JPH09257133A - 密封装置及び密封装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂材を使用したシール部の密封性を損なう
ことなく強固な固定を可能とするものであって、従来必
要とされた化学処理及び接着工程を廃止可能とする密封
装置及び密封装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 密封装置に樹脂材よりなる環状シールリ
ップ６と、この環状シールリップの周端部を挟持する折
り曲げ断面を有する補強環４と、ゴム状弾性材よりなる
もので前記補強環４及び環状シールリップ６と一体的に
加硫成形されるシール部５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は樹脂材によるシール
リップとゴム状弾性材によるシール部との複合材料によ
る密封装置に関するもので、新しい樹脂材の接合方法に
よる密封装置及び密封装置の製造方法を提供する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の密封装置を図１１示す。
図１１に示す密封装置１００は、互いに同軸的に相対移
動するハウジング１１０と軸１１１の隙間を大気側Ｏと
密封側Ｍとに隔てて密封するもので、その概略構成とし
て密封装置１００の形状を保持する断面Ｌ字状の金属性
の補強環１０１、補強環１０１に加硫成形されるゴム状
弾性体の第１シール部材１０２、及び補強環１０１と第
１シール部材１０２に挟まれるように固定される樹脂材
による第２シール部材１０３とを備えている。

【０００３】補強環１０１はハウジング１１０の内周面
に密封装置１００を固定するはめ合い部１０１ａとはめ
合い部１０１ａから径方向内向きに延びたフランジ部１
０１ｂとを備え、はめ合い部１０１ａの外周表面には第
１シール部１０２と一体的に成形された外周密封部１０
２ａが備えられている。

【０００４】またこの密封装置１００は、シール部とし
ては２つの部材を複合的に構成したものであり、一般的
なゴム状弾性体によるリップだけでは長期間に渡り高い
密封性能を満足させることが難しい過酷な条件で用いら
れることを可能としているものである。

【０００５】すなわち、シール部には第１シール部材１
０２の第１シールリップ１０２ｂと、第２シール部材１
０３の第２シールリップ１０３ａが備えられ、それぞれ
のリップに異なる特徴を持たせて高機能化しているもの
である。

【０００６】この従来技術においては、第２シールリッ
プ１０３ａに樹脂材として例えばＰＴＦＥ（４フッ化エ
チレン）による高い耐摩耗性や耐熱特性を備えた材料を
採用して、密封装置１００の稼動中（主として軸１１１
の回転運動）に密封側Ｍの高い圧力により第２シールリ
ップ１０３ａが軸１１１の摺動表面に付勢されても摩耗
や変形が少なく、また第１シールリップ１０２ｂの返転
や移動等を防止する保持機能を備え、密封性能を長期間
に渡り維持することが可能である。

【０００７】第２シールリップ１０３ａの軸１１１の摺
動表面との対向面にはポンプ作用を発生するねじ溝１０
３ｂが形成され、軸１１１の回転中は軸１１１の摺動表
面から大気側Ｏへと流出しようとする密封流体を密封側
Ｍに押し戻すように作用させて高い密封性能を維持して
いる。

【０００８】一方、ゴム状弾性体の第１第１シールリッ
プ１０２ｂは、軸１１１の回転中においてもこれ自体に
よる密封性も必要ではあるが、この従来技術においては
むしろ、軸１１１の停止時における密封流体のシールを
行うことも大事な機能となっている。

【０００９】従って、このような従来技術においては２
つの異なる材料の特性を引き出して上手に利用可能な構
成とし、高性能な密封性を達成している。

【００１０】図１２は、図１１で説明した複合シール部
を備えた密封装置１００の製造工程を説明する図であ
る。詳細に関しては、出願人による特願平２−２７３８
６号を参照することができる。

【００１１】図１２（ａ）において、成形型２００は概
略構成として下型２０１と上型２１０とから構成されて
いる。下型２０１は底面を形成する第１型２０２と、外
径側壁面を形成する第２型２０３と、内径側の壁面を形
成する中子２０４とから分割構成されている。そして、
中子２０４の外周面には雄ねじ部２０４ａが刻設されて
いる。

【００１２】一方、上型２１０の下面には、下型２０１
内に挿入される環状の突部２１１が形成されている。そ
して型閉めした際に、この突部２１１と下型２０１との
間に環状のキャビティ２２０が形成されることになる。

