JPS5917301B2 - シ−ルをつくる方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はラジアル形式の流体シールに関する。

特に本発明は流体動力学的な表面、好ましくは、防じん
リップを備え、多四フッ化エチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒ
ａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）製の接着された摩耗
部用インサートを組合せて有する弾性ラジアルリップシ
ールの形成に関する。

背景技術 ７’ ） 多四フッ化エチレン（即ちＰＴＦＥ）は色々な点で理想
的な動的シール材である。

摩擦係数が少ないので、滑りが容易で、特に乾燥状態で
使用されても発熱が極めて少なく、また耐摩耗性なので
、容易に摩耗しない。さらに、ＰＴＦＥは非多孔性 １
６であり、化学的あるいは熱的に反応しないという点で
安定している上に液体に滲透されず、溶剤、油等にほと
んど作用されない。前述の利点の他に、極めて広範の温
度範囲にわたつて弾性を有する。しかしＰＴＦＥの否定
的な面は２つの特性を有 ２ ’、するので、上述のす
ぐれた特性を利用しうる流体シールをつくるのに極めて
難しい材料となつている。第１に、ＰＴＦＥは例えば熱
可塑プラスチックや熱固定プラスチックのような一般の
弾性材やプラスチックが可能であるように変つた形状に
成 ２５型できないことである。実用的には、ＰＴＦＥ
は粉末金属製部品をつくる要領の如くにそれが製造され
る粉末状態から固められ、焼結される。さらに重要なこ
とは、ほとんどのプラスチックが有するような液相をも
たず、２８８℃（５５０Ｔ）の温 ３ つ度を越えると
固体状態からガス状へ直接昇華するという事実である。
第２に、ＰＴＦＥは容易に柔軟とならず、シールがつく
られる通常材料であるニトリルゴム、ポリアクリルゴム
、シリコンゴム等の場合のように ３４弾性的にできな
い。

容易に弾性的ないわゆるゴムであれば、それが押圧され
るどのような表面に対しても合致し、かつ緊密な接触を
行う。そのように、ゴムは接触面において流体の通過を
阻止する確実なシールを提供できる。他方、ＰＴＦＥの
方 ４（はより剛く、押圧される面の高くなつた個所で
ブリッジをつくる傾向がある。これは、シールと密封面
との間に相対運動がない静的状態で流体がそこを通つて
移出する小さな溝をつくることになる。）上述の状態は
緊密な接触をしない材料で上手くシールがつくられたと
しても、移出したりあるいは漏洩した流体をシールの油
側へ戻してやるある種の機構を含めねばならぬことを示
している。

これは、例えばシールの密封リップに流体力学的なフル
ートを設けることによつてシールを流体動力学的にする
ことによりもつとも容易に行はれる。前述のように、重
要なのはＰＴＦＥには目立つた液相がないという事実で
ある。従つて、ほとんどの弾性材が行うような変つた形
状の成型（モールド）型へは流入しない。その代りに、
本発明の出願人に譲渡されている米国特許第３８５７１
５６号、同第３９２９３４１号、同第３９３９５５１号
および同第３９８５４８７号で示しているように流体動
力学的フルートを備えた密封リップのように有用な形状
に機械加工、あるいは（または）圧造されなければなら
ない。前述の特許においては、流体動力学的フルートを
備えたＰＴＦＥ製の密封リップはシールに組込む前に全
体を旋削するか、あるいは旋削しダイで圧造することに
より形成されている。勿論、旋削および圧造作業は比較
的複雑で、かつ費用が高くつく。従来技術による別の試
みは***公開公報第２４３５６７５号に示されているよ
うな弾性材製のラジアルリップシールとシールリップに
おけるＰＴＦＥ製磨耗面とを組合わせて形成したもので
ある。しかし、後者の技術は流体動力学的磨耗面を有す
るＰＴＦＥ製磨耗インサートを形成することを示唆して
いない。前述の説明から判るように、従来技術では摩耗
インサートに簡単なモールド工程でその上に流体動力学
的面を形成させるように、経済的かつ容易につくられる
ＰＴＦＥ製磨耗インサートを含む流体シールを満足かつ
経済的につくり出すことはできなかつた。また、そのよ
うな従来技術によるシールは防じんリップを有しておら
ず、そのようなシールはシャフトを急速にいためること
になる。

