JP2004044745A - 回転軸シール - Google Patents

Abstract

【課題】従来より長寿命化された回転軸シールを提供する。
【解決手段】回転軸とハウジングとの間に装着され、第一シールエレメントおよび第二シールエレメントの各摺接部を回転軸の周方向に摺接させて流体を密封するための回転軸シールであって、上記装着された状態において第一シールエレメントよりも上記流体から離反した側に配置される第二シールエレメントが、ポリテトラフルオロエチレンに耐熱性樹脂粉末を配合した組成物を成形したものであることを特徴とする回転軸シール。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸とハウジングとの間に装着されて流体を密封するための回転軸シールに関し、特には、回転数が１５０００ｒｐｍ〜２００００ｒｐｍといった高速で回転する回転軸のシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、回転軸とハウジングとの間に装着され、流体（気体、液体）を密封するための回転軸シールが使用されてきている。回転軸シールとしては、その使用条件や用途などに応じて様々な構造のものがあるが、たとえば、円環状の金属製のケース内に、二種類の樹脂製のシールエレメント（第一シールエレメント、第二シールエレメント）がカシメなどによって固定された構造の回転軸シールが知られている。このような回転軸シールは、第一シールエレメントを密封流体側に、第二シールエレメントを空気側に配置させ、第一および第二シールエレメントの各摺接部をそれぞれ周方向に沿って回転軸に押圧力が作用するように摺接させた状態で、ハウジングと回転軸との間に装着される。
【０００３】
回転軸シールは、上記のように装着された状態で、密封流体側に配置される第一シールエレメントの摺接部によって回転軸との接面からの流体の漏れを防止するとともに、その外周側においてハウジングに押圧力が作用するように当接するアウターケースによってハウジングとの接面からの流体の漏れを防止する。また空気側に配置される第二シールエレメントの摺接部によって、空気側の圧力状態などの第一シールエレメントへの影響を低減し、また、空気側から密封流体側への急激な吹き抜け（空気漏れ）を阻止する役割を果たす。
【０００４】
このような回転軸シールにおいて、第一および第二シールエレメントを形成する材料としては、耐熱性が高くかつ摩擦抵抗が小さいものであることが望まれる。この観点から、第一および第二シールエレメントとしては、ポリテトラフルオロエチレンに各種充填剤（ガラスファイバーやカーボングラファイトなど）を配合してなる組成物を成形したものが汎用されているが、摩耗係数、動摩擦係数、動摩擦係数安定性などの点において更なる改善が望まれており、特に、空気側に配置される第二シールエレメントの劣化が早く、シール寿命が短いという問題がある。これは、空気側に配置される第二シールエレメントは、密封流体に接触しないため潤滑性に乏しいドライな環境で回転軸に摺接することから、摩耗しやすく、またクリープを起こしやすいことに因るものと考えられる。
【０００５】
また近年、高速回転軸を用いる圧縮機などでは、その能力をより高めるため、回転軸の回転速度がさらに高速化しており（回転数：１５０００ｒｐｍ〜２００００ｒｐｍ程度、周速：３０ｍ／ｓｅｃ〜４０ｍ／ｓｅｃ程度）、その条件に対応し得る回転軸シールの開発が進められている。このような高速回転軸に適用される回転軸シールでは、高速で回転する回転軸に摺接されることによるシールエレメントおよびシールアッシーの発熱が多いことに加え、上述した第二シールエレメントの劣化が特に顕著な問題となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、従来より長寿命化された回転軸シールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は以下のとおりである。
（１）回転軸とハウジングとの間に装着され、第一シールエレメントおよび第二シールエレメントの各摺接部を回転軸の周方向に摺接させて流体を密封するための回転軸シールであって、
