JP2017057891A - シール材およびシール機構 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性およびシール性に優れるシール材およびシール機構を提供することである。
【解決手段】棒状体を摺動可能に挿通する挿通孔２１を有し、繊維および弾性材料が一体化された材料からなる筒状の摺動層２と、摺動層２の外周面２２に積層されている弾性外皮層３と、摺動層２の外周面２２に接触していない状態で弾性外皮層３の内部を、または弾性外皮層３の外周面を、周方向に沿って少なくとも１周にわたって連続的に巻き付けている締付用繊維４と、を備える、シール材１であり、これを使用するシール機構である。
【選択図】図１

Description

本発明は、棒状体の周りをシールするシール材およびシール機構に関する。

従来から、棒状体の周りをシールするシール材が知られている。このようなシール材は、通常、ゴムなどで構成されているため、高負荷で長期間使用するとゴムのクリープ変形が発生して棒状体への圧縮力が低下し、シール性が低下するという問題があった。

特許文献１には、トナーである粉体を取り扱う画像処理装置の回転シャフトをシールして粉体の漏出を防止する円筒状シール部材が記載されている。このシール部材は、パイルもしくはファイバーを円筒状にし、その外周側を金属支持部材で拘束することによって、シャフトの周りを適度な圧縮力で押さえ込み、摺動抵抗とシール性のバランスをとっている。

しかし、上述の円筒状シール部材は、パイルおよびファイバーの耐久性が低く、さらにパイルもしくはファイバーの間に粉体が侵入するとシール性が低下するため、高負荷で長期間使用することができなかった。また、上述の円筒状シール部材では、シャフトへの圧縮力を得るうえで、円筒状シール部材を取り付ける取付孔（ケース）に対して厳しい公差設定をする必要があった。

一方、本出願人は、円筒状シール部材として、先に特許文献２に記載のシール材を開発した。このようなシール材としては、より耐久性およびシール性に優れるものが望ましい。

特開２００８−２６７２８号公報 特開２０１４−５８６５号公報

本発明の課題は、耐久性およびシール性に優れるシール材およびシール機構を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
（１）棒状体を摺動可能に挿通する挿通孔を有し、繊維および弾性材料が一体化された材料からなる筒状の摺動層と、前記摺動層の外周面に積層されている弾性外皮層と、前記摺動層の前記外周面に接触していない状態で前記弾性外皮層の内部を、または前記弾性外皮層の外周面を、周方向に沿って少なくとも１周にわたって連続的に巻き付けている締付用繊維と、を備える、シール材。
（２）前記締付用繊維が、炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維から選ばれる少なくとも１種である、前記（１）に記載のシール材。
（３）前記締付用繊維が、糸状である、前記（１）または（２）に記載のシール材。
（４）前記締付用繊維を、複数周にわたって巻き付けている、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のシール材。
（５）前記締付用繊維を、螺旋状に巻き付けている、前記（４）に記載のシール材。
（６）隣り合う前記締付用繊維同士が、互いに接触している、前記（４）または（５）に記載のシール材。
（７）構造体の孔部および前記孔部内に挿入されている棒状体の間を、前記（１）〜（６）のいずれかに記載のシール材によってシールしている、シール機構。

本発明によれば、耐久性およびシール性に優れるという効果がある。

本発明の一実施形態に係るシール材を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１矢視側面図、（ｃ）は（ａ）のＸ２−Ｘ２線断面図である。 本発明の一実施形態に係るシール機構を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係るシール材を示す平面図である。

＜シール材＞
以下、本発明の一実施形態に係るシール材について、図１を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のシール材１は、円筒状（リング状）の部材であり、その構成部材として、摺動層２、弾性外皮層３および締付用繊維４を備えている。以下、本実施形態のシール材１の各構成部材について、順に説明する。

（摺動層）
摺動層２は、筒状の部材であり、より具体的には円筒状の部材である。また、摺動層２は、挿通孔２１を有する。挿通孔２１は、棒状体を摺動可能に挿通する部位である。具体的に説明すると、挿通孔２１に挿通される本実施形態の棒状体は、後述する図２に示すように、円柱状のシャフト１０１である。シャフト１０１は、構造体１０２に対して往復動または回転などの相対移動をする部材である。本実施形態の挿通孔２１は、シャフト１０１が挿通孔２１に挿通された状態で構造体１０２に対して相対移動するとき、挿通孔２１およびシャフト１０１が互いに摺動するように構成されている。

