WO2023191100A1 - 筒状ファブリックを用いたシール材 - Google Patents
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Definitions
- This application relates to a sealing material using a cylindrical fabric that seals the outer peripheral surfaces of the shafts of a non-rotating body and a rotating body, and particularly to an annular annular sealing material using a cylindrical fabric.
- transportation of equipment with mechanisms that generate heat easily such as high-speed shafts, such as automobiles, motorbikes, bicycles, amusement rides, motorboats, railway vehicles, ships, aircraft, spacecraft, artificial satellites, and other vehicles.
- annular sealing materials that can be applied to equipment, conveyance equipment such as linear motion devices such as belt conveyors, machine tools, robots, production equipment, image processing equipment, semiconductor manufacturing equipment, industrial machinery such as chip mounters, etc.
- sealing materials for shaft seals include sealing materials made of rubber, etc., sealing materials made of foam, sealing materials integrated with fibers and elastic materials, and sealing materials made of fibers such as pile. ing.
- powder leakage can cause locking and damage of the bearing due to powder entering the rotating shaft bearing, and may also adhere to the drive or electrical board, causing equipment malfunction, leading to early maintenance and shortened service life. Sometimes. Furthermore, if it leaks outside the device, it becomes a plume and contaminates the surrounding area.
- conventional shaft sealing materials for sealing to prevent powder from leaking to the outside include rubber-based and elastomer sealing members formed by punching from rubber sheets or molding, and sealing materials formed by punching. Sponge-based seal members or felt-based seal members, and shaft seal members made of pile woven and knitted fabrics have been proposed.
- rubber-based and elastomer seal members have viscoelasticity and a high coefficient of friction. Therefore, when used as a sealing member for sliding parts, the temperature rise due to sliding with the rotating body becomes high, and when used for a long period of time under high load, the rubber creep deformation occurs and the compressive force to the shaft decreases, resulting in poor sealing performance. There is a problem that the value decreases.
- a sponge-based shaft seal member has a bubble hole in the seal member, and is generally used after being compressed in a shape with a shaft hole. Compression is easy because there are walls in the longitudinal direction of the shaft for attaching the sealing member, but it is difficult to generate the compression necessary for sealing to the center of the shaft, and if you try to force compression, the sponge will become distorted and the problem will be reversed. There is a problem that sealing performance deteriorates. Furthermore, because the inner surface of the cut shaft hole cannot sufficiently compress the center of the shaft, dust and powder are taken into the bubble hole, causing clogging and reducing sealing performance. .
- Felt-based seal members use felt made by compressing fibers.
- the fibers of general non-woven sealing members are densely structured and do not have elasticity, it is difficult to obtain sufficient compression toward the center of the shaft, which is necessary for the hole inserted into the shaft, to seal with the shaft. .
- the cut surface of the felt is made up of loose fibers with no directionality, so dust and powder can easily enter through the gaps between the fibers, reducing sealing performance. There's a problem.
- the sealing material rotates with the rotating shaft because it comes into strong contact with the rotating shaft.
- the present invention can be applied not only to seals on cylindrical members of rotating shafts, but also to seals on equipment that slides on surfaces with irregular cross sections, such as the rails of linear motion guides.
- Our goal is to provide a sealing material that can prevent the intrusion or leakage of water, a resource-saving sealing material, and a novel sealing structure that is highly recyclable and can be reused repeatedly by simply replacing parts.
- the purpose is Also, unlike pile, it avoids the inherent risk of fuzzing, which is inherent in the material of the sealing material, while providing sealing performance that is equal to or better than pile. Furthermore, it can be applied as a means for controlling water leakage or stopping water. Another objective is to avoid overheating, wear, and breakage and provide long-term stable sealing performance.
- a first means for solving the problems of the present invention is a sealing material that has at least a cylindrical fabric and a rigid support member that supports the cylindrical fabric, and the cylindrical fabric has elasticity and elasticity.
- the cylindrical fabric has rebound resilience due to its thickness, and the cylindrical fabric provides support while covering the support member placed on the back side of the part that comes into contact with the material to be sealed, so that it can be compressed by contact with the material to be sealed.
- a sealing material that is fixed to a member.
- the sealing material is an annular sealing material
- the elasticity of the cylindrical fabric is such that the cylindrical fabric can be stretched from the inner periphery to the outer periphery of the hole of the support member.
- the supporting member has a hole on the inner periphery of which the cylindrical fabric is arranged, and the cylindrical fabric has an outer circumferential length O L when not stretched equal to an inner circumferential length I L of the hole in the supporting member.
- the outer circumferential surface of the tubular fabric is equal to or less than the inner circumferential surface of the hole in the supporting member so as to cover the contact area between the inner circumferential surface of the supporting member and the member to be sealed.
- the annular shape referred to in the present invention includes not only a circle and an ellipse but also a ring with an irregular cross section.
- the support member has a hole inside it to form an annular shape, and since the rotating shaft or the rail of the linear motion guide is inserted through the hole, it has an inner circumferential surface as a cavity.
- the sealing material using the supporting member is the annular sealing material here.
- the third means of the present invention is that the tubular fabric is made of a non-woven fabric having rebound resilience and stretchability, a tubular woven or knitted fabric having rebound resilience and stretchability using yarn made of multifilament, or a spun yarn of staple fibers that is used for rebound resilience. It is a tubular fabric using either a tubular woven or knitted fabric having elasticity and stretchability, and when the tubular fabric having rebound resilience is compressed by contact with the member to be sealed, the tubular fabric.
- the sealing material according to the first or second aspect is characterized in that the supporting member has sufficient rigidity to prevent plastic deformation due to the compressive force of the fabric.
- a fourth means of the present invention is a sealing material for suppressing the intrusion or leakage of solid particles
- the cylindrical fabric has a fiber diameter ⁇ s of 4 ⁇ r> with respect to the average particle diameter ⁇ r of the solid particles. It contains at least fibers that satisfy the relationship ⁇ s, and the relationship between the elongation rate Fr when in contact with the inner circumferential surface of the hole of the support member and the compression rate Cr at which the fabric is compressed by contact or pressure contact with the member to be sealed is,
- the sealing material according to any one of the first to third means, characterized in that Fr ⁇ Cr.
- the cylindrical fabric is fixed to the support member at a portion protruding from the contact area with the inner circumferential portion of the support member by adhesive, adhesive, heat fusion, or heat welding.
- the sealing material according to any one of the second to fourth means, characterized in that:
- the cylindrical fabric is extended to the outer circumference of the support member such that the portion protruding from the contact portion with the inner circumference of the support member is wrapped around the support member.
- the seal according to any one of the second to fourth means, characterized in that the seal is fixed to the support member by being held by a ring-shaped fixing member that fits on the outer circumference of the support member. It is a material.
- a seventh aspect of the present invention is that the tubular fabric is a woven or knitted fabric, the constituent yarns of which are either multifilament yarns consisting of a plurality of long fibers or spun yarns consisting of a plurality of short fibers. , and the sealing material according to any one of the first to sixth means, characterized in that these threads are either woolly processed threads or lightly twisted threads.
- An eighth aspect of the present invention is characterized in that the support member is annular and has a hollow inside, and a slit extending from the outer circumference to the inner circumference is provided in a part of the annular shape. 7.
- the sealing material according to any one of the above means.
- a ninth means of the present invention is the sealing material according to the eighth means, in which the support member is provided with an adjustment mechanism for expanding and contracting the width of the slit.
- a tenth aspect of the present invention is characterized in that the tubular fabric is inserted from one end of a support member provided with a slit, and the annular portion of the support member is covered with the inserted tubular fabric. 9.
- the sealing material according to any one of 9.
- An eleventh means of the present invention is the annular sealing material according to any one of the first to tenth means, characterized in that the cylindrical fabric is arranged in multiple layers on a support member. .
- a twelfth means of the present invention is the sealing material according to any one of the first to eleventh means, characterized in that the cylindrical fabric is impregnated with or coated with a sliding lubricant. .
- a thirteenth aspect of the present invention is characterized in that the tubular fabric is constructed using a yarn using fibers made of a water-absorbing polymer or a blended yarn containing fibers made of a water-absorbing polymer.
- the sealing material according to any one of the first to twelfth means.
- a fourteenth means of the present invention is characterized in that it is equipped with a pump that supplies cooling fluid, and can supply any fluid such as oil, water, air, gas, etc. toward the cylindrical fabric.
- the sealing material according to any one of the thirteenth means.
- a fifteenth means of the present invention is the sealing material according to the fourteenth means, wherein the operating amount of the pump is controlled based on a detection signal from a temperature sensor.
- a sixteenth means of the present invention is a transportation device using the sealing material according to any one of the first to fifteenth means.
- a seventeenth means of the present invention is a conveyance device using the sealing material described in any one of the first to fifteenth means.
- An eighteenth means of the present invention is a machine tool using the sealing material described in any one of the first to fifteenth means.
- machine tool refers to equipment for processing objects used as industrial equipment, such as metal processing machines and non-metal processing machines.
- the means of the present invention it is possible to prevent the intrusion of powder and dust, and it is also possible to prevent the intrusion of powder and dust even in the shaft member whose surface has an irregular cross section. Since the constituent members of the sealing material are simple and resource-saving, the sealing material can be applied without increasing costs. Further, a seal structure that can be easily applied in various situations can be easily realized.
- Adding a sliding lubricant to the cylindrical fabric of the sealing material reduces the heat generation and wear of the cylindrical fabric, extending the life of the cylindrical fabric, improving the durability of the sealing material, and increasing the sealing material's durability. It becomes easier to maintain sex for a long time. Moreover, it becomes easy to improve the sealing performance. Furthermore, the replacement life of the tubular fabric can be extended.
- Water leakage can be controlled by swelling the fibers, or water can be stopped by creating gaps between fibers that do not allow water to pass through due to the swelling of the fibers. It can be applied as a sealant for tubular fabrics.
- cooling fluid By supplying cooling fluid to the cylindrical fabric, it is possible to cool the contact area of the seal member, which rotates at high speed, thereby reducing troubles caused by overheating. Even if the fluid is air, the cylindrical fabric can pass through gaps, so cooling can be done not only with water or oil but also with air. Furthermore, since the operating amount of the pump can be controlled in a feedback manner using the temperature sensor, efficiency and optimization can be achieved.
- Transportation equipment, conveyance equipment, and machine tools are generally equipped with internal linear guides and rotating shafts that rotate at high speeds, so they generate a lot of heat and are susceptible to foreign matter entering from the outside. Therefore, by applying the sealing material of the present invention to prevent foreign matter from entering, it is possible to keep the inside of these devices clean and to facilitate stable operation.
- FIG. 1 shows an example of the structure of the shaft seal of the present invention.
- FIG. 1(a) is an example in which a stretchable cylindrical fabric arranged on the inner peripheral wall of a cylindrical support member is bent and attached to both cylindrical surfaces of the support member with double-sided tape. From left to right, they are an AA sectional view, a left side view, a front view, and a right side view.
- Figure 1(b) shows two ring-shaped fixing members that are fitted around the outer periphery of the support member by wrapping a stretchable cylindrical fabric around the inner peripheral wall of the cylindrical support member to the outer periphery. This is an example in which the folded portion of the cylindrical fabric on the outer periphery is held between the two.
- FIG. 1(c) From left to right, they are a BB sectional view, a left side view, a front view, and a right side view.
- a stretchable cylindrical fabric placed on the inner peripheral wall of a cylindrical support member with a brim is wrapped around the support member to the outer periphery so as to cover the support member, and the fabric is fitted onto the outer periphery of the support member.
- a cylindrical fabric on the outer periphery is held between a ring-shaped fixing member.
- FIG. 1(d) is an example of a support member provided with slit-like divisions covered with a cylindrical fabric. From the left, they are a DD sectional view, a left side view, and a front view.
- FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the principle of preventing intrusion of powder and the like by the present sealing material.
- FIG. 2(a) shows the shape of a tubular fabric made of multifilament yarn with a circular cross section when it is not stretched or compressed.
- FIG. 2(b) is a diagram showing how the cylindrical filament is pressurized in the vertical direction by coming into contact with the shaft seal, and the cylindrical filament expands into an ellipse, filling the gaps between the constituent threads.
- FIG. 1(d) is an example of a support member provided with slit-like divisions covered with a cylindrical fabric. From the left, they are a DD sectional view, a left side view, and a front view.
- FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the principle
- FIG. 2(c) is an enlarged view of a portion a surrounded by a broken line in FIG. 2(b), showing how the filaments are lined up without gaps in the state of FIG. 2(b).
- FIG. 2(d) is a diagram for explaining the principle for determining the fiber diameter necessary for sealing from the intruding particle diameter, the relationship between the fiber diameter and the surface of the member to be sealed.
- FIG. 3(a) is an example of the structure of a tricot-knitted tubular fabric.
- FIG. 3(b) shows a cross section of FIG. 3(a).
- FIG. 3(c) is a diagram showing the thickness t1 when the cylindrical fabric is attached to the support member while being stretched.
- FIG. 3(d) is a diagram showing the thickness t2 when the cylindrical fabric is in a compressed state while being sandwiched between the support member and the sealed member.
- An example of the manufacturing method of the shaft sealing material of the present invention shown in FIG. 1(a) is shown.
- An example of a method for manufacturing the sealing material for the rings of the left and right fixing members in FIG. 1(b) is shown.
- An example of a method for manufacturing a shaft sealing material provided with the flange shown in FIG. 1(c) is shown.
- An example of application to a rail shaft with an irregular cross-sectional shape is shown.
- 7(a) is an example of a shaft sealing material applied to a shaft with a rail-like cross-sectional shape
- FIG. 7(b) is an example of a shaft sealing material applied to a shaft with a hexagonal cross-sectional shape.
- (c) is an example of a shaft sealing material applied to a shaft with a rectangular cross-sectional shape
- FIG. 7(d) is a cross-sectional view of a shaft with a step, and an example of a shaft sealing material that corresponds to the shaft in the recessed part. It is.
- FIG. 8 is an example of how a shaft sealing material is assembled to a rotating shaft to prevent leakage of powder using the main shaft sealing material.
- Fig. 8(a) shows an example of a structure in which the supporting member is a shaft sealing material made of a flat plate and is used in combination with a bearing to prevent leakage of powder
- FIG. 8(b) shows a supporting member made of two fixed members.
- FIG. 8(c) is an example of a shaft sealing material on which a cylindrical fabric is supported, and
- FIG. 8(c) is an example of using a shaft sealing material having a flange.
- FIG. 2 is an explanatory diagram of a vibrator used in a powder leakage test. It is a repulsion load curve diagram showing the relationship between compression ratio and repulsion load in a predetermined area for each fabric.
- FIG. 2 is an explanatory diagram of an evaluation device that performs evaluation by rotating a shaft.
- FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for measuring the outer circumferential length of a cylindrical fabric.
- FIG. 2 is an explanatory diagram of test equipment used in a fluid leakage test.
