特開 2023-120568 軸シール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023120568

(43)【公開日】2023-08-30

(54)【発明の名称】軸シール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/24 20060101AFI20230823BHJP

   F16J 15/3236 20160101ALI20230823BHJP

   F16J 15/3232 20160101ALI20230823BHJP

【ＦＩ】

F16J15/24 Z

F16J15/3236

F16J15/3232 201

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022023510

(22)【出願日】2022-02-18

(71)【出願人】

【識別番号】000229737

【氏名又は名称】日本ピラー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087653

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴江 正二

(72)【発明者】

【氏名】ブイタン タン

(72)【発明者】

【氏名】加門 祐介

【テーマコード（参考）】

3J006

3J043

【Ｆターム（参考）】

3J006AB06

3J006AE25

3J006AE39

3J006AE50

3J006CA04

3J043AA16

3J043BA02

3J043CA02

3J043CA06

3J043CA12

3J043CB14

3J043CB20

3J043DA02

(57)【要約】

【課題】パッキンのシール圧を常温では過剰に上昇させることなく、低温では十分に高く維持することが可能な軸シールを提供する。
【解決手段】流体機器の可動軸とスタッフィングボックスとの隙間を密封するための軸シールは樹脂製のパッキンと支持体とを備えている。パッキンはパッキン押さえからの軸方向の圧力で可動軸とスタッフィングボックスとの隙間に詰められる。支持体は、可動軸を囲む環状の構造体であり、軸方向における片側をパッキンの軸方向における一端部に接触させ、反対側をスタッフィングボックスまたはパッキン押さえに接触させる。支持体は軸方向における少なくとも一部に締付領域を含む。締付領域の外周側では内周側よりも熱収縮率が高く、温度降下に伴って外周側が内周側を締め付ける。締付領域の外周側が内周側を締め付ける力が締付領域からパッキンへ軸方向の圧力として伝わるように、支持体は構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体機器の可動軸とスタッフィングボックスとの隙間を密封するための軸シールであって、
パッキン押さえからの軸方向の圧力で前記隙間に詰められる樹脂製のパッキンと、
前記可動軸を囲む環状の構造体であり、軸方向における片側を前記パッキンの軸方向における一端部に接触させ、反対側を前記スタッフィングボックスまたは前記パッキン押さえに接触させる支持体と
を備え、
前記支持体が軸方向における少なくとも一部に、
外周側では内周側よりも熱収縮率が高く、温度降下に伴って前記外周側が前記内周側を締め付ける締付領域
を含み、
前記支持体は、前記外周側が前記内周側を締め付ける力が前記締付領域から前記パッキンへ軸方向の圧力として伝わるように構成されている
ことを特徴とする軸シール。

【請求項2】

前記支持体が、
前記可動軸を囲む環状部材であり、軸方向において前記パッキンに近い側に、軸方向において端から中央へ向かうにつれて直径が狭まるように傾斜しているテーパー内周面を含む締付リングと、
前記可動軸を囲む環状部材であり、前記締付リングよりも熱収縮率が低く、軸方向において前記パッキンから遠い側に、軸方向において中央から端へ向かうにつれて直径が狭まるように傾斜しているテーパー外周面を含む押付リングと
を有し、
前記締付領域では前記テーパー内周面が前記テーパー外周面に接触する、
請求項１に記載の軸シール。

【請求項3】

前記支持体が、
前記可動軸を囲む環状部材であり、軸方向において前記パッキンから遠い側に、軸方向において中央から端へ向かうにつれて直径が広がるように傾斜しているテーパー内周面を含む押付リングと、
前記可動軸を囲む環状部材であり、前記押付リングよりも熱収縮率が低く、軸方向において前記パッキンに近い側に、軸方向において端から中央へ向かうにつれて直径が広がるように傾斜しているテーパー外周面を含む不動リングと
を有し、
前記締付領域では前記テーパー内周面が前記テーパー外周面に接触する、
請求項１に記載の軸シール。

【請求項4】

前記パッキンがＶパッキンであり、
前記支持体が、
前記パッキンの軸方向における一端部に接触する雄アダプター
を有する、
請求項２または請求項３に記載の軸シール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は軸シールに関し、特に、樹脂製のパッキンを含むものに関する。

【背景技術】

【0002】

「軸シール」とは、流体機器のケーシングの開口部と可動軸との隙間を密封するための部品、すなわち、その隙間からの流体の漏れ、またはその隙間への異物の侵入を防ぐための部品の総称である。軸シールには特に、スタッフィングボックスの中に詰め込まれるパッキンを含むものがある（たとえば特許文献１－６参照）。「スタッフィングボックス」は、ケーシングの開口部の内側に嵌め込まれた筒状部材であり、可動軸を囲んで自身の内周面と可動軸の外周面との間に環状の空間、すなわちパッキン室を形成する。「パッキン」は紐状または環状の可撓性部材であり、パッキン室に一般に複数詰め込まれる。パッキン室の中では複数のパッキンが、紐状であれば可動軸に巻き付けられた状態で、環状であれば内側に可動軸を通した状態で、可動軸に沿って隣り合わせで並べられ、可動軸を囲む１つの筒状構造を構成する。この筒状構造は、「パッキン押さえ」と呼ばれる環状部材によって軸方向に圧縮されると径方向へ膨張し、スタッフィングボックスの内周面と可動軸の外周面とに密着する。その結果、パッキン室が塞がれるので、ケーシングの開口部と可動軸との隙間が密封される。

【0003】

スタッフィングボックスの内周面と可動軸の外周面とに対するパッキンの圧力、すなわちシール圧は、パッキンが軸方向に圧縮されることによって径方向の応力を上昇させた結果である。したがって、パッキンに、クリープ変形、摩耗、温度降下等によって応力が低下する現象、すなわち応力緩和が生じるとシール圧が低下する。この低下に起因する流体の漏れ量の増加を防ぐには、パッキンに対するパッキン押さえの圧力を上昇させる作業、すなわち増し締めが必要である。増し締めの頻度を抑えて軸シールに関するメンテナンスの負担を軽減させるための工夫としては、パッキンを軸方向へ加圧するばねをスタッフィングボックスまたはパッキン押さえに設ける技術が知られている（たとえば特許文献３－６参照）。パッキンが応力緩和によって軸方向の応力を低下させると、ばねの圧力で軸方向に更に圧縮される。これに伴ってパッキンの径方向の応力が上昇し、応力緩和に伴うその低下が相殺されるので、シール圧が低下しにくい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開平０２－０８４０６２号公報

【特許文献2】特開２０１６－０２０７１１号公報

【特許文献3】特開平１１－３４４１２３号公報

【特許文献4】特開２００５－２２０８３２号公報

【特許文献5】特開２００９－２１５９０５号公報

【特許文献6】特許第５８２０７９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

パッキンの材料としては樹脂がよく選択される。特に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂は、耐熱性が高く、流体に対する化学的な安定性に優れ、かつ可動軸に対する摩擦係数が低いので多用される。しかし、可動軸やスタッフィングボックスの材料として一般的な金属に比べ、樹脂、特にフッ素樹脂は熱収縮率が１０倍程度高い。これにより、軸シールに樹脂製のパッキンを利用することには以下の問題点がある。なお、「熱収縮率」とは、物体の熱収縮の割合、すなわち、温度降下に伴ってその物体の体積または長さが減少する割合を意味し、実際にはその物体の熱膨張係数と等しい。

