JP4636281B2 - 密封装置 - Google Patents
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Description
本発明は、密封技術に係る密封装置に関し、更に詳しくは、燃料電池用高圧水素配管に用いられるのに適した密封装置に関するものである。また、本発明の密封装置は、ヘリウムや窒素をはじめとするその他の高圧ガス配管などにも用いられる。
従来から、図６に示す密封装置５１が知られており、この密封装置５１においては、装着溝５４にゴム状弾性体よりなるシールリング５２が装着され、その低圧側に、ガスを透過しにくい材質よりなるバックアップリング５３が装着されている（特許文献１参照）。
しかしながら、上記バックアップリング５３をガスを透過しにくい材質とする場合、この材質は、シールリング５２の材質であるゴム状弾性体と比較して材質硬度が極端に高くなることがある。この場合、上記密封装置５１が例えば高圧条件下において圧力交番（ＯＮ・ＯＦＦ）が発生する部位等に使用されると、硬質材よりなるバックアップリング５４によってシールリング５３が傷付けられ、よって密封性が損なわれることが懸念される。
また、下記特許文献２に、シール性および耐久性を向上させるべく、シールリングの低圧側に軟質材製の第２バックアップリングと硬質材製の第１バックアップリングとを設け、第２バックアップリングの溝底側の周面に内径テーパ部を設け、取付溝の溝底面に第２バックアップリングの内径テーパ部に対応するテーパ状底壁部を設けた密封装置が掲載されているが、この密封装置は、他の用途に用いられるものであって、ガス用シールではない。
本発明は以上の点に鑑みて、ゴム状弾性体よりなるシールリングが硬質材よりなるバックアップリングによって傷付けられるのを抑えることができる密封装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による密封装置は、燃料電池用高圧水素配管に用いられるとともに互いに対向する二部材のうちの一方の部材に設けた装着溝に装着されて他方の部材に密接する密封装置であって、ゴム状弾性体よりなるシールリングと、前記シールリングの低圧側に配置されるとともに前記シールリングよりも硬質な樹脂材にて成形されたバックアップリングとを有し、前記装着溝は、前記二部材間の間隔を高圧側から低圧側へ漸次狭める傾斜底面を前記バックアップリングを装着する部位に有し、前記バックアップリングは、前記傾斜底面に対応する傾斜面を有する密封装置において、前記シールリングとバックアップリングとの間に第二バックアップリングを有し、前記第二バックアップリングは前記バックアップリングよりも軟質材にて成形されるとともに前記傾斜底面に対応する傾斜面を有し、前記バックアップリングの傾斜面は、その傾斜角度が前記傾斜底面の傾斜角度より大きく設定されることにより前記傾斜面と前記傾斜底面との間に高圧側から低圧側へかけて漸次拡大する径方向間隙が設定され、一方、前記第二バックアップリングの傾斜面は、その傾斜角度が前記傾斜底面の傾斜角度と同一に設定され、更に、前記バックアップリングの低圧側側面とこれに対向する前記装着溝の低圧側側面との間に軸方向隙間が設定されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項２による密封装置は、上記した請求項１の密封装置において、バックアップリングは、第二バックアップリングよりもガスを透過しにくい材質にて成形されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項３による密封装置は、上記した請求項２の密封装置において、バックアップリングは、ナイロンにて成形されていることを特徴とする。
更にまた、本発明の請求項４による密封装置は、上記した請求項１ないし３の何れかに記載した密封装置において、バックアップリングまたは／および第二バックアップリングが他方の部材と接触する部位には、初期的なつぶし代が設定されることを特徴とする。
