WO2022191274A1 - シールリング - Google Patents
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Definitions
- the seal ring does not come into close contact with the inner peripheral surface of the housing unless it is installed in the annular groove and preliminarily run or heated. Therefore, if the seal ring is simply mounted in the annular groove, the outer diameter of the seal ring is smaller than the inner diameter of the housing.
- the seal ring when the seal ring is heated after being installed in the annular groove and assembled in the housing, it comes into close contact with the inner peripheral surface of the housing when the temperature rises, but when the temperature drops, the inner peripheral surface of the housing and the outer peripheral surface of the seal ring There may be gaps in the For example, when the operating temperature of the seal ring rises to 150°C (maximum temperature of the transmission), the seal ring strongly contacts the inner peripheral surface of the housing. A gap may form between the surface and the outer peripheral surface of the seal ring. In that case, at extremely low pressure such as water head pressure, oil leaks and the function is not satisfied. Therefore, it is considered that the method of bringing the seal ring into close contact with the housing by heating as in the above-mentioned form 2 may be inappropriate depending on the conditions of use.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and aims to provide a seal ring that reduces problems in the mission and operates even at extremely low pressures such as water head pressure.
- the seal ring of the present invention is mounted in an annular groove provided in a rotating shaft inserted through a shaft hole of a housing, slidably contacts the side wall surface of the annular groove on the non-sealed fluid side, and A seal ring that contacts the inner peripheral surface of the hole and seals the annular gap between the rotating shaft and the shaft hole, the seal ring being an annular body with a rectangular cross-section,
- PEEK polyetheretherketone
- the resin composition is characterized by containing 5% by mass to 30% by mass of the fibrous reinforcing material relative to the entire resin composition.
- the resin composition contains 5% by mass to 30% by mass of the fibrous reinforcing material relative to the entire resin composition, the flexural modulus of the seal ring can easily be set within a desired range, and as a result, the diameter difference can be easily controlled. . Also, the mechanical strength of the seal ring can be improved.
- the radial thickness and axial width of the seal ring 1 can be set to 1/40 to 1/10 of the outer diameter B, respectively.
- the outer diameter dimension of the seal ring changes before and after it is mounted in the annular groove (dimension B ⁇ dimension D). , and the difference (diameter difference) from the inner diameter of the housing can be easily set within a predetermined range.
- the radial thickness and the axial width are preferably 1/30 to 1/15 of the outside diameter dimension B, respectively.
- the diameter difference is preferably ⁇ 0.05 mm to +0.1 mm, more preferably +0.05 to +0.1 mm.
- the seal ring of the present invention has a flexural modulus of 3000 MPa to 12000 MPa measured according to ASTM D790. By setting the bending elastic modulus to 12000 MPa or less, it is easy to stabilize the amount of change from the outer diameter dimension B to the outer diameter dimension D, and the diameter difference from the inner diameter dimension ⁇ of the housing is within the range of -0.1 mm to +0.15 mm. Easy to control.
- the carbon fiber may be either pitch-based or PAN-based, which is classified from the raw material.
- the firing temperature is not particularly limited, carbonized products fired at about 1000 to 1500 ° C. are better than those fired at a high temperature of 2000 ° C. or higher and graphitized even under high PV. This is preferable because the annular groove is less likely to be damaged by wear.
- the carbon fiber may be either chopped fiber or milled fiber, but milled fiber is preferred because it has a large number of carbon fibers at the same blending amount and tends to form an oil film.
- the average fiber diameter of the fibrous reinforcing material is not particularly limited, it is preferably 20 ⁇ m or less. If the fiber diameter exceeds this range, if the material of the shaft body is an aluminum alloy or a non-quenched steel material, there is a risk that the wear damage of the annular groove will increase. Further, the average fiber length of the fibrous reinforcing material is preferably 0.02 mm to 0.2 mm in order to ensure the expandability of the seal ring while exerting a good reinforcing effect.
- FIG. 2-1 With valve 1 closed, valve 2 is opened, hydraulic pressure (50 kPa, 1 minute) is applied by the pump to move the seal ring, and the seal ring is in close contact with the right side wall surface of the annular groove (actuated state).
- 2-2 Next, set the hydraulic pressure by the pump to 3 kPa, and with the hydraulic pressure applied, tighten the nut and move the housing to the left side of the drawing, as shown in FIG. Observed. When the oil leak amount increased, the seal ring did not operate at that oil pressure, so the oil pressure was further increased by 1 kPa and an increase in the oil leak amount was observed again. Then, the hydraulic pressure was increased by 1 kPa until the seal ring was actuated, and the hydraulic pressure at which the seal ring finally actuated was taken as the actuating pressure. Table 2 shows the results.
