JP2016142399A - シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気抵抗溶接炭素鋼と繊維強化樹脂部材からなる摺動部における金属部材の摩耗を低減したシール装置を提供する。【解決手段】金属部材と樹脂部材が相対的に摺動する機構を有するシール装置において、金属部材が電気抵抗溶接炭素鋼からなり、樹脂部材が炭素繊維強化合成樹脂からなるシール装置。【選択図】図７

Description

本発明は、作動流体が関与し、摺動する１対の向面間の隙間を封止するためのシール装置に関する。

一般に油圧装置類は、外部の駆動源（電動機や発動機）を元に油圧ポンプを動かし、それによって得られる圧力を持った作動流体（作動油）によって油圧シリンダを動作させて仕事をするものである。例えば、油圧ショベルなどの建設機械やフォークリフトなどの産業車両などの駆動源として採用されている。また他に、建築物の免震装置や自動車や二輪車のショックアブソーバなどにも使用される。通常、これらの油圧装置においては、油圧シリンダ内に収納された作動油類は密閉状態にあることが必要であり、その漏れやシリンダの摩耗などを防止することにより装置類の適正な稼働を維持することは従来から重要な課題となっている。

油圧装置類を順調に作動させるには、例えば、油圧シリンダとピストンの摺動部にピストンリングやバックアップリングを設置したシール装置などにより油漏れを防止するなど多くの工夫がなされている。例えば、シール機構の材質を特定のものとすることによりシール機構の耐久性を向上させる例としては、ピストンリング溝に、底側から弾性体製のＯリング、フッ素樹脂より硬質のバックアップリング、フッ素樹脂製のピストンリングを装着し、ピストンリングの外周面がシリンダの内面に密着するようにする機構（特許文献１）や、流体のシールに用いられるシールリングと、このシールリングの内径側面に設けられるバックアップリングからなるシール部材において、上記シールリングは四フッ化エチレン樹脂からなり、上記バックアップリングは四フッ化エチレン樹脂以外のフッ素樹とすることにより、シールリングとバックアップリングとの固着が生じないシール部材とする提案（特許文献２）がなされている。

また、シールリングとバックアップリングがともにシリンダ内面に接触し摺動する形式の例としては、バックアップリングによるシール部材のはみ出しを抑制すること、組み立て性を向上すること、バックアップリングの加工性を向上することの少なくともいずれかを可能とするシール装置として、ゴム状弾性材によるシール部材を支持するバックアップリングのＨｓ硬度を９０〜１００としたゴム状弾性材によるものとするシール装置（特許文献３）や、ピストン本体の構造を複雑化することなく、シールリングの組み付けが容易に行われる流体圧シリンダであって、ピストンが、ピストン本体のシールリング収容溝に介装されるシールリングと、ピストン本体のピストンリング収容溝に介装される合い口を持つピストンリングと、ピストン本体の外周面に装着してシールリングとピストンリングの間に介装されるバックアップリングと、を備え、バックアップリングがシールリングから受ける荷重がピストンリングによって支持される構造とした流体圧シリンダ（特許文献４）が提案されている。

さらに、ピストンなど往復動部分をシールする密封装置において、高圧時のシールリングのはみ出しによる破損を防止すると共に、シールリングの摺動抵抗を抑制するものであって、外周部材の内周面とその内周に軸方向移動可能に配置された内周部材の外周面のうち一方に形成され円周方向へ連続した装着溝内に、ゴム状弾性材料からなるシールリングと、このシールリングより硬質の材料からなり高さｈが装着溝の深さｄより高いバックアップリングとを有し、バックアップリングの内周面又は外周面に、このバックアップリングの両側間を連通する所要数の切欠が形成される。このバックアップリングは、装着溝からのシールリングのはみ出しを防止するものであり、切欠が、このバックアップリングの軸方向両側間で流体の流通を許容するので、この流体によるシールリングの潤滑性が確保される密封装置（特許文献５）が提案されている。

