JP6329393B2 - パッキング及びこれを用いたシール装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転や往復運動等を行なう軸体の、軸線方向乃至その径方向に沿った、高温・高圧の流体の漏れに対するパッキング及びこれを用いたシール装置に関する。

従来から、ステムやシャフトなどの軸体のシールには、シール装置として、例えば、図７に示すような、スタッフィングボックス７００が用いられている。そして、こうしたスタフィングボックスは、少なくとも、本体部分を構成する筐体７１０と、フラット型リング形状のパッキング７３０及びグランド押え７５０とからなり、軸体Sの周囲を複数のパッキング７３０で取り巻くと共に、グランド押え７５０により当該パッキング７３０を軸体Sの方向に沿って、（図面上では、上方から下方方向へ）押圧する構造をとっている。（なお、上記図７では、軸体Ｓとパッキング７３０を見やすくするために、他の部分の一部を半断面図で表現している。）
上記のようなスタッフィングボックス７００は、上記軸体Sが、軸体の軸線廻りに回転運動を行ったり、軸体の軸線方向に沿った往復運動等を行なったりする場合に、上記軸体の軸線に沿った方向（軸線方向）乃至その軸線に垂直な方向（径方向）に沿った流体の漏れに対して、上記パッキングを用いてシールを行うものである。

そして、上記スタッフィングボックスには、流体のシールを効果的に行ないつつ、当該軸体の回転や往復運動等を妨げないようにするという要請が内在するが、これらは、一方を向上させようとすると、他方が悪化するという性質を有する。

すなわち、流体のシールを効果的に行なうために、上記パッキングと上記軸体との接触面積や接面圧力を増加させると、シール性は向上するものの、上記軸体の回転や往復運動等に対する抵抗を増加させる要因となり、逆に、上記接触面積や接面圧力を低下させると、上記軸体の回転や往復運動等に対する抵抗の増加は防げるが、シール性は悪化するという性質を有する。

また、従来から、上記のようなスタッフィングボックスのパッキングには、例えば、グラファイト(膨張黒鉛)をフラットに成型したリング状のパッキングなどが用いられ、これらは、上記スタフィングボックスなどのシール装置の内側に、シールしようとする軸体の廻りに、軸線方向に沿って重ねて収納するなどして使用されている。

しかし、こうした重ねたパッキングに対して、スタフィングボックスのグランド押えによるパッキングの締め付けなどにより、軸体の軸線方向に沿った圧力がかかった場合には、当該パッキングが軸体の軸線方向及び径方向へ変形する。そして、上記の軸線に垂直な方向への上記パッキングの変形は、一般的には、軸体の表面とスタフィングボックスの内面との両方向に対して、均等に生ずる事から、軸体を上記パッキングが過大に圧迫する場合がある。その結果、上記パッキングにより、軸体が回転や往復運動等をする際の摺動抵抗を大きくするという欠点があった。

更に、スタフィングボックスのような軸封装置の内側において、グランド押えにより、軸体の軸線方向に沿って、パッキングを締め付けた場合、上記グランド押えによりパッキングの端面（加圧面）に加えられた圧力の一部は、上記のように、パッキングによるスタフィングボックス内面側と軸体表面側とに対する接面圧力に変換される。しかし、当該接面圧力は、上記加圧面から離れた下層に近いほど低下することから、上記加圧面では接面圧力が過大である一方で、上記下層に近いほど面圧低減を起こし、上記加圧面から離れた下層の領域で、シール性が悪くなるという問題があった。

そこで、これらの欠点を改善するため、グラファイトを傘型に成型した複数のパッキングを積層して用いられることもあり、その一例として、特許文献１に記載されたものが挙げられる。

しかし、こうした傘型に成型したパッキングを複数積層した構造のものを使用する場合には、パッキングの装着時に作業者によって方向を揃える必要があることから、ヒューマンエラーによって逆方向に装着される場合があり、そうした場合には、十分なシールを行えないという問題があった。

また、グラファイト製パッキングが酸化雰囲気で使用できるのは４００℃〜４５０℃が限界であることから、バルブ等においてこれ以上の高温で使用する場合は、バルブに使用される軸体のヨーク(首の部分)を伸ばし、パッキングの使用箇所を熱源から遠ざける方法が採られている。

しかし、ヨークを伸ばすことで、バルブが大型化し、設置場所が限定されることになり、その結果プラント全体の配置に悪影響を及ぼすこともあった。

また、このように、グラファイトが高温下の酸化雰囲気で使用された場合には、酸化による消耗によって質量減量を生じ易いという欠点を有する。そこで、そうした欠点を補うため、マイカ等を編組した紐状パッキングを、複数の重ねたグラファイト製パッキングの上下に用いるなどして酸素の混入を抑制し、これらを組み合わせて使用される場合もあった。

しかし、このように、グラファイト製パッキングをマイカ等の紐状パッキングと組み合わせて使用した場合には、耐熱温度は８００℃程度迄上がるものの、当該紐状パッキングは概して製品寿命が短いという問題があった。

更に、上記グラファイト製パッキングが軸体及びスタフィングボックスの内面に圧接されることで、当該軸体表面及びスタフィングボックスの内面に沿って当該グラファイト製パッキングの一部がはみ出し、シール性を損なう事がある。そこで、これを防止する目的で炭素繊維材料を用いたパッキングを組み合わせて使用されることもあるが、炭素繊維材料のパッキングとの組合せでは、上記グラファイト製パッキングのはみ出しは防止できるが、耐熱温度は上がらないという問題があった。

