CN104653813A

CN104653813A - 密封构造

Info

Publication number: CN104653813A
Application number: CN201310714334.0A
Authority: CN
Inventors: 森本聪
Original assignee: Japan Te Ruibao Sealing System Co Ltd
Current assignee: Japan Te Ruibao Sealing System Co Ltd
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-05-27
Also published as: JP2015102132A

Abstract

本发明提供一种密封构造，即使在低温下也能良好维持密封状态，能抑制流体的泄漏。本发明涉及密封构造（2），其用于密封第1机械零件（6）的第1表面（6b）与第2机械零件（10）的第2表面（10b）之间，其特征在于，具有：密封构件（16），其为树脂材料制，包括第1密封端部（16a）、第2密封端部（16b）以及以在第1密封端部与第2密封端部之间形成空间的方式在第1密封端部与第2密封端部之间延伸的中间部；第1变形抑制构件（18），其由第1金属形成，配置在上述空间内，用于抑制上述密封构件的变形；以及弹簧构件（22、24），它们用于使第1密封端部向第1表面施力，使第2密封端部向第2表面施力，第1金属的热膨胀率比树脂材料的热膨胀率低。

Description

密封构造

技术领域

本发明涉及一种密封构造，更详细地说，特别是涉及一种用于良好地防止低温的流体的泄漏的密封构造。

背景技术

作为以往的流体的密封构造，公知有装填材以及O型环等。

发明内容

发明要解决的问题

然而，存在这样的问题：例如在约-196℃等的低温的流体流经的环境下，O型环等会固化，密封性能降低。

此外，例如考虑采用在约-196℃等的低温状态下难以固化的树脂制的密封构件。然而，存在这样的问题，由于树脂密封构件的线膨胀系数（热膨胀率）比较高，因此在低温状态下会收缩变形，密封性能降低。

本发明是为了解决上述以往技术的问题点而完成的，其目的在于提供特别是在低温状态下也能够发挥密封性能，能够良好地抑制流体的泄漏的密封构造。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明涉及一种密封构造，该密封构造用于密封第1机械零件的第1表面和与该第1表面相面对的第2机械零件的第2表面之间的间隙，其特征在于，该密封构造具有：密封构件，其为树脂材料制，包括沿着第1表面延伸的第1密封端部、沿着第2表面延伸的第2密封端部以及以在第1密封端部与第2密封端部之间形成空间的方式在第1密封端部与第2密封端部之间延伸的中间部；第1变形抑制构件，其由第1金属形成，配置在空间内，用于抑制密封构件的变形；以及弹簧构件，它们分别配置在该第1变形抑制构件与第1密封端部之间以及在第1变形抑制构件与第2密封端部之间、且分别用于使第1密封端部向第1表面施力，使第2密封端部向第2表面施力，第1金属的线膨胀系数比树脂材料的线膨胀系数低。

在这样构成的本发明中，在密封第1表面与第2表面之间的间隙的情况下，由于因流体的温度所引起的温度变化导致的变形比较少的第1变形抑制构件配置在第1密封端部与第2密封端部之间，因此，特别是在低温状态下，由于抑制第1密封端部以及第2密封端部向间隙的内方向（远离应密封的面的方向）收缩变形，维持了第1密封端部与第1表面的抵接，此外，维持了第2密封端部与第2表面的抵接，因此即使在低温状态下也能够良好地维持密封状态，能够抑制流体的泄漏。

在本发明中，优选的是，密封构件由第1密封端部、第2密封端部和中间部实质上形成コ字形，密封构造还包括围绕着中间部的外表面、用于抑制中间部的变形的第2变形抑制构件，该第2变形抑制构件由第2金属形成，该第2金属的线膨胀系数比树脂材料的线膨胀系数低。在这样构成的本发明中，通过由第2变形抑制构件保持密封构件的中间部，特别是在低温状态下，能够抑制因密封构件的中间部的收缩所引起的变形，即使在低温状态下也能够良好地维持密封状态，此外，在实质上呈コ字形的密封构件以向高压侧开放的朝向被安装时，能够抑制密封构件因承受压力所引起的向低压侧的变形，从而抑制流体的泄漏。

