(57)【要約】【課題】コストの増大を抑制しつつ、シールリップの摩耗と鳴き音の発生とを抑制できる密封装置を提供する。【解決手段】密封装置１は、環状の弾性材からなるシール本体６と、２００ｎｍ以下の波長を有する光の照射によって形成されたヒドロキシル基およびカルボニル基を有する表面構造を含むシールリップ７とを含む。シールリップ７は、回転軸２または外側部材３に対するシール本体６の接触部である稜線２９を含む。シール本体６は、一端および他端を有する回転軸２と、回転軸２と同心に配置され、回転軸２に対して相対回転する外側部材３との間に固定される。シールリップ７は、稜線２９においてその接触対象物である回転軸２または外側部材３に対して摺動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端および他端を有する内側部材と、当該内側部材と同心に配置され、当該内側部材に対して相対回転する外側部材との間に固定される環状の弾性材からなるシール本体と、
前記内側部材または前記外側部材に対する前記シール本体の接触部を含み、当該接触部においてその接触対象物に対して摺動するシールリップとを含み、
前記シールリップは、２００ｎｍ以下の波長を有する光の照射によって形成されたヒドロキシル基およびカルボニル基を有する表面構造を含む、密封装置。
【請求項２】
前記弾性材は、アクリロニトリルブタジエンゴムまたはアクリルゴムの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の密封装置。
【請求項３】
前記波長は、１７０ｎｍ以上１７５ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の密封装置。
【請求項４】
前記シールリップの表面における純水の静的接触角θが、５０°以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、互いに相対回転する内側部材と外側部材との間を封止するオイルシール等の密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、シールリップ部の耐摩耗性を向上させるために、シールリップ部に潤滑性樹脂層をコーティングすることが開示されている。シールリップ部に潤滑性樹脂層をコーティングするためには、コーティング液を塗布する工程の前に、酸・アルカリ処理、レーザ／電子線処理またはプラズマ処理によってシールリップ部の被コーティング面を清浄化しておく必要がある。さらに、シールリップ部に潤滑性樹脂層を形成した後、シールリップ部の先端にエッジを形成するためのカット工程が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−００９２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法では、シールリップの摩耗を低減できたとしても、潤滑性樹脂層をコーティングするために複数の工程を経る必要がある上に、潤滑性樹脂層の寸法を管理する必要がある。工程数が多く、しかも複雑であるため、密封装置の製造においてコストが増大するおそれがある。また、別の要求として、シールリップと相手部材とが固着と摺動とを繰り返した場合に発生する異音（鳴き音）を抑制する必要がある。
【０００５】
この発明は、かかる背景のもとでなされたものであり、コストの増大を抑制しつつ、シールリップの摩耗と鳴き音の発生とを抑制できる密封装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、一端および他端を有する内側部材（２）と、当該内側部材と同心に配置され、当該内側部材に対して相対回転する外側部材（３）との間に固定される環状の弾性材からなるシール本体（６）と、前記内側部材または前記外側部材に対する前記シール本体の接触部（２９）を含み、当該接触部においてその接触対象物に対して摺動するシールリップ（７）とを含み、前記シールリップは、２００ｎｍ以下の波長を有する光の照射によって形成されたヒドロキシル基およびカルボニル基を有する表面構造を含む、密封装置（１）である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記弾性材は、アクリロニトリルブタジエンゴムまたはアクリルゴムの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の密封装置である。
請求項３記載の発明は、前記波長は、１７０ｎｍ以上１７５ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の密封装置である。
請求項４記載の発明は、前記シールリップの表面における純水の静的接触角θが、５０°以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の密封装置である。
【０００８】