発明の開示 簡単にいえば、本発明は、固形で、変形可能で、；非モ
ールド性のシールリップあるいは代替的にシールリップ
の磨耗インサート材を採用した流体シールを形成するた
めに使用される、従来より周知のシールやプロセスに関
連した種々の欠点を克服する。

また本発明はシールの目的に使用可能なフして作用する
ようつくられた別のリツプ部材が形成される方法。技術
分野 本発明はラジアル形式の流体シールに関する。

特に本発明は流体動力学的な表面、好ましくは、防じん
リツプを備え、多四フツ化エチレン（ＰＯｌｙｔｅｔｒ
ａｆｌｕＯｒＯｅｔｈｙｌｅｎｅ）製の接着された摩耗
部用インサートを組合せて有する弾性ラジアルリツプシ
ールの形成に関する。

背景技術 多四フツ化エチレン（即ちＰＴＦＥ）は色々な点で理想
的な動的シール材である。

摩擦係数が少ないので、滑りが容易で、特に乾燥状態で
使用されても発熱が極めて少なく、また耐摩耗性なので
、容易に摩耗しない。さらに、ＰＴＦＥは非多孔性であ
り、化学的あるいは熱的に反応しないという点で安定し
ている上に液体に滲透されず、溶剤、油等にほとんど作
用されない。前述の利点の他に、極めて広範の温度範囲
にわたつて弾性を有する。しかしＰＴＦＥの否定的な面
は２つの特性を有するので、上述のすぐれた特性を利用
しうる流体シールをつくるのに極めて難しい材料となつ
ている。第１に、ＰＴＦＥは例えば熱可塑プラスチツク
や熱固定プラスチツクのような一般の弾性材やプラスチ
ツクが可能であるように変つた形状に成型できないこと
である。実用的には、ＰＴＦＥは粉末金属製部品をつく
る要領の如くにそれが製造される粉末状態から固められ
、焼結される。さらに重要なことは、ほとんどのプラス
チツクが有するような液相をもたず、２８８℃（５５０
１＝′）の温度を越えると固体状態からガス状へ直接昇
華するという事実である。第２に、ＰＴＦＥは容易に柔
軟とならず、シールがつくられる通常材料であるニトリ
ルゴム、ポリアクリルゴム、シリコンゴム等の場合のよ
うに弾性的にできない。

容易に弾性的ないわゆるゴムであれば、それが押圧され
るどのような表面に対しても合致し、かつ緊密な接触を
行う。そのように、ゴムは接触面において流体の通過を
阻止する確実なシールを提供できる。他方、ＰＴＦＥの
方はより剛く、押圧される面の高くなつた個所でブリツ
ジをつくる傾向がある。これは、シールと密封面との間
に相対運動がない静的状態で流体がそこを通つて移出す
る小さな溝をつくることになる。上述の状態は緊密な接
触をしない材料で上手くシールがつくられたとしても、
移出したりあるいは漏洩した流体をシールの油側へ戻し
てやるある種の機構を含めねばならぬことを示している
。これは、例えばシールの密封リツプに流体力学的なフ
ルートを設けることによつてシールを流体動力学的にす
ることによりもつとも容易に行はれる。前述のように、
重要なのはＰＴＦＥには日立つた液相がないという事実
である。従つて、ほとんどの弾性材が行うような変つた
形状の成型（モールド）型へは流入しない。その代りに
、本発明の出願人に譲渡されている米国特許第３８５７
１５６号、同第３９２９３４１号、同第３９３９５５１
号および同第３９８５４８７号で示しているように流体
動力学的フルートを備えた密封リツプのように有用な形
状に機械加工、あるいは（または）圧造されなければな
らない。前述の特許においては、流体動力学的フルート
を備えたＰＴＦＥ製の密封リツプはシールに組込む前に
全体を旋削するか、あるいは旋削しダイで圧造すること
により形成されている。勿論、旋削および圧造作業は比
較的複雑で、かつ費用が高くつく。従来技術による別の
試みは***公開公報第２４３５６７５号に示されている
ような弾性材製のラジアルリツプシールとシールリツプ
におけるＰＴＦＥ製磨耗面とを組合わせて形成したもの
である。しかし、後者の技術は流体動力学的磨耗面を有
するＰＴＦＥ製磨耗インサートを形成することを示唆し
ていない。前述の説明から判るように、従来技術では摩
耗インサートに簡単なモールド工程でその上に流体動力
学的面を形成させるように、経済的かつ容易につくられ
るＰＴＦＥ製磨耗インサートを含む流体シールを満足か
つ経済的につくり出すことはできなかつた。また、その
ような従来技術によるシールは防じんリツプを有してお
らず、そのようなシールはシャフトを急速にいためるこ
とになる。

