JP2012508358A - 大直径の熱可塑性シールの形成方法 - Google Patents

Abstract

シールリングの形成方法は、押出ロッドをガラス転移温度よりも高い温度に加熱するステップを含む。押出ロッドは第１および第２の端部を有する。この方法は、ガラス転移温度よりも高い温度で押出ロッドを環状構造に曲げるステップと、押出ロッドの第１および第２の端部を接合して半完成リングを形成するステップと、半完成リングをアニールするステップとをさらに含む。

Description

本開示は、一般に熱可塑性シールに関し、特に大直径の熱可塑性シールに関する。

さまざまな産業では、作業上の要求に適合させるため、大型設備への関心がますます高まっている。産業では大型設備が開発されるため、シールおよびＯリングなどの大型部品が探し求められている。多くの場合、大型設備は離れた場所の過酷な環境中に配置されるため、耐久性で丈夫なシールへの要求が高まっている。たとえば、石油ガス産業は、より深い深海での掘削を探求しているため、使用される設備の規模が大きくなり、その結果、過酷な環境に耐えることができる耐久性のより高い大型製品への要求が増加している。しかし、熱可塑性シールを形成するための従来方法では、所望の機械的性質を有する大直径シールは製造されない。

従来方法の１つとしては、圧縮成形が挙げられる。従来の圧縮成形シールは、破断時伸びが低いなど、機械的性質が不十分である。その結果、このような従来の圧縮成形技術によって形成されたシールは、耐久性が低くなり、性能が不十分となる傾向にある。

他の従来技術では、製造可能なシールの大きさが制限され、多量の廃棄物が生じる傾向にある。たとえば、環状シールは、熱可塑性材料の押出成形シートから切り取られ、多量の廃棄物が残ることがある。さらに、シールの大きさは、熱可塑性材料のシートの幅によって制限される。

したがって、シールの新規な形成方法が望まれている。

添付の図面を参照することによって、本開示をより十分に理解できるであろうし、本開示の種々の特徴および利点が当業者には明らかとなるであろう。

代表的なシールの図である。 代表的なシールの図である。 シールを形成するための代表的な方法のブロック図である。 シールを形成するための代表的な方法のブロック図である。 成形装置の図である。 代表的な加熱装置の図である。 切断用の代表的なステンシルの図である。 代表的な熱可塑性ロッドの図である。 代表的な押出材料の図である。 代表的な溶着装置の図である。

異なる図面中で同じ参照記号が使用されている場合は、類似または同一の要素を示している。

特定の一実施形態においては、シールリングの形成方法は、押出ロッドを加熱するステップと、押出ロッドを曲げるステップと、押出ロッドの端部を接合して半完成リングを形成するステップと、半完成リングをアニールするステップとを含む。半完成リングは、機械加工またはさらなる処理によって、シールリング、バックアップリング、またはその他のシール手段を形成することができ、本明細書においては一括してシールリングと呼んでいる。一例においては、押出ロッドの端部を接合するステップは、端部を溶融させ、端部を互いに押し付けることによって、押出ロッドの端部を溶着するステップを含む。特に、押出ロッドを加熱するステップは、ガラス転移温度より高温までロッドを加熱するステップを含む。たとえば、押出ロッドは、０．６５〜０．９９９の範囲内の熱指数まで加熱することができる。さらなる一例においては、半完成リングは、ガラス転移温度よりも高い温度で少なくとも２時間アニールされる。

別の代表的な一実施形態においては、シールリングは、ＡＳＴＭ Ｄ６３８試験規格による溶着部破断時伸びが少なくとも５％である押出熱可塑性材料を含む。シールリングは、少なくとも１．５メートルの円周を有する。たとえば、シールリングは少なくとも１．３メートルの直径を有することができる。一例においては、シールリングは少なくとも１つの溶着部を含む。特定の一例においては、押出熱可塑性材料は、１００℃を超えるガラス転移温度を有する熱可塑性材料を含む。さらなる一例においては、押出熱可塑性材料は、０．４５以下の摩擦係数を有する。さらに、熱可塑性材料は、少なくとも３１００ｐｓｉ（２１．４ＭＰａ）の降伏引張強度を有することができる。

図１中に示されるように、シールリング１００は、熱可塑性ロッド１０２を含むことができる。一例においては、熱可塑性ロッドは、溶解押出ロッドなどの押出熱可塑性ロッドである。特に、押出熱可塑性ロッドは、ペースト押出されたものではない。あるいは、ロッド１０２は圧縮成形ロッドであってよい。熱可塑性ロッド１０２の端部は、溶着部１０４において接合することができる。図２中に示される別の一実施形態においては、シールリング２００は熱可塑性ロッド２０２および２０４を含むことができる。熱可塑性ロッド２０２および２０４は、それらの端部で溶着部２０６および２０８において接合することができる。本明細書に記載の方法は、１つの曲げられたロッドから形成されるシールリングに関して一般的に説明するが、本発明の方法は、２つ以上の熱可塑性ロッド、たとえば、２、３、４またはそれを超える数の押出ロッドから形成されるシールリングに拡張することができる。

図３は、シールリングを形成するための代表的な方法３００の図である。この方法は、３０２に示されるように押出熱可塑性ロッドを加熱するステップを含む。あるいは、ロッドは圧縮成形ロッドであってもよい。熱可塑性ロッドは、エンジニアリング熱可塑性ポリマーまたは高性能熱可塑性ポリマーなどの熱可塑性材料から形成することができる。たとえば、熱可塑性材料は、ポリケトン、ポリアラミド、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリアミドイミド、超高分子量ポリエチレン、熱可塑性フルオロポリマー、ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール、液晶ポリマー、またはそれらのあらゆる組み合わせなどのポリマーを含むことができる。一例においては、熱可塑性材料は、ポリケトン、ポリアラミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルホン、フルオロポリマー、ポリベンゾイミダゾール、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせを含む。特定の一例においては、熱可塑性材料は、ポリケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアミドイミド、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせなどのポリマーを含む。さらなる一例においては、熱可塑性材料は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせなどのポリケトンを含む。熱可塑性フルオロポリマーの一例としては、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとのターポリマー（ＴＨＶ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、エチレンクロロトリフルオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。代表的な液晶ポリマーとしては、ＸＹＤＡＲ（登録商標）（Ａｍｏｃｏ）、ＶＥＣＴＲＡ（登録商標）（Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ）、ＳＵＭＩＫＯＳＵＰＥＲ（商標）またはＥＫＯＮＯＬ（商標）（住友化学）、ＤｕＰｏｎｔ ＨＸ（商標）またはＤｕＰｏｎｔ ＺＥＮＩＴＥ（商標）（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ）、ＲＯＤＲＵＮ（商標）（ユニチカ）、ＧＲＡＮＬＡＲ（商標）（Ｇｒａｎｄｍｏｎｔ）の商品名で市販されるもの、あるいはそれらのあらゆる組み合わせなどの芳香族ポリエステルポリマーが挙げられる。さらなる例においては、熱可塑性ポリマーは超高分子量ポリエチレンであってよい。超高分子量ポリエチレンは、ガラス転移温度が約−１６０℃であるにもかかわらずこの方法に使用することができる。

熱可塑性材料は、固体潤滑剤、セラミックまたは無機フィラー、ポリマーフィラー、繊維フィラー、金属粒子フィラー、または塩類、あるいはそれらのあらゆる組み合わせなどのフィラーを含むこともできる。代表的な固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、黒鉛、グラフェン、膨張黒鉛、窒化ホウ素、タルク、フッ化カルシウム、フッ化セリウム、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。代表的なセラミックまたは無機物としては、アルミナ、シリカ、二酸化チタン、フッ化カルシウム、窒化ホウ素、マイカ、ウォラストナイト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、カーボンブラック、顔料、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。代表的なポリマーフィラーとしては、ポリイミド、Ｅｋｏｎｏｌ（登録商標）ポリエステルなどの液晶ポリマー、ポリベンゾイミダゾール、ポリテトラフルオロエチレン、前述のいずれかの熱可塑性ポリマー、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。代表的な繊維としては、ナイロン繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリアラミド繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、バサルト繊維、黒鉛繊維、セラミック繊維、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。代表的な金属としては、青銅、銅、ステンレス鋼、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。代表的な塩としては、硫酸塩、硫化物、リン酸塩、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。