特開平１１−６２８２９号公報 特開２００６−３４２９７２号公報 特開２００１−１４６９６９号公報 特開２０１１−１６３５２３号公報 特開２０１０−１３３５１１号公報

外部の駆動源を元に油圧ポンプを動かし、それによって得られる圧力を持った作動流体（作動油）によって油圧シリンダを動作させる油圧装置類は、加圧された作動油がシリンダ内から漏れ出さないように密封するシール機構が設けられている。その機構には、例えば、シール部材とシール部材のはみ出しを確実に防止して良好な密封性能が維持できるバックアップリングが設けられていることが多く、例えば、シール部材とバックアップリングはピストンに設けられてシリンダ内面と密着して摺動することにより加圧作動流体の漏れを防止している。
従来、シリンダは溶接、鍛接などにより作製され、シール部材あるいはバックアップリングはガラス繊維で強化された合成樹脂類からなるものから作製されることにより、油圧装置として何ら遜色のないものとして広く使用されてきた。

ところが、電気抵抗溶接炭素鋼より製作されたシリンダとガラス繊維強化合成樹脂からなるバックアップリングを組み合わせて両者を長期間摺動させると、作動油が黒色化する、シリンダ内面の摩耗量が従来よりも大きくなる、という問題点が発生することが判明した。そこで、本発明は、電気抵抗溶接炭素鋼からなるシリンダとピストンに設けられたバックアップリングとの摺動によって生じる作動油の黒色化とシリンダの摩耗に係る問題点を解決することを目的とする。

本発明者らは、作動油が黒色化する、および、シリンダ内面の摩耗量が従来よりも大きくなる、という問題点の解決に鋭意努力した結果本発明に到達した。すなわち、本発明は、電気抵抗溶接炭素鋼からなる部材と炭素繊維強化合成樹脂からなる部材を組み合わせることにより、電気抵抗溶接炭素鋼からなる部材とガラス繊維強化合成樹脂からなる部材の従来の組合せから生起される問題点を解決することを可能にした。
本発明は、電気抵抗溶接炭素鋼からなる部材とガラス繊維強化合成樹脂からなる部材の摺動によって生起される作動油の黒色化、および電気抵抗溶接炭素鋼の摩耗量の増加現象を簡便な方法により解決するものである。

本発明は以下の（１）から（９）のシール装置を要旨とする。
（１）金属部材と樹脂部材が相対的に摺動する機構を有するシール装置において、前記金属部材が電気抵抗溶接炭素鋼からなり、前記樹脂部材が炭素繊維強化合成樹脂からなることを特徴とするシール装置。
（２）前記金属部材が、熱間処理あるいは冷間処理が施されていない前記電気抵抗溶接炭素鋼である、上記（１）に記載のシール装置。
（３）前記金属部材が、２０μｍ以下のフェライト結晶が分散した金属組織からなる、上記（１）または（２）に記載のシール装置。
（４）前記金属部材が、断面硬さの分布が表面から５０μｍの深さまで一定な値を示す前記電気抵抗溶接炭素鋼である、上記（１）から（３）のいずれかに記載のシール装置。
（５）前記電気抵抗溶接炭素鋼が、Ｃ０．０６〜０．１２％、Ｓｉ０．４０％以下、Ｍｎ０．１０〜１５％、Ｐ０．０３％以下、Ｓ０．０２％以下の元素を含有する、上記（１）から（４）のいずれかに記載のシール装置。
（６）前記樹脂部材が、エンジニアリングプラスチックからなる、上記（１）から（５）のいずれかに記載のシール装置。
（７）前記エンジニアリングプラスチックが、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、またはフッ素樹脂から選ばれる、上記（６）に記載のシール装置。
（８）前記樹脂部材が、炭素繊維を５から１５重量％含有する、上記（１）から（７）のいずれかに記載のシール装置。
（９）前記金属部材がシリンダチューブであり、前記樹脂部材がピストンに設けられたバックアップリングである、上記（１）から（８）のいずれかに記載のシール装置。

