WO2022003894A1

WO2022003894A1 - シール装置

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Publication number: WO2022003894A1
Application number: PCT/JP2020/025970
Authority: WO
Inventors: 哲也伊藤; 俊人後藤; 勉石崎; 正嘉荒川
Original assignee: Sangi Co Ltd
Current assignee: Sangi Co Ltd
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2022-01-06
Anticipated expiration: 2023-01-02
Also published as: EP4177499A4; US20240003420A1; EP4177499A1; JP7485400B2; JPWO2022003894A1

Abstract

２つの流路を連結する際と連結を解除する際の操作性を向上させつつ、２つの流路の連結部の隙間から物質が漏洩することを確実に防止できるシール装置を提供する。物質が通過する第１流路１６Ａと、第１流路１６Ａと分離可能に連結される第２流路１６Ｂと、第１流路１６Ａと第２流路１６Ｂとの連結部１５の隙間に保持される弾性を有するシール部材５２と、第１流路１６Ａと第２流路１６Ｂとを連結する際に、シール部材６２を変形させて連結部１５の隙間を塞ぐ可動部材３０とを備える。

Description

シール装置

　本発明は、分離可能に連結された流路の隙間から物質が漏洩することを防止するシール装置に関する。

　一般的に、液体やガス等の物質の漏洩を防止するシール装置が知られている。
　例えば、この種のシール装置は、図１３に示すように、物質の供給通路として機能する分離可能に連結される２つの流路部材２００，２０１のうち、一方の流路部材２００側の外周先端部に周溝２０５を形成し、この周溝２０５にＯリングと称される環状ゴム製のシール部材２０６を保持する。Ｏリング２０６は、流路部材２００，２０１同士を連結する際に、流路部材２００，２０１に弾圧状に接触して連結部２１０の隙間Ｓを塞ぐことで、連結部２１０の隙間Ｓから物質が漏洩することを防止する。

　また、分離可能な流路を有する歯科用ハンドピースにおいて、流路の連結部に複数のＯリングを並列配置することで、連結部の隙間からエアや液体が漏洩することを防止するシール装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３９２０２８１号公報

　ところで、粒径が０．１～１０μｍ程度の粉末状の固体微粒子が供給される流路に上述したシール装置を適用したところ、連結部の隙間から固体微粒子が漏れる不具合を生じた。その理由は、液体であれば、その性質上、表面張力によって連結部の隙間に入り込みにくく、Ｏリングにかかる圧力が低いため、物質の漏洩が生じにくいが、固体微粒子は、隙間に入り込み易く、液体よりも高い圧力がＯリングに作用するため、物質の漏洩が生じると考えられる。

　また、物質の漏洩を抑制すべく、Ｏリングの弾性力を低くすることが考えられるが、この場合、Ｏリングと流路部材との接触抵抗が高くなるため、２つの流路を連結する際や連結を解除する際の操作性が低下する虞がある。

　本発明は、上記したような事情に鑑みてなされた発明であって、２つの流路の連結部の隙間から物質が漏洩することを確実に防止できるシール装置の提供を第一の目的とし、２つの流路を連結する際と連結を解除する際の操作性を容易に向上可能なシール装置の提供を第二の目的とする。

　本発明に係るシール装置は、物質が通過する第１流路と、前記第１流路と分離可能に連結される第２流路と、前記第１流路と前記第２流路との連結部の隙間に保持される弾性を有するシール部材と、前記第１流路と前記第２流路とを連結する際に、前記シール部材を変形させて前記連結部の隙間を塞ぐシール部材変形手段とを備える構成としてある。
　また、前記シール部材変形手段は、前記第１流路と前記第２流路との連結を解除する際に、変形した前記シール部材が元の形状に戻ることを許容する構成とするのが好ましい。

　本発明によれば、２つの流路を連結する際と連結を解除する際の操作性を向上させつつ、２つの流路の連結部の隙間から物質が漏洩することを確実に防止できる。

本発明の第１実施形態に係るシール装置が適用されたハンドピースを備えるパウダージェット・デポジション装置の全体図である。連結解除状態のハンドピースを示す説明図である。連結解除状態のハンドピースの要部断面を示す説明図である。連結状態のハンドピースの要部断面を示す説明図である。シール装置の動作例を示す説明図であり、（ａ）は連結中のシール装置の状態を示す説明図、（ｂ）は連結後のシール装置の状態を示す説明図、（ｃ）は連結解除後のシール装置の状態を示す説明図である。本発明の第２実施形態に係るシール装置を模式的に示す説明図である。本発明の第３実施形態に係るシール装置を模式的に示す説明図である。本発明の第４実施形態に係るシール装置を模式的に示す説明図である。本発明の第５実施形態に係るシール装置を模式的に示す説明図である。本発明の第６実施形態に係るシール装置を模式的に示す説明図である。本発明の第７実施形態に係るシール装置を模式的に示す説明図である。本発明の第８実施形態に係るシール装置を模式的に示す説明図である。従来例に係るシール装置を模式的に示す説明図である。