代表的な一実施形態においては、ロッドは押出複合材料から形成することができる。たとえば、複合材料は、熱可塑性材料のマトリックスとフィラーとから形成することができる。特定の一例においては、フィラーは固体潤滑剤である。別の一例においては、フィラーはフルオロポリマーを含む。さらなる一例においては、フィラーは、固体潤滑剤とフルオロポリマーとの組み合わせを含む。一実施形態においては、複合材料は、ＰＥＥＫなどのポリケトンマトリックスを含み、固体潤滑剤フィラーを含む。別の代表的な一実施形態においては、複合材料は、ＰＥＥＫなどのポリケトンマトリックスを含み、黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維またはそれらのあらゆる組み合わせから選択することができる炭素フィラーを含む。

さらなる一実施形態においては、ロッドは、部分的に複合材料から形成され、部分的に無充填材料から形成されてもよい。図８中に示されるように、ロッド９００は、複合材料から形成された中央部分９０２を含むことができ、無充填ポリマーから形成された端部部分９０４および９０６を含むことができる。たとえば、中央部分９０２は、ＰＴＦＥが充填されたＰＥＥＫ材料などの充填剤入りポリマーであってよく、端部部分は９０４および９０６はニートＰＥＥＫなどの無充填ポリマーから形成することができる。特定の一実施形態においては、図８のロッド９００などのロッドは、長手方向軸に沿って組成が変化する押出材料から形成することができる。たとえば、図９は、複合部分１００２と無充填部分１００４とを含む押出材料１０００の図である。一例においては、押出材料１０００は、無充填部分１００４において切断して、図８のロッド９００などのロッドを形成することができる。特定の一例においては、押出材料１０００は、１つのダイから２種類の材料を押し出し、向かい合わせとなるように２種類の材料の押出速度を変化させることによって形成することができる。

一例においては、押出ロッドを加熱するステップは、ロッドの熱可塑性材料のガラス転移温度よりも高温に押出ロッドを加熱するステップを含む。特に、熱可塑性ロッドはガラス転移温度よりも高いが熱可塑性材料の融点よりも低い温度に加熱することができる。たとえば、押出熱可塑性ロッドは、０．６０〜０．９９９の範囲内の熱指数に加熱することができる。熱指数は、材料が加熱される温度を融点で割った比である。さらなる一例においては、熱指数は０．７０〜０．９９９の範囲内、たとえば０．８〜０．９９９の範囲内、さらには０．９〜０．９９の範囲内であってよい。

一例においては、熱可塑性材料は、少なくとも２５０℃の融点を有する。たとえば、熱可塑性材料は、少なくとも３００℃、たとえば少なくとも３２０℃の融点を有することができる。さらに、熱可塑性材料は、少なくとも１００℃、たとえば少なくとも１２５℃、さらには少なくとも１４５℃のガラス転移温度を有することができる。これの例外は超高分子量ポリエチレンであり、これはガラス転移温度が−１６０℃であり、融点が１３５℃である。

図３に戻ると、加熱した後、３０４に示されるように、押出熱可塑性ロッドが曲げられる。たとえば、熱可塑性ロッドがガラス転移温度よりも高い温度にあるときに、ロッドを所望の形状に曲げることができる。一例においては、３本ローラーシステムの間でロッドが使用される。別の一例においては、ロッドを曲げて、金型中に入れることができる。さらなる一例においては、ロッドを円形金型に固定して、その金型を回転させることによって曲げることができる。熱可塑性ロッドを曲げるための代表的な機構の１つを図５に示しており、以下により詳細に説明する。

特定の一例においては、ロッドは直線状のロッドである。さらに、ロッドは円形断面または多角形断面などの断面を有することができる。一例においては、断面は、少なくとも４つの辺を有する多角形などの多角形断面である。特に、多角形は長方形または正方形であってよい。加熱し曲げるための別の方法の１つとして、押出ロッドを弓形部分の形に押し出し、弓形部分の端部を接合してシーリング手段を形成することができる。別の方法の１つにおいては、押出シートまたは圧縮成形シートなどの材料のシートから弓形部分を切り取り、その弓形部分の端部を接合することができる。

曲げた後、図３の３０６に示されるようにロッドの端部が接合される。たとえば、ロッドの第１および第２の端部を互いに接合することができる。別の一例においては、ロッドの端部を、もう１つのまたはその他のロッドのそれぞれの端部に接合することができる。ロッドの端部は、ホットメルト溶着、射出成形、接着剤、超音波溶着、またはそれらのあらゆる組み合わせによって接合することができる。特定の一例においては、ロッドの端部は、ホットメルト溶着によって接合される。たとえば、ホットメルト溶着は、ロッドの端部に熱源を使用して、端部に近接するロッド部分を溶融させ、溶融させた後、端部を互いに押し付けることを含むことができる。このような一例においては、ロッドの端部は溶融するが、ロッド全体は溶融しない。

接合した後、押出ロッドから半完成リングが形成される。この半完成リングは、３０８で示されるようにアニールすることができる。一例においては、半完成リングは、熱可塑性材料のガラス転移温度よりも高温でアニールされる。半完成リングは、少なくとも２時間アニールすることができる。半完成リングは、さらに機械加工または処理することによって、シールリングを形成することができる。

さらなる一実施形態において、図４は、４０２に示されるように押出ロッドの加熱を含む代表的な方法４００を示している。たとえば、押出ロッドは、ＰＥＥＫなどの熱可塑性材料を含むことができる。ロッドは直線状ロッドであってよい。一例においては、ＰＥＥＫは約３４３℃の融点を有することができる。押出ロッドは、２００℃〜３４２℃の範囲内の温度に加熱することができる。特定の一例においては、押出ロッドは熱風炉中で加熱される。

加熱後、４０４に示されるように押出ロッドを曲げることができる。たとえば、熱可塑性ロッドが、ガラス転移温度よりも高い温度、好ましくは０．６〜０．９９９の範囲内の熱指数を有する温度にあるときに、ロッドが曲げられる。特定の一例においては、ロッドは、図５中に示される機械などの成形機中に挿入し、所望の形状に曲げることができる。

たとえば、図５は、代表的な成形機５００の図である。成形機５００は、軸５０３のまわりで回転する円形金型５０２を含む。円形金型５０２の円周の周囲には、物品５０６をはめこむための溝５０４が存在する。特に、物品５０６は、クランプ５０８によって溝の中に留めることができる。さらに、成形機５００は、円形金型５０２の円周の周囲に分布する１組のローラー５１０を含むことができる。ローラー５１０の軸は、軌道５１２またはガイドロッドを移動するトラックに取り付けることができる。したがって、ローラー５１０は、円形金型５０２と係合することができるし、円形金型５０２から外れて離れることもできる。

使用中、クランプ５０８が、物品５０６を円形金型５０２に固定する。円形金型５０２が回転し、クランプ５０８は円形金型５０２とともに回転して、物品５０６は、円形金型５０２の円周の周囲に引き寄せられて溝５０４の中に入る。クランプ５０８がローラー５１０を通過するときに、ローラー５１０が物品５０６および円形金型５０２と係合し、それによって、物品５０６に半径方向の力が加わる。したがって、物品５０６は、シールリングの形成に使用可能な弓形部分構造に成形される。さらなる一例においては、円形金型５０２は、伝導熱によって物品５０６を加熱することができる。別の一例においては、曲げるステップは、オーブンなどの熱環境中で行うことができる。

図４に戻ると、曲げられた押出ロッドは、４０６に示されるように、冷却することができる。たとえば、曲げられた押出ロッドは、ガラス転移温度よりも低温に冷却することができる。特に、曲げられた押出ロッドは室温付近の温度まで冷却することができる。一例においては、曲げられたロッドは、強制対流を使用して冷却される。続いて、曲げられたロッドを金型から取り外すことができる。

一例においては、曲げた後の半径方向厚さとなる押出ロッドの断面の厚さは、曲げられた押出ロッドの弓形部分によって画定される円の外径の１／５未満すなわち２０％未満とすることができる。たとえば、曲げられたロッドによって画定される弓形部分を含む円の外径は、ロッドの半径方向厚さの少なくとも５倍、たとえば半径方向厚さの少なくとも１０倍、さらには半径方向厚さの少なくとも２０倍とすることができる。特定の一実施形態においては、半径方向厚さは少なくとも１インチ、たとえば少なくとも２インチである。

