(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの射出ゲートより繊維質材料が混合された流動性プラスチックを射出成形型内へ射出することにより一種類のプラスチックにてピストン圧縮機用に使用される一つのリング状のシール要素を製造する方法において、
前記射出ゲートは、シール要素から射出ゲートに対応する箇所を含む領域を除去することにより、シール要素が射出点を含むことなく、更には射出成形型内において放射方向のみに広がるプラスチックの流れの方向が発生するように配されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記射出ゲートの空間的位置を、該射出成形型内におけるプラスチックの移動距離が最小となるように設定したことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
リング形状をなすシール要素の製造に関して、リング形状シール要素の幾何学的中心に対応する位置に配された射出ゲートより、プラスチックが射出成形型内へ射出される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
リング形状をなすシール要素の製造に関して、
（ａ）繊維質材料が混合された流動性プラスチックが射出通路を介して射出成形型における円盤形状のキャビティの中心部へ射出されて放射状に広がって固化する射出成形法により、傘状の成形品が形成され、
（ｂ）該傘状の成形品が該成形型から取り外され、
（ｃ）該傘状の成形品の中央領域が除去されリング形状のシール要素が得られる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
プラスチックが少なくともＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）又はＰＦＡ（過フルオロアルコキシ共重合体）又はＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）からなる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
炭素繊維、アラマイト（アラミド）繊維、ガラス繊維もしくは金属のような繊維質材料がプラスチックに混合される請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
シール要素が少なくとも一つの染色されたプラスチックにより製造される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法により製造されたピストン圧縮機におけるピストンリング用のシール要素。
【発明の詳細な説明】
本発明は、少なくとも一のプラスチックからなるピストン圧縮機用シール要素の製造方法に関し、特に、請求項１の前文に記載の乾式駆動ピストン圧縮機用のシール要素製造方法に関する。更に、本発明は、本発明に係る方法により製造されたシール要素に関する。
ピストン機関、特に乾式駆動ピストン機関におけるピストンロッドの密封に関して、フッ素樹脂を主成分として製造されたシール要素が知られており、そのようなプラスチック材料としてはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が特に使用されている。この種のシール要素の製造に関しては、焼結又は押出し加工された板状半仕上げプラスチック加工品が使用され、この半仕上げプラスチック加工品から、チップ形成加工（chip forming machining）プロセスによりシール要素が製造される。半仕上げプラスチック加工品は、その製造方法の結果として、方向性に依存する物理的、機械的及びトライボロジー的特性を有し、またこのような結果は異方性とも称される。このように、例えば、押出し加工による半仕上げプラスチック加工品は、製造方向及び該方向の垂直方向に関して、異なる物理的、機械的及びトライボロジー的特性を有している。半仕上げプラスチックは、炭素繊維、ガラス繊維又はアラマイト（aramite）のような繊維質部分が付加的に取り込まれている場合、特に顕著な異方性を示す。従って、半仕上げプラスチック加工品から製造され、例えば弓状形に形成されたシール要素は、その周縁方向に関して異方性を呈し、従って物理的、機械的及びトライボロジー的特性が変動するものである。異方性は、繊維含有プラスチックにおいて特に顕著となる。何故なら、シール要素が半仕上げプラスチック加工品から、その繊維配向に関してどのように機械加工されたかに依存して、幾何学的に同一形状であるシール要素が、周縁方向に関して異なる物理的、機械的及びトライボロジー的特性を呈するためである。
