JP4310110B2 - グランドパッキン及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固定されている機械部分と運動する機械部分の間の環状ギャップ中に押し込むことができるシール要素としての、作用物質、特にPTFEを含浸されている不織布から形成されているグランドパッキン及びこのようなグランドパッキンの製造方法に関する。

グランドパッキンは、しばしば特別な紐状リング又は網状リング、押出されたリング又は圧縮されたリングから製造されている。パッキン材料として、しばしば黒鉛、PTFE、繊維材料、カーボン、金属又はこれらからなる適合した組合せ物が使用される。繊維材料に特別な含浸剤を含有させることができる。高温下で、高い化学的安定性を有し、かつ良好な密封特性及び摩擦特性を合わせ持つことを要求されるグランドパッキンの場合、材料としてPTFEが確立されている。しかしながら、PTFE製グランドパッキンの製造は、特にPTFE糸がストランド状パッキンに編まれる場合には、比較的費用がかかる。

独国特許第4423043C2号明細書によって、圧縮可能な織物ストリップを切り抜き、かつ例えばPTFE固形粒子からなる作用物質が含浸されている環状円板から、グランドパッキンを形成することが公知である。この環状円板は、その含浸後、約105℃の温度で乾燥され、さらにプレス装置でシール体へと押しつぶされる。このようにして、高い熱安定性を有し、低い摩擦モーメント及びわずかな漏れを実現するグランドパッキンが得られる。織物シート状物としてのこのグランドパッキンの場合には、PTFEを含浸されている不織布を使用することもできる。その製造方法は、環状円板を打抜く際に、著しくゴミを出すという点で非経済的である。そのうえ、個々の環状円板が重ね合わされることによって得られる水平な層面が、グランドパッキンとこれに対応するシャフトの間の均一ではない密封面をもたらす。

本発明は、著しく良好な摩擦特性とともに高い密封特性を有するグランドパッキンの提供を課題とする。

上記課題は、冒頭に記載の上位概念のグランドパッキンにおいて、本発明によれば、シール要素が、作用物質を含浸されている不織布ストリップで形成され、かつ半径方向で相互に巻かれて互いに圧縮されている少なくとも２つの層からなることによって解決される。したがって軸方向に相互に積み重ねられ、かつ互いに圧縮されている環状円板の代わりに、本発明によれば、半径方向に多層に巻かれ、かつさらに圧縮されている不織布ストリップが使用される。不織布ストリップが半径方向の層として、このように配置されていることによって、圧縮過程により、含浸された不織布ストリップ相互の良好な堅固な固定と同時に、パッキン材料の著しく良好な内部の圧縮がもたらされる。そのうえ、圧縮によって、不織布ストリップに取り込まれた作用物質含浸剤が部分的にシール要素の表面に押され、その結果、その箇所で作用物質含浸剤の堆積物が特に平滑な表面となることが確認された。このことから、特に平坦な、構造化されていないシール面が、最良の密封特性及び摩擦特性とともに得られる。

本発明の実施においては、不織布ストリップの第１の層の巻き始めと最後の層の巻き終わりがそれらの切断端部で重ね合わされていることによって、最終的に圧縮されたシール要素が厚くなった部分を生じず、又は類似のことが生じないことが好ましい。この場合、これら切断端部が張り出した斜面を有し、かつこのようにして既に巻き過程の際にシール要素の全周において均一な厚みが得られている場合が有利である。層の数は、少なくとも２から最大200まで変化させることができる。

添加される作用物質をできるだけ多く吸収させるために、不織布が高い開放性及び気孔率を有する場合が有利である。これは、不織布が、アラミド繊維から形成され、繊維長が３〜20 mmであり、単位面積当りの重量が20〜200 g/m²である機械的に結合されている不織布であることによってもたらされる。この場合、繊維長が短いことによって高い気孔率が得られる。アラミド繊維は、高温での使用に特に適している。アラミド繊維の代わりに、種々の繊維又は繊維混合物、例えば剛性が高くかつ高温使用に適する繊維又は繊維混合物を使用することも可能である。不織布の結合は、機械的に、例えばウォータージェット固定装置又はニードルによって行われる。機械的な固定は、その結合が化学的な結合に比べ、高温においても高い安定性を有する点で重要である。

