(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクリルエラストマー、水素化ニトリルエラストマー、フッ素エラストマー、フロロシリコーンエラストマーのいずれか１つを主成分とし、粒子状充填材と繊維状充填材の両方を含む複合材料から成り、
前記粒子状充填材の平均粒径が１．０μｍ以上５０μｍ以下であり、前記繊維状充填材の平均径が５.０μｍ以上２０μｍ以下であり、前記繊維状充填材の平均長さが０．１ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、
前記粒子状充填材の含有量が１０体積％以上３５体積％以下であり、前記繊維状充填材の含有量が５体積％以上１５体積％以下である
シール部材。
【請求項２】
請求項１に記載のシール部材であって、
前記粒子状充填材と前記繊維状充填材が表面に露出している
シール部材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシール部材であって、
前記粒子状充填材が、フッ素樹脂、カーボン、グラファイト、及び合成シリカの少なくとも１つであり、
前記繊維状充填材が、炭素繊維、アラミド繊維、及びフェノール繊維の少なくとも１つである
シール部材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のシール部材であって、
前記複合材料の１５０℃における圧縮永久歪みが７０％以下である
シール部材。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のシール部材であって、
前記複合材料のオイル中における動摩擦係数が０．３以下である
シール部材。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のシール部材であって、
リング状に成形されている
シール部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧機器に用いられるシール部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧式の無段変速機などの各種油圧機器が搭載された自動車が知られている。これらの油圧機器には、オイルをシールするためのシールリングが用いられる。シールリングは、例えば、ハウジングに挿通されるシャフトに嵌め込まれ、ハウジングとシャフトとの間を封止する。
【０００３】
シールリングは、ハウジングとシャフトとの間の高いシール特性を実現するために、ハウジング及びシャフトに隙間なく密着可能であることが好ましい。このため、シールリングは、ゴム弾性を有するエラストマーで形成される場合がある。特許文献１，２には、エラストマーで形成されたシールリングが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２５５４９５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９４８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、油圧機器が搭載された自動車では、燃費向上のため、油圧機器の駆動損失の低減が望まれている。
【０００６】
シールリングは、油圧機器の駆動時に、シャフトのハウジングに対する往復動に伴い、ハウジングに沿って摺動する。このため、油圧機器には、シールリングとハウジングとの間の摩擦力による駆動損失である摩擦損失（フリクションロス）が生じる。したがって、シールリングは、油圧機器の摩擦損失を低減するために、高い摺動特性を有することが好ましい。
【０００７】
しかしながら、エラストマーは、一般的に、ゴム弾性に富むものの、摩擦係数が高い。このため、エラストマーにより形成されたシールリングでは、高いシール特性が得られる反面、高い摺動特性が得られにくい。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、シール特性及び摺動特性に優れるシール部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るシール部材は、アクリルエラストマー、水素化ニトリルエラストマー、フッ素エラストマー、フロロシリコーンエラストマーのいずれか１つを主成分とし、粒子状充填材と繊維状充填材の両方を含む複合材料から成る。
