JP2024066601A - シール部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 固体及び水や水溶液の移動を抑制しつつ、気体の移動は許容するシール部材を提供する。【解決手段】 パイル材をシール本体とするシール部材であって、前記パイル材は、カットパイルであり、前記パイル材は、撥水処理されており、前記パイル材の繊維密度は、６００本／ｍｍ２以上２７００本／ｍｍ２以下である、シール部材。【選択図】図１

Description

本発明は、シール部材に関する。

パイル材をシール本体に用いたシール部材が知られている。
例えば、特許文献１には、粉体用のシール部材として、パイル材であるカットパイル織物を用いたシール部材が提案されている。
パイル材を用いたシール部材は、相手材と摺動接触する場合の摺動抵抗が低く、ゴム製のシール本体を備えたシール部材に比べて、摩擦熱を発生しにくいとされている。

特開２０２１－１２７８３２号公報

パイル材は繊維材料であるため、パイル材を用いたシール部材は、一方側の空間から他方側の空間への粉体等の固体の移動は抑制できるものの、水の移動を抑制することは難しいと考えられていた。

本発明は、パイル材をシール本体に採用しつつ、水や水溶液をシールすることができるシール部材を提供する。
（１）本発明のシール部材は、
パイル材をシール本体とするシール部材であって、
上記パイル材は、カットパイルであり、
上記パイル材は、撥水処理されており、
上記パイル材の繊維密度は、６００本／ｍｍ^２以上２７００本／ｍｍ^２以下である。

（２）上記（１）シール部材において、
上記パイル材の繊維径は、５μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましい。

（３）上記（１）又は（２）のシール部材において、
上記パイル材の材質は、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、又はフッ素系繊維である、ことが好ましい。

本発明のシール部材によれば、一方側の空間と他方側の空間との間に設けることで、両空間の間での固体及び水や水溶液の移動を抑制しつつ、両空間の間での気体の移動は許容することができる。
また、本発明のシール部材は、相手材と摺動接触する態様で使用する場合、摺動抵抗を低く抑えることもできる。

本発明の実施形態に係るシール部材の一例を示す斜視図である。 図１のシール部材を環状に撓ませた状態の正面図である。 シール本体の一例を説明する拡大図である。 図１のシール部材の使用例を示す図である。 シール部材の遮水性能の評価に使用した治具を示す斜視図である。 図５のＡ－Ａ線断面図である。 シール部材の通気性能の評価に使用した治具を示す斜視図である。 図７のＢ－Ｂ線断面図である。

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。
＜第１実施形態＞
本実施形態に係るシール部材は、軸周りに取り付けて使用されるシール部材である。
図１は、本実施形態に係るシール部材の斜視図である。図２は、図１のシール部材を環状に撓ませた状態の正面図である。図３は、シール本体を構成するカットパイル織物の一例を説明する拡大図である。図４は、図１のシール部材の使用例を示す図である。

シール部材１００は、パイル材であるカットパイル織編物からなるシール本体１１０と、支持部材１２０と、図１には示されない接着層１３０（図４参照）とを有する。シール本体１１０は、接着層１３０を介して支持部材１２０に固定されている。
上記カットパイル織編物は、撥水処理が施されている。
シール部材１００は、図２に示すように、環状に撓ませて使用する。これにより、軸周りに装着することができる。
接着層１３０の形成には、接着剤や両面テープ等が用いられる。

支持部材１２０は、シール本体１１０としてのカットパイル織編物を支持できるものであればよい。
本実施形態のシール部材１００は、支持部材１２０の復元力を利用して、ハウジング等に装着する。そのため、支持部材１２０は弾性体で構成されていることが好ましい。
一方、支持部材１２０は、必ずしも弾性体である必要はなく、弾性の乏しい金属製や樹脂製からなるものであってもよい。

上記弾性体は、例えば、形状保持シート、ばね用ステンレス鋼帯等が挙げられる。
上記形状保持シートとしては、例えば、延伸されたポリオレフィン系樹脂を用いたシート等が挙げられる。上記形状保持シートは市販品でもよく、市販品としては、例えば、積水化学工業社製の「フォルテ」等が挙げられる。
ばね用ステンレス鋼帯としては、ＪＩＳ Ｇ ４３１３（２０１１）に準拠したばね用ステンレス鋼帯が挙げられる。具体例としては、例えば、ＳＵＳ薄板等が挙げられる。

