專利名稱：密封環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種密封環(huán)，特別是一種從開始使用經(jīng)過很長時間都能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的滑動力矩的密封環(huán)。本發(fā)明的密封環(huán)特別適合于用作普通或者大型汽車的動力轉(zhuǎn)向閥裝置中的密封環(huán)。另外，本發(fā)明的密封環(huán)除此之外由于實現(xiàn)了從開始使用經(jīng)過很長時間均相對于配合材料有耐磨損性以及穩(wěn)定的摩擦阻力，因而特別適合用作自動傳輸中的密封環(huán)，或者用作減振器中的密封環(huán)。
背景技術(shù)：
聚四氟乙烯(PTFE)粉末(顆粒狀粉末樹脂)不僅發(fā)揮了非粘結(jié)性、低滑動性、耐熱性等特性，另一方面它又彌補(bǔ)了成型品強(qiáng)度不夠的缺點，因而目前流行將聚酰胺等有機(jī)填充材料或者碳纖維、銅粉末、石墨粉等無機(jī)填充材料來進(jìn)行配合的方法，并按照目的或用途提出了各種填充材料組合的PTFE組成物的方案。
另一方面，密封環(huán)還會在例如圖1的剖視圖所示的情況下使用。即，密封環(huán)1嵌入到旋轉(zhuǎn)部分或滑動部分相對運(yùn)動的兩個部件(殼體2和密封環(huán)安裝體3)之間，作為密封住油4的環(huán)狀部件。在圖1中，密封環(huán)1繞在密封環(huán)安裝件3中，在其與殼體2之間形成滑動面。在使用中，如圖2所示，密封環(huán)安裝體3相對于殼體2旋轉(zhuǎn)，而在來自油4的較高的油壓作用反復(fù)正反旋轉(zhuǎn)的情況下，使用中的滑動力矩有很大的變動，長期使用的結(jié)果是密封環(huán)1的端部形成刮削部5(圖3)，在殼體2由鋁等軟質(zhì)金屬制成的情況下，殼體2還會出現(xiàn)磨損的凹部6(圖4)，從而發(fā)生油4的泄漏。
這種密封環(huán)的諸多問題成為特別是在汽車動力轉(zhuǎn)向運(yùn)轉(zhuǎn)時注重感覺或者安全性的裝置上要解決的重要問題。
另外，即使在受到來自油4的油壓比較低的情況下，在密封環(huán)安裝體3相對于殼體高速旋轉(zhuǎn)的場合，長期使用的結(jié)果是如果殼體2由鋁等軟質(zhì)金屬制成，殼體2就會磨損，同樣會產(chǎn)生凹部6，從而發(fā)生油4的泄漏。
這種密封環(huán)的問題成為了特別在汽車自動傳輸運(yùn)轉(zhuǎn)時注重安全性的裝置上的重要問題。
而且，在圖5的剖視簡圖中所示的相對運(yùn)動的兩個部件是活塞7和汽缸8，在其間嵌入密封環(huán)1從而對油4進(jìn)行密封，同時活塞7相對于汽缸8反復(fù)作往復(fù)運(yùn)動的情況下使用時，使用中密封環(huán)1與汽缸8的滑動面上產(chǎn)生的摩擦阻力(滑動阻力)變化很大，長期使用的結(jié)果就會如圖6所示，密封環(huán)1的端部被削去，而即使在汽缸8由較硬質(zhì)的碳素鋼制造的情況下，汽缸8也會磨損產(chǎn)生凹部9，從而發(fā)生油4的泄漏。
這種密封環(huán)的諸多問題成為特別是在汽車減振器運(yùn)轉(zhuǎn)時注重安全性的裝置上的重要問題。
對于上述特性要求的密封環(huán)用PTFE組成物，以往有以下幾種方案，(1)PTFE粉末/聚酰胺(PI)粉末/碳纖維(特開平9-208929號公報等)(2)PTFE粉末/芳香族聚羥基苯甲酸脂系耐熱性樹脂粉末/碳纖維(特公平1-13494號公報、在特開平11-21408號公報}(3)PTFE粉末/石墨粉末/碳纖維(特開平5-239440號公報)(4)PTFE粉末/聚酰胺(PI)粉末/碳纖維(特開平9-208929號公報等)這些都是公知的。
然而，特別是油壓在8MPa以上的高壓下，會在較短時間內(nèi)產(chǎn)生密封環(huán)的破損或配合材料(殼體)的磨損，因而以往的PTFE組成物中應(yīng)考慮到在耐久性上可能有一定的界限。
另外，在轉(zhuǎn)速為7000rpm(轉(zhuǎn)/分)以上的高速滑動環(huán)境下，配合材料的磨損會在較短時間內(nèi)發(fā)生，因而以往的PTFE組成物中考慮到在耐久性上可能有一定的界限。
而且，在油壓于8MPa以上的高壓下反復(fù)往復(fù)滑動的環(huán)境下，密封環(huán)的破損或配合材料的磨損會在較短時間內(nèi)發(fā)生，因而以往的PTFE組成物中同樣應(yīng)考慮到在耐久性上可能有一定的界限。
