【発明の詳細な説明】
低い熱膨張の封止発明の背景
本発明は、封止システムの分野および封止の形成方法に関する。例えば、１つ
の態様において、本発明は、低温に原因する漏れに対して抵抗性を有する封止シ
ステム、ならびにそのような封止システムを使用する方法およびそれの製法に関
する。
ガスケットおよび他の封止部材は、広い範囲の用途において使用され、２つの
接合表面を越えて物質が侵入することを防止する。そのようなガスケットは、通
常は、２つの表面の間に配置され、２つの表面が一体にされ、２つの表面の間に
ガスケットを押し付ける。従って、流動体、ガスおよび他の物質が２つの表面の
間を流動するのが防止される。そのようなガスケットは、コルクからエラストマ
ーに至る多くの異なった材料からできている。代表的なガスケットは、米国特許
第３，５２４，７９４号、第４，１９６，１６２号、第４，３１７，５７５号お
よび第２，８０６，５０９号に記載されている。
しばしば、ガスケットは、その寿命サイクルの間に、低温に付されることがあ
る。ガスケットは、その装着温度において満足に封止するが、温度が低下すると
、封止の寸法が減少する。従って、ガスケットに衝接する表面の間の圧縮力の低
下が、低温操作の間において観測されることがしばしばある。圧縮力が或るレベ
ルを越えて減少すると、ガスケットには漏れまたは破損が生じる。図１は、種々
のエラストマーに関して、温度の関数として容量変化（単位％、２０℃から）を
示している。わかるように、容量変化は顕著であり、これは、低温においてガス
ケットの能力の害になる。ここにおけるデーターは、Robbins et al,Adv.Cryog.
Eng.（１９６３），第２８７〜２９９頁からのものである。
高温で使用されるガスケットの寿命および封止性能を改良するために実質的な
努力がなされている。しかし、低温で操作するガスケットの問題を解決する努力
はあまりなされていない。多くの場合において、そのような努力は、米国特許第
５，０９３，４３２号、第４，９８１，７２７号、第４，６７３，１８７号およ
び第４，５８０，７９４号に記載されているような異なった材料に向けられてい
る。いくらかの成功がみられるが、そのようなガスケット材料は、特に低温操作
中において、破損するということが生じる。
上記の点から、ガスケット形成のための改良された方法および物品が必要であ
ることがわかる。発明の要旨
本発明は、改良された封止システムを提供する。封止システムは、キャビティ
を設けた本体を使用する。キャビティは、本体よりも熱膨張係数が小さい材料ま
たは低温で膨張する材料（例えば、水）で充填されているかまたは実質的に充填
されている。用語「小さい熱膨張係数」とは、問題になる低い温度範囲の少なく
とも一部分において膨張する材料を包含することを理解していただきたい。本明
細書において、多くの場合、問題になる温度範囲とは、室温よりも低い温度、例
えば、約４℃未満、しばしば、２０℃〜−４０℃であってよい。
低温操作中において、本体は、それの大きな熱膨張係数に原因して、収縮し、
あるいは収縮しようとするが、２つの封止されるべき表面の間に適用される圧縮
力は、内部の、低い熱膨張係数の充填剤に原因して、減少しない。低い熱膨張係
数の充填剤は、封止の過剰な収縮を防止する。従って、低温での破損の危険性は
実質的に減少される。
本発明の封止は、容易に装着でき、高度に適合性である。封止は、封止のため
にわずかな圧縮力しか必要とせず、温度変化とともに最小の寸法変化しか行わな
い。封止は、容易に再使用可能でありながら、本体材料の適切な選択によって、
化学的および環境的攻撃に対して抵抗性である。逆に、充填剤材料は、環境的攻
撃に対して抵抗性であるかまたは抵抗性ではない広い範囲の材料から選択できる
。
本発明の性質および利点は、明細書および添付図面の残った部分を参照するこ
とによってさらに理解できる。図面の簡単な説明
図１は、種々の材料の熱膨張係数を示す。
図２ａ〜図２ｃは、本発明における１つの態様のガスケットの製造を示す。
図３ａ〜図３ｃは、温度の関数として圧縮力を示す。
図４は、ケーブルクロージャーアッセンブリを示す。
図５、図６および図７は、水系封止の圧縮力を示す。
図８ａ、図８ｂおよび図８ｃは、封止の別の態様を示す。
図９ａ、図９ｂ、図９ｃおよび図９ｄは、種々の封止に沿った、ケーブルクロ
ージャーを示す。
図１０ａおよび図１０ｂは、インラインケーブルエンクロージャーを示す。
図１１ａおよび図１１ｂは、衝接スプライスエンクロージャーを示す。
図１２ａ、図１２ｂ、図１３ａおよび図１３ｂは、ソフトリングを使用した封
止を示す。
図１４ａおよび図１４ｂは、圧縮リングを使用した封止を示す。
図１５ａ〜図１５ｃは、デュアル封止システムを示す。
図１６ａ〜図１６ｄは、デュアル封止システムの他のバージョンを示す。
図１７ａ〜図１７ｃは、デュアル封止システムの他のバージョンを示す。
図１８ａ〜図１８ｃは、デュアル封止システムの他のバージョンを示す。
図１９ａ〜図１９ｄは、デュアル封止システムの他のバージョンを示す。好ましい態様の説明
目 次
Ｉ．一般的事項
Ａ．実施例
Ｂ．実施例
II．第１の別の態様
Ａ．実施例
Ｂ．実施例
Ｃ．実施例
III．代表的用途
Ａ．長手方向シーム封止
Ｂ．ケーブルエンクロージャー
Ｃ．ハイブリット封止システム
Ｄ．異なった膨張の封止
Ｅ．ラップアラウンド封止デバイス
Ｆ．ＥＭＩ／ＲＦＩ保護
IV．結論
Ｉ．一般的事項
図２ａ〜図２ｃは、本発明の１つの態様、およびそのような態様を形成する方
法を示す。図示されているように、本発明は、本体２を使用する。本体２は内部
空間４を有する。図２に示す特定の態様において、本体はシリンダー状の形状を
有しているが、本体の形状は、封止すべき表面の形状に応じて、用途毎に、おお
いに異なっている。本体は、エラストマー材料、即ち、圧縮または伸張された場
合に、元の形状に少なくとも部分的に回復する材料からできている。
図示しているように、本体は、初めには、その頂表面で開放している。全ての
頂表面は、図２に図示するように完全に開放していてよく、あるいは、１つまた
はそれ以上の孔が本体に設けられていてよい。本体の頂部における開口は、図２
ｂに図示するように、本体に充填剤材料６を配置するために使用される。内部空
間４は、充填剤材料によって実質的に充填されており、充填剤材料がその中に密
閉的にパックされている。本明細書において使用するように、「実質的に充填さ
れている」という用語は、充填剤材料で、内部空間の３０％を越えて、好ましく
は内部空間の５０％を越えて、より好ましくは内部空間の７０％を越えて、特に
内部空間の９０％を越えて、最も好ましくは内部空間の９９％を越えて充填され
ることを意味する。
本体および充填剤材料は、異なった熱膨張係数を有しており、充填剤材料は、
本体よりも低い熱膨張係数を有することが好ましい。「低い」という用語は、通
常の膨張係数よりも低い材料のみならず、温度減少とともに膨張する材料をも包
含する。好ましくは、充填剤材料の熱膨張係数は、２００ｘ１０-6未満、好まし
くは１５０ｘ１０-6未満、より好ましくは１００ｘ１０-6未満、さらに好ましく
は６０ｘ１０-6未満、特に１０ｘ１０-6未満、最も好ましくは５ｘ１０-6未満（
単位：m／m／℃）である。好ましくは、充填剤材料の熱膨張係数は、本体の熱膨
張係数よりも、１０％を越えて小さく、より好ましくは５０％を越えて小さく、
最も好ましくは１００％を越えて小さい。
封止の全構造が合致性であり弾性であるように、充填剤材料および本体材料を
選択することが好ましい。本体のために好ましい材料は、熱硬化性エラストマー
、例えば、天然ゴム、スチレン／ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレン／プロ
ピレンゴム、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ニトリルエラストマー、ネオプ
レン、ポリスルフィドポリマー、ポリアクリルゴム、シリコーンゴム、クロロス
ルホン化ポリエチレン、フルオロカーボンエラストマー、フルオロシリコーン、
ポリウレタンエラストマー、スチレン／ブタジエンコポリマー、エピクロロヒド
リンポリマー、ホスホニトリルフルオロエラストマー、テトラフルオロエチレン
／プロピレンコポリマー、エチレン／メチルアクリレートコポリマー、またはパ
ーフルオロエラストマー、ならびにこれらの混合物である。幾つかの態様におい
て、本体は、熱可塑性エラストマー、例えば、スチレン／ジエン／スチレントリ
ブロックコポリマー（ＳＢＳ、ＳＩＳ、ＳＥＢＳ、ＳＥＰＳ）、熱可塑性ポリウ
レタン（ＴＰＵ）、熱可塑性オレフィン（ＴＰＯ）、エラストマー／熱可塑性材
料アロイ（例えば、アクリロニトリル／ブタジエン・ＰＶＣアロイ）、ならびに
これらの混合物からできている。本発明の１つの特定の態様によれば、本体は、
ＲＴＶシリコーンゴム、例えば、ダウコーニングから入手できるシラシック(Sil
asic)Ｊ、またはクラトン(Kraton)ゴムのような可塑性エラストマーからできて
いる。
幾つかの態様によれば、本体の全てまたは一部分は、耐水性バリヤ、例えば、
金属ホイルでライニングされている。そのようなバリヤは、ガスケットの一部分
、例えば、ガスケットの頂部のリングのみを被覆してよく、あるいは本体の全て
の内表面がライニングされてよい。
充填剤材料のために好ましい材料は、ガラス、特に、低い熱膨張係数（例えば
、
約２００ｘ１０-6℃-1未満）を有するガラス、例えば、ソディウムボロシリケー
ト、ライムマグネシアアルミノシリケート、９６％シリカ、および同様のガラス
；グラファイトまたはカーボンペレット；セラミック；低い熱膨張係数（例えば
、１００ｘ１０-6℃-1未満）を有する充填および非充填の熱硬化性および熱可塑
性材料エポキシ；低い熱膨張係数を有する金属球、ガラス、セラミック、金属お
よび金属合金、グラファイト、カーボン、マイカ、他の鉱物性および合成の充填
剤、充填のまたは非充填の熱硬化性および熱可塑性材料など、ならびにこれらの
混合物である。本発明において使用できる種々の代表的材料の熱膨張係数を表１
に示す。
低い熱膨張係数を有する多くの好ましい充填剤材料は硬質である。従って、封
止のコンプライアンス（柔順性）が譲歩されるので、そのような材料の非中空ブ
ロックは望ましくないことがしばしばある。好ましい態様において、封止のコン
プライアンスは、点在するゴムまたは他の本体材料なく、そのような充填材料の
微細に分散された粒子を使用して保持される。好ましくは、そのようなコンプラ
イアンスのない充填剤材料に、約１０００ミクロン未満、好ましくは５００ミク
ロン未満、より好ましくは３００ミクロン未満の粒子寸法を与えてよい。本発明
の１つの特定の態様において、充填剤材料は、約１５０〜２５０ミクロンの直径
を有するガラス微細球である。そのような球は、商標スフェリグラス(Spherigla
ss)としてPotters Industries Inc.から市販されている。充填剤材料の粒子は、
本体のエラストマーのようなエラストマーを欠いている粒子間の間隙を残すこと
によって、より大きなコンプライアンスを維持することが好ましい。従って、充
填剤の粒子は本体中において自由に動くことができ、構造物が従順になることが
可能になる。好ましくは、粒子または球は実質的に非中空であり、即ち、それぞ
れの球はガラスのような実質的に非中空の材料からできている。重量を減少させ
るために、中空の粒子を使用してもよい。幾つかの態様において、充填剤材料の
粒子の間の空隙は充填されない。従って、本体の容量の約５０％のみが充填剤材
料によって充填され、好ましくは７５％を越えた、より好ましくは９０％を越え
た充填容量が、粒子寸法の選択に高度に依存する。
内部空間を充填剤材料で充填した後、本体の開口を図２ｃに示すように封止す
る。別の態様において、初めに本体が封止され、充填剤が例えば注射針によって
注入され、この時に、圧力の逃げのために他の針を使用してよい。得られた本体
および内部充填剤材料は、封止されるべき表面を接合するように合致するのに必
要な形状に形成される。
本発明に従って形成されたガスケットは、パイプガスケットなどのような従来
の用途を包含する種々の用途に使用できる。本発明の１つの様相によれば、ガス
ケットは、ＣＡＴＶ、電話および電力ケーブルコネクタ、フリーブリージング空
中用途、即ち、レイケムのＴＲＡＣ（登録商標）ライン、光ファイバースプライ
スクロージャー、ケーブルＴＶスプライスケース、加圧および非加圧の銅ケーブ
ルクロージャー、ペデスタルクロージャーシステム、予め接続するケーブル用の
クロージャー、終端箱のための封止として使用できる。
ゲル、マスチック、液体、シーラントおよび封入剤における低いＣＴＥ（熱膨
張係数）の材料の組み込みは、得られるブレンドの全ＣＴＥを減少させる。これ
らは、エラストマースリーブ中に封入してもよい。
Ａ．実施例
熱電対を埋設したガスケットを、ガスケットとほぼ同様のＯＤ（外径）を有す
るシリンダー状ステンレス鋼ホルダー中に配置した。アッセンブリをインストロ
ン(Instron)のアームの間に配置したが、これらは、所定の温度に状態調整され
た絶縁チャンバーの中に配置されていた。ガスケットを所定の力（例えば、１０
０ポンド）で圧縮した。試料を室温から冷却または加熱した場合の圧縮力変化を
測定し、記録した。シリコーンゴムガスケットは、ダウコーニングから入手でき
るシラスチック(Silastic)Ｊからできていた。比較するガスケットの本体は同様
の材料からできていた。比較するガスケットの内部空間を、Petters Industries
から入手できる２１９ミクロンの平均直径を有するガラス微細球で充填した。
図３ａおよび図３ｂは、本発明のガスケットおよびシリコーンゴムガスケット
の性能を比較する。特に、図３ａおよび図３ｂは、温度の関数としてそれぞれの
ガスケットの圧縮力をプロットする。図３ａは、締り嵌めのガスケット（即ち、
ガスケットの外径がシリンダーの内径と同様であるガスケット）の結果を示す。
図３ｂは、隙間嵌めのガスケット（即ち、ガスケットの外径が１．２５インチ
であり、シリンダーの内径が１．３５１インチであるガスケット）の結果を示す
。
ここに示されているように、室温で、シリコーンゴムガスケットは、本発明の
ガスケットとほぼ同様の圧縮力を有している。しかし、両方の場合において、温
度が低下するとともに、シリコーンゴムガスケットによって及ぼされる圧縮力は
、本発明のガスケットに比較して、ずっと急速に低下する。図３ａに示されてい
るように、非中空ゴムガスケットは約１５℃でこの値よりも低い値に低下してい
るが、本発明のガスケットは、−４０℃の最低試験温度において臨界値に達しな
かった。隙間嵌めのシリコーンゴムガスケットは臨界値よりも低い値に低下しな
かっ
たが、その圧縮力は、本発明のものの値よりも実質的に低かった。
図３ｃは、前記のようなガスケットおよび非中空Silastic Ｊガスケット（即
ち、シリコーンゴム）の両方においてガスケットにかけられた圧縮力の関数とし
てガスケットの半径方向歪みを示す。わかるように、本発明のガスケットは、圧
力がかけられるとともに、ずっと容易に半径方向に歪む。ここで示されている結
果は、１．２５インチ直径および１インチ高さのガスケットに関するものである
。低い適用圧力による歪みの能力は、本発明の封止と非中空封止との間の重要な
差の１つである。これによって、封止が不規則形状のまわりに合致し（合致性）
、広い範囲の直径のケーブルを封止し（ケーブル範囲適用可能性）、および大き
な寸法の封止の製造が可能になる。非中空ゴム封止の高いモジュラスのために、
合致性、ケーブル範囲適用可能性および封止寸法は限定されている。さらに、封
止を行うのに必要な力は、本発明の封止においては、非中空ゴム封止に必要な力
よりもずっと小さくてすむ。
Ｂ．実施例
熱サイクル中の本発明の有効性を求めるために、ガスケット構造物を、図４に
示すようなアルミニウム試験器具に適用した。これに示されているように、チュ
ーブ状本体８は、ワッシャー１２およびキャップ１４に向かったガスケット１０
