JP2002005296A - シール材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二酸化炭素等のようにゴム材を透過しやすい
流体をシールする箇所においても有効に利用することが
でき、配管接続の容易性、確実性、メンテナンスのしや
すさ、耐振動性の向上を図ることができるシール材を提
供する。 【解決手段】 シールしようとする流体が透過する性質
を有するゴム材料を使用したシール材１において、流体
の透過を阻止する透過防止材４を流体が透過する方向と
異なる方向に対して巾を持たせて埋設する。シール材１
がリング形状に形成されてこのリングの軸方向の流体の
漏れを防止するシール材である場合、即ち、軸シール用
のシール材である場合には、透過防止材４をリングの径
方向に巾を持たせて埋設し、リングの径方向の流体の漏
れを防止するシール材である場合、即ち、平面シール用
のシール材である場合には、透過防止材をリングの軸方
向に巾を持たせて埋設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ₂ ）等の分子が小さい流体をシールする配管継手など
に使用可能なシール材に関する。

【０００２】

【従来の技術】フロンの代替冷媒として二酸化炭素（Ｃ
Ｏ₂ ）を用いた冷凍サイクルの開発が本出願人によって
も進められているが、二酸化炭素などの分子の小さい流
体をシールする例えば配管継手にあっては、従来、メタ
ル同士を接触させる継手、例えばフレア管継手やメタル
フィッティング等が使用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、車両用
空調装置などにあっては、配管接続の容易性、確実性、
メンテナンスのしやすさ、耐振動性の向上を図る必要か
らメタルコンタクトによる継手に代えてＯリングを用い
た継手を利用する要請が強くなっている。ところが、Ｏ
リングを構成するゴム材のガラス転移温度は一般に低い
ものであることから、二酸化炭素が時間をかけて透過し
て大気に飛散してしまうことが昨今の研究によって報告
されている。このため、二酸化炭素をシールするために
Ｏリングを用いた場合には長期にわたる気密性の確保が
不十分になることが懸念されている。

【０００４】このような不都合は、配管継手のみなら
ず、二酸化炭素（ＣＯ₂ ）などのようにゴム材を透過し
やすい流体をシールする他の箇所においてＯリングを用
いた場合にも同様の問題を生じる。例えば、図４（ａ）
に示されるように、Ｏリング（α）を２つの部材間に介
在させて径方向に締め付け、これによりリングの軸方向
の流体の漏れをシールするような場合（このようなシー
ル構造を、以下において軸シールという）には、密閉し
た二酸化炭素などの流体が２つの部材間のクリアランス
を介してＯリング（α）に至り、このＯリング（α）を
時間をかけて浸透していき、反対側へ漏れ出て大気中に
飛散してしまうようになり、また、図４（ｂ）に示され
るように、Ｏリング（β）をリングの軸方向に締め付け
てリングの径方向の流体の漏れをシールするような場合
（このようなシール構造を、以下において平面シールと
いう）には、同様に、シールした二酸化炭素などの流体
が部材間のクリアランスを介してＯリング（β）に至
り、このＯリング（β）を時間をかけて浸透していき、
反対側へ漏れ出て大気中に飛散してしまうようになる。

【０００５】そこで、この発明においては、二酸化炭素
（ＣＯ₂ ）等のようにゴム材を透過しやすい流体をシー
ルする箇所においても有効に利用することができ、配管
接続などの容易性、確実性、メンテナンスのしやすさ、
耐振動性の向上をも同時に図ることができるシール材を
提供することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、この発明に係るシール材は、シールしようとする流
体が透過する性質を有するゴム材料を使用したシール材
において、前記流体の透過を阻止する透過防止材を埋設
したことを特徴としている（請求項１）。

【０００７】したがって、二酸化炭素などの流体を密閉
するために上述したシール材が用いられると、仮に、密
閉した流体がシール材を浸透する場合でも、シール材に
埋設されている透過防止材によってそれ以上の浸透をく
い止めることができ、したがって、密閉した流体が透過
してしまうことがなくなり、あるいは、透過を低減する
ことができ、そのため、上記課題を達成することができ
るものである。

