(57)【要約】      （修正有）【課題】より簡便な構造で漏洩防止・離隔性能・密封性能を維持でき、さらには低コストを実現できる構成とした嵌め合い部あるいは密封構造、また、これらの嵌め合い部・密封構造を有する機械要素・機械装置を提供する。【解決手段】二部材の機械要素部材３０１，３０２の嵌合部分を有する機械要素もしくは機械装置において、少なくとも、一方の機械要素部材の嵌合面には撥油処理が施されている。前記撥油処理が、あらかじめ嵌合面に施されるものであり、さらに、前記嵌合面に金属酸化物層を形成した後、撥油剤層を設けたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二部材の機械要素部材の嵌合部分を有する機械要素もしくは機械装置において、少なくとも、一方の機械要素部材の嵌合面には撥油処理が施されていることを特徴とする機械要素もしくは機械装置。
【請求項２】
前記撥油処理が、
前記二部材が嵌合される前にあらかじめ前記嵌合面となる面に施されるものであり、
さらに、前記嵌合面となる面に金属酸化物層を形成した後、撥油剤層を設けたものであり、
前記金属酸化物層は、前記母材の表面を、
水と、金属種がシリコン、チタン、もしくはアルミニウムで、アルキル部分の炭素数が１〜６の低級アルキルであるアルキルアルコキシ金属塩、またはハロゲンアルコキシ金属塩と、
炭素数１〜６の低級アルコールと、
平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である金属酸化物微粒子と、を必須成分とし、
ｐＨが６以下である第一の溶液に接触させた後、
アルカリ金属塩を含有し、
ｐＨが１１〜１３である第二の溶液に接触させることにより、
母材の表面に金属酸化物層を形成するものであり、その後、
前記金属酸化物層が形成された母材の表面を、
水と、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤と、
炭素数１〜６の低級アルコールと、を含有し、
ｐＨが６以下である第三の溶液に接触させた後に、
アルカリ金属塩を含有し、
ｐＨが１１〜１３である第四の溶液に接触させることにより、
前記金属酸化物層の上に撥油層を設けることにより形成する方法により形成された撥油処理層であることを特徴とする請求項１に記載の機械要素もしくは機械装置。
【請求項３】
前記第一の溶液は、前記金属酸化物微粒子として、平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるシリカ、チタニア、またはアルミナからなる微粒子を０．１重量％以上５．０重量％以下の割合で含有することを特徴とする請求項２に記載の機械要素もしくは機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機械装置各部の密封構造に関し、特に、撥水撥油処理表面を密封勘合部とすることにより優れた密封性能を有する密封構造を有する機械装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２に、従来から採用されている自動車の差動装置１００の断面構造を示す。差動装置１００ではケーシング第一ケーシング部材１０１、第二ケーシング部材１０２、第三ケーシング部材１０３を溶接もしくはボルト等で締結して差動装置１００のケーシング１１０が形成されている。
【０００３】
ケーシング１１０内部には、リングギヤ１０８と、円すいころ軸受１２０，１２１に回転自在に支持され片方の端部にピニオンギヤ１０６が形成され他方の端部に回転入力フランジ１０５が設けられたピニオン軸１１２が配設され、リングギヤ１０８とピニオンギヤ１０６が係合している。
【０００４】
ケーシング部材１０１の回転入力フランジ１０５側とピニオン軸１１２の回転入力フランジ１０５側の端部の開口部は、回転入力フランジ１０５の外径部を介してメカニカルシール１０７で摺動自在に密封されている。
【０００５】
そして、ケーシング１１０の内部には所定のレベル１３０まで潤滑油が封入され、この潤滑油によりリングギヤ１０８、ピニオンギヤ１０６、円すいころ軸受１２０、１２１等の摺動部分・転動部分の潤滑が行われる。
【０００６】
通常の場合であれば、ケーシング部材１０２とケーシング部材１０３は溶接により接合されている。そのため、ケーシング部材１０２とケーシング部材１０３の接合部分から、ケーシング１１０内部に封入した潤滑油が漏れ出すことは無い。
【０００７】
また、通常の場合であれば、差動装置１００の組み立ての都合上、ケーシング部材１０１とケーシング部材１０２とは、ボルトで締結される。この場合、ケーシング部材１０１とケーシング部材１０２の突合せ面には、ガスケットもしくはＯリングが介装されている。
【０００８】
