JP5857417B2

JP5857417B2 - スクロール型冷媒圧縮機用チップシール

Info

Publication number: JP5857417B2
Application number: JP2011042772A
Authority: JP
Inventors: 慎哉菊谷; 水谷　和弘; 和弘水谷; 慶彦廣岡
Original assignee: Starlite Co Ltd
Current assignee: Starlite Co Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-02-28
Also published as: JP2012180410A

Description

本発明は、スクロール型冷媒圧縮機用チップシールに係わり、更に詳しくは潤滑油の存在下で使用されるスクロール型冷媒圧縮機用チップシールに関するものである。

従来のスクロール型冷媒圧縮機用樹脂製シール部材には、冷媒及び潤滑油（ポリアルキレングリコール：ＰＡＧ）に対する耐薬品性、耐熱性の観点から、主に、ポリテトラフルオロエチレンを母材とした材料（以下、ＰＴＦＥ系材料）若しくはポリフェニレンサルファイドを母材とした材料（以下、ＰＰＳ系材料）の２種類が使用されており、最終製品のスペックに応じて、使い分けられている（特許文献１，２，３参照）。

最近のスクロール型冷媒圧縮機は、軽量化のためスクロールにアルミ合金が使用され、更にスクロール同士の同材摺動を避けることを主な目的に、片方のスクロールにはアルマイト処理を施している。特にアルマイト処理面は、表面が比較的粗く、これまでのＰＴＦＥ系材料では、摺動に耐えらない（高摩耗によるシール性低下）ため、滑らかな面を有する金属プレート（摩耗抑制用部品）を間に挟み、粗い面との摺動を回避していた。

ＰＴＦＥ系材料は、高実績ではあるが、摩耗特性の表面粗さ依存性が大きく、別途、金属製の摩耗抑制用部品を要することから、コスト及び重量の両面で問題を抱えている。また比重が２．０を超え、製造法が圧縮成形であるため、近年の軽量化、低コスト化要求への対応には限界があった。

一方、後者のＰＰＳ系材料では、量産に好適な射出成形が可能といった製造面でのメリットに加え、比重が１．５程度と低く、基本的に、前記金属製の摩耗抑制用部品が不要となることから、軽量化、低コスト化に好適な材料として、採用検討並びに実績は、着実に伸びてきている。しかしながら近年、最終製品の高圧縮率化及び高耐久化など、摺動条件の過酷化を受けて、ＰＰＳ系材料でも摩耗の問題が生じている。具体的には、ＰＰＳ系材料もＰＴＦＥ系材料と同様、摺接相手金属の表面粗さ変化に影響を受けやすく、また基本的に、前記摩耗抑制用部品を設けないこともあって、例えば、摺接する金属相手面の算術平均粗さＲａが、１μｍを超える場合、摩耗が増大してしまう。

更に他方では、最終製品の小型化に伴い、樹脂製チップシールの薄肉化も進んでおり、従来のＰＰＳ系材料の射出成形性も問題視されはじめている。このような理由で、前述の比較的粗い金属面に対する摩耗特性並びに薄肉成形性を向上させた新規のＰＰＳ系高流動摺動材料が求められている。

特開平０６−０２５６４５号公報特開平０６−３４０８６６号公報特開平１０−００８０３２号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、ＰＰＳを母材とし、適切なタイプ、量の充填材を選定、添加することにより、従来技術のＰＰＳ系材料との比較で、耐薬品性、耐熱性、機械的特性を損なわずに、コストと比較的粗い金属面での低摩耗特性とを両立させ、更には薄肉成形性に優れたスクロール型冷媒圧縮機用チップシールを提供する点にある。

本発明は、前述の課題解決のために、潤滑油の存在下で使用するスクロール型冷媒圧縮機用チップシールであって、樹脂温度３００℃、せん断速度１０³［１／ｓｅｃ］における溶融粘度が５〜５０Ｐａ・ｓとなる少なくとも１種類以上のポリフェニレンサルファイド樹脂を６０〜８０重量％と、ガラス球２〜５重量％とチタン酸バリウム２〜３重量％の少なくとも一方を含み、且つガラス球とチタン酸バリウムの合計が３〜５重量％と、残部に、炭素繊維と、ポリテトラフルオロエチレン樹脂又は黒鉛の少なくとも一方を含むチップシール用樹脂組成物を、射出成形してなることを特徴とするスクロール型冷媒圧縮機用チップシールを構成した（請求項１）。

