JP4231772B2 - 自動車用シール部品 - Google Patents

Description

本発明は、主にドアグラスラン、ドアウエストシールやドアウェザーストリップといった自動車用シール部品の構造に関するものであり、より詳しくは、ドアガラスやドアパネル等の相手側部材に弾接することによってシール機能もしくは保持機能を発揮するリップ部を有する自動車用シール部品の構造に関するものである。

例えば自動車用ドアウエストシールでは、ドアガラスと弾接することによってシール機能を発揮するシールリップと、シール部品を車体に固定するためにドアパネルと弾接することによって保持機能を発揮する保持リップを有している。上記のシールリップと保持リップは共に形状を撓ませることによりシール機能もしくは保持機能を発揮するが、リップ部には圧縮変形する部位と伸び変形する部位が存在し、変形を繰り返すことにより圧縮変形する側の部位は圧縮永久歪みとして、伸び変形する側の部位は永久伸びとして歪みが残存することになり、リップ部のシール機能や保持機能を低下させることになる。

なお、これらのリップ部は、通常、耐圧縮永久歪み性に優れる熱可塑性エラストマーをもって単一層構造に形成したものが多く採用されている。

上記リップ部の物性変化対策として、線膨張率が異なる二種類以上の熱可塑性エラストマーをドアウエストシールのシールリップに使用した例が特許文献１に開示されている。同特許文献１によれば、ウエストシールにおいてドアガラスに弾接するリップ部のうちドアガラスと接触する面を線膨張係数の小さい熱可塑性エラストマーで形成し、そのリップ部の裏面側を線膨張係数の大きい熱可塑性エラストマーで形成することにより、季節の気温変動に伴う熱可塑性エラストマーの軟化によるシール機能の低下や、熱可塑性エラストマーの硬化によってドアガラスの摺動運動が制限される等の不具合を改善できるとされている。
特開２００１−１０３４８号公報（図２）

しかしながら、特許文献１に開示された例のようにシールリップ部の表面側と裏面側を線膨張係数の異なる熱可塑性エラストマーで形成した場合には、ウエストシールの長手方向と直角な断面内ではある程度の効果が期待できるものの、ウエストシールの長手方向にも同様に温度変化による伸縮をするため、いわゆる「波打ち」現象が発生してシール線が確保できなくなるおそれがある。

また、線膨張係数の大きい熱可塑性エラストマーの伸縮に伴い線膨張係数の小さい熱可塑性エラストマーも伸縮を繰り返すためにストレスがかかり、その線膨張係数の小さい熱可塑性エラストマーはクリープによる塑性変形やフィブリル化によって耐へたり性が低下し、シール機能を損なうおそれがある。

さらに、特許文献１で例として挙げられていたアイオノマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、及びポリアミド系熱可塑性エラストマーは耐圧縮永久歪み性があまり優れていないため、繰り返し圧縮永久歪みを与えられることよって耐へたり性が低下するばかりでなく、アイオノマーは耐熱性が低く高温状態で応力がかかるとクリープが発生するのでシール機能を損なうおそれがある。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、上記ドアウエストシール、ドアグラスランやドアウェザーストリップといった自動車用シール部品におけるリップ部の耐へたり性を改善し、繰り返し圧縮変形や伸び変形をするリップ部においてシール機能や保持機能を十分に確保できる自動車用シール部品を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、相手側部材に弾接することによって変形するリップ部を有する自動車用シール部品において、リップ部のうち相手側部材に弾接することによって圧縮変形する部位が、相手側部材に弾接することによって伸び変形する部位よりも圧縮永久歪みの小さい熱可塑性エラストマーで形成され、同じくリップ部において相手側部材に弾接することによって伸び変形する部位が、相手側部材に弾接することによって圧縮変形する部位よりも永久伸びの小さい熱可塑性エラストマーで形成されていることを特徴とする。

