JP5782551B2 - 無段変速機用シールリング - Google Patents
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Description
このような従来の組合せシールリングでは、Oリング6と樹脂リング7を潰し込んで、溝底8とハウジング4の内面4aとの間の隙間に装着するため、その後、Oリング6と樹脂リング7が装着された軸3をハウジング4に挿入する際の組み付け抵抗が大きく、圧入装置を導入してハウジング4を組み付ける必要があった。そのため、製造コストが増加し、シールリングの組み付け不具合も検知できないという問題があった。そこで、上記組合せシールリングの装着性やコスト面での問題点を解決するため、1本型シールリングでの対応が求められている。
例えば、特許文献1には、CVTに適用可能な樹脂組成物として、PTFE系樹脂に所定のDBP吸収量を有するカーボンブラックを配合した組成物が開示されている。特許文献1の組成のシールリングでは、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等の隙間を補填し、低温シール性が改善できるため、油圧装置の運転開始直後の低温時でも優れたシール性があることが記載されている。また、特許文献1のシールリングは、CVT等の高面圧用であるため、耐摩耗性及び耐クリープ性等の向上を目的として、炭素繊維やグラファイトを配合できることも示されている。
本発明のCVT用シールリングは、動的架橋樹脂からなる軟質樹脂と、熱可塑性樹脂からなる硬質樹脂を含有する混合物からなる。このような材料から構成される本発明のCVT用シールリングでは、高温の潤滑・作動油中に浸漬後の圧縮永久歪が少ないため、エンジンを停止した無負荷の状態においても優れたシール性を発揮できる。ここで、本発明のCVT用シールリングを構成する混合物の圧縮永久歪、すなわち、後述する方法で測定する150℃の潤滑・作動油に100時間浸漬した後の圧縮永久歪は、95%以下であり、85%以下がより好ましく、80%以下がさらに好ましい。上記圧縮永久歪をこの範囲に規定することにより、長時間のエンジン運転後もハウジングの内周面との密着性が維持され、無負荷の状態におけるシール性がさらに向上する。
また、本発明のCVT用シールリングを構成する混合物の硬度、すなわち後述する方法で測定するショア硬度Aは、60〜98とするのが好ましく、70〜95がより好ましい。ショア硬度をこの範囲に規定することにより、使用時の油圧による変形が生じにくく、長時間の運転後も高いシール性が維持できるとともに、軸溝への装着も容易なため、シールリングの装着性がさらに向上する。
動的架橋樹脂は公知の方法で製造することができる。例えば、予め未架橋のゴム成分中に架橋剤を混合し、熱可塑性樹脂成分と未架橋のゴム成分を2軸押出機を用いて、溶融混練することにより、ゴム成分の分散と架橋を同時に行うことができる。このような動的架橋樹脂は市販品として入手することもできる。例えば、ポリエステル樹脂中にアクリルゴムが分散した動的架橋樹脂の市販品としては、デュポン社製「ETPV」、日油株式会社製「ノフアロイ」(TZ660−7612−BK、TZ660−6602−BK等)等が挙げられる。また、ポリアミド樹脂中にアクリルゴムが分散した動的架橋樹脂の市販品としては、日本ゼオン株式会社製「ゼオサーム」等が挙げられる。
シールリングを構成する樹脂組成物全体の質量に対して、軟質樹脂の含有量は、60質量%〜95質量%とするのが好ましく、80質量%〜95質量%とするのがより好ましい。軟質樹脂の含有量を前記範囲に規定することにより、樹脂組成物の圧縮永久歪がより少なくなり、無負荷の状態においてより優れたシール特性が得られる。
シールリングを構成する樹脂組成物全体の質量に対して、硬質樹脂の添加量は、5質量%〜40質量%とするのが好ましく、5質量〜20質量%とするのがより好ましい。この範囲で硬質樹脂を添加することにより、シールリングの機械的強度及び耐クリープ特性が向上し、長時間の運転後も無負荷状態で、優れたシール特性が得られ、PV値が高い領域での使用も可能となる。
無機充填材の添加量(合計)は、シールリングを構成する樹脂組成物全体の質量に対して、5質量%〜10質量%とするのが好ましい。また、無機充填材として、カーボンナノチューブを添加する場合、その添加量は、シールリングを構成する樹脂組成物全体の質量対して、1質量%〜5質量%とするのが好ましい。この範囲で、無機充填材を添加することにより、優れた機械的強度及び摺動特性が得られ、長期にわたりより優れたシール特性を維持できる。