Abstract
ミッションでの不具合を低減し、水頭圧のような極低圧でも作動するシールリングを提供する。シールリング１は、ハウジングの軸孔に挿通される回転軸に設けられた環状溝に装着されて、該環状溝の非密封流体側の側壁面に摺動自在に接触し、かつ軸孔の内周面に接触して、これら回転軸と軸孔との間の環状隙間を封止し、矩形断面の環状体で、周方向の一箇所に合い口を有する樹脂組成物の射出成形体であり、樹脂組成物は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂と、炭素繊維およびガラス繊維から選ばれる少なくとも１つの繊維状補強材を含む組成物であり、シールリングの曲げ弾性率（ＡＳＴＭ Ｄ７９０準拠）は、３０００ＭＰａ～１２０００ＭＰａであり、環状溝に装着されたシールリング１の自由状態の外径寸法と、ハウジングの内径寸法との差が、－０.１ｍｍ～＋０.１５ｍｍである。
Description
本発明は、自動車などにおけるＡＴやＣＶＴなどの油圧機器において、作動油をシール（封止）するために使用される合成樹脂製のシールリングに関する。
ＡＴ、ＣＶＴなどの機器では、作動油を密封するためのオイルシールリングが要所に取り付けられている。例えば、ハウジングの軸孔に挿通される回転軸に設けられた対の離間した環状溝に取り付けられ、両環状溝間にある油路から供給される作動油を両シールリングの側面と内周面で受け、反対側の側面と外周面とで環状溝の側壁とハウジング内周面とをシールする。シールリングにおける各シール面は、環状溝の側壁、ハウジング内周面とそれぞれ摺動接触しつつ、両シールリング間の作動油の油圧を保持している。
従来、このようなシールリングは射出成形可能な合成樹脂製であり、相互に対向する合い口を備えた略矩形断面を有する。一方の合い口は、シールリング内径面側に突き合わせ面と、外径面側にその突き合わせ面から突出したリップおよび後退したポケットとを有し、他方の合い口は、上述した突き合わせ面、リップおよびポケットと、相補的に嵌合するように形成された突き合わせ面、ポケットおよびリップとを有している。
上述したシールリングは、信号待ち等のアイドリングストップなどのエンジン停止時の水頭圧での漏れを抑制するため、該シールリングの外径寸法がハウジングの内径よりも大きくなるように癖付けされている。具体的には、シールリングは、射出成形後に所定の形状の拘束部材の中に圧入して加熱することにより、シールリングの外径寸法がハウジングの内径よりも所定の大きさだけ大きくなるように癖付けされている。以下、「癖付け」のことを熱固定ともいう。
特許文献１には、形態１として、シールリングが環状隙間に設けられる前の状態において、ハウジングの内径寸法と、シールリングの外径寸法の差が１ｍｍ以内となるように大きくしたシールリングが記載されている。また、形態２として、癖付け加工により、シールリングの外径寸法がハウジングの内径寸法よりも１ｍｍの範囲内で小さくなるようにし、環状溝に装着されて慣らし運転、または加熱されることで拡径し、ハウジングの内周面に密接するシールリングが記載されている。
上記特許文献１の形態２では、環状溝に装着して慣らし運転、または加熱しなければシールリングがハウジングの内周面に密接しない。そのため、シールリングを環状溝に装着しただけでは、シールリングの外径寸法がハウジングの内径寸法よりも小さいため、水頭圧のような極低圧ではオイルリークするおそれがある。
通常、環状溝に装着した後、ハウジングに組み込んだ状態でシールリングを加熱すると、温度上昇時はハウジングの内周面に密接するが、温度が下がるとハウジングの内周面とシールリングの外周面に隙間ができる場合がある。例えば、シールリングの使用温度が１５０℃（ミッションＭＡＸ温度）まで上昇した場合、シールリングはハウジングの内周面に強く密接するが、この温度によってクリープして、常温に戻った時にハウジングの内周面とシールリングの外周面に隙間ができるおそれがある。その場合、水頭圧のような極低圧ではオイルリークして機能を満たさなくなる。従って、上記形態２のように、加熱によりシールリングをハウジングに密接させる方法は、使用条件によっては不適切な場合があると考えられる。
また、上記特許文献１の形態１では、シールリングが環状隙間に設けられる前の状態の外径寸法が、ハウジングの内径寸法よりも大きい。そのため、エンジン停止時の水頭圧でも、シールリングはハウジングへの張力が大きく、環状溝の側壁面に密接している場合は十分なシール性が得られる。しかし、シールリングが強く張り付いているため、ハウジングが軸方向に移動した場合、そのハウジングに追従して、シールリングが環状溝の側壁面から離れるおそれがある。その場合、水頭圧ではシールリングが作動せず、作動油の漏れが多くなり、ミッションに不具合が発生するおそれがある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ミッションでの不具合を低減し、水頭圧のような極低圧でも作動するシールリングを提供することを目的とする。
