JP7523525B2 - シール構造 - Google Patents

Description

本発明は、シール構造に関する。

シール構造は、機械などの内部から液体や気体が外部に漏れ出ることを防止する働きと、外部から塵埃等が機械などの内部に侵入することを防止する働きとを有する。このようなシール構造は、大きく分けると、オイルシール及びメカニカルシールなどの動的シールと、ガスケットのような静的シール（固定用シール）に分けることができる。

動的シールにおいては、摺動面での密封と潤滑とを両立させる必要がある。摺動面において優れた密封性と潤滑性とを実現できる技術として、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１では、メカニカルシールの摺動面にポリマーブラシ層を設けることで、シールの両側における差圧環境下や異なる気体の環境下等、異なる環境間の境界で回転運動をさせた際の密封性向上と、境界・混合潤滑域での低摩擦性とを実現できることが示されている。

しかし、特許文献１に記載のシール構造では、特許文献１の図２に記載されている通り、例えば、差圧環境下における密封状態での回転運動時に、差圧による荷重を受ける面と回転運動時の摺擦面（メイティングリング２４（シール部材１）とシールリング２５（シール部材２）との接触面）とが平行であり、受けた荷重が当該摺擦面にそのまま作用する。そのため、ポリマーブラシ層に継続的に荷重（接触荷重）がかかることになり、ポリマーブラシ層の摩耗が促進される懸念がある。ポリマーブラシ層の摩耗の促進は、差圧環境下における密封状態での回転運動時において顕著であるが、異なる気体の環境下における密封状態での回転運動時においても見られるものである。ポリマーブラシ層が摩耗すると、密封性向上及び低摩擦性の効果を実現することができなくなる。

一方．特許文献２には、特許文献２の図１及び図２に記載されている通り、ブッシュ（Ring specimen 2）における軸孔の内周面と摺擦するシャフト（軸部材、Rod specimen 3）の外周面にポリマーブラシ層が形成され、この摺擦面により、密封性向上及び低摩擦性の効果を実現する技術が開示されている。特許文献２に記載のシール構造では、シャフトの外周面及びブッシュにおける軸孔の内周面が往復摺動する際の密封性向上及び低摩擦性の効果が実現されることについて示されている。このとき、ポリマーブラシ層が形成された面とブッシュに対するシャフトの往復摺動方向は平行であり、ポリマーブラシ層に対して垂直方向などの荷重（接触荷重）が継続的にかかることはない。

しかし、特許文献２には、ブッシュに対してシャフトが回転することについて言及はない。特許文献２に記載のシール構造をブッシュに対してシャフトが回転する構成に適用した場合には、ブッシュに対してシャフトが偏心することによる密封性の低下や摩擦の増大による摩耗といった懸念がある。

以上の２つの先行技術によれば、シャフトの回転及び往復のいずれかの運動形態にのみ適用可能であり、シャフトの回転と往復動を同時に伴うような構造のシール（半導体製造装置の真空シール等）について満足な密封性向上及び低摩擦性の効果を長期的に実現することは、困難であった。
なお、シャフトの往復動無しで回転のみ、あるいは、回転運動無しでシャフトの往復動のみ、の運動形態であっても、より一層優れた密封性向上及び低摩擦性の効果を実現することが望まれている。

国際公開第２０１８／１９８８７６号 国際公開第２０１８／１９９１８１号

したがって、本発明は、上記課題を解決することを１つの目的としてなされたものであり、軸部材（シャフト）とブッシュとの間の優れた密封性向上効果及び低摩擦性の効果を奏し得るシール構造を提供することを１つの目的とするものである。
本発明は、例えば、異なる環境間の境界において、優れた密封性向上効果及び低摩擦性の効果を奏し得るシール構造を提供することを１つの目的とするものである。
本発明は、特に、軸部材の回転と往復動を同時に伴うような構造のシール（半導体製造装置の真空シール等）について、優れた密封性向上効果及び低摩擦性の効果を維持し得るシール構造を提供することを１つの目的とするものである。

上記目的の少なくとも一つは以下の本発明により達成される。即ち、本発明のシール構造は、
ハウジングに設けられた開口部と該開口部に挿通された軸部材との間を密封するシール構造であって、
前記軸部材と前記ハウジングとの間に設けられ、前記軸部材に挿設されて軸方向及び／または周方向に相対移動可能な筒状のブッシュと、該ブッシュにおける軸方向の一方側の端面に対向する対向面を有する受圧部材と、前記ブッシュを前記受圧部材に軸方向の他方側から押圧する弾性部材と、を備え、
前記軸部材の外周面と、前記ブッシュにおける前記軸孔の内周面、との間に、第１のコーティング層が設けられ、
前記ブッシュにおける軸方向の一方側の端面と、前記受圧部材における前記対向面との間に、第２のコーティング層が形成されている。

本発明においては、第１のコーティング層及び前記第２のコーティング層が、液体物質で膨潤されていることが好ましい。
前記開口部を取り囲む前記ハウジングの内面領域が、前記受圧部材における前記対向面を構成していてもよい。
あるいは、前記開口部を取り囲む前記ハウジングの内面領域と、前記ブッシュにおける軸方向の一方側の端面との間に、平板状のリング部材が介在しており、当該リング部材が、前記受圧部材を構成していてもよい。

リング部材が受圧部材を構成する場合、前記ハウジングの前記内面領域と、前記リング部材と、の間に、さらにリング部材用弾性部材が介在しており、当該リング部材用弾性部材が、前記リング部材を前記ブッシュに軸方向の一方側から押圧しているものとすることができる。

本発明のシール構造において、前記弾性部材が、前記開口部のうちの軸方向の他方側の開口部を取り囲む前記ハウジングの内面領域と、前記ブッシュにおける軸方向の他方側の端面との間に介在していてもよい。このとき、前記弾性部材が、その伸縮方向の一端側で前記ブッシュと接続され、他端側で前記ハウジングの内面と接続されていてもよい。

１本の軸部材に対して、１つの前記ハウジングを共有する上記本発明のシール構造を有するシールユニットを複数個、軸方向において並列に備えることができる。複数個の前記シールユニットの内、隣り合う少なくとも一組のシールユニットの向きが、軸方向において反転状態であってもよい。この場合に、前記ハウジングが、軸方向の対向する位置に、前記軸部材が貫通する一対の貫通孔を有し、
前記シールユニットの個数が２個であり、
前記貫通孔の内の一方の貫通孔が、前記一組のシールユニットの内の一方のシールユニットにおける開口部となり、他方の貫通孔が、他方のシールユニットにおける開口部となる、シール構造も本発明の好ましい態様として例示することができる。

この場合、前記ハウジングが、その軸方向の中央で、内周面から前記軸部材に向けて突出する突出部を備え、前記２つのシールユニットにおいて、前記突出部におけるそれぞれの前記シール構造側の面と、それぞれの前記ブッシュにおける前記突出部に対向する端面と、の間に、それぞれの前記弾性部材が介在しているようにすることができる。

また、前記２つのシールユニットにおいて、それぞれの前記弾性部材が、その伸縮方向の一端側でそれぞれの前記ブッシュと接続され、他方側で前記突出部と接続されていてもよい。

また、複数個の前記シールユニットのうち、隣り合う少なくとも一組のシールユニットの向きが、軸方向において同じであってもよい。
また、複数個の前記シールユニットのうち、何れか１個のシールユニットにおける軸方向の一方側の隣に、他のシールユニットがあってもよい。
さらに、前記ハウジングの内部空間に、前記２つのシールユニットにおける前記第１のコーティング層及び前記第２のコーティング層を膨潤させる液体物質が充填されていてもよい。

本発明によれば、軸部材とブッシュとの間の優れた密封性向上効果及び低摩擦性の効果を奏し得るシール構造を提供することができる。

本発明の例示的一態様である第１の実施形態に係るシール構造の概略構成を示すための、軸線に沿う断面における断面図である。 ポリマーブラシ層及び基材（ブッシュ及びリング部材）の断面の一部を拡大した概略断面図である。 本発明の例示的一態様である第２の実施形態に係るシール構造の概略構成を示すための、軸線に沿う断面における断面図である。 本発明の例示的一態様である第３の実施形態に係るシール構造の概略構成を示すための、軸線に沿う断面における断面図である。 本発明の例示的一態様である第３の実施形態に係るシール構造の概略構成を示すための、軸線に沿う断面における断面図である。 本発明の例示的一態様である第４の実施形態に係るシール構造の概略構成を示すための、軸線に沿う断面における断面図である。 本発明の例示的一態様である第５の実施形態に係るシール構造の概略構成を示すための、軸線に沿う断面における断面図である。 実施例で作製した試作装置の概略構成を示すための、軸線に沿う断面における断面図である。 実施例で作製した試作装置の概略構成を示すための、図８にけるＡ－Ａ断面図である。

本発明の例示的態様である実施形態に係るシール構造及びシール構造体について、図面を参照しながら説明する。
以下、説明の便宜上、軸ｘ方向において矢印（ａ）（図１及び図３～図５参照）方向を上側（ａ）とし、軸ｘ方向において矢印（ｂ）（図１及び図３～図５参照）方向を下側（ｂ）とする。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の例示的一態様である第１の実施形態に係るシール構造１０の概略構成を示すための、軸ｘに沿う断面における断面図である。図１を参照して、本実施形態に係るシール構造１０の構成を説明する。

本実施形態に係るシール構造１０は、回転する軸部材であるシャフト１３と、このシャフト１３が嵌挿される円筒状のブッシュ１１の軸孔１１Ａとの間の環状の隙間の密封を図るためのシール構造である。シール構造１０は、半導体製造装置や汎用機械、車両等において、この軸部材とブッシュ、ハウジング等に形成された当該軸部材が挿入される軸孔との間を密封するために用いられる。なお、本発明の実施形態に係るシール構造１０が適用される対象は、特に制限はない。

図１に示される通り、本実施形態に係るシール構造１０は、回転するシャフト１３と、ブッシュ１１と、平板状のリング部材（受圧部材）１６と、バネ（弾性部材）１４と、ハウジング１５と、シールリング１８と、を備える。

ハウジング１５は、その軸ｘ方向の両端面に、シャフト１３が貫通する開口部１５ａ，１５ｂを有し、かつ、ブッシュ１１と弾性部材１４とリング部材１６とを内部に収容する。
ブッシュ１１は、シャフト１３が嵌挿される軸孔１１ｃを有する、厚肉の円筒状の形状であり、軸ｘ方向の両側（上側（ａ）及び下側（ｂ））に平面リング状の端面１１ａ，１１ｂを備えている。

シャフト１３は、図１に示されるように、反時計回り（矢印Ｔ方向）に回転するとともに、軸ｘ方向の上側（ａ）及び下側（ｂ）に上下動する（矢印Ｒにて示す。）ようになっている。即ち、シャフト１３の外周面とブッシュ１１の軸孔１１ｃの内周面１１ｄとの間では、反時計回り（矢印Ｔ方向）の回転による回転摺動と、軸ｘ方向への往復摺動とが生じるようになっている。

リング部材１６は、ハウジング１５が有する開口部１５ａ，１５ｂのうちの軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の開口部１５ｂを取り囲むハウジング１５の内面領域１５ｄと、ブッシュ１１における軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の端面１１ｂと、の間に介在している。また、リング部材１６は、ブッシュ１１における軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の端面１１ｂに対向する対向面１６ａを有する。