本発明は、電気抵抗溶接炭素鋼からなる部材と炭素繊維強化合成樹脂からなる部材を組み合わせることにより、電気抵抗溶接炭素鋼からなる部材とガラス繊維強化合成樹脂からなる部材の摺動によって生起される作動油の黒色化、および電気抵抗溶接炭素鋼の摩耗量の増加現象を解決することができる。

ＥＧ管、造管材の金属組織を示す写真である。 ＥＧ管、造管材の断面における硬さを示す図である。 ＥＧ管、造管材の表面状態を示す写真である。 バックアップリングの表面状態を示す図である。 作動油の種類、組成の相違による金属の摩耗量の変化を示すグラフである。 ブロックオンリング試験装置の外観を示す写真である。 ブロックオンリング試験により得た試験結果を示す写真である。 試験に使用したバックアップリングの外観を示す写真である。 ガラス繊維強化樹脂と炭素繊維強化樹脂の断面写真であり、繊維類の分散状態を示す。 ガラス繊維強化樹脂と炭素繊維強化樹脂によるＥＧ管の摩耗状態を示す３Ｄ写真である。

本発明は、金属部材と樹脂部材が相対的に摺動する機構を有するシール装置において、金属部材が電気抵抗溶接炭素鋼からなり、樹脂部材が炭素繊維強化樹脂からなることを特徴とするシール装置に関するものであり、本発明により両部材が長時間摺動することによって生起される作動油の黒色化および摺動面における金属部材の摩耗量の低減が達成された。
本発明は、従来のガラス繊維強化合成樹脂製の部材と電気抵抗溶接炭素鋼からなる部材の摺動により発生する問題点を解決するものである。

［金属部材］
本発明の金属部材としては、低炭素であっても比較的強度が高くかつ溶接性が良好であり、パーライト組織をほとんど有さない鋼材が使用される。具体的には、電気抵抗溶接炭素鋼であって熱間仕上げあるいは冷間仕上げがなされていない鋼材であることが好ましい。その組成および特性について、成分規格値を表１に、表面硬さを表２に、断面硬さを表３に、組織およびミクロ硬さについては図１に、造管材と対比しながら示す。「造管材」は、パーライト組織を有する溶接性を考慮していない鋼材であって、組織中の硬質な析出相の効果により耐摩耗性を発揮する材料である。

電気抵抗溶接炭素鋼からなる金属部材は、図１に示すように微細なフェライトが分布し、実質的にパーライトのない金属組織である。これに対して造管材は大きな結晶のパーライトが多く分布している。これらの結晶構造の相違が作動油の黒色化や摺動面の金属摩耗に関連するものと考えられることが以下に記載の実機での試験結果により判明した。金属の摺動面での断面硬さは、表３に示すように電気抵抗溶接炭素鋼では断面の硬さはほぼ一定であるが、造管材ではフェライト部分は低い硬度を示しパーライト部分では高い硬度を示すごとく硬度にむらを生じている。また、表面からの距離（深さ）と硬度の関係では図２に示すように両者間に大きな違いを生じている。本発明で使用する電気抵抗溶接炭素鋼は、表面から５０μｍまでは一定な値を示すことが好ましい。摺動により摺動面は少なからず摩耗するが、摩耗した新しい面も摩耗前と同じ硬度を保持していることにより不連続な摩耗や過度の摩耗を避けることができる。

電気抵抗溶接炭素鋼は、通常、電気抵抗溶接により主に鋼管を製造するための素材として利用されている。一般に、電気抵抗溶接炭素鋼により製造される鋼管の外径サイズの自由度は低いが、継目部（シーム部）は電気抵抗溶接により素材を組織まで溶融して溶接しているので、鍛接鋼管に比べてシーム部の強度が高いパイプになる。この電縫鋼管のシーム部に電気抵抗溶接による溶接ビード（溶接により表面や裏面に盛り上がる溶接金属）が発生することは避けられないが、シーム部以外は加熱することがないために表面性状は良好である。溶接ビードは、用途によっては削り取って仕上げられる。また、冷間仕上げや熱間仕上げが必要に応じておこなわれる。電縫鋼管の用途としては、石油、ガスなどを輸送するラインパイプ、ガス管、自動車他の機械構造用鋼管、ボイラー用鋼管、シリンダチューブなどに広く用いられている。電気抵抗溶接炭素鋼からなる管は、溶接性が良好であり、且つ、低炭素であっても比較的強度を有する鋼種であることからシリンダチューブとしての用途も広まっている。

