JP2019190584A - Cup seal for compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気などの気体を圧縮する往復動圧縮機に用いられるカップシールに関する。 The present invention relates to a cup seal used in a reciprocating compressor that compresses a gas such as air.
往復動圧縮機は、シリンダと、該シリンダ内に圧縮室を画成するピストンとを備え、ピストンを往復動させて気体の吸入、圧縮、吐出を行う装置である。往復動圧縮機内のピストンは、例えばボールベアリングを介してクランク軸に取り付けられ、クランク軸の偏心回転運動によって、ピストンがシリンダ内を揺動しながら往復動する。この往復動圧縮機には、圧縮室の密閉性を確保するため、ピストンとシリンダとの間を気密にシールするカップシールが設けられている。 A reciprocating compressor is a device that includes a cylinder and a piston that defines a compression chamber in the cylinder, and reciprocates the piston to suck, compress, and discharge gas. The piston in the reciprocating compressor is attached to the crankshaft via, for example, a ball bearing, and reciprocates while the piston swings in the cylinder by the eccentric rotational motion of the crankshaft. The reciprocating compressor is provided with a cup seal that hermetically seals between the piston and the cylinder in order to ensure the sealing performance of the compression chamber.
往復動圧縮機のカップシールとしては、環状の皿状部材のものが知られている（特許文献１、２、３参照）。これらカップシールは、内周側に設けられた環状の平面部と、外周側に設けられ、平面部から軸方向一方側に突出するように湾曲した環状のリップ部とを有する。往復動圧縮機に取り付けられた状態において、湾曲したリップ部の外周面は、シリンダの内周面に当接し、ピストンの往復動に伴ってシリンダの内周面と摺動する。 As a cup seal of a reciprocating compressor, an annular dish-shaped member is known (see Patent Documents 1, 2, and 3). These cup seals have an annular flat portion provided on the inner peripheral side and an annular lip portion provided on the outer peripheral side and curved so as to protrude from the flat portion to one side in the axial direction. In the state attached to the reciprocating compressor, the outer peripheral surface of the curved lip portion contacts the inner peripheral surface of the cylinder, and slides with the inner peripheral surface of the cylinder as the piston reciprocates.
特許文献１には、シリンダの内周面との当接側と非当接側とで異なる層が形成された、複数層からなるカップシールが提案されている。具体的には、上記当接側の層が、球状カーボン、グラファイト、ブロンズ、二硫化モリブデンの少なくともいずれか１つを含有したポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂からなる複合材で形成され、上記非当接側の層が、少なくとも高強度繊維を含有したＰＴＦＥ樹脂を含んだ複合材で形成されている。これにより、シリンダの内周面との当接側を摺動性に優れる層とするとともに、圧縮室の圧力を受ける非当接側を高強度の層とすることで、大出力・高圧仕様であってもシール性を確保している。 Patent Document 1 proposes a cup seal composed of a plurality of layers in which different layers are formed on the contact side and the non-contact side with the inner peripheral surface of the cylinder. Specifically, the contact-side layer is formed of a composite material made of polytetrafluoroethylene (PTFE) resin containing at least one of spherical carbon, graphite, bronze, and molybdenum disulfide, and The layer on the contact side is formed of a composite material containing PTFE resin containing at least high-strength fibers. As a result, the abutting side with the inner peripheral surface of the cylinder is made a layer with excellent slidability, and the non-contacting side that receives the pressure of the compression chamber is made a high strength layer, so that the Even if there is, sealing performance is secured.
ところで、カップシールは、一般に、樹脂組成物の成形体であるワッシャ状のシート材を絞り加工によって皿状に変形させることで製造される。そのため、樹脂組成物の伸び特性が不十分であると、絞り加工の際にシート材が破断するおそれがある。この点、特許文献１のカップシールは複数層構造となっており、複数層からなるシート材を絞り加工によって変形させる際には、各層が均一に引き延ばされずに、局所的な応力集中が生じることが考えられる。その結果、シート材表面に微小な亀裂が生じ、カップシールの摩耗特性が低下するおそれがある。また、カップシールが複数層構造となるため、摺動時にかかる応力によって層が剥がれることも懸念される。 By the way, the cup seal is generally manufactured by deforming a washer-like sheet material, which is a molded body of the resin composition, into a dish shape by drawing. Therefore, if the elongation characteristic of the resin composition is insufficient, the sheet material may be broken during the drawing process. In this regard, the cup seal of Patent Document 1 has a multi-layer structure. When a sheet material composed of a plurality of layers is deformed by drawing, each layer is not stretched uniformly, and local stress concentration occurs. It is possible. As a result, a minute crack is generated on the surface of the sheet material, and the wear characteristics of the cup seal may be deteriorated. In addition, since the cup seal has a multi-layer structure, there is a concern that the layer may be peeled off due to stress applied during sliding.
