JP2008157383A - シール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形時間を短縮できるとともに、ヒール部とシール部との接合強度を良好に確保でき、しかも、全体として良好な可撓性を有するシール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】シール１０は、合成ゴムによって形成されたシール部１１と、動的架橋型熱可塑性エラストマーによって形成されるとともにシール部１１に接合されたヒール部１２とにより構成されている。シール部１１は、成形金型２０のシール形成部２３に射出した合成ゴムを成形金型２０内において加熱架橋することにより成形される。ヒール部１２は、成形金型２０のヒール形成部２６に射出した動的架橋型熱可塑性エラストマーを成形金型２０内において冷却させて硬化させることにより成形されるとともにシール部１１に接合される。
【選択図】図３

Description

この発明は、例えばダクタイル鋳鉄管等の水道管の継手部に装着されるシール、及び、その製造方法に関するものである。

従来、図１１及び図１２に示すように、例えばダクタイル鋳鉄管５０の継手部には、合成ゴムよりなるシール５１が装着されている。このシール５１は、一方のダクタイル鋳鉄管５０における雌側端部５２の内周に形成された周溝５２ａに装着され、同雌側端部５２の内側に挿入された他方のダクタイル鋳鉄管５０における雄側端部５３の外周面５３ａに押し付けられる。シール５１は、ダクタイル鋳鉄管５０の周溝５２ａに嵌め込まれるヒール部５１ａと、このヒール部５１ａに対し接合されたシール部５１ｂとよりなる。ヒール部５１ａは、シール部５１ｂよりも高い硬度の合成ゴムによって形成され、周溝５２ａに対する脱着時に容易に撓む柔軟性と、周溝５２ａに装着された状態においてシール部５１ｂを保持するための剛性とを備えている。

上記シールは、例えば以下のような方法により製造されている。すなわち、まず、合成ゴムを押し出し成形した部材を所定長さに切断し、これを環状に曲げた状態でシールの成形型のキャビティ内に配置する。この部材は、シール部５１ｂとなる。次に、成形型に合成ゴムを射出し、キャビティ内でヒール部５１ａを成形する。次に、成形型を加熱してその温度を１５０〜１６０℃程度に維持し、この状態を１５〜２０分間程度保持する。そして、このときの熱によってキャビティ内のシール部５１ｂ及びヒール部５１ａを加熱架橋させるとともに一体化させる。以上の工程により、異なる硬度の合成ゴムよりなるシールが製造される。ところが、ゴム製品の架橋に要する時間は、その体積が大きいほど長くなる。上記シールの加熱架橋に要する時間は１５〜２０分間必要であるため、その製造コストが高くなっている。

また、特許文献１には、図１３に示すように、ゴム材よりなるシール部６０と、合成樹脂よりなるリテーナ部（前記ヒール部５１ａに相当）６１とを一体化した管継手用のシール６２が開示されている。このシール６２は、次のように製造される。すなわち、まず、射出成形等によりシール部６０を成形する。次に、シール用の成形型のキャビティ内に同シール部６０を配置した状態で、同キャビティ内に合成樹脂材料を注入してリテーナ部６１を成形する。このとき、合成樹脂材料が、シール部６０との接合面に結合される。このシール６２は、成形時においてシール部６０のみを加熱架橋させればよいため、上記シール５１よりも成形時間が短縮される。
特開平６−２７９０号公報

ところが、ゴム材と合成樹脂との接合強度は、ゴム材同士の接合強度よりも低いことが知られている。一方、ダクタイル鋳鉄管５０の雌側端部５２の周溝５２ａに装着されたシール５１には、ダクタイル鋳鉄管５０の接合動作時において、図１２に矢印ａで示すように、雄側端部５３からシール部５１ｂに対し、ヒール部５１ａから引き離す方向の力が加わる。このため、ダクタイル鋳鉄管５０の接合部のシールとして上記特許文献１のシール６２を用いた場合、リテーナ部６１とシール部６０との接合強度が不足し、ダクタイル鋳鉄管５０の接合時に、リテーナ部６１からシール部６０が脱落する可能性がある。