押出ロッドの断面は、円形または多角形であってよい。特に、多角形は少なくとも３つの辺、たとえば少なくとも４つの辺を有することができる。一例においては、多角形は４つの辺を有する断面、たとえば長方形または正方形である。特定の一例においては、ロッドの断面積は少なくとも１平方インチ、たとえば少なくとも２平方インチ、さらには少なくとも３平方インチである。さらに、断面積は５０平方インチを超えなくてもよい。

ロッドの端部の接合の準備において、４０８に示されるように、場合によりロッドを乾燥させることができる。たとえば、ロッドは１００℃を超える温度に加熱することができる。特定の一例においては、ロッドは、少なくとも約１１０℃、たとえば少なくとも１３０℃、さらには少なくとも約１４５℃の温度に、少なくとも１時間、たとえば少なくとも２時間、さらには３時間以上加熱することができる。あるいは、ロッドは、高温状態であるが、ガラス転移温度より低温である金型から取り外すことができる。ロッドが高温状態にあるとき、後述の溶融溶着法などによって端部を接合することができ、これによって、さらなる乾燥ステップを行わずに乾燥状態にロッドが維持される。

乾燥後、押出ロッドの端部を、溶融溶着などによって接合することができる。一例においては、４１０に示されるように、ロッドの端部を溶融させ、互いに押し付けて、４１２に示されるように、半完成リングを形成する。一例においては、熱源を使用して端部を溶融させる。たとえば、熱源は、両方の端部が熱源に接触し伝導によって溶融する接触熱源であってよい。一例においては、接触熱源は加熱された平坦な板である。別の一例においては、熱源は、放射熱源または伝導熱源などの非接触熱源であってよい。あるいは、端部は、マイクロ波技術などの高周波技術、誘導技術、レーザー技術、またはそれらのあらゆる組み合わせなどの技術を使用して接合することができる。

図１０および図６は、代表的な熱溶着装置の図である。たとえば、図１０に示されるように、熱溶着装置６００は、曲げられた熱可塑性ロッドのそれぞれの端部６０６および６０８を固定するための１組の固定具６０２および６０４を含むことができる。固定具６０２および６０４は、レール６１０および６１２に沿った経路中に導くことで、端部６０６および６０８を互いに対して移動させることができる。駆動機構６１４および６１６によって、固定具６０２および６０４をレール６１０および６１２に沿って移動させることができる。一例においては、駆動機構６１４および６１６は、端部６０６および６０８に加えられる力を制御するためにロードセルが取り付けられたサーボモーターであってよい。あるいは、駆動機構６１４および６１６は、液圧式、電気化学式、誘導式、空気式、またはその他の駆動装置であってよい。さらに、溶着装置６００は、位置６２０においてリングの外径まで延在するアーム６２２を含むことができる。アーム６２２は、たとえば、卵子形（ｏｖｕｌａｒ）または卵形ではなく円形を形成するようにリングの外径を束縛することができる。たとえば、アーム６２２は、リングの半径の中心に向かう力などの半径方向の力をリングに加えることができる。あるいは、円形のリング、卵子形（ｏｖｕｌａｒ）のリング、または卵形のリングなどの所望の形状を形成するのに、リングの直径を束縛するために、２つ以上のアームを使用することができる。

熱溶着装置６００は、加熱装置６１８をも含むことができる。使用中には、加熱装置６１８は、端部６０６および６０８の経路中を移動することができる。接触加熱装置の場合、端部６０６および６０８を移動させ、加熱装置６１８の両側と接触させて、端部６０６および６０８を溶融させることができる。別の一例においては、加熱装置６１８は非接触加熱装置であってよい。代表的な非接触加熱装置の１つを図６に示す。たとえば、非接触加熱装置７００は、放射熱源または伝導熱源などの熱源７０２を含むことができる。一実施形態においては、熱源７０２は、プレート７０８によって端部６０６および６０８から離されている。端部は、プレート７０８の近傍に配置され加熱されることで、端部６０６および６０８の溶融部分と未溶融部分との間に平坦な界面を有する溶融領域を形成する。一例においては、プレート７０８は、開口部や空洞を含まない。図示される実施形態においては、非接触加熱装置７００は、場合により空洞または開口部７０４を含むことができる。場合により、加熱装置７００は、空洞または開口部７０４の周囲に縁７０６を含むことができる。空洞または開口部７０４と類似の空洞または開口部を、加熱装置７００の反対側の面上に配置することができる。あるいは、空洞または開口部を有する２つ以上の熱源を使用して、端部６０６および６０８を溶融させることができる。

使用中には、端部６０６および６０８は、プレート７０８の近傍に配置することができるし、加熱装置７００の空洞または開口部７０４が存在する場合にはその中に挿入することもできる。端部６０６および６０８は熱源７０２とは接触しない。たとえば、端部６０６および６０８は、熱源７０２から５ｍｍ未満、たとえば熱源７０２から２ｍｍ以下、さらには１ｍｍ以下の位置に配置することができる。溶融後、端部６０６および６０８は、空洞または開口部７０４が存在する場合にはそこから引き離される。加熱装置６１８はロッド６０６および６０８の経路から外され、ロッド６０６および６０８は、駆動機構６１４および６１６によって動かされた固定具６０２および６０４によって、互いに押し付けられる。溶着プロセス中にリングの外径を束縛するためにアームを使用することができる。

図４に戻ると、押出ロッドの端部は、少なくとも５０ｐｓｉの圧力で互いに押し付けることができる。たとえば、圧力は、少なくとも７５ｐｓｉ、たとえば少なくとも１００ｐｓｉであってよい。特定の一実施形態においては、非接触熱源および望ましい圧力を使用することで、所望の強度および耐久性を有し空隙を実質的に有さない溶着部が得られる。たとえば、ロッドの端部の間から材料の一部が押し出されるのに十分な力で、端部が互いに押し付けられる。一例においては、ロッドの両端の十分な部分を溶融させ、ロッド断面１平方インチ当たりロッドの少なくとも１／８インチに相当する材料を押し出すのに十分な力で、ロッドの端部が互いに押し付けられる。たとえば、端部を互いに押し付けることで、ロッド断面１平方インチ当たりロッドの少なくとも１／４インチが押し出されてよく、たとえばロッド断面１平方インチ当たり少なくとも１／２インチが押し出される。溶着中に周囲環境より溶融物を高い圧力に維持することによって、空隙を減少させることができる。より高い圧力を維持するための別の方法としては、真空環境中で溶着することによって周囲圧力を下げること、または溶融した端部が互いに押し付けられるときに溶融した端部の間から溶融材料が押し出される性質を束縛することが挙げられる。特に、このような方法によって、０．４ｍｍを超える最長寸法を有する空隙がない溶着部として定義される無空隙溶着部が得られる。

溶着後、４１４に示されるように、半完成リングをアニールすることができる。たとえば、半完成リング押出熱可塑性材料のガラス転移温度よりも高温で、少なくとも２時間、たとえば少なくとも４時間、さらには少なくとも６時間アニールすることができる。特定の一例においては、半完成リングは、たとえば、１００℃を超える温度、たとえば１２０℃を超える温度で、少なくとも１時間、たとえば少なくとも２時間乾燥させることができる。この温度を、５℃／時〜１５℃／時の範囲内、たとえば８℃／時〜１２℃／時の範囲内の速度で、アニール温度まで変化させることができる。特に、アニール温度は、融点を超えない限りは、ガラス転移温度の少なくとも１．２倍、たとえばガラス転移温度の少なくとも１．５倍、さらにはガラス転移温度の少なくとも１．７倍であってよい。アニール温度に到達した後、その温度を少なくとも２時間、たとえば少なくとも４時間、少なくとも６時間、さらには８時間以上維持することができる。次にリングは、制御された速度、たとえば５℃／時〜１５℃／時の範囲内、たとえば８℃／時〜１２℃／時の速度で、ガラス転移温度未満の温度まで冷却することができる。次に半完成リングを室温まで冷却することができる。一例においては、オーブンを停止して室温に到達するまで、リングがオーブン中に放置される。

４１６に示されるように、アニールした後の外面から、バリまたは溶融物流をトリミングことができる。たとえば、溶着部のバリまたは溶融物流は、半完成リングから研磨または切断することができる。あるいは、バリまたは溶融物流は、アニール前に研磨または切断することができる。さらに、半完成リングを機械加工してシールリングを形成することができる。