本発明では、無負荷状態における油漏れを確実に防止するため、合口を有しないエンドレスタイプのシールリングを採用するのが好ましい。本発明のCVT用シールリングの材料は柔軟性があるため、エンドレスタイプとしても装着性に優れ、1本型とすることによりさらに装着が容易となる。しかしながら、用途等によっては合口を設けることもできる。この場合の合口形状は特に限定されず、直角(ストレート)合口、斜め(アングル)合口、段付き(ステップ)合口の他、ダブルアングル合口、ダブルカット合口、トリプルステップ合口等公知の合口を採用することができる。
(参考例1、2及び5並びに実施例3、4及び6〜17)
表1に示す配合割合で2軸押出機に材料を投入し、270〜350℃、100〜300rpmの範囲で、組成により適宜設定した条件で混練して、本発明のシールリング用樹脂組成物を得た。それぞれの材料は以下の市販品を用いた。得られた樹脂組成物を射出成型し、各種測定試料を作製し、以下の方法に従い、表面硬度、圧縮永久歪、及び静的漏れ量を測定した結果を表1に示す。
A−1.ポリエステル系エラストマー:ハイトレル(東レ・デュポン株式会社製)
A−2.ポリアミド系エラストマー:ペバックス(ARKEMA社製)
A−3.ポリエステル樹脂/アクリルゴム系動的架橋樹脂:ノフアロイTZ660−7612−BK,硬度ショアA75(日油株式会社製)
A−4.ポリエステル樹脂/アクリルゴム系動的架橋樹脂:ETPV90A01 NC010,硬度 ショアA87(デュポン社製)
A−5.ポリエステル樹脂/アクリルゴム系動的架橋樹脂:ETPV60A01LNC010,硬度 ショアA64(デュポン社製)
B.硬質樹脂
B−1.ポリブチレンテレフタレート:トレコン1401-X06(東レ株式会社製)
B−2.ポリフェニレンスルフィド:トレリナA900(東レ株式会社製)
B−3.フッ化ビニリデン樹脂:クレハKFポリマーT#850(株式会社クレハ製)
B−4.液晶ポリエステル樹脂:シベラス(東レ株式会社製)
C.無機充填材
C−1.ガラス繊維:MF06JB1−20(旭ファイバーガラス製)
C−2.炭素繊維:S−232(大阪ガスケミカル株式会社製)
C−3.二硫化モリブデン:Zパウダー(大東潤滑株式会社製)
C−4.グラファイト:GA−50(新日本テクノカーボン株式会社製)
C−5.多層カーボンナノチューブ:FloTube 9000(CNano社製)
PTFE樹脂(三井デュポンフロロケミカル株式会社製テフロン7J)70質量%、カーボンブラック(三菱化学株式会社製#3600B)5質量%、及びグラファイト(日本黒鉛株式会社製ACP)25質量%を混合した後、加圧成形して試料を作製した。得られた試料を用いて、参考例1と同様に圧縮永久歪及び静的漏れ量を測定した。圧縮永久歪は100であり、静的漏れ量は、1時間後に100ccを超えたため、その時点で測定を中止した。
ポリエステル樹脂/アクリルゴム系動的架橋樹脂(デュポン社製ETPV 90A01 NC010)95質量%及び多層カーボンナノチューブ(CNano社製FloTube 9000)5質量%を参考例1と同様に混練して、シールリング用組成物を得た。得られた樹脂組成物を射出成型した測定試料を用いて、参考例1と同様に表面硬度、圧縮永久歪及び静的漏れ量を測定した。結果を表1に示す。
無機充填材を添加せずPTFE樹脂(三井デュポンフロロケミカル株式会社製テフロン7J)を加圧成形して試料を作製した。得られた試料を用いて、参考例1と同様に圧縮永久歪及び静的漏れ量を測定した。本比較例も比較例1と同様、圧縮永久歪は100であり、静的漏れ量は、1時間経過前に100ccを超えたため、その時点で測定を中止した。
ポリエステル樹脂/アクリルゴム系動的架橋樹脂(デュポン社製ETPV 90A01 NC010)を射出成型した測定試料を用いて、参考例1と同様に表面硬度、圧縮永久歪及び静的漏れ量を測定した。結果を表1に示す。
JIS K7215に基づき、ショア硬度を測定した。
(圧縮永久歪Csの測定)
圧縮永久歪Csの測定は、JIS K6262を参考にして、以下のとおり行った。射出成型により得られた5mm×15mm、厚さ2mmの試験片を圧縮装置に装着し、圧縮量25%に圧縮した後、予め、150℃に調節した潤滑・作動油(Automatic Transmission Fluid:ATF)中に100時間浸漬した。加熱処理終了後、ATF中から取り出し、圧縮装置から取り外した試験片表面のATFを拭き取って、室温にて30分間静置した後の試験片中央部の厚さ(t2)を測定した。この時のt2より、式1により圧縮永久歪Csを算出した。
