JPH07217571A

JPH07217571A - スクロール型コンプレッサのシール部材用組成物

Info

Publication number: JPH07217571A
Application number: JP979294A
Authority: JP
Inventors: Takumi Shimokusuzono; 工下楠薗
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1994-01-31
Publication date: 1995-08-15

Abstract

(57)【要約】【目的】スクロール型コンプレッサのシール部材用組
成物を、低摩擦係数の摺動特性に加えて、溶融成形時の
良好な流動性、耐摩耗性および軟質金属製の摺動相手材
に対する非損傷性を全て兼ね備えたものとする。【構成】ポリフェニレンサルファイド樹脂７０〜９０
重量％、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂５〜２０重量％、芳
香族ポリアミド繊維２〜１０重量％、平均径３μｍ以下
でモース硬度２〜３の硫酸カルシウムウィスカなどの無
機化合物ウィスカ３〜１５重量％を含有した樹脂組成物
からなるスクロール型コンプレッサのシール部材用組成
物とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はスクロール型コンプレ
ッサの摺動面に装着されるスクロール型コンプレッサの
シール部材用組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、スクロール型コンプレッサの構
造を図１〜４に基づいて説明すると、このものは、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金などの軽金属類製の基
板３の片面に同材料の渦巻き壁４を直立形成したスクロ
ール部材５を設け、スクロール部材の渦巻き壁４の上端
面には長手方向に溝６を形成し、溝６に四フッ化エチレ
ン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略記する）などの潤滑性樹脂
材料からなる渦巻き線形のシール部材２を組み付け、前
記渦巻き方向と逆向きの渦巻き壁を形成したスクロール
部材（図示せず）を別途設け、これら一対のスクロール
部材の渦巻き壁相互を偏心状態にかみ合わせて、軸周り
に相対的に公転運動を行わせることによって、渦巻き壁
４の間に形成される密閉空間を中心方向に移動させなが
ら空間内の流体を圧縮し、流体を中心部から吐出するよ
うにしたものである。

【０００３】そして、図４に示すように、一対のスクロ
ール部材５、５´のシール部材２、２´を相互に他のス
クロール部材５´、５の渦巻き壁の底に摺接させること
によって、渦巻き壁４の間を通過する流体のシールを図
っている。

【０００４】上記したＰＴＦＥを主要材料としたシール
部材２は、射出成形が不可能で生産性が悪く、また耐ク
リープ性にも劣るので、近年では射出成形可能な潤滑性
樹脂材料からなるシール材も開発されている。

【０００５】すなわち、本願の発明者らが先に特開昭６
２−２２３４８８号公報で開示した射出成形可能なスク
ロール型コンプレッサのシール材は、芳香族ポリエーテ
ルケトン樹脂、ポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリエ
ーテルイミド樹脂を主成分とし、ＰＴＦＥおよび射出成
形可能な含フッ素樹脂を添加したもの、または同発明者
らが特開昭６３−１５８３６２号公報で開示したもの
は、芳香族ポリエーテルケトン樹脂を主成分とし、いず
れも潤滑性、耐クリープ性を改良したものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
のポリフェニレンサルファイドなどのポリアリーレンス
ルフィド樹脂を主成分とし、ＰＴＦＥおよび射出成形可
能な含フッ素樹脂を添加したシール部材用組成物は、射
出成形が可能であり、かつ潤滑性、耐クリープ性の点で
も優れたものであるが、射出成形時の流動性が充分に良
好でないという問題点がある。

【０００７】このようなシール部材用組成物を用いてス
クロール型コンプレッサの渦巻き壁と略同じ長さの細長
い渦巻き型のシール部材を射出成形するには、シール部
材の全長（展開長さ）の中間にゲート口を配置しなけれ
ば、金型内に均等に充填できない。

【０００８】そして、中間位置にゲート口を配置して射
出成形されたシール部材は、突出したゲート部分を後加
工によって再成形する必要があるので、生産効率が悪
く、すなわち低コスト化の要請に応えることができず、
また後加工によってはゲート部分の成形寸法精度が安定
しないので、シール性能の安定した製品が得られないと
いう問題点がある。

【０００９】ここで、射出成形時に所要の流動性を獲得
するには、ＰＴＦＥの配合割合を少なくすると共に、射
出成形可能なポリアリーレンスルフィド樹脂および含フ
ッ素樹脂の配合割合を多くすればよいとも考えられる。
そして、一般に樹脂組成物の耐摩耗性を改善する手法と
して、炭素繊維などの繊維補強剤を添加する手法が採ら
れる。