で一末端で封止されていた。ガスケット１０が、本体８に延在していたケーブル
１６のまわりを封止していた。デバイスの他の末端を、加圧源／バルブ１８を有
するキャップで封止した。デバイスを初めに５ｐｓｉに加圧し、温度を−４０℃
から６０℃に繰り返してサイクルさせた。
表２ａおよび表２ｂは熱サイクル実験の結果を示す。対照的に、非中空シラス
チックＪガスケットは１２および２３サイクルの後に破損した。
II．第１の別の態様
本発明の別の態様によれば、充填剤材料は４℃未満のような低温で膨張する。
そのような態様によれば、本体は、前記態様のものと同様にして形成される。し
かし、シリンダー状容器は、シリコーンゴムの場合に、ダウコーニングのSilast
ic Ｊのような材料を使用して成形される。次いで、本体に、ヒドロゲルまたは
水膨潤性ポリマーのような低温で膨張する材料を充填する。必要であれば、ゲル
のコンシステンシーを調整し、容器の頂部をシリコーンゴムの混合物の添加で封
止する。
熱可塑性エラストマー状本体の場合に、本体は、例えば、クラトン(Kraton)ゴ
ムの圧縮成形物である。本体に、水、ヒドロゲルまたは水膨潤性ポリマーを充填
する。ゴムを含有するトルエン溶液で本体の残りと同様のゴム材料のスラブから
切り出したディスクを結合することによって容器の頂部を閉鎖する。あるいは、
構造物を閉鎖様相で形成し、充填剤をシリンジまたは同様の器具で添加する。
この態様において、充填剤材料は、水または水溶液、水吸収性材料、水膨潤性
ポリマー、天然もしくは合成ヒドロゲルから選択されることが好ましい。水溶液
または分散液は、安定剤、殺生物剤、粘稠化剤などとして使用される有機化合物
または無機化合物を含有することが好ましい。天然ヒドロゲルは、ゼラチン、ト
ラガカントゴム、ロカスト(locust)ビーンゴム、グアゴム、アルギン酸ナトリウ
ム、ゼラチン状ポリサッカライド、およびこれらの混合物を含有することが好ま
しい。
合成ヒドロゲルの場合に、そのような充填剤材料は、ポリエチレンオキシド、
ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル
酸エステル、ポリヒドロキシアルキルメタクリレートまたはアクリレート、ポリ
アクリルアミドまたはポリメタクリルアミド、ポリ−ｎ−イソプロピルアクリル
アミド、ポリ−ｎ−ビニル−１−２−ピロリジノン、架橋ポリビニルアルコール
、ポリビニルプロパノール、ポリエチレンオキシド、カルボキシメチルまたはヒ
ドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、架橋ポリプ
ロペン酸、高分子電解質複合体、イオン性基を有する電荷ポリマー、およびこれ
ら
の混合物に基づくことが好ましい。
Ａ．実施例
前記と同様のチューブ状ガスケットを、ゼラチンゲル（３．５％ゼラチンおよ
び９６．５％水）で充填したコアを有するシリコーンゴムから形成した。構造物
を、図４に示すようなアルミニウム試験器具に適用した。デバイスを初めに５ｐ
ｓｉに加圧し、温度を−４０℃から６０℃にサイクルさせた。
ゼラチン充填ガスケットを使用して、本体における圧力は４６サイクルの間に
わたって５ｐｓｉで保持された。対照的に、シリコンゲル充填ガスケットを使用
して同様の実験を行った場合に、圧力は２サイクルの後に低下し始めた。同様に
、１００％シリコーンゴムガスケットは２温度サイクルの後に破損もし、本発明
の低温での有効性が示された。
Ｂ．実施例
シリコーンガスケットおよび本発明の態様のガスケットの両方について前記の
方法を使用して、温度の関数として圧縮力を求めた。結果を図５に示す。本明細
書に記載されている本発明の態様の充填剤材料は、実施例Ｃと同様に製造したヒ
ドロゲルであった。
ここに示されているように、本発明の態様の圧縮力は、ガスケットのコアにお
ける水系材料の劇的な容量膨張に大いに原因して、１０℃よりも低い温度におい
て劇的に高い。
Ｃ．実施例
以下のように、幾つかの水含有充填材料を有するガスケットを調製した。
１．ソディウムカルボキシメチルセルロース系のヒドロゲル(AqualonCMC，Aqual
on Co.、デラウエア州ウィルミントン、Bulletin VC-521)配合：
以下の手順に従ってガスケットを製造した：
ａ． Lightningミキサーを備えた混合タンクに水を添加する。遅い撹拌を
始め、ＤＡＳＣおよびソルビン酸カリウムを添加する。
ｂ． ＣＭＣ、ヒロドキシエチルセルロースおよびフマル酸を混合する。こ
れら成分をプロピレングリコールに添加し、それらが分散するまで撹拌する。
ｃ． ＤＡＳＣ分散液にグリコールスラリーを添加し、１５分間攪拌する。
ｄ． 容器に充填する。
ｅ． 試験前に容器を室温で４８時間保持する。
２．架橋アクリル酸ポリマー系のヒドロゲル(Carbopol Polymers,B.F.Goodrich
、オハイオ州クリーブランド、Bulletin ＩＳ−２）
化学的に、Carbopol樹脂はアクリル酸ポリマーである。個々の樹脂は、分子量
および架橋度によって異なる。
配合：
以下の手順に従ってガスケットを製造した：
ａ．Carbopol樹脂を、攪拌されている水の渦に徐々に添加する。できる限り
早く配合物にCarbopolを添加する。これによって、Carbopol樹脂が完全に分散し
かつ水和されるのを保証するのを助ける出来る限り長い混合時間が可能になる。
ｂ．できる限りプロセスの終末に近いときに、Carbopol樹脂を中和し、即ち
、ｐＨを増加させる。これによって、Carbopol樹脂が高い粘度を与える以前に樹
脂および他の配合成分の完全な分散が可能になる。
ｃ．得られたゲルを部品に充填する。
３．架橋ポリプロペン酸系のヒドロゲル（ＸＵ ４０３４６ SuperAbsobent
ポリマー、ダウケミカル、ミシガン州ミッドランド）
化学的に、ＸＵ４０３４６は、架橋ポリプロペン酸の部分的ナトリウム塩であ
る。
配合：
以下の手順に従ってガスケットを製造した：
ａ．プロペラ型混合器を備えた混合タンクに水を添加する。撹拌を始め、Ｘ
Ｕ ４０３４６樹脂を添加する。
ｂ．得られたゲルを部品に充填する。
４．ゼラチン系のヒドロゲル(Knox Gelatine Inc.)
配合：
以下の手順に従ってガスケットを製造した：
ａ．水を沸騰させ、ゼラチン粉末を添加する。
ｂ．混合物を約４０℃に冷却する。
ｃ．容器に液状混合物を充填する。
ｄ．ゼラチンが固まるまで、試料を冷却する。
実験を行い、冷却中に前記水膨潤性ポリマーによって発生する圧縮力を求めた
。結果を図６に示す。全ての場合において、封止によって発生する圧縮力は、温
度が低くなるともに、例えばシリコーンゴムよりも、本発明を使用した場合には
、実質的に高くなっている。同様の結果が、締まり嵌めガスケットについて、な
らびに金属およびプラスチック封止表面について得られた。
表３は、種々の圧縮力保持実験の結果を要約したものである。特に、表３は、
その最小点において本発明の１つの態様に従うヒドロシール(Hydoseal)（登録商
標）ガスケットの圧縮力を示しており、Silastic ＪおよびSilastic Ｌについて
の結果と比較する。結果は、多くの異なった初期適用力で示している。これから
わかるように、本発明のガスケットは、一貫して、従来のガスケットよりも、ず
っと高い最小値を有する。
Ｃ．実施例
図７は、前記実施例に記載されているようにゴムとAqualonを異なった比で含
有する種々のガスケットについて行った圧縮力の結果を示す。封止を熱的にサイ
クルした場合に、２種の異なった現象が生じる。第１に、ゴムスリーブが、加熱
時に膨張し、冷却時に収縮する。他方、ヒドロゲルまたは水含有化合物の容量は
、温度が４℃未満に低下したときにまたは２０℃を越えて上昇したときに、増加
する。いずれかの所定温度での容量変化の合計は、封止を形成するために使用さ
れるゴムとヒドロゲルの容量比に応じて、正または負である。
ヒドロゲルとゴムの比の影響を検討するため、異なった種類の水膨潤性ポリマ
ーで充填された種々の肉厚を有するゴムスリーブからなる一連の試料を調製した
。シリンダー形状（直径１．２５インチ ｘ 長さ１インチ）を有するこれらの試
料を、前記に示す手順に従って、試験した。
図７に示す結果は、水含有化合物の量が減少するとともに、これら試料の圧縮
力保持が劇的に減少することを示している。これに示されているように、（ガス
ケット全容量に比較して本体または内部空間の％で表示した）８％のAqualonゲ
ルと９２％のゴムでできているガスケットは、温度が室温から減少するともに、
圧縮力のわずかな減少を示した。対照的に、２６％のAqualonゲルおよび３８％
のAqualonゲルでできているガスケットは、温度が室温から低下するともに、圧
縮力の実質的な増加を示した。３８％曲線の最小値は、２０℃での値のよりも数
％のみで低かった。
III．代表的用途
本発明が、多くの機械的形態のいずれか１つをとる封止として使用できること
が理解できる。代表的な態様を以下に示す。
Ａ．長手方向シーム封止
図８ａ、図８ｂおよび図８ｃは、本発明の１つの要旨のケーブル封止ガスケッ
トの機械的形態を示す。図２に示す態様によれば、ガスケットは、低い熱膨張係
数の材料または水含有化合物で充填された本体２２を有する。本発明のこの態様
は、ケーブル（図示せず）が容易に「破壊」できない場合にさえ、ガスケットの
ケーブルへの適用を可能にするシーム２４を包含する。本発明のこの様相に従え
ば、シームは、下にあるケーブルと共通線上に走る部分２６を有する。共通線上
の部分は、第１部分と角度をなして、好ましくは第１部分と垂直に走るシーム部
分２８によって分離されている。
図８ａおよび図８ｂに示されているように、力が、ガスケットの面にかけられ
、これにより、シーム部分２８の接合面に力が加わる。そのような力は、例えば
、装置の接合片の上昇面に対して動かないように他の面を保持しながら、１つの
面に向かってナットをきつくしめることによって適用することができる。従って
、ガスケットがシームを含むとしても、シームは、圧縮されたシーム部分２８で
シームに沿った漏れを防止する。さらに、冷却時に、シーム部分２８は、ガスケ
ットにおける低膨張係数の充填剤材料の結果として、密接に接触を保つ。
好ましい態様において、内壁のバックリングを防止するために、シール壁の輪
郭を変更することが好ましい。
１．実施例
種々のシーム形態について検討した。ガラスビーズ系の封止がストレートな「
ステップ」を有するおよびシームを有しない実験から得られた結果を表４に示す
。これらデーターは、とりわけ、シームの種類に関係なく、ガラスビーズ系の封
止
の性能が、非中空ゴム封止のものよりも優れていることを示している。ガラスビ
ーズ系封止の破損が生じないので、「ステップ」シームの有効性が求められない
。「ステップ」シームの目的は、適用力に対して鉛直であるシームの部分を圧縮
するように封止に及ぼされる圧力の利点を得ることにある。この原則の簡単な使
用は、本明細書において使用されている「ステップ」シームである。しかし、こ
れを行う多くの他の方法がある。
ステップシームを持つ封止の装着中に明らかな問題は観測されなかったが、シ
ームの長手方向壁が圧縮に対する付加的な抵抗性を与え、従って、装着に必要な
力を増加させると考えられる。この潜在的な問題を解決するために、「のこぎり
歯」シームが時々望ましくなることがある。この種のシーム設計によって、シー
ム壁がストレートな壁よりもより容易に潰れることが可能になり、結果として、
装着に必要な力が減少する。
Ｂ．ケーブルエンクロージャー
図９ａおよび図９ｂは、ガスケットおよび伴ったケーブルエンクロージャーを
示している。図９ａおよび図９ｂにおけるケーブルエンクロージャーは、例えば
、光ファイバーケーブル、同軸ケーブルまたは銅ケーブルとともに、使用するこ
とができる。
図９ａに示すように、ガスケット３１は分離可能な片３０および３２からでき
ている。２つの片は、円の半分を形成し、１つまたはそれ以上のケーブルおよび
スタッド通路３４を有する。ガスケットは、例えば、低熱膨張係数充填剤で充填
されたシリコーンゴムの本体を使用した態様の１つに従って製造されている。
図９ｂに示すように、２つの片のガスケットは、例えば、ケーブルスプライス
（図示せず）の保護に使用される再使用可能なケーブルエンクロージャー３６に
おいて一体にされる。ケーブルエンクロージャー３６は、ガスケット３１を収容
するために形成されているくぼみ部分３８を有する。スタッド４０がくぼみ部分
から延在する。ガスケットがくぼみ領域中に配置され、スタッドがスタッド通路
４２を通過する。
図９ｃは、封止すべき１つまたはそれ以上の表面上のガスケット面にうね付き
表面４３を与える別の態様を示す。加えて、接合すべきガスケット部分の表面に
同様のうね付き表面４５が設けられている。そのような表面は、多くの用途にお
いてより有効な封止を与える圧力点を与える。
図９ｄは、２片ガスケットアッセンブリのさらに別の態様を示す。この態様に
よれば、ガスケット材料４７の平坦なスラブを２つのうね付きガスケット部分４
５の間に備えている。
図９ｅは、図８ａに示す態様に機能において類似する横方向面２８を有する２
片ガスケットを示す。面２８に圧力がかけられる場合に、封止破損によって形成
される漏れ経路が有効的に閉塞される。
次いで、ガスケットと同様の一般的形状を有する圧力プレート４４を、ガスケ
ットに隣接してスタッド上に配置する。次いで、ナット４６、要すれば衝接スプ
リング４８を使用して、圧力プレートを本体３６に向かって圧縮する。封止シス
テムを１つまたはそれ以上のケーブルのまわりに形成する場合に、低温操作中に
破損する傾向のない環境的固定エンクロージャーが得られる。
図１０ａおよび図１０ｂは、ケーブルスプライスなどのためのインラインエン
クロージャーを示す。図１０ａは、ケーブルの無い状態でのデバイスの断面を示
し、一方、図１０ｂは、装着されたケーブルのある状態でのデバイスの断面を示
す。前記態様と同様に、エンクロージャーは本体３６を有する。本体に係合する
ねじ付きのプランジャー５０およびワッシャー４４によってガスケット３１は本
体に向かって気密的に保持され、ガスケットはくぼみ領域に押し付けられる。
図１１ａおよび図１１ｂは、本発明のガスケットを使用した衝接スプライスク
ロージャーを示す。図１１ａは、分解したデバイスを示し、一方、図１１ｂは、
部分的に組み立てたデバイスを示す。この場合に、２つまたはそれ以上のケーブ
ル６０が、ケーブル孔を有するキャップアッセンブリ６２を介してエンクロージ
ャーに侵入している。キャップアッセンブリ６２および本体６４は、キャップが
本体上に配置された場合に、選択された距離で離れている保持壁６４を有する。
前記と同様の封止６６が、保持壁の間で本体のまわりに配置され、鋼バンド６８
によってそれに保持される。追加的な低温ガスケット７０が、ワッシャー７４お
よびプランジャー７６を使用して、その中に挿入されたケーブルおよびキャップ
に係合する。
Ｃ．ハイブリッド封止システム
図１２ａおよび図１２ｂは、２つの衝接部分を有する前記態様と同様のハイブ
リッド封止システムを示す。図１２ａは封止システムの断面図を示し、一方、図
１２ｂは斜視図を示す。この特定の態様において、軟質のコンプライアントな材
料からできているリング８０が、封止の中央部分のまわりで峰８２に配置される
。
この軟質の材料は、硬質のゴムガスケットによって容易に封止できない僅かな不
完全部を有する接合表面の壁を封止する。そのような僅かな不完全部は、引っ掻
き、成形不完全、または同様の欠陥から生じ得る。
材料８２は軟質で、しなやかで、粘着性である材料であることが好ましい。例
えば、約８０〜３６０ｘ１０-1ｍｍの円錐貫入値を有することが好ましい。円錐
貫入値は約２５０〜３６０であることが好ましい。好適な材料は、ゲル（熱硬化
性材料または熱可塑性材料、例えば米国特許出願第０７／８０２，９５０号に記
載されているもの。これの開示を参照として本明細書に組み込む。）、マスチッ
ク、パテ、ペースト、ポリイソブチレン（架橋または非架橋）、高粘度グリース
、高増量化ゴム、部分的架橋ゴムまたは感圧接着剤を包含する。
