JP5153576B2 - 軸封装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転及び／又は軸線方向に往復動する軸部材を有するバルブ，ポンプ，攪拌機等の流体機器に装備される軸封手段であって、複数個の膨張黒鉛製パッキンを軸線方向に並列させてなるブッシュ状パッキンを使用した軸封装置に関するものである。

バルブ，ポンプ，攪拌機等の流体機器に装備される軸封手段として、バルブステム，インペラ軸等の軸部材とこれを囲繞するスタフィングボックスとの対向周面間に形成された円筒状のシール空間に、渦巻き状又は同心円状に配置した膨張黒鉛テープ素材をリング状に成形（ダイモールド成形）した複数個の膨張黒鉛製パッキンを軸線方向に並列させてなるブッシュ状パッキンを、軸線方向に圧縮した状態で装填した軸封装置が周知である（例えば、特許文献１又は特許文献１を参照）。

特開２０００−１７０９２１公報 特開２００１−１６５３２４公報

このような膨張黒鉛製パッキンを使用した軸封装置は、編組パッキンを使用する場合に比して、膨張黒鉛の特性によりシール性が極めて高く、高度の軸封機能を発揮することができるものであるが、膨張黒鉛製パッキンが径方向において膨張黒鉛テープが積層された構造をなすものであり、その端面が層状をなしていることから、各膨張黒鉛製パッキンとこれに隣接する膨張黒鉛製パッキンとの対向端面から被密封流体がパッキン内部に浸透して漏洩する、いわゆる浸透漏れが生じる虞れがある。このような浸透漏れは高温，高圧条件下でより顕著に生じることになり、膨張黒鉛製パッキンを使用する軸封装置は高温，高圧条件下では高度の軸封機能を発揮し得ないとの指摘があった。

本発明は、上記した問題を生じることなく、高温，高圧条件下においても良好且つ高度の軸封機能を発揮しうる軸封装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、軸部材とこれを囲繞するスタフィングボックスとの対向周面間に形成された円筒状のシール空間に、渦巻き状又は同心円状に配置した膨張黒鉛テープ素材をリング状に成形した３個の第１、第２及び第３膨張黒鉛製パッキンを軸線方向に並列させてなるブッシュ状パッキンを、軸線方向に圧縮した状態で装填した軸封装置において、上記の目的を達成すべく、特に、当該膨張黒鉛製パッキン群の中間に位置する第２膨張黒鉛製パッキンの両端面にその内外周端から夫々軸線方向と平行に突出する環状凸部を形成し、第１及び第３膨張黒鉛製パッキンの一端面である第２膨張黒鉛製パッキンとの対向端面の内外周端に夫々当該各環状凸部に嵌合する環状凹部を形成すると共に第１及び第３膨張黒鉛製パッキンの他端面にその内外周端から夫々軸線方向と平行に突出する環状凸部を形成してあり、各膨張黒鉛製パッキンとこれに隣接する膨張黒鉛製パッキンとの対向端面に浸透防止剤を塗布して、当該浸透防止剤の塗膜により当該対向面からの被密封流体の浸透漏れを防止するように構成することを提案するものである。

かかる軸封装置の好ましい実施の形態にあっては、浸透防止剤を各膨張黒鉛製パッキンの両端面に塗布しておくことが好ましく、各膨張黒鉛製パッキンの内周面には油潤滑剤を塗布しておくことが好ましい。

また、前記浸透防止剤及び前記油潤滑剤として同一のものとすることが好ましい。例えば、浸透防止剤及び油潤滑剤としてポリエーテル系高粘度油を使用することができる。

また、ブッシュ状パッキンは、膨張黒鉛製パッキン群の両端に配置したリング状パッキンであって膨張黒鉛製パッキンより高強度の補強用パッキンを更に具備するものとしておくことができる。この場合において、各補強用パッキンとこれに隣接する膨張黒鉛製パッキンとの対向端面は、上記した膨張黒鉛製パッキン同士の対向端面と同様に、相互に嵌合する凹凸面に構成しておくことが好ましい。例えば、当該対向面の一方をパッキン内周端から軸線方向に突出する環状凸部及び／又はパッキン外周端から軸線方向に突出する環状凸部を有する凹凸面に構成すると共に、当該対向面の他方を当該環状凸部に嵌合する環状凹部を有する凹凸面に構成しておくことができる。

