JPWO2015064059A1 - シール材及びそれを用いたシール構造 - Google Patents

Abstract

シール材(10)は、樹脂リング(11)と弾性体リング(12)とを有する。樹脂リング(11)は、ポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂とを含み、且つＪＩＳ Ｋ７２１０に準じ、温度２３０℃及び荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるメルトフローレートが１〜５０ｇ／１０ｍｉｎである樹脂組成物で形成されている。

Description

本発明は、シール材及びそれを用いたシール構造に関する。

パワーショベル等のスイベルジョイントでは、円筒状のハウジングに軸が挿通され、また、それらのハウジング及び軸の間にリング状のシール材が介設され、そして、シール材は、ハウジングの内周に形成された窪みに内嵌めされるように収容される。このシール材は、窪みの開口側に突出するように配置される樹脂リングと、窪みの底側に配置されるゴム製の弾性体リングとを有し、ゴム製の弾性体リングが側方から高圧を受けると、樹脂リングを窪みから押し出すように弾性変形してハウジング及び軸の間のシール性を高めるように構成されている。

特許文献１には、かかるシール材について、耐久性の改善を目的として、樹脂リングを、ポリアミド樹脂にガラス繊維等の充填材を配合した樹脂組成物で形成することが開示されている。

特許第４７９０９２３号公報

本発明のシール材は、樹脂リングと、前記樹脂リングに対してその内径を拡大又は縮小させるように弾性変形する弾性体リングとを有し、前記樹脂リングは、ポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂とを含み、且つＪＩＳ Ｋ７２１０に準じ、温度２３０℃及び荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるメルトフローレート（以下「ＭＦＲ」という。）が１〜５０ｇ／１０ｍｉｎである樹脂組成物で形成されている。

本発明のシール構造は、軸と、前記軸が挿通された外装体と、前記軸及び前記外装体の間に設けられたシール材とを備え、前記軸の外周及び／又は前記外装体の内周には窪みが形成され、且つ前記窪みには前記シール材が収容されており、前記シール材は、前記窪みの開口から突出するように設けられた樹脂リングと、前記樹脂リングを前記窪みから押し出すように弾性変形する弾性体リングとを有し、前記樹脂リングは、ポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂とを含み、且つＪＩＳ Ｋ７２１０に準じ、温度２３０℃及び荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるＭＦＲが１〜５０ｇ／１０ｍｉｎである樹脂組成物で形成されている。

実施形態１のシール材の平面図である。 図１におけるII-II断面図である。 図２における要部拡大図である。 実施形態１のシール材を用いたシール構造の縦断面図である。 実施形態１のシール材によるシール動作の説明図である。 （ａ）は実施形態１のシール材の装着方法の説明図であり、（ｂ）は図６（ａ）におけるVIB-VIB断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施形態１のシール材の変形例を示す部分断面図である。 実施形態２のシール材の平面図である。 図８におけるIX-IX断面図である。 図９における要部拡大図である。 実施形態２のシール材を用いたシール構造の縦断面図である。 実施形態２のシール材によるシール動作の説明図である。 （ａ）は実施形態２のシール材の装着方法の説明図であり、（ｂ）は図１３（ａ）におけるXIIIB-XIIIB断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施形態２のシール材の変形例を示す部分断面図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ実施形態１及び２の別の変形例のシール構造の部分断面図である。 耐摩耗性試験の説明図である。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１〜３は実施形態１に係るシール材１０を示す。

実施形態１に係るシール材１０は、内周側の樹脂リング１１と外周側の弾性体リング１２とで構成されている。実施形態１に係るシール材１０は、樹脂リング１１の外径Ｌ_１及び弾性体リング１２の内径Ｌ_４が概ね同一であると共に、樹脂リング１１の外周面の幅Ｗ_１１（直径方向に直交する方向の寸法）が弾性体リング１２の幅Ｗ_２以上であり、樹脂リング１１の外周面に弾性体リング１２の内周面が非接着で面接触するように設けられている。

樹脂リング１１の断面形状は、外周側部分１１ａが矩形に形成されており、内周側部分１１ｂが、内周側に行くに従って幅方向の両側がテーパ状に先細った等脚台形を横にしたような形状に形成されている。つまり、樹脂リング１１は、角リングの内周側部分１１ｂにテーパ加工を施したものである。このような角リングの内周側部分１１ｂにテーパ加工を施した樹脂リング１１は、被接触物に対して面圧を上げる効果があり、そのためシール性がよくなり、また、低コストになるという利点がある。

樹脂リング１１は、ポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂とを含む熱可塑性の樹脂組成物で形成されている。

