KR100730252B1 - 밀봉 링 및 밀봉 장치 - Google Patents

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도미히또 하시모또
야스아끼 야마모또
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Abstract

본 발명의 밀봉 링(10)은 작동유를 밀폐식으로 밀봉하고 샤프트 부재(12)의 외주연상에 제공된 환상의 밀봉 링 홈(16)에 부착된다. 밀봉 링(10)은, 불소수지와, 산소 분압이 1.33kPa 이하인 불활성 가스 분위기하에서 융점 이상으로 가열된 상태에서 내포된 1kGy 내지 10MGy 범위의 이온 방사선으로 방사되어 형성된 변성 불소수지와, 작동유의 표면 에너지를 포함하여 +0N/cm 내지 20×10-5N/cm 범위의 표면 에너지를 갖는 합성 수지를 포함한다.
밀봉 링, 불소수지, 밀봉 장치, 자동 변속, 작동유

Description

밀봉 링 및 밀봉 장치{SEAL RING AND SEAL DEVICE}
본 발명은 주로 자동차 등에서 이용되는 자동 변속기에서 상대 회전부의 작동유를 밀폐식으로 밀봉하는데 이용되는 밀봉 링 및 그것을 이용한 유압 밀봉 장치에 관한 것이다.
지금까지, 자동차와 같은 차량에서 이용된 자동 변속기는 토크 변환기, 기어, 제동 장치 및 다판 클러치를 포함하였다. 자동 변속기는 변속을 위한 클러치 결합을 필요로 하고, 이러한 클러치 결합이 오일 압력에 의해 행해지는 구성을 이용한다. 따라서, 유압 회로에서 상대적으로 회전하는 부분들에 대해 밀봉이 요구되고, 밀봉 링은 그러한 부분들을 구성하는 부재들 중 하나의 링 홈에 제공되고, 오일 압력에 의해 파트너 부재의 외주연(혹은 내주연) 상에 트러스트될 때, 링 홈의 측벽 표면을 활주하여 접하도록 설계된다.
최근, 그러한 밀봉 링은, 주철로 제조된 종래 링으로부터, 파트너 부재와 보다 밀접하게 접하도록 되고 우수한 밀봉 특성을 갖는 합성 수지로 제조된 링으로 변화되고 있다. 그러나, 합성 수지로 된 밀봉 링은 우수한 접촉성을 갖기 때문에, 파트너 부재와의 활주 접촉면상에서의 마찰 토크가 증가된다. 따라서, 마찰 토크를 줄이기 위한 다양한 기술이 이용되고 있다.
예를 들어, 합성 수지로 제조된 밀봉 링의 마찰 토크를 줄이기 위한 기술로서, 폴리테트라플루오르에틸렌과 같은 낮은 마찰 토크 특성의 우수한 불소수지가 밀봉 링의 기본 재료로 이용되는 방법이 알려져 있다(일본 특허 출원 공개 공보 제 평11-21408호 참조).
그러나, 불소수지는 우수한 낮은 마찰 토크 특성을 갖지만, 내하중성 및 내마모성이 열악하다. 따라서, 밀봉 링의 변형 및 자기 마모가 증가되어 활주 조건, 특히, 활주면상의 오일 필름이 얇아지는 높은 표면 압력하에서, 밀봉 특성을 유지하는 것이 불가능하게 되는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 수행된 것으로, 본 발명의 목적은 고압하의 작업중에도 밀봉 특성을 손상시키지 않으면서 활주면상의 마찰 토크를 효과적으로 저감할 수 있고, 결과적으로, 자동차의 연료소비의 개선에 기여할 수 있는 밀봉 링을 제공하는 것이며, 그리고 그러한 밀봉 링을 이용하는 밀봉 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양은 작동유를 밀폐식으로 밀봉하고 샤프트 부재의 외주연상에 제공된 환상의 밀봉 림 홈에 부착되는 밀봉 링을 제공하며, 밀봉 링은 불소수지와, 산소 분압이 1.33kPa 이하인 불활성 가스 분위기하에서 융점 이상으로 가열된 상태에서 내포된 1kGy 내지 10MGy 범위의 이온 방사선으로 방사되어 형성된 변성 불소수지와, 작동유의 표면 에너지를 포함하여 +0 내지 20×10-5N/cm 범위의 표면 에너지를 갖는 합성 수지를 포함하고, 밀봉 링은 반경 방향으로 그 내부와 대향하는 내부 링 주연면과, 반경 방향으로 그 외부와 대향하는 외부 링 주연면과, 축 방향으로 양 측면과 대향하는 한 쌍의 측면 링 표면을 포함하고, 오일 압력이 밀봉 링에 가해지면 외부 링 주연면은 하우징의 내부 주연면에 대해 가압되고, 측면 링 표면들 중 하나는 밀봉 링 홈의 측면에 대하여 가압되어 오일 압력을 유지한다.
