JPH0841266A - 摺動部材用ふっ素樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 相手部材としての軟質金属材料( 例:Al)を傷
付け難く、摩耗粉が発生せず、しかも圧縮クリープ特性
などの物性的に優れた、耐圧性、摩擦特性に優れたシー
ル装置の開発。 【構成】 ポリテトラフルオロエチレン樹脂または一部
変性ポリテトラフルオロエチレン樹脂 100重量部に、固
体潤滑剤として平均粒径が５〜20μｍの窒化硼素５〜25
重量部を配合し、必要によりさらに、補強材として耐熱
性合成樹脂材料粉末および耐熱性有機繊維材料から選ば
れた１ないし複数種類の充填材２〜15重量部を、窒化硼
素を含む充填材の総量を30重量部以下として配合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体圧シリンダ、バル
ブ、ポンプなどの流体圧機器の相対的運動部分における
摺動部材用ふっ素樹脂組成物に関し、特に低摩耗性に優
れかつアルミニウム系合金材料などの軟質材料製の相手
運動部材の表面を摩耗させず、かつ摺動部材の摩耗粉に
よって作動油あるいは機器を黒く汚染することがないシ
ール装置、軸受装置を成形するに適する摺動部材用ふっ
素樹脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から流体圧機器のシール装置の材料
として、ポリテトラフルオロエチレン樹脂 (以下、PTFE
と記す) 、あるいは共重合可能な単量体でその一部が変
性された一部変性ポリテトラフルオロエチレン樹脂 (以
下、一部変性PTFEと記す) 単独、またはガラス繊維、二
硫化モリブデン、グラファイト、カーボン繊維、ブロン
ズ粉末、耐熱性合成樹脂粉末などを充填して物性を改良
したフッ素樹脂材料製のものが使用されている。

【０００３】例えば、特開昭57−105442号公報において
は、PTFEまたは一部変性PTFEにカーボン繊維の短繊維と
芳香族耐熱樹脂粉末を充填した材料組成およびそれによ
るシール装置が、また特開平５−239440号公報では、一
部変性PTFEにカーボン繊維の短繊維とグラファイトを充
填した材料からなるシール装置がそれぞれ提案されてい
る。これらの発明は、いずれも流体圧機器のシール装置
で特に相手材料がアルミニウム系の軟質材料である場合
に、相手材を摩耗させない充填剤入りPTFE材料からなる
シール装置に関するものである。

【０００４】そしてこれらのシール装置は、一般の油
圧、空気圧機器はもとより、特に自動車の動力蛇取装置
(パワーステアリング) のバルブ、シリンダ等のシール
装置に多く用いられている。

【０００５】またシール装置、軸受などの摺動材用の充
填剤入りPTFE材料として、特開昭60−60549 号公報には
充填材としてブロンズ粉末とカーボン繊維の組合わせ
が、特開平５−148370号公報にはPTFEに充填材としてカ
ーボン繊維と窒化硼素の組合せが、そして特開平５−22
2260号公報には、PTFEにカーボン繊維と窒化硼素と二硫
化モリブデンの組合せがそれぞれ開示されている。

【０００６】しかしながら、これら従来のPTFE組成物で
の充填材は、カーボン繊維と固体潤滑剤、耐熱性樹脂粉
末、金属粉末との組合わせであるが、相手部材が軟質の
アルミニウム系合金材料の場合には、カーボン繊維によ
りアルミニウム系合金材料の摩耗による不具合が見られ
たり、あるいはカーボン繊維の摩耗粉、さらには固体潤
滑剤として充填されている二硫化モリブデン、グラファ
イト等の黒色の充填材の摩耗粉が作動流体を黒く汚染し
たり、あるいは流体圧機器の運動面にシール装置の摩耗
粉が付着して外観上好ましくなかった。

【０００７】このようにPTFE組成物がカーボン繊維を含
む場合、その摩耗粉が、作動流体あるいは機器の運動面
を黒く汚染することを防止するために、特開昭61−1976
48号公報には充填剤として弗素化雲母を用いたPTFE組成
物が提案されている。