樹脂リング１１を形成する樹脂組成物に含まれるポリアミド樹脂としては、例えば、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２などの脂肪族ナイロン、ナイロン６Ｔやナイロン９Ｔの半芳香族ナイロン、ポリアミドエラストマー等が挙げられる。ポリアミド樹脂は、単一種が含まれていても、また、複数種が含まれていても、どちらでもよい。樹脂リング１１の成型時には、樹脂組成物を、そこに含まれるポリアミド樹脂の融点以上に加熱する必要があるが、その際、樹脂組成物に含まれるポリオレフィン樹脂が熱分解して機械的特定が低下するのを抑制する観点から、ポリアミド樹脂の融点は２３０℃未満であることが好ましい。ここで、融点は、ＪＩＳ Ｋ７１２２に準じた示差走査熱量測定（ＤＳＣ）による昇温速度１０℃／分としたときの融解ピークの温度として測定される。

樹脂リング１１を形成する樹脂組成物に含まれるポリオレフィン樹脂は、例えば、α−オレフィンの単独重合体又は共重合体である。α−オレフィンとしては、例えば、エチレン（分子内炭素数：２）、プロピレン（分子内炭素数：３）、１−ブテン（分子内炭素数：４）、１−ペンテン（分子内炭素数：５）、１−ヘキセン（分子内炭素数：６）、１−オクテン（分子内炭素数：８）、１−デセン（分子内炭素数：１０）、１−ドデセン（分子内炭素数：１２）、４−メチル−１−ペンテン（分子内炭素数：６）、３−メチル−１−ペンテン（分子内炭素数：６）等が挙げられる。α−オレフィンの分子内炭素数は、好ましくは２〜２０、より好ましくは２〜１０である。

具体的には、ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレン共重合体、マレイン酸変性ポリプロピレン等が挙げられる。ポリオレフィン樹脂は、エチレンの単独重合体、及び／又は、エチレンを主成分とする共重合体を含むことが好ましい。

樹脂リング１１を形成する樹脂組成物に含まれるポリオレフィン樹脂は、超高分子量ポリオレフィン（以下「Ａ成分」という。）と高分子量乃至低分子量ポリオレフィン（以下「Ｂ成分」という。）とを含んでいてもよい。

Ａ成分の粘度平均分子量は、樹脂リング１１の良好な耐摩耗性が得られる観点から、好ましくは３０万以上であり、また、良好な成形性が得られるという観点から、好ましくは７００万以下、より好ましくは１００万以下である。Ｂ成分の粘度平均分子量は、樹脂リング１１表面へのブリードを抑制する観点から、好ましくは５０００以上、より好ましくは１万以上であり、また、良好な成形性が得られるという観点から、好ましくは３０万未満、より好ましくは２０万以下である。ここで、粘度平均分子量は、ＪＩＳ Ｋ７３６７に準じた極限粘度数の測定から求められる。

Ａ成分とＢ成分との含有質量比は、樹脂リング１１の良好な耐摩耗性が得られると共に良好な成形性が得られるという観点から、好ましくはＡ成分／Ｂ成分＝１５／８５〜９５／５、より好ましくは３０／７０〜８０／２０である。

Ａ成分とＢ成分とを含むポリオレフィンは、多段重合法により得ることができる。例えば、特開昭６３−１２６０６号公報や特開昭６３−１０６４７号公報には、チーグラー型触媒の存在下においてオレフィンを重合させてＡ成分を生成させる重合工程と、水素の存在下においてオレフィンを重合させてＢ成分を生成させる重合工程とを含む多段重合法が開示されている。

樹脂リング１１を形成する樹脂組成物におけるポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂との含有質量比は、好ましくはポリアミド樹脂／ポリオレフィン樹脂＝５５／４５〜９７／３、より好ましくは７０／３０〜９０／１０である。従って、ポリアミド樹脂の含有質量の方がポリオレフィン樹脂の含有質量よりも多いことが好ましい。

樹脂リング１１を形成する樹脂組成物には、必要に応じて充填剤や添加剤が配合されていてもよい。充填剤としては、例えば、ガラス繊維、ブロンズ微粒子、カーボン繊維、カーボンブラック微粒子、グラファイト微粒子、フッ素樹脂微粉末、二硫化モリブデン微粒子、ポリフェニレンサルファイド樹脂微粉末、ポリイミド樹脂微粉末等が挙げられる。充填剤は、シール材１０の使用条件や用途に応じて配合され、例えば、荷重変形率を小さくしたい場合には、ガラス繊維、ブロンズ微粒子、カーボン繊維等が用いられ、また、摩擦摩耗特性を高めたい場合には、グラファイト微粒子、フッ素樹脂微粉末、二硫化モリブデン微粒子が用いられ、グラファイト微粒子が好適に用いられる。グラファイト微粒子の配合量は、機械特性を損なわずに摩擦摩耗特性を高める観点から、ポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂との総量に対して、好ましくは０．１〜２０質量％、より好ましくは１〜１５質量％である。グラファイト微粒子の粒径は例えば０．１〜２００μｍである。添加剤としては、例えば、潤滑剤、酸化防止剤、加工助剤、着色剤、分散剤等が挙げられる。

