(57)【要約】【課題】軟質シールリングを用いることによる不具合を、シールリングとスペーサリングとからなるシール構造において安価に解決する。【解決手段】軸方向一端面に受圧傾斜面３５ｃが形成され、当該受圧傾斜面３５ｃが軸方向からの加圧を受けて圧縮が生じることにより内周面３５ａ及び外周面３５ｂがシール面となる軟質シールリング３５と、前記軟質シールリング３５の軸方向他端面に配置されるスペーサリング３７と、を備えたシールリング構造であって、前記スペーサリング３７は、内周面３８ａよりも外周面３９ａのほうが軸方向に長く形成されている、ことを特徴とするシールリング構造。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向一端面に受圧傾斜面が形成され、当該受圧傾斜面が軸方向からの加圧を受けて圧縮が生じることにより内周面及び外周面がシール面となる軟質シールリングと、
前記軟質シールリングの軸方向他端面に配置されるスペーサリングと、を備えたシールリング構造であって、
前記スペーサリングは、内周面よりも外周面のほうが軸方向に長く形成されている、
ことを特徴とするシールリング構造。
【請求項２】
前記スペーサリングは、前記軟質シールリングと接する面に、軸方向からの圧力を径内外方向に変換するためのテーパ面を含むことを特徴とする請求項１記載のシールリング構造。
【請求項３】
前記スペーサリングは、前記軟質シールリングと接する面に、軸方向からの圧力を径内外方向に変換するためのテーパ面及び軸方向に直交する面を含むことを特徴とする請求項１記載のシールリング構造。
【請求項４】
筒状の外側部材と、
前記外側部材の内側に配置され、軸方向に流体圧が加えられる内側部材と、
前記外側部材と前記内側部材との間に形成されたリング収納部と、
前記リング収納部内であって、前記流体圧が加わる方向に向かって縮径するように前記内側部材の外周面に設けられた加圧テーパ面と、
前記リング収納部に収納され、前記内側部材の加圧テーパ面に接する受圧傾斜面を有しており、当該受圧傾斜面から加圧されることによって圧縮が生じて内周面及び外周面が前記外側部材及び前記内側部材に対するシール面となる軟質シールリングと、
前記軟質シールリングの前記受圧傾斜面とは軸方向反対側に配置されるスペーサリングと、を備え、
前記スペーサリングは、内周面よりも外周面のほうが軸方向に長く形成されていることを特徴とする流体シール構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バルブ、給水加熱器、ストレーナ等の機器の流体シール構造に使用されるシールリング構造及び当該シールリング構造を用いた流体シール構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体シール構造に使用されるシールリングとしては、特許文献１において従来技術として記載されている楔形断面の金属製シールリングがあり、この金属製シールリングを備えたバルブを図４に示している。
図４のバルブでは、バルブ箱２２とバルブ蓋２４との間にリング収納部２５が形成されている。リング収納部２５には、下端側内周部にテーパ面を有する楔形断面に形成した金属製のシールリング２６と、四角断面に形成した金属製のスペーサリング２７とが嵌込まれている。また、バルブ箱２２の上端側内周面には、金属製の割りリング２８が嵌込まれてシールリング２６とスペーサリング２７が固定される。バルブ箱２２の開放側上端部には、バルブ閉塞板２３が嵌合されており、バルブ箱２２とバルブ閉塞板２３とは、締付ボルト２９，２９で締め付け固定されている。
【０００３】
バルブ閉塞板２３には、バルブ蓋２４用の締付ボルト３０，３０が取り付けられており、これらの締付ボルト３０によってバルブ蓋２４を上方に締め付けることができる。バルブ蓋２４を締め付けた後、バルブ蓋２４の下部に上向きの流体圧Ｐ１を作用させると、流体圧Ｐ１は、リング収納部２５の閉塞側内周部に形成したテーパ面２５ａからシールリング２６の下端側内周部に形成したテーパ面２６ａに対して作用する。
