JP2002333068A - 軸封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッキンボックスの底部の内径と軸との間の
クリアランスに機器内部の流体の成分が堆積するのを防
止することができる軸封装置を提供する。 【解決手段】 パッキンボックス３内の最封液側グラン
ドパッキン７ｄより封液側に、外周側と内周側とに連通
する螺旋状の溝１４が形成されたブッシュ８を備えた。
ガス供給手段１６よりパッキンボックス３に貫通形成さ
れたガス封入口１２へ供給されたガスは、ブッシュ８の
溝１４へ導入され、パッキン摺動面に吹き付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、攪拌機器等の流体
機器の貫通軸部分での漏洩を防止するための軸封装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば攪拌機器、混合機器、反応
機器等の流体機器の貫通軸部分での漏洩を防止するため
に、図５に示すような軸封装置が一般的に用いられてい
る。この軸封装置４１は、図５に示すようにパッキンボ
ックス４２にグランドパッキン４３が内装されており、
このグランドパッキン４３をパッキン押え４４で押圧し
ている。このパッキン押え４４は、パッキンボックス４
２に設けられた締め付けボルト４５と、この締め付けボ
ルト４５に装着される締め付けナット４６とにより締め
付けられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のような軸封装置では、図６に示すようにパッキンボ
ックス４２の底部４２ａの内周と軸４７とが接触しない
ようにそれぞれの間にクリアランスＳが設けてあるた
め、このクリアランスＳに機器内部の流体の成分が堆積
する（図６、網目部分）。このため、後に異種の流体を
使用して流体機器を運転する時に、堆積物が異種の流体
に混入するという問題があった。特に、流体が食品や医
薬品等の場合には、同種の流体であっても古い堆積物が
流体に混入することは回避する必要がある。なお、この
流体の堆積は、例えば食品等の粘性の高い流体の場合に
起こりやすい。本発明は上記の事情に鑑みて提案された
ものであって、パッキンボックスの底部の内周と軸との
間のクリアランスに機器内部の流体の成分が堆積するの
を防止することができる軸封装置を提供することを目的
とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために以下の手段を採用している。すなわち、少な
くとも１本のグランドパッキンを内装したパッキンボッ
クスを備えた軸封装置において、上記パッキンボックス
内のグランドパッキンより封液側に、外周側と内周側と
に連通し、グランドパッキン摺動面へガスを吹き付ける
ための溝が形成された環状のブッシュと、上記パッキン
ボックスを貫通し、上記ブッシュの溝へガスを導入する
ためのガス封入口と、上記ガス封入口へ上記ガスを供給
するガス供給手段とを備えるという手段を採用している
（請求項１）。このように構成することにより、ガス供
給手段よりガス封入口へ供給されたガスは、ブッシュの
溝へ導入され、この溝の外周側から内周側へ流れてパッ
キン摺動面に吹き付けられる。このガスにより、パッキ
ンボックスの底部の内周と軸との間のクリアランスに侵
入してきた機器内部の流体を機器内部に向かって吹き飛
ばすことができる。これによって、流体の成分の堆積を
防止することができ、さらにパッキン摺動面への流体の
侵入を防止することができる。しかも、このガスによっ
て、グランドパッキンと軸との間で発生する熱により温
度上昇するパッキン摺動面付近を冷却することができ
る。

