JP3382286B2 - 油圧シールリング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、摺動部材の組合せに関
し、例えば、油圧装置の回転部分に使用して好適な、油
圧シールリングに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のオートマティックトランスミッ
ションは、油圧クラッチ部や軸受部に作動油を供給する
油圧回路部を有し、この油圧回路部は回転軸部を主要部
としている。油圧回路部の回転軸の材料としては、軽量
化のためにアルミニウム合金が使用され、特にダイカス
ト用アルミニウム合金ＡＤＣ12が多用されている。同様
の理由から、ハウジングの材料にもＡＤＣ12が多用され
ている。

【０００３】回転軸とハウジングとの間のシールには、
従来から合い口を図11に示すような鉤段付き合い口８ａ
とした鋳鉄製シールリング８や単純な直角合い口を持つ
４弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）のシールリングが使用
されている。

【０００４】鋳鉄は、ＡＤＣ12との摺動相性が良好で、
互いに摺動させて両者共に摩耗が少なく、また、鉤段付
き合い口のシールリングとすることにより、シールリン
グを回転軸に装着したとき、合い口の両鉤部が互いに掛
り合うことによってシールリングの拡張する外径が制約
され、ハウジング内への回転軸挿入が容易になる。従っ
て、装着に熟練を要せず、又は特殊な治工具も不要であ
るという利点がある。

【０００５】然し、ＡＤＣ12のハウジング内周面への追
随性が劣ることから、オートマティックトランスミッシ
ョン内の油温上昇に伴って油の粘性が低下すると、シー
ル性が悪くなり、油漏れがＰＴＦＥのシールリングの約
100倍に達するようになる。

【０００６】ＰＴＦＥのシールリングは、ハウジングの
内周面への追随性は良好であるが、軟質のＡＤＣ12のハ
ウジングに対して摺動相性が悪く、短時間の運転でハウ
ジングに異常摩耗が起こることが多いという欠点があ
る。

【０００７】このような問題は、ＡＤＣ12製回転軸を用
いた場合にも同様に存する。更に、小さな外力によって
容易に変形するので、ハウジングへの挿入に際し、変形
や破損を起こすことがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みてなされたものであって、一方の摺動部材が他方
の摺動部材への追随性が良好で、互いに摺動して両摺動
部材共に摩耗が少なく、かつ組付け性が良い摺動部材の
組合せを提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第一の発明は、充填材と
して１０〜２５重量％の炭素繊維を含有するポリエーテ
ル・ニトリル樹脂からなる油圧シールリング即ち第一の
摺動部材と、軽金属からなる相対する部材即ち第二の摺
動部材とが互いに摺動するように構成される。

【００１０】第二の発明は、充填材として５〜２０重量
％の炭素繊維及び５〜２０重量％の黒鉛粉末を含有する
ポリエーテル・ニトリル樹脂からなる油圧シールリング
即ち第一の摺動部材と、軽金属からなる相対する部材即
ち第二の摺動部材とが互いに摺動するように構成され
る。

【００１１】

【発明の作用効果】第一の摺動部材の主要材料として
は、エンジニアリングプラスチックのうちで特に曲げ弾
性率が高く（164000Kg／cm² でＰＴＦＥの10倍以上）、
自己張力を有するポリエーテル・ニトリル樹脂（ＰＥ
Ｎ）を、組付け性を良好にするために選んだ。

【００１２】更に、第一の発明にあっては、機械的強度
を改善するため、炭素繊維を充填材として含有させる。
炭素繊維は機械的強度を改善するほか、潤滑作用をも有
している。

【００１３】第二の発明にあっては、機械的性質を改善
するための炭素繊維に加えて、固体潤滑材として黒鉛粉
末を含有させる。

【００１４】第一の発明にあっては、炭素繊維は、平均
径約７μｍ、長さ 300μｍ以下のものを10〜25重量％
（以下、重量％を単に「％」で表す。）含有させるのが
良い。

