JP5205632B2

JP5205632B2 - リップ型シール

Info

Publication number: JP5205632B2
Application number: JP2009502509A
Authority: JP
Inventors: 崇行加藤; 修小林; 拓也山中
Original assignee: Toyota Industries Corp; Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-02-20
Also published as: WO2008108175A1; JPWO2008108175A1

Description

本発明は、リップ型シールに関し、さらに詳しくは、ガス遮蔽性、耐摩耗性、耐フロン発泡性に優れるゴム組成物を成形してなるリップ型シールに関する。

Ｒ１３４ａなどのフロンを冷媒として用いた冷凍回路におけるコンプレッサー等の機器や配管の接続部に対しては、冷媒漏れ防止用のシールが多数使用されている。このシールに用いられる材料としては、耐油性や圧縮永久歪み率の観点から、ＮＢＲ系あるいはＨＮＢＲ系材料などが一般に用いられている。

たとえば、特許文献１および特許文献２では、水素化ニトリルゴムに、特定量のカーボンブラック、ホワイトカーボンおよび有機過酸化物を添加してなるゴム組成物が開示され、耐油性や耐フロン発泡性が良好であるゴム材料を得ている。

一方、冷凍回路におけるコンプレッサー等の回転軸等の摺動部に用いられるリップシール等のシール材には、上記の特性はもちろんのこと、高いレベルでの耐摩耗性や冷媒ガスの遮蔽性がさらに求められる。

特開２００４−２１７８１１号公報特許第３３１４４９２号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、圧縮永久歪み率や耐フロン発泡性を良好に維持しつつ、さらにガス遮蔽性、耐摩耗性に優れるゴム組成物を成形してなるリップ型シールを提供することである。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、結合アクリロニトリル量およびヨウ素価を特定の範囲とした水素化ニトリルゴムと、粒子径（ＡＳＴＭＤ１７６５−９４ａ準拠）を特定の範囲としたカーボンブラックと、窒素吸着法による比表面積値を特定の範囲としたホワイトカーボンと、を用い、さらに、これらを特定の限定された重量比の範囲で配合することにより、圧縮永久歪み率、耐フロン発泡性、ガス遮蔽性および耐摩耗性のすべてに優れるゴム材料が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のリップ型シールに用いられるゴム組成物は、結合アクリロニトリル量が４０〜４８重量％、ヨウ素価が１０％よりも大きい水素化ニトリルゴムと、粒子径（ＡＳＴＭＤ１７６５−９４ａ準拠）が６０〜１００ｎｍであるカーボンブラックと、窒素吸着法による比表面積値が５５ｍ^２／ｇ以下であるホワイトカーボンと、架橋剤と、を有するゴム組成物であって、
前記水素化ニトリルゴム１００重量部に対して、前記カーボンブラックが１５〜２５重量部、前記ホワイトカーボンが４５〜５５重量部含有される。

以下、上記のゴム組成物に含有される各成分について説明する。

水素化ニトリルゴム
本発明のリップ型シールに用いられるゴム組成物において、水素化ニトリルゴムとしては、アクリロニトリルとブタジエンとの共重合ゴムであるＮＢＲの主鎖中に含まれるブタジエンユニットの二重結合を水素化することにより得られるもの（ＨＮＢＲ）が好適である。しかしながら、水素化ニトリルゴムとしては、ＨＮＢＲに限定されるものではなく、ブタジエンの一部または全部をイソプレンに置換したもの（ＮＢＩＲ，ＮＩＲ）を水素化したもの等であってもよい。

また、水素化ニトリルゴムの結合アクリロニトリル量が４０〜４８重量％、好ましくは、４３〜４５重量％である。結合アクリロニトリル量が少なすぎると、ガス遮蔽性が悪化し、多すぎると、水素化ニトリルゴムのガラス転移温度が高くなるためシールとしての耐寒性が悪化し、実用に耐えない。