【０００５】また、上記ブッシュは、少なくともいずれ
か一方に上記溝が形成された一対の環状部材より構成す
ることもできる（請求項２）。この場合、ブッシュに溝
を簡単に形成することができる。また、上記ブッシュの
溝は螺旋状であるのが好ましい（請求項３）。この場
合、溝に導入されたガスは、螺旋状の溝を通過すること
により軸の周方向へ慣性が付与されるので、軸の全周に
わたって供給されることになる。これによって、パッキ
ンボックスの底部の内周と軸との間のクリアランスに侵
入してきた内部流体を効果的に吹き飛ばすことができ
る。また、上記ブッシュの溝は、外周側から内周側に向
かうに従って溝断面積が減少することが好ましい（請求
項４）。この場合、溝に導入されたガスは、外周側から
内周側へ流速を増加させながら流れてパッキン摺動面に
供給されるので、パッキンボックスの底部の内周と軸と
の間のクリアランスに侵入してきた内部流体をより効果
的に吹き飛ばすことができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は本発明に
係る軸封装置の一実施の形態を示す概略断面図であり、
以下、図に基づいてこの軸封装置の構成について説明す
る。図１に示すように軸封装置１は、主に、機器本体に
固定されているフランジ２、グランドパッキン７等が内
装されるパッキンボックス３、グランドパッキン７等を
固定するためのパッキン押え４、摺動リング５、ガスを
供給するガス供給手段１６等を備えている。パッキンボ
ックス３には、複数の上記グランドパッキン７、これら
グランドパッキン７の内で最封液側のグランドパッキン
７ｄの封液側にブッシュ８、グランドパッキン７ｂ、７
ｃの間にランタンリング９、および最大気側のグランド
パッキン７ａの大気側にスペーサリング１５がそれぞれ
内装されている。また、パッキンボックス３には、ブッ
シュ８へガスを導入するためのガス封入口１２が貫通形
成されている。

【０００７】上記グランドパッキン７、ブッシュ８、ラ
ンタンリング９およびスペーサリング１５は、押圧機構
１１によってパッキン押え４を介して所定の圧力で弾性
的に押圧されている。この圧力によって、グランドパッ
キン７を軸１０の長手方向へ押し潰すように変形させ
て、このグランドパッキン７と軸１０との間に押圧力を
生じさせている。押圧機構１１は、パッキンボックス３
にねじ込まれたパッキン押え４を挿通させた締め付けボ
ルト１１ａと、この締め付けボルト１１ａに装着された
圧縮コイルスプリング１１ｂ、スプリングカラー１１ｃ
および締め付けナット１１ｄとにより構成されており、
上記圧縮コイルスプリング１１ｂの付勢力によりパッキ
ン押え４を図において左方向に付勢している。

【０００８】また、上記パッキンボックス３は、押圧機
構１３によって摺動リング５介してフランジ２に所定の
圧力で押圧されており、この摺動リング５の両端面に
は、Ｏリング６が設けられている。この押圧機構１３
は、押圧機構１１と同様にフランジ２にねじ込まれた締
め付けボルト１３ａと、この締め付けボルト１３ａに装
着された圧縮コイルスプリング１３ｂ、スプリングカラ
ー１３ｃおよび締め付けナット１３ｄとにより構成され
ている。

【０００９】摺動リング５は、フランジ２側端面が軸１
０の軸線上に中心Ｑを有する球面凸形状に、パッキンボ
ックス３側端面が平面形状に形成されている。また、こ
の摺動リング５の球面凸形状端面に当接されるフランジ
２の端面は、この球面凸形状に対応した球面凹形状に形
成されている。そして、摺動リング５の球面凸形状端面
と、フランジ２の球面凹形状端面とが球面に沿う全ての
方向（図１に示す断面図上においてはＬ方向）に対して
摺動可能である。一方、摺動リング５の平面形状端面に
当接されるパッキンボックス３の端面は、平面形状に形
成されている。そして、摺動リング５の平面形状端面に
対して、パッキンボックス３の平面形状端面が軸の径方
向（図１上においてはＭ方向）へ摺動することが可能で
ある。このように、軸の傾斜方向および径方向への軸振
れに対しては摺動リング５と、フランジ２およびパッキ
ンボックス３との摺動によって、また軸の長手方向（図
１上においてはＮ方向）への軸振れに対しては押圧機構
１３によって、それぞれパッキンボックス３が追随でき
る。これによって、３次元的な変位の軸振れに対しても
パッキンボックス３が追随でき、内部流体の漏洩を防止
することができる。

