JP7307474B2 - シール部材およびその製造方法、並びに気密摺動機構 - Google Patents

Description

本発明は、シール部材およびその製造方法、並びに気密摺動機構に関し、特に、液体、または気体に対するシール部材およびその製造方法、並びに気密摺動機構に関するものである。

従来から、密封容器の容器本体とその蓋部材との間、回転するシャフトとシャフトを支持するケースとの間などの隙間には、液体や気体などの流体がその隙間から侵入したり漏れたりするのを防止するためにシール部材が用いられている。

ところが、従来は、相互に摺動する２つの部材の隙間で高い液圧、または気圧に対して十分なシール効果を発揮することができるシール部材はなかった。

本発明は、相互に摺動する２つの部材の隙間で高い液圧、または気圧に対して十分なシール効果を発揮することを可能にするシール部材およびその製造方法、並びにこのようなシール部材を備えた気密摺動機構を提供することを目的とする。

本発明は、以下の項目を提供する。

（項目１）
外周面と内周面とを有する筒状体からなるシール部材であって、
前記シール部材はフッ素樹脂を含み、
前記外周面または前記内周面の少なくとも一方の周面に、少なくとも一つのリング状の突出部を備えている、シール部材。

（項目２）
前記少なくとも一つのリング状突出部の各々は、前記筒状体の軸方向の幅が前記リング状突出部の先端側ほど小さくなる形状を有する、項目１に記載のシール部材。

（項目３）
前記少なくとも一つのリング状突出部の各々は、その先端部が前記筒状体の軸方向に約０．１ｍｍ～約１．０ｍｍの平坦な面を有する、項目１または項目２に記載のシール部材。

（項目４）
前記少なくとも一つのリング状突出部は、隣接するリング状突出部同士が接するように配置されている、項目３に記載のシール部材。

（項目５）
項目１～項目４のいずれか一項に記載のシール部材を含む気密摺動機構であって、
内周面を有する中空の第１部材と、
外周面を有し、前記第１部材の内部で摺動する第２部材と
を備え、
前記シール部材は、前記筒状体を前記第２部材の外周面に固定することにより、前記筒状体の外周側の前記リング状突出部が前記第１部材の内周面に摺動可能に接触するように、前記第１部材と前記第２部材との間に組み込まれている、気密摺動機構。

（項目６）
前記気密摺動機構は、
少なくとも、前記少なくとも一つのリング状突出部の個数と、
前記シール部材を前記第１部材と前記第２部材との間に組み込む前の前記リング状突出部の内径および前記第２部材の外径と
を調整することにより、
前記シール部材により前記第１部材と前記第２部材との隙間で約１ＭＰａ以上の気密状態を保持可能である、項目５に記載の気密摺動機構。

（項目７）
項目１～項目４のいずれか一項に記載のシール部材を含む気密摺動機構であって、
内周面を有する中空の第１部材と、
外周面を有し、前記第１部材の内部で摺動する第２部材と
を備え、
前記シール部材は、前記筒状体を前記第１部材の内周面に固定することにより、前記筒状体の内周側の前記リング状突出部が前記第２部材の外周面に摺動可能に接触するように、前記第１部材と前記第２部材との間に組み込まれている、気密摺動機構。

（項目８）
前記気密摺動機構は、
少なくとも、前記少なくとも一つのリング状突出部の個数と、
前記シール部材を前記第１部材と前記第２部材との間に組み込む前の前記リング状突出部の内径および前記第２部材の外径と
を調整することにより、前記シール部材により前記第１部材と前記第２部材との隙間で約１ＭＰａ以上とする気密状態を保持可能である、項目７に記載の気密摺動機構。

（項目９）
シール部材を製造する方法であって、
フッ素樹脂の成形により成形体を形成することと、
前記成形体を切削加工することにより外周面と内周面とを有する筒状体を形成することと
を含み、
前記成形体を切削加工することは、前記筒状体の前記外周面または前記内周面の少なくとも一方の周面に、少なくとも一つのリング状の突出部を形成することを含む、シール部材の製造方法。

本発明によれば、相互に摺動する２つの部材の隙間で高い液圧、または気圧に対して十分なシール効果を発揮することを可能にするシール部材およびその製造方法、並びにこのようなシール部材を備えた気密摺動機構を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態１によるシール部材１００（リップリング）を説明するための図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ方向から見たシール部材１００（リップリング）の構造を示す平面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＣ方向から見たシール部材１００（リップリング）の構造を示す側面図、図１（ｄ）は図１（ｂ）のＩｄ－Ｉｄ線断面図、図１（ｅ）は図１（ｄ）に示すシール部材１００（リップリング）のＲ１部分の断面形状Ｓ１を拡大して示す図である。 図２は、図１に示すシール部材１００（リップリング）を含む気密摺動機構１０００を説明するための断面図である。 図３は、本発明の実施形態１の変形例によるシール部材１０１（リップリング）を説明するための図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ方向から見たシール部材１０１（リップリング）の構造を示す平面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＣ方向から見たシール部材１０１の構造を示す側面図、図３（ｄ）は図３（ｂ）のＩＩＩｄ－ＩＩＩｄ線断面図であり、図３（ｅ）は図３（ｄ）に示すシール部材１０１（リップリング）のＲ１部分の断面形状Ｓ１を拡大して示す図である。 図４は、図３に示すシール部材１０１（リップリング）を含む気密摺動機構１００１を説明するための断面図である。 図５は、本発明の実施形態２によるシール部材２００（リップリング）を説明するための図であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ方向から見たシール部材２００（リップリング）の構造を示す平面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＣ方向から見たシール部材２００（リップリング）の構造を示す側面図、図５（ｄ）は図５（ｂ）のＶｄ－Ｖｄ線断面図、図５（ｅ）は図５（ｄ）に示すシール部材２００（リップリング）のＲ２部分の断面形状Ｓ３を拡大して示す図である。 図６は、図５に示すシール部材２００（リップリング）を含む気密摺動機構２０００を説明するための断面図である。 図７は、本発明の実施形態２の変形例によるシール部材２０１（リップリング）を説明するための図であり、図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ方向から見たシール部材２０１（リップリング）の構造を示す平面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＣ方向から見たシール部材２０１の構造を示す側面図、図７（ｄ）は図７（ｂ）のＶＩＩｄ－ＶＩＩｄ線断面図、図７（ｅ）は図７（ｄ）に示すシール部材２０１（リップリング）のＲ２部分の断面形状Ｓ３を拡大して示す図である。 図８は、図７に示すシール部材２０１（リップリング）を含む気密摺動機構２００１を説明するための断面図である。