一方、往復動圧縮機に用いられるカップシールは、無潤滑条件で使用されるため、樹脂組成物自体に高い潤滑特性が求められる。したがって、樹脂組成物自体の摩擦摩耗特性と伸び特性などの機械特性の両立が必要であり、例えばゴム材のような材料では摩擦摩耗特性が満足できない。 On the other hand, since the cup seal used in the reciprocating compressor is used under non-lubricated conditions, the resin composition itself is required to have high lubrication characteristics. Accordingly, it is necessary to satisfy both the frictional wear characteristics of the resin composition itself and mechanical characteristics such as elongation characteristics. For example, a material such as a rubber material cannot satisfy the frictional wear characteristics.
本発明はこれらの問題に対処するためになされたものであり、単層構造としつつ、摩擦摩耗特性と伸び特性などの機械的特性に優れるカップシールを提供することを目的とする。 The present invention has been made to address these problems, and an object of the present invention is to provide a cup seal that is excellent in mechanical properties such as friction and wear characteristics and elongation characteristics while having a single-layer structure.
本発明のカップシールは、ピストンとシリンダを有し、上記ピストンの往復動により気体を圧縮する往復動圧縮機に用いられ、上記ピストンに固定され、上記シリンダの内径に圧入されて該ピストンと該シリンダとの間を気密にシールする皿状のカップシールであって、上記カップシールは、単層のシート材を絞り加工したものであり、内周側に設けられ、上記ピストンに固定される環状の平面部と、外周側に設けられ、該平面部から軸方向一方側に突出するように湾曲した環状のリップ部とを有し、上記シート材は、樹脂組成物の成形体であり、上記樹脂組成物は、ＰＴＦＥ樹脂をベース樹脂とし、これに等方性充填材を配合してなる組成物であることを特徴とする。 The cup seal of the present invention has a piston and a cylinder, and is used in a reciprocating compressor that compresses gas by reciprocating movement of the piston. The cup seal is fixed to the piston and press-fitted into the inner diameter of the cylinder. A dish-shaped cup seal that hermetically seals between a cylinder and the cup seal is obtained by drawing a single-layer sheet material, and is provided on the inner peripheral side and is fixed to the piston. And the annular lip portion that is provided on the outer peripheral side and is curved so as to protrude from the planar portion to the one side in the axial direction, the sheet material is a molded body of the resin composition, The resin composition is characterized in that a PTFE resin is used as a base resin and an isotropic filler is blended with the base resin.
上記等方性充填材が、球状黒鉛であることを特徴とする。また、上記樹脂組成物全体に対して、上記ＰＴＦＥ樹脂が７０〜９５質量％含まれ、かつ、上記球状黒鉛が５〜３０質量％含まれることを特徴とする。 The isotropic filler is spheroidal graphite. Further, the PTFE resin is contained in an amount of 70 to 95% by mass and the spherical graphite is contained in an amount of 5 to 30% by mass with respect to the entire resin composition.
上記樹脂組成物に、異方性充填材を含まないことを特徴とする。 The resin composition does not contain an anisotropic filler.
上記シート材の引張り強さが１５ＭＰａ以上であり、かつ、引張り破断伸びが２５０％以上であることを特徴とする。 The sheet material has a tensile strength of 15 MPa or more, and a tensile elongation at break of 250% or more.
本発明のカップシールは、単層のシート材を絞り加工したものであり、該シート材は、ＰＴＦＥ樹脂をベース樹脂とし、これに等方性充填材を配合してなる組成物の成形体であるので、樹脂組成物自体の摺動性に優れる。また、該樹脂組成物は等方性充填材（特に球状黒鉛）を含むので、等方性充填材を含まない場合に比べて、シート材の引張り強さと引張り破断伸びに優れる。その結果、カップシールにおいて摩擦摩耗特性と伸び特性などの機械的特性の両立が可能である。 The cup seal of the present invention is obtained by drawing a single-layer sheet material, and the sheet material is a molded body of a composition comprising a PTFE resin as a base resin and blended with an isotropic filler. Therefore, the resin composition itself is excellent in slidability. Further, since the resin composition contains an isotropic filler (particularly, spherical graphite), the sheet material is superior in tensile strength and tensile elongation at break as compared with the case where no isotropic filler is contained. As a result, in the cup seal, it is possible to achieve both mechanical characteristics such as friction and wear characteristics and elongation characteristics.