ここで、前記チップシール用樹脂組成物は、樹脂温度３１０℃、せん断速度１０³［１／ｓｅｃ］における溶融粘度が、２５〜１４０Ｐａ・ｓであることが好ましい（請求項２）。

更に、曲げ弾性率が１５０００〜１７５００［ＭＰａ］の範囲にあり且つ、流動方向の熱膨張係数（２５〜２００℃）が２．５×１０^-5［１／Ｋ］以下であることが好ましい（請求項３）。

本発明のスクロール型冷媒圧縮機用チップシールは、量産に好適な射出成形が可能であり、従来技術の材料との比較で、比較的粗い金属面での摩耗特性及び薄肉成形性に優れており、高圧縮率化、高耐久化、軽量化及び小型化に貢献できる。

即ち、本発明は、潤滑油の存在下で使用するスクロール型冷媒圧縮機用チップシールであって、樹脂温度３００℃、せん断速度１０³［１／ｓｅｃ］における溶融粘度が５〜５０Ｐａ・ｓとなる少なくとも１種類以上のポリフェニレンサルファイド樹脂を６０〜８０重量％と、ガラス球２〜５重量％とチタン酸バリウム２〜３重量％の少なくとも一方を含み、且つガラス球とチタン酸バリウムの合計が３〜５重量％と、残部に、炭素繊維と、ポリテトラフルオロエチレン樹脂又は黒鉛の少なくとも一方を含むチップシール用樹脂組成物を用い、且つ、薄肉成形性を考慮し、特定の溶融粘度範囲（Temp=３１０［℃］、γ=１０³［１／ｓ］下、η=２５〜１４０［Ｐａ・ｓ］）に制御することによって、耐薬品性、耐熱性、機械的特性及び比較的粗い金属面に対する摩耗特性に優れ、更に製品の小型化に伴うチップシールの薄肉化へ適応可能な高流動性を有し、特にスクロール型冷媒圧縮機用チップシールとして優れた特性を備えたものとなる。

スクロール型冷媒圧縮機の部分分解斜視図である。チップシールの斜視図である。スクロール部材にチップシールを装着した状態の部分拡大断面図である。固定側スクロール部材と可動側スクロール部材を組み付けた状態の断面図である。実施例と比較例の各樹脂材料で成形した試験体と、表面粗さが異なる２種類の相手材とでスラスト試験を行った結果で、平均摩擦係数をプロットしたグラフである。実施例と比較例の各樹脂材料で成形した試験体と、表面粗さが異なる２種類の相手材とでスラスト試験を行った結果で、摩耗高さをプロットしたグラフである。

本発明に係るチップシール用樹脂組成物は、樹脂温度３００℃、せん断速度１０³［１／ｓｅｃ］における溶融粘度が５〜５０Ｐａ・ｓ、より好ましくは１０〜３０Ｐａ・ｓとなる少なくとも１種類以上のポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を用い、それに低摩耗性と相手材料に対する攻撃性を低減させるために、ガラス球とチタン酸バリウムの少なくとも一方を特定量含むとともに、残部に、炭素繊維と、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）又は黒鉛の少なくとも一方を含むものである。

具体的には、本発明のチップシール用樹脂組成物は、前述の溶融特性を有する少なくとも１種類以上のＰＰＳを６０〜８０重量％と、ガラス球２〜５重量％とチタン酸バリウム２〜３重量％の少なくとも一方を含み、且つガラス球とチタン酸バリウムの合計が３〜５重量％と、残部に、炭素繊維と、ＰＴＦＥ又は黒鉛の少なくとも一方を含むものである。ここで、ＰＰＳが６０重量％未満であると、つまり充填材の総量が４０重量％以上になると、溶融粘度が高くなり過ぎ、薄肉成形性が著しく低下するので好ましくなく、またＰＰＳが８０重量％以上、つまり充填材の総量が２０重量％未満になると、薄肉成形性は良いが、十分な摩耗特性が得られないので好ましくない。

ここで、前記チップシール用樹脂組成物は、樹脂温度３１０℃、せん断速度１０³［１／ｓｅｃ］における溶融粘度が、２５〜１４０Ｐａ・ｓであることが好ましい。樹脂組成物の溶融粘度が１５０Ｐａ・ｓ以上であると、薄肉成形性が著しく低下するので好ましくない。尚、樹脂組成物の溶融粘度の下限値は、ベースポリマーとして使用するＰＰＳの溶融粘度の値と、充填材の量によって決まり、溶融粘度が低いほど薄肉成形性に優れるが、それは摩耗特性を改善するために添加する充填材の量が少ないことを意味し、要求される摩耗特性が溶融粘度の下限値を規定する。