본 발명의 제2 태양은, 샤프트 부재와, 샤프트 부재를 수용하는 하우징과, 작동유를 밀폐식으로 밀봉하고 샤프트 부재의 외주연상에 제공된 환상의 밀봉 링 홈에 부착되는 밀봉 링을 포함하는 유압 밀봉 장치를 제공하며, 밀봉 링은 불소수지와, 산소 분압이 1.33kPa 이하인 불활성 가스 분위기하에서 융점 이상으로 가열된 상태에서 내포된 1kGy 내지 10MGy 범위의 이온 방사선으로 방사되어 형성된 변성 불소수지와, 작동유의 표면 에너지를 포함하여 +0 내지 20×10-5N/cm 범위의 표면 에너지를 갖는 합성 수지를 포함하고, 밀봉 링은 반경 방향으로 그 내부와 대향하는 내부 링 주연면과, 반경 방향으로 그 외부와 대향하는 외부 링 주연면과, 축 방향으로 그들의 두 측면과 대향하는 한 쌍의 측면 링 표면을 포함하고, 오일 압력이 밀봉 링에 가해지면 외부 링 주연면은 하우징의 내부 주연면에 대하여 가압되고, 측면 링 표면들 중 하나는 밀봉 링 홈의 측면에 대하여 가압되어 오일 압력을 유지하고, 밀봉 링은 비철 금속인 샤프트 부재의 밀봉 링 홈의 측면과 비철 금속인 하우징의 내주연면 중 어느 것과 활주하여 접한다.
도1은 본 발명의 밀봉 링이 적용될 수 있는 차량용 자동 변속기의 유압 밀봉 장치의 단면도이다.
도2는 도1의 밀봉 링의 사용을 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도3은 본 발명의 밀봉 링의 활주 특성에 있어서 개선 효과를 확인하기 위해 행해진 마모 테스트에 사용된 밀봉 링의 형상을 나타내는 사시도이다.
도4는 본 발명의 밀봉 링의 활주 특성에서의 개선 효과를 확인하기 위해 행해진 마모 테스트에 사용된 수직 링-온-디스크 시스템의 마모 테스트 기계의 개략도이다.
도5는 테스트 조건1에서 마찰 계수의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이다.
도6은 테스트 조건1에서 마모 테스트후 밀봉 링 및 디스크의 마모량을 나타내는 그래프이다.
도7은 테스트 조건2에서 마찰 계수의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이다.
도8은 테스트 조건2에서 마모 테스트후 밀봉 링 및 디스크의 마모량을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 밀봉 링 및 유압 밀봉 장치가 도면을 참조로 상세히 설명될 것이다.
도1 및 도2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 밀봉 링(10)은 샤프트 부재(12) 의 밀봉 링 홈(16)에 제공된다. 또한, 샤프트 부재(12)는 하우징(14)에 수납되는데, 양자 모두는 비철 금속으로 구성된다. 오일 압력이 샤프트 부재(12)의 오일 통로(13)로부터 하우징(14)의 오일 통로(15)에 가해지면, 오일 압력은 각각의 밀봉 링 홈(16)에도 전달되어 각각의 밀봉 링(10)의 내주연면(17a) 및 내측면(11i)상에서 작동하게 된다. 그 후, 밀봉 링(10)은, 그 외주연면(17b)이 하우징(14)의 내주연면(18)에 대해 가압되고, 그 외측면(11o), 즉 밀봉면이 밀봉 링 홈(16)의 밀봉 측면(19)에 대해 가압되는 식으로 하여, 밀봉 효과를 나타낸다.
각 밀봉 링(10)의 외주연면(17b)과 하우징(14)의 내주연면(18) 사이에서 발생된 마찰 토크는 링(10) 및 밀봉 링 홈(16)의 밀봉 측면(11o 및 19) 사이에서 발생된 마찰 토크보다 크다. 따라서, 하우징(14)이 상기한 바와 같은 상태에서 샤프트 부재(12)에 대하여 회전하면, 밀봉 링(10)이 하우징(14)에 수반하여 회전하고, 상대 회전 이동이 두 밀봉 측면들 상에서 발생된다.
