轴封衬垫和阀用轴封构造.pdf

提供一种在初期组装时发挥较高的密封性、并且在进行了加紧后也发挥推压带来的密封面压的提高和流体压力带来的自密封性、能够确保良好的密封性的轴封衬垫。将设在阀用阀身内的阀体经由阀轴可旋转地或可升降运动地设置，将轴封衬垫安装到轴安装了上述阀轴的阀的轴封室中，该轴封衬垫将截面大致V字形的环状衬垫主体叠层，使该内径侧的叠层面彼此密接，并且在外径侧的叠层面彼此之间形成有规定的空隙。该阀用轴封构造通过衬垫主体的紧固载荷和流体压力，通过内径侧的叠层面的锥角度变换为朝向径向的力，将内径侧的内周面面接触密封在滑动侧的阀轴的外周面上，并且通过空隙将外径侧的唇部推展，线接触密封在固定侧的轴封室上。

1.  一种轴封衬垫，其特征在于，是将截面大致V字形的环状衬垫主体叠层而构成的轴封衬垫，使该衬垫主体的内径侧的叠层面彼此密接，并且在外径侧的叠层面彼此之间形成有规定的空隙。

2.  根据权利要求1所述的轴封衬垫，其特征在于，使上述衬垫主体的外径侧的上下叠层面的锥角度不同而形成上述空隙。

3.  根据权利要求1或2所述的轴封衬垫，其特征在于，与上述衬垫主体的峰侧的顶点相比使谷侧的顶点向外径方向偏移，使峰侧与谷侧的顶点偏心。

4.  根据权利要求1～3中任一项所述的轴封衬垫，其特征在于，使上述衬垫主体的外径侧的上叠层面的锥角度即峰侧角度为42.5°～50°，使外径侧的下叠层面的锥角度即谷侧角度为40°～47.5°的范围，设定为上述峰侧角度＞上述谷侧角度。

5.  根据权利要求1～4中任一项所述的轴封衬垫，其特征在于，将上述衬垫主体叠层多个，并且将顶接合器叠层在叠层的衬垫主体的上方、将底接合器叠层在下方而构成轴封衬垫，使上述顶接合器的谷侧与上述底接合器的峰侧为与衬垫主体同样的角度。

6.  一种阀用轴封构造，其特征在于，将设在阀用阀身内的阀体经由阀轴可旋转地或可升降运动地设置，将轴封衬垫安装到轴安装了上述阀轴的阀的轴封室中，该轴封衬垫将截面大致V字形的环状衬垫主体叠层，使该内径侧的叠层面彼此密接，并且在外径侧的叠层面彼此之间形成有规定的空隙。

7.  根据权利要求6所述的阀用轴封构造，其特征在于，利用上述衬垫主体的紧固载荷和流体压力，通过内径侧的叠层面的锥角度变换为朝向径向的力，使内径侧的内周面面接触密封在上述滑动侧的阀轴的外周面上，并且通过上述空隙将外径侧的唇部推展，线接触密封在固定侧的轴封室上。

8.  根据权利要求6或7所述的阀用轴封构造，其特征在于，是将设在阀内的具有贯通孔的球阀体经由阀轴旋转自如地设置的球阀，经由密封垫圈对轴安装了上述阀轴的阀的轴封室施加紧固载荷，安装上述轴封衬垫。

9.  根据权利要求6～8中任一项所述的阀用轴封构造，其特征在于，将上述密封垫圈做成圆锥盘簧形状的垫片，通过该垫片提高上述轴封衬垫的外径侧与轴封室的面压。

10.  根据权利要求6～8中任一项所述的阀用轴封构造，其特征在于，通过增大上述密封垫圈与轴封衬垫的摩擦阻力而一体化，防止上述轴封衬垫与阀轴的一起旋转。

11.  根据权利要求6～8中任一项所述的阀用轴封构造，其特征在于，在上述密封垫圈的外周上以适当的间隔形成有切口部，通过经由该切口部将上述密封垫圈与轴封衬垫一体化，防止上述轴封衬垫与阀轴的一起旋转。

轴封衬垫和阀用轴封构造
技术领域
本发明涉及使轴封性能变得更高的轴封衬垫、和例如有机地提高球阀及闸阀等的阀的轴封部位的动态部与静态部的密封性能和动态部的滑动性的阀用轴封构造。
背景技术
以往，例如球阀具有控制流体的球阀体等的阀体、和使该阀体动作的阀杆，为了通过使该阀杆旋转进行阀的开闭操作，在阀杆的旋转部需要密封机构。阀杆旋转部的密封机构需要具有减小使阀杆旋转时的摩擦力、并且维持与阀杆及阀体的密封性的功能。此外，在闸阀等的升降驱动的阀中，也同样需要减小阀杆升降运动时的摩擦力、并且维持密封性。
为了满足这些，在阀杆轴安装部的密封中，一般使用树脂(例如PTFE等的氟树脂)制的成形衬垫。
此时，在通过树脂形成衬垫的情况下，将该衬垫形成为截面V字形，将该V形衬垫叠层安装在阀内，施加紧固力而提高密封性。此外，是当流体作用在阀杆及阀体的内壁上时自动地胀压的、发挥所谓的称作自密封性的封闭力的构造。
作为使用V形衬垫的阀，例如有特许文献1的球阀。该球阀在阀杆与阀体之间安装有大致圆筒状的V形衬垫。此外，图18中的球阀1也与特许文献1同样，表示使用PTFE等的树脂制的V形衬垫的球阀的一般的构造。
该球阀1推压通过螺栓-螺母体2的紧固得到的阀杆部4的轴向的推压力推压密封套9，经由该密封套9推压配设在下部的环状衬垫3。环状衬垫3是通过截面V型的峰型锥面部3a将轴向的推压力变换为半径方向、提高与阀杆部4及衬垫收纳室5的侧壁5a的面压而进行密封的部件。此外，通过将流体导引到环状衬垫3中，用截面V型的谷型锥面部3b承接它，将环状衬垫3沿半径方向推展，用流体压力提高与阀杆部4及侧壁5a之间的面压，通过自密封性进行密封。
详细地讲，在图19(a)中，例如将峰型锥面部3a的离开垂线的角度即峰侧锥角度α形成为47.5°，将谷型锥面部3b的离开垂线的角度即谷侧锥角度β形成为45°，将其安装到具有形成为同样的角度的谷型锥面部6a的上接合器6、具有峰型锥面部7a的下接合器7之间，构成叠层环8。
在叠层环8的初始推压时，在上接合器6、环状衬垫3、下接合器7之间，以顶点为中心，在内径侧、外径侧都通过2.5°的角度差产生间隙S。
在环状衬垫3、上接合器6中，谷型锥面部3b、6a的内外周侧的缘部3b₁、6a₁分别接触于位于图中下方的环状衬垫3、上接合器6的峰型锥面部3a、7a，在将螺栓-螺母体2拧紧时，将该缘部3b₁、6a₁分别推压在阀杆部4侧、衬垫收纳室5侧，进行抵接密封。
此外，在图19(b)中，如果将图18的螺栓-螺母体2加紧，则叠层环8的峰型锥面部3a、7a和谷型锥面部3b、6a彼此要遍及整面相互密接。此时，谷型锥面部3b、6a的内外周侧的缘部3b₁、6a₁分别向内外径侧稍稍突出而变形，该变形部分被向阀杆部4及衬垫收纳室5侧推压而密接。这样，通过加紧，能够实现密封性的提高。
另一方面，在图19(c)中，如果流体在球阀1内流动而受到该流体压力，则通过该流体压力，作用有将下接合器7推起的力。该力沿轴向施加，但是被形成在叠层环8上的各锥面部3a、3b、6a、7a变换为朝向径向(内外径侧)的载荷，结果，叠层环8被向阀杆部4的外周面及衬垫收纳室5推压，将它们密封。这样，如果叠层环8受流体压力推压，则自密封性发挥作用，由此进行密封。
构成叠层环8的上接合器6、环状衬垫3、下接合器7由于峰侧锥角度α、谷侧锥角度β在外径、内径侧相等，所以在受到流体压力时，峰型锥面部3a、7a及谷型锥面部3b、6a从中心部位对称地均等地变形，成为叠层环8间的间隙S变窄的构造。
此时，叠层环8被向半径方向推展而变形，该叠层环8的内外径侧前端部位抵接密封在阀杆部4外周面及衬垫收纳室5上，通过所谓的唇效应(线接触带来的密封效应)进行封闭。
特许文献1：特开平10-231823号公报
但是，特许文献1及图18的球阀如果长期间使用，则叠层环8的轴封构造在被推压的状态下被长期间保持，构成叠层环8的部件受应力而变形，有发生该变形的部位进入到与阀杆部4或衬垫收纳室侧壁5a的间隙、或者叠层环间的间隙S中的、所谓的蠕变现象的情况。
此外，如果流体及周围变为高温，则叠层环8也变为高温，该叠层环8整体膨胀，除了通过该膨胀使蠕变现象化进一步发展以外，还成为软化而容易磨损的状态。
