JP4872727B2 - 耐圧容器のシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、超臨界等の高温高圧流体が充填される耐圧容器において、その容器本体と蓋体との間を気密的に封じるためのシール構造に関するものである。

近年、洗浄装置、抽出装置あるいは染色装置等の主要構成部として、被洗浄物となる精密部品や被染色物となる各種繊維が収納されるとともに、内部に洗浄液や拡散媒体となる水や二酸化炭素等の超臨界あるいは高温高圧流体が充填される各種の耐圧容器が用いられている。

このような耐圧容器においては、内外の圧力差および温度差が極めて大きいことから、上記洗浄処理や染色加工処理を行う一定時間、上記高温高圧状態を保持するために、当該耐圧容器内を外部から確実に気密的にシールする構造を採用する必要がある。

図５は、従来のこの種の耐圧容器におけるシール構造を示すもので、図中符号１が耐圧容器の容器本体である。
この容器本体１は、円筒状の胴部２の図中左方が端板によって封じられるとともに、図中右方に開口部３が形成されることにより、軸線Ｏを中心とする略有底円筒形状に構成されたものである。この容器本体１は、図示されない基台上の定位置に軸線Ｏを略水平に向けて固定的に備えられている。

そして、この耐圧容器には、容器本体１の胴部２の一端に形成された開口部３を開閉する蓋体４が設けられている。この蓋体４は、胴部２の外径と略等しい外径に形成されて胴部２の端面に当接する円板状の蓋部５と、この蓋部５から容器本体１内に突出して胴部２に嵌合される略円柱状の嵌合部６と、この嵌合部６の先端に固定された内側蓋体（嵌合部）７とから概略構成されている。ここで、この蓋体４においては、嵌合部６の先端外周が全周にわたって段状に切り欠かれることにより、当該嵌合部６と内側蓋体７との間に環状の溝部８が形成されている。

そして、この溝部８内に、シールリング９とバックアップリング１０とが装着されている。このシールリング９は、断面Ｕ字状に形成された所定の強度を有する可撓性部材であり、その開口を容器本体１の内方に向けて配置されている。また、内部には、内壁面に沿う断面Ｕ字状に形成されて径方向の内外に付勢力を付与する金属製ばね１１が取り付けられている。そして、このシールリング９は、溝部８の容器本体１内方側に位置する内壁面８ａに対向配置されている。

他方、バックアップリング１０は、フッ素樹脂製の円環板状の部材で、溝部８の開口部３側に位置する内壁面８ｂに対向配置されている。ちなみに、このバックアップリング１０は、可撓性を有するシールリング９が耐圧容器内の高圧によって胴部２と嵌合部６との間の間隙に押し込まれ、変形・摩耗を生じることを防止するために設けられたものである。

また、胴部２の開口側端部の内壁には、全周にわたる切欠段部１２が形成され、この切欠段部１２内に、断面Ｕ字状のシールリング１３と金属製ばね１４とが、そのＵ字を上記シールリング９および金属製ばね１１と逆方向に向けて配置されている。なお、これらシールリング１３および金属製ばね１４は、この耐圧容器を真空容器として使用する場合の予備のシール構造を構成するものである。さらに、これらシールリング９、１３間に位置する胴部２の内壁および嵌合部６の外壁は、蓋体４によって開口部３を閉じる際に、当該シールリング９、１３を円滑に案内するための傾斜面１５、１６が形成されている。

ところで、上記構成からなる従来の耐圧容器のシール構造においては、耐圧容器内において高温高圧雰囲気下で上記洗浄処理等を行った後に、内部を減圧して蓋体４を取り外すと、フッ素樹脂製のバックアップリング１０は、一般に４００ｍｍ〜７００ｍｍ程度の大径リングであるために、熱膨張により拡径し、図６に示すように蓋体４の嵌合部６の外周から過度に垂れ下がってしまう。

このようなバックアップリング１０の溝部８からの過度の垂れ下がり現象は、当該バックアップリング１０の温度が常温まで戻れば解消されることになる。

しかしながら、超臨界等の高温雰囲気によって加熱されたバックアップリング１０を常温まで冷却した後に次のバッチ処理を行うことは、操業上現実的でないため、上記バックアップリング１０が嵌合部６の外周から突出した状態で、次のバッチ処理のために蓋体４で容器本体１を塞がざるを得ない。この結果、再び蓋体４によって容器本体１の開口部３を閉じる際に、当該バックアップリング１０が胴部２の内壁と嵌合部６との間に挟み込まれて損傷を受け易いという問題点があった。

そこで、上記問題点を解決する従来の他の耐圧容器のシール構造として、下記特許文献１に見られるような、シールリングとバックアップリングとを接着して、分離不能に一体化することにより、シールリングからのバックアップリングの遊離を防止したものが提案されている。
特開２００６−０５７８３４号公報