ブッシュ１１における軸孔１１ｃの内周面１１ｄには、第１のコーティング層１２Ａが形成されて、当該第１のコーティング層１２Ａによって、軸孔１１ｃの内周面１１ｄとシャフト１３の外周面との間隙が埋められている。
また、リング部材１６における対向面１６ａに、第２のコーティング層１２Ｂが形成されている。

バネ１４は、ハウジング１５が有する開口部１５ａ，１５ｂのうちの軸ｘ方向の他方側（上側（ａ））の開口部１５ａを取り囲むハウジング１５の内面領域１５ｃと、ブッシュ１１における軸ｘ方向の他方側（上側（ａ））の端面１１ａと、の間に介在している。当該バネ１４は、ブッシュ１１をリング部材１６に、軸ｘ方向の他方側（上側（ａ））から押圧する。したがって、ブッシュ１１における端面１１ｂは、第２のコーティング層１２Ｂが形成されたリング部材１６の対向面１６ａに、バネ１４の弾性作用（伸長方向への復元作用）によって押圧されている。

バネ１４は、さらに、その伸縮方向（軸ｘ方向と同じ）の一端側（下側（ｂ））でブッシュ１１と接続され、他端側（上側（ａ））でハウジング１５の内面（内面領域１５ｃ）と接続されている。なお、図１において、バネ１４は、模式的に左右に一対描かれているが、実際には、軸ｘ方向の他端側（上側（ａ））から見て、ブッシュ１１の円環状の端面１１ａの周方向に均等（回転対称）な位置に３点（即ち、円周角１２０℃の位置に）配置されている（後に説明する図９参照）。

ハウジング１５の内部空間には、膨潤液体（液体物質）１７が充填されている。ハウジング１５の内部空間は、開口部１５ａを残して封止された状態になっており、膨潤液体１７は、当該内部空間にとどまっている。
膨潤液体１７は、第１のコーティング層１２Ａ及び第２のコーティング層１２Ｂと接液した状態になっている。膨潤液体１７は、第１のコーティング層１２Ａ及び第２のコーティング層１２Ｂを膨潤させる性質を有する液体であり、例えば、イオン液体が用いられる。当該膨潤液体１７の詳細については、後述する。

図１に示されるように、ハウジング１５の開口部１５ｂの縁におけるリング部材１６側（上側（ａ））には段差部が設けられており、また、リング部材１６の中心孔の縁におけるハウジング１５側（下側（ｂ））にも同形状の段差部が設けられており、当該両段差部に収まるようにシールリング１８が配されている。

本実施形態に係るシール構造１０は、図１における上方が所定の圧力Ｐ１、下方が所定の圧力Ｐ２となっており、シール構造１０によって、両気圧間がシールされている。例えば、本実施形態に係るシール構造１０を半導体製造装置の真空シールに適用した場合には、Ｐ１が大気圧ＡＰ、Ｐ２が真空Ｖとなり、シール構造１０によって気圧差が隔離されるようになっている。

なお、本実施形態のシール構造１０は、所定の圧力Ｐ１及びＰ２が、大気圧ＡＰと真空Ｖとの差圧環境下であることに限定されず、他の圧力関係による差圧環境下におけるシールにおいても好適に適用することができる。さらに、本実施形態のシール構造１０は、所定の圧力Ｐ１及びＰ２が差圧であるか否かを問わず、異なる気体の環境下等、異なる環境間の境界におけるシールにおいても好適に適用することができる（以上、所定の圧力Ｐ１及びＰ２について、他の実施形態においても同様。）。

ハウジング１５の内周面１５ｅとリング部材１６の外周との接触面に入り込んだ膨潤液体１７は、ハウジング１５の内面領域１５ｄとリング部材１６の背面１６ｂとの接触面に回り込むが、シールリング１８によって堰き止められてシールされている。シールリング１８としては、膨潤液体１７に対する耐性を有することを条件として、一般的なＯリングを適宜使用することができる。

第１のコーティング層１２Ａと第２のコーティング層１２Ｂとは、同じコーティング層である。
本明細書において、単に「コーティング層」という場合には、第１のコーティング層１２Ａ及び第２のコーティング層１２Ｂの両方を区別することなく指すものとし、また、符号「１２」を付する場合がある。また、本明細書において、コーティング層１２が形成された表面近傍を「シール部材」と称する場合があり、その場合には符号「１」を付する。

ここで、コーティング層１２Ａ及び第２のコーティング層１２Ｂを構成し得るコーティング層について、説明する。
適用可能なコーティング層としては、従来公知の各種有機薄膜あるいは無機薄膜からなるコーティング層を挙げることができる。

コーティング層に適用可能な無機材料としては、窒化クロム（ＣｒＮ，Ｃｒ_２Ｎ）、炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）、硬質クロムめっき、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ダイヤモンド、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、炭化チタンアルミ（ＴｉＡｌＮ）、アルミナ、アルマイト（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、グラファイト（Ｃ）、カーボンブラックなどを挙げることができる。

コーティング層に適用可能な有機材料としては、ポリブタジエン、ポリウレタン、ポリイソシアネート、アクリル樹脂、シリコーン樹脂（本明細書においては、シリコーン樹脂を有機材料の一種として扱うものとする。）などを挙げることができる。

これら無機薄膜あるいは有機薄膜からなるコーティング層の厚みとしては、種々の薄膜毎に適した厚み、あるいは、形成可能な厚みに相違があり、一概には言えないが、各材料やその他の各種条件に応じて適宜調整すればよい。
これら無機薄膜あるいは有機薄膜の中でも、好ましくは、膨潤状態の薄膜であり、より好ましくは、膨潤状態の有機薄膜である。

また、本発明においては、コーティング層１２Ａ及び第２のコーティング層１２Ｂを構成し得るコーティング層として、ポリマーブラシ層を適用することが特に好ましい。
以下、コーティング層１２としてポリマーブラシ層を適用したシール部材１の例について説明する。

図２に、コーティング層１２（以下、コーティング層１２としてポリマーブラシ層が形成される場合を、特に「ポリマーブラシ層１２」と表記する場合がある。）及び基材（ブッシュ１１及びリング部材１６。以下、両者を合わせて「基材」と総称し、符号「１９」を付して説明する。）の断面の一部を拡大した概略断面図を示す。図２に示されるように、シール部材１は、その表面１Ａにシール面１ａを有する。

ここで、シール面１ａとは、シール部材１の表面１Ａの少なくとも一部であり、シャフト１３の外周面やブッシュ１１の端面１１ｂ（以下、これらをまとめて「被シール面」という。）に対向し、当該被シール面との間でシール（密封）状態を形成し得る面を意味する。また、シール部材１は、図２に示されるように、基材１９と、該基材１９の表面１１Ａに形成されたポリマーブラシ層１２と、を有する。

ポリマーブラシ層１２の形成状態は、特に限定されず、基材１９の形状、材質、表面性状、シール部材１の使用形態等に応じて適宜選択すればよい。
例えば、ポリマーブラシ層１２は、基材表面１９Ａに、直接的に形成されていてもよいし、または間接的に形成されていてもよい。

ポリマーブラシ層１２が基材表面１９Ａに間接的に形成される場合としては、例えば、基材１９を表面処理して基材表面１９Ａに別な層を形成し、この別な層の表面にポリマーブラシ層１２を形成する構成を挙げることができる。ここで、別な層としては、例えば、後述するシリカコート層が挙げられる。

また、ポリマーブラシ層１２は、必ずしも、基材表面１９Ａの全体を完全に覆っている必要はない。シール部材１は、本発明の効果を妨げない範囲で、基材表面１９Ａにポリマーブラシ層１２が形成されていない部分があってもよいし、あるいは、基材表面１９Ａに一定の面積をもったポリマーブラシ層１２が点在していてもよい。なお、コーティング層１２がポリマーブラシ層以外の層であっても、基材表面１９Ａの全体を完全に覆っている必要がないのは、同様である。

さらに、シール部材１において、基材表面１９Ａを超えて、例えば、基材１９の全体を覆うようにポリマーブラシ層１２が形成されていてもよい。すなわち、シール部材１は、基材表面１９Ａにポリマーブラシ層１２を有していれば、シール面１ａにおいて優れた密封性が発揮される。コーティング層１２がポリマーブラシ層以外の層であっても、同様に、基材表面１９Ａを超えて形成されていて構わない。
なお、シール面１ａにおいてより高い密封性を得る観点からは、ポリマーブラシ層１２は、基材表面１９Ａの全面に形成されていることが好ましく、この場合、シール面１ａはポリマーブラシ層１２からなる表面１２ａとなる。

ポリマーブラシ層１２は、例えば、図１に示されるように、基材表面１９Ａに複数の高分子グラフト鎖１２１が共有結合で固定されている層である。このようなポリマーブラシ層１２の表面１２ａは、高分子グラフト鎖１２１における基材１９に固定されていない側の先端がブラシ状に密集した面であり、ブラシの表面のような表面性状を有する。

このようなポリマーブラシ層１２をシール面１ａに有するシール部材１では、シール面１ａに対応する基材表面１９Ａの表面性状（特に表面粗さ）がポリマーブラシ層１２によって緩和されるため、シール面１ａの平坦性には殆ど影響しない。したがって、シール面１ａに対応する基材表面１９Ａを精密に面加工する必要はない。

また、高分子グラフト鎖１２１がブラシ状に密集しているポリマーブラシ層１２の表面１２ａは、適度な柔軟性を有し、被シール面に接触した場合には、被シール面の表面に対し優れた追従性を発揮する。そのため、被シール面の表面性状（特に表面粗さ）の影響も、シール面１ａのポリマーブラシ層１２により緩和され、被シール面との間で良好な密着性が得られる。
このように、シール面１ａにポリマーブラシ層１２を有するシール部材１によれば、シール面１ａに対応する基材表面１９Ａ及び被シール面の表面性状の影響を受けず、シール面１ａにおいて優れた密封性が得られる。

シール面１ａに形成されたポリマーブラシ層１２の厚さは、特に限定されないが、シール面１ａにおいて良好な密封性を得る観点からは、０ｎｍより大きく１００００ｎｍ以下であることが好ましく、さらに実用的な観点からは、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることがより好ましい。

なお、ポリマーブラシ層１２を含むコーティング層１２の厚さの測定は、偏光解析法（ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ）により、乾燥膜厚を測定することにより行うことができる。具体的な測定方法は、特許文献１中の実施例の項にて説明されている通りである。また、より詳しいポリマーブラシ層１２の説明についても、特許文献１において詳述されている通りである。

基材１９の材質は、シール部材１の用途や使用形態、ポリマーブラシ層１２の形成方法などに応じて、適宜選択できるが、例えば、アルミナや、炭化ホウ素などの硬質セラミックス、ゴム及びプラスチックなどを選択することができる。基材１９の表面性状は、特に限定されず、特にシール面１ａに対応する基材表面１９Ａは、適度な平坦性及び平滑性を有していればよく、精密に面加工されている必要はない。

本発明に好適なシール構造の一例では、シール面１ａにポリマーブラシ層１２を有している。このため、シール部材１は、シール面１ａに対応する基材表面１９Ａが多少粗い面であっても、ポリマーブラシ層１２により表面粗さが緩和されるため、シール面１ａにおける密封性に影響を殆ど与えない。