【０００８】一方、窒化硼素は白色の固体潤滑材として
知られている。しかし、窒化硼素を充填したPTFE材料
は、その材料の摩擦係数は改善されるが補強効果がない
ため、物性が低下し高圧下で使用されるシール装置の材
料としては耐圧性が不足するため、補強材としてカーボ
ン繊維が同時に使用されており、摩耗粉の問題解消は十
分とは言えなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ここに、本発明の目的
は、相手部材としてのアルミニウムなどの軟質金属材料
を傷付け難く、使用時に発生することがある摩耗粉が作
動流体や流体圧機器を黒く汚染することなく、しかも圧
縮クリープ特性などの物性的に優れた、耐圧性、摩擦特
性に優れたシール装置製造用の充填剤入りPTFE組成物を
提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、アルミニ
ウム系合金材料等の軟質材料からなる流体圧機器の相手
運動面を摩耗させず、摩擦特性に優れ、かつ摩耗粉が流
体を黒く汚染することがない摺動部材用組成物を開発す
べく、非黒色系の固体潤滑剤である窒化硼素などの固体
潤滑剤を充填したPTFE組成物につき研究を行った結果、
ある特定の粒径の窒化硼素であれば、PTFE中に比較的容
易に配合でき物性の低下を小さくすることができ、さら
にPTFEを一部変性PTFEにすることにより、窒化硼素を充
填した材料の物性を実質上低下させず、特定目的のシー
ル装置の材料として十分使用が可能であり、さらに耐熱
性合成樹脂粉末、耐熱性有機繊維材料を補強材としてさ
らに充填することにより、高圧用のシール材料としても
使用できることを見い出し、本発明を完成するに至っ
た。

【００１１】よって、本発明の要旨とするところは、ポ
リテトラフルオロエチレン樹脂、または共重合可能な単
量体でその一部が変性された一部変性ポリテトラフルオ
ロエチレン樹脂 100重量部に、固体潤滑剤として平均粒
径が５〜20μｍの窒化硼素５〜25重量部を配合してな
る、摺動部材用ふっ素樹脂組成物である。

【００１２】また別の面から本発明は、ポリテトラフル
オロエチレン樹脂、または共重合可能な単量体でその一
重量部が変性された一部変性ポリテトラフルオロエチレ
ン樹脂 100重量部に、固体潤滑剤として平均粒径が５〜
20μｍの窒化硼素５〜25重量部を配合し、さらに補強材
として耐熱性合成樹脂材料粉末および耐熱性有機繊維材
料から選ばれた１または２種以上の充填材合計２〜15重
量部を配合し、窒化硼素を含む充填材の総量を30重量部
以下とした、低摩擦性に優れた摺動部材用ふっ素樹脂組
成物である。

【００１３】本発明の好適態様によれば、相手運動部材
が、アルミニウム系合金および銅系合金などの軟質金属
材料または合成樹脂材料である軟質材料から構成される
場合、特に相手軟質材料を摩耗させることがない摺動部
材用ふっ素樹脂組成物である。

【００１４】

【作用】次に、本発明において上述のように組成を限定
した理由について、その作用とともに詳述する。

【００１５】まず、本発明で使用されるPTFEおよび一部
変性PTFEは、従来より使用されているものであればよ
く、特に制限はされないが、実用的には、好ましくは、
平均粒径が10〜50μｍの成形用粉末で、四フッ化エチレ
ンの単独重合体 (PTFE) あるいは、共重合可能な単量体
(例：パーフルオロアルキルビニルエーテル) でその一
部が変性された一部変性四フッ化エチレン樹脂 (一部変
性PTFE) が用いられる。

【００１６】ここで使用される一部変性PTFEは、PTFE分
子構造から変性部分の分子構造が突出している構造のた
め、互いに突出し部分が引掛かりを持つことにより、普
通のPTFEに比べ分子間の滑りが少なくなることによっ
て、強度、弾性係数が高く、クリープ特性に優れてい
る。その変成量も特に制限はないが、ほとんどの場合、
PTFEの融点(327℃) 以上の焼成温度においても流動性が
殆どなく、実質的に通常のPTFEと同じ成形加工条件で成
形が可能なもので、PFA(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) あるいはFE
P(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) などの熱溶融タイプのフッ素樹脂とは異なる
材料である。

【００１７】また、窒化硼素は、平均粒径が５〜20μｍ
であって、これ以上平均粒径が小さい場合には材料の引
張り強さおよび伸びの低下が相対的に大きくなり、シー
ル装置の材料としては好ましくない。

