JPH05295349A

JPH05295349A - 自在継手のシール材

Info

Publication number: JPH05295349A
Application number: JP4106648A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Tanaka; 利和田中
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1993-11-09

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は構造が簡単であり、耐摩耗性に優
れ、耐久性の良好な自在継手のシール材を提供すること
を主要な特徴とする。【構成】外輪１と球面部材２の内面との間にシール材
３を設け、このシール材３に球面部材２の内面との間を
シールするためのＯリング２０を設ける。Ｏリング２０
は潤滑性ゴム組成物からなり、第１必須成分である熱可
塑性フロオロ樹脂、第２必須成分であるフッ素ゴムおよ
び第３必須成分である低分子量含フッ素重合体を主成分
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は自在継手のシール材に
関し、特に、各種産業機械に使用される自在継手のシー
ル材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自在継手は、角度をなす２軸間の動力伝
達用に用いられる。継手内部の潤滑のために封入された
グリースなどの漏洩および外部からの異物の侵入を防止
するために、従来、クロロプレンゴムなどの材料で形成
されたゴムブーツが使用されていた。しかしながら、ゴ
ムブーツは、製鉄工場などの劣悪な環境下での使用には
適さないため、従来の自在継手は図２および図３に示す
ように構成されていた。

【０００３】図２に示した自在継手は外輪１の外径部を
覆うように球面部材２が設けられ、外輪１と軸５に固定
された球面部材２の内面との間をシールするために、シ
ール部材３が設けられる。このシール部材３の一端は外
輪１に固定され、他端にはゴム製のＯリング４が設けら
れる。Ｏリング４が球面部材２の内面に当接し、スプリ
ング６により球面部材２がＯリング４に押付けられるこ
とによりシールされる。

【０００４】図３に示した自在継手は、本願発明者が実
願平２−１２３０７号において提案したものである。図
３において、外輪１１と軸１６に固定された球面部材１
２との間にシール材１３が設けられる。シール材１３は
軸方向に２列の段部を有しており、それぞれの段部にシ
ール部材１４が設けられ、シール材１３の各段部とシー
ル部材１４との間にはコイルバネ１５が設けられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の図２に示した自
在継手においては、シール材として用いられるゴム製の
Ｏリング４は摩擦抵抗値が大きく、スプリング６の圧力
により発熱を生じ、また摩耗寿命も憂慮され、回転数と
作動角度の制限を受けやすく、耐久性がないという欠点
がある。

【０００６】また、図３に示した自在継手においては、
シール部材１４と球面部材１２の内面部の密着によりシ
ールされるが、両者またはいずれかの球面形状の精度が
悪く、十分球面部が密着しないとシール機能が保持でき
ないという欠点があり、構造も複雑になるという問題点
があった。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、構
造が簡単であり、耐摩耗性に優れ、耐久性の良好な自在
継手のシール材を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は外輪と球面状
外環の内面との間をシールする自在継手のシール材であ
って、その摺動部または全部が潤滑性ゴム組成物によっ
て形成され、潤滑性ゴム組成物は第１必須成分である熱
可塑性フルオロ樹脂、第２必須成分であるフッ素ゴムお
よび第３必須成分である低分子量含フッ素重合体からな
ることを特徴とする。

【０００９】この発明において、フッ素ゴムとは、平均
して１個以上のフッ素原子を含む単位モノマーの重合体
または共重合体であって、ガラス転移点が室温以下であ
り、室温でゴム状弾性を有するものであれば、特に限定
されるものではなく、広範囲のものを例示することがで
きる。

【００１０】フッ素ゴムの重合方式としては、塊状重
合、懸濁重合、乳化重合、溶液重合、触媒重合、電離性
放射線重合、およびレドックス重合などを挙げることが
できる。また、フッ素ゴムの分子量は、通常５０，００
０以上のものが望ましく、可及的に高分子量のものが良
好な結果を得ることから、より好ましくは７００，００
以上特に望ましくは１００，０００〜２５０，０００程
度のものを用いる。