【００１０】しかし、炭素繊維で強化した潤滑性樹脂組
成物は、アルミニウムなどの軟質軽金属製の摺動相手材
を損傷し易いものであり、さらには相手材摩耗粉の発生
によってシール部材自体も摩耗し易くなる。

【００１１】そこで、この発明の課題は、上記した問題
点を解決し、スクロール型コンプレッサのシール部材用
組成物を、低摩擦係数の摺動特性に加えて、溶融成形時
の良好な流動性、耐摩耗性および軟質金属製の摺動相手
材に対する非損傷性を全て兼ね備えたものとすることで
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明においては、スクロール型コンプレッサ
のシール部材用組成物を、ポリフェニレンサルファイド
樹脂７０〜９０重量％、フッ素樹脂５〜２０重量％、芳
香族ポリアミド繊維２〜１０重量％、平均径３μｍ以下
の無機化合物ウィスカ３〜１５重量％を含有する樹脂組
成物で構成したのである。

【００１３】また、前記ポリフェニレンサルファイド樹
脂としては、下記化２の式で表わされる繰り返し単位を
９０モル％以上含有し、溶融粘度が５００〜１５００ポ
イズのポリフェニレンサルファイド樹脂を採用すること
ができる。

【００１４】

【化２】

【００１５】前記したフッ素樹脂としては、ポリテトラ
フルオロエチレン樹脂が採用でき、平均径３μｍ以下の
無機化合物ウィスカとしては、モース硬度２〜３のウィ
スカを採用することができ、そして前記した無機化合物
ウィスカとしては、硫酸カルシウムウィスカを採用する
ことが好ましい。

【００１６】以下に、その詳細を述べる。まず、この発
明に用いるポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、Ｐ
ＰＳ樹脂と略記する）は、前記化２の式で表わされる繰
り返し単位を有する結晶性の線状高分子であり、このよ
うな繰り返し単位を９０モル％以上含むものが好まし
い。前記した繰り返し単位が９０モル％未満のＰＰＳ樹
脂では、組成物に射出成形性などの所期した性質がなく
なるからである。

【００１７】ＰＰＳ樹脂は、たとえば硫化ナトリウムと
ｐ−ジクロルベンゼンとをＮ−メチルピロリドン、ジメ
チルアセトアミドなどのアミド系溶媒もしくはスルホラ
ンなどのスルホン系溶媒中で反応させた重合体からコン
パウンドを得ることが好ましい。なお、この重合体の結
晶性に影響を与えない範囲で、たとえば、下記化３の式
で示される共重合成分を１０モル％未満含ませてもよ
い。

【００１８】

【化３】

【００１９】このようなＰＰＳ樹脂は、たとえば、特公
昭４４−２７６７１号公報などに開示されているハロゲ
ン置換芳香族化合物と硫化アルカリとの反応、米国特許
第３２７４１６５号に開示されているようなチオフェノ
ール類のアルカリ触媒もしくは銅塩などの共存下におけ
る縮合反応などによって合成される。

【００２０】ＰＰＳ樹脂は、縮合などの反応直後におい
ては、白色に近い未架橋品であって、このままでは低分
子量で低粘度であるから、溶融成形に適当な粘度とする
には、たとえば空気中において融点以下に加熱すること
で酸化架橋させて、分子量を適度に高める。このような
酸化架橋処理をして溶融成形用途に市販されているライ
トンＰ−４（フィリップスペトローリアム社製）の溶融
粘度（オリフィス：直径１ｍｍ、長さ２ｍｍ、荷重１０
ｋｇ）は、１０００〜５０００ポイズである。

【００２１】そして、ＰＰＳ樹脂の好ましい溶融粘度
は、５００〜１５００ポイズである。なぜなら、５００
ポイズ未満では耐摩耗性が悪く、１５００ポイズを越え
ると成形性（流動性）が悪くなって好ましくないからで
ある。

【００２２】前記した架橋型ＰＰＳ樹脂は、組成物によ
っては脆弱となり易く、これから成形した摺動部に異物
が混入した際に摺動面の一部が欠落する可能性もあるた
め、引張り強さ、曲げ強さなどを改良した直鎖型ＰＰＳ
樹脂を用いることが好ましい。このような直鎖型ＰＰＳ
樹脂の市販品としては、呉羽化学工業社製：ＫＰＳ−Ｗ
２１４を例示することができる。