上記カットパイル織編物は、基布と、多数のカットパイル糸とを備えている。上記カットパイル織編物は、基布が織物であるカットパイル織物、及び、基布が編物であるカットパイル編物を含む概念である。
本発明の実施形態でシール本体に用いられるカットパイル織編物は、カットパイル織物でもよいし、カットパイル編物でもよい。
図３に示されるシール本体は、カットパイル織物２０からなるシール本体１１０の一例である。

図３に示されるカットパイル織物２０において、織物からなる基布２３は、表経糸２４、表緯糸２５、裏経糸２６、及び裏緯糸２７を有している。
表経糸２４及び表緯糸２５は、表側（図３中、上側）において図示のように織り込まれ、基布２３の表地を構成している。裏経糸２６及び裏緯糸２７は、表経糸２４及び表緯糸２５よりも裏側（図３中、下側）において図示のように織り込まれ、基布２３の裏地を構成している。

図３において、多数のカットパイル糸２８は、基布２３の全面にわたって織り込まれたパイル糸をカットして起毛させたものである。本実施形態の各カットパイル糸２８は、裏緯糸２７に織り込まれた状態で、裏緯糸２７に含まれる熱融着糸（図示省略）を溶融させることで、基布２３（裏経糸２６及び裏緯糸２７）に固定されている。
カットパイル織物２０は、撥水処理が施されている。この場合、少なくとも各カットパイル糸２８に撥水処理が施されていればよい。

各カットパイル糸２８は、基布２３の表地（表経糸２４及び表緯糸２５）から表側に向かって起毛している（図３参照）。シール本体１１０は、各カットパイル糸２８が、特に、各カットパイル糸２８の毛先が、相手材と接触する。
各カットパイル糸２８は、複数の繊維２８ａを含んでいる。各カットパイル糸２８は、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、フッ素系繊維、アクリル系繊維、コットン繊維、レーヨン繊維、及びウレタン繊維のうち少なくとも１種類の繊維を含むのが好ましい。各カットパイル糸２８は、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、又はフッ素系繊維がより好ましい。

カットパイル織物２０の繊維密度（単位面積当たりの繊維２８ａの本数）は、６００本／ｍｍ^２以上２７００本／ｍｍ^２以下である。
繊維密度が６００本／ｍｍ^２未満では、シール部材２０のシール性が低く、遮水性能を確保できない。
一方、繊維密度が２７００本／ｍｍ^２を超えると、相手材との接触面積が増加し、摩擦抵抗が増加するからである。

カットパイル織物２０の繊維径（カットパイル糸２８を構成する繊維２８ａの繊維径）は、５μｍ以上４０μｍ以下が好ましい。
繊維径が５μｍ未満になると、カットパイル糸２８の柔軟性が高くなり過ぎ、相手材に対するカットパイル糸２８の押し付け力が不足し、シール部材２０のシール性が低下するからである。
一方、繊維径が４０μｍを超えると、カットパイル糸２８の柔軟性が低くなり過ぎ、カットパイル糸２８と相手材との摩擦抵抗が増大するからである。

上記カットパイル織編物は、撥水処理されている。
上記撥水処理は、例えば、撥水剤を含有する撥水処理液にカットパイル織編物を浸漬し、処理液から引き上げた後、乾燥させる方法、撥水剤を含有する撥水処理液を塗布したり、スプレーしたりした後、乾燥させる方法等で行うことができる。

上記撥水処理剤としては、例えば、フッ素系撥水処理剤、シリコーン系撥水処理剤、パラフィン系撥水処理剤等が挙げられる。

上記撥水処理は、例えば、カットパイル織編物を支持部材１２０に固定する前に行っても良いし、カットパイル織編物を支持部材１２０に固定した後に行ってもよい。

上記接着剤や上記両面テープとしては、公知のものを用いることができる。上記接着剤や上記両面テープは、カットパイル織編物を支持部材１２０に固定できるものであればよい。よって、上記接着剤や上記両面テープは、カットパイル織編物、及び支持部材の材質を考慮して適宜選択すればよい。