上記構成を備えた本発明の請求項１による密封装置においては、密封流体が存在する高圧側から反対側の低圧側へかけて、シールリング、第二バックアップリングおよびバックアップリングがこの順番に並べられる。中間の第二バックアップリングは低圧側のバックアップリングよりも軟質材にて成形されている。したがって、ゴム状弾性体よりなるシールリングが接触するのが硬質材のバックアップリングではなく、バックアップリングよりも軟質材にて成形された第二バックアップリングとされるために、圧力交番発生時などにシールリングが傷付けられるのを抑えることが可能となる。また、第二バックアップリングは軟質材であるためにはみ出しが発生しやすいが、硬質材で成形された第一バックアップリングによりはみ出しが防止される。
また、装着溝には、二部材間の間隔を高圧側から低圧側へ漸次狭める傾斜底面がバックアップリングを装着する部位に設けられるとともに、バックアップリングには、傾斜底面に対応する傾斜面が設けられている。したがって、密封流体圧がシールリングを介してバックアップリングに作用すると、バックアップリングは狭いところに押し込まれるかたちにて圧縮され、相手面に強く密接する。したがって、バックアップリングに上記傾斜面による圧縮現象が発生するために、シールリングがはみ出しにくくなることだけでなく、密封流体をシールリングだけではシールできない場合に、バックアップリングにて密封することも期待できる。
またこれに加えて、本発明の請求項２による密封装置においては、バックアップリングが第二バックアップリングよりもガスを透過しにくい材質にて成形されているために、密封流体である高圧ガスがバックアップリングを透過することによって起きる透過漏れを低減することが可能となる。ガスを透過しにくい材質としては、請求項３に記載したように、特にナイロンが好適である。
また、上記傾斜面による圧縮現象を利用して密封性を一層高めるには、以下の手段を用いるのが有効である。
すなわち、請求項１に記載したように、バックアップリングの低圧側側面とこの低圧側側面に対向する装着溝の側面との間に初期隙間を設定する。この手段によると、バックアップリングが圧力に押されたときに初期隙間を無くす方向に変位しようとすることから、この分、圧力作用時におけるバックアップリングの圧縮量が増大する。したがって、バックアップリングの内外周面が相手面に強く圧接することから、隙間漏れを低減することが可能となる。
また、請求項１に記載したように、バックアップリングの傾斜面を、その傾斜角度が傾斜底面の傾斜角度よりも大きくなるように形成する。この結果、傾斜面と傾斜底面との間には、高圧側から低圧側へ漸次拡大する形状の間隙が形成される。この手段によると、バックアップリングが圧力に押されたときに傾斜面の先端部位に傾斜底面に対するつぶし代が生じることから、この分、圧力作用時におけるバックアップリングの圧縮量が増大する。したがって、バックアップリングの内外周面が相手面に強く圧接することから、隙間漏れを低減することが可能となる。一方、第二バックアップリングの傾斜面の傾斜角度は、傾斜底面の傾斜角度と同一に設定されているため、使用環境により作用する圧力が大きい場合にも対応することが可能である。
更にまた、請求項４に記載したように、バックアップリングまたは／および第二バックアップリングが他方の部材と接触する部位に初期的なつぶし代を設定する。この手段によると、圧力が作用する以前からバックアップリングまたは／および第二バックアップリングが圧縮された状態とされ、これに圧力作用時の圧縮が加わることから、結果、圧力作用時におけるバックアップリングまたは／および第二バックアップリングの圧縮量が増大する。したがって、バックアップリングの内外周面が相手面に強く圧接することから、隙間漏れを低減することが可能となる。
本発明は、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明の請求項１による密封装置においては、シールリングとバックアップリングとの間に第二バックアップリングが設けられるとともにこの第二バックアップリングがバックアップリングよりも軟質材にて成形されているために、ゴム状弾性体よりなるシールリングは、硬質材のバックアップリングではなく、バックアップリングよりも軟質材にて成形された第二バックアップリングと接触する。したがって、接触の相手方が従来よりも軟質材とされるために、圧力交番発生時などにシールリングが繰り返し硬質材に押し付けられて損傷するのを有効に抑えることができる。また、第二バックアップリングは軟質材であるためにはみ出しが発生しやすいが、硬質材で成形された第一バックアップリングによりはみ出しを抑えることができる。
