(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024028254
(43)【公開日】2024-03-01
(54)【発明の名称】流量制御バルブ用シールの製造方法
(51)【国際特許分類】
F16J 15/3284 20160101AFI20240222BHJP
F16K 5/06 20060101ALI20240222BHJP
F16K 5/04 20060101ALI20240222BHJP
C08L 27/18 20060101ALI20240222BHJP
C08L 29/10 20060101ALI20240222BHJP
C08K 3/04 20060101ALI20240222BHJP
【ＦＩ】
F16J15/3284
F16K5/06 A
F16K5/04 A
C08L27/18
C08L29/10
C08K3/04
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023210658
(22)【出願日】2023-12-13
(62)【分割の表示】P 2019231496の分割
【原出願日】2019-12-23
(31)【優先権主張番号】P 2018241736
(32)【優先日】2018-12-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100174090
【弁理士】
【氏名又は名称】和気 光
(74)【代理人】
【識別番号】100100251
【弁理士】
【氏名又は名称】和気 操
(72)【発明者】
【氏名】安田 健
(72)【発明者】
【氏名】石井 卓哉
(57)【要約】
【課題】安価に作製できるとともに、摺接するロータの摩耗損傷が少なく、低リーク性、低摩擦性、低摩耗性に優れる流量制御バルブ用シール等を提供する。
【解決手段】シール６は、内燃機関からの冷却水を受け入れる導入部５を有するハウジング２と、ハウジング２内に設けられ、球状の外周面４ａを有し、ハウジング２に対して回転する樹脂製のロータ４とを備えるバルブ装置１に用いられ、ハウジング２内にてロータ４と導入部５との間に設けられ、ロータ４の外周面４ａに摺接する環状の流量制御バルブ用シールである。シール６は、射出成形可能なフッ素樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であり、フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂、およびテトラフルオロエチレン－エチレン共重合体樹脂から選ばれる少なくとも１つの樹脂である。
【選択図】図１
【解決手段】シール６は、内燃機関からの冷却水を受け入れる導入部５を有するハウジング２と、ハウジング２内に設けられ、球状の外周面４ａを有し、ハウジング２に対して回転する樹脂製のロータ４とを備えるバルブ装置１に用いられ、ハウジング２内にてロータ４と導入部５との間に設けられ、ロータ４の外周面４ａに摺接する環状の流量制御バルブ用シールである。シール６は、射出成形可能なフッ素樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であり、フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂、およびテトラフルオロエチレン－エチレン共重合体樹脂から選ばれる少なくとも１つの樹脂である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関からの冷却水を受け入れる導入部、及び、冷却水を送り出す吐出部を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に設けられ、球状または円筒状の外周面を有し、前記ハウジングに対して回転する樹脂製のロータとを備える流量制御バルブ装置に用いられ、
前記ハウジング内にて前記ロータと前記導入部または前記吐出部との間に設けられ、前記ロータの外周面に摺接する環状の流量制御バルブ用シールであって、
前記流量制御バルブ用シールが射出成形可能なフッ素樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であり、
前記フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂、およびテトラフルオロエチレン－エチレン共重合体樹脂から選ばれる少なくとも１つの樹脂であることを特徴とする流量制御バルブ用シール。
前記ハウジング内にて前記ロータと前記導入部または前記吐出部との間に設けられ、前記ロータの外周面に摺接する環状の流量制御バルブ用シールであって、
前記流量制御バルブ用シールが射出成形可能なフッ素樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であり、
前記フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂、およびテトラフルオロエチレン－エチレン共重合体樹脂から選ばれる少なくとも１つの樹脂であることを特徴とする流量制御バルブ用シール。
【請求項2】