Cs =(t0−t2)/(t0−t1)×100・・・・・・(式1)
t0:試験片の元の厚さ(mm)
t1:スペーサーの厚さ(mm)
t2:試験後30分後の厚さ(mm)
参考例1、2及び5、実施例3、4及び6〜17並びに比較例1〜4のシールリング用樹脂組成物を用いて、合口を有しないシールリングを作製した。参考例1、2及び5、実施例3、4及び6〜17並びに比較例2、4は、射出成型、比較例1及び3は、加圧成型により成形した。得られたシールリングを、軸の外周面に設けた軸溝に装着し、静的漏れ性能試験装置に設置した。ここで、油圧室に165ccのATFを充填し、室温下(油温:25℃)、静止状態で、シールリングから漏れたATFを排油溝から回収し、7日間の累積油漏れ量を測定した。測定結果を初期の静的油漏れ量として表1に示す。なお、シールリングのサイズは、軸溝に装着した状態で圧縮量が25%となるように設定した。
また、それぞれのシールリングを軸の外周面に設けた軸溝に装着し、油圧4.0MPa、油温150℃において、ハウジングを10mm/sのストロークで、累積1Km往復動した後、再度上記の方法で油漏れ量を測定した。測定結果を運転後の静的油漏れ量として表1に示す。
一方、動的架橋樹脂及び無機充填材のみから構成された比較例2では、圧縮永久歪が77%、初期の静的油漏れ量が0ccで、いずれも実施例3、4及び参考例1、2、5より低かった。しかし、比較例2では、運転後の静的油漏れ量が100ccと大幅に増加した。これに対し、実施例3、4及び参考例1、2、5では、運転後も10cc未満で静的油漏れ量に大きな変化は認められず、運転後も無負荷状態でのシール特性が維持されることが確認された。これは、本発明のシールリング用樹脂組成物は圧縮永久歪が少なく、かつ硬質樹脂の添加により、耐クリープ特性や耐摩耗性等優れた機械的強度を有することに起因すると考えられる。
同種の動的架橋樹脂及び無機充填材を用いて、硬質樹脂の種類を変えた実施例4及び6〜8では、いずれにおいても無負荷状態において優れたシール特性が得られることが確認された。特に、硬質樹脂として、PPS及びPVDFを用いた実施例4及び7ではより優れたシール特性が得られることがわかった。
実施例7及び実施例9より、繊維状無機充填材をガラス繊維から炭素繊維に変えても同等の優れたシール特性が得られることがわかった。また、実施例7及び実施例10より、無機充填材をグラファイトから二硫化モリブデンに変えても同等の優れたシール特性が得られることがわかった。
実施例11〜14では、同種の動的架橋樹脂、硬質樹脂、及びカーボンナノファイバーを用いて、その組成比を変えることにより、圧縮永久歪の値の異なる試料を作製した。実施例11〜14の結果より、圧縮永久歪が少ないほど運転後も無負荷状態で優れたシール特性が維持されることがわかった。特に、圧縮永久歪が、95%以下で優れたシール特性が認められ、85%以下、さらには、80%以下でより優れたシール特性が得られた。これは、圧縮永久歪のより少ない材料を用いれば、運転中にシールリング外周面が摩耗しても、ハウジング内周面との密着性が維持されるためと考えられる。
実施例3、7及び13の組成から無機充填材を除いた実施例15、16及び17では、実施例3、7及び13より、圧縮永久歪が低下する傾向が認められた。これは、無機充填材を含有しない実施例15〜17の組成では、圧縮応力が特定の部分に集中しにくく、材料全体に均一に分散するため、圧縮荷重を解除するともとの状態に戻りやすいためと考えられる。このため、無機充填材を添加しない組成では、無負荷状態におけるシール特性がさらに向上し、加圧時のつぶし込み量が大きい条件で使用しても、無負荷状態では優れたシール特性を発揮する。また、このような樹脂材料は、機械的負荷が少なくシール性が重視される用途にも好適である。
一方、無機充填材は樹脂材料の機械的強度及び耐摩耗性等の摺動特性を向上させるために有効である。このため、本発明のCVT用シールリングに無機充填材を添加すると、無負荷状態で優れた漏れ防止効果を示すだけでなく、高油圧下でも優れた摺動特性を発揮する。
