JPS60227064A - ラジアルリツプシール及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野Ｊ 本発明はラジアル形式の流体シール及びそれを作るため
の装置に関づ“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、ポリテトラフルオロ
エチレン（以下水引１１１１３を通してＩ）　Ｔ　Ｆ　
Ｅと称１）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及びその形成用の装
置にＩＩＪスる。

［背景技術］ ））　Ｔ　ｒ：　［Ｅは色々な点で裡想的な動的シール
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、１）　Ｔ　［
Ｅ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って弾
性を有する。

しかしＰ　Ｔ　Ｆ　Ｅ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っている。第１に、Ｐ
　Ｔ　Ｆ　Ｅ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
あるように種々の形状にモールド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た粉末状態から固められ、焼結さ
れる。さらに重要なことは、はとんどのプラスチックが
有するような液相をもたず、２８８℃（５５０Ｆ　＞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Ｊ：り剛く、抑圧される面の高くなった個所ぐブリ
ッジをつくる傾向がある。これは、シールと密封面との
■１に相対運ａＪがない静的状態で流体がそこを通って
移出する小さな溝をつくることにもなる。

上述の状態は緊密な接触をしない材料で−Ｅ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
リップに流体ツノ学的なフルートを設けることによって
シールを流体動力学的に行うことによりもつとも容易に
行われる。

前述のように、重要なのはＰ　Ｔ　Ｆ　Ｅには目立っだ
液相がないという事実である。従って、はとんどの弾性
材が行うような種々の形状の成形型へは流入しない。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
３．８５７．１５６号、同第３．９２９，３４１号、同
第３，９３９，５５１号および同第３．９８５，４８７
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Ｊ０、あるいは（
または）圧造されな【ノればならない。前述の特許にお
いでは、流体動力学的フルートを備えたＰ　Ｔ　Ｆ　Ｅ
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西独公開公
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
製摩耗面とを組合わせて形成したものである。しかしく
後者の技術は流体動力学的摩耗面を有するＰＴＦＥ製摩
耗インサートを形成することを示唆してはいない。

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Ｆ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Ｐ　Ｔ　
Ｆ　Ｅ製摩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った。

また、そのような従来技術によるシールは防しんリップ
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］ 本発明は、固形で、変形可能ではあるが、非モールド性
のＰ　’ｒ　Ｆ　Ｅ材によりシールリップの摩耗イン勺
−ト拐を採用した流体シール及びそれを形成するための
装置を提供し、それにより従来より周知のシールやプロ
セスに関連し１＝種々の欠点を克服づるものである。即
ち本発明の目的は耐摩耗性能の良好なＰＴＦＥのインサ
ー【−にフルートを有する流体動力学的面を設【プた流
体シールと、それを形成するだめの装置を提供すること
である。

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、シールリッ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
性材料のＰＴＦＥより伯られた摩耗インサート材を備え
た弾性ラジアルリップを形成するための新規で、かつ改
良された装置及びそれにより作られるシールが提供され
る。実施例に於て装置は所定位置に流体動力学的なフル
ート形状を有り゛るくほみ面を組入れており、成形作業
にあたり装置の成型モールド型空洞の一部を成形してい
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
が設置ノられた所定位置に近接して位置されるように、
下部型中子上に適なる。この装置を使用する方法では閉
鎖されたと焼結成型されたＰＴＦＥの環状材に隣接さ仕
て位置させ、弾性材と、変形可能で非モールド性の環状
材とシールケース部材を加熱し、加圧して圧縮させて一
緒に包囲し、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酢液１［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
な程度となる様になし、それにより型のくぼんだ面に概
ね対応する突起が変形可能で非モールド性の環状材に形
成される様になる。この装置の使用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
ース部材に密着されｌ〔状態で、かつ変形可能）１［−
ルド性環状材を成型された弾ｆ１環状拐に接着さけてい
る一体化されたラジアルリップシールの形成を保証する
ため【こ所定の時間圧力と温度を保持しておぎ、次いで
一体化されたラジアルリップシールを型の空洞より取外
ターものである。

さらに、本発明はシールリップ部において摩耗イン１ノ
ートを弾性シール本体に接着さけている流体ｍ）力学的
（２弾性ラジアルリップシールを含むことも可能で、こ
の場合シール本体は摩耗イン１）−一１・から軸方向に
隔離され、シ１Ｆノ１〜と係合するようにつくられた補
助的な防じんリップを＠するｊ；うに角方向に形成され
、かつそのような寸法とされる。

