特開 2023-136943 軸封装置

(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】P2023136943

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】軸封装置

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/24 20060101AFI20230922BHJP

   F16J 15/3268 20160101ALI20230922BHJP

   F16J 15/18 20060101ALI20230922BHJP

【ＦＩ】

F16J15/24 Z

F16J15/3268

F16J15/18 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022042895

(22)【出願日】2022-03-17

(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】110000280

【氏名又は名称】弁理士法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 洋樹

(72)【発明者】

【氏名】井上 広大

(72)【発明者】

【氏名】上村 尚三

(72)【発明者】

【氏名】金谷 果歩

【テーマコード（参考）】

3J043

【Ｆターム（参考）】

3J043AA16

3J043BA03

3J043CA12

3J043DA09

(57)【要約】

【課題】締付機構としての本体の機能を維持しつつ、締付機構の製作時間を短縮することができる軸封装置を提供する。
【解決手段】軸封装置１は、複数のグランドパッキン３を軸方向に締め付ける締付機構１０を備える。締付機構１０は、フランジ部１１ｂを有するパッキン押え１１と、フランジ部１１ｂを貫通してパッキンボックス２に固定されるネジ軸１２と、ネジ軸１２に締め込まれるナット１３と、フランジ部１１ｂとナット１３との間に設けられたコイルスプリング１４と、コイルスプリング１４とナット１３との間に設けられ、コイルスプリング１４の付勢力によりナット１３側に押圧される第１座金１５と、フランジ部１１ｂと第１座金１５との間においてコイルスプリング１４の径方向内側に設けられる無底円筒状の筒体１７と、第１座金１５に固定され軸方向一方側に延びる締付管理表示体１８と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を包囲するパッキンボックスと、
前記回転軸と前記パッキンボックスとの間の環状空間において軸方向に並べて配置される複数のグランドパッキンと、
前記複数のグランドパッキンを軸方向に締め付ける締付機構と、を備える軸封装置であって、
前記締付機構は、
前記環状空間に軸方向一方側の端部が挿入されるとともに前記回転軸および前記パッキンボックスに対して軸方向に移動可能な円筒部と、前記円筒部の軸方向他方側の端部から径方向外側に延びる環状のフランジ部と、を有するパッキン押えと、
前記フランジ部を軸方向に貫通して前記パッキンボックスに固定されるネジ軸と、
前記フランジ部よりも前記軸方向他方側において前記ネジ軸に締め込まれるナットと、
前記フランジ部と前記ナットとの間において前記ネジ軸の径方向外側に設けられ、前記パッキン押えを前記軸方向一方側に押圧するコイルスプリングと、
前記コイルスプリングと前記ナットとの間において前記ネジ軸の径方向外側に設けられ、前記コイルスプリングの付勢力により前記ナット側に押圧される第１座金と、
前記フランジ部と前記第１座金との間において、前記ネジ軸の径方向外側に設けられ、かつ、前記コイルスプリングの径方向外側または径方向内側に設けられる無底円筒状の筒体と、
前記第１座金に固定され、前記コイルスプリングよりも径方向外側かつ前記筒体よりも径方向外側において前記軸方向一方側に延びる締付管理表示体と、を備える、軸封装置。

【請求項2】

前記筒体は、前記コイルスプリングの径方向内側に設けられている、請求項１に記載の軸封装置。

【請求項3】

前記締付機構は、
前記コイルスプリングと前記フランジ部との間において前記ネジ軸の径方向外側に設けられ、前記コイルスプリングの外径以上の外径を有する第２座金をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の軸封装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸封装置に関する。

【背景技術】

【0002】

バルブやポンプなどの流体機器に装備される軸封装置として、パッキンボックス内に複数のグランドパッキンが軸方向に並べて配置され、これらのグランドパッキンが締付機構により軸方向に締め付けられるものが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された締付機構は、パッキンボックス内に挿入されたパッキン押えと、パッキン押えのフランジ部を貫通してパッキンボックスに固定されたネジ軸と、ネジ軸に締め込まれるナットと、フランジ部とナットとの間においてネジ軸に装着されたコイルスプリングと、コイルスプリングを覆うように配置された筒体（指針体）と、を備えている。

