JP6805432B2

JP6805432B2 - 防水構造

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Publication number: JP6805432B2
Application number: JP2016168646A
Authority: JP
Inventors: 唯志田島; 秋男倉沢; 隆史桑畑; 賢二中西
Original assignee: Union Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Union Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2036-08-30
Also published as: JP2018034831A

Description

本発明は、防水構造に関し、詳しくは、開口部を有する容器本体と、容器本体の開口部を塞ぐ蓋と、を備える容器の防水構造に関する。

従来、様々な形状・寸法を持った工業製品の容器において、蓋と容器本体の合わせ面は両面ともに完全な平坦面である場合は少なく、表面粗さを有する面である場合が一般的である。ＪＩＳ規格による上仕上げ面とした金属製品の表面あらさは算術平均粗さＲａ＝０．４〜１．６マイクロメ−トルであり、これを重ねて加圧密着させた場合、同程度の高さの微細な隙間が合わせ面間に存在することになる。

容器において、蓋と容器本体との合わせ面の両面が表面粗さを有する場合、同容器を水没など外部圧力水が加わる条件下に置くと、外部圧力水は蓋と容器本体の合わせ面に存在する微細な隙間空間を流路にして低圧力側の容器内へ向けて進行して容器内への漏水が起こる。

このような、容器における、蓋と容器本体との合わせ面部における漏水発生の直接的な原因には、表面粗さの他に、面のうねりがある。ただし、面のうねりによる、合わせ面部の隙間形成は両面を加圧密着して矯正することにより、とり除くことが可能である。一方、表面粗さによる微細な隙間は両面を加圧密着して、表面粗さの表層部すなわち山頂部分を加圧により谷部に押し込むことで、幾分平坦面に近づけることができても、残存することとなる。

また、容器類の蓋と本体間の防水技術として、蓋と本体の両合わせ面間にゴムなどの弾性変形体（パッキン）を介在させて表面粗さによる隙間を無くして、外部圧力水による漏水を防ぐ方法が用いられる場合もある。

例えば、特許文献１には、筐体の開口を囲繞する開口縁部と蓋の開口縁対向部との間に隙間密封用シール剤が一周に亘って充填されている防水構造が提案されている。
特許文献１の防水構造によれば、一周に亘って充填された隙間密封用シール剤により、筐体と蓋との間から侵入する水を遮ることができる。

特開２０１４−１７３３７０号公報

しかしながら、特許文献１の隙間密封用シール剤、ゴム、樹脂製パッキン等のシール部材は、自体の機械的、化学的性質による経年劣化等により、防水性能が低下する場合がある。

本発明は、経年劣化等による防水性能の低下を防止可能な防水構造を提供することを目的とする。

（１）開口部を有する容器本体と、前記容器本体の前記開口部を塞ぐ蓋と、を備える容器の防水構造であって、
前記容器本体は、前記開口部の周囲を囲む容器本体接合部を有し、
前記蓋は、前記容器本体の前記容器本体接合部と当接する蓋接合部を有し、
前記容器本体接合部又は前記蓋接合部は、
いずれか一方が、滑らかな面に、前記開口部を囲う又は前記開口部に沿った環状溝が形成されており、
他方が、滑らかな面に形成されており、
前記環状溝は、前記容器本体接合部と前記蓋接合部とが当接された状態において、空気が充填された環状密閉空間を形成し、
水中に沈めることで、外部圧力水が、前記容器本体接合部と前記蓋接合部との密着合わせ面の隙間を進行し、前記密着合わせ面の隙間に存在していた空気が、進行した侵入水の先端面によって圧縮されながら前記環状密閉空間に押し込まれることで、前記環状密閉空間内の空気圧が上昇する防水構造。

（１）の発明によれば、開口部を有する容器本体と、容器本体の開口部を塞ぐ蓋と、を備える容器の防水構造は、容器本体が容器本体接合部を有し、蓋が蓋接合部を有する。
容器本体接合部は、開口部の周囲を囲む。
蓋接合部は、容器本体の容器本体接合部と当接する。
そして、容器本体接合部又は蓋接合部は、いずれか一方が、滑らかな面に、開口部を囲う又は開口部に沿った環状溝が形成されており、他方が、滑らかな面に形成されている。
環状溝は、容器本体接合部と蓋接合部とが当接された状態において、空気が充填された環状密閉空間を形成する。

これにより、容器本体に対して蓋を閉じた状態（容器本体接合部と蓋接合部とが当接された状態）で、環状溝は、環状密閉空間となり、この空間が外部圧力水の侵入を止める蓄圧空気室となる。
よって、容器の防水構造において、容器本体と蓋だけで、その他のパッキン等を容器本体と蓋との間に設けることなく防水性能を発揮できるので、パッキン等の経年劣化等の機械的、化学的性質による不具合により、防水性能が低下することがない。
したがって、経年劣化等による防水性能の低下を防止可能な防水構造を提供できる。

