JP4537033B2

JP4537033B2 - ガス用シール構造

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Publication number: JP4537033B2
Application number: JP2003356513A
Authority: JP
Inventors: 薫野道; 清治石井; 誠二宮; 康司加納; 浩史青柴; 正記川東; 健雄上月
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Kawasaki Precision Machinery Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Kawasaki Precision Machinery Ltd
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2023-10-16
Also published as: US20070273106A1; EP1679458A4; CA2542394C; EP1679458A1; WO2005038311A1; JP2005121128A; US8567792B2; CA2542394A1; EP1679458B1

Description

本発明は、ガス、特に水素ガスおよびヘリウムガスなどの透過性の高い高圧力のガスの漏れを防止するためのシール構造に関する。

圧力変動が少ない、言い換えるとほぼ一定の圧力に保持される高圧力ガスの漏れを防止するため、高いシール性を発揮することができる、ゴム製のＯリングが用いられる。このＯリングとしては、非特許文献１であるＪＩＳＢ２４０１に規定されるＯリングを用いることができる。

また高圧力と低圧力とにわたる大きな変動範囲で頻繁に圧力変動が生じるガスの漏れを防止するために、樹脂製のシール部材が用いられている。

ＪＩＳＢ２４０１

Ｏリングは、圧力変動が少ない場合、優れたシール性を発揮する利点を有するが、前述のような圧力変動が生じるガスの漏れを防止するために用いるとブリスタ現象が発生してしまうので、圧力変動が生じるガスの漏れを防止するために用いることができない。ブリスタは、ゴム製部材が高圧力のガスに曝されると、その高圧力のガスがゴム製部材内部に浸透して保持され、この状態から周囲のガスの圧力が急激に低下したときに、ゴム製部材内部に保持されている高圧力のガスが急激に膨張しながら外部に出ようとして、微小気泡がゴム製部材内部に現れる現象である。このようなブリスタ現象は、Ｏリングにおいても同様に発生する現象であり、このブリスタ現象が発生すると、Ｏリングはシール性が喪失されてしまう。

またＯリングは、水素ガスおよびヘリウムガスのように分子量が小さい透過性の高いガスに対しては、そのガスの圧力が高くなると、透過量が大きくなってしまう。したがって透過性の高いガスに対して、単体では、シール性を確保することができない。

樹脂製のシール部材は、ブリスタの発生することがなく、かつガスの透過が小さいので、前述のような圧力変動が生じるガスの漏れを防止するために用いられているが、ゴム製のＯリングに比べて柔軟性が劣り、ゴム製のＯリングのような高いシール性を達成することができない。また急激な圧力変動に対して追従することができず、この点からも高いシール性を達成することができない。特に、ガスが高圧力の状態から降圧するときに、ガスが漏れやすくなってしまう。

このように圧力変動が大きく、かつ高圧力となるガスの漏れを防止するために好適に実施でき、かつ構造が簡単なシール構造は、知られていない。

本発明の目的は、圧力変動が大きくかつ高圧力となるガスの漏れを防止するために好適に実施でき、かつ構造が簡単なシール構造を提供することである。

本発明は、水素ガスおよびヘリウムガスなどのゴム製の部材に対する透過性の高いガス用のシール構造であって、
２つのシール面間に設けられるゴム製の主シール手段と、
前記２つのシール面間に、主シール手段よりも高圧側に設けられ、凹溝が形成される樹
脂製の副シール手段と、
主シール手段および副シール手段間で前記２つのシール面の少なくともいずれか一方に凹状の変動緩和空間が形成される圧力変動緩和手段とを含み、
前記副シール手段は、凹溝を低圧側に向けて配置されることを特徴とするガス用シール構造である。

本発明に従えば、ゴム製の主シール手段よりも高圧側には、樹脂製の副シール手段が設けられる。副シール手段は、高圧側のガスの圧力が変動したとき、この圧力変動に伴なって、主シール手段の周囲のガスの圧力が急激に変化することを防止することができる。さらに主シール手段と副シール手段との間に圧力変動緩和手段が設けられ、副シール手段を通過してガスが漏れたり、高圧側のガスの圧力変動に対する副シール手段の応答が遅れても、高圧側のガスの圧力変動がそのまま主シール手段に伝わることを防止し、変動緩和空間によって緩和した状態で主シール手段に伝わるようにすることができ、主シール手段の周囲のガスの圧力が急激に変化することを確実に防止することができる。このように高いシール性を有するゴム製の主シール手段を用いて、高いシール性を確保したうえで、高圧側のガスの圧力が高圧力と低圧力とにわたる大きな変動範囲で変動しても、その圧力変動の影響を受けて主シール手段がブリスタ現象を生じてしまうことが防がれる。

また、副シール手段が、凹溝を低圧側に向けて配置されるので、高圧側のガスの圧力が、高圧力から低圧力に変動したとき、副シール手段によって２つのシール面の空隙をシールすることができる。これによって主シール手段の周囲のガスの圧力が、高圧力から低圧力に急激に低下することを防止し、圧力変動緩和手段の作用によって、主シール手段の周囲のガスの圧力を除々に低下させることができる。このようにして主シール手段の周囲の圧力が、急激に変化することが防がれる。これによって高圧側のガスの圧力が変動しても、主シール手段にブリスタ現象が発生することを防止することができる。

