JP2020070383A - オイルシール用ゴム組成物及びオイルシール - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦係数の低減と密封性の維持を両立させることができるオイルシール用ゴム組成物を提供する。【解決手段】フッ素ゴムを主成分とし、０．５〜３．０質量％の炭素繊維と、１０．０〜１５．０質量％のＰＴＦＥ粉末とを含む。【選択図】なし

Description

本発明はオイルシール用ゴム組成物及びオイルシールに関する。さらに詳しくは、自動車用エンジン等に用いることができるオイルシール、及び当該オイルシール用のゴム組成物に関する。

近年、省エネルギや環境保全の観点から、自動車用エンジン等に用いられるオイルシールにおいては、低摩擦化の要求が高まっている。このため、オイルシールの材料であるゴムに固体潤滑剤として炭素繊維を添加することにより、被摺動体との間の摩擦係数を低減させることが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１６−１５６４０４号公報

しかし、摩擦係数を低減させるために炭素繊維を多量に添加すると、摺動面の面あれがひどくなり、オイルシールとして本来必要とされる密封性という機能が損なわれる恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、摩擦係数の低減と密封性の維持を両立させることができるオイルシール用ゴム組成物及びオイルシールを提供することを目的とする。

本発明のオイルシール用ゴム組成物（以下、単に「ゴム組成物」ともいう）は、
（１）フッ素ゴムを主成分とし、０．５〜３．０質量％の炭素繊維と、１０．０〜１５．０質量％のＰＴＦＥ粉末とを含むことを特徴とする。

本発明のゴム組成物は、添加剤として０．５〜３．０質量％の炭素繊維と、１０．０〜１５．０質量％のＰＴＦＥ粉末とを含んでいる。炭素繊維を含有させているので被摺動面との間の摩擦係数を低減させて低トルク化を図ることができる。この場合、炭素繊維の含有量は０．５〜３．０質量％であり、少量であるので、摺動面の面あれがひどくなることが抑制される。これにより、オイルシールの密封性が低下することが抑制される。さらに、本発明のゴム組成物は、添加剤として１０．０〜１５．０質量％のＰＴＦＥ粉末を含んでおり、耐摩耗性向上により面あれが抑制されるので、オイルシールの密封性を維持することができる。

（２）上記（１）のゴム組成物において、前記炭素繊維の含有量が１．２〜２．５質量％であることが好ましい、この場合、炭素繊維の含有量を１．２〜２．５質量％とすることで、低トルク化を図りつつ、摺動面の面あれを抑制することができる。

（３）上記（１）又は（２）のゴム組成物において、前記炭素繊維の平均直径が１〜２０μｍであることが好ましい。この場合、炭素繊維の平均直径が１μｍ未満である場合や、２０μｍより大きい場合と比較して、炭素繊維をフッ素ゴムの加硫物からなるマトリックス中により均一に分散させることができ、マトリックス表面から適切な状態で当該炭素繊維を露出させることができる。

（４）上記（１）〜（３）のゴム組成物において、前記炭素繊維の平均繊維長が１〜１００μｍであることが好ましい。この場合、炭素繊維の平均繊維長が１μｍ未満である場合や、１００μｍより大きい場合と比較して、炭素繊維をフッ素ゴムの加硫物からなるマトリックス中により均一に分散させることができ、マトリックス表面から適切な状態で当該炭素繊維を露出させることができる。

（５）上記（１）〜（４）のゴム組成物において、前記炭素繊維のアスペクト比が１〜１００であることが好ましい。この場合、炭素繊維のアスペクト比が１未満である場合や、１００より大きい場合と比較して、炭素繊維をフッ素ゴムの加硫物からなるマトリックス中により均一に分散させることができ、マトリックス表面から適切な状態で当該炭素繊維を露出させることができる。

（６）上記（１）〜（５）のゴム組成物において、前記ＰＴＦＥ粉末の平均粒径が１〜 ２０μｍであることが好ましい。この場合、ＰＴＦＥ粉末の平均粒径が１μｍ未満である場合や、２０μｍより大きい場合と比較して、耐摩耗性を向上させることができる。