図５において２点鎖線で示すように、流体圧が作用したシールリング２６は、テーパ面２６ａの先端部２６ａ−１が拡径するように外側へ塑性変形し、拡径した先端部２６ａ−１がバルブ箱２２の内周面に噛み込んで密封を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１２１５９８号公報（第２頁、第７−８図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
シールリング２６が金属製である場合、先端部２６ａ−１の噛み込みによってバルブ箱２２に損傷が発生する。また、先端部２６ａ−１の噛み込みによるシールは、いわば線状のシールであってシール性の十分でない場合がある。
そこで、これらの問題を回避するために、特許文献１にもあるように、金属製シールリングに代えて、金属よりも軟質である膨張黒鉛製のシールリングを採用することが提案されている。
【０００６】
しかし、金属製シールリングが用いられていたバルブ等に対して、金属シールリングの代替として膨張黒鉛などの軟質のシールリングを採用すると、軟質であるために軸方向の圧縮量が大きく、これに起因した問題が発生する。
図６は、当該問題を説明するために、一般的なリング収納部２５近傍のバルブ箱２２及びバルブ蓋２４の形状を示した図であり、バルブ蓋２４の外周面には、テーパ面２５ａが形成され、当該テーパ面２５ａの上部が軸方向と平行な被シール面２４ａとなっている。また、バルブ箱２２の内周面は、軸方向と平行な被シール面２２ａとなっている。
【０００７】
バルブ箱２２の被シール面２２ａの上端２２ｂは、バルブ蓋２４の被シール面上端２４ｂよりも低い位置に形成されており、しかも被シール面２２ａの上端は、シールリングの挿入ガイド等のために面取部が施されている。
【０００８】
以上のような構造のリング収納部２５に、軟質シールリングを収納させる場合に、当該軟質シールリングの上端が被シール面２２ａの上端（面取部）２２ｂよりも上方に位置すると、軟質シールリングが下方から軸方向に圧縮されたときに、軟質シールリングの上部が被シール面２２ａの上端（面取部）２２ｂから径外方向へ逃げてしまい、確実な圧縮が行えない。
【０００９】
これを防止するには、図７（ａ）に示すように、軟質シールリング３１が圧縮されていない状態で、その上端が被シール面２２ａの上端（面取部）２２ｂよりも下方に位置するように、軟質シールリング３１の軸方向長さを小さくしておき、軟質シールリング３１の上に載せたスペーサリング２７の外周面２７ａと被シール面２２ａが接するようにして、軟質シールリング３１の一部が被シール面２２ａの上端（面取部）２２ｂから径外方向へ逃げないようにすることが考えられる。
【００１０】
ところが、このようにすると、軟質シールリング３１のシール面である内周面３１ａの軸方向長さＬ１（バルブ蓋２４のテーパ面２５ａと被シール面２４ａとの境界２４ｃから軟質シールリング３１上端までの長さ）が小さくなる。この長さＬ１が、軟質シールリング３１のバルブ蓋２４に対するシール長であり、シール長Ｌ１が小さいと十分なシール性が得られない。
【００１１】
また、シール長Ｌ１が小さいと、図７（ｂ）に示すように、軟質シールリング３１が軸方向に圧縮されたときに、スペーサリング２７が境界２４ｃ部分でバルブ箱２４に当たってしまい、それ以上の圧縮が不可能となり、シールに必要な圧縮が十分得られず、シール性の低下を招くおそれもある。
以上のような不具合を解消する手段として、バルブ蓋２４のテーパ面２５ａを切削加工することなども考えられるが、そのようなバルブ側の改造はコスト高である。
【００１２】