前記樹脂組成物は、非繊維状充填材を含み、繊維状充填材を含まないことを特徴とする請求項１記載の流量制御バルブ用シール。
【請求項3】
前記非繊維状充填材が、黒鉛またはＰＴＦＥ樹脂であり、前記樹脂組成物において、前記非繊維状充填材が該樹脂組成物全体に対して３～３０体積％含まれ、残部が前記フッ素樹脂であることを特徴とする請求項２記載の流量制御バルブ用シール。
【請求項4】
前記流量制御バルブ用シールは、前記ロータと摺接する環状のシール面に、シール全周にわたり連続した円周状突起を有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の流量制御バルブ用シール。
【請求項5】
内燃機関からの冷却水を受け入れる導入部、及び、冷却水を送り出す吐出部を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に設けられ、球状または円筒状の外周面を有し、前記ハウジングに対して回転する樹脂製のロータと、前記ハウジング内にて前記ロータと前記導入部または前記吐出部との間に設けられ、前記ロータの外周面に摺接する環状の流量制御バルブ用シールとを備える流量制御バルブ装置であって、
前記流量制御バルブ用シールが射出成形可能なフッ素樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であり、前記フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂、およびテトラフルオロエチレン－エチレン共重合体樹脂から選ばれる少なくとも１つの樹脂であり、
前記ロータがポリフェニレンサルファイド樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であることを特徴とする流量制御バルブ装置。
前記流量制御バルブ用シールが射出成形可能なフッ素樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であり、前記フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂、およびテトラフルオロエチレン－エチレン共重合体樹脂から選ばれる少なくとも１つの樹脂であり、
前記ロータがポリフェニレンサルファイド樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であることを特徴とする流量制御バルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動車の熱効率を高めることで低燃費化を図るために、内燃機関からの冷却水の流量および流路を調整する流量制御バルブ装置に用いられる流量制御バルブ用シール、およびそのシールを備える流量制御バルブ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、自動車には、冷却水を循環させてエンジンを冷却するための循環流路が設けられている。循環流路は、例えば、ラジエータに冷却水を循環させる流路や、エアコンのヒータコアに冷却水を循環させる流路など複数の流路を有する。この循環流路内には、冷却水の流量を制御する流量制御バルブ装置が配置され、このバルブ装置によって、各流路の冷却水の流量などが調整される。
【0003】
流量制御バルブ装置として、例えば特許文献１には、内燃機関からの冷却水を受け入れる導入口、及び、冷却水を送り出すよう突出した吐出部を備えたハウジングと、球状の外面を持つ壁部を有し、ハウジングの内部において、導入口に対して垂直に延出する回転軸芯の周りに回転するロータと、吐出部に設けられ、ロータの外面に摺接する環状シールとを備えた流量制御バルブ装置が開示されている。この特許文献１には、環状シールの材質として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂などの熱可塑性樹脂が使用できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１６－１８８６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、自動車の低燃費規制が厳しくなる中で、熱効率を高めることで低燃費化を図るために、内燃機関からの冷却水の流量および流路を調整する流量制御バルブ装置の搭載が進められている。この装置に使用される環状シールには、上記特許文献１のようにＰＴＦＥ樹脂が用いられているが、シールの耐久性や、コスト面では改善の余地がある。また、ＰＴＦＥ樹脂は溶融粘度が高く、射出成形できないため、圧縮成形または押出し成形された成形体を機械加工する必要があるため、複雑な形状を有する環状シールではコスト高となる。また、冷却水のシール性向上や、相手材となるロータとの摩擦抵抗の低減の要求も高まっている。
【0006】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、安価に作製できるとともに、摺接するロータの摩耗損傷が少なく、低リーク性、低摩擦性、低摩耗性に優れる流量制御バルブ用シール、およびそのシールを備える流量制御バルブ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】
