JP4819592B2

JP4819592B2 - 密封構造

Info

Publication number: JP4819592B2
Application number: JP2006172231A
Authority: JP
Inventors: 康司加納; 敬幸川崎
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-06-22
Also published as: JP2008002560A

Description

本発明は、高温高圧処理装置に使用される高圧ガス等の流体物質を密封する密封構造に関する。

高温高圧状態のガス等（流体物質）を封入する高温高圧処理装置に於て、その流体物質を封入する高圧容器と、開閉用の蓋部材との間（間隙）を密封するために、フッ素樹脂等から成るシール部材が用いられている。
具体的には、図８に示すように、蓋部材40は高圧容器41の開口部近傍の円筒壁部42に着脱自在に内嵌される嵌合部43を有し、嵌合部43の外周面に形成された環状溝44に、金属バネ45を内装した密封用のシールリング46が嵌め込まれている。さらに、高圧時にシールリング46が開口円筒壁部42と嵌合部43との（低圧側の）隙間Ｓ側へはみ出さないように支持するバックアップリング47が環状溝44に装着されている。

高温高圧処理後、高温状態のまま高圧容器41から蓋部材40を外して開放した場合、上記バックアップリング47は大径サイズのフッ素樹脂製リングであるので、図９に示すように、熱膨張により外径方向に拡大し環状溝44から大きくはみ出す。そして、この状態では、再び蓋部材40を嵌め込むのは困難であり、無理に嵌め込むとはみ出たバックアップリング47が高圧容器41と蓋部材40との間に挟まれ損傷するといった問題があった。

また、従来の密封構造には、バックアップリングとシールリングとを接着し、バックアップリングが熱膨張しても、シールリングにてバックアップリングのはみ出しを抑制することができるものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−５７８３４号公報

しかし、バックアップリングとシールリングとを接着した従来のシール部材では、バックアップリングとシールリングのうちどちらか一方が劣化した場合、他方が未だ使用可能であっても一緒に交換しなければならない欠点があった。

そこで、本発明は、熱膨張によってバックアップリングが環状溝から大きくはみ出すのを防止すると共に、シールリングとバックアップリングとを単独で交換することができる密封構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る密封構造は、高温高圧処理装置の筒状部に着脱自在に内嵌される嵌合部の外周面に形成された環状溝と、該環状溝の高圧側の第１側壁面に対向して装着される密封用のシールリングと、上記環状溝の低圧側の第２側壁面に対向して装着されると共に上記シールリングの背面を支持する樹脂製のバックアップリングと、を備えた密封構造に於て、上記シールリングは上記第１側壁面側へ開口する凹溝を有する横断面Ｕ形に形成され、かつ、上記バックアップリングよりも線膨張係数の小さい樹脂製又は金属製の弾発部材を上記凹溝内に有すると共に、上記背面と接触する上記バックアップリングの受け面に上記シールリング側へ膨出する環状凸隆部を形成し、装着未圧縮状態で上記背面に該環状凸隆部の外径周面部と係合する段差面を形成したものである。

また、高温高圧処理装置の筒状部に着脱自在に内嵌される嵌合部の外周面に形成された環状溝と、該環状溝の高圧側の第１側壁面に対向して装着される密封用のシールリングと、上記環状溝の低圧側の第２側壁面に対向して装着されると共に上記シールリングの背面を支持する樹脂製のバックアップリングと、を備えた密封構造に於て、上記第２側壁面と接触する上記バックアップリングの当接面に該第２側壁面へ膨出する横断面矩形の環状凸隆部を形成し、かつ、上記環状溝には上記第２側壁面側の開口端縁から上記第１側壁面側へ突出した横断面矩形の係止突条部が形成され、該係止突条部の内周面をもって形成される段差面が、装着未圧縮状態で上記環状凸隆部の外径周面部と係合するように構成した。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係る密封構造によれば、高温状態で筒状部から嵌合部を引き抜いた場合に、熱膨張によって外径方向に拡大しようとするバックアップリングをシールリング（又は第２側壁面）の段差面にて係止して、その外径方向の拡大を抑制することができる。そして、バックアップリングが環状溝から大きく突出する（はみ出す）のを防止することができる。従って、高温状態のままで再度嵌合部を筒状部内へ挿入する際に、バックアップリングが嵌合部と筒状部の間に挟まって破損する虞がなくなり、嵌合部を筒状部内へスムーズに挿入して嵌め込むことができる。
さらに、シールリングとバックアップリングが分離可能であるので、それぞれ単独で交換することができる。つまり、シールリングとバックアップリングを接着した従来のシール部材のように、一方の使用期間が早く劣化する他方の製品寿命に制限されることがなく、使用コスト面に関して優れたものである。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
本発明は、高温高圧処理装置に使用される高圧ガス等の流体物質を密封する密封構造に係るものであり、図１に示すように、高温高圧処理装置の筒状部７の内周面と、筒状部７に着脱自在に内嵌される嵌合部８の外周面との間（間隙）を密封するものである。なお、図１に於て上方が外周側、下方が内周側であり、一点鎖線は、筒状部７及び嵌合部８の軸心を示す。

