JP6144553B2 - 密封摺動部材 - Google Patents

Description

本発明は、メカニカルシール等に用いられる密封摺動部材に関する。

メカニカルシール等に用いられる密封摺動部材としては、摺動時の摩擦が少なく、また摺動による摩耗も少ない低摩耗で低摩擦な材料が好ましいが、これと同時に、メカニカルシール等が好適にシールとして機能するために、シール面からの漏洩を防止することも必要である。例えば、密封環におけるシール面からの漏洩を防止するために、メカニカルシールの摺動面に樹脂またはゴムのシール層を設ける技術が提案されている（特許文献１等参照）。

一方、自動車のクラッチ等に用いる摩擦材料やシーリング材として、有機繊維を含む繊維補強材が提案されている（特許文献２等参照）。

国際公開ＷＯ２００７／０５８３０６ 特表２００８−５０３６６１号公報

しかしながら、従来の樹脂またはゴム等を用いた摺動部材では、摺動による摩耗が大きいという問題点を有している。また、従来の繊維補強材では、密封摺動部材として用いた場合に摩擦が大きすぎるという問題と、十分なシール性能を確保することが難しいという問題を有している。

本発明は、このような課題に鑑みてなされ、低摩耗で低摩擦な密封摺動部材を提供することである。

上述の課題を解決するために、本発明に係る密封摺動部材は、
他の部材に対して摺動する摺動面を有し、当該摺動面を介して流体を密封する密封摺動部材であって、
有機繊維から成る繊維状構造体と、前記有機繊維の隙間に分散された固体潤滑剤及び熱硬化性樹脂と、を有する繊維質摺動材を、前記摺動面に備えることを特徴とする密封摺動部材。

本発明に係る密封摺動部材は、有機繊維から成る繊維状構造体を有する繊維質摺動材を摺動面に備えるため、摺動による摩耗を抑制することができ、また、有機繊維の隙間に分散された固体潤滑剤及び熱硬化性樹脂により、摺動面に潤滑性を与えると伴に好適なシール性能を奏する。すなわち、密封摺動部材は、繊維状構造体及びその隙間に分散された固体潤滑剤及び熱硬化性樹脂を有する繊維質摺動材が摺動面に備えられることにより、低摩耗で低摩擦な密封摺動部材を実現することができる。

また、例えば、前記繊維質摺動材は、前記固体潤滑剤を含浸させた前記繊維状構造体が前記熱硬化性樹脂によって封孔処理されたものであることを特徴とする。

固体潤滑剤を繊維状構造体に含浸させたのち熱硬化性樹脂によって封孔処理を行うことにより、繊維質摺動材の気孔率を低い値に抑え、摺動面からの密封流体の漏洩を防止すると伴に、他の材料との結合力が弱い固体潤滑剤を用いる場合であっても固体潤滑剤を繊維質摺動材に確実に固定し、固体潤滑剤が繊維質摺動材から脱落することを防止できる。

また、例えば、前記有機繊維はアラミド繊維であっても良い。

繊維状構造体を構成する有機繊維としては、有機化合物を主成分とする繊維であれば特に限定されないが、アラミド繊維を用いることにより、繊維質摺動材の強度及び耐摩耗性を効果的に高めることができる。なお、有機繊維は、加熱処理等によって部分的に無機化合物が組み込まれたものであっても良い。

また、例えば、前記固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン、炭素及び二硫化モリブデンのいずれかを含んでも良い。

繊維質摺動材に含まれる固体潤滑剤としては特に限定されないが、固体潤滑剤がポリテトラフルオロエチレン、炭素及び二硫化モリブデンのいずれかを含むことにより、摺動面に対して効果的に潤滑性を付与し、摺動面での摩擦を低減することができる。

また、例えば、前記繊維質摺動材の気孔率は、５％以下であっても良い。

繊維質摺動材の気孔率を５％以下とすることにより、摺動面からの密封流体の漏洩を好適に防止することができる。

また、例えば、本発明に係る密封摺動部材は、互いに分離可能な複数の分割部を有する基材部を有しても良く、前記繊維質摺動材は、前記基材部に固定されていても良い。

複数の分割部を有する分割型の密封摺動部材では、基材部に組み付けのずれが生じたり、連結に伴うひずみが生じる恐れがあるが、摺動面に備えられた繊維質摺動材は、基材部のずれや変形を吸収し、摺動面の密封性能が不安定になることを防止できる。

図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る密封摺動部材の平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の断面図である。 図２は、図１に示す密封摺動部材の製造方法を表す概念図である。