さらに、図４の方法は、端部を接合する前にロッドの端部をトリミングするステップを含むことができる。たとえば、曲げられたロッドは、均一な弓形部分に切断し、その弓形部分を別の弓形部分とともに使用してシールリングを形成することができる。図７は、ロッドを切断するための代表的なテンプレート８００の図である。一例においては、テンプレート８００は、ロッドを固定するための固定具８０２を含む。固定具８０２は、取付台８０８に固定することができる。さらに、テンプレート８００は、切断溝８０４を含むことができ、これに沿って切断を行うことができる。場合により、テンプレート８００は、間隔を開けた溝８０６またはガイドを含むことができ、その上に切断機構を固定して、切断溝８０４によるまっすぐな切断を確実にすることができる。使用するときには、曲げられたロッドを固定具８０２の中に配置することができる。のこぎりまたは回転砥石車などの切断機構を切断溝８０４によって案内することで、均一な弓形部分および弓形部分に対する均一な端部を形成することができる。

その結果、所望の性質を有するシールリングを、エンジニアリング熱可塑性樹脂から形成することができる。特に、このような方法によって形成されたシールリングは、円周および直径が大きいことに加えて所望の機械的性質を有することができる。たとえば、上記方法は、少なくとも０．６２メートル、たとえば少なくとも１．０メートル、少なくとも１．５メートル、少なくとも２．０メートル、少なくとも４．１メートル、少なくとも４．５メートル、さらには少なくとも４．８メートルの円周を有するシールリングの形成に特に有用である。特定の一実施形態においては、本発明の方法を使用して、少なくとも０．２メートルの直径を有するシールリングを熱可塑性材料から形成することができる。たとえば、シールリングは、少なくとも０．４７メートル、たとえば少なくとも１．０メートル、少なくとも１．３メートル、少なくとも１．４５メートル、さらには少なくとも１．５５メートルの直径を有することができる。さらに、または別の一実施形態においては、シールリングは３．０メートル以下の直径を有することができる。

シールリングは、所望の性質を有するエンジニアリング熱可塑性材料から形成することができる。たとえば、熱可塑性ロッドを、エンジニアリング熱可塑性ポリマーまたは高性能熱可塑性ポリマーなどの熱可塑性材料から形成することができる。たとえば、熱可塑性材料としては、ポリケトン、ポリアラミド、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリアミドイミド、超高分子量ポリエチレン、熱可塑性フルオロポリマー、ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール、液晶ポリマー、またはそれらのあらゆる組み合わせなどのポリマーを挙げることができる。一例においては、熱可塑性材料としては、ポリケトン、ポリアラミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルホン、フルオロポリマー、ポリベンゾイミダゾール、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせが挙げられる。特定の一例においては、熱可塑性材料としては、ポリケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアミドイミド、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせなどのポリマーが挙げられる。さらなる一例においては、熱可塑性材料としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせなどのポリケトンが挙げられる。熱可塑性フルオロポリマーの一例としては、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとのターポリマー（ＴＨＶ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、エチレンクロロトリフルオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。代表的な液晶ポリマーとしては、ＸＹＤＡＲ（登録商標）（Ａｍｏｃｏ）、ＶＥＣＴＲＡ（登録商標）（Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ）、ＳＵＭＩＫＯＳＵＰＥＲ（商標）またはＥＫＯＮＯＬ（商標）（住友化学）、ＤｕＰｏｎｔ ＨＸ（商標）またはＤｕＰｏｎｔ ＺＥＮＩＴＥ（商標）（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ）、ＲＯＤＲＵＮ（商標）（ユニチカ）、ＧＲＡＮＬＡＲ（商標）（Ｇｒａｎｄｍｏｎｔ）の商品名で市販されるもの、またはそれらのあらゆる組み合わせなどの芳香族ポリエステルポリマーが挙げられる。さらなる例においては、熱可塑性ポリマーは超高分子量ポリエチレンであってよい。さらに、シールリングは、熱可塑性材料と、フルオロポリマー、固体潤滑剤、またはそれらの組み合わせなどのフィラーとを含む複合材料から形成することができる。

熱可塑性材料は、少なくとも２５０℃の融点を有することができる。たとえば、融点は少なくとも３００℃、たとえば少なくとも３２０℃であってよい。さらに、熱可塑性材料は、望ましくは高いガラス転移温度を有することができ、たとえば少なくとも１００℃のガラス転移温度を有することができる。たとえば、ガラス転移温度は少なくとも１２５℃、たとえば少なくとも１４５℃であってよい。

さらなる一例においては、シールリングは０．４５以下の摩擦係数を有することができる。たとえば、摩擦係数０．４以下、たとえば０．３５以下、さらには０．３以下であってよい。特に、摩擦係数は０．２以下、たとえば０．１以下であってよい。

さらに、熱可塑性材料は、所望の機械的性質を有することができる。たとえば、熱可塑性材料は、少なくとも３，１００ｐｓｉ（２１．４ＭＰａ）、たとえば少なくとも１０，０００ｐｓｉ（６８．９ＭＰａ）、さらには少なくとも１５，０００ｐｓｉ（１０３ＭＰａ）の降伏引張強度を有することができる。さらなる一例においては、熱可塑性材料は、少なくとも１００ｋｓｉ（０．６９ＧＰａ）、たとえば少なくとも７５０ｋｓｉ（５．１６ＧＰａ）、少なくとも８５０ｋｓｉ（５．８６ＧＰａ）、さらには少なくとも１０００ｋｓｉ（６．８９ＧＰａ）の引張弾性率を有することができる。さらに、溶着した熱可塑性材料は、所望の溶着部破断時伸びを有することができる。たとえば、溶着部破断時伸びは、少なくとも５％、たとえば少なくとも７％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、さらには少なくとも３０％であってよい。溶着部破断時伸びは、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して、溶着したサンプルの引張試験を行うことによって求められる。溶着したサンプルは、アニールされる場合もあるし、されない場合もある。

熱可塑性材料と熱可塑性材料中に分散させた少なくとも１種類のフルオロポリマーとを含む複合材料からシールが形成される一例においては、複合材料は、少なくとも３％の溶着部破断時伸びを有することができる。たとえば、溶着部破断時伸びは、少なくとも５％、たとえば少なくとも８％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、さらには少なくとも１８％であってよい。一例においては、溶着部引張強度は、少なくとも４０ＭＰａ、たとえば少なくとも５０ＭＰａ、少なくとも６０ＭＰａ、さらには少なくとも７０ＭＰａである。特に、複合材料の溶着部引張強度は、無充填材料の溶着部引張強度の少なくとも５０％、たとえば無充填材料の溶着部引張強度の少なくとも６０％、さらには少なくとも７０％である。

図１および図２と関連して説明したように、シールリングは溶着部を含むことができる。リングの大きさおよびリングの形成に使用される接合の数に依存するが、シールリングは、２つ以上の溶着部を含むことができ、たとえば２つの溶着部、さらには３つ以上の溶着部を含むことができる。

アニール後に所望の性質を有する半完成リングを形成するため、板から切り取られた押出成形または圧縮成形熱可塑性樹脂の弓形部分を溶着させるために、代表的な溶着方法を使用することもできる。特にロッドの端部を加熱し、端部を互いに押し付ける方法を意味するために、本明細書においては溶着を使用しているが、別の接合技術を使用してロッドの端部を接合することもできる。たとえば、別の接合技術としては、端部を接合するための射出成形、超音波処理、誘導加熱、あるいはレーザーまたはマイクロ波技術などの照射技術を挙げることができる。溶着によって形成された接合端部を本明細書においては溶着部と呼び、溶着または別の接合技術によって形成された接合端部を本明細書においては接合部と呼ぶ。

さらに、弓形部分または部分の溶着または接合を使用して、円形、卵子形（ｏｖｕｌａｒ）、多角形、または複雑な形状のシールを形成することができる。たとえば、シールは、三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、七角形、八角形、またはそれらのあらゆる組み合わせなどの多角形であってよい。多角形は、少なくとも４辺、たとえば少なくとも６辺、少なくとも８辺、さらには少なくとも１０辺を有することができる。別の一例においては、複雑な形状は、８の字型、不規則な多角形、またはその他の複雑な形状であってよい。特に、これらの形状は閉じていてよい。あるいは、これらの形状は、開いていて、それらの長さに沿って１つ以上の切れ目を有することができる。

