(57)【要約】  【課題】  容易に製造可能であり、高い機械的強度を有し、同時にできるだけ低い摩擦を示す、改善されたパッキンの提供。  【解決手段】  回転するシャフト又は往復動されるロッドを密封するためのパッキンであって、密封用のシール面又はシールエッジを備えたシール本体を有するものにおいて、前記シール本体（３）がその少なくとも１つの表面（６）に、ポリマー分散体が含浸されてなるポリマー含浸不織布から成る上張り（７）を備えることを特徴とするパッキン。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するシャフト又は往復動されるロッドを密封するためのパッキンであって、密封用のシール面又はシールエッジを備えたシール本体を有するものにおいて、
前記シール本体（３）がその少なくとも１つの表面（６）に、ポリマー分散体が含浸されてなるポリマー含浸不織布から成る上張り（７）を備えることを特徴とするパッキン。
【請求項２】
前記ポリマー含浸不織布がラテックス、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、又はＰＦＡの分散体が含浸されてなる不織布であることを特徴とする、請求項１記載のパッキン。
【請求項３】
前記上張り（７）が前記シール面（８）又はシールエッジ（９）を構成することを特徴とする、請求項１又は２記載のパッキン。
【請求項４】
前記上張り（７）が、パッキン（１）の軸方向外側を向いたシール本体（３）の表面（６）の全体にわたって広がっていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載のパッキン。
【請求項５】
前記上張り（７）が、パッキン（１）の軸方向外側を向いたシール本体（３）の表面（６）に、前記シール面（８）又はシールエッジ（９）から間隔（２１）を置いて配置されていることを特徴とする、請求項１記載のパッキン。
【請求項６】
パッキン（１）がＰＴＦＥ含浸不織布から成る防汚用シールリップ（２２）を有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載のパッキン。
【請求項７】
前記シール本体（３）に、前記シャフト（５）又はロッド（１２）に対する前記シール面（８）又はシールエッジ（９）の押しつけのために、ばね要素（１０、２３、２４）が備えられていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載のパッキン。
【請求項８】
前記ポリマーがＰＴＦＥであり、ＰＴＦＥ含浸不織布がパッキン（１）の１又は２以上のダストリップ（２７、２８）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載のパッキン。
【請求項９】
前記ポリマーがＰＴＦＥであり、ＰＴＦＥ含浸不織布が前記シール本体（３）の凹部に挿入されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載のパッキン。
【請求項１０】
ＰＴＦＥ含浸不織布が前記シール本体（３）の凹部に挿入され、前記凹部内に嵌合により保持されていることを特徴とする、請求項９に記載のパッキン。
【請求項１１】
前記ポリマーがＰＴＦＥであり、ＰＴＦＥ含浸不織布が前記シール本体（３）に接着され、又は加硫によって結合されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載のパッキン。
【請求項１２】
前記ポリマーがＰＴＦＥであり、ＰＴＦＥ含浸不織布がＰＴＦＥ分散体で含浸された少なくとも１つの不織布層から成ることを特徴とする、請求項1から１１までのいずれか１項に記載のパッキン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転するシャフト又は往復動されるロッドを密封するためのパッキンであって、シャフト又はロッドを密封するためのシール面又はシールエッジを備えたシール本体を有するパッキンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイナミックパッキンの場合、接触面と接触する摺動面には一般に、相対的な動きによって熱的及び機械的に高い負荷がかけられている。良好な密封を得るために、摺動面には通常、ポリウレタンなどのエラストマー、又はＰＴＦＥコンパウンドのようなポリマー材料が使用される。