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、シールリップは、ヒドロキシル基およびカルボニル基を有する表面構造を含む。これにより、シールリップの表面の濡れ性を向上させることができる。したがって、密封装置を内側部材および外側部材との間に固定し、密封液を密封した状態で、シールリップの表面に密封液を濡れ広げやすくなるので、シールリップと接触対象物との間に密封液が入り込みやすくなる。そのため、シールリップと接触対象物との間に密封液の膜を形成し、シールリップと接触対象物との間の摩擦を低減することができる。その結果、接触対象物に対してシールリップを滑らかに摺動させることができ、シールリップと接触対象物との固着を抑制できる。これにより、シールリップの摩耗と鳴き音の発生とを抑制できる。
【００１０】
ヒドロキシル基およびカルボニル基を有する表面構造は、２００ｎｍ以下の波長を有する光の照射という工程によって形成されるため、シールリップの表面に樹脂層等をコーティングすることなく、シールリップの摩耗と鳴き音の発生とを抑制できる。そのため、濡れ性を向上させるために必要な工程の数を削減でき、樹脂層等の寸法を管理する手間が省けるので、コストの増大を抑制できる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、弾性材は、アクリロニトリルブタジエンゴムまたはアクリルゴムの少なくとも一方を含む。そのため、密封装置全体に光を照射した場合であっても、シール本体におけるシールリップ以外の部分の特性に影響を与えにくい。
請求項３記載の発明によれば、波長は、１７０ｎｍ以上１７５ｎｍ以下である。そのため、光の照射によって、ヒドロキシル基およびカルボニル基がシールリップの表面構造に効率良く形成される。
【００１２】
請求項４記載の発明のように、シールリップの表面における純水の静的接触角θが、５０°以下であれば、接触対象物に対してシールリップを滑らかに摺動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における密封装置１の断面図である。
【図２】光照射ユニット３５を用いて密封装置１に光を照射している状態を示した図である。
【図３】光の照射によるシールリップ７の表面構造の変化を示した図である。
【図４Ａ】２１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光を照射する前後において、シールリップ７の表面２５における密封液Ｆの静的接触角θの変化を模式的に示した図である。
【図４Ｂ】２００ｎｍ以下の光を照射する前後において、シールリップ７の表面２５における密封液Ｆの静的接触角θの変化を模式的に示した図である。
【図５】光の照射時間と純水の静的接触角θとの関係をプロットしたグラフである。
【図６】純水およびデフ油のそれぞれに対して異なる波長の光を照射した際の静的接触角θを示した表である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態における密封装置１の断面図である。
密封装置１は、内側部材としての回転軸２と、外側部材３との間を封止するためのものである。密封装置１は、例えば、汎用オイルシール、変速機用シール等のオイルシールであり、例えば、ディファレンシャルギヤや変速機等に用いられる。
【００１５】
回転軸２は、一端および他端を有する金属製の軸である。回転軸２が延びる方向を軸方向Ｘとする。外側部材３は、回転軸２と同心に配置された筒状である。外側部材３の内周面３Ａと回転軸２の外周面２Ａとは、回転軸２の径方向Ｒに対向している。図１では、図面の下側が径方向Ｒの内側であり、図面の上側が径方向Ｒの外側である。外側部材３は、回転軸２に対して相対回転する。本実施形態では、回転軸２が回転する。
【００１６】
密封装置１、回転軸２および外側部材３によって区画される空間４には、密封液Ｆが充填されている。密封液Ｆとしては、例えば、ディファレンシャルオイル（デフ油）およびトランスミッション用オイル等が挙げられる。デフ油としては、例えば、鉱油、炭化水素系合成油またはこれらの混合油等が挙げられる。
密封装置１は、金属製の芯金５と、環状の弾性材からなるシール本体６と、シール本体６と一体に形成されたシールリップ７と、径方向Ｒに伸縮可能な円環状のコイルばね８とを含む。
【００１７】
芯金５は、例えばプレス加工等で成形されており、一体に形成された筒状部１０および環状部１１を含む。筒状部１０は、軸方向Ｘに延びている。環状部１１は、軸方向Ｘにおける筒状部１０の一端から径方向Ｒの内側に張り出している。
シール本体６は、芯金５に弾性材を加硫接着させることによって形成することができる。使用可能な弾性材としては、例えば、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エチレンアクリルゴム（ＡＥＭ）およびフッ素ゴム（ＦＫＭ）等の１種、またはこれらを２種以上混合したものが挙げられる。この中でも、弾性材としては、アクリロニトリルブタジエンゴムおよびアクリルゴムの少なくとも一方を用いることが好ましい。
