JP4426334B2 - シール材 - Google Patents

Description

本発明は、往復運動用又は回転運動用のＵ字状のシール材に関するものである。

従来より、油圧・空圧機器等に使用される摺動用（運動用）のシール材としては次のようなものが公知である。即ち、そのシール材は、横断面形状がＵ字状で凹溝を有する樹脂製リングと、その凹溝に内装される金属製バネ（例えば、特許文献１、特許文献２参照）又はゴム弾性体（例えば、特許文献３参照）と、から成り、その樹脂製リングの摺動面には１段のリップが形成されていた。
特開平８−８２３７２号公報 特開２００３−２４７６４６号公報 実開平５−４７６２４号公報

しかし、従来のシール材を医療機器や塗料機器に使用した場合、医療機器や塗料機器に用いられる液体は、固まりやすいもの（例えば、ペンキ等の塗料材料）、又は、結晶化しやすい成分を含むもの（例えば、人工透析に使用される薬液）が多く、従来のシール材は、リップが一段しか形成されていないので、リップ近傍に固化物や結晶物等が付着しシール性が低下する問題があった。
また、図９は上記特許文献１に記載されたシール材を示すが、この図９のシール材31では、樹脂製リング32と、内装された金属製バネ33との間には、液体が溜まりやすく、また、洗浄も困難であったため、細菌が繁殖する虞れがあった。

そこで、本発明は、固まりやすい液体又は結晶化しやすい成分を含む液体をシールする場合、固化物や結晶物がリップ近傍に付着することなくシール性を維持でき、また、シール本体の凹溝内に液体が溜まりにくく、かつ、洗浄が容易に行えるシール材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るシール材は、横断面形状がＵ字状であって軸心一方向に開口する凹溝を有する樹脂製シール本体と、該シール本体の該凹溝に嵌め込まれるゴム製Ｏリングと、から成り、医療機器又は塗料機器に用いられる液体密封用のシール材であって、上記シール本体は、上記軸心一方向寄りの先端リップ部と軸心方向中間位置の主リップ部を摺動面側に備え、上記軸心一方向側から圧力が作用して上記Ｏリングが圧縮した受圧状態に於て、上記シール本体の軸心他方向の基端面から上記Ｏリングの横断面中心点までの軸心方向寸法と、上記基端面から上記主リップ部の先端部までの軸心方向寸法と、を略同一に設定した。

また、自由状態に於て、上記先端リップ部の先端部の横断面角度を鋭角に設定し、上記主リップ部の先端部の横断面の曲率半径を0.15mm以上 0.4mm以下に設定した。
また、上記シール本体が、ＰＴＦＥ、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂の中から選ばれる少なくとも１種類から成る。
また、上記Ｏリングがシリコンゴムから成るものである。また、このシール材が人工透析装置ポンプ用である。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係るシール材によれば、先端リップ部により固化物・結晶物等が摺動面に入り込むのを阻止できるのでシール性が維持され、そして、主リップ部が充分に液体をシールすることができる。
また、シール本体の凹溝にＯリングを嵌め込むことで、凹溝の奥部から圧力を受けて圧縮するＯリングによって液体が追い出され、液体が溜まらず、かつ、洗浄も容易にできるので、細菌が繁殖することがなくなる。
さらに、受圧状態で、上記Ｏリングの弾発力が主リップ部の先端部に充分に作用するため、主リップ部のシール性を一層向上させることができる。

以下、実施の形態に示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１〜図４は本発明の第１と第２の実施の形態を示す。図１と図２は、例えば、シリンダチューブ20内を往復摺動するピストン21の外周面に環状の装着溝22が設けられ、該装着溝22に装着される場合の第１の実施の形態を示し、図３と図４は、例えば、上記シリンダチューブ20（のヘッド）の内周面に環状の装着溝22が設けられており、該装着溝22に装着される場合の第２の実施の形態を示す。なお、上記ピストン21及びピストンロッド24は、矢印Ｃの方向に往復摺動し、シリンダチューブ20内の流体収納空間25には固化又は結晶化しやすい液体が封入されている（図示省略）。

図１又は図３は、医療機器又は塗料機器に用いられる液体密封用の本発明に係るシール材が装着溝22へ装着される前の状態──自由状態を示す。また、図２と図４は、シール本体１を自由状態のままで描き、その凹溝３内のゴム製Ｏリング２のみが流体収納空間25からの圧力を受けて圧縮した状態を示した（仮想の）要部拡大断面図である。
具体的に説明すると、本発明に係るシール材は、横断面形状がＵ字状であって軸心一方向に開口する凹溝３を有するシール本体１と、凹溝３に嵌め込まれるゴム製Ｏリング２と、から成っている。該凹溝３の開口端側は、液体が封入されている流体収納空間25側を向いて配置されている。シール本体１の材質としては、ＰＴＦＥ、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂の中から少なくとも１種類から成る樹脂材質が用いられ、また、Ｏリング２は例えばシリコンゴム製である。

