JP7175428B1 - 密封構造および密封方法 - Google Patents

Abstract

密封装置は、ロッドの軸方向において隣合う高圧空間と低圧空間との間に配置され、ロッドの外周面と、ロッドを挿通するハウジングの内周面との間の隙間を密封する。密封装置は、ハウジング装着される環状部材と、環状部材に取り付けられ、ロッドの外周面に向かって張り出し、ロッドの外周面と接触可能なシール部材と、を備える。シール部材は、径方向において外側に配置される外周部と、径方向において内側に配置される内周部とを有する。シール部材は、湾曲して変形可能であり、ロッドの外周面と接触可能な部分が、ロッドの軸方向において低圧空間に向かって張り出すように変形可能である。

Description

本開示は、密封装置に関する。

相対的に移動する軸とハウジングとの間の隙間を密封する密封装置がある（例えば、特許文献１参照）。密封装置は、ハウジングの軸孔の内周面に密着する円筒部を有する金属環と、板状かつ環状の樹脂部材により構成された樹脂製シールとを備える。

特開２０１５－２０３４９１号公報

従来技術に係る密封装置の樹脂製シールは、外周部が金属環に固定され、内周部が湾曲するように変形した状態で軸の外周面に摺動自在に密着している。以上の状態で軸が高速に回転した場合、樹脂製シールと軸との間の摩擦により樹脂製シールの温度が過度に上昇する可能性がある。本開示は、シール性能を維持しながら、摩擦によるシール部材の温度の過度な上昇を抑制することを目的とする。

本開示の密封構造は、回転可能なロッドと、前記ロッドが挿通される開口部を有するハウジングと、前記ハウジングの内部において前記ロッドの軸に沿って隣合う高圧空間と低圧空間との間に配置され、前記ロッドの外周面と前記開口部の内周面との間の隙間を密封する密封装置とを備え、前記密封装置は、前記ハウジングに装着された環状部材と、前記環状部材に固定された環状のシール部材とを含み、前記シール部材は、前記ロッドに近い内周部が前記低圧空間に向けて湾曲し、かつ、前記湾曲した状態の内周部のうち前記ロッドに対向する封止面が前記ロッドの外周面に接触した状態にある。

本開示の密封方法は、回転可能なロッドと、前記ロッドが挿通される開口部を有するハウジングと、前記ハウジングの内部において前記ロッドの軸に沿って隣合う高圧空間と低圧空間との間に配置され、前記ロッドに近い内周部を有するシール部材と、を利用した密封方法であって、前記高圧空間内の圧力が基準値を下回る場合に、前記シール部材のうち前記ロッドに近い内周部が前記低圧空間に向けて湾曲し、かつ、前記湾曲した状態の内周部のうち前記ロッドに対向する封止面が前記ロッドの外周面に接触した状態に、前記シール部材を維持することで、前記ロッドの外周面と前記開口部の内周面との間の隙間を密封し、前記高圧空間内の圧力が前記基準値を上回る場合に、前記高圧空間内の圧力により前記内周部の前記封止面を押圧することで、前記封止面を前記ロッドの外周面から離間させる。

ロッドに装着された密封装置を示す部分断面図である。 密封装置を示す部分断面図である。 密封装置を示す正面図である。 ロッドに装着された密封装置を示す部分断面図であり、基準値以下の圧力が作用し、ロッドの外周面とシール部材とが接触している状態を示す図である。 ロッドに装着された密封装置を示す部分断面図であり、基準値を上回る圧力が作用し、ロッドの外周面からシール部材が離間している状態を示す図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面において各部の寸法及び縮尺は実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に記載する実施形態は、本開示の好適な具体例である。このため、本実施形態には、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかし、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

図１は、実施形態に係る密封構造１００を示す部分断面図である。密封構造１００は、例えば気体を圧縮する圧縮機等の各種の装置に利用される。密封構造１００は、ハウジング２とロッド３と密封装置１０とを備える。図２は、密封装置１０を示す部分断面図である。図３は、密封装置１０を示す正面図である。なお、各図において、軸方向Ｘ及び径方向Ｙが矢印で示されている。図２及び図３には、ロッド３に装着される前の状態の密封装置１０が図示されている。図３には、密封装置１０のうち低圧空間Ｌに向かう表面が図示されている。