【００１０】パッキンボックス３に内装される環状のブ
ッシュ８は、図２(a)に示すように対を成すパッキン側
部材８ａと封液側部材８ｂとにより構成されている。こ
のパッキン側部材８ａは、図２(a)、(b)に示すように封
液側の端面が平面状に、封液側部材８ｂ側の端面がテー
パ状に形成され、このテーパ状端面にパッキン摺動面
（内周面）へガスを供給するための外周側と内周側とに
連通する螺旋状の溝１４が形成されている。この溝１４
は、溝断面積が外周側から内周側に向かうに従って減少
するように形成されており、外周端がガス封入口１２に
連通されている。なお、溝１４の断面形状は、図２(a)
に示すような円弧状に限られるものではなく、例えば凹
形状であっても構わない。一方、封液側部材８ｂは、図
２(a)に示すようにパッキン側の端面が平面状に、パッ
キン側部材８ａ側の端面が、パッキン側部材８ａのテー
パ状端面と当接するようにテーパ状に形成されている。

【００１１】ガス供給手段１６によりガス封入口１２へ
供給されたガスは、ブッシュ８の溝１４の外周端より溝
１４へ導入される。そして、溝１４へ導入されたガス
は、溝１４の外周側から内周側へ流速を増加させながら
流れてパッキン摺動面近傍に吹き付けられ、パッキンボ
ックス３の底部３ａの内周と軸１０との間のクリアラン
スＳに侵入してきた内部流体を機器内部に向かって吹き
飛ばす。ここで、ガスは、螺旋状の溝１４を通過するこ
とによって軸の周方向へ慣性が付与されるので、軸の全
周にわたって供給されることになる。これによって、パ
ッキンボックス３の底部３ａの内周と軸１０との間のク
リアランスＳに内部流体の成分が堆積するのを防止する
ことができ、さらにパッキン摺動面に内部流体が侵入す
るのを防止することができる。

【００１２】（実施の形態２）図３は本発明に係る軸封
装置の他の実施の形態を示す概略断面図であり、以下、
図に基づいてこの軸封装置の構成について説明する。図
３に示すように軸封装置２１は、主に、封液側に１次シ
ール部Ａ、大気側に２次シール部Ｂ、この１次シール部
Ａと２次シール部Ｂとの間に摺動リング２８、ガスを供
給するガス供給手段４０等を備えている。１次シール部
Ａは、グランドパッキン２３等が内装されるパッキンボ
ックス２２、グランドパッキン２３等を固定するための
パッキン押え２５等を備えている。パッキンボックス２
２には、複数のグランドパッキン２３、これらグランド
パッキン２３の内で最封液側のグランドパッキン２３ｃ
の封液側にブッシュ２４がそれぞれ内装されている。ま
た、パッキンボックス２２には、ブッシュ２４へガスを
導入するためのガス封入口２７が、パッキン押え２５に
は、１次シール部Ａと２次シール部Ｂとの間に窒素等の
パージガスを封入するためのガス封入口２９がそれぞれ
貫通形成されている。

【００１３】上記グランドパッキン２３およびブッシュ
２４は、パッキン押え２５を介して押圧機構２６によっ
て所定の圧力で弾性的に押圧されている。この圧力によ
って、１次シール部Ａではグランドパッキン２３を軸３
９の長手方向へ押し潰すように変形させて、このグラン
ドパッキン２３と軸３９との間に押圧力を生じさせてい
る。押圧機構２６は、パッキンボックス２２にねじ込ま
れたパッキン押え２５を挿通させた締め付けボルト２６
ａと、この締め付けボルト２６ａに装着された圧縮コイ
ルスプリング２６ｂ、スプリングカラー２６ｃおよび締
め付けナット２６ｄとにより構成されており、上記圧縮
コイルスプリング２６ｂの付勢力によりパッキン押え２
５を図において左方向に付勢している。