［樹脂部材］
本発明の樹脂部材は、炭素繊維強化合成樹脂からなり、炭素繊維は合成樹脂中に均一に分布されていることにより金属部材との摺動面に凹凸あるいは硬度のむらがないことが好ましい。使用される合成樹脂としては、一般にエンジニアリングプラスチックと称されるものが好ましく、例えば、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、エポキシ樹脂、フッ素樹脂などを挙げることができる。
本発明で使用される炭素繊維としては特に限定されることはなく、樹脂材料の補強材あるいはフィラーとして使用されている範囲のものであれば使用することができ、樹脂中に５〜１５％が通常含有される。

［実機での金属部材の摩耗の検討］
本発明者らは作業機械類のシリンダを検査した際に、シリンダチューブの内面が従来以上に摩耗が激しい部分があること、および作動油の黒色化が進行していることを見出し、それら現象の解明および解決を図り安定した稼働が可能な作業機械類を製造することを目標として鋭意研究を行った。
シリンダの材質は、電気抵抗溶接炭素鋼による電気溶接管（以下、ＥＧ管あるいは電縫鋼管とも言う）、造管（鍛造鋼管）の２種類であった。シリンダ内にはピストンが設置され、ピストンにはシールリング（炭素繊維強化フッ素樹脂）、バックアップリング（ガラス繊維強化ポリアミド６６樹脂）、ベアリング、およびフッ素樹脂層が設置されていた。

シリンダチューブ内面をＦＥ−ＳＥＭ（電界放射型走査電子顕微鏡）により表面状態を観察した。黒色部についてはイオン研磨後にＳＥＭ（走査電子顕微鏡）観察およびＥＢＳＤ（電子線後方散乱回折法）分析、ならびにＸＲＤ（Ｘ線回折）分析を行い次のような結果が得られた。
図３には、シリンダチューブ内径のＳＥＭ観察結果を示す。ＥＧ管の黒色部は比較的なめらかである。それに対して非黒色部は凹凸が大きい。一方、造管の黒色部は、腐食されてパーライトが組織として現れていることがわかる。また、造管の非黒色部には凹凸はほとんど見られない。黒色部は摩耗量が少ない箇所であり、非黒色部は摩耗量が多い箇所であった。

黒色部をＸＲＤ分析したところ、非常に微弱ではあるが、ＥＧ管の黒色部からはＦｅ_３０_４とみられるピークが検出され、シリンダチューブの黒色部には微量のＦｅ_３０_４が生成していると考えられる。バックアップリングの外観を観察すると黒色の摩耗粉のようなものが付着している摺動面があり、バックアップリングの一部先端が割れている箇所もみられる。バックアップリングの黒色部とそうでない箇所の詳細観察結果を図４示す。黒色の変色部は大きく摩耗が進行していることがわかる。しかし、摩耗粉とみられる物質はみられなかった。バックアップリングは一部割れている個所があることから大きな圧力が作用していたことが考えられる。また、シールリングについては何ら損傷が認められなかったところから作業機械の実機から得たデータからは、シリンダの摩耗はバックアップリングに起因する現象であると推察される。

