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KR20080005905A - 시일 재료, 그것을 이용한 수지 링 및 그것을 이용한 시일 - Google Patents

시일 재료, 그것을 이용한 수지 링 및 그것을 이용한 시일 Download PDF

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Publication number
KR20080005905A
KR20080005905A KR1020070140225A KR20070140225A KR20080005905A KR 20080005905 A KR20080005905 A KR 20080005905A KR 1020070140225 A KR1020070140225 A KR 1020070140225A KR 20070140225 A KR20070140225 A KR 20070140225A KR 20080005905 A KR20080005905 A KR 20080005905A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ring
resin ring
seal
resin
shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR1020070140225A
Other languages
English (en)
Inventor
야수시 카노
히데키 히라키
히데오 나가오카
Original Assignee
미츠비시 덴센 고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Priority claimed from JP2000178138A external-priority patent/JP2001355735A/ja
Priority claimed from JP2000205035A external-priority patent/JP2002022019A/ja
Priority claimed from JP2001083784A external-priority patent/JP4790923B2/ja
Application filed by 미츠비시 덴센 고교 가부시키가이샤 filed Critical 미츠비시 덴센 고교 가부시키가이샤
Publication of KR20080005905A publication Critical patent/KR20080005905A/ko
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Abstract

본 발명은 시일 성능에 우수하면서, 고압 조건하에서 장시간 사용해도 내마모성 및 압출(extrusion) 내성이 양호하여 우수한 시일 성능이 유지되는 시일 재료, 그것을 이용한 수지 링 및 그것을 이용한 시일을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1 발명은, 점도 평균 분자량 100만 이상인 초고분자량 폴리에틸렌을 함유하는 시일 재료 및 해당 시일 재료를 이용하여 이루어지는 수지 링 및 해당 수지 링과, 해당 수지 링의 외주에 배치되는 탄성체 링을 조합하여 이루어지는 시일이다. 제2 발명은, 디아민 성분의 60∼100 몰%가 1,9-노난디아민, 디카르복실산 성분의 60∼100 몰%가 테레프탈산인 폴리아미드를 포함하는 시일 재료 및 해당 시일 재료를 이용하여 이루어지는 수지 링 및 해당 수지 링과, 해당 수지 링의 외주에 배치되는 탄성체 링을 조합하여 이루어지는 시일이다.

Description

시일 재료, 그것을 이용한 수지 링 및 그것을 이용한 시일{A SEAL MATERIAL, A RESIN RING PRODUED BY THE MATERIAL AND A SEAL PRODUCED BY THE RING}
본 발명은, 시일 재료, 그것을 이용한 수지 링 및 그것을 이용한 시일에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 시일 성능에 우수하면서 고압 조건하에서 장시간 사용해도 내마모성 및 압출 내성이 양호하고, 따라서 우수한 시일 성능이 유지되는 시일 재료, 그것을 이용한 수지 링 및 그것을 이용한 시일에 관한 것이다.
도 14는 파워 셔블 등의 선회부에 이용되고, 유체를 이송하는 스위블 관(swivel) 이음새의 주요부 단면도, 도 15는 다시 그것을 간략화하여 도시한 단면도이다. 이들의 도면에 있어서, 1은 원통형의 하우징, 2는 하우징(1)의 내벽(11)과 밀접하여 회전, 요동, 또한 이들의 복합 운동을 하는 원통형의 축, 3은 축의 축심이다. 하우징(1)의 내벽(11)에는 일정한 간격을 두고 오목부(12)가 설치되고, 상기 오목부(12) 내에는 수지 링(14)과 그 외주측에 배치된 탄성체 링(13)으로 이루어지는 시일(20)이 장착되며, 상기 시일(20)에 의해, 하우징(1)과 축(2)이 기밀하게 시일(밀폐)되고 있다. 이러한 스위블 관 이음새는 축(1)과 하우징(2)의 전위 각도를 바꿈으로써, 유압(압력 매체)의 흐름을 제어하는 장치이다.
그런데, 상기 수지 링(14)은 탄성체 링(13)의 탄성에 의해서 항상 축(2)에 압박되고 있고, 또한 스위블 관 이음새가 가동 중에 있어서는 하우징(1)과 축(2)의 계면에는 고압의 유압(P)이 부여되고 있다. 수지 링(14)에는, 종래부터 불소 수지(PTFE)로 제조된 것이 사용되고 있지만, 상기 불소 수지로 제조된 수지 링에 있어서는, 장시간의 사용 중에 고압 유체에 접촉한 상태로의 회전, 요동 등의 운동을 하는 축과의 슬라이드 이동에 의해서 열화, 변형을 일으켜 축(2)으로의 접촉면이 마모하거나, 수지 링(14)의 일부가 도 15에 도시한 바와 같이 하우징(1)과 축(2)의 계면에 침입하는, 소위 압출 현상을 일으키거나 하여, 하우징(1)과 축(2) 사이로부터 오일 누설을 일으킨다는 문제가 있었다.
이 문제의 해소를 위해, PTFE 등의 불소 수지에, 브론즈나 특수 충전제 등을 배합하여 이루어지는 수지 링도 제안되고 있지만, 여전히, 수지 링의 내마모성이나 압출 내성은 충분하게 해결되고 있지 않은 것이 실정이다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여, 시일 성능이 우수하면서 고압 조건하에서 장시간 사용해도 내마모성 및 압출 내성이 양호하고, 따라서 우수한 시일 성능이 유지되는 시일 재료, 그것을 이용한 수지 링 및 그것을 이용한 시일을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 스위블 관 이음새용 시일과 같은 수지 링과 탄성체 링을 조합하고, 이들을 고압 유체하에서 상대 이동하는 축과 상기 축을 덮는 외장체 사이에 수지 링 이 운동면에 슬라이드 접속하도록 장착하여, 축과 외장체 사이의 간극으로의 고압 유체의 침입을 방지하는 시일에 있어서, 유체 누설이 없는 양호한 시일(밀폐) 상태가 장기간에 걸쳐 유지되는 시일을 제공하는 것을 목적으로 하고, 또한, 스위블 관 이음새용으로 사용했을 때에는 블로바이(blowby)도 방지할 수 있는 시일을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명을 이하에 후술한다.
(1) 점도 평균 분자량 100만 이상의 초고분자량 폴리에틸렌을 함유하는 시일 재료.
(2) 초고분자량 폴리에틸렌의 쇼어 D 경도가 60∼75인 상기 (1) 기재의 시일 재료.
(3) 초고분자량 폴리에틸렌의 인장 강도가 30 MPa 이상인 상기 (1) 또는 (2) 기재의 시일 재료.
(4) 초고분자량 폴리에틸렌의 신장이 250% 이상인 상기 (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재된 시일 재료.
(5) 상기 (1)∼(4) 중 어느 하나에 기재된 시일 재료를 이용하여 이루어지는 수지 링.
(6) 수지 링과 상기 수지 링의 내주면 혹은 외주면 중 어느 한 쪽의 측에 배치되는 탄성체 링으로 이루어지고, 고압 유체하에서 상대 이동하는 축과 상기 축을 덮는 외장체 중 어느 한 쪽에 형성된 오목부 내에, 상기 탄성체 링을 오목부 저면 측에, 상기 수지 링을 오목부 개구측에 위치시켜 장착하고, 상기 수지 링의 내주면 또는 외주면 중 어느 한 쪽을 축의 외주면 또는 외장체의 내벽면 중 어느 한 쪽에 압박하여 축과 외장체 사이를 밀폐하는 시일로서, 수지 링에 상기 (5) 기재의 수지 링을 이용하여 이루어지는 시일.