ポリウレタンエラストマーは、接触する摺動面への最適な適応性（順応性）と、顕著な弾性を特徴としている。このようなポリウレタンは、その著しく良好な耐摩耗性と引裂き抵抗に基づいて、耐水パッキンや空気パッキンに使用されている。しかしながら、摩擦係数が高いことや、耐熱性及び耐薬品性が低いことが問題である。一方ＰＴＦＥコンパウンドは、著しく良好な減摩性や、著しく良好な耐薬品性及び耐熱性によって特徴づけられる。しかしながらＰＴＦＥコンパウンドはクリープする傾向を有し、比較的硬く、接触する摺動面に良好に適応しない。従って多くの場合、エラストマーとＰＴＦＥが共に１つのシール装置に使用され、そして相互に結合される。この場合エラストマーは、接触する摺動面へとシールエッジやシール底部を弾性的に押しつける役割を担う。シールエッジ自体は、ＰＴＦＥから成る。しかしながら、このようなシールエッジは、微視的な範囲で見ると適応性が小さいという欠点を有する。また、ＰＴＦＥコンパウンドの表面エネルギーが小さいという理由から、エラストマーに対する材料相互の接合による結合は、表面を活性化した後にのみ可能であるが、これは高いコストを伴い、かつそのための工程に起因して、環境への高い負荷につながることも多い。
【０００３】
先行する特許文献１から、シールスリーブがＰＴＦＥコンパウンドから成り、ポリマー材料に保持されているパッキンが公知である。このようなパッキンは、多くの使用目的に好適であるが、上記の問題が解決されている訳ではない。
【０００４】
もう１つの可能性が特許文献２により示されている。そこに開示された発明の場合には、シールリップの範囲にＰＴＦＥからなる上張りが取り付けられている。しかしながらこの上張りは強度が低く、また弾性支持体とは活性化又は溶接を通じて結合されている。
【０００５】
さらに特許文献３によって、シールリングが、軸方向に間隔を開けて隣接させた少なくとも２つのシールリップを有し、密封すべき媒体に近い側の第１のシールリップがＰＴＦＥから成る構造が公知である。しかしながらこの構造の場合には、ＰＴＦＥから成るシールリップがかなりの圧力でシャフトないしはピストンロッドに押しつけられなければならず、それにより高い発熱が生ずると共に、摩耗を避けることができない。
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０６６２４号明細書
【特許文献２】東ドイツ国特許第１１３６０８号明細書
【特許文献３】特開２０００−７４２２３号公報（独国特許第１９８３９５０２号明細書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、容易に製造可能であり、高い機械的強度を有し、同時にできるだけ低い摩擦を示す、改善されたパッキンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題の解決は、回転するシャフト又は往復動されるロッドを密封するためのパッキンであって、シャフト又はロッドを密封するためのシール面又はシールエッジを備えたシール本体を有するパッキンにおいて、シール本体がその少なくとも１つの表面に、ポリマー分散体で含浸した不織布から成る上張りを備えることによって達成される。含浸によって得られるポリマー含浸不織布は、ラテックス、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン）、又はＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン（テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体））分散体で含浸されていることができる。本発明者らの試験によれば、特にＰＴＦＥで含浸した不織布によって、驚くほど良好な、予想し得なかった結果がさまざまに得られることが分かった。特に、摩擦力と耐摩耗性を顕著に減少させることができた。こうした効果は、高い耐熱性及び耐薬品性と同時に、接触する摺動面に対する良好な適応性と併せて得られる。
【０００８】
またＰＴＦＥ含浸不織布をシール本体と結合する場合、活性化は不要であることを確認することができた。即ち活性化を行わない場合でも、嵌合や材料の接合を通じて、十分にしっかりとした結合を得ることができた。
【０００９】