密封装置１０は、ハウジング２の開口部２ａの内周面２ｂとロッド３の外周面３ａとの間の隙間に配置される。ハウジング２は、例えば回転機械の一部でもよい。開口部２ａは、円形状の開口である。ロッド３は、ハウジング２の開口部２ａの内部に挿通されている回転軸である。ロッド３は軸回りに回転する。ロッド３は、図示しない軸受によって回転可能に支持される。ハウジング２及びロッド３は同軸上に配置される。密封装置１０は、ハウジング２の内周面２ｂとロッド３の外周面３ａとの間の隙間を封止する。

密封装置１０の使用状態において、密封装置１０を挟んで軸方向Ｘに沿って隣合う２つの空間のうち一方の空間は、低圧空間Ｌであり、他方の空間は、高圧空間Ｈである。図１において、密封装置１０の左側の空間が、低圧空間Ｌであり、密封装置１０の右側の空間が、高圧空間Ｈである。例えば、高圧空間Ｈは、密封構造１００を備える機器の内部空間でもよい。低圧空間Ｌは、密封構造１００を備える機器の外部空間でもよい。低圧空間Ｌは、ハウジング２内において、外部空間と連通する空間でもよい。ロッド３が回転することで高圧空間Ｈの内部の気体が圧縮される。具体的には、ロッド３の回転数が増加するほど高圧空間Ｈ内の気体が圧縮され、結果的に高圧空間Ｈ内の圧力が上昇する。ロッド３は、最大で例えば１００ｋｒｐｍ（rotation per minute）以上の高速で回転する。密封装置１０の通常の使用状態において、高圧空間Ｈの内部の圧力は、低圧空間Ｌの内部の圧力よりも高い。なお、ロッド３の回転数は以上の例示に限定されない。例えばロッド３の回転数は、５０００ｒｐｍ～１０００００ｒｐｍでもよい。

密封装置１０は、外側リング２０、内側リング３０、シール部材４０、及び板バネ５０を備える。外側リング２０は、筒部２１、フランジ２２、及びカシメ部２３を有する。筒部２１は、所定の長さにわたり軸方向Ｘに延びる部分である。筒部２１は、軸方向Ｘに離間する端部２１ａ，２１ｂを含む。フランジ２２は、筒部２１の一方の端部２１ａから径方向Ｙの内側に張り出す。すなわち、フランジ２２は、ロッド３の外周面３ａに向かって張り出す。フランジ２２の厚さ方向は、軸方向Ｘに沿う。カシメ部２３は、筒部２１の他方の端部２１ｂから径方向Ｙの内側に突出する。カシメ部２３は、筒部２１の端部２１ｂが折り曲げられることで形成されている。筒部２１の外周面２１ｃは、ハウジング２の内周面２ｂと接触する面を含む。筒部２１の外周面２１ｃは、ハウジング２の内周面２ｂと密着してもよい。外側リング２０は、例えば金属製である。外側リング２０に採用される金属としてはステンレス鋼が挙げられる。外側リング２０は、ステンレス鋼以外の金属から形成されていてもよく、樹脂などその他の材料から形成されていてもよい。外側リング２０は、環状部材の一例である。

内側リング３０は、筒部３１、及びフランジ３２を有する。内側リング３０は、径方向Ｙにおいて、外側リング２０の内側に配置される。内側リング３０は、外側リング２０に嵌る。内側リング３０の外周面３１ｃは、外側リング２０の内周面２１ｄに接触する。筒部３１は、軸方向Ｘに所定の長さを有する。軸方向Ｘにおける筒部３１の長さは、外側リング２０の筒部２１の軸方向Ｘにおける長さより短い。筒部３１は、軸方向Ｘに離間する端部３１ａ，３１ｂを含む。フランジ３２は、筒部３１の一方の端部３１ａから径方向Ｙの内側に張り出す。フランジ３２の厚さ方向は、軸方向Ｘに沿う。フランジ３２は、軸方向Ｘにおいて、外側リング２０のフランジ２２に近い位置に配置される。筒部３１の他方の端部３１ｂは、外側リング２０のカシメ部２３によって、軸方向Ｘの位置が規定される。軸方向Ｘにおいて、筒部３１の端部３１ｂは、カシメ部２３と接触する。筒部３１の外周面３１ｃは、外側リング２０の筒部２１の内周面２１ｄと当接する面を含む。内側リング３０は、外側リング２０に対してシール部材４０を固定するための部材であり、取付部材の一例である。