また、図１１及び図１２に示すシール５１を雌側端部５２の周溝５２ａに装着するときには、シール５１の周方向における一部をシール５１の内側に撓ませた状態で雌側端部５２の内周に入れ込まなければならない。しかしながら、特許文献１のシール６２のようにリテーナ部６１が合成樹脂によって形成されているとその全体の可撓性が不足し、ダクタイル鋳鉄管５０への装着が困難となる。

この発明の目的は、成形時間を短縮できるとともに、ヒール部とシール部との接合強度を良好に確保でき、しかも、全体として良好な可撓性を有するシール及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、合成ゴムよりなるシール部と、このシール部よりも高い硬度を有する可撓性材料によって形成されるとともに同シール部に接合されたヒール部とにより構成された水道管継手用シールであって、前記ヒール部を、動的架橋型熱可塑性エラストマーにより形成したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記シール部及びヒール部の少なくともいずれか一方に凹部を形成するとともに、その他方には同凹部内に配置された凸部を形成し、同凹部に対する同凸部のアンカー作用によりシール部及びヒール部を機械的に結合させたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記シール部のショアＡ硬度は５０〜６０の範囲内とされるとともに、前記ヒール部のショアＡ硬度は７０〜９０の範囲内とされていることを特徴とする。なお、このショアＡ硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６３５３に規定されているものに基づく。

請求項４に記載の発明は、合成ゴムよりなるシール部と、このシール部よりも高い硬度を有する可撓性材料によって形成されるとともに同シール部に接合されたヒール部とにより構成されたシールの製造方法であって、前記シール部を成形するためのシール形成部を有する第１金型と、同シール形成部を閉塞する第２金型とを組み合わせた状態でシール形成部に合成ゴムを射出し、第１金型及び第２金型を加熱して前記シール形成部内の合成ゴムを所定時間加熱架橋させてシール部を成形した後、前記ヒール部を成形するためのヒール形成部を有する第３金型を第２金型に代えて第１金型に組み合わせ、この状態でヒール形成部に熱可塑性エラストマーを射出し、ヒール形成部内の動的架橋型熱可塑性エラストマーを冷却して硬化させることによりヒール部を成形するとともに同シール部とヒール部とを接合させることを特徴とする。

（作用）
この発明によれば、合成ゴムにてシール部を形成し、動的架橋型熱可塑性エラストマーによりヒール部を形成するため、金型による成形時にはシール部のみを金型内において加熱架橋させればよい。このため、シール部及びヒール部を共に合成ゴムにより形成し、両方を金型内で加熱架橋させる場合に比較して、加熱架橋を必要とする成形部分の容量が小さくなるため、金型での加熱架橋に要する時間が短縮される。この結果、金型におけるシールの成形時間が短縮される。また、合成ゴムよりなるシール部と、動的架橋型熱可塑性エラストマーよりなるヒール部との接合強度は、合成ゴムよりなるシール部と合成樹脂よりなるヒール部との接合強度よりも向上する。従って、ヒール部とシール部との接合強度を良好に確保できる。また、動的架橋型熱可塑性エラストマーは、合成樹脂よりも可撓性に富む。従って、シール全体として良好な可撓性を確保できる。

この発明によれば、成形時間を短縮できるとともに、ヒール部とシール部との接合強度を良好に確保でき、しかも、全体として良好な可撓性を確保できるという効果を発揮する。

（第１実施形態）
次に、この発明を具体化した第１実施形態について図１〜図３を用いて説明する。
図１（ａ），（ｂ）及び図２に示すように、シール１０は、合成ゴムによって形成された環状のシール部１１と、合成ゴムより高い硬度の動的架橋型熱可塑性エラストマーによって形成されるとともにこのシール部１１に接合された環状のヒール部１２とにより構成されている。ＪＩＳ Ｋ ６３５３に規定されたシール部１１のショアＡ硬度は５０〜６０の範囲内とされるとともに、同じくヒール部１２のショアＡ硬度は７０〜９０の範囲内とされている。

