KR102401850B1

KR102401850B1 - 수소화나이트릴 고무 조성물 및 드라이브트레인용 오일씰

Info

Publication number: KR102401850B1
Application number: KR1020177019143A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 코바야시
Original assignee: 엔오케이 가부시키가이샤
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2022-05-25
Also published as: CN107108977A; WO2016098647A1; CN113583318A; JP6677967B2; US20170355838A1; EP3235863A1; JP2016117792A; KR20170095305A; EP3235863A4; US10442919B2; EP3235863B1

Abstract

본 발명은, 씰의 마모가 진행되어도, 혹은 그리스가 없는 드라이 윤활 하에 있어서도, 씰 잡음을 억제할 수 있는 수소화나이트릴 고무 조성물 및 드라이브트레인용 오일씰을 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명의 수소화나이트릴 고무 조성물은, 수소화나이트릴 고무 100중량부에 대해서, 충전제로서, 10 내지 55중량부의 규회석과, 10 내지 55중량부의 흑연을 함유하고, 이들 충전제의 총량이 50 내지 110중량부이다. 또한, 본 발명의 드라이브트레인용 오일씰은, 해당 수소화나이트릴 고무 조성물을 가교시켜 얻어진 가교체에 의해 구성된다.

Description

수소화나이트릴 고무 조성물 및 드라이브트레인용 오일씰{HYDROGENATED NITRILE RUBBER COMPOSITION AND DRIVETRAIN OIL SEAL}

본 발명은, 수소화나이트릴 고무 조성물 및 해당 고무 조성물로부터 얻어지는 드라이브트레인용 오일씰에 관한 것이다.

종래의 드라이브트레인용 오일씰에는, 사용 환경온도(-35℃ 내지 150℃)에의 적응의 관점에서부터, 아크릴 고무(ACM)가 사용되어 왔다.

그러나, 중남미와 같은 침수로를 주행하는 바와 같은 환경에서는, 흙탕물이 침입함으로써 씰 슬라이딩부에 이물이 씹혀들어가, 씰의 마모에 의한 오일 누설을 발생시켜 버린다.

한편에서, 수소화나이트릴 고무(HNBR)를 씰 기술에 이용하는 것이 제안되어 있다. 특허문헌 1에는, HNBR과 NBR을 병용한 조성물을, 개스킷의 기재에 이용하는 것을 기재하고 있다. 또한, 특허문헌 2는, HNBR 등의 고무에, 실리콘 오일, 불소 함유 중합체를 배합한 조성물을, 볼 베어링에 이용하는 것을 기재하고 있다.

JPH9-111048 A

JP

2003-166547

A

본 발명자는, 드라이브트레인용 오일씰에 있어서, 오일을 씰링하기 위한 메인 립보다도 대기 측에 사이드 립(side lip)을 설치하고, 또한 씰의 재질로서, 흙탕물이나 더스트에 강한 수소화나이트릴 고무(HNBR)를 이용하는 것에 대해서 검토하였다.

이것에 의해, 메인 립에 흙탕물이나 더스트가 침입하는 것을 방지하여, 씰 수명의 저하를 억제할 수 있다.

그러나, 사이드 립 슬라이딩 부위, 구체적으로는, 사이드 립과, 해당 사이드 립이 슬라이딩하는 디플렉터(deflector) 사이에 씰 스퀄(seal squeal)이 발생한다는 새로운 과제가 발견되었다.

사이드 립 슬라이딩 부위에는, 윤활 불량에 의한 마찰, 마모를 방지하기 위하여, 그리스가 도포되지만, 흙탕물에 의해 그리스가 씻겨져 버리거나, 경년 사용에 의해 그리스의 잔류가 없어지거나 함으로써, 씰의 마모가 진행되어, 윤활상태가 악화되어서, 사이드 립/디플렉터 사이에서의 윤활 불량에 의해 씰 스퀄이 발생한다.