本発明のオイルシールは、
（７）芯金と、この芯金に固定されるシール部とを備えており、前記シール部は、上記（１）〜（６）のいずれかのゴム組成物を加硫成形して得られることを特徴とする。

本発明のオイルシールでは、シール部を構成するゴム組成物が添加剤として０．５〜３．０質量％の炭素繊維と、１０．０〜１５．０質量％のＰＴＦＥ粉末とを含んでいるので、摩擦係数の低減化を図りつつ密封性を維持することができる。

本発明のゴム組成物及びオイルシールによれば、摩擦係数の低減と密封性の維持を両立させることができる。

本発明オイルシールの一実施形態の断面説明図である。 回転トルクの試験結果を示す図である。

以下、本発明のゴム組成物及びオイルシールの実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

〔ゴム組成物〕
本実施形態のゴム組成物は、フッ素ゴムを主成分とし、０．５〜３．０質量％の炭素繊維と、１０．０〜１５．０質量％のＰＴＦＥ粉末とを含む。
フッ素ゴムとしては、例えばフッ化ビニリデン系のフッ素ゴム（ＦＫＭ）を用いることができる。フッ化ビニリデン系のフッ素ゴムとしては、特に限定されず、オイルシール用の材料として知られているものを適宜用いることができる。

炭素繊維としては、例えば、ＰＡＮ系カーボンファイバー、ピッチ系カーボンファイバー等を用いることができる。炭素繊維を添加剤として用いることでゴム組成物を加硫成形して得られるオイルシールの摩擦係数を低減させることができるが、多量に添加すると、前述したように、摺動面の面あれがひどくなり、オイルシールとして本来必要とされる密封性という機能が損なわれる恐れがある。一方、添加量が少なすぎると、摩擦係数の低減効果が十分ではない。このため、本実施形態では、炭素繊維の含有量を０．５〜３．０質量％とすることで、摺動面における面あれの発生を抑制しつつ、摩擦係数を低減させている。また、炭素繊維の添加量は１．０〜２．５質量％とすることが好ましい。これにより、より効果的に、摺動面における面あれの発生を抑制しつつ、摩擦係数を低減させることができる。

炭素繊維は、その平均直径が１〜２０μｍのものを用いることが好ましい。ゴム組成物を加硫成形すれば、フッ素ゴムの加硫物からなるマトリックス中に炭素繊維が分散された加硫ゴムを得ることができる。その際、炭素繊維の平均直径が２０μｍより大きいと、炭素繊維をマトリックス中に均一に分散させることができない恐れがある。一方、炭素繊維の平均直径が１μｍ未満であると、炭素繊維をマトリックス表面から適切な状態で露出させることができない恐れがある。このため、炭素繊維の平均直径を１〜２０μｍとすることで、炭素繊維の平均直径が１μｍである場合や、２０μｍより大きい場合と比較して、炭素繊維をマトリックス中に均一に分散させることができるとともに、マトリックス表面から適切な状態で露出させることができる。

また、炭素繊維は、その平均繊維長が１〜１００μｍのものを用いることが好ましい。炭素繊維の平均繊維長が１μｍ未満である場合や、１００μｍより大きい場合、炭素繊維をマトリックス中に均一に分散させることができない恐れがある。
このため、炭素繊維の平均繊維長を１〜１００μｍとすることで、炭素繊維の平均繊維長が１μｍ未満の場合や、１００μｍより大きい場合と比較して、炭素繊維をマトリックス中に均一に分散させるとともに、マトリックス表面から適切な状態で露出させることができる。

また、炭素繊維は、そのアスペクト比が１〜１００のものを用いることが好ましい。この場合、炭素繊維のアスペクト比が１未満である場合や、１００より大きい場合にと比較して、炭素繊維をマトリックス表面からより適切な状態で露出させることができる。