- FIG. 14(a) shows a configuration example of a system for supplying liquid to fabric.
- FIG. 14(b) shows an example of a configuration in which the shaft sealing material can be attached to and detached from a holding member that supports the bearing.
- the sealing materials 1 of the embodiments (a) to (d) of FIG. A cylindrical fabric 2 with rebound resilience and stretchability is folded over and placed on both sides (sides are surfaces viewed from the axial direction and are cylindrical surfaces).
- a sealing material 1 is made by bending a stretchable cylindrical fabric 2 arranged on the inner peripheral wall of a cylindrical support member 3 and pasting it on both sides of the support member 3 with double-sided tape. This is an example.
- a stretchable cylindrical fabric 2 placed on the inner circumferential wall of a cylindrical support member 3 is wrapped around the support member 3 to the outer circumference, and is fitted onto the outer circumference of the support member 3.
- This is an example of a sealing material 1 in which a folded portion of a cylindrical fabric 2 at the outer periphery is sandwiched between two ring-shaped fixing members 4.
- the folded ends of both sides of the cylindrical fabric 2 are sandwiched between the rings of the respective fixing members 4.
- a stretchable cylindrical fabric 2 arranged on the inner peripheral wall of a cylindrical support member 3 having a flange 5 is attached to the outer periphery so as to cover the support member 3 including the flange-like collar 5.
- This is an example of a sealing material 1 in which a cylindrical fabric on the outer periphery is sandwiched between a ring-shaped fixing member 4 that is wrapped around the outer periphery of the support member 3 and is fitted to the outer periphery of the support member 3. The fixing member 4 is prevented from coming off in the axial direction by the collar 5.
- FIG. 1(d) is an example of a sealing material 1 in which a support member 3 provided with a slit-like split is covered with a cylindrical fabric 2.
- a split 6 is provided in the support member 3, and the diameter of the support member 3 can be expanded, so that the cylindrical fabric 2 is inserted through the crack 6 so as to pass through the sleeve of clothing.
- the support member 3 which is a rigid body
- a reaction force is generated, so that the support member 3 is attached so as to be in contact with the groove of the rotating body.
- the reaction force of the support member 3 causes the cylindrical fabric 2 in contact with the shaft to be compressed, so that the fabric 2, which is biased toward the inner circumference, Nevertheless, it will come into contact with the shaft.
- FIG. 2(b) shows how the multifilament having a circular cross section in FIG. 2(a) is pressurized in the vertical direction when it comes into contact with the shaft seal, and is expanded into an ellipse to fill the gap.
- the multifilament yarns 7 made of a plurality of fibers 8 are in contact with each other when not stretched, there are gaps between the filaments.
- the multifilament thread 7 is compressed under pressure toward the member to be sealed when the sealing material is used. Then, the filament is crushed into an ellipse, and each fiber 8 is pushed out into the gap in a direction perpendicular to the direction of pressure. Once the fibers 8 have spread to a certain extent, the spread is inhibited by the threads that are close to each other or in contact with each other, and the fibers 8 are arranged so that the fibers that make up the threads become finely arranged. becomes smaller.
- the present invention is a sealing material and a shaft sealing material invented based on this principle.
- the sealing material 1 of the present invention has a structure in which the cylindrical fabric 2 is a fabric using multifilament yarn 7 or a yarn made of a plurality of fibers, a fabric having a plurality of fibers and regulating the spread of the fibers. This can be achieved by means of structure.
- the structure of the seal member 1 whose spread is regulated is a tubular fabric 2 made of a tubular woven fabric, a tubular knitted fabric, or a tubular nonwoven fabric made of a plurality of entangled fibers, and the outer periphery of the tubular fabric 2 is used.
- This can be achieved by appropriately providing a fixing member 4 for fixing the cylindrical fabric 2 to the surface of the support member 3 as a means for regulating this.
- the thread used is a thread 7 made of a plurality of fibers 8, and the thread is lightly twisted or woolly processed to facilitate the dense arrangement of the fibers.
- threads are used.
- the fibers constituting the thread tend to become dense due to the pressure load, and the voids can be made smaller, so that intruding or leaking powder, dust, etc. can be accurately sealed.
- the surface of the cylindrical fabric can be treated with waterproofing, oil, grease, and lubricants. By applying this, it is possible to provide sliding properties and prevent liquid from entering the fibers.
- the loops are in contact with each other as the loops expand and contract, and more preferably, the yarns are in a raised state as the loops expand and contract.
- the warp threads form at least a region where the threads are in contact with each other, and it is more preferable that the warp threads swell at the close contact portions of the warp threads due to the contractile force of the stretchable weft threads.
- the woven or knitted cylindrical fabric 2 having such a structure in which the threads are closely attached to each other as the sealing member of the present sealing material 1.
- the present sealing material 1 is constructed as a shaft sealing material
- the circumferential surface of the hole 10 of the rigid support member 3 is covered with a cylindrical fabric 2 that is a sealing member.
- the cylindrical fabric 2 does not unilaterally expand toward the outer periphery, but is regulated by the inner periphery of the support member 3 and is elongated.
- a member to be sealed for example, a rotating shaft
- the cylindrical fabric 2 is compressed between the member to be sealed and the support member 3. Since a pressure load is applied to the cylindrical fabric, the fibers are densely formed as shown in FIG. 2(b). Therefore, intrusion and leakage of powder can be prevented.
- the cylindrical fabric 2 it is important to form the cylindrical fabric 2 so that there is no difference in level inside the hole 10 of the support member 3 due to wrinkles or overlapping of the fabrics. Therefore, in order to make the cylindrical fabric 2 uniformly contact the holes 10 of the support member 3, the relationship between the outer circumference of the cylindrical fabric: O L and the inner circumference of the hole of the support member to which the cylindrical fabric is installed: I L preferably satisfies the relationship O L ⁇ I L .
- the fabric will wrinkle and, although it should be sealed, a gap will instead be created. If both have approximately the same diameter, compression can be performed appropriately as long as wrinkles do not occur. As long as it does not cause wrinkles, it can be applied equally, so it depends on the material, but for example, even if equivalent includes the front and back of the outer diameter of up to 3%, it is reasonable as long as it does not cause wrinkles. It can be applied to
- the relationship between the elongation rate: Fr and the compression rate: Cr of the tubular fabric is set as Fr ⁇ Cr. It is preferable.
- Fr ⁇ Cr the compression ratio Cr is high, and the voids created by elongation are flattened by compression, that is, the fibers are expanded, and the dense fiber arrangement is re-formed. This means that leakage and intrusion prevention can be achieved.
- the outer circumferential length of the cylindrical fabric when not stretched is determined by measuring the folding width Wf under a predetermined load and measuring the thickness t0 using the method shown in FIG . It is calculated from ⁇ (Wf ⁇ 2t0)+(2 ⁇ t0 ⁇ ).
- the impact resilience of the tubular fabric made of the woven or knitted fabric used in the present invention can be determined by using a method in which the yarn used in the woven or knitted fabric is a lightly twisted yarn made of crimped fibers, or by using a woolly-treated yarn in the woven or knitted fabric. Obtaining rebound resilience by impregnating yarn with elastic fibers, or by creating a large bulge in the curved portion of the yarn (fiber) formed by the yarn entanglement or overlapping portion of the yarn formed by the texture of the woven or knitted fabric. I can do it.
- a large amount of compression can be obtained by laminating multiple layers of cylindrical fabric.
- the amount of compression may be increased by layering or folding the tubular fabric to obtain thickness.
- the elasticity of the tubular fabric made of the woven or knitted fabric used in the present invention can be achieved by stretching or contracting the loop by forming a loop of the knitted fabric.
- tubular fabrics made of woven fabrics by using threads made of crimpable fibers for the wefts and threads containing elastic fibers for the wefts, we can create tubular fabrics that are stretchable from the inside to the outside. can do.
- spunbond and melt-blown fabrics that can be formed by heating and melting are preferred.
- Thermoplastic elastomers can be used as the material, and by mixing thermoplastic elastomers with rubber elasticity into non-woven fabrics, the non-woven fabrics can be repulsed. It can provide elasticity and stretchability.
- FIG. 3 shows an example of the structure and thickness of a cylindrical fabric made of a warp knit structure.
- FIG. 3(a) is an example of the structure of a tricot-knitted tubular fabric.
- FIG. 3(b) shows a cross section of FIG. 3(a).
- FIG. 3(c) is a diagram showing the thickness t1 when the cylindrical fabric is attached to the support member while being stretched.
- FIG. 3(d) is a diagram showing the thickness t2 when the cylindrical fabric is in a compressed state while being sandwiched between the support member and the sealed member.
- the cylindrical fabric made of warp knitting is constructed so that the loops are adjacent to each other.
- a structure is an example of a structure in which the threads are knitted closely together so that the fibers become dense when a load is applied, and a structure in which the threads form loops and have elongation at least on the outside of the tube.
- This is also an example of a knitted fabric formed with a loop pitch in the axial direction of the sealed member: Ps and a loop pitch in the circumferential direction: Pg.
- FIG. 3(b) shows an example of a cross-section of warp knitting, where the thickness of the fabric in a state where no load is applied is t0, and it is also an example of a state in which the thread entanglement part has a bulge and has rebound resilience.
- FIG. 3(c) shows the thickness of the fabric when the cylindrical fabric is stretched along the inner periphery of the hole in the support member and is attached to the support member as t1.
- Table 1 shows that t0 and t1 have the same thickness.
- FIG. 3(d) shows a state in which the fabric supported by the support member is sandwiched between the support member and the member to be sealed and compressed to a thickness of t2.
- This is an example of a state in which a cylindrical fabric placed and supported inside a support member is compressed to a thickness of t2 by inserting a shaft, which is a member to be sealed, and the cylindrical fabric is compressed to a thickness of t2 by the support member and the member to be sealed.
- This is also an example of a state in which the fabric is compressed and sandwiched, and the fibers become dense, forming a state similar to the Pythagorean theorem to prevent leakage or intrusion.
- FIG. 4 shows the embodiment of FIG. 1(a) as an example of the method for manufacturing the shaft sealing material of the present invention.
- a cylindrical fabric 2 having a full length longer than the plate thickness of the support member 3 is placed around the cylindrical instrument to be press-fitted, and then the entire cylindrical instrument is inserted into the ring-shaped support member 3 provided with a hole 10.
- the support member 3 is inserted so that the hole 10 of the support member 3 is located in the center of the cylindrical fabric 2.
- the portion protruding from the support member 3 is bent toward the support member.
- a pressure-sensitive adhesive such as double-sided tape is applied in advance to the annular surface of the support member, and the protruding portions of both ends of the bent cylindrical fabric are attached to this to obtain a sealing material.
- the outer diameter of the cylindrical fabric calculated from the outer circumferential length of the cylindrical fabric is Df 0
- the thickness t 0 is the inner diameter of the hole when the support member is circular
- the assembly jig is The shaft diameter Dj on which the cylindrical fabric is covered satisfies the relationship (Df 0 - (2 ⁇ t 0 )) ⁇ Dj ⁇ Dh, and by setting the condition of (Dj+(2 ⁇ t 1 ))>Dh, the cylindrical fabric can be covered with the cylindrical fabric.
- the support member can be inserted by compressing the assembly jig, and the cylindrical fabric can be in contact with the inner surface of the support member along the axial cross-sectional shape of the assembly jig.
- the cylindrical fabric protruding from the hole of the support member which has the support member thickness Wh, the support member mounting outer diameter Dt, and the support member hole diameter Dh, is folded back and placed on the (Dt-Dh)/2 surface of the side surface of the support member.
- Support can be achieved by attaching it to a support member using an adhesive member or an adhesive member.
- the thickness of the support member should be at least the loop pitch in the axial stitch direction for knitted fabrics, or in the circumferential direction for woven fabrics, from the standpoint of sealing margin. It is preferable that the thickness of the supporting member is equal to or greater than the weft pitch of the extending weft yarns.
- a flat sheet metal or a resin plate can be used as the material for the supporting member of the sealing material, and the supporting member can be manufactured by a punching method, making it possible to provide a cost-effective sealing material. Alternatively, it may be manufactured using a mold.
- rotation stopper shape such as a D-cut shape
- the support means for supporting the cylindrical fabric on the flat support member may be double-sided tape made of adhesive, and the adhesive may be adhesive, hot melt, or heat fusion.
- this sealing material is a highly superior sealing material because the inner diameter of the support member is determined by determining the amount of compression of the fabric necessary for sealing: h, and it can be easily designed.
- the amount of compression h can be set based on the condition that the relationship between the elongation rate Fr and the compression rate Cr of the fabric when the outer periphery of the cylindrical fabric contacts the inner peripheral surface of the hole of the support member satisfies the condition Fr ⁇ Cr. .
- FIG. 5 shows an example of a method for manufacturing the sealing material for the rings of the left and right fixing members shown in FIG. 1(b).
- This sealing material supports the cylindrical fabric on the support member using two fixing members, and does not use chemicals such as adhesives or adhesives, or heat-seals the support member and the fabric. It can be easily fixed without heat welding or heat welding, making it suitable for recycling.
- the cylindrical fabric 2 is stretched and attached to the shaft portion of the cylindrical fabric 2 assembly jig, which is larger than the inner diameter of the cylindrical fabric.
- the cylindrical fabric has a protruding length that allows it to be folded back while protruding from the axis of the assembly jig.
- the support member 3 having the hole 10 for supporting the cylindrical fabric 2 is inserted into the outside of the cylindrical fabric 2 supported by the shaft of the assembly jig. At this time, the support member 3 is inserted into the hole of the support member 3 while the fabric 2 is slightly compressed. By doing so, a state is formed in which the fabric is in contact with the inner diameter of the hole in the support member.
- the cylindrical fabric is folded back to the outside of the support member, and a fixing member is press-fitted through the fabric to fix one side.
- the cylindrical fabric that has protruded in the opposite direction is also folded back and press-fitted into the outside of the support member using a fixing member to fix it.
- Fold back the cylindrical fabrics protruding from both ends of the support member fold back the cylindrical fabrics on the surface of the support member, and fix the cylindrical fabrics through the fabrics by press-fitting with two fixing members 4 under strong compression.
- the present sealing material can also be used to mechanically fix the fabric, and it is possible to use fibers of heat-resistant material as the material of the cylindrical fabric, supporting members and fixing members made of highly heat-resistant resin, and even supporting members made of metal.
- the fixing member By using the fixing member, a shaft sealing material having heat resistance can be easily manufactured.
- a chemical-resistant material for the fabric it can be used as a shaft sealing material or leakage prevention material for medical equipment that does not require the inclusion of impurities. Furthermore, by folding back both ends of the cylindrical fabric and supporting and fixing it with the fixing members, a sealing material with a long seal width can be easily produced.
- the method of supporting and fixing this fabric does not use adhesives or adhesives, and the only consumable component is the cylindrical fabric, and the supporting and fixing components are reusable and environmentally friendly sealing materials. .
