(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本のグランドパッキンを内装したパッキンボックスを備えた軸封装置において、
上記パッキンボックス内のグランドパッキンより封液側に位置し、一対の環状部材の端面同士を軸方向に互いに当接させて構成され、その当接面の少なくとも一方に、外周側と内周側とに連通し、グランドパッキン摺動面へガスを吹き付けるための溝が、軸方向から見て外周側から内周側へ縮径する螺旋状に形成された環状のブッシュと、
上記パッキンボックスを貫通し、上記ブッシュの溝へガスを導入するためのガス封入口と、
上記ガス封入口へ上記ガスを供給するガス供給手段とを備えたことを特徴とする軸封装置。
【請求項２】
上記溝は、外周側から内周側に向かうに従って溝断面積が減少する請求項１に記載の軸封装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、攪拌機器等の流体機器の貫通軸部分での漏洩を防止するための軸封装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば攪拌機器、混合機器、反応機器等の流体機器の貫通軸部分での漏洩を防止するために、図５に示すような軸封装置が一般的に用いられている。この軸封装置４１は、図５に示すようにパッキンボックス４２にグランドパッキン４３が内装されており、このグランドパッキン４３をパッキン押え４４で押圧している。このパッキン押え４４は、パッキンボックス４２に設けられた締め付けボルト４５と、この締め付けボルト４５に装着される締め付けナット４６とにより締め付けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のような軸封装置では、図６に示すようにパッキンボックス４２の底部４２ａの内周と軸４７とが接触しないようにそれぞれの間にクリアランスＳが設けてあるため、このクリアランスＳに機器内部の流体の成分が堆積する（図６、網目部分）。このため、後に異種の流体を使用して流体機器を運転する時に、堆積物が異種の流体に混入するという問題があった。特に、流体が食品や医薬品等の場合には、同種の流体であっても古い堆積物が流体に混入することは回避する必要がある。なお、この流体の堆積は、例えば食品等の粘性の高い流体の場合に起こりやすい。
本発明は上記の事情に鑑みて提案されたものであって、パッキンボックスの底部の内周と軸との間のクリアランスに機器内部の流体の成分が堆積するのを防止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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために以下の手段を採用している。すなわち、少なくとも１本のグランドパッキンを内装したパッキンボックスを備えた軸封装置において、上記パッキンボックス内のグランドパッキンより封液側に位置し、一対の環状部材の端面同士を軸方向に互いに当接させて構成され、その当接面の少なくとも一方に、外周側と内周側とに連通し、グランドパッキン摺動面へガスを吹き付けるための溝が、軸方向から見て外周側から内周側へ縮径する螺旋状に形成された環状のブッシュと、上記パッキンボックスを貫通し、上記ブッシュの溝へガスを導入するためのガス封入口と、上記ガス封入口へ上記ガスを供給するガス供給手段とを備えるという手段を採用している（請求項１）。
このように構成することにより、ガス供給手段よりガス封入口へ供給されたガスは、ブッシュの溝へ導入され、この溝の外周側から内周側へ流れてパッキン摺動面に吹き付けられる。このガスにより、パッキンボックスの底部の内周と軸との間のクリアランスに侵入してきた機器内部の流体を機器内部に向かって吹き飛ばすことができる。これによって、流体の成分の堆積を防止することができ、さらにパッキン摺動面への流体の侵入を防止することができる。しかも、このガスによって、グランドパッキンと軸との間で発生する熱により温度上昇するパッキン摺動面付近を冷却することができる。また、上記ブッシュは一対の環状部材の端面同士を軸方向に互いに当接させて構成され、その当接面の少なくとも一方に溝が形成されるので、溝を簡単に形成することができる。
【０００５】
また、軸方向から見て外周側から内周側へ縮径する螺旋状に形成された溝に導入されたガスは、溝を通過することにより軸の周方向へ慣性が付与されるので、軸の全周にわたって供給されることになる。これによって、パッキンボックスの底部の内周と軸との間のクリアランスに侵入してきた内部流体を効果的に吹き飛ばすことができる。