【００２３】さらに、このような直鎖型ＰＰＳ樹脂にお
いては、耐クリープ性が充分満足できないので、直鎖型
ＰＰＳ樹脂であって、しかも若干の架橋構造を導入した
ＰＰＳ樹脂を採用することがより好ましい。若干の架橋
構造を導入した直鎖型ＰＰＳ樹脂であり、その溶融粘度
が５００〜１５００ポイズである市販品としては、トー
プレン社製：Ｔ３ＡＧが挙げられる。

【００２４】次に、この発明におけるフッ素樹脂は、組
成物に低摩擦係数で非粘着性特性を導入するために用い
るものであって、コンプレッサの性能に応じて適当な摩
擦係数となるものを採用すればよい。好ましいフッ素樹
脂としては、ＰＴＦＥの他、ポリ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、ポリトリクロ
ロフルオロエチレン、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などが挙げられ
る。このうち、最も低摩擦係数であるＰＴＦＥが最も好
ましいものであるが、このものの形態としては、平均粒
径が２０μｍ以下の滑剤級の粉末が好ましい。

【００２５】平均粒径が２０μｍ以下の滑剤級の粉末Ｐ
ＴＦＥとして市販されているものとしては、英国アイ・
シー・アイ社製：フルオン（商標）Ｌ１６９、同Ｌ１７
０、同Ｌ１７１、ダイキン工業社製：ルブロン（商
標）、Ｌ−２、同ＬＤ−１、デュポン社製：テフロン
（商標）、ＴＬＰ−１０、同ＴＬＰ−１０Ｆ−１などを
挙げることができる。

【００２６】なお、組成物に良好な溶融粘度を維持する
ためには、バージンのＰＴＦＥよりも一度焼成したＰＴ
ＦＥを粉砕した再生ＰＴＦＥを用いることが、ＰＴＦＥ
を繊維状化をさせ難い点で好ましい。また、再生ＰＴＦ
Ｅに代え、もしくはこのものと併用してＰＴＦＥにγ線
照射処理してこれを低分子量化したＰＴＦＥ粉末を用い
ることができる。γ線照射処理した市販の潤滑剤用ＰＴ
ＦＥとしては、喜多村社製：ＫＴ４００Ｈを例示するこ
とができる。

【００２７】この発明に用いる芳香族ポリアミド繊維
は、下記の化４の式で示される一般式を繰り返し単位と
する樹脂からなり、このような樹脂のうちメタ系の分子
構造を有する芳香族ポリアミド樹脂の代表例として、米
国デュポン社製：ノーメックス（紙状）、帝人社製：コ
ーネックスが挙げられ、パラ系の分子構造を有する樹脂
の代表例として米国デュポン社製：ケブラー（繊維
状）、帝人社製：テクノーラがある。

【００２８】

【化４】

【００２９】芳香族ポリアミド繊維の形態としては、繊
維長０．２〜１ｍｍであり、繊維径１０〜１５μｍのも
のが好ましい。なぜなら、上記範囲未満では均一に分散
させるのに非常な時間とエネルギーを要し、分散系の流
動特性が悪くなるからであり、上記範囲を越えると、マ
トリックス中で分散状態が悪く、機械的強度、耐摩耗性
が劣ることとなって好ましくないからである。このよう
な条件を満足する市販の芳香族ポリアミド繊維として
は、アクゾ社製：トワロン（パラ系）、繊維長０．２５
ｍｍ、繊維径１３μｍがある。

【００３０】この発明に用いる無機化合物ウィスカは、
平均径３μｍ以下、好ましくは１．０〜２．０μｍのも
のである。なぜなら、上記範囲未満の平均径では均一に
分散させるのに非常な時間とエネルギーを要し、分散系
の流動特性が悪くなるからであり、上記範囲を越える
と、マトリックス中で分散状態が悪く、機械的強度、耐
摩耗性が劣ることとなって好ましくないからである。無
機化合物ウィスカの具体例としては、酸化チタンウィス
カ、チタン酸カリウムウィスカ、ほう酸アルミニウムウ
ィスカ、硫酸カルシウムウィスカ、酸化亜鉛ウィスカな
どが挙げられる。

【００３１】また、このようなウィスカのうち、モース
硬度２〜３のものが、補強材として用いた場合にアルミ
ニウム合金などの比較的軟質の摺動相手材を損傷せず、
また耐摩耗性にも優れているので、好ましい。モース硬
度２〜３のウィスカとしては、硫酸カルシウムウィスカ
（Ｕ．Ｓ．Ｇｙｐｓｕｍ社製）が挙げられる。