此外，对于本发明来说，由于第2变形抑制构件具有比间隙的宽度尺寸小的宽度尺寸，因此在这样构成的本发明中，在第1机械零件的第1表面与第2机械零件的第2表面之间相对移动的构造中，能够容许第1机械零件的第1表面与第2机械零件的第2表面之间的相对移动，另外，能够防止第2变形抑制构件与第1表面之间的磨损以及与第2表面之间的磨损。并且，采用本发明的密封构造，能够容易地将密封构件安装于第1表面与第2表面之间的间隙。

对于本发明来说，优选的是，密封构件的与第2变形抑制构件相面对的面形成有凹部，此外，在第2变形抑制构件具有朝向凹部中突出且用于相对于凹部卡定的锁定部。在这样构成的本发明中，由于密封构件相对于第2变形抑制构件被锁定，因此利用第1机械零件的第1表面与第1密封端部之间的滑动摩擦、第2机械零件的第2表面与第2密封端部之间的滑动摩擦，能够防止密封构件自第2变形抑制构件脱离。

对于本发明来说，优选的是，进而，形成第1变形抑制构件的金属的线膨胀系数是形成密封构件的树脂的线膨胀系数的三分之一以下。采用这样构成的本发明，能够利用第1变形抑制构件进一步良好地抑制因密封构件的收缩所引起的变形，即使在低温状态下也能够维持密封能力。

对于本发明来说，优选的是，进而，形成第2变形抑制构件的金属的线膨胀系数是形成密封构件的树脂的线膨胀系数的三分之一以下。采用这样构成的本发明，能够利用第2变形抑制构件进一步良好地抑制因密封构件的收缩所引起的变形，即使在低温状态下也能够维持密封能力。

发明的效果

采用本发明的密封构造，即使在低温状态下也能够良好地发挥密封性能，能够抑制流体的泄漏。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的密封构造的未安装状态的构造的剖视图。

图2是概略地表示本发明的实施方式的密封构造安装于阀体的安装状态的概略局部剖视图。

图3是表示图2所示的本发明的实施方式的密封构造2的安装部分即B部分的放大剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式的密封构造进行说明。

图1是表示本发明的实施方式的密封构造的未安装状态的构造的剖视图。此外，图2是概略地表示本发明的实施方式的密封构造安装于阀体的安装状态的概略局部剖视图。并且，图3是表示图2所示的本发明的实施方式的密封构造2的安装部分即B部分的放大剖视图。

图1所示的本发明的实施方式的密封构造2能够安装于图2所示的阀体1。以下，对将图1所示的密封构造2安装于阀体1的情况进行说明，当然的，密封构造2不限于使用于阀体1，也能够使用于需要对流体进行密封的其他装置。

首先，参照图2对能够安装图1所示的本发明的实施方式的密封构造2的阀体1的构造进行说明。图2所示的阀体1与流体的导管（未图示）连接，该阀体1是用于进行使在该导管内加压输送的气体或液体的流体F的流出、闭止以及流出量的调节等的球阀。另外，图2仅表示阀体1的截面中、相对于阀体1的中心轴线A-A的上侧且流体F的流入口1a侧的部分，省略整体构造，但基本上是相对于中心轴线A-A呈对称形状。

如图2所示，阀体1的流入口1a以及流出口（未图示）各自与用于加压输送流体F的导管（未图示）连接。在阀体1的内部具有：壳体6，其形成有与导管进行流体连通的流路4；球阀体8，其配置于该壳体6内，用于开闭流路4；阀体座10，其配置于壳体6内，将球阀体8支承至规定位置；以及支承弹簧12，其介于阀体座10与壳体6之间，用于使阀体座10向球阀体8施力。支承弹簧12是压缩螺旋弹簧。

在阀体座10与壳体6之间形成有余隙空间14，阀体座10能够相对于壳体6移动，以使球阀体8定位于规定位置，。在壳体6的内表面和与其相面对的阀体座10的外表面分别形成有台阶部，在这些台阶部之间形成的空间11内安装有支承弹簧12，利用支承弹簧12使阀体座10向球阀体8施力。