【００１３】次に、密封装置１００の加硫成形は、以下
のようにして行われる。

【００１４】まず、下型２０１の中に補強環１０１と第
２シール部材１０３及び第１シール部材１０２の素材と
してゴム生地１０２’を所定の順に配設する。

【００１５】また第２シール部材１０３としてはＰＴＦ
Ｅ等の樹脂材を前もって切削加工等により断面Ｌ字状に
形成しておく。断面Ｌ字状に形成せず、例えば平板状の
ワッシャ形状あるいはロート状のワッシャ形状の素材か
らなる第２シール部材１３０を利用し、型閉めにより断
面Ｌ字状に形成することも考えられるが、この場合には
第２シール部材１０３はゴム生地１０２’を介して補強
環１０１と中子２０４の雄ねじ部２０４ａに付勢される
ので、成形位置のずれや、ねじ溝１０３ｂを形成するた
めの圧力が断面Ｌ字状に形成することで消費され十分に
加圧されなくなる等の問題を考慮する必要がある。

【００１６】そして、図１２（ｂ）のように型閉めし、
加熱及び加圧を行う。キャビティ２２０内でゴム生地１
０２’は流動化し、第２シール部材１０３の第２シール
リップ１０３ａ、補強環１０１の表面に沿って流れてキ
ャビティ２２０内の全域にまで拡がる。

【００１７】すると、熱により軟化した第２シール部材
１０３の第２シールリップ１０３ａは流動化したゴム生
地１０２’の圧力によって雄ねじ部２０４ａの表面に押
しつけられ、雄ねじ部２０４ａに対応するねじ溝１０３
ｂが形成される。

【００１８】加硫成形が終了すると、型開きして成形品
を取り出し、第１シール部材１０２の余剰部分を適宜切
断して密封装置１００を完成させる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術において、上記のような複合シール部を備
えた密封装置１００は、異なる材料により製作されてい
る各構成要素同士の結合に関して特別な考慮を必要とす
る問題が生じる。

【００２０】つまり、一般的にＰＴＦＥ等の樹脂材料よ
りなる第２シール部材１０３は他の材料との接合性が低
く、例えばゴム状弾性体とは加硫成形により一見密着接
合されているようにみえるが、外力が加わると比較的簡
単に接合面が剥離してまったり、加硫成形後に第２シー
ル部材１０３のシールリップ１０３ａに軸を挿入する為
に拡径した場合等には、第２シール部材１０３に大きな
ストレスが加わり補強環１０１との間からも剥離が進行
する可能性がある。

【００２１】従って、第２シール部材１０３に表面処理
を行って接着剤を塗布焼き付けを行い、加硫成形時の第
１シール部材１０２及び補強環１０１との接合強度を大
きくして密封性能を維持することが行われている。

【００２２】また、金属材の補強環１０１との接合には
補強環１０１のフランジ部１０１ｂに機械的な嵌合手段
（例えば表面の凹凸や連通孔）を設けて接合強度を向上
させることも行われているが、これだけでは密封性能は
限定されたものとなってしまう。

【００２３】特に、上記した接着工程は、ＰＴＦＥの下
地処理として第２シール部を金属ナトリウムなどの液体
化合物に浸漬する化学処理が一般的に採用されている
が、処理工程に設備や材料、また極めて精度の高い工程
管理等を必要とするもので、作業効率が低くコストもか
かる傾向にあった。さらに近年では処理液の廃棄処理等
の環境保全の問題も考慮する必要がある。

【００２４】本発明は上記従来技術の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、樹脂材
を使用したシール部の密封性を損なうことなく強固な固
定を可能とするものであって、従来必要とされた化学処
理及び接着工程を廃止可能とする密封装置及び密封装置
の製造方法を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の密封装置の流体封入方法にあっては、樹脂材よ
りなる環状シールリップと、この環状シールリップの周
端部を挟持する折り曲げ断面を有する補強環と、ゴム状
弾性材よりなるもので前記補強環及び環状シールリップ
と一体的に加硫成形されるシール部と、を備えたことを
特徴とする。

【００２６】従って、環状シールリップがその材質に係
らず補強環により挟持されて密封性を保持しつつ強固な
結合状態となる。そして、ゴム状弾性材よりなるシール
部により密封性が向上する。

