(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性エラストマーを材料として形成されたシール部材を有し、ハウジングと軸との環状隙間をシールする密封装置において、
前記シール部材は、放射線の照射に応じた螺旋状の弾性の異なる複数の領域を有する、前記軸に摺接する摺動面を備え、
前記摺動面が前記軸の軸方向に撓んだ場合に、前記弾性の異なる複数の領域のうち弾性の低い領域に微少な溝が形成されることを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記シール部材は平ワッシャ状の環状部材であり、その内径側を拡径させながら軸方向に撓ませてリップ部とし、このリップ部の内周側を摺動面としたことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
【請求項３】
前記放射線は電離放射線であることを特徴とする請求項１又は２に記載の密封装置。
【請求項４】
前記熱可塑性エラストマーは、フッ素系エラストマーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の密封装置。
【請求項５】
ハウジングと軸との環状隙間をシールする密封装置の製造方法において、
熱可塑性エラストマーを材料として前記軸に摺接する摺動面を備えるシール部材を形成し、
前記摺動面に放射線の照射に応じた螺旋状の弾性の異なる複数の領域を形成し、
前記摺動面を前記軸の軸方向に撓ませ前記弾性の異なる複数の領域のうち弾性の低い領域に微少な溝を形成することを特徴とする密封装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リップ部の摺動面に形成された溝により、流体を流動または保持可能とする機能を備えた密封装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、潤滑油（オイル）等の流体を密封する密封装置として、種々の構成のものが存在する。この種の密封装置として図５にその一例を示す。
【０００３】
図に示すように、密封装置１００は、軸２００と円筒状のハウジング３００の間の環状の隙間をシールし、密封流体側Ｏに封入されている潤滑油等の流体が大気側Ａに漏れないようにしているものである。
【０００４】
密封装置１００の概略構成としては、金属環１０１と、金属環１０１に一体的に成形されるゴム状弾性体製のシール部材１０２と、金属環１０１とシール部材１０２とにより挟持される樹脂製のシール部材１０３とから構成されている。
【０００５】
シール部材１０２は、ハウジング３００の内周面に密封接触する外周密封部１０２ｂと、軸２００に摺接してシールするリップ部１０２ａ、リップ部１０２ａと外周密封部１０２ｂを接続する径方向部１０２ｃを備えている。
【０００６】
そして、シール部材１０３が、ゴム状弾性体製のシール部材１０２のリップ部１０２ａの根本を支えてリップ部１０２ａの過度の変形を抑制すると共に、軸２００に摺接してシール性を発揮している。
【０００７】
従って、シール部材１０３はある程度の撓み強度を備えた材料によるものが好適であり、所定の柔軟性（硬質ではないという意味）を備えた樹脂材料、例えばＰＴＦＥ（４フッ化エチレン）等のフッ素系樹脂材料により製作されている。
【０００８】
また、このような樹脂材料によるシール部材１０３は、ゴム状弾性体製のリップ等にみられるような全周にわたり均一で高い緊迫力を、摺動面に付与することが困難であり、流体の漏れを抑制するために摺動面にポンプ作用を備えた溝１０４がリップ部１０３ａから屈曲部１０３ｂにかけて形成されている。
【０００９】
この溝１０４は、密封装置１００が軸２００に対して相対回転することによって流体を密封流体側Ｏへ流動させるようなポンプ効果を発揮させる構造となっている。
【００１０】
なお、溝１０４は、密封装置１００が軸２００に対して、通常、一方の方向にのみ回転し、あまり他方の方向には回転しないような箇所に適用する場合には、一方の方向の回転に対して効率良くポンプ効果を発揮する螺旋状のねじ溝とするのが好適であり、両方向に回転するような箇所に適用する場合には、いずれの回転に対しても適度にポンプ効果を発揮する多数の環状の溝とすることも好適である。
【００１１】
このような構成によって、軸２００と円筒状のハウジング３００の間の環状の隙間がシールされている。
【００１２】
また、樹脂材料によるシール部材１０３の製造方法としては、図６に示されるように（特公昭６０−５６６１８号公報参照）、内径および外形が所定寸法に成形されたＰＴＦＥ等の樹脂円筒体の端面に、ネジ切り手段によってその内径側からネジ溝を切った後に、樹脂円筒体の端部を切削手段により所定の幅に切り離して平ワッシャ状のシール部材１０３を製造する（図６（ａ））。
【００１３】
ネジ溝の形成は、機械加工によるものの他に、プレスにより押圧して形成することも可能である。
【００１４】
さらに製造した平ワッシャ状のシール部材１０３を、密封装置１００に嵌め合わされる軸２００とほぼ同じ直径の押圧治具２００Ｊを、プレス等によりシール部材１０３の内径側に挿入して成形し、全周的に所定の角度に屈曲させて摺動部となるリップ部１０３ａを形成している（図６（ｂ））。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術によるシール部材１０３においては以下のような問題が挙げられている。
【００１６】
即ち、樹脂円筒体にネジ溝を切り、さらにネジ溝を切った樹脂円筒体の端部を切り出すというシール部材の製造方法では、一品生産的な製造方法となり生産効率が低い。
【００１７】
また、樹脂円筒体の成形体は肉厚になるほど生産が困難であり、材料のコストも高くなるため、内径の大きいシール部材を製造することが困難となる。
【００１９】
本発明は上記従来技術の問題を鑑みなされたもので、その目的とするところは、ネジ溝の賦形を機械加工やプレス加工によらず達成すると共に、高い生産効率での生産を可能とする密封装置及び密封装置の製造方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、熱可塑性エラストマーを材料として形成されたシール部材を有し、ハウジングと軸との環状隙間をシールする密封装置において、前記シール部材は、放射線の照射に応じた螺旋状の弾性の異なる複数の領域を有する、前記軸に摺接する摺動面を備え、前記摺動面が前記軸の軸方向に撓んだ場合に、前記弾性の異なる複数の領域のうち弾性の低い領域に微少な溝が形成されることを特徴とする。
【００２１】
これにより、シール部材の特定領域における材料の物性、即ち架橋状態や弾性を選択的に変更することができ、この特性を利用してリップ部の撓みを調整したり、リップ部の摺動面に微少な凹凸を形成して流体を保持したり、ポンプ機能を働かせて流体を封入あるいは排出させるように流動させることが可能となる。
【００２２】
そして、この物性を変化させるために機械加工を必要とせず、またシール部材自体の弾力により２次成形を必要とせず、生産効率を向上させることが可能となる。
【００２７】
前記シール部材は平ワッシャ状の環状部材であり、その内径側を拡径させながら軸方向に撓ませてリップ部とし、このリップ部の内周側を摺動面としたことも好適である。
【００２８】
また、前記放射線は電離放射線であることも好適である。
【００２９】
また、前記熱可塑性エラストマーは、フッ素系エラストマーであることも好適である。
【００３０】
密封装置の製造方法にあっては、ハウジングと軸との環状隙間をシールする密封装置の製造方法において、熱可塑性エラストマーを材料として前記軸に摺接する摺動面を備えるシール部材を形成し、前記摺動面に放射線の照射に応じた螺旋状の弾性の異なる複数の領域を形成し、前記摺動面を前記軸の軸方向に撓ませ前記弾性の異なる複数の領域のうち弾性の低い領域に微少な溝を形成することを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明を適用した実施の形態を例示的に説明する。但し、記載されている構成要素の材質、形状、その相対配置などは、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれら実施の形態に記載された構成に限定するものではない。
【００３２】
（実施の形態１）
まず、図１を参照して本発明を適用したシール部材１の製造方法を説明する。この第１の実施の形態におけるシール部材１は、図５で説明したような密封装置１００のシール部材１０３に代えて使用することが可能なものである。従って、シール部材１以外の密封装置の構成及び組み立て方法等は同じ技術を適用することが可能であり、ここでの説明は省略する。
【００３３】
シール部材１の材料は熱可塑性エラストマーを使用する。この材料の特性を活かし、押出成形機２とシートダイ３を組み合わせることにより、シール部材１のベースとなるシート４を連続成形する（図１（ａ）参照）。
【００３４】
シートダイ３から押出されたシート４をプレス加工によりドーナツ状に打抜いて平ワッシャ状の環状部材５を形成する（図１（ｂ）参照）。
【００３５】
次に環状部材５に所定のパターン形状の開口部６を有するマスク７を被せ、放射線照射器８により放射線９を照射することにより、放射線９を照射された特定領域とそれ以外の領域との間において材料の物性を異ならせる（図１（ｃ）参照）。
【００３６】
パターン形状としては、後に詳しく説明するが、渦巻状や複数の同心円あるいはスクリュー状等任意の形状に形成することができる。
【００３７】
材料の物性とは、この実施の形態では熱可塑性エラストマーの架橋構造であり、放射線９の照射により、その他の領域よりも高い架橋構造（架橋密度）が形成される。
【００３８】
このような架橋構造の変化に伴い、同時に弾性が変化し、放射線９が照射された領域は弾性が高くなる。
【００３９】
シール部材１の材料となる熱可塑性エラストマーとしては、例えば、ブロック型フッ素系熱可塑性エラストマーが用いられる。ソフトセグメント（フッ素ゴム）としては、例えばフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロペン−テトラフルオロエチレン３元共重合体、また、ハードセグメント（フッ素樹脂）としてはポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体等を形成させる。さらにベースポリマにカーボンブラックを配合した材料等を使用することができる。
【００４０】
また、照射する放射線９は種々の材料に対して効率的に物性変化を発生し得る帯域の電離放射線を採用することが好ましく、例えば１５０ｅＶ−数ＭｅＶ程度のエネルギーを持つ電子線が用いられる。電子線を深く透過させるためには、エネルギーの高い電子線が必要であるが、厚さの薄いシール部材１に用いる場合には３００ＫｅＶ以下の低エネルギーの電子線を利用することができる。
【００４１】
放射時間としては、例えば電子線を使用することにより１秒以下の所要時間で材料を架橋することも可能である。
【００４２】
また、放射線９を照射する際の雰囲気は、真空状態、窒素ガス雰囲気等とすることが好ましい。
【００４３】
以上のような製造方法は、連続工程としてライン化することも可能であり、また、従来の切削工程による製造方法と比較して非常に生産効率が高い。
【００４４】
（実施の形態２）
第２の実施の形態では、放射線９を照射された特定領域とそれ以外の領域との間において材料の物性が異なるように製作したシール部材１の使用形態を説明する。
【００４５】
図２は架橋密度分布により形成された溝とその使用形態を示す図である。図２（ａ）は放射線の照射が終わったシール部材１をその照射面を上側にして示した斜視図であり、図２（ｂ）はそのＤ２部を拡大して示した斜視図である。
【００４６】
図２（ｃ）は図５のシール部材１０３に代えてシール部材１を組み込んだ密封装置２０の断面構成説明図であり、図２（ｄ）はそのＤ３部を拡大した斜視図である。
【００４７】
図２（ａ）及び（ｂ）に示されるようにシール部材１には、放射線を照射された照射領域Ｒ１と放射線の照射されなかった非照射領域Ｒ２が形成され、パターン化して形成された架橋構造、すなわちパターン化した弾性の分布が形成されている。尚、この実施の形態では、非照射領域Ｒ２は同心的に配置された複数の環状領域となっている。
【００４８】
そして、図２（ｃ）に示されるように、シール部材１を密封装置２０に組み込んだ後、密封装置２０をハウジング３００と軸２００の間の環状隙間に装着すると、シール部材１自身の弾性により内径部１ａが拡径しながら軸方向に撓み、軸２００と対向する部分が摺動面１ｂとなる。
【００４９】
この摺動面１ｂでは、図２（ｄ）に示されるように、矢印方向の応力（軸方向及び周方向の引っ張り応力による歪み）が発生し、照射領域Ｒ１よりも弾性の低くなっている非照射領域Ｒ２における変形が大きくなり、非照射領域Ｒ２に微小な溝Ｍ１が形成される。
【００５０】
