特開 2024-37254 シール構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024037254

(43)【公開日】2024-03-19

(54)【発明の名称】シール構造

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/10 20060101AFI20240312BHJP

【ＦＩ】

F16J15/10 C

F16J15/10 N

F16J15/10 T

F16J15/10 Z

F16J15/10 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022141958

(22)【出願日】2022-09-07

(71)【出願人】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】100100354

【弁理士】

【氏名又は名称】江藤 聡明

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 絵梨香

【テーマコード（参考）】

3J040

【Ｆターム（参考）】

3J040AA01

3J040AA13

3J040BA01

3J040EA02

3J040EA16

3J040EA25

3J040FA06

(57)【要約】

【課題】軽量かつ簡易な構造で、シール部材が熱劣化による弾力の低下や寸法収縮した場合、低温環境で硬化して弾力を失った場合の双方の場合に、構成部材の交換を行うことなくシール部材の面圧低下を防止可能なシール構造の提供。
【解決手段】開口部８０を備える端面を有する第１部材１２と開口部８０を覆う第２部材３０との間を環状のシール部材４０を介在させて密閉するシール構造１０において、開口部８０を囲んで端面１６に形成された環状凹部であってシール部材を端面１６から一部突出させた状態で内部に収容する環状凹部２０と、この環状凹部２０内に収容されシール部材４０を下方から支持する樹脂製の環状シール部材支持体１１を備え、シール部材支持体１１は環状凹部２０全長にわたってシール部材４０を支持して両側から挟む溝部１４を有し、シール部材支持体１１を構成する樹脂は熱による劣化時および所定温度以下の低温時に収縮する収縮性を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

開口部を備える端面を有する第１部材と、少なくとも前記開口部を覆う第２部材との間を弾性の環状のシール部材を介在させて密閉するシール構造において、
前記開口部を囲んで前記端面に形成された環状の凹部であって前記シール部材を前記端面から一部突出させた状態で内部に収容する環状凹部と、
該環状凹部内に全長にわたって収容され、前記シール部材を下方から支持する樹脂製の環状のシール部材支持体と、を備え、
前記シール部材支持体は、前記環状凹部に全長にわたって伸長し前記シール部材を支持した状態にて該シール部材を両側から挟む溝構造を有し、
前記シール部材支持体を構成する前記樹脂は、熱による劣化時および所定温度以下の低温時に収縮する収縮性を有することを特徴とするシール構造。

【請求項2】

前記シール部材支持体の前記溝構造は、垂直断面形状が前記シール部材の下方側を受け入れて支持可能なＶ字状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のシール構造。

【請求項3】

前記樹脂製のシール部材支持体には強化繊維が混入されており、該強化繊維は、前記環状凹部の底面に対して略垂直に配向されていることを特徴とする請求項１または２に記載のシール構造。

【請求項4】

前記シール部材支持体を構成する前記樹脂は、エンジニアリングプラスチックであって、該エンジニアリングプラスチックが急速冷却されて形成された結晶性樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載のシール構造。

【請求項5】

前記シール部材支持体は、侵入を防止する対象である物質が存在する側の側面が前記環状凹部の同じ側の内壁に固着されたことを特徴とする請求項１に記載のシール構造。

【請求項6】

前記シール部材支持体の侵入を防止する対象である物質が存在する側の側壁は、該シール部材支持体が収縮して前記シール部材を変形させた状態で、該シール部材が前記環状凹部の同じ側の内壁に接触可能な低い高さとされたことを特徴とする請求項１に記載のシール構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シール構造、特に車両に用いられる気液密のシール構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車両においては、たとえばエアクリーナや吸気マニホールドなどに使用されるシール構造が知られている。このようなシール構造のシール部材としては、一般的に合成ゴムからなるゴムガスケットが使用される。こうしたゴムガスケットには、オイル、土砂ほこり、雨水等の侵入を防いだり、または外部へのオイルの漏出を防ぐなどといった密閉機能が十分果たされることが期待されている。

【0003】

しかしながら、ゴムガスケットを用いたシール構造には以下のような問題点があった。すなわち、ゴムガスケットの熱劣化による弾性力低下と寸法収縮に起因するシール機能の低下と、低温環境におけるゴムガスケットの硬化による弾性力低下に起因するシール機能の低下である。特に、高温環境での使用が見込まれる市場に投入される車両においては、比較的熱に強くへたりにくいＦＫＭ（フッ素ゴム）製のゴムガスケットが採用されていたが、高価であることと、低温環境での性能についての信頼性が十分ではないなどの懸念があった。

