JP2000038568A - シール部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表面硬度が適正で、相手部材に対する攻撃性が
低く、高度の相対的耐摩耗性を有するシール部材を提供
する。 【解決手段】ポリテトラフルオロエチレン８０〜９５重
量％と微小球状アモルファスカーボン２０〜５重量％と
を配合したシールリングＳをスリーブ弁部材５の周溝５
６、５７、５８、５９に嵌合し、マグネシウム合金製の
バルブハウジング１とスリーブ弁部材５との内外周間の
隙間を封じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、動力舵取装置の
油圧コントロールバルブ等で使用されるシール部材に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用の舵取装置として、油圧に
よって操舵力を補助する動力舵取装置が多用されてい
る。この動力舵取装置には図７に示すように、筒状のバ
ルブハウジング１１と、このバルブハウジング１１に回
転可能に挿入された筒状のスリーブ弁部材９とを備えた
油圧コントロールバルブＣが用いられている。スリーブ
弁部材９の外周には、所定間隔離して上から順に周溝９
６、９７、９８、９９が設けられており、周溝９６、９
７、９８、９９それぞれにシール部材としてのシールリ
ング９５が嵌合されている。そして、スリーブ弁部材９
の外周の周溝９６と９７との中間部には操向補助力を付
与する油圧アクチュエータの一方の油室に連通するポー
ト９２が、周溝９７と９８との中間部にはポンプに通じ
る入口ポート９１が、周溝９８と９９との中間部には他
方の油室に連通するポート９３が設けられている。スリ
ーブ弁部材９の上側にはタンクに連通するタンクポート
９４が設けられている。

【０００３】前記のように構成された油圧コントロール
バルブＣにおいては、左右一方向に操舵する場合は入口
ポート９１から一方のポート９２を介して油圧アクチュ
エータの一方の油室に圧油が供給されるとともに、他方
のポート９３がタンクポート９４に連通される。このと
き、入口ポート９１と一方のポート９２とが他方のポー
ト９３とタンクポート９４とに連通するのを防止する必
要があり、図８に示すように、周溝９６及び９８に嵌合
した各シールリング９５が油圧Ｐによりバルブハウジン
グ１１の内周面１１ａと周溝９６，９８の一側面９６
ａ，９８ａとに押し付けられ、バルブハウジング１１と
スリーブ弁部材９との内外周間の隙間を介して圧油が漏
れるのが防止される。

【０００４】左右他方向に操舵する場合は入口ポート９
１から他方のポート９３を介して油圧アクチュエータの
他方の油室に圧油が供給されるとともに、一方のポート
９２がタンクポート９４に連通される。このとき、入口
ポート９１と他方のポート９３とが一方のポート９２と
タンクポート９４とに連通するのを防止する必要があ
り、図９に示すように、周溝９７及び９９に嵌合した各
シールリング９５が油圧Ｐによりバルブハウジング１１
の内周面１１ａと周溝９７，９９の一側面９７ａ，９９
ａとに押し付けられ、圧油が漏れるのが防止される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】バルブハウジング１１
とスリーブ弁部材９との内外周間の油圧が、図１０中の
矢印で示したようにバルブハウジング１１の内周面１１
ａ及び周溝９６の一側面９６ａに向かう方向に作用する
ことにより、シールリング９５は内周面１１ａと一側面
９６ａとに押し付けられる。しかし、シールリング９５
の外周面９５ａとバルブハウジング１１の内周面１１ａ
とが摩耗すると、図１１に示したように、外周面９５ａ
と内周面１１ａとの間に隙間ができ、圧油が図中矢印で
示したように流れてシールリング９５を内周面１１ａと
周溝９６の一側面９６ａとに押しつけることができな
い。他の周溝９７、９８、９９についても同様である。

【０００６】従来のバルブハウジング１１はＦｅ、Ａｌ
又はこれらの合金製であり、前記したようにバルブハウ
ジング１１がシールリング９５との摺動で摩耗して圧油
が漏れるのを防止するために、Ｆｅ又はＡｌに表面硬度
を合わせて相対的耐摩耗性を向上させたシールリング９
５が開発されてきた。ところが、最近では軽量化及びコ
ストダウンを図るためにＭｇ又はＭｇ合金製のバルブハ
ウジング１１が使用されるようになっており、このバル
ブハウジング１１に従来のＦｅ又はＡｌ合金製のバルブ
ハウジング１１用のシールリング９５を使用した場合、
バルブハウジング１１が早期に摩耗し易い。例えば、Ｍ
ｇ合金（ＡＺ９１Ｄ）製のバルブハウジング１１の場
合、その表面硬度が６３ＢＨＮであるのに対して、Ａｌ
合金（ＡＤＣ１０）の表面硬度は８０ＢＨＮであり、Ｍ
ｇ合金の方が柔らかいため、従来のＡｌ合金製のバルブ
ハウジング１１用のシールリング９５と摺動すると、そ
の硬度の差からＭｇ合金製のバルブハウジング１１が摩
耗することになる。Ｍｇ合金製のバルブハウジング１１
にＡｌ合金製のバルブハウジング１１用のシールリング
９５を用いて耐久試験を行ったところ、シールリング９
５との接触部でバルブハウジング１１が０．２mm摩耗す
ることが確認されている。

