JP6806928B2 - シール材及びこれを備える振動減衰装置 - Google Patents

Description

本発明は、シール材及びこれを備える振動減衰装置に関する。

従来、ポリウレタン樹脂組成物からなるシール材が知られている（例えば、特許文献１参照）。中でも、パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタン（ＰＰＤＩウレタン樹脂）は、耐熱性、圧縮永久歪性、低温特定などに優れるシール材を形成する。

特開平０６−１１６３５４号公報

しかしながら、ＰＰＤＩウレタン樹脂シール材は、摺動部における封止に使用した際に他の弾性シール材と比べて変形追従性に乏しく、また摩擦係数が大きい問題がある。
そして、ＰＰＤＩウレタン樹脂シール材は、摺動部材として極めて優れた耐摩耗性を示す一方で、オイルの存在下で使用すると、オイル中の成分がシール材自体に浸透して膨潤するために、期待するほど良好な低摩擦特性が得られないという問題もある。

本発明の課題は、従来のものと比べて摩擦係数が小さく、変形追従性に富み、オイルによる膨潤を抑制することができるシール材及びこれを備える振動減衰装置を提供することにある。

本発明者らは、オイルを構成する複数の成分のうち、エステル系添加剤が選択的にパラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタン（ＰＰＤＩウレタン樹脂）に取り込まれてこの樹脂が膨潤することを見出した。また、本発明者らは、このエステル系添加剤を所定割合で予めこの樹脂に含めることで、この樹脂の膨潤が抑制されるとともに、エステル系添加剤がこの樹脂の摩擦係数を低下させ、変形追従性をも向上させることを見出して本発明に到達した。

前記課題を解決した本発明は、エステル系添加剤を含むオイルのシール材であって、パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタン９５．０質量％以上、９９．５質量％以下と、前記エステル系添加剤と同じ化合物０．５質量％以上、５質量％以下と、を含むシール材である。
また、本発明は、前記のシール材を備える振動減衰装置である。

本発明によれば、従来のものと比べて摩擦係数が小さく、変形追従性に富み、オイルによる膨潤を抑制することができるシール材を提供することができる。

本発明のシール材を備える振動減衰装置の概略構造を示す断面図である。 図１における矢示II部の部分拡大図である。 シール材の構造概念図である。 合成油にシール材を浸漬した際の、経過時間［ｈｒ］とシール材の体積変化率［％］との関係を示すグラフである。 シール材の摩擦力の評価を行った装置の概略図である。 シール材に含まれるセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）の含有量［質量％］と、摩擦力（荷重［Ｎ］）との関係を示すグラフである。

次に、本発明の実施形態に係るシール材について説明する。本実施形態のシール材は、工業用シール材として広く使用することができるが、以下では先ず、このシール材が適用される一例としての振動減衰装置について説明する。

＜振動減衰装置の全体構成＞
図１は、本実施形態に係るシール材２６が使用される振動減衰装置１０の概略構造を示す断面図である。
この振動減衰装置１０は、車両に搭載されるモノチューブ式（ド・カルボン式）のダンパである。

この振動減衰装置１０は、シリンダ１２と、このシリンダ１２内に摺動可能に配置されるピストン１６とフリーピストン１８と、を備えている。
ピストン１６は、略円柱状に形成されて、シリンダ１２内を第１液室１４と第２液室１５とに区画している。本実施形態でのピストン１６には、第１液室１４と第２液室１５とを連通させる連通孔２１が形成されている。これら第１液室１４と第２液室１５には、後記するオイルが満たされている。

フリーピストン１８は、シリンダ１２内でピストン１６と軸方向直列に並ぶように配置されている。フリーピストン１８は、略円柱状に形成されて、シリンダ１２内を前記の第２液室１５と高圧ガス室１７とに区画している。高圧ガス室１７には、ガスが高圧に充填されている。

高圧ガス室１７が形成される側のシリンダ１２の端部開口には、これを塞ぐようにアイピース１２ａが配置されている。本実施形態でのアイピース１２ａは、これに挿通される図示しないボルトを介して車輪側部材であるトレーリングアームが連結されるものを想定している。

第１液室１４が形成される側のシリンダ１２の端部開口には、略円筒状のロッドガイド１９が挿嵌されている。また、このロッドガイド１９の内周側には、ピストンロッド１３が挿入されて、ロッドガイド１９はシリンダ１２内に延びている。そして、このピストンロッド１３の先端は、ピストン１６に接続されている。

このロッドガイド１９とピストンロッド１３との間には、第１液室１４内のオイルが外部に漏洩することを防止する略円筒形状のシール材２６が配置されている。これらのオイル及びシール材２６については後に詳しく説明する。