【００１５】第二の発明にあって、炭素繊維は上記寸法
のものを10〜25％含有させるのが良く、黒鉛粉末は、平
均粒径１〜30μｍのものを５〜20％含有させるのが良
い。

【００１６】第一、第二の発明にあって、ベース材料の
ＰＥＮは70％以上とするのが良い。ＰＥＮが70％未満で
は成形性が悪くなり、これが90％を越えると充填材の含
有量が少なくなって後述する充填材の効果が顕著ではな
くなる。

【００１７】第一の発明にあっては、炭素繊維含有量
が、10％未満では機械的強度及び潤滑性が共に不足して
充分には耐摩耗性が改善されず、これが25％を越えると
成形性が悪くなる。

【００１８】第二の発明にあっては、黒鉛粉末を含有さ
せる関係で、炭素繊維含有量を第一の発明におけるより
も若干減らしている。炭素繊維含有量が５％未満、黒鉛
粉末含有量が５％未満では機械的強度、潤滑性改善の効
果が顕著ではなく、炭素繊維含有量が20％を越え、黒鉛
粉末含有量が20％を越えるとＰＥＮの量が機械的に不足
して成形性が悪くなる。特に黒鉛粉末含有量が20％を越
えると、使用時に摺動面から黒鉛粉末が脱落するように
なり、相手摺動部材を摩耗させるようになる。

【００１９】なお、第二の発明にあって、炭素繊維と黒
鉛粉末とは共に炭素のみからなる物質であるので混和性
が良く、均一に分散するので充填材として好適である。

【００２０】第一の摺動部材は、樹脂をベース材料とし
ているので、第二の摺動部材の摺動面への追随性が良好
で、前述のＰＴＦＥの摺動部材と同等の優れたシール性
を示し、流体のシールを行う一方の摺動部材として好適
である。また、充填材としての炭素繊維によって機械的
強度が改善され、外力によって容易に変形することがな
くて組付け時の取扱いが容易であり、耐摩耗性も良好に
なる。

【００２１】更に、黒鉛粉末（第二の発明）の含有によ
り、これらが潤滑剤として作用し、第一の摺動部材、第
二の摺動部材共に摩耗が少なくなる。

【００２２】第一の摺動部材と摺動する第二の摺動部材
は、軽量化のため、軽金属製とするが、アルミニウム合
金又はマグネシウム合金が好適であり、ダイカスト用の
アルミニウム合金又はマグネシウム合金を使用してダイ
カストで製造するのが生産性の観点から望ましい。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２４】供試シールリングＡ（第一の発明の第一の
摺動部材の例） ＰＥＮ粉末に、平均径約７μｍ、平均長さ 150μｍの炭
素繊維を20％配合して混合し、この混合粉を射出成形が
容易になるよう、粒子の短径約２mm、長径約３mmの造粒
体（ペレット）とした。このペレットを、射出圧力1600
kg／cm² 、射出時間５秒、スクリュー回転数55rpm 、ノ
ズル温度 350℃、金型温度 200℃、冷却時間30秒の条件
でシールリング素材を成形した。

【００２５】供試シールリングＢ（第二の発明の第一の
摺動部材の例） ＰＥＮ粉末に配合する充填材を、平均径約７μｍ、平均
長さ 150μｍの炭素繊維15％と、粒径１〜30μｍの黒鉛
粉末10％とし、その他は前記と同じ条件でシールリング
部材を成形した。

【００２６】図３は供試シールリングＡの素材の顕微鏡
組織（倍率 200倍）のスケッチ、図４は供試シールリン
グＢの素材の顕微鏡組織（倍率 200倍）のスケッチであ
る。図３にはＰＥＮの素地ＭＡＴ中に炭素繊維ＣＦが一
様に分散しているのが、図４にはＰＥＮの素地ＭＡＴ中
に炭素繊維ＣＦと黒鉛粉末粒子ＧＰとが一様に分散して
いるのが、夫々観察される。

