(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のPTFEライナーを備えており、その円筒状のPTFEライナーは、PTFEを押し出しうる運転荷重を支えるその円筒状PTFEライナーを有する流体制御バルブの使用中に、ライナーとの関係でシャフトを回転可能とするため回転シャフトの周りに適合させられており、
内周面を有し、ライナーを保持するための対向する環状のキャビティ端部縁間に規定される円筒状内側キャビティを含む円筒状の非金属軸受被覆体を備えており、そのキャビティ端部縁は内周面から端部縁表面にわたり内面に広がっており、その端部縁表面の直径は、回転式制御バルブがPTFEを押し出しうる運転荷重下にあるときに回転シャフトが回転しうる、端部縁表面と回転シャフトとの間のクリアランスを形成するように回転シャフトの直径よりもわずかに大きくされており、
PTFEを押し出しうる実働運転荷重のもとで回転式制御バルブとともにあっても、当該実働運転荷重が負荷されたPTFEがキャビティと軸受被覆体のキャビティ端部縁間との内に保持されるように、その円筒状PTFEライナーはキャビティ端部縁間のキャビティにはまり込みうる厚みを有しており、ライナーの内周直径は端部縁表面の直径と一致している、
過剰荷重となってPTFEを押し出しうる運転荷重が課される、回転シャフトを有する流体制御バルブの利用のための軸受。
【請求項２】
円筒状軸受被覆体がフルオロカーボンから形成される請求項１に記載の軸受。
【請求項３】
円筒状軸受被覆体がPEEKから形成される請求項１に記載の軸受。
【請求項４】
端部縁表面と回転シャフトとの間のクリアランスが0.0075inch（0.019cm）以下である請求項１に記載の軸受。
【請求項５】
端部縁表面と回転シャフトとの間のクリアランスがゼロクリアランス状態である請求項１に記載の軸受。
【発明の詳細な説明】
本発明は回転シャフトのための軸受に関し、特に流体制御バルブの回転シャフトのための円筒状軸受に関する。
発明の背景
金属製の軸受被覆体又は他の金属製の支持層を備えた円筒状軸受の軸受材料としてポリテトラフルオロエチレン（"PTFE"）の利用が提案されている。例えば、表題が”フルオロカーボン円筒状軸受”である米国特許第3033623号において、その支持領域にわたり実質的に単一の厚みを有し、容易に移動可能な円筒が内配された穴を持つハウジングやボディからなる金属製ハウジングを備えたPTFE軸受が開示されている。円筒は、被覆構造であり、PTFEのような低摩擦係数を呈する耐摩耗性の合成樹脂の表面が設けられている。この耐摩耗性合成樹脂は薄い層を形成し、かつ半径方向に充分に変形容易で周方向に硬質な金属製支持層又はシートにしっかり固着されているため、軸受穴の直径と丸みはハウジングの穴の直径と形状に支配される。低摩擦係数を呈する耐磨耗性合成樹脂の金属製裏材は、円筒に成形されたりハウジングの穴に配設されるときも円周方向に硬質であるに充分な厚みであるため、被覆ライナー部分が運転中に円周方向にしわになったりひだ状になったりすることがなく、シャフトとハウジングとの間にはめ込まれたときでも他の変形をおこすことがない。金属製裏材は、穴やハウジングの表面に正確に一致させるに充分な変形容易性を呈するため、耐摩耗性の合成の摩擦面からの放熱性に優れ、また、ハウジング穴の正確な寸法を踏襲する。
しかしながら、この従来のPTFE軸受においては、流体制御バルブの回転シャフト式円筒状軸受として一般的な実働運転荷重が課せられたときには、PTFE軸受表面が低温流れ点（系の温度450゜F又は232℃においてほぼ500psi又は3448Kpa）を生じ、金属製の軸受被覆体とバルブシャフトとの間から押し出され、軸受けが不具合となる。
さらに、従来のPTFE軸受構造においては、流体制御バルブの通常運転においてPTFE軸受の金属裏材又はハウジング部材が流体制御バルブの回転シャフトに接触し、シャフトの傷つき、焼け着きや他の損傷を引き起こすおそれが強い。この結果、バルブ性能が減退したり、不具合となるであろう。