樹脂組成物に、異方性充填材を含まないので、異方性充填材が含まれることによる絞り加工時の局所的な応力集中が抑制され、それに起因するシート材表面の微小な亀裂の発生を抑制できる。 Since the resin composition does not contain an anisotropic filler, local stress concentration at the time of drawing due to the inclusion of the anisotropic filler is suppressed, resulting in the occurrence of minute cracks on the surface of the sheet material. Can be suppressed.
シート材の引張り強さが１５ＭＰａ以上であり、かつ、引張り破断伸びが２５０％以上であるので、絞り加工時においても破断や亀裂の発生がないカップシールを製造することができる。 Since the tensile strength of the sheet material is 15 MPa or more and the tensile elongation at break is 250% or more, it is possible to produce a cup seal that does not break or crack even during drawing.
本発明のカップシールを適用した往復動圧縮機の構造の一例を図２に基づいて説明する。図２は、往復動圧縮機の一部断面図である。圧縮機１１は、ピストンの往復動によって、圧力室内の気体を圧縮する往復動圧縮機である。圧縮機１１は、中空部を有する略円筒状のシリンダ１２と、シリンダ１２内に揺動しつつ往復動可能に設けられた略円柱状のピストン１３と、ピストン１３に固定されたカップシール１と、吸入弁１４と、吐出弁１５とを備える。シリンダ１２の上端部に位置するシリンダヘッド１２ａとピストン１３の一方の端部との間には圧力室１６が形成されている。圧縮機１１は、ピストン１３の他方の端部側に、ピストン１３を揺動しつつ軸方向に往復動させる駆動手段（図示省略）を備える。駆動手段は、例えば回転軸の回転に伴い偏心回転運動するクランク軸である。この駆動手段によって、ピストン１３は図２の矢印Ｘ、矢印Ｙの示す方向に往復動する。 An example of the structure of a reciprocating compressor to which the cup seal of the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the reciprocating compressor. The compressor 11 is a reciprocating compressor that compresses gas in a pressure chamber by reciprocating movement of a piston. The compressor 11 includes a substantially cylindrical cylinder 12 having a hollow portion, a substantially columnar piston 13 provided so as to reciprocate while swinging in the cylinder 12, and a cup seal 1 fixed to the piston 13. The intake valve 14 and the discharge valve 15 are provided. A pressure chamber 16 is formed between the cylinder head 12 a located at the upper end of the cylinder 12 and one end of the piston 13. The compressor 11 includes drive means (not shown) that reciprocates in the axial direction while swinging the piston 13 on the other end side of the piston 13. The driving means is, for example, a crankshaft that moves eccentrically with the rotation of the rotating shaft. By this driving means, the piston 13 reciprocates in the directions indicated by arrows X and Y in FIG.
ピストン１３は、取付フランジ１７ａが設けられたコネクティングロッド１７と円板状のリテーナ１８とで構成されている。コネクティングロッド１７の取付フランジ１７ａは、中心軸部分が凹部１７ｂとなっており、リテーナ１８の中心軸部分の凸部と篏合されている。カップシール１は、コネクティングロッド１７とリテーナ１８とで形成されるピストン溝に挟まれて、結合具１９によって締結されて固定されている。 The piston 13 includes a connecting rod 17 provided with a mounting flange 17a and a disc-shaped retainer 18. The mounting flange 17 a of the connecting rod 17 has a concave portion 17 b at the central axis portion and is engaged with a convex portion at the central axial portion of the retainer 18. The cup seal 1 is sandwiched between piston grooves formed by the connecting rod 17 and the retainer 18, and is fastened and fixed by a coupler 19.
