JP2006283898A - Resin composition for sealing ring and resin sealing ring - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シールリング用樹脂組成物および樹脂製シールリングに関し、特に自動車などにおける連続無段可変変速機(以下、CVTと略称)や動力舵取り装置(以下、PSと略称)など、封止するオイル等の流体圧力が高い装置に適用される樹脂製シールリングおよび該シールリングの成形材料となるシールリング用樹脂組成物に関する。 The present invention relates to a resin composition for a seal ring and a resin seal ring, and particularly seals a continuously variable transmission (hereinafter abbreviated as CVT) and a power steering device (hereinafter abbreviated as PS) in an automobile or the like. The present invention relates to a resin seal ring applied to a device having a high fluid pressure such as oil and a resin composition for a seal ring which is a molding material of the seal ring.
従来、油圧装置のシールリングには鋳鉄製のものが用いられていたが、油圧装置の小型軽量化、高性能化に伴い油漏れの少ないシールリング材の開発が進められ、現在では、鋳鉄と比較して、シール性、摺動特性のよいポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEと略称)樹脂製のシールリングが多く用いられるようになってきた。しかし、まだ充分満足できるものとはいえず、例えば自動車のオートマチック・トランスミッション(以下、ATと略称)の回転部のシール材としてPTFE樹脂にグラスファイバーなどを配合したシールリングが使用されているが、特に運転開始直後の低油温時における油漏れ量が多く、充分なシール性が得られないという問題がある。 Conventionally, cast irons have been used as seal rings for hydraulic devices, but as hydraulic devices have become smaller and lighter and have higher performance, development of seal ring materials with less oil leakage has been promoted. In comparison, a seal ring made of polytetrafluoroethylene (hereinafter abbreviated as PTFE) resin, which has good sealing properties and sliding properties, is often used. However, it is still not fully satisfactory, for example, a seal ring in which glass fiber or the like is blended with PTFE resin is used as a sealing material for a rotating part of an automatic transmission (hereinafter abbreviated as AT) of an automobile. In particular, there is a problem that the amount of oil leakage at a low oil temperature immediately after the start of operation is large, and sufficient sealing performance cannot be obtained.
この問題は、シールリングの熱膨張に起因するものである。すなわち、通常この種のシールリングは、組み込みを容易にするため、合口が設けられることにより円周上の一箇所で分断されているが、組み込み直後の該分断部の隙間幅を0にしても、油温上昇に伴いシールリングが熱膨張し、分断部に圧縮応力が作用してクリープ変形を起こすことになる。この状態で運転停止後に油温が低下すると、上記分断部に隙間が生じるため、再度運転を開始するときには、低温のシール性が不十分となってしまう。
これを解消するために、上記クリープ変形量に見合った量だけシールリングの展開長さを長くすることも考えられるが、この場合ではシールリングの外径寸法が相手シリンダーの内径寸法より大きくなり、組み込むことができないという問題がある。また、円周上で分断されていないシールリングでは、上記熱膨張に起因する同様の問題点を有するだけでなく、組み込みも困難である。
This problem is due to the thermal expansion of the seal ring. That is, this type of seal ring is usually divided at one place on the circumference by providing a joint for easy assembly, but even if the gap width of the divided part immediately after installation is zero. As the oil temperature rises, the seal ring thermally expands, and compressive stress acts on the divided portion to cause creep deformation. If the oil temperature is lowered after the operation is stopped in this state, a gap is generated in the dividing portion. Therefore, when the operation is started again, the low-temperature sealing performance becomes insufficient.
In order to solve this problem, it may be possible to lengthen the deployment length of the seal ring by an amount commensurate with the amount of creep deformation, but in this case, the outer diameter of the seal ring is larger than the inner diameter of the counterpart cylinder, There is a problem that it cannot be incorporated. In addition, the seal ring which is not divided on the circumference has not only the same problem due to the thermal expansion but also difficult to incorporate.
従来、このような問題点を解消できるものとして、フッ素樹脂を主成分とし、これに吸油しやすい材料としてケッチェンブラックを配合した組成物からなるシールリング(特許文献1参照)や、PTFE樹脂にオイルコークスおよび炭素繊維などを所定割合で配合した材料からなるシールリング(特許文献2参照)などが開示されている。 Conventionally, such a problem can be solved by using a seal ring (see Patent Document 1) composed of a composition containing fluorinated resin as a main component and ketjen black as a material that easily absorbs oil, and PTFE resin. A seal ring (see Patent Document 2) made of a material in which oil coke and carbon fiber are blended at a predetermined ratio is disclosed.
一方、同一小寸法である成形物などを大量生産する方法として、オートモールド(自動圧縮成形)があり、PTFE樹脂製シールリングの製造方法としても採用されている。オートモールド成形工程を図1および図2を参照して説明する。図1は、オートモールド成形装置の全体概要図であり、図2は成形工程を経時的に示す図である。
PTFE樹脂等の一定量のパウダ2をシャトルボックス3により、金型キャビティ4内に自動的に充填する(図1、図2(c))。上ラム5を降下させて圧縮し(図2(a))、圧縮工程の後半で、下ラム6を上に押し上げて両押しを行なう(図2(b))。一定時間加圧保持した後、上ラム5を上げ、次に下ラム6を上に押し上げて、予備成形品7を押し出す(図2(d))。この操作を、予め設定したサイクルに従って、自動的に連続して行なう。得られた予備成形品を焼成して製品とする。
On the other hand, as a method for mass-producing molded articles having the same small dimensions, there is an automold (automatic compression molding), which is also adopted as a method for producing a PTFE resin seal ring. The auto mold forming process will be described with reference to FIG. 1 and FIG. FIG. 1 is an overall schematic diagram of an auto mold molding apparatus, and FIG. 2 is a diagram showing molding processes over time.