本実施形態では、添加剤として、炭素繊維とともにＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）粉末を用いている。ＰＴＦＥ粉末を添加剤として用いることで、耐摩耗性向上により面あれが抑制されるので、オイルシールの密封性を維持することができる。ＰＴＦＥ粉末の添加量を多くすると耐摩擦係数及び摺動特性を向上させることができ、低トルク化を図ることができる。一方において、ＰＴＦＥはフッ素系樹脂であるので、多く加えすぎるとシールの低温性が劣化する恐れがある。また、シールのへたり性が劣化する恐れもある。そこで、ＰＴＦＥ粉末の添加量を１０．０〜１５．０質量％とすることで、低温性やへたり性を劣化させることなく、シールの密封性を維持することができる。

ＰＴＦＥ粉末は、その平均粒径が１〜２０μｍであることが好ましい。ＰＴＦＥ粉末の平均粒径を１〜２０μｍとすることで、ＰＴＦＥ粉末の平均粒径が１μｍ未満である場合や、２０μｍより大きい場合と比較して、耐摩耗性を向上させることができる。

本実施形態のゴム組成物には、前述した炭素繊維及びＰＴＦＥ粉末以外に、例えばカーボンブラック等の充填剤、加硫剤、加硫助剤、加硫促進助剤、加工助剤等を添加することができる。

ゴム組成物は、一般的な混錬方法によって混錬される。混錬されたゴム組成物は、射出成型機や圧縮成型機を用いて、例えば約１７０〜１８０℃で、約３〜１０分間、一次加硫を行った後、さらにオーブンにて例えば約２００〜２３０℃、約１２〜２４時間という条件下で二次加硫を行うことにより、所望の形状に加硫成形される。これにより、フッ素ゴムからなるマトリックス中に炭素繊維が分散された加硫ゴムを得ることができる。

〔オイルシール〕
図１は、本発明の一実施形態に係るオイルシール１の断面説明図であり、このオイルシール１は、前述した加硫ゴムを用いて作製することができる。
オイルシール１は、金属製の芯金２と、この芯金２に固定されるシール部３とを備えている。オイルシール１は、自動車用エンジンのエンジンブロック４に設けられたハウジング５と、ハウジング５から突出したクランクシャフト６の端部６ａとの間の環状空間に取り付けられている。オイルシール１は、ハウジング５と、端部６ａとの間からエンジンブロック４内の潤滑油が外部に漏洩しないように密封している。

芯金２は、シール部３の本体部３ａを介してハウジング５に圧入嵌合されており、これによって、オイルシール１は、ハウジング５に固定されている。
シール部３は、芯金２に加硫接着されている。シール部３は、芯金２の外側面に沿って形成された前記本体部３ａと、クランクシャフト６の端部６ａの外周面６ｂに摺接する主リップ７と、主リップ７よりもエンジンブロック４の外側方向（図１において左方向）に位置する補助リップ８とを備えている。

主リップ７の外周面側には、当該主リップ７を径方向内側に押圧して密封性を高めるためのガータースプリング９が装着されている。主リップ７は、径方向内側に突出した山形の断面形状に形成されている。主リップ７は、山形の先端である環状の摺接部７ａをクランクシャフト６の外周面６ｂに摺接することで、回転するクランクシャフト６と、ハウジング５との間からエンジンブロック４内部の潤滑油が外部に漏れないように密封している。

本実施形態のオイルシール１におけるシール部３は、前述したゴム組成物を加硫成形して得られ、当該ゴム組成物中に０．５〜３．０質量％の炭素繊維と、１０．０〜１５．０質量％のＰＴＦＥ粉末とを含んでいる。このため、被摺動面であるクランクシャフト６の外周面６ｂとの間の摩擦係数を低減させて低トルク化を図ることができる。また、炭素繊維の含有量は０．５〜３．０質量％であり、少量であるので、摺動面の面あれがひどくなることが抑制される。これにより、オイルシール１の密封性が低下することが抑制される。また、１０．０〜１５．０質量％のＰＴＦＥ粉末を含んでいるので、オイルシール１の密封性を維持することができる。本実施形態で添加剤として用いる炭素繊維は、一般的なゴム配合剤に比べて高価格であるが、本実施形態では含有量が０．５〜３．０質量％と少量であるので、コストアップとなることを抑制することができる。