シール部１１に用いる合成ゴムと、ヒール部１２に用いる動的架橋熱可塑性エラストマーとは、シール部１１とヒール部１２との接着強度を向上させるために相溶性が良好なもの同士を組み合わせることが好ましい。例えば、合成ゴムとしてオレフィン系ゴムであるエチレン・プロピレンゴム（ＥＰ）を用いた場合には、動的架橋型熱可塑性エラストマーとしてオレフィン系動的架橋熱可塑性エラストマー（オレフィン系樹脂（ＰＰ，ＰＥ）のマトリックスにオレフィン系ゴム（ＥＰＲ，ＥＰＤＭ）を動的架橋し微分散したもの（商品名；「サントプレーン」（エーイーエス・ジャパン（株）製等））を用いることが好ましい。また、スチレン・ブタジエン・ゴム（ＳＢＲ）には、スチレン系動的架橋熱可塑性エラストマー（スチレン・ブタジエン・スチレンブロックコポリマー（ＳＢＳ）、スチレン・イソプレン・スチレンブロックコポリマー（ＳＩＳ）を組み合わせることが好ましい。また、ポリスチレン-ポリ（エチレン/プロピレン）ブロック（ＳＥＰ）、ポリスチレン-ポリ（エチレン/プロピレン）ブロック-ポリスチレン（ＳＥＰＳ）、ポリスチレン-ポリ（エチレン/ブチレン）ブロック-ポリスチレン（ＳＥＢＳ）、 ポリスチレン-ポリ（エチレン-エチレン/プロピレン）ブロック-ポリスチレン（ＳＥＥＰＳ）等の水素添加スチレン系動的架橋熱可塑性エラストマーは、オレフィン系合成ゴム、スチレン系合成ゴムのいずれに対しても比較的良好な相溶性を示す。このため、水素添加スチレン系動的架橋熱可塑性エラストマーからなるヒール部１２には、複数種類の合成ゴムからなるシール部１１を組み合わせることができる。

シール部１１とヒール部１２とは、円錐面状の境界面により接合されている。合成ゴムにより形成されたシール部１１は、図１１に示すように、ダクタイル鋳鉄管５０の接合部分において雄側端部５３の外周面５３ａに密接する柔軟性を有している。一方、合成ゴムよりも高い硬度を有する動的架橋型熱可塑性エラストマーにより形成されたヒール部１２は、ダクタイル鋳鉄管５０の雌側端部５２の周溝５２ａに対する脱着を可能とする可撓性と、雌側端部５２への雄側端部５３の挿入時においてシール部１１を所定位置に保持する剛性とを有している。

次に、上記シール１０の製造方法について説明する。
シール１０は、図３（ａ），（ｂ）に示すような成形金型２０を用いて射出成形される。成形金型２０は、下金型２１ａと、この下金型２１ａに組み合わされる中金型２１ｂよりなる第１金型２２を備え、この第１金型２２には、シール１０のシール部１１を成形するためのシール形成部２３が形成されている。また、成形金型２０は、第１金型２２に対して選択的に組み合わされる第２金型２４及び第３金型２５を備えている。第２金型２４は、第１金型２２に組み合わされた状態において前記シール形成部２３を閉塞する。また、第３金型２５は、第１金型２２に組み合わされた状態においてヒール部１２を成形するためのヒール形成部２６を備えている。

シール１０を成形するには、まず、図３（ａ）に示すように、第１金型２２に第２金型２４を組み合わせるとともに、図示しない加熱装置により第１金型２２及び第２金型２４を加熱し、第２金型２４のゲート２４ａを介してシール形成部２３に合成ゴム材料を射出する。そして、シール形成部２３内の合成ゴム材料を所定時間加熱架橋させることによりシール部１１を成形する。

