JP2010007786A

JP2010007786A - シールパッキンおよびこれを用いたシール構造

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Publication number: JP2010007786A
Application number: JP2008168974A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kubota; 和久窪田
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: JP5061045B2

Abstract

【課題】局部的にシール面圧が高くなってしまうことを防止することができ、偏摩耗を防止して高いシール性を確保することのできるシールパッキンを提供する。
【解決手段】バルブのステム１７の外周側に配置される断面形状ほぼ四辺形状のリング状に形成されるとともに、上下面は、ステム１７の軸方向に対して所定角度で同方向に傾斜する傾斜面Ｄ，Ｅとされ、内周面は、軸方向の押圧力が付与されていない状態でステム１７の外周面との間に間隙を有し、軸方向の押圧力が付与された状態でステム１７側に傾倒してステム１７の外周面に面接触する傾斜面Ｇとされている。
【選択図】図３

Description

本発明はシールパッキンおよびこれを用いたシール構造に係り、特に、配管内部の流体の流れを制御するために用いられるバルブステムの外周側に配置されるシールパッキンおよびこれを用いたシール構造に関する。

一般に、グローブバルブなどのように、弁体が取付けられたステムを軸方向に摺動させて弁の開閉動作を行うバルブが多く用いられている。

この場合に、従来から、図７に示すように、断面形状ほぼ台形状のパッキンを交互に積層して配置し、これらパッキンに押圧力を付与することにより、各パッキンをステムの軸方向に直交する方向に交互にずらしてステムのシールを行うカップアンドコーン型のシール構造が知られている。また、図８に示すように、断面形状ほぼＶ字状のパッキンを積層して配置し、これらパッキンに押圧力を付与することにより、各パッキンを軸方向に直交する方向に拡開させてステムのシールを行うＶパッキン型のシール構造が知られている。

前記カップアンドコーン型のシール構造においては、押圧力によりパッキンを変形させることにより、内周面に面圧を発生させるようにしているが、パッキンの変形量が小さく増し締めを多く必要とするという問題を有している。また、前記Ｖパッキン型のシール構造においては、パッキンの内周側先端部だけ高い面圧を発生させることでシールを行うものであるため、主に、ボールバルブなどステムを回転させて弁の開閉動作を行うバルブに用いられている。したがって、Ｖパッキン方のシール構造は、ステムを軸方向に摺動させて弁の開閉を行うバルブに用いる場合には、摩耗しやすく耐久性に劣り、しかも、内周側先端部だけによるシールなので傷がつくと漏れやすいという問題を有している。さらに、１つのパッキンでステムに対して内周側先端部の１カ所による接触によりシールを行うものであるため、パッキン数が多く必要であり、形状もやや複雑でコスト高になってしまうという問題もある。