ピストンロッド１３は、シール材２６を介してシリンダ１２の外側に延出している。
本実施形態でのピストンロッド１３は、シリンダ１２からの延出端が、図示しないダンパマウントを介して、車体側部材であるダンパベース（ホイールハウス上部）に連結されるものを想定している。
このような振動減衰装置１０においては、走行中の車輪側からアイピース１２ａを介して入力される振動が、オイル及び高圧ガスの存在下にピストン１６とフリーピストン１８とがシリンダ１２内で軸方向に往復変位する際に減衰される。

＜オイル＞
オイルは、基油に主にエステル系添加剤が加えられて構成されている。
基油としては、例えば、鉱物油、動物油、植物油、合成油、又はこれらの混合物が挙げられる。中でも合成油は好ましい。
合成油としては、例えば、重合、オリゴマ化、若しくは内部重合したオレフィン（例えば、ポリブチレン、ポリプロピレン、プロピレンイソブチレンコポリマ）などの炭化水素油；ポリ（１−ヘキセン）、ポリ（１−オクテン）、１−デセンのトリマ、若しくはオリゴマ、ポリ（１−デセン）（α−オレフィンともいう）、及びこれらの混合物；アルキル−ベンゼン（例えば、ドデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン、ジノニルベンゼン、ジ−（２−エチルヘキシル）−ベンゼン）；ポリフェニル（例えば、ビフェニル、ターフェニル、アルキル化ポリフェニル）；ジフェニルアルカン、アルキル化ジフェニルアルカン、アルキル化ジフェニルエーテル、及びアルキル化ジフェニルスルフィド、並びにこれらの誘導体、類似体、及び相同体、又はこれらの混合物が挙げられる。また、合成油としては、例えば、ポリオールエステル、ジエステル、リン含有酸（例えば、リン酸トリクレジル、リン酸トリオクチル、及びデカンホスホン酸のジエチルエステル）の液体エステル、ポリマーテトラヒドロフラン、これらの混合物などが挙げられる。ただし、本実施形態での合成油はこれらに限定されるものではない。

本実施形態でのエステル系添加剤は、前記のような基油に加えられる、例えば、酸化防止剤、補助耐摩耗剤、極圧剤、摩擦調整剤などを想定している。
このようなエステル系添加剤としては、例えば、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジノルマルヘキシル、フタル酸ビス（２−エチルヘキシル）、フタル酸ジノルマルオクチル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジイソウンデシル、及びフタル酸ビスブチルベンジルなどのフタル酸エステル；アジピン酸ジオクチル、セバシン酸ジオクチル、セバシン酸ジブチル、コハク酸イソデシルなどの非芳香族二塩基酸エステル；オレイン酸ブチル、アセチルリシノール酸メチルなどの脂肪族エステル；ジエチレングリコールジベンゾエート、トリエチレングリコールジベンゾエート、ペンタエリスリトールエステルなどのポリアルキレングリコールのエステル；トリクレジルホスフェート、トリブチルホスフェートなどのリン酸エステルなどが挙げられる。ただし、本実施形態でのエステル系添加剤はこれらに限定されるものではない。

オイルにおけるエステル系添加剤の配合量としては、０．０１質量％から約１０質量％程度とすることができるが、これに制限されるものではない。

＜シール材＞
本実施形態でのシール材２６（図１参照）は、前記のように略円筒形状を呈している。
図２は、図１における矢示II部の部分拡大図である。
図２に示すように、シール材２６は、前記のように、略円筒形状のロッドガイド１９の内側に挿嵌されてシリンダ１２内に配置されている。

ロッドガイド１９の第１液室１４側の端部には、ロッドガイド１９の一般内径部１９ａよりも内径が拡がるように段差部１９ｂが形成されている。
シール材２６は、このロッドガイド１９の内側の形状に対応するように、小径部２６ａと、この小径部２６ａよりも拡径した大径部２６ｂと、を備えて構成されている。つまり、シール材２６は、ロッドガイド１９の一般内径部１９ａに挿嵌される小径部２６ａと、段差部１９ｂに挿嵌される大径部２６ｂと、を有している。

また、シール材２６は、大径部２６ｂよりも半径方向内側で、小径部２６ａの第１液室１４側の端部からピストンロッド１３側に延出するリップ部２６ｃをさらに有している。
このリップ部２６ｃは、軸に沿う断面視で、小径部２６ａ側から第１液室１４側に向かうほど徐々にピストンロッド１３寄りに変位するように傾斜している。そして、リップ部２６ｃの延出端部は、ピストンロッド１３の周面に接触している。
なお、図２中、ピストンロッド１３の周面とリップ部２６ｃの延出端部との間に隙間が形成されているが、これはピストンロッド１３とシール材２６とが相対的に摺動し合う際に、ピストンロッド１３とシール材２６との間にオイルの境界膜Ｍが形成されることを誇張して表したものである。