次に、シール部材１１０の使用方法を説明する。
シール部材１１０は、例えば、ハウジング２１０に貫通孔２１１が設けられ、この貫通孔２１１に、軸２０１が挿通された構造体２００に使用される。
具体的には、シール部材１１０は、支持部材１２０が貫通孔２２１の壁面２１１ａに設けられた周方向溝２１２に嵌め込まれて、シール本体（カットパイル糸の先端）が軸２０１の周面と接触するように取り付けられる。これによって、シール部材１１０は、貫通孔２２１の壁面２１１ａと、軸２０１の周面との隙間を封止することができる。

このようにシール部材１００を取り付けることにより、ハウジング２００の外部（第１空間）とハウジング２００の内部（第２空間）とをシール部材１００で隔離することができる。
シール部材１００は、粉体等の固体だけでなく、水や水溶液（以下、水と水溶液を合わせて、水等ともいう）の透過も規制することができるので、第１空間から第２空間への固体及び水等の移動を防止することができる。また、第２空間から第１空間への固体及び水等の移動も防止することができる。

なお、シール部材によって移動が防止させる水溶液は、シール本体に、腐食等のダメージを与えない水溶液が好ましい。シール本体に腐食等のダメージを与える水溶液を封止しようすると、シール部材の耐久性が大きく損なわれることがある。好ましい水溶液としては、例えば、食塩水等が例示できる。

シール部材１００は、シール本体に撥水処理されたカットパイル織編物が使用されているため、気体の通過は許容することができる。
従って、図４に示した構造体２００に使用した場合、ハウジング２００の外部（第１空間）とハウジング２００の内部（第２空間）との間での、空気等の気体の移動は許容することができる。

そのため、例えば、ハウジング２００の内部（第２空間）からハウジング２００の外部（第１空間）に向かって気体が移動するように、第１空間と第２空間との間に圧力差を設けておくことで、外部からハウジング２１０の貫通孔２１１に異物等が近づくことを防止することができる。
また、例えば、ハウジング２００の外部（第１空間）からハウジング２００の内部（第２空間）に向かって気体が移動するように、第１空間と第２空間との間に圧力差を設けておくことで、ハウジング２００内部に気体が送り込み続けることができる。これによって、貫通孔２１１周辺のハウジング２１０の内壁に異物を付着させにくくできる。

また、図４に示した構造体２００にシール部材１００を使用した場合、軸２０１の周面と接触するシール本体１１０は、撥水処理されたカットパイル織編物である。そのため、軸２０１が、回転した場合や軸方向に往復運動した場合における、シール本体１１０と軸２０１との摺動抵抗を低く抑えることができる。

本発明の実施形態に係るシール部材は、水等の侵入は防止し、空気等の移動は許容される箇所をシールするのに好適に用いられる。
本発明の実施形態に係るシール部材は、例えば、工作機械、電子機器、細胞培養装置等に使用することができる。

次に、本実施形態のシール部材１００により得られる効果を検証するために、本発明者らが行った評価試験について説明する。
図５は、シール部材の遮水性能の評価に使用した治具を示す斜視図である。図６は、図５のＡ－Ａ線断面図である。図７は、シール部材の通気性能の評価に使用した治具を示す斜視図である。図８は、図７のＢ－Ｂ線断面図である。

ここでは、撥水処理されていないカットパイル織物をシール本体に用いたシール部材Ａと、撥水処理されたカットパイル織物をシール本体に用いたシール部材Ｂと、を準備し、両者の遮水性能を比較した。
更に、シール部材Ｂの通気性能を評価した。

（シール部材Ａ）
図１～４に示した構成のシール部材を製造した。
ＳＵＳ薄板からなる支持部材の片面に、両面テープを用いてカットパイル織物を固定し、シール部材Ａを完成した。
ここで、支持部材としては、ＳＵＳ３０４Ｈからなる、幅４ｍｍ×厚さ０．１ｍｍの帯状の薄板を使用した。支持部材の長さは、後述する治具におけるシール部材を取り付けるための貫通孔の周方向長さに応じた寸法とした。
カットパイル織物としては、ポリエステルとナイロンの複合繊維からなるカットパイル糸を備え、カットパイル糸は、繊維密度が１５００本／ｍｍ^２、繊維径が７μｍで、パイル長４．０ｍｍのカットパイル織物を使用した。
両面テープとしては、日東電工株式会社製、Ｎｏ．５０００ＮＳを使用した。

