JP6442723B2 - 密封構造 - Google Patents

Description

本発明は、止ねじ及び固定構造及び固定方法及び密封構造に関する。

従来、２部材を固定する固定具として、止ねじが広く用いられている。止ねじによって２部材を固定する場合、一般的に、一方の部材には位置決め穴が形成され、他方の部材にはめねじが形成されている。そして、めねじと位置決め穴の中心軸線が一致する状態で、これらの２部材が位置決めされて、止ねじの先端が位置決め穴内に進入する位置までめねじ側から止ねじがめねじにねじ込まれることで、これらの２部材が固定される。また、通常、締付け工具による締結作業に支障を来さないように、スペースが広くなる側の部材にめねじが形成される。例えば、円筒状の２部材を固定する場合には、径方向の外側の部材にめねじが形成される。このように円筒状の２部材を固定する場合の一般的な固定方法について、図１１を参照して説明する。

図１１は従来例に係る止ねじによる固定構造を示す模式的断面図である。図示の例では、円筒状の第１部材６１０と、円筒状の第２部材６２０とが、止ねじ７００によって固定されている。第１部材６１０の外周面側には位置決め穴６１１が形成されている。また、第２部材６２０にはめねじ６２１が形成されている。以上のように構成される第１部材６１０と第２部材６２０を固定する場合には、まず、第２部材６２０を第１部材６１０に対してスライドさせて、めねじ６２１と位置決め穴６１１の中心軸線を一致させる。この状態で、止ねじ７００の先端が位置決め穴６１１内に進入する位置までめねじ６２１に止ねじ７００をねじ込む。これにより、第２部材６２０は第１部材６１０に対して、軸線方向（第１部材６１０及び第２部材６２０の中心軸線の方向）及び回転方向のいずれの方向にも移動できなくなるため、第１部材６１０と第２部材６２０が固定される。

しかしながら、このような固定構造の場合には、径方向外側に設けられる第２部材６２０にめねじ６２１を形成しなければならない。そして、このめねじ６２１の内径は、止ねじ７００の寸法に応じて設定しなければならず、通常、止ねじ７００の軸部側が露出した状態になる。これにより、場合によっては、外観だけでなく、機能的に悪影響が出ることもある。

例えば、メカニカルシールを備える密封構造においては、流体を流動させるために、回転軸に取り付けられたスリーブの外周に、環状のパーシャルインペラーが固定される技術が知られている（特許文献１参照）。この技術においては、止ねじによって、スリーブにパーシャルインペラーが固定される。ここで、パーシャルインペラーの外周面には、パーシャルインペラーの回転により流体を流動させるために複数の溝が形成されている。そのため、パーシャルインペラーの外周面側から止ねじを固定させるためには、溝と溝との間の位置、または溝内にめねじを形成しなければならない。従って、めねじの内径の寸法によっては、溝と溝との間がめねじによって繋がってしまうことがある。また、溝内に止ねじの軸部の一部が飛び出してしまい、溝の一部が軸部によって塞がってしまうこともある。これらの場合には、パーシャルインペラーによる流体を流動させる能力が低下してしまう。

また、図１１に示す構造において、第１部材６１０及び第２部材６２０が回転する場合には、止ねじ７００に緩みが生じると、遠心力によって、止ねじ７００が徐々にめねじ６２１から抜け出してしまうという問題もある。上記のような密封構造においても、この問題を抱えている。

特開２００２−９８２３７号公報

本発明の目的は、止ねじの露出量を少なくすることができ、また、止ねじがめねじから抜け出してしまうことを防止可能な止ねじ及び固定構造及び固定方法及び密封構造を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の止ねじは、
おねじを有する軸部と、
該軸部の後端側に設けられ、おねじの外径よりも小径の小径部と、
を備え、
前記小径部に締付け工具が嵌合される被嵌合部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、締付け工具が嵌合される被嵌合部が設けられた部分（小径部）は、軸部におけるおねじの外径よりも小径となるように構成されている。ここで、止ねじによって固定される２部材のうちの一方の部材にはめねじが形成され、他方の部材にはその内側に小径部が挿入される貫通孔が形成される。そして、上記の通り、小径部は軸部におけるおねじの外径よりも小径であり、この貫通孔の内径は、おねじの寸法とは関係なく、小さくすることができる。また、貫通孔に挿入される小径部に被嵌合部が設けられるため、貫通孔から止ねじが露出することになるが、上記の通り、貫通孔を小径にすることができるので、止ねじの露出量を少なくすることができる。更に、貫通孔はめねじの内径よりも小さくすることができるので、止ねじに対してめねじから抜ける方向に力が作用しても、貫通孔が設けられている部材によって、止ねじがめねじから抜け出してしまうことを防止できる。

