JP2012518145A - Ｐｔｆｅ封止要素およびそれを伴うシャフト封止アセンブリの製造方法 - Google Patents

Abstract

ＰＴＦＥ封止要素およびそれを伴う回転式シャフト封止アセンブリの製造方法を提供する。この方法は、ＰＴＦＥ封止要素、および電極を中に有する真空チャンバを設けるステップを含む。次に、ＰＴＦＥ封止要素を一方の電極上に置くステップ、チャンバにおいて真空圧を引くステップ、チャンバ内に第１の処理ガスを導入するステップを含む。さらに、高周波信号を電極に対して与えるステップ、放電プラズマを生成するステップ、ＰＴＦＥ封止要素の表面を放電プラズマでエッチングおよび化学修飾するステップを含む。次いで、真空チャンバ内を第２の処理ガスで一掃するステップ、真空チャンバを大気圧に回復させるステップを含む。その後、封止要素をすすぐステップ、接着促進剤をエッチングおよび化学修飾された表面に適用するステップを含む。最後に、ＰＴＦＥ封止要素とキャリアとの間においてエラストマー材料を成形することによりＰＴＦＥ封止要素のエッチングおよび化学修飾された表面をキャリアに取付けるステップを含む。

Description

発明の背景
１．技術分野
この発明は一般的に回転式シャフト封止に関し、より特定的には、ＰＴＦＥ封止要素およびそれを伴う回転式シャフト封止アセンブリの製造方法に関する。

２．関連技術
回転式シャフト封止アセンブリは、回転するシャフトに対して低摩擦封止を確立するためのＰＴＦＥ封止要素を組込むとして知られている。これらの封止アセンブリを製造する際において理解されている課題は、ＰＴＦＥ封止要素と封止アセンブリの付近の基板との間における信頼性の高い接合を確立することである。ＰＴＦＥの特性は、潤滑性があり、典型的には、それと付近の基板との間において信頼性の高い接合を形成することを困難にする。ＰＴＦＥ封止アセンブリを製造する１つの公知の方法においては、ＰＴＦＥ封止要素をまずＰＴＦＥビレットから機械加工し、次いで、そのＰＴＦＥ封止要素を、さらに、二次作業において「湿式化学」プロセスを用いてＰＴＦＥ封止要素の表面をエッチングおよび化学修飾することにより処理する。化学修飾されたＰＴＦＥ要素は、次いで、封止アセンブリの基板に成形される。このプロセスは、ＰＴＦＥ要素と付近の封止アセンブリ基板との間における接合を達成することにおいて効果的であることがわかっているが、ＰＴＦＥ要素を化学修飾するよう用いられる湿式化学プロセスを考慮すると、潜在的に危険である。湿式化学プロセスが潜在的に危険であることに加えて、それは、多くの供給業者によっては実施されてはおらず、したがって、そのプロセスを実行することができる可能性のある供給源の数は限られる。したがって、湿式化学プロセスが、潜在的に危険であり、かつ限られた供給業者によってのみ供給されるという状態では、このプロセスに関連付けられるコストは典型的には高くなる。したがって、ＰＴＦＥ封止アセンブリの総製造コストは増大する。

この発明の１つの現在好ましい局面に従うと、回転式シャフト封止アセンブリのＰＴＦＥ封止要素の製造方法が提供される。この方法は、ＰＴＦＥ封止要素を提供するステップと、電極を中に有する真空チャンバを設けるステップと、ＰＴＦＥ封止要素の一表面を電極の一方上に置くステップとを含む。次いで、真空チャンバにおいて真空圧を引くステップと、真空チャンバ内に第１の選択された処理ガスを導入するステップとを含む。さらに、高周波信号を電極に対して予め定められた時間期間の間与え、放電プラズマを電極間の処理ガスから生成するステップを含み、放電プラズマは、電極に接するＰＴＦＥ封止要素の一表面の少なくとも一部をエッチングおよび化学修飾する。次いで、真空チャンバ内を第２の選択された処理ガスで一掃し、真空チャンバを大気圧に回復させるステップを含む。その後、封止要素の一表面をすすぎ溶液中においてすすぐステップと、接着促進剤をすすいだ表面に適用するステップとを含む。