そこで、本発明は、軟質シールリングを用いることによる不具合を、シールリングとスペーサリングとからなるシール構造において安価に解決することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシールリング構造は、軸方向一端面に受圧傾斜面が形成され、当該受圧傾斜面が軸方向からの加圧を受けて圧縮が生じることにより内周面及び外周面がシール面となる軟質シールリングと、前記軟質シールリングの軸方向他端面に配置されるスペーサリングと、を備えたシールリング構造であって、前記スペーサリングは、内周面よりも外周面のほうが軸方向に長く形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明では、シールリングとして膨張黒鉛製などの軟質シールリングが採用されているため、金属製シールリングとは異なり、軸方向からの加圧を受けると軸方向に圧縮され、内周面及び外周面が被シール面に密着することによる面シールが行われる。
そして、軟質シールリングの軸方向他端面に配置されるスペーサリングは、内周面よりも外周面のほうが軸方向に長く形成されているため、軟質シールリング圧縮時における逃げを、軸方向に長い外周面によって防止しつつ、内周面が軸方向に短いため内周側におけるシール長を大きく確保することができる。
【００１５】
前記スペーサリングは、前記軟質シールリングと接する面に、軸方向からの圧力を径内外方向に変換するためのテーパ面を含むのが好ましい。スペーサリングが軟質シールリングと接する面にテーパ面を含むことで、軸方向からの圧力が径内外方向に効率良く変換され、シール圧が高まる。
【００１６】
前記スペーサリングは、前記軟質シールリングと接する面に、軸方向からの圧力を径内外方向に変換するためのテーパ面及び軸方向に直交する面を含むのが好ましい。スペーサリングが軟質シールリングと接する面にテーパ面を含むことで、軸方向からの圧力が径内外方向に効率良く変換され、シール圧が高まる。しかも、軸方向に直交する面をも含むことで、テーパ面だけの場合に比べて径内外方向の圧力が高まり、シール性が一層向上する。
【００１７】
本発明に係る流体シール構造は、筒状の外側部材と、前記外側部材の内側に配置され、軸方向に流体圧が加えられる内側部材と、前記外側部材と前記内側部材との間に形成されたリング収納部と、前記リング収納部内であって、前記流体圧が加わる方向に向かって縮径するように前記内側部材の外周面に設けられた加圧テーパ面と、前記リング収納部に収納され、前記内側部材の加圧テーパ面に接する受圧傾斜面を有しており、当該受圧傾斜面から加圧されることによって圧縮が生じて内周面及び外周面が前記外側部材及び前記内側部材に対するシール面となる軟質シールリングと、前記軟質シールリングの前記受圧傾斜面とは軸方向反対側に配置されるスペーサリングと、を備え、前記スペーサリングは、内周面よりも外周面のほうが軸方向に長く形成されていることを特徴とする。
この場合も、軟質シールリングの軸方向他端面に配置されるスペーサリングは、内周面よりも外周面のほうが軸方向に長く形成されているため、軟質シールリング圧縮時における逃げを、軸方向に長い外周面によって防止しつつ、内周面が軸方向に短いため内周側におけるシール長を大きく確保することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１実施形態に係る流体シール構造を示している。この流体シール構造は、図４に示すバルブと同様のバルブに適用したものである。バルブの全体構成に関し、図１において図示されていない部分は、図４及び図６とほぼ同様であり、共通する構成には同符号が付されており、図２及び図３に示す実施形態についても同様である。
【００１９】
バルブは、筒状の外側部材としてバルブ箱（ボディ）２２を備えており、この内側に内側部材としてバルブ蓋（ボンネット）２４が配置されている。バルブ蓋２４には、その下部に対し、図１において上方への流体圧Ｐ１が加えられる。
バルブ箱２２とバルブ蓋２４との間には、シールリング等が収納されるリング収納部２５が形成されている。このリング収納部２５を形成するために、バルブ蓋２４の外周面には、前記流体圧Ｐ１が加わる方向（図１において上方）に向かって縮径するように加圧テーパ面２５ａが形成されている。また、バルブ蓋２４の加圧テーパ面２５ａ上方には、軸方向Ａと平行な被シール面２４ａが形成されており、この被シール面２４ａの上端２４ｂから径内側へ水平面２４ｄが延びている。
