JPH0633218A - フローティングシート用シールリングの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フローティングシート用シールリングを鋳造
に変えて塑性加工で製造し、かつ耐摩耗性を良好にす
る。 【構成】 炭素量が０．３％以下の鋼管または鋼板をリ
ング状に板金した板を冷間鍛造してシールリング素材１
に成型し、その後シールリング素材の少なくとも摺動面
を浸炭窒化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明はフローティングシートとして使用
されるシールリングの製造方法に関するものである。さ
らに詳しく述べるならば、本発明は土砂、土砂水あるい
はこれらに石、金属、プラスチックなどの異物が混じっ
た環境で使用される建設用機械の車軸の周辺から内部の
駆動部に土砂などが流入しないように当該車軸に取り付
けられるフローティングシートのシールリングの製造方
法に関するものである。

【０００２】より具体的に述べると、フローティングシ
ートは図１の断面図、図５の組み付け図に示すように、
回転しない軸１３に固定されたカラー１０にＯリング１
２ａを介してフローティングシート１ａは軸１３に浮い
た状態で固定され、一方これと左右対称に回転するブッ
シュ１１にＯリング１２ｂを介してフローティングシー
ト１ｂは軸１３に浮いた状態で固定され、フローティン
グシート１ａと１ｂの摺動面７ａと７ｂが面圧をもって
接し相対的に回転し摺動することにより密封作用をな
し、外部からの流体などの浸入もしくは内部からの流体
の漏れを防止する。このように使用されるシールリング
の摺動面７は高い耐摩耗性が要求され、特に摺動面の摩
擦面間に泥や土砂などの固い異物質粒子が介在した場合
に生ずる微小な切削作用によるアブレッシング摩耗に対
する耐摩耗性が要求される。

【０００３】

【従来の技術】従来フローティングシートは、シェルモ
ールド、生砂鋳型、消失模型鋳型、遠心鋳造などの鋳造
法で製造されていた。その理由は、特殊鋳鉄がかなりの
耐摩耗性を有することと、外側にＯリング１２を嵌め込
む形状が鋳造で容易に得られることにある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鋳造法
では、押し湯や「ばり」などにより溶解原料に対する製
品の歩留が低く、鋳造欠陥のためしばしば製品歩留が低
くなるほかに製品の信頼性が低く、特殊鋳鉄とするため
の合金元素や鋳型製作などのためにコストが高くなるな
どの問題がある。

【０００５】したがって本発明者らはフローティングシ
ートを鋼管、板金鋼板などを冷間鍛造するなどの塑性加
工法により製造する検討を行った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、炭素量
が０．３％以下の鋼管または鋼板をリング状に板金した
板をシールリング状に冷間鍛造し、その後冷間鍛造素材
の少なくとも摺動面を浸炭窒化することを特徴とするシ
ールリングの製造方法であり、本発明の第二は、浸炭窒
化後焼入れを行い続いてサブゼロ処理をすることを特徴
とするシールリングの製造方法であり、本発明の第三
は、浸炭窒化後あるいはサブゼロ処理後、少なくともＯ
リング装着面をりん酸塩化成処理することを特徴とする
シールリングの製造方法である。

【０００７】以下本発明の構成を説明する。本発明者ら
は素材の加工法について種々検討したが、熱間加工法で
は脱炭などの素材への悪影響や薄肉の素材が加熱により
曲がりなどを生じるので冷間加工法を採用した。冷間加
工は、鋼管をフローティングシートの長さに切断し、管
内側にマンドレルを嵌め込み管外壁を管軸に向かって工
具、型などにより打撃、圧縮することによりＯリングが
納まる凹部を形成して行う。鋼管の外径は４５〜６０ｍ
ｍ、肉厚は２〜４ｍｍのものを用いることができるが、
これに限定されるものではない。また、例えば板厚が２
〜４ｍｍの鋼板をリング状に板金により打ち抜き、その
後上記のように冷間鍛造をすることもできる。

【０００８】冷間加工される素材の炭素含有量が０．３
％を越えると圧延のままは勿論焼きなまししても加工が
困難になり、また炭素量増大に見合う程耐摩耗性が向上
しないので、素材の炭素含有量を０．３％以下に限定し
た。好ましい炭素含有量の下限は０．１％である。炭素
以外の添加元素は概して加工性を低下させるのでできる
だけ添加しない方が良く、したがって機械構造用炭素鋼
が最も好ましいが、合金元素として、１．２５％以下の
Ｃｒを含有させた合金鋼でもある程度の加工性は確保さ
れる。

【０００９】上記のように冷間加工された素材を焼入れ
してもシールリング使用中にシール性能が急激に低下す
る。したがって種々の表面硬化法を検討した。まず、高
周波焼入れでは素材の硬度はＨｖ４５０以下であり耐摩
耗性は不良となった。次に、浸炭処理では素材の硬度が
Ｈｖ６５０程度以下であり、特殊鋳鉄ではこの程度の硬
度でも良好な耐摩耗性は得られていたので、良好なシー
ル性能が期待されたが予想外にシール性能は不良になっ
た。そこで、より高い硬度が得られる浸炭窒化処理を冷
間加工された素材の少なくとも摺動面に施すことにし
た。

