JP3608817B2

JP3608817B2 - 回転軸の貫通部分における気密構造

Info

Publication number: JP3608817B2
Application number: JP09722194A
Authority: JP
Inventors: 正次高岡; 良作中田; 中関根; 一正後藤
Original assignee: Nippon Kouatsu Electric Co
Current assignee: Nippon Kouatsu Electric Co
Priority date: 1994-05-11
Filing date: 1994-05-11
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: JPH07305729A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は気密ケースに対し貫通して取り付けられる回転軸とその軸受けとの間隙部の気密信頼性を高めるようにした気密構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＳＦ_６ガスを気密ケース内に充填したガス開閉器においては、ハンドル軸の貫通部、指針軸の貫通部、放圧部の放圧蓋等がＯリング方式の気密保持構造になっている。
【０００３】
なかでもハンドル軸等の回転軸の貫通部における気密保持構造が特に技術的に難しいとされている。
つまり、従来は図４に示すように気密ケース１００に貫通固設したパイプ状の軸受け１０１に対し、ハンドル軸、即ち、回転軸１０３を貫通し、さらに同軸の外周面１０３ａに刻設した３つのＯリング溝１０３ｂに対しＯリング１０４を嵌装して、回転軸１０３の外周面１０３ａと軸受け１０１の内周面１０１ａ間で同Ｏリング１０４をそれぞれ圧縮し、その圧縮の際のＯリングの反発力により同Ｏリング１０４が軸受けの内周面１０１ａと回転軸の外周面１０３ａのＯリング溝１０３ｂ（正確にはＯリング溝の底面１０３ｂ′）に密着して該軸貫通部の気密が保持されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来構造においては、Ｏリング溝１０３ｂの両側壁面（スラスト方向）が固定であるため、軸受け１０１の内周面１０１ａとＯリング溝の底面１０３ｂ′間の隙間寸法が所定値（設計値）より大きい場合には、Ｏリング１０４が所定通りに圧縮されず、両面１０１ａ，１０３ｂ′への接圧力が不足してガス漏れが生じる。
【０００５】
また、逆に両面１０１ａ，１０３ｂ′間の隙間寸法が所定値（設計値）より小さい場合には、そのＯリング１０４が回転軸１０３の直径方向に過圧される。この場合、Ｏリング溝１０３ｂの両側壁面が固定であるため、そのＯリング１０４の両側（回転軸１０３の軸方向側）の膨出変形がＯリング溝１０３ｂの両側壁面で拘束され、そのＯリング１０４が過度に圧縮され、経年によって応力割れが発生し、ガス漏れを招く。
【０００６】
そのため、上記のように軸受けとＯリング溝の底面との間の隙間寸法が所定値に精度良く形成されていない場合には、貫通部における長期にわたる気密保持が困難となる。
【０００７】
上記の対策として、従来、軸受けの内周面とＯリング溝の底面との隙間寸法を所定（設計通り）にするために、部品の寸法精度を高めるとともに厳しく管理しているが、かかることは、部品コストの跳ね上げにつながり、強いては開閉器のコスト高につながる問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、上記の隙間寸法の加工精度を、さほど高めることなくＯリングを所定（設計）通りに圧縮でき、高い気密信頼性が確保できる気密構造を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を新規方法で解決するようにしたものであり、請求項１記載の第１の発明は、軸受け（３）に対し、回転軸（４）を回転自在に貫通し、該回転軸（４）と上記軸受け（３）間に気密保持用のＯリング（１１_１）を介在させるようにしたものにおいて、上記Ｏリング（１１_１）の側面を、応動リング（１０）を介してコイルバネ（９）により押圧するようにし、更に、前記応動リング（１０）には大径の係止部（１０ｃ）を形成し、前記軸受け（３）側には、前記係止部（１０ｃ）が当接して応動リング（１０）のＯリング（１１ _１）方向への進入を阻止する内段部（３ｅ）を形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２記載の第２の発明は、上記第１の発明の応動リング（１０）により押圧されるＯリング（１１_１）に加え、さらに別のＯリング（１１_２）、（１１_３）を並列的に介在するとともに、これらのＯリング（１１_２）、（１１_３）を上記コイルバネ（９）の押圧力が作用するように設置したことを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】
請求項１記載の発明において、Ｏリング（１１_１）が介在される部分における回転軸（４）と軸受け（３）との間隙が所定寸法より大きめで、Ｏリング（１１_１）の回転軸（４）と軸受け（３）に対する接触圧力が不足した状態においては、コイルバネ（９）の押圧力がＯリングの反発力（弾性力）に打ち勝ち、その押圧力によって、Ｏリング（１１_１）の側面が押されてＯリング（１１ａ）が縮小変形し、その応力が増大して、回転軸（４）と軸受け（３）に対するＯリング（１１_１）の接触圧力が所定圧に高められる。
【００１２】
逆に回転軸（４）と軸受け（３）との間隙が所定寸法により小さめで、Ｏリング（１１_１）が回転軸（４）の半径方向に所定以上に圧縮された場合には、そのＯリング（１１_１）が回転軸（４）の軸方向である側方（応動リング（１０）側方向）に膨出変形しようとする。このとき、Ｏリング（１１_１）の応力がコイルバネ（９）の押圧力に打ち勝つと、Ｏリング（１１）が応動リング（１０）を押し移動してＯリング（１１_１）の側方への膨出変形が許容される。その結果、Ｏリング（１１_１）の応力は所定圧以上に昇圧しない。そのため、回転軸（４）と軸受け（３）に対するＯリング（１１_１）の接触圧力は所定圧に保持される。
【００１３】
請求項２記載の発明においては、複数個のＯリング（１１_１〜１１_３）を上記と同様に作用させることができる。
【００１４】
【実施例】
次に図１に示す本発明の第１実施例について説明する。尚、図１は軸受部の下半分を省略したもので、回転軸４の中線から下方は、上方と同一構造になっている。
【００１５】
１は内部に、ＳＦ_６ガス２を所定圧力に達するまで充填してなるガス開閉器の気密ケースであり、ステンレス製である。３はケースに貫通した状態で固設されたパイプ状の軸受けであり、同じくステンレス製であり、その小径部内周面３ａは他の部分と異なり比較的精度高く仕上げられている。
【００１６】
４は同軸受け３に回転自在に貫通し、ケース１に対し内外を貫通する状態で貫通した回転軸であり、その大径部外周面４ａは比較的精度高く仕上げられており、図３に示す開閉器の操作ハンドル軸７の回転軸４′或いは指針２０の指針軸４″がこれに該当する。５はケース内部側Ａに位置する回転軸４の端部４ｂに一体に連結した操作レバー、６は反対のケース外部側Ｂに位置する端部４ｆに固設したハンドル保持金具であり、ハンドル７は同金具６にネジ等により止着されている。８は回転軸４と軸受け３間に介装した軸受メタルであり、ケース内部側Ａの端部に位置して設けられている。９はコイルバネであり、軸受け３の大径部内周面３ｂと回転軸４の小径部外周面４ｂとの間の空隙Ｃ内に嵌装されており、同コイルバネ９は上記ハンドル保持金具６と従動リング１０の凹状のバネ受部１０ａ間に圧縮された状態で介在されている。