以下に本発明を、必要に応じて、添付の図面を参照して例示の実施例により説明する。

本明細書において、「約」とは、後に続く数字の±１０％の範囲内をいう。

本発明は、相互に摺動する２つの部材の隙間で高い液圧または気圧に対して十分なシール効果を発揮することを可能にするシール部材およびその製造方法、並びにこのようなシール部材を備えた気密摺動機構を得ることを課題とし、
外周面と内周面とを有する筒状体からなるシール部材であって、
シール部材はフッ素樹脂を含み、
外周面または内周面の少なくとも一方の周面に、少なくとも一つのリング状の突出部を備えている、シール部材を提供することにより、上記課題を解決したものである。

従って、本発明のシール部材は、外周面と内周面とを有する筒状体からなり、フッ素樹脂を含み、外周面または内周面の少なくとも一方の周面に、少なくとも一つのリング状の突出部を備えているものであれば、特に限定されるものではない。本発明におけるシール部材の具体的な形態として、リップリングである。

〔シール部材の材料〕
ここで、シール部材の材料は、フッ素樹脂を含んでいれば任意であり得る。好ましくは、シール部材全体はフッ素樹脂から形成されるが、本発明はこれに限定されない。少なくともシール部材が有するリング状突出部はフッ素樹脂で形成される。リング状突出部を撥水性に富んだフッ素樹脂で構成されることで、撥水性に起因するシール効果を最低限発揮できるものである。シール部材は、フッ素樹脂以外の樹脂、あるいは樹脂以外の材料（セラミック、金属、あるいはゴムなど）を含んでいてもよい。

フッ素樹脂の材料としては、フッ素原子を含むプラスチック原料の総称であり、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）をはじめとして、ＰＣＴＦＥ（ポリ・クロロ・トリフル・オロ・エチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン樹脂）などがある。フッ素樹脂は、熱性、滑り性、非粘着性、耐薬品性、低摩擦性、絶縁性に優れた性質を同時に兼ね備えたプラスチックである。

〔シール部材の形状〕
シール部材１００は、その外観形状は、外周面と内周面とを有する筒状体であれば、シール面の形状に合わせて任意の寸法、形状であり得る。

筒状体は、一つの実施形態において円筒体であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、筒状体の中心軸に垂直な面内での断面形状が、三角形、四角形、楕円形、あるいは多角形である筒状体でもあってもよい。

例えば、シール部材の形状は、任意の大きさであり得る。一つの実施形態において、外径が約２０ｍｍ、内径が約１４．９ｍｍ～約１５．７ｍｍ、高さが約２．１５ｍｍ～約２．５５ｍｍの円筒体である。

〔リング状の突出部の形状〕
本発明のシール部材において、少なくとも一つのリング状突出部の形状は任意であり得る。例えば、少なくとも一つのリング状突出部の各々は、筒状体の軸方向における幅がリング状突出部の先端側ほど小さくなる形状を有するものであってもよいし、あるいは、筒状体の軸方向における幅がリング状突出部の先端側か根元側かに拘わらず一定の寸法であるものであってもよい。好ましくは、少なくとも一つのリング状突出部の各々は、筒状体の軸方向における幅がリング状突出部の先端側ほど小さくなる形状を有する。このようにすることで、シール部材の使用時にかかるシール圧によりシール部材が若干変形したときにシール面に接触する面積を増やすことができるため、シール効果を増加させることが可能となる。

具体的には、１つの実施形態において、リング状突出部の周方向に垂直な断面でのリング状突出部の形状は、長方形形状の長辺を挟んで対向する角部を面取りして円弧状にした略台形形状である。ただし、リング状突出部の断面形状はこのような略台形形状に限定されるものではなく、その他の形状、例えば、三角形形状、台形形状、半円形状、あるいは半楕円形状などであってもよい。

少なくとも一つのリング状突出部の各々は、好ましくは先端部が前記シール部材の軸方向に約０．１ｍｍ～約１．０ｍｍの平坦な面を有している。一つの実施形態において、先端部が前記シール部材の軸方向に約０．３ｍｍの平坦な面を有している。平坦な面が約０．１ｍｍ以下であると、摩擦が小さくなり摺動性は向上するが気密性が低くなるため、摺動性と気密性の両立が難しくなる。また、平坦な面が約１．０ｍｍ以上であると、気密性は向上するが摺動性が低くなり、摺動性と気密性の両立が難しくなる。

先端部が平坦な面を有することにより、シール面の面積を確保することが可能となりシール効果を向上させることが可能である。しかし、本件発明はこれに限定されない。先端部が平坦な面を有していなくても、しばりばめにより接触時に接触面でリング状突出部が変形することで、点接触ではなく面接触することで高いシール面の面積を得るようにすることも可能である。

また、少なくとも一つのリング状突出部の各々は、好ましくは、高さが約０．１ｍｍ～約０．５ｍｍであり得る。一つの実施形態において、高さは約０．２ｍｍである。リング状突出部の高さを上記範囲にすることにより、リング状突出部が摺動軸内径と接触する際に、接触面でリング状突出部が横方向に多少変形される。