【0007】
本発明の流量制御バルブ用シール（以下、単に「シール」ともいう。）は、内燃機関からの冷却水を受け入れる導入部、及び、冷却水を送り出す吐出部を有するハウジングと、上記ハウジングの内部に設けられ、球状または円筒状の外周面を有し、上記ハウジングに対して回転する樹脂製のロータとを備える流量制御バルブ装置に用いられ、上記ハウジング内にて上記ロータと上記導入部または上記吐出部との間に設けられ、上記ロータの外周面に摺接する環状の流量制御バルブ用シールであって、上記流量制御バルブ用シールが射出成形可能なフッ素樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であり、上記フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）樹脂、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）樹脂、およびテトラフルオロエチレン－エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂から選ばれる少なくとも１つの樹脂であることを特徴とする。
【0008】
上記樹脂組成物は、非繊維状充填材を含み、繊維状充填材を含まないことを特徴とする。
【0009】
上記非繊維状充填材が、黒鉛またはＰＴＦＥ樹脂であり、上記樹脂組成物において、上記非繊維状充填材が該樹脂組成物全体に対して３～３０体積％含まれ、残部が上記フッ素樹脂であることを特徴とする。
【0010】
上記流量制御バルブ用シールは、上記ロータと摺接する環状のシール面に、シール全周にわたり連続した円周状突起を有することを特徴とする。
【0011】
本発明の流量制御バルブ装置（以下、単に「バルブ装置」ともいう。）は、内燃機関からの冷却水を受け入れる導入部、及び、冷却水を送り出す吐出部を有するハウジングと、上記ハウジングの内部に設けられ、球状または円筒状の外周面を有し、上記ハウジングに対して回転する樹脂製のロータと、上記ハウジング内にて上記ロータと上記導入部または上記吐出部との間に設けられ、上記ロータの外周面に摺接する環状の流量制御バルブ用シールとを備える流量制御バルブ装置であって、上記流量制御バルブ用シールが射出成形可能なフッ素樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であり、上記フッ素樹脂がＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、およびＥＴＦＥ樹脂から選ばれる少なくとも１つの樹脂であり、上記ロータがポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明の流量制御バルブ用シールは、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、またはＥＴＦＥ樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であるので、複雑な形状でも射出成形のみで形成することができ、安価となる。また、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂は低弾性、低硬度であるため、樹脂製のロータの曲面状（球状または円筒状）の外周面に沿って変形しやすく、シールしやすい。さらに、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂は耐アルカリ性や低吸水性に優れており、冷却水と接触する環境下でも樹脂の劣化を抑制できる。これにより、安価に作製できるとともに、摺接するロータの摩耗損傷が少なく、低リーク性、低摩擦性、低摩耗性に優れる。
【0013】
樹脂組成物は、非繊維状充填材を含み、繊維状充填材を含まないので、相手材である樹脂製のロータを摩耗損傷させにくく、低摩擦低摩耗特性が得られる。
【0014】
流量制御バルブ用シールは、上記ロータと摺接する環状のシール面に、シール全周にわたり連続した円周状突起を有するので、安定した接触面を確保するとともに、ロータとシールとの接触面積を小さくでき、摩擦力を低減することができる。
【0015】
本発明の流量制御バルブ装置において、流量制御バルブ用シールは、ＰＦＡ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であり、ロータは、ＰＰＳ樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であるので、シールとロータとは異なる樹脂材同士の摺動となる。そのため、同じ樹脂材同士の摺動において懸念される高摩擦係数による摩耗増大を防止でき、低摩擦低摩耗特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の流量制御バルブ装置の開弁時における要部断面図である。
【図2】本発明の流量制御バルブ用シールの一例を示す図である。
【図3】本発明の流量制御バルブ用シールの別の例を示す図である。
