JP6742673B2 - 摺動部材及び摺動部材の製造方法 - Google Patents
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Description
また、有機繊維から成る繊維状構造体の隙間に固体潤滑剤と熱硬化性樹脂を分散させた繊維質摺動材を摺動面に備える摺動部材も提案されており、摺動材の摩耗や摩擦を低減することができることが報告されている(特許文献2参照)。
本発明は、摺動面に形成される層(表面層)が剥離し難い摺動部材を提供することを目的とする。
<1> 基材と、前記基材上に設けられ、フッ素樹脂を含み、摺動面を有する表面層と、を有する摺動部材であって、
前記表面層と前記基材との間に繊維シートを含む中間層を有し、
前記中間層が、前記繊維シートの表面層側繊維間隙にフッ素系樹脂を、前記繊維シートの基材側繊維間隙にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする摺動部材。
<2>前記表面層に含まれるフッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、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(PFA)、及び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(FEP)からなる群より選択される少なくとも1種の樹脂である、<1>に記載の摺動部材。
<3> 前記表面層が、繊維シートを含む層である、<1>又は<2>に記載の摺動部材。
<4> 前記中間層に含まれるフッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、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(PFA)、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(FEP)、ポリビニリデンジフルオライド(PVDF)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、及びポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)からなる群より選択される少なくとも1種の樹脂である、<1>〜<3>の何れかに記載の摺動部材。
<5> 前記中間層に含まれるフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂が、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリサルフォン(PSF)、ポリアリレート(PAR)、及びポリエーテルイミド(PEI)からなる群より選択される少なくとも1種の樹脂である、<1>〜<4>の何れかに記載の摺動部材。
<6> 前記中間層に含まれる繊維シートが、アラミド樹脂、フッ素系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、及びカーボン繊維からなる群より選択される少なくとも1種で構成されたシートである、<1>〜<5>の何れかに記載の摺動部材。
<7> 前記基材が、カーボン、セラミックス、及び金属からなる群より選択される少なくとも1種の材料で構成された基材である、<1>〜<6>の何れかに記載の摺動部材。
<8><1>〜<7>の何れかに記載の摺動部材を備えるメカニカルシール。
<9> 摺動面にフッ素系樹脂を含む表面層を有する摺動部材の製造方法であって、
フッ素系樹脂を含む表面層用部材、繊維シートを含む中間層用部材、及び基材を準備する準備工程、並びに
前記表面層用部材と前記中間層用部材の一面、及び前記中間層用部材の他面と前記基材を熱圧着する熱圧着工程
を含むことを特徴とする摺動部材の製造方法。
<10> 前記中間層用部材が、前記繊維シートにフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含浸した部材であり、
前記熱圧着工程において、前記表面層用部材に含まれるフッ素系樹脂が前記中間層用部材に含まれる繊維シートに浸透する、<9>に記載の摺動部材の製造方法。
<11> 前記中間層用部材が、前記繊維シートにフッ素系樹脂を含浸した部材で、前記基材が、表面にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂が塗布された基材であり、
前記熱圧着工程において、前記基材に塗布されたフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂が前記中間層用部材に含まれる繊維シートに浸透する、<9>に記載の摺動部材の製造方法。
<12> 前記基材が、表面にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂が塗布された基材であり、
