JPS62146944A - 摺動材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フッ素樹脂を主成分とする摺動材料に関する
ものであり、さらに詳しく述べるならばりツブシール等
のシール部材、すべり軸受等の往復摺動および回転摺動
に適用できる摺動材料に関するものである。

〔従来の技術〕

上記摺動材料として、■ＰＴＦＥ、■ＰＴＦＥにグラフ
ァイト等の固体潤滑剤を添加したもの、■ＰＴＦＨにガ
ラス繊維を添加したもの、■ＰＴＦＥにカーボン繊維を
添加したものが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

■のＰＴＦＥは摩擦係数は低いが、耐摩耗性、耐クリー
プ性に劣り、低温から高温までの引張り応力が小さいと
いう欠点がある。

■のＰＴＦＥ＋グラファイト等添加材は■のＰＴＦＥの
改良として提案されているが、粒状であるため耐クリー
プ性向上のための補強効果が少ないという欠点がある。

■■のＰＴＦＥ＋ガラス繊維・カーボン繊維は■■の改
良として提案されているが、ガラス繊維、カーボン繊維
は相手材をキズつけ、その結果、自からも摩耗しやすい
欠点がある。更には摩擦係数を高める傾向を示し、摺動
特性を低下させる。

上記■〜■の材料をリップシール等のシール材に使用し
た場合衣のような欠点が招かれる。

（［）引張強度、せん断強度が低いためシール材の破断
および引きちぎれ現象が起きる。

第７図および第８図は、カークーラーコンプレッサ用リ
ップシールの構造を示す図面であり、それぞれ組付前後
の状態を表わす。図においてはりツブ、２はリップ押え
、３はゴムリング、４はケース、５はＯリング、６はＣ
形止め輪（リテーナ）、１０は軸、ｄはリップ１と軸１
０の接触幅である。

従来の材料を使用したリップ１は軸１０との回転摺動中
に破断および引きちぎれを起こし易い。

（ＴＩ）耐クリープ性および耐熱性が劣るため、シール
のへたり現象が起きオイルリーク量が増大する。すなわ
ち、リップ１がカーコンプレッサの使用温度において変
形し、冷媒側から大気側にもれるオイルの量が増大する
。

（八）耐摩耗性が劣るためにシール性が維持できず、リ
ップの耐久性が低い。すなわちリップｌが軸１０により
著しく摩耗することによるオイルもれが起こり、シール
の耐久性が低い。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を達成する本発明に係る摺動材料の組成は次
のとおりである。

フッ素樹脂は摺動材料の主成分である。フッ素樹脂を主
成分としたのは低摩擦特性を摺動材料に付与するととも
にフッ素樹脂以外の成分のバインダーとしての機能を利
用するためである。フッ素樹脂としては、四弗化エチレ
ン樹脂（ＰＴＦＥ）、エチレン−四弗化エチレン樹脂（
Ｅ−ＴＦＥ）　、フッ素化エチレンプロピレン樹脂（１
？ＥＰ）　、フン化アルコキシエチレン樹Ｂ（ＰＦＡ）
フッ化エチレンプロピレンエーテル樹脂（ＥＰＥ）など
を使用することができる。

フン素樹脂の含有量は５０％（重量百分率、以下同じ）
以上であると、低摩擦特性、耐摩耗性および機械的強度
の点で好ましい特性を有する摺動材料が得られる。さら
に好ましい含有量は６０％以上、最も好ましい含有量は
７０％以上である。

フッ素樹脂には摩擦調整剤が加えられる。添加目的は、
フン素樹脂は分子間凝集力が小さいため摺動時のせん断
力により分子間で分断が起こり摩耗が進むことを防止す
るためである。下記摩擦調整剤の添加により好ましい性
能が得られることを見出した。

（イ）黒鉛：完全な黒鉛ばかりでなくカーボンも添加材
として使用することができる。また黒鉛の種類としては
、土状、鱗状、鱗片状、塊状などの天然黒鉛および人造
黒鉛（石炭コークス系、石油コークス系、ピッチ系など
）があり、これらを添加材として使用することができる
。黒鉛は摺動材料の耐クリープ性および油中での潤滑性
を向上させる効果をもつ。なお、黒鉛力頌・１摩耗性を
向上させることは公知であり、本発明においても当然耐
摩耗性向上があるのは勿論である。この効果を達成する
ためには黒鉛の含有量は５％以上であることが望ましい
。唯、４０％を越えると摺動材料の強度低下および耐摩
耗性低下の傾向が現われるので黒鉛の含有量は４０％以
下が望ましい。より望ましい黒鉛の含有量は１０〜２０
％である。