【図4】本発明の流量制御バルブ用シールの突起形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の流量制御バルブ用シールを適用したバルブ装置の一例を図１に基づいて説明する。図１に示すように、バルブ装置１は、ハウジング２と、ハウジング２に対して回転可能に支持される回転軸３と、ハウジング２内に収納され、回転軸３と一体に回転するロータ４と、ロータ４の外周面４ａに摺接するシール６とを備える。ハウジング２には、エンジンからの冷却水を受け入れる導入部５と、ラジエータなどの各装置へ冷却水を送り出す吐出部（図示省略）が設けられている。導入部５あるいは吐出部とシール６の間にはＯリングなどの固定シールが設けられている。図１は、バルブ装置１の導入部側の要部断面図である。回転軸３はモータ（図示省略）に接続されている。
【0018】
ロータ４は、内部に中空部を有する球状の回転ロータであり、シール６と摺接する外周面４ａは、凸形球面状に形成されている。ロータ４は内外を貫通するロータ開口部４ｂを有し、シール６は中央部に貫通したシール開口部を有する。回転軸３が矢印の向きに回転し、それに伴ってロータ４も回転する。その回転によって、ロータ開口部４ｂとシール開口部が連通することで開弁状態となり、ロータ開口部４ｂとシール開口部が非連通になることで閉弁状態となる。図１の開弁状態では、黒矢印の向きに流れる冷却水が、ロータ４内へ供給される。このように、ロータ４を回動操作することで、バルブ装置１の開弁および閉弁が制御でき、それによって冷却水の流量調整や分配調整が行われる。
【0019】
ロータ４は樹脂製であり、熱可塑性樹脂をベース樹脂とした樹脂組成物の射出成形体である。熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、フッ素樹脂以外の熱可塑性樹脂を用いることが好ましく、例えば、ＰＰＳ樹脂、ポリアミド（ＰＡ）６６樹脂、変性ＰＡ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂などを用いることができる。これら樹脂の中でも、低吸水性で、耐熱性、耐アルカリ性に優れ、安価であるＰＰＳ樹脂がより好ましい。
【0020】
また、ロータ４に用いる樹脂組成物には、高強度、高弾性、高寸法精度を得るために、ガラス繊維を配合することが好ましい。ガラス繊維を配合したＰＰＳ樹脂は、高強度、高弾性に優れるため、より好ましい。ガラス繊維を配合する場合、その配合量は、樹脂組成物全体に対して１０～５０重量％であり、好ましくは２０～４０重量％である。ガラス繊維が所定量より多いとシールを摩耗損傷させ、少ないと充分な強度が得られない。また、この樹脂組成物には、異方性をなくし、寸法精度を向上するために、無機物などの添加剤を配合することができる。
【0021】
ハウジング２内にてロータ４と円筒状の導入部５との間にはシール６が設けられている。具体的には、導入部５のロータ４側の円筒端部に、シール６の円筒部６ａが内嵌されて固定されている。シール６は、ロータ４に向けて押し付けられており、ロータの外周面４ａの形状に沿って変形している。この密着状態によって、冷却水の漏洩を防ぐことができる。
【0022】
なお、図１は、導入部側の構成を示しているが、吐出部側も、基本的な構成は同様である。具体的には、ハウジング２内にてロータ４と円筒状の吐出部（図示省略）との間にはシールが設けられており、該シールがロータ４に向かって押し付けられることで外周面４ａに密着している。このシールは、図１のシール６と同様の形状、材質からなる。吐出部は、ハウジング２において、導入部５から、ロータ４の回転する周方向に所定間隔離れた位置（例えば図１の導入部５と反対側の位置）に設けられる。
【0023】
本発明の流量制御バルブ用シールであるシール６について、図２に基づいて説明する。図２に示すように、シール６は、中心軸部分に貫通した開口部を有する環状部材である。シール６は、軸方向一方側に導入部に固定される円筒部６ａを有し、軸方向他方側にリップ部６ｂを有する。リップ部６ｂは、内径寸法が大きくなるように円筒体を外径側に拡げたような構造である。リップ部６ｂの内周面がロータ４の外周面４ａと摺接するシール面６ｃとなる。シール面６ｃは、凹形球面形状に形成され、球状のロータ４と密着しやすい構造となっている。なお、シール面６ｃは平面形状であってもよい。図２において、シール面６ｃは凸部（突起）や凹部のない平滑な面となっている。シール６の円筒部６ａの外周にはＯリングを取り付けるための溝があり、導入部５あるいは吐出部とシール６との間をシールしている。
【0024】
ここで、バルブ装置１の開閉操作の際には、シール６が押し付けられた状態で、ロータ４が回転する。シール６は固定されており、シール面６ｃはロータ４の外周面４ａと常に摺接することになるので、ロータの外周面４ａに比べて摩耗が進行しやすい。また、シール６は、ロータの曲面形状に密着させる必要があるため、適度な変形性が求められる。さらに、冷却水には一般的にエチレングリコールなどを主成分としたＰＨ７～１１の水溶液（不凍液）が用いられていることから、冷却水と接触するシール６には耐アルカリ性や低吸水性も求められる。
【0025】