この溝Ｍ１により流体ポンプ作用を発揮させて、潤滑油等の密封流体を流動させたり、溝Ｍ１に保持したりすることができ、密封装置２０のシール性を向上させることが可能となる。
【００５１】
尚、パターン化した歪みの分布により溝を発生させるための応力は、この実施の形態のように摺動面を撓ませる方法の他に、所定の圧力で押圧することによっても形成することが可能である。
【００５２】
また、ネジ溝を切らないため、ネジ溝の切断面を起点としたシール部材の破断を防止可能となり、密封装置の耐久性をより向上させることが可能となる。
【００５３】
（実施の形態３）
第３の実施の形態では、シール部材のより具体的な製造方法を説明する。
【００５４】
シール部材は、フッ素系熱可塑性エラストマーをベースとする材料より成形した。ベースとなるフッ素系エラストマーには、ダイキン工業株式会社のダイエルサーモプラスチック（商品名）を使用した。このフッ素系熱可塑性エラストマーは加熱により流動し、結晶化温度以下に冷却するとゴム弾性を示す。この材料特性を利用し、押出機とＴダイを用いてシートを連続成形する。シール部材はこのシートから、打抜きなどの方法で容易に得ることができる。
【００５５】
電離放射線として、電子線を利用した場合について説明する。ベースとなるシール部材２１（図３（ａ））に電子線をパターン化して照射するために、例えば図３（ｂ）に示すようなパターンを切り抜いた金属シート２２を利用することができる。金属シート２２において、２２ａが切り抜いた窓部（複数）である。
【００５６】
電子線は金属中を透過し難いため、金属で遮蔽した部分のシール部材２１は放射線の影響を受け難いことを利用する。
【００５７】
先ず、螺旋状にパターンを切り抜いた金属シート２２をシール部材２１上に置き、その上から電子線を照射することにより、容易に電子線をパターン化して照射することができる（図３（ｃ））。図３において、クロスハッチングされた領域２１ａが電子線高照射部であり弾性が高く、領域２１ｂが電子線未（低）照射部であり弾性が低い。
【００５８】
ダイエルサーモプラスチック、およびこのポリマーをベースとする材料について、電子線の照射線量を変化させて測定した引張り特性の一例を図４に示す。ベースポリマーのみでは電子線照射による１００％モジュラス、破断強度の変化はほとんど無い。
【００５９】
しかし、カーボンブラックをベースとする配合とした材料では電子線の照射線量を変化させることにより、材料の弾性を大きく変化させることが可能である。電子線の照射線量を増加させることにより、１００％モジュラスが向上する。この特性と照射パターンを適切に組み合わせることにより、使用目的に合った密封装置用シール部材を製造することができる。
【００６０】
この方法により製造したシール部材２１は、軸装着時に電子線未（低）照射部が溝を形成し、密封（ポンプ）機能を発現する。尚、シール部材２１は、図２（ｃ）のように金属環などに装着し、密封装置として用いることができる。
【００６１】
【発明の効果】
上記発明の実施の形態に説明されるように、シール部材の特定領域に対して選択的に材料の物性を変化させることにより、例えばネジ溝の賦形を機械加工やプレス加工によらず達成すると共に、高い生産効率での生産を可能とする密封装置及び密封装置の製造方法が得られる。
【００６２】
また、ネジ溝を切らないため、ネジ溝の切断面を起点としたシール部材の破断を防止でき、密封装置の耐久性をより向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態に係わるシート部材の製造方法を説明する図である。
【図２】図２は本発明の第２の実施の形態に係わるシート部材の図である。
【図３】図３は本発明の第３の実施の形態に係わるシート部材の図である。
【図４】図４は電子線照射量と材料物性の関係を示す表図である。
【図５】図５は従来技術によるシート部材を有する密封装置の図である。
【図６】図６は従来のシール部材の製造方法に係る図である。
【符号の説明】
１  シール部材
２  押出成形機
３  シートダイ
４  シート
５  環状部材
６  開口部
７  マスク
８  放射線照射器
９  放射線
【図１】
0003555428.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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