特開２００２−１８１１９７号公報

本発明は上記の各問題点の解決を課題とするものであり、装着時の作業者による取り付けミスを防止し、シールしようとする軸体へ及ぼす抵抗と接面圧力とのバランスを図りつつ、更に高温域での使用が可能な、パッキング乃至シール装置を提供する事にある。

上記課題を解決するために本発明は、算盤球型状のリング型の外形を有し、前記リング型を構成する孔は、リング面の中心に設けられた、前記リング面とは垂直な中心軸を有する軸体を貫通させるための円筒形状の貫通孔であり、前記リングの片断面の形状は、前記円筒形状の中心軸を含む断面上における、前記貫通孔の側面上の一辺と、他の二辺とからなる三角形状であり、前記一辺と前記他の二辺とがなす角度は鋭角であるパッキングであって、前記パッキングの密度は、前記リング型の外形の前記円筒形状の貫通孔の設けられた側の領域よりも、前記リング型の外形の外周側の領域を高くしたことを特徴とするパッキングを提供する。

また、上記課題の解決は、前記パッキングの前記片断面を構成する前記三角形状が、前記一辺を底辺とする二等辺三角形状であることにより、或いは、前記パッキングの前記二等辺三角形状の頂角が１２０度であることにより、或いは、前記パッキングが、少なくとも重量比２５．０％のバーミキュライトを含む素材から形成されていることにより、又は、前記パッキングが、少なくとも重量比９９．８％のグラファイトを含む素材から形成されていることにより、更に効果的に達成される。

また、上記課題を解決するために本発明は、算盤球型状のリング型の外形を有し、前記リング型を構成する孔は、リング面の中心に設けられた、前記リング面とは垂直な中心軸を有する軸体を貫通させるための円筒形状の貫通孔であり、前記リングの片断面の形状は、前記円筒形状の中心軸を含む断面上における、前記貫通孔の側面上の一辺と、他の二辺とからなる三角形状であり、前記一辺と前記他の二辺とがなす角度は鋭角であるパッキングをコアパッキングとして前記軸体のシールを行うシール装置であって、前記コアパッキングをスタフィングボックス内に収納すると共に、前記コアパッキングの前記貫通孔に軸体を貫通させ、前記軸体の軸線方向に沿って、前記コアパッキングを両側から挟持するように配設された、前記軸体を取り巻くリング状の２つの中間パッキングと、前記軸体の軸線方向に沿って、前記中間パッキングを前記コアパッキングとは反対の側から挟持するように配設された、前記軸体を取り巻くリング状の２つのバックアップリングとから構成され、前記２つの中間パッキングは、それぞれ片断面が四辺形状をしており、前記軸体に面した側は、前記軸体の軸線の方向と平行な面を有し、前記スタフィングボックスの筐体内面に面した側は前記スタフィングボックスの筐体内面に平行な面を有すると共に、前記スタフィングボックスの筐体内面に面した側の前記軸線に沿った長さは、前記軸体に面した側の前記軸線に沿った長さよりも長く、前記コアパッキングを挟持する側とは反対の側は、前記軸体の軸線方向と垂直な面を有し、前記コアパッキングを挟持する側は、前記コアパッキングの貫通孔側から前記コアパッキングの外周面の最外縁にかけて、前記コアパッキングの外周面とそれぞれ平行な面を有しており、前記２つのバックアップリングは、それぞれ片断面が四辺形状をしており、前記軸体に面した側は、前記軸体の軸線の方向と平行な面を有し、前記スタフィングボックスの筐体内面に面した側は前記スタフィングボックスの筐体内面と平行な面を有し、前記中間パッキングに面する側は前記中間パッキングの対向する面に平行な面を有し、前記中間パッキングに面する側と反対の側は、前記軸体の軸線方向に垂直な面を有することを特徴とするシール装置を提供する。
また、上記課題の解決は、上記シール装置において、前記リングの前記片断面を構成する前記三角形状が、前記一辺を底辺とする二等辺三角形状であることにより、或いは、前記二等辺三角形状の頂角が１２０度であることにより、更に効果的に達成される。
また、上記課題を解決するために本発明は、上記記載の何れかのパッキングをコアパッキングとして前記軸体のシールを行うシール装置であって、前記コアパッキングをスタフィングボックス内に収納すると共に、前記コアパッキングの前記貫通孔に軸体を貫通させ、前記軸体の軸線方向に沿って、前記コアパッキングを両側から挟持するように配設された、前記軸体を取り巻くリング状の２つの中間パッキングと、前記軸体の軸線方向に沿って、前記中間パッキングを前記コアパッキングとは反対の側から挟持するように配設された、前記軸体を取り巻くリング状の２つのバックアップリングとから構成され、前記２つの中間パッキングは、それぞれ片断面が四辺形状をしており、前記軸体に面した側は、前記軸体の軸線の方向と平行な面を有し、前記スタフィングボックスの筐体内面に面した側は前記スタフィングボックスの筐体内面に平行な面を有すると共に、前記スタフィングボックスの筐体内面に面した側の前記軸線に沿った長さは、前記軸体に面した側の前記軸線に沿った長さよりも長く、前記コアパッキングを挟持する側とは反対の側は、前記軸体の軸線方向と垂直な面を有し、前記コアパッキングを挟持する側は、前記コアパッキングの貫通孔側から前記コアパッキングの外周面の最外縁にかけて、前記コアパッキングの外周面とそれぞれ平行な面を有しており、前記２つのバックアップリングは、それぞれ片断面が四辺形状をしており、前記軸体に面した側は、前記軸体の軸線の方向と平行な面を有し、前記スタフィングボックスの筐体内面に面した側は前記スタフィングボックスの筐体内面と平行な面を有し、前記中間パッキングに面する側は前記中間パッキングの対向する面に平行な面を有し、前記中間パッキングに面する側と反対の側は、前記軸体の軸線方向に垂直な面を有することを特徴とするシール装置を提供する。