別の開口部であるメカニカルシール１０７とケーシング部材１０１の嵌め合い部は、その嵌め合い部からの潤滑油の漏洩を防ぐために、比較的しめしろの大きいしまりばめとなっている。潤滑油の漏洩を防ぐために、比較的しめしろの大きいしまりばめとすることは、メカニカルシール１０７の内径と回転入力フランジ１０５の外径側の嵌め合い、また、ピニオン軸１１２と回転入力フランジ１０５との嵌め合い部も同様である。
【０００９】
次に、図３に従来からの転がり軸受９の断面機構を示す。転がり軸受９は、内周に軌道面を有する外輪１０と、外周に軌道面を有する内輪１２と、外輪１０と内輪１２とを相対回転自在に支持するための複数の転動体１３と、複数の転動体１３を離間保持する保持器１５と、転がり軸受９の内部を密封する接触シール部材１４を有する。
【００１０】
図３に図示した例では、外輪１０が機械装置（図示せず）の固定ハウジング８０に嵌め合わされ、内輪１２が回転軸８１に嵌めあわされている。そして、図３において、転がり軸受９が隔てている図の右側の部分と左側の部分の離隔を担保するために、外輪１０の外周端部に弾性体からなるＯリング１６を介装している。
【００１１】
ここで、例えば図２に示す差動装置１００に用いられるメカニカルシール１０７の回転・摺動・シール部分、及び図３に示す転がり軸受９における接触シール部材１４と内輪１２との摺接部分、接触シール部材１４と外輪内周の取付け部分２３においては、従来から潤滑剤の漏洩等の対策が行われており、他の部分に比較して問題の発生は少ないものとなっている。
【００１２】
また、図２に示す差動装置１００、図３に示す転がり軸受９に類似の形態を有する機械要素・機械装置においても、ガスケットやＯリングが所定の位置に収まっていれば、ガスケットやＯリングに期待される密封性能において特段の問題は発生しない構造となっていることが通常である。また、図２に示す差動装置１００において、嵌めあい部のしめしろ等を比較的大きく、かつ、ばらつきの無いように寸法精度等を設定すれば特段の問題は発生しないものとなっている。
【００１３】
しかしながら、これらの項目を管理することは、コストが増加する要因ともなるため、さらに簡便な構造で、漏洩を抑制し離隔性能・密封性能を維持できる嵌め合い部・密封構造が望まれている。
【００１４】
すなわち、ガスケットやＯリングであれば、所定の位置に所定の状態で配設された後は、Ｏリングの状態を目視確認できる場合は稀である。また、特許文献１に示されるように、Ｏリングを装着する工程途中でのＯリングの損傷等が発生する場合もある。
【００１５】
また、Ｏリングやガスケットは、弾性体であるため、温度による性状の変化が比較的大きく、温度変化により離隔性能に影響を受ける場合も考えられる。さらに、漏洩を防止し離隔しようとしている物質、例えば潤滑油に触れた場合に膨潤したりすることもある。また、これらの影響を受けないＯリング材質とすると、さらに高価な材料となり、コスト的に影響が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８―５１２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上記課題に鑑み、より簡便な構造で漏洩防止・離隔性能・密封性能を維持でき、さらには低コストを実現できる構成とした嵌め合い部あるいは密封構造、また、これらの嵌め合い部・密封構造を有する機械要素・機械装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するための、第一の発明は、二部材の機械要素部材の嵌合部分を有する機械要素もしくは機械装置において、少なくとも、一方の機械要素部材の嵌合面には撥油処理が施されていることを特徴とする機械要素もしくは機械装置とするものである。
【００１９】
第一の発明によれば、Ｏリングやガスケット等の弾性部材を用いなくとも、前記嵌合部分を介して潤滑油等が漏洩したりすることがなく、前記嵌合部分を境に、離隔性能・密封性能を発揮することができる嵌合面、あるいは機械装置とすることが可能である。また、ことさら嵌め合い部のしめしろを大きくせずとも、十分な性能を有する密封構造とすることが可能である。
【００２０】
上記課題を解決するための、第二の発明は、前記第一撥油処理が以下の通りなされているものであることを特徴とする。
【００２１】
すなわち、前記撥油処理が、前記二部材が嵌合される前にあらかじめ前記嵌合面となる面に施されるものであり、前記嵌合面となる面に金属酸化物層を形成した後、撥油剤層を設けたものであり、前記金属酸化物層は、前記母材の表面を、水と、金属種がシリコン、チタン、もしくはアルミニウムで、アルキル部分の炭素数が１〜６の低級アルキルであるアルキルアルコキシ金属塩、またはハロゲンアルコキシ金属塩と、炭素数１〜６の低級アルコールと、平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である金属酸化物微粒子と、を必須成分とし、ｐＨが６以下である第一の溶液に接触させた後、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第二の溶液に接触させることにより、母材の表面に金属酸化物層を形成するものであり、その後、前記金属酸化物層が形成された母材の表面を、水と、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤と、炭素数１〜６の低級アルコールと、を含有し、ｐＨが６以下である第三の溶液に接触させた後に、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第四の溶液に接触させることにより、前記金属酸化物層の上に撥油層を設けることにより形成する方法により形成された撥油処理層であることを特徴とするものである。