- FIG. 6 shows an example of a method for manufacturing a shaft sealing material equipped with the flange shown in FIG. 1(c). This is a manufacturing method of a shaft sealing material 1 having a flange portion 5 on a support member 3, using an annular support member 3 having a flange portion 5, fixing a cylindrical fabric 2 with one fixing member, and fixing the flange. A shaft sealing material having a portion 5 is manufactured.
- the elasticity of the cylindrical fabric is used to provide a cylindrical fabric in the hole (inner part) of the support member that has a flange, and the cylindrical fabric is wrapped around the flange, and the cylindrical fabric can be folded back on one side without the flange. Make the length stick out.
- a support member which is an assembly jig, in which a cylindrical fabric is wrapped around the shaft is inserted into the shaft via the fabric.
- the shaft of the assembly jig should have an outer diameter that allows light compression of the fabric. This is the shaft diameter of the assembly jig for forming the fabric so that it is in contact with the inner diameter of the hole in the support member.
- the protruding cylindrical fabric is folded back and compressed and press-fitted with a fixing member.
- the fixing member is press-fitted to a position where it presses the fabric wrapped around the collar of the support member. This is an example of a manufacturing method in which the cylindrical fabric can be fixed to the support member with one fixing member by configuring in this way.
- the method for supporting and fixing the fabric does not use adhesives or adhesives, and the only consumable component is the cylindrical fabric, and the supporting and fixing members can be reused. It is an environmentally friendly sealing material. As described above, this is an example in which a necessary sealing material can be manufactured using various manufacturing methods.
- sealing materials with various irregular cross sections can be manufactured. I can do it.
- FIG. 7 shows an example of application to a rail shaft with an irregular cross-sectional shape.
- 7(a) is an example of a shaft sealing material applied to a shaft with a rail-like cross-sectional shape
- FIG. 7(b) is an example of a shaft sealing material applied to a shaft with a hexagonal cross-sectional shape
- (c) is an example of a shaft sealing material applied to a shaft with a rectangular cross-sectional shape
- FIG. 7(d) is a cross-sectional view of a shaft with a step, and an example of a shaft sealing material that corresponds to the shaft in the recessed part. It is.
- the supporting member is divided into two parts and is integrally constructed, and the integrally constructed supporting member is entirely covered, so that the supporting member can be opened and closed, and there is no difference in level.
- An example of a sealing material that is compatible with a certain shaft is shown.
- this crack 10 is caused by the fact that the upper parts of the support member 3 are fastened to each other to make them integral, so the support member 3 substantially maintains its rigidity, so that no pressure is applied.
- the cylindrical fabric 2 is compressed without escaping.
- FIG. 8 is an example of how a shaft sealing material is assembled to a rotating shaft to prevent powder leakage using this shaft sealing material.
- Fig. 8(a) shows an example of a structure in which the supporting member is a shaft sealing material made of a flat plate and is used in combination with a bearing to prevent leakage of powder
- Fig. 8(b) shows a supporting member made of two fixed members.
- FIG. 8(c) is an example of a shaft sealing material on which a cylindrical fabric is supported
- FIG. 8(c) is an example of using a shaft sealing material having a flange.
- FIG. 8(a) shows an example of a configuration in which the support member is a shaft sealing material made of a flat plate and is used in combination with the bearing 12 to prevent leakage of powder.
- the cylindrical fabric is supported on the support member by two fixing members 4, the fabric is not compressed by the support member at the center of the support member, and powder leakage is prevented on the powder side in the axial direction.
- a shaft sealing material that functions as a bearing on the outside in the axial direction, reduces the contact area, and can integrate the bearing and sealing performance is shown below.
- FIG. 8(c) shows an example of the use of a shaft sealing material having a flange. As shown in FIG. 8(c), this is an example of a structure that can be used as both a seal and a bearing as in FIG. 8(b). However, if precision is required, it is preferable to use the shape as a sealing material rather than as a bearing.
- the main shaft sealing material is composed of a cylindrical fabric made of fibers, and it is possible to impregnate liquid into the cylindrical fabric and supply it from the outside by capillary action, and it prevents oil from impregnating and being exposed to the outside of the support member. It is a sealing material that can extend the lifespan of the fabric by supplying oil from outside, etc., and can also be used as a sealing material for various industrial equipment.
- the fibers used for the tubular fabric have a wire diameter based on the basic principle, so it is preferable to select the material appropriately. For example, if high temperature resistance is required, it is preferable to use metal fibers, and for devices such as office machines, it is preferable to use fiber materials made of general resin, which are advantageous in terms of cost.
- Figure 14(a) is an example of the configuration of a system that supplies liquid using a fabric seal member.
- This is an example of a system in which the liquid permeates through capillary action and impregnates the fabric sealing material with the liquid, reducing the coefficient of friction with the shaft and reducing the frictional heat due to rubbing.
- the temperature of the holding member that is being held is detected by a temperature sensor, and the control board controls the operation and stop of the liquid pump based on the temperature detection signal, and the liquid in the liquid tank is sucked by operating the liquid pump.
- a liquid is supplied to the fabric to suppress the rise in temperature of the rubbing part, and a liquid is supplied to the fabric in the rubbing part to coat the fibers with the liquid, thereby improving the lifespan.
- the main shaft sealing material uses cylindrical fabric, it has breathability, so it can be blown by a pump or sucked in air.
- the liquid to be supplied to the cylindrical fabric may be any liquid that can be supplied by a liquid pump, such as water, oil, or liquid sliding agent.
- a liquid pump such as water, oil, or liquid sliding agent.
- water or the like has a cooling effect and reduces the temperature rise of the sliding part. It can be suppressed.
- oil or a liquid sliding agent the fiber surface is coated with the oil or sliding agent, improving sliding properties and extending the life.
- FIG. 14b shows an example of a configuration in which a shaft sealing material consisting of a cylindrical fabric, a supporting member, and a fixing member can be attached to and detached from a holding member that supports a bearing.
- the shaft sealing material from a cylindrical fabric made of metal fibers, a supporting member made of metal, and a fixing member, a heat-resistant shaft sealing material can be obtained.
- Table 2 shows examples and comparative examples of this sealing material. Leakage was also evaluated using a vibration test. The test results are shown in Table 3.
- FIG. 9 shows an example of the powder leak test device used.
- the powder leak test device consists of a vibrator, an acceleration pickup sensor and a vibration meter (not shown), a powder box, an angle that supports the powder box, a shaft attached to the powder box, and a shaft sealing material. ing. Using this powder leak test device, tests were conducted with accelerations set at 50 m/s 2 (5.1 G) and 70 m/s 2 (7.14 G) at a frequency of 50 Hz (Table 3).
- Table 1 shows the test results under severe powder leak test conditions, that is, under conditions of high acceleration of 70 m/s 2 (7.14 G).
- the test particles were particles with an average particle diameter of 6 ⁇ m in a spherical toner for electrophotography.
- fibers that satisfy the above-described relationship of fiber diameter ⁇ s that is four times or less than particle diameter ⁇ r (4 ⁇ r> ⁇ s), which is a condition for preventing powder leakage are considered OK, and Those in which the relationship between the elongation rate (Fr) of the tubular fabric in the outer circumferential direction and the compression rate (Cr) of the fabric satisfying Fr ⁇ Cr were evaluated as OK.
- Example 1 is an example in which the relationship of 4 ⁇ r> ⁇ s is satisfied, and the relationship of Fr ⁇ Cr is satisfied with the tubular knitted fabric hardly elongated.
- Example 2 the cylindrical fabric used in Example 1 was used, and the fabric was attached to a support member that stretched the elongation rate Fr of the cylindrical fabric to 32.41%, and the fabric was expanded by inserting the member to be sealed.
- This is a combination in which the compression ratio Cr is 48.39%, and is an example that satisfies the relationship Fr ⁇ Cr.
- Example 3 is an example in which the fiber material of the fabric is a spun yarn made of cotton. Since cotton has curly voids, which is a characteristic of cotton, tube knitting is formed using spun cotton yarn that is not woolly processed. The fiber diameter is calculated from the structure and specific gravity of the yarn, as in Examples 1 and 2. This is an example of the condition that the relationship 4 ⁇ r> ⁇ s is satisfied, and the relationship between the elongation rate Fr of the tubular fabric (tube knitted) and the compression rate Cr of the fabric satisfies the relationship Fr ⁇ Cr.
- the cylindrical fabric is a nonwoven fabric
- the nonwoven fabric is a melt-blown nonwoven fabric
- the material is made of elastomer fibers (polyurethane fibers, etc.) and polyolefin fibers (polyethylene, etc.) to have elasticity.
- the fiber diameter of the nonwoven fabric is 15 ⁇ m to 24 ⁇ m, and is a nonwoven fabric material with a thickness of 0.78 mm that satisfies the relationship 4 ⁇ r> ⁇ s, and is configured into a cylindrical shape. This is an example in which the relationship between the elongation rate Fr of the tubular fabric (tube knitted) and the compression rate Cr of the fabric satisfies the relationship Fr ⁇ Cr.
- Example 5 uses the tubular fabric of Example 1, satisfies the relationship 4 ⁇ r> ⁇ s, and the relationship between the elongation rate Fr of the tubular fabric (tube knitting) and the compression rate Cr of the fabric satisfies the relationship Fr ⁇ Cr. This is an example of conditions in which the compression ratio of the fabric and the elongation ratio of the fabric are approximately approximated under the conditions met.
- Example 6 is an example in which the cylindrical fabrics of Example 5 were formed in a laminated (two-layer) state.
- Example 7 is an example in which the seal width was 1 mm compared to the seal width of 7 mm in Example 5.
- Example 8 uses the cylindrical fabric used in Example 1, supports it on a support member having a square hole so that it has a predetermined elongation rate Fr, and the member to be sealed is 14 mm square.
- This embodiment is configured such that the amount of compression of the fabric becomes a set compression rate Cr when the square rod is inserted into the sealing material, and the condition is that the relationship Fr ⁇ Cr is satisfied.
- Example 9 the cylindrical fabric used in Example 1 was used, and it was supported by a support member having a hexagonal hole at a predetermined elongation rate Fr, so that the member to be sealed was 16 mm square.
- This embodiment is configured such that the amount of compression of the fabric becomes a set compression ratio Cr when the hexagonal rod is inserted into the sealing material, and the relationship Fr ⁇ Cr is satisfied.
- Examples 1 to 9 all meet the conditions of satisfying the relationship 4 ⁇ r> ⁇ s and satisfying the relationship Fr ⁇ Cr. Under these conditions, in Examples 1 to 9, there was no leakage of powder and the sealing performance was OK (see Table 3).
- Comparative Example 1 the tubular fabric was warp-knitted using monofilament with a fiber diameter of 172 ⁇ m under conditions that did not satisfy the relationship 4 ⁇ r> ⁇ s.
- the elongation rate Fr of the cylindrical fabric (tubular knitting) and the compression rate Cr of the fabric are determined when the shaft of the member to be sealed is inserted into the support member having a circular hole so as to have a predetermined elongation rate Fr.
- Comparative Examples 2 and 3 satisfy the relationship 4 ⁇ r> ⁇ s, which is the relationship between the fiber diameter ⁇ s used and the particle diameter ⁇ r, and support the cylindrical fabric at a predetermined elongation rate Fr on a support member having circular holes.
- This is an example of a condition in which the relationship between the elongation rate Fr of the cylindrical fabric (tubular knitted fabric) and the compression rate Cr of the fabric does not satisfy the relationship Fr ⁇ Cr when the shaft of the member to be sealed is supported by the member and inserted.
- the powder particles leaked, and the sealing performance was evaluated as NG.
- a cylindrical fabric having at least stretchability in the radial direction and a cylindrical stretchable fabric using a multifilament yarn made of a plurality of fibers and a spun yarn made of a plurality of fibers are used.
- the relationship between the powder particle diameter ⁇ r to prevent leakage in the non-woven fabric of the shape and the fiber diameter ⁇ s used in the cylindrical fabric is configured to satisfy the relationship 4 ⁇ r> ⁇ s, and Particle leakage is prevented by configuring the structure so that the relationship between the elongation rate Fr of the cylindrical fabric that stretches and supports the cylindrical fabric and the compression rate at which the fabric is compressed by inserting the shaft satisfies the relationship Fr ⁇ Cr. can do.
- the shaft sealing material can be sealed with a narrower width than ever before.
- the relationship between the particle diameter and the fiber diameter, and the elongation rate of the fabric and the compression rate of the fabric is preferable to satisfy at least two conditions: the relationship between the particle diameter and the fiber diameter, and the elongation rate of the fabric and the compression rate of the fabric.
- Table 4 shows the results of various tests conducted using the tubular fabric used in Example 1.
- Table 4 shows the results of the sealing performance when changing the acceleration, the sealing performance when changing the seal width, and the presence or absence of applying lubricant (grease) to the surface of the fabric that contacts the sealed member.
- the fibers or threads are in a direction that blocks the powder from leaking out, and the narrow pitch of the fibers or threads allows the seal width to be narrowed. By narrowing the seal width, the load torque during shaft rotation can be reduced.
- Table 5 shows the sealing performance results of the laminated type (laminated fabric) in which two cylindrical fabrics used in Example 1 were stacked.
- Figure 10 shows the repulsion load curve, which is the relationship between the compression ratio and repulsion load in a predetermined area, for each fabric, laminated cotton (spun yarn) fabric, and nonwoven fabric used in Example 4. Shown below.
- the repulsion load curves representing the relationship between the compression ratio and repulsion load of a single-layer fabric and a laminated fabric are approximately similar.
- each fabric has an inflection point where the load changes significantly, and when used as a seal material for a rotating shaft or by sliding against the shaft, the torque load point It is preferable to use the compression ratio before the inflection point of the rebound load.
- non-woven fabrics produced using melt methods such as spunbond and melt-blown methods also require a higher compression ratio than fabrics made from woven or knitted materials, as they have larger voids than fabrics made from woven or knitted materials.
- it is used as a sealing material for a rotating shaft or by sliding it against the shaft, as with fabrics made of yarn, it is recommended to use it at a compression ratio before the inflection point of the repulsion load curve in terms of load torque. preferable.
- the inflection point of the repulsion load is the point at which the threads or fibers are compressed by the compressive load and the voids become smaller, and the spread of adjacent threads or fibers is strongly regulated and the fibers become denser. This is also an important point that serves as a guideline for settings when sliding is required and settings when sliding is not required.
- Table 6 shows examples in which it was used as a sealing material for a rotating shaft.
- FIG. 11 an example of an evaluation device that rotates the shaft is shown in FIG.
- the evaluation device shown in Fig. 11 was used, the shaft was a metal shaft made of SUS material, and the shaft was rotated at a surface speed of 210 mm/sec. Using an average powder particle size of 6 ⁇ m, durability and sealing performance (leakage) for 100 hours were evaluated.
