JP7498306B2 - シール部材、シール機構、バルブおよびシール方法 - Google Patents

Description

本発明は、シール部材、シール機構、バルブおよびシール方法に関する。

従来、高圧や高温の環境下で用いられるバルブには、トラニオン型ボールバルブが知られている。図１５は、従来のトラニオン型バルブの一例における要部の断面を示す図である。図１５に示されるように、バルブは、ボデー５１０内に配置されたボール弁体を側方から押さえるためのボールシート８２、スプリング８４によってボール弁体側に付勢されるリテーナグランド６３、および、ボデー５１０とボールシート８２との間の隙間を封止するパッキン５００、を有している。なお、パッキン５００を平面視したときの形状（以下、単に「平面形状」とも言う）は、通常、環状などの無端形状を有する。

パッキン５００は、その断面形状において、互いに平行な直線状の内周壁面５０１および外周壁面５０２、ならびにテーパ面を含む一端面および他端面を有している。一端面は、内周壁面５０１側に、一端側に向けて内周壁面５０１までの距離が漸次減少する第一テーパ面５０３を含み、外周壁面５０２側に、一端側に向けて外周壁面５０２までの距離が漸次減少する第一逆テーパ面５０４を含む。上記他端面は、他端側に向けて外周壁面５０２までの距離が漸次減少する第二テーパ面５０５を含む（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１６／１８２０６６号

上記シール部材は、高温または高圧の環境において優れたシール性を発現し得る。近年では、液化石油ガス（ＬＰＧ）および液化水素などの超低温の流体を制御するためのバルブ等の需要が大きくなっており、そのような超低温で用いられるバルブなどに適用できるように、低温（特に超低温）環境でも十分なシール性を発揮できるシール部材が求められている。

本発明の一態様は、低温環境でも優れたシール性を発現するシール部材を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るシール部材は、一端が開口部、他端が当接部となっており、一端から他端に向かう方向を深さ方向とする隙間に配置され、一端側から前記深さ方向に押圧されたときに前記隙間の両側部および前記当接部に密着して前記隙間を塞ぐシール部材であって、前記シール部材が前記隙間において一端側から前記深さ方向に押圧されたときに、前記シール部材の一端側で前記隙間の一側部を押圧して密着する第一押圧部と、前記シール部材の他端側で前記当接部に密着するとともに、前記隙間の他側部を押圧して密着する第二押圧部と、前記第二押圧部が前記隙間の他側部に向かう方向に前記シール部材を撓ませる変形惹起部と、を有する。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るシール機構は、一端が開口部、他端が当接部となっており、一端から他端に向かう方向を深さ方向とする隙間内に、一端側から前記深さ方向に押圧されたときに前記隙間の両側部及び当接部に密着して前記隙間を塞ぐようにシール部材が配置されてなるシール機構であって、シール部材は、前記シール部材の一端側に配置され、前記シール部材のシール時に前記隙間の深さ方向に押圧されたときに前記隙間の一側部を押圧する第一押圧部と、前記シール部材の他端側に配置され、前記シール部材のシール時における前記第一押圧部への押圧によって前記当接部に密着するとともに前記隙間の他側部を押圧する第二押圧部と、前記シール部材のシール時における前記第一押圧部への押圧によって前記第二押圧部が前記隙間の他側部に向かう方向に前記シール部材を撓ませる変形惹起部と、を有し、前記第一押圧部は、前記隙間の他側部から離間しており、かつ、前記第二押圧部は、前記隙間の一側部から離間しており、前記シール部材が前記一端側から前記深さ方向に押圧され、前記第一押圧部が他端側に移動しつつ、前記第二押圧部が前記当接部に当接することで前記第二押圧部が前記隙間の他側部に向かう方向に撓まされた状態で、前記シール部材が前記隙間を塞いでなる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るバルブは、ボデー、シート部、リテーナグランドおよび上記のシール部材を有し、前記ボデーおよびシート部が、一端が開口部、他端が当接部となっており、一端から他端に向かう方向を深さ方向とする隙間を形成し、前記シール部材が前記隙間に挿入されるとともに、前記リテーナグランドによって前記シート部に向けて押圧されて前記隙間を塞いでいる。

さらに、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るシール方法は、バルブのシート部およびボデーの間の隙間に上記のシール部材を配置し、リテーナグランドによって前記シール部材の前記第一押圧部を前記シート部に向けて押圧して前記隙間を封止する。

本発明の一態様によれば、低温環境でも優れたシール性を発現するシール部材を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るシール部材を模式的に示す図である。 図１に示すＡ－Ａ線でシール部材を切断した状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るシール部材が適用されるバルブの一例の外観を模式的に示す図である。 図３に示すＢ－Ｂ線でバルブを切断した状態を示す断面図である。 図４に示す一点破線の枠囲み部分Ｃにおける隙間にシール部材を挿入した状態を説明するための拡大断面図である。 図５におけるシール部材およびその周囲を拡大して示す図である。 図４に示す一点破線の枠囲み部分Ｃにおけるシール部材によるシール状態を説明するための拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係るシール部材による押圧力の強度および分布を説明するための第一の図である。 本発明の一実施形態に係るシール部材による押圧力の強度および分布を説明するための第二の図である。 本発明の一実施形態に係るシール部材における各部位の移動量を説明するための第一の図である。 本発明の一実施形態に係るシール部材における各部位の移動量を説明するための第二の図である。 参考用のシール部材によるシール状態を説明するための拡大断面図である。 参考用のシール部材のシール時における押圧力の強度および分布を説明するための第一の図である。 参考用のシール部材のシール時における押圧力の強度および分布を説明するための第二の図である。 従来のバルブの一例における要部の断面を示す図である。

〔シール部材の構成〕
本発明の一実施形態に係るシール部材は、有底の隙間を塞ぐためのシール部材である。当該シール部材は、その一端部が隙間の開口部側に配置され、その他端部が隙間の底部に当接して配置される。当該隙間は、一端が開口部、他端が当接部となっており、一端から他端に向かう方向を深さ方向とする。

図１は、本発明の一実施形態１に係るシール部材を模式的に示す図である。図２は、図１のシール部材をＡ－Ａ線で切断して示す断面図である。本実施形態のシール部材の平面視したときの形状（平面形状）は、図１に示されるように環状である。シール部材１００は、当該環状の軸方向にほぼ沿って、シールすべき隙間に挿入される。このように、シール部材１００は、無端形状の平面形状を有している。

シール部材１００の材料は、所期のシール性を発現する範囲において適宜に決めることが可能である。また、シール部材１００の材料は、シール部材１００に通常要求される機械的強度、熱安定性、変形性などの諸条件に応じて適宜に選ぶことが可能である。シール部材１００の材料は、無機でも有機でもよいし、一種でもそれ以上でもよい。シール部材１００の材料の例には、無機材料および有機材料が含まれる。無機材料の例には、グラファイトが含まれる。有機材料の例には、樹脂が含まれ、より具体的には超高分子ポリエステル（ＵＭＷ－ＰＥ）が含まれる。低温条件でシール部材１００を用いる場合、シール部材１００は樹脂からなることが好ましい。

シール部材１００は、樹脂で一体的に成形されている。シール部材１００は、図２に示されるように、第一押圧部１１０、第二押圧部１２０および連結部１３０を有している。シール部材１００の断面形状は、図示の方向の断面において略逆Ｚ字形状である。

なお、シール部材１００の平面形状の軸方向をＸ方向とも言い、そのうちの一方をＸ１方向とも言い、他方をＸ２方向とも言う。また、シール部材１００のＸ１方向側を一端側、Ｘ２方向側を他端側、とも言う。また、シール部材１００の上記軸方向に直交する方向のうち、第一押圧部１１０側を一側、第二押圧部１２０側を他側、とも言う。

第一押圧部１１０は、シール部材１００の一端寄りおよび一側寄りの部分である。第一押圧部１１０は、第一側面１１１、第一テーパ面１１２および第一切り欠き端部１１３を含む。また、第二押圧部１２０は、シール部材１００の他端寄りおよび他側寄りの部分である。第二押圧部１２０は、第二側面１２１、第二テーパ面１２２および第二切り欠き端部１２３を含む。

なお、シール部材１００において、第一仮想直線Ｌ１および第二仮想直線Ｌ２を設定する。第一仮想直線Ｌ１は、シール部材１００の断面形状における第一側面１１１の他端縁と第一テーパ面１１２の一端縁とを結ぶ直線である。第二仮想直線Ｌ２は、シール部材１００の断面形状における第二側面１２１の一端縁と第二テーパ面１２２の他端縁とを結ぶ直線である。第一仮想直線Ｌ１および第二仮想直線Ｌ２は、互いに平行であり、両直線の距離は、隙間の幅方向と実質的に同じである。本実施形態において、第一仮想直線Ｌ１は、シール部材１００がシールすべきバルブの隙間における断面形状において、当該隙間の一側部（内周面）と実質的に重なる線となっており、第二仮想直線Ｌ２は、当該隙間の他側部（外周面）と実質的に重なる線となっている。