次に、第１金型２２から第２金型２４を取り外し、その代わりに、前記第３金型２５を第１金型２２に組み合わせる。この状態において、第３金型２５のゲート２５ａを介してヒール形成部２６内に動的架橋型熱可塑性エラストマーを射出する。このとき、射出速度や射出圧が高いほど発熱量が多くなり、ヒール形成部２６内の空気の温度、さらには、第３金型２５の温度が上昇し易くなる。この温度上昇を抑制し、ヒール形成部２６内の動的架橋型熱可塑性エラストマーの硬化を促進するために、ヒール形成部２６に対して動的架橋型熱可塑性エラストマーをより低圧で射出する。すなわち、ヒール部１２は加熱架橋不要な動的架橋型熱可塑性エラストマーにより形成されるため、シール部１１とは異なり成形時において第３金型２５を加熱する必要がない。このとき、動的架橋型熱可塑性エラストマーを低圧で射出することにより、ヒール部１２に成形歪みが生じにくくなる。そして、ヒール形成部２６内の動的架橋型熱可塑性エラストマーを冷却して硬化させることによりヒール部１２を形成するとともにシール部１１とヒール部１２とを接合させる。このとき、シール部１１とヒール部１２とは、合成ゴムと合成樹脂との組み合わせよりも相溶性が高い合成ゴムと動的架橋型熱可塑性エラストマーの組み合わせであるため、良好に接合される。

以上の工程により、合成ゴムよりなるシール部１１と、動的架橋型熱可塑性エラストマーよりなるとともにシール部１１に接合されたヒール部１２とにより構成されたシール１０が製作される。このようにして成形されたシール１０におけるヒール部１２とシール部１１との接合強度は５ＭＰａ以上であった。これに対し、合成樹脂によって形成されたヒール部とシール部１１との接合強度は０ＭＰａに近かった。すなわち、合成樹脂によってヒール部が形成されたシールを成形金型２０から取り外そうとすると、それだけでシール部１１とヒール部とが分離してしまった。

以上のように構成されたシール１０は、図１１及び図１２に示す前記ダクタイル鋳鉄管５０における雌側端部５２の周溝５２ａの内径とほぼ同じ外径のものが同ダクタイル鋳鉄管５０の継手部に使用される。そして、シール１０は、その周方向における一部をシール１０の内側に撓ませた状態で周溝５２ａに装着される。このとき、ヒール部１２が合成樹脂よりも可撓性に富んだ動的架橋型熱可塑性エラストマーにより形成されているため、シール１０はその全体が容易に撓んでヒール部１２が周溝５２ａに対し容易に嵌入する。

２つのダクタイル鋳鉄管５０を接続するときに、一方のダクタイル鋳鉄管５０の雌側端部５２に対して他方のダクタイル鋳鉄管５０の雄側端部５３を挿入させると、雄側端部５３の外周面５３ａに対してシール１０のシール部１１が圧接された状態となる。そして、このシール部１１により、２つのダクタイル鋳鉄管５０の継手部がシールされる。このように雌側端部５２に対して雄側端部５３を挿入させるとき、シール１０のシール部１１が雄側端部５３によって雄側端部５３の奥に向かって押される。このとき、動的架橋型熱可塑性エラストマーよりなるヒール部１２と合成ゴムよりなるシール部１１との接合強度が、合成ゴムと合成樹脂との接合強度よりも高いことから、シール部１１のヒール部１２からの脱落が有効に防止される。

この実施形態は、以下の効果を発揮する。
（１） 合成ゴムよりなるシール部１１と、動的架橋型熱可塑性エラストマーよりなるヒール部１２とによりシール１０を構成したため、成形金型２０による成形時には、シール部１１のみを成形金型２０内において加熱架橋させればよい。このため、シール部１１及びヒール部１２を共に合成ゴムにより形成し、両方を成形金型２０内で加熱架橋させる場合に比較して、加熱架橋を必要とする成形部分の容量が小さくなるため、成形金型２０での加熱架橋に要する時間が短縮される。この結果、シール１０の成形時間が短縮される。

（２） 合成ゴムよりなるシール部１１と、動的架橋型熱可塑性エラストマーよりなるヒール部１２との接合強度は、同シール部１１と、合成樹脂よりなるヒール部との接合強度よりも向上する。従って、シール部１１とヒール部１２との接合強度を良好に確保できる。ゆえに、ダクタイル鋳鉄管への装着時において、シール部１１とヒール部１２との分離を防止することができる。

（３） 動的架橋型熱可塑性エラストマーは、合成樹脂よりも可撓性に富む。従って、シール１０全体として良好な可撓性を確保できるため、ダクタイル鋳鉄管への装着を容易に行うことができる。