（２）前記環状溝は、前記容器本体接合部又は前記蓋接合部において、複数列形成されている（１）に記載の防水構造。

（２）の発明によれば、環状溝を複数列形成したので、蓄圧空気室となる環状密閉空間が、水の浸入経路に対して、多段階で設けることができるので、防水性能が向上する。

本発明によれば、経年劣化等による防水性能の低下を防止可能な防水構造を提供できる。

図１は、本発明の実施形態に係る防水構造１の概要を説明する図である。図１（ａ）は、防水構造１の断面図を示している。図１（ｂ）は、防水構造１の蓋２０を下方から視た図である。図２は、本発明の実施形態の別例に係る防水構造１Ａの概要を説明する図である。図２（ａ）は、防水構造１Ａの断面図を示している。図２（ｂ）は、防水構造１Ａの蓋２０を下方から視た斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係る防水構造１の防水機能発現機構を説明する図である。図４は、本発明の実施形態に係る防水構造１の防水機能発現機構を説明する図である。図５は、本発明の実施形態に係る防水構造１の防水機能発現機構を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明において、同一の構成には、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図１は、本発明の実施形態に係る防水構造１の概要を説明する図である。図１（ａ）は、防水構造１の断面図を示している。図１（ｂ）は、防水構造１の蓋２０を下方から視た図である。

防水構造１は、所定の防水性能（日本工業規格：ＩＰＸ７）が要求される電子機器用容器や産業機械用容器の他、同等の防水性能が要求される生活用品、運輸機器の荷室、客室等に適用することができる。

防水構造１は、開口部１１を有する容器本体１０と、容器本体１０の開口部１１を塞ぐ蓋２０と、容器本体１０と蓋２０とを互いに当接した状態で固定する固定具３０と、を備える。

容器本体１０は、上方が開放した開口部１１を有する箱形状に形成された容器体１２と、容器体１２の上端に設けられた開口部１１の中心から放射方向に突出した部分に、開口部１１の周囲を囲む容器本体接合部１５を有する。
なお、本実施形態において、容器本体１０は、被収容物を収容する容器だけに限らず、荷物を収容する荷室や人を収容する部屋等であってもよい。

蓋２０は、上面視で四角形状に形成されており、容器本体１０の開口部１１を塞ぐ蓋体２２と、容器本体接合部１５と当接する蓋接合部２５を有する。
なお、本実施形態において、蓋２０は、被収容物を収容する容器の蓋だけに限らず、荷物を収容する荷室や人を収容する部屋の扉等であってもよい。

固定具３０は、容器本体１０の容器本体接合部１５と蓋２０の蓋接合部２５とを、当接した状態で固定できれば、図１に示すフック形状のものに限らず、例えば、蓋２０を貫通し、容器本体１０に螺合するネジ部材等の任意の構成とすることができる。

容器本体接合部１５又は蓋接合部２５は、いずれか一方が、滑らかな面に、開口部１１を囲う又は開口部１１に沿った環状溝が形成されており、他方が、滑らかな面に形成されている。

なお、本実施形態において、滑らかな面は、日本工業規格による上仕上げ面程度の均滑面であり、表面粗さは、算術平均粗さＲａ＝０．１〜２．０マイクロメ−トルである。また、滑らかな面は、日本工業規格による上仕上げ面の規格を超える粗さであっても、容器本体１０の容器本体接合部１５と蓋２０の蓋接合部２５とを、当接した状態で固定した場合に、へこむ等の変形により互いに密着するものも含まれる。

環状溝は、容器本体接合部１５と蓋接合部２５とが当接された状態において、空気が充填された環状密閉空間を形成する。
環状溝は、容器本体接合部１５又は蓋接合部２５において、２列形成されているが、これに限らず、環状溝は、所定の防水性能を発揮できれば１列でもよいし、所定の防水性能を発揮するために３列以上としてもよい。

図１に示す例では、蓋接合部２５において、滑らかな面２６に、開口部１１を囲う環状溝２７が形成されており、容器本体接合部１５において、滑らかな面１６が形成されている。しかしながら、これに限らず、容器本体接合部１５において、滑らかな面１６に、開口部１１を囲う環状溝が形成されており、蓋接合部２５において、滑らかな面２６が形成されていてもよい。

なお、本実施形態では、容器本体接合部１５は、容器体１２と一体的に形成されているが、これに限らず、容器体１２とは別部材（例えば、パッキン等）で形成してもよい。
また、同様に、本実施形態では、蓋接合部２５は、蓋体２２と一体的に形成されているが、これに限らず、蓋体２２とは別部材（例えば、パッキン等）で形成してもよい。

