JP4638397B2

JP4638397B2 - シール部材

Info

Publication number: JP4638397B2
Application number: JP2006218239A
Authority: JP
Inventors: 和夫廣瀬
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2016-06-19
Also published as: JP2006342972A

Description

この発明は、オイル、空気、不活性ガス、冷媒等の流体をシールするシールリングに用いられるバックアップリングに関する。

コンプレッサー等に用いられるオイル、空気、不活性ガス、冷媒等の流体をシールする方法としては、図１に示すように、シリンダ等の相手部材１とピストン２等の間に、相手部材１と接触するシールリング３を設け、そのシールリング３の内径面側にバックアップリング４を設けたシール部材が知られている。また、図２に示すように、シールリング３及びバックアップリング４に加え、バックアップリング４の内径面側に金属製のテンションリング５を設けたシール部材も知られている。

上記のシールリング３に用いられる材料としては、四フッ化エチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略する。）に、銅系又は鉄系の合金とカーボン繊維とを配合した樹脂組成物を用い、相手部材１への攻撃性及び自己摩耗性を抑制するものが知られている（特許文献１参照）。

また、上記のバックアップリング４に用いられる材料としては、一緒に用いられるシールリング３と同様の材料や、シールリング３と均一に接触するようにゴム系の材料を用いることが知られている。

特開昭５８−７２７７０号公報

しかし、上記樹脂組成物に用いられたシールリング３は、潤滑性、シール特性、及び耐摩耗性が充分改善されないため、高負荷条件で使用すると摩耗が大きくなり、長時間使用するとシール機能が低下する問題点を有している。

また、バックアップリング４にシールリング３と同様の材料を用いた場合、シールリング３の摩耗により発生する摩耗粉がシールリング３とバックアップリング４の間に入り込み、シールリング３と相手部材１との摺動により発生する熱や、上記シール部材にかかる圧力の影響で、上記摩耗粉が接着効果を示し、シールリング３とバックアップリング４とが固着する問題点を有している。

さらに、バックアップリング４にゴム系の材料を用いた場合は、シールリング３にかかる圧力が大きくなりすぎたとき、バックアップリング４が変形を生じたり、シールリング３の摩耗により発生する摩耗粉によりシールリング３とバックアップリング４とが固着する問題点を有している。

さらにまた、シールされる流体がオイルの場合、オイル劣化物がシールリング３とバックアップリング４との間に入り込み、これにより固着が生ずる問題点を有している。

上記のようにシールリング３とバックアップリング４とが固着すると、シールリング３が相手部材１を押す力が不均一となり、シールリング３と相手部材１とが均一に接触しない場合が生じる。このとき、シールもれが発生しやすくなり、シールリングとしての機能を果たさなくなってしまう。

そこで、この発明の課題は、シールリングとバックアップリングとの固着を生じないバックアップリングを提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明は、流体のシールに用いられるシールリングの内径面側に設けられるバックアップリングにおいて、上記パックアップリングに用いられる材料を、上記シールリングと異なる材料であり、かつ、フッ素樹脂を含有する材料とすることを特徴とする。

また、上記バックアップリング用材料として、フッ素樹脂１００重量％からなる材料を用いることができる。

さらに、上記フッ素樹脂として、四フッ化エチレン樹脂、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、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、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体から選ぶことができる。

上記バックアップリングに用いられる材料は、優れた非粘着性を有し、かつ、シールリングの材質と異なるので、シール部材として用いても、シールリングの摩耗粉やオイルの劣化物等によるシールリングとバックアップリングの固着を発生させることなく、シールリングとしての機能を維持させることができる。

この発明によれば、上記バックアップリングに用いられるバックアップ用材料は、優れた非粘着性を有し、かつ、シールリングの材質と異なるので、シール部材として用いても、シールリングの摩耗粉やオイルの劣化物等によるシールリングとバックアップリングの固着を発生させることなく、シールリングとしての機能を維持させることができる。

さらに、上記パックアップリング及びこれを用いたシール部材は、各種の分野で使用することができ、特に、オイル、空気、不活性ガス、冷媒等をシールする装置には最適である。