　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

［ＰＪＤ装置］
　本発明に係るシール装置は、例えば、歯科治療に使用されるパウダージェット・デポジション装置（以下、「ＰＪＤ装置」と称する。）に好適に適用される。ＰＪＤ装置とは、常温常圧下で、固体微粒子を対象物に向けて高速で噴射し、衝突させて、対象物上に固体微粒子が付着してなる成膜層を形成する成膜加工（パウダージェット・デポジション法）に用いる装置である。固体微粒子としては、一般に、粒径が０．１～１０μｍ程度の粉末状の微粒子が用いられる。ＰＪＤ装置を用いた成膜加工は、種々の技術分野で実用化が試みられている。

　図１は、ＰＪＤ装置１の一例を示しており、患者の歯の表面に向けて固体微粒子を噴射するノズル１８が設けられたハンドピース１０と、固体微粒子を空気又は窒素ガスなどの気体で混合・分散させ、分散処理された所定の粒径の固体微粒子を気体の噴流に乗せてハンドピース１０に供給する微粒子供給ユニット１１とを備える。図１に示す一例において、ハンドピース１０と微粒子供給ユニット１１とは、コネクタ１２により分離可能に連結されたホースなどの配管を介して接続される。

　本発明に係るシール装置は、例えば、このようなＰＪＤ装置１において、ハンドピース１０やコネクタ１２などの内部に形成された、分離可能に連結される流路の連結部に好適に適用することができ、連結された流路の連結部の隙間を塞ぐとともに、流路の気密性を高めて固体微粒子の流れ（流速や流量）を安定化させる装置として用いられる。

［第１実施形態］
　本発明に係るシール装置を、ハンドピース１０の内部に形成された流路１６（１６Ａ，１６Ｂ）の連結部１５に適用した第１実施形態について説明する。

　ハンドピース１０の内部には、固体微粒子を気体の噴流に乗せて流通させるための固体微粒子流路１６が、軸線方向に沿って延在するように形成されている。これにより、ハンドピース１０の後端側から供給された固体微粒子が、固体微粒子流路１６を流通して、ハンドピース１０の先端側に設けられたノズル１８から噴射されるようにしている。

　ハンドピース１０は、図２に示すように、前部筐体（第１流路部材）１３と後部筐体（第２流路部材）１４とに分離可能であり、前部筐体１３と後部筐体１４とが、連結部１５を介して着脱自在に連結される。そして、前部筐体１３と後部筐体１４のそれぞれ内部には、第１流路１６Ａと第２流路１６Ｂが形成されており、前部筐体１３と後部筐体１４とを連結した際に、第１流路１６Ａと第２流路１６Ｂとが連結されて固体微粒子流路１６を形成し（図４参照）、前部筐体１３と後部筐体１４との連結を解除すると、固体微粒子流路１６が第１流路１６Ａと第２流路１６Ｂとに分離されるようにしてある（図３参照）。

　連結部１５は、前部筐体１３側に設けられた雌型連結部１５Ａと、後部筐体１４側に設けられた雄型連結部１５Ｂとを含み、雌型連結部１５Ａ内に雄型連結部１５Ｂが挿入されて、前部筐体１３と後部筐体１４とが連結されるように構成し得るが、雌型連結部１５Ａと雄型連結部１５Ｂの具体的な構成は、特に限定されない。前部筐体１３側を雄型、後部筐体１４側を雌型として、連結部１５を構成するようにしてもよい。

　図示する例において、雌型連結部１５Ａは、前部筐体１３の後部に階段状に形成される２つの凹部２１，２２を備えている。これらの凹部２１、２２は、円筒状の第１凹部２１と、第１凹部２１の後方に形成され、第１凹部２１よりも拡径に形成された円筒状の第２凹部２２とを備え、第１凹部２１の中心部に第１流路１６Ａが形成されている。