【００３２】なお、この発明のシール部材用組成物に
は、溶融状態での所期した流動性を阻害しない程度に黒
鉛、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を併用してもよ
いのは勿論である。

【００３３】以上述べたシール部材組成物の配合割合
は、ＰＰＳ樹脂７０〜９０重量％、フッ素樹脂５〜２０
重量％、芳香族ポリアミド繊維２〜１０重量％、平均径
３μｍ以下の無機化合物ウィスカ３〜１５重量％であ
る。

【００３４】なぜなら、ＰＰＳ樹脂の配合割合が全組成
物量の７０重量％未満の場合（すなわち、フッ素樹脂、
芳香族ポリアミド繊維、無機化合物ウィスカの合計量が
３０重量％を越える場合）では、組成物の溶融粘度が高
くなって、シール部材の長手方向に一端にゲートを設け
た射出成形が困難となり、前記した種々の不都合が生じ
るからである。なお、他の必須成分を最低限の添加量を
とし、ＰＰＳ樹脂を残部とした場合の配合割合は９０重
量％である。

【００３５】また、フッ素樹脂の配合割合が５０重量％
未満の少量では、シール部材用組成物の潤滑性が不充分
となって好ましくなく、逆に２０重量％を越える多量で
は、所期した溶融流動性が得られず、分散性、相溶性が
低下して均質な組成物が得られにくいといった問題が生
じるからである。

【００３６】また、芳香族ポリアミド繊維が２重量％未
満の少量では、組成物に充分な耐摩耗性が備わらず、１
０重量％を越える多量では所期した溶融流動性が得られ
ない。

【００３７】また、ウィスカが３重量％未満の組成物の
機械的強度が不充分であり、１５重量％を越える多量で
は、所期した溶融流動性が得られないからである。

【００３８】これら諸原材料の配合、加熱、溶融、混合
などの諸操作は、熱ローラ、バンバリーミキサ、ブラベ
ンダ、押出機などを利用し、通常２９０〜３３０℃、好
ましくは３００〜３２０℃で均質な混合物が得られるま
で継続して実施すればよい。または、諸原材料を乳鉢、
ヘンシェルミキサー、ボールミル、リボンブレンダーな
どで予め混合した後に、溶融混合機、射出成形機、押出
し成形機等で２８０〜３３０℃、好ましくは３００〜３
３０℃の条件でペレットとするか、そのまま射出成形機
で所要の長さの線状、棒状、板状またはシート状その他
任意形状の長尺状のシール部材に成形する。

【００３９】

【作用】この発明に係るスクロール型コンプレッサのシ
ール部材用組成物は、主成分であるＰＰＳ樹脂の溶融時
の良好な流動性を維持しており、フッ素樹脂による低摩
擦係数の摺動特性を発揮し、芳香族ポリアミド繊維およ
び無機化合物ウィスカを所定の配合割合で添加したこと
により、耐クリープ性と共に耐摩耗性に極めて優れ、し
かも摺動相手材を損傷しないシール部材用組成物とな
る。

【００４０】

【実施例】実施例および比較例に用いた原材料を一括し
て示すと次の通りである。なお、括弧内に略称を示し
た。

【００４１】（１）ポリフェニレンサルファイド樹脂〔ＰＰＳ〕トープレン社製：Ｔ３ＡＧ（２）フッ素樹脂〔ＰＴＦＥ〕喜多村社製：ＫＴ−４００Ｈ（３）芳香族ポリアミド繊維〔アラミド繊維〕アクゾ社製：トワロン（繊維長０．２５ｍｍ、繊維径１
３〜１４μｍ）（４）硫酸カルシウムの単結晶ウィスカ大日精化工業社製：フランクリンファイバーＡ３０
（繊維長５０〜６０μm 、繊維径２μｍ）（５）酸化チタンウィスカ石原産業社製：酸化チタンＦＴＬ３００（繊維長５μ
ｍ、繊維径０．２７μｍ）（６）チタン酸カリウムウィスカ大塚化学社製：ティスモ−Ｎ（７）炭素繊維呉羽化学社製：クレハ１０７Ｔ〔実施例１〜７、比較例１〜７〕上記した原材料１〜７
を表１または表２に示す割合で配合し、ヘンシェルミキ
サーで均質になるよう混合した後、二軸溶融押出機（池
貝鉄鋼社製：ＰＣＭ−３０型）に供給し、温度２９０〜
３１０℃、スクリュー回転数１５０ｒｐｍ、径２ｍｍ、
孔７個のストランドダイから押し出してペレット状に造
粒した。このペレットをノズル温度２９０〜３２０℃、
金型温度１３０〜１５０℃、射出圧力１５００ｋｇ／ｃ
ｍ²の射出成形機にかけて、図１または図２に示すよう
な螺旋状のシール部材２を射出成形によって成形した。

