(57)【要約】【課題】回転体との摩擦による摩耗量を低減できるパッキンを提供するとともに、このパッキンを用いた軸シール機構のシール性能を向上させ、この軸シール機構を用いた水力機械の信頼性を高める。【解決手段】ランナ１２と回動機構１４ａの隙間にパッキン１７が設けられる。このパッキン１７は、その内周面、即ち回動機構１４ａの外周面と対向する側の面の２カ所に該パッキン１７の半径方向に延びる突起部１８を有する。そして、パッキン１７は、その外周面の全体がパッキン保持部１９の内周面に密着するとともに、その内周面における突起部１８の先端部分が回動機構１４ａの外周面に密着した状態で、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間に保持される。このように、パッキン１７をパッキン保持部１９及び回動機構１４ａに密着させて保持することで、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間がパッキン１７によってシールされる。【選択図】図３
2006071032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材と該固定部材の内周側で回転する回転体との隙間をシールする円環形状のパッキンであって、
前記パッキンの内周面において前記パッキンの半径方向に突起させた円環形状の突起部を有し、
前記パッキンの外周面の全体が前記固定部材の内周面に密着するとともに、前記パッキンの内周面のうち前記突起部の先端部分が前記回転体の外周面に密着した状態で前記固定部材と前記回転体の隙間に保持されることを特徴とするパッキン。
【請求項２】
前記パッキンの半径方向に締めしろが与えられることを特徴とする請求項１に記載のパッキン。
【請求項３】
前記突起部の先端部分が摩擦係数の小さい樹脂によって被覆されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパッキン。
【請求項４】
前記突起部を内周面に備える円環形状の樹脂材と、
前記樹脂材の外周側に設けられる円環形状の弾性部材とによって形成されるとともに、
前記樹脂材が前記弾性部材よりも摩擦係数が小さいことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のパッキン。
【請求項５】
前記突起部が前記パッキンの内周面に２つ以上設けられ、
隣接する２つの前記突起部の間に形成される凹部と前記回転体とによって囲まれた空間に、前記回転体の外周の全部に亘って潤滑剤が充填されることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載のパッキン。
【請求項６】
前記パッキンの外周面と前記パッキンの内周面における前記凹部のそれぞれに開口するとともに、該パッキンの半径方向に貫通する孔が設けられ、
前記孔を通じて前記パッキンの内周面における前記凹部と前記回転体とに囲まれた空間に潤滑剤が注入されることを特徴とする請求項５に記載のパッキン。
【請求項７】
前記パッキンの内部には、該パッキンの全周に亘って環状に形成されたガス孔と、
前記ガス孔に繋がるとともに少なくとも１箇所で前記パッキンの外周面に開口するガス供給孔とが設けられ、
前記ガス供給孔を通じて前記ガス孔へガスが供給されることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載のパッキン。
【請求項８】
固定部材と該固定部材の内周側で回転する回転体との隙間をシールする軸シール機構であって、
請求項１〜請求項７の何れかに記載のパッキンと、
前記回転体と前記固定部材の隙間において前記固定部材に設けたパッキン保持部に設置されることで位置固定された前記パッキンを、その半径方向と垂直な方向から押圧して支持する円環形状の支持部材と、
によって構成されることを特徴とする軸シール機構。
【請求項９】
前記パッキンの半径方向と垂直な方向に締めしろが与えられることを特徴とする請求項８に記載の軸シール機構。
【請求項１０】
複数の前記パッキンが、該パッキンの半径方向と垂直な方向に隣接して設けられることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の軸シール機構。
【請求項１１】
前記複数のパッキンのうち隣接するパッキンの互いに対向する端面の一方に該パッキンの内周端から外周端に亘って該パッキンの半径方向に延びる溝が設けられ、
前記溝を形成するパッキンの端面と、これに対向するパッキンの端面とに囲まれた孔に潤滑剤が注入されることを特徴とする請求項１０に記載の軸シール機構。
【請求項１２】
前記パッキンの端面に密着する前記パッキン保持部又は前記支持部材の端面のうち少なくとも一方を、該パッキン保持部又は該支持部材における前記回転体の軸方向の長さが外周側から内周側に向かって短くなるように傾斜させることで、前記パッキン保持部又は前記支持部材が臼状に形成されることを特徴とする請求項９〜請求項１１の何れかに記載の軸シール機構。
【請求項１３】
前記パッキン保持部又は前記支持部材の端面に密着する前記パッキンの端面のうち、少なくとも傾斜した前記パッキン保持部又は前記支持部材の端面に密着する端面が、該パッキンにおける前記回転体の軸方向の長さが外周側から内周側に向かって長くなるように傾斜するとともに、その傾斜角が傾斜した前記パッキン保持部又は前記支持部材の端面の傾斜角と等しいことを特徴とする請求項１２に記載の軸シール機構。
【請求項１４】
前記パッキンの端面に密着する前記パッキン保持部又は前記支持部材の端面のうち少なくとも一方に、前記パッキン保持部又は前記支持部材の半径方向に延びる溝がその内周端から外周端に亘って放射状に設けられることを特徴とする請求項９〜請求項１３の何れかに記載の軸シール機構。
【請求項１５】
前記溝が形成される前記パッキン保持部又は前記支持部材の端面に密着する前記パッキンの端面には、前記パッキンの半径方向に延びる溝がその内周端から外周端に亘って放射状に設けられることを特徴とする請求項１４に記載の軸シール機構。
【請求項１６】
前記パッキンの外周面に密着する前記パッキン保持部の内周面には、前記パッキン保持部の半径方向と垂直な方向に延びる溝がその全周に亘って設けられることを特徴とする請求項８〜請求項１５の何れかに記載の軸シール機構。
【請求項１７】
前記パッキン保持部の内周面に密着する前記パッキンの外周面には、前記パッキンの半径方向と垂直な方向に延びる溝がその全周に亘って設けられることを特徴とする請求項１６に記載の軸シール機構。
【請求項１８】
前記回転体の外周面には、そのパッキンの内周面と対向する部分に全周に亘って摩擦係数の小さい潤滑剤が塗布されることを特徴とする請求項８〜請求項１７の何れかに記載の軸シール機構。
【請求項１９】
主軸の先端に取り付けられたランナと、
前記ランナの内部に設けられる軸を有し、該軸を回動させることによってその角度を調整可能な可動翼とを備える水力機械において、
請求項８〜請求項１８の何れかに記載の軸シール機構を用いるとともに、前記固定部材が前記ランナを構成し、前記回転体が前記可動翼の軸を構成することを特徴とする水力機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸シールを施すためのパッキン、これを用いた軸シール機構、及びこの軸シール機構を用いた水車やポンプ等の水力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水力発電プラントに用いられる水車や火力及び原子力発電プラントで冷却水として海水を循環させる海水ポンプにおいて、可動翼を有するものが知られている。これら水車や海水ポンプに用いられる可動翼は、その軸が固定部材の内周側で回動するとともに、可動翼の軸と固定部材の間に隙間が設けられている。一方、固定部材の内部では、可動翼の軸と固定部材の隙間が油で満たされている。このような水車や海水ポンプにおいて、固体部材内部の油と可動翼に接触する水とが混じり合うと、水と油の混合物が河川や海に流出し、環境汚染などの問題を生じる。そこで、可動翼の軸と固定部材の隙間をシールして、水と油の混合を遮断する必要がある。
【０００３】
可動翼の軸と固定部材の隙間のシール部材としては、インペラハブの先端に取り付けられた可動翼の軸とインペラハブの隙間をシールするパッキンが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
