(57)【要約】【課題】棒状のシール対象の円形の外周面にシール部材を全周に亘り密接させて良好にシールすることのできる環状シール装置を提供する。また環状シール装置は、シール対象の直径サイズが種々異なった場合であっても同一の環状シール装置にて対応でき、更に外周面に多少の凹凸があっても良好にシールできるものとする。【解決手段】環状シール装置１０を、環状シール部２６を備えたシール部材１２−１，１２−２と、環状本体１４と、密閉且つ環状の圧力室２８と、供給孔３０とを含んで構成する。シール部材１２−１，１２−２は、径方向に少なくとも２層をなすように且つそれぞれの弾性を有する環状シール部２６を非接着の状態で重ね合せておき、圧力室２８への圧力の導入によりそれらを内径方向に膨出させてシール対象の略円形の外周面に全周に亘り密接させ、シールを行う。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）弾性を有して薄肉の環状をなし、圧力の作用で全周に亘り内径方向に膨張し縮径する環状シール部を備えたシール部材と、（ロ）該シール部材の外周側に配置され、前記環状シール部を外径方向に変形規制する状態で該シール部材を保持する剛性の環状本体と、（ハ）それら環状シール部と環状本体との間に形成される密閉且つ環状の圧力室と、（ニ）該圧力室に加圧流体を供給する供給孔と、を有しており、
且つ前記シール部材は、径方向に少なくとも２層をなすように且つそれぞれの前記環状シール部が非接着の状態で重ね合わされており、前記圧力室への圧力の導入によりそれら環状シール部が内径方向に膨出してシール対象の略円形の外周面に全周に亘り密着し、シールするようになしてあることを特徴とする環状シール装置。
【請求項２】
請求項１において、前記環状シール部の断面形状が、内径側に向って円弧状に膨出した形状をなしていることを特徴とする環状シール装置。
【請求項３】
請求項１，２の何れかにおいて、少なくとも２層をなす前記シール部材のそれぞれの環状シール部が互いに密接状態に重ね合わされていることを特徴とする環状シール装置。
【請求項４】
請求項３において、前記複数のシール部材が重ね合せ前において実質的に同一サイズ，同一形状をなしていることを特徴とする環状シール装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記環状シール装置は、前記環状シール部の内径方向への膨出及び縮径により前記シール対象を前記外周面において掴持するクランプ装置を兼ねたものであることを特徴とする環状シール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、丸棒等シール対象の略円形の外周面にシール部材を密接させてシールする環状シール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば丸棒等の円形ないし略円形（以下単に略円形とする）の外周面を有するシール対象を全周に亘りシールするものとして、従来にあってはＯリングを用いたものが使用されている。
しかしながらこのようなＯリングを用いたシール装置では、シール対象の直径が異なるごとにサイズの異なるＯリングを用いる必要があり、シール対象のサイズごとに別のシール装置を用意する必要があり、コストの高いものとなっていた。
【０００３】
またＯリングによるシール装置では、シール対象の外周面に凹凸があると良好にシールすることが難しいといった問題もあった。
しかしながら現状ではこのような問題を良好に解決できるシール装置は提供されていないのが実状である。
【０００４】
ところで、このようなシールを目的としたものではなく、丸棒等のワークの外周面を掴持し、クランプするクランプ装置が下記特許文献１，特許文献２，特許文献３，特許文献４等に開示されている。
【０００５】
図７（イ）は特許文献２に開示されたクランプ装置を示したもので、図中２００は弾性材で構成された円筒形状をなすシール部材で、軸方向の端部２０２がシール部材２００の外周側に配置された、円筒形状をなす剛性の環状本体２０４により保持されている。
【０００６】
このクランプ装置２０６では、供給孔２０８から加圧空気を供給すると、シール部材２００における環状の弾性変形部２１０と環状本体２０４との間に形成される圧力室２１２の圧力で弾性変形部２１０が内径方向に膨出して縮径し、棒状のワーク２１４を掴持しクランプする。
下記特許文献２〜４に開示されたものも基本的にはこの図７（イ）に示すものと同様のものである。
【０００７】
一見このクランプ装置２０６は、内径方向に膨張し縮径した環状の弾性変形部２１０をワーク２１４の外周面に密接させてワーク２１４の外周面をシールすること、また異なるサイズのワーク２１４に対しても同一のクランプ装置２０６にて対応でき、更にはワーク２１４の外周面の凹凸も環状の弾性変形部２１０の弾性変形により吸収し得て、かかる凹凸にも拘わらずシールすることができそうにも見える。
【０００８】
しかしながらこのクランプ装置２０６は、あくまでワーク２１４を掴持しクランプする目的の下に構成されたもので、実際にはワーク２１４の外周面を良好にシールすることは困難である。
その理由は以下の通りである。
【０００９】