(7) 축이 회전, 왕복 및 요동 중의 적어도 하나의 운동을 하는 것인 상기 (6) 기재의 시일.
(8) 축과 외장체가 스위블 관 이음새의 축과 상기 축을 덮는 하우징이고, 해당 하우징에 설치된 오목부 내에, 탄성체 링을 오목부 저면측에, 수지 링을 오목부 개구측에 위치시켜 장착하며, 수지 링의 내주면을 축의 외주면에 압박하여 이루어지는 것인 상기 (6) 기재의 시일.
(9) 수지 링의 내주면과 측면의 각진 부분에 블로바이 방지용 경사면을 형성한 것을 특징으로 하는 상기 (8) 기재의 시일.
(10) 블로바이 방지용 경사면의 수지 링 지름 방향의 치수를 A, 경사 각도를 θ라고 함과 동시에, 수지 링의 지름 방향 두께 치수를 T로 하고, 스위블 관 이음새의 축과 하우징의 한 쪽 간극 치수를 C로 했을 때,
Figure 112007094486631-PAT00001
로 설정한 것을 특징으로 하는 상기 (9) 기재의 시일.
(11) 수지 링의 탄성체 링과 접촉하는 외주면을 평활면으로 한 상기 (8)∼(10) 중 어느 하나에 기재된 시일.
(12) 디아민 성분의 60∼100 몰%가 1,9-노난디아민, 디카르복실산 성분의 60∼100 몰%가 테레프탈산으로 이루어지는 폴리아미드를 포함하는 시일 재료.
(13) 폴리아미드의 25℃에서의 압축 강도(10% 변형시)가 100 MPa 이상이면서, 하중 변형율이 1.0% 이하인 상기 (12) 기재의 시일 재료.
(14) 폴리아미드 100 중량부 당 10∼40 중량부의 충전제를 포함하는 상기 (12) 또는 (13) 기재의 시일 재료.
(15) 충전제가 유리 섬유, 카본 섬유, 불소 수지 미분말, 폴리페닐렌설파이드 수지 미분말 및 폴리이미드 수지 미분말로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 상기 (14) 기재의 시일 재료.
(16) 상기 (12)∼(15) 중 어느 하나에 기재된 시일 재료를 이용하여 이루어지는 수지 링.
(17) 수지 링과 상기 수지 링의 내주면 혹은 외주면 중 어느 한 쪽의 측에 배치되는 탄성체 링으로 이루어지고, 고압 유체하에서 상대 이동하는 축과 상기 축을 덮는 외장체 중 어느 한 쪽에 형성된 오목부 내에, 상기 탄성체 링을 오목부 저면측에, 상기 수지 링을 오목부 개구측에 위치시켜 장착하며, 상기 수지 링의 내주면 또는 외주면 중 어느 한 쪽을 축의 외주면 또는 외장체의 내벽면 중 어느 한 쪽에 압박하여, 축과 외장체 사이를 밀폐하는 시일로서 수지 링에 상기 (16) 기재의 수지 링을 이용하여 이루어지는 시일.
(18) 축이 회전, 왕복 및 요동 중 적어도 하나의 운동을 하는 것인 상기 (17) 기재의 시일.
(19) 축과 외장체가 스위블 관 이음새의 축과 상기 축을 덮는 하우징이며, 상기 하우징에 설치된 오목부 내에, 탄성체 링을 오목부 저면측에, 수지 링을 오목부 개구측에 위치시켜 장착하고, 수지 링의 내주면을 축의 외주면에 압박하여 이루어지는 것인 상기 (17) 기재의 시일.
(20) 수지 링의 내주면과 측면의 각진 부분에 블로바이 방지용 경사면을 형성한 것을 특징으로 하는 상기 (19) 기재의 시일.
(21) 블로바이 방지용 경사면의 수지 링 지름 방향의 치수를 A, 경사 각도를 θ라고 함과 동시에, 수지 링의 지름 방향 두께 치수를 T로 하고, 스위블 관 이음새의 축과 하우징의 한 쪽 간극 치수를 C로 했을 때,
Figure 112007094486631-PAT00002
로 설정한 것을 특징으로 하는 상기 (20) 기재의 시일.
(22) 수지 링의 탄성체 링과 접촉하는 외주면을 평활면으로 한 상기 (19)∼(21) 중 어느 하나에 기재된 시일.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
우선, 제1 발명에 관해서 설명한다.
제1 발명에 의한 시일 재료는 초고분자량 폴리에틸렌을 함유하는 것이다. 상기 초고분자량 폴리에틸렌에 있어서는, 그 점도 평균 분자량은 100만 이상, 바람직하게는 300만 이상, 보다 바람직하게는 500만 이상이며, 이러한 초고분자량 폴리에틸렌을 이용한 수지 링(즉, 제1 발명에 의한 수지 링)은 시일 부재로서 적합한 경 도, 인장 강도 및 신장을 갖는다. 해당 점도 평균 분자량이 100만 미만이면, 경도 및 인장 강도가 작기 때문에, 그로부터 얻어진 수지 링은 내마모성에 뒤떨어지고, 또한 고압 조건하에서의 변형이 커진다. 또한, 본 발명에 있어서 점도 평균 분자량은 ASTM D 4020에 따른 용액 점도법(용매: 데카린, 온도: 150℃)에 의해 측정된다.
해당 제1 발명에 의한 수지 링은 탄성체 링과 조합하여 시일(즉, 제1 발명에 의한 시일)을 구성한다. 그리고, 해당 시일은 고압 유체하에서 상대 이동하는 축과 상기 축을 덮는 외장체 사이를 밀폐하기 위한 시일로서 사용된다. 즉, 수지 링의 내주면 혹은 외주면 중 어느 한 쪽의 측에 탄성체 링을 배치한 상태에서, 이들을 고압 유체하에서 상대 이동하는 축과 상기 축을 덮는 외장체 중 어느 한 쪽에 형성된 오목부 내에, 탄성체 링을 오목부 저면측에, 수지 링을 오목부 개구측에 위치시켜 장착함으로써, 수지 링의 내주면 또는 외주면 중 어느 한 쪽이 축의 외주면 또는 외장체의 내벽면 중 어느 한 쪽을 압박하여 축과 외장체 사이가 밀폐된다. 해당 제1 발명에 의한 시일에 있어서는, 이러한 고압 유체하에서 상대 이동하는 축과 상기 축을 덮는 외장체 사이를 기밀하게 밀폐하여 우수한 시일 성능을 얻을 수 있고, 더구나, 수지 링이 장기간에 걸쳐 마모나 압출 현상을 일으키는 일이 없기 때문에, 우수한 시일 성능이 장기간에 걸쳐 유지된다.