在阀体1的流入口1a的附近，在阀体座10的外表面10a和与其相面对的壳体6的内表面6a分别绕中心轴线A-A形成有台阶部，在这些台阶之间的间隙G配置有密封构造2。更详细地说，上述间隙G形成于壳体6侧的壳体面6b和与其相面对的阀体座10侧的阀体座面10b之间，为了使高压的流体F不会从壳体面6b与阀体座面10b之间向低压侧的外部空气侧空间11泄漏，在该壳体面6b与该阀体座面10b之间配置有密封构造2来密封壳体面6b与阀体座面10b之间。在图2中，表示了自密封构造2的圆环的中心沿着半径方向剖切而得到的一个截面（图1以及图3也同样），上述间隙G是以中心轴线A-A为中心的圆环状，此外，密封构造2是以中心轴线A-A为中心的圆环状。

流体F也可以是极低温的流体，例如液体氮（约-196℃）、液化天然气（-162℃），也可以是乙烯（约-169.2℃）等化学药品的液体（-162℃）。

接下来，参照图1对密封构造2进行详细说明。

另外，在本申请中，“内侧”意味着朝向中心轴线A-A（参照图2）的方向D1（参照图3），“外侧”意味着远离中心轴线A-A（参照图2）的方向D2（参照图3）。此外，“高压侧”意味着在安装状态下，相对于本发明的密封构造2朝向流体F的高压侧的方向D3（参照图3），“低压侧”意味着相对于本发明的密封构造2朝向与高压侧相反的一侧的低压侧的外部方向D4（参照图3）。此外，“轴线方向”意味着与中心轴线A-A并行的方向。并且，“径向”意味着以中心轴线A-A为中心的圆的直径的方向。

如图1所示，密封构造2包括：密封构件16，其用于密封相互相面对的面之间的间隙G；第1变形抑制部18和第2变形抑制部20，它们用于抑制密封构件16的变形；以及第1弹簧22和第2弹簧24，它们用于使密封构件16向应密封的面施力。密封构造2整体是圆环状。即，构成该密封构造2的密封构件16、第1变形抑制部18以及第2变形抑制部20是圆环状，此外，第1弹簧22和第2弹簧24是呈圆环状延伸的螺旋弹簧。

如图1所示，在密封构造2的截面，密封构件16具有：第1密封端部16a，其沿着应密封的第1表面（如后述的那样，在安装于图2以及图3所示的阀体1的情况下，指的是壳体面6b）延伸，且用于密封该第1表面；第2密封端部16b，其沿着与第1表面相面对的第2表面（如后述的那样，在安装于阀体1的情况下，指的是阀体座面10b）延伸，且用于密封该第2表面；以及中间部16c，其在第1密封端部16a与第2密封端部16b之间延伸。密封构件16形成为第1密封端部16a、中间部16c以及第2密封端部16b整体呈一体的大致コ字形状。在该大致コ字形状的密封构件16的内方向形成有内部空间S，在该内部空间S内配置有第1变形抑制部18、第1弹簧22以及第2弹簧24。另外，密封构件16的截面形状除了大致コ字形状（意味着仅一侧开放的形状，包括弯曲的C字形状等）之外，只要是至少高压侧的一侧开放的形状即可，中间部16c不限于呈直线延伸的形状，例如也可以形成有从中间部16c朝向低压侧突出的这样的突起，也可以在低压侧形成其他的任何形状。该密封构件16由树脂材料形成。对比图1和图3可知，未安装状态的密封构件16的径向的宽度尺寸W1比应密封的间隙G的宽度尺寸W2大。

形成上述密封构件16的树脂材料只要是即使在低温条件下也能够发挥密封性能的具有适度的柔软性的树脂材料即可，例如也可以是PTFE（聚四氟乙烯）材料、PCTFE（聚三氟氯乙烯）材料、ターコンT01（注册商标）材料等。更详细地说，PTFE材料能够在约-254℃～约232℃的温度范围使用，此外，PCTFE材料能够在约-254℃～约177℃的温度范围使用，并且ターコンT01（注册商标）材料能够在约-254℃～约232℃的温度范围使用。并且，这些树脂材料具有耐化学药品性，即使流体F是例如乙烯等化学药品，这些树脂材料也能够用作密封材料。此外，PTFE（聚四氟乙烯）材料的线膨胀系数是10.0（10^-5／℃），PCTFE（聚三氟氯乙烯）材料的线膨胀系数是6.0（10^-5／℃），ターコンT01（注册商标）材料的线膨胀系数是10.0（10^-5／℃）。