また、各補強用パッキンとこれに隣接する膨張黒鉛製パッキンとの対向端面間には、環状のシール板を介装しておくことができる。この場合、シール板に衝合する膨張黒鉛製パッキンの端面に浸透防止剤を塗布しておくことは、必ずしも必要ではない。シール板には、必要に応じて、浸透防止剤が塗布又は含浸される。

本発明の軸封装置によれば、膨張黒鉛製パッキンの端面からの浸透漏れが当該端面に塗布された浸透防止剤によって防止されることから、高温，高圧条件下においても膨張黒鉛製パッキンの特性が十分に発揮され、極めて良好且つ高度の軸封機能が発揮される。また、隣接するパッキンの端面を相互に嵌合する凹凸面に形成しておくことにより、一体化されたブッシュ状パッキンとなすことができ、シール空間への装填作業を簡便且つ容易に行うことができる。特に、相互に嵌合する凹凸面の一方を軸部材へと変形可能な環状凸部を有するものしておくことにより、軸部材との接触面積，接触圧の増大が図られ、軸封機能がより向上する。また、このように環状凸部の変形により軸部材との接触面積，接触圧が増大する場合を含めて、膨張黒鉛製パッキンの内周部に油潤滑剤を塗布しておくことより、膨張黒鉛製パッキンに対する軸部材の摺動性が損なわれず、パッキン寿命も向上する。

以下、本発明の構成を図面に基づいて具体的に説明する。

図１は本発明に係る軸封装置の実施の形態を示す縦断側面図であり、この実施の形態における軸封装置は、軸部材（バルブステム，インペラ軸等）１とこれを囲繞するスタフィングボックス２との対向周面間に形成された円筒状のシール空間３にブッシュ状パッキン４を装填してなる。

スタフィングボックス２は、図１に示す如く、被密封流体領域Ｈから非密封流体領域（大気領域）Ｌへと伸びる軸部材１に挿通させた状態でバルブ，ポンプ等のハウジング（図示せず）に取り付けられた本体部２１と当該本体部２１から非密封流体領域Ｌ側へと延びるシール部２２とからなる円筒状構造物である。本体部２１の内径は軸部材１に挿通しうるに必要最小限の大きさに設定されており、シール部２２の内径は、軸部材１との間にブッシュ状パッキン４を装填しうるに必要且つ十分な円筒状のシール空間３が形成されるように、軸部材１の外径に比して適当量大きく設定されている。シール部２２には、図１に示す如く、円筒状の押さえ部５１とその端部に形成されたフランジ部５２とからなるパッキン押さえ５が取り付けられている。フランジ部５２は、適当本数（１本のみ図示）のボルト６により、押さえ部５１を非密封流体領域Ｌ側からシール空間３に突入させた状態でスタフィングボックス２のシール部２２に取り付けられている。

ブッシュ状パッキン４は、図１に示す如く、軸線方向に並列する３個の膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３とこのパッキン群の両端に配置した補強用パッキン４４，４５とからなる円筒形状のグランドパッキンであり、パッキン押さえ５の押さえ部５１で閉塞されたシール空間３に装填されている。各膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３は、特許文献１又は特許文献２に開示される如く、渦巻状又は同心円状に配置して円筒状となした膨張黒鉛テープ素材を断面方形（この例では正方形）のリング状に加圧成形（ダイモールド成形）してなるものである。膨張黒鉛製パッキンの数は、シール空間３の軸線方向長さに応じて設定されるが、この例では３個とされており、以下においては、シール空間３の最奥に位置するものから順に、第１パッキン４１、第２パッキン４２及び第３パッキン４３ということとする。

第１〜第３パッキン４１，４２，４３は、軸線方向に並列した状態でシール空間３に装填されており、パッキン押さえ５を取り付けるボルト６を締付けて押さえ部５１を被密封流体領域Ｈ方向に移動させることにより、軸線方向に圧縮されて軸部材２との接触圧が高められ、所定の軸封機能を発揮するものである。ところで、膨張黒鉛製パッキンは軸封機能に優れるものである反面、変形容易なものであるから、軸線方向に圧縮された場合、軸部材１とスタフィングボックス２の本体部２１及びパッキン押さえ５の押さえ部５１との隙間２１ａ，５１ａから膨張黒鉛製パッキン群の両端に位置する第１及び第３パッキン４１，４３の内周部がシール空間３外にはみ出す虞れがある。そこで、上記した如く、膨張黒鉛製パッキン群４１，４２，４３の両端に補強用パッキン４４，４５を配置しておくことにより、このような膨張黒鉛製パッキンのはみ出しを防止している。各補強用パッキン４４，４５としては、上記隙間２１ａ，５１ａからの膨張黒鉛製パッキン４１，４２のはみ出しを阻止しうるべく軸部材１に密に嵌合するリング状パッキンであって膨張黒鉛製パッキンに比して高強度のものが使用され、この例では、炭素繊維を膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３と同一のリング形状に格子編みしてなる編組パッキンを使用している。