環状の弾性変形部２１０の内径方向の膨張・縮径変形は、内周面の周長を短くする方向の変形であるため、弾性変形部２１０は全周に亘り均等に内径側に膨出・縮径変形することができず、周方向の各所にしわを発生させてしまったり、或いは周方向のある部分が不規則に且つ部分的に大きく膨らんでしまって、弾性変形部２１０が良好な円形を保持できず、このためワーク（シール対象）２１４の外周面に全周に亘り密接することができず、漏れを生じてしまうのである。
このクランプ装置２０６における弾性変形部２１０の不均等な膨出・縮径変形は、ワーク２１４に対するクランプにも悪影響を与える。
【００１０】
そこで下記特許文献５に提案された図７（ロ）に示すクランプ装置２１６では、弾性変形部２１０を周方向に３分割し、それぞれの弾性変形部２１０ａを内径側に膨出させてワーク２１４を掴持するようにしている。
【００１１】
このクランプ装置２１６では、ワーク２１４をより安定してクランプすることが可能である。
しかしながら図７（ロ）に示すクランプ装置２１６の場合、ワーク２１４、即ちシール対象の外周面に対するシール機能は全く期待できない。
【００１２】
【特許文献１】
特開平６−４７６９３号公報
【特許文献２】
特開平６−１９０７６７号公報
【特許文献３】
特開平６−１９０７６８号公報
【特許文献４】
特開平６−３３９８８８号公報
【特許文献５】
特開平８−２２９８６８号公報
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の環状シール装置はこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項１のものは、（イ）弾性を有して薄肉の環状をなし、圧力の作用で全周に亘り内径方向に膨張し縮径する環状シール部を備えたシール部材と、（ロ）該シール部材の外周側に配置され、前記環状シール部を外径方向に変形規制する状態で該シール部材を保持する剛性の環状本体と、（ハ）それら環状シール部と環状本体との間に形成される密閉且つ環状の圧力室と、（ニ）該圧力室に加圧流体を供給する供給孔と、を有しており、且つ前記シール部材は、径方向に少なくとも２層をなすように且つそれぞれの前記環状シール部が非接着の状態で重ね合わされており、前記圧力室への圧力の導入によりそれら環状シール部が内径方向に膨出してシール対象の略円形の外周面に全周に亘り密着し、シールするようになしてあることを特徴とする。
【００１４】
請求項２のものは、請求項１において、前記環状シール部の断面形状が、内径側に向って円弧状に膨出した形状をなしていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、少なくとも２層をなす前記シール部材のそれぞれの環状シール部が互いに密接状態に重ね合わされていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４のものは、請求項３において、前記複数のシール部材が重ね合せ前において実質的に同一サイズ，同一形状をなしていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５のものは、請求項１〜４の何れかにおいて、前記環状シール装置は、前記環状シール部の内径方向への膨出及び縮径により前記シール対象を前記外周面において掴持するクランプ装置を兼ねたものであることを特徴とする。
【００１８】
【作用及び発明の効果】
以上のように本発明は、環状シール部を非接着とした状態でシール部材を径方向に少なくとも２層をなすように重ね合せ、圧力室への圧力の導入により、それらシール部材を内径方向に膨出変形させてシール対象の略円形の外周面に密接させるようになしたものである。
【００１９】
本発明者は、このような環状シール装置を用いることでシール対象の外周面を良好にシールできることを確認した。
このようにシール部材を少なくとも２層をなすように重ね合せることで良好にシールできるのは、次のような理由によるものと考えられる。
【００２０】
例えばシール部材を１層だけで構成した場合、これを加圧室の圧力で内径方向に膨出・縮径変形させると、周方向にしわを発生させたり、或いは周方向の何れか弱い部分が他の部分よりも大きく膨出変形してしまう。
【００２１】
而して一旦そのような部分的に大きな膨出変形部分が生じると、その同じ部分が、ますます他の部分よりも大きく膨出変形しようとし、結果的にシール部材、詳しくはその環状シール部の内周形状が良好な円形状を保持できず、周方向に凹凸を有する著しく不規則な形状となってしまう。
このような形状では環状シール部をシール対象の外周面に対し全周に亘って密接させることができず、シールを良好に行うことができない。
【００２２】
これに対し、シール部材を径方向に少なくとも２層に重ね合せ且つ各環状シール部を非接着とした場合、圧力室側（外径側）の第１層目の環状シール部の周方向のある部分が圧力作用時に部分的に内径方向に膨出変形しようとすると、内径側の第２層目の環状シール部がその部分的な変形を規制するように作用する。
【００２３】