また、バックアップリングの傾斜面と装着溝の傾斜底面との間に径方向間隙が設定されるとともにバックアップリングの低圧側側面と装着溝の低圧側側面との間に軸方向隙間が設定されるために、バックアップリングの圧縮量を増大させることができ、一方、第二バックアップリングの傾斜面の傾斜角度は傾斜底面の傾斜角度と同一に設定されているため、使用環境により作用する圧力が大きい場合にも対応することができる。
また、バックアップリングの傾斜面と装着溝の傾斜底面との間に径方向間隙が設定されるとともにバックアップリングの低圧側側面と装着溝の低圧側側面との間に軸方向隙間が設定されるために、バックアップリングの圧縮量を増大させることができ、一方、第二バックアップリングの傾斜面の傾斜角度は傾斜底面の傾斜角度と同一に設定されているため、使用環境により作用する圧力が大きい場合にも対応することができる。
またこれに加えて、本発明の請求項２による密封装置においては、バックアップリングが第二バックアップリングよりもガスを透過しにくい材質にて成形されているために、密封流体である高圧ガスがバックアップリングを透過することによって起きる透過漏れを低減することができる。
また、本発明の請求項３による密封装置においては、バックアップリングがナイロンにて成形されているために、このナイロンよりなるバックアップリングが有するガス不透過性によって、密封流体である高圧ガスを有効に密封することができる。
また、本発明の請求項４による構成によれば、バックアップリングまたは／および第二バックアップリングの圧縮量が増大することから、バックアップリングまたは／および第二バックアップリングの圧縮現象によって隙間漏れが低減され、密封性能を一層向上させることができる。
１ 密封装置
２ 一方の部材
３ 他方の部材
４ 装着溝
４ａ 高圧側装着部位
４ｂ 低圧側装着部位
４ｃ 傾斜底面
４ｄ 側面
１１ シールリング
２１ 第一バックアップリング（バックアップリング）
２１ａ，３１ａ 傾斜面
２１ｂ 低圧側側面
２１ｃ，３１ｃ 外周面
３１ 第二バックアップリング
２ 一方の部材
３ 他方の部材
４ 装着溝
４ａ 高圧側装着部位
４ｂ 低圧側装着部位
４ｃ 傾斜底面
４ｄ 側面
１１ シールリング
２１ 第一バックアップリング（バックアップリング）
２１ａ，３１ａ 傾斜面
２１ｂ 低圧側側面
２１ｃ，３１ｃ 外周面
３１ 第二バックアップリング
尚、本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１−１）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、そのバックアップリングは圧力が印加する方向に対してバックアップリングの深さ（高さ）が漸次減っていくようにテーパー加工された形状をしている。
（１−２）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、その低圧側のバックアップリングは圧力が印加する方向に対してバックアップリングの深さ（高さ）が漸次減っていくようにテーパー加工された形状で、そのテーパーの角度は溝のテーパー角度と比較し、バックアップリングの角度が大きくなるよう加工された形状をしている。もう一方のバックアップリングも同様に溝の角度と比較し大きい設定の方が望ましい。
（１−３）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、その低圧側のバックアップリングの、低圧側の厚み（高さ）は、溝の低圧側側面の高さと比べて、同等か、それより若干長い厚みを有する。
（１−４）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、最も低圧のバックアップリングの側面と、低圧側の溝壁との間には隙間が生じた設定としている。