また、シール部材１００は、第一面取り部１１４および第二面取り部１２４をさらに有する。第一面取り部１１４は、シール部材１００の断面形状において、第一側面１１１の他端縁に形成されており、第一側面１１１の延長線と連結部１３０の他端縁の延長線とが交差する角を斜めに直線状に削ぎ落してなる形状を有する部分である。第二面取り部１２４は、シール部材１００の断面形状において、第二側面１２１の一端縁に形成されており、第二側面１２１の延長線と連結部１３０の一端縁の延長線とが交差する角を斜めに直線状に削ぎ落してなる形状を有する部分である。

シール部材１００の断面において、第一側面１１１と第一切り欠き端部１１３との交点と、第二側面１２１と第二切り欠き端部１２３との交点とを結ぶ直線をシール部材１００の回転軸Ｄ１とする。第一面取り部１１４と第二面取り部１２４とは、シール部材１００の断面を、回転軸Ｄ１を軸として１８０°回転させると、一方は、他方に実質的に重なる。

第一面取り部１１４は、第二面取り部１２４より大きい。すなわち、第一面取り部１１４は、第二面取り部１２４に比べて前記の延長線が形成す角をより大きく削ぎ落してなる形状になっている。

［第一押圧部の構成］
第一側面１１１は、第一押圧部１１０の一側面であり、円環状のシール部材１００の内周面の一部である。第一側面１１１は、シール部材１００のシール時に隙間の一側部に当接する面である。第一側面１１１は、第一仮想直線Ｌ１および第二仮想直線Ｌ２を基準としたときに、第二仮想直線Ｌ２との距離が第一側面１１１の他端縁に向けて漸次減少するテーパ面となっている。

第一側面１１１が第二仮想直線Ｌ２となす鋭角の角度は、第一押圧部１１０が後述する隙間の一側部を押す力を高める観点、および、当該力のＸ方向の分布を大きくする観点から、０．５～５°の範囲から適宜に決めることが可能である。

第一テーパ面１１２は、第一押圧部１１０の一端側で露出している面である。第一テーパ面１１２は、シール部材１００の断面形状における第一側面１１１からの距離がシール部材１００の一端に向けて漸次減少する傾斜面である。第一テーパ面１１２は、後述するシール部材１００のシール時に、リテーナグランドが当接し、当該リテーグランドよって押圧される面である。

第一テーパ面１１２が第一仮想直線Ｌ１となす鋭角の角度は、第一テーパ面１１２がＸ２方向の押圧力を受けたときに押圧されたときに第一押圧部１１０が後述する隙間の一側部を押す十分な力を発生させる観点から、３０～６０°の範囲から適宜に決めることが可能である。

第一切り欠き端部１１３は、シール部材１００の断面形状において、第一テーパ面１１２の延長線と第一側面１１１の延長線とが交差する部分を切り欠いて形成される部分である。第一切り欠き端部１１３は、シール部材１００の断面形状における第一テーパ面１１２の一端縁と第一側面１１１の一端縁とを結んで形成されている。

［第二押圧部の構成］
第二側面１２１は、第二押圧部１２０の他側面であり、円環状のシール部材１００の外周面の一部である。第二側面１２１は、シール部材１００のシール時に隙間の他側部に当接する面である。第二側面１２１は、第一仮想直線Ｌ１および第二仮想直線Ｌ２を基準としたときに、第一仮想直線Ｌ１との距離が第二側面１２１の一端縁に向けて漸次減少するテーパ面となっている。

第二側面１２１が第二仮想直線Ｌ２となす鋭角の角度は、第二押圧部１２０が後述する隙間の他側部を押す力を高める観点、および、当該力のＸ方向の分布を大きくする観点から、０．５～５°の範囲から適宜に決めることが可能である。

第二テーパ面１２２は、第二押圧部１２０の他端側で露出している面である。第一テーパ面１１２は、シール部材１００の断面形状における第二側面１２１からの距離がシール部材１００の他端に向けて漸次減少する傾斜面である。第二側面１２１に対する第二テーパ面１２２の傾斜は、後述する隙間の当接部における隙間の他側部に対する傾斜よりも緩く設計されている。よって、第二テーパ面１２２は、その先端部が隙間の当接部に当接したときに、当接部との間に断面形状が楔形の隙間を形成している。シール部材１００は、樹脂製であるために弾性を有する。したがって、シール時には、シール部材１００はリテーナグランドに押圧されて圧縮され、第二テーパ面１２２は後述する当接部のテーパ面に密着する。このように、シール部材１００のシール前における第二テーパ面１２２の第二側面１２１に対する傾斜角度は、シール部材１００のシール時の傾斜角度よりも小さく設定されている。

第二テーパ面１２２が第二仮想直線Ｌ２となす鋭角の角度は、第一テーパ面１１２がＸ２方向の押圧力を受けたときに第二押圧部１２０が後述する隙間の他側部を押す十分な力を発生させる観点から、３０～６０°の範囲から適宜に決めることが可能である。

また、シール前の第二テーパ面１２２が後述の当接部に対してなす鋭角の角度、すなわち上記楔形の隙間における楔の角度は、後述するシール部材１００の撓みによる変形を十分に生じさせる観点から、３～１０°程度の範囲から適宜に決めることが可能である。

第二切り欠き端部１２３は、シール部材１００の断面形状において、第二テーパ面１２２の延長線と第二側面１２１の延長線とが交差する部分を切り欠いて形成される部分である。第二切り欠き端部１２３は、シール部材１００の断面形状における第二テーパ面１２２の他端縁と第二側面１２１の他端縁とを結んで形成されている。

［連結部の構成］
連結部１３０は、シール部材１００の径方向において、第一押圧部１１０の他端部と第二押圧部１２０の一端部とが互いに重なり合って接合している部分である。

〔シール部材の使用例〕
［バルブの構成の概略］
次に、シール部材１００の使用の一形態を説明する。以下では、シール部材１００をトラニオン型のボールバルブに適用する形態を説明する。まず、シール部材１００が適用されるバルブの構成を概略的に説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るシール部材が適用されるバルブの一例の外観を模式的に示す図である。図４は、図３に示すＢ－Ｂ線でバルブを切断した状態を示す断面図である。図３、図４において、バルブの流路の軸に沿う方向をＸ、鉛直方向をＺ、Ｘ方向およびＺ方向の両方に直交する方向をＹ、でそれぞれ表している。

バルブ１０は、図３および図４に示されるように、ボデー１、ボンネット２、ステム３弁体であるボール４および操作部９を有している。

ボデー１は、弁体を収納し、上部に当該弁体に連結したステムを収納するための、溶接による構造物である。ボデー１は、弁体収納部５、ステム収納部６および配管構造部７を有している。

弁体収納部５は、ボール４を回転可能に配置することができる中空の中央領域５１と、中央領域５１の中空部分と配管構造部７の管内とを連通する端領域５２とを含む。中央領域５１は、ボール４の下面と当接する内面を有しており、当該内面には、後述するボール４の凸部４ｂが嵌合する凹部５１ａが開口している。

ステム収納部６は、ステム３を収容するための部分である。ステム収納部６は、中央領域５１の中空部分とステム収納部６の内部空間とを連通する連通口６ａ、ステム収納部６の上端部に開口した上端開口部６ｂ、ステム収納部６の下端部と上端部との間の中間部分６ｃ、および、ステム収納部６の上端部において側方に延在するフランジ部６ｄ、を含む。

配管構造部７は、弁体収納部５の側面から水平方向に延びている。配管構造部７内には管が配置され、当該管は、弁体収納部５における端領域５２を介して中央領域５１の中空部分に連通する。

ボンネット２は、ステム３を作動可能に保持するとともにステム収納部６を密封するための構造である。ボンネット２は、上端開口部６ｂを密閉するように、ボデー１の上端部にボルトなどによって着脱可能にボデー１に連結されている。

ボンネット２は、ステム３が挿通される貫通部２ａと、ボデー１内の中空部分の気体をパージするためのパージ用バルブ２１と、ステム３の上端に連結されてステム３の上端と操作部９とを連結するためのグランドプレート２２と、ステム３の軸周りからの流体の漏れを防ぐためのグランドパッキン２３とを有している。

ステム３は、バルブ１０における弁軸を構成している。ステム３は、弁体であるボール４に連結しており、上端開口部６ｂよりも外側まで延在している。ステム３は、作動可能にボンネット２の貫通部２ａに支持される。

