JP2014062609A

JP2014062609A - 軸封装置

Info

Publication number: JP2014062609A
Application number: JP2012208694A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Hayashi; 智彦林
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2014-04-10

Abstract

【課題】動作流体が低温である場合おいて、シール性と駆動がともに良好なバランスを有する軸封装置を提供する。
【解決手段】ステムと、パッキン箱と、グランドパッキンと、パッキン押さえからなり、そのパッキン押えをボルトで締めることでグランドパッキンに面圧をかける軸封装置において、そのグランドパッキンを、柔らかい樹脂材料からなる外皮部材と硬い樹脂材料からなるコア部材で形成する。柔らかい樹脂材料からなる外皮部材でシール性を有し、硬い樹脂材料からなるコア部材で面圧を伝える。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸封装置に関するものである。

バルブにおいて、ステム部からリークを防ぐために、軸封装置が用いられている（特許文献１参照）。この軸封装置は、図６に示すように、ステム２と、パッキン箱３と、グランドパッキン９と、パッキン押さえ５からなる。

グランドパッキン９は駆動時にシール性を保つ部品で、面に圧力をかけることで変形する樹脂材料からなる。グランドパッキン９はパッキン押え５により面圧をかけることで横方向へ拡がり、ステム２とパッキン箱３に密着しシール性を得る。シール性を得るため、図６で示す様に複数のグランドパッキン９を重ねて用いる。面圧が大きすぎると動作抵抗が大きくなり駆動が困難となる。シール性と駆動のバランスを保つために組付け時の面圧を管理している。

更に、２種以上の異なる材料のグランドパッキン、例えば硬い樹脂からなるグランドパッキン９aと柔らかい樹脂からなるグランドパッキン９bを重ねて用いることでシール性と駆動が良好となることが知られている。

特開２００２−１８１１９７号公報

動作流体が低温となると、軸封装置の構成物品間の材料物性による収縮率の違いが大きいためリークが発生する。例えば、動作流体が水素の場合、軸封装置を備えたバルブが設置された環境との温度差が５０℃を越えるとリークが発生する。対策として、ボルト６の増し締めを実施しているが、上部グランドパッキン９のクリープが激しく、下部のグランドパッキン９まで面圧が伝わらずリークが解消しない。

ステム２と、パッキン箱３と、柔らかい樹脂材料からなる外皮部材と硬い樹脂材料からなるコア部材で形成したグランドパッキン４と、パッキン押さえ５からなる軸封装置とする。このグランドパッキン４は、外皮の柔らかい樹脂材料でシール性を有し、コアの硬い樹脂材料で面圧を伝える。

作用

本発明によれば、増し締めによりパッキン押え５から下部のグランドパッキン４まで面圧が伝わり、上部から下部まですべてのグランドパッキン９が横方向へ拡がり、ステム２とパッキン箱３に密着しシール性を得る。シール性と駆動が良好にバランスされた状態になる。

動作流体が、低温となる動作環境においても、シール性と駆動がともに良好なバランスを得られる。

さらに、グランドパッキンの個数の減少および形状の縮小を行っても、シール性と駆動の容易さが得られるので、パッキン箱の体積を減少することができる、軸封装置全体の形状も小さくなる。

加えて、軸封装置に使用するグランドパッキンが１種類となるので、グランドパッキンの種類誤りが無くなり、組みつけが容易となる。

本発明の実施の形態における軸封装置の構成を模式的に示す構成図本発明のグランドパッキンの斜視図（もっとも望ましい形態）本発明のグランドパッキンの断面図（もっとも望ましい形態）本発明のグランドパッキンの断面図（別の形態）本発明のグランドパッキンの斜視図（別の形態）従来の２種類のグランドパッキンを用いた軸封装置の構成を模式的に示す構成図

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１に示す、ステム２と、パッキン箱３と、グランドパッキン４と、パッキン押さえ５からなる軸封装置において、さらに図２、図３に示すように、グランドパッキン４の柔らかい樹脂材料からなる外皮部材７をUPE、PTFEまたは熱可塑性エラストマーを用い、硬い樹脂材料からなるコア部材８をPEEK、PPSなどのスーパーエンジニアリングプラスチック（ただしPTFEを除く）を用いた２重構造に形成する。

ステム２は、グローブバルブやバタフライバルブなどバルブの弁を動かす。グローブバルブでは摺動し、バタフライバルブでは回転する。また、バルブ以外には、ポンプにも用いられ、回転動作や往復動作で駆動力を伝える。

パッキン箱３は、内径が途中で変わる貫通穴で内径が変わる箇所に1個又は2個以上のグランドパッキンを収納する部分である。多数のグランドパッキンを収納しさらにパッキン押え５を取付るために、貫通項の径が大きい方から内径が変わる位置までの距離は内径に比べて大きく、奥まったところに設けられる。