第1变形抑制部18收纳于大致コ字形的密封构件16的内部空间S，构成从内方向支承密封构件16的中央芯部。在第1变形抑制部18与第1密封端部16a之间配置有第1弹簧22，在第1变形抑制部18与第2密封端部16b之间配置有第2弹簧24。更详细地说，第1变形抑制部18的整体为环状，其截面呈大致矩形或大致长方形形状。在第1变形抑制部18的外侧面形成有使第1弹簧22的内侧部分落位的凹部18b，在第1变形抑制部18的内侧面形成有使第2弹簧24的外侧部分落位的凹部18c。由此，防止第1弹簧22和第2弹簧24在密封构件16的空间S内相对于第1密封端部16a、第2密封端部16b以及第1变形抑制部18进行相对移动。此外，第1变形抑制部18具有与中间部16c的内表面16d抵接的抵接面18a（在安装状态下指的是低压侧的面）。

第1弹簧22是环状的螺旋弹簧，其沿环形状的第1变形抑制部18的凹部18b绕中心轴线A-A延伸。同样地，第2弹簧24是环状的螺旋弹簧，其沿着环形状的第1变形抑制部18的凹部18c绕中心轴线A-A延伸。第1弹簧22和第2弹簧24使用螺旋形状的螺旋弹簧，但也可以是能够使密封构件16的第1密封端部16a向应密封的第1表面（在阀体1的情况下指的是壳体面6b）施力，此外，使第2密封端部16b向应密封的第2表面（在阀体1的情况下指的是阀体座面10b）施力的任何施力部件，例如也可以使用斜螺旋弹簧（スラントコイルスプリング）、V-弹簧等弹簧。此外，第1弹簧22和第2弹簧24能够在低温下使用，由具有耐腐蚀性和耐化学药品性的材料形成，例如由不锈钢、哈斯特洛依耐蚀镍基合金（ハステロイ）（注册商标）、埃尔基洛伊耐蚀游丝合金（エルジロイ）（注册商标）等形成。

第2变形抑制部20的截面的径向的宽度尺寸W3与应密封的间隙G的径向的宽度尺寸W2（在阀体1的情况下指的是图3所示的间隙G的宽度）相同，或优选设为比该宽度尺寸W2稍微小的尺寸。如图1所示，第2变形抑制部20以围绕着密封构件16的中间部16c的外表面（在安装状态下指的是低压侧的面）的方式配置于中间部16c的与第1变形抑制部18相反的一侧。更详细地说，第2变形抑制部20包括与中间部16c的外侧面16f抵接的外侧壁部20b、与中间部16c的内侧面16g抵接的内侧壁部20c以及与中间部16c的中间部外方向面16e抵接的中间壁部20a。第2变形抑制部20的外侧壁部20b、内侧壁部20c以及中间壁部20a为一体并形成为截面呈大致コ字形状。第2变形抑制部20的外侧壁部20b收纳大致コ字形的密封构件16的中间部16c，而覆盖外侧面16f的外侧，从而由第2变形抑制部20和第1变形抑制部18夹持密封构件16的中间部16c。密封构件16的第1密封端部16a和第2密封端部16b向第2变形抑制部20的外部延伸。

并且，与第2变形抑制部20的内侧壁部20c相面对的面、即在密封构件16的中间部16c的内侧面16g形成凹部16h，另一方面，内侧壁部20c设有朝向该凹部16h中突出，且相对于凹部16h卡定的锁定部20d。由此，密封构件16相对于第2变形抑制部20被锁定，利用壳体6的壳体面6b与第1密封端部16a之间的滑动摩擦以及／或阀体座10的阀体座面10b与第2密封端部16b之间的滑动摩擦，能够防止密封构件16自第2变形抑制部20脱离。