前記軸部と小径部との間に、軸部から小径部に向かって縮径するテーパ部が設けられているとよい。

これにより、他方の部材に形成された貫通孔の開口部に対してテーパ部が当接することで、一方の部材と他方の部材の位置決め精度を高めることができる。

本発明の固定構造は、
めねじが形成されている第１部材と、
第１部材に対してスライド可能に設けられ、かつ前記めねじの内径よりも径が小さな貫通孔が形成されている第２部材と、
を固定する固定構造において、
第１部材に対して、前記めねじと貫通孔の中心軸線が一致する状態で第２部材が位置決めされると共に、上記の止ねじのおねじが前記めねじに嵌め合わされ、かつ前記小径部が前記貫通孔内に挿入されることで、第１部材と第２部材が固定されることを特徴とする。

この固定構造により、上記の通り、止ねじの露出量を少なくすることができ、また、止ねじがめねじから抜け出してしまうことを防止できる。

また、本発明の固定方法は、
めねじが形成されている第１部材と、
第１部材に対してスライド可能に設けられ、かつ前記めねじの内径よりも径が小さな貫通孔が形成されている第２部材と、
を固定する固定方法において、
上記の止ねじを、前記小径部の端部が第１部材の表面よりも内側に位置するまで、前記めねじにねじ込む第１工程と、
第１工程後に、前記貫通孔の中心軸線と前記めねじの中心軸線が一致する位置まで、第２部材を第１部材に対してスライドさせる第２工程と、
第２工程後に、前記止ねじをねじ込み方向とは反対側に回転させることで、該止ねじにおける小径部が第２部材に形成された貫通孔内に挿入されるまで該止ねじを移動させる第３工程と、
を有することを特徴とする。

これにより、第２部材に形成されている貫通孔の径が、第１部材に形成されているめねじの内径より小さくても、上記の止ねじによって、第１部材と第２部材とを固定させることができる。

本発明の密封構造は、
メカニカルシールによって密封された密封領域内で、回転軸に取り付けられたスリーブの外周に、流体を流動させる環状のパーシャルインペラーが装着されている密封構造において、
前記スリーブにはめねじが形成されており、かつ前記パーシャルインペラーには前記めねじの内径よりも径が小さな貫通孔が形成されていると共に、
前記スリーブに対して、前記めねじと貫通孔の中心軸線が一致する状態で前記パーシャルインペラーが位置決めされると共に、上記の止ねじのおねじが前記めねじに嵌め合わされ、かつ前記小径部が前記貫通孔内に挿入されることで、前記スリーブとパーシャルインペラーが固定されていることを特徴とする。

これにより、パーシャルインペラーに形成された貫通孔の径をスリーブに形成されためねじの内径よりも小さくすることができ、止ねじの露出量を小さくすることができる。従って、パーシャルインペラーによる流体を流動させる能力の低下を抑制することができる。また、止ねじには遠心力が作用するが、パーシャルインペラーに対して止ねじが突き当たるため、止ねじがめねじから抜け出してしまうことが防止される。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、止ねじの露出量を少なくすることができ、また、止ねじがめねじから抜け出してしまうことを防止することができる。