シール部材４０は、環状の板状部材である。シール部材４０の中央部には、開口部４０ａが形成されている。開口部４０ａにはロッド３が挿通される。ロッド３が挿通されていない状態において、開口部４０ａの内径は、ロッド３の外径よりも小さい。シール部材４０のうちハウジング２に近い部分（以下「外周部」という）４０ｂは、外側リング２０に対して取り付けられる部分を含む。外周部４０ｂは、シール部材４０のうち外周を含む環状の部分である。シール部材４０の外周部４０ｂの厚さ方向は、軸方向Ｘに沿う。シール部材４０の外周部４０ｂは、軸方向Ｘにおいて、外側リング２０のフランジ２２と内側リング３０のフランジ３２との間に固定される。シール部材４０は、板バネ５０と共に、フランジ２２，３２に挟まれている。

シール部材４０の外周部４０ｂは、軸方向Ｘにおいて外側リング２０のフランジ２２と、内側リング３０のフランジ３２との間に配置されている。外側リング２０のフランジ２２は、シール部材４０の外周部４０ｂよりも高圧空間Ｈに近い位置に配置されている。内側リング３０のフランジ３２は、シール部材４０の外周部４０ｂよりも低圧空間Ｌに近い位置に配置されている。

外側リング２０のフランジ２２は、内側リング３０のフランジ３２よりもロッド３の外周面３ａに向かって張り出している。すなわち、フランジ２２の内周面２２ａは、フランジ３２の内周面３２ａよりもロッド３の外周面３ａに近い位置にある。

シール部材４０は、内周部４０ｃを有する。内周部４０ｃは、シール部材４０のうちロッド３に近い環状の部分である。すなわち、内周部４０ｃは、シール部材４０のうち内周を含む環状の部分である。密封装置１０の使用状態において、内周部４０ｃは、低圧空間Ｌに向かって張り出している。図１に示される断面において、シール部材４０の内周部４０ｃは、低圧空間Ｌに向かって湾曲している。開口部４０ａにロッド３が挿通された状態において、内周部４０ｃは筒状を成していてもよい。この状態において、内周部４０ｃにおける径方向Ｙの内側の面（以下「封止面」という）４０ｅは、ロッド３の外周面３ａに接触する。内周部４０ｃの封止面４０ｅは、ロッド３の外周面３ａに密着してもよい。封止面４０ｅは、低圧空間Ｌに向かって湾曲した状態の内周部４０ｃのうちロッド３に対向する面である。なお、シール部材４０は、円盤状のものに限定されない。シール部材４０は、例えば、複数の板状片を含んでもよい。

シール部材４０は例えば樹脂製である。シール部材４０に採用される樹脂としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が挙げられる。このＰＴＦＥは、耐熱性，耐圧性及び耐薬品性に優れる。ＰＴＦＥは、摺動摩耗が少ない。シール部材４０は、可撓性及び伸縮性を有する。シール部材４０は、樹脂製に限定されず、ゴムなどその他の材質から形成されてもよい。

板バネ５０は、円盤状を成す。板バネ５０の中央部には、開口部５０ａが形成されている。図２に示されるように、密封装置１０がロッド３に装着されていない状態において、開口部５０ａの内径は、シール部材４０の開口部４０ａの内径よりも小さい。ただし、開口部５０ａの内径は、シール部材４０の開口部４０ａの内径よりも大きくてもよく、同じでもよい。

板バネ５０の外周部５０ｂは、外側リング２０に対して取り付けられる。板バネ５０の外周部５０ｂの厚さ方向は、軸方向Ｘに沿う。板バネ５０の外周部５０ｂは、軸方向Ｘにおいて、シール部材４０の外周部４０ｂと、内側リング３０のフランジ３２との間に配置されている。以上の通り、シール部材４０及び板バネ５０は、フランジ２２，３３に挟まれている。これにより、シール部材４０及び板バネ５０は、外側リング２０及び内側リング３０に対して取り付けられる。板バネ５０は、シール部材４０よりも低圧空間Ｌに近い位置に配置され、シール部材４０に接触する。

図３に示されるように、板バネ５０には、開口部５０ａから径方向Ｙに放射状に延びる複数のスリット５１が形成されている。スリット５１は、板バネ５０を厚み方向に貫通する。