そのため、従来から、図９に示すように、断面形状ほぼ平行四辺形状のリング状パッキンを積層して配置し、これら各リング状パッキンにパッキン押さえにより押圧力を付与することにより、各リング状パッキンを内外周側に傾倒させ、ステムのシールを行うソリッドパッキン型のシール構造が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−１８１１９７号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載のシール構造においては、特許文献１の図３に示すように、傾倒初期からパッキン内径上部がステムに接触しているため、傾倒に伴ってパッキン内径上部が、局部的にシール面圧の高い部位となってしまい、偏摩耗を招きやすく、偏摩耗が生じた場合には、シール性が著しく低下してしまうという問題を有している。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、局部的にシール面圧が高くなってしまうことを防止することができ、偏摩耗を防止して高いシール性を確保することのできるシールパッキンおよびこれを用いたシール構造を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、バルブのステムの外周側に配置される断面形状ほぼ四辺形状のリング状に形成されるとともに、上下面は、前記ステムの軸方向に対して所定角度で同方向に傾斜する傾斜面とされ、押圧力が付与された状態で、前記ステム側に傾倒させて前記ステムのシールを行うシールパッキンにおいて、
内周面は、前記軸方向の押圧力が付与されていない状態で前記ステムの外周面との間に間隙を有し、前記軸方向の押圧力が付与された状態で前記ステム側に傾倒して前記ステムの外周面に面接触する傾斜面とされていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記内周面の傾斜面の角度γと最大傾斜角度βとの関係は、
０．３β＜γ≦β
とされていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、前記上下面の傾斜面には、それぞれ支点が形成されており、これら各支点により押圧力が付与されていない状態で、隣接するパッキンとの間に間隙が形成されるように構成されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項において、フッ素樹脂材料により形成されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、前記請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシールパッキンの軸方向の両側に、前記シールパッキンの上下面の傾斜面に対向する傾斜面を備えたアダプタパッキンと、前記シールパッキンの上下面の傾斜面に対向する傾斜面を備えたコーンパッキンとを積層配置し、アダプタパッキンを介して前記シールパッキンに軸方向の押圧力を付与することにより前記シールパッキンを傾倒させ、前記アダプタパッキンの傾斜面と前記シールパッキンの傾斜面および前記コーンパッキンの傾斜面と前記シールパッキンの傾斜面とをそれぞれ密着させてステムのシールを行うことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、シールパッキンの内周面を押圧力が付与されていない状態でステムの外周面との間に間隙を有し、押圧力が付与された状態でステム側に傾倒してステムの外周面に面接触する傾斜面とし、シールパッキンの組み込み時から傾倒の前期段階までステムとの間に間隙が保たれるようにしているので、シールパッキンの傾倒時に、局部的にシール面圧が高くなってしまうことを防止することができ、偏摩耗を防止して高いシール性を確保することができる。

請求項２に係る発明によれば、シールパッキンの内周面の角度γとシールパッキンの最大傾倒角度βとの関係を、０．３β＜γ≦βに設定することにより、小さい押圧力でも高いシール性を維持することができ、しかも、長期にわたってシール性を確保することができ、耐久性を著しく高めることができる。

請求項３に係る発明によれば、シールパッキンの上下面の傾斜面にそれぞれ支点を形成し、これら各支点により押圧力が付与されていない状態で、隣接するパッキンとの間に間隙が形成されるように構成しているので、押圧力が付与された場合に、支点を傾倒の支点および力点としてシールパッキンが傾倒されることにより、傾倒を円滑に行うことができ、しかも、押圧力の付与による応力集中、ひいては局部変形を低減することができる。

請求項４に係る発明によれば、シールパッキンをフッ素樹脂材料により形成するようにしているので、耐食性を確保したまま、長期にわたってシール性を確保することができる。

請求項５に係る発明によれば、シールパッキンの軸方向の両側に、アダプタパッキンと、コーンパッキンとを積層配置し、アダプタパッキンを介して前記シールパッキンに軸方向の押圧力を付与することによりシールパッキンを傾倒させ、アダプタパッキンの傾斜面とシールパッキンの傾斜面およびコーンパッキンの傾斜面とシールパッキンの傾斜面とをそれぞれ密着させてステムのシールを行うようにしていてるので、局部的にシール面圧が高くなってしまうことを防止することができ、偏摩耗を防止して高いシール性を確保することができるとともに、樹脂が間隙に逃げるクリープ現象を防止することができ、シール面圧の低下を防止して高いシール性を確保することができる。

以下、本発明に係るシールパッキンおよびこれを用いたシール構造の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明に係るシール構造をグローブバルブに適用した場合の実施形態を示したものであり、図１に示すように、グローブバルブのバルブ本体１の両端部には、流体の流入口２および流出口３がそれぞれ設けられており、バルブ本体１の内部には、流入口２側と流出口３側とを上下に仕切る仕切り壁４が形成されている。仕切り壁４の中途部には、開口５が形成されており、流体は、開口５の下面から導かれ開口５の上面に流出するようになっている。

バルブ本体１の上面には、弁体挿入用孔６が形成されており、この弁体挿入用孔６には、弁蓋７が弁体挿入用孔６を閉塞するように取付けられている。弁蓋７の中心部には、上下方向に貫通するステム支持孔８が形成されており、ステム支持孔８の内周部には、アダプタパッキン９、シールパッキン１０、コーンパッキン１１を設置するためのパッキン室１２が弁蓋７の上面に開口するように形成されている。弁蓋７の上部には、アダプタパッキン９の上部を押圧する押さえ部材１３が配設されており、押さえ用ボルト１４を締め付けることにより、アダプタパッキン９、シールパッキン１０およびコーンパッキン１１を下方に向けて押圧するように構成されている。