上記装着された状態において第一シールエレメントよりも上記流体から離反した側に配置される第二シールエレメントが、ポリテトラフルオロエチレンに耐熱性樹脂粉末を配合した組成物を成形したものであることを特徴とする回転軸シール。
（２）上記装着された状態において第二シールエレメントの回転軸への摺接幅が第一シールエレメントの回転軸への摺接幅よりも小さくなるように形成されたものである上記（１）に記載の回転軸シール。
（３）耐熱性樹脂粉末が、芳香族ポリエステル樹脂粉末、ポリイミド樹脂粉末、ポリフェニレンサルファイド樹脂粉末、フェノール樹脂粉末、ポリエーテルエーテルケトン樹脂粉末、パーフルオロアルコキシ樹脂粉末及びポリベンゾイミダゾール樹脂粉末からなる群から選ばれる少なくとも１種である上記（１）または（２）に記載の回転軸シール。
（４）耐熱性樹脂粉末が、芳香族ポリエステル樹脂粉末である上記（１）または（２）に記載の回転軸シール。
（５）回転数が１５０００ｒｐｍ〜２００００ｒｐｍの回転軸に使用されるものである、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の回転軸シール。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の好ましい一例の回転軸シール１を簡略化して示す、径方向における断面図である。本発明の回転軸シール１は、第一シールエレメント２と第二シールエレメント３とを基本的に備え、図１に示すように第一シールエレメント２および第二シールエレメント３の各摺接部２ａ，３ａが回転軸Ｓの周方向に摺接されるようにハウジングＨと回転軸Ｓとの間に装着されて、使用されるものである。回転軸シール１は、第二シールエレメント３が第一シールエレメント２よりも密封流体Ｒから離反した側に配置されて（第一シールエレメント２が密封流体Ｒ側に、第二シールエレメント３が空気Ａ側に配置されて）、ハウジングＨと回転軸Ｓとの間に装着されるものである。なお上記「摺接」とは、回転した状態の回転軸Ｓに、押圧力が作用するようにして圧接されることを指し、第一および第二シールエレメント２，３における各摺接部２ａ，３ａは、図１のようにハウジングＨと回転軸Ｓとの間に装着された状態で、それぞれ回転軸Ｓに摺接するように予め設計された端部を指す。
【０００９】
本発明において重要なことは、上述したような構成で実現される回転軸シール１の第二シールエレメント３が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に耐熱性樹脂粉末を配合した組成物を成形したものであることである。
上記組成物におけるＰＴＦＥは、ＰＴＦＥ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ＰＴＦＥ（テトラフルオロエチレンの含量が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などが挙げられる。
【００１０】
また上記組成物において耐熱性樹脂粉末は、充填剤としてＰＴＦＥに配合される。ここで「耐熱性」とは、上記組成物を第二シールエレメントに成形する際、ＰＴＦＥ（融点：３２７℃）に溶融することなく充填剤としてその性状を保持し得る性質を意味する。
【００１１】
上述したように第二シールエレメント３は、回転軸ＳとハウジングＨとの間に装着された状態で、第一シールエレメント２よりも密封流体Ｒよりも離反した側に配置される。かかる第二シールエレメント３は、たとえば圧縮機用の回転軸シールなどのように空気Ａ側に減圧や加圧が施される場合であってもその第一シールエレメント２への影響を低減し、また、空気Ａ側から密封流体Ｒ側への吹き抜け（空気漏れ）を阻止する役割を果たす。
【００１２】
本発明においては、ＰＴＦＥに耐熱性樹脂粉末を配合した組成物を成形した第二シールエレメント３を用いることで、密封流体Ｒに接触しないため潤滑性に乏しいドライな環境で回転軸に摺接する第二シールエレメント３について、摩擦を小さくして耐摩耗性を向上させ、かつ無潤滑条件下での発熱を抑制することによって耐クリープ性を向上させたものである。かかる第二シールエレメント３を用いた回転軸シール１は、従来と比較して劣化しにくく、これにより長寿命化が達成される。
