JP4856142B2 - 液体圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、作動媒体のエネルギを機械的エネルギに変換する液体圧装置に関し、特に、被締結部材の挿通孔に挿通されたボルトに予め引っ張り力を加えた状態でねじ結合する液体圧装置に関する。

液体圧装置は、シリンダとこのシリンダに軸方向に移動自在に装着されたピストンとにより形成される圧力室内に作動油などの作動媒体を所定の圧力で供給し、または、圧力室内に封入された作動媒体に荷重を加えてその圧力を高めることにより、作動媒体のエネルギを機械的エネルギつまりピストンの駆動力に変換するものである。そして、圧力室からの油圧の漏れを防止するためにシリンダとピストンとの摺動部にはシール部材が装着されている。

一方、従来から、発電所等の動力プラントで使用される蒸気タービンやガスタービンのタービンケースを組み立てる場合にはボルトとナットによる締結方法が多く用いられている。しかし、このような締結方法ではナットに加える締め付けトルクの殆どが座面における回転摩擦に対抗するものとなるため、ボルトの軸圧を高めて高い締結力を得るのは困難である。そのため、このように高い締結力が必要とされる場合には、液体圧装置が組み込まれることによりボルトに予め引っ張り力を加えた状態でねじ結合する液圧ナットが用いられている。

液圧ナットは、タービンケース上に配置される環状のシリンダとシリンダに対して軸方向に移動自在に装着されるピストンとを備えており、シリンダとピストンとの間には圧力室が区画形成されている。ピストンの軸心にはねじ孔が形成されており、このねじ孔にはタービンケースの挿通孔に挿通されたボルトがねじ結合されるようになっている。また、液圧ナットにはロックリングが設けられており、このロックリングはシリンダの外周面にねじ結合されることによりピストンの端部に接近離反する方向に移動自在となっている。そして、ピストンをボルトにねじ結合した状態で圧力室に油圧を供給すると、ピストンはシリンダから離れる方向に移動してボルトに引っ張り方向の荷重を加えることになる。その後、ロックリングをピストンの端部に接する位置まで回転させ、圧力室内の油圧を抜くと、ピストンに加わる荷重をロックリングで支持した状態となって締結が完了する。このように、液圧ナットはボルトに引っ張り力を加えた状態でねじ結合されるので、ボルトの軸力を高めて高い締結力を得ることができる。

このような液圧ナットでは、作動油や水等の作動媒体が圧力室から漏洩するのを防止するために、圧力室の端部つまりシリンダとピストンとの摺動部にはシール部材が設けられている。従来では、このようなシール部材としては、Ｏリング、Ｕパッキン、Ｘリング等が多く用いられており、この場合、その材質としてはゴムやプラスチック等の弾性材料が用いられている。そして、摺動部の隙間が加圧歪みにより増大した場合であっても、この隙間の変化にあわせてシール部材が弾性変形してシーリングを保つようになっている。

しかしながら、タービンケースには多数のボルトが小さなピッチで並んで配置されるため、液圧ナットはその外径寸法が制限されてピストンの受圧面積を大きく設定することができない場合がある。そのため、ボルトに所定の引っ張り力を加えるためには圧力室内に供給する油圧を高くする必要があり、場合によっては２５０Ｍｐａ以上の超高圧となる場合がある。このような場合、上記のシール部材ではその圧力に耐えることができず、油圧の漏れを防ぐことが困難であった。

これに対して、ピストンの外周端をシリンダに密接するナイフエッジ形状に形成したり、圧力室の端部に硬質プラスチックもしくは金属からなるＵカップ型のシールリングを装着したものが知られている。

しかし、タービンケースは内包する高温、高圧のガスにより非常に高温となるので、締結後の液圧ナットは５００度を超えるような高温環境にさらされることになる。そのため、前述のようにエッジ部を用いたシール方法ではエッジ部が熱に耐えられずに変形してシール性が低下する場合があり、この場合、液圧ナットを取り外すために圧力室内に再度油圧を供給しても圧力室内の圧力を規定の値まで高めることができず、この液圧ナットの取り外しを困難としていた。また、圧力室の圧力を高められない場合にはロックリングを切断するなどの措置が必要となるが、ロックリングのみを切断することは容易ではなかった。

また、ボルトと液圧ナットをねじ結合させる際にはボルトが若干傾く場合がある。このような場合、ピストンの外周端にナイフエッジ部を形成したものでは、ボルトの傾きによりナイフエッジ部が変形してシール性が低下することになっていた。

本発明の目的は、何らかの理由により油圧を規定の値まで高めることができない場合であっても、容易に取り外すことができる液体圧装置を提供することにある。

本発明の液体圧装置は、圧力室内に供給される作動媒体のエネルギを機械的エネルギに変換する液体圧装置であって、第１の荷重受け部材と、前記第１の荷重受け部材に相対移動自在に組み付けられ、前記第１の荷重受け部材とにより前記圧力室を区画形成する第２の荷重受け部材と、前記第１もしくは第２の荷重受け部材のいずれか一方の外周面に設けられた雄ねじ部にねじ結合する雌ねじ部と、前記第１もしくは第２の荷重受け部材のいずれか他方の端面に接する荷重支持面とを備え、前記第２の荷重受け部材の荷重を支持するロックリングとを有し、前記ロックリングを径方向に分割可能に設けるとともに、前記雄ねじ部の前記荷重支持面と同一方向に向く側のフランクを根本部から山頂部に向けて前記荷重支持面に近づく方向に傾斜させ、前記雌ねじ部の前記荷重支持面とは反対側を向くフランクを根本部から山頂部に向けて前記荷重支持面から離れる方向に傾斜させ、前記第２の荷重受け部材から前記ロックリングに加えられる荷重により、前記ロックリングを径方向内側に引き込むことを特徴とする。