図１に示すように、カップシール１は、中心軸部分に貫通孔を有する皿状の環状部材である。カップシール１は、内周側に設けられた環状の平面部２と、外周側に設けられ、平面部２から軸方向一方側に突出するように湾曲したリップ部３とを有する。カップシール１が圧縮機１１に取り付けられた状態（図２参照）では、平面部２がピストン溝に固定され、リップ部３が折り曲げられてシリンダ１２の内周面に当接している。ピストン１３が往復動する際には、リップ部３の外周面がシリンダ１２の内周面に摺動する。 As shown in FIG. 1, the cup seal 1 is a dish-shaped annular member having a through hole in the central axis portion. The cup seal 1 includes an annular flat surface portion 2 provided on the inner peripheral side, and a lip portion 3 provided on the outer peripheral side and curved so as to protrude from the flat surface portion 2 to one side in the axial direction. In a state where the cup seal 1 is attached to the compressor 11 (see FIG. 2), the flat surface portion 2 is fixed to the piston groove, and the lip portion 3 is bent and is in contact with the inner peripheral surface of the cylinder 12. When the piston 13 reciprocates, the outer peripheral surface of the lip portion 3 slides on the inner peripheral surface of the cylinder 12.
上述した圧縮機１１の動作について説明する。圧縮機１１は、吸入工程、圧縮工程を繰り返すことで、外部の空気を圧縮して貯留タンクなどに供給する。吸入工程では、ピストン１３がシリンダヘッド１２ａから離れる方向（図２Ｘ方向）に揺動しつつ移動して、外部からの空気を吸入する。この工程では、シリンダヘッド１２ａに設けられた吸入弁１４が開き、圧縮室１６に空気が流入する。圧縮工程ではピストン１３がシリンダヘッド１２ａに近づく方向（図２Ｙ方向）に揺動しつつ移動して、圧縮室１６の空気を圧縮する。この工程では、シリンダヘッド１２ａに設けられた吸入弁１４が閉じ、所定のタイミングで吐出弁１５が開くことで、シリンダ１２の外部に向けて圧縮された空気が吐き出される。 Operation | movement of the compressor 11 mentioned above is demonstrated. The compressor 11 repeats the suction process and the compression process to compress external air and supply the compressed air to a storage tank or the like. In the suction process, the piston 13 moves while swinging in a direction away from the cylinder head 12a (direction in FIG. 2X), and sucks in air from the outside. In this step, the suction valve 14 provided in the cylinder head 12a is opened and air flows into the compression chamber 16. In the compression step, the piston 13 moves while swinging in the direction approaching the cylinder head 12a (the Y direction in FIG. 2), and compresses the air in the compression chamber 16. In this step, the suction valve 14 provided in the cylinder head 12a is closed, and the discharge valve 15 is opened at a predetermined timing, so that compressed air is discharged toward the outside of the cylinder 12.
本発明のカップシールは、合成樹脂製であり、樹脂組成物の成形体である中空円盤状のシート材（ワッシャ材）を絞り加工することで図１に示す形状に形成する。シート材の中心軸部分の貫通孔は、例えば、加圧成形などで得られる円盤平板を打ち抜き加工することで形成してもよく、加圧成形時の金型で形成してもよい。絞り加工では、シート材の外周側を軸方向一方側に向かって折り曲げてリップ部を形成する。この絞り加工時には、シート材を均一に曲げる必要があり、曲げが不均一となるとシート材の表面に微小な亀裂が生じるおそれがある。また、伸び特性が不十分であると、シート材が破断するおそれもある。 The cup seal of the present invention is made of a synthetic resin, and is formed into a shape shown in FIG. 1 by drawing a hollow disk-shaped sheet material (washer material) that is a molded body of the resin composition. The through hole in the central axis portion of the sheet material may be formed, for example, by punching a disk flat plate obtained by pressure molding or the like, or may be formed by a mold at the time of pressure molding. In the drawing process, the outer peripheral side of the sheet material is bent toward one side in the axial direction to form a lip portion. At the time of this drawing process, it is necessary to bend the sheet material uniformly, and if the bending is not uniform, there is a possibility that minute cracks may occur on the surface of the sheet material. Further, if the elongation property is insufficient, the sheet material may be broken.
