JP5530799B2 - グランドパッキン装着方法 - Google Patents

Description

本発明は、主にポンプやバルブ等の流体機器における流体の漏れ止め手段として使用されるグランドパッキンの装着方法に関するものである。

この種のグランドパッキンは、特許文献１や特許文献２において開示されるように、紐状の編組繊維又はテープ状のシートをリング状や環状に成形して成るものが一般的であり、スタフィングボックス等の流体機器の軸封部の他、半導体製造や医療・医薬品製造、食品加工、化学工業等の各種技術分野の製造工程で取り扱われる高純度液や超純水、薬液、或いは洗浄液の配管系等、種々の箇所において用いられる。

グランドパッキンを用いて軸封、即ちシールを行うには、通常、特許文献３に示されるように、スタフィングボックス等のケーシングの軸挿通口部に挿通される軸とケーシングとの間の環状空間部に複数のグランドパッキンを装填し、それからパッキン押えを用いてそれら複数のグランドパッキンを軸心方向に圧縮する。その軸心方向圧縮により、各グランドパッキンが径方向に拡がり変形してケーシングと軸との双方に圧接され、シールとして機能するようになる。

グランドパッキンは、使用される軸封部への装填性（組付性）を良くするために、ケーシングと軸との間隙寸法より僅かに小さいものとして製作されている。従って、使用時には大きな圧縮力を付与する初期締付を行い、複数全てのグランドパッキンを径方向に強制変形させてシール機能を発揮させる作業が必要である。グランドパッキンの数が多いときには、奥に装填されるグランドパッキンにも十分な軸方向圧縮力が作用するよう、ランタンリングを用いる等の分割締付（２〜３回に分けて締付ける作業）が行われる場合もあった。

つまり、図６（ａ）に示すように、軸１とケーシング３とによる環状空間部６に、複数のグランドパッキンＧが装填され、自由状態においては径方向ですきまｓを有している。そして、パッキン押え４でもって軸心Ｐ方向に押し付けることにより、図６（ｂ）に示すように、各グランドパッキンＧが軸心Ｐ方向に圧縮され、それによって径方向に拡がり変形され、軸１の外周面１Ａ及びケーシング３の内周面３Ａとに強く圧接され、シール機能が発揮されるようになるのである。

グランドパッキンＧの数が多い場合には、図７（ａ）に示すように、軸心Ｐ方向で奥側に配備されるグランドパッキンＧの軸心Ｐ方向で手前側にランタンリング７及びエクステンションリング８を配置し、それから図７（ｂ）に示すように、パッキン押え４で両リング７，８を介して奥側の所定個数グランドパッキンＧを予備圧縮し、それからエクステンションリング８は除去し、図示は省略するが、ランタンリング７の手前側に残りのグランドパッキンＧを装填して再度パッキン押え４で軸心Ｐ方向に圧縮する、という操作手順、即ち、分割締付が行われる。

ところで、近年の機器においては省スペース化や低コスト化を狙って従来に比べてコンパクトに設計されているため、所用スペースが取れず上述した分割締付が行えないことが多くなってきている。その場合には１回締付による初期締付を行うこととなるが、それによって不都合の出ることが知見されてきている。即ち、グランドパッキンとケーシング及び軸との間には摩擦抵抗があるため、例えば図８（ａ）に示す複数のグランドパッキンＧを１回締付で圧縮させるとする。

すると、図８（ｂ）に示すように、軸心Ｐ方向で奥に配置されるグランドパッキンＧ程、軸心Ｐ方向への締付力（圧縮力）が減衰されて小さくなり、その結果、径方向への圧接力が小さくなることが判ってきた。つまり、図８（ｂ）に多数の矢印及びその先端を繋ぐ線分で示される圧接力分布図のように、グランドパッキンＧに作用する径方向（軸心Ｐ方向に直交する方向である矢印イ方向）の応力は奥に行く程顕著に小さくなる。従って、全体としてグランドパッキンＧとケーシング３及び軸１との接触状態が不安定となり、その結果シール性が不安定になるという問題である。

特開２００７−２２４９６９号公報 特開２０００−１７０９２０号公報 実開平５−０３６１８１号公報

本発明の目的は、パッキン押えによって軸心方向に圧縮させる従来の操作を維持して、機器のコンパクト化の妨げとなることがないようにしながらも、奥に装填されるグランドパッキン程シール性が不確実になる傾向が是正され、複数のグランドパッキンのシール性が極力均一化されるように改善されるグランドパッキン装着方法を提供する点にある。