【００１８】なお、従来も窒化硼素が配合されることが
あったが、従来のものは粒径が３μｍ程度であり、本発
明のそれとは実質上異なる。本発明のふっ素樹脂組成物
には一種の補強材として耐熱性合成樹脂材料粉末および
耐熱性有機繊維材料を配合してもよい。

【００１９】耐熱性合成樹脂材料粉末としては、芳香族
ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンサ
ルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテ
ルケトンなどの粉末が、また耐熱性有機繊維材料として
は、フェノール樹脂繊維、アラミッド繊維などが挙げら
れるが、いずれもPTFE材料の焼成条件に耐えられる耐熱
性を有する材料であればいずれであっても適応できる。

【００２０】耐熱性合成樹脂材料粉末の平均粒径は、５
〜20μｍのものが好ましく、耐熱性有機繊維材料は、繊
維径５〜15μｍ、繊維長1000μｍ以下のものが好まし
い。PTFEおよび一部変成PTFEと窒化硼素およびこれら充
填材とは、ブレンダーあるいはミキサーにより混合され
る。また、所定量の充填材を配合した粉末を、定法によ
り粒径 400〜1000μｍに造粒した、造粒粉末としてもよ
い。

【００２１】本発明にかかる摺動部材用ふっ素樹脂組成
物の成形は、従来から知られているPTFEの成形方法と同
様に行われればよく、例えばこれら充填材をPTFEに均一
に混合して得た成形用粉末を所定の金型に入れ、30〜10
0 MPa の条件で加圧し予備成形した後、金型から取出し
てPTFEの融点以上の温度で加熱焼成する方法で製造する
ことができ、その後必要に応じて機械加工、あるいはコ
イニング、ホットコイニングにより所定の寸法形状の摺
動部材とすることができる。ここに「摺動部材」とは各
種シール装置、軸受部品等が例示されるが、特にそれら
にのみ制限されるものではない。

【００２２】このようにして得られたふっ素樹脂製摺動
部材は、従来公知のものと比較していずれも相手材であ
るアルミニウム材をほとんど摩耗させることがないとい
う優れた作用効果を奏するのである。次に、実施例によ
り本発明の作用効果をさらに具体的に説明する。

【００２３】

【実施例】

実施例１ 本例においては、PTFE (ダイキン工業製、商品名ポリフ
ロンM-12) 、一部変性PTFE (ダイキン工業製、商品名ポ
リフロンM-111 ) 、および粒径１μｍおよび10μｍの窒
化硼素粉末、ならびに必要により耐熱性合成樹脂材料粉
末 (住友化学工業製、芳香族ポリエステル樹脂、商品名
スミカスーパーE-101)、および、耐熱性有機繊維材料
(東レデュポン製、アラミッド繊維、商品名ケプラーK-2
9の0.8 mmパルプ) を、表１に示すように配合し、得ら
れたフッ素樹脂組成物を、慣用手段で成形して摺動部材
を作製した。各成分の配合割合は重量部である。

【００２４】なお、本発明例で用いた窒化硼素粉末の平
均粒径は10μｍであった。得られた各摺動部材について
それぞれ摩耗試験、機械的特性試験を行った。摩擦係数
および摩耗係数は、松原式摩擦摩耗試験機 (オリエンテ
ック社製) を使用し、速度0.5m/s、加重６kg/cm²とし、
相手材料にはアルミニウム材を用いた。

【００２５】引張強さ、および伸びの測定は、外径58m
m、内径50mm、幅４mmのリング状の試験片を製作してシ
ョッパー式引張り試験機により測定した。結果を表２に
まとめて示す。なお、表中、「摩擦係数」とあるのは動
摩擦係数の平均値であり、「摩擦係数K1」とあるのはふ
っ素樹脂試験片の単位時間当たりの寸法変化量であり、
そして「アルミ材の摩擦係数K2」とあるのはアルミニウ
ム試験片の単位時間当たりの寸法変化量である。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】これらからも分かるように、本発明例にお
いては、いずれも摩擦係数が改善され、特に自己および
相手材であるアルミニウムの摩耗係数が大幅に改善され
ていることが明らかで、一般的に充填材であるガラス繊
維10％充填のPTFE材料に比較して、相手材の摩耗係数
は、1/50以下となりアルミニウムなどの軟質材料に対す
る摺動部材の材料として優れた特性を示している。