【００２２】
さらに第三の発明は、前記第二の発明において、第一の溶液は、前記金属酸化物微粒子として、平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるシリカ、チタニア、またはアルミナからなる微粒子を０．１重量％以上５．０重量％以下の割合で含有することを特徴とするものである。
【００２３】
以下、第二、第三の発明をより具体的に説明する。
【００２４】
前記金属酸化物層および撥水撥油層は、保持器の表面を、水と、金属種がシリコン、チタン、もしくはアルミニウムで、アルキル部分の炭素数が１〜６の低級アルキルであるアルキルアルコキシ金属塩、またはハロゲンアルコキシ金属塩と、炭素数１〜６の低級アルコールと、平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である金属酸化物微粒子（シリカ、チタニア、アルミナ、マグネシア、酸化カルシウム、酸化亜鉛等からなる微粒子）と、を必須成分とし、ｐＨが６以下である第一の溶液に接触させた後、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第二の溶液に接触させることにより、保持器の表面に金属酸化物層を形成する金属酸化物層形成工程と、前記金属酸化物層形成工程の後に、前記保持器の表面を、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤と、水と、炭素数１〜６の低級アルコールと、を含有し、ｐＨが６以下である第三の溶液に接触させた後に、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第四の溶液に接触させることにより、前記金属酸化物層の上に撥水撥油層を形成する撥水撥油層形成工程と、を含む方法で形成されていることが好ましい。
【００２５】
前記第一の溶液は、前記金属酸化物微粒子として、平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるシリカ、チタニア、またはアルミナからなる微粒子を０．１重量％以上５．０重量％以下の割合で含有することが好ましい。
【００２６】
嵌合部を形成する機械要素部材が合成樹脂製の場合には、表面に親水化処理工程を行った後に前記金属酸化物層形成工程を行うことが好ましい。親水化処理工程としては、プラズマ処理、グロー放電、コロナ放電、紫外線照射等により、前記保持器の表面に水酸基を形成する方法が挙げられる。
【００２７】
金属酸化物層形成工程で使用する第一の溶液のｐＨを６以下とすることで、前記アルキルアルコキシ金属塩またはハロゲンアルコキシ金属塩の加水分解反応が促進される。また、第二の溶液のｐＨを１１以上１３以下とすることにより、前記加水分解反応生成物の水酸基（−ＯＨ）と保持器表面の水酸基（−ＯＨ）との脱水縮合反応が促進される。その結果、保持器の表面に金属酸化物層が強固に化学結合された状態で形成される。
【００２８】
また、撥水撥油層形成工程で使用する第三の溶液のｐＨを６以下とすることで、前記フッ素系カップリング剤の加水分解反応が促進される。また、第四の溶液のｐＨを１１以上１３以下とすることにより、前記加水分解反応生成物の水酸基（−ＯＨ）と前記金属酸化層表面の水酸基（−ＯＨ）との脱水縮合反応が促進される。その結果、前記金属酸化物層の表面に撥水撥油層が強固に化学結合された状態で形成される。
【００２９】
さらに、金属酸化物層形成工程で、金属酸化物層（アルコキシ金属塩を構成する金属の酸化物からなる層）が保持器の被成膜面に生成する際に、第一の溶液に含まれる金属酸化物微粒子が被成膜面に結合することで、金属酸化物層が密に形成される。また、形成された金属酸化物層の表面に微粒子に起因する凹凸が形成されて、表面積率（表面が平滑面であると仮定した面積に対する実際の表面積の比率）が増大する。金属酸化物層の表面積率が増大すると、その上の層である撥水撥油層の表面積率も増大し、密な撥水撥油層が形成されることになるため、撥水撥油膜の撥水撥油性能が向上するとともに、撥水撥油膜が被成膜面に対して強固に結合される。金属酸化物層および撥水撥油層の表面積率は１．１以上であることが好ましい。
【００３０】