另一方面，如果流体及周围变为低温(例如-30℃)，则叠层环8也变为低温，该叠层环8整体收缩，轴封部位之间的间隙容易变大。在低温时，叠层环要从外周侧环抱阀杆部4，所以必然阀杆部4与衬垫侧壁5a侧相比面压变高。在常温(约30℃)时，在衬垫面压施加在阀杆部4与衬垫室侧壁5a上而摩擦力发挥作用时，周长较长且与叠层环8的接触面积较大的衬垫室侧壁5a侧的摩擦力更大，所以可以只有阀杆部4旋转，但在这样的低温时的状态下，衬垫室侧壁5a侧的摩擦阻力变小，叠层环8与阀杆部4一起旋转，有因本来是固定部的外周侧滑动而密封性能降低的情况。
这样，叠层环8相对于流体及周围的温度变化容易发生热膨胀、收缩现象，有给密封性带来不良影响的情况。
在叠层环8中，作为这样的蠕变现象及热膨胀收缩现象带来的体积变化的结果，有时在与阀体-阀杆侧的密封中所需要的面压产生降低、即产生所谓的应力缓和现象。因此，使用这种V形衬垫的阀需要进行推压叠层环8的螺栓-螺母体2的加紧。
但是，如果过度地进行螺栓-螺母体2的加紧，则如图19(c)那样，叠层环8间的间隙S变窄，进而有该间隙S消失的情况。这样，以往的环状衬垫3在内外周侧于衬垫彼此之间先设置间隙S，由于在加紧时以掩埋该间隙S的方式使之变形，所以加紧效果是有极限的，此外，高度方向的尺寸变化也大，所以也难于使与阀杆部4以及衬垫收纳室5的密封面压恢复。此外环状衬垫3受到流体压力的部分变得很少，所以难以发挥缘部3b₁、6a₁的唇效应，也产生了难以得到自密封性的问题。
发明内容
本发明是为了解决以往的问题而开发的，其目的是提供一种在初期组装时发挥较高的密封性、并且在进行了加紧后也发挥推压带来的密封面压的提高和流体压力所形成的自密封性、能够确保良好的密封性的轴封衬垫。
为了达到上述目的，有关技术方案1的发明提供一种轴封衬垫，是将截面大致V字形的环状衬垫主体叠层而构成的轴封衬垫，使该衬垫主体的内径侧的叠层面彼此密接，并且在外径侧的叠层面彼此之间形成有规定的空隙。
有关技术方案2的发明是一种轴封衬垫，使衬垫主体的外径侧的上下叠层面的锥角度不同而形成空隙。
有关技术方案3的发明是一种轴封衬垫，与衬垫主体的峰侧的顶点相比使谷侧的顶点向外径方向偏移，使峰侧与谷侧的顶点偏心。
有关技术方案4的发明是一种轴封衬垫，使衬垫主体的外径侧的上叠层面的锥角度即峰侧角度为42.5°～50°，使外径侧的下叠层面的锥角度即谷侧角度为40°～47.5°的范围，设定为峰侧角度＞谷侧角度。
有关技术方案5的发明是一种轴封衬垫，将衬垫主体叠层多个，并且将顶接合器叠层在叠层的主体的上方、将底接合器叠层在下方而构成轴封衬垫，使顶接合器的谷侧与底接合器的峰侧为与衬垫主体同样的角度。
有关技术方案6的发明是一种阀用轴封构造，将设在阀用阀身内的阀体经由阀轴可旋转地或可升降运动地设置，将轴封衬垫安装到轴安装了阀轴的阀的轴封室中，该轴封衬垫将截面大致V字形的环状衬垫主体叠层，使该内径侧的叠层面彼此密接，并且在外径侧的叠层面彼此之间形成有规定的空隙。
有关技术方案7的发明是一种阀用轴封构造，利用衬垫主体的紧固载荷和流体压力，通过内径侧的叠层面的锥角度变换为朝向径向的力，使内径侧的内周面面接触密封在滑动侧的阀轴的外周面上，并且通过空隙将外径侧的唇部推展，线接触密封在固定侧的轴封室上。
有关技术方案8的发明是一种阀用轴封构造，是将设在阀内的具有贯通孔的球阀体经由阀轴旋转自如地设置的球阀，经由密封垫圈对轴安装了阀轴的阀的轴封室施加紧固载荷，安装轴封衬垫。
有关技术方案9的发明是一种阀用轴封构造，将密封垫圈做成圆锥盘簧形状的垫片，通过该垫片提高轴封衬垫的外径侧与轴封室的面压。
有关技术方案10的发明是一种阀用轴封构造，通过增大密封垫圈与轴封衬垫的摩擦阻力而一体化，防止轴封衬垫与阀轴的一起旋转。
有关技术方案11的发明是一种阀用轴封构造，在密封垫圈的外周上以适当的间隔形成有切口部，通过经由该切口部将密封垫圈与轴封衬垫一体化，防止轴封衬垫与阀轴的一起旋转。
发明效果
根据有关技术方案1的发明，由于在初始组装时衬垫内径侧通过面接触接触，变形较少，衬垫的体积变化的余地较小，所以应力缓和被降低，由此，能够提供发挥推压带来的密封面压的提高和流体压力带来的自密封性而能够确保良好的密封性的轴封衬垫。
根据有关技术方案2的发明，是在加紧时能够确保叠层的衬垫主体彼此之间的空隙、能够恢复密封性的轴封衬垫。衬垫主体可以通过高精度容易地形成，是即使在衬垫主体的环径等的大小变化的情况下也能够发挥密封面压的提高和自密封性的轴封衬垫。
根据有关技术方案3的发明，能够构成在叠层了衬垫主体时能够在该衬垫主体彼此之间简单且可靠地形成空隙的轴封衬垫。进而，能够通过改变偏移量而沿轴向和径向两者调节空隙的量，由此，能够设定考虑到了螺栓、螺母的紧固力及流体压力的衬垫及唇部的体积。
根据有关技术方案4的发明，是能够将安装时及加紧时的密封性提高最多、即使在螺栓、螺母的紧固力较小的情况下也能够通过衬垫主体维持高密封性的轴封衬垫。
根据有关技术方案5的发明，是能够在对应于所有高度的轴封部位的同时收纳到规定的位置的轴封衬垫，能够应用到以阀为代表的各种轴安装部位中，是在兼具备操作时的滑动性的同时、能够提高推压和自密封性带来的密封性的轴封衬垫。
根据有关技术方案6的发明，能够提供能够在各种构造的阀中使用、初始紧固力下的应力缓和较少、即使在加紧时也能够可靠地提高并保持密封性、能够保持或恢复推压带来的密封面压的提高和流体压力带来的自密封性而保持持续良好的密封性的阀用轴封构造。
根据有关技术方案7的发明，能够提供通过将内径侧面接触密封、能够在使作为滑动部的阀杆旋转时确保良好的滑动性的同时发挥高密封性、能够提高动态的密封性的操作性良好的强度较强的阀用轴封构造。
另一方面，是通过将外径侧线接触密封、能够将作为固定密封侧的阀身与衬垫主体通过最高的密封面压轴封、能够发挥良好的密封性而提高静态密封性的阀用轴封构造。
根据有关技术方案8的发明，即使在轴封部分磨损或变形的情况下，也能够通过反复加紧而可靠地提高阀杆侧与阀身侧两者的密封性，能够通过更小的紧固力保持及恢复密封性，所以是能够设置操作性也良好的球阀的阀用轴封构造。
根据有关技术方案9的发明，是即使在阀中发生了温度变化也能够将轴封衬垫的外径侧的面压维持为特别提高的状态、能够在防止与安装在内径侧的阀轴的一起旋转、确保阀轴与轴封衬垫所形成的高动态密封性的同时、维持轴封衬垫与轴封室的静态的密封性、能够发挥良好的轴封性能的阀用轴封构造。
根据有关技术方案10或技术方案11的发明，是即使在阀中发生了温度变化也能够将密封垫圈与轴封衬垫大致一体化而将该轴封衬垫固定在轴封室中、能够防止阀轴与轴封衬垫一起旋转而发挥良好的轴封性能的阀用轴封构造。
附图说明
图1是表示使用本发明的轴封衬垫的阀的一例的部分切掉剖视图。
图2是图1的阀的分解立体图。
图3是表示图1的阀的初期推压时的状态的原理说明图。
图4是表示图1的阀的加紧推压时的状态的原理说明图。
图5是表示图1的阀的流体压力受压时的状态的原理说明图。
图6是压盖螺栓拧紧时的作用说明图。
图7是表示轴封衬垫的密封状态的要部放大图。
图8是表示本发明的轴封衬垫的一实施方式的剖视图。
图9是表示密封垫圈的一例的剖视图。
图10是表示密封垫圈的另一例的说明图。图10(a)是密封垫圈的俯视图。图10(b)是密封垫圈的剖视图。图10(c)是表示安装了密封垫圈的状态的剖视图。