여기서, 고압 유체하에서 상대 이동하는 축과 상기 축을 덮는 외장체는, 예컨대, 유압 기기에 있어서의 스위블 관 이음새의 축과 하우징, 엔진 기구 등에 있어서의 피스톤과 실린더, 나아가서, 냉장고, 냉동기, 에어컨디셔너 등의 냉각 장치나 공기 조절 장치의 압축기에 있어서의 축과 하우징, 스크롤 압축기 등에 있어서 의 슬라이드 이동면(이동면)과 고정면 등이다. 또한, 고압 유체의 유체에는 각종 오일(예컨대, 광 오일, 터빈 오일, 가솔린 오일, 냉동기 오일, 생분해성 오일), 냉매(예컨대, 프론 가스, 플루오로 탄화수소 등) 등을 들 수 있다. 또한, 금후, 환경 문제를 위해 유압 기기가 수압 기기로 교체되는 경향이 있지만, 해당 제1 발명에서 이용하는 초고분자량 폴리에틸렌은 내수성 및 수윤활하에서의 내마모성에도 우수하기 때문에, 고압 유체가 물인 경우에도 양호한 시일 성능을 지속할 수 있어, 이 점에서도 바람직한 것이라고 말할 수 있다. 고압 유체의 고압이란 거의 21 MPa 이상의 압력을 의미한다(예컨대, 스위블 관 이음새에서는 30 MPa 이상, 나아가서는 50 MPa 이상의 압력에서 터빈 오일가 흐름). 또한, 축과 외장체가 상대 이동한다는 것은, 적어도 어느 한 쪽(통상은 축)이 운동하여 양자의 위치 관계가 변화하는 것이고, 축의 운동에는, 예컨대, 회전, 왕복 및 요동 등의 외에, 이들 중 어느 두 개의 복합 운동, 나아가서, 이들 세 개의 복합 운동이 포함된다. 예컨대, 스위블 관 이음새의 가동 중에 있어서, 축은 회전, 요동을 각각 단독으로 행하거나, 이들 두 개의 복합 운동을 한다. 여기서, 회전이란, 축이 그 축선 주위에 일정 방향으로 회전하는 운동이고, 요동이란 축이 그 축선 주위의 한 방향과 그 반대 방향으로 교대로(순서대로) 회전하는 운동이며, 예컨대, 일정한 위치로부터 한 방향으로 180도 회전한 후, 반전하여 반대 방향으로 180도 회전하거나, 한 방향으로 360도 회전한 후, 반전하여 반대 방향으로 360도 회전하거나 한다. 또한, 복합 운동이란, 2개 이상의 운동이 동시에, 또는, 교대로 연속하여 행해지는 것이다.
해당 제1 발명에 있어서, 상기의 초고분자량 폴리에틸렌은, 바람직하게는 30 MPa 이상, 보다 바람직하게는 40 MPa 이상의 인장 강도를 갖는다. 해당 인장 강도가 30 MPa 미만이면, 고압 조건하에서의 변형이 커지기 쉽기 때문에, 그로부터 얻어진 수지 링은 고압 조건하에서의 장시간의 사용에 의해 압출 현상이 생기고, 시일의 시일 성능을 저하시키며, 그 결과, 축과 이것을 덮는 외장체 사이로부터 유체 누설을 일으킬 우려가 있다. 상기 인장 강도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 70 MPa, 보다 바람직하게는 60 MPa이다. 또한, 본 발명에 있어서는, 인장 강도는 ASTM D 1457에 따른 방법에 의해 측정된다.
또한, 상기의 초고분자량 폴리에틸렌은 바람직하게는 250% 이상, 보다 바람직하게는 300% 이상의 신장을 갖는다. 해당 신장이 250% 미만이면, 그로부터 얻어진 수지 링은 인장에 대한 내성이 충분하지 않기 때문에, 예컨대, 축의 요동시의 국부적인 인장에 대한 손상이 커질 우려가 있어 바람직하지 못하다. 또한, 본 발명에 있어서 신장은 ASTM D 1457에 따른 방법에 의해 측정된다.
상기의 초고분자량 폴리에틸렌의 구체예로서는, 예컨대, 하이 젝스 밀리언 240 M(미쓰이 화학(주)사에서 제조된 상품명, 점도 평균 분자량 300만, 쇼어 D 경도 66, 인장 강도 40 MPa, 신장 350%), 하이 젝스 밀리언 340 M(미쓰이 화학(주)사에서 제조된 상품명, 점도 평균 분자량 500만, 쇼어 D 경도 66, 인장 강도 50 MPa, 신장 250%), 뉴라이트 NL-W(삭신 공업사에서 제조된 상품명, 점도 평균 분자량 550만, 쇼어 D 경도 67∼69, 인장 강도 45 MPa, 신장 300∼450%) 등을 들 수 있다. 이들의 초고분자량 폴리에틸렌은 단독으로 사용해도, 2종 이상 병용해도 좋다.
해당 제1 발명에 있어서, 시일 재료는 상기의 초고분자량 폴리에틸렌에 덧붙 여, 필요에 따라서 충전제를 배합해도 좋다. 충전제로서는, 예컨대, 유리 섬유, 카본 섬유, 흑연 분말, 사불화 에틸렌 수지, 구리 합금, 이황화 몰리브덴 등을 들 수 있다. 이들의 충전제의 함유량은 시일 재료의 조성물 중, 0∼50 중량%, 특히 0∼30 중량%가 바람직하다. 해당 함유량이 50 중량%를 넘으면, 해당 조성물이 무르게 되어 성형성이 나빠질 우려가 있어 바람직하지 못하다.
해당 제1 발명에 있어서, 수지 링은 시일 재료를 열압축 프레스, 절삭 가공 등의 방법에 의해 원하는 형상, 크기의 링형으로 성형하는 것으로 얻어진다. 또한, 그 형상, 크기는 시일의 다른 쪽의 구성 부재인 탄성체 링의 형상, 크기 등을 고려하여 결정한다.
예컨대, 도 14, 도 15에 도시한 스위블 관 이음새용 시일(20)에 이용하는 수지 링(14)을 제작하는 경우, 하우징(1)의 내벽의 링형의 오목부(12) 내에 배치할 수 있고, 그 외주면측에 배치되는 탄성체 링(13)의 탄성이 양호하게 전해지며, 그 내주면이 축(2)에 압접하여 하우징(1)과 축(2)이 기밀하게 밀폐되는 크기 및 형상이 되도록 가공된다. 이 경우, 그 외주 및 내주의 형상은 축(2)의 외주의 형상이나, 해당 수지 링(14)의 외주측에 배치되는 탄성체 링(13)의 내주의 형상에 의해서 선택된다. 또한, 그 단면 형상은, 예컨대, 원형(O 링), 구형(각진 링)이 예시된다. 또한, 도 1, 도 2와 같은 테이퍼 가공을 실시한 각진 링도 예시되고, 이들은 가공이 용이하기 때문에 비용이 저렴한 이점이 있다. 또한, 도 3과 같은, 그 외주에 탄성체 링(13)을 배치할 수 있는 오목부를 갖는 형상도 예시되고, 이것은 수지 링(14)을 얇게 하는 것으로 탄성체 링(13)의 탄성을 축(2)과의 접촉면에 양호하게 전할 수 있으며, 또한 장착성이 양호하고, 또한 탄성체 링(13)의 어긋남을 방지할 수 있다. 또한, 도 4(a), (b)와 같은, 그 외주 및/또는 내주에 복수의 홈을 갖는 링도 예시되고, 내주에 홈을 설치함으로써 시일면에 오일을 유지할 수 있기 때문에, 마찰 저항을 내려 마모를 저하할 수 있으며, 또한 외주에 홈을 설치함으로써 해당 수지 링(14)과 탄성체 링(13) 사이에서의 슬라이드 이동을 방지할 수 있다. 또한, 수지 링(14)의 외주에 슬라이드 이동방지용 홈을 설치하는 경우는, 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 탄성체 링(13)의 내주에 수지 링(14)의 외주의 홈과 감합하는 홈을 설치하여 슬라이드 이동 방지 효과를 높이는 것이 바람직하다. 다만, 수지 링(14)이나 탄성체 링(13)에 슬라이드 이동 방지용 홈을 설치하는 것은, 수지 링(14) 중에 수지 링(14)과 탄성체 링(13)이 슬라이드 이동한 경우에 탄성체 링을 마모하는 것 같은 충전제(상기 예시의 충전제 중의 구리 합금, 카본 섬유 등)를 포함하는 경우에, 슬라이드 이동에 의해서 탄성체 링의 표면이 깎여 수지 링과 탄성체 링 사이에 불필요한 간극이 생겨 시일 면압이 저하해 가므로, 이러한 문제점을 방지하기 위함이다. 또한, 종래의 스위블 관 이음새용 시일에 사용하고 있었던 수지 링, 즉, PTFE를 이용한 수지 링에서는 충전제(브론즈)가 필수적이었기 때문에 탄성체 링과의 사이의 슬라이드 이동 방지용 홈을 형성해야 했지만, 해당 제1 발명에 의한 수지 링에 있어서는, 상기한 바와 같이, 충전제는 반드시 필요한 것은 아니고(충전제를 함유시키지 않아도 종래보다도 개선된 시일 성능 및 그 장기간 지속성을 얻을 수 있기 때문에), 슬라이드 이동 방지용 홈도 반드시 필요한 것은 아니다.