また、容器本体接合部１５や蓋接合部２５を別部材で構成する場合、この別部材の両面に環状溝を形成してもよい。この場合、別部材の一方の面が容器本体接合部１５として機能し、蓋接合部２５に当接する。また、同時に、別部材の他方の面が蓋接合部２５として機能し、容器本体接合部１５に当接する。

また、本実施形態では、容器本体１０の容器体１２を箱形状に形成し、蓋２０の蓋体２２を上面視で四角形状に形成しているが、これに限らず、容器体１２及び蓋体２２の形状は、被収容物の形状に応じて、任意の形状とすることができる。

図２は、本発明の実施形態の別例に係る防水構造１Ａの概要を説明する図である。図２（ａ）は、防水構造１Ａの断面図を示している。図２（ｂ）は、防水構造１Ａの蓋２０を下方から視た斜視図である。
別例に係る防水構造１Ａは、容器本体１０の容器体１２の形状及び蓋２０の蓋体２２の形状が、本実施形態に係る防水構造１と異なる。このため、防水構造１Ａは、容器本体接合部１５及び蓋接合部２５が設けられている位置も、本実施形態に係る防水構造１と異なる。

防水構造１Ａにおいて、容器本体１０の容器体１２の形状は、上方が開放した開口部１１を有する円筒形状に形成されている。
防水構造１Ａにおいて、蓋２０の蓋体２２は、上面視で円板形状に形成されている板部２２１と、板部２２１の下面から下方に突出し、その外周面が容器本体１０の容器体１２の内周面と当接する突出部２２２と、を有する。

そして、図２に示す例において、防水構造１Ａでは、容器本体接合部１５が、容器本体１０の容器体１２の上端近傍の内周面に設けられ、滑らかな面１６が形成されている。
また、防水構造１Ａでは、蓋接合部２５が、蓋体２２の突出部２２２の外周面に設けられ、滑らかな面２６に、開口部１１に沿った環状溝２７が形成されている。

なお、防水構造１Ａは、本実施形態に係る防水構造１と同様に、容器本体接合部１５において、滑らかな面１６に、開口部１１に沿った環状溝が形成されており、蓋接合部２５において、滑らかな面２６が形成されていてもよい。

また、容器本体１０の容器体１２の内周面を、開口部１１から底に向かって、徐々に内径が小さくなるように、傾斜させることで、容器本体接合部１５に蓋接合部２５がより強い力で当接するので、防水効果が向上する。

次に、本実施形態に係る防水構造１における防水機能発現機構について説明する。
図３〜図５は、本発明の実施形態に係る防水構造１の防水機能発現機構を説明する図である。なお、図３〜図５では、理解を容易にするため、固定具３０の記載を省略している。

防水構造１は、容器本体接合部１５に蓋接合部２５が当接した状態で、固定具３０（図１参照）で固定されることで、２列の環状溝２７内にそれぞれ環状密閉空間Ｑ１，Ｑ２が形成され、防水機能発現機構が構成される。この状態において、防水構造１を水中に沈めると、図３に示す状態となる。

まず、図３に示す状態において、防水構造１では、外部圧力水が密着合わせ面（容器本体接合部１５と蓋接合部２５との当接面）Ａ−Ｂの隙間を、水が、極めて薄い水膜状態で低圧側（図３の右方向）に向けて進行する。すると、図４に示すように、密着合わせ面Ａ−Ｂの隙間に存在していた空気は、進行した侵入水Ｗの先端面によって圧縮されながら外側の環状溝２７内に形成されている環状密閉空間Ｑ１に押し込まれる。

これにともなって、固定容積空間である外側の環状溝２７内に形成されている環状密閉空間Ｑ１内の空気量は、密着合わせ面Ａ−Ｂからの空気の流入量から一部、外側の環状溝２７と内側の環状溝２７との間の密着合わせ面Ｃ−Ｄ側への流出する量を引いた量だけ増加する。このため、環状密閉空間Ｑ１内の空気は、圧縮されて空気圧エネルギー（反発エネルギー）を蓄える。

なお、密着合わせ面Ｃ−Ｄ側への空気の流出量は、密着合わせ面Ｃ−Ｄ及び内側の環状溝２７と容器体１２の内壁との間の密着合わせ面Ｅ−Ｆ並びに内側の環状溝２７内に形成されている環状密閉空間Ｑ２における空気の流動抵抗に依存していて、同抵抗が大きい場合は少なくなる。