公知のシール要素の構造は、制御不能な異方性を呈し、このことがそれらの耐摩耗性及び可使時間に不利な影響を与えるものである。
本発明の目的は、経済的により有利なシール要素を提供することにある。特に、シール要素がその周縁方向に関して均一な物理的、機械的及びトライボロジー的特性を呈するような、ピストン圧縮機用、特には乾式駆動ピストン圧縮機用のシール要素製造方法を提供することに有る。
当該目的は、請求項１に記載の特徴に従う方法により達成される。また、当該目的は、請求項１４に従う特性を有するシール要素により達成される。更に、従属請求項２乃至１３は、当該方法の好適な態様例に関する。また従属請求項１５乃至１７は、当該シール要素の好適な実施態様例に関する。
当該目的は、特に以下のシール要素において達成される。すなわち、流動性プラスチックが少なくとも一の射出位置又はゲートにおいて、型内、詳細には射出成形型内へ射出される射出成形法により製造される、少なくとも一のプラスチックからなるシール要素である。シール要素用のプラスチックは好ましくは、プラスチック材料であるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＦＡ（過フルオロアルコキシ共重合体；perfluoralkoxy-copolymer）又はＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、あるいは射出成形法により加工することのできる他のプラスチックからなる。高温重合体ＰＥＥＫは、射出成形法により好適に加工することのできる材料である。更に、少なくともＰＥＥＫ又は変性ＰＥＥＫからなるシール要素は、非常に良好な機械的特性を有し、例えば高温における高圧負荷を可能にする非常に良好な耐熱性、及び、例えばこの種のシール要素に長期寿命を与える高い耐摩耗性を有する。
プラスチックＰＴＦＥを使用するシール要素の製造は、粉体をプレス加工により圧縮する焼結法によりＰＴＦＥが製造されるため、非常に複雑で経費高である。圧縮により、相対的に大きな容積変化が生じるため、半仕上げ加工品は第一加工工程において通常は板状体又は棒状体として形成される。続く多数の加工工程において、シール要素は、施削、チップ形成加工及び更なる加工法により半仕上げ加工品から加工形成される。このとき、特にシール要素がリング状に成形される場合、半仕上げ加工品の大部分は、廃棄されるべき切削材料となる。
本発明による方法の利点は、後続の複雑な仕上げ工程を必要とせずに、単一工程又は非常に少数の加工工程によりシール要素を製造することができる点に見られる。従って、本発明による方法は、非常に経済的なシール要素の製造を可能にするものである。加えて、廃棄物が全くあるいは殆ど蓄積せず、従って、例え非常に高価なプラスチック材料、例えばＰＥＥＫ等を使用する場合であっても、経済的なシール要素を製造することができ、特に、シール要素がリング形状に成形される場合、極少量の材料で製造することができる。板状又は棒状の半仕上げ加工品からチップ形成加工によりシール要素を製造する方法とは異なり、すなわち、型抜き品から最終製品に至る過程で不要となる材料の殆どを、例えば単純融解することにより射出成形法において再利用できるので、廃棄物が全くあるいは殆ど蓄積することがない。
本発明による方法又は該方法により製造されたシール要素に係る更なる利点は、射出成形法によりシール要素をその最終構造形態として直接製造することができる点、あるいは多数の後処理工程を特別必要とせずに極めて単純な方法で、型抜き品からシール要素を製造することができる点に見られる。更に、射出成形法においては、例えば半仕上げ加工品をチップ形成加工する場合と比べて、プラスチックの流れ方向を考慮することにより、成形時において、完成シール要素における所望の幾何学的形状を十分考慮することができるので、周縁方向に関して安定した物理的、機械的及びトライボロジー的特性を有するシール要素を製造することができる。本発明による方法の更なる利点は、シール要素の物理的、機械的及びトライボロジー的特性を、例えば構成要素の幾何学的形状に応じて、意図的に操作しうる点、すなわち、射出工程における充填過程を制御することにより、物理的、機械的及びトライボロジー的特性を広範囲で制御することができる点に見られる。