本發(fā)明的目的是提供一種在滑動力矩變化小，而且高油壓的環(huán)境下或高速旋轉(zhuǎn)的環(huán)境下，在高速往復(fù)運(yùn)動的環(huán)境下長期使用也不破損的配合材料磨損量小的密封環(huán)。該密封環(huán)打破了以往的特性界限。
另外，在維持這樣的耐久性的同時，還提供了安裝性優(yōu)良的密封環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用了作為填充材料的基本上配有鱗片狀石墨粉末，并對該石墨粉末進(jìn)行X射線衍射的分析法(碳材料學(xué)會日本學(xué)術(shù)振興會第117委員會制定的方法(以下簡稱為“學(xué)振法”)。
碳材料學(xué)會編，“碳材料實驗技術(shù)(1)“46-63頁，科學(xué)技術(shù)社發(fā)行(昭和53年6月1日))，由其測定的表面間隔為0.335-0.340nm(毫微米)，并且(004)面結(jié)晶體的大小在70nm(毫微米)以上的石墨粉末，并且涉及含有2-35％重量的該石墨粉末以及含有65-98％重量的聚四氟乙烯粉末的密封環(huán)。
作為上述鱗片狀石墨粉末，在長徑和短徑平均長度為a，厚為c時，a/c最好在2以上。
對于這種鱗片狀石墨最好使用天然石墨。
另外，對于PTFE粉末，在提高安裝性這一點上最好采用變性的PTFE粉末。
本發(fā)明的密封環(huán)作為汽車動力轉(zhuǎn)向閥裝置中用的密封環(huán)能更好地發(fā)揮其特性。
另外，本發(fā)明在通常的密封環(huán)耐久性評價試驗條件下，于下述條件(1)下施加滑動循環(huán)時，20萬次循環(huán)也不會破損，20萬次循環(huán)后的配合材料磨損深度在10μm以下，另外，還涉及到20萬次循環(huán)后的密封磨損量在1mm以下的密封環(huán)。
條件(1)試驗裝置齒條&齒輪式動力轉(zhuǎn)向裝置上的標(biāo)準(zhǔn)密封環(huán)耐久性評價試驗機(jī)油壓12MPa油溫120℃油種動力轉(zhuǎn)向液循環(huán)正向旋轉(zhuǎn)95rpm×2秒及反向旋轉(zhuǎn)95rpm×2秒構(gòu)成的循環(huán)進(jìn)行1個循環(huán)配合材料鑄鋁(JIS H5302)密封環(huán)組裝部件材料碳素鋼(JIS G4051)。
本發(fā)明的密封環(huán)耐久性評價試驗是采用了上述形狀的密封環(huán)(外徑36.4mm、寬1.5mm、高1.8mm)來進(jìn)行的，而這是現(xiàn)在在日本主要使用的形狀除此之外，還使用了外徑36.2mm、寬1.25mm、高1.83mm的，或者外徑38.4mm、寬1.45mm、高2.00mm的制品。在采用這些形狀的密封環(huán)的情況下，測定的結(jié)果盡管形狀不同，都獲得了大致等同的結(jié)果。
對于密封環(huán)耐久性評價試驗機(jī)，使用了實際的汽車中使用的動力轉(zhuǎn)向閥門裝置(實機(jī))中的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。對于實機(jī)中的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，是指限于密封環(huán)組裝部和滑動部具有與實機(jī)相同的結(jié)構(gòu)(以下對于其它試驗機(jī)也相同)。在汽車動力轉(zhuǎn)向閥門裝置的情況下，無論什么樣的車種，限于齒條&齒輪式動力轉(zhuǎn)向，密封組裝部與滑動部都有相同的結(jié)構(gòu)，因而通過用這種試驗機(jī)進(jìn)行評價，就能夠評價出適用于實機(jī)時的特性。實際的閥裝置在例如光洋精工(株)發(fā)行的“ENGINEERING JOURNAL NO.148，p92(1995)”的圖5(a)中示出了其剖視圖。
而且使用變性PTFE，特別是使用結(jié)晶化度在20％以上的變性PTFE時，在下述條件(2)中測定的外徑變化率在3.4％以下，可以提供出改善安裝性的密封環(huán)。
條件(2)試驗方法帶有錐度(傾斜度為1/10)的圓柱臺狀夾具上插入供試驗的密封環(huán)，將密封環(huán)的內(nèi)徑擴(kuò)大10％，直接測定密封環(huán)的外徑，將{(試驗后的外徑-試驗前的外徑)/試驗前的外徑}×100作為外徑變化比率(％)。