ボール４は、弁体収納部５に収容される略球体であり、流路Ｐとなる貫通孔４ａと、ステム３との連結部とは反対側からＺ方向に沿って突出している凸部４ｂとを有する。凸部４ｂは、弁体収納部５の凹部５１ａに嵌合している。なお、凸部４ｂは、その先端部に、凸部４ｂの凹部５１ａへの嵌合をより容易にする観点から、凸部４ｂより小径な突出端４ｂ’を有している。

さらに、バルブ１０は、ボール４側からＺ方向に沿って、トラニオンプレート６１およびヨークプレート６２をこの順で有している。トラニオンプレート６１およびヨークプレート６２は、それぞれ、その中央に、ステム３を挿通させるための貫通孔６１ａ、６２ａを有している。ヨークプレート６２は、その外周面６２ｂに第一のネジ構造を有している。なお、ボデー１のステム収納部６の内周面にも第一のネジ構造に螺合する第二のネジ構造を有している。これらのネジ構造が螺合することによって、ヨークプレート６２は、ステム収納部６の軸方向において固定される。

操作部９は、ボンネット２に固定されており、ハンドル９９を有している。ハンドル９９の回転量に応じて、ステム３に連結しているボール４が鉛直方向に延びる中心軸Ｏ（図２）を中心に回転する。このように、ハンドル９９は、ステム３を介したボール４による弁の開閉操作に用いられる。

また、バルブ１０は、ボール４の流路Ｐ内を流れる流体をシールするためのシール機構８０を有している。

上述したバルブ１０は、弁体収納部５から独立した空間を有する寸胴なステム収納部６を有しており、流体が有する熱がボール４からボンネット２まで到達しにくい。したがって、バルブ１０は、通常のバルブであれば操作部９を凍結して操作不能にするほどの冷熱を有する超低温の流体にも適用可能であり、例えば、バルブ１０は、液体水素が流れる配管を開閉するためのバルブに用いることが可能である。バルブ１０は、－５０℃以下、なかでも－１００℃以下の低温用、さらには液化窒素（－１９６℃）または液化水素（－２５３℃）といった超低温流体に用いる場合に、本実施形態のシール部材１００により優れたシール性を発揮することができる。

［シール部材に関する構成］
次に、バルブの構成のうち、シール部材に関する構成を説明する。図５は、図４に示す一点破線の枠囲み部分Ｃの構成を説明するための拡大断面図である。

前述したシール機構８０は、ボール４側から、ボール４に配管構造部７側から当接するボールシート８２、ボールシート８２を配管構造部７側から押圧するリテーナグランド８３、および、ボールシート８２とリテーナグランド８３との間に介在するシール部材１００を有する。バルブ１０は、ボールシート８２、ボデー１（ステム収納部６と弁体収納部５との境界部分）およびリテーナグランド８３に囲まれる隙間９０を有し、シール部材１００は、リテーナグランド８３によってボールシート８２に向けて押圧される。

ボールシート８２は、Ｘ方向を軸方向とする円環状の部材であり、ボデー１に内接する。ボールシート８２は、ボールシート８２側に位置する径大部８２１、リテーナグランド８３側に位置する径小部８２２、および、径小部８２２から径方向に広がって径小部８２２と径大部８２１とを繋ぐ段部８２３、を有する。ボールシート８２とボデー１との間には、段部８２３を底面とし、ボールシート８２の径小部８２２の外周壁面を一側部、ボデー１の内周壁面における当該一側部に対向する部分を他側部とする隙間９０が形成される。

なお、本実施形態では、ボールシート８２として、ボール４と当接するシール部位が、そのまま配管構造部７側に延びた形状の部材を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、ボール４に当接するシートが、配管構造部７側から別部材であるシートリテーナによって保持された構造の「シート部」をボールシート８２の代わりに適用することもできる。その場合は、ボール４側でシートを保持している上記シートリテーナの配管構造部７側の後端が、リテーナグランド８３によって押されることになる。この場合、本実施形態のシール部材１００は、上記シート部における上記シートと上記シートリテーナとの間に適用されてもよいし、上記シートリテーナとリテーナグランド８３との間に適用されてもよいし、これらの両方において適用されてもよい。

段部８２３は、外周側に当接部８２３ａを含んでいる。当接部８２３ａは、シール部材１００のシール時に、隙間９０における、シール部材１００の第二テーパ面１２２が当接する部分である。当接部８２３ａは、テーパ面を含んでおり、当該テーパ面は、隙間９０におけるステム収納部６の内周壁（他側部）側に、当該内周壁までの距離がＸ方向に沿う隙間９０の深さ方向に沿って漸次減少する面である。当該テーパ面とステム収納部６の内周壁面とがなす鋭角の角度は、シール部材１００における第二テーパ面１２２が第二側面１２１となす鋭角の角度よりもやや大きく、その差は３～１０°程度である。

リテーナグランド８３は、Ｘ方向に沿って隙間９０に進入可能な押圧部８３１と、リテーナグランド８３を付勢するコイルばね８４を収容するばね収納部８３２とを有する。押圧部８３１は、テーパ状の押圧面８３１ａを有する。押圧面８３１ａがボールシート８２の径小部８２２の外周壁面となす鋭角の角度は、例えば４０～５５°である。

図５におけるシール部材およびその周囲を拡大して図６に示す。隙間９０の一側（径小部８２２の外周壁面）と他側（ステム収納部６の内周壁面）との間の距離を隙間９０の幅としたときに、第一押圧部１１０は、第一テーパ面１１２の、隙間９０の幅方向における隙間９０の一側寄りの１／４の位置から１／８の位置までの位置で押圧部８３１によって最も強く押圧される。なお、隙間９０の幅方向は、前述のＺ方向で表される。

押圧部８３１は、隙間９０の幅方向における隙間９０の一側寄りの１／４以下の位置に位置する一側縁と、隙間９０の他端側ほど隙間９０の一側面からの距離が漸次大きくなるテーパ状の押圧面８３１ａとを有する。より具体的には、押圧部８３１は、第一テーパ面１１２を押圧する際に、Ｚ方向におけるステム収納部６の内周壁面からＱ１以下の当接位置Ｐｃで当接する。ここで、線Ｃ１は、Ｚ方向における径小部８２２の外周壁面からステム収納部６の内周壁面までの距離（隙間の幅）の中心線である。線Ｑ１は、Ｚ方向におけるステム収納部６の内周壁面からの隙間の幅の１／４の位置を示す線である。押圧面８３１ａの一側縁（図６中における押圧面８３１ａの下端面）は、線Ｑ１よりも内周側に位置している。なお、押圧部８３１が第一押圧部１１０を最も強く押す位置、すなわちシール部材１００を押圧しようとする押圧部８３１が最初にシール部材１００に当接する位置、隙間９０の一側寄りの１／４の位置から１／８の位置までの位置であり、例えば１／８の位置（ステム収納部６の内周壁面と線Ｃ１との間における内周壁側の１／４の位置）である。

また、押圧面８３１ａは、前記隙間の一側面に対してなす角度が、第一テーパ面が第一側面に対してなす角度よりも大きくなるように形成されている。より具体的には、押圧面８３１ａがボールシート８２の径小部８２２の外周壁面となす鋭角の角度を押圧面傾斜角度Ａａとし、シール部材１００を隙間に挿入した際の第一テーパ面１１２が径小部８２２の内周壁面となす鋭角の角度を第一テーパ面傾斜角度Ａｂとすると、角度Ａａは、角度Ａｂよりもわずかに大きい。なお、角度Ａｂは、シール部材１００の断面における第一テーパ面１１２が第一側面１１１となす鋭角の角度と実質的に同じである。

ばね収納部８３２は、Ｘ方向における押圧部８３１の反対側に開口する、Ｘ方向に沿う軸を有する円柱状の内部空間を有する凹部である。ばね収納部８３２にはコイルばね８４が収納されている。

このように、シール部材１００は、バルブ１０におけるボールシート８２の段部８２３によってボデー１との間に形成される隙間９０に配置される。そして、シール部材１００は、シール時にはリテーナグランド８３によってボールシート８２に向けて押圧される。

第一押圧部１１０は、シール部材１００の一側寄りかつ一端寄りに配置されている。したがって、シール部材１００の第一側面１１１は、隙間９０において、ボールシート８２の径小部８２２の外周壁面（隙間９０の一側部）に密着している。このように、第一押圧部１１０は、シール部材１００が隙間９０に配置されたときに、ボールシート８２における径小部８２２の外周壁面に当接するが、ボデー１の内周壁面（隙間９０の他側部）からは離間している。

第二押圧部１２０は、シール部材１００の他側寄りかつ他端寄りに配置されている。したがって、シール部材１００の第二側面１２１は、隙間９０において、ステム収納部６の内周壁面に密着している。このように、第二押圧部１２０は、シール部材１００が隙間９０に配置されたときに、ボデー１の内周壁面には当接するが、径小部８２２の外周壁面からは離間している。シール部材１００の第一テーパ面１１２には、リテーナグランド８３の押圧部８３１の押圧面８３１ａが接触する。