そして、前記チップシール用樹脂組成物からなる射出成形品において、曲げ弾性率が１５０００〜１７５００［ＭＰａ］の範囲にあり且つ、流動方向の熱膨張係数（２５〜２００℃）が２．５×１０^-5［１／Ｋ］以下であることが好ましく、スクロール型冷媒圧縮機用チップシールとして備えるべき機械的性質である。

次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１〜図４は、スクロール型冷媒圧縮機の各部を示し、図中符号１は固定側スクロール部材、２は可動側スクロール部材、３，４はチップシールをそれぞれ示している。

スクロール型冷媒圧縮機は、本体側に取付けた固定側スクロール部材１に対して可動側スクロール部材を組み付け、それぞれの渦巻壁５，６の端部に装着したチップシール３，４で相手部材に対してシールするのである。例えば、図３に示すように、可動側スクロール部材２の渦巻壁６の端面に形成した溝７に、渦巻型のチップシール４を僅かに突出するように装着する。このチップシール４は、図４に示すように、固定側スクロール部材１の底面８に接触してシールする。同様に、固定側スクロール部材１の渦巻壁５の端面に装着したチップシール３が、可動側スクロール部材２の底面９に接触してシールする。ここで、前記固定側スクロール部材１と可動側スクロール部材２は、アルミ合金製であり、可動側スクロール部材２は表面をアルマイト処理している。

実施例及び比較例に使用した原材料を一括して示すと次のとおりである。
（１）ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＤＩＣ株式会社製：ＬＲ−１００Ｇ）
（２）ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＤＩＣ株式会社製：ＬＲ−２Ｇ）
（３）ポリテトラフルオロエチレン樹脂（喜多村株式会社製：ＫＴＬ−６２０）
（４）炭素繊維（東邦テナックス株式会社製：ＨＴＣ２１７６ＭＭ）
（５）ガラス繊維（オーウェンス・コーニングジャパン株式会社製：０３ＭＡ４０９Ｃ）
（６）タルク（日本タルク株式会社製：ＭＳ−Ｐ）
（７）ガラス球（ポッターズバロティーニ株式会社製：ＧＢ３０１ＳＡ−ＰＮ）
（８）チタン酸バリウム（日本化学工業株式会社製：パルセラムＢＴ−４）
（９）黒鉛（株式会社中越黒鉛工業所製：ＣＰＢ−１００）
（１０）アルミナ（株式会社マイクロン：ＡＷ５０−７４）

＜射出成形材料の作製＞
表１、表２に示す実施例１〜１０及び比較例１〜１０の射出成形材料は、以下の製造方法で作製する。表１及び表２に示した割合でポリフェニレンサルファイドと各種充填材を配合し、ヘンシェルミキサーにて適度な時間、ミキシングした。その後、ミキシングした材料を２軸混練押出機で十分に混練し、直径２．５ｍｍのダイを通し、ストランドとし、水冷した後、ストランドカッターを用いてペレット状の射出成形材料を得た。

＜各種評価用試験体の成形＞
この射出成形材料をインライン式射出成形機にて、射出成形し、各評価用所定形状の成形品（試験体）を得た。成形条件は、一般的な成形条件であるため省略する。

＜各種評価＞
上記のようにして得られた実施例１〜１０と比較例１〜１０の各試験体の各種特性、即ち溶融粘度、薄肉成形性、曲げ弾性率、熱膨張係数及び摩擦摩耗特性を評価した。それらの測定結果を表１及び表２に併せて示す。

（ａ）溶融粘度
実施例１〜１０及び比較例１〜１０については、上記ペレット状の射出成形材料を用い、フローテスター（島津製作所製、ＣＦＴ−５００Ｃ）を用いて、樹脂温度３１０℃、せん断速度１０³ｓ^-1にて各々測定した。また、ポリフェニレンサルファイド単体については樹脂温度３００℃として同様に測定した。