（シール部材Ｂ）
カットパイル織物に撥水処理が施されている以外は、シール部材Ａと同様のシール部材を製造した。
ここでは、カットパイル織物を撥水処理剤（三木理研工業株式会社製、リケンパラン ＦＧ－３７００、希釈濃度:３％）に５分間浸漬し、オーブンを用いて８０℃で加熱乾燥させた。その後、両面テープを用いて撥水処理されたカットパイル織物を支持部材に固定し、シール部材Ｂを完成した。

（性能評価１）
シール部材の遮水性能を評価した。
［治具］
図５、６に示した遮水性能評価用の治具３００を用いて遮水性能を評価した。
治具３００は、貯水空間３１５を備えた貯水部材３１０と、蓋部材３２０とからなる。
貯水部材３１０は、底板３１１と底板３１１上に載置された本体部３１２とからなり、両者は一体成型されている。
本体部３１２は、側面３１３に貯水空間３１５として機能する凹部（横穴）が設けられている。凹部３１５は、径の大きい円柱状を有する開口側部分３１５Ａと、径の小さい円柱状を有する底側部分３１５Ｂとで構成されている。この凹部３１５は、軸３０１が挿入され、底側部分３１５Ｂに軸３０１の一方の端部が嵌め込まれるように構成されている。
底板３１１は、ボルト穴を有している。
蓋部材３２０は、貫通孔３２１を有している。この貫通孔３２１は、軸３０１が挿通され、かつシール部材１００が取り付けられる。また、貫通孔３２１の壁面には周方向溝３２１ａが設けられており、この周方向溝３２１ａは、シール部材１００の抜け止めとして機能する。

［評価手順］
（１）蓋部３２０の貫通孔３２１にシール部材１００を固定する。シール部材１００は、スリット部が蓋上部に配置されるようにして支持部材を貫通孔３２１より径の小さい環状に一旦撓ませた後、外力を解放し、支持部材の復元力を利用して周方向溝３２１ａに嵌め込むことによって、貫通孔３２１に固定する。
その後、貫通孔３２１に取り付けられたシール部材１００の内周側を挿通するように軸３０１を取り付ける。

（２）（１）とは別に、貯水部材３１０の凹部３１５に着色された水を注水する。
（３）その後、凹部３１５に着色された水を半分程貯めた状態で、軸３０１が取り付けられた蓋部３２０を本体部３１２に密着させ、軸３１５の一端部を底側部分３１５Ｂに嵌め込みつつ、ボルト３２２で蓋部３２０を本体部３１２に固定させる。これによって、蓋部３２０の貫通孔３２１及び本体部３１２の凹部３１５に軸３０１が挿通された状態となる。

（４）次に、この状態で底板３１１を下にして２４時間静置する。２４時間後、蓋部３２０と本体部３１２との対向した部分から水が漏れていないことを確認する。
（５）次に、振動する載置台を有する振動装置（図示せず）の載置台に底板３１１が下になるように治具３００を載置し、ボルト３２４で治具３００を載置台に固定する。
（６）その後、加速度１００ｍ/ｓ^２の条件で、５分間、治具３００を振動させ、振動後に軸３０１とシール部材１００との接触部分からの水の漏れの有無を目視で観察した。

［結果］
上記の評価を行った結果、シール部材Ｂでは振動試験後も水漏れが観察されなかった。
一方、シール部材Ａでは、工程（４）の静置の段階でシール部材Ａを通過する水漏れが観察された。そのため、シール部材Ａは、シール部材Ａを通過する水漏れが観察された時点で評価を終了した。
このことから、本発明の実施形態に係るシール部材は、水の移動を抑制できることが明らかとなった。