また、上記ブッシュの溝は、外周側から内周側に向かうに従って溝断面積が減少することが好ましい（請求項２）。この場合、溝に導入されたガスは、外周側から内周側へ流速を増加させながら流れてパッキン摺動面に供給されるので、パッキンボックスの底部の内周と軸との間のクリアランスに侵入してきた内部流体をより効果的に吹き飛ばすことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明に係る軸封装置の一実施の形態を示す概略断面図であり、以下、図に基づいてこの軸封装置の構成について説明する。
図１に示すように軸封装置１は、主に、機器本体に固定されているフランジ２、グランドパッキン７等が内装されるパッキンボックス３、グランドパッキン７等を固定するためのパッキン押え４、摺動リング５、ガスを供給するガス供給手段１６等を備えている。
パッキンボックス３には、複数の上記グランドパッキン７、これらグランドパッキン７の内で最封液側のグランドパッキン７ｄの封液側にブッシュ８、グランドパッキン７ｂ、７ｃの間にランタンリング９、および最大気側のグランドパッキン７ａの大気側にスペーサリング１５がそれぞれ内装されている。また、パッキンボックス３には、ブッシュ８へガスを導入するためのガス封入口１２が貫通形成されている。
【０００７】
上記グランドパッキン７、ブッシュ８、ランタンリング９およびスペーサリング１５は、押圧機構１１によってパッキン押え４を介して所定の圧力で弾性的に押圧されている。この圧力によって、グランドパッキン７を軸１０の長手方向へ押し潰すように変形させて、このグランドパッキン７と軸１０との間に押圧力を生じさせている。押圧機構１１は、パッキンボックス３にねじ込まれたパッキン押え４を挿通させた締め付けボルト１１ａと、この締め付けボルト１１ａに装着された圧縮コイルスプリング１１ｂ、スプリングカラー１１ｃおよび締め付けナット１１ｄとにより構成されており、上記圧縮コイルスプリング１１ｂの付勢力によりパッキン押え４を図において左方向に付勢している。
【０００８】
また、上記パッキンボックス３は、押圧機構１３によって摺動リング５介してフランジ２に所定の圧力で押圧されており、この摺動リング５の両端面には、Ｏリング６が設けられている。この押圧機構１３は、押圧機構１１と同様にフランジ２にねじ込まれた締め付けボルト１３ａと、この締め付けボルト１３ａに装着された圧縮コイルスプリング１３ｂ、スプリングカラー１３ｃおよび締め付けナット１３ｄとにより構成されている。
【０００９】
摺動リング５は、フランジ２側端面が軸１０の軸線上に中心Ｑを有する球面凸形状に、パッキンボックス３側端面が平面形状に形成されている。また、この摺動リング５の球面凸形状端面に当接されるフランジ２の端面は、この球面凸形状に対応した球面凹形状に形成されている。そして、摺動リング５の球面凸形状端面と、フランジ２の球面凹形状端面とが球面に沿う全ての方向（図１に示す断面図上においてはＬ方向）に対して摺動可能である。一方、摺動リング５の平面形状端面に当接されるパッキンボックス３の端面は、平面形状に形成されている。そして、摺動リング５の平面形状端面に対して、パッキンボックス３の平面形状端面が軸の径方向（図１上においてはＭ方向）へ摺動することが可能である。
このように、軸の傾斜方向および径方向への軸振れに対しては摺動リング５と、フランジ２およびパッキンボックス３との摺動によって、また軸の長手方向（図１上においてはＮ方向）への軸振れに対しては押圧機構１３によって、それぞれパッキンボックス３が追随できる。これによって、３次元的な変位の軸振れに対してもパッキンボックス３が追随でき、内部流体の漏洩を防止することができる。
【００１０】
パッキンボックス３に内装される環状のブッシュ８は、図２(a)に示すように対を成すパッキン側部材８ａと封液側部材８ｂとにより構成されている。このパッキン側部材８ａは、図２(a)、(b)に示すようにパッキン側の端面が平面状に、封液側部材８ｂ側の端面がテーパ状に形成され、このテーパ状端面にパッキン摺動面（内周面）へガスを供給するための外周側と内周側とに連通する螺旋状の溝１４が、軸方向から見て外周側から内周側へ縮径する螺旋状に形成されている。この溝１４は、溝断面積が外周側から内周側に向かうに従って減少するように形成されており、外周端がガス封入口１２に連通されている。なお、溝１４の断面形状は、図２(a)に示すような円弧状に限られるものではなく、例えば凹形状であっても構わない。一方、封液側部材８ｂは、図２(a)に示すように封液側の端面が平面状に、パッキン側部材８ａ側の端面が、パッキン側部材８ａのテーパ状端面と当接するようにテーパ状に形成されている。