ＰＴＦＥ含浸不織布として、ＰＴＦＥ分散体で含浸された少なくとも１つの不織布層から成る材料を使用できる。本発明に対して従来技術をなすものではないが、先行する独国特許出願公開第１０１  ４８  ７１５号明細書に、ラジアル軸シールの場合の密封要素として、ＰＴＦＥ含浸不織布がすでに記載されている。この点に関して、この先行する特許出願明細書が参照される。不織布層は、繊維長３から１００ｍｍ、特に３から２０ｍｍ、及び単位面積当たり重量２０から５００ｇ／ｍ２を有する、機械的に結合された不織布から成る。
【００１０】
ＰＴＦＥ分散体は、ＰＴＦＥの乾燥重量に対して黒鉛、タルク、雲母又は二亜硫酸モリブデンを５０重量％まで無機充填材として含有することができる水性分散体でありうる。
【００１１】
上張りは種々の位置関係でもって、シール本体と結合することができる。最も簡単な態様の場合には、上張りがパッキンのシール面又はシールエッジとなる。この場合には上張りは、パッキンの軸方向外側、即ち被密封側と反対の側に向けられたシール本体の表面全体に拡がっていてもよい。
【００１２】
しかしながら、上張りが、軸方向外側に向けられたシール本体の表面において、シール面やシールエッジから半径方向及び／又は軸方向に距離を置いて配置されている態様もまた可能である。この実施形態の場合には、パッキンによる密封は、比較的小さな圧力の場合にはポリマー製のシール本体によって行われる。圧力が比較的大きくなった場合、シャフトやロッドに対するポリマー製シール本体のより強い押しつけが行われ、その際に初めて上張りがシャフトやロッドに接触する。別の態様の場合には、上張りはさらに補強体としてシール本体に取り付けられる。これは例えば、ＰＴＦＥ含浸不織布がシール面又はシールエッジから始まって、軸方向外側に向いたシール本体の表面の半径方向の広がり全体にわたって延在することによって行われうる。それによってシール本体の顕著な補強が達成される。
【００１３】
往復動するロッドをシールする場合には、ＰＴＦＥ含浸不織布をシール面又はシールエッジから間隔を置いて、同じく軸方向外側を向いたシール本体の表面に取り付けることが可能である。このことによっても、高い内圧や往復動による軸方向への押出に対する、シール本体のかなりの補強が達成される。
【００１４】
最終的に、より高い機械的強度を達成するために、軸方向内側を向いたシール本体の表面にも上張りを備えることが可能である。
【００１５】
密封又は補強のために、シール本体にＰＴＦＥ含浸不織布から成る上張りを装備するほかに、補足的にパッキンにＰＴＦＥ含浸不織布から成る防汚用のシールリップを備えることもまた可能である。
【００１６】
必要に応じて、シャフト又はロッドに対するシール面又はシールエッジの押しつけのために、シール本体にばね要素が備えられていてもよい。必要に応じて特別の場合には、ＰＴＦＥ含浸不織布から成る上張りをパッキンの１又は２以上のダストリップに取り付けることもまた可能である。これはカセットシールの場合に、特に良好な結果を導くことができる。
【００１７】
構造上の観点からは、ＰＴＦＥ含浸不織布がシール本体に設けた凹部に挿入して装着されるのが有利である。この場合にはＰＴＦＥ含浸不織布はシール本体の凹部の中に嵌め込まれていてもよく、そしてその中で嵌合によってのみ保持されることができる。しかしながらＰＴＦＥ含浸不織布は、シール本体と接着することも可能であるし、加硫によって結合することも可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のパッキン装置によれば、摩擦力と耐摩耗性を顕著に減少させることができ、また高い耐熱性及び耐薬品性、並びに接触する摺動面に対する良好な適応性を同時に達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
添付の図面には、本発明のいくつかの実施例が概略図で示されている。
【００２０】
図１には、公知の方法に従ってエラストマー製のシール本体３を備えて形成された補強リング２から成るラジアル軸シールが概略的に示されている。エラストマー製のシール本体３により、パッキン１はケーシング４内に固定される。回転するシャフト５の表面に装着時に対向する部分（シール面８）において、エラストマー製のシール本体３には、軸方向外側を向いたその表面６に、ＰＴＦＥ含浸不織布から成る上張り７が備えられている。上張り７のシール面８の部分には、密封される内部空間１９中へと潤滑油を逆送りするための構造、例えば螺旋溝が、公知の方法によって設けられている。
【００２１】
図２には、シール本体３がシールエッジ９を有するパッキン１が示されている。即ちここでは上張り７が、シールエッジ９として構成されている。シールエッジ９はまた、コイルばね１０によってシャフト５に押しつけられている。さらに、シール本体３はダストリップ１１を備えている。