しかしながら、上記従来のシール構造にあっては、シールリングとバックアップリングとが分離不能に一体化されているために、一方のリングが劣化あるいは損傷した場合には、双方を新たなものと交換する必要があり、経済性に劣るという問題点があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、シールリングとバックアップリングとを分離不能に一体化させることなく、かつバックアップリングが熱膨張によって蓋体の外周から突出することを確実に防止することができて経済性に優れる耐圧容器のシール構造を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、筒状の胴部を有する容器本体と、この容器本体の胴部の一端に形成された開口部を開閉する蓋体とを備え、内部に高温高圧流体が充填される耐圧容器の上記容器本体と上記蓋体との間を気密的にシールするシール構造であって、上記耐圧容器は、上記容器本体の軸線を水平方向に沿って配置され、かつ上記蓋体に、上記胴部内に嵌合される嵌合部が形成され、この嵌合部の外周に環状の溝部が形成されるとともに、この溝部内にシールリングと当該シールリングが上記胴部と上記嵌合部との間隙に押し込まれることを防止すべく円環板状に形成されたバックアップリングとが装着されてなり、上記シールリングは、上記溝部の上記胴部内側の内壁面に対向配置され、上記バックアップリングは、上記溝部の上記開口部側の内壁面に対向配置されるとともに、上記シールリングと対向するバックアップリングの端面の内周側に、上記シールリング側に突出する環状の凸部が形成され、上記シールリングの対向端面に上記凸部が係合する環状の凹部が形成され、かつこれら凹凸部によって上記内周側と外周側との間に形成される段部の対向面が、それぞれ上記シールリング側から上記バックアップリング側に向けて漸次上記嵌合部の中心側に傾斜する傾斜面によって形成されていることを特徴とするものである。

さらに、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記耐圧容器が、超臨界の二酸化炭素が充填されて繊維に対する染色を行うための染色加工槽であることを特徴とするものである。

請求項１または２に記載の発明によれば、シールリングと対向するバックアップリングの端面の内周側にシールリング側に突出する環状の凸部を形成し、上記シールリングの対向端面に上記凸部が係合する環状の凹部を形成することにより、これら凹凸部によって上記内周側と外周側との間に段部を形成しているために、上記処理後に容器本体から蓋体を取り外す際に、バックアップリングの径方向外方への移動が、上記段部を介してシールリングにより阻止することができ、よって溝部外方へのバックアップリングの過度の突出を防止することができる。

この際に、上記段部の対向面を、それぞれ上記シールリング側からバックアップリング側に向けて漸次嵌合部の中心側に傾斜する傾斜面によって形成しているために、くさび効果によって、シールリングとバックアップリングとが互いに離間する方向への移動も阻止される。このため、溝部の内壁とシールリングまたはバックアップリングとの間に、上記段部の軸線方向長さよりも大きな間隙がある場合においても、一方または双方の倒れによって上記段部における係合が解かれるおそれがない。

この結果、バックアップリングが熱膨張によって蓋体の外周から突出することを確実に防止することができ、しかもシールリングとバックアップリングとを分離不能に一体化させる必要がないために、損傷または摩耗を受けたリングのみを交換すればよく、経済性にも優れる。

したがって、耐圧容器が、蓋体の嵌合部の下方においてバックアップリングの吐出量が大きくなる傾向にある水平方向に配置されている場合に、顕著な効果を得ることができる。

また近年、カーテンやカーシートなどの染色方法として、これまでの精錬、染色、還元洗浄、水洗および乾燥等の工程を必要とする水を媒体とした染色方法に代えて、耐圧容器である染色加工槽内において高い拡散性と浸透性を有する超臨界の二酸化炭素を用いて分散染色を行う染色方法が開発されつつある。

この染色方法を用いた場合には、例えばポリエステルの染色では、上記染色加工槽内が１２０〜１３０℃、かつ約２５Ｍｐａの高温高圧雰囲気下に保持されるとともに、１回に１時間以上を要するバッチ処理が、１日に４〜６回行われることになるために、蓋体の開閉時間が短くなる。このため、上述したバックアップリングの冷却時間を確保することが一層困難であり、よって請求項１に記載の発明は、特に請求項２に記載の発明のように、上記染色加工槽のシール構造に適用したときに、優れた効果を得ることができる。

図１〜図４は、本発明に係る耐圧容器のシール構造の最良の形態における要部を示すもので、耐圧容器の他の構成部分については、図５に示したものと同一であるために、同一符号を用いて説明および図示を簡略化する。
このシール構造においては、蓋体４の嵌合部６、７に形成された環状の溝部８内に、シールリング２０とバックアップリング２１とが装着されている。ここで、シールリング２０は、対向配置された内リップ部２２と外リップ部２３とが基端部２４において一体化されたフッ素樹脂からなる断面Ｕ字状の部材であり、その内部には内リップ部２２および外リップ部２３を径方向の内外に付勢するステンレス鋼製の板ばね２５が装着されている。

このシールリング２０は、その開口を容器本体１の内方に向けて、溝部８の容器本体１内方側に位置する内壁面８ａに対向配置されている。
また、バックアップリング２１は、フッ素樹脂製の円環板状の部材で、溝部８の開口部３側に位置する内壁面８ｂに対向配置されている。

