(57)【要約】【課題】高圧からの急減圧によるメインシール１０の発泡割れを有効に防止すると共に、メインシール１０とサブシール２０間への蓄圧によるサブシール２０の負荷を低減して寿命の向上を図る。【解決手段】互いに対向する二部材１１０，１２０間に介在されて密封空間Ｈからの高圧ガスを密封対象するメインシール１０と、このメインシール１０より密封空間Ｈ側に位置して前記二部材１１０，１２０間に介在され密封空間Ｈと反対側を向いたシールリップ２２を有するサブシール２０とからなる密封装置であって、シールリップ２２における前記二部材１１０，１２０のうち一方又は他方の部材との対向面に、シールリップ２２の先端側を薄肉とする段差部２２１が形成され、この段差部２２１とそれより薄肉側の先端部が前記一方又は他方の部材１１０と当接可能であり、前記段差部２２１の厚肉側が、複数の溝によって円周方向へ断続している。【選択図】図１
2010112507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する二部材間に介在されて密封空間からの高圧ガスを密封対象するメインシールと、このメインシールより密封空間側に位置して前記二部材間に介在され前記密封空間と反対側を向いたシールリップを有するサブシールとからなる密封装置であって、前記シールリップにおける前記二部材のうち一方又は他方の部材との対向面に、前記シールリップの先端側を薄肉とする段差部が形成され、この段差部及びそれより薄肉側の先端部が前記一方又は他方の部材と当接可能であり、前記段差部の厚肉側が、複数の溝によって円周方向へ断続することを特徴とする密封装置。
【請求項２】
互いに対向する二部材間に介在されて密封空間からの高圧ガスを密封対象するメインシールと、このメインシールより密封空間側に位置して前記二部材間に介在され前記密封空間と反対側を向いたシールリップを有するサブシールとからなる密封装置であって、前記シールリップにおける前記二部材のうち一方又は他方の部材との対向面に、少なくとも前記他方の部材との接触幅より幅が広く、かつ前記シールリップより硬い材質のシートが一体的に設けられたことを特徴とする密封装置。
【請求項３】
互いに対向する二部材間に介在されて密封空間からの高圧ガスを密封対象するメインシールと、このメインシールより密封空間側に位置して前記二部材間に介在され前記密封空間と反対側を向いたシールリップを有するサブシールとからなる密封装置であって、前記シールリップにおける前記二部材のうち一方又は他方の部材との対向面が、少なくとも前記他方の部材との接触幅より広い範囲で梨地状をなすことを特徴とする密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二部材間に介在される密封装置において、とくに、例えばヘリウム、窒素、二酸化炭素、水素等、透過性の高いガスを密封対象とし、高圧かつ圧力変動が大きい環境下で使用されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力変動が小さい高圧ガスをシールするための密封装置としては、ゴム又はゴム状弾性を有する合成樹脂（以下、ゴム状弾性材料という）からなるＯリング等のパッキンが用いられている。しかしながら、密封対象がゴム状弾性材料への透過性が高い例えばヘリウム、窒素、水素等のガスであって、高圧状態から急減圧されるような圧力変動が著しい条件で使用された場合は、ゴム状弾性材料からなるパッキンに発泡割れ（ブリスタ）が発生して、シール機能が損なわれてしまうおそれがある。
【０００３】
すなわち、このような発泡割れは、ゴム状弾性材料からなるパッキンには、高圧時に、密封対象である透過性の高いガスが高圧状態（圧縮状態）で保持され、その後、急激に減圧されたときに、パッキン内部に保持されていた高圧ガスが急激に膨張して、パッキンに発泡による亀裂が生じてしまうのである。
【０００４】