本発明の液体圧装置は、被締結部材の挿通孔に挿通されたボルトに予め引っ張り力を加えた状態でねじ結合する液体圧装置であって、前記被締結部材に配置される第１の荷重受け部材と、前記ボルトにねじ結合されるねじ孔を備え、前記第１の荷重受け部材に軸方向に移動自在に組み付けられて前記第１の荷重受け部材とにより圧力室を区画形成する第２の荷重受け部材と、前記第１もしくは第２の荷重受け部材のいずれか一方の外周面に設けられた雄ねじ部にねじ結合する雌ねじ部と、前記第１もしくは第２の荷重受け部材のいずれか他方の端面に接する荷重支持面とを備え、前記第２の荷重受け部材の荷重を支持するロックリングとを有し、前記ロックリングを径方向に分割可能に設けるとともに、前記雄ねじ部の前記荷重支持面と同一方向に向く側のフランクを根本部から山頂部に向けて前記荷重支持面に近づく方向に傾斜させ、前記雌ねじ部の前記荷重支持面とは反対側を向くフランクを根本部から山頂部に向けて前記荷重支持面から離れる方向に傾斜させ、前記第２の荷重受け部材から前記ロックリングに加えられる荷重により、前記ロックリングを径方向内側に引き込むことを特徴とする。

本発明によれば、何らかの理由により油圧を規定の値まで高めることができない場合であっても、ロックリングを分解してボルトの軸力を解除することができるので、この液体圧装置を容易に取り外すことができる。

また、本発明によれば、ロックリングの雌ねじ部における荷重支持側のフランク角をマイナスに設定したので、このロックリングを分割構造とした場合であっても、この液圧ナットを小型、軽量化することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態である液圧ナットが用いられたガスタービンの一部を示す断面図であり、図２は図１に示す液圧ナットの詳細を示す斜視図であり、図３は図１に示す液圧ナットの使用状態（締め付け前）を示す断面図であり、図４は図１に示す液圧ナットの使用状態（締め付け後）を示す断面図である。

図１に示すガスタービン１１は発電所等の動力プラントで用いられる従来から知られたものであり、そのタービンケース１２内には高温、高圧とされたガスの熱エネルギを機械的エネルギに変換する図示しないタービン軸が収容されている。

被締結部材としてのタービンケース１２はアッパーケース１３とアンダーケース１４とに分割可能に形成されており、各ケース１３，１４のフランジ１３ａ，１４ａに形成された挿通孔１３ｂ，１４ｂにはボルト１５が挿通されている。このボルト１５は一方のフランジ１４ａ側から挿通され、他方のフランジ１３ａ側から突出しており、そのねじ部１５ａには液体圧装置としての液圧ナット１６がねじ結合されている。これにより、ボルト１５の頭部１５ｂと液圧ナット１６の間にフランジ１３ａ，１４ａを挟み込んでタービンケース１２が組立てられる。その際、液圧ナット１６はボルト１５に予め引っ張り力を加えた状態でねじ結合して、締結後におけるボルト１５に軸力を生じた状態として締結の緩みを防止するようになっている。

図２に示すように、液圧ナット１６は第１の荷重受け部材１７と第２の荷重受け部材１８およびロックリング２１とを有しており、その外形は略円筒状に形成されている。

図３、図４に示すように、第１の荷重受け部材１７は円盤状に形成された底壁部２２と円筒状に形成された側壁部２３とを有する円環状に形成されている。底壁部２２と側壁部２３は一体に形成されており、その材質は鋼材となっている。そして、第１の荷重受け部材１７は底壁部２２に形成された締結面２２ａにおいてフランジ１３ａに配置される。また、側壁部２３の内側はシリンダ２４となっており、フランジ１３ａから突出するボルト１５のねじ部１５ａは底壁部２２の軸心に設けられた貫通孔２２ｂからシリンダ２４内に突出する。

一方、第２の荷重受け部材１８は大径円筒部２５と小径円筒部２６とを有する略円環状に形成されている。大径円筒部２５と小径円筒部２６は互いに同軸となって一体に形成されており、その材質は鋼材となっている。大径円筒部２５にはピストン部２５ａが設けられており、この第２の荷重受け部材１８はこのピストン部２５ａがシリンダ２４に軸方向に摺動自在に係合され、小径円筒部２６の外周面が貫通孔２２ｂの内周面に摺動自在に係合された状態で、第１の荷重受け部材１７に軸方向に移動自在に組み付けられている。そして、第１の荷重受け部材１７と第２の荷重受け部材１８との間にはシリンダ２４とピストン部２５ａとにより円環状の圧力室２７が区画形成されている。この圧力室２７は第２の荷重受け部材１８が第１の荷重受け部材１７から離れる方向に移動するとその容積が増加し、第１の荷重受け部材１７に近づく方向に移動するとその容積は低減する。

大径円筒部２５と小径円筒部２６には軸心を貫通するようにねじ孔２８が設けられており、第２の荷重受け部材１８はこのねじ孔２８においてボルト１５にねじ結合されるようになっている。したがって、第２の荷重受け部材１８が第１の荷重受け部材１７から離れる方向に移動すると、ボルト１５は第２の荷重受け部材１８から引っ張り力を加えられることになる。