그러한 구성을 갖는 밀봉 장치에서, 밀봉 링의 본체가 합성 수지로 제조되면, 파트너 부재의 밀봉 측면과의 접착 특성이 개선되고, 따라서, 밀봉 특성이 향상된다. 그러나, 밀봉 링의 마찰 토크는 증가된다.
상기한 문제와 관련하여, 밀봉 링의 마찰 토크를 저감하기 위한 기술로서, 우수한 낮은 마찰 토크 특성을 갖는 가령 테트라플루오르에틸렌과 같은 불소수지를 밀봉 링의 기본 재료로 이용하는 방법이 존재한다. 불소수지는 그러한 우수한 낮은 마찰 토크 특성을 갖지만, 열악한 내마모성 및 내하중성을 갖는다. 따라서, 밀봉 링의 자기 마모/변형은 높은 표면 압력하에서 증가되어, 그 결과 밀봉 특성을 유지하는 것이 불가능하게 된다.
지금까지, 불소수지의 내하중성의 향상을 달성하기 위하여, 통상 유리 섬유 및 탄소 섬유와 같은 섬유 충전 재료가 여기에 첨가되어 왔다. 그러나, 밀봉 링 홈의 측면 또는 하우징의 내주연면이 알루미늄과 같은 비철 금속으로 제조되고, 밀봉 링이 PV(부하 압력×속도)=40MPa·m/s 이상의 극심한 활주 조건하에 놓이면, 밀봉 링 표면으로 돌출한 섬유 가장자리 및 밀봉 링으로부터 떨어진 섬유는 활주의 파트너로서 비철 금속의 마모를 가속화하여, 때때로 밀봉 특성에 손상을 가져온다.
따라서, 본 발명의 밀봉 링에서는, 불소수지의 내하중성을 개선하는 동시에, 링의 측면 또는 알루미늄과 같은 연성 비철 금속으로 제조된 파트너 부재인 하우징의 내주연면의 마모를 억제하도록, 변성 불소수지가 밀봉 링의 불소수지와 화합된다. 변성 불소수지는, 산소 분압이 1.33kPa 이하인 불활성 가스 분위기하 융점 이상으로 가열된 상태에서 내포된 1kGy 내지 10MGy 범위의 이온 방사선으로 방사되어 제조된다. 그러한 조건하에서 변성 불소수지는 분자 체인의 가교 구조(bridged structure)를 갖는다. 따라서, 종래 불소수지와 변성 불소수지를 화합하여 내마모성을 우수한 범위로 개선하는 것이 가능하다.
여기서, 불활성 가스 분위기에서 산소 분압이 1.33kPa를 초과하면, 이온 방사선으로 활성화된 불소수지의 일부에 산소가 결합되어 상기한 가교 구조를 형성하는 재결합 반응이 억제되는 경향이 있다.
또한, 이온 방사선량이 1kGy 미만이면, 불소수지의 부분 분해 반응이 진행하기 어려워져서 가교 구조가 형성되기 어렵다. 한편, 이온 방사선량이 10MGy를 초 과하면, 불소수지의 부분 분해 반응만이 진행되어, 재결합 반응에 의한 가교 구조의 형성이 억제되는 경향이 있다.
이온 방사선으로 방사된 변성 불소수지는, 불소수지의 전체 화합된 량(불소수지와 변성 불소수지의 합)에 대하여, 5 내지 50 체적 퍼센트 범위로, 바람직하게는 10 내지 30 체적 퍼센트 범위로 화합된다. 변성 불소수지의 화합량이 5 체적 퍼센트 미만이면, 불소수지 자체의 내마모성의 개선 효과가 인식되지 않는다. 그 량이 50 체적 퍼센트를 초과하면, 구성 성분들을 밀봉 링으로 몰딩하기 어려워진다.
또한, 불소수지는 그것의 표면 에너지의 작음으로 인해 오일 반발 특성을 나타내기 때문에, 밀봉 링은 특히 오일 필름이 얇아지는 높은 표면 압력하에서 활주면의 오일 필름을 유지할 수 없다. 따라서, 마찰 토크와 자기 마모량은 바람직하지않게 증가한다.