　一方、雄型連結部１５Ｂは、後部筐体１４の前部に階段状に形成され、雌型連結部１５Ａの２つの凹部２１，２２に挿入される２つの凸部２３，２４を備えている。これらの凸部２３，２４は、外周が円形状であって、第１凹部２１に挿入される第１凸部２３と、第１凸部２３の後方であって第１凸部２３よりも拡径に形成され、第２凹部２２に挿入される第２凸部２４とを備え、第１凸部２３の中心部に第１流路１６Ａと連結される第２流路１６Ｂが形成されている。

　また、前部筐体１３と後部筐体１４との連結部１５には、連結部１５の隙間から固体微粒子や気体が外部に漏洩することを防止するために、第２凹部２２と第２凸部２４との間をシールする第１のシール機構４０と、第１凹部２１と第１凸部２３との間をシールする第２のシール機構５０とが設けられている。
　図示する例にあっては、第２のシール機構５０に、本発明に係るシール装置が適用される。

　第１のシール機構４０は、第２凸部２４の外周面に形成された周溝４１と、周溝４１に保持されるシール部材４２とを備える。前部筐体１３と後部筐体１４とを連結すると、シール部材４２が、第２凸部２４の外周面２４ａと第２凹部２２の内周面２２ａとに弾性的に接触することで、第２凸部２４の外周面２４ａと第２凹部２２の内周面２２ａとの間の隙間が塞がれる。

　図３及び図４に示すように、第２のシール機構５０は、可動部材３０（シール部材変形手段）と、シール部材５２とを備える。可動部材３０は、円筒状の本体部３２と、この本体部３２と一体的に形成され、本体部３２の前端部から外周方向に突出したフランジ部３３とを有している。可動部材３０の本体部３２は、それ自身が第２流路１６Ｂの一部となって、第２流路１６Ｂが形成される後部筐体１４に、流路方向に摺動可能に保持される。シール部材５２は、可動部材３０の本体部３２、フランジ部３３及び第１凸部２３の前端部壁２３ａによって形成される溝部５１に配置される。この溝部５１は、後部筐体１４とフランジ部３０との間に溝幅可変に形成されており、可動部材３０が流路方向に摺動することによって、溝部５１の溝幅が変化する。
　なお、可動部材３０は、可動部材３０を保持する後部筐体１４の内周面に形成される円環状の周溝３６に配置された、ゴム状のＯリング３７によって小さい抵抗を以て往復運動可能に配置される。

　前部筐体１３と後部筐体１４とを連結すると、図５（ｂ）に示すように、シール部材５２が変形して、第１凸部２３の外周面２３ｂと第１凹部２１の内周面２１ａとの間の隙間を塞ぐことで、第１流路１６Ａと第２流路１６Ｂの連結部分から固体微粒子が外部に漏洩することを防止する。このような第２のシール機構５０の具体的な動作例について、図５を参照して説明する。

　前部筐体１３と後部筐体１４とを連結する際に、雄型連結部１５Ｂの第１凸部２３が、雌型連結部１５Ａの第１凹部２１に挿入されると、図５（ａ）に示すように、可動部材３０のフランジ部３３が第１凹部２１の前端部壁２１ｂに当接する。可動部材３０のフランジ部３３が第１凹部２１の前端部壁２１ｂに当接するまでの間は、シール部材５２と第１凹部２１の内周面２１ａとの間に僅かな隙間が生じるため、抵抗なく第１凸部２３を第１凹部２１に挿入することが可能となり、操作性の向上が図れる。

　また、図５（ａ）の状態からさらに第１凸部２３が挿入されると、図５（ｂ）に示すように、可動部材３０は前端部壁２１ｂに押圧されて図中矢印に示すように後方に摺動し、これに伴ってフランジ部３３が移動することにより、溝部５１が幅５１ｂに狭められてシール部材５２に外力を加える。これにより、シール部材５２は、圧縮されながら外周方向に突出するように変形し、第１凸部２３の外周面２３ｂと第１凹部２１の内周面２１ａとの間の隙間を確実に塞ぐ。

　また、前部筐体１３と後部筐体１４との連結を解除して、前部筐体１３（雌型連結部１５Ａ）から後部筐体１４（雄型連結部１５Ｂ）を引き抜く際には、図５（ｃ）に示すように、第１凹部２１の前端部壁２１ｂから可動部材３０のフランジ部３３が離間するとともに、シール部材５２の弾性力によってフランジ部３３が押され、図中矢印に示すように、フランジ部３３が前方へと移動し、溝部５１が元の状態の幅５１ａに広げられる。これにより、シール部材５２への外力が取り除かれて、シール部材５２は、弾性変形によって元の形状に復帰した状態で溝部５１に収容される。このため、シール部材５２と第１凹部２１の内周面２１ａとの間に僅かな隙間が生じ、抵抗なく後部筐体１４を引き抜くことが可能となり、操作性の向上が図れる。