（ｂ）薄肉成形性
渦巻形状の射出成形用金型（幅２．２ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、展開長さ２４０ｍｍ）にて、バレル温度２９０℃、金型温度１６０℃で無理のない標準的な条件で成形したとき、射出充填ピーク圧が１００〜２００ＭＰａを○印、常時２００ＭＰａを超えるときを×印とし２段階に評価した。実施例１〜１０は、何れも薄肉成形性は良好であった。比較例２〜１０は、薄肉成形性は良好であるが、比較例１は成形性は悪かった。

（ｃ）曲げ弾性率
上記射出成形にて得られた試験体をオートグラフ（島津製作所製、ＡＧＳ１０００）にてＪＩＳ７２０３に準拠して曲げ弾性率を測定した。実施例１〜１０は、曲げ弾性率が１５０００〜１７５００ＭＰａであり、十分な機械的強度を備えているのに対し、比較例４、比較例９，１０は、曲げ弾性率が１４０００ＭＰａよりも低く、十分な機械的強度を備えていない。

（ｄ）熱膨張係数
熱機械分析（エスアイアイ・ナノテクノロジー製、熱分析装置）にて射出成形における流動方向（ＭＤ）について各々測定した。熱膨張係数については、実施例と比較例で大きな差は見られない。

（ｅ）摩擦摩耗試験
スラスト式摩擦摩耗試験機（高千穂精機製、IIIＴ−２０００Ｎ−５０００Ｎ）を用いて、表３に示す試験条件にて行い、摩耗高さ、平均摩擦係数を測定し、その試験後に相手材質への攻撃性、即ち相手攻撃性について評価した。相手攻撃性は、試験時間５０時間後のアルミ合金製相手摺動部材の摺動部損傷深さが０〜１５μｍのとき○印、１５〜３０μｍのとき△印、３０μｍを超えるとき×印として３段階に評価した。但し、比較例４〜６は、相手材の表面粗さが比較的良いＲａ０．２μｍの場合でも、５０時間経過前に摩耗高さが１００μｍを超え、試験不能になったので、Ｒａ２．０μｍの相手材に対する試験を行っておらず、何れの場合も平均摩擦係数は測定不能であった。

図５及び図６は、表１と表２の平均摩擦係数及び摩耗高さの結果を視覚的に見やすくプロットしたものである。これらの結果より、相手材の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２μｍの場合には、実施例の材料と比較例の材料で平均摩擦係数に差は見られないが、相手材の算術平均粗さ（Ｒａ）が２．０μｍになると平均摩擦係数で差が表れ、実施例の材料より比較例の材料の方が、平均摩擦係数が有意に大きくなっている。一方、摩耗高さについては、相手材の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２μｍの場合でも、一部の比較例の材料は実施例の材料の２倍以上になっており、また相手材の算術平均粗さ（Ｒａ）が２．０μｍの場合には、実施例の材料は算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２μｍの場合を基準にして摩耗高さの増加が１．５倍以内に抑えられているのに対し、比較例の材料は２〜３倍に増加している。これらの結果は、本発明の樹脂組成物が、従来のものより摩耗特性が優れていることを示している。

１固定側スクロール部材
２可動側スクロール部材
３，４チップシール
５，６渦巻壁
７溝
８，９底面

Claims

潤滑油の存在下で使用するスクロール型冷媒圧縮機用チップシールであって、樹脂温度３００℃、せん断速度１０³［１／ｓｅｃ］における溶融粘度が５〜５０Ｐａ・ｓとなる少なくとも１種類以上のポリフェニレンサルファイド樹脂を６０〜８０重量％と、ガラス球２〜５重量％とチタン酸バリウム２〜３重量％の少なくとも一方を含み、且つガラス球とチタン酸バリウムの合計が３〜５重量％と、残部に、炭素繊維と、ポリテトラフルオロエチレン樹脂又は黒鉛の少なくとも一方を含むチップシール用樹脂組成物を、射出成形してなることを特徴とするスクロール型冷媒圧縮機用チップシール。
前記チップシール用樹脂組成物は、樹脂温度３１０℃、せん断速度１０³［１／ｓｅｃ］における溶融粘度が、２５〜１４０Ｐａ・ｓである請求項１記載のスクロール型冷媒圧縮機用チップシール。
曲げ弾性率が１５０００〜１７５００［ＭＰａ］の範囲にあり且つ、流動方向の熱膨張係数（２５〜２００℃）が２．５×１０^-5［１／Ｋ］以下である請求項１又は２記載のスクロール型冷媒圧縮機用チップシール。