より具体的には、請求項２に記載の発明のように、上記リップ部において相手側部材に弾接することによって圧縮変形する部位が炭酸カルシウム、タルク、クレイなどの無機フィラーを含む熱可塑性エラストマーで形成され、相手側部材に弾接することによって伸び変形する部位が炭酸カルシウム、タルク、クレイなどの無機フィラーを含まない熱可塑性エラストマー、もしくは圧縮変形する部位よりも無機フィラーの含有量が少ない熱可塑性エラストマーで形成されているものとする。なお、上記無機フィラーの添加量は、例えば１０〜３０ｗｔ％程度とする。

もしくは、請求項３に記載の発明のように、上記リップ部において相手側部材に弾接することによって圧縮変形する部位がオレフィン系熱可塑性エラストマーで形成され、相手側部材に弾接することによって伸び変形する部位がスチレン系熱可塑性エラストマーで形成されているものとする。

つまり、請求項２，３に記載の発明は、耐圧縮歪み性に優れた材料および耐永久伸び性に優れた材料をより具体化したものである。

より望ましくは、請求項４に記載の発明のように、上記リップ部の機能を一層向上させるために実質的に請求項２と３に記載の材料を併用するものとする。すなわち、相手側部材に弾接することによって圧縮変形する部位が、炭酸カルシウム、タルク、クレイなどの無機フィラーを含む完全架橋型の熱可塑性エラストマーで形成され、相手側部材に弾接することによって伸び変形する部位が、炭酸カルシウム、タルク、クレイなどの無機フィラーを含まない完全架橋型の熱可塑性エラストマー、もしくは圧縮変形するリップ部よりも含有量が少ない完全架橋型の熱可塑性エラストマーで形成されているものとする。

請求項１に記載の発明によれば、リップ部において圧縮変形する部位に圧縮永久歪みの小さい熱可塑性エラストマーを使用し、伸び変形する部位に永久伸びの小さい熱可塑性エラストマーを使用することによって耐へたり性を改善し、ドアウエストシール等の自動車用シール部品のシール機能や保持機能を向上させることができる。

請求項２〜４の記載の発明によれば、上記リップ部において圧縮変形または伸び変形する各部位に、無機フィラーを含有させたり、オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー等を使い分けたり、もしくはそれらを併用することによって耐へたり性を一段と改善し、ドアウエストシール等の自動車用シール部品のシール機能や保持機能を一段と向上させることができる。

本発明の好ましい第１の実施の形態として図１にドアグラスランの構造を示している。

図１に断面図で示されているドアグラスラン１０は略コ字状の均一断面形状に押出し成形されているものであって、左右一対の側壁部１１と底壁部１２からなるドアグラスラン本体部（以下、単に本体部とする）１３と、その本体部１３の開口部からドアグラスラン１０の内部方向へ斜めに突出しているリップ部としての一対のシールリップ１４と、底壁部１２及びシールリップ１４において摺動抵抗低減のために表面に塗布もしくは一体に成形してある摺動材１５とから大略構成されている。

また、このドアグラスラン１０は、本体部１３が仮想線で示すドアサッシュ１８に嵌合保持されることによってドアサッシュ１８の内周側に連続して取り付けられているものである。

ここで、ドアグラスラン１０全体は熱可塑性エラストマーで形成されているものであるが、側壁部１１及び底壁部１２が単一の層で形成されているのに対し、側壁部１１と底壁部１２とのなすコーナー部１６とシールリップ１４は摺動材１５を除いて、二層で形成されている。

より詳しくは、ドアサッシュ１８に取付ける前のフリー状態でのドアグラスラン１０は、図２に示すように、ドアサッシュ１８に取付けた状態と比較して、コーナー部１６の角度が大きい形状となっている。そして、ドアグラスラン１０をドアサッシュ１８に取付けた状態では側壁部１１が起立するように変形し、コーナー部１６がフリー状態に戻ろうとする復元力をもってドアサッシュ１８に対する保持性を確保している。また、ドアグラスラン１０はドアガラス１７を受容した場合には、ドアガラス１７の表裏両面をシールリップ１４が左右から挟み込む様なかたちで弾接し、シールリップ１４は側壁部１１との連結部を支点として本体部１３の内部方向へ倒れ込むように変形する。

これらのシールリップ１４とコーナー部１６の変形挙動に着目すると、シールリップ１４とコーナー部１６においてその外層部分が主に伸び変形し、内層部分で主に圧縮変形することになる。