【００１１】以上の条件に該当する代表例としては、テ
トラフルオロエチレン・プロピレン共重合体である旭硝
子社製アフラス、フッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプ
ロピレン共重合体であるデュポン・昭和電工社製バイト
ン、フッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン・テ
トラフルオロエチレン共重合体であるモンテフルオス社
製テクノフロン、フルオロシリコーン系エラストマーで
あるダウコーニング社製シラスティックＬＳ、パーフル
オロ系エラストマーであるダイキン工業社製ダイエルパ
ーフロなどを挙げることができる。

【００１２】また、この発明において、第１必須成分で
ある熱可塑性フルオロ樹脂とは、主鎖に炭素鎖を持ち、
側鎖にフッ素の結合を持つポリマーであって、たとえば
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（以下、ＰＦＡと略記する）、および
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（以下、ＦＥＰと略記する）、およびテトラフル
オロエチレン・エチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥと略
記する）からなる群から選ばれる１種以上の重合体であ
ることが望ましい。上述のいずれの樹脂も、触媒乳化重
合、懸濁重合、触媒溶液重合、気相重合および電離性放
射線照射重合などの各種重合方式により製造することが
できる。分子量は、５０，０００以下のものが望まし
く、５，０００を越えほぼ２０，０００以下のものが特
に望ましい。

【００１３】以上の条件に該当する代表例としては、前
述のＰＦＡの三井・デュポンフロロケミカル社製ＰＦＡ
ＭＰ１０、ＦＥＰである三井・デュポンフロロケミカ
ル社製テフロンＦＥＰ１００、ＥＴＦＥである旭硝子社
製アフロンＣＯＰなどが挙げられる。

【００１４】上述したフッ素ゴムおよび熱可塑性フルオ
ロ樹脂を混合した組成物は、弾性体としての特性を有す
る。この発明において、第３必須成分である低分子量含
フッ素重合体はこのような弾性体にさらに優れた摺動特
性を付与するために配合されるものである。

【００１５】この発明において、低分子量含フッ素重合
体とは、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、主要構造
単位−Ｃ_nＦ_2n−Ｏ−（ｎは１〜４の整数）を有するフ
ルオロポロエーテル、主要構造単位

【００１６】

【化１】

【００１７】などを有するポリフルオロアルキル基含有
化合物（炭素数２〜２０）のうち分子量５０，０００以
下のものをいう。優れた摺動特性を付与するためには、
低分子量含フッ素重合体の分子量が５，０００以下であ
ることがとくに望ましい。このような低分子量含フッ素
重合体のうち、次式で示されるテトラフルオロエチレン
重合体の平均粒径５μｍ以下のものが特に好ましい。

【００１８】

【化２】

【００１９】このようなものとして、たとえば、デュポ
ン社製バイダックスＡＲ、および旭硝子社製フルオンル
ブリカントＬ１６９などを挙げることができる。

【００２０】次に、−Ｃ_nＦ_2n−Ｏ（ｎは１〜４の整
数）の主要構造単位を有する平均分子量５０，０００以
下のフルオロポリエーテルとしては、

【００２１】

【化３】

【００２２】などを例示することができる。このような
重合体は、他の配合材料および添加剤に対する親和性
（密着性）の向上のために、イソシアネート基、水酸
基、カルボキシル基、およびエステル基などの官能基を
含む構造単位を有するものが望ましい。

【００２３】このようなフルオロポリエーテルの具体例
としては、以下のようなものが挙げられる。

【００２４】

【化４】

【００２５】これらのフルオロポリエーテルは、単独で
使用してもよいし、併用してもよい。また、官能基に活
性化水素が含まれているフルオロポリエーテルとポリフ
ルオロポリエーテル基を含有しないイソシアネート化合
物とを併用してもよい。また、イソシアネート基を有す
るフルオロポリエーテルと、各種のフルオロポリエーテ
ル基を含有しないジアミン類、トリアミン類、または各
種のフルオロポリエーテル基を含有しないジオール類、
トリオール類を併用するなどの方法を採用してもよい。