さらに、ヨウ素価が１０％超、好ましくは、１２〜３０％である。ヨウ素価が小さすぎると、圧縮永久歪み率が高くなり、リップ型シールのヘタリなどの不具合が生じる。一方、ヨウ素価が大きすぎると、耐熱性が低下し、たとえば高温下での摩耗量が大きくなる。また、ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４、１００℃）は、特に限定されないが、好ましくは、５５〜１００である。

結合アクリロニトリル量とヨウ素価とが上記の範囲内のものであれば、所望の特性に応じて、水素化ニトリルゴムを選択することができ、具体的には、日本ゼオン（株）製のＺｅｔｐｏｌシリーズのものを用いることができる。

カーボンブラック
本発明のリップ型シールに用いられるゴム組成物において、カーボンブラックの含有量は、水素化ニトリルゴム１００重量部に対して、１５〜２５重量部、好ましくは１８〜２３重量部である。カーボンブラックの含有量が多すぎても、少なすぎても、耐フロン発泡性が悪化する傾向にある。

また、カーボンブラックの粒子径が小さすぎると、補強性が高くなりすぎ、シールとしての適正な硬度を得るための充填性が低下してしまい、ガス遮蔽性が悪化する。一方、カーボンブラックの粒子径が大きすぎると、耐摩耗性が悪化する。

ホワイトカーボン
本発明のリップ型シールに用いられるゴム組成物において、ホワイトカーボンとしては、シリカが好ましく、窒素吸着法による比表面積値が５５ｍ^２／ｇ以下、好ましくは４０〜５５ｍ^２／ｇである。その製造方法は特に限定されず、乾式法、湿式法のどちらにより製造されるものであってもよい。比表面積値が大きすぎると、補強性が高くなりすぎ、シールとしての適正な硬度を得るための充填性が低下してしまい、ガス遮蔽性が悪化する。一方、比表面積値が小さすぎると、耐摩耗性が悪化する。

また、ホワイトカーボンの含有量は、水素化ニトリルゴム１００重量部に対して、４５〜５５重量部、好ましくは４８〜５４重量部である。ホワイトカーボンの含有量が多すぎても、少なすぎても、耐フロン発泡性が悪化する傾向にある。

架橋剤
本発明のリップ型シールに用いられるゴム組成物において、水素化ニトリルゴムの架橋剤としては、有機過酸化物が好ましく、水素化ニトリルゴム１００重量部に対して、好ましくは約１〜１０重量部含有される。

具体的な有機過酸化物としては、ジクミルパーオキサイド、ジ第３ブチルパーオキサイド、第３ブチルクミルパーオキサイド、１，１−ジ（第３ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（第３ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（第３ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、１，３−ジ（第３ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、第３ブチルパーオキシベンゾエート、第３ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ｎ−ブチル−４，４−ジ（第３ブチルパーオキシ）バレレートなどが挙げられる。

その他の添加剤
本発明のリップ型シールに用いられるゴム組成物は、その他必要に応じて架橋促進剤、補強剤、加工助剤、光安定剤、可塑剤、滑剤、粘着剤、潤滑剤、難燃剤、防黴剤、帯電防止剤、着色剤、充填剤などの添加剤を含有してもよい。

上記のゴム組成物を調製する方法としては、ニーダー混合、ロール混合、バンバリー混合、スクリュー混合などの適宜の混合方法が採用できる。配合順序は特に限定されないが、熱で反応や分解しにくい成分を充分に混合した後、熱で反応しやすい成分あるいは分解しやすい成分、たとえば架橋剤、架橋促進剤などを、反応や分解が起こらない温度で短時間で混合すればよい。

混合後、押出成形、射出成形、トランスファー成形、圧縮成形などの成形法により、約１５０〜２００℃で約３〜６０分間加熱し（一次架橋）、さらに必要により、約１２０〜２００℃で約１〜２４時間加熱し（二次架橋）、所望の製品形状とした成形物を得ることができる。

