JP5615284B2 - スクイーズパッキン - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ、攪拌機などの産業機械におけるメカニカルシール、あるいは、その他のシールに用いられるスクイーズパッキンに関する。

一般的なポンプ、攪拌機などの産業機械におけるメカニカルシールにおいて、密封摺動環を２つ割にした分割型のものが採用されており、これに用いられるＯリング状スクイーズパッキンは少なくとも一個所の切断部を有する必要がある。
また、Ｏリング状スクイーズパッキンは、経年劣化等により、新たなものに交換されることがあるが、Ｏリング状スクイーズパッキンがエンドレスリング形状であることから、装着時に、機器本体を解体する必要がある。そのため、周方向の一個所を切断したＯリング状スクイーズパッキンが提案されている。しかし、この場合、切断部においてシール性が低下すること及び切断面がずれやすいため芯合わせして突き合わせるのが難しく作業性が悪いという問題があった。

上記問題を解決する手法として、切断面に接着剤を塗布する方法がある。この方法の場合、組み込み時に、接着面がずれないように注意する必要があるとともに、乾燥までの時間が必要であることから作業性が劣る。仮に、接着面のズレにより段差が発生すると、部分的にシール性が劣る。また、被密封流体によっては、接着剤が使用できない場合がある。
上記問題を解決する他の手法として、型製作等により切断部を複雑な構造、たとえば、図６に示すように、玉継手５２の構造をしたパッキン５１を用いる方法がある（特許文献１参照）。この方法の場合、製作時の金型精度に依存する隙間が原因で漏れが発生しやすく、また、取付の際、円周長さにバラ付きが発生し、溝に組み込んだ際、切断部に隙間ができやすい。さらに、複雑な切断部構造をしたパッキンは製作可能材質に限界があり、製作費用もかかる。また、予備品を予め容易しておかないと即時対応が困難である。

上記問題を解決するさらに他の手法として、切断部を切り込みにより複雑な形状にする方法が提案されている。
その１つとして、図７に示すように、両端部には夫々一対の突起６２、６２とこの突起６２、６２に対応する一対の凹部６３、６３が形成され、該突起６２、６２と凹部６３、６３が噛み合って両端部が衝合し、衝合部において芯ずれが生じないようにしたＯリング６１が知られている（たとえば、特許文献２参照）。
また、図８に示すように、周方向の一個所がＶ字形に切離されており、Ｖ字状凹面形状をなす第一切離端面７２とＶ字状凸面形状をなす第二切離端面７３との衝合により切離前の環状形態に復元されるようにした環状パッキン７１が知られている（たとえば、特許文献３参照）。
図７及び８に示されたものは、切断部において芯ずれは生じないものの、軸方向に引っ掛かりがないため仮止めが難しく作業性が著しく低下するという問題があった。さらに、加工が容易でないという問題もあった。

特開平７−１９８０４４号公報 実公平３−７６４４号公報 特開２００１−２０８２０２号公報

本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたものであって、所定寸法に仕上げられたエンドレスリングの少なくとも任意の一個所に切断部を有するスクイーズパッキンにおいて、機器への組み込みの際、接着剤を使用することなく、仮止めが容易で、かつ、精度良く密着させることが可能な３次元的曲面形状の切断面を有するスクイーズパッキンを提供することを目的とする。
また、本発明は、上記のスクイーズパッキンを、複雑な切り込み作業を行うことなく、簡単な切断作業で製造することのできる製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記のスクイーズパッキンを製造するために適した治具を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために本発明のスクイーズパッキンは、所定寸法に仕上げられたエンドレスリングの少なくとも任意の一個所に、リングの半径方向に対して所定の角度θを有して斜めに延び、側面視で略Ｓ字状をなし、かつ、幅方向に屈曲した３次元的曲面形状をなす切断面を有することを特徴としている。

本発明のスクイーズパッキンによれば、切断面が、リングの軸方向及び幅方向にずれることのない複雑な３次元的曲面形状を有するから、切断面のシール性を十分に確保できるとともに、機器への組み込みの際、接着剤を使用することなく芯合わせ状態を維持でき、仮止めが容易である。また、切断面が、型製作ではなく切断加工により形成されるから、型製作による接合面の隙間の発生が防止でき、接合面を精度良く密着させることができる。さらに、市販のエンドレスリングを切断することで切断面を形成することから、機器に対する装着の精度が向上し、シール性を向上することができる。さらにまた、規格サイズから選定可能であることから、適正なリング装着溝寸法を採用することができるため、溝に装着した際、切断面に隙間が発生することがない。