発明の開示 簡単にいえば、本発明は、固形で、変形可能で、非モー
ルド性のシールリツプあるいは代替的にシールリツプの
磨耗インサート材を採用した流体シールを形成するため
に使用される、従来より周知のシールやプロセスに関連
した種々の欠点を克服する。

また本発明はシールの目的に使用可能なフルートつき流
体動力学的面を有する流体シールを形成するのに使用さ
れる周知のシールやプロセスに対する改良であるとも考
えられる。広義には、本発明の趣旨と範囲によれば、加
熱および加圧成型により、シールリツプ部に位置された
流体動力学的面を有し、接着された、固形で、変形可能
で非モールド性の磨耗インサート材を備えた弾性ラジア
ルリツプを形成する新規で、かつ改良された方法が提供
される。

この方法は所定位置に流体動力学的なフルート形状を有
するくぼみ面を組立てており、成型（モールド）型空洞
の一部を形成している予熱された下部型中子上に適当な
接着剤を塗布したシールケース部材を位置させる工程と
フルートをつけた面が設けられた所定位置に近接して位
置されるように、下部型中子上に適当な接着剤で処理し
た全体的に環状で変形可能で非成型性の固形材料を置く
工程とを実施する。この方法では閉鎖されたときの型の
空洞の容積より多い量の全体的に環状で未硬化の弾性材
を、固形で、変形可能で非モールド性の環状材に隣接さ
せて位置させ、弾性材と、変形可能で非成型性の環状材
とシールケース部材を加熱し、加圧して圧縮させて一緒
に包み込み、前述の加圧する圧力は変形可能な環状材の
部分を、弾性材が硬化される際発生する静液圧で前記型
の一方にあるくぼんだフルート付の面へ押込むに十分な
程度であり、そのため、型のくぼんだ面と全体的に対応
する突起が変形可能で非成型性の環状材に形成される。
この方法は弾性環状材と接着剤とを硬化させ、成型され
た弾性環状材がシールケース部材に接着された状態で、
かつ変形可能非モールド性環状材を成型された弾性環状
材に接着させている一体化されたラジアルリツプシール
の形成を保証するために所定の時間圧力と温度を保持し
ておき、次いで一体化されたラジアルリツプシールを型
の空洞より取外すことを計画している。好ましい実施例
では、多四フツ化エチレンがインサート材を形成する。
さらに、本発明はシールリツプ部において磨耗インサー
トを弾性シール本体に接着させている流体動力学的な弾
性ラジアルリツプシールを含むことも可能で、シール本
体は磨耗インサートから軸方向に離隔され、シヤフトと
係合するようつくられた補助的な防じんリツプを有する
ように角方向に形成され、かつそのような寸法とされて
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるラジアルリツプシールの個々の部
材が成型作業前の位置にある開放された圧縮成型型の断
面図、第２図は成型作業中で閉鎖位置にある第１図に示
す型の断面図、第３図は型から取出された状態の本発明
によるシールの部分断面図で、トリム線を示す図、第４
図はシヤフトに装着された本発明によるシールの部分断
面図、第５図は補助防じんリツプを形成するためにシー
ルの弾性材本体を延ばしている本発明の別の実施例の断
面図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図は成型作業前に圧縮成型型におかれている本発明
によるシール部材の相対位置を断面で示す。 後述する例外を除いては、ここで使用される圧縮成型は
従来の部材により標準的な方法で行われる。従つて、そ
の方法に要する熱、圧力および時間は本技術分野の周知
の要領により変化するがこれは本発明の二部を形成しな
い。下部成型型、即ち中子１０は中央に位置されたボル
ト１２によつてプレス（図示なし）の下部プラテン上の
所定位置に保持されている。同様に、上部成型型、即ち