密封装置１０の使用状態において、板バネ５０のうちロッド３に近い部分（以下「内周部」という）５０ｃは、低圧空間Ｌに向けて張り出している。図１に示される断面において、板バネ５０の内周部５０ｃは、低圧空間Ｌに向けて湾曲している。すなわち、板バネ５０は、シール部材４０に沿って湾曲している。密封装置１０の使用状態において、板バネ５０の開口部５０ａの内周面５０ｄは、シール部材４０の開口部４０ａの内周面４０ｄよりも、低圧空間Ｌに向けて張り出している。なお、内周面４０ｄは、シール部材４０のうち使用状態において低圧空間Ｌを向く端面である。内周面５０ｄは、板バネ５０のうち使用状態において低圧空間Ｌを向く端面である。

密封装置１０の使用状態において、板バネ５０は、シール部材４０に沿って湾曲した状態で当該シール部材４０の内周部４０ｃを、径方向Ｙの内側に押圧する。シール部材４０の内周部４０ｃは、ロッド３の外周面３ａに押し当てられている。シール部材４０の封止面４０ｅは、ロッド３の外周面３ａに接触している。シール部材４０の封止面４０ｅは、ロッド３の外周面３ａと密着してもよい。

次に、密封装置１０の動作について説明する。ロッド３は、密封装置１０のうち高圧空間Ｈに近い空間からシール部材４０の開口部４０ａに挿入される。前述の通り、ロッド３の外径はシール部材４０の内径を上回る。したがって、内周部４０ｃは、挿入の過程においてロッド３により押圧されることで低圧空間Ｌに向けて湾曲する。すなわち、シール部材４０の内周部４０ｃは、ロッド３の外周面３ａに接触して、低圧空間Ｌに向けて張り出す。密封装置１０の使用状態において、内周部４０ｃの封止面４０ｅは、ロッド３の外周面３ａに接触するリップシールとして機能できる。ロッド３の軸方向Ｘにおいて、ロッド３の外周面３ａとシール部材４０の封止面４０ｅとの接触面は所定の長さを有する。

ロッド３は、ハウジング２に対してＸ軸方向に相対移動可能である。ロッド３は、軸回りに回転する。シール部材４０の内周部４０ｃは、板バネ５０によって、径方向Ｙの外側からロッド３の外周面３ａに押し当てられている。シール部材４０の封止面４０ｅは、ロッド３の外周面３ａと接触する。シール部材４０自体の弾性的な復元力と板バネ５０による押圧とにより、シール性能が維持される。

本実施形態においては、封止面４０ｅがロッド３の外周面３ａに接触した状態で、ロッド３が例えば１００ｋｒｐｍ以上の高速で回転する。また、本実施形態の密封構造１００は、貧潤滑環境で動作する。貧潤滑環境は、潤滑油が存在しない環境、または潤滑油が充分に少ない環境である。貧潤滑環境のもとでロッド３が高速回転する構成において、ロッド３とシール部材４０とが恒常的に密着するとすれば、ロッド３とシール部材４０との間の摩擦により、シール部材４０の温度が過度に上昇する可能性がある。以上の事情を背景として、本実施形態においては、前述の通り、シール部材４０の内周部４０ｃが低圧空間Ｌに向けて湾曲する構成を採用する。以上の構成によれば、高圧空間Ｈ内の圧力が上昇した場合に、シール部材４０の封止面４０ｅがロッド３の外周面３ａから離間する。封止面４０ｅの離間により封止面４０ｅと外周面３ａとの摩擦が解消され、結果的にシール部材４０の温度の上昇が抑制される。以上の作用について詳述する。

まず、図４を参照して、高圧空間Ｈ内の圧力が基準値ＰＢを下回る状態について説明する。高圧空間Ｈの内部の圧力は、例えば第１圧力Ｐ１となっている。第１圧力Ｐ１は、基準値ＰＢを下回る圧力である。第１圧力Ｐ１がシール部材４０に作用する場合には、シール部材４０の封止面４０ｅは、ロッド３の外周面３ａと接触している。第１圧力Ｐ１が作用することで、シール部材４０の内周部４０ｃは、ロッド３の外周面３ａから離間する方向に押される。しかし、シール部材４０は、板バネ５０によってロッド３の外周面３ａに押し当てられているため、ロッド３の外周面３ａから離間しない。第１圧力Ｐ１がシール部材４０を押し上げる力を、板バネ５０によってシール部材４０をロッド３に向かって押し付ける力が上回る。したがって、シール部材４０は、内周部４０ｃの封止面４０ｅがロッド３の外周面３ａに接触した状態に維持される。この場合、高圧空間Ｈから低圧空間Ｌへの内部気体の漏れは、高圧空間Ｈの内部圧力が基準値ＰＢを上回る場合と比較して少ない。高圧空間Ｈから低圧空間Ｌへの漏れは非常に少なくてもよい。シール部材４０がロッド３の外周面３ａから離間しない場合であっても、高圧空間Ｈの内部の圧力がシール部材４０に作用しているので、シール部材４０を押し上げる方向に力が作用している。このように、シール部材４０を押し上げる方向の力が作用している分だけ、シール部材４０とロッド３との間の摺動抵抗は低下する。密封装置１０は、シール部材４０とロッド３とを接触させながら、摺動抵抗を低減できる。密封装置１０は、高圧空間Ｈから低圧空間Ｌへの内部気体の漏れを抑制しつつ、摺動抵抗を低減できる。