A fixed amount of
オートモールドにおいて一定量のパウダを充填するには、容量法と重量法があり、一般には容量法が行なわれている。この場合、図1のように金型キャビティ4自体が計量容器として使われる。まず、パウダ2をホッパ9よりバルブ10を通して一定量ずつシャトルボックス3に入れる。次に、シャトルボックス3を金型キャビティ4の上にかぶせ、下ラム6を降ろすことによって、パウダ2を金型キャビティ4に吸い込み、同時にシャトルボックス3を軽く振とうさせて、パウダ2をゆり動かして十分均一に金型キャビティ4内に充填する。この容量法では、パウダ2の見かけ密度が一定でないと、充填された重量がばらつき予備成形品7の寸法に影響する。なお、各ラムなどの動作は、油圧シリンダ8により行なう。
In order to fill a certain amount of powder in an auto mold, there are a volume method and a weight method, and the volume method is generally performed. In this case, the
上記特許文献1または特許文献2の成形材料を用いて、上記のようなオートモールドによりシールリングを製造する場合、材料粉末がかさ高くなり金型に均一に材料が入らず、焼成後において体積膨張を起こし引っ張り強さや伸びといった機械的強度が安定しないといった問題がある。
また、近年開発されているCVTでのシールリングは、従来のATでのものに比べてPV値(荷重(P)とすべり速度(V)を乗じた値)が高い領域で使用されるため、シールリングに要求される耐摩耗性、耐クリープ性が一段と求められるようになっている。
Moreover, since the seal ring in CVT developed in recent years is used in the region where the PV value (the value obtained by multiplying the load (P) and the sliding speed (V)) is higher than that in the conventional AT, Abrasion resistance and creep resistance required for seal rings are further required.
本発明が解決しようとする問題点は、運転開始直後の低温時に、優れたシール性を有するシールリングが得られないという点、オートモールドによる成形ができず、安価なシールリングを提供できないという点、更なる耐摩耗性、耐クリープ性の向上が要求されている点などである。本発明はこれらの問題点を解消したシールリング用樹脂組成物および該樹脂組成物を成形して得られる樹脂製シールリングを提供することを目的とする。 The problems to be solved by the present invention are that a seal ring having an excellent sealing property cannot be obtained at a low temperature immediately after the start of operation, and that an auto-molding cannot be performed and an inexpensive seal ring cannot be provided. In addition, there is a demand for further improvement in wear resistance and creep resistance. An object of the present invention is to provide a resin composition for a seal ring that solves these problems and a resin seal ring obtained by molding the resin composition.
本発明のシールリング用樹脂組成物は、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂に少なくともカーボンブラックを配合してなるシールリング用樹脂組成物であって、上記カーボンブラックは、DBP吸収量が100〜300cm3/100gであり、上記樹脂組成物全体に対して0.5〜15重量%配合されることを特徴とする。
ここで、DBP吸収量とはJIS K 6217−4(2001)に規定されるものであり、カーボンブラックが、液体(フタル酸ジブチル(DBP))を吸収する能力の尺度を示すものである。
The resin composition for a seal ring of the present invention is a resin composition for a seal ring formed by blending at least carbon black with a polytetrafluoroethylene resin, and the carbon black has a DBP absorption of 100 to 300 cm 3 / 100 g, and 0.5 to 15% by weight based on the entire resin composition.
Here, the DBP absorption is defined in JIS K 6217-4 (2001), and indicates a measure of the ability of carbon black to absorb liquid (dibutyl phthalate (DBP)).
上記樹脂組成物は、炭素繊維および黒鉛から選ばれる少なくとも1種以上の充填材が、該樹脂組成物全体に対して0.5〜40重量% 配合されてなることを特徴とする。
また、上記樹脂組成物は、オートモールドの成形材料として使用することを特徴とする。
The resin composition is characterized in that at least one filler selected from carbon fibers and graphite is blended in an amount of 0.5 to 40% by weight based on the entire resin composition.
Moreover, the said resin composition is used as a molding material of an automold, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の樹脂製シールリングは、合口を有する高圧流体封止用の樹脂製シールリングであって、該樹脂製シールリングは上記のシールリング用樹脂組成物を成形して得られることを特徴とする。 The resin seal ring of the present invention is a resin seal ring for high-pressure fluid sealing having a joint, characterized in that the resin seal ring is obtained by molding the above-mentioned resin composition for seal ring. To do.
本発明の樹脂製シールリングは、DBP吸収量が100〜300cm3/100gであるカーボンブラックを、樹脂組成物全体に対して0.5〜15重量%配合してなる本発明のシールリング用樹脂組成物を成形して得られるので、吸油した際に膨張して、高温時のクリープ変形によるシールリングの径方向などの隙間を補填し、低温シール性を改善することができる。よって、油圧装置の運転開始直後の低温時においても優れたシール性がある。
特に本発明の樹脂製シールリングを、CVTなどの高PV条件下で使用される回転軸のシールリングとして使用することで、油漏れ量が少なくなり、オイルポンプの容量を小さくすることが可能である。
Plastic seal ring of the present invention, the carbon black DBP absorption is 100~300cm 3 / 100g, the seal ring resin composition of the present invention with respect to the total resin composition formed by 0.5 to 15 wt% blending Since it is obtained by molding, it expands when oil is absorbed, and fills gaps in the radial direction of the seal ring due to creep deformation at high temperatures, thereby improving the low-temperature sealability. Therefore, there is an excellent sealing property even at a low temperature immediately after the start of operation of the hydraulic device.