上記特許文献１に開示されている海水ポンプは、中空回転軸の先端に固定部材であるインペラハブが取り付けられ、該インペラハブに複数の可動翼が放射状に取り付けられている。そして、各可動翼は、インペラハブの穴部に嵌入された軸と、インペラハブの外側に突出するとともに中空回転軸の軸心に対し放射状に延びる羽根とからなる。この海水ポンプは、可動翼の軸を回転させ、海水の流入方向に対し可動翼の羽根の角度を変えることによって、海水の循環量を制御できる。
【０００５】
そして、海水ポンプがこのように構成されるとき、可動翼の軸の外周面と、可動翼の軸の外周面に対向するインペラハブの内周面の間には、隙間が設けられている。それに対して、可動翼の軸の外側に円筒形のスリーブを設けてこのスリーブを可動翼の軸に固定し、更にスリーブとインペラハブの内周面の間に断面がＶ字状のパッキンを複数嵌め込むことで、このパッキンとスリーブの間に摺動面を形成するとともに、インペラハブの内部に海水が流入することを防止している。
【０００６】
また、水車にシール部材として使用されるパッキンの一例を図１８に示す。図１８は、水車の可動翼周辺の構成を示す断面図である。
【０００７】
同図において、水車は、軸１００ａと羽根１００ｂとによって構成される可動翼１００を備える。そして、軸１００ａが、固定部材であるランナ１０１の外側面よりも内側、即ちランナ１０１の内部に設けられ、また、羽根１００ｂが、軸１００ａの一端に取り付けられ、ランナ１０１の外側面から外側に突出している。また、軸１００ａとランナ１０１の隙間には、パッキン１０２が設けられている。このパッキン１０２は、その形状が環状であって、一方の端面が略Ｖ字状に形成されるととともに、他方の端面が平らに形成されている。
【０００８】
また、パッキン１０２の上側には該パッキン１０２を上方から押し付けるための凸状の押圧部材１０３が設けられ、パッキン１０２の下側には該パッキン１０２の下部を支持する支持部材１０４が設けられている。尚、この支持部材１０４は、ねじ等によりランナ１０１に固定されている。
【０００９】
そして、パッキン１０２は、その上端面が押圧部材１０３を介してバネ１０５により下方へ押圧されるとともに、その下端面が支持部材１０４の端面に接した状態で該支持部材１０４に支持されることで、押圧部材１０３と支持部材１０４の間に保持されている。また、パッキン１０２は、押圧部材１０３と支持部材１０４とによってその上下端面側から押圧されるため、その内周面側及びその外周面側へ膨張するように変形する。よって、パッキン１０２は、その外周面の全体がランナ１０１の内周面に密着するとともに、その内周面の全体が軸１００ａの外周面に密着した状態で、軸１００ａとランナ１０１の隙間に保持される。
【００１０】
このような水車において、ダム等より落下してきた水は、可動翼１００の各羽根１００ｂに接触するとともに、その一部がランナ１０１の外側面よりも内側へ侵入して軸１００ａと支持部材１０４の隙間に流入しようとする。しかしながら、上述のように、軸１００ａとランナ１０１の隙間に軸１００ａの外周面及びランナ１０１の内周面に密着した状態でパッキン１０２が保持されるため、軸１００ａと支持部材１０４の隙間へ流入した水がランナ１０１の内部へ流入することを阻止される。
【００１１】
また、水の流入方向に対して羽根１００ｂの角度を変更する際には、軸１００ａを回動させる。このとき、軸１００ａと、該軸１００ａに密着するパッキン１０２との間に摺動面が形成され、軸１００ａの外周面とパッキン１０２の内周面の間に隙間を生じることなく軸１００ａがパッキン１０２に対して摺動する。これにより、ランナ１０１の内部と外部とが仕切られ、ランナ１０１内部の油とランナ１０１外部の水とが混ざり合うことが防止される。
【特許文献１】特開平８−２００２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ここで、上記水車では、可動翼の軸の外周面にパッキンの内周面の全体が密着しており、軸が回動する際に、パッキンの内周面の全体に軸の外周面との摩擦が生じる。また、軸の外周面にパッキンの内周面の全体が密着することで、軸の外周面に働くパッキンの押圧力が過大なものとなる。
【００１３】
このため、水車を長期間に亘って使用すると、軸が回動する際の軸とパッキンとの摩擦によりパッキンが摩耗してゆき、軸とパッキンの間に隙間が生じて軸とパッキンの隙間のシール性が損なわれるおそれがあった。そして、軸とパッキンの間に隙間が生じることで、ランナ内部の油がランナと可動翼の隙間を通ってランナの外部に流出し、又はランナ外部の水がこの隙間を通ってランナの内部に流入し、ランナ内部の油とランナ外部の水とが混ざり合うおそれがあった。
【００１４】
また、上記特許文献１の海水ポンプにおいても、上記水車と同様、パッキンと可動翼の軸との接触面積が大きく、軸が回動する際の軸とパッキンとの摩擦によりパッキンが摩耗してゆき、軸とパッキンの間に隙間が生じて軸とパッキンの隙間のシール性が損なわれるおそれがあった。そして、軸とパッキンの間に隙間が生じることで、インペラハブ外部の海水が軸とパッキンの隙間を通ってインペラハブの内部に流入し、可動翼の駆動機構が停止するおそれがあった。
【００１５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パッキン、これを用いた軸シール機構、及びこの軸シール機構を用いた水力機械において、回転体との摩擦による摩耗量を低減できるパッキンを提供するとともに、このパッキンを用いた軸シール機構のシール性能を向上させ、この軸シール機構を用いた水力機械の信頼性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明のパッキンは、固定部材と該固定部材の内周側で回転する回転体との隙間をシールする円環形状のパッキンであって、前記パッキンの内周面において前記パッキンの半径方向に突起させた円環形状の突起部を有し、前記パッキンの外周面の全体が前記固定部材の内周面に密着するとともに、前記パッキンの内周面のうち前記突起部の先端部分が前記回転体の外周面に密着した状態で前記固定部材と前記回転体の隙間に保持されることを特徴とする。
【００１７】
このようなパッキンにおいて、前記パッキンの半径方向に締めしろが与えられるものとしても構わない。これにより、パッキンは、その外周面の全体が固定部材の内周面に確実に密着するとともに、その内周面における突起部の先端部分が回転体の外周面に確実に密着した状態で、固定部材と回転体の隙間に保持される。
【００１８】
また、上述のパッキンそれぞれにおいて、前記突起部の先端部分が摩擦係数の小さい樹脂によって被覆されるものとしても構わない。これにより、パッキンの内周面に被覆された樹脂と回転体の外周面との間で摩擦が生じたとき、このパッキンと回転体との摩擦力を小さくすることができる。
【００１９】
また、上述のパッキンそれぞれにおいて、前記突起部を内周面に備える円環形状の樹脂材と、前記樹脂材の外周側に設けられる円環形状の弾性部材とによって形成されるとともに、前記樹脂材が前記弾性部材よりも摩擦係数が小さいものとしても構わない。これにより該パッキンの内周層を構成する樹脂材の内周面のうち突起部の先端部分が回転体の外周面に当接するとともに、パッキンの外周層を構成する弾性部材の外周面の全体が固定部材の内周面に密着する。そして、弾性部材よりも摩擦係数が小さい樹脂材で突起部を形成することにより、弾性部材で突起部を形成するのに比べ、回転体とパッキンとの摩擦力を小さくすることができる。
【００２０】
また、上述のパッキンそれぞれにおいて、前記突起部が前記パッキンの内周面に２つ以上設けられ、隣接する２つの前記突起部の間に形成される凹部と前記回転体とによって囲まれた空間に、前記回転体の外周の全部に亘って潤滑剤が充填されるものとしても構わない。これにより、回転体の外周面とパッキンの内周面における突起部の先端部分との摺動面が潤滑剤により潤滑され、回転体の外周面と突起部の先端部分との摩擦を小さくして回転体をパッキンに対してスムーズに摺動させることができる。
【００２１】
このとき、前記パッキンの外周面と前記パッキンの内周面における前記凹部のそれぞれに開口するとともに、該パッキンの半径方向に貫通する孔が設けられ、前記孔を通じて前記パッキンの内周面における前記凹部と前記回転体とに囲まれた空間に潤滑剤が注入される。パッキンをこのように構成することにより、該パッキンの内周面における前記凹部と回転体の外周面とに囲まれた空間を潤滑剤で充填した状態で、この空間を孔を通じてパッキンの外周面側から加圧すると、突起部の先端部分と回転体の外周面との間に潤滑剤が押し込まれ、パッキンに対する回転体の摺動性が更に良くなる。
【００２２】