またさらに本発明における第二シールエレメント３では、ＰＴＦＥにカーボングラファイトやガラス繊維などの硬質の充填剤を配合していた従来と比較して、相手面（回転軸表面）への攻撃を抑制することもでき、回転軸Ｓに傷を付けにくくした回転軸シール１を実現できるという効果も有する。
【００１３】
このような本発明の回転軸シールは、ハウジングと回転軸との間に装着されて密封流体を密封するように使用されるならば、その用途に特に制限はないが、従来、長寿命な回転軸シールの実現が困難であった高速回転軸（回転数：１５０００ｒｐｍ〜２００００ｒｐｍ程度、周速：３０ｍ／ｓｅｃ〜４０ｍ／ｓｅｃ程度）を用いた圧縮機などにおける回転軸シールとして、特に好適に使用することができる。本発明によれば、上記高速回転軸に適用しても、第二シールエレメント３の寿命が、１１４０（時間）〜２２８０（時間）程度というような、従来よりも格段に長い寿命の回転軸シール１を実現することができる（従来の第二シールエレメントの高速回転軸適用時の寿命：５００（時間）〜１０００（時間）程度）。
【００１４】
本発明において、耐熱性樹脂粉末としては、例えば、芳香族ポリエステル樹脂粉末、ポリイミド樹脂粉末、ポリフェニレンサルファイド樹脂粉末、フェノール樹脂粉末、ポリエーテルエーテルケトン樹脂粉末、パーフルオロアルコキシ樹脂粉末及びポリベンゾイミダゾール樹脂粉末からなる群から選択される少なくとも１種の粉末が例示される。これらの中でも、特に摩耗摩擦特性の一つである無潤滑条件での動摩擦係数及び動摩擦係数の安定性等の点から、芳香族ポリエステル樹脂粉末、ポリイミド樹脂粉末、フェノール樹脂粉末が好ましく、特に好ましくは芳香族ポリエステル樹脂粉末である。
【００１５】
また、上記芳香族ポリエステル樹脂粉末においては、耐熱性、耐摩耗性、耐圧縮クリープ特性、電気絶縁性、耐溶剤性及び自己潤滑性等の点から、パラヒドロキシ安息香酸のホモポリマーの粉末が好ましく、板状結晶を有するパラヒドロキシ安息香酸のホモポリマーの粉末が特に好ましい。また、上記ポリイミド樹脂の粉末においては、熱可塑性ポリイミド樹脂の粉末が好ましい。また、フェノール樹脂の粉末においては、硬度、強度、耐摩耗性、耐化学薬品性及び電気特性等の点から、球状の高純度炭素微粒子でフェノール・ホルムアルデヒド樹脂を炭素化したもので、本質的に等方性のガラス状カーボンであることが好ましい。
【００１６】
本発明で使用される耐熱性樹脂粉末は、その粒径に特に制限はないが、シールエレメントの圧縮クリープ性及び摩擦摩耗特性の理由から、仕込み時において、平均粒径が１０μｍ〜４０μｍのものを使用するのが好ましく、上記仕込み時の平均粒径が１０μｍ未満であると、耐摩耗特性の改善効果が小さく、又、摩擦係数が大きくなってＰＴＦＥ自体の摩耗量が多くなるといった傾向となり、また平均粒径が４０μｍを超えると、シールエレメントの伸び、引張特性といった機械的性質の低下があり、結果、クリープ特性が小さくなってしまうためである。
上記耐熱性樹脂粉末の平均粒径は、組成物の仕込み時において、沈降法（分散媒エタノール使用）もしくは電気抵抗法粒度分布測定により測定することができる。
【００１７】
また、耐熱性樹脂粉末は、樹脂粉末の種類毎に、粒度特性等において以下に示すような好ましい態様がある。具体的には、芳香族ポリエステル樹脂粉末（板状結晶を有するパラヒドロキシ安息香酸のホモポリマーの粉末）においては、見掛比重（ｇ／ｃｃ）が０．３０〜０．４０で、３５０メッシュ以下が８０〜９０％、１７０メッシュ以上が最大１％の平均粒径１０〜２０μｍの粒度特性を有するものや、見掛比重（ｇ／ｃｃ）が０．３５〜０．４５で、３５０メッシュ以下が６５〜７５％、１７０メッシュ以上が約５％、１００メッシュ以上が最大１％の平均粒径２０〜３０μｍの粒度特性を有するものが好適である。ポリイミド樹脂粉末（特に熱可塑性ポリイミド樹脂の粉末）においては、比重（ｇ／ｃｃ）が１．３３〜１．５６で、全体の９０体積％以上の粒子が１０μｍ〜８０μｍの粒径範囲にある平均粒径２５μｍ〜３５μｍの粉末が好適である。フェノール樹脂粉末においては、平均粒径が１５〜２０μｍの球状微粒子が好ましく、その流動分散性が良好であることから、成形して得られるシールエレトの表面粗さが適切なものとなる。さらに、そのうちでも、かさ密度（ｇ／ｃｃ）が０．３〜０．７、真比重が１．４〜１．６のものが好ましい。