【0004】

シール構造として、例えば、特許文献１においては、シール部材のシール機能が低下した場合にシール部材の面圧を増大させる面圧増大手段が設けられたシール構造が提案されている。このシール構造では、環状のシール部材の設置される環状溝内またはシール部材自体に円環状の面圧増大手段が設けられている。この面圧増大手段に用いられる面圧調整部材は、具体的には、形状記憶合金や、熱膨張性のガスなどで構成されている。これらが温度変化によって膨張または変形することにより、シール部材自体の弾性力による面圧が低下しても、シール部材がシールする方向へと押圧することができるようになっている。すなわち、面圧増大手段は、所定温度の範囲で変形することにより、シール部材の面圧を補う機能を奏している。これにより、所定温度領域でのシール構造の面圧低下が抑えられ、シール性が極端に低下することが防止されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２－８１５４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１において提案されたシール構造では、面圧調整部材が形状記憶合金や熱膨張性のガスであるなど、シール部材とは異種材料である金属や気体によって構成されている。したがって、低温時や高温による劣化の状況の双方の状態においてシール部材の面圧を補うためには、同一の面圧調整部材を用いることはできず、属性の異なる面圧調整部材を準備し、交換を行わなければならず煩雑である。また、材料価格や組み付けの複雑さにおいてコスト高となり、面圧増大手段が金属製の場合には構造全体の重量が増加するという問題も有している。そのため、必ずしも好ましいシール構造とはいえない。

【0007】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量且つ簡易な構造で、シール部材が熱劣化によって弾性力の低下や寸法収縮した場合、さらに低温環境で硬化して弾性力を失った場合の双方の場合に、構成部材の交換を行うことなくシール部材の面圧低下を防止することが可能なシール構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態は、開口部を備える端面を有する第１部材と、少なくとも前記開口部を覆う第２部材との間を弾性の環状のシール部材を介在させて密閉するシール構造において、前記開口部を囲んで前記端面に形成された環状の凹部であって前記シール部材を前記端面から一部突出させた状態で内部に収容する環状凹部と、該環状凹部内に全長にわたって収容され、前記シール部材を下方から支持する樹脂製の環状のシール部材支持体と、を備え、前記シール部材支持体は、前記環状凹部に全長にわたって伸長し前記シール部材を支持した状態にて該シール部材を両側から挟む溝構造を有し、前記シール部材支持体を構成する前記樹脂は、熱による劣化時および所定温度以下の低温時に収縮する収縮性を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係るシール構造によれば、軽量且つ簡易な構造で、シール部材が熱劣化によって弾性力の低下や寸法収縮した場合、さらに低温環境で硬化して弾性力を失った場合の双方の場合に、構成部材の交換を行うことなくシール部材の面圧低下を防止することが可能なシール構造が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係るシール構造の断面図である。

【図2】熱劣化時または低温時における状態を示す図１と同様の断面図である。

【図3】熱劣化時または低温時における状態を示す図２と同様の断面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係るシール構造の断面図である。

【図5】熱劣化時または低温時における状態を示す図２と同様の断面図である。

【図6】本発明の一実施形態に係るシール構造のシール部材支持体に含まれた強化繊維の繊維配向を示す断面模式図である。

【図7】車両に用いられる吸気マニホールドのカバーを取り外した状態の部分上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

【0012】

図７は、本発明の実施の形態に係るシール構造の適用対象となる例としての吸気マニホールド１００の部分的な上面視構成を示している。吸気マニホールド１００は、図示していない内燃機関に供給される燃料に混合させて燃焼室内で燃焼させるための空気を車外から取り入れて燃焼室内に続く流路へと案内する装置である。車外から取り込んだ空気に含まれる土砂ほこり等の異物は、図示しないエアクリーナで除去されるが、吸気マニホールド１００にも、内燃機関にとって異物となりうる物質を混入させないための構造が要求される。

【0013】

吸気マニホールド１００は、中央部分に開口部８０があり、この開口部８０の外周部分が端面１６となっており、この端面１６は、開口部８０を取り囲んで形成されている。この端面１６には、同じく開口部８０を囲むように延在する所定深さの環状凹部２０が形成されている。本実施の形態では、環状凹部２０は、後述するように、略水平な底面２１と該底面２１に対して垂直な対向する２つの側壁１８，１９によって形成されている。