軟質樹脂としてポリエステル樹脂/アクリルゴム系動的架橋樹脂、硬質樹脂としてフッ化ビニリデン樹脂を用い、リードとニーディングディスクを組み合わせたφ92mmのスクリューが設置された2軸押出機で混合した。ここで、ポリエステル樹脂/アクリルゴム系動的架橋樹脂及びフッ化ビニリデン樹脂を、それぞれサイドフィーダーにて供給し、温度240℃、スクリュー回転数150rpmのせん断条件で混合してペレットを得た。なお、ポリエステル樹脂/アクリルゴム系動的架橋樹脂とフッ化ビニリデン樹脂は、上述の市販品を用い、質量比(ポリエステル樹脂/アクリルゴム系動的架橋樹脂:フッ化ビニリデン樹脂)は90:10とした。得られたペレットを参考例1と同様に射出成型し、各種測定試料を作製し、表面硬度、圧縮永久歪、及び静的漏れ量を測定した。なお、ここで、静的漏れ量測定用試料のシールリングのサイズは、軸溝に装着した状態で圧縮量が30%となるように設定した。結果を表2に示す。
また、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて得られた試料の組織観察を行った。測定試料は、RuO4染色超薄切片法で調整した。図2にTEM観察写真を示す(倍率:40000倍)。
スクリュー回転数をそれぞれ250rpm(実施例19)及び350rpm(実施例20)とした他は実施例18と同様に測定試料を調整し、評価を行った。それぞれの試料の表面硬度、圧縮永久歪、及び静的漏れ量を測定した結果を表2に示す。また、図3及び図4にそれぞれ実施例19及び20の試料のTEM観察写真を示す(倍率:40000倍)。
実施例19でも、実施例18と同様、動的架橋樹脂中のポリブチレンテレフタレート成分相であるB相13、ポリブチレンテレフタレートの変性成分相であるA相11、フッ化ビニリデン樹脂相であるC相14、及びアクリルゴム相であるマトリックス相15が存在することが確認された。ここで、実施例18に比べ、C相14とマトリックス相15との境界が不明確になっており、スクリュー速度の上昇により、両相の相溶化が始まったことがわかった。
一方、実施例20では、A相11及びC相14は認められるが、B相は認められなかった。 ここで、A相11及びC相14の周囲のマトリックス相15は、動的架橋樹脂とフッ化ビニリデン樹脂が相溶した相と推測される。
このように、実施例20においては、高せん断により、アクリルゴム成分と樹脂成分が均一に微細分散しため、圧縮永久歪が大幅に低減したと考えられる。これは、ゴム及び樹脂それぞれの成分を微細分散することにより、それぞれの粒の比表面積が増加し、単位面積にかかる荷重が小さくなり、圧縮応力が均一分散するため、圧縮荷重を解除することにより、もとの状態に戻りやすくなったことが原因と推測される。さらにスクリュー速度を上昇することにより、ゴム成分の架橋が進行し、高密度化されたことにより、反発弾性力が強くなったことも圧縮永久歪低下の一因と考えられる。
実施例18〜20では、圧縮量30%としても無負荷状態で優れた漏れ防止効果を示し、特に、実施例20では、運転後にも静的漏れは認められなかった。本発明のCVT用シールリングを構成する混合物の圧縮永久歪、すなわち、前述した方法で測定する150℃の潤滑・作動油に100時間浸漬した後の圧縮永久歪は、80%以下が好ましく、75%以下がより好ましく、60%以下がさらに好ましい。
4…ハウジング
6…Oリング
11…動的架橋樹脂中のポリエステル樹脂(ポリブチレンテレフタレート)が変性した成分(A相)
12…A相の脱落痕
13…動的架橋樹脂中のポリエステル樹脂(ポリブチレンテレフタレート)の未変性成分(結晶性成分:B相)
14…フッ化ビニリデン樹脂(C相)
15…マトリックス相
Claims (5)
- 動的架橋樹脂からなる軟質樹脂と、熱可塑性樹脂からなる硬質樹脂とを含有する混合物からなり、
前記混合物を150℃の潤滑・作動油に100時間浸漬した後の圧縮永久歪が、95%以下である、無段変速機用シールリング。 - 前記混合物を150℃の潤滑・作動油に100時間浸漬した後の圧縮永久歪が、85%以下であることを特徴とする請求項1に記載の無段変速機用シールリング。
- 前記軟質樹脂が、ポリエステル樹脂相中にアクリルゴムが分散した動的架橋樹脂であることを特徴とする請求項1又は2に記載の無段変速機用シールリング。
- 前記硬質樹脂が、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、フッ化ビニリデン樹脂、ポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の無段変速機用シールリング。
- 前記混合物が、ガラス繊維、炭素繊維、二硫化モリブデン、グラファイト、カーボン粉からなる群より選ばれる少なくとも1種をさらに含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の無段変速機用シールリング。
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