また、弁蓋７には、弁蓋７のステム支持孔８の上方に位置するステム支持部材１５が一体に形成されており、ステム支持部材１５には、内周面に雌ねじが形成されたステム螺合部１６が形成されている。ステム支持部材１５のステム螺合部１６および弁蓋７のステム支持孔８には、ステム１７が挿通されており、ステム１７の上部外周に形成された雄ねじをステム螺合部１６の雌ねじに螺合させることにより、ステム１７の回転動作でステム１７を昇降動作させるように構成されている。

ステム１７の下端部には、仕切り壁４の開口５を開閉させるための弁体１８が取付けられており、ステム１７の上端部には、ステム１７を回転操作するためのハンドル１９が取付けられている。

次に、本発明のシール構造について図２を参照してさらに詳細に説明する。
図２に示すように、本実施形態においてシール構造としては、例えば、フッ素樹脂からなるアダプタパッキン９、シールパッキン１０、コーンパッキン１１、シールパッキン１０、アダプタパッキン９を順次積層して構成されており、アダプタパッキン９とシールパッキン１０とは、それぞれ同一のパッキンを上下逆向きにして上下対称に配置されている。ここで、フッ素樹脂材料とは、フッ素系の樹脂を主原料としたものであり、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ等を挙げることができる。主原料はフッ素樹脂であるが、充填材料として、金属、各種繊維材、潤滑剤などを配合若しくは塗布するようにしてもよい。

アダプタパッキン９は、端部一側面がほぼ水平面とされ、図３に示す他側面の傾斜角ｄが４５°とされた断面形状ほぼ台形状のリング状に形成されており、アダプタパッキン９は、押さえ部材１３による押圧力が付与された場合に、内周方向への押圧力に変えてシールパッキン１０を内周側に傾倒させる機能を備えている。また、アダプタパッキン９は、増し締め時においては、シールパッキン１０を径方向にスライドさせ、ステム１７やパッキン室１２とのシール面圧を向上させる機能を備えている。

コーンパッキン１１は、内周側の中心軸方向の長さ寸法が外周側の長さ寸法より大きく形成された断面形状ほぼ台形状のリング状に形成されている。なお、コーンパッキン１１の傾斜角ｃは４５°に設定されている。そして、コーンパッキン１１は、シールパッキン１０を支持し、押さえ部材１３による軸方向の押圧力の反力を外周方向への押圧力に変えてシールパッキン１０を外周側にスライドさせる機能を備えている。また、コーンパッキン１１は、増し締め時において、シールパッキン１０を径方向にスライドさせ、ステム１７やパッキン室１２とのシール面圧を向上させる機能を備えている。

シールパッキン１０は、アダプタパッキン９とコーンパッキン１１との間に配置されており、断面形状ほぼ平行四辺形状のリング状に形成されている。

以下、シールパッキン１０の形状について、図を参照して詳細に説明する。なお、上側のシールパッキン１０と下側のシールパッキン１０とは上下対称の形状であるため、上側のシールパッキン１０に基づいて説明する。

シールパッキン１０の下面の外周側端部から距離ｖだけ離れた位置には、支点Ｐ２が形成されており、シールパッキン１０の下面は、支点Ｐ２により緩やかな傾斜をもった山型に形成されている。そして、シールパッキン１０に押圧力が付与されていない状態で、この支点Ｐ２がコーンパッキン１１の上面に当接するようになっており、押圧力が付与された場合に、支点Ｐ２を支点として、シールパッキン１０が傾倒されることにより、コーンパッキン１１との接触部である外周下縁部付近における応力集中ひいては局部変形を低減することができる。

シールパッキン１０の下面の支点Ｐ２より内周側の面は、シールパッキン１０を内周側に傾倒させるために内周側が上方に位置するように傾斜された傾斜面Ｅとされており、傾斜面Ｅの径方向長さｇは、ステム１７とパッキン室１２との間に形成されるパッキン組み込み幅ｈより長く形成されている。