In particular, the resin seal ring of the present invention can be used as a seal ring for rotating shafts used under high PV conditions such as CVT, so that the amount of oil leakage can be reduced and the capacity of the oil pump can be reduced. is there.
また、本発明のシールリング用樹脂組成物は、炭素繊維および黒鉛から選ばれる少なくとも1種以上の充填材が、樹脂組成物全体に対して0.5〜40重量% 配合されてなるので、耐摩耗性に優れ、信頼性の高いシールリングを提供することができる。
また、本発明のシールリング用樹脂組成物は、オートモールドの成形材料として好適に利用できるので、廉価にシールリングを製造することが可能である。
In addition, since the resin composition for a seal ring of the present invention contains 0.5 to 40% by weight of at least one filler selected from carbon fiber and graphite with respect to the entire resin composition, the wear resistance An excellent and reliable seal ring can be provided.
Moreover, since the resin composition for seal rings of this invention can be utilized suitably as a molding material of an automold, it is possible to manufacture a seal ring at low cost.
本発明のシールリング用樹脂組成物は、PTFE系樹脂に少なくともカーボンブラックを配合してなり、好ましくは、さらに炭素繊維および黒鉛から選ばれる少なくとも1種以上の充填材を配合されてなる樹脂組成物である。本発明に使用できるPTFE系樹脂、カーボンブラック、炭素繊維および黒鉛などを以下で説明する。 The resin composition for a seal ring of the present invention comprises a PTFE resin blended with at least carbon black, and preferably a blend of at least one filler selected from carbon fiber and graphite. It is. The PTFE resin, carbon black, carbon fiber, graphite and the like that can be used in the present invention will be described below.
本発明に使用できるPTFE系樹脂としては、PTFE樹脂と変性PTFE樹脂とが挙げられる。PTFE樹脂はテトラフルオロエチレンの単独重合体であって、 310〜390℃で軟化してオートモールド等による圧縮成形および押出成形は可能であるが通常の射出成形は不可能な樹脂である。
変性PTFE樹脂は、テトラフルオロエチレン単位と、テトラフルオロエチレンのフッ素が他の有機基で置換された置換テトラフルオロエチレン単位とから構成される共重合体である。有機基は特に限定するものではないがパーフルオロアルキルエーテル基あるいはフルオロアルキル基などが好ましい。
このような変性PTFEは、370℃におけるみかけの溶融粘度が、1×109ポイズ以上の高粘度であり、非溶融成形性を特徴としており、溶融成形性を有する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(以下、PFAと略称)とは異なる樹脂である。
上記パーフルオロアルキルエーテル基や、フルオロアルキル基など分子鎖に変性構造を持つ変性PTFEを用いた場合、耐クリープ特性が向上するため好ましい。
また、PTFE系樹脂は、平均粒径約 0.1mm〜2mm の顆粒状で比較的球状のものがオートモールドによる成形に適している。平均粒径は好ましくは、0.2mm〜0.5mm程度である。
PTFE樹脂および変性PTFE樹脂の市販品としては、三井デュポンフロロケミカル社製:テフロン(登録商標)7J、TG70J、旭硝子社製:アフロンG163、ダイキン工業社製:ポリフロンM111、ポリフロンM112、ヘキスト社製:ホスタフロンTFM1600等が挙げられる。
Examples of PTFE resins that can be used in the present invention include PTFE resins and modified PTFE resins. The PTFE resin is a homopolymer of tetrafluoroethylene, and is a resin that is softened at 310 to 390 ° C. and can be compression-molded and extruded by an automold or the like, but cannot be subjected to normal injection molding.
The modified PTFE resin is a copolymer composed of a tetrafluoroethylene unit and a substituted tetrafluoroethylene unit in which the fluorine of tetrafluoroethylene is substituted with another organic group. The organic group is not particularly limited but is preferably a perfluoroalkyl ether group or a fluoroalkyl group.
Such a modified PTFE has a high melt viscosity of 1 × 10 9 poise or higher at 370 ° C., is characterized by non-melt moldability, and has tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether having melt moldability. It is a resin different from a copolymer (hereinafter abbreviated as PFA).
The use of modified PTFE having a modified structure in the molecular chain such as the perfluoroalkyl ether group or the fluoroalkyl group is preferable because the creep resistance is improved.
As the PTFE resin, granules having an average particle diameter of about 0.1 mm to 2 mm and relatively spherical are suitable for molding by auto molding. The average particle diameter is preferably about 0.2 mm to 0.5 mm.
Commercially available products of PTFE resin and modified PTFE resin include: Mitsui DuPont Fluoro Chemical Co., Ltd .: Teflon (registered trademark) 7J, TG70J, Asahi Glass Co., Ltd .: Aflon G163, Daikin Industries, Ltd .: Polyflon M111, Polyflon M112, and Hoechst: Hostaflon TFM1600 and the like can be mentioned.