【００１４】２次シール部Ｂは、グランドパッキン３１
等が内装されるパッキンボックス３０、グランドパッキ
ン３１等を固定するためのパッキン押え３４等を備えて
いる。パッキンボックス３０には、複数のグランドパッ
キン３１、これらグランドパッキン３１の内で最封液側
のグランドパッキン３１ｄの封液側および最大気側のグ
ランドパッキン３１ａの大気側にスペーサリング３２、
グランドパッキン３１ｂ，３１ｃの間にランタンリング
３３がそれぞれ内装されている。また、パッキンボック
ス３０には、１次シール部Ａと２次シール部Ｂとの間に
封入されたパージガスを抜くためのガスリーク口３８が
設けられている。

【００１５】上記グランドパッキン３１、スペーサリン
グ３２およびランタンリング３３は、パッキン押え３４
を介して押圧機構３５によって所定の圧力で押圧されて
いる。この圧力によって、２次シール部Ｂではグランド
パッキン３１を軸３９の長手方向へ押し潰すように変形
させて、このグランドパッキン３１と軸３９との隙間を
小さくすることによって流体を封止している。押圧機構
３５は、押圧機構２６と同様にパッキンボックス３０に
ねじ込まれたパッキン押え３４を挿通させた締め付けボ
ルト３５ａと、この締め付けボルト３５ａに装着された
圧縮コイルスプリング３５ｂ、スプリングカラー３５ｃ
および締め付けナット３５ｄとにより構成されており、
上記圧縮コイルスプリング３５ｂの付勢力によりパッキ
ン押え３４を図において左方向に付勢している。

【００１６】２次シール部Ｂのパッキンボックス３０
は、押圧機構３６によって摺動リング２８介して１次シ
ール部Ａのパッキン押え２５に所定の圧力で押圧されて
おり、この摺動リング２８の両端面には、Ｏリング３７
が設けられている。この押圧機構３６は、パッキン押え
２５にねじ込まれた締め付けボルト３６ａと、この締め
付けボルト３６ａに装着された圧縮コイルスプリング３
６ｂおよび締め付けナット３６ｃとにより構成されてい
る。

【００１７】摺動リング２８は、１次シール部Ａ側端面
が軸３９の軸線上に中心Ｑを有する球面凸形状に、２次
シール部Ｂ側端面が平面形状に形成されている。また、
この摺動リング２８の球面凸形状端面に当接される１次
シール部Ａのパッキン押え２５の端面は、この球面凸形
状に対応した球面凹形状に形成されている。そして、摺
動リング２８の球面凸形状端面と、パッキン押え２５の
球面凹形状端面とが球面に沿う全ての方向（図３に示す
断面図上においてはＬ方向）に対して摺動可能である。
一方、摺動リング２８の平面形状端面に当接される２次
シール部Ｂのパッキンボックス３０の端面は、平面形状
に形成されている。そして、摺動リング２８の平面形状
端面に対して、パッキンボックス３０の平面形状端面が
軸の径方向（図３上においてはＭ方向）へ摺動すること
が可能である。このように、軸の傾斜方向および径方向
への軸振れに対しては摺動リング２８と、パッキン押え
２５およびパッキンボックス３０との摺動によって、ま
た軸の長手方向（図３上においてはＮ方向）への軸振れ
に対しては押圧機構３６によって、それぞれパッキンボ
ックス３０が追随できる。これによって、３次元的な変
位の軸振れに対してもパッキンボックス３０が追随で
き、内部流体の漏洩を防止することができる。