例えばＰＥＥＫのような部分結晶性プラスチックに関しては、物理的及び機械的特性は、生成する結晶の数、分布及び種類に大きく依存する。射出成形法により製造されたシール要素においては、結晶形成を好適に制御することができるので、例えば引張り、圧縮又は曲げ応力に関して、押出し又は焼結のような従来公知の製造方法と比較して、約３０％乃至５０％大きい機械的応力抵抗を呈するシール要素を製造することができる。射出成形法によりＰＥＥＫから製造されたシール要素は、焼結又は押出し加工における場合よりも高い結晶化度を有する。射出成形法によりＰＥＥＫから製造された構成要素の結晶化度は、温度又は冷却速度のようなパラメータにより制御することができる。更に、焼結又は押出し加工によりＰＥＥＫから製造された構成要素と比較して、射出成形法により製造されたシール要素は、より均一な組成を有しており、加えてＰＥＥＫには孔（pore）又は穴（hole）は全く存在しない。射出成形法によりＰＥＥＫから製造されたシール要素における高耐熱性は、プラスチックＰＥＥＫの高結晶化度に直接起因するものである。
本発明方法により製造されたシール要素、特にシールリングは、従来公知のシール要素とは明らかに異なる構造的特徴を有し、また、後者を凌駕する大きな物理的及び機械的利点を有する。特徴的な構造は、本発明シール要素の断面において顕著に認められる。従って、例えばシールリング又はピストンリングのような本発明シール要素は、従来公知のシール要素とは構造的特徴において明らかに一線を画すものである。また、射出成形品における固有の特徴は、特に繊維質充填剤が使用された場合は、プラスチックの流れ方向又は充填剤の配向にあり、これらの特徴は例えば光透過法により正確に測定することができる。
ＰＴＦＥのような有機充填剤もしくはグラファイトのような無機充填剤及び／又は炭素繊維、ガラス繊維、アラマイト（aramite）繊維もしくは金属のような繊維質材料がプラスチックに添加される場合、射出成形法を採用することにより、押出し法と異なり、繊維が常に同一方向に延びて配向するように、これら繊維の配向を制御することができる。シールリング中の繊維は、射出成形中、周縁方向に広がるように配列するので、繊維含有シールリングの周縁に沿って、類似又は一定の物理的、機械的及びトライボロジー的特性も得ることができる。
また、後続のチップ形成加工を必要とする半仕上げ加工品を製造する公知製造方法においては、シール要素の広がり方向に繊維質部分を配列することは不可能である。半仕上げ加工品においては、全ての繊維質部分は通常、同一方向に向かって配向しているので、後続のチップ形成加工により、シールリング繊維質部分の配向は、その周縁方向に関して継続的に変化し、その結果、公知シールリングはその周縁方向に関して継続的に変動する機械的特性を呈するものである。本発明に係るシールリングの利点は、その周縁方向に関して繊維が均一配向すなわち渦状を呈するため、シールリングがその周縁方向に関して一定の機械的特性を呈する点に見られる。
更なる利点は、シールリングにおける繊維質部分の配列及び密集度を、例えば射出ゲートの数及び配列を選択することにより、最適化することができる点に見られる。また、シール要素における繊維質材料の密度が局部的に変化するように、射出成形プロセスが実施されている間、繊維質材料を異なる密度でプラスチックに添加することが可能である。この方法により、例えば繊維質成分がリング内部で排他的な広がりを持つ一方で、該繊維質成分が外表面までは到達しないようなシールリングを製造することができる。更に、この方法において、シールリングの密封表面に繊維質成分を全く存在させず、一方で機械的強度を向上させるために残りの表面領域に繊維を埋め込んだ状態を実現することも可能である。このような状態を実現することは、特にガラス繊維を使用する場合に好適である。何故なら、シールリングにおける密封表面近傍からこれら繊維を意図的に排除することが可能であり、従って、ピストンロッドの表面、より一般的な表現を用いればピストンロッド又はシリンダパスのような対向駆動部の表面が、このような繊維により損傷を受ける危険を回避することができるためである。従って、機械的強度を向上させるためにシールリング内へガラス繊維を導入し、且つ、密封表面領域又は駆動表面領域における繊維密度を意図的に減少させることにより、ガラス繊維により対向駆動部に生ずる研磨作用を防止あるいは少なくとも減少させることが可能である。
本発明による方法又は該方法で製造されたシール要素に係る更なる利点は、使用されるプラスチックの組成を単純な方法で変化させることができる点に見られる。シール要素は常に、プラスチックマトリクスからなる基本構造を有し、マトリクス構成プラスチックとしては例えばＰＥＥＫ、ＰＦＡ又はＰＰＳを挙げることができ、例えばＰＥＥＫの割合は、シール要素全質量（total mass）中７０％とすることができる。広範囲にわたる様々な異なる組成を有するシール要素を製造するために、プラスチックマトリクスには、様々な充填剤を充填することが可能である。すなわち、一つには、充填剤の割合に対してＰＥＥＫのようなプラスチックの割合を変化させることが可能であり、一つには、異なる充填剤を混入することが可能である。充填剤としては、ＰＴＦＥのような有機充填剤又は炭素繊維、ガラス繊維、グラファイトもしくは金属のような無機充填剤が好適である。放射成形法を使用することにより、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、繊維、グラファイト等の割合を適宜選択して混合することが可能であり、また、少量のシール要素の製造が可能となるので、多数の異なる混合比及び／又は異なるトライボロジー的、機械的もしくは熱的特性を有するシール要素を経済的な方法で製造することが可能になる。