図１は本発明の実施例に係る止ねじの正面図である。 図２は本発明の実施例に係る止ねじの平面図である。 図３は本発明の実施例に係る止ねじの底面図である。 図４は本発明の実施例に係る止ねじにより固定される２部材の一例を示す概略図である。 図５は本発明の実施例に係る固定方法の過程を示す図である。 図６は本発明の実施例に係る固定方法の過程を示す図である。 図７は本発明の実施例に係る固定構造を示す模式的断面図である。 図８は本発明の実施例に係る固定構造を密封構造に適用した例を示す模式的断面図である。 図９は本発明の実施例に係る固定構造を密封構造に適用した例におけるパーシャルインペラーの外観図である。 図１０は本発明の実施例に係る固定構造を密封構造に適用した例を示す模式的断面図である。 図１１は従来例に係る止ねじによる固定構造を示す模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
＜止ねじ＞
図１〜図３を参照して、本発明の実施例に係る止ねじについて詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係る止ねじの正面図である。図２は本発明の実施例に係る止ねじの平面図であり、図１中上方向から見た図に相当する。図３は本発明の実施例に係る止ねじの底面図であり、図１中下方向から見た図に相当する。

本実施例に係る止ねじ１０は、おねじを有する軸部１１と、軸部１１の後端側に設けられる小径部１３と、軸部１１と小径部１３との間に、軸部１１から小径部１３に向かって縮径するテーパ部１２とが設けられている。小径部１３の外径は、軸部１１におけるおねじの外径よりも小径となっている。また、小径部１３には、締付け工具が嵌合される被嵌合部としてのすりわり１４が設けられている。なお、本実施例では、被嵌合部として、すりわりの場合を示したが、本発明における被嵌合部としては、すりわりに限られることはなく、十字穴，六角穴及び四角穴など各種の公知技術を適用し得る。

＜固定方法及び固定構造＞
上記の止ねじ１０を用いた固定方法及び固定構造について、図４〜図７を参照して説明する。ここでは、円筒状の２部材を止ねじ１０によって固定する場合を例にして説明する。なお、図４は本発明の実施例に係る止ねじ１０により固定される２部材の一例を示す概略図である。また、２部材のうちの一方の部材を第１部材２０と称し、他方の部材を第２部材３０と称する。第１部材２０にはめねじ２１が形成されている。また、第２部材３０には、めねじ２１の内径よりも径が小さな貫通孔３１が形成されている。この円筒状の第２部材３０の内径は、円筒状の第１部材２０の外径よりも僅かに大きくなるように設計されている。これにより、第２部材３０は、第１部材２０に対して、軸線方向（第１部材２０と第２部材３０の中心軸線の方向）及び回転方向にスライド移動可能となっている。

図５〜図７を参照して、以上のように構成された第１部材２０と第２部材３０を、止ねじ１０によって固定する方法について説明する。なお、図５〜図７において、第１部材２０は図４中のＡＡ断面図に相当し、第２部材３０は図４中のＢＢ断面図に相当する。ただし、図５〜図７においては、断面図のうちの上半分のみを示している。

まず、図５に示すように、止ねじ１０を、締付け工具（ここでは、一字ねじ回し）４０によって、小径部１３の端部が第１部材２０の表面（外周面）よりも内側に位置するまで、めねじ２１にねじ込む（第１工程）。この第１工程後に、図６に示すように、貫通孔３１の中心軸線とめねじ２１の中心軸線が一致する位置まで、第２部材３０を第１部材２０に対してスライドさせる（第２工程）。この第２工程後に、図７に示すように、締付け工具４０によって、止ねじ１０をねじ込み方向とは反対側に回転させることで、止ねじ１０における小径部１３が第２部材３０に形成された貫通孔３１内に挿入されるまで止ねじ１０を移動させる（第３工程）。

以上の固定方法によって、第１部材２０と第２部材３０を、止ねじ１０によって固定させることができる。すなわち、第１部材２０に対して、めねじ２１と貫通孔３１の中心軸線が一致する状態で第２部材３０が位置決めされると共に、止ねじ１０のおねじがめねじ２１に嵌め合わされ、かつ小径部１３が貫通孔３１内に挿入されることで、第１部材２０と第２部材３０が固定される。なお、止ねじ１０によって、第２部材３０は第１部材２０に対して、軸線方向及び回転方向のいずれの方向にも移動できなくなるため、第１部材２０と第２部材３０は固定される。