【００１１】
ガス供給手段１６によりガス封入口１２へ供給されたガスは、ブッシュ８の溝１４の外周端より溝１４へ導入される。そして、溝１４へ導入されたガスは、溝１４の外周側から内周側へ流速を増加させながら流れてパッキン摺動面近傍に吹き付けられ、パッキンボックス３の底部３ａの内周と軸１０との間のクリアランスＳに侵入してきた内部流体を機器内部に向かって吹き飛ばす。ここで、ガスは、螺旋状の溝１４を通過することによって軸の周方向へ慣性が付与されるので、軸の全周にわたって供給されることになる。これによって、パッキンボックス３の底部３ａの内周と軸１０との間のクリアランスＳに内部流体の成分が堆積するのを防止することができ、さらにパッキン摺動面に内部流体が侵入するのを防止することができる。
【００１２】
（実施の形態２）
図３は本発明に係る軸封装置の他の実施の形態を示す概略断面図であり、以下、図に基づいてこの軸封装置の構成について説明する。
図３に示すように軸封装置２１は、主に、封液側に１次シール部Ａ、大気側に２次シール部Ｂ、この１次シール部Ａと２次シール部Ｂとの間に摺動リング２８、ガスを供給するガス供給手段４０等を備えている。
１次シール部Ａは、グランドパッキン２３等が内装されるパッキンボックス２２、グランドパッキン２３等を固定するためのパッキン押え２５等を備えている。パッキンボックス２２には、複数のグランドパッキン２３、これらグランドパッキン２３の内で最封液側のグランドパッキン２３ｃの封液側にブッシュ２４がそれぞれ内装されている。また、パッキンボックス２２には、ブッシュ２４へガスを導入するためのガス封入口２７が、パッキン押え２５には、１次シール部Ａと２次シール部Ｂとの間に窒素等のパージガスを封入するためのガス封入口２９がそれぞれ貫通形成されている。
【００１３】
上記グランドパッキン２３およびブッシュ２４は、パッキン押え２５を介して押圧機構２６によって所定の圧力で弾性的に押圧されている。この圧力によって、１次シール部Ａではグランドパッキン２３を軸３９の長手方向へ押し潰すように変形させて、このグランドパッキン２３と軸３９との間に押圧力を生じさせている。押圧機構２６は、パッキンボックス２２にねじ込まれたパッキン押え２５を挿通させた締め付けボルト２６ａと、この締め付けボルト２６ａに装着された圧縮コイルスプリング２６ｂ、スプリングカラー２６ｃおよび締め付けナット２６ｄとにより構成されており、上記圧縮コイルスプリング２６ｂの付勢力によりパッキン押え２５を図において左方向に付勢している。
【００１４】
２次シール部Ｂは、グランドパッキン３１等が内装されるパッキンボックス３０、グランドパッキン３１等を固定するためのパッキン押え３４等を備えている。パッキンボックス３０には、複数のグランドパッキン３１、これらグランドパッキン３１の内で最封液側のグランドパッキン３１ｄの封液側および最大気側のグランドパッキン３１ａの大気側にスペーサリング３２、グランドパッキン３１ｂ，３１ｃの間にランタンリング３３がそれぞれ内装されている。また、パッキンボックス３０には、１次シール部Ａと２次シール部Ｂとの間に封入されたパージガスを抜くためのガスリーク口３８が設けられている。
【００１５】
上記グランドパッキン３１、スペーサリング３２およびランタンリング３３は、パッキン押え３４を介して押圧機構３５によって所定の圧力で押圧されている。この圧力によって、２次シール部Ｂではグランドパッキン３１を軸３９の長手方向へ押し潰すように変形させて、このグランドパッキン３１と軸３９との隙間を小さくすることによって流体を封止している。押圧機構３５は、押圧機構２６と同様にパッキンボックス３０にねじ込まれたパッキン押え３４を挿通させた締め付けボルト３５ａと、この締め付けボルト３５ａに装着された圧縮コイルスプリング３５ｂ、スプリングカラー３５ｃおよび締め付けナット３５ｄとにより構成されており、上記圧縮コイルスプリング３５ｂの付勢力によりパッキン押え３４を図において左方向に付勢している。
【００１６】
