JP2007154170A

JP2007154170A - ポリテトラフルオロエチレン樹脂組成物

Info

Publication number: JP2007154170A
Application number: JP2006302380A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Umehara; 俊彦梅原; Takaaki Yasutomi; 隆明安富
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2007-06-21

Abstract

【課題】金属、特に焼き入れなどが施された硬質金属からなる研磨を施さないハウジングに対しても、優れた耐摩擦・摩耗特性を有する摺動部材を与え得るPTFE樹脂組成物を提供する。
【解決手段】ポリテトラフルオロエチレン97〜70容量％およびセラミックス粉末またはセラミックス繊維3〜30容量％からなるポリテトラフルオロエチレン樹脂組成物。このPTFE樹脂組成物は、金属に比べてより硬質なセラミックスをPTFE樹脂に充填することにより、これから成形された摺動部材に相手材ハウジングを研磨する作用が働き、摺動を繰り返すことによって、相手材ハウジングの粗さの山を小さくすることができ、これが結果的に自己摩耗を低減させ、樹脂製シールリングの耐久性(耐摩耗性)を向上させることとなり、摺動が長時間になるほど自己摩耗を低減せしめる効果が顕著にあらわれるといった効果を奏する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂組成物に関する。更に詳しくは、優れた耐摩擦・摩耗特性を有する摺動部材を与え得るPTFE樹脂組成物に関する。

現在量産化されている樹脂製シールリングは、例えば自動車用自動変速機(A/T)や無段変速機(CVT)等の油圧回路を含む回転または往復動に使用され、相手材であるハウジングの研磨された面と摺動することを前提にしており、研磨されたハウジング面に対する自己摩耗性を向上する技術については、種々の改良が進められている。
特開２００２−３１７０８９号公報

しかるに、現在低コスト対策として相手ハウジング表面の研磨をなくす傾向にあるが、このようなハウジングに、従来提案されている樹脂製シールリングを用いた場合には、金属、特に焼き入れなどが施された硬質金属である相手部材材質と比べて、樹脂製シールリングは柔らかい材質であるため摩耗が大きくなり、シールリングとして機能を発揮できなくなるといった問題がある。

本発明の目的は、金属、特に焼き入れなどが施された硬質金属からなる研磨を施さないハウジングに対しても、優れた耐摩擦・摩耗特性を有する摺動部材を与え得るPTFE樹脂組成物を提供することにある。

かかる本発明の目的は、ポリテトラフルオロエチレン97〜70容量％およびセラミックス3〜30容量％からなるポリテトラフルオロエチレン樹脂組成物によって達成される。セラミックスとしては、好ましくはセラミックス粉末またはセラミックス繊維が用いられる。

本発明に係るPTFE樹脂組成物は、金属に比べてより硬質なセラミックスをPTFE樹脂に充填することにより、これから成形された摺動部材に相手材ハウジングを研磨する作用が働き、摺動を繰り返すことによって、相手材ハウジングの粗さの山を小さくすることができ、これが結果的に自己摩耗を低減させ、樹脂製シールリングの耐久性(耐摩耗性)を向上させることとなり、摺動が長時間になるほど自己摩耗を低減せしめる効果が顕著にあらわれるといった効果を奏する。

このため、このPTFE樹脂組成物は硬質かつ粗さの大きい相手材ハウジングをシールするシールリングの成形材料等として用いられる。このPTFE樹脂組成物から成形されたシールリングは、例えば自動車用自動変速機(A/T)や無段変速機(CVT)等の油圧回路を含む回転または往復駆動する軸用シールリング等として有効に用いられる。

PTFEとしては、テトラフルオロエチレンの単独共重合体あるいは2重量％以下のこれと共重合可能な単量体、例えばパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、ヘキサフルオロプロペン等を共重合させ、側鎖にもフルオロアルキル基を有する共重合体やエチレンとの共重合体のいずれをも用いることができる。また、PTFEには、大別するとモールディングパウダー、ファインパウダー、さらに含浸やコーティング用ディスパージョンの３種類があるが、本発明ではモールディングパウダー、特にその平均粒径が数10〜数100μm程度のものが好んで用いられる。

このPTFEには、その97〜70容量％、好ましくは90〜80容量％に対して、3〜30容量％、好ましくは10〜20容量％のセラミックスが配合されて用いられる。セラミックスが、これより多い割合で用いられると得られるPTFE樹脂組成物が脆くなり、割れなどの不具合が発生することが懸念され、また相手金属を過剰に攻撃してしまい、相手金属材の摩耗が急増する可能性があり、一方これより少ない割合で用いられるとセラミックスを充填した効果が十分発揮されなくなる。

セラミックスとしては、好ましくはセラミックス粉末またはセラミックス繊維が用いられる。このうちセラミックス粉末としては、金属よりも硬度が高いもの、好ましくはHv＝1000以上の材質のものが用いられる。具体的には、例えばSiC、Al₂O₃、WC、Y₂O₃、MgO、SiO₂、Si₃N₄、ZrO₂等の粉末であって、その平均粒径が約0.4〜100μm、好ましくは約0.7〜30μm程度のものが用いられる。

