JP5978987B2 - グロメット - Google Patents

Description

本発明は、壁部に形成された貫通孔と貫通孔に挿通される配管部材との間をシールするグロメットに関わり、さらに詳しくは、高圧水の浸入を効果的に阻止することができるグロメットに関するものである。

自動車車体のダッシュパネル等の壁部に形成された貫通孔と、この貫通孔に挿通される配管部材との間をシールするグロメットのシール性を向上する対策として、グロメットのシール部における圧作用側面の傾斜角度を鈍角にするとともにシール部を断面Ｕ字状の深い折り返し部の先端に形成するもの（特許文献１参照。）、グロメットのシール部を外側から囲繞する、グロメットのリップ部に連接された防水壁部を設けるもの（特許文献２参照。）等がある。
また、防水容器内と配管との隙間にグロメットを設置したシール構造において、グロメットの形状ではなく、弾性体ではない配管の形状を工夫したものとして、配管外周面上に、グロメットの配管外周面シール部に対する高圧水を遮蔽するフランジを形成したものがある（特許文献３参照。）。
さらに、グロメットではないが、揺動回転軸まわりに相対的に揺動する内側部材及び外側部材間に取り付けられ、環状の芯金に弾性体を被覆してなる、±２０°程度までの揺動角度範囲に適用可能な揺動部密封体として、弾性体における、芯金の内周部から径方向内側に延びる円環部の内周側端部を膨大させたシール部とし、前記円環部を軸方向に屈曲させるように弾性変形させた状態で前記シール部を前記内側部材の外周面に圧接させて前記内側部材に対して摺動不能に保持するものがある（特許文献４参照。）。

特開２００４−０４０９４０号公報 特開２００４−３１２９２７号公報 特開２００９−１６８１９２号公報 特開２０１２−０３７００８号公報

特許文献１及び２のようなグロメットは、高圧水の水圧の大きさ若しくは圧力変動又は高圧水の方向によっては、シール部が捲れ上がって内部へ水が侵入する場合があるとともに、形状が複雑であるため製造コストが増大する。
また、特許文献３のようなグロメットを含むシール構造は、グロメットの配管外周面シール部の側方に位置させる、高圧水を遮蔽するためのフランジが形成された特殊形状の配管を製作する必要があるため製造コストが増大する。

さらに、特許文献４の揺動部密封体は、揺動回転軸まわりに±２０°程度までの揺動角度範囲で相対的に揺動する内側部材及び外側部材間に取り付けられるものであり、貫通孔及び配管部材間に取り付けられるグロメットではない。その上、防水容器内に格納されたハイブリッド車のインバータのように、発熱量が多く防水容器内のヒートシンクに冷却水を供給するための配管部材が防水容器の貫通孔に挿通されており、前記配管部材が高温になる場合のような、高温下でのシール性の低下についての配慮はなされていない。

そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、壁部に形成された貫通孔と貫通孔に挿通される配管部材との間をシールするグロメット自体の形状等を工夫することにより、製造コストの上昇を抑制しながら高圧水の浸入を効果的に阻止することができるグロメットを提供する点にある。

本発明に係るグロメットは、前記課題解決のために、壁部に形成された貫通孔と、前記貫通孔に挿通された配管部材との間に配設され、前記貫通孔及び前記配管部材間をシールするグロメットであって、前記貫通孔の内径よりも内径が大きく形成された、前記壁部の被装着部に装着される、芯金及び前記芯金を被覆する被覆弾性体からなる装着部と、前記被覆弾性体に繋がって径方向内側に延びる円環板状弾性体と、前記円環板状弾性体の内周面に繋がって前記円環板状弾性体よりも膨大した円環状シール弾性体とからなり、前記円環板状弾性体を前記配管部材の挿通方向に屈曲させるように弾性変形させた状態で、前記円環状シール弾性体を前記配管部材の外周面に圧接させ、前記円環状シール弾性体を前記配管部材に対して摺動不能に保持するとともに、前記貫通孔及び前記配管部材の偏心を吸収するように前記円環板状弾性体が弾性変形することを特徴とする。