（１−２）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、その低圧側のバックアップリングは圧力が印加する方向に対してバックアップリングの深さ（高さ）が漸次減っていくようにテーパー加工された形状で、そのテーパーの角度は溝のテーパー角度と比較し、バックアップリングの角度が大きくなるよう加工された形状をしている。もう一方のバックアップリングも同様に溝の角度と比較し大きい設定の方が望ましい。
（１−３）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、その低圧側のバックアップリングの、低圧側の厚み（高さ）は、溝の低圧側側面の高さと比べて、同等か、それより若干長い厚みを有する。
（１−４）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、最も低圧のバックアップリングの側面と、低圧側の溝壁との間には隙間が生じた設定としている。
（２−１）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、そのバックアップリングは圧力が印加する方向に対してバックアップリングの深さ（高さ）が漸次減っていくようにテーパー加工された形状をしている。
（２−２）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、その低圧側のバックアップリングは圧力が印加する方向に対してバックアップリングの深さ（高さ）が漸次減っていくようにテーパー加工された形状で、そのテーパーの角度は溝のテーパー角度と比較し、バックアップリングの角度が大きくなるよう加工された形状をしている。もう一方のバックアップリングも同様に溝の角度と比較し大きい設定の方が望ましい。
（２−３）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、その低圧側のバックアップリングにおける低圧側の厚み（高さ）は、溝の低圧側側面の高さと比べて、同等か、それより若干長い厚みを有する。また、この二つのバックアップリングの組み込み前外径はハウジングの内径より若干大きい設定となっている。
（２−４）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、最も低圧のバックアップリングの側面と、低圧側の溝壁との間には隙間が生じた設定としている。
（２−２）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、その低圧側のバックアップリングは圧力が印加する方向に対してバックアップリングの深さ（高さ）が漸次減っていくようにテーパー加工された形状で、そのテーパーの角度は溝のテーパー角度と比較し、バックアップリングの角度が大きくなるよう加工された形状をしている。もう一方のバックアップリングも同様に溝の角度と比較し大きい設定の方が望ましい。
（２−３）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、その低圧側のバックアップリングにおける低圧側の厚み（高さ）は、溝の低圧側側面の高さと比べて、同等か、それより若干長い厚みを有する。また、この二つのバックアップリングの組み込み前外径はハウジングの内径より若干大きい設定となっている。
（２−４）二部材の間をシールするもので、どちらかに設けられた環状の溝に取り付けられたゴム製リング状シールリングと、このシールリングの低圧側に組み込まれた２個のバックアップリングとで構成された密封装置で、最も低圧のバックアップリングの側面と、低圧側の溝壁との間には隙間が生じた設定としている。
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
第一実施例・・・
図１は、本発明の第一実施例に係る密封装置１の要部断面を示している。
図１は、本発明の第一実施例に係る密封装置１の要部断面を示している。