【００２７】これらの素材の寸法は、外径が55mm、内径
が35mm、中心軸線方向の幅が３mmであった。

【００２８】これらの素材に仕上げ加工を施して表面粗
さを６Ｓにし、図２に示すような、呼び径Ｄが50mm、幅
Ｂが 2.2mm、厚さＴが 2.2mmのシールリング３、４とし
た。図１はシールリングの使用状態での拡大斜視図で、
合い口３ａ（４ａ）は直角合い口とし、合い口隙間Ｃは
0.2mmとしてある。

【００２９】これらシールリングを図１に要部概略断面
図で示す試験機に組付け、摩耗試験及びシール試験を行
った。図中、２はアルミニウム合金ダイカストＡＤＣ12
製の回転軸で、壁面を表面粗さ２Ｓ以下に旋削仕上げさ
れたリング溝２ａ、２ｂが設けられ、リング溝２ａ、２
ｂ間にはオイル通過のための円弧状環状溝２ｅが設けら
れている。リング溝２ａ、２ｂに夫々図２のシールリン
グ３、４を装着し、これらを、機械構造用炭素鋼Ｓ４５
Ｃからなる、表面粗さ６Ｓに仕上げられた内径50mmのシ
リンダ１内に嵌入させた。

【００３０】シールリング３、４は、適度の剛性を有し
ていて、上記組付けは容易になされた。シリンダ１に
は、回転軸２の環状溝２ｅに対向して、オイル導入口１
ａとオイル吐出口１ｂとが対称に 180度の位置に設けら
れている。

【００３１】回転軸２を6000rpm の回転数で回転させ、
流動点−40℃、粘度係数 150のオートマティックトラン
スミッション用オイルを図示しないオイルバスにて 120
℃に加熱し、このオイル５を図示しないオイルポンプに
よって12kg／cm² の油圧でオイル導入口１ａからシリン
ダ１内のシールリング３、４間の空間へ導入し、オイル
吐出口１ｂから吐出させた。

【００３２】この運転を50時間連続して行い、シールリ
ング３、４の摩耗量、回転軸２のリング溝２ａ、２ｂの
壁面２ｃ、２ｄ（シールリング３、４と接触する面）の
摩耗量及びシリンダ１の摺動面の摩耗量を測定すると共
に、漏れたオイルを漏斗６を経由してメスシリンダ７に
捕集させ、オイル漏れを経時的に測定した。

【００３３】比較のため、シールリング３、４に鋳鉄
（ピストンリング用ねずみ鋳鉄）製のシールリング（比
較シールリング１）又は充填材としてブロンズ粉末と炭
素繊維とを含有させたＰＴＦＥ製のシールリング（比較
シールリング２）を使用し、同様の試験を行った。

【００３４】摩耗量は、触針走査方式の表面粗さ計を使
用して求めた。図５、図６に回転軸２のリング溝２ａ、
２ｂの溝壁面２ｃ、２ｄの摩耗を例に挙げて、上記表面
粗さ計によって記録された摩耗段差プロフィール及び凹
凸状の荒れ具合を示す。図５は供試リングＡについて
の、図６は供試リングＢについての結果である。これら
のプロフィールはシールリング側シール面と摺動する溝
壁面を半径方向にスタイラスを走査して測定した結果を
示すものである。

【００３５】図９に比較シールリング１についての、図
10に比較シールリング２についての図５、図６と同様の
結果を示す。図10に示されるように、比較シールリング
２は、回転軸の溝壁面を著しく摩耗させている。これ
が、後述するオイル漏れ増大の要因となっている。

【００３６】図７は摩耗量測定結果を表すグラフであ
る。図７から次のことが解る。ブロンズ粉、炭素繊維含
有ＰＴＦＥのシールリングを使用した比較例２では、シ
ールリングの摩耗回転、軸溝壁摩耗共に大きく、特にシ
ールリング３に対するチャートスケールで 200倍で測定
を実施した。これに対して実施例では、鋳鉄製シールリ
ングを使用した比較例１よりも若干摩耗が多いが実用に
充分に値する耐摩耗性を示している。