本実施例においては、円筒状の２部材を止ねじ１０によって固定する場合を示した。しかしながら、本実施例に係る止ねじ１０によって固定可能な２部材は、円筒状の部材に限られることはない。断面が円でなくても、互いにスライド可能な筒状の２部材の場合には、理論上、一つの止ねじ１０によって、これらの２部材を固定することが可能である。また、筒状の部材ではなく、平板状の２部材であっても、これらが直線方向にのみスライド可能に構成されていれば、理論上、一つの止ねじ１０によって、これら平板状の２部材を固定することができる。更に、平板状の２部材が、面方向にのみスライド可能に構成されていれば、理論上、２つの止ねじ１０によって２か所で固定すれば、これら平板状の２部材を固定することができる。このように、本実施例に係る止ねじ１０によって、様々な２部材を固定することができる。

＜本実施例に係る止ねじ及びこの止ねじを用いた固定方法及び固定構造の優れた点＞
本実施例に係る止ねじ１０によれば、締付け工具４０が嵌合される被嵌合部（すりわり１４）が設けられた部分（小径部１３）は、軸部１１におけるおねじの外径よりも小径となるように構成されている。そして、止ねじ１０によって固定される第１部材２０にはめねじ２１が形成され、第２部材３０にはその内側に小径部１３が挿入される貫通孔３１が形成される。そして、小径部１３は軸部１１におけるおねじの外径よりも小径であり、この貫通孔３１の内径は、おねじの寸法とは関係なく、小さくすることができる。また、貫通孔３１に挿入される小径部１３に被嵌合部（すりわり１４）が設けられるため、貫通孔３１から止ねじ１０が露出することになるが、上記の通り、貫通孔３１を小径にすることができるので、止ねじ１０の露出量を少なくすることができる。更に、貫通孔３１はめねじ２１の内径よりも小さくすることができるので、止ねじ１０に対してめねじ２１から抜ける方向に力が作用しても、貫通孔３１が設けられている第２部材３０によって、止ねじ１０がめねじ２１から抜け出してしまうことを防止できる。

また、本実施例に係る止ねじ１０は、軸部１１と小径部１３との間に、軸部１１から小径部１３に向かって縮径するテーパ部１２が設けられている。これにより、第２部材３０に形成された貫通孔３１の開口部に対してテーパ部１２が当接することで、第１部材２０と第２部材３０の位置決め精度を高めることができる。

また、上記のような固定方法を採用することにより、第２部材３０に形成されている貫通孔３１の径が、第１部材２０に形成されているめねじ２１の内径より小さくても、止ねじ１０によって、第１部材２０と第２部材３０とを固定させることができる。

（密封構造への適用例１）
図８及び図９を参照して、上記の止ねじ１０を用いた固定方法及び固定構造を密封構造に適用した一例を説明する。図８は本発明の実施例に係る固定構造を密封構造に適用した例を示す模式的断面図である。図９は本発明の実施例に係る固定構造を密封構造に適用した例におけるパーシャルインペラーの外観図である。なお、この適用例１は、メカニカルシールによって密封された密封領域内で、回転軸に取り付けられたスリーブの外周に、環状のパーシャルインペラーが装着されている密封構造に対して、上述した固定構造を適用している。

本適用例に係る密封構造１００は、回転軸４００と装置本体５００に設けられている軸孔との間の環状隙間を密封する役割を担っている。この密封構造１００は、回転軸４００に取り付けられるスリーブ１１０と、装置本体５００に固定される第１ハウジング１２０及び第２ハウジング１３０と、第１メカニカルシール１４０及び第２メカニカルシール１５０とを備えている。

スリーブ１１０は、回転軸４００の外周に装着される円筒部１１１と、この円筒部１１１の端部において径方向外側に突出する突出部１１２とを備えている。第１ハウジング１２０には、流体が供給される供給口１２１と、流体が排出される排出口１２２が設けられている。この第１ハウジング１２０と第２ハウジング１３０はボルトＢによって装置本体５００に固定される。第１メカニカルシール１４０は、スリーブ１１０側に設けられる回転環１４１と、装置本体５００側に設けられる固定環１４２と、固定環１４２を回転環１４１側に押圧する金属製ベローズ１４３とを備えている。第２メカニカルシール１５０も同様に、スリーブ１１０側に設けられる回転環１５１と、装置本体５００側に設けられる固定環１５２と、固定環１５２を回転環１５１側に押圧する金属製ベローズ１５３とを備えている。