上記方法の特定の実施形態は、従来技術に対して技術的な利点が得られる。廃棄物が減少するのと同時に、このような本発明の実施形態は、所望の機械的性質を有する大型の熱可塑性材料のシールリングを製造することも可能になる。特に、本発明の実施形態では、少なくとも１．５メートルの円周、または１．３メートルを超える最大直径を有し、所望の破断時伸び特定を有するシールリングが得られる。このような性質は、シールリングとしての耐久性および適合性の指標となる。さらに、このような方法によって、典型的にはより高いガラス転移温度および溶融温度を有し、特徴として高弾性率および高引張強度を有するエンジニアリング熱可塑性材料から形成されたシールリングが得られる。さらに、このような熱可塑性エンジニアリング熱可塑性材料は所望の摩擦係数を有する。

特に、上記方法によって、所望の材料の押出ロッドから大きな円周のシールリングを形成することができる。シールリングを形成するための従来技術では、直径が制限されるか、使用される材料が制限される。押出シートからシールリングを切断することに基づく従来技術は、シール直径が制限されることが問題であり、機械方向および横方向における性質のばらつきがシールリングにも影響することも問題となる。典型的には、好適な熱可塑性樹脂から１メートルを超えるシートを押出成形することは困難である。従来の圧縮成形技術では、使用される材料が制限され、機械的性質が不十分となる。対照的に、本発明の方法では、様々な材料を使用できるリングが得られ、円周方向の性質が押出ロッドの機械方向の性質と関連し、所望の耐久性および機械的性質を有するシールリングが得られる。

さらに、フルオロポリマーが充填された複合材料の特定の実施形態が、上記方法における使用に適応している。たとえば、特定のフルオロポリマーフィラーでは、シールリングを溶着して所望の溶着部破断時伸びを得ることができるが、一方、他の充填複合材料ではあまり望ましくない溶着部破断時伸びが得られる。

実施例１
４つのＰＥＥＫロッドを、異なる温度（１５０℃、２００℃、２８５℃、および３１０℃）に加熱し、鋼製ホイールの周囲で成形する。直径１５．５インチの鋼製ホイールの周囲にしっかりと巻き付けたときの、３４インチのロッドの２つの端部の間の距離として、加熱したＰＥＥＫロッドの成形性を測定する。表１は、この成形性を示している。

１５０℃に加熱したロッドは硬すぎて成形できない。温度を上昇させると、ＰＥＥＫロッドの成形性が増加する。約３１０℃で、ＰＥＥＫロッドは比較的高い成形性を示す。

実施例２
３つのＰＥＥＫロッドを３１０℃に加熱し、鋼製ホイールの周囲で成形する。中心温度が指定の温度に到達してから、得られた弓形部分をホイールから取り外す。冷却したＰＥＥＫ弓形部分の緩和を測定して、スプリングバックを求める。表２に示されるように、ＰＥＥＫのガラス転移温度より高温でホイールから取り外した場合に、ＰＥＥＫロッドのスプリングバックが顕著になる。ガラス転移温度未満で取り外すと、ＰＥＥＫの弓形部分は、ほぼ同じの比較的低いスプリングバックを示す。

実施例３
ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒより入手可能な１４本の４インチ×１インチ×１インチの押出ＰＥＥＫバーを使用して、接触ホットプレート溶着によって７本の溶着バーを作製する。１つのサンプルは、溶着前に９０℃で３時間乾燥させた後で作製する。残りのサンプルは、１３５℃〜１９０℃の範囲内の温度で２時間乾燥させたロッドから作製する。

サンプルは、加熱装置を使用して３８５℃〜４５０℃の範囲内の温度にロッド端部を加熱し、１００ｐｓｉの圧力でロッド端部端部を互いに接触させることによって作製する。これらのサンプルは、引張試験用に機械加工する。さらに、一部のサンプルは、２５０℃の温度で４時間アニールする。得られたサンプルを、ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒより入手可能な押出サンプル、およびＥｎｓｉｎｇｅｒより入手可能な押出対照サンプルと比較する。表３は、サンプルの破断時伸び特性を示している。

ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒの押出ＰＥＥＫは、Ｅｎｓｉｎｇｅｒより入手可能な押出ＰＥＥＫよりも低い破断時伸びを示す。溶着させたＰＥＥＫサンプルは、一般に、溶着していない基準サンプルよりも低い破断時伸びを示す。アニールしたサンプルは、アニールしていないサンプルよりも改善された破断時伸びを示す。

破断時伸びの値を、溶着中のホットプレート温度および加熱時間の関数として評価すると、ホットプレート温度および加熱時間の両方が、機械的性能に影響を与えている。表４は、破断時伸び特性を示している。ホットプレート温度３８５℃および加熱時間２０秒、４０秒、および６０秒でサンプルを比較すると、加熱時間４０秒でアニールしたサンプルの場合１３％の破断時伸びが得られた。６０秒の加熱で類似の結果が得られた。

温度の関数として、４２０℃のサンプルは、短時間加熱したサンプルでさえも望ましい破断時伸びを示している。２０秒においては、ホットプレート温度４２０℃では、ホットプレート温度３８５℃および４４５℃の場合よりも高い破断時伸び値が得られる。したがって、十分に接合させるには３８５℃は低すぎると思われ、４４５℃は高温すぎて材料が分解している可能性がある。

実施例４
Ｅｎｓｉｎｇｅｒより入手可能な押出ＰＥＥＫからサンプルを作製する。ホットプレート接触溶着およびホットプレート非接触溶着を使用して溶着を行う。押出ＰＥＥＫバーは、１５０℃で２時間半乾燥させる。

４００℃〜４２０℃の範囲内の温度でホットプレートを使用して溶着を行う。接触溶着は、ロッド端部をホットプレートと４０秒〜６０秒の範囲内の時間接触させることを含む。非接触溶着は、５００℃のホットプレートを使用して２４０秒の滞留時間で行う。加熱中、接触していないロッド端部は、プレートから１ｍｍ〜２ｍｍに維持する。溶融後、端部を互いに押し付けてサンプルを作製する。

ホットプレート接触サンプルは、約２５０℃の温度で４時間〜８時間の間でアニールする。表５は破断時伸びを示している。

示される破断時伸びに基づくと、２５０℃で８時間アニールすると、所望の破断時伸び特性が得られると思われる。他のアニール時間および温度では、より低い破断時伸び値が得られた。

実施例５
押出ＰＥＥＫサンプルを溶着させる。サンプルを温度１５０℃で３時間乾燥させる。溶着は、４２０℃のプレート温度において４０秒間行われる。端部は１００ｐｓｉの圧力で互いに押し付ける。すべての溶着部を、２５０℃で８時間アニールする。引張試験用にサンプルを機械加工する。表６は、平均破断時伸びおよび結果の分布を示している。

実施例６
上記実施例に従って、ＥｎｓｉｎｇｅｒまたはＱｕａｄｒａｎｔのいずれかより入手可能な押出ＰＥＥＫを乾燥させたものからサンプルを作製する。サンプル端部を４２０℃で少なくとも４０秒間加熱し、少なくとも４０秒間互いに押し付ける。サンプルを、２５０℃の温度で８時間アニールする。機械的性質の試験用にサンプルを機械加工する。表７は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に従った手順におけるサンプルの破断時伸びを示している。

実施例７
他の実施例と関連して行われる実験中、本出願人らは、早期の破壊が、溶着面付近の空隙の原因となりやすいことに気づいた。実施例５と類似の方法でサンプルを作製する。ロッドの溶融した端部を、少なくとも５０ｐｓｉの圧力で互いに押し付ける。ロッドが互いに押し付けられたときに、断面１平方インチ当たり少なくとも１／８インチのロッド長さに相当する量の材料が、ロッドの間から押し出される。ＣＴスキャンによって、押し出された材料によって空隙が除去され、空隙の少ない接合が得られることが示されている。周囲圧力よりも高い圧力を溶融物内に維持する他の方法としては、真空環境中で溶着させることによって周囲圧力を下げること、または溶融した端部を互いに押し付けるときに、それらの間から溶融材料が押し出されるのを束縛することが挙げられる。

