金属挿入なじみ性のある編組原料（以後ＭＩＣ−組ひもという）が金属のストリップ、ワイヤ、フィラメント、金糸などを挿入され又は含んでいる純粋の可撓性黒鉛テープからなっているのが好ましいと分かった。ガーロック・インダストリアル・パッキン・プロダクツ（Ｇａｒｌｏｃｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐａｃｋｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）、ニューヨーク州ソーダス（Ｓｏｄｕｓ）によってパッキン１３０３として販売されている種類のインコネル（商標）金属インサートを持ったＭＩＣ組ひもが最も好まれる選択であるが、（鋼、銅、真ちゅう、アルミニウム、亜鉛など）の他の金属インサートの選択を同様に使用できる。金属インサートのあるために、ＭＩＣ組ひもは、種々の形、大きさ、角度などに型成形できることで通常は融通性が多い金属インサートは、仕上った型成形ＭＩＣ組ひもリングを不動に保持して事実上すべての所望の形になじませる。
型成形試験は、ＭＩＣ編組リングが達成できるように生産され得る最大密度を決めるために行われた。結果は、黒鉛テープアダプタ・リングで達成可能な最大１．７ｇ／ｃｃ密度よりずっと高い２．６０＋ｇ／ｃｃもの高い密度を有するＭＩＣ編組型成形リングが可能であることを示した。三つのプリホーム・リング５８（三つの断面が組合わされ積み重ねられた高さを有する）は、５リング・パッキン箱用パッキン５６に望まれる高い性能レベルを維持するのに必要な部分である。プリホーム・リングは、圧縮中プリホーム・リング材料の半径方向の膨張流れを強めるためにどちらかの端に形状リングを持つ必要がある。しかし、プリホーム・リングのための不動の支持を行うことも必要であり、最後に圧縮可能な編組炭素又は黒鉛端リングもそれらがはみ出し防止ワイパ機能を行う点で必要な構成要素である。これらの属性のすべてを備える二つの端リング６４と６６を与えるために、端リングは、黒鉛をテープの形で用いるＭＩＣ組ひもである。黒鉛をテープ形状で用いることの利点の一つは、型成形されたとき黒鉛が接合接触するための滑らかな低摩擦表面を与えることである。端リングの高密度６０°表面６８がプリホーム・リングの低密度４５°表面に強い圧縮荷重を受けて接触するとき、端リングの表面は、柔らかいプリホーム材料の外向き又は内向き摺動と滑りを促進するために滑らかで比較的つるつるしている必要がある。端リング表面が大ていの通常の型成形編組形態と共通である比較的粗い表面組織を持っていれば、結果として生ずる摩擦は、セットがほとんど膨張できないようにする。粗い端リング表面とプリホーム材料との間の接触は、その接点でプリホーム材料を保持してそれを結合するであろう。
半径方向膨張がプリホーム・リング５８の主な機能なので、型成形ＭＩＣ編組リングの堅いことは、少しも欠点ではなく実際には利点である。非常に堅いので、これらの端リングは、圧縮荷重によって影響されないままであり、滑らかな６０°接触面を普通の可撓性黒鉛テープアダプタで可能なよりも良い程度に保ち、プリホーム・リングのための支持を行うであろう。各端リング６４及び６６は、パッキンの縦軸に対して約９０°の角度で伸びる外面６８及び６０°の角度付内面をもって型成形される。端リング６４の内面７０は、パッキンの縦軸に対して約６０°の鋭角で伸びて内向き角度付面形状構成を形成するように上のプリホーム・リングの角度付面６０と一緒に動作する。同様に、端リング６６の内面７２は、パッキンの縦軸に対して約６０°の角度をなして伸びて、外径角度付面形状構成を形成するように下プリホーム・リングの角度付面６２と一緒に動作する。ＭＩＣ編組端リング内の金属構成部品は、パッキン押え（図示なし）による圧縮を受けるとき、端リングにそれらの形を保持させ、前述のように、端リング６４、６６とプリホーム・リング５８との間の密度範囲が大きければ大きいほどパッキン５６に対する増強半径方向膨張特性及び密封性特性の範囲が大きい。
