JP4940519B2

JP4940519B2 - ゴムシール部品

Info

Publication number: JP4940519B2
Application number: JP2001259476A
Authority: JP
Inventors: 敏弘東良; 賢治三国
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-08-29
Also published as: JP2003064223A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴムシール部品に関する。更に詳しくは、非粘着性と低摩擦性とにすぐれたゴムシール部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴムシール部品、例えばO−リング、パッキン、Vパッキン、オイルシール、ガスケット、角リング、Dリング、ダイアフラム、各種バルブ等は、流体もしくは気体の漏洩防止等に広く用いられている。
【０００３】
一般にゴムシール部品は仮置きや運搬または包装のために重ね合わせたりすると互いに粘着しやすいため、組み付け時の作業性がよくないという性質がある。また、ゴムシール部品を装置に組み込む際には相手装着面に粘着したり、あるいは、装置に装着する場合に被装着面との摩擦抵抗が大きく装着しにくいという欠点がある。特にその粘着性のために、オートメーション化に伴う、パーツフィーダーなどによる自動搬送あるいは自動装着が困難になったりするという問題がある。
【０００４】
さらに、ゴムシール部品を装着したときの相手シール面への粘着が大きいと、シール部品と相手シール面との摺動抵抗が大きくなり、これが原因で、装置作動時にシール個所で振動やスリップ音が発生しやすくなるという欠点がある。
【０００５】
また、ゴムシール部品を装着した後長時間使用すると、ゴムシール部品が相手シール材である金属、樹脂、ガラス等に粘着し、機器の作動不具合を起こす懸念もあり、また、シール部品の定期的な交換に際しては、相手シール面への粘着のために交換の作業に時間がとられる場合もある。
【０００６】
このようなシール部品の組み付けあるいは分解作業性の困難さ、組み付けた後のシール作動の不安定さや作動抵抗が大きいこと、異音あるいは振動の発生などを解消するために、ゴムシール部品の表面に油やグリース等の潤滑剤を塗布する方法が取られている。
【０００７】
特開昭58−198549号公報や特開平6−100731号公報には、ゴム成形品同士の粘着防止や相手接触材との低摺動抵抗化、低摩擦化、さらにはゴム成形品を組み込んだ装置の作動時の振動あるいは異音の発生の防止のために、脂肪族のカルボン酸アミドをゴムに配合することが記載されている。
【０００８】
しかし、ゴムシール部品においては、ゴムを圧縮して変形することにより液体や気体をシールする機構上、相手シール面の材質である金属や樹脂などへの粘着や摺動抵抗が大きく、シール性を維持しながら粘着性を軽減するには、上記公報に記載の粘着防止の方法すなわち脂肪族のカルボン酸アミドをゴムに配合するのみでは、ゴムシール部品の粘着防止、低摺動化、低摩擦化がまだ不十分である。
【０００９】
特開平8−48966号公報には、ワックスをゴムに配合し加硫成形した後、さらに恒温槽で熱処理(二次加硫)することにより配合されたワックスをゴム成形品の表層に析出させ、ゴムパッキン同士の粘着を防止し、かつパーツフィーダー等による自動搬送を容易にする効果があると記載されている。
【００１０】
この方法は、前述のカルボン酸アミドを配合する方法に比べると、ゴムシール部品を装置に組み込むまでの非粘着特性は維持できるが、装置に組み込む際の組み込み抵抗の低減、組み込み後の非粘着特性の維持、低摺動化や低摩擦化の点でまだ不十分であった。
【００１１】
また、特開平8−86359号公報には、脂肪族のカルボン酸アミドをゴムに配合し、かつゴム表面粗度を8μm以上にすることにより、ゴムシール部品の装置への組み込み時のシール部品挿入抵抗を下げる効果があると記載されている。しかし、この場合においても、装置組み込み後の相手被シール材との粘着が大きくは解消されず、低摺動化、低摩擦力化が不十分であり、より優れた粘着防止特性がゴムシール部品に望まれていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ゴムシール部品間の粘着防止と併せ、ゴムシール部品が装着される相手シール面に対する非粘着性および相手シール面との低摩擦性に優れたゴムシール部品を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる本発明の目的は、(a)結合アクリロニトリル量が15〜50%、ムーニー粘度ML _{1 ＋ 4} （100℃）が25〜90のアクリロニトリル−ブタジエンゴム100重量部、(b)平均径が1〜50μmでアスペクト比が3以上の充填剤10〜100重量部、(c)脂肪族または芳香族のカルボン酸アミド0.5〜10重量部および(d)粘度(40℃)が30〜400cStのパラフィンオイル0.5〜50重量部を含む組成物から加硫成形されたゴムシール部品によって達成される。
【００１４】
特に、上記加硫成形品の表面に1〜30μmの深さで凹凸面を形成させることによって、さらに優れた部品相互の非粘着性および相手シール面との低摩擦化および低粘着性化が達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるアクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)としては、結合アクリロニトリル量が15〜50%、好ましくは25〜45%で、ムーニー粘度ML_1＋4（100℃）が25〜90、好ましくは35〜80のものが用いられる。
【００１６】
ＮＢＲに配合される充填剤としては、平均径1〜50μm、好ましくは５〜30μmでかつアスペクト比3以上のものが用いられる。充填剤の形状としては、偏平状充填剤、板状充填剤、針状（繊維状）充填剤がある。ここで充填剤の平均径とは、レーザー光散乱法で測定される充填剤のFeret径(任意に決めた一定の方向に2本の平行線で、粒子両端をはさんだ間隔)の粒度分布から求めた加算平均値である。偏平状充填剤もしくは板状充填剤のアスペクト比は、(粒子面積)^1/2÷(厚さ)から求められる。また、針状（繊維状）充填剤のアスペクト比は、長さ÷粒子径から求められる。
【００１７】