【００１７】
１０は上記した応動リングであり、ステンレス、真鍮或いはメタル材から作られており、軸受け３と回転軸４間に摺動可能に嵌合する環状に形成されている。更に該応動リング１０は、その前方の押圧端１０ｂ側が軸受け３の小径部内周面３ａと回転軸４の小径部外周面４ｂ間の隙間に若干進入した状態になっており、また後方には大径のバネ受部１０ａが形成され、その係止部１０ｃが軸受け３側の内段部３ｅに当接してそれ以上の進入が阻止されるようになっている。そして、この応動リング１０が上記コイルバネ９によって常時前方へ（ケース内部側）へ押圧されている。
【００１８】
４ｄ、４ｅは軸受け３の小径部内周面３ａに位置して、回転軸４側の大径部外周面４ａに刻設した２つのＯリング溝であり、その底面４ｄ′、４ｅ′を含めて同溝は比較精度高く仕上げられている。
【００１９】
１１_１、１１_２、１１_３は上記Ｏリング溝４ｄ、４ｅ並びに応動リング１０の押圧端１０ｂと軸段部４ｇ間に位置して嵌装したフッ素ゴム或いはＥＰＲゴムからなるＯリングであり、本発明の実施例では３個のＯリングが使用され、３重の気密保持構造になっている。
【００２０】
なお、上記のコイルバネ９は、応動リング１０を介して該応動リング１０と軸段部４ｇ間に介在するＯリング１１_１を押圧して変形させ、それによりＯリング１１_１の軸受け３の小径部内周面３ａに対する接触圧力と回転軸４の小径部外周面４ｂに対する接触圧力を一定に保持するためのものであり、回転軸４の小径部外周面４ｂと軸受けの小径部内周面３ａとの間隔が大きめで、これらの面４ｂ、３ａに対するＯリング１１_１の接触圧力が不足した状態の時（Ｏリングによる反発力が小さい時）は、コイルバネ９の押圧力がＯリング１１_１の反発力（弾性力）に打ち勝って、Ｏリング１１_１を前方へ軸段部４ｇ方向へ押圧して変形させ、両面４ａ、３ａに対する接触圧力を高める方向に作用する働きをし、逆に上記の両面４ａ、３ａ間の間隔が小さめで接触圧力が過大となるような時（Ｏリングの反発力が大きくなる時）はコイルバネ９の押圧力がＯリング１１_１の反発力に負けて応動リングが軸段部４ｇと反対側へ押し移動され、Ｏリング１１_１に過大な応力が蓄積されないように、すなわち、接触圧力を下げる方向に作用する働きをするバネを有したコイルバネが使用されている。
【００２１】
つまり、上記コイルバネ９は気密保持のためにＯリング１１_１の圧縮率が２０〜３０％になるようそのバネ力が設定されており、かかる作用によってＯリング１１_１の回転軸４と軸受け３に対する接触圧力が常時一定に保持されて、長期間にわたり、回転軸の貫通部分における気密が確保されるようになっている。
【００２２】
なお、上記において、第１のＯリング溝４ｄ並びに第２のＯリング溝４ｅにそれぞれ嵌装したＯリング１１_２、１１_３は設計上は、上記同様、その圧縮率が２０〜３０％になる予定であるが、厳密には軸受け３並びに回転軸４の加工上のバラツキの大きさによって、Ｏリング１１_２、１１_３の圧縮率が変化することになる。
【００２３】
なお、一般には、ガス開閉器の回転軸等の貫通部において、気密保持用として使用するＯリングの材質としては、フッ素ゴム、ＥＰＲゴムを採用し、熱的影響を受け易いところとそうでないところと使い分けている。また、Ｏリングのシール効果は圧縮歪みから判定でき、一般には８０％以上になると信頼性はなくなるとされている。また、フッ素ゴムのＯリングだと、圧縮歪み特性からみると圧縮率２０％で１００℃において、常時連続使用の場合で、圧縮歪みが５０％に達するまでには約３０年間かかることになっている。また、圧縮率を高めれば圧縮歪みを小さくできるが、余り高くすると応力割れが発生する。したがって圧縮率は最大で３５％までである。そのため、ガス開閉器では、圧縮率２０〜３０％になるように設計されている。
【００２４】