【００２７】前記環状シールリップはねじ溝を備えてい
ることも好適である。

【００２８】これによると、環状シールリップの可撓性
が高まり、密封装置の稼動時において、環状シールリッ
プの密封性が向上すると共に、密封装置に軸等を組み付
ける際の作業性が向上する。

【００２９】前記環状シールリップは平ワッシャ形状で
あることも好適である。

【００３０】これによると、環状シールリップは容易に
製作可能である。

【００３１】密封装置の製造方法にあっては、樹脂材よ
りなる平ワッシャ形状の環状シールリップと、この環状
シールリップの周端部を挟持する折り曲げ断面を有する
補強環とを組立部材として予め一体化し、この組立部材
を成形型に装着してゴム状弾性材よりなるシール部を加
硫成形する。

【００３２】また、前記成形型は環状シールリップにね
じ溝を形成するねじ溝形成部を備え、シール部の加硫成
形と同時に該ねじ溝を形成することも好適である。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。

【００３４】図１は本発明を適用した密封装置１の断面
説明図である。この密封装置１は不図示のハウジングと
軸の隙間に配置される環状を呈するものであり、外環側
がはめ合い部２としてハウジングの内周に嵌着され、内
環側が運動する軸の摺動表面を密封するシールリップ部
３となる。

【００３５】はめ合い部２は密封装置１をハウジング内
周に固定すると共に密封性を保つもので、金属製の補強
環４によりはめ合い剛性が備えられ、また補強環４の外
環部４ａにはゴム状弾性材からなるシール部５の外周密
封部５ａが一体的に成形されている。

【００３６】シールリップ部３は、樹脂材としてＰＴＦ
Ｅ樹脂（４フッ化エチレン）を材料とする平ワッシャ形
状の環状シールリップ６と、シール部５の一部として一
体的に形成されたダストリップ５ｂが備えられ、異なる
材料より構成された複合リップとなっている。

【００３７】環状シールリップ６は、補強環４の折り曲
げ断面であるところの外環部４ａの一端から径方向内向
きに延びたフランジ部４ｂと、フランジ部４ｂに対向す
るように外環部４ａの他端から折り曲げられて延びた圧
接端４ｃにより周端部をかしめられることで強固に挟持
されており、また不図示の軸の摺動表面と当接する当接
面６ａにはねじ溝６ｂが形成されている。

【００３８】このような構成の密封装置１は、接着工程
に頼ることなく環状シールリップ６が補強環４により強
固に挟持されているので、環状シールリップ６の補強環
４からの剥離等の問題は解決される。

【００３９】また環状シールリップ６とシール部５との
接合面が剥離した場合でも、シール性の低下や環状シー
ルリップ６がズレたり変形したりすることがないので密
封装置１の使用状況において致命的な問題とならずに、
シール部の性能を維持することが可能である。

【００４０】ねじ溝６ｂ、ダストリップ５ｂの作用につ
いては従来技術によるものと同様である。

【００４１】図２の密封装置１Ａは、補強環１４の形状
が最も単純な折り曲げ断面を呈するもので、略コの字状
に構成したものである。その他の構成及び作用について
は、上記した密封装置１と同一であり、同一の符号を付
してその説明を省略する。

【００４２】図３は補強環４と平ワッシャ形状の環状シ
ールリップ６を予め組立部材７としてプレス成形したも
のである。組立部材７は図４（ａ）〜（ｄ）に示される
ようなプレス工程により成形することが可能であり、環
状シールリップ６は平ワッシャ形状であり、シート材を
打ち抜きによるものや、円筒状の素材をスライスするこ
とで作成することが可能であり、容易に製作することが
できるものでコスト的にも断面Ｌ字状のものに比べてメ
リットのあるものである。

【００４３】補強環４は、図５に示すように、環状シー
ルリップ６を挟持する部分に凹溝４ｄ（図５（ａ），
（ｂ））や凸条４ｅを設けることで環状シールリップ６
の保持力を大きくすると共に、シール性も向上させるこ
とができる。また、補強環４の表面は後述するゴム状弾
性材からなるシール部５の成形に備えて下地粗し処理や
接着剤を塗布することが行われるが、これは、プレス工
程の前後に適宜行えば良い。

