JP4649345B2 - 軸封装置用スペーサリング - Google Patents

Description

本発明は、バルブ、ポンプ、攪拌器等の流体機器に用いられる軸封装置用スペーサリングに関するものである。

軸封装置におけるグランドパッキンが、石綿系パッキンから非石綿系パッキンに取って代わるに際して、例えば１０個の石綿系グランドパッキンを１０個の非石綿系グランドパッキンに変更するといった具合に、単純に置き換えただけでは摺動抵抗が増大する場合がある。そのような場合には、複数のグランドパッキンのうちの流体側のものの一部を金属スペーサに置き換えて配置することにより、シール長を短くして軸外周とグランドパッキン内周との接触面積を減少させ、それによって摺動抵抗が増大する問題を解決させる対策手段が採られている。

上記のような対策手段を採る軸封装置としては、特許文献１において開示されたものが知られている。即ち、特許文献１（図１参照）においては、複数のグランドパッキン（符号７）の低圧側（大気側）に、押圧手段である押圧機構(符号１１）によって軸方向に押圧されるスペーサリング（符号１５）が装備されている。

しかしながら、従来のスペーサリングは切削加工によって作られる金属製のものであり、製作コストが高く付くとともに加工時間も多く要していた。従って、コストや生産性については改善の余地が残されているものであった。また、スペーサリングを装填したり交換するといった際には、スペーサリングを軸から抜き去る必要があるが、多くの場合は軸をパッキン箱等のケーシングから抜き取る作業が必要であり、面倒で煩わしく、時間も要していた。従って、スペーサリングの組付けや保守点検に関しても改善の余地が残されているものであった。
特開２００２−３２７８４６号公報

本発明の目的は、軸封装置におけるグランドシールを構成するために用いられるスペーサリングを、生産性に優れ、しかも低コストな軸封装置用スペーサリングとして提供することにある。また、スペーサリングの組付けや保守点検が簡単で短時間に行えるようにする点も目的である。

請求項１に係る発明は、ケーシング３の軸挿通口部３ｎに挿通された軸６と前記ケーシング３との間をシールするグランドシール７を構成すべく、膨張黒鉛テープの外周をニット編みまたは編組体よりなる補強材で被覆するようにして成る１以上のグランドパッキン１０の軸方向で低圧側及び／又は高圧側に配置される軸封装置用スペーサリングにおいて、
金属線１１ａを用いて成る筒状の金属メッシュ帯状シートを巻回して加圧し、かつ、固溶化処理することによって構成されており、前記軸６の外周部６ｇとの間に明確な径方向の間隙ｒが形成される状態に設定された内周部１１ｎを有するとともに、前記間隙ｒが押圧手段１３による規定の押圧力以上の押圧力を作用させても前記軸６との接触は確認されない間隙であることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の軸封装置用スペーサリングにおいて、周方向に不連続となるように、径方向に貫通する切欠き部１８が形成されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、摺動抵抗を減少させるに有効なスペーサリングが、金属線を用いて成る筒状の金属メッシュ帯状シートを巻回することによって、即ち、金属メッシュ帯状シートを巻く工程と、その巻かれたものを加圧する工程とによって作成されるから、切削加工によって作成する従来手段に比べて、生産性が向上するとともに製作コストも下げることが可能になる。その結果、生産性に優れ、しかも低コストな改良された軸封装置用スペーサリングを提供することができる。

請求項１の発明によれば、次のような作用効果がある。金属メッシュ帯状シートを巻回して高圧成形して成るスペーサリングは、押圧手段による軸力によって軸方向に強い圧力を受けることになる使用状態においては、高圧成形されているので容易に圧縮されるものではないが、グランドパッキンと同様に軸方向にある程度は圧縮されるようになる。従って、使用状態において軸と接触しないようにするため、軸の外径寸法との間隙を取った寸法設定は軸方向の圧縮による径方向の膨張を見越して行うことが望ましいが、熱処理されている場合には径方向の膨張量が少なくなるので、予め取る径方向の間隙量が少なくて済むとか、規定の圧縮耐力が増大するといった利点が得られる。