【００１８】
シール本体６は、軸方向Ｘに延びる外環１５と、外環１５の内周面との間に環状の溝１６が形成されるように外環１５よりも径方向Ｒの内側に設けられた内環１７と、外環１５と内環１７との間の溝１６の底部を形成するフランジ部１８とを一体的に含む。
密封装置１は、溝１６の開放側を空間４側へ向けるように回転軸２に取り付けられる。したがって、回転軸２に取り付けられた状態の密封装置１では、溝１６が空間４に連通している。溝１６には、空間４と同様に、密封液Ｆが充填されている。以下では、密封装置１において、軸方向Ｘの空間４側を「密封液側」とし、軸方向Ｘの密封液側の反対側を「大気側」として説明する。
【００１９】
外環１５の内周面は、芯金５の筒状部１０の外周面の全域に接着されている。外環１５の密封液側の端部は、径方向Ｒの内側へ曲げられており、筒状部１０の密封液側の端部に密封液側から接着されている。
フランジ部１８は、大気側から芯金５の環状部１１に接着された外板部２０と、密封液側から芯金５の環状部１１に接着された内板部２１とを含む。外板部２０は、環状部１１の大気側の面の全域を覆っている。内板部２１は、環状部１１の密封液側の面の一部（径方向Ｒの内側の部分）を覆っている。
【００２０】
内環１７は、内環１７の内周面の全周に亘って形成されたシールリップ７と、シールリップ７を弾性的に支持する根元部２２とを一体的に含む。
シールリップ７は、内環１７の密封液側の端部に位置している。シールリップ７は、径方向Ｒの内側へ向かうに従って徐々に細くなっている。シールリップ７では、内環１７の周方向と直交する面に沿う断面が略三角形状である。シールリップ７は、大気側の第１テーパ面２６と、密封液側の第２テーパ面２７と、接触部としての稜線２９とによって構成される表面２５を含む。稜線２９は、第１テーパ面２６と第２テーパ面２７とが連結される部分であり、内環１７の周方向の全周に延びている。
【００２１】
表面２５において、第２テーパ面２７は、稜線２９を基準として溝１６の開放側（一方側）に位置しており、第１テーパ面２６は、稜線２９を基準として溝１６の開放側とは反対側（他方側）に位置している。根元部２２は、内環１７の大気側の端部に位置しており、径方向Ｒの内側のフランジ部１８の端部に連結されている。
内環１７の外周面においてシールリップ７と軸方向Ｘに重なる位置には、内環１７の周方向の全周に亘って延びるばね溝２８が形成されている。ばね溝２８では、内環１７の周方向と直交する面に沿う断面が径方向Ｒの内側へ窪んだ半円弧状である。ばね溝２８には、コイルばね８が嵌め込まれている。シールリップ７は、コイルばね８によって径方向Ｒの内側へ付勢されている。
【００２２】
次に、シールリップ７の表面２５について詳しく説明する。
図２は、光照射ユニット３５を用いて密封装置１に光を照射している状態を示した図である。図３は、光の照射によるシールリップ７の表面構造の変化を示した図である。
図２に示すように、シールリップ７には、例えば、回転軸２（図１参照）に取り付けられる前に、エキシマランプ等の光照射ユニット３５によって紫外線等の光が照射される。光照射ユニット３５が照射する光は、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の波長を有している。
【００２３】
図３に示すように、２００ｎｍ以下の波長を有する光がシールリップ７に照射されることによって、シールリップ７の表面構造の一部のアルキル基（−ＣＨ２−）の水素原子（−Ｈ）は、ヒドロキシル基（−ＯＨ）に置き換えられ、一部のアルキル基（−ＣＨ２−）は、カルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）に置き換えられる。このように、シールリップ７の表面構造は、２００ｎｍ以下の波長を有する光の照射によって改質され、シールリップ７の表面構造には、ヒドロキシル基およびカルボニル基が形成されている。光照射ユニット３５が照射する光が有する波長は、１７０ｎｍ以上１７５ｎｍ以下であることがより好ましい。この場合、ヒドロキシル基およびカルボニル基がシールリップ７の表面構造に効率良く形成される。光照射ユニット３５が照射する光が有する波長は、１７２ｎｍであることがより一層好ましい。
【００２４】
一方、２１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する光は、アルキル基に作用しないため、シールリップ７の表面構造を改質できない。
シール本体６を形成する弾性材としてアクリロニトリルブタジエンゴムまたはアクリルゴムの少なくとも一方を用いれば、密封装置１全体に光を照射した場合であっても、シール本体６におけるシールリップ７以外の部分の特性に影響を与えにくい。
【００２５】