以下、この発明の実施形態を図面を参照して説明する。

この発明にかかるバックアップリングは、オイル、空気、不活性ガス、冷媒等の流体のシールに用いられるシールリングの内径面側に設けられるものである。また、この発明にかかるシール部材は、上記流体のシールに用いられるシールリングとこのシールリングの内径面側に設けられる上記バックアップリングとを組み合わせてなるものであり、図１に示すような、これら２つのリングからのみ構成されるものや、図２に示すような、上記バックアップリングの内径面側に、ＳＵＳや鉄−コバルト等の金属製や樹脂製のテンションリングを有する３つのリングからなるものがある。

また、上記バックアップリングは、流体から加わる圧力やテンションリングからの押しつける力をシールリングに均一にかかるようにするために使用し、シールリングのシール性を向上させることができる。

さらに、上記テンションリングを設けた場合は、上記シールリングをシリンダ等の相手部材に押しつける力を大きくすることができ、上記シールリングのシール性を向上させることができる。

上記３つのシールリングの断面形状は、特に限定されるものでないが、図１又は図２に示すように、断面が矩形で、上記シールリングの内径面にバックアップリングを配置し、必要に応じて、バックアップリングの内径面にテンションリングを配置するものは、各リングそれぞれの効果をより発揮することができる。

上記バックアップリングに用いられる材料は、上記シールリングの材料と異なる材料であり、かつ、フッ素樹脂を含有する材料からなる。上記シールリングの材料と異なる材料を用いるのは、上記シールリングの摩耗粉により上記シールリングと上記バックアップリングとが固着するのを防止するためである。

また、上記バックアップリング用樹脂組成物中のフッ素樹脂の例としては、四フッ化エチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略する。）、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（以下、ＰＦＡと略する。）、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（以下、ＦＥＰと略する。）、ポリクロロトリフルオロエチレン（以下、ＰＣＴＦＥと略する。）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥと略する。）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（以下、ＥＣＴＦＥと略する。）、ポリビニリデンフルオライド（以下、ＰＶＤＦと略する。）、ポリビニルフルオライド（以下、ＰＶＦと略する。）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（以下、ＥＰＥと略する。）等をあげることができる。

他のフルオロカーボン樹脂として、上記フルオロカーボン樹脂の各モノマーを１：１０〜１０：１の割合で重合し、２種類又は３種類以上の２元共重合体や３元共重合体等のフルオロカーボン樹脂としてもよい。

これらの中でも、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ等を用いることが、非粘着性の面からより好ましく、シールリングとしてＰＴＦＥ系のものを使用する場合は、ＰＦＡ、ＦＥＰが特に好ましい。

上記バックアップは、上記フッ素樹脂のみ、すなわち、上記バックアップ材料中のフッ素樹脂の含有量が１００重量％のものを用いることができる。また、必要に応じて、上記フッ素樹脂以外に、各種の充填材を添加することもできる。この場合、上記フッ素樹脂の非粘着性を妨げないように、上記バックアップ材に対して、フッ素樹脂９７〜７０重量％、上記充填材３〜３０重量％が好ましい。

上記バックアップの成形方法は、特に限定されているものではなく、例えば、上記樹組成物中のフッ素樹脂がＰＴＦＥの場合は、タンブラーミキサ、ヘンシェルミキサ等の混合機に上記バックアップ材中の各成分を乾式混合した後、圧縮成形して焼成する方法、加熱加圧して圧縮成形する方法等を採用することができ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ等については、射出成形、押出成形を行うことができる。

上記シールリングに用いられる材料は、熱可塑性樹脂に充填材を添加したシールリング用樹脂組成物である。上記熱可塑性樹脂としては、上記パックアップリングに用いられたＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ等の各種フッ素樹脂、芳香族ポリエーテルケトン樹脂、芳香族ポリエーテルエーテルケトン樹脂（以下、ＰＥＥＫと略する）、ポリフェニレンサルファイド樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。これらのなかでも、自己潤滑性、シール性、耐熱性、耐薬品性等の点からＰＴＦＥが好ましい。

上記ＰＴＦＥの中でも、重量平均分子量３００万〜１０００万の重合体は、融点３２７℃以上の温度での溶融粘度が高いので、成形に際して圧縮成形は可能であるが、通常の射出成形は不可能な樹脂である。このようなＰＴＦＥとしては、伊国モンテジソン社製：アルゴフロン、デュポン社製：テフロン、英国アイ・シー・アイ社製：フルオン、ダイキン工業社製：ポリフロンが挙げられる。