따라서, 본 발명의 밀봉 링에서, 불소수지로 제조된 밀봉 링의 오일 필름 보유 특성을 향상시키도록, 다음의 합성 수지가 밀봉 링의 기본 재료 역할을 하는 불소수지와 화합되는 것이 바람직하다. 이러한 합성 수지는 밀폐식으로 밀봉되는 작동유의 표면 에너지를 포함하여 +0N/cm 내지 20×10-5N/cm 범위의 표면 에너지를 갖는 수지이다. 그러한 화합으로, 활주부의 오일 보유 특성은 향상되어, 불소수지로 제조된 밀봉 링을 높은 표면 압력하에서 활주하는 것이 가능해진다.
통상, 밀봉 링의 오일 필름 보유 특성을 향상시키기 위해서, 그것의 활주면 상에 미세한 불균일이 제공되고, 오일 필름을 유지하기 위한 홈이 그 위에 마련된다. 그러나, 그러한 미세한 불균일 및 홈에 관하여, 사출 성형 이외의 몰딩법에 의해 제조된 불소수지제 밀봉 링에 있어서, 몰딩후 기계 가공 작업을 추가할 필요가 있다. 따라서, 제조 프로세스의 증가로 인한 비용 증가가 초래된다. 또한, 활주면이 마모됨에 따라, 그것의 오일 필름 보유 능력은 저하된다.
상기한 문제에 관하여, 본 발명에서는, 밀폐식으로 밀봉되는 작동유의 표면 에너지와 같거나 그 이상의 표면 에너지를 갖는 합성 수지가 불소수지에 첨가된다. 따라서, 제조 프로세스의 추가는 제거된다. 또한, 활주면이 마모되더라도, 오일 필름 보유 성능은 저하되지 않는다. 따라서, 높은 표면 압력이 가해지는 조건하에서 장기간 오일 필름을 확보하는 것이 가능해진다.
본 발명에서 사용된 합성 수지는, 작동유의 표면 에너지를 포함하여 +0N/cm 내지 20×10-5N/cm 범위의 표면 에너지를 가지는 것이 요구된다. 상기 범위를 벗어난 표면 에너지를 갖는 합성 수지가 불소수지와 화합되면, 4MPa 이상의 표면 압력이 가해지는 조건하에서 오일 보유 특성의 개선 효과는 인식할 수 없고, 밀봉 링 자체의 마모는 증가한다. 자동 변속기용 일반 작동유의 표면 에너지는 대략 30×10-5N/cm 이므로, 합성 수지는 표면상의 젖음성을 발생하도록 이것 이상의 표면 에너지를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 파트너 부재의 금속 표면과 합성 수지 사이의 표면 에너지의 차이가 20×10-5N/cm를 초과하면, 활주면상의 고른 오일 필름의 형성이 억제되는 경향이 있다. 따라서, 관련된 합성 수지에 대하여, 작동유의 표 면 에너지와 같거나 그 이상의 표면 에너지를 가져서 파트너 금속 부재와의 표면 에너지 차이가 작은 합성 수지가 적절하다. 상기한 바와 같은 조건을 만족시키는 합성 수지 재료로서, 폴리아미드이미드가 최적이다. 또한, 이 경우, 평균 입자 직경이 2㎛ 내지 150㎛ 범위인 파우더 폴리아미드이미드를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 소정의 표면 에너지를 갖는 합성 수지와, 밀봉 링을 구성하는 재료에 대하여 5 내지 50 체적 퍼센트 범위의 비율, 보다 바람직하게는, 5 내지 30 체적 퍼센트 범위의 비율로 본 발명의 밀봉 링을 화합하는 것이 바람직하다.
합성 수지의 화합된 량의 비율이 5 체적 퍼센트 미만이면, 상기한 작동유와의 젖음성의 개선 효과는 종종 얻을 수 없다. 비율이 50 체적 퍼센트를 초과하면, 활주면의 마찰 토크는 종종 증가된다.
본 발명은 실시예 및 비교예에 기초하여 보다 상세히 다음에 설명될 것이지만, 이들 실시예에 제한되지 않는다.
(실시예1)
밀봉 링(10)의 기본 재료 역할을 하는 불소수지로서, 불소수지 중 우수한 낮은 마찰 토크를 갖는 테트라플루오르에틸렌이 사용되었다. 테트라플루오르에틸렌 몰딩 파우더[아사히 글라스 컴파니(Asahi Glass Company)제 G-163]는, 산소 분압이 0.133kPa이고 질소 분압이 106.4kPa이고 가열 조건이 350℃인 분위기하에서 100kGy 노출에 의해 전자빔(2MeV의 가속 전압)으로 방사되었다. 따라서, 변성 불소수지가 제조되었다. 그 후, 이러한 변성 수지는 그것의 평균 입자 직경이 대략 2㎛에 도 달할 때까지 제트 밀에 의해 분쇄되었다. 다음, 25 체적 퍼센트의 상기한 변성 불소수지는 55 체적 퍼센트의 비변성 테트라플루오르에틸렌 몰딩 파우더(아사히 글라스 컴파니제 G-163)와 화합되었다. 또한, 작동유의 표면 에너지를 포함하여 +0N/cm 내지 20×10-5N/cm 범위의 표면 에너지를 갖는 합성 수지로서, 20 체적 퍼센트의 폴리아미드이미드 파우더[아모코(Amoco)제 TORLON 4203L;평균 입자 직경: 15㎛]가 화합된 파우더에 첨가되었다.