而して、各膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３の両端面には、本発明に従って、図１に示す如く、浸透防止剤７が膜状に塗布されている。すなわち、各膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３の端面からの浸透漏れを、その全面に形成した浸透防止剤による塗膜７により防止するように工夫されている。浸透防止剤７としては、軸封条件（被密封流体の性状，温度，圧力等）に応じて、各種ゴム，フッ素樹脂（ＰＴＦＥ，ＰＰＡ，ＥＴＦＥ等），その他の樹脂（エポキシ樹脂，フェノール樹脂等）の液状剤が使用される。一般には、ポリエーテル系高粘度油，シリコン油，ＰＴＦＥディスパージョン（ＰＴＦＥ微粒子を水に分散させた水分散体）等が好適する。なお、浸透防止剤７は、パッキン４１，４２，４３の端面からの浸透漏れを阻止すべく、当該端面に膜状をなしてとどまるものであればよく、当該端面からパッキン内に浸透し易いものや高温度条件下でパッキン外に滲出し易いものは使用されない。

また、軸部材１に接触する各膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３の内周面には、軸部材１との相対回転を円滑ならしめるべく、図１に示す如く、油潤滑剤８が塗布されている。油潤滑剤８としては、軸封条件に応じて、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ等），ワックス，液体潤滑剤（鉱物油，合成油等）等が使用される。一般には、窒化ホウ素ディスパージョン（窒化ホウ素微粒子を水に分散させた水分散体），ポリエーテル系高粘度油等が好適する。なお、油潤滑剤８には浸透防止剤７としても使用できるものがある（例えば、ポリエーテル系高粘度油は浸透防止剤７としても使用される）ことから、軸封条件によっては、各膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３の両端面及び内周面に同一の浸透防止剤７（又は油潤滑剤８）を塗布しておくことができる。

ところで、各膨張黒鉛製パッキンとこれに隣接する膨張黒鉛製パッキンとの対向端面つまり膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３相互の衝合面（また、更には第１及び第３パッキン４１，４３と補強用パッキン４４，４５との対向端面たる衝合面）は、図２〜図４に示す如く、相互に嵌合する凹凸面に形成されている。このようにしておくことにより、ブッシュ状パッキン４を一体化した状態でシール空間３に装填させることができ、シール空間３へのパッキン装填作業をより簡便且つ容易に行うことできると共に、膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３による軸封機能の更なる高度化を図ることができる。

すなわち、図２に示すブッシュ状パッキン（以下「第１ブッシュ状パッキン」という）４又は図３に示すブッシュ状パッキン（以下「第２ブッシュ状パッキン」という）４にあっては、軸線方向中央に位置する第２パッキン４２の両端面が、内周端から突出する環状凸部（以下「内周凸部」という）４２ａ，４２ａ及び外周端から突出する環状凸部（以下「外周凸部」という）４２ｂ，４２ｂを有する凹凸面に形成されており、第２パッキン４２に衝合する第１及び第３パッキン４１，４３の一端面が、その内周端に第２パッキン４２の内凸部４２ａに嵌合する環状凹部（以下「内周凹部」という）４１ａ，４３ａを有し且つその外周端に第２パッキン４２の外周凸部４２ｂに嵌合する環状凹部（以下「外周凹部」という）４１ｂ，４３ｂを有する凹凸面に形成されると共に、その他端面が、内周端から突出する環状凸部たる内周凸部４１ｃ，４３ｃ及び外周端から突出する環状凸部たる外周凸部４１ｄ，４３ｄを有する凹凸面に形成されている。さらに、第１パッキン４１に衝合する補強用パッキン４４の端面及び第３パッキン４３に衝合する補強用パッキン４５の端面は、その内外周端に膨張黒鉛製パッキン４１，４３の内外周凸部４１ｃ，４１ｃ，４３ｃ，４３ｄに嵌合する環状凹部たる内外周凹部４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂを有する凹凸面に形成されている。各膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３の両端面及び内周面には、浸透防止剤７及び油潤滑剤８が塗布されているが、第１ブッシュ状パッキン４では、図２（Ｂ）に示す如く、浸透防止剤７がパッキン端面全体つまり内外周凹凸部を含むパッキン端面全体に塗布されており、第２ブッシュ状パッキン４では、図３（Ｂ）に示す如く、浸透防止剤７がパッキン端面における内外周凹凸部を除く部分に塗布されている。