樹脂リング１１を形成する樹脂組成物は、ＪＩＳ Ｋ７２１０に準じ、温度２３０℃及び荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるＭＦＲが１〜５０ｇ／１０ｍｉｎである樹脂組成物で形成されている。この樹脂組成物のＭＦＲは、好ましくは２ｇ／１０ｍｉｎ以上、より好ましくは５ｇ／１０ｍｉｎ以上であり、また、好ましくは３０ｇ／１０ｍｉｎ以下、より好ましくは２０ｇ／１０ｍｉｎ以下である。

樹脂リング１１を形成する樹脂組成物は、ＡＳＴＭ Ｄ１５０５に準じて測定される密度が例えば９９０〜１２５０ｋｇ／ｍ^３である。

樹脂リング１１を形成する樹脂組成物は、樹脂リング１１の高圧下における耐変形性及び耐摩耗性を高める観点から、ＡＳＴＭ Ｄ６９５に準じて測定される２５℃条件下での１０％歪み時の圧縮強度が、好ましくは２０ＭＰａ以上、より好ましくは２５ＭＰａ以上であり、また、高圧下においても弾性体リング１２からの力を樹脂リング１１に伝えて優れたシール性を得る観点から、好ましくは２００ＭＰａ以下、より好ましくは１８０ＭＰａ以下である。

樹脂リング１１を形成する樹脂組成物は、樹脂リング１１の優れたシール性を得る観点から、ＡＳＴＭ Ｄ６２１に準じて測定される荷重変形率が、好ましくは１０％以下、より好ましくは８％以下である。

樹脂リング１１を形成する樹脂組成物は、樹脂リング１１の高圧下における耐変形性を高める観点から、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準じて測定される曲げ弾性率が、好ましくは１ＧＰａ以上、より好ましくは２ＧＰａ以上であり、また、優れた装着性を得る観点から、好ましくは３ＧＰａ以下、より好ましくは２．５ＧＰａ以下である。

樹脂リング１１は、熱圧縮プレス、押出成形、射出成形等の成形加工、切削加工、或いは、それらの組み合わせによって製造することができる。特に、射出成形では、樹脂リング１１を効率よく製造することができる。

樹脂リング１１の製造に用いる樹脂組成物は、ポリアミド樹脂及びポリオレフィン樹脂並びにその他の充填剤を、例えば、二軸押出機、ニーダー、リボンブレンダー、流動式混合機等により混練して調製してもよく、また、市販材料をそのまま使用してもよい。かかる市販材料としては、例えば三井化学社製の商品名「リュブマーＬＳ４１４０」等が挙げられる。

弾性体リング１２の断面形状は矩形に形成されている。弾性体リング１２は、内径Ｌ_４が樹脂リング１１の外径Ｌ_１と概ね同一であり、また、幅Ｗ_２が樹脂リング１１の外周面の幅Ｗ_１１以下である。

弾性体リング１２は、ゴム成分に各種配合剤が配合されたゴム組成物で形成されていることが好ましい。弾性体リングを形成するゴム組成物のゴム成分としては、例えば、ニトリルゴム（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴムなどのオレフィン系ゴム等が挙げられる。これらのうち、スイベルジョイント用途の場合、耐油性、耐磨耗性、圧縮永久歪、成形性等の観点から、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴムが好ましく、ニトリルゴムがより好ましい。弾性体リング１２は、プレス成形等により製造することができる。

図４は、実施形態１に係るシール材１０を用いたシール構造２０を示す。このシール構造２０は、高圧流体の存在下、例えば、油圧機器のスイベルジョイントにおける軸２１及びハウジングの外装体２２の間等に構成されるものである。なお、シール対象の高圧流体としては、例えば、鉱油、タービン油、ガソリン油、冷凍機油、生分解性油などの各種の油、フロンガス、フルオロ炭化水素などの冷媒等が挙げられる。

このシール構造２０では、軸２１が外装体２２に形成された軸孔２３に挿通されている。例えば、スイベルジョイントの場合には、軸２１及びハウジングの外装体２２は、相対移動することにより、つまり、少なくとも一方が運動することにより、それらの位置関係が変化する。軸２１の運動としては、軸回転及び軸方向移動、並びにこれらの組み合わせの複合動が挙げられる。軸回転は、軸線周りに回転する運動であり、これには、一方向に１８０°回転した後に逆方向に１８０°回転する運動や一方向に３６０°回転した後に逆方向に３６０°回転する揺動も含まれる。軸方向移動は、軸方向に沿った運動であり、これには軸方向の往復運動も含まれる。複合動は、軸回転及び軸方向移動を同時に行う運動である。