当該実施例に係る密封装置１は、互いに対向する二部材２，３のうちの一方の部材２に設けた装着溝（装着部）４に装着されて他方の部材３に密接し、もって二部材２，３間を密封する密封装置であって、ゴム状弾性体よりなるシールリング（ゴム製リング状パッキン）１１と、シールリング１１の低圧側Ｌに配置される第一バックアップリング（バックアップリング）２１と、シールリング１１と第一バックアップリング２１との間に配置される第二バックアップリング３１とを有している。上記二部材２，３は例えば、互いに連結される燃料電池用高圧水素配管であって、一方の配管部材２におけるシールハウジング部の外周側に他方の配管部材３のシールハウジング部が配置され、一方の配管部材２のシールハウジング部の外周面に設けた環状の装着溝４に当該密封装置１が装着されて、他方の配管部材３のシールハウジング部の内周面に密接している。密封流体は、高圧側Ｈから低圧側Ｌへ流れようとする高圧水素ガスである。
第一バックアップリング２１としては、ナイロン（商品名）よりなるバックアップリングが用いられる。ナイロンは、ガスを透過しにくい樹脂材質の一つである。また、第二バックアップリング３１としては、例えばＰＴＦＥ樹脂のような第一バックアップリング２１と比較して軟質材よりなるバックアップリングが用いられる。両バックアップリング２１，３１は共に、組み込みを容易にするためには、円周上一箇所がカットされた有端リングが使われることが多いが、ガス漏れを考慮する場合は、カットの無いエンドレスタイプであることが好ましい。
一方、シールリング１１は、使用条件下にてゴム状の性質（弾性など）を有するものであれば特に材質を問わないが、例えば、ＦＫＭゴム、ＮＢＲゴム、Ｈ−ＮＢＲゴム、ブチルゴム、ＥＰＭゴムもしくはＥＰＤＭゴム等の加硫ゴムや熱可塑性ゴムなどが用いられる。
装着溝４は、基本的に断面矩形状の空間として形成されているが、その溝底部のうち、シールリング１１を装着するための高圧側装着部位４ａは円筒面をなす平面状に形成されている。また、この高圧側装着部位４ａの低圧側Ｌに連続する第一および第二バックアップリング２１，３１を装着するための低圧側装着部位４ｂは、前記二部材２，３間の間隔（径方向間隔）を高圧側Ｈから低圧側Ｌへかけて漸次狭めるよう、すなわち装着部４の溝深さを漸次浅くするように円錐面をなす傾斜面状に形成され、傾斜底面４ｃとされている。
また、この低圧側装着部位４ｂに装着される第一および第二バックアップリング２１，３１はそれぞれ、基本的に断面矩形状に形成されているが、その内周面は傾斜底面４ｃに対応して、その内径寸法を高圧側Ｈから低圧側Ｌへかけて漸次拡大するように円錐面をなす傾斜面状に形成され、傾斜面２１ａ，３１ａとされている。
上記構成の密封装置１において、図１の右側より圧力Ｐが作用すると、シールリング１１はその低圧側の第二バックアップリング３１に押し付けられるが、この第二バックアップリング３１は、ナイロンよりなる第一バックアップリング２１よりも軟質のＰＴＦＥ樹脂によって成形されている。したがって、圧力交番発生時などにシールリング１１が繰り返し硬質材に押し付けられて損傷するのを抑えることが可能とされている。また、第二バックアップリング３１は軟質材であるＰＴＦＥ樹脂によって成形されているために、はみ出しが発生しやすいが、硬質材であるナイロンによって成形された第一バックアップリング２１により、はみ出しが防止される。
また、装着溝４には、二部材２，３間の間隔を高圧側Ｈから低圧側Ｌへと漸次狭める傾斜底面４ｃが設けられるとともに、両バックアップリング２１，３１にはそれぞれ、傾斜底面４ｃに対応する傾斜面２１ａ，３１ａが内周面に設けられている。したがって、密封流体圧がシールリング１１を介して両バックアップリング２１，３１に作用すると、両バックアップリング２１，３１は狭いところに押し込まれるかたちにて圧縮され、相手面に強く密接する。したがって、両バックアップリング２１，３１に上記傾斜面２１ａ，３１ａによる圧縮現象が発生するために、さらにシールリング１１がはみ出しにくくなることだけでなく、密封流体である高圧水素ガスをシールリング１１だけではシールできない場合に、バックアップリング２１，３１にて密封することも期待できる。
また、バックアップリング２１は、ガスを透過しにくいナイロンによって成形されている。したがってこの点からも、密封流体である高圧水素ガスがバックアップリング２１を透過することによる漏れを有効に低減することが期待できる。