上記粒子状充填材の平均粒径が１．０μｍ以上５０μｍ以下であり、上記繊維状充填材の平均径が５.０μｍ以上２０μｍ以下であり、平均長さが０．１ｍｍ以上８ｍｍ以下である。
上記粒子状充填材の含有量が１０体積％以上３５体積％以下であり、上記繊維状充填材の含有量が５体積％以上１５体積％以下である。
この構成により、シール特性及び摺動特性に優れるシール部材を提供することができる。
【００１０】
上記粒子状充填材と上記繊維状充填材が表面に露出していてもよい。
この構成により、更にシール特性及び摺動特性に優れるシール部材を提供することができる。
【００１１】
上記粒子状充填材が、フッ素樹脂、カーボン、グラファイト、及び合成シリカの少なくとも１つであってもよい。また、繊維状充填材が炭素繊維、アラミド繊維、及びフェノール繊維の少なくとも１つであってもよい。
この構成により、シール特性及び摺動特性に優れるシール部材を提供することができる。
【００１２】
上記複合材料の１５０℃における圧縮永久歪みが７０％以下である。
この構成により、更にシール特性に優れるシール部材を提供することができる。
【００１３】
上記複合材料のオイル中における動摩擦係数が０．３以下である。
この構成により、更に摺動特性に優れるシール部材を提供することができる。
【００１４】
上記シール部材はリング状に成形されていてもよい。
この構成により、シール特性及び摺動特性に優れるシールリングを提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
シール特性及び摺動特性に優れるシール部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るシールリング１の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
［シールリング１の概略構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るシールリング１の平面図である。シールリング１は、中心軸Ｃを中心とするリング状に形成されている。シールリング１は、外周面１０と、内周面２０と、外周面１０と内周面２０とを接続する側面３０ａ，３０ｂと、を有する。
【００１９】
シールリング１には、必要に応じて、シャフトに嵌め込みやすくするための合口４０が設けられる。合口の形状は、例えば、ストレート形、ダブルアングル形、トリプルステップ形などにすることができる。
【００２０】
シールリング１は、例えば自動車に搭載される油圧式の無段変速機など油圧機器に利用可能である。シールリング１は、油圧機器のハウジングに挿通されるシャフトに嵌め込まれ、ハウジングとシャフトとの間を封止する。ハウジングに挿通されたシャフトは、ハウジングに対して相対的に往復動する。
【００２１】
このとき、シャフトに嵌め込まれたシールリング１の外周面１０がハウジングの内周面に沿って相対的に中心軸Ｃ方向に摺動する。つまり、シールリング１では、ハウジングを相手材とする摺動面が外周面１０となる。シールリング１は、以下に説明するように、外周面１０とハウジングとの間のフリクションロスを効果的に低減可能な構成を有する。
【００２２】
［シールリング１の詳細構成］
シールリング１は、ベース材料であるエラストマーと、充填材料である粒子状充填材及び繊維状充填材を含む複合材料から成る。粒子状充填材及び繊維状充填材は、エラストマー中に均一に分散されている。
【００２３】
このシールリング１の複合材料中に粒子状充填材と繊維状充填材を充填することにより、エラストマーの摺動特性を向上させながら、引張強度を向上させることができ、かつ、良好な成形性を確保できる。
【００２４】
エラストマーは、特定の種類に限定されないが、耐熱性及び耐油性に優れ、圧縮永久歪みが小さいものであることが好ましい。具体的に、エラストマーの耐熱温度は１８０℃以上であることが好ましい。また、エラストマーは、１５０℃のＣＶＴＦへの１０００時間の浸漬での体積膨張率が１０％以下であることが好ましい。更に、エラストマーの圧縮永久歪み（１７７℃、２２時間）は３０％以下であることが好ましい。