本発明のスクイーズパッキンの製造方法は、所定寸法に仕上げられたエンドレスリングの少なくとも任意の一個所において、リングの円周方向軸芯を中心とした捻りを付与するとともにＳ字状に屈曲させ、この部分を斜めに切断することにより、捻りを解除された際、リングの半径方向に対して所定の角度θを有して斜めに延び、側面視で略Ｓ字状をなし、かつ、幅方向に屈曲した３次元的曲面形状をなす切断面が形成されることを特徴としている。

本発明のスクイーズパッキンの製造方法によれば、複雑な切り込み作業を行うことなく、簡単な切断作業で製作することができ、製作費を抑えることができる。また、突発的な対応が発生した場合、市販のエンドレスリングを用いて、現場等で製作することもできる。

本発明のスクイーズパッキンの製造用治具は、基盤上に、所定寸法に仕上げられたエンドレスリングの任意の一点を固定可能な固定側挟着手段と円周方向軸芯を中心として捻られたリングを固定可能な捻り側挟着手段とを備え、両挟着手段の間の基盤表面に、両挟着手段を結ぶ線に対して斜めに交差する切断ライン溝を備えることを特徴としている。

本発明のスクイーズパッキンの製造用治具によれば、製造装置を大掛かりなものとすることなく、簡単な装置で所定のスクイーズパッキンを製作することができる。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）本発明のスクイーズパッキンは、所定寸法に仕上げられたエンドレスリングの少なくとも任意の一個所に、リングの半径方向に対して所定の角度θを有して斜めに延び、側面視で略Ｓ字状をなし、かつ、幅方向に屈曲した３次元的曲面形状をなす切断面を有することにより、切断面が、リングの軸方向及び幅方向にずれることのない複雑な３次元的曲面形状となり、切断面のシール性を十分に確保できるとともに、機器への組み込みの際、接着剤を使用することなく芯合わせ状態を維持でき、仮止めが容易である。また、切断部が、型製作ではなく切断加工により形成されるから、型製作による接合面の隙間の発生が防止でき、接合面を精度良く密着させることができる。さらに、市販のエンドレスリングを切断することで切断面を形成することから、機器に対する装着の精度が向上し、シール性を向上することができる。さらにまた、規格サイズから選定可能であることから、適正なリング装着溝寸法を採用することができるため、溝に装着した際、切断面に隙間が発生することがない。

（２）本発明のスクイーズパッキンの製造方法は、所定寸法に仕上げられたエンドレスリングの少なくとも任意の一個所において、リングの円周方向軸芯を中心とした捻りを付与するとともにＳ字状に屈曲させ、この部分を斜めに切断することにより、捻りを解除された際、リングの半径方向に対して所定の角度θを有して斜めに延び、側面視で略Ｓ字状をなし、かつ、幅方向に屈曲した３次元的曲面形状をなす切断面が形成されるので、複雑な切り込み作業を行うことなく、簡単な切断作業で複雑な切断面を製作することができ、製作費を抑えることができる。また、突発的な対応が発生した場合、市販のエンドレスリングを用いて、現場等で製作することもできる。

（３）本発明のスクイーズパッキンの製造用治具は、基盤上に、所定寸法に仕上げられたエンドレスリングの任意の一点を固定可能な固定側挟着手段と円周方向軸芯を中心として捻られたリングを固定可能な捻り側挟着手段とを備え、両挟着手段の間の基盤表面に、両挟着手段を結ぶ線に対して斜めに交差する切断ライン溝を備えることにより、製造装置を大掛かりなものとすることなく、簡単な装置で所定のスクイーズパッキンを製作することができる。

本発明の実施の形態に係るＯリングがメカニカルシール装置に使用される場合について説明する正面断面図である。 本発明の実施の形態に係るＯリングを表側から見た場合の側面図であって、図２（ａ）は切断部を接合した状態を、また、図２（ｂ）は切断部を離接した状態を示している。 図２（ａ）（ｂ）を、それぞれ、ｘ−ｘ軸を中心として１８０°反転し、Ｏリングを裏面から見た状態を示す側面図である。 図２のａ、ｂ及びｃの断面図である。 本発明の実施の形態に係るＯリングの製造方法を説明するための斜視図である。 従来の型製作等による切断部を示す図である。 従来の切り込みによる切断部の一例を示す図である。 従来の切り込みによる切断部の他の例を示す図である。