ロッド３が高速に回転することで高圧空間Ｈ内の気体が圧縮されると、高圧空間Ｈ内の圧力が上昇する。図５を参照して、高圧空間Ｈ内の圧力が基準値ＰＢを上回る状態について説明する。高圧空間Ｈの内部の圧力は、例えば第２圧力Ｐ２となっている。第２圧力Ｐ２は、第１圧力Ｐ１より高い。第２圧力Ｐ２は、基準値ＰＢを上回る圧力である。

基準値ＰＢを上回る第２圧力Ｐ２がシール部材４０に作用する場合には、シール部材４０の封止面４０ｅは、ロッド３の外周面３ａから離間する。すなわち、第２圧力Ｐ２がシール部材４０を押し上げる力が、板バネ５０によってシール部材４０をロッド３に向かって押し付ける力を上回る。シール部材４０は、高圧空間Ｈから第２圧力Ｐ２が作用することで、シール部材４０の内周部４０ｃがロッド３の外周面３ａから離間する方向に押されて変形する。これにより、封止面４０ｅはロッド３の外周面３ａから離間して、高圧空間Ｈから低圧空間Ｌへ内部気体が漏れる。高圧空間Ｈの内部気体は、シール部材４０の封止面４０ｅとロッド３の外周面３ａとの間の隙間を通り、低圧空間Ｌに流れ出る。シール部材４０は、基準値ＰＢを上回る圧力が作用している場合に、一時的に、ロッド３の外周面３ａから離間してもよい。

高圧空間Ｈの内部気体が、低圧空間Ｌに流出することにより、高圧空間Ｈの内部の圧力が低下する。高圧空間Ｈの内部の圧力が基準値ＰＢを下回ると、シール部材４０は、板バネ５０によって押されて、ロッド３の外周面３ａに接触する。

密封装置１０では、高圧空間Ｈの内部の圧力が上昇して基準値ＰＢを上回ると、シール部材４０が変形して、シール部材４０の封止面４０ｅがロッド３の外周面３ａから離間する。したがって、高圧空間Ｈの圧力を低圧空間Ｌに逃がすことができる。これにより、高圧空間Ｈにおける過大な圧力上昇を抑制できる。

以上の通り、密封構造１００においては、高圧空間Ｈの内部の圧力が基準値ＰＢを上回る場合に、シール部材４０の封止面４０ｅがロッド３の外周面３ａから離間するように変形する。したがって、封止面４０ｅの離間により封止面４０ｅと外周面３ａとの摩擦が解消され、結果的にシール部材４０の温度の上昇が抑制される。すなわち、本実施形態によれば、高圧空間Ｈ内の圧力が基準値ＰＢを下回る状態ではシール性能を充分に維持しながら、高圧空間Ｈ内の圧力が基準値ＰＢを上回る状態ではシール部材４０の過度な温度上昇を抑制できる。前述の通り、貧潤滑環境のもとでロッド３が高速回転する構成では、シール部材４０の温度の上昇が特に顕著である。したがって、高圧空間Ｈ内の圧力の上昇時に封止面４０ｅをロッド３から離間させる本実施形態は特に有効である。

また、密封装置１０では、シール部材４０の封止面４０ｅがロッド３の外周面３ａから離間するように変形するので、シール部材４０とロッド３との間の摺動抵抗を低減できる。密封装置１０では、シール部材４０とロッド３との間の摺動抵抗が一定の値を超えないように、シール部材４０をロッド３の外周面３ａから離間させて、摺動抵抗の上昇を回避できる。密封装置１０では、摺動抵抗を低減することで、発熱を抑制し、クリープによる永久ひずみの発生を抑制できる。密封装置１０では、高圧空間Ｈの圧力が適切に維持されるので、高圧空間Ｈを形成するハウジング２の損傷が抑制できる。