シールパッキン１０の傾斜面Ｅは、水平面に対して角度ａの傾斜角を有しており、この傾斜角ａは、コーンパッキン１１の上面の傾斜角ｃより大きく形成されている。これにより、シールパッキン１０の傾斜面Ｅとコーンパッキン１１の上面との間には、ステム１７側に向かって開口する角度βの間隙Ｑが形成されるように構成されており、この間隙Ｑは、パッキン傾倒用として必須の間隙であり、角度β（ａ−ｃ）がシールパッキン１０の最大傾倒角度となる。

傾斜面Ｅの傾斜角度ａの範囲は、３０°〜６０°に設定するのが好ましい。３０°を下回る角度では、傾倒後の面接触におけるシール面圧を十分に得ることができない。一方、６０°を超える角度では、シールパッキン１０の断面が縦長状となり、押圧力に対する強度が低下してしまう。なお、本実施形態においては、ａ＝５０°に設定している。

また、角度βの範囲は、３°〜１０°に設定するのが好ましい。３°を下回る角度では、傾倒状態におかれる時間が短すぎ、ステム１７との面接触を傾倒の途中段階から生じさせることが困難となる。一方、１０°を超える角度では、パッキンの傾倒に必要な押圧量、具体的にはグランドを押圧する軸方向の距離が長くなってしまい。パッキン室１２の高さ方向長さや押さえ用ボルト１４の寸法を長くしなければならない。本実施形態においては、β＝５°に設定している。

シールパッキン１０の上面の内周側端部から距離ｗだけ離れた位置には、支点Ｐ１が形成されており、シールパッキン１０の上面は、支点Ｐ１により緩やかな傾斜をもった山型に形成されている。そして、押圧力が付与されていない状態で、この支点Ｐ１がアダプタパッキン９の下面に当接するようになっており、押圧力が付与された場合に、支点Ｐ１を力点として、シールパッキン１０が傾倒されることにより、アダプタパッキン９との接触部である内周上縁部付近における応力集中、ひいては局部変形を低減することができる。

シールパッキン１０の上面の支点Ｐ１より外周側の面は、シールパッキン１０を内周側に傾倒させるために内周側が上方に位置するように傾斜された傾斜面Ｄとされている。シールパッキン１０の傾斜面Ｄは、水平面に対して角度ｂの傾斜角を有しており、この傾斜角ｂは、アダプタパッキン９の下面の傾斜角ｄより大きく形成されている。これにより、シールパッキン１０の傾斜面Ｄとアダプタパッキン９の下面との間には、パッキン室１２側に向かって開口する角度αの間隙Ｓが形成されるように構成されており、角度α（ｂ−ｄ）がシールパッキン１０の最大傾倒角度となる。間隙Ｓは任意の間隙であるが、間隙Ｓを形成することにより、力点Ｐ１の位置が明確となり、前記局部変形の低減効果を確実に得ることができる。

傾斜面Ｄの傾斜角度ｂの範囲は、０°〜６０°に設定するのが好ましい。０°を下回る角度では、ステム１７側に傾倒することができない。一方、６０°を超える角度では、シールパッキン１０の外周側が薄肉になってしまい、傾倒の始点部位として必要な強度が低下してしまう。本実施形態においては、ｂ＝５０°に設定している。

角度αの範囲は、角度β以下に設定するのが好ましい。これにより、シールパッキン１０の押圧完了状態において、シールパッキン１０の上面とアダプタパッキン９の下面との間隙Ｓをなくし、樹脂が間隙に逃げ込むクリープ現象を抑制し、シール面圧の低下を防ぐことが可能となる。本実施形態においては、角度βと等しいα＝５°に設定している。