［作動油の種類による金属部材の摩耗量への影響］
シリンダ内面の摩耗が、ガラス繊維入りのポリアミド樹脂によることは上記の実機試験により推察されたが、作動油の組成あるいは添加物による摩耗量が影響している場合を想定して試験を行った。これによって、シリンダ内面が摩耗する要因を明確にすることとした。
試供品は実機同様にガラス繊維強化ポリアミド６６材リング、および鋼製の標準リングを作製し、ＥＧ管材、造管材と組み合わせてブロックオンリング試験を行った。ブロックオンリング試験の方法条件などについては以下の実施例で示したとおりである。
試験油としては、ＨＰ４６（ＪＸ）および４６ＨＮ（出光）を使用した。また、使用済みのＨＰ４６油、ＨＰ４６に０．１％の塩素を添加した油、およびＳＵ８（基油）との組み合わせについても試験することにより作動油に混在する成分の影響をも検討した。
試験結果を図５に示す。ガラス繊維で強化されたポリアミド材に対しては、ＥＧ管よりも造管が良好な摩耗特性を示す。また、作動油による摩耗特性の有意な差は確認できなかった。したがって、作動油の黒色化現象とシリンダチューブの摩耗の主たる要因はバックアップリングにあるものと考えられる。

［ＥＧ管材と造管材の組織の相違］
図１にＥＧ管材および造管材のミクロ組織を示す。ＥＧ管材は、例えば、Ｃ０．０８％と炭素量が少ないため、パーライト率は比較して低いようにみえる。ＥＧ管材の組織は約２０μ以下の微細構造であることがわかる。これに対して、造管材は素管状態から冷間加工されているため、最表面の組織は長さ方向に伸張していることがわかる。

表面からの硬さ分布測定の結果を図２に示す。ＥＧ管材はほぼフェライト組織であるため、表面からの距離が変わっても硬さの変化はほとんど見られない。それに対し、造管材はフェライト十パーライト組織であるため、硬さの測定箇所が硬質であるパーライトに該当した場合に硬さが上昇する傾向がみられる。

以上、本発明は作業機械のシリンダを具体例として、金属部材と樹脂部材の摺動によって発生する問題点の要因について説明したが、本発明と同様の問題は他の機械、部品に使用されている金属部材と樹脂部材においても派生するものと考えられ、本発明はこの種の問題点の解決に有用なものである。

［電気抵抗溶接炭素鋼による鋼管］
次に、バックアップリングおよび電気抵抗溶接炭素鋼による鋼管について説明をする。
本発明の具体的な適用例は作業機械であり、例えば、パワーショベルのアームシリンダチューブ、バケットシリンダチューブなどにおける、バックアップリング、Ｏリングを使用する運動部、固定部のシールである。このような機器で、流体圧力が高すぎたり、軸の隙間が大きすぎるとＯリングは低圧側にはみ出し、ムシレが生じ、破損してシール性がなる。このようなはみ出し現象を防止するのがバックアップリングであり、シリンダの内面と摺動状態にある。また、バックアップリングは、はみ出しが問題にならないような低圧の場合でも、Ｏリングの破損の大半であるムシレやねじれ損傷などの事故を防止して、Ｏリングの寿命を著しく長くするという効果がある。バックアップリングは装着後圧力の増加とともに塑性変形を起こして隙間を埋め、しかも使用圧力によってはみ出しを生じないことが必要で、流体圧力、隙間の大きさ、櫂動用の場合には、面のあらさ、櫂動速度などの使用条件により、皮、硬質ゴム、フッ素樹脂、ポリアミド、軟金属などの材質が各々の用途によって使用されている。最近では殆どがフッ素樹脂やポリアミドなどである。

電気抵抗溶接炭素鋼による鋼管の製造には素材として常温の鋼帯（コイル材）を用い、アンコイラーやレベラーなどの機械を用いて鋼帯を連続的に引き出し、突合せて溶接するための鋼帯の両側端面のエッジ処理を施す。エッジ処理後、鋼帯の幅方向を円形に変形させることでパイプ形状に成形し、接合直前に円形に変形させたその両端に、局部的に大電流を流すことで瞬間的に接合部を高温状態にして、そのまま押しつけて突き合わせ、電気抵抗溶接により溶接接合してパイプに成形する。熱間成形されたパイプは、所定の長さに切断し、常温まで冷却された後、矯正機にかけられて所定の寸法に仕上げられる。その後、面取りやねじ切りなどの管端処理、塗装やメッキ・マーキング表示・完成検査など、これら一連の工程に連続的にかけられて最終的に製品として仕上げられる。

