JP2003194231A

JP2003194231A - 回転軸シール

Info

Publication number: JP2003194231A
Application number: JP2001400858A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Shimoura; 斉下浦; Masanori Fujii; 政徳藤井; Hiromi Obata; 博美小畑; Takeshi Baba; 健馬場
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】専用の金属部品やゴム弾性体を使用せず、簡
素な構成で、しかも、ＰＴＦＥを主成分とするシールエ
レメントが金属ケースに強固に固定されて、クリティカ
ルパスの発生の可能性が極めて低い、高信頼性の回転軸
シールを提供する【解決手段】金属ケース２にポリテトラフルオロエチ
レンを主成分とするシールエレメント３を収容した構造
の回転軸シール１であって、ポリテトラフルオロエチレ
ンを主成分とするシールエレメント３が、分子中に水酸
基を有するフッ素樹脂の層１０を介して、金属ケース２
に接着、一体化されてなることを特徴とする回転軸シー
ル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転軸シールに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のエンジンシャフトに使用
されるシールには、ゴム製のシールエレメントと円環状
の金具（金属製のケース）とを組み合わせたものが使用
されてきた。しかし、近年、自動車エンジンにおけるエ
ンジンシャフトの高速回転化や使用環境温度の上昇に伴
うシールへの一層の高耐久性への要求から、シールエレ
メントとして耐熱性が高く、かつ、摩擦抵抗が小さいポ
リテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥともい
う。）が使用されつつある。

【０００３】しかし、ゴム（フッ素ゴム）製のシールエ
レメントは、ゴム（フッ素ゴム）を金属ケースを被覆す
るように成形することで、金属ケースと一体化できる
が、ＰＴＦＥ製のシールエレメントは、ＰＴＦＥを金属
ケースを被覆するように成形できない。このため、金属
ケースとは別に固定用金具を使用し、金属ケースと固定
用金具の間にシールエレメントを挟んで、金属ケースの
端部を折り曲げ（カシメ）て固定している。そして、こ
の際、シールエレメントと共にゴム弾性体を挟み込ん
で、シールエレメントの移動および回転を防止してい
る。しかしながら、シールエレメントの固定は機械的な
圧縮力によるので、その固定力は十分に高いとは言い難
く、特に、その組み付け精度が悪い場合、金属部品やシ
ールエレメントの変形や、ゴム弾性体の位置ずれ、膨潤
劣化等によって、シールエレメントが移動して、不要な
隙間を生じ、シールリップ部の回転軸への当接部（シー
ル部）以外の部分から、液体や気体が透過するクリティ
カルパスを発生することがある。また、金属ケース以外
にシールエレメントを挟むための金属部品およびゴム弾
性体が必要であることから、部品数が多く、製造に手間
がかかり、そのために製造コストも比較的高くなる問題
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み、専用の金属部品やゴム弾性体を使用せず、簡素な
構成で、しかも、ＰＴＦＥを主成分とするシールエレメ
ントが金属ケースに強固に固定されて、クリティカルパ
スの発生の可能性が極めて低い、高信頼性の回転軸シー
ルを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成を特徴とする。（１）金属ケースにポリテトラフルオロエチレンを主成
分とするシールエレメントが収容された構造の回転軸シ
ールであって、ポリテトラフルオロエチレンを主成分と
するシールエレメントが、分子中に水酸基を有するフッ
素樹脂の層を介して、金属ケースに接着、一体化されて
なることを特徴とする回転軸シール。（２）金属ケースが、円筒状周壁部のその軸線方向一方
側の端部から内部空間側へ鍔部を突出させ、該鍔部に回
転軸が挿通される円形貫孔を形成した円環状金属ケース
であり、シールエレメントはリング状で、かつ、前記円
環状金属ケースの鍔部に、分子中に水酸基を有するフッ
素樹脂の層を介して接着されており、前記水酸基を有す
るフッ素樹脂の層は、その回転軸側の終端部が、鍔部の
回転軸側の終端部から貫孔内にはみ出さないように設け
られている上記（１）記載の回転軸シール。（３）分子中に水酸基を有するフッ素樹脂の層が、鍔部
の被接着面の２０〜１００％の面積領域を覆うように設
けられている上記（２）記載の回転軸シール。（４）鍔部の被接着面おける円形貫孔の周囲の幅０．１
ｍｍ以上のリング状領域内に、分子中に水酸基を有する
フッ素樹脂が存在していない上記（２）記載の回転軸シ
ール。（５）分子中に水酸基を有するフッ素樹脂の層の厚みが
５〜１００μｍである上記（１）〜（４）のいずれかに
記載の回転軸シール。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の回転軸シールは、金属ケース（軸挿通用の貫孔
を有する金属ケース）に、ポリテトラフルオロエチレン
を主成分とするシールエレメントを収容し、これを、分
子中に水酸基を有するフッ素樹脂の層を介して、金属ケ
ースに接着、一体化してなることを特徴とする。