上述した構成を有する本実施形態の摺動層２は、繊維および弾性材料が一体化された材料からなる。このような構成によれば、シャフト１０１に対する摺動抵抗を低くすることができ、摺動摩擦に対して優れた耐久性を発揮することができる。

摺動層２を構成する繊維は、主にシャフト１０１と摺動接触するものであり、シャフト１０１に対する摺動抵抗を低くする主要因となるものである。このような繊維としては、例えば、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、テフロン（登録商標）繊維、液晶ポリマー繊維、綿糸、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などが挙げられる。例示したこれらの繊維は、１種または２種以上を混合して使用することができる。

摺動層２を構成する繊維の形態としては、例えば、織布、不織布、編布などの布材が挙げられる。織布は、帆布を含む。布材の目付け量は、通常、２０〜２００ｇ／ｍ²であるが、これに限定されるものではない。

繊維が布材の形態である場合には、布材がシャフト１０１と摺動接触するように、布材および弾性材料を一体化するのが好ましい。具体的には、布材に弾性材料を含浸させるのが好ましい。これにより、布材を構成する繊維の間に弾性材料が入り込み、結果として布材を補強することができる。また、繊維材同士の擦れによる摩耗が低減されることから、耐摩耗性も向上する。なお、布材に弾性材料を含浸させるときには、含浸処理をスムーズに行ううえで、弾性材料を溶剤などで溶解して液状にするのが好ましい。

繊維の形態は、上述した布材の他、例えば、短繊維などであってもよい。繊維の形態が短繊維の場合には、弾性材料中に短繊維を混ぜ込んで一体成形するのが好ましい。

一方、摺動層２を構成する弾性材料は、主に上述した繊維の耐久性を向上させるものである。弾性材料としては、例えば、ゴム、エラストマーなどが挙げられる。ゴムとしては、例えば、天然ゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ハイパロン、ポリブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、シリコンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、スチレンブタジエンゴム、塩素化ポリエチレンゴムなどが挙げられる。エラストマーとしては、例えば、ミラブルウレタン、熱硬化性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリエステルなどが挙げられる。例示したこれらの弾性材料は、１種または２種以上を混合して使用することができる。

摺動層２を構成する弾性材料には、添加剤を添加することができる。添加剤としては、例えば、加硫剤、加硫促進助剤、補強剤などが挙げられる。加硫剤としては、例えば、ジクミルパーオキサイドなどの有機過酸化物、有機硫黄化合物、金属酸化物などが挙げられる。加硫促進助剤としては、例えば、ステアリン酸などの脂肪酸、金属酸化物などが挙げられる。補強剤としては、例えば、カーボンブラック、ホワイトカーボンなどが挙げられる。

上述した以外の他の添加剤として、例えば、老化防止剤、充填剤、可塑剤、粘着剤、固体潤滑剤などを弾性材料に添加することもできる。例示したこれらの添加剤のうち、固体潤滑剤を弾性材料に添加すると、摺動抵抗を小さくすることができる。固体潤滑剤としては、例えば、グラファイト、シリコンオイル、フッ素パウダー、二硫化モリブデンなどが挙げられる。

（弾性外皮層）
弾性外皮層３は、図１に示すように、上述した摺動層２の外周面２２に積層されている部材である。また、弾性外皮層３は、弾性材料によって構成されている部材であり、シャフト１０１が構造体１０２に対して相対移動するとき、これに追従して摺動層２の形状を安定させて、シール性を維持する部材として機能する。

弾性外皮層３を構成する弾性材料としては、上述した摺動層２で例示したのと同じ弾性材料が挙げられる。また、弾性外皮層３を構成する弾性材料には、添加剤を添加することができる。添加剤としては、例えば、加硫剤、加硫促進助剤、補強剤、老化防止剤、充填剤、可塑剤、粘着剤などが挙げられる。例示したこれらの添加剤のうち、加硫剤、加硫促進助剤および補強剤については、上述した摺動層２で例示したのと同じものを例示することができる。

本実施形態では、図１（ｃ）に示すように、弾性外皮層３の径方向の厚さＴ３が、摺動層２の径方向の厚さＴ２よりも大きい。このような構成によれば、上述したシール性を維持する効果を向上させることができる。