第２の荷重受け部材１８には圧力室２７の内部に作動媒体としての作動油つまり油圧を供給するために３つの給排ポート３１が設けられている。これらの給排ポート３１は大径円筒部２５の外部に露出する側の端面２５ｂから圧力室２７の内部に向けて貫通しており、端面２５ｂに開口する接続用ねじ部３１ａにおいて図示しない油圧ポンプと接続されるようになっている。そして、油圧ポンプによりこの給排ポート３１を介して圧力室２７の内部に油圧を供給することができるようになっている。このとき、いずれかの給排ポート３１は油圧供給の初期における空気抜き用として開放され、圧力室２７の内部が作動油に満たされた後に図示しないプラグ等で閉塞される。なお、本実施の形態においては、給排ポート３１は第２の荷重受け部材１８に３つ設けられているが、これに限らず、外部と圧力室２７とに連通していれば、例えば第１の荷重受け部材１７に設けるようにしてもよく、また、その数は任意に設定することができる。さらに、空気抜き用のポートを給排ポート３１とは別に、例えば第１の荷重受け部材１７に形成するようにしてもよい。

図２に示すように、ロックリング２１は鋼材により半円環状に形成された２つの半割リング３２，３３からなっている。そして、これらの半割リング３２，３３を互いに周方向の両端部３２ａ，３３ａを接した状態としてねじ部材３４により締結して、ロックリング２１は円環状に形成される。つまり、このロックリング２１は径方向に分割可能に形成されている。ねじ部材３４は各々の半割リング３２，３３の外周面に形成された切り欠き部３２ｂ，３３ｂにおいてねじ結合されており、ロックリング２１の外形寸法を拡大しない程度の小さなものとなっている。また、半割リング３２と半割リング３３との締結部分における端部３２ａ，３３ａにはＶ溝３５が形成されており、ねじ部材３４を取り外した後にこのＶ溝３５にたがね等を打ち付けてロックリング２１を容易に分割することができるようになっている。

このロックリング２１の内周面には雌ねじ部３６が形成されており、ロックリング２１はこの雌ねじ部３６において大径円筒部２５の外周面に形成された雄ねじ部２５ｃにねじ結合されるようになっている。また、このロックリング２１の軸方向に垂直となる一端面（図３中下側の端面）には荷重支持面２１ａが形成されており、この荷重支持面２１ａは側壁部２３の開口側の端面２３ａに対向するようになっている。そして、ロックリング２１を周方向に回すことにより、荷重支持面２１ａと端面２３ａとが接する位置までロックリング２１を軸方向に移動させることができるようになっている。

図５（ａ）は図３に示すロックリングの雌ねじ部を拡大して示す断面図であり、図５（ｂ）は（ａ）に示す雌ねじ部に荷重が加えられたときの状態を示す断面図である。また、図６（ａ），（ｂ）は図５に示す雌ねじ部の変形例を示す断面図である。なお、図６（ａ），（ｂ）においては前述した部材に対応する部材には同一の符号が付されている。

図５（ａ）に示すように、大径円筒部２５に形成された雄ねじ部２５ｃは、そのねじ山３７が基本的には角ねじに形成されるとともに、一対のフランク３７ａ，３７ｂのうち荷重支持側つまり荷重支持面２１ａと同一方向に向く側のフランク３７ｂが根本部から先端部に向けて荷重支持面２１ａに近づく方向に傾斜するように形成されている。つまり、このフランク３７ｂの傾斜角つまりフランク角αは、例えば０°〜−１０°程度の範囲でマイナスとされており、本実施の形態の場合では約−３°に設定されている。これに合わせてロックリング２１に形成される雌ねじ部３６はそのねじ山３８が基本的には角ねじに形成されるとともに、そのねじ山３８の一対のフランク３８ａ，３８ｂのうち荷重支持側つまり荷重支持面２１ａとは反対側に向くフランク３８ａが根本部から先端部に向けて荷重支持面２１ａから離れる方向に傾斜するように形成されている。つまり、このフランク３８ａの傾斜角つまりフランク角はねじ山３７のフランク３７ｂと同様にマイナスの値となるフランク角αとなっている。そして、これらのフランク角αは、図５（ｂ）に示すように、ロックリング２１に第２の荷重受け部材１８から荷重が加えられて各ねじ山３７，３８が軸方向に曲げられても、常にマイナスの範囲となるように設定されており、本実施の形態の場合では、荷重が加えられた場合のフランク角αが約−１°となるように設定されている。本実施の形態においては、図５に示すように、雌ねじ部３６は角ねじを基本としているが、これに限らず、例えば図６（ａ）に示すように、雌ねじ部３６と雄ねじ部２５ｃを三角ねじを基本として、その荷重支持側のフランク角αをマイナスに設定したり、図６（ｂ）に示すように、雄ねじ部２５ｃがマイナスのフランク角αに設定された荷重支持側のフランク３７ａと非荷重支持側のフランク３７ｂとが平行に設定された断面菱形のねじ山３７を有し、雌ねじ部３６がマイナスのフランク角αに設定された荷重支持側のフランク３８ａと非荷重支持側のフランク３８ｂとが平行に設定された断面菱形のねじ山３８を有するようにしてもよい。

図７（ａ）は図３に示すシールリングの詳細を示す斜視図であり、図７（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。また、図８はシールリングの装着状態を拡大して示す断面図であり、図９（ａ）〜（ｄ）は図７に示すシールリングの変形例を示す断面図である。なお、図９（ａ）〜（ｄ）においては前述した部材に対応する部材には同一の符号が付されている。

この液圧ナット１６には圧力室２７に供給される油圧の漏洩を防止するために２つのシールリング４４，４５が設けられている。

シールリング４４は圧力室２７の一方の端部つまり貫通孔２２ｂと小径円筒部２６との摺動部に設けられており、貫通孔２２ｂと小径円筒部２６との摺動部からの油圧の漏れを防止するようになっている。また、シールリング４５は圧力室２７の他方の端部つまりシリンダ２４とピストン部２５ａとの摺動部に設けられており、シリンダ２４とピストン部２５ａとの摺動部からの油圧の漏れを防止するようになっている。