請求項１の発明によれば、スペーサリングの内周部は、軸の外周部との間に明確な径方向の間隙が形成される状態に設定されているので、実使用状態において押圧手段による軸方向の強い圧力を受けることによる径方向の膨張が生じても軸との接触が生じないようにすることができる。また、その明確な間隙により、軸方向の圧力が多少規定値を上回るようなことがあっても、軸との接触は起きないようになり、摺動抵抗低減作用が確実に得られる信頼性の良さが得られる。

請求項２の発明によれば、スペーサリングには径方向に貫通する切欠き部が形成されて周方向に不連続となるように形成されているので、切欠き部を境にして捩ることで大きく開口させ、軸に対して横方向から着脱することが可能になる。従って、スペーサリングの軸への組付けや交換等においては、例えば、軸をシールケースから抜取るといった面倒で煩わしい作業が不要であり、優れた組付け性並びに取外し性（着脱性）を発揮することができるようになる。

以下に、本発明による軸封装置用スペーサリング及びそれを用いた軸封装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は開閉弁の断面図、図２はシール部の構成を示す要部のみの断面図、図３は実施例１，２のスペーサリングの斜視図、図４は実施例３のスペーサリングの斜視図、図５〜図８は実施例１，２のスペーサリングの各種特性等を示すグラフや図表である。

図１は、軸封装置を備える流体機器の一例であるバルブ（開閉弁、ストップバルブ等）１を示している。このバルブ１は、一対の流体給排口部２Ａ，２Ｂを有する本体ケース（弁箱）２、本体ケース２にボルト止めされるシールケース３、手動ハンドル４、弁体５、弁体５を上げ下げするための弁軸６、軸封装置７、手動ハンドル４を回転自在に支承する上部ケース部８等を有して構成される公知構造のものである。

軸封装置７は、シールケース（ケーシングの一例）３の軸挿通口部３Ａに挿通された弁軸６、及び弁軸６とシールケース３との間をシールするグランドシール９を有して構成されている。グランドシール９は、ランタンリング１７の上下に分配されて配置される複数のグランドパッキン１０と、グランドパッキン１０の上側（「弁軸６の軸方向で低圧側」の一例）及び／又は下側（「弁軸６の軸方向で高圧側」の一例）に配置されるスペーサリング１１とから成るシール部１２、及びシール部１２を下側に向けて強制的に押圧自在な押圧手段１３を有して構成されている。

金属製のシールケース３の内周部（軸挿通口部の一例）３ｎの下端部には、金属製の弁軸６を回転自在に挿通する状態のストップリング１４が一体的に組み込まれており、そのストップリング１４は、押圧手段１３によってシール部１２に加えられる押圧力を受止める機能を有している。押圧手段１３は、最上端のグランドパッキン１０を押すための筒部１５ａと、これに一体連結されるフランジ部１５ｂとから成る押圧体１５、及びシールケース３の筒ボス部３Ｂの上部に張出し形成される突出部３ｓに枢支される複数の枢支ボルト１６、及びフランジ部１５ｂの孔部１５ｋを貫通して上方に突出する枢支ボルト１６の上部に螺着されるナット１７等を有して構成されている。複数のナット１７を締め込んで押圧体１５を下方移動させることによってシール部１２を下方に圧縮し、それによってグランドパッキン１０の内径が縮小されることで弁軸６の外周部との間をシールすることができる。

シール部１２は、図１、図２に示すように、上から順に四個のグランドパッキン１０、ランタンリング１７、四個のグランドパッキン１０、及び２個のスペーサリング１１を備えて構成されている。グランドパッキン１０は膨張黒鉛製編み糸から成る公知のものであり、膨張黒鉛テープの外周をニット編みまたは編組体よりなる補強材で被覆するようにしたものが挙げられる。スペーサリング（「ブッシュパッキン」とも呼ばれる）１１は、金属線１１ａを用いて渦巻状に巻き付けて加圧するか、又は捩ってから丸めて加圧することによって構成されたものであり、次に、そのスペーサリング１１の幾つかの実施例を紹介する。