本発明に係るスクイーズパッキンを実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。

図１は、本発明を、スクイーズパッキンで代表的なＯリングに適用した例を示すものであって、該Ｏリングがメカニカルシール装置に使用される場合について説明する。図１（ａ）は正面断面図、図１（ｂ）は、Ｏリングの斜視図である。
図１に示すメカニカルシール装置は、シールカバー１０とその内周に挿通された回転軸１１との間に静止側密封要素１２と回転側密封要素１３とが互いに密接摺動される接触式メカニカルシール構造を有し、機内側の液体が密封面１４の内周から外周方向（大気側）へ向かって漏れようとする流体をシールするようになっている。
静止側密封要素１２は、シールカバー１０にドライブピン１５により軸方向にのみ移動可能に支持されており、スプリング１６で回転側密封要素１３側に押圧されている。
回転側密封要素１３は、カラー１７にノックピン１８を介して保持され、カラー１７はセットスクリュー１９で回転軸１１に固定されている。

シールカバー１０と静止側密封要素１２との間、及び、回転軸１１と回転側密封要素１３との間には、それぞれ、Ｏリング１が、図１（ａ）の上下方向にそのつぶし代だけ圧縮された状態で装着されている。機内側が高圧の場合、Ｏリング１は、図１（ａ）の左側から流体圧Ｐを受け、図１（ａ）の右側に押し付けられるが、本例においては、静止側密封要素１２に装着されたＯリング１には第１バックアップリング２及び第２バックアップリング３が設けられ、また、回転側密封要素１３に装着されたＯリング１には第２バックアップリング３が設けられて、Ｏリング１を保持するようになっている。
Ｏリング１、第１バックアップリング２及び第２バックアップリング３は、少なくとも一個所切断されている。

通常、Ｏリングは、規格品として所定寸法に仕上げられ、エンドレスリングの状態で市販されており、断面形状は円形である。Ｏリングの材質は、ニトリルゴム、ふっ素ゴム、シリコンゴム、クロロプチレンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム及びアクリルゴムなどであり、用途に応じて選択される。
本発明におけるＯリングは、装着作業の向上を図る意味で、図１（ｂ）に示すように、規格品として所定寸法に仕上げられたエンドレスリングの少なくとも一個所に切断部を形成しておき、装着時に、切断部の接合面を接合して一体に組付けるものである。
Ｏリングは、典型的には、外周側ａ１と内周側ａ２が流体圧力を受けてスクイーズ面（シール面）となる場合と、表側ｂ１と裏側ｂ２が流体圧力を受けてスクイーズ面（シール面）となる場合とがあるが、これらに限らず、装着される機器により、また、流体圧の作用する方向により、あらゆる方向がシール面となる可能性がある。図１の場合では、表側ｂ１と裏側ｂ２が流体圧力を受けてスクイーズ面（シール面）となっている。

図２は、本発明の実施の形態に係るＯリングを一方の側（説明の都合上、「表側」という。）から見た場合の側面図であって、図２（ａ）は切断部の接合状態を、また、図２（ｂ）は切断部を離接した状態を示している。図２では、種々の切断部を説明するため、あえて、エンドレスリングの二個所に、切断面の幅方向の向きが異なる切断部Ａ及びＢを設けた場合を示しており、座標軸ｘｙｚ軸を図示のように設定した場合、切断部Ａは、切断面５がｘ−ｚ面（紙面に垂直）に沿って形成され、切断部Ｂは、切断面６がｘ−ｙ面（紙面に平行）に沿って形成されている。実際のＯリングでは、切断面の幅方向の向きは、これらの面に限定されることなく、３６０°のいずれの面に形成されてもよい。また、切断部の数は、１または２以上である。
図１に示すように流体圧が表側と裏側に作用する場合、切断面の幅方向の向きは、切断部Ｂのように紙面に平行とする方がシール性の点でベターである。

図３（ａ）（ｂ）は、図２（ａ）（ｂ）を、それぞれ、ｘ−ｘ軸を中心として１８０°反転し、Ｏリング１を裏面から見た状態を示す側面図である。このため、図３では、切断部Ａが図の下方に、また、切断部Ｂが図の上方に示されている。