これらのシールリング４４，４５は基本的には同一の構造となっているので、以下にはシールリング４４の場合について説明する。

図７（ａ）に示すように、シールリング４４は鋼材により第１の湾曲部４６と第２の湾曲部４７および受圧部４８とを有する円環状に形成されており、図７（ｂ）に示すように、その断面形状は略Ｓ字形となっている。第１の湾曲部４６と第２の湾曲部４７は軸方向にずれて配置されており、これらの湾曲部４６，４７に連なる受圧部４８は第１の湾曲部４６から第２の湾曲部４７に向けてその径が縮小するテーパ状となっている。

図８に示すように、このシールリング４４は第１の荷重受け部材１７に形成された環状溝部５１に装着されており、第１の湾曲部４６を第１の荷重受け部材１７つまり環状溝部５１の内周面に接し、第２の湾曲部４７を第２の荷重受け部材１８つまり小径円筒部２６の外周面に接した状態となっている。また、このシールリング４４には軸方向の一方側つまり第１の湾曲部４６側の端部に位置決め用のストッパ部５２が形成されており、このストッパ部５２が締結面２２ａと平行に環状溝部５１に形成されたストッパ面５１ａに当接することによりシールリング４４は軸方向の位置決めが成されるようになっている。

このとき、このシールリング４４は第１の湾曲部４６と第２の湾曲部４７のうち圧力室２７から軸方向により離れた方の湾曲部つまり第１の湾曲部４６は、その外径が環状溝部５１の内径より大きく形成されるとともに、軽く冷やしばめされることにより、その径が縮小される方向に弾性変形した状態で第１の荷重受け部材１７に強く接するように装着されている。また、第２の湾曲部４７の内径は小径円筒部２６の外径より小さく形成されており、第２の湾曲部４７はその径が拡大される方向に弾性変形した状態で装着されている。つまり、このシールリング４４は第１の湾曲部４６と第２の湾曲部４７とが逆方向に弾性変形することにより、全体としてテーパ状に弾性変形した状態となって環状溝部５１に装着されている。したがって、第１の湾曲部４６はその弾性力により第１の荷重受け部材１７に向けて径方向シール力を生じた状態となり、第２の湾曲部４７はその弾性力により第２の荷重受け部材１８に向けて径方向シール力を生じた状態となっている。なお、シールリング４４の形状は図７に示すものに限らず、図９（ａ），（ｂ）に示すように、例えばストッパ部５２の剛性を確保するために、断面円形のストッパ部５３を形成するようにしてもよい。この場合、第１の湾曲部４６はこのストッパ部５３の外周面にストッパ部５３と一体に形成されることになる。また、この場合においてはストッパ部５３は断面円形に限らず、所定の剛性を確保することができる形状であれば、例えば、図９（ｃ）に示すように、断面俵形に形成してもよい。さらに、シールリング４４を円筒状に形成された円筒部材５４の一端にこの円筒部材５４と一体に形成するようにしてもよい。この場合ストッパ部５２は円筒部材５４の端部に設けられることになる。

次に、このような液圧ナット１６の作動について説明する。

まず、図３に示すように、第１の荷重受け部材１７をフランジ１３ａに配置し、貫通孔２２ｂから挿通されたボルト１５のねじ部１５ａを第２の荷重受け部材１８のねじ孔２８にねじ結合させる。このとき、圧力室２７には油圧は供給されておらず、第２の荷重受け部材１８は第１の荷重受け部材１７に近接している。

次に、いずれかの給排ポート３１に図示しない油圧ポンプを接続し、圧力室２７の内部に所定の圧力で作動油を供給する。この場合、圧力室２７に供給される油圧は約２５０Ｍｐａの超高圧とされている。そして、この油圧により第２の荷重受け部材１８は圧力室２７の容積を増加させる方向つまり第１の荷重受け部材１７から離れる方向に移動する。したがって、図４に示すように、第２の荷重受け部材１８にねじ結合しているボルト１５はねじ部１５ａが第２の荷重受け部材１８とともに移動して軸方向に引っ張り力が加えられた状態となり、この引っ張り力によりボルト１５は軸方向に伸びることになる。このとき、第２の荷重受け部材１８の移動により、ロックリング２１の荷重支持面２１ａと第１の荷重受け部材１７の端面２３ａとの間には隙間Ｌが生じる。このように、圧力室２７に供給される作動油のエネルギは、ボルト１５に引っ張り力を加える第２の荷重受け部材の移動である機械的エネルギに変換される。

次に、ロックリング２１の荷重支持面２１ａと第１の荷重受け部材１７の端面２３ａとが当接する位置までロックリング２１を移動させ、油圧ポンプによる油圧の供給を停止する。すると、圧力室２７の圧力が低下して第２の荷重受け部材１８にはボルト１５の弾性力により第１の荷重受け部材１７に近づく方向の荷重を加えられるが、第２の荷重受け部材１８はボルト１５から加えられる荷重がロックリング２１に支持された状態となって第１の荷重受け部材１７側への移動が制限されているので、ボルト１５から第２の荷重受け部材１８に加えられる荷重はロックリング２１を介して第１の荷重受け部材１７に加えられることになる。したがって、油圧を抜いた後でも、ボルト１５には引っ張り力が加えられた状態となっており、つまり、ボルト１５が軸力を生じた状態でタービンケース１２の締結が行われることになる。そして、このボルト１５の軸力により液圧ナット１６の締結面２２ａは強くフランジ１３ａに接触し、締結の緩みが防止されることになる。