また上記課題の解決は、上記シール装置の前記２つの中間パッキングの前記コアパッキングを挟持する側の表面は、前記コアパッキングの貫通孔側から前記コアパッキングの外周面の最外縁にかけて、前記コアパッキングの外周面との距離をそれぞれ拡大するように形成したことにより、或いは、前記バックアップリングを、少なくとも重量比２５．０％のバーミキュライトを含む素材、又は、少なくとも重量比９９．８％のグラファイトを含む素材から形成したことにより、或いは、前記中間パッキングは、前記軸体に面した側の領域及び前記コアパッキングに面した側の領域の密度が、前記スタッフィングボックスの筐体内面に面した側の領域及び前記バックアップリングに面した側の領域よりも高く形成したことにより、或いは、前記中間パッキングの密度は、前記コアパッキングよりも低く形成したことにより、更に効果的に達成される。

本発明のパッキング及びこれを用いたシール装置によれば、パッキングの外形を算盤玉型状のリング型に形成することで、作業者による装着ミスを防止することが可能である。

また、本発明のパッキング及びこれを用いたシール装置によれば、パッキングの片断面を構成する三角形の形状を変化させることにより、パッキング押さえ等によりパッキングを押圧した場合等に、当該パッキングの変形によりシールしようとする軸体の、軸体表面に垂直な方向に及ぼす力の成分の大きさを、当該軸体の軸線方向に沿って変化させることが可能である。

また、本発明のパッキング及びこれを用いたシール装置によれば、上記パッキングの密度を前記リング型の外形を構成する円筒形状の貫通孔の側の領域よりも、前記リング型の外形の外周面側の領域を高くしている。そのため、上記のように密度に高低を設けることで、最も効果的な領域で、更にシール性を高めることが可能であり、上記片断面を三角形状とする効果との相乗作用により、軸体に対する接面圧力をさらに細かく調整することが可能である。

また、本発明のパッキング及びこれを用いたシール装置によれば、上記パッキングを少なくとも重量比２５.０％のバーミキュライトを含む素材等により構成することにより、耐熱性を向上させることが可能であり、この結果、関連コストの低減及びプラント設計の自由度を拡大することが可能である。

また、本発明のパッキング及びこれを用いたシール装置によれば、パッキング乃至コアパッキング及び中間パッキングの密度を、シールしようとする軸体に面した側の領域と当該軸体に面しない反対側の領域で異なるものとして構成することも可能である。そのため、グランド押さえによりシール装置の各構成要素が押圧された場合に、締め付け圧力を上記スタッフィングボックスの筐体の底部側だけでなく、前記軸体の側面及び前記スタッフィングボックスの筐体の内面側へ有効な側圧として伝えることが可能であり、その結果高いシール性を確保することが可能である。

更にこうした構成を採ることにより、前記軸体の側面に伝達された圧力には、軸線に沿って、前記軸体にかかる応力が集中される領域が生じ、これにより多段階にシール効果を得られ、前記グランド押えにより過度に押圧をかけることなく、優れたシール性を発揮させることが可能である。そのため、フラット型リング形状のパッキングに比較し、グランド押さえによる締め付け面圧がパッキングに伝わり、その締め付け面圧が有効な側圧面圧となることで、シール性が向上する。

また、更に、本発明のパッキング及びこれを用いたシール装置によれば、従来のものよりも高温域での使用が可能となる。そのため、バルブ本体等の小型化、軽量化が可能となり、当該バルブ等を用いた駆動装置等においても小型、軽量化を図ることが可能であり、加えて、省スペース化が可能となることによってもプラント設計の自由度が高まり、バルブ本体等を含むシステム全体のコスト削減にも寄与することが可能である。

また、前記コアパッキングにバーミキュライトの素材を使用することで、摺動抵抗を低減することが可能となり、パッキングの摩耗が少なくなり、長期にわたり高い密封性が確保できる。

また、上記摺動抵抗の低減により、電力によって弁を動かす自動弁バルブの場合には電力の使用量が少なくなり省エネルギーが可能となる。

また、シール性を確保することで、フラットなパッキングよりも少数のパッキングで済み、省スペースが可能となる。

また、バックアップリングをバーミキュライトを含む素材とした場合には、高温域での使用が可能になると共に、内側のパッキングにグラファイトを使用した場合であっても、はみ出しを有効に防止することが可能である。

本発明に係るパッキングの外観を示す斜視図であり、（Ａ）は全体の斜視図を示したものであり、（Ｂ）はその半断面斜視図を示したものである。 本発明に係るパッキングの断面図である。 本発明に係るパッキングの別の実施形態の外観を示す斜視図であり、（Ａ）は全体の斜視図を示したものであり、（Ｂ）はその半断面斜視図を示したものである。 本発明に係るパッキングの別の実施形態の断面図である。 本発明に係るシール装置の中心部分を示す半断面斜視図である。 本発明に係るシール装置を示す断面図であり、（Ａ）は軸体の軸線方向に沿って押圧する前の状態を示し、（Ｂ）は軸体の軸線方向に沿って押圧した後の状態を示している。 スタッフィングボックスの概要を示す一部半断面斜視図である。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面の記載に関しては、重複する部分や、左右対称又は上下対称に表される部分等の構成要素の一部についての表記や説明については、適宜省略する場合がある。また、図面は模式的なものであるため、各構成要素の厚みや平面寸法との関係、各構成要素相互間の縮尺や比率などについては、現実のものとは異なる場合がある。