また、本発明の樹脂組成物には、耐クリープ性の向上を目的として、PFA樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(以下、ETFEと略称)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(以下、FEPと略称)などの射出成形可能なフッ素樹脂を少量添加してもよい。
PTFE樹脂、 PFA樹脂、FEP樹脂などのパーフルオロ系樹脂は、骨格となる分子鎖を構成する炭素原子の周囲が全て、もしくは微量の酸素原子を取り込んで全てフッ素原子で取り囲まれたものであり、C−F間の強固な結合により摺動性や耐熱性に優れるため、シールリング材料として好適である。
In addition, for the purpose of improving creep resistance, the resin composition of the present invention includes a PFA resin, an ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (hereinafter abbreviated as ETFE), a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer ( Hereinafter, a small amount of injection-moldable fluororesin such as FEP) may be added.
Perfluoro-based resins such as PTFE resin, PFA resin, FEP resin, etc. are those in which all of the carbon atoms constituting the skeleton molecular chain are surrounded by fluorine atoms by taking in a small amount of oxygen atoms, Since it is excellent in slidability and heat resistance due to the strong bond between C and F, it is suitable as a seal ring material.
本発明に使用できるカーボンブラックとしては、JIS K 6217−4で規定されるDBP吸収量が100〜300cm3/100gであれば使用できる。本発明のシールリング用樹脂組成物に、DBP吸収量が 100〜300cm3/100gであるカーボンブラックを添加することにより、シールリング使用時において、該シールリングがオートマチック・トランスミッション用オイル(以下、ATFと略称)などを吸収して膨潤し、合口隙間が閉じるのでオイルリーク量を低減することができる。
DBP吸収量が100cm3/100g未満では、シールリングの合口隙間を塞ぐまでの膨潤量を確保できない。また、DBP吸収量が300cm3/100gをこえる場合では、PTFE系樹脂との混合時に分散が悪くなることや、シールリング用樹脂組成物の粉末がかさ高くなり、オートモールドによる成形時に金型に均一に材料が入らず、オートモールド成形後や、焼成時に成形品が膨張し良好な成形品が得られない。また、シールリングとしての靭性がなくなり組み込み性も低下する。
上記条件を満たすカーボンブラックの市販品としては、三菱化学社製:#4000B(DBP吸収量 102cm3/100g)、#4350B(DBP吸収量 169cm3/100g)、#3600B(DBP吸収量 290cm3/100g)などが挙げられる。
The carbon black that can be used in the present invention, DBP absorption amount defined by JIS K 6217-4 can be used as long as 100~300cm 3 / 100g. The sealing ring for the resin composition of the present invention, by DBP absorption adding carbon black is 100~300cm 3 / 100g, during the seal ring used, the seal ring for oil automatic transmission (hereinafter, ATF And so on, and the abutment gap closes, so that the amount of oil leak can be reduced.
DBP absorption is less than 100 cm 3/100 g, it can not be ensured swelling amount of up to close the closed gap of the seal ring. Further, in the case where the DBP absorption exceeds 300 cm 3/100 g, the worse is mixed during the dispersion of the PTFE resin or the powder of the sealing ring for the resin composition becomes bulky, the mold during molding by auto mold The material does not enter uniformly, and the molded product expands after automolding or during firing, and a good molded product cannot be obtained. Further, the toughness as a seal ring is lost and the assemblability is also lowered.
Examples of commercially available products of the above conditions are satisfied carbon black, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation: # 4000B (DBP absorption 102cm 3 / 100g), # 4350B (DBP absorption 169cm 3 / 100g), # 3600B (DBP absorption 290 cm 3 / 100g).
上記カーボンブラックは、樹脂組成物全体に対して0.5〜15重量%配合される。配合量が、0.5重量%未満では、シールリングの合口隙間を塞ぐまでの膨潤量を確保できない。また、配合量が、15重量%をこえる場合では、PTFE系樹脂との混合時に分散が悪くなることや、シールリング用樹脂組成物の粉末がかさ高くなり、オートモールドによる成形時に金型に均一に材料が入らず、オートモールド成形後や、焼成時に成形品が膨張し良好な成形品が得られない。また、シールリングとしての靭性がなくなり組み込み性も低下する。 The carbon black is blended in an amount of 0.5 to 15% by weight with respect to the entire resin composition. If the blending amount is less than 0.5% by weight, the amount of swelling until the sealing ring gap is closed cannot be secured. Also, if the blending amount exceeds 15% by weight, the dispersion becomes worse when mixed with PTFE resin, the powder of the resin composition for sealing ring becomes bulky, and the mold is uniform during molding by auto molding. The material does not enter, and the molded product expands after automolding or at the time of firing, and a good molded product cannot be obtained. Further, the toughness as a seal ring is lost and the assemblability is also lowered.
本発明の樹脂製シールリングは、CVTなどの高面圧用のシールリングとして使用するので、耐摩耗性および耐クリープ性などの向上を目的とし、本発明の樹脂組成物にさらに炭素繊維および黒鉛から選ばれる少なくとも1種以上の充填材を0.5〜40重量%配合することが好ましい。40重量%をこえて配合すると、混合時に分散が悪くなることや、粉末がかさ高くなり、オートモールド成形時に金型に均一に材料が入らず、オートモールド成形後や、焼成時に成形品が膨張し、良好な成形品が得られない。もしくは、樹脂量が少なくなるため、良好な物性の成形品が得られない。また、シールリングとしての靭性がなくなり、組み込み性が低下する。 Since the resin seal ring of the present invention is used as a seal ring for high surface pressure such as CVT, the resin composition of the present invention is further improved from carbon fiber and graphite for the purpose of improving wear resistance and creep resistance. It is preferable to blend 0.5 to 40% by weight of at least one selected filler. When compounding more than 40% by weight, the dispersion becomes worse during mixing, the powder becomes bulky, and the material does not uniformly enter the mold during auto molding, and the molded product expands after auto molding or during firing. However, a good molded product cannot be obtained. Alternatively, since the amount of resin is reduced, a molded product having good physical properties cannot be obtained. Moreover, the toughness as a seal ring is lost and the assemblability is lowered.