そして、このシール構造２０では、軸２１及び外装体２２の間に実施形態１に係るリング状のシール材１０が設けられている。

外装体２２の軸孔２３の内周には、周方向に延びる断面コの字状の環状溝の窪み２４が軸方向に間隔をおいて複数形成されており、各窪み２４にシール材１０が収容されている。ここで、シール材１０としては、樹脂リング１１の内径Ｌ_２が軸２１の外径よりもやや大きく、また、弾性体リング１２の外径Ｌ_３が窪み２４の底面における内径以上であり、さらに、樹脂リング１１及び弾性体リング１２の厚さの和（Ｌ_３−Ｌ_２）が窪み２４の深さよりもやや大きいものが選択される。

シール材１０は、樹脂リング１１が窪み２４の開口側に配置され、且つ窪み２４の開口からその一部分が突出して内周面が軸２１の外周面に当接するように設けられており、一方、弾性体リング１２が窪み２４の底側に配置されている。シール材１０は、弾性体リング１２が高圧流体からの圧力により幅方向に圧縮されると、図５に示すように、弾性体リング１２が弾性変形し、樹脂リング１１に対してその内径を拡大させて窪み２４から押し出し、それによって樹脂リング１１の内周面の軸２１の外周面への押接力を高め、その結果、この自封性による優れたシール性を発現する。

また、樹脂リング１１がポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂とを含み且つＭＦＲが１〜５０ｇ／１０ｍｉｎである樹脂組成物で形成されているので、樹脂リング１１が軸２１に長期に亘って繰り返し摺動しても、動的疲労劣化が極めて小さく、摩耗や変形が起こりにくく、軸２１と外装体２２との間の隙間にはみ出して侵入しにくく、その優れたシール性を長期間持続することができる。しかも、かかる優れたシール性の長期間の持続性は、室温下で作動させた場合のみならず、８０〜１００℃といった高温下や−３０℃レベルの低温下で作動させた場合においても得ることができる。

さらに、弾性体リング１２の断面形状が矩形に形成されているので、弾性体リング１２から樹脂リング１１に均一な面圧で力が伝えられ、樹脂リング１１の内周面も均一な面圧で軸２１の外周面に接触することとなり、それらの間の摩擦抵抗を低く抑えることができると共に、それによって樹脂リング１１の摩耗を抑制することができる。

以上の構成のシール構造２０は、まず、弾性体リング１２を外装体２２に形成された窪み２４に収容して装着した後、樹脂リング１１を窪み２４内の弾性体リング１２上に載せるように収容して装着することにより得ることができる。このとき、樹脂リング１１は、ポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂とを含み且つＭＦＲが１〜５０ｇ／１０ｍｉｎである樹脂組成物で形成されているので十分に柔らかく、樹脂リング１１の外径は軸孔２３の内径よりも大きいものの、例えば図６（ａ）及び（ｂ）に示すようにハート型に変形させて縮径させることにより軸孔２３を通して窪み２４に容易に収容して装着することができる。なお、弾性体リング１２についても、同様の方法で窪み２４への収容及び装着が可能である。

なお、シール材１０は、図７（ａ）に示すように、弾性体リング１２の断面形状が円形に形成されたもの、つまり、弾性体リング１２がＯリングであるものであってもよい。この場合、弾性体リング１２から樹脂リング１１にピークを有する面圧で力が伝えられ、樹脂リング１１の内周面もピークを有する面圧で軸２１の外周面に接触するので、それらの間の高いシール性を得ることができる。

シール材１０は、図７（ｂ）に示すように、弾性体リング１２がＯリングであり、樹脂リング１１の断面形状が外向きに開口したコの字状に形成されたものであってもよい。この場合、樹脂リング１１を薄くすることができるので、弾性体リング１２からの力を樹脂リング１１の外周面（軸２１の外周面との接触面）に良好に伝えることができ、また、変形容易となることから外装体２２の窪み２４への装着性に優れ、さらに、断面形状がコの字状に形成されているので、弾性体リング１２のずれを抑制することができる。

シール材１０は、図７（ｃ）に示すように、樹脂リング１１の内周に周方向に延びて環状に構成された突条１１ｃが幅方向に間隔をおいて複数条形成され（図７（ｃ）では２条）、外周にそれらの突条１１ｃに対応するようにコの字溝１１ｄが形成されたものであってもよい。この場合、樹脂リング１１の内周側の突条１１ｃの凹凸の凹部に油を保持することにより、樹脂リング１１と軸２１との間の摩擦抵抗を低く抑え、それによって樹脂リング１１の摩耗を抑制することができる。また、樹脂リング１１の外周側のコの字溝１１ｄの凹凸による噛み合いにより、樹脂リング１１と弾性体リング１２との間での摺動を抑制することができる。樹脂リング１１には、内周側の凹凸のみが形成されていてもよく、また、外周側の凹凸のみが形成されていてもよい。

シール材１０は、樹脂リング１１がＯリングであってもよく、また、低コストの角リングであってもよい。

（実施形態２）
図８〜１０は実施形態２に係るシール材１０を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は同一符号で示す。