［実施例］ 第１図は成型作業前に本発明の装４である圧縮成形型に
おかれている本発明によるシールの各部の部キ４の相対
位階を断面で示すものである。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にり標準的
な方法で行われる。従って、その方法に要する熱、圧力
ｄ３よび時間は本技術分野の周知の要領により変化する
。中子としで作用する第１の成型部相即ら下部成形型部
材１０は中央に位置されたボルト１２によってプレス（
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、上部成形型、即ちリング１４は中央に位置
されたボルト１６によりブレス（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。

第１の成形型部材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
な接着剤を塗布しでいるシールケース２０を位置づける
ことである。シールケース２０は円筒状外側部とそれか
ら半径方向内方に延在する環状フランジ部とを有する。

本実施例による型中子１０はシールの内面のほどんどを
概ね形成するプ［１フイル２２と第１の成型部材１０の
第１円錐形部の円錐側面にあるフルート付面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。焼
結成型されｌこＰｌ“１ニー１−製摩耗インリーートリ
ング２６がその内径Ｊ、す（）人きい外径を有づる前記
突起２４をこえて拡張されて嵌められる。該インサート
２６はケース２０ど同様に例えばブラシ塗り、転ろがし
、どぶづり、あるいはスプレーのようｔｆ方法で適当な
接着剤で予め処即しておく。型は好ましくはシールメタ
ルケース２０を位置づ番ノる前に、使用弾性剤の硬化温
度まで予熱しておく。まＩこ、突起２４は摩耗インサー
１−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。

又フルート付面２３の下方にインサート用の肩部２５が
設（）られている。このインサート用肩部２５は後述１
“る成形工程中に摩耗インサート２６が流動化した弾性
材により所定位置よりずり下すなどの移動を生ずること
を防止する。摩耗インサート２６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１、インサート２
６は流体動力学的フルート付面２３に近接しで位置され
るために広げられて殖応０ 突起２４を越えねばならない。型１０には弄構面→４枦
突起２４がつくられ、フルート付面２３の軸方向外端に
位置されている。摩耗インサートの初期形状は筒中なフ
ラットワッシャ状である。位置決めの間、実質的に外径
を変えることなく、摩耗インサート２６は内径を広げる
ことにより、元々フラットワッシャ状であったものが撓
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
らに摩耗インリート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。

流体動ノＪ学的形状の面２３は第１図では−ｈ向のらせ
ん状の溝として示しである。図示の関係上、この形状の
面を全説明を通して使用りる。型中イ中で押型されつる
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、あるいは二重ねじのフルート等の種
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
であ力学的フルートが１リツジ現象を生ずる様に円周方
向に於て不連続部を生ずる如きものとなると、軸の静止
時に漏洩が生ずる。

引続き第１図を参照寸れば、未硬化の弾性材２７が下部
型１０の第２の円錐形部分のデーパ２８ａの周りに位置
され、摩耗インサート２６の近くで載置されている。準
備された弾性材の晴は、第２の型部材の上部型リング１
４が下部中子１０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容積より大きくされている。本
技術分野で周知のように、この但の差が弾性材２１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「においては常に、型の
空洞の隅々まで流れ完全に埋めつり１゛ｏ余分の半液状
弾性材２７は中子１０の雄テーバ２８ａとリング１４の
雌デーパ２８ｂ間で挟圧される。これらのテーバは相互
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
。テーバの角瓜は正確で均等で、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Ｏから４度の
範囲内であることによって、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Ｊ：り大きい。この閉鎖速度の差
によって面２８ａと面２８ｂ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Ｐ　Ｔ　Ｆ　Ｅ摩耗インサー
ト２６がインサート用肩部２５により所定位置で型中子
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５、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。