また、上述のパッキンそれぞれにおいて、前記パッキンの内部には、該パッキンの全周に亘って環状に形成されたガス孔と、該ガス孔に繋がるとともに少なくとも１箇所で前記パッキンの外周面に開口するガス供給孔とが設けられ、前記ガス供給孔を通じて前記ガス孔へガスが供給されるものとしても構わない。このように構成されたパッキンにおいて、ガス供給孔を通じて高圧のガスをガス孔に供給すると、ガス孔の内面が加圧され、パッキンが半径方向に膨張するように変形して該パッキンの内周面が回転体の外周面の方向に加圧されるとともに、該パッキンの外周面が固定部材の内周面の方向に加圧される。これにより、パッキンが回転体及び固定部材に確実に密着し、回転体と固定部材の隙間が確実にシールされる。
【００２３】
また、上記目的を達成するために、本発明の軸シール機構は、固定部材と該固定部材の内周側で回転する回転体との隙間をシールする軸シール機構であって、上述の何れかのパッキンと、前記回転体と前記固定部材の隙間において前記固定部材に設けたパッキン保持部に設置されることで位置固定された前記パッキンを、その半径方向と垂直な方向から押圧して支持する円環形状の支持部材とによって構成されることを特徴とする。そして、このパッキン保持部は、その上部が固定部材の半径方向内方へ突出することでＬ字型に形成されており、その突出した部分の下端面が回転体の軸方向と垂直な面となるとともにこの下端面にパッキンの上端面が当接し、その下端面と直交する内周面にパッキンの外周面が当接する。このように、パッキンは、その上端面と外周面のそれぞれがパッキン保持部の突出した部分における下端面と内周面とに当接することで、パッキン保持部に保持される。
【００２４】
このような軸シール機構において、前記パッキンの半径方向と垂直な方向に締めしろが与えられるものとしても構わない。これにより、パッキンは、支持部材によって押圧され、その内周面側及びその外周面側へ膨張するように変形する。よって、パッキンは、その外周面の全体がパッキン保持部の内周面に確実に密着するとともにその内周面における突起部の先端部分が回転体の外周面に確実に密着した状態で、固定部材と回転体の隙間に保持される。
【００２５】
また、上述の軸シール機構それぞれにおいて、複数の前記パッキンが、該パッキンの半径方向と垂直な方向に隣接して設けられるものとしても構わない。
【００２６】
このとき、前記複数のパッキンのうち隣接するパッキンの互いに対向する端面の一方に該パッキンの内周端から外周端に亘って該パッキンの半径方向に延びる溝が設けられ、前記溝を形成するパッキンの端面と、これに対向するパッキンの端面とに囲まれた孔に潤滑剤が注入される。尚、この孔は、隣接するパッキンの内周面における各突起部の間に形成される凹部に開口する。そして、パッキンの内周面における前記凹部と回転体の外周面とに囲まれた空間を潤滑剤で充填した状態で、この空間を前記孔を通じてパッキンの外周面側から加圧すると、突起部の先端部分と回転体の外周面との間に潤滑剤が押し込まれ、パッキンに対する回転体の摺動性が良くなる。
【００２７】
また、上述の軸シール機構それぞれにおいて、前記パッキンの端面に密着する前記パッキン保持部又は前記支持部材の端面のうち少なくとも一方を、該パッキン保持部又は該支持部材における前記回転体の軸方向の長さが外周側から内周側に向かって短くなるように傾斜させることで、前記パッキン保持部又は前記支持部材が臼状に形成されるものとしてもよい。
【００２８】
このとき、前記パッキン保持部又は前記支持部材の端面に密着する前記パッキンの端面のうち、少なくとも傾斜した前記パッキン保持部又は前記支持部材の端面に密着する端面が、該パッキンにおける前記回転体の軸方向の長さが外周側から内周側に向かって長くなるように傾斜するとともに、その傾斜角が傾斜した前記パッキン保持部又は前記支持部材の端面の傾斜角と等しくなっている。これにより、パッキンの端面に働く支持部材の押圧力のベクトルが、パッキンの端面と垂直な方向、即ちパッキンの半径方向と垂直な方向よりもやや半径方向内方へ向く方向となる。つまり、パッキンは、支持部材によって、回転体の軸方向だけでなく該パッキンの内周面側にも押し付けられることとなり、パッキン保持部と回転体とに確実に密着した状態で固定部材と回転体の隙間に保持される。
【００２９】
また、上述の軸シール機構それぞれにおいて、前記パッキンの端面に密着する前記パッキン保持部又は前記支持部材の端面のうち少なくとも一方に、前記パッキン保持部又は前記支持部材の半径方向に延びる溝がその内周端から外周端に亘って放射状に設けられるものとしてもよい。
【００３０】
このとき、前記溝が形成される前記パッキン保持部又は前記支持部材の端面に密着する前記パッキンの端面には、前記パッキンの半径方向に延びる溝がその内周端から外周端に亘って放射状に設けられる。これにより、溝が形成されるパッキン保持部又は支持部材の端面と、この端面に密着するパッキンの端面とが嵌合するため、パッキンとパッキン保持部又は支持部材との摩擦力が大きくなる。
【００３１】
また、上述の軸シール機構それぞれにおいて、前記パッキンの外周面に密着する前記パッキン保持部の内周面には、前記パッキン保持部の半径方向と垂直な方向に延びる溝がその全周に亘って設けられるものとしてもよい。
【００３２】
このとき、前記パッキン保持部の内周面に密着する前記パッキンの外周面には、前記パッキンの半径方向と垂直な方向に延びる溝がその全周に亘って設けられる。これにより、パッキン保持部の内周面と、パッキン保持部の内周面に密着するパッキンの外周面とが嵌合するため、パッキンとパッキン保持部との摩擦力が大きくなる。
【００３３】
また、上述の軸シール機構それぞれにおいて、前記回転体の外周面には、そのパッキンの内周面と対向する部分に全周に亘って摩擦係数の小さい潤滑剤が塗布されるものとしてもよい。尚、潤滑剤としてはグリース、テフロン（登録商標）、グラファイト等が挙げられる。これにより、回転体が潤滑剤を介してパッキンに対し摺動する。このため、回転体とパッキンとの摩擦力は、回転体の外周面に潤滑剤が塗布されていない場合と比べて小さくなる。
【００３４】
また、上記目的を達成するために、本発明の水力機械は、主軸の先端に取り付けられたランナと、前記ランナの内部に設けられる軸を有し、該軸を回動させることによってその角度を調整可能な可動翼とを備える水力機械において、上述の何れかの軸シール機構を用いるとともに、前記固定部材が前記ランナを構成し、前記回転体が前記可動翼の軸を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、回転体の外周面にパッキンの内周面における突起部の先端部分のみを密着させることで、回転体とパッキンとの接触面積を小さくして回転体とパッキンとの摩擦力を小さくすることができる。また、パッキンの内周面における突起部の先端部分のみが回転体の外周面に密着するため、パッキンの内周面と回転体の外周面との接触面積はパッキンの外周面とパッキン保持部の内周面との接触面積よりも小さく、パッキンと回転体との摩擦力はパッキンとパッキン保持部との摩擦力よりも小さくなる。よって、回転体がパッキンに対して摺動しても、パッキンを該パッキンとの摩擦力が大きいパッキン保持部側に保持することができる。
【００３６】
このように、本発明によれば、回転体に密着するパッキンの内周側の摩耗量が著しく低減され、また、回転体とともにパッキンが回動することを防止でき、このパッキンを固定部材と回転体の隙間に用いた軸シール機構のシール性能を向上させることができるとともに、この軸シール機構を用いた水力機械の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
《発明の実施形態１》
図１に示すように、本実施形態の水車は、棒状に形成された中空の主軸１０を備えている。この主軸１０は、水車の回転軸や図示しない発電装置の回転軸として機能するものである。また、主軸１０の中心部には、該主軸１０を貫通する貫通孔１１が設けられ、この貫通孔１１を通じて主軸１０の下端部に設置されたランナ１２の内部へ加圧された油が送られる。また、主軸１１には、該主軸１１の下端部でランナ１２に連結するサーボモータ１３が取り付けられている。更に、ランナ１２には、複数の可動翼１４が放射状に取り付けられている。各可動翼１４は、ランナ１２の外周に渦巻き状に形成された渦巻きケーシング１５からランナ１２の下方の吸い出し管１６へと至る流路の途中に設けられている。
【００３９】
図２に示すように、上記各可動翼１４は、回動機構１４ａと羽根１４ｂとによって構成されている。このとき、回動機構１４ａがランナ１２の外側面よりも内側、即ちランナ１２の内部に設けられるとともに、羽根１４ｂが回動機構１４ａの一端に取り付けられ、ランナ１２の外側面から外側に突出している。また、回動機構１４ａは、主軸１０に連結された図示しない操作軸に取り付けられており、この操作軸がサーボモータ１３における油圧によって回動することで回動可能に構成されている。そして、回動機構１４ａが回動すると、この回動機構１４ａに連結している羽根１４ｂが回動し、水の流入方向に対する羽根１４ｂの角度が変化する。