本発明のシールリングは、ハウジングの軸孔に挿通される回転軸に設けられた環状溝に装着されて、該環状溝の非密封流体側の側壁面に摺動自在に接触し、かつ上記軸孔の内周面に接触して、これら回転軸と軸孔との間の環状隙間を封止するシールリングであって、該シールリングは、矩形断面の環状体で、周方向の一箇所に合い口を有する樹脂組成物の射出成形体であり、上記樹脂組成物は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂と、炭素繊維およびガラス繊維から選ばれる少なくとも１つの繊維状補強材を含む組成物であり、上記シールリングの曲げ弾性率（ＡＳＴＭ Ｄ７９０準拠）は、３０００ＭＰａ～１２０００ＭＰａであり、上記環状溝に装着された上記シールリングの自由状態の外径寸法（外径寸法Ｄ）と、上記ハウジングの内径寸法との差（径差ともいう）が、－０.１ｍｍ～＋０.１５ｍｍであることを特徴とする。
以下、本明細書において、「曲げ弾性率」は、室温（２３℃）下における曲げ弾性率（ＡＳＴＭ Ｄ７９０準拠）を意味する。
以下、本明細書において、「曲げ弾性率」は、室温（２３℃）下における曲げ弾性率（ＡＳＴＭ Ｄ７９０準拠）を意味する。
上記環状溝に装着された上記シールリングの自由状態の外径寸法（外径寸法Ｄ）は、装着前の上記シールリングの自由状態の外径寸法（外径寸法Ｂ）よりも大きいことを特徴とする。
ここで、シールリングに対して拡径方向または縮径方向のいずれにも力が負荷されていない状態を「シールリングの自由状態」という。また、本明細書中、特に限定のない「シールリングの自由状態」は、射出成形体が熱固定された後であって、環状溝に装着される前のシールリングの自由状態を指す。また、「環状溝に装着されたシールリングの自由状態」は、環状溝に装着された後であって、回転軸とともに軸孔に挿通される前のシールリングの自由状態を指す。
ここで、シールリングに対して拡径方向または縮径方向のいずれにも力が負荷されていない状態を「シールリングの自由状態」という。また、本明細書中、特に限定のない「シールリングの自由状態」は、射出成形体が熱固定された後であって、環状溝に装着される前のシールリングの自由状態を指す。また、「環状溝に装着されたシールリングの自由状態」は、環状溝に装着された後であって、回転軸とともに軸孔に挿通される前のシールリングの自由状態を指す。
上記樹脂組成物は、上記繊維状補強材を該樹脂組成物全体に対して５質量％～３０質量％含むことを特徴とする。
上記環状溝に装着前の上記シールリングの自由状態の外径寸法（外径寸法Ｂ）が３０ｍｍ～６０ｍｍであることを特徴とする。
上記シールリングの径方向厚みおよび軸方向幅が、上記環状溝に装着前の上記シールリングの自由状態の外径寸法に対してそれぞれ１／４０～１／１０であることを特徴とする。
本発明のシールリングは、ハウジングの軸孔に挿通される回転軸に設けられた環状溝に装着されて、回転軸と軸孔との間の環状隙間を封止するシールリングであって、該シールリングは、矩形断面の環状体で、周方向の一箇所に合い口を有する樹脂組成物の射出成形体であり、樹脂組成物は、ＰＥＥＫ樹脂と、炭素繊維およびガラス繊維から選ばれる少なくとも１つの繊維状補強材を含む組成物であり、シールリングの曲げ弾性率は、３０００ＭＰａ～１２０００ＭＰａであり、環状溝に装着されたシールリングの自由状態の外径寸法と、ハウジングの内径寸法との径差が、－０.１ｍｍ～＋０.１５ｍｍであるので、環状溝に装着されたシールリングの外周面のハウジングの内周面に対する張力が適切な値となる。これにより、水頭圧のような極低圧（例えば５ｋＰａ未満）でも作動して、必要なシール性能を得ることができる。また、作動後の水頭圧でもオイルリークを抑えられるため、ミッションでの不具合を低減できる。
樹脂組成物は、繊維状補強材を該樹脂組成物全体に対して５質量％～３０質量％含むので、シールリングの曲げ弾性率を所望の範囲にしやすく、結果的に径差を制御しやすい。また、シールリングの機械的強度を向上できる。
環状溝に装着前のシールリングの自由状態の外径寸法が３０ｍｍ～６０ｍｍであるので、上記径差を所定の範囲内に設定しやすい。
また、シールリングの径方向厚みおよび軸方向幅が、環状溝に装着前のシールリングの自由状態の外径寸法に対してそれぞれ１／４０～１／１０であるので、上記径差を所定の範囲内に設定しやすい。
本発明者は、上記目的を達成するべく、外径寸法がハウジングの内径寸法よりも所定の範囲で大きいシールリング（例えば、特許文献１の形態１）について調査した。このシールリングは、回転軸の環状溝に装着する際に、該シールリングの内径寸法を回転軸の外径寸法よりも大きくする（拡径する）必要がある。調査の結果、シールリングは、環状溝へ装着する際の拡径によって塑性変形し、装着前に比べて、装着後の外径寸法が０．２ｍｍ～０．５ｍｍ程度大きくなることが分かった。そして、外径寸法の増加に伴って張力が想定以上に作用し、ハウジングが軸方向に移動した場合、シールリングは追従しシール漏れが生じることなどが推察された。そこで本発明者は、特に、環状溝に装着されたシールリングの自由状態の外径寸法に着目することで、本発明に至った。