シールパッキン１０の内周面の下端部から距離ｙだけ離れた位置には、支点Ｐ３が形成されており、シールパッキン１０の内周面は、支点Ｐ３により緩やかな傾斜をもった山型に形成されている。そして、押圧力が付与されていない状態で、ステム１７の外周面との間に間隙Ｖが形成されるように構成されており、この間隙Ｖにより、パッキンの組み込み時から傾倒の前期段階までステム１７との間に間隙Ｖが保たれ、パッキンの内周面とステム１７の外周面との非接触状態が維持されることになる。すなわち、間隙Ｖは、面接触を傾倒の途中段階から生じさせるための必須の間隙である。そして、この支点Ｐ３を作用点として、シールパッキン１０を傾倒することにより、ステム１７の外周面との接触部である内周下縁部付近における応力集中、すなわち局部変形を低減することができる。

シールパッキン１０の内周面の支点Ｐ３より上方側の面は、シールパッキン１０が内周側に傾倒される際に内周側に縮径するための傾斜面Ｇとされており、この傾斜面Ｇは、垂直面に対して角度γの傾斜角を有している。

ここで、アダプタパッキン９、シールパッキン１０およびコーンパッキン１１は、バルブに組み込む際に接触傷が生じるのを防ぐため、あらかじめその内周面をステム１７の外周面よりもわずかに大径に形成するとともに、ステム１７の外周面をパッキン室１２の内周面よりもわずかに小径に形成している。これにより、アダプタパッキン９、シールパッキン１０およびコーンパッキン１１の組み込み時には、アダプタパッキン９、シールパッキン１０およびコーンパッキン１１とステム１７との間にわずかな間隙Ｕが形成されるように構成されている。この間隙Ｕは、パッキン組み込みに必須の間隙であり、本実施形態においては、間隙Ｖは間隙Ｕより大きく形成されている。

また、角度γは、シールパッキン１０の最大傾倒角度βとの関係として、０．３＜γ≦βに設定するのが好ましい。０．３β以下の値では、傾倒の前期段階で面接触が生じてしまい、パッキン内周における応力集中が大きくなってしまう。また、β以上の値では、傾倒の後期段階における面接触が不十分となってしまう。より好ましくは、０．５β≦γ≦βに設定するのが好ましく、さらに長期にわたってシール性を確保するには、０．７β≦γ≦０．９βに設定するのが好ましい。

なお、図４に示すように、シールパッキン１０の下面の支点Ｐ２から外周側を傾斜面Ｅよりも浅い角度の傾斜面ｅとすることにより、コーンパッキン１１の上面との間に角度εの間隙ｑを形成するようにしてもよい。また、シールパッキン１０の上面の支点Ｐ１から内周側を傾斜面Ｄよりも浅い角度の傾斜面ｆとすることにより、アダプタパッキン９の下面との間に角度δの間隙ｓを形成するようにしてもよい。さらに、シールパッキン１０の内周面の支点Ｐ３から軸方向下側を傾斜面Ｇよりも浅い角度の傾斜面ｇとすることにより、ステム１７の外周面との間に角度τの間隙ｘを形成するようにしてもよい。

次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、シール構造を組み立てる場合は、まず、図３に示すように、アダプタパッキン９、シールパッキン１０およびコーンパッキン１１をパッキン室１２に積層配置して組み込む。

その後、押さえ部材１３を上部のアダプタパッキン９の上面側に設置して、押さえ用ボルト１４を締め付けることにより、各パッキンに対して軸方向の押圧力Ｆを付与する。これにより、押さえ部材１３およびアダプタパッキン９を介してシールパッキン１０が押圧される。この押圧力Ｆにより、シールパッキン１０は、支点Ｐ１を力点、支点Ｐ２を支点として内径側に傾倒され、傾倒に伴って、シールパッキン１０はコーンパッキン１１の上面に沿って外周側に摺動し、シールパッキン１０の外周側がパッキン室１２の内周面に面接触する。なお、シールパッキン１０の内周面は、間隙Ｖによりステム１７の外周面とは非接触の状態に保持されている。

シールパッキン１０の傾倒が進行すると、図５に示すように、シールパッキン１０の内周側の支点Ｐ３を作用点として、支点Ｐ３がステム１７の外周面に接触する。さらに傾倒が進行すると、支点Ｐ３は、ステム１７の外周面を摺動しながら少しずつ圧縮変形され、Ｐ３の接触幅は徐々に広がって、応力集中を防ぎながら面接触が進行される。なお、シールパッキン１０の材料が軟質樹脂の場合には、ステム１７との間隙Ｖが保持されている状態で、圧縮変形により樹脂が間隙Ｖに逃げ、応力集中をさらに低減させることができる。そして、シールパッキン１０の下面とコーンパッキン１１の上面との間隙Ｑがなくなるまで、傾倒は進行する。