本発明による方法の更なる利点は、周縁方向においてオーバラップするギャップ接合部を有するシール要素を単純な方法で製造することができる点に見られる。この方法は、シールリングの端部領域において互いに隔絶し、しかしながら、シールリングの周縁方向においてオーバラップする二つのキャビティを有するように、シールリング製造用の型すなわち射出成形型に、例えば、幾分螺旋形に広がるキャビティを設けるものである。この方法により、周縁方向においてオーバラップするギャップ接合部を有するシールリングを製造することが可能となり、例えば、幾分螺旋形に形成されたシールリングは、後続の熱処理加工により平坦な形状のシールリングへ変形することができる。
本発明方法の更なる利点は、異なる色に染色されたプラスチックを使用することにより、異なる色を持つシール要素を製造することができる点に見られる。更に、部分的に異なる色を呈するシール要素を製造することも可能であり、例えば、シールリング射出成形中、異なる色のプラスチックを交互に射出することにより、周縁方向又は半径方向に関して多数の異なる色を呈するシールリングを製造することが可能である。このような着色又は部分的に異なる色への着色は、例えば、識別用途又はシール要素の摩耗疲労指標用途に有用である。
本発明方法に係る第一の態様例において、射出成形型は、型、すなわち製造されるべきシール要素の形状と幾何学的に実質同一であり、流動性プラスチックを受け入れるキャビティとして使用される。この態様により、リング状に形成されたシール要素において、特に周縁方向に広がるプラスチックの顕著な流動すなわち流れの方向が発生するように、射出ゲートが配される。流入プラスチックはシールリング形状に広がり、その結果、シールリングの周縁方向に関して好適な機械的特性を有する均一な構造が得られる。本発明方法に係るこの態様においては、上記の如く単一工程により流動性プラスチックを実質的最終形状まで成形加工することが可能である。
本発明方法に係る特に好適な第二態様例は、シール要素が射出点を含まない状態となるように、各射出ゲートの空間的位置が選定される点に特徴を有するものである。一般に、射出点は、シール要素構造に関して、その機械的、物理的及びトライボロジー的特性に悪影響を与える分裂点となる場合もあるので、本発明のこの特徴は、特に有利である。
製造されるべきシール要素の幾何学的形状に応じて、一つの射出ゲートから正確に射出成形型内へプラスチックを射出することは、該射出成形工程を更に単純にすることになるので、有利なことである。本発明において、該射出ゲートの空間的位置は、射出成形型内においてプラスチックが移動する距離が最小となるように、適宜選択される。これは、プラスチックの流動すなわち流れの行程を短くすることにより、シール要素の機械的特性（例えば強度）が特に好適な影響を受けることが実際に確認されているためである。
特にリング形状として具現化されるシール要素の製造に関して、放射方向に広がる顕著なプラスチックの流れ方向を生ずるように射出ゲートが配されることが、第二態様においては好ましい。リング状シール要素の製造に関して、リング状シール要素の幾何学的中心近傍に配された射出ゲートから、プラスチックを射出成形型内へ射出することが特に好ましい。このような配置により、一方では、流動性プラスチックが移動する距離は可能な限り最短に維持され、他方では、周線上の全点において射出ゲートからの距離が等しくなる。このことにより、本発明は、シール要素周縁方向に関する物理的、機械的及びトライボロジー的特性が、非常に良好な状態で均一となる利点を有するものである。
本発明方法に係る第二の態様例においては、以下の工程により、実質的にリング状であるシール要素を製造することが好ましい。すなわち、まず初めに、射出チャネルを介して流動性プラスチックを、実質的に円盤状の射出成形型キャビティの中心部へ射出して硬化させる射出成形法により、傘状成形品を製造する。次いで、傘状成形品を成形型から取り外し、傘状成形品の柄周囲の中央領域を除去し、実質的にリング状のシール要素を得る。
この方法によれば、非常に単純且つ経済的な方法でリング状シール要素を製造することが可能であり、該シール要素の物理的、機械的及びトライボロジー的特性は、乾式駆動ピストン圧縮機における使用に関して非常に好ましいものである。