供試驗用的密封環(huán)斷面形狀為縱向1.5mm，橫向1.88mm的矩形，內(nèi)徑33.4mm，外徑36.4mm的環(huán)。
另外，本發(fā)明的密封環(huán)還適于用作自動傳輸用的密封環(huán)。
在此，對于自動傳輸裝置，在圖1中，是一種帶有殼體2、密封環(huán)安裝體3，并將殼體2與密封環(huán)安裝體3之間的油4密封住的樹脂制成的密封環(huán)1的自動傳輸裝置，上述密封環(huán)1是一種具有與作為填充材料僅配有特定鱗片狀石墨粉末，并且含有65-98％重量的PTFE粉末以及2-35％重量的該鱗片狀石墨粉末的PTFE樹脂組成物構(gòu)成的裝置。
對于這種自動傳輸用的密封環(huán)，在以下述條件(3)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)滑動時，500小時內(nèi)不破損，500小時后的配合材料磨損深度在10μm以下。
條件(3)試驗裝置自動傳輸裝置中的標(biāo)準(zhǔn)密封環(huán)耐久性評價試驗機(jī)油壓2MPa油溫120℃油種自動傳輸液轉(zhuǎn)速8000rpm配合材料鑄鋁(JIS H5302)密封環(huán)組裝部件鑄鐵(JIS G5501)。
密封環(huán)外徑50mm、寬2mm、高2mm，而且，本發(fā)明的密封環(huán)還適合于用作高轉(zhuǎn)速往復(fù)運(yùn)動(行程)的減振用密封環(huán)。
在此，對于減振裝置，如圖5所示，是一種具有汽缸8、活塞7，并將汽缸8與活塞7之間的油4密封住的樹脂制成的密封環(huán)1的減振裝置，上述密封環(huán)1是一種具有僅與作為填充材料的特定鱗片狀石墨粉末相配合，并且含有65-98％重量的PTFE粉末以及2-35％重量的該鱗片狀石墨粉末的PTFE樹脂組成物構(gòu)成的裝置。
對于這種密封環(huán)，在以下述條件(4)下進(jìn)行往復(fù)滑動行程時，500萬行程不破損，滑動阻力的初期變化從上夾具到500萬行程結(jié)束之間的最大滑動阻力Fmax處于其間的最小滑動阻力Fmin的不足1.5倍范圍內(nèi)，500萬行程之后的漏油量在15ml(毫升)以下。
條件(4)試驗裝置減振裝置中的標(biāo)準(zhǔn)密封環(huán)耐久性評價試驗機(jī)油壓10MPa油溫100℃油種減振油行程長度60mm振動頻率3Hz配合材料碳素鋼(JIS H4051)密封環(huán)組裝部件鑄鐵(JIS G5501)。
密封環(huán)外徑28.5mm、寬7.4mm、高0.8mm(適用活塞直徑25mm)


圖1是將本發(fā)明密封環(huán)安裝在動力轉(zhuǎn)向裝置或者自動傳輸裝置上時的部分剖視簡圖。
圖2是表示圖1所示的裝置旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的密封環(huán)一般變化的部分剖視簡圖。
圖3是表示圖1所示的裝置旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的密封環(huán)破損狀態(tài)的部分剖視簡圖。
圖4是表示圖1所示的裝置旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的配合材料(殼體)磨損狀態(tài)的部分剖視簡圖。
圖5是將本發(fā)明密封環(huán)安裝在減振裝置上時的部分剖視簡圖。
圖6是表示圖5所示的裝置往復(fù)運(yùn)動時產(chǎn)生的密封環(huán)和配合材料(殼體)磨損狀態(tài)的部分剖視簡圖。
圖7是實施例7的自動傳輸耐久性試驗用的密封環(huán)切斷部分的俯視簡圖。
具體實施例方式
作為本發(fā)明中使用的PTFE粉末，可以采用四氟乙烯單一聚合體，也可以是可與四氟乙烯共聚的另外的單體變性的PTFE，最好是在耐熱性、耐藥性以及耐蠕變性上優(yōu)良的變性PTFE。
作為變性PTFE，例如公式(1)-CF2-CF(-O-X)-(1)(式中，X是碳原子數(shù)為1-6的全氟烴基或者碳原子數(shù)為4-9的全氟烴氧基)給出了所示每單位含有0.001-1％重量全氟乙烯醚的不能熔融成型的變性PTFE。
作為全氟乙烯醚的具體例子，可以舉出例如全氟(甲基乙烯醚)(PMVE)，全氟(乙基乙烯醚)(PEVE)，全氟(丙基乙烯醚)(PPVE)，全氟(丁基乙烯醚)(PBVE)等全氟(烴其乙烯醚)等等。
PTFE粉末的平均粒徑為10-120μm，最好是10-50μm。