ここで上記の見掛比重およびかさ密度は、ＪＩＳ　Ｋ　７１１２の規定に準拠して測定できる。
【００１８】
本発明において、上記組成物における耐熱性樹脂粉末の配合量に特に制限はないが、無潤滑条件での耐摩擦摩耗特性の点から、上記組成物においてＰＴＦＥ１００重量部に対して３重量部〜６０重量部配合されるのが好ましく、１０重量部〜２５重量部配合されるのがより好ましい。これは、上記耐熱性樹脂粉末の配合量がＰＴＦＥ１００重量部に対し３重量部未満であると、摩擦係数が小さくなりすぎ、相手材（回転軸材）の表面粗さに対して十分に追従しにくくなる傾向となり、またＰＴＦＥ１００重量部に対し６０重量部を超えると、素材（組成物）自体の強度低下により、初期摩耗が大きくなる傾向なるためである。
【００１９】
なお本発明において、第二シールエレメントを形成するための組成物には、必要に応じて上記耐熱性樹脂粉末以外の各種の添加剤を配合してもよい。このような添加剤としては、たとえばベンガラ、コバルトブルー、酸化チタンなどの顔料や、カーボン繊維、カーボン・グラファイト繊維等が挙げられる。
【００２０】
上記組成物からの第二シールエレメントの形成方法は、特に制限されるものではなく、当分野において従来より広く行われている適宜の方法で行えばよい。たとえば、ＰＴＦＥ、耐熱性樹脂粉末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。
第二シールエレメントは、その中央に円形孔を有する円板状物で実現され、回転軸シール１をハウジングＨと回転軸Ｓとの間に装着した状態において、図１のようにその断面が略Ｌ字型に屈曲する形状となるように摺接部３ａでもって回転軸Ｓに押圧されて使用される。
【００２１】
図１に示した例の回転軸シール１は、具体的には、上記第一シールエレメント２、第二シールエレメント３に加え、円筒状周壁部の軸線方向両端より内部空間へ向かって突出する内鍔部１２，１３を有する金属製のアウターケース４と、断面Ｌ字状の円環状物である金属製の第一インナーケース５および第二インナーケース６と、円環状のガスケット７と、ガスケット７よりも小さな内径を有する円環状物である金属製のワッシャ８とをさらに有する。これらの構成部材を、アウターケース内の内鍔部１２から内鍔部１３へ向かって（図１のように回転軸ＳとハウジングＨとの間に装着された状態では、密封流体Ｒ側から空気Ａ側へ向かって）順に、第一インナーケース５、第一シールエレメント２、ガスケット７、ワッシャ８、第二インナーケース６、第二シールエレメント３を挟み、上記内鍔部１２，１３にてカシメることによってこれらの各部材を固定して、回転軸シール１が形成される。また、アウターケース４の周壁部の外周面には、図１のように装着された状態でハウジングＨとの密着性を確保し得るゴム系材料にて形成されるシーラント層１４が付設されてなる。
回転軸シール１は、第一シールエレメント２を密封流体Ｒ側に、第二シールエレメント３を空気Ａ側に配置させ、それぞれ周方向に沿って内周側に突出する摺接部２ａ，３ａを、回転軸Ｓに押圧力が作用するように摺接された状態で、ハウジングＨと回転軸Ｓとの間に装着される。
【００２２】
第一シールエレメント３を形成する材料に特に制限はないが、従来より当分野において使用されているように、ＰＴＦＥ単独、あるいはＰＴＦＥに無機繊維、固体潤滑剤、硬銅合金粉末などの充填剤を配合した組成物を好適に使用することができる。無機繊維としては、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例示される。固体潤滑剤としては、潤滑性を付与し得る公知の化合物、たとえば、石鹸、雲母、石鹸石、亜鉛華、モリブデン系化合物などが例示される。また硬銅合金粉末としては、たとえば、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例示される。
【００２３】