【０００７】すなわち、本発明の回転軸シールは、ＰＴ
ＦＥを主成分とするシールエレメントと金属ケースとの
間に介在する、分子中に水酸基を有するフッ素樹脂の層
がシールエレメントと金属ケースの両者に対して高い接
着力で融着し、それによって、シールエレメントが金属
ケースに強固に接着、一体化したシールを実現してい
る。

【０００８】本発明の回転軸シールでは、常温（２５
℃）では勿論のこと、高温（１５０℃以上、具体的には
１５０〜１８０℃）や極低温（−４０℃以下、具体的に
は−４０〜−７０℃）の使用環境下においても、ＰＴＦ
Ｅを主成分とするシールエレメントが金属ケースに強固
に固定され、特にシールエレメントの軸との接触による
回転トルクに対しても十分な耐性を有することから、シ
ールエレメントの剥離が生じにくく、クリティカルパス
の発生の可能性も極めて小さくなるという利点がある。
また、シールエレメントと金属ケースとが接着によって
一体化されているので、従来の、固定用金具とゴム弾性
体を使用し、金属ケースを折り曲げ（カシメ）ること
で、シールエレメントを金属ケースに機械的に固定した
回転軸シール（以下、「クランプタイプの回転軸シー
ル」ともいう）に比べて、製造作業が極めて簡単であ
る。

【０００９】本発明で使用する、「ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）を主成分とするシールエレメン
ト」とは、ＰＴＦＥ単独を成形したシールエレメント、
または、ＰＴＦＥに充填剤等を配合した組成物を成形し
たシールエレメントを含む。また、当該シールエレメン
トに使用する「ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）」には、ポリテトラフルオロエチレンに少量のパー
フルオロアルキルビニルエーテルを共重合させた変性Ｐ
ＴＦＥ（ＴＦＥの含量が９９．０モル％以上）も含まれ
る。かかる変性ＰＴＦＥにおけるパーフルオロアルキル
ビニルエーテルとしては、パーフルオロメチル、パーフ
ルオロエチル、パーフルオロプロピル、パーフルオロブ
チル、パーフルオロペンチル、パーフルオロヘキシル等
が好適である。

【００１０】ＰＴＦＥに配合する充填剤としては、例え
ば、無機繊維、固体潤滑剤、硬銅合金粉末等が挙げられ
る。

【００１１】無機繊維は、シールエレメントの耐摩耗性
向上に有効であり、たとえば、ソーダガラス、無アルカ
リガラス、シリカガラスなどのガラス繊維、ロックウー
ルなどのセラミック繊維、スチール、鉄、アルミニウ
ム、ニッケル、銅などの金属の金属繊維、チタン酸カリ
ウムなどのウィスカー、カーボン繊維、カーボングラフ
ァイト繊維などが挙げられる。これらの中でも、無アル
カリガラスなどのガラス繊維が好ましい。

【００１２】また、無機繊維は、単繊維の引張強さが２
００ｋｇｆ／ｍｍ²以上、特に３００ｋｇｆ／ｍｍ²以上
であって、しかも平均繊維径が５０μｍ以下、特に１０
μｍ以下のものが好ましい。無機繊維の平均長さは、１
０μｍ〜１０００μｍ、特に５０μｍ〜１５０μｍが適
当であり、またアスペクト比は、１〜８０、特に５〜５
０が適当である。

【００１３】また、固体潤滑剤は、公知の潤滑性を付与
し得る化合物であれば制限なく使用できるが、そのうち
でも、石鹸、雲母、石鹸石、亜鉛華、モリブデン系化合
物等が好ましく、モリブデン系化合物が特に好ましい。

【００１４】また、硬銅合金粉末はシールエレメントの
クリープ性（耐荷重変形性）向上に有効であり、例え
ば、青銅、黄銅、燐青銅、洋白、鉛青銅などの各種の銅
合金の粉末が好ましく、これらの中でも青銅粉末が特に
好ましい。

【００１５】なお、上述の硬銅合金粉末および固体潤滑
剤は、いずれも細粉状ないし微粉状で使用される。それ
らは一般的には、粒度にしてタイラー標準篩１００メッ
シュを１００％通過するもの、特に同篩２００メッシュ
を１００％通過するものが好ましい。

【００１６】また、ＰＴＦＥには必要に応じて上記充填
剤以外の添加剤を配合してもよく、例えば、耐熱性樹脂
粉末、顔料等を挙げることができる。耐熱性樹脂粉末と
しては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリ
イミド樹脂（ＰＩ）、芳香族ポリエステル樹脂（ＬＣ
Ｐ）等が好適であり、顔料としては、ベンガラ、コバル
トブルー、酸化チタン等が好適である。