- Example 10 the cylindrical fabric (polyester) used in Example 1 was used, supported by two fixing members on a support member, and the elongation rate Fr of the fabric was 21.8%, and the axial compression rate Cr was 33. At 1%, the relationship Fr ⁇ Cr is satisfied, no grease is applied to the fabric, and the seal width is 7 mm.
- Example 11 uses the same cylindrical fabric (polyester) used in Example 1, is supported by two fixing members on a support member, and has a fabric elongation rate Fr of 21.8% and an axial compression rate Cr of 33. It satisfies the relationship Fr ⁇ Cr at 1%, has grease applied to the fabric, and has a seal width of 7 mm.
- Example 12 the cylindrical fabric (polyester) used in Example 1 was used, supported by two fixing members on a supporting member, and the elongation rate Fr of the fabric was 22.4%, and the axial compression rate Cr was 25. At 8%, the relationship Fr ⁇ Cr is satisfied, no grease is applied to the fabric, and the seal width is 1 mm.
- Example 13 the cylindrical fabric (polyester) used in Example 1 was used, supported by two fixing members on a support member, and the elongation rate Fr of the fabric was 22.4%, and the axial compression rate Cr was 25. It satisfies the relationship Fr ⁇ Cr at 8%, has grease applied to the fabric, and has a seal width of 1 mm.
- Example 14 the cylindrical fabric (cotton) used in Example 3 was used, supported by two fixing members on a support member, and the elongation rate Fr of the fabric was 22.35%, and the axial compression rate Cr was 45. At 24%, the relationship Fr ⁇ Cr is satisfied, no grease is applied to the fabric, and the seal width is 1 mm.
- Example 15 uses the cylindrical fabric (cotton) used in Example 3, is supported by two fixing members on a support member, and has a fabric elongation rate Fr of 22.35% and an axial compression rate Cr of 45. It satisfies the relationship Fr ⁇ Cr at 24%, has grease applied to the fabric, and has a seal width of 1 mm.
- a fabric using metal fibers is used to configure the sealing material with a metal support member and a metal fixing member, and then a heat-resistant sliding member is filled on the fabric surface or a heat-resistant coating material is used. It can also be coated.
- Table 5 shows that the cylindrical fabric used in Example 1 was coated with grease on the surface of the fabric, and using a test pump, liquid (water) flowed out from between the sealing material and the shaft in 1 minute at a predetermined water pressure. Shows the results of checking the amount.
- FIG. 13 shows an example of the jig used for evaluation.
- This sealing material can also be used for gland packing that allows some liquid to leak due to the surface treatment or structure of the fabric.
- this sealing material uses a cylindrical fabric composed of yarns made of fibers made of water-absorbing polymers or blended yarns containing fibers made of water-absorbing polymers as a water leakage control or water-stopping means.
- a cylindrical fabric containing at least fibers made of a water-absorbing polymer is used as a sealing material, and the fibers made of a water-absorbing polymer absorb water, causing the fibers made of a water-absorbing polymer to swell and prevent water leakage.
- Fibers made of water-absorbing polymers are made of fiber materials (water-absorbing polymers) made of copolymers of acrylic acid and vinyl alcohol, alkaline hydrolysates of graft copolymers of starch and acrylonitrile, polymers of sodium acrylate, etc. ) can be used.
- Table 8 shows yarns made of acrylic fiber manufactured by Nippon Exlan Co., Ltd., made of Lanseal (trade name), a fiber with a water-absorbing polymer applied on the surface, and a double yarn with a cotton count of 35 and a double yarn with a cotton count of 17.
- the material was constructed into a tubular double tricot knit using an 18-gauge knitting machine, and the water-stopping properties were tested using the testing apparatus shown in FIG. 13. The results are shown below.
- the shaft sealing material composed of tube-knitted yarn made of water-absorbing fibers has water-stopping properties under certain conditions, and the sealing material of tubular fabric for water-stopping It can be used as
- the sealing material of the present invention is a sealing material that has at least a cylindrical fabric and a rigid support member that supports the cylindrical fabric.
- the cylindrical fabric is fixed to the support member while covering the support member disposed on the back side of the part that comes into contact with the material to be sealed so that it can be compressed by contact with the material to be sealed.
- It is a sealing material characterized by:
- the inner surface of the support member having rigidity is covered with the fabric using a cylindrical fabric, and the fabric does not have a pile, so that it is difficult to generate fuzz, and the fibers constituting the fabric are difficult to generate.
- the diameter ⁇ s includes at least fibers having a fiber diameter ⁇ s such that the relationship with the particle diameter ⁇ r for which leakage prevention is desired is ⁇ s ⁇ 4 ⁇ r, the fabric has elongation in the axial and radial direction, the fabric has rebound resilience, and the material to be sealed is
- the fabric is assembled to the support member so that the elongation rate Fr of the fabric in contact with the material (shaft) is smaller than the compression ratio Cr of the fabric, and the fabric is compressed with a configuration that allows the fibers to be made dense by compression with the material to be sealed (shaft). At the very least, it is a sealing material that can prevent the intrusion of powder, dust, etc.
- the sealing material of the present invention allows the seal width to be narrowed due to the relationship of ⁇ s ⁇ 4 ⁇ r, the relationship of Fr ⁇ Cr, and the structure of the fabric, and it is also possible to clean grooves provided on the shaft etc. It is a sealing material.
- the sealing material of the present invention has a fabric made of dense fibers, and is a sealing material that can also be used as an oil-impregnated sealing material that utilizes capillary phenomenon. Furthermore, the sealing material of the present invention ensures sliding properties by providing a lubricant such as oil or grease on the surface layer of the fabric, and can be used even under low loads by filling the gaps between the fibers with the lubricant. It is a sealing material.
- the sealing material of the present invention can be made of a cylindrical fabric using yarns made of fibers made of water-absorbing polymers or blended yarns containing fibers made of water-absorbing polymers. Water leakage can be controlled by sucking water into the fibers and swelling the fibers made of water-absorbing polymers, or water can be stopped by creating gaps between the fibers that prevent water from passing through due to swelling of the fibers.
- This is a sealing material that can be used as a sealing material for a cylindrical fabric for controlling water or as a water-stopping means.
- the sealing material of the present invention can have dimensional stability by supporting the cylindrical fabric on a rigid support member, and furthermore, the mechanical structure can be easily constructed and the design can be simplified. It is a sealing material that can be used.
- the sealing material of the present invention can be applied to irregularly shaped shafts such as linear motion systems. Furthermore, the sealing material of the present invention can be applied to a shaft having a groove such as a ball screw as a narrow seal, and is an unprecedented sealing material.