請求項１に係る発明は、ケーシング３の軸挿通口部に挿通される軸Ｊと前記ケーシング３との間の環状空間部６に、複数のグランドパッキンＧを装填するとともに、前記軸Ｊの軸心Ｐ方向に並ぶ複数の前記グランドパッキンＧをパッキン押え４を用いて軸心Ｐ方向に押し付けるグランドパッキン装着方法において、
前記グランドパッキンＧとして、その自由状態における径方向幅Ｗが前記環状空間部６の径方向幅Ｄより微増されたものを用い、
複数の前記グランドパッキンＧを前記環状空間部６に装填した時点でいずれの前記グランドパッキンＧにおいても径方向に圧縮されて互いに等しく圧接力が発生し、前記パッキン押え４で複数の前記グランドパッキンＧを軸心Ｐ方向に押し付けた状態においては、複数の前記グランドパッキンＧに基準値ｋを越える径方向の圧接力を発生させ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に記載のグランドパッキン装着方法において、複数の前記グランドパッキンＧとして、前記環状空間部６の軸心Ｐ方向で奥に配置されるもの程前記径方向幅Ｗが大となるように設定されているものを用いることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のグランドパッキン装着方法において、前記グランドパッキンＧとして、その自由状態における前記径方向幅Ｗと前記環状空間部６の径方向幅Ｄとが、Ｗｍｍ＝Ｄｍｍ＋０〜０．６ｍｍで定義されるものを用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、グランドパッキンの自由状態における径方向幅が環状空間部の径方向幅より微増されたものを用いて装着するので、環状空間部にグランドパッキンを装填した時点で径方向に圧縮されて圧接力が発生し、従って、パッキン押えによる締付を行った後における径方向の圧接力が全体として十分に大きなものとなる。故に、奥側のグランドパッキンでは軸への圧接力が不足してシール性が不確実になるとか足りないといった従来の問題が解消又は軽減されるようになる。その結果、パッキン押えによって軸心方向に圧縮させる従来の操作を維持して、機器のコンパクト化の妨げとなることがないようにしながらも、奥に装填されるグランドパッキン程シール性が不確実になる傾向が是正され、安定したシール性能が得られるべく、複数のグランドパッキンのシール性が極力均一化されるように改善されるグランドパッキン装着方法を提供することができる。

請求項２の発明によれば、奥に配置されるグランドパッキンほど、環状空間部に装填された時点での軸に対する圧接力が大きくなるようになるから、パッキン押えで締付けられた正規の装着状態においては、各グランドパッキンの軸に対する圧接力を均一化又はほぼ均一化することが可能となり、請求項１の発明による前記効果が強化されるグランドパッキン装着方法を提供することができる。また、環状空間部に入れ込むだけて径方向の圧接力を生じさせるための径方向の寸法、即ち締り嵌め寸法としては、請求項３のように、グランドパッキンの径方向幅が環状空間部の径方向幅に０〜０．６ｍｍ足した値とすれば好都合である。

グランドパッキンと環状空間部との寸法関係を示す説明図 グランドパッキンの使用例を示す要部の断面図 グランドパッキンの径方向幅の例を示し、（ａ）は本発明品の表、（ｂ）は従来品の表 実施例１によるグランドパッキン装着方法を示す作用図 実施例２によるグランドパッキン装着方法を示す作用図 グランドパッキンの装着原理を示す作用図 分割締付によるグランドパッキン装着原理を示す作用図 従来のグランドパッキン装着方法による圧接力の分布を示す模式図

以下に、本発明によるグランドパッキン装着方法の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

例えば、図２に示すように、回転軸１に一体回転状に外嵌されるスリーブ２とケーシング３との間の環状空間部６に、５個（複数の一例）のグランドパッキンＧが軸心Ｐ方向に並べて装填されている。その環状空間部６の開口側に挿入される環状体で成るパッキン押え４のフランジ部４Ａには、ケーシング３に螺着される締付ボルト５の複数が挿通されている。つまり、締付ボルト５を締付方向に回してパッキン押え４を軸心Ｐ方向に移動させ、複数のグランドパッキンＧを軸心Ｐ方向に圧縮することでそれらグランドパッキンを径方向に強制変形させ、スリーブ２の外周面２Ａとケーシング３の内周面３Ａとの双方にグランドパッキンＧを圧接させ、シールすることができる。