〔実施例１〕
実施例１によるスペーサリング１１は、図３に示すように、直径０．１５ｍｍのステンレス線（金属線の一例）１１ａを用いて筒状の金属メッシュ帯状シートを形成し、その金属メッシュ帯状シートを金型内にて渦巻状に巻き付けてプレスにて高圧成形（プレス工程）し、かつ、熱処理（固溶化処理）したもの〔ステンレスメッシュ（固溶化処理）成形品〕である。つまり、金属線１１ａを用いて成る筒状の金属メッシュ帯状シートを巻回して加圧することで構成されたものを用いる手段である。尚、固溶化とは、固体が固体を溶解した状態のことであり、固溶する温度まで金属を加熱し、これを急冷すると飽和固溶体になる。この熱処理を固溶化処理と言う。

金属メッシュ帯状シートは、金属線１１ａを編む又は組むことで筒状のものに形成されており、編む手段としてはニット編みや筒織りが挙げられる。例えば、金属線１１ａをニット編みする場合には、それによって形成される筒状の金属メッシュが扁平な帯状シート形状を呈するようになるが、ニット編みしたもの（ニット編み以外による筒状金属メッシュでも良い）をロールで潰すように加圧するとさらに望ましい。例えば、金属メッシュが平面状のシートから成る場合には、金属線が剥き出して切れている等シート端が粗くなるが、本発明では筒状とされていてシート端は折り曲げによる円滑な状態にあり、その後の成形性が良いという好影響を及ぼす利点がある。

〔実施例２〕
実施例２によるスペーサリング１１は、図３に示すように、直径０．１５ｍｍのステンレス線（金属線の一例）１１ａを用いて成る前述の筒状の金属メッシュ帯状シートを金型内にて渦巻状に巻き付けてプレスによって高圧成形（プレス工程）したもの（ステンレスメッシュ成形品）である。実施例１のものとは熱処理の有無が異なるだけであり、外観は同じである。

〔実施例３〕
実施例３によるスペーサリング１１は、図４に示すように、実施例２によるステンレスメッシュ成形品に、周方向に不連続となるように、径方向に貫通する切欠き部１８が形成されたものである。切欠き部１８は、仮想中心Ｐ（弁軸６の中心Ｐに同じ）を通る径方向の線による切断面であるが、斜めのラインでカットされたものでも良い。また、図示は省略するが、この実施例３のスペーサリング１１の内周部と、これに挿通される軸の外周部との間には明確な径方向の間隙が設けられている。

また、実施例３によるスペーサリング１１を、例えば、直径０．１５ｍｍのステンレス線１１ａを用いて成る前述の筒状の金属メッシュ帯状シートを、所定回数捩ってからＣ字形に丸めてプレスによって高圧成形（プレス工程）することにより、切欠き部１８付のものとして形成するようにしても良い。この場合、予め捩ることにより、より強度が向上するとか、シール性が改善されるといった効果が期待できるようになる。

実施例３の切欠き部１８付のスペーサリング１１では、保守点検等による分解組付け時においては、切欠き部１８を境にして捩ることで大きく開口させ、弁軸６に対して横方向から着脱することが自在である。従って、スペーサリング１１の組付けや交換等においては、弁軸６をシールケース３から抜取る面倒で煩わしい作業が不要であり、優れた組付け性並びに取外し性（着脱性）を発揮することができる利点がある。

参考として、図５，図６に実施例１，２によるスペーサリング１１単品での試験による結果グラフを示してある。図５は締付圧と摺動抵抗係数との関係（常温軸摺動特性）を示すグラフであり、締付圧が高くなっても摺動抵抗係数が増加し難いものが望ましい。即ち、摺動特性に関しては、実施例１、実施例２の順で性能が良いことが理解できる。図６は締付圧と圧縮率との関係（圧縮特性）を示すグラフであり、締付圧が高くなっても圧縮率が増加し難いものが望ましい。即ち、圧縮特性に関しても、実施例１、実施例２の順で性能が良いことが理解できる。