本発明によれば、高圧側のガスが、高圧力と低圧力とにわたる大きな変動範囲で圧力変動しても、主シール手段のブリスタ現象の発生を防止することができる。これによって高いシール性を維持することができる。したがって圧力変動が大きくかつ高圧力となるガスの漏れを防止するために好適に用いることができる。しかもこのシール構造は、主シール手段と、副シール手段と、圧力変動緩和手段とを設けるだけの簡単な構成で実現することができる。

また、主シール手段の周囲のガスの圧力が、高圧力から低圧力に急激に低下することが防がれるので、高圧側のガスが、高圧力と低圧力とにわたる大きな変動幅で圧力変動しても、主シール手段のブリスタ現象の発生を防止することができる。したがって高いシール性を維持することができる。

図１は、本発明の実施の第１の形態のガス用シール構造１を、高圧側の空間５が高圧力である状態で示す断面図である。図２は、高圧ガス用シール構造１を、高圧側の空間５が低圧力である状態で示す断面図である。図３は、ガス用シール構造（以下、単に「シール構造」という場合がある）１が設けられる弁装置２０を示す断面図である。シール構造１は、対向する２つのシール面２，３を密封、すなわちシールして、２つのシール面２，３の間の空隙４を介して、高圧側の空間５から低圧側の空間６にガスが漏れることを防止するための構造である。シール面２，３は、対向して設けられる２つの部材７，８の表面である。したがって対向する２つの部材７，８間に空隙４が形成される。高圧側は、シール構造１を基準にして、圧力が高い側であり、低圧側は、シール構造１を基準にして、圧力が低い側である。

本実施の形態では、一方の部材７は、大略的に円筒状の内表面部を有する部材であり、他方の部材８は、大略的に円筒状の外表面部を有する部材である。したがって各シール２，３は、各部材７，８の内周面および外周面であり、大略的に円筒状である。

またシール構造１は、高圧側の空間５のガスの圧力ＰＨに、高圧力と低圧力とにわたる大きな変動範囲で、急激な圧力低下を含む圧力変動が生じる構成の装置などに好適に用いられる。またシール構造１は、高圧側の空間５に、たとえば水素ガスおよびヘリウムガスなどの分子量が小さく、ゴム製の部材に対する透過性が高いガスが導かれる構成の装置などに好適に用いられる。このようにシール構造１は、前述のような圧力変動を生じかつ透過性の高いガスの漏れを防止するために、特に好適に用いられる。

従来の技術に関連して述べたブリスタ現象は、ゴム製部材の周囲の圧力が、ブリスタ発生限界圧力Ｐｂｃを超える圧力から、ブリスタ発生限界圧力Ｐｂｃ以下の圧力、たとえば大気圧付近の圧力に急激に低下したときに発生する現象であり、ブリスタ発生限界圧力Ｐｂｃ以下の圧力から低下したときには、急激に低下してもブリスタ現象は生じない。本発明において、高圧力は、ブリスタ発生限界圧力を超える圧力を意味し、低圧力は、ブリスタ発生限界圧力以下の圧力を意味し、たとえば大気圧およびその付近の圧力である。

またブリスタ現象は、周囲のガスの圧力が高圧力から低圧力に低下しても、低下速度が小さいときには発生しない。本発明において、圧力の急激な低下とは、ブリスタ現象が発生する低下速度以上の速度での圧力低下を意味する。またブリスタ現象は、周囲のガスの圧力が高圧力から低圧力に低下しても、その変動した変動圧力差が小さいときには発生しない。本発明において、大きな変動範囲とは、その変動範囲の最大圧力と最低圧力との差がブリスタ現象を生じる変動圧力差以上である変動範囲を意味する。ブリスタ発生限界圧力Ｐｂｃは、そのゴム製部材の構成によって決定する圧力である。

シール構造１は、主シール手段である主シール部材１０と、副シール手段である副シール部材１１と、圧力変動緩和手段１２とを含んで構成される。主シール部材１０は、天然ゴムおよび合成ゴムなどのゴム製のシール手段であり、対向する２つのシール面２，３間に設けられる。副シール部材１１は、たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であるフッ素系樹脂およびポリアミド系樹脂（ナイロン）などの合成樹脂を含む樹脂製のシール手段であり、前記各シール面２，３間に、主シール部材１０よりも高圧側、したがって高圧側の空間５寄りに設けられる。圧力変動緩和手段１２は、主シール部材１０および副シール部材１１間で、前記各シール面２，３間の空隙４に連なる変動緩和空間１３が形成される。

主シール部材１０は、環状のシール部材であり、たとえばＯリングによって実現される。このＯリングとしては、たとえばＪＩＳＢ２４０１に規定されるＯリング、また一般に市販されるＯリングを用いることができる。各部材７，８の表面部の少なくともいずれか一方に凹所を形成するなどして、空隙４に連なる主保持空間１９が形成され、主シール部材１０は、この主保持空間１９に嵌まり込んだ状態で、各部材７，８に弾発的に当接するように設けられる。本実施の形態では、他方の部材８に凹所が形成されて主保持空間１９が形成されている。