前記熱圧着工程において、前記表面層用部材に含まれるフッ素系樹脂と前記基材に塗布されたフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂が前記中間層用部材に含まれる繊維シートに浸透する、<9>に記載の摺動部材の製造方法。
<13> 前記中間層用部材が、前記繊維シートの一面にフッ素系樹脂を、前記繊維シートの他面にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含浸した部材であり、
前記熱圧着工程において、前記表面層用部材と前記中間層用部材のフッ素系樹脂を含浸した面、及び前記中間層用部材のフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含浸した面と前記基材を熱圧着する、<9>に記載の摺動部材の製造方法。
本発明の一態様である摺動部材(以下、「本発明の摺動部材」と略す場合がある。)は、基材と、前記基材上に設けられ、フッ素樹脂を含み、摺動面を有する表面層と、を有する摺動部材である。そして、表面層と基材との間に繊維シートを含む中間層を有し、さらに中間層が、繊維シートの表面層側繊維間隙にフッ素系樹脂を、繊維シートの基材側繊維間隙にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする。
前述のように、メカニカルシール等の摺動部材の摺動面に樹脂コーディング層や繊維質摺動材を設けることがあるが、過酷な条件や長期間の使用等により、このような層が基材から剥離してしまうことがあった。本発明者らは、表面層と基材との間に上記のような特殊な中間層を設けることにより、表面層が剥離し難くなることを見出したのである。
図1(a)は、本発明の摺動部材(一実施形態)の摺動面付近の断面を表した模式図である。摺動部材101は、基材102の表面上に中間層103と表面層104が積層させた構造となっており、中間層103の内部には繊維シート105が含まれ、さらに繊維シート105の表面層側繊維間隙にフッ素系樹脂106が、繊維シート105の基材側繊維間隙にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂107が含まれた構造となっている。表面層104との密着性が高いフッ素系樹脂106と、基材102との密着性が高いフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂107のそれぞれが、繊維シート105の細孔や凹凸に入り込んだ構造となっており、いわゆる「アンカー効果」を発揮して、表面層104−中間層103間の接着強度、及び中間層103−基材102間の接着強度が向上し、表面層が剥離し難くなるのである。
なお、表面層が中間層に含まれるフッ素系樹脂と同種の樹脂のみからなる場合、図1(b)に示されるように表面層104と中間層103の境界が明確に表れない場合もあるが、このような実施形態であっても、繊維シート105の表面層側繊維間隙にフッ素系樹脂を含んでいることになるため、本発明の範囲に含まれるものと言える。
また、図1(c)や(d)に示されるように、繊維シート105が溶融して、表面層104やフッ素樹脂106と一体化してしまっている実施形態も本発明の範囲に含まれる。
ここで、本発明において「繊維シート」とは、複数の繊維を束ねてシート状に加工した材料を意味するものとする。
以下、「表面層」、「中間層」、「基材」等について詳細に説明する。
本発明の摺動部材は、摺動面にフッ素系樹脂(以下、「表面層のフッ素系樹脂」と略す場合がある。)を含む表面層を有するものであるが、表面層のフッ素系樹脂の種類や含有量、フッ素系樹脂以外の成分、厚み等は特に限定されず、公知の技術内容を適宜採用することができる。以下、具体例を挙げて説明する。
表面層のフッ素系樹脂は、フッ素原子を含む高分子化合物であれば特に限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、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(PFA)、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(FEP)、ポリビニリデンジフルオライド(PVDF)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)等が挙げられる。この中でもポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、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(PFA)、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(FEP)が好ましく、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、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(PFA)が特に好ましい。上記のようなフッ素系樹脂であると、摩耗や摩擦を低減し易くなる。なお、表面層のフッ素系樹脂は、1種類に限られず、2種類以上の組合せであってもよい。