ここで、ボルト１５に引っ張り力を加えるために圧力室２７に油圧が供給されると、その油圧はシールリング４４，４５にも加えられることになる。しかし、シールリング４４，４５は各湾曲部４６，４７が径方向に弾性変形した状態で環状溝部５１に装着されており、また、第１の湾曲部４６と第２の湾曲部４７とが軸方向にずれて配置されているので、環状溝部５１に装着された状態では、各湾曲部４６，４７の弾性変形に加えてシールリング４４，４５が全体的にテーパ状に弾性変形するので、このシールリング４４，４５の径方向の弾性変形量は大きくなり、この弾性力により強い径方向シール力を得ることができる。また、第１の荷重受け部材１７と第２の荷重受け部材１８との摺動部の幅寸法が、例えば熱が加えられることにより変化した場合であっても、このシールリング４４，４５の径方向の弾性変形量は大きいので、この弾性力により強い径方向シール力を得ることができる。

このように、この液圧ナット１６では圧力室２７の端部に設けられるシールリング４４，４５のシール力を向上させることができるので、この液圧ナット１６に供給される油圧の上限を高めることができる。また、圧力室２７に供給される油圧の上限値が高められることは、シリンダ２４やピストン部２５ａの受圧面積が小さく形成された場合であっても、圧力室２７に加える油圧を高めてボルト１５に所望の引っ張り力を加えることができることになるので、圧力室２７を小さく形成してこの液圧ナット１６を小型、軽量化することができる。

また、このシールリング４４，４５は第１の湾曲部４６が第１の荷重受け部材１７と線接触し、第２の湾曲部４７が第２の荷重受け部材１８に線接触することによりシール力を発生する。つまり、シール力を生じる部分が湾曲しているので、例えば、ボルト１５が傾斜した場合など、第１の荷重受け部材１７と第２の荷重受け部材１８の軸方向がずれた場合であっても、そのずれを吸収してシール力を維持することができる。

このように、この液圧ナット１６では、ボルト１５が傾斜した場合であっても、シールリング４４，４５のシール力が低下することがない。

さらに、このシールリング４４，４５では、油圧が加えられた受圧部４８にはストッパ部５２により軸方向への移動が規制されている第１の湾曲部４６を支点として締結面２２ａに平行となる方向に傾斜が増すような力が加えられることになる。そして、受圧部４８に傾斜が増す方向の力が加えられると、その荷重は第１の湾曲部４６を径方向の外側に向けて付勢し、第２の湾曲部４７を径方向の内側に向けて付勢することになる。つまり受圧部４８に加えられる圧力つまり油圧は各湾曲部４６，４７の径方向シール力に変換されることになり、これにより、各湾曲部４６，４７におけるシール力は増加する。

このように、この液圧ナット１６では、受圧部４８に加えられる圧力は各湾曲部４６，４７の径方向シール力に変換されるので、シールリング４４，４５のシール力を高めて、この液圧ナット１６に供給される油圧の上限を高めることができる。

ところで、この液圧ナット１６はタービンケース１２の組立に用いられているので、締結後の液圧ナット１６は高温環境下におかれることになる。しかし、この液圧ナット１６では、シールリング４４，４５は各湾曲部４６，４７において第１の荷重受け部材１７もしくは第２の荷重受け部材１８に線接触しているので、このシールリング４４，４５の端部が高熱により多少溶けたり変形したりしても、シール力には影響は及ばない。つまり、この液圧ナット１６を高温環境下で使用した場合であっても、シールリング４４，４５によるシール力は維持されることになり、この液圧ナット１６の高温環境下での耐久性は向上される。したがって、例えばガスタービン１１の保守、点検等を行うために、液圧ナット１６による締結を解除する場合であっても、圧力室２７に規定の油圧を供給しても油圧が漏れることが無く、容易にこの液圧ナット１６を取り外すことができる。

このように、この液圧ナット１６では、シールリング４４，４５は各湾曲部４６，４７において第１の荷重受け部材１７もしくは第２の荷重受け部材１８に線接触しているので、高温環境下で使用した場合であってもシール力は維持されることになり、この液圧ナット１６の高温環境下での耐久性を向上させることができる。

一方、この液圧ナット１６ではロックリング２１は分割可能に形成されているので、液圧ナット１６を取り外す際に何らかの理由により油圧を規定の値まで高めることができない場合であっても、ロックリング２１を分解して第２の荷重受け部材１８に加わる荷重を解除することができる。また、その際、各半割リング３２，３３の結合面にはＶ溝３５が形成されているので、このＶ溝３５にたがね等を打ち付けることにより容易にロックリング２１を分解することができる。

このように、この液圧ナット１６ではロックリング２１を分割可能に形成したので、何らかの理由により油圧を規定の値まで高めることができない場合であっても、ロックリング２１を分解してこの液圧ナット１６を容易に取り外すことができる。

また、ロックリング２１は第２の荷重受け部材１８を介して伝達されるボルト１５の軸力を支持しているときには、図５（ｂ）に示すように、その内周面に形成された雌ねじ部３６のねじ山３８は弾性変形することになる。このとき、ロックリング２１の雌ねじ部３６と第２の荷重受け部材１８の雄ねじ部２５ｃとはその荷重支持側のフランク３７ｂ，３８ａはマイナスに形成されているので、第２の荷重受け部材１８からロックリング２１に加えられる荷重はロックリング２１を第１の荷重受け部材１７に向けて軸方向に押し付ける荷重と、このロックリング２１を径方向の内側に引き込む方向の荷重とに分解される。したがって、ボルト１５からの荷重を支持した状態のロックリング２１は第２の荷重受け部材１８に引き寄せられることになる。つまり、このロックリング２１を半割リング３２，３３をねじ部材３４を用いて組み立てた分割可能な構造に形成した場合であっても、これらの半割リング３２，３３は雌ねじ部３６の分力により強く締結されることになるので、これらの半割リング３２，３３の径方向の厚み寸法を小さくし、また、これらの半割リング３２，３３を組み立てるためのねじ部材３４をロックリング２１の外形寸法に影響を及ぼさない程度の小さなものとして、このロックリング２１、つまりは液圧ナット１６を小型、軽量化することができる。