端リング６４と６６を形成するＭＩＣ組ひもが著しい可撓性黒鉛含有量を有し、純粋な可撓性黒鉛型成形テープリングの特性である滑らかな表面仕上げを持っているが、その金属挿入編組構造は、そのリングがはみ出しに耐えることを確実にする。ＭＩＣ編組材料は、また、普通有効なワイパリング材料でもある。可撓性黒鉛テープ材料を粒子形状で金属表面にくっつく親和性を持っている。ワイパリングがプリホーム・リングの上と下の方に配置されない場合、黒鉛の粒子が軸１４にくっついて軸がその開閉した位置に作動されると、パッキン箱から運び出されるであろう。可撓性黒鉛プリホーム・リングにおける結果として生ずる体積損失は、セットを通る漏洩経路を急速に発生させるであろう。現在までに行われた試験において、ＭＩＣ編組端リングは、軸を完全にきれいにぬぐわれた状態に保つことができることを示した。
ＭＩＣ編組端リングにおける金属インサート材料は、弁棒表面に非研磨性スクレーパとして作用する。適用分野によって、媒体または外側の環境が金属表面にスケールを蓄積させることがある。これらの用途は、弁棒かパッキンセットを通して作動されるとき、このスケールの切削特性によってうまく密封することが特に難しい。このスケール／掘りくずの蓄積は、普通の可圧縮性編組炭素又は黒鉛端リングを通して溝を容易に削り取る。しかし、ＭＩＣ編組端リング６４と６６の持ち前の研磨抵抗及び靭性は、スケールを取除いてスケールの溝削り作用に耐える。
図４の５リング・パッキン箱用パッキン５６は、従来のパッキンに勝る著しい利点を与えることを指示するのに役立つ多くの方法によって試験された。
相対標準排出試験
この試合は、さらす媒体が３９９℃／３５ｋｇｆ／ｃｍ2のヘリウムである場合の弁機能試験にパッキンセットをかけることを含んでいる。軸１４は、３日の間５００完全作動／日を通してサイクル動作をさせられる。高温試験周期又は熱サイクルは、毎日６時間行われ、前部で３熱サイクルを与える。この試験手続きは、製品の機能的性能能力の非常に難しい試験である。以下のことは普通の７リングセット（図３）、５リング・パッキン箱用パッキン５６（図４）及び５リング平形組合せ形セット（図１）について行われた試験からの結果である。
0004163255.tif 000002
上述の製品の三つはどれも性能比較をすることができるように同じパッキン押え荷重（２６７ｋｇｆ／ｃｍ2）のもとに圧縮された。従来の７リングセット及び５リング平形の従来の組合せ形セットは、２段階据付けを用いて据付けられた。この２段階据付けは、最良の性能を与えるが、非常に長い時間がかかる新しい５リングセット５６は、据付けのために１段階方法を用いた。図３及び４の両方のセットの設計は、試験手続全体を通じて検出可能な漏洩は、０ｐｐｍであったが、図１の５リング平形組合せ形セットは、８００ｐｐｍの記録された最大漏洩レベルで検出された七つの漏洩点を持っていた。図３のセット又は、図４の５リングセットは、どちらも試験中何らかの引続く調整を必要としなかったが、図１の５リング平形組合せ形セットは、５００ｐｐｍ目標（清浄空気法（Ｃｌｅａｎ  Ａｉｒ  Ａｃｔ）規制の限界）以下に漏洩レベルを保つために２回の調整を必要とした。制御弁業界に重大な関心のある軸摩擦力の測定が５リングセット５６が図３の７リングセットより２１．２％低い平均摩擦力を示し、図１の５リングの従来の組合せ形セットより４８．８％小さい摩擦力を持っていたことを示した。
まとめ−本発明の５リング設計５６（金属インサートを持ったなじみ易い編組端リング６４と６６）は、７リングセットの密封性能に一致し、５リングの普通のセットの性能より著しく性能が上回っていた５リング設計５６はまた、それより低い軸摩擦成績において他の設計の両方を著しくしのいでいた。
２６７ｋｇｆ／ｃｍ2は、従来の７と１１リングセット及び普通の従来の組合せ５リング平形セットでの放出試験動作における好ましい結果を得るために必要なパッキン押え荷重の最小量である。通常は、従来のセットと共に用いられる可圧縮性編組炭素又は黒鉛繊維端リングは、比較的柔軟な撓み易い。弁パッキン箱内で圧縮されると、加えられたパッキン押え荷重は、これらの圧縮性編組端リングをそれらが軸と箱の穴の表面にしっかり接触するようになる場所へ迅速に膨張させる。荷重が２６７ｋｇｆ／ｃｍ2まで増加すると、最上部編組可圧縮性端リングは、弁棒表面に強い摩擦クリップを発生する。この摩擦グリップは、荷重の幾分かを端リングを通してセットの中央にある密封リングに有効に伝えられないようにする。