（性能評価２）
シール部材の通気性能を評価した。
［治具］
図７、８に示した通気性能評価用の治具４００を用いて遮水性能を評価した。
本評価で使用した治具４００は、内部空間４１５を備えた中空部材４１０、蓋部材４２０、及び軸の飛び出し防止部材４２５からなる。
中空部材４１０は、底板４１１と底板４１１上に載置された本体部４１２とからなり、両者は一体成型されている。
本体部４１２の内部空間４１５の上側には、コンプレッサー（図示せず）との継手４１６が取り付けられている。接手４１６は、内部空間４１５と連通している。よって、治具４００はコンプレッサーからの空気を接手４１６を介して内部空間４１５に供給することができる。
本体部４１２は、側面４１３に内部空間４１５を構成する凹部（横穴）が設けられている。この凹部は、径の大きい円柱状を有する開口側部分と４１５Ａと、径の小さい円柱状を有する底側部分４１５Ｂとで構成されている。この凹部（内部空間４１５）は、軸４０１が挿入され、底側部分４１５Ｂに軸４０１の一方の端部が嵌め込まれるように構成されている。
蓋部材４２０は、貫通孔４２１を有している。この貫通孔４２１は、軸４０１が挿通され、かつシール部材１００が取り付けられる。また、貫通孔４２１の壁面には周方向溝４２１ａが設けられており、この周方向溝４２１ａは、シール部材１００の抜け止めとして機能する。
軸の飛び出し防止部材４２５は、平面視コの字形の部材であり、軸４０１を受け止めて、軸の飛び出しを防止する本体部４２５Ａと、本体部４２５Ａの両端のそれぞれから蓋部材４２０側に延びる取付片４２５Ｂとからなる。軸の飛び出し防止部材４２５は、取付片４２５Ｂが蓋部材４２０にボルト４２７で固定されることによって、蓋部材４２０に取り付けられる。軸の飛び出し防止部材４２５の本体部４２５Ａは、蓋部材４２０との対向面に、軸４０１の他方の端部がはめ込まれるように構成された窪み４２６を備えている。

［評価手順］
（１）蓋部４２０の貫通孔４２１にシール部材１００を固定する。シール部材１００は、スリット部が蓋上部に配置されるようにして支持部材を貫通孔４２１より径の小さい環状に一旦撓ませた後、外力を解放し、支持部材の復元力を利用して周方向溝４２１ａに嵌め込むことによって、貫通孔４２１に固定する。
その後、貫通孔４２１に取り付けられたシール部材１００の内周側を挿通するように軸４０１を取り付ける。
（２）次に、軸４０１が取り付けられた蓋部４２０を本体部４１２に密着させ、軸４０１の一端部を底側部分４１５Ｂに嵌め込みつつ、ボルト４２２で蓋部４２０を本体部４１２に固定させる。これによって、蓋部４２０の貫通孔４２１及び本体部４１２の内部空間４１５に軸４０１が挿通された状態となる。

（３）次に、軸の飛び出し防止部材４２５の本体部４２５Ａの窪み４２６に軸４０１の他端部を嵌め込みつつ、軸の飛び出し防止部材４２５を蓋４２０の側面にボルト４２７で固定する。
（４）この状態で、接手４１６とコンプレッサーを接続し、内部空間４１５にコンプレッサーの圧力が０．１ＭＰａになるまで空気を供給し、その後、空気の供給を停止する。
（５）空気供給停止後、コンプレッサーの圧力変化を観察した。

［結果］
シール部材Ｂでは空気供給停止後３０秒程度で圧力が０ＭＰａまで減少したことが確認された。このことから、シール部材Ｂは通気性を有することが確認された。

＜その他の実施形態＞
本発明の実施形態に係るシール部材は、必ずしも支持部材を備えている必要はなく、シール本体のみで構成されていてよい。
従って、本発明の実施形態に係るシール部材は、撥水処理されたカットパイル織編物のみで構成されていてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２３ 基布
２８ カットパイル糸
２８ａ 繊維
１００ シール部材
１１０ シール本体
１２０ 支持部材
２１０ ハウジング
３００、４００ 性能評価用の治具

Claims (3)

1. パイル材をシール本体とするシール部材であって、
   前記パイル材は、カットパイルであり、
   前記パイル材は、撥水処理されており、
   前記パイル材の繊維密度は、６００本／ｍｍ^２以上２７００本／ｍｍ^２以下である、シール部材。
2. 前記パイル材の繊維径は、５μｍ以上４０μｍ以下である、請求項１に記載のシール部材。
3. 前記パイル材の材質は、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、又はフッ素系繊維である、請求項１又は２に記載のシール部材。

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