また、バックアップリング２１は、その径方向の幅寸法が第二バックアップリング３１の径方向の幅寸法よりも小さく設定されており、よって下記ガス透過の式における「透過面積」が小さく設定されている。したがってこの点からも、密封流体である高圧水素ガスを有効に密封することが可能とされている。
（ガス透過の式）
（ガス透過の式）
第二実施例・・・
図２は、本発明の第二実施例に係る密封装置１を示している。すなわち、図２（Ａ）は同密封装置１の要部断面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の要部拡大図である。
図２は、本発明の第二実施例に係る密封装置１を示している。すなわち、図２（Ａ）は同密封装置１の要部断面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の要部拡大図である。
当該実施例に係る密封装置１は、互いに対向する二部材２，３のうちの一方の部材２に設けた装着溝（装着部）４に装着されて他方の部材３に密接し、もって二部材２，３間を密封する密封装置であって、ゴム状弾性体よりなるシールリング（ゴム製リング状パッキン）１１と、ガスを透過しにくい材質よりなるとともにシールリング１１の低圧側Ｌに配置される第一バックアップリング（バックアップリング）２１と、シールリング１１と第一バックアップリング２１との間に配置される第二バックアップリング３１とを有している。上記二部材２，３は例えば、互いに連結される燃料電池用高圧水素配管であって、一方の配管部材２におけるシールハウジング部の外周側に他方の配管部材３のシールハウジング部が配置され、一方の配管部材２のシールハウジング部の外周面に設けた環状を呈する装着溝４に当該密封装置１が装着されて、他方の配管部材３のシールハウジング部の内周面に密接している。密封流体は、高圧側Ｈから低圧側Ｌへ流れようとする高圧水素ガスである。
第一バックアップリング２１としては例えば、ナイロン（商品名）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ＨＤＰＥ樹脂、ＰＳ樹脂等のような硬質樹脂材や砲金（青銅）製のバックアップリングが用いられるが、ガス透過しにくい材料としては特に、ナイロンが好ましい。また、第二バックアップリング３１としては、例えばＰＴＦＥ樹脂のような第一バックアップリング２１と比較して軟質材よりなるバックアップリングが用いられる。両バックアップリング２１，３１は共に、組み込みを容易にするためには、円周上一箇所がカットされた有端リングが使われることが多いが、ガス漏れを考慮する場合は、カットの無いエンドレスタイプであることが好ましい。
一方、シールリング１１は、使用条件下にてゴム状の性質（弾性など）を有するものであれば特に材質を問わないが、例えば、ＦＫＭゴム、ＮＢＲゴム、Ｈ−ＮＢＲゴム、ブチルゴム、ＥＰＭゴムもしくはＥＰＤＭゴム等の加硫ゴムや熱可塑性ゴムなどが用いられる。
装着溝４は、基本的に断面矩形状の空間として形成されているが、その溝底部のうち、シールリング１１を装着するための高圧側装着部位４ａは円筒面をなす平面状に形成されている。また、この高圧側装着部位４ａの低圧側Ｌに連続する第一および第二バックアップリング２１，３１を装着するための低圧側装着部位４ｂは、前記二部材２，３間の間隔（径方向間隔）を高圧側Ｈから低圧側Ｌへかけて漸次狭めるよう、すなわち装着部４の溝深さを漸次浅くするように円錐面をなす傾斜面状に形成され、傾斜底面４ｃとされている。
また、この低圧側装着部位４ｂに装着される第一および第二バックアップリング２１，３１はそれぞれ、基本的に断面矩形状に形成されているが、その内周面は傾斜底面４ｃに対応して、その内径寸法を高圧側Ｈから低圧側Ｌへかけて漸次拡大するように円錐面をなす傾斜面状に形成され、傾斜面２１ａ，３１ａとされている。更にまた、図２（Ｂ）に拡大して示すように、この傾斜面２１ａ，３１ａはそれぞれ、その傾斜角度が傾斜底面４ｃの傾斜角度よりも大きく形成されており、各傾斜面２１ａ，３１ａと傾斜底面４ｃとの間には高圧側Ｈから低圧側Ｌへかけて漸次拡大する間隙（径方向間隙）ｃ１，ｃ２が設定されている。