密封装置１０の使用状態において、高圧空間Ｈには、圧力が印加されている。密封装置１０を備える機器は、高圧空間Ｈの圧力を増大させる昇圧機構を備えていてもよい。昇圧機構は、高圧空間Ｈの内部に圧力を印加できる。高圧空間Ｈ内の圧力が基準値ＰＢを上回るように増大させることで、シール部材４０は、内周部４０ｃの封止面４０ｅがロッド３の外周面３ａから離間するように変形させてもよい。これにより、シール部材４０の封止面４０ｅとロッド３の外周面３ａとの間の摺動抵抗を低減して、シール部材４０の減耗を抑制できる。

このような密封装置１０によれば、シール部材４０の内周部４０ｃが低圧空間Ｌに向けて張り出しているので、内周部４０ｃの外側の面４０ｆには、高圧空間Ｈ内の圧力ではなく、低圧空間Ｌ内の圧力が作用する。これにより、シール部材４０の内周部４０ｃによる過大な締め付けを防止できる。そのため、摺動発熱を抑制すると共に、ロッド３を回転させるためのトルクの増大を抑制できる。摺動発熱を抑制することで、内周部４０ｃにおけるクリープの発生を抑制できる。密封装置１０では、クリープによる永久ひずみの発生を抑制することで、シール性能を維持して、製品寿命を延ばすことができる。

また、密封装置１０では、使用状態において、高圧空間Ｈの圧力が基準値ＰＢを上回る場合に、シール部材４０を変形させて、シール部材４０の内周部４０ｃの封止面４０ｅと、ロッド３の外周面３ａとの接触圧を減少させるように調整できる。これにより、シール部材４０における減耗を抑制することができると共に、ロッド３を回転させるためのトルク増大を抑制できる。また、シール部材４０とロッド３との間の摩擦抵抗を緩和することで、シール部材４０における発熱を抑制し、シール部材４０のクリープによる永久ひずみを抑制できる。その結果、密封装置１０によるシール性能を維持し、信頼性の向上を図ることができる。

密封装置１０によれば、内周部４０ｃに対してロッド３の外周面３ａに向かう方向に作用する付勢力と、高圧空間Ｈに印加される圧力とを調整することで、ロッド３の低トルク化を実現できる。密封装置１０は、高速回転、貧潤滑の過酷環境下における使用状態においても、摺動発熱による内周部４０ｃのクリープを抑制することができるので、シール性能を確保し、製品寿命を延ばすことができる。

密封装置１０では、外側リング２０の筒部２１が、シール部材４０よりも低圧空間Ｌに向かって張り出している。径方向Ｙにおいて、シール部材４０は、外側リング２０の内側に配置されている。密封装置１０では、軸方向Ｘにおいて、シール部材４０が筒部２１から張り出していないので、シール部材４０が他の物体と当たるおそれが低減される。これにより、シール部材４０の機械的な損傷が抑制される。

密封装置１０では、高圧空間Ｈに近いフランジ２２が、低圧空間Ｌに近いフランジ３２よりも、ロッド３の外周面３ａに向かって張り出している。これにより、シール部材４０が低圧空間Ｌに向けて曲がりやすくできる。

また、密封装置１０においては、シール部材４０の内周部４０ｃが板バネ５０によりロッド３の外周面３ａに押圧される。したがって、基準値ＰＢを上回る圧力により内周部４０ｃが変形するとはいっても、内周部４０ｃが過度に変形する可能性は低減される。すなわち、内周部４０ｃが板バネ５０により押圧されることで、当該内周部４０ｃを適度な範囲で変形させることが可能である。また、以上の通り、封止面４０ｅがロッド３の外周面３ａから過度に離間する可能性が低減される。すなわち、封止面４０ｅと外周面３ａとの隙間の過度な拡大が抑制される。したがって、高圧空間Ｈから過度に多量の気体が低圧空間Ｌに流出する可能性を低減できる。経年変化によりシール部材４０の弾性力が低下した状態でも、板バネ５０による押圧でシール性能を維持できるという利点もある。

密封装置１０では、板バネ５０の板厚を適宜設定することで、シール部材４０の変形の程度を設定できる。また、板バネ５０のスリット５１の本数を変更することで、シール部材４０の変形の程度を変更できる。また、シール部材４０の厚さを適宜設定することで、シール部材４０の変形の程度を設定できる。