【００２０】
バルブ箱２２の内周面には、軸方向Ａと平行な被シール面２２ａが形成されており、被シール面２２ａは、加圧テーパ面２５ａ及び被シール面２４ａにわたって対向する範囲に形成されている。このため、リング収納部２５となる空間は、断面楔形となっており、このうち、被シール面２２ａと加圧テーパ面２５ａが対向する範囲は、断面略三角形の空間となっており、被シール面２２ａと被シール面２４ａとが対向する範囲は断面略四角形の空間となっている。ただし、バルブ箱２２の被シール面２２ａの上端２２ｂは、バルブ蓋２４の被シール面２４ａの上端２４ｂよりも下方にあり、この被シール面上端２２ｂから径外方へ水平面２２ｄが延びている。
【００２１】
リング収納部２５内には、軟質シールリング３５とスペーサリング３７とからなるシール構造が形成される。軟質シールリング３５は、前記加圧テーパ面２５ａに接するように上方から挿入される。このシールリング３５は、石綿繊維の編組品や膨張黒鉛を成形した非金属製シールリングであり、金属製シールリングに比べて、軟質であって加圧時の圧縮量が大きい。
軟質シールリング３５は、内周面がバルブ蓋２４の被シール面２４ａと接する内側シール面３５ａとされ、外周面がバルブ箱２２の被シール面２２ａと接する外側シール面３５ｂとされている。内側シール面３５ａの下端と外側シール面３５ｂの下端とを結ぶ下面は、前記流体圧Ｐ１が加わる方向に向かって縮径するように傾斜した受圧傾斜面（テーパ面）３５ｃとされており、この受圧傾斜面３５ｃが加圧テーパ面２５ａに接する。
【００２２】
シールリング３５の上部に配置されているスペーサリング３７は、軸方向Ａと直交する面を持つ基部３８と、基部３８の外周端から軸方向（加圧方向とは逆方向；下方）に延びる延出部３９とを備えて断面鉤形に形成されている。
スペーサリング３７の径方向幅は、シールリング３５の径方向最大幅（内周面３５ａと外周面３５ｂとの間の幅）とほぼ等しくされており、スペーサリング３７の内周面３８ａとシールリング３５の内周面（シール面）３５ａとは面一である。また、スペーサリング３７の外周面３９ａとシールリング３５の外周面（シール面）３５ｂも面一である。両面３９ａ，３５ｂを面一とするため、シールリング３５の上部外周側は延出部３９に対応した部分が切り欠いて形成され小径化されている。このように、シールリング３５の上部は、断面鉤形のスペーサリング３７に組み合っており、両リング３５，３７全体で、図７（ａ）と同様な五角形状を維持している。
【００２３】
スペーサリング３７の内周面３８ａの軸方向長さは、基部３８の厚さに等しく、スペーサリング３７の外周面３９ａの軸方向長さは、延出部３９の軸方向長さに等しい。フラットな基部３８の上面３８ｂを基準とすると、スペーサリング３７の外周面３９ａの軸方向長さは、スペーサリング３７の内周面３８ａの軸方向長さに比べて、延出部３９の延出量分だけ長くなっている。このように、スペーサリング３７は、内周側の軸方向長さが比較的小さく、外周側の軸方向長さが比較的大きい形状に形成されている。
スペーサリング３７の外周面３９ａの下端は、バルブ箱２２の被シール面２２ａの上端に形成された面取部２２ｂの位置と略同じ、又は下方にまで延びている。この延出部３９によって、加圧時におけるシールリング３５の径外方向への逃げが防止され、シールリング３５の確実な圧縮が得られる。
【００２４】
スペーサリング３７が鉤形であるため、外周面３９ａの軸方向長さは比較的大きいものの、内周面３８ａの軸方向長さは比較的小さくされており、これに組み合わされるシールリング３５の内周面（内側シール面）３５ａの軸方向長さＬ１は比較的大きく確保でき、十分なシール長が得られる。しかも、長さＬ１を大きくできるため、加圧時にシールリング３５が軸方向に圧縮されたときに、スペーサリング３７が、被シール面２４ａと加圧テーパ面２５ａとの境界２４ｃに当たるのを回避して、シールリング３５の十分な圧縮が得られ、シール面３５ａ，３５ｂのシール圧力Ｐ２，Ｐ３が高くなり、シール性が高まる。