　また、第１凸部２３の前端部壁２３ａは、後方に向かって徐々に拡径するように傾斜するテーパ面を有する。このようにすれば、シール部材５２が変形するための空間を確保できるとともに、フランジ部３３がシール部材５２に外力を加えたとき、テーパ面でシール部材５２を外周方向に案内することにより、シール部材５２の第１凹部２１の内周面２１ａに対する接触圧を高めることができる。
　また、ハンドピース１０を分離する際には、シール部材５２が元の形状に戻り易くするための空間を確保できるとともに、可動部材３０の移動が容易になる。

　なお、本実施形態では、シール部材５２と第１凹部２１の内周面２１ａとの間に所定の隙間を確保するが、この隙間は必ずしも確保する必要はない。好適には、ハンドピース１０を分離する際に、必要最低限の接触圧でシール部材５２を接触させ、連結時には固体微粒子の漏洩を防止するのに必要な接触圧でシール部材５２を接触させるように溝部５１やシール部材５２の外径や硬さ等が適宜設定される。また、シール部材５２は、弾性変形可能であればどのような材質や形状であっても構わないが、一例として、ゴム状のＯリングが用いられる。

　本実施形態に係るシール装置として、以上のように構成された第２のシール機構５０は、固体微粒子が通過する第１流路１６Ａと、第１流路１６Ａと分離可能に連結される第２流路１６Ｂと、第１流路１６Ａと第２流路１６Ｂとの連結部１５の隙間に保持されるシール部材５２と、第１流路１６Ａと第２流路１６Ｂとを連結する際に、シール部材５２に対して機械的に外力を加えて、シール部材５２を変形させて連結部１５の隙間を塞ぐ可動部材３０とを備えている。
　また、可動部材３０は、第１流路１６Ａと第２流路１６Ｂとの連結を解除する際に、シール部材５２に機械的に加わっている外力を取り除くことにより、変形したシール部材５２を元の形状に戻ることを許容するように構成されている。

　したがって、連結状態ではシール部材５２の接触圧を高め、連結操作時や連結解除操作時にはシール部材５２の接触圧を低下させることができるので、連結操作時や連結解除操作時の操作性を向上させつつ、連結部１５の隙間から物質が漏洩することを確実に防止することが可能になる。

　また、第１凸部２３の前端部壁２３ａは、後方に向かって徐々に拡径するように傾斜するテーパ面を有するので、シール部材５２が変形するための空間を確保できるとともに、フランジ部３３がシール部材５２に外力を加えたとき、テーパ面でシール部材５２を外周方向に案内することにより、シール部材５２の第１凹部２１の内周面２１ａに対する接触圧を高めることができる。

［第２～８実施形態］
　次に、本発明の第２～第８の実施形態に係るシール装置について、図６～図１２を参照して説明する。
　ただし、前記実施形態と共通の構成については、前記実施形態と同じ符号を用いることにより、前記実施形態の説明を援用する場合がある。

　第２実施形態に係るシール装置は、図６に示すように、１つの溝部５１にＯリングからなる２つのシール部材５２を並列に配置した点が前記実施形態と相違している。このようなシール装置によれば、シール性のさらなる向上が期待できる。

　第３実施形態に係るシール装置は、図７に示すように、断面形状が楕円形のＯリングをシール部材５２に適用した点が前記実施形態と相違している。このようなシール装置であっても、前記実施形態と同様な効果が得られる。

　第４実施形態に係るシール装置は、図８に示すように、シール部材５２の断面形状を板状とした点が前記実施形態と相違している。具体的には、板状に形成したシール部材５２を溝部５１に対して凸状になるように湾曲させて配置する。また、本実施形態の場合、シール部材５２が溝部５１から脱落するおそれが考えられるため、例えば、シール部材５２の一部を後部筐体１４（第１凸部２３）と係合させるための係合体をシール部材５２に設けることによって、シール部材５２を後部筐体１４（第１凸部２３）に固定するのが好ましい。このようなシール装置であっても、前記実施形態と同様な効果が得られる。

　第５実施形態に係るシール装置は、図９に示すように、第１流路１６Ａ側を雄型、第２流路１６Ｂ側を雌型とし、第１流路１６Ａ側に可動部材３０を取り付けた点が前記実施形態と相違している。このようなシール装置であっても、前記実施形態と同様な効果が得られる。