カップシールの樹脂組成物として、従来では、自己潤滑性を有するＰＴＦＥ樹脂をベース樹脂とし、これに耐摩耗性などを付与するために各種充填材が添加された組成物が知られている。しかし、ＰＴＦＥ樹脂に充填材を添加することで、引張り特性は低下してしまう。具体的には、引張り強度や引張り破断伸びが低下してしまう。本発明者らは、ＰＴＦＥ樹脂をベース樹脂とし、これに等方性充填材（特に球状黒鉛）を添加した樹脂組成物を用いることで、摩擦摩耗特性と機械的特性が両立できることを見出した。本発明は、このような知見に基づくものである。 As a resin composition for a cup seal, conventionally, a composition in which a PTFE resin having a self-lubricating property is used as a base resin and various fillers are added to impart abrasion resistance to the base resin is known. However, adding a filler to the PTFE resin reduces the tensile properties. Specifically, the tensile strength and the tensile elongation at break are reduced. The present inventors have found that friction wear characteristics and mechanical characteristics can be compatible by using a resin composition in which PTFE resin is used as a base resin and an isotropic filler (particularly, spherical graphite) is added thereto. The present invention is based on such knowledge.
本発明に用いる樹脂組成物には、等方性充填材が配合される。本発明において、「等方性」とは、形状、膨張率、強度、屈折率などの物性に異方性がないことをいう。等方性充填材として、例えば、球状黒鉛、ガラスビーズなどが挙げられる。これらの中でも、球状黒鉛を用いることが好ましい。黒鉛としては、鱗片状黒鉛や、鱗状黒鉛、球状黒鉛などが知られているところ、鱗片状黒鉛や鱗状黒鉛は異方性充填材であるため、本発明に用いる黒鉛としては球状黒鉛を対象とする。 An isotropic filler is blended in the resin composition used in the present invention. In the present invention, “isotropic” means that there is no anisotropy in physical properties such as shape, expansion coefficient, strength, and refractive index. Examples of the isotropic filler include spherical graphite and glass beads. Among these, it is preferable to use spherical graphite. As graphite, scaly graphite, scaly graphite, spherical graphite, etc. are known. Since scaly graphite and scaly graphite are anisotropic fillers, the graphite used in the present invention is intended for spherical graphite. To do.
図３には、球状黒鉛および鱗片状黒鉛の黒鉛粒子の電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示し、図４には、図３の各画像の模式図を示した。図３（ａ）および図４（ａ）に示すように、球状黒鉛は、各粒子が丸みを帯びた形状になっている。また、各粒子の粒子径もそろっている。一方、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、鱗片状黒鉛は、アスペクト比（平均平面直径／厚さ）が高いうろこ状の形状になっている。鱗片状黒鉛は、各粒子の大きさや向きが異なっており、異方性を有する。鱗片状黒鉛はこの異方性のため、シート材を伸ばす際に破断の起点となりやすく、引張り特性の低下につながると考えられる。 FIG. 3 shows electron microscope (SEM) images of graphite particles of spherical graphite and scaly graphite, and FIG. 4 shows a schematic diagram of each image of FIG. As shown in FIGS. 3 (a) and 4 (a), spherical graphite has a shape in which each particle is rounded. Moreover, the particle diameter of each particle is also prepared. On the other hand, as shown in FIGS. 3B and 4B, the scaly graphite has a scaly shape with a high aspect ratio (average plane diameter / thickness). Scale-like graphite has anisotropy in which the size and direction of each particle are different. Because of the anisotropy of the scale-like graphite, it is considered that it tends to be a starting point of breakage when the sheet material is stretched, leading to a decrease in tensile properties.
本発明に用いる球状黒鉛の「球状」とは、図３（ａ）のＳＥＭ画像のような丸みを帯びた形状となっていることをいい、例えば円形度の平均値は０．８以上である。本発明において、円形度の平均値は０．８５以上が好ましく、０．９以上がより好ましい。黒鉛粒子の円形度が高くなるほど、ＰＴＦＥ樹脂と球状黒鉛の界面があらゆる断面において真円に近くなり、絞り加工時のシート材内部に生じる応力分布がより均一になると考えられる。円形度は、黒鉛粒子をＳＥＭ観察により２次元の平面に投影した画像における球形化を示す指標であり、真円の場合、円形度は１となる。具体的には、下記の式により求められる。
円形度＝黒鉛粒子の投影面積と同じ面積を有する真円の周囲長／黒鉛粒子の投影像から測定される周囲長
ここで、円形度の平均値は、複数の黒鉛粒子から求めたそれぞれの円形度の平均をいう。 黒鉛粒子の円形度は、例えば、フロー式粒子像分析装置などを用いて測定することができる。
The “spherical” of the spheroidal graphite used in the present invention means a rounded shape like the SEM image of FIG. 3A, for example, the average value of the circularity is 0.8 or more. . In the present invention, the average value of the circularity is preferably 0.85 or more, and more preferably 0.9 or more. It is considered that as the circularity of the graphite particles increases, the interface between the PTFE resin and the spherical graphite becomes closer to a perfect circle in every cross section, and the stress distribution generated in the sheet material at the time of drawing is more uniform. The circularity is an index indicating spheroidization in an image obtained by projecting graphite particles onto a two-dimensional plane by SEM observation. In the case of a perfect circle, the circularity is 1. Specifically, it is obtained by the following formula.