リング１４は中央に位置されたボルト１６によリプレス
（図示なし）の上部プラテン上の所定位置に保持されて
いる。型中子１０は外周の肩部１８を有しており、その
作用は適当な金属物質でつくられ従来の方法で適当な接
着剤を塗布しているシールケース２０を位置づけること
である。 本実施例による型中子１０はシールの内面のほとんどを
概ね形成するプロフイル２２とフルート付面２３の軸方
向外端に位置された円周方向の外側突起２４を含む。Ｐ
ＴＦＥ（多四フツ化エチレン）製磨耗インサート２６が
前記突起２４をこえて嵌められる。該インサート２６は
ケース２０と同様に例えばブラシ塗り、転ろがし、どぶ
づけ、あるいはスプレーのような方法で適当な接着剤で
予め処理しておく。型は好ましくはシールメタルケース
２０を位置づける前に、使用弾性材の硬化温度まで予熱
しておく。また、突起２４は磨耗インサートの適正な位
置づけを向上させる。このような突起は従来の圧縮成型
部材には見られない。さらに、ＰＴＦＥ以外にもその他
の固形で変形可能で非成型性の材料の使用を考えること
は本発明の趣旨と範囲の中である。そのような材料は弾
性材の硬化のために発生する靜圧下で変形しうるもので
なければならないことが認識される。磨耗インサート２
６の内径より、その外径の方が大きい突起２４の位置づ
け作用を説明するのに「嵌め込み」という用語を使用し
ている。インサート２６は流体動力学的フルート状面２
３に近接して位置されるために広げられて突起２４を越
えねばならない。型１０には外周の小さい突起２４がつ
くられ、フルート付の面２３の軸方向外端に位置されて
いる。磨耗インサートの初期形状は簡単なフラツトワツ
シヤ状である。位置決めの間、実質的に外径を変えるこ
となく、磨耗インサート２６は内径を広げることにより
、元々フラツトワツシヤ状であつたものが撓み、型中子
１０の流体動力学的形状の面２３に近接したところで第
１図に示すように全体的に円錐状となる。さらに磨耗イ
ンサート２６を広げれば、それは型中子１０のフルート
付面２３の部分を覆う様になる。流体動力学的形状の面
２３は第１図では一方向の円錐状の溝として示してある
。 ・図示の関係上、この形状して使用する。型中子中で押
型されうる流体動力学的形状は左方向であろうと、右方
向であろうと、一方向性でも、あるいは二方向性のフル
ートの種々の形状であろうと、どのような形状でも押型
できるので、本発明はここで示す特定の形状に限定され
ないものである。引続き第１図を参照すれば、未硬化の
弾性材２７が下部テーパ２８ａの周りに位置され、磨耗
インサート２６の近くで載置されている。 準備された弾性材の量は、上部リング１４が下部中子１
０上に対して閉鎖されたときに型の内側で形成される空
洞の残部より大きくされている。本技術分野で周知のよ
うに、この量の差が弾性材２７が閉鎖された型の内側で
加熱され、半液体状になるにつれて極めて高度の静液圧
を発生させる。この半液体状の弾性材は、第２図に示す
型の閉鎖位置においては常に、型の空洞の隅々まで流れ
完全に埋めつくす。余分の半液状弾性材２７は中子１０
の雄テーパ２８ａとリング１４の雌テーパ２８ｂ間で挟
圧される。これらのテーパは相互に完全に嵌合するよう
極めて正確に機械加工されている。テーパの角度は正確
で均等で、かつ各型部材１０または１４のベースに対し
て測定して全体的に０から４度の範囲内であることによ
つて、型が閉鎖されるにつれて型間の軸方向の相対運動
が、面２８ｂが面２８ａに近づくときの半径方向の閉鎖
より大きい。この閉鎖速度の差によつて面２８ａと面２
８ｂ間の通路が基本的に零になるまで閉鎖されるにつれ
て型の内部で極めて高圧を発生させる。事実、この圧力
はＰＴＦＥ磨耗インサート２６が型中子１０の流体動力
学的形状の面２３と緊密に係合する状態に永久的に変形
あるいは押型させるに十分な大きさであることが判明し