本發(fā)明的特征是其填充材料，基本上與上述特定鱗片狀石墨粉末相配合。
作為石墨，可以是天然石墨或者人造石墨、膨脹石墨、氟化石墨、球狀石墨、氟化碳、石墨須晶等。本發(fā)明在作為對象的密封環(huán)中其上述特定的鱗片狀石墨粉末具有優(yōu)異的特性，特別是在抑制配合材料(通常是鋁材)的磨損，降低密封環(huán)的變形量，降低密封環(huán)本身的磨損量的效果上非常優(yōu)異。
本發(fā)明中使用的特定的石墨粉末首先必須是鱗片狀的。作為石墨的形狀，除了鱗片狀之外，還有球狀、纖維狀、不確定的形狀等，而鱗片狀的石墨在抑制因外界壓力產(chǎn)生的變形及降低滑動時的阻力方面具有特別優(yōu)異的效果。鱗片狀的具體尺寸并非不能表現(xiàn)為平均粒徑，正確的說是在長徑和短徑平均長度為a，厚為c時，為a/c在2以上的尺寸，例如平均長為a為0.01μm以上，而在0.1-500μm則比較好，最好是5-30μm。這種尺寸的鱗片狀石墨在抑制因外界壓力帶來的密封環(huán)的變形或者抑制本身的磨損這一點上非常優(yōu)異。尺寸通過掃描式電子顯微鏡來測定。如果用平均粒徑來表現(xiàn)的話便與上述平均長度a相當(dāng)。
然后，通過粉末X射線衍射分析法測定的石墨表面間隔為0.335-0.340nm。由于石墨的理論表面間隔是0.335nm，因此本發(fā)明中使用的石墨比較接近理論值。這種表面間隔范圍的石墨具有其表面(或者稱為層)之間的滑動(剝離)極為良好的性質(zhì)，因而對密封環(huán)付與了低摩擦的特性。表面間隔在0.335-0.337nm比較好，最好是在0.335-0.336nm。
另外，(004)面的結(jié)晶體的大小最好較大，其大小在70nm以上，在80nm以上較好，最好是在90nm以上。
作為具有這種特性的石墨，是天然石墨以及合成石墨的一部分。特別在獲取容易、低成本上考慮，最好用天然石墨。
PTFE粉末與特定的鱗片狀石墨粉末的配合比例(重量％)為65-98/2-35(合計100％重量，以下相同)，在70-97/3-30則比較好，最好是85-95/5-15。鱗片狀石墨粉末過多，就損害PTFE原本具有的特性，過少則降低耐久性。
鱗片狀石墨粉末通過預(yù)定的方法進(jìn)行混合，需要的話進(jìn)行造粒，形成密封環(huán)成型用的樹脂粉末，通過各種成型方法，例如壓縮成型法、沖壓成型法、擠壓成型法、均衡成型法、熱壓成型法等公知的成型法來形成密封環(huán)。無論什么樣的成型法，最終都要燒結(jié)成型品。在本發(fā)明中，燒結(jié)溫度為323-400℃，最好是采用350-385℃。
這樣獲得的密封環(huán)在上述試驗條件(1)下進(jìn)行測定時，(A)20萬次滑動循環(huán)不破損，(B)20萬次循環(huán)后的配合材料磨損深度在10μm以下，最好在5μm以下，而且，(C)20萬次循環(huán)后的密封磨損量在1mm以下，最好在0.5μm以下。
具有這2個、及3個特性的本發(fā)明密封環(huán)是一種超過了以往界限的劃時代的密封環(huán)。而且，作為填充材料在使用了比較廉價的天然石墨粉末時，可以大幅度降低產(chǎn)品的成本。
然而，如圖1所示，在將環(huán)形的密封環(huán)1卷繞在密封環(huán)安裝體3上的情況下，密封環(huán)1必需要有象橡膠圈那樣能夠拉伸安裝的彈性，安裝后能夠迅速回復(fù)形狀。
為了讓PTFE制的密封圈帶有彈性(形狀回復(fù)性)，(1)PTFE燒結(jié)時間縮短的方法，(2)PTFE燒結(jié)之后，急冷的方法，(3)降低PTFE燒結(jié)溫度的方法等等，這些都是公知的。
然而，在將安裝性(彈性、形狀回復(fù)性)作為重點的情況下耐久性便會不夠，而在重視耐久性的情況下安裝性則不足。
然而，在作為填充材料僅配合了2-35％重量的鱗片狀石墨粉末，而且作為PTFE使用了上述變性PTFE時，出乎意料，出現(xiàn)了在維持優(yōu)異的耐久性的同時卻改善了安裝性的情況。
這種安裝性，一旦擴(kuò)張的環(huán)形密封環(huán)回復(fù)形狀時，通常，無法回復(fù)到原來的形狀，密封環(huán)的外徑會變大，而回復(fù)時的外徑變化小的話安裝性就會好。
在本發(fā)明中，在作為PTFE使用了變性的PTFE時，可以提供出維持耐久性的同時，在下述條件(2)下測定的外徑變化率為3.4％以下，最好是3.2％以下的具有優(yōu)良安裝性的密封環(huán)。