図１（Ａ）は本発明に係るパッキングの実施形態であるパッキング１００を水平面上にリング面を水平にして置いた場合の斜視図である。

本パッキング１００は、図１（Ａ）に記載したように、外観上は、算盤玉型の形状をしており、前記算盤玉型の形状の上下面を貫通する円筒形状の貫通孔Ｔｈを中心とした、リング型の外形を有している。そのため、本パッキング１００を用いて軸体のシールを行う場合には、当該貫通孔Ｔｈに、バルブのステムやシリンダー等の、シールを行いたい軸体を貫通させる。

そして、本パッキング１００を構成する上記リング型の形状の断面は、図１（Ｂ）、及び図２で示すように、片断面１１０が、概ね三角形状をしており、当該三角形状は、さらに詳細には、前記円筒形状の中心軸Ｃを含む断面上において、前記貫通孔Ｔｈの側面上の一辺（１１３）と、他の二辺（１１５，１１７）とからなる三角形状であり、前記一辺と前記他の二辺とがなす角度（α、β）は鋭角となっている。（なお、ここで、片断面とは、上記パッキング１００の上記貫通孔Ｔｈの中心軸Ｃを含む平面による断面形状は、図２に示すように、リング面の中心に垂直な上記中心軸Ｃに対称な２つが得られるため、その一方の断面を指すものとして用いる。）
したがって、本パッキング１００では、前記三角形状のうち、前記一辺（１１３）の属する面が前記パッキング１００を構成するリングの貫通孔Ｔｈの内面（Ｓｉ）を形成し、前記他の二辺（１１５，１１７）の属する面が前記パッキング（１００）を構成するリングの外周面（Ｓｕ，Ｓｄ）を構成している。更に具体的に言えば、辺（１１５）の属する面が外周面（Ｓｕ）を構成し、辺（１１７）の属する面が外周面（Ｓｄ）を構成しており、これら二つの外周面（Ｓｕ，Ｓｄ）は、本発明を構成するリングの最外縁（１１９）で接している。

また、前記三角形状を構成する前記一辺（１１３）と他の二辺（１１５、１１７）とのなす角度（α、β）は、上記のように鋭角に構成されているが、前記一辺（１１３）と他の二辺（１１５，１１７）とがそれぞれなす角度（α、β）は、前記他の二辺（１１５，１１７）のそれぞれについて、互いに同じであっても異なっていても良い。

そのため、前記一辺（１１３）と前記辺（１１５）とのなす角度を（α），前記一辺（１１３）と前記辺（１１７）とのなす角度を（β）とすると、前記一辺（１１３）と前記二辺（１１５，１１７）とがそれぞれなす角度（α、β）が、前記他の二辺のそれぞれについて互いに同じ場合（α＝β）には前記三角形状の片断面は二等辺三角形状又は正三角形状となり、前記他の二辺（１１５，１１７）のそれぞれについて互いに異なる場合（α≠β）には、内角の大きさが相互に異なる三角形状となる。

図３及び図４に示したパッキング１５０は、上記パッキング１００とは別の実施形態である、内角の大きさが相互に異なる三角形状のパッキングの実施形態の断面を図示したものである。

上記パッキング１５０の場合には、前記一辺（１１３）を囲む他の二辺（１１５，１１７）のうち、前記一辺（１１３）と図面上で下側の辺（１１７）とがなす角度（β）が、前記一辺と上側の辺（１１５）とがなす角度（α）よりも大きくなっている。そのため、このように構成した場合には、前記パッキング１５０においては、前記三角形状の片断面１１０のうち、中心軸Ｃに沿った前記一辺（１１３）に対して、前記他の二辺（１１５，１１７）の部分の長さを垂直に投影した長さ（Ｌｕ，Ｌｄ）が相互に異なる事になる。したがって、パッキング押え等により、前記二辺（１１５，１１７）に対し、軸方向から平行な力が加わった場合に、前記二辺（１１５，１１７）に対して軸方向から加えられた力のうち前記一辺（１１３）の方向に加わる力の成分が、前記二辺（１１５，１１７）を構成する各辺によって異なることとなる。そのため、前記パッキング１５０に軸体を貫通させた場合に、パッキング押え等により、軸方向から平行な力を加えた場合には、前記軸体の表面に対する接面圧力を前記軸体の軸に沿った方向に調整することが可能である。

なお、上記のように、前記片断面（１１０）を構成する三角形の形状を、内角の大きさが相互に異なる三角形とした場合には、前記一辺（１１３）の対角の角度（γ）が鈍角となる場合と鋭角となる場合とがある。そのため、当該角度（γ）の大きさは、シールしようとする流体の性質に応じて、前記二辺（１１５，１１７）の前記一辺（１１３）へ垂直に投影した部分の長さ（Ｌｕ、Ｌｄ）の比率等と合わせて考慮した選択が可能である。ただし、一般的な流体では、前記対角の角度（γ）は鈍角が用いることがより適切である。

また、前記三角形状を構成する前記一辺（１１３）と他の二辺（１１５，１１７）とがなす角度（α、β）を、互いに同じ大きさにした場合には、前記三角形状は二等辺三角形状となる。この場合、前記二等辺三角形状の頂角の角度（γ）は、図１又は図２では１１５度程度に記載しているが、１２０度や６０度又は９０度程度でも良く、シールしようとする流体の温度や圧力等により、本発明の趣旨の範囲で適切な角度を選択する事が可能である。

