特許 7474632 シール部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-17

(45)【発行日】2024-04-25

(54)【発明の名称】シール部材

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/3232 20160101AFI20240418BHJP

   B65D 53/02 20060101ALI20240418BHJP

   F16J 15/3268 20160101ALI20240418BHJP

【ＦＩ】

F16J15/3232 301

B65D53/02

F16J15/3268

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020075645

(22)【出願日】2020-04-21

(65)【公開番号】P2021173298

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2023-02-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000005175

【氏名又は名称】藤倉コンポジット株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】土屋 幸司

(72)【発明者】

【氏名】白瀬 利和

【審査官】久慈 純平

(56)【参考文献】

【文献】実開昭６２－０９２３６２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開平０３－０６９７５９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５９－０９８１６３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５９－０６６０６４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開平０３－０６７７６４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０２０－０２８５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５６－０３９６５８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特公昭４８－０２５６９６（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ １５／３２３２

Ｂ６５Ｄ ５３／０２

Ｆ１６Ｊ １５／３２６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

弾性を有するとともに環状の平面形状を有する第一突条部と、
弾性を有するとともに環状の平面形状を有し、前記第一突条部に隣り合う第二突条部と、
前記第一突条部および前記第二突条部の間に形成される、環状の平面形状を有する凹部と、
前記第一突条部および前記第二突条部よりも低い摩擦係数を有する滑材で構成されるとともに前記凹部に支持されて、平面視したときに環状に配置される滑性凸部と、を有し、
前記滑性凸部は、前記滑材で構成された複数の球のそれぞれが前記凹部に支持されることにより構成されている、シール部材。

【請求項2】

前記滑材は、フッ素樹脂である、請求項１に記載のシール部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シール部材に関する。

【背景技術】

【0002】

シール部材は、様々な機械要素において使用され、気密性または液密性などの所期の機能を発現する。このようなシール部材の一例として、ロータリ式バルブに使用されるシール部材が知られている。例えば特許文献１に開示されているシール部材を、図８に示す。図８に示すシール部材１７７は、ケーシング１０２によって形成されているロータ収容空間に収容されているロータ１０１に向かって延出するように設けられている。より詳しくは、シール部材１７７は、ロータ収容空間に向けて開口する開口部１２５ａに配置されている。シール部材１７７は、開口部１２５ａの内周面に当接する筒部と、当該筒部の一端から突出し、ロータ１０１に当接する先端当接部１８０とを有している。先端当接部１８０は、先端側に向かうにつれて内側に狭まり、かつ、折り返されるように湾曲している内側湾曲部１８１を備えている。このように、シール部材１７７は、回動するロータ１０１に先端当接部１８０で当接し、摺動するロータ１０１と開口部１２５ａとの隙間を密閉している。シール部材１７７の筒部は、例えば、ロータ１０１への冷却水の経路となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－２４５７３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のようなシール部材のロータに押し付けられる部分には、ロータに対するシール性とともに摺動性が必要である。シール性と摺動性は相反する性質であるとも言える。例えば、先述の特許文献１は、比較的摩擦係数の低い樹脂部材からシール部材１７７を形成することが記載されている。比較的摩擦係数の低い樹脂部材でシール部材１７７を形成すると、摺動性は十分だがシール性が不十分となる虞がある。

【0005】

そこで、本発明の一態様は、シール性と摺動性とを兼ね備えるシール部材を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るシール部材は、弾性を有するとともに環状の平面形状を有する第一突条部と、弾性を有するとともに環状の平面形状を有し、前記第一突条部に隣り合う第二突条部と、前記第一突条部および前記第二突条部の間に形成される、環状の平面形状を有する凹部と、前記第一突条部および前記第二突条部よりも低い摩擦係数を有する滑材で構成されるとともに前記凹部に支持されて、平面視したときに環状に配置される滑性凸部と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、シール性と摺動性とを兼ね備えるシール部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態１に係るシール部材の部分断面図である。

【図2】本発明の実施形態１に係るシール部材の外観を示す斜視図である。

【図3】本発明の実施形態１に係るシール部材がシールしている様を示す部分断面図である。

【図4】本発明の実施形態１に係るシール部材の平面図である。

【図5】本発明の実施形態２に係るシール部材の部分断面図である。

【図6】本発明の実施形態２に係るシール部材がシールしている様を示す部分断面図である。

【図7】本発明の実施形態３に係るシール部材の平面図である。

【図8】従来技術を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

〔実施形態１〕
以下、本発明に係るシール部材の一実施形態について、図１から図４を用いて説明する。

【0010】

（シール部材の構成）
まず、本実施形態１のシール部材の外観から説明する。図２は、本実施形態１のシール部材１Ａの外観を示す斜視図である。シール部材１Ａは、弾性を有する材料から構成することができ、シール対象物に対してその一部分を当接させることにより当接領域においてシール性を実現する。