２次シール部Ｂのパッキンボックス３０は、押圧機構３６によって摺動リング２８介して１次シール部Ａのパッキン押え２５に所定の圧力で押圧されており、この摺動リング２８の両端面には、Ｏリング３７が設けられている。この押圧機構３６は、パッキン押え２５にねじ込まれた締め付けボルト３６ａと、この締め付けボルト３６ａに装着された圧縮コイルスプリング３６ｂおよび締め付けナット３６ｃとにより構成されている。
【００１７】
摺動リング２８は、１次シール部Ａ側端面が軸３９の軸線上に中心Ｑを有する球面凸形状に、２次シール部Ｂ側端面が平面形状に形成されている。また、この摺動リング２８の球面凸形状端面に当接される１次シール部Ａのパッキン押え２５の端面は、この球面凸形状に対応した球面凹形状に形成されている。そして、摺動リング２８の球面凸形状端面と、パッキン押え２５の球面凹形状端面とが球面に沿う全ての方向（図３に示す断面図上においてはＬ方向）に対して摺動可能である。一方、摺動リング２８の平面形状端面に当接される２次シール部Ｂのパッキンボックス３０の端面は、平面形状に形成されている。そして、摺動リング２８の平面形状端面に対して、パッキンボックス３０の平面形状端面が軸の径方向（図３上においてはＭ方向）へ摺動することが可能である。
このように、軸の傾斜方向および径方向への軸振れに対しては摺動リング２８と、パッキン押え２５およびパッキンボックス３０との摺動によって、また軸の長手方向（図３上においてはＮ方向）への軸振れに対しては押圧機構３６によって、それぞれパッキンボックス３０が追随できる。これによって、３次元的な変位の軸振れに対してもパッキンボックス３０が追随でき、内部流体の漏洩を防止することができる。
【００１８】
１次シール部Ａと２次シール部Ｂとの間には、ガス封入口２９からパージガスを供給しており、１次シール部Ａのパッキン摺動面に内部流体が侵入しないようにしている。また、このパージガスや機器内部から漏出したガスを、大気側に漏洩させないためにランタンリング３３を介してガスリーク口３８より回収している。なお、このパージガスのパージ圧は、機器内部圧力より０．０５〜０．１ＭＰａ程度高くすることが好ましい。例えば、パージ圧が機器内部圧力より０．０５ＭＰａ以下しか高くない場合には、パージガスの封入による内部流体の侵入防止効果が低くなる。一方、パージ圧が機器内部圧力より０．１ＭＰａ以上高い場合には、パッキンの締付圧以外に過剰な圧力がパッキンに作用するため、パッキン内周と軸外周との間の面圧が高くなりすぎて異常摺動を引き起こし、内部流体の漏洩の原因となるとともに、摺動リング２８と１次シール部Ａおよび２次シール部Ｂとの間からパージガスが漏洩することになる。
【００１９】
１次シール部Ａのパッキンボックス２２に内装される環状のブッシュ２４は、図４(a)に示すように対を成すパッキン側部材２４ａと封液側部材２４ｂとにより構成されている。このパッキン側部材２４ａの封液側部材２４ｂ側の端面には、図４(a)、(c)に示すようにパッキン摺動面へガスを供給するための溝２４１が円周等配に複数形成されている。この溝２４１は、図４(b)に示すように底面がテーパ状に形成され、外周側と内周側とに連通している。また、溝２４１は、溝断面積が外周側から内周側に向かうに従って減少するように形成されている。また、パッキン側部材２４ａの円周面には溝２４１に連通する溝２４２が形成されており、ガス封入口２７に連通されている。一方、封液側部材２４ｂは両端面が平面な環状に形成されている。
【００２０】
ガス供給手段４０によりガス封入口２７へ供給されたガスは、ブッシュ２４の溝２４２へ導入される。そして、溝２４２に導入されたガスは、この溝２４２を通って溝２４１の外周側から内周側へ流速を増加させながら流れてパッキン摺動面近傍に吹き付けられ、パッキンボックス２２の底部２２ａの内周と軸３９との間のクリアランスＳに侵入してきた内部流体を機器内部に向かって吹き飛ばす。これによって、パッキンボックス２２の底部２２ａの内周と軸３９との間のクリアランスＳに内部流体の成分が堆積するのを防止することができ、さらにパッキン摺動面に内部流体が侵入するのを防止することができる。
【００２１】
なお、上記実施の形態１では、摺動リング５は、フランジ２側端面を球面凸形状に、パッキンボックス３側端面を平面形状に形成しているが、これに限られるものではなく、パッキンボックス３側端面を球面凸形状に、フランジ２側端面を平面形状に形成しても構わない。また、摺動リング５側を球面凸形状に、フランジ２側を球面凹形状に形成しているが、これに限られるものではなく、摺動リング５側を球面凹形状に、フランジ２側を球面凸形状に形成しても構わない。また、摺動リング５は、軸振れに対して摺動しやすいように摩擦係数の低い材質、例えばフッ素樹脂系等の材質が望ましい。これらの点に関しては、上記実施の形態２での摺動リング２８等についても同様である。
