JP3587894B2

JP3587894B2 - 軟質軽金属用摺動部材

Info

Publication number: JP3587894B2
Application number: JP31950794A
Authority: JP
Inventors: 辰栄坂田
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2019-11-10
Also published as: DE19621787C2; JPH08159292A; DE19621787A1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アルミニウムやアルミニウム合金などの軟質軽金属で作られた部材に摺接し、摺接面での油のシールを行なう摺動シール部材の材料、特に自動変速機の軽量化のため使用されるアルミ合金等の軟質材を摺動相手とする摩耗が少なくシール性の良好なオイルシールリングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
乗用車のＡＴ（自動変速機）を主体とする油圧機器の回転軸や往復動軸の材質としては、ＡＤＣ−１２Ｚ材などのアルミニウム合金材が多用されている。アルミ合金材製の軸に対するシールリングは、耐摩耗性維持のため鋳鉄製（ＪＩＳ
ＦＣ２５０相当）で、合口部両端部形状がカギ形に段の付いたカギ形段付リングが用いられているが、この型式のシールリングは、シール性の能力として油圧１ＭＰａ（≒１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）程度では２本当り５００〜１０００ｃｃ／分の洩れを示し、油温変化と共に油漏れ量が大きく変化する欠点がある。
【０００３】
この欠点を解決する手段として、熱膨張率の大きい樹脂製シールリングの使用が試みられている。然しながら樹脂製シールリングの使用は、シール性が大いに改善されるものの、アルミ合金材を摺動相手材とした場合、相手部材を異常に摩耗させるという基本的な難点がある。
【０００４】
この難点を解決するため、例えば４フッ化エチレン樹脂（以下ＰＴＦＥと記す）製リング；ポリエーテル・エーテルケトン樹脂（以下ＰＥＥＫと記す）に炭素繊維およびＰＴＦＥ粉末を添加したシールリング；ＰＥＥＫ、炭素繊維、及びＰＴＦＥに粉末状セリサイトを添加したシールリング（特開平５−２６２９７６号公報）などが提案されているが、アルミ合金材に相性のよい樹脂材は見出されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、軟質軽金属、例えばアルミ合金材製の回転軸又は往復動軸に対するシールリングの上記の実情にかんがみ、軟質軽金属材、特にアルミ合金材を異常に摩耗させることのない樹脂材料を用い軟質軽金属材及び自己に対し良好な耐摩耗性（以下このことを耐摩耗相関性と記す）を示すシールリングを提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】
課題を解決するため、本発明の摺動シール部材は、英国Ｉ・Ｃ・Ｉ社のＶＩＣＴＲＥＸ−ＰＥＥＫ樹脂及び／又は２，６─ジクロロベンゼンとレゾルシンから合成されたポリエーテルニトリル樹脂（出光石油化学（株）製、以下ＰＥＮと記す）を基材として用い、それに固体潤滑材の１つでもあるセリサイトを好適に添加、混合し、押出し又は射出成形してなる部材よりなっている。
【０００７】
本発明による摺動シール部材は、基材にＰＥＥＫ及び／又はＰＥＮを用い、その熱膨張、並びに熱による軟化性を利用し、相手材シール面に適合するよう考えられているため、シール性は既存技術の鋳鉄製カギシールリングより良好であり、セリサイトを添加してあるため自己の耐摩耗性も良好で、かつ相手材、例えばＡＤＣ−１２Ｚ材、の摩耗も少ない。加えて基材がＰＥＥＫ及び／又はＰＥＮのため、ＰＴＦＥ基材に比べ摺動摩擦時の圧縮クリープ性が高く、摺動シール部材の材料として好適なものとなっている。特開平５−２６２９７６号公報によるオイルシールリングは、カーボン繊維を含んでいる。カーボン繊維は硬度がマイクロビッカースで約５００程度と硬く、相手材が軟質軽合金材の場合には相手摺動面を摩耗させることが多い。またカーボン繊維の方向性によって、その摺動性能が異なることからシールリングの材料への添加は避けたい。さらに、成型時の樹脂の流動性をも阻害する。従って、本発明ではカーボン繊維の添加を避けることで樹脂の流動性が高まり製造が容易であり、かつ、ＰＥＥＫ及び／又はＰＥＮにセリサイトを添加するのみで、良好なオイルシールがえられている。
【０００８】
本発明の材料による摺動シール部材は、良好なシール性を活かすため、基材として熱可塑性、耐熱性樹脂であるＰＥＥＫ及び／又はＰＥＮを用い、摩擦特性を良くするため充填材としてセリサイトを用いている。セリサイトのＰＥＥＫ材及び／又はＰＥＮ材への混合比は重量％で全重量（セリサイト＋ＰＥＥＫ及び／又はＰＥＮ）の２０〜３５％が良く、特に３０％が、自己摩耗、相手材アルミ合金（例えばＡＤＣ−１２Ｚ材）の摩耗も少なく摩擦係数が小さいことが特徴である。
【０００９】
セリサイトは３２５メッシュ以下、平均粒径約１０μのものを用い、各々秤量後混合攪拌し、常法により押し出し機にかけてペレットとし、ペレットを射出成形して目的とするシールリングをえる。
【００１０】
以下に実施例を示して本発明を具体的に説明する。
ＰＥＥＫ基材又はＰＥＮ基材に３２５メッシュ以下、平均粒径約１０μのセリサイトを各々秤量後添加、混合、攪拌し、押出機にかけてペレットを作成した。本発明材の摺動特性（耐摩耗性、摩擦係数）を従来材のそれと測定比較するため、射出成形機を利用して外径φ５５ｍ／ｍ、内径φ５０ｍ／ｍ、巾３ｍ／ｍのリング状素材を成形し、巾寸法３ｍ／ｍを研磨機を用いて削り２．５ｍ／ｍに仕上げて摺動特性比較試験片とした。
【００１１】
本発明材と比べた比較技術材は、ＰＴＦＥを基材とし、住友化学社の銘柄スミカスーパーＥ１０１材を３０％添加した材、ＰＴＦＥ基材に、カーボンファイバー１０％及びブロンズ粉３５％を添加した材及びＰＥＥＫ基材又はＰＥＮ基材にカーボンファイバーとＰＴＦＥ粉をそれぞれ１５％添加した材であり、それより夫々前述の寸法の試験片を製作し、摩耗摺動特性を測定した。テスト条件を表１に示す。
【００１２】
【表１】