图11是表示密封垫圈的又另一例的说明图。图11(a)是密封垫圈的俯视图。图11(b)是表示安装着密封垫圈的状态的俯视图。图11(c)是图11(b)的A-A剖视图。
图12是球阀的部分放大立体图。
图13是表示制动机构附近的俯视图。
图14是表示本发明的轴封衬垫的另一实施方式的剖视图。
图15是表示本发明的轴封衬垫的再另一实施方式的剖视图。
图16是表示V形衬垫的剖视图。
图17是表示轴封衬垫的应力缓和试验的结果的曲线图。
图18是表示使用以往的V形衬垫的阀的例子的部分切掉剖视图。
图19是图18的阀的轴封构造的原理说明图。图19(a)是表示初期推压时的状态的原理说明图。图19(b)是表示加紧推压时的状态的原理说明图。图19(c)是表示流体压力受压时的状态的原理说明图。
标记说明
10球阀(阀主体)
10a阀身
11球阀体
11a贯通孔
12阀轴
13轴封室
14轴封衬垫
15衬垫主体
16上叠层面
16a内径侧叠层面
16b外径侧叠层面
16c顶点
17下叠层面
17a内径侧叠层面
17b外径侧叠层面
17c顶点
19内周面
20唇部
21顶接合器
22下叠层面
25底接合器
26上叠层面
37密封垫圈(垫片)
G空隙
θ₁峰侧角度(锥角度)
θ₂谷侧角度(锥角度)
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明本发明的轴封衬垫和阀用轴封构造的实施方式。在图1、图2中，阀主体10例如由经由作为动作传递部件的阀轴(阀杆)12旋转自如地设有球阀体11的球阀构成。在阀主体10中，在阀身10a的两端设有开口部、即作为流体的流入流出部的流入口10b和流出口10c，此外，在阀身10a的上部，延伸设置有轴安装部10d，在该轴安装部10d内部中设有轴封室13。
阀轴12在下端部附近位置上一体地形成有凸缘部12a。此外，在阀轴12的上端部上设有螺纹部12b，能够将固定螺栓95螺纹安装在该螺纹部12b上。进而，在阀轴12的上部，通过平行的两面的倒角，形成平行二面部12c。此外，在阀轴12的下部也同样设有平行二面部12d。
球阀体11具有贯通孔11a，此外，在上部设有阀轴12的平行二面部12d嵌合的嵌合槽11b。该球阀体11使平行二面部12d嵌合在嵌合槽11b中，并且在被两片座环38、38夹持的状态下安装在阀身10a内，在通过该座环38维持密封性的同时转动自如地设置在阀身10a内。座环38例如由PTFE等的气密性或水密性较高的材料构成，确保良好的密封特性。
阀身帽10e通过未图示的紧固螺栓-螺母可安装地设在阀身10a的开口侧(在本例中是流入口10b侧)，通过在阀身10a内的规定部位上安装球阀体11、阀轴12、轴封衬垫14等之后将该阀身帽10e一体地安装，能够将座环38相对于球阀体11在推压密封的状态下组装。
轴封衬垫14例如将由PTFE等的树脂成形的环状衬垫主体15叠层多个、将顶接合器21叠层在该叠层状态的衬垫主体15的上方、将底接合器25叠层在下方而构成。衬垫主体15安装在阀身10a内的轴封室13中，但此时可以根据阀主体10的形态配设适当的数量，可以根据阀轴12的轴径及封闭的压力等设定该衬垫主体15配设的数量，配合轴封室13的大小而收纳，构成轴封衬垫14。
如图8所示，衬垫主体15形成为截面大致V字形的环状，在上面上形成有峰形状的上叠层面16，在下面上形成有谷形状的下叠层面17。衬垫主体15使谷侧的下叠层面17的顶点17c比峰侧的上叠层面16的顶点16c向外径方向以偏心量e偏移，使该顶点16c和顶点17c偏心。
此外，衬垫主体15通过形成为大致V字形，在上下叠层面16、17上分别具有内径侧叠层面16a、17a、和外径侧叠层面16b、17b。
内径侧叠层面16a、17a通过倾斜角度δ以相等的角度设置，在本实施方式中，使该倾斜角度δ为48°。倾斜角度δ不论来自螺栓30的紧固力的有无及紧固负荷的强弱都能够保持为一定的角度(48°)。
另一方面，外径侧叠层面16b、17b的锥角度差异地形成，将作为外径侧的上叠层面16的锥角度的峰侧角度θ₁设为42.5°～50°，将作为外径侧的下叠层面17的锥角度的谷侧角度θ₂设为40°～47.5°的范围，设定为峰侧角度θ₁＞谷侧角度θ₂。在本实施方式中，将峰侧角度θ₁设为48°，将谷侧角度θ₂设为39°。
衬垫主体15通过如上述那样形成，在安装到轴封室13中时，能够如图3那样使内径侧的叠层面16a、17a彼此密接、并且在外径侧的叠层面16b、17b彼此之间形成规定的空隙G。该空隙G通过调节峰侧角度θ₁及谷侧角度θ₂、或顶点16c与顶点17c的偏心量e，能够调节为适当的大小。例如，如果一边使峰侧角度θ₁与谷侧角度θ₂的差变大一边使偏心量e变大则空隙G变大，此外在相反的情况下空隙G变小。
此外，衬垫主体15形成为将内径侧的倾斜角度δ在上叠层面16和下叠层面17上保持为一定、使外径侧的峰侧角度θ₁、谷侧角度θ₂在空隙G的范围内形成为可变的非对称构造。此时，通过一边将倾斜角度δ保持为一定、一边将峰侧的上叠层面16的顶点16c与谷侧的下叠层面17的顶点17c偏心配置在该倾斜角度δ上，在轴向和径向的两者上确保空隙G。
进而，通过将衬垫主体15如上述那样设置为偏心形状，外径侧与内径侧相比形成得稍薄，通过该形状，容易在流体压力的作用下扩径。衬垫主体15的下侧的外周侧叠层面17b也可以如后述那样设置为R形状，但在本实施方式中，从确保该部位的刚性、能够强力地向阀主体10的轴封室13侧推压的观点来看，形成为锥形状。此外，通过上述那样的偏心量e的调节，能够调节空隙G的量，并且能够设定考虑了压盖螺栓30的紧固力及流体压力所形成的密封性的衬垫主体15(后述的唇部20)的体积。
在衬垫主体15的内径侧，设有能够与阀轴12的外周面12e侧面接触的内周面19。另一方面，在衬垫主体15的外径侧，形成有能够与轴封室13线接触的唇部20，该唇部20如图7所示，通过实施倒角部20a而设置外侧抵接部20b、内侧抵接部20c，从而使之稍稍具有刚性的同时，可靠地与该外侧抵接部20b、内侧抵接部20c线接触。
在图3中，顶接合器21在谷侧具有下叠层面22，该下叠层面22在内径侧、外径侧形成为与衬垫主体15的下叠层面17同样的角度。顶接合器21的上面侧形成为平坦面状，在该平坦面的上方安装着后述的密封垫圈37。
另一方面，底接合器25在峰侧具有上叠层面26，该上叠层面26在内径侧、外径侧形成为与衬垫主体15的上叠层面16同样的角度。底接合器25的下面侧形成为平坦面状，在该平坦面的下方配设有垫片31。
如果将轴封衬垫14安装到轴封室13中，则在衬垫主体15的紧固载荷和流体压力的作用下，通过内径侧的上下的叠层面16a、17a的倾斜角度δ变换为朝向径向的力，将内径侧的内周面19面接触密封在滑动侧的阀轴12的外周面12e上，并且通过将流体压力导引到空隙G中，将外径侧的唇部20推展，线接触密封在固定侧的轴封室13上。此时，内径侧的倾斜角度δ在上叠层面16、下叠层面17上并不一定需要是相同的角度，它们只要是能够密接在内径侧的角度就可以。
在轴封衬垫14的上部设有密封套部件32，在该密封套部件32上设有螺栓贯通孔32a，可将设在阀身10a侧的与该螺栓贯通孔32a对应的位置上的阴螺纹10f通过作为固定部件的压盖螺栓30紧固地设置。如果将密封套部件32紧固，则能够通过设在该密封套部件32下部的推压部32b从上方推压轴封衬垫14，由此能够进行轴封衬垫14的紧固及加紧。