이상 설명한 스위블 관 이음새의 축과 하우징(외장체) 사이에 있어서의 수지 링과 탄성체 링의 배치 구성은, 수지 링의 외주면측에 탄성체 링을 배치하여, 수지 링의 내주면을 탄성체 링의 탄성에 의해서 상대 이동하는 축과 하우징(외장체) 중의 운동면(축)에 슬라이드 접속시키는 구성이지만, 수지 링(14)의 내주면측에 탄성 링(13)을 배치하고, 수지 링의 외주면을 운동면(하우징의 내벽면)에 슬라이드 접속하도록 구성하는 경우도 있다. 예컨대, 이것은 엔진 기구에 있어서의 피스톤(축)과 실린더(외장체) 사이, 압축기 기구에 있어서의 축과 하우징(외장체) 사이를 밀폐하는 등의 경우이며, 예컨대, 도 5에 도시한 바와 같이, 피스톤(15)의 외벽에 설치한 링형 오목부(12)의 저면측에 탄성체 링(13)을 배치하고, 상기 탄성체 링(13)의 외주면에 수지 링(14)을 배치하며, 수지 링(14)의 외주면이 탄성체 링(13)의 탄성에 의해서 실린더(16)의 내벽면에 슬라이드 접속된다. 또한, 수지 링(14)의 내주의 형상은 탄성체 링(13)의 외주의 형상에 의해서 선택되지만, 그 단면 형상은, 예컨대 도 6과 같은 구형(각진 링)이 예시된다.
해당 제1 발명에 있어서, 탄성체 링은 그 탄성에 의해서 수지 링을 운동면에 슬라이드 접속하여 시일 면압을 발생시키기 위한 것이고, 고무 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용할 수 있는 고무 재료로서는, 종래 공지의 고무 재료를 사용할 수 있고, 예컨대, 니트릴 고무(아크릴로 니트릴 부타디엔 고무), 수소화 니트릴 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 올레핀계 고무 등을 들 수 있다. 예컨대, 스위블 관 이음새용인 경우, 내유성, 내마모성, 압축 영구 왜곡, 성형성 등의 점으로부터, 니트릴 고무, 수소화 니트릴 고 무, 불소 고무 등이 바람직하고, 니트릴 고무가 특히 바람직하다.
탄성체 링은 상기의 고무 재료를 프레스 성형 등의 방법에 의해 원하는 링형으로 성형 가공하여 얻어진다. 예컨대, 도 14, 도 15와 같은 스위블 관 이음새용 시일에 사용하는 경우, 오목부(12) 내에 배치할 수 있고, 해당 탄성체 링(13)의 탄성을 수지 링(14)에 양호하게 전할 수 있는 형상 및 크기로 성형된다. 그 내주의 형상은 수지 링(14)의 외주의 형상에 의해서 선택되지만, 단면 형상의 구체예로서는, 예컨대, 도 1, 도 4와 같은 구형(각진 링)이 예시되고, 이것은 시일 면압을 균일하게 할 수 있기 때문에, 마찰 저항을 내릴 수 있다. 또한, 도 2, 도 3과 같은 원형(O 링)도 예시되고, 이것은 시일 면압에 피크압을 발생시킬 수 있으므로, 시일 성능이 향상한다.
또한, 상기한 도 5에 도시하는 실린더와 피스톤 사이의 시일에 사용하는 경우와 같은, 수지 링의 내주면측에 탄성체 링을 배치하고, 수지 링의 외주면을 운동면(도 5에서는 실린더의 내벽면)에 슬라이드 접속시키는 구성으로 하는 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 탄성체 링(13)은 피스톤(15)(축)의 외벽에 설치한 링형 오목부(12) 내에 배치할 수 있고, 해당 탄성체 링(13)의 탄성을 수지 링(14)에 양호하게 전할 수 있는 형상 및 크기로 성형된다. 그 외주의 형상은 수지 링(14)의 내주의 형상에 의해서 선택되지만, 그 단면 형상의 구체예로서는 도 6과 같은, 외주에 볼록부를 갖는 형상이 예시된다.
또한, 필요에 따라서, 예컨대 도 6에 도시한 바와 같이, 탄성체 링(13)을 그 외주에 볼록부를 갖는 형상으로 하는 경우, 수지 링(14)이 피스톤(축)의 왕복 운동 시에 오목부(12) 내에서 고정되도록, 수지 링(14)의 상하로 백업 링(17)을 배치해도 좋다. 이 백업 링(17)의 재료로서는, PTFE(폴리데트라플루오로에틸렌), 나일론, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리에테르 에테르케톤 등이 예시된다. 그 형상으로서는, 수지 링(14)이 피스톤(축)의 왕복 운동시에 오목부(12) 내에서 고정되는 것과 같은 형상이라면, 특별히 제한은 없다.
해당 제1 발명에 의한 시일에 있어서의 수지 링(14)과 탄성체 링(13)의 조합으로서는, 스위블 관 이음새용과 같이, 수지 링의 외주면측에 탄성체 링을 배치하고, 수지 링의 내주면을 운동면에 슬라이드 접속시키는 경우, 즉, 상대 이동하는 축과 외장체 중의 외장체측에 오목부를 설치하여 시일(수지 링과 탄성체 링)을 부착하고, 축에 수지 링을 슬라이드 접속시키는 경우, 내주가 테이퍼 가공된 각진 링형의 수지 링과 각진 링형의 탄성체 링(도 1), 내주가 테이퍼 가공된 각진 링형의 수지 링과 O 링형의 탄성체 링(도 2), 외주에 탄성체 링(13)을 배치할 수 있는 오목부를 갖는 형상의 수지 링과 O 링형의 탄성체 링(도 3), 내주에, 또는, 내주 및 외주에 복수의 홈을 갖는 각진 링형의 수지 링과 각진 링형의 탄성체 링(내주에 홈을 형성한 것도 포함)(도 4(a), 도 4(b))이 예시되고, 상기 중에서도, 고압 조건하에서의 압출 내성이 특히 우수하고, 시일 성능의 안정성이 우수하며, 축(2)과의 접촉면의 발생 면압을 안정할 수 있고, 비용이 저렴하므로, 내주가 테이퍼 가공(즉, 내주면과 측면의 각진 부분에 테이퍼면이 형성)되면서, 탄성체 링과 접촉하는 측의 면을 평활면으로 한 각진 링형의 수지 링과, 각진 링형의 탄성체 링(도 1)의 조합이 특히 바람직하다.
또한, 도 1, 도 2에 도시한 바와 같은 내주가 테이퍼 가공된 각진 링형으로 함으로써 스위블 관 이음새에서 발생하는 블로바이(오일의 유출 또는 누출)의 발생을 방지할 수 있는 효과도 얻어진다. 이하 이 점을 자세히 설명한다.