第一テーパ面１１２の第一仮想直線Ｌ１に対する傾斜角度と押圧面８３１ａの傾斜角度とは実質的に同じであるが、第一側面１１１は、第一仮想直線Ｌ１に対するテーパ面となっている。このため、隙間９０に挿入されている状態では、第一テーパ面１１２は、押圧面８３１ａに対して第一側面１１１における上記のテーパの傾斜角度の分だけさらに傾いている。

シール部材１００の第二押圧部１２０の先端部は、段部８２３における当接部８２３ａのテーパ面とボデー１の内周壁面との境界部まで到達している。前述したように、第二押圧部１２０の第二テーパ面１２２の角度は、当接部８２３ａのテーパ面とステム収納部６の内周壁とがなす鋭角の角度よりも小さい。したがって、シール部材１００が隙間９０の奥まで進入した時点では、第二テーパ面１２２と当接部８２３ａのテーパ面との間には、楔状の断面形状を有する特定の隙間が形成される。このように、第二テーパ面１２２は、断面形状において当接部８２３ａのテーパ面と楔形の隙間を形成するときには、Ｘ２方向において、ボデー１の内周壁面からの距離、および、当接部８２３ａのテーパ面からの距離のいずれもが漸次減少する部分となっている。

［シール時の状態］
次に、隙間を封止しているシール部材の状態を説明する。バルブ１０の隙間９０にシール部材１００を配置し、リテーナグランド８３によってシール部材１００をボールシート８２に向けて押圧することにより、隙間９０は封止（シール）される。図７は、図４に示す一点破線の枠囲み部分Ｃにおけるシール部材によるシール状態を説明するための拡大断面図である。

［隙間の一側部でのシール状態］
リテーナグランド８３は、コイルばね８４によってＸ方向に沿ってボールシート８２に向けて付勢される。リテーナグランド８３の押圧部８３１の押圧面８３１ａは、シール部材１００の第一テーパ面１１２にまず隙間９０の一側部側で当接し、次いで密着し、その間、シール部材１００をＸ方向に沿ってボールシート８２に向けて押圧する。

シール部材１００は、第一側面１１１および第二側面１２１がともに第一仮想直線Ｌ１および第二仮想直線Ｌ２に対して傾斜している。したがって、シール部材１００が第一仮想直線Ｌ１および第二仮想直線Ｌ２に沿って隙間９０に挿入される場合に比べて、第一側面１１１の傾斜と同じ大きさで、第一テーパ面１１２は、当接部８２３ａ側に傾く。したがって、押圧面８３１ａの一側縁部が、第一テーパ面１１２の一側部と接触する。

押圧面８３１ａが第一テーパ面１１２の一側部で当接すると、第一テーパ面１１２は、押圧面８３１ａによって押圧される。よって、第一テーパ面１１２は押圧面８３１ａで強く押圧され、第一テーパ面１１２が強く押された部分に対応する第一側面１１１の部分がボールシート８２の外周壁面を強く押圧する。

押圧面８３１ａが第一テーパ面１１２をさらに強く押圧すると、押圧面８３１ａは、第一テーパ面１１２との間で隙間を生じることなくテーパ面同士で接触し、さらに強く押圧する。よって、リテーナグランド８３によるＸ方向への押圧力は、これらテーパ面同士の面接触によりＸ方向とボールシート８２の外周壁面方向とに変換される。その結果、シール部材１００の第一押圧部１１０は、Ｘ方向に沿って押圧されるとともにボールシート８２の外周壁面に向けて十分に強い力で押圧される。このように、第一押圧部１１０は、隙間９０に配置されたときに隙間９０の開口部側であって隙間９０における対向する側部のうちの径小部８２２の外周壁面側に位置し、開口部側から押されたときに径小部８２２の外周壁面へ十分に強く押し付けられる。

［隙間の他側部でのシール状態］
シール部材１００は、リテーナグランド８３によるＸ方向への押圧により、隙間９０の段部８２３まで突き当たり、さらに押圧される。この押圧により第二テーパ面１２２と当接部８２３ａのテーパ面との間の楔形の隙間はなくなり、第二テーパ面１２２は当接部８２３ａのテーパ面に密着する。密着に際して楔形の隙間が潰されるのに伴い、第二押圧部１２０の他端部を隙間９０の他側部に向かわせるようなねじりの力が生じ、シール部材１００の撓みによる変形が惹き起こされる。そして、第二押圧部１２０の先端部は、シール部材１００が開く方向、すなわちボデー１の内周壁面に向かう方向に、十分に強い力で押圧される。このように、第二テーパ面１２２は、シール部材１００の上記の撓みによる変形を惹起する変形惹起部となっている。

また、リテーナグランド８３による押圧により、第一押圧部１１０は、Ｘ方向に沿ってボールシート８２側に移動し、それに伴って第二押圧部１２０もＸ方向に沿ってボールシート８２側に移動する。この際、第一押圧部１１０とボールシート８２との間は空隙となっているので、第一押圧部１１０は、この空隙をＸ方向に沿って、ボールシート８２に当接するまでは移動する余地がある。一方で、第二押圧部１２０は、当初より第二テーパ面の他端縁が当接部８２３ａのテーパ面に到達していることから、当該押圧による第二押圧部１２０の移動量は、上述した第二テーパ面１２２と当接部８２３ａのテーパ面との楔形の隙間を潰す程度となる。

また、第一押圧部１１０は、ステム収納部６の内周壁面から離間していて、これにより第二押圧部１２０とリテーナグランド８３との間は隙間となっている。このように、第二押圧部１２０は、リテーナグランド８３とは離間していて直接は押されない。このため、第二押圧部１２０は、第一押圧部１１０がリテーナグランド８３によって押されても、それ以上Ｘ方向には押されることがない。したがって、第二押圧部１２０のＸ方向への移動量は、第一押圧部１１０のそれに比べて大幅に少ない。よって、連結部１３０付近を境とする第一押圧部１１０と第二押圧部１２０との移動量の差によって、第二押圧部１２０を隙間９０の他側部に向かわせるようなシール部材１００の撓みによる変形が惹き起こされる。このように、隙間９０の他側部およびステム収納部６の内周壁面とは離間して隙間９０内に配置される第一押圧部１１０は、シール部材１００の上記の撓みによる変形を惹起する変形惹起部となっている。

また、第一側面１１１の一端側がより強く押圧されることで、シール部材１００の断面において、第一側面１１１のテーパが第一仮想直線Ｌ１に近づくように均される。このため、シール部材１００の全体がシール部材１００の他端側かつ他側部側に上向く姿勢にさせる力が生じる。ただし、第二押圧部１２０は、他端側および他側部側には移動できない。したがって、当該力は、第二押圧部１２０が隙間９０の他側部に向かうようにシール部材１００を撓ませる力となる。このように、第一側面１１１が上記のテーパ面であることによっても、第二押圧部１２０を隙間９０の他側部に向かわせるようなシール部材１００の撓みによる変形が惹き起こされる。このように、第一側面１１１のテーパ面は、シール部材１００の上記の撓みによる変形を惹起する変形惹起部となっている。

さらに、シール部材１００は、断面形状の中央部においてくびれた形状を形成する連結部１３０を含んでいる。このため、第一押圧部１１０と第二押圧部１２０とのＸ方向への移動量の差が発生しやすく、よって前述した撓み力がより発生しやすいことから、第二押圧部１２０の先端部に押圧力が集中する効果がより一層高められる。このように、連結部１３０も、第二押圧部１２０がステム収納部６の内周壁面に向かう方向にシール部材１００を撓ませる変形を惹起する変形惹起部となっている。

このように本実施形態では、リテーナグランド８３によるＸ方向への押圧力は、Ｘ方向とボールシート８２の外周壁面側への力とに変換され、そしてシール部材１００の撓みによる変形を惹起して第二押圧部１２０をボデー１の内周壁面側へ十分に強く押圧する力となる。また、第二押圧部１２０の第二テーパ面１２２の傾斜角度を、接触面（ボールシート８２における当接部８２３ａのテーパ面）の傾斜角度と異ならせることにより、第二押圧部１２０の先端付近（ボールシート８２に近い部位）には、図の紙面に対して反時計回り方向のねじり力も発生すると考えられる。

そしてさらに、第二押圧部１２０の第二側面１２１は、第二仮想直線Ｌ２に対して傾斜するテーパ面であることから、ボールシート８２に近い部位ほど、ボデー１の内周壁面とボールシート８２の当接部８２３ａのテーパ面との間で強く圧縮される。これらの力が合わさり、第二押圧部１２０（特にその他端部）では、ボデー１の内周壁面との間で強い面圧が発生する。同様に、第一押圧部１１０では、第一側面１１１が第一仮想直線Ｌ１に対して傾斜するテーパ面であることから、ボールシート８２の外周壁面に対して一端側でより強い面圧が生じる。