【0006】

液化天然ガス（ＬＮＧ、沸点－１６０℃程度）、液体窒素（沸点－１９６℃）、液体水素（沸点－２５３℃）、液体ヘリウム（沸点－２６９℃）等、低温（零下百数十℃以下）の流体を流体機器が扱う場合、その流体によって可動軸だけでなく軸シールも低温まで冷却される。一般に金属製である可動軸やスタッフィングボックスと比べて樹脂製のパッキンは熱収縮率が高いので、常温（零下数十℃以上、数十℃以下）から低温までの温度降下（以下、「低温化」と呼ぶ。）に伴い、パッキン室の径方向の内法よりもパッキンの径方向の幅が大きく熱収縮する。その結果、特にパッキンの外周側でシール圧が低下する。さらに、パッキン室とパッキンとの間では熱収縮率の差が大きいので、低温化に伴うシール圧の低下幅は、クリープ変形、摩耗等、常温での応力緩和に伴う低下幅よりもかなり大きい。

【0007】

特許文献３－６に開示された軸シールのように、パッキンがばねで加圧されていても、そのばねの圧力は、パッキンの常温での応力緩和に伴うシール圧の低下を防ぐ程度に過ぎず、低温化に伴うシール圧の低下を防ぐには足りない。しかし、更に強いばねでパッキンを加圧することは、スタッフィングボックスまたはパッキン押さえの構造の強化または大型化が必要である等の理由で難しい。仮に十分に強いばねがスタッフィングボックス等に取り付けられたとしても、そのばねの圧力は常温では必要な高さを超えているので、パッキンのシール圧を過剰に上昇させる。したがって、パッキンの摩耗が過剰に速く、可動軸に対するパッキンの摺動抵抗が過剰に高い。これらの不具合を避けるには、ばねの圧力を常温では低温よりも抑える工夫が必要である。しかし、そのような工夫も難しい。

【0008】

本発明の目的は上記の課題を解決することであり、特に、パッキンのシール圧を常温では過剰に上昇させることなく、低温では十分に高く維持することが可能な軸シールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の１つの観点による軸シールは、流体機器の可動軸とスタッフィングボックスとの隙間を密封するためのものであり、樹脂製のパッキンと支持体とを備えている。パッキンはパッキン押さえからの軸方向の圧力で可動軸とスタッフィングボックスとの隙間に詰められる。支持体は、可動軸を囲む環状の構造体であり、軸方向における片側をパッキンの軸方向における一端部に接触させ、反対側をスタッフィングボックスまたはパッキン押さえに接触させる。支持体は軸方向における少なくとも一部に締付領域を含む。締付領域の外周側では内周側よりも熱収縮率が高く、温度降下に伴って外周側が内周側を締め付ける。この締め付ける力が締付領域からパッキンへ軸方向の圧力として伝わるように、支持体は構成されている。

【0010】

支持体の具体的な構成は多様である。たとえば支持体が締付リングと押付リングとを有してもよい。締付リングは、可動軸を囲む環状部材であり、軸方向においてパッキンに近い側にテーパー内周面を含む。テーパー内周面は、軸方向において端から中央へ向かうにつれて直径が狭まるように傾斜している。押付リングは、可動軸を囲む環状部材であり、締付リングよりも熱収縮率が低く、軸方向においてパッキンから遠い側にテーパー外周面を含む。テーパー外周面は、軸方向において中央から端へ向かうにつれて直径が狭まるように傾斜している。締付領域では締付リングのテーパー内周面が押付リングのテーパー外周面に接触する。

【0011】

上記の他に、支持体が押付リングと不動リングとを有してもよい。押付リングは、可動軸を囲む環状部材であり、軸方向においてパッキンから遠い側にテーパー内周面を含む。テーパー内周面は、軸方向において中央から端へ向かうにつれて直径が広がるように傾斜している。不動リングは、可動軸を囲む環状部材であり、押付リングよりも熱収縮率が低く、軸方向においてパッキンに近い側にテーパー外周面を含む。テーパー外周面は、軸方向において端から中央へ向かうにつれて直径が広がるように傾斜している。締付領域では押付リングのテーパー内周面が不動リングのテーパー外周面に接触する。

【0012】

パッキンがＶパッキンであってもよい。さらに、支持体が、パッキンの軸方向における一端部に接触する雄アダプターを有してもよい。「Ｖパッキン」とは、断面がＶ字形状であるリップパッキン、すなわち「リップ」と呼ばれる張り出し部分を含む成形パッキン（材料が型で成形されたパッキン）をいう。Ｖパッキンでは、断面が成すＶ字形状の２つの上端部がリップに相当する。「雄アダプター」とは、Ｖパッキンをそのリップ側から支える部材をいう。

【発明の効果】

【0013】

本発明による上記の軸シールでは支持体が軸方向においてパッキン押さえとパッキンとの間、またはパッキンとスタッフィングボックスとの間に挟まれる。常温では支持体が、パッキン押さえとスタッフィングボックスとの間の結合に伴うパッキン押さえまたはスタッフィングボックスからの軸方向の圧力を、実質上そのままパッキンへ伝える。一方、低温では支持体が、パッキン押さえ等からの軸方向の圧力をパッキンへ伝えるだけでなく、自らもパッキンに対する軸方向の圧力を、以下のようにして発生させる。

【0014】

低温の流体が流体機器のケーシング内を流れる間、パッキンだけでなく支持体にも低温化が生じる。これに伴って支持体は、締付領域の外周部が内周部を締め付ける力をパッキンへ軸方向の圧力として伝える。支持体の具体的な構成は多様であり、それらには、たとえば上記のとおり、（１）締付リングと押付リングとの組み合わせと、（２）押付リングと不動リングとの組み合わせとが含まれる。

【0015】

（１）押付リングは軸方向においてパッキンと締付リングとの間に挟まれ、テーパー外周面を締付リングのテーパー内周面に接触させる。低温化に伴って押付リングが締付リングによって締め付けられると、テーパー外周面がテーパー内周面から圧力を受ける。テーパー外周面とテーパー内周面とは、パッキンに近づくにつれて直径が広がるように傾斜しているので、テーパー外周面がテーパー内周面から受ける圧力は径方向に対して傾斜している。したがって、押付リング内には軸方向の応力が発生し、押付リングからパッキンへ軸方向の圧力として伝わる。一方、テーパー外周面からテーパー内周面が受ける反力も径方向に対して傾斜しているので、締付リング内にも軸方向の応力が発生し、締付リングからスタッフィングボックスまたはパッキン押さえへ軸方向の圧力として伝わる。しかし、スタッフィングボックスもパッキン押さえも剛性が十分に高いので、締付リングからの軸方向の圧力では実質上変形も変位もしない。その結果、締付リングが軸方向へは実質上変位できないので、パッキンに対する押付リングの圧力が高い。