図１３ａおよび図１３ｂは、ガスケットがシリンダー形状である柔軟な材料の
リング８２を同様に備えたガスケットの断面図および斜視図である。
１．実施例
ハイブリッド封止の有効性を試験するため、２セットの試料を調製した。第１
のセットは、マスチックリングが、ガラスビーズを有する２つの割れチューブ状
シールの間に圧縮されているサンドイッチ形態を有する。割れチューブ状封止か
らなるが、マスチックを使用しないコントロール試料も試験した。２つの封止の
シームを、「ステップ」シームをシミュレートするように、互い違いに配置した
。初めには、かなり複雑な形状の型を製造するのを避けるためにこれを行ったが
、簡単な手順でハイブリッド封止を形成する良好なアプローチであることがわか
った。
表５に示す結果は、マスチックの使用がこれら試料の圧力保持能力を改良する
ことを示している。１５１サイクルの後、マスチック含有試料は初めの圧力の約
９０％を保持したが、マスチックを含有しない試料は初めの圧力の７０％のみを
保持した。これは、微細な不完全部の存在が容易に検出できない非常にゆっくり
した漏れを生じさせていることを示していると考えられる。表５に示すデーター
からわかるように、いずれの試料のセットにおいても破損は生じなかった。一方
、マスチックリングを有する非中空ゴム封止は一晩で（即ち、２サイクル未満で
）
破損した。
Ｄ．膨張差封止
図１４ａおよび図１４ｂは、リング９０がガスケットの外周部分を包囲する本
発明の別の態様を示す。図１４ａは室温でのものを示し、一方、図１４ｂは−４
０℃のような低温でのものを示す。リング９０は、本体または充填剤材料のいず
れよりも高い熱膨張係数を有している。従って、ガスケットを冷却した場合に、
リング中でのガスケットの容量変位の故に、ガスケットの壁は外側に向かって押
しやられる。変位の量は、材料の相対熱膨張係数およびリング９０の寸法値を調
整することによって容易に調整できる。当然、この態様において、リングは、本
体よりも低い熱膨張係数のみを必要とし、必ずしも低い熱膨張係数を必要としな
い。
１．実施例
図１４のリングを、アルミニウム試験器具において試験し、５ｐｓｉに加圧し
た。ガスケットを−４０℃から＋６０℃に熱的にサイクルさせた。低熱膨張係数
充填剤を使用したガスケットは５０サイクル以上の後にのみ破損したが、一方、
１００％シリコーンゴムガスケットは１５サイクル後に破損した。
Ｅ．ラップアラウンド封止デバイス
図１５ａ〜図１５ｄは、本発明の追加的な態様を示す。図１５ａ〜図１５ｄに
示す態様は、フロントアクセスのみ（例えば、図１５ａ）のためまたは両側から
のアクセスがある用途のための薄壁のデバイスを製造するために使用される。後
者の場合において、ねじ付きリングで内または外チューブ状ガスケットのいずれ
かを予め調整することが可能になる。この特徴は、いずれかのガスケットの封止
範囲を延長することが必要になる状況において有用になる。図１５に示す態様は
、本明細書において薄壁のエンクロージャーと呼ぶ。
図１５ａにおいてフロントアクセスが与えられている。ガスケット変位は、ピ
ストン１５０３およびガスケット長さによって変化する。図１５ｂにおいて、ア
クセスは両側に与えられる。外ガスケットは、ねじ付きリング１５０１で予め調
整されている。外ねじ付きキャップ１５０２は両方のガスケットを圧縮できる。
図１５ｅにおいて、アクセスは両側から与えられ、外ガスケットはねじ付きリン
グ１５０１によって圧縮されるが、一方、ねじ付きキャップ１５０２は内ガスケ
ットを圧縮する。図１５ｄは、いずれかの側からアクセスできるデバイスを示す
が、圧縮はキャップ１５０４によって行われる。
図１６ａ〜図１６ｄに示す図面は、ピストンおよびチューブ状ガスケットが主
本体の両側に配置されているデバイスのいくつかの例を示している。図１５に示
すように、用途の種類に応じた多くの変形がある。図１６に示す態様は、本明細
書において、内側／外側ガスケット壁態様と呼ぶ。ガスケットは、ねじ付きキャ
ップまたはリングによって独立的に圧縮され得るか、あるいは１つのねじ付きキ
ャップによって同時に圧縮され得る。図１６ａは、ガスケット変位がピストン１
６０１またはガスケット長さによって変化しているフロントアクセスを有するデ
バイスを示す。図１６ｂは、キャップ１６０３がキャップ１６０５の外ガスケッ
トを
圧縮し、アクセスが両側からできるデバイスを示す。図１６ｃは、ガスケットが
ねじ付きキャップ１６０７またはリング１６０９によって独立的に圧縮されてい
るフロントアクセスを有するデバイスを示す。図１６ｄは、内ガスケットがリン
グ１６１１で調整されており、両方のガスケットがキャップ１６１５によって圧
縮されているフロントアクセスを有するデバイスを示す。
他のバージョンの例を図１７ａ〜図１７ｃに示す。これらデバイスは、チュー
ブ状内ガスケットを圧縮するため１つのピストンのみを使用する。ポートまたは
外領域のまわりの封止は、独立したねじ付きリングによってまたは主本体へのね
じ付きキャップの引張作用によって圧縮される平坦なガスケットを使用すること
によって行われる。図１７に示す態様は、本明細書において、単一ピストン態様
と呼ぶ。
図１７ａは、フロントアクセスが与えられ、両方のガスケットが独立的に圧縮
される封止システムを示す。図１７ｂは、フロントアクセスが与えられ、両方の
ガスケットが圧縮される封止システムを示す。図１７ｂは両方の側からアクセス
できるデバイスを示し、フランジ１７０１は外ガスケットを圧縮するのを助ける
。図１７ｃは、両方のガスケットがキャップ１７０３によって同時に圧縮される
両方の側からアクセスできるデバイスを示す。
従来のガスケットおよび「Ｏ（オー）」リングに対する最も重要な利点の１つ
は、ガスケット長さとピストン変位の比が広い範囲にわたって変化でき、広い封
止範囲能力を与えるということである。これは図１８ａ〜図１８ｃによって示さ
れている。図１８ａは、両方のガスケットに同様の圧縮を与えるが、一方、図１
８ｂおよび図１８ｃは、１つのガスケットがリング１８０１によって優先的に圧
縮されるデバイスを示す。
シーム封止は、シームに沿った開口を介して両方のガスケットが相互に接触す
るのを可能にすることによって行われる。これは、図１９ａ〜図１９ｄに示す図
面によって示されており、これら態様は、本明細書においてシーム封止態様と呼
ぶ。
Ｆ．ＥＭＩ／ＲＦＩ保護
ＥＭＩ／ＲＦＩ保護を伴った感応性電子コントロールの保護のための水密エン
クロジャーの封止は、従来の方法では達成が困難であった。この問題の解決法は
、エラストマースリーブの中に導電性微細球または液体を封入し、これにより、
封止およびＥＭＩ／ＲＦＩ保護が簡単な工程で達成することである。このアプロ
ーチによって、全ての種類のガスケットまたは封止デバイス（オーリング、グロ
メット、ブッシュ、プラグ、ブーツ、および平坦なまたはチューブ状のガスケッ
ト）の製造が可能になる。
この用途に適した材料は、導電性の固形および液状の材料（例えば、金属およ
び金属合金、グラファイト、カーボンブラック、ならびに導電性合成ポリマー、
ゲルおよび液体）である。
IV．結論
本発明は、低温用途において、特に熱サイクルが予想される用途において、封
止を形成する改良された方法およびデバイスを提供する。前記の記載事項は例示
のためのものであり、限定的なものではない。本発明の多くの変形は、本明細書
の開示を参照した当業者には明らかである。単に種々の要素の例示によって、本
発明を種々の特定の材料に関して説明したが、本発明はそのようなものに限定さ
れるものではない。従って、本発明の範囲は、本明細書の開示を参照して決めら
れるものではなく、添付の請求の範囲およびその均等物に基づいて決められるも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Low thermal expansion seals Background of the Invention The present invention relates to the field of sealing systems and methods of forming seals. For example, in one aspect, the present invention relates to sealing systems that are resistant to leakage due to low temperatures, as well as methods of using such sealing systems and methods of making the same. Gaskets and other sealing members are used in a wide variety of applications to prevent substances from penetrating beyond two mating surfaces. Such gaskets are usually placed between two surfaces and the two surfaces are brought together to press the gasket between the two surfaces. Thus, fluids, gases and other substances are prevented from flowing between the two surfaces. Such gaskets are made of many different materials, from cork to elastomers. Representative gaskets are described in US Pat. Nos. 3,524,794, 4,196,162, 4,317,575 and 2,806,509. Often, the gasket is subjected to low temperatures during its life cycle. The gasket seals satisfactorily at its mounting temperature, but as temperature decreases, the size of the seal decreases. Therefore, a reduction in compressive force between the surfaces that abut the gasket is often observed during cold operation. As the compressive force decreases above a certain level, the gasket will leak or break. FIG. 1 shows the volume change (in%, from 20 ° C.) as a function of temperature for various elastomers. As can be seen, the volume change is significant, which at low temperatures is detrimental to the gasket's ability. Data here are from Robbins et al, Adv. Cryog. Eng. (1963), pages 287-299. Substantial efforts have been made to improve the life and sealing performance of gaskets used at high temperatures. However, little effort has been made to solve the problem of gaskets operating at low temperatures. In many cases, such efforts are described in US Pat. Nos. 5,093,432, 4,981,727, 4,673,187 and 4,580,794. Directed to different materials. Although with some success, such gasket materials are subject to failure, especially during cold operation. From the above, it can be seen that improved methods and articles for gasket formation are needed. Summary of the invention The present invention provides an improved sealing system. The sealing system uses a body provided with a cavity. The cavities are filled or substantially filled with a material having a lower coefficient of thermal expansion than the body or a material that expands at low temperatures (eg, water). It is to be understood that the term "small coefficient of thermal expansion" includes materials that expand in at least a portion of the low temperature range of interest. As used herein, often the temperature range of interest may be below room temperature, for example below about 4 ° C, often from 20 ° C to -40 ° C. During cold operation, the body contracts or tends to contract due to its large coefficient of thermal expansion, but the compressive force applied between the two surfaces to be sealed is No reduction due to the low coefficient of thermal expansion filler. The low coefficient of thermal expansion filler prevents excessive shrinkage of the seal. Therefore, the risk of breakage at low temperatures is substantially reduced. The seals of the present invention are easy to install and highly compatible. The encapsulation requires only a slight compressive force for the encapsulation and minimal changes in size with changes in temperature. The seal is resistant to chemical and environmental attack by proper selection of the body material while being easily reusable. Conversely, the filler material can be selected from a wide range of materials that are or are not resistant to environmental attack. The nature and advantages of the present invention may be further understood with reference to the remaining portions of the specification and accompanying drawings. Brief description of the drawings FIG. 1 shows the coefficient of thermal expansion of various materials. 