그래서, 본 발명의 과제는, 씰의 마모가 진행되어도, 혹은 그리스가 없는 드라이 윤활 하에 있어서도, 씰 스퀄을 억제할 수 있는 수소화나이트릴 고무 조성물 및 드라이브트레인용 오일씰을 제공하는 것에 있다.

또 본 발명의 다른 과제는, 이하의 기재에 의해 명확해질 것이다.

상기 과제는, 이하의 각 양상에 의해 해결된다.

제1 양상

수소화나이트릴 고무 100중량부에 대해서, 충전제로서, 10 내지 55중량부의 규회석과, 10 내지 55중량부의 흑연을 함유하고, 이들 충전제의 총량이 50 내지 110중량부인 수소화나이트릴 고무 조성물.

제2 양상

카본블랙을 더 함유하는, 제1 양상에 기재된 수소화나이트릴 고무 조성물.

제3 양상

제1 양상 또는 제2 양상에 기재된 수소화나이트릴 고무 조성물을 가교시켜 얻어진, 드라이브트레인용 오일씰.

제4 양상

사이드 립의 단부면을 슬라이딩 씰면으로 하는 드라이브트레인에 이용하는, 제3 양상에 기재된 드라이브트레인용 오일씰.

본 발명에 따르면, 씰의 마모가 진행되어도, 혹은 그리스가 없는 드라이 윤활 하에 있어서도, 씰 스퀄을 억제할 수 있는 고무 조성물 및 드라이브트레인용 오일씰을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 압축영구변형의 증대도 억제할 수 있는 고무 조성물 및 드라이브트레인용 오일씰을 제공할 수 있다.

즉, 씰 스퀄은, 특히 마찰 계수가 높아지는 저속영역에 있어서, 스틱-슬 립(stick-slip)에 의해 발생한다는 지견을 찾아내고, HNBR에, 2종의 충전 재료를, 특정한 배합량으로 배합함으로써, 마찰 특성을 제어함으로써 씰 스퀄을 억제하고, 압축 영구변형의 증대의 억제를 도모할 수 있었다.

도 1은 드라이브트레인용 오일씰을 구비한 밀봉 구조의 일례 나타낸 단면도.

이하에, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다.

본 발명의 수소화나이트릴 고무 조성물은, 폴리머로서, 수소화나이트릴 고무(HNBR) 100중량부에 대해서, 충전제로서, 10 내지 55중량부의 규회석과, 10 내지 55중량부의 흑연을 함유하고, 이들의 충전제의 총량이 50 내지 110중량부이다.

이러한 수소화나이트릴 고무 조성물을 가교시켜 얻어진 가교체에 의해 구성되는 드라이브트레인용 오일씰은, 씰의 마모가 진행되어도, 혹은 그리스가 없는 드라이 윤활 하에 있어서도, 씰 스퀄을 억제할 수 있고, 또한, 압축 영구변형의 증대도 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

수소화나이트릴 고무로서는, 결합 아크릴나이트릴량이 15 내지 45중량％인 것을 바람직하게 이용할 수 있다.

수소화나이트릴 고무는, 시판품으로서도 입수 가능하고, 예를 들면, 니혼제온사 제품인 「Zetpol 2010」, 「Zetpol 2020」, 「Zetpol 4310」 등을 바람직하게 이용할 수 있다.

또, 본 발명의 효과를 현저하게 발휘하는 관점에서, 수소화나이트릴 고무는, 나이트릴 고무(NBR)와 병용되지 않는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 특히 드라이브트레인용 오일씰 등과 같이 사용 환경온도가 고온이 되는 용도에 있어서, 내열노화 방지성을 향상시킬 수도 있다.

규회석은, 규산칼슘(CaSiO₃)이며, 시판품으로서도 입수 가능해서, 예를 들면, NYCO사제의 「NYAD 400」(섬유 길이 35㎛, 섬유 직경 7㎛, 애스펙트비 5) 등을 바람직하게 이용할 수 있다.