【００２５】
図２は、第２実施形態に係る流体シール構造及びシールリング構造を示している。第２実施形態における軟質シールリング４５も、内周面がバルブ蓋２４の被シール面２４ａと接する内側シール面４５ａとされ、外周面がバルブ箱２２の被シール面２２ａと接する外側シール面４５ｂとされている。内側シール面４５ａの下端と外側シール面４５ｂの下端とを結ぶ下面は、流体圧Ｐ１が加わる方向（図２において上方）に向かって縮径するように傾斜した受圧傾斜面（テーパ面）４５ｃとされており、この受圧傾斜面４５ｃが加圧テーパ面２５ａに接する。内側シール面４５ａの上端と外側シール面４５ｂの上端とを結ぶ上面は、スペーサリング４７との当接面であって、流体圧Ｐ１が加わる方向に向かって縮径するように傾斜した傾斜面（テーパ面）４５ｄとされている。両傾斜面４５ｃ，４５ｄは平行であり、したがって、両シール面４５ａ，４５ｂの軸方向長さ（シール長）が等しくなっている。
【００２６】
シールリング４５の上側に配置されるスペーサリング４７は、下面全体が前記傾斜面４５ｄと当接する傾斜面（テーパ面）４７ａとされた断面五角形状に形成されており、バルブ蓋２４の被シール面２４ａと当接する内周面４７ｂと、バルブ箱２２の被シール面２２ａと当接する外周面４７ｃと、軸方向に直交する上面４７ｄとを有している。なお、シールリング４５の内外周面４５ａ，４５ｂとスペーサリング４７の内外周面４７ｂ，４７ｃは面一である。
【００２７】
スペーサリング４７は、外周面４７ｃの軸方向長さが比較的大きくなっており、外周面４７ｃの下端は、バルブ箱２２の被シール面２２ａの上端である面取部２２ｂの位置と同じか、又は下方にまで延びている。このように、スペーサリング４７は、内周側の軸方向長さが比較的小さく、外周側の軸方向長さが比較的大きくなっている。
スペーサリング４７の外周面が下方に長く延びていることで、加圧時におけるシールリング４５の径外方向への逃げが防止され、シールリング４５の確実な圧縮が得られる。
また、スペーサリング内周面４７ｂの軸方向長さが比較的小さいため、シールリング４５の内周面（シール面）４５ａのシール長を比較的大きく確保できる。さらに、シールリング４５とスペーサリング４７との接触部がテーパになっているため、流体圧力による軸方向からの加圧が、当該テーパによって径内外方向に効率よく変換され、シール面４５ａ，４５ｂにおけるシール圧力Ｐ２，Ｐ３が大きくなって、シール性が一層高まる。
【００２８】
図３は、第３実施形態に係る流体シール構造及びシールリング構造を示している。第３実施形態における軟質シールリング５５も、内周面がバルブ蓋２４の被シール面２４ａと接する内側シール面５５ａとされ、外周面がバルブ箱２２の被シール面２２ａと接する外側シール面５５ｂとされている。内側シール面５５ａの下端と外側シール面５５ｂの下端とを結ぶ下面は、流体圧Ｐ１が加わる方向（図３において上方）に向かって縮径するように傾斜した受圧傾斜面（テーパ面）５５ｃとされており、この受圧傾斜面５５ｃが加圧テーパ面２５ａに接する。内側シール面５５ａの上端と外側シール面４５ｂの上端とを結ぶ上面は、スペーサリング５７との当接面であって、流体圧Ｐ１が加わる方向に向かって縮径するように傾斜した傾斜面（テーパ面）５５ｄを、径内外方向の中央に備えている。傾斜面５５ｄは、傾斜面５５ｃと平行である。傾斜面５５ｄの径内側には、軸方向Ａと直交する水平面５５ｅが形成され、傾斜面５５ｄの径外側にも、軸方向Ａと直交する水平面５５ｆが形成されている。両水平面５５ｅ，５５ｆの径内外方向長さは略同じである。
【００２９】