2a-2c show the manufacture of a gasket of one aspect of the present invention. 3a-3c show compressive force as a function of temperature. FIG. 4 shows a cable closure assembly. 5, 6 and 7 show the compressive force of a water based seal. 8a, 8b and 8c show another aspect of the sealing. 9a, 9b, 9c and 9d show the cable closure along with various seals. 10a and 10b show an in-line cable enclosure. 11a and 11b show a butt splice enclosure. 12a, 12b, 13a and 13b show sealing using a soft ring. 14a and 14b show sealing using a compression ring. 15a-15c show a dual sealing system. 16a-16d show another version of the dual sealing system. 17a-17c show another version of the dual sealing system. 18a-18c show another version of the dual sealing system. 19a-19d show another version of the dual sealing system. Description of the preferred embodiment Table of Contents I. General matters A. Example B. Example II. First Alternative A. Example B. Example C. Example III. Typical applications A. Longitudinal seam sealing B. Cable enclosure C. Hybrid sealing system D. Different expansion seals E. Wraparound sealing device F. EMI / RFI protection IV. Conclusion I. General matters 2a-2c illustrate one aspect of the present invention and methods of forming such an aspect. As shown, the present invention uses a body 2. The main body 2 has an internal space 4. In the particular embodiment shown in FIG. 2, the body has a cylindrical shape, but the shape of the body varies widely from application to application depending on the shape of the surface to be sealed. The body is made of an elastomeric material, i.e. a material that at least partially recovers its original shape when compressed or stretched. As shown, the body is initially open at its top surface. All top surfaces may be completely open as illustrated in Figure 2, or one or more holes may be provided in the body. The opening in the top of the body is used to place the filler material 6 in the body, as illustrated in Figure 2b. The interior space 4 is substantially filled with a filler material, the filler material being hermetically packed therein. As used herein, the term "substantially filled" is a filler material that is greater than 30% of the interior space, preferably greater than 50% of the interior space, more preferably. It is meant to fill over 70% of the internal space, in particular over 90% of the internal space, and most preferably over 99% of the internal space. The body and the filler material have different coefficients of thermal expansion, and the filler material preferably has a lower coefficient of thermal expansion than the body. The term "low" includes materials that have a coefficient of expansion that is below normal, as well as materials that expand with decreasing temperature. Preferably, the coefficient of thermal expansion of the filler material is 200x10. -6 Less than, preferably 150x10 -6 Less, more preferably 100x10 -6 Less, more preferably 60x10 -6 Less than 10x10 -6 Less than, most preferably 5x10 -6 Less than (unit: m / m / ° C). Preferably, the coefficient of thermal expansion of the filler material is more than 10% less than that of the body, more preferably less than 50%, most preferably more than 100%. The filler material and body material are preferably chosen so that the overall structure of the seal is conforming and elastic. Preferred materials for the body are thermoset elastomers such as natural rubber, styrene / butadiene rubber, butyl rubber, ethylene / propylene rubber, polyisoprene, polybutadiene, nitrile elastomers, neoprene, polysulfide polymers, polyacrylic rubber, silicone rubber, Chlorosulfonated polyethylene, fluorocarbon elastomer, fluorosilicone, polyurethane elastomer, styrene / butadiene copolymer, epichlorohydrin polymer, phosphonitrile fluoroelastomer, tetrafluoroethylene / propylene copolymer, ethylene / methyl acrylate copolymer, or perfluoroelastomer, and these Is a mixture of. In some embodiments, the body is a thermoplastic elastomer, such as styrene / diene / styrene triblock copolymer (SBS, SIS, SEBS, SEPS), thermoplastic polyurethane (TPU), thermoplastic olefin (TPO), elastomer / thermoplastic. It is made of a plastic material alloy (for example, acrylonitrile / butadiene-PVC alloy), as well as mixtures thereof. According to one particular embodiment of the invention, the body is made of a plastic elastomer such as RTV silicone rubber, for example Sil asic J available from Dow Corning, or Kraton rubber. According to some embodiments, all or a portion of the body is lined with a water resistant barrier, eg, metal foil. Such a barrier may cover only a portion of the gasket, for example the ring on top of the gasket, or the entire inner surface of the body may be lined. A preferred material for the filler material is glass, especially a low coefficient of thermal expansion (e.g., about 200x10. -6 ℃ -1 Glass having a temperature of less than), such as sodium borosilicate, lime magnesia aluminosilicate, 96% silica, and similar glasses; graphite or carbon pellets; ceramic; low coefficient of thermal expansion (eg, 100x10). -6 ℃ -1 Filled and unfilled thermosetting and thermoplastic epoxy with low temperature; metal spheres, glasses, ceramics, metals and metal alloys, graphite, carbon, mica, other mineral and synthetic fillers with low coefficient of thermal expansion Agents, filled and unfilled thermosetting and thermoplastic materials, and the like, and mixtures thereof. The thermal expansion coefficients of various representative materials that can be used in the present invention are shown in Table 1. Many preferred filler materials with low coefficient of thermal expansion are hard. Therefore, non-hollow blocks of such materials are often undesirable because they compromise the compliance of the seal. In a preferred embodiment, sealing compliance is maintained using finely dispersed particles of such filler material, without interspersed rubber or other body material. Preferably, such non-compliant filler material may be provided with a particle size of less than about 1000 microns, preferably less than 500 microns, more preferably less than 300 microns. In one particular aspect of the invention, the filler material is glass microspheres having a diameter of about 150-250 microns. Such spheres are commercially available from Potters Industries Inc. under the trademark Spherigla ss. The particles of filler material preferably maintain greater compliance by leaving interstices between particles lacking an elastomer, such as the elastomer of the body. Thus, the filler particles are free to move in the body, allowing the structure to become compliant. Preferably, the particles or