ゴム状弾性材料からなるパッキンに上述のような発泡割れを生じさせないためには、例えば前記パッキンをガス透過性の極めてよい材料に変更し、高圧時に浸透したガスを、減圧時に急速に放出可能とすることが有効である。しかしガス透過性の良い材料では、透過漏れを生じやすくなるため、十分なシール機能が得られなくなる問題があった。
【０００５】
そこで、ゴム状弾性材料からなるメインシールに、急激な密封対象ガスの圧力変動が作用しないようにするための技術が特許文献１に開示されている。図８は、この特許文献１に開示された従来の密封装置を示す装着状態の断面図である。
【特許文献１】特開２００４−２７８５７６号公報
【０００６】
図８において、参照符号１１０は第一の部材、参照符号１２０は第二の部材で、互いに同心的に配置された両部材１１０，１２０間の円筒状隙間は、図における右側が、高圧となる密封空間Ｈに連通しており、図における左側が大気側空間Ｌに連通している。第二の部材１２０には、第一の部材１１０との対向周面に環状の取付溝１２１，１２２が形成されており、前記隙間を密封する密封装置は、ゴム状弾性材料からなり取付溝１２１に装着されたメインシールとしてのＯリング１０１と、それより高圧側（密封空間Ｈ側）にあって取付溝１２２に装着され合成樹脂からなるサブシール１０２とで構成される。サブシール１０２は、大気側空間Ｌ側を向いたシールリップ１０２ａ，１０２ｂを有し、このうちシールリップ１０２ａは第一の部材１１０に密接され、シールリップ１０２ｂは取付溝１２２の溝底１２２ａに密接される。
【０００７】
すなわちこの密封装置は、密封空間Ｈから高いガス圧力（例えば５０ＭＰａ以上）が作用すると、サブシール１０２のシールリップ１０２ａ，１０２ｂがこの圧力によって押し開かれて、第一の部材１１０及び溝底１２２ａから一瞬離れるので、前記ガス圧力がサブシール１０２とＯリング１０１の間の空間Ｃに導入される。そして、この空間Ｃのガス圧力によって、Ｏリング１０１が第一の部材１１０及び取付溝１２１の内面に圧縮状態で押し付けられ、前記高圧ガスを密封する。
【０００８】
そしてこの高圧状態から、密封空間Ｈのガス圧力が急激に減圧されると、サブシール１０２とＯリング１０１の間の空間Ｃが密封空間Ｈより相対的に高圧となることによって、サブシール１０２のシールリップ１０２ａ，１０２ｂが第一の部材１１０及び溝底１２２ａへの密接状態が維持されるので、高圧時にＯリング１０１に浸透・保持されたガスが、密封空間Ｈの急減圧によってＯリング１０１内から急に膨張して放出されることはなく、このためＯリング１０１の発泡割れ（ブリスタ）を有効に防止することができる。
【０００９】
ところがこの密封装置は、密封空間Ｈのガス圧力が急激に減圧されたときの空間Ｃと密封空間Ｈの圧力差によってサブシール１０２のシールリップ１０２ａ，１０２ｂが第一の部材１１０及び溝底１２２ａへ押し付けられるため、前記圧力差が大きいと第一の部材１１０及び溝底１２２ａに対するシールリップ１０２ａ，１０２ｂの密接面圧や密接幅も大きくなってしまう。したがって、第一の部材１１０及び第二の部材１２０が相対回転又は軸方向へ反復的に相対移動するものである場合、第一の部材１１０に対するシールリップ１０２ａの摺動負荷が著しく大きくなってサブシール１０２が破損してしまうおそれがある。
【００１０】
また、上述のように密封空間Ｈのガス圧力が急激に減圧されたときには、サブシール１０２のシールリップ１０２ａ，１０２ｂが第一の部材１１０及び溝底１２２ａへ押し付けられて、空間Ｃをほぼ完全にシールしてしまうので、空間Ｃに閉じ込められた透過性のガスが、密封空間Ｈが減圧されている間もＯリング１０１へ継続的に浸透することになり、大気側空間Ｌへのガスの浸透漏れ量が多くなるおそれもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、高圧からの急減圧によるメインシールの発泡割れを有効に防止すると共に、メインシールとサブシール間への蓄圧によるサブシールの負荷を低減して寿命の