表面層の繊維シートは、中間層の繊維シートと同様に複数の繊維を束ねてシート状に加工した材料を意味し、その材質、厚み等は特に限定されず、公知の技術内容を適宜採用することができる。以下、具体例を挙げて説明する。
表面層の繊維シートの材質としては、アラミド、PTFE等の樹脂繊維、炭素繊維(カーボン繊維になる前の前駆体繊維を含む)、ガラス繊維、金属繊維等中間層に用いるフッ素樹脂よりも融点の高い材料が挙げられる。この中でも、樹脂繊維が好ましく、具体的にはアラミド、PTFEが好ましく、PTFEが特に好ましい。上記のような材料であると、摩耗や摩擦を低減し易くなる。なお、表面層の繊維シートは、1種類の材料で構成されたものに限られず、2種類以上の材料で構成されたものであってもよい。
本発明の摺動部材は、表面層と基材との間に繊維シート(以下、「中間層の繊維シート」と略す場合がある。)を含む中間層を有し、さらに中間層が、繊維シートの表面層側表面と繊維シートの繊維間隙にフッ素系樹脂(以下、「中間層のフッ素系樹脂」と略す場合がある。)を、繊維シートの基材側表面と繊維シートの繊維間隙にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂(フッ素樹脂よりも基材との密着性が高い樹脂材)を含むことを特徴とするが、繊維シートの材質や厚み、フッ素系樹脂の種類や含有量、フッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂の種類や含有量等は特に限定されず、公知の技術内容を適宜採用することができる。以下、具体例を挙げて説明する。
中間層の繊維シートの材質としては、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂繊維、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維等が挙げられる。この中でも、樹脂繊維が好ましく、具体的にはフッ素系樹脂、ポリアミド系樹脂、アラミド樹脂等がより好ましく、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂が特に好ましい。
また、中間層の繊維シートの融点としては、通常200℃以上、好ましくは260℃以上、より好ましくは320℃以上であり、通常500℃以下、好ましくは400℃以下、より好ましくは390℃以下であり、溶融した場合に流出し難い特性が不可欠である。
上記のような中間層の材料であると、アンカー効果を十分に発揮して、表面層をより剥離し難くすることができる。なお、中間層の繊維シートは、1種類の材料で構成されたものに限られず、2種類以上の材料で構成されたものであってもよい。
また、中間層のフッ素系樹脂の融点としては、通常200℃以上、好ましくは260℃以上、より好ましくは320℃以上であり、通常500℃以下、好ましくは400℃以下、より好ましくは390℃以下である。
上記のようなフッ素系樹脂であると、アンカー効果を十分に発揮して、表面層をより剥離し難くすることができる。なお、中間層のフッ素系樹脂は、1種類に限られず、2種類以上の組合せであってもよい。
また、フッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂の融点としては、通常200℃以上、好ましくは260℃以上、より好ましくは320℃以上であり、通常500℃以下、好ましくは400℃以下、より好ましくは390℃以下である。
上記のようなフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂であると、アンカー効果を十分に発揮して、表面層をより剥離し難くすることができる。
本発明の摺動部材の基材の材質は、特に限定されず、公知の技術内容を適宜採用することができるが、カーボン、炭化ケイ素、炭化タングステン、その他、セラミックス、金属等が挙げられる。なお、基材は、1種類の材料で構成されたものに限られず、2種類以上の材料で構成されたものであってもよい。
本発明の摺動部材の用途は、特に限定されず、メカニカルシール、軸受等の回転機器のシール部材等として利用することが挙げられるが、特にメカニカルシールとして利用することが好ましい。なお、本発明の摺動部材を備えるメカニカルシールも本発明の一態様である(以下、「本発明のメカニカルシール」と略す場合がある。)。
本発明のメカニカルシールの用途も特に限定されないが、多機能濾過乾燥機、真空乾燥機、ロータリーフィーダー、ロータリージョイン等の乾燥潤滑条件での使用される機器に使用されることが特に好ましい。
本発明の摺動部材は、フッ素系樹脂を含む表面層用部材、繊維シートを含む中間層用部材、及び基材をそれぞれ準備し、表面層用部材と中間層用部材の一面、及び中間層用部材の他面と基材をそれぞれ熱圧着して製造することが特に好ましい。上記のような製造方法であると、表面層が剥離し難い摺動部材を効率良く製造することができる。