上記シール本体１の摺動面６側には、先端リップ部４と主リップ部５を有し、主リップ部５は先端リップ部４よりも軸心他方向側に配置されている。先端リップ部４の先端部12と主リップ部５の先端部９は、摺接する相手部材（図２のシリンダチューブ20内面や図４のピストンロッド24の外周面）に接触し、図２と図４の実線よりも僅かに圧縮変形した状態（図示省略）を呈する。
上記先端リップ部４は、その厚み寸法が軸心他方向に向かって大きくなるように傾斜しており、先端リップ部４の先端部12はシャープエッジに形成されている。つまり、先端リップ部４は三角山形であって低圧（大気）側26へ傾斜しており、その先端リップ部４の先端部の横断面角度θは、鋭角（０°＜θ＜90°）に設定されている。θを90°以上に設定すると、先端リップ部４が固化物・結晶物等が上記摺動面６に入り込むのを阻止しにくくなる。

また、上記主リップ部５の横断面形状は、先端部９が丸い三角山形であり、その主リップ部５の先端部の横断面の曲率半径Ｒは、0.15mm以上 0.4mm以下に設定されている。さらに、好ましくは、Ｒを 0.2mm以上 0.3mm以下とする。Ｒが下限値よりも小さいと液体を接触面圧が過大となり早期摩耗する。逆に、Ｒが上限値を越えると密封性（シール性）が低下する。
上記シール本体の摺動面６とは反対側の装着面10は上記装着溝22に接し、装着面10には固定側リップ部11を有し、該リップ部11の横断面形状は、先端部が丸い三角山形である。

通常の使用状態での最大圧力が上記凹溝３の開口端側から作用して、上記Ｏリング２が圧縮された状態を受圧状態（図２又は図４）とし、この受圧状態に於て、上記シール本体１の軸心他方向の（低圧側26の）基端面７から上記Ｏリング２の横断面中心点８までの軸心方向寸法Ａと、上記基端面７から上記主リップ部５の先端部９までの軸心方向寸法Ｂと、が略同一になるように設定している。上記略同一とは、ＢがＡの１割減からＡの１割増までの範囲（ 0.9×Ａ≦Ｂ≦ 1.1×Ａ）であると、本発明では定義する。
上述のように、図１と図２では、シール本体１の外周側に主リップ部５と先端リップ部４が設けられており、図３と図４では、シール本体１の内周側に主リップ部５と先端リップ部４が設けられている。

図５〜図８は第３と第４の実施の形態を示す。図５と図６は、例えば、シリンダチューブ20内を往復摺動するピストン21の外周面に環状の装着溝22が設けられており、該装着溝22に装着される場合の第３の実施の形態を示し、図７と図８は、例えば、上記シリンダチューブ20（のヘッド）の内周面に環状の装着溝22が設けられており、該装着溝22に装着される場合の第４の実施の形態を示す。
図５又は図７は自由状態を示し、図６又は図８は受圧状態を示し、シール本体１については自由状態を示した仮想の断面拡大図である。先端リップ部４は、その厚み寸法が軸心他方向に向かって小さくなるように傾斜している。なお、図１・図２と図５〜図８に於て、図１・図２と同一の符号は図１・図２と同様の構成であるので、説明を省略する。本発明の第１の実施の形態と第３の実施の形態では、先端リップ部４の傾斜の方向が異なっているが、先端リップ部４が固化物・結晶物等が上記摺動面６に入り込むのを阻止するには、第３・第４の実施の形態の方が一層効果的である。

上述した本発明であるシール材の使用方法（作用）について説明する。
図１・図２又は図３・図４に於て、本発明に係るシール材が上記装着溝22に装着される。このとき、上記Ｏリング２は（図示省略するが）僅かに圧縮される。
次に、流体収納空間25内の液体圧力が上昇して前記受圧状態になった場合、液体の圧力によってＯリング２は、上記凹溝３内からシール本体１を摺動方向Ｃと直交方向に押圧する。そして、先端リップ部４の先端部12と主リップ部５の先端部９は、相対的に摺動する相手部材を押圧し、固定側リップ部11の先端部は装着溝22内面を押圧する。これにより、先端リップ部４は、固化物・結晶物等が主リップ部５側へ入り込むのを阻止し、主リップ部５は、液体が低圧（大気）側26へ漏洩するのを阻止する。

