JP2020145374A - 気密構造の製造方法および気密構造 - Google Patents

Abstract

【課題】脱着可能で信頼性の高い気密構造を容易に形成できる気密構造の製造方法を提供する。【解決手段】まず第１の筐体１の第１のシール面に液状のシール材を塗布する。次に第１のシール面に対向する形状を持つ第２のシール面を有する第２の筐体を近接させる。そして、第１のシール面と第２のシール面が対向するように、第２のシール面を液状のシール材に密着させる。この状態で、シール材を硬化させる。次に、第1のシール面と第２のシール面とが近づく方向の力を加え、硬化したシール材を圧縮する。この状態で、第１の筐体と第２の筐体との位置関係を圧縮固定手段で固定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、気密構造の製造方法および気密構造に関する。

ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）を用いた社会課題の解決が広がりをみせており、様々なシーン／環境において、動作情報、生体情報、位置情報、気候情報、化学的情報などが求められている。そのため、目的の情報を得るためのセンシング機器は、機能や形状、所要量といった要望が多種多様となり、生産現場においては多品種への迅速な生産対応性が求められる。

一方で、機器を設置する環境も多岐にわたり、風雨に曝される環境、油や薬品が降りかかる環境などでも動作し続けることが求められる。そのため内部に水や埃、薬品などが侵入して機器が故障しないように気密性をもたせることが必要となる。

このように、多種多様な機器に対して、容易に気密性を実現することのできる方法として、構造設計が容易で、生産自動化や多品種への対応性が高く、小型化ニーズにも応えることができる液状シール材を用いた構造／工法の実現に期待がよせられている。

以前は、上記のような、屋外など水や埃に曝される環境で使用される電子機器は、予め成形したパッキンやガスケットでシーリングする構造が主流であった。しかし近年、機器の組み立て自動化や小型化ニーズに応えるため、パッキンに替わって液状のシール材を用いる方法が採られることが多くなってきている。

そうした液状シール材の用法としては大きく、２つの方法がある。一つは、一方の筐体の対象箇所にシール材を塗布した後、硬化させてシール部を形成し、このシール部を筐体同士で圧縮して気密を得る方法である。この方法は、ＣＩＰＧ（Ｃｕｒｅｄ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ Ｇａｓｋｅｔ：以降ＣＩＰＧと称する）と呼ばれており、本願明細書では、以降ＣＩＰＧと称する。ＣＩＰＧでは、シール材を圧縮して気密性を得るため、シール材の高さにバラツキがあると、シール材の圧縮時に均一な圧縮が得られず、気密性が低下してしまう。このため、ＣＩＰＧでは、シール材の塗布高さを高精度に制御する必要がある。この課題に答える技術が、例えば特許文献１に開示されている。この技術では、まず熱硬化性シリコーンゴムを長手方向にビード状に流延させ、次に、熱硬化性シリコーンゴムの表面に、加熱された凹状の成形型の凹状面を接触させて、硬化させる。これにより、シール材の高さを高精度に制御することができる。

もう一つの液状シール材の用法は、液状のシール材を対象箇所に塗布し、硬化する前に筐体同士を貼り合せる方法である。この方法は、ＦＩＰＧ（Ｆｏｒｍｅｄ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ Ｇａｓｋｅｔ）と呼ばれており、本願明細書では、以降、ＦＩＰＧと称する。ＦＩＰＧでは、筐体同士が接着または粘着される。ＦＩＰＧでは、筐体を重ね合わせる時に、シール材が液状であるため、ＣＩＰＧのように高精度な高さ制御が不要である。またシール材に圧縮を加えなくても気密性が確保できるというメリットがある。上記２つのメリットは、近年小型化の要求が著しい電子機器にあっては、極めて有用である。ＦＩＰＧを用いた小型携帯電子機器の防水方法の一例が、特許文献２に開示されている。

特開平０５−２４６４５６号公報 特開２０１１−０８６８１７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、シール材の高さ制御に成形型を用いており、品種ごとに成形型を用意しなければならないという問題点があった。また特許文献２のようなＦＩＰＧでは、筐体同士が接着または粘着されているため、容易には分解できないという問題があった。また首尾よく分解できても、シール材が再利用できないため、再組み立てが困難であった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、脱着可能で信頼性の高い気密構造を容易に形成できる気密構造の製造方法を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の気密構造の製造方法では、まず第１の筐体１の第１のシール面に液状のシール材を塗布する。次に第１のシール面に対向する形状を持つ第２のシール面を有する第２の筐体を近接させる。そして、第１のシール面と第２のシール面が対向するように、第２のシール面を液状のシール材に密着させる。この状態で、シール材を硬化させる。次に、第1のシール面と第２のシール面とが近づく方向の力を加え、硬化したシール材を圧縮する。この状態で、第１の筐体と第２の筐体との位置関係を圧縮固定手段で固定する。