高密度端リング６４又は６６に型成形されたＭＩＣ組ひもは、可圧縮性編組炭素の柔軟な弾力を持っていない。端リング６４及び６６が有効なワイパ／はみ出し防止リングとして作用するに十分な接点を形成するが、ＭＩＣ編組リングは、強い荷重を加えられた結果として軸表面に対して堅い摩擦グリップを作るにはあまりにも剛すぎる。摩擦グリップが欠けていることは、パッキン押え荷重の大部分の割合がセットの中央にある主な密封リング（プリホーム５８）に有効に伝えられるこの理論を与えるために、ＭＩＣ編組端リングを持った５リングセット５６は、より低いパッキン押え装荷圧力で５００ｐｐｍ未満のシールを達成することができなければならない。
前述と同じ使用条件のもとであるが２１０ｋｇｆ／ｃｍ2パッキン押え荷重で排出試験が行われた。結果は、次の通りであった。
0004163255.tif 000003
ＭＩＣ編組端リングを備えた５リングセット５６はパッキン押えを端リングを通してプリホーム密封リングに更に効率的に伝えることができた。その最大漏洩点が清浄空気法によって指定された５００ｐｐｍレベルより十分に下の３５０ｐｐｍであった。調節を全く必要としないで１段階据付方法が続けられた。優れた２段階据付方法及び同じ２１０ｋｇｆ／ｃｍ2パッキン押え装荷力で据付けられた７リングの従来セットは、１３００ｐｐｍの初期漏洩を持ってその漏洩を５００ｐｐｍ以下の値に減らすために２８４ｋｇｆ／ｃｍ2のパッキン押え荷重に調整することを必要とした。７リングセットにおける可圧縮性編組端リングによって形成された摩擦グリップは、２１０ｋｇｆ／ｃｍ2初期パッキン押え装荷力の一部分が中心プリホーム密封リングに有効に達しないようにした。結果として、７リングセットのプリホームは、半径方向に膨張して５リングＭＩＣ組ひもセット５６で達成されたものに比較できるシールを作るために必要な圧縮エネルギーを受けなかった。リングの数が少なく、堅くなじみ易い端リングを持っているので５リングＭＩＣ編組セット５６は、加えられた力をさらに効率的にかつ有効に使用する。
軸摩擦比較
以下の表は図３の７リングセットと図４の５リングセットについての幾つかの基本的摩擦力の比較データを与えている。始動摩擦は、最初のストロークに軸を動き初めさせるに必要な力である。二番目の欄の値は、高温条件のもとで測定された滑り軸摩擦係数である。
0004163255.tif 000004
前の試験で見られるように、７リングセットは、図１の５リング平形リング組合せセットを摩擦性能においてしのいでいる。この試験結果は、図４の５リングセットが始動摩擦（グリーン）と高温摩擦の両方において７リングセットを性能でしのいでいる。
ＭＩＣ対可撓性黒鉛テープの密度範囲の利点
以下は多数の密度の値のリストであり、０．７ｇ／ｃｃ（４３．７  １ｂｓ／ｆｔ3）の最初の可撓性黒鉛テープの密度からそれらの値に達するに必要な対応する圧縮荷重である。
可撓性黒鉛型成形テープ材料
0004163255.tif 000005
出願人が型成形可撓性黒鉛テープリングで目にした最高の独立している（圧縮荷重を受けることによって生じた張力を受けない）密度は、１．８１ｇ／ｃｃ（１１３  １ｂｓ／ｆｔ3）である。１．８１ｇ／ｃｃ（１１３  １ｂｓ／ｆｔ3）の型成形テープリング密度が望まれる場合、０．７ｇ／ｃｃ（４３．７  １ｂｓ／ｆｔ3）の可撓性黒鉛テープのらせん巻が成形型の中に置かれて約２４２ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力のもとで圧縮される。取除きのときに、型成形テープリングの密度は、約１．８１２ｇ／ｃｃであろう。このテープが２４２ｋｇｆ／ｃｍ2より高い圧力のもとで型成形される場合、テープリングの密度は、それが圧縮荷重の影響のもとに留まっている限り、テープリングの密度は、１．８１ｇ／ｃｃより高いレベルに達する。しかし、型から取除くとき、型成形テープリングは、約１．８１ｇ／ｃｃ（１１３  １ｂｓ／ｆｔ3）の密度に直ちに元に戻る。従って１．８１ｇ／ｃｃ（又は１１３  １ｂｓ／ｆｔ3）は、可撓性黒鉛材料を用いるアダプタ・リングの密度を設計するときの重要な限界となる。可撓性黒鉛テープがアダプタ・リングのための開始原料として用いられる限り、得ることのできる最大密度は１．８１ｇ／ｃｃである。