上記のように、シール部材１００は、Ｘ方向への押圧によって、図７の一点鎖線で囲むＤ部およびＥ部のそれぞれで十分に強い力で隙間９０の側部および当接部８２３ａのテーパ面に押圧される。したがって、シール部材１００は、リテーナグランド８３によるＸ方向の押圧によって、シール部材１００の一端部ではボールシート８２の外周壁に強く密着し、また、シール部材１００の他端部ではボデー１の内周壁に強く密着する。

一方、流路Ｐを流れる流体が低温流体である場合、流路Ｐ付近も流体によって低温とされる。この温度が低温であればあるほど、材質に関わらずシール部材１００は固くなる傾向にあり、またシール部材１００の材質によっては収縮することもある。これに対し、上述したシール部材１００は、ボールシート８２側およびボデー１側の両方に強い面圧を発生させるために極めて有利な構造である。このため、シール部材１００は、低温、特に超低温条件下で硬化、あるいは収縮したとしても、ボールシート８２とボデー１との間を確実に封止することができる。よって、バルブ１０の流路Ｐからキャビティへの流体の進入を防止することができる。

特に、シール部材１００は、樹脂製とすることで、超低温などの変形しにくい環境においても十分に変形することが可能であり、リテーナグランド８３による押圧により、第一押圧部１１０がボールシート８２の外周壁面に押し付けられる力、および、第二押圧部１２０がボデー１の内周壁面に押し付けられる力を一層効果的に発現することが可能である。

［性能を向上させる主な特徴］
本発明の実施形態では、その断面形状が略逆Ｚ型形状である環状のシール部材１００が隙間９０の深さ方向に押圧されることで、シール部材１００が収容される隙間９０の幅方向にも十分なシール性が得られる。シール部材１００がその一端側からリテーナグランド８３に押され、シール部材１００の他端側（先端側）がボールシート８２を押すことで、シール部材１００がその中央付近で撓むように変形する。この撓みの力により、隙間９０の幅方向のシール性は、特に隙間９０の他側での（外径側への）シール力が向上することによって得られる。

このような撓みの力は、シール部材１００が隙間９０をその深さ方向に平行移動するように押圧される場合でも発生するが、本実施形態では、当該撓みの力を高める様々な工夫がなされている。

たとえば、本実施形態のシール部材１００は、第一面取り部１１４および第二面取り部１２４を有する。第一面取り部１１４は、連結部１３０と第一側面１１１との角部を面取りすることで形成される形状を有し、第二面取り部１２４は、連結部１３０と第二側面１２１との角部を面取りすることで形成される形状を有する。そして、本実施形態では、第一面取り部１１４が第二面取り部１２４に比べて大きい。このように回転軸Ｄ１に対して、シール部材１００の内径側が外径側に比べてより大きく欠けた形状を有することによって、外径側へより変形しやすくなる。よって、シール部材１００が一端側から隙間９０の深さ方向に沿って押された場合に、その先端側となる第二押圧部１２０がシール部材１００の外径側に向かって広がる方向に変形しやすくなり、上記の撓みの発生に有利となる。

第一面取り部１１４および第二面取り部１２４の形状および当該面取り部による欠損部の体積は、上記の撓みを発生させる観点から適宜に決めてよい。上記の面取り部を大きくし過ぎると、第一側面１１１あるいは第二側面１２１がより小さくなり、シール性が弱くなることがある。また、上記の面取り部の位置を連結部１３０側により近づけると、シール部材１００全体の強度が低くなることがある。第一面取り部１１４および第二面取り部１２４の大きさは、シール部材１００の断面形状において、回転軸Ｄ１を挟んで第一側面１１１側と第二側面１２１側との上記撓みやすさの差が生まれる程度であればよい。よって、面取り部であれば前述の面取りの寸法比（Ｌｃ１／Ｌｃ２）とすることで、シール部材１００のシール性および強度が十分に維持されつつ、前述した撓みやすさの利点が十分に得られる。

また、本実施形態では、リテーナグランド８３は、シール部材１００を押圧する位置は、隙間９０の幅におけるより内径側に偏った位置で押圧力が最大となるようにシール部材１００を押圧している。このように押圧することで、より詳しくは、リテーナグランド８３が隙間９０の幅における一側からの距離が幅全体の１／４から１／８となる位置でシール部材１００を押圧する。上記の位置に最も荷重が加わることにより、またこのような荷重をシール部材１００の第一テーパ面１１２で受けることにより、シール部材１００の第一押圧部１１０を内径側（径小部８２２の外周面）に押し付ける力がより強く発生する。さらに、シール部材１００に前述の撓みを生じさせる力も発生しやすくなる。その結果、シール部材１００の隙間９０の内外径の両側に対するシール力がより一層高まる。

本実施形態では、リテーナグランド８３によるシール部材１００への上記のようなお押圧は、リテーナグランド８３およびシール部材１００のテーパ面での接触を介して実施される。本実施形態では、上記の位置で最も強く押圧するために、リテーナグランド８３側のテーパ面（押圧面８３１ａ）のテーパ角度を、シール部材１００側のテーパ面（第一テーパ面１１２）のテーパ角度よりも若干大きくしている。その結果、リテーナグランド８３は、押圧面８３１ａの一側縁で最初に第一テーパ面１１２に当接し、それ以降の押圧では、押圧面８３１ａが第一テーパ面１１２に密着する。その結果、上記のように、シール部材１００の隙間９０の内外径の両側に対するシール力がより一層高められる。

押圧面８３１ａと第一テーパ面１１２との最初の当接位置は、上記のような撓みとシール性との両方の効果が得られる範囲において、適宜に決めてよい。当該当接位置が隙間９０の幅方向において径小部８２２の外周面に近すぎると、第一テーパ面１１２の一端部でシール部材１００が破断することがある。このような破断を予防する観点と、当接位置による上記の効果を得る観点から、当該当接位置は、前述したように隙間９０の一側寄りの１／８以上１／４以下の位置から適宜に決めることができ、当接位置によるシール性向上の効果の観点から、隙間９０の一側寄りの１／８の位置が最も好ましい。

また、本実施形態における上記のシール性は、シール部材１００の耐久性の向上にも寄与する。本実施形態では、前述したように、リテーナグランド８３による押圧力によって撓む力が、シール部材１００における隙間９０の幅方向（内径側および外径側の両方）へのシール性を高めるように作用する。よって、隙間９０に充満するように変形してシール性を高める場合に比べて、シール部材１００の体積および形状の変化が小さい。よって、シール部材１００の体積変化が生じるような温度環境で使用される場合でもシール部材１００は、体積または形状の変化によって隙間をシールするシール部材に比べて、十分なシール性を発現する。

また、本実施形態におけるシール部材１００は、空間内に充満して隙間９０を塞ぐというよりは、シール部材１００に加わる荷重を利用して撓むことでシール力を発揮する。よって、使用環境における温度変化に伴う熱サイクルによってわずかであっても体積変化を生じる条件においても、シール部材１００は、所期のシール力を維持しやすく、また、当該熱サイクルによる体積変化に対しても優れた耐久性を有する。本実施形態のシール部材１００を液化水素という極低温の流体のためのバルブに使用する場合では、極低温と常温との間の熱サイクルが生じ得る。従来のシール部材のうち、押圧によって体積変化を伴って隙間を塞ぐシール部材では、極低温時に体積収縮や常温時の膨張等の繰り返し（熱サイクル）によって体積変化が起きたりすると、シール性が低下しやすくなることがある。上述のとおり、本実施形態のシール部材１００は、熱サイクルに対する耐久性を十分に備えていることから、極低温のような過酷な温度環境での使用に好適である。

［シール強度の検討］
次に、シール部材が前述のリテーナグランドに押圧されたときのシール部材が押圧する強度に関するコンピュータシミュレーションによる結果を説明する。図８は、本発明の一実施形態に係るシール部材による押圧力の強度および分布を説明するための第一の図である。図９は、本発明の一実施形態に係るシール部材による押圧力の強度および分布を説明するための第二の図である。図１０は、本発明の一実施形態に係るシール部材における各部位の移動量を説明するための第一の図である。図１１は、本発明の一実施形態に係るシール部材における各部位の移動量を説明するための第二の図である。