また、耐摩耗性およびガスバリア性に特に優れた第一シールエレメントを実現し得る観点からは、本出願人が特願２００２−１９７２２号で提案している、ＰＴＦＥに平均粒径１０μｍ〜５０μｍのグラファイト粉末を１０重量％〜２５重量％、平均繊維長５μｍ〜６０μｍのカーボン繊維を１重量％〜１０重量％配合してなる組成物を使用するのが好ましい。
【００２４】
上記グラファイト粉末としては、人造または天然の鱗状黒鉛や鱗片状黒鉛、土状黒鉛など従来公知の種々のグラファイト粉末を特に制限なく使用できるが、品質が安定していることから人造の黒鉛がより好ましく、中でも得られた第一シールエレメントが潤滑性に優れることから人造の鱗状黒鉛が特に好ましい。
かかるグラファイト粉末は、平均粒径が１０μｍ〜５０μｍであるのが好ましく、２０μｍ〜３０μｍであるのがより好ましい。平均粒径が１０μｍ未満のグラファイト粉末を用いると、得られた回転軸用シールにおいて、引張強さや伸びなど機械特性に劣ってしまい、結果的に優れた耐摩耗性が得られにくくなる傾向にあるためであり、また平均粒径が５０μｍを超えたグラファイト粉末を用いると、ＰＴＦＥとの混合の際分散性が不良となってしまい、得られた回転軸用シールごとに特性がばらつく傾向にあるためである。
またグラファイト粉末は、上記組成物中において１０重量％〜２５重量％配合されるのが好ましく、１０重量％〜２０重量％配合されるのがより好ましい。グラファイト粉末が１０重量％未満しか配合されないと、得られた回転軸用シールにおいて耐摩耗性が悪くなる傾向にあるためであり、またグラファイト粉末が２５重量％を超えて配合されると、得られた回転軸用シールにおいて機械的特性、特に伸びが低下する傾向にあるためである。
【００２５】
上記カーボン繊維としては、特に制限はなく、ピッチ系カーボン繊維、ＰＡＮ系カーボン繊維、レーヨン系カーボン繊維など、従来公知の種々のカーボン繊維を使用することができるが、中でもピッチ系カーボン繊維、特には、黒鉛化したピッチ系カーボン繊維が好適である。ピッチ系カーボン繊維は、たとえば、不活性気体中で２０００℃〜３０００℃の熱処理を行うことで黒鉛化される。
かかるカーボン繊維は、平均繊維長が５μｍ〜６０μｍであるのが好ましく、５μｍ〜３０μｍであるのがより好ましい。平均繊維長が５μｍ未満のカーボン繊維を用いると、得られた回転軸用シールにおいて耐摩耗性が悪くなる傾向にあるためであり、また平均繊維長が６０μｍを超えたカーボン繊維を用いると、得られた回転軸用シールにおいてガスバリア性が悪くなる傾向にあるためである。また上記カーボン繊維は、アスペクト比（繊維径あたりの繊維長の平均）が０．５〜５であるのが好ましく、０．５〜３であるのがより好ましい。
またカーボン繊維は、上記組成物中において１重量％〜１０重量％配合されるのが好ましく、２重量％〜５重量％配合されるのがより好ましい。カーボン繊維が１重量％未満しか配合されないと、得られた回転軸用シールにおいて耐摩耗性が低下する傾向にあるためであり、またカーボン繊維が１０重量％を超えて配合されると、得られた回転軸用シールにおいて潤滑性が低下し、相手部材（回転軸）を摩耗させてしまうとともに、ガスが透過しやすくなってしまう傾向にあるためである。
【００２６】
上述したような本出願人が特願平１４−１９７２２号で提案している組成物を用いて形成された第一シールエレメント２と、ＰＴＦＥに耐熱性樹脂粉末を配合した組成物を成形してなる第二シールエレメント３を組み合わせて回転軸シール１を実現することで、第二シールエレメント３が摩耗、クリープに対して高い耐性を有することから長期にわたって空気側から密封流体側への空気漏れが十分に防止され、密封流体Ｒ側での油潤滑若しくは飛沫状態、及び、空気Ａ側での加圧から負圧等の加圧変動が防止される。また、第一シールエレメント２への空気圧による影響が第二シールエレメント３によって十分に低減し、その結果、第一シールエレメントの長寿命化も図られ、かかる相乗効果により、回転軸シール１は優れたシール性能を長期間持続し得る。
【００２７】
本発明の回転軸シール１は、上述のようにハウジングＨと回転軸Ｓとの間に装着された状態で、第二シールエレメント３の回転軸Ｓへの摺接幅ｗ２が第一シールエレメントの回転軸への摺接幅ｗ１よりも小さくなるように形成されたものであることが好ましい。ここで「摺接幅」とは、回転軸ＳとハウジングＨとの間に装着された状態で第一シールエレメント２，３の回転軸Ｓに摺接される部分である、摺接部２ａ，３ａの軸線方向に沿った直線距離をいう。