実施形態２に係るシール材１０は、外周側の樹脂リング１１と内周側の弾性体リング１２とで構成されている。実施形態２に係るシール材１０は、樹脂リング１１の内径及び弾性体リング１２の外径が概ね同一であると共に、樹脂リング１１の内周面の幅Ｗ_１２（直径方向に直交する方向の寸法）が弾性体リング１２の幅Ｗ_２以上であり、樹脂リング１１の内周面に弾性体リング１２の外周面が非接着で面接触するように設けられている。

樹脂リング１１の断面形状は、外周側部分１１ａが、外周側に行くに従って幅方向の両側がテーパ状に先細った等脚台形を横にしたような形状に形成されており、内周側部分１１ｂが矩形に形成されている。つまり、樹脂リング１１は、角リングの外周側部分１１ａにテーパ加工を施したものである。このような角リングの外周側部分１１ａにテーパ加工を施した樹脂リング１１は、被接触物に対して面圧を上げる効果があり、それによってシール性がよくなり、また、低コストになるという利点がある。

弾性体リング１２の断面形状は矩形に形成されている。弾性体リング１２は、外径Ｌ_３が樹脂リング１１の内径Ｌ_２と概ね同一であり、また、幅Ｗ_２が樹脂リング１１の内周面の幅Ｗ_１２以下である。

図１１は、実施形態２に係るシール材１０を用いたシール構造２０を示す。このシール構造２０は、高圧流体の存在下、例えば、エンジン機構などにおけるピストンの軸２１及びシリンダーの外装体２２の間、冷蔵庫、冷凍庫、エアコンディショナなどの冷却装置や空調装置のコンプレッサにおける軸２１及びハウジングの外装体２２の間等に構成されるものである。なお、シール対象の高圧流体としては、例えば、鉱油、タービン油、ガソリン油、冷凍機油、生分解性油などの各種の油、フロンガス、フルオロ炭化水素などの冷媒等が挙げられる。

このシール構造２０では、軸２１が外装体２２に形成された軸孔２３に挿通されている。例えば、軸２１及び外装体２２は、相対移動することにより、つまり、少なくとも一方が運動することにより、それらの位置関係が変化する。軸２１の運動としては、軸回転及び軸方向移動、並びにこれらの組み合わせの複合動が挙げられる。軸回転は、軸線周りに回転する運動であり、これには、一方向に１８０°回転した後に逆方向に１８０°回転する運動や一方向に３６０°回転した後に逆方向に３６０°回転する揺動も含まれる。軸方向移動は、軸方向に沿った運動であり、これには軸方向の往復運動も含まれる。複合動は、軸回転及び軸方向移動を同時に行う運動である。

そして、このシール構造２０では、軸２１及び外装体２２の間に実施形態２に係るリング状のシール材１０が設けられている。

軸２１の外周には、周方向に延びる断面コの字状の環状溝の窪み２４が軸方向に間隔をおいて複数形成されており、各窪み２４にシール材１０が収容されている。ここで、シール材１０としては、樹脂リング１１の外径Ｌ_１が軸孔２３の内径よりもやや小さく、また、弾性体リング１２の内径Ｌ_４が窪み２４の底面における外径と同一であり、さらに、樹脂リング１１及び弾性体リング１２の厚さの和（Ｌ_１−Ｌ_４）が窪み２４の深さもやや大きいものが選択される。

シール材１０は、樹脂リング１１が窪み２４の開口側に配置され、且つ窪み２４の開口からその一部分が突出して内周面が軸孔２３の内周面に当接するように設けられており、一方、弾性体リング１２が窪み２４の底側に配置されている。シール材１０は、弾性体リング１２が高圧流体からの圧力により幅方向に圧縮されると、図１２に示すように、弾性体リング１２が弾性変形し、樹脂リング１１に対してその外径を拡大させて窪み２４から押し出し、それによって樹脂リング１１の外周面の軸孔２３の内周面への押接力を高め、その結果、この自封性による優れたシール性を発現する。

また、樹脂リング１１がポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂とを含み且つＭＦＲが１〜５０ｇ／１０ｍｉｎである樹脂組成物で形成されているので、樹脂リング１１が外装体２２に長期に亘って繰り返し摺動しても、動的疲労劣化が極めて小さく、摩耗や変形が起こりにくく、軸２１と外装体２２との間の隙間にはみ出して侵入しにくく、その優れたシール性を長期間持続することができる。しかも、かかる優れたシール性の長期間の持続性は、室温下で作動させた場合のみならず、８０〜１００℃といった高温下や−３０℃レベルの低温下で作動させた場合においても得ることができる。

さらに、弾性体リング１２の断面形状が矩形に形成されているので、弾性体リング１２から樹脂リング１１に均一な面圧で力が伝えられ、樹脂リング１１の外周面も均一な面圧で軸孔２３の内周面に接触することとなり、それらの間の摩擦抵抗を低く抑えることができると共に、それによって樹脂リング１１の摩耗を抑制することができる。

