JP2005036857A - シール部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】汎用性を有しつつ、容易かつ確実に、連結される部材の間をシールすることが可能なシール部材を提供する。
【解決手段】ハウジング部を有する第１の部材と、このハウジング部に収容される軸部と軸部に連続するフランジ部を有し軸部をハウジング部内に収容させて第１の部材に連結される第２の部材との間のハウジング部とフランジ部との間の対向面間にシール部材２５が保持される。シール部材２５は、ハウジング部とフランジ部との対向する被シール面間に挟まれて、この被シール面間をシール面ＳＳによってシールする平板状の第１のシール部２５１と、第１のシール部２５１から連続して設けられ、フランジ部および軸部の境界とハウジング部との間に形成される装着溝に装着されて装着溝の被シール面間をシールする第２のシール部３５１とを有する。
【選択図】 図２
【解決手段】ハウジング部を有する第１の部材と、このハウジング部に収容される軸部と軸部に連続するフランジ部を有し軸部をハウジング部内に収容させて第１の部材に連結される第２の部材との間のハウジング部とフランジ部との間の対向面間にシール部材２５が保持される。シール部材２５は、ハウジング部とフランジ部との対向する被シール面間に挟まれて、この被シール面間をシール面ＳＳによってシールする平板状の第１のシール部２５１と、第１のシール部２５１から連続して設けられ、フランジ部および軸部の境界とハウジング部との間に形成される装着溝に装着されて装着溝の被シール面間をシールする第２のシール部３５１とを有する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連結される部材からのガスの漏れを防止するためのシール部材に関する。
特定的には、本発明は、連結される部材に挟まれるように平板状に形成してガス透過面積を小さくしたシール部と、連結される部材の隙間に入り込むように変形してシールするシール部の２つのシール部を有するシール部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業の様々な分野において、ガスが流れる配管を接続する必要が生じる場合がある。
配管には大気圧とほぼ同程度の圧力のガスが流れるとは限らず、大気圧よりも高い圧力のガス（これを高圧ガスという）が流れる場合がある。
配管内を高圧ガスが流れる場合には、配管の接続部から高圧ガスが漏れる可能性が高くなる。
【０００３】
高圧ガスを流す配管の接続におけるシールには、従来Оリングを用いていた。ゴム材料を用いたОリングからのガスの漏れ量は、ガス放出側におけるОリングの露出面積と、Оリングにおけるガスの受圧面からガス放出側の露出面までの距離と、ガス透過係数と呼ばれる、Оリングごとのガス透過特性を示す係数とによって見積もられることが知られている。
同一材料のОリングを使用してガスの漏れ量を減少させるためには、ガス放出側の露出面積を減少させるか、受圧面からガス放出側の露出面までのガス透過距離を長くすればよい。
【０００４】
ガス透過距離を長くするために、Оリングの線径（断面の直径のこと）を大きくする手法や、複数個のОリングを用いる手法が知られている。
また、配管の接続部に取り付けたОリングを、ガスの圧力によって変形させて、接続部の隙間につぶし込んでガス透過距離を確保する手法も知られている。
さらに、たとえば特許文献１には、ポリアミド樹脂により、断面形状をＵ字状やＹ字状に形成してガス透過係数を小さくしたパッキンが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２０８２０１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にはそれぞれ不利益が存在した。
Оリングの線径を大きくする手法に関しては、Оリングを装着するための溝の大きさや形成位置に制限が存在する場合があり、Оリングの線径をある程度以上大きくすることは困難である。
また、線径の大きなОリングを用いることは、接続部をコンパクトにするためには不都合である。
【０００７】
Оリングを複数個用いる場合には、装着のための溝の加工費用の増大を招く。また、Оリング装着のための工程も増加する。
【０００８】
ガス圧力によりОリングを変形させて接続部の隙間につぶし込む手法においては、ガスの圧力変動が生じる場合にガス透過距離を確保することが困難である。
また、隙間に入り込んだОリングの圧力変形部に、圧力変動による摩耗（フレッチング摩耗）や破損が生じる可能性もある。
さらに、圧力変形部は、隙間の間においてある程度つぶれていなければ、圧力変形部が接触している面の粗さに起因してガス漏れが発生するが、Оリングのゴム材料は経時的にクリープしてつぶし率が減少するために、長期使用におけるシール性の確保が困難であった。
【０００９】
特殊な材質や断面形状を有する特殊なパッキンを用いる場合には、特殊なパッキンを用意するためのコスト上昇や、汎用性に欠けるという不利益がある。
【００１０】
さらに、Оリングには、ゴムにより形成されているために変形が生じ、接続部への装着が困難であるという不都合が存在する。
前述のように線径を大きくすると変形も大きくなり、装着はより困難になる。
【００１１】
本発明の目的は、汎用性を有しつつ、容易かつ確実に、連結される部材の間をシールすることが可能なシール部材を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシール部材は、ハウジング部を有する第１の部材と、フランジ部と当該フランジ部から連続して形成されている軸部とを有し当該軸部が前記ハウジング部に収容されて前記第１の部材に連結される第２の部材との間の前記ハウジング部と前記フランジ部との対向面間に保持されるシール部材であって、前記ハウジング部と前記フランジ部との間の対向する被シール面間に挟まれて、当該被シール面間をシールする平板状の第１のシール部と、前記第１のシール部から連続して設けられ、前記フランジ部および前記軸部間の境界と前記ハウジング部との間に形成される装着溝に装着されて当該装着溝の被シール面間をシールする第２のシール部とを有するシール部材である。