spheres are substantially solid, ie each sphere is made of a substantially solid material such as glass. Hollow particles may be used to reduce weight. In some embodiments, the voids between the particles of filler material are unfilled. Therefore, only about 50% of the volume of the body is filled by the filler material, preferably more than 75%, more preferably more than 90% of the filling volume is highly dependent on the choice of particle size. After filling the interior space with the filler material, the opening in the body is sealed as shown in Figure 2c. In another embodiment, the body is first sealed and the filler is injected, for example by an injection needle, at which time another needle may be used for pressure relief. The resulting body and internal filler material is formed into the shape required to conform to join the surfaces to be sealed. Gaskets formed in accordance with the present invention can be used in a variety of applications, including conventional applications such as pipe gaskets and the like. In accordance with one aspect of the present invention, gaskets include CATV, telephone and power cable connectors, free breathing aerial applications, namely Raychem's TRAC® line, fiber optic splice closures, cable TV splice cases, pressure and non-press. It can be used as a pressurized copper cable closure, a pedestal closure system, a closure for pre-attached cables and a seal for termination boxes. The incorporation of low CTE (coefficient of thermal expansion) materials in gels, mastics, liquids, sealants and encapsulants reduces the total CTE of the resulting blend. These may be encapsulated in an elastomer sleeve. A. Example The thermocouple-embedded gasket was placed in a cylindrical stainless steel holder having an OD (outer diameter) approximately similar to the gasket. The assemblies were placed between Instron arms, which were placed in an insulating chamber conditioned at a given temperature. The gasket was compressed with a predetermined force (eg, 100 pounds). The change in compressive force when the sample was cooled or heated from room temperature was measured and recorded. The silicone rubber gasket was made of Silastic J available from Dow Corning. The body of the comparable gasket was made of a similar material. The interior space of a comparable gasket was filled with glass microspheres having an average diameter of 219 microns available from Petters Industries. 3a and 3b compare the performance of the gasket of the present invention and a silicone rubber gasket. In particular, Figures 3a and 3b plot the compressive force of each gasket as a function of temperature. Figure 3a shows the results for an interference fit gasket (ie, a gasket where the outer diameter of the gasket is similar to the inner diameter of the cylinder). Figure 3b shows the results for a clearance fit gasket (i.e., gasket having an outer diameter of 1.25 inches and an inner diameter of cylinder of 1.351 inches). As shown here, at room temperature, the silicone rubber gasket has approximately the same compressive force as the gasket of the present invention. However, in both cases, as the temperature decreases, the compression force exerted by the silicone rubber gasket decreases much more rapidly compared to the gasket of the present invention. As shown in FIG. 3a, the solid rubber gasket drops below this value at about 15 ° C., while the gasket of the present invention reaches a critical value at the minimum test temperature of −40 ° C. There wasn't. The clearance fit silicone rubber gasket did not drop below the critical value, but its compressive force was substantially lower than that of the present invention. FIG. 3c shows the radial strain of the gasket as a function of the compressive force exerted on the gasket in both the gasket as described above and the solid Silastic J gasket (ie, silicone rubber). As can be seen, the gasket of the present invention is much easier to radially distort as pressure is applied. The results presented here are for a 1.25 inch diameter and 1 inch high gasket. The ability to strain with low applied pressure is one of the important differences between the seals of the present invention and solid seals. This allows the encapsulation to conform around irregular shapes (conformity), encapsulating a wide range of diameters of the cable (cable range applicability) and the production of large size encapsulation. Due to the high modulus of the solid rubber seal, conformance, cable range applicability and seal dimensions are limited. Moreover, the force required to effect the seal is much less than that required for the non-hollow rubber seal in the present seal. B. Example To determine the effectiveness of the invention during thermal cycling, the gasket construction was applied to an aluminum test fixture as shown in FIG. As shown therein, the tubular body 8 was sealed at one end with a gasket 10 facing the washer 12 and cap 14. The gasket 10 sealed around the cable 16 extending to the body 8. The other end of the device was sealed with a cap having a pressure source / valve 18. The device was initially pressurized to 5 psi and the temperature cycled repeatedly from -40 ° C to 60 ° C. Tables 2a and 2b show the results of thermal cycling experiments. In contrast, the solid hollow silastic J gasket failed after 12 and 23 cycles. II. First alternative aspect According to another aspect of the invention, the filler material expands at low temperatures, such as below 4 ° C. According to such an aspect, the body is formed in the same manner as in the above aspect. However, the cylindrical container is molded using a material such as Dow Corning Silastic J in the case of silicone rubber. The body is then filled with a low temperature swelling material such as a hydrogel or water swellable polymer. If necessary, adjust the consistency of the gel and seal the top of the container with the addition of a mixture of silicone rubber. In the case of a thermoplastic elastomeric body, the body is, for example, a compression molding of Kraton rubber. The body is filled with water, hydrogel or water swellable polymer. The top of the container is closed by joining a disc cut from a slab of rubber material similar to the rest of the body with a toluene solution containing rubber. Alternatively, the structure is formed in a closed manner and the filler is added with a syringe or similar device. In this aspect, the filler material is preferably selected from water or aqueous solutions, water-absorbing materials, water-swellable polymers, natural or synthetic hydrogels. The aqueous solution or dispersion preferably contains organic or inorganic compounds used as stabilizers, biocides, thickeners and the like. The natural hydrogel preferably contains gelatin, tragacanth gum, locust bean gum, guar gum, sodium alginate, gelatinous polysaccharides, and mixtures thereof. In the case of synthetic hydrogels, such filler materials include polyethylene oxide, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyacrylic acid