以下、図面及びシール要素に係る幾つかの代表例を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。図面において例示されているものは、正確な縮尺ではなく、また、一部省略されて描かれているものである。
図１は、シールリングとして具現化されたシール要素を示す図である。
図２は、シールリングに係る更なる具体例を示す図である。
図２ａは、図２に係るシールリングを線分Ｂ−Ｂから見た断面図である。
図２ｂは、図２に係るシールリングを線分Ｃ−Ｃから見た断面図である。
図２ｃは、図２に係るシールリングをＥ方向から見た側面図であり、ギャップ接合部が示されている。
図２ｄは、図２に係るシールリングの部分拡大図である。
図３は、乾式駆動ピストン圧縮機内に組み込まれたシールリングを示す図である。
図４は、射出成形法を実施するための装置を示す図である。
図５は、射出成形法を実施するための更なる装置を示す図である。
図６ａは、更なるシールリング要素を示す図である。
図６ｂは、図６ａに係るシール要素を複数個使用して構成される更なるシールリングを示す図である。
図７は、本発明方法に係る第二の態様例における射出成形型を示す断面図である。
図８は、図７に係る射出成形型を使用して製造された成形品を示す平面図である。
図９は、図８に係る成形品の縦断面図である。
図１は、乾式駆動ピストン圧縮機におけるピストンロッド用のシール装置を示している。この装置は、シールリング１及び該シールリングを包囲するカバーリング２からなる。シールリング１は二つの端部１ｃ、１ｄにおいて分断しており、その結果、二つの端部１ｃ、１ｄの間にギャップ１ａを有するものである。シールリング１は、本発明方法に係る第一の態様により製造することができる。また、該リングには、射出ゲート又は射出位置に由来する射出点又はゲートマーク１ｕが見られる。シールリング１に係る本態様例においては、射出点１ｕがシールリング１に関して対照的な位置に配されるように、射出ゲートを配した射出成形法により、シールリング１が製造される。射出工程中、射出ゲートから型すなわち射出成形型のキャビティ内へ流れるプラスチックが、キャビティ内においてｆ１、ｆ２で示される方向へ該キャビティが充填されるまで流動拡散することにより、シールリング１が形成する。シールリング１は二つの密封表面１ｈ、１ｍを有する。一方の密封表面１ｈは、可動性ピストンロッド４と接面するものであり、他方の密封表面１ｍは、固定部すなわちシール室リング５と接面するものである。どちらの密封表面１ｈ、１ｍも、例えば曲率半径、平坦度又は表面構造のような厳密な幾何学的要求を満たすものでなくてはならない。ところで、射出成形法により製造されたプラスチック部品が収縮を起こすことは周知の事実である。これら二つの相反する条件は、本発明の射出成形法においては、以下のように収縮を制御することにより満足させることが可能である。すなわち、シールリングを製造及び冷却する間、二つの密封表面１ｈ、１ｍの幾何学的寸法を一定に保持するために、シールリング１の残りの表面における収縮を意図的な許容差とするものである。この方法により、非常に厳密な幾何学的寸法にある密封表面を有するシールリングを射出成形法により製造することができる。従って、該方法は、シールリングを機械的に加工する後続工程を必要としない。しかしながら、更に精巧な成形表面を得るために、後続の研磨工程により成形表面を更に加工することも有利である。
上記方法により、ピストンリングとして設計されたシール要素を製造することも可能である。シールリング１における場合は、内側表面の寸法を一定とすることが必要とされたが、ピストンリングにおいては、外側周囲表面の寸法を一定とすることが要求される。かようにして本発明に係る射出成形法により単純な方法でピストンリングを製造することが可能である。
図１においては、端部領域２ｂを有するカバーリング２も示されている。このカバーリング２は射出点２ｕを有しており、該製造工程時、この射出点からｆ１、ｆ２で示される方向にプラスチックが流動し、型のキャビティを充填する。このカバーリング２においても幾何学的に非常に厳密な二つの表面を製造することが可能である。