このような構成によれば、貫通孔及び配管部材間をシールするようにグロメットを装着した状態では、比較的薄肉に形成された円環板状弾性体が配管部材の挿通方向に屈曲し、円環板状弾性体の内周面に繋がる円環状シール弾性体が拡径した状態になっている。
この円環状シール弾性体は、円環板状弾性体よりも膨大した形状をしているので、拡径した円環状シール弾性体がその弾性復元力により配管部材の外周面に圧接され、円環状シール弾性体が前記外周面を強く締め付けた状態が保持される。
したがって、グロメットの密封性能を非常に高くすることができ、高圧水によって捲れ上がることがないため、高圧水の浸入を効果的に阻止することができる。
その上、円環状シール弾性体が配管部材の外周面を締め付ける締め付け力の大きさを大きく設定することができるため、前記外周面の面粗度によるシール性能への影響が小さくなる。
その上さらに、装着部が壁部の被装着部に装着され、円環状シール弾性体が配管部材に対して摺動不能に保持された状態で、壁部の貫通孔と配管部材との偏心を、比較的薄肉に形成された円環板状弾性体の弾性変形により吸収することができる。
その上、簡素な形状により所要のシール性能を確保することができるため、従来品と比較して製造コストを大幅に低減することができる。

ここで、前記円環板状弾性体及び前記円環状シール弾性体の形状を、所定温度環境下における前記偏心を含む最大歪みが破断歪み未満又は破断歪みよりも小さい所定値以下になるように決定してなると好ましい。
このような構成によれば、所定温度環境下における壁部の貫通孔と配管部材との偏心を含む最大歪みが破断歪み未満又は破断歪みよりも小さい所定値以下になるように、偏心及び高温下での強度低下を考慮して円環板状弾性体及び円環状シール弾性体の形状を決定しているので、防水容器内に格納されたハイブリッド車のインバータのように配管部材が高温になる場合であっても、グロメットのシール性能を満足する。

また、前記被覆弾性体、前記円環板状弾性体及び前記円環状シール弾性体の材質が水素化ニトリルゴムであり、前記円環板状弾性体及び前記円環状シール弾性体の形状を、１２５℃の温度環境下における前記偏心を含む最大歪みが９２％未満になるように決定してなると好ましい。
このような構成によれば、被覆弾性体、円環板状弾性体及び円環状シール弾性体の材質が水素化ニトリルゴムである場合において、１２５℃の温度環境下における壁部の貫通孔と配管部材との偏心を含む最大歪みが破断歪みである９２％未満になるように、偏心及び高温下での強度低下を考慮して円環板状弾性体及び円環状シール弾性体の形状を決定しているので、防水容器内に格納されたハイブリッド車のインバータのように配管部材が高温になる場合であっても、前記弾性体が水素化ニトリルゴムであるグロメットのシール性能を満足する。

さらに、前記配管部材の外周面に圧接される前記円環状シール弾性体の圧接面に複数の周溝を並設してなると好ましい。
このような構成によれば、配管部材の外周面に圧接される円環状シール弾性体の圧接面に形成された複数の周溝により、配管部材の外周面と圧接面の接触面圧が向上するので、シール性能がさらに高くなる。