［作動油の黒色化と金属部材のブロックオンリング試験による摩耗試験］
上記の実機での調査結果からは、作動油の黒色化と金属部材の摩耗はバックアップリングが関与していることが強く示唆されていたので、実機と同様の試験装置により作動油の黒色化と金属部材の摩耗についての解決策を検討した。以下にブロックオンリング試験と称する試験を行った。この試験により実機で発生した問題の現象が再現できることが判明したので、この試験方法により問題点の解析と解決について検討した。その結果、以下に示すようにガラス繊維強化エポキシ樹脂からなる樹脂部材によって起きる問題点が本発明により解決されることが確証された。
ブロックオンリング試験は図６に示すように、繊維強化樹脂リング１からなる樹脂部材の一部を作動油３中に浸漬するとともに、金属ブロック２からなる金属部材を繊維強化樹脂リング１の表面に当接し、金属ブロック２には荷重５をかけながら繊維強化樹脂リング１を回転方向４に回転させることにより両部材を摺動させる。所定の時間リングを連続して回転させた後の作動油３の着色と金属ブロック２の摺動面の状態を観察した。
ガラス繊維強化エポキシ樹脂と炭素繊維強化エポキシ樹脂からなるそれぞれのリング、およびＥＧ管（電気抵抗溶接炭素鋼）および造管（従来品）と同一の金属組成からなるブロックを用意してブロックオンリング試験に供した。試験は、油温８０℃、リング回転数１６３ｒｐｍ、荷重５ｋｇの条件で３．３時間試験した。摺動距離は２．４７ｋｍ、摺動速度は０．３ｍ／ｓｅｃであった。試験結果は図７に示す。表４には試験素材の組み合わせを示す。

ガラス繊維強化エポキシ製リングとＥＧ管との組み合わせでは金属部材の摺動面は大きく摩耗痕が認められるばかりか作動油３は黒色化している。一方、ガラス繊維強化エポキシ製リングと造管との組み合わせでは摺動面の摩耗痕は小さく、実用上問題のない程度の摩耗であった。作動油３の色変化は全くなかった。これに対して、炭素繊維強化エポキシ製リングとＥＧ管の組み合わせでは金属ブロック２の摺動面の摩耗痕は大きく減少してガラス繊維と造管との組み合わせよりも小さい摩耗を示した。また、造管においても摩耗量が減少することを示した。そして、炭素繊維強化エポキシリングを使用すると金属部材の材質にかかわらず作動油の黒色化現象は生じないことが判明した。
上記の試験結果から明らかなように、本発明においては炭素繊維強化合成樹脂からなるリングを使用するといずれの金属材質においても摺動による金属の摩耗量が減少されるとともに作動油３の黒色化現象が発生しないことが実証された。

本実施例では、炭素繊維強化合成樹脂を従来使用のガラス繊維強化合成樹脂とのチュープ材に対する摩耗特性を比較するブロックオンリング試験による検証をさらに行うために、リング断面での繊維の露出状態、および摩耗の痕跡の３Ｄ形状を検討した。
［試験用の供試材料など］
以下の通り材料を用い、各材質を組み合わせて試験を行った。
試験リング中の各繊維は、エポキシ樹脂に対し１０重量％にて添加した。 試験油として、ＨＰ４６油（ＪＸ製）を用いた。
使用したガラス繊維および炭素繊維の特性を表５に示し、ブロックノ材質とリングの材質の組み合わせを表６に示し、各リングの外観を図８に示す。試験条件は表７に示した。