【０００７】従来のＡｌ合金製のバルブハウジング１１
用のシールリング９５は、ポリテトラフルオロエチレン
（以下、ＰＴＦＥと称す）８３重量％、ポリアセタール
１２重量％、炭素繊維５重量％から構成されている。こ
の炭素繊維の一単位の模式図を図１２に示す。炭素繊維
３０は直径１０μｍ、長さ６００μｍの円柱状であり、
その端面３０ａでは繊維のエッジが露出していて攻撃性
が大きいことも、前記したようにＭｇ合金製のバルブハ
ウジング１１が摩耗し易い要因となっている。本発明は
係る事情に鑑みてなされたものであり、相手部材に対す
る攻撃性が低く、表面硬度が適正で、高度の相対的耐摩
耗性を有するシール部材を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
のこの発明のシール部材は、ポリテトラフルオロエチレ
ンを基体とし、これに球状カーボンを配合したことを特
徴としている（請求項１）。前記シール部材において
は、炭素系成分が球状カーボンから構成されており、円
柱形状の炭素繊維から構成している場合と異なってエッ
ジがないので相手部材に対する攻撃性が低く、また表面
硬度が適正であるので、相対的耐摩耗性が向上する。

【０００９】請求項２記載のシール部材は、動力舵取装
置の油圧コントロールバルブに備えられたＭｇ又はＭｇ
合金製のバルブハウジングとスリーブ弁部材との隙間に
介在してこの隙間を封じるシール部材において、ポリテ
トラフルオロエチレンを基体とし、これに球状カーボン
を配合したことを特徴としている。前記シール部材にお
いては、相手部材に対する攻撃性が低く、表面硬度がＭ
ｇに近似しているので相対的耐摩耗性が良好であり、バ
ルブハウジングとスリーブ弁部材との隙間を完全に封じ
ることができ、圧油が漏れることがない。

【００１０】請求項１又は請求項２記載のシール部材
は、前記ポリテトラフルオロエチレン８０〜９５重量％
と前記球状カーボン２０〜５重量％とを配合したもので
あってもよく（請求項３）、この場合には、表面硬度が
さらに適正になり、相対的耐摩耗性がさらに向上する。

【００１１】請求項１又は請求項２記載のシール部材
は、前記球状カーボンがレゾールから生成されたもので
あってもよく（請求項４）、この場合には、相対的耐摩
耗性が一層向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。本発明のシール
部材は、以下の組成からなる。 ＰＴＦＥ ８０〜９５重量％ 球状カーボン ２０〜 ５重量％ 本発明の実施形態では、球状カーボンとして微小球状ア
モルファスカーボンを使用している。この微小球状アモ
ルファスカーボンとしてユニチカ（株）製のＧＣＰがあ
る。図６に微小球状アモルファスカーボンの製造方法を
示す。フェノール樹脂は、フェノール類とホルムアルデ
ヒドとの反応により得られる熱硬化性樹脂であり、レゾ
ール型とノボラック型とに大別される。レゾールは、フ
ェノール類とホルムアルデヒドとを、アンモニア、カ性
ソーダ等のアルカリ性触媒を用いて反応させた場合の初
期縮合物であり、加熱によりゲル化、硬化する。ノボラ
ックは、フェノール類とホルムアルデヒドとを、硫酸、
塩酸等の酸触媒の存在下で縮合して得られる固形樹脂で
あり、そのままでは熱硬化せず、架橋剤として通常ヘキ
サメチレンテトラミンを加えることにより、初めて三次
元構造をとり、ゲル化する。レゾール、ノボラックそれ
ぞれについて水系の懸濁重合を行うと、フェノール樹脂
が生成され、このフェノール樹脂を不活性雰囲気下で焼
成すると微小球状アモルファスカーボンが生成される。
微小球状アモルファスカーボンは粒径５〜５００μｍの
球状であり、円柱形状の炭素繊維と異なり、相手部材に
対する攻撃性が低下している。シール部材に求められる
表面硬度、相手部材への攻撃性、使用条件を考慮してＰ
ＴＦＥと微小球状アモルファスカーボンとの配合割合、
微小球状アモルファスカーボンはレゾールとノボラック
とどちらから生成されたものを選択するか、どのくらい
の粒径のものを選択するかを決める。

