JPWO2008072738A1 - 密封装置及び密封装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

摺動抵抗の低減を図ることができる密封装置を提供する。軸孔を有するハウジングと軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着されて、これら２部材間の環状隙間を密封する密封装置１であって、２部材のうち他方の部材と摺動接触する樹脂製のシールリング２と、シールリング２と環状溝との間に装着される弾性リング３と、を備えた密封装置１において、シールリングが、他方の部材との摺動面２０に形成される複数の凹部２２を有することを特徴とする。

Description

本発明は、油圧シリンダ等に使用される密封装置及び密封装置の製造方法に関するものである。

建設機械の駆動手段として用いられる油圧シリンダに使用される密封装置においては、摺動面の潤滑特性を改善するため、種々のものが提案されている（各特許文献参照）。

例えば、特許文献１では、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）製のシールリングと、ゴム状弾性材からなる押圧リングと、から構成された密封装置が提案されている。この密封装置は、相手部材に対して摺動するシールリングにＰＴＦＥを使用することにより、摺動抵抗の低減を図っているが、ナイロン（ポリアミド系樹脂）製のものと比較すると油圧に対する耐圧性に劣り、高圧時にはみ出し現象が発生して破損してしまう場合がある。また、シールリングの摺動面に設けられた螺旋状溝が、圧力側と反圧力側とを連通し、油の漏れ流路となってしまうため、シール性が低いという問題がある。

また、特許文献２には、シールリングの摺動面に複数の環状突起を設けて潤滑剤を保持することにより潤滑特性の改善を図った密封装置が提案されている。しかし、それぞれの環状突起に一箇所ずつ傷等が発生しただけで各環状突起間の潤滑溝が互いに連通し、圧力側から反圧力側まで連通する漏れ流路が形成され易く、シール性が容易に低下してしまうという問題がある。すなわち、シール性に対する安全率が低いといえる。

また、特許文献３には、低摩擦リングの内外周面をつなぐ複数の孔を設けることにより潤滑特性の改善を図った密封装置が提案されているが、孔を設けることにより低摩擦リング自体の強度が低下する問題がある。また、加圧時には低摩擦リング内周面の孔に弾性シールリング（ゴム製バックリング）がはみ出し、損傷する問題がある。

ここで、特許文献４において提案された密封装置について、図１２を参照して説明する。図１２は従来技術に係る密封装置の模式的断面図である。

密封装置１００は、油圧シリンダ４００の内周面とピストン５００の外周面との間の環状隙間を密封するものであり、ピストン５００の外周面に形成された環状溝６００に装着される。密封装置１００は、油圧シリンダ４００の内周面に摺動接触するナイロン製のシールリング２００と、シールリング２００と環状溝６００の溝底との間に装着され、シールリング２００を油圧シリンダ４００の内周面に押圧する弾性リング３００と、から構成される。

この密封装置１００は、シールリング２００の外周面、すなわち、油圧シリンダ４００の内周面との摺動面に、周方向に沿って環状の油溝７００が設けられている。この油溝７００は、蓄積された密封対象流体の圧力によって蓄圧を発生させることにより圧力室として機能し、摺動部を潤滑する同時にシールリングに作用する拡張力を低減し、シールリングの摺動抵抗の低減を図っている。

しかし、油溝７００の両側壁を形成する一対の環状突起部にそれぞれ傷等が発生すると、密封対象流体の漏れ流路が形成されてしまい、シールリング２００のシール性が容易に低下してしまうおそれがある。また、油溝７００が圧力室としての機能を十分に発揮するためには、一定の摺動距離が必要となり、作動初期には効果が得られない可能性がある。

さらに、これらの問題を解決するために、シールリングの摺動面をショット加工等によって表面をあらし、微細な凹凸を表面に付与する方法も提案されている。しかし、図１３に示すように、凹部の間の部分が尖鋭な突起部となり、この突起部に高い面圧が発生し、比較的早期に微小な凹凸が摩耗してしまうという問題がある。なお、図１３は、ショット加工により形成される凹凸の模式的断面図である。

また、ピストンシールの材料として、ナイロンを使用した場合には、ＰＴＦＥを使用した場合と比較して、耐圧性は優れるものの摺動抵抗が高くなるため、油圧シリンダを作動させたときにいわゆるスティックスリップ現象が発生し、振動を生じ易いという問題がある。