そこで、シールリップ１４においてその外層部分で主に伸び変形する部位を伸び変形部位１４ａ、主に内層部分で圧縮変形する部位を圧縮変形部位１４ｂとし、同様にコーナー部１６においてその外層部分で主に伸び変形する部位を伸び変形部位１６ａ、主に内層部分で圧縮変形する部位を圧縮変形部位１６ｂとして、各々を特性の異なる二種類の熱可塑性エラストマーで形成し、二層構造とした。

つまり、相手側部材であるドアガラス１７に弾接することによって伸び変形する部位すなわち伸び変形部位１４ａ，１６ａは、耐へたり性を改善するために永久伸びの小さい材料である低永久伸び材料、例えば後述する無機フィラーを含まないスチレン系熱可塑性エラストマーで形成し、またドアガラス１７に弾接することによって圧縮変形する部位すなわち圧縮変形部位１４ｂ，１６ｂは、同じく耐へたり性を改善するために圧縮永久歪みが小さい材料である低圧縮永久歪み材料、例えば後述する無機フィラーを含むオレフィン系熱可塑性エラストマーで形成してある。

図３には本発明の第２の実施の形態としてドアウエストシールの構造を示している。

図３に断面図で示されているドアウエストシール２０は上記のドアグラスラン１０と同様に均一断面状に押出し成形されているものであって、縦壁状の取付基部２６と弓形状のカバーリップ２７からなるドアウエストシール本体部（以下、単に本体部という）２１と、本体部２１の取付基部２６の外壁面から突出している上下２本のリップ部としてのガラス弾接リップ２２と、カバーリップ２７の内壁面から突出している上下２本のリップ部としてのパネル弾接リップ２３と、ガラス弾接リップ２２およびパネル弾接リップ２３を補助する補助リブ２４とから大略構成されている。

そして、このドアウエストシール２０は、本体部２１の内側に例えば図示しないドアアウタパネルのウエストフランジ部が挿入され、パネル弾接リップ２３に弾接することによって図示しないドアウエスト開口部に長手方向に沿って保持されることになる。なお、周知のようにドアガラス２５をはさんでドアウエストシール２０と対向する位置には、図示しないドアインナ側のドアウエストシールが配設される。

ここで、ドアウエストシール２０全体は熱可塑性エラストマーで形成されているものであるが、ガラス弾接リップ２２及びパネル弾接リップ２３は二層で形成されている。

より詳しくは、図示しないドアアウタパネルのウエストフランジ部が本体部２１の内部に挿入されることによってパネル弾接リップ２３はカバーリップ２７との連結部を支点として図における上方向へ折れ曲がる変形をし、またドアガラス２５が上昇してドアウエスト開口部を通過した場合、すなわち相手側部材であるドアガラス２５がガラス弾接リップ２２に弾接した場合には、ガラス弾接リップ２２は取付基部２６との連結部を支点として、図における上方向に折れ曲がる変形をすることになる。

これらのガラス弾接リップ２２とパネル弾接リップ２３の変形挙動に着目すると、上記リップ部のうちでドアガラス２５やドアアウタパネルに直接接触する面は主に伸び変形し、その面の裏面側は主に圧縮変形することになる。

そこで、ガラス弾接リップ２２およびパネル弾接リップ２３において、伸び変形する部位を伸び変形部位２２ａ，２３ａ、圧縮変形する部位を圧縮変形部位２２ｂ，２３ｂとして、各々を特性の異なる二種類の熱可塑性エラストマーで形成し、二層構造とした。

つまり、第１の実施の形態と同様に、伸び変形部位２２ａ，２３ａは低永久伸び材料、例えば後述する無機フィラーを含まないスチレン系熱可塑性エラストマーで形成し、圧縮変形部位２２ｂ，２３ｂは低圧縮永久歪み材料、例えば後述する無機フィラーを含むオレフィン系熱可塑性エラストマーで形成してある。