このようなシール材２６は、パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタン９５．０質量％以上、９９．５質量％以下と、オイル３０中の前記エステル系添加剤３１と同じ化合物０．５質量％以上、５質量％以下と、を含んで構成されている。
なお、図２中、シール材２６とオイル３０とに含まれるエステル系添加剤３１は、粒状に示されているが、これは作図の便宜上、エステル系添加剤３１をイメージ的に（概念的に）示したものであり、実際のエステル系添加剤３１の存在形状、分布などを表したものではない。

パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタンは、パラフェニレンジイソシアネート（１，４−フェニレンジイソシアネート）と、ポリオールなどのポリヒドロキシ化合物との反応生成物で、ＰＰＤＩウレタン樹脂として広く知られている。
ポリヒドロキシ化合物は、高分子ポリヒドロキシ化合物と、鎖延長剤としての低分子ポリヒドロキシ化合物とを組み合わせて使用することができる。

高分子ポリヒドロキシ化合物としては、例えば、数平均分子量Ｍｎが、５００から５０００程度のポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールなどが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
低分子ポリヒドロキシ化合物としては、例えば、エタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオールなどが挙げられるがこれらに限定されるものではない。

高分子ポリヒドロキシ化合物に対する低分子ポリヒドロキシ化合物の質量比は、２０／８０〜８０／２０の範囲で適宜に設定することができる。
パラフェニレンジイソシアネートは、ポリヒドロキシ化合物に対して過剰量で使用することができる。

本実施形態でのパラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタンの製法としては、前記の三成分を同時に反応させたワンショット法、予めパラフェニレンジイソシアネートと高分子ポリヒドロキシ化合物とのウレタンプレポリマを調製するプレポリマ法がある。
本実施形態でのパラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタンとしては、ワンショット法、プレポリマ法のいずれで得られたものでも構わない。

パラフェニレンジイソシアネートとポリヒドロキシ化合物との反応は、触媒の存在下に行うことができるが、無触媒で反応を進行させることもできる。
前記の触媒としては、例えば、ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンジラウレート、トリエチルアミン、ネオデカン酸ビスマス、ジアザビシクロウンデセンなどが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
なお、パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタンは、熱可塑性、熱硬化性のいずれであってもよいが、熱硬化性のものがより好ましい。ちなみに、パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタンは、市販品を使用することもできる。

本実施形態のシール材２６は、以上のようなパラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタンに、前記のオイル３０（図２参照）中のエステル系添加剤３１（図２参照）と同じ化合物０．５質量％以上、５質量％以下と、を含んで構成されている。
このエステル系添加剤３１は、シール材２６の成形時にパラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタンに混合される。
具体的には、パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタンの前記の材料と、エステル系添加剤３１とを含む組成物を、所定の金型内で硬化させることによってシール材２６が得られる。

図３は、シール材２６の構造概念図である。
図３に示すように、本実施形態のシール材２６は、パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタン３２が網目状に形成され、この網目の内側にエステル系添加剤３１が取り込まれて形成されている。図３中、符号３３は、ウレタン分子の架橋部である。

次に、本実施形態のシール材２６が奏する効果について説明する。
以上のような本実施形態のシール材２６（図２参照）によれば、従来のものと比べて摩擦係数が小さく、変形追従性に富み、オイル３０（図２参照）による膨潤を抑制することができるシール材を提供することができる。
また、シール材２６は、オイル３０に含まれる前記エステル系添加剤３１（図２参照）と同じ化合物の含有量を０．５質量％以上、５質量％以下とすることで、前記の摩擦係数の低減効果、膨潤の抑制効果、及び変形追従性の向上は、より一層顕著となる。

また、シール材２６（図３参照）は、パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタン３２（図３参照）に含まれるエステル系添加剤３１（図３参照）をセバシン酸ジオクチルとすることで、前記の摩擦係数の低減効果、膨潤の抑制効果、及び変形追従性の向上は、より一層顕著となる。

また、シール材２６（図３参照）は、熱硬化性のパラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタン３２（図３参照）を使用することで、シール材２６の成形時に、パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタン３２（図３参照）の網目内にエステル系添加剤３１（図３参照）を、より効果的に閉じ込めることができる。