另外，如果為改善安裝性，降低結(jié)晶化程度為好，但以往的填充材料與PTFE組合就越難以維持耐久性。然而，在本發(fā)明的組合中使用的變性PTFE的情況下，能夠?qū)⒔Y(jié)晶化程度提高到比TFE單一聚合體還要高。在本發(fā)明中，結(jié)晶化程度在20％以上，而且最好使用25％以上的變性PTFE。另外，在相同的燒結(jié)條件下由于變性PTFE一方獲得了更高的結(jié)晶化程度，因而得到作為目的的結(jié)晶化程度用的燒結(jié)、冷卻上的費(fèi)用，或者能量、時間都可被減少。
作為適用于本發(fā)明密封環(huán)的裝置，可以是汽車用的液壓式動力轉(zhuǎn)向裝置、自動傳輸器、發(fā)動機(jī)活塞環(huán)、減振器等，也可以是工業(yè)機(jī)器中使用的液壓缸等。其中，滑動時的阻力低，配合材料磨損小，在高壓(8MPa以上)下密封變形小，而且長時間使用油泄漏也小，這些特性適合于作為有特殊要求的汽車動力轉(zhuǎn)向的閥門裝置中使用的密封環(huán)。
另外，本發(fā)明的密封環(huán)重視安全性，因而也適合于作為要求耐久性的自動傳輸器的密封環(huán)或者減振器的密封環(huán)等。
換句話說，根據(jù)本發(fā)明，在上述條件(3)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)滑動時，500小時內(nèi)不破損，500小時后的配合材料磨損深度在10μm以下，最好在5μm以下，提供出這樣的自動傳輸器用的密封環(huán)。
而且，根據(jù)本發(fā)明，在上述條件(4)下進(jìn)行往復(fù)滑動行程時，500萬行程不破損，滑動阻力的初期變化從上夾具到500萬行程結(jié)束之間的最大滑動阻力Fmax處于其間的最小滑動阻力Fmin的不足1.5倍范圍內(nèi)，最好是在1.3倍以下的范圍內(nèi)，500萬行程之后的漏油量在15ml以下，最好在10ml以下，從而能夠提供出這樣的減振器用的密封環(huán)。
這里，“自滑動阻力的初期變動穩(wěn)定”的意思是在高壓下的滑動實驗中，從開始滑動到大約5萬循環(huán)為止，滑動力矩都不穩(wěn)定，會有急劇的滑動力矩上升，因而要在除去這種不穩(wěn)定的初期變動上下功夫。
下面根據(jù)實施例對本發(fā)明進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
實施例1將1％重量的全氟(丙基乙烯醚)制成的變性PTFE粉末(平均粒徑為30μm)85重量部分與天然石墨粉末(中越石墨(株)制造的CPB-3000。鱗片狀，表面間隔＝0.335nm，a/c＝10，(004)面的結(jié)晶體大?。?01.0nm)15重量部分通過預(yù)定的方法事先混合，然后造粒調(diào)制成成型用的樹脂粉末。
石墨表面間隔以及(004)面結(jié)晶體的大小根據(jù)上述的學(xué)振法，使用粉末X射線反射分析裝置(リガク(株)制造的RAD-RA型)，尺寸使用掃描型電子顯微鏡((株)日立制作所制造的S4000)，在倍率為500倍下進(jìn)行測定。
用這種成型用的樹脂粉末壓縮成型，燒結(jié)(360℃×48分鐘)之后直接在大氣(20℃)中放置冷卻，制成試驗用的密封環(huán)(內(nèi)徑為33.4mm，外徑為36.4mm的環(huán)狀)。對這種試驗用的密封環(huán)進(jìn)行下述的耐久性試驗。結(jié)果示于表1中。
試驗方法試驗裝置齒條&齒輪式動力轉(zhuǎn)向裝置上的標(biāo)準(zhǔn)密封環(huán)耐久性評價試驗機(jī)油壓12MPa油溫120℃油種動力轉(zhuǎn)向液(日石三菱(株)制造的ロデォPSF)滑動循環(huán)正向旋轉(zhuǎn)95rpm×2秒及反向旋轉(zhuǎn)95rpm×2秒構(gòu)成的循環(huán)進(jìn)行1個循環(huán)配合材料鑄鋁ADC12(JIS H5302)密封環(huán)組裝部件碳素鋼S45C(JIS G4051)。
評價特性(耐久時間)將密封環(huán)破損(漏油)時的滑動循環(huán)作為耐久時間。20萬循環(huán)不破損的情況下中斷。
(最大滑動力矩變化)記錄下讓封油的兩根密封環(huán)在1個循環(huán)中于95rpm(2秒鐘)下旋轉(zhuǎn)時的旋轉(zhuǎn)力矩，從初期到20萬循環(huán)之間記錄下的旋轉(zhuǎn)力矩的最大值。
(配合材料的最大磨損深度)將密封環(huán)破損時或者20萬循環(huán)中斷時配合材料(鑄鋁)的磨損部分(與圖4的凹部相當(dāng))中的最大深度(μm)用表面粗糙測定機(jī)(ミツトョ(株)制造的サ一フテストSV-600)來進(jìn)行測定。