副シール部材１１は、環状のシール部材であり、周方向に延びる突条状の２つのシールリップ１４，１５を有し、各シールリップ１４，１５間に挟まれ、周方向に延びる凹溝１６が形成され、各シールリップ１４，１５が相対的に近接および離反するように変形可能である。本実施の形態では、副シール部材１１は、周方向に垂直な断面の形状がＵ字状になるように形成される。

各部材７，８の表面部の少なくともいずれか一方に凹所を形成するなどして、空隙４に連なる副保持空間１７が形成され、副シール部材１１は、この副保持空間１７に嵌まり込んだ状態で、一方のシールリップ１４が一方の部材７に当接し、他方のシールリップ１５が他方の部材８に当接するように設けられる。この状態で、副シール部材１１は、凹溝１６を高圧側に向けて、したがって凹溝１６が高圧側の空間５寄りとなるように配置される。本実施の形態では、各部材７，８に凹所が形成されて副保持空間１７が形成されている。

圧力変動緩和手段１２の変動緩和空間１３は、各部材７，８の表面部の少なくともいずれか一方に形成される凹所によって構成される。したがって圧力変動緩和手段１２は、変動緩和空間１３となる凹所に臨む各部材７，８の一部分によって構成される。この圧力変動緩和手段１２は、変動緩和空間１３の容積が、空隙４の容積、さらに具体的には、各シール部材１０，１１間における空隙４の容積よりも大きくなるように形成される。

このようなシール構造１は、弁装置２０に設けられる。理解を容易にするために、シール構造１における構成部分に対応する弁装置２０の構成部分には、同一の符号を付す。弁装置２０は、ガスが流下する流路に介在される手動操作形の開閉弁であり、ハウジング７と、弁体２１と、操作部材８と、蓋体２２とを含んで構成される。シール構造１における一方の部材であるハウジング７には、弁通路２４が形成され、弁通路２４の中途部に、シール構造１における高圧側の空間である弁室空間５が形成され、弁室空間５に連なりかつ外部に開放する操作部材室２５が形成されている。

弁体２１は、弁室空間５に嵌まり込んだ状態でハウジング７に螺着され、予め定める基準軸線Ｌまわりに回転するこによって、基準軸線Ｌに沿う方向（以下「軸線方向」という）に変位して弁通路２４を開閉する。操作部材８は、弁体２１と同軸に操作部材室２５に嵌まり込み、ハウジング７に螺着される蓋体２２によって抜止めされている。操作部材８は、軸線方向の変位が阻止され、基準軸線Ｌまわりに回転可能である。本発明において、回転は、３６０度未満の角変位を含む。

弁体２１と操作部材８とは、たとえば、弁体２１に形成される内周面形状が多角筒状の連結凹所２７に、操作部材８に形成される外周面形状が多角筒状の連結突起２８を嵌まり込ませる連結構造によって、軸線方向の相対的な変位が許容され、基準軸線Ｌまわりの相対的な回転が阻止された状態で、相互に連結されている。操作部材８には、掛合部３０が形成されており、利用者が、蓋体２２に形成される挿通孔３１を介して工具を掛合し、操作部材８を回転操作することによって、弁体２１を回転させて軸線方向へ変位させ、弁通路２４を開閉することができる。

この弁装置２は、弁室空間５に、高圧力と低圧力とにわたる大きな変動範囲で圧力変動するガスが導かれ、かつ弁室空間５の急激な圧力低下を含む圧力変動が発生する可能性がある用途に用いられる。このような用途の弁装置２に、ハウジング７と操作部材８との間に形成される空隙４に関して、シール構造１が設けられ、弁室空間５から低圧側の空間である弁装置２の外部空間６に、ガスが漏れることを防止するために用いられる。外部空間６は、大気に開放されており、低圧力である。

本実施の形態によれば、ゴム製の主シール部材１０が設けられるので、弁室空間５のガスの圧力ＰＨが高圧力である状態（以下「高圧状態」という場合がある）、および弁室空間５のガスの圧力ＰＨが低圧力である状態（以下「低圧状態」という場合がある）のいずれの状態にあっても、主シール部材１０によって空隙４を気密に塞ぐことができる。これによって高いシール性を確保して、弁室空間５から外部空間６に、ガスが漏れること防止することができる。

この主シール部材１０よりも高圧側には、樹脂製の副シール部材１１が設けられる。副シール部材１１は、凹溝１６を高圧側に向けて配置される。副シール部材１１は、副シール部材１１に関して、凹溝１６の向く側の圧力が凹溝１６と反対側の圧力以下の状態、したがって高圧側のガスの圧力が低圧側の圧力以下の状態では、空隙４を塞ぐことができないので、低圧状態では、空隙４を塞ぐことができない。しかし副シール部材１１は、副シール部材１１に関して、凹溝１６の向く側の圧力が凹溝１６と反対側の圧力を超える状態、したがって高圧側のガスの圧力が低圧側の圧力を超える状態では、ガスの圧力によって、各シールリップ１４，１５が離反するように押圧され、各シールリップ１４，１５が、各シール面２，３にそれぞれ当接し、空隙４を塞ぐことができるので、高圧状態では、空隙４を塞ぐことができる。