第1变形抑制部18和第2变形抑制部20均由金属形成，该第1变形抑制部18由线膨胀系数低于形成密封构件16的树脂材料的线膨胀系数的金属形成，更详细地说，第1变形抑制部18和第2变形抑制部20由线膨胀系数低于形成密封构件16的树脂材料的线膨胀系数的金属形成，例如铜、不锈钢、黄铜、铝青铜（アルミブロンズ）等形成。铜的线膨胀系数是1.6，不锈钢的线膨胀系数是1.4，黄铜的线膨胀系数是1.8，铝青铜的线膨胀系数是1.6（10^-5／℃）。优选的是，第1变形抑制部18和第2变形抑制部20由具有密封构件16的树脂材料的线膨胀系数的三分之一以下的线膨胀系数的金属形成，此外，优选的是，由具有密封构件16的树脂材料的线膨胀系数的六分之一以下的线膨胀系数的金属形成，更优选的是，第1变形抑制部18和第2变形抑制部20也可以由具有树脂材料（例如PTFE材料）的线膨胀系数的七分之一以下的线膨胀系数的金属（例如不锈钢）形成。另外，也可以由例如具有密封构件16的PCTFE材料的线膨胀系数的三分之一以下的线膨胀系数的金属形成，此外，也可以由例如具有密封构件16的PTFE材料的线膨胀系数的十分之一以下的线膨胀系数的金属形成。因此，第1变形抑制部18和第2变形抑制部20即使在因低温的流体而引起其自身的温度下降的情况下，其自身的尺寸·体积的变化也比密封构件16的尺寸·体积的变化小。即，在温度从常温变化至低温的情况下，第1变形抑制部18和第2变形抑制部20与密封构件相比，收缩变形的比例比较低而难以变形。因此，利用第1变形抑制部18和第2变形抑制部20能够有效地抑制密封构件16的各部分因温度以及压力等所引起的变形，特别是即使在低温状态下也能够维持密封构造2的密封性能。

接下来，对向图2以及图3所示的阀体1的间隙G安装图1所示的密封构造2的情况进行说明。

如图2以及图3所示，图1所示的密封构造2以使コ字形状的密封构件16的开放侧朝向流体F的高压侧的方式安装于阀体1的间隙G的相互面对的壳体面6b与阀体座面10b之间。具体而言，如图2以及图3所示，在将密封构造2安装于间隙G内时，以密封构造2抵接于阀体座10的台阶部10b的低压侧的面的方式进行安装，在使用中，利用高压的流体F的压力使密封构造2保持于该位置。

观察图1可知，未安装状态的密封构件16的径向的宽度尺寸W1比间隙G的宽度尺寸W2大，如图3所示，在将密封构造2安装于间隙G时，第1弹簧22和第2弹簧24被压缩，使得密封构件16的第1密封端部16a向壳体面6b施力，使得密封构件16的第2密封端部16b向阀体座面10b施力。

第2变形抑制部20的截面的径向的宽度尺寸W3设为比应密封间隙G的径向的宽度尺寸W2稍微小的尺寸（参照图3）。由此，第2变形抑制部20能够在能相互进行相对移动的壳体面6b与阀体座面10b之间沿轴线方向滑动，从而容易将密封构造2安装于间隙G之间，并且容许这些面进行相对平行移动。

对上述的本发明的一实施方式的密封构造的作用效果进行说明。

形成密封构件16的PTFE材料或PCTFE材料由于其即使在例如约-196℃的流体流经的低温状态下也保持能够发挥密封性能的程度的柔软性、并且具有耐化学药品性这点而适合密封构件16。另一方面，由于这些树脂材料的线膨胀系数均是比较大的值，PTFE材料为10.0（10^-5／℃），此外，PCTFE材料为6.0（10^-5／℃），因此在低温时收缩变形比较大。在本发明中，能够提供这样的密封构造2：由于密封构件16由PTFE材料或PCTFE材料等形成，因此不仅在常温状态下，即使在流体F为低温、特别是约-196℃那样的超低温状态下，也难以固化，能够发挥良好的密封性能，并且能够发挥耐化学药品性能。