在压盖螺栓30与密封套部件32之间夹着未图示的盘簧，通过该盘簧对轴封衬垫14施加轴向的力而进行提高封闭性时的辅助。
在阀轴12的上下的轴支撑部位上，作为轴承用而将密封套筒35及阀杆轴承36分别夹在与密封套部件32、阀主体10的阀身10a之间，通过它们支撑阀轴12。密封套筒35及阀杆轴承36考虑滑动阻力及强度，优选地以例如混入了未图示的填充材料的氟树脂为材料而设置。在此情况下，能够使阀轴12的旋转变得平滑，也能够承受反复的旋转操作。
密封垫圈37夹装在密封套部件32与顶接合器21之间，辅助阀轴12的轴支撑，此外，覆盖顶接合器21的上面侧，将来自密封套部件32的轴向的力对顶接合器21的上面均匀地施加，辅助轴封衬垫14的密封作用。
经由该密封垫圈37施加紧固载荷，来安装轴封衬垫14，在图9(a)中，也可以将密封垫圈37例如做成圆锥盘簧形状的垫片，能够将该垫片37配设到轴封衬垫14的上部而设置。此外，在图9(b)中，表示了将密封套部件32紧固、使垫片37变形为平坦状的状态。这样，通过从图9(a)的非压缩状态成为图9(b)的压缩状态，使密封垫圈37产生弹簧力，通过其复原力总是推压轴封衬垫14的外径侧，提高该轴封衬垫14与轴封室13的面压。
此外，密封垫圈也可以如图10(a)、图10(b)所示那样形成为波形，在将该密封垫圈37′安装到轴封衬垫14上时，也可以通过波形形状局部地提高面压，增大摩擦阻力而一体化，由此防止轴封衬垫14与阀轴12的共同旋转。
在此情况下，在如图10(c)那样将密封套部件32紧固时，只要在密封垫圈37′与顶接合器21之间不发生滑动，就能够防止顶接合器21与衬垫主体15、衬垫主体15与底接合器25之间的滑动。这是因为，衬垫体15彼此通过紧固时的力而作用有相互要沿径向打开的力，并且此时的相互的接触面积较大，摩擦阻力变大。此外，密封垫圈37′与密封套部件32两者彼此都是金属部件，所以摩擦阻力变大，能够防止滑动。
进而，虽然没有图示，但在上述以外，也可以例如在密封垫圈的下面侧设置凹凸而增大与轴封衬垫14的摩擦阻力、或者使轴封室13表面的精加工粗糙度的精度变粗糙到与轴封衬垫14的密封性不会降低的程度，使轴封衬垫14外周侧与轴封室13的摩擦阻力变大。
此外，也可以通过设置未图示的金属的接合器、将该金属制接合器与用树脂或橡胶制设置的轴封衬垫组合，来增大摩擦阻力。在此情况下，通过构成金属制(或高刚性的树脂)接合器，能够提高衬垫部分的刚性、或提高轴支承阀轴12时的功能性。
在图11(a)中，在密封垫圈37″的外周上以适当的间隔形成切口部39，在经由该切口部39如图11(b)那样将密封垫圈37″与轴封衬垫14叠合时，在轴封衬垫14的一部分上设置密封垫圈37″不抵接的部分。由此，在紧固时，轴封衬垫14的不抵接的部分成为露出部14a，如图11(c)那样向密封垫圈37″侧露出，通过该露出部14a能够包围密封垫圈37″的外周侧。由此，将密封垫圈37″与轴封衬垫14一体化，防止轴封衬垫14与阀轴12的一起旋转。
另外，在密封套部件32的内周上方，如图1所示，形成缩径部32c，通过该缩径部32c和密封垫圈37、垫片31、以及阀杆轴承36的3点转动自如地支撑阀轴12，由此，抑制阀轴12的振动，进一步提高轴封衬垫14的密封性。缩径部32c也可以设在密封套部件32的内周下方，在此情况下，可以将上方侧的密封垫圈37省略。
以上，在本实施方式中，说明了将轴封衬垫14安装在球阀中的例子，但阀主体只要是将设于阀身内的阀体设置为经由阀轴可旋转或者可升降运动的结构就可以，并不限于球阀，可以同样将轴封衬垫安装在各种阀中。本发明中的阀用轴封构造如上所述，是将轴封衬垫14安装到安装阀轴12的阀的轴封室13中、该轴封衬垫14叠层衬垫主体15、使该内径侧的叠层面16a、17a彼此密接、并且在外径侧的叠层面16b、17b彼此之间形成规定的空隙G的构造。如果通过压盖螺栓30施加紧固载荷，则一边支撑该紧固载荷一边沿着叠层面16a、17a提高内径侧的密封性，还通过紧固能够得到外径侧的初始密封性。进而，另一方面，能够将流体压力导入到空隙G中而进行密封，通过将包括衬垫主体15的轴封衬垫14的内径侧和外径侧设为非对称构造，内径侧与外径侧的密封特性不同，在各部位中能够发挥特有的密封性能。
进而，本实施方式的阀主体10设有制动机构60，其中，在阀轴12侧设置用来指示、限制开闭位置的制动部位，在主体侧安装决定该阀轴12的位置的卡止部位，当使阀轴12旋转时，使制动部位抵接在卡止部位上，能够决定阀的全开、全闭位置。在将阀主体设为这样的构造的情况下，不仅与特许文献1或图18的球阀同样，能够通过压盖螺栓进行衬垫的紧固或加紧，而且如该文献1、图18的阀的情况那样，在开闭操作阀时，在加紧用的螺栓上施加有振摆方向的力，压盖螺栓不会松动。即，本实施方式的阀主体10成为能够不给轴封衬垫14的密封性带来不良影响而手动操作、在维持轴封衬垫14的高密封性的同时能够进行手动操作的构造。此外，该制动机构60组装容易，作业性良好，能够发挥较高的安全性，并且是能够以低成本制造的球阀。以下，详细说明制动机构60。
在图1、图12、图13的制动机构60中，固定部件61是可固定地设在阀身10a上面侧的载置部10g上的制动板，该制动板61在下方位置上可固定在阀身10a上部地弯折形成设置有固定部62，在该固定部62上形成有能够卡合在阀身10a的凸部10h的外周侧的大致圆弧状的底面圆弧部63。这样，制动板61形成为图1所示那样的截面大致J字状，在固定部62的上方位置形成有卡止板部64。该卡止板部64可卡止地设在密封套部件32的上面则。
在卡止板部64的大致中央附近形成有开口部65，在该开口部65中，如图13所示，朝向中心设有两处卡合部66、66，将该卡合部66、66以180°的角度设置。卡合部66的突设的角度γ₁形成为，使其从中心O成45°。
此外，在作为卡止板部64的端部的扇状部64a上形成有孔部67、67，将该两个孔部67、67的角度形成为阀主体10的球阀体11的旋转角度即90°的角度，设计为，使得后述的键锁止板80的孔部54在阀闭、阀开时能够连通。
制动板61在由凸部10h定位的状态下载置在阀身10a的载置部10g上，通过如图2所示那样用两条固定部件(制动螺栓)68、68固定在形成于该载置部10g上的驱动器安装用的螺栓孔10i上，固定在阀身10a的轴安装部10d附近，将阀轴12配设在开口部65内的中央位置。
由此，能够不对阀身10a的轴安装部10d实施加工而将作为球阀体11的开闭定位部分的制动板61简单且可靠地在定位的状态下安装，通过与轴安装部分另外设置，防止对轴封衬垫14产生不良影响。
旋转部件69将键锁止部件(键锁止板)80、和设在该键锁止板80的一面上的板状的可动卡止部件(制动部)70的两者固接在阀轴12上，通过板状形成。由此，在使阀轴12旋转时，一次进行阀的开闭停止动作和用来能够进行键锁止的动作。
键锁止板80如图2、图13所示，具有环状部81、和从该环状部81延伸设置的突设片82。
环状部81形成得比开口部85大径，如图1所示，在安装于制动板61上时能够将开口部65堵塞。在环状部81的大致中央位置上，形成有能够嵌合到平行二面部12c上的嵌合孔83，此外，在突设片82的前端侧形成有孔部84。该孔部84通过与制动板61的孔部67大致相同的孔径形成。