また、最も低圧側Ｌに配置される第一バックアップリング２１の低圧側側面２１ｂとこれに対向する装着溝４の低圧側側面４ｄとの間には、初期隙間（軸方向隙間）ｃ３が設定されており、第一バックアップリング２１の低圧側の厚み（高さ）は、装着溝４の低圧側側面４ｄの高さと比べて同等か、それよりも若干長く形成されている。
また、第一および第二バックアップリング２１，３１の外周面２１ｃ，３１ｃはそれぞれ円筒面状をなす平面状に形成されており、その外径寸法は他方の配管部材３におけるシールハウジング部の内周面に対して初期的なつぶし代を持たないように設定されている。
上記構成の密封装置１において、図１の右側より圧力Ｐが作用するときのバックアップリング２１，３１とシールリング１１の挙動を説明する。
圧力Ｐがシールリング１１に作用すると、シールリング１１はその隣に位置する第二バックアップリング３１を低圧側Ｌに押す。同じように第一バックアップリング２１も第二バックアップリング３１により低圧側Ｌに押されるが、両バックアップリング２１，３１の内径部には装着部４の傾斜底面４ｃに対応して傾斜面２１ａ，３１ａが設けられているため、両バックアップリング２１，３１は低圧側Ｌへの圧力とともに外周方向に分力を受け、外径側へ張り出すような挙動を示す。そのとき、第一バックアップリング２１の低圧側Ｌには装着部４の側面４ｄとの間に初期隙間ｃ３が設定されているため、圧力によりその隙間ｃ３を埋める方向へ作用する。また、バックアップリング２１，３１の高圧側Ｈは若干つぶしを持つ設定となっているため、傾斜面２１ａ，３１ａの最小内径部が相手面に接した状態で低圧側Ｌへ移動する。そのため、両バックアップリング２１，３１とも圧力が作用することで、その間隙ｃ１，ｃ２を無くすような作用を示す。
一方、シールリング１１は、あらかじめ内外径につぶし代を持たせているため、その反発力により高圧ガスを密封する。しかしながら、ゴム材中を透過して漏れるものもあるので、ゴム材の中を透過するものに関しては、次の作用にて全体の漏れ量を削減する。
すなわち、ガスがゴム材を透過したときには、両バックアップリング２１，３１はその内径部を若干つぶして低圧側Ｌに移動している。そのため、内外径部に若干の面圧が生じることから、シールリング１１を透過したガスは、第二バックアップリング３１の高圧側にて或る程度シールされる。とはいってもゴム状弾性体ほどガス透過量は多くないが、ガスは第二バックアップリング３１の中を透過して第一バックアップリング２１へ到達する。しかしながら、ガスの圧力は、シールリング１１や第二バックアップリング２１を通過する際にすでに減圧すると考えられるため、第一バックアップリング２１でのシールは第二バックアップリング３１でのシールの条件よりも易しく、或る程度のシールは可能となる。また、この第一バックアップリング２１はガスを透過しにくい材質よりなることから、この材質中を透過するガスの量は極めて少ない。よって、密封装置１全体として漏れを最小限にすることができる。
また、高圧条件下にて圧力交番が発生すると、上記したように硬質材の第一バックアップリング２１ではシールリング１１を傷付けることがあるが、シールリング１１と接する第二バックアップリング３１には軟質材が使用されているために、シールリング１１が傷付けられるのを防止することができる。また、第二バックアップリング３１は圧力に対し変形し易いことから、その傾斜面３１ａと傾斜底面４ｃとの間の間隙ｃ２を埋めることにより、シールリング１１のはみ出しによる破壊を防止することができる。
第三実施例・・・
尚、上記第二実施例では、第一および第二バックアップリング２１，３１の外周面２１ｃ，３１ｃはそれぞれ、他方の配管部材３におけるシールハウジング部の内周面に対して初期的なつぶし代を持たないように設定されているが、図３に示すように、バックアップリング２１，３１の外径寸法を大きく形成して初期的なつぶし代ｄを持つように設定しても良く、この場合には、各バックアップリング２１，３１の径方向圧縮量が増大することから、面圧が一層高くなる。したがって、各バックアップリング２１，３１の内外周を通過するガスの漏れ量を一層低減させることができる。