【0016】

（２）押付リングは軸方向においてパッキンと不動リングとの間に挟まれ、テーパー内周面を不動リングのテーパー外周面に接触させる。低温化に伴って押付リングが不動リングを締め付けると、テーパー内周面がテーパー外周面に対して圧力を加える。テーパー内周面とテーパー外周面とは、パッキンに近づくにつれて直径が狭まるように傾斜しているので、テーパー内周面がテーパー外周面に対して加える圧力は径方向に対して傾斜している。したがって、その圧力に対する反力も径方向に対して傾斜しているので、押付リング内には軸方向の応力が発生し、押付リングからパッキンへ軸方向の圧力として伝わる。一方、テーパー内周面がテーパー外周面に対して加える圧力により、不動リング内にも軸方向の応力が発生し、不動リングからスタッフィングボックスまたはパッキン押さえへ軸方向の圧力として伝わる。しかし、スタッフィングボックスもパッキン押さえも剛性が十分に高いので、不動リングからの軸方向の圧力では実質上変形も変位もしない。その結果、不動リングが軸方向へは実質上変位できないので、パッキンに対する押付リングの圧力が高い。

【0017】

こうして、低温ではパッキンが、パッキン押さえとスタッフィングボックスとの間の結合に伴う軸方向の圧力だけでなく、支持体の締付領域の熱収縮に伴う軸方向の圧力も受ける。したがって、パッキンが軸方向に更に圧縮されて径方向の応力を上昇させる。この上昇によってパッキンの低温化に伴う径方向の応力の低下を相殺し、低温でもパッキンのシール圧を十分に高く維持することは可能である。こうして、本発明による上記の軸シールはパッキンのシール圧を、常温では過剰に上昇させることなく、低温では十分に高く維持することができる。

【0018】

パッキンがＶパッキンであり、支持体が雄アダプターを含む場合、Ｖパッキンのリップ側に支持体が位置する。したがって、低温化に伴って上昇する押付リングからの軸方向の圧力がＶパッキンを軸方向に圧縮するだけでなく、Ｖパッキンのリップを更に大きく開かせてスタッフィングボックスと可動軸とに更に強く押し付ける。その結果、パッキンの低温でのシール性が更に向上する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】（ａ）は本発明の実施形態１による軸シールの断面図であり、（ｂ）は、（ａ）が示すパッキンとその近傍との部分拡大図である。

【図2】図１が示す軸シールの分解図である。

【図3】（ａ）は、低温化に伴って締付リングから押付リングへ、さらにパッキンへ伝わる力を示す模式図であり、（ｂ）は、締付リングの熱収縮に伴うパッキンの変形と押付リングの変位とを示す模式図である。

【図4】本発明の実施形態１による軸シールの変形例の断面図である。

【図5】（ａ）は本発明の実施形態２による軸シールの断面図であり、（ｂ）は、（ａ）が示すパッキンとその近傍との部分拡大図である。

【図6】図５が示す支持体の分解図である。

【図7】（ａ）は、低温化に伴って押付リングから不動リングとパッキンとへ伝わる力を示す模式図であり、（ｂ）は、押付リングの熱収縮に伴うその変位とパッキンの変形とを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の実施形態による軸シールは、たとえばバルブのケーシングの開口部とステムとの隙間のシールに利用される。「ケーシング」は「弁箱」とも呼ばれ、内側に流路を収める筐体である。「ステム」は「弁棒」とも呼ばれ、中心軸まわりの回転、または中心軸方向での往復運動により、バルブの弁体等に動力を伝達する棒状部材である。動力の伝達先はケーシング内の流路に位置するので、ケーシングにはステムを貫通させるための開口部が欠かせない。この開口部からの流体の漏れ量を本発明の実施形態による軸シールは抑える。
《実施形態１》

【0021】

図１の（ａ）は本発明の実施形態１による軸シール１００の断面図である。軸シール１００はバルブのステム５１０とケーシング５５０の開口部５５１との隙間を密封する。図１の（ａ）が示す断面はステム５１０の中心軸を含む。図１の（ａ）ではステム５１０の中心軸が左右方向に対して平行であり、右側にはケーシング５５０内の流路５４０が位置し、左側にはケーシング５５０の外部空間５６０が広がり、一般に外気に通じている。以下、図１の（ａ）が示す任意の部位に対して右側（すなわち流路５４０に近い側）を「流体側」と呼び、左側（すなわち流路５４０から遠い側）を「大気側」と呼ぶ。

【0022】

ケーシング５５０の開口部５５１の内側にはスタッフィングボックス５２０が嵌め込まれている。スタッフィングボックス５２０は、黄銅、青銅、鋼、または鋳鉄等の金属から成る円筒部材であり、ステム５１０を同軸に囲む。スタッフィングボックス５２０の流体側の端部（図１の（ａ）では右端部）５２１はケーシング５５０内の流路５４０に面し、大気側の端部（図１の（ａ）では左端部）５２２はケーシング５５０の外側へ突出している。スタッフィングボックス５２０の内周面５２３はステム５１０の外周面５１１との間に円筒状のパッキン室を形成している。スタッフィングボックス５２０の流体側の端部５２１からはステム５１０の外周面５１１へ向かって円環状のリブ５２４が突出し、流路５４０とパッキン室との間を仕切っている。

【0023】

スタッフィングボックス５２０の大気側の端部（図１では左端部）５２２の内側ではパッキン押さえ５３０が、その流体側の端部（図１では右端部）５３１でパッキン室の大気側（図１では左側）の開口部を閉じている。パッキン押さえ５３０は、黄銅、青銅、鋼、または鋳鉄等の金属から成る円環部材であり、ステム５１０を同軸に囲む。パッキン押さえ５３０の大気側の端部（図１では左端部）５３２から外周方向へは円環状のフランジ５３３が張り出している。フランジ５３３には複数本のボルト５３４がステム５１０に対して平行に（図１では左右方向に）貫通しており、フランジ５３３をスタッフィングボックス５２０の大気側の端部５２２に固定している。
［軸シールの構造］

【0024】

軸シール１００は、パッキン室を塞ぐための部品群であり、パッキン１２０、雌アダプター１４０、および支持体１５０、１６０を備えている。
－パッキン－

【0025】

図１の（ｂ）は、図１の（ａ）が示すパッキン１２０とその近傍（図１の（ａ）が示す破線で囲まれた領域）の部分拡大図であり、図２は軸シール１００の分解図である。パッキン１２０はＶパッキンであり、たとえば４本のＶリング１２１で構成される。「Ｖリング」とは、単一の環形を成すＶパッキンをいう。以下、「Ｖリング」との混同を防ぐ目的で、「Ｖパッキン」を、パッキン室に詰め込まれたＶリングの全体の呼称としてのみ使用する。

【0026】

Ｖリング１２１はいずれも、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂から成る円環状の成形パッキンであり、横断面（円環形の中心軸を含む平面による断面）が、Ｖリング１２１の軸方向を上下方向とするＶ字形状である。このＶ字形の２つの上端部、すなわちリップ１２２、１２３はＶリング１２１の軸方向における片側（図１では右側）へ張り出し、Ｖリング１２１の周方向に連なって２本の同心円環を成す。内側のリップ１２２は内径の最小値がステム５１０の直径以下であり、外側のリップ１２３は外径の最大値がスタッフィングボックス５２０の内周面５２３の直径以上である。リップ１２２、１２３はそれらの材料の可撓性により、Ｖ字形の開き（図１では上下方向の間隔）を増減させるように屈曲可能である。Ｖ字形の下端部１２４（以下、「ヒール」と呼ぶ。）はＶリング１２１の軸方向においてリップ１２２、１２３とは反対側（図１では左側）へ突出し、Ｖリング１２１の周方向に連なって１本の円環を成す。ヒール１２４の横断面はＶリング１２１の軸方向においてテーパー状であり、特に、先端に近づくにつれて内径が広がり、外径が狭まる。４本のＶリング１２１は、リップ１２２、１２３を流体側（図１では右側）へ向け、かつ内側にステム５１０を同軸に通した状態でパッキン室の中に押し込まれ、ステム５１０に沿って隣り合わせで並べられる。このとき、各Ｖリング１２１のリップ１２２、１２３間には、流体側（図１では右側）に隣接する別のＶリング１２１のヒール１２４が嵌め込まれる。これにより、４本のＶリング１２１が単一の円筒構造、すなわちＶパッキン１２０に一体化する。
－雌アダプター－