【００２６】特に、官能基同士が反応して分子量の増大
が起こるようなフルオロポリエーテルを組合せて使用す
ることが望ましい。このようなものとして、たとえばイ
ソシアネート基を含む単位を有するものと、水酸基を含
む単位を有するものとを組合せることは同様に望ましい
ことである。

【００２７】ポリフルオロアルキル基含有化合物として
は、たとえば以下に示すようなポリフルオロアルキル基
を有するものが挙げられる。

【００２８】

【化５】

【００２９】以上のようなポリフルオロアルキル基（炭
素数２〜２０）を有し、平均分子量が５０，０００以下
のものとしては、

【００３０】

【化６】

【００３１】など、反応性基およびポリフルオロアルキ
ル基を有する化合物と、その反応性基と反応する基を有
するエチレン性不飽和化合物との反応物（たとえば、フ
ルオロアルキルアクリレートなど）の重合体、ならびに
反応性基およびポリフルオロアルキル基を有する化合物
とその反応性基と反応する基を有する各種重合体との反
応物、または前述の化合物の重縮合物などが挙げられ
る。

【００３２】ポリフルオロアルキル基含有化合物は、上
述のフルオロポリエーテルと同様に、他の配合材料およ
び添加剤を親和性（密着性）の向上のために親和性の高
い官能基、たとえばイソシアネート基、水酸基、メリカ
プト基、カルボキシル基、エポキシ基、アミノ基および
スルホン基などを含む単位を有する化合物が好ましい。

【００３３】これらのポリフルオロアルキル基含有化合
物は、単独での使用または併用のいずれでもよい。ま
た、活性化水素を有する反応基を有するポリフルオロア
ルキル基含有化合物とポリフルオロアルキル基を有しな
いイソシアネエート化合物とを併用してもよい。また、
イソシアネート基を有するポリフルオロアルキル基含有
化合物と、各種のポリフルオロアルキル基を含有しない
ジアミン類、トリアミン類または各種のポリフルオロア
ルキル基を含有しないジオール基、トリオール類を併用
するなどの方法を採用してもよい。

【００３４】官能基同志の組合せは、強度増加の上から
好ましく、具体的には炭素数２〜２０のポリフルオロア
ルキル基を有し、かつ、水酸基、メルカプト基、カルボ
キシル基、アミノ基から選ばれる少なくとも１種類を含
むフッ素重合体との組合せ、または炭素数２〜２０のポ
リフルオロアルキル基を有し、かつイソシアネート基を
含む単位を有する含フッ素重合体と、炭素数２〜２０の
ポリフルオロアルキル基を有し、さらに活性化水素を有
する反応基を含む単位を有する含フッ素重合体との組合
せを挙げることができる。

【００３５】これらの低分子量含フッ素重合体のうち、
フルオロオレフィン重合体またはフルオロポリエーテル
を用いると、潤滑性において優れた結果が得られ、特に
平均粒径５μｍ以下のテトラフルオロエチレン重合体を
用いると最も望ましい結果を得ることが判明している。

【００３６】この発明において、フッ素ゴム，熱可塑性
フルオロ樹脂および低分子量含フッ素重合体の配合比
は、フッ素ゴムと熱可塑性フルオロ樹脂の重量比が５
０：５０から９５：５となることが望ましい。熱可塑性
フルオロ樹脂の配合重量比が５０／１００を越えると、
目的の組成物に十分な弾性特性が得られず、５／１００
未満になると十分な耐摩耗性が得られないからである。

【００３７】また、フッ素ゴムと熱可塑性フルオロ樹脂
の合計１００重量部に対して、低分子量含フッ素重合体
は５〜５０重量部であることが好ましい。低分子量含フ
ッ素重合体の配合比が５重量部未満では、十分な摺動特
性が得られず、５０重量部を越えるとゴム状弾性特性が
損なわれるからである。