【００２２】
また、上記実施の形態１では、ブッシュ８は上記のように螺旋状の溝１４を形成した構成であるが、これに限られるものではなく、実施の形態２でのブッシュ２４のような構成とすることも可能である。同様に、実施の形態２でのブッシュ２４の構成を、実施の形態１でのブッシュ８のような構成とすることも可能である。なお、ブッシュ８またはブッシュ２４からパッキン摺動面に供給されるガスの流速は、クリアランスＳに侵入してきた内部流体を機器内部に吹き飛ばすために５ｍ／ｓ以上であることが好ましい。
【００２３】
さらに、上記実施の形態１における溝１４、および上記実施の形態２における溝２４１は、それぞれ上記のように溝断面積が外周側から内周側に向かうに従って減少するように形成することが好ましいが、これに限られるものではない。
また、上記各実施の形態では、パッキンボックスに複数のグランドパッキンを内装した構成であるが、これに限られるものではなく、少なくとも１本のグランドパッキンが内装されていればよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る軸封装置では、ガス供給手段よりガス封入口へ供給されたガスを、ブッシュの溝へ導入してこの溝の外周側から内周側へと流し、パッキン摺動面に吹き付けているので、パッキンボックスの底部の内周と軸との間のクリアランスに侵入してきた機器内部の流体をガスによって、機器内部に向かって吹き飛ばすことができる。これによって、流体の成分の堆積を防止することができ、さらにパッキン摺動面への流体の侵入を防止することができる。しかも、このガスによって、グランドパッキンと軸との間で発生する熱により温度上昇するパッキン摺動面付近を冷却することができる。また、ブッシュは一対の環状部材の端面同士を軸方向に互いに当接させて構成され、その当接面の少なくとも一方に溝が形成されるので、溝を簡単に形成することができる。
【００２５】
また、ブッシュの溝が軸方向から見て外周側から内周側へ縮径する螺旋状に形成されていることにより、溝に導入されたガスは、溝を通過することにより軸の周方向へ慣性が付与されるので、軸の全周にわたって供給されることになる。これによって、パッキンボックスの底部の内周と軸との間のクリアランスに侵入してきた内部流体を効果的に吹き飛ばすことができる。
また、ブッシュの溝を、外周側から内周側に向かうに従って溝断面積が減少するようにした場合、溝に導入されたガスは、外周側から内周側へ流速を増加させながら流れてパッキン摺動面に供給される。これによって、パッキンボックスの内周と軸との間のクリアランスに侵入してきた内部流体をより効果的に吹き飛ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軸封装置の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る軸封装置の一実施の形態に用いるブッシュを示す図であり、(a)はその断面図、(b)はその正面図である。
【図３】本発明に係る軸封装置の他の実施の形態を示す概略断面図である。
【図４】本発明に係る軸封装置の他の実施の形態に用いるブッシュを示す図であり、(a)はその側面図、(b)はその断面図、(c)はその正面図である。
【図５】従来の軸封装置を示す概略断面図である。
【図６】従来の軸封装置でクリアランスに流体が堆積した状況を示す要部拡大図である。
【符号の説明】
Ａ    １次シール部
Ｂ    ２次シール部
１    軸封装置
２    フランジ
３、２２、３０    パッキンボックス
４、２５、３４    パッキン押え
５、２８          摺動リング
７、２３、３１    グランドパッキン
８、２４          ブッシュ
１２、２７、２９  ガス封入口
１４、２４１、２４２  溝
１６、４０        ガス供給手段
【図１】
0004018349.tif 000002
【図２】
0004018349.tif 000003
【図３】
0004018349.tif 000004
【図４】
0004018349.tif 000005
【図５】
0004018349.tif 000006
【図６】
0004018349.tif 000007