また、高圧用のピストンシールとしては、ＰＴＦＥ製のシールリングと、該シールリングの両側に設けられたナイロン製のバックアップリングと、これらを付勢する付勢リングと、から構成される密封装置が知られている（例えば、特許文献８）。しかし、この密封装置は、４つの部材から構成されるためコスト面で劣るという問題がある。
実開昭６０−１０１２６５号公報 特開平０９−２５０６４０号公報 実開昭５８−１６４５９号公報 特開平１０−２１３２３１号公報 特許第３１１４８７４号公報 実開平０４−１３６３６４号公報 実開平０４−１２９９６９号公報 実開昭５９−１８００５６号公報

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、摺動抵抗の低減を図ることができる密封装置を提供することにある。また、従来の密封装置の機能を維持しつつ、低コストで製作可能な密封装置を提供することも目的とする。

上記目的を達成するために、本発明における密封装置は、
軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着されて、これら２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、前記２部材のうち他方の部材と摺動接触する樹脂製のシールリングと、前記シールリングと前記環状溝との間に装着される弾性リングと、を備えた密封装置において、
前記シールリングが、前記他方の部材との摺動面に形成される複数の凹部を有することを特徴とする。

これにより、密封対象領域から摺動面に漏れ出た密封対象流体の一部が、摺動面に形成された複数の凹部内にそれぞれ保持され、密封対象流体により形成される潤滑膜によるシールリングの摺動面の潤滑状態が良好となる。また、凹部と他方の部材の表面とによって形成される室が圧力室として機能し、蓄積される密封対象流体の圧力によってシールリングの他方の部材に対する接触圧力が低減され、摺動抵抗の低減が図られる。

前記シールリングが、前記凹部を囲むように形成され前記摺動面よりも隆起するとともに初期摺動面を有する凸部を有するとよい。

これにより、凹部に密封対象流体が蓄積されるまでの作動初期時においては、凹部の周りで隆起する凸部の初期摺動面のみが他方の部材と摺動接触するような状態となり、他方の部材との接触面積が小さくなって摺動抵抗の低減を図ることができる。したがって、安定した潤滑膜が形成されるまでの間における摺動抵抗が低減され、スティックスリップの発生が抑制される。

さらに、各凸部の間に形成される隙間に密封対象流体が入り込むことにより、密封対象流体を摺動面に積極的に導入することができ、凹部への密封対象流体の蓄積を早めることができるとともに始動時（作動初期段階）における摺動面の潤滑状態を良好なものとすることができる。

また、他方の部材との摺動接触によって凸部が摩滅するころには、凹部に十分な密封対象流体が蓄積されるとともに、摺動面にも十分な潤滑膜が形成され、良好な潤滑状態を維持することができる。

前記凹部が、前記摺動面にレーザを照射することによって形成され、
前記凸部が、レーザの照射によって溶融した材料が前記凹部の開口部の周りに盛り上がることにより形成されてもよい。

これにより、簡易に凹部と凸部とを形成することができる。

前記シールリングが、ベースポリマーが熱可塑性樹脂である樹脂材料からなるとよい。

これにより、耐圧性が高くなり安定したシール性能を発揮することができる。また、凹部をレーザ加工によって形成する場合には、レーザ熱によって溶融した材料の一部により凸部を容易に形成することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明における密封装置の製造方法は、
上述した密封装置の製造方法であって、
前記摺動面にレーザを照射することによって前記凹部を形成し、
レーザの照射によって溶融した材料が前記凹部の開口部の周りに盛り上がることにより前記凸部が形成されることを特徴とする。

これにより、簡易に凹部と凸部とを形成することができる。

前記シールリングが、ベースポリマーが熱可塑性樹脂である樹脂材料からなるとよい。

これにより、耐圧性が高くなり安定したシール性能を発揮することができる。また、凹部をレーザ加工によって形成する場合には、レーザ熱によって溶融した材料の一部により凸部を容易に形成することができる。