【００１３】
本発明においては、第１の部材のハウジング部に、フランジ部とこのフランジ部から連続して形成されている軸部とを有する第２の部材の軸部を収容することにより、第１の部材と第２の部材とが連結され、ハウジング部とフランジ部との対向面間に本発明に係るシール部材が保持される。その結果、ハウジング部とフランジ部との間の対向する被シール面の間に、シール部材の平板状の第１のシール部が挟まれ、第１のシール部材のシール面とハウジング部およびフランジ部の被シール面とが密着する。これにより、ハウジング部およびフランジ部の被シール面は、シール対象の媒体が透過する面積を小さく、かつ、媒体が透過する距離を長くすることを可能とした第１のシール部によってシールされる。
また、第１の部材と第２の部材との連結により、第１のシール部から連続して設けられる第２のシール部が、フランジ部および軸部間の境界とハウジング部との間に形成される装着溝に装着される。これにより、第２のシール部のシール面が、第１および第２の部材の装着溝の部分の被シール面に接触して押圧され、第２のシール部の、シール対象の媒体の透過面積が小さくなった状態で、装着溝部分の被シール面間がシールされる。
したがって、本発明に係るシール部材を装着して第１および第２の部材を連結すれば、第１および第２の部材のハウジング部およびフランジ部は、シール対象の媒体が漏れにくい状態で、第１のシール部と第２のシール部との２つのシール部によりシールされる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して述べる。
なお、以下では、圧力が大気圧よりも高い高圧ガスが流れる配管を接続するための部材間をシールする場合を一例として挙げる。しかしながら、本発明は配管の接続のための部材のシール以外にも適用可能である。
【００１５】
第１実施形態
図１が、本発明に係るシール部材の第１実施形態を用いた接続部を示す断面図である。
図１に示す接続部１は、第１の部材１０７と、第２の部材１０９と、リングシール付ガスケット２５とを有している。
リングシール付ガスケット２５は、第１のシール部２５１と、第２のシール部３５１とを有している。
リングシール付ガスケット２５が、本発明に係るシール部材の第１実施形態に相当する。
【００１６】
部材１０７の内部には高圧ガスの流路１０７ａが形成されている。また、部材１０９の内部にも高圧ガスの流路１０９ａが形成されている。
【００１７】
図１に示すように、第２の部材１０９はフランジ部１２９を有している。フランジ部１２９は、平面状のフランジ面ＡＳ２を有している。そして、フランジ部１２９から連続して、フランジ面ＡＳ２に直交するように、軸部１１９が設けられている。
【００１８】
第１の部材１０７には、第１の部材１０７と第２の部材１０９とを連結する際に軸部１１９を収容するハウジング部１１７が設けられている。
ハウジング部１１７の先端は、部材１０７と部材１０９とを連結したときに、部材１０９のフランジ面ＡＳ２に対向する、平面状のフランジ面ＡＳ１となっている。
また、ハウジング部１１７の先端のフランジ面ＡＳ１は、部材１０７，１０９を連結したときに、リングシール付ガスケット２５の第２のシール部３５１が装着される装着溝１２０が形成されるように面取りされている。
【００１９】
部材１０７と部材１０９とを接続する場合には、詳しくは後述するが、リングシール付ガスケット２５の平板状の第１のシール部２５１を軸部１１９に通してフランジ面ＡＳ２に装着する。そして、軸部１１９をハウジング部１１７に収容するように部材１０９と部材１０７とを組立てて、たとえば、部材１０７と部材１０９と第１のシール部２５１とを貫通する図示しないボルトで部材１０９および部材１０７を締結する。
これにより、フランジ面ＡＳ１とフランジ面ＡＳ２とによって平板状のシール部２５１を挟んで保持した状態で、部材１０７と部材１０９とが互いに連結される。
【００２０】
部材１０７と部材１０９とが連結されたときに、流路１０７ａおよび１０９ａを高圧ガスが流れる。
たとえば、高圧ガスは、部材１０７側から部材１０９側に向かって流れるものとする。
また、高圧ガスの圧力は、たとえば、１５ＭＰａ程度であるとする。
部材１０７，１０９は、１５ＭＰａに加圧された高圧ガスを流した場合にも、この高圧ガスが透過しない材料によって形成する。
【００２１】
図２（ａ）が、リングシール付ガスケット２５の部分平面図であり、図２（ｂ）がその断面図である。
図２（ａ），（ｂ）に示すように、リングシール付ガスケット２５は、第１のシール部２５１と、第２のシール部３５１とを有している。
第１のシール部２５１は、たとえば、軸部１１９を通すための開口部５１ａを備えるリング状の支持部材５１の両面に、ゴム材料製のシール膜１５１を被覆したガスケットである。
また、第２のシール部３５１は、たとえば、図２（ｂ）に示すように断面が半円状の、ゴム材料製のリング状部材である。
【００２２】
支持部材５１は、好適には金属によって形成する。
さらに好適には、支持部材５１は、磁石によって保持可能な磁性体金属によって形成する。
ゴム材料製のシール膜１５１は、支持部材５１の両面に、たとえば加硫接着によって焼き付けて被覆する。市場で入手可能な、ゴム材料と金属材料を接着可能な接着剤によってシール膜１５１と支持部材５１とを接着してもよい。
【００２３】
さらに、シール膜１５１の表面に、第２のシール部３５１が、たとえば加硫接着や接着剤による接着によって固定される。これにより、支持部材５１によって第２のシール部３５１が支持される。
本実施形態においては、リング状の支持部材５１の円形開口部５１ａの内径と同じ内径を有するリング状の第２のシール部が、円形開口部５１ａと同軸に、支持部材５１上のシール膜１５１に固定されている。
第２のシール部３５１以外のシール膜１５１の領域が、第１のシール部２５１における、部材１０７，１０９のフランジ面ＡＳ１，ＡＳ２間をシールするシール面ＳＳとなる。
【００２４】
シール膜１５１および第２のシール部３５１に用いるゴム材料としては、たとえば、フッ素ゴム、パーフロロゴム、水素化ニトリルゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴムを用いることができる。