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る密封装置は、互いに対向する二部材間に介在されて密封空間からの高圧ガスを密封対象するメインシールと、このメインシールより密封空間側に位置して前記二部材間に介在され前記密封空間と反対側を向いたシールリップを有するサブシールとからなる密封装置であって、前記シールリップにおける前記二部材のうち一方又は他方の部材との対向面に、前記シールリップの先端側を薄肉とする段差部が形成され、この段差部及びそれより薄肉側の先端部が前記一方又は他方の部材と当接可能であり、前記段差部の厚肉側が、複数の溝によって円周方向へ断続するものである。
【００１３】
上記構成によれば、密封空間の高圧ガスは、サブシールのシールリップを押し開いてサブシールとメインシールとの間の空間に導入されるが、密封空間が急激に減圧されることによってサブシールとメインシールとの間の空間が相対的に高圧になっても、前記シールリップは、互いに対向する二部材のうち一方の部材又は他方の部材に対して、段差部及びそれより薄肉側の先端部のみが当接可能であり、しかも前記段差部を支点とするてこ作用によって前記先端部の密接面圧が抑制されるので、その密接状態は不完全であり、複数の溝によって円周方向へ断続した前記段差部の厚肉側も密封機能は持たないため、メインシールとサブシールの間の空間は、相対的に低圧となった密封空間へのガス放出によって徐々に減圧される。したがって、高圧時にメインシールにガスが浸透しても、この浸透ガスが減圧によって急激に膨張・放出されることはなく、このためメインシールの発泡割れの発生が有効に防止され、メインシールとサブシールの間の空間の蓄圧によるサブシールの負荷増大も防止される。
【００１４】
また、請求項２の発明に係る密封装置は、互いに対向する二部材間に介在されて密封空間からの高圧ガスを密封対象するメインシールと、このメインシールより密封空間側に位置して前記二部材間に介在され前記密封空間と反対側を向いたシールリップを有するサブシールとからなる密封装置であって、前記シールリップにおける前記二部材のうち一方又は他方の部材との対向面に、少なくとも前記他方の部材との接触幅より幅が広く、かつ前記シールリップより硬い材質のシートが一体的に設けられたものである。
【００１５】
上記構成によれば、密封空間の高圧ガスは、サブシールのシールリップを押し開いてサブシールとメインシールとの間の空間に導入されるが、密封空間が急激に減圧されることによってサブシールとメインシールとの間の空間が相対的に高圧になっても、前記シールリップは、それよりも硬い材質のシートが設けられたことによって、互いに対向する二部材のうち一方の部材又は他方の部材に対する密接状態が不完全なものとなり、このためメインシールとサブシールの間の空間は徐々に減圧される。したがって、高圧時にメインシールにガスが浸透しても、この浸透ガスが減圧によって急激に膨張・放出することはなく、このためメインシールの発泡割れの発生が有効に防止され、メインシールとサブシールの間の空間の蓄圧によるサブシールの負荷増大も防止される。
【００１６】
また、請求項３の発明に係る密封装置は、互いに対向する二部材間に介在されて密封空間からの高圧ガスを密封対象するメインシールと、このメインシールより密封空間側に位置して前記二部材間に介在され前記密封空間と反対側を向いたシールリップを有するサブシールとからなる密封装置であって、前記シールリップにおける前記二部材のうち一方又は他方の部材との対向面が、少なくとも前記他方の部材との接触幅より広い範囲で梨地状をなすものである。
【００１７】