〔リング状突出部の配置〕
本発明のシール部材において、筒状体の軸方向における少なくとも一つのリング状突出部の配置間隔は任意であり得る。例えば、少なくとも一つのリング状突出部は、隣接するリング状突出部同士が一定間隔隔たるように筒状体の軸方向に沿って配置してもよいし、リング状突出部同士の間隔をランダムに配置してもよい。一方、少なくとも一つのリング状突出部は、隣接するリング状突出部同士が接するように筒状体の軸方向に沿って配置されていてもよい。

〔リング状突出部の個数〕
本発明のシール部材において、少なくとも一つのリング状突出部の個数は、特に限定されるものではなく、任意であり得る。例えば、１つの実施形態において、少なくとも一つのリング状突出部の個数は３つである。ただし、少なくとも一つのリング状突出部の個数は１つであってもよいし、２つであっても、４つ以上であってもよい。

〔シール部材を用いた気密摺動機構〕
さらに、本発明のシール部材は、相互に摺動する２つの部材を備えた気密摺動機構において、２つの部材の隙間をシールするのに用いることができる。本発明の気密摺動機構は、様々な用途の気密摺動部に用いることが可能である。例えば、浮力調整機器、ロボット腕部の伸縮ロッド、医療用機器や特に静寂性が求められる摺動部などに用いることが可能である。

このような気密摺動機構は、相互に摺動する２つの部材と、２つの部材の隙間をシールする上述したシール部材とを有し、２つの部材の一方が、内周面を有する中空の第１部材であり、２つの部材のもう一方が、第１部材の内部で摺動する、外周面を有する第２部材であれば、その他の構成は任意であり得る。

ただし、シール部材のリング状突出部が摺動可能に接する周面が、第２部材を摺動可能に収容する第１部材の内周面であるか、第２部材の外周面であるか、あるいは第１部材の内周面および第２部材の外周面の両方であるか、によって、気密摺動機構は大きく３つのタイプに分けられる。

（第１のタイプの気密摺動機構）
第１のタイプの気密摺動機構は、シール部材を構成する筒状体の外周面に形成されたリング状突出部が、第１部材の内周面に接するとともに、シール部材の筒状体の内周面を第２部材の外周面に固定することにより、リング状突出部が第１部材の内周面に相対的に摺動可能な状態で、シール部材を第１部材と第２部材との間に組み込んだものである。

シール部材の外周面に形成されたリング状突出部を第１部材の内周面に接するように装着する方法は、任意の方法であり得る。例えば、リング状突出部の外径が第１部材の内径よりも若干小さい（隙間ばめ）場合であってもよいし、リング状突出部の外径の最大許容寸法より第１部材の内径の最小許容寸法が小さく、リング状突出部の外径の最小許容寸法より第１部材の内径の最大許容寸法が大きい（中間ばめ）場合であってもよいし、リング状突出部の外径が第１部材の内径よりも若干大きい（しまりばめ）場合であってもよい。

好ましくはしまりばめである。このようにすることで、リング状突出部の外径の面と第１の部材の内径の面との密着度が高まり、気密性を向上させることが可能となる。

また、シール部材の内周面を第２部材の外周面に固定する手段は、任意の手段であり得る。例えば、第２部材の外周面に凹を設け、その凹部にシール部材の内周面を収納固定してもよいし、シール部材の内周面と第２部材の外周面とを、化学的または物理的に接着させる場合であってもよい。

本件発明のシール部材を用いることにより、気密状態を保持可能な液圧または気圧を、約１Ｍｐａ以上とすることが可能となる。また、本件発明のシール部材を摺動機構ではなく固定機構で用いた場合、約４０ＭＰａ～約７０ＭＰａの気密状態を保持可能であり得る。

（第２のタイプの気密摺動機構）
第２のタイプの気密摺動機構は、シール部材を構成する筒状体の内周面に形成されたリング状突出部が、第２部材の外周面に接するとともに、シール部材の筒状体の外周面を第１部材の内周面に固定することにより、筒状体の内周側のリング状突出部が第２部材の外周面に相対的に摺動可能な状態で、シール部材を第１部材と第２部材との間に組み込んだものである。

シール部材の内周面に形成されたリング状突出部を第２部材の外周面に接するように装着する方法は、任意の方法であり得る。例えば、リング状突出部の内径が第２部材の外径よりも若干大きい（隙間ばめ）場合であってもよいし、リング状突出部の内径の最大許容寸法より第２部材の外径の最小許容寸法が小さく、リング状突出部の内径の最小許容寸法より第２部材の外径の最大許容寸法が大きい（中間ばめ）場合であってもよいし、リング状突出部の内径が第２部材の外径よりも若干小さい（しまりばめ）場合であってもよい。

好ましくはしまりばめである。このようにすることで、リング状突出部の内径の面と第２の部材の外周面との密着度が高まり、気密性を向上させることが可能となる。

本件発明のシール部材を用いることにより、気密状態を保持可能な液圧または気圧は、約１Ｍｐａ以上とすることが可能となる。

（第３のタイプの気密摺動機構）
第３のタイプの気密摺動機構は、シール部材を構成する筒状体の外周面に形成されたリング状突出部が第１部材の内周面に相対的に摺動可能に接触し、かつ、シール部材を構成する筒状体の内周面に形成されたリング状突出部が第２部材の外周面に相対的に摺動可能な状態で、シール部材を第１部材と第２部材との間に組み込んだものである。

本件発明のシール部材を用いることにより、気密状態を保持可能な液圧または気圧は、約１Ｍｐａ以上とすることが可能となる。

〔シール部材の製造方法〕
本発明のシール部材の製造は、シール部材を構成する筒状体の外周面に形成されたリング状突出部の外径、あるいはシール部材を構成する筒状体の内周面に形成されたリング状突出部の内径を高い寸法精度で加工する必要があり、筒状体の形成あるいはその仕上げには切削加工が用いられる。切削加工で形成することにより、シール部材（２０個）のリング状突出部の寸法誤差を±０．０５０ｍｍ以内という優れた寸法精度に収めることが可能となる。