【００４０】
また、可動翼１４が回動することによって摺動するランナ１２と可動翼１４との間には、パッキン１７が設けられている。具体的に、このパッキン１７は、ランナ１２の外側面よりも内側にあるとともに、回動機構１４ａと羽根１４ｂの接続部分の近傍に位置するランナ１２と回動機構１４ａの隙間に設置される。尚、このパッキン１７は、ランナ１２の内部に貯留する油がランナ１２と可動翼１４の隙間を通ってランナ１２の外部に流出し、又はランナ１２外部の水がこの隙間を通ってランナ１２の内部に流入し、ランナ１２内部の油とランナ１２外部の水とが混ざり合うことを防止するシールとして働く。
【００４１】
以下、本実施形態において、「上側」とは可動翼１４の羽根１４ｂよりも回動機構１４ａ側を表すとともに、「下側」とは可動翼１４の回動機構１４ａよりも羽根１４ｂ側を表すものとする。また、「上」「下」とは、回動機構１４ａの延びる方向と平行な方向を表すものとする。
【００４２】
図３に示すように、上記パッキン１７は、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間であって回動機構１４ａと羽根１４ｂとの接続部分の近傍における最も隙間の狭い区間Ｄ1に設けられている。このパッキン１７は、その形状が円環状であり、図４に示すように、その上下両端面が平らに形成されている。そして、このパッキン１７には、その内周面、即ち回動機構１４ａの外周面と対向する側の面の２カ所に、該パッキン１７の半径方向に延びる突起部１８が形成されている。即ち、円環状に形成された２つの突起部１８が、パッキン１７の内周面に設けられる。
【００４３】
また、このパッキン１７には、その半径方向にｄ1の長さを有する締めしろが与えられており、その内周面における突起部１８の先端部分から外周面に至る幅が区間Ｄ1におけるランナ１２と回動機構１４ａの隙間の幅よりも若干大きく形成されている。よって、パッキン１７は、その外周面の全体がランナ１２の内周面に密着するとともに、その内周面における突起部１８の先端部分が回動機構１４ａの外周面に密着した状態で、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間に保持される。このように、パッキン１７をランナ１２及び回動機構１４ａに密着させて保持することで、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間がパッキン１７によってシールされる。
【００４４】
具体的に、図３に示すように、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間において、ランナ１２の内周側には、その上部がランナ１２の半径方向内方へ突出することでＬ字型に形成されるパッキン保持部１９が設けられている。このパッキン保持部１９は、その突出した部分（以下、突出部分と称する）の下端面が回動機構１４ａの軸方向と垂直な面となるとともに、この突出部分の下端面に接続する内周面が回動機構１４ａの軸方向と平行な面となっている。そして、パッキン保持部１９の突出部分の下端面にパッキン１７の上端面が当接するとともにパッキン保持部１９の内周面にパッキン１７の外周面が当接することで、パッキン１７がパッキン保持部１９に保持されている。また、パッキン１７の下側には、該パッキン１７の下部を押圧して支持する支持部材２０が設けられている。この支持部材２０は、その上部が図３に示す区間Ｄ1におけるランナ１２と回動機構１４ａの隙間に挿入されるとともに、この隙間に挿入される上部の幅が区間Ｄ1におけるランナ１２と回動機構１４ａの隙間の幅よりも若干小さくなっている。尚、この支持部材２０は、ねじ等によりランナ１２に固定され、パッキン１７及びパッキン保持部１９とともに軸シール機構を構成している。
【００４５】
また、図４に示すように、パッキン１７には、その上端面及び下端面それぞれにおいて、その半径方向と垂直な方向にｄ2の長さを有する締めしろが与えられており、その上端面から下端面に至るまでの長さがパッキン保持部１９の突出部分の下端面と支持部材２０の下端面との間隔よりも若干大きく形成されている。そして、パッキン１７は、パッキン保持部１９に設置され、その下端面が支持部材２０によって上側へ押し付けられた状態で、パッキン保持部１９と支持部材２０の間に保持されている。
【００４６】
このように、パッキン１７は、パッキン保持部１９に支持された状態で支持部材２０によって押圧されるため、その内周面側及びその外周面側へ膨張するように変形する。よって、パッキン１７は、その外周面の全体がパッキン保持部１９の内周面に確実に密着するとともに、その内周面における突起部１８の先端部分が回動機構１４ａの外周面に確実に密着した状態でランナ１２と回動機構１４ａの隙間に保持され、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間のシール性をより高くすることができる。
【００４７】
また、上記パッキン１７の内周面における一方の突起部１８と他方の突起部１８の間に形成される凹部と回動機構１４ａの外周面とに囲まれた空間２１には、回動機構１４ａの外周の全部に亘ってグリース等の潤滑剤が充填されている。この潤滑剤は、回動機構１４ａの外周面と、パッキン１７の内周面における突起部１８の先端部分との摺動面を潤滑するためのものである。
【００４８】
図１〜４に示す構成を備える水車の運転時には、ダム等から落下してきた水が渦巻きケーシング１５に導かれる。渦巻きケーシング１５から流れ出た水は、可動翼１４の各羽根１４ｂに接触する。そして、可動翼１４の各羽根１４ｂに作用する水圧によってランナ１２が回転し、該ランナ１２に連結する主軸１０が回転することで発電が行われる。尚、可動翼１４を通過した水は、渦巻きケーシング１５の下流側に設けられた吸い出し管１６へと送られ、河川などに放流される。
【００４９】
ここで、渦巻きケーシング１５から流れ出た水は、一部がランナ１２の外側面よりも内側へ侵入して支持部材２０と回動機構１４ａの隙間に流入しようとする。しかしながら、ランナ１２におけるパッキン保持部１９と回動機構１４ａの隙間にはパッキン１７が設けられており、このパッキン１７は、その半径方向に与えられた締めしろによってパッキン保持部１９の内周面及び回動機構１４ａの外周面に密着している。また、パッキン１７に、その半径方向と垂直な方向に締めしろを与えることにより、パッキン１７がその内周面側及びその外周面側へ膨張するように変形し、パッキン保持部１９の内周面及び回動機構１４ａの外周面に一層確実に密着する。よって、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間が確実にシールされ、支持部材２０と回動機構１４ａの隙間に流入した水がランナ１２の内部へ流入することを阻止される。
【００５０】
また、水の流入方向に対して羽根１４ｂの角度を変更する際には、主軸１０に連結された操作軸（図示せず）を操作して回動機構１４ａを回動させる。このとき、回動機構１４ａと、該回動機構１４ａに密着するパッキン１７の間に摺動面が形成され、パッキン１７の内周面における突起部１８の先端部分と回動機構１４ａの外周面の間に隙間を生じることなく回動機構１４ａがパッキン１７に対して摺動する。
【００５１】
このように、本実施形態では、回動機構１４ａの外周面にパッキン１７の内周面における突起部１８の先端部分を密着させている。このため、回動機構１４ａが回動する際に、パッキン１７の内周面における突起部１８の先端部分、即ちパッキン１７の内周面の一部に回動機構１４ａの外周面との摩擦が生じるのみであり、回動機構１４ａの外周面に働くパッキン１７の押圧力が適正な値に保たれる。一方で、パッキン１７の半径方向に締めしろを与えることにより、該パッキン１７をパッキン保持部１９と回動機構１４ａに確実に密着させることができ、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間を確実にシールすることができる。
【００５２】
また、回動機構１４ａの外周面と、パッキン１７の内周面における突起部１８の先端部分との摺動面を潤滑剤を用いて潤滑することで、回動機構１４ａと突起部１８の先端部分との摩擦力を更に小さくして、回動機構１４ａをパッキン１７に対してスムーズに摺動させることができる。
【００５３】
また、上述のように、パッキン１７は、その外周面の全体がパッキン保持部１９の内周面に密着する一方、その内周面における突起部１８の先端部分が回動機構１４ａの外周面に密着する。このため、パッキン１７の内周面と回動機構１４ａの外周面との接触面積はパッキン１７の外周面とパッキン保持部１９の内周面との接触面積よりも小さく、パッキン１７と回動機構１４ａとの摩擦力はパッキン１７とパッキン保持部１９との摩擦力よりも小さくなる。よって、回動機構１４ａが回動する際に、パッキン１７は、該パッキン１７との摩擦力が大きいパッキン保持部１９側に保持される。