【0003】

筒体は、有底円筒状に形成されており、円筒状の周壁と、周壁のナット側の端部に形成された円板状の底壁と、を有している。筒体の底壁には、ネジ軸が貫通する貫通孔が形成されている。筒体の底壁は、コイルスプリングの付勢力によってナット側に押圧されている。これにより、筒体は、フランジ部とナットとの間において、常にナット側に押圧された状態で保持されている。

【0004】

以上の構成により、ネジ軸に対してナットを締め込むことで、コイルスプリングの付勢力によりパッキン押えがパッキンボックス側に押圧される。これにより、複数のグランドパッキンは、パッキン押えにより軸方向に締め付けられる。その際、筒体の開口端がフランジ部に当接することで、ナットの過剰な締め込みを規制することができる。また、ナットを締め込んだ状態でグランドパッキンの応力緩和が発生した場合、コイルスプリングの付勢力によりパッキン押えが締付方向に移動することで、グランドパッキンの締付圧が低下するのを抑制することができる。さらに、グランドパッキンの応力緩和によってパッキン押えのフランジ部がパッキンボックス側に移動することで、フランジ部と筒体の開口端との軸方向の相対位置が変化する。その相対位置の変化を視認することによって、ナットの増し締めの要否を容易に確認することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１－３４４１２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載された締付機構の筒体を製作する際には、円柱状の部材に対して、周壁および底壁を形成するための大きい孔と、ネジ軸を貫通させるための小さい孔（貫通孔）と、を別々に加工する必要がある。このため、筒体を製作するのに多くの時間を要するという問題があった。

【0007】

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、締付機構としての本体の機能を維持しつつ、締付機構の製作時間を短縮することができる軸封装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）本開示の軸封装置は、回転軸を包囲するパッキンボックスと、前記回転軸と前記パッキンボックスとの間の環状空間において軸方向に並べて配置される複数のグランドパッキンと、前記複数のグランドパッキンを軸方向に締め付ける締付機構と、を備える軸封装置であって、前記締付機構は、前記環状空間に軸方向一方側の端部が挿入されるとともに前記回転軸および前記パッキンボックスに対して軸方向に移動可能な円筒部と、前記円筒部の軸方向他方側の端部から径方向外側に延びる環状のフランジ部と、を有するパッキン押えと、前記フランジ部を軸方向に貫通して前記パッキンボックスに固定されるネジ軸と、前記フランジ部よりも前記軸方向他方側において前記ネジ軸に締め込まれるナットと、前記フランジ部と前記ナットとの間において前記ネジ軸の径方向外側に設けられ、前記パッキン押えを前記軸方向一方側に押圧するコイルスプリングと、前記コイルスプリングと前記ナットとの間において前記ネジ軸の径方向外側に設けられ、前記コイルスプリングの付勢力により前記ナット側に押圧される第１座金と、前記フランジ部と前記第１座金との間において、前記ネジ軸の径方向外側に設けられ、かつ、前記コイルスプリングの径方向外側または径方向内側に設けられる無底円筒状の筒体と、前記第１座金に固定され、前記コイルスプリングよりも径方向外側かつ前記筒体よりも径方向外側において前記軸方向一方側に延びる締付管理表示体と、を備える。

【0009】

上記軸封装置によれば、締付機構の筒体は、無底円筒状に形成されている。このため、筒体を製作する際には、従来の有底円筒状の筒体よりも形状が簡素になった分、製作時間を短縮することができる。その結果、締付機構の製作時間を短縮することができる。