以下、図２に示すような基材表面１９Ａに直接ポリマーブラシ層１２を形成する場合を例に挙げて、ポリマーブラシ層１２の形成方法を説明する。
ポリマーブラシ層１２は、例えば、表面開始リビングラジカル重合法によって形成することができる。表面開始リビングラジカル重合法は、
（Ｉ）高分子グラフト鎖１２１の起点となる基材表面１９Ａに、重合開始基を導入し、
（ＩＩ）該重合開始基を始点として、表面開始リビングラジカル重合法を行うことで、
高分子グラフト鎖１２１を形成する手法である。

具体的には、このような表面開始リビングラジカル重合法としては、Arita, T., Kayama, Y., Ohno, K., Tsujii, Y. and Fukuda, T., “High-pressure atom transfer radical polymerization of methyl methacrylate for well- defined ultra high molecular-weight polymers,” Polymer, 49, 2008, 2426-2429.（以下、文献Ｐとする）や、特開２００９－５９６５９号公報（以下、文献Ｑとする）、特開２０１０－２１８９８４号公報（以下、文献Ｒとする）、特開２０１４－１６９７８７号公報（以下、文献Ｓとする）などに記載された方法などを適用することができる。

（Ｉ）基材表面への重合開始基の固定
基材表面１９Ａに重合開始基を導入する方法としては、特に限定されないが、重合開始剤を溶剤に溶解あるいは分散させることで、重合開始剤溶液を調製し、調製した重合開始剤溶液中に基材１９を浸漬する方法などが挙げられる。

重合開始剤としては、特に限定されないが、基材表面１９Ａに結合可能な基と、ラジカル発生基とを有する化合物が好ましく、例えば、文献Ｐ、文献Ｒ及び文献Ｓなどに開示されている重合開始剤を広く用いることができる。これらの中でも、重合開始剤としては、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ：Atom Transfer Radical Polymerization）系の重合開始剤が好ましく、（３－トリメトキシシリル）プロピル－２－ブロモ－２－メチルプロピオネートがより好ましい。
なお、必要に応じて、重合開始基の導入に先立ち、基材表面１９Ａを洗浄することが望ましい。基材表面１９Ａの洗浄は、基材１９の材質及び形状などに応じて、公知の方法により行うことができる。

（ＩＩ）表面開始リビングラジカル重合による高分子グラフト鎖の合成
重合開始基を導入した基材表面１９Ａに高分子グラフト鎖を形成する方法は、特に限定されないが、まず、所定のモノマーや各種低分子遊離開始剤（ラジカル開始剤）などの重合反応に必要な各種成分を、溶剤に溶解あるいは分散させることで重合反応溶液を調製する。次に、調製した重合反応溶液に、予め重合開始基を導入しておいた基材１９を浸漬させた後、必要に応じて加圧、加熱することで、基材表面１９Ａに、重合単位として所定のモノマーを含有する高分子グラフト鎖１２１を形成することができる。

重合反応溶液の調製方法は、特に限定されないが、例えば文献Ｐ及び文献Ｓなどに記載の方法を好適に用いることができ、これらの文献に記載のモノマーや低分子遊離開始剤などを広く用いることができる。これらの中でも、文献Ｐに記載の方法により重合反応溶液を調製することが好ましく、モノマーとしては、メタクリル酸メチル（以下、ＭＭＡ）が好ましい。また、低分子遊離開始剤としてはエチル－２－ブロモ－２－メチルプロピオネートを用いることが好ましい。

また、表面開始リビングラジカル重合の反応条件は、特に限定されないが、例えば文献Ｐや文献Ｓの条件等で行うことができる。これらの中でも、文献Ｐに記載の方法により重合反応を行うことが好ましく、特に加圧（例えば、４００ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下程度）、加熱（例えば、５０℃以上６０℃以下程度）した条件下で行うことが好ましい。加圧して重合反応を行うことにより、より濃厚な（高分子グラフト鎖１２１のグラフト密度が高く）、かつより高膜厚な（平均分子鎖長さが長い）ポリマーブラシ層１２を形成することができる。

基材表面１９Ａに形成する高分子グラフト鎖１２１は、基材表面１９Ａの面積に対する表面占有率σ*（ポリマー断面積当たりの占有率）で１０％以上になることが好ましく、より好ましくは１５％以上、さらに好ましくは２０％以上である。表面占有率σ*は、ポリマーの伸びきり形態における繰り返し単位長さとポリマーのバルク密度よりポリマー断面積を求め、グラフト密度を掛けて算出することができる。より具体的には、表面占有率σ*は、下記式により求めることができる。すなわち、表面占有率σ*は、基材表面１９Ａをグラフト点（１つ目のモノマー）が占める面積割合を意味する（最密充填で１００％、１００％を超えてグラフト化はできない）。

σ*＝（ポリマー断面積）×グラフト密度σ
（ポリマー断面積＝（グラフト鎖部分のモノマー１個当たりの体積）／（ポリマーの伸びきり形態における繰り返し単位の長さ）
グラフト鎖部分のモノマー１個当たりの体積＝［｛（グラフト鎖部分のモノマーの分子量）／（アボガドロ数）｝／（ポリマーのバルク密度）］）。

グラフト密度σはｎｍ^２当たりに存在する高分子グラフト鎖１２１の数（ｃｈａｉｎ／ｎｍ^２）を表す。具体的には、グラフト密度σは、グラフト鎖の数平均分子量（Ｍｎ）の絶対値、グラフトされたポリマー量（ポリマーブラシ層１２の乾燥膜厚）及び基材表面１９Ａの表面積から算出することができる。特に、０．１ｃｈａｉｎ／ｎｍ^２以上のグラフト密度σを有するポリマーブラシは濃厚ポリマーブラシとして定義される。尚、表面占有率σ*が１００％（最密充填）である場合、理論上のグラフト密度σの上限は、ＰＭＭＡであれば１．７９（ｃｈａｉｎ／ｎｍ^２）となる。

ポリマーブラシ層１２を構成する高分子グラフト鎖１２１の平均分子鎖長さＬｐ（すなわち、ポリマーブラシ長）は、好ましくは０ｎｍより大きく１００００ｎｍ以下であり、実用的な観点より、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の範囲であることがより好ましい。高分子グラフト鎖１２１の平均分子鎖長さＬｐが短すぎると、密封性が低下する傾向にある。また、高分子グラフト鎖１２１の平均分子鎖長さＬｐは、例えば、重合条件等により調整することができる。

また、高分子グラフト鎖１２１の平均分子鎖長さＬｐは、例えば、高分子グラフト鎖１２１の数平均分子量（Ｍｎ）及び分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）を測定し、これらの測定結果から求めることができる。高分子グラフト鎖１２１の数平均分子量（Ｍｎ）及び分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は、例えば、フッ化水素酸処理により基材１９から高分子グラフト鎖１２１を切り出し、切り出した高分子グラフト鎖１２１を用いて、ゲルパーミエーションクロマトグラフ法により測定する方法が挙げられる。あるいは、重合時に生成する遊離ポリマーが基材１９に導入された高分子グラフト鎖１２１と等しい分子量を有することが知られており、該遊離ポリマーについて、ゲルパーミエーションクロマトグラフ法により、数平均分子量（Ｍｎ）及び分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）を測定し、これをそのまま用いる方法を採用してもよい。

シール面１ａを形成するポリマーブラシ層１２における高分子グラフト鎖１２１の分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は、１に近いことが好ましく、好適には１．３以下であり、より好ましくは１．２５以下、さらに好ましくは１．２０以下、特に好ましくは１．１５以下である。

本実施形態に係るシール構造１０においては、基材表面１９Ａとポリマーブラシ層１２との間に、シリカコート層を設けてもよい。シリカコート層は、例えば、基材表面１９Ａに対してアルコキシシランを用いたゾル－ゲル法によるシリカコーティング処理により設けることができる。

アルコキシシランを用いたゾル－ゲル法によるシリカコーティング処理の種類・条件としては、シリカコート層を設けることができれば特に制限はない。アルコキシシランを用いたゾル－ゲル法によるシリカコーティング処理としては、例えば、テトラアルコキシシランなどのアルコキシシラン及び２８質量％アンモニア水などのアルカリ水溶液を溶媒に溶解または分散させて反応溶液を調製し、調製した反応溶液中に基材１９を浸漬する方法などが挙げられる。アルコキシシランを用いたゾル－ゲル法によるシリカコーティング処理では、アルコキシシランは加水分解等によりシリカ（ＳｉＯ_２）に変換する。

なお、ポリマーブラシ層１２は、基材表面１９Ａに直接設ける場合と同様にして、シリカコート層の表面に設けることができる。
また、必要に応じて、シリカコート層を設ける前に、上述したポリマーブラシ層１２を設ける際と同様に、基材表面１９Ａを洗浄することが望ましい。基材表面１９Ａの洗浄は、基材１９の材質及び形状などに応じて、公知の方法により行うことができる。

ポリマーブラシ層１２は、基材表面１９Ａに形成された高分子グラフト鎖１２１を液体物質（膨潤液体）で膨潤させたものであることが好ましい。高分子グラフト鎖１２１を膨潤させる液体物質としては、高分子グラフト鎖１２１に対して膨潤性を示す化合物であればよく、特に限定はされないが、高分子グラフト鎖１２１との親和性が高いという観点から、イオン液体が好ましい。なお、コーティング層１２がポリマーブラシ層以外の層の場合においても、それらの層を構成する物質に対して膨潤性を示す化合物を液体物質として用いることが好ましく、イオン液体がより好ましい。

ポリマーブラシ層１２を膨潤させる液体物質として好ましいイオン液体としては、例えば、文献Ｓに記載のもの等を挙げることができる。これらの中でも、イオン液体としては、Ｎ，Ｎ－ジエチル－Ｎ－メチル－（２－メトキシエチル）アンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（以下、「ＤＥＭＥ－ＴＦＳＩ」ともいう。）及びメトキシエチルメチルピロリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（以下、「ＭＥＭＰ－ＴＦＳＩ」ともいう。）が好ましい。

基材表面１９Ａに形成された高分子グラフト鎖１２１を液体物質で膨潤させる方法としては、特に限定されないが、例えば、基材表面１９Ａに形成された高分子グラフト鎖１２１に、液体物質を塗布して、その後、静置する方法や、高分子グラフト鎖１２１を形成した基材１９を液体物質中に浸漬させる方法等が挙げられる。

なお、本実施形態では、図１に示される通り、ハウジング１５の内部空間に膨潤液体１７が充填されている。ハウジング１５の内部空間に充填された膨潤液体１７は、第１のコーティング層１２Ａ及び第２のコーティング層１２Ｂの端部に接液しており、第１のコーティング層１２Ａ及び第２のコーティング層１２Ｂに含侵して、これらを膨潤させることができる。

本実施形態のシール構造１０においては、軸ｘ方向の他方側（上側（ａ））の開口部１５ａから漏れ出さない限り、ハウジング１５の内部空間に膨潤液体１７が常に充填された状態になっており、第１のコーティング層１２Ａ及び第２のコーティング層１２Ｂに膨潤液体１７が常時供給され、これらの膨潤状態が維持されるようになっている。