【００２９】またガラス繊維に比較して相手金属材料を
摩耗させ難い充填材としてよく使用されるカーボン繊維
(繊維径10μｍ、長さ1000μｍ) を15重量部充填したPT
FE材料 (比較例20) に比べても、自己の摩耗係数はほぼ
同程度の範囲であるが、相手材であるアルミニウムの摩
耗係数は約1/3 程度に改善されている。

【００３０】比較例16〜18では引張強さおよび伸びの低
下が著しいため、摺動部材用の充填材入りPTFE材料とし
ては、装着時の変形により永久歪みが発生したり、ある
いは破断が起きることが予測されるため好ましくなく、
少なくとも引張強さ12MPa 、伸び100 ％以上あることが
好ましい。

【００３１】また、比較例18に示す窒化硼素は、平均粒
径が1.0 μｍと微細な粉末であるため、10％の充填量で
伸びが110 ％に低下し、充填量が15％では測定ができな
かったことから、平均粒径が1.0 μｍ程度の微細粉は、
成型品の物性を著しく低下させるため、窒化硼素単独で
の使用は好ましくなく、他の充填材と併用して使用する
ことが好ましい。

【００３２】比較例19は、窒化硼素と共に白色の固体潤
滑材である雲母を10重量部配合したものであるが、摩擦
係数および自己の摩耗係数は、窒化硼素と大差ないが、
相手のアルミニウム材の摩耗が10倍程度となり、軟質材
料に使用するPTFE充填材としては好ましくない。

【００３３】本発明のふっ素樹脂製摺動部材を用いて製
作されたシール装置は、パワーステアリングオイルで圧
力12MPa 、温度120 ℃の条件で10万サイクルの耐久試験
の結果、自己の摩耗も少なく、相手材であるアルミダイ
カスト製のシリンダをほとんど摩耗させることがなく、
かつ充填材に黒色のものが含まれていないため、耐久試
験後においても作動油、およびシリンダ内部の汚れが見
られなかった。

【００３４】以上のように、本発明においては、PTFEに
特定範囲の粒径の窒化硼素を使用することによって、摩
擦係数、耐摩耗性に優れた、特に相手材であるアルミニ
ウム等の軟質材料を傷付け難いふっ素樹脂製摺動部材を
得ることができ、またさらに耐熱性合成樹脂の粉末、あ
るいは耐熱性合成繊維の短繊維を補強材として使用する
ことによって、摩擦・摩耗特性と相手材料を傷付け難い
と言う特性を維持しながら、高い流体圧力あるいは面圧
の作用する、シール装置、軸受装置などのふっ素樹脂性
摺動部材を得ることが可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、摩耗特性ばかりでなく強度的にも十分な摺動部材が
得られ、充填材として配合される窒化硼素が白色を呈す
ることから、万一摩耗粉が発生しても目立たないという
優れた作用効果が得られる。

【００３６】特に、ふっ素樹脂組成物は摺動部材として
広く用いられており、本発明の場合も実質上その特性を
保有していることから、そのような従来の用途にそのま
ま適用できるという実用上の優れた効果も有する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｍ 103:00 Ａ 107:38） Ｃ１０Ｎ 20:06 Ｚ 40:02 40:34

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリテトラフルオロエチレン樹脂または
   共重合可能な単量体でその一部が変性された一部変性ポ
   リテトラフルオロエチレン樹脂 100重量部に、固体潤滑
   剤として平均粒径が５〜20μｍの窒化硼素５〜25重量部
   を配合したことを特徴とする摺動部材用ふっ素樹脂組成
   物。
2. 【請求項２】 補強材として耐熱性合成樹脂材料粉末お
   よび耐熱性有機繊維材料から選ばれた１または２種以上
   の充填材合計２〜15重量部を、前記窒化硼素を含む充填
   材の総量を30重量部以下として配合したことを特徴とす
   る請求項１記載の摺動部材用ふっ素樹脂組成物。
3. 【請求項３】 相手運動部材が、アルミニウム系合金お
   よび銅系合金から選ばれた軟質金属材料、または合成樹
   脂材料である軟質材料から構成された摺動部材を成形す
   る、請求項１または２に記載の摺動部材用ふっ素樹脂組
   成物。