【0014】

図１および図２は、本発明の一実施形態に係るシール構造１０の構造とその作用を示している。

【0015】

図１に示したように、環状凹部２０の内部には、本発明の特徴的構成であるシール部材支持体１１が収容されている。シール部材支持体１１はシール部材４０を両側から挟む溝構造を有しており、本実施の形態では、垂直断面形状がＶ字状の溝部１４として構成されている。そして、その溝部１４の部分でシール部材４０が下方から支持されている。シール部材４０は公知の部材であり、たとえばＡＣＭ（アクリルゴム）で形成されており、開口部８０の上蓋として機能する第２部材３０が第１部材１２の端面１６に対面するように被せられる。その状態で、図示していないねじ等の締結部材によって両者が固定される。

【0016】

また、シール部材支持体１１を構成する樹脂は、熱による劣化時や所定温度以下の低温時の状況において収縮する性質を有する材料にて構成される。たとえば、機械的強度や耐熱性を向上させたプラスチックであるエンジニアリングプラスチックであって、急冷したことにより、徐冷した場合よりも非晶部の割合が高くなるように生成された結晶性の樹脂を用いることができる。具体的には、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＡ６（ポリアミド６）、ＰＡ６６（ポリアミド６６）、ＰＯＭ（Polyoxymethylene，ポリアセタール）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの材料から形成される。

【0017】

さらに、環状凹部２０内に収容されたシール部材支持体１１は、シール対象である気体、液体、またはその他の異物が存在する側（図における矢印は異物の侵入方向を示す。以下同じ。）の側面が、環状凹部２０の内壁１８に接着、溶着その他の固定手段によって全面的に固着されている。一方、シール部材支持体１１の反対側の側面は、環状凹部２０の内壁１９と内部底面２１には固定されておらず、離反または横ずれが可能な状態となっている。このように構成することで、シール部材支持体１１が、侵入を防止する対象である気体または液体が存在しない側の側面のみが効率よく収縮することができ、シール部材４０が第２部材３０へ効果的に押し付けられる。しかも、シール部材支持体１１と環状凹部の内壁１８との間に隙間が生じるおそれが確実に解消され、シール部材支持体１１と環状凹部２０の間から気体または液体が環状凹部２０内へ侵入することが防止される。

【0018】

次に、図２は、上記の構成によるシール部材支持体１１が、シール部材４０が熱劣化を生じる高温環境下か、またはシール部材４０が硬化するような低温環境下に置かれた状況を示している。図示のように、シール部材支持体１１は、全体が収縮するが、上記のように異物が存在する側の側面は環状凹部２０の内壁１８に固着されているので、径方向において略水平（図２の右方向）に収縮する。このとき、断面がＶ字状の溝部１４の幅も収縮によって狭まり、これにより、溝部１４にて下方から支持されたシール部材４０は、Ｖ字状の溝部１４の両斜面によってせり上げられ、且つ、径方向に潰されることにより、上下方向に伸長しつつ持ち上げられる。これにより、シール部材４０は第２部材３０の端面３２に押し付けられる。

【0019】

このようにして、シール部材４０が熱劣化を起こして弾性力（反発力）が低下するか寸法の収縮を生じたり、または、シール部材４０が低温環境において硬化して弾性力を減じる状態になったとしても、シール部材支持体１１の収縮により、シール部材４０は第２部材３０の端面３２に押し付けられた状態が維持される。これにより、シール構造１０は依然としてシール機能を保持することができる。

【0020】

図３は他の実施の形態の構成および作用を示しており、同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態における特徴的事項は、シール部材支持体１１のＶ字状の溝部１４が径方向における内側と外側とで非対称に形成されている点にある。すなわち、シール部材支持体１１の侵入を防止する対象である気体や液体等が存在する側の側壁は、高さが低く形成されている。図示のように、シール部材支持体１１が収縮してシール部材４０を変形させた状態では、シール部材４０が環状凹部２０の内壁１８（侵入を防止する対象が存在する側の内壁）に接触している。

【0021】

すなわち、シール部材４０は、シール部材支持体１１が収縮した際に、第２部材３０の端面３２だけでなく、環状凹部２０の内壁１８にも接触した状態となり、シール性がより向上される。

【0022】

次に、図６はシール部材支持体１１のさらに他の実施の形態を示している。本実施の形態においては、樹脂で形成されたシール部材支持体１１が剛性強化用の繊維５０を含有しており、本実施の形態では強化繊維５０として所定長さに切断されたガラス繊維が用いられている。そして、特徴的なことは、シール部材支持体１１が図示していない第１部材１２の環状凹部２０に収容された状態で、強化繊維５０がその底面２１に対して略垂直に伸長するように配向されていることである。この繊維配向により、シール部材支持体１１は、強化繊維５０の伸長方向に対して直交する方向へ収縮しやすくなる。