【0011】

図２に示すように、シール部材１Ａは、円筒形状の全体構造を有する本体部１０を備える。本体部１０の上面１０ａは、平面視において環状であり、図２中に示す本体部１０の中心軸Ｃの位置にて最も深く窪んだ球面の一部に相当する、曲面を有している。なお、本体部１０の形状はこれに限定されるものではなく、シール対象物の表面に概ね沿うように、当該表面の三次元形状に合ったものであればよい。そのため、環状の上面１０ａは、平面を有していてもよい。

【0012】

シール部材１Ａは、上面１０ａに、弾性を有するとともに環状の平面形状を有する第一突条部１１と、弾性を有するとともに環状の平面形状を有し、第一突条部１１に隣り合う第二突条部１２と、第一突条部１１および第二突条部１２の間に形成される、平面視したときに環状に配置される滑性凸部３０を有する。

【0013】

第一突条部１１は、中心軸Ｃを中心とした環状の平面形状を有する。第二突条部１２も、中心軸Ｃを中心とした環状の平面形状を有し、第一突条部１１よりも外側に形成されている。滑性凸部３０も、中心軸Ｃを中心とした環状の平面形状を有し、第一突条部１１よりも外側、且つ第二突条部１２よりも内側に配されている。

【0014】

シール部材１Ａについて更に図１を用いて詳述する。図１は、図２に示す切断線Ａ－Ａ´においてシール部材１Ａを切断した状態を示す矢視断面図である。

【0015】

シール部材１Ａは、図１に示すように、本体部１０の上面１０ａに、上方に突出した第一突条部１１および第二突条部１２を有する。ここで、上方とは、上面１０ａを平面とみなして当該平面をＸＹ平面と仮定した場合のＸＹ平面に対して垂直方向をＺ軸としたＸＹＺ座標からなる三次元座標系において、Ｚ軸の正方向のことを示す。Ｚ軸は、中心軸Ｃと概ね平行である。第一突条部１１および第二突条部１２は、上方に概ね真っ直ぐ突出していてもよく、突出端に向かって、第一突条部１１と第二突条部１２とが互いに遠ざかる方向に広がってＶ字型を形成するようになっていてもよい。第一突条部１１および第二突条部１２の上面１０ａからの突出長Ｈ（図１）は、特に制限はないが、本実施形態１では、第一突条部１１および第二突条部１２の突出端のほうが、滑性凸部３０の上端よりも上方に突出している。要するに、第一突条部１１および第二突条部１２の突出端の高さと滑性凸部３０の上端の高さとの間には、差△ｄがある。

【0016】

第一突条部１１と第二突条部１２との間には、環状の平面形状を有する凹部１３が設けられている。凹部１３は、上面１０ａよりも下方に窪んだ形状を有しており、滑性凸部３０を嵌合させている。これにより、滑性凸部３０を、本体部１０に確実に支持させることができる。ただし、この態様に限定されるものではなく、凹部１３の底の位置は、上面１０ａと同一面内にあってもよい。

【0017】

本体部１０は、第一突条部１１および第二突条部１２を含めて、弾性を有し、且つ滑性凸部３０よりも高い摩擦係数を有する材料から構成することができる。例えば、本体部１０の材料は、通常のゴム材料であってよい。本体部１０の弾性は、シール部材１Ａの用途に応じて適宜に決めることが可能である。

【0018】

また、「摩擦係数」は、ＪＩＳ Ｋ７１２５として定義される。第一突条部１１および第二突条部１２を含めて本体部１０の摩擦係数は、シール部材１Ａの用途に応じた十分な相対的な滑り性を本体部１０が発現する範囲において適宜に決めることができ、例えば、摺動面のシールの用途では０．０４～０．５の範囲から適宜に決めてもよい。

【0019】

これらの条件を満たす本体部１０の具体例としては、例えば一般的なゴム材料、各種の樹脂材料等がある。これらの材料は使用用途に応じて適宜選択することができる。

【0020】

滑性凸部３０は、凹部１３に支持された、本体部１０とは別の部材である。具体的には、滑性凸部３０は、凹部１３に嵌合することによって、環状の第一突条部１１と第二突条部１２との間に配される。なお、凹部１３に滑性凸部３０を嵌合させるだけでなく、適当な接着剤を用いて凹部１３の表面に対して滑性凸部３０を固着させてもよい。