更に、本発明のパッキングでは、パッキングの密度を、前記リング型の外形を構成する円筒形状の貫通孔Ｔｈを設けた側の領域よりも、前記リング型の形状の上記外周面（Ｓｕ，Ｓｄ）側の領域で高くすることも可能である。そして、かかる密度の差異は、前記外周側付近の領域のみの密度を高くするものでも良いし、前記貫通孔側から前記外周側付近の領域まで徐々に増加させるものであっても良い。

このように、上記パッキングにおいて、貫通孔Ｔｈ側の領域と外周面（Ｓｕ，Ｓｄ）側の領域とに密度の差を設けた場合には、前記パッキングの貫通孔Ｔｈに軸体Ｓを貫通させて、前記パッキングに前記軸体に沿った方向に力を加えた場合には、前記パッキングの変形による前記軸体方向にかかる力の大きさを、最も効率的な領域付近に集中させることが可能であり、前記パッキングによる軸体のシール効果をより向上させることが可能である。

また、本発明のパッキングは、灰分の少ない高純度グラファイト（グラファイト純度９９．８パーセント）により形成する事により、従来以上の高温で使用することが可能となる。

また、本発明のパッキングを、上記グラファイトに代えて、少なくとも重量比２５．０パーセント以上のバーミキュライトを含む素材により形成した場合には、更に摺動抵抗を低減しつつ耐熱性を高める事が可能である。

ここで、上記少なくとも重量比２５．０パーセント以上のバーミキュライトを含む素材としては、フレキシタリック（Ｆｌｅｘｉｔａｌｌｉｃ）社による、サーミキュライト（ＴＨＥＲＭＩＣＵＬＩＴＥ）（登録商標）などを用いても良い。ここで、上記サーミキュライトは、バーミキュライト（蛭石）を主原料とし、無機バインダーで成型された耐熱性材料である。また、本発明では、上記バーミキュライトが、少なくとも重量比２５％の割合の化学的剥離バーミキュライト（ＣＥＶ）成分からなり、該ＣＥＶ成分の少なくとも一部は乾燥ＣＥＶから得られたものであっても良い。

次に、本発明に係るシール装置の実施形態について説明する。図５は、本発明に係るシール装置の実施形態であるシール装置５００のパッキングとバックアップリング部分を示す半断面斜視図であり、図６（Ａ）、（Ｂ）は本発明に係るシール装置の実施形態であるシール装置５００を示す断面図である。

本発明に係るシール装置の実施形態として例示した上記シール装置５００は、上記本発明に係るパッキング１００のうち、その素材の密度を貫通孔Ｔｈ側よりもリングの外周面（Ｓｕ、Ｓｄ）側において高くした領域（Ｃｈｄ）を有するものをコアパッキングとしており、これを内周面７１３を有する円筒形状のスタフィングボックス７００内に収納したものである。

そして、装置全体としては、前記コアパッキング１００の前記貫通孔Ｔｈにステム等の軸体Ｓを貫通させ、前記軸体Ｓの軸線方向に沿って、前記コアパッキング１００を両側から挟持するように配設された、前記軸体Ｓを取り巻くリング状の２つの中間パッキング２００と、前記軸体Ｓの軸方向に沿って、前記中間パッキング２００を前記コアパッキング１００とは反対の側から挟持するように配設された、前記軸体Ｓを取り巻くリング状の２つのバックアップリング３００とから構成されている。

このうち、上記中間パッキング２００は、片断面が四辺形状をしており、当該四辺形状を構成する四辺のうち、前記軸体Ｓに面した側２１０は、前記軸体Ｓの軸線の方向と平行な面に属し、前記スタフィングボックス７００の内周面７１３に面した側２３０は前記内周面７１３に平行な面に属し、前記コアパッキング１００を挟持する側とは反対側２２０は、前記軸体Ｓの軸線方向と垂直な面に属し、前記コアパッキング１００を挟持する側２４０は、前記コアパッキング１００の貫通孔Ｔｈの側から前記コアパッキングの外周面（Ｓｕ、Ｓｄ）の最外縁１１９にかけて、前記コアパッキング１００の前記外周面（Ｓｕ，Ｓｄ）とそれぞれ略平行な面に属している。更に、本実施形態における中間パッキング２００では、当該中間パッキングの前記軸体Ｓに面した側の領域の密度と前記コアパッキング１００に面した側の領域の密度とを、前記スタッフィングボックスの筐体７００の内周面７１３に面した側の領域の密度及び前記バックアップリング３００に面した側の領域の密度より高く形成した領域（Ｍｈｄ）を有している。

また、上記本シール装置５００のうち、前記バックアップリング３００は、片断面が四辺形状をしており、当該四辺形状を構成する四辺のうち、前記軸体Ｓに面した側３１０は、前記軸体Ｓの軸線の方向と平行な面に属し、前記スタフィングボックス７００の内周面７１３に面した側３３０は前記スタフィングボックスの内周面７１３と平行な面に属し、前記中間パッキング２００に面する側と反対の側３４０は、前期軸体Ｓの軸線方向に垂直な面に属し、前記中間パッキング２００に面した側３２０は前記中間パッキング２００のつくる外周面に平行な面に属している。

上記のような構成を有するシール装置５００では、軸体Ｓの軸線方向に沿って、グランド押さえなどにより圧力が加えられた場合には、図６（Ｂ）に示すように、各構成要素が圧縮されて変形し、それに応じて前記コアパッキング１００自体も圧縮されて変形する。