これらのセラミックスの他に、必要に応じて炭素繊維、ガラス繊維、ブロンズ粉末、銅粉末、アルミニウム粉末、ウィスカ、黒鉛粉、コークス粉などを、約20容量％以下充填して用いることもできる。

セラミックスおよびその他の充填剤のPTFEへの配合は、セラミックス等の良好な分散状態が得られる方法であれば任意のブレンド方法を採用することができ、一般的にはヘンシェルミキサ、スーパーミキサ等の混合機を用いて行われる。また、それの成形は、ブレンドされた組成物を所定の形状に圧縮成形した後、PTFEの融点以上の温度で焼成し、必要に応じてさらに所望の形状に切削加工することにより行われる。

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例１
PTFEモールディングパウダー(三井デュポンフロロケミカル製品7-J；平均粒径50μm)90容量％およびSiC粉末(H.C.Stark社製品：Hv2300、粒径0.7μm)10容量％が前述の方法によってブレンドされた後、プレス等によって60〜70MPaで圧縮成形され、焼成炉にて融点以上にて焼成し、シールリングを作製した。

実施例２
実施例１において、SiC粉末の代わりにAl₂O₃粉末(アドマテックス社製品：Hv1400、粒径0.7μm)10容量％が用いられた。

実施例３
実施例１において、SiC粉末の代わりにAl₂O₃粉末(アドマテックス社製品：Hv1300、粒径5.0μm)10容量％が用いられた。

実施例４
実施例１において、SiC粉末の代わりにAl₂O₃粉末(アドマテックス社製品：Hv1200、粒径10μm)10容量％が用いられた。

実施例５
実施例１において、SiC粉末の代わりにWC粉末(EUROTUNGSTENE社製品：Hv1690、粒径0.9μm)10容量％が用いられた。

実施例６
実施例１において、SiC粉末の代わりにWC粉末(EUROTUNGSTENE社製品：Hv1280、粒径4.0μm)10容量％が用いられた。

実施例７
実施例５において、PTFE量が70容量％に、WC量が15容量％にそれぞれ変更され、炭素繊維(呉羽化学製品：繊維径12μm、繊維長120μm)15容量％がさらに用いられた。

比較例１
実施例１において、PTFE材料として、炭素繊維入りPTFE(三井デュポンフロロケミカル製品1697-J；PTFE 90容量％、炭素繊維10容量％)が用いられた。

比較例２
実施例１において、SiC粉末の代わりにコークス粉(オリエンタル産業製品AT-3CM)10容量％が用いられた。

比較例３
実施例１において、PTFE量が75容量％に変更され、さらにSiC粉末の代わりに、ブロンズ粉(福田金属製品；粒径10μm)10容量％および炭素繊維(呉羽化学製品：繊維径12μm、繊維長120μm)15容量％が用いられた。

以上の各実施例および比較例で得られたシールリングを、図１に示したようにそれぞれ2個装置に取り付け、以下の条件下で往復動試験を行った。
油圧：6MPa
温度：150℃
摺動速度：12mm／秒
油種：CVTフルード
ハウジング材質：SCM420H、浸炭焼入れ粗さ 6Z
試験時間：24時間

得られた結果は、次の表に示される。なお、摩耗量ΔTおよびはみ出し量Tは、図２に示したように往復動試験前(点線部)と試験後(実線部)のシールリング形状の変化を測定したものである。ここで、摩耗量ΔTとは、試験前後のシールリングの径方向長さの差であり、またはみ出し量Tとは、(試験後のシールリングの摺動面側の軸方向長さ)−(試験前のシールリングの軸方向長さ)である。
表
実施例比較例
1 2 3 4 5 6 7 1 2 3
摩耗量ΔT (μm) 35 30 30 30 10 15 40 150 150 100
はみ出し量T(μm) 100 85 85 85 7 45 65 350 260 250

往復動試験に用いられた装置である往復動試験前(点線)と試験後(実線)のシールリング形状の変化を示したものである

符号の説明

１シールリング
２シールリング
３ピストン
４シリンダ
５駆動シリンダ
１０シールリングピストン側
１１シールリングシリンダ側

Claims

ポリテトラフルオロエチレン97〜70容量％およびセラミックス3〜30容量％からなるポリテトラフルオロエチレン樹脂組成物。
セラミックスが、セラミックス粉末またはセラミックス繊維である請求項１記載のポリテトラフルオロエチレン樹脂組成物。
硬度Hv 1000以上のセラミックスが用いられた請求項１または２記載のポリテトラフルオロエチレン樹脂組成物。
摺動部材の成形材料として用いられる請求項１、２または３記載のポリテトラフルオロエチレン樹脂組成物。
摺動部材成形材料がシールリング成形材料である請求項４記載のポリテトラフルオロエチレン樹脂組成物。
請求項４記載のポリテトラフルオロエチレン樹脂組成物から成形された摺動部材。
研磨が施されていないハウジング材用として用いられる請求項６記載の摺動部材。
研磨が施されていないハウジング材が硬質金属製である請求項７記載の摺動部材。
摺動部材がシールリングである請求項６、７または８記載の摺動部材。