シールパッキン１０の傾倒が完了すると、図６に示すように、シールパッキン１０の下面とコーンパッキン１１の上面との間隙Ｑ、シールパッキン１０の上面とアダプタパッキン９の下面との間隙Ｓがなくなる。これにより、樹脂が間隙に逃げるクリープ現象を防ぐことができ、シール面圧の低下を抑制することが可能となる。シールパッキン１０のの内周面は、その前面がほぼ一様な面圧でステム１７と面接触し、シールパッキン１０の外周面は、その下部がパッキン室１２に高い面圧で押しつけられる。この状態で、ステム１７の外周面を完全にシールすることができる。

また、押さえ用ボルト１４を増し締めすることにより、従来のカップアンドコーン型のパッキンと同様に、シールパッキン１０をステム１７側およびパッキン室１２側にスライドさせることができ、これにより、シール面圧を高めることができる。そして、さらに、増し締めすることにより、アダプタパッキン９がシールパッキン１０の上面の傾斜面Ｄに沿ってパッキン室１２側にスライドし、コーンパッキン１１がシールパッキン１０の下面の傾斜面Ｅに沿ってステム１７側にスライドすることにより、シール面圧をさらに高めることができる。

次に、本発明の実験結果について説明する。

バルブとしては、呼び圧力１０Ｋ、呼び径４０Ａのグローブバルブを用いた。バルブ本体１の材料はＳＣＳ１３を用いた。また、パッキンの材質はＰＴＦＥ（油分の塗布はなし）を用いた。パッキンの寸法は、図と同様に、アダプタパッキン９が上下各１個、シールパッキン１０が上下各１個、コーンパッキン１１が１個をそれぞれ組み合わせて積層した状態で、パッキンの寸法は内径１４．５ｍｍ、外径２４．５ｍｍ、高さ２８ｍｍとした。

実験は、バルブ本体１の内部に空気圧を０．６ＭＰａで付与した状態で、ステム１７を回転往復動作させることにより行った。往復動作は、閉動作１６秒、全閉位置保持６秒、開動作１６秒、全開位置（保持時間なし）を連続して行い、これを作動回数１回とした。全開状態から全閉状態に至るまでのステム１７の回転数は約６回転であり、ステム１７の軸方向の移動量は約１８ｍｍである。そして、作動回数１００回毎にバルブを停止して中間開度とし、リング状のパッキン押さえ部材１３とステム１７との間に石けん液を塗布し、目視により発泡の有無を確認した。なお、実験温度は室温（約１０℃）で行った。

このような条件で行った実験結果を以下の表１に示す。

本発明Ｎｏ．１から本発明Ｎｏ．４は、それぞれ本発明に係るシールパッキン１０であり、本発明Ｎｏ．１はγ＝０．５β、本発明Ｎｏ．２はγ＝０．７β、本発明Ｎｏ．３はγ＝０．９β、本発明Ｎｏ．４はγ＝βとしたものである。

また、比較例Ｎｏ．５から比較例Ｎｏ．７は、それぞれ本発明に対する比較例であり、比較例Ｎｏ．５は、図７に示すように断面形状ほぼ台形状のパッキン２０を用いたカップアンドコーン型のパッキン、比較例Ｎｏ．６は、図８に示すように断面形状ほぼＶ字状のパッキン２１を用いたＶパッキン型のパッキン、比較例Ｎｏ．７は、図９に示すように断面形状四辺形状のパッキン２２を用いたソリッド型のパッキン、比較例Ｎｏ．８は、γ＝０．３βとしたパッキンである。

なお、押圧比とは、各供試品について、内径側への面圧、すなわち、ステム１７側への面圧が一定となるように軸方向の押圧力Ｆを求め、比較例Ｎｏ．６のＶパッキン型の押圧力に対する比を表したものである。