【００５４】
更には、パッキン１７の半径方向と垂直な方向に締めしろを与えることで、該パッキン１７がパッキン保持部１９と支持部材２０とに密着した状態でパッキン保持部１９と支持部材２０の間に保持される。このため、回動機構１４ａが回動する際に、パッキン１７の上端面とパッキン保持部１９の突出部分の下端面との摩擦力及びパッキン１７の下端面と支持部材２０の上端面との摩擦力が大きくなり、パッキン１７が回動機構１４ａとともに回動することを防ぐことができる。
【００５５】
従って、本実施形態によれば、水車を長期間に亘って使用した場合に、回動機構１４ａに密着するパッキン１７の内周側の摩耗量が著しく低減され、また、回動機構１４ａとともにパッキン１７が回動することを防止でき、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間のシール性能を向上させることができる。
【００５６】
《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２は、上記実施形態１の水車の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の水車について、上記実施形態１と異なる点を説明する。尚、本実施形態において、「上側」「下側」「上」「下」は、上記実施形態１に準ずる。
【００５７】
図５及び図６に示すように、本実施形態の水車では、形状の等しい２個のパッキン１７ａが上下に接して設けられることで、第１の実施形態のパッキン１７による軸シール機構と同様の軸シール機構を構成している。即ち、これらパッキン１７ａは、図４に示すパッキン１７をその半径方向と垂直な方向に２等分したものである。各パッキン１７ａは、その形状が円環状であって、その両端面が平らに形成されるとともに、その内周面、即ち回動機構１４ａの外周面と対向する側の面の１カ所に、該パッキン１７ａの半径方向に延びる突起部１８を有している。
【００５８】
このように構成された水車において、図５に示すように、上側に位置するパッキン１７ａは、その上端面がパッキン保持部１９の突出部分の下端面に当接するとともに、その下端面が下側に位置するパッキン１７ａの上端面に当接している。また、下側に位置するパッキン１７ａは、その下端面が支持部材２０によって上側へ押し付けられている。そして、支持部材２０がねじ等によりランナ１２に固定されることで、これら２つのパッキン１７ａがパッキン保持部１９と支持部材２０の間に保持されている。
【００５９】
また、各パッキン１７ａは、その外周面の全体がパッキン保持部１９の内周面に密着するとともに、その内周面における突起部１８の先端部分が回動機構１４ａの外周面に密着した状態で、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間に保持されている。このとき、第１の実施形態と同様に、各パッキン１７ａにはその半径方向にｄ1の長さを有する締めしろが与えられるとともに、上側に位置するパッキン１７ａの上端面と下側に位置するパッキン１７ａの下端面とにおいて、その半径方向と垂直な方向にｄ2の長さを有する締めしろが与えられている。よって、各パッキン１７ａとパッキン保持部１９及び回動機構１４ａとの密着性が良好なものとなり、ランナ１２と回動機構１４ａとの隙間が確実にシールされる。
【００６０】
更に、上側に位置するパッキン１７ａの内周面における突起部１８の先端部分と下側に位置するパッキン１７ａの内周面における突起部１８の先端部分との間に形成される凹部と、回動機構１４ａの外周面とによって囲まれた空間２１には、全周に亘ってグリース等の潤滑剤が充填されている。この潤滑剤は、各パッキン１７ａに対する回動機構１４ａの摺動性を良くするためのものである。
【００６１】
《発明の実施形態３》
本発明の実施形態３は、上記実施形態１の水車の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の水車について、上記実施形態１と異なる点を説明する。
【００６２】
図７及び図８に示すように、本実施形態の水車では、パッキン１７ｂにパッキン側潤滑剤用孔３０が設けられている。このパッキン側潤滑剤用孔３０は、パッキン１７ｂの外周面と、該パッキン１７ｂの内周面であって両突起部１８間における回動機構１４ａの外周面と対向する部分とに開口しており、パッキン１７ｂを半径方向に貫通している。また、このパッキン側潤滑剤用孔３０は、パッキン１７ｂの周方向に少なくとも１つ設けられている。尚、このパッキン側潤滑剤用孔３０は、パッキン１７ｂの内周面における一方の突起部１８と他方の突起部１８の間に形成される凹部と回動機構１４ａの外周面とに囲まれた空間２１にグリース等の潤滑剤を注入するためのものである。
【００６３】
また、図７に示すように、ランナ１２には、潤滑剤を注入するためのランナ側潤滑剤用孔３１が設けられている。このランナ側潤滑剤用孔３１は、ランナ１２の周方向に設けられており、ランナ１２におけるパッキン保持部１９の内周面に開口するとともに、上記パッキン側潤滑剤用孔３０と連通している。また、このランナ側潤滑剤用孔３１は、その数がパッキン側潤滑剤用孔３０の数と等しくなっている。
【００６４】
そして、パッキン１７ｂの内周面における一方の突起部１８と他方の突起部１８の間に形成される凹部と回動機構１４ａの外周面とに囲まれた空間２１を潤滑剤で充填した状態で、この空間２１をランナ側潤滑剤用孔３１側から加圧すると、パッキン１７ｂの内周面における突起部１８の先端部分と回動機構１４ａの外周面の間に潤滑剤が押し込まれ、パッキン１７ｂに対する回動機構１４ａの摺動性が更に良くなる。
【００６５】
尚、図８では、ランナ側潤滑剤用孔３０の断面を円形に形成したものを示しているが、これに限らず、ランナ側潤滑剤用孔３０の断面はどの様な形に形成されていてもよい。例えば、ランナ側潤滑剤用孔３０の断面は、四角形に形成されていてもよい。また、ランナ側潤滑剤用孔３０の数は限定されない。
【００６６】
《発明の実施形態４》
本発明の実施形態４は、上記実施形態２の水車の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の水車について、上記実施形態２と異なる点を説明する。尚、本実施形態において、「上側」「下側」「上」「下」は、上記実施形態１に準ずる。
【００６７】
図９及び図１０に示すように、本実施形態の水車では、２個のパッキン１７ａ，１７ｃのうち一方のパッキン１７ｃに切り欠き溝４０が設けられている。また、２個のパッキン１７ａ，１７ｃのうち他方のパッキン１７ａは、その形状が上記実施形態２のパッキンの形状と等しくなっている。
【００６８】
上記切り欠き溝４０は、パッキン１７ｃにおける一方の端面に、該パッキン１７ｃの内周端から外周端に亘って設けられており、該パッキン１７ｃの半径方向に延びている。また、この切り欠き溝４０は、パッキン１７ｃの周方向に少なくとも１つ設けられている。
【００６９】
このように構成された水車において、切り欠き溝４０が設けられる端面が上端面となるようにパッキン１７ｃを下側に設け、この下側のパッキン１７ｃのうち切り欠き溝４０が設けられる上端面と下端面とが当接するようにパッキン１７ａをパッキン１７ｃの上側に設置する。このように、パッキン１７ａ，１７ｃを設置することで、下側のパッキン１７ｃの上端面のうち切り欠き溝４０を構成する部分と上側のパッキン１７ａの下端面とによって囲まれた孔３２が形成される。この孔３２は、下側のパッキン１７ｃの外周面と、該パッキン１７ｃの内周面であって両突起部１８間における回動機構１４ａの外周面と対向する部分とに開口するとともに、該パッキン１７ｃをその半径方向に貫通する孔となる。
【００７０】
そして、この孔３２は、第３の実施形態におけるパッキン側潤滑剤用孔３０（図７及び図８参照）と同様の役割を果たすものである。即ち、この孔３２は、上側のパッキン１７ａの内周面における突起部１８の先端部分と下側のパッキン１７ｃの内周面における突起部１８の先端部分との間に形成される凹部と、回動機構１４ａの外周面とによって囲まれた空間２１にグリース等の潤滑剤を注入するためのものである。
【００７１】
また、図９に示すように、第３の実施形態と同様、ランナ１２には、潤滑剤を注入するためのランナ側潤滑剤用孔３１が設けられている。このランナ側潤滑剤用孔３１は、ランナ１２の周方向に設けられており、ランナ１２におけるパッキン保持部１９の内周面に開口するとともに、上記孔３２と連通している。また、このランナ側潤滑剤用孔３１は、その数が孔３２の数と等しくなっている。