図２（ａ）（ｂ）及び図３（ａ）（ｂ）において、切断部Ａに着目すると、その切断面５の長手方向（ｍ−ｍ方向）は、リングの半径方向に対して所定の角度θを有する斜めの方向に延び、側面視で略Ｓ字状をなしている。また、図２（ａ）（ｂ）に示す表側から見た場合、切断面５の側面は屈曲度合いの大きいＳ字状をなしているが、図３（ａ）（ｂ）に示す裏側から見た場合、切断面５の側面は表側より屈曲度合いの小さいＳ字状をなしている。

図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、図２の切断部Ａについて、ａ、ｂ及びｃの３点で切断した断面図である。
図４（ａ）では、切断面５は、表側から裏側に向かって右下がりの円弧状をなしており、また、図４（ｂ）では、表側と裏側とが略水平に直線に近い形状をなしており、さらに、図４（ｃ）では、表側から裏側に向かって右上がりの円弧状をなしている。図４から、切断面５は、幅方向（ｎ−ｎ方向）において一様ではなく、場所によって異なる屈曲形状をしていることがわかる。
このように、切断部における切断面は、側面視で略Ｓ字状をなし、スラローム状に屈曲した３次元的曲面形状をしている。
なお、切断部Ｂの切断面６は、切断部Ａの切断面５と形成される面の向きが異なるだけで、その形状は切断面５と同じであるので、説明は省略する。

図４において、切断部における上側の部分と下側の部分との幅方向（ｎ−ｎ方向）の相対的移動関係についてみると、図４（ａ）の場所では、上側の部分が表側に相対移動することはできず、図４（ｃ）の場所では、上側の部分が裏側に相対移動することはできない。すなわち、切断部において、リングの上側の部分と下側の部分との表側及び裏側方向（幅方向ともいう。）への相対的移動はできない。

このような切断面を有するＯリング１は、たとえば図１に示すように、外周側と内周側とでつぶし代分だけ圧縮して保持される場合、図２及び３の切断部Ｂの切断面６の向きに切断面を有するが、切断面が側面視で略Ｓ字状に屈曲しているため、切断部において円周方向（軸方向ともいう。）に相対移動することはできず、また、幅方向においても、図４に示すように、円周方向の場所によって異なるスラローム状の屈曲形状をしているため、幅方向にも相対移動することもできない。
このように、切断面が、リングの軸方向及び幅方向にずれることのない複雑な３次元的曲面形状であることから、切断面のシール性を十分に確保できるとともに、機器への組み込みの際、接着剤を使用することなく芯合わせ状態を維持でき、仮止めが容易である。

図５は、本発明の実施の形態に係るＯリングの製造方法を説明するための斜視図である。
規格品として所定寸法に仕上げられたエンドレスリング形状のＯリング２０（以下、単に「Ｏリング２０」という。）は、円周方向の一個所に切断部を形成されるべく、治具３０に装着される。
治具３０は、基盤３１を備え、基盤３１には、Ｏリング２０を前後方向に通すための、ガイド穴３６が中心線Ｌに沿って設けられる。ガイド穴３６は、基盤３１の底部をトンネル状に前後に延びる部分と、前後において垂直方向に延びる部分とからなる。
基盤３１には、中心線Ｌを基準として左右対称に、Ｏリング２０を固定するための固定具３２、及び、Ｏリング２０の屈曲位置に設けられるところのコーナー部材３５を備えている。
固定具３２は、Ｏリング２０を基盤表面に押し付ける固定リング３３と、基盤３１に対して螺合等により上下方向に調節自在に設けられ、固定リング３３を支持するボルト３４等からなっている。
コーナー部材３５は基盤３１に螺合等により取付られ、固定具３２より中心側に位置して配置され、固定具３２とコーナー部材３５との間にＯリング２０を挿通するスペースが形成される。
また、基盤３１の表面には切断面に沿って切断ライン溝３７が中心線Ｌに対して所定の角度αをもって形成される。