シール膜１５１および第２のシール部３５１は、必ずしも同じ材料によって形成する必要はなく、シール対象であるガスの種類や圧力、接続部の環境等のシール条件によって、異なるゴム材料を適宜選択することができる。
【００２５】
支持部材５１は必ずしも金属である必要はなく、樹脂材料を用いて形成してもよい。
支持部材５１に使用可能な樹脂材料の一例として、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニールフロライド樹脂、高密度ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、ポリイミド樹脂を用いることができる。
これらの樹脂材料は、ガスがほとんど透過しない性質を有している。
ある程度の力で弾性変形する樹脂材料を用いた場合には、シール膜１５１を被覆することなく、部材１０７，１０９のフランジ面ＡＳ１，ＡＳ２間をシールすることができる。
また、支持部材５１はリング状である必要はなく、支持部材５１の平面形状は、矩形や多角形等の形状でもよい。
【００２６】
上述のリングシール付ガスケット２５は、部材１０７，１０９の連結時に、開口部５１ａを部材１０９の軸部１１９に嵌合させて、部材１０９のフランジ部１２９に装着される。
図３は、リングシール付ガスケット２５を部材１０７および部材１０９に装着させたときの状態を示す、図１の部分拡大図である。ただし、図３において、部材１０７は、図示の明確さのためにハッチングを省略している。
部材１０９と部材１０７とがたとえばボルトにより締結されると、リングシール付ガスケット２５の第１のシール部２５１のシール面ＳＳが、第１の部材１０７のフランジ面ＡＳ１および第２の部材１０９のフランジ面ＡＳ２に接触して密着する。部材１０７と部材１０９との締結時には、フランジ面ＡＳ１，ＡＳ２が被シール面となり、被シール面ＡＳ１およびＡＳ２と第１のシール部２５１のシール面ＳＳとが密着することにより、被シール面ＡＳ１，ＡＳ２間がシールされる。
【００２７】
部材１０７，１０９の締結時に、リング状の第２のシール部３５１は、装着溝１２０に装着される。
本実施形態においては、たとえば、装着溝１２０は第２のシール部３５１を収容する断面三角形状に形成される。
断面三角形状の装着溝１２０の場合には、ハウジング部１１７の面取り面が、装着溝１２０における部材１０７側の被シール面ＡＳ３となる。また、部材１０９の軸部１１９の側面が、装着溝１２０における部材１０９側の被シール面になる。
なお、装着溝１２０の断面形状は、矩形等の他の形状でもよい。
【００２８】
部材１０７と部材１０９との連結によって、第２のシール部３５１は被シール面ＡＳ３により押圧される。その結果、第２のシール部３５１は、図３に破線で示す装着前の状態から、実線で示す装着後の状態に弾性変形する。これにより、部材１０７の被シール面ＡＳ３と、部材１０９の軸部１１９の側面の被シール面との間が、第２のシール部３５１によってシールされる。
【００２９】
部材１０７と部材１０９とを連結し、第２のシール部３５１が装着溝１２０に装着された状態において、部材１０７側から部材１０９側に向かって、高圧ガスを流すと、第２のシール部３５１は、高圧側ＨＳと低圧側ＬＳとの間の圧力差を受ける。高圧側ＨＳは、ガスを加圧して流す場合の加圧側に相当し、低圧側ＬＳは、非加圧側に相当する。
第２のシール部３５１が溝１２０により押圧され、かつ、高圧側ＨＳから低圧側ＬＳへの圧力差を受けることにより、第２のシール部３５１は、第１のシール部２５１と被シール面ＡＳ３との間が狭まるように弾性変形する。この結果、低圧側ＬＳにおける第２のシール部３５１のガス透過面積が限りなく小さくなる。
【００３０】
また、部材１０７，１０９の間に平板状の第１のシール部２５１を挟んでシールすることにより、低圧側ＬＳにおける第１のシール部２５１のガス透過面積が小さくなる。さらに、高圧ガスが第１のシール部２５１の内部を透過して部材１０７，１０９の内部の高圧側ＨＳから外部の低圧側ＬＳに至るまでのガス透過距離が長くなる。
ガス透過面積が小さくなり、透過距離が長くなれば、前述のように、ガス漏れ量は減少する。
【００３１】
以上のように、第１のシール部２５１と第２のシール部３５１とを有するガスケット２５を用いることによって、低圧側ＬＳにおけるガス透過面積を限りなく小さく、かつ、ガス透過距離を長くすることができる。その結果、低圧側ＬＳへの高圧ガスの漏れをほとんどゼロにすることができる。
【００３２】
その際に、支持部材５１を備えるリングシール付ガスケット２５を用いることにより、取り扱い性が向上し、フランジ部１２９へのリングシール付ガスケット２５の装着が容易になる。支持部材５１が軸部１１９に対するガイドとなり、ガスケット２５のフランジ部１２９への装着において、ゴム材料製の第２のシール部３５１が変形しにくくなる。また、第２のシール部３５１が変形したとしても、第１のシール部２５１がフランジ部１２９へ正しく装着されれば、第２のシール部３５１も自動的に正しい位置へ装着される。この結果、ゴム材料製の第２のシール部３５１の変形によるシール性の低下を防止することができる。軸部１１９が大径化し、第２のシール部３５１の内径が大きくなったときにも、本実施形態によれば、ゴム材料製の第２のシール部３５１の変形を抑制し、正しく装着することができる。
変形を防止してリングシール付ガスケット２５のフランジ部１２９への装着を容易にする点からは、支持部材５１として、ある程度の強度を有する金属を用いることが好ましい。
また、支持部材５１に磁性体金属を用いれば、リングシール付ガスケット２５をたとえば磁石により簡単に保持することができるため、リングシール付ガスケット２５のフランジ部１２９への装着の自動化を図ることもできる。
【００３３】
第１のシール部２５１はガスケット状であり、第２のシール部３５１としてはたとえば半分に割ったОリングを用いることができるため、製造が容易であり、汎用性も高い。
さらに、シール膜１５１および第２のシール部３５１の材料を適宜選択することによって、用途に合わせた多様な機能をリングシール付ガスケット２５に持たせることができる。
詳細には、一例として、シール対象であるガスにオイルが含まれる場合や極度に耐寒性が要求される環境において、シール膜１５１および第２のシール部３５１の材料として耐油性や耐寒性に優れた材料を用いることにより、さらにシール性を向上させることができる。