（締付用繊維）
締付用繊維４は、シール材１のシャフト１０１への圧縮力、言い換えればシャフト１０１への締め付け力を高める部材である。本実施形態では、締付用繊維４を、その端部４ａから弾性外皮層３の内部を周方向に沿って連続的に巻き付けている。より具体的には、締付用繊維４を、摺動層２の外周面２２に接触していない状態で弾性外皮層３の内部を周方向に沿って少なくとも１周にわたって連続的に巻き付けている。このような構成によれば、シール材１の締め付け力を高めることができ、結果として優れた耐久性およびシール性を発揮することができ、高負荷で長期間使用することが可能となる。また、本実施形態では、シール材１の構造に起因して高い締め付け力が発生することから、従来のようにシール材を取り付ける上述した取付孔などの取り付け部材に対して厳しい公差設定をする必要がなく、柔軟な設計が可能となる。

締付用繊維４としては、上述した摺動層２で例示したのと同じ繊維が挙げられる。特に、締付用繊維４としては、炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維から選ばれる少なくとも１種であるのが好ましい。炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維はいずれも、非伸縮性を有することから、シール材１の締め付け力を高めることができる。

本実施形態の締付用繊維４は、シール材１の締め付け力を高める観点から、次のような構成を有する。すなわち、本実施形態の締付用繊維４は、糸状である。本実施形態では、複数の締付用繊維４を束ねることによって糸状にしている。また、本実施形態では、締付用繊維４を複数周にわたって巻き付けており、締付用繊維４を螺旋状に巻き付けている。さらに、本実施形態では、隣り合う締付用繊維４、４同士が、互いに接触している。これらの構成によれば、弾性外皮層３の内部に締付用繊維４を密に巻き付けることができ、結果としてシール材１の締め付け力を高めることができる。

上述した構成を有する本実施形態のシール材１は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、シャフト１０１と同様の形状を有する棒状物に弾性材料が含浸処理された布材を少なくとも１層巻き付けて摺動層２を構成する第１層を得る。次に、第１層の外周面に弾性外皮層３を構成する弾性材料を少なくとも１層巻き付けて第２層を得る。そして、第２層の外周面に締付用繊維４を第１層の外周面に接触しないように周方向に沿って少なくとも１周連続的に巻き付けた後、さらに弾性外皮層３を構成する弾性材料を少なくとも１層巻き付けて第３層を得る。最後に、第１層、第２層および第３層がこの順に積層された筒状の積層体をシール材１の形状に成形可能な上下金型の間に収容し、加圧下で各層を加熱接着した後に金型から取り出し、必要な厚さにカットしてシール材１を得る。

＜シール機構＞
次に、本発明の一実施形態に係るシール機構について、上述したシール材１を使用する場合を例にとって、図２を参照して詳細に説明する。

図２に示すように、本実施形態のシール機構１００は、構造体１０２の孔部１０３および孔部１０３内に挿入されている棒状体であるシャフト１０１の間を、上述したシール材１によってシールしている構成を有する。このような構成によれば、優れた耐久性およびシール性を発揮するシール材１が構造体１０２の孔部１０３および孔部１０３内に挿入されるシャフト１０１の間をシールすることから、シャフト１０１に付着している粉体などの異物１１０が孔部１０３内に侵入するのを長期にわたって抑制することができる。以下、本実施形態のシール機構１００の構成について、具体的に説明する。

シール機構１００における構造体１０２は、孔部１０３の開口近傍に位置している凹状のシール材収容部１０４を有する。シール材収容部１０４は、シール材１の直径よりも若干小さく、かつ孔部１０３の内径よりも大きい内径を有する。また、孔部１０３は、シャフト１０１の直径よりも大きい内径を有する。これらの構成によれば、シャフト１０１をシール材１の挿通孔２１に挿通して構造体１０２の孔部１０３内に挿入した後に、シール材１をシール材収容部１０４内に圧入状態で収容することが可能となる。また、予めシール材１をシール材収容部１０４内に圧入状態で収容した後に、シャフト１０１をシール材１の挿通孔２１を経て構造体１０２の孔部１０３内に挿入することもできる。