上記構成によれば、密封空間の高圧ガスは、サブシールのシールリップを押し開いてサブシールとメインシールとの間の空間に導入されるが、密封空間が急激に減圧されることによってサブシールとメインシールとの間の空間が相対的に高圧になっても、前記シールリップは、互いに対向する二部材のうち一方の部材又は他方の部材に対する密接状態が梨地によって不完全なものとなり、このためメインシールとサブシールの間の空間は徐々に減圧される。したがって、高圧時にメインシールにガスが浸透しても、この浸透ガスが減圧によって急激に膨張・放出することはなく、このためメインシールの発泡割れの発生が有効に防止され、メインシールとサブシールの間の空間の蓄圧によるサブシールの負荷増大も防止される。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１〜３の発明に係る密封装置によれば、密封空間が高圧の状態から急激に減圧されることによるメインシールの発泡割れが有効に防止され、メインシールとサブシールの間の空間の蓄圧によるサブシールの負荷増大も防止されるため、シール寿命及びシール性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。まず図１は、本発明に係る密封装置の第一の形態を示す装着状態の断面図、図２は、図１の要部断面図、図３は、第一の形態におけるサブシールを示す断面斜視図である。
【００２０】
図１において、参照符号１１０は第一の部材、参照符号１２０は第二の部材で、円筒面（周面１１０ａ，１２０ａ）同士で対向するように互いに同心的に配置されており、両部材１１０，１２０間の円筒状隙間は、図における右側が、高圧となる密封空間Ｈに連通しており、図における左側が大気側空間Ｌに連通している。なお、第一の部材１１０及び第二の部材１２０は特許請求の範囲に記載された二部材に相当する。
【００２１】
第二の部材１２０には、第一の部材１１０との対向周面１２０ａに環状の取付溝１２１，１２２が形成されており、前記隙間を密封する密封装置は、取付溝１２１に装着されたメインシールとしてのＯリング１０と、それより高圧側（密封空間Ｈ側）にあって取付溝１２２に装着されたサブシール２０とで構成される。
【００２２】
Ｏリング１０はよく知られているように断面が円形をなし、ゴム状弾性材料からなるものであって、取付溝１２１に保持され、その溝底１２１ａと、第一の部材１１０における第二の部材１２０との対向周面１１０ａとの間に適当に圧縮された状態に介在している。
【００２３】
サブシール２０は、合成樹脂からなるものであって、取付溝１２２に保持されており、図２に示されるように、端面２１ａが取付溝１２２における密封空間Ｈ側の内側面１２２ｂと対向する基部２１と、この基部２１から密封空間Ｈと反対側（大気側空間Ｌ側）を向いて延び、第一の部材１１０の周面１１０ａに密接される第一シールリップ２２と、基部２１から密封空間Ｈと反対側（大気側空間Ｌ側）を向いて第一シールリップ２２と略対称に延び、取付溝１２２の溝底１２２ａに密接される第二シールリップ２３とを有し、第一シールリップ２２と第二シールリップ２３との間は略Ｕ字形の溝２０ａとなっている。
【００２４】
また、第一シールリップ２２における第一の部材１１０との対向面には、図２及び図３に示されるように、第一シールリップ２２の先端側を薄肉とする段差部２２１が形成され、この段差部２２１の薄肉側の先端部２２２がその縁部において前記第一の部材１１０の周面１１０ａに当接可能であり、前記段差部２２１の厚肉側が、複数の溝２２３によって円周方向へ断続した突起部２２４となっている。
【００２５】
以上のように構成された第一の形態において、密封空間Ｈから高いガス圧力（例えば５０ＭＰａ以上）が作用すると、この圧力によってサブシール２０の第一及び第二シールリップ２２，２３が押し開かれて第一の部材１１０及び取付溝１２２の溝底１２２ａから一瞬離れ、前記ガス圧力がＯリング１０とサブシール２０の間の空間Ｃに導入される。そしてこの空間Ｃのガス圧力によって、Ｏリング１０が第一の部材１１０の周面１１０ａ及び取付溝１２１の内面に圧縮状態で押し付けられ、前記高圧ガスを密封する。
【００２６】