次に従来技術に係る密封装置について説明する。従来技術に係る密封装置では、シール部材が高圧空間Ｈに向けて張り出すように湾曲している。シール部材のうちロッド３に近い部分は、シール部材のうちロッド３から遠い部分よりも高圧空間Ｈに向けて張り出している。この場合、シール部材のうちロッド３に近い部分は、高圧空間Ｈの内部の圧力によって、ロッド３の外周面３ａに押し付けられる。従来技術に係る密封装置では、高圧空間Ｈの内部の圧力が上昇すると、シール部材のロッド３に近い部分は、ロッド３の外周面３ａに向かって押される。そのため、高圧空間Ｈの圧力が上昇すると、より強い力でシール部材がロッド３に押し当てられるので、シール部材はロッド３の外周面３ａから離間しない。

一方、本実施形態に係る密封装置１０では、シール部材４０が低圧空間Ｌに向けて張り出すように湾曲している。シール部材４０のうちロッド３に近い部分である内周部４０ｃは、図５に示されるように、高圧空間Ｈの内部の圧力が上昇すると、ロッド３の外周面３ａから離れる方に押される。すなわち、密封装置１０では、高圧空間Ｈの内部の圧力が上昇すると、従来技術とは異なり、シール部材４０は、ロッド３の外周面３ａから離間するように変形する。密封装置１０では、高圧空間Ｈの内部気体が、低圧空間Ｌに漏れ出すことを許容する。密封装置１０では、高圧空間Ｈの内部の圧力が上昇して基準値ＰＢを上回ると、シール部材４０がロッド３から離間するので、シール部材４０とロッド３との間の摩擦が解消される。したがって、シール部材４０とロッド３との間摩擦に起因したシール部材４０の温度上昇が抑制される。また、密封装置１０では、高圧空間Ｈの内部の圧力が基準値ＰＢを上回る場合に、高圧空間Ｈの圧力を下げると共に、シール部材４０とロッド３との間の摺動抵抗を下げることができる。

なお、高圧空間Ｈから低圧空間Ｌへの内部気体の漏れ量は、ロッド３を備える機器の運転に支障がない程度の漏れ量である。高圧空間Ｈから低圧空間Ｌへの内部気体の漏れ量は、低圧空間Ｌの環境に大きな影響を与えない程度の漏れ量でもよい。

なお、前述した実施形態は、本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本開示は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更、付加が可能である。

（１）上記の実施形態では、密封装置１０は、板バネ５０を備える構成としているが、密封装置１０は板バネ５０を備えていない構成でもよい。上記の実施形態では、内側リング３０を用いて、シール部材４０を外側リング２０に対して取り付けているが、その他の部材を用いて、シール部材４０を外側リング２０に対して取り付けてもよい。

（２）上記の実施形態では、高圧空間Ｈの圧力が基準値ＰＢを上回る場合に、シール部材４０がロッド３の外周面３ａから離間する構成を例示しているが、高圧空間Ｈの圧力が基準値ＰＢを超えても、シール部材４０がロッド３の外周面３ａから離間しない場合もある。例えば、高圧空間Ｈの圧力が基準値ＰＢを上回る場合であっても、高圧空間Ｈと低圧空間Ｌとの圧力差が少ない場合には、シール部材４０はロッド３の外周面３ａと接触したままでもよい。シール部材４０とロッド３とが接触している場合であっても、高圧空間Ｈの圧力が、シール部材４０を押し上げる方向に作用するので、シール部材４０とロッド３との間の摺動抵抗が低下する。

（３）上記の実施形態では、高圧空間Ｈに気体が充填された形態を例示したが、高圧空間Ｈに充填される流体は液体でもよく、液体及び気体が混合された流体でもよい。ただし、高圧空間Ｈに充填された気体を密封装置１０により封止する構成においては、ロッド３が高速で回転した場合におけるシール部材４０の温度の上昇が特に顕著である。したがって、本発明は、高圧空間Ｈに気体が充填された構成（すなわち密封装置１０が気体を封止する構成）において特に有効である。

（４）上記の実施形態では、貧潤滑環境を想定したが、密封装置１０に対して潤滑油が供給されてもよい。潤滑油は、例えば、高圧空間Ｈ側から供給されてもよく、低圧空間Ｌ側から供給されてもよい。潤滑油は、シール部材４０の内周部４０ｃと、ロッド３の外周面３ａとの間に存在し得る。潤滑油は、シール部材４０の封止面４０ｅとロッド３の外周面３ａとの間の隙間に存在してもよい。封止面４０ｅがロッド３の外周面３ａから離間すると、高圧空間Ｈ内に存在する潤滑油は、シール部材４０とロッド３との間の隙間に侵入し得る。密封装置１０では、摩擦抵抗の増大を抑制することができ、ロッド３のトルク増大が抑制される。