esters, polymethacrylic acid esters, polyhydroxyalkyl methacrylates or acrylates, polyacrylamides or polymethacrylamides, polyacrylamides. -N-isopropylacrylamide, poly-n-vinyl-l-2-pyrrolidinone, cross-linked polyvinyl alcohol, polyvinyl propanol, polyethylene oxide, carboxymethyl or hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, cross-linked polypropenoic acid, polyelectrolyte complex, ionic It is preferably based on charged polymers having groups and mixtures thereof. A. Example A tubular gasket similar to that described above was formed from silicone rubber with a core filled with gelatin gel (3.5% gelatin and 96.5% water). The structure was applied to an aluminum test fixture as shown in FIG. The device was first pressurized to 5 psi and the temperature cycled from -40 ° C to 60 ° C. Using a gelatin filled gasket, the pressure on the body was held at 5 psi for 46 cycles. In contrast, when a similar experiment was performed using a silicone gel filled gasket, the pressure began to drop after 2 cycles. Similarly, the 100% silicone rubber gasket also failed after two temperature cycles, demonstrating the low temperature effectiveness of the present invention. B. Example The compression force was determined as a function of temperature using the method described above for both silicone gaskets and gaskets of the present invention. Results are shown in FIG. The filler material of the aspects of the invention described herein was a hydrogel prepared as in Example C. As shown here, the compressive forces of embodiments of the invention are dramatically higher at temperatures below 10 ° C., largely due to the dramatic volume expansion of the water-based material in the gasket core. C. Example Gaskets with several water-containing filler materials were prepared as follows. 1. Sodium carboxymethyl cellulose hydrogel (Aqualon CMC, Aqual on Co., Bulletin VC-521, Wilmington, Del.) Blend: The gasket was manufactured according to the following procedure: a. Add water to a mixing tank equipped with a Lightning mixer. Start slow stirring and add DASC and potassium sorbate. b. Mix CMC, hydroxyethyl cellulose and fumaric acid. Add these ingredients to propylene glycol and stir until they are dispersed. c. Add the glycol slurry to the DASC dispersion and stir for 15 minutes. d. Fill the container. e. The container is kept at room temperature for 48 hours before testing. 2. Hydrogel based on crosslinked acrylic acid polymer (Carbopol Polymers, BFGoodrich, Bulletin IS-2, Cleveland, OH) Chemically, Carbopol resins are acrylic acid polymers. The individual resins will vary in molecular weight and degree of crosslinking. Formulation: The gasket was manufactured according to the following procedure: a. Carbopol resin is slowly added to the vortex of water being stirred. Add Carbopol to the formulation as soon as possible. This allows as long a mixing time as possible to help ensure that the Carbopol resin is completely dispersed and hydrated. b. The Carbopol resin is neutralized, ie the pH is increased, as close to the end of the process as possible. This allows for complete dispersion of the resin and other compounding ingredients before the Carbopol resin imparts a high viscosity. c. The part is filled with the obtained gel. 3. Cross-linked polypropenoic acid-based hydrogel (XU 40346 SuperAbsobent Polymer, Dow Chemical, Midland, MI) Chemically, XU 40346 is a partial sodium salt of crosslinked polypropenoic acid. Formulation: The gasket was manufactured according to the following procedure: a. Add water to a mixing tank equipped with a propeller mixer. Start stirring and add X U 40346 resin. b. The part is filled with the obtained gel. 4. Gelatin-based hydrogel (Knox Gelatine Inc.) Formulation: The gasket was manufactured according to the following procedure: a. Boil water and add gelatin powder. b. The mixture is cooled to about 40 ° C. c. Fill the container with the liquid mixture. d. Cool the sample until the gelatin has set. Experiments were conducted to determine the compressive force generated by the water-swellable polymer during cooling. FIG. 6 shows the results. In all cases, the compressive force generated by the encapsulation is substantially higher when using the invention, for example, than with silicone rubber, at lower temperatures. Similar results were obtained for interference fit gaskets and for metal and plastic sealing surfaces. Table 3 summarizes the results of various compression retention experiments. In particular, Table 3 shows at its minimum the compressive force of a Hydroseal® gasket according to one embodiment of the invention and compared with the results for Silastic J and Silastic L. The results show many different initial application forces. As can be seen, the gaskets of the present invention consistently have much higher minimums than conventional gaskets. C. Example FIG. 7 shows compression force results performed on various gaskets containing different ratios of rubber and Aqualon as described in the previous examples. Two different phenomena occur when the seal is thermally cycled. First, the rubber sleeve expands when heated and contracts when cooled. On the other hand, the capacity of hydrogels or water-containing compounds increases when the temperature drops below 4 ° C or rises above 20 ° C. The total volume change at any given temperature is either positive or negative, depending on the volume ratio of rubber to hydrogel used to form the seal. To investigate the effect of hydrogel to rubber ratio, a series of samples were prepared consisting of rubber sleeves with different wall thickness filled with different types of water-swellable polymers. These samples with a cylindrical shape (1.25 inch diameter x 1 inch long) were tested according to the procedure set forth above. The results shown in FIG. 7 show that as the amount of water-containing compounds decreases, the compression retention of these samples decreases dramatically. As shown here, a gasket made of 8% Aqualon gel and 92% rubber (expressed as% of body or interior space relative to total gasket volume) reduces temperature from room temperature. Both showed a slight decrease in compressive force. In contrast, a gasket made of 26% Aqualon gel and 38% Aqualon gel showed a substantial increase in compressive force as the temperature decreased from room temperature. The minimum of the 38% curve was only a few% lower than that at 20 ° C. III. Representative Applications It will be appreciated that the present invention can be used as a seal that takes any one of a number of mechanical forms. Representative aspects are shown below. A. Longitudinal seam sealing 8a, 8b and 8c show the mechanical form of a cable sealing gasket according to one aspect of the invention. According to the embodiment shown in FIG. 2, the gasket has a body 22 filled with a low coefficient of thermal expansion material or water-containing compound. This aspect of the invention includes a seam 24 that allows the gasket to be applied to the cable, even if the cable (not shown) cannot