アルコキシ金属塩（前記アルキルアルコキシ金属塩およびハロゲンアルコキシ金属塩）の具体例としては、金属種がシリコンである、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラクロロシラン、金属種がチタンである、テトラメトキシチタネート、テトラエトキシチタネート、テトラプロポキシチタネート、テトラブトキシチタネート、金属種がアルミナである、トリメトキシアルミネート、トリエトキシアルミネート、トリプロポキシアルミネートが挙げられる。
【００３１】
第一の溶液に含まれる金属酸化物微粒子をなす金属酸化物の金属種とアルコキシ金属塩の金属種は、同じであることが特に好ましい。
【００３２】
金属酸化物微粒子の平均一次粒径は、好ましくは２ｎｍ以上１００ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上８０ｎｍ以下、さらに好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。また、平均一次粒径が異なる金属酸化物微粒子を混合して使用することも可能である。平均一次粒径が１ｎｍ未満では、表面積率の増大効果が少なく、２００ｎｍを超えると、被成膜面から脱落しやすくなる。
【００３３】
金属酸化物微粒子の溶液中の含有率は０．１以上３質量％以下とすることが好ましく、０．２質量％以上〜２．５質量％以下がさらに好ましい。金属酸化物微粒子の溶液中の含有率が０．１質量％未満では、金属酸化物層を密にする効果が少なく、５質量％を超えると、被成膜面に金属酸化物の微粒子が過度に重なった状態で堆積することになり、これに伴って微粒子が脱落することで撥水撥油膜に欠陥が生じ易くなる。
【００３４】
金属酸化物微粒子の形状は、特に限定はなく、球形、矩形、扁平形、繊維状、ウイスカー状のもの等を使用できる。例えば、繊維状のものであれば、繊維の長さを１ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。また、異なる形状のものを混合して使用してもよい。
【００３５】
また、平均一次粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であれば、多孔質のもの等を使用することも可能である。
【００３６】
第一の溶液の組成の一例を具体的に述べると、アルコキシ金属塩が１質量％以上１０質量％以下、水が１質量％以上２０質量％以下、アルコールが３０質量％以上９５質量％以下、金属酸化物の微粒子が０．１質量％以上５質量％以下であって、塩酸によりｐＨが６以下に調整されているものである。この場合、塩酸以外の成分をあらかじめ混合し、金属酸化物微粒子が均一になるよう数十分〜数時間攪拌した後、最後に塩酸を用いてｐＨ調整を行うことが好ましい。
【００３７】
前記第二の溶液および第四の溶液は、特に、水酸化ナトリウム水溶液であることが好ましい。また、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ金属の炭酸塩等も使用できる。また、各種のｐＨ緩衝剤を併用してもよい。
【００３８】
また、前記第一の溶液および第三の溶液が炭素数１〜６の低級アルコールを含むことにより、前記アルコキシ金属塩およびフッ素系カップリング剤の溶解度を高め、安定した溶液となる。炭素数１〜６の低級アルコールとしては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール等が好適に使用できる。より好ましくは、エタノールを用いる。
【００３９】
前記第三の溶液に含まれる、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤としては、第一の溶液に含まれる金属酸化物微粒子の金属種、あるいは、第一の溶液に含まれるアルコキシ金属塩の金属種と同じ金属種を有するものであることが好ましい。また、金属種がシリコンであるフッ素系カップリング剤（フッ素系シランカップリング剤）を使用することが好ましい。
【００４０】
具体的には、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリエトキシシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリメトキシシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリクロロシラン−３−ヘプタフルオロイソプロポキシプロピルトリクロロシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロドデシルトリエトキシシラン、３−トリフルオロアセトキシプロピルトリメトキシシラン等が使用できる。
【００４１】
上記のように、撥油処理を第二、第三の発明に係るものとすることにより、嵌合面に撥油処理を施しても十分な耐久性を有する撥油処理とすることが可能であり、第一の発明の効果をより長期に、より安定して付与することが可能となる。