Circularity = Perimeter length of a perfect circle having the same area as the projected area of the graphite particles / perimeter length measured from the projected image of the graphite particles Here, the average value of the circularity is the respective circle obtained from a plurality of graphite particles The average of degrees. The circularity of the graphite particles can be measured using, for example, a flow particle image analyzer.
また、球状黒鉛の平均粒子径は特に限定されないが、１０〜５０μｍが好ましく、１０〜３０μｍがより好ましい。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。 Moreover, although the average particle diameter of spherical graphite is not specifically limited, 10-50 micrometers is preferable and 10-30 micrometers is more preferable. The average particle size can be measured using, for example, a particle size distribution measuring device using a laser light scattering method.
本発明において、ベース樹脂として用いるＰＴＦＥ樹脂は、−（ＣＦ２−ＣＦ２）ｎ−で表される一般のＰＴＦＥ樹脂を用いることができ、また、一般のＰＴＦＥ樹脂にパーフルオロアルキルエーテル基（−ＣｐＦ２ｐ−Ｏ−）（ｐは１−４の整数）あるいはポリフルオロアルキル基（Ｈ（ＣＦ２）ｑ−）（ｑは１−２０の整数）などを導入した変性ＰＴＦＥ樹脂も使用できる。これらのＰＴＦＥ樹脂および変性ＰＴＦＥ樹脂は、一般的なモールディングパウダーを得る懸濁重合法、ファインパウダーを得る乳化重合法のいずれを採用して得られたものでもよい。 In the present invention, as the PTFE resin used as the base resin, a general PTFE resin represented by-(CF 2 -CF 2 ) n- can be used, and a perfluoroalkyl ether group (- C p F 2p -O -) ( p is 1-4 integer) or polyfluoroalkyl group (H (CF 2) q - ) (q can also be used a modified PTFE resin obtained by introducing such as an integer) of 1-20 . These PTFE resins and modified PTFE resins may be obtained by employing either a suspension polymerization method for obtaining a general molding powder or an emulsion polymerization method for obtaining a fine powder.
ＰＴＦＥ樹脂粉末の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、３０μｍ程度とすることが好ましい。ＰＴＦＥ樹脂粉末としては、ＰＴＦＥ樹脂をその融点以上で加熱焼成したものを使用できる。また、加熱焼成した粉末に、さらにγ線または電子線などを照射した粉末も使用できる。 The average particle diameter of the PTFE resin powder is not particularly limited, but is preferably about 30 μm. As the PTFE resin powder, a PTFE resin obtained by heating and baking at a melting point or higher can be used. Further, a powder obtained by further irradiating a heat-fired powder with γ rays or electron beams can also be used.
本発明において、樹脂組成物は、樹脂組成物全体に対して、ＰＴＦＥ樹脂を７０〜９５質量％含み、かつ、球状黒鉛を５〜３０質量％含むことが好ましい。また、樹脂組成物は、樹脂組成物全体に対して、ＰＴＦＥ樹脂を８０〜９５質量％含み、かつ、球状黒鉛を５〜２０質量％含むことがより好ましい。ＰＴＦＥ樹脂が、７０質量％未満であると低摩擦性を維持することが困難であり、ＰＴＦＥ樹脂が、９５質量％をこえると耐摩耗特性や引張り特性が低下するおそれがある。 In this invention, it is preferable that a resin composition contains 70-95 mass% of PTFE resin with respect to the whole resin composition, and contains 5-30 mass% of spherical graphite. Moreover, it is more preferable that a resin composition contains 80-95 mass% of PTFE resin and 5-20 mass% of spherical graphite with respect to the whole resin composition. If the PTFE resin is less than 70% by mass, it is difficult to maintain low friction, and if the PTFE resin exceeds 95% by mass, the wear resistance and tensile properties may be deteriorated.