【００７２】
尚、図１０では、切り欠き溝４０の断面を四角形に形成して孔３２の断面を四角形としたものを示しているが、これに限らず、切り欠き溝４０の断面はどの様な形に形成されていてもよい。例えば、切り欠き溝４０は、半円形に形成されていてもよい。また、切り欠き溝４０の数は限定されない。
【００７３】
《発明の実施形態５》
本発明の実施形態５は、上記実施形態１の水車の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の水車について、上記実施形態１と異なる点を説明する。尚、本実施形態では、水車の構成を説明するために、図３を参照するものとする。
【００７４】
本実施形態の水車では、パッキン１７の内周面のうち回動機構１４ａの外周面に密着する突起部１８の先端部分が、テフロン（登録商標）等の摩擦係数の小さい樹脂によって被覆されている。尚、樹脂の摩擦係数は、パッキン１７を構成する材料の摩擦係数と比べて小さい。
【００７５】
ここで、第１の実施形態と同様、パッキン１７は、その外周面の全体がパッキン保持部１９の内周面に密着する一方、その内周面における突起部１８の先端部分のみが回動機構１４ａの外周面に密着する。このため、回動機構１４ａが回動する際に、パッキン１７は、該パッキン１７との摩擦力が大きいパッキン保持部１９側に保持される。
【００７６】
また、本実施形態において、回動機構１４ａ及びランナ１２（パッキン保持部１９を含む）は金属製であり、パッキン１７はゴム等の弾性体からなる。そして、ゴム等の弾性体よりも摩擦係数が小さい樹脂で突起部１８の先端部分を被覆することにより、回動機構１４ａとパッキン１７との摩擦力は、パッキン保持部１９とパッキン１７との摩擦力よりも一層小さくなる。よって、回動機構１４ａが回動する際に、パッキン１７は、該パッキン１７との摩擦力が大きいパッキン保持部１９側に確実に保持され、パッキン１７が回動機構１４ａとともに回動することが確実に阻止される。
【００７７】
尚、本実施形態の水車において、パッキン１７の内周面における突起部１８の先端部分だけでなく、パッキン１７の内周面の全体がテフロン（登録商標）等の摩擦係数の小さい樹脂によって被覆されていてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態２の水車のように、複数のパッキン１７ａで軸シール機構を構成するときは、各パッキン１７ａの内周面のうち回動機構１４ａの外周面に密着する突起部１８の先端部分、又は各パッキン１７ａの内周面の全体が、テフロン（登録商標）等の摩擦係数の小さい樹脂によって被覆されていてもよい。
【００７９】
《発明の実施形態６》
本発明の実施形態６は、上記実施形態１の水車の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の水車について、上記実施形態１と異なる点を説明する。尚、本実施形態では、水車の構成を説明するために、図３及び図５を参照するものとする。また、本実施形態において、「上側」「下側」「上」「下」は、上記実施形態１に準ずる。
【００８０】
本実施形態の水車では、回動機構１４ａの外周面のうちパッキン１７の内周面と対向する部分に、全周に亘ってグリース等の潤滑剤又は摩擦係数の小さいテフロン（登録商標）、グラファイト等の固体潤滑剤が塗布されている。このとき、回動機構１４ａの外周面には、図３に示すように、パッキン１７の上端面と等しい高さの部分からパッキン１７の下端面と等しい高さの部分に至る区間Ｄ2に、帯状に潤滑剤又は固体潤滑剤が塗布される。
【００８１】
ここで、第１の実施形態と同様に、パッキン１７は、その外周面の全体がパッキン保持部１９の内周面に密着する一方、その内周面における突起部１８の先端部分のみが回動機構１４ａの外周面に密着する。このため、回動機構１４ａが回動する際に、パッキン１７は、該パッキン１７との摩擦力が大きいパッキン保持部１９側に保持される。
【００８２】
また、本実施形態において、回動機構１４ａが回動する際には、回動機構１４ａが潤滑剤又は固体潤滑剤を介してパッキン１７に対し摺動する。このとき、回動機構１４ａとパッキン１７との摩擦力は、回動機構１４ａの外周面に潤滑剤又は固体潤滑剤が塗布されていない場合と比べて小さくなる。このように、回動機構１４ａの外周面に潤滑剤又は固体潤滑剤を塗布することで、回動機構１４ａとパッキン１７との摩擦力は、パッキン保持部１９とパッキン１７との摩擦力よりも一層小さくなる。よって、回動機構１４ａが回動する際に、パッキン１７は、該パッキン１７との摩擦力が大きいパッキン保持部１９側に確実に保持され、パッキン１７が回動機構１４ａとともに回動することが確実に阻止される。
【００８３】
尚、本実施形態の水車において、回動機構１４ａの外周面のうちパッキン１７の内周面における突起部１８の先端部分に密着する部分にだけ、全周に亘って潤滑剤又は固体潤滑剤が塗布されていてもよい。即ち、図３に示すように、パッキン１７の２箇所に突起部１８が設けられる場合、回動機構１４ａの外周面において帯状に潤滑剤又は固体潤滑剤が塗布される部分が２箇所形成されることとなる。
【００８４】
また、上記実施形態２の水車のように、複数のパッキン１７ａで軸シール機構を構成するときは、回動機構１４ａの外周面のうち各パッキン１７ａの内周面と対向する部分に、全周に亘って潤滑剤又は固体潤滑剤が塗布されていてもよい。このとき、回動機構１４ａの外周面には、図５に示すように、上側のパッキン１７ａの上端面と等しい高さの部分から下側のパッキン１７ａの下端面と等しい高さの部分に至る区間Ｄ2に、帯状に潤滑剤又は固体潤滑剤が塗布される。或いは、上記実施形態２の水車において、回動機構１４ａの外周面のうち各パッキン１７ａの内周面における突起部１８の先端部分に密着する部分にだけ、全周に亘って潤滑剤又は固体潤滑剤が塗布されていてもよい。
【００８５】
《発明の実施形態７》
本発明の実施形態７は、上記実施形態１の水車の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の水車について、上記実施形態１と異なる点を説明する。
【００８６】
図１１に示すように、本実施形態の水車では、パッキン１７ｄがゴム等からなる弾性部材５０と、該弾性部材５０よりも摩擦係数の小さい樹脂材５１とを貼り合わせて形成されている。
【００８７】
具体的に、パッキン１７ｄの外周層を構成する弾性部材５０は、円環状に形成され、その半径方向と垂直な方向の断面が長方形となっている。また、パッキン１７ｄの内周層を構成する樹脂材５１は、円環状に形成され、その外径が弾性部材５０の内径と概ね等しく、その内周面の２ヶ所に該パッキン１７ｄの半径方向に延びる突起部５２を有している。この突起部５２は、上記実施形態１のパッキン１７の内周面における突起部１８とその形状が等しくなっている。そして、パッキン１７ｄは、弾性部材５０の内側に樹脂材５１を設け、弾性部材５０の内周面と樹脂材５１の外周面とを接着剤により接合することで形成されている。
【００８８】
ここで、パッキン１７ｄは、その外周面の全体がパッキン保持部１９の内周面に密着する一方、その内周面における突起部５２の先端部分のみが回動機構１４ａの外周面に当接する。このため、回動機構１４ａが回動する際に、パッキン１７ｄは、該パッキン１７ｄとの摩擦力が大きいパッキン保持部１９側に保持される。
【００８９】
また、本実施形態の水車では、パッキン１７ｄの内周層を構成する樹脂材５１の内周面のうち突起部５２の先端部分が回動機構１４ａの外周面に当接するとともに、パッキン１７ｄの外周層を構成する弾性部材５０の外周面の全体がパッキン保持部１９の内周面に密着する。そして、弾性部材５０よりも摩擦係数が小さい樹脂材５１で突起部５２を形成することにより、回動機構１４ａとパッキン１７ｄの内周層を構成する樹脂材５１との摩擦力が、パッキン保持部１９とパッキン１７ｄの外周層を構成する弾性部材５０との摩擦力よりも一層小さくなる。
【００９０】
よって、回動機構１４ａが回動する際に、パッキン１７ｄは、該パッキン１７ｄの外周層を構成する弾性部材５０との摩擦力が大きいパッキン保持部１９側に確実に保持され、パッキン１７ｄが回動機構１４ａとともに回動することが確実に阻止される。
【００９１】
尚、本実施形態の水車では、パッキン１７ｄの外周層を構成する弾性部材５０に、その半径方向及びその半径方向と垂直な方向に締めしろを与えることによって、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
《発明の実施形態８》