このように第二シールエレメント３の回転軸Ｓへの摺接幅ｗ２を第一シールエレメント１の回転軸Ｓへの摺接幅ｗ１よりも小さくすることで、上述した効果に加え、上記摺接幅ｗ２は上記摺接幅ｗ１と同等あるいは大きい場合と比較して第二シールエレメント３における摺接部３ａの摺接面の摩耗や発熱をさらに低減することができ、回転軸シール１をさらに長寿命化できる。また、第二シールエレメント３の軸緊迫力を第一シールエレメント２より低くすることができるので、空気Ａ側から密封流体Ｒ側への微量な気体（空気）漏れを許容するため、漏れ気体により第一シールエレメント２を冷却（空冷）し、第一シールエレメント２の寿命を延ばすという効果もある。
【００２８】
具体的には、第一シールエレメント２の摺接幅ｗ１と第二シールエレメント３の摺接幅ｗ２の差が０．７ｍｍ〜１．２５ｍｍの範囲内であるように設定されるのが好ましく、０．８５ｍｍ〜１．１ｍｍの範囲内であるように設定されるのがより好ましい。上記摺接幅の差が０．７ｍｍ未満であると、第二シールエレメント３の回転軸Ｓへの押圧力低減の効果が小さくなるか、あるいは第一シールエレメント２の回転軸Ｓの押圧力が大きくなり過ぎて発熱や摩耗の原因となり易くなる傾向にあるためである。また上記摺接幅の差が１．２５ｍｍより大きいと、第二シールエレメント３の摺接幅ｗ２が小さ過ぎる場合には第二シールエレメント３の補助的なシールとしての機能が失われ易くなり、また第一シールエレメント２の摺接幅ｗ１が大き過ぎる場合には発熱や摩耗の原因となり易くなる傾向にあるためである。
【００２９】
また本発明の回転軸シール１においては、上記のように摺接幅ｗ２を摺接幅ｗ１よりも小さく選ぶことに加え、第二シールエレメント３の厚みｄ２を第一シールエレメント２の厚みｄ１よりも小さく選ぶのが好ましい。これによって、上述した第二シールエレメント３における摺接部３ａの摺接面の摩耗や発熱の低減や第一シールエレメント２の冷却などの効果をさらに顕著なものとすることができる。
【００３０】
具体的には、第一シールエレメント２の厚みｄ１を０．４ｍｍ〜１．２ｍｍ、かつ第二シールエレメント３の厚みｄ２を０．２５ｍｍ〜０．９０ｍｍの範囲内に選択するのが好ましい。
第一シールエレメント２の厚みｄ１が０．４ｍｍ未満であると、後述するスクリュー溝の形成が困難となる傾向にあるためであり、また１．２ｍｍを超えた厚みとすると、回転軸Ｓへの押圧力が大きくなり過ぎて発熱や摩耗の原因となり易くなる傾向にあるためである。また第二シールエレメント３の厚みｄ２が０．２５ｍｍ未満であると、第二シールエレメント３の剛性が低くなり空気Ａ側の圧力変動を吸収しにくくなる傾向にあるためであり、０．９０ｍｍを超えた厚みとすると、回転軸Ｓへの押圧力が大きくなり過ぎて発熱や摩耗の原因となり易くなる傾向にあるためである。
【００３１】
また上記中でも、第一シールエレメント２の厚みｄ１を０．５ｍｍ〜０．８ｍｍ、かつ第二シールエレメント３の厚みｄ２を０．４０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲内に選択すると、空気Ａ側で急激な圧力変動が発生しても、第一シールエレメント２は異常変形や揺動、異常摩擦を生ずる虞がない。
【００３２】
第一シールエレメント２は、上述した第二シールエレメント３と同様に円形孔を有する円板状物で実現され、回転軸シール１をハウジングＨと回転軸Ｓとの間に装着した状態において、図１のようにその断面が略Ｌ字型に屈曲する形状となるように摺接部２ａでもって回転軸Ｓに押圧されて使用される。かかる第一シールエレメント２は、上記摺接部２ａを含む円形孔周辺部の摺接面側に、スクリュー溝１５が形成されてなるのが好ましい。スクリュー溝１５は、第一シールエレメント２の軸線を中心とする螺旋状であってもよく、多重の同心円状であってもよい。
【００３３】