键锁止板80在使突设片82面接触在制动板61的一面上的状态下可滑动地安装，具有在使该键锁止板80(阀轴12)相对于制动板61旋转时与孔部84和制动板61的上述开闭位置用的孔部37对齐、图13(a)所示那样的挂锁等的上锁工具85的上锁用的上锁孔86。通过用上锁工具85将该上锁孔86上锁，能够维持阀闭或阀开状态。
另一方面，制动部70设有能够嵌合在阀轴12的平行二面部12c上的孔部71，此外，通过设置放射状的卡止部72、将该卡止部72如图13所示那样以180°的角度突设形成在两处，该卡止部72在两处抵接在制动板61的卡合部66上，在开口部65内限制了旋转的状态下可旋转地设置。
卡止部72突设的角度γ₂如图13所示，从中心O成45°，在使制动部70旋转时，通过该卡止部72与卡合部66的抵接，旋转角度γ₃相对于制动板61如图所示成0～90°。由此，阀轴12能够以0～90°的旋转角度旋转。
旋转部件69一边使嵌合孔83和孔部71嵌合在阀轴12的平行二面部12c上，一边载置在阀轴12上端部的密封套部件32上而固接，能够与阀轴12共同旋转(一起旋转)地设置(另外，此情况下的“一起旋转”，是关于阀轴12和制动部70的)。由此，使旋转部件69的卡止部72位于开口部65内，并且将卡合部66与卡止部72在该开口部65内可卡止地设置。在安装后，与制动部70同样，相对于阀轴12不能旋转，在此状态下，通过将固接部件(C型固定环)24嵌入到形成于阀轴12上的环状槽部12f中，在进行了制动部70与键锁止板80的上下方向的定位的状态下防止它们的松脱。
这样，作为可动侧的旋转部件69相对于作为固定侧的制动板61能够转动，并且在周面接触的状态下安装，卡止部72被制动板61内包，防止向外部的露出。此外，通过将旋转部件69内包在制动板61内，能够使由制动板61及制动部70构成的制动机构60的高度包括在制动板61的薄厚以内，由此，使制动机构60整体小型化。
此外，通过将旋转部件一体化，能够做成简单的结构，减少部件件数而组装变得容易，并且削减了制作所花费的成本。进而，由板材构成旋转部件及键锁止板50，通过用压力加工成形而更低成本地设置。该旋转部件除了如本实施方式那样由键锁止板和制动部分体地设置以外，也可以做成在键锁止板的一面上一体地形成有卡止部的板(未图示)，也可以将该板固接在阀轴12上，设置卡止部以使其能够卡止到制动板61的开口部中。
操作部件(杠杆手柄)88如图1、图2所示，安装在阀轴12的上部侧，能够通过手动操作该杠杆手柄88开闭球阀体11而设置。杠杆手柄58是通常使用的类型，只要是形成有能够相对于阀轴12的平行二面部12c嵌合的安装孔89的结构就可以，对整体的形状没有限制。
手柄锁止部件(手柄锁止板)90如图1、图2所示，形成为板状，在中央部设有具有六角螺栓等的固定螺栓95的螺纹部96能够插入的口径的孔部91，在将固定螺栓95放松时，可相对于该固定螺栓95旋转而设置。
接着，对于如上述那样构成的球阀，说明其组装顺序。
在图1、图2中，将球阀体11、座环38内装到阀身10a内，将安装有阀杆轴承36的阀轴12从开口部10b侧安装到轴安装部11d内，将未图示的紧固螺栓、螺母紧固，将阀身10a与阀身帽10e一体化。
接着，一边用密封垫圈37、垫片31上下夹持一边将轴封衬垫14安装到阀轴12上，再从其上方将安装有密封套筒35的密封套部件32安装，如图12所示，通过用压盖螺栓30紧固，一边用轴封衬垫14密封，一边将密封套部件32固定。
接着，如图2所示，通过制动螺栓68将制动板61固定在阀身10a上。此时，通过将底面圆弧部63对齐于环状的凸部10h而安装，将制动板61在可靠地定位的状态下固接。制动板61利用驱动器安装用的螺栓孔10i固定。
以上，制动板61在通过凸部10h相对于阀身10a的轴安装部10d调心的状态下用制动螺栓68固定。
接着，将制动部70安装在阀轴12上。制动部70在使孔部71嵌合在阀轴12的平行二面部12c上的状态下安装，由此，制动部70成为定位在阀轴12上的状态，在使该阀轴12旋转时能够与该阀轴12一起旋转。制动部70被固定在平行二面部12c的底面侧的位置上。
进而，将键锁止板80安装在制动部70之上。键锁止板80由于与制动部70同样形成有嵌合孔83，所以通过使平行二面部12c嵌合到该嵌合孔83中而不可旋转地安装在阀轴12上，能够与阀轴12一起旋转。通过安装键锁止板80，制动部70成为内包在该键锁止板80和制动板61之中的状态。接着，从其上方将C型固定环24安装到阀轴12的环状槽部12f中。通过该C型固定环24能够可靠地抑制制动部70及键锁止板80的脱落。
接着，将杠杆手柄88安装到阀轴12的上部侧，以使安装孔89匹配于平行二面部12c的朝向，从其上方将手柄锁止板90安装到杠杆手柄88的安装部88a上。以上，将阀主体10一体化。
接着，说明开闭操作该阀主体10的情况。在图13中，图13(a)表示阀的全开状态，图13(b)表示阀的全闭状态。作为阀开闭时的动作的例子，说明从阀的全开状态操作为全闭状态的情况。
如果将杠杆手柄88手动旋转，使球阀体11从全开旋转到全闭的状态，则通过安装孔89与平行二面部12c的嵌合，阀轴12也旋转。此时，嵌合在平行二面部12c上的制动部70和键锁止板80也与阀轴12的旋转一起旋转，该制动部70和键锁止板80在制动板81的开口部85内旋转。
如图13(b)所示，如果卡止部72抵接在卡合部66上，则制动部70不能进一步旋转，阀轴12的旋转停止。这样，形成卡止部72与卡合部66的位置，以使从图13(a)的状态旋转到图13(b)时的旋转角度成为90°，所以当制动部70抵接时可靠地成为阀开或阀闭状态。
并且，由于使卡止部72与卡合部66在两处抵接而卡止，所以能够使阀轴12可靠地停止，进而，由于使卡止部72相对于以180°的角度设置的卡合部66卡止，所以能够以阀轴12的旋转轴为中心，在点对称的位置上使它们卡止，由此防止在卡止时对旋转轴施加偏载荷，使强度变强。
该阀的旋转操作时的作用在从图13(b)的状态旋转到图13(a)的状态的情况下也完全是同样的，由于这样使卡止部72与卡合部66卡止来进行阀开和阀闭，所以使用者在将杠杆手柄88旋转时，只要旋转到该杠杆手柄88停止的位置，就能够无意识地将阀操作到开闭状态，并且能够在正确的阀闭、阀开状态下停止。
此时，键锁止板80也以与制动部70相同的旋转角度旋转，所以能够将设在该键锁止板80的突设片82上的孔部84重叠在制动板61的阀闭或阀开的任一个孔部67上，通过如图13所示那样将上锁工具85穿通到由孔部84和孔部67构成的上锁孔86中而锁止，能够维持阀闭或阀开状态，能够防止球阀体11的误动作。
这样，阀主体10将卡合部66设在固接于阀身10a的轴安装部10d的附近的制动板61的开口部65内，在使固接的旋转部件69的卡止部72位于开口部65内的状态下卡止在卡合部66上，以使其与阀轴12一起旋转，制动板61和旋转部件69是通过与密封套部件32及压盖螺栓30不同的组装构造独自安装到阀身10a上的构造，所以在使杠杆手柄88旋转而制动部70(球阀体11)旋转时，制动部70不会抵接在密封套部件32及压盖螺栓30等的有关密封性的部件上。由此，在阀轴12旋转到开或闭状态而起阻挡功能时，力不会作用在密封套部件32及压盖螺栓30上，不会给由密封套部件32紧固的轴封衬垫14的密封性带来不良影响，能够可靠地维持高密封性。