このように、この液圧ナット１６では、第２の荷重受け部材１８の雄ねじ部２５ｃにおける荷重支持側のフランク３７ｂとロックリング２１の雌ねじ部３６における荷重支持側のフランク３８ａをマイナスに設定したので、このロックリング２１を分割構造とした場合であっても、この液圧ナット１６を小型、軽量化することができる。

図１０は図２に示す液圧ナットの変形例を示す断面図であり、図１１は図１０に示すシールリングの装着状態を拡大して示す断面図である。なお、図１０、図１１においては前述した部材に対応する部材には同一の符号が付されている。

図１０に示す液圧ナット６０は、ピストン部２５ａの締結面２２ａから遠い側において第１の荷重受け部材１７の内周面と第２の荷重受け部材１８の外周面とに軸方向に摺動自在となる円環状の荷重入力ピストン６１を有している。また、第２の荷重受け部材１８には荷重入力ピストン６１と対向して第１の荷重受け部材１７の内周面に摺接する反力受け部６２が設けられており、この反力受け部６２と荷重入力ピストン６１とにより、第１の荷重受け部材１７と第２の荷重受け部材１８との間には荷重入力用圧力室６３が区画形成されている。なお、符号６４〜６７は、荷重入力用圧力室からの油圧の漏れを防止するためのシール部材であり、これらのシール部材６４〜６７としては従来から知られたＯリング等が用いられる。

反力受け部６２には、図示しない油圧ポンプから荷重入力用作動媒体としての作動油が供給される給排ポート６８が設けられており、この給排ポート６８を介して荷重入力用圧力室６３の内部に所定の圧力の作動油を供給することができるようになっている。そして、荷重入力用圧力室６３に作動油つまり油圧を供給することにより、荷重入力ピストン６１に締結面２２ａ側に向く荷重が加えられるようになっている。

荷重入力ピストン６１と圧力室２７との間には円筒状に形成された荷重伝達ピストン７１が装着されており、この荷重伝達ピストン７１はその外周面が第１の荷重受け部材１７の内周面と摺接し、その内周面がピストン部２５ａの外周面と摺接して軸方向に移動自在となっている。また、この荷重伝達ピストン７１の軸方向の一端は荷重入力ピストン６１と接しており、他端には圧力室２７の一方の端部に配置された金属製のシールリング７２が一体に形成されている。このシールリング７２としては、図７に示すシールリング４４と同様に、第１の荷重受け部材１７の内周面に接する第１の湾曲部４６とピストン部２５ａの外周面に接する第２の湾曲部４７とを有するものが用いられている。なお、図示する場合には、荷重伝達ピストン７１とシールリング７２とは一体に形成されているが、これらは別体に形成されていてもよい。

一方、圧力室２７の内部には作動媒体としての作動油が封入されており、この作動油の圧力を高めることにより圧力室２７の容積を増加させて第２の荷重受け部材１８を第１の荷重受け部材１７から離れる方向に移動させることができるようになっている。

このような構造の液圧ナット６０では、荷重入力用圧力室６３に油圧を供給して荷重入力ピストン６１に荷重が加えられると、その荷重は荷重伝達ピストン７１を介してシールリング７２に伝達され、つまりシールリング７２が荷重伝達ピストン７１を介して荷重入力ピストン６１に押されることにより圧力室２７の圧力が高められ、第２の荷重受け部材１８は第１の荷重受け部材１７から離れる方向に移動してボルト１５に引っ張り力が加えられることになる。

また、この荷重伝達ピストン７１のシールリング７２を介して圧力室２７に封入された作動油に荷重を伝達する端面の面積つまり受圧面積Ａ１は、ピストン部２５ａの受圧面積Ａ２より小さく設定されており、荷重伝達ピストン７１が作動油を介して第２の荷重受け部材１８に加える荷重は受圧面積比に比例倍つまりＡ２／Ａ１倍となって伝達されることになる。したがって、荷重入力用圧力室６３に供給される油圧を低くしても所望の引っ張り力をボルト１５に出力することが可能となる。

このように、この液圧ナット６０では、荷重入力用圧力室６３に供給される荷重入力用作動媒体の圧力より圧力室２７の内部の作動油の圧力を高くすることができるので、圧力室２７を区画形成する第１と第２の荷重受け部材１７，１８の受圧面積Ａ２を小さくして、この液圧ナット６０を小型、軽量化することができる。

一方、荷重入力用圧力室６３に作動油が供給されて荷重入力ピストン６１に荷重が加えられると、反力受け部６２にその反力が加わることになる。そして、この反力により反力受け部６２つまり第２の荷重受け部材１８は第１の荷重受け部材１７から離れる方向に移動されてボルト１５に引っ張り力を加えることになる。つまり、荷重入力ピストン６１の荷重が反力受け部６２を介して伝達されることによりボルト１５に引っ張り力が加えられる。

したがって、この液圧ナット６０では、ボルト１５に引っ張り力を加える荷重は、圧力室２７が加圧されることにより伝達される荷重と、反力受け部６２を介して加えられる荷重とに分散されることになり、シールリング７２の負担を軽減してこの液圧ナット６０の作動をより確実なものとすることができる。

このように、この液圧ナット６０では、ボルト１５に引っ張り力を加えるための荷重を、第２の荷重受け部材１８を介して直接ボルト１５に加えられるものと、圧力室２７の圧力が高められることによるものとに分散させることができるので、シールリング７２の負担を軽減して、この液圧ナット６０の作動をより確実なものとすることができる。