主シール部材１０には、外部空間６の圧力が導かれるとともに、圧力変動緩和手段１２の変動緩和空間３の圧力が導かれる。したがってこれらの圧力が、主シール部材１０の周囲のガスの圧力となる。これらの圧力が、ゴム製部材である主シール部材１０のブリスタ発生限界圧力Ｐｂｃを超えないようにするか、または急激に低下しないようにすることができれば、主シール部材１０のブリスタ現象の発生を防ぐことができる。外部空間６のガスの圧力は、大気圧Ｐａｔｍであり、低圧力でありかつほぼ一定の圧力である。したがって変動緩和空間１３の圧力が、ブリスタ発生限界圧力Ｐｂｃを超えないようにするか、または急激に低下しないようにすることができれば、主シール部材１０のブリスタ現象の発生を防ぐことができる。

本実施の形態では、弁室空間５のガスの圧力ＰＨが、ブリスタ発生限界圧力Ｐｂｃを超える圧力となる高圧状態では、副シール部材１１によって空隙４が塞がれて、変動緩和空間３の圧力が高圧力になることが防止される。弁室空間５のガスの圧力ＰＨが、ブリスタ発生限界圧力Ｐｂｃ以下の圧力となる低圧状態では、副シール部材１１によって空隙４が塞がれてはいないが、弁室空間５のガスの圧力ＰＨが、ブリスタ発生限界圧力Ｐｂｃ以下の圧力であり、変動緩和空間３の圧力が高圧力になることはない。このようにして、変動緩和空間３の圧力が、ブリスタ発生限界圧力Ｐｂｃを超える圧力になることが防がれ、主シール部材１０に、ブリスタ現象が発生することを防止することができる。また変動緩和空間１３のガスの圧力が低く抑えれているので、ガスが透過性の高いガスであっても、主シール部材１０を透過しにくくすることができる。したがってさらに高いシール性を確保することができる。

圧力変動緩和手段１２は、副シール部材１１による主シール部材１０のブリスタ現象発生防止を、確実に達成するために設けられる。副シール部材１１は、樹脂製であり、ゴム製のシール部材に比べて柔軟性が低いので、シール性が低く、ガスのわずかな漏れを生じてしまう場合がる。このようなガスの漏れが生じたとしても、主シール部材１０と副シール部材１１との間に圧力変動緩和手段１２が設けられているので、漏れたガスを圧力変動緩和手段１２の変動緩和空間１３に導き、ガスの漏れによる主シール部材１０の周囲のガスの圧力の上昇を抑制することができる。このように高圧力がそのまま主シール部材１０に与えられることを防止し、圧力を低下させた状態で主シール部材１０に与えられるようにすることができる。このように、圧力変動緩和手段１２を設けることによって、主シール部材１０のブリスタ現象の発生を、確実に防止できる。

圧力変動緩和手段１２について、さらに詳細に述べると、変動緩和空間１３で、副シール手段１１によって空隙４が塞がれてから漏れるガスの圧力を確実に緩和することができれば、主シール部材１０のブリスタ現象の発生を確実に防ぐことができる。したがって変動緩和空間１３が、漏れるガスによって、変動緩和空間１３のガスの圧力がブリスタ発生限界圧力Ｐｂｃを超える圧力まで上昇しないように、圧力を緩和できるブリスタ防止可能容積Ｖｏ以上の容積を有していればよく、次式（１）を満足すれば、主シール部材１０のブリスタ現象の発生を確実に防ぐことができる。
Ｐａｔｍ×（Ｖｏ＋ｋ×Ｑ×Ｔ）≦Ｐｂｃ×Ｖｏ …（１）

ここでＶｏ［ｃｍ^３］は、ブリスタ防止可能容積であり、主シール部材１０のブリスタ現象を防止できる最小容積である。Ｐａｔｍ［ＭＰａａｂｓ．］（絶対圧）は、大気圧（０．１ＭＰａａｂｓ．）である。Ｐｂｃ［ＭＰａａｂｓ．］（絶対圧）は、前述したように、主シール部材１０のブリスタ発生限界圧力であり、圧力変動が生じてもブリスタ現象が発生しない限界となる最大圧力である。ｋ×Ｑ［Ｎｃｍ^３／時］は、副シール手段１１を通過するガスの漏れ量であり、ｋは、圧力計数であって、弁室空間５のガスの圧力ＰＨによって決まる計数である。したがってガスの漏れ量ｋ×Ｑは、弁室空間５のガスの圧力ＰＨによって決まる。Ｔ［時］は、副シール手段１１に弁室空間５のガスの圧力ＰＨがかかる加圧時間である。

式（１）を変形すれば、次式（２）が得られる。
Ｖｏ≧（Ｐａｔｍ×ｋ×Ｑ×Ｔ）／（Ｐｂｃ−Ｐａｔｍ） …（２）

この式（２）で表されるブリスタ防止可能容積Ｖｏ以上の容積の変動緩和空間１３を有する圧力変動緩和手段１２を設けることによって、主シール部材１０のブリスタ現象の発生を確実に防ぐことができる。ここで、ブリスタ防止可能容積Ｖｏに関して、前述の説明では、外部空間６の圧力が大気圧Ｐａｔｍであるので、この大気圧Ｐａｔｍを用いたが、外部空間６の圧力が大気圧Ｐａｔｍでない場合には、式（１）および式（２）のＰａｔｍを、外部空間６の圧力に置き換えることによって、同様に、ブリスタ防止可能容積Ｖｏを求めることができる。