【００１８】１次シール部Ａと２次シール部Ｂとの間に
は、ガス封入口２９からパージガスを供給しており、１
次シール部Ａのパッキン摺動面に内部流体が侵入しない
ようにしている。また、このパージガスや機器内部から
漏出したガスを、大気側に漏洩させないためにランタン
リング３３を介してガスリーク口３８より回収してい
る。なお、このパージガスのパージ圧は、機器内部圧力
より０．０５〜０．１ＭＰａ程度高くすることが好まし
い。例えば、パージ圧が機器内部圧力より０．０５ＭＰ
ａ以下しか高くない場合には、パージガスの封入による
内部流体の侵入防止効果が低くなる。一方、パージ圧が
機器内部圧力より０．１ＭＰａ以上高い場合には、パッ
キンの締付圧以外に過剰な圧力がパッキンに作用するた
め、パッキン内周と軸外周との間の面圧が高くなりすぎ
て異常摺動を引き起こし、内部流体の漏洩の原因となる
とともに、摺動リング２８と１次シール部Ａおよび２次
シール部Ｂとの間からパージガスが漏洩することにな
る。

【００１９】１次シール部Ａのパッキンボックス２２に
内装される環状のブッシュ２４は、図４(a)に示すよう
に対を成すパッキン側部材２４ａと封液側部材２４ｂと
により構成されている。このパッキン側部材２４ａの封
液側部材２４ｂ側の端面には、図４(a)、(c)に示すよう
にパッキン摺動面へガスを供給するための溝２４１が円
周等配に複数形成されている。この溝２４１は、図４
(b)に示すように底面がテーパ状に形成され、外周側と
内周側とに連通している。また、溝２４１は、溝断面積
が外周側から内周側に向かうに従って減少するように形
成されている。また、パッキン側部材２４ａの円周面に
は溝２４１に連通する溝２４２が形成されており、ガス
封入口２７に連通されている。一方、封液側部材２４ｂ
は両端面が平面な環状に形成されている。

【００２０】ガス供給手段４０によりガス封入口２７へ
供給されたガスは、ブッシュ２４の溝２４２へ導入され
る。そして、溝２４２に導入されたガスは、この溝２４
２を通って溝２４１の外周側から内周側へ流速を増加さ
せながら流れてパッキン摺動面近傍に吹き付けられ、パ
ッキンボックス２２の底部２２ａの内周と軸３９との間
のクリアランスＳに侵入してきた内部流体を機器内部に
向かって吹き飛ばす。これによって、パッキンボックス
２２の底部２２ａの内周と軸３９との間のクリアランス
Ｓに内部流体の成分が堆積するのを防止することがで
き、さらにパッキン摺動面に内部流体が侵入するのを防
止することができる。

【００２１】なお、上記実施の形態１では、摺動リング
５は、フランジ２側端面を球面凸形状に、パッキンボッ
クス３側端面を平面形状に形成しているが、これに限ら
れるものではなく、パッキンボックス３側端面を球面凸
形状に、フランジ２側端面を平面形状に形成しても構わ
ない。また、摺動リング５側を球面凸形状に、フランジ
２側を球面凹形状に形成しているが、これに限られるも
のではなく、摺動リング５側を球面凹形状に、フランジ
２側を球面凸形状に形成しても構わない。また、摺動リ
ング５は、軸振れに対して摺動しやすいように摩擦係数
の低い材質、例えばフッ素樹脂系等の材質が望ましい。
これらの点に関しては、上記実施の形態２での摺動リン
グ２８等についても同様である。

【００２２】また、上記実施の形態１では、ブッシュ８
は上記のように螺旋状の溝１４を形成した構成である
が、これに限られるものではなく、実施の形態２でのブ
ッシュ２４のような構成とすることも可能である。同様
に、実施の形態２でのブッシュ２４の構成を、実施の形
態１でのブッシュ８のような構成とすることも可能であ
る。なお、ブッシュ８またはブッシュ２４からパッキン
摺動面に供給されるガスの流速は、クリアランスＳに侵
入してきた内部流体を機器内部に吹き飛ばすために５ｍ
／ｓ以上であることが好ましい。