本発明の流量制御バルブ用シールは、射出成形可能なフッ素樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であり、フッ素樹脂がＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、およびＥＴＦＥ樹脂から選ばれる少なくとも１つの樹脂であることを特徴としている。ベース樹脂としては、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、およびＥＴＦＥ樹脂をそれぞれ単独で使用してもよく、また、複数を併用してもよい。ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂は低弾性、低硬度であるため、樹脂製のロータの曲面形状（球状または円筒状）の外周面に沿って変形しやすく、シール性が向上できる。さらに、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂は耐アルカリ性や低吸水性に優れており、冷却水と接触する環境下でも樹脂の劣化を抑制できる。
【0026】
また、樹脂製のロータと摺動するシールとが同じ樹脂材の場合、摩擦係数が高くなり、ロータおよびシールともに摩耗が大きくなることが懸念されるが、ロータが非フッ素樹脂からなり、シールがＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂から選ばれるフッ素樹脂からなるので、そのような問題は発生しない。
【0027】
一方、流量制御バルブ用シールの樹脂材として一般に用いられているＰＴＦＥ樹脂は、ざらつき摩耗形態での摩耗量が大きい。例えば、ガラス繊維を配合したＰＰＳ樹脂からなるロータの場合、シールとの摺接によりロータの外周面が徐々に摩耗し、表面にガラス繊維が露出することが考えられる。表面にガラス繊維が露出したロータとの摺接はざらつき摩耗の形態となるため、シールのベース樹脂にＰＴＦＥ樹脂を用いると、摩耗が大きくなるおそれがある。これに対して、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂を用いたシールは、ＰＴＦＥ樹脂よりもざらつき摩耗に対する耐摩耗性に優れる。さらに、射出成形が可能となるため、複雑な形状にも安価で製造できる。
【0028】
また、射出成形性を容易にするため、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂の各メルトフローレート（ＭＦＲ）は、温度３７２℃、荷重５ｋｇのとき１０～５０ｇ／１０分であることが好ましい。また、ＥＴＦＥ樹脂のＭＦＲは、温度２９７℃、荷重５ｋｇのとき１０～５０ｇ／１０分であることが好ましい。ＭＦＲが１０ｇ／１０分未満では溶融流動性が悪く、射出成形時の充填不足によりシール面の精度が得られない。また、ＭＦＲが５０ｇ／１０分を超えると、分子量が低くなるので、耐摩耗性が不足する。
【0029】
樹脂組成物が充填材を含む場合も、ＭＦＲが１０ｇ／１０分未満では溶融流動性が悪く、射出成形時の充填不足によりシール面の精度が得られない。充填材が配合された樹脂組成物のＭＦＲの上限は特に規定されないが、耐摩耗性の観点から５０ｇ／１０分以下が好ましい。
【0030】
ベース樹脂としては、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂のいずれのフッ素樹脂も使用可能であるが、樹脂の弾性率が低いほどロータの外周面に沿いやすく、良好なシール性が得られるため、曲げ弾性率（ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠）が１ＧＰａ以下で、さらに長期耐熱性、摩擦特性、耐薬品性に優れるＰＦＡ樹脂を使用することが好ましい。また、樹脂組成物の弾性率を下げる目的で、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂にエラストマーを配合してもよい。エラストマーとしてはフッ素ゴムが好適である。フッ素ゴムの種類は限定されるものではないが、フッ化ビニリデン系（ＦＫＭ）、テトラフルオロエチレン－プロピレン系（ＦＥＰＭ）、テトラフルオロエチレン－パープルオロビニルエーテル系（ＦＦＫＭ）を使用することができる。ＦＫＭは２元系、３元系のどちらであってもよい。
【0031】
樹脂組成物には、冷却水中での摩擦摩耗特性を向上するために、ＰＨ７～１１のアルカリ性水溶液に耐性のある充填材を配合することが好ましい。充填材としては、炭素繊維、黒鉛、ＰＴＦＥ樹脂、無機物（マイカ、タルク、炭酸カルシウムなど）、ウィスカ（炭酸カルシウム、チタン酸カリウムなど）などが挙げられる。これら充填材の中では非繊維状充填材を用いることが好ましく、この場合、繊維状充填材を含まないことがより好ましい。非繊維状充填材は、繊維状充填材に比べて、各樹脂（ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂）の弾性率を高める効果は低い。そのため、摩擦摩耗特性を向上させつつも、シール６をロータ４の外周面４ａに沿わせて変形させることができ、良好なシール性が得られる。また、相手材となるロータ４を損傷しにくいといった利点もある。