ところで、図１１に示すように、この液圧ナット６０の圧力室２７の他方の端部に形成された環状溝部７３にはシールリング７４が装着されている。このシールリング７４は、図２に示す液圧ナット１６に設けられたシールリング４４と同様に、第１の荷重受け部材１７と接する第１の湾曲部７５と第２の荷重受け部材１８と接する第２の湾曲部７６および環状溝部７３のストッパ面７３ａに接する位置決め用のストッパ部７７を有する断面Ｓ字形状に形成されている。

このシールリング７４では、第１の湾曲部７５と第２の湾曲部７６のうちストッパ部７７に対して軸方向により離れた方の湾曲部、つまり、この場合であっては第２の湾曲部７６は、第２の荷重受け部材１８に対して接点Ａにおいて接している。また、第１の湾曲部７５は第１の荷重受け部材１７に対して接点Ｂで接しており、その接点Ｂは接点Ａに対して軸方向にずれている。また、ストッパ面７３ａは、締結面２２ａに対して、この断面における接点Ａと接点Ｂとを通る直線ＡＢと同一方向に角度θ１だけ傾斜しており、ストッパ部７７はこのストッパ面７３ａに接点Ｃにおいて接して、このシールリング７４の軸方向に移動を規制している。

そして、このシールリング７４では、接点Ａと接点Ｃとを通る直線ＡＣがストッパ面となす角度θ２は、直線ＡＣの軸方向に対する角度θ３より小さく設定されている。つまり、この断面におけるストッパ面７３ａの延長線と第２の荷重受け部材１８との交点をＤとした場合、線分ＣＤは線分ＡＤより長く設定されている。この場合、ストッパ面７３ａは締結面２２ａに対して傾斜するように形成されているので、接点Ａと接点Ｃの位置関係が同じであっても角度θ２を小さくすることができるので、角度θ２＜角度θ３の関係を作り易くすることができる。

シールリング７４の各接点の関係を前述のような設定としたことにより、圧力室２７に供給された油圧により、このシールリング７４は第１の湾曲部７５と第２の湾曲部７６との軸方向の間隔を狭める方向に押されることになり、これにより、第１の湾曲部７５と第２の湾曲部７６とは、常に、第１の荷重受け部材１７もしくは第２の荷重受け部材１８に向けて押し付けられて、そのシール力が向上されることになる。

また、万が一、第１の湾曲部７５が第１の荷重受け部材１７から離れて接点Ｂから油圧が漏れた場合であっても、油圧によりシールリング７４自体がストッパ面７３ａに向けて押されることによりストッパ部７７とストッパ面７３ａの接点Ｃにおいて油圧をシールすることができるとともに、第１の湾曲部７５が油圧により直ちに第１の荷重受け部材１７に向けて押し返されてシール力を自己回復することができる。

このように、この液圧ナット６０では、第１の湾曲部７５は油圧により直ちに第１の荷重受け部材１７に向けて押し返されてシール力を自己回復することができるので、このシールリング７４のシール力を高めるとともに、そのシール力を安定させることができる。

なお、この場合、便宜上、図１１に示す断面図における各接点Ａ，Ｂ，Ｃおよび直線ＡＢ，ＡＣ等を用いてシールリング７４の形状を説明をしているが、実際には、第１の湾曲部７５や第２の湾曲部７６、ストッパ部７７は第１の荷重受け部材１７や第２の荷重受け部材１８、ストッパ面７３ａに対して線接触つまり接触線において接しており、各直線ＡＢ，ＡＣ等は、これらの接触線を通る円錐面となっている。

図１２は図１０に示す液圧ナットの変形例を示す断面図であり、図１２においては前述した部材に対応する部材には同一の符号が付されている。

図１２に示す液圧ナット８０に用いられる第２の荷重受け部材１８には、大径円筒部２５と大径円筒部２５より小径に形成された小径円柱部８１とが設けられており、荷重入力ピストン６１の内周面は小径円柱部８１の外周面に摺接するようにされている。この場合、ボルト１５がねじ結合されるねじ孔２８は大径円筒部２５にのみ形成されており、ねじ孔２８は小径円柱部８１には達していない。つまり、ねじ孔２８は第２の荷重受け部材１８を貫通していない。これにより、小径円柱部８１の径寸法をねじ孔２８の径寸法以下となる程度に、大径円筒部２５に対して十分に小径に形成することができる。

したがって、荷重入力ピストン６１の受圧面積を、図１０に示す液圧ナット６０の場合より大きくすることができ、荷重入力用圧力室６３に供給する油圧をさらに低下させても、所望の引っ張り力をボルト１５に加えることができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、前記実施の形態においては、この液圧ナット１６をタービンケース１２の組立に用いているが、これに限らず、他の被締結部材を締結するために用いてもよい。

また、前記実施の形態においては、第１の荷重受け部材１７と第２の荷重受け部材１８およびロックリング２１は鋼材により形成されているが、これに限らず、所定の強度を有し、且つ所定の熱負荷に耐え得るものであれば、他の金属材料等により形成するようにしてもよい。

さらに、前記実施の形態においては、ロックリング２１は第２の荷重受け部材１８の外周面に設けられているが、これに限らず、第１の荷重受け部材１７の外周面に設けるようにしてもよい。この場合、荷重支持面２１ａは第２の荷重受け部材１８の端面と接することになる。

さらに、前記実施の形態においては、作動媒体として作動油が用いられているが、これに限らず、例えば水などのように非圧縮性で流動性を有する媒体であればよい。

さらに、前記実施の形態においては、シールリング４４は、冷やしばめにより第１の湾曲部４６が第１の荷重受け部材１７に強く接するようにされているが、これに限らず、圧力室２７からより離れた方の湾曲部を第１の荷重受け部材１７もしくは第２の荷重受け部材１８に強く接触するために、シールリング４４を焼きばめして装着するようにしてもよい。