本発明のシールリングの一形態を図１に基づいて説明する。図１に示すように、シールリング１は、樹脂組成物の射出成形体であり、断面が略矩形の環状体である。シールリング内周面１ａとシールリングの両側面２との角部は直線状、曲線状の面取りが設けられていてもよい。また、シールリングを射出成形で製造する際には、該部分に金型からの突出し部分となる段部を設けてもよい。また、シールリング１は、周方向の一箇所に合い口３を有するカットタイプであり、弾性変形により拡径して環状溝に装着される。合い口３は一対の端部３１、３１’から構成される。一対の端部３１、３１’の形状については、ストレートカット型、アングルカット型などにすることも可能であるが、オイルシール性に優れることから、図１に示す複合ステップカット型を採用することが好ましい。
図１に示すシールリング１は、後述する熱固定によって合い口３が閉じた状態になっている。このシールリング１の大きさ（外径寸法、内径寸法、軸方向幅、径方向厚みなど）は、用途などによって適宜設定される。例えば、シールリング１の内径寸法は１２ｍｍ～７５ｍｍであり、シールリング１の自由状態である外径寸法Ｂは１５ｍｍ～８０ｍｍである。さらに、外径寸法Ｂは３０ｍｍ～６０ｍｍであることが好ましい。
また、シールリング１の径方向厚みおよび軸方向幅は、例えば、外径寸法Ｂに対してそれぞれ１／４０～１／１０にすることができる。後述するように、シールリングの外径寸法は、環状溝に装着する前後で変化する（寸法Ｂ→寸法Ｄ）が、径方向厚みおよび軸方向幅を上記の範囲にすることで、外径寸法の変化率を安定しやすくなり、ハウジングの内径寸法との差（径差）を所定の範囲内に設定しやすくなる。また、上記径方向厚みおよび軸方向幅は、外径寸法Ｂに対してそれぞれ１／３０～１／１５にすることが好ましい。
シールリングの使用形態の一例の概略を図２に基づいて説明する。シールリング１は、ハウジング５の軸孔５ａに挿通される回転軸４に設けられた環状溝４ａに装着される。図中の矢印が作動油からの圧力が加わる方向であり、図中右側が非密封流体側である。シールリング１は、そのシールリング側面２で、環状溝４ａの非密封流体側の側壁面４ｂに摺動自在に接触している。また、その外周面１ｂで軸孔５ａの内周面に接触している。このシール構造により、回転軸４と軸孔５ａとの間の環状隙間を封止している。また、作動油は用途に応じた種類が適宜用いられる。例えば、油温として－３０～１５０℃程度、油圧として０～３．０ＭＰａ程度、回転軸の回転数として０～７０００ｒｐｍ程度の条件で使用される。
次に、図３を参照して、シールリングの一例を用いて径差について説明する。図３（ａ）は、環状溝に装着する前のシールリングとハウジングの寸法関係を示し、図３（ｂ）は、シールリングを環状溝に装着する際の工程図を示し、図３（ｃ）は、環状溝に装着されたシールリングとハウジングの寸法関係を示している。図３（ａ）において、シールリング１の自由状態の外径寸法Ｂは、ハウジング５の内径寸法φよりも小さくなっている。このシールリング１をテーパー治具６に通して拡径させた後（図３（ｂ）参照）、環状溝４ａに嵌合させる（図３（ｃ）参照）。環状溝４ａに装着されたシールリング１の自由状態の外径寸法Ｄは、拡径時の塑性変形によって、環状溝４ａに装着前のシールリング１の自由状態の外径寸法Ｂよりも大きくなっている（Ｄ＞Ｂ）。
本発明において、シールリング１は、外径寸法Ｄとハウジング５の内径寸法φとの径差、つまり（Ｄ－φ）の値が－０.１ｍｍ～＋０.１５ｍｍであることを特徴としている。シールリング１の外径寸法Ｄがハウジング５の内径寸法φよりも大きい場合（図３（ｃ）参照）、径差はプラスの値になり、シールリング１の外径寸法Ｄがハウジング５の内径寸法φよりも小さい場合、径差はマイナスの値になる。
ここで、エンジン停止時の水頭圧でもシールリングが作動して作動油をシールするためには、環状溝に装着された状態において、シールリングの外径寸法とハウジングの内径寸法との径差をゼロにすることが理想的である。しかし、実際には径差をゼロに制御することは困難である。そこで、本発明では、径差を－０.１ｍｍ～＋０.１５ｍｍにすることで、水頭圧でもシールリングが作動でき、かつ、優れたシール性を得ることができる。シール性の観点から、径差は－０.０５ｍｍ～＋０.１ｍｍであることが好ましく、＋０.０５～＋０.１ｍｍであることがより好ましい。
上記径差は、塑性変形による外径寸法の増加を考慮した上で、シールリングの外径寸法Ｂを熱固定によりコントロールすることで得られる。本発明のシールリングは、環状溝への装着前後の外径寸法の変化率（（Ｄ－Ｂ）／Ｂ×１００）が＋０．１％～＋０．５％であることが好ましく、＋０．２％～＋０．４％であることがより好ましい。
本発明のシールリングは、以下の工程１および工程２により得られる。