【0027】

雌アダプター１４０は、青銅またはアルミ青銅等の金属から成る円環部材であり、Ｖパッキン１２０の大気側（図１では左側）に隣接してステム５１０を同軸に囲む。雌アダプター１４０は内径がステム５１０の直径よりもわずかに大きく、外径がスタッフィングボックス５２０の内周面５２３の直径よりもわずかに小さい。これにより、雌アダプター１４０はステム５１０に対する摺動抵抗が十分に低く、かつステム５１０に沿って摺動が可能である。

【0028】

「雌アダプター」とは本来、Ｖパッキンをそのヒール側から支える部材をいう。雌アダプター１４０もＶパッキン１２０を各Ｖリング１２１のヒール１２４側、すなわち大気側（図１では左側）から支持する。実際、雌アダプター１４０の大気側（図１では左側）の円環面１４１はパッキン押さえ５３０の流体側の端部（図１では右端部）５３１に接触する。一方、雌アダプター１４０の流体側（図１では右側）、すなわちＶパッキン１２０と接触する側の円環面には、周方向に伸びる円環状の凹部１４２がある。凹部１４２には、最も大気側（図１では左側）に位置するＶリング１２１のヒール１２４が嵌め込まれる。特に凹部１４２の内面全体にヒール１２４の外面全体が密着する。雌アダプター１４０はＶリング１２１よりも剛性が高いので、そのヒール１２４との密着により、パッキン押さえ５３０からの圧力をヒール１２４の全周へ偏りなく伝えると共に、ステム５１０との摩擦や流体の圧力に起因するヒール１２４の過剰な変形とはみ出しとを抑える。
－支持体－

【0029】

図２は支持体１５０、１６０の分解図を含む。支持体は押付リング１５０と締付リング１６０とで構成されている。押付リング１５０は、青銅またはアルミ青銅等の金属から成る円環部材であり、Ｖパッキン１２０の流体側（図１では右側）に隣接してステム５１０を同軸に囲む。押付リング１５０は内径がステム５１０の直径よりもわずかに大きく、外径がスタッフィングボックス５２０の内周面５２３の直径よりもわずかに小さいので、ステム５１０に対する摺動抵抗が十分に低く、かつ、ステム５１０に沿って摺動が可能である。締付リング１６０は、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂から成る円環部材であり、押付リング１５０の流体側（図１では右側）に隣接してステム５１０を同軸に囲む。締付リング１６０は内径がステム５１０の直径よりも大きいので、ステム５１０に対して摺動抵抗を与えない一方、外径がスタッフィングボックス５２０の内周面５２３の直径以上であるので、その内周面５２３に圧入によって固定される。

【0030】

押付リング１５０にはＶパッキン１２０に対する雄アダプターとしての機能がある。実際、押付リング１５０の大気側（図１では左側）、すなわちＶパッキン１２０と接触する側の円環面からは、周方向に連なる円環状の凸部１５１が突出している。凸部１５１は、最も流体側（図１では右側）に位置するＶリング１２１のリップ１２２、１２３間に嵌め込まれる。一方、押付リング１５０の流体側（図１では右側）の外周部にはテーパー外周面１５２がある。テーパー外周面１５２は、押付リング１５０の軸方向における中央から流体側の端（図１では右端）へ向かうにつれて直径が狭まるように傾斜している。テーパー外周面１５２は締付リング１６０と接触する（詳細は後述参照）。これにより、押付リング１５０が締付リング１６０を介してスタッフィングボックス５２０の内周面５２３とリブ５２４とによって支持される。押付リング１５０はＶリング１２１よりも剛性が高いので、スタッフィングボックス５２０とパッキン押さえ５３０との間の結合に伴うスタッフィングボックス５２０のリブ５２４からの軸方向の圧力をＶリング１２１の全周へ、特にリップ１２２、１２３の両方へ偏りなく伝えると共に、ステム５１０との摩擦や流体の圧力に起因するリップ１２２、１２３の過剰な変形とはみ出しとを抑える。

【0031】

締付リング１６０は押付リング１５０と接触する側、すなわち大気側（図１では左側）にテーパー内周面１６１を含む。テーパー内周面１６１は、締付リング１６０の大気側の端（図１では左端）から軸方向における中央へ向かうにつれて直径が狭まるように傾斜している。テーパー内周面１６１の最大直径、すなわち締付リング１６０の大気側の端（図１では左端）の内径は押付リング１５０のテーパー外周面１５２の最小直径、すなわち押付リング１５０の流体側の端（図１では右端）の外径よりも大きい。したがって、テーパー内周面１６１はテーパー外周面１５２に接触する。一方、締付リング１６０の流体側（図１では右側）の円環面１６２はスタッフィングボックス５２０のリブ５２４の大気側（図１では左側）の円環面５２５に密着する。これにより、押付リング１５０が締付リング１６０を介してスタッフィングボックス５２０の内周面５２３とリブ５２４とによって支持される。
［軸シールのシール作用］

【0032】

パッキン押さえ５３０のフランジ５３３がボルト５３４の軸力でスタッフィングボックス５２０の大気側の端部５２２に押し付けられると、パッキン押さえ５３０の流体側の端部（図１では左端部）５３１が雌アダプター１４０の大気側（図１では左側）の円環面１４１に対して軸方向（図１では右方向）の圧力を加える。この圧力は雌アダプター１４０の凹部１４２によって最も大気側（図１では左側）のＶリング１２１のヒール１２４へ伝えられ、更にそのＶリング１２１のリップ１２２、１２３によって流体側（図１では右側）のＶリング１２１のヒール１２４へ伝えられる。同様な圧力の伝達が残りのＶリング１２１の間でも繰り返されることにより、最も流体側（図１では右側）のＶリング１２１のリップ１２２、１２３が押付リング１５０の凸部１５１に対して軸方向（図１では右方向）の圧力を加える。この圧力が押付リング１５０のテーパー外周面１５２によって締付リング１６０のテーパー内周面１６１に対して加えられるので、締付リング１６０がスタッフィングボックス５２０の内周面５２３とリブ５２４とに押し付けられる。

【0033】

スタッフィングボックス５２０はケーシング５５０に固定されていると共に剛性が高いので、締付リング１６０からの圧力では実質上変位も変形もしない。したがって、締付リング１６０はスタッフィングボックス５２０の内周面５２３とリブ５２４とから軸方向（図１では左方向）の強い反力を受ける。さらに、この反力が締付リング１６０から押付リング１５０を通してＶパッキン１２０へ加わるので、Ｖパッキン１２０はこの反力とパッキン押さえ５３０からの圧力との両方を受けて軸方向（図１では左右方向）に圧縮され、径方向（図１では上下方向）へ膨張する。さらに、各Ｖリング１２１のリップ１２２、１２３が押付リング１５０の凸部１５１または流体側（図１では右側）のＶリング１２１のヒール１２４によって押し拡げられ、Ｖ字形状の開き（図１では上下方向の間隔）を増大させる。その結果、各Ｖリング１２１では内側のリップ１２２がステム５１０の外周面５１１に密着し、外側のリップ１２３がスタッフィングボックス５２０の内周面５２３に密着する。したがって、Ｖパッキン１２０の内周面とステム５１０の外周面５１１との隙間にも、Ｖパッキン１２０の外周面とスタッフィングボックス５２０の内周面５２３との隙間にも、ごくわずかな流体しか浸透できない。こうして、ステム５１０とスタッフィングボックス５２０のリブ５２４との隙間が密封される。

【0034】

Ｖリング１２１のリップ１２２、１２３には更にセルフシール作用がある。押付リング１５０とＶリング１２１との隙間、さらに、Ｖリング１２１間の隙間に流体が充填されると、流体の圧力により、内側のリップ１２２はステム５１０の外周面５１１に更に押し付けられ、外側のリップ１２３はスタッフィングボックス５２０の内周面５２３に更に押し付けられる。これにより、リップ１２２、１２３、特にそれらの先端部ではシール圧が更に上昇するので、Ｖパッキン１２０のシール性は高い。
［低温化に伴うシール圧の低下に対する防止作用］

【0035】

バルブがＬＮＧまたは液体窒素等、零下百数十℃以下の低温の流体を扱う場合、その低温の流体がケーシング５５０内の流路５４０を流れる間、ステム５１０だけでなく軸シール１００にも低温化が生じる。ステム５１０やスタッフィングボックス５２０と比べてＶパッキン１２０は熱収縮率が高いので、低温化に伴う熱収縮がパッキン室よりもＶパッキン１２０で大きい。しかし、軸シール１００では低温化が押付リング１５０と締付リング１６０とにも生じる。これにより、パッキン室とＶパッキン１２０との間での熱収縮の大きな差にかかわらず、低温化に伴うシール圧の低下が以下のように防止される。

【0036】

図３の（ａ）は、低温化に伴って締付リング１６０から押付リング１５０へ、さらにＶリング１２１へ伝わる力を示す模式図である。締付リング１６０はＶリング１２１と同様にフッ素樹脂製であるので、熱収縮率がＶリング１２１と同程度以上に高い。これに対して、押付リング１５０は金属製であるので、熱収縮率がＶリング１２１と締付リング１６０とのいずれよりも低く、特に１／１０程度に過ぎない。したがって、締付リング１６０のテーパー内周面１６１が押付リング１５０のテーパー外周面１５２に接触する領域（以下、「締付領域」と呼ぶ。）では、低温化に伴う熱収縮によってテーパー内周面１６１がテーパー外周面１５２を締め付け、特に、締付リング１６０内の内周方向の応力ＳＳがテーパー内周面１６１からテーパー外周面１５２へ圧力ＰＡとして伝わる。テーパー内周面１６１とテーパー外周面１５２とは、Ｖリング１２１に近づく（図３の（ａ）では左方へ向かう）につれて直径が広がるように傾斜しているので、圧力ＰＡは径方向（図３の（ａ）では上下方向）に対して傾斜している。したがって、押付リング１５０内に軸方向（図３の（ａ）では左方向）の応力が発生し、押付リング１５０の凸部１５１から、最も流体側（図３の（ａ）では最も右側）に位置するＶリング１２１のリップ１２２、１２３へ軸方向（図３の（ａ）では左方向）の圧力ＰＢとして伝わる。

【0037】

一方、テーパー外周面１５２からテーパー内周面１６１が受ける反力も径方向に対して傾斜しているので、締付リング１６０内にも軸方向（図３の（ａ）では右方向）の応力が発生し、締付リング１６０からスタッフィングボックス５２０のリブ５２４へ軸方向の圧力として伝わる。しかし、リブ５２４は剛性が十分に高いので、締付リング１６０からの軸方向の圧力では実質上変形も変位もしない。したがって、締付リング１６０が軸方向へは実質上変位できないので、Ｖリング１２１に対する押付リング１５０の圧力ＰＢは十分に高い。

【0038】

この圧力ＰＢはＶリング１２１のヒール１２４により、その大気側（図３の（ａ）では左側）に隣接するＶリング１２１のリップ１２２、１２３へ伝わる。同様な圧力ＰＢの伝達が残りのＶリング１２１の間でも繰り返されることにより、最も大気側（図３の（ａ）では最も左側）に位置するＶリング１２１から圧力ＰＢが雌アダプター１４０へ伝わる。雌アダプター１４０はパッキン押さえ５３０によって支持されているので、圧力ＰＢでは実質上変位できない。さらに、雌アダプター１４０は金属製であり、Ｖリング１２１よりも剛性が高いので、圧力ＰＢでは実質上変形もしない。したがって、各Ｖリング１２１は圧力ＰＢによって雌アダプター１４０へ向かって（図３の（ａ）では左方へ）変位し、圧力ＰＢに対する雌アダプター１４０からの反力を受けて軸方向に更に圧縮される。

【0039】

図３の（ｂ）は、締付リング１６０の熱収縮に伴うＶリング１２１の変形と押付リング１５０の変位とを示す模式図である。Ｖリング１２１の軸方向への変位は、押付リング１５０に近い（図３の（ｂ）では右側に位置する）Ｖリング１２１ほど大きい。Ｖリング１２１の変位に合わせて押付リング１５０もＶパッキン１２０へ向かって（図３の（ｂ）では左方へ）変位する。このとき、テーパー外周面１５２とテーパー内周面１６１との傾斜により、押付リング１５０の変位に合わせて締付リング１６０の内径が縮小する。したがって、締付領域が維持され、すなわちテーパー外周面１５２にテーパー内周面１６１が接触し続けるので、押付リング１５０が締付リング１６０の圧力ＰＡを受け続けてＶパッキン１２０に対する圧力ＰＢを持続させる。その結果、各Ｖリング１２１の軸方向における圧縮が十分に大きい。

【0040】

各Ｖリング１２１は軸方向における圧縮に伴って径方向（図３の（ｂ）では上下方向）の応力を上昇させるので、低温化に伴うその低下が相殺される。さらに、各Ｖリング１２１のリップ１２２、１２３が押付リング１５０の凸部１５１または流体側（図３の（ｂ）では右側）のＶリング１２１のヒール１２４によって押し拡げられる。したがって、低温化にかかわらず、内側のリップ１２２はステム５１０の外周面５１１に対するシール圧ＰＩを十分に高く維持し、外側のリップ１２３はスタッフィングボックス５２０の内周面５２３に対するシール圧ＰＯを十分に高く維持する。
［実施形態１の利点］

【0041】

軸シール１００では、押付リング１５０が雄アダプターとしてＶパッキン１２０のリップ側に嵌め込まれると共に、締付リング１６０を介してスタッフィングボックス５２０の内周面５２３とリブ５２４とによって支持される。したがって、常温では、押付リング１５０と締付リング１６０とが、スタッフィングボックス５２０とパッキン押さえ５３０との間の結合に伴うスタッフィングボックス５２０からの軸方向の圧力を、実質上そのままＶパッキン１２０へ伝える。これにより、Ｖパッキン１２０が軸方向に圧縮され、シール圧を所望の高さまで上昇させる。一方、低温では、締付リング１６０が熱収縮によって押付リング１５０を締め付け、それに応じて押付リング１５０がＶパッキン１２０を軸方向へ押し付ける。この圧力ＰＢでＶパッキン１２０が軸方向に更に圧縮されて径方向の応力を上昇させるので、低温化にかかわらず、Ｖパッキン１２０のシール圧が十分に高く維持される。このように、軸シール１００はＶパッキン１２０のシール圧を、常温では過剰に上昇させることなく、低温では十分に高く維持することができる。

【0042】

Ｖパッキン１２０と同じく締付リング１６０もフッ素樹脂製であるので、締付リング１６０の熱収縮率がＶパッキン１２０の熱収縮率と同程度以上である。これにより、Ｖパッキン１２０の熱収縮が顕著に増大するのに合わせて、締付リング１６０の熱収縮に伴う押付リング１５０の圧力ＰＢが上昇する。したがって、低温化に伴うＶパッキン１２０のシール圧の低下を効果的に防ぐことができる。

【0043】

押付リング１５０は金属製であるので、テーパー外周面１５２が締付リング１６０のテーパー内周面１６１から受ける圧力ＰＡに対して剛性が高く、その圧力ＰＡを受けても実質上変形しない。したがって、押付リング１５０が低温でも常温と同程度に滑らかにステム５１０に沿って摺動できるので、テーパー内周面からの圧力ＰＡをＶパッキン１２０に対する軸方向の圧力ＰＢへ効率良く変換することができる。

【0044】

押付リング１５０と締付リング１６０とは各Ｖリング１２１に対してリップ１２２、１２３の側に位置する。したがって、低温化に伴って上昇する押付リング１５０の軸方向の圧力ＰＢがＶリング１２１のリップ１２２、１２３を更に大きく開かせ、ステム５１０の外周面５１１とスタッフィングボックス５２０の内周面５２３とに更に強く押し付ける。その結果、Ｖパッキン１２０の低温でのシール性が更に高い。

【0045】

押付リング１５０と締付リング１６０とはＶパッキン１２０に対し、パッキン押さえ５３０とは反対側に位置する。この場合、低温化に伴って上昇する押付リング１５０の圧力ＰＢは、各Ｖリング１２１とその周囲５１０、１１０との間の摩擦によって弱められた上でパッキン押さえ５３０に到達する。したがって、押付リング１５０からの圧力ＰＢに耐えきれずにボルト５３４が緩む可能性は低いので、その圧力ＰＢに対してパッキン押さえ５３０が十分に強い反力を返すことができる。それ故、その反力と押付リング１５０からの圧力ＰＢとによって各Ｖリング１２１が十分に大きく圧縮されるので、シール圧が十分に高く維持される。
［変形例］

【0046】

（１）軸シール１００は、バルブのケーシング５５０の開口部５５１とステム５１０との隙間のシールに利用される。しかし、本発明の実施形態による軸シールは、他の流体機器のケーシングの開口部と可動軸との隙間のシールに利用されてもよい。「流体機器」には、バルブ等、流体の流れを機械的に制御する機器の他にも、ポンプ等、動力で流体の圧力を変化させる機器、および、発電機等、流体の圧力で動力を生み出す機器が含まれる。「ケーシング」は、ポンプの本体等、内側に流路を収める筐体を意味し、「可動軸」は、ポンプの駆動軸等、中心軸まわりの回転、または中心軸方向での往復運動によって動力を伝達する棒状部材を意味する。動力の伝達先が、ポンプの羽根車、ピストン等のようにケーシング内の流路に位置する場合、ケーシングには可動軸を貫通させるための開口部が欠かせない。この開口部からの流体の漏れ量を抑える目的でも、本発明の実施形態による軸シールは利用可能である。

【0047】

（２）パッキン１２０は、４本のＶリング１２１で構成されたＶパッキンである。しかし、本発明はこれには限定されず、Ｖリング１２１の本数が４以外であってもよく、Ｖリング１２１の間にスペーサーリング、またはフッ素樹脂とは別の樹脂から成るＶリングが挿入されてもよい。Ｖリング１２１がすべて、フッ素樹脂とは別の樹脂で形成されてもよい。また、パッキン１２０はＶパッキンであるが、本発明はこれにも限定されず、パッキンがＵパッキン等の他のリップパッキン、またはグランドパッキンであってもよい。

【0048】

（３）押付リング１５０は金属製である。しかし、本発明はこれには限定されず、押付リングが樹脂等、金属とは異なる材質であっても、その熱収縮率が締付リングの熱収縮率よりも十分に低ければよい。さらに、押付リングの剛性は、締付リングの熱収縮に伴って締付リングから受ける圧力に対して十分に高いことが望ましい。また、押付リング１５０はＶパッキン１２０に対する雄アダプターとしての機能を兼ね備えているが、本発明はこれにも限定されない。支持体が押付リングとＶパッキンとの間に、雄アダプターとしての機能を備えた別の環状部材を含んでもよい。

【0049】

（４）押付リング１５０と締付リング１６０とはＶパッキン１２０に対し、パッキン押さえ５３０とは反対側に位置する。しかし、本発明はこれには限定されず、押付リング１５０と締付リング１６０とがＶパッキン１２０とパッキン押さえ５３０との間に配置されてもよい。パッキン押さえ５３０が、低温化に伴う押付リング１５０の軸方向の圧力を受けても実質上変位しない程度に強くスタッフィングボックス５２０に固定されていればよい。

【0050】

（５）押付リング１５０と締付リング１６０とはＶパッキン１２０に対し、パッキン押さえ５３０とは反対側に位置する。この場合、Ｖパッキン１２０が常温での応力緩和に伴ってシール圧を低下させることを防ぐ目的で、ばねがパッキン押さえ５３０に組み込まれてもよい。

【0051】

図４は、実施形態１による軸シールの変形例２００の断面図である。この変形例２００は、図１が示す軸シール１００とは、ばね２１０を含む点でのみ異なる。その他の要素は軸シール１００の要素と共通であるので、それらについては実施形態１についての説明を援用する。

【0052】

パッキン押さえ５３０は、そのフランジ５３３をステム５１０に対して平行に（図４では左右方向に）貫通するボルト５３４により、スタッフィングボックス５２０の大気側の端部（図４では左端部）５２２に固定される。ばね２１０はたとえばコイルばねであり、各ボルト５３４に１本ずつ、そのボルト５３４を同軸に囲むように配置され、そのボルト５３４にねじ込まれたナット５３５の軸力によってフランジ５３３に押し付けられる。

【0053】

Ｖパッキン１２０がクリープ変形または摩耗等、常温での応力緩和によって軸方向の応力を低下させても、パッキン押さえ５３０は、ばね２１０の弾性によってＶパッキン１２０を軸方向へ加圧し続ける。したがって、パッキン押さえ５３０からの軸方向の圧力でＶパッキン１２０が軸方向に更に圧縮され、径方向の応力を上昇させる。これにより、応力緩和に伴う径方向の応力の低下が相殺されるので、Ｖパッキン１２０のシール圧が高く維持される。

【0054】

押付リング１５０と締付リング１６０とはＶパッキン１２０に対し、パッキン押さえ５３０とは反対側に位置する。この場合、低温化に伴って上昇する押付リング１５０の圧力ＰＢは、各Ｖリング１２１とその周囲５１０、１１０との間の摩擦によって弱められた上でパッキン押さえ５３０に到達する。したがって、押付リング１５０からの圧力ＰＢに耐えきれずにばね２１０が更に縮む可能性は低いので、その圧力ＰＢに対してパッキン押さえ５３０が十分に強い反力を返すことができる。それ故、その反力と押付リング１５０からの圧力ＰＢとによって各Ｖリング１２１が十分に大きく圧縮されるので、シール圧が十分に高く維持される。
《実施形態２》

【0055】

図５の（ａ）は本発明の実施形態２による軸シール３００の断面図であり、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）が示すパッキン１２０とその近傍（図５の（ａ）が示す破線で囲まれた領域）の部分拡大図であり、図６は支持体３５０、３６０、３７０の分解図である。軸シール３００は、図１、図２が示す軸シール１００とは支持体の構成のみが異なる。その他の要素は軸シール１００の要素と共通であるので、それらについては実施形態１についての説明を援用する。
－支持体－

【0056】

支持体は、雄アダプター３７０、押付リング３５０、および不動リング３６０で構成されている。雄アダプター３７０は、青銅またはアルミ青銅等の金属から成る円環部材であり、Ｖパッキン１２０の流体側（図５では右側）に隣接してステム５１０を同軸に囲む。雄アダプター３７０は内径がステム５１０の直径よりもわずかに大きく、外径がスタッフィングボックス５２０の内周面５２３の直径よりもわずかに小さいので、ステム５１０に対する摺動抵抗が十分に低く、かつ、ステム５１０に沿って摺動が可能である。押付リング３５０は、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂から成る円環部材であり、雄アダプター３７０の流体側（図５では右側）に隣接してステム５１０を同軸に囲む。押付リング３５０は内径がステム５１０の直径よりも大きいので、ステム５１０に対して摺動抵抗を与えない一方、外径がスタッフィングボックス５２０の内周面５２３の直径よりも小さいので、ステム５１０に沿って変位が可能である。不動リング３６０は、青銅またはアルミ青銅等の金属から成る円環部材であり、押付リング３５０の流体側（図５では右側）に隣接してステム５１０を同軸に囲む。不動リング３６０は内径がステム５１０の直径よりもわずかに大きいので、ステム５１０に対して摺動抵抗が十分に低い一方、外径がスタッフィングボックス５２０の内周面５２３の直径以上であるので、その内周面５２３に圧入によって固定される。

【0057】

雄アダプター３７０の大気側（図５では左側）、すなわちＶパッキン１２０と接触する側の円環面からは、周方向に連なる円環状の凸部３７１が突出している。凸部３７１は、最も流体側（図５では右側）に位置するＶリング１２１のリップ１２２、１２３間に嵌め込まれる。雄アダプター３７０はＶリング１２１よりも剛性が高いので、スタッフィングボックス５２０とパッキン押さえ５３０との間の結合に伴うスタッフィングボックス５２０のリブ５２４からの軸方向の圧力をＶリング１２１の全周へ、特にリップ１２２、１２３の両方へ偏りなく伝えると共に、ステム５１０との摩擦や流体の圧力に起因するリップ１２２、１２３の過剰な変形とはみ出しとを抑える。

【0058】

押付リング３５０の流体側（図５では右側）の内周部にはテーパー内周面３５２が位置する。テーパー内周面３５２は、押付リング３５０の軸方向における中央から流体側の端（図５では右端）へ向かうにつれて直径が広がるように傾斜している。テーパー内周面３５２は不動リング３６０と接触する（詳細は後述参照）。これにより、押付リング３５０が不動リング３６０を介してスタッフィングボックス５２０の内周面５２３とリブ５２４とによって支持される

【0059】

不動リング３６０は押付リング３５０と接触する側、すなわち大気側（図１では左側）にテーパー外周面３６１を含む。テーパー外周面３６１は、不動リング３６０の大気側の端（図５では左端）から軸方向における中央へ向かうにつれて直径が広がるように傾斜している。テーパー外周面３６１の最小直径、すなわち不動リング３６０の大気側の端（図５では左端）の内径は押付リング３５０のテーパー内周面３５２の最大直径、すなわち押付リング３５０の流体側の端（図５では右端）の外径よりも小さい。したがって、テーパー外周面３６１はテーパー内周面３５２に接触する。一方、不動リング３６０の流体側（図５では右側）の円環面３６２はスタッフィングボックス５２０のリブ５２４の大気側（図５では左側）の円環面５２５に密着する。これにより、押付リング３５０が不動リング３６０を介してスタッフィングボックス５２０の内周面５２３とリブ５２４とによって支持される。
［軸シールのシール作用］

【0060】

支持体３５０、３６０、３７０は、実施形態１による支持体１５０、１６０と同様に、パッキン押さえ５３０からの軸方向（図５では右方向）の圧力をＶパッキン１２０を通して受けてスタッフィングボックス５２０の内周面５２３とリブ５２４とに伝え、それらからの軸方向（図５では左方向）の強い反力をＶパッキン１２０へ返す。これにより、Ｖパッキン１２０が軸方向（図５では左右方向）に圧縮されて径方向（図５では上下方向）へ膨張し、各Ｖリング１２１のリップ１２２、１２３がステム５１０の外周面５１１とスタッフィングボックス５２０の内周面５２３とに密着する。こうして、ステム５１０とスタッフィングボックス５２０のリブ５２４との隙間が密封される。
［低温化に伴うシール圧の低下に対する防止作用］

【0061】

図７の（ａ）は、低温化に伴って支持体３５０、３６０、３７０の間を伝わり、さらにＶリング１２１へ伝わる力を示す模式図である。押付リング３５０はＶリング１２１と同様にフッ素樹脂製であるので、熱収縮率がＶリング１２１と同程度以上に高い。これに対して、不動リング３６０と雄アダプター３７０とはいずれも金属製であるので、熱収縮率がＶリング１２１と押付リング３５０とのいずれよりも低く、特に１／１０程度に過ぎない。したがって、押付リング３５０のテーパー内周面３５２が不動リング３６０のテーパー外周面３６１に接触する領域（以下、「締付領域」と呼ぶ。）では、低温化に伴う熱収縮によってテーパー内周面３５２がテーパー外周面３６１を締め付け、特に、押付リング３５０内の内周方向の応力ＳＳがテーパー内周面３５２からテーパー外周面３６１へ圧力ＰＡとして伝わる。テーパー内周面３５２とテーパー外周面３６１とは、Ｖリング１２１に近づく（図７の（ａ）では左方へ向かう）につれて直径が狭まるように傾斜しているので、圧力ＰＡも、それに対するテーパー外周面３６１からの反力ＰＲも、径方向（図７の（ａ）では上下方向）に対して傾斜している。したがって、押付リング３５０内に軸方向（図７の（ａ）では左方向）の応力が発生するので、押付リング３５０が雄アダプター３７０を軸方向（図７の（ａ）では左方向）へ押し付ける。この圧力が雄アダプター３７０の凸部３７１から、最も流体側（図７の（ａ）では最も右側）に位置するＶリング１２１のリップ１２２、１２３へ軸方向（図７の（ａ）では左方向）の圧力ＰＢとして伝わる。

【0062】

一方、テーパー内周面３５２からテーパー外周面３６１が受ける圧力により、不動リング３６０内にも軸方向（図７の（ａ）では右方向）の応力が発生し、不動リング３６０からスタッフィングボックス５２０のリブ５２４へ軸方向の圧力として伝わる。しかし、不動リング３６０もリブ５２４も剛性が十分に高いので、実質上変形も変位もしない。したがって、Ｖリング１２１に対する雄アダプター３７０の圧力ＰＢは十分に高い。この圧力ＰＢは各Ｖリング１２１を通して雌アダプター１４０へ伝わる。雌アダプター１４０は圧力ＰＢでは実質上変位も変形もしないので、各Ｖリング１２１は圧力ＰＢによって雌アダプター１４０へ向かって（図７の（ａ）では左方へ）変位し、圧力ＰＢに対する雌アダプター１４０からの反力を受けて軸方向に更に圧縮される。

【0063】

図７の（ｂ）は、押付リング３５０の熱収縮に伴うその変位とＶリング１２１の変形とを示す模式図である。Ｖリング１２１の軸方向への変位は、雄アダプター３７０に近い（図７の（ｂ）では右側に位置する）Ｖリング１２１ほど大きい。Ｖリング１２１の変位に合わせて雄アダプター３７０も押付リング３５０もＶパッキン１２０へ向かって（図７の（ｂ）では左方へ）変位する。このとき、テーパー内周面３５２とテーパー外周面３６１との傾斜により、押付リング３５０の変位に合わせてその内径が縮小する。したがって、締付領域が維持され、すなわちテーパー内周面３５２にテーパー外周面３６１が接触し続けるので、押付リング３５０が圧力ＰＡに対する反力ＰＲを不動リング３６０から受け続け、雄アダプター３７０がＶパッキン１２０に対する圧力ＰＢを持続させる。その結果、各Ｖリング１２１の軸方向における圧縮が十分に大きい。

【0064】

各Ｖリング１２１は軸方向における圧縮に伴って径方向（図７の（ｂ）では上下方向）の応力を上昇させるので、低温化に伴うその低下が相殺される。さらに、各Ｖリング１２１のリップ１２２、１２３が雄アダプター３７０の凸部３７１または流体側（図７の（ｂ）では右側）のＶリング１２１のヒール１２４によって押し拡げられる。したがって、低温化にかかわらず、内側のリップ１２２はステム５１０の外周面５１１に対するシール圧ＰＩを十分に高く維持し、外側のリップ１２３はスタッフィングボックス５２０の内周面５２３に対するシール圧ＰＯを十分に高く維持する。
［実施形態２の利点］

【0065】

軸シール３００では、押付リング３５０が雄アダプター３７０と共にＶパッキン１２０のリップ側に嵌め込まれると共に、不動リング３６０を介してスタッフィングボックス５２０の内周面５２３とリブ５２４とによって支持される。したがって、常温では、押付リング３５０と不動リング３６０とが、スタッフィングボックス５２０とパッキン押さえ５３０との間の結合に伴うスタッフィングボックス５２０からの軸方向の圧力を、実質上そのままＶパッキン１２０へ伝える。これにより、Ｖパッキン１２０が軸方向に圧縮され、シール圧を所望の高さまで上昇させる。一方、低温では、押付リング３５０が熱収縮によって不動リング３６０を締め付け、それに応じた不動リング３６０からの反力ＰＲによって押付リング３５０が雄アダプター３７０を軸方向へ押し付ける。この圧力ＰＢでＶパッキン１２０が軸方向に更に圧縮されて径方向の応力を上昇させるので、低温化にかかわらず、Ｖパッキン１２０のシール圧が十分に高く維持される。このように、軸シール３００はＶパッキン１２０のシール圧を、常温では過剰に上昇させることなく、低温では十分に高く維持することができる。

【0066】

Ｖパッキン１２０と同じく押付リング３５０もフッ素樹脂製であるので、押付リング３５０の熱収縮率がＶパッキン１２０の熱収縮率と同程度以上である。これにより、Ｖパッキン１２０の熱収縮が顕著に増大するのに合わせて、押付リング３５０の熱収縮に伴う圧力ＰＢが上昇する。したがって、低温化に伴うＶパッキン１２０のシール圧の低下を効果的に防ぐことができる。

【0067】

不動リング３６０は金属製であるので、テーパー外周面３６１が押付リング３５０のテーパー内周面３５２から受ける圧力ＰＡに対して剛性が高く、その圧力ＰＡを受けても実質上変形しない。したがって、テーパー内周面３５２が滑らかにテーパー外周面３６１に沿って摺動できるので、テーパー内周面３５２からの圧力ＰＡをＶパッキン１２０に対する軸方向の圧力ＰＢへ効率良く変換することができる。

【0068】

押付リング３５０と不動リング３６０とは各Ｖリング１２１に対してリップ１２２、１２３の側に位置する。したがって、低温化に伴って上昇する押付リング３５０の軸方向の圧力ＰＢがＶリング１２１のリップ１２２、１２３を更に大きく開かせ、ステム５１０の外周面５１１とスタッフィングボックス５２０の内周面５２３とに更に強く押し付ける。その結果、Ｖパッキン１２０の低温でのシール性が更に高い。

【0069】

押付リング３５０と不動リング３６０とはＶパッキン１２０に対し、パッキン押さえ５３０とは反対側に位置する。この場合、低温化に伴って上昇する押付リング３５０の圧力ＰＢは、各Ｖリング１２１とその周囲５１０、１１０との間の摩擦によって弱められた上でパッキン押さえ５３０に到達する。したがって、押付リング３５０からの圧力ＰＢに耐えきれずにボルト５３４が緩む可能性は低いので、その圧力ＰＢに対してパッキン押さえ５３０が十分に強い反力を返すことができる。それ故、その反力と押付リング３５０からの圧力ＰＢとによって各Ｖリング１２１が十分に大きく圧縮されるので、シール圧が十分に高く維持される。
［変形例］

【0070】

実施形態２も実施形態１と同様な変形が可能である。また、押付リング３５０の剛性が十分に高ければ、雄アダプター３７０が除去され、その代わりに押付リング３５０の大気側の端部（図５では左端部）が最も流体側（図５では最も右側）のＶリング１２１に直に接触してもよい。

【符号の説明】

【0071】

１００ 軸シール
１２０ パッキン
１２１ Ｖリング
１２２ 内側のリップ
１２３ 外側のリップ
１２４ ヒール
１４０ 雌アダプター
１４１ 雌アダプターの大気側の円環面
１４２ 雌アダプターの流体側の凹部
１５０ 押付リング
１５１ 押付リングの大気側の凸部
１５２ 押付リングのテーパー外周面
１６０ 締付リング
１６１ 締付リングのテーパー内周面
１６２ 締付リングの流体側の円環面
５１０ ステム
５１１ ステムの外周面
５２０ スタッフィングボックス
５２１ スタッフィングボックスの流体側の端部
５２２ スタッフィングボックスの大気側の端部
５２３ スタッフィングボックスの内周面
５２４ リブ
５２５ リブの大気側の円環面
５３０ パッキン押さえ
５３１ パッキン押さえの流体側の端部
５３２ パッキン押さえの大気側の端部
５３３ フランジ
５３４ ボルト
５３５ ナット
５４０ 流路
５５０ ケーシング
５５１ ケーシングの開口部
５６０ ケーシングの外部空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】