平均径が1μm未満では、加硫ゴムの硬度が高くなり、また、成形された加硫ゴム表面の凹凸が小さく、非粘着性化の効果が大きく得られない。また、逆に30μmを越えると、加硫ゴムの物性の低下や加硫ゴム表面からの充填剤の脱落が見られる。一方アスペクト比が3未満では、加硫ゴム表面の凹凸が小さいものしか得られず、非粘着性が十分に得られない。
【００１８】
偏平状充填剤もしくは板状充填剤としては、炭酸カルシウム、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウム、タルク、マイカ、セリサイト、ガラスフレーク、各種金属箔、黒鉛、板状酸化鉄、板状炭酸カルシウム、板状水酸化アルミニウムなどが用いられる。また、針状（繊維状）充填剤としては、チタン酸カリウム、ウオラスナイト、ゾノトライト、ホスフェートファイバー、石膏繊維、ドーソナイト、アルミニウムボレート、アスベスト、針状水酸化マグネシウム、針状炭酸カルシウム、針状珪酸アルミニウム、針状珪酸マグネシウム、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、アルミナ繊維、金属繊維などが用いられる。
【００１９】
これらの充填剤は、NBR100重量部当り10〜100重量部、好ましくは20〜50重量部を含有させることにより、ゴム表面の微少な凹凸の形成や充填剤の加硫ゴム表面への露出を行わせることができ、ゴムシール部品に非粘着性や低摩擦特性を付与させることができる。使用する充填剤が10重量部未満では、加硫ゴム表面の凸凹が小さく、十分な非粘着特性が得られない。また、100重量部を越えると、ゴム組成物の混練、成形が困難になったり、加硫したゴムの硬度が著しく増大する。
【００２０】
本発明で用いられる脂肪族または芳香族のカルボン酸アミドとしては、ステアリン酸アミド、ラウリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、ステアリルステアリン酸アミド、メチロールステアリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、キシリレンビスステアリン酸アミド、N,N-ジステアリルイソフタル酸アミドなどがあげられる。
【００２１】
これらのカルボン酸アミドは、NBR100重量部当り0.5〜10重量部、好ましくは1〜5重量部含有させることにより、ゴム成形後にこれらアミド類がゴム表面に析出してゴム表面を覆うため、ゴム成形品に非粘着、低摩擦特性を付与することができる。カルボン酸アミドの配合量が0.5重量部未満では、ゴム表面への析出が少なくなり、非粘着、低摩擦特性が得られない。カルボン酸アミドの配合量が10重量部を越えると、ゴム組成物の混練が困難になったり、加硫成形時の金型への汚染がひどくなったり、加硫ゴムの物性が低下し、またカルボン酸アミドのゴム表面への析出量が増えてシール性が低下し、シール部品として使用できなくなる。
【００２２】
本発明に用いられるパラフィンオイルには、ガードナー型泡粘度計で測定される粘度(40℃)が30〜400cStのものが用いられ、一般に石油系パラフィンオイルが使用される。パラフィンオイルの粘度(40℃)が30cSt未満では、ゴムとの相溶性がよいために、加硫ゴム表面にオイルが析出する量が少なくなり、非粘着、低摩擦特性が十分に得られない。一方パラフィンオイルの粘度(40℃)が400cStを越えると、ゴム表面に析出したパラフィンオイルによるベタツキが高くなり、非粘着特性が得られない。
【００２３】
パラフィンオイルは、NBR100重量部当り0.5〜50重量部、好ましくは1〜20重量部を含有させることにより、成形後のゴム表面がパラフィンオイルに覆われるため、ゴムシール部品に非粘着、低摩擦特性を付与させることができる。
【００２４】
パラフィンオイル配合量が0.5重量部未満では、ゴム表面に析出するオイル量が少なくなり、成形ゴムの非粘着、低摩擦特性が得られない。パラフィンオイル配合量が50重量部を越えると、混練が困難になったり、加硫成形時の金型への汚染が多くなったり、加硫ゴムの物性が低下し、またゴム表面のオイル析出量が増えて加硫ゴムのベタツキが多くなり、シール部品として、使用できなくなる。
【００２５】
ゴム組成物の調製は、インターミックス、ニーダー、バンバリーミキサーなどの混練機またはオープンロールなどを用いて混練することにより行われる。また、加硫成形は射出成形機、圧縮成形機、加硫プレスなどを用いて、一般には150〜200℃で3〜50分間程度加熱成形することによって行われ、さらに必要に応じて、好ましくは80〜150℃程度で1〜24時間程度加熱する二次加硫が行われる。
【００２６】
二次加硫をすることにより、短時間でカルボン酸アミド、パラフィンオイルを成形ゴム表面に析出させることができる。また、二次加硫をしなくとも、室温で長時間放置すれば、同様に成形ゴム表面に配合したカルボン酸アミド類あるいはパラフィンオイル等が加硫成形ゴムの表面に析出してくる。
【００２７】
特に、ゴム成形品の表面に1〜30μm、好ましくは3〜10μmの凹凸を形成させることにより、さらに優れた非粘着、低摩擦特性を付与させることができる。加硫成形品表面の凹凸の範囲が1μmより大きいと、非粘着、低摩擦特性がより効果的になり、凹凸の範囲が30μmより大きいと、シール性能が低下し、条件によってはシール部品として使用できなくなる場合がある。ここで、凹凸の深さとはJIS B0601に準じた10点平均粗さRzで定義されるものである。
【００２８】
加硫ゴム表面に凹凸をつける方法としては、加硫成形後のゴム表面をサンドプラストで荒らす方法、サンドペーパー等でこすって荒らす方法、あるいは、加硫成形する際に、凹凸処理を施した圧縮成形型を用いることによってゴム表面に成形型の凹凸を転写する方法等がとられる。凹凸処理した圧縮成形型で圧縮成形して加硫ゴム表面に凹凸を転写する方法は、凹凸処理のコスト低減や生産性の向上の面で好ましい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係るゴムシール部品は、特定の形状を持つ充填剤が成形ゴム表面に凹凸を与える共に、ゴム中に存在するカルボン酸アミド系ワックスとパラフィンオイルがゴム表層に析出してゴム表面を覆うので、ゴム成形品の粘着防止作用が有効に働き、ゴムシール部品同士の粘着防止、シール部品の金属・樹脂・ガラス等に対する粘着性の低減できるため、シール部品の装着および分解作業性の向上、シール部品を装着した装置の作動時の作動抵抗の低減、装置の作動時にシール部位から発生するスリップ音やこすれ音の低減などを達成させる。
【００３０】
【実施例】
次に、実施例について本発明を説明する。
【００３１】
実施例１