【００３８】また、上記の潤滑性ゴム組成物に対し、３
００℃において不溶融な熱硬化性樹脂の硬化粉末、また
はガラス転移点が３００℃以上の耐熱性樹脂粉末を添加
して耐摩耗性を向上させることができる。

【００３９】熱硬化性樹脂の粉末としては、フェノール
樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化後の微粉末、ガラス転
移点が３００℃以上である耐熱性樹脂としてはポリイミ
ド樹脂、芳香族アラミド樹脂などの微粉末が挙げられ
る。

【００４０】市販の樹脂粉末のうち、フェノール樹脂の
硬化粉砕品としては、カネボウ社製：ベルパールＨ３０
０，ポリイミド樹脂の硬化粉砕品としては、三笠産業社
製：ＰＷＡ２０、芳香族アラミド樹脂の粉砕品としては
旭化成社製：ＭＰ−Ｐ、ガラス転移点Ｔｇが３００℃以
上の熱硬化性樹脂粉末としては宇部興産社製：ユーピレ
ックスＳ（Ｔｇ＞５００）などがある。

【００４１】このような熱硬化性樹脂粉末の粒径は、１
〜１５μｍのものがゴム状弾性の維持と混練工程の容易
性の点で好ましい。熱硬化性樹脂粉末は、第１〜第３の
必須成分に対して、５〜２０重量％添加することが好ま
しい。５重量％未満では耐摩耗性向上の効果がなく、２
０重量％を越える多量ではゴム弾性が低下するので好ま
しくない。

【００４２】なお、この発明の目的を損なわない範囲
で、上記成分の他に各種添加剤を配合してもよい。たと
えばフッ素ゴムの加硫材としてイソシアヌレート、有機
過酸化物など、ステアリン酸ナトリウム、酸化マグネシ
ウム、および水酸化カルシウムなどの酸化防止剤、また
は受酸材、カーボンなどの帯電防止剤、シリカおよびア
ルミナなどの充填剤、その他金属酸化物、着色剤、およ
び難燃剤など適宜加えてもよいことはいうまでもない。

【００４３】以上の各種原材料を混合する方法は特に限
定されるものではなく、通常広く用いられている方法に
より混合することができる。たとえば、主原料になるエ
ラストマー、その他の原料をそれぞれ個別に順次、また
は同時に、ロール混合機その他の混合機により混合すれ
ばよい。なお、このとき摩擦による発熱を防止する意味
で温調器を設けることが望ましい。

【００４４】また、ロール混合器を使用する場合には、
仕上げの混合として、ロール間隔を３ｍｍ以下程度に締
めて薄通しを行なうとさらによい。

【００４５】この発明に係るスラストワッシャ材は、成
形工程において特に限定した手段を必要とするものでは
なく、通常のプレス成形方法で１次加硫（１４０〜１７
０℃で１０〜３０分、加圧５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ²）し
た後、２次加硫（たとえば、２００〜３００℃で２〜２
０時間、加圧なし）してシールに成形すればよい。

【００４６】また、スラストワッシャ材のシール部とな
る、リップ状の部分またはリップ状の部分のうち軸に接
する部分のみを上述の第１〜第３必須成分を含む潤滑成
分組成物で成形し、その他の部分を一般の合成ゴム、プ
ラスチックあるいは金属で複合成形してもよい。

【００４７】この際の一般合成ゴムとしては、ニトリル
ゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、ウレタンゴ
ム、スチレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、シリコ
ーンゴム、エチレンゴム、およびフッ素ゴムなどの加硫
ゴムまたはウレタン、ポリエステル、ポリアミド、塩化
ビニル、ポリブタジエン、および軟質ナイロンなどの熱
可塑性エラストマー、ならびに液状ウレタンおよび液状
ブタジエンなどの液状エラストマーが挙げられる。