【０００８】特に、流体の透過を防止するためには、透
過防止材は、前記流体が透過する方向と異なる方向に対
して巾を持たせて埋設するのが効果的である（請求項
２）。例えば、シール材がリング形状に形成されてこの
リングの軸方向の流体の漏れを防止するシール材である
場合、即ち、軸シール用のシール材である場合には、透
過防止材をリングの径方向に巾を持たせて埋設するとよ
く（請求項３）、また、シール材がリング形状に形成さ
れてこのリングの径方向の流体の漏れを防止するシール
材である場合、即ち、平面シール用のシール材である場
合には、透過防止材をリングの軸方向に巾を持たせて埋
設するとよい（請求項４）。

【０００９】ここで、透過防止材としては、金属によっ
て構成するようにしても、シール材のゴム材料よりもガ
ラス転移温度が高い樹脂によって構成するようにしても
よい（請求項５，６）。特に透過防止材を樹脂によって
構成する場合には、ナイロン、ポリエチレンテレフタレ
ート（ＰＥＴ）、エチレン４フッ化エチレン共重合体よ
りなる群から選ばれた少なくとも１種とすることが望ま
しい（請求項８）。

【００１０】また、透過防止材は、締め付け方向に弾性
を有する蛇腹状に形成されることが好ましい（請求項
７）。このような構成とすれば、シール材が弾性変形し
た場合でも透過防止材がそれに合わせて弾性変形するこ
ととなり、透過防止材が破損してしまうことがなくな
る。

【００１１】尚、シール材としては、断面が円形、楕円
形、矩形、多角形のリング形状のものとしても、円形状
のリングのみならず、それ以外の形状、例えば四角形状
のリングであってもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の態様を図
面に基づいて説明する。尚、説明するにあたり、以下に
おいては、シール材１としては、Ｏリングを用いた場合
について説明する。

【００１３】図１（ａ）に示すシール材１は、リングの
軸方向の流体の漏れを防止するために用いる軸シール用
のものであり、例えば、一方の配管２の開口端部と他方
の配管３の開口端部との連結部分に介在させ、この例で
は、図１（ｂ）に示されるように、一方の配管２の開口
端部に径を小さくして小径部２ａを形成し、この小径部
２ａにシール材１を外嵌し、他方の配管３の開口端部に
径を大きくして大径部３ａを形成し、この大径部３ａで
シール材１と一方の配管２の開口端部とを覆うように外
嵌し、図示しないナット等によって両配管を締結するこ
とによって、一方の配管２の小径部２ａと他方の配管３
の大径部３ａとの間でシール材１を挟み付け、これによ
って両配管の連結部分に形成されるクリアランスを介し
て軸方向に漏れ出ようとする流体を阻止するためなどに
用いられる。

【００１４】ここで用いられている軸シール用のシール
材１は、リングの径方向に巾を持たせたリング形状の透
過防止材４が埋設されたコンポジット構造をなしてお
り、透過防止材４を除く部分が水素添加アクリロニトリ
ルブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）等の従来より用いられて
いるゴム材料によって構成されている。透過防止材４
は、リングの軸方向の厚みに対してほぼ中央に位置する
部分、即ち、リングの軸心を含む平面で切断した図１
（ａ）で示すシール材１の断面の径方向の肉厚が最も厚
くなる部分に、リングの軸心に対してほぼ垂直となる断
面（リングの径方向に対してほぼ水平となる断面）に沿
って埋設されている。また、この透過防止材４は、この
例では金属材で構成され、内径から外径にかけて蛇腹状
に形成されており、これにより締め付け方向、即ち、シ
ール材１の径方向に弾性を持たせると共に、軸方向に対
しても弾性を持たせた構造となっている。

【００１５】このような構造において、一方の配管２の
小径部２ａと他方の配管３の大径部３ａとによってシー
ル材１が挟み込まれて圧縮されると、透過防止材１も径
方向に圧縮変形し、一方の配管２の小径部２ａと他方の
配管３の大径部３ａとの間が気密にシールされると共
に、径方向への圧縮に伴い、シール材１が軸方向に押し
拡げられて、一方の配管２の開口端部に形成された段部
２ｂと他方の配管３の開口端部に形成された段部３ｂと
の間が気密にシールされるようになる。

【００１６】このようなシール構造において、配管の内
側から二酸化炭素などの封入流体が連結部分のクリアラ
ンスを介してシール材１に至り、このシール材１を時間
をかけて浸透するような場合においても、シール材１に
埋設された径方向に巾を持つ透過防止材４によって透過
しようとする流体の進行を阻むことができ、その結果、
シール材１を透過して反対側（外気側）へ漏れ出て飛散
してしまう不都合を無くすことができる。