도 15에서는, 스위블 관 이음새 내에서 고압 유체(오일)에 의한 압력(P)이 지면을 향하여 좌측 방향(축(2)의 축심(3)과 평행한 제1 방향)으로부터 작용하고 있는 경우를 도시하고 있지만, 실제로는 고압 유체(오일)가 흐르는 방향의 전환에 의해서, 스위블 관 이음새 내에서 상기와는 반대의 지면을 향하여 우측 방향(축(2)의 축심(3)과 평행한 제2 방향)으로부터 압력(P)이 작용하는 경우가 있다. 이 압력이 작용하는 방향이 갑자기 교체된 경우에, 시일(20)(수지 링(14)과 탄성체 링(13))이 압력(P)을 그 측면에 받아 시일 면압을 축(2)을 향해서 발생시키는 것보다도 먼저 축(2)의 외주면과 수지 링(14)의 내주면 사이를 유체(오일)가 유출하는 일이 있는데, 이 현상을 블로-바이라고 한다.
도 8, 도 9는 상기의 내주가 테이퍼 가공된 각진 링형의 수지 링(14)의 확대 단면도와 평면도이다. 도 10은 스위블 관 이음새 내에 있어서의 이러한 내주가 테이퍼 가공된 수지 링(14)과 각진 링형의 탄성체 링(13)에 의해서 축(2)과 하우징(1) 사이가 시일된 상태의 주요부 단면도이다. 수지 링(14)의 테이퍼면(10)은 그 블로바이를 방지하는 기능의 점으로부터, 본 발명에 있어서「블로바이 방지용 경사면」이라고 부르는 것으로 한다.
블로바이 방지용 경사면(10)에 있어서의 수지 링(14)의 지름 방향 치수를 A로 하고, 경사 각도(수지 링(14)의 측면에 대한 경사 각도)를 θ(도 1 중의 θ과 같음)로 하며, 수지 링(14)의 지름 방향 두께 치수를 T로 하고, 또한, 스위블 관 이음새의 축(2)과 하우징(1)의 한 쪽 간극 치수를 C(도 10, 도 14 참조)로 했을 때, 이들을
Figure 112007094486631-PAT00003
로 설정함으로써, 블로바이가 효과적으로 방지된다.
도 11∼도 13에 기초하여, 지름 방향 치수(A)와 경사 각도(θ)를 상기 수식의 범위로 설정한 이유 및 블로바이 방지의 작용을 설명하면, 도 11에 있어서(미리 동 도면의 우측 방향으로부터 압력을 받았기 때문) 동 도면에 도시한 바와 같이, 시일(20)은 오목부(12) 내의 좌측 방향으로 이동하고 있는 상태를 도시하고, 이 때, 갑자기 압력(P)이 작용했다고 하면, 도 12에 도시한 확대 단면도의 상태가 되며, 블로바이 방지용 경사면(10)에 압력(P)이 작용한다.
이 블로바이 방지용 경사면(10)에 작용하는 압력(P)을 도 14의 축(2)의 축심(3)과 평행한 분력 Px와, 지름 방향의 분력 Py에, 벡터로서의 압력(P)을 분해하여 고려한다.
Figure 112007094486631-PAT00004
로 설정했기 때문에 PX>Py가 되고, 수지 링(14)은 도 12의 우측 방향으로 이동하며, 즉시 고압 유체(압력(P))가 수지 링(14)의 좌측면과 오목부(12)의 좌측면(12a) 사이에 침입한다. 이렇게 하여, 도 13에 나타낸 바와 같이 압력(P)이 시일(20)의 좌측면에 작용하여 도 10과 같이 탄성체 링(13)이 화살표 a 와 같이 수지 링(14)의 외주면(14a)을 압박하고, 이에 의해서 수지 링(14)의 내 주면(14b)은 축(2)에 밀봉형으로 압접한다.
또한, 도 8과 도 12로부터 분명한 바와 같이,
Figure 112007094486631-PAT00005
이면, 압력(P)이 수지 링(14)의 좌측면과 오목부(12)의 좌측면(12a) 사이에 침지하기 어렵고, 압력(P)이 축(2)과 수지 링(14)의 내주면(14b) 사이를 유출해 갈(블로-바이해 감) 우려가 있다. 반대로,
Figure 112007094486631-PAT00006
이면, 도 13에 도시한 바와 같이 압력(P)을 받았을 때, 수지 링(14)의 자세가 불안정해진다(쓰러지기 쉬워짐).
요약하면, C<A<0.5 T로 설정하면서, 경사 각도(θ)를 20°∼40°로 설정함으로써, 도 11로부터 도 12를 지나서 도 13의 상태로 순조롭게 이행할 수 있고, 블로바이(유출)를 방지할 수 있음과 동시에, 안정되고 양호한 시일(밀폐) 작용을 이룬다.
이하, 제2 발명에 관해서 설명한다.
제2 발명에 의한 시일 재료는, 1,9-노난디아민과 테레프탈산을 주성분으로 하는 폴리아미드를 함유하는 것이다. 상기 폴리아미드에 있어서는, 디아민 성분의 60∼100 몰%(바람직하게는 75 몰% 이상, 보다 바람직하게는 90 몰% 이상)가 1,9-노난디아민, 디카르복실산 성분의 60∼100 몰%(바람직하게는 75 몰% 이상, 보다 바람직하게는 90 몰% 이상)이 테레프탈산이다. 이러한 폴리아미드를 이용한 수지 링(즉, 제2 발명에 의한 수지 링)은, 시일 부재로서 적절한 경도와 바람직한 내피로성 및 기계적 강도를 갖는다. 따라서, 해당 수지 링을 제1 발명의 수지 링과 마찬가지로, 탄성체 링과 조합하여 시일(즉, 제2 발명에 의한 시일)로 하고, 고압 유체 하에서 상대 이동하는 축과 상기 축을 덮는 외장체 중 어느 한 쪽에 형성된 오목부 내에, 탄성체 링을 오목부 저면측에, 수지 링을 오목부 개구측에 위치시켜 장착함으로써, 고압 유체하에서 상대 이동하는 축과 상기 축을 덮는 외장체 사이가 기밀하게 밀폐되며, 더구나, 수지 링은 장기간에 걸쳐 마모나 압출 현상을 일으키는 일이 없이 우수한 시일 성능이 유지된다. 그리고, 이러한 우수한 시일 성능의 장기간 지속성은, 축 및 외장체를 포함하는 기구가 실온에서 작동하는 경우뿐만 아니라, 실온보다도 꽤 고온에서 작동하는 경우에도(예컨대, 스위블 관 이음새에서는 100∼120℃), 또한, 실온보다도 꽤 저온(거의 0℃ 이하, 구체적으로는 약 -30℃ 부근)에서 작동하는 경우에도 유지된다.
해당 제2 발명에 의한 시일에 있어서, 바람직한 수지 링의 형상이나, 수지 링과 탄성체 링의 상호의 형상 및 배치 등은 상기 제1 발명의 시일에 있어서와 같으므로(즉, 도 1∼도 6에 도시한 바와 같음), 여기서는 그 설명을 생략한다. 또한, 해당 제2 발명에 의한 시일이 적용되는 고압 유체하에서 상대 이동하는 축과 상기 축을 덮는 외장체(기구)의 구체예나 누출 방지의 대상물(즉, 고압 유체)의 구체예도, 상기 제1 발명에 의한 시일에서와 동일하다.