工程１：成形工程
成形工程では、樹脂組成物を溶融混錬して得た成形用ペレットを用いて、周知の射出成形法により成形体を得る。なお、樹脂組成物の詳細については後述する。工程１の段階では、図４（ａ）に示すように、成形体の合い口３が開いた状態になっている。図４（ａ）において、成形体の合い口３は複合ステップカットである。合い口３において、一方の端部３１は、内周面側に突き合わせ部３１ａと、外周面側に突き合わせ部３１ａから突出したリップ部３１ｂおよび後退したポケット部３１ｃとを有する。他方の端部３１’は、突き合わせ部３１ａ、リップ部３１ｂ、およびポケット部３１ｃと相補的に嵌合するように形成された突き合わせ部３１ａ’、ポケット部３１ｃ’、およびリップ部３１ｂ’を有する。図４（ａ）では、一対のリップ部３１ｂ、３１ｂ’同士は離れており、成形体の径方向において互いに重ならない状態となっている。
成形工程では、樹脂組成物を溶融混錬して得た成形用ペレットを用いて、周知の射出成形法により成形体を得る。なお、樹脂組成物の詳細については後述する。工程１の段階では、図４（ａ）に示すように、成形体の合い口３が開いた状態になっている。図４（ａ）において、成形体の合い口３は複合ステップカットである。合い口３において、一方の端部３１は、内周面側に突き合わせ部３１ａと、外周面側に突き合わせ部３１ａから突出したリップ部３１ｂおよび後退したポケット部３１ｃとを有する。他方の端部３１’は、突き合わせ部３１ａ、リップ部３１ｂ、およびポケット部３１ｃと相補的に嵌合するように形成された突き合わせ部３１ａ’、ポケット部３１ｃ’、およびリップ部３１ｂ’を有する。図４（ａ）では、一対のリップ部３１ｂ、３１ｂ’同士は離れており、成形体の径方向において互いに重ならない状態となっている。
工程２：熱固定工程
続いて、射出成形後の成形体の合い口を閉じた状態で熱固定を行い、シールリングの外径形状を真円にする。具体的には、まず、成形体の合い口の間隔を狭めて円筒状の熱固定用パイプの内径部に圧入し、圧入された成形体の内径部に円柱体を挿入する。その後、一定時間高温雰囲気下にさらし円柱体を膨張させることで成形体の内側から強制力をかけて熱固定する。その結果、成形体の合い口３が閉じた状態になる（図４（ｂ））。熱固定後の成形体は、図１のシールリングに相当する。この成形体の外径寸法Ｂは、合い口３が閉じられることから、射出成形後の成形体の外径寸法Ａよりも小さい（Ａ＞Ｂ）。
続いて、射出成形後の成形体の合い口を閉じた状態で熱固定を行い、シールリングの外径形状を真円にする。具体的には、まず、成形体の合い口の間隔を狭めて円筒状の熱固定用パイプの内径部に圧入し、圧入された成形体の内径部に円柱体を挿入する。その後、一定時間高温雰囲気下にさらし円柱体を膨張させることで成形体の内側から強制力をかけて熱固定する。その結果、成形体の合い口３が閉じた状態になる（図４（ｂ））。熱固定後の成形体は、図１のシールリングに相当する。この成形体の外径寸法Ｂは、合い口３が閉じられることから、射出成形後の成形体の外径寸法Ａよりも小さい（Ａ＞Ｂ）。
次に、上記で得られたシールリングを、回転軸の環状溝に装着する。具体的には、図３（ｂ）に示すように、回転軸４に装着するためのテーパー治具６にシールリング１を挿入して、シールリング１を拡径させながら回転軸４の環状溝４ａ側に移動させて、環状溝４ａに装着する。この拡径時のシールリングの外径寸法Ｃは、射出成形後の外径寸法Ａよりも大きい（Ｃ＞Ａ）。また、環状溝４ａに装着されたシールリングの外径寸法Ｄは、拡径時の外径寸法Ｃよりも小さく（Ｃ＞Ｄ）、かつ、熱固定後の外径寸法Ｂよりも大きい（Ｄ＞Ｂ）。上記の工程ごとの外径寸法の大小関係をまとめると、Ｃ＞Ａ＞Ｄ＞Ｂとなる。
本発明において、外径寸法Ｄとハウジングの内径寸法φの径差は、－０.１ｍｍ～＋０.１５ｍｍである。また、外径寸法Ｄは、ハウジングの内径寸法φに対して、－０．２５％～＋０．３５％大きい寸法であることが好ましい。例えば、外径寸法Ｄをこの範囲にするためには、外径寸法Ｂを、ハウジングの内径寸法φに対して、－０．６０％～＋０．１５％大きい寸法にすることが好ましい。
本発明のシールリングは、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定される曲げ弾性率が３０００ＭＰａ～１２０００ＭＰａである。曲げ弾性率を１２０００ＭＰａ以下にすることで、外径寸法Ｂから外径寸法Ｄへの変化量を安定させやすく、ハウジングの内径寸法φとの径差を－０.１ｍｍ～＋０.１５ｍｍの範囲に制御しやすい。
一方、曲げ弾性率が３０００ＭＰａ未満であると、ミッション運転（１２０℃以上）の温度において、シールリングが熱膨張し、全長が伸びて合い口が狭まる方向に変形するおそれがある。これは、シールリングの外周面がハウジングの内周面に拘束されているため、熱膨張が径方向ではなく、周方向に進むためである。周方向に大きくなったシールリングは、運転停止によって冷却されて全長が元に戻っても、形状は元に戻らない。そのため、合い口が狭まったままでクリープして、結果的にシールリングの外径寸法が、外径寸法Ｄよりも、さらに例えば０.１ｍｍ以上小さくなってしまう。そうすると、再度の運転時のシール性が低下するおそれがある。これに対して、本発明のシールリングは曲げ弾性率が３０００ＭＰａ以上であるので、運転時の周方向への変形を抑制できる。