【００４８】

【発明の作用効果】この発明に係る自在継手のシール材
は、その摺動部または全部を潤滑性ゴム組成物によって
形成することにより、摩擦係数がゴムの１／５程度と小
さいため、シール材として極めて有効である。すなわ
ち、シール部材に圧力が作用しかつ球面外環シールが摺
動する部分では、摩擦，摩耗が生じやすいが、耐摩耗性
に優れているので、耐久性の向上を図ることができる。

【００４９】

【実施例】図１はこの発明の一実施例の要部断面図であ
る。図１（ａ）に示した例は、前述の図２に示したＯリ
ング４に代えて、潤滑性ゴム組成物からなる２個の断面
円形のＯリング２０，２０をシール材３に設けたもので
ある。図１（ｂ）に示した例は、図１（ａ）に示たＯリ
ング２０に代えて同じく潤滑性ゴム組成からなる断面矩
形のリング２１を設けたものである。図１（ｃ）に示し
た例は、潤滑性ゴム組成物を断面山形のリング２２とし
て構成したものであり、図１（ｄ）に示した例は、潤滑
性ゴム組成物で断面形状が複数の山形形状となるように
リング２３を形成したものである。

【００５０】上述の潤滑性ゴム組成物は、第１必須成分
として熱可塑性フルオロ樹脂、第２必須成分としてフッ
素ゴムおよび第３必須成分として低分子量含フッ素重合
体を主成分とする。

【００５１】実施例および比較例で用いた原材料を一括
して示すと以下のとおりである。なお、各成分の配合割
合はすべて重量％であるが、（３）〜（９）に示す原材
料については（１），（２）に示す原材料の総重量１０
０に対する重量％である。

【００５２】（１）フッ化ビニリデン・フルオロプロ
ピレン共重合体（旭モンテ社製テクノフロンＦＯＲ４
２０）（２）テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体
（旭硝子社製アフロンＣＯＰ）（３）低分子量含フッ素重合体（低分子量ＴＦＥ）
（旭硝子社製ルーブリカントＬ１６９）（４）低分子量含フッ素重合体（低分子量ＰＦＰＥ）
（日本エニモント社製フォンブリンＺ−ＤＩＳＯ
Ｃ）（５）カーボン（ファデルビルト社製ＭＴカーボ
ン）（６）ステアリン酸ナトリウム（一般工業材）（７）酸化マグネシウム（一般試薬）（８）水酸化カルシウム（一般試薬）（９）フェノール樹脂（カネボウ社製ベルパール
Ｈ３００）（１０）ニトリル・ブタジエン系共重合体（ＮＢＲ）
（一般工業材硬度ＪＩＳ−Ａ７０）（１１）ジメチルシリコン系重合体（シリコンゴム）
（一般工業材硬度ＪＩＳ−Ａ７０）（１２）ポリイミド成形体（デュポン社製ベスペ
ルＳＰ２１）まず、ロール間隔５〜１０ｍｍ程度の調整したロール混
合機にフッ素ゴム（１）を巻付け、表１に示した割合で
順次、ＭＴカーボン、ステアリン酸ナトリウム、Ｍｇ
Ｏ、Ｃａ（ＯＨ）₂を加えて混練した。その後、ロール
間隔を１ｍｍに調整し、素練りを約１０回行なった。な
お、このときの摩擦熱を防止する目的で、常時ロール内
に冷却水を通し、ロール温度を６０℃以下に保った。次
に、冷却水を止め、ロール内にスチームを通し、ゴム温
度が７０℃以上、９０℃以下になるように調整し、その
後、ロール間隔を５〜１０ｍｍ程度に戻し、低分子量含
フッ素重合体を少量ずつ添加しながら表１に示す各実施
例の配合割合で混練した。その後、再びロール間隔を１
ｍｍに狭めて素練りを１０回行なった。