図４には本発明の第３の実施の形態としてドアウェザーストリップの構造を示している。

図４に断面図で示されているドアウェザーストリップ３０は、例えば自動車のドア開口部周縁部の一部における断面形状を示しており、図示するような均一断面形状に押出し成形されたものであって、基部３１と、基部３１と一体に形成されたリップ部としての中空シールリップ３２と、これと隣接するように同じく基部３１と一体に成形されたリップ部としてのサブシールリップ３３とから大略構成されている。

そして、周知のように上記基部３１はクリップ挿入用の中空部４０を備えており、この中空部４０に挿入される図示外の樹脂クリップによってドアウェザーストリップ３０が車体側に固定される。

なお、このドアウェザーストリップ３０は中空シールリップ３２とサブシールリップ３３がドア閉止時に同時にドアパネル３５に弾接することによってシール機能を発揮するいわゆる二重シールタイプのものである。

ここで、ドアウェザーストリップ３０全体は前述のドアグラスラン１０やドアウエストシール２０と同様に熱可塑性エラストマーで形成されているものであるが、中空シールリップ３２のリップ壁部３６，３７の一部とサブシールリップ３３は二層で形成されている。

より詳しくは、図４に仮想線で示すようにドアを閉止した場合、すなわちウェザーストリップ３０の中空シールリップ３２とサブシールリップ３３にドアパネル３５が弾接した場合、リップ壁部３６はノッチ部３８を支点として、また他方のリップ壁部３７はその屈曲部４１を支点としてそれぞれ仮想線で示すように略偏平状につぶれ変形し、同時にサブシールリップ３３はその屈曲部４２を支点として同じく仮想線で示すように倒れ変形をする。

中空シールリップ３２及びサブシールリップ３３の変形挙動に着目すると、中空シールリップ３２のリップ壁部３６，３７の外層部分とサブシールリップ３３のうちドアパネル３５と直接弾接することになる外層部分では主に伸び変形し、それらの裏面側すなわちリップ壁部３６，３７の内層部分とサブシールリップ３３の内層部分では主に圧縮変形することになる。

そこで、中空シールリップ３２およびサブシールリップ３３において、外層部分で伸び変形する部位を伸び変形部位３６ａ，３７ａ、内層部分で圧縮変形する部位を圧縮変形部位３６ｂ，３７ｂとして、各々を特性の異なる二種類の熱可塑性エラストマーで形成し、二層構造とした。

つまり、第１，２の実施の形態と同様に、伸び変形部位３６ａ，３７ａは低永久伸び材料、例えば後述する無機フィラーを含まないスチレン系熱可塑性エラストマーで形成し、圧縮変形部位３６ｂ，３７ｂは低圧縮永久歪み材料、例えば後述する無機フィラーを含むオレフィン系熱可塑性エラストマーで形成してある。

上記の各実施の形態におけるドアグラスラン１０、ドアウエストシール２０、ドアウェザーストリップ３０において、シールリップ１４、コーナー部１６、ガラス弾接リップ２２、パネル弾接リップ２３、リップ壁部３６，３７及びサブシールリップ３３のうち伸び変形部位１４ａ，１６ａ，２２ａ，２３ａ，３３ａ，３６ａ及び３７ａに適した低永久伸び材料と、圧縮変形部位１４ｂ，１６ｂ，２２ｂ，２３ｂ，３３ｂ，３６ｂ，３７ｂ及び基部３１に適した低圧縮永久歪み材料を選定する上で、耐へたり性を評価するためのリップ高さ変化率を測定した。

上記リップ高さ変化率の測定方法を図５の（Ａ）〜（Ｃ）に示す。

図５の（Ａ）〜（Ｃ）に示される供試体（テストピース）としてのテストリップ５０は、第１〜３の実施の形態の各リップ部の形状を模したものであって、且つ図示するように鉤型の均一断面形状に単一層をもって押出し成形したものである。

また、テストリップ５０には、１０ｗｔ％の無機フィラーを添加したオレフィン系熱可塑性エラストマーＡ（以下、単に材料Ａとする）、無機フィラーを添加していないオレフィン系熱可塑性エラストマーＢ（以下、単に材料Ｂとする）および無機フィラーを添加していないスチレン系熱可塑性エラストマーＡ（以下、単に材料Ｃとする）の３種類の熱可塑性エラストマーを使用している。なお、材料Ａおよび材料Ｂは同一のオレフィン系熱可塑性エラストマーであって、無機フィラーの添加の有無によってそれぞれＡ，Ｂに分類されている。