【００３７】図８はオイル漏れ測定結果を経時的に示す
グラフである。鋳鉄製シールリングを使用した比較例１
では、前述のように摩耗量は少ないのであるが、オイル
漏れは非常に大きい。これは、鋳鉄製シールリングはシ
リンダ内周面及び軸溝壁面への追随性が悪いことによる
ものである。これに対して実施例ではシールリングのシ
リンダ内周面及び軸溝壁面への追随性が良好で、ブロン
ズ粉、炭素繊維含有ＰＴＦＥ製シールリングを使用した
比較例２と同程度の良好なシール性を示している。

【００３８】以上のように、比較例は耐摩耗性、シール
性のいずれかが悪いのに対し、本実施例では、耐摩耗
性、シール性の双方共に優れていて、油圧回路部の摺動
部材の組合わせとして頗る好適である。

【００３９】以上の例は、オートマティックトランスミ
ッションの油圧回路部についての実験であるが、本発明
は、そのほか、例えばメカニカルシールや圧縮装置、減
圧装置内の摺動部材の組合わせに適用することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例による摩耗試験及びシール試験に供した
試験装置の要部断面図である。

【図２】同シールリングの使用状態における拡大斜視図
である。

【図３】同供試シールリングＡ（第一の発明の例）の素
材の顕微鏡組織のスケッチである。

【図４】同供試シールリングＢ（第二の発明の例）の素
材の顕微鏡組織のスケッチである。

【図５】同表面粗さ計による回転軸リング溝壁面の凹凸
プロフィールの一例（第一の発明の例）を示すグラフで
ある。

【図６】同表面粗さ計による回転軸リング溝壁面の凹凸
プロフィールの一例（第二の発明の例）を示すグラフで
ある。

【図７】同摩耗量測定結果を示すグラフである。

【図８】同オイル漏れを経時的に示すグラフである。

【図９】比較シールリング（比較例１）についての図
５、図６と同様のグラフである。

【図10】比較シールリング（比較例２）についての図
５、図６と同様のグラフである。

【図11】従来の鋳鉄製シールリングの拡大部分断面図で
ある。

【符号の説明】

１・・・シリンダ １ａ・・・オイル導入口 １ｂ・・・オイル吐出口 ２・・・回転軸 ２ａ、２ｂ・・・リング溝 ２ｃ、２ｄ・・・リング溝壁面 ２ｅ・・・オイル通過用環状溝 ３、４・・・シールリング ３ａ、４ａ・・・合い口 ５・・・オイル ６・・・漏斗 ７・・・メスシリンダ ＭＡＴ・・・ポリエーテル・ニトリル樹脂の素地 ＣＦ・・・炭素繊維 ＧＰ・・・黒鉛粉末粒子

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ１０Ｍ 107:44） Ｃ１０Ｎ 20:06 Ｂ Ｃ１０Ｎ 20:06 30:06 30:06 40:34 40:34 50:08 50:08 (72)発明者 元井 千代治 新潟県柏崎市北斗町１−37 株式会社 リケン柏崎事業所 内 (72)発明者 杉岡 泰蔵 千葉県木更津市清見台１−８−16 (56)参考文献 特開 平２−175793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−190553（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−262976（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−172254（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−138395（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−500328（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16J 15/20 F16J 15/30 C10M 103/02 - 103/04 C10M 107/44 C10M 111/04 C10N 20:06 C10N 30:06 C10N 40:02 C10N 40:34 C10N 50:08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軽金属からなる部材に対して摺接する油
   圧シールリングにおいて、該油圧シールリングが１０〜
   ２５重量％の炭素繊維の充填材及び７５〜９０重量％の
   ポリエーテル・ニトリル樹脂のベース材とからなること
   を特徴とする油圧シールリング。
2. 【請求項２】 軽金属からなる部材に対して摺接する油
   圧シールリングにおいて、該油圧シールリングが５〜２
   ０重量％の炭素繊維及び５〜２０重量％の黒鉛粉末の充
   填材、及び残りがポリエーテル・ニトリル樹脂のベース
   材からなることを特徴とする油圧シールリング。