本発明の実施形態８は、上記実施形態１の水車の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の水車について、上記実施形態１と異なる点を説明する。尚、本実施形態において、「上側」「下側」「上」「下」は、上記実施形態１に準ずる。
【００９３】
図１２に示すように、本実施形態の水車では、パッキン１７ｅの両端面に放射状に溝６０が多数形成されている。具体的に、この溝６０は、パッキン１７ｅの両端面において周方向に連続した複数の凸部６１と凹部６２とによって形成されている。また、この溝６０は、パッキン１７ｅの両端面に、該パッキン１７ｅの内周端から外周端に亘って設けられており、該パッキン１７ｅの半径方向に延びている。更に、この溝６０は、パッキン１７ｅの外周側から見た断面形状が三角形となっている。
【００９４】
一方、図示しないが、パッキン１７ｅの上端面に密着するパッキン保持部１９の突出部分の下端面及びパッキン１７ｅの下端面に密着する支持部材２０の上端面のそれぞれにも、パッキン１７ｅの上下両端面に形成される溝６０と同形状の溝が多数形成されている。そして、この溝は、パッキン保持部１９の突出部分の下端面及び支持部材２０の上端面において周方向に連続した複数の凸部と凹部とによって形成されている。
【００９５】
このようにパッキン１７ｅを構成すると、パッキン１７ｅの上端面の凸部６１がパッキン保持部１９の突出部分の下端面における凹部に嵌合するとともに、パッキン１７ｅの下端面の凸部６１が支持部材２０の凹部に嵌合する。そして、パッキン１７ｅとパッキン保持部１９及び支持部材２０との摩擦力は、パッキン１７ｅの上下両端面やパッキン保持部１９の突出部分の下端面及び支持部材２０の上端面のそれぞれに溝６０が形成されている方が、パッキン１７ｅの上下両端面やパッキン保持部１９の突出部分の下端面及び支持部材２０の上端面のそれぞれが平らに形成されている場合と比べて大きくなる。
【００９６】
よって、回動機構１４ａが回動する際に、パッキン１７ｅは、パッキン保持部１９及び支持部材２０との摩擦力により静止した状態に保たれ、パッキン１７ｅが回動機構１４ａとともに回動することが確実に阻止される。
【００９７】
尚、本実施形態の水車では、パッキン１７ｅの上下両端面やパッキン保持部１９の突出部分の下端面及び支持部材２０の上端面のそれぞれに溝６０が多数形成される構成を説明したが、パッキン１７ｅの上下両端面を除くパッキン保持部１９の突出部分の下端面及び支持部材２０の上端面のうち少なくとも一方に溝６０が多数形成される構成としても同様の効果を得ることができる。また、パッキン１７ｅの上端面又はパッキン１７ｅの下端面と、パッキン保持部１９の突出部分の下端面及び支持部材２０の上端面とに溝６０が多数形成される構成としてもよいし、パッキン１７ｅの上端面及びパッキン保持部１９の突出部分の下端面、或いは、パッキン１７ｅの下端面及び支持部材２０の上端面に溝６０が多数形成される構成としてもよい。
【００９８】
また、本実施形態の水車では、パッキン１７ｅの外周側から半径方向に見た溝６０の断面形状を三角形としたが、パッキン１７ｅの両端面において周方向に連続した複数の凸部６１と凹部６２とによって形成されていれば、溝６０の断面形状は波形であってもよい。
【００９９】
また、上記実施形態２の水車のように、複数のパッキン１７ａで軸シール機構を構成するときは、パッキン保持部１９の突出部分の下端面及びこれに密着する上側のパッキン１７ａの上端面や、支持部材２０の上端面及びこれに密着する下側のパッキン１７ａの下端面に放射状に溝６０を多数形成してもよい。更には、上側のパッキン１７ａの下端面及びこれに当接する下側のパッキン１７ａの上端面に放射状に溝６０を多数形成してもよい。
【０１００】
或いは、図１３に示すように、本実施形態の水車において、パッキン１７ｆの外周面に溝７０を多数形成してもよい。具体的に、この溝７０は、パッキン１７ｆの外周面において周方向に連続した複数の凸部７１と凹部７２とによって形成されている。また、この溝７０は、パッキン１７ｆの外周面に、該パッキン１７ｆの全周に亘って設けられており、該パッキン１７ｆの半径方向と垂直な方向に延びている。更に、この溝７０は、パッキン１７ｆの上端面側又は下端面側から見た断面形状が三角形となっている。
【０１０１】
一方、図示しないが、パッキン１７ｆの外周面に密着するパッキン保持部１９の内周面にも、パッキン１７ｆの外周面に形成される溝７０と同形状の溝が形成されている。この溝は、パッキン保持部１９の内周面において周方向に連続した複数の凸部と凹部とによって形成されている。
【０１０２】
このようにパッキン１７ｆを構成すると、パッキン１７ｆの外周面の凸部７１がパッキン保持部１９の内周面の凹部に嵌合する。そして、パッキン保持部１９とパッキン１７ｆとの摩擦力は、パッキン保持部１９の内周面及びパッキン１７ｆの外周面のそれぞれに溝７０が形成されている方が、パッキン保持部１９の内周面及びパッキン１７ｆの外周面のそれぞれが平らに形成されている場合と比べて大きくなる。よって、回動機構１４ａが回動する際に、パッキン１７ｆは該パッキン１７ｆとの摩擦力の大きいパッキン保持部１９側に確実に保持され、パッキン１７ｆが回動機構１４ａとともに回動することが確実に阻止される。
【０１０３】
尚、本実施形態の水車では、回動機構１４ａの外周面及びパッキン保持部１９の内周面のそれぞれに溝７０が多数形成される構成を説明したが、パッキン保持部１９の内周面のみに溝７０が多数形成される構成としても同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
また、本実施形態の水車では、パッキン１７ｆの上端面側又は下端面側から見た溝７０の断面形状を三角形としたが、パッキン１７ｆの外周面において周方向に連続した複数の凸部７１と凹部７２とによって形成されていれば、溝７０の断面形状は波形であってもよい。
【０１０５】
また、上記実施形態２の水車のように、複数のパッキン１７ａで軸シール機構を構成するときは、パッキン保持部１９の内周面と、これに密着する上側のパッキン１７ａの外周面及び下側のパッキン１７ａの外周面のそれぞれに溝７０を多数形成してもよい。
【０１０６】
《発明の実施形態９》
本発明の実施形態９は、上記実施形態１の水車の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の水車について、上記実施形態１と異なる点を説明する。
【０１０７】
図１４及び図１５に示すように、本実施形態の水車では、パッキン１７ｇの内部にガス孔８０とパッキン側ガス供給孔８１とが設けられている。このうちガス孔８０は、パッキン１７ｇの全周に亘って環状に形成されており、その半径方向と垂直な方向に、パッキン１７ｇの内周面における一方の突起部１８から他方の突起部１８に亘って延びている。また、パッキン側ガス供給孔８１は、少なくとも一箇所で該パッキン１７ｇの外周面に開口するとともに該パッキン１７ｇの半径方向に延びており、上記ガス孔８０と繋がっている。
【０１０８】
また、図１４に示すように、ランナ１２には、上記ガス孔８０へガスを供給するためのランナ側ガス供給孔８２が設けられている。このランナ側ガス供給孔８２は、ランナ１２の周方向に設けられており、ランナ１２におけるパッキン保持部１９の内周面に開口するとともに、上記パッキン側ガス供給孔８１と連通している。また、このランナ側ガス供給孔８２は、その数がパッキン側ガス供給孔８１の数と等しくなっている。
【０１０９】
このように構成された水車において、ランナ側ガス供給孔８２及びパッキン側ガス供給孔８１を通じて高圧のガス（例えばＮ2等）をガス孔８０に供給すると、ガス孔８０の内面が加圧され、パッキン１７ｇが半径方向に膨張するように変形して該パッキン１７ｇの内周面が回動機構１４ａの外周面の方向に加圧されるとともに、該パッキン１７ｇの外周面がパッキン保持部１９の内周面の方向に加圧される。これにより、パッキン１７ｇが回動機構１４ａ及びパッキン保持部１９に一層確実に密着し、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間が一層確実にシールされる。
【０１１０】
また、ガス孔８０に供給するガスの圧力を調整することにより、回動機構１４ａの外周面に働くパッキン１７ｇの押圧力を調整することができる。特に、非常時においては、高圧のガスをガス孔８０に供給することで、回動機構１４ａの外周面に働くパッキン１７ｇの押圧力を高め、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間を確実にシールすることができる。
【０１１１】