固定されている機械部分と運動する機械部分の間の環状ギャップ中のシール要素としての、作用物質、特にPTFEを含浸されている不織布からなるグランドパッキンの製造には、繊維長３〜100 mmの繊維より形成されて機械的に結合されている不織布ストリップに作用物質を含浸させ、次に乾燥し、さらにその次に、その幅が、シール要素の設定された高さの1.5〜５倍の範囲であるように、長さを短くされたそれぞれの不織布ストリップに切断し、続いてその不織布ストリップを個々に心棒に巻き、さらにプレス装置で圧縮してシール要素とする方法が利用される。不織布ストリップの幅は、後の条件によって、特にグランドパッキンのシール要素がどのような硬度を有していなければならないかによって調整される。これは、プレス装置でのプレス圧にも依存する。シール要素の所望される硬度が高ければ高いほど、圧縮圧力は高く選択され、かつ不織布ストリップの幅は広くなる。

不織布ストリップそれ自体は、厚みが2.5mm以下、特に0.5〜1.25mmである。含浸浴中での滞留時間は、所望される含浸度及び使用される作用物質に依存する。作用物質が、PTFE水性分散液又は充填材を含むPTFE水性分散液からなることが好ましい。

含浸剤の漏出を防止するために、含浸した不織布ストリップの乾燥を連続加熱炉で30〜300 ℃の温度において実施することが好ましい。

通常、不織布ストリップは最大飽和度まで、即ち作用物質含量が約95〜98％となるまで含浸される。しかし、例えば密封特性に対する安定性という理由から、より高い繊維含量のシール要素を所望することも可能である。これを達成するために、また不織布ストリップ中の作用物質の特に良好な分布を達成するために、後続の２ローラ間でのぬぐい取り延伸過程で、不織布ストリップから含浸剤を部分的に絞り出すことができる。

プレス装置における軸方向の圧縮圧力は５〜50 Mpaである。この圧縮圧力によって、パッキン材料の内部の良好な圧縮が得られ、かつ同時に、含浸された不織布ストリップ相互の材料に適した良好な結合が達成されることが確認された。圧縮時間は、所望される圧縮度に応じて、２、３秒から２分の範囲である。圧縮圧力をより高くすると、通常、パッキン箱の空間に後に取付ける際、密封するために著しく高いパッキン箱パッキン押さえ力を必要とする著しく硬いシール要素がもたらされる。

特別な用途で使用する場合には、この圧縮されたシール要素に、高められた温度及び高められた圧力で焼結処理を施すことが有利であることが明らかになっている。さらに改善された摩擦特性を得るために、場合によってはシール要素を潤滑剤に含浸させることができる。

添付の図面にはシール要素及びこのシール要素を製造するためのプレス装置を示す。

図１にはグランドパッキンとして使用されるシール要素１の平面図を示す。このシール要素１は、作用物質を含浸されている不織布ストリップからなり、半径方向で相互に巻かれている３つの層２、３及び４から構成されている。この不織布ストリップの第１の層２の巻き始め10と、最後の層４の巻き終わり11は、それらの切断端部12及び13で重なり合っている。これらの切断端部12及び13は、張り出した斜面を有する。参照番号14は、シール要素１を貫く切断面を示す。この場所で、シール要素１は軸方向に切断され、これによってシール要素１がこの場所で曲げて分離することができ、密封すべきシャフトへの側方からのシール要素１の取付が容易になる。