【００２５】
本実施形態では、上記の条件を満足するエラストマーとしてフッ素系エラストマーを用いる。フッ素系エラストマーとしては、例えば、信越化学工業株式会社の「ＳＩＦＥＬ３０００シリーズ」や、ダイキン工業株式会社の「Ｄｉｅｌ  Ｇ−１０１」や、セントラルガラス株式会社の「セフラルソフト」や、住友スリーエム株式会社の「ＴＨＶ」や、旭硝子株式会社の「ＡＦＬＡＳ」を採用可能である。
【００２６】
また、エラストマーとしては、フッ素系エラストマーに加え、例えば、アクリルエラストマー、水素化ニトリルエラストマー、及びフロロシリコーンエラストマーなども採用可能である。
【００２７】
粒子状充填材は、特定の種類に限定されず、１種類で構成されていても、複数種類で構成されていても構わない。粒子状充填材としては、例えば、フッ素樹脂、カーボン、グラファイト、合成シリカの少なくとも１つを採用可能である。
【００２８】
繊維状充填材は、特定の種類に限定されず、１種類で構成されていても、複数種類で構成されていても構わない。繊維状充填材としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、及びフェノール繊維の少なくとも１つを採用可能である。
【００２９】
粒子状充填材及び繊維状充填材は、シールリング１の摺動面である外周面１０に、露出している。つまり、粒子状充填材及び繊維状充填材が外周面１０から突出している。外周面１０に露出する粒子状充填材及び繊維状充填材は、エラストマーによって部分的に保持されることにより、外周面１０上に固定されている。
【００３０】
このような構成により、シールリング１の外周面１０がハウジングに対して摺動する際に、外周面１０に露出する粒子状充填材及び繊維状充填材がハウジングに当接するため、エラストマーとハウジングとの間に油膜が形成される。つまり、シールリング１の外周面１０では、粒子状充填材及び繊維状充填材によってエラストマーとハウジングとの直接の接触が妨げられる。これにより、シールリング１とハウジングとの間のフリクションロスを低減可能である。
【００３１】
また、シールリング１では、エラストマーとハウジングとの直接の接触が妨げられるため、外周面１０における優れた耐摩耗性も得られる。
【００３２】
粒子状充填材の平均径は、１．０μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。粒子状充填材の平均径を１．０μｍ以上とすることにより、外周面１０における突出量が大きくなるため、フリクションロスをより効果的に低減可能である。また、５０μｍ以下とすることにより、シールリング１の機械的強度や硬度が更に向上する。
【００３３】
繊維状充填材の平均径（平均太さ）は、５.０μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。繊維状充填材の平均径を５.０μｍ以上とすることにより、外周面１０における突出量が大きくなるため、フリクションロスをより効果的に低減可能である。また、２０μｍ以下とすることにより、シールリング１の機械的強度や硬度が更に向上する。
【００３４】
繊維状充填材の平均長さは、０．１ｍｍ以上８ｍｍ以下とすることが好ましい。繊維状充填材の平均長さを０．１ｍｍ以上８ｍｍ以下とすることにより、繊維としての性質が良好に得られるため、シールリング１の機械的強度や硬度が更に向上する。
【００３５】
シールリング１では、粒子状充填材及び繊維状充填材の含有量が多いほど、摺動特性が向上するものの、シール特性が低下してしまう。本実施形態では、摺動特性とシール特性とを両立可能とするとともに、成形性と引っ張り強度とを両立可能とするようにシールリング１を構成する複合材料における繊維状充填材の含有量が決定される。
【００３６】
具体的には、シールリング１の１５０℃における圧縮永久歪みが７０％以下である場合に、シールリング１の高いシール特性を確保することができる。また、シールリング１のオイル中における中心軸Ｃ方向についての動摩擦係数が０．３以下である場合に、シールリング１の高い摺動特性を確保することができる。