シールリングの曲げ弾性率は、好ましくは３０００ＭＰａ～１００００ＭＰａであり、より好ましくは５０００ＭＰａ～１００００ＭＰａである。
本発明に用いる樹脂組成物は、ベース樹脂であるＰＥＥＫ樹脂と、炭素繊維およびガラス繊維から選ばれる少なくとも１つの繊維状補強材を含む組成物である。ＰＥＥＫ樹脂の配合量は、樹脂組成物全体に対して７０質量％～９５質量％であることが好ましく、８０質量％～９５質量％であることがより好ましい。
また、繊維状補強材の配合量は、樹脂組成物全体に対して５質量％～３０質量％であることが好ましい。繊維状補強材の配合量をこの範囲内にすることで、曲げ弾性率を所望の値にしやすくなる。繊維状補強材の配合量は５質量％～１５質量％であることがより好ましい。
炭素繊維は、原材料から分類されるピッチ系またはＰＡＮ系のいずれのものであってもよい。その焼成温度は特に限定するものではないが、２０００℃またはそれ以上の高温で焼成されて黒鉛化されたものよりも、１０００～１５００℃程度で焼成された炭化品のものが、高ＰＶ下でも環状溝を摩耗損傷しにくいので好ましい。また、炭素繊維は、チョップドファイバー、ミルドファイバーのいずれであってもよいが、同じ配合量では本数が多く、油膜形成されやすいなどの理由で、ミルドファイバーが好ましい。
繊維状補強材の平均繊維径は、特に限定されないが、２０μｍ以下が好ましい。この範囲をこえる繊維径では、軸体の材質がアルミニウム合金、焼入れなしの鋼材の場合、環状溝の摩耗損傷が大きくなるおそれがある。また、良好な補強効果を発揮させつつ、シールリングの拡径性を確保するため、繊維状補強材の平均繊維長は０.０２ｍｍ～０.２ｍｍが好ましい。
上記樹脂組成物には、必要に応じて、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、グラファイト、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤、リン酸カルシウム、硫酸カルシウムなどの摺動補強材、カーボンブラックなどを配合できる。
また、本発明の回転軸は、外周面に環状溝を有し、該環状溝に上記シールリングが装着されたものであり、ハウジングの軸孔に挿通される。このシールリングは、具体的には、矩形断面の環状体で、周方向の一箇所に合い口を有する樹脂組成物の射出成形体であり、樹脂組成物は、ＰＥＥＫ樹脂と、炭素繊維およびガラス繊維から選ばれる少なくとも１つの繊維状補強材を含む組成物であり、シールリングの曲げ弾性率は、３０００ＭＰａ～１２０００ＭＰａであり、環状溝に装着されたシールリングの自由状態の外径寸法と、ハウジングの内径寸法との差が、－０.１ｍｍ～＋０.１５ｍｍである。
実施例および比較例のシールリングを構成する樹脂組成物の原材料、シールリングの曲げ弾性率、および試験に用いた装置のハウジングの内径寸法を以下に示す。
樹脂組成物のベース樹脂：ＰＥＥＫ樹脂
樹脂組成物の充填材 ：炭素繊維１０質量％＋その他
曲げ弾性率 ：７０００ＭＰａ
ハウジングの内径寸法 ：φ４４ｍｍ
樹脂組成物のベース樹脂：ＰＥＥＫ樹脂
樹脂組成物の充填材 ：炭素繊維１０質量％＋その他
曲げ弾性率 ：７０００ＭＰａ
ハウジングの内径寸法 ：φ４４ｍｍ
上記原材料からなる樹脂組成物を用いて、二軸押出し機を用いて溶融混練し、ペレットを作製した。該ペレットを原料として、射出成形により成形体を得た。その後、得られた成形体を熱固定することにより、径方向厚み２ｍｍ×軸方向幅２．３ｍｍで、外径寸法がそれぞれ異なるシールリングを得た。具体的には、熱固定する際に、内径寸法が異なる熱固定用パイプを用いることで、外径寸法Ｂが４４ｍｍを中心として±０．３０ｍｍの範囲内で異なる１０種類のシールリングを作製した（実施例１～５、比較例１～５）。
作製したシールリングを、テーパー治具を用いて、後述のオイルリーク測定装置の軸溝（環状溝）へ装着して試験を実施した。また、装着後のシールリングの外径寸法Ｄを測定し、径差、外径寸法の変化率などを算出した。表１には、実施例１～５の寸法などを示す。また、図５には、実施例１、２、４および比較例２のシールリングとハウジングとの寸法関係を示す。
表１に示すように、実施例１～５のシールリングは、装着後の外径寸法Ｄとハウジングの内径寸法φとの径差が－０.１ｍｍ～＋０.１５ｍｍである。実施例１～５のシールリングは、装着前に比べて、装着後の外径寸法が０．０９ｍｍ～０．１５ｍｍ増加しており、外径寸法の変化率は０．２０％～０．３４％であった。