そしてこの高圧状態から、密封空間Ｈのガス圧力が急激に減圧されると、Ｏリング１０とサブシール２０の間の空間Ｃが密封空間Ｈより相対的に高圧となることによって、サブシール２０の第一及び第二シールリップ２２，２３は、第一の部材１１０の周面１１０ａ及び取付溝１２２の溝底１２２ａへの密接状態が維持されるが、第一シールリップ２２は、段差部２２１と、それより薄肉側の先端部２２２のみが第一の部材１１０の周面１１０ａと接触可能であり、しかも段差部２２１を支点とするてこ作用によって前記先端部２２２の面圧が抑制されるので、微小隙間を有する不完全な密接状態となる。また、段差部２２１の厚肉側である突起部２２４は、第一の部材１１０の周面１１０ａに当接されているが、複数の溝２２３によって円周方向へ断続したものであるため密封機能はない。このため空間Ｃ内の高圧ガスは、第一シールリップ２２と第一の部材１１０の周面１１０ａとの当接部を通過して、相対的に低圧となった密封空間Ｈへ徐々に放出され、したがって前記空間Ｃは急減圧されることなく、徐々に減圧される。
【００２７】
したがって、高圧時にゴム状弾性材料からなるＯリング１０に空間Ｃ内のガスが浸透しても、この浸透ガスが、空間Ｃの急減圧によって急激に膨張・放出されることはなく、このためＯリング１０の発泡割れ（ブリスタ）の発生が有効に防止される。
【００２８】
また、上述のように、空間Ｃに導入された高圧ガスは密封空間Ｈの減圧時には密封空間Ｈへ放出されるので、空間Ｃが蓄圧されることはない。したがって第一の部材１１０及び第二の部材１２０が相対回転又は軸方向へ反復的に相対移動するものである場合でも、第一の部材１１０の周面１１０ａに対する第一シールリップ２２の摺動負荷が著しく大きくなるようなことはなく、このためサブシール２０のシール寿命も向上する。しかも密封空間Ｈが減圧されている間は、Ｏリング１０へのガスの浸透が起こらないため、大気側空間Ｌへのガスの浸透漏れも抑制される。
【００２９】
次に図４は、本発明に係る密封装置の第二の形態を示す装着状態の要部断面図、図５は、第二の形態におけるサブシールを示す断面斜視図である。
【００３０】
この第二の形態において、先に説明した第一の形態と異なるところは、サブシール２０の第一シールリップ２２における第一の部材１１０との対向面に、少なくとも前記第一の部材１１０との接触幅ｗ１より幅ｗ２が広く、かつ第一シールリップ２２（サブシール２０）を形成している合成樹脂より硬い、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等からなるシート２２５が一体化されたことにある。その他の部分は、第一の形態と同様に構成されている。
【００３１】
なお、シート２２５は第一シールリップ２２に貼り付けてもよいし、第一シールリップ２２（サブシール２０）と一体成形してもよい。
【００３２】
以上のように構成された第二の形態も、密封空間Ｈから高いガス圧力（例えば５０ＭＰａ以上）が作用すると、この圧力によってサブシール２０の第一及び第二シールリップ２２，２３が押し開かれて第一の部材１１０及び取付溝１２２の溝底１２２ａから一瞬離れ、前記ガス圧力がＯリング１０（図１参照）とサブシール２０の間の空間Ｃに導入され、Ｏリング１０によって前記高圧ガスが密封される。
【００３３】
そしてこの高圧状態から、密封空間Ｈのガス圧力が急激に減圧されると、空間Ｃが密封空間Ｈより相対的に高圧となることによって、サブシール２０の第一及び第二シールリップ２２，２３は、第一の部材１１０の周面１１０ａ及び取付溝１２２の溝底１２２ａへの密接状態が維持されるが、第一シールリップ２２は、第一の部材１１０との接触面が第一シールリップ２２を形成している合成樹脂より硬い材質のシート２２５からなるため、第一の部材１１０の周面１１０ａと馴染みにくく、微小隙間を有する不完全な密接状態となる。このためＯリング１０とサブシール２０の間の空間Ｃ内の高圧ガスは、第一シールリップ２２と第一の部材１１０の周面１１０ａとの接触面間を通過して、相対的に低圧となった密封空間Ｈへ徐々に放出され、したがって前記空間Ｃは急減圧されることなく、徐々に減圧される。
【００３４】