次に図２は本発明の第２実施例を示す。図２は上記図１と同様に軸受部の下半分を省略したもので、回転軸４の中線線から下方は、上方と同一構造になっている。
【００２５】
本第２実施例は、上記回転軸４の小径部外周面４ｂを前方へ延長して、該面４ｂに上記すべてのＯリング１１_１、１１_２、１１_３を回転軸４の軸方向に摺動可能に嵌合し、後方に位置するＯリング１１_１は上記実施例と同様に従動リング１０により直接押圧されるようにし、該Ｏリング１１_１と中間のＯリング１１_２と前方のＯリング１１_３との間における回転軸４の小径外周面４ｂにはステンレス等の従動補助リング１５_１、１５_２を回転軸４の軸方向に摺動可能に介在して、中間及び前方のＯリング１１_２、１１_３が、従動補助リング１５_１、１５_２を介して上記コイルバネ９の押圧力を受けるようになっている。
【００２６】
４ｈは前方のＯリング１１_３の前側面が当接する係止段部で、回転軸４と一体形成されている。
その他の構造は上記実施例と同様である。
【００２７】
また、図３は上記本発明における回転軸の貫通部の気密保持構造を備えたガス開閉器の一例を示すものであり、１は気密ケース、２はＳＦ_６ガス、３は気密ケースの側面より側方へ突出した状態で、貫通固設した軸受け、４′は操作ハンドルの回転軸、７は操作ハンドル、６はハンドル保持金具、１６はハンドルの動力を伝達するための操作機構、１７は操作機構に連結する連動機構、１８は避雷器、１９は消弧装置、２０は指針、４″は指針軸をそれぞれ示す。
【００２８】
なお、上記の気密保持構造は、密閉型気中開閉器或いはその他の密閉ケースの場合にも応用することが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、回転軸と軸受けとの間隙が、所定値（設計値）よりも若干の誤差があっても、回転軸と軸受けに対するＯリングの接触圧力を所定圧にすることができるので、接触圧不足によるガス等の漏れや過圧によるＯリングの応力割れの発生を防止でき、気密信頼性を高めることができる。しかも、上記の間隙寸法の精度を高く要求する必要がなくなり、従来のような部品の高加工精度や厳しい管理から生じるコスト高を解消できる。更に、コイルバネの付勢力を所望に設定することにより、上記Ｏリングの接触圧力を所望に設定できる。
【００３０】
請求項２記載の発明においては、複数のＯリングを使用する場合においても上記と同様の効果を発揮させ、気密信頼性を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すもので、回転軸の気密構造部分の上半部を示す要部縦断面図。
【図２】本発明の第２実施例を示すもので、気密構造部分の上半部を示す要部縦断面図。
【図３】本発明の１適用例を示すガス開閉器の断面図。
【図４】従来例を示すもので、気密構造部分を示す要部縦断面図。
【符号の説明】
３軸受け
４回転軸
９コイルバネ
１０応動リング
１１_１、１１_２、１１_３Ｏリング

Claims

軸受け（３）に対し、回転軸（４）を回転自在に貫通し、該回転軸（４）と上記軸受け（３）間に気密保持用のＯリング（１１_１）を介在させるようにしたものにおいて、上記Ｏリング（１１_１）の側面を、応動リング（１０）を介してコイルバネ（９）により押圧するようにし、更に、前記応動リング（１０）には大径の係止部（１０ｃ）を形成し、前記軸受け（３）側には、前記係止部（１０ｃ）が当接して応動リング（１０）のＯリング（１１ _１）方向への進入を阻止する内段部（３ｅ）を形成したことを特徴とする回転軸の貫通部分における気密構造。
請求項１記載の応動リング（１０）により押圧されるＯリング（１１_１）に加え、さらに別のＯリング（１１_２）、（１１_３）を並列的に介在するとともに、これらのＯリング（１１_２）、（１１_３）を上記コイルバネ（９）の押圧力が作用するように設置したことを特徴とする回転軸の貫通部分における気密構造。