以上説明したように、本発明により、摺動抵抗の低減を図ることができる。また、４つの部材からなる高圧用ピストンシールに対し、シールリングの摺動特性改善により、汎用の樹脂の使用が可能であることから材料費を低減でき、もって、低コストで製作可能となる。さらに、樹脂製シールリングと弾性リングの２部材からなる密封装置において、摺動材として一般的に広く使用されるＰＴＦＥに適用すれば、さらに摺動特性が改善され、また、汎用の樹脂に適用すれば、材料費を低減できるので、低コスト製作が可能となる。つまり、本願はこのような組み合わせ密封装置に限られず、樹脂製摺動材（例えば、シールリング、ウェアリング等）に対して簡易な方法で摺動抵抗の低減を図ることができる。

すなわち、本発明は、摺動面を備えた密封装置において、材料の特性によらず摺動面の形状を工夫することによって密封装置の摺動特性の向上を図ることができるものである。したがって、材料の選択の幅が広がる（すなわち、摺動特性の高くない安価な材料を採用することが可能となる）ことで材料費の削減を図ることができる。また、従来、複数の種類の部材を組み合わせてお互いの性質を補うことにより摺動特性の向上を図っていたものを、単体の部材によって高い摺動特性要求に応えることが可能なものとすることもでき、したがって、部材点数の削減により材料費の削減を図ることができる。

実施例１に係る密封装置の構成を示す模式図である。 密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。 シールリングの外周面の一部を拡大した模式図である。 凹部の模式的断面図である。 実施例２に係る密封装置の模式的断面図である。 試験装置の概略構成を示す模式図である。 シールリングの摺動抵抗の平均値を比較した図表である。 到達温度を比較した図表である。 漏れ量を比較した図表である。 摺動発熱及び摺動抵抗を比較した図表である。 摺動抵抗を比較した図表である。 従来技術に係る密封装置の模式的断面図である。 ショット加工により形成される凹凸の模式的断面図である。

符号の説明

１ 密封装置
２ シールリング
２０ 外周面
２１ 側面
２２ 凹部
２３ 凸部
２３ａ 初期摺動面
３ 弾性リング
４ ハウジング
４０ 内周面
５ 軸
５０ 環状溝
５１ 側面
５２ 溝底
６ 環状隙間

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１及び図２を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置について説明する。図１は、本実施例に係る密封装置の構成を示す模式図であり、図１Ａは軸方向からみた様子を示しており、図１Ｂは図１ＡのＡ矢視図であり一部断面を示している。図２は、本実施例に係る密封装置の装着状態を示す模式的半断面図であり、図２Ａは無圧時の状態を示し、図２Ｂは加圧時の状態を示している。

本実施例に係る密封装置１は、例えば、油圧シリンダにおけるピストン用の密封装置、すなわち、ピストンの外周面に設けられた環状溝に装着されてピストンとシリンダとの間の環状隙間を密封する、いわゆるピストンシールとして用いられる。

密封装置１は、シールリング２と弾性リング３とから構成されており、軸穴を有するハウジング（シリンダ）４と該軸穴に挿入される軸（ピストンやロッド等）５との間の環状隙間６を密封すべく、軸５の外周面に設けられた環状溝５０に装着される。

シールリング２は、断面略矩形の環状部材であり、環状溝５０の開口部側に配置される。そして、シールリング２の外周面２０がハウジング４の内周面４０と摺動接触することでハウジング４に対するシール面が形成される。また、油圧ＯＰがかかると、シールリング２が環状溝５０の反密封対象流体側（反油圧側）（Ａ）に押し込められることにより、シールリング２の反密封対象流体側（Ａ）の側面（端面）２１が環状溝５０の側面５１に密着して、軸５に対するシール面が形成される。

シールリング２の材料としては、摺動材として一般的に広く使用される四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）の他、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリファニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等の汎用の熱可塑性樹脂全般を用いることが可能である。特に、ポリアミドは耐圧性が良く、さらに安価であることから、４部材から構成される高圧用ピストンシールに対し、シールリングにバックアップリングの機能も持たせることができるため、バックアップリング廃止による部品点数の削減もでき、さらなる低コスト化が可能となる。また、例えば、ガラス繊維入りのポリアミド樹脂が用いられる場合もあり、ガラス繊維の充填量は、２０〜４０重量％、好ましくは、２５〜３５重量パーセントである。また、必要に応じ、二硫化モリブデン等の他の添加剤が適宜使用される。