このようなスクリュー溝１５が形成されることで、回転軸Ｓの静止時には該回転軸Ｓからの密封流体Ｒの漏れを防止することができ、また回転軸Ｓの動作（回転）時には、該回転軸Ｓとの接面からの密封流体Ｒの漏れがわずかに発生するが、上記のスクリュー溝１５に侵入した密封流体Ｒの粘性による連れ戻り作用により押し戻し方向の回転流が発生し、わずかに漏れ出た密封流体Ｒをも押し戻すハイドロダイナミック作用（ポンピング作用）を得ることができる。また上記ハイドロダイナミック作用は、第一シールエレメント２の回転軸への押圧による発熱や摩擦を低減させ得る潤滑作用をも有する。
【００３４】
上記スクリュー溝１５は、３条形成されるのが好ましい。これによってスクリュー溝が１条である場合と比較して、ハイドロダイナミック作用が増大され、第一シールエレメント２の摺接面の密封流体Ｒの循環を活発とさせて（大きくさせて）、発熱を低減させることができ、密封流体Ｒの劣化、ならびに第一シールエレメント２の摩耗を低減させることができる。また、劣化した密封流体Ｒのスクリュー溝１５への侵入によるシール性能の低下の影響を受けにくく、高速回転、高温下での使用に適している。
【００３５】
スクリュー溝１５はその深さやピッチに特に制限はないが、その深さが０．２ｍｍ〜０．６ｍｍであるのが好ましく、またピッチが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであるのが好ましい。
スクリュー溝１５の深さが０．２ｍｍ未満であると、ハイドロダイナミック作用の発生が不充分となる傾向にあるためであり、また０．６ｍｍを超えると、スクリュー溝１５への密封流体Ｒの侵入が多く、密封流体Ｒが漏れる原因となる傾向にあるためである。またスクリュー溝１５のピッチが０．１ｍｍ未満である場合および０．３ｍｍを超える場合には、ハイドロダイナミック作用による密封流体Ｒの流れが悪くなる傾向にあるためである。
【００３６】
なお図１に示した態様の回転軸シール１において、アウターケース３、第一インナーケース５、第二インナーケース６およびワッシャ８の形成材料としては、合金や鋼などの金属材料であれば特に制限はない。なお上記発熱によるシールエレメントの劣化を抑制し得る観点からは、アウターケース３、第一インナーケース５、第二インナーケース６およびワッシャ８のうちの少なくともいずれかを、放熱作用の高いアルミニウム合金で形成することが好ましい。これにより上述した空気Ａ側から密封流体Ｒ側への微量な気体（空気）漏れを許容による冷却作用を顕著に発揮させることができ、回転軸シール１における蓄熱を解消することができる。
【００３７】
またガスケット７は、たとえば、フッ素ゴム、ＨＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ＥＰＲ、シリコーンゴム等の当分野で従来より広く使用されているゴム材料を適宜使用すればよい。またシーラント層１４は、たとえばアクリルゴム、フッ素ゴムなどのゴム材料、ゴムと樹脂の混合材料等を加圧成形したり、溶剤にてペースト状にしたものを塗布、乾燥する方法などで形成することができる。
【００３８】
【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制限されるものではない。
実施例１
ＰＴＦＥを７７重量％、板状結晶を有するパラヒドロキシ安息香酸のホモポリマーの粉末（エコノール（商品名）、住友化学工業社製、見掛比重（ｇ／ｃｃ）：０．３５、３５０メッシュ以下：８８％、１７０メッシュ以上：１％以下、平均粒径：１５±５μｍ）を２０重量％配合してなる組成物をヘンシェルミキサで攪拌混合し、金型で加圧成形した後、３６０℃の温度で焼成した後、切削加工によって径が５ｍｍ、長さが１２ｍｍの円柱ピン状の試料を作製した。
【００３９】
実施例２
芳香族ポリエステル樹脂粉末の代わりにポリイミド樹脂粉末（見掛比重（ｇ／ｃｃ）：１．３３、１０μｍ〜８０μｍの粒径範囲にある粒子の占める割合が全体の９０体積％、平均粒径：２８μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして試料を作製した。
【００４０】
実施例３
芳香族ポリエステル樹脂粉末の代わりにフェノール樹脂粉末（見掛比重（ｇ／ｃｃ）：０．３〜０．７、真比重：１．４〜１．５、平均粒径１５μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして試料を作成した。