この実験結果によれば、本発明Ｎｏ．１からＮｏ．４は、比較例Ｎｏ．５およびＮｏ．６と比較して、約１／２の押圧力でも高いシール性を維持することができることがわかる。また、本発明Ｎｏ．２およびＮｏ．３のように、０．７β≦γ≦０．９βに設定した場合は、長期にわたってシール性を確保することができ、耐久性を著しく高めることができることがわかる。また、比較例Ｎｏ．８のように、γ＝０．３βとした場合には、本発明Ｎｏ．１と比較して長期にわたったシール性を確保することができず、γ＞０．３βとする必要があることがわかる。

したがって、本実施形態においては、シールパッキン１０の内周面を角度γの傾斜面Ｇとし、パッキンの組み込み時から傾倒の前期段階までステム１７との間に間隙Ｖが保たれ、パッキンの内周面とステム１７外周面との非接触状態が維持されるようにしているので、シールパッキン１０の傾倒時に、局部的にシール面圧が高くなってしまうことを防止することができ、偏摩耗を防止して高いシール性を確保することができる。

また、シールパッキン１０の内周面の角度γとシールパッキン１０の最大傾倒角度βとの関係を、０．３β＜γ≦βに設定することにより、小さい押圧力でも高いシール性を維持することができ、しかも、長期にわたってシール性を確保することができ、耐久性を著しく高めることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。また、本発明は、バルブのステムにおけるシールの他、ポンプや空気圧シリンダなどのシャフトにおけるシールにも適用が可能である。

本発明に係るシール構造を適用したグローブバルブの実施形態を示す正面断面図である。本発明に係るシール構造の実施形態を示す拡大断面図である。本発明に係るシール構造の実施形態を示すシールパッキン部分の拡大断面図である。本発明に係るシール構造のシールパッキンの変形例を示す拡大断面図である。本発明に係るシール構造のシールパッキンの傾倒途中状態を示す説明図である。本発明に係るシール構造のシールパッキンの傾倒完了状態を示す説明図である。従来のカップアンドコーン型のパッキンを示す断面図である。従来のＶパッキン型のパッキンを示す断面図である。従来のソリッド型のパッキンを示す断面図である。

符号の説明

１バルブ本体
４仕切り壁
７弁蓋
９アダプタパッキン
１０シールパッキン
１１コーンパッキン
１２パッキン室
１３押さえ部材
１４押さえ用ボルト
１７ステム

Claims

バルブのステムの外周側に配置される断面形状ほぼ四辺形状のリング状に形成されるとともに、上下面は、前記ステムの軸方向に対して所定角度で同方向に傾斜する傾斜面とされ、押圧力が付与された状態で、前記ステム側に傾倒させて前記ステムのシールを行うシールパッキンにおいて、
内周面は、前記軸方向の押圧力が付与されていない状態で前記ステムの外周面との間に間隙を有し、前記軸方向の押圧力が付与された状態で前記ステム側に傾倒して前記ステムの外周面に面接触する傾斜面とされていることを特徴とするシールパッキン。
前記内周面の傾斜面の角度γと最大傾斜角度βとの関係は、
０．３β＜γ≦β
とされていることを特徴とする請求項１に記載のシールパッキン。
前記上下面の傾斜面には、それぞれ支点が形成されており、これら各支点により押圧力が付与されていない状態で、隣接するパッキンとの間に間隙が形成されるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシールパッキン。
フッ素樹脂材料により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシールパッキン。
前記請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシールパッキンの軸方向の両側に、前記シールパッキンの上下面の傾斜面に対向する傾斜面を備えたアダプタパッキンと、前記シールパッキンの上下面の傾斜面に対向する傾斜面を備えたコーンパッキンとを積層配置し、アダプタパッキンを介して前記シールパッキンに軸方向の押圧力を付与することにより前記シールパッキンを傾倒させ、前記アダプタパッキンの傾斜面と前記シールパッキンの傾斜面および前記コーンパッキンの傾斜面と前記シールパッキンの傾斜面とをそれぞれ密着させてステムのシールを行うことを特徴とするシール構造。