図１に示すように、グランドパッキンＧとして、その自由状態における径方向幅Ｗが環状空間部６の径方向幅Ｄより微増されたものが使用される。具体的には、グランドパッキンＧの径方向幅Ｗ、スリーブ２（軸Ｊの一例）の外径ａ、ケーシング３の内径ｂとの三者の間には、
（１）Ｗｍｍ＝Ｄｍｍ＋０〜０．６ｍｍ（Ｄ＝ｂ−ａ）
で表される関係に設定されている。つまり、グランドパッキンＧの呼び寸法（径方向幅の設計寸法）が例えば２０ｍｍであれば、実際の製品としてのグランドパッキンＧの径方向幅Ｗは２０〜２０．６ｍｍであればＯＫというものである。

具体的には図３（ａ）に示すように、グランドパッキンＧの径寸法幅Ｗは、呼び寸法（設計寸法）が１２．５ｍｍ以下の範囲では０〜０．３ｍｍの締り嵌めに設定され、呼び寸法が１２．５ｍｍを超えて１６ｍｍ以下の範囲では０〜０．４ｍｍの締り嵌めに設定され、呼び寸法が１６ｍｍを超えて２５．５ｍｍ以下の範囲では０〜０．６ｍｍの締り嵌めに設定されている。

それに対して、従来の基準では図３（ｂ）に示すように、グランドパッキンＧの径寸法幅Ｗは、呼び寸法（設計寸法）が６．５ｍｍ以下の範囲では−０．４〜０の隙間嵌めに設定され、呼び寸法が６．５ｍｍを超えて１１．０ｍｍ以下の範囲では−０．５〜０の隙間嵌めに設定され、呼び寸法が１１．０ｍｍを超えて１６．０ｍｍ以下の範囲では−０．６〜０の隙間嵌めに設定され、呼び寸法が１６．０ｍｍを超えて２２．０ｍｍ以下の範囲では−０．７〜０の隙間嵌めに設定され、呼び寸法が２２．０ｍｍを超えて２５．５ｍｍ以下の範囲では−０．８〜０の隙間嵌めに設定されている。

本発明においては、グランドパッキンＧの製作寸法の狙いを従来よりも太くすることにより、グランドパッキンＧを機器（環状空間部６）に装着させたときに、既に径方向の圧接力が生じる状態〔図４（ｂ）に示す状態〕となり、それによってパッキン押えによる締付操作後には、いずれのグランドパッキンＧにおいても圧接力が向上し、かつ、極力均一化され、十分なシール性能が得られるようになる。従って、分割締付（予備組付）という手数が掛かり、場所も取る従来の面倒な操作が不要となっている。

〔実施例１〕
実施例１によるグランドパッキン装着方法は、図４に示すように、４個(複数の一例）のグランドパッキンＧを１回締付によって環状空間部６に装着する方法である。まず、図４（ａ）に示すように、環状空間部６の径方向幅Ｄよりも径方向幅Ｗが若干大きいグランドパッキンＧの４個（複数の一例）を、軸心Ｐ方向に移動させて環状空間部６に押し込む。その押し込んだだけの状態において、図４（ａ）において多数の矢印及びその先端を繋ぐ線分ｃで示される圧接力分布図のように、径方向に圧縮されていて既に初期圧接力が発生している。初期圧接力はいずれのグランドパッキンＧにおいても互いに等しく発生している。環状空間部６は、回転軸１（軸Ｊの一例）とケーシング３との径方向間隙、詳しくは、軸外周面１Ａとケーシング内周面３Ａとの間のドーナツ筒状の空間部である。

そして、図４（ｂ）に示すように、パッキン押え（図示省略）で軸心Ｐ方向に圧縮した後の状態（所定の１回締付がされた後の状態）においては、軸心Ｐ方向の位置による多少の応力の差異（パッキン押えによる軸心Ｐ方向の力が奥側になるほど不利になること）はあるものの、全体として径方向の圧接力、即ち、線分ｄで示される圧接力は基準値ｋを十分に越えている。即ち、径方向の圧接力が最も小さくなる最奥側のグランドパッキンＧの圧接力も基準値ｋをクリヤしており、従って、実用に耐える十分なシール性能を得ることが可能になっている。