【００４１】
比較例１
ＰＴＦＥを８０重量％、平均繊維長が１０〜２００μｍ（アスペクト比：２０）のガラス繊維を２０重量％配合してなる組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして試料を作製した。
【００４２】
比較例２
ＰＴＦＥを７５重量％、平均粒径が３４±５μｍのカーボングラファイトを２５重量％配合してなる組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして試料を作製した。
【００４３】
〔評価試験〕
実施例１、比較例１、２で作製した各試料について、ピンオンディスク法によって下記条件にて摩耗試験を行い、（１）摩耗係数（ｃｍ^３／ｍｉｎ／ｋｇｆ／ｍ／ｈ）、（２）動摩擦係数を測定した。
・使用機器：スラスト型摩擦摩耗試験機
・無潤滑条件
・圧力：６ｋｇｆ／ｃｍ^３
・速度：４０ｍ／ｍｉｎ
・温度：１００℃
・相手部材：ステンレス鋼ＳＵＳ３０４製ディスク（表面粗さ：０．８μｍ／Ｒｍａｘ）
また、以下の項目についても評価した。
（３）動摩擦係数の安定性
○：短時間（１０分程度）での摩擦係数の変動幅が０．０５以下である。
△：短時間（１０分程度）での摩擦係数の変動幅が０．０５〜０．１である。
×：短時間（１０分程度）での摩擦係数の変動幅が０．１以上である。
（４）相手部材の損傷度
７２時間、摩耗試験を行い、試験前後での相手部材の表面粗さを触針式表面粗さ計を用い、ＪＩＳ　Ｂ　０６５１の規定に準拠して測定し、試験前後での相手部材の粗さの差から、相手部材の損傷度を測定した。なお上記表面粗さの測定と定義は、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１の規定による。
○：試験前後で相手部材の粗さの差が０．０３μｍ以下。
△：試験前後で相手部材の粗さの差が０．０３〜０．０６μｍ。
×：試験前後で相手部材の粗さの差が０．０６μｍ以上。
（１）〜（４）の結果を、表１に示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、第二シールエレメントの耐摩耗性および耐クリープ性が向上され、従来より長寿命化された回転軸シールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい一例の回転軸シール１を簡略化して示す、径方向における断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　回転軸シール
２　　　　　第一シールエレメント
３　　　　　第二シールエレメント

Claims (5)

1. 回転軸とハウジングとの間に装着され、第一シールエレメントおよび第二シールエレメントの各摺接部を回転軸の周方向に摺接させて流体を密封するための回転軸シールであって、
   上記装着された状態において第一シールエレメントよりも上記流体から離反した側に配置される第二シールエレメントが、ポリテトラフルオロエチレンに耐熱性樹脂粉末を配合した組成物を成形したものであることを特徴とする回転軸シール。
2. 上記装着された状態において第二シールエレメントの回転軸への摺接幅が第一シールエレメントの回転軸への摺接幅よりも小さくなるように形成されたものである請求項１に記載の回転軸シール。
3. 耐熱性樹脂粉末が、芳香族ポリエステル樹脂粉末、ポリイミド樹脂粉末、ポリフェニレンサルファイド樹脂粉末、フェノール樹脂粉末、ポリエーテルエーテルケトン樹脂粉末、パーフルオロアルコキシ樹脂粉末及びポリベンゾイミダゾール樹脂粉末からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１または２に記載の回転軸シール。
4. 耐熱性樹脂粉末が、芳香族ポリエステル樹脂粉末である請求項１または２に記載の回転軸シール。
5. 回転数が１５０００ｒｐｍ〜２００００ｒｐｍの回転軸に使用されるものである、請求項１〜４のいずれかに記載の回転軸シール。

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