【００１７】シールエレメントの形成方法としては、例
えば、ＰＴＦＥを、または、ＰＴＦＥ、充填剤および必
要に応じて配合されるその他の添加剤をヘンシェルミキ
サなどで混合した混合物を、圧縮成形、焼結、切削など
の工程を経て、所望の形状に加工することによって得ら
れる。

【００１８】本発明者は、ＰＴＦＥに充填剤を配合した
組成物からなるシールエレメントを使用すれば、分子中
に水酸基を有するフッ素樹脂との間により高い接着力が
得られることを見出している。これは、おそらく、充填
剤を含むシールエレメントはその表面に微小な凹凸を有
するので、水酸基を有するフッ素樹脂がこの微小な凹凸
に入り込むことによって、アンカー効果が付与されるた
めであると考えられる。特に、ＰＴＦＥ１００重量部に
対して、無機繊維を３〜３０重量部含むか、固体潤滑剤
を２〜５重量部含むか、若しくは、硬銅合金粉末を１〜
１５０重量部含む組成物、または、これらの充填剤のう
ちのいずれか２種若しくは３種を上記所定量で含有する
組成物、のシールエレメントを使用することで、より高
い接着力を得ることができる。

【００１９】本発明で使用する、分子中に水酸基を有す
るフッ素樹脂とは、それ自体公知の分子中に水酸基を有
さないフッ素樹脂（従来公知の一般的なフッ素樹脂）
に、例えば、下記式（Ｉ）で示される化合物のような水
酸基を有する含フッ素エチレン系単量体を共重合させた
ものである。

【００２０】式（Ｉ）：ＣＸ₂＝ＣＸ¹−Ｒ_f−ＣＨ₂ＯＨ（式中、ＸおよびＸ¹は同一または異なってよく、それ
ぞれ、水素原子またはフッ素原子を表し、Ｒ_fは炭素数
１〜４０の２価のアルキレン基、炭素数１〜４０の含フ
ッ素オキシアルキレン基、炭素数１〜４０のエーテル結
合を含む含フッ素アルキレン基または炭素数１〜４０の
エーテル結合を含む含フッ素オキシアルキレン基を表わ
す。）

【００２１】本発明において、当該式（Ｉ）で示される
化合物の好適な具体例としては、パーフルオロ−（１，
１，９，９−テトラハイドロ−２，５−ビストリフルオ
ロメチル−３，６−ジオキサ−８−ノネノール）が挙げ
られる。

【００２２】また、上記の分子中に水酸基を有さないフ
ッ素樹脂（従来公知の一般的なフッ素樹脂）としては、
例えば、テトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキ
ルビニルエーテル、クロロトリフルオロエチレン、フッ
化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンからなる
群から選ばれる少なくとも１種の含フッ素エチレン系単
量体を構成単位とする重合体（共重合体）、または、当
該少なくとも１種の含フッ素エチレン系単量体とエチレ
ンとを構成単位とする共重合体が挙げられる。

【００２３】当該分子中に水酸基を有するフッ素樹脂
は、水酸基を有する含フッ素エチレン系単量体と、水酸
基を有さない含フッ素エチレン系単量体（従来公知の分
子中に水酸基を有さないフッ素樹脂の構成単量体）と
を、周知の重合方法で共重合することによって得ること
ができる。重合方法は、ラジカル共重合による方法が好
適であり、ラジカル重合開始剤としては、熱、光または
電離線照射によるラジカルを発生する公知のラジカル重
合開始剤を使用できる。また、重合方法も特に限定され
ず、溶液重合、バルク重合、懸濁重合、乳化重合等を制
限なく使用できる。また、分子量は、重合に用いるモノ
マーの濃度、重合開始剤の濃度、連鎖移動剤の濃度、温
度等によって制御され、生成する共重合体の組成は、仕
込みモノマーの組成によって制御可能である。

【００２４】本発明において、ＷＯ９７／２１７７８号
公報に記載された、テトラフルオロエチレン−パーフル
オロ（アルキルビニルエーテル）共重合体（ＰＦＡ）に
水酸基を有する含フッ素エチレン系単量体がさらに共重
合したもの、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロ
プロピレン共重合体（ＦＥＰ）に水酸基を有する含フッ
素エチレン系単量体がさらに共重合したもの、エチレン
−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）に水酸
基を有する含フッ素エチレン系単量体がさらに共重合し
たもの等は好適に使用でき、ＰＦＡに水酸基を有する含
フッ素エチレン系単量体がさらに共重合したもの（以
下、「水酸基含有ＰＦＡ」ともいう。）は特に好適であ
る。