また、上記と同様に環状密閉空間Ｑ２の空気は、環状密閉空間Ｑ１及び密着合わせ面Ｃ−Ｄからの空気流入量から一部、密着合わせ面Ｅ−Ｆ側へ流出する量を引いた量だけ増加するために、同空間内で空気が圧縮され、空気圧が増加する。
この場合も、上記と同様に、密着合わせ面Ｅ−Ｆ側への流出量は、密着合わせ面Ｅ−Ｆにおける流動抵抗に依存していて、流動抵抗が大きい場合は少なくなる。

そして、環状密閉空間Ｑ１の空気圧が、密着合わせ面Ａ−Ｂ内の侵入水Ｗの先端の水圧値に近づくと、侵入水Ｗの進行速度は遅くなる。ただし、侵入水Ｗの流速がゼロに近づくと流速の２乗に比例した値を示す流れの速度エネルギー及び密着合わせ面Ａ−Ｂにおける流動抵抗のいずれもゼロに近づき、侵入水Ｗの先端の水圧エネルギーが、速度エネルギー及び流動抵抗エネルギーの低減分だけ上昇し始める（流れのエネルギー保存則）。
これに加えて、環状密閉空間Ｑ１から密着合わせ面Ｃ−Ｄへの空気の流出もある。

以上の事象により、侵入水Ｗは、密着合わせ面Ａ−Ｂ内では完全停止状態とはならず、薄膜状態で極めて低速度で環状密閉空間Ｑ１内の合わせ面側Ｂ−Ｃに付着した状態で流動して、環状密閉空間Ｑ１と密着合わせ面Ｃ−Ｄの接線位置Ｃに到達し、図５に示す状態となる。

環状密閉空間Ｑ１内の空気は、侵入水Ｗの先端が接線位置Ｃに到達した時点で、合わせ面側Ｂ−Ｃに付着している水膜によって環状密閉空間Ｑ１内に閉じこめられる。水膜によって環状密閉空間Ｑ１内に閉じこめられた空気は、外部圧力水の流入によって密着合わせ面Ｂ−Ｃ面の水膜表面が、環状密閉空間Ｑ１内部に向けて膨らむことにより圧縮されて、空気圧エネルギー（反発エネルギー）を蓄える。

そして、環状密閉空間Ｑ１内の空気圧が、外部圧力水に等しい値となった時点で外部圧力水の密着合わせ面Ａ−Ｂへの侵入は完全な停止状態となる。

なお、環状密閉空間Ｑ１内の空気を同空間内に封止する役割を担う水膜は、ミクロサイズの突起群をもつ表面粗さの合わせ面（容器本体接合部１５の滑らかな面１６）で支持され、保持されている。

また、環状密閉空間Ｑ１内の空気圧による外部圧力水の侵入停止機能は、環状密閉空間Ｑ１内の空気圧が、接線位置Ｃにおける水膜の表面張力＋接線位置Ｃ位置の水膜へ圧力を加える環状密閉空間Ｑ２内の空気圧を超過すると失われる。

以上のような構成の防水構造１に対して、防水技術の実証試験を行ったところ、ＩＰＸ７規格程度の防水性能を要求する工業製品へ余裕を持って応用できることが確認できた。
更に、同実証試験の中で、１列の環状溝２７（密閉溝空間）よりも２列の環状溝２７（密閉溝空間）を設けた方が、より高い防水性能が得られること、２列の密閉溝空間を設けて合わせ面の密着状態をよくすると、水深１０ｍ〜２０ｍの水圧に耐える防水性能をもつことを確認できた。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１，１Ａ防水構造
１０容器本体
１１開口部
１２容器体
１５容器本体接合部
１６，２６滑らかな面
２０蓋
２２蓋体
２５蓋接合部
２７環状溝
３０固定具
２２１板部
２２２突出部

Claims

開口部を有する容器本体と、前記容器本体の前記開口部を塞ぐ蓋と、を備える容器の防水構造であって、
前記容器本体は、前記開口部の周囲を囲む容器本体接合部を有し、
前記蓋は、前記容器本体の前記容器本体接合部と当接する蓋接合部を有し、
前記容器本体接合部又は前記蓋接合部は、
いずれか一方が、滑らかな面に、前記開口部を囲う又は前記開口部に沿った環状溝が形成されており、
他方が、滑らかな面に形成されており、
前記環状溝は、前記容器本体接合部と前記蓋接合部とが当接された状態において、空気が充填された環状密閉空間を形成し、
水中に沈めることで、外部圧力水が、前記容器本体接合部と前記蓋接合部との密着合わせ面の隙間を進行し、前記密着合わせ面の隙間に存在していた空気が、進行した侵入水の先端面によって圧縮されながら前記環状密閉空間に押し込まれることで、前記環状密閉空間内の空気圧が上昇する防水構造。
前記環状溝は、前記容器本体接合部又は前記蓋接合部において、複数列形成されている請求項１に記載の防水構造。