be easily "broken". In accordance with this aspect of the invention, the seam has a portion 26 which runs co-linearly with the underlying cable. The portions on the common line are separated by a seam portion 28 that runs at an angle to the first portion and preferably runs perpendicular to the first portion. As shown in Figures 8a and 8b, a force is applied to the face of the gasket, which exerts a force on the mating surface of seam portion 28. Such force may be applied, for example, by tightening the nut toward one surface while holding the other surface against movement relative to the rising surface of the joining piece of the device. Thus, even if the gasket includes a seam, the seam prevents leakage along the seam at the compressed seam portion 28. Moreover, upon cooling, the seam portion 28 remains in intimate contact as a result of the low expansion coefficient filler material in the gasket. In a preferred embodiment, it is preferable to modify the contour of the sealing wall to prevent buckling of the inner wall. 1. Example Various seam morphologies were investigated. The results obtained from experiments in which the glass bead based encapsulation has straight "steps" and no seams are shown in Table 4. These data show, among other things, that the performance of the glass bead based seal is superior to that of the solid rubber seal, regardless of the type of seam. The effectiveness of the "step" seam is not required, as breakage of the glass bead based seal does not occur. The purpose of the "step" seam is to take advantage of the pressure exerted on the seal to compress the portion of the seam that is perpendicular to the applied force. A simple use of this principle is the "step" seam used herein. However, there are many other ways to do this. No apparent problems were observed during the mounting of the seal with step seams, but it is believed that the longitudinal walls of the seam provide additional resistance to compression and thus increase the force required for mounting. To solve this potential problem, "saw tooth" seams may sometimes be desirable. This type of seam design allows the seam wall to collapse more easily than a straight wall, resulting in less mounting force. B. Cable enclosure 9a and 9b show a gasket and associated cable enclosure. The cable enclosure in Figures 9a and 9b can be used, for example, with fiber optic cables, coaxial cables or copper cables. As shown in Figure 9a, the gasket 31 is made up of separable pieces 30 and 32. The two pieces form one half of a circle and have one or more cables and stud passages 34. The gasket is manufactured, for example, according to one of the embodiments using a body of silicone rubber filled with a low coefficient of thermal expansion filler. As shown in FIG. 9b, the two pieces of gasket are united, for example, in a reusable cable enclosure 36 used to protect cable splices (not shown). The cable enclosure 36 has a recessed portion 38 formed to accommodate the gasket 31. A stud 40 extends from the recess. A gasket is placed in the recessed area and the stud passes through the stud passage 42. Figure 9c shows another embodiment of providing a ridged surface 43 on the gasket surface on one or more surfaces to be sealed. In addition, a similar ridged surface 45 is provided on the surface of the gasket parts to be joined. Such surfaces provide pressure points that provide a more effective seal in many applications. Figure 9d illustrates yet another aspect of a two piece gasket assembly. According to this aspect, a flat slab of gasket material 47 is provided between the two ridged gasket portions 45. FIG. 9e shows a two-piece gasket having lateral faces 28 that are similar in function to the embodiment shown in FIG. 8a. When pressure is applied to surface 28, the leak path created by the seal failure is effectively blocked. A pressure plate 44 having a general shape similar to the gasket is then placed on the stud adjacent the gasket. The pressure plate is then compressed toward the body 36 using the nut 46 and optionally the abutment spring 48. When the sealing system is formed around one or more cables, an environmentally fixed enclosure is obtained that is not prone to failure during cold operation. 10a and 10b show in-line enclosures for cable splices and the like. Figure 10a shows a cross section of the device without the cable, while Figure 10b shows a cross section of the device with the cable attached. Similar to the previous embodiment, the enclosure has a body 36. The gasket 31 is hermetically held toward the body by the threaded plunger 50 and washer 44 which engage the body, and the gasket is pressed into the recessed area. 11a and 11b show an impingement splice closure using the gasket of the present invention. FIG. 11a shows the device disassembled, while FIG. 11b shows the device partially assembled. In this case, two or more cables 60 have entered the enclosure via a cap assembly 62 having cable holes. The cap assembly 62 and body 64 have retaining walls 64 that are separated by a selected distance when the cap is placed on the body. A seal 66 similar to that described above is placed around the body between the retaining walls and retained to it by a steel band 68. An additional cold gasket 70 uses washers 74 and plungers 76 to engage the cables and caps inserted therein. C. Hybrid sealing system 12a and 12b show a hybrid sealing system similar to the previous embodiment with two abutment portions. Figure 12a shows a cross-sectional view of the sealing system, while Figure 12b shows a perspective view. In this particular embodiment, a ring 80 made of a soft, compliant material is placed in a ridge 82 around the central portion of the seal. This soft material seals the walls of the mating surface with slight imperfections that cannot be easily sealed by a hard rubber gasket. Such slight imperfections can result from scratches, imperfections of molding, or similar defects. The material 82 is preferably a soft, supple, tacky material. For example, about 80-360x10 -1 It is preferable to have a cone penetration value of mm. The cone penetration value is preferably about 250-360. Suitable materials are gels (thermosettable or thermoplastic materials such as those described in US patent application Ser. No. 07 / 802,950, the disclosure of which is incorporated herein by reference), mastics, Includes putty, paste, polyisobutylene (crosslinked or non-crosslinked), high viscosity grease, highly weighted rubber, partially crosslinked rubber or pressure sensitive adhesive. Figures 13a and 13b are cross-sectional and perspective views of a gasket also provided with a ring of flexible material 82 in which the gasket is cylindrical in shape. 