弾性リング３は、二トリルゴム（ＮＢＲ）、ポリウレタン（ＰＵ）等のゴム材料からなる断面略円形の環状部材であり、シールリング２と環状溝５０の溝底５２との間に圧縮して装着される。そして、弾性復元力によってシールリング２をハウジング４側に付勢し、シールリング２とハウジング４との間の密着性を高めている。なお、弾性リング３の断面形状は円形に限定されるものではなく、例えば矩形断面等、種々の形状を適宜採用し得る。

シールリング２は、ハウジング４の内周面４０との摺動面である外周面２０に複数の凹部２２が形成されている。凹部２２は、外周面２０の広さに対して微細な窪み（穴）であり、外周面２０の全面にわたり均一に形成されている。

本実施例に係る密封装置１のような摺動シール面を備える密封装置においては、例えば、油圧シリンダにおける作動油等の密封対象流体の一部が、機器の動作や密封性等に影響が出ない範囲で、ハウジング４の内周面４０とシールリング２の外周面２０との間に漏れ出るように設計されており、これにより、摺動面に密封対象流体による潤滑膜（油膜）が形成されて摺動面等の摩耗や摺動抵抗が低減されるように構成されている。

ハウジング４とシールリング２との摺動面に介在する密封対象流体によって形成される潤滑膜は、使用初期段階では密封対象流体が摺動面全体に行き渡らずにムラが生じたり十分な厚さで形成されなかったり、また、一旦形成されても摺動の繰り返しによって密封対象流体が摺動面に留まらずに徐々に反密封対象流体側（Ａ）まで移動して（漏れ出て）しまう等により厚さが減少し、あるいは消滅してしまうことがある（油膜ぎれ）。このような状態になってしまうと、シールリング２の外周面２０やハウジング４の内周面４０に摩耗を生じたり、摺動面の摺動抵抗が大きくなって、異音、スティックスリップ、発熱等を生じてしまうことがある。

本実施例においては、シールリング２の外周面２０に形成された凹部２２が油溜り穴として機能し、摺動面に潤滑膜が形成され易くされるとともに、潤滑膜の厚さが長期的に安定して維持されるように構成されている。すなわち、密封対象流体側（Ｏ）から摺動面に漏れ出た密封対象流体が凹部２２に溜まることにより、凹部２２に溜められた密封対象流体によって潤滑膜の厚みが維持され、油膜切れの発生が抑制される。

また、凹部２２は、ハウジング４の内周面４０との間で圧力室としても機能する。すなわち、凹部２２内に密封対象流体が徐々に蓄積されることによって、凹部２２とハウジング４の内周面４０とにより形成される室内の圧力が徐々に高まっていき、シールリング２の外周面２０とハウジング４の内周面４０とを互いに離す向きに作用する力が発生する。これにより、シールリング２に作用する拡張力、ハウジング４の内周面４０に対する接触圧力を低減してシールリング２の摺動抵抗の低減が図られる。また、技術文献４（図１２）のような環状の油溝では、油溝の容積が大きいため、蓄積する時間を要するため、早期に圧力を高めることができず、ゆえに、早期に蓄圧を発生させることができないが、本願のような凹部では容積が小さいため早期に蓄圧を発生させることが可能である。

また、シールリング２の外周面２０の大きさに対して微細な複数の凹部２２が外周面２０の全面に渡って均一に形成されているので、隣接する凹部２２同士が連通してしまう傷等が外周面２０に生じても、密封対象流体側（Ｏ）と反密封対象流体側（Ａ）とが連通してしまうような事態が生じにくい。

また、凹部２２が複数設けられていることにより、ハウジング４と軸５の軸方向の相対運動のストロークが短い場合でも、効率よく油膜を形成することが可能となる。すなわち、潤滑膜を形成する密封対象流体は、一度目のストロークで密封対象領域側（Ｏ）に近い凹部２２で一旦保持され、二度目のストロークで反密封対象領域側（Ａ）の隣接する凹部２２に移動することになる。これを繰り返すことにより外周面２０の全域に潤滑膜を行き渡らせることができる。

また、凹部２２はレーザ照射によって形成するのが好適である。この点を、図３及び図４を参照して詳しく説明する。図３は、シールリング２の外周面２０の一部を拡大して示す模式図であり、図３Ａは、凸部２３が形成された状態を示し、図３Ｂは、凸部２３が摩滅した状態を示している。図４は、凹部２２の断面を示す模式図であり、図４Ａは、図３ＡのＡＡ断面であって凸部２３が形成された状態を示し、図４Ｂは、図３ＢのＢＢ断面であって凸部２３が摩滅した状態を示している。