図２は、シールリング１の他の代表例を示す平面図であり、射出点１ｕ並びにプラスチックの流れの方向ｆ１、ｆ２が示されている。シールリング１は、寸法が一定な二つの密封表面１ｈ、１ｍを有している。シールリング１は、二つの端部領域１ｂ、１ｃにおいて分断して、周縁方向においてオーバラップするギャップ接合部となるギャップ１ａを形成しており、更に周縁部においてオーバラップするギャップ接合部が生ずるように端部１ｄが、一方の端部領域１ｃ上に設けられている。シールリング１は、その周縁に配された複数のウエブ１ｐを有しており、線分Ｃ−Ｃに沿うウエブ１ｐの断面が図２ｂに示されている。ウエブ１ｐは、シールリング１の全高に及ぶ密封表面１ｈを有している。線分Ｂ−Ｂに沿う別位置における断面を図２ａに示す。この場合、寸法が一定の密封表面１ｈは、高さＨの極一部の領域を占めるに過ぎず、領域１ｋにおいて、表面１１が角度βをもって円錐形に広がっている。非常に幅細な形状のウエブ１ｐを周縁方向に多数有するシールリング１も、本発明に係る射出成形法により製造することが可能である。シールリング１断面において、埋め込まれた繊維材料の密度が異なる様子を図２ｂに示す。繊維は、シールリング１の周縁方向すなわち図示平面に対して垂直方向に伸展している。図示の態様例においては、繊維密度が高い領域が第一領域１ｚとして形成され、繊維密度が非常に低い領域が第二領域１ｙとして形成されるように、繊維が充填されている。従って、密封機能を果たす重要な部分である表面１ｈ、１ｍにおいては、繊維密度が非常に低いか、あるいは全く繊維が存在しない。駆動表面又は密封表面の繊維密度、例えばガラス繊維密度を低下させることにより、当該表面のガラス繊維密度が高い場合に比べて、対向部材への研磨作用をはるかに減少させることができる。
図２ｃは、図２に係るシールリング１を視線Ｅ方向から見た側面図であり、端部領域１ｃ、１ｄ及び端部領域１ｃとオーバラップする端部１ｄが示されている。この種のオーバラップギャップ接合部は、本発明に係る以下の方法により簡単に製造することが可能である。すなわち端部１ｄ及び端部領域１ｃが互いに隔絶した二つのキャビティ内において形成されるように、型キャビティが幾分螺旋状に広がるように設計されるものである。射出成形完了後、螺旋状に広がるシールリング１が、平面内で広がるシールリング１となるように、プレス又は熱処理によりシールリング１を加工する。
図２ｄは、図２に係るシールリングの部分拡大図であり、シールリング１に充填された繊維１ｖの配向を示している。これら繊維１ｖは、シールリング１の広がり方向に関して整列している。従って、シールリング１は、その周縁方向に関して均一な物理的、機械的及びトライボロジー的特性を有するものである。射出成形法により製造されたシールリング１において、特に密封表面１ｈは均一な構造を有する。
図３は、ピストンロッド４を具備する乾式駆動ピストン圧縮機のパッキン６の縦断面図であり、シール装置１２がシール室１４内に設置されており、該装置１２はシールリング１、カバーリング２及びホースばね（hose spring）３からなる。シールリング１において寸法が一定である一方の密封表面１ｈは、ピストンロッド４と接面しており、寸法が一定である他方の密封表面１ｍは、シール室リング５と接面してシリンダ室１５の圧力を密封するものである。このとき、圧力ｐ１は、圧力ｐ２よりも大きいものである。
図４には、射出成形法を実施するための射出成形装置２０が示されている。射出成形機２５には、ファンネル２６を介して、粒状常温の成形材料が供給される。成形材料は、回転スクリュー２７及び外部から加熱されるシリンダにより溶融、可塑化され、スクリュー先端部へ押し出される。スクリュー２７により軸方向に押し出された成形材料は、ノズル及び射出ランナーすなわち射出通路を介して、加熱要素２３により温度制御された型２１すなわち射出成形型内へ射出される。この態様において、可塑化したプラスチックは、型２１のキャビティ２２が充填されるまで該キャビティ２２内へ流入し、その結果、シール要素１が形成される。ファンネル２６に供給されるものは、単一プラスチック材料からなる粒状物２８であっても良いし、あるいは、炭素繊維、ガラス繊維もしくはアラマイト（aramite）繊維のような繊維と同様に、付加的な成分を含有する混合物、例えばＰＴＦＥを含有するＰＥＥＫのような異なるプラスチック材料からなる混合物であっても良い。
図５ａは、二つの独立な射出成形機２５を構成要素とする更なる射出成形装置２０を示しており、該射出成形機は、混合装置２９を介してプラスチック２４を型２１のキャビティ２２へ供給するものである。図示の態様例においては、ファンネル２６ｂの内容物２８ｂはｑ１方向へ流れることにより型２１内へ供給される。ファンネル２６ａの内容物２８ａを型２１内へ供給する場合は、混合装置２９を適宜切り替えることが可能である。この方法によれば、異なるプラスチックからなるシール要素１を製造することが可能である。しかしながら、異なる色調の同質プラスチックを使用して、例えば、シールリングとして形成されるシール要素を周縁方向に関して色分けすることも可能である。