【００３４】
第２実施形態
図４（ａ）が、本発明に係るシール部材の第２実施形態の部分平面図であり、図４（ｂ）がその断面図である。
図４（ａ），（ｂ）に示すリングシール付ガスケット３５は、第１実施形態に係るリングシール付ガスケット２５よりもシール性を高めるためのものであり、第２のシール部４５１の断面形状が、断面三角形状の装着溝１２０に合わせて三角形状になっている点が、第１実施形態と異なっている。その他の点は第１実施形態と同じであるため詳細な記述は省略する。
【００３５】
断面三角形状の装着溝１２０に合わせて第２のシール部４５１の断面形状を三角形状にすることによって、被シール面ＡＳ３に第２のシール部４５１が密着し易くなり、また、ガス透過距離も長くなる。さらに、第１のシール部２５１と被シール面ＡＳ３との間が埋まり易くなる。
したがって、低圧側ＬＳにおけるガス漏れ量を、第１実施形態よりもさらに減少させることができる。
なお、本第２実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、取り扱い性の向上、多機能性の実現という効果を得ることができる。
【００３６】
以下に、本発明に係るリングシール付ガスケットを用いてガス漏れ量を測定した際の実験結果について述べる。
図５が、実験条件について述べるための断面図である。図５に示す断面図は、基本的には、図１に示す断面図と同じである。そのため、同一構成要素には同一符号を付し、詳細な記述は省略する。
【００３７】
図５に示す部材１０９の各部の寸法は、たとえば、軸部１１９の外径の大きさＬ１を９ｍｍ、フランジ部１２９の幅の大きさＬ２を３ｍｍとした。
リングシール付ガスケットとしては、図２に示すリングシール付ガスケット２５を用い、断面半円状の第２のシール部３５１の直径の大きさＬ３を１ｍｍとした。したがって、部材１０７の被シール面ＡＳ３も、部材１０７と部材１０９とを連結したときに、部材１０９の軸部１１９から１ｍｍの範囲まで存在するように形成されている。
リングシール付ガスケット２５の支持部材５１の厚さは０．１ｍｍとし、この支持部材５１の両面に、厚さ０．０５ｍｍのゴムを接着して被覆した。
【００３８】
また、被シール面ＡＳ１と被シール面ＡＳ２との間の隙間の大きさＬ４は、部材１０７と部材１０９とを接続しただけであり、ボルト等の締結手段により締結しない状態において、Ｌ４＝１．５ｍｍとなるようにした。
さらに、部材１０９の軸部１１９と、部材１０７のハウジング部１１７との間の隙間Ｌ５の大きさは、０．０５ｍｍにした。
上記の部材１０７と部材１０９とリングシール付ガスケット２５とを、部材１０７，１０９の被シール面ＡＳ１〜ＡＳ３に、第２のシール部３５１および第１のシール部２５１のシール面ＳＳが十分に密着するように連結した。
【００３９】
以上の条件のもとで、各種高圧ガスを、圧力５ＭＰａ下で部材１０７の流路１０７ａ側から部材１０９の流路１０９ａ側へ流し、１日（２４時間）あたりの高圧ガス漏れ量を、容積法により計測した。
なお、リングシール付ガスケット２５のシール膜１５１および第２のシール部３５１の材料としては、４０℃雰囲気、圧力５ＭＰａのもとで、水素ガス透過係数が２．２６×１０−１１（ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／（ｃｍ２・ｓｅｃ・Ｐａ））、７０℃雰囲気、圧力０．５ＭＰａのもとで、フレオンＲ１３４ａガス透過係数が１．１５×１０−１２（ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／（ｃｍ２・ｓｅｃ・Ｐａ））のゴム材料を用いた。ここで、記号ＳＴＰは、標準状態（温度０°、１ａｔｍ）を表わしている。
また、リングシール付ガスケット２５を装着した場合には、図５に示すОリングＯＲは装着しなかった。
このときの、低圧側ＬＳへの水素ガスの漏れ量は、１日あたり０．７６ｃｍ３、フレオンＲ１３４ａガスの漏れ量は、１日あたり０．３６ｃｍ３であった。
【００４０】
比較として、本発明に係るリングシール付ガスケット２５の代わりに、一般的なОリングＯＲのみを図５に示すように軸部１１９に設けた溝１１９Ｇに装着し、上述と同じ圧力５ＭＰａにおいて水素ガスおよびフレオン１３４ａガスの漏れ量を計測した結果、１日あたりの漏れ量はそれぞれ５．０ｃｍ３、０．２４ｃｍ３であった。
これら２つの計測結果から、本発明に係るリングシール付ガスケット２５を用いた方が、ガス漏れ量が大幅に少なく、シール効果が高いことが分かる。
なお、図５に示すように、本発明に係るリングシール付ガスケット２５とОリングＯＲとを併用すれば、シール効果は更に向上する。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、上記実施の形態における形状、材質や各種数値等の記載は本発明を説明するための一例であり、本発明は上記実施の形態に限定されない。
たとえば、本発明は、第１のシール部２５１や第２のシール部３５１の材料を適宜選択することにより、様々なガスのシールに用いることができる。
また、配管の接続部分だけでなく、ガスが封入される容器とその蓋のような配管以外の部材のシールに本発明を適用することも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、汎用性を有しつつ、容易かつ確実に、連結される部材の間をシールすることが可能なシール部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシール部材の第１実施形態を用いた接続部を示す断面図である。
【図２】（ａ）は図１に図解のシール部材の部分平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図３】図１の部分拡大図である。
【図４】（ａ）は本発明に係るシール部材の第２実施形態の部分平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図５】本発明に係るシール部材を用いたガス漏れ量計測実験の条件を示すための断面図である。
【符号の説明】
１…接続部