本発明のシール部材は、外周面と内周面とを有する筒状体からなり、フッ素樹脂を含み、外周面または内周面の少なくとも一方の周面に、少なくとも一つのリング状の突出部を備えているものであれば、特に限定されるものではないが、以下の実施形態では、シール部材は、筒状体およびリング状突出部がフッ素樹脂であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）で構成されているものとする。

また、実施形態１では、シール部材は、筒状体が第２部材の外周面に固定され、筒状体の外周面に形成された３つのリング状突出部がシール面として第１部材の内周面に接するものとし、実施形態１の変形例では、シール部材として、実施形態１のシール部材における３つのリング状突出部を２つのリング状突出部に置き換えたものを示す。

また、実施形態２では、シール部材は、筒状体が第１部材の内周面に固定され、筒状体の内周面に形成された３つのリング状突出部がシール面として第２部材の外周面に接するものとし、実施形態２の変形例では、シール部材として、実施形態２のシール部材における３つのリング状突出部を２つのリング状突出部に置き換えたものを示す。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１によるシール部材１００を説明するための図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ方向から見たシール部材１００の構造を示す平面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＣ方向から見たシール部材１００の構造を示す側面図、図１（ｄ）は図１（ｂ）のＩｄ－Ｉｄ線断面図、図１（ｅ）は図１（ｄ）に示すシール部材１００のＲ１部分の断面形状Ｓ１を拡大して示す図である。

この実施形態１のシール部材１００は、外周面１１０ａと内周面１１０ｂとを有する筒状体１１０を含むシール部材（リップリング）である。このシール部材１００（リップリング）はフッ素樹脂を含み、筒状体１１０の外周面１１０ａに形成された少なくとも一つのリング状の突出部１２０を備えている。

ここでは、シール部材１００（リップリング）は、フッ素樹脂の一種であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる円筒形状の樹脂成形体を切削加工して作製したものであり、筒状体１１０と少なくとも一つのリング状突出部１２０とは共にＰＴＦＥで構成されている。

この筒状体１１０は、具体的には、図１（ａ）に示すように、中心軸Ａｘを有する円筒体である。

少なくとも一つのリング状突出部１２０の各々は、筒状体１１０の軸方向Ａｘにおける幅Ｗ（図１（ｄ）参照）がリング状突出部１２０の先端側ほど小さくなる形状を有する。具体的には、リング状突出部１０の周方向に垂直な断面（図１（ｄ）のＲ１部分）でのリング状突出部１２０の形状は、図１（ｅ）に示すように、長方形形状Ｓ２の長辺を挟んで対向する角部（ドット表示の部分）Ｓ２ａをこれが円弧状になるように面取りした略台形形状Ｓ１である。

また、少なくとも一つのリング状突出部１２０は、筒状体１１０の軸方向Ａｘに沿って、隣接するもの同士が一定間隔隔たるように配置されている。

さらに、この実施形態１のシール部材１００では、少なくとも一つのリング状突出部１２０は、筒状体１１０の外表面１１０ａの上端位置、下端位置、およびこれらの中間の位置に配置された３つのリング状突出部１２０である。

このようなシール部材１００は、例えば、以下の手順で製造することができる。

まず、フッ素樹脂の成形により切削加工の対象となる筒状の成形体を形成する。

次に、この筒状の成形体に切削加工を施すことにより、筒状体１１０として、外周面１１０ａと内周面１１０ｂとを有し、かつ、筒状体１１０の外周面１１０ａの表面に少なくとも一つのリング状突出部１２０が形成された円筒体を形成する。

次に、実施形態１のシール部材１００（リップリング）を用いた気密摺動機構１０００を説明する。

図２は、図１に示すシール部材１００（リップリング）を含む気密摺動機構１０００を説明するための断面図である。

この気密摺動機構１０００は、内周面１０ａを有する中空の第１部材１０と、外周面２０ａを有し、第１部材１０の内部で摺動する第２部材２０とを備え、第１部材１０と第２部材２０との隙間が図１に示すシール部材１００（リップリング）によりシールされている。ここで、第１部材１０は管状部材であり、より具体的には、中心軸Ｌ１を有する円筒形（つまり断面が円形）の管状部材である。第２部材２０は柱状部材であり、より具体的には円柱状部材（断面が円形の柱状部材）である。ここでは、円柱状部材２０の中心軸は、円筒形の管状部材１０の中心軸Ｌ１と一致するようにこれらの部材１０および２０が配置されている。

ただし、第１部材１０は断面が円形の管状部材に限らず、断面が楕円形、三角形、四角形、あるいは多角形の管状部材でもよく、さらには管状部材に限らず、中実部材の一部に第２部材２０を摺動させるための穴部などの中空スペースを形成したものでもよい。また、第２部材２０は断面が円形の柱状部材に限らず、断面が楕円形、三角形、四角形、あるいは多角形の柱状部材でもよく、さらには柱状部材に限らず、管状部材の少なくとも一方の端の開口を塞いだものでもよい。さらに、第１部材１０および第２部材２０の構成材料は任意であり得る。例えば、鉄、ステンレスなどの金属材料、セラミック材料、あるいは樹脂材料などを用いることができる。

この気密摺動機構１０００では、シール部材１００（リップリング）は、その筒状体１１０の内周面１１０ｂを第２部材２０の外周面２０ａに固定することにより、筒状体１１０の外周面１１０ａに形成された３つのリング状突出部１２０が第１部材１０の内周面１０ａに摺動可能に接触するように、第１部材１０と第２部材２０との間に組み込まれている。ここで、シール部材１００（リップリング）の筒状体１１０の内周面１１０ｂと第２部材２０の外周面２０ａとの固定は、接着材によるものでも、嵌合によるものでも、あるいは、その他の機械的な固定手段によるものでもよい。