た。この圧力は弾性材の硬化サイクルの間ずつと保持さ
れる。外側リング１４のプロフイル３０はシール部材の
外形をつくる。 底面即ち閉鎖面３２はテーパ面２８ａと２８ｂが一緒に
合わされるわづか前に型空洞１０に対してシールメタル
ケース部材２０を締付けるようつくられている。そのよ
うにして、最終の圧力が加わる前にシールメタル部分に
おいて余分の半液状弾性材が出ていくのを阻止する。テ
ーパ面２８ａと２８ｂを最終的に閉鎖するにはまだ硬化
されていないシートメタル２０が型リング１４の閉鎖面
３２によつてわづかに回まされるか型押しされる必要が
ある。第２図は型リング１４が型中子１０に対して完全
に閉鎖され４０の位置でシートメタル２０をしごいてい
る状態を示す。 この段階で弾性材２７（第１図に見られる）が半液状と
なり４２で示すように新しい形状をつくるべく型空洞を
完全に充たしている。型の内部で内圧が蓄圧され、ＰＴ
ＦＥ磨耗インサート２６は４４の位置で型中子１０の流
体動力学的フルート付面２３に対して押型されている。
シールのいわゆる「パット」４６は第３図から第５図に
示す最終的なシール形状の一部でないという点で非機能
的である。パットを形成する弾性材の成型に関しては、
それは単に型部材同志の接触しない型部材間の部分を充
てんし、第１図に示す雄テーパ２８ａと雌テーパ２８ｂ
間の界面である絞り込み位置４０とテーパ２８間での完
全な型閉鎖を保証するものである。リングの空洞４８は
第２図に示すように閉鎖された型に適合しない余分の弾
性材２７を収容すべく型に設けられたものである。 余分のものとは飛び出しとして知られているもので、５
０で示す。弾性材２７が型空洞を充たすに十分な量であ
り、ＰＴＦＥ磨耗インサート２６を押型するに必要な圧
力を発生させるのを確実にするには若干の飛び出しのあ
ることが重要である。第２図に示す型は弾性材２７に対
して熱と圧力を保持している間閉鎖状態に保たれる。 熱と圧力とが弾性材と接着剤の内部で化学的に交差結合
をつくり出す。接着剤はメタルケース２０とＰＴＦＥ磨
耗インサート２６に供給されている。 この交差結合が弾性材と接着剤とを硬化させ、全ての部
材が型より取出される間相互に接着し一体となることを
確実にする。第３図は型から取出された後の状態のシー
ルの詳細を示す断面図である。 シールの弾性材体部は６０においてシートメタルケース
２０に接着され、６２でフルート付面４４を有する押型
されたＰＴＦＥ製磨耗インサートに接着されている。鎖
線６６−６６は「パット」の余分のゴムがシール体部４
２から切除される個所を示す。ばね用溝６４は任意的な
もので、シールを使用すべき究極の用途次第である。 もしばね用溝６４の位置で仕上つたシールにガータばね
７０を使用すれば、第４図に示すようにシヤフト７２上
におけるシールリツプの半径方向圧力を増加させる。半
径方向圧力が増加すれば磨擦と磨耗を増加させ、適用上
好ましくないかもしれない。他方、磨耗インサートの流
体動力学的形状４４がシヤフト７２に着壁させシールの
流体動力学的効率を上げる傾向がある。第５図は第４図
に示すものと類似の別の実施例の断面図で、シールの弾
性材体部４２は主シール部４４から軸方向内方、かつ角
度的に延び補助的な防じんリツプ７４を形成している。 作業環境が特にゴミの多いある種の応用例では、この補
助防じんリツプ７４はシールの有効寿命を大いに延すこ
とができる。もつと正確にいえば、シールの他半分であ
るシャフトの寿命を大いに延ばす。このト〒―峠〈Ｋ．
′．冨二ニ峠。。；：ニ叫Ｈ：叫二な竺↑フ＋重 製のシャフト７２やゴミ粒 り軟質のため、そのよう
なゴミ粒子が喰込ん ることである。 従つて、ゴミ粒子がＰＴＦＥインサート２６に埋没し、
とられれることになる。ゴミがこのようにとられれてし
まうと、それがシールリツプの表面を形成してしまう。
ほとんどのゴミは砂の粒子を含んでおり、該砂粒子は相