此外，不需要在阀身10a的上面侧突设旋转停止用的销等，能够将旋转部件69收纳到制动板61的内侧，所以能够将从阀身10a到阀轴12上面的高度高度维持得较低。此外，不需要在阀身侧新切削加工用来螺纹安装旋转停止用的旋入销的阴螺纹，也不会成本升高。由此，对于手动操作和自动操作的哪种都能够应对，能够制作基于国际规格及其他规格的产品。
此外，在组装阀主体10时，通过直接利用形成在阀身10a上的驱动器安装用的螺栓孔10i将制动板61固定，不需要实施多余的加工，在降低制造成本的同时能够简单地组装，能够提高组装时的作业性。
此外，在组装后，制动部70成为收纳在开口部65内的状态，通过从其上方安装键锁止板80，制动部70的可动部分不会露出到外部，并且键锁止板80的突设片82不会从卡止板64露出到外方，所以能够防止在手动操作中夹手等而确保高安全性，此时，制动部70和制动板61通过面接触而能够移动，所以在它们之间也不会产生间隙，能够更可靠地防止手等的夹入。
此外，通过沿阀轴12的轴心方向设置制动板61的卡止部72所抵接的抵接面61a，形成该抵接面61a的卡合部36沿与流路正交方向形成，所以不需要多余地扩大制动板61的宽度，能够可靠地避免该制动板61与压盖螺栓30的干涉。
接着，说明本发明的轴封衬垫与阀用轴封构造的上述实施方式的作用。
在图3中，在阀主体10使用前的轴封衬垫14的初始推压时，该轴封衬垫14在内径侧(与阀轴12的接触侧)，如图8所示，是相同的倾斜角度δ，由此，叠层面16a与叠层面17a相互通过面接触密接，倾斜角度δ被保持为一定的角度(48°)。
如果从该状态拧紧压盖螺栓30，则如图3、图6所示，作用有载荷F，上侧的衬垫主体15被推压在下侧的衬垫主体15上。在图中，如果设左侧为内径侧(阀轴12侧)、设右侧为外径侧(轴封室13侧)，则上侧的衬垫主体15要沿着下侧的衬垫主体15的峰侧的斜面左右打开。
通过内径侧叠层面16a与17a的倾斜角度δ所形成的密接、和形成在外径侧叠层面16b与17b之间的空隙G，上侧的衬垫主体15沿着倾斜角度δ向内径侧滑动，轴向的紧固载荷通过叠层面16a和17a的倾斜角度δ被变换为朝向内径方向的力。即，将轴向的推力载荷变换为径向的径向载荷，通过该力将内周面19与外周面12e密封。
此时，在内径侧，上侧的衬垫主体15的内径侧叠层面17a以整面接触(面接触)在下侧的衬垫主体15的内径侧叠层面16a上，所以上侧的衬垫主体15向内径侧滑动而平行移动，该衬垫主体15的内周面19相对于阀轴12面接触密封。另外，面接触密封在通过流体压力(内压)而作用有从下方将衬垫推起的力的自密封性密封的情况下也发挥作用。
另一方面，在外径侧(轴封室13侧)，衬垫主体15的谷侧角度θ₂被保持为39°、峰侧角度θ₁被保持为45°，在衬垫主体15的上下间，以后述的唇部20的内侧抵接点20c为起点，通过该6°的角度差形成空隙G。在密封套部件32的紧固力及流体压力施加在轴封衬垫14上时，在衬垫主体15上通过确保该空隙G，能够沿着倾斜角度δ平滑地向外径侧滑动。
此时，如图6所示，上侧的衬垫主体15的外径侧叠层面17b侧的唇部20部分地接触在下侧的衬垫主体15的外径侧叠层面16b上，所以力集中地施加在该唇部20上，唇部20附近要沿着外径侧叠层面16b的峰侧角度θ₁向外径侧部分地扩展。通过该力，唇部20通过线接触被推压在轴封室13上而能够密封。
这样，在衬垫主体15的内径侧，密封力作用在抵接于阀轴12上的内周面19上，在外径侧，密封力作用在接触于轴封室13上的唇部20的外侧抵接部20b上，该上侧的衬垫主体15相对于下侧的衬垫主体15，内径侧叠层面17a与唇部20的内侧抵接部20c抵接而作用有密封力。此外，空隙G通过内径侧叠层面16a、17a的重叠而要向左下方向移动，所以朝向图6(a)中的方向C而变窄。此时，只要该空隙G没有破坏，就能够得到反复的紧固(加紧)带来的密封效果，但内径侧如上所述，由于内径侧以面接触的密度较高的构造接触，所以空隙G不会容易地完全破坏。
另外，在衬垫主体15的内径侧，作为径向的径向载荷的反作用力，还作用有图3的虚线所示那样的、向空隙G侧的反作用力。但是，衬垫主体15的内径侧由于叠层面16a与17a相互面接触，所以向空隙G侧的移动被抑制，能够维持通过相对于阀轴12的面接触进行的密封。这样，在初始推压时能够确保高密封性。
接着，说明如图5那样流体压力(内压)施加在阀主体10内的情况。在初始的紧固状态下，在图6(b)中，在各衬垫主体15(15a₁、15a₂、15a₃)的内周面19(19a₁、19a₂、19a₃)、外侧抵接部20b(20b₁、20b₂、20b₃)、内径侧的叠层面17a(17a₁、17a₂、17a₃)、内侧抵接部20c(20c₁、20c₂、20c₃)的各自上作用有密封力。此外，与此同时，在顶接合器21的内周面21a、外侧抵接部22b、内径侧叠层面22a、内侧抵接部22c的各自上作用有密封力。
在图7中，如果流体流到阀主体10内，轴封衬垫14受到流体压力，则在轴封衬垫14上作用有将底接合器25从下方推起的轴向的力，通过内周面19a₁、外周抵接部20b₁、内径侧叠层面17a₁、内侧抵接部20c₁的密封效果，将底接合器25整体地提起。如果在底接合器25上作用有朝上的力，则该力通过叠层面16b和叠层面17b所形成的锥面的作用被变换为朝向径向(内径侧)的载荷，内周面19推压外周面12e，能够将它们面压密封。
另一方面，在外径侧(轴封室13侧)，在施加流体压力之前，轴封衬垫14的谷侧角度θ₂为39°，峰侧角度θ₁为45°，通过6°的角度差来确保空隙G。
如果从下方侧施加流体压力所形成的力，则该力成为将底接合器25从下方推起的力，该力经由与外径侧叠层面16b线接触的唇部20被变换为朝向径向(外径侧)的载荷，在通过该唇部20和轴封室13发挥强密封力的同时能够线接触密封，能够使流体压力带来的自密封性发挥作用。同时，由于在轴封衬垫14间确保了空隙G，所以流体压力进入到该空隙G中，压力施加在作为外径侧的下叠层面的叠层面17b的整体上，作用有将叠层面17b向外径侧推展的力，通过将唇部20更强地推压在轴封室13侧，能够进一步提高自密封性。这样，在衬垫主体15的外径侧确保的空间G能够使衬垫主体15整体容易向内径侧移动，对于维持内径侧的密封性是重要的，并且对于维持轴封衬垫14的外径侧的密封性也是重要的。
在上述轴封时，衬垫主体15a₁要向左移动，内周面19a₁的面压提高，进而，使唇部20a₁跳起，图6(a)的状态的密封效果进一步增大，能够得到内周面19a₁、外周抵接面20b₁、内径侧叠层面17a₁、内侧抵接部20c₁带来的高密封力。该密封效果在衬垫主体15a₂、15a₃及顶接合器21上也同样发挥作用，发挥良好的密封功能。
假设在轴封衬垫14中发生应力缓和、衬垫主体15a₁的内径侧叠层面17a₁、内侧抵接部20c₁的密封力变弱，则如图6(b)所示，压力侵入到空隙G₁中，由此，向衬垫主体15a₁的V字形状的打开方向作用有力，能够得到提高外侧抵接部20b₁的密封性的自封力。
此外，在内径侧，由于压力侵入到内径侧叠层面17a₁侧，所以衬垫主体15a₁要打开而提高内周面19a₁的面压，但由于在衬垫主体15a₁上同时作用有朝上的力，所以通过内径侧叠层面17a₂的倾斜，衬垫主体15a₁在图中要向右侧移动，内周面19a₁的密封力变弱，通过内周面19a₂、内径侧叠层面17a₂、外侧抵接部20b₁确保密封性。