上述のゴム組成物は、圧縮永久歪み性、耐油性、耐フロン発泡性などの特性を良好に維持しつつ、優れた耐摩耗性および高いガス遮蔽性を有している。したがって、エアコンディショナーや冷蔵・冷凍庫等の冷凍システムにおいて、Ｏリング、ガスケット、オイルシール、ベアリングシール等のシール材等として好適に使用される。

中でも、上述のゴム組成物を成形してなる本発明のリップ型シールは、上記の特性を活かして、冷凍回路におけるシール材として好適に用いることができ、特に、コンプレッサー等の回転軸のリップ型シールとして用いた場合に、優れた耐摩耗性、かつ、Ｒ１３４ａ等に対する良好なガス遮蔽性を実現することができる。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

実施例１
水素化ニトリルゴムとして日本ゼオン（株）製Ｚｅｔｐｏｌ１０２０：１００重量部、カーボンブラックとして新日鐵化学（株）製ニテロン＃７５：２３重量部、ホワイトカーボンとして東ソー・シリカ（株）製ニップシールＳＳ−７０：４８重量部、正同化学工業（株）製１種亜鉛華：５重量部、三菱レイヨン（株）製アクリエステルＴＭＰ：３重量部、大内新興化学（株）製ノクラックＭＢ（老化防止剤）：３重量部、架橋剤として日本油脂（株）製パーブチルＰ：５重量部を配合したものを、３Ｌニーダーおよびオープンロールにて混練した。この混練物を、１７０℃、１０分の条件で一次加硫し、さらに１６０℃、３時間の条件で二次加硫し、厚さ２ｍｍのシート状ゴム組成物と、線径３．５ｍｍのＯリングと、リップシールとを得た。

なお、Ｚｅｔｐｏｌ１０２０の結合アクリロニトリル量およびヨウ素価は、本発明の範囲内であり、ニテロン＃７５の粒子径（ＡＳＴＭＤ１７６５−９４ａ準拠）も本発明の範囲内であり、ニップシールＳＳ−７０の窒素吸着法による比表面積値も本発明の範囲内であることが確認されている。

得られたゴム材料を用いて、硬度、圧縮永久歪み性、耐フロン発泡性、ガス遮蔽性および耐摩耗性を以下のようにして評価した。結果を表１に示す。

硬度
得られた厚さ２ｍｍのシートを用いて、常温で、硬度を測定した。硬度は、ＪＩＳＫ６２５３（デュロメータタイプＡ）の硬さ試験に従って測定した。

圧縮永久歪み性
ＪＩＳＫ６２６２に従い、得られたＯリングを、２５％圧縮させた状態で、１７５℃の環境下に７０時間静置させた後、圧縮を解放して圧縮永久歪み率を測定した。圧縮永久歪み率は、数値が小さいほど変形しにくい材料となり優れる。

耐フロン発泡性
得られたＯリングをＲ１３４ａ中に、２５℃、２４時間の条件で、浸漬させた。その後、１５０℃のオーブンで１時間加熱後のブリスターの発生の有無を目視にて観察した。ブリスターが発生しない試料は、耐フロン発泡性が良好である。なお、表１においては、ブリスターが発生しない試料を「無」とし、ブリスターが発生した試料を「有」とした。

Ｒ１３４ａガス遮蔽性
得られたリップシールを用いて、ガス温度：５０℃、ガス圧力：１．３２ＭＰａの条件下で、静止時におけるＲ１３４ａガスの漏れ量を測定した。ガス漏れ量が少ない試料ほどガス遮蔽性に優れる。

耐摩耗性
得られたリップシールを用いて、軸回転数：４５００ｒｐｍ、ガス温度：１５０℃、ガス圧力：０．６９ＭＰａ、試験時間：７００時間の条件下で、回転試験を行い、リップシールの摩耗量を測定した。摩耗量が少ない試料ほど耐摩耗性に優れる。