以上のように、本発明に係るグロメットによれば、（ア）貫通孔及び配管部材間をシールするようにグロメットを装着した状態では、比較的薄肉に形成された円環板状弾性体が配管部材の挿通方向に屈曲し、円環板状弾性体の内周面に繋がる、円環板状弾性体よりも膨大した形状の円環状シール弾性体が拡径した状態で配管部材の外周面を強く締め付けた状態が保持されるため、高圧水の浸入を効果的に阻止することができること、（イ）装着部が壁部の被装着部に装着され、円環状シール弾性体が配管部材に対して摺動不能に保持された状態で、壁部の貫通孔と配管部材との偏心を、比較的薄肉に形成された円環板状弾性体の弾性変形により吸収することができること、（ウ）簡素な形状により所要のシール性能を確保することができるため、従来品と比較して製造コストを大幅に低減することができること、（エ）偏心及び高温下での強度低下を考慮して円環板状弾性体及び円環状シール弾性体の形状を決定しているので、配管部材が高温になる場合であっても、グロメットのシール性能を満足すること、等の顕著な効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るグロメットを壁部の被装着部に装着した状態を示す縦断面図であり、（ａ）は壁部の貫通孔に配管部材を挿通する前の状態、（ｂ）は壁部の貫通孔に配管部材を挿通した後の状態を示している。 図２（ｂ）の要部拡大縦断面図である。 構造解析によるシミュレーション結果の例を示す図である。

次に本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。

図１の縦断面図に示す本発明の実施の形態に係るグロメット１は、壁部Ａに形成された貫通孔Ｂと、貫通孔Ｂに挿通された配管部材Ｃとの間に配設され、貫通孔Ｂ及び配管部材Ｃ間をシールするものであり、貫通孔Ｂの内径よりも内径が大きく形成された壁部Ａの被装着部Ｄに装着される装着部２並びに装着部２に繋がる円環板状弾性体３及び円環板状弾性体３の内周面に繋がる円環状シール弾性体４からなる。
ここで、装着部２は、芯金２Ａ及び芯金２Ａを被覆する被覆弾性体２Ｂからなり、円環板状弾性体３は被覆弾性体２Ｂに繋がって径方向内側に延びている。
また、円環状シール弾性体４は、比較的薄肉に形成された円環板状弾性体３の内周面に繋がって円環板状弾性体３よりも膨大しており、貫通孔Ｂ及び配管部材Ｃ間をシールする際に弾性変形した状態で伸び側になる面を平面（圧接面５）とし、前記弾性変形した状態で縮み側になる面を配管部材Ｃの挿通方向Ｅに突出させている。
さらに、円環状シール弾性体４の形状は、外部から高圧水の水圧を受けた際に捲れにくいように、配管部材Ｃの外周面に装着した状態で角部がない丸みを帯びた断面形状をしている（例えば、図２の要部拡大縦断面図を参照。）。

図１（ｂ）の縦断面図及び図２の要部拡大縦断面図に示すように、貫通孔Ｂ及び配管部材Ｃ間をシールするようにグロメット１を装着した状態では、円環板状弾性体３が配管部材Ｃの挿通方向Ｅに屈曲するように弾性変形し、円環状シール弾性体４の、２個の周溝（凹条）５Ａ，５Ａが並設された圧接面５が配管部材Ｃの外周面に圧接しており、円環状シール弾性体４は配管部材Ｃに対して摺動不能に保持される。
ここで、円環状シール弾性体の圧接面に並設される周溝は、２個に限定されるものではなく、３個以上であってもよい。
また、このように貫通孔Ｂ及び配管部材Ｃ間をシールするようにグロメット１を装着した状態では、貫通孔Ｂ及び配管部材Ｃの偏心を吸収するように円環板状弾性体３が弾性変形する。

ここで、芯金２Ａは、例えば鋼等の金属製であり、弾性体（被覆弾性体２Ｂ、円環板状弾性体３及び円環状シール弾性体４）に使用するゴム材料としては、耐油性の良好なゴム素材として、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エチレン・アクリルゴム（ＡＥＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ、ＦＰＭ）、シリコーンゴム（ＶＱＭ）等のゴムから、１種、あるいは２種以上のゴムを適当にブレンドして使用することができる。
また、ゴム材料の練り加工性、加硫成形性、金属板との接着性を考慮した場合、他種のゴム、例えば、液状ＮＢＲ、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）等とブレンドして使用することも好ましい使用態様である。