另一方面，内周面19a₁、19a₂、19a₃通过阀轴12的旋转而磨损，密封力逐渐变弱，但由于轴封衬垫14通过图6中(a)的密封效果，整体上，上侧的衬垫主体向内径移动的(要提高内径的面压的)力更大地作用，所以即使在该内周面19a₁、19a₂、19a₃同时磨损的情况下，密封性也从下侧的衬垫主体开始依次变弱。因此，各个衬垫主体能够维持各自的密封性而阶段性地在衬垫主体间产生泄漏，能够防止一同发生外部泄漏。
衬垫主体15在初始压力作用下，内径侧通过面接触密封，与阀轴12的间隙几乎没有，所以变形少，衬垫的体积变化的余地小，所以能够抑制应力缓和。
另外，衬垫的体积变化有达到空隙G的情况，但衬垫主体15的内径侧如上所述，通过面接触维持与阀轴12的密封，另一方面，衬垫主体15的外径侧预先将空隙G的容积设定为超过衬垫的蠕变现象及热膨胀带来的体积变化的容积，通过总是确保空隙G，能够使流体压力带来的自密封性发挥作用，还通过线接触维持与自封室13的密封性。
接着，对于例如在轴封衬垫14上发生应力缓和或磨损而密封性变差时等、进行加紧的情况进行说明。
在图4中，如果将密封套部件32加紧，则在轴封衬垫14的内径侧，叠层面16a与叠层面17a再次较强地密接，此时，由于倾斜角度δ被以48°保持为一定，所以推力载荷被变换为径向载荷。轴封衬垫14在加紧带来的强推压力的作用下要滑动以使内周面19的下端部向阀轴外周面12e侧突出，但该推压力3由于施加在叠层面16a、17a上而整体上要向内径侧滑动，所以成为内周面19以面接触推压在外周面12e上的力。这样，即使进行加紧，由于内径侧叠层面16a、17a密接，所以也不易蠕变，高度方向的尺寸变化较少，所以能够抑制应力缓和及弹力减弱，并且将空隙G确保为一定以上。因此，如果将密封套部件32加紧，则在轴封衬垫14与阀轴12之间再次施加有密封面压，密封性恢复。
此时，该力从一个衬垫主体15向另一个衬垫主体15作为反作用力发挥作用。如果将该力F分解为X方向和Y方向的成分，则被分解为分力Fx和分力Fy。当紧固力施加时，在径向上通过Fx的成分作用反作用力，通过该力能够使密封面压发挥作用。
衬垫主体15的倾斜角度δ由于朝向内径侧倾斜，所以在施加了推压力时，衬垫主体15向内径侧缩径而变形，由此在与阀轴12之间产生面压，能够通过高密封性进行轴封。
另一方面，在衬垫主体15的外径侧，唇部20一边与初始推压时同样被向外径方向推展，一边通过与图3的情况同样的作用进行轴封衬垫14与轴封室13的线接触密封。由此，与图3同样，密封力恢复。在加紧时，通过轴封衬垫14整体向内径侧移动而空隙G减少，但该空隙G不会完全消失，能够确保规定的空间。
以上，在轴封衬垫14上施加了初始及加紧的紧固力及流体压力时，阀轴外周面12e能够通过轴封衬垫14的内径侧进行面接触密封，将轴向的推压力通过倾斜角度δ变换为径向，并且通过要向内径侧移动的力提高密封力。通过该面接触所形成的密封，使滑动部位的密封部位的强度变强，对于磨损也能够承受，在确保阀轴12的密封性的同时，能够使该阀轴12自由地转动。
另一方面，轴封室13能够通过轴封衬垫14的外径侧进行线接触密封，能够使面压集中而提高密封性。这样，由于外径侧是将固定部位密封的，所以不会担心磨损，不需要高强度，所以能够设为与面接触密封相比能够发挥更高的密封力的线接触密封。通过衬垫主体15的顶点16c与顶点17c偏心，在衬垫的上下间确保空隙G，通过该空隙G进一步提高密封力。
此外，即使轴封衬垫14因高温、低温流体及其周围的温度变化而热膨胀、收缩，如图9所示，也能够通过圆锥盘簧形状的垫片37提高轴封衬垫14的外径侧与轴封室13的面压，特别是，即使在低温时，也能够使轴封衬垫14的外径侧的面压(摩擦力)比内径侧高，由此，能够防止轴封衬垫14通过阀轴12一起旋转。由此，能够在确保轴封衬垫14与阀轴12的动态密封性的同时，维持该轴封衬垫14与轴封室13的静态密封性。并且，在图9(b)的状态下，在内周侧也施加有需要的面压，所以也能够确保衬垫主体15的内周侧的密封性。
在此情况下，如图10所示，通过将密封垫圈形成为波形、或在密封垫圈的下面侧设置凹凸、使轴封室13的表面的精加工粗糙度的精度变粗糙等，增大密封垫圈与轴封衬垫14的摩擦阻力，即使将它们一体化，也能够如上述那样防止轴封衬垫14与阀轴12的一起旋转，由此，与上述情况同样，能够发挥良好的轴封性能。
进而，如图11所示，在密封垫圈37″的外周上以适当的间隔形成有切口部39的情况下，如上所述，通过露出部14a将密封垫圈37″与轴封衬垫14一体化，能够防止轴封衬垫14与阀轴12的一起旋转，提高轴封性能。
图1那样的悬浮型的球阀是球阀体11被流体向下游侧推压、通过与座环38密接而将流路关闭的构造。因而，转动操作球阀体11的阀轴12随着球阀体11的移动而在稍稍偏心的状态下转动。
轴封衬垫14的内径侧如上所述，是与转动的阀轴12滑动接触的部位，所以本来容易因阀轴12的偏心而发生偏磨损或变形。根据本发明，通过轴封衬垫14的内径侧支撑压盖螺栓30的紧固载荷，并且利用该载荷，使要使衬垫整体沿着具有保持为一定的倾斜角度δ的叠层面16a、17a向内径侧移动的力作用，能够向阀轴12的外周方向较强地推压，在整个面上产生约束力。因此，能够矫正阀轴12的偏心，能够防止轴封衬垫14的偏磨损及变形。
进而，阀轴12通过由阀杆轴承36支撑下方侧、由密封套筒35及密封垫圈37支撑上方侧，能够防止通过未图示的手柄操作对阀主体10施加偏心力、或球阀体11在流体的压力作用下向流路的方向移动的力等带来的阀轴12的偏心，提高了轴封构造的耐久性。
另一方面，轴封衬垫14的外径侧是将与阀身10a的固定部位密封的部位，所以不易发生偏磨损等。通过使得能够在该部分中确保衬垫主体15间的空隙G，能够长期地确保自密封性。
另外，在上述中，将轴封衬垫14的内外周作为发挥密封功能的部位主要进行了说明，但当然顶接合器21的下方内外周和底接合器25的上方内外周也同样作为密封部位发挥功能。
此外，在上述实施方式中，设定为使锥面的倾斜方向为球阀体11侧的、朝下锥面，但在阀主体10内部中流过的流体是负压的情况下，也可以设定为朝上锥面。
衬垫主体15如上述那样使顶点16c和顶点17c偏心，形成为使峰侧角度θ₁与谷侧角度θ₂不同，进而形成为峰侧角度θ₁＞谷侧角度θ₂的关系的特殊的V型形状，所以能够具有匹配于内径侧及外径侧的各自的特性的密封特性，进而，通过利用流体压力的自密封性，能够以较小的紧固力进行密封。
该衬垫主体15通过做成树脂制，不会如橡胶那样较大地变形，能够确保空间G而发挥优良的密封特性。轴封衬垫14也可以由各种树脂形成，但通过由PTFE等的氟树脂形成，能够进一步提高其性能。
进而，轴封衬垫14例如相对于一般的V形衬垫的15N/mm²的紧固面压，能够抑制为10～20％左右的密封面压。通过能够减少该紧固面压，即使在因时间经过或温度变化而发生应力缓和、密封面压降低时，也能够容易地恢复密封性，能够维持高密封性。
此外，轴封衬垫14由于设计为倾斜角度δ而使内径侧密接，所以能够防止加紧时的紧固力带来的唇部20的变形、和对于内径侧的阀轴12的旋转驱动的变形，能够提高耐久性。
轴封衬垫14的下叠层面17的外径侧叠层面17b通过形成为锥状，成形变得容易，能够将该叠层面17b的谷侧角度θ₂及内径侧叠层面17a的峰侧角度θ₁、和偏心量e的关系直接应用到其他轴封衬垫中，即使在衬垫主体15的直径或大小因阀主体10的大小而不同的情况下，也能够容易地制作轴封衬垫14。