プリホーム・リングは、普通は１．１ｇ／ｃｃの密度で作られる。前述のように、プリホーム・リングとアダプタ・リングの間の密度差を最大にすることは、パッキンセットの増強半径方向膨張有効寿命を最大にするのに重要である。可撓性黒鉛型成形テープリングがそれの前の経験値を超える圧縮荷重を受けるまで可撓性黒鉛型成形テープリングは、変形、膨張又は圧縮を開始しない。
例えば、図２及び３の従来のセットのための１．１ｇ／ｃｃ密度プリホーム・リングが３０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧縮荷重のもとに型成形されて、次に弁パッキン箱の中でリング構成部品の残りと結合される場合、プリホーム・リングは、パッキン押えフロア圧縮荷重が３０ｋｇｆ／ｃｍ2を超えるまで変形及びその膨張運動を始めない。３０ｋｇｆ／ｃｍ2を超えると直ちに、リングはその設計の目的次第で内向き又は外向きのいずれかへ優先的に膨張する。
初期シールが１４７ｋｇｆ／ｃｍ2パッキン押え装荷圧縮力の結果として取得される場合、プリホーム・リング（１４７ｋｇｆ／ｃｍ2パッキン押え荷重をかけられた）１．６ｇ／ｃｃの密度にある。後日、漏洩が発生してセットが追加の圧縮を必要とすれば、プリホーム・リングは、それが受けている圧縮荷重が１４７ｋｇｆ／ｃｍ2を超えると直ちに膨張して、シールを回復し始めるであろう。
可撓性黒鉛テープから型成形された従来のアダプタ・リングが普通１．７ｇ／ｃｃ（１０６  １ｂｓ／ｆｔ3）の密度で作られる。１．７ｇ／ｃｃは、できるだけ最大の達成し得る密度レベル（１．８１ｇ／ｃｃ）に近く、製造の観点から実用的である。すべてのサイズのすべての可撓性黒鉛リングを１．７ｇ／ｃｃ密度に型成形できるが、すべての生産注文についてのすべのリングについてのすべての寸法において１．８１ｇ／ｃｃの最大密度を達成することは実際的でない。１．７ｇ／ｃｃは、製造の一貫性を極普通に達成できる最大密度として選択された。この密度レベルは、型成形プロセスの間約２０１ｋｇｆ／ｃｍ2の圧縮荷重を必要とする。アダプタ・リングは、パッキンセット内の他の構成部品と結合されるとき、２０１ｋｇｆ／ｃｍ2の荷重を超えるまでどんな著しい変形又は膨張をも受けない。
１．１ｇ／ｃｃ可撓性黒鉛テープ型成形プリホーム・リングと１．７ｇ／ｃｃ可撓性黒鉛テープ型成形テープ型成形アダプタとの間に存在する密度のギャップ、すなわち相違は、これらの原料を用いて実際的に達成できる最大値である。図２又は３の従来のセットが弁の中に組み立てられて圧縮されると、圧縮荷重によって柔らかい方のプリホーム・リングが弁のパッキン箱表面と内向き及び外向き密封接触を形成するように変形されて、半径方向に膨張する。密度における差（１．１ｇ／ｃｃ対１．７ｇ／ｃｃ）及び角度（４５°及び６０°）における差が図１の標準平形組合形リングの膨張効率を超えて数桁の大きさである点までこの膨張の効率を高める。セットが漸進的に高くなる荷重を受けて圧縮されるとき、４５°のプリホーム・リング角は、アダプタの６０°の角度に一致するように変形された状態になるが、密度の差は、２０１ｋｇｆ／ｃｍ2のパッキン押え装荷圧縮圧力に達するまでセットの性質であり続ける。約２０１ｋｇｆ／ｃｍ2においてプリホーム・リングの密度は、アダプタ・リングのものに一致する。２０１ｋｇｆ／ｃｍ2の点に達すると、これらの従来のセットの設計の膨張効率は、図１の普通の平形リング組合せセットのものに下げられる。可撓性黒鉛テープ材料を使用するときに固有の限界の結果として必要なこの２０１ｋｇｆ／ｃｍ2効率の障壁は、より高い密度で適当に成形されたアダプタが利用可能である場合、そのような障壁がなければ業界が享受できるものであろう性能、有効寿命などを抑えるものとして働いていた。