【0021】

滑性凸部３０は、図１に示すように、断面形状が円形である。その断面の直径は、滑性凸部３０が嵌合していない状態の凹部１３の幅、すなわち第一突条部１１および第二突条部１２との離間距離よりも、僅かに大きい。そのため、滑性凸部３０は、凹部１３を僅かに押し広げるようにして、凹部１３と嵌合している。ここで、先述した第一突条部１１と第二突条部１２とがＶ字型をなす態様として、凹部１３に滑性凸部３０が嵌合する前は、第一突条部１１と第二突条部１２とは平行に上方に突出していてもよい。そして、嵌合によって凹部１３が押し広げられることによって第一突条部１１と第二突条部１２とがＶ字型を形成してもよい。

【0022】

図３は、上面１０ａ側からみたシール部材１Ａの平面図である。図３に示すように、滑性凸部３０は、凹部１３に重ねられる環状の部材である。ただし、環状の部材である必要はなく、後述する実施形態３に示すように、別の態様であってもよい。また、本実施形態１では、滑性凸部３０の断面形状が図１に示すように円形であるが、この形状に限定されるものではない。例えば、断面形状が、台形を含む四角形および六角形といった矩形であってもよく、断面が楕円形であってもよい。また、滑性凸部３０は中空であってもよい。

【0023】

滑性凸部３０は、第一突条部１１および第二突条部１２よりも低い摩擦係数を有する滑材で構成される。滑性凸部３０の摩擦係数は、本体部１０の摩擦係数と同様に、滑性凸部３０が、シール部材１Ａの用途に応じた十分な滑り性を作用面および本体部１０の少なくとも一方に対して発現する範囲において適宜に決めることができる。滑性凸部３０の摩擦係数は、例えば摺動面のシールの用途であれば、０．０４～０．５の範囲から適宜に決めてもよい。

【0024】

なお、ここでいう滑材とは、シール対象物の表面に対して滑性を有する材料として定義することができるが、これに加えて、凹部１３の表面に対して滑性を有する材料であってもよい。滑性凸部３０の具体例としては、例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂を採用できるほか、ポリアセタール、ポリアミド、ポリオレフィン系、シリコーン系、エラストマー系の自己潤滑材料を添加した樹脂等を採用することができる。中でも、十分な潤滑性と十分な強度とを有するという理由から、フッ素樹脂を採用することが好ましい。

【0025】

なお、滑性凸部３０は、先に例示した材料によって構成される単一部材であるが、本発明の一形態としてはこれに限定されるものではなく、例えば環状の基材の表面に先に例示した滑性を有する材料が膜状に貼着した態様であってもよい。

【0026】

本実施形態１のシール部材１Ａは、上面１０ａにシール対象物を当接させてシールするが、シールしている状態においてシール対象物を摺動させる。例えば図１に示すように曲面である上面１０ａを有するシール部材１Ａは、中心軸Ｃに対して直交する方向に管軸を有する管やバルブであるシール対象物に対して好適なシール部材となる。そして、シール部材１Ａは、先述の第一突条部１１および第二突条部１２、並びに滑性凸部３０を具備することによって、このようなシール対象物へのシール性とともにシール対象物の摺動性を実現する。これについて、以下に、図４を用いて説明する。

【0027】

（シール対象物への当接）
図４は、シール対象物の表面４００に、シール部材１Ａを当接させた状態を示す部分断面図である。シール部材１Ａを、本体部１０の上面１０ａを表面４００に対向させて、表面４００に向けて押し付けると、まず第一突条部１１および第二突条部１２の突出端が表面４００に当接する。これに伴い、弾性を有する第一突条部１１および第二突条部１２は、突出長Ｈが（当接前よりも）短くなるように変形する。このとき、第一突条部１１および第二突条部１２の各々の突出端が、互いから遠ざかる方向にも変形する。これを、図４に、変形後の第一突条部１１´および第二突条部１２´として示している。図４に示す断面視においては、変形後の第一突条部１１´および第二突条部１２´と、表面４００との間には、２箇所のシール領域Ｓが形成される。

【0028】

また、図４に示すように第一突条部１１´および第二突条部１２´が変形することにより、当接前は第一突条部１１および第二突条部１２に埋もれていた滑性凸部３０が露出するかたちとなって、表面４００に当接する。先述のように滑性凸部３０は摩擦係数が低い滑材によって構成されているため、この当接領域においては、シール対象物が表面４００の面方向に摺動しやすい。以下、この当接領域を、摺動が促進される領域として摺動促進領域Ｒと称する。なお、滑性凸部３０が、凹部１３内において摺動してもよい。