【００４２】
また、第二、第三の発明に係る撥油処理は、化学的にも物理的にも安定であり、従来からの撥油処理、例えば、市販撥油剤である日本メクトロン株式会社製のノックスガード４２０ＳＴ等による処理に比べて強固なものとすることができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、Ｏリング等の弾性部材を用いなくとも、非漏洩性を有し離隔性能に優れた嵌合部を有する機械装置を得ることができる。これにより各種の密封構造が低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る実施形態を説明する概要図である。
【図２】従来の差動装置の断面機構図である。
【図３】従来の転がり軸受の断面機構図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１（ｂ）に、本発明に係る嵌合面を有する機械装置の要部を示す。また、説明のために従来からの構造であるＯリング３０３を用いた嵌合部を図１（ａ）に示す。
【００４６】
図１（ａ）、（ｂ）においては、第一部材３０１、３０１′と、第二部材３０２、３０２′が嵌めあわされている。嵌め合いの形態は、しまりばめであっても隙間ばめであってもよい。ここで、第一部材３０１′と、第二部材３０２′の嵌合部となる面は、あらかじめ、撥油処理が施された後、嵌合されたものである。
【００４７】
図１（ａ）においては、Ｏリング３０３により嵌合部を境に、図１（ｂ）においては、撥水撥油処理された嵌合部により、領域３０４、３０４′と３０５、３０５′との離隔を担保している。
【００４８】
図１（ｂ）に示す形態は、概要を説明するために簡略化されているが、機械要素のあらゆる接合・嵌合・接続・付き合わせ部分に用いることが可能である。例えば、図３に示した転がり軸受９とハウジング８０に適用する場合においては、図１（ｂ）に示す第一部材３０１′が図２におけるハウジング８０に相当し、図１（ｂ）に示す第二部材３０２′が図３における外輪１２に相当する。そして、図１（ｂ）において撥水撥油処理がされている部分は、図３における外輪側嵌合部分２０とハウジング側嵌合部分８２に相当する。
【００４９】
また、図１（ｂ）に示す形態の嵌め合い部・密封構造では、Ｏリング３０３用の溝３０６等の加工が不要のため、Ｏリング３０３のコストと併せて溝３０６の加工分のコストが削減できる。さらに、溝３０６等の制約が無いため、ねじ止め等の機械的締結手段と併用することも簡便に可能である。
【００５０】
さらに、第二、第三の撥水撥油処理によれば、耐熱性に優れる撥水撥油処理とすることができるため、高温となる用途への適用はもちろんのこと、例えば、溶接による接合等の締結手段との併用も可能である。
【００５１】
さらに、第一〜第三の発明は、従来からのＯリング等を使用した離隔構造と併用することも可能である。また、そのように併用する際には、Ｏリングやガスケット等にも第二・第三の発明に係る撥油処理を施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、広く機械要素・機械装置一般に適用できるものであるが、特に、自動車用の機械装置に好適に用いられる。そのなかでも、潤滑油等の液状塑性物を封入された形態で使用される機械装置の潤滑油の漏洩防止に効果がある。したがって、エンジン、トランスミッション、ディファレンシャル、ラジエター等における従来からのＯリング・ガスケットの代替、もしくはこれらとの併用において最も好適に使用できる。
【符号の説明】
【００５３】
９            転がり軸受
１０          外輪
１２          内輪
１３          転動体
１４          接触シール部材
１５          保持器
１６          Ｏリング
２０          外輪側嵌合部分
２３          取付け部分
８０          ハウジング
８１          回転軸
８２          ハウジング側嵌合部分
１００        差動装置
１０１        第一ケーシング部材
１０２        第二ケーシング部材
１０３        第三ケーシング部材
１０５        回転入力フランジ
１０６        ピニオンギヤ
１０７        メカニカルシール
１０８        リングギヤ
１１２        ピニオン軸
１２０        円すいころ軸受
１２１        円すいころ軸受
３０１，３０１′      第一部材
３０２、３０２′      第二部材
３０３        Ｏリング
３０４、３０４′      領域
３０５、３０５′      領域
３０６        溝
【図１】
2011085182.tif 000003
【図２】
2011085182.tif 000004
【図３】
2011085182.tif 000005