図４の端リング６４と６６において用いられたＭＩＣ編組材料について行われた型成形試行が、この編組材料が端リングの形状に型成形されるとき、２０１ｋｇｆ／ｃｍ2障壁を十分に過ぎて、対向するプリホーム・リング５８の高められた膨張範囲を著しく拡張できることを証明した。以下の表は可撓性黒鉛型成形テープリングの能力をずっと超えるＭＩＣ編組材料に対する幾つかの例示密度対力の値を挙げたものである。
型成形ＭＩＣ組ひも
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前述のように従来の７及び１１リングセットの増強半径方向膨張能力における制限は、アダプタ・リングを作るのに用いられる可撓性黒鉛テープの密度限界によるものである。その限界は、３５２〜４２２ｋｇｆ／ｃｍ２である。プリホーム・リングは、この４２２ｋｇｆ／ｃｍ２限界を超えてそれらの増強半径方向膨張能力を持続をできるが、その持続は、それが対応して高い材料の値に高密度化されている材料に押付けられている場合にだけ可能である。上のＭＩＣ組ひも表に示されているように、ＭＩＣ編組端リングは、２．５７＋ｇ／ｃｃのように高い密度に型成形される能力を持っている。この密度の値を達成するために、２６７１ｋｇｆ／ｃｍ2の圧縮荷重が型成形において必要である。密度２．５７ｋｇｆ／ｃｍ2に対して示された圧縮荷重の値は、型成形２．５４ｃｍ×３．６８ｃｍＭＩＣリングの結果として測定された。２．５４ｃｍ×３．６８ｃｍリングは、６．３４ｃｍ2の表面積を持っている。この同じ荷重が１．２２ｃｍ×１．５２ｃｍリング（１．５８ｃｍ2の表面積）に加えられると、実効型成形圧力は、１０，５４６ｋｇｆ／ｃｍ2以上であり、２７２ｇ／ｃｃの端リング密度が達成できるであろう。２．５７ｇ／ｃｃに型成形されたＭＩＣ編組端リングに対して２．５４ｃｍ×３．６８ｃｍパッキンセットの大きさの場合に、プリホーム増強半径方向膨張能力は、５３ｋｇｆ／ｃｍ２ないし２６７１ｋｇｆ／ｃｍ2の圧縮装荷圧力の範囲をカバーするように増強されるであろう。
弁パッキンシステムは、弁の有効範囲及び有効寿命能力において弱いリングであることが多い。図３の従来のセットのように高級な性能の弁パッキンセットでさえ４２２ｋｇｆ／ｃｍ2を超える増強膨張及び材料流れを提供できない。ＭＩＣ編組端リング６４と６６にはまり合って一致する標準プリホーム・リング５８の場合、図４の５リング・パッキン箱用パッキン５６は、２６７１ｋｇｆ／ｃｍ2もの高いレベルに高められた性能特徴を与えることができ、現在の従来形パッキンの能力を十分超えている。
従来の炭素圧縮可能な編組端リングが値段が安く強い加えられるパッキン押え装荷力の結果として破壊損傷に対して圧縮可能な黒鉛糸リングより大きい抵抗を持っているが、炭素糸組ひもは、黒鉛を高温にさらしたときの抵抗を持っていない。黒鉛糸組ひもは、殆ど又は全く劣化効果を伴わずに６４９℃の温度にさらされることに耐えることができるが、一方炭素糸は、５９３℃以上に絶えずさらされるとき、わずかに劣化する。黒鉛糸組ひもは、かなり値段が高いが、２８１ｋｇｆ／ｃｍ2を超えるパッキン押え装荷圧力において容易に破壊損傷を受けるであろう。炭素化圧縮性組ひもは、２８１ｋｇｆ／ｃｍ2を十分に超える場合にも破壊損傷によって影響されない。
５リング・パッキン箱用パッキン５６に対する端リング６４及び６６は、純粋な黒鉛及びインコネルからなるインコネルＭＩＣ編組端リングである。それらの温度抵抗特性は、圧縮性黒鉛糸端リングと等しいが、メタルインサートのために、それらは炭素圧縮性糸組ひものものを上回る破壊抵抗特性を持っている。結果は、パッキン５６が従来の普通に入手できるパッキンセットの任意のものの値より高い高温／高圧力の被ばくに耐えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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