- the sealing material of the present invention is configured to be supported on a rigid supporting member and cover the supporting member, and what is consumed in the sealing material is the coated cylindrical fabric. It is an environmentally friendly sealing material whose parts can be reused.
- the sealing material of the present invention is a sealing material that can be easily constructed and is advantageous in terms of cost.
- the sealing material of the present invention is a sealing material that can be applied to gland packing, etc. by applying ultrafine fibers, water-repellent fibers, and surface treatment to the cylindrical fabric.
- the material constituting the cylindrical fabric may be any fiber that can be formed into a cylindrical shape, such as natural fibers, artificial fibers, synthetic fibers, or metal fibers, and can be applied to a variety of purposes. It is a sealing material that can be applied to the following industries.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
- Gasket Seals (AREA)
Abstract
異形断面にも適用可能で粉体や塵埃の侵入又は漏出が防止でき省資源でリサイクル性に優れ過熱、摩耗、破損を避け長期に安定したシール性を提供すべく、筒状ファブリックとそれを支持する剛性の支持部材とを少なくとも有したシール材で、筒状ファブリックは、伸縮性とその厚みによる反発弾性とを備え、被シール部材との当接により圧縮されうるよう被シール材との当接部位の裏面に配された支持部材を被覆しながら支持部材に固定され、シール材は環状であり、筒状ファブリックの伸縮性は支持部材の孔の内周から外周に筒状ファブリックを伸長しうる伸縮性を有するものであり、支持部材は筒状ファブリックが内周に配される孔を有し、筒状ファブリックは非伸長時の外周長OLが支持部材の孔の内周長ILと同等又はそれ以下であり、支持部材の内周面と被シール部材との当接箇所を被覆するよう支持部材の孔の内周面に筒状ファブリックの外周面が配されているものとする。
Description
この出願は、非回転体及び回転体の軸の外周面をシールする筒状ファブリックを用いたシール材、とりわけ筒状ファブリックを用いた環状の環状シール材に関する。たとえば、高回転な軸部などの発熱しやすい機構を備えた機器、たとえば自動車、モータバイク、自転車、アミューズメント乗り物、モータボート、鉄道車両、船舶、航空機、宇宙船や人工衛星などの乗り物等の搬送機器、ベルトコンベアなど直動装置などの搬送機器、工作機、ロボット、生産設備、画像処理装置、半導体製造装置、チップマウンターなどの産業機械、などに適用できる、環状のシール材に関する。
従来の軸シール用シール材としては、ゴムなどで形成されているシール材、発泡体からなるシール材、繊維と弾性材料が一体化されたシール材、パイルなどのファイバーからなるシール材が提案されている。
ところで、粉体を取り扱う回転装置では、回転体の回転軸の端部から粉体が外部に漏洩することは次のようなトラブルを招来する。すなわち、粉体の漏洩は、回転軸の軸受けへの粉体侵入による軸受けのロック及び破損、そして、駆動や電気基板やなどに付着し装置の誤動作を生じさせ、早期のメンテナンスや寿命低下をきたすことがある。さらに装置の外に漏洩すると噴煙となり周辺を汚染させてしまう。
そこで、従来の粉体が外部に漏洩しないようにシールするための軸シール材としては、ゴムシートからの抜き加工や金型成形から形成されるゴム系及びエラストマーのシール部材や、抜き加工から形成されるスポンジ系のシール部材あるいはフェルト系のシール部材、パイル織編物を用いて形成されるパイル織編物からなる軸シール材が提案されている。
具体的には、たとえば、布材に弾性材料を含浸させたり、弾性材料中に短繊維を混ぜ込んで一体成形することで、繊維及び弾性材料が一体化されたシール材の提案がある(特許文献1参照。)。また、回転軸とともに回転しないように、内周面が円形および外周面が非円形の異形である軸シール材が提案されている(特許文献4参照。)。
また、本願発明者らは内周側にカットパイルの織編物を配し、円筒状の支持部材が外周から支持する円筒状軸シール材を提案している(特許文献2、3参照。)。
もっとも、ゴム系及びエラストマーのシール部材は、粘弾性を有しており摩擦係数が高い。そこで、摺動部のシール部材として用いると、回転体との摺動による温度上昇が高くなる点と高負荷で長期間使用するとゴムのクリープ変形が生じ軸への圧縮力が低下し、シール性が低下する問題がある。
スポンジ系の軸シール部材は、シール部材中に気泡の孔を有しており、軸孔を有した形状で圧縮させて使用することが一般的である。軸長手方向にはシール部材を取付けるための壁などがあり圧縮が容易である対し軸中心部へのシールに必要な圧縮を生じさせることが難しく無理に圧縮させようとするとスポンジが歪んでしまい逆にシール性能が低下する問題がある。さらに、切断された軸孔の内面での軸中心部への圧縮が十分に得られないため気泡の孔の中に塵埃や粉体が取り込まれ目詰まりを発生させ、シール性能を低下させてしまう。
フェルト系のシール部材では、ファイバーを圧縮して製作したフェルトが使用されている。そして、一般的な不織布系のシール部材は繊維自体が緻密に構成され伸縮性を有していないため軸に挿入する孔は軸とのシールに必要な軸中心への圧縮が十分に得られ難い。また、打ち抜き加工で所望する形状を得られるものの、フェルトの切断面は方向性の無いばらけた状態の繊維であるため、繊維の隙間から塵埃や粉体が侵入し、シール性能が低下しやすいという問題がある。さらにはフェルト材を用いた場合には、回転軸に対し当接が強いので、シール材が供回りしてしまう。
このように、従来のシール材であるゴム系では摺動性の問題があり、その対応として繊維とゴム系が一体化されたシール材、摺動部材であるフッ素系の素材を使用したシール材などの種々の対応が検討されているものの、結果としてコストアップとなってしまっている。また、スポンジ系やフェルト系ではシールに必要な軸中心方向への荷重が得られ難くシール性に難がある。
また、パイル系のシール材では侵入を阻止するにはパイルの斜毛方向性を正しく制御することが必要となることから、パイルの向きを好ましく保つための製造方法やその使用方法には、さらに調整が必要であり、十分なシール性を得るためにはさらなる工夫が待たれている。
そこで、本発明は、回転軸の円筒部材におけるシール以外にも、直動ガイドのレールのような異形断面の表面をスライドさせる機器のシールにも適用する構造とすることができ、粉体や塵埃の侵入あるいは漏出を防止できるシール材であること、また、省資源のシール材であって、部材の交換のみで繰り返し再利用できるといったリサイクル性にも優れた新規なシール構造を提供すること、を目的としている。また、パイルとは異なり、毛羽立ちというシール材の素材に内在されたリスクを避けつつも、パイルと同等以上のシール性を備えることである。さらに、水漏れの制御もしくは止水手段としても適用できるものとすることである。そしてまた、過熱や摩耗、破損を避けて長期に安定したシール性を提供することである。
本発明の課題を解決するための第1の手段は、筒状ファブリックと、筒状ファブリックを支持する剛性の支持部材とを少なくとも有したシール材であって、筒状ファブリックは、伸縮性とその厚みによる反発弾性とを備えており、筒状ファブリックは、被シール部材との当接によって圧縮されうるように、被シール材と当接する部位の裏面に配された支持部材を被覆しながら、支持部材に固定されていることを特徴とする、シール材である。
本発明の第2の手段は、前記シール材は、環状のシール材であり、筒状ファブリックの伸縮性は、支持部材の孔の内周から外周に該筒状ファブリックを伸長しうる伸縮性を有するものであって、支持部材には、筒状ファブリックが内周に配される孔を有し、筒状ファブリックは、非伸長時の外周長OLが支持部材の孔の内周長ILと同等もしくはそれ以下であって、筒状ファブリックは、支持部材の内周面と被シール部材との当接箇所を被覆するように支持部材の孔の内周面に筒状ファブリックの外周面が配されていること、を特徴とする、第1の手段に記載の環状のシール材である。
なお、本発明にいう環状には、円、楕円以外にも、異形断面でリングとなったものが含まれている。すなわち、支部部材の内部に孔が空いていることで環状となるものであって、孔には回転軸や直動ガイドのレールなどが挿通されることから、その空洞としての内周面が備わっている支持部材を用いたシール材は、ここでいう環状のシール材である。
本発明の第3の手段は、筒状ファブリックは、反発弾性及び伸縮性を有する不織布、マルチフィラメントからなる糸を用い反発弾性及び伸縮性を有する筒状織編物、短繊維の紡績糸を用い反発弾性及び伸縮性を有する筒状織編物のいずれかを用いた筒状ファブリックであり、支持部材は、被シール部材との当接によって反発弾性を有する筒状ファブリックが圧縮されるときに、筒状ファブリックの圧縮力により支持部材が塑性変形しないだけの剛性を有していること、を特徴とする第1又は第2の手段に記載のシール材である。
本発明の第4の手段は、固体粒子の侵入もしくは漏出を抑止するためのシール材であって、筒状ファブリックは、その繊維径φsが、固体粒子の平均粒子径φrに対し4×φr>φsの関係を満たす繊維を少なくとも含み、支持部材の孔の内周面に接した時の伸び率Frと、被シール部材の当接もしくは圧接によりファブリックが圧縮される圧縮率Crとの関係が、Fr≦Crとなること、を特徴とする第1~第3のいずれか1の手段に記載のシール材である。
本発明の第5の手段は、筒状ファブリックは、支持部材の内周部との当接部位からはみ出した箇所で粘着剤、接着剤、熱融着、熱溶着により支持部材と固定しているものであることを特徴とする、第2~第4のいずれか1の手段に記載のシール材である。
本発明の第6の手段は、筒状ファブリックは、支持部材の内周部との当接部位からはみ出した部位が支持部材に巻きつけられるようにして支持部材の外周部まで伸長させた状態で、支持部材の外周部に嵌合するリング状固定部材によって挟持されることによって、支持部材と固定されていること、を特徴とする、第2~第4のいずれか1の手段に記載のシール材である。
本発明の第7の手段は、筒状ファブリックは、織編物であって、その構成糸が複数の長繊維からなるマルチフィラメント糸あるいは複数の短繊維からなる紡績糸のいずれかの糸であって、かつ、これらの糸がウーリー加工された糸もしくは甘撚りされた糸のいずれかであること、を特徴とする、第1~第6のいずれか1の手段に記載のシール材である。
本発明の第8の手段は、支持部材は環状で内部に空洞を備え、環状の一部に外周から内周まで達するスリット(割り)が設けられていること、を特徴とする第2~第7のいずれか1の手段に記載のシール材である。
本発明の第9の手段は、支持部材に、スリットの幅を拡縮させる調整機構を備えた、第8の手段に記載のシール材である。
本発明の第10の手段は、筒状ファブリックをスリットを備えた支持部材の一端から挿通し、支持部材の環状部を挿通させた筒状ファブリックで被覆すること、を特徴とする第2~第9のいずれか1の手段に記載のシール材である。
本発明の第11の手段は、筒状ファブリックを支持部材上に多層に重ね配したものであること、を特徴とする第1~第10のいずれか1の手段に記載の環状シール材である。
本発明の第12の手段は、筒状ファブリックには、摺動性滑剤が含浸もしくは塗布されていること、を特徴とする第1~第11のいずれか1の手段に記載のシール材である。
本発明の第13の手段は、筒状ファブリックが、吸水性高分子からなる繊維を用いた糸もしくは吸水性高分子からなる繊維を含む混紡糸を用いて構成されたものであること、を特徴とする第1~第12のいずれか1の手段に記載のシール材である。
本発明の第14の手段は、冷却用の流体を供給するポンプを備え、オイル、水、空気、ガスなどのいずれかの流体を筒状ファブリックに向けて供給できること、を特徴とする第1~第13のいずれか1の手段に記載のシール材である。
本発明の第15の手段は、ポンプの作動量は、温度センサの検知信号に基づいて制御されるものであること、を特徴とする第14の手段に記載のシール材である。
本発明の第16の手段は、第1~15のいずれか1の手段に記載のシール材を用いた輸送機器である。
本発明の第17の手段は、第1~15のいずれか1の手段に記載のシール材を用いた搬送機器である。
本発明の第18の手段は、第1~15のいずれか1の手段に記載のシール材を用いた工作機器である。なお、ここでいう工作機器とは、金属加工機械、非金属加工機等の産業機器として使用される物を加工する機器をいう。
本発明の手段を用いることにより、粉体や塵埃の侵入を防止でき、異形断面の表面の軸部材においても粉体や塵埃の侵入を防止できる。シール材の構成部材がシンプルで省資源であるから、コストもアップせずにシール材を適用できる。また、種々の場面で適用しやすいシール構造を簡易に実現できる。
筒状ファブリックのみを脱着して交換することが可能であることから、シール材全体を交換するのではなく、消耗部品のみを交換することができ、経済的であり、環境負荷も低減することができる。さらに、接着剤を使用せずとも、支持部材の外周部で固定部材と挟持することによって筒状ファブリックの端部を固定することができるので、分解も容易く、リサイクルも容易にできる。
シール材の筒状ファブリックに摺動性滑剤を付与すると、これにより筒状ファブリックの発熱や摩耗が低減されるので、筒状ファブリックの寿命が伸びることから、シール材の耐久性が向上し、シール性を長期に保持しやすくなる。また、シール性を高めることも容易となる。また、筒状ファブリックの交換寿命も伸ばすことができる。
筒状ファブリックに吸水性高分子からなる繊維を用いた糸もしくは吸水性高分子からなる繊維を含む混紡糸を用いると、吸水性高分子からなる繊維に水を吸引させ吸水性高分子からなる繊維を膨潤させることにより水漏れの制御ができ、もしくは繊維の膨潤による繊維間の隙間を水が通過しない隙間となることにより止水できるものとなり、水漏れの制御もしくは止水手段としての止水用の筒状ファブリックのシール材として適用できるようになる。
筒状ファブリックに冷却用の流体を供給することで、高速回転する部位であるシール部材の当接箇所を冷却することができるので、過熱によるトラブルを低減することができる。流体が空気であっても、筒状ファブリックは隙間を通過させることができるので、水やオイルに限らず、送風によっても冷却ができる。また、温度センサによってポンプの作動量をフィードバック的に制御しうるので、効率化、最適化を図ることができる。
輸送機器、搬送機器、工作機器では、一般的に内部に直動ガイドや高速回転する回転軸を備えることから、発熱も多く、外部からの異物の侵入が起こりやすい。そこで、異物侵入を阻止するように本発明のシール材を適用することによって、これらの機器の内部を清浄に保ち、安定的な操業を維持しやすくすることができる。
本発明の実施の形態について、適宜図面及び表を参照しつつ以下に説明する。
図1の(a)~(d)の態様のシール材1は、いずれも、円筒状の支持部材3の内周に配される軸とのシールのために、円筒状支持部材3の内周から両側面(側面とは軸方向からみた面のことであり、円筒形状の面である。)上に、反発弾性と伸縮性のある筒状ファブリック2を折り返しながら配したものである。
図1の(a)~(d)の態様のシール材1は、いずれも、円筒状の支持部材3の内周に配される軸とのシールのために、円筒状支持部材3の内周から両側面(側面とは軸方向からみた面のことであり、円筒形状の面である。)上に、反発弾性と伸縮性のある筒状ファブリック2を折り返しながら配したものである。
図1(a)の態様は、円筒状の支持部材3の内周壁に配した伸縮性の筒状ファブリック2を折り曲げて、支持部材3の両側面上にへ両面テープで貼付けたシール材1の例である。
図1(b)の態様は、円筒状の支持部材3の内周壁に配した伸縮性の筒状ファブリック2を、支持部材3の周囲に外周部まで巻きつけて、支持部材3の外周にはめ込む2つのリング状固定部材4で外周部の筒状ファブリック2の折り返し部分を挟持したシール材1の例である。筒状ファブリック2の両側の折り返された端部をそれぞれの固定部材4のリングで挟む態様である。