以上のように構成された密封構造１００によって、装置本体５００の内部の第１密封領域（Ａ１）と大気側領域（Ａ３）との間に第２密封領域（Ａ２）が形成される。この第２密封領域（Ａ２）に、供給口１２１から排出口１２２に流体を流すようにすることで、第１密封領域（Ａ１）内の密封流体が大気側領域（Ａ３）に漏れ出してしまうことをより確実に抑制することが可能となる。そして、第２密封領域（Ａ２）に、供給口１２１から排出口１２２に流体が流れるようにするために、環状のパーシャルインペラー１６０が設けられている。すなわち、このパーシャルインペラー１６０は、スリーブ１１０における突出部１１２の外周に取り付けられている。パーシャルインペラー１６０の外周面には複数の溝１６１が形成されている。これにより、回転軸４００と共にパーシャルインペラー１６０が回転することで、第２密封領域（Ａ２）内の流体を図８中左側から右側に流動させることができる。

そして、この適用例１においては、スリーブ１１０が上記固定構造における第１部材２０に相当し、パーシャルインペラー１６０が上記固定構造における第２部材３０に相当する。すなわち、スリーブ１１０における突出部１１２にはめねじ１１３が形成されており、かつパーシャルインペラー１６０にはめねじ１１３の内径よりも径が小さな貫通孔１６２が形成されている。そして、スリーブ１１０に対して、めねじ１１３と貫通孔１６２の中心軸線が一致する状態でパーシャルインペラー１６０が位置決めされると共に、止ねじ１０のおねじがめねじ１１３に嵌め合わされ、かつ小径部１３が貫通孔１６２内に挿入されることで、スリーブ１１０とパーシャルインペラー１６０が固定されている。なお、スリーブ１１０とパーシャルインペラー１６０とを止ねじ１０により固定させる方法については、上記第１部材２０と第２部材３０とを止ねじ１０により固定させる方法と同様であるので、その説明は省略する。

以上のように構成された密封構造１００によれば、パーシャルインペラー１６０に形成された貫通孔１６２の径をスリーブ１１０に形成されためねじ１１３の内径よりも小さくすることができ、止ねじ１０の露出量を小さくすることができる。従って、パーシャルインペラー１６０による流体を流動させる能力の低下を抑制することができる。また、止ねじ１０には遠心力が作用するが、パーシャルインペラー１６０に対して止ねじ１０が突き当たるため、止ねじ１０がめねじ１１３から抜け出してしまうことが防止される。

（密封構造への適用例２）
図１０を参照して、上記の止ねじ１０を用いた固定方法及び固定構造を密封構造に適用した一例を説明する。図１０は本発明の実施例に係る固定構造を密封構造に適用した例を示す模式的断面図である。なお、この適用例２は、メカニカルシールを備えた密封構造において、複数のハウジング同士を固定するための固定構造として、上述した固定構造を適用している。

本適用例に係る密封構造２００は、回転軸４００と装置本体５００に設けられている軸孔との間の環状隙間を密封する役割を担っている。なお、本適用例においては、装置本体５００の軸孔の内周面に、流体の流路となる複数の環状溝５１０，５２０が形成されている。そして、本適用例に係る密封構造２００は、第１メカニカルシール２１０と、第２メカニカルシール２２０と、第１ハウジング２３０，第２ハウジング２４０及び第３ハウジング２５０とを備えている。第１ハウジング２３０，第２ハウジング２４０及び第３ハウジング２５０の外周面は、装置本体５００の軸孔の内周面に嵌合するように構成されている。