【００１０】浸炭窒化は浸炭性と窒化性を有するガスを
使用して同時に実施してもよくあるいは何れかの処理を
行ってから他方の処理を行ってもよい。浸炭は固体、ガ
スの何れでも良く、窒化はガスで行う。浸炭窒化処理に
より形成される表面硬化層の厚みは特に限定されない
が、０．００５〜０．０１０ｍｍであることが好まし
い。

【００１１】浸炭窒化処理後には水焼入れ、油焼入れな
どにより素材芯部を強化することが好ましい。しかし、
浸炭により高炭素化された表面層の一部が焼入れにより
残留オーステナイト化し、耐摩耗性が不良になる。この
対策として焼入れ後、好ましくは−７０〜−５０℃の温
度で１５〜３０分間サブゼロ処理を行い、残留オーステ
ナイトをマルテンサイト化することが好ましい。

【００１２】冷間鍛造品の表面は面粗さが非常に良く通
常１０ｓ以下であるが、オイルリング装着部ではオイル
リングが平滑度が高い表面で滑り易くなってオイルのシ
ール性を低下させる。この対策として冷間鍛造品の面粗
さを粗くしようとすると鍛造品が金型から離れなくな
り、金型が破壊する危険がある。したがって本発明は、
冷間鍛造品を浸炭窒化処理後にりん酸塩化成処理するこ
とにより表面粗さを粗くする対策を提供するものであ
る。りん酸塩化成処理は、処理液のりん酸がエッチング
効果をもち鉄素地の表面を粗面化する。これにより２０
〜３０ｓの粗さが得られる。

【００１３】またりん酸塩化成処理が鉄素地の表面に形
成するＺｎ，Ｃａなどのりん酸塩皮膜は耐錆性に優れて
いるので、土砂水がシールリングに付着したときの防錆
処理として優れている。

【００１４】

【作用】本発明の第一においては、低炭素鋼を素材とす
ることによりを冷間鍛造を可能にし、かつ素材形状を鋼
管、板金板とすることにより加工工程を少なくしかつダ
イなども簡単なものとした。さらに、シールリング相互
摺動面における耐摩耗性は、焼入れなどによりある程度
の硬さがあれば、十分になると考えられたが、実際に試
験をしたところ浸炭窒化素材だけが十分な耐摩耗性とな
ったので、この処理を選択した。

【００１５】本発明の第二におけるようにサブゼロ処理
により浸炭窒化層の残留オーステナイトをマルテンサイ
ト化すると耐摩耗性がさらに向上する。

【００１６】冷間鍛造された表面は粗さが小さいのでＯ
リングが使用中に位置ずれを起こし易い。この対策とし
てりん酸塩化成処理を採用した。またりん酸塩化成処理
により土砂水に対する耐錆性も向上する。以下、実施例
によりさらに詳しく本発明を説明する。

【００１７】

【実施例】

実施例１ Ｓ２５Ｃ相当の鋼管をシールリング素材に冷間鍛造し、
これに以下の処理を施した。 浸炭窒化 ９３０℃、５時間保持後８００℃、１時間保持の熱処理
を、アンモニアガス０．１５ｍ³ ／ｍｉｎ，Ｃポテンシ
ャル１．１％の浸炭窒化雰囲気で行った。カーボンはＬ
ＰＧを分解して、ブタン９５％、エチレン５％ガスと
し、これを精製してカーボンポテンシャルが１．１％と
なるようにして熱処理炉に供給した。熱処理後水焼入れ
を行い、続いて１６０℃で１．５時間焼戻しを行った。 浸炭窒化＋サブゼロ処理 の浸炭窒化処理後液体窒素とメタノールを混合した液
体に素材を１時間浸漬した。続いて１６０℃で１．５時
間焼戻しを行った。 高周波焼入れ（比較例） Ｖ型発振、電圧−６ｋＶ，電力−１８ＫＷＨ、時間−
５．９ｓｅｃの条件にて高周波加熱を行い、その後水を
噴射して焼入れを行った。続いて１５０℃で１．５時間
焼戻しを行った。この結果、以下の硬さ及び組織が得ら
れた。

【００１８】 浸炭窒化 ：ＨｍＶ７３０（図２） 浸炭窒化＋サブゼロ処理：ＨｍＶ７８５（図３） 高周波焼入れ（比較例）：ＨｍＶ４５０（図４）

【００１９】以上のような処理で得られた表面処理済素
材の耐摩耗性試験を図６に示す２頭式回転摩耗試験機で
行った。図中、１ａは回転側シールリング、１ｂは固定
側シールリング、１０はハウジング、１２はＯリング、
１３は回転軸、１５はハウジング固定板、１６は給油
孔、１８は土砂水、２０は収納箱である。