폴리아미드이미드가 선택되었는데, 그 이유는, 하기 표1에 나타난 바와 같이, 그것이 실제 유닛에서 사용하기 위한 자동 변속기용 작동유와 같거나 그 이상인 표면 에너지를 갖고, 또한 자동 변속기의 샤프트 부재로 사용되는 알루미늄 다이 캐스트 재료와의 표면 에너지 차이가 최소였기 때문이다.
[표1]
재료 표면 에너지(10-5N/cm)
폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 19.3
폴리에테르에테르케톤(PEEK) 45.3
폴리아미드46(PA46) 40.2
폴리에테르설폰(PFS) 47.4
폴리아미드이미드(PAI) 31.8
알루미늄 다이-캐스트 재료 33.4
자동 변속기용 작동유[이데미쯔 고산 코퍼레이션 리미티드(Idemitsu Kosan Co., Ltd.)제 닛산 순수 자동 변속기 유체 매틱 J(Nissan genuine automatic transmission fluid Matic J)] 30.5
상기한 파우더 화합물은 믹서에 의해 충분히 혼합된 다음, 300℃에서 12시간동안 가열에 의해 가공되었다. 따라서, 고온 휘발성 성분이 제거되었다. 다음, 파우더 화합물은 50MPa의 몰딩 압력하에서 원통 형상으로 미리 몰딩되었다. 그 후, 미리 몰딩된 화합물은 350 내지 400℃ 온도 범위에서 3시간 동안 전기로에서 베이킹되었다.
베이킹에 의해 얻어진 불소수지 조성물은 선반에 의해 도3에 도시된 직선 간극(20)을 갖는 밀봉 링(10)으로 가공되었다. 따라서, 이 실시예의 밀봉 링이 얻어졌다.
(비교예1)
21 체적 퍼센트의 그라파이트 파우더[SEC 코퍼레이션(corporation)에 의해 제조된 입자 직경 3㎛의 SGL]와, 직경이 14.5㎛이고 길이가 90㎛인 12 체적 퍼센트의 탄소 섬유[쿠레하 케미컬 인더스트리 코퍼레이션 리미티드(Kureha Chemical Industry Co., Ltd.)제 Kreca Chop M-2007S]가 67 체적 퍼센트인 비변성 테트라플루오르에틸렌 몰딩 파우더(아사히 글라스 컴파니제 G-163)에 첨가되었다. 상기한 파우더 화합물은 믹서에 의해 혼합된 다음 50MPa의 몰딩 압력하에서 원통 형상으로 미리 몰딩되었다. 그 후, 미리 몰딩된 화합물은 350 내지 400℃ 온도 범위에서 3시간 동안 전기로에서 베이킹되었다.
베이킹에 의해 얻어진 불소수지 조성물은 선반에 의해 도3에 도시된 직선 간극(20)을 갖는 밀봉 링(10)으로 가공되어, 이 예의 밀봉 링이 얻어졌다.
(비교예2)
35 체적 퍼센트인 실시예1의 변성 불소수지는 65 체적 퍼센트인 비변성 테트라플루오르에틸렌 몰딩 파우더(아사히 글라스 컴파니제 G-163)와 화합되었다. 얻어진 화합물은 믹서로 충분히 혼합된 다음, 300℃에서 12시간 동안 가열에 의해 가공되었다. 따라서, 고온 휘발성 성분이 제거되었다. 다음에, 파우더 화합물은 50MPa의 몰딩 압력하에서 원통 형상으로 미리 몰딩되었고, 그 후, 350 내지 400℃ 온도 범위에서 3시간 동안 전기로에서 베이킹되었다.
베이킹에 의해 얻어진 불소수지 조성물은 선반에 의해 도3에 도시된 직선 간극(20)을 갖는 밀봉 링(10)으로 가공되어, 이 예의 밀봉 링이 얻어졌다.