なお、フッ素系樹脂を含む表面層用部材、繊維シートを含む中間層用部材、及び基材を準備する準備工程(以下、「準備工程」と略す場合がある。)、並びに表面層用部材と中間層用部材の一面、及び中間層用部材の他面と基材をそれぞれ熱圧着する熱圧着工程(以下、「熱圧着工程」と略す場合がある。)を含むことを特徴とする摺動部材の製造方法も本発明の一態様である(以下、「本発明の製造方法」と略す場合がある。)。
ここで、「一面」とは、繊維シートや中間層用部材の一方の面を意味し、「他面」とは、その反対側の面を意味するものとする。
以下、本発明の製造方法の好ましい実施形態について詳細に説明する。
準備された表面層用部材304には、フッ素系樹脂が含まれており(なお、図3の実施形態では、表面層用部材304の中間層用部材側表面にフッ素系樹脂305が塗布されている。)、このフッ素系樹脂の融点以上の加熱条件で熱圧着することによって、フッ素系樹脂が溶融して中間層用部材303の繊維シートに浸透し、形成される中間層は繊維シートの表面層側表面と繊維間隙にフッ素系樹脂を含むことになるのである。一方、準備された中間層用部材303には、フッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂306が含浸されており、形成される中間層は繊維シートの基材側表面と繊維間隙にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含むことになるのである。
準備された基材402の中間層用部材側表面には、フッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂406が塗布されており、このフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂の融点以上の加熱条件で熱圧着することによって、フッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂が溶融して中間層用部材403の繊維シートに浸透し、形成される中間層は繊維シートの基材側表面と繊維間隙にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含むことになるのである。一方、準備された中間層用部材403には、フッ素系樹脂405が含浸されており、形成される中間層は繊維シートの表面層側表面と繊維間隙にフッ素系樹脂を含むことになるのである。
準備された表面層用部材504には、フッ素系樹脂が含まれており(なお、図5の実施形態では、表面層用部材504の中間層用部材側表面にフッ素系樹脂505が塗布されている。)、このフッ素系樹脂の融点以上の加熱条件で熱圧着することによって、フッ素系樹脂が溶融して中間層用部材503の繊維シートに浸透し、形成される中間層は繊維シートの表面層側表面と繊維間隙にフッ素系樹脂を含むことになるのである。一方、準備された基材502の中間層用部材側表面には、フッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂506が塗布されており、このフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂の融点以上の加熱条件で熱圧着することによって、フッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂が溶融して中間層用部材503の繊維シートに浸透し、形成される中間層は繊維シートの基材側表面と繊維間隙にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含むことになるのである。
準備された中間層用部材603の繊維シートの一面(表面層用部材側表面)にはフッ素系樹脂605が、繊維シートの他面(基材側表面)にはフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂606が含浸されており、形成される中間層は繊維シートの表面層側表面と繊維間隙にフッ素系樹脂を、繊維シートの基材側表面と繊維間隙にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含むことになるのである。
以下、「準備工程」、「熱圧着工程」の詳細な条件等について詳細に説明する。
準備工程は、フッ素系樹脂を含む表面層用部材、繊維シートを含む中間層用部材、及び基材を準備する工程であるが、表面層用部材等の準備方法やその条件は特に限定されず、表面層用部材等を入手しても、自ら調製してもよい。
以下、表面層用部材の調製方法として、表面層が繊維シートを含む層である場合の表面層用部材の調製方法を例に挙げて説明する。
このような表面層用部材の場合、繊維シートをフッ素系樹脂の分散液に浸漬する、又は繊維シートにフッ素系樹脂の分散液を塗布し、その後、脱水、乾燥を行う方法が挙げられる。なお、浸漬や塗布は、1回のみに限られず、脱水、乾燥を行った後、再度浸漬や塗布を行うサイクルを繰り返して、繊維シートの繊維間隙に十分にフッ素系樹脂を含浸させることが好ましい。