図３Ａ及び図４Ａに示すように、熱可塑性樹脂からなるシールリング２の外周面２０にレーザを照射すると、凹部２２が形成されるとともに、レーザの照射熱によって溶融した材料が凹部２２の開口縁に盛り上がり、凹部２２の開口部の周りを囲むように凸部２３が形成される。

図４Ａに示すように、レーザ照射によって形成されるこのような凹凸形状は、ショット加工によって形成される凹凸形状のように尖形とはならず、凸部２３は外周面２０からなだらかに隆起し、先端が平坦な面となる。この平坦面が初期摺動面２３ａとして機能する。すなわち、油圧シリンダ等の機器の始動時（作動初期段階）においては、凸部２３の初期摺動面２３ａが主としてハウジング４の内周面４０と摺動接触する状態となる。

このとき、各凸部２３の間２３ｂにおいては、基本的に外周面２０がハウジング４の内周面４０と接触しない状態となり、ハウジング４の内周面４０との間に隙間が形成される。この各凸部２３間２３ｂにおいてシールリング２の外周面とハウジング４の内周面４０との間に形成される隙間は、密封対象流体を摺動面に導く導入路となり、密封対象流体が摺動面全体に行き渡り易くしている。

また、各凸部２３は、加圧時には圧縮されて、または、初期段階で摩滅することにより、ほぼつぶれた状態となり、各凸部２３間に形成されていた隙間がほぼ消滅した状態になる。また、摩滅してしまう前においては、圧力が解かれると弾性回復して元の状態に戻り、各凸部２３間に再び隙間が形成されるように構成されている。この動作は、あたかも呼吸をするかのように密封対象流体を各凸部２３間の隙間に吸い込むように作用し（ポンプ作用）、凸部２３が摩滅するまで繰り返される。

図３Ｂ及び図４Ｂに示すように、凸部２３がハウジング４の内周面４０のとの摺動によって摩耗して消滅すると、凸部２３が形成されていた凹部２２の開口縁周辺は最終的に外周面２０と同一平面となる。このとき、各凸部２３間に形成されていた導入路によって外周面２０全体に十分な厚さの潤滑膜が形成されているとともに、各凹部２２内には十分に密封対象流体が蓄積された状態となる。

このように、始動時においては、基本的に凸部２３の初期摺動面２３ａのみがハウジング４の内周面４０と摺動することにより摺動面積が小さくなっているので、摺動面全体に十分に潤滑膜が形成されていない初期段階における摺動抵抗が低減される。したがって、一般的に摺動面に安定した潤滑膜が未形成な状態である始動時に生じやすいスティックリップの発生が抑制される。

また、初期段階において摺動面に密封対象流体が積極的に導入し易い構成となっているので、比較的初期の段階から十分な摺動（潤滑）特性を得ることができる。すなわち、早期に凹部２２内に密封対象流体を充填することができるとともに、早期に安定した良好な潤滑膜を形成することができる。

なお、凹部２２の形成方法としては、上述のような凹凸形状を形成することができるのであれば、成形型、ショット加工等の他の方法であってもよいが、レーザ加工によれば容易に形成することができる。

凸部２３の大きさは、大きすぎると密封対象流体側（Ｏ）と反密封対象流体側（Ａ）とを連通する流路を形成して漏れを生じてしまう場合があるため、加圧時にハウジング４の内周面４０に押し付けられたときにほぼつぶれてしまう程度であることが必要である。

なお、このような凹部及び凸部は、樹脂材からなるシールリングのベースポリマーが熱可塑性樹脂であることにより、容易に形成することができるものであり、ベースポリマーが、例えば、フェノール等の熱硬化性樹脂の場合には、レーザ熱によって材料が溶融せずに気化してしまうため、凹部を形成することはできるものの凹部の周りに凸部が形成されないため、本実施例にように初期段階における潤滑特性の改善効果を得ることができない。

また、各凹部２２は、微細な油溜り穴として、シールリング２の外周面２０の全面に均一に形成されるものであり、その具体的な寸法形状としては、例えば、外径Ｄが１００ｍｍ、軸方向の幅Ｗが６．９６ｍｍのシールリング２に対して、凹部２２の周方向幅Ｌ１、軸方向幅Ｌ２がそれぞれ１００〜１０００μｍの範囲、深さが５０〜２００μｍの範囲となる略円錐状の形状となるのが好ましい。また、隣接する各凹部２２は、１００〜３００μｍの範囲の周方向間隔Ｉ１及び軸方向間隔Ｉ２で互いに離間しているとよい。