本発明の効果は、脱着可能で信頼性の高い気密構造を容易に形成できる気密構造の製造方法を提供できることである。

第１の実施形態の気密構造の製造方法を示す断面模式図である。 第２の実施形態の気密構造を示す斜視図である。 第２の実施形態の気密構造の分解状態を示す斜視図である。 第２の実施形態のシール材の塗布方法を示す斜視図である。 第２の実施形態の気密構造を示す部分断面図である。 第２の実施形態のシール部近傍の構成を示す断面図である。 第２の実施形態の気密構造の製造方法の一部を示す断面図である。 第２の実施形態の気密構造の製造方法の別の一部を示す断面図である。 第２の実施形態のシール材塗布後のシール部を示す断面図である。 第２の実施形態のシール材硬化時のシール部を示す断面図である。 第２の実施形態のシール材圧縮時のシール部を示す断面図である。 第２の実施形態の分解時のシール部を示す断面図である。 第２の実施形態の製造方法に関する各部の寸法を示す断面図である。 第３の実施形態の気密構造の製造方法の一部を示す断面図である。 第３の実施形態の気密構造の製造方法の別の一部を示す断面図である。 第３の実施形態の気密構造の製造方法のさらに別の一部を示す断面図である。 第４の実施形態の気密構造の製造方法の一部を示す断面図である。 第４の実施形態の気密構造の製造方法の別の一部を示す断面図である。 第４の実施形態の気密構造の製造方法のさらに別の一部を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお各図面の同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の気密構造の製造方法を示す断面模式図である。なお本実施形態の気密構造は、第１の筐体と、第２の筐体とがシール材を挟むことで閉空間を形成するものとする。

本実施形態の気密構造の製造方法まず図１（ａ）のように、第１の筐体１の第１のシール面１ａに液状のシール材２を塗布する。なお図示はしていないが、第１のシール面１ａおよび塗布された液状のシール材２は閉曲線をなすものとする。

次に第１のシール面１ａに対向する形状を持つ第２のシール面３ａを有する第２の筐体３を近接させる。そして、図１（ｂ）に示すように、第１のシール面１ａと第２のシール面３ａが対向するように、第２のシール面３ａを液状のシール材２に密着させる。この状態で、シール材２を硬化させる。

次に図１（ｃ）に示すように、第1のシール面１ａと第２のシール面３ａとが近づく方向の力を加え、硬化したシール材２を圧縮する。この状態で、第１の筐体１と第２の筐体３との位置関係を圧縮固定手段４で固定する。なお、図１（ｃ）では、圧縮固定手段４がコの字状の断面を持つように描いているが、圧縮固定方法は任意であり、これに限られない。例えば、ねじ止めや、爪で係止する構造であっても良い。以上のプロセスによれば、ＦＩＰＧと同様に、シール材塗布を高精度に制御しなくても、筐体間に隙間なくシール材を充填することができる。また、シール材の硬化後に圧縮をかけることで、シールの信頼性を向上することができる。

なお、第２のシール面３ａがシール材２と接着性を持たないようにしておけば、固定を解除することで、第１の筐体１と第２の筐体３とを簡単に分離できる。あるいは第１のシール面１ａがシール材２と接着性を持たないようにしても良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、脱着可能で信頼性の高い気密構造を容易に形成できる。

（第２の実施形態）
図２は本実施形態の気密装置１００の斜視図である。ベース筐体１０とカバー筐体２０とがネジ３０で固定されている。図２には示されていないがベース筐体１０とカバー筐体２０との間はシール材によってシールされ、２つの筐体で囲まれた空間が気密となる気密構造が形成されている。カバー筐体２０には捨てネジ穴２１を設けている。