【0023】

上記のような強化繊維５０の特徴的な配向により、シール部材支持体１１が収縮する際の、図における横方向への収縮がより的確に確保され、すなわち、強化繊維５０の配向方向への収縮は抑制される一方で、強化繊維５０配向方向に直交する方向への収縮には強化繊維５０の抑制力が働かない。したがって、Ｖ字状の溝部１４によるシール部材４０の挟込みや押上げ作用がより向上する。

【0024】

図４および図５は、さらに他の実施の形態を示しており、同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態にける特徴的事項は、シール部材支持体１１の垂直断面形状（溝部１４）が断面コ字状に形成されていることである。

【0025】

なお、本実施の形態においても、環状凹部２０内に収容されたシール部材支持体１１は、シール対象である気体、液体、またはその他の異物が存在する側の側面が、環状凹部２０の内壁１８に接着、溶着その他の固定手段によって全面的に固着されている。したがって、シール部材４０は、シール部材支持体１１が径方向に収縮した際に、同様に径方向に潰されることにより、結果として上下方向に伸長して、上端側は第２部材３０の端面３２にさらに押し付けられる（図５参照）。

【0026】

このようにして、シール部材４０が熱劣化を起こして弾性力（反発力）が低下するか寸法の収縮を生じたり、または、シール部材４０が低温環境において硬化して弾性力を減じる状態になったとしても、シール構造１０は依然としてシール機能を保持することができる。そして、この構成であれば、シール部材支持体１１の形成が容易であってシール構造１０の構成も簡素なものとなる。

【0027】

なお、上記の実施の形態では、シール部材支持体１１が結晶性の樹脂を急冷した材料にて形成した。これは、一般的に樹脂は低温環境下で体積が収縮し、また急冷させた結晶性樹脂は、熱負荷を受けることによって再結晶化して体積が収縮するという性質を利用したものである。すなわち、既知の樹脂を用いることで、好適に本発明の作用効果を得ることが可能となっている。

【0028】

さらに、シール部材支持体１１は、急冷させた結晶性樹脂をベースとして用い、これに環状凹部２０の底面２１に対して略垂直になるように配向された強化繊維５０を混入させても良いことは勿論である。これにより、熱による劣化時および所定温度以下の低温時の双方における全体的な寸法収縮作用をさらに効果的に得ることが可能となる。

【0029】

なお、以上は本発明を、主に車両における吸気マニホールドに対して適用した形態について説明したが、本発明は、吸気マニホールドはもとより、その他の任意のシール機構に対しても同様に適用可能である。

【0030】

たとえば、本発明は、ロッカーカバー（ヘッドカバー）やチェーンカバー、オイルパンなど、オイル漏れを防止するためのシール機構にも適用することができる。

【0031】

また、本発明によるシール構造を車載ＥＣＵ（Electronic Control Unit，電子制御装置）やＥＤＲ（Event Data Recorder，イベントデータレコーダ）のシール構造についても、代替的に、または追加的に用いることも可能である。これにより、車載の電子制御装置やＥＤＲにおけるシール構造の熱負荷または低温硬化に起因する異物混入による不具合がより確実に防止され、事故などの異常時におけるそれらの機器の保護がより強化される。

【0032】

そして、本発明によるシール構造の適用対象は乗用車両に限られない。たとえば、過酷な環境で使用に供される作業用（工事用）車両に対しても、当然に適用することが可能である。

【0033】

さらに、本発明の適用対象が車両に限られないのも勿論のことである。例えば、本発明によるシール構造を燃料タンクのシール構造に用いることもできる。これにより、燃料タンクのシール部材の熱負荷や低温環境における劣化または硬化による燃料漏れが効果的に防止され、液体燃料（例えば揮発性燃料）を用いる車両や種々の機械の安全性、または液体燃料を貯蔵する保管容器の安全性および耐久性が向上する。

【0034】

なお、本発明は、上記の実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書と図面に記載された技術的思想、すなわち本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0035】

例えば、シール部材支持体１１を構成する樹脂に混入させる強化繊維５０はガラス繊維を例にとって説明したが、強化繊維５０はガラス繊維に限らず、たとえば炭素繊維などの別素材からなる繊維を強化繊維として用いることもできる。

【符号の説明】

【0036】

１０ シール構造
１１ シール部材支持体
１２ 第１部材
１４ 溝部
１６ 端面
１８ 環状凹部の内壁（侵入を防止する対象が存在する側の内壁）
１９ 環状凹部の内壁（侵入を防止する対象が存在しない側の内壁）
２０ 環状凹部
２１ 環状凹部の内部底面
３０ 第２部材
３２ 第２部材の端面
４０ シール部材
５０ 強化繊維
８０ 開口部
１００ 吸気マニホールド
ｇ 間隙

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】