また、全体的にポリエーテルエーテルケトン（"PEEK"）からなる流体制御バルブの回転シャフトのための円筒状の軸受の製品が、従来から知られている。この製品は軸受に高運転荷重が課されたときの回転シャフトのダメージの問題を解決するが、このような軸受は摩擦係数と耐摩耗性の面で劣る。
すなわち、使用が容易で、摩擦を減じ、コストを減じ、化学的に安定で、軸受許容荷重が改善され、しかも運転寿命特性が改善された、流体制御バルブの回転シャフトのための軸受の提供が望まれている。
発明の概要
本発明によれば、過剰荷重となってPTFEが押し出されるに充分な運転荷重が課される回転シャフトを有する流体制御バルブに使用されるための軸受が提供される。この軸受は、対向する環状のキャビティ端部縁の間に規定される円筒状の内側キャビティを有する円筒状の非金属軸受被覆体を含み、そのキャビティは円筒状のライナーの中に位置される。円筒状の非金属軸受被覆体は、好ましくはPEEKからなる。
ライナーは、低摩擦係数を呈する耐摩耗性の合成樹脂であるPTFEからなる。このPTFEライナーはさらに流体制御バルブの回転シャフトの周りに適用され、そして寸法取りされているので、過剰荷重が課されPTFEが押し出されるに充分な運転荷重のもとでも、シャフトはライナーとの関係において回転が可能である。さらにライナーは全長にわたって単一の厚みであり、また、対向するキャビティ端部縁の間の非金属軸受被覆体の円筒状内側キャビティの中にはめ込まれかつ保持されるときにおいても、キャビティ内のいかなる過剰荷重のPTFEをも保持できるように、ライナーの直径はキャビティ端部縁の内周面の直径と一致させられている。PTFEライナーと端部縁との内周直径は実質的に同じ直径である。
適切な接着剤がライナーを軸受被覆体に固着する。もし接着が不具合でも、キャビティ端部縁がライナーをその位置に保持する。
非金属軸受被覆体はPEEKから作られることが好ましいが、他の非金属材料も適用しうる。
【図面の簡単な説明】
全ての図面を通して、同じ符合は一致する要素や部品を表す。
図１は、流体制御バルブの回転シャフトの周りに位置する取り付けられたPTFEを備えた、本発明の円筒状非金属軸受を示した垂直断面図である。そして、
図２は、PTFEライナーを省略した、図１の円筒状の軸受被覆体を示した垂直断面図である。
発明の詳細な説明
図面を参照して、非金属軸受被覆体11と、流体制御バルブの回転シャフト14を取り囲む円筒状のPTFEライナー12とを含む本発明の軸受10の実施例が示されている。
軸受被覆体11は円筒状の形状で、内周面16と外周面18よりなる。軸受被覆体11の内周面16は、対向する環状のキャビティ縁22、24と流体制御バルブの回転シャフト14との間に規定される、円筒状の内側キャビティ20を含む。好ましい実施例によれば、軸受被覆体11は全体的にPEEKから作られる。
環状のキャビティ縁22、24は、軸受被覆体11の内周面16の上側及び下側の最端部に位置される。環状のキャビティ縁22、24は、軸受被覆体11の内周面16から端部縁表面26、28にわたり、内面に広がっている。端部縁表面26、28は流体制御バルブの回転シャフト14に近接している。このため、それぞれの端部縁表面26、28の内周直径は、回転シャフト14の直径よりもわずかに大きい。好ましい実施例によれば、クリアランス又はそれぞれの端部縁表面26、28と回転シャフト14との距離は、0.0075inch（0.019cm）以下であり、これによりゼロクリアランス状態が達成される。
軸受被覆体11の外周面18は、一般的には円筒状の形状である。しかし、外周面18の上方端部30の上には、合い口32が外周面から張り出している。