해당 제2 발명에 있어서, 상기의 폴리아미드에 있어서의 테레프탈산 이외의 디카르복실산 성분으로서는, 예컨대, 말론산, 디메틸말론산, 호박산, 글루타르산, 아디프산, 2-메틸아디프산, 트리메틸아디프산, 피멜산, 2,2-디메틸글루타르산, 3,3-디에틸호박산, 아제라인산, 세바신산, 슈베린산, 다이머산 등의 지방족 디카르복실산; 1,3-시클로펜탄디카르복실산, 1,4-시클로헥산디카르복실산 등의 지환식 디 카르복실산; 이소프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 2,7-나프탈렌디카르복실산, 1,4-나프탈렌디카르복실산, 1,4-페닐렌디옥시디아세트산, 1,3-페닐렌디옥시디아세트산, 디펜산, 디안식향산, 4,4'-옥시디안식향산, 디페닐메탄-4,4＇-디카르복실산, 디페닐설폰-4,4＇-디카르복실산, 4,4＇-비페닐디카르복실산 등의 방향족 디카르복실산 등을 들 수 있고, 이들은 1종 또는 2종 이상으로 이용할 수 있다. 이들 중에서도, 방향족 카르복실산이 적합하다. 또한, 트리멜리트산, 트리메신산, 피로멜리트산 등의 다가 카르복실산을, 생성되는 폴리아미드가 용융 성형이 가능한 범위 내에서 이용할 수도 있다.
또한, 1,9-노난디아민 이외의 디아민 성분으로서는, 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 1,4-부탄디아민, 1,6-헥산디아민, 1,7-헵탄디아민, 1,8-옥탄디아민, 1,10-데칸디아민, 1,11-운데칸디아민, 1,12-도데칸디아민, 3-메틸-1,5-펜타디아민, 2,2,4-트리메틸-1,6-헥산디아민, 2-메틸-1,8-옥탄디아민, 5-메틸-1,9-노난디아민 등의 지방족 디아민; 시클로헥산디아민, 메틸시클로헥산디아민, 이소포론디아민 등의 지환식 디아민; p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 크실렌디아민, 4,4＇-디아미노디페닐설폰, 4,4＇-디아미노디페닐에테르 등의 방향족 디아민 등을 들 수 있고, 이들은 1종 또는 2종 이상으로 이용할 수 있다. 이들 중에서도 2-메틸-1,8-옥탄디아민이 바람직하다.
해당 제2 발명에 있어서, 상기의 폴리아미드는 바람직하게는 그 진한 황산 중 30℃에서 측정한 극한 점도[η]가 0.4∼3.0 dl/g이다. 이러한 극한 점도를 가지면, 수지 링으로 성형할 때의 성형성이 양호하고, 또한, 수지 링의 시일 성능이 보 다 안정화한다. 또한, 본 발명에 있어서는, 극한 점도[η]는 진한 황산 중에 폴리아미드를 용해하여 농도가 0.05, 0.1, 0.2 및 0.4 dl/g의 시료 용액을 조제하고, 30℃에 있어서의 고유 점도 ηinh를 측정하여 이것을 농도 0으로 외부 삽입함으로써 측정된다.
또한, 상기의 폴리아미드는, 바람직하게는 100 MPa 이상, 보다 바람직하게는 120 MPa 이상의 25℃에서의 압축 강도(10% 변형시)를 갖는다. 해당 25℃에서의 압축 강도(10% 변형시)가 100 MPa 미만이라면, 고압하에서 변형 내성이나 내마모성에 뒤떨어질 경향이 있기 때문에, 이들로부터 얻어진 수지 링은 고압하에서 변형이나 마모를 일으키기 쉬워지고, 고압 조건하에서의 장기간의 사용에 의해 마모나 압출 현상을 일으켜 시일 성능이 저하하며, 그 결과 유체 누설을 일으킬 우려가 있어 바람직하지 못하다. 또한, 상기의 폴리아미드는 바람직하게는 1.0% 이하, 보다 바람직하게는 0.5% 이하의 하중 변형율(%)을 갖는다. 해당 하중 변형율이 1.0%보다 크면, 그로부터 얻어진 수지 링은 이것이 압접하는 상대 부재(축 또는 외장체)와의 반복의 슬라이드 이동에 의해서 피로, 변형하여 시일 성능이 저하하고, 그 결과 유체 누설을 일으킬 우려가 있어 바람직하지 못하다. 또한, 본 발명에 있어서, 상기의 폴리아미드의 25℃에서의 압축 강도(10% 변형시)의 상한은 특히 한정되지 않지만, 200 MPa, 바람직하게는 180 MPa이고, 또한, 상기 하중 변형율(%)의 하한은 특히 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리아미드의 25℃에서의 압축 강도(10% 변형시)는 ASTM D 695에 따른 방법(시험 부재 치수: 길이 10.0 mm, 직경 8.0 mm)으로 측정되고, 하중 변형율(%)은 ASTM D 621에 준거한 방법(시험 부재 치수: 두께 12.7 mm, 직경 14.3 mm)으로 측정된다.
또한, 상기의 폴리아미드는, 바람직하게는 60 MPa 이상, 보다 바람직하게는 80 MPa 이상의 인장 강도를 갖는다. 폴리아미드의 인장 강도가 60 MPa 미만이라면 고압 조건하에서의 변형이 발생하기 쉽기 때문에, 이들로부터 얻어진 수지 링은 인장 응력에 대하여 변형을 일으켜(특히 스위블 관 이음새의 축의 요동시 등에 있어서 일어나는 확대에 의해서 변형하여) 시일 성능이 저하하고, 축과 외장체 사이로부터 유체 누설을 일으킬 우려가 있어 바람직하지 못하다. 또한, 상기 인장 강도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 150 MPa, 바람직하게는 130 MPa이다. 본 발명에 있어서, 상기 인장 강도는 ASTM D 638에 따른 방법(시험 부재 형상: 타입 I 덤벨 부재)으로 측정된다.
또한, 상기의 폴리아미드는, 바람직하게는 23℃의 수중에 24시간 침지했을 때의 흡수율〔(침지 후의 중량-침지 전의 중량)/(침지 전의 중량)〕[%]이 0.3% 이하(보다 바람직하게는 0.2% 이하)라는 저흡수성을 갖는다. 해당 흡수율이 0.3%보다 크면, 시일 부재(수지 링)로서 사용 중에 흡수한 수분이 빠져 나와 밀봉 오일(고압 유체가 오일인 경우)을 열화시키거나, 또한, 고압 유체가 물인 경우에 수지 링의 치수 변화가 커져 시일 성능이 저하하는 경향을 나타내어 바람직하지 못하다. 본 발명에 있어서, 상기 흡수율은 JIS K 7209에 따른 방법으로 측정된다.
또한, 상기 폴리아미드는, 종래의 수지 링에 이용하고 있었던 충전제가 들어 간 PTFE로는 곤란했다, 사출성형으로써 성형할 수 있기 때문에, 원하는 형상, 크기의 수지 링을 효율적으로 제조할 수 있다는 이점도 얻을 수 있다.
해당 제2 발명에서 이용하는 상기 폴리아미드는 결정성 폴리아미드를 제조하는 방법으로서 알려져 있는 임의의 방법을 이용하여 제조할 수 있다. 예컨대, 산클로라이드와 디아민을 원료로 하는 용액 중합법 또는 계면 중합법; 디카르복실산과 디아민을 원료로 하는 용융 중합법, 고상 중합법, 용융 압출기 중합법 등의 방법에 의해 제조하는 것이 가능하다. 해당 제2 본 발명에서 이용하는 상기 폴리아미드의 구체예로서는, 예컨대, 제네스타 1000 NA〔크라레이(주)에서 제조된 상품명, 디아민 성분: 1,9-노난디아민(100 몰%), 디카르복실산 성분: 테레프탈산(100 몰%), 25℃에서의 압축 강도(10% 변형시): 120 MPa, 하중 변형율: 0.23%, 인장 강도: 90 MPa, 흡수율: 0.17%〕등을 들 수 있다.