【００１３】ＰＴＦＥ９０重量％と微小球状アモルファ
スカーボン（レゾール型のフェノール樹脂を焼成したも
の。ユニチカ（株）製のＧＣＰ−３０Ｈ）１０重量％と
を配合し、圧縮成形によりサンプル板を作製し、プレス
を使用して所定の寸法のシール部材としてのシールリン
グＳを作製した。図４（ａ）はシールリングＳの平面
図、（ｂ）は断面図である。

【００１４】図５は本発明の実施形態に係るシールリン
グＳを適用した動力舵取装置を示す断面図である。この
動力舵取装置は油圧コントロールバルブＶを備えてお
り、そのバルブハウジング１の内部の中心部には、ステ
アリングホイール（図示せず）に連結された入力軸２と
トーションバー３とが挿通されている。トーションバー
３の先端部には出力軸４が接続されており、入力軸２に
与えられた操舵力（回転トルク）はトーションバー３を
介して出力軸４に伝達される。入力軸２は、ステアリン
グホイール側（図５の上側）端部においてトーションバ
ー３と互いに固定されていて、他端部側は自由に回転し
得るように保持されている。従って、トーションバー３
の捻れの分だけ入力軸２の回転と出力軸４の回転とに相
対差が生じる。

【００１５】前記出力軸４は、軸受６及び７によってラ
ックハウジング２０に対して回転自在に保持され、先端
部にはピニオン４ａが形成されている。このピニオン４
ａは、ラックハウジング２０内に支持されたラック８と
噛み合っている。ラック８の両端部には操舵用車輪（図
示せず）が連結されており、ラック８の車体幅方向の移
動に応じて車輪が操舵される。油圧コントロールバルブ
Ｖのスリーブ弁部材５は、バルブハウジング１と入力軸
２との間に同軸配置されており、連結ピン１０によって
出力軸４と連結されている。

【００１６】図１は、油圧コントロールバルブＶの断面
図である。スリーブ弁部材５の外周には、所定間隔離し
て上から順に周溝５６、５７、５８、５９が設けられて
おり、周溝５６、５７、５８、５９それぞれに前記した
シールリングＳが嵌合されている。そして、スリーブ弁
部材５の外周の周溝５６と５７との中間部には操向補助
力を付与する油圧アクチュエータの一方の油室に連通す
るポート５２が、周溝５７と５８との中間部にはポンプ
に通じる入口ポート５１が、周溝５８と５９との中間部
には他方の油室に連通するポート５３が設けられてい
る。スリーブ弁部材５の上側にはタンクに連通するタン
クポート５４が設けられている。

【００１７】前記のように構成された油圧コントロール
バルブＶにおいて、左右一方向に操舵する場合は入口ポ
ート５１から一方のポート５２を介して油圧アクチュエ
ータの一方の油室に圧油が供給されるとともに、他方の
ポート５３がタンクポート５４に連通される。このと
き、図２に示すように、周溝５６及び５８に嵌合した各
シールリングＳが油圧Ｐによりバルブハウジング１の内
周面１ａと周溝５６，５８の一側面５６ａ，５８ａとに
押し付けられ、入口ポート５１と一方のポート５２とが
他方のポート５３とタンクポート５４とに連通する、す
なわち、バルブハウジング１とスリーブ弁部材５との内
外周間の隙間を介して圧油が漏れるのが防止される。

【００１８】左右他方向に操舵する場合は入口ポート５
１から他方のポート５３を介して油圧アクチュエータの
他方の油室に圧油が供給されるとともに、一方のポート
５２がタンクポート５４に連通される。このとき、図３
に示すように、周溝５７及び５９に嵌合した各シールリ
ングＳが油圧Ｐによりバルブハウジング１の内周面１ａ
と周溝５７，５９の一側面５７ａ，５９ａとに押し付け
られ、入口ポート５１と他方のポート５３とが一方のポ
ート５２とタンクポート５４とに連通するのが防止され
る。

【００１９】各シールリングＳをスリーブ弁部材５に組
み込んで耐久試験を行ったところ、バルブハウジング１
の内周面１ａの各シールリングＳとの接触部における摩
耗は１０μｍ以下に抑えられていることが判った。従っ
て、本発明に係るシールリングＳを使用すると、シール
リングＳがバルブハウジング１の内周面１ａと周溝５
６，５７，５８，５９の一側面５６ａ，５７ａ，５８
ａ，５９ａとに隙間なく押し付けられて、圧油が漏れる
のが防止される。また、このシールリングＳを使用して
も油圧作動上、耐久性上の問題がないことも確認され
た。そしてこのシールリングＳは、シールリングに要求
される強度５０Ｎ以上、伸び５０％以上という特性も満
足している。