２５…リングシール付ガスケット
５１…支持部材
５１ａ…開口部
１０７，１０９…部材
１５１…シール膜
２５１…第１のシール部
３５１…第２のシール部
ＡＳ１，ＡＳ２…被シール面（フランジ面）
ＡＳ３…被シール面
ＳＳ…シール面
【発明の属する技術分野】
本発明は、連結される部材からのガスの漏れを防止するためのシール部材に関する。
特定的には、本発明は、連結される部材に挟まれるように平板状に形成してガス透過面積を小さくしたシール部と、連結される部材の隙間に入り込むように変形してシールするシール部の２つのシール部を有するシール部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業の様々な分野において、ガスが流れる配管を接続する必要が生じる場合がある。
配管には大気圧とほぼ同程度の圧力のガスが流れるとは限らず、大気圧よりも高い圧力のガス（これを高圧ガスという）が流れる場合がある。
配管内を高圧ガスが流れる場合には、配管の接続部から高圧ガスが漏れる可能性が高くなる。
【０００３】
高圧ガスを流す配管の接続におけるシールには、従来Оリングを用いていた。ゴム材料を用いたОリングからのガスの漏れ量は、ガス放出側におけるОリングの露出面積と、Оリングにおけるガスの受圧面からガス放出側の露出面までの距離と、ガス透過係数と呼ばれる、Оリングごとのガス透過特性を示す係数とによって見積もられることが知られている。
同一材料のОリングを使用してガスの漏れ量を減少させるためには、ガス放出側の露出面積を減少させるか、受圧面からガス放出側の露出面までのガス透過距離を長くすればよい。
【０００４】
ガス透過距離を長くするために、Оリングの線径（断面の直径のこと）を大きくする手法や、複数個のОリングを用いる手法が知られている。
また、配管の接続部に取り付けたОリングを、ガスの圧力によって変形させて、接続部の隙間につぶし込んでガス透過距離を確保する手法も知られている。
さらに、たとえば特許文献１には、ポリアミド樹脂により、断面形状をＵ字状やＹ字状に形成してガス透過係数を小さくしたパッキンが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２０８２０１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にはそれぞれ不利益が存在した。
Оリングの線径を大きくする手法に関しては、Оリングを装着するための溝の大きさや形成位置に制限が存在する場合があり、Оリングの線径をある程度以上大きくすることは困難である。
また、線径の大きなОリングを用いることは、接続部をコンパクトにするためには不都合である。
【０００７】
Оリングを複数個用いる場合には、装着のための溝の加工費用の増大を招く。また、Оリング装着のための工程も増加する。
【０００８】
ガス圧力によりОリングを変形させて接続部の隙間につぶし込む手法においては、ガスの圧力変動が生じる場合にガス透過距離を確保することが困難である。
また、隙間に入り込んだОリングの圧力変形部に、圧力変動による摩耗（フレッチング摩耗）や破損が生じる可能性もある。
さらに、圧力変形部は、隙間の間においてある程度つぶれていなければ、圧力変形部が接触している面の粗さに起因してガス漏れが発生するが、Оリングのゴム材料は経時的にクリープしてつぶし率が減少するために、長期使用におけるシール性の確保が困難であった。
【０００９】
特殊な材質や断面形状を有する特殊なパッキンを用いる場合には、特殊なパッキンを用意するためのコスト上昇や、汎用性に欠けるという不利益がある。
【００１０】
さらに、Оリングには、ゴムにより形成されているために変形が生じ、接続部への装着が困難であるという不都合が存在する。
前述のように線径を大きくすると変形も大きくなり、装着はより困難になる。
【００１１】
本発明の目的は、汎用性を有しつつ、容易かつ確実に、連結される部材の間をシールすることが可能なシール部材を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシール部材は、ハウジング部を有する第１の部材と、フランジ部と当該フランジ部から連続して形成されている軸部とを有し当該軸部が前記ハウジング部に収容されて前記第１の部材に連結される第２の部材との間の前記ハウジング部と前記フランジ部との対向面間に保持されるシール部材であって、前記ハウジング部と前記フランジ部との間の対向する被シール面間に挟まれて、当該被シール面間をシールする平板状の第１のシール部と、前記第１のシール部から連続して設けられ、前記フランジ部および前記軸部間の境界と前記ハウジング部との間に形成される装着溝に装着されて当該装着溝の被シール面間をシールする第２のシール部とを有するシール部材である。
【００１３】
本発明においては、第１の部材のハウジング部に、フランジ部とこのフランジ部から連続して形成されている軸部とを有する第２の部材の軸部を収容することにより、第１の部材と第２の部材とが連結され、ハウジング部とフランジ部との対向面間に本発明に係るシール部材が保持される。その結果、ハウジング部とフランジ部との間の対向する被シール面の間に、シール部材の平板状の第１のシール部が挟まれ、第１のシール部材のシール面とハウジング部およびフランジ部の被シール面とが密着する。これにより、ハウジング部およびフランジ部の被シール面は、シール対象の媒体が透過する面積を小さく、かつ、媒体が透過する距離を長くすることを可能とした第１のシール部によってシールされる。
また、第１の部材と第２の部材との連結により、第１のシール部から連続して設けられる第２のシール部が、フランジ部および軸部間の境界とハウジング部との間に形成される装着溝に装着される。これにより、第２のシール部のシール面が、第１および第２の部材の装着溝の部分の被シール面に接触して押圧され、第２のシール部の、シール対象の媒体の透過面積が小さくなった状態で、装着溝部分の被シール面間がシールされる。
したがって、本発明に係るシール部材を装着して第１および第２の部材を連結すれば、第１および第２の部材のハウジング部およびフランジ部は、シール対象の媒体が漏れにくい状態で、第１のシール部と第２のシール部との２つのシール部によりシールされる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して述べる。