해당 제2 발명에 있어서, 시일 재료는 상기의 폴리아미드에 덧붙여, 필요에 따라서 충전제나 그 밖의 첨가제를 배합하여 구성해도 좋다.
충전제로서는, 유리 섬유, 카본 섬유, 불소 수지 미분말, 폴리페닐렌설파이드 수지 미분말 및 폴리이미드 수지 미분말로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상이 바람직하고, 특히 바람직하게는 불소 수지 미분말, 폴리페닐렌설파이드 수지 미분말 및 폴리이미드 수지 미분말로부터 선택되는 적어도 1종이며, 특히 바람직하게는 불소 수지 미분말이다. 이들의 충전제의 함유량은, 폴리아미드 수지 100 중량부 당, 10∼40 중량부, 바람직하게는 15∼30 중량부이다. 이러한 충전제를 배합한 시일 재료로부터 얻어지는 수지 링은, 내유성이 더욱 향상함과 동시 에, 슬라이드 이동 저항이 보다 저하하여 강도 저하를 일으키기 어렵게 되고(변형이나 마모를 일으키기 어렵게 되고), 양호한 시일 성능이 보다 장기간에 걸쳐 유지된다. 또한, 충전제의 배합량이 10 중량부 미만에서는 시일 재료의 개질 효과를 얻기 어렵고, 40 중량부를 넘는 경우는 시일 재료(폴리아미드 수지에 충전제를 배합한 조성물)의 용융 유동성이 저하하여 성형성에 지장을 초래할 우려가 있다.
이러한 충전제 이외의 다른 첨가제로서는, 윤활제, 산화 방지제, 가공 조제 등을 들 수 있다.
해당 제2 발명에 있어서, 수지 링은, 시일 재료를 열압축 프레스, 압출 성형, 사출 성형 등의 성형 가공, 절삭 가공, 또는, 이들의 조합에 의해서, 원하는 형상, 크기로 가공하여 제작된다.
해당 제2 발명에 의한 시일은, 상기 제1 발명에 의한 시일과 마찬가지로 스위블 관 이음새용으로서 특히 바람직한 것이고, 또한, 스위블 관 이음새용으로서 사용하는 경우에 내주가 테이퍼 가공(즉, 내주면과 측면의 각진 부분에 테이퍼면이 형성)되면서, 탄성체 링과 접촉하는 측의 면을 평활면으로 한 각진 링형의 수지 링과, 각진 링형의 탄성체 링과의 조합, 즉, 수지 링 및 탄성체 링의 형상을 도 1에 도시하는 형상으로 하는 것이 특히 바람직하고, 이러한 바람직한 형태로 함으로써 상기 설명한 블로바이를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 그 때의 수지 링의 직경 방향 치수와 테이퍼면(블로바이 방지용 경사면)에 있어서의 경사 각도는 제1 발명에 의한 시일의 수지 링에 있어서와 마찬가지로, 상기 식의 관계를 만족하도록 하는 것이 바람직하다.
이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 제1 발명에 의한 시일 재료는 분자량 100만 이상의 초고분자량 폴리에틸렌을 함유하고 있기 때문에, 이로부터 얻어지는 수지 링은 시일 부재로서 적합한 경도 및 인장 강도를 갖는 것이고, 따라서, 이러한 수지 링을 탄성체 링을 조합하여 시일로 하며, 스위블 관 이음새와 같은 고압 유체하에서 상대 이동하는 축과 상기 축을 덮는 외장체로 이루어지는 기구 내에 수지 링이 운동면에 슬라이드 접속하도록 장착함으로써, 상대 이동하는 축과 외장체 사이의 간극으로의 유체 누설이 없는 우수한 시일 성능이 얻어지면서, 장시간 사용해도 내마모성 및 압출 내성이 양호하고, 우수한 시일 성능이 장기간에 걸쳐져 유지된다. 또한, 수지 링은 적합한 신장을 갖기 때문에, 축의 요동시의 국부적인 인장에 대한 손상을 저감할 수 있다.
또한, 제2 발명에 의한 시일 재료는, 디아민 성분의 60∼100 몰%가 1,9-노난디아민, 디카르복실산 성분의 60∼100 몰%가 테레프탈산인 폴리아미드를 함유하고 있기 때문에, 이로부터 얻어지는 수지 링은 시일 부재로서 적절한 경도와 바람직한 내피로성 및 기계적 강도를 갖는 것이고, 따라서, 이러한 수지 링을 탄성체 링을 조합하여 시일로 하고, 스위블 관 이음새와 같은 고압 유체하에서 상대 이동하는 축과 상기 축을 덮는 외장체로 이루어지는 기구 내에 수지 링이 운동면에 슬라이드 접속하도록 장착함으로써, 상대 이동하는 축과 외장체 사이의 간극으로의 유체 누설이 없는 우수한 시일 성능을 얻을 수 있으면서, 장시간 사용해도 내마모성 및 압출 내성이 양호하고, 우수한 시일 성능이 장기간에 걸쳐져 유지된다. 또한, 특히, 이러한 양호한 시일 성능의 장기간 지속성은 축 및 외장체를 포함하는 기구가 실온에서 작동하는 경우뿐만 아니라, 실온보다도 꽤 고온이나 저온에서 작동하는 경우에도 유지된다.
(실시예)
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다.
실시예 1
초고분자량 폴리에틸렌(삭신 공업사 제조, 상품명 뉴라이트 NL-W, 점도 평균 분자량 550만, 쇼어 D 경도 67∼69, 인장 강도 45 MPa, 신장 300∼450%)을 열압 프레스하고, 상기 프레스 성형물을 절삭 가공하여 도 1에 도시하는 내주측이 테이퍼 가공된(즉, 블로바이 방지용 경사면을 가짐) 각진 링형의 수지 링을 제작했다.
수지 링의 치수는 외부 지름(L1)(직경): 104.53 mm, 내부 지름(L2)(직경): 100.25 mm, 외주면의 폭(W11)(링의 직경 방향에 대하여 직교하는 방향의 폭): 4.6 mm, 내주면의 폭(W12)(링의 직경 방향에 대하여 직교하는 방향의 폭): 3.6 mm, 테이퍼 각도(경사 각도)(θ): 30°로 했다. 즉, 지름 방향 두께 치수(T)는 2.14 mm, 블로바이 방지용 경사면의 수지 링 지름 방향 치수(A)는 0. 87 mm이다.
실시예 2
1,9-노난디아민과 테레프탈산으로 이루어지는 폴리아미드 수지(제네스타 1000 NA(크라레이(주) 제조, 상품명))를 사용하고, 노즐 온도 320∼340℃, 실린더 온도를 전방부가 290∼330℃, 중앙부가 280∼320℃, 후방부가 270∼310℃로 하며, 금형 온도 100∼140℃로 한 조건으로 사출 성형하여 실시예 1과 동일한 형상, 치수의 각진 링형의 수지 링을 제작했다.
비교예 1
브론즈(40 중량%), MoS2(2 중량%) 및 카본 섬유(1 중량%)를 첨가한 PTFE를 이용하고, 규정 온도로 소성한 것을 절삭 가공하여 상기 실시예 1과 동일한 치수, 형상의 수지 링을 제작했다.
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 얻어진 수지 링의 각각에 관하여 이하에 도시하는 고온 내구 시험(내마모성, 압출 내성) 및 실기 내구 시험(내마모성, 압출 내성, 오일 누설의 유무)을 행했다. 또한, 스위블 관 이음새의 축과 하우징의 한 쪽 간극 치수는 수지 링의 블로바이 방지용 경사면의 수지 링 지름 방향의 치수보다도 작게 했다.