【００２５】本発明で使用する分子中に水酸基を有する
フッ素樹脂において、水酸基を有する含フッ素エチレン
系単量体の共重合量は、通常、重合体（樹脂）全体当た
り０．０５〜３０モル％であり、好ましくは０．１〜１
０モル％である。含フッ素エチレン系単量体の共重合量
が０．０５モル％未満では、シールエレメントおよび金
属ケースに対して十分に高い接着力で融着することが困
難となり、また、３０モル％を超える場合は、その耐熱
性が低下して、その溶融・固化時に着色、発泡等を起こ
して接着力が低下する傾向となり、また、後述するよう
に、フィルム状に成形した成形物を使用する場合、その
成形時に着色、発泡、分解等を起こして成形物（フィル
ム）の接着性が低下する傾向となり、好ましくない。

【００２６】本発明において、分子中に水酸基を有する
フッ素樹脂は、その接着性、耐熱性等を損なわない範囲
で、充填剤、顔料等の種々の添加剤を配合した組成物に
して用いてもよい。

【００２７】図１は、本発明の一具体例の回転軸シール
を簡略化して示す、金属ケースの径方向の断面図であ
り、実際にハウジングと回転軸間に装着してシールエレ
メントを押接させた状態の軸に対する半径部分を示して
いる。また、図２はハウジングと回転軸間に装着する前
の、金属ケースの径方向の断面図である。該回転軸シー
ル１では、分子中に水酸基を有するフッ素樹脂の層１０
が、金属ケース２および円形リング状のシールエレメン
ト３に融着し、これによって、シールエレメント３と金
属ケース２が強固に接着して、一体化されている。金属
ケース２は、円筒状周壁部４と、該周壁部４の軸線方向
一方側の端部から周壁部の内部空間側へと突出する鍔部
５とを有する。鍔部５は、前記一方側の端部において、
周壁部４の周方向の全域にわたって形成され、それによ
って、軸（回転軸）１２が挿通する円形貫孔１１が形成
されている。円形リング状のシールエレメント３は、鍔
部５の軸線方向他方側の面に分子中に水酸基を有するフ
ッ素樹脂の層１０を介してその一端側が接着され、シー
ルリップ部８が軸１２に押接するように、その他端側を
密封流体Ｒ側へ屈曲させて配置されており、かかる状態
で、当該シール１は、ハウジング１３と軸１２との間に
装着されている。上記のように、シールエレメント３の
シールリップ部８が軸１２に押接することで、軸１２と
の接面からの流体の漏れを防止している。

【００２８】また、当該回転軸シール１では、軸１２と
ハウジング１３間に当該シール１を装着（密嵌）するた
めに、金属ケース２の外周側（背面側）にシーラント１
５を設けている。該シーラント１５は、たとえば、アク
リルゴム、フッ素ゴム等のゴムを加圧成形したり、溶剤
にてペースト状にしたものを塗布、乾燥する方法等で形
成される。

【００２９】本発明において、金属ケースは、シールエ
レメントが回転軸に対して所定の押接状態で接するよう
に、保持、固定するための部材であり、たとえば、鉄、
アルミニウム、ステンレス、鋼（炭素鋼、特殊鋼）など
の金属材料を金属プレスなどによって、目的に応じた形
状および大きさに適宜加工することで得られる。前記図
１に示す、円筒状周壁部４の軸線方向の一方側端部より
鍔部５を周壁部４の全周にかけて内部空間側へと突設さ
せた、円環状の金属ケース２は、シールエレメントの保
持性と軸とハウジング間へのシールの装着性が良好で、
しかも、加工工数が少なくて済むので、特に好ましい構
成である。また、金属ケースにおいては、分子中に水酸
基を有するフッ素樹脂の層が融着（接着）する被接着面
（図１に示すケースでは鍔部５のケース内部側の面５
Ａ）を、サンドブラスト処理、ヤスリ掛け、酸／アルカ
リ洗浄等の公知の方法で粗面化処理してもよい。また、
金属ケースの表面（被接着面を含む）は公知の方法で防
錆処理を施してもよい。なお、金属ケースに施す表面処
理は、水酸基を有するフッ素樹脂を融着させる際の加熱
温度において、耐熱性を有するものが好ましい。

【００３０】本発明の回転軸シールは、金属ケースとシ
ールエレメントとの間に、分子中に水酸基を有するフッ
素樹脂を挟み込み、かかる積重物を加熱・加圧した後、
冷却して、前記分子中に水酸基を有するフッ素樹脂を溶
融、固化することで得ることができる。

【００３１】本発明において、分子中に水酸基を有する
フッ素樹脂の形態（シールエレメントと金属ケースとの
間に溶融、固化した層となる前の形態）は、特に限定さ
れず、粉末状のものや、ペレット状、フィルム状等の形
態に成形した成形物を使用できるが、フィルム状に成形
したものを用いるのが好ましい。なお、フィルム状にす
る場合、当該樹脂を熱溶融法；押出法；切削法；溶剤キ
ャスティング；水性または有機溶剤による分散体（ディ
スパージョン）を基材状に塗装して連続的な被膜にし、
基材から剥離する方法等の公知の樹脂のフィルム化方法
に従って作成すればよい。当該分子中に水酸基を有する
フッ素樹脂がフィルム状であれば、シールエレメントと
金属ケースとの間に簡単に挟み込むことができ、シール
の製造作業がより効率良く行える。また、金属ケースと
シールエレメント間に、より性状の均一性の高い溶融、
固化層（融着層）を形成でき、好ましい。さらに、シー
ル製造時のシールエレメントに対する融着領域の設定
も、フィルムを所望の形状、サイズに切断しておくこと
で、容易に行える。