흑연은, 시판품으로서도 입수 가능하고, 예를 들면, 니치덴 카본사(Nichiden Carbon Co., Ltd.) 제품인 「흑연A-0」등을 바람직하게 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 수소화나이트릴 고무 조성물에, 카본블랙을 배합하는 것은 바람직한 것이다.

카본블랙으로서는, 예를 들면, FEF카본 등을 바람직하게 이용할 수 있다.

본 발명의 수소화나이트릴 고무 조성물에 FEF카본을 이용했을 경우, 해당 조성물의 혼련 가공성이 우수하고, 또한 해당 조성물로부터 얻어지는 고무의 정상 상태의 물성, 영구 변형 저항성(permanent set resistance) 등의 밸런스도 우수한 효과가 얻어진다.

카본블랙을 배합할 경우, 그 배합량은, 각별히 한정되지 않지만, 수소화나이트릴 고무 100중량부에 대해서, 50중량부 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 고무 조성물에는, 상기 성분 이외에, 가교상, 물성상, 요구되는 성분을 적당히 배합할 수 있다.

가교상 요구되는 성분으로서는, 가교제나 가교 조제 등을 들 수 있다.

물성상 요구되는 성분으로서는, 예를 들면, 노화 방지제 등을 예시할 수 있다.

본 발명의 드라이브트레인용 오일씰은, 이상에서 설명한 고무 조성물을 가교시켜 얻어진 가교체에 의해 구성된다.

이하, 도면에 의거해서, 본 발명의 드라이브트레인용 오일씰의 일례를 설명한다.

도 1은, 드라이브트레인용 오일씰을 포함한 밀봉 구조의 일례를 나타낸 단면도이다.

도 1에 있어서, (1)은 드라이브트레인용 오일씰이다. 드라이브트레인용 오일씰(1)은, 전체로서 링(ring) 형상으로 형성되어 있다.

드라이브트레인용 오일씰(1)은, 3개의 씰 립(11, 12 및 13)을 구비하고 있다. 제1 씰 립(11) 및 제2 씰 립(12)은 링 형상의 드라이브트레인용 오일씰(1)의 내주측에 설치되고, 제3 씰 립(13)은 드라이브트레인용 오일씰(1)의 측방에 설치되어 있다.

또한, (14)는 제1 씰 립(11)에 의한 씰을 가세하는 환형 스프링(annular spring)이며, 예를 들면 금속 등에 의해 구성할 수 있다. 또한, (15)는 금속 링이다.

도시한 밀봉 구조에 있어서, 드라이브트레인용 오일씰(1)은, 하우징(2)에 고정되어 있고, 하우징(2)과 샤프트(3) 사이의 간극을 밀봉하도록 배치되어 있다.

제1 씰 립(11)은, 메인 립으로서 기능하는 것이며, 3개의 씰 립(11, 12 및 13) 중, 가장 오일측에 배치되어 있다. 제1 씰 립(11)을 샤프트(3)에 슬라이딩시켜서, 오일을 밀봉할 수 있다.

제2 씰 립(12)은 제1 씰 립(11)보다도 대기측에 배치되어 있다. 제2 씰 립(12)을 샤프트(3)와 슬라이딩시켜서, 오일의 밀봉을 안정화시킬 수 있다.

제3 씰 립(13)은, 사이드 립으로서 기능하는 것이며, 3개의 씰 립(11, 12 및 13) 중, 가장 대기측에 배치되어 있다. 제3 씰 립(13)의 단부면을 슬라이딩 씰면으로 해서, 샤프트(3)에 고정된 디플렉터(4)와 슬라이딩시켜서, 대기측으로부터 오일측에 흙탕물이나 더스트가 침입하는 것을 방지할 수 있다.

제3 씰 립(13)은, 디플렉터(4)에 대해서 소정의 체결여유값(interference)(X)을 제공하도록 배치되고, 이것에 의해, 디플렉터(4)를 압압해서 씰 기능을 발휘한다.