本発明に使用できる炭素繊維の具体例としては、ピッチ系、PAN系などのものがある。好ましくは、ピッチ系がよい。これは、ピッチ系の炭素繊維は、PAN系のものに比べて相手材への攻撃性が小さく、かつ耐摩耗性に優れているからである。
炭素繊維の平均繊維長は、0.01〜1mmが好ましく、0.01〜0.3mmがより好ましい。また、平均繊維径は、1〜25μmが好ましく、5〜25μmがより好ましく、10〜20μmが更に好ましい。平均繊維長が0.01未満であると、上記樹脂組成物のマトリックス自体の補強効果が損なわれて機械的特性が低下し、また1mmをこえると混合時の均一分散が極めて困難で、摩耗特性に支障をきたし品質低下を招く。また、平均繊維径が1μm未満である場合は、繊維間の凝集が起こり均一分散が困難となり、また25μmをこえると相手材を摩耗するからである。
ピッチ系炭素繊維の市販例としては、呉羽化学工業製:クレカM207S(繊維径12〜13μm)等のクレカ(登録商標)シリーズがあり、特に同社製のクレカチョップM201F(平均繊維径12.5μm、平均繊維長0.13mm)、同M201S(平均繊維径14.5μm、平均繊維長0.13mm)、同M107T(平均繊維径18.0μm、平均繊維長0.70mm)などが挙げられる。
なお、これらの炭素繊維などの繊維状強化材と耐熱性樹脂との密着性を高め、シールリングの機械的特性などを向上させるために、これらの炭素繊維の表面をエポキシ系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂などを含有した処理剤や、エポキシシラン系、アミノシラン系などのシラン系カップリング剤などにより表面処理を施してもよい。
Specific examples of the carbon fiber that can be used in the present invention include pitch-based and PAN-based ones. A pitch system is preferable. This is because pitch-based carbon fibers are less aggressive against the mating material and have better wear resistance than PAN-based fibers.
The average fiber length of the carbon fibers is preferably 0.01 to 1 mm, and more preferably 0.01 to 0.3 mm. Moreover, 1-25 micrometers is preferable, as for an average fiber diameter, 5-25 micrometers is more preferable, and 10-20 micrometers is still more preferable. If the average fiber length is less than 0.01, the reinforcing effect of the matrix of the resin composition itself is impaired and the mechanical properties are deteriorated. If the average fiber length exceeds 1 mm, uniform dispersion during mixing is extremely difficult, which impairs the wear properties. Cause quality degradation. Further, when the average fiber diameter is less than 1 μm, aggregation between fibers occurs and uniform dispersion becomes difficult, and when the average fiber diameter exceeds 25 μm, the mating material is worn.
Commercial examples of pitch-based carbon fiber include Kureka (registered trademark) series such as Kureha Chemical Industries: Kureka M207S (fiber diameter 12-13 μm), especially Kureka Chop M201F (average fiber diameter 12.5 μm, average) Fiber length 0.13 mm), M201S (average fiber diameter 14.5 μm, average fiber length 0.13 mm), and M107T (average fiber diameter 18.0 μm, average fiber length 0.70 mm).
In addition, in order to improve the adhesion between the fibrous reinforcing materials such as carbon fibers and the heat-resistant resin and improve the mechanical properties of the seal ring, the surface of these carbon fibers is epoxy resin or polyamide resin. Surface treatment may be performed with a treatment agent containing a polycarbonate resin, a polyacetal resin, or a silane coupling agent such as an epoxysilane or aminosilane.
本発明に使用できる黒鉛は、人造でも天然のものでもよい。例えば、天然系、石油系ピッチ、タール、またフラン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂等の樹脂類等を原料として、たとえば約 800〜3000℃、原料によっては、約 1200 〜 2300 ℃の高温熱処理温度で焼成した黒鉛を使用できる。熱処理温度が低すぎると、黒鉛の固定炭素量が十分に高くならず、一方、熱処理温度が高すぎると、黒鉛の昇華等などが発生して黒鉛の熱分解が急激に進行したり、また、そのような高温にするためのエネルギー効率等の点で無駄が生じたりするため好ましくない。
黒鉛の形態は、薄片状、鱗片状、球状、棒状等があり、補強効果から鱗片状または板状のものを採用することが好ましい。また、炭素純度としては、99.9%以上のものを採用することが好ましい。
黒鉛の平均粒径は、1〜200μm のものが好ましい。平均粒径が大きすぎると、PTFE系樹脂との混合時に分散が悪くなり、小さすぎる場合でも凝集の原因となり分散が悪くなる。
上記条件を満たす黒鉛の市販品としては、ロンザ社製:KS−6、KS−25などを挙げることができる。
The graphite that can be used in the present invention may be artificial or natural. For example, natural resins, petroleum pitches, tars, furan resins, polyacrylonitrile resins, epoxy resins, phenol resins, etc. are used as raw materials, for example, about 800 to 3000 ° C., depending on the raw materials, about 1200 Graphite calcined at a high temperature heat treatment temperature of ~ 2300 ° C can be used. If the heat treatment temperature is too low, the amount of fixed carbon in the graphite will not be sufficiently high, while if the heat treatment temperature is too high, graphite sublimation will occur and the pyrolysis of the graphite will proceed rapidly, It is not preferable because waste is caused in terms of energy efficiency for achieving such a high temperature.