Ｏリング２０は、下方部分が基盤３１のガイド穴３６に挿通され、基盤３１に対して前後方向に配設される。そして、切断部の形成される部分の一方が左側の固定具３２により固定され、Ｏリング２０は軸芯を中心に捻られ、捻られた部分３８の他方が右側の固定具３２で固定されるもので、その際、固定具３２及びコーナー部材３５より、図示のように、Ｓ字状に屈曲した状態になるようにして固定される。
この状態で、上方に配設された切断刃（図示しない）が下降し、Ｏリング２０の捻られた部分３８を切断ライン溝３７に沿って直線状に切断する。
切断されたＯリング２０は、捻りが解除され、図２及び３の切断部ＡまたはＢに示すような切断面を有するＯリング１となる。
切断面の幅方向の向きは、Ｏリング２０の治具３０への装着の仕方によって決まる。
なお、上記の治具３０を用いた製造方法は、一例にすぎず、要は、Ｏリング２０を軸芯を中心に捻るとともにＳ字状に屈曲させ、この部分を斜めに切断すればよい。

Ｏリング２０の円周方向の所定長さに対する捻り角度は、設計的に設定されるものであるが、１８０゜未満だと捻りが少ないため、Ｏリング２０の幅方向および軸方向への引っ掛かりが小さくなり、また、５４０゜より大きく捻ると切断部長さが長くなり、切断が難しくなる。そのため、１８０〜５４０°の範囲が好ましい。
また、切断角度、すなわち、切断ライン溝３７の中心線Ｌに対する角度αも適宜設定されるものであるが、切断角度を４５゜より小さく、あるいは、６０°より大きくするとＯリング２０の切断部において場所によっては薄肉部が形成されるため、４５〜６０°の範囲が好ましい。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されず、例えば、断面円形のＯリングのみならず、あらゆる断面形状のリング状のスクイーズパッキンに適用することができる。また、切断面は、側面視で完全なＳ字状をなすものでなくともよく、標準的な「Ｓ」字に対して、例えば、その軌跡の曲がりが小さいＳ字状、または、軌跡の曲がりが大きいＳ字状、あるいは、縦長のＳ字状、横幅の大きいＳ字状のような略Ｓ字状のものでもよい。

１ Ｏリング
２ 第１バックアップリング
３ 第２バックアップリング
５ 切断部Ａの切断面
６ 切断部Ｂの切断面
１０ シールカバー
１１ 回転軸
１２ 静止側密封要素
１３ 回転側密封要素
１４ 密封面
１５ ドライブピン
１６ スプリング
１７ カラー
１８ ノックピン
１９ セットスクリュー
２０ エンドレスリング形状のＯリング
３０ 治具
３１ 基盤
３２ 固定具
３３ 固定リング
３４ ボルト
３５ コーナー部材
３６ ガイド穴
３７ 切断ライン溝
３８ 捻られた部分

Claims (3)

1. エンドレスリング形状のＯリング状スクイーズパッキンの少なくとも任意の一個所に、リングの半径方向に対して所定方向の角度θを有して斜めに延び、表裏の両側面視でＳ字状の切断面を有しており、該切断面はリングの表裏に現れるＳ字の屈曲度合いがそれぞれ異なり、更に該切断面は前記表裏を結ぶ幅方向に屈曲した３次元的曲面形状を有していることを特徴とするＯリング状スクイーズパッキン。
2. エンドレスリング形状のＯリング状スクイーズパッキンの少なくとも任意の一個所において、リングの円周方向軸芯を中心とした捻りを付与するとともにＳ字状に屈曲させ、この部分を斜めに切断することにより、捻りが解除された際、リングの半径方向に対して所定方向の角度θを有して斜めに延び、表裏の両側面視でＳ字状をなす切断面が形成され、該切断面は、リングの表裏に現れるＳ字の屈曲度合いがそれぞれ異なり、更に該切断面は前記表裏を結ぶ幅方向に屈曲した３次元的曲面形状に形成されていることを特徴とするＯリング状スクイーズパッキンの製造方法。
3. 基盤上に、エンドレスリング形状のＯリング状スクイーズパッキンの任意の一点を固定可能な固定可能な固定側の固定具と、円周方向軸芯を中心として捻られたリングを固定可能な捻り側の固定具とを備え、両固定具の間の前記基盤上において円周方向軸芯を中心とした捻りを付与されるとともにＳ字状に屈曲されたリングが載置されて切断された際、リングの表裏の両側面視でＳ字状の切断面が形成され、該切断面は、表裏に現れるＳ字の屈曲度合いがそれぞれ異なり、更に該切断面は前記表裏を結ぶ幅方向に屈曲した３次元的曲面形状をなすように、両固定具を結ぶ線に対して斜めに交差する切断ライン溝が前記基盤表面に備えられることを特徴とするＯリング状スクイーズパッキンの製造用治具。

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