(密封磨損量)中途破損(漏油)的除外，檢查20萬循環(huán)中斷時刻的密封環(huán)磨損部分(與圖2及圖3的磨損5相當(dāng))的長度(mm)。
實施例2配合量除了PTFE粉末95重量部分和天然石墨粉末5重部分之外，均與實施例1形成得相同，制作出本發(fā)明的密封環(huán)，與實施例1一樣檢查耐久性。結(jié)果示于表1中。
比較例1-6作為填充材料除了使用表1所示的之外，均與實施例1相同進(jìn)行造粒成型，制作出比較用的密封環(huán)，與實施例1一樣檢查耐久性。結(jié)果示于表1中。
此外，表1中使用的填充材料的縮寫與下面所述的一樣。
天然GR天然石墨粉末(中越石墨(株)制造的CPB-3000。鱗片狀，表面間隔＝0.335nm，a/c＝10，(004)面的結(jié)晶體的大?。?01.0nm)人造GR1人造石墨粉末(日本碳素(株)制造的EG-1C。塊狀、表面間隔＝0.337nm，a/c-2，(004)面的結(jié)晶體的大?。?1.0nm)＜0}人造GR2人造石墨粉末(カネボゥ(株)制造的ベルバ一ルC-2000。球狀，表面間隔＝0.337nm， a/c＝1，(004)面的結(jié)晶體的大?。?0.0nm)POB芳香族聚烴基苯甲酸脂系耐熱性樹脂粉末(スミカス一バ一，住友化學(xué)工業(yè)(株)制造，平均粒徑為20μm)CF碳纖維((株)クレハ制造的M2006S，平均纖維徑為15μm，平均纖維長為100μm)BZ青銅粉末(福田金屬(株)制造的SD-200，平均粒徑為20μm)PI聚酰胺粉末(旭チバ(株)制造的ケルイミ050，平均粒徑為20μm)
表1

實施例3-4實施例1及2中制作的試驗用的密封環(huán)(內(nèi)徑為33.4mm，外徑36.4mm、高1.88mm的環(huán))，用下述方法測定結(jié)晶化度以及外徑的變化率。結(jié)果示于表2中。
(結(jié)晶化度的測定)測定裝置精工電子工業(yè)(株)制造的差示掃描型熱量計RDC220測定條件從室溫到250℃，以50℃/分鐘升溫，在250℃上保持1分鐘，到380℃以10℃/分鐘升溫，在380℃上保持1分鐘。
計算方法按照下列公式計算。
結(jié)晶化度(％)＝(測定融解熱/100％結(jié)晶化PTFE融解熱)×100此外，100％結(jié)晶化PTFE的融解熱在上述測定條件下為92.93J/g。
(外徑變化率的測定)在帶有錐度(傾斜比為1/10)的圓柱臺狀夾具上插入供試驗的密封環(huán)，將密封環(huán)的內(nèi)徑擴(kuò)大10％，直接測定密封環(huán)的外徑，將{(試驗后的外徑-試驗前的外徑)/試驗前的外徑}×100作為外徑變化比率(％)。
實施例5-6除了不用變性PTFE，而使用TFE單一聚合體85重量部分(實施例5)和95重量部分(實施例6)之外，其它和實施例1一樣，制作出試驗用的密封環(huán)，與實施例3一樣檢查結(jié)晶化度以及外徑的變化率。結(jié)果示于表2中。
表2

實施例7將1％重量的全氟(丙基乙烯醚)制成的變性PTFE粉末(平均粒徑為30μm)85重量部分與天然石墨(中越石墨(株)制造的CPB-3000)15重量部分通過預(yù)定方法預(yù)先混合，然后造粒調(diào)制成成型用的樹脂粉末。
采用這種成型用的樹脂粉末，壓縮成型，制成試驗用的密封環(huán)(內(nèi)徑為46mm，外徑為50mm，厚為2mm的環(huán)，環(huán)在其一處以相對于切線每30度的角度切斷。切斷間隔部0.1mm。參照圖7)。對這種試驗用的密封環(huán)在下述條件(3)下進(jìn)行耐久性試驗。結(jié)果示于表3中。
試驗方法試驗裝置自動傳輸裝置中的標(biāo)準(zhǔn)密封環(huán)耐久性評價試驗機(jī)油壓2MPa油溫120℃油種自動傳輸液(日石三菱(株)制造的ATF D4)轉(zhuǎn)速8000rpm
配合材料鑄鋁ADC12(JIS H5302)密封環(huán)組裝部件鑄鐵FC205(JIS G5501)。
密封環(huán)外徑50mm、寬2mm、高2mm，評價特性(耐久時間)將密封環(huán)破損(漏油，不能維持油壓的狀態(tài))時的滑動循環(huán)作為耐久時間。在500小時不破損的情況下中斷。
(配合材料的最大磨損深度)將密封環(huán)破損時或者500小時中斷時配合材料(鑄鋁)的磨損部分(與圖4的凹部相當(dāng))中的最大深度(μm)用表面粗糙測定機(jī)(ミツトョ(株)制造的サ一フテストSV-600)來進(jìn)行測定。