密封装置１に光を照射する具体的な方法としては、例えば、図２に示すように、溝１６の開放側を光照射ユニット３５に向けるように密封装置１を配置した状態で、光照射ユニット３５からの光を密封装置１に対して照射する方法であってもよい。この状態では、シールリップ７の第２テーパ面２７が光照射ユニット３５と略対向している。また、溝１６の開放側の反対側を光照射ユニット３５に向けるように密封装置１を配置した状態で、光照射ユニット３５からの光を密封装置１に対して照射する方法であってもよい。この状態では、シールリップ７の第１テーパ面２６が光照射ユニット３５と略対向している。また、密封装置１に光を照射する方法としては、その他の方法であってもよく、少なくともシールリップ７の表面２５に光照射ユニット３５の光が照射されればよい。
【００２６】
図４Ａは、２１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光を照射する前後において、シールリップ７の表面２５における密封液Ｆの静的接触角θの変化を模式的に示した図である。図４Ｂは、２００ｎｍ以下の光を照射する前後において、シールリップ７の表面２５における密封液Ｆの静的接触角θの変化を模式的に示した図である。
図４Ａおよび図４Ｂでは、液体に対する固体の表面の濡れ性の指標となる静的接触角θを用いて、光を照射する前後において、密封液Ｆに対するシールリップ７の表面２５の濡れ性の変化を示している。濡れ性とは、固体の表面における液体の濡れ広がりやすさのことである。密封液Ｆに対するシールリップ７の表面２５の濡れ性が高ければ高い程、密封液Ｆは、シールリップ７の表面２５の上で広がりやすく、表面２５における密封液Ｆの静的接触角θの値が小さい。
【００２７】
図４Ａに示すように、光が照射されていない状態（光照射前）のシールリップ７の表面２５に２１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する光を照射した場合、光を照射した後（光照射後）のシールリップ７の表面２５における密封液Ｆの静的接触角θ２は、静的接触角θ１とほぼ等しい。
一方、図４Ｂに示すように、光照射前のシールリップ７の表面２５に２００ｎｍ以下の波長を有する光を照射した場合、光照射後のシールリップ７の表面２５における密封液Ｆの静的接触角θ３は、静的接触角θ１よりも低下する。このように、２００ｎｍ以下の波長を有する光を照射したことによってヒドロキシル基およびカルボニル基が形成された表面２５の濡れ性は、向上されている。
【００２８】
図１を参照して、密封装置１が回転軸２および外側部材３に取り付けられた状態では、外環１５の外周面が、外側部材３の内周面３Ａと接触し、径方向Ｒの内側へ弾性変形している。これにより、密封装置１は、外側部材３とともに回転軸２に対して相対回転するように回転軸２と外側部材３との間に固定されている。
また、密封装置１が回転軸２および外側部材３に取り付けられた状態では、シールリップ７の表面２５の稜線２９が、接触対象物である回転軸２の外周面２Ａと接触している。この状態で、シール本体６の径方向Ｒの外側へ弾性変形している。前述したように、シールリップ７は、内環１７の根元部２２によって支持されており、コイルばね８によって径方向Ｒの内側へ付勢されている。そのため、シールリップ７は、回転軸２に対して密封液Ｆを密封液側に密封できる程度の力で回転軸２を締め付けている。そのため、外側部材３が回転軸２に対して相対回転する際、外側部材３に固定された密封装置１のシールリップ７は、稜線２９において回転軸２に対して摺動する。
【００２９】
前述したように、シールリップ７は、２００ｎｍ以下の波長を有する光を照射したことによって形成されたヒドロキシル基およびカルボニル基を有する表面構造を含む。これにより、シールリップ７の濡れ性を向上させることができる。したがって、密封装置１を回転軸２および外側部材３との間に固定し、密封液Ｆを密封した状態で、シールリップ７の表面２５に密封液Ｆを濡れ広げやすくなるので、シールリップ７と回転軸２との間に密封液Ｆが入り込みやすくなる。そのため、シールリップ７と回転軸２との間に密封液Ｆの膜３０を形成し、シールリップ７と回転軸２との間の摩擦を低減することができる。その結果、回転軸２に対してシールリップ７の稜線２９を滑らかに摺動させることができ、シールリップ７と回転軸２との固着を抑制できる。これにより、シールリップ７の摩耗と鳴き音の発生とを抑制できる。
【００３０】
ヒドロキシル基およびカルボニル基を有する表面構造は、２００ｎｍ以下の波長を有する光の照射という工程によって形成されるため、シールリップ７の表面２５に樹脂層等をコーティングすることなく、シールリップ７の摩耗と鳴き音の発生とを抑制できる。そのため、濡れ性を向上させるために必要な工程の数を削減でき、樹脂層等の寸法を管理する手間が省けるので、コストの増大を抑制できる。
【００３１】
また、金属との接着性が強いアクリルゴムをシール本体６の弾性材として用いた場合でも、光の照射によってシールリップ７の表面２５の濡れ性を向上させることによってシールリップ７と回転軸２との固着を十分に抑制できる。