上記樹脂組成物には、必要に応じて、球状黒鉛以外の各種充填材（各種配合剤）を添加してもよい。ただし、異方性充填材は含まない。異方性充填材として、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、ウィスカ、金属繊維などの繊維状充填材、タルク、マイカ、アルミフレークなどの金属箔、芳香族ポリアミド繊維などの有機繊維状充填材、鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛などが挙げられる。 If necessary, various fillers (various compounding agents) other than spherical graphite may be added to the resin composition. However, the anisotropic filler is not included. As anisotropic fillers, for example, fibrous fillers such as carbon fibers, glass fibers, whiskers, and metal fibers, metal foils such as talc, mica, and aluminum flakes, organic fibrous fillers such as aromatic polyamide fibers, and scale pieces For example, graphite graphite and scaly graphite.
上記樹脂組成物の成形体であるシート材の引張り強さ（ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠、以下同じ）は、１５ＭＰａ以上であり、また、引張り破断伸び（ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠、以下に同じ）は、２５０％以上であることが好ましい。このような引張り特性が比較的高いシート材を用いることにより、絞り加工時などでも材料を均一に伸ばすことができ、不具合の発生を抑制できる。 The tensile strength (according to ASTM D638, the same applies hereinafter) of the sheet material which is the molded body of the resin composition is 15 MPa or more, and the tensile elongation at break (according to ASTM D638, the same applies hereinafter) is 250%. The above is preferable. By using such a sheet material having a relatively high tensile property, the material can be uniformly stretched even at the time of drawing or the like, and the occurrence of defects can be suppressed.
また、本発明のカップシールは、上記樹脂組成物を含有する単層のシート材を絞り加工したものであるため、複数層のシート材を絞り加工する際に各層が剥がれるといった懸念がない。また、本発明のカップシールは単層構造であるため、複数層構造のように往復動圧縮機で使用する際に各層が剥がれるといった懸念もない。さらに、複数層のシート材を用いる場合に比べて、製造工程を簡略化できる。このように、発明のカップシールは、単層構造としつつ、摺動性と引張り特性の両立を図っている。 In addition, since the cup seal of the present invention is obtained by drawing a single-layer sheet material containing the resin composition, there is no concern that each layer is peeled off when drawing a plurality of layers of sheet material. Further, since the cup seal of the present invention has a single layer structure, there is no concern that each layer is peeled off when used in a reciprocating compressor as in the case of a multi-layer structure. Furthermore, the manufacturing process can be simplified as compared with the case where a plurality of sheet materials are used. Thus, the cup seal of the invention achieves both slidability and tensile properties while having a single layer structure.
また、本発明のカップシールは、優れた引張り特性を有することから、カップシール自体の厚みを大きくしても絞り加工性が担保される。そのため、カップシールの厚みを大きくすることができ、例えば厚みを３ｍｍとすることができる。これにより、摩耗性に対する長寿命化が期待できる。 Further, since the cup seal of the present invention has excellent tensile properties, drawing workability is ensured even if the thickness of the cup seal itself is increased. Therefore, the thickness of the cup seal can be increased, and for example, the thickness can be 3 mm. Thereby, the lifetime improvement with respect to abrasion property can be anticipated.
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。また、各実施例の樹脂組成物の構成、各試験の評価結果は表１に纏めて示す。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples. Moreover, the structure of the resin composition of each Example and the evaluation result of each test are summarized in Table 1.
実施例
ＰＴＦＥ樹脂を８５質量％、球状黒鉛を１５質量％配合した樹脂組成物を用いて試験用成形体を作製した。試験用成形体を用いて、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠した試験を実施し、引張り強さおよび引張り破断伸びを測定した。
Example A molded article for testing was prepared using a resin composition containing 85% by mass of PTFE resin and 15% by mass of spherical graphite. A test based on ASTM D638 was carried out using the test molded body, and the tensile strength and tensile elongation at break were measured.
比較例
ＰＴＦＥ樹脂を８５質量％、鱗片状黒鉛を１５質量％配合した樹脂組成物を用いて試験用成形体を作製した。実施例と同様に、試験用成形体を用いて、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠した試験を実施し、引張り強さおよび引張り破断伸びを測定した。
Comparative Example A molded body for testing was prepared using a resin composition containing 85% by mass of PTFE resin and 15% by mass of scaly graphite. In the same manner as in Examples, a test conforming to ASTM D638 was performed using the test molded body, and tensile strength and tensile elongation at break were measured.