コンピュータシミュレーションは、図１、図２に示されるようなシール部材を図３～図７に示されるようなバルブに適用したモデルについて、下記の条件で行った。シール部材には、シミュレーションの便宜上、第一側面および第二側面はいずれも、仮想直線に対して傾斜するテーパ面ではなく、断面形状において第一仮想直線Ｌ１で表される面および第二仮想直線Ｌ２で表される面とした。シール部材の材質には、超高分子量ポリエチレン素材「タイバーＵＨＭＷ－ＰＥ」（三菱ケミカルアドバンスドマテリアル株式会社製、「タイバー」は同社の登録商標）を用いた。
＜条件＞
第一テーパ面への押圧力：６０００～１００００Ｎ（常温で８，５００Ｎ）
第一テーパ面への押圧方向：Ｘ方向
流体の種類：液化水素
流体温度：－２５３℃
第一テーパ面の角度Ａｂ：４０～４５°
当接位置Ｐｃ：Ｚ方向におけるステム収納部６の内周壁面からの隙間幅の１／８（内周壁面と線Ｑ１との間における１／２）の位置
第二テーパ面の角度：５０～５５°
逆テーパ面の角度：４５°
シール部材の材質：ＵＨＭＷ－ＰＥ

上記条件において、上記シール部材が受ける圧力を色の変化で表示した。図８および図９において、色が濃い部分をＰ１とし、Ｐ１に次いで色が濃い部分をＰ２として、いずれも斜線で示している。図８および図９は、いずれも、色が濃い部分ほど強い面圧が発生していることを示している。

図８に示されるように、シール部材１００の第二側面１２１では、第二押圧部１２０の先端部に強い面圧が発生している。また、図９に示されるように、シール部材１００の第二テーパ面１２２では、第二押圧部１２０における他端側の約半分の領域で強い面圧が発生しており、特により他端側の面圧が大きくなっている。また、シール部材１００の第一側面１１１では、第一押圧部１１０における一端側の約半分の領域で強い面圧が発生しており、その中でも強い面圧が生じている部分における中央部の領域の面圧がより大きくなっている。また、図８および図９かに示されるように、これらの圧力を受ける部分は、シール部材１００の周方向で略一定の幅を有している。

このように、上記のコンピュータシミュレーションは、シール部材１００は、第一テーパ面１１２をＸ方向に押圧したときに、その全周において上記の強さの分布の圧力を受けていることを示している。なお、第一側面１１１および第二側面１２１におけるＰ１、Ｐ２の部分は、これらの側面が仮想直線に対して傾斜する前述のテーパ面である場合には、Ｘ方向においてより広く分布する。

また、図１０では、第一押圧部１１０の第一テーパ面１１２が押圧面８３１ａによってＸ方向に押圧された場合において、矢印の向きは、シール部材１００における矢印の基端の部分で生じる力の向きを表しており、矢印の太さは、当該力の大きさを表している。矢印が太いほど、発生する力が強いことを表している。また、矢印の長さは、移動量を表しており、矢印が長いほど、移動量が大きいことを表している。

図１１は、第一押圧部の第一テーパ面が押圧面によってＸ方向に押圧された場合の、シール部材１００の一断面における各部の移動量の数値を示している。数値は、図１１中のシール部材の断面における升目の部分における、Ｘ方向への押圧による上記の移動量の最大値を示している。その単位は「ｍｍ」である。

図１０、図１１に示されるように、リテーナグランド８３で第一テーパ面１１２をＸ方向に押圧したときに、第一押圧部１１０のボールシート側への移動量は大きいのに対し、第二押圧部１２０の当該移動量は小さいことがわかる。以上の結果から、リテーナグランド８３で第一テーパ面１１２をＸ方向に押圧することにより、連結部１３０を境に第二押圧部１２０がボデー１の内周壁面側に撓む力がシール部材１００に生じることが確認される。

ここで、参考例のシール部材を用意し、本発明の実施形態に係るシール部材との対比を行う。図１２は、参考例のシール部材がバルブの隙間を塞ぐ状態を模式的に示す断面図である。参考例のシール部材２００は、図１２に示されるように、Ｊ字様の断面形状を有している。参考例のシール部材２００は、第一押圧部２１０が隙間９０の他側部にも存在すること、および、第一押圧部２１０が一側部側と他側部側との両方に、押圧面８３１ａによって押圧されるテーパ面２１２、２１３を有していること、が異なる以外は、前述した実施形態のシール部材１００と同様の構成を有している。第二押圧部２２０は、第二テーパ面２２２で隙間９０の当接部に当接し、第二側面２２１で隙間９０の他側部に当接する点で、前述した実施形態のシール部材１００と同様である。なお、参考例のシール部材２００においても、前述の本発明の実施形態に係るシール部材１００のコンピュータシミュレーションと同様に、第一側面２１１および第二側面２２１は、仮想直線に対して傾斜するテーパ面にはなっていない。

図１３は、参考例のシール部材２００をＸ方向に押圧したときにシール部材２００およびその周囲で発生する面圧の強さを表している図である。図１４は、参考例のシール部材２００をＸ方向に押圧したときにシール部材２００で発生する面圧の強さを表している図である。図１３、図１４においても、Ｐ１は強い面圧が生じる部分を表しており、Ｐ２はＰ１に次いで強い面圧が生じる部分を表している。

図１３、図１４から明らかなように、参考例のシール部材においては、リテーナグランドの押圧面８３１ａによる押圧によって、シール部材２００の一端におけるＶ字状の溝部（第一押圧部２１０における一端側のテーパ面２１２、２１３）のうち、上側のテーパ面２１３のみに強い面圧が発生し、下側のテーパ面２１２には弱い面圧しか発生していないことが分かる。この結果から、参考例のシール部材２００は、特にボールシートの外周壁面に対する面圧が不十分となり易いことが確認される。

［シール性の対比］
（１）低温での実験
図３に示されるようなバルブにおけるシール部材によるシール性を確認するための要素試験を行った。具体的には、まず、バルブのボデーにおけるシール部材の装着部付近の形状を再現する治具（ボデー治具）を準備し、そして試験装置を準備した。当該試験装置は、ボデー治具にシール部材を装着した後、ボデー治具との間でシール部材を挟むようにリテーナグランドを配置し、バルブに用いるスプリングと同程度の押圧力でボールシートが押されるように組付けることによって準備した。シール部材としては、図１、２に示されるようなＵＭＷ－ＰＥ製のシール部材を用意した。このシール部材をＳ１とする。また、図１２～図１４に示されるようなシール部材であって、ＵＭＷ－ＰＥ製の当該シール部材を用意した。このシール部材をＳＣ１とする。

そして、低温（－１９６℃）条件にてシール性能を確認した。流体としてヘリウムガスを用いて、試験装置のボデー治具側からシール部材に対し、所定の圧力（ΔＰ）を加え、試験装置のリテーナグランド側に漏れ出たヘリウムガスの量（単位：ｍＬ／分）を測定することで、シール部材での漏れ量を測定した。表１中、「１」、「２」は実験例の番号を表す。

表１から明らかなように、本発明の実施形態に相当するシール部材Ｓ１によれば、低温でのヘリウムガスの漏れ量は、０～１６．０ｍＬ／分程度であった。

これに対して、参考用のシール部材ＳＣ１では、ヘリウムガスの圧力が高まるほどシール部材Ｃ１に比べてヘリウムガスの漏れ量が多くなった。これは、シール部材ＳＣ１においては、シール部材ＳＣ１がＶ字状に押圧されることによって、シール部材ＳＣ１の内径側への面圧がシール部材Ｓ１に比して小さいため、と考えられる。

〔変形例〕
本発明は、上述した各実施形態に限定されず、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

たとえば、シール部材の平面形状は、シールすべき隙間の平面形状に応じて適宜に決めることが可能である。シール部材の平面形状は、当該隙間の平面形状と同じであってもよいし、当該隙間の平面形状の一部であってもよい。シール部材の平面形状は、環状に限定されず、多角形状でもよいし、線状であってもよい。

本発明では、第一押圧部１１０が隙間９０における外周側に配置されてステム収納部６の内周壁面を押圧するように構成され、第二押圧部が隙間９０の内周側に配置されて径小部８２２の外周壁面を押圧するように構成されていてもよい。

本発明では、第二押圧部１２０は第二テーパ面１２２に代えて、シール部材１００をステム収納部６の内周壁面に向けて変形させる構成を有していてもよい。たとえば、第二押圧部１２０は、段部８２３の当該内周壁面側に配置されている凸部に当接する平面部を有していてもよい。同様に、第一テーパ面１１２も、リテーナグランドの押圧面が径小部８２２の外周壁面側に凸部を有する場合には、平面部であってもよい。

本発明では、第一側面１１１の仮想直線に対するテーパおよび第二側面１２１の仮想直線に対するテーパに代えて、同様の効果を呈する凸部をシール部材１００が有していてもよい。また、シール部材１００は、隙間９０の構造によっては、第一側面１１１および第二側面１２１におけるテーパを有していなくてもよい。たとえば、ステム収納部６の内周壁面が段部８２３に近づくほど隙間９０の幅が漸次狭くなるテーパ面である場合には、シール部材１００は、第二側面１２１の仮想直線に対するテーパを有していなくてもよい。