【００３２】また、分子中に水酸基を有するフッ素樹脂
は、融点がシールエレメントを構成するＰＴＦＥの融点
（３２０〜３６０℃）よりも低いものが好適である。す
なわち、本発明のシールは、前記のように、金属ケース
とシールエレメントとの間に分子中に水酸基を有するフ
ッ素樹脂を挟み込み、かかる積重物を加熱・加圧して、
分子中に水酸基を有するフッ素樹脂を溶融、固化するこ
とで、作製されるが、その際、分子中に水酸基を有する
フッ素樹脂の融点が、シールエレメントを構成するＰＴ
ＦＥの融点と同等またはそれ以上であると、分子中に水
酸基を有するフッ素樹脂が十分に溶融するように加熱を
行うと、それによって、シールエレメントの加熱変形が
大きくなることがあり、好ましくない。

【００３３】本発明の回転軸シールは、金属ケースにシ
ールエレメントを分子中に水酸基を有するフッ素樹脂の
層を介して接着した構成であるため、接着層を構成する
分子中に水酸基を有するフッ素樹脂が金属ケースの軸側
の終端部から軸挿通用貫孔内へはみ出していると、回転
軸に当該フッ素樹脂の層が接触し、該接触部からフッ素
樹脂が脱落して、これが異物となって軸とシール面間に
侵入することがある。また、フッ素樹脂が軸へ接触しな
い場合でも、はみ出したフッ素樹脂との接着によってシ
ールエレメントの軸への接触状態が変動し、それによっ
て、シール性能を悪化させることがある。よって、シー
ルエレメントと金属ケース間で溶融、固化して得られ
る、分子中に水酸基を有するフッ素樹脂の層（融着層）
は、その軸側の終端部が、金属ケースの軸側の終端部か
ら軸挿通用貫孔内へはみ出さないように設けるのが好ま
しく、該軸側の終端部が金属ケースの軸側の終端部より
もケース内の奥まった位置に存在するように設けるのが
特に好ましい。

【００３４】例えば、図１、図２に示す円環状金属ケー
ス２を用いた回転軸シール１においては、鍔部５の被接
着面５Ａおける円形貫孔１１の周囲の幅０．１ｍｍ以上
のリング状領域内に、分子中に水酸基を有するフッ素樹
脂を存在させないことが好ましい。なお、当該分子中に
水酸基を有するフッ素樹脂の不存在領域（リング状領
域）の幅が３ｍｍを超えた場合、シールエレメントを軸
に対して十分に高い押接力で接触させることが困難にな
るので、当該幅は３ｍｍ以下であることが好ましい。

【００３５】また、分子中に水酸基を有するフッ素樹脂
の層１０は、シールエレメントと金属ケース間の接着力
の観点から、鍔部５の被接着面５Ａの２０〜１００％の
面積領域を覆うよう設けるのが好ましく（１００％の場
合、分子中に水酸基を有するフッ素樹脂の層の軸側の終
端部は金属ケースの軸側の終端部に一致している。）、
鍔部５の被接着面５Ａの４０〜７０％の面積領域を覆う
よう設けるのが特に好ましい。

【００３６】なお、図１、図２に示す円環状金属ケース
２を用いた回転軸シール１においては、通常、円環状金
属ケース２の鍔部５の軸１２側の終端部５ａと、軸１２
との離間距離（図１中のＤ１）は、０．７〜３．０ｍｍ
程度であり、また、円形リング状のシールエレメント３
における鍔部５の、軸１２側の終端部５ａからの軸側へ
の突出量（図２中のＤ２）は、２〜１０ｍｍ程度に設定
される。

【００３７】また、本発明の回転軸シールでは、分子中
に水酸基を有するフッ素樹脂層の厚みも重要であり、厚
みは好ましくは５〜１００μｍ、より好ましくは１０〜
７０μｍである。当該厚みが５μｍ未満では、十分な接
着力が得られず、作業性も悪化し、１００μｍを超える
と、フッ素樹脂層自体が破断して、接着性が低下する虞
れがあり、好ましくない。

【００３８】本発明の回転軸シールを製造する際の好ま
しい加熱・加圧条件としては、例えば、０．０１〜５Ｍ
Ｐａの加圧下、３３０〜４００℃の加熱を、３０秒〜３
０分程度行う条件が挙げられる。