【0032】
非繊維状充填材は、炭素繊維、ガラス繊維、ウィスカなどのアスペクト比を有する繊維状充填材以外であればよく、不定形の粒状、球状、鱗片状、板状の充填材などが挙げられる。これらの中でも異方性がない、粒状、球状の充填材が好ましい。
【0033】
非繊維状充填材としては、黒鉛、ＰＴＦＥ樹脂を用いることが好ましい。黒鉛は冷却水中での低摩擦低摩耗特性を付与する効果がある。鱗片状、粒状、球状の黒鉛を用いることができるが、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂の弾性率を高めない、粒状黒鉛または球状黒鉛を用いることがより好ましい。ＰＴＦＥ樹脂は、シール面に冷却水が介在しない場合の境界潤滑条件下での低摩擦係数を付与する。ＰＴＦＥ樹脂の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、１０～５０μｍとすることが好ましい。平均粒子径は、例えば、レーザー光散乱法を利用した粒子径分布測定装置などを用いて測定することができる。上述したベース樹脂に黒鉛やＰＴＦＥ樹脂を配合した樹脂組成物からなるシールは、樹脂製のロータを摩耗損傷しにくく、長期で安定したシール性が得られる。また、耐アルカリ性に優れるので、劣化することなく、長期使用が可能である。
【0034】
なお、本発明の効果を阻害しない程度に、樹脂組成物に対して周知の樹脂用添加剤を配合してもよい。この添加剤としては、例えば、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどの摩擦特性向上剤、炭素粉末、酸化鉄、酸化チタンなどの着色剤が挙げられる。
【0035】
本発明のシールに用いる樹脂組成物は、樹脂組成物全体に対して、上述したベース樹脂を７０～１００体積％含む。樹脂組成物に充填材を配合する場合、充填材が３～３０体積％で残部がベース樹脂である組成物が好ましく、充填材が５～２０体積％で残部がベース樹脂である組成物がより好ましい。充填材としては、非繊維状充填材である黒鉛やＰＴＦＥ樹脂を用いることが好ましく、これらは併用することがより好ましい。
【0036】
本発明の流量制御バルブ用シールは、上述の樹脂組成物を用いて射出成形により安価に製造することができる。射出成形する際のゲート方式には、シールの内径側または外径側にゲートを１点設ける１点ゲート方式か、ゲートを複数設ける多点ゲート方式が採用できるが、シール面の精度を高めるために、３点以上のゲートを設ける多点ゲート方式が好ましい。また、ディスクゲート方式を採用することで、シール面精度を一層向上させることができる。ディスクゲート方式に伴うゲート跡は、型内ゲートカットまたは成形後に加工することで、除去可能である。シールの内径側にディスクゲートを設けることで、シールの外径側を旋盤でチャックして容易にゲート跡を除去加工できるので、最も好ましい。なお、シール面精度を向上させシール性をより高めるために、射出成形後にシール面のみ機械加工などで仕上げてもよい。
【0037】
本発明の流量制御バルブ用シールの別の例を図３に示す。図３に示すように、シール７は、中心軸部分に貫通した開口部を有する環状部材である。シール７は、軸方向一方側に導入部に固定される円筒部７ａを有し、軸方向他方側にリップ部７ｂを有する。ここで、図２のシール６は、球状のロータに摺接するシールであったのに対して、図３のシール７は、円筒状のロータに摺接するシールである。そのため、ロータの凸状の円筒曲面に密着しやすいように、シール面７ｃはロータの円筒曲面に対し相補的な形状となる凹状の円筒曲面に形成されている。言い換えると、シール面７ｃは軸方向に沿って波形状に形成されている。
【0038】
また、本発明の流量制御バルブ用シールの別の例を図４に示す。図４（ａ）は、シールをリップ部側から見た平面図であり、図４（ｂ）は、Ａ－Ａ線の一部断面図である。図４のシール８は、円環状のシール面８ｃ上に、円周状突起８ｄが設けられることを特徴としている。円周状突起８ｄは、シール面８ｃの幅方向中央位置に、シール全周にわたり連続して形成されている。図４（ｂ）に示すように、円周状突起８ｄは、シール面８ｃから凸状に形成されており、その凸状部はＲ形状となっている。円周状突起８ｄ自体の断面は、円弧形状となっている。円周状突起８ｄの円弧は１８０°以下、好ましくは射出成形時に金型から無理抜きせずに抜ける円弧の角度である。円周状突起８ｄは、シール８の軸方向に対して直交するリップ部の先端面から突出しないことが好ましい。
【0039】
本発明のシールは射出成形体であり、射出成形により形成したシール面には微小（ミクロレベル）な凹凸が存在する。シール面全体でシールする場合、ロータとの摺動によりシール面の凹凸が少なくなり、接触面が均一化されることでリーク量が小さくなるが、均一化までに時間を要することが考えられる。そのため、シール面上に連続した円周状突起を形成し、シール部分を突起に限定することで、射出成形時のシール面精度を向上させやすく、荷重により突起先端が変形しシール面が確保でき、摺動時に早期に接触面が均一化され、低リーク特性が得られる。また、ロータとの接触面積が小さくなることで、摺動による摩擦力が低減できる。さらに、凸状部をＲ形状とすることで、ロータとの接触面積がより小さくなり、摩擦力が一層低減できるとともに、シール全周で接触しやすくシール性が安定する。