実施例８
優れたシール特性を示す押出ＰＥＥＫのグレードの１つは、１５％のＰＴＦＥを含む。これは押出ロッドとして以下の性質を有する。

２５％のＰＴＦＥを充填したＰＥＥＫ複合材料の押出ロッドも、許容される１０％の破断時伸びおよび低い摩擦係数を有する。

第３の複合材料は、１０％のカーボンブラックが充填されたＰＥＥＫを含有する。これは望ましい破断時伸びを有しながら、静電気拡散性を有するＰＥＥＫが得られる。

実施例９
押出ＰＥＥＫサンプルが溶着される。記載されるように、サンプルの１サブセットは１５０℃の温度で３時間乾燥させる。溶着は、４２０℃のプレート温度で４０秒〜６０秒の間の時間行う。端部を互いに押し付けられる。記載されるように、サンプルの１サブセットは２５０℃で８時間アニールする。引張試験用にサンプルを機械加工する。

コンピュータートモグラフィー（ＣＴ）スキャンおよび超音波スキャンを使用してサンプルの試験を行う。ＣＴスキャン、パラメーターとして１５０ｋＶ、５０ｍＡ、３０マイクロメートルボクセル、８００画像、および時間１秒を使用して行う。超音波スキャンは、超音波ＮＤＴに５０ＭＨｚの変換器周波数を使用して行う。

スキャン技術による空隙検出の比較を表９に示している。示されているように、ＣＴは、表面付近の空隙、および０．３８ｍｍ未満の大きさの空隙を検出する。超音波スキャンは、表面付近の空隙、および０．３８ｍｍ未満の大きさの空隙の検出にはあまり効果的ではない。通常、シールを機械加工することによって、表面付近の空隙は除去され、０．４ｍｍ未満の大きさの限定された数の空隙は、伸びおよび引張強度などの性能にわずかしか影響を与えない。

上記サンプルと類似のサンプルについて伸びおよび引張特性の試験を行う。表１０に示されるように、空隙がない平均サンプルは大きな伸びを示し、一方、超音波ＮＤＴにより検出可能な空隙を有するサンプルは、溶着部で破壊し、伸びは全くまたはほとんど示さない。

表１０に示されるように、サンプルの平均伸びは２０％を大きく上回る。表面または表面下のいずれに空隙が存在しても、伸びは大きく低下する。

一例においては、空隙の試験方法の１つは、ＣＴスキャンなどの別のスキャン技術に対する比較試験に基づいて超音波スキャン装置の設定を決定することを含む。たとえば、種々の空隙の条件または種類を含む１組のサンプルについて、ＣＴ技術および超音波技術を使用してスキャンすることができる。サンプルの機械的性質、たとえば引張強度または伸びなどの性質を試験することで、何が性質に影響を与える重大欠陥または欠陥となるかを判断することが可能になる。重大欠陥の検出につながる超音波スキャン技術に望ましいパラメーターを決定することができるが、重大でない欠陥の検出にはあまり成功していない。

特定の一実施形態においては、シールリングの形成方法は、ガラス転移温度よりも高い温度に熱可塑性ロッドを加熱するステップを含む。熱可塑性ロッドは、第１および第２の端部を有する。この方法は、ガラス転移温度よりも高い温度で熱可塑性ロッドを環状構造に曲げるステップと、熱可塑性ロッドの第１および第２の端部を接合して半完成リングを形成するステップと、半完成リングをアニールするステップとをさらに含む。

一実施形態においては、シールリングの形成方法は、ガラス転移温度よりも高い温度に押出ロッドを加熱するステップを含む。押出ロッドは、第１および第２の端部を有する。この方法は、ガラス転移温度よりも高い温度で熱可塑性ロッドを環状構造に曲げるステップと、押出ロッドの第１および第２の端部を接合して半完成リングを形成するステップと、半完成リングをアニールするステップとをさらに含む。

別の代表的な一実施形態においては、シールリングの形成方法は、押出ロッドの材料のガラス転移温度よりも高い温度に押出ロッドを加熱するステップを含む。押出ロッドは、第１および第２の端部を有する。この方法は、ガラス転移温度よりも高い温度で押出ロッドを曲げるステップと、曲げられた押出ロッドをガラス転移温度よりも低温まで冷却するステップと、押出ロッドの第１および第２の端部を溶融溶着して半完成リングを形成するステップと、半完成リングをアニールするステップとをさらに含む。

さらなる代表的な一実施形態においては、シールリングの形成方法は、押出ロッドの材料のガラス転移温度よりも高く融点よりも低い温度に第１および第２の押出ロッドを加熱するステップを含む。押出ロッドは、第１および第２の端部を有する。この方法は、ガラス転移温度よりも高い温度で押出ロッドを曲げるステップと、第１および第２の押出ロッドの第１の端部と、第１および第２の押出ロッドの第２の端部とを接合して半完成リングを形成するステップと、半完成リングをアニールするステップとをさらに含む。

さらなる代表的な一実施形態においては、シールリングの形成方法は、圧縮成形シートまたは押出シートから弓形部分を切断するステップを含む。弓形部分は、第１および第２の端部を含む。この方法は、第１および第２の弓形部分の第１の端部と、第１および第２の弓形部分の第２の端部とを接合して半完成リングを形成するステップと、半完成リングをアニールするステップとをさらに含む。

さらなる一実施形態においては、装置は、円形金型の円周の周囲に配置された溝を含む円形金型を含む。円形金型は、中心点のまわりに回転する。この装置は、円形金型の溝の中に物品を固定するためのクランプをも含む。クランプは、円形金型の回転運動に追従するように構成される。この装置は、円形金型の円周の周囲に分布する複数のローラーをさらに含む。複数のローラーの各ローラーは、係合して、各ローラーの位置をクランプが通り過ぎた後に物品に半径方向の力が加わるように構成される。

別の代表的な一実施形態においては、シールリングは、少なくとも５％の溶着部破断時伸びを有する熱可塑性材料を含む。このシールリングは少なくとも１．３メートルの直径を有する。

さらなる代表的な一実施形態においては、シールリングは、溶着部を有し、少なくとも１００℃のガラス転移温度を有する熱可塑性材料を含む。この熱可塑性材料は、少なくとも５％の溶着部破断時伸びを有する。シールリングは、少なくとも１．３メートルの直径を有する。シールリングは、０．４５以下の摩擦係数を有する。

さらなる一実施形態においては、シールリングは、少なくとも５％の溶着部破断時伸びを有する押出ＰＥＥＫ材料を含む。シールリングは、少なくとも１．３メートルの直径を有する。

さらなる一実施形態においては、装置は、熱可塑性弓形部材の第１の端部と係合する第１の固定具と、熱可塑性弓形部材の第２の端部と係合する第２の固定具とを含む。第１および第２の固定具は、経路に沿って互いに相対的な動きで第１および第２の端部を移動させる。この装置は、熱源を含む加熱装置をも含む。加熱装置は、経路内を移動するように構成される。第１および第２の固定具は、熱源の近傍で熱源には接触させずに、第１および第２の端部を移動させる。第１および第２の端部は、少なくとも部分的に溶融する。第１および第２の固定具は、第１および第２の少なくとも部分的に溶融した端部が互いに接触するように移動させる。

第１の実施形態においては、シールリングは、溶着部と、少なくとも３％の溶着部破断時伸びの熱可塑性材料とを含む。第１の実施形態の一例においては、シールリングは、少なくとも０．６２メートルの円周、たとえば少なくとも１．５メートルの円周を有する。別の一例においては、シールリングは、少なくとも０．２メートル、たとえば１．３メートルの直径を有する。

さらなる一例においては、熱可塑性材料は、ポリケトン、ポリアラミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、熱可塑性フルオロポリマー、それらの誘導体、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。たとえば、熱可塑性材料は、ポリケトン、ポリアラミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルホン、フルオロポリマー、ポリベンゾイミダゾール、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせからなる群から選択することができる。別の一例においては、熱可塑性材料は、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、それらの誘導体、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるポリケトン材料である。さらなる一例においては、熱可塑性材料は超高分子量ポリエチレンを含む。

特定の一例においては、シールリングは、０．４５以下、たとえば０．３５以下の摩擦係数を有する。熱可塑性材料は、少なくとも２５０℃、たとえば少なくとも３００℃、さらには少なくとも３２０℃の融点を有することができる。熱可塑性材料は、少なくとも１００℃、たとえば少なくとも１２５℃、さらには少なくとも１４５℃のガラス転移温度を有することができる。