【００３９】本発明の回転軸シールでは、シールエレメ
ントと金属ケースとの間に後述する方法で測定されるせ
ん断剥離トルクが、常温（２５℃）で８００ｋｇｆ・ｃ
ｍ以上、高温（１５０℃以上）で３００ｋｇｆ・ｃｍ以
上、極低温（−４０℃以下）で１０００ｋｇｆ・ｃｍ以
上となる接着強度を達成できる。

【００４０】本発明の回転軸シールの用途は、特に限定
されないが、エンジンシャフト用（密封流体：エンジン
オイル）、エアコンのコンプレッサー用（密封流体：潤
滑油および冷媒）、スーパーチャージャー用（密封流
体：高温・高圧ガス）、ターボチャージャー用（密封流
体：高温・高圧ガス）等に好適である。特に、分子中に
水酸基を有するフッ素樹脂の層は、優れた耐油性を有す
るので、本発明の回転軸シールは、エンジンシャフト用
として特に好適であり、分子中に水酸基を有するフッ素
樹脂の層はエンジンシャフト用に用いた場合の密封流体
となるエンジンオイル、特に高温のエンジンオイルに対
して充分な耐性を有し、その優れた金属ケースおよびシ
ールエレメントへの接着性が長期間維持される。

【００４１】本明細書中のＰＴＦＥの融点および分子中
に水酸基を有するフッ素樹脂の融点はＤＳＣ分析による
値である。

【００４２】

【実施例】以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記の実施例によって限定されるもの
ではない。

【００４３】実施例１ＰＴＦＥシールエレメントと鋼製ケースとの間に、分子
中に水酸基を有するフッ素樹脂のフィルムを挟み込み、
かくして得られた積重物を加熱・加圧した後、冷却を行
って、回転軸シールを作製した。鋼製ケースは、表面処
理していない、図１に示す円環状で、円筒状周壁部の内
径が５８．５ｍｍφ、鍔部で区画される円形貫孔の内径
が４６．５ｍｍφのものを使用した。ＰＴＦＥシールエ
レメントは、厚み０．８ｍｍ×外径５８．４５ｍｍφ×
内径３５．０ｍｍφの、ＰＴＦＥコンパウンド（ＰＴＦ
Ｅ１００重量部当たり、二硫化モリブデン（固体潤滑
剤）を５重量部、ガラス繊維（充填剤）を５重量部含
む。）製の円形リング状のシート（表面処理無し）を使
用した。ＰＴＦＥの融点：３２７℃。分子中に水酸基を
有するフッ素樹脂のフィルムは、ダイキン工業（株）製
の水酸基含有ＰＦＡ（融点：３１０℃）をフィルム状に
成形し、厚み８５μｍ×外径５６．５０ｍｍφ×内径５
０．５０ｍｍφの円形リング状に加工したフィルムを使
用した。

【００４４】加熱・加圧は０．０６ＭＰａの加圧下、３
６０℃で３０分間行い、加熱・加圧後、その加圧状態を
保持したまま空冷した。金属ケースと水酸基含有ＰＦＡ
フィルムとの位置合わせにおいて、金属ケースの鍔部の
被接着面全体の面積に対して水酸基含有ＰＦＡフィルム
の大きさ（面積）は５０．９％であり、鍔部の被接着面
における円形貫孔の周囲の幅２．０ｍｍの領域には水酸
基含有ＰＦＡフィルムを重ねないようにした。接着後の
完成品において、水酸基含有ＰＦＡの層の面積は、金属
ケースの鍔部の被接着面全体の面積の９８．０％であ
り、被接着面における貫孔の周囲には、水酸基含有ＰＦ
Ａが存在しない、幅０．１ｍｍの領域（リング状領域）
が形成されていた。また、水酸基含有ＰＦＡの層の厚み
は１５〜４０μｍであった。出来上がった回転軸シール
の金属ケースとシールエレメント間のせん断剥離トルク
を、図３に示す治具を用いて、室温（２０℃）で測定し
た。金属ケースからシールエレメントが剥離を起こすま
でに、治具がシールエレメントから滑ってしまった。こ
の滑りが生じた際のトルクは８００ｋｇｆ・ｃｍであっ
たので、金属ケースとシールエレメント間のせん断剥離
トルクは８００ｋｇｆ・ｃｍ以上と判断した。