（第２実施形態）
次に、この発明を具体化した第２実施形態について図４〜図６を用いて説明する。
図４に示すシール１０のシール部１１には、図５に示すように、環状の溝部３０が複数本（図４，５では２本）形成されている。この各溝部３０は、その底部側において断面積が拡大する形状を備えている。また、ヒール部１２には、前記溝部３０内に配置された突条部３１が複数本形成されている。そして、シール部１１とヒール部１２とは、その境界面での接合に加え、各溝部３０に対する突条部３１のアンカー作用により機械的にも結合されている。

この実施形態のシール１０は、第１実施形態で用いた成形金型２０とほぼ同じ構成の図６（ａ），（ｂ）に示すような成形金型２０を用いて射出成形される。この成形金型２０における第２金型２４には、前記溝部３０を形成するための環状の突条部２４ｂが複数（図６（ａ）では２本）形成されている。そして、第１金型２２に第２金型２４を組み合わせた状態で、シール形成部２３に合成ゴム材料を射出することにより、溝部３０を有するシール部１１が成形される。

次に、第１金型２２に第３金型２５を組み合わせた状態でヒール形成部２６に動的架橋型熱可塑性エラストマーを射出することにより、シール部１１の溝部３０内に配置された突条部３１を有するヒール部１２が成形される。

以上のように構成されたこの実施形態は、第１実施形態と同様に、ダクタイル鋳鉄管５０の雌側端部５２の周溝５２ａに対して容易に装着される。
この実施形態は、前記第１実施形態の（１）〜（３）に記載した効果の他に下記の効果を発揮する。

（４） シール部１１に溝部３０を複数形成するとともに、各溝部３０内に配置された突条部３１をヒール部１２に形成した。そして、各溝部３０に対する突条部３１のアンカー作用により、シール部１１とヒール部１２とを機械的に結合させた。このため、シール部１１とヒール部１２との結合強度がさらに向上し、ヒール部１２からのシール部１１の脱落が有効に防止される。

（第３実施形態）
次に、この発明を具体化した第３実施形態について図７及び図８を用いて説明する。
図７に示すシール４０は、前記シール部１１と同様の合成ゴムによって形成された環状のシール部４１と、前記ヒール部１２と同様の動的架橋型熱可塑性エラストマーによって形成されるとともにシール部４１に接合された環状のヒール部４２とにより構成されている。このシール４０は、前記シール１０と同様にして成形される。

このシール４０は、図８に示すように、一方のダクタイル鋳鉄管５０における雌側端部５２の内周側に形成された斜面５２ｂと、他方のダクタイル鋳鉄管５０における雄側端部５３の外周面５３ａとの間に装着される。シール４０は、雌側端部５２に装着された押し輪５４によってヒール部４２を雌側端部５２側に押圧されることにより、斜面５２ｂ及び外周面５３ａにシール部１１を押圧させた状態で保持される。そして、このシール部１１により、ダクタイル鋳鉄管５０の接合部がシールされる。

この実施形態のシール４０は、上記第１実施形態の（１）〜（３）に記載の各効果を有する。
（他の実施形態）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・ 第２実施形態において、図９に示すように、ヒール部１２に溝部３０を形成するとともに、同溝部３０に対応する突条部３１をシール部１１に形成する。そして、ヒール部１２の溝部３０に対するシール部１１の突条部３１のアンカー作用によりシール部１１及びヒール部１２を機械的に結合させる。

・ 図１０に示すように、シール部１１とヒール部１２との境界面を周方向に延びる複数のひだ状に形成する。この場合には、シール部１１とヒール部１２との接合面積が増大し、両者の接合強度が向上する。

・ シール部１１の周方向に沿って穴部を複数箇所に形成するとともに、ヒール部１２の周方向に沿って各穴部に対応する凸部を複数箇所に形成する。そして、各穴部に対する凸部のアンカー作用によりシール部１１及びヒール部１２を機械的に結合させる。