図３は気密装置１００の分解図である。概略箱形状のベース筐体１０と、概略蓋形状のカバー筐体２０をネジ３０で締結固定する構造である。ベース筐体１０は締結固定用のネジ穴１１と、組み立て時の位置決め用の窪み１２を有し、カバー筐体２０は、ネジ３０を通す貫通穴２２と、窪み１２と相対する捨てネジ穴２１を有する。両筐体の間にはシール材４０が介在し、両筐体でシール材４０を挟み込み、ネジ３０で圧縮固定することで、装置内部を気密状態にしている。

図４はシール材４０を塗布する様子を模式的に表した斜視図である。シール材４０はベース筐体１０内の空間を囲うような道で塗布される。塗布は空圧によってシリンジ（図示なし）内のシール材４０を、ノズル２００から吐出させながら、シール面１３の沿った所定の軌道を描くことで形成される。シール材４０には、例えば、硬化するとゴム弾性体となる樹脂を用いることができる。具体的には、例えば液状のシリコーン系シール材を用いることができる。

図５は気密装置１００が気密状態に組み立てられた状態（図２）における部分断面図である。図６は図５のＡ部拡大であり、ネジ３０の締結箇所及びシール材４０の断面箇所を模式的に示した図である。カバー筐体２０はベース筐体１０とネジ３０で締結されている。シール材４０はカバー筐体２０のシール面２３とベース筐体１０のシール面１３に挟み込まれて押し潰されている（Ｂ部）。

図７、８は本実施形態の製造方法を説明する図である。図７によれば、先ず固定用のネジ３０を貫通穴２１の設置個所とは別に設けた捨てネジ穴２２に、カバー筐体２０のおもて面からねじ込み、所定の長さｔだけカバー裏面から突出させている。図７によれば、突出部は相対するベース筐体１０に設けられた深さｔ−ｇの窪み１２に嵌め込まれ、平面方向の位置を決めるとともに、筐体間に隙間がｇになるようにカバー筐体２０の高さ方向の位置を決める。このとき、シール材４０は全周に渡りカバー筐体２０のシール面２３と接触した状態とする。この状態でシール材４０を硬化させた後、ネジ３０を抜き取り、図６のごとく、固定用の貫通穴２１を通してネジ穴１１に螺入する。その結果、カバー筐体２０とベース筐体１０が突き当たり、硬化したシール材４０が圧縮され、最終組み立て位置で、ベース筐体１０とカバー筐体２０とが固定され、気密装置１００の気密化が完成する。

次に、本実施形態の具体例について説明する。図９は図７のＣ部拡大であり、組み立て前のシール材４０の近傍断面である。ここでは、シール材４０の塗布高さｈ＝１．７ｍｍとした。最終組み立て位置でのシール材厚みをｈ２＝０．９ｍｍ（図１１、潰し量はｐ２＝０．４ｍｍ）になるように、相対するカバー筐体２０のシール面２３は、深さｄ＝０．９ｍｍの溝底とした。ベース筐体１０側のシール材４０を塗布するシール面１３は、幅ｗ＝２．４ｍｍのリブの上にある。これは、シール材４０の塗布幅を規定することで、塗布形状や塗布高さのばらつきを抑制することと、シール材４０を圧縮した際に両脇にシール材４０を逃がすことで変形しやすくする効果がある（図１１）。

図１０は図８のＤ部拡大であり、筐体間の隙間がｇ＝０．４ｍｍの状態におけるシール材近傍断面である。この時点ではシール材４０高さはｈ１＝１．３ｍｍ（潰し量ｐ１＝０．４ｍｍ）となっている。シール材４０は未硬化状態なので接触面に倣うような流動変形であり、反発力が発生しない接触状態である。この状態でシール材４０を硬化させると、全周に渡り均一にカバー筐体２０のシール面２３と接したゴム弾性体となる。

図１１は図６のＢ部拡大であり、シール材４０硬化後に最終組み立て位置までネジ締結された完成状態である。先の状態からさらにｐ２＝０．４ｍｍ押し込まれた状態（ｇ≒０、気密装置１０とベース筐体が突き当った最終組み立て位置）であり、シール材４０厚みｈ２＝０．９ｍｍとなり、凡そ３０％圧縮された状態となっている。硬化しているので、シール材４０の変形は弾性変形であり、反発力を有した密着状態となっている。