(비교예3)
20 체적 퍼센트인 실시예1의 변성 불소수지는 50 체적 퍼센트인 비변성 테트라플루오르에틸렌 몰딩 파우더(아사히 유리 회사제 G-163)와 화합되었다. 또한, 화합된 파우더에, 10 체적 퍼센트의 스테인레스 스틸 플레이크 파우더[후꾸다 메탈 포일 & 파우더 코퍼레이션 리미티드(Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd.)제 St-S400 메쉬]가 금속 파우더로서 첨가되었고, 작동유의 표면 에너지를 포함하여 +0 내지 20×10-5N/cm 범위의 표면 에너지를 갖는 합성 수지로서 폴리아미드이미드 파우더(아모코제 TORLON 4203L; 평균 입자 직경:15㎛)가 20 체적 퍼센트 첨가되었다.
상기와 같은 식으로 얻어진 파우더는 실시예1과 유사한 조건하에서 밀봉 링(10)으로 기계가공되어, 이 예의 밀봉 링이 얻어졌다.
(성능 평가)
본 발명의 활주 특성의 개선 효과를 확인하기 위해, 실시예1 및 비교예1 내지 3의 밀봉 링에 대하여 자동 변속기용 작동유(이데미쯔 고산 코퍼레이션 리미티드제 닛산 고유 자동 변속 유체 Matic J)(28)에서 마모 테스트를 행하였다(도4 참조).
파트너 부재로서, 무게 감소를 위한 요구에 기초하여 자동 변속기의 샤프트 부재(12)로 최근 몇 년간 사용된 알루미늄 다이-캐스트 재료(ADC-12)가 선택되었다. 알루미늄 다이-캐스트 재료(ADC-12)로서, JIS H5302(ISO 3522)에 부합하는 것이 사용되었다. 또한, 테스트 장치에의 설치를 위해, 알루미늄 다이-캐스트 재료의 테스트편 형상은 직경 60mm 및 두께 10mm로 설정되었고, 이러한 테스트편은 디스크(25)로 규정되었다. 그것의 활주 접촉면의 표면 조도는 대략 Ra=1㎛로서 설정되었다.
도4는 이 테스트에서 사용된 수직 링-온-디스크 시스템의 마찰 및 마모 테스트 기계를 개략적으로 나타낸다. 이 테스트 기계는 그 상부에 링 홀더(21)를 갖는다. 링 홀더(21)는, 활주시 밀봉 링(10)의 직경 방향으로 움직이지 않도록 내주연면(17a) 상에 제공된 스냅 링(22)의 스프링력에 의해, 홀더의 홈부에 대해 외주연면(17b)을 트러스트하여(thrusting) 밀봉 링(1)을 고정한다.
한편, 회전 샤프트(27)에 결합된 디스크 홀더(26)는 테스트 기계의 하부에 제공된다. 디스크(25)가 볼트에 의해 디스크 홀더(26)에 고정되면, 디스크(25)는 밀봉 링(10)에 대하여 자유롭게 회전한다. 다음에, 링 홀더(21)는 하강하게 되고, 따라서 밀봉 링(10)과 디스크(25)는 활주하여 접촉하는 관계로 된다. 또한, 압력(P)은 링 홀더(21)의 축 라인 방향으로부터 밀봉 링(10) 및 디스크(25)에 가해지므로, 밀봉 링(10)과 디스크(25)는 함께 클램프된다. 이 때, 밀봉 링(10)과 디스크(25)의 활주 접촉부는 작동유(이데미쯔 고산 코퍼레이션 리미티드제 닛산 고유 자동 변속 유체 Matic J)(28)에 침지된다. 참조 번호 23은 하중 셀을 나타내고, 참조 번호 24는 토크 감지기를 나타낸다.
먼저, 상기한 테스트 기계의 사용에 의해, 테스트 조건1(클램프된 표면 압력이 5MPa, 마찰 속도는 10m/sec.이고, 테스트 시간은 6시간이었다)에서 실시예1과 비교예1 및 2의 밀봉 링에 대하여 활주 테스트를 수행하였다. 도5는 테스트 조건1하에서 마찰 계수의 시간에 따른 변화를 나타내고, 도6은 활주 테스트후 밀봉 링(10)과 디스크(25)의 마모량을 나타낸다.