【００５３】

【表１】

【００５４】以上の工程で得られたコンパウンドにおい
て、１５０×１５０×１ｔシートを１次加硫（１７０
℃，１０分，プレス圧７ｋｇｆ／ｃｍ²）、２次加硫
（２３０℃，１６時間，フリー）を行ない、製作した。
各試験片について摩擦試験、摩耗試験、非粘着性および
弾性体特性を求めた。各試験の方法は以下のとおりであ
る。

【００５５】（１）試験方法・摩擦摩耗試験得られた試験片を内径φ１７，外径φ２１に加工し、φ
１７×φ２１×１０のＳＰＣＣリング片へ接着してリン
グ試験片とした。相手材はＳＵＪ２（軸受鋼）φ６×φ
３３×６円盤状試験片とし、スラスト型摩擦磨耗試験機
を用いて評価した。条件は滑り速度１２８ｍ／ｍｉｎ，
面圧３．５ｋｇｆ／ｃｍ²とした。５００時間後の摩擦
係数と摩耗係数を表２に示す。

【００５６】（２）非粘着得られた試験片において、水に対する接触角度をゴニオ
メータ式接触角度測定器で測定し、接触角度の大きいも
のほど非粘着性はよいと判断した。その結果を表２に示
す。

【００５７】（３）弾性体特性得られた試験片に対してＪＩＳ−Ｋ６３０１に準拠し、
引張り強度・伸び・硬度（ＪＩＳ−Ａ）を調査した。そ
の結果を表２に示す。

【００５８】（４）耐衝撃特性得られた試験片に対してＡＳＴＭＤ２５６に準拠して、
アイゾット衝撃強度を調査した。その結果を表２に示
す。

【００５９】

【表２】

【００６０】比較例比較例では、表１に示す割合にて原材料を配合し、実施
例とまったく同様な方法にてそれぞれ混練，成形，加硫
を行なった。また、試験片の調整，試験方法も実施例と
まったく同様な方法を用いた。その結果を表２に示し
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の要部断面図である。

【図２】従来の自在継手の一例を示す要部断面図であ
る。

【図３】従来の自在継手の他の例を示す要部断面図であ
る。

【符号の説明】

１外輪２球面部材３シール材２０Ｏリング２１断面矩形リング２２断面山形リング２３複数の山形を断面に有するリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外輪と球面状外環の内面との間をシール
する自在継手のシール材であって、その摺動部または全部が潤滑性ゴム組成物によって形成
され、前記潤滑性ゴム組成物が、第１必須成分である熱可塑性
フルオロ樹脂、第２必須成分であるフッ素ゴム、および
第３必須成分である低分子量含フッ素重合体からなる、
自在継手のシール材。
【請求項２】前記潤滑性ゴム組成物に、熱硬化性樹脂
の硬化粉末またはガラス転移点が３００℃以上の耐熱性
樹脂粉末が添加されている、請求項１の自在継手のシー
ル材。
【請求項３】前記第１必須成分である熱可塑性フルオ
ロ樹脂がテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、
テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニル
エーテル共重合体およ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からなる群から選ばれる
１種以上である、請求項１の自在継手のシール材。
【請求項４】前記第２必須成分が、分子量１００，０
００から２５０，０００のフッ素ゴムである、請求項１
の自在継手のシール材。
【請求項５】前記第２必須成分であるフッ素ゴムが、
テトラフルオロエチレン・プロピレン共重合体、フッ化
ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ
化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン・テトラフル
オロエチレン共重合体、フルオロシリコン共重合体およ
びパーフルオロ系共重合体からなる群から選ばれる１種
以上の重合体である、請求項１の自在継手のシール材。
【請求項６】前記第３必須成分である低分子量含フッ
素重合体が平均分子量５０，０００以下のテトラフルオ
ロエチレン重合体、フルオロポリエーテルおよびポリフ
ルオロアルキル基含有化合物からなる群から選ばれる１
種以上の重合体である、請求項１の自在継手のシール
材。
【請求項７】前記第３必須成分である低分子量含フッ素
重合体が、平均粒径５μｍ以下のテトラフルオロエチレ
ン重合体である、請求項１の自在継手のシール材。