このように、気密摺動機構１０００では、シール部材１００（リップリング）の３つのリング状突出部１２０の先端が第１部材１０の内周面１０ａに摺動可能に接することにより、相対的にスライドする第１部材１０と第２部材２０との間で高い液圧または気圧に対する気密シールが実現されている。

より具体的には、この気密摺動機構１０００には、シール部材１００（リップリング）により第１部材１０と第２部材２０との隙間で気密状態を保持可能な液圧または気圧を設定する少なくとも一つのパラメータが存在している。

少なくとも一つのパラメータは、例えば、リング状突出部１２０および第１部材１０の撥水性と、少なくとも一つのリング状突出部１２０の形状と、シール部材１００（リップリング）を第１部材１０と第２部材２０との間に組み込む前のリング状突出部１２０の外径および第１部材１０の内径のいずれか２つ以上が含まれる。

この気密摺動機構１０００では、第１部材１０と第２部材２０との隙間で気密状態を保持可能な液圧または気圧は、これらの少なくとも一つのパラメータの組み合わせにより、約１Ｍｐａ以上とすることが可能である。

例えば、シール部材１００（リップリング）が３つのリング状突出部１２０を有し、リング状突出部１２０および第１部材１０にＰＴＦＥが用いられている場合、シール部材１００を第１部材１０と第２部材２０との間に組み込む前のリング状突出部１２０の外径を、筒状の第１部材１０の内周面１０ａの内径よりも約０．１ｍｍ～約０．２ｍｍ小さくすることで、第１部材１０とシール部材１００（リップリング）との摩擦係数を約１０～約３０と低く抑えつつ、約１Ｍｐａ以上の高い液圧または気圧に対する気密シールが実現可能となる。

このようにシール部材１００（リップリング）を用いた気密摺動機構１０００では、図２に示すようにシール部材１００（リップリング）の３つのリング状突出部１２０が第１部材１０の内周面１０ａに接するようにシール部材１００の筒状体１１０の内周面１１０ｂが第２部材２０の外周面２０ａに固定されている。

この状態では、第１部材１０の内部領域のうちのシール部材１００（リップリング）の一方側（紙面上側）の領域が高圧の水で満たされている場合でも、第１部材１０と第２部材２０との隙間は、シール部材１００（リップリング）の３つのリング状突出部１２０の先端が第１部材１０の内周面１０ａに圧接することと、リング状突出部１２０および第１部材１０の構成部材による撥水作用とにより、高圧の水がリング状突出部１２０の先端と第１部材１０の内周面との間を通過して第１部材１０の内部領域のうちのシール部材１００の他方側（紙面下側）の領域に漏れるのが抑制される。これにより、気密摺動機構１０００において、シール部材１００（リップリング）は、管状の第１部材１０の内周面１０ａと柱状の第２部材２０の外周面２０ａとの隙間で高い液圧または気圧に対するシール効果を発揮することができる。

（実施形態１の変形例）
なお、実施形態１では、シール部材１００（リップリング）として、３つのリング状突出部を有するものを示したが、シール部材１００（リップリング）に設けられている少なくとも一つのリング状突出部１２０の個数は３つに限らず、２つでも、４つ以上でもよい。少なくとも一つのリング状突出部１２０の個数が多いほど、より高い液圧または気圧に対する気密シールを実現することができ、少なくとも一つのリング状突出部１２０の個数が少ないほど、第１部材１０と第２部材２０との摺動抵抗を低減することができる。以下、本発明の実施形態１によるシール部材の変形例として、２つのリング状突出部を備えたシール部材１０１（リップリング）を説明する。

図３は、このように２つのリング状突出部を有するシール部材１０１（リップリング）を実施形態１の変形例として説明するための図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ方向から見たシール部材１０１（リップリング）の構造を示す平面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＣ方向から見たシール部材１０１（リップリング）の構造を示す側面図、図３（ｄ）は図３（ｂ）のＩＩＩｄ－ＩＩＩｄ線断面図、図３（ｅ）は図３（ｄ）に示すシール部材１０１（リップリング）のＲ１部分の断面形状Ｓ１を拡大して示す図である。

この実施形態１の変形例によるシール部材１０１（リップリング）は、実施形態１のシール部材１００（リップリング）における３つのリング状突出部１２０に代えて、２つのリング状突出部１２０を備えたものである。

すなわち、この実施形態１の変形例のシール部材１０１（リップリング）では、２つのリング状突出部１２０の一方が筒状体１１０の外表面１１０ａの上端に配置され、その他方が筒状体１１０の外表面１１０ａの下端に位置するように配置されている。この実施形態１の変形例のシール部材１０１（リップリング）におけるその他の構成は、実施形態１のシール部材１００（リップリング）におけるものと同一である。

また、図４は、図３に示すシール部材１０１を用いた気密摺動機構１００１を説明するための断面図である。

図４に示す気密摺動機構１００１は、図２に示す気密摺動機構１０００にける実施形態１のシール部材１００（リップリング）に代えて、実施形態１の変形例によるシール部材１０１（リップリング）を用いたものである。この気密摺動機構１００１では、図４に示すように、シール部材１０１（リップリング）の２つのリング状突出部１２０と第１部材１０の内周面１０ａとの接触箇所は２箇所となり、第１部材１０に対する第２部材２０の摺動抵抗を実施形態１のものに比べて低減できる点で有利である。

なお、実施形態１では、シール部材１００（リップリング）として、筒状体１１０の外周面１１０ａにリング状突出部１２０を形成したものを挙げたが、シール部材は、筒状体の内周面にリング状突出部を形成したものでもよく、以下このようなシール部材を実施形態２として説明する。

（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２によるシール部材２００（リップリング）を説明するための図であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ方向から見たシール部材２００の構造を示す平面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＣ方向から見たシール部材２００（リップリング）の構造を示す側面図、図５（ｄ）は図５（ｂ）のＶｄ－Ｖｄ線断面図、図５（ｅ）は図５（ｄ）に示すシール部材２００（リップリング）のＲ２部分の断面形状Ｓ３を拡大して示す図である。