図５ｂは、図５ａにおいて既に図示した射出成形装置２０と同一の装置を示しているが、図５ａに係る場合とは異なり、二つの射出成形機２５は、方向ｑ１、ｑ２へ同時にプラスチックを流動させるものである。二つのファンネル２６ａ、２６ｂは、異なるプラスチックを内包している。この複式成分射出法により、一方のプラスチック２８ａからなる緻密な外部スキン２４ｂ及び他方のプラスチック２８ｂからなるコア２４ａを有するシール要素１を製造することが可能である。
図６ａは、射出点１ｕ及び寸法一定表面１ｈ、１ｙ、１ｚを有するシール要素１を示しており、図６ｂは、周縁方向において互いに接した状態にある三つのシール要素１からなるカバーリングを示している。全てのシール要素１は、射出成形法により製造されたものであり、射出点１ｕを有している。シール要素１は、ピストンロッド側の密封表面１ｈの寸法が一定となるように製造されている。更に、相互に接触する表面１ｙ、１ｚは、適正な大きさとなるように正確に形成されている。
本発明の方法に係る特に好適な第二態様は、射出成形法における各射出ゲートの空間的位置が、シール要素が射出点を含まないように選定される点に殊更特徴を有するものである。本発明方法に係る第一態様とは異なるこの点を除けば、本発明に従い製造されたシール要素に関して、第一態様に係る上記説明は、第二態様においてもほぼ当てはまるものである。
射出点は、機械的、物理的及びトライボロジー的な特性に対して不利な影響を与えうるシール要素構造上の問題点でもある。このような潜在的障害を排除しうることは、本発明方法に係る第二態様の特徴的な利点である。
以下、図７乃至９を参照しつつ、閉リング状シール要素（エンドレスリング）の製造に関してより詳細に、本発明方法に係る第二態様を具体的に説明する。
図７は、実質的に円盤状のキャビティ３２を有する射出成形型３０の断面を描いたものであり、該キャビティの中心部に流動性プラスチックが、射出通路３１を介して射出される。図８は成形品４０を示す平面図であり、該成形品は、射出成形型３０を利用して射出成形法により製造することができる。図９は、図８に係る成形品４０の縦断面を示している。
射出成形型３０には、図４、５ａ、５ｂにおいて例示され、且つ、当該原理に関する論考において既に説明されたものと類似の射出成形装置２０又は射出成形機２５により流動性プラスチックが充填される。この点に関して、射出通路３１（図７）は、射出成形機２５（図４、５ａ、５ｂ）又は混合装置２９と夫々連結し、その結果、流動性プラスチックが射出通路３１（図７）を介して、射出成形型３０のキャビティ３２内へ射出され得るものである。射出ゲート３３は、射出通路３３が射出成形型３０のキャビティ３２と連通する位置に存在している。
更に、射出成形型３０は実質的にリング状のリブ３４を有しており、該リブは、射出通路３１と同心であり、実質的に円盤状のキャビティ３２内へ突出している。加えて一又は複数の放出口３５が設けられており、この放出口を介して、例えば射出成形型３０が充填されている間、気泡を放出させることが可能である。
射出成形型が充填されている間、流動性プラスチックは射出通路３１を介して流入し、同時に、射出ゲート３３から円盤状キャビティ３２内へ、該キャビティが完全に充填されるまで、放射状に流動する。プラスチックが固化した後、成形品４０は成形型から取り外され、図８及び図９に例示される傘様状の成形品が得られる。すなわち該成形品は、射出通路３１により成形された柄部４１及びキャビティ３２により成形された円盤部４２を有するものである。リブ３４により、成形品４０の円盤部４２には、柄部４１と同心のリング状溝４４が形成される。その幾何学的中心部Ｍが射出ゲート３３とほぼ一致するリング状のシール要素を形成するために、成形品４０の中心領域４３が除去される。この中心領域４３は、成形品４０の柄部４１及び円盤部４２においてリング状溝４４により包囲された部分を含むものである。中央領域４３は、例えば粉砕、突出し、切削又は鋸引きにより除去することができる。リング状溝４４を設ける目的は、中央領域４３の除去を容易にすることにある。所望により、中央領域４３を除去した後、リング状シール要素の内側境界面を更に仕上げ加工することも可能であり、例えばグラインディング又はホーニングを施しても良い。
ここに記載される本発明方法に係る第二態様の実施例において、プラスチックは射出ゲート３３から射出成形型３０内へ射出されるものであり、射出成形型内でプラスチックが移動する距離が最小となるように、該ゲートの空間的位置が選定される。プラスチックの流動距離が短いことは、シール要素の機械的特性にとって有利であり、例えばシール要素の強度、特に曲げ剛性が向上するので、上記の如くゲート位置を選定することは有利である。より詳細には、プラスチックは、リング状シール要素の幾何学的中心Ｍ近傍に配された射出ゲート３３において、射出成形型３０内へ射出される。この方法によれば、同一周線上にある全点は射出ゲート３３から実質的に同一な距離にあることとなる。このことは、リング状シール要素の内側及び外側の境界面についても特に言えることである。また、この方法により、流動性プラスチックの広がりが、射出成形型３０内で実質的に放射対称に生ずるので、周縁方向に関して考察した場合、シール要素が非常に均一な物理的、機械的及びトライボロジー的特性を呈するという利点を生ずるものである。