シール材１をシール材収容部１０４内に収容した後に、シール材収容部１０４の開口部の縁部周辺に押さえ部材１０５を取り付ける。これにより、シール材１がシール材収容部１０４から脱落するのを抑制することができる。

シャフト１０１に付着している粉体などの異物１１０は、シャフト１０１を構造体１０２に対して往復動させることによって除去することができる。すなわち、シャフト１０１を構造体１０２に対して往復動させると、シャフト１０１に付着している異物１１０をシール材１の弾性外皮層３側に移動させることができ、結果としてシャフト１０１から異物１１０を除去することができる。

なお、本実施形態では、異物１１０が侵入する側に位置しているシール材１の前面が、シャフト１０１に対して垂直に構成されているが、シール材１の前面は、シール材１の外周面側から内周面側に向かうにつれて孔部１０３から遠ざかるように傾斜した構成であってもよい。このような構成によれば、シャフト１０１から異物１１０を効率よく除去することができる。

上述した本実施形態のシール材１およびシール機構１００は、粉体または液体などを取り扱う駆動装置に好適に使用することができる。このような駆動装置としては、例えば、自動車、モータバイク、自転車、アミューズメント用乗り物、モータボート、鉄道車両、船舶、航空機、宇宙船などの乗り物、各種の機械、工作機、ロボット、振動を嫌う生産設備、画像処理装置、半導体製造装置、チップマウンターなどの産業機械、ボールねじのような直動部材などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

以上、本発明に係る好ましい実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

例えば、上述の実施形態では、締付用繊維４を摺動層２の外周面２２に接触していない状態で弾性外皮層３の内部を周方向に沿って少なくとも１周にわたって連続的に巻き付けているが、これに代えて、締付用繊維４を図３に示すように巻き付けることができる。すなわち、図３に示すシール材１０では、締付用繊維４を弾性外皮層３の外周面３１を周方向に沿って少なくとも１周にわたって連続的に巻き付けている。このような構成であっても、上述した実施形態に係るシール材１と同様に、シール材１０の締め付け力を高めることができる。
その他の構成は、上述した実施形態に係るシール材１と同様であるので、説明を省略する。

また、上述の本実施形態では、締付用繊維４が糸状であるが、これに代えて、締付用繊維４を他の形状にすることができる。他の形状としては、例えば、締付用繊維４を編んだ形状などが挙げられる。

また、上述の本実施形態では、隣り合う締付用繊維４、４同士が、互いに接触しているが、これに代えて、隣り合う締付用繊維４、４同士が、互いに接触しないように位置させることができる。

また、上述の本実施形態では、棒状体が円柱状のシャフト１０１であるが、棒状体は円柱状のシャフト１０１に限定されるものではない。シャフト１０１の形状についても、円柱状に限定されるものではなく、他の形状にすることができる。他の形状としては、例えば、多角柱状などが挙げられる。

１、１０ シール材
２ 摺動層
２１ 挿通孔
２２ 外周面
３ 弾性外皮層
３１ 外周面
４ 締付用繊維
４ａ 端部
１００ シール機構
１０１ シャフト
１０２ 構造体
１０３ 孔部
１０４ シール材収容部
１０５ 押さえ部材
１１０ 異物

Claims (7)

1. 棒状体を摺動可能に挿通する挿通孔を有し、繊維および弾性材料が一体化された材料からなる筒状の摺動層と、
   前記摺動層の外周面に積層されている弾性外皮層と、
   前記摺動層の前記外周面に接触していない状態で前記弾性外皮層の内部を、または前記弾性外皮層の外周面を、周方向に沿って少なくとも１周にわたって連続的に巻き付けている締付用繊維と、を備える、シール材。
2. 前記締付用繊維が、炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維から選ばれる少なくとも１種である、請求項１に記載のシール材。
3. 前記締付用繊維が、糸状である、請求項１または２に記載のシール材。
4. 前記締付用繊維を、複数周にわたって巻き付けている、請求項１〜３のいずれかに記載のシール材。
5. 前記締付用繊維を、螺旋状に巻き付けている、請求項４に記載のシール材。
6. 隣り合う前記締付用繊維同士が、互いに接触している、請求項４または５に記載のシール材。
7. 構造体の孔部および前記孔部内に挿入されている棒状体の間を、請求項１〜６のいずれかに記載のシール材によってシールしている、シール機構。

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