此外，能够提供这样的密封构造2：通过由第1变形抑制部18和第2变形抑制部20保持密封构件16，密封构造2不被温度状态所限定，即使从常温状态到低温状态、特别是在低温状态下，也能够由第1变形抑制部18和第2变形抑制部20维持密封构件16的形状，特别是即使在低温条件下也能够发挥良好的密封能力。即，在密封构造2密封壳体面6b与阀体座面10b之间的情况下，由于因流体的温度所引起的温度变化导致的变形比较少的第1变形抑制部18配置于第1密封端部16a与第2密封端部16b之间，因此无论温度状态如何，都能够维持第1密封端部16a与壳体面6b的抵接以及第2密封端部16b与阀体座面10b的抵接，从而能够良好地维持密封状态，能够抑制流体的泄漏。并且，采用本发明，通过第2变形抑制部20，特别是在低温状态下，能够抑制密封构件16整体向内侧收缩变形，能够防止密封构件16向阀体座10“抱住”，维持了外侧的第1密封端部16a与壳体面6b的抵接，因此即使在低温状态下也能够良好地维持密封状态，能够抑制流体的泄漏。

并且，对于密封构造2来说，通过密封构件16的中间部16c夹持在第1变形抑制部18与第2变形抑制部20之间，能够维持密封构件的常温时的形状（在本实施例中为大致コ字形状），因而，能够良好地维持密封状态，能够抑制流体的泄漏。

并且，对于密封构造2来说，由于密封构件16相对于第2变形抑制部20被锁定，因此利用壳体6的壳体面6b与第1密封端部16a之间的滑动摩擦以及／或阀体座10的阀体座面10b与第2密封端部16b之间的滑动摩擦，能够防止密封构件16自第2变形抑制部20脱离。

并且，对于密封构造2来说，即使在壳体面6b与阀体座面10b进行相对移动的情况下，由于容许第2变形抑制部20与壳体面6b和阀体座面10b之间的相对移动，因此也能够防止第2变形抑制部20与壳体面6b和阀体座面10b之间的磨损。并且，采用本发明的密封构造2，能够容易将密封构件16安装于环状的间隙。

附图标记说明

1、阀体；2、密封构造；4、流路；6、壳体；6c、壳体面；10、阀体座；10c、阀体座面；16、密封构件；16a、第1密封端部；16b、第2密封端部；16c、中间部；16h、凹部；18、第1变形抑制部；20、第2变形抑制部；20d、锁定部；D1、内侧；D2、外侧；D3、高压侧；D4、低压侧；F、流体；A-A、中心轴线。

Claims

1.一种密封构造，该密封构造用于密封第1机械零件的第1表面和与该第1表面相面对的第2机械零件的第2表面之间的间隙，其特征在于，

该密封构造具有：

密封构件，其为树脂材料制，包括沿着上述第1表面延伸的第1密封端部、沿着上述第2表面延伸的第2密封端部以及以在上述第1密封端部与上述第2密封端部之间形成空间的方式在上述第1密封端部与上述第2密封端部之间延伸的中间部；

第1变形抑制构件，其由第1金属形成，配置在上述空间内，用于抑制上述密封构件的变形；以及

弹簧构件，它们分别配置在该第1变形抑制构件与上述第1密封端部之间以及上述第1变形抑制构件与上述第2密封端部之间、且分别用于使上述第1密封端部向上述第1表面施力，使上述第2密封端部向上述第2表面施力，

上述第1金属的线膨胀系数比上述树脂材料的线膨胀系数低。

2.根据权利要求1所述的密封构造，其特征在于，

上述密封构件由上述第1密封端部、上述第2密封端部和上述中间部实质上形成コ字形，

密封构造还包括围绕着上述中间部的外表面、用于抑制上述中间部的变形的第2变形抑制构件，上述第2变形抑制构件具有比上述间隙的宽度尺寸小的宽度尺寸，该第2变形抑制构件由第2金属形成，该第2金属的线膨胀系数比上述树脂材料的线膨胀系数低。

3.根据权利要求2所述的密封构造，其特征在于，

在上述密封构件的与上述第2变形抑制构件相面对的面形成有凹部，此外，上述第2变形抑制构件具有朝向上述凹部中突出的、用于相对于上述凹部卡定的锁定部。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的密封构造，其特征在于，

形成上述第1变形抑制构件的上述第1金属的线膨胀系数是形成上述密封构件的树脂的线膨胀系数的三分之一以下。

5.根据权利要求2或3所述的密封构造，其特征在于，

形成上述第2变形抑制构件的上述第2金属的线膨胀系数是形成上述密封构件的树脂的线膨胀系数的三分之一以下。