当多くの石英結晶から構成されている。勿論石英に鋼よ
り硬質であるために磨耗インサート２６が一片のサンド
ペーパーと化し鋼製シャフト７２を急速に侵食していく
。シヤフトから侵食された粒子もＰＴＦＥ磨耗インサー
トに埋没していくことによりシャフトの磨耗を加速する
ことになる。ゴミはＰＴＦＥ磨耗インサート上で靜止し
ており、その鋭利な角部が回転しているシヤフト上で摺
動するので、上記のことは全て作業中に起る。リツプ７
４のない保護されていないＰＴＦＥ磨耗インサート２６
でも磨耗はしないが、しかし露出されたシヤフトは損傷
したシヤフト表面でシールがもはや機能できなくなると
ころまでは磨耗する。従つて、防じんリツプ装置７４は
、この防じんリツプがないために発生する上述の欠点を
カバーするので、特に磨耗インサート２６のシールリツ
プとの関係でシールの重要な部分である。前述の説明か
ら本発明はシールの製造に利用できることが明らかであ
る。 本発明は好ましい実施例と関連して説明してきたが、前
述した特定の形態に限定されるのではなく、逆に付属の
特許請求の範囲で規定する本発明の趣旨や範囲の中に含
まれうる代替、修正、同等のものも網羅するものである
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シールリップ部に位置された流体動力学的面を有す
   る固形で、変形可能で非モールド性の摩耗インサートを
   接着して備えた弾性ウジアルリツプシールを圧縮成型に
   より形成する方法において、（ａ）所定位置に流体動力
   学的なフルート付形状のくぼんだ面を有する第１の型部
   材の上へその型部材と共に成形型の空洞の一部を形成す
   る如くシールケース部材を置き、（ｂ）フルート付のく
   ぼんだ面を有する所定の位置の近くに来るように、全体
   的に環状で、変形可能で非モールド性の固形材料を前記
   第１の型部材の上に置き、（ｃ）変形可能で非モールド
   性の環状材料の近くに来るように、型が閉鎖されたとき
   型の空洞の残部の容積より多い量の全体的に環状で未硬
   化の弾性材を置き、（ｄ）弾性材が硬化する際発生する
   流体電圧により非モールド性環状材料部分を前記くぼん
   だフルート付面へ押込むのに十分な大きさの圧縮加圧と
   加熱とで、弾性材と変形可能で非モールド性の環状材料
   とシールケース部材とを一緒に囲むことによつて、成形
   型のへこんだ面と全体的に対応する突出したフルート付
   面を変形可能で、非モールド性の環状材に形成し、（ｅ
   ）変形可能で、非モールド性の環状材が成型された弾性
   環状材に接着され、該弾性材環状材がシールケース部材
   に接着された一体のラジアルリップシールを形成するよ
   うに、弾性環状材の硬化を確実にするために所定時間前
   記圧力と熱とを保持しておき、（ｆ）一体に成型された
   シールを成形型の空洞より取出す過程を含むことを特徴
   とする弾性ラジアルリップシールをつくる方法。 ２ 請求の範囲第１項に記載の方法において、前記イン
   サートは多四フッ化エチレン製で、前記第１の成形部材
   は下部の型中子である方法。 ３ 請求の範囲第２項に記載の方法において、前記下部
   型中子には前記のくぼんだ面の上方で、かつ近くに、前
   記環状磨耗インサートの内径より外径の大きい円周方向
   の突起が予め形成されている方法。 ４ 請求の範囲第３項に記載の方法において、型は弾性
   材の硬化温度まで予め加熱されている方法。 ５ 請求の範囲第４項に記載の方法において、加熱およ
   び加圧の過程は弾性材が硬化されるまで保持される方法
   。 ６ 請求の範囲第５項に記載の方法において、シールに
   はシャフトと係合し、ゴミに対する障壁として作用する
   ようつくられた別のリップ部材が形成される方法。