【００４２】この場合、図２に示すように、射出成形用
のゲート口１は、シール部材２の長手方向の一端のみに
配置した。

【００４３】また、上記した成形方法と全く同様にし
て、所定の試験片を作成し、これを用いて摩擦係数、摩
耗量または組成物の流動性を以下の方法で測定し、評価
した。

【００４４】［摩擦係数および摩耗量］鈴木・松原式
摩擦摩耗試験機を用い、内径１７ｍｍ、外径２１ｍｍ、
長さ１０ｍｍの摩耗リング試験片を用い、圧力１５ｋｇ
ｆ／ｃｍ²、速度：１２８ｍ／分の条件下において、相
手材としてアルミニウム合金（ＡＣ８Ｃ）を用いた。摩
耗量は、試験片の試験前後の高さの差（μｍ）を測定
し、相手材は試験前後の重量差（ｍｇ）を測定し、この
結果を表１または表２に併記した。

【００４５】［流動性］住友重機社製：プロマットを
用い、幅１．７ｍｍ、厚み１．５ｍｍの方形状断面を有
しインボリュート曲線型の金型を使用してスパイラルフ
ロー試験を行ない、その流動長（ｃｍ）を測定し、この
結果を表１または表２に併記した。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【表２】

【００４８】表１および表２の結果からも明らかなよう
に、比較例１では比較的良好な流動性を示したが、炭素
繊維が配合されているので、相手材への攻撃性（摩耗
量）が大きかった。ウィスカ類を全く配合しなかった比
較例２は、芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）が全
く配合されておらず、相手材への攻撃性は小さいが、試
験片自体の耐摩耗性に劣るものであった。比較例４は、
フッ素樹脂を含有しないので、摩擦係数が高く、比較例
５〜７では比較的良好な耐摩耗性を示すが、フッ素樹
脂、芳香族ポリアミド繊維、ウィスカ類がそれぞれ過剰
に配合されているので、所期した流動性（流動長）が得
られなかった。

【００４９】これに対して、全ての配合条件を満足する
実施例１〜７は、試験片および相手材の摩耗量、摩擦係
数が小さく、流動性に優れたものであった。

【００５０】

【効果】この発明は、以上説明したように、主成分であ
るＰＰＳ樹脂の溶融時の良好な流動性を維持しており、
フッ素樹脂、芳香族ポリアミド繊維および無機化合物ウ
ィスカをそれぞれ所定の配合割合で添加したことによ
り、スクロール型コンプレッサのシール部材用組成物
が、低摩擦係数の摺動特性に加えて、溶融成形時の良好
な流動性、耐摩耗性および軟質金属製の摺動相手材に対
する非損傷性を全て兼ね備えたものとなる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】スクロール型コンプレッサのスクロール部材を
示す斜視図

【図２】実施例を示す斜視図

【図３】図１の要部縦断面図

【図４】一対のスクロール部材を組み合わせた状態の断
面図

【符号の説明】

１ゲート口２シール部材３基板４渦巻き板５スクロール部材６溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリフェニレンサルファイド樹脂７０〜
９０重量％、フッ素樹脂５〜２０重量％、芳香族ポリア
ミド繊維２〜１０重量％、平均径３μｍ以下の無機化合
物ウィスカ３〜１５重量％を含有した樹脂組成物からな
るスクロール型コンプレッサのシール部材用組成物。
【請求項２】前記ポリフェニレンサルファイド樹脂
が、下記化１の式で表わされる繰り返し単位を９０モル
％以上含有し、溶融粘度が５００〜１５００ポイズのポ
リフェニレンサルファイド樹脂である請求項１に記載の
スクロール型コンプレッサのシール部材用組成物。【化１】
【請求項３】前記フッ素樹脂がポリテトラフルオロエ
チレン樹脂である請求項１または２に記載のスクロール
型コンプレッサのシール部材用組成物。
【請求項４】前記平均径３μｍ以下の無機化合物ウィ
スカが、モース硬度２〜３のウィスカである請求項１、
２または３に記載のスクロール型コンプレッサのシール
部材用組成物。