JP3805583B2 - スクロール型コンプレッサー用シール材料 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール型コンプレッサー用の摺動材でありかつシール材料であるチップシール材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のチップシール材料としてはポリテトラフルオロエチレン樹脂(以下ＰＴＦＥ樹脂と称する)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(以下ＰＰＳ樹脂と称する)等の熱可塑性樹脂に炭素繊維、有機粉末、金属粉末を添加した材料が使用されている。しかしながら、最近のスクロール型コンプレッサーでは、高い圧縮率、長寿命、低コストが求められており、また摺動相手材にはアルミニウム合金やアルミニウム合金の表面を硬質アルマイト処理を施したもの、鋳鉄、その他様々な表面処理を施した材料を組み合わせて使用する事があり、これらの異なる摺動相手材に対しても充分な性能が求められている。従来のチップシール材料は例えば軟質材には耐摩耗性に優れているが硬質材では性能が劣る、といった問題があり、充分にその性能を満足できるものではなかった。また高荷重下での使用は困難であり、同様に充分には性能を満足できるものはなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、相手材の硬度・材質に依らず安定した耐摩耗性を示し、また高荷重下でも安定した耐摩耗性を有するスクロール型コンプレッサー用シール材料を提供する事を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意研究を行った結果、ＰＡＮ系炭素繊維１〜２０重量％及びピッチ系炭素繊維１〜２０重量％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂１〜１５重量％、及び残部がポリフェニレンサルファイド樹脂からなるスクロール型コンプレッサー用シール材料、により上記課題を解決する事を見出し、本発明を完成した。
本発明のスクロール型コンプレッサー用シール材料を用いてチップシールを形成する事により、軟質材（硬度Ｈ_B５０程度）から硬質材（硬度Ｈ_B３００程度）まで硬度・材質に依らず安定した耐摩擦性を有し、また高荷重下でも安定した対摩耗性を有するチップシールを得ることができる。
【０００５】
本発明のスクロール型コンプレッサー用シール材料における炭素繊維はＰＡＮ系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維を複合して使用する点に特徴を有する。ＰＡＮ系炭素繊維はピッチ系炭素繊維に比べ、相手材への損傷性が低いという優れた潤滑特性を有するにも関わらず、高荷重や硬質相手材という条件下では潤滑性に劣るという結果を示す。これは、同程度の弾性率を有するピッチ系炭素繊維(径１０〜１４μｍ)と比較してＰＡＮ系炭素繊維の径が７μｍと小さいため混練時に折れ易く、折れた炭素繊維が摺動面に介在して潤滑性に影響を与えるためである。一方、ピッチ系炭素繊維は混練時に折れにくく、硬質相手材や高荷重条件下で高い摺動熱が発生した場合であっても補強効果は十分であり、良好な摺動特性が維持される。本発明者らは、ＰＡＮ系炭素繊維とピッチ系炭素繊維を一定の割合で併用することにより、両者の性能が単に組み合わされた効果を奏する材料ではなく、それぞれの優れた性能のみが発揮された相乗効果を示す材料を得ることができるという知見を得て、本発明を完成した。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明する。
[炭素繊維]
本発明のチップシール材料中のＰＡＮ系炭素繊維の含有量は１〜２０重量％、より好ましくは３〜１５重量％であり、ピッチ系炭素繊維の含有量は１〜２０重量％、より好ましくは３〜１５重量％である。また、両者を合わせた含有量は好ましくは１０重量％以上２１重量％以下である。補強効果の観点から合計量は１０重量％以上の方がより好ましく、また合計量が２１重量％を越えると、炭素繊維の分散が悪くなって摺動特性は低下する傾向にある。
また、本発明における炭素繊維はチョップドファイバー及びミルドファイバーのどちらでも使用可能である。
【０００７】
本発明におけるＰＡＮ系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維の各引張弾性率は１×１０⁴ＭＰａ以上３９×１０⁴ＭＰａ以下である事が好ましい。炭素繊維の引張弾性率が高すぎる場合には、材質的に脆くなるため、混練時、射出成形時にバレル内スクリューのせん断力により炭素繊維は折れ易くなり、折れて短くなった炭素繊維は補強効果が十分でなくなり耐摩耗性に劣る結果となる。特に引張弾性率が３９×１０⁴ＭＰａを越える炭素繊維の場合には、折れが著しくなるため好ましくない。
【０００８】
[ＰＴＦＥ]
本発明においてＰＴＦＥはシール材料に潤滑性を与え、摺動時の摩擦係数を低減させるために必要である。本発明におけるＰＴＦＥとしては、一般に市販されているいずれのものも用いる事ができるが、特に低分子量ＰＴＦＥ、より好ましくは平均分子量５０００〜５００００のＰＴＦＥが挙げられる。ＰＴＦＥの使用量は１〜１５重量％、より好ましくは３〜１０重量％である。ＰＴＦＥが１重量％未満の場合、潤滑性が付与されないため摩擦係数が低下せず、すなわち、ＰＴＦＥの摺動効果は得られない。また１５重量％を越えると充分な機械強度が得られず、耐クリープ性が低下する。また均一分散が困難で部位により摺動性に差が生じてしまい、望ましくない。
【０００９】
[ＰＰＳ樹脂]
本発明におけるＰＰＳ樹脂は下記一般式(I)で表される合成樹脂であり、架橋型、セミリニア型、リニア型の種類を問わず、いずれのものも用いる事ができる。
−［Ｐｈ−Ｓ］ｎ− ・・・ （Ｉ）
【００１０】
本発明のシール材料は、以上述べた成分を混合、分散した後、適宜成形して用いる。混合、分散する方法については特に限定するものではなく、通常広く用いられている方法、例えば各材料をヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合機により適宜乾式混合した後、溶融押し出し機、ニーダー等で溶融混合する方法を用いる事ができるが、炭素繊維や無機ウィスカについては過度の折れによる補強効果の低下を避けるためにサイドフィーダーから添加する事が望ましい。
【００１１】
【実施例】
以下、この発明を実施例に基づいて説明する。
実施例に使用した材料は以下の通りである。
ＰＰＳ：Ｔ−３ＡＧ（(株)トープレン製）
炭素繊維：ＰＡＮ系炭素繊維 東邦レーヨン(株)製ベスファイトＨＴＡ−Ｃ６−ＵＬ１（チョップドファイバー、引張弾性率２.４×１０⁵ＭＰａ）
ピッチ系炭素繊維 三菱化学(株)製ダイアリードＫ２２３ＧＭ（チョップドファイバー、引張弾性率２.２×１０⁵ＭＰａ）
ＰＴＦＥ：ゾニールＭＰ１３００(三井デュポンフロロケミカル(株)製)
【００１２】
上記材料を表１に示す比率で混合・成形し、摩耗試験サンプルを作製した。各成分の混合方法は以下の通りである。まず、ＰＰＳパウダーとＰＴＦＥパウダーをヘンシェルミキサーでドライブレンドした。その後二軸押し出し機にてメインフィーダーからＰＰＳとＰＴＦＥの混合パウダーを投入し、サイドフィーダーから炭素繊維を投入し、溶融混練しながら押し出し成形を行って、ペレットを得た。次にこれらペレットを射出成形により所定形状に成形し、本発明品(実施例１〜４)及び比較品(比較例１〜６)を得た。これら成形品を表２に示す試験条件の下、摺動試験を実施した。この試験結果を表３に示す。
【００１３】
【表１】