そして、シールリング２０と対向するバックアップリング２１の端面２１ａの内周側に、シールリング２０側に突出する環状の凸部２６が形成されている。他方、シールリング２０の対向端面２０ａには、この凸部２６が係合する環状の凹部２７が形成されている。これにより、シールリング２０およびバックアップリング２１の端面２０ａ、２１ａには、それぞれ径方向の内周側と外周側との間に、段部が形成されている。ここで、凹凸部２６、２７の軸線Ｏ方向の長さ寸法は、シールリング２０の内リップ部２２先端と溝部８の内壁面８ａとの間の隙間より大きくなるように設定されている。

そしてさらに、これらシールリング２０およびバックアップリング２１の段部における対向面２８、２９は、それぞれシールリング２０側からバックアップリング２１側に向けて漸次嵌合部６の中心側に向けて傾斜する傾斜面によって形成されている。また、これら対向面２８、２９の基端部および先端部には、各々Ｒ加工２８ａ、２９ａが施されている。

そして、これらシールリング２０とバックアップリング２１は、図１に示す蓋体４の嵌合部６が容器本体１の胴部２内に嵌合された際に、板ばね２５が圧縮されることにより内リップ部２２および外リップ部２３が溝部８の底部および胴部２の内壁に圧着した状態で溝部８内に装着されている。

以上の構成からなる耐圧容器のシール構造によれば、シールリング２０と対向するバックアップリング２１の端面２１ａの内周側に、シールリング２０側に突出する環状の凸部２６を形成し、シールリング２０の対向端面２０ａに、凸部２６が係合する環状の凹部２７を形成することにより、内周側と外周側との間に段部を形成しているために、図２に示すように、処理後に容器本体１から蓋体４を取り外した際に、バックアップリング２１の径方向外方への移動が上記段部を介してシールリング２０により阻止することができ、よって溝部８の外方へのバックアップリング２１の過度の突出を防止することができる。

この際に、例えば図７に示すシール構造のように、シールリング３０とバックアップリング３１との間に形成された段部が、軸線と平行な対向面３０ａ、３１ａによって形成されていると、シールリング３０の内リップ部３２と溝部３３の内壁面３３ａとの間隙が大きい場合に、シールリング３０が傾斜することにより、対向面３０ａ、３１ａの係合が解かれ、バックアップリング３１が上記段部から脱落して、嵌合部３４の外方に過度に突出してしまうおそれがある。

この点、上記シール構造においては、上記段部の対向面２８、２９を、それぞれシールリング２０側からバックアップリング２１側に向けて漸次嵌合部６の中心側に傾斜する傾斜面によって形成しているために、くさび効果によって、シールリング２０とバックアップリング２１とが互いに離間する方向への移動も阻止される。このため、溝部８の内壁面８ａとシールリング２０の内リップ部２２先端との間隙が幾分大きい場合であっても、一方または双方の倒れによって上記段部における係合が解かれるおそれもない。

本発明に係る耐圧容器のシール構造の一実施形態を示す要部の断面図である。 図１の蓋体を容器本体から取り外した状態を示す断面図である。 図１のシールリングを示す一部の断面図である。 図１のバックアップリングを示す一部の断面図である。 従来の耐圧容器のシール構造を示す断面図である。 図５の蓋体を容器本体から取り外した状態を示す断面図である。 図１のシール構造の作用効果を対比説明するための断面図である。

符号の説明

１ 容器本体
２ 胴部
３ 開口部
４ 蓋体
６ 嵌合部
７ 内側蓋体（嵌合部）
８ 溝部
８ａ、８ｂ 内壁面
２０ シールリング
２１ バックアップリング
２０ａ、２１ａ 端面
２６ 凸部
２７ 凹部
２８、２９ 段部の対向面

Claims (2)

1. 筒状の胴部を有する容器本体と、この容器本体の胴部の一端に形成された開口部を開閉する蓋体とを備え、内部に高温高圧流体が充填される耐圧容器の上記容器本体と上記蓋体との間を気密的にシールするシール構造であって、
   上記耐圧容器は、上記容器本体の軸線を水平方向に沿って配置され、かつ上記蓋体に、上記胴部内に嵌合される嵌合部が形成され、この嵌合部の外周に環状の溝部が形成されるとともに、この溝部内にシールリングと当該シールリングが上記胴部と上記嵌合部との間隙に押し込まれることを防止すべく円環板状に形成されたバックアップリングとが装着されてなり、上記シールリングは、上記溝部の上記胴部内側の内壁面に対向配置され、上記バックアップリングは、上記溝部の上記開口部側の内壁面に対向配置されるとともに、上記シールリングと対向するバックアップリングの端面の内周側に、上記シールリング側に突出する環状の凸部が形成され、上記シールリングの対向端面に上記凸部が係合する環状の凹部が形成され、かつこれら凹凸部によって上記内周側と外周側との間に形成される段部の対向面が、それぞれ上記シールリング側から上記バックアップリング側に向けて漸次上記嵌合部の中心側に傾斜する傾斜面によって形成されていることを特徴とする耐圧容器のシール構造。
2. 上記耐圧容器は、超臨界の二酸化炭素が充填されて繊維に対する染色を行うための染色加工槽であることを特徴とする請求項１に記載の耐圧容器のシール構造。

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