このようにしてシール構造１は、主シール部材１０の周囲のガスの圧力を低圧力に抑えることができる。さらに副シール部材１１によって完全にシールすることができず、わずかにガスが漏れたとしても、圧力変動緩和手段１２が設けられるので、シール構造１は、主シール部材１０の周囲のガスの圧力を低圧力に抑えることができる。このようにして主シール部材１０の周囲の圧力は、高圧側のガスの圧力の変動に関わらず、急激に変動しないように低圧力に抑えられている。これによって高圧側のガスの圧力が変動しても、主シール手段にブリスタ現象が発生することを防止することができる。

したがって弁室空間５のガスである高圧側のガスの圧力が、高圧力と低圧力とにわたる大きな変動範囲で圧力変動しても、主シール部材１０のブリスタ現象の発生を防止することができる。これによってシール構造１は、高いシール性を維持することができ、圧力変動が大きくかつ高圧力となるガスの漏れを防止するために好適に用いることができる。しかもこのシール構造１は、主シール部材１０と、副シール１１と、圧力変動緩和手段１２とを設けるだけの簡単な構成で実現することができる。

図４は、本発明の実施の第２の形態のシール構造１Ａが設けられる、弁装置２０Ａを示す断面図である。この第２の形態のシール構造１Ａは、前述の第１の形態のシール構造１と類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第２の形態のシール構造１Ａは、第１の形態のシール構造１に加えて、バックアップリング３５をさらに有する。バックアップリング３５は、主保持空間１９に嵌まり込んで、主シール部材１０の低圧側に設けられる。このような第２の形態のシール構造１Ａは、第１の形態のシール構造１と同様の効果を達成することができる。さらにバックアップリング３５によって、主シール部材１０が空隙４の主保持空間１９よりも低圧側の部分にはみ出すことを防止することができ、好適である。

図５は、本発明の実施の第３の形態のシール構造１Ｂが設けられる、弁装置２０Ｂを示す断面図である。この第３の形態のシール構造１Ｂは、前述の第１の形態のシール構造１と類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第３の形態のシール構造１Ｂは、第１の形態のシール構造１に加えて、補助シール手段として、補助シール部材３６をさらに有する。補助シール部材３６は、主シール部材１０よりも低圧側に、各シール面２，３間に設けられる。

主シール部材１０よりも低圧側において、各部材７，８の表面部の少なくともいずれか一方に凹所を形成するなどして、本実施の形態では他方の部材８に凹所を形成して、空隙４に連なる補助保持空間３９が形成される。補助シール部材３６は、この補助保持空間３９に嵌まり込んだ状態で設けられる。補助シール部材３６は、副シール部材１１と同様の構成のシール部材であり、同様に凹溝１６を高圧側に向けて配置される。補助シール部材３６の各構成部分には、副シール部材１１の各構成部分と同一の符号を付す。このような第３の形態のシール構造１Ｂは、第１の形態のシール構造１と同様の効果を達成することができる。さらに補助シール部材３６によってさらにシール性を高くすることができる。

図６は、本発明の実施の第４の形態のシール構造１Ｃが設けられる、弁装置２０Ｃを示す断面図である。この第４の形態のシール構造１Ｃは、前述の第１の形態および第３の形態のシール構造１，１Ｂと類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第４の形態のシール構造１Ｃは、第１の形態のシール構造１に加えて、補助シール手段として、補助シール部材３７をさらに有する。補助シール部材３７は、第３の実施の形態における補助シール部材３６と同様の位置に設けられる。補助シール部材３７は、主シール部材３６と同様の構成のシール部材であり、補助保持空間３９に嵌まり込んだ状態で、各シール面２，３に弾発的に当接している。このような第４の形態のシール構造１Ｃは、第１の形態のシール構造１と同様の効果を達成することができる。さらに補助シール部材３７によってさらにシール性を高くすることができる。

図７は、本発明の実施の第５の形態のシール構造１Ｄが設けられる、ガスタンク装置２０Ｄを示す断面図である。この第５の形態のシール構造１Ｄは、前述の第２の形態のシール構造１Ａと類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第２の形態のシール構造１Ａは、弁装置２０に設けられたが、第５の形態のシール構造１Ｄは、ガスを貯留すためのガスタンク装置２０Ｄに設けられる。ガスタンク装置２０Ｄは、タンク本体７と、タンク本体７の開口部に螺着されるキャップ体８とを有する。第５のシール構造１Ｄは、このようなタンク本体７とキャップ体８との間の空隙４に関して設けられ、タンク本体７内の空間５に貯留されるガスが、タンク本体７外の空間６に漏れることを防ぐために設けられる。