図１２は組み立て後、修理等でカバー筐体２０を外した状態におけるシール材近傍断面である。カバー筐体２０とベース筐体１０とを締結固定した状態では、シール材４０は弾性体を圧縮した状態である。このため。カバー筐体２０をベース筐体１０から分離すると、シール材４０は、圧縮状態から解放され、硬化させたときの状態（シール材４０高さｈ１≒１．３ｍｍ）に戻る。よって、再度組立てた際も同様に圧縮され、反発力が得られるため、気密性を再現することができる。

ここで、塗布高さｈおよび、隙間ｇ、シール面溝深さｄの導出方法に関して説明する。
図１３に示すように、塗布高さｈ＝ｐ１＋ｐ２＋ｈ２と書ける。また、ｐ２＝ｇ、ｈ２＝ｄの関係がある。

ここで、シール面２３およびシール面１３の反り量をｃと置くと、ｐ１≧ｃとなるように設計している。これは、隙間ｇを設けて組み立てた際に必ずシール材４０が全周に渡って途切れることなく気密装置１０と接触する必要があるためである。

また、ｈ２≧２ｃとなるように設計している。これは、最終組み立て位置でのシール材４０厚みｈ２は反り量ｃを十分に上回っていないと、反りによってシール隙間が狭くなった部分が圧縮し切れなくなってしまうためである。全体として所定の圧縮率が得られないと、所望の気密性が得られなくなる可能性がある。

最終組み立て位置でのシール材４０の圧縮率をｓとすると、ｐ２：ｈ２＝ｓ：１−ｓの関係である。なお、圧縮率は５〜４０％程度あればよい。
以上より、
ｈ＝ｐ１ ＋ ｐ２ ＋ ｈ２
＝ｃ ＋ ｈ２×ｓ／（１−ｓ） ＋ ｈ２
先述の数値は、反り量ｃ＝０．４ｍｍにおいて、ｈ２＝０．９（≧２ｃ）、圧縮率３０％と設定して計算したものである。すなわち、
ｈ＝０．４ ＋ ０．４（０．３８６を繰り上げ） ＋ ０．９
＝１．７ｍｍ
また、隙間ｇ＝ｐ２＝０．４ｍｍ（０．３８６を（繰り上げ）、シール面溝深さｄ＝０．９ｍｍとなる。

なお、シール面２３には、シール材４０が剥離し易くなるようにコーティングを施すとよい。例えば、フッ素系の剥離剤を塗る、良剥離性のメッキかける方法などがある。また、シール材４０を塗布後、表面が硬化し始める、または、薄い硬化膜が張る程度まで放置してから組み立てることで接着力を軽減させてもよい。

ベース筐体１０のシール面１３は、シール材４０との接着力を高めておくと良い。そのために、例えば、エッチングやサンドブラストで荒らす、物理的に嵌合するようなアンカー形状（図示なし）を設置する、プライマーを塗布して接着力を高めるなど、の処理を行うことができる。シール材４０とベース筐体１０との接着力を高め、シール材４０とカバー筐体２０との接着力を低めることによって、分解時に、ベース筐体１０側にシール材４０が残るようにすることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、シール材の塗布高さを精密に制御することなく、信頼性の高い気密構造を形成することができる。また、分解が容易で、再組み立てを行っても気密の信頼性が高い気密装置を得ることができる。

（第３の実施形態）
図１４〜１６は本発明の第二の実施の形態である。図１４に示すように、カバー筐体２０には、ボス５０がカバー筐体２０の自重で抜けず、かつ、ネジ締結力で抜ける範囲の力で嵌合穴２４に圧入されている。ボス５０は、組立てた際に筐体隙間ｇが得られるようにカバー裏面から突出している。カバー筐体２０をベース筐体１０に近付けていくと、図１５に示すように、ボス５０の先端が窪み１２に突き当たり、カバー筐体２０がベース筐体１０に対して位置決めされるとともに、筐体間の隙間がｇに制御される。この時、シール材４０は、全周に渡り均一にカバー筐体２０のシール面２３と接している。この状態でシール材４０を硬化させる。次に、図１６に示すように、ネジ３０をカバー筐体２０のおもて面ネジ穴１１に螺合して締結する。すると、硬化したシール材４０が圧縮されるとともに、締結力でボス５０が抜けて、カバー筐体２０がベース筐体１０に突き当たり、最終組み立て位置に至り、装置の気密化が完成する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ネジの脱着作業工数を低減しながら、第２の実施形態と同様な気密装置を得ることができる。