なお、以下では、圧力が大気圧よりも高い高圧ガスが流れる配管を接続するための部材間をシールする場合を一例として挙げる。しかしながら、本発明は配管の接続のための部材のシール以外にも適用可能である。
【００１５】
第１実施形態
図１が、本発明に係るシール部材の第１実施形態を用いた接続部を示す断面図である。
図１に示す接続部１は、第１の部材１０７と、第２の部材１０９と、リングシール付ガスケット２５とを有している。
リングシール付ガスケット２５は、第１のシール部２５１と、第２のシール部３５１とを有している。
リングシール付ガスケット２５が、本発明に係るシール部材の第１実施形態に相当する。
【００１６】
部材１０７の内部には高圧ガスの流路１０７ａが形成されている。また、部材１０９の内部にも高圧ガスの流路１０９ａが形成されている。
【００１７】
図１に示すように、第２の部材１０９はフランジ部１２９を有している。フランジ部１２９は、平面状のフランジ面ＡＳ２を有している。そして、フランジ部１２９から連続して、フランジ面ＡＳ２に直交するように、軸部１１９が設けられている。
【００１８】
第１の部材１０７には、第１の部材１０７と第２の部材１０９とを連結する際に軸部１１９を収容するハウジング部１１７が設けられている。
ハウジング部１１７の先端は、部材１０７と部材１０９とを連結したときに、部材１０９のフランジ面ＡＳ２に対向する、平面状のフランジ面ＡＳ１となっている。
また、ハウジング部１１７の先端のフランジ面ＡＳ１は、部材１０７，１０９を連結したときに、リングシール付ガスケット２５の第２のシール部３５１が装着される装着溝１２０が形成されるように面取りされている。
【００１９】
部材１０７と部材１０９とを接続する場合には、詳しくは後述するが、リングシール付ガスケット２５の平板状の第１のシール部２５１を軸部１１９に通してフランジ面ＡＳ２に装着する。そして、軸部１１９をハウジング部１１７に収容するように部材１０９と部材１０７とを組立てて、たとえば、部材１０７と部材１０９と第１のシール部２５１とを貫通する図示しないボルトで部材１０９および部材１０７を締結する。
これにより、フランジ面ＡＳ１とフランジ面ＡＳ２とによって平板状のシール部２５１を挟んで保持した状態で、部材１０７と部材１０９とが互いに連結される。
【００２０】
部材１０７と部材１０９とが連結されたときに、流路１０７ａおよび１０９ａを高圧ガスが流れる。
たとえば、高圧ガスは、部材１０７側から部材１０９側に向かって流れるものとする。
また、高圧ガスの圧力は、たとえば、１５ＭＰａ程度であるとする。
部材１０７，１０９は、１５ＭＰａに加圧された高圧ガスを流した場合にも、この高圧ガスが透過しない材料によって形成する。
【００２１】
図２（ａ）が、リングシール付ガスケット２５の部分平面図であり、図２（ｂ）がその断面図である。
図２（ａ），（ｂ）に示すように、リングシール付ガスケット２５は、第１のシール部２５１と、第２のシール部３５１とを有している。
第１のシール部２５１は、たとえば、軸部１１９を通すための開口部５１ａを備えるリング状の支持部材５１の両面に、ゴム材料製のシール膜１５１を被覆したガスケットである。
また、第２のシール部３５１は、たとえば、図２（ｂ）に示すように断面が半円状の、ゴム材料製のリング状部材である。
【００２２】
支持部材５１は、好適には金属によって形成する。
さらに好適には、支持部材５１は、磁石によって保持可能な磁性体金属によって形成する。
ゴム材料製のシール膜１５１は、支持部材５１の両面に、たとえば加硫接着によって焼き付けて被覆する。市場で入手可能な、ゴム材料と金属材料を接着可能な接着剤によってシール膜１５１と支持部材５１とを接着してもよい。
【００２３】
さらに、シール膜１５１の表面に、第２のシール部３５１が、たとえば加硫接着や接着剤による接着によって固定される。これにより、支持部材５１によって第２のシール部３５１が支持される。
本実施形態においては、リング状の支持部材５１の円形開口部５１ａの内径と同じ内径を有するリング状の第２のシール部が、円形開口部５１ａと同軸に、支持部材５１上のシール膜１５１に固定されている。
第２のシール部３５１以外のシール膜１５１の領域が、第１のシール部２５１における、部材１０７，１０９のフランジ面ＡＳ１，ＡＳ２間をシールするシール面ＳＳとなる。
【００２４】
シール膜１５１および第２のシール部３５１に用いるゴム材料としては、たとえば、フッ素ゴム、パーフロロゴム、水素化ニトリルゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴムを用いることができる。
シール膜１５１および第２のシール部３５１は、必ずしも同じ材料によって形成する必要はなく、シール対象であるガスの種類や圧力、接続部の環境等のシール条件によって、異なるゴム材料を適宜選択することができる。
【００２５】
支持部材５１は必ずしも金属である必要はなく、樹脂材料を用いて形成してもよい。
支持部材５１に使用可能な樹脂材料の一例として、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニールフロライド樹脂、高密度ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、ポリイミド樹脂を用いることができる。
これらの樹脂材料は、ガスがほとんど透過しない性質を有している。
ある程度の力で弾性変形する樹脂材料を用いた場合には、シール膜１５１を被覆することなく、部材１０７，１０９のフランジ面ＡＳ１，ＡＳ２間をシールすることができる。
また、支持部材５１はリング状である必要はなく、支持部材５１の平面形状は、矩形や多角形等の形状でもよい。
【００２６】
上述のリングシール付ガスケット２５は、部材１０７，１０９の連結時に、開口部５１ａを部材１０９の軸部１１９に嵌合させて、部材１０９のフランジ部１２９に装着される。
図３は、リングシール付ガスケット２５を部材１０７および部材１０９に装着させたときの状態を示す、図１の部分拡大図である。ただし、図３において、部材１０７は、図示の明確さのためにハッチングを省略している。