したがって、第二の形態も、基本的には第一の形態と同様の効果が実現される。
【００３５】
次に図６は、本発明に係る密封装置の第三の形態を示す装着状態の要部断面図、図７は、第三の形態におけるサブシールを示す断面斜視図である。
【００３６】
この第三の形態において、先に説明した第一又は第二の形態と異なるところは、サブシール２０の第一シールリップ２２における第一の部材１１０との対向面が、少なくとも前記第一の部材１１０との接触幅ｗ１より幅ｗ２が広い範囲で、梨地２２６をなし、すなわち無数の微小凹凸を有する粗面となっていることにある。その他の部分は、第一又は第二の形態と同様に構成されている。
【００３７】
なお、梨地２２６は、加工の都合上、第一シールリップ２２における第一の部材１１０との対向面の全域に設けてもよい。
【００３８】
以上のように構成された第三の形態も、密封空間Ｈから高いガス圧力（例えば５０ＭＰａ以上）が作用すると、この圧力によってサブシール２０の第一及び第二シールリップ２２，２３が押し開かれて第一の部材１１０及び取付溝１２２の溝底１２２ａから一瞬離れ、前記ガス圧力がＯリング１０（図１参照）とサブシール２０の間の空間Ｃに導入され、Ｏリング１０によって前記高圧ガスが密封される。
【００３９】
そしてこの高圧状態から、密封空間Ｈのガス圧力が急激に減圧されると、空間Ｃが密封空間Ｈより相対的に高圧となることによって、サブシール２０の第一及び第二シールリップ２２，２３は、第一の部材１１０の周面１１０ａ及び取付溝１２２の溝底１２２ａへの密接状態が維持されるが、第一シールリップ２２は、第一の部材１１０との接触面が梨地２２６をなすため、無数の微小凹凸による不完全な密接状態となる。このためＯリング１０とサブシール２０の間の空間Ｃ内の高圧ガスは、第一シールリップ２２と第一の部材１１０の周面１１０ａとの接触面間を通過して、相対的に低圧となった密封空間Ｈへ徐々に放出され、したがって前記空間Ｃは急減圧されることなく、徐々に減圧される。
【００４０】
したがって第三の形態も、基本的には第一又は第二の形態と同様の効果が実現される。
【００４１】
なお、メインシールとしては、断面形状が略方形状をなす角リングや、断面形状が略Ｘ字形をなすＸリングや、断面形状が略Ｄ字形をなすＤリングなど、他のパッキンも使用することができるが、上述の形態のように、Ｏリング１０が最も好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る密封装置の第一の形態を示す装着状態の断面図である。
【図２】図１の要部断面図である。
【図３】第一の形態におけるサブシールを示す断面斜視図である。
【図４】本発明に係る密封装置の第二の形態を示す装着状態の要部断面図である。
【図５】第二の形態におけるサブシールを示す断面斜視図である。
【図６】本発明に係る密封装置の第三の形態を示す装着状態の要部断面図である。
【図７】第三の形態におけるサブシールを示す断面斜視図である。
【図８】従来の密封装置を示す装着状態の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  Ｏリング（メインシール）
２０  サブシール
２２  第一シールリップ
２２１  段差部
２２２  先端部
２２３  溝
２２４  突起部（厚肉側）
２２５  シート
２２６  梨地
２３  第二シールリップ
１１０  第一の部材
１２０  第二の部材
１２１，１２２  取付溝
Ｃ  空間
Ｈ  密封空間
【図１】
2010112507.tif 000003
【図２】
2010112507.tif 000004
【図３】
2010112507.tif 000005
【図４】
2010112507.tif 000006
【図５】
2010112507.tif 000007
【図６】
2010112507.tif 000008
【図７】
2010112507.tif 000009
【図８】
2010112507.tif 000010