支持部材3の内周部分から左右にはみ出したファブリック2を支持部材3に巻きつけるように左右で折り返して支持部材3の外周部まで巻きつけた場合には、2つのリングをそ左右の外周からそれぞれ挿し入れて、外周の抑えとする。すると、接着剤を使わずとも、抑えることで、リサイクルや交換が簡単にでき、双方からリングで押し込むので、折り返したファブリックの向きに逆らうことなく左右のリングで抑えることができる。
図1(c)の態様は鍔5を有する円筒状の支持部材3の内周壁に配した伸縮性の筒状ファブリック2を、支持部材3をフランジ状の鍔5も含めて被覆するように外周部まで巻きつけ、支持部材3の外周部に嵌め合わせされるリング状の固定部材4で、外周部の筒状ファブリックを挟持したシール材1の例である。固定部材4は、鍔5により軸方向に抜け出さないようになっている。
図1(d)の態様はスリット状の割りが設けられた支持部材3を筒状ファブリック2で被覆した形態のシール材1の例である。支持部材3に割り6が設けられており、支持部材3を拡径させることができるので、この割れ6から筒状のファブリック2を服の袖を通すように挿し通すものである。
剛性体の支持部材3を広げて取り付けると、その反力が生じるので、回転体の溝部に接するように取付けられることとなる。すなわち、支持部材3の反力で接している筒状ファブリック2が軸と当接するように圧縮させることとなるので、内周側に付勢されたファブリック2が、支持部材3が割れているにもかかわらず、軸に当接されることとなる。従来は、割れた支持部材では拡径されるように力が逃げてしまうので、シール材と軸との当接が困難だったが、この態様であれば、割れる支持部材構造という簡易な取り付けの便宜性に配慮しつつも、シール材1による清掃や粉体等の侵入を抑止することができる。そこで、軸の溝や直動システム用のボールネジの溝などにも好適に適用できる。
剛性体の支持部材3を広げて取り付けると、その反力が生じるので、回転体の溝部に接するように取付けられることとなる。すなわち、支持部材3の反力で接している筒状ファブリック2が軸と当接するように圧縮させることとなるので、内周側に付勢されたファブリック2が、支持部材3が割れているにもかかわらず、軸に当接されることとなる。従来は、割れた支持部材では拡径されるように力が逃げてしまうので、シール材と軸との当接が困難だったが、この態様であれば、割れる支持部材構造という簡易な取り付けの便宜性に配慮しつつも、シール材1による清掃や粉体等の侵入を抑止することができる。そこで、軸の溝や直動システム用のボールネジの溝などにも好適に適用できる。
次に、マルチフィラメント7からなる筒状ファブリック2を用いたシール材1での粉体の侵入抑止の原理について説明する。図2(a)の断面円形のマルチフィラメントが、図2(b)では、軸シールと当接する際に上下方向に加圧されて楕円に押し拡がって隙間が埋まる様子を示している。
複数の繊維8からなるマルチフィラメント糸7は、非伸長時は隣接の糸同士で接しているも、フィラメントとフィラメントの間には隙間がある。マルチフィラメン糸7は、シール材使用時には、被シール部材に向かって加圧圧縮される。すると、フィラメントが楕円に押しつぶされて、各繊維8が加圧方向に対し直交する方向の空隙に押し広がる。ある程度広がると、今度は、近接もしくは接している糸により広がりが阻害され、糸を構成している繊維同士が細密になるように繊維8が互いに配列され、繊維間及び被シール部材との空隙が小さくなる。
そして、図2(d)に示すように、所定の荷重が加えられた時には繊維同士が密の状態となり、繊維と粒子及び被シール部材の面との関係において、繊維半径:Rsと、侵入しようとする粒子半径Rr、及び被シール部材の面で三平方根の定理が成り立つ条件が形成される。すなわち、(Rs+Rr)2=Rs2+(Rs-Rr)2となるから、粒子半径と繊維半径の関係は4Rr=Rsとなる。これより粒子半径Rsの粒子の侵入を防止するための繊維径はRs<4Rrといえる。
すると、漏れもしくは侵入を防止するための繊維径は侵入しようとする粒子径:φrの4倍以下の繊維径:φsを有する繊維、もしくは含んだファブリックに構成することが必要であり、ファブリック素材(繊維部材)に荷重を加え繊維が密になる条件で粒子の侵入を防止することができることとなる。本発明はこうした原理に基づいて発明を成したシール材及び軸シール材である。
上述の原理に基づき本発明のシール材1は、筒状ファブリック2としてマルチフィラメント糸7や複数の繊維からなる糸を用いたファブリック、複数の繊維を有するファブリックを用い繊維の広がりを規制する構成や構造の手段で達成することができる。
そして、広がりが規制されるシール部材1の構造としては筒状織物、筒状編物の織編物からなる筒状ファブリック2、もしくは複数の繊維の絡みからなる筒状不織布を用い筒状ファブリック2の外周を規制する手段として、筒状ファブリック2を支持部材3の表面に固定するための固定部材4を適宜備えることで達成することができる。
織編物からなる筒状ファブリック2では、使用する糸が、複数の繊維8から成る糸7であって、さらに繊維が密に配列し易いように、甘撚された糸やウーリー加工が施された糸を用いることが好適である。
そして、圧接荷重により糸を構成する繊維が密になりやすく、空隙を小さくすることができるので、侵入あるいは漏出する粉体、塵埃などを的確にシールすることができる。
さらに、撥水性の繊維や撥水加工を用いることで、通気性を有しつつも、液の侵入を防止でき、さらには、防水加工、オイル、グリスなどの筒状ファブリック表面への処理や滑剤の塗布を行うことで摺動性を有して繊維への液の浸入を防止しすることもできる。
編物からなる筒状ファブリック2においては、ループの伸縮にてループ同士が接するように構成されていることが好ましく、さらにはループの伸縮にて糸が盛り上がった状態がより好ましい。
織物の筒状ファブリック2においても経糸が少なくとも糸同士が接する領域を形成することが好ましく、さらには伸縮性を有する緯糸の収縮力で経糸同士の密着部で膨らんだ状態がより好ましい。
このように糸が密着した構成の織編物の筒状ファブリック2を本シール材1のシール部材として用いることが好ましい。
本シール材1を軸シール材として構成する場合は、剛性を有する支持部材3の孔10の周面をシール部材である筒状ファブリック2で被覆する。すると、筒状ファブリック2は、外周へ一方的に拡がっていかず、支持部材3の内周に規制されて伸長されることとなる。この状態で、支持部材3の孔10の中に被シール部材(たとえば回転軸。)を挿入すると、筒状ファブリック2が被シール部材と支持部材3の間で圧縮される。筒状ファブリックに圧接荷重が加わるので、図2(b)のように、繊維が密に形成されることとなる。そこで、粉体の侵入や漏れを防止することができることとなる。
また、筒状ファブリック2は支持部材3の孔10の内部で皺やファブリックの重なりにより段差が生じないように形成することが重要である。そこで、筒状ファブリック2は支持部材3の孔10に均一に接するようにするため、筒状ファブリックの外周長:OLと筒状ファブリックが設けられる支持部材の孔内周長:ILの関係は、OL≦ILの関係を満たすようにするとよい。
すなわち、支持部材の径より筒状ファブリックの径が過度に大きいと、ファブリックが皺になってしまい、シールするはずが、隙間がかえって生じてしまうこととなる。両者がほぼ同等な径であれば、皺にならないかぎり、圧縮が適切にできる。皺にならない範囲であれば、同等に適用できるので、材質にもよるが、たとえば、同等とは3%程度までの外径の前後を含んだ場合であっても、皺ができないならば合理的に適用しうる。
さらに、筒状ファブリック2を伸張させ支持部材3の孔10の周面に接するように伸張させた時の筒状ファブリックの伸び率:Frと、圧縮率:Crの関係について、Fr≦Crとすることが好ましい。Fr≦Crとすると、圧縮率Crが高いために、伸びによって生じた空隙は、圧縮により糸が扁平に、即ち繊維が広がることで、密な繊維配列状態を形成し直すことから、粉体の漏れ、侵入防止を達成することができることとなる。
なお、非伸長時の筒状ファブリックの外周長は、図12に示す方法にて折巾Wfを所定荷重の下で測定し、且つ、厚みt0を測定して筒状ファブリック外周長OL=2×(Wf-2t0)+(2×t0×π)より算出している。
本発明に用いる織編物からなる筒状ファブリックの反発弾性は織編物に用いる糸が捲縮性繊維からなる甘撚された糸を使用する手段、糸にウーリー加工が施された糸を用いる手段、糸に弾性繊維を含ませた手段、織編物の組織によって形成される糸の絡みや糸の重なり部で形成される糸(繊維)の湾曲部の膨らみを大きく形成する手段で反発弾性を得ることができる。
さらに反発の圧縮量を大きく得る手段としては筒状ファブリックを複層に積層して使用することで圧縮量を大きく得ることができる。筒状ファブリックを重ねたり、折り返して厚みを得ることで圧縮量を大きくしてもよい。
また、本発明に用いる織編物からなる筒状ファブリックの伸縮性は、編物のループ形成によるループの伸縮によって、形成することができる。
また、織物からなる筒状ファブリックの伸縮性については緯糸に捲縮性を有する繊維から成る糸、緯糸に弾性繊維を含んだ糸を用いることで内側から外側に伸縮性を有する筒状ファブリックを形成することができる。
不織布からなる筒状ファブリックは加熱、溶融で不織布を形成できるスパンボンド方式、メルトブロー方式が良く、素材として熱可塑性エラストマーが使用でき、不織布にゴム弾性を有する熱可塑性エラストマーの不織布に混在させることで反発弾性と伸縮性を得ることができる。
図3には経編み組織からなる筒状ファブリックの組織及び厚みの例について示す。図3(a)はトリコット編みの筒状ファブリックの組織の例である。図3(b)は(a)の断面を示す。図3(c)は、筒状ファブリックを伸長させながら支持部材に取り付けた際の厚みt1を示す図である。図3(d)は、筒状ファブリックが支持部材と被シール部材に挟持されて圧縮された状態のときの、厚みt2を示す図である。
図3(a)示すように経編からなる筒状ファブリックはループ同士が隣接するように構成される。このような構成は糸が密接するように編まれ荷重が加えられた時に繊維が密になるようになる構成の例であり、かつ、糸によるループが構成され少なくとも筒の外側に伸びを有する構成で被シール部材の軸方向のループピッチ:Psと周方向のループピッチ:Pgで形成された編物の例でもある。
図3(b)には経編の断面の例を示し、荷重が加えられていない状態のファブリックの厚みをt0とし、糸の絡み部が膨らみを有し反発弾性を有する状態の例でもある。この筒状ファブリックを支持部材の孔の内周に沿うように筒状ファブリックを伸長させ支持部材に取付けた時のファブリックの厚みをt1として示している図を図3(c)に示している。
また、t0とt1が同じ厚みであることは表1に示している。表1に示すようにポリエステル繊維からなるウーリー加工糸を用いダブルトリコットからなる筒状ファブリックを製作し筒状ファブリックを伸長させた時の厚みを測定した結果を表1に示す。表1に示すように筒状ファブリックを36%まで伸長しても筒状ファブリックの厚みはほぼ変化しないことより荷重を付与しない場合はt0=t1であり、糸の絡み部の厚みは36%程度に筒状ファブリックを伸ばしても厚みが変化しないことがわかる。
図3(d)には支持部材に支持されたファブリックが支持部材と被シール部材に挟持されt2の厚みに圧縮された状態の図を示す。支持部材の内側に配置支持された筒状ファブリックが被シール部材である軸の挿入により筒状ファブリックが圧縮されt2の厚みになる状態の例であり、支持部材と被シール部材によって筒状ファブリックのファブリックが圧縮され挟持された状態が形成され、繊維が密となり三平方の定理の状態を形成し漏れや侵入を防止する例でもある。ファブリックの圧縮量:t3はt0-t2=t1-t2で支持部材の孔の大きさと被シール部材の外径の大きさで簡単に設定ができき、圧縮率はt3/t0×100=t3/t1×100で求められる。
図4に、本発明の本軸シール材の製造方法の例として図1(a)の態様を示す。
支持部材3の板厚よりも全長が長い筒状ファブリック2を、圧入させる円柱器具の周囲に被せた後、孔10を備えたリング状の支持部材3の内部に円柱器具ごと挿通させる。その際、筒状ファブリック2の真ん中に支持部材3の孔10が位置するよう挿通させる。支持部材3からはみ出た部位を支持部材に向けて折り曲げる。支持部材の環状面に両面テープなどの粘着剤や接着剤を予め付与しておき、折り曲げられた筒状ファブリクの両端のはみ出た部分をこれに張り合わせて、シール材を得る。
支持部材3の板厚よりも全長が長い筒状ファブリック2を、圧入させる円柱器具の周囲に被せた後、孔10を備えたリング状の支持部材3の内部に円柱器具ごと挿通させる。その際、筒状ファブリック2の真ん中に支持部材3の孔10が位置するよう挿通させる。支持部材3からはみ出た部位を支持部材に向けて折り曲げる。支持部材の環状面に両面テープなどの粘着剤や接着剤を予め付与しておき、折り曲げられた筒状ファブリクの両端のはみ出た部分をこれに張り合わせて、シール材を得る。
筒状ファブリックの外周長:OLから計算される円筒状における筒状ファブリック外径をDf0、厚みt0、支持部材の孔が円形である場合の孔の内径:Dhとすると組立て治具の筒状ファブリックが被せられる軸径Djは(Df0-(2×t0))≦Dj<Dhの関係であり、(Dj+(2×t1))>Dhの条件にすることで筒状ファブリックを圧縮して支持部材を挿入でき、組立治具の軸断面形状に沿って筒状ファブリックが支持部材内面に接した状態を形成できる。
そして、支持部材厚みWh、支持部材取付外径Dt、支持部材孔径:Dhからなる支持部材の孔からはみ出させた筒状ファブリックを折り返して支持部材の側面の(Dt-Dh)/2の面に粘着部材や接着部材で支持部材に貼り付けることで支持ができる。
さらに支持部材の孔から折り返すことで筒状ファブリックの厚みにより曲率:Rが少なくとも形成され被シール部材である軸の挿入がファブリックを圧縮しての軸挿入が容易となり、従来はシール部材をトムソン刃などによって切断して孔形状を製作していたため切断部のエッジがシャープ過ぎるため軸の挿入時に噛みこみが生じ易く問題を発生させていたが本シール材は筒状ファブリック支持部材の孔の外で折り返すためにファブリックの厚みによるR(曲率)が形成され軸挿入時による噛みこみ無くシール材の変形なく装置に取り付けることができる。尚、シール材の幅:W1の実質のシール幅は筒状ファブリックを折り返して支持するためファブリックの厚みt1によるRが形成されるので実質のシール幅:W0はW1-(2×t1)となり、軸シール材の孔径:DfはDf=Dh-(2×t1)となる。
また、支持部材の厚みは織編物で構成し筒状ファブリックを用いた場合にシール性の余裕度の点から編物の場合は軸方向であるステッチ方向のループピッチ以上、織物の場合は周方向に伸びる緯糸の緯糸ピッチ以上の支持部材厚みにすることが好ましく、このように構成することでより粉体の侵入をより防止することができ、シール幅の狭いシール材を容易に製作できる。
シール材の支持部材の材質として平板の板金、樹脂板からなる材質を使用でき、抜き加工方法で支持部材を製作することが可能となりコストに有利なシール材を提供することができる。また、成形金型で製作しても良い。
回り止めなどの外形については図示はしないないが支持部材の外周をDカット形状などの必要な回り止めの形状も容易に形成できる。
平板の支持部材に筒状ファブリックを支持するための支持手段としては粘着剤からなる両面テープ、接着としては接着剤、ホットメルト、熱融着であっても良い。
さらに本シール材はシールに必要なファブリックの圧縮量:hが決定させることにより支持部材の内径が決定され設計上においても簡単に設計が可能であり優位性の高いシール材である。
例えば適用する軸径:Dとするとき、支持部材の孔径Dhは、Dh=D+(2×t1)-2hで決定される。つまりDh=D+2(t1-h)でt1≒t0なので支持部材の孔径はDh=D+2(t0-h)となり適用軸径D、ファブリック厚みt0、圧縮量hによって支持部材の孔径は容易に決定される。
尚、圧縮量hは筒状ファブリック外周が支持部材の孔の内周面に接する時の伸び率Frとファブリックの圧縮率Crの関係がFr≦Crの条件を満たした条件から設定することができる。
図5に図1(b)の、左右の固定部材のリングをシール材の製造方法の例を示す。このシール材は、2つの固定部材にて筒状ファブリックを支持部材に支持するものであって、接着剤、粘着剤などの化学物質を使用せずに、または、支持部材とファブリックを熱融着や熱溶着することなく、簡便に固定するものであり、リサイクルに適している。
図5の例に示すように筒状ファブリック2の組立治具の筒状ファブリックの内径よりも大きい軸部に筒状ファブリック2を伸長して取り付ける。筒状ファブリックは組立治具の軸よりはみ出した状態で折り返しが可能なはみ出し長さとする。
次に筒状ファブリック2を支持する孔10を有する支持部材3を組立治具の軸に支持されている筒状ファブリック2の外側に支持部材3を挿入する。この時、支持部材3の孔はファブリック2を軽圧縮する状態で支持部材3を挿入する。このようにすることで支持部材の孔内径とファブリックが接した状態が形成される。
その後に筒状ファブリックを支持部材の外側に折り返し、ファブリックを介して固定部材にて圧入して片側を固定する。
次に、逆方向にはみ出させた筒状ファブリックも同じく支持部材の外側に折り返し固定部材にて圧入して固定する。このように支持部材両端部にはみ出させた筒状ファブリックを各々折り返し、支持部材表面に筒状ファブリックを折り返し、ファブリックを介して2つの固定部材4にて強圧縮の圧入にて筒状ファブリックを固定することで粘着剤及び接着剤を使用しない方法で製作可能な製造方法の例である。