この際、本シール装置５００の各構成要素が変形する方向と大きさとは、各構成要素の形態により異なるが、変形による軸体Ｓの側面方向に対する接面圧力の大きさとスタフィングボックス７００の内周面７１３に対する接面圧力の大きさとは、同一の構成要素でも異方性があり、これによって、シール性の向上と摺動抵抗の低減とを図ることが可能である。

具体的には、本シール装置５００を構成するコアパッキング１００の密度は、上述したように、前記コアパッキング１００のリング型の外形を構成する円筒形状の貫通孔Ｔｈを設けた側の領域よりも、前記リング型の形状の上記外周面（Ｓｕ，Ｓｄ）側の領域（Ｃｈｄ）で高く形成されている。そのため、このようにコアパッキング１００の内部の密度に変化を設けている結果、前記軸体Ｓに沿った方向に圧力が加えられた場合には、前記コアパッキング１００の変形による前記軸体Ｓにかかる力の大きさを、最も効果的な領域付近に集中させることが可能であり、当該領域内で接面圧力を効果的に向上させることにより、前記コアパッキング１００による軸体Ｓに対するシール効果をより向上させることが可能である。

また、前記コアパッキング１００の片断面を構成する三角形の形状を、例えば、前記パッキング１５０に示すように構成した場合には、軸体Ｓに沿った、前記パッキングの貫通孔Ｔｈの内面に及ぼす接面圧力及び接面抵抗の大きさの分布をさらに任意に調整することが可能である。すなわち、このように構成した場合には、上述のように、前記パッキング１５０においては、前記三角形を構成する片断面１１０のうち、中心軸Ｃに沿った前記一辺（１１３）に対して、前記他の二辺（１１５，１１７）の部分の長さを垂直に投影した長さ（Ｌｕ，Ｌｄ）が相互に異なる事になる。したがって、パッキング押え等により、前記二辺（１１５，１１７）に対し、軸方向から平行な力が加わった場合に、前記二辺（１１５，１１７）に対して軸方向から加えられた力のうち前記一辺（１１３）の方向に加わる力の成分が、前記二辺（１１５，１１７）を構成する各辺によって異なることとなるため、前記軸体Ｓの表面に対する接面圧力を前記軸体Ｓの軸に沿った方向に調整することが可能である。

また、本シール装置５００を構成する上記中間パッキング２００は、軸体Ｓに沿った圧力を受ける事により、上下方向に変形して潰れると同時に、軸体Ｓの側面方向及びスタフィングボックスの内周面７１３方向へも伸長する。そして、上記中間パッキング２００の上下方向への変形によっては、本中間パッキング２００が上記コアパッキング１００の外周面（Ｓｕ，Ｓｄ）を押圧する事になるが、当該外周面（Ｓｕ，Ｓｄ）は、軸体Ｓの軸線に沿った面を底辺とする三角形の斜辺部分であるため、上記中間パッキング２００により押圧される事により、上記のように、本コアパッキング１００のうちの前記貫通孔Ｔｈの内面を軸体Ｓの側面へ強く押し付けることになり、その結果、接面圧力を向上させる。

さらに前記中間パッキング２００は、前記軸体に面した側の領域及び前記コアパッキングに面した側の領域（Ｍｈｄ）の密度が、前記スタッフィングボックスの筐体の内周面７１３に面した側の領域及び前記バックアップリングに面した側の領域よりも高く形成されている。そのため、前記中間パッキング２００の変形により前記軸体Ｓの側面への密着性を最も効果的な領域で向上させることが可能であり、前記コアパッキング１００の変形による接面圧力の向上との相乗作用により、軸体Ｓの周囲でさらにシール性能を向上させることが可能である。

更に、本シール装置５００において、上記中間パッキング２００の上記コアパッキング１００を挟持する側２４０の表面を、上記コアパッキング１００の貫通孔Ｔｈの側から、前記コアパッキング１００の外周面（Ｓｕ，Ｓｄ）の最外縁１１９にかけて、前記コアパッキング１００の前記外周面（Ｓｕ，Ｓｄ）との距離をそれぞれ拡大するように形成した場合には、本コアパッキング１００の前記外周面（Ｓｕ，Ｓｄ）を軸体Ｓの表面へ、より強く押し付けることが可能となる。

すなわち、上記のように、上記中間パッキング２００が上記コアパッキング１００に対向する面２４０が、上記コアパッキング１００の貫通孔Ｔｈ側から前記外周面（Ｓｕ，Ｓｄ）の最外縁１１９に向かうに従い当該外周面（Ｓｕ，Ｓｄ）と距離を拡大するように形成した場合には、前記中間パッキング２００に対して上下方向に圧力がかかった場合に、上記中間パッキング２００が、本コアパッキング１００を構成する前記最外縁１１９部分の三角形の角度（γ）の大きさを更に狭める方向で押圧する。そのため、本コアパッキング１００の貫通孔Ｔｈの内面を軸体Ｓの表面へ、より強く押し付けることが可能となる。

また、本中間パッキング２００の軸体Ｓの側面方向及びスタフィングボックス７００の内周面７１３方向への伸長は、それぞれの面に対する接面圧力の上昇となるが、それぞれの面に対する接触面積は、本中間パッキング２００の形態に基づいた異方性のあるものとなる。

すなわち、本中間パッキング２００は、軸体Ｓの側面に面した側２１０と、スタフィングボックス７００の内周面７１３に面した側２３０では、共に、これらの面に平行に形成されているが、前記軸体Ｓの軸線に沿った方向の長さについては相互に異なっており、前記スタフィングボックス７００の内周面７１３に面した側２３０の方が長く形成されている。そのため、本中間パッキング２００の軸体Ｓの表面方向及びスタフィングボックスの内周面７１３方向への伸長が生じた場合には、軸体Ｓの表面方向への接触面積は、スタフィングボックスの内周面７１３への接触面積よりも小さくなり、軸体Ｓの摺動抵抗の増加を防止する事が可能である。