部材１０９と部材１０７とがたとえばボルトにより締結されると、リングシール付ガスケット２５の第１のシール部２５１のシール面ＳＳが、第１の部材１０７のフランジ面ＡＳ１および第２の部材１０９のフランジ面ＡＳ２に接触して密着する。部材１０７と部材１０９との締結時には、フランジ面ＡＳ１，ＡＳ２が被シール面となり、被シール面ＡＳ１およびＡＳ２と第１のシール部２５１のシール面ＳＳとが密着することにより、被シール面ＡＳ１，ＡＳ２間がシールされる。
【００２７】
部材１０７，１０９の締結時に、リング状の第２のシール部３５１は、装着溝１２０に装着される。
本実施形態においては、たとえば、装着溝１２０は第２のシール部３５１を収容する断面三角形状に形成される。
断面三角形状の装着溝１２０の場合には、ハウジング部１１７の面取り面が、装着溝１２０における部材１０７側の被シール面ＡＳ３となる。また、部材１０９の軸部１１９の側面が、装着溝１２０における部材１０９側の被シール面になる。
なお、装着溝１２０の断面形状は、矩形等の他の形状でもよい。
【００２８】
部材１０７と部材１０９との連結によって、第２のシール部３５１は被シール面ＡＳ３により押圧される。その結果、第２のシール部３５１は、図３に破線で示す装着前の状態から、実線で示す装着後の状態に弾性変形する。これにより、部材１０７の被シール面ＡＳ３と、部材１０９の軸部１１９の側面の被シール面との間が、第２のシール部３５１によってシールされる。
【００２９】
部材１０７と部材１０９とを連結し、第２のシール部３５１が装着溝１２０に装着された状態において、部材１０７側から部材１０９側に向かって、高圧ガスを流すと、第２のシール部３５１は、高圧側ＨＳと低圧側ＬＳとの間の圧力差を受ける。高圧側ＨＳは、ガスを加圧して流す場合の加圧側に相当し、低圧側ＬＳは、非加圧側に相当する。
第２のシール部３５１が溝１２０により押圧され、かつ、高圧側ＨＳから低圧側ＬＳへの圧力差を受けることにより、第２のシール部３５１は、第１のシール部２５１と被シール面ＡＳ３との間が狭まるように弾性変形する。この結果、低圧側ＬＳにおける第２のシール部３５１のガス透過面積が限りなく小さくなる。
【００３０】
また、部材１０７，１０９の間に平板状の第１のシール部２５１を挟んでシールすることにより、低圧側ＬＳにおける第１のシール部２５１のガス透過面積が小さくなる。さらに、高圧ガスが第１のシール部２５１の内部を透過して部材１０７，１０９の内部の高圧側ＨＳから外部の低圧側ＬＳに至るまでのガス透過距離が長くなる。
ガス透過面積が小さくなり、透過距離が長くなれば、前述のように、ガス漏れ量は減少する。
【００３１】
以上のように、第１のシール部２５１と第２のシール部３５１とを有するガスケット２５を用いることによって、低圧側ＬＳにおけるガス透過面積を限りなく小さく、かつ、ガス透過距離を長くすることができる。その結果、低圧側ＬＳへの高圧ガスの漏れをほとんどゼロにすることができる。
【００３２】
その際に、支持部材５１を備えるリングシール付ガスケット２５を用いることにより、取り扱い性が向上し、フランジ部１２９へのリングシール付ガスケット２５の装着が容易になる。支持部材５１が軸部１１９に対するガイドとなり、ガスケット２５のフランジ部１２９への装着において、ゴム材料製の第２のシール部３５１が変形しにくくなる。また、第２のシール部３５１が変形したとしても、第１のシール部２５１がフランジ部１２９へ正しく装着されれば、第２のシール部３５１も自動的に正しい位置へ装着される。この結果、ゴム材料製の第２のシール部３５１の変形によるシール性の低下を防止することができる。軸部１１９が大径化し、第２のシール部３５１の内径が大きくなったときにも、本実施形態によれば、ゴム材料製の第２のシール部３５１の変形を抑制し、正しく装着することができる。
変形を防止してリングシール付ガスケット２５のフランジ部１２９への装着を容易にする点からは、支持部材５１として、ある程度の強度を有する金属を用いることが好ましい。
また、支持部材５１に磁性体金属を用いれば、リングシール付ガスケット２５をたとえば磁石により簡単に保持することができるため、リングシール付ガスケット２５のフランジ部１２９への装着の自動化を図ることもできる。
【００３３】
第１のシール部２５１はガスケット状であり、第２のシール部３５１としてはたとえば半分に割ったОリングを用いることができるため、製造が容易であり、汎用性も高い。
さらに、シール膜１５１および第２のシール部３５１の材料を適宜選択することによって、用途に合わせた多様な機能をリングシール付ガスケット２５に持たせることができる。
詳細には、一例として、シール対象であるガスにオイルが含まれる場合や極度に耐寒性が要求される環境において、シール膜１５１および第２のシール部３５１の材料として耐油性や耐寒性に優れた材料を用いることにより、さらにシール性を向上させることができる。
【００３４】
第２実施形態
図４（ａ）が、本発明に係るシール部材の第２実施形態の部分平面図であり、図４（ｂ）がその断面図である。
図４（ａ），（ｂ）に示すリングシール付ガスケット３５は、第１実施形態に係るリングシール付ガスケット２５よりもシール性を高めるためのものであり、第２のシール部４５１の断面形状が、断面三角形状の装着溝１２０に合わせて三角形状になっている点が、第１実施形態と異なっている。その他の点は第１実施形態と同じであるため詳細な記述は省略する。
【００３５】
断面三角形状の装着溝１２０に合わせて第２のシール部４５１の断面形状を三角形状にすることによって、被シール面ＡＳ３に第２のシール部４５１が密着し易くなり、また、ガス透過距離も長くなる。さらに、第１のシール部２５１と被シール面ＡＳ３との間が埋まり易くなる。
したがって、低圧側ＬＳにおけるガス漏れ量を、第１実施形態よりもさらに減少させることができる。
なお、本第２実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、取り扱い性の向上、多機能性の実現という効果を得ることができる。
【００３６】
以下に、本発明に係るリングシール付ガスケットを用いてガス漏れ量を測定した際の実験結果について述べる。