（Ｕ）ケイ酸塩化合物：クレー、マイカ、タルクなどの
ケイ酸塩化合物を添加剤として使用することができる。

ケイ酸塩化合物の効果は黒鉛の効果とほぼ同様であるが
、前者は後者より高硬度を有するために、特に耐摩耗性
向上効果が他の効果よりも著しい。ケイ酸塩化合物によ
る効果を達成するためには、その含有量が２％以上であ
ることが望ましい。唯、３０％を越えると相手材が疵つ
く傾向が現われるので、含有量は３０％以下が望ましい
。より望ましい含有量は５〜２０％である。

（ハ）耐熱性有機樹脂：ポリイミド、ポリアミドイミド
、芳香族ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、
ポリエーテルエーテルケトン、ボリアリレートなどの耐
熱性有機樹脂を添加材として使用することができる。こ
れらの耐熱性有機樹脂による効果も黒鉛とほぼ同様であ
るが、耐摩耗性および耐クリープ性向上の程度が若干高
い。耐熱性有機樹脂による効果を達成するためには２％
以上の含有量が望ましい。唯３０％を越えると機械的強
度が低下する傾向が現われるので、含有量は３０％以下
が望ましい。より望ましい含有量は５〜２０％である。

耐熱性有機繊維は本発明における重要な成分である。耐
熱性有機繊維としては芳香族ポリアミド繊維、ポリベン
ゾイミダゾール繊維等を用いることができる。芳香族ポ
リアミド繊維は「ケブラー」（デュポン社登録商標）ま
たはコーネノクス（帝人社登録商標）として知られてい
る。芳香族ポリアミド繊維はヤーン、バルブ、チロツブ
繊維の何れかの形態で入手できる。本発明ではバルブ、
チョップをそのまま用いるかあるいは適当な長さに切断
して用いる。本発明において耐熱性有機繊維を使用する
のは、機械的強度および耐クリープ性の向上を積極的に
図ることを目的とし、このような効果を奏するためには
、耐熱性有機繊維の含有量は０．２％以上であることが
望ましい。唯、含有量が２０％を越えると摩擦係数が増
大するために、２０％以下の含有量が望ましい。

次に、本発明に係る摺動材料の製造法を説明する。

フッ素樹脂の主体がＰＴＦＥである場合は、所定成分を
ミキサーで混合し、圧縮成形、ラム押出し、ペースト押
出し等で混合物成分をリング形状に押出し、例えば３８
０℃、８時間の条件で押出材を焼成する。フッ素樹脂の
主体がＰＴＦＥ以外である場合は、所定成分をスクリュ
一式混錬押出機で処理した後粉砕し次に射出成形、押出
成形等で所定形状に成形する。成形温度は例えば２７０
〜３２０℃、成形時間は例えば２〜３分間である。

本発明において耐熱性有機繊維および耐熱性樹脂でいう
耐熱性とは上記の焼成工程もしくは成形工程における２
分ないし８時間程度の短期間において約３８０℃までの
温度に耐えることができる性質である。このように耐熱
性を定めたのは、焼成もしくは成形工程での高温に耐え
て繊維等の特性劣化がないことが重要であり、またこの
特性劣化がなければ、作動温度条件による長期的な特性
劣化が起こることはないからである。上記耐熱性を欠如
する材料は焼成もしくは成形工程において熱による材料
物性の劣化もしくは熱分解が生じることが認められる。

〔作　用〕

摺動材料に要求される特性のひとつである相手材と長期
間安定に摺動する性質、およびシール性は＋→材料の弾
性係数が高いこと、（Ｉ′Ｉ）変形によりクリープする
傾向が小さい性質を該材料が有すること、（ハ）該材料
の引張強度が高いこと、（ニ）該材料が摩耗し難いこと
、が充足されたときに十分なものとなると考えられる。

本発明の摺動材料の重要な成分である芳香族ポリアミド
繊維は低摩擦性および（イ）−（ニ）により左右される
シール性および摺動性を同時に向」二する作用を有して
いる。