【００４４】次に、密封装置１の成形工程を図６により
説明する。成形工程としてはシール部５の材料に従って
加硫成形や、モールド成形等が行われる。

【００４５】成形型の基本的構成は従来のものと同様で
あり、下型２１と上型２２とから構成されている。下型
２１は外径側壁面を形成する外型２１ａと、組立部材７
を保持する中型２１ｂ及び下型２１の中央部に位置する
内型２１ｃとにより構成されている。また内型２１ｃに
は環状シールリップ６の当接面６ａにねじ溝６ｂを形成
するねじ溝形成部２１ｄが刻設されている。

【００４６】一方、上型２２の下面には、下型２１内に
挿入される環状の突部２２ａが形成されている。そして
型閉めした際に、この突部２２ａと下型２１との間に環
状のキャビティ２３が形成されることになる。

【００４７】密封装置１の成形工程は次の通りである。
まず、型を開き下型２１の中型２１ｂに上記に説明され
た組立部材７を装着する。補強環４は径方向部４ｂの下
面を中型２１ｂの凸部２１ｅに当接させ、フランジ部４
ｂの内径端部を内型２１ｃの外径端部２１ｆと嵌合させ
ることで高精度に位置決めを行える。

【００４８】そして、成形時に流動化して拡がりキャビ
ティ２３内に充填されるシール部５の素材としてのゴム
生地５’を所定位置に載置する。

【００４９】開いた状態の上型２２’（２点鎖線）を矢
印Ａ１の方向に型閉めし、加熱及び加圧を行う。成形時
には、熱により軟化した環状シールリップ６の当接面６
ａにゴム生地５’の圧力によりねじ溝６ｂを形成する。
成形が終了したら型開きして成形品を取り出し、シール
部５の余剰部分やバリを適宜切断して密封装置１を完成
させれば良い。

【００５０】この成形工程においては、成形型と環状シ
ールリップ６との相対位置関係を気にする必要がなく、
補強環４の位置さえ決まれば環状シールリップ６の位置
もおのずと決定される。また、環状シールリップ６が平
面状であるので、成形時に圧力を加えることが容易であ
り、ねじ溝６ｂの成形加工性が良い。

【００５１】図６ではねじ溝６ｂを軸との当接面６ａ側
にのみ形成したものであったが、環状シールリップ６の
柔軟性を増加させる目的で両面に形成することも可能で
あり、図７にその構成を例示する。６ｃは環状シールリ
ップ６の当接面６ａの反対側の面に形成されたねじ溝で
ある。このねじ溝６ｃは上型２２の環状の突部２２ａに
設けられたねじ溝形成部２２ｂにより形成されるが、ポ
ンプ作用を目的としないのでねじ溝でなく複数の同心円
状の溝でも構わない。

【００５２】両面にねじ溝を付けると、環状シールリッ
プ６の柔軟性が増加して軸の偏心に対する追随性が向上
すると共に、緊迫力を低下させた場合には発熱や摩耗を
低減することになり寿命を延ばすことが可能となる。

【００５３】図８（ａ），（ｂ）はねじ溝６ｂ，６ｃの
断面形状の一例を示したものであり、ここでは山形と波
形が示されている。

【００５４】図９は成形型から取り出した密封装置１の
環状シールリップ６の内径端部６ｄの仕上げ方法を説明
する図である。内径端部６ｄは図９（ａ）のように刃先
２５によりシール部５の余剰部分やバリを切削加工によ
り除去することができる。内径端部６ｄは図９（ｂ）の
ように内径端部６ｄにゴム状弾性部材が当接面６ａ側へ
現れないようにしても良いし、図９（ｃ）の如くゴム状
弾性部材６ｅを残して環状シールリップ６の先端部の例
えば０．５ｍｍから２．０ｍｍ程度はゴム状弾性部材６
ｅと軸の摺動表面が接触するようにしても良い。

【００５５】また、従来技術の説明における図１１の密
封装置１００にあるように、樹脂材による第２シール部
材１０３の先端部に第１シールリップ１０２ｂが配設さ
れる構成の密封装置に本発明を適用する場合には、ゴム
状弾性部材６ｅの形状をリップ形状とすれば良い。そし
てその際には、環状シールリップ６の図において上側に
薄く形成されているシール部５の径方向部５ｃの厚みを
増加させることで、使用時にリップに緊迫力を与えるこ
とができる。