尚、上記第二実施例では、第一および第二バックアップリング２１，３１の外周面２１ｃ，３１ｃはそれぞれ、他方の配管部材３におけるシールハウジング部の内周面に対して初期的なつぶし代を持たないように設定されているが、図３に示すように、バックアップリング２１，３１の外径寸法を大きく形成して初期的なつぶし代ｄを持つように設定しても良く、この場合には、各バックアップリング２１，３１の径方向圧縮量が増大することから、面圧が一層高くなる。したがって、各バックアップリング２１，３１の内外周を通過するガスの漏れ量を一層低減させることができる。
他の実施例・・・
また、上記両実施例に共通して、第二バックアップリング３１の傾斜面３１ａの傾斜角度は、使用環境により作用する圧力が大きい場合には、図４に示すように、傾斜底面４ｃの傾斜角度と同一としても何ら問題はない。
また、上記両実施例に共通して、第二バックアップリング３１の傾斜面３１ａの傾斜角度は、使用環境により作用する圧力が大きい場合には、図４に示すように、傾斜底面４ｃの傾斜角度と同一としても何ら問題はない。
また、本発明の密封装置１は、二部材間の円筒状の隙間のみでなく、平面状すなわち端面間の隙間に対しても使用できるものであって、図５はその使用例を示している。
すなわち、図上下部の密封装置１Ａは、一方の配管部材２と他方の配管部材３間の円筒状隙間を密封すべく、第一ないし第二バックアップリング１１，２１，３１が軸方向に並べられているが、図上上部の密封装置１Ｂは、一方の配管部材２と他方の配管部材３間の平面状隙間を密封すべく、第一ないし第二バックアップリング１１，２１，３１が径方向に並べられている。そして、このように二重の配置とすることによって、更に外部への漏れを少なくすることが可能とされている。
Claims (4)
- 燃料電池用高圧水素配管に用いられるとともに互いに対向する二部材（２）（３）のうちの一方の部材（２）に設けた装着溝（４）に装着されて他方の部材（３）に密接する密封装置（１）であって、
ゴム状弾性体よりなるシールリング（１１）と、前記シールリング（１１）の低圧側（Ｌ）に配置されるとともに前記シールリング（１１）よりも硬質な樹脂材にて成形されたバックアップリング（２１）とを有し、
前記装着溝（４）は、前記二部材（２）（３）間の間隔を高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）へ漸次狭める傾斜底面（４ｃ）を前記バックアップリング（２１）を装着する部位（４ｂ）に有し、
前記バックアップリング（２１）は、前記傾斜底面（４ｃ）に対応する傾斜面（２１ａ）を有する密封装置（１）において、
前記シールリング（１１）とバックアップリング（２１）との間に第二バックアップリング（３１）を有し、前記第二バックアップリング（３１）は前記バックアップリング（２１）よりも軟質材にて成形されるとともに前記傾斜底面（４ｃ）に対応する傾斜面（３１ａ）を有し、
前記バックアップリング（２１）の傾斜面（２１ａ）は、その傾斜角度が前記傾斜底面（４ｃ）の傾斜角度より大きく設定されることにより前記傾斜面（２１ａ）と前記傾斜底面（４ｃ）との間に高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）へかけて漸次拡大する径方向間隙（ｃ１）が設定され、一方、前記第二バックアップリング（３１）の傾斜面（３１ａ）は、その傾斜角度が前記傾斜底面（４ｃ）の傾斜角度と同一に設定され、
更に、前記バックアップリング（２１）の低圧側側面（２１ｂ）とこれに対向する前記装着溝（４）の低圧側側面（４ｄ）との間に軸方向隙間（ｃ３）が設定されていることを特徴とする密封装置。 - 請求項１の密封装置において、
バックアップリング（２１）は、第二バックアップリング（３１）よりもガスを透過しにくい材質にて成形されていることを特徴とする密封装置。 - 請求項２の密封装置において、
バックアップリング（２１）は、ナイロンにて成形されていることを特徴とする密封装置。 - 請求項１ないし３の何れかに記載した密封装置において、
バックアップリング（２１）または／および第二バックアップリング（３１）が他方の部材（３）と接触する部位には、初期的なつぶし代（ｄ）が設定されることを特徴とする密封装置。
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