【００３７】
また、シールリング１では、粒子状充填材の含有量が多すぎると、引っ張り強度が低下してしまう。この一方で、シールリング１では、繊維状充填材の含有量が多すぎると、成形性が低下してしまう。そこで、本実施形態に係るシールリング１では、粒子状充填材と繊維状充填材とを併用することにより、粒子状充填材及び繊維状充填材のそれぞれの含有量を抑えつつ優れた摺動特性が得られる。
【００３８】
以上より、この複合材料では、粒子状充填材の含有量が１０体積％以上３５体積％以下であり、繊維状充填材の含有量が５体積％以上１５体積％以下とする。粒子状充填材の含有量を１０体積％以上、繊維状充填材の含有量を５体積％以上とすることにより、摺動特性が向上する。また、粒子状充填材の含有量を３５体積％以下、繊維状充填材の含有量を１０体積％以下とすることにより、圧縮永久歪みの増加を抑制できると共に、成形性や引っ張り強度の低下を抑制できる。
【００３９】
このような複合材料で形成したシールリング１では、動摩擦係数及び圧縮永久歪みが十分に低く、引っ張り強度及び硬度が十分に高い。このため、十分な機械的強度を維持しつつ、優れた摺動特性及び成形性を有するシールリング１が得られる。
【００４０】
［シールリング１の製造方法］
以下、熱硬化及び射出成形を用いたシールリング１の製造方法の一例について説明する。なお、シールリング１の製造方法は、これらに限定されない。
【００４１】
（熱硬化）
ベース材料として熱硬化性フッ素系エラストマーを用いる場合、まず硬化前のフッ素系エラストマーペースト（液体）にＰＴＦＥ粉末（粒子状充填材）とアラミド繊維（繊維状充填材）とを添加し、フッ素系エラストマーとＰＴＦＥ粉末（粒子状充填材）とアラミド繊維（繊維状充填材）とを十分に混練して混練体を得る。そして、得られた混練体を金型に注入し、金型を加熱することにより金型内の混練体を硬化させる。金型を冷却した後に、金型内からシールリング１が得られる。
【００４２】
（射出成形）
ベース材料として熱可塑性フッ素系エラストマーを用いる場合、まずフッ素系エラストマーにＰＴＦＥ粉末（粒子状充填材）とアラミド繊維（繊維状充填材）とを添加し、フッ素系エラストマーとＰＴＦＥ粉末（粒子状充填材）とアラミド繊維（繊維状充填材）とを十分に混練して混練体を得る。そして、得られた混練体を加熱し、軟化した混練体を金型に充填する。金型を冷却した後に、金型内からシールリング１が得られる。
【実施例】
【００４３】
以下、上記実施形態の実施例を示すが、本発明は実施例に限定されない。
【００４４】
［シールリング１の作製］
本実施例では、フッ素系エラストマーとして、ショアＡ硬度が高く、耐圧性に優れる信越化学工業株式会社の「ＳＩＦＥＬ３７０５Ａ／Ｂ」を用いた。このフッ素系エラストマーは、二液タイプの熱硬化性ペーストである。
【００４５】
本実施例で使用した粒子状充填材について、ＰＴＦＥ粉末の平均粒径は８μｍ、グラファイト粉末の平均粒径は３５μｍ、合成シリカ粉末の平均粒径は２２μｍとした。本実施例で使用した繊維状充填剤について、アラミド繊維の平均径は１２μｍ、平均長さは１ｍｍとした。炭素繊維の平均径は１３μｍ、平均長さは０．７ｍｍとした。ガラス繊維の平均径は１１μｍ、平均長さは１５０μｍとした。
【００４６】
実施例１〜４は、繊維状充填材の含有量を７体積％とし、粒子状充填材の含有量をそれぞれ１５，２０，３０体積％と変化させた。実施例５〜７では、粒子状充填材の含有量を３０体積％とし、繊維状充填材の含有量を５，１０，１５体積％と変化させた。実施例１〜７では、粒子状充填材としてＰＴＦＥ粉末を用い、繊維状充填材としてアラミド繊維を用いた。
【００４７】
実施例８〜１１では、粒子状充填材の含有量を３０体積％、繊維状充填材の含有量を７体積％として、粒子状充填材と繊維状充填材の組み合わせを変えてシールリング１を作製した。実施例８，９では、粒子状充填材にＰＴＦＥ粉末を用い、繊維状充填材にそれぞれ炭素繊維、ガラス繊維を用いた。実施例１０，１１では、繊維状充填材にアラミド繊維を用い、粒子状充填材にそれぞれグラファイト粉末、合成シリカ粉末を用いた。
【００４８】