1. Example Two sets of samples were prepared to test the effectiveness of hybrid encapsulation. The first set has a sandwich configuration in which the mastic ring is compressed between two split tubular seals with glass beads. A control sample consisting of a cracked tubular seal but without the mastic was also tested. The two sealing seams were staggered to simulate a "step" seam. Initially this was done to avoid making molds of fairly complex shape, but it turned out to be a good approach to forming hybrid encapsulations in a simple procedure. The results shown in Table 5 indicate that the use of mastic improves the pressure holding capacity of these samples. After 151 cycles, the mastic-containing sample retained about 90% of the original pressure, while the sample without mastic retained only 70% of the initial pressure. This is believed to indicate that the presence of fine imperfections causes a very slow leak that is not easily detected. As can be seen from the data shown in Table 5, no damage occurred in any of the sample sets. On the other hand, the solid rubber seal with the mastic ring failed overnight (ie, less than 2 cycles). D. Differential expansion sealing 14a and 14b show another aspect of the invention in which a ring 90 surrounds the outer peripheral portion of the gasket. Figure 14a shows at room temperature, while Figure 14b shows at a low temperature such as -40 ° C. The ring 90 has a higher coefficient of thermal expansion than either the body or the filler material. Thus, when the gasket cools, the gasket walls are forced outwards due to the displacement of the gasket volume in the ring. The amount of displacement can be easily adjusted by adjusting the relative coefficient of thermal expansion of the material and the dimensional value of ring 90. Of course, in this embodiment, the ring only needs a lower coefficient of thermal expansion than the body, not necessarily a lower coefficient of thermal expansion. 1. Example The ring of Figure 14 was tested in an aluminum test fixture and pressurized to 5 psi. The gasket was thermally cycled from -40 ° C to + 60 ° C. The gasket using the low coefficient of thermal expansion filler failed only after 50 cycles or more, while the 100% silicone rubber gasket failed after 15 cycles. E. FIG. Wraparound encapsulation device Figures 15a to 15d show additional aspects of the invention. The embodiments shown in FIGS. 15a-15d are used to fabricate thin-walled devices for front access only (eg, FIG. 15a) or for applications with bilateral access. In the latter case, it is possible to precondition either the inner or outer tubular gasket with a threaded ring. This feature is useful in situations where it is necessary to extend the sealing range of either gasket. The embodiment shown in FIG. 15 is referred to herein as a thin walled enclosure. Front access is provided in Figure 15a. Gasket displacement varies with piston 1503 and gasket length. In Figure 15b, access is given on both sides. The outer gasket is preconditioned with a threaded ring 1501. The externally threaded cap 1502 can compress both gaskets. In FIG. 15e, access is provided from both sides and the outer gasket is compressed by the threaded ring 1501 while the threaded cap 1502 compresses the inner gasket. Figure 15d shows the device accessible from either side, but compression is provided by cap 1504. The drawings shown in Figures 16a-16d show some examples of devices in which the piston and tubular gasket are located on opposite sides of the main body. As shown in FIG. 15, there are many variations depending on the type of application. The embodiment shown in FIG. 16 is referred to herein as the inner / outer gasket wall embodiment. The gaskets can be independently compressed by a threaded cap or ring, or simultaneously by one threaded cap. FIG. 16a shows a device with front access where gasket displacement varies with piston 1 601 or gasket length. FIG. 16b shows a device in which cap 1603 compresses the outer gasket of cap 1605, allowing access from both sides. Figure 16c shows a device with front access where the gasket is independently compressed by a threaded cap 1607 or ring 1609. FIG. 16d shows a device with a front access where the inner gasket is tuned with a ring 1611 and both gaskets are compressed by a cap 1615. Examples of other versions are shown in Figures 17a to 17c. These devices use only one piston to compress the inner tubular gasket. Sealing around the port or outer region is done by using a flat gasket that is compressed by a separate threaded ring or by the pulling action of the threaded cap on the main body. The embodiment shown in FIG. 17 is referred to herein as the single piston embodiment. Figure 17a shows a sealing system where front access is provided and both gaskets are independently compressed. FIG. 17b shows a sealing system where front access is provided and both gaskets are compressed. Figure 17b shows the device accessible from both sides and the flange 1701 helps to compress the outer gasket. Figure 17c shows the device accessible from both sides where both gaskets are compressed simultaneously by the cap 1703. One of the most important advantages over conventional gaskets and "O" rings is that the ratio of gasket length to piston displacement can vary over a wide range, providing a wide sealing range capability. This is illustrated by Figures 18a-18c. Figure 18a gives similar compression to both gaskets, while Figures 18b and 18c show a device in which one gasket is preferentially compressed by the ring 1801. Seam sealing is accomplished by allowing both gaskets to contact each other through openings along the seam. This is illustrated by the drawings shown in Figures 19a-19d, these aspects being referred to herein as the seam sealing aspect. F. EMI / RFI protection Encapsulation of watertight enclosures for protection of sensitive electronic controls with EMI / RFI protection has been difficult to achieve with conventional methods. The solution to this problem is to enclose the conductive microspheres or liquid in an elastomer sleeve, thereby achieving sealing and EMI / RFI protection in a simple process. This approach allows the manufacture of all types of gaskets or sealing devices (O-rings, grommets, bushings, plugs, boots, and flat or tubular gaskets). Suitable materials for this application are conductive solid and liquid materials such as metals and metal alloys, graphite, carbon black, and conductive synthetic polymers, gels and liquids. IV. CONCLUSION The present invention provides improved methods and devices for forming encapsulations in low temperature applications, particularly in applications where thermal cycling is expected. The descriptions above are intended to be illustrative, not limiting. Many variations of the invention will be apparent to those of ordinary skill in the art in view of the disclosure herein. Although the invention has been described in terms of various specific materials by way of illustration of various elements only, the invention is not limited thereto. Accordingly, the scope of the invention should not be determined with reference to the disclosure herein, but rather by the appended claims and their equivalents.
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【要約の続き】
─────────────────────────────────────────────────── ─── 【Continued summary】