表１に示すように、充填材として球状黒鉛を用いた場合には、成形体の引張り強さは１５ＭＰａ以上で、かつ、引張り破断伸びが２５０％以上となった。また、鱗片状黒鉛を用いた場合と比較して、引張り強さが６４％、引張り破断伸びが７６％向上した。つまり、実施例の成形体は、伸びやすい上に引張りに対する強度が高いため、絞り加工時にも破断や微小な亀裂などが生じにくいといえる。球状黒鉛を配合することで、成形体が均一に引き延ばされ、局所的な応力集中を防ぐことができると考えられる。 As shown in Table 1, when spherical graphite was used as the filler, the tensile strength of the molded body was 15 MPa or more, and the tensile breaking elongation was 250% or more. In addition, the tensile strength was improved by 64% and the tensile elongation at break was improved by 76%, compared with the case where scaly graphite was used. That is, it can be said that the molded body of the example is easy to stretch and has high tensile strength, so that it is difficult to cause breakage or minute cracks even during drawing. By blending the spherical graphite, it is considered that the compact is uniformly stretched and local stress concentration can be prevented.
ＰＴＦＥ樹脂は、一般に充填材を配合することで引張り特性が低下する。この場合、充填材が破断の起点となるため、伸びが低下し、さらに引張り強度が低下する。上記実施例の樹脂組成物では球状黒鉛を用いており、鱗片状黒鉛と異なり異方性がない、つまりＰＴＦＥ樹脂と球状黒鉛の界面があらゆる断面においても円形であるため、成形体内部に生じる応力分布が均一になり、破断の起点となりにくくなった結果、引張り特性が大きく改善されたと考えられる。 In general, the tensile properties of PTFE resin are reduced by blending a filler. In this case, since the filler serves as a starting point of breakage, the elongation is lowered and the tensile strength is further lowered. In the resin compositions of the above examples, spherical graphite is used, and unlike scale-like graphite, there is no anisotropy, that is, the interface between the PTFE resin and the spherical graphite is circular in every cross section, so the stress generated inside the molded body As a result of the uniform distribution and the difficulty of becoming the starting point of fracture, it is considered that the tensile properties were greatly improved.
本発明のカップシールは、単層構造としつつ、摩擦摩耗特性と伸び特性などの機械的特性に優れるので、往復動圧縮機のシール材として広く利用できる。 The cup seal of the present invention has a single layer structure and is excellent in mechanical characteristics such as friction and wear characteristics and elongation characteristics, and thus can be widely used as a sealing material for reciprocating compressors.
１ カップシール
２ 平面部
３ リップ部
１１ 圧縮機
１２ シリンダ
１３ ピストン
１４ 吸入弁
１５ 吐出弁
１６ 圧縮室
１７ コネクティングロッド
１８ リテーナ
１９ 結合具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cup seal 2 Plane part 3 Lip part 11 Compressor 12 Cylinder 13 Piston 14 Suction valve 15 Discharge valve 16 Compression chamber 17 Connecting rod 18 Retainer 19 Joiner
Claims (5)
前記カップシールは、単層のシート材を絞り加工したものであり、内周側に設けられ、前記ピストンに固定される環状の平面部と、外周側に設けられ、該平面部から軸方向一方側に突出するように湾曲した環状のリップ部とを有し、
前記シート材は、樹脂組成物の成形体であり、
前記樹脂組成物は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂をベース樹脂とし、これに等方性充填材を配合してなる組成物であることを特徴とするカップシール。 Used in a reciprocating compressor that has a piston and a cylinder and compresses gas by reciprocating movement of the piston, is fixed to the piston, and is press-fitted into the inner diameter of the cylinder so that the piston and the cylinder are hermetically sealed. A dish-shaped cup seal for sealing,
The cup seal is obtained by drawing a single-layer sheet material, provided on the inner peripheral side, provided on the annular flat surface portion fixed to the piston, and provided on the outer peripheral side, and one axial direction from the flat surface portion. An annular lip portion that is curved so as to protrude to the side,
The sheet material is a molded body of a resin composition,
The said resin composition is a composition formed by mix | blending an isotropic filler with polytetrafluoroethylene resin as a base resin, The cup seal characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2018085007A JP2019190584A (en) | 2018-04-26 | 2018-04-26 | Cup seal for compressor |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023162954A1 (en) * | 2022-02-25 | 2023-08-31 | Ntn株式会社 | Cup seal for compressor |
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- 2018-04-26 JP JP2018085007A patent/JP2019190584A/en active Pending
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