第１又は第２ブッシュ状パッキン４は、図２（Ａ）又は図３（Ａ）に示す如く、膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３及び補強用パッキン４４，４５が凹凸係合により相互に連結された状態でシール空間３に装填されて、浸透漏れ防止機能を含む軸封機能がより効果的に発揮される。すなわち、膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３の端面からの浸透漏れが当該端面に塗布された浸透防止剤（塗膜）７によって防止される。また、ブッシュ状パッキン４がパッキン押さえ５により軸線方向に圧縮されることにより、膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３の内周凸部４１ｃ，４２ａ，４３ｃが内周側へと変形して軸部材１の外周面により強く圧接されることになり、また外周凸部４１ｄ，４２ｂ，４３ｄも外周側へと変形してスタフィングボックス２の内周面（シール部２２の内周面）により強く圧接されることになり、軸部材１とスタフィングボックス２との対向周面間における膨張黒鉛製パッキン４１，４２，４３によるシール機能（軸封機能）がより効果的に行われることになる。すなわち、環状凸部４１ｃ，４２ａ，４３ｃ又は４１ｄ，４２ｂ，４３ｄはリップシールにおけるリップ部と同様に機能するものである。このとき、内周凸部４１ｃ，４２ａ，４３ｃの軸部材１の外周面への接触圧が上記した如く増大しても、軸部材１とパッキン４１，４２，４３との相対回転は油潤滑剤８によって円滑に行われることになり、軸部材１の回転が妨げられることなく良好な軸封機能が発揮される。また、軸部材１との相対運動による摩耗発生量も少なくなり、ブッシュ状パッキン４の耐久性が向上する。さらに、内周凸部４１ｃ，４２ａ，４３ｃと内周凹部４１ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａとの嵌合部分の存在により、軸部材１からパッキン端面に至る漏れ流路が一種のラビリンスとなるため、被密封流体の浸透漏れがより効果的に防止されることになる。なお、第１及び第３パッキン４１，４３並びに補強用パッキン４４，４５は夫々同一形状のものであるから、第１パッキン４１又は第３パッキン４３の数を増減することにより、ブッシュ状パッキン４の軸線方向長さをシール空間３の軸線方向長さに応じたものに調整することができる。

また、第１及び第２ブッシュ状パッキン４においては、各膨張黒鉛製パッキンの両端面に浸透防止剤７を塗布しているが、かかるパッキン端面のうち補強用パッキン４４，４５に衝合する端面、つまり第１パッキン４１における補強用パッキン４４との衝合面及び第３パッキン４３における補強用パッキン４５との衝合面については、図４に示すブッシュ状パッキン（以下「第３ブッシュ状パッキン」という）４のように、膨張黒鉛製パッキン４１，４３と補強用パッキン４４，４５との対向端面間に環状のシール板９，９を介装することにより、浸透防止剤７を塗布することに代えることができる。シール板９としては、膨張黒鉛製パッキンの構成素材である膨張黒鉛シートを環状に打ち抜いたものやふっ素樹脂（ＰＴＦＥ等）等の樹脂板を環状に加工したものを使用することができ、その材質等に応じて、上記した浸透防止剤７を塗布又は含浸させておくことができる。なお、第３ブッシュ状パッキン４のようにシール板９を設ける場合においても、各膨張黒鉛製パッキンの両端面に浸透防止剤７を塗布しておくことは可能である。また、第１〜第３ブッシュ状パッキン４のようにパッキン相互間を凹凸嵌合させる場合において、膨張黒鉛製パッキン４１，４３と補強用パッキン４４，４５との衝合面は凹凸嵌合しないフラット面としておくことも可能である。

なお、本発明の構成は上記した実施の形態に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変更することができる。