【0040】
図４の形態では、シール面上に円周状突起を１つ設けたが、これに限定されず、シール面上に円周状突起を複数設けてもよい。射出成形時のシール面精度や、摩擦力、シール性などを考慮すると、２つ設ける構成がより好ましい。この構成では、シール面の内径側に全周にわたり連続した第１の円周状突起を設けるともに、シール面の外径側に、第１の円周状突起と同心円状の第２の円周状突起を設けることができる。さらに、第１の円周状突起の突起高さと第２の円周状突起の突起高さは同じでも異なるようにしてもよい。また、図３に示した円筒状ロータ用のシールのシール面に、円周状突起を設けてもよい。
【実施例0041】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。実施例および比較例の樹脂組成物の構成、および摩耗試験の結果は表２および表４に示す。
【0042】
実施例１～３、比較例１～４
表２の配合割合（体積％）で配合した樹脂組成物を用い、射出成形によって曲げ試験片、および摩耗試験片（リング試験片）をそれぞれ作製した。比較例１のＰＴＦＥ樹脂を用いた場合は、圧縮成形によって各試験片を作製した。
表２の配合割合（体積％）で配合した樹脂組成物を用い、射出成形によって曲げ試験片、および摩耗試験片（リング試験片）をそれぞれ作製した。比較例１のＰＴＦＥ樹脂を用いた場合は、圧縮成形によって各試験片を作製した。
【0043】
得られた曲げ試験片を用いて、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠した試験を実施し、２３℃における曲げ弾性率（単位：ＧＰａ）を測定した。
【0044】
また、得られた摩耗試験片を用いて、リングオンディスク型試験機により表１の試験条件で摩耗試験を実施し、リング試験片および相手材の摩耗量を測定した。なお、表１のＬＬＣは、エンジン冷却水であり、その主成分はエチレングリコールである。
リング試験片：φ１７（内径）×φ２１（外径）×１０（幅）ｍｍ
相手材 ：φ３３（外径）×６（幅）ｍｍ
旋削加工、表面粗さＲａ１μｍ
リング試験片：φ１７（内径）×φ２１（外径）×１０（幅）ｍｍ
相手材 ：φ３３（外径）×６（幅）ｍｍ
旋削加工、表面粗さＲａ１μｍ
【0045】
【表1】
【0046】
【表2】
【0047】
表２に示すように、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂をそれぞれベース樹脂とする実施例１～３の樹脂組成物は、射出成形が可能であり、かつ、比較例２～４の樹脂組成物よりも曲げ弾性率が小さかった。特に、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂を用いた実施例１、２は、曲げ弾性率１ＧＰａ以下であり、ロータの曲面に沿って変形しやすい。一方、ＰＴＦＥ樹脂（比較例１）は、曲げ弾性率が低く低弾性であるが、射出成形ができない。また、摩耗試験では、実施例１（ＰＦＡ樹脂）、実施例３（ＥＴＦＥ樹脂）は、比較例１（ＰＴＦＥ樹脂）、比較例２（ＰＰＳ樹脂）に比べて、自己の摩耗および相手材の摩耗ともに小さい結果となった。ＰＰＳ樹脂を用いた場合には相手材の摩耗も生じた。
【0048】
実施例４～９、比較例５
実施例４～９および比較例５に用いた充填材を以下に一括して示す。ＧＲＰ－１～３、ＰＴＦＥ－１の平均粒子径は、レーザー光散乱法を利用した粒子径分布測定装置により得られた５０％粒子径である。
（１）黒鉛〔ＧＲＰ－１〕
日本黒鉛工業株式会社：ＣＧＢ－２０（平均粒子径：２０μｍ）
（２）黒鉛〔ＧＲＰ－２〕
日本黒鉛工業株式会社：ＣＧＢ－５０（平均粒子径：５０μｍ）
（３）黒鉛〔ＧＲＰ－３〕
イメリス・ジーシー・ジャパン株式会社：ＴＩＭＲＥＸ ＫＳ－２５（平均粒子径：１０μｍ）
（４）ＰＴＦＥ樹脂粉末〔ＰＴＦＥ－１〕
平均粒子径：２０μｍ
（５）炭素繊維〔ＣＦ－１〕
株式会社クレハ：Ｍ－１０７Ｔ（繊維径１８μｍ、平均繊維長０.４ｍｍ）
実施例４～９および比較例５に用いた充填材を以下に一括して示す。ＧＲＰ－１～３、ＰＴＦＥ－１の平均粒子径は、レーザー光散乱法を利用した粒子径分布測定装置により得られた５０％粒子径である。
（１）黒鉛〔ＧＲＰ－１〕
日本黒鉛工業株式会社：ＣＧＢ－２０（平均粒子径：２０μｍ）
（２）黒鉛〔ＧＲＰ－２〕
日本黒鉛工業株式会社：ＣＧＢ－５０（平均粒子径：５０μｍ）
（３）黒鉛〔ＧＲＰ－３〕
イメリス・ジーシー・ジャパン株式会社：ＴＩＭＲＥＸ ＫＳ－２５（平均粒子径：１０μｍ）
（４）ＰＴＦＥ樹脂粉末〔ＰＴＦＥ－１〕
平均粒子径：２０μｍ
（５）炭素繊維〔ＣＦ－１〕
株式会社クレハ：Ｍ－１０７Ｔ（繊維径１８μｍ、平均繊維長０.４ｍｍ）
【0049】
表４の配合割合（体積％）で配合した樹脂組成物を用い、射出成形によって摩耗試験片（リング試験片）を作製した。比較例５のＰＴＦＥ樹脂を用いた場合は、圧縮成形によって試験片を作製した。
【0050】