Graphite forms include flakes, scales, spheres, rods, and the like, and it is preferable to adopt scales or plates in view of the reinforcing effect. Moreover, it is preferable to employ a carbon purity of 99.9% or more.
The average particle diameter of graphite is preferably 1 to 200 μm. If the average particle size is too large, the dispersion becomes poor when mixed with the PTFE resin, and if it is too small, it causes aggregation and the dispersion becomes poor.
Examples of commercially available graphite that satisfies the above conditions include Lonza Corporation: KS-6 and KS-25.
本発明の樹脂製シールリングは、上記シールリング用樹脂組成物を成形して得られる。本発明のシールリング用樹脂組成物のパウダを成形材料とし、図1および図2に示すオートモールド成形工程により予備成形品とした後、これを焼成して樹脂製シールリング製品とする。
本発明の樹脂製シールリングの一例を図3に示す。図3(a)は合口部の形状がストレートカット形状、図3(b)は合口部の形状がアングルカット形状である樹脂製シールリングをそれぞれ示す。
本発明の樹脂製シールリング1は、図3(a)および図3(b)に示すように、一部分でカットされた合口部1aを有するものであり、組み込み時において該カット箇所を拡張して装着される。本発明の樹脂製シールリングは、潤滑油が非常に高圧、高温になる箇所や、高速に摺接する箇所に設けられるものであるため、耐圧性、耐熱性、耐摩耗性、耐クリープ性などの特性が必要とされる。
The resin seal ring of the present invention is obtained by molding the above resin composition for seal ring. The powder of the resin composition for a seal ring of the present invention is used as a molding material, and after being made into a preform by the automolding process shown in FIGS. 1 and 2, this is fired to obtain a resin seal ring product.
An example of the resin seal ring of the present invention is shown in FIG. 3A shows a resin seal ring in which the shape of the joint portion is a straight cut shape, and FIG. 3B shows the resin seal ring in which the shape of the joint portion is an angle cut shape.
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the
樹脂製シールリング1は、上記のようにPTFE系樹脂に、カーボンブラックおよび上記炭素繊維等の充填材を所定量配合することで、充分な耐摩耗性、耐クリープ性などを有するので、例えば、CVTなどの油圧機構部において作動油などの高圧流体を封止するために使用することができ、使用時において該油を吸収して膨潤し、合口部1aの隙間からのオイルリークを防止することができる。
なお、合口部1aの形状は、図3(a)に示すストレートカット形状、図3(b)に示すアングルカット形状の他に、相互に段差状に組み合わされオイルリーク防止に効果のある複合ステップカット形状などがある。本発明の樹脂製シールリングでは、このような複合ステップカット形状とすることなく、ストレートカット形状や、アングルカット形状のシールリングでオイルリークを効果的に防止できるので、生産コストを抑制できる。
Since the
In addition to the straight cut shape shown in FIG. 3 (a) and the angle cut shape shown in FIG. 3 (b), the shape of the abutment portion 1a is combined with each other in a step shape to be effective in preventing oil leakage. There are cut shapes. In the resin seal ring of the present invention, oil leakage can be effectively prevented with a straight cut shape or an angle cut shape seal ring without using such a composite step cut shape, so that production costs can be suppressed.
本発明の樹脂製シールリングの適用例を図4を参照して説明する。図4は、樹脂製シールリングを取り付けるトルクコンバータのロックアップクラッチの断面図を示す。
AT、CVTなどの油圧機構部であるトルクコンバータは、作動油を介してエンジンからの動力をタービン側に伝達する機構を有するものである。また、作動油のみによる動力伝達では、液体の滑りによりエネルギーロスが生じ、燃費が悪くなるなどの問題が生じるため、入力側と出力側との回転数差が少ない場合などは、入力側と出力側とを機械的に接続するロックアップクラッチがトルクコンバータ内部に取り付けられている。ロックアップクラッチは、トルクコンバータ本体内を流れる作動油により制御される。
上記トルクコンバータでは、動力伝達およびロックアップクラッチなどの動作を正常に行なわせるため、作動油を密封するためのオイルシールリングがオイルシールを必要とする要所に取り付けられている。このようなオイルシールリングは回転軸との接触部位などに装着可能で、かつ高速回転時においても充分なオイルシール性が要求される。
An application example of the resin seal ring of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a sectional view of a lock-up clutch of a torque converter to which a resin seal ring is attached.
A torque converter, which is a hydraulic mechanism such as AT or CVT, has a mechanism for transmitting power from the engine to the turbine side via hydraulic oil. In addition, power transmission using only hydraulic fluid causes problems such as energy loss due to fluid slippage and poor fuel consumption.Therefore, when the difference in rotational speed between the input side and output side is small, the input side and output A lock-up clutch is mechanically connected to the side of the torque converter. The lock-up clutch is controlled by hydraulic oil flowing through the torque converter body.
In the torque converter, an oil seal ring for sealing the hydraulic oil is attached to a point that requires an oil seal in order to normally perform operations such as power transmission and a lock-up clutch. Such an oil seal ring can be attached to a contact portion with the rotating shaft and the like, and sufficient oil sealing performance is required even at high speed rotation.