【００１３】
相手摺動部材は、ＪＩＳのＡＤＣ−１２Ｚとし、摺動面を約Ｒｚ６μｍに旋削加工して用いた。その試験片の寸法形状は外径φ８０ｍ／ｍ、厚さ１０ｍ／ｍとし、中央にＡＴＦを摺動面に導入するため穴φ２０ｍ／ｍが加工されている。
【００１４】
本発明材は、射出成形して試験片をえたが、その成形条件の概要は、金型温度１５０℃、ノズル温度４００℃、射出圧１５００ｋｇ／ｃｍ^２であった。そして本発明でえられた材料の顕微鏡組織を図１及び図２に示す（夫々１００倍）。白い部分が基材のＰＥＥＫ及びＰＥＮであり、灰色の部分が低摩擦を維持するためのセリサイト充填材である。
【００１５】
図３に摩耗試験機の要部を示す。ステータホルダ１に直径８０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのＡｌ合金（ＡＤＣ−１２Ｚ）製の円板２が着脱可能に固設されており、裏側から注油孔３を通して円板２の中央に注油される。図示しない油圧装置によってステータホルダ１には図において右方へ向けて所定圧力で押圧力が掛るようにしてある。回転軸６に固定された試験片ホルダ４には外径５５ｍｍ、内径５０ｍｍ、巾２．５ｍｍのリング状試験片５が取外し可能に固設され、試験片の一方の端面がＡＤＣ−１２Ｚ製円板２に圧接し、図示しない駆動装置によって試験片ホルダ４に回転を与えることにより、試験片が設定速度で摺動回転をする。
【００１６】
上述試験機を用い、比較樹脂材Ａ、Ａ′、Ｂ及びＣの４種類の材料及び表２及び表３に示したＤからＯ迄の１２種類の材料により製作された試験片について、次の条件で試験を行った。油圧装置によりステータホルダ１に面圧１２ｋｇ／ｃｍ^２を負荷し、円板２と試験片５とが設定接触圧で圧接しながら摺動するようにしておいて、注油孔３を通して油温８０℃のＡＴＦを毎分２００ｃｃ給油しながら相対速度２ｍ／ｓで７．２ｋｍの摩擦距離を摺動させた。所定距離を摺動させた後、円板２および試験片５を取外して、試験片５については摩耗による幅寸法（すなわち高さ寸法）の減少を、円板２については摩耗によって生じた環状の溝状摩耗痕の半径方向断面積を測定した。
【００１７】
【表２】