図１に於て、20は高温高圧状態のガス等（流体物質）を封入する高温高圧処理装置の高圧容器であり、上記筒状部７は、例えばこの高圧容器20の開口部近傍の円筒壁部である。また、21は高圧容器20を施蓋する蓋部材であり、蓋部材21は円筒壁部７に内嵌される上記嵌合部８を有する。嵌合部８は、先端縁に周状の切欠部17を有する軸部18と、軸部18の先端にボルト等で固着された円盤部19とを、有している。即ち、嵌合部８の外周面には、切欠部17と円盤部19の基端面の外縁部とから成る周状の環状溝９が形成されている。

環状溝９内には、横断面Ｕ形の密封用のシールリング１が、環状溝９の高圧側（図に於て左側）Ｈの第１側壁面13に対向して配設され、シールリング１の第１側壁面13側に開口する凹溝16には、内径・外径方向に張り力を与える金属製弾発部材（板バネ）２が内装されている。さらに、シールリング１の背面４を支持する（フッ素樹脂等の）樹脂製のバックアップリング３が、環状溝９の低圧側（図に於て右側）Ｌの第２側壁面14に対向して配設されている。また、シールリング１及びバックアップリング３は、例えば径寸法が 400mm〜700mm ほどの大径のリングである。なお、図例ではシールリング１はフッ素樹脂製である。

このように、図１は、蓋部材21の嵌合部８が高圧容器20の円筒壁部７内に嵌め込まれた状態、言い換えれば、環状溝９内に装着されたシールリング１（及び弾発部材２）・バックアップリング３とが内径方向に押圧された圧縮状態を示す。

図２は、環状溝９内にシールリング１（及び弾発部材２）・バックアップリング３が装着されかつ嵌合部８が円筒壁部７内に嵌め込まれていない状態、言い換えれば、シールリング１（及び弾発部材２）・バックアップリング３の装着未圧縮状態を示す。

図２に於て、シールリング１の背面４と接触するバックアップリング３の受け面５には、シールリング１側へ膨出する環状凸隆部６が形成されている。また、シールリング１の背面４に段差面11を形成し、上記装着未圧縮状態でこの段差面11と環状凸隆部６の外径周面部10とが係合するようになっている。

環状凸隆部６の突出寸法Ａ₁は、環状溝９内でシールリング１とバックアップリング３とが溝幅方向に位置ずれできる移動可能寸法（隙間）Ｂ₁より大きく設定されている。突出寸法Ａ₁が移動可能寸法Ｂ₁以下の場合は、高温状態で嵌合部８を円筒壁部７から引き抜き取り外した場合に、係止凸部22と環状凸隆部６とが外れて、バックアップリング３が熱膨張により環状溝９から大きくはみ出るからである。

図３は図１の上記圧縮状態の拡大図であり、シールリング１とバックアップリング３は、それぞれ円筒壁部７の内周面と環状溝９の底面24とに圧着している状態を示す。

図４はシールリング１と弾発部材２の環状溝９への未装着状態を示し、図５はバックアップリング３の未装着状態を示す。
図４に於て、シールリング１は、凹溝16を有するＵ字状シール部25と、シール部25の基端面の外半分（図の上半分）に一体に突設された横断面略矩形の係止凸部22とを、有している。即ち、係止凸部22の内周面にて上記段差面11が形成される。