このように本発明では、本中間パッキング２００の、軸体Ｓの側面に面した側と、スタフィングボックス７００の内周面７１３に面した側との、前記軸体Ｓの軸線に沿った方向の長さを適宜調整する事によって、軸体Ｓに対する摺動抵抗の大きさと接面圧力の大きさとを調整することが可能である。

また、上記中間パッキング２００の素材は特に限定されず、グラファイト等の任意の素材を用いる事が可能であるが、上記中間パッキング２００の素材の密度を上記コアパッキング１００よりも低いものとした場合には、上記上下方向からの圧力をかけた場合に、相互に対向する部分の形状適合性が向上し、上記軸体Ｓを囲むスタフィングボックス７００内を更に有効にシールする事が可能である。

また、本シール装置５００を構成する上記バックアップリング３００は、軸体Ｓに沿った上下方向からの圧力を受ける事により、上下方向に変形して潰れると同時に、軸体Ｓの側面方向及びスタフィングボックスの内周面７１３方向へも伸長する。そして、上記バックアップリング３００を少なくとも重量比２５．０パーセント以上のバーミキュライトを含む素材により形成した場合には、本シール装置５００を更に高温域で使用することが可能になると同時に、上記中間パッキング２００等にグラファイトを使用した場合でも、当該グラファイトのはみ出しを有効に防止する事が可能である。ここで、上記少なくとも重量比２５．０パーセント以上のバーミキュライトを含む素材としては、上述のように、フレキシタリック（Ｆｌｅｘｉｔａｌｌｉｃ）社による、バーミキュライト（蛭石）を主原料とし、無機バインダーで成型されたサーミキュライト（ＴＨＥＲＭＩＣＵＬＩＴＥ）（登録商標）を用いる事が大変効果的である。上記サーミキュライトは、バーミキュライト（蛭石）を主原料とし、無機バインダーで成型された耐熱性材料である。そのため、本発明では、上記バーミキュライトが、少なくとも重量比２５％の割合の化学的剥離バーミキュライト（ＣＥＶ）成分からなり、該ＣＥＶ成分の少なくとも一部は乾燥ＣＥＶから得られたものであっても良い。

そして、上記サーミキュライトを用いたバックアップリング３００は、酸化雰囲気での高温域（１０００℃）までの温度領域においても酸化することが無く、上記コアパッキング１００のバックアップを果たす事が可能である。また、バックアップリング単体で比較した場合には、従来使用されていたマイカ等よりも上記サーミキュライトの方がシール性に優れることから、上記コアパッキング１００を含めた本発明に係るシール装置５００全体のシール性が向上し、長寿命化を図る事も可能である。更に、上記のように、サーミキュライトには、はみ出し防止効果もあることから、本シール装置５００の構成要素の素材にグラファイトを用いた場合には、はみ出しによるグラファイトの減量も効果的に防止することが可能である。

１００ パッキング（コアパッキング）
１５０ パッキング（コアパッキング）
１１３ 三角形状の一辺
１１５ 三角形状の辺
１１７ 三角形状の辺
１１９ パッキングの最外縁

２００ 中間パッキング
２１０ 中間パッキングの軸体Ｓに面した側
２２０ 中間パッキングのコアパッキングを挟持する側とは反対側
２３０ 中間パッキングのスタフィングボックス７００の内周面７１３に面した側
２４０ 中間パッキングのコアパッキングを挟持する側

３００ バックアップリング
３１０ バックアップリングの軸体Ｓに面した側
３２０ バックアップリングの第１中間パッキング２００に面した側
３３０ バックアップリングのスタフィングボックス７００の内周面７１３に面した側
３４０ バックアップリングの第１中間パッキング２００に面する側と反対の側

５００ コアパッキングを用いるシール装置

７００ スタフィングボックス
７１３ スタフィングボックスの内周面

Ｔｈ 貫通孔
Ｃ 中心軸
Ｓ 軸体
α 辺１１３と辺１１５とがなす角度
β 辺１１３と辺１１７とがなす角度
Ｓｉ 貫通孔の内面
Ｓｕ パッキングの上側外周面
Ｓｄ パッキングの下側外周面
Ｌｕ 辺１１５を辺１１３に投影した長さ
Ｌｄ 辺１１７を辺１１３に投影した長さ
Ｃｈｄ パッキングの密度が高い領域
Ｍｈｄ 中間パッキングの密度が高い領域

Claims (14)