【００３２】
以上の各成分をニーダーおよびオープンロールにて混練し、1μmの深さの凹凸処理を行った成形型を用い、170℃、10分間のプレス加硫を行った後、120℃、10時間のオーブン加硫(二次加硫)を行った。
【００３３】
実施例2
実施例1において、加硫成形時に5μmの深さの凹凸処理を行った成形型が用いられた。
【００３４】
実施例3
実施例1において、加硫成形時に30μmの深さの凹凸処理を行った成形型が用いられた。
【００３５】
実施例4
実施例1において、珪酸カルシウムの代わりにカーボン繊維(平均径15μm、平均長130μm；アスペクト比8.7)20重量部が用いられた。
【００３６】
実施例5
実施例1において、パラフィンオイルとして40℃の粘度が30cStのものが50重量部用いられ、またHAFカーボンブラック量が65重量部に変更された。
【００３７】
実施例6
実施例１において、パラフィンオイルとして40℃の粘度が390cStのものが10重量部用いられ、またMTカーボンブラック量が20重量部に変更された。
【００３８】
実施例7
実施例1において、脂肪族のカルボン酸アミドの代わりに芳香族のカルボン酸アミドであるN,N―ジステアリルイソフタル酸アミド(融点129℃)が1重量部が用いられた。
【００３９】
比較例1
実施例１において、パラフィンオイルおよび珪酸カルシウムを用いず、また、MTカ−ボンブラックが20重量部に変更された。
【００４０】
比較例2
実施例１において、珪酸カルシウムの代わりに粒状(球状)炭酸カルシウム(平均径0.1μm)20重量部が用いられ、またHAFカーボングラック量が35重量部に変更された。
【００４１】
比較例3
実施例1において、脂肪族のカルボン酸アミドの代わりにパラフィンワックス(融点60℃)1重量部が用いられた。
【００４２】
比較例4
実施例1において、パラフィンオイルが用いられなかった。
【００４３】
比較例5
実施例１において、パラフィンオイルとして、40℃の粘度が20cStのものが2重量部用いられた。
【００４４】
比較例6
実施例1において、パラフィンオイルとして、40℃の粘度が440cStのものが2重量部用いられた。
【００４５】
比較例7
実施例1において、加硫成形時に50μmの表面凹凸処理を行った成形型が用いられた。
【００４６】
比較例8
実施例1において、エチレンビスラウリン酸アミドが15重量部に変更された。
【００４７】
以上の各実施例および比較例で得られた硬度60〜70度（JIS A）の加硫成形物について、次の4項目の測定を行って、テスト結果を後記表に示した。表の数値はそれぞれ3ヶの試験結果の平均値である。
【００４８】
（1）動摩擦係数の測定
成形ゴムシートをASTM D1894に準じ、（株）新東科学製表面性試験機を用い、表面の動摩擦係数を25℃で測定した。
試験条件: 相手材:直径10mmクロム鋼球の摩擦子、移動速度:50mm/分、荷重:50g
（2）金属との粘着試験
高さ6mm、直径28mmの円柱形状の成形ゴムと外径22.5mm、内径22.2mm、高さ10mmの形状のアルミニウム(シール幅0.3mm)を荷重200g、80℃、168時間の条件で、接触させその後室温で粘着力を測定した。
（3）エアーリーク試験1
高さ6mm、直径28mmの円柱形状の成形ゴムと外径22.5mm、内径22.2mm、高さ10mmの円筒形状のアルミニウム(シール幅0.3mm)を室温で、荷重200gで均一に押し付け、1000mmH₂Oのエアーでアルミニウム円筒内部を加圧し、1分間の圧力降下から単位時間当たりのエアー漏れ量を換算し、シール性評価を行った。
（4）エアーリーク試験2
高さ6mm、直径28mmの円柱形状の成形ゴムを、80℃、168時間の条件で、アルミニウムと接触させないで加熱処理をして、室温で（3）と同様な試験を行った。８０℃、168時間の加熱処理後、ゴム表面に脂肪酸アミド、ワックス等の析出が多いと、シール性は悪化する。
【００４９】