また、第二態様においては、中央領域４３を単純方法により再融解し、次の射出成形に利用することができるので、シール要素製造時に廃棄物が殆ど全く生じない。この点は、経済的観点からは極めて重要な利点であり、例えばＰＥＥＫのような高価なプラスチック材料を使用する場合は殊更である。
当然に、本発明方法に係る第二態様は、ここで詳細に記載されたエンドレスリング製造に限定されるものではない。従って、例えば、射出成形型３０のキャビティ３２及び／又はリブ３４の設計を変更することにより、シール要素に関して非常に多様な幾何学的形状を実現することが可能である、より詳細には、図１、２ａ乃至ｄ、６ａ、６ｂに例示されたシール要素も全て、本発明方法の第二態様により同様に製造することが可能であり、その場合、これらシール要素は射出点を含まないものである。
図１に係るシールリング１は、例えば、エンドレスリングの一箇所を中断することにより製造することが可能であり、すなわち、ギャップ１ａが生じるようにエンドレスリングの一部を切り出すことにより製造することができる。あるいは、成形品４０の円盤部４２が対応する欠切部を有するように射出成形型３０のキャビティ３２を設計することも可能である。
また、オーバラップギャップ接合部（図２ｃ参照）も、例えば、図２ｃに関して既に説明した方法と類似の方法により形成することができる。また、円錐形に広がる表面１１（図２ａ参照）も、射出成形型３０の壁を好適に設計することにより形成することが可能である。シール要素における非方形断面（図２ｂ参照）も同様に、例えば、射出成形型３０のキャビティ３２の形状を適宜設計することにより形成することが可能である。
分離型シール要素（図６ａ及び６ｂ参照）も、例えば、エンドレスリングの切断により製造することができる。また、（例えば図６ａに例示の如く）各分離片を個別に、すなわち個別の射出加工により製造することも可能である。この態様において、射出ゲートの位置は、分離片の曲率中心近傍に位置するように適宜選定される。
本発明方法に係る第二態様によれば、射出成形型内におけるプラスチックの流れの方向は、顕著な放射方向性を呈する。炭素繊維、ガラス繊維、アラマイト（aramite）繊維又は金属のような繊維質材料が混合されたプラスチックを使用する場合は、これら繊維質材料は、プラスチックが放射方向に流動する射出成形時、その流れの方向とほぼ直交するように整列するので、該繊維質材料はリング状シール要素において実質的に周縁方向の配向性を有していることが判明している。このことは、シール要素周縁方向に関して物理的、機械的及びトライボロジー的特性が均一となるような好影響を特に与えるものである。当然に、繊維質材料の密度がシール要素内において局部的に変化するように、繊維質材料をプラスチックと異なる密度で混合することは、第二態様においても可能である。従って、既に記載の方法と類似の方法で、以下の特徴を持つシール要素を製造することが可能である。すなわち、密封機能にとって重要なシール要素表面は殆どあるいは全く繊維を含まず、一方、シール要素の他の部分においては、非常に高い繊維密度が実現されているシール要素である。例えば、外側に密封表面を有するリング状シール要素の場合、射出成形時まず初めに、繊維質を全くあるいは殆ど含まないプラスチックで射出成形型の一部を充填し、次いで、高繊維密度のプラスチックを射出成形型内へ射出することにより、前記好適な特徴を有するシール要素を製造することができる。
シール要素及び／又はシールリングについて具体的に記載した態様例に加えて、シール要素及び／又はシールリングに係るあらゆる公知態様も、当然に、本発明方法により製造することが可能である。
【図１】
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【図２ｃ】
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【図２】
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【図２ｄ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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