在图14中，表示本发明的轴封衬垫的另一实施方式。该轴封衬垫44是使衬垫主体45的上叠层面46与下叠层面47的偏心量为e、将下叠层面47的外径侧叠层面47a形成为R形状的结构。在此情况下，在刚性这一点上虽然稍稍差于锥形状，但能够更多地确保空隙G′，能够提高外径侧的密封性。
在图15中，表示本发明的轴封衬垫的再另一实施方式。该轴封衬垫48没有设置衬垫主体49的上叠层面50与下叠层面51的偏心量，将下叠层面51的外径侧叠层面51a形成为R形状。在此情况下，与设置了偏心量的情况相比能够使外径侧的壁厚变厚，能够补足壁厚变薄的外径侧的强度。这样，也可以不使峰侧的顶点与谷侧的顶点偏心而形成轴封衬垫。在此情况下，也能够与上述同样更多地确保空隙G″、能够提高外周侧的密封性。
以上，在本发明的轴封衬垫中，由于使谷侧的顶点17c相对于衬垫主体15的峰侧的顶点16c向外径方向偏心，所以在衬垫主体15的叠层面彼此之间，除了在外径侧形成与以往技术同样的间隙g₁以外，在内径侧也在谷的顶点17c附近形成间隙g₂(参照图3)。该形成在内径侧的间隙g₂不是有助于轴封衬垫的自密封性的，而作为防止衬垫主体15沿着锥状的内径侧叠层面向内径侧滑动的部位发挥功能。
并且，在轴封衬垫14的推压时，通过倾斜密接在内径侧的上下叠层面，衬垫主体15的内径侧整体向内径侧滑动，所以衬垫主体15的内周面19的整体相对于阀轴12被垂直地推压而成为面接触，能够维持密封面容易磨损的内周面的密封性。
此外，在衬垫主体15的外周面上，通过存在空隙g₁，在轴封衬垫14的推压时，能够将唇部20推压在上叠层面上，将该部位相对于轴封室13推压而成为线接触，能够维持外周面的密封性。并且，在本发明的轴封衬垫中，由于使内径侧的叠层面彼此密接，所以总是确保外径侧的空隙g₁，能够使流体压力带来的自密封性也发挥作用。
因而，在本发明的轴封衬垫中，对于将轴封室13等的静态部密封的外径方向确保与以往同等的密封性，另一方面，对于将容易损害密封性的旋转、升降运动部位、即动态部密封的内径方向，能够得到提高了指向性的密封性。
作为利用本发明的轴封衬垫的情况，说明了例如应用到球阀中的例子，但也可以是球阀以外，例如，在蝶形阀等的其他旋转阀、或者闸阀等的升降动作的阀中也能够使用。进而，在阀用轴封构造以外的轴封构造中也能够使用，能够应用到各种轴安装部分中。
实施例1
为了设定本发明的轴封衬垫的峰侧角度θ₁、及谷侧角度θ₂，进行了使用不同的锥角度的衬垫主体的密封面压的试验。
供试品的阀是10K不锈钢制悬浮型球阀，使用50A的尺寸。此外，轴封衬垫是叠层了5个环的结构，为PTFE制(内径φ22mm×外径φ30mm×高度13.5mm)，做成了截面V型的对称形状。
如果设衬垫主体的环宽度为W、连结上叠层面16与下叠层面17的垂直面部的高度(密封高度)为t，则具有t＝0.45W的关系，测量螺栓、螺母的能够封闭空气压力0.6MPa的压力的最低紧固转矩，测量密封面压。
各供试品当设峰侧的角度(峰侧角度θ₁×2)为θ₁′、谷侧的角度(谷侧角度θ₂×2)为θ₂′时具有θ₁′＞θ₂′的关系，在该锥角度θ₁′/θ₂′中，供试品1设定为75°/70°，供试品2设定为85°/80°，供试品3设定为95°/90°，供试品4设定为100°/95°，供试品5设定为105°/100°。
测量各供试品的密封面压，结果，供试品1、供试品5的密封面压是6MPa，相对于此，供试品2、供试品3、供试品4的密封面压在2～4MPa的范围内能够将空气压密封。
由此，在其中比较时，密封面压低的供试品2、供试品3、供试品4的角度θ₁′/θ₂′的角度范围为适合的角度范围。
接着，将角度θ₁′/θ₂′固定为供试品4的100°/95°，将环宽度W、密封高度t的关系设定为t＝0.3W、t＝0.55W，进行与上述试验同样的试验。
试验的结果，在t＝0.3W、t＝0.55W的哪种情况下，密封面压都为10MPa、14MPa，是与上述相比上升的结果。由此，其中的t＝0.45W为合适的关系。
如果将上述适合角度范围应用到本发明的轴封衬垫中，使峰侧角度θ₁(角度θ₁′/2)为42.5～50°、使谷侧角度θ₂(角度θ₂′/2)为40～47.5°的范围内，设定为峰侧角度θ₁＞谷侧角度θ₂，以较小的密封面压可密封地设置，则得到优选的结论。
实施例2
接着，对本发明的轴封衬垫实施应力缓和试验。
作为试验用阀，使公称压力10K、球阀的尺寸为50A，球阀主体的材质为SCS13A。
轴封衬垫的尺寸为，使内径×外径×一体组合时的整体高度为φ22(mm)×φ32(mm)×11.5(mm)。衬垫主体在图3中使峰侧角度θ₁为48°，使谷侧角度θ₂为39°，在将该衬垫主体重叠了两个的状态下，将与其对应的顶接合器与底接合器上下地安装。
另一方面，作为比较例，如图16所示，设衬垫主体101的峰侧锥角度α′＝(95/2)＝47.5°，设谷侧锥角度β′＝(90/2)＝45°，将该衬垫体101与本发明同样重叠两个的状态下(未图示)，将与其对应的上接合器102与下接合器103上下地安装，构成V形衬垫100。作为它们的材质，都为PTFE，其体积也大致相同。
接着说明试验方法。
(1)首先，将试验用阀加热到40℃，在该状态下保温24小时。此时，将包括各衬垫部件的其他结构部件同样地加热。
(2)在该40℃环境下，实施轴封衬垫(V形衬垫)组装。此时的组装基准为压盖螺栓(公称直径M10)的紧固转矩7N·m。接着，以0.6MPa加载流体压力(空气压力)，确认此时的密封性。
(3)接着，将试验用阀冷却到-5℃，在该状态下保温24小时。接着，在24小时后，确认压盖螺栓的紧固转矩、和空气压力0.6MPa加载时的密封性。
(4)接着，将试验用阀加热到40℃，在该状态下保温24小时，在24小时后确认压盖螺栓紧固转矩、和空气压0.6MPa加载时的密封性。此时，在40℃环境下，在压盖螺栓紧固转矩低于组装基准值(7N·m)的情况下，进行加紧直到基准值。
(5)然后，重复(3)和(4)的工序，与上述同样，确认压盖螺栓紧固转矩、和空气压0.6MPa加载时的密封性。
将通过以上的试验得到的试验结果在表1中示出。此外，图17中表示将表1图表化的图。
[表1]

※I：螺栓紧固转矩(N·m)，II：0.6MPa密封性
根据表1、图17的结果，通过向-5℃的冷却，衬垫进行收缩，所以在24小时(24h)后，本发明、比较例都是压盖螺栓的紧固转矩降低。这认为是衬垫的材料自身(氟树脂)的应力缓和特性影响的比例较大。但是，根据本发明的轴封衬垫，可以确认，即使在压盖螺栓紧固转矩降低的状态下也维持自密封性，在空气压0.6MPa加载时的状态下能够密封。
接着，通过向40℃的升温，衬垫进行膨胀，所以在48小时后，压盖螺栓的紧固转矩向恢复转变。此时，本发明与比较例相比，为紧固力的恢复率较好的结果。
进而，在该40℃的状态下进行压盖螺栓的加紧后，再次冷却到-5℃的72小时后，通过衬垫的收缩，再次确认压盖螺栓的紧固转矩的降低。但是，其降低量与最初的冷却时(24小时后)相比被抑制了，由此，能够确认本发明的衬垫的应力缓和的抑制效果。
该抑制效果在进行了进一步的向40℃的升温和向-5℃的冷却的120小时后也同样再现，并且，压盖螺栓的紧固转矩的降低量与72小时后相比被抑制了。
因而，根据上述试验结果可以确认，本发明由于衬垫内径侧通过面接触接触，变形较少，衬垫的体积变化的余地较小，所以应力缓和被降低，由此，能够实现推压带来的密封面压的提高，并且能够发挥流体压力所形成的自密封性，确保良好的密封性。