実施例２
ニテロン＃７５の配合量を１８重量部、かつ、ニップシールＳＳ−７０の配合量を５４重量部とした以外は、実施例１と同様にして、ゴム組成物を調製・成形し、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。

比較例１〜４
Ｚｅｔｐｏｌ１０２０の代わりに、Ｚｅｔｐｏｌ１０００Ｌ（比較例１）、Ｚｅｔｐｏｌ２０００（比較例２）、Ｚｅｔｐｏｌ００２０（比較例３）、Ｚｅｔｐｏｌ１０１０（比較例４）を用いた以外は、実施例１と同様にして、ゴム組成物を調製・成形し、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。
なお、Ｚｅｔｐｏｌ１０００Ｌ（比較例１）は、ヨウ素価が本発明の範囲よりも小さく、Ｚｅｔｐｏｌ２０００（比較例２）は、結合アクリロニトリル量およびヨウ素価が本発明の範囲よりも小さく、Ｚｅｔｐｏｌ００２０（比較例３）は、結合アクリロニトリル量が本発明の範囲よりも多く、Ｚｅｔｐｏｌ１０１０（比較例４）は、ヨウ素価が本発明の範囲よりも小さい。

比較例５、６
ニテロン＃７５の代わりに、ニテロン＃１０を用い、その配合量を１８重量部（比較例５）、２３重量部（比較例６）とした以外は、実施例１と同様にして、ゴム組成物を調製・成形し、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。
なお、ニテロン＃１０の粒子径（ＡＳＴＭＤ１７６５−９４ａ準拠）は本発明の範囲よりも小さい。

比較例７、８
ニテロン＃７５の代わりに、ＭＴＮ９９０を用い、その配合量を７０重量部（比較例７）、２３重量部（比較例８）とした以外は、実施例１と同様にして、ゴム組成物を調製・成形し、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。
なお、ＭＴＮ９９０の粒子径（ＡＳＴＭＤ１７６５−９４ａ準拠）は本発明の範囲よりも大きい。

比較例９
ニップシールＳＳ−７０の代わりに、ニップシール３０Ｐを用い、配合量を３５重量部とした以外は、実施例１と同様にして、ゴム組成物を調製・成形し、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。
なお、ニップシール３０Ｐの比表面積値は、本発明の範囲よりも大きい。

比較例１０、１１
ニテロン＃７５の配合量を１３重量部（比較例１０）、３５重量部（比較例１１）とし、かつ、ニップシールＳＳ−７０の配合量を６０重量部（比較例１０）、３５重量部（比較例１１）とした以外は、実施例１と同様にして、ゴム組成物を調製・成形し、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。

評価
表１に示すように、結合アクリロニトリル量およびヨウ素価が本発明の範囲内である水素化ニトリルゴムと、粒子径が本発明の範囲内にあるカーボンブラックと、比表面積が本発明の範囲内にあるホワイトカーボンとを用いて、その配合比を本発明の範囲内とした実施例１および２のみが、圧縮永久歪み性および耐フロン発泡性を維持しつつ、ガス遮蔽性、耐摩耗性を良好とすることができる。

Claims

結合アクリロニトリル量が４０〜４８重量％、ヨウ素価が１２〜３０％である水素化ニトリルゴムと、粒子径（ＡＳＴＭＤ１７６５−９４ａ準拠）が６０〜１００ｎｍであるカーボンブラックと、窒素吸着法による比表面積値が４０〜５５ｍ ^２／ｇであるホワイトカーボンと、架橋剤と、を有するゴム組成物であって、
前記水素化ニトリルゴム１００重量部に対して、前記カーボンブラックが１５〜２５重量部、前記ホワイトカーボンが４５〜５５重量部含有されることを特徴とするゴム組成物を用い、これを成形することにより得られるリップ型シール。