以上の構成のシール構造２０は、まず、弾性体リング１２を軸２１に形成された窪み２４に収容して装着した後、樹脂リング１１を窪み２４内の弾性体リング１２上に載せるように収容して装着することにより得ることができる。このとき、樹脂リング１１は、ポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂とを含み且つＭＦＲが１〜５０ｇ／１０ｍｉｎである樹脂組成物で形成されているので十分に柔らかく、樹脂リング１１の内径Ｌ_２は軸２１の外径よりも小さいものの、例えば図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように引っ張って内径が大きくなるように変形させることにより軸２１に被せるようにして窪み２４に容易に収容して装着することができる。なお、弾性体リング１２についても、同様の方法で窪み２４への収容及び装着が可能である。

なお、シール材１０は、図１４（ａ）に示すように、弾性体リング１２の断面形状が円形に形成されたもの、つまり、弾性体リング１２がＯリングであるものであってもよい。この場合、弾性体リング１２から樹脂リング１１にピークを有する面圧で力が伝えられ、樹脂リング１１の外周面もピークを有する面圧で軸孔２３の内周面に接触するので、それらの間の高いシール性を得ることができる。

シール材１０は、図１４（ｂ）に示すように、弾性体リング１２がＯリングであり、樹脂リング１１の断面形状が内向きに開口したコの字状に形成されたものであってもよい。この場合、樹脂リング１１を薄くすることができるので、弾性体リング１２からの力を樹脂リング１１の外周面（軸孔２３の内周面との接触面）に良好に伝えることができ、また、変形容易となることから軸２１の窪み２４への装着性に優れ、さらに、断面形状がコの字状に形成されているので、弾性体リング１２のずれを抑制することができる。

シール材１０は、図１４（ｃ）に示すように、樹脂リング１１の外周に周方向に延びて環状に構成された突条１１ｃが幅方向に間隔をおいて複数条形成され（図１４（ｃ）では２条）、内周にそれらの突条１１ｃに対応するようにコの字溝１１ｄが形成されたものであってもよい。この場合、樹脂リング１１の外周側の突条１１ｃの凹凸の凹部に油を保持することにより、樹脂リング１１の外周面と軸孔２３の内周面との間の摩擦抵抗を低く抑え、それによって樹脂リング１１の摩耗を抑制することができる。また、樹脂リング１１の内周側のコの字溝１１ｄの凹凸による噛み合いにより、樹脂リング１１と弾性体リング１２との間での摺動を抑制することができる。樹脂リング１１には、外周側の凹凸のみが形成されていてもよく、また、内周側の凹凸のみが形成されていてもよい。

シール材１０は、樹脂リング１１がＯリングであってもよく、また、低コストの角リングであってもよい。

その他の構成及び作用効果は実施形態１と同一である。

（その他の実施形態）
実施形態１及び２では、軸２１又は外装体２２に形成された窪み２４にシール材１０のみを配置した構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、弾性体リング１２の樹脂リング１１に接触する側の部分が突条１２ａに形成されていると、樹脂リング１１の幅方向の固定度が低くなるが、このような場合に、軸２１及び外装体２２が軸方向の相対移動を繰り返したときでも、樹脂リング１１が窪み２４内に固定されるように、窪み２４内の樹脂リング１１の幅方向の両側にバックアップリング３０を配置してもよい。このバックアップリング３０は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ナイロン樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアセタール樹脂等の樹脂材料で形成される。

（樹脂組成物）
＜実施例１＞
実施例１の樹脂組成物として、ポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂とを含む市販の樹脂組成物（三井化学社製 商品名：リュブマーＬＳ４１４０）を準備した。実施例１の樹脂組成物は、ＪＩＳ Ｋ７２１０に準じ、温度２３０℃及び荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるＭＦＲが１４ｇ／１０ｍｉｎ、ＡＳＴＭ Ｄ１５０５に準じて測定される密度が１０９９ｋｇ／ｍ^３、及びＡＳＴＭ Ｄ７９０に準じて測定される温度２５℃での曲げ弾性率が２．２ＧＰａである。

射出成形機（日精樹脂工業社製 型締め力４０ｔ、スクリュー径φ２６ｍｍ）を用い、実施例１の樹脂組成物により図１〜３に示すのと同様の形態の樹脂リング（Ｌ_１：１０４．５３ｍｍ、Ｌ_２：１００．２５ｍｍ、Ｗ_１１：４．６ｍｍ、Ｗ_１２：３．６ｍｍ、テーパ角度θ：３０°）を射出成形して作製した。このとき、ノズル温度を２４５℃、シリンダー温度を２１０〜２４５℃、金型温度を６０℃、並びに乾燥温度を８０℃及び乾燥時間を１０時間として真空乾燥した。