」一部ｙＪクリング４のプロフィル３０はシール部材の
外形をつくる。環状底面即ら閉鎖面３２はデーパ面２８
ａ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をその半径方向環状
フランジ部に於て締付けるようつくられている。そのよ
うにしで、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。デ
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１〜メタル２０が型リング１４の閉鎖
面３２によってわづかに凹む様に、又はハ押しされる必
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をしめつりでいる状
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で示り−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Ｈニが蓄圧され、Ｐ　’Ｉ−Ｆ　Ｅ摩耗イ
ンリート２６は４４の位置で型中子１０の流体動力学的
フルー１〜イ１而２３に対して押型されている。シール
のいわゆる［ハツト」４Ｇは第３図から第５）図に承り
最終的なシール形状の一部Ｃないという点で非機能的で
ある。ハラ１−を形成りる弾性材の成形に関しでは、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図に示づ雄デーパ２８ａと雌デーパ２８ｂ間
の界面である絞り込み位置４０どＪ−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図に示づように閉鎖されｌこ型
に適合［）ない余分の弾性′ＪＡ２７を収容すべくへ？
に設りられたものである。余分のものとは飛び出しどし
て知られているもので、５０で示づ。弾性材２７が型空
洞を充たすに十分な但であり、Ｐ　Ｔ　ｌ＝　Ｅ摩耗イ
ンサー１〜２６を押型り−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１型は弾性材２７に対して熱と圧力を保持し
ている開閉鎖状態に保たれる。熱と圧力が弾性ｌと接着
剤の内部で化学的に交差結合をつくり出づ。接着剤はメ
タルケース２０どＰ　Ｔ　ＦＥ摩耗イン１ノート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
一体ど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（よ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製摩耗インサートに
接着さ；ｔている。鎖線６ロー６６は［ハツト１の余分
の−Ｉムかシール体部４２から切除される個所を承り。

この切除線はＩ）　Ｔ　Ｆ　ＥインＪ＼ リートを殆んど切除しないが、又は切除づるとしてし極
め（微量であり、実質的に比較的高価なｒ’）　Ｔ　１
１’　Ｅ材料の廃棄を生じない様にイン４）−１−の形
状＼」一度ら必要にして十分な程度のものとなされ（い
る。

ばね用溝６４は４■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の位置で什１
ったシールにガータばね７０を使用すれば、第４図に示
寸Ｊこうにシャフト７２十におけるシールリップの崖径
方向圧力を増加させる。半径方向圧水 力が増加１′るば摩擦と摩耗を増加させ、適用上好まし
くないかもしれない。他方、摩耗イン（Ｊ−トの流体動
力学的形状４４がシャフト１２に管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（よ第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ップ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、この補助防じんリップ１４はシールの有効寿
命を大いに延ばすことができる。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。

この補助防じんリップ７４がな【プれば、ゴミはＰＴＦ
Ｅ摩耗インサート２６と回転シ１１フトの間の部分へ入
り込もうとＪる。ぞの結果起る機械的な摩耗過程はＰＴ
ＦＥ摩耗インサー１へ２６が金属製のシャフト７２やゴ
ミ粒子より軟質のため、そのようなゴミ粒子が喰込んで
くることである。従って、ゴミ粒子がＰＴＦＥＦＪ耗イ
ンサー１〜２６に埋設し、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、それがシールリップ
の表面を形成してしまう。

は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。勿論石英は鋼よ
り硬質であるために摩耗インサート２６が一片のサンド
ペパーと化し鋼製シャフト７２を急速に浸食していく。

シャフトから浸食された粒子もＰ、ＴＦＥ摩耗インサー
トに埋没していくことによりシャフトの摩耗を加速づ”
ることになる。ゴミはＰ　’ｒ　ｌ：’　Ｅ　１１！耗
インザート上で静止しており、その鋭利な角部が回転し
ているシャフト上で摺動するので、上記のことは全て作
業中に起る。リップ７４のない保護されていないＰＴＦ
ＥＪ！！耗インサート２６でも摩耗はしないが、しかし
露出されたシャツ１−は損傷したシャフト表面でシール
がもはや機能できなくなるところまでは摩耗する。従っ
て、防じんリップ装置７４は、この防じんリップがない
ために発生づる−に連の欠点をカバーリ゛るので・、特
に摩耗イン４ノート２６のシールリップとの関係でシー
ルの重要な部分である。