【0029】

要するに、本実施形態１のシール部材１Ａによれば、シール対象物の表面４００に対して、２箇所のシール領域Ｓの間に摺動促進領域Ｒが形成されていることから、比較的簡素な構成でありながらシール性と摺動性とを兼ね備えることができる。

【0030】

（シール部材の製造方法）
本実施形態１のシール部材１Ａは、本体部１０を射出成型等により製造した後、別工程によって作製した環状の滑性凸部３０を、本体部１０の凹部１３に嵌合させることによって製造することができる。

【0031】

（調整について）
本実施形態１のシール部材１Ａは、図１に示すように、第一突条部１１および第二突条部１２が、滑性凸部３０よりも突出している。そのため、シール対象物の表面への当接の度合いを調整することによって、シール性の強度を調整することができる。

【0032】

具体的には、シール対象物の表面に対してシール部材１Ａを比較的軽く当接させた場合には、滑性凸部３０は当該表面に当接せず、第一突条部１１および第二突条部１２のみが当接することによって、シール性が比較的緩いシール部材１Ａをすることができる。

【0033】

反対に、シール対象物の表面に対してシール部材１Ａを比較的強く当接させた場合には、摩擦抵抗が大きい第一突条部１１および第二突条部１２が変形して表面に対する抵抗性が大きくなる。その一方で、滑性凸部３０も表面に当接することによって、摺動促進領域が形成され、摺動が促進される。

【0034】

当接の具合の調整は、例えば、図１に示した本体部１０の外側面にネジ山を設けることによって実現可能である。すなわち、シール部材１Ａを雄ネジとして構成し、シール対象物の表面に対向する位置に設けた雌ネジを含む構成要素に螺合させる態様とし、螺合の度合いを調整する。これにより、所期のシール性および摺動性を実現させることができる。

【0035】

〔変形例〕
第一突条部１１および第二突条部１２は、本体部１０とは別の部材から構成してもよい。別の部材から構成する場合には、第一突条部１１および第二突条部１２を、先に例示した材料から構成すればよく、その場合は、本体部１０を構成する材料に制限がなくなる。

【0036】

また、第一突条部１１および第二突条部１２の全体が滑性凸部３０よりも高い摩擦係数を有する材料から構成されている必要もない。例えば、第一突条部１１および第二突条部１２の表面における少なくとも突出端およびその近傍が、滑性凸部３０よりも高い摩擦係数を有する材料から構成されていればよい。すなわち、弾性を有する第一突条部１１および第二突条部１２と、その表面とが別材料から構成され、当該表面の突出端およびその近傍のみが、滑性凸部３０よりも高い摩擦係数を有する材料によって構成されていてもよい。

【0037】

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図５および図６を用いて以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0038】

図５は、本実施形態２のシール部材１Ｂの部分断面図である。図５に示す状態は、実施形態１の図１の状態に相当する。

【0039】

上述の実施形態１のシール部材１Ａは、図１に示したように、第一突条部１１および第二突条部１２が、滑性凸部３０よりも突出している。これに対して、本実施形態２のシール部材１Ｂは、シール対象物に当接していない状態において、滑性凸部３０が、第一突条部２１および第二突条部２２よりも突出している。ここで、第一突条部２１および第二突条部１２は、実施形態１の第一突条部１１および第二突条部１２と形状および滑性凸部３０との相対的な位置関係が異なっているのみである。図５には、滑性凸部３０と、第一突条部２１および第二突条部２２との突出量の差を、△ｄ´で示す。

【0040】

シール部材１Ｂは、滑性凸部３０の上面、および第一突条部２１および第二突条部２２の上面は、本体部１０の上面１０ａから突出した位置に設けられている。そのため、シール対象物の表面に当接させる際、本体部１０の上面１０ａではなく、滑性凸部３０の上面、および第一突条部２１および第二突条部２２の上面が、当該表面に当接する。これについて、図６に基づいて説明する。

【0041】

図６は、シール対象物の表面４００に、シール部材１Ｂを当接させた状態を示す部分断面図である。図６に示す状態は、上述の実施形態１の図４の状態に相当する。シール部材１Ｂを、本体部１０の上面１０ａを表面４００に対向させて、表面４００に向けて押し付けると、まず滑性凸部３０が表面４００に当接する。更に押し付けていくと、滑性凸部３０は変形して表面４００との当接領域（摺動促進領域Ｒ）を広げつつも凹部１３の底に向かって押し込められ、これに伴って第一突条部２１および第二突条部２２の上面が表面４００に当接する。弾性を有する第一突条部２１および第二突条部２２は、当接に伴い、突出長Ｈ´が（当接前よりも）短くなるように変形する（図６には変形後の第一突条部２１´および第二突条部２２´を図示している）。