【００４５】図３に示すせん断剥離トルク測定用治具
は、金属ケース固定用の外側治具３１と、シールエレメ
ントの締め付け・回転用の治具３２、３３と、締め付け
ボルト３４で構成される。すなわち、外側治具３１は金
属ケース２が嵌入し得る大きさの円筒状であり、該外側
治具３１に金属ケース２を嵌入し、万力等で固定するこ
とによって、回転軸シール１が固定される。シールエレ
メントの締め付け・回転用の治具３２、３３は、下側治
具３３が、金属ケース固定用の外側治具３１の内径より
も若干小さい外径の円盤状基板３３ａの上に、金属ケー
ス２の貫孔に挿入され得る大きさ（シールエレメント３
の貫孔よりも大きい）の円柱状突起３３ｂを設け、さら
にこの突起３３ｂの上にシールエレメント３の貫孔に挿
入され得る大きさの突起３３ｃを設けて構成され、上側
治具３２が、金属ケース２の円筒状周壁部４の内径より
も若干小さい外径の円盤状基板３２ａの上にシールエレ
メント３の貫孔よりも大きいが、金属ケース２の貫孔よ
りも小さい大きさの円柱状突起３２ｂを設けて構成され
ている。締め付けボルト３４は、上側治具３２と下側治
具３３の軸心に形成した螺子孔に螺合するようになって
おり、該ボルト３４を螺合させて廻すことによって、回
転軸シール１におけるシールエレメント３のみが上側治
具３２の円柱状突起３２ｂと下側治具３３の円柱状突起
３３ｂで挟み付けられる（締め付けられる）とともに、
回転トルクが発生する。

【００４６】実施例２表面をヤスリ掛け処理した、鋼製ケース（円筒状周壁部
の内径が９９．６ｍｍφ、鍔部で区画される円形貫孔の
内径が８８．２ｍｍφの図１に示す形状の円環状ケー
ス）と、厚み０．８ｍｍ×外径９９．５ｍｍφ×内径７
６．０ｍｍφの、ＰＴＦＥコンパウンド（実施例１と同
じ）製のシートと、実施例１と同じ水酸基含有ＰＦＡ
（融点：３１０℃）をフィルム状に成形し、厚み８５μ
ｍ×外径９８．０ｍｍφ×内径９２．０ｍｍφの円形リ
ング状に加工しフィルムを使用し、加熱・加圧を、０．
０６ＭＰａの圧力下、３６０℃で、３０分間行い、加熱
・加圧後、その加圧状態を保持したまま空冷して、回転
軸シールを作製した。金属ケースと水酸基含有ＰＦＡフ
ィルムとの位置合わせにおいて、金属ケースの鍔部の被
接着面全体の面積に対して水酸基含有ＰＦＡフィルムの
大きさ（面積）は５３．２％であり、鍔部の被接着面に
おける貫孔の周囲の幅１．９ｍｍの領域には水酸基含有
ＰＦＡフィルムを重ねないようにした。接着後の完成品
において、水酸基含有ＰＦＡの層の面積は、金属ケース
の鍔部の被接着面全体の面積の９９．１％であり、被接
着面における貫孔の周囲には、水酸基含有ＰＦＡが存在
しない、幅０．２ｍｍの領域（リング状領域）が形成さ
れていた。また、水酸基含有ＰＦＡの層の厚みは１０〜
６０μｍであった。

【００４７】出来上がった回転軸シールの金属ケースと
シールエレメント間のせん断剥離トルクを、実施例１と
同様にして測定したところ、金属ケースとシールエレメ
ント間のせん断剥離トルクは８００ｋｇｆ・ｃｍ以上で
あった。

【００４８】実施例３表面未処理のアルミニウム製ケース（円筒状周壁部の内
径が１０１．６ｍｍφ、鍔部により区画される円形貫孔
の内径が８８．２ｍｍφの図１に示す形状の円環状ケー
ス）と、厚み０．８ｍｍ×外径１０１．５ｍｍφ×内径
７６．０ｍｍφの、ＰＴＦＥコンパウンド（実施例１と
同じ）製のシートと、実施例１と同じ水酸基含有ＰＦＡ
（融点：３１０℃）をフィルム状に成形し、厚み７５μ
ｍ×外径１００．０ｍｍφ×内径９２．０ｍｍφの円形
リング状に加工したフィルムを使用し、実施例１と同様
にして、加熱・加圧を、０．０６ＭＰａの圧力下、３６
０℃で、３０分間行い、加熱・加圧後、その加圧状態を
保持したまま空冷して、回転軸シールを作製した。金属
ケースと水酸基含有ＰＦＡフィルムとの位置合わせにお
いて、金属ケースの鍔部の被接着面全体の面積に対して
水酸基含有ＰＦＡフィルムの大きさ（面積）は６０．４
％であり、鍔部の被接着面における貫孔の周囲の幅１．
９ｍｍの領域には水酸基含有ＰＦＡフィルムを重ねない
ようにした。接着後の完成品において、水酸基含有ＰＦ
Ａの層の面積は、金属ケースの鍔部の被接着面全体の面
積の９９．０％であり、被接着面における貫孔の周囲に
は、水酸基含有ＰＦＡが存在しない、幅０．２ｍｍの領
域（リング状領域）が形成されていた。また、水酸基含
有ＰＦＡの層の厚みは１０〜６０μｍであった。