제1 씰 립(11) 및 제2 씰 립(12)이, 샤프트(3)를, 해당 씰(1)의 직경 방향(도면 중, 하향 방향)으로 압압해서 씰 기능을 발휘하는 것에 대해서, 제3 씰 립(13)은, 디플렉터(4)를, 해당 씰(1)의 직경 방향과 직교하는 방향(해당 씰(1)의 측방이며, 도면 중, 좌측 방향)으로 압압해서 씰 기능을 발휘한다.

해당 씰(1)의 제1 씰 립(11) 및 제2 씰 립(12)은, 밀봉 대상인 오일에 의해, 씰면(슬라이딩 부위)의 윤활효과가 유지되기 쉽지만, 제3 씰 립(13)은, 이러한 윤활 효과가 얻어지기 어렵기 때문에, 별도의 그리스 등을 이용해서, 윤활을 유지시킨다.

종래의 드라이브트레인용 오일씰에서는, 흙탕물에 의해 그리스가 씻겨져 버리거나, 경년 사용에 의해 그리스의 잔류가 없어지거나 함으로써, 씰의 마모가 진행되어, 윤활상태가 악화되고, 사이드 립/디플렉터 간에서의 윤활 불량에 의해 씰 스퀄이 발생하기 쉬운 것이었지만, 본 발명의 드라이브트레인용 오일씰에 따르면, 씰의 마모가 진행되어도, 혹은 그리스가 없는 드라이 윤활 하에 있어서도, 씰 스퀄을 억제할 수 있고, 또한 압축 영구변형의 증대도 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

실시예

이하에, 본 발명의 실시예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 한정되지 않는다.

(실시예 1)

·수소화나이트릴 고무

결합 아크릴나이트릴량: 36중량％

(니혼제온사 제품 「Zetpol 2010」) ·····100중량부

·규회석(NYCO사 제품 「NYAD 400」) ·····30중량부

·흑연(니치덴카본사 제품 「흑연A-0」)····20중량부

·카본블랙(FEF카본) ·············50중량부

·가교제 ···················5중량부

·가교 조제 ·················4중량부

이상의 각 성분을 혼련기 및 오픈롤로 혼련하고, 혼련물을 150℃ 내지 200℃, 3 내지 30분간의 프레스 가교(1차 가교) 및 200℃ 내지 230℃, 9 내지 22시간의 오븐 가교(2차 가교)에 의해 가교하고, 수소화나이트릴 고무 조성물의 가교체를 얻었다.

<평가 방법>

1. 단단함(Duro A)

얻어진 수소화나이트릴 고무 조성물의 가교체에 대해서, JIS K6253:1997에 의거해서, 타입A 듀로미터(순시)로 측정하였다.

2. 인장강도(㎫)

얻어진 수소화나이트릴 고무 조성물의 가교체에 대해서, JIS K6251:2010에 의거해서 측정하였다.

3. 파단시 연신(%)

4. 이상잡음(씰 스퀄) 확인

상기 수소화나이트릴 고무 조성물의 가교체로서, 드라이브트레인용 오일씰을 가교 성형하고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 드라이브트레인용 오일씰을 밀봉 구조에 조립해넣었다.

사이드 립의 선단을 0.7㎜ 마모시시키고, 그리스가 없는 드라이 윤활 하에서, 체결여유값(X)를 약 5㎜로 설정하여, 저속영역의 회전수(10rpm 내지 250rpm)에서 이상잡음(씰 스퀄)의 발생의 유무를 확인하였다.

5.압축 영구변형

상기 수소화나이트릴 고무 조성물의 가교체로서, 단면이 Ｏ형(원 형상)의 환상 씰부재(환의 지름 = φ 3.1㎝)를 가교 성형하고, JIS K6262:2013에 의거해서 120℃, 70시간의 내열노화 후의 압축 영구변형(%)을 측정하였다. 압축율은 25%로 하였다.