【0042】

これにより、実施形態１のシール部材１Ａと同様に、シール対象物の表面４００に対して、２箇所のシール領域Ｓと、その間の摺動促進領域Ｒとが形成される。

【0043】

すなわち、シール部材１Ｂによれば、比較的簡素な構成でありながらシール性と摺動性とを兼ね備えることができる。

【0044】

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図７を用いて以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0045】

図７は、本実施形態３のシール部材１Ｃの平面図である。図７に示す状態は、実施形態１の図３に示す状態に相当する。実施形態１のシール部材１Ａでは環状の部材からなる滑性凸部３０が凹部１３に支持されている態様であるのに対して、本実施形態３では、滑材で構成された複数の球３３のそれぞれが凹部１３に支持されて滑性凸部３０´を構成している。

【0046】

各球３３は、本体部１０の製造工程とは別工程によって作製され、平面視において環状に形成された凹部１３に嵌合させて一連の環状にすることによって、滑性凸部３０´を作製する。図７では、球３３同士は当接しているが、これに限らず、互いが離間していてもよい。また、球３３は中空であってもよい。

【0047】

各球３３の径は、実施形態１の滑性凸部３０の断面円形の径と等しく構成すればよい。また、球３３は、実施形態１の滑性凸部３０と同一の材料から構成すればよい。また、実施形態１と同様、球３３が単一部材からなる必要はなく、滑性を有する材料によって芯部を内包した態様のものであってもよい。

【0048】

本実施形態３のシール部材１Ｃが、シール対象物の表面に当接すると、図４に示した状態と同一となり、シール対象物の表面４００に対して、２箇所のシール領域Ｓと、その間の摺動促進領域Ｒとが形成される。この状態において、シール対象物が摺動に伴って、少なくとも一つの球３３が凹部１３内において回転してもよい。これにより、シール対象物の摺動性が更に助長される。

【0049】

さらに、球３３が嵌合している凹部１３は、弾性を有する本体部１０で構成されている。したがって、シール対象物からの押圧が強く、また変動する場合では、球３３は、高い圧力で凹部１３に対して押し付けられる。しかしながら、シール対象物からの変動する強い圧力は、球３３を受ける凹部１３によって吸収され、また球３３自身が有する弾性によっても吸収される。よって、本実施形態では、シール対象物からの押圧が強く、また変動する場合においても、十分なシール性と摺動性とを発現しつつ、さらに高い耐久性を呈することが期待される。

【0050】

以上のように、本実施形態３のシール部材１Ｃにおいても比較的簡素な構成でありながらシール性と摺動性とを兼ね備えることができる。

【0051】

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るシール部材は、弾性を有するとともに環状の平面形状を有する第一突条部と、弾性を有するとともに環状の平面形状を有し、前記第一突条部に隣り合う第二突条部と、前記第一突条部および前記第二突条部の間に形成される、環状の平面形状を有する凹部と、前記第一突条部および前記第二突条部よりも低い摩擦係数を有する滑材で構成されるとともに前記凹部に支持されて、平面視したときに環状に配置される滑性凸部と、を有する。前記態様１の構成によれば、シール対象物へのシール性を実現し、且つシール対象物の摺動性を損なうことのないシール部材を提供することができる。

【0052】

本発明の態様２に係るシール部材は、前記態様１の構成において、前記滑性凸部は、平面視したときに前記凹部に重ねられる環状の部材であってもよい。これにより、シール対象物の一部の領域を囲むようにしてシール性を発揮することができると同時に当該領域を囲む環状に摺動性を発揮することができる。

【0053】

本発明の態様３に係るシール部材は、前記態様１の構成において、前記滑性凸部は、前記滑材で構成された複数の球のそれぞれが前記凹部に支持されることにより構成されていてもよい。これにより、シール対象物の一部の領域を囲むようにしてシール性を発揮することができると同時に当該領域を囲む環状に摺動性を発揮することができる。

【0054】

本発明の態様４に係るシール部材は、前記態様１～３の構成において、前記滑材は、フッ素樹脂であってもよい。これにより、耐久性に優れた滑性凸部を具備するシール部材を提供することができる。

【符号の説明】

【0055】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ シール部材
１０ 本体部
１０ａ 上面
１１、２１ 第一突条部
１２、２２ 第二突条部
１３ 凹部
３０、３０´ 滑性凸部
３３ 球

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】