【００１７】よって、二酸化炭素などを冷媒とする冷凍
サイクルの配管継手などにおいても、メタルコンタクト
の継手に代えてＯリングなどのシール材１を用いた継手
を利用することができるようになり、その結果、メンテ
ナンスし易いものとなり（シール部分の組付けや交換な
どがし易いものとなり）、また、耐振動性の向上も図る
ことができるようになる。

【００１８】また、透過防止材４が締め付け方向に弾性
を有する蛇腹状に形成されているので、シール材１が図
１（ｂ）に示されるように径方向に弾性変形した場合で
も透過防止材４がそれに合わせて弾性変形することとな
り、透過防止材４が破損してしまうことがなくなる。さ
らには、透過防止材４が径方向に対して弾性を有する構
造となっていることから、一方の配管２の開口端部に形
成される小径部２ａにシール材１を外嵌させる場合にお
いても、シール材１は径方向にある程度の伸縮が許容さ
れることとなるので、小径部２ａへの嵌め付けを容易に
行うことができる。

【００１９】図２において、シール材の他の構成例が示
され、このシール材５は、リングの径方向の流体の漏れ
を防止するために用いる平面シール用のものであり、例
えば、一方の部材６の端面６ａにおいて開口部分７の周
囲にシール材５を嵌入する環状溝８を形成し、この一方
の部材６の端面６ａと対峙する他方の部材９の端面９ａ
によって開口部分７と環状溝８に嵌め入れられたシール
材５とを覆うようにあてがい、図示しないボルト等を用
いて両部材８，９によってシール材５を挟み付け、これ
によってシール材５をリングの軸方向に圧縮し、一方の
部材６の端面６ａと他方の部材９の端面９ａとの間に形
成されるクリアランスを介して開口部分７からリングの
径方向へ流れ出ようとする流体を阻止するためなどに用
いられる。

【００２０】ここで用いられている平面シール用のシー
ル材５は、リングの軸方向に巾を持たせたリング形状の
透過防止材１０が埋設されたコンポジット構造をなして
おり、この構成例においても、透過防止材１０を除く部
分が水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム（ＨＮＢ
Ｒ）等の従来より用いられているゴム材料によって構成
されている。

【００２１】透過防止材１０は、リングの内径と外径と
のほぼ中間の径に位置する部分、即ち、リングの軸心を
含む平面で切断した図２（ａ）で示すシール材５の断面
の軸方向の肉厚が最も厚くなる部分に、リングの軸心を
中心とする円筒面内に沿って埋設されている。また、こ
の透過防止材４は、この例においても金属材によって構
成されると共に、リングの軸方向に蛇腹状に形成されて
おり、これにより締め付け方向、即ち、シール材５の軸
方向に弾性を持たせると共に、径方向に対しても弾性を
持たせた構造となっている。

【００２２】このような構造において、一方の部材６に
形成された環状溝８にシール材５をはめ込み、このシー
ル材５を他方の部材９との間で挟み込んで圧縮すると、
透過防止材１０も軸方向に圧縮変形し、両部材間が気密
にシールされるようになる。

【００２３】このようなシール構造において、封入され
た二酸化炭素などの流体が両部材間のクリアランスを介
してシール材に至り、このシール材を時間をかけて浸透
するような場合においても、シール材に埋設された軸方
向に巾を持つ透過防止材１０によって、透過しようとす
る流体の進行を阻むことができ、その結果、シール材５
を透過して反対側（外気側）へ漏れ出て飛散してしまう
不都合を無くすことができるようになる。

【００２４】よって、二酸化炭素などを冷媒とする冷凍
サイクルの平面シールにおいても、Ｏリングなどのシー
ル材５を用いたシール構造を利用することができ、その
結果、メンテナンスし易いものとなり（シール部分の組
付けや交換などがし易いものとなり）、また、耐振動性
の向上も図ることができるようになる。

【００２５】また、透過防止材１０が締め付け方向に弾
性を有する蛇腹状に形成されているので、シール材５が
図２（ｂ）に示されるように軸方向に弾性変形した場合
でも透過防止材４がそれに合わせて弾性変形することと
なり、透過防止材４が破損してしまうことがなくなる。