また、得られた摩耗試験片を用いて、リングオンディスク型試験機により表３の試験条件で摩耗試験を実施した。リング試験片の摩耗量を測定し、さらに試験後の相手材の損傷の有無を目視で確認した。なお、表３のＬＬＣは、エンジン冷却水であり、その主成分はエチレングリコールである。
リング試験片：φ１７（内径）×φ２１（外径）×１０（幅）ｍｍ
相手材 ：φ３３（外径）×６（幅）ｍｍ
旋削加工、表面粗さＲａ３μｍ
リング試験片：φ１７（内径）×φ２１（外径）×１０（幅）ｍｍ
相手材 ：φ３３（外径）×６（幅）ｍｍ
旋削加工、表面粗さＲａ３μｍ
【0051】
【表3】
【0052】
【表4】
【0053】
表４に示すように、ＰＦＡ樹脂をベース樹脂とした実施例４～８と、ＥＴＦＥ樹脂をベース樹脂とした実施例９は、いずれも射出成形が可能であり、試験片の摩耗量が１１～３０μｍであった。黒鉛を配合した実施例４～７は、炭素繊維を配合した実施例８より摩耗量が小さい結果であった。また、実施例８では相手材の損傷がみられた。
【0054】
比較例５の樹脂組成物は、ＰＴＦＥ樹脂をベース樹脂として黒鉛を配合した組成である。比較例５の試験片の摩耗量は４０μｍであり、実施例４～９に比べて耐摩耗性に劣る結果であった。
【産業上の利用可能性】
【0055】
本発明の流量制御バルブ用シールは、安価に作製できるとともに、摺接するロータの摩耗損傷が少なく、低リーク性、低摩擦性、低摩耗性に優れるので、冷却水の流量を制御する流量制御バルブ装置に広く使用できる。
【符号の説明】
【0056】
１ バルブ装置
２ ハウジング
３ 回転軸
４ ロータ
５ 導入部
６ シール
７ シール
８ シール
２ ハウジング
３ 回転軸
４ ロータ
５ 導入部
６ シール
７ シール
８ シール
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2024-02-16
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
導入部、及び、吐出部を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に設けられ、球状または円筒状の外周面を有し、前記ハウジングに対して回転する樹脂製のロータとを備える流量制御バルブ装置に用いられ、
前記ハウジング内にて前記ロータと前記導入部または前記吐出部との間に設けられ、前記ロータの外周面に摺接する環状の流量制御バルブ用シールの製造方法であって、
前記流量制御バルブ用シールが射出成形可能なフッ素樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であり、
前記フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂、およびテトラフルオロエチレン－エチレン共重合体樹脂から選ばれる少なくとも１つの樹脂であり、前記樹脂組成物を射出成形することを特徴とする流量制御バルブ用シールの製造方法。
前記ハウジング内にて前記ロータと前記導入部または前記吐出部との間に設けられ、前記ロータの外周面に摺接する環状の流量制御バルブ用シールの製造方法であって、
前記流量制御バルブ用シールが射出成形可能なフッ素樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の射出成形体であり、
前記フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂、およびテトラフルオロエチレン－エチレン共重合体樹脂から選ばれる少なくとも１つの樹脂であり、前記樹脂組成物を射出成形することを特徴とする流量制御バルブ用シールの製造方法。
【請求項2】
前記樹脂組成物は、繊維状充填材を含まないことを特徴とする請求項１記載の流量制御バルブ用シールの製造方法。
【請求項3】
前記樹脂組成物は、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、炭素粉末、酸化鉄、および酸化チタンから選ばれる少なくとも１つの樹脂用添加剤を含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の流量制御バルブ用シールの製造方法。
【請求項4】
前記流量制御バルブ用シールは、前記ロータと摺接する環状のシール面に、シール全周にわたり連続した円周状突起を有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の流量制御バルブ用シールの製造方法。
【請求項5】
前記テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂および前記テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂の各メルトフローレートは、温度３７２℃、荷重５ｋｇのとき１０～５０ｇ／１０分であり、前記テトラフルオロエチレン－エチレン共重合体樹脂のメルトフローレートは、温度２９７℃、荷重５ｋｇのとき１０～５０ｇ／１０分であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の流量制御バルブ用シールの製造方法。