この発明の別の局面に従うと、回転式シャフト封止アセンブリを製造する方法が提供される。この方法は、剛性の環状キャリアと、対向する第１の表面および第２の表面を有するＰＴＦＥ封止要素と、電極を中に有する真空チャンバとを設けるステップを含む。次に、ＰＴＦＥ封止要素の第１の表面を電極の一方上に置くステップと、真空チャンバにおいて真空圧を引くステップと、真空チャンバ内に第１の選択された処理ガスを導入するステップとを含む。さらに、高周波信号を電極に対して予め定められた時間期間の間与え、放電プラズマを電極間の処理ガスから生成するステップを含み、放電プラズマは、第１の表面と対向しないＰＴＦＥ封止要素の第２の表面の少なくとも一部をエッチングおよび化学修飾する。次いで、真空チャンバ内を第２の選択された処理ガスで一掃し、真空チャンバを大気圧に回復させるステップを含む。その後、封止要素の第２の表面をすすぎ溶液中においてすすぐステップと、接着促進剤をすすいだ表面に適用するステップとを含む。最後に、キャリアとすすいだ表面との間においてエラストマーを成形することにより、すすいだ表面をキャリアに取付けるステップを含む。

この発明の１つの現在好ましい局面に従って構成される回転式シャフト封止アセンブリの部分断面図である。 図１の封止アセンブリのＰＴＦＥ封止要素の平面図である。 この発明の１つの現在好ましい局面に従うプロセスフロー図である。

現在好ましい実施例の詳細な記載
この発明のこれら並びに他の局面、特徴および利点は、現在好ましい実施例並びにベストモードの以下の詳細な説明、特許請求の範囲および添付の図面と関連して考慮された場合により容易に理解されることになる。

より詳細に図面を参照して、図１は、この発明の１つの現在好ましい局面に従って構成される回転式シャフト封止アセンブリ１０を示す。アセンブリ１０は剛性の環状キャリア１２を有し、それは、好ましくは、鋼などの金属から製造され、たとえば軌道輪またはハウジング（図示せず）などのような機械構成要素に対する取付用に構成される。キャリア１２は任意の好適な態様で構成され得ることが理解される。アセンブリ１０は、さらに、それに対して成形プロセスまたは好適な接着剤によって取付けられる環状エラストマー１４と、エラストマー１４に取付けられる環状ＰＴＦＥ封止要素１６とを有する。ＰＴＦＥ封止要素１６は、キャリア１２から径方向に内方向に延在して、封止要素１６に対して回転するシャフト２０との動的な封止係合のための封止リップ１８を与える。

この発明の１つの局面に従い、および図３に示されるように、ＰＴＦＥ封止要素１６は、所望の直径を有する管状ビレットなどのようなＰＴＦＥビレットから所望の幅の円板を切断することにより形成される。この切断動作は、任意の好適な切断機構を用いて実行され得る。したがって、円板は、好ましくは、切断で、仕上がった封止要素１６のおおよそのサイズおよび形状をとる。したがって、封止要素１６に対しては、円板は、互いに面さない対向する平坦な側部を有する対称の環状円板である。円板は、任意の所望のサイズおよび形状を有して形成され得ることが理解されるべきである。

次いで、ＰＴＦＥ円板は、さらに、それらを好適にサイズ決めされた真空チャンバに配置することによって処理される。この真空チャンバは、１対または複数対の、互いから間隔をおかれた電極を有し、電極の一方は、好ましくは、円板が上に置かれる支持体またはキャリアとして設けられる。支持電極は、たとえばスクリーンなどのような金属ワイヤのメッシュとして構成され得る。メッシュのサイズは、電極に対する特性を与えるよう所望のように変更され得る。円板は、対称である場合には、その表面または側部のいずれかが支持電極と係合する状態で置かれ得、非対称である場合には、所望の面または側部が支持電極と係合する状態で置かれ得る。

ＰＴＦＥの円板を真空チャンバ内の支持電極上に置くと、処理は、真空チャンバ内において真空圧を引くことによって続く。真空圧は、好ましくは、約１ｍｂａｒまで引かれる。

次に、水素、酸素、アルゴン、アンモニア、ヘリウム、窒素または水蒸気などのような第１の選択された処理ガスを真空チャンバ内に導入することによって、処理が続く。第１の処理ガスがチャンバ内に導入されると、たとえば約４０ｋＨｚ、１３，５６ＭＨｚまたは２．４５ＧＨｚなどのような高周波信号を所定の時間期間の間電極に与え、放電プラズマを電極間の処理ガスから生成することによって、処理が続く。高周波信号は好ましくは約１０〜６０分間の間与えられるが、この時間期間は、ＰＴＦＥ円板のサイズ並びに所望される表面のエッチングおよび化学修飾によって、異なることが考えられる。放電プラズマは、図１および図２において概ね２２で示されるように、プラズマに晒されるＰＴＦＥ円板の部分をエッチングおよび化学修飾することによって、ＰＴＦＥ円板の表面を変性させる。したがって、ワイヤメッシュと接するＰＴＦＥ円板の部分または円板の第１の側部は、対向する第２の側部がエッチングされる程にはエッチングされないが、そのエッチングはその適用例に対しては十分なものである。