このような中間層用部材の場合、繊維シートの一面にフッ素系樹脂の分散液を塗布し、その後、脱水、乾燥を行い、次に繊維シートの他面にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂の分散液を塗布し、その後、脱水、乾燥を行う方法が挙げられる。なお、それぞれの塗布は、1回のみに限られず、脱水、乾燥を行った後、再度塗布を行うサイクルを繰り返して、繊維シートの繊維間隙に十分にフッ素系樹脂とフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含浸させることが好ましい。
熱圧着工程は、表面層用部材と中間層用部材の一面、及び中間層用部材の他面と基材をそれぞれ熱圧着する工程であるが、加熱温度、設定圧力、圧着時間等は特に限定されず、公知の技術内容を適宜採用することができる。以下、具体例を挙げて説明する。なお、表面層用部材と中間層用部材の一面の圧着、中間層用部材の他面と基材の圧着は、それぞれ個別に行っても、同時に行ってもよい。
例えば、空隙にフッ素系樹脂等を導入する緻密化工程、目的の形状に裁断する裁断工程、摺動面を研磨する研磨工程等が挙げられる。
(表面層用部材の調製)
厚さ0.35mmの100%PTFE繊維シート(最大孔径:100μm、空隙率:90%)を、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の水性分散液(固形分:60質量%)とポリエーテルエーテルケトン(PEEK)の水性分散液(固形分:60質量%)の混合液(PTFEとPEEKの組成比(固形分の体積)が50体積%:50体積%)に浸漬し、しわを伸ばすように絞った後、吸水紙の上に広げて余分な水分を取り除き、電気炉で加熱した。この操作を複数回繰り返した後、表面層用部材を調製した。
厚さ0.35mmの100%ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)繊維シート(最大孔径:100μm、空隙率:90%)の一面に、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(PFA)の水性分散液(固形分:約50質量%)を塗布し、電気炉で加熱した。その後、他面にポリエーテルエーテルケトン(PEEK)の水性分散液を同様に塗布し、電気炉で加熱して、中間層用部材を調製した。なお、中間層用部材におけるPFAとPEEKの組成比は、光学顕微鏡で測定した結果、50体積%:50体積%であった。
図7(a)、(b)に示すような円筒形状(内径56mm×外径81mm×高さ27mm)の炭化ケイ素製の基材を準備し、中間層用部材を接着する表面をダイヤモンドスラリーで粗面化(0.1μmRz程度)した。
電気炉内に設置されたカーボン板の上に、表面層用部材を置き、その上にPFAの水性分散液を塗布した面を表面層用部材と接触するように置いた。さらにその上に基材を置き、最後に接着面へ圧力をかけながら加熱して、表面層用部材と中間層用部材と基材を接着した。
熱圧着した部材をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の水性分散液(一次粒径:0.2μm、固形分:40質量%)に浸し、そのまま減圧可能な容器に移して、真空条件下で含浸させた。大気に解放した後、浸した状態で加圧可能な容器に移し、加圧して、含浸を続けた。その後、余分な水分や付着物を除去して、電気炉で加熱し、含浸と加熱を2回繰り返した。
得られた部材を電気炉に移し、接着面への圧力をかけた状態で加熱した。
円筒の内側と外側にはみ出した表面層用部材と中間層部材の部分を切り取って、円筒状に仕上げ、表面層の表面研磨を行い、平滑化して摺動部材を得た。
表面層用部材のPTFE繊維シートを浸漬する混合液のPTFEとPEEKの組成比(固形分の体積)を80体積%:20体積%に変更した以外、実施例1と同様の方法により摺動部材を得た。
表面層用部材のPTFE繊維シートを厚さ0.9mm、最大孔径15μm、空隙率70のものに変更し、PTFE繊維シートを浸漬する混合液をPTFEの水性分散液(固形分:60質量%)に変更した以外、実施例1と同様の方法により摺動部材を得た。
基材をカーボンに変更した以外、実施例3と同様の方法により摺動部材を得た。
基材をSUS304に変更した以外、実施例3と同様の方法により摺動部材を得た。
表面層用部材の繊維シートを厚さ0.6mmの100%アラミド繊維シート(最大孔径:200μm、空隙率:95%)に変更した以外、実施例1と同様の方法により摺動部材を得た。なお、表面層用部材におけるPTFEとPEEKの組成比は、実施例1と同様に、50体積%:50体積%である。
表面層用部材の繊維シートを浸漬する混合液のPTFEとPEEKの組成比(固形分の体積)を80体積%:20体積%に変更した以外、実施例6と同様の方法により摺動部材を得た。
表面層用部材の繊維シートを浸漬する混合液をPTFEの水性分散液(固形分:60質量%)に変更した以外、実施例6と同様の方法により摺動部材を得た。
中間層用部材の繊維シートに塗布する水性分散液をPTFEの水性分散液とPEEKの水性分散液に変更し、PTFEとPEEKの組成比を50体積%:50体積%である以外、実施例8と同様の方法により摺動部材を得た。