以上の実施例１〜１１に係るシールリング１は、以下に示す方法と同様の方法により作製した。まず、実施例１では、フッ素系エラストマーの一液と、フッ素系エラストマーの二液と、ＰＴＦＥ粉末と、アラミド繊維との混練を行った。この混練は、フッ素系エラストマーとＰＴＦＥ粉末とアラミド繊維が良好に混ざり合えばよく、混練機を用いて行っても、手作業で行ってもよい。
【００４９】
次に、混練により得られた混練体をシールリング用の金型に充填し、金型の加熱を行った。金型の加熱では、１５０℃にて５〜１０分保持した。これにより、外径１２５．０ｍｍ、内径１１９．０ｍｍ、幅３．０ｍｍのシールリング１が得られた。
【００５０】
また、比較例１として粒子状充填材と繊維状充填材を含まないシールリング１を、また比較例２として粒子状充填材のみを含むシールリング１を、比較例３として繊維状充填材のみを含むシールリング１を、また比較例４〜７として粒子状充填材の含有量が上記実施形態の範囲外となるシールリング１を上記実施例と同様の方法により作製した。
具体的には、比較例４，５では粒子状充填材の含有量が上記実施形態の範囲外であり、比較例６，７では繊維状充填材の含有量が上記実施形態の範囲外である。
比較例４〜７では、粒子状充填材にＰＴＦＥ粉末を用い、繊維状充填材としてアラミド繊維を用いた。
【００５１】
［シールリング１の評価］
シールリング１を評価するために、動摩擦係数、ショアＡ硬度、圧縮永久歪み、及び引っ張り強度の測定を行った。なお、動摩擦係数、圧縮永久歪み及び引っ張り強度についてはシールリング１そのものでは測定が困難であるため、シールリング１と同様の性能となるような測定サンプルを作製した。
【００５２】
（動摩擦係数の測定）
本測定の測定サンプルとして、長さ１００ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの試験片をそれぞれ作製した。各サンプルについて、新東化学製トライボギアＴＹＰＥ３８を用い、１００℃のオイル中で、面圧１．０ＭＰａ、測定速度１０ｍｍ／秒、測定長１０ｍｍ、ストローク回数１００回の往復動摩擦摩耗試験により測定した。
【００５３】
動摩擦係数の測定結果の評価基準として、動摩擦係数が０．３以下の良好な結果が得られた測定サンプルを「Ａ」と判定し、動摩擦係数が０．３を超える良好でない結果が得られた測定サンプルを「Ｂ」と判定するものとした。
【００５４】
（ショアＡ硬度の測定）
本測定の測定サンプルは、各シールリング１を適当な形状に切り出すことにより作製した。各測定サンプルについて、タイプＡデュロメータを用い、ＪＩＳ  Ｋ７２１５に基づき、ショアＡ硬度を測定した。
【００５５】
ショアＡ硬度の測定結果の評価基準として、ショアＡ硬度が８０以上の良好な結果が得られた測定サンプルを「Ａ」と判定し、ショアＡ硬度が８０未満の良好でない結果が得られた測定サンプルを「Ｂ」と判定するものとした。
【００５６】
（圧縮永久歪みの測定）
本測定の測定サンプルとしては、射出成型により得られた、長さ５ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を用いた。
【００５７】
本測定では、まず、スペーサにより挟んだ測定サンプルを、スペーサ間に加圧力を加えることにより２５％圧縮し、１５０℃で１００時間保持した。その後、スペーサ間の加圧力を解除し、測定サンプルを室温で３０分間静置した。１５０℃における圧縮永久歪みを、以下の式により算出した。
（１５０℃における圧縮永久歪み）＝［（ｔ０−ｔ２）／ｔ０−ｔ１］×１００  ［％］
（ここで、ｔ０：試験前の測定サンプルの厚さ（ｍｍ）、ｔ１：スペーサの厚さ（ｍｍ）、ｔ２：試験後（室温で３０分静置した後）の測定サンプルの厚さ（ｍｍ）である。）
【００５８】
圧縮永久歪みの測定結果の評価基準として、圧縮永久歪みが７０％以下の良好な結果が得られた測定サンプルを「Ａ」と判定し、圧縮永久歪みが７０％を超える良好でない結果が得られた測定サンプルを「Ｂ」と判定するものとした。
【００５９】
（引っ張り強度の測定）
本測定は、ＪＩＳ６２５１に基づいて行った。測定サンプルとしてＪＩＳ３号ダンベルをそれぞれ作製し、引張速度５００ｍｍ／分にて測定した。
【００６０】
