(57)【要約】  シーリングシステムおよび当該シーリングシステムの製造方法。シーリングシステムは、２つの異なる材料と同時に強固な化学結合を形成するポリマー材料によって互いに結合された２つの異なる材料のシールリップを含む。さらに、結合は活性化の後にのみ起こるため、活性化の前に精密な物理的整列を実施することが可能となる。
2013515216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リップを備えるシーリングシステムであって、前記リップが異なる特性を有する少なくとも２つの材料を含み、前記２つの材料がポリマー剤によって結合され、前記ポリマー剤が、各材料に対して少なくとも１つの、複数の化学結合を含むことを特徴とする、シーリングシステム。
【請求項２】
活性化されたときに前記複数の結合が重合反応に関与し、環化重合が起こるように互いに十分に近接した複数の化学結合を形成し、前記活性化がＵＶまたは熱放射によって誘発されることを特徴とする、請求項１に記載のシーリングシステム。
【請求項３】
シーリングシステムのリップの第１表面を有する第１材料と、第２表面を有する第２材料とを結合する方法であって、
結合される表面の一方または両方にポリマー剤を適用するステップと、
結合される前記第１および第２表面を機械的に整列するステップと、
ＵＶまたは熱放射によって重合反応を活性化するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
接着剤によって第２材料に結合された第１材料を含むシールであって、前記第１および第２材料が異なる特性を有し、前記接着剤が環化重合されている、シール。
【請求項５】
前記第１材料が前記シールの主要部を形成し、前記第２材料が前記シールの接触表面を形成している、請求項４に記載のシール。
【請求項６】
第１材料および第２材料の少なくとも１つの表面に接着剤を適用するステップと、
結合される前記第１材料および第２材料を機械的に整列するステップと、
前記接着剤にＵＶおよび熱放射の少なくとも１つを適用することによって重合反応を活性化するステップと、
を含むシールを作製する方法。
【請求項７】
前記接着剤が少なくとも１つのジエン官能基を含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シーリングシステムに関するものであり、特定の実施形態において、２つのリップ材料の結合、および二重材料リップでのシーリングを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
リップシールなどのシーリングシステムは、油漏れおよび浸入汚染を可能な限り最小限に抑えるかまたは排除しなければならない自動車および工業的回転用途において使用される。シーリングシステムは、回転素子軸受用途において、または独立システムとして使用される。低重量車両およびトラックの用途では、シーリングシステムは、クランク軸およびトランスミッション用途、ならびに車軸ハブユニットにおいて使用される。産業界では、シーリングシステムは、トランスミッションにおいて使用され、または汚染から保護するために回転素子軸受けに含まれる。
【０００３】
リップシールは、伝統的に、ゴムまたはポリマーリップが取り付けられ、回転軸と接触する、放射状に配置された壁を有する金属ケーシングを備える。動作中、軸は一般的に、リップによって調整または補正されなければならないある程度のずれを示す。
【０００４】
軸の表面に接近して追跡するリップの性能は、あらゆる漏れおよび浸入を防ぐために重要である。これは、先端である程度の接触力を維持しつつ、軸の接触において容易にリップが移動できるようにすることによって成し遂げられる。
【０００５】
回転リップシールは、機械部材のエネルギー散逸および効率損失に著しく寄与するものである。つまり、回転素子軸受において、摩擦寄与の最大７０％がシールのみによって生じる。自動車用途では、よりよいシーリングの適用によってＣＯ２が１から２％低減され得ると推測されている。
【０００６】
一般的なシーリングシステム、および特にシールリップには、依然として改善の余地が残されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先端で十分な接触力を維持しつつ、軸の接触において容易にリップが移動できるシーリングシステムを開示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の第１態様では、静的および動的動作条件における漏れおよび浸入汚染を防ぐための、油を塗った、油潤滑回転用途のための低摩擦リップシーリングシステム／シールリップが提供される。二重材料リップは、好ましくは、シーリング用途の長寿命をもたらし、摩擦低下を最大化するために使用される。リップの２つの材料間の結合は、ＵＶ光、熱、および／または文献１（ＥＰ１，９００，７５９）に開示されたようなその他の放射によって硬化される特別に調整されたポリマー材料を使用することで得られる。
【０００９】
好ましい実施形態では、シーリングシステムは、好ましくは、ゴムまたはポリマーリップが取り付けられ、回転軸またはその他の適当な対向する表面と接触する、放射状に配置された壁を有する金属ケーシングを備える。動作中、軸はおよび／または対向する表面は一般的に、リップによって調整または補正されなければならないある程度のずれを示す。軸の表面または対向する表面を追跡するリップの性能は、あらゆる漏れおよび／または浸入を防ぐために重要である。これは、先端で十分な接触力を維持しつつ、軸の接触において容易にリップが移動できるようにすることによって成し遂げられる。
【００１０】