この第５の形態では、タンク本体７が一方の部材であり、その表面が一方のシール面２となる。またキャップ体８が他方の部材であり、その表面が他方のシール面３となる。さらにタンク本体７内の空間５が、高圧側の空間であり、タンク本体７外の空間６が、低圧側の空間である。このような第５の形態のシール構造１Ｄは、もれ防止の対象となるガスが、タンク本体７内の空間５からタンク本体７外の空間６に漏れるガスとなるが、第２の形態のシール構造１Ａと同様の効果を達成することができる。

図８は、本発明の実施の第６の形態のシール構造１Ｅが設けられる、弁装置２０Ｅを示す断面図である。この第６の形態のシール構造１Ｅは、前述の第１の形態のシール構造１と類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第６の形態のシール構造１Ｅでは、第１の形態のシール構造１において、凹溝１６を高圧側に向けて配置された副シール部材１１が、凹溝１６を低圧側に向けて配置される。副シール部材１１自体の構成は、第１の形態のシール構造１と同様である。

第６の形態では、主シール部材１０によるシールは、第１の形態と同様に達成することができる。この主シール部材１０よりも高圧側の副シール部材１１は、凹溝１６を低圧側に向けて配置される。副シール部材１１は、副シール部材１１に関して、凹溝１６の向く側の圧力が凹溝１６と反対側の圧力以下の状態、したがって低圧側のガスの圧力が高圧側の圧力以下の状態では、空隙４を塞ぐことができないので、前述の高圧状態では、空隙４を塞ぐことができない。しかし副シール部材１１は、副シール部材１１に関して、凹溝１６の向く側の圧力が凹溝１６と反対側の圧力を超える状態、したがって低圧側のガスの圧力が高圧側の圧力を超える状態では、ガスの圧力によって、各シールリップ１４，１５が離反するように押圧され、各シールリップ１４，１５が、各シール面２，３にそれぞれ当接し、空隙４を塞ぐことができるので、低圧状態では、空隙４を塞ぐことができる。

このような第６の形態では、弁室空間５のガスの圧力ＰＨが、ブリスタ発生限界圧力Ｐｂｃを超える圧力となる高圧状態では、副シール部材１１によって空隙４を塞ぐことはできないが、低圧状態では、副シール部材１１によって空隙４を塞ぐことができる。したがって弁室空間５の圧力ＰＨが、高圧力から低圧力に急激に低下しても、主シール部材１０と副シール部材１１との間のガスが弁室空間５に逃げてしまうことを防止し、変動緩和空間１３の圧力が急激に低下することを防止し、ゆっくりと低下、または低下を防止することができる。このようにして、変動緩和空間１３の圧力が、ブリスタ発生限界圧力Ｐｂｃを超える圧力になっても、その圧力が急激に低下することが防がれ、主シール部材１０に、ブリスタ現象が発生することを防止することができる。

このような第６の形態においても、圧力変動緩和手段１２は、副シール部材１１による主シール部材１０のブリスタ現象発生防止を、確実に達成する。副シール部材１１は、樹脂製であり、ゴム製のシール部材に比べて柔軟性が低いので、応答性が低く、弁室空間５の圧力変動に完全に追従することができない場合がある。このような遅れが生じたとしても、主シール部材１０と副シール部材１１との間に圧力変動緩和手段１２が設けられているので、変動緩和空間１３のガスを弁室空間５に逃がすことによって、主シール部材１０の周囲のガスの圧力の低下を抑制することができる。このように主シール部材１０の主意のガスの圧力が急激に低下することを防止し、主シール部材１０のブリスタ現象の発生を、確実に防止できる。

このように副シール部材１１が、凹溝１６を低圧側に向けて設けられる場合において、主シール部材１０のブリスタ現象の発生を確実に防ぐことができる変動緩和空間１３の容積については、詳細な説明を省略するが、圧力変動緩和手段１２を設けることによって、圧力変動緩和手段１２がない場合に比べて、主シール部材１０のブリスタ現象の発生を防止できることは、明らかである。また前記式（２）で求めたブリスタ防止可能容積Ｖｏの変動緩和空間１３を形成すれば、副シール部材１１を、凹溝１６が低圧側を向くように設ける場合にも、主シール部材１０のブリスタ現象の発生を防止できることが、本件発明者によって確認されている。

このように副シール部材１１が、凹溝１６を低圧側に向けて設けられる構成であっても、シール構造１Ｅは、弁室空間５のガスである高圧側のガスの圧力が、高圧力と低圧力とにわたる大きな変動範囲で圧力変動しても、主シール部材１０のブリスタ現象の発生を防止することができる。これによってシール構造１は、高いシール性を維持することができ、圧力変動が大きくかつ高圧力となるガスの漏れを防止するために好適に用いることができる。しかもこのシール構造１は、主シール部材１０と、副シール１１と、圧力変動緩和手段１２とを設けるだけの簡単な構成で実現することができる。

図９は、本発明の実施の第７の形態のシール構造１Ｆが設けられる、弁装置２０Ｆを示す断面図である。この第７の形態のシール構造１Ｆは、前述の第１の形態、第２の形態および第６の形態のシール構造１，１Ａ，１Ｅと類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第７の形態のシール構造１Ｆは、第６の形態のシール構造１Ｅに加えて、第２の形態のバックアップリング３５をさらに有する。このような第７の形態のシール構造１Ｆは、第６の形態のシール構造１Ｅと同様の効果を達成することができる。さらにバックアップリング３５によって、主シール部材１０の空隙４の一部分４０へのはみ出しを防止することができ、好適である。