以上説明したように、本実施形態に係るシール構造１０で採用されたシール部材１は、シール面１ａにコーティング層１２を有することにより、シール面１ａに対応する基材表面１９Ａ及び被シール面の表面性状の影響を受けず、シール面１ａにおいて優れた密封性が得られる。

通常、メカニカルシールによるシール構造では、耐摩耗性及び耐熱性などの観点から、基材としては、アルミナや炭化ケイ素などの硬質セラミックスのような硬質材が広く用いられる。また、通常、シール面が接触する面（被シール面）は、十分な密封性（特に、静的な密封性）を確保する観点から、高平坦度及び高平滑度に加工されているのが一般的である。

これらのシール面として基材表面を、高平坦度及び高平滑度に加工するためには、高精度の面加工が必要となる。しかし、上記のような硬質材は加工性が乏しいため、シール面としての基材表面を高精度に面仕上げするのは困難で、漏れが発生しやすいという問題があった。

しかしながら、シール部材１では、それぞれのシール面に対応する基材表面が精密に面仕上げされていなくても、これらの内の少なくとも一方が、シール面にコーティング層を有していることで、当該コーティング層の存在により、それぞれの基材表面の表面性状の影響が緩和され、それぞれのシール面において高い密封性を確保することができ、漏れの発生を有効に防止することができる。

本実施形態のシール構造１０においては、まず、基材１９としてのブッシュ１１における軸孔１１ｃの内周面１１ｄ（図２における基材表面１９Ａ）に第１のコーティング層１２Ａが形成されて、図２を用いて説明したシール部材１となっている。そのため、ブッシュ１１における軸孔１１ｃの内周面１１ｄと、シャフト１３が反時計回り（矢印Ｔ方向）に回転することにより内周面１１ｄと摺擦するシャフト１３の外周面と、の間において、優れた密封性を確保することができ、漏れの発生を有効に防止することができる。

本実施形態では、軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））がＰ２（例えば、真空Ｖ）に、他方側（上側（ａ））がＰ１（例えば、大気圧ＡＰ）になっており、その差圧（Ｐ１－Ｐ２）から、軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））に向けて荷重が掛かる。また、シャフト１３は、軸ｘ方向の上側（ａ）及び下側（ｂ）に移動する往復摺動が生じることから、軸ｘ方向の他方側（上側（ａ））及び一方側（下側（ｂ））に向けて荷重が掛かる。何れも軸方向への荷重であり、第１のコーティング層１２Ａに対して垂直方向などの接触荷重は掛からない。したがって、第１のコーティング層１２Ａに対する負荷が少なく、第１のコーティング層１２Ａの摩耗を抑制することができる。

また、本実施形態では、バネ１４によって、ブッシュ１１をリング部材１６に、軸ｘ方向の他方側（上側（ａ））から押圧している構成であるため、ブッシュ１１の軸と軸ｘとが一致する状態からある程度傾いた状態までブッシュ１１が姿勢を傾けることができるようになっている。シャフト１３の傾きに追随して姿勢を変えたブッシュ１１は、バネ１４に接続された上側（ａ）がバネ１４の柔軟性によって軸ｘと交差する方向に僅かに動くとともに、当該上側（ａ）を基点として下側（ｂ）が振り子状に動く。

ブッシュ１１における軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の端面１１ｂは、バネ１４の弾性による伸張力によって、受圧部材であるリング部材１６に押圧されているため、リング部材１６の対向面１６ａを接触面内方向に動くことができる状態になっている。
以上の構成により、シャフト１３が軸ｘに対して偏心した場合や傾いて首振り状になった場合にも、ブッシュ１１が姿勢を変えてシャフト１３の偏心や傾きに追随することができる。したがって、シャフト１３が軸ｘに対して偏心や傾きが生じた場合にも、優れた密封性向上効果及び低摩擦性の効果を実現することができる。

本実施形態のシール構造１０においては、さらに、基材１９としてのリング部材１６における対向面１６ａ（図２における基材表面１９Ａ）に第２のコーティング層１２Ｂが形成されて、図２を用いて説明したシール部材１となっている。また、当該第２のコーティング層１２Ｂに対して、バネ１４の弾性による伸張力によってブッシュ１１の端面１１ｂが押圧されているため、第２のコーティング層１２Ｂに接触荷重が掛けられた状態になっている。

そのため、シャフト１３の傾きに追随してブッシュ１１が姿勢を変え、ブッシュ１１の端面１１ｂがリング部材１６の対向面１６ａに接触して接触面内方向で微摺動する際にも、第２のコーティング層１２Ｂの作用によって、優れた密封性向上効果及び低摩擦性の効果を実現することができる。

即ち、本実施形態では、シャフト１３の回転時に常時摺動するブッシュ１１の内周面１１ｄとシャフト１３の外周面との間においては、接触荷重が掛からないようにしている。そのため、第１のコーティング層１２Ａに対する負荷を抑制し、満足な密封性向上及び低摩擦性の効果を長期的に実現することができるようになっている。

一方、摺動するとしても僅かであり、かつ、摺動の頻度が少ないブッシュ１１の端面１１ｂとリング部材１６の対向面１６ａとの間においては、バネ１４によって積極的に接触荷重を掛けている。そのため、第２のコーティング層１２Ｂによる低摩擦性の効果を利用しつつ、優れた密封性を確保することができ、漏れの発生を有効に防止することができるようになっている。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の例示的一態様である第２の実施形態に係るシール構造２０の概略構成を示すための、軸ｘに沿う断面における断面図である。図３を参照して、本実施形態に係るシール構造２０の構成を説明する。

第２の実施形態にかかるシール構造２０は、構造の一部が異なることを除き、第１の実施形態にかかるシール構造１０と同一の形状乃至構成のものである。よって、本実施形態にかかる図３においては、第１の実施形態と同一の構成の部材に同一の符号を付して、その詳細な説明を省略している。

なお、第２の実施形態にかかるシール構造２０におけるコーティング層１２が形成された表面近傍（シール部材１）の構成については、主として図２を用いた第１の実施形態における説明を参照されたい（以降の実施形態にかかるシール構造３０，４０においても同様）。

本実施形態では、ハウジング１５の内面領域１５ｄと受圧部材としてのリング部材２６との間に、さらにリング部材２６用のバネ（リング部材用弾性部材）２４が介在している。当該バネ２４は、リング部材２６をブッシュ１１に軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））から押圧している。

バネ２４は、ハウジング１５が有する開口部１５ａ，１５ｂのうちの軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の開口部１５ｂを取り囲むハウジング１５の内面領域１５ｄと、ブッシュ１１における軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の端面１１ｂと、の間に介在している。当該バネ２４は、リング部材２６をブッシュ１１に、軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））から押圧する。したがって、第２のコーティング層１２Ｂが形成されたリング部材２６の対向面２６ａは、ブッシュ１１における端面１１ｂに、バネ２４の弾性作用（伸長方向への復元作用）によって押圧されている。

バネ２４は、さらに、その伸縮方向（軸ｘ方向と同じ）の他端側（上側（ａ））でリング部材２６と接続され、一端側（下側（ｂ））でハウジング１５の内面（内面領域１５ｄ）と接続されている。なお、図３において、バネ２４は、模式的に左右に一対描かれているが、実際には、軸ｘ方向の一端側（下側（ｂ））から見て、円環状のリング部材２６表面の周方向に均等（回転対称）な位置に３点（即ち、円周角１２０℃の位置に）配置されている。

リング部材２６の外周には、シールリング２８が取り付けられている。リング部材２６が軸ｘ方向に可動なので、第１の実施形態におけるシールリング１８のようにリング部材１６の中心孔の縁におけるハウジング１５側（下側（ｂ））とハウジング１５の内面領域１５ｄとの間にシールリングを配することはできない。

したがって、本実施形態では、リング部材２６の外周に取り付けられたシールリング２８がハウジング１５の内周面１５ｅを摺擦することで、リング部材２６の軸ｘ方向への可動を許容させている。このシールリング２８によって、膨潤液体１７が堰き止められてシールされ、ハウジング１５の内周面１５ｅとリング部材２６の外周との間に入り込んで境界を超えることを阻止している。

本実施形態では、第１の実施形態とほぼ同様の構成を備えているため、第１の実施形態と同様の作用が生じ、同様の効果を奏することができる。本実施形態では、当該第１の実施形態と同様の作用乃至効果に加え、リング部材用弾性部材としてのバネ２４を備えることによる作用乃至効果を期待することができる。

即ち、第２のコーティング層１２Ｂを介して当接するブッシュ１１及びリング部材２６をバネ１４とバネ２４とで軸ｘ方向の両側から挟み込むように保持するため、ブッシュ１１及びリング部材２６を安定的に支持することができる。また、ブッシュ１１及びリング部材２６を軸ｘ方向の両側で、弾性を有するバネ１４及びバネ２４で保持しているため、ブッシュ１１及びリング部材２６の姿勢の自由度が増し、追従性が向上する。したがって、軸ｘに対してシャフト１３の偏心や傾きが生じた場合の密封性向上効果及び低摩擦性の効果を高い次元で実現することができる。

［第３の実施形態］
図４は、本発明の例示的一態様である第３の実施形態に係るシール構造３０の概略構成を示すための、軸ｘに沿う断面における断面図である。図４を参照して、本実施形態に係るシール構造３０の構成を説明する。

第３の実施形態にかかるシール構造３０は、１本のシャフト１３に対して、１つのハウジング３５を共有する２つのシールユニット１０Ａ，１０Ｂを備えている。この２つのシールユニット１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ、第１の実施形態に係るシール構造１０とほぼ同様の構造（本発明のシール構造の一態様）を有しており、相互に反転状態で配置されている。

したがって、２つのシールユニット１０Ａ，１０Ｂは、構造の一部が異なることを除き、第１の実施形態にかかるシール構造１０と同一の形状乃至構成のものである。よって、本実施形態にかかる図４において、シールユニット１０Ｂについては、第１の実施形態と同一の構成の部材に同一の符号を付して、その詳細な説明を省略している。また、シールユニット１０Ａについては、第１の実施形態と同一の構成の部材に同一の付番に「′（ダッシュ）」を加えた符号を付して、同様に、その詳細な説明を省略している。

ハウジング３５は、シールユニット１０Ａの一部を構成するカップ部材３５ｆと、シールユニット１０Ｂの一部を構成するカップ部材３５ｉと、シャフト１３が貫通する開口部３５ｍを中心に有する円盤部材３５ｅと、を有する。カップ部材３５ｆ，３５ｉは、カップの開口の縁から外方に延出するフランジ部３５ｇ，３５ｈを有する。

カップ部材３５ｆ及びカップ部材３５ｉは、そのカップの開口を対向させ、フランジ部３５ｇとフランジ部３５ｈとを、間に円盤部材３５ｅを挟み込んだ状態で、例えばビスとナットからなる締結具３５ｊで締結されている。これにより、全体として１つのハウジング３５が構成されている。

ハウジング３５の内部空間は、シールユニット１０Ａ側とシールユニット１０Ｂ側とが開口部３５ｍで連通した密閉空間になっている。そして、この密閉空間（内部空間）に、シールユニット１０Ａ及びシールユニット１０Ｂにおける第１のコーティング層１２Ａ，１２Ａ′及び第２のコーティング層１２Ｂ，１２Ｂ′を膨潤させる膨潤液体１７が、充填されている。