實施例8-9除了天然石墨粉末的配合量為表3所示的比例之外，其余均與實施例7形成得相同，制作出本發(fā)明的密封環(huán)，與實施例7一樣檢查耐久性。結(jié)果示于表3中。
比較例7-10作為填充材料除了使用表3所示的之外，均與實施例7相同進(jìn)行造粒成型，制作出比較用的密封環(huán)，與實施例7一樣檢查耐久性。結(jié)果示于表3中。
表3

實施例10將1％重量的全氟(丙基乙烯醚)制成的變性PTFE粉末(平均粒徑為30μm)85重量部分與天然石墨(中越石墨(株)制造的CPB-3000)15重量部分通過預(yù)定方法預(yù)先混合，然后造粒制備出成型用的樹脂粉末。
采用這種成型用的樹脂粉末，壓縮成型，制成試驗用的密封環(huán)(內(nèi)徑為13.7mm，外徑為28.5mm，厚為0.8mm的環(huán)狀)。對這種試驗用的密封環(huán)在下述條件(4)下進(jìn)行耐久性試驗。結(jié)果示于表4中。
試驗方法試驗裝置減振裝置中的標(biāo)準(zhǔn)密封環(huán)耐久性評價試驗機(jī)活塞內(nèi)徑25mm油壓10MPa油溫100℃油種減振油行程長度60mm。將往復(fù)一次作為一個行程。
振動頻率3Hz配合材料碳素鋼S45C(JIS H4051)密封環(huán)組裝部件鑄鐵FC250(JIS G5501)。
密封環(huán)外徑28.5mm、寬7.4mm、高0.8mm(適用活塞直徑25mm)評價特性(耐久時間)將密封環(huán)破損(漏油，不能維持油壓的狀態(tài))時的滑動行程數(shù)作為耐久時間。
在500萬行程不破損的情況下中斷。
(滑動阻力的變化)將繞在活塞上的密封環(huán)與汽缸內(nèi)表面相對往復(fù)運(yùn)動時產(chǎn)生的摩擦阻力中的各行程內(nèi)的最大值作為該行程中的滑動阻力，從初期滑動阻力急劇上升完結(jié)之后(到50萬行程進(jìn)行觀測)到500萬行程(或者破損)為止檢查最大滑動阻力Fmax和最小滑動阻力Fmin，將滑動阻力的最大變化以(Fmin/Fmax)×100(％)來表示。
(漏油量)在500萬行程完成之后，通過油室回收漏出的油，用量筒進(jìn)行測定。
實施例11-12除了天然石墨粉末的配合量為表4所示的比例之外，其余均與實施例10形成得相同，制作出本發(fā)明的密封環(huán)，與實施例10一樣檢查耐久性。結(jié)果示于表4中。
比較例11-14作為填充材料除了使用表4所示的之外，均與實施例10相同進(jìn)行造粒成型，制作出比較用的密封環(huán)，與實施例10一樣檢查耐久性。結(jié)果示于表4中。
表4

工業(yè)應(yīng)用的可能性本發(fā)明的密封環(huán)由于即使在高壓下使用其密封的磨損變形也很小，配合材料即使是軟質(zhì)金屬，也能夠抑制配合材料的磨損，從而獲得了長期穩(wěn)定的密封效果，而且低摩擦并且滑動力矩變化小，特別是在高油壓時由于滑動力矩變化小，因而能夠大幅度提高動力轉(zhuǎn)向器的閥門裝置的操作性、響應(yīng)性。
另外，本發(fā)明的密封環(huán)作為高轉(zhuǎn)速下滑動密封環(huán)的自動傳輸用的密封環(huán)或者作為在往復(fù)滑動環(huán)境下要求密封的減振器用密封環(huán)，都能夠發(fā)揮出以往技術(shù)中所沒有的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種密封環(huán)，其基本上配有鱗片狀石墨粉末作為填充材料，其特征在于該石墨粉末是一種在由X射線衍射分析法測定的表面間隔為0.335-0.340nm狀態(tài)下，其(004)面結(jié)晶體的大小在70nm以上的石墨粉末，并且還含有2-35％重量的該石墨粉末以及65-98％重量的聚四氟乙烯粉末。
2.如權(quán)利要求1所述的密封環(huán)，其特征在于上述鱗片狀石墨粉末在長徑和短徑平均長度為a，厚為c時，其a/c在2以上。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的密封環(huán)，其特征在于上述鱗片狀石墨是天然石墨。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的密封環(huán)，其特征在于上述聚四氟乙烯粉末是由可與四氟乙烯共聚的單體變性的聚四氟乙烯粉末。