第１の実施形態のさらなる一例においては、熱可塑性材料は、少なくとも３１００ｐｓｉ、たとえば少なくとも１００００ｐｓｉ、さらには少なくとも１５０００ｐｓｉの引張強度を有する。熱可塑性材料は、少なくとも１００ｋｓｉ、たとえば少なくとも７５０ｋｓｉ、さらには少なくとも８５０ｋｓｉの引張弾性率を有することができる。

第１の実施形態の別の一例においては、溶着部破断時伸びは、少なくとも５％、たとえば少なくとも１０％、少なくとも１５％、さらには少なくとも２０％である。

第１の実施例の一例においては、シールリングは、直径の２０％以下の半径方向厚さを有する。さらに、シールリングは、少なくとも４つの辺を有する多角形などの多角形の断面を有することができる。

さらなる一例においては、熱可塑性材料は、ＰＴＦＥまたはカーボンブラックなどの固体潤滑剤フィラーを含むことができる。

第２の実施形態においては、シールリングは、溶着部を有し、少なくとも１００℃のガラス転移温度を有する熱可塑性材料を含む。溶着部を有する熱可塑性材料は、少なくとも３％の溶着部破断時伸びを有する。シールリングは、少なくとも０．６２メートルの円周を有する。シールリングは、０．４５以下の摩擦係数を有する。第２の実施形態の一例においては、摩擦係数は０．４以下、たとえば０．３５以下である。

第２の実施形態のさらなる一例においては、溶着部破断時伸びは少なくとも５％、たとえば少なくとも１０％、少なくとも１５％、さらには少なくとも２０％である。熱可塑性材料は、少なくとも１００ｋｓｉの引張弾性率を有することができる。一例においては、ガラス転移温度は少なくとも１２５℃、たとえば少なくとも１４５℃である。

第３の実施形態においては、シールリングは、少なくとも３％の溶着部破断時伸びを有する押出ＰＥＥＫ材料を含む。シールリングは、少なくとも１．５メートルの円周を有する。第３の実施形態の一例においては、押出ＰＥＥＫ材料は、フィラーを含む複合材料である。たとえばフィラーは、ＰＴＦＥなどの固体潤滑剤を含むことができる。別の一例においては、フィラーはセラミックまたは無機物を含む。さらなる一例においては、フィラーはカーボンブラックを含む。

第３の実施形態のさらなる一例においては、溶着部破断時伸びは少なくとも５％、たとえば少なくとも１０％、少なくとも１５％、さらには少なくとも２０％である。さらに、シールリングは溶着部をさらに含むことができる。

第４の実施形態においては、シールリングは、接合部を有し、熱可塑性材料と固体潤滑剤とを含む複合材料を含む。接合部を有する複合材料は、少なくとも３％の溶着部破断時伸びを有する。シールリングは、０．４５以下の摩擦係数を有する。

代表的な一実施形態においては、シールの試験方法は、超音波技術を使用してシールの組をスキャンするステップを含む。このシールの組は、欠陥を有するシールのサブセットを含む。超音波技術は、関連するパラメーターを有する。この方法は、コンピュータートモグラフィー技術を使用して１組のシールをスキャンするステップと、その組のシールの各シールの機械的性質を試験するステップと、欠陥を検出するための、超音波技術の関連するパラメーターの値を求めるステップとをさらに含む。

一例においては、シールは、ポリケトン材料から形成され、欠陥は、０．４ｍｍ以下の最大寸法を有する空隙を含む。さらなる一例においては、パラメーターは周波数である。さらなる一例においては、機械的性質は伸びである。

一般的説明または実施例において上述した行為のすべてが必要なわけではなく、特定の行為の一部は必要ではない場合があり、前述した行為に加えて１つ以上のさらなる行為を行うこともできることに留意されたい。さらに、記載される行為の順序は、必ずしもそれらが実施される順序ではない。

以上の明細書において、特定の実施形態を参照しながら本発明の概念を説明してきた。しかし、当業者であれば、以下の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな修正および変更を行えることが理解されよう。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味よりむしろ説明的であると見なされるべきであり、このようなすべての修正は、本発明の範囲内に含まれることが意図される。

本明細書において使用される場合、用語「含んでなる」、「含んでなること」、「含む」、「含むこと」、「有する」、「有すること」、またはそれらの他のあらゆる変形は、非排他的な包含を扱うことを意図している。たとえば、ある一連の特徴を含むプロセス、方法、物品、または装置は、それらの特徴にのみに必ずしも限定されるわけではなく、そのようなプロセス、方法、物品、または装置に関して明示されず固有のものでもない他の要素を含むことができる。さらに、反対の意味で明記されない限り、「または」は、包含的なまたはを意味するのであって、排他的なまたはを意味するのではない。たとえば、条件ＡまたはＢが満たされるのは、Ａが真であり（または存在し）Ｂが偽である（または存在しない）、Ａが偽であり（または存在せず）Ｂが真である（または存在する）、ならびにＡおよびＢの両方が真である（または存在する）のいずれか１つによってである。

また、本明細書に記載の要素および成分を説明するために「ａ」または「ａｎ」も使用されている。これは単に便宜的なものであり、本発明の一般的な意味を提供するために行われている。この記述は、１つまたは少なくとも１つを含むものと読むべきであり、明らかに他の意味となる場合を除けば、単数形は複数形をも含んでいる。

特定の実施形態に関して、利益、その他の利点、および問題に対する解決法を以上に記載してきた。しかし、これらの利益、利点、問題の解決法、ならびに、なんらかの利益、利点、または解決法を発生させたり、より顕著にしたりすることがある、あらゆる特徴が、特許請求の範囲のいずれかまたはすべての重要、必要、または本質的な特徴であるとして解釈すべきではない。

別々の実施形態の状況において、明確にするために本明細書に記載されている特定の複数の特徴は、１つの実施形態の中で組み合わせても提供できることは、本明細書を読めば、当業者には理解できよう。逆に、簡潔にするため１つの実施形態の状況において説明した種々の特徴も、別々に提供したり、あらゆる副次的な組み合わせで提供したりすることができる。さらに、ある範囲において記載される値への言及は、その範囲内にある個々のすべての値を含んでいる。

Claims (46)