・ 図３（ｂ）又は図６（ｂ）に二点鎖線で示すように、成形金型２０の第３金型２５において第１金型２２と当接する側に断熱部４３を設ける。この場合には、ヒール部１２の成形時において第１金型２２から第３金型２５への熱の伝達が断熱部４３により制限されるため、第１金型２２の熱による第３金型２５の温度上昇が抑制される。従って、第３金型２５のヒール形成部２６に射出された動的架橋型熱可塑性エラストマーが有効に冷却されてその硬化時間が短縮されるため、シール１０の成形に要する時間が一層短縮される。

・ この発明のシールは、合成ゴムよりなるシール部１１と、このシール部１１よりも高い硬度を有する動的架橋型熱可塑性エラストマーによって形成されるものであればよく、シール部１１，４１及びヒール部１２，４２の断面形状は上記各実施形態に限定されない。

以下、上記各実施形態から把握される技術的思想を記載する。
（１） 合成ゴムよりなるシール部と、このシール部よりも高い硬度を有する可撓性材料によって形成されるとともに同シール部に接合されたヒール部とにより構成された水道管継手用シールの成形金型であって、前記シール部を成形するためのシール形成部を有する第１金型と、同第１金型に組み合わされるとともに同シール形成部を閉塞する第２金型と、同第２金型に代えて第１金型に組み合わされるとともに前記ヒール部を成形するためのヒール形成部を有する第３金型とによって構成されることを特徴とする水道管継手用シールの成形金型。

（ａ）は第１実施形態のシールを示す正面図、（ｂ）は同じく一部破断状態の側面図。 シールの縦断面図。 （ａ），（ｂ）は共に成形金型を示す縦断面図。 第２実施形態のシールを示す一部破断状態の側面図。 シールの縦断面図。 （ａ），（ｂ）は共に成形金型を示す縦断面図。 第３実施形態のシールの一部を示す縦断面図。 シールが装着されたダクタイル鋳鉄管を示す縦断面図。 他の実施形態のシールを示す縦断面図。 他の実施形態のシールを示す縦断面図。 従来のシールが装着されたダクタイル鋳鉄管を示す縦断面図。 シールが装着されたダクタイル鋳鉄管の接合部を示す縦断面図。 別のシールを示す縦断面図。

符号の説明

１０…水道管継手用シール、１１…シール部、１２…ヒール部、２０…成形金型、２２…第１金型、２３…シール形成部、２４…第２金型、２５…第３金型、２６…ヒール形成部、３０…凹部としての溝部、３１…凸部としての突条部、４０…シール、４１…シール部、４２…ヒール部。

Claims (4)

1. 合成ゴムよりなるシール部と、このシール部よりも高い硬度を有する可撓性材料によって形成されるとともに同シール部に接合されたヒール部とにより構成された水道管継手用シールであって、
   前記ヒール部を、動的架橋型熱可塑性エラストマーにより形成したことを特徴とするシール。
2. 前記シール部及びヒール部の少なくともいずれか一方に凹部を形成するとともに、その他方には同凹部内に配置された凸部を形成し、同凹部に対する同凸部のアンカー作用によりシール部及びヒール部を機械的に結合させたことを特徴とする請求項１に記載のシール。
3. 前記シール部のショアＡ硬度は５０〜６０の範囲内とされるとともに、前記ヒール部のショアＡ硬度は７０〜９０の範囲内とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシール。
4. 合成ゴムよりなるシール部と、このシール部よりも高い硬度を有する可撓性材料によって形成されるとともに同シール部に接合されたヒール部とにより構成されたシールの製造方法であって、
   前記シール部を成形するためのシール形成部を有する第１金型と、同シール形成部を閉塞する第２金型とを組み合わせた状態でシール形成部に合成ゴムを射出し、第１金型及び第２金型を加熱して前記シール形成部内の合成ゴムを所定時間加熱架橋させてシール部を成形した後、前記ヒール部を成形するためのヒール形成部を有する第３金型を第２金型に代えて第１金型に組み合わせ、この状態でヒール形成部に動的架橋型熱可塑性エラストマーを射出し、ヒール形成部内の動的架橋型熱可塑性エラストマーを冷却して硬化させることによりヒール部を成形するとともに同シール部とヒール部とを接合させることを特徴とするシールの製造方法。

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