また、表１の割合ａは、ハウジングの内径寸法φに対する、シールリングの外径寸法Ｂと内径寸法φとの差分の割合を示し、表１の割合ｂは、ハウジングの内径寸法φに対する、シールリングの外径寸法Ｄと内径寸法φとの差分の割合を示す。この結果より、割合ｂを－０.２３％～＋０.３４％にするためには、割合ａが－０.５７％～＋０.１４％の差分となるようにシールリングを作製する必要があることが分かる。
また、表１の割合ａは、ハウジングの内径寸法φに対する、シールリングの外径寸法Ｂと内径寸法φとの差分の割合を示し、表１の割合ｂは、ハウジングの内径寸法φに対する、シールリングの外径寸法Ｄと内径寸法φとの差分の割合を示す。この結果より、割合ｂを－０.２３％～＋０.３４％にするためには、割合ａが－０.５７％～＋０.１４％の差分となるようにシールリングを作製する必要があることが分かる。
（１）水頭圧オイルリーク試験
シールリングの水頭圧でのオイルリークを評価するため、図６および図７に示すオイルリーク測定装置を用いて以下の条件および手順で試験を行った。ここで、図６はオイルリーク測定装置の概略図であり、図７は環状溝に装着されたシールリングとハウジング周辺の拡大断面図である。
シールリングの水頭圧でのオイルリークを評価するため、図６および図７に示すオイルリーク測定装置を用いて以下の条件および手順で試験を行った。ここで、図６はオイルリーク測定装置の概略図であり、図７は環状溝に装着されたシールリングとハウジング周辺の拡大断面図である。
オイルリーク測定条件
オイル ：ＡＴＦ
試験温度：４０℃
回転数 ：０ｒｐｍ
オイル ：ＡＴＦ
試験温度：４０℃
回転数 ：０ｒｐｍ
以下、図６および図７に基づいて本試験の手順を説明する。
１－１：バルブ１を閉じた状態でバルブ２を開き、ポンプによる油圧（５０ｋＰａ、１分間）をかけてシールリングを移動させ、環状溝の右側の側壁面に密接した状態（作動した状態）にする。
１－２：次に、バルブ２を閉じ、バルブ１を開いて水頭圧（２．４ｋＰａ）でのオイルリーク量を測定した。オイルリーク性は、オイルリーク量が１ｃｃ／ｍｉｎ未満の場合を「○」、１ｃｃ／ｍｉｎ以上の場合を「×」と判定した。
１－３：水頭圧がかかった状態で、図７に示すように、ナットを締めてハウジングを図左側（軸方向）に移動させて、シールリングの作動の有無を判定した。例えば、ハウジングを移動させた際、その移動にシールリングが追従すると環状溝の右側の側壁面からシールリングが離れ、シール面に隙間ができることでオイルリーク量が増加する。一方、シールリングが追従しなければ、オイルリーク量が増加しないことから、シールリングが作動しているといえる。このように、ハウジングを移動させた際のオイルリーク量の増加を観察することで、シールリングの作動の有無を判定した。結果を表２に示す。
１－１：バルブ１を閉じた状態でバルブ２を開き、ポンプによる油圧（５０ｋＰａ、１分間）をかけてシールリングを移動させ、環状溝の右側の側壁面に密接した状態（作動した状態）にする。
１－２：次に、バルブ２を閉じ、バルブ１を開いて水頭圧（２．４ｋＰａ）でのオイルリーク量を測定した。オイルリーク性は、オイルリーク量が１ｃｃ／ｍｉｎ未満の場合を「○」、１ｃｃ／ｍｉｎ以上の場合を「×」と判定した。
１－３：水頭圧がかかった状態で、図７に示すように、ナットを締めてハウジングを図左側（軸方向）に移動させて、シールリングの作動の有無を判定した。例えば、ハウジングを移動させた際、その移動にシールリングが追従すると環状溝の右側の側壁面からシールリングが離れ、シール面に隙間ができることでオイルリーク量が増加する。一方、シールリングが追従しなければ、オイルリーク量が増加しないことから、シールリングが作動しているといえる。このように、ハウジングを移動させた際のオイルリーク量の増加を観察することで、シールリングの作動の有無を判定した。結果を表２に示す。
（２）油圧オイルリーク試験（作動圧試験）
上記（１）の試験の水頭圧で作動しなかったシールリング（比較例４～５）について、ポンプによる油圧をかけて作動圧を測定した。
上記（１）の試験の水頭圧で作動しなかったシールリング（比較例４～５）について、ポンプによる油圧をかけて作動圧を測定した。
以下、図６および図７に基づいて本試験の手順を説明する。
２－１：バルブ１を閉じた状態でバルブ２を開き、ポンプによる油圧（５０ｋＰａ、１分間）をかけてシールリングを移動させ、環状溝の右側の側壁面に密接した状態（作動した状態）にする。
２－２：次に、ポンプによる油圧を３ｋＰａに設定し、その油圧がかかった状態で、図７に示すように、ナットを締めてハウジングを図左側に移動させて、オイルリーク量の増加を観察した。オイルリーク量が増加した場合、その油圧ではシールリングが作動していないため、油圧を更に１ｋＰａ上げて、再度オイルリーク量の増加を観察した。そして、シールリングが作動するまで油圧を１ｋＰａずつ上げていき、最終的にシールリングが作動した油圧を作動圧とした。結果を表２に示す。
２－１：バルブ１を閉じた状態でバルブ２を開き、ポンプによる油圧（５０ｋＰａ、１分間）をかけてシールリングを移動させ、環状溝の右側の側壁面に密接した状態（作動した状態）にする。