さらに、Ｕ字状シール部25の先端には三角山形の内リップ部26と外リップ部27とを有している。また、凹溝16に内装された横断面Ｕ形乃至Ｖ形の弾発部材２は、多数の分岐状小板バネ突片又はコ字折曲板バネ片から成るステンレス鋼等の金属バネである。

図５に於て、バックアップリング３は、横断面矩形のリング本体部28と、その先端面の内半分（図の下半分）に一体に突設された横断面略矩形の環状凸隆部６とを、有している。

また、図１に戻って、円筒壁部７の内周開口縁には周状の切欠部29が形成されている。そして、切欠部29には内径・外径方向に張り力を与える金属製の板バネ30が内装されたＵ形シール31が装着されている。また、嵌合部８を円筒壁部７内にスムーズに嵌め込めるように、シールリング１・バックアップリング３・Ｕ形シール31をガイドするテーパ状ガイド面32，33が、円筒壁部７の内周面と嵌合部８の外周面にそれぞれ設けられている。

次に、図６と図７に示すのは、本発明の密封構造の他の実施の形態であり、図６は装着未圧縮状態を示し、図７は圧縮状態を示す。
図６に於て、８は円筒壁部（筒状部）７に着脱自在に内嵌される嵌合部であり（図１参照）、嵌合部８はその外周面に環状溝９を有する。環状溝９の先端側（高圧側Ｈ）の第１側壁面13に対向して横断面Ｕ形のシールリング１が装着され、シールリング１の凹溝16に金属製弾発部材２が内装されている。さらに、環状溝９の基端側（低圧側Ｌ）の第２側壁面14に対向して樹脂製のバックアップリング３が装着されている。

第２側壁面14と接触するバックアップリング３の当接面12には、第２側壁面14へ膨出する環状凸隆部60が形成され、図６の装着未圧縮状態で、第２側壁面14には環状凸隆部60の外径周面部61と係合する段差面15が形成されている。

さらに詳しくは、バックアップリング３は、横断面矩形のリング本体部28と、その基端面の内半分（図６の下半分）に一体に突設された横断面矩形の環状凸隆部60とを、有する。また、環状溝９は第２側壁面14側の開口縁部を第１側壁面13側へ突出させて形成した係止突条部62を有し、係止突条部62の内周面が上記段差面15となる。また、シールリング１の背面４と、それを支持するバックアップリング３の受け面５は、それぞれ平坦面（ストレート面）状に形成されている。

環状凸隆部60の突出寸法Ａ₂は、環状溝９内でシールリング１とバックアップリング３とが溝幅方向に位置ずれできる移動可能寸法（隙間）Ｂ₂より大きく設定されている。突出寸法Ａ₂が移動可能寸法Ｂ₂以下の場合は、高温状態で嵌合部８を円筒壁部７から引き抜き取り外した場合に、係止突条部62と環状凸隆部60とが外れて、バックアップリング３が熱膨張により環状溝９から大きくはみ出るからである。
なお、図６と図７に於て、上記図１〜図３と同一の符号は図１〜図３と同様の構成であるので説明を省略する。

本発明の密封構造は設計変更自由であり、例えば、図２に於て、環状凸隆部６の表面と係止凸部22の表面をそれぞれ弧状（凸曲面状）に形成して、シールリング１とバックアップリング３との各々の合わせ面（背面４と受け面５）をＳ字状に形成してもよい。

また、図示省略するが、シールリング１は金属製の部材（金属製弾発部材２）と組み合わされていない（横断面Ｕ形以外の断面形状の）ものであってもよい。即ち、シールリング１が線膨張係数の小さい樹脂等で形成され、バックアップリング３の熱膨張による外径方向の拡大を抑制することが可能な強度を有するものであればよい。

バックアップリング３の素材としては、フッ素樹脂以外に、ポリアセタール・ポリアミド・ポリエーテルエーテルケトン等公知のものを適用可能である。

また、高温状態で円筒壁部７から嵌合部８を引き抜いた状態、つまり高温状態の装着未圧縮状態に於て、環状凸隆部６が係止凸部22に当接してバックアップリング３が環状溝９から大きくはみ出すのを防止することができれば、常温（低温）状態に於て環状凸隆部６の外径周面部10と係止凸部22の段差面11との間に多少隙間があっても構わない。このことは、図６と図７に示す環状凸隆部60と係止突条部62との関係についても同様であるので説明を省略する。
なお、図２及び図６の装着未圧縮状態は、高温状態となる前の常温（低温）状態での装着未圧縮状態を示している。

上述した本発明の密封構造の使用方法（作用）について説明する。
まず、図２に示す如くバックアップリング３・弾発部材２が内装されたシールリング１を環状溝９に装着した嵌合部８を、円筒壁部７内へ挿入して施蓋する。このとき、シールリング１は、円筒壁部７の内周面に形成されたガイド面32（図１参照）に沿って摺動しつつ内径方向へ圧縮される。また、バックアップリング３の環状凸隆部６とシールリング１の係止凸部22とが係合しているので、シールリング１の内径方向の移動に伴って、バックアップリング３も一緒に内径方向へ移動する。そして、シールリング１（及び弾発部材２）とバックアップリング３は円筒壁部７の内周面にて圧縮された圧縮状態となる（図１又は図３参照）。

上記のように施蓋した高圧容器20内で高温高圧処理後、高温状態（例えば200 ℃）のまま蓋部材21の嵌合部８を円筒壁部７から引き抜いて取り外す。圧縮状態から解放された高温状態のバックアップリング３は熱膨張により外径方向に拡大しようとするが、環状凸隆部６（外径周面部10）と係止凸部22（段差面11）とが当接して係止されているので、シールリング１にてバックアップリング３の外径方向の拡大を抑制して環状溝９から大きく突出する（はみ出す）のを防止する。

また、図６と図７に示す他の実施の形態の場合は、上記と同様に施蓋し高温高圧処理した後、高温状態のまま円筒壁部７から嵌合部８を引き抜くと、バックアップリング３は熱膨張により外径方向に拡大して環状溝９から大きくはみ出そうとするが、環状凸隆部60（外径周面部61）と係止突条部62（段差面15）とが当接して係止されているので、係止突条部62にてバックアップリング３の外径方向の拡大を抑止して環状溝９から大きく突出する（はみ出す）のを防止する。

以上のように、本発明の密封構造は、高温高圧処理装置の筒状部７に着脱自在に内嵌される嵌合部８の外周面に形成された環状溝９と、環状溝９の高圧側Ｈの第１側壁面13に対向して装着される密封用のシールリング１と、環状溝９の低圧側Ｌの第２側壁面14に対向して装着されると共にシールリング１の背面４を支持する樹脂製のバックアップリング３と、を備えた密封構造に於て、背面４と接触するバックアップリング３の受け面５にシールリング１側へ膨出する環状凸隆部６を形成し、装着未圧縮状態で背面４に環状凸隆部６の外径周面部10と係合する段差面11を形成したので、高温状態で筒状部７から嵌合部８を引き抜いた場合に、熱膨張によって外径方向へ拡大しようとするバックアップリング３をシールリング１の段差面11にて係止して、その外径方向の拡大を抑制することができる。そして、バックアップリング３が環状溝９から大きく突出する（はみ出す）のを防止することができる。従って、高温状態のままで再度嵌合部８を筒状部７内へ挿入する際に、バックアップリング３が嵌合部８と筒状部７の間に挟まって破損する虞がなくなり、嵌合部８を筒状部７内へスムーズに挿入して嵌め込むことができる。
さらに、シールリング１とバックアップリング３が分離可能であるので、それぞれ単独で交換することができる。つまり、シールリング１とバックアップリング３を接着した従来のシール部材のように、一方の使用期間が早く劣化する他方の製品寿命に制限されることがなく、使用コスト面に関して優れたものである。

また、シールリング１は第１側壁面13側へ開口する凹溝16を有する横断面Ｕ形に形成され、かつ、凹溝16内に金属製弾発部材２を有するので、つまり、線膨張係数が小さく、かつ、強度の高い金属製弾発部材２をシールリング１に内装しているので、熱膨張によるバックアップリング３の外径方向の拡大を一層効果的に抑制することができる。