円筒状のPTFEライナー12は、対向する環状のキャビティ縁22、24と流体制御バルブの回転シャフト14との間に規定される円筒状内側キャビティ20にフィットする寸法である。PTFEが押し出されるに充分な運転荷重にて円筒状PTFEライナー12とともに流体制御バルブが用いられる間、ライナーとの関連においてシャフトを回転させることができるように、円筒状PTFEライナー12は流体制御バルブの回転シャフト14の周りに適合させられる。適切な接着剤が、ライナー12を軸受被覆体11に固着させるために用いられる。
円筒状PTFEライナー12は、端部縁表面26、28の直径に適合した内周直径を備えており、キャビティ端部縁22、24の間のキャビティ20にぴったりはまり込むに充分な厚みを有しているので、通常であればPTFEを押し出すに充分な運転荷重のもとで回転式制御バルブのシャフト14とともにある場合でも、過剰に荷重されたPTFEは、キャビティ20と、その軸受被覆体11のキャビティ端部縁22、24と、流体制御バルブの回転シャフト14との領域内に保持される。このように閉じこめられるので、PTFEの荷重限界は実質的に通常の押出低温流動点よりも上に上昇させられることとなる。
運転中、流体制御バルブの回転シャフト14は、軸受の内周面の90度近い角度にわたって円筒状のPTFEライナー12とキャビティ端部縁22、24の端部縁表面26、28とに接触するようになる。通常の運転においては、キャビティ端部縁22、24の端部縁表面26、28の非金属の又はPEEKの材料組成は、回転シャフト14を傷つきから保護する。さらに、キャビティ端部縁22、24と回転シャフト14との間にはめ込まれたPTFEライナー12は、PTFEライナーが押し出され始める前の段階において、他のPTFE軸受構造に比べより大きな荷重に耐えるであろう。PTFEライナー12が過剰荷重を課された後も、キャビティ端部縁22、24の端部縁表面26、28と、回転シャフト14−円筒状PTFEライナー12間の高荷重側と全く反対側に位置する回転シャフト14との間の0.0075inch（0.019cm）の最大クリアランスは、いかなる過剰荷重が課されたPTFEをもキャビティ20内に保持するに充分である。
本発明の軸受は、例えば500゜F又は260℃で600＋psi又は4137＋Kpaの系での運転に相当の回転式流体制御バルブに置かれるであろう。このような条件の下、軸受はキャビティ20からPTFEが押し出されることを許容せずに、450゜F又は232℃で5000＋psi又は34475＋Kpaの圧力に耐えるであろう。
このような0.7500inchの直径（1.91cm）の回転式流体制御バルブのシャフトの用途のためには、PEEKの軸受被覆体11は0.904inchと0.908inchとの間（2.30cmと2.31cmとの間）の外周直径で、1.25inch（3.18cm）の長さとされるであろう。軸受被覆体11の内周面16のキャビティ20は、0.785inchと0.789inchとの間（1.99cmと2.02cmとの間）の内周直径で、1.12inch（2.84cm）の長さとされるであろう。端部縁表面26、28の直径は0.752inchと0.756inchとの間（1.91cmと1.92cmとの間）の範囲となるであろう。
このような用途のために円筒状PTFEライナー12は、1.12inch（2.84cm）の長さと、0.0145inchと0.0175inchとの間（0.0368cmと0.0445cmとの間）の厚みと、端部縁表面26、28の内周直径と一致する0.752inchと0.756inchとの間（1.91cmと1.92cmとの間）の内周直径とを備え、キャビティ20にフィットさせられるであろう。
上記記述は、理解の明確のためのみになされたものであり、当業者にとって修正・変更は明らかであろうから、これにより無用の限定が解釈されるべきではない。
【図１】
0003630330.tif 000002
【図２】
0003630330.tif 000003