グランドパッキン４は、図２に示される様に断面が４角形のドーナツ状の形態であり、内径の面がステム２表面に密着し、外径の面がパッキン箱３の側面に密着し、シールする。内径の面はステム２表面対し、ステムの移動に伴い摺れる。外径の面は、パッキン箱３の側面対して動かない。断面形状は、正方形である必要はなく、例えば平行四辺形や他の形状でもよい。グランドパッキン４は、組立の際、貫通項の径が大きい方からグランドパッキン４を内径が変わる箇所まで押しこんで設置し、反対に修理交換の際は、内径が変わる箇所からグランドパッキン４を取り出したのち、新たたなグランドパッキン４を押しこんで設置する。グランドパッキン４は、1種類である。優れた特性であるので、従来に比べて少ない個数でも望ましいシール性と駆動性が得られる。

グランドパッキン４の硬い樹脂部材からなるコア部材８は、ひずみに対して応力の大きい弾性率の大きい部材を選択し、49MPa以上の引っ張り強度と2.5GPa以上の曲げ弾性率と耐熱温度150℃以上のスーパーエンジニアリングプラスチックは、弾性率をはじめとする機械的強度が高く本発明のコア部材８として望ましい。その中でもPEEK、PPSは、クリープに強く最も望ましい。

グランドパッキン４の柔らかい樹脂部材からなる外皮部材７は、コア部材８に比べて弾性率の小さい部材を選択する。応力により大きくひずむことがシール性にとって望ましい。グランドパッキン４の内径の面は、ステムの移動に対して摺れるため、摺動性のよい材料が望ましい。UPE、PTFEまたは熱可塑性エラストマーは、摺動性に優れた材料であり外皮部材７として望ましい。

シール性と駆動の容易さ有するなら、外皮部材７は別の樹脂材料でも良い。面圧を良好に伝えるのであれば、コア部材８は別の樹脂材料でも良い。その場合でも、コア部材８は、外皮部材７より硬い材料でなければならない。たとえば、外皮部材７がPTFEの場合、コア部材８はPTFEよりも硬い材料でなければならない。

図３で表わす様に外皮部材７とコア部材８を２層構造に形成するには、一体成型を用いる。例えば、高融点のPEEKでリング形状のコア部材８を成型した後、所定の容器に針を用いて浮かして設置し、周りに低融点のUPEを充填して外皮部材８を一体成型する。硬い材料であるスーパーエンジニアリングプラスチックは、耐熱温度が高いためコア部材８を形成したのちその外側に外皮部材７を形成するのは容易である。コア部材８を浮かす針の位置は、グランドパッキン４の内径の面と外径の面でない箇所とすることで、シール性に対する影響は生じない。

次に、図４で示す様に、シート状の２以上の部材を上下に貼り合わせて形成してもよいし、図５に示す様、コア部材７と外皮部材８からなる紐を作成した後、切断しリング状にすることで形成してもよい。ここで示さなかった方法でもよい。その中で、一体成型して作成したグランドパッキン４が、面圧が外皮材料７に均等に伝わるので最も望ましい。シート状の２以上の部材を上下に貼り合わせて場合や、紐を作成した後に切断しリング状にした場合は、切れ目あるため面圧にばらつきが生じ、その箇所からリークする場合がある。

パッキン押え５は、片側にフランジのある円管である。グランドパッキン４に接する側の形状は、グランドパッキンと同じにする。形状が小さいと、グランドパッキンに均一に面圧を伝えられず望ましいシール性と駆動性が得られない。形状が大きいと、グランドパッキン４まで面圧が伝わりグランドパッキンが横方向へ拡がり、ステム２とパッキン箱３に密着しシール性を得る際にパッキン押え５が障害となって望ましいシール性と駆動性が得られない。プランジに貫通穴が開けられている。ボルト６を通し、軸封装置のボディに切られたネジ穴に入れ締めることで、グランドパッキン４に面圧をかける。

１軸封装置
２ステム
３パッキン箱
４外皮部材とコア部材で形成されるグランドパッキン
５パッキン押さえ
６ボルト
７外皮部材
８コア部材
９グランドパッキン
９a 硬い樹脂からなるグランドパッキン
９b 柔らかい樹脂からなるグランドパッキン

Claims

パッキン箱と、
ステムと、
パッキン押さえと、
柔らかい樹脂材料からなる外皮部材と硬い樹脂材料からなるコア部材で形成されるグランドパッキンと、を備えることを特徴とする軸封装置。
前記グランドパッキンが一体成型で形成される、請求項１に記載の軸封装置。
前記柔らかい樹脂材料からなる外皮部材がUPE、PTFEまたは熱可塑性エラストマーからなり、前記硬い樹脂材料からなるコア部材がPEEK、PPSなどのスーパーエンジニアリングプラスチック (PTFEを除く)からなるグランドパッキンを備える請求項１または請求項２に記載の軸封装置。
請求項１から請求項３のいずれか一の軸封装置を有するバルブ。
請求項１から請求項３のいずれか一の軸封装置で用いるグランドパッキン。