シールユニット１０Ｂにおいて、第１の実施形態に係るシール構造１０におけるハウジング１５は、以上説明したハウジング３５に置き換わっている。ハウジング３５は、その軸ｘ方向の両端面に、シャフト１３が貫通する開口部（貫通孔）３５ａ，３５ｂを有している。シールユニット１０Ｂにおいて、ハウジング３５のリング部材１６寄りの開口部３５ｂは、第１の実施形態に係るシール構造１０において、軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の開口部１５ｂに相当する（図１参照）。

シールユニット１０Ａにおいても、第１の実施形態に係るシール構造１０におけるハウジング１５は、以上説明したハウジング３５に置き換わっている。ただし、シールユニット１０Ｂとは上下反転したシールユニット１０Ａにおいて、ハウジング３５のリング部材１６′寄りの開口部３５ａが、第１の実施形態に係るシール構造１０において、軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の開口部１５ｂに相当する（図１参照）。
換言すれば、一方のシールユニット１０Ｂにおいて軸ｘ方向の他方側となるハウジング３５の開口部（貫通孔）３５ａが、他方のシールユニット１０Ａにおいては軸ｘ方向の一方側の開口部（図１における開口部１５ｂに相当）となっている。

円盤部材３５ｅは、ハウジング３５における軸ｘ方向の中央に位置する。また、円盤部材３５ｅにおけるフランジ部３５ｇ，３５ｈに挟まれた領域よりも軸ｘ側は、ハウジング３５の内周面からシャフト１３に向けて突出する円盤状（平板状）の突出部３５ｋとなっている。

２つのシールユニット１０Ａ，１０Ｂにおいて、突出部３５ｋにおけるそれぞれの前記シール構造側の面３５ｋａ，３５ｋｂと、それぞれのブッシュ１１′，１１における突出部３５ｋに対向する端面１１ａ′，１１ａと、の間に、それぞれのバネ（弾性部材）１４´，１４が介在している。

また、２つのシールユニット１０Ａ，１０Ｂにおいて、それぞれのバネ１４´，１４が、その伸縮方向（軸ｘ方向と同じ）の一端側（シールユニット１０Ａにおいては上側（ａ）、シールユニット１０Ｂにおいては下側（ｂ））でそれぞれのブッシュ１１′，１１と接続され、他方側で突出部３５ｋと接続されている。

なお、この突出部３５ｋとしては、円盤状であることは必須ではなく、例えば、バネ（弾性部材）１４´，１４が当接乃至固定される部分のみが、ハウジング３５の内周面から突出した形状であってもよく、当該部位の形状は、平板状であることが好ましいが、バネ（弾性部材）１４´，１４が当接され、必要に応じて固定されるようにさえなっていれば、どのような形状でも構わない。

本実施形態では、第１の実施形態とほぼ同様の構成のシールユニット１０Ａ，１０Ｂを備えているため、第１の実施形態と同様の作用が生じ、同様の効果を奏することができる。本実施形態では、当該第１の実施形態と同様の作用乃至効果に加え、本実施形態特有の作用乃至効果を期待することができる。

即ち、本実施形態では、１本のシャフト１３に対して、１つのハウジング３５を共有する２つのシールユニット１０Ａ，１０Ｂを備える特有の構成であり、密閉空間になっているハウジング３５の内部空間に充填された膨潤液体１７が漏れ出ることが無い。したがって、本実施形態に係るシール構造３０によれば、天地をどのように傾けたり転倒させたりして適用してもシール効果に影響を与えることが無いため、適用範囲、適用環境、適用箇所等の適用条件の制限を格段に緩和することができる。

また、膨潤液体１７が充填されたハウジング３５の内部空間が密閉空間になっているため、外部から異物が侵入する心配がなく、膨潤液体１７が蒸発することにより減量してしまう心配もない。そのため、本実施形態に係るシール構造３０によれば、侵入した異物による膨潤液体１７の劣化や内部部材の損傷等、あるいは、膨潤液体１７の不足によるも密封性や低摩耗性の効果低減の懸念が抑制され、膨潤液体１７の補充や交換の手間を軽減することができる。したがって、本実施形態に係るシール構造３０によれば、広い適用範囲で、優れた密封性向上効果及び低摩擦性の効果を長期的に維持することができる。

［第４の実施形態］
図５は、本発明の例示的一態様である第４の実施形態に係るシール構造４０の概略構成を示すための、軸ｘに沿う断面における断面図である。図５を参照して、本実施形態に係るシール構造４０の構成を説明する。

第４の実施形態にかかるシール構造４０は、１本のシャフト１３に対して、１つのハウジング３５を共有する２つのシールユニット２０Ａ，２０Ｂを備えている。この２つのシールユニット１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ、第２の実施形態に係るシール構造２０とほぼ同様の構造（本発明のシール構造の一態様）を有しており、相互に反転状態で配置されている。

したがって、２つのシールユニット２０Ａ，２０Ｂは、構造の一部が異なることを除き、第２の実施形態にかかるシール構造２０と同一の形状乃至構成のものである。よって、本実施形態にかかる図５において、シールユニット２０Ｂについては、第２の実施形態と同一の構成の部材に同一の符号を付して、その詳細な説明を省略している。また、シールユニット２０Ａについては、第２の実施形態と同一の構成の部材に同一の付番に「′（ダッシュ）」を加えた符号を付して、同様に、その詳細な説明を省略している。

また、２つのシールユニット２０Ａ，２０Ｂが共有する１つのハウジング３５は、第３の実施形態にかかるシール構造３０と同一の形状乃至構成のものである。よって、本実施形態にかかる図５において、ハウジング３５及びその構成部材や関連部材（付番に３５を含むもの）については、第３の実施形態と同一の符号を付して、その詳細な説明を省略している。

本実施形態では、２つのシールユニット２０Ａ，２０Ｂが共有する１つのハウジング３５の内面領域１５ｄ´，１５ｄと受圧部材としてのリング部材２６´，２６との間に、さらにリング部材２６´，２６用のバネ（リング部材用弾性部材）２４´，２４が介在している。当該バネ２４´，２４は、リング部材２６´，２６をブッシュ１１´，１１に軸ｘ方向の一方側（シールユニット２０Ａにおいては上側（ａ）、シールユニット１０Ｂにおいては下側（ｂ））から押圧している。

バネ２４´，２４は、軸ｘ方向の一方側（シールユニット２０Ａにおいては上側（ａ）、シールユニット１０Ｂにおいては下側（ｂ））の開口部３５ａ，３５ｂを取り囲むハウジング３５の内面領域３５ｃ，３５ｄと、ブッシュ１１´，１１における軸ｘ方向の一方側（シールユニット２０Ａにおいては上側（ａ）、シールユニット１０Ｂにおいては下側（ｂ））の端面１１ｂ´，１１ｂと、の間に介在している。

当該バネ２４´，２４は、リング部材２６´，２６をブッシュ１１´，１１に、軸ｘ方向の一方側（シールユニット２０Ａにおいては上側（ａ）、シールユニット１０Ｂにおいては下側（ｂ））から押圧する。したがって、第２のコーティング層１２Ｂ´，１２Ｂが形成されたリング部材２６´，２６の対向面２６ａ´，２６ａは、ブッシュ１１´，１１における端面１１ｂ´，１１ｂに、バネ２４´，２４の弾性作用（伸長方向への復元作用）によって押圧されている。

バネ２４´，２４は、さらに、その伸縮方向（軸ｘ方向と同じ）の他端側（シールユニット２０Ａにおいては下側（ｂ）、シールユニット１０Ｂにおいては上側（ａ））でリング部材２６´，２６と接続され、一端側（シールユニット２０Ａにおいては上側（ａ）、シールユニット１０Ｂにおいては下側（ｂ））でハウジング３５の内面（シールユニット２０Ａにおいては内面領域３５ｃ、シールユニット１０Ｂにおいては内面領域３５ｄ）と接続されている。なお、図５において、バネ２４´，２４は、第２の実施形態におけるバネ２４と同様、円環状のリング部材２６´，２６表面の周方向に３点配置されている。

リング部材２６´，２６の外周には、シールリング２８´，２８が取り付けられている。第２の実施形態と同様、シールリング２８´，２８がハウジング３５の内周面３５ｎ，３５ｐを摺擦することで、リング部材２６´，２６の軸ｘ方向への可動を許容させている。このシールリング２８´，２８によって、膨潤液体１７が堰き止められてシールされ、ハウジング３５の内部空間が、シールユニット２０Ａ側とシールユニット２０Ｂ側とが開口部３５ｍで連通した密閉空間になっている。

本実施形態では、第１の実施形態とほぼ同様の構成を備えているため、第１の実施形態と同様の作用が生じ、同様の効果を奏することができる。本実施形態では、当該第１の実施形態と同様の作用乃至効果に加え、リング部材用弾性部材としてのバネ２４´，２４を備えることによる作用乃至効果を期待することができる。

即ち、第２のコーティング層１２Ｂ´，１２Ｂを介して当接するブッシュ１１´，１１及びリング部材２６´，２６をバネ１４´，１４とバネ２４´，２４とで軸ｘ方向の両側から挟み込むように保持するため、ブッシュ１１´，１１及びリング部材２６´，２６を安定的に支持することができる。また、ブッシュ１１´，１１及びリング部材２６´，２６を軸ｘ方向の両側で、弾性を有するバネ１４´，１４及びバネ２４´，２４で保持しているため、ブッシュ１１´，１１及びリング部材２６´，２６の姿勢の自由度が増し、追従性が向上する。したがって、軸ｘに対してシャフト１３の偏心や傾きが生じた場合の密封性向上効果及び低摩擦性の効果を高い次元で実現することができる。

さらに、本実施形態では、１本のシャフト１３に対して、１つのハウジング３５を共有する２つのシールユニット２０Ａ，２０Ｂを備える特有の構成であり、密閉空間になっているハウジング３５の内部空間に充填された膨潤液体１７が漏れ出ることが無い。したがって、本実施形態に係るシール構造４０によれば、天地をどのように傾けたり転倒させたりして適用してもシール効果に影響を与えることが無いため、適用範囲、適用環境、適用箇所等の適用条件の制限を格段に緩和することができる。

また、膨潤液体１７が充填されたハウジング３５の内部空間が密閉空間になっているため、外部から異物が侵入する心配がなく、膨潤液体１７が蒸発することにより減量してしまう心配もない。そのため、本実施形態に係るシール構造４０によれば、侵入した異物による膨潤液体１７の劣化や内部部材の損傷等、あるいは、膨潤液体１７の不足による密封性や低摩耗性の効果低減の懸念が抑制され、膨潤液体１７の補充や交換の手間を軽減することができる。したがって、本実施形態に係るシール構造４０によれば、広い適用範囲で、優れた密封性向上効果及び低摩擦性の効果を長期的に維持することができる。

［第５の実施形態］
図６は、本発明の例示的一態様である第５の実施形態に係るシール構造５０の概略構成を示すための、軸ｘに沿う断面における断面図である。図５を参照して、本実施形態に係るシール構造５０の構成を説明する。