【0010】

また、ネジ軸に対してナットを締め込むことで、コイルスプリングの付勢力によりパッキン押えが軸方向一方側に押圧される。これにより、複数のグランドパッキンは、パッキン押えの円筒部により軸方向に締め付けられる。その際、筒体の軸方向両端が、パッキン押えのフランジ部と第１座金にそれぞれ当接することで、ナットの過剰な締め込みを規制することができる。また、ナットを締め込んだ状態でグランドパッキンの応力緩和が発生した場合、コイルスプリングの付勢力によりパッキン押えが軸方向一方側に移動することで、グランドパッキンの締付圧が低下するのを抑制することができる。さらに、グランドパッキンの応力緩和によりパッキン押えが軸方向一方側に移動する際に、締付管理表示体は、第１座金と共にコイルスプリングの付勢力により、ナット側に押圧された状態で保持される。これにより、パッキン押えのフランジ部と締付管理表示体との軸方向の相対位置が変化するので、その相対位置の変化を視認することによって、ナットの増し締めの要否を容易に確認することができる。以上より、無底円筒状の筒体を有する締付機構であっても、締付機構としての本来の機能を維持することができる。

【0011】

（２）前記筒体は、前記コイルスプリングの径方向内側に設けられているのが好ましい。
この場合、筒体をコイルスプリングの径方向外側に設ける場合と比較して、筒体の径方向のサイズを小さくすることができる。これにより、筒体の材料費を低減することができ、ひいては締付機構の製作コストを低減することができる。

【0012】

（３）前記締付機構は、前記コイルスプリングと前記フランジ部との間において前記ネジ軸の径方向外側に設けられ、前記コイルスプリングの外径以上の外径を有する第２座金をさらに備えるのが好ましい。
この場合、コイルスプリングの軸方向一方側の端部が、その周方向全体にわたって第２座金に当接し、第２座金の周方向全体がパッキン押えのフランジ部に当接する。このため、コイルスプリングの付勢力を、フランジ部と第２座金との間の面圧が均一な状態でフランジ部へ伝達することができる。また、コイルスプリングの前記端部における周方向の一部が、パッキン押えのフランジ部よりも径方向外側へはみ出していても、コイルスプリングの付勢力を、第２座金を介してフランジ部へ効率的に伝達することができる。その結果、コイルスプリングによるフランジ部の押圧力が低下するのを抑制することができる。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、締付機構としての本体の機能を維持しつつ、締付機構の製作時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本開示の第１実施形態に係る軸封装置を示す断面図である。

【図2】グランドパッキンの応力緩和が発生した状態を示す断面図である。

【図3】本開示の第２実施形態に係る軸封装置を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、本開示の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
＜軸封装置＞
図１は、本開示の第１実施形態に係る軸封装置１を示す断面図である。軸封装置１は、例えばポンプ、バルブ、またはドレッサージョイント等の流体機器に設けられる。流体機器は、軸線Ｃ回りに回転するとともに軸線Ｃ方向に往復移動する回転軸５０を備えている。なお、本実施形態の流体機器では、回転軸５０の軸線Ｃを水平方向に配置しているが、当該軸線Ｃを鉛直方向に配置してもよい。

【0016】

以下、本明細書では、軸線Ｃに沿う方向を「軸方向」といい、軸線Ｃと直交する方向を「径方向」という。また、便宜上、図１の左側を軸方向一方側といい、図１の右側を軸方向他方側という（図２および図３についても同様）。

【0017】

軸封装置１は、パッキンボックス２と、複数（図例では４個）のグランドパッキン３と、締付機構１０と、を備えている。パッキンボックス２は、回転軸５０を包囲している。パッキンボックス２の軸方向他方側の端面２ａには、ネジ穴２ｂが周方向に間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）形成されている。パッキンボックス２の内周には、径方向に延びる環状の段差面２ｃと、段差面２ｃの外周端から端面２ａまで延びる円周面２ｄと、が形成されている。これにより、パッキンボックス２の円周面２ｄと回転軸５０の外周面５０ａとの間には、環状空間Ｓが形成されている。