（第４の実施形態）
図１７〜１９は本発明の第４の実施の形態である。カバー筐体２０には、ベース筐体１０側の固定用ネジ穴１１と相対する位置に、同様のネジ穴２５が設けられている。シール材４０をベース筐体１０のシール面１３に塗布した段階では、図１７に示すように、ネジ穴２５には、ネジ径より細い円筒部３１ａを有するネジ３１が、カバー筐体２０と裏面から先端が突出するようにねじ込まれている。ネジ３１の突出量は、組立てた際にベース筐体のネジ穴１１に嵌った上で、筐体隙間ｇが得られるように設定している。次に、カバー筐体２０をベース筐体１０に近付けていくと、図１８に示すように、ネジ３１の先端がネジ穴１１に突き当たり、カバー筐体２０がベース筐体１０に対して位置決めされるとともに、筐体間の隙間がｇに制御される。この時、シール材４０は、全周に渡り均一にカバー筐体２０のシール面２３と接している。この状態でシール材４０を硬化させる。次に、図１９に示すように、ネジ３１をネジ穴１１に締結すると、円筒部３１ａがネジ穴２５と干渉することなく、カバー筐体２０とベース筐体１０とが突き当たる最終組み立て位置に至り、装置の気密化が完成する。

以上説明したように、本実施形態によれば、部品点数を削減しながら、第２、第３の実施形態と同様な気密装置を得ることができる。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

１ 第１の筐体
２、４０ シール材
３ 第２の筐体
４ 圧縮固定手段
１０ ベース筐体
１１、２５ ネジ穴
１２ 窪み
１３、２３ シール面
２０ カバー筐体
２１ 捨てネジ穴
２２ 貫通穴
２４ 嵌合穴
３０、３１ ネジ
５０ ボス
１００ 気密装置

Claims (10)

1. 第１の筐体の第１のシール面にシール材を塗布し、
   前記第１のシール面に対向する第２のシール面を有する第２の筐体の、前記第２のシール面を、前記シール材に密着させ、
   前記シール材を硬化し、
   前記第１の筐体と前記第２の筐体とが近づく方向の圧力を加えて、硬化した前記シール材を圧縮した状態で、前記第１の筐体と前記第２の筐体との位置関係を固定する
   ことを特徴とする気密構造の製造方法。
2. 前記第1の筐体と前記第2の筐体との距離を固定手段によって近づける
   ことを特徴とする請求項１に記載の気密構造の製造方法。
3. 前記シール材を硬化する時に前記第１の筐体と前記第２の筐体との間隔を所定値に維持する
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の気密構造の製造方法。
4. 前記シール材を硬化した後に、
   前記第１の筐体と前記第２の筐体とを密着させる
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気密構造の製造方法。
5. 前記第１の筐体と前記第２の筐体との間隔の調整を、
   前記第１の筐体または前記第２の筐体の少なくとも一方に螺合されたネジの回転で行う
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の気密構造の製造方法。
6. 前記ネジの先端を、前記第１の筐体と前記第２の筐体のうちで、前記ネジが螺号されていない方に突き当てて、
   前記第１の筐体と前記第２の筐体との間隔を所定値に調整する
   ことを特徴とする請求項５に記載の気密構造の製造方法。
7. 前記シール材と、前記第１のシール面または前記第２のシール面のいずれか一方を接着性とし、他方を非接着性とする、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の気密構造の製造方法。
8. 内部に密閉空間を形成するための
   第１の筐体と、
   第２の筐体と、
   前記第１の筐体と前記第２の筐体との隙間を埋めるシール材と
   前記第１の筐体と前記第２の筐体との位置関係を固定する固定手段とを有し、
   前記シール材の一方の面は前記第１の筐体の第１のシール面に型取られ、他方の面は前記第２の筐体の第２のシール面に型取られ、
   前記固定手段は前記シール材を圧縮した状態で、前記第１の筐体と前記第２の筐体との位置関係を固定している
   ことを特徴とする気密構造。
9. 前記第１の筐体と前記第２の筐体の一方に螺合されたネジと、
   他方に形成され前記ネジの先端が係合する窪みと
   を有することを特徴とする請求項８に記載の気密構造。
10. 前記第１のシール面と前記第２のシール面のうち、一方が前記シール材と接着性であり、他方が前記シール材と非接着性である
    ことを特徴とする請求項８または９のいずれか一項に記載の気密構造。

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