〔実施例〕
<高速耐久試験>
実施例１〜２
一般的に入手可能なフッ素ゴムに炭素繊維及びＰＴＦＥ粉末を表１に示される量だけが含有させたゴム組成物を用いてオイルシールを作製し、得られたゴムシールについて高速耐久試験を行った。結果を表１に示す。高速耐久試験では、油温１５０℃のエンジン油を用いた。軸の回転数は８０００ｍｉｎ^−１であった。油有りで１．５ｈｒ回転、油有りで２ｍｉｎ非回転、油抜きで０．５ｈｒ回転、及び油有りで２ｍｉｎ非回転を１サイクル（２ｈｒ４ｍｉｎ）とし、合計２４サイクル繰り返した。
比較例１〜３
炭素繊維及びＰＴＦＥ粉末の含有量を変えた以外は、実施例１〜２と同様にしてオイルシールを作製し、高速耐久試験を行った。結果を表１に示す。

表１より、炭素繊維の含有量を０．５〜３．０質量％とし、１２．５質量％のＰＴＦＥ粉末を含有させることで、摺動面の面あれを抑制できることが分かる。また、実施例１〜２ではオイル漏れはなかった。一方、炭素繊維の含有量を３．０質量％よりも多くすると、摺動面の面あれが徐々にひどくなることが分かる。また、比較例２〜３では、オイル漏れが確認された。

<トルク測定>
実施例２に係るオイルシールについて、表２に示される測定条件でトルクを測定した。結果を図２に示す。
比較例４
炭素繊維を含有させなかった以外は実施例２と同様にしてオイルシールを作製し、表２に示される条件でトルクを測定した。結果を図２に示す。

図２より、添加剤として所定量のＰＴＦＥ粉末を併用することで、炭素繊維の含有量を３．０質量％未満に小さくしても十分なトルク低減効果が得られることが分かる。具体的に、炭素繊維を使用しない場合に比べてトルクを約２０％低減させることができた。

〔その他の変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、オイルシールは２つのリップ、すなわち主リップ及び補助リップを有しているが、リップの種類及び数、シール部の形状、芯金の形状等は、本発明において特に限定されるものではなく、適宜選定することができる。

また、前述した実施形態では、自動車用エンジンに用いられるオイルシールを例示しているが、本発明のオイルシールは、これ以外にも、例えば産業機械用シール等に用いることもできる。

１ ： オイルシール
２ ： 芯金
３ ： シール部
３ａ： 本体部
４ ： エンジンブロック
５ ： ハウジング
６ ： クランクシャフト
６ａ： 端部
６ｂ： 外周面
７ ： 主リップ
７ａ： 摺接部
８ ： 補助リップ
９ ： ガータースプリング

Claims (7)

1. フッ素ゴムを主成分とし、０．５〜３．０質量％の炭素繊維と、１０．０〜１５．０質量％のＰＴＦＥ粉末とを含むことを特徴とする、オイルシール用ゴム組成物。
2. 前記炭素繊維の含有量が１．２〜２．５質量％である、請求項１に記載のゴム組成物。
3. 前記炭素繊維の平均直径が１〜２０μｍである、請求項１又は請求項２に記載のゴム組成物。
4. 前記炭素繊維の平均繊維長が１〜１００μｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム組成物。
5. 前記炭素繊維のアスペクト比が１〜１００である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のゴム組成物。
6. 前記ＰＴＦＥ粉末の平均粒径が１〜２０μｍである、請求項１〜５のいずれか１項に記載のゴム組成物。
7. 芯金と、この芯金に固定されるシール部とを備えており、前記シール部は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のゴム組成物を加硫成形して得られることを特徴とする、オイルシール。
   
   
   
   
   
   
   

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