（５）上記の実施形態では、外側リング２０と内側リング３０とによりシール部材４０を支持したが、シール部材４０を支持するための構造は、以上の例示に限定されない。例えば、外側リング２０と内側リング３０とが一体をなす環状部材により、シール部材４０が支持されてもよい。また、例えばシール部材４０の外周面がハウジング２の内周面２ｂに接触した状態で当該シール部材４０が環状部材により支持されてもよい。

（６）上記の実施形態では、軸方向Ｘにおいて、シール部材４０が外側リング２０から張り出していない場合について例示しているが、密封装置１０はこれに限定されない。軸方向Ｘにおいて、シール部材４０が外側リング２０から張り出してもよい。

２…ハウジング、２ａ…開口部、２ｂ…内周面、３…ロッド、３ａ…外周面、１０…密封装置、２０…外側リング（環状部材）、３０…内側リング（取付部材）、４０…シール部材、４０ｂ…外周部、４０ｃ…内周部、４０ｅ…封止面、Ｈ…高圧空間、Ｌ…低圧空間、Ｘ…軸方向、Ｙ…径方向。

Claims (6)

1. 回転可能なロッドと、
   前記ロッドが挿通される開口部を有するハウジングと、
   前記ハウジングの内部において前記ロッドの軸に沿って隣合う高圧空間と低圧空間との間に配置され、前記ロッドの外周面と前記開口部の内周面との間の隙間を密封する密封装置とを備え、
   前記密封装置は、
   前記ハウジングに装着された環状部材と、
   前記環状部材に固定された環状のシール部材とを含み、
   前記シール部材は、前記ロッドに近い内周部を有し、
   前記内周部は、前記低圧空間に向けて湾曲し、かつ、前記湾曲した状態の内周部のうち前記ロッドに対向する封止面は、前記ロッドの外周面に接触した状態にあり、
   前記シール部材は、前記高圧空間の圧力が基準値を上回る場合に前記封止面が前記ロッドの外周面から離間するように、変形する、
   密封構造。
2. 前記環状部材は、前記ロッドの軸方向に延びる筒部を有し、
   前記筒部は、前記シール部材よりも前記低圧空間に向かって張り出している、
   請求項１の密封構造。
3. 前記環状部材に対して前記シール部材を固定する取付部材を更に備え、
   前記環状部材は、前記ロッドの外周面に向かって張り出すフランジを有し、
   前記シール部材のうち前記ハウジングに近い外周部は、前記ロッドの軸方向において、前記フランジと前記取付部材との間に固定され、
   前記フランジは、前記シール部材よりも高圧空間に近く、
   前記取付部材は、前記シール部材よりも低圧空間に近く、
   前記フランジの内周面は、前記取付部材の内周面よりも前記ロッドの外周面に近い、
   請求項１または請求項２の密封構造。
4. 前記密封装置は、前記シール部材に接触する環状の板バネを含み、
   前記板バネは、前記シール部材に沿って湾曲した状態で前記内周部を前記ロッドの外周面に押圧し、
   前記板バネの内周面は、前記シール部材の内周面よりも前記低圧空間に向けて張り出している
   請求項１から請求項３の何れかの密封構造。
5. 回転可能なロッドと、前記ロッドが挿通される開口部を有するハウジングと、前記ハウジングの内部において前記ロッドの軸方向に隣合う高圧空間と低圧空間との間に配置され、前記ロッドに近い内周部を有するシール部材と、を利用した密封方法であって、
   前記高圧空間内の圧力が基準値を下回る場合に、前記シール部材のうち前記ロッドに近い内周部が前記低圧空間に向けて湾曲し、かつ、前記湾曲した状態の内周部のうち前記ロッドに対向する封止面が前記ロッドの外周面に接触した状態に、前記シール部材を維持することで、前記ロッドの外周面と前記開口部の内周面との間の隙間を密封し、
   前記高圧空間内の圧力が前記基準値を上回る場合に、前記高圧空間内の圧力により前記内周部の前記封止面を押圧することで、前記封止面を前記ロッドの外周面から離間させる
   密封方法。
6. 前記ロッドの回転数が増加することで、前記高圧空間内の圧力が上昇する
   請求項５の密封方法。
   

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