【００２０】なお、前記実施形態においては、レゾール
から生成された微小球状アモルファスカーボンをＰＴＦ
Ｅに配合してシールリングＳを作製した場合につき説明
しているが、これに限定されるものではなく、ノボラッ
クから生成された微小球状アモルファスカーボンを配合
してシールリングＳを作製してもよい。但し、レゾール
から生成された微小球状アモルファスカーボンを配合し
たシールリングＳの方が相対的耐摩耗性が良好である。
また、前記実施形態においては、シールリングＳを動力
舵取装置の油圧コントロールバルブに使用した場合につ
き説明しているが、これに限定されるものではなく、他
の流体圧機器に使用してもよく、さらに、流体圧機器以
外の機器に使用してもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上のように構成された本発明は、以下
の効果を奏する。請求項１記載のシール部材によれば、
ＰＴＦＥと球状カーボンとを配合したもので炭素系成分
が球状カーボンから構成されており、円柱形状の炭素繊
維から構成した場合と異なり、エッジがないので相手部
材に対する攻撃性が低く、また表面硬度も適正であるの
で、相対的耐摩耗性が向上する。

【００２２】請求項２記載のシール部材は、ＰＴＦＥと
球状カーボンとを配合して作製し、油圧コントロールバ
ルブに備えられたＭｇ又はＭｇ合金製のバルブハウジン
グとスリーブ弁部材との隙間に介在させたものであり、
相手部材に対する攻撃性が低く、表面硬度がＭｇに近似
して相対的耐摩耗性が良好であるので、バルブハウジン
グとスリーブ弁部材との隙間を完全に封じることがで
き、圧油の漏れを防止することができる。

【００２３】請求項３記載のシール部材によれば、ポリ
テトラフルオロエチレン８０〜９５重量％と球状カーボ
ン２０〜５重量％とを配合したものであるので、表面硬
度がさらに適正になり、相対的耐摩耗性がさらに向上す
る。請求項４記載のシール部材によれば、球状カーボン
がレゾールから生成されたものであるので、相対的耐摩
耗性が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシールリングを適用した油圧コントロ
ールバルブを示す断面図である。

【図２】本発明のシールリングを適用した油圧コントロ
ールバルブを示す断面図である。

【図３】本発明のシールリングを適用した油圧コントロ
ールバルブを示す断面図である。

【図４】（ａ）は本発明のシールリングを示す平面図、
（ｂ）は断面図である。

【図５】本発明のシールリングを適用した動力舵取装置
を示す断面図である。

【図６】微小球状アモルファスカーボンの製造方法を示
す概略図である。

【図７】従来のシールリングを使用した油圧コントロー
ルバルブを示す断面図である。

【図８】従来のシールリングを使用した油圧コントロー
ルバルブを示す断面図である。

【図９】従来のシールリングを使用した油圧コントロー
ルバルブを示す断面図である。

【図１０】図８の一部拡大断面図である。

【図１１】従来のバルブハウジングとスリーブ弁部材と
の隙間における圧油の流れを示す断面図である。

【図１２】炭素繊維を示す模式図である。

【符号の説明】

１ バルブハウジング ５ スリーブ弁部材 ５６、５７、５８、５９ 周溝 Ｓ シールリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｊ 15/20 Ｆ１６Ｊ 15/20 Ｆターム(参考） 3D033 FD06 3J043 AA17 CA09 CB13 CB18 DA02 4H017 AA04 AA29 AA39 AB12 AC14 AD06 AE02 AE05 4J002 BD151 DA036 FA086 FD016 GJ02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリテトラフルオロエチレンを基体とし、
   これに球状カーボンを配合したことを特徴とするシール
   部材。
2. 【請求項２】動力舵取装置の油圧コントロールバルブに
   備えられたマグネシウム又はマグネシウム合金製のバル
   ブハウジングとスリーブ弁部材との隙間に介在してこの
   隙間を封じるシール部材において、 ポリテトラフルオロエチレンを基体とし、これに球状カ
   ーボンを配合したことを特徴とするシール部材。
3. 【請求項３】前記ポリテトラフルオロエチレン８０〜９
   ５重量％と前記球状カーボン２０〜５重量％とを配合し
   たものである請求項１又は請求項２記載のシール部材。
4. 【請求項４】前記球状カーボンがレゾールから生成され
   たものである請求項１又は請求項２記載のシール部材。