また、簡易射出成形機（井元製作所社製 型番：１６１４／１６１５）を用い、実施例１の樹脂組成物により、圧縮強度測定用の直径φ８ｍｍ及び長さ１０ｍｍの円柱状試験片、荷重変形率測定用の直径φ１４．３ｍｍ、長さ１２．７ｍｍの円柱状試験片、耐摩耗性試験用の直径φ４ｍｍ及び長さ１０ｍｍの円柱状試験片を射出成形して作製した。このときシリンダー温度を２５０℃とした。

＜実施例２＞
実施例２の樹脂組成物として、ポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂とを含む市販の樹脂組成物（三井化学社製 商品名：リュブマーＬＳ４１４０）９５質量％にグラファイト微粒子（オリエンタル産業製 商品名：ＡＴ−Ｎｏ．２０）５質量％を押出機によって混練添加した樹脂組成物を準備した。実施例２の樹脂組成物は、ＪＩＳ Ｋ７２１０に準じ、温度２３０℃及び荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるＭＦＲが１３ｇ／１０ｍｉｎ、ＡＳＴＭ Ｄ１５０５に準じて測定される密度が１１２３ｋｇ／ｍ^３、及びＡＳＴＭ Ｄ７９０に準じて測定される温度２５℃での曲げ弾性率が２．３ＧＰａである。

また、実施例２の樹脂組成物を用いて、実施例１と同じ条件で、射出成形により樹脂リングを、簡易射出成形機により円柱状の試験片をそれぞれ作製した。

＜比較例１＞
比較例１の樹脂組成物として、ポリオレフィン樹脂を含む市販の樹脂組成物（三井化学社製 商品名：リュブマーＬ３０００）を準備した。比較例１の樹脂組成物は、温度２３０℃及び荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるＭＦＲが０．３ｇ／１０ｍｉｎ、密度が９６９ｋｇ／ｍ^３、及び温度２５℃での曲げ弾性率が１．５ＧＰａである。

ノズル温度を２２０℃及びシリンダー温度を２００〜２２０℃としたことを除き、比較例１の樹脂組成物により実施例１の場合と同様の樹脂リングを射出成形して作製した。

また、シリンダー温度を２３０℃としたことを除き、比較例１の樹脂組成物により実施例１の場合と同様の円柱状の試験片を射出成形して作製した。

＜比較例２＞
比較例２の樹脂組成物として、ナイロン１１樹脂を含む市販の樹脂組成物（アルケマ社製 商品名：リルサンＢＥＳＮ ＴＬ）を準備した。比較例２の樹脂組成物は、温度２３０℃及び荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるＭＦＲが１ｇ／１０ｍｉｎ、密度が１０２０ｋｇ／ｍ^３、及び温度２５℃での曲げ弾性率が１．０ＧＰａである。

ノズル温度を２１０℃及びシリンダー温度を２００〜２１０℃としたことを除き、比較例２の樹脂組成物により実施例１の場合と同様の樹脂リングを射出成形して作製した。

また、シリンダー温度を２２０℃としたことを除き、比較例２の樹脂組成物により実施例１の場合と同様の円柱状の試験片を射出成形して作製した。

（試験評価方法）
＜耐久性試験＞
ニトリル樹脂組成物で形成された弾性体リング（Ｌ_３：１１１．２ｍｍ、Ｌ_４：１０４．４ｍｍ、Ｗ_２：４．６ｍｍ）を準備し、実施例１及び２並びに比較例１及び２のそれぞれの樹脂組成物で形成した樹脂リングと組み合わせてシール材を構成した。

続いて、外径がφ１００ｍｍの軸がハウジング（外装体）に形成された軸孔に挿通されたスイベルジョイントにおいて、その軸孔の内周に形成された幅５ｍｍ及び深さ５ｍｍの窪みに前記シール材を装着した。

そして、このスイベルジョイントを、作動油：タービン＃５６、作動温度：室温（２４℃）、作動圧力の変動範囲：０〜３５ＭＰａ、作動速度：３０ｃｐｍ、作動回転数：１５ｒｐｍ、及び作動回数：７０万回の条件で作動させ、油漏れの有無を目視にて確認した。

＜圧縮強度＞
実施例１及び２並びに比較例１及び２のそれぞれの樹脂組成物を射出成形して作製した直径φ８ｍｍ及び長さ１０ｍｍの円柱状試験片について、ＡＳＴＭ Ｄ６９５に準じ、温度２５℃において、測定速度１ｍｍ／ｍｉｎとして１０％歪み時の圧縮強度を測定した。

＜荷重変形率＞
実施例１及び２並びに比較例１及び２のそれぞれの樹脂組成物を射出成形して作製した直径φ１４．３ｍｍ及び長さ１２．７ｍｍの円柱状試験片についてＡＳＴＭ Ｄ６２１に準じ、温度２５℃において、測定開始１０秒後から２４時間後までの荷重変形率を測定した。