グロメット１の円環板状弾性体３及び円環状シール弾性体４の形状は、所定温度環境下における、貫通孔Ｂ及び配管部材Ｃの偏心を含む最大歪みが所定値以下又は未満になるように決定される。
すなわち、グロメット１の材質、グロメット１を使用する箇所の寸法諸元、貫通孔Ｂ及び配管部材Ｃの偏心の最大値並びに温度環境（想定される最高温度）を設定し、円環板状弾性体３及び円環状シール弾性体４の形状を変えながら構造解析を行い、図３に示すような構造解析によるシミュレーション結果を参照して、前記偏心を含む最大歪みが破断歪み未満又は破断歪みよりも小さい所定値以下になるように、円環板状弾性体３及び円環状シール弾性体４の形状を決定すればよい。

ここで、前記破断歪みは、温度環境（雰囲気温度）を変えながら、例えばＯリング引張試験を行って破断時の歪を測定することにより求めることができる。
このような方法により求めた、材質がニトリルゴム（ＮＢＲ）及び水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）である場合についての破断歪の測定結果を表１に示す。

このような破断歪を用いて、例えば弾性体（被覆弾性体２Ｂ、円環板状弾性体３及び円環状シール弾性体４）に使用するゴム材料が水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）で、温度環境（雰囲気温度）が１２５℃である場合では、前記構造解析により、前記偏心を含む最大歪みが９２％未満になるように、円環板状弾性体３及び円環状シール弾性体４の形状を決定することができる。

次に、前記方法により形状を決定したグロメット１について行った、保護等級ＩＰＸ６Ｋ及びＩＰＸ９ＫのＩＰ試験（保護等級の評価試験）について説明する。
（劣化・偏心試験条件）
（１）高温放置試験（ｎ＝３）：１２５℃で５００ｈ放置する。
（２）ヒートサイクル試験（ｎ＝３）：１２５℃で３０ｍｉｎと−４０℃で３０ｍｉｎを交互に繰り返して１０００サイクル実施する。
（３）偏心試験（ｎ＝３）：偏心を１ｍｍとする。

（ＩＰＸ６Ｋ試験条件）
（１）試験機：加圧水試験装置
（２）規格：ＪＩＳ Ｄ ５０２０，ＩＰＸ６Ｋ
（３）水の流量：７５Ｌ／ｍｉｎ±５％
（４）水圧：約１０００ｋＰａ
（５）距離：２．５〜３ｍ
（６）ノズル：φ６．３ｍｍ
（７）試験時間：３ｍｉｎ

（ＩＰＸ９Ｋ試験条件）
（１）試験機：高圧洗浄試験機
（２）規格：ＪＩＳ Ｄ ５０２０，ＩＰＸ９Ｋ
（３）水温：８０±５℃
（４）水圧：約８〜１０ＭＰａ
（５）水の流量：１４〜１６Ｌ／ｍｉｎ
（６）噴射角度：０°，３０°，６０°，９０°
（７）噴射距離：１００〜１５０ｍｍ
（８）試験時間：各３０ｓ

以上の試験条件で行ったＩＰ試験を表２に示す。前記高温放置試験後の試験及び前記ヒートサイクル試験後の試験並びに偏心を１ｍｍとした試験の何れにおいても、グロメット１を通して水が侵入することがなく、保護等級ＩＰＸ６Ｋ及びＩＰＸ９Ｋを満たしていることが確認できた。