図２は、図１のA-A線に沿ったシール要素１の断面を示す。半径方向に整列している各層２〜４を見ることができる。

図３は、含浸されて準備された状態のシール要素１を圧縮するプレス装置20を示す。このプレス装置20は、コア部22及びジャケット部23を有するダイ21と、パンチ24とからなる。コア部22とジャケット部23の間の間隙25に、図３の左側に示すように、この実施例では、層２〜８よりなるシール要素１が挿入される。その後、パンチ24が、矢印26及び27で示すように、間隙25中に軸方向で押し込まれる。これにより、結果として、図３の右側に示すように、シール要素１が圧縮される。この軸方向の圧縮によって、シール要素１の内側の層２の内側面及び外側の層８の外側面に特に平滑な構造がもたらされる。この構成は、グランドパッキンとして利用される後の密封過程にとって重要である。同時に、図３の右側に、層３〜７がジグザグ形状を有して示されているように、層相互の良好な堅固な固定がもたらされる。この圧縮処理の後、シール要素１は、プレス装置20から取り出され、さらにグランドパッキンとして使用される。

シール要素の平面図である。 図１のシール要素の断面図である。 シール要素が装填されているプレス装置の断面図である。

Claims (13)

1. 固定されている機械部分と運動する機械部分の間の環状ギャップ中に押し込むことができるシール要素としての、作用物質、特にPTFEで含浸され、そして乾燥された不織布からなるグランドパッキンの製造方法であって、
   繊維長が３〜100 mm、特に３〜20 mmである繊維から形成されて、単位面積当りの重量が20〜200 g/m²である機械的に結合されている不織布ストリップを、その幅が、シール要素の設定された高さの1.5〜５倍の範囲であるように、長さを短くされたそれぞれの不織布ストリップに切断し、続いてその不織布ストリップを個々に心棒に巻き、さらにプレス装置（20）で圧縮してシール要素（１）とする方法。
2. 前記繊維がアラミド繊維である請求項１記載の方法。
3. 前記不織布が、ポリイミド（PI）、ポリベンゾイミダゾール（PBI）、ポリエステル（PES）、ガラス繊維（GF）又はアラミド繊維（AF）より構成されている繊維もしくは繊維混合物からなる請求項１記載の方法。
4. 前記不織布ストリップの厚みが、2.5mm以下、特に0.5〜1.25mmの範囲にある請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記作用物質が、PTFE水性分散液又は充填材を含むPTFE水性分散液からなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記作用物質が、更なる充填材を含む脂肪−黒鉛混合物からなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記作用物質が、好ましくは充填剤を含む弾性結合剤からなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記含浸されている不織布ストリップの乾燥を、連続加熱炉において、30〜300 ℃の温度で行う請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記プレス装置における圧縮圧力が５〜50 MPaである請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記圧縮されたシール要素に、高められた温度及び高められた圧力で焼結処理又は架橋を施す請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 固定されている機械部分と運動する機械部分の間の環状ギャップ中に押し込むことができるシール要素としての、作用物質、特にPTFEを含浸されている不織布からなるグランドパッキンであって、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法により製造されているものにおいて、
    前記シール要素（１）が、前記作用物質を含浸されている不織布ストリップから形成され、かつ半径方向に相互に巻かれて、軸方向に圧縮されている少なくとも２つの層からなることを特徴とするグランドパッキン。
12. 前記不織布ストリップの第１の層（２）の巻き始め（10）と、前記不織布ストリップの最後の層（４）の巻き終わり（11）が、それらの切断端部（12、13）で重ね合わされ、
    前記切断端部（12、13）が張り出した斜面を有する請求項１１記載のグランドパッキン。
13. 前記不織布が、繊維長が３〜100 mm、特に３〜20 mmであり、単位面積当りの重量が20〜200 g/m²である機械的に結合されている不織布であり、
    前記不織布の機械的な結合がウォータージェット固定装置によってもたらされているか、又は前記不織布がニードルによって機械的に固定されている請求項１１又は１２記載のグランドパッキン。

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