【００２３】さらに、上記実施の形態１における溝１
４、および上記実施の形態２における溝２４１は、それ
ぞれ上記のように溝断面積が外周側から内周側に向かう
に従って減少するように形成することが好ましいが、こ
れに限られるものではない。また、上記各実施の形態で
は、パッキンボックスに複数のグランドパッキンを内装
した構成であるが、これに限られるものではなく、少な
くとも１本のグランドパッキンが内装されていればよ
い。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る軸封装置で
は、ガス供給手段よりガス封入口へ供給されたガスを、
ブッシュの溝へ導入してこの溝の外周側から内周側へと
流し、パッキン摺動面に吹き付けているので、パッキン
ボックスの底部の内周と軸との間のクリアランスに侵入
してきた機器内部の流体をガスによって、機器内部に向
かって吹き飛ばすことができる。これによって、流体の
成分の堆積を防止することができ、さらにパッキン摺動
面への流体の侵入を防止することができる。しかも、こ
のガスによって、グランドパッキンと軸との間で発生す
る熱により温度上昇するパッキン摺動面付近を冷却する
ことができる。

【００２５】また、ブッシュを、少なくともいずれか一
方に溝が形成された一対の部材より構成した場合、ブッ
シュに溝を簡単に形成することができる。また、ブッシ
ュの溝を螺旋状とした場合、溝に導入されたガスは、螺
旋状の溝を通過することにより軸の周方向へ慣性が付与
されるので、軸の全周にわたって供給されることにな
る。これによって、パッキンボックスの底部の内周と軸
との間のクリアランスに侵入してきた内部流体を効果的
に吹き飛ばすことができる。また、ブッシュの溝を、外
周側から内周側に向かうに従って溝断面積が減少するよ
うにした場合、溝に導入されたガスは、外周側から内周
側へ流速を増加させながら流れてパッキン摺動面に供給
される。これによって、パッキンボックスの内周と軸と
の間のクリアランスに侵入してきた内部流体をより効果
的に吹き飛ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る軸封装置の一実施の形態を示す断
面図である。

【図２】本発明に係る軸封装置の一実施の形態に用いる
ブッシュを示す図であり、(a)はその断面図、(b)はその
正面図である。

【図３】本発明に係る軸封装置の他の実施の形態を示す
概略断面図である。

【図４】本発明に係る軸封装置の他の実施の形態に用い
るブッシュを示す図であり、(a)はその側面図、(b)はそ
の断面図、(c)はその正面図である。

【図５】従来の軸封装置を示す概略断面図である。

【図６】従来の軸封装置でクリアランスに流体が堆積し
た状況を示す要部拡大図である。

【符号の説明】

Ａ １次シール部 Ｂ ２次シール部 １ 軸封装置 ２ フランジ ３、２２、３０ パッキンボックス ４、２５、３４ パッキン押え ５、２８ 摺動リング ７、２３、３１ グランドパッキン ８、２４ ブッシュ １２、２７、２９ ガス封入口 １４、２４１、２４２ 溝 １６、４０ ガス供給手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J042 AA03 AA11 BA03 CA15 DA09 3J043 AA16 BA02 BA03 BA04 CA04 CA05 DA01 DA20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１本のグランドパッキンを内装
   したパッキンボックスを備えた軸封装置において、 上記パッキンボックス内のグランドパッキンより封液側
   に、外周側と内周側とに連通し、グランドパッキン摺動
   面へガスを吹き付けるための溝が形成された環状のブッ
   シュと、 上記パッキンボックスを貫通し、上記ブッシュの溝へガ
   スを導入するためのガス封入口と、 上記ガス封入口へ上記ガスを供給するガス供給手段とを
   備えたことを特徴とする軸封装置。
2. 【請求項２】上記ブッシュは、少なくともいずれか一方
   に上記溝が形成された一対の環状部材より構成された請
   求項１に記載の軸封装置。
3. 【請求項３】上記ブッシュの溝が、螺旋状である請求項
   １または請求項２に記載の軸封装置。
4. 【請求項４】上記ブッシュの溝は、外周側から内周側に
   向かうに従って溝断面積が減少する請求項１〜請求項３
   のいずれかに記載の軸封装置。