このように、本実施形態の水車においては、図１４及び図１５に示すように、パッキン１７ｇの内部にガス孔８０を１つだけ設ける構成としたが、図１６に示すように、パッキン１７ｈの内部にガス孔９０を２つ設ける構成としてもよい。このとき、各ガス孔９０は、パッキン１７ｈの全周に亘って環状に形成され、パッキン１７ｈの内周面における突起部１８の外周側に設けられるとともに、その幅が突起部１８の幅と概ね等しくなっている。また、パッキン１７ｈの内部には、パッキン側ガス供給孔９１が設けられている。このパッキン側ガス供給孔９１は、少なくとも一箇所で該パッキン１７ｈの外周面に開口するとともに該パッキン１７ｈの半径方向に延びており、上記各ガス孔９０と繋がっている。
【０１１２】
各パッキン側ガス供給孔９１を通じて高圧のガスを各ガス孔９０に供給すると、各ガス孔９０の内面が加圧され、パッキン１７ｈが半径方向に膨張するように変形して該パッキン１７ｈの内周面のうち各突起部１８の先端部分が回動機構１４ａの外周面の方向に加圧されるとともに、該パッキン１７ｈの外周面がパッキン保持部１９の内周面の方向に加圧される。
【０１１３】
尚、上記実施形態２の水車に用いられる各パッキン１７ａにガス孔を設ける場合、各パッキン１７ａは、図１６に示すパッキン１７ｈをその半径方向と垂直な方向に２等分することで形成することができる。
【０１１４】
《発明の実施形態１０》
本発明の実施形態１０は、上記実施形態１の水車の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の水車について、上記実施形態１と異なる点を説明する。尚、本実施形態において、「上側」「下側」「上」「下」は、上記実施形態１に準ずる。
【０１１５】
図１７に示すように、本実施形態の水車では、パッキン１７の下端面がテーパ状に形成されている。また、パッキン１７の下端面に密着する支持部材２０の上端面も、パッキン１７の下端面と同様、テーパ状に形成されている。
【０１１６】
具体的に、パッキン１７の下端面は、該パッキン１７における回動機構１４ａの軸方向の長さが外周側から内周側に向かって長くなるように傾斜している。また、支持部材２０は、その上端面を該支持部材２０における回動機構１４ａの軸方向の長さが外周側から内周側に向かって短くなるように傾斜させることで、臼状に形成されている。つまり、パッキン１７の下端面及び支持部材２０の上端面は、その内周側から外周側に向けて上側へ傾斜している。また、パッキン１７の下端面及び支持部材２０の上端面は、その傾斜角が等しくなっている。
【０１１７】
このように構成された水車では、パッキン１７がパッキン保持部１９と支持部材２０の間に保持される。上述のように、パッキン１７の下端面及び支持部材２０の上端面は、テーパ状に形成されている。このため、パッキン１７の下端面に働く支持部材２０の押圧力のベクトルが、パッキン１７の下端面と垂直な方向、即ちパッキン１７の半径方向と垂直な方向よりもやや半径方向内方へ向く方向となる。つまり、パッキン１７は、支持部材２０によって、回動機構１４ａの軸方向だけでなく、該パッキン１７の内周面側にも押し付けられる。
【０１１８】
従って、本実施形態によれば、パッキン１７をパッキン保持部１９と回動機構１４ａとに一層確実に密着させた状態でランナ１２と回動機構１４ａの隙間に保持することができ、ランナ１２と回動機構１４ａの隙間を一層確実にシールすることができる。
【０１１９】
尚、本実施形態の水車では、パッキン１７の下端面及び支持部材２０の上端面のそれぞれがテーパ状に形成される構成を説明したが、パッキン１７の上端面及びパッキン保持部１９の突出部分の下端面のそれぞれがテーパ状に形成される構成としても同様の効果を得ることができる。この場合、パッキン１７の上端面及びパッキン保持部１９の突出部分の下端面のそれぞれが、その内周側から外周側に向けて下側へ傾斜するように形成される。或いは、パッキン１７の上端面及びパッキン１７の下端面が平らに形成され、パッキン保持部１９の突出部分の下端面及び支持部材２０の上端面のうち少なくとも一方がテーパ状に形成される構成としてもよい。
【０１２０】
また、上記実施形態２の水車のように、複数のパッキン１７ａで軸シール機構を構成するときは、上側のパッキン１７ａの上端面をテーパ状に形成し、上側のパッキン１７ａの上端面に密着するパッキン保持部１９の突出部分の下端面をテーパ状に形成してもよい。
【０１２１】
《その他の実施形態》
上記実施形態１〜１０のそれぞれでは、本発明の特徴となる構成を１つずつ説明したが、これに限らず、上記実施形態１〜１０のそれぞれにおける特徴となる構成を組み合わせ、新たな実施形態を作成してもよい。また、上記各実施形態においては水車を例に説明したが、水車に限らずポンプについても同様の作用・効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
以上説明したように、本発明は、軸シールを施すためのパッキン、これを用いた軸シール機構、及びこの軸シール機構を用いた水車やポンプ等の水力機械について有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】実施形態１に係る水車の断面図である。
【図２】実施形態１に係る水車のランナ及び可動翼の構造を示す断面図である。
【図３】実施形態１に係る水車の可動翼周辺の構造を示す断面図である。
【図４】実施形態１に係る水車におけるパッキンの半径方向と垂直な方向の断面図である。
【図５】実施形態２に係る水車の可動翼周辺の構造を示す断面図である。
【図６】実施形態２に係る水車におけるパッキンの半径方向と垂直な方向の断面図である。
【図７】実施形態３に係る水車のパッキン周辺の構造を示す断面図である。
【図８】実施形態３に係る水車において、（Ａ）はパッキンの半径方向と垂直な方向の断面図であり、（Ｂ）はパッキンを外周側から見た図である。
【図９】実施形態４に係る水車のパッキン周辺の構造を示す断面図である。
【図１０】実施形態４に係る水車において、（Ａ）はパッキンの半径方向と垂直な方向の断面図であり、（Ｂ）はパッキンを外周側から見た図である。
【図１１】実施形態７に係る水車におけるパッキンの半径方向と垂直な方向の断面図である。
【図１２】実施形態８に係る水車において、（Ａ）はパッキンを上下端面側から見た図であり、（Ｂ）はパッキンを外周側から見た図である。
【図１３】実施形態８に係る水車において、（Ａ）はパッキンを上下端面側から見た図であり、（Ｂ）はパッキンを外周側から見た図である。
【図１４】実施形態９に係る水車のパッキン周辺の構造を示す断面図である。
【図１５】実施形態９に係る水車において、（Ａ）はパッキンの半径方向と垂直な方向の断面図であり、（Ｂ）はパッキンを外周側から見た図である。
【図１６】実施形態９に係る水車において、（Ａ）はパッキンの半径方向と垂直な方向の断面図であり、（Ｂ）はパッキンを外周側から見た図である。
【図１７】実施形態１０に係る水車の可動翼周辺の構造を示す断面図である。
【図１８】従来に係る水車の可動翼周辺の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１０  主軸
１１  貫通孔
１２  ランナ
１３  サーボモータ
１４  可動翼
１４ａ  回動機構
１４ｂ  羽根
１５  渦巻きケーシング
１６  吸い出し管
１７  パッキン
１８  突起部
１９  パッキン保持部
２０  支持部材
２１  凹部と回動機構の外周面とに囲まれた部分
３０  パッキン側潤滑剤用孔
３１  ランナ側潤滑剤用孔
３２  孔
４０  切り欠き溝
５０  弾性部材
５１  樹脂材
５２  突起部
６０，７０  溝
６１，７１  凸部
６２，７２  凹部
８０，９０  ガス孔
８１，９１  パッキン側ガス供給孔
８２  ランナ側ガス供給孔
【図１】
2006071032.tif 000003
【図２】
2006071032.tif 000004
【図３】
2006071032.tif 000005
【図４】
2006071032.tif 000006
【図５】
2006071032.tif 000007
【図６】
2006071032.tif 000008
【図７】
2006071032.tif 000009
【図８】
2006071032.tif 000010
【図９】
2006071032.tif 000011
【図１０】
2006071032.tif 000012
【図１１】
2006071032.tif 000013
【図１２】
2006071032.tif 000014
【図１３】
2006071032.tif 000015
【図１４】
2006071032.tif 000016
【図１５】
2006071032.tif 000017
【図１６】
2006071032.tif 000018
【図１７】
2006071032.tif 000019
【図１８】
2006071032.tif 000020