このとき、第１層目の環状シール部と第２層目の環状シール部とが接着されていると、第２層目の環状シール部も周方向の一部がともに部分的に膨出変形してしまう恐れがあるが、本発明では第２層目の環状シール部が第１層目の環状シール部に対し非接着とされていて、それらが互いにある程度相対移動できることから、第２層目の環状シール部が第１層目の環状シール部の部分的な変形を規制する際に第２層目に部分的に発生した力ないし応力が、第２層目の環状シール部の周方向の相対的なずれを伴って周方向に分散され、第２層目の周方向の一部が部分的に大きく膨出してしまうのが抑制される。
その結果として、第１層目及び第２層目ともに良好な円形を保持しつつ内径方向に膨出・縮径変形できるようになり、以ってシール対象の略円形の外周面に全周に亘り密接し得て良好にシールできるものと考えられるのである。
【００２４】
本発明の環状シール装置では、環状シール部に加える圧力の大小によって環状シール部の膨出・縮径変形量を自由にコントロールでき、従ってシール対象の外径寸法が様々に変化した場合であっても、同一の環状シール装置にて対応することができる。
【００２５】
更にまた本発明の環状シール装置では、シール対象の外周面に多少の凹凸があったとしても、良好に環状シール部を全周に亘り密接させることができ、この場合においても良好にシール対象の外周面をシールすることができる。
【００２６】
ここで上記環状シール部は、その断面形状を内径側に円弧状に膨出した形状となしておくことができる（請求項２）。
このようになした場合、シール機能をより高めることができる。
また環状シール部の断面形状をこのような円弧状の膨出形状となした場合、第２層目の環状シール部が第１層目の環状シール部の部分的且つ不規則な膨出変形を規制する際、第２層目で受けた力が径方向に対する直角方向にも伝播・分散され易く、第２層目の環状シール部が部分的に変形してしまうのがより良好に抑制される。
即ち第１層目及び第２層目（３層以上あるときには３層目も同じ）の環状シール部が、より良好に円形を保持しつつ内径方向に膨出・縮径変形することができるようになる。
【００２７】
本発明においては、上記複数のシール部材として重ね合せ前の形状及びサイズが同一のものを用いることができる（請求項４）。
【００２８】
また本発明の環状シール装置は、環状シール部の内径方向への膨出及び縮径によりシール対象をシールすると同時に掴持するクランプ装置を兼ねたものとして構成しておくことができる（請求項５）。
【００２９】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
図１及び図２において、１０は本例のクランプ装置を兼用した環状シール装置で、内周側にゴム等の弾性材から成る薄肉（ここでは約２ｍｍ）の且つ環状をなす第１層目のシール部材１２−１と第２層目のシール部材１２−２とを有している。
【００３０】
これらシール部材１２−１，１２−２の外周側には、後述の環状シール部２６を外径方向に変形規制する状態で各シール部材１２−１，１２−２を保持する金属製の剛性の環状本体１４が配置されている。
【００３１】
この環状本体１４は、それぞれ円形のリング状をなす上プレート１６と下プレート１８、及びそれらにて挟まれる中間ブロック２０を有しており、それらがボルト２２にて軸方向に互いに締結されている。
そしてその締結力によって第１層目のシール部材１２−１，第２層目のシール部材１２−２の各端部２４を挟み付け、それらを保持している。
【００３２】
本例において、第１層目のシール部材１２−１及び第２層目のシール部材１２−２はそれぞれ同一サイズ，同一形状のものであって、図４にも示しているようにそれぞれ断面Ｕ字状をなしており、それぞれの端部２４が、環状本体１４により挟み付けられ、保持されている。
【００３３】
これらシール部材１２−１，１２−２は、環状本体１４にて挟付け状態に固定される端部２４と２４との間の部分が、弾性変形によって内径方向に膨出・縮径変形する環状シール部２６とされている。
【００３４】
本例において、これらシール部材１２−１と１２−２とは、図３及び図４にも示しているように互いに重ね合わされた状態で環状本体１４にセットされ、各端部２４においてそこに挟付け状態に保持されている。
ここで第１層目のシール部材１２−１と第２層目のシール部材１２−２とは、互いに重ね合せた状態においてそれぞれの環状シール部２６と２６とが互いに密接した状態となる。
【００３５】
尚、本例ではこれらシール部材１２−１と１２−２とは全体に亘って非接着状態であるが、場合によって各端部２４、即ち環状本体１４によって挟み付けられ保持される部分については互いに接着状態としておくことも可能である。
【００３６】
この例において、各シール部材１２−１，１２−２における環状シール部２６は、図２（Ｂ），図３及び図４に示しているように内径側に円弧状に膨出した形状をなしている。
【００３７】
図２（Ｂ）に示しているように、シール部材１２−１，１２−２におけるそれぞれの環状シール部２６と環状本体１４との間には、全周に亘って密閉の圧力室２８が形成されており、更に環状本体１４にはその圧力室２８に加圧流体（ここでは加圧エア）を供給するための供給孔３０が設けられている。
【００３８】
本例の環状シール装置１０では、図５に示しているようにその中空部にシール対象（ここでは丸棒状の部材）３２を挿入させた状態で、供給孔３０から圧力室２８内部に流体を供給して圧力室２８を加圧状態とする。