また、これら諸原料を混合して成形される上記シールリングや上記バックアップリング等のシール材の形状としては、組み込み性を重視して、ストレートカット、アングルカット、ステップカット、複合ステップカット等の切欠部をシールリングに設けてもよく、また、シール性を重視するのであれば、エンドレスリングにしてもよい。ストレートカットは、切欠部を設けるときに比較的容易で効率的であるため、生産性に優れる。一方、ステップカットや複合ステップカットは、シールの密封性に優れており、アングルカットはこれら２つの中間的な特性を持っている。

以下に、この発明にかかるバックアップリング及びシールリングについて具体例を示す。

（実施例１〜６、比較例１〜３）
リング成形下記に示す材料を、表１に記載の量に従って混合し、シールリング及びバックアップリングを成形した。それぞれのリングのサイズは、下記の通りである。

（１）シールリング。
１）ＰＴＦＥ三井デュポンフロロケミカル社製：テフロン７Ｊ。
２）炭素繊維（ＣＦと略する）東レ社製：ＭＬＤ３０。
３）銅−鉛共晶粉末（ＣＵ−Ｐｂと略する）福田金属箔粉工業社製：ＣＬ−Ａｔ−１００−ＫＪ４。
４）二硫化タングステン（ＷＳ２と略する）和光純薬社製。
５）ＰＥＥＫＩＣＩ社製：ビクトレックス１５０Ｐ。
（２）バックアップリング材料。
６）ＰＴＦＥ三井デュポンフロロケミカル社製：テフロン７Ｊ。
７）ＰＦＡ三井デュポンフロロケミカル社製：テフロンＰＦＡ３４０−Ｊ。
８）ＦＥＰ三井デュポンフロロケミカル社製：テフロンＦＥＰ１００−Ｊ。
９）ＥＴＦＥ旭硝子社製：アフロンＣＯＰＣ８８Ａ。
１０）ガラス繊維（Ｅガラス）旭ファイバーグラス社製：ミルトファイバーＭＦ０６ＭＢ１２０。
１１）グラファイトロンザ社製：グラファイトＫＳ−６。
（３）各リングのサイズ及び合い口形状。
・シールリング
サイズ：φ２３．４ｍｍ（外径）×２．０ｍｍ（肉厚）×３．０ｍｍ（幅）。
合い口形状：ステップカット。
・バックアップリング
サイズ：φ１９．４ｍｍ（外径）×１．０ｍｍ（肉厚）×３．０ｍｍ（幅）。
合い口形状：ストレートカット。

（シール部材の組立て）
上記のシールリング及びバックアップリングを図２に記載のように組み合わせ、シール部材を組み立てた。このとき、用いたテンションリングは、スレンレス鋼ＳＵＳ３０４からなる。

（テスト）
冷蔵庫に用いられるタンク容量５０００ｍｌのＲ２２冷媒のコンプレッサを用いて、上記シール部材を組み込み、回転数３２００ｒｐｍ、タンク内設定圧力１２ｋｇｆ／ｃｍ^２、冷凍機油なしの条件下で３００時間運転し、初期と３００時間経過後のタンク設定圧力までの到達時間を測定した。また、テスト後のリングの固着状態を調べた。その結果を表１に示す。なお、上記シール部材を組み込みこんだシリンダの内径は、φ２３．３６ｍｍである。

シール部材の使用形態の一例を示す断面図シール部材の使用形態の他の一例を示す断面図

符号の説明

１相手部材
２ピストン
３シールリング
４バックアップリング
５テンションリング

Claims

オイル、空気、不活性ガス、冷媒から選ばれる流体のシールに用いられるシールリングと、このシールリングの内径面側に設けられるバックアップリングからなり、上記シールリングは、シリンダとピストンの間に、上記シリンダと接触するように設けられた、コンプレッサーに用いられるシール部材において、
上記シールリングは、重量平均分子量３００万〜１０００万の四フッ化エチレン樹脂からなり、
上記バックアップリングは、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、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、及びテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体から選ばれるフッ素樹脂からなることを特徴とするコンプレッサー用シール部材。
上記バックアップリングが、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、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、及びテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体から選ばれるフッ素樹脂１００〜９５重量％、充填材０〜５重量％からなることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサー用シール部材。