第５の実施形態にかかるシール構造５０は、１本のシャフト１３に対して、１つのハウジング５５を共有する２つのシールユニット１０Ｂ，１０Ｃを備えている。この２つのシールユニット１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ、第１の実施形態に係るシール構造１０とほぼ同様の構造（本発明のシール構造の一態様）を有しており、隣り合う一組のシールユニット１０Ｂ，１０Ｃの向きが、軸ｘ方向において同じである。

したがって、２つのシールユニット１０Ｂ，１０Ｃは、構造の一部が異なることを除き、第１の実施形態にかかるシール構造１０と同一の形状乃至構成のものである。よって、本実施形態にかかる図６において、シールユニット１０Ｂについては、第１の実施形態と同一の構成の部材に同一の符号を付して、その詳細な説明を省略している。また、シールユニット１０Ｃについては、第１の実施形態と同一の構成の部材に同一の付番に「Ｃ」を加えた符号を付して、同様に、その詳細な説明を省略している。その他、ハウジング５５の構造の内、一部については、第３の実施形態におけるハウジング３５と同一の形状乃至構成のものがあるため、かかる部材については、第３の実施形態と同一の符号を付して、その詳細な説明を省略している。

ハウジング５５は、シールユニット１０Ｃの一部を構成し、シャフト１３が貫通する開口部５５ａ，５５ｍを中心に有する円盤部材５５ｎ，５５ｅと、同様にシールユニット１０Ｃの一部を構成し、円管状でその軸ｘ方向の両端にフランジ部５５ｐ，５５ｇを有する円管部５５ｆと、シールユニット１０Ｂの一部を構成するカップ部材３５ｉと、を有する。

円管部５５ｆのフランジ部５５ｇとカップ部材３５ｉのフランジ部３５ｈとは、間に円盤部材５５ｅを挟み込んだ状態で、締結具３５ｊで締結されている。また、円管部５５ｆのもう一方のフランジ部５５ｐの上側（ａ）には、円盤部材５５ｎが、例えばビスとナットからなる締結具５５ｊで締結されている。これにより、全体として１つのハウジング５５が構成されている。

本実施形態において、シールユニット１０Ｂのバネ１４は、ハウジング５５の内面領域に当たる、円盤部材５５ｅの突出部５５ｋにおける下側（ｂ）の面５５ｋｂと、ブッシュ１１の端面１１ａと、の間に介在している。バネ１４は、面５５ｋｂ及び端面１１ａと接続されている。

シールユニット１０Ｃのバネ１４Ｃは、ハウジング５５の内面領域に当たる、円盤部材５５ｎの下側（ｂ）の面５５ｃと、ブッシュ１１Ｃの端面１１ａＣと、の間に介在している。バネ１４Ｃは、面５５ｃ及び端面１１ａＣと接続されている。
本実施形態において、シールユニット１０Ｃにおけるブッシュ１１Ｃと、ハウジング５５の内面領域に当たる、円盤部材５５ｎの突出部５５ｋの面５５ｋａと、の間には、リング部材１６の如き部材は無い。

そのため、ブッシュ１１Ｃにおける軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の端面１１ｂＣに対向する対向面は面５５ｋａであり、当該面５５ｋａを有するハウジング５５が、本発明に云う受圧部材を構成する。そして、シールユニット１０Ｃの第２のコーティング層１２ＢＣは、当該面５５ｋａに形成されている。

バネ１４Ｃは、ブッシュ１１Ｃをハウジング５５における面５５ｋａに、軸ｘ方向の他方側（上側（ａ））から押圧する。したがって、ブッシュ１１Ｃにおける端面１１ｂＣは、第２のコーティング層１２ＢＣが形成された面５５ｋａに、バネ１４Ｃの弾性作用（伸長方向への復元作用）によって押圧されている。

ハウジング５５のうち、シールユニット１０Ｂ側の内部空間は、開口部５５ｍによりシールユニット１０Ｃ側と連通しているが、そのすぐ上側（ａ）で、シールユニット１０Ｃにおける第１のコーティング層１２ＡＣ及び第２のコーティング層１２ＢＣによってシールされている。そのため、シールユニット１０Ｂ側の内部空間は、密閉空間になっている。

一方、シールユニット１０Ｃ側の内部空間は、開口部５５ａにより上側（ａ）で外部と連通しているが、下側（ｂ）は、第１のコーティング層１２ＡＣ及び第２のコーティング層１２ＢＣによってシールされている。そのため、シールユニット１０Ｃ側の内部空間とシールユニット１０Ｂ側の内部空間とは仕切られており、シールユニット１０Ｂ側の内部空間に充填される膨潤液体１７とは種類の異なる膨潤液体（液体物質）５７を充填できるようになっている。

本実施形態では、第１の実施形態とほぼ同様の構成のシールユニット１０Ｂ，１０Ｃを備えているため、第１の実施形態と同様の作用が生じ、同様の効果を奏することができる。本実施形態では、当該第１の実施形態と同様の作用乃至効果に加え、本実施形態特有の作用乃至効果を期待することができる。

即ち、本実施形態においては、シールユニット１０Ｃにおける軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の隣に、他のシールユニット１０Ｂがある状態になっている。シールユニット１０Ｃにおける軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））は、隣のシールユニット１０Ｂとの間がシールされた状態になっている。

そのため、密封側（シールユニット１０Ｂ側）と開放側（シールユニット１０Ｃ側）とで膨潤液体１７，５７が入る部屋を分けることが可能となり、使用条件に応じて、最適な膨潤液体を使い分けることが可能になる。また、それぞれのシールユニット１０Ｂ，シールユニット１０Ｃにおけるコーティング層１２についても、使用条件に応じて、最適なものを使い分けることが可能になる。

［第６の実施形態］
図７は、本発明の例示的一態様である第６の実施形態に係るシール構造６０の概略構成を示すための、軸ｘに沿う断面における断面図である。図７を参照して、本実施形態に係るシール構造６０の構成を説明する。

第６の実施形態にかかるシール構造６０は、１本のシャフト１３に対して、１つのハウジング６５を共有する３つのシールユニット１０Ａ，１０Ｄ，１０Ｂを備えている。この３つのシールユニット１０Ａ，１０Ｄ，１０Ｂは、それぞれ、第１の実施形態に係るシール構造１０とほぼ同様の構造（本発明のシール構造の一態様）を有している。

そして、隣り合う一組のシールユニット１０Ａ，１０Ｄの向きが、相互に反転状態で配置されている。また、もう一つの組み合わせである一組のシールユニット１０Ｄ，１０Ｂの向きが、軸ｘ方向において同じである。
なお、本実施形態にかかるシール構造６０は、第３の実施形態にかかるシール構造３０におけるシールユニット１０Ａとシールユニット１０Ｂとの間に，シールユニット１０Ｄが挟み込まれた構造とも云える。よって、本実施形態にかかる図７において、シールユニット１０Ａ及びシールユニット１０Ｂについては、第３の実施形態と同一の構成の部材に同一の符号を付して、その詳細な説明を省略している。
また、シールユニット１０Ｄについては、第１の実施形態と同一の構成の部材に同一の付番に「Ｄ」を加えた符号を付して、同様に、その詳細な説明を省略している。

ハウジング６５は、シールユニット１０Ａの一部を構成するカップ部材３５ｆと、シールユニット１０Ｂの一部を構成するカップ部材３５ｉと、シャフト１３が貫通する開口部３５ｍを中心に有する円盤部材３５ｅと、の他、シールユニット１０Ｄを構成する部材を有する。ハウジング６５におけるシールユニット１０Ｄを構成する部材は、円管状でその軸ｘ方向の両端にフランジ部６５ｒ，６５ｓを有する円管部６５ｇ、及び、シャフト１３が貫通する開口部６５ｗを中心に有する円盤部材６５ｕであり、これらは円盤部材３５ｅとカップ部材３５ｉとの間に挟まれている。

第３の実施形態において締結具３５ｊで締結されている３つの部材の内、カップ部材３５ｉのフランジ部３５ｈが、本実施形態においては円管部６５ｇのフランジ部６５ｒに置き換わっている。即ち、本実施形態においては、カップ部材３５ｆのフランジ部３５ｇと円管部６５ｇのフランジ部６５ｒとが、間に円盤部材３５ｅを挟み込んだ状態で、締結具３５ｊで締結されている。

また、円管部６５ｇのフランジ部６５ｓとカップ部材３５ｉのフランジ部３５ｈとが、間に円盤部材６５ｕを挟み込んだ状態で、例えばビスとナットからなる締結具６５ｔで締結されている。
これら締結具３５ｊ及び締結具６５ｔによる締結で、全体として１つのハウジング６５が構成されている。

本実施形態において、シールユニット１０Ｂのバネ１４は、ハウジング６５の内面領域に当たる、円盤部材６５ｕの突出部６５ｖにおける下側（ｂ）の面６５ｖｂと、ブッシュ１１の端面１１ａと、の間に介在している。バネ１４は、面６５ｖｂ及び端面１１ａと接続されている。

シールユニット１０Ｄのバネ１４Ｄは、ハウジング６５の内面領域に当たる、円盤部材３５ｅの突出部３５ｋにおける下側（ｂ）の面３５ｋｂと、ブッシュ１１Ｄの端面１１ａＤと、の間に介在している。バネ１４Ｄは、面３５ｋｂ及び端面１１ａＤと接続されている。
本実施形態において、シールユニット１０Ｄにおけるブッシュ１１Ｄと、ハウジング６５の内面領域に当たる、円盤部材６５ｕの突出部６５ｖの面６５ｖａと、の間には、リング部材１６の如き部材は無い。

そのため、ブッシュ１１Ｄにおける軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の端面１１ｂＤに対向する対向面は面６５ｖａであり、当該面６５ｖａを有するハウジング６５が、本発明に云う受圧部材を構成する。そして、シールユニット１０Ｄの第２のコーティング層１２ＢＤは、当該面６５ｖａに形成されている。

バネ１４Ｄは、ブッシュ１１Ｄをハウジング６５における面６５ｖａに、軸ｘ方向の他方側（上側（ａ））から押圧する。したがって、ブッシュ１１Ｄにおける端面１１ｂＤは、第２のコーティング層１２ＢＤが形成された面６５ｖａに、バネ１４Ｄの弾性作用（伸長方向への復元作用）によって押圧されている。

ハウジング６５の内部空間は、シールユニット１０Ａの領域とシールユニット１０Ｄの領域とが開口部３５ｍで連通した密閉空間になっている。そして、この密閉空間（内部空間）に、シールユニット１０Ａ及びシールユニット１０Ｄにおける第１のコーティング層１２Ａ，１２ＡＤ及び第２のコーティング層１２Ｂ，１２ＢＤを膨潤させる膨潤液体１７が、充填されている。

一方、ハウジング５５の内部空間のうち、シールユニット１０Ｂの領域の内部空間は、開口部６５ｗによりシールユニット１０Ｄ側と連通しているが、そのすぐ上側（ａ）で、シールユニット１０Ｄにおける第１のコーティング層１２ＡＤ及び第２のコーティング層１２ＢＤによってシールされている。そのため、シールユニット１０Ｂの領域の内部空間と、シールユニット１０Ａ及びシールユニット１０Ｄの領域の内部空間とは仕切られており、シールユニット１０Ａ及びシールユニット１０Ｄの領域の内部空間に充填される膨潤液体１７とは種類の異なる膨潤液体（液体物質）６７を充填できるようになっている。