凹部２２の具体的な制作方法としては、上述の寸法のシールリングを回転可能に支持して、レーザを円周方向約２０ｍｍの範囲にパスル的に照射し、照射の度にシールリングを一定角度回転させ、これを繰り返すことにより全周を加工する。走査線のスポット系を約３００μｍとすることで、周方向幅Ｌ１が３４６μｍ、軸方向幅Ｌ２が４９７μｍ、深さが１１６μｍの凹部が形成されることが確認されている。また、このときの各凹部の周方向間隔Ｉ１及び軸方向間隔Ｉ２は、それぞれ、２００μｍ、１３５μｍ、凸部の高さは、約１０〜２０μｍとなっている。

なお、以上の説明においては、密封装置が装着される相手部材（ハウジングと軸）が軸方向に相対的に移動し、シールリングが軸方向に摺動する使用例について説明したが、本実施例が適用できる使用条件はこれに限られるものではない。すなわち、相手部材が相対的に回転運動し、シールリングが周方向に摺動するような使用条件であっても好適に使用することができ、上述の効果と同様の効果を奏することができる。

また、以上の説明においては、密封装置が軸の外周面に設けられた環状溝に装着される場合について説明したが、これに限られるものではなく、ハウジングの軸孔内周面に設けられた環状溝に装着されて、シールリングの内周面が軸の外周面と摺動接触するような構成であってもよい。

（実施例２）
図５を参照して、本発明の実施例２に係る密封装置について説明する。図５は、実施例２に係る密封装置１´の模式的断面図である。なお、ここでは、実施例１と共通する構成については同じ符号を付してその説明を省略する。特に説明しない構成及びその作用効果等については実施例１と同様である。

シールリング２の外周面２０の軸方向の両側がテーパ面２４となっている。これにより、ハウジング４の内周面４０に対する摺動面積が小さくなって摺動抵抗が低減される。また、テーパ面２４と内周面４０との間に形成される断面略楔状の隙間に密封対象流体が入り込むことによる楔効果によって、ハウジング４の内周面４０に対する外周面２０の接触圧力が低減されるとともに、密封対象流体が摺動面に積極的に導入される効果を得ることができる。

（潤滑改善効果の検証）
次に、図６〜図１１を参照して、凹部２２による潤滑特性の改善効果について、従来品と対比した試験結果に基づいて検証する。図６は、試験装置の概略構成を示す模式図である。図７は、凹部の有無によりシールリングの摺動抵抗の平均値を比較した図表である。図８は、凹部の有無により到達温度を比較した図表である。図９は、凹部の有無により漏れ量を比較した図表であり、図９Ａが従来品の漏れ量、図９Ｂが実施例品の漏れ量をそれぞれ示すｎ増しの測定結果ある。図１０は、凹部の有無により摺動発熱及び摺動抵抗を比較した図表であり、図１０Ａは到達温度、図１０Ｂは摺動抵抗をそれぞれ示している。図１１は、断面形状の違いにより摺動抵抗を比較した図表である。

図６に示すように、試験装置は、シリンダ４ａと、不図示の駆動シリンダに連結されるとともにシリンダ４ａ内部を軸方向にストロークできるように構成されたピストン５ａと、を備えており、ピストン５ａ外周面の両端に設けられた環状溝に評価サンプルとしての密封装置２ａ、２ｂがそれぞれ装着される。また、２つのサンプルの間にはウェアリング７が装着されるとともに、圧力がホース８を介しピストン５ａの内部を通り２つのサンプルの間に加えられるような構成となっている。符号９はロードセル、符号１０はシリンダ４ａの壁面温度を測定する壁温測定部である。

２つのサンプル間を１０ＭＰａの一定圧力で加圧し、密封装置２ａ、２ｂに圧力が作用している状態でピストン５ａを駆動シリンダによってストロークさせ、密封装置２ａ、２ｂをシリンダ４ａ内周面に対して摺動させる。ストロークの速度は５０ｍｍ／ｓｅｃ、ストロークの長さは１００ｍｍとする。