図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る密封摺動部材１０を、摺動面１０Ａ側から観察した平面図であり、図１（Ｂ）は密封摺動部材１０の断面図である。密封摺動部材１０は、例えばメカニカルシール装置の内部において、回転軸と伴に回転する回転部材と、回転しない静止部材との境界部に配置される。密封摺動部材１０は、典型的には、回転部材側に固定されるものと、静止部材側に固定されるものが対になって使用される。密封摺動部材１０は、対になって使用される他の摺動部材に対して摺動する摺動面１０Ａを有しており、摺動する摺動面１０Ａを介して流体を密封する。図１に示す密封摺動部材１０は、中央に貫通孔を有するリング状の形状を有しており、貫通方向に直交する面の一方が、摺動面１０Ａとなっているが、摺動部材の形状は特に限定されない。

密封摺動部材１０は、基材部２０と繊維質摺動材３０とを有している。基材部２０は、分割線２２を境に互いに分離可能な複数（実施形態では２つ）の分割部２０Ａ，２０Ｂを有している。メカニカルシール装置の内部に組み込まれた状態では、分割部２０Ａ，２０Ｂは、不図示のクランピングリング等を用いて、互いに離間しないように拘束される。基材部２０の材質は特に限定されないが、例えば炭化珪素、炭素、金属若しくはこれらの複合材料を用いて作製される。

繊維質摺動材３０は、密封摺動部材１０の摺動面１０Ａに備えられる。繊維質摺動材３０は、基材部２０に対して接着剤等により固定されている。密封摺動部材１０は、製造方法において詳述するように、有機繊維から成る繊維状構造体と、繊維状構造体の隙間に分散された固体潤滑剤及び熱硬化性樹脂と、を有する。繊維状構造体は、有機繊維で繊維束（糸）を形成して織られた布であっても良く、有機繊維が織られることなく集合された不織布であっても良い。繊維状構造体を構成する有機繊維は特に限定されず、アラミド繊維、セルロース繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維等が挙げられるが、アラミド繊維から成る有機繊維を用いることが、摺動時の摩耗を抑制する観点から好ましい。繊維状構造体には、有機繊維を加熱等することによって無機化合物が組み込まれていても良く、また、繊維同士を結合し、若しくは繊維同士の結合を補強する樹脂等が含まれていても良い。繊維質摺動材３０に含まれる有機繊維のサイズは特に限定されないが、例えば太さ１０μｍ〜１５μｍ、長さ１ｍｍ〜３０ｍｍ程度とすることができる。

繊維質摺動材３０における繊維状構造体の隙間には、固体潤滑剤と熱硬化性樹脂が分散されている。繊維質摺動材３０に含まれる固体潤滑剤としては、固体潤滑性を有する材料であれば特に限定されないが、例えばポリテトラフリオロエチレン（ＰＴＦＥ）や、炭素及び二硫化モリブデン等が挙げられる。固体潤滑剤の分散状態も特に限定されず、固体潤滑剤は、粒子の状態で分散していても良く、粒子が集合した塊を形成しつつ分散していても良く、また、網目状組織を形成していても良い。また、繊維質摺動材３０に含まれる固体潤滑剤は、密封摺動部材１０の用途等によって選定することができ、例えば食品用機械のシールとして密封摺動部材１０が用いられる場合は、固体潤滑剤としてＰＴＦＥを用いることが好ましい。

繊維質摺動材３０に含まれる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられるが、特に限定されない。また、熱硬化性樹脂の分散状態についても特に限定されないが、例えば、繊維質摺動材３０に分散された熱硬化性樹脂は、繊維状構造体の隙間を埋める３次元的な網目状組織を形成している。

繊維質摺動材３０は、繊維状構造体に固体潤滑剤を含浸させた繊維状構造体が熱硬化性樹脂によって封孔処理されたものであっても良い。また、繊維質摺動材３０の気孔率は、摺動面からの密封流体の漏洩を好適に防止する観点から、５％以下であることが好ましく、２％以下であることがさらに好ましい。

以下に、密封摺動部材１０の製造方法について図２を用いて説明するが、密封摺動部材１０の製造方法は、以下に述べる製造方法に限定されるものではない。

図２は、図１に示す密封摺動部材の製造方法を表す概念図である。製造方法における第１の工程では、図２（Ａ）に示すように、繊維質摺動材３０（図１参照）の一部となる繊維状構造体３２を準備する。繊維状構造体３２が不織布である場合、繊維状構造体３２は、例えば有機繊維の短繊維から繊維集積層を形成した後、形成した繊維集積層に高圧水流を適用して短繊維を結合させることにより（水流絡合法）製造することができるが、繊維状構造体３２の製造方法は特に限定されない。図２に示す例では、繊維状構造体３２の外形状は、繊維質摺動材３０の外形状と略同一であり、リング状の形状を有しているが、回転軸に対して外径方向から取り付けることができるように、１カ所以上で切断されていても良い。