【００３９】
これにより一対のシール部材１２−１，１２−２における各環状シール部２６が、圧力室２８の圧力により弾性変形を伴って内径方向に膨出・縮径変形し、環状シール部２６の内周面をシール対象３２の円形の外周面に沿って全周に亘り密接させ、シール対象３２の外周面をシールする。
【００４０】
この環状シール部２６の内径方向への膨出・縮径変形によってシールをなす際、シール部材１２を１層だけ設けた、即ち複数のシール部材を重ね合せ状態で設けていない図６に示す比較例の環状シール装置１０Ａの場合、圧力室２８の圧力によってシール部材１２、詳しくは環状シール部２６にしわが発生したり、或いはある部分が他の部分に比べて不規則に且つ部分的に大きく膨出変形し、内周形状が円形状を保持できなくなってしまう。
図６において、３４はその環状シール部２６における部分的な変形部を表している。
【００４１】
しかるに本例の環状シール装置１０にあっては、重ね合せ状態とされた２枚のシール部材１２−１，１２−２、詳しくは第１層目のシール部材１２−１及び第２層目のシール部材１２−２における各環状シール部２６が、良好な円形状を保ちつつ全周に亘り均等に内径方向に膨出・縮径変形し、シール対象３２の外周面に全周に亘り密接して、シール対象３２の外周面を精度高くシールする。
また各環状シール部２６は、圧力室２８の圧力に基づいてシール対象３２の外周面に押圧され、これを掴持状態にクランプする。
【００４２】
このように本例の環状シール装置１０にあって、環状シール部２６が良好に内径方向に膨出・縮径変形し、シール対象３２の外周面をシールできるのは次の理由による。
【００４３】
即ち本例において、第１層目のシール部材１２−１における環状シール部２６の周方向のある部分が圧力の作用で部分的に内径方向に膨出変形しようとすると、第２層目のシール部材１２−２の環状シール部２６が抵抗となって、その部分的な変形を規制するように作用する。
【００４４】
このとき第１層目の環状シール部２６と第２層目の環状シール部２６とが接着されていると、第２層目の環状シール部２６も、周方向のある部分が一体となって部分的に膨出変形してしまう恐れがある。
しかるに本例では第２層目の環状シール部２６が第１層目の環状シール部２６に対し非接着とされているため、第２層目の環状シール部２６が第１層目の環状シール部２６に対して周方向に相対的なずれを生じつつ局部的な力ないし応力を周方向に分散し、その結果として環状シール部２６が第１層目，第２層目ともに良好な円形を保持しつつ内径方向に膨出・縮径変形でき、シール対象３４の円形の外周面を良好にシールできるのである。
【００４５】
本例の環状シール装置１０では、圧力室２８に加える圧力の大小によって環状シール部２６の膨出・縮径変形量を自由にコントロールでき、従ってシール対象３４の外径寸法が様々に変化した場合であっても、同一の環状シール装置１０を用いてシール対象３４の外周面を良好にシールすることができる。
即ち様々なサイズのシール対象３４に対し、同一の環状シール装置１０にて対応することが可能となる。
【００４６】
更にまた本例の環状シール装置１０では、シール対象３４の外周面に多少の凹凸があった場合であっても、環状シール部２６を全周に亘り良好に密接させることができ、このような凹凸にも拘わらずシール対象の外周面を良好にシールすることができる。
【００４７】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば上記実施例ではシール部材を２枚重ね合せ状態としているが、場合によって３枚若しくはそれ以上の枚数で重ね合せ状態とすることも可能であるし、また環状シール部の形状を上例では内径方向に円弧状に膨出する形状となしているが、かかる環状シール部の形状を上例以外の他の様々な形状で形成することも可能である。
【００４８】
また上例では一対のシール部材としてそれぞれ同一サイズ，同一形状のものを用いているが、場合によって第１層目のシール部材１２−１と第２層目のシール部材１２−２とで異なったサイズ，異なった形状のものを用いることも可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である環状シール装置を外観状態で示す図である。
【図２】同実施例の環状シール装置の平面図及び縦断面図である。
【図３】同実施例の環状シール装置の組付手順を示す説明図である。
【図４】同実施例の環状シール装置における２枚のシール部材を互いに分離した状態と重ね合せた状態で示す図である。
【図５】同実施例の環状シール装置の作用説明図である。
【図６】環状シール装置の比較例を示す比較例図である。
【図７】本発明の背景説明のための説明図である。
【符号の説明】
１０  環状シール装置
１２−１，１２−２  シール部材
１４  環状本体
２６  環状シール部
２８  圧力室
３０  供給孔
３２  シール対象
【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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