【００５６】図１０は、密封装置１を使用装置への組立
を容易にするために、予め環状シールリップ６の曲げ加
工を行っている状態の図である。２５はリップの曲げ治
具であり、密封装置１に挿入される使用装置の軸とほぼ
同径である。この曲げ治具２５の挿入と共に加熱して環
状シールリップ６の曲げ加工を行う。

【００５７】もっとも、曲げ加工を事前に行わないで使
用装置への組立と同時に使用装置の軸により曲げても良
いが、環状シールリップ６の緊迫力の調整をとることが
難しいことと、組立に伴い環状シールリップ６に傷を付
けたり損傷させてしまう恐れがあるので好ましい方法で
はない。

【００５８】さらに、図６の成形型の形状を変更して、
成形時に環状シールリップ６をある程度の曲げを伴うよ
うに成形させるようにすることで、曲げ加工を不要とす
ることも考えられる。

【００５９】

【発明の効果】上記の実施の形態により説明された本発
明によると、樹脂材による環状シールリップがその材質
に係らず補強環により密封装置に機械的に強固に固定さ
れるので、環状シールリップを固定するのに化学処理や
接着工程は不要となる。

【００６０】環状シールリップとシール部との接合面が
剥離した場合でも、シール性を維持することが可能であ
る。

【００６１】環状シールリップにねじ溝を備えること
で、環状シールリップの可撓性が高まり、密封装置の稼
動時において、環状シールリップの密封性が向上すると
共に、密封装置に軸等を組み付ける際の作業性が向上す
る。

【００６２】環状シールリップが平ワッシャ形状である
と、環状シールリップは容易に製作可能でコストも低
く、またねじ溝形成の際の成形加工性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る密封装
置の断面説明図。

【図２】図２は本発明の第２の実施の形態に係る密封装
置の断面説明図。

【図３】図３はプレス成形された組立部材の図。

【図４】図４は組立部材のプレス工程の説明図。

【図５】図５は補強環の図。

【図６】図６は密封装置の成形工程を説明する図。

【図７】図７は密封装置の成形工程を説明する図。

【図８】図８はねじ溝の断面形状の一例を示す図。

【図９】図９は環状シールリップの内径端部の仕上げ方
法を説明する図。

【図１０】図１０は環状シールリップの曲げ加工を行っ
ている状態の図。

【図１１】図１１は従来の密封装置の断面説明図。

【図１２】図１２は従来の密封装置の成形方法を説明す
る図。

【符号の説明】

１ 密封装置 ２ はめ合い部 ３ シールリップ部 ４，１４ 補強環 ４ａ 外環部 ４ｂ フランジ部 ４ｃ 圧接端 ４ｄ 凹溝 ４ｅ 凸条 ５ シール部 ５’ゴム生地 ５ａ 外周密封部 ５ｂ ダストリップ ５ｃ 径方向部 ６ 環状シールリップ ６ａ 当接面 ６ｂ，６ｃ ねじ溝 ６ｄ 内径端部 ６ｅ ゴム状弾性部材 ７ 組立部材 ２１ 下型 ２１ａ 外型 ２１ｂ 中型 ２１ｃ 内型 ２１ｄ ねじ溝形成部 ２１ｅ 凸部 ２１ｆ 外径端部 ２２ 上型 ２２ａ 凸部 ２３ キャビティ ２５ リップの曲げ治具

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂材よりなる環状シールリップと、こ
   の環状シールリップの周端部を挟持する折り曲げ断面を
   有する金属補強環と、ゴム状弾性材よりなるもので前記
   補強環及び環状シールリップと一体的に加硫成形される
   シール部と、を備えたことを特徴とする密封装置。
2. 【請求項２】 前記環状シールリップはねじ溝を備えて
   いることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 【請求項３】 前記環状シールリップは平ワッシャ形状
   であることを特徴とする請求項１または２に記載の密封
   装置。
4. 【請求項４】 樹脂材よりなる平ワッシャ形状の環状シ
   ールリップと、この環状シールリップの周端部を挟持す
   る折り曲げ断面を有する補強環とを組立部材として予め
   一体化し、この組立部材を成形型に装着してゴム状弾性
   材よりなるシール部を加硫成形することを特徴とする密
   封装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記成形型は環状シールリップにねじ溝
   を形成するねじ溝形成部を備え、シール部の加硫成形と
   同時に該ねじ溝を形成することを特徴とする請求項４に
   記載の密封装置の製造方法。