本発明の一実施の形態である液圧ナットが用いられたガスタービンの一部を示す断面図である。 図１に示す液圧ナットの詳細を示す斜視図である。 図１に示す液圧ナットの使用状態（締め付け前）を示す断面図である。 図１に示す液圧ナットの使用状態（締め付け後）を示す断面図である。 （ａ）は図３に示すロックリングの雌ねじ部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す雌ねじ部に荷重が加えられたときの状態を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は図５に示す雌ねじ部の変形例を示す断面図である。 （ａ）は図３に示すシールリングの詳細を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 シールリングの装着状態を拡大して示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は図７に示すシールリングの変形例を示す断面図である。 図２に示す液圧ナットの変形例を示す断面図である。 図１０に示すシールリングの装着状態を拡大して示す断面図である。 図１０に示す液圧ナットの変形例を示す断面図である。

符号の説明

１１ ガスタービン
１２ タービンケース
１３ アッパーケース
１４ アンダーケース
１３ａ，１４ａ フランジ
１３ｂ，１４ｂ 挿通孔
１５ ボルト
１５ａ ねじ部
１５ｂ 頭部
１６ 液圧ナット
１７ 第１の荷重受け部材
１８ 第２の荷重受け部材
２１ ロックリング
２１ａ 荷重支持面
２２ 底壁部
２２ａ 締結面
２２ｂ 貫通孔
２３ 側壁部
２３ａ 端面
２４ シリンダ
２５ 大径円筒部
２５ａ ピストン部
２５ｂ 端面
２５ｃ 雄ねじ部
２６ 小径円筒部
２７ 圧力室
２８ ねじ孔
３１ 給排ポート
３１ａ 接続用ねじ部
３２，３３ 半割リング
３２ａ，３３ａ 端部
３２ｂ，３３ｂ 切り欠き部
３４ ねじ部材
３５ Ｖ溝
３６ 雌ねじ部
３７ ねじ山
３７ａ，３７ｂ フランク
３８ ねじ山
３８ａ，３８ｂ フランク
４４，４５ シールリング
４６ 第１の湾曲部
４７ 第２の湾曲部
４８ 受圧部
５１ 環状溝部
５１ａ ストッパ面
５２，５３ ストッパ部
５４ 円筒部材
６０ 液圧ナット
６１ 荷重入力ピストン
６２ 反力受け部
６３ 荷重入力用圧力室
６４〜６７ シール部材
６８ 給排ポート
７１ 荷重伝達ピストン
７２ シールリング
７３ 環状溝部
７３ａ ストッパ面
７４ シールリング
７５ 第１の湾曲部
７６ 第２の湾曲部
７７ ストッパ部
８０ 液圧ナット
８１ 小径円柱部
Ａ，Ｂ，Ｃ 接点
Ａ１，Ａ２ 受圧面積
ＡＢ，ＡＣ 直線
ＡＤ，ＣＤ 線分
Ｌ 隙間
α フランク角
θ１，θ２，θ３ 角度

Claims (2)

1. 圧力室内に供給される作動媒体のエネルギを機械的エネルギに変換する液体圧装置であって、
   第１の荷重受け部材と、
   前記第１の荷重受け部材に相対移動自在に組み付けられ、前記第１の荷重受け部材とにより前記圧力室を区画形成する第２の荷重受け部材と、
   前記第１もしくは第２の荷重受け部材のいずれか一方の外周面に設けられた雄ねじ部にねじ結合する雌ねじ部と、前記第１もしくは第２の荷重受け部材のいずれか他方の端面に接する荷重支持面とを備え、前記第２の荷重受け部材の荷重を支持するロックリングとを有し、
   前記ロックリングを径方向に分割可能に設けるとともに、
   前記雄ねじ部の前記荷重支持面と同一方向に向く側のフランクを根本部から山頂部に向けて前記荷重支持面に近づく方向に傾斜させ、前記雌ねじ部の前記荷重支持面とは反対側を向くフランクを根本部から山頂部に向けて前記荷重支持面から離れる方向に傾斜させ、
   前記第２の荷重受け部材から前記ロックリングに加えられる荷重により、前記ロックリングを径方向内側に引き込むことを特徴とする液体圧装置。
2. 被締結部材の挿通孔に挿通されたボルトに予め引っ張り力を加えた状態でねじ結合する液体圧装置であって、
   前記被締結部材に配置される第１の荷重受け部材と、
   前記ボルトにねじ結合されるねじ孔を備え、前記第１の荷重受け部材に軸方向に移動自在に組み付けられて前記第１の荷重受け部材とにより圧力室を区画形成する第２の荷重受け部材と、
   前記第１もしくは第２の荷重受け部材のいずれか一方の外周面に設けられた雄ねじ部にねじ結合する雌ねじ部と、前記第１もしくは第２の荷重受け部材のいずれか他方の端面に接する荷重支持面とを備え、前記第２の荷重受け部材の荷重を支持するロックリングとを有し、
   前記ロックリングを径方向に分割可能に設けるとともに、
   前記雄ねじ部の前記荷重支持面と同一方向に向く側のフランクを根本部から山頂部に向けて前記荷重支持面に近づく方向に傾斜させ、前記雌ねじ部の前記荷重支持面とは反対側を向くフランクを根本部から山頂部に向けて前記荷重支持面から離れる方向に傾斜させ、
   前記第２の荷重受け部材から前記ロックリングに加えられる荷重により、前記ロックリングを径方向内側に引き込むことを特徴とする液体圧装置。
   

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