1. シールリングの形成方法であって：
   熱可塑性ロッドをガラス転移温度よりも高い温度に加熱するステップであって、前記熱可塑性ロッドが第１および第２の端部を有するステップと；
   前記ガラス転移温度より高い温度で、前記熱可塑性ロッドを環状構造に曲げるステップと；
   前記熱可塑性ロッドの前記第１および第２の端部を接合して半完成リングを形成するステップと；
   前記半完成リングをアニールするステップと
   を含む、方法。
2. 前記熱可塑性ロッドが押出熱可塑性ロッドである、請求項１に記載の方法。
3. 前記熱可塑性ロッドが圧縮成形熱可塑性ロッドである、請求項１に記載の方法。
4. 接合するステップが：
   前記第１および第２の端部を、前記熱可塑性ロッドの材料の融点よりも高い温度に加熱するステップと；
   前記第１および第２の端部を互いに押し付けるステップと
   を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記第１および第２の端部を加熱するステップが、非接触熱源を使用した加熱を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１および第２の端部を互いに押し付けるステップが、少なくとも５０ｐｓｉの圧力で前記第１および第２の端部を互いに押し付けることを含む、請求項４に記載の方法。
7. アニールするステップが、前記半完成リングの温度を前記ガラス転移温度よりも高い温度に変化させるステップと、前記半完成リングを前記温度で少なくとも２時間維持するステップと、前記半完成リングを冷却するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記ロッドを加熱するステップが、０．６〜０．９９９の範囲内の加熱指数まで加熱するステップを含む、請求項１〜３および７のいずれか１項に記載の方法。
9. シールリングの形成方法であって：
   押出ロッドをガラス転移温度よりも高い温度に加熱するステップであって、前記押出ロッドが第１および第２の端部を有するステップと；
   前記ガラス転移温度よりも高い温度で、前記押出ロッドを環状構造に曲げるステップと；
   前記押出ロッドの前記第１および第２の端部を接合して半完成リングを形成するステップと；
   前記半完成リングをアニールするステップと
   を含む、方法。
10. 接合するステップが：
    前記第１および第２の端部を、前記押出ロッドの材料の融点よりも高い温度に加熱するステップと；
    前記第１および第２の端部を互いに押し付けるステップと
    を含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１および第２の端部を加熱するステップが、非接触熱源を使用した加熱を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記非接触熱源を使用した加熱が、前記非接触熱源の第１の空洞中に前記押出ロッドの前記第１の端部を挿入し、前記熱源の第２の空洞中に前記押出ロッドの前記第２の端部を挿入するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１および第２の端部を互いに押し付けるステップが、前記第１および第２の端部を少なくとも５０ｐｓｉの圧力で互いに押し付けることを含む、請求項１０に記載の方法。
14. 前記第１および第２の端部を互いに押し付けるステップが、前記第１および第２の端部を押し付けることで、ロッド断面１平方インチ当たり少なくとも１／８インチのロッド材料の量の材料を押し出すことを含む、請求項１０に記載の方法。
15. 接合するステップの前に、前記曲げた押出ロッドを乾燥させるステップをさらに含む、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 曲げるステップの後で、前記曲げた押出ロッドを前記ガラス転移温度より低い温度に冷却するステップと、前記押出ロッドを曲げるために使用した成形装置から、前記曲げて冷却した押出ロッドを取り出すステップとをさらに含む、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の方法。
17. アニールするステップが、前記半完成リングの温度を、前記ガラス転移温度より高い温度まで変化させ、前記半完成リングを前記温度において少なくとも２時間維持し、前記半完成リングを冷却するステップを含む、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の方法。
18. 接合するステップの前に、前記曲げた押出ロッドを、前記第１の端部の近傍で切断するステップをさらに含む、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記押出ロッドを加熱するステップが、０．６〜０．９９９の範囲内の加熱指数まで加熱するステップを含む、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記加熱指数が０．７〜０．９９９の範囲内である、請求項１９に記載の方法。
21. 曲げるステップが、前記押出ロッドの半径方向厚さの少なくとも５倍の半径に曲げることを含む、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の方法。
22. シールリングの形成方法であって：
    押出ロッドを、前記押出ロッドの材料のガラス転移温度よりも高い温度に加熱するステップであって、前記押出ロッドが第１および第２の端部を有するステップと；
    前記ガラス転移温度よりも高い温度で、前記押出ロッドを曲げるステップと；
    前記曲げた押出ロッドを、前記ガラス転移温度よりも低い温度まで冷却するステップと；
    前記押出ロッドの前記第１および第２の端部を溶融溶着して、半完成リングを形成するステップと；
    前記半完成リングをアニールするステップと
    を含む、方法。
23. 溶融溶着するステップが：
    非接触熱源を使用して、前記第１および第２の端部を、前記押出ロッドの前記材料の融点よりも高温まで加熱するステップと；
    前記第１および第２の端部を互いに押し付けるステップと
    を含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記非接触熱源を使用して加熱するステップが、前記非接触熱源の第１の空洞中に前記押出ロッドの前記第１の端部を挿入し、前記熱源の第２の空洞中に前記押出ロッドの前記第２の端部を挿入するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記第１および第２の端部を互いに押し付けるステップが、少なくとも５０ｐｓｉの圧力で前記第１および第２の端部を互いに押し付けるステップを含む、請求項２３に記載の方法。
26. 溶融溶着するステップの前に、前記曲げた押出ロッドを乾燥させるステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
27. アニールするステップが、前記半完成リングの温度を、前記ガラス転移温度よりも高い温度まで変化させ、前記半完成リングを前記温度において少なくとも２時間維持し、前記半完成リングを冷却するステップを含む、請求項２２〜２６のいずれか１項に記載の方法。
28. 溶融溶着するステップの前に、前記曲げた押出ロッドを、前記第１の端部の近傍で切断するステップをさらに含む、請求項２２〜２６のいずれか１項に記載の方法。
29. シールリングの形成方法であって：
    第１および第２の押出ロッドを、前記押出ロッドの材料のガラス転移温度よりも高く融点よりも低い温度に加熱するステップであって、前記押出ロッドが第１および第２の端部を有するステップと；
    前記ガラス転移温度よりも高い温度で、前記押出ロッドを曲げるステップと；
    前記第１および第２の押出ロッドの前記第１の端部と、前記第１および第２の押出ロッドの前記第２の端部とを接合して、半完成リングを形成するステップと；
    前記半完成リングをアニールするステップと
    を含む、方法。
30. 前記曲げた押出ロッドの前記第１および第２の端部に近接する部分を切り取るステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
31. 半完成リングの製造方法であって：
    熱可塑性シートから第１および第２の弓形部分を切断するステップであって、前記第１および第２の弓形部分のそれぞれが第１および第２の端部を有するステップと；
    前記第１および第２の弓形部分の前記第１の端部と、前記弓形部分の前記第２の端部とを接合して、半完成リングを形成するステップと；
    前記半完成リングをアニールするステップと
    を含む、方法。
32. 前記熱可塑性シートが圧縮成形熱可塑性シートを含む、請求項３１に記載の方法。
33. 前記熱可塑性シートが押出熱可塑性シートを含む、請求項３１に記載の方法。
34. 接合するステップが：
    前記第１および第２の端部を、前記熱可塑性シートの材料の融点よりも高い温度に加熱するステップと；
    前記第１および第２の端部を互いに押し付けるステップと
    を含む、請求項３１に記載の方法。
35. 前記第１および第２の端部を加熱するステップが、非接触熱源を使用して加熱するステップを含む、請求項３４に記載の方法。
36. 前記第１および第２の端部を互いに押し付けるステップが、少なくとも５０ｐｓｉの圧力で前記第１および第２の端部を互いに押し付けるステップを含む、請求項３４に記載の方法。
37. アニールするステップが、前記半完成リングの温度を、前記ガラス転移温度よりも高い温度に変化させ、前記半完成リングを前記温度で少なくとも２時間維持し、前記半完成リングを冷却するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
38. 円形金型であって、前記円形金型の円周の周囲に配置された溝を含み、中心点のまわりに回転する円形金型と；
    前記円形金型の前記溝に物品を固定するためのクランプであって、前記円形金型の回転運動に追従するように構成されているクランプと；
    前記円形金型の前記円周の周囲に分布した複数のローラーであって、前記複数のローラーの各ローラーが係合して、前記クランプが前記各ローラーの位置を通過したときに前記物品に半径方向の力を与えるように構成されたローラーと
    を含む、装置。
39. 前記クランプが前記各ローラーの前記位置を通過する前に、前記各ローラーが係合していない位置にある、請求項３８に記載の装置。
40. 熱可塑性弓形部材の第１の端部と係合する第１の固定具と；
    前記熱可塑性弓形部材の第２の端部と係合する第２の固定具であって、前記第１および第２の固定具が、互いに対して相対運動する経路に沿って、前記第１および第２の端部を移動させる、第２の固定具と；
    熱源を含む加熱装置であって、前記経路内を移動し、前記第１および第２の固定具によって、前記熱源と接触することなく前記熱源の近傍まで前記第１および第２の端部が移動し、前記第１および第２の端部が少なくとも部分的に溶融するように構成される加熱装置とを含み；
    前記第１および第２の固定具が、前記第１および第２の少なくとも部分的に溶融した端部を互いに接触するように移動させる、装置。
41. 前記第１および第２の固定具が、前記第１および第２の少なくとも部分的に溶融した端部を、少なくとも５０ｐｓｉの圧力で互いに接触するように移動させる、請求項４０に記載の装置。
42. 前記熱可塑性弓形部材に対して半径方向の力を加えるアームをさらに含む、請求項４０に記載の装置。
43. シールの試験方法であって：
    超音波技術を使用してシールの組をスキャンするステップであって、前記シールの組が欠陥を有するシールのサブセットを含み、前記超音波技術が関連するパラメーターを有するステップと；
    コンピュータートモグラフィー技術を使用して前記シールの組をスキャンするステップと；
    前記シールの組の各シールの機械的性質を試験するステップと；
    前記欠陥を検出するための、前記超音波技術の前記関連するパラメーターの値を求めるステップと
    を含む、方法。
44. 前記シールがポリケトン材料から形成され、前記欠陥が０．４ｍｍ以下の最長寸法を有する空隙を含む、請求項４３に記載の方法。
45. 前記パラメーターが周波数である、請求項４３に記載の方法。
46. 前記機械的性質が伸びである、請求項４３に記載の方法。