ピストン５ａのストロークによる発熱でシリンダ４ａの壁温が上昇し、その上昇がサーチュレートしたときの温度を到達温度とする。また、到達温度になったときのストロークに要する荷重をロードセル９にて測定し、その波形から起動抵抗及び摺動抵抗を採取する。

上記実施例１に係る密封装置、すなわち、シールリングの外周面（摺動面）に複数の凹部を形成したものを実施例品とし、凹部を形成していない従来技術に係るシールリングを従来品として、到達温度や摺動抵抗等の各種の値をそれぞれ比較した。

図７に示すように、摺動抵抗の平均値については、凹部のない従来品が約７５０ｋｇｆ弱の値で推移しているのに対し、凹部のある実施例品は約４００〜４５０ｋｇｆの範囲で推移している。すなわち、摺動抵抗の平均値については、実施例品が従来品に対して４割程度低減されていることがわかる。

図８に示すように、到達温度については、凹部のない従来品が９０℃であるのに対し、凹部のある実施例品は８０℃となっており、従来品に対して１０℃低くなっている。すなわち、実施例品の方が、従来品と比べて摺動による発熱の影響を受けにくいということがわかる。

図９に示すように、従来品及び実施例品のいずれもほとんど漏れを生じておらず、凹部を設けることによって漏れ量が増大するような結果となっていない。すなわち、凹部の有無がシールリングのシール性に影響を与えないことがわかる。

図１０に示すように、実施例品は従来品に対して、摺動発熱が１０ＭＰａでは１６℃、３０ＭＰａでは２８℃減少し、また、起動抵抗（シールリングが摺動し始めるときの摺動抵抗の最大値）が約１００ｋｇｆ程度低減され、起動抵抗と摺動抵抗（起動後の摺動中における摺動抵抗）との差、摺動抵抗変化もそれぞれ低減されている。すなわち、凹部を設けることにより、起動時（始動時）における摺動特性が向上するとともに、その後（始動時を経過した後）の摺動特性も向上していることがわかる。また、高圧条件下での使用ほど発熱低減効果が大きいことがわかる。

図１１では、摺動面（シールリング外周面）の形状の違いによる摺動抵抗（Ｆｒ）の変化を示している。ここでは、摺動面に凹部のないものを従来品１とし、例えば図１２に示す従来例のように摺動面に環状溝を形成したものを従来品２とし、上記実施例１にように摺動面全面に複数の微小な凹部を均一に形成したものを実施例品とし、それぞれ比較している。

図１１に示すように、摺動面が平坦な従来品１に対して摺動面に環状溝を形成した従来品２の方が、起動抵抗、起動抵抗と摺動抵抗の差、摺動抵抗の変化、のいずれもが低減されている。しかし、摺動面全面に微小な凹部を複数均一に形成した実施例品は、いずれの値も従来品２よりもさらに低減されている。すなわち、図１２に示す従来例のように単一または少数の比較的大きめの溝のような部位を形成するよりも、本実施例のように多数の微小な凹部を摺動面全面に均一に形成した方が、摺動特性の向上効果が大きいことがわかる。

Claims (6)

1. 軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着されて、これら２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、前記２部材のうち他方の部材と摺動接触する樹脂製のシールリングと、前記シールリングと前記環状溝との間に装着される弾性リングと、を備えた密封装置において、
   前記シールリングが、前記他方の部材との摺動面に形成される複数の凹部を有することを特徴とする密封装置。
2. 前記シールリングが、前記凹部を囲むように形成され前記摺動面よりも隆起するとともに初期摺動面を有する凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記凹部が、前記摺動面にレーザを照射することによって形成され、
   前記凸部が、レーザの照射によって溶融した材料が前記凹部の開口部の周りに盛り上がることにより形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。
4. 前記シールリングが、ベースポリマーが熱可塑性樹脂である樹脂材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の密封装置。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の密封装置の製造方法であって、
   前記摺動面にレーザを照射することによって前記凹部を形成し、
   レーザの照射によって溶融した材料が前記凹部の開口部の周りに盛り上がることにより前記凸部が形成されることを特徴とする密封装置の製造方法。
6. 前記シールリングが、ベースポリマーが熱可塑性樹脂である樹脂材料からなることを特徴とする請求項５に記載の密封装置の製造方法。

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