この実施形態２のシール部材２００（リップリング）は、外周面２１０ａと内周面２１０ｂとを有する筒状体２１０を含むシール部材である。このシール部材２００（リップリング）はフッ素樹脂を含み、筒状体２１０の内周面２１０ｂに形成された少なくとも一つのリング状の突出部２２０を備えている。

ここでは、シール部材２００（リップリング）は、フッ素樹脂の一種であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる円筒形状の樹脂成形体を切削加工して作製したものであり、筒状体２１０と少なくとも一つのリング状突出部２２０とは共にＰＴＦＥで構成されている。

なお、実施形態２のシール部材２００（リップリング）では、筒状体２１０は、実施形態１のシール部材１００の筒状体１１０と同様、中心軸Ｂｘを有する円筒体である。ただし、実施形態１の筒状体１１０と同様、円筒体に限定されるものではない。また、リング状突出部２２０は、実施形態１のリング状突出部１２０のように筒状体１１０の外周面１１０ａに形成されているのではなく、筒状体２１０の内周面２１０ｂに形成されている点でのみ、実施形態１のリング状突出部１２０とは異なる。従って、筒状体２１０の周方向に垂直な断面（図５（ｄ）のＲ２部分）でのリング状突出部２２０の形状Ｓ３は、図５（ｅ）に示すように、実施形態１のリング状突出部１２０の断面形状（図１（ｅ）参照）と同じである。すなわち、リング状突出部２２０の形状Ｓ３は、長方形形状Ｓ４の長辺を挟んで対向する角部（ドット表示の部分）Ｓ４ａをこれが円弧状になるように面取りした略台形形状Ｓ３である。ただし、リング状突出部２２０の断面形状Ｓ３は、実施形態１のリング状突出部１２０と同様、このような略台形形状に限定されるものではない。

さらに、この実施形態２のシール部材２００（リップリング）においても、３つのリング状突出部２２０が、筒状体２１０の軸方向Ｂｘに沿って、隣接するもの同士が一定間隔隔たるように配置されている。ただし、少なくとも一つのリング状突出部は、隣接するもの同士が接するように配置されていてもよい。

さらに、この実施形態２のシール部材２００（リップリング）においても、少なくとも一つのリング状突出部２２０は、筒状体２１０の内表面２１０ｂの上端位置、下端位置、およびこれらの中間の位置に配置された３つのリング状突出部２２０である。ただし、少なくとも一つのリング状突出部２２０の軸方向Ｂｘにおける配置および個数は限定されるものではない。このようなシール部材２００（リップリング）は、実施形態１のシール部材１００と同じ手順で製造することができる。

すなわち、フッ素樹脂の成形により切削加工の対象となる成形体を形成し、その後、この成形体に切削加工を施すことにより、筒状体２１０として、外周面２１０ａと内周面２１０ｂとを有し、かつ、筒状体２１０の内周面２１０ｂの表面に少なくとも一つのリング状突出部２２０が形成された円筒体を形成する。

次に、実施形態２のシール部材２００（リップリング）を用いた気密摺動機構２０００を説明する。

図６は、図５に示すシール部材２００（リップリング）を含む気密摺動機構２０００を説明するための断面図である。

この気密摺動機構２０００は、内周面３０ａを有する中空の第１部材３０と、外周面４０ａを有し、第１部材３０の内部で摺動する第２部材４０とを備え、第１部材３０と第２部材４０との隙間が図３に示すシール部材２００（リップリング）によりシールされている。

ここで、実施形態２で示す気密摺動機構２０００における管状の第１部材３０は、実施形態１で示す気密摺動機構１０００における管状の第１部材１０に相当するものであるが、２つの筒体３１および３２に分れている点でのみ実施形態１の第１部材１０とは異なる。

すなわち、この実施形態２の管状の第１部材３０は、中心軸Ｌ２を有する円筒体であり、この円筒体は、リング状のシール部材２００（リップリング）を載せるリング状の載置部３２ａを有する一端側円筒体３２（紙面下側の円筒体）と、リング状のシール部材２００（リップリング）を押圧するリング状の押圧部３１ａを有する他端側円筒体３１（紙面上側の円筒体）とで構成されている。

さらに、第１部材３０は、これらの２つの筒体３１および３２を図６に示すように結合した状態では、一端側筒体３２の載置部３２ａに置かれたシール部材２００（リップリング）が他端側筒体３１の押圧部３１ａで押圧されることで、シール部材２００（リップリング）が第１部材３０に固定され、２つの筒体３１および３２の接合面は気密シールされるように構成されている。ただし、第１部材３０の内周面３０ａにシール部材２００（リップリング）を固定する構造は、上述した一端側筒体３２と他端側筒体３１とを含む第１部材３０の構造に限定されるものではく、管状の第１部材３０は、その内周面３０ａに対して嵌合などにより、接着材により、あるいはその他の固定手段によりシール部材２００（リップリング）が固定されるものでもよい。なお、柱状の第２部材４０は、実施形態１における柱状の第２部材２０と同一のものであり、第２部材４０の中心軸は、第１部材３０の中心軸Ｌ２と一致するようにこれらの部材３０および４０が配置されている。また、第１部材３０および第２部材４０の構成材料や形状は実施形態１における第１部材１０および第２部材２０と同様に限定されるものではない。

このように、気密摺動機構２０００では、シール部材２００（リップリング）の３つのリング状突出部２２０の先端が第２部材３０の外周面４０ａに摺動可能に接することにより、相対的にスライドする第１部材３０と第２部材４０との間で高い液圧または気圧に対する気密シールが実現されている。

より具体的には、この気密摺動機構２０００には、シール部材２００（リップリング）により第１部材３０と第２部材４０との隙間で気密状態を保持可能な液圧または気圧を設定する複数パラメータが存在している。