そして、第１ハウジング２３０と第２ハウジング２４０とを固定するために上記固定構造が用いられている。すなわち、第２ハウジング２４０にはめねじ２４１が形成され、かつ第１ハウジング２３０にはめねじ２４１の内径よりも径が小さな貫通孔２３１が形成されている。そして、第２ハウジング２４０に対して、めねじ２４１と貫通孔２３１の中心軸線が一致する状態で第１ハウジング２３０が位置決めされると共に、止ねじ１０のおねじがめねじ２４１に嵌め合わされ、かつ小径部１３が貫通孔２３１内に挿入されることで、第１ハウジング２３０と第２ハウジング２４０が固定されている。

また、第２ハウジング２４０と第３ハウジング２５０とを固定するために上記固定構造が用いられている。すなわち、第２ハウジング２４０にはめねじ２４２が形成され、かつ第３ハウジング２５０にはめねじ２４２の内径よりも径が小さな貫通孔２５１が形成されている。そして、第２ハウジング２４０に対して、めねじ２４２と貫通孔２５１の中心軸線が一致する状態で第３ハウジング２５０が位置決めされると共に、止ねじ１０のおねじがめねじ２４２に嵌め合わされ、かつ小径部１３が貫通孔２５１内に挿入されることで、第２ハウジング２４０と第３ハウジング２５０が固定されている。

以上のように構成された密封構造２００においても、第１ハウジング２３０に形成された貫通孔２３１の径、及び第３ハウジング２５０に形成された貫通孔２５１の径を第２ハウジング２４０に形成されためねじ２４１，２４２の内径よりもそれぞれ小さくすることができる。これにより、止ねじ１０の露出量を小さくすることができる。また、第１ハウジング２３０又は第３ハウジング２５０に対して止ねじ１０が突き当たるため、止ねじ１０がめねじ２４１，２４２から抜け出してしまうことが防止される。これにより、第１ハウジング２３０，第２ハウジング２４０及び第３ハウジング２５０を装置本体５００から取り外す際に、止ねじ１０が環状溝５１０，５２０に引っ掛かってしまうといった不具合が発生することもない。

１０ 止ねじ
１１ 軸部
１２ テーパ部
１３ 小径部
１４ すりわり
２０ 第１部材
２１ めねじ
３０ 第２部材
３１ 貫通孔
４０ 締付け工具
１００ 密封構造
１１０ スリーブ
１１１ 円筒部
１１２ 突出部
１１３ めねじ
１２０ 第１ハウジング
１２１ 供給口
１２２ 排出口
１３０ 第２ハウジング
１４０ 第１メカニカルシール
１４１ 回転環
１４２ 固定環
１４３ 金属製ベローズ
１５０ 第２メカニカルシール
１５１ 回転環
１５２ 固定環
１５３ 金属製ベローズ
１６０ パーシャルインペラー
１６１ 溝
１６２ 貫通孔
２００ 密封構造
２１０ 第１メカニカルシール
２２０ 第２メカニカルシール
２３０ 第１ハウジング
２３１ 貫通孔
２４０ 第２ハウジング
２４１，２４２ めねじ
２５０ 第３ハウジング
２５１ 貫通孔
４００ 回転軸
５００ 装置本体
５１０，５２０ 環状溝

Claims (1)

1. メカニカルシールによって密封された密封領域内で、回転軸に取り付けられたスリーブの外周に、流体を流動させる環状のパーシャルインペラーが装着されている密封構造において、
   前記スリーブにはめねじが形成されており、かつ前記パーシャルインペラーには前記めねじの内径よりも径が小さな貫通孔が形成されていると共に、
   前記スリーブに対して、前記めねじと貫通孔の中心軸線が一致する状態で前記パーシャルインペラーが位置決めされると共に、
   前記スリーブと前記パーシャルインペラーは止めねじで固定され、
   前記止めねじは、おねじを有する軸部と、前記軸部の後端側に設けられおねじの外径よりも小径の小径部と、前記小径部に設けられ締めつけ工具が嵌合される被嵌合部と、を備え、止ねじのおねじが前記めねじに嵌め合わされ、かつ前記小径部が前記貫通孔内に挿入されることで、前記スリーブとパーシャルインペラーが固定され、
   前記パーシャルインペラーの外周面には複数の溝が形成されており、前記貫通孔は前記パーシャルインペラーの溝に形成されていることを特徴とする密封構造。

Images