【００１８】
【表３】

【００１９】
ＰＥＥＫを基材として用いた場合（表２）の試験結果を図４及び図５に示す。図４はＡＤＣ−１２Ｚ材を相手材とし、Ａ、Ｂ及びＣの比較樹脂材と本発明Ｄ材とを比べたものである。本発明Ｄ材に比べ、比較樹脂材はいずれもＡＤＣ−１２Ｚ材の摩耗が多いことが判る。ここでＡ材はＰＥＥＫ基材にカーボンファイバーとＰＴＦＥとを夫々１５％充填、射出成形した材であり、Ｂ材はＰＴＦＥ基材にカーボンファイバー１０％及びブロンズ粉３０％を充填した材であり、Ｃ材はＰＴＦＥ基材に住友化学のスミカスーパーＥ１０１材を３０％充填した材である。
【００２０】
又、ＰＥＮを基材として用いた場合（表３）の結果を図６及び図７に示す。図６はＡＤＣ−１２Ｚ材を相手材とし、比較樹脂材Ａ′、Ｂ及びＣと本発明Ｊ材を比べたものである。本発明Ｊ材に比べ、比較樹脂材はいずれもＡＤＣ−１２Ｚ材の摩耗が多いことが判る。ここで、Ａ′材はＰＥＮ基材にカーボンファイバーとＰＴＦＥとを夫々１５％混合、射出成形した材であり、Ｂ及びＣ材は夫々前記した材である。
【００２１】
図５及び図７は、本発明材のＰＥＥＫ又はＰＥＮとセリサイトとの混合材において、最良の摺動特性をえるための混合比を判定するために行われた耐摩耗テスト結果を示すグラフ図であり、使用したＰＥＥＫ又はＰＥＮとセリサイトとの混合比は表２又は表３に示したものである。尚、成形材料の強度を表わすため表２及び表３に引張破断強度値も併せ記載した。
【００２２】
図４乃至図７において、図の上半部に試験片の７．２ｋｍ当りの摩耗量（ミクロン）を示し、下半部に各試験片による円板の７．２ｋｍ当りの摩耗痕の平均摩耗深さを定性的に比較して示している。図より判るように、従来使用されているＰＴＦＥ基材にカーボンブラック及びブロンズ粉を充填した材や、ＰＴＦＥ基材にスミカスーパーＥ１０１材を充填した材の試験片Ｂ及びＣは、自己の摩耗が大きいうえ、相手のＡＤＣ−１２Ｚ材を摩耗させることも大である。ＰＥＥＫ基材又はＰＥＮ基材にカーボンブラックとＰＴＦＥとを充填したＡ又はＡ′材は、自己摩耗は本発明材と同程度であるが、相手材ＡＤＣ−１２Ｚを大きく摩耗させることが判明した。
【００２３】
セリサイトの充填量とＡＤＣ−１２Ｚ材との摩耗相関性においては、セリサイト添加量が全量に対し２０％を割ると摩耗相関性が悪化し、材料組成として好ましくなく、セリサイト量が３５％以上になると引張り破断強度も劣化し、摺動面よりセリサイトの脱落を生じ、摩耗相関性の悪化をまねく結果を生じた。
【００２４】
前記の結果より、ＰＥＥＫ基材及び／又はＰＥＮ基材に３５０メッシュ以下のセリサイトを重量比で全重量に対し約３０％充填した材料が摺動特性が最良であることが判った。セリサイトは軟かく、金属材料の中でも軟質なＡｌ合金材を損傷させず、摩擦係数も低いことが判明した。更にＡＴ用の回転軸シールリングへの適用を考え、本発明によるＤ材を外径５２ｍ／ｍ、巾２．３ｍ／ｍ、厚さ２．３ｍ／ｍのシールリングに加工し、図８に示す試験機によりシール性の経時劣化とＡＤＣ−１２Ｚ製軸との耐摩耗性を試験した。
【００２５】
図８に試験機の要部を示す。ＡＤＣ−１２Ｚ製の回転軸７の周囲に加工されたリング溝８に接した状態で、軸シールリング９、１０が嵌合されており、シールリング９、１０の外周面は炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製ケーシング１１に接触し、回転軸７の回転に伴い、ケーシング１１の内面を摺動する。ケーシング１１の側面には油圧計１２を有する潤滑作動油供給管１３が取付けられており、ケーシング１１の底面にはシールリングから漏れた油を排出する排出管１４がバルブ１５を介して取付けられており、排出管１４の下方には、排出管１４の下端開口より落ちる油を受けられるようにメスシリンダ１６が置かれ、この中に溜った油の量を測定できるようになっている。試験はＡＴ用ミッションオイルを使用し、軸回転数２，０００ｒｐｍ、油圧１２ｋｇ／ｃｍ^２で５０時間の耐久試験を行った。