前述の説明から本発明は好ましい耐摩耗性を有するシー
ルとその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係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Ｈりるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるラジアルリッ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本発明装置の圧
縮成形型の断面図、 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図はシャフトに
装着された本発明によるシールの部分断面図、 第５図は補助防じんリップを形成するためにシール弾性
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。 尚図面に於て、 １０・・・第１の成形型部材　１４・・・第２の成形型
部材２０・・・シールケース部材　２３・・・フルート
付面２４・・・突　起　２５・・・インサー１−用膚部
２６・・・（ＰＴＦＥ）摩耗インサート２７・・・弾性
材（未硬化） ２８ａ・・・第２の円錐形部分 ２８ｂ・・・円錐形凹面 ３０・・・第２の成形型部材のリング部分（？Ｉ−ユ相

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）剛性ケース部材と、該ケース部材より延び、かつ
   該部材に固定されている弾性シール体部と、弾性シール
   体部の自由端で該シール体部に接着され主シールリップ
   を形成している摩耗インサートを有し、該摩耗インシー
   トは変形可能であるがノド−し−ルド性のＰＴＦＥ製の
   比較的薄い環状部材であり、該主シールリップはシール
   すべき面と干渉関係で着装づ゛るようにつくられた頂部
   を含み、かつ摩耗インサートの２つの半径方向に収斂す
   る面より構成され、前記摩耗インサートは前記の収斂す
   る面の一方にのみ流体動力学的設計の押型されたフルー
   トを有し組合される軸面と円周方向に不連続部のない接
   触を行い、軸の回転により前記頂部の一側から他方の側
   へ動くよう流体を押しやることを特徴とする流体用弾性
   ラジアルリップシール。 （２）請求の範囲第１項に記載のシールにおいて、前記
   流体動力学的設計はらせん状溝からなる一方向性のもの
   であることを特徴とする流体用弾性ラジアルリップシー
   ル。 （３）請求の範囲第１項に記載のシールにおいて、前記
   弾性シール体部は前記主シールリップから離れて軸方向
   に内方、かつ角変的に延び補助的な防じんリップを形成
   する部分を有することを特徴とりる流体用弾性ラジアル
   リップシール。 （４）非モールド性の環状ＰＴＦＥ材料の耐摩耗用イン
   サートを軸と接触する部分に備え、その周囲に弾性材の
   環状部分と前記インサート及び弾性材環状部分を包囲し
   支持するための円筒状側部とンサートの軸と接触する側
   の面上に流体動力学的なフルートを有するラジアルリッ
   プシールを形成するための装置で前記装置はシールの軸
   用の貫通孔部分を形成する中子として作用す゛る第１の
   型部材と； 前記第１の型部材と協働して前記シールを形成するため
   の第２の型部材と； ４０・　例 前記第１の型部材は前記ケース部材の円筒状Ｎ部を受け
   入れ、かつ環状フランジ部を着座せしめる概ね円盤状部
   分と前記円盤状部分のほぼ中央部に於て円盤上部分より
   雄状に突出する概ね円錐台状の第１の円錐形部分と、第
   １の円錐形部分よりは概ね小径で更に前記第１の円錐形
   部分より軸方向に延びる第２の円錐形部分と、第１の円
   錐形部分の前記第２の円錐形部分に近い円錐側面に形成
   された前記流体動力学的フルートの形状に対応した円周
   方向に於て連続的な溝部分と、前記溝部分と前記円盤状
   部分との間に於て前記第１の円錐形部分の円錐形側面上
   に設けられた前記溝部分より大径のインサート用肩部を
   有し、 前記第２の型部材は前記ケース部材の環状フランジ部を
   前記円盤状部分に対して締めつけるための環状リング部
   分と、前記第２の円錐形部分に対応した凹面円錐形部分
   で前記第１と第２の型部材を組合わせる時に最終的に相
   互に密接する円錐形凹面部分を有し、その相互の密接時
   に前記面型部林の間に、前記弾性材環状部分、前記イン
   サート、（５）前記第４項に記載の装置に於て、前記第
   １、第２の型部材によりケース部材の環状フランジ部分
   を締つけた後に前記第２の円錐形部部分と前記円錐形凹
   面部分とが密接する様になされている装置。 （６）前記第５項の装置に於て、前記第１と、第２の円
   錐形部分り境界に於て、前記第１の円錐形端部より半径
   方向外方に突出した円盤状の突起部分を有する装置。 （１）前記第４項、第５項、又は第６項の何れかに記載
   の装置に於て、前記連続的な溝部分は一方向性のねじ満
   である装置。