本発明のシール部材は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形が可能である。例えば、シール部材１００において、第一押圧部１１０と第二押圧部１２０との間はくびれた連結部１３０となっているが、この連結部は必ずしもくびれ形状となっている必要は無く、シール部材が全体としてひし形形状の断面を有していてもよい。

また、前述の実施形態におけるシール部材１００の切り欠き端部は、その断面形状が直線状でなくてもよい。たとえば、切り欠き端部の断面形状は、第一押圧部または第二押圧部におけるテーパ面および側面の一方または両方に対して連続する曲線を含んでいてもよい。

本発明のシール部材は、シール部材が配置され得る、無端形状の平面形状を有する有底の隙間を有する限り、いかなるバルブにも適用可能である。また、本発明のシール部材は適当な物性を有する材質を採用することにより、超低温の環境のみならず、高温環境にも適用可能である。

具体的には、一定の方向に押し付けられるシール部材であって、同時に、押し付けられる方向に対して両側の側方に対してもシール性を発揮する、すなわち３方向へのシール性が求められるような用途に対して、優れたシール性を発揮することができる。このような用途としては、例えば、図３及び図４に示すバルブにおいて、ボデーシール（トラニオンプレート６１とステム３との間のシールや、トラニオンプレート６１とボデー１の内周との間のシール）にも適用可能である。

なお、本発明の実施形態では、シール部材のシール性は、シール部材の使用条件、あるいはシール部材に求められる性能、に応じて適宜に設定されればよい。したがって、シール部材の使用条件およびシール部材に求められる性能などの種々の条件を満たす範囲において、本発明の実施形態のシール部材の構成を決定することが可能である。よって、このような条件によっては、本発明の実施形態のシール部材は、前述した寸法違いの面取り部を有していなくてもよいし、リテーナグランドの押圧面とシール部材における第一テーパ面とが最初に当接する位置は、前述の位置Ｐｃでなくてもよいし、あるいは、当該押圧面のテーパ角度と第一テーパ面のテーパ角度との差はなくてもよい。

〔まとめ〕
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態のシール部材（１００）は、一端が開口部、他端が当接部（８２３ａ）となっており、一端から他端に向かう方向を深さ方向とする隙間（９０）に配置され、一端側から深さ方向に押圧されたときに隙間の両側部および当接部に密着して隙間を塞ぐシール部材であって、シール部材の一端側に配置され、シール部材のシール時に隙間の深さ方向に押圧されたときに隙間の一側部を押圧する第一押圧部（１１０）と、シール部材の他端側に配置され、シール部材のシール時における第一押圧部への押圧によって当接部に密着するとともに隙間の他側部を押圧する第二押圧部（１２０）と、シール部材のシール時における第一押圧部への押圧によって第二押圧部が隙間の他側部に向かう方向にシール部材を撓ませる変形惹起部（第二テーパ面１２２）と、を有する。

また、本発明の実施形態のシール機構は、上記隙間内に、一端側から深さ方向に押圧されたときに隙間の両側部及び当接部に密着して隙間を塞ぐように上記のシール部材が配置されてなるシール機構であって、第一押圧部は、隙間の他側部から離間しており、かつ、第二押圧部は、隙間の一側部から離間しており、シール部材が一端側から深さ方向に押圧され、第一押圧部が他端側に移動しつつ、第二押圧部が当接部に当接することで第二押圧部が隙間の他側部に向かう方向に撓まされた状態で、シール部材が隙間を塞ぐことにより構成されている。

また、本発明の実施形態のバルブは、上記のシール部材を、シート部（ボールシート８２）、ボデー（１）および第一押圧部に当接するリテーナグランド（８３）に囲まれる隙間に有し、当該シール部材がリテーナグランドによってシート部に向けて押圧されて隙間を塞いでいる。

さらに、本発明の実施形態のシール方法は、バルブ（１０）のシート部およびボデーの間の隙間に上記のシール部材を配置し、リテーナグランドによってシール部材の第一押圧部をシート部に向けて押圧して隙間を封止する。

上記の構成から、本発明の実施形態は、上記のシール部材によって低温高圧時でも優れたシール性を発現することができる。

本発明の実施形態において、第一押圧部は、シール部材の一端寄りおよび一側寄りの部分であり、シール部材のシール時に隙間の一側部に当接している第一側面（１１１）と、第一押圧部の一端側で露出し、シール部材の断面形状における第一側面からの距離がシール部材の一端に向けて漸次減少する第一テーパ面（１１２）と、を含み、第二押圧部は、シール部材の他端寄りおよび他側寄りの部分であり、シール部材のシール時に隙間の他側部に当接している第二側面（１２１）と、第二押圧部の他端側で露出し、シール部材の断面形状における第二側面からの距離がシール部材の他端に向けて漸次減少する第二テーパ面（１２２）と、を含み、シール部材のシール前における第二テーパ面の第二側面に対する傾斜角度は、シール部材のシール時の傾斜角度よりも小さく、変形惹起部は、第二テーパ面を含む部分であってよい。この構成は、隙間の深さ方向への押圧によって隙間の両側部を十分な強さで押圧する観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態において、第一押圧部は、シール部材の断面形状における第一テーパ面の一端縁と第一側面の一端縁とを結んで形成される第一切り欠き端部（１１３）を有し、第二押圧部は、シール部材の断面形状における第二テーパ面の他端縁と第二側面の他端縁とを結んで形成される第二切り欠き端部（１２３）を有し、第一側面は、シール部材の断面形状における第二側面の一端縁と第二テーパ面の他端縁とを結ぶ第二仮想直線との距離が第一側面の他端縁に向けて漸次減少するテーパ面であり、第二側面は、シール部材の断面形状における第一側面の他端縁と第一テーパ面の一端縁とを結ぶ第一仮想直線との距離が第二側面の一端縁に向けて漸次減少するテーパ面であってもよい。この構成は、隙間の側部への押圧力を高める観点、および、当該側部において押圧される部分を隙間の深さ方向へより広く分布させる観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態において、第一押圧部は、第一側面の他端縁に第一面取り部（１１４）をさらに有し、第二押圧部は、第二側面の一端縁に第二面取り部（１２４）をさらに有し、第一面取り部は第二面取り部よりも大きくてもよい。この構成は、シール部材のシール性を高める観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態のシール部材が樹脂製であることは、シール部材のシール性を高める観点からより一層効果的であり、シール部材が変形しにくい超低温環境に適用するのに好適である。

本発明の実施形態のシール部材は、隙間への挿入方向に沿ってみたときに無端形状を有し、バルブにおけるシート部とボデーとの間に形成される隙間に配置されて、リテーナグランドによってシート部に向けて押圧されてよい。当該シール部材は、バルブにおける弁体をシートに適用する観点からより効果的である。

本発明の実施形態において、バルブの弁体がボール（４）であることは、弁体のシールの用途においてより一層効果的である。

本発明の実施形態において、バルブは、液体水素が流れる配管を開閉するためのバルブであってよい。本発明の実施形態のシール部材は、液体水素ほどの超低温環境においても、当該液体水素の隙間からの漏れを防止可能なほどに優れたシール性を発現することができる。

本発明の実施形態において、第一押圧部は、第一テーパ面の、シール部材が挿入される隙間の幅方向における隙間の一側寄りの１／４の位置から１／８の位置までの位置で最も強く押圧されているように構成されていてもよい。この構成は、シール部材のシール性を高める観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態において、リテーナグランドがシール部材を押圧する押圧部（８３１）を含み、押圧部が、隙間の幅方向における隙間の前記一側寄りの１／４の位置から１／８の位置までの位置に位置する一側縁と、隙間の他端側ほど隙間の一側面からの距離が漸次大きくなるテーパ状の押圧面（８３１ａ）とを有し、押圧面が隙間の一側面に対してなす角度は、第一テーパ面が前記第一側面に対してなす角度よりも大きくてもよい。この構成は、シール部材のシール性を高める観点からより一層効果的である。

１、５１０ ボデー
２ ボンネット
２ａ 貫通部
３ ステム
４ ボール
４ａ、６１ａ 貫通孔
４ｂ 凸部
４ｂ’ 突出端
５ 弁体収納部
６ ステム収納部
６ａ 連通口
６ｂ 上端開口部
６ｃ 中間部分
６ｄ フランジ部
７ 配管構造部
９ 操作部
１０ バルブ
２１ パージ用バルブ
２２ グランドプレート
２３ グランドパッキン
３１ 連結部
５１ 中央領域
５１ａ 凹部
５２ 端領域
６１ トラニオンプレート
６２ ヨークプレート
６２ｂ 外周面
８０ シール機構
８２ ボールシート
８３ リテーナグランド
８４ スプリング
９０ 隙間
９９ ハンドル
１００、２００ シール部材
１１０、２１０ 第一押圧部
１１１、２１１ 第一側面
１１２ 第一テーパ面
１１３ 第一切り欠き端部
１１４ 第一面取り部
１２０、２２０ 第二押圧部
１２１、２２１ 第二側面
１２２、２２２ 第二テーパ面
１２３ 第二切り欠き端部
１２４ 第二面取り部
１３０ 連結部
２１２、２１３ テーパ面
５００ パッキン
５０１ 内周壁面
５０２ 外周壁面
５０３ 第一テーパ面
５０４ 第一逆テーパ面
５０５ 第二テーパ面
８２１ 径大部
８２２ 径小部
８２３ 段部
８２３ａ 当接部
８３１ 押圧部
８３１ａ 押圧面
８３２ ばね収納部
Ｌ１ 第一仮想直線
Ｌ２ 第二仮想直線