ある程度の弾性力または弾性が好ましいため、軸との接触を維持するリップの性能は、材料の選択およびリップの設計に非常に重要である。回転リップシール用途では、リップの材料は、一般的に様々な種類のゴムの１つである。いくつかのシール応用では、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）がまた使用される。この場合、リップは極度に薄く作製され、これにより材料の高い剛性が保障される。
【００１１】
しかしながら、リップの先端で生じる摩擦および磨耗を低減するためには、先端で接触力を維持するために最適な材料条件または特性とは異なる材料条件または特性が必要とされる。従って、単一のリップ材料を使用したシーリングシステムの開発は、当然ながら妥協である。その結果、単一材料リップ技術を使用して先端での接触力ならびに摩擦減少／耐磨耗を最大化することはできない。
【００１２】
これらの制限を解消するために、少なくとも２つの材料、例えば材料ＡおよびＢからリップを製造することが好ましい。リップの主体積またはバルクは好ましくは材料Ａで作製され、リップの先端または表面（例えば接触表面）は好ましくは材料Ｂで作製される。材料Ａは、リップの優れた柔軟性および軸の周囲での優れた接触条件を確保するように選択され得る。材料Ｂは、低摩擦条件および優れた耐摩耗性を与えるように選択され得る。
【００１３】
シーリングシステムの全寿命にわたって低摩擦接触が有利に維持されるべきであるため、２つの異なる材料は、予測動作温度および潤滑油の攻撃性に従って選択され得る。従って、材料ＡおよびＢは、本開示の別の態様によると、以下の材料の適当な組み合わせとすることができる：アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、カルボキシル化ニトリルゴム（ＸＮＢＲ）、ポリアクリレートゴム（ＡＣＭ）、ポリウレタンゴム（ＰＵ）、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンベースのコポリマー（ＦＫＭ）。これらの材料の調合は、１つまたは複数のフィラーシステムおよび硬化システムの適当な選択によってさらに最適化され得る。
【００１４】
回転リップシール技術における一般的な選択肢であるエラストマー材料に加えて、本発明は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、熱可塑性加硫物（ＴＰＶ）および熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などの材料の新たな組み合わせをも包含する。
【００１５】
シールの全寿命にわたって確実かつ効果的な結合を確保するために、効率的な接着促進剤を使用して材料Ａおよび材料Ｂを結合させることが好ましい。ポリマー材料、より具体的にはジエン化合物ベースの接着促進剤の適当な分類は、文献１に記載されている。該開示において、接着剤は、少なくとも２つの二重結合を含む開始材料から作製され、該材料は重合反応に関与するように活性化され、二重結合は、環化重合が起こるように十分に近接している。
【００１６】
環化重合は、放射源、例えばＵＶまたは熱放射源を適用することによって誘発される。当該技術は、アクリル酸およびメタクリル酸などの一般的なＵＶ硬化システムとは異なる。その理由は、これらのポリマーの使用は、場合によっては最終製品において得られる特性を制限し得るためである。該ポリマー材料により、金属表面への接着性、低価格、誘導体化の容易性、および処理速度など、アクリル酸およびメタクリル酸と比較して著しく異なる特性を得ることができる。これらの理由から、回転リップシールにおいて一般的に使用されるゴムおよびポリマー技術に特に適する。
【００１７】
本開示の別の態様では、例えばＵＶ放射による活性化後に接着が開始されるため、高コストの機械的整列を回避または最小化することが可能なシーリングシステム、およびシーリングシステムの異なる部分を結合する方法が提供される。
【００１８】
従来の接着剤を使用してシーリングゴムを結合する試みは、困難性を証明した。結合剤によっては限定的な強度を有するものがあり、低温にさらされた場合に弱化または破損する傾向にあるものもあるため、２つの異なる材料を結合することは非常に困難であり得る。
【００１９】
本明細書に開示された二重材料技術によると、リップのバルクに最適な材料とは無関係にリップの（接触）表面に最適な材料を選択することによって、摩擦低下が最大化される。リップが動作中に対向する表面を近接して追跡し、リップの先端での優れた接触条件を維持することを確保するように材料が選択される。
【００２０】
接触表面に対して低摩擦材料を選択することにより、動作中のリップの温度が低下し、シーリングシステムのより長い寿命が確保される。
【００２１】
文献１に記載されたようなポリマー材料を含む接着促進剤を使用することによって、接触表面  （先端）に使用される材料とリップのバルクに使用される材料との間に強固な結合が得られる。
【００２２】
文献１に記載されたようなポリマー材料の使用は、リップおよびリップの接触表面の材料の広範囲の組み合わせを可能にする。ゴムシーリング材料では、当該技術は表面およびリップに異なる硬化システムを使用することも可能にする。ＰＴＦＥシールでは、当該技術は表面の前処理およびプラズマエッチングの必要性を排除する。
【００２３】
本発明に従って結合される異なるリップ材料は、任意の所望のやり方で組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による代表的なシールシステムを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下において、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