1. 고온 내구 시험
축의 외부 지름(Ø)이 100 mm, 하우징의 내벽면에 링형의 오목부(폭 5 mm, 깊이 5 mm)가 설치된 스위블 관 이음새에, 실시예 1(실시예 2, 비교예 1)에서 작성한 수지 링과, 도 1에 도시하는 단면이 구형인 탄성체 링(재료: 니트릴 고무, 외부 지름(Ø): 111.2 mm, 내부 지름(Ø): 104.4 mm)을 적용하고, 이하의 조건으로써 스위블 관 이음새를 작동하여 이하의 방법에 의해 내마모성 및 압출 내성을 평가했다. 그 결과를 표 1에 도시한다.
작동 오일: 터빈# 56
작동 온도: 120℃(오일 온도)
작동 압력: 35 MPa
작동 각도: +960°∼-960°
작동 회전수: 15 rpm
작동 시간: 4시간
2. 실기 내구 시험
축의 외부 지름(Ø)이 100 mm, 하우징의 내벽면에 링형의 오목부(폭 5 mm, 깊이 5 mm)가 설치된 스위블 관 이음새에, 실시예 1(실시예 2, 비교예 1)에서 작성한 수지 링과, 도 1에 도시하는 단면이 구형인 탄성체 링(재료: 니트릴 고무, 외부 지름(Ø): 111.2 mm, 내부 지름(Ø): 104.4 mm)을 적용하고, 이하의 조건으로써 스위블 관 이음새를 작동하여 이하의 방법에 의해 내마모성 및 압출 내성을 평가했다. 그 결과를 표 2에 도시한다.
작동 오일: 터빈# 56
작동 온도: 실온(24℃)
작동 압력의 변동 범위: 0∼35 MPa
작동 속도: 30 cpm
작동 회전수: 15 rpm
작동 횟수: 70만회
<내마모성>
도 7에 도시한 바와 같이, 수지 링의, 내구 시험 전의 높이(W1) 및 내구 시험 후의 높이(W2)를 각각 측정하고, 마모량(W1-W2)을 산출하여 이것을 내마모성의 척도로 했다.
<압출 내성>
도 7에 도시한 바와 같이, 수지 링의 내구 시험 후의 압출량(t)을 측정하고, 이것을 압출 내성의 척도로 했다.
실시예 1 실시예 1 비교예 1
시일재료 초고분자량 폴리에틸렌 폴리아미드 브론즈 함유의 PTFE
마모량 0 mm 0 mm 0.03 mm
압출량 0.014 mm 0.008 mm 0.02 mm
실시예 1 실시예 2 비교예 1
시일재료 초고분자량 폴리에틸렌 폴리아미드 브론즈 함유의 PTFE
마모량 0.01 mm 0.05 mm 0.15 mm
압출량 0 mm 0 mm 0.4 mm
누설 없음 없음 없음
표 1, 표 2에서, 실시예 1 및 실시예 2의 시일 부재는 고압 조건하에서 장시간 사용해도, 내마모성 및 압출 내성이 양호하고, 하우징과 축 사이로부터 오일 누설이 없으며, 시일 성능이 유지되어 있는 것을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 시일에 있어서의 수지 링과 탄성체 링의 조합의 구체예를 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 시일에 있어서의 수지 링과 탄성체 링의 조합의 구체예를 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 시일에 있어서의 수지 링과 탄성체 링의 조합의 구체예를 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명의 시일에 있어서의 수지 링과 탄성체 링의 조합의 구체예를 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명의 시일을 실린더와 피스톤 사이의 시일에 적용한 예의 주요부 단면도.
도 6은 본 발명의 시일에 있어서의 수지 링과 탄성체 링의 조합의 구체예를 도시하는 단면도.
도 7은 내구 시험에 의한 압출 내성을 평가할 때의 수지 링의 측정 부위를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 수지 링의 일례의 단면도.
도 9는 본 발명의 수지 링의 일례의 평면도.
도 10은 도 8, 도 9에 도시하는 수지 링과 각진 링형의 탄성체 링을 조합한 시일의 스위블 관 이음새 내의 상태를 도시하는 주요부 단면도.
도 11은 작용 설명용 단면도.
도 12는 작용 설명용 단면도.
도 13은 작용 설명용 단면도.
도 14는 일반적인 스위블 관 이음새의 주요부 단면도.
도 15는 일반적인 스위블 관 이음새의 주요부 단면의 간략도.
도 16은 스위블 관 이음새에 있어서의 수지 링의 압출 현상의 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 원통형의 하우징
2 : 축
11 : 내벽
12 : 시일용 링형 오목부
13 : 탄성체 링
14 : 수지 링
15 : 피스톤
16 : 실린더
17 : 백업 링
20 : 시일

Claims (11)

  1. 디아민 성분의 60∼100 몰%가 1,9-노난디아민, 디카르복실산 성분의 60∼100 몰%가 테레프탈산으로 이루어지는 폴리아미드를 포함하는 시일 재료.
  2. 제1항에 있어서, 폴리아미드의 25℃에서의 압축 강도(10% 변형시)가 100 MPa 이상이면서, 하중 변형율이 1.0% 이하인 시일 재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리아미드 100 중량부 당 10∼40 중량부의 충전제를 포함하는 시일 재료.
  4. 제3항에 있어서, 충전제가 유리 섬유, 카본 섬유, 불소 수지 미분말, 폴리페닐렌설파이드 수지 미분말 및 폴리이미드 수지 미분말로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 시일 재료.
  5. 제1항에 기재된 시일 재료를 이용하여 이루어지는 수지 링.
  6. 수지 링과 상기 수지 링의 내주면 혹은 외주면 중 어느 한 쪽의 측에 배치되는 탄성체 링으로 이루어지고, 고압 유체하에서 상대 이동하는 축과 상기 축을 덮는 외장체 중 어느 한 쪽에 형성된 오목부 내에, 상기 탄성체 링을 오목부 저면측 에, 상기 수지 링을 오목부 개구측에 위치시켜 장착하며, 상기 수지 링의 내주면 또는 외주면 중 어느 한 쪽을 축의 외주면 또는 외장체의 내벽면 중 어느 한 쪽에 압박하여 축과 외장체 사이를 밀폐하는 시일로서, 상기 수지 링에 제5항에 기재된 수지 링을 이용하여 이루어지는 시일.
  7. 제6항에 있어서, 축이 회전, 왕복 및 요동 중의 적어도 하나의 운동을 하는 것인 시일.
  8. 제6항에 있어서, 축과 외장체가 스위블 관 이음새의 축과 상기 축을 덮는 하우징이며, 상기 하우징에 설치된 오목부 내에 탄성체 링을 오목부 저면측에, 수지 링을 오목부 개구측에 위치시켜 장착하고, 수지 링의 내주면을 축의 외주면에 압박하여 이루어지는 것인 시일.
  9. 제8항에 있어서, 수지 링의 내주면과 측면의 각진 부분에 블로바이 방지용 경사면을 형성한 것을 특징으로 하는 시일.
  10. 제9항에 있어서, 블로바이 방지용 경사면의 수지 링 지름 방향의 치수를 A, 경사 각도를 θ라고 함과 동시에, 수지 링의 지름 방향 두께 치수를 T로 하고, 스위블 관 이음새의 축과 하우징의 한 쪽 간극 치수를 C로 했을 때,
    로 설정한 것을 특징으로 하는 시일.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 수지 링의 탄성체 링과 접촉하는 외주면을 평활면으로 한 시일.
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