複数のパラメータは、例えば、リング状突出部２２０および第２部材４０の撥水性と、少なくとも一つのリング状突出部２２０の形状と、シール部材２００（リップリング）を第１部材３０と第２部材４０との間に組み込む前のリング状突出部２２０の内径および第２部材４０の外径のいずれか２つ以上が含まれる。

この気密摺動機構２０００では、第１部材３０と第２部材４０との隙間で気密状態を保持可能な液圧または気圧は、これらの複数のパラメータの組み合わせにより、約１Ｍｐａ以上とすることが可能である。

例えば、シール部材２００（リップリング）が３つのリング状突出部２２０を有し、リング状突出部２２０および第２部材４０にＰＴＦＥが用いられている場合、シール部材２００を第１部材３０と第２部材４０との間に組み込む前のリング状突出部２２０の内周径を、柱状の第２部材４０の外周面４０ａの外径よりも約０．１ｍｍ～約０．２ｍｍ小さくすることで、第１部材３０とシール部材２００（リップリング）との摩擦係数を約１０～約３０と低く抑えつつ、約１Ｍｐａ以上の高い液圧または気圧に対する気密シールが実現可能となる。

このようにシール部材２００（リップリング）を用いた気密摺動機構２０００では、図６に示すようにシール部材２００（リップリング）の３つのリング状突出部２２０が第２部材４０の外周面４０ａに接するようにシール部材２００（リップリング）の筒状体２１０の外周面２１０ａが第１部材３０の内周面３０ａに固定されている。

この状態では、第１部材３０の内部領域のうちのシール部材２００（リップリング）の一方側（紙面上側）の領域が高圧の水で満たされている場合でも、第１部材３０と第２部材４０との隙間は、シール部材２００（リップリング）の３つのリング状突出部２２０の先端が第２部材４０の外周面４０ａに圧接することと、リング状突出部２２０および第２部材４０の構成部材による撥水作用とにより、高圧の水がリング状突出部２２０の先端と第２部材４０の外周面４０ａとの間を通過して第１部材３０の内部領域のうちのシール部材２００（リップリング）の他方側（紙面下側）の領域に漏れるのが抑制される。これにより、気密摺動機構２０００において、シール部材２００（リップリング）は、管状の第１部材３０の内周面３０ａと柱状の第２部材４０の外周面４０ａとの隙間で高い液圧または気圧に対するシール効果を発揮することができる。

（実験結果）
第２部材２０の外径１５ｍｍに対して、シール部材１００（リップリング）のリング状突出部１２０の内径を１４．９ｍｍとし、両者をしまりばめにより装着した気密摺動機構１０００において、目標気密である約１ＭＰａ以上の気密性が得られた。また、その際のシール部材１００（リップリング）と第２部材２０との摺動における摩擦力は、リング状突出部が一つの場合１１．５５Ｎ、リング状突出部が二つの場合１６．１０Ｎ、リング状突出部が三つの場合２１．０４Ｎであった。

第２部材２０の外径１５ｍｍに対して、シール部材１００（リップリング）のリング状突出部１２０の内径を１４．８ｍｍとし、両者をしまりばめにより装着した気密摺動機構１０００において、目標気密である約１ＭＰａ以上の気密性が得られた。また、その際のシール部材１００（リップリング）と第２部材２０との摺動における摩擦力は、リング状突出部が一つの場合１８．５７Ｎであった。

さらに、第２部材２０の外径１５ｍｍに対して、シール部材１００（リップリング）のリング状突出部１２０の内径が１５ｍｍの中間ばめの場合およびシール部材１００のリング状突出部１２０の内径が１５．１ｍｍ以上の隙間ばめの場合には、所望気密である約１ＭＰａの気密性が得られなかった。

なお、気密性の測定には、耐圧試験機（アテナ工央製、アテナステンレスチャンバ・ベーシックSS）のハッチ本体にＰＴＦＥ製の第２部材２０とシール部材１００を取り付けた摺動部と水圧センサ（Ｋｅｌｌｅｒ Ａｍｅｒｉｃａ製、３０Ｘ）を取り付けて、試験装置内部の圧力を段階的に上昇させることで摺動部からの水漏れの発生を確認した。

また、摩擦力の測定には、耐圧試験機に装着した第２の部材２０にロードセル（イマダ製、ＺＴＳ－ＬＭ－５００Ｎ）を取り付けて行った。試験装置内部の圧力を約１ＭＰａに保った状態で第２の部材２０へ徐々に荷重を加え、第２の部材２０が摺動した瞬間の第２の部材に加わっていた荷重と圧力センサの値とから摩擦力を算出した。

この結果から、リング状突出部の数を増やすと摩擦力が上昇し、しまりばめ（第２の部材の外径と対するリング状突出部の内径との差）が大きくなると、摩擦力が上昇することがわかった。シール部材のしまりばめの条件やリング状突出部の数を考慮することで、所望の気密性を担保しつつ、摩擦力をちいさくできることがわかった。

（実施形態２の変形例）
なお、実施形態２では、シール部材２００（リップリング）として、３つのリング状突出部を有するものを示したが、シール部材２００（リップリング）に設けられている少なくとも一つのリング状突出部２２０の個数は３つに限らず、１つでも、２つでも、４つ以上でもよい。少なくとも一つのリング状突出部２２０の個数が多いほど、より高い液圧または気圧に対する気密シールを実現することができ、少なくとも一つのリング状突出部２２０の個数が少ないほど、第１部材３０と第２部材４０との摺動抵抗を低減することができる。以下、本発明の実施形態２によるシール部材の変形例として、２つのリング状突出部を備えたシール部材２０１（リップリング）を説明する。