図4に示すトルクコンバータは、エンジンの出力軸に連結されるインペラ11と、トランスミッションの入力軸に連結されるタービン12とが対向配置され、ケーシングに固定されるステータシャフトに一方向クラッチ13を介してステータ14が取り付けられるものであり、それぞれ椀状に形成されたインペラブレード11aとタービンブレード12aとの間で還流する流体を、これらの内径側でタービン12側からインペラ11側へ戻す際に、流体の流れ方向を変えてインペラ11に順方向の回転力を付与し、伝達トルクを増幅するものである。
また、ロックアップクラッチのピストン15が、タービンハブ12b上に該ハブに対して軸線方向移動可能または回動可能に支承されている。該ピストン15とタービンハブ12bとの間でオイルシールを行なうため樹脂製シールリング1が設けられている。該樹脂製シールリング1により、油室Aが油室Bに対して密閉されている。油室Aの圧力を高め、ピストン15を、エンジンからの出力の入るフロントカバー16に圧接することにより動力を直接タービン12に伝達することができる。
In the torque converter shown in FIG. 4, an
Further, the
以下の実施例および比較例に使用した原材料を一括して示すと次のとおりである。
PTFE1:PTFE樹脂(三井デュポンフロロケミカル社製:テフロン7J)
PTFE2:変性PTFE樹脂(三井デュポンフロロケミカル社製:テフロン70J)
CB1:カーボンブラック(三菱化学社製:#4000B DBP吸収量102cm3/100g)
CB2:カーボンブラック(三菱化学社製:#3600B DBP吸収量290cm3/100g)
CB3:カーボンブラック(三菱化学社製:#950 DBP吸収量79cm3/100g)
CB4:カーボンブラック(ライオン社製:ケッチェンブラックEC DBP吸収量360cm3/100g)
GRP:グラファイト(日本黒鉛社製:ACP)
CF:カーボンファイバー(クレハ社製:M107T)
The raw materials used in the following examples and comparative examples are collectively shown as follows.
PTFE1: PTFE resin (Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd .: Teflon 7J)
PTFE2: Modified PTFE resin (Mitsui DuPont Fluoro Chemical Co., Ltd .: Teflon 70J)
CB1: Carbon black (Mitsubishi Chemical Corporation: # 4000B DBP absorption 102cm 3 / 100g)
CB2: Carbon black (Mitsubishi Chemical Corporation: # 3600B DBP absorption 290cm 3 / 100g)
CB3: Carbon black (Mitsubishi Chemical Corporation: # 950 DBP absorption 79cm 3 / 100g)
CB4: Carbon black (Lion Corporation: Ketjen Black EC DBP absorption 360cm 3 / 100g)
GRP: Graphite (manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd .: ACP)
CF: Carbon fiber (manufactured by Kureha: M107T)
実施例1〜実施例6
表1に示す配合割合の組成物を、オートモールドにより成形し、得られた成形体から外径34mm、幅1.9mm、肉厚1.7mmのリングを旋削加工し、円周上の一箇所を径方向に分断し、各実施例における樹脂製シールリングを得た。
得られた樹脂製シールリングを以下に示す熱サイクル試験、摩擦摩耗試験に供した。
また、オートモールド成形試験を、金型外形44mm、内径40mm、長さ30mmの金型を使用して実施した。オートモールド成形性として、安定して成形でき焼成後にほぼ理論比重がでたものを○、成形できなかったり理論比重から0.1以上比重が低かったものを×として表1に示した。
Examples 1 to 6
A composition having the blending ratio shown in Table 1 is molded by auto molding, and a ring having an outer diameter of 34 mm, a width of 1.9 mm and a wall thickness of 1.7 mm is turned from the obtained molded body, and a diameter on one part on the circumference is turned. The resin seal ring in each Example was obtained.
The obtained resin seal ring was subjected to the following thermal cycle test and friction wear test.
In addition, an automolding test was conducted using a mold having a mold outer diameter of 44 mm, an inner diameter of 40 mm, and a length of 30 mm. As the auto moldability, Table 1 shows the case where the molding can be stably molded and has a theoretical specific gravity after firing, and the case where the molding is impossible or the specific gravity is 0.1 or more lower than the theoretical specific gravity is shown as x.
熱サイクル試験:
熱サイクル試験装置を図5に示す。図5においてSCM420H製の軸17のリング溝18、18’に樹脂製シールリング1、1’が取り付けられ、鋳鉄(FC25)製のケーシング19に組み込まれている。ケーシング19の上部に油圧発生装置(図示省略)からの油の供給管20があり油圧計21により油圧が測定される。下部には漏れた油を排出する排出管22があり、漏出した油量はメスシリンダ23により測定される。ケーシング19の中にATF(トヨタ自動車純正:ATF WS)24を注入して油で満たした状態(油圧はかけない)で恒温槽25の温度を−40℃で7時間、+165℃で7時間を1サイクルとして5サイクル変化させる。
漏れ測定は、この熱サイクルの前後に油圧10kgf/cm2、軸回転数0rpm、油温25℃、60℃で行なった。また、樹脂製シールリング分断部の合口隙間の寸法も熱サイクルの前後に測定した。得られた結果を表1に示す。
合口隙間の測定方法は、試験に使用したケーシングの内径に樹脂製シールリングを張らした状態にし、工具顕微鏡で隙間を測定した。なお、測定温度は25℃である。
Thermal cycle test:
A thermal cycle test apparatus is shown in FIG. In FIG. 5,
Leakage measurement was performed before and after this thermal cycle at a hydraulic pressure of 10 kgf / cm 2 , a shaft rotation speed of 0 rpm, and an oil temperature of 25 ° C. and 60 ° C. In addition, the size of the gap at the resin seal ring part was also measured before and after the thermal cycle. The obtained results are shown in Table 1.