도5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예1에서, 활주 테스트 동안 마찰 계수의 편차 및 절대값은 작고, 실시예1은 알루미늄제 디스크(25)에 대하여 우수한 활주 특성을 나타낸다. 반면, 비교예1 및 2 각각에서, 밀봉 링(10)의 내마모성 및 내하중성의 개선은 활주 테스트 조건에 대하여 불충분하다. 따라서, 테스트 동안 밀봉 링(10)의 이상 마모가 발생하고, 마찰 계수는 빠르게 증가한다. 실시예1과 비교예1 및 2를 비교하면, 실시예1에서는 폴리아미드이미드의 첨가가 오일 유지 특성을 개선하여 스윙 특성이 우수한 범위로 개선되는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예1은 테스트 조건1하에서 알루미늄 재료에 대하여 우수한 활주 특성을 나타내기 때문에, 디스크(25) 및 밀봉 링(10)의 마모량은 도6에 나타난 바와 같이 이 실시예에서 작다. 한편, 비교예1 및 2 각각에서는, 링의 내마모성 및 내하중성의 개선이 불충분하다. 따라서, 테스트 동안 밀봉 링(10)의 이상 마모가 발생하고, 링의 마모 깊이가 1000㎛ 이상에 달한다.
또한, 탄소 섬유가 첨가된 비교예1에서, 밀봉 링(10)의 활주면으로부터 돌출한 탄소 섬유는 파트너 부재인 알루미늄 디스크(25)를 마모시킨다. 따라서, 밀봉 링(10)의 마모량뿐 아니라 알루미늄 디스크(25)의 마모량도 증가되었다.
스테인레스 스틸 플레이크 파우더와 화합되는 비교예3의 밀봉 링이 상기한 테스트 조건1하에서 활주 테스트에 또한 적용되면, 이 예의 밀봉 링은 알루미늄제 디스크(25)에 대하여 우수한 활주 특성을 나타낸다. 또한, 링의 내마모성이 우수한 범위로 향상된다. 따라서, 링에서 마모가 인지되지 않았다(마모 깊이: 0㎛).
다음에, 실시예1이 우수함을 분명히 하기 위해, 접촉면 압력이 증가되는 테스트 조건2(클램핑된 표면 압력이 8MPa, 마찰 속도가 10m/sec이고, 테스트 시간이 6시간)하에서 실시예1 및 비교예3에 대해서만 활주 테스트가 행해졌다. 도7은 테스트 조건2하에서 마찰 계수의 시간에 따른 변화를 나타낸다.
도7에 나타난 바와 같이, 실시예1에서, 활주 테스트 동안 마찰 계수의 편차 및 절대값은 테스트 조건2에서도 작고, 실시예1은 알루미늄-디스크(25)에 대하여 우수한 활주 특성을 나타낸다. 이에 반해, 예3에서, 마찰 계수는 테스트 시간의 경과에 따라 증가되고, 링의 마모량은 테스트의 시작으로부터 40분에 대략 1000㎛에 도달하였다. 따라서, 테스트는 중지되었다. 상기한 바와 같이, 비교예3에서, 자기 윤활 특성이 없는 스테인레스 스틸 플레이크 파우더는 높은 표면 압력하에서 마찰 계수의 증가를 유발하고, 활주면의 온도는 테스트 시간의 경과와 함께 증가하여, 밀봉 링의 마모가 가속화된다.
도8은 활주 테스트후 밀봉 링(10) 및 디스크(25)의 마모량을 나타낸다. 실시예1에서, 링이 대략 100㎛로 마모된 것처럼 보일지라도, 이것은 마모가 아니고 크립 변형에 의해 유발된 것이다. 이러한 이유로, 링의 마모는 실시예1에서 또한 얼마 안된다. 한편, 비교예3에서, 링의 이상 마모는 마찰 계수의 증가와 함께 발생한다. 또한, 링의 이상 마모는 알루미늄의 마모를 가속화한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는, 불소수지로 제조된 밀봉 링에, 작동유의 표면 에너지보다 큰 표면 에너지를 갖는 합성 수지가 첨가되고, 그것의 융점과 같거나 높은 온도로 가열된 상태에서 불활성 가스 분위기하 소정 범위의 이온 방사선으로 방사되어 구성된 변성 불소수지가 첨가된다. 따라서, 활주의 파트너 부재가 알루미늄 합금과 같은 비철 금속일지라도, 파트너 부재에 대한 밀봉 링의 공격성이 저감되고, 우수한 밀봉 특성이 유지될 수 있다. 또한, 활주면상의 마찰 토크를 가능한 최소한으로 줄일 수 있다. 결과적으로, 자동차의 연료 소비의 개선에 기여할 수 있는 매우 우수한 효과가 얻어진다.