1. 算盤球型状のリング型の外形を有し、前記リング型を構成する孔は、リング面の中心に設けられた、前記リング面とは垂直な中心軸を有する軸体を貫通させるための円筒形状の貫通孔であり、
   前記リングの片断面の形状は、前記円筒形状の中心軸を含む断面上における、前記貫通孔の側面上の一辺と、他の二辺とからなる三角形状であり、前記一辺と前記他の二辺とがなす角度は鋭角であるパッキングであって、
   前記パッキングの密度は、前記リング型の外形の前記円筒形状の貫通孔の設けられた側の領域よりも、前記リング型の外形の外周側の領域を高くしたことを特徴とするパッキング。
2. 前記片断面を構成する前記三角形状が、前記一辺を底辺とする二等辺三角形状である請求項１に記載のパッキング。
3. 前記二等辺三角形状の頂角が１２０度である請求項２に記載のパッキング。
4. 前記パッキングが、少なくとも重量比２５．０％のバーミキュライトを含む素材から形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のパッキング。
5. 前記パッキングが、少なくとも重量比９９．８％のグラファイトを含む素材から形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のパッキング。
6. 算盤球型状のリング型の外形を有し、前記リング型を構成する孔は、リング面の中心に設けられた、前記リング面とは垂直な中心軸を有する軸体を貫通させるための円筒形状の貫通孔であり、
   前記リングの片断面の形状は、前記円筒形状の中心軸を含む断面上における、前記貫通孔の側面上の一辺と、他の二辺とからなる三角形状であり、前記一辺と前記他の二辺とがなす角度は鋭角であるパッキングをコアパッキングとして前記軸体のシールを行うシール装置であって、
   前記コアパッキングをスタフィングボックス内に収納すると共に、前記コアパッキングの前記貫通孔に軸体を貫通させ、
   前記軸体の軸線方向に沿って、前記コアパッキングを両側から挟持するように配設された、前記軸体を取り巻くリング状の２つの中間パッキングと、
   前記軸体の軸線方向に沿って、前記中間パッキングを前記コアパッキングとは反対の側から挟持するように配設された、前記軸体を取り巻くリング状の２つのバックアップリングとから構成され、
   前記２つの中間パッキングは、それぞれ片断面が四辺形状をしており、前記軸体に面した側は、前記軸体の軸線の方向と平行な面を有し、前記スタフィングボックスの筐体内面に面した側は前記スタフィングボックスの筐体内面に平行な面を有すると共に、前記スタフィングボックスの筐体内面に面した側の前記軸線に沿った長さは、前記軸体に面した側の前記軸線に沿った長さよりも長く、
   前記コアパッキングを挟持する側とは反対の側は、前記軸体の軸線方向と垂直な面を有し、前記コアパッキングを挟持する側は、前記コアパッキングの貫通孔側から前記コアパッキングの外周面の最外縁にかけて、前記コアパッキングの外周面とそれぞれ平行な面を有しており、
   前記２つのバックアップリングは、それぞれ片断面が四辺形状をしており、前記軸体に面した側は、前記軸体の軸線の方向と平行な面を有し、前記スタフィングボックスの筐体内面に面した側は前記スタフィングボックスの筐体内面と平行な面を有し、前記中間パッキングに面する側は前記中間パッキングの対向する面に平行な面を有し、前記中間パッキングに面する側と反対の側は、前記軸体の軸線方向に垂直な面を有することを特徴とするシール装置。
7. 前記片断面を構成する前記三角形状が、前記一辺を底辺とする二等辺三角形状である請求項６に記載のシール装置。
8. 前記二等辺三角形状の頂角が１２０度である請求項７に記載のシール装置。
9. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のパッキングをコアパッキングとして前記軸体のシールを行うシール装置であって、
   前記コアパッキングをスタフィングボックス内に収納すると共に、前記コアパッキングの前記貫通孔に軸体を貫通させ、
   前記軸体の軸線方向に沿って、前記コアパッキングを両側から挟持するように配設された、前記軸体を取り巻くリング状の２つの中間パッキングと、
   前記軸体の軸線方向に沿って、前記中間パッキングを前記コアパッキングとは反対の側から挟持するように配設された、前記軸体を取り巻くリング状の２つのバックアップリングとから構成され、
   前記２つの中間パッキングは、それぞれ片断面が四辺形状をしており、前記軸体に面した側は、前記軸体の軸線の方向と平行な面を有し、前記スタフィングボックスの筐体内面に面した側は前記スタフィングボックスの筐体内面に平行な面を有すると共に、前記スタフィングボックスの筐体内面に面した側の前記軸線に沿った長さは、前記軸体に面した側の前記軸線に沿った長さよりも長く、
   前記コアパッキングを挟持する側とは反対の側は、前記軸体の軸線方向と垂直な面を有し、前記コアパッキングを挟持する側は、前記コアパッキングの貫通孔側から前記コアパッキングの外周面の最外縁にかけて、前記コアパッキングの外周面とそれぞれ平行な面を有しており、
   前記２つのバックアップリングは、それぞれ片断面が四辺形状をしており、前記軸体に面した側は、前記軸体の軸線の方向と平行な面を有し、前記スタフィングボックスの筐体内面に面した側は前記スタフィングボックスの筐体内面と平行な面を有し、前記中間パッキングに面する側は前記中間パッキングの対向する面に平行な面を有し、前記中間パッキングに面する側と反対の側は、前記軸体の軸線方向に垂直な面を有することを特徴とするシール装置。
10. 前記２つの中間パッキングの前記コアパッキングを挟持する側の表面は、前記コアパッキングの貫通孔側から前記コアパッキングの外周面の最外縁にかけて、前記コアパッキングの外周面との距離を拡大するように形成した請求項６乃至９の何れか１項に記載のシール装置。
11. 前記バックアップリングは、少なくとも重量比２５．０％のバーミキュライトを含む素材から形成した請求項６乃至１０の何れか１項に記載のシール装置。
12. 前記バックアップリングは、少なくとも重量比９９．８％のグラファイトを含む素材から形成した請求項６乃至１０の何れか１項に記載のシール装置。
13. 前記中間パッキングは、前記軸体に面した側の領域及び前記コアパッキングに面した側の領域の密度が、前記スタッフィングボックスの筐体内面に面した側の領域及び前記バックアップリングに面した側の領域よりも高く形成した請求項６乃至１２の何れか１項に記載のシール装置。
14. 前記中間パッキングの密度は、前記コアパッキングよりも低く形成した請求項６乃至１３の何れか１項に記載のシール装置。