また、２００ｎｍ以下の光を照射していない第１比較例の密封装置では、回転軸２に対する外側部材３の相対回転を長期間停止した後、当該相対回転を再び開始した場合、シールリップの表面と回転軸２との間から密封液Ｆの膜が欠如することがある。これにより、シールリップの表面と回転軸２とが固着することがある。この状態で、回転軸２に対する外側部材３の相対回転を再び開始すると、シールリップの表面において回転軸２と固着している部分が当該相対回転によって引き剥がされることがある。
【００３２】
しかし本実施形態の密封装置１では、密封液Ｆに対するシールリップ７の表面２５の濡れ性が高いため、回転軸２に対する外側部材３の相対回転が長期間停止した後、当該相対回転が再び開始した場合であっても、シールリップ７の表面２５と回転軸２との間から密封液Ｆの膜３０が欠如しにくい。よって、シールリップ７と回転軸２との固着を抑制でき、シールリップ７の表面２５の引き剥がしも抑制できる。したがって、回転軸２に対する外側部材３の相対回転が長期間停止した後であっても、鳴き音の発生を抑制できる。
【００３３】
また、シールリップの表面の濡れ性を向上される手法としてコロナ放電処理を用いた第２比較例の密封装置では、コロナ放電処理によって、シールリップの最表面のみにヒドロキシル基およびカルボニル基が形成される。そのため、シールリップの表面が摺動により摩耗した場合、密封液Ｆに対するシールリップの表面の濡れ性が低下する。
しかし、本実施形態では、コロナ放電処理よりもエネルギーが高い２００ｎｍ以下の光を照射しているため、シールリップ７の内部にもヒドロキシル基およびカルボニル基が形成されている。よって、仮にシールリップ７の表面２５が摺動により摩耗したとしても、摩耗した後の表面２５にもヒドロキシル基およびカルボニル基が存在するので、密封液Ｆに対するシールリップ７の表面２５の濡れ性を維持することができる。
【００３４】
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、本実施形態では、シールリップ７が内環１７の内周面の全周に設けられているが、シールリップ７が、シール本体６の外環１５の外周面の全周から径方向Ｒの外側へ向けて突出するように設けられていてもよい。この場合、密封装置１が回転軸２等の内側部材に固定されており、外側部材３が接触対象物である。つまり、外側部材３に対してシールリップ７の稜線２９が摺動する。
【実施例】
【００３５】
図５は、光の照射時間と純水の静的接触角θとの関係をプロットしたグラフである。図６は、純水およびデフ油のそれぞれに対して異なる波長の光を照射した際の静的接触角θを示した表である。
光照射ユニット３５としては、株式会社オーク製作所製のスマートエキシマランプを用いた。光を照射するときの条件としては、光の波長を１７２ｎｍとし、照射強度を５ｍＷ／ｃｍ２以上１０ｍＷ／ｃｍ２以下とし、照射時間を３０分程度とした。光を照射した後に純水の静的接触角θの測定を行った。
【００３６】
図５に示すように、光を照射する前の純水の静的接触角θは、９０°であったが、光を照射し始めてから１５分を経過すると、純水の静的接触角θは、５０°以下まで低下した。また、光を照射し始めてから２５分を経過すると、純水の静的接触角θは、１０°以下まで低下した。シールリップ７の表面２５における純水の静的接触角θが５０°以下であれば、回転軸２に対してシールリップ７を滑らかに摺動させることができる。
【００３７】
また、図６に示すように、純水と同様に、シールリップ７の表面２５におけるデフ油の静的接触角θも測定した。デフ油としては、トヨタ自動車株式会社製のＡＴＦ−ＷＳを用いた。光を照射する前の水の静的接触角θは、９０°であったが、光を照射し始めてから１５分後には、純水の静的接触角θは、４１°まで低下した。光を照射する前のデフ油の静的接触角θは、２７°であったが、純水と同じ照射条件で光を照射したところ、純水の静的接触角θは、１１°まで低下した。
【００３８】
比較実験として、メタルハライドランプを搭載した照射装置（株式会社オーク製作所製のＱＲＭ−２３００）を用いてシールリップ７に光を照射した。光を照射するときの条件としては、光の波長を２１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とし、照射強度を１００ｍＷ／ｃｍ２とし、照射時間を６０分とした。比較実験では、光を照射する前後で純水の静的接触角θには変化が観測されず、光を照射した後も純水の静的接触角θは、９０°であった。
【符号の説明】
【００３９】
１…密封装置、２…回転軸、３…外側部材、６…シール本体、７…シールリップ、２９…稜線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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