以上のようなグロメット１の構成によれば、貫通孔Ｂ及び配管部材Ｃ間をシールするようにグロメット１を装着した状態では、比較的薄肉に形成された円環板状弾性体３が配管部材Ｃの挿通方向Ｅに屈曲し、円環板状弾性体３の内周面に繋がる円環状シール弾性体４が拡径した状態になっている。
円環状シール弾性体４は、円環板状弾性体３よりも膨大した形状をしているので、拡径した円環状シール弾性体４がその弾性復元力により配管部材Ｃの外周面に圧接され、円環状シール弾性体４が前記外周面を強く締め付けた状態が保持される。
したがって、グロメット１の密封性能を非常に高くすることができ、高圧水によって捲れ上がることがないため、高圧水の浸入を効果的に阻止することができる。
また、円環状シール弾性体４が配管部材Ｃの外周面を締め付ける締め付け力の大きさを大きく設定することができるため、前記外周面の面粗度によるシール性能への影響が小さくなる。
さらに、装着部２が壁部Ａの被装着部Ｄに装着され、円環状シール弾性体４が配管部材Ｃに対して摺動不能に保持された状態で、貫通孔Ｂと配管部材Ｃとの偏心を、比較的薄肉に形成された円環板状弾性体３の弾性変形により吸収することができる。
さらにまた、図１に示すような簡素な形状により所要のシール性能を確保することができるため、従来品と比較して製造コストを大幅に低減することができる。

また、所定温度環境下における貫通孔Ｂと配管部材Ｃとの偏心を含む最大歪みが破断歪み未満又は破断歪みよりも小さい所定値以下になるように、偏心及び高温下での強度低下を考慮して円環板状弾性体３及び円環状シール弾性体４の形状を決定しているので、防水容器内に格納されたハイブリッド車のインバータのように配管部材Ｃが高温になる場合であっても、グロメット１のシール性能を満足する。
さらに、配管部材Ｃの外周面に圧接される円環状シール弾性体４の圧接面５に形成された複数の周溝５Ａ，５Ａにより、配管部材Ｃの外周面と圧接面の接触面圧が向上するので、シール性能がさらに高くなる。

Ａ 壁部
Ｂ 貫通孔
Ｃ 配管部材
Ｄ 被装着部
Ｅ 挿通方向
１ グロメット
２ 装着部
２Ａ 芯金
２Ｂ 被覆弾性体
３ 円環板状弾性体
４ 円環状シール弾性体
５ 圧接面
５Ａ 周溝（凹条）

Claims (4)

1. 壁部に形成された貫通孔と、前記貫通孔に挿通された配管部材との間に配設され、前記貫通孔及び前記配管部材間をシールするグロメットであって、
   前記貫通孔の内径よりも内径が大きく形成された、前記壁部の被装着部に装着される、芯金及び前記芯金を被覆する被覆弾性体からなる装着部と、
   前記被覆弾性体に繋がって径方向内側に延びる円環板状弾性体と、
   前記円環板状弾性体の内周面に繋がって前記円環板状弾性体よりも膨大した円環状シール弾性体とからなり、
   前記円環板状弾性体を前記配管部材の挿通方向に屈曲させるように弾性変形させた状態で、前記円環状シール弾性体を前記配管部材の外周面に圧接させ、前記円環状シール弾性体を前記配管部材に対して摺動不能に保持するとともに、前記貫通孔及び前記配管部材の偏心を吸収するように前記円環板状弾性体が弾性変形することを特徴とするグロメット。
2. 前記円環板状弾性体及び前記円環状シール弾性体の形状を、所定温度環境下における前記偏心を含む最大歪みが破断歪み未満又は破断歪みよりも小さい所定値以下になるように決定してなる請求項１記載のグロメット。
3. 前記被覆弾性体、前記円環板状弾性体及び前記円環状シール弾性体の材質が水素化ニトリルゴムであり、前記円環板状弾性体及び前記円環状シール弾性体の形状を、１２５℃の温度環境下における前記偏心を含む最大歪みが９２％未満になるように決定してなる請求項１記載のグロメット。
4. 前記配管部材の外周面に圧接される前記円環状シール弾性体の圧接面に複数の周溝を並設してなる請求項１〜３の何れか１項に記載のグロメット。
   

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