製造方法における第２の工程では、図２（Ａ）に示すように、基材部２０に対して繊維状構造体３２を固定する。図２に示す例では、基材部２０を構成する分割部２０Ａ及び分割部２０Ｂは、第２の工程の前にクランピングリング等を用いて回転軸等に固定されている。繊維状構造体３２は、例えばフェノール樹脂系接着剤のような熱硬化性接着剤を用いて、基材に貼り付けることにより固定することができるが、繊維状構造体３２を基材部２０に固定する方法及び固定に用いる接着剤等は、特に限定されない。

製造方法における第３の工程では、図２（Ｂ）に示すように、固体潤滑剤を繊維状構造体３２に含浸させ、固体潤滑剤が分散された繊維状構造体３４を形成する。例えば固体潤滑剤としてＰＴＦＥを用いる場合は、ＰＴＦＥのディスパージョンを基材部２０に固定された繊維状構造体３２に染み込ませることにより、ＰＴＦＥを含浸させる。

製造方法における第４の工程では、固体潤滑剤が分散された繊維状構造体３４に対して、さらにエポキシ樹脂を含浸させて封孔処理を行ったのち、必要に応じて表面（摺動面１０Ａ）をラップすることにより、所定の気孔率を有する繊維質摺動材３０を形成する。このようにして、図１に示す密封摺動部材１０を製造することができる。なお、上述の説明では、繊維状構造体３２を基材部２０に固定した後（第２の工程の後）、固体潤滑剤の含浸（第３の工程）を実施することにより、他の部材と接着し難い固体潤滑剤による接着力の低下を防止し、繊維状構造体３２と基材部２０との接着強度を好適に確保し、製造後における繊維質摺動材３０と基材部２０との固定強度を向上させている。ただし、繊維質摺動材３０の基材部２０に対する固定方法はこれに限定されず、固体潤滑剤が分散された繊維状構造体３４を形成した後、又は固体潤滑剤が分散された繊維状構造体３４に対してエポキシ樹脂を含浸させて繊維質摺動材３０を形成した後に、基材部２０に対する固定を行っても良い。

本実施形態に係る密封摺動部材１０は、有機繊維から成る繊維状構造体３２を有する繊維質摺動材３０を摺動面１０Ａに備えるため、摺動による摩耗を抑制することができる。また、有機繊維の隙間に分散された固体潤滑剤及び熱硬化性樹脂により、摺動面１０Ａに潤滑性を与えると伴に、好適なシール性能を奏する。

また、製造方法で述べたように、固体潤滑剤を繊維状構造体３２に含浸させたのち熱硬化性樹脂によって封孔処理を行うことにより、繊維質摺動材３０の気孔率を抑制して摺動面からの密封流体の漏洩を防止すると伴に、ＰＴＦＥのような他の材料との結合力が弱い固体潤滑剤を、繊維質摺動材３０に確実に保持させることができる。

１０…密封摺動部材
１０Ａ…摺動面
２０…基材部
２０Ａ，２０Ｂ…分割部
３０…繊維質摺動材
３２…繊維状構造体

Claims (4)

1. 対になって使用される他の摺動部材に対して密封摺動する密封摺動面（１０Ａ）を有し、当該密封摺動面（１０Ａ）を介して流体を密封する密封摺動部材（１０）であって、
   前記密封摺動部材（１０）は、基材部（２０）と前記基材部（２０）に接着固定された繊維質摺動材（３０）とから成り、中央に貫通孔を有するリング状の形状を有し、貫通方向に直交する面の一方の面が、前記繊維質摺動材に備えられた前記密封摺動面（１０Ａ）であって、
   前記基材部（２０）は、分割線（２２）を境に互いに分離可能な複数の分割部（２０Ａ，２０Ｂ）を有し、前記分割部（２０Ａ、２０Ｂ）はメカニカルシール装置の内部に拘束されて組み込まれており、
   前記繊維質摺動材（３０）は、リング状の形状を有しており、当該繊維質摺動材（３０）の一部を成すアラミド繊維から成るリング状の繊維状構造体（３２）に固体潤滑剤が含浸分散された固体潤滑剤含浸繊維状構造体（３４）に更に熱硬化性樹脂が含浸された前記繊維質摺動材（３０）である、
   ことを特徴とする密封摺動部材。
2. 前記アラミド繊維は太さ１０μｍ〜１５μｍ、長さ１ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の密封摺動部材。
3. 前記固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン、炭素及び二硫化モリブデンのいずれかを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の密封摺動部材。
4. 前記繊維質摺動材（３０）はラップ加工された前記密封摺動面（１０Ａ）を有し、前記密封摺動面（１０Ａ）の気孔率は、２％以下であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の密封摺動部材。

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