以上のように、本発明であるシール材は、横断面形状がＵ字状であって軸心一方向に開口する凹溝３を有する樹脂製シール本体１と、該シール本体１の該凹溝３に嵌め込まれるゴム製Ｏリング２と、から成り、医療機器又は塗料機器に用いられる液体密封用のシール材であって、上記シール本体１は、上記軸心一方向寄りの先端リップ部４と軸心方向中間位置の主リップ部５を摺動面６側に備え、上記軸心一方向側から圧力が作用して上記Ｏリング２が圧縮した受圧状態に於て、上記シール本体１の軸心他方向の基端面７から上記Ｏリング２の横断面中心点８までの軸心方向寸法Ａと、上記基端面７から上記主リップ部５の先端部９までの軸心方向寸法Ｂと、を略同一に設定したので、先端リップ部４は、固化物・結晶物等が主リップ部５側へ入り込むのを阻止し、主リップ部５の近傍には固化物・結晶物等が付着しない。これにより、主リップ部５は、液体が低圧（大気）側26へ漏洩するのを阻止できる。
また、上記受圧状態で、上記Ｏリング２の弾発力が上記主リップ部５の先端部９に充分に作用するため、主リップ部５のシール性を向上させることができる。
さらに、上記凹溝３にＯリング２を嵌め込むことで、凹溝３の奥部とＯリング２の間から液体が押し出されて、そこに液体が溜まらず（医療機器として重要な）細菌が繁殖することがなくなる。また、Ｏリング２を簡単にＵ字状シール本体１から分解できるので、Ｏリング２とシール本体１を容易に洗浄できる。

また、自由状態に於て、上記先端リップ部４の先端部の横断面角度θを鋭角に設定し、上記主リップ部５の先端部の横断面の曲率半径Ｒを0.15mm以上 0.4mm以下に設定したので、先端リップ部４は、固化物・結晶物を掻き取り主リップ部５側へ入り込むのを阻止でき、また、主リップ部５は、早期摩耗することなく液体を充分に密封できる。

上記シール本体１が、ＰＴＦＥ、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂の中から選ばれる少なくとも１種類から成るので、上記シール本体１を薬液中や高温下で使用しても、先端リップ部４は、固化物・結晶物等が主リップ部５側へ入り込むのを阻止でき、主リップ部５は、液体が低圧（大気）側26へ漏洩するのを阻止できる。

上記Ｏリング２がシリコンゴムから成るので、Ｏリング２を薬液中や高温下で使用しても、受圧状態で、Ｏリング２は弾発して上記凹溝３内からシール本体１を押圧することができ、上記主リップ部５は液体を充分に密封できる。特に、人工透析装置ポンプ用として、本発明に係るシール材は、（上述のように）細菌が繁殖せず好ましく、しかも、洗浄し易くて一層好ましい。

本発明の第１の実施の形態を示す自由状態の要部拡大断面図である。 Ｏリングのみが圧力を受けた状態を示す仮想の要部拡大断面説明図である。 本発明の第２の実施の形態を示す自由状態の要部拡大断面図である。 Ｏリングのみが圧力を受けた状態を示す仮想の要部拡大断面説明図である。 本発明の第３の実施の形態を示す自由状態の要部拡大断面図である。 Ｏリングのみが圧力を受けた状態を示す仮想の要部拡大断面説明図である。 本発明の第４の実施の形態を示す自由状態の要部拡大断面図である。 Ｏリングのみが圧力を受けた状態を示す仮想の要部拡大断面説明図である。 従来のシール材を示す断面図である。

符号の説明

１ シール本体
２ Ｏリング
３ 凹溝
４ 先端リップ部
５ 主リップ部
６ 摺動面
７ 基端面
８ 中心点
９ 主リップ部の先端部
Ａ 基端面からＯリングの横断面中心点までの軸心方向寸法
Ｂ 基端面から主リップ部の先端部までの軸心方向寸法
Ｒ 主リップ部の先端部の横断面の曲率半径
θ 先端リップ部の先端部の横断面角度

Claims (5)

1. 横断面形状がＵ字状であって軸心一方向に開口する凹溝（３）を有する樹脂製シール本体（１）と、該シール本体（１）の該凹溝（３）に嵌め込まれるゴム製Ｏリング（２）と、から成り、医療機器又は塗料機器に用いられる液体密封用のシール材であって、
   上記シール本体（１）は、上記軸心一方向寄りの先端リップ部（４）と軸心方向中間位置の主リップ部（５）を摺動面（６）側に備え、
   上記軸心一方向側から圧力が作用して上記Ｏリング（２）が圧縮した受圧状態に於て、上記シール本体（１）の軸心他方向の基端面（７）から上記Ｏリング（２）の横断面中心点（８）までの軸心方向寸法（Ａ）と、上記基端面（７）から上記主リップ部（５）の先端部（９）までの軸心方向寸法（Ｂ）と、を略同一に設定したことを特徴とするシール材。
2. 自由状態に於て、上記先端リップ部（４）の先端部の横断面角度（θ）を鋭角に設定し、上記主リップ部（５）の先端部の横断面の曲率半径（Ｒ）を0.15mm以上 0.4mm以下に設定した請求項１記載のシール材。
3. 上記シール本体（１）が、ＰＴＦＥ、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂の中から選ばれる少なくとも１種類から成る請求項１又は２記載のシール材。
4. 上記Ｏリング（２）がシリコンゴムから成る請求項１，２又は３記載のシール材。
5. 請求項１，２，３又は４記載のシール材が、人工透析装置ポンプ用であるシール材。
   
   

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