【００２６】
耐久試験後で実施した油温変化とオイル洩れの測定結果が図９に示されている。図９は、表２の符号Ｄの本発明の材料で作られたシールリングを装着して行ったオイル洩れ試験結果を、前記Ｂ材で製造したシールリング及び従来の鋳鉄製カギシールリングのそれと対比して示した図である。本発明Ｄ材によるシールリングは、Ｂ材によるシールリングに比べ、１００ｃｃ／分以下と安定したシール性を示し、油温変化による影響をうけがたい性能を示している。また鋳鉄製カギシールリングは油温変化（即ち油の粘度低下）に伴いシール性が悪化している。
【００２７】
油温１２０℃での耐久試験におけるＡＤＣ−１２Ｚ製軸壁及びリングの摩耗性を比べた結果を図１０に示したが、本発明Ｄ材の自己摩耗（リングの巾摩耗）並びにＡＤＣ−１２Ｚ製軸壁（リング側面とのシール面）の摩耗も鋳鉄リングと同等の良い結果がえられており、摩耗試験でえられた結果を立証している。
【００２８】
ＰＥＮ基材に３５０メッシュ以下のセリサイトを全重量に対し３０重量％充填した本発明によるＪ材を使用し、前記と同じ耐久試験を行うとともに、オイル漏れを測定した。Ｊ材によるシールリングは、ＰＴＦＥ基材を使用したＢ材製リングに比べ、１００ｃｃ／分以下と安定したシール性を示し、油温変化に影響をうけず、自己及びＡＤＣ−１２Ｚ製軸壁の摩耗も鋳鉄製シールリングと同等の良い結果がえられ、その効果は、本発明によるＰＥＥＫ基材にセリサイトを充填したＤ材によるシールリングのそれと同等であった。
【００２９】
【発明の効果】
ＰＥＥＫ基材及び／又はＰＥＮ基材にセリサイトを添加混合して成形された本発明による摺動部材は、良好な耐摩耗性を示し、相手材である軟質軽金属製の摺動部材を摩耗すること及び自己摩耗の著しく少ない摺動部材である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＰＥＥＫ基材にセリサイトを充填した場合の組織を示す顕微鏡組織写真である（×１００）。
【図２】本発明のＰＥＮ基材にセリサイトを充填した場合の組織を示す顕微鏡組織写真である（×１００）。
【図３】摩耗試験機の要部を示す一部断面を含む側面図である。
【図４】比較樹脂材と本発明のＰＥＥＫ基材を用いたＤ材の摩耗相関性を示すグラフ図である。
【図５】本発明材のセリサイトの適量を絞るために実施したＰＥＥＫを基材とした場合の摩耗相関性を示すグラフ図である。
【図６】比較樹脂材と本発明のＰＥＮ基材を用いたＪ材の摩耗相関性を示すグラフ図である。
【図７】本発明材のセリサイトの適量を絞るために実施したＰＥＮを基材とした場合の摩耗相関性を示すグラフ図である。
【図８】油漏れ試験機の要部を示す断面図である。
【図９】本発明Ｄ材と従来材とにより作られたシールリングの油漏れ試験結果を対比して示すグラフ図である。
【図１０】図８の試験機を用いて５０時間の耐久テストを実施し、本発明Ｄ材と従来技術のシールリング自己摩耗と、ＡＤＣ−１２Ｚ軸溝摩耗を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ＡＤＣ−１２Ｚ材ステーターホールダー
２ＡＤＣ−１２Ｚステーター
３注油口
４試験片ホルダ
５試験片
６回転軸
７回転軸
８リング溝
９、１０シールリング
１１ケーシング
１２油圧計
１３油供給管
１４漏油排出管
１５バルブ
１６メスシリンダ

Claims

軟質軽金属製部材に摺接し、摺接面での油のシールを行なう摺動部シール部材であって、該部材がポリエーテル・エーテルケトン樹脂及び／又はポリエーテルニトリル樹脂とセリサイトよりなり、セリサイトを全重量の２０〜３５％添加したことを特徴とする摺動部材。