図１０は、本発明の実施の第８の形態のシール構造１Ｇが設けられる、弁装置２０Ｇを示す断面図である。この第８の形態のシール構造１Ｇは、前述の第１の形態、第３の形態および第６の形態のシール構造１，１Ｂ，１Ｅと類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第８の形態のシール構造１Ｇは、第６の形態のシール構造１Ｅに加えて、第３の形態の補助シール部材３６を有する。このような第８の形態のシール構造１Ｇは、第６の形態のシール構造１Ｅと同様の効果を達成することができる。さらに補助シール部材３６によってさらにシール性を高くすることができる。

図１１は、本発明の実施の第９の形態のシール構造１Ｈが設けられる、弁装置２０Ｈを示す断面図である。この第９の形態のシール構造１Ｈは、前述の第１の形態、第４の形態および第６の形態のシール構造１，１Ｂ，１Ｅと類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第９の形態のシール構造１Ｈは、第６の形態のシール構造１Ｅに加えて、第４の形態の補助シール部材３７を有する。このような第９の形態のシール構造１Ｈは、第６の形態のシール構造１Ｅと同様の効果を達成することができる。さらに補助シール部材３７によってさらにシール性を高くすることができる。

図１２は、本発明の実施の第１０の形態のシール構造１Ｉが設けられる、ガスタンク装置２０Ｉを示す断面図である。この第１０の形態のシール構造１Ｉは、前述の第１の形態、第５の形態および第６のシール構造１，１Ｄ，１Ｅと類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第６の形態のシール構造１Ｅは、弁装置２０Ｅに設けられたが、第１０の形態のシール構造１Ｉは、第５の形態のガスタンク装置２０Ｄと同様のガスタンク装置２０Ｉに設けられる。このような第１０の形態のシール構造１Ｉは、もれ防止の対象となるガスが、タンク本体７内の空間５からタンク本体７外の空間６に漏れるガスとなるが、第６の形態のシール構造１Ｅと同様の効果を達成することができる。

図１３は、本発明の実施の第１１の形態のシール構造１Ｊが設けられる、弁装置２０Ｊを示す断面図である。この第１１の形態のシール構造１Ｊは、前述の第１の形態のシール構造１と類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第１１の形態のシール構造１Ｊは、複数の副シール部材１１が設けられ、少なくとも１つの副シール部材１１が凹溝１６を高圧側に向け、残余の副シール部材１１が、凹溝１６を低圧側に向けて配置される。本実施の形態では２つの副シール部材１１が設けられ、高圧側に配置される一方の副シール部材１１が、凹溝１６を高圧側に向け、低圧側に配置される他方の副シール部材１１が、凹溝１６を低圧側に向けて配置される。

このように凹溝１６の向きが異なる２つの副シール部材１１を含む複数の副シール部材１１が設けられる構成では、凹溝１６を高圧側に向けた副シール部材１１を有するので、第１の形態のシール構造１と同様の効果を達成することができ、かつ凹溝１６を低圧側に向けた副シール部材１１を有するので、第６の形態のシール構造１Ｅと同様の効果を達成することができる。これによって弁室空間５のガスの圧力の変動によって、主シール部材１０にブリスタ現象が発生することを、さらに確実に防ぐことができる。

図１４は、本発明の実施の第１２の形態のシール構造１Ｋが設けられる、弁装置２０Ｋを示す断面図である。この第１２の形態のシール構造１Ｋは、前述の第１１の形態のシール構造１Ｊと類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第１２の形態のシール構造１Ｋでは、高圧側に配置される一方の副シール部材１１が、凹溝１６を低圧側に向け、低圧側に配置される他方の副シール部材１１が、凹溝１６を高圧側に向けて配置される。この第１２の形態のシール構造１Ｋは、第１１の形態のシール構造１Ｊと同様の効果を達成することができる。

図１５は、本発明の実施の第１３の形態のシール構造１Ｌが設けられる、弁装置２０Ｌを示す断面図である。この第１３の形態のシール構造１Ｌは、前述の第２の形態のシール構造１Ａと類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第２の形態のシール構造１Ａでは、変動緩和空間１３は、他方の部材である操作部材８の表面部に断面形状が矩形の凹所を形成して構成されたが、第１３の形態のシール構造１Ｌでは、変動緩和空間１３は、操作部材８に凹所を形成せずに、一方の部材であるハウジング７の表面部に、断面形状が台形状の凹所を形成して構成される。このような変動緩和空間１３であっても同様の効果を達成するので、第１３の形態のシール構造１Ｌは、第２の形態のシール構造１Ａと同様の効果を達成することができる。

図１６は、本発明の実施の第１４の形態のシール構造１Ｍが設けられる、弁装置２０Ｍを示す断面図である。この第１４の形態のシール構造１Ｍは、前述の第２の形態および第１３のシール構造１Ａ，１Ｌと類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第１４の形態のシール構造１Ｍでは、第２の形態のシール構造１Ａにおいて操作部材８に形成された凹所と、第１３の形態のシール構造１Ｌにおいてハウジング７に形成された凹所との両方が形成され、これら各凹所によって、変動緩和空間１３が構成される。このような変動緩和空間１３であっても同様の効果を達成するので、第１３の形態のシール構造１Ｌは、第２の形態のシール構造１Ａと同様の効果を達成することができる。