ファブリックを折り返した向きに逆らわずに左右から固定部材4のリングを押し込むので、ファブリックが皺になったり、めくれることがなく、作業が安定して簡単にできる。
このように本シール材はファブリックを機械的な固定方法でも可能であり、筒状ファブリックの材質に耐熱材質の繊維を及び耐熱性の高い樹脂の支持部材や固定部材、さらには金属の支持部材、固定部材を用いることで耐熱性を有する軸シール材を容易に製作することができる。
さらにはファブリックの素材に耐薬品性の素材を用いることで不純物の含有を必要としない医療関係の装置に用いる軸シール材、漏れ防止材として使用ができる。
さらに2つの固定部材より筒状ファブリックの両端部を折り返して固定部材で支持固定することでシール幅の長いシール材も容易に製作ができる。
さらに2つの固定部材より筒状ファブリックの両端部を折り返して固定部材で支持固定することでシール幅の長いシール材も容易に製作ができる。
そして、本ファブリックの支持及び固定方法は粘着剤、接着剤を用いることが無く、消耗する部材は筒状ファブリックのみであり支持部材と固定部材は再利用が可能で環境にも良いシール材である。
図6に図1(c)のフランジを備えた軸シール材の製造方法の例を示す。支持部材3に鍔部(フランジ部)5を有する軸シール材1の製造方法であり、鍔部5を有する環状体の支持部材3を用い、固定部材1つで筒状ファブリック2を固定し鍔部5を有する軸シール材の製造する。
鍔部を有する支持部材の孔(インナー部)に筒状ファブリックを設けるように筒状ファブリックの伸縮性を使用し鍔部に筒状ファブリックを巻き付け、鍔の無い片側には筒状ファブリックを折り返し可能な長さをはみ出させる。その後に組立治具である軸に筒状ファブリックを巻き付けた支持部材でファブリックを介して軸に挿入する。組立治具の軸はファブリックを軽圧縮できる外径とする。これは支持部材の孔内径にファブリックを接するよう形成するための組立治具の軸径としている。はみ出させた筒状ファブリックを折り返し固定部材で圧縮圧入する。固定部材は支持部材の鍔部に巻き付けたファブリックを押し付ける位置まで圧入する。このように構成することで1つの固定部材で支持部材に筒状ファブリックを固定できる製造方法の例である。
そして、図5の製造方法の例と同じくファブリックの支持及び固定方法は粘着剤、接着剤を用いることが無く、消耗する部材は筒状ファブリックのみであり支持部材と固定部材は再利用が可能で環境にも良いシール材である。以上のように種々の製造方法により必要とするシール材を製作することができる例である。
そして、組立治具である軸に筒状ファブリックを被せ、支持部材の孔の内周面とファブリックが接するように組立治具の軸を構成することで種々の異形断面のシール材を製作することができる。
図7は、異形断面形状のレール軸に適用する例を示す。図7(a)はレール状の断面形状の軸に適用する軸シール材の例であり、図7(b)は六角形の断面形状の軸に適用する軸シール材の例であり、図7(c)は四角形の断面形状の軸に適用する軸シール材の例であり、図7(d)は軸が段差を有した軸の断面図で凹み部の軸に対応した軸シール材の例である。
図7(d)に示すように支持部材が2つに分かれた形態で一体的に構成され、一体的に構成された支持部材を全体的に被覆する構成とし支持部材の開閉が可能で段差のある軸にも対応したシール材の例を示している。支持部材が積極的に割れるものであるが、この割れ10は、支持部材の上部を互いに締結して一体的にしているので、実質的には支持部材3には剛性が維持されるため、圧力が逃げることなく、筒状ファブリック2が圧縮されることとなる。
このように組立治具の軸形状および伸縮性を有する筒状ファブリックを用いることで従来困難であった異形断面形状や段差のある軸に適用できる軸シール材を製作、提供することができる。
図8は本軸シール材を用いた粉体の漏れ防止用とした、回転軸への軸シール材の組付例例である。図8(a)は支持部材が平板からなる軸シール材で軸受けと併用して使用される粉体の漏れ防止用の構成の例であり、図8(b)は2つの固定部材で支持部材に筒状ファブリックが支持される軸シール材の例であり、図8(c)は鍔を有する軸シール材の使用例である。
図8(a)は支持部材が平板からなる軸シール材で軸受12と併用して使用される粉体の漏れ防止用の構成の例である。
図8(b)は2つの固定部材4で支持部材に筒状ファブリックが支持され支持部材中央部では支持部材によるファブリックの圧縮が無く、軸方向の粉体側で粉体の漏れ防止を行い、軸方向の外側で軸受けとして機能させ接触面積を低減し軸受けとシール性を一体的にできる軸シール材の例を示す。
さらに、被シール部材の表面が凹凸を有する構成の部材の場合でも支持部材の内側を凹凸のある構造に形成することができ、伸縮性を有する筒状ファブリックによって凹凸に追従することが可能であり凹凸のある被シール部材にも対応できるシール材の例でもある。
図8(c)には鍔を有する軸シール材の使用例を示す。図8(c)に示すように図8(b)と同じくシールと軸受けを兼ね、使用できる構成の例である。しかし、精度が必要な場合は軸受けを兼ねるよりもシール材として使用することが好ましい形状である。
図8(c)には鍔を有する軸シール材の使用例を示す。図8(c)に示すように図8(b)と同じくシールと軸受けを兼ね、使用できる構成の例である。しかし、精度が必要な場合は軸受けを兼ねるよりもシール材として使用することが好ましい形状である。
また、回転軸のシール材と使用する場合は摺擦による摩耗が生じることが多く、ファブリックの表面には摺動剤のコーティング、グリス塗布、オイル塗布、摺動剤などの滑剤を塗布及び供給を行うことで寿命を延ばすことができ、滑剤などを塗布することが好ましい。
また、本軸シール材は繊維からなる筒状ファブリックの構成であり毛細管現象によって液を筒状ファブリックに含侵及び外部からの供給が可能であり、オイルの含侵及び支持部材の外側に露出しているファブリックに外からのオイル供給などで寿命を向上させることが可能なシール材で種々の産業設備の装置のシール材としても使用が可能である。
また、本軸シール材は繊維からなる筒状ファブリックの構成であり毛細管現象によって液を筒状ファブリックに含侵及び外部からの供給が可能であり、オイルの含侵及び支持部材の外側に露出しているファブリックに外からのオイル供給などで寿命を向上させることが可能なシール材で種々の産業設備の装置のシール材としても使用が可能である。
筒状ファブリックに用いる繊維は基本原理に基づいた線径を使用することを前提とするため材質は適宜に選定することが好ましい。例えば、高温耐熱を必要とする場合は金属繊維を使用し、事務機などの装置には一般的な樹脂からなる繊維素材を用いることでコスト的に有利な材質で対応することが好ましい。
図14(a)はファブリックシール部材を用い、液を供給するシステムの構成例で、本ファブリックシール部材は細い繊維からなるシール部材で毛細管現象を利用することができ、筒状ファブリックシール部材に液を供給することで毛細管現象により液が浸透しファブリックシール材に液を含浸させ軸との摩擦係数の低減及び摺擦による摩擦熱の低減を行うシステムの例であり、軸受けの表面又は軸受けを支持している保持部材の温度を温度センサによって温度検知し、その温度検知信号により液体ポンプの動作と動作停止を制御基板により制御を行い、液体ポンプを動作させることにより液体タンク内の液を吸引し液をファブリックに供給せしめ摺擦部の温度上昇の抑制及び摺擦部のファブリックへの液体供給による繊維への液の被膜による寿命の向上を行う応用例である。
本軸シール材は筒状ファブリックを使用していることより通気性を有しているためポンプによる送風やエアーの吸引もできる。
尚、筒状ファブリックに供給する液体は水、オイル、液状摺動剤などの液体ポンプによる供給が可能な液であればよく、水などを用いることで冷却効果があり摺擦部の温度上昇を抑えることができる。また、オイルや液状摺動剤などを用いることで繊維表面にオイルや摺動剤が被膜され摺動性が向上しより高寿命化することができる。
次に、図14bでは筒状ファブリックと支持部材そして固定部材からなる軸シール材が軸受けを支持する保持部材などに着脱可能な構成の例でもある。
さらに金属繊維から成る筒状ファブリックと金属からなる支持部材と固定部材から軸シール材を構成することで耐熱性の軸シール材とすることもできる。
次に本シール材の実施例と比較例を表2に示す。また、振動試験での漏れを評価した。試験結果を表3に示す。
振動試験における漏れ評価には、粉体漏れ試験装置を用いた。図9に、用いた粉体漏れ試験装置の例を示す。粉体漏れ試験装置は、加振器、加速度ピックアップセンサーと振動計(図示なし)、粉体ボックス、粉体ボックスを支持するアングル、そして、粉体ボックスに取り付けられる軸および軸シール材から構成されている。この粉体漏れ試験装置を用いて、加速度を周波数50Hzで50m/s2(5.1G)と70m/s2(7.14G)に設定して試験を行った(表3)。
表1には、粉体漏れ試験条件が厳しい、すなわち加速度が高い70m/s2(7.14G)の条件時の試験結果を示した。各実施例および比較例においては、電子写真用の球形トナーにおける平均粒径6μmの粒子を用いた試験粒子は、の用いた。ここでは、粉体の漏れを防止するための条件である前記の記載の粒子径φrの4倍以下の繊維径φsを有する繊維(4×φr>φs)の関係を満たすものをOKとし、また、筒状ファブリックの外周方向への伸び率:Frとファブリックの圧縮率:Crの関係がFr≦Crを満たすものをOKとして評価した。
上記の条件下で、実施例1は、筒状ファブリックがポリエステル繊維からなる素材で86デシテックス/144本=86T/144Fからなる糸でウーリー加工された糸を使用し、経編からなる筒編物で編物の糸とループによって収縮し糸が密になった筒状編物であり、筒状ファブリックの外周長が53.72mmに構成された筒状ファブリックあり、繊維径は糸構成が86T/144Fとポリエステルの比重から算出した繊維径を記載している。そして、実施例1は、4φr>φsの関係を満たし、筒状編物をほとんど伸長させない条件でFr≦Crの関係を満たした条件の実施例である。
実施例2は、実施例1で用いた筒状ファブリックを用い、筒状ファブリックの伸び率Frを32.41%に伸ばす支持部材に組付けられた状態で、被シール部材の挿入にてファブリックの圧縮率Crが48.39%になる組合わせであり、Fr≦Crの関係を満たす実施例である。
実施例3は、ファブリックの繊維材質がコットン(綿)からなる紡績糸を用いた実施例である。コットンを用いることでコットンの特性である縮れ空隙を有しているため、ウーリー加工を施していない糸でこのコットンの紡績糸を用いて筒編みを形成している。繊維径は、実施例1,2と同じく糸の構成と比重より算出している。そして、4φr>φsの関係を満たし、筒状ファブリック(筒編み)の伸び率Frとファブリックの圧縮率Crの関係がFr≦Crの関係を満たした条件の実施例である。
実施例4は、筒状ファブリックが不織布であり、該不織布がメルトブロー方式からなる不織布であり、その材質がエラストマー繊維(ポリウレタン繊維など)とポリオレフィン繊維(ポリエチレンなど)の素材で伸縮性を有するように構成されたものであり、不織布を構成する繊維径は15μm~24μmで4φr>φsの関係を満たす繊維径を含んだ不織布素材で厚みが0.78mmのファブリック素材であり、これを筒状に構成して筒状ファブリック(筒編み)の伸び率Frとファブリックの圧縮率Crの関係がFr≦Crの関係を満たした条件の実施例である。
実施例5は、実施例1の筒状ファブリックを使用し、4φr>φsの関係を満たし、筒状ファブリック(筒編み)の伸び率Frとファブリックの圧縮率Crの関係がFr≦Crの関係を満たした条件でファブリックの圧縮率とファブリックの伸び率をほぼ近似させた条件の実施例である。実施例6は、実施例5における筒状ファブリックが積層(2層)した状態に形成した実施例である。実施例7は、実施例5のシール巾7mmに対しシール巾が1mmで実施した場合の実施例である。
実施例8は、実施例1で用いた筒状ファブリックを用い、それを四角形の孔を有した支持部材に所定の伸び率Frになるように支持部材に支持させ、被シール部材が14mm角の四角棒をシール材に挿入した時にファブリックの圧縮量が設定された圧縮率Crになるように構成され、Fr≦Crの関係を満たした条件の実施例である。
実施例9は、実施例1で用いた筒状ファブリックを用い、それを六角形の孔を有した支持部材に所定の伸び率Frになるように支持部材に支持させ、被シール部材が16mm角の六角棒をシール材に挿入した時にファブリックの圧縮量が設定された圧縮率Crになるように構成され、Fr≦Crの関係を満たした条件の実施例である。
実施例1から実施例9は、いずれも4φr>φsの関係を満たし、かつ、Fr≦Crの関係を満たす条件である。この条件下において、実施例1から実施例9のものは、いずれも粉体の漏れは無く、シール性はOKであった(表3参照。)。
一方、比較例1は、筒状ファブリックを構成する繊維径が172μmのモノフィラメントを用いて経編からなる筒編みの筒状ファブリックで4φr>φsの関係を満たさない条件で、且つ、筒状ファブリックを円形の孔を有した支持部材に所定の伸び率Frになるように支持部材に支持させ被シール部材の軸を挿入した時に筒状ファブリック(筒編み)の伸び率Frとファブリックの圧縮率Crの関係がFr≦Crの関係を満たし、繊維径と粒子径の関係の条件を満たしていない例である。比較例1の場合には、粉体粒子が漏れる結果となり、シール性の評価はNGであった。
比較例2および比較例3は、使用する繊維径φsと粒子径φrの関係である4φr>φsの関係を満たし、筒状ファブリックを円形の孔を有した支持部材に所定の伸び率Frで支持部材に支持させ被シール部材の軸を挿入した時に筒状ファブリック(筒編み)の伸び率Frとファブリックの圧縮率Crの関係がFr≦Crの関係を満たしていない条件の例である。比較例2および比較例3の場合には、粉体粒子が漏れる結果となり、シール性の評価はNGであった。
表1の実施例と比較例に示すように、複数の繊維からなるマルチフィラメントの糸及び複数の繊維からなる紡績糸を用いて径方向に少なくとも伸縮性を有する筒状ファブリック及び伸縮性を有する筒状の不織布のファブリックにおいて漏れを防止すべき粉体粒子径φrと筒状ファブリックに用いる繊維径φsの関係を4φr>φsの関係を満たすように構成し、且つ、孔を有する支持部材の孔に筒状ファブリックを伸長して支持する筒状ファブリックの伸び率Frと軸の挿入によりファブリックが圧縮される圧縮率の関係がFr≦Crの関係を満たすように構成することで、粒子の漏れを防止することができる。
そして、軸シール材の幅も従来にない狭い幅でシールすることができる。
上記に記載したように少なくとも粒子径と繊維径の関係とファブリックの伸び率とファブリックの圧縮率の2つの関係の条件を満たすことが好ましい。
次に、表4に、実施例1に用いた筒状ファブリックを用い各種の試験を行った結果を示す。
表4は、加速度を変化させた時のシール性、シール幅を変化させた時のシール性、被シール部材と接するファブリックの面に滑剤(グリス)の塗布の有無によるシール性の結果を示す。
表2に示すように、加速度50m/sec2と70m/sec2を比較すると、加速度が高い70m/sec2の方が筒状ファブリックの伸び率Frとファブリックの圧縮率Crの相関が明確となっている。支持部材の孔の内周面に接するように筒状ファブリックを伸長させ、筒状ファブリックの伸び率Frとファブリックの圧縮率Crの関係がFr≦Crの関係を満たすことで、粉体粒子の漏れは無く、シール性の評価結果はOK(〇)であった。
経編からなる筒編みのファブリックを用いたシール幅については、0.5mm、1.0mm、7mmと比較すると、1.0mm以上のシール幅を用いることで粉体粒子の漏れが無く、シール性の評価結果はOK(〇)であった。
これは試験で製作した経編からなる筒編みのファブリックで軸方向となるステッチ方向のピッチが0.7mm前後で粉体が漏れ出る方向に直交する方向に糸(繊維)が配置されている構成となり、ループによって粉体をせき止めている状態となっていることからシール性に寄与していることになる。
この点から筒状ファブリックが経糸と緯糸からなる径方向に伸縮する筒状織物においても軸方向に平行となる糸が経糸とすれば、経糸に直交する伸縮性を有する緯糸でせき止める効果が得られることなり、径方向に伸縮性を有する筒状織物にも適用できる。上記の点より繊維や糸が粉体の漏れ出る方向に対しせき止める方向にあることが好ましく、そのピッチが狭いことでシール幅を狭くできる。シール幅を狭くすることで軸回転時の負荷トルクを低減できる。
また、滑剤塗布については、今回使用したシリコン系のプラスチック用グリスを用いて確認した結果、グリスによる隙間を埋める効果もしくはグリスの粘性により粉体粒子を保持する効果で隙間を少なくする効果、もしくはその両方の効果で、Fr≦Crの関係を満たさない条件でも、粉体粒子の漏れが無く、シール性の評価結果はOK(〇)であった。但し、滑剤の消耗の点を考慮するとFr≦Crの関係を満たすことがより好ましい条件である。
表5には、実施例1に用いた筒状ファブリックを用いて2枚重ねた積層タイプ(積層ファブリック)のシール性の結果を示す。
表3に示すように、グリスが無い条件でFr≦Crの関係を満たさない条件下では、単層と同じく粉体粒子の漏れが発生し、シール性の評価結果はNG(×)であった。積層の場合においてもFr≦Crの関係を満たすことがより好ましいことが理解される。
尚、滑剤であるグリス塗布により、シール性の評価結果がNGであった条件でも表2の結果と同じく滑剤であるグリスの効果により、シール性の評価結果はOK(〇)であった。グリスの粘性により粒子が捕集されることとグリスによって空隙を埋めたことによる効果で漏れを止めている。