先ず、（Ａ）に示すように、テストリップ５０を固定冶具５１に固定し、テストリップ５０の自由長状態にて固定冶具５１からテストリップ５０の先端５２までの距離Ｌ１を測定する。

次に、（Ｂ）に示すように、圧縮冶具５３にてテストリップ５０に所定の荷重を加えることによってつぶれ変形させ、その状態で固定冶具５１から先端５２までの距離Ｌ２を測定する。そして、その状態のままで図示しない恒温槽に投入し、約８０℃にて７２時間保持することによってテストリップ５０に対して積極的に歪み（へたり）を付与する。

その後、（Ｃ）に示すように、恒温槽からテストリップ５０を取り出して除荷し、３０分間放置（解放）することによって、テストリップ５０の撓みを一部復元させる。その状態で固定冶具５１から先端５２までの距離Ｌ３を測定する。

上記のリップ高さ変化率はＬ１〜Ｌ３を用いて表すと以下の式となる。

リップ高さ変化率＝（Ｌ１−Ｌ３）／（Ｌ１−Ｌ２）×１００
ここで、Ｌ１−Ｌ３はテストリップ５０をつぶれ変形させたまま恒温槽に投入することによって付与されたテストリップ５０のへたり量を示していて、Ｌ１−Ｌ２はテストリップ５０のつぶれ変形における撓み変形量を示している。したがって、撓み変形量が大きく且つへたり量が小さい材料が耐へたり性に対して有利であることはいうまでもなく、上記の式はリップ高さ変化率が小さいほどテストリップ５０が耐へたり性に対して優れていることを示している。

このようなリップ高さ変化率の測定結果を表１に示す。

表１の実施例１〜３は、材料Ａ、材料Ｂおよび材料Ｃを、それぞれ単一層構造のテストリップ５０として使用した場合の特性を比較したものである。

表１から明らかなように、実施例１の無機フィラーを１０ｗｔ％添加した材料Ａが最も圧縮永久歪みが小さくなり、実施例３の無機フィラーを含まない材料Ｃが最も永久伸びが小さくなることがわかる。すなわち、材料Ａが最も耐圧縮永久歪み性に優れており、材料Ｃが最も耐永久伸び性に優れていることがわかる。なお、表１，２において圧縮永久歪みおよび永久伸びはＪＩＳ（日本規格協会）の試験方法に基づいている。

上記の結果を踏まえて、図６の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、図５と同形状のテストリップ５５について各実施の形態のリップ部形状を模して二層構造とし、上記の各材料Ａ，Ｂ，Ｃの組み合わせを変えた場合のリップ高さ変化率を測定してみた。その結果を表２の実施例４〜６に示す。なお、測定方法は図５と同様である。

ここで、図６から明らかなように、テストリップ５５はリップの厚み方向に二分する中心線を分割面として内外二層構造とし、圧縮冶具５３と対向する外層側を伸び変形部位５５ａ、内層側を圧縮変形部位５５ｂとした。

表２の実施例４〜６に示すように、熱可塑性エラストマーの組み合わせを変えたテストリップ５５は表１における単一層構造であるものと比較して、いずれもリップ高さ変化率が小さくなっており、耐へたり性が改善されている。そのうち特に、実施例６に示されるように圧縮変形部位５５ｂに材料Ａを、伸び変形部位５５ａに材料Ｃを使用したテストリップ５５が最も耐へたり性に優れていることがわかる。

上記の測定結果によれば、テストリップ５５は先の各実施の形態におけるリップ部を模したものであるので、各実施の形態における圧縮変形部位１４ｂ，１６ｂ，２２ｂ，２３ｂ，３３ｂ，３６ｂ，３７ｂ及び基部３１に材料Ａを使用し、伸び変形部位１４ａ，１６ａ，２２ａ，２３ａ，３３ａ，３６ａ及び３７ａに材料Ｃを使用することが最も耐へたり性向上の上で有効であることがわかる。