5.如權(quán)利要求4所述的密封環(huán)，其特征在于它用于汽車動力轉(zhuǎn)向器的閥門裝置中。
6.如權(quán)利要求4或者5所述的密封環(huán)，其特征在于在以下述條件進(jìn)行滑動循環(huán)時，20萬次循環(huán)無破損，20萬次循環(huán)后的配合材料磨損深度在10μm以下；即試驗裝置齒條&齒輪式動力轉(zhuǎn)向裝置上的標(biāo)準(zhǔn)密封環(huán)耐久性評價試驗機(jī)油壓12MPa油溫120℃油種動力轉(zhuǎn)向液循環(huán)正向旋轉(zhuǎn)95rpm×2秒及反向旋轉(zhuǎn)95rpm×2秒構(gòu)成的循環(huán)進(jìn)行1個循環(huán)配合材料鑄鋁(JIS H5302)密封環(huán)組裝部件碳素鋼(JIS G4051)。
7.如權(quán)利要求4或5所述的密封環(huán)，其特征在于在權(quán)利要求6所述的條件下進(jìn)行滑動循環(huán)時，20萬次循環(huán)無破損，20萬次循環(huán)后的密封磨損量在1mm以下。
8.如權(quán)利要求4或5所述的密封環(huán)，其特征在于在下述條件下測定的外徑變化率為3.4％以下；即試驗方法帶有錐度(傾斜比為1/10)的圓柱臺面狀夾具上插入供試驗的密封環(huán)，密封環(huán)的內(nèi)徑擴(kuò)大10％之后，直接測定密封環(huán)的外徑，將{(試驗后的外徑-試驗前的外徑)/試驗前的外徑}×100作為外徑變化比率(％)；供試驗用的密封環(huán)截面形狀為縱向1.5mm，橫向1.88mm的矩形，內(nèi)徑33.4mm，外徑36.4mm的環(huán)。
9.如權(quán)利要求8所述的密封環(huán)，其特征在于其結(jié)晶度在20％以上。
10.如權(quán)利要求1至5中任意一項所述的密封環(huán)，其特征在于它是自動傳輸用的密封環(huán)，在下述條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)滑動時，500小時內(nèi)無破損，500小時后的配合材料磨損深度在10μm以下；即試驗裝置自動傳輸裝置中的標(biāo)準(zhǔn)密封環(huán)耐久性評價試驗機(jī)油壓2MPa油溫120℃油種自動傳輸液轉(zhuǎn)速8000rpm配合材料鑄鋁(JIS H5302)密封環(huán)組裝部件材料鑄鐵(JIS G5501)密封環(huán)外徑50mm、寬2mm、高2mm。
11.如權(quán)利要求1至5中任意一項所述的密封環(huán)，其特征在于它是減振器用的密封環(huán)，在下述條件下進(jìn)行往復(fù)滑動行程時，500萬行程無破損，滑動阻力的初期變化從上夾具到500萬行程結(jié)束之間的最大滑動阻力Fmax處于其間的最小滑動阻力Fmin的不足1.5倍范圍內(nèi)，500萬行程后的漏油量在15ml以下；即試驗裝置減振裝置中的標(biāo)準(zhǔn)密封環(huán)耐久性評價試驗機(jī)油壓10MPa油溫100℃油種減振油行程長度60mm振動頻率3Hz配合材料碳素鋼(JIS H4051)密封環(huán)組裝部件材料鑄鐵(JIS G5501)。密封環(huán)外徑28.5mm、寬7.4mm、高0.8mm(適用活塞直徑25mm)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種密封環(huán)，即使在高壓下使用其密封的磨損變形也很小，配合材料即使是軟質(zhì)金屬，也能夠抑制配合材料的磨損，從而獲得長期穩(wěn)定的密封效果，而且由于滑動時阻力小，從而大大提高了密封裝置的耐久性、操作性、響應(yīng)性、以及安裝性，非常適合于在汽車等的動力轉(zhuǎn)向器的閥門裝置、自動傳輸器以及減振器上作為密封環(huán)使用，它采用了在作為填充材料的本體上配合鱗片狀石墨粉末，該石墨粉末則是一種在由X射線衍射分析法測定的表面間隔為0.335－0.340nm狀態(tài)下，其(004)面結(jié)晶體的大小在70nm以上的石墨粉末，并且含有2－35％重量的該石墨粉末以及65－98％重量的聚四氟乙烯粉末。
文檔編號F16J15/06GK1439042SQ01811804
公開日2003年8月27日 申請日期2001年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月25日
發(fā)明者柳口富彥, 助川勝通, 淺野道男 申請人:大金工業(yè)株式會社