【００２２】
図３は、ロッドパッキンの場合の図２に類似の態様を示す。上張り７はやはりシールエッジ９として構成されており、またシールエッジ９はシール本体３に取り付けられており、かつ往復動するロッド１２の表面に押しつけられる。
【００２３】
図４の実施の形態の場合には、シール本体３は、シール本体３の表面の軸方向外側にある表面６のほぼ全体にわたって広がっている上張り７を備えている。このことによって、シール本体３全体のかなりの補強が得られる。
【００２４】
特に、密封される内部空間１９の内圧が高い場合には、このようなパッキン１が有利である。なぜならこの場合に延在された上張り７が、高い内圧やロッド１２の軸方向運動と相俟って、パッキン１を装着された隙間から押し出そうとする力に対して、付加的な保護となるからである。
【００２５】
もう１つの応用可能性が図５に示されている。この場合、ポリマーから成るシールリング１３の内周部分に、ロッド１２の表面に当接する上張り７が備えられている。ポリマー製のシールリング１３は、ケーシングとの間に配置されたエラストマー製のＯリング１４によって、ロッド１２の表面に押しつけられる。
【００２６】
図６は、端面シールにおける上張り７の使用を示す。この場合には環状部材１５がその軸方向端面に、環状部材１６の対向する軸方向端面に対して摺動しつつ当接する上張り７を備えている。環状部材１５及び１６は、環状シール１７及び１８によって、ケーシング４やシャフト５の表面に対して密封されている。
【００２７】
図７は、上張り７がシール本体３の軸方向外側を向いた表面６のほぼ全体にわたって広がっている実施の形態を示す。上張り７は、回転するシャフト５に押しつけられるシールエッジ９を備えて構成されている。この場合にはシール本体３は、コイルばね１０によってシャフト５の表面上に支えられている。パッキン１の軸方向内側１９に存在する圧力が高い場合には、上張り７はシール本体３のための補強としても機能する。
【００２８】
シール本体３の補強の別の構成としては、シールエッジ９がエラストマーのシール本体３によって形成され、そしてパッキン１の軸方向内側１９を向いたシール本体３の表面に上張りを取り付ける配置が可能である。このようにして取り付けられた上張りは、シール本体３の補強に著しく寄与する。この場合、良好な密封はシールエッジ９によっても達成可能であり、このシールエッジ９の耐摩耗性は当然のことながら、シールエッジ９の範囲に上張り７を使用することによってさらに改善できる。
【００２９】
図８はロッドパッキン１の別の例を示している。この場合、シール本体３は、ロッド１２の表面に当接するシールエッジ９を備えているが、シールエッジ９それ自体には上張りは設けられていない。しかしながらシール本体３の軸方向外側への押出を減少させるために、シール本体３の軸方向外側を向いた表面６に、上張り７が補強として取り付けられている。
【００３０】
図９に示されたパッキン１の実施の形態の場合、パッキン１の内部空間１９から加えられる圧力を利用することにより、エラストマーから成るシールエッジ９による良好な密封が、良好な摩耗防止とともに達成される。シール本体３は補強リング２を備えており、また回転するシャフト５の表面に直接当接するシールエッジ９を有する。シールエッジ９から半径方向及び軸方向に僅かな間隔２１をあけて、シール本体３に設けられた凹部の中へ上張り７が挿入嵌合されている。この上張り７は、内部空間１９内での圧力が比較的高くなった場合に、初めてシャフト５の表面に接触する。すなわち比較的低い圧力での運転の場合には、弾性材料から成るシールエッジ９はシャフト５の表面に対し、シール本体３からの力、又はさらにコイルばね１０からの付勢によって押しつけられる。内部空間１９内の圧力がより高くなると、シール本体３はシャフト５に向かって半径方向に張り出し、その結果、上張り７がシャフト５の表面に接触する。かくして、内部空間１９内での圧力が比較的高くなっても、シール本体３とシャフト５の間に生ずる摩擦力と摩耗は、弾性シールエッジ９が直接接触する形態のパッキンに比して減少する。この場合に間隔２１をどの程度にするかは、想定される内部圧力、シールエッジ９の材料などによって異なり得るが、当業者であれば過度の実験を要することなしに決定可能である。図９に示された例では、パッキン１は、同じくＰＴＦＥ含浸不織布から形成されているシールリップ２２を防汚用に備えている。
【００３１】