本実施形態では、第１の実施形態とほぼ同様の構成のシールユニット１０Ａ，１０Ｄ，１０Ｂを備えているため、第１の実施形態と同様の作用が生じ、同様の効果を奏することができる。本実施形態では、当該第１の実施形態と同様の作用乃至効果に加え、本実施形態特有の作用乃至効果を期待することができる。

即ち、本実施形態においては、シールユニット１０Ｄにおける軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の隣に、他のシールユニット１０Ｂがある状態になっている。シールユニット１０Ｄにおける軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））は、隣のシールユニット１０Ｂとの間がシールされた状態になっている。

そのため、２つの密封領域、即ち、シールユニット１０Ｂの領域とシールユニット１０Ａ及びシールユニット１０Ｄの領域とで膨潤液体１７，６７が入る部屋を分けることが可能となり、使用条件に応じて、最適な膨潤液体を使い分けることが可能になる。また、それぞれのシールユニット１０Ｂ，シールユニット１０Ａ及びシールユニット１０Ｄにおけるコーティング層１２についても、使用条件に応じて、最適なものを使い分けることが可能になる。

また、本実施形態においては、シールユニット１０Ｂの領域とシールユニット１０Ａ及びシールユニット１０Ｄの領域とが、ともに密閉空間になっている。即ち、ハウジング６５の内部空間には、２つの部屋に別々の膨潤液体１７，６７が充填されているが、何れも密閉空間であるため、膨潤液体１７，６７が漏れ出ることが無い。したがって、本実施形態に係るシール構造６０によれば、天地をどのように傾けたり転倒させたりして適用してもシール効果に影響を与えることが無いため、適用範囲、適用環境、適用箇所等の適用条件の制限を格段に緩和することができる。

さらに、本実施形態では、シールユニットが３個連なっており、仮に、何れかのシールユニットに漏れが生じてしまうようなことがあっても、他のシールユニットがバックアップとなり、シール構造の全体としての耐久性が格段に向上する。特に、例えば、差圧環境下で使用される場合等、その両端（上側（ａ）及び下側（ｂ））で大きく異なる環境乃至条件に晒される場合には、それら環境乃至条件による負荷が当該両端のシールユニットにかかるため、１個のシールユニットに掛かる負荷を軽減するためには、シールユニットの数を増やすことが有効である。

このバックアップによる耐久性向上効果は、シールユニットの数が１個の場合（第１～第２の実施形態）よりも２個の場合（第３～第５の実施形態）の方が高く、３個の場合の本実施形態はそれらよりもさらに高い。勿論、必要に応じてシールユニットの数を４個以上にしても構わない。

以上、本発明のシール構造について、好ましい６つの実施形態を挙げて説明したが、本発明のシール構造は上記実施形態に係るシール構造１０，２０，３０，４０，５０，６０の構成に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、弾性部材及びリング部材用弾性部材としてコイル状のバネを用いた例を挙げて説明したが、本発明において、弾性部材及びリング部材用弾性部材としては、コイル状のバネには限定されず、板バネやゴム等の各種弾性体を採用することができる。

また、上記実施形態においては、バネ１４′，１４，１４Ｃ，１４Ｄ，２４′，２４がその両側の部材に固定されている例を挙げて説明したが、本発明において、弾性部材及びリング部材用弾性部材としては、押圧する対象部材（ブッシュ、リング部材、ハウジング等）を所定の方向に押圧する機能を有していればよい。さらに、当該機能を有してさえいれば、どの位置に配置されていても構わない。勿論、バネが押圧する対象部材の間に位置し、かつ、その両側の対象部材に固定されている方が、支持や押圧が安定する点で好ましい。

また、上記実施形態においては、ブッシュ１１′，１１，１１Ｃ，１１Ｄにおける軸孔１１ｃ′，１１ｃ，１１ｃＣ，１１ｃＤの内周面１１ｄ′，１１ｄ，１１ｄＣ，１１ｄＤに、第１のコーティング層１２Ａが形成された例を挙げて説明したが、本発明において、第１のコーティング層は、シャフト１３の外周面、及び、ブッシュ１１′，１１における軸孔１１ｃ′，１１ｃ，１１ｃＣ，１１ｃＤの内周面１１ｄ′，１１ｄ，１１ｄＣ，１１ｄＤ、のいずれか一方の面もしくは双方の面に形成されていればよい。当該第１のコーティング層が、軸孔１１ｃ′，１１ｃ，１１ｃＣ，１１ｃＤの内周面１１ｄ′，１１ｄ，１１ｄＣ，１１ｄＤとシャフト１３との間に形成されていればよく、両者の間隙が埋められる。

また、第１～第４の実施形態においては、リング部材１６′，１６，２６′，２６における対向面１６ａ′，１６ａ，２６ａ′，２６ａに、第２のコーティング層１２Ｂ，１２Ｂ′が形成された例を挙げて説明したが、本発明において、第２のコーティング層は、ブッシュ１１′，１１における軸ｘ方向の一方側の端面、及び、リング部材１６′，１６，２６′，２６における対向面１６ａ′，１６ａ，２６ａ′，２６ａ、のいずれか一方の面もしくは双方の面に形成されていればよい。

また、第５～第６の実施形態においては、リング部材１６′，１６における対向面１６ａ′，１６ａと、ハウジング５５，６５における内面領域である面５５ｋａ，６５ｖａに、それぞれ、第２のコーティング層１２Ｂ，１２ＢＣ，１２ＢＤが形成された例を挙げて説明している。

しかし、本発明において、第２のコーティング層は、ブッシュ１１′，１１，１１Ｃ，１１Ｄにおける軸ｘ方向の一方側の端面と、リング部材１６′，１６における対向面１６ａ′，１６ａ、あるいは、ハウジング５５，６５における内面領域である面５５ｋａ，６５ｖａと、のいずれか一方の面もしくは双方の面に形成されていればよい。

なお、「軸ｘ方向の一方側」とは、第１及び第２の実施形態、並びに、第３及び第４の実施形態のシールユニット１０Ｂ，２０Ｂにおいては下側（ｂ）であり、第３及び第４の実施形態のシールユニット１０Ａ，２０Ａにおいては上側（ａ）である。また、同様に、「軸ｘ方向の一方側」とは、第５の実施形態、並びに、第６の実施形態のシールユニット１０Ｄ，１０Ｂにおいては下側（ｂ）であり、第６の実施形態のシールユニット１０Ａにおいては上側（ａ）である。

なお、それぞれの実施形態において、リング部材やハウジング（の内面領域）が受圧部材を構成している例を挙げて説明したが、本発明において受圧部材を構成する部材は、リング部材やハウジングの他、他の形状や構造の部材であってもよい。また、リング部材は必須の構成ではなく、リング部材を有さずに、ハウジングが受圧部材を構成する第５及び第６の実施形態の構成を第１～第４の実施形態に置き換えてもよい。勿論、第５及び第６の実施形態においても、例えば、全てのシールユニットにおいて、ハウジングが受圧部材を構成していても構わないし、リング部材が受圧部材を構成していても構わない。

例えば、図１を用いて説明した第１の実施形態であれば、ハウジングにおける内面領域が受圧部材における対向面を構成する場合、リング部材１６及びシールリング１８を除し、軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の開口部１５ｂを取り囲むハウジング１５の内面領域１５ｄを本発明に云う「受圧部材における対向面」にする。

そして、ブッシュ１１における軸ｘ方向の一方側（下側（ｂ））の端面１１ｂ、及び、ハウジング１５における内面領域１５ｄ、のいずれか一方の面もしくは双方の面に、第２のコーティング層が形成されていればよい。これは、第３の実施形態におけるシールユニット１０Ａ，１０Ｂにおいても同様である。

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のシール構造を適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

以下、実際に本発明のシール構造を備えた試作装置を作製して、密封性並びに耐久性について確認する試験を行った。なお、本発明は、以下に示す実施例の構成によって限定されるものではない。
図８に、実施例で作製した試作装置の概略構成を示すための、軸線に沿う断面における断面図を示す。また、図９には、当該試作装置の図８におけるＡ－Ａ断面図を示す。なお、図９においては、後述する膨潤液体（液体物質）１１７の図示を省略している。なお、以下の説明において、図８における上下関係をもって、試作装置の上下関係を述べる場合がある。
当該試作装置は、図１に示す第１の実施形態に近似した構成のものである。

本試作装置は、図８及び図９に示す通り、主として、シャフト（軸部材）１１３と、ブッシュ１１１と、リング部材（受圧部材）１１６と、ハウジング１１５と、バネ（弾性部材）１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃと、支持部１２２と、軸受１２０，１２１と、不図示の回転駆動装置と、から構成される。

シャフト１１３は、下方側の小径部１１３ａと、上方側の大径部１１３ｂとから構成されている。
ハウジング１１５は、上下方向の両端面に、シャフト１１３の小径部１１３ａが貫通する開口部１１５ａ，１１５ｂを有する。

ブッシュ１１１は、シャフト１１３が嵌挿される軸孔１１１ｃを有する、厚肉の円筒状の形状であり、上側及び下側に平面リング状の端面１１１ａ，１１１ｂを備えている。ブッシュ１１１の外周面には、上下方向に直線状に延びる円弧状の切り欠き部１１１ｅが設けられている。

リング部材１１６は、開口部１１５ｂを取り囲むハウジング１１５の内面領域１１５ｄと、ブッシュ１１１における下側の端面と、の間に介在している。また、リング部材１１６は、ブッシュ１１１における下側の端面に対向する対向面１１６ａを有する。
リング部材１１６の中心開口部の近傍とハウジング１１５の内面領域１１５ｄとの間には、シールリング１１８が配されている。

シャフト１１３の外周面、及び、ブッシュ１１１における軸孔１１１ｃの内周面には、第１のコーティング層１１２Ａが形成されている。また、リング部材１１６における対向面１１６ａには、第２のコーティング層１１２Ｂが形成されている。
ハウジング１１５における内部空間（密閉空間ではない）には、膨潤液体１１７が充填されている。

バネ１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃは、開口部１１５ａを取り囲むハウジング１１５の内面領域１１５ｃと、ブッシュ１１１における上側の端面と、の間に介在している。当該バネ１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃは、ブッシュ１１１をリング部材１１６に、上側から押圧する。

バネ１１４は、さらに、その伸縮方向の下側でブッシュ１１１と接続され、上側でハウジング１１５の内面領域１１５ｃと接続されている。
ハウジング１１５の内面領域１１５ｃからは、円柱状の回り止めロッド１１９が鉛直方向に垂下している。この回り止めロッド１１９が、ブッシュ１１１の切り欠き部１１１ｅに嵌合し、ブッシュ１１１の回転方向（矢印Ｔ方向）への動きを規制している。

本試作装置における上方で、支持部１２２に外輪が固定された軸受１２０，１２１の内輪に、シャフト１１３の大径部１１３ｂが固定されることで、シャフト１１３は回転自在に支持されている。
シャフト１１３の上端は、不図示の回転駆動装置からの回転駆動力が入力され、シャフト１１３が反時計回り（矢印Ｔ方向）に回転するように構成されている。
本試作装置においては、ハウジング１１５及びその内部構造が、本発明のシール構造を構成している。