Claims (14)

1. 一端が開口部、他端が当接部となっており、一端から他端に向かう方向を深さ方向とする隙間に配置され、一端側から前記深さ方向に押圧されたときに前記隙間の両側部および前記当接部に密着して前記隙間を塞ぐシール部材であって、
   前記シール部材の一端側に配置され、前記シール部材のシール時に前記隙間の深さ方向に押圧されたときに前記隙間の一側部を押圧する第一押圧部と、
   前記シール部材の他端側に配置され、前記シール部材のシール時における前記第一押圧部への押圧によって前記当接部に密着するとともに前記隙間の他側部を押圧する第二押圧部と、
   前記シール部材のシール時における前記第一押圧部への押圧によって前記第二押圧部が前記隙間の他側部に向かう方向に前記シール部材を撓ませる変形惹起部と、
   を有するシール部材。
2. 前記第一押圧部は、前記シール部材の一端寄りおよび一側寄りの部分であり、
   前記シール部材のシール時に前記隙間の一側部に当接している第一側面と、
   前記第一押圧部の一端側で露出し、前記シール部材の断面形状における前記第一側面からの距離が前記シール部材の一端に向けて漸次減少する第一テーパ面と、
   を含み、
   前記第二押圧部は、前記シール部材の他端寄りおよび他側寄りの部分であり、
   前記シール部材のシール時に前記隙間の他側部に当接している第二側面と、
   前記第二押圧部の他端側で露出し、前記シール部材の断面形状における前記第二側面からの距離が前記シール部材の他端に向けて漸次減少する第二テーパ面と、
   を含み、
   シール部材のシール前における前記第二テーパ面の前記第二側面に対する傾斜角度は、前記シール部材のシール時の前記傾斜角度よりも小さく、
   前記変形惹起部は、前記第二テーパ面を含む部分である、
   請求項１に記載のシール部材。
3. 前記第一押圧部は、前記シール部材の断面形状における前記第一テーパ面の一端縁と前記第一側面の一端縁とを結んで形成される第一切り欠き端部を有し、
   前記第二押圧部は、前記シール部材の断面形状における前記第二テーパ面の他端縁と前記第二側面の他端縁とを結んで形成される第二切り欠き端部を有し、
   前記第一側面は、前記シール部材の断面形状における前記第二側面の一端縁と前記第二テーパ面の他端縁とを結ぶ第二仮想直線との距離が前記第一側面の他端縁に向けて漸次減少するテーパ面であり、
   前記第二側面は、前記シール部材の断面形状における前記第一側面の他端縁と前記第一テーパ面の一端縁とを結ぶ第一仮想直線との距離が前記第二側面の一端縁に向けて漸次減少するテーパ面である、
   請求項２に記載のシール部材。
4. 前記第一押圧部は、前記第一側面の他端縁に第一面取り部をさらに有し、
   前記第二押圧部は、前記第二側面の一端縁に第二面取り部をさらに有し、
   前記第一面取り部は前記第二面取り部よりも大きい、
   請求項２に記載のシール部材。
5. 樹脂製である、請求項１～４のいずれか一項に記載のシール部材。
6. 前記隙間の深さ方向に沿って見たときに無端形状を有し、バルブにおけるシート部とボデーとの間に形成される前記隙間に配置されて、前記第一押圧部に当接するリテーナグランドによって前記シート部に向けて押圧される、請求項１～５のいずれか一項に記載のシール部材。
7. 前記バルブの弁体は、ボールである、請求項６に記載のシール部材。
8. 一端が開口部、他端が当接部となっており、一端から他端に向かう方向を深さ方向とする隙間内に、一端側から前記深さ方向に押圧されたときに前記隙間の両側部及び当接部に密着して前記隙間を塞ぐようにシール部材が配置されてなるシール機構であって、
   前記シール部材は、前記シール部材の一端側に配置され、前記シール部材のシール時に前記隙間の深さ方向に押圧されたときに前記隙間の一側部を押圧する第一押圧部と、前記シール部材の他端側に配置され、前記シール部材のシール時における前記第一押圧部への押圧によって前記当接部に密着するとともに前記隙間の他側部を押圧する第二押圧部と、前記シール部材のシール時における前記第一押圧部への押圧によって前記第二押圧部が前記隙間の他側部に向かう方向に前記シール部材を撓ませる変形惹起部と、を有し、
   前記第一押圧部は、前記隙間の他側部から離間しており、かつ、前記第二押圧部は、前記隙間の一側部から離間しており、
   前記シール部材が前記一端側から前記深さ方向に押圧され、前記第一押圧部が他端側に移動しつつ、前記第二押圧部が前記当接部に当接することで前記第二押圧部が前記隙間の他側部に向かう方向に撓まされた状態で、前記シール部材が前記隙間を塞いでなる、シール機構。
9. 前記第一押圧部は、前記シール部材の一端寄りおよび一側寄りの部分であり、
   前記シール部材のシール時に前記隙間の一側部に当接している第一側面と、
   前記第一押圧部の一端側で露出し、前記シール部材の断面形状における前記第一側面からの距離が前記シール部材の一端に向けて漸次減少する第一テーパ面と、
   を含み、
   前記第二押圧部は、前記シール部材の他端寄りおよび他側寄りの部分であり、
   前記シール部材のシール時に前記隙間の他側部に当接している第二側面と、
   前記第二押圧部の他端側で露出し、前記シール部材の断面形状における前記第二側面からの距離が前記シール部材の他端に向けて漸次減少する第二テーパ面と、
   を含み、
   前記隙間の一側と他側との間の距離を前記隙間の幅としたときに、前記第一押圧部は、前記第一テーパ面の、前記隙間の幅方向における前記隙間の前記一側寄りの１／４の位置から１／８の位置までの位置で最も強く押圧されている、請求項８に記載のシール機構。
10. ボデー、シート部、リテーナグランドおよび請求項１～６のいずれか一項に記載のシール部材を有するバルブであって、
    前記ボデーおよびシート部が、一端が開口部、他端が当接部となっており、一端から他端に向かう方向を深さ方向とする隙間を形成し、
    前記シール部材が前記隙間に挿入されるとともに、前記リテーナグランドによって前記シート部に向けて押圧されて前記隙間を塞いでいる、バルブ。
11. 前記第一押圧部は、前記シール部材の一端寄りおよび一側寄りの部分であり、
    前記シール部材のシール時に前記隙間の一側部に当接している第一側面と、
    前記第一押圧部の一端側で露出し、前記シール部材の断面形状における前記第一側面からの距離が前記シール部材の一端に向けて漸次減少する第一テーパ面と、
    を含み、
    前記第二押圧部は、前記シール部材の他端寄りおよび他側寄りの部分であり、
    前記シール部材のシール時に前記隙間の他側部に当接している第二側面と、
    前記第二押圧部の他端側で露出し、前記シール部材の断面形状における前記第二側面からの距離が前記シール部材の他端に向けて漸次減少する第二テーパ面と、
    を含み、
    前記第一押圧部は、前記隙間の幅方向における前記隙間の前記一側寄りの１／４の位置から１／８の位置までの位置で前記リテーナグランドによって最も強く押圧されている、請求項１０に記載のバルブ。
12. 前記リテーナグランドは、前記シール部材を押圧する押圧部を含み、
    前記押圧部は、前記隙間の幅方向における前記隙間の前記一側寄りの１／４の位置から１／８の位置までの位置に位置する一側縁と、前記隙間の他端側ほど前記隙間の一側面からの距離が漸次大きくなるテーパ状の押圧面と、を有し、
    前記押圧面が前記隙間の一側面に対してなす角度は、前記第一テーパ面が前記第一側面に対してなす角度よりも大きい、請求項１１に記載のバルブ。
13. バルブのシート部およびボデーの間の隙間に請求項１～７のいずれか一項に記載のシール部材を配置し、リテーナグランドによって前記シール部材の前記第一押圧部を前記シート部に向けて押圧して前記隙間を封止するシール方法。
14. 前記バルブは、液体水素が流れる配管を開閉するためのバルブである、請求項１３に記載のシール方法。

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