The measuring method of the gap was made by placing a resin seal ring on the inner diameter of the casing used in the test and measuring the gap with a tool microscope. The measurement temperature is 25 ° C.
摩擦摩耗試験:
内径17mm、外径21mm、高さ10mmのリング試験片にて、相手材にS45Cを使用し、ATF中で、鈴木式(スラスト)摩擦摩耗試験機にて、50時間の摩耗試験を実施した。試験条件は、面圧3MPa、周速120m/分である。試験片の高さ方向の寸法を試験前後で測定し、その差を摩耗量(μm)とした。得られた結果を表1に示す。
Friction and wear test:
A ring test piece having an inner diameter of 17 mm, an outer diameter of 21 mm, and a height of 10 mm was used, and S45C was used as the mating material, and a 50-hour wear test was conducted in ATF using a Suzuki (thrust) friction wear tester. The test conditions are a surface pressure of 3 MPa and a peripheral speed of 120 m / min. The dimension of the test piece in the height direction was measured before and after the test, and the difference was defined as the wear amount (μm). The obtained results are shown in Table 1.
比較例1〜比較例6
実施例と同様にして、表1に示す配合割合の組成物を用いて樹脂製シールリングを作製し、これらについて実施例と同じ試験および検証を行なった。得られた結果を表1に併記する。
Comparative Examples 1 to 6
In the same manner as in the examples, resin seal rings were prepared using the compositions having the blending ratios shown in Table 1, and the same tests and verifications as in the examples were performed. The obtained results are also shown in Table 1.
比較例1では、樹脂製シールリングの特性としては問題ないが、DBP吸収量360cm3/100gのカーボンブラックが配合されているため材料がかさ高くオートモールド成形が困難であるため、安価に製造することができない。比較例1についての評価試験は、通常のモールド成形から削り出した試験片を使用した。
比較例2および比較例3のグラファイトを充填した樹脂製シールリングおよび炭素繊維を充填した樹脂製シールリングでは、油漏れ量を抑制することができない。
比較例4でも、膨潤量が小さく油漏れ量を各実施例のように抑制することができない。
比較例5および比較例6では、安定した成形品を得ることができなかった。通常のモールド成形では、成形は可能であったが、焼成後にクラックが発生したり、膨張して比重が理論値より相当低い結果のため評価ができなかった。
本発明による各実施例の樹脂製シールリングは、耐摩耗性、油漏れ性、オートモールド成形性においてすべてを満足し、比較例に比べ優れた性能を示していた。
In Comparative Example 1, there is no problem as the characteristic of the resin seal rings, since the material for the carbon black DBP absorption 360 cm 3/100 g is compounded is difficult bulky auto molding, produced inexpensively I can't. In the evaluation test for Comparative Example 1, a test piece cut out from normal molding was used.
In the resin seal ring filled with graphite and the resin seal ring filled with carbon fiber of Comparative Example 2 and Comparative Example 3, the amount of oil leakage cannot be suppressed.
Even in Comparative Example 4, the amount of swelling is small and the amount of oil leakage cannot be suppressed as in each example.
In Comparative Example 5 and Comparative Example 6, a stable molded product could not be obtained. In normal molding, molding was possible, but evaluation was not possible because cracks occurred after firing or the specific gravity was considerably lower than the theoretical value due to expansion.
The resin seal ring of each example according to the present invention satisfied all of the wear resistance, oil leakage, and auto moldability, and showed superior performance compared to the comparative example.
本発明の樹脂製シールリングは、耐摩耗性、耐クリープ性などに優れるとともに、油漏れ量を抑制することができるので、CVTなどの高PV条件下で使用される回転軸のシールリングとして好適に使用できる。また、本発明のシールリング用樹脂組成物は、オートモールドの成形材料として好適に使用できる。 The resin seal ring of the present invention is excellent as wear resistance, creep resistance and the like, and can suppress the amount of oil leakage. Therefore, it is suitable as a seal ring for rotating shafts used under high PV conditions such as CVT. Can be used for Moreover, the resin composition for seal rings of this invention can be used conveniently as a molding material of an automold.
1 樹脂製シールリング
2 パウダ
3 シャトルボックス
4 金型キャビティ
5 上ラム
6 下ラム
7 予備成形品
8 油圧シリンダ
9 ホッパ
10 バルブ
11 インペラ
12 タービン
13 一方向クラッチ
14 ステータ
15 ピストン
16 フロントカバー
17 軸
18 リング溝
19 ケーシング
20 供給管
21 油圧計
22 排出管
23 メスシリンダ
24 オイル
25 恒温槽
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記カーボンブラックは、DBP吸収量が100〜300cm3/100gであり、前記樹脂組成物全体に対して0.5〜15重量%配合されることを特徴とするシールリング用樹脂組成物。 A resin composition for a seal ring formed by blending at least carbon black with a polytetrafluoroethylene resin,
The carbon black is a DBP absorption 100~300cm 3 / 100g, the seal ring resin composition characterized in that it is 0.5 to 15 wt% blended with respect to the total of the resin composition.
該樹脂製シールリングは、請求項1、請求項2または請求項3記載のシールリング用樹脂組成物を成形して得られることを特徴とする樹脂製シールリング。 A resin seal ring for sealing a high-pressure fluid having a joint,
The resin seal ring is obtained by molding the resin composition for a seal ring according to claim 1, claim 2 or claim 3.
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