また、シール材２６（図２参照）は、振動減衰装置１０（図２参照）のオイル３０（図２参照）の封止に使用されることで、前記の摩擦係数の低減効果、膨潤の抑制効果、及び変形追従性の向上効果を、より明確に実現することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
前記実施形態では、シール材２６が振動減衰装置１０に適用される例について説明したが、振動減衰装置１０のオイルは、さらに磁性粉を含む磁気粘性流体組成物（Magneto-Rheological Fluid（ＭＲＦ）とすることもできる。このような振動減衰装置１０は、連通孔２１内を流通する磁気粘性流体組成物に磁界を印加する電磁コイルを備える構成とすることで、磁気粘性流体組成物の見かけ上の粘度を変化させることができる。このような振動減衰装置１０によれば、車輪を介して入力される振動の大きさに応じて振動の減衰力を調節することができる。

また、前記実施形態では、車両用の振動減衰装置１０のシール材２６について説明したが、シール材２６は、例えば家電製品、土木建築用設備機器、トレーニング機器や健康増進器具における油圧負荷装置などの他の分野における振動減衰装置に使用することもできる。

以下に、本発明の作用効果を検証した実施例及び比較例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、任意に変更して実施することができる。

（実施例１）
パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタンに、エステル系添加剤としてのセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）を１質量％で含む所定形状のシール材を作製した。
次に、摩擦調整剤としてのセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）を１０質量％で含む合成油（８０℃）に、このシール材を浸漬して、経過時間ごとの体積変化率を測定した。その結果を図４に示す。
図４は、合成油にシール材を浸漬した際の、経過時間［ｈｒ］とシール材の体積変化率［％］との関係を示すグラフである。

（実施例２及び実施例３）
３質量％のセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）を含むシール材（実施例２）、及び５質量％のセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）を含むシール材（実施例３）をそれぞれ作製した。それぞれのシール材について、実施例１と同様にして体積変化率を測定した。その結果を図４に示す。

（比較例１）
セバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）を含まないパラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタンにてシール材を作製した。このシール材について、実施例１と同様にして体積変化率を測定した。その結果を図４に示す。

（比較例２）
１０質量％のセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）を含むパラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタンにてシール材を作製しようとしたところ、この組成物が硬化せずに所定形状のシール材を成形することができなかった。

（体積変化率の評価）
図４に示すように、１質量％のセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）を含む実施例１は、これを含まない比較例１と比べて、オイルによる膨潤が抑制されていることが確認できた。
また、３質量％のセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）を含む実施例２は、これを含まない比較例１と比べて、体積変化率が最大でも半分以下となった。また、５質量％のセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）を含む実施例２は、これを含まない比較例１と比べて、体積変化率が最大でも４分の１以下となった。

（摩擦力の評価）
実施例１、実施例３及び比較例１のシール材をそれぞれ３つ作製した。そして、これらのシール材について、以下の摩擦力の評価を行った。
図５は、シール材の摩擦力の評価を行った装置の概略図である。
図５に示すように、装置は、ロッドガイド１９の内周側に、シール材２６を介してピストンロッド１３が挿入されて摺動する構成となっている。ピストンロッド１３の周面には、前記の体積変化率の評価で使用したオイルが塗布されている。
摩擦力の評価は、図５に示すＡ方向及びＢ方向にそれぞれピストンロッド１３を１．０ｍｍ／ｓｅｃの速度で摺動させた際に、ピストンロッド１３の軸方向に掛る荷重［Ｎ］を測定することで行った。

図６は、シール材に含まれるセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）の含有量［質量％］と、摩擦力（荷重［Ｎ］）との関係を示すグラフである。図６（ａ）は、Ａ方向にピストンロッド１３を摺動させた際の荷重を示すグラフ、図６（ｂ）は、Ｂ方向にピストンロッド１３を摺動させた際の荷重を示すグラフである。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、シール材に含まれるセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）の含有量が増加するほど、シール材の摩擦力が低減することが確認できた。
また、セバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）の含有量が３質量％を境に、摩擦力が急激に低下することが確認できた。

１０ 振動減衰装置
１２ シリンダ
１２ａ アイピース
１３ ピストンロッド
１４ 第１液室
１５ 第２液室
１６ ピストン
１７ 高圧ガス室
１８ フリーピストン
１９ ロッドガイド
１９ａ 一般内径部
１９ｂ 段差部
２１ 連通孔
２６ シール材
２６ａ 小径部
２６ｂ 大径部
２６ｃ リップ部
３０ オイル
３１ エステル系添加剤
３２ パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタン
Ｍ 境界膜

Claims (4)

1. エステル系添加剤を含むオイルのシール材であって、
   パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタン９５．０質量％以上、９９．５質量％以下と、
   前記エステル系添加剤と同じ化合物０．５質量％以上、５質量％以下と、
   を含むシール材。
2. 前記パラフェニレンジイソシアネート系ポリウレタンは、熱硬化性である請求項１に記載のシール材。
3. 振動減衰装置のオイルシールに使用される請求項１に記載のシール材。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のシール材を備える振動減衰装置。

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