また、高温高圧処理装置の筒状部７に着脱自在に内嵌される嵌合部８の外周面に形成された環状溝９と、環状溝９の高圧側Ｈの第１側壁面13に対向して装着される密封用のシールリング１と、環状溝９の低圧側Ｌの第２側壁面14に対向して装着されると共にシールリング１の背面４を支持する樹脂製のバックアップリング３と、を備えた密封構造に於て、第２側壁面14と接触するバックアップリング３の当接面12に第２側壁面14へ膨出する環状凸隆部60を形成し、装着未圧縮状態で第２側壁面14に環状凸隆部60の外径周面部61と係合する段差面15を形成したので、高温状態で筒状部７から嵌合部８を引き抜いた場合に、熱膨張によって外径方向に拡大しようとするバックアップリング３を第２側壁面14の段差面15にて係止して、その外径方向の拡大を抑止することができる。そして、バックアップリング３が環状溝９から大きく突出する（はみ出す）のを防止することができる。従って、高温状態のままで再度嵌合部８を筒状部７内へ挿入する際に、バックアップリング３が嵌合部８と筒状部７の間に挟まって破損する虞がなくなり、嵌合部８を筒状部７内へスムーズに挿入して嵌め込むことができる。
さらに、シールリング１とバックアップリング３が分離可能であるので、それぞれ単独で交換することができる。つまり、シールリング１とバックアップリング３を接着した従来のシール部材のように、一方の使用期間が早く劣化する他方の製品寿命に制限されることがなく、使用コスト面に関して優れたものである。

本発明に係る密封構造の断面図である。要部断面図である。要部断面図である。シールリングと弾発部材の断面図である。バックアップリングの断面図である。本発明の他の実施の形態を示す要部断面図である。要部断面図である。従来の密封構造の断面図である。要部断面図である。

１シールリング
２弾発部材
３バックアップリング
４背面
５受け面
６環状凸隆部
７筒状部
８嵌合部
９環状溝
10 外径周面部
11 段差面
12 当接面
13 第１側壁面
14 第２側壁面
15 段差面
16 凹溝
60 環状凸隆部
61 外径周面部
62 係止突条部
Ｈ高圧側
Ｌ低圧側

Claims

高温高圧処理装置の筒状部（７）に着脱自在に内嵌される嵌合部（８）の外周面に形成された環状溝（９）と、該環状溝（９）の高圧側（Ｈ）の第１側壁面（13）に対向して装着される密封用のシールリング（１）と、上記環状溝（９）の低圧側（Ｌ）の第２側壁面（14）に対向して装着されると共に上記シールリング（１）の背面（４）を支持する樹脂製のバックアップリング（３）と、を備えた密封構造に於て、
上記シールリング（１）は上記第１側壁面（13）側へ開口する凹溝（16）を有する横断面Ｕ形に形成され、かつ、上記バックアップリング（３）よりも線膨張係数の小さい樹脂製又は金属製の弾発部材（２）を上記凹溝（16）内に有すると共に、
上記背面（４）と接触する上記バックアップリング（３）の受け面（５）に上記シールリング（１）側へ膨出する環状凸隆部（６）を形成し、装着未圧縮状態で上記背面（４）に該環状凸隆部（６）の外径周面部（10）と係合する段差面（11）を形成したことを特徴とする密封構造。
高温高圧処理装置の筒状部（７）に着脱自在に内嵌される嵌合部（８）の外周面に形成された環状溝（９）と、該環状溝（９）の高圧側（Ｈ）の第１側壁面（13）に対向して装着される密封用のシールリング（１）と、上記環状溝（９）の低圧側（Ｌ）の第２側壁面（14）に対向して装着されると共に上記シールリング（１）の背面（４）を支持する樹脂製のバックアップリング（３）と、を備えた密封構造に於て、
上記第２側壁面（14）と接触する上記バックアップリング（３）の当接面（12）に該第２側壁面（14）へ膨出する横断面矩形の環状凸隆部（60）を形成し、かつ、上記環状溝（９）には上記第２側壁面（14）側の開口端縁から上記第１側壁面（13）側へ突出した横断面矩形の係止突条部（62）が形成され、該係止突条部（62）の内周面をもって形成される段差面（15）が、装着未圧縮状態で上記環状凸隆部（60）の外径周面部（61）と係合するように構成したことを特徴とする密封構造。