引っ張り強度の測定結果の評価基準として、引っ張り強度が１０ＭＰａ以上の良好な結果が得られた測定サンプルを「Ａ」と判定し、引っ張り強度が１０ＭＰａ未満の良好でない結果が得られた測定サンプルを「Ｂ」と判定するものとした。
【００６１】
（評価結果）
表１は、実施例１〜１１及び比較例１〜７に係るシールリング１の評価結果を示している。
【００６２】
【表１】
0006656854.tif 000002
【００６３】
表１に示すとおり、実施例１〜１１に係るシールリング１では、いずれの測定についても良好な結果が得られた。これに対し、比較例１〜７に係るシールリング１では、いずれかの評価項目について良好でない結果が得られた。
【００６４】
より詳細には、粒子状充填材及び繊維状充填材を含まない比較例１に係るシールリング１では動摩擦係数、ショアＡ硬度、及び引っ張り強度において良好な結果が得られなかった。この結果から、エラストマーのみから成るシールリング１では、実施例１〜１１に係るシールリング１に比べて、摺動特性、硬度、及び機械的強度が不足することが確認された。
【００６５】
また、繊維状充填材を含まず、粒子状充填材を含む比較例２に係るシールリング１では、引っ張り強度において良好な結果が得られなかった。この結果から、繊維状充填材を含まないシールリング１では、実施例１〜１１に係るシールリング１に比べて、機械的強度が不足することが確認された。
【００６６】
また、粒子状充填材を含まず、繊維状充填材を含む比較例３に係るシールリング１では、動摩擦係数において良好な結果が得られなかった。この結果から、粒子状充填材を含まないシールリング１では、実施例１〜１１に係るシールリング１に比べて、摺動特性が不足することが確認された。
【００６７】
粒子状充填材の含有量が上記実施形態の範囲よりも少ない比較例４に係るシールリング１では、動摩擦係数において良好な結果が得られなかった。この結果から、粒子状充填材の含有量が少ないシールリング１では、実施例１〜１１に係るシールリング１に比べて、摺動特性が不足することが確認された。
【００６８】
粒子状充填材の含有量が上記実施形態の範囲よりも多い比較例５に係るシールリング１では、圧縮永久歪み及び引っ張り強度において良好な結果が得られなかった。この結果から、粒子状充填材の含有量が多いシールリング１では、実施例１〜１１に係るシールリング１に比べて、シール特性及び機械的強度が不足することが確認された。
【００６９】
繊維状充填材の含有量が上記実施形態の範囲よりも少ない比較例６に係るシールリング１では、引っ張り強度において良好な結果が得られなかった。この結果から、繊維状充填材の含有量が少ないシールリング１では、実施例１〜１１に係るシールリング１に比べて、機械的強度が不足することが確認された。
【００７０】
繊維状充填材の含有量が上記実施形態の範囲よりも多い比較例７に係るシールリング１では、圧縮永久歪みにおいて良好な結果が得られなかった。この結果から、繊維状充填材の含有量が多いシールリング１では、実施例１〜１１に係るシールリング１に比べて、シール特性が不足することが確認された。また、繊維状充填材の含有量が多いシールリング１では、成形性の低下のために正確な形状のシールリング１が得られにくかった。
【００７１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００７２】
例えば、本実施形態に係るシールリング１はエラストマー、粒子状充填材、及び繊維状充填材のみから成る。しかし、シールリング１の主成分がエラストマー、粒子状充填材、及び繊維状充填材であれば、シールリング１に各種添加物などの副成分が含まれていても本発明の目的を達成することができる。
【００７３】
また、本発明は、油圧機器に用いられるシール部材全般に適用可能である。したがって、シール部材は、シールリングに限らず、任意の形状であってよい。どのような形状のシール部材であっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００７４】
１…シールリング
１０…外周面
２０…内周面
３０ａ，３０ｂ…側面
４０…合口
Ｃ…中心軸
【図１】
0006656854.tif 000003