【0018】

複数のグランドパッキン３は、それぞれ環状に形成されており、環状空間Ｓにおいて軸方向に並べて配置されている。複数のグランドパッキン３は、締付機構１０により軸方向に締め付けられる。これにより、各グランドパッキン３の外周面は、パッキンボックス２の円周面２ｄに密着し、各グランドパッキン３の内周面は、回転軸５０の外周面５０ａに密着する。このように密着することで、複数のグランドパッキン３は、パッキンボックス２の円周面２ｄと回転軸５０の外周面５０ａとの間をシールする。

【0019】

＜締付機構の構成＞
締付機構１０は、パッキン押え１１、ネジ軸１２、ナット１３、コイルスプリング１４、第１座金１５、第２座金１６、筒体１７、および締付管理表示体１８を備えている。パッキン押え１１は、回転軸５０の径方向外側に設けられた円筒部１１ａと、環状のフランジ部１１ｂと、を有している。

【0020】

パッキン押え１１の円筒部１１ａの内径は、回転軸５０の外径よりも少し大きい。また、円筒部１１ａの外径は、パッキンボックス２の円周面２ｄの内径よりも少し小さい。これにより、円筒部１１ａは、パッキンボックス２および回転軸５０に対して軸方向に移動可能である。円筒部１１ａの軸方向一方側の端部は、環状空間Ｓに挿入されている。

【0021】

パッキン押え１１のフランジ部１１ｂは、円筒部１１ａの軸方向他方側の端部から径方向外側に延びている。フランジ部１１ｂには、パッキンボックス２のネジ穴２ｂと同数の貫通孔１１ｃが、周方向に間隔をあけて形成されている。貫通孔１１ｃは、フランジ部１１ｂの厚み方向（軸方向）に貫通して形成されている。貫通孔１１ｃの内径は、ネジ軸１２の外径よりも少し大きい。

【0022】

ネジ軸１２は、フランジ部１１ｂの各貫通孔１１ｃを貫通して、パッキンボックス２の各ネジ穴２ｂに締め込まれている。これにより、パッキンボックス２の端面２ａ側には、ネジ穴２ｂと同数のネジ軸１２の軸方向一端部が固定されている。各ネジ軸１２の軸方向他端部は、フランジ部１１ｂよりも軸方向他方側に大きく突出している。各ネジ軸１２は、フランジ部１１ｂの軸方向への移動をガイドする機能を有している。

【0023】

ナット１３は、フランジ部１１ｂよりも軸方向他方側において各ネジ軸１２の軸方向他端部に締め込まれている。フランジ部１１ｂとナット１３との間には、コイルスプリング１４がネジ軸１２の径方向外側に設けられている。コイルスプリング１４は、圧縮コイルスプリングである。本実施形態では、コイルスプリング１４の軸方向一端部における周方向の一部（図１の上端部）は、フランジ部１１ｂよりも径方向外側へはみ出している。

【0024】

コイルスプリング１４とナット１３との間には、第１座金１５がネジ軸１２の径方向外側に設けられている。フランジ部１１ｂとコイルスプリング１４との間には、第２座金１６がネジ軸１２の径方向外側に設けられている。第１座金１５および第２座金１６の各内径は、ネジ軸１２の外径よりも少し大きい。これにより、第１座金１５および第２座金１６は、いずれもネジ軸１２に対して軸方向に移動可能に嵌合されている。

【0025】

第１座金１５および第２座金１６の各外径は、コイルスプリング１４の外径以上である。本実施形態の第１座金１５および第２座金１６の各外径は、コイルスプリング１４の外径よりも大きい。これにより、コイルスプリング１４の軸方向両端部は、第１座金１５および第２座金１６にそれぞれ当接している。第１座金１５は、コイルスプリング１４の付勢力により、軸方向他方側（ナット１３側）に押圧され、ナット１３の軸方向一方側の端面に常に当接している。第２座金１６は、コイルスプリング１４の付勢力により、軸方向一方側（フランジ部１１ｂ側）に押圧され、フランジ部１１ｂの軸方向他方側の端面に常に当接している。

【0026】

第１座金１５と第２座金１６との間には、筒体１７がネジ軸１２の径方向外側に設けられている。筒体１７は、無底円筒状に形成されている。筒体１７の内径は、ネジ軸１２の外径よりも少し大きい。これにより、筒体１７は、ネジ軸１２に対して軸方向に移動可能に嵌合されている。筒体１７の外径は、コイルスプリング１４の内径よりも小さい。このため、本実施形態の筒体１７は、コイルスプリング１４の径方向内側に設けられている。

【0027】

第１座金１５には、締付管理表示体１８が固定されている。締付管理表示体１８は、作業者がナット１３の増し締めの要否を確認する際に用いられるものである。本実施形態の締付管理表示体１８は、第１座金１５の外周端における周方向の複数箇所（図１では１個のみ図示）から、コイルスプリング１４の径方向外側において軸方向一方側に折り曲がるように一体に形成されている。締付管理表示体１８は、例えば、筒体１７よりも軸方向に長く形成されている。図１に示す状態では、締付管理表示体１８の軸方向一端部は、第２座金１６を径方向外側から覆っている。

【0028】

＜締付機構の機能＞
次に、上記のように構成された締付機構１０の機能について、以下説明する。作業者が各ネジ軸１２に対してナット１３を締め込むと、第１座金１５がナット１３と共に軸方向一方側へ移動する。そうすると、コイルスプリング１４の付勢力により、第２座金１６を介してパッキン押え１１が軸方向一方側に押圧される。これにより、複数のグランドパッキン３は、パッキン押え１１の円筒部１１ａの軸方向一端面と、パッキンボックス２の段差面２ｃとの間で軸方向に締め付けられる。これにより、複数のグランドパッキン３は、パッキンボックス２の円周面２ｄと回転軸５０の外周面５０ａとの間をシールする。

【0029】

上記のように、各ネジ軸１２に対してナット１３を締め込んで、複数のグランドパッキン３が適正な締付圧まで締め付けられると、図１に示すように、筒体１７の軸方向両端が、第１座金１５および第２座金１６にそれぞれ当接する。これにより、作業者はネジ軸１２に対してナット１３を締め込むことができなくなるので、ナット１３の過剰な締め込みを規制することができる。

【0030】

図１に示す状態から、グランドパッキン３のクリープによる応力緩和が発生した場合、図２に示すように、コイルスプリング１４の付勢力によって、第２座金１６を介してパッキン押え１１が軸方向一方側に押圧されながら移動する。これにより、グランドパッキン３の応力緩和に起因してグランドパッキン３の締付圧が低下するのを抑制することができる。

【0031】

グランドパッキン３の応力緩和によるパッキン押え１１の軸方向一方側への移動長さが許容範囲を超えると、コイルスプリング１４の付勢力が低下し、グランドパッキン３の締付圧も低下してしまう。このため、パッキン押え１１の前記移動長さが許容範囲を超える前に、作業者はナット１３の増し締めを行う必要がある。その増し締めの要否は、以下の方法により確認することができる。

【0032】

図２に示すように、グランドパッキン３の応力緩和によりパッキン押え１１が軸方向一方側に移動すると、パッキン押え１１のフランジ部１１ｂと共に第２座金１６がネジ軸１２に対して軸方向一方側へ移動する。これに対して、締付管理表示体１８は、第１座金１５と共にコイルスプリング１４の付勢力により、ナット１３側に押圧された状態で保持される。これにより、第２座金１６と締付管理表示体１８の軸方向一端との軸方向の相対位置が変化するので、その変化量が所定量に達したことを視認することにより、ナット１３の増し締めの要否を容易に確認することができる。

【0033】

＜作用効果＞
以上の構成により、本実施形態における軸封装置１によれば、締付機構１０の筒体１７は、無底円筒状に形成されている。このため、筒体１７を製作する際には、従来の有底円筒状の筒体よりも形状が簡素になった分、製作時間を短縮することができる。その結果、締付機構１０の製作時間を短縮することができる。また、締付機構１０は、上記のように、グランドパッキン３を軸方向に締め付ける機能、ナット１３の過剰な締め込みを規制する機能、グランドパッキン３の応力緩和に起因してグランドパッキン３の締付圧が低下するのを抑制する機能、およびナット１３の増し締めの要否を容易に確認できる機能を有する。したがって、無底円筒状の筒体１７を有する締付機構１０であっても、締付機構１０としての本来の機能を維持することができる。

【0034】

また、筒体１７は、コイルスプリング１４の径方向内側に設けられているので、筒体１７をコイルスプリング１４の径方向外側に設ける場合（図３参照）と比較して、筒体１７の径方向のサイズを小さくすることができる。これにより、筒体１７の材料費を低減することができ、ひいては締付機構１０の製作コストを低減することができる。

【0035】

また、コイルスプリング１４とパッキン押え１１のフランジ部１１ｂとの間には、コイルスプリング１４の外径よりも大きい外径を有する第２座金１６が、ネジ軸１２の径方向外側に設けられている。このため、コイルスプリング１４の軸方向一端部が、その周方向全体にわたって第２座金１６に当接し、第２座金１６の内周側の周方向全体がフランジ部１１ｂに当接する。このため、コイルスプリング１４の付勢力を、フランジ部１１ｂと第２座金１６との間の面圧が均一な状態でフランジ部１１ｂへ伝達することができる。また、図１に示すように、コイルスプリング１４の軸方向一端部における周方向の一部が、フランジ部１１ｂよりも径方向外側へはみ出していても、コイルスプリング１４の付勢力を、第２座金１６を介してフランジ部１１ｂへ効率的に伝達することができる。その結果、コイルスプリング１４によるフランジ部１１ｂの押圧力が低下するのを抑制することができる。

【0036】

［第２実施形態］
図３は、本開示の第２実施形態に係る軸封装置１を示す断面図である。本実施形態の軸封装置１は、締付機構１０のコイルスプリング１４と筒体１７との位置関係が、第１実施形態と相違する。

【0037】

本実施形態のコイルスプリング１４の内径は、ネジ軸１２の外径よりも少し大きい。筒体１７の内径は、コイルスプリング１４の外径よりも大きい。筒体１７の外径は、第１座金１５および第２座金１６の各外径よりも小さい。これにより、筒体１７は、第１座金１５と第２座金１６との間において、ネジ軸１２の径方向外側、かつ、コイルスプリング１４の径方向外側に設けられている。

【0038】

締付管理表示体１８は、筒体１７の径方向外側において軸方向に延びている。本実施形態の他の構成は、第１実施形態と同様であるため、同一の符号を付し、その説明を省略する。以上より、本実施形態の軸封装置１においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

【0039】

［その他］
上記実施形態では、締付管理表示体１８は、第１座金１５と一体に形成されているが、第１座金１５とは別体で第１座金１５に固定されていてもよい。また、締付管理表示体１８は、第１座金１５の周方向の複数箇所に固定されているが、第１座金１５の周方向の少なくとも１箇所に固定されていればよい。

【0040】

締付機構１０は、第２座金１６を備えていなくてもよい。その場合、コイルスプリング１４の軸方向一端部をフランジ部１１ｂに直接当接させればよい。また、フランジ部１１ｂと締付管理表示体１８との相対位置の変化を視認することによって、ナット１３の増し締めの要否を確認すればよい。

【0041】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0042】

１ 軸封装置
２ パッキンボックス
３ グランドパッキン
１０ 締付機構
１１ パッキン押え
１１ａ 円筒部
１１ｂ フランジ部
１２ ネジ軸
１３ ナット
１４ コイルスプリング
１５ 第１座金
１６ 第２座金
１７ 筒体
１８ 締付管理表示体
５０ 回転軸
Ｓ 環状空間

【図1】

【図2】

【図3】