また、図７に実施例１，２によるスペーサリング１１の仕様表を、図８は実施例１，２によるスペーサリング１１の特性（まとめ）表をそれぞれ示す。図７に示すように、実施例１，２の各スペーサリング１１は、互いに同じ外径、内径、及び厚さのものに構成されており、内径寸法は弁軸６の外径寸法に１ｍｍ足したもの、即ち、組付けた状態においては径方向に０．５ｍｍの間隙（クリアランス）が存在するように設定されている。

つまり、スペーサリング１１の内周部１１ｎと弁軸６の外周部６ｇとの間には明確な径方向の間隙ｒが設けられている。明確なこれら実施例１，２のものにおいては、押圧手段１３による規定の押圧力（締付圧）以上の押圧力を作用させても、弁軸６との接触は確認されなかった。尚、実施例３のスペーサリング１１においても、サイズは実施例１，２のものとは異なるものの、規定の締付圧までは弁軸６との接触は無いことが確認された。

これらの結果から、図８に示すように、実施例１のステンレスメッシュ（固溶化処理）成形品によるスペーサリング１１が、性能、取り扱い性、製作性の全てでよい評価が得られる望ましいものであることが分かる。次に望ましいのは、取り扱い性、製作性の各点で優れる実施例２のステンレスメッシュ成形品によるスペーサリング１１である。

以上説明したように、本発明によるスペーサリング１１はプレス成形品であり、従来の切削加工品であるスペーサーに比べて製作コストが安く、加工時間も短くて済むものとなっている。そして、周方向で不連続となるように切欠き部が設けられている場合には、その切欠き部を開いて弁軸とシールケースとの間のスペースに対して着脱できるので、弁軸６をシールケース３より抜取る必要がなく、簡単で便利な作業となる利点がある。また、各実施例のように、スペーサリング１１を比較的厚みの薄いものとしておけば、これを１又は複数個重ねることにより、シール部１２の余剰長さ（スペーサリング１１用の軸方向長さ）に応じて適宜に設定することが可能となり、設定に融通が効くとか汎用性に優れるといった利点が得られる。

開閉弁の構造を示す断面図 シール部の構成を示す要部のみの断面図 実施例１及び２によるスペーサリングの斜視図 実施例３によるスペーサリングの斜視図 各スペーサリングの常温軸摺動特性のグラフを示す図 各スペーサリングの圧縮特性のグラフを示す図 各スペーサリングの仕様を示す図表 各スペーサリングの特性を示す図表

３ ケーシング
３ｎ 軸挿通口部
６ 軸
６ｇ 外周部
７ グランドシール
１０ グランドパッキン
１１ スペーサリング
１１ａ 金属線
１１ｎ 内周部
１８ 切欠き部
１３ 押圧手段
ｒ 径方向の間隙

Claims (2)

1. ケーシングの軸挿通口部に挿通された軸と前記ケーシングとの間をシールするグランドシールを構成すべく、膨張黒鉛テープの外周をニット編みまたは編組体よりなる補強材で被覆するようにして成る１以上のグランドパッキンの軸方向で低圧側及び／又は高圧側に配置される軸封装置用スペーサリングであって、
   金属線を用いて成る筒状の金属メッシュ帯状シートを巻回して加圧し、かつ、固溶化処理することによって構成されており、前記軸の外周部との間に明確な径方向の間隙が形成される状態に設定された内周部を有するとともに、前記間隙が押圧手段による規定の押圧力以上の押圧力を作用させても前記軸との接触は確認されない間隙である軸封装置用スペーサリング。
2. 周方向に不連続となるように、径方向に貫通する切欠き部が形成されている請求項１に記載の軸封装置用スペーサリング。

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