図７は、このように２つのリング状突出部を有するシール部材２０１（リップリング）を本発明の実施形態２の変形例として説明するための図であり、図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ方向から見たシール部材２０１（リップリング）の構造を示す平面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＣ方向から見たシール部材２０１（リップリング）の構造を示す側面図、図７（ｄ）は図７（ｂ）のＶＩＩｄ－ＶＩＩｄ線断面図、図７（ｅ）は図７（ｄ）に示すシール部材２０１のＲ２部分の断面形状を拡大して示す図である。

この実施形態２の変形例によるシール部材２０１（リップリング）は、実施形態２のシール部材２００（リップリング）における３つのリング状突出部２２０に代えて、２つのリング状突出部２２０を備えたものである。

すなわち、この実施形態２の変形例のシール部材２０１（リップリング）では、２つのリング状突出部２２０は、その一方が筒状体２１０の内表面２１０ａの上端に配置され、その他方が筒状体２１０の内表面２１０ａの下端に位置するように配置されている。この実施形態２の変形例のシール部材２０１（リップリング）におけるその他の構成は、実施形態２のシール部材２００（リップリング）におけるものと同一である。

また、図８は、図７に示すシール部材２０１を用いた気密摺動機構２００１を説明するための断面図である。

図８に示す気密摺動機構２００１は、図６に示す気密摺動機構２０００にける実施形態２のシール部材２００（リップリング）に代えて、実施形態２の変形例によるシール部材２０１（リップリング）を用いたものである。この気密摺動機構２００１では、図８に示すように、シール部材２０１（リップリング）の２つのリング状突出部２２０と第２部材４０の外周面４０ａとの接触箇所は２箇所となり、第１部材３０に対する第２部材４０の摺動抵抗を実施形態２のものに比べて低減できる点で有利である。

なお、上述した実施形態１では、シール部材１００（リップリング）として、その筒状体１１０が第２部材２０の外周面に取り付けられ、そのリング状突出部１２０が第１部材１０の内周面１０ａに摺動可能に接するものを挙げ、さらに、実施形態２では、シール部材２００（リップリング）として、その筒状体２１０が第１部材３０の内周面に取り付けられ、そのリング状突出部２２０が第２部材４０の外周面に摺動可能に接するものを挙げたが、本発明のシール部材は、シール部材の筒状体の外周側に形成されたリング状突出部が第１部材の内周面に摺動可能に接触し、かつ、シール部材の筒状体の内周側に形成されたリング状突出部が第２部材の外周面に摺動可能に接触するものでもよく、さらには、実施形態１および２で示した気密摺動機構は、このように筒状体の内周面および外周面の両方にリング状突出部が形成されたシール部材を含むものでもよい。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、シール部材およびその製造方法、並びに気密摺動機構の分野において、相互に摺動する２つの部材の隙間で高い液圧または気圧に対して十分なシール効果を発揮することを可能にするシール部材およびその製造方法、並びにこのようなシール部材を備えた気密摺動機構を提供することができるものとして有用である。

１０、３０ 第１部材
１０ａ、３０ａ 第１部材の内周面
２０、４０ 第２部材
２０ａ、４０ａ 第２部材の外周面
１００、１０１、２００、２０１ シール部材（リップリング）
１１０、２１０ 本体部
１１０ａ 本体部の外周面
１２０、２２０ リング状突出部
２１０ａ 本体部の内周面

Claims (8)

1. 外周面と内周面とを有する筒状体からなるシール部材であって、
   前記シール部材はフッ素樹脂からなる単一の部材からなり、
   前記外周面または前記内周面の少なくとも一方の周面に、複数のリング状突出部を備え、
   前記外周面の周面に備わる前記複数のリング状突出部は、内周面を有する中空の第１部材に摺動可能に接触されるためのものであるか、または、前記内周面に備わる前記複数のリング状突出部は、外周面を有し、前記第１部材の内部で摺動する第２部材に摺動可能に接続されるためのものであって、
   前記複数のリング状突出部の高さは、それぞれ約０．１ｍｍ～約０．５ｍｍであり、
   前記複数のリング状突出部の各々は、その先端部が前記筒状体の軸方向に約０．１ｍｍ～約１．０ｍｍの平坦な面を有する、シール部材。
2. 前記平坦な面の端部はなだらかに傾斜する略円弧状に面取りされている、請求項１に記載のシール部材。
3. 前記複数のリング状突出部の各々は、前記筒状体の軸方向の幅が前記リング状突出部の先端側ほど小さくなる形状を有する、請求項１に記載のシール部材。
4. 前記複数のリング状突出部は、隣接するリング状突出部同士が接するように配置されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のシール部材。
5. 請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のシール部材を含む気密摺動機構であって、
   前記シール部材は、前記筒状体を前記第２部材の外周面に固定することにより、前記筒状体の外周側の前記リング状の突出部が前記第１部材の内周面に摺動可能に接触するように、前記第１部材と前記第２部材との間に組み込まれている、気密摺動機構。
6. 前記気密摺動機構は、
   少なくとも、前記複数のリング状突出部の個数と、
   前記シール部材を前記第１部材と前記第２部材との間に組み込む前の前記リング状突出部の内径および前記第２部材の外径と
   を調整することにより、
   前記シール部材により前記第１部材と前記第２部材との隙間で約１ＭＰａ以上の気密状態を保持可能である、請求項５に記載の気密摺動機構。
7. 請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のシール部材を含む気密摺動機構であって、
   前記シール部材は、前記筒状体を前記第１部材の内周面に固定することにより、前記筒状体の内周側の前記リング状突出部が前記第２部材の外周面に摺動可能に接触するように、前記第１部材と前記第２部材との間に組み込まれている、気密摺動機構。
8. 前記気密摺動機構は、
   少なくとも、前記複数のリング状突出部の個数と、
   前記シール部材を前記第１部材と前記第２部材との間に組み込む前の前記リング状突出部の内径および前記第２部材の外径と
   を調整することにより、前記シール部材により前記第１部材と前記第２部材との隙間で約１ＭＰａ以上とする気密状態を保持可能である、請求項７に記載の気密摺動機構。

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