基材をカーボンに変更した以外、実施例6と同様の方法により摺動部材を得た。
得られた摺動部材の断面の光学顕微鏡写真を図8に示す。図8において図上側の黒色を除いた灰色部分が摺動面側、下側が基材側であり、摺動面側の白い斑点のような部分は表面層における繊維シートで、図中央より下付近の白い曲線がかった箇所は基材側の樹脂を示している。
また、図の中央付近に存在する白い斑点状のものは中間層における繊維シートを示している。
中間層用部材を介さずに直接表面層用部材と基材を熱圧着した以外、実施例1と同様の方法により摺動部材を得た。
表面層用部材の繊維シートを厚さ0.6mmの100%アラミド繊維シート(最大孔径:200μm、空隙率:95%)に変更した以外、比較例1と同様の方法により摺動部材を得た。
耐摩耗性の比較のため、表面層用部材をカーボンファイバー10重量%配合PTFEシートに変更した以外、比較例1と同様の方法により摺動部材を得た。
加熱可能な簡易耐圧容器(蒸気滅菌器)の底面に水(純水)を張り、水面より上方に実施例1〜10、及び比較例1〜3の摺動部材をそれぞれ設置して、液温度120℃、圧力0.1MPaの条件で2時間加熱し、6時間冷却するサイクルを5回繰り返して、表面層等の剥離(浮き上がり)を確認した。結果を表1〜3に示す。
実施例1〜3及び6〜8、及び比較例3の摺動部材を、それぞれ図9に示すようなメカニカルシールに回転用密封環として設置して、摺動試験を行い、摺動時の摺動面近傍の温度(摺動面から約1mm離れた部分に熱電対を設置。)と、100時間当たりの摩耗量(厚み)を測定した(摺動試験の条件は、下記の通りである。)。摺動面近傍の温度と摩耗量の結果を表1〜3に示す。
・回転数:300回転(約1.0m/s)
・メカニカルシール部の雰囲気と圧力:窒素雰囲気0.5MPa
・試験時間:100時間
・押し付け圧力:0.15MPa
尚、実施例4、5、及び9、10については基材や、中間層に用いる樹脂を変更しただけのものであるため、水蒸気曝露試験のみ行い、密着性の確認を行った。
このメカニカルシールは、回転軸905の外周を包囲するハウジング910の内周にOリング907を介して保持されると共に係合手段を介してハウジングに対し回り止めされ、固定用密封環903と、回転軸905の外周にOリング908を介して軸方向移動自在に配置されると共に固定用密封環903と軸方向に対向される回転用密封環901と、この回転用密封環901を固定用密封環903に押し付けて摺動面902,904間に荷重を付与する複数のばね909と、この複数のばね909と回転用密封環901の間に配置された中間リング906と、複数のばね909を支持すると共に前記中間リング906を介して回転軸905の回転力を固定用密封環に伝達するカラーとからなり、摺動面902、904が密封摺動することにより密封対象領域をシールする機能を有するものである。
102、202 基材
103、203 中間層
104、204 表面層
105、205 繊維シート
106 フッ素系樹脂
107 フッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂
208 繊維シート
301 電気炉
302、402、502、602 基材
303、403、503、603 中間層用部材
304、404、504、604 表面層用部材
305、405、505、605 フッ素系樹脂
306、406、506、606 フッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂
307 熱処理板
308 重り
309 ヒーター
701 空洞
702 基材
703 中間層
704 表面層
901 回転用密封環(摺動部材)
902 回転用密封環の摺動面
903 固定用密封環(摺動部材)
904 固定用密封環の摺動面
905 回転軸
906 中間リング
907 Oリング
908 Oリング
909 複数のばね
910 ハウジング
Claims (12)
- 基材と、
前記基材上に設けられ、フッ素樹脂を含み、摺動面を有する表面層と、を有する摺動部材であって、
前記表面層と前記基材との間に繊維シートを含む中間層を有し、
前記中間層が、前記繊維シートの表面層側繊維間隙にフッ素系樹脂を、前記繊維シートの基材側繊維間隙にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含み、
前記繊維シートが複数の繊維を束ねてシート状に加工されてなる材料であることを特徴とする摺動部材。 - 前記表面層に含まれるフッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、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(PFA)、及び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(FEP)からなる群より選択される少なくとも1種の樹脂である、請求項1に記載の摺動部材。
- 前記表面層が、繊維シートを含む層である、請求項1又は2に記載の摺動部材。