출원일이 2003년 10월 2일인 일본 특허 출원 제 P2003-344103호의 전체 내용이 참고로 여기 수록된다.
본 발명은 발명의 특정 실시형태에서 참고로 기재되었지만, 상기한 실시형태들에 한정되지 않고, 개시 내용의 관점에서 본 기술분야에 숙련된 자들에게 명백하다. 발명의 범위는 이하 청구범위를 참조로 한정된다.
본 발명에 따르면, 단지 밀봉 링의 충전 재료를 변경하는 것에 의해 활주 특성을 개선할 수 있고, 따라서, 밀봉 링 자체의 기본 설계와 제조 장비를 변경할 필요가 없다. 따라서, 활주 특성이 저비용으로 개선될 수 있다고 하는 이점이 얻어진다.

Claims (7)

  1. 작동유를 밀폐식으로 밀봉하고 샤프트 부재의 외주연상에 제공된 환상의 밀봉 림 홈에 부착되는 밀봉 링이며,
    불소수지와,
    산소 분압이 1.33kPa 이하인 불활성 가스 분위기하에서 융점 이상으로 가열된 상태에서 내포된 1kGy 내지 10MGy 범위의 이온 방사선으로 방사되어 형성된 변성 불소수지와,
    작동유의 표면 에너지를 포함하여 +0N/cm 내지 20×10-5N/cm 범위의 표면 에너지를 갖는 합성 수지를 포함하고,
    밀봉 링은 반경 방향으로 그 내부와 대향하는 내부 링 주연면과, 반경 방향으로 그 외부와 대향하는 외부 링 주연면과, 축 방향으로 양 측면과 대향하는 한 쌍의 측면 링 표면을 포함하고,
    오일 압력이 밀봉 링에 가해지면, 외부 링 주연면은 하우징의 내부 주연면에 대해 가압되고, 측면 링 표면들 중 하나는 밀봉 링 홈의 측면에 대하여 가압되어 오일 압력을 유지하는 밀봉 링.
  2. 제1항에 있어서, 불소수지와 변성 불소수지의 전체량에 대한 변성 불소수지의 비율은 5 내지 50 체적 퍼센트 범위인 밀봉 링.
  3. 제1항에 있어서, 밀봉 링을 구성하는 재료에 대한 합성 수지의 화합 비율은 5 내지 50 체적 퍼센트 범위인 밀봉 링.
  4. 제1항에 있어서, 상기 합성 수지는 폴리아미드이미드인 밀봉 링.
  5. 제4항에 있어서, 폴리아미드이미드는 평균 입자 직경이 2㎛ 내지 150㎛ 범위의 파우더로 이용되는 밀봉 링.
  6. 제1항에 있어서, 밀봉 링은 차량용 자동 변속기에서 상대적으로 회전하는 부분을 위한 유압 밀봉에 이용되는 밀봉 링.
  7. 유압 밀봉 장치이며,
    샤프트 부재와,
    샤프트 부재를 수용하는 하우징과,
    작동유를 밀폐식으로 밀봉하고 샤프트 부재의 외주연상에 제공된 환상의 밀봉 링 홈에 부착되는 밀봉 링을 포함하고,
    밀봉 링은,
    불소수지와,
    산소 분압이 1.33kPa 이하인 불활성 가스 분위기하에서 융점 이상으로 가열 된 상태에서 내포된 1kGy 내지 10MGy 범위의 이온 방사선으로 방사되어 형성된 변성 불소수지와,
    작동유의 표면 에너지를 포함하여 +0N/cm 내지 20×10-5N/cm 범위의 표면 에너지를 갖는 합성 수지를 포함하고,
    밀봉 링은 반경 방향으로 그 내부와 대향하는 내부 링 주연면과, 반경 방향으로 그 외부와 대향하는 외부 링 주연면과, 축 방향으로 그들의 양 측면과 대향하는 한 쌍의 측면 링 표면을 포함하고, 오일 압력이 밀봉 링에 가해지면, 외부 링 주연면은 하우징의 내부 주연면에 대하여 가압되고, 측면 링 표면들 중 하나는 밀봉 링 홈의 측면에 대하여 가압되어 오일 압력을 유지하고,
    밀봉 링은, 비철 금속인 샤프트 부재의 밀봉 링 홈의 측면과 비철 금속인 하우징의 내주연면 중 어느 것과 활주하여 접촉하는 유압 밀봉 장치.
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