【００１４】
【表２】

【００１５】
【表３】

【００１６】
表面状態：○ 相手材に若干損傷はあるが摺動面の状態は良好
△ 相手材に損傷があり摺動面の状態は劣る
× 摺動面の状態は劣る
【００１７】
[結果]
ＰＡＮ系炭素繊維を単独で含む場合(比較例１〜３)、摺動相手材が軟質材である場合には比較的摩耗量が少なかったが（▲１▼ＡＣ７Ａ(表面処理なし)に対して２２〜２９μm）、硬質材である▲３▼ＦＣ２５(表面処理なし)に対しては、発明品よりも２倍以上摩耗量が多かった（実施例１〜４；２１〜２４μm、比較例１〜３；４６〜５５μm）。またピッチ系炭素繊維を単独で含む場合（比較例４〜６）は、摺動相手材が軟質材である▲１▼ＡＣ７Ａ(表面処理なし)では、発明品よりも２倍〜３倍以上も摩耗量が多かった（実施例１〜４；２０〜２６μm、比較例４〜６；４８〜７３μm）。これに対してＰＡＮ系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維を複合した材料(実施例１〜４)は相手材が如何なる材質であろうとも安定した耐摩耗性（▲１▼〜▲３▼に対して２１〜２６μm）を示した。
【００１８】
さらにＰＡＮ系炭素繊維とピッチ系炭素繊維併用による相乗効果について詳述する。すなわち、ＰＡＮ系炭素繊維とピッチ系炭素繊維とをほぼ同量（合計量１５重量％）使用した実施例３と、ＰＡＮ系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維をそれぞれ単独で１５重量％使用した比較例２及び比較例５との比較から、以下の点が観察される。比較例２のＰＡＮ系炭素繊維単独の場合には、軟質相手材に対しては耐摩耗性は充分であるが(相手材▲１▼摩耗量:22μm)、硬質相手材に対する耐摩耗性は劣る(相手材▲３▼摩耗量:46μm)結果であった。一方、比較例５のピッチ系炭素繊維単独の場合には、硬質相手材に対する耐摩耗性は充分であるが(相手材▲３▼摩耗量:21μm)、軟質相手材に対する耐摩耗性は劣る(相手材▲１▼摩耗量:53μm)結果であった。従って、合計量が単独である場合と同量となるようにＰＡＮ系炭素繊維とピッチ系炭素繊維とを併用した場合、軟質相手材又は硬質相手材に対する耐摩耗性はそれぞれ単独である場合の両者の中間程度であることが予想される。しかし、実施例３の結果から明らかなように軟質相手材及び硬質相手材に対する耐摩耗性はそれぞれを単独で用いた場合とほぼ同等の高い値を示している(相手材▲１▼摩耗量:23μm、相手材▲３▼摩耗量:24μm)。以上のように、ＰＡＮ系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維の併用が、両者を単に足しあわせた効果ではなく、相乗効果を示すことが明らかである。
本実施例で使用した相手材は一例であるが、他の材質の相手材を使用しても耐摩耗性は損なわれないことは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のＰＡＮ系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維を併用したチップシール材料は、軟質材から硬質材まで硬度・材質に依らず安定した耐摩耗性を有し、また高荷重下でも安定した耐摩耗性を有する。また比較的安価なピッチ系炭素繊維の併用により低コスト化が可能である。以上のように、本発明により、スクロール型コンプレッサーの高い圧縮率、長寿命、低コストの要求に応じる事が可能なチップシール材料を提供する事ができる。

Claims (1)

1. ＰＡＮ系炭素繊維１〜２０重量％及びピッチ系炭素繊維１〜２０重量％、低分子量ポリテトラフルオロエチレン樹脂１〜１５重量％、並びに残部がポリフェニレンサルファイド樹脂からなり、かつ前記ＰＡＮ系炭素繊維及び前記ピッチ系炭素繊維の引張弾性率がそれぞれ１×１０⁴以上３９×１０⁴ＭＰａ以下である、スクロール型コンプレッサー用シール材料。