- 前記中間層に含まれるフッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、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(PFA)、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(FEP)、ポリビニリデンジフルオライド(PVDF)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、及びポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)からなる群より選択される少なくとも1種の樹脂である、請求項1〜3の何れか1項に記載の摺動部材。
- 前記中間層に含まれるフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂が、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリサルフォン(PSF)、ポリアリレート(PAR)、及びポリエーテルイミド(PEI)からなる群より選択される少なくとも1種の樹脂である、請求項1〜4の何れか1項に記載の摺動部材。
- 前記中間層に含まれる繊維シートが、アラミド樹脂、フッ素系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、及びカーボン繊維からなる群より選択される少なくとも1種で構成されたシートである、請求項1〜5の何れか1項に記載の摺動部材。
- 前記基材が、カーボン、セラミックス、及び金属からなる群より選択される少なくとも1種の材料で構成された基材である、請求項1〜6の何れか1項に記載の摺動部材。
- 請求項1〜7の何れか1項に記載の摺動部材を備えるメカニカルシール。
- 摺動面にフッ素系樹脂を含む表面層を有する摺動部材の製造方法であって、
フッ素系樹脂を含む表面層用部材、繊維シートを含む中間層用部材、及び基材を準備する準備工程、並びに
前記表面層用部材と前記中間層用部材の一面、及び前記中間層用部材の他面と前記基材を熱圧着する熱圧着工程、を含み、
前記中間層用部材が、前記繊維シートにフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含浸した部材であり、
前記熱圧着工程において、前記表面層用部材に含まれるフッ素系樹脂が前記中間層用部材に含まれる繊維シートに浸透する、摺動部材の製造方法。 - 摺動面にフッ素系樹脂を含む表面層を有する摺動部材の製造方法であって、
フッ素系樹脂を含む表面層用部材、繊維シートを含む中間層用部材、及び基材を準備する準備工程、並びに
前記表面層用部材と前記中間層用部材の一面、及び前記中間層用部材の他面と前記基材を熱圧着する熱圧着工程、を含み、
前記中間層用部材が、前記繊維シートにフッ素系樹脂を含浸した部材で、前記基材が、表面にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂が塗布された基材であり、
前記熱圧着工程において、前記基材に塗布されたフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂が前記中間層用部材に含まれる繊維シートに浸透する、摺動部材の製造方法。 - 摺動面にフッ素系樹脂を含む表面層を有する摺動部材の製造方法であって、
フッ素系樹脂を含む表面層用部材、繊維シートを含む中間層用部材、及び基材を準備する準備工程、並びに
前記表面層用部材と前記中間層用部材の一面、及び前記中間層用部材の他面と前記基材を熱圧着する熱圧着工程、を含み、
前記基材が、表面にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂が塗布された基材であり、
前記熱圧着工程において、前記表面層用部材に含まれるフッ素系樹脂と前記基材に塗布されたフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂が前記中間層用部材に含まれる繊維シートに浸透する、摺動部材の製造方法。 - 摺動面にフッ素系樹脂を含む表面層を有する摺動部材の製造方法であって、
フッ素系樹脂を含む表面層用部材、繊維シートを含む中間層用部材、及び基材を準備する準備工程、並びに
前記表面層用部材と前記中間層用部材の一面、及び前記中間層用部材の他面と前記基材を熱圧着する熱圧着工程、を含み、
前記中間層用部材が、前記繊維シートの一面にフッ素系樹脂を、前記繊維シートの他面にフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含浸した部材であり、
前記熱圧着工程において、前記表面層用部材と前記中間層用部材のフッ素系樹脂を含浸した面、及び前記中間層用部材のフッ素系樹脂以外の熱可塑性樹脂を含浸した面と前記基
材を熱圧着する、摺動部材の製造方法。
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