これに対して従来のグランドパッキン装着方法では、図８（ｂ）に示すように、線分ｅで示される圧接力分布図のように、奥側のグランドパッキンＧにおいては、１回締付された後において、径方向の圧接力が基準値ｋよりも小さくなることがしばしばあり、複数のグランドパッキンＧの全部が必ずしも十分シールとして機能していないことが往々にしてあったのである。従って、製品によってはシールが不安定であるとか不完全となることがあり、改善の余地があったのである。この図４に示すような配列のグランドパッキン装着方法は、多くの機器に適用させることができる。

〔実施例２〕
実施例２によるグランドパッキン装着方法は、図５に示すように、多数のグランドパッキンＧを用いる方法である。まず、図５（ａ）に示すように、回転軸１（軸Ｊの一例）の軸心Ｐ方向の中間にランタンリング７を挟んで複数ずつ（３個ずつ）のグランドパッキンＧを押し込んで装填する。このとき、奥側３個のグランドパッキンＧの径方向幅Ｗを、手前側３個のグランドパッキンＧの径方向幅Ｗより僅かに大きく設定し、押し込み状態において径方向圧接力に差がで出るようにしておけば好都合である〔図５（ａ）に示す圧接力分布図を参照〕。

そして図５（ｂ）に示すように、パッキン押え４で軸心Ｐ方向に押え付ける一回締付を行う。軸心方向の位置による軸心Ｐ方向の押え付け力に差が若干あるものの、その場合の圧接力分布図は同図（ｂ）に示されるように、奥側と手前側とが互いに等しく、かつ、軸心Ｐ方向でほぼ均一（又は手前側ほど微増）な線分ｆとなっており、かつ、基準値（図示省略）よりも全体として大きい。奥側３個のグランドパッキンＧの初期圧接力を手前側３個のグランドパッキンＧよりも大きくしてあることにより、それら両者の圧接力分布図を互いに等しくすることも、奥側を手前側よりも大きくすることも可能である。

つまり、奥側３個のグランドパッキンＧを予備圧縮させる分割締付と同様の効果を得ることに成功しており、分割締付が行えない程コンパクトに設計された機器において、１回締付によって多数のグランドパッキンＧを所期通りに組付けることができるという、改善されたグランドパッキン装着方法が実現されている。この図５に示すようなランタンリング７を伴う配列のグランドパッキン装着方法は、高圧条件下で使用されるバルブや高速回転する機器（例：高速回転ポンプ）への使用に好適である。

〔別実施例〕
図４に示すような装着方法において、軸心Ｐ方向で奥側に位置するものほど径方向幅Ｗが大きくなるように設定されたグランドパッキンＧを用意して、パッキン押えによる１回締付後における軸１及びケーシング３との圧接力が互いに均一になるように工夫されたグランドパッキン装着方法としても良い。また、図５に示す装着方法において、径方向幅Ｗの値が全て等しく設定されたグランドパッキンＧ及びランタンリング７を用いたグランドパッキン装着方法としても良い。

３ ケーシング
６ 環状空間部
Ｄ 環状空間部の径方向幅
Ｇ グランドパッキン
Ｊ 軸
Ｐ 軸心
Ｗ グランドパッキンの径方向幅
ｋ 基準値

Claims (3)

1. ケーシングの軸挿通口部に挿通される軸と前記ケーシングとの間の環状空間部に、複数のグランドパッキンを装填するとともに、前記軸の軸心方向に並ぶ複数の前記グランドパッキンをパッキン押えを用いて軸心方向に押し付けるグランドパッキン装着方法であって、
   前記グランドパッキンとして、その自由状態における径方向幅が前記環状空間部の径方向幅より微増されたものを用い、
   複数の前記グランドパッキンを前記環状空間部に装填した時点でいずれの前記グランドパッキンにおいても径方向に圧縮されて互いに等しく圧接力が発生し、前記パッキン押えで複数の前記グランドパッキンを軸心方向に押し付けた状態においては、複数の前記グランドパッキンに基準値を越える径方向の圧接力を発生させるグランドパッキン装着方法。
2. 複数の前記グランドパッキンとして、前記環状空間部の軸心方向で奥に配置されるもの程前記径方向幅が大となるように設定されているものを用いる請求項１に記載のグランドパッキン装着方法。
3. 前記グランドパッキンとして、その自由状態における前記径方向幅Ｗと前記環状空間部の径方向幅Ｄとが、Ｗｍｍ＝Ｄｍｍ＋０〜０．６ｍｍで定義されるものを用いる請求項１又は２に記載のグランドパッキン装着方法。

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