［試験項目］
・摩耗試験法：ＬＦＷブロックオンリング試験
・摩耗量比較：マイクロスコープ観察、レーザ変位法による３Ｄ画像比較
［試験結果］
成形したガラス強化エポキシリングおよび炭素繊維強化エポキシリングの外観を図８に示す。成形した両リングの断面の顕微鏡写真（図９）によると、ガラス繊維は太く径のそろわない短繊維が偏在している。一方、炭素繊維は細長い長繊維が均一に分布している。
本試験を終了したブロックの摺動表面をレーザにより計測した３Ｄ形状を図１０に示す。ガラス強化エポキシリングはＥＧ管材を激しく摩耗すること、炭素繊維強化エポキシリングはＥＧ管材をわずかに摩耗するにすぎないことが両写真の対比により明確に認められる。
観察される各摩耗面より、ガラス繊維入りエポキシ材は、チューブ材を大きく摩耗させる一方、炭素繊維入りエポキシ樹脂材は相対的に管材の摩耗が少ないことが確認された。

実機によるシリンダチューブ摩耗問題において、バックアップリングとして使用する樹脂材中の硬質ガラス繊維が摩耗要因と予想された。この対策として、バックアップリングに添加する強化材をガラス繊維から炭素繊維に変更することを検討するために、ガラス繊維または炭素繊維により強化したナイロン６６からなるポリアミド樹脂を使用した。
試験方法は、実施例１と同様にしたブロックオンリング試験を、ガラス繊維強化ナイロン６６樹脂と炭素繊維強化ナイロン６６樹脂に対して実施したところ、実施例１と同様に炭素繊維強化ナイロン６６樹脂とＥＧ管材の組み合わせが摩耗量の減少に適していることが判明した。

本発明は金属部材と樹脂部材が相対的に摺動する機構を有するシール装置において、金属部材が電気抵抗溶接炭素鋼からなり、樹脂部材が炭素繊維強化合成樹脂からなる摺動面における金属部材の摩耗を低減することが可能であることから、金属部材と繊維強化樹脂部材の摺動機構を有する機器類一般に適用することが可能であり、このような摺動機構を有する機器類において、長期の稼働期間にわたって摺動部材の交換修理を必要とせず、安全性を確保することが可能である。
特に、シール装置を必要とするシリンダ類を具備する機器類の安全性と装置寿命を改善できることは広く産業分野で大きな経済的効果を発揮するものと考えられる。

１：繊維強化樹脂リング
２：金属ブロック
３：作動油
４：回転方向
５：荷重

Claims (9)

1. 金属部材と樹脂部材が相対的に摺動する機構を有するシール装置において、前記金属部材が電気抵抗溶接炭素鋼からなり、前記樹脂部材が炭素繊維強化合成樹脂からなることを特徴とするシール装置。
2. 前記金属部材が、熱間処理あるいは冷間処理が施されていない前記電気抵抗溶接炭素鋼である、請求項１に記載のシール装置。
3. 前記金属部材が、２０μｍ以下のフェライト結晶が分散した金属組織からなる、請求項１または２に記載のシール装置。
4. 前記金属部材が、断面硬さの分布が表面から５０μｍの深さまで一定な値を示す前記電気抵抗溶接炭素鋼である、請求項１から３のいずれかに記載のシール装置。
5. 前記電気抵抗溶接炭素鋼が、Ｃ０．０６〜０．１２％、Ｓｉ０．４０％以下、Ｍｎ０．１０〜１５％、Ｐ０．０３％以下、Ｓ０．０２％以下の元素を含有する、請求項１から４のいずれかに記載のシール装置。
6. 前記樹脂部材が、エンジニアリングプラスチックからなる、請求項１から５のいずれかに記載のシール装置。
7. 前記エンジニアリングプラスチックが、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、またはフッ素樹脂から選ばれる、請求項６に記載のシール装置。
8. 前記樹脂部材が、炭素繊維を５から１５重量％含有する、請求項１から７のいずれかに記載のシール装置。
9. 前記金属部材がシリンダチューブであり、前記樹脂部材がピストンに設けられたバックアップリングである、請求項１から８のいずれかに記載のシール装置。