【００２６】図３において、上述した図１又は図２で示
すシール材１，５に埋設する透過防止材の他の構成例が
示され、この例における透過防止材１１，１２は、シー
ル材１，５を構成するゴム材料よりもガラス転移温度が
高い樹脂によって構成するようにしたものである。

【００２７】Ｏリングなどのような通常のシール材を構
成するゴム材料はガラス転移温度が低く、これに起因し
て二酸化炭素などが透過してしまうことが知られている
ことから、このゴム材料よりもガラス転移温度の高い樹
脂によって透過防止材１１，１２を構成するようにすれ
ば、二酸化炭素などの流体の透過を阻止、或いは、低減
することができる。そこで、軸シール用のＯリングから
なるシール材１の場合であれば、図３（ａ）に示される
ように、ゴム材料よりもガラス転移温度が高い樹脂によ
って構成された透過防止材１１をリングの径方向に巾を
持たせて埋設するようにすれば、リングの軸方向に透過
しようとする二酸化炭素などの流体の透過を有効に阻
止、又は、低減することができるようになる。また、平
面シール用のＯリングからなるシール材５の場合であれ
ば、図３（ｂ）に示されるように、ゴム材料よりもガラ
ス転移温度が高い樹脂によって構成された透過防止材１
２をリングの軸方向に巾を持たせて埋設することによっ
て、リングの径方向に透過しようとする二酸化炭素など
の流体の透過を有効に阻止、又は、低減することができ
るようになる。

【００２８】このようなガラス転移温度の高い樹脂とし
ては、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）、エチレン４フッ化エチレン共重合体よりなる群か
ら選ばれた少なくとも１種で構成することが好ましく、
図１や図２で示す前記構成例と同様に、締め付け方向に
対して弾性を有する蛇腹状（幾重にも折れ曲がる屈曲形
状）に形成するようにするとよい。その他の構成におい
ては、図１又は図２の構成と同様である。

【００２９】このように透過防止材に樹脂を用いた構成
においては、透過防止材に金属を用いた場合と同様に二
酸化炭素などの透過を防止又は低減することができるの
で、二酸化炭素などの流体をシールするためのシール構
造、例えば、二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルなど
のシール構造にＯリングなどのシール材を用いることが
可能となる。その結果、シール部分のメンテナンス（組
付けや交換など）が容易になると共に耐振動性の向上も
図ることができるようになる。また、透過防止材１１，
１２が締め付け方向に弾性を有する蛇腹状に形成されて
いるので、シール材１，５が締め付け方向に弾性変形す
るような場合でも透過防止材１１，１２がそれに合わせ
て弾性変形することとなり、透過防止材１１，１２が破
損してしまうことがなくなり、特に、軸シールにあって
は、径方向に対して弾性を持たせた構造となっているの
で、図１（ｂ）に示されるように、一方の配管２の開口
端部に形成される小径部２ａにシール材１を嵌め付ける
場合でも、シール材１は径方向にある程度の伸縮が許容
されることから、小径部２ａへのシール材１の嵌め付け
が容易となる。

【００３０】また、二酸化炭素などを冷媒とする冷凍サ
イクルの平面シールにおいても、Ｏリングなどのリング
形状のシール材５を用いたシール構造を利用することが
でき、その結果、メンテナンスし易いものとなり（シー
ル部分の組付けや交換などがし易いものとなり）、ま
た、耐振動性の向上も図ることができるようになる。

【００３１】尚、上述の構成例においては、シール材と
して断面円形のＯリングを用いた場合について説明した
が、断面が楕円形、矩形、多角形のリング形状のもので
あってもよく、また、リング形状として円形の場合につ
いて説明したが、それ以外の形状、例えば四角形や多角
形などの閉ループを成す形状であってもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
シールしようとする流体が透過する性質を有するゴム材
料を使用したシール材に流体の透過を阻止する透過防止
材を埋設するようにしたので、二酸化炭素などの流体を
シールするためにこのシール材を用いた場合において
も、浸透する流体を透過防止材によってそれ以上の浸透
をくい止めることができ、したがって、シールした流体
の透過を防止、乃至は、低減することができるようにな
る。