【００５０】
表からわかるように、実施例1〜7の各例は（1）動摩擦係数、（2）金属（アルミニウム）と接触させたまま、80℃、168時間加熱した後の粘着力（相手金属材から剥がれる際の力）、（3）成形後のゴムを相手材（アルミニウム）と接触させ、初期シール性の尺度を示すリーク試験1のエアー漏れ量1、および、（4）成形後のゴムを、80℃、168時間加熱した後、相手材（アルミニウム）と接触させない場合のシール性の尺度を示すリーク試験2のエアー漏れ量2のそれぞれの値は、よい結果を示している。
【００５１】
すなわち、実施例1〜7は、動摩擦係数が0.2〜0.5と小さく、相手材と接触した状態で加熱した後の粘着力は1〜9gと小さな値を示している。シール部品としての初期シール性能を示すエアー漏れ量1は3〜15cc/時間と小さな値であり、また、80℃、168時間の加熱履歴を経たシール部品のシール性能を示すエアー漏れ量2は5〜20cc/時間と小さい。
【００５２】
これに対し、比較例1〜6については、動摩擦係数および初期エアー漏れ量1はそれぞれ0.5〜1.5および2〜3と低く、加熱後のエアー漏れ量2については比較例3を除いては5〜10cc/時間と低い値であった。しかし金属と接触した状態で加熱した後の金属への粘着力は25〜40gと大きな値を示した。
【００５３】
また、比較例7〜8については、動摩擦係数、金属との粘着力が小さく良好ではあるが、初期の相手金属とのシール性能の尺度であるエアー漏れ量1は比較例7で70cc/時間と大きく、さらに、80℃、168時間の加熱履歴を経たシール部品のシール性能を示すエアー漏れ量2は比較例7で80cc/時間、比較例8で50cc/時間と大きい値であった。

Claims

(a)結合アクリロニトリル量が15〜50%、ムーニー粘度ML _{1 ＋ 4} （100℃）が25〜90のアクリロニトリル−ブタジエンゴム100重量部、(b)平均径が1〜50μmでアスペクト比が3以上の充填剤10〜100重量部、(c)脂肪族または芳香族のカルボン酸アミド0.5〜10重量部および(d)粘度(40℃)が30〜400cStのパラフィンオイル0.5〜50重量部を含む組成物から加硫成形され、加硫ゴム表面に1〜30μmの深さで凹凸面が形成されたゴムシール部品。