このプロセスの次のステップは、真空チャンバ内を、窒素などのような第２の選択された処理ガスで一掃すること、および真空チャンバを大気圧に回復させることを含む。

真空チャンバ内が一掃されると、処理は、次いで、円板のエッチングおよび化学修飾された表面をすすぐことを伴う。このすすぎは、浴槽または噴霧プロセスにおいて、すすぎ溶液が希釈した酢酸などのような穏やかな酸性溶液として提供される状態で行なわれ得る。

すすぎステップの後、このプロセスは、好ましくは、接着促進剤を、エッチングされ化学修飾された表面に適用することを含む。この接着促進剤は、シランまたはフェノール接着剤として提供され得る。接着促進剤は、噴霧プロセスまたは任意の他の好適なプロセスにおいて適用され得る。

最後に、封止要素をキャリアに取付ける。この封止要素は、優先的にエッチングされ化学修飾された表面がキャリアに面する状態で向き付けられ、次いで、エラストマーをキャリアと封止要素のエッチングおよび化学修飾された表面との間において成形する。成形プロセスは、たとえば、射出成形プロセスなどのようなエラストマーの成形の際に用いられる典型的な成形プロセスを含む。したがって、封止要素をキャリアに取付ける取付プロセスは腐食性の化学薬品または他の潜在的に有害なプロセスを用いることを必要としない。

明らかに、この発明の数多くの修正および変形が上記の教示に照らして可能である。したがって、特許請求の範囲内において、この発明は具体的に記載される以外の他の態様で実施されてもよいことが理解される。

Claims (14)

1. 回転式シャフト封止アセンブリのＰＴＦＥ封止要素の製造方法であって、
   対向する第１の表面および第２の表面を有するＰＴＦＥ封止要素を提供するステップと、
   電極を中に有する真空チャンバを設けるステップと、
   前記ＰＴＦＥ封止要素の前記第１の表面を前記電極の一方上に置くステップと、
   前記真空チャンバにおいて真空圧を引くステップと、
   前記真空チャンバ内に第１の選択された処理ガスを導入するステップと、
   高周波信号を前記電極に対して予め定められた時間期間の間与え、放電プラズマを前記電極間の前記処理ガスから生成するステップとを含み、前記放電プラズマは、前記ＰＴＦＥ封止要素の前記第２の表面をエッチングおよび化学修飾し、前記方法はさらに、
   前記真空チャンバ内を第２の選択された処理ガスで一掃し、前記真空チャンバを大気圧に回復させるステップと、
   前記第２の表面をすすぎ溶液中においてすすぐステップと、
   接着促進剤を前記第２の表面に適用するステップとを含む、方法。
2. 前記接着促進剤のためにシランまたはフェノール接着剤を用いるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記すすぎ溶液のために酸性溶液を用いるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の選択された処理ガスを、水素、酸素、アルゴン、アンモニア、ヘリウム、窒素および水蒸気からなる群から提供するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第２の選択された処理ガスを窒素として与えるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. ワイヤメッシュトレイを前記電極の前記一方として用いるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記高周波信号を前記電極に対して約１０〜６０分間の間与えるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 回転式シャフト封止アセンブリを製造する方法であって、
   剛性の環状キャリアを設けるステップと、
   対向する第１の表面および第２の表面を有する環状ＰＴＦＥ封止要素を提供するステップと、
   電極を中に有する真空チャンバを設けるステップと、
   前記ＰＴＦＥ封止要素の前記第１の表面を前記電極の一方上に置くステップと、
   前記真空チャンバにおいて真空圧を引くステップと、
   前記真空チャンバ内に第１の選択された処理ガスを導入するステップと、
   高周波信号を前記電極に対して予め定められた時間期間の間与え、放電プラズマを前記電極間の前記処理ガスから生成するステップとを含み、前記放電プラズマは、前記ＰＴＦＥ封止要素の前記第２の表面の少なくとも一部をエッチングおよび化学修飾し、前記方法はさらに、
   前記真空チャンバ内を第２の選択された処理ガスで一掃し、前記真空チャンバを大気圧に回復させるステップと、
   前記第２の表面をすすぐステップと、
   接着促進剤を前記第２の表面に適用するステップと、
   前記第２の表面と前記キャリアとの間においてエラストマーを成形することにより前記第２の表面を前記キャリアに取付けるステップとを含む、方法。
9. 前記すすぎ溶液のために酸性溶液を用いるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記接着促進剤のためにシランを用いるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１の選択された処理ガスを、水素、酸素、アルゴン、アンモニア、ヘリウム、窒素および水蒸気からなる群から提供するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記第２の選択された処理ガスを窒素として与えるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. ワイヤメッシュトレイを前記電極の前記一方として用いるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
14. 前記高周波信号を前記電極に対して約１０〜６０分間の間与えるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。

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