図１は、本発明に係る軸封装置の一例を示す縦断側面図である。 図２は、図１の要部を拡大して示す詳細図であって、第１ブッシュ状パッキンを示すもので、（Ａ）図はパッキンが相互に連結された形態を示し、（Ｂ）図はパッキンが分離された形態を示している。 図３は、図１の要部を拡大して示す詳細図であって、第２ブッシュ状パッキンを示すもので、（Ａ）図はパッキンが相互に連結された形態を示し、（Ｂ）図はパッキンが分離された形態を示している。 図４は、図１の要部を拡大して示す詳細図であって、第３ブッシュ状パッキンを示すもので、（Ａ）図はパッキンが相互に連結された形態を示し、（Ｂ）図はパッキンが分離された形態を示している。

符号の説明

１ 軸部材
２ スタフィングボックス
３ シール空間
４ ブッシュ状パッキン
５ パッキン押さえ
７ 浸透防止剤(塗膜)
８ 油潤滑剤
９ シール板
４１ 膨張黒鉛製パッキン(第１パッキン)
４１ａ 環状凹部(内周凹部)
４１ｂ 環状凹部(外周凹部)
４１ｃ 環状凸部(内周凸部)
４１ｄ 環状凸部(外周凸部)
４２ 膨張黒鉛製パッキン(第２パッキン)
４２ａ 環状凸部(内周凸部)
４２ｂ 環状凸部(外周凸部)
４２ｃ 環状凹部(内周凹部)
４２ｄ 環状凹部(外周凹部)
４３ 膨張黒鉛製パッキン(第３パッキン)
４３ａ 環状凹部(内周凹部)
４３ｂ 環状凹部(外周凹部)
４３ｃ 環状凸部(内周凸部)
４３ｄ 環状凸部(外周凸部)
４４ 補強用パッキン
４５ 補強用パッキン

Claims (9)

1. 軸部材とこれを囲繞するスタフィングボックスとの対向周面間に形成された円筒状のシール空間に、渦巻き状又は同心円状に配置した膨張黒鉛テープ素材をリング状に成形した３個の第１、第２及び第３膨張黒鉛製パッキンを軸線方向に並列させてなるブッシュ状パッキンを、軸線方向に圧縮した状態で装填した軸封装置において、
   当該膨張黒鉛製パッキン群の中間に位置する第２膨張黒鉛製パッキンの両端面にその内外周端から夫々軸線方向と平行に突出する環状凸部を形成し、第１及び第３膨張黒鉛製パッキンの一端面である第２膨張黒鉛製パッキンとの対向端面の内外周端に夫々当該各環状凸部に嵌合する環状凹部を形成すると共に第１及び第３膨張黒鉛製パッキンの他端面にその内外周端から夫々軸線方向と平行に突出する環状凸部を形成してあり、
   各膨張黒鉛製パッキンとこれに隣接する膨張黒鉛製パッキンとの対向端面に浸透防止剤を塗布して、当該浸透防止剤の塗膜により当該対向面からの被密封流体の浸透漏れを防止するように構成したことを特徴とする軸封装置。
2. 各膨張黒鉛製パッキンの両端面に浸透防止剤を塗布してあることを特徴とする、請求項１に記載する軸封装置。
3. 各膨張黒鉛製パッキンの内周面に油潤滑剤を塗布してあることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載する軸封装置。
4. ブッシュ状パッキンが、膨張黒鉛製パッキン群の両端に配置したリング状パッキンであって膨張黒鉛製パッキンより高強度の補強用パッキンを更に具備してなるものであることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載する軸封装置。
5. 各補強用パッキンとこれに隣接する膨張黒鉛製パッキンとの対向端面を相互に嵌合する凹凸面に構成してあることを特徴とする、請求項４に記載する軸封装置。
6. 各補強用パッキンとこれに隣接する膨張黒鉛製パッキンとの対向端面間に環状のシール板を介装してあることを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載する軸封装置。
7. シール板には、前記浸透防止剤が塗布又は含浸されていることを特徴とする、請求項６に記載する軸封装置。
8. 前記浸透防止剤及び前記油潤滑剤として同一のものを使用することを特徴とする、請求項３〜７の何れかに記載する軸封装置。
9. 浸透防止剤及び浸透防止剤がポリエーテル系高粘度油であることを特徴とする、請求項８に記載する軸封装置。

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