さらに、ファブリックの反発荷重については実施例1で用いたウーリー加工糸(ポリエステル)のファブリック、実施例6のウーリー加工糸(ポリエステル)のファブリックの積層、実施例3に用いたコットン(紡績糸)のファブリック、コットン(紡績糸)のファブリックの積層、そして、実施例4に用いた不織布のファブリックで各々のファブリックでの所定面積での圧縮率と反発荷重の関係である反発荷重曲線の図を図10に示す。
図10に示すように、単層のファブリック及び積層されたファブリックの圧縮率と反発荷重の関係である反発荷重曲線は、ほぼ近似する。
よって、圧縮量を大きくする必要がある場合は、積層にして使用することが好ましい。
また、図10の反発荷重曲線に示すように、各々のファブリックにおいて荷重が著しく変化する変曲点を有し、回転軸のシール材もしくは軸に対しスライドさせて使用する場合は、トルク負荷の点から反発荷重の変曲点前の圧縮率で使用することが好ましい。
また、スパンボンド方式やメルトブロー方式などのメルト方式で製作した不織布においても、織編物で形成したファブリックよりも空隙が大きいことより織編物で形成したファブリックの圧縮率よりも高い圧縮率が必要とする傾向を有し、糸で構成したファブリックと同じく回転軸のシール材もしくは軸に対しスライドさせて使用する場合は、負荷トルクの点から反発荷重曲線の変曲点前の圧縮率で使用することが好ましい。そして、反発荷重の変曲点は、圧縮荷重によって糸もしくは繊維が圧縮され空隙が小さくなり、且つ、隣接する糸もしくは繊維の広がりが強く規制され繊維がより密になる点であり、摺動を必要とする場合の設定や摺動を必要としない場合の設定の目安となる重要な点でもある。
表6には回転軸のシール材として使用した実施例を示す。
また、軸を回転させての評価装置の例を、図11に示す。実施例では図11の評価装置を用い、軸がSUS材の金属軸で、軸の表面速度が210mm/secで回転させ、試験に用いた粉体は振動試験の漏れ試験で使用した樹脂粒子からなる平均粉体粒径6μmを用い、100時間の耐久とシール性(漏れ)について評価した。
実施例10は、実施例1に用いた筒状ファブリック(ポリエステル)を用い、支持部材に2つの固定部材で支持し、ファブリックの伸び率Frが21.8%で軸による圧縮率Crが33.1%でFr≦Crの関係を満たし、ファブリックへのグリス塗布が無く、シール巾が7mmの条件のものである。
実施例11は、実施例1に用いた筒状ファブリック(ポリエステル)を用い、支持部材に2つの固定部材で支持し、ファブリックの伸び率Frが21.8%で軸による圧縮率Crが33.1%でFr≦Crの関係を満たし、ファブリックへのグリス塗布を有し、シール巾が7mmの条件のものである。
実施例12は、実施例1に用いた筒状ファブリック(ポリエステル)を用い、支持部材に2つの固定部材で支持し、ファブリックの伸び率Frが22.4%で軸による圧縮率Crが25.8%でFr≦Crの関係を満たし、ファブリックへのグリス塗布が無く、シール巾が1mmの条件のものである。
実施例13は、実施例1に用いた筒状ファブリック(ポリエステル)を用い、支持部材に2つの固定部材で支持し、ファブリックの伸び率Frが22.4%で軸による圧縮率Crが25.8%でFr≦Crの関係を満たし、ファブリックへのグリス塗布を有し、シール巾が1mmの条件のものである。
実施例14は、実施例3に用いた筒状ファブリック(コットン)を用い、支持部材に2つの固定部材で支持し、ファブリックの伸び率Frが22.35%で軸による圧縮率Crが45.24%でFr≦Crの関係を満たし、ファブリックへのグリス塗布が無く、シール巾が1mmの条件のものである。
実施例15は、実施例3に用いた筒状ファブリック(コットン)を用い、支持部材に2つの固定部材で支持し、ファブリックの伸び率Frが22.35%で軸による圧縮率Crが45.24%でFr≦Crの関係を満たし、ファブリックへのグリス塗布を有し、シール巾が1mmの条件のものである。
そして、評価試験の結果、実施例10~実施例11に示すように100時間の連続回転においてもシールからの漏れは見られなく良好な結果でOKであった(表4)。
また、表には記載していないが、金属粉などを含んだ条件においては、繊維が樹脂系の場合などは当接部の摺擦により樹脂繊維を摩耗させ繊維を切断させる可能性を有している。そのため、金属粉などを含んだ条件においては、耐摩耗性の良好な繊維、もしくは繊維に被膜を設けることができるオイルやグリスなどの滑剤を塗布することが好ましい。
さらには耐熱、耐久を必要とする場合は、金属繊維を用いたファブリックを用い金属支持部材と金属固定部材でシール材を構成し、その後にファブリック面に耐熱の摺動部材を充填や耐熱コーティング材をコーティングすることもできる。
表5には、実施例1に用いた筒状ファブリックをファブリックの表面にグリスを塗布し、テストポンプを用いて所定の水圧における1分間で液(水)がシール材と軸の間から流れ出た量を確認した結果を示す。
表7に示すように、ファブリックの圧縮率を変化させ、水圧0.05Mps、0.1Mpsで各々確認した結果、ファブリックの圧縮率を高めることで水の漏れを抑止するように制御することができる。尚、評価用に用いた治具の例を図13に示す。
本シール材は、このようにファブリックへの表面処理や構造によって若干の液を漏れさせるグランドパッキンなどにも使用が可能なシール材である。
また、本シール材は、水漏れの制御もしくは止水手段として吸水性高分子からなる繊維を用いた糸もしくは吸水性高分子からなる繊維を含む混紡糸を用いて構成された筒状ファブリックを使用することができ、吸水性高分子から成る繊維を少なくとも含んだ筒状ファブリックを用いてシール材とし吸水性高分子からなる繊維に水を吸引させ吸水性高分子からなる繊維を膨潤させ水漏れの制御もしくは繊維の膨潤による繊維間の隙間を水が通過しない隙間となるように構成して止水出来るようにした筒状ファブリックを用いたシール材である。
吸水性高分子からなる繊維は、アクリル酸とビニルアルコールとの共重合体,デンプンとアクリロニトリルとのグラフト共重合体のアルカリ加水分解物、アクリル酸ナトリウムの重合体などからなる繊維素材(吸水性ポリマー)を用いることができる。
表8には糸として日本エクスラン株式会社製のアクリル繊維表面に、吸水ポリマーが施された繊維のランシール(商品名)からなる糸で綿番手35の双糸と綿番手17の双糸の糸を用いて18ゲージの編機を用いダブルトリコット編みで筒編みに構成し、図13の試験装置にて止水性について試験した結果を示す。
表8に示すように、吸水性繊維からなる糸を用いて筒編みで構成した軸シール材は、所定の条件下で止水性を有することが確認でき、止水用の筒状ファブリックのシール材として用いることができる。
以上のように、本発明のシール材は、筒状ファブリックと、筒状ファブリックを支持する剛性の支持部材とを少なくとも有したシール材であって、筒状ファブリックは、伸縮性とその厚みによる反発弾性とを備えており、筒状ファブリックは、被シール部材との当接によって圧縮されうるように、被シール材と当接する部位の裏面に配された支持部材を被覆しながら、支持部材に固定されていることを特徴とする、シール材である。
そして、本発明のシール材は、筒状ファブリックを用いて剛性を有する支持部材の内面がファブリックにより被覆され、ファブリックはパイルを有していなことより毛羽が発生し難い構成でファブリックを構成する繊維径φsが漏れ防止を行いたい粒子径φrとの関係をφs<4φrの関係となる繊維径φsの繊維を少なくとも含み、軸径方向に伸びを有し、ファブリックは反発弾性を有し、被シール材(軸)と接するファブリックの伸び率Frがファブリックの圧縮率Crよりも小さくなるように支持部材に組付けられ、被シール部材(軸)との圧縮により繊維を密にできる構成でファブリックを圧縮せしめて粉体、塵埃などの侵入を防止することができるシール材である。
さらに、本発明のシール材は、φs<4φrの関係とFr≦Crの関係及びファブリックの組織により、シール巾を狭くすることが可能であり、軸などに設けてある溝部の清掃も可能とするシール材である。
そして、本発明のシール材は、ファブリックが密な繊維より構成されており、毛細管現象を利用した含油シール材としても使用が可能なシール材である。さらには、本発明のシール材は、オイルやグリスなどの滑剤をファブリックの表層に設けることで摺動性が確保され、繊維間の空隙を滑剤で充填することなどで低荷重でも使用が可能になるシール材である。
加えて、本発明のシール材は、吸水性高分子からなる繊維を用いた糸もしくは吸水性高分子からなる繊維を含む混紡糸を用いた筒状ファブリックとすることで、吸水性高分子からなる繊維に水を吸引させ吸水性高分子からなる繊維を膨潤させることにより水漏れの制御ができ、もしくは繊維の膨潤による繊維間の隙間を水が通過しない隙間となることにより止水できる、水漏れの制御もしくは止水手段としての止水用の筒状ファブリックのシール材としての使用が可能なシール材である。
また、本発明のシール材は、剛性を有する支持部材に筒状ファブリックを支持させることより寸法安定性を持たせることができ、さらには、機械的構造が容易に構成でき設計的にも簡単にできるシール材である。
そして、本発明のシール材は、直動システムなどの異形の軸への対応が可能である。さらには、本発明のシール材は、ボールネジなど溝を有する軸にも巾の狭いシールでの適用も可能であり、従来にないシール材である。
本発明のシール材は、剛性のある支持部材に支持して支持部材を被覆するように構成されシール材で消耗するものは被覆された筒状のファブリックであり、支持部材を損傷させなければ支持部材を再利用ができ、かつ、環境にやさしいシール材でもある。
そして、本発明のシール材は、構造が簡単にできるシール材でコストにも有利なシール材である。
加えて、本発明のシール材は、筒状ファブリックに極細繊維や撥水性繊維、ファブリックへの表面処理を施すことでグランドパッキンなどへの応用ができるシール材でもある。
そして、本発明のシール材は、筒状ファブリックを構成する素材は天然繊維、人造繊維、合成繊維、金属繊維と筒状に構成できる繊維で用途に合わせて適用すれば良く、本シール材は種々の産業に適用できるシール材である。
1 シール材
2 筒状ファブリック
3 支持部材
4 固定部材
5 鍔(フランジ)
6 スリット(割り)
7 マルチフィラメント
8 構成糸(繊維)
9 固体粒子(異物)
10 孔
11 回転軸
12 軸受
13 ポンプ
14 ガラス板
15 測定台
16 紛体
17 上カバー
18 下カバー
19 紛体ボックス
20 水
2 筒状ファブリック
3 支持部材
4 固定部材
5 鍔(フランジ)
6 スリット(割り)
7 マルチフィラメント
8 構成糸(繊維)
9 固体粒子(異物)
10 孔
11 回転軸
12 軸受
13 ポンプ
14 ガラス板
15 測定台
16 紛体
17 上カバー
18 下カバー
19 紛体ボックス
20 水
Claims (17)
- 筒状ファブリックと、筒状ファブリックを支持する剛性の支持部材とを少なくとも有したシール材であって、
筒状ファブリックは、伸縮性とその厚みによる反発弾性とを備えており、
筒状ファブリックは、被シール部材との当接によって圧縮されうるように、被シール材と当接する部位の裏面に配された支持部材を被覆しながら、支持部材に固定されており、
前記シール材は、環状のシール材であり、
筒状ファブリックの伸縮性は、支持部材の孔の内周から外周に該筒状ファブリックを伸長しうる伸縮性を有するものであって、
支持部材には、筒状ファブリックが内周に配される孔を有し、
筒状ファブリックは、非伸長時の外周長OLが支持部材の孔の内周長ILと同等もしくはそれ以下であって、
筒状ファブリックは、支持部材の内周面と被シール部材との当接箇所を被覆するように支持部材の孔の内周面に筒状ファブリックの外周面が配されていることを特徴とする、シール材。 - 筒状ファブリックは、反発弾性及び伸縮性を有する不織布、マルチフィラメントからなる糸を用い反発弾性及び伸縮性を有する筒状織編物、短繊維の紡績糸を用い反発弾性及び伸縮性を有する筒状織編物のいずれかを用いた筒状ファブリックであり、
支持部材は、被シール部材との当接によって反発弾性を有する筒状ファブリックが圧縮されるときに、筒状ファブリックの圧縮力により支持部材が塑性変形しないだけの剛性を有していること、を特徴とする請求項1に記載のシール材。 - 固体粒子の侵入もしくは漏出を抑止するためのシール材であって、
筒状ファブリックは、
その繊維径φsが、固体粒子の平均粒子径φrに対し4×φr>φsの関係を満たす繊維を少なくとも含み、
支持部材の孔の内周面に接した時の伸び率Frと、被シール部材の当接もしくは圧接によりファブリックが圧縮される圧縮率Crとの関係が、Fr≦Crとなること
を特徴とする請求項1又は2に記載のシール材。 - 筒状ファブリックは、支持部材の内周部との当接部位からはみ出した箇所で粘着剤、接着剤、熱融着、熱溶着により支持部材と固定しているものであることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のシール材。
- 筒状ファブリックは、支持部材の内周部との当接部位からはみ出した部位が支持部材に巻きつけられるようにして支持部材の外周部まで伸長させた状態で、支持部材の外周部に嵌合するリング状固定部材によって挟持されることによって、支持部材と固定されていること、を特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のシール材。
- 筒状ファブリックは、織編物であって、
その構成糸が複数の長繊維からなるマルチフィラメント糸あるいは複数の短繊維からなる紡績糸のいずれかの糸であって、かつ、これらの糸がウーリー加工された糸もしくは甘撚りされた糸のいずれかであること、を特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載のシール材。 - 支持部材は環状で内部に空洞を備え、環状の一部に外周から内周まで達するスリットが設けられていること、を特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載のシール材。
- 支持部材に、スリットの幅を拡縮させる調整機構を備えた、請求項7に記載のシール材。
- 筒状ファブリックをスリットを備えた支持部材の一端から挿通し、支持部材の環状部を挿通させた筒状ファブリックで被覆すること、を特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載のシール材。
- 筒状ファブリックを支持部材上に多層に重ね配したものであること、を特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載のシール材。
- 筒状ファブリックには、摺動性滑剤が含浸もしくは塗布されていること、を特徴とする請求項1~10のいずれか1項に記載のシール材。
- 筒状ファブリックが吸水性高分子からなる繊維を用いた糸もしくは吸水性高分子からなる繊維を含む混紡糸を用いて構成されたものであること、を特徴とする請求項1~11のいずれか1項に記載のシール材。
- 冷却用の流体を供給するポンプを備え、オイル、水、空気、ガスのいずれかの流体を筒状ファブリックに向けて供給できること、を特徴とする請求項1~12のいずれか1項に記載のシール材。
- ポンプの作動量は、温度センサの検知信号に基づいて制御されるものであること、を特徴とする請求項13に記載のシール材
- 請求項1~14のいずれか1項に記載のシール材を用いた輸送機器。
- 請求項1~14のいずれか1項に記載のシール材を用いた搬送機器。
- 請求項1~14のいずれか1項に記載のシール材を用いた工作機器。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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WO2023191100A1 true WO2023191100A1 (ja) | 2023-10-05 |
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ID=86721461
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Citations (3)
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CN201884635U (zh) * | 2010-09-20 | 2011-06-29 | 邢德君 | 金属包覆垫片 |
JP5255168B1 (ja) * | 2012-12-25 | 2013-08-07 | 三和テクノ株式会社 | パイル織編物からなる円筒状軸シール材 |
JP2016090022A (ja) * | 2014-11-11 | 2016-05-23 | 株式会社椿本チエイン | チェーン |
-
2022
- 2022-03-31 JP JP2022061443A patent/JP7291330B1/ja active Active
-
2023
- 2023-03-31 WO PCT/JP2023/013713 patent/WO2023191100A1/ja unknown
Patent Citations (3)
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