図５が、実験条件について述べるための断面図である。図５に示す断面図は、基本的には、図１に示す断面図と同じである。そのため、同一構成要素には同一符号を付し、詳細な記述は省略する。
【００３７】
図５に示す部材１０９の各部の寸法は、たとえば、軸部１１９の外径の大きさＬ１を９ｍｍ、フランジ部１２９の幅の大きさＬ２を３ｍｍとした。
リングシール付ガスケットとしては、図２に示すリングシール付ガスケット２５を用い、断面半円状の第２のシール部３５１の直径の大きさＬ３を１ｍｍとした。したがって、部材１０７の被シール面ＡＳ３も、部材１０７と部材１０９とを連結したときに、部材１０９の軸部１１９から１ｍｍの範囲まで存在するように形成されている。
リングシール付ガスケット２５の支持部材５１の厚さは０．１ｍｍとし、この支持部材５１の両面に、厚さ０．０５ｍｍのゴムを接着して被覆した。
【００３８】
また、被シール面ＡＳ１と被シール面ＡＳ２との間の隙間の大きさＬ４は、部材１０７と部材１０９とを接続しただけであり、ボルト等の締結手段により締結しない状態において、Ｌ４＝１．５ｍｍとなるようにした。
さらに、部材１０９の軸部１１９と、部材１０７のハウジング部１１７との間の隙間Ｌ５の大きさは、０．０５ｍｍにした。
上記の部材１０７と部材１０９とリングシール付ガスケット２５とを、部材１０７，１０９の被シール面ＡＳ１〜ＡＳ３に、第２のシール部３５１および第１のシール部２５１のシール面ＳＳが十分に密着するように連結した。
【００３９】
以上の条件のもとで、各種高圧ガスを、圧力５ＭＰａ下で部材１０７の流路１０７ａ側から部材１０９の流路１０９ａ側へ流し、１日（２４時間）あたりの高圧ガス漏れ量を、容積法により計測した。
なお、リングシール付ガスケット２５のシール膜１５１および第２のシール部３５１の材料としては、４０℃雰囲気、圧力５ＭＰａのもとで、水素ガス透過係数が２．２６×１０−１１（ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／（ｃｍ２・ｓｅｃ・Ｐａ））、７０℃雰囲気、圧力０．５ＭＰａのもとで、フレオンＲ１３４ａガス透過係数が１．１５×１０−１２（ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／（ｃｍ２・ｓｅｃ・Ｐａ））のゴム材料を用いた。ここで、記号ＳＴＰは、標準状態（温度０°、１ａｔｍ）を表わしている。
また、リングシール付ガスケット２５を装着した場合には、図５に示すОリングＯＲは装着しなかった。
このときの、低圧側ＬＳへの水素ガスの漏れ量は、１日あたり０．７６ｃｍ３、フレオンＲ１３４ａガスの漏れ量は、１日あたり０．３６ｃｍ３であった。
【００４０】
比較として、本発明に係るリングシール付ガスケット２５の代わりに、一般的なОリングＯＲのみを図５に示すように軸部１１９に設けた溝１１９Ｇに装着し、上述と同じ圧力５ＭＰａにおいて水素ガスおよびフレオン１３４ａガスの漏れ量を計測した結果、１日あたりの漏れ量はそれぞれ５．０ｃｍ３、０．２４ｃｍ３であった。
これら２つの計測結果から、本発明に係るリングシール付ガスケット２５を用いた方が、ガス漏れ量が大幅に少なく、シール効果が高いことが分かる。
なお、図５に示すように、本発明に係るリングシール付ガスケット２５とОリングＯＲとを併用すれば、シール効果は更に向上する。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、上記実施の形態における形状、材質や各種数値等の記載は本発明を説明するための一例であり、本発明は上記実施の形態に限定されない。
たとえば、本発明は、第１のシール部２５１や第２のシール部３５１の材料を適宜選択することにより、様々なガスのシールに用いることができる。
また、配管の接続部分だけでなく、ガスが封入される容器とその蓋のような配管以外の部材のシールに本発明を適用することも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、汎用性を有しつつ、容易かつ確実に、連結される部材の間をシールすることが可能なシール部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシール部材の第１実施形態を用いた接続部を示す断面図である。
【図２】（ａ）は図１に図解のシール部材の部分平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図３】図１の部分拡大図である。
【図４】（ａ）は本発明に係るシール部材の第２実施形態の部分平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図５】本発明に係るシール部材を用いたガス漏れ量計測実験の条件を示すための断面図である。
【符号の説明】
１…接続部
２５…リングシール付ガスケット
５１…支持部材
５１ａ…開口部
１０７，１０９…部材
１５１…シール膜
２５１…第１のシール部
３５１…第２のシール部
ＡＳ１，ＡＳ２…被シール面（フランジ面）
ＡＳ３…被シール面
ＳＳ…シール面
Claims (4)
- ハウジング部を有する第１の部材と、フランジ部と当該フランジ部から連続して形成されている軸部とを有し当該軸部が前記ハウジング部に収容されて前記第１の部材に連結される第２の部材との間の前記ハウジング部と前記フランジ部との対向面間に保持されるシール部材であって、
前記ハウジング部と前記フランジ部との間の対向する被シール面間に挟まれて、当該被シール面間をシールする平板状の第１のシール部と、
前記第１のシール部から連続して設けられ、前記フランジ部および前記軸部間の境界と前記ハウジング部との間に形成される装着溝に装着されて当該装着溝の被シール面間をシールする第２のシール部と
を有するシール部材。 - 前記第１のシール部は、前記第２のシール部を支持する支持部材の表面にゴムを被覆して形成され、
前記第２のシール部は、ゴム材料から形成され、前記支持部材の一方の表面に固定される
請求項１に記載のシール部材。 - 前記支持部材は金属により形成される
請求項２に記載のシール部材。 - 前記金属が、磁石により保持可能な磁性体である
請求項３に記載のシール部材。
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