【００２０】評価方法 ２頭式回転摩耗試験機により摩耗試験を行った。 摩耗試験条件 １）摩耗試験機 ２頭式回転摩耗試験機 ２）周速 ：１ｍ／ｓ（フローティングシート最外径での周速） ３）圧力 ：大気圧 ４）シール液 ：外側 ５ｗｔ％スラリー入り土砂水（JIS Z8901 −8 種） 内側 エンジンオイル＃30を軸芯まで封油 ５）摺動面押し ：３１．１ｋｇｆ／ｃｍ² （面圧換算4.9kgf／cm² ） 付け力 ６）時間 ：１００Ｈｒ連続

【００２１】摩耗試験機の固定側シールリング１ｂと回
転側シールリング１ｂの何れについても、浸炭窒化品
は１．２〜２．５μｍ、浸炭窒化＋ザブゼロ処理品
０．５〜２．５μｍ、の高周波焼入れ品の２．０〜
３．０μｍの摩耗量となった。

【００２２】実施例２ 実施例１の浸炭窒化＋ザブゼロ処理品につき以下の表
面処理を施した。 （ａ）りん酸塩化成処理 脱脂（脱脂剤：日本パーカライジング（株）製品名ファ
インクリーナー４３６０、２０ｇ／Ｌ溶液、温度６０
℃、５分浸漬）；水洗（地下水、０．５分スプレー）；
１０％塩酸酸洗（０．５分スプレー）；水洗（０．５分
スプレー）；りん酸化成処理（日本パーカライジング
（株）製品名パルホスＭ／Ａ；全酸濃度３０〜３５ポイ
ント；温度９３〜９６℃；１０分浸漬）；水洗；湯洗；
エアブロー乾燥の各処理を順次行った。

【００２３】りん酸塩化成処理前の素材のオイルリング
装着部の粗さを図７に示し、処理後の粗さを図８に示
す。これらの図に示されたところよりりん酸塩化成処理
により平均粗さＲａ，最大粗さＲｍａｘともに高くなる
ことが明らかである。

【００２４】（ｂ）ホモ処理（Ｆｅ₃ Ｏ₄ の薄膜作成） （ｃ）黒染処理（黒色酸化鉄処理、アルカリ溶液により
Ｆｅ₃ Ｏ₄ の黒色薄膜を１〜２μｍの厚みに作成） （ｄ）防錆油塗装（ユシロ化学ノンラスターＰＳ−２
（商品名）の５倍希釈液使用）

【００２５】これらの処理をしたシールリングを湿度７
０％の屋外に暴露して錆の発生を観察した。その結果を
以下に示す。判定基準は以下のとおりであった。 ○：異常なし △：錆始め ×：全体の１・５％以上錆ている

【００２６】 表面処理 １週間 ２週間 ３週間 １ケ月 ２ケ月 ３ケ月 ４ケ月 ホモ処理 ○ ○ ○ △ × × × りん酸塩処理 ○ ○ ○ ○ ○ △ △ 黒染処理 ○ ○ ○ ○ × × × 防錆油塗装 ○ ○ △ × × × × 以上の結果より、浸炭窒化された素材に対してりん酸塩
処理は防錆処理として優れていることがわかる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると冷間
鍛造により実用性能上に問題がないシールリングを製造
することができ、また、浸炭窒化処理、サブゼロ処理あ
るいはりん酸塩化成処理を採用するが、これらは何れも
量産に適しており、かつ従来の鋳造法で必要であった溶
解、鋳型製造、型ばらしなどの工程に比べて歩留低下の
要因がなく、リードタイムも少なくなるので、工業的に
有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 シールリングの断面図である。

【図２】 浸炭窒化した素材表面の金属組織写真（倍率
４００倍）である。

【図３】 浸炭窒化後サブゼロ処理した素材表面の金属
組織写真（倍率４００倍）である。

【図４】 高周波焼入れした素材表面の金属組織写真
（倍率４００倍）である。

【図５】 シールリングの使用状態の説明図である。

【図６】 シールリングの試験機の説明図である。

【図７】 浸炭窒化された冷間鍛造素材の表面の粗さを
示す図である。

【図８】 浸炭窒化後りん酸塩化成処理された冷間鍛造
素材の表面の粗さを示す図である。

【符号の説明】

１ フローティングシート ７ 摺動面 １３ 軸 １０ カラー １１ ブッシュ １２ Ｏリング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フローティングシート用シールリングの
   製造方法において、炭素量が０．３％以下の鋼管または
   鋼板をリング状に板金した板を冷間鍛造してシールリン
   グ素材に成型し、その後シールリング素材の少なくとも
   摺動面を浸炭窒化することを特徴とするフローティング
   シート用シールリングの製造方法。
2. 【請求項２】 前記浸炭窒化後焼入れを行い続いてサブ
   ゼロ処理をすることを特徴とする請求項１記載のフロー
   ティングシート用シールリングの製造方法。
3. 【請求項３】 前記浸炭窒化後あるいはサブゼロ処理
   後、少なくともＯリング装着面をりん酸塩化成処理する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のフローティング
   シート用シールリングの製造方法。