以上のような試作装置において、以下の条件でポリマーブラシ層を形成した。
・ポリマーブラシ層の乾燥膜厚：第１のコーティング層１１２Ａ（シャフト１１３の外周面）…４４０ｎｍ、第１のコーティング層１１２Ａ（ブッシュ１１１における軸孔１１１ｃの内周面）１１２０ｎｍ、第２のコーティング層１１２Ｂ…４６０ｎｍ

・ポリマーブラシ層の分子構造：

・ポリマーブラシ層を構成する高分子グラフト鎖の表面占有率σ*：
第１のコーティング層１１２Ａ（シャフト１１３）…グラフト密度σ＝０．３３
第１のコーティング層１１２Ａ（ブッシュ１１１）…グラフト密度σ＝０．３３
第２のコーティング層１１２Ｂ…グラフト密度σ＝０．３１

・ポリマーブラシ層を構成する高分子グラフト鎖の平均分子鎖長さＬｐ：
第１のコーティング層１１２Ａ（シャフト１１３）…平均分子鎖長さＬｐ＝２．４μｍ
第１のコーティング層１１２Ａ（ブッシュ１１１）…平均分子鎖長さＬｐ＝６．１μｍ
第２のコーティング層１１２Ｂ…平均分子鎖長さＬｐ＝２．９μｍ

・ポリマーブラシ層を構成する高分子グラフト鎖の分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）：
第１のコーティング層１１２Ａ（シャフト１１３）…分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．０９
第１のコーティング層１１２Ａ（ブッシュ１１１）…分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．１８
第２のコーティング層１１２Ｂ…分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．０９

膨潤液体１１７には、イオン液体（Ｎ－（２－メトキシエチル）－Ｎ－メチルピロリジニウム ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド）（以下、略称の「ＭＥＭＰ－ＴＦＳＩ」で表記する。）を用いた。ポリマーブラシ層が形成された部材は、ＭＥＭＰ－ＴＦＳＩ中に減圧環境下（５０００Ｐａ）で４８時間浸漬して、ポリマーブラシ層を膨潤させた後に、試作装置の組み立てに供した。

試作装置を組み立てる際に、ブッシュ１１１によるリング部材１１６における対向面１１６ａへの荷重が２０Ｎになるように、各種部品の組付け状態を制御することで、バネ１１４の押圧力を調整した。
試作装置の上側を開放して大気圧ＡＰになるようにするとともに、下側は真空状態Ｖにした。

以上の状態で、試作装置のシャフト１１３を１００ｒｐｍ（回転／分）の定常回転で回転させて、連続約２０００時間の耐久試験を実施した。その結果、耐久試験中、大気圧ＡＰ側から真空状態Ｖ側への膨潤液体１１７の漏れや真空度の低下は確認されず、密封状態が維持された。

１…シール部材、１Ａ…表面、１ａ…シール面、１０…シール構造、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…シールユニット、１１…ブッシュ、１１ａ…端面（他方側）、１１ｂ…端面（一方側）、１１ｃ…軸孔、１１ｄ…内周面、１２…コーティング層（ポリマーブラシ層）、１２Ａ…第１のコーティング層、１２Ｂ…第２のコーティング層、１３…シャフト（軸部材）、１４…バネ（弾性部材）、１５…ハウジング、１５ａ…開口部（他方側）、１５ｂ…開口部（一方側）、１５ｃ，１５ｄ…内面領域、１５ｅ…内周面、１６…リング部材（受圧部材）、１６ａ…対向面、１６ｂ…背面、１７…膨潤液体（液体物質）、１８…シールリング、１９…基材、１９Ａ…基材表面、２０…シール構造、２０Ａ，２０Ｂ…シールユニット、２４…バネ（リング部材用弾性部材）、２６…リング部材、２６ａ…対向面、２８…シールリング、３０…シール構造、３５…ハウジング、３５ａ，３５ｂ…開口部（貫通孔）、３５ｃ，３５ｄ…内面領域、３５ｅ…円盤部材、３５ｆ，３５ｉ…カップ部材、３５ｇ，３５ｈ…フランジ部、３５ｊ…締結具、３５ｋ…突出部、３５ｋａ，３５ｋｂ…面、３５ｍ…開口部、３５ｎ，３５ｐ…内周面、４０…シール構造、５０…シール構造、５５…ハウジング、５５ａ，５５ｂ，５５ｍ…開口部、５５ｃ，５５ｅ，５５ｎ…円盤部材、５５ｆ…円管部、５５ｇ，５５ｐ…フランジ部、５５ｊ…締結具、５５ｋ…突出部、５５ｋａ，５５ｋｂ…面、５７…膨潤液体（液体物質）、６０…シール構造、６５…ハウジング、６５ｗ…開口部、６５ｕ…円盤部材、６５ｇ…円管部、６５ｒ，６５ｓ…フランジ部、６５ｔ…締結具、６５ｖ…突出部、６５ｖａ，６５ｖｂ…面、６７…膨潤液体（液体物質）、１１１…ブッシュ、１１２Ａ…第１のコーティング層、１１２Ｂ…第２のコーティング層、１１３…シャフト（軸部材）、１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ…バネ（弾性部材）、１１５…ハウジング、１１５ａ，１１５ｂ…開口部、１１５ｃ，１１５ｄ…内面領域、１１６…リング部材（受圧部材）、１１６ａ…対向面、１１７…膨潤液体（液体物質）、１１８…シールリング、１１９…回り止めロッド、１２０，１２１…軸受、１２２…支持部

Claims (13)

1. ハウジングに設けられた開口部と該開口部に挿通された軸部材との間を密封するシール構造であって、
   前記軸部材と前記ハウジングとの間に設けられ、前記軸部材が挿設される軸孔を有し、軸方向及び／または周方向に相対移動可能な筒状のブッシュと、該ブッシュにおける軸方向の一方側の端面に対向する対向面を有する受圧部材と、前記ブッシュを前記受圧部材に軸方向の他方側から押圧する弾性部材と、を備え、
   前記軸部材の外周面と、前記ブッシュにおける前記軸孔の内周面との間に第１のコーティング層が設けられ、
   前記ブッシュにおける軸方向の一方側の端面と、前記受圧部材における前記対向面との間に第２のコーティング層が形成されており、
   前記第１のコーティング層及び前記第２のコーティング層が、液体物質で膨潤されている、シール構造。
2. ハウジングに設けられた開口部と該開口部に挿通された軸部材との間を密封するシール構造であって、
   前記軸部材と前記ハウジングとの間に設けられ、前記軸部材が挿設される軸孔を有し、軸方向及び／または周方向に相対移動可能な筒状のブッシュと、該ブッシュにおける軸方向の一方側の端面に対向する対向面を有する受圧部材と、前記ブッシュを前記受圧部材に軸方向の他方側から押圧する弾性部材と、を備え、
   前記軸部材の外周面と、前記ブッシュにおける前記軸孔の内周面との間に第１のコーティング層が設けられ、
   前記ブッシュにおける軸方向の一方側の端面と、前記受圧部材における前記対向面との間に第２のコーティング層が形成されており、
   前記開口部を取り囲む前記ハウジングの内面領域と、前記ブッシュにおける軸方向の一方側の端面との間に、平板状のリング部材が介在しており、
   当該リング部材が、前記受圧部材を構成しており、
   前記ハウジングの前記内面領域と、前記リング部材と、の間に、さらにリング部材用弾性部材が介在しており、
   当該リング部材用弾性部材が、前記リング部材を前記ブッシュに軸方向の一方側から押圧している、シール構造。
3. ハウジングに設けられた開口部と該開口部に挿通された軸部材との間を密封するシール構造であって、
   前記軸部材と前記ハウジングとの間に設けられ、前記軸部材が挿設される軸孔を有し、軸方向及び／または周方向に相対移動可能な筒状のブッシュと、該ブッシュにおける軸方向の一方側の端面に対向する対向面を有する受圧部材と、前記ブッシュを前記受圧部材に軸方向の他方側から押圧する弾性部材と、を備え、
   前記軸部材の外周面と、前記ブッシュにおける前記軸孔の内周面と、の少なくともいずれか一方に第１のコーティング層が設けられ、
   前記ブッシュにおける軸方向の一方側の端面と、前記受圧部材における前記対向面と、の少なくともいずれか一方に第２のコーティング層が形成されており、
   前記弾性部材が、前記開口部のうちの軸方向の他方側の開口部を取り囲む前記ハウジングの内面領域と、前記ブッシュにおける軸方向の他方側の端面との間に介在している、シール構造。
4. ハウジングに設けられた開口部と該開口部に挿通された軸部材との間を密封するシール構造であって、
   前記軸部材と前記ハウジングとの間に設けられ、前記軸部材が挿設される軸孔を有し、軸方向及び／または周方向に相対移動可能な筒状のブッシュと、該ブッシュにおける軸方向の一方側の端面に対向する対向面を有する受圧部材と、前記ブッシュを前記受圧部材に軸方向の他方側から押圧する弾性部材と、を備え、
   前記軸部材の外周面と、前記ブッシュにおける前記軸孔の内周面との間に第１のコーティング層が設けられ、
   前記ブッシュにおける軸方向の一方側の端面と、前記受圧部材における前記対向面との間に第２のコーティング層が形成されているシール構造
   を有するシールユニットを、１本の軸部材に対して、１つの前記ハウジングを共有するように複数個、軸方向において並列に備える、シール構造。
5. 前記開口部を取り囲む前記ハウジングの内面領域が、前記受圧部材における前記対向面を構成している、請求項１に記載のシール構造。
6. 前記弾性部材が、その伸縮方向の一端側で前記ブッシュと接続され、他端側で前記ハウジングの内面と接続されている、請求項３に記載のシール構造。
7. 複数個の前記シールユニットのうち、隣り合う少なくとも一組のシールユニットの向きが、軸方向において反転状態である、請求項４に記載のシール構造。
8. 前記ハウジングが、軸方向の対向する位置に、前記軸部材が貫通する一対の貫通孔を有し、
   前記シールユニットの個数が２個であり、
   前記貫通孔の内の一方の貫通孔が、前記一組のシールユニットの内の一方のシールユニットにおける開口部となり、他方の貫通孔が、他方のシールユニットにおける開口部となる、請求項７に記載のシール構造。
9. 前記ハウジングが、その軸方向の中央で、内周面から前記軸部材に向けて突出する突出部を備え、
   前記２つのシールユニットにおいて、前記突出部におけるそれぞれの前記シール構造側の面と、それぞれの前記ブッシュにおける前記突出部に対向する端面と、の間に、それぞれの前記弾性部材が介在している、請求項８に記載のシール構造。
10. 前記２つのシールユニットにおいて、それぞれの前記弾性部材が、その伸縮方向の一端側でそれぞれの前記ブッシュと接続され、他方側で前記突出部と接続されている、請求項９に記載のシール構造。
11. 複数個の前記シールユニットのうち、隣り合う少なくとも一組のシールユニットの向きが、軸方向において同じである、請求項４に記載のシール構造。
12. 複数個の前記シールユニットのうち、何れか１個のシールユニットにおける軸方向の一方側の隣に、他のシールユニットがある、請求項４に記載のシール構造。
13. 前記ハウジングの内部空間に、前記複数のシールユニットにおける前記第１のコーティング層及び前記第２のコーティング層を膨潤させる液体物質が充填されている、請求項４または請求項７～１２のいずれかに記載のシール構造。

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