図１７は、本発明の実施の第１５の形態のシール構造１Ｎが設けられる、弁装置２０Ｎを示す断面図である。この第１５の形態のシール構造１Ｎは、前述の第２の形態のシール構造１Ａと類似しており、シール構造において対応する構成に同一の符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は説明を省略する。第２の形態のシール構造１Ａでは、変動緩和空間１３は、他方の部材である操作部材８の表面部に断面形状が矩形の凹所を形成して構成されたが、第１５の形態のシール構造１Ｎでは、変動緩和空間１３は、操作部材８に凹所を形成せずに、一方の部材であるハウジング７の内部に空間を形成するとともに、この空間に連なり、表面で開口する細い通路を形成して構成される。このような変動緩和空間１３であっても同様の効果を達成するので、第１３の形態のシール構造１Ｌは、第２の形態のシール構造１Ａと同様の効果を達成することができる。またこのような通路を利用する構成では、各部材７，８において、変動緩和空間１３のために必要となる表面部の領域を小さくすることが可能であり、主シール部材１０と副シール部材１１との間の距離を小さくすることができる。

前述の各実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において、構成を変更することが可能である。たとえば各シール面２，３の形状に制限を受けることはなく、平面状でもよいし、他の曲面状であってもよい。各シール面２，３は、前述の回転動作以外に、スライド変位する構成であってもよいし、第５の形態のように、相対的に変位しない構成であってもよい。また圧力変動の範囲およびガスの種類は、前述の例示に限定されるものではない。また弁装置およびガスタンク装置以外の装置に、シール構造を設けるようにしてもよく、シール構造を設ける対象となる２つの部材は、特に限定されるものではない。

また、副シール部材は、凹溝を有する形状であって、好ましくは、凹溝を挟んで２つのシールリップを有する形状であればよく、Ｕ字状の構成に限定されるものではない。たとえばＣ字状、Ｙ字状、Ｖ字状などであってもよい。さらに各シールリップを離反させる方向のばね力を与えるばね片を保持する構成として、シール性を高くするようにしてもよい。

本発明の実施の第１の形態のガス用シール構造１を、高圧側の空間５が高圧力である状態で示す断面図である。高圧ガス用シール構造１を、高圧側の空間５が低圧力である状態で示す断面図である。ガス用シール構造１が設けられる弁装置２０を示す断面図である。本発明の実施の第２の形態のシール構造１Ａが設けられる、弁装置２０Ａを示す断面図である。本発明の実施の第３の形態のシール構造１Ｂが設けられる、弁装置２０Ｂを示す断面図である。本発明の実施の第４の形態のシール構造１Ｃが設けられる、弁装置２０Ｃを示す断面図である。本発明の実施の第５の形態のシール構造１Ｄが設けられる、ガスタンク装置２０Ｄを示す断面図である。本発明の実施の第６の形態のシール構造１Ｅが設けられる、弁装置２０Ｅを示す断面図である。本発明の実施の第７の形態のシール構造１Ｆが設けられる、弁装置２０Ｆを示す断面図である。本発明の実施の第８の形態のシール構造１Ｇが設けられる、弁装置２０Ｇを示す断面図である。本発明の実施の第９の形態のシール構造１Ｈが設けられる、弁装置２０Ｈを示す断面図である。本発明の実施の第１０の形態のシール構造１Ｉが設けられる、ガスタンク装置２０Ｉを示す断面図である。本発明の実施の第１１の形態のシール構造１Ｊが設けられる、弁装置２０Ｊを示す断面図である。本発明の実施の第１２の形態のシール構造１Ｋが設けられる、弁装置２０Ｋを示す断面図である。本発明の実施の第１３の形態のシール構造１Ｌが設けられる、弁装置２０Ｌを示す断面図である。本発明の実施の第１４の形態のシール構造１Ｍが設けられる、弁装置２０Ｍを示す断面図である。本発明の実施の第１５の形態のシール構造１Ｎが設けられる、弁装置２０Ｎを示す断面図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｎシール構造
２，３シール面
４空隙
５高圧側の空間（弁室空間、タンク本体内の空間）
６低圧側の空間（外部空間、タンク本体外の空間）
７一方の部材（ハウジング、タンク本体）
８他方の部材（操作部材、キャップ体）
１０主シール部材
１１副シール部材
１２圧力変動緩和手段
１３変動緩和空間
３５バックアップリング
３６，３７補助シール部材

Claims

水素ガスおよびヘリウムガスなどのゴム製の部材に対する透過性の高いガス用のシール構造であって、
２つのシール面間に設けられるゴム製の主シール手段と、
前記２つのシール面間に、主シール手段よりも高圧側に設けられ、凹溝が形成される樹脂製の副シール手段と、
主シール手段および副シール手段間で前記２つのシール面の少なくともいずれか一方に凹状の変動緩和空間が形成される圧力変動緩和手段とを含み、
前記副シール手段は、凹溝を低圧側に向けて配置されることを特徴とするガス用シール構造。