＜耐摩耗性試験＞
図１６に示すように、実施例１及び２並びに比較例１及び２のそれぞれの樹脂組成物を射出成形して作製した円柱状の試験片４１について、試料ホルダ４２に保持した後、それを試験片４１の下面が鋳鉄（Ｓ４５Ｃ）製の相手材４３に当接するようにセットし、続いて、試験片４１を相手材４３に押接させるように７８５Ｎの荷重を負荷した状態で、常温下、潤滑油を介在させずに、試験片４１の下面が摺接するように相手材４３を５０ｒｐｍの回転数で回転させ、そして、２４時間経過後の質量減量から下記式に基づいて摩耗深さを算出した。

摩耗深さ(μm）＝［試験片の質量減量(mg)×10］/摺動部面積(cm^２)×試験片の比重(g/cm^３)
（試験評価結果）
表１は試験評価結果を示す。

圧縮強度は、実施例１が３５ＭＰａ、実施例２が３６ＭＰａ、比較例１が２４ＭＰａ、及び比較例２が４１ＭＰａであった。

荷重変形率は、実施例１が６．８％、実施例２が６．６％、比較例１が３０％以上、及び比較例２が５．５％であった。

耐摩耗性試験における摩耗深さは、実施例１が２０６μｍ、実施例２が５１μｍ、比較例１が１６３μｍ、及び比較例２が４６８μｍであった。

耐久性試験においては、実施例１及び２では油漏れ無し、比較例１及び２では油漏れ有りであった。

本発明はシール材及びそれを用いたシール構造について有用である。

１０ シール材
１１ 樹脂リング
１１ａ 外周側部分
１１ｂ 内周側部分
１１ｃ 突条
１１ｄ コの字溝
１２ 弾性体リング
１２ａ 突条
２０ シール構造
２１ 軸
２２ 外装体
２３ 軸孔２３
２４ 窪み
３０ バックアップリング
４１ 試験片
４２ 試料ホルダ
４３ 相手材

Claims (14)

1. 樹脂リングと、前記樹脂リングに対してその内径を拡大又は縮小させるように弾性変形する弾性体リングと、を有するシール材であって、
   前記樹脂リングは、ポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂とを含み、且つＪＩＳ Ｋ７２１０に準じ、温度２３０℃及び荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるメルトフローレートが１〜５０ｇ／１０ｍｉｎである樹脂組成物で形成されているシール材。
2. 請求項１に記載されたシール材において、
   前記樹脂リングを形成する樹脂組成物には、グラファイト微粒子が配合されているシール材。
3. 請求項２に記載されたシール材において、
   前記グラファイト微粒子の配合量がポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂との総量に対して０．１〜２０質量％であるシール材。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載されたシール材において、
   前記樹脂リングを形成する樹脂組成物は、ＡＳＴＭ Ｄ１５０５に準じて測定される密度が９９０〜１２５０ｋｇ／ｍ^３であるシール材。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載されたシール材において、
   前記樹脂リングを形成する樹脂組成物は、ＡＳＴＭ Ｄ６９５に準じて測定される圧縮強度が２０ＭＰａ以上であるシール材。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載されたシール材において、
   前記樹脂リングを形成する樹脂組成物は、ＡＳＴＭ Ｄ６２１に準じて測定される荷重変形率が１０％以下であるシール材。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載されたシール材において、
   前記樹脂リングを形成する樹脂組成物は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準じて測定される曲げ弾性率が１ＧＰａ以上であるシール材。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載されたシール材において、
   前記樹脂リングを形成する樹脂組成物は、ポリアミド樹脂の含有質量の方がポリオレフィン樹脂の含有質量よりも多いシール材。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載されたシール材において、
   前記樹脂リングを形成する樹脂組成物に含まれるポリアミド樹脂の融点が２３０℃未満であるシール材。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載されたシール材において、
    前記樹脂リングを形成する樹脂組成物に含まれるポリオレフィン樹脂がα−オレフィンの単独重合体又は共重合体であるシール材。
11. 請求項１０に記載されたシール材において、
    前記α−オレフィンの分子内炭素数が２〜２０であるシール材。
12. 請求項１１に記載されたシール材において、
    前記α−オレフィンの分子内炭素数がエチレンであるシール材。
13. 軸と、前記軸が挿通された外装体と、前記軸及び前記外装体の間に設けられたリング状のシール材と、を備えたシール構造であって、
    前記軸の外周及び／又は前記外装体の内周には窪みが形成され、且つ前記窪みには前記シール材が収容されており、
    前記シール材は、前記窪みの開口から突出するように設けられた樹脂リングと、前記樹脂リングを前記窪みから押し出すように弾性変形する弾性体リングと、を有し、
    前記樹脂リングは、ポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂とを含み、且つＪＩＳ Ｋ ７２１０に準じ、温度２３０℃及び荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるメルトフローレートが１〜５０ｇ／１０ｍｉｎである樹脂組成物で形成されているシール構造。
14. 請求項１３に記載されたシール構造において、
    前記シール構造がスイベルジョイントに構成されているシール構造。
    

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