シールリング５５の上側に配置されるスペーサリング５７は、その下面がシールリング５５の上面５５ｄ，５５ｅ，５５ｆと接する面であり、下面として傾斜面５５ｄと接する傾斜面５７ａ、水平面５５ｅと接する水平面５７ｂ、水平面５５ｆと接する水平面５７ｃを備えている。また、スペーサリング５７は、シールリング５の内周面（シール面）５５ａと面一である内周面５７ｄと、シールリングの外周面（シール面）５５ｂと面一である外周面５７ｅと、軸方向に直交する上面５７ｆとを有している。
【００３０】
スペーサリング５７の外周面５７ｅの軸方向長さは比較的大きくなっており、外周面５７ｅの下端は、バルブ箱２２の被シール面２２ａの上端である面取部２２ｂの位置と同じか、又は下方にまで延びている。このように、スペーサリング４７は、内周側の軸方向長さが比較的小さく、外周側の軸方向長さが比較的大きくなっている。スペーサリング５７の外周面５７ｅが下方に長く延びていることで、加圧時におけるシールリング５５の径外方向への逃げが防止され、シールリング５５の確実な圧縮が得られる。
また、スペーサリング内周面５７ｄの軸方向長さが比較的小さいため、シールリング５５の内周面（シール面）５５ａのシール長を比較的大きく確保できる。
【００３１】
シールリング５５とスペーサリング５７との接触部は、テーパ（傾斜面）を含んでいるため、流体圧力Ｐ１による軸方向からの加圧を径内外方向のシール圧力Ｐ２，Ｐ３に効率良く変換することができる。しかも、第２実施形態のように上面全体を傾斜面とするのではなく、水平面５５ｅ，５５ｆを介在させることで、シールリング５５を大きくでき、大きな圧縮量が期待できる。また、傾斜面５５ｄの径内外方向両側に水平面５５ｅ，５５ｆを形成することで、シール面５５ａ，５５ｂにおけるシール圧力Ｐ２，Ｐ３がより一層高まり、シール長を長くすることもできる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、軟質シールリングの軸方向他端面に配置されるスペーサリングは、内周面よりも外周面のほうが軸方向に長く形成されているため、軟質シールリング圧縮時における逃げを、軸方向に長い外周面によって防止しつつ、内周面が軸方向に短いため内周側におけるシール長を大きく確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る流体シール構造及びシールリング構造を示す部分断面図である。
【図２】第２実施形態に係る流体シール構造及びシールリング構造を示す部分断面図である。
【図３】第３実施形態に係る流体シール構造及びシールリング構造を示す部分断面図である。
【図４】従来の流体シール構造及びシールリング構造を示す断面図である。
【図５】金属製シールリングの断面図である。
【図６】図４の部分拡大図である。
【図７】軟質シールリング構造における問題に関する説明図である。
【符号の説明】
２２  バルブ箱（外側部材）
２２ａ  被シール面
２４  バルブ蓋（内側部材）
２４ａ  被シール面
３５  軟質シールリング
３５ａ  内周面（内側シール面）
３５ｂ  外周面（外側シール面）
３５ｃ  受圧傾斜面（下面；テーパ面）
３７  スペーサリング
３８ａ  内周面
３９ａ  外周面
４５  軟質シールリング
４５ａ  内周面；内側シール面
４５ｂ  外周面；外側シール面
４５ｃ  受圧傾斜面（下面；テーパ面）
４７  スペーサリング
４７ａ  下面（傾斜面；テーパ面）
４７ｂ  内周面
４７ｃ  外周面
５５  軟質シールリング
５５ａ  内周面；内側シール面
５５ｂ  外周面；外側シール面
５５ｃ  受圧傾斜面（下面；テーパ面）
５５ｄ  傾斜面（上面；テーパ面）
５５ｅ  水平面（上面）
５５ｆ  水平面（上面）
５７  スペーサリング
５７ａ  傾斜面（下面）
５７ｂ  水平面（下面；軸方向直交面）
５７ｃ  水平面（下面；軸方向直交面）
５７ｄ  内周面
５７ｅ  外周面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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