이상의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 2)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합량을 40중량부로 하고, 흑연의 배합량을 10중량부로 하고, 또한 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합량을 50중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 3)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합량을 10중량부로 하고, 흑연의 배합량을 40중량부로 하고, 또한 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합량을 50중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 4)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합량을 40중량부로 하고, 흑연의 배합량을 40중량부로 하고, 또한 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합량을 35중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 5)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합량을 50중량부로 하고, 흑연의 배합량을 50중량부로 하고, 또한 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합량을 30중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 6)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합량을 10중량부로 하고, 흑연의 배합량을 55중량부로 하고, 또한 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합을 45중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 7)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합량을 55중량부로 하고, 흑연의 배합량을 10중량부로 하고, 또한 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합을 45중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 1)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합량을 30중량부로 하고, 흑연의 배합을 생략(0중량부) 하고, 또한 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합량을 60중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 2)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합량을 30중량부로 하고, 흑연의 배합량을 10중량부로 하고, 또한 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합량을 55중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 3)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합량을 40중량부로 하고, 흑연의 배합을 생략(0중량부) 하고, 더욱, 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합량을 55중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 4)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합량을 60중량부로 하고, 흑연의 배합을 생략(0중량부) 하고, 더욱, 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합량을 45중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 5)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합을 생략(0중량부)하고, 흑연의 배합량을 30중량부로 하고, 또한 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합량을 60중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 6)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합량을 10중량부로 하고, 흑연의 배합량을 30중량부로 하고, 또한 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합량을 55중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 7)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합을 생략(0중량부) 하고, 흑연의 배합량을 40중량부로 하고, 또한 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합량을 55중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 8)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합을 생략(0중량부) 하고, 흑연의 배합량을 60중량부로 하고, 또한 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합량을 45중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 9)

실시예 1에 있어서, 규회석의 배합량을 60중량부로 하고, 흑연의 배합량을 60중량부로 하고, 또한 실시예 1과 같은 정도의 고무 경도가 되도록 카본블랙의 배합량을 25중량부로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

<평가>

표 1로부터, 실시예 1 내지 7의 수소화나이트릴 고무 조성물을 이용한 경우에는, 이상잡음이 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 사이드 립/디플렉터 간의 마찰 계수가 낮아짐으로써, 스퀄을 억제할 수 있었던 것으로 추정된다. 또한, 실시예 1 내지 7의 고무 조성물을 이용한 경우에는, 압축 영구변형도, 낮은 값으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

한편, 비교예 1 내지 8의 수소화나이트릴 고무 조성물을 이용한 경우에는, 이상잡음이 발생하는 것을 알 수 있다.

또, 비교예 9의 수소화나이트릴 고무 조성물을 이용한 경우에는, 이상잡음은 발생하지 않았지만, 압축 영구변형이 증대하는 것을 알 수 있다.

1: 드라이브트레인용 오일씰 11: 제1 씰 립(메인 립)
12: 제2 씰 립 13: 제3 씰 립(사이드 립)
14: 환형 스프링 15: 금속 링
2: 하우징 3: 샤프트
4: 디플렉터 X: 체결여유값

Claims

수소화나이트릴 고무 100중량부에 대해서, 충전제로서, 10 내지 55중량부의 규회석과, 10 내지 55중량부의 흑연을 함유하고, 이들 충전제의 총량이 50 내지 110중량부인 수소화나이트릴 고무 조성물을 가교시켜 얻어진 가교체에 의해 구성되며,
사이드 립(side lip)의 단부면을 슬라이딩 씰면으로 하는 드라이브트레인에 이용하는,
드라이브트레인용 오일씰(drivetrain oil seal).
제1항에 있어서,
상기 수소화나이트릴 고무 조성물은 카본블랙을 더 함유하는, 드라이브트레인용 오일씰.
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