【００３３】特に、透過防止材を流体が透過する方向と
異なる方向に対して巾を持たせて埋設するのが効果的で
あり、例えば、シール材がリング形状に形成されてこの
リングの軸方向の流体の漏れを防止するためのものであ
れば、透過防止材をリングの径方向に巾を持たせて埋設
し、また、シール材がリング形状に形成されてこのリン
グの径方向の流体の漏れを防止するためのものであれ
ば、透過防止材をリングの軸方向に巾を持たせて埋設す
ることで、流体の透過を効果的に防ぐことができる。

【００３４】このため、二酸化炭素などを冷媒とする冷
凍サイクルの配管継手などにメタルコンタクトの継手に
代えて、Ｏリングなどのリング形状のシール材を用いた
継手を利用することが可能となり、その結果、配管接続
の作業を容易にすることができると共にシールを確実に
行うことができるようになる。また、メンテナンスもし
易いものとなり、耐振動性の向上も図ることができるよ
うになる。

【００３５】上述の透過防止材を金属によって構成する
ようにすれば、二酸化炭素などの流体の透過を確実に防
ぐことができ、また、透過防止材をシール材のゴム材料
よりもガラス転移温度の高い樹脂、例えば、ナイロン、
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、エチレン４フ
ッ化エチレン共重合体よりなる群から選ばれた少なくと
も１種の樹脂によって構成するようにすれば、二酸化炭
素などの流体の透過を防止、又は、低減することができ
る。

【００３６】さらに、透過防止材を締め付け方向に弾性
を有する蛇腹状に形成するようにすれば、シール材が弾
性変形した場合でも透過防止材がそれに合わせて弾性変
形することとなり、透過防止材が破損してしまうことが
なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、本発明に係るシール材のうち金
属材によって構成された透過防止材が埋設されているＯ
リングによって構成された軸シールを示す図であり、図
１（ｂ）は、図１（ａ）のシール材を用いたシール構造
の例を示す図である。

【図２】図２（ａ）は、本発明に係るシール材のうち金
属材によって構成された透過防止材が埋設されているＯ
リングによって構成された平面シールを示す図であり、
図２（ｂ）は、図２（ａ）のシール材を用いたシール構
造の例を示す図である。

【図３】図３（ａ）は、本発明に係るシール材のうち樹
脂によって構成された透過防止材が埋設されている軸シ
ール用のシール材を示す図であり、図３（ｂ）は、本発
明に係るシール材のうち樹脂によって構成された透過防
止材が埋設されている平面シール用のシール材を示す図
である。

【図４】図４は、従来のＯリングの不都合を説明する図
であり、図４（ａ）は軸シール構造を示す図であり、図
４（ｂ）は平面シール構造を示す図である。

【符号の説明】

１、５ シール材 ４、１０、１１、１２ 透過防止材

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールしようとする流体が透過する性質
   を有するゴム材料を使用したシール材において、前記流
   体の透過を阻止する透過防止材を埋設したことを特徴と
   するシール材。
2. 【請求項２】 前記透過防止材は、前記流体が透過する
   方向と異なる方向に対して巾を持たせて埋設されている
   請求項１記載のシール材。
3. 【請求項３】 前記シール材は、リング形状に形成され
   てこのリングの軸方向の流体の漏れを防止するシール材
   であり、前記透過防止材は、前記リングの径方向に巾を
   持たせて埋設されたものである請求項１記載のシール
   材。
4. 【請求項４】 前記シール材は、リング形状に形成され
   てこのリングの径方向の流体の漏れを防止するシール材
   であり、前記透過防止材は、前記リングの軸方向に巾を
   持たせて埋設されたものである請求項１記載のシール
   材。
5. 【請求項５】 前記透過防止材は、金属によって構成さ
   れていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載のシール材。
6. 【請求項６】 前記透過防止材は、前記ゴム材料よりも
   ガラス転移温度が高い樹脂によって構成されていること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシール
   材。
7. 【請求項７】 前記透過防止材は、前記シール材の締め
   付け方向に弾性を有する蛇腹状に形成されていることを
   特徴とする請求項５又は６記載のシール材。
8. 【請求項８】 前記樹脂は、ナイロン、ポリエチレンテ
   レフタレート、エチレン４フッ化エチレン共重合体より
   なる群から選ばれた少なくとも１種である請求項６記載
   のシール材。