以降の好ましい実施形態によるシーリングシステムは、低摩擦が条件であり、かつ油漏れおよび浸入汚染を可能な限り最小限に抑えるかまたは排除しなければならない自動車および工業的回転用途において、制限なく使用することができる。このようなシーリングシステムは、回転素子軸受用途において、または独立システムとして使用することができる。低重量車両およびトラックの用途では、シーリングシステムは、クランク軸およびトランスミッション用途、ならびに車軸ハブユニットにおいて使用することができる。産業界では、当該二重材料シーリングシステムは、トランスミッションにおいて使用されるか、または汚染から保護し、軸受内の潤滑を維持し、単一材料のシールリップと比較して摩擦を低減するために回転素子軸受けに含まれ、厳しい環境下で有利に使用することができる。
【００２６】
ここで、図１を参照しながら代表的な例について説明する。
図１は、本願の教示によるシーリングシステム１００の好ましい応用を図示する。シーリングシステムは、ゴムまたはポリマーリップ１２０、１２５が取り付けられ、使用時に回転軸または対向する表面１３０と接触する、放射状に配置された壁を有する金属ケーシング１１０を備える。作動中、軸または対向する表面１３０は、一般的に、リップによって調整または補正されなければならないある程度のずれを示す。軸の表面を追跡するリップの性能は、あらゆる漏れおよび浸入を防ぐために重要である。これは、先端１２５である程度の接触力を維持しつつ、軸の接触において容易にリップが移動できるようにすることによって成し遂げられる。
【００２７】
軸との接触を維持するリップの性能は、材料の選択およびリップの設計に非常に重要である。回転リップシール用途では、リップの材料は、一般的に異なる種類のゴムである。
【００２８】
しかしながら、リップの先端で生じる摩擦および磨耗を低減するためには、接触を維持するために最適な条件とは異なる材料条件が必要とされる。従って、単一のリップ材料から構成されるシーリングシステムの使用は、当然ながら妥協である。その結果、単一材料リップ技術を使用して摩擦減少および耐磨耗を最大化することはできない。
【００２９】
これらの制限を解消するために、リップは、好ましくは２つの材料ＡおよびＢを含む。リップの主体積またはバルク１２０は材料Ａで作製され、リップの先端１２５または表面（接触表面）は材料Ｂで作製される。材料Ａは、リップの優れた柔軟性および軸の周囲での優れた接触条件を確保するように選択される。材料Ｂは、対向する表面１３０と滑り接触する場合に低い摩擦係数および優れた耐摩耗性を与えるように選択される。
【００３０】
バルクおよび表面材料：
シーリングシステムの全寿命にわたって低摩擦接触が有利に維持されるため、２つの異なる材料（ＡおよびＢ）は、好ましくは、予測動作温度および潤滑油の攻撃性に従って選択される。従って、材料ＡおよびＢは、それぞれ以下の材料から選択され得る：アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、カルボキシル化ニトリルゴム（ＸＮＢＲ）、ポリアクリレートゴム（ＡＣＭ）、ポリウレタンゴム（ＰＵ）、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンベースのコポリマー（ＦＫＭ）。これらの材料の調合は、１つまたは複数のフィラーまたはその他の添加剤の適当な選択、ならびに硬化システムの適当な選択によってさらに最適化され得る。
【００３１】
回転リップシール技術における一般的な選択肢であるエラストマー材料に加えて、本発明は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、熱可塑性加硫物（ＴＰＶ）および熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）のうちの１つまた複数などの材料の新たな組み合わせをも包含する。
【００３２】
本発明によるシーリングにおいて材料Ｂとしてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を使用する場合、極度に薄いリップ部分を作製する必要はない。代わりに、より剛性の高い材料を使用したとしても、摩擦および磨耗に対して形態および厚さを最適化することができる。
【００３３】
＜実施例＞  量（グラム）
（１）アクリロニトリル‐ブタジエンシール
Ｅｕｒｏｐｒｅｎｅ（登録商標）Ｎ３３３０ＧＲＮ    １００
ＺｎＯ                                            ５
ステアリン酸                                      １
Ｎ３３０                                          ４０
ＤＯＰ                                            ５
Ｍｉｓｔｒｏｎ  Ｖａｐｏｒ（登録商標）            ２５
黒鉛                                              １０
クマロン樹脂                                      ２
Ｖｕｌｋａｎｏｘ（登録商標）ＭＢ２                １．５
Ｖｕｌｋａｎｏｘ（登録商標）ＨＳ                  ０．５
ＣＢＳ１．                                        ５