図１０の構造の場合には、シール本体２はシールリップ様に構成された上張り７を備えており、この上張り７はその半径方向外側の端部でのみシール本体３に固定されている。上張り７の半径方向内側の端部は、シール面８としてシャフト５の表面に当たっている。上張り７に対する支持は部分的に存在していないが、シール本体３によってシャフトに対する確実な密封を行うために、上張り７は半径方向内側の端部に例えばエラストマーなどの弾性材料からなる環状のばね要素２３を備え、このばね要素２３は上張り７の半径方向内側の端部をシャフト５の表面に押しつける。
【００３２】
図１１は、横断面で見てＶ字形の、半径方向に作用するばね要素２４が備えられているパッキン１の実施の形態を示す。このばね要素２４は例えば鋼などの弾性を有する金属からなる。シール本体３は、軸方向外側に向けられたその表面の全面に上張り７を備え、回転するシャフト５又は往復動するロッド１２に用いられる。
【００３３】
パッキン１の著しく有利な使用は、たとえば図１２に示されているようなカセットシールの場合に得られる。示されているカセットシール型のパッキン１は、補強リング２でできた外側リングと、外側リングに取り付けられ、シールエッジ９として構成された上張りを有するシール本体３とから成る。シールエッジ９はシール本体３のリップ３０によって、対向する内側リング２５の摺動面に押しつけられる。内側リング２５は、例えばエラストマー製のシール本体２６を介して、シャフト５の表面に固定される。内側リング２５は、ＰＴＦＥ含浸不織布から成る上張り７をそれぞれに有するダストリップ２７及び２８を備えている。ダストリップ２７と２８は、補強リング２の対応する内側表面上を摺動する。またシール本体３は、さらにリップ３０と軸方向に並置されたエラストマー製のダストリップ２９をも有するが、このダストリップ２９は必要に応じて上張り７を備えることができる。
【００３４】
シール本体３に対する上張り７の固定は、種々の方法で行うことができる。例えば、上張り７をシール本体３に対応して形成された凹部の中に挿入することが可能である。このような凹部は、例えば図１、２、３、４、８、９、１０、及び１２に示された実施の形態において備えられうる。これらの場合、上張り７は凹部中に嵌合され、必要に応じて接着により取り付けられている。しかしながら、上張り７をシール本体３と加硫又は接着によって結合させることもまた可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】シャフトの表面に当接するシール面を上張りにより構成してなるパッキンの断面図である。
【図２】シャフトの表面に当接するシールエッジを上張りにより構成してなるパッキンの断面図である。
【図３】シールエッジを上張りにより構成してなるロッドパッキンの断面図である。
【図４】上張りをシールエッジとシール本体の補強として有するロッドパッキンの断面図である。
【図５】二次シール及び予荷重要素としてのＯリングを有するロッドパッキンの断面図である。
【図６】端面シールにおける上張りの使用例を示す断面図である。
【図７】シールエッジとして及び補強上張りとしてＰＴＦＥ含浸不織布からなる上張りを有するシャフトパッキンの断面図である。
【図８】軸方向外側を向いたシール本体の表面に取り付けられた補強として上張りを有するロッドパッキンの断面図である。
【図９】シールエッジから間隔を置いてずらして配置されたＰＴＦＥ含浸不織布から成る上張り及びＰＴＦＥ含浸不織布から成る防汚シールリップを有するシャフトパッキンの断面図である。
【図１０】エラストマーから成る環状のばね要素を有するシャフトパッキンの断面図である。
【図１１】ＰＴＦＥ含浸不織布及び鋼鉄製のばね要素を有するシールの断面図である。
【図１２】カセットシールに対して本発明を適用した例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    パッキン
２    補強リング
３    シール本体
４    ケーシング
５    シャフト
６    表面
７    上張り
８    シール面
９    シールエッジ
１０  コイルばね
１１  ダストリップ
１２  ロッド
１３  シールリング
１４  Ｏリング
１５，１６  環状部材
１７，１８  環状シール
１９  内部空間
２１  間隔
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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