【００４９】出来上がった回転軸シールの金属ケースと
シールエレメント間のせん断剥離トルクを、実施例１と
同様にして測定したところ、金属ケースとシールエレメ
ント間のせん断剥離トルクは８００ｋｇｆ・ｃｍ以上で
あった。

【００５０】比較例１図４に示すように、鋼製のインナーケース４１およびア
クリルゴムからなるゴム弾性体４２を用い、金属ケース
２、シールエレメント３は実施例１と同じものを使用し
て、クランプタイプの回転軸シールを作製した。出来上
がった回転軸シールの金属ケースとシールエレメント間
のせん断剥離トルクを、実施例１と同様にして、測定し
たところ２５０ｋｇｆ・ｃｍでシールエレメントのみが
回転した。

【００５１】比較例２金属ナトリウム処理を施したＰＴＦＥシート（実施例１
で用いたＰＴＦＥシートに金属ナトリウム処理を施した
もの）を使用し、金属ケースは実施例１で用いた金属ケ
ースにリン酸亜鉛による防錆処理を施したものを使用
し、これらを耐熱性のエポキシ樹脂系接着剤（ＢＡＮＩ
−６２０Ｔ（丸善石油化学（株）製））を介して重ね
て、１７０℃×０．０６ＭＰａ×５分の条件で加熱・圧
縮し、その後、さらに１７０℃で１５時間再加熱した。
なお、ＰＴＦＥシートの金属ナトリウム処理は、テトラ
エッチ（潤工社製）にＰＴＦＥシートを３０秒間浸漬
し、その後アセトン、次いで水で洗浄することで行っ
た。出来上がった回転軸シールの金属ケースとシールエ
レメント間のせん断剥離トルクを、実施例１と同様にし
て、測定したところ、５００ｋｇｆ・ｃｍでシールエレ
メントのみが回転した。

【００５２】［耐熱試験］上記実施例１、比較例２の回
転軸シールを１５０℃の雰囲気下で前記と同様にしてせ
ん断剥離トルクを測定した。

【００５３】［耐寒試験］上記実施例１、比較例２の回
転軸シールを−４０℃の雰囲気下で前記と同様にしてせ
ん断剥離トルクを測定した。

【００５４】下記表１が実施例１と比較例２の試験結果
である。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【発明の効果】以上の記載から分かるように、本発明に
よれば、専用の金属部品やゴム弾性体を使用せず、簡素
な構成で、しかも、シールエレメントが金属ケースに強
固に固定され、クリティカルパスの発生の可能性が極め
て低い、高信頼性の回転軸シールを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一具体例による回転軸シールを簡略化
して示す、ハウジングと回転軸間に装着した状態の、金
属ケースの径方向における断面図である。

【図２】本発明の一具体例による回転軸シールを簡略化
して示す、ハウジングと回転軸間に装着する前の、金属
ケースの径方向の断面図である。

【図３】せん断剥離トルク測定用治具を簡略化して示す
断面図である。

【図４】従来のクランプタイプの回転軸シールを簡略化
して示す断面図である。

【符号の説明】

１回転軸シール２金属ケース３シールエレメント１０分子中に水酸基を有するフッ素樹脂層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小畑博美和歌山県有田市箕島663番地三菱電線工業株式会社箕島製作所内 (72)発明者馬場健和歌山県有田市箕島663番地三菱電線工業株式会社箕島製作所内Ｆターム(参考） 3J043 AA16 BA06 CA12 CB14 DA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属ケースにポリテトラフルオロエチレ
ンを主成分とするシールエレメントを収容した構造の回
転軸シールであって、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とするシールエレ
メントが、分子中に水酸基を有するフッ素樹脂の層を介
して、金属ケースに接着、一体化されてなることを特徴
とする回転軸シール。
【請求項２】金属ケースが、円筒状周壁部のその軸線
方向一方側の端部から内部空間側へ鍔部を突出させ、該
鍔部に回転軸が挿通される円形貫孔を形成した円環状金
属ケースであり、シールエレメントはリング状で、かつ、前記円環状金属
ケースの鍔部に、分子中に水酸基を有するフッ素樹脂の
層を介して接着されており、前記分子中に水酸基を有するフッ素樹脂の層は、その回
転軸側の終端部が、鍔部の回転軸側の終端部から貫孔内
にはみ出さないように設けられている請求項１記載の回
転軸シール。
【請求項３】分子中に水酸基を有するフッ素樹脂の層
が、鍔部の被接着面の２０〜１００％の面積領域を覆う
ように設けられている請求項２記載の回転軸シール。
【請求項４】鍔部の被接着面おける円形貫孔の周囲の
幅０．１ｍｍ以上のリング状領域内に、分子中に水酸基
を有するフッ素樹脂が存在していない請求項２記載の回
転軸シール。
【請求項５】分子中に水酸基を有するフッ素樹脂の層
の厚みが５〜１００μｍである請求項１〜４のいずれか
に記載の回転軸シール。