したがって、リップ部において相手側部材に弾接することによって圧縮変形する部位に材料Ａであるオレフィン系熱可塑性エラストマーＡを使用し、同じくリップ部において、相手側部材に弾接することによって伸び変形する部位に材料Ｃであるスチレン系熱可塑性エラストマーＡを使用することがシール機能や保持機能を向上させる上で有効となる。

なお、上記のように、リップを厚み方向に二分する中心線を分割位置として圧縮変形部位および伸び変形部位と一義的に決定してもよいが、ドアグラスラン、ドアウエストシールおよびドアウェザーストリップのように複雑な形状に成形されているものでは、ＣＡＥ解析などにより車両組付け時の各部位の圧縮、引き伸ばしの程度を十二分に把握した上で圧縮変形部位と伸び変形部位の分割位置を決定することが好ましい。

本発明の第１の実施の形態であるドアグラスランの断面図である。 ドアサッシュに取付ける前のフリー状態における図１のドアグラスランの断面図である。 本発明の第２の実施の形態であるドアウエストシールの断面図である。 本発明の第３の実施の形態であるドアウェザーストリップの断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は単一層構造のリップ高さ変化率の測定方法を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は二層構造のリップ高さ変化率の測定方法を示す図である。

符号の説明

１０…ドアグラスラン
１４…シールリップ（リップ部）
１４ａ…伸び変形部位
１４ｂ…圧縮変形部位
１６ａ…伸び変形部位
１６ｂ…圧縮変形部位
１７…ドアガラス（相手側部材）
２０…ドアウエストシール
２２…ガラス弾接リップ（リップ部）
２２ａ…伸び変形部位
２２ｂ…圧縮変形部位
２３…パネル弾接リップ（リップ部）
２３ａ…伸び変形部位
２３ｂ…圧縮変形部位
２５…ドアガラス（相手側部材）
３０…ドアウェザーストリップ
３２…中空シールリップ（リップ部）
３３…サブシールリップ（リップ部）
３３ａ…伸び変形部位
３３ｂ…圧縮変形部位
３５…ドアパネル（相手側部材）
３６ａ…伸び変形部位
３６ｂ…圧縮変形部位
３７ａ…伸び変形部位
３７ｂ…圧縮変形部位

Claims (4)

1. 相手側部材に弾接することによって変形するリップ部を有する自動車用シール部品において、リップ部のうち相手側部材に弾接することによって圧縮変形する部位が、相手側部材に弾接することによって伸び変形する部位よりも圧縮永久歪みの小さい熱可塑性エラストマーで形成され、同じくリップ部において相手側部材に弾接することによって伸び変形する部位が、相手側部材に弾接することによって圧縮変形する部位よりも永久伸びの小さい熱可塑性エラストマーで形成されていることを特徴とする自動車用シール部品。
2. 上記リップ部において、相手側部材に弾接することによって圧縮変形する部位が無機フィラーを含む熱可塑性エラストマーで形成され、相手側部材に弾接することによって伸び変形する部位が無機フィラーを含まない熱可塑性エラストマー、もしくは相手側部材に弾接することによって圧縮変形する部位よりも無機フィラーの含有量が少ない熱可塑性エラストマーで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用シール部品。
3. 上記リップ部において、相手側部材に弾接することによって圧縮変形する部位がオレフィン系熱可塑性エラストマーで形成され、相手側部材に弾接することによって伸び変形する部位がスチレン系熱可塑性エラストマーで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用シール部品。
4. 上記リップ部において、相手側部材に弾接することによって圧縮変形する部位が、無機フィラーを含む完全架橋型のオレフィン系熱可塑性エラストマーで形成され、相手側部材に弾接することによって伸び変形する部位が、無機フィラーを含まない完全架橋型のスチレン系熱可塑性エラストマー、もしくは相手側部材に弾接することによって圧縮変形する部位よりも無機フィラーの含有量が少ない完全架橋型のスチレン系熱可塑性エラストマーで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用シール部品。

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