２－２：次に、ポンプによる油圧を３ｋＰａに設定し、その油圧がかかった状態で、図７に示すように、ナットを締めてハウジングを図左側に移動させて、オイルリーク量の増加を観察した。オイルリーク量が増加した場合、その油圧ではシールリングが作動していないため、油圧を更に１ｋＰａ上げて、再度オイルリーク量の増加を観察した。そして、シールリングが作動するまで油圧を１ｋＰａずつ上げていき、最終的にシールリングが作動した油圧を作動圧とした。結果を表２に示す。
なお、表２では、水頭圧で作動したシールリング（実施例１～５、比較例１～３）については、作動圧を２．４ｋＰａ以下と表記した。
表２に示すように、実施例１～５のシールリングは、水頭圧でもシールリングが作動し、更にオイルリーク性も良好であった。水頭圧でのオイルリーク量は、径差０．０５ｍｍ以上の場合に頭打ちとなり、オイルリーク性の観点では径差０．０５ｍｍ以上が好ましいことが分かった。
一方、比較例１～３のシールリング（ハウジングの内径寸法φに対して外径寸法Ｄが０．１５ｍｍ～０．３ｍｍ小さい）は、水頭圧で作動するものの、オイルリーク量が増加する結果になった。また、比較例４～５のシールリング（ハウジングの内径寸法φに対して外径寸法Ｄが０．２ｍｍ～０．３ｍｍ大きい）は、水頭圧でのオイルリーク量は低いものの、ハウジングへの張り付きが強く、水頭圧では作動しない結果になった。そのため、比較例４～５のシールリングは、例えば水頭圧がかかった状態でハウジングが軸方向に移動すると作動油の漏れが多くなると考えられる。
以上より、本発明のシールリングは、所定の樹脂組成物および所定の曲げ弾性率とした上で、更に、環状溝に装着されたシールリングの外径寸法Ｄとハウジングの内径寸法φとの径差を＋０.１５ｍｍ以下にすることで、ハウジングへの張り付き力を小さくし、水頭圧でも作動してシール性能を発揮させるとともに、径差を－０．１ｍｍ以上にすることで、ハウジングの内周面との隙間を小さくして良好なシール性能を確保している。
本発明のシールリングは、水頭圧でも作動してシール性能を発揮できる。また、作動後の水頭圧でもオイルリークを抑えられるため、ミッションでの不具合を低減できる。本発明のシールリングは、ＡＴやＣＶＴなどの油圧機器の回転軸用シールリングとして好適である。
１ シールリング
２ シールリング側面
３ 合い口
４ 回転軸
５ ハウジング
６ テーパー治具
２ シールリング側面
３ 合い口
４ 回転軸
５ ハウジング
６ テーパー治具
Claims (5)
- ハウジングの軸孔に挿通される回転軸に設けられた環状溝に装着されて、該環状溝の非密封流体側の側壁面に摺動自在に接触し、かつ前記軸孔の内周面に接触して、これら回転軸と軸孔との間の環状隙間を封止するシールリングであって、
前記シールリングは、矩形断面の環状体で、周方向の一箇所に合い口を有する樹脂組成物の射出成形体であり、
前記樹脂組成物は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂と、炭素繊維およびガラス繊維から選ばれる少なくとも１つの繊維状補強材を含む組成物であり、
前記シールリングの曲げ弾性率（ＡＳＴＭ Ｄ７９０準拠）は、３０００ＭＰａ～１２０００ＭＰａであり、
前記環状溝に装着された前記シールリングの自由状態の外径寸法と、前記ハウジングの内径寸法との差が、－０.１ｍｍ～＋０.１５ｍｍであることを特徴とするシールリング。 - 前記環状溝に装着された前記シールリングの自由状態の外径寸法は、装着前の前記シールリングの自由状態の外径寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のシールリング。
- 前記樹脂組成物は、前記繊維状補強材を該樹脂組成物全体に対して５質量％～３０質量％含むことを特徴とする請求項１記載のシールリング。
- 前記環状溝に装着前の前記シールリングの自由状態の外径寸法が３０ｍｍ～６０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のシールリング。
- 前記シールリングの径方向厚みおよび軸方向幅が、前記環状溝に装着前の前記シールリングの自由状態の外径寸法に対してそれぞれ１／４０～１／１０であることを特徴とする請求項１記載のシールリング。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 22767228 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 202280020609.8 Country of ref document: CN |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 22767228 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |