JP2007514115A - ポリテトラフルオロエチレン等の大径シール - Google Patents

Abstract

【課題】 ＰＴＦＥなどから形成されるリップを有する大径シールの提供。
【解決手段】 大径のＰＴＦＥシールである。そのシールリップは、ＰＴＦＥの長い帯状片から形成される。その帯状片は、その端部が継当てテープを使って互いに留められ、閉ループを形成する。さらに、そのループは、フランジを付けられ、ゴム状のガスケットと共に、内枠と外枠との間に配置される。そして、その両枠は、リップ材料をその間に挟み込んで、互いに圧着される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般に大径シールおよびその製造方法に関係し、より具体的には固体ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または同種のフルオロカーボン製のリップを含むシールに関する。

リップ用のＰＴＦＥ材料または同種の材料を有するシールは、優れた耐摩耗性や、化学物質その他の溶剤への耐性が優れるなど多数の利点があるが、当該シールは大径で製造するのが比較的難しく、費用が高かった。

当該大径シールは、例えば、製鋼所で使用するローラーなどの巨大なローラーの軸受に潤滑油を封じ込めると同時に、ローラーに汚染物質が入り込まないようにするために使用される。当該ローラーは一般に直径が２４〜４８インチ（約６１〜１２２センチ）、あるいは６０インチ（約１５２センチ）やそれ以上になることさえある。

比較的最近、発電用に巨大な羽根でタービンを回す近代型風車が使われるようになってきた。これら風車は通例、直径がおそらくは２フィート（約６０センチ）以上ある非常に大きなシャフトを有する。これらシャフトは、テトラフルオロエチレン製のリップの利点、これらリップが作用する条件に鑑みて、特に排除機能、を有するシールが必要である。

しかし、当該シールを製造する費用のために、当該シールの使用はやや限られたものとなっている。いずれにしても、より経済的で、しかもなお効果の高いシールが必要とされ、おそらくは大いに望まれていることであろう。

この種の大径シールを製造する難しさは、まずリップを製造する原材料を考えると少なくとも２つの方法があるが、それぞれに実質的な欠点があることである。当該シールの製造方法のひとつが、ＰＴＦＥの円筒形のビレットの薄い一端を切断することで、巨大な直径であるが薄いリング状のＰＴＦＥ材料が形成される。しかし、この仕事を遂行するのに必要なサイズのビレットを得るには極めて高額の費用を要する。

シート材からシールのリップ部分を形成する方法は、小径のシールだと問題はない。しかし、大径になると、当該適正なサイズのシートは、実際に見つかったとしても、法外な値段である。しかも、後で切り取ることになる全中央部分は通常廃棄される。残りのシートはより小径シールの発生を待たなければならない場合もある。大きな残りのシート材料を使えるであろう中間サイズの需要はないかもしれない。

しかし、本発明によると、非常に一般的に入手できる材料の帯状片を使用することができ、その場合、折り曲げて（つば出しして）、そして外径を内径よりもやや大きくし、最終的に大きな閉ループの材料にする。このようなループの内径（「ｉ．ｄ．」）はその後当該大径シールの主リップとして使用できる。

リップを製造する材料は、非常に長い帯状片として妥当なコストで容易に入手できる。当該帯状片材料は概して長さが数百フィート（約１５０メートル）までで、幅が１〜１．５インチ（約２．５〜３．８センチ）、厚さが０．０１５〜０．０６０インチ（約０．０３８〜０．１５２センチ）、通常は０．０３０〜０．０５０インチ（約０．０７６〜０．１２７センチ）であろう。本発明によると、この形の材料は、概して３０°から４５°離れて、角度を成す２本の脚を形成するように、折り曲げられる。その後、帯状片に１インチ（約２．５）または２インチ（約５センチ）の間隔で切込みを入れる、または外径（「ｏ．ｄ．」）まで一連のスリットと一緒に穴を開けることができる。当該切抜きで（ＰＴＦＥ）材料を曲げることができるので、連続した環状ループにできる。これは材料の帯状片の整形端部を突き合わせた状態に置いて、薄いフルオロカーボン（ＰＴＦＥ）テープの補足片を重ねることにより可能である。当該目的のために、テープは例えば０．００７インチ（約０．０１８センチ）の厚さにすることができ、両端を重ねて、その後約５００〜５５０°Ｆ（約２６０〜２８８℃）またはそれ以上の温度に上昇させる。

こうして外径を成形して切れ込みまたはスリットを入れたこのようなリップは、その後内枠と外枠の間に入れて、成形ゴムガスケットなどのガスケット手段を使って、２つのＬ字形フランジの間に圧縮し、その外側のものを内側のものに圧着して、内枠を適所に維持する。

代替方法は、それに穴とスリットを形成することによって外側に切れ込みを入れるというわずかに異なる形態を伴う。加えて、実際にシール材の外径に穴を開けず、リップ材料の外径に有意な深さのＶ字形の凹部またはへこみ部分を設けることによって形成する方法がある。この方法は、リップ部分の外径を曲げやすくし、その接続にも便利である。

従って、先行技術が大径のＰＴＦＥまたは同種のリップシールを提供できないことに鑑みて、発明の目的は、ＰＴＦＥまたは同様な材料から形成するリップを有する改良された大径シールを提供することである。

別の目的は、当該シールを製造する新規な方法または複数の方法を提供することである。

別の目的は、薄く細い帯状片状の容易に入手できるＰＴＦＥ材料を選択する工程と、両端を接合する工程と、そのように成形された帯状片をつば出しする工程と、帯状片に大きくした外径を与える工程とを有する工程でこのようなシールを形成することである。

発明の別の目的は、ＰＴＦＥ帯状片などの原材料を効果の高いシールにするのに適した緩やかに湾曲した外径に成形する一または複数の方法を提供することである。

発明のさらに別の目的は、好ましくは加熱したローラーと、穴開け装置または切削装置を使用して、材料をつば出しし、材料の帯状片の外径に切れ込みを入れ、新規な方法によるシール製造に適するようにしたシステムを提供することである。

発明の別の目的は、つば出しされ、多数の半径方向の切れ込みを含み、加工するシールの外径を効果的に拡大するシールを提供することである。

別の目的は、リップ材料を適度なまたは浅いＶ字形のフランジに成形して、そのように作られたフランジの内径が製造中過度にひずまないようにすることである。

発明の別の目的は、リップの内径に対して大きな寸法に形作れるように、シールの原材料の外径に切れ込みを入れる方法を提供することである。

発明の目的と利点は、ＰＴＦＥまたは同種の材料の細長い帯状片をつば出しし、フランジから帯状片の反対の縁を細長くまたは薄くさせ、薄くしたまたは切削した縁と接着剤を内枠と外枠の間に置き、外枠を内枠に圧着してリップを適所に維持して、大径のＰＴＦＥまたは同様なシールを形成することによって達成される。

発明の上記および他の目的と利点を実際に達成する方法は、以下の発明の好適な実施例の説明に関連付けて考え、全体を通し同じ参照番号が対応する部品を示す図面を見ればより明確に理解できるであろう。

本発明は様々な方法で実施され得るものであり、当業者はいくらかの変形を思いつく可能性があるが、本発明のいくつかの実施例が実施に移される方法について、簡単に説明する。

ここで、より詳細には図面を参照して、図１と図２は、いくぶん概略的に且つ全体を１０で示して帯状片を示しており、これはＰＴＦＥまたは同種のフルオロカーボン材料、たとえば「テフロン（登録商標）」などで形成され、１２のところのようにフランジを付けられ、１４のところのように穴を開けられ、ＰＴＦＥシールのリップ部１６（図３および図４）として使用するために、連続ループ１５に形成するのに適するようにされている。この際、帯状片１０の両端部１８，２０は、ある一定形状が付けられたその端面部２２，２４を互いに突き合わせて、接合されるように決められている。その後、たとえば、帯状片１０と同じか類似の材料でできており、厚さが０．００７インチ（約０．０１８センチ）のテープなど、薄く細長い被覆材料片２６が、両端１８，２０の接合部に重ねられる。その後、帯状片の両端１８，２０は、５００〜５５０°Ｆ（約２６０〜２８８℃）に加熱される。

そのような処理を受ける直前に、帯状片１０は、全体を２８で示す切削・成形装置に入れられる。その装置は、全体を３０で示すある一定形状が付けられた樋と、全体を３２で示す加熱ローラーとを備え、そのローラーは、必要なフランジ１２すなわち段部を材料に与えるように、傾斜した作業面３４，３６を有する。

そのローラーは、種々の下向きの力を受ける車軸３８に保持される。たとえば、ローラーは、帯状片１０を樋へ押し込んで、帯状片１０に所望のフランジ１２を押し与える。帯状片１０の厚さにもよるが、この力は、１平方インチ（約６．４５平方センチ）あたり２００ポンド（約９１キログラム）（２００ｐｓｉ）以上となり得る。加えて、少なくとも一時的な外形を帯状片に与えたいなら、場合によって、ローラー３２は約５００°Ｆ（約２６０℃）またはそれ以上まで加熱してもよい。二つの支持体４０，４２は、各々フレーム４４に固定される。これら支持体は各々、車軸３８に下向きに作用するピストンシリンダー装置３７の一端を保持する。その結果、典型的には直径１．５インチ（約３．８センチ）で厚さが約０．０３０〜０．０５０インチ（約０．０７６〜０．１２７センチ）のほぼ浅いＶ字形すなわちフランジが、テフロン（登録商標）材料のこれら帯状片に与えられる。

図示するＶ字形にローラー３２により成形された直後、その素材はさらに、全体を４３で示す切込み装置により、全体を１４で示すある一定形状が付けられた複数の切抜きを形成される。各切抜き１４は、半円形の内面４４と、一対のわずかに相隔たる側壁面４６，４８とを有する。

連続ループ１５を形成するために、前述したように、ループ１５の閉じた両端部１８，２０は、図４において全体を５０で示す加熱クランプ内に配置される。この加熱クランプは、全体を５２で示すある一定形状が付けられた上側部と、全体を５４で示すある一定形状が付けられた下側部とを有する。その一定形状は、図１に関連して述べた、ある一定形状が付けられたローラーによって素材に与えられているＶ字形の溝またはフランジのものである。

加熱上面５６と加熱下面５８とは、その後、作動されて、約５００〜５５０°Ｆ（約２６０〜２８８℃）まで昇温される。その際、これは、細長い素材片の両端１８，２０と前記テープ２６とを互いに融着させて、連続ループ１５に形成する。テープ２６は、テープ両端１８，２０の一定形状部２２，２４に生じ得るわずかな隙間や欠陥を埋める。

本方法のこの部分を行った後、シールは、図５および図６に概略的に且つ全体を６０で示されて、これら部品から形成される。そのシールのリップ部の外径（「ｏ．ｄ．」）７６は、全体を６２で示す外枠と、全体を６４で示す内枠との間に保持される。外枠６２は、半径方向フランジ６６と、軸方向に延びるフランジ６８と、厚さを薄くした圧着部７０とを含む。内枠６４は、半径方向フランジ７２と、軸方向フランジ７４とを含む。連続帯状片１５の外径すなわち切込みを入れた部分７６と、いわゆる二次的で不動のシール面を補助すると共に帯状材１５を枠６０に固定する補助として使用される弾性材料のガスケット７８とが、半径方向フランジ６６，７２間に挟み込まれる。このガスケット材料７８は、合成ゴム、熱可塑性エラストマー、またはシリコンゴムなどの物質の平坦片またはビードから作られる。ＲＴＶ（室温加硫性）シリコンを使う場合もある。そのゴム状素材は、シールの様々な隙間を埋める助けとなり、こうして形成された全体を１６で示すリップ部をシール組立体内の適所に保持するのに役立つ。その正確な構造や形状とは無関係に、ゴム製のガスケットは、硬化したり弛緩したりするＰＴＦＥ材料のコールドフロー傾向を克服するだけにとどまらない。これは、ゴム性材料が相当な弾性を永久に留めるためである。最終的な組立は図６に示すように行い、外枠６２の厚みを減らした部分７０を、内枠６４の軸方向フランジ７４にしっかりと圧着して、各部品を組立状態に保持する。

図７は、シールを作る代替法を示している。これは、全体を８８で示すスリットが素材にある以外は、図２に示すものと実質的に同じであり、これらスリットは、穴９０をドリルまたはパンチで開け、帯状片９４の外径に、スリット９２を切開または形成して作られる。これで帯状片９４の外径部分は、素材をループにしその内径をつば出しするときに必要なより大きな径とすることができる。

さて、図８を参照して、これはシール帯状片１１を曲線部にするための、さらに別の方法を示している。この場合、帯状片１１０のつば出しは、簡潔にするために図示していない。この場合に必要な曲線は、成形する材料の厚さと等しい隙間だけ離して対向させた一対の加熱ローラー１１２，１１４で作られる。上ローラー１１２だけは、たとえば複数の三角形の凸部１１６をその表面に備える。帯状片１１０がそのローラーの間を通ると、複数の凹部すなわち窪み１１８が、帯状片１１０の上面に形成される。

帯状片は薄くされるため、同時に広げられて、外面１２０が内面１２２よりも長くなる。さらにこれは、外面を拡大させることになる一方、内面は同じままとする。その結果、素材１１０に曲線が与えられる。フランジは簡潔のために図示していないが、他の図のものと同じ状態である。素材の凹部は、厚さと形状を調整して、所望の外径の湾曲を作ることができる。単なる例として、帯状片１１０の厚さが０．０５０インチ（約０．１２７センチ）の場合、これらは深さが最大０．０４０インチ（約０．１０２センチ）である。

凹部、スリット、または一定形状の切抜き（すべてを集合的に脆弱領域という）を含む縁と反対側における帯状片の縁のつば出しは、フランジをつける縁が座屈したり、シールするため円筒形のシャフトに平らに広がる面ではなく不規則な表面を形成したりするのを防ぐのに、極めて重要である。

ゴムまたはゴム状のガスケット材料で、リップ素材の外径の少なくとも一部を囲むことも重要である。このように、二次的な（不動）シールがその完全状態と耐久性とを維持する。

薄いテープ素材は、帯状片の両端部に重ねる位置から、その両端部を接合する際、省くこともできると考えられるが、帯状材が不規則であるため、これはあり得そうにない。

ＰＴＦＥを言及する場合、当業者には、当該材料が一般的に、ガラス繊維、グラファイト、二硫化モリブデン、またはいくつかの他の添加物などの一以上のフィラーを含むことができ、またこの場合には含むことは理解されるであろう。

このように、本発明が新規で効果的な大径シールおよびそれを作る材料を提供し、発明が本明細書に指摘したものや、発明に内在する他のものなど、多数の利点と特徴を有することが分かるであろう。

図１は、本発明により、圧延してフランジにし、その外縁になる部分を穿孔した細長いＰＴＦＥ帯状片の一端を示している。 図２は、融着プロセスにおいて補助するために同種材料の薄い小片をその上に載せてループを形成するために接合するＰＴＦＥ帯状片の両端をやや概略的に示している。 図３は、外径に切抜きまたは切込みを有する曲線にするフランジ付き帯状片の部分を示している。 図４は、図２の帯状片の端部を一緒に融着するために、このように成形した帯状片を加熱クランプに入れる工程を示している。 図５は、外枠を適所で圧着して、シールのリップ部分を正しい位置に維持する前のその組立位置の層を示している。 図６は、最終的に組み立てて圧着した状態の図５のシールを示している。 図７は、シールの外辺をつば出しし、穿孔する代替形態を示している。 図８は、帯状片の外縁の部分を型押しまたは薄くして、シール帯状片の外径の部分を半径方向に拡大するさらに別の形態を示している。 図９Ａは、図８の９Ａ−９Ａ線に沿って切断した、図８のシールリップを形成する材料のある位置における断面を示している。 図９Ｂは、図８の９Ｂ−９Ｂ線に沿って切断したシールの別の断面を示している。

Claims (13)

1. ＰＴＦＥまたは同種のリップと、二部材を合わせてなる金属製枠とを有する大径シールの製造方法であって、
   ＰＴＦＥまたは同種の材料の延出した帯状片から、前記シールのリップ部を形成する工程、
   前記材料の帯状片の一辺を少なくとも部分的につば出しする工程、
   前記帯状片の反対辺に多数の相隔たる脆弱領域を形成する工程、
   前記帯状片の両端部を互いに突き合わせて、前記脆弱領域を有する前記帯状片を、ＰＴＦＥまたは同種の材料の連続ループにする工程、
   相溶性の材料の薄い帯状片を、前記突き合わせ端に重ねて、前記両端部を高温に上昇させる工程、
   前記帯状片の前記脆弱領域を、前記帯状片の外辺へ向けて置く工程、
   少なくとも前記脆弱領域を外枠の半径方向フランジ部に重ねて、前記リップ材料に隣接してゴム状のガスケット材料を配置する工程、
   前記外枠に嵌め込む内枠で、前記帯状片の前記外辺を覆う工程、
   前記内枠に前記外枠を圧着し、それによってＰＴＦＥまたは同種の材料の前記帯状片を適所にしっかり拘束し、そしてそれによってＰＴＦＥまたは同種の材料のフランジ付きの作用接触リップを有するシールを作る工程
   を有することを特徴とする大径シールの製造方法。
2. 前記脆弱領域が、前記帯状片の外辺における複数のＵ字形の切抜きからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の大径シールの製造方法。
3. 前記脆弱領域が、略Ｖ字形の外形を有する厚みを減らした複数の領域を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の大径シールの製造方法。
4. 前記脆弱領域が、一辺から離れた円形開口部を含み、
   前記円形開口部は、前記材料の外辺まで延びるスリットと交わる
   ことを特徴とする請求項１に記載の大径シールの製造方法。
5. 前記ゴム状の材料が、天然ゴムおよびシリコンＲＴＶエラストマーを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の大径シールの製造方法。
6. 前記ゴム状のガスケット材料を前記リップ材料に隣接して配置する工程が、前記内と外の両枠によって前記材料を嵌め込むように置く工程を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の大径シールの製造方法。
7. 前記ゴム状の材料が、シリコンエラストマーのビードからなる
   ことを特徴とする請求項５に記載の大径シールの製造方法。
8. ＰＴＦＥまたは同種のリップ部と、金属製の枠部とを有する大径シールであって、
   ＰＴＦＥまたは同種の材料の長細い帯状片から形成され、少なくとも両端部と、同種材料の重ね合わせ継当て片とを、互いに加熱および加圧して接合させて連続ループを形成し、前記ループが、前記ループの内側の辺縁部に、少なくとも部分的にフランジ部を有するリップ部と、
   前記ループの前記外径を拡大する多数の相隔たる脆弱領域であって、前記脆弱領域が前記金属製枠の一方の半径方向フランジ部に重なり、前記枠の他方が前記ループの前記外径を押え付ける脆弱領域と、
   前記枠間に配置され、前記リップの少なくとも一面に付けられ、前記枠の前記半径方向フランジが前記ループの前記フランジを付けられた内径に届かず終端し、それによって、前記リップの前記フランジ部を露出したままにして、シールされる部材に当って排除用シールを作る、ゴム状のガスケット素材と
   を組み合わせてなることを特徴とする大径シール。
9. 前記脆弱領域が、前記リップの前記外径における多数のＵ字形の切抜きからなる
   ことを特徴とする請求項８に記載の大径シール。
10. 前記脆弱領域が、略Ｖ字形の外形を有する厚みを減らした多数の領域からなる
    ことを特徴とする請求項８に記載の大径シール。
11. 前記脆弱領域が、前記リップの外辺から離れた円形の開口部を有し、
    前記開口部は、前記外辺の外縁まで延びるスリットと交わる
    ことを特徴とする請求項８に記載の大径シール。
12. 前記ゴム状の材料が天然ゴムとシリコンＲＴＶエラストマーを含む
    ことを特徴とする請求項８に記載の大径シール。
13. 前記ゴム状のガスケットが、前記リップの両側に付けられる
    ことを特徴とする請求項８に記載の大径シール。

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