　第６実施形態に係るシール装置は、図１０に示すように、第１凸部２３の前端部壁２３ａではなく、溝部５１のフランジ部３３側にテーパ面を形成した点が前記実施形態と相違している。このようなシール装置であっても、前記実施形態と同様な効果が得られる。

　第７実施形態に係るシール装置は、図１１に示すように、第１流路１６Ａ側を雄型、第２流路１６Ｂ側を雌型とし、第１流路１６Ａ側に可動部材３０を取り付けた点と、溝部５１のフランジ部３３側にテーパ面を形成した点とが前記実施形態と相違している。このようなシール装置であっても、前記実施形態と同様な効果が得られる。

　第８実施形態に係るシール装置は、図１２に示すように、雌型とされた第１流路１６Ａ側に可動部材３０を取り付けた点と、溝部５１のフランジ部３３側にテーパ面を形成した点とが前記実施形態と相違している。このようなシール装置によれば、フランジ部３３と接触する後部筐体１４の前端面との間の密着力を容易に高めることが可能となるため、前記実施形態と同様に、この連結部からの物質の漏洩を防止することができる。

　以上、本発明に係るシール装置について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係るシール装置は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることはいうまでもない。

　例えば、前述した実施形態では、歯科治療システムにおけるＰＪＤ装置１が備えるハンドピース１０の内部に形成された、分離可能に連結される流路の連結部に適用した例を挙げて説明したが、これに限定されない。種々の装置において、分離可能に連結される流路の連結部に適用することで、連結された流路の隙間から物質が漏洩しないようすることができる。

１　パウダージェット・デポジション装置
１０　ハンドピース
１１　微粒子供給ユニット
１３　前部筐体（第１流路部材）
１４　後部筐体（第２流路部材）
１５　連結部
１６　固体微粒子流路
１６Ａ　第１流路
１６Ｂ　第２流路
１８　噴出ノズル
１９　噴射口
２１　第１凹部
２１ａ　内周面
２１ｂ　前端部壁
２２　第２凹部
２２ａ　内周面
２３　第１凸部
２３ａ　前端部壁（テーパ面）
２３ｂ　外周面
２４　第２凸部
２４ａ　外周面
３０　可動部材（シール部材変形手段）
３２　本体部
３３　フランジ部
３６　周溝
３７　Ｏリング
４０　第１のシール機構
４１　周溝
４２　シール部材
５０　第２のシール機構（シール装置）
５１　溝部
５２　シール部材

Claims

　物質が通過する第１流路と、
　前記第１流路と分離可能に連結される第２流路と、
　前記第１流路と前記第２流路との連結部の隙間に保持される弾性を有するシール部材と、
　前記第１流路と前記第２流路とを連結する際に、前記シール部材を変形させて前記連結部の隙間を塞ぐシール部材変形手段と
を備えることを特徴とするシール装置。
　前記シール部材変形手段は、
　前記第１流路と前記第２流路との連結を解除する際に、変形した前記シール部材が元の形状に戻ることを許容することを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
　前記シール部材変形手段は、
　前記シール部材に対して機械的に外力を加え、又は外力を取り除くことを特徴とする請求項１又は２に記載のシール装置。
　前記シール部材変形手段は、
　前記第１流路又は前記第２流路の一部となって、前記第１流路が形成される第１流路部材又は前記第２流路が形成される第２流路部材に、流路方向に摺動可能に保持される筒状の本体部と、
　前記本体部の一端部から外周方向に突出するフランジ部と、
を有し、
　前記シール部材は、前記本体部を保持する前記第１流路部材又は前記前記第２流路部材のいずれか一方と、前記フランジ部との間に溝幅可変に形成される溝部に配置され、
　前記第１流路と前記第２流路とを連結する際に、前記第１流路部材又は前記第２流路部材のいずれか他方に押圧されて前記フランジ部が移動することにより、前記シール部材に機械的な外力を加え、
　前記第１流路と前記第２流路との連結を解除する際に、前記第１流路部材又は前記第２流路部材のいずれか他方による前記フランジ部の押圧が解除されることにより、前記シール部材への外力を取り除くことを特徴とする請求項３に記載のシール装置。
　前記溝部は、前記フランジ部が前記シール部材に機械的な外力を加えたとき、前記シール部材を外周方向に案内するテーパ面を備えることを特徴とする請求項４に記載のシール装置。