ＴＭＴＤ                                          ２．５
硫黄                                              ０．４
１７０°Ｃで１０分間プレス加硫
【００３４】
（２）フルオロエラストマーシール
Ｔｅｃｎｏｆｌｏｎ（登録商標）ＦＯＲ６０Ｋ        １００
酸化マグネシウム（高活性）                        ９
水酸化カルシウム                                  ６
硫酸バリウム                                      ３０
Ｐｏｌｙｍｉｓｔ（登録商標）Ｌ２０６              ３０
赤色酸化鉄                                        ５
カルナバワックス                                  ２
１７０°Ｃで１０分間プレス加硫
後硬化８時間＋２３０°Ｃで１６時間
【００３５】
（３）アクリル酸シール
Ｖａｍａｃ（登録商標）Ｇ                          １００．０
ステアリン酸                                      １．０
Ａｒｍｅｅｎ１８Ｄ                                ０．５
ＶＡＮＦＲＥ（登録商標）ＶＡＭ                    ２．０
ＦＥＦ  Ｂｌａｃｋ（Ｎ−５５０）                  ６０．０
黒鉛                                              ２０．０
フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）                      １０．０
ＶＡＮＯＸ（登録商標）ＺＭＴＩ                    ２．０
ＶＡＮＯＸ（登録商標）ＡＭ                        １．０
ＶＡＮＡＸ（登録商標）ＤＯＴＧ                    ４．０
ＤＩＡＫ（登録商標）Ｎｏ．１                      １．２５
【００３６】
２つの材料の接着：
特に、非常に厳しく不利な環境において、長寿命を得るためには、シーリングシステムをうまく動作させるために材料ＡとＢの優れた結合が不可欠である。架橋の場合、加硫の間のゴムとその他の材料の自然な結合は、十分ではない。それに加えて、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、熱可塑性加硫物（ＴＰＶ）および熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）が材料ＡおよびＢに選択される場合、この方法を使用することができない。
【００３７】
シールの全寿命にわたって効果的な結合を確保するために、文献１に記載されたようなポリマー材料ベースの接着促進剤を使用して材料Ａおよび材料Ｂを結合させる。
【００３８】
文献１に記載されたように、特定の物質との反応および結合を促進する、特定の化学官能基を加えることによって、２つの結合の間のポリマー材料を調整することができる。従って、材料Ａとの化学結合を形成するためにポリマー材料の第１化学官能基を加え、同様に材料Ｂとの化学結合を形成するために第２化学官能基を加えることができる。この方法では、材料Ａおよび材料Ｂの表面間に強固かつ永続的な結合がもたらされる。このような技術を使用することによって、表面間に強固な結合を形成し、シーリングシステムに対して複数の材料の組合せを使用することが可能となる。
【００３９】
環化重合は、放射源、例えばＵＶまたは熱放射を適用することによって誘発される。当該技術は、アクリル酸およびメタクリル酸などの一般的なＵＶ硬化システムとは異なる。その理由は、これらのポリマーの使用は、場合によっては最終製品において得られる特性を制限し得るためである。本明細書に示された技術では、金属表面への接着性、低価格、誘導体化の容易性、および処理速度など、アクリル酸およびメタクリル酸と比較して著しく異なる特性を得ることができる。これらの理由から、回転リップシールにおいて一般的に使用されるゴムおよびポリマー技術に特に適する。
【００４０】
要約すると、シールリップは、好ましくは２つの異なる材料と同時に強固な化学結合を形成するポリマー材料によって互いに結合された２つの異なる材料を含む。さらに、結合または接着は活性化の後にのみ起こるため、活性化の前に精密な物理的整列を実施することが可能となる。
【００４１】
文献１および対応する文献２（ＵＳ６，５５９，２６１）の内容は、参照により全て本明細書中に組み込まれる。文献１の段落０００７に開示された接着剤および段落００１３に開示された光開始剤（文献２の欄１の５３行目から欄２の３８行目、および欄３の１８行目から欄４の１０行目）は、参照により本明細書中に組み込まれることに特に留意すべきである。
【００４２】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において変更可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１００  シーリングシステム、リップシール
１１０  金属ケーシング
１２０  リップのバルク部分
１２５  リップの先端部分
１３０  軸または軸受け部分などの対向する表面
【図１】
2013515216.tif 000003
【国際調査報告】
2013515216.tif 000004
2013515216.tif 000005
2013515216.tif 000006