以下、各種材料の性質を本発明者の実験により説明する
。

第１図は、ひずみ５％のときの各種材料の引張応力の温
度依存性を示すグラフである。図中、○はＰＴＰＥ＋２
％芳香族ポリアミド繊維（バルブ状）＋１３％黒鉛（本
発明）、△はＰＴＦＥ＋　１５％黒鉛（従来材）、口は
１００％ＰＴＦＥ　（参考例）、ムはＰＴＦＥ＋　１５
％ガラス繊維（比較例）、および閣はＰＴＦＥ＋　１５
％カーボン繊維（比較例）をそれぞれ示す。第１図より
、本発明に係る摺動材料（０）は−５０℃〜１５０°Ｃ
の試験温度域全体で高強度を有することが分かる。

第２図および第３図は第１図と同様の材料の耐クリープ
性を示すグラフである。なお試験条件は、第２図：温度
２３℃、引張荷重８０　ｋｇ／ｃｊ　ｉ第３図：温度１
００℃、引張荷重４０ｋｓｒ／ｃＪである。これらのグ
ラフより芳香族ポリアミド繊維は、特に高温（１００℃
）において、耐クリープ性向上に有効であることが分か
る。

第４図は、ディスク状試験片を、相手材−鋼板、温度８
０℃、油中、往復速度−２■２、荷重１０ｋｇの条件で
、往復摺動させた結果を示すグラフである。図中、○、
△および口は第１図と同様の材料、◇はＰＴＦＥ＋　１
５％カーボン繊維材料、◆はＰＴＦＥ　＋１５％ガラス
繊維材料を示す。また、往復摺動試験において、４Ｘ１
０’回往復時の摩耗量を測定した結果を次表に示す。

以下余白 第１表 第１図および第１表より、芳香族ポリアミ１゛繊維が、
（イ）カーボン繊維ガラス繊維と比較して、摩擦係数を
安定させまた相手材の疵発生をもたらさず、（ｎ）全添
加材と比較して耐摩耗性を高め、（ハ）黒鉛と比較して
、摩擦係数はほぼ同等にしていることが分かる。

下記試験条件にて往復摺動試験を行なった結果を説明す
る。

試験方法二円盤状試験材を板状相手材に対して往復回転
摺動させる。

速度：２Ｈｚ 荷重：１０ｋｇ 温度：８０°Ｃ 潤滑ニオイル 往復回数：４Ｘ１０’回 試験結果を次表に示す。

注：＊−相手材に疵発生 第２表より、ＰＴＦＥ、芳香族ポリアミド繊維およびグ
ラファイトよりなる材料は摩耗量が少ないことおよび相
手材を疵つけないことの二つの性質を兼備していること
が分かる。

下記条件にて摩擦摩耗試験を行なった結果を説明する。

試験機：機械試験所型摩擦摩耗テスタ（円筒状相手材の
平坦端面を試験片板面に接触させて円筒の軸周のまわり
に回転させる試験機） 速度：１ｍ／ｓ 荷重（面圧）：２ｋｇ／ａａ 潤滑：なし 相手材二鉄 試験時間：２０ｈｒｓ 第３表 注：＊−相手材に疵発生 第３表より、ＰＴＦＥ、芳香族ポリアミド繊維およびグ
ラファイトよりなる材料は摩耗量が少ないごとおよび相
手材を疵っけないことの二つの性質を兼備していること
が分かる。

〔実施例〕

実施例１ 第４表に本発明に係る摺動材料および比較例の材料の組
成、引張ひすみ（荷重４０ｋｇ／ｃ＋ａ、温度１００℃
、１００時間）および摩耗量を示す。

表中ケブラーはデュポン社製芳香族ポリアミド繊維であ
り、コーネックスは奇人社製芳香族ポリアミド繊維ポリ
ベンゾイミダゾール繊維（ＦＢＩと略す）はいずれも径
１２μｍ、平均長さ０．５　ｔｍ、パルプである。黒鉛
は鱗片状の人造黒鉛である。

往復摩耗および回転摩耗の試験条件は第２表および第３
表で説明したものとそれぞれ同じである。

以下余白 実施例２ 第５表に本発明に係る摺動材料の材料の組成、引張ひす
みおよび摩耗量を第４表と同じ条件で行った試験結果を
示す。

表中、ＰＩはポリイミド、ＦＡＩはポリアミドイミド、
ＰＥは芳香族ポリエステル、ＰＰＳはポリフェニレンサ
ルファイド、ＰＥＥＫはポリエーテルエチルケトンであ
る。

以下余白 実施例３ 下記組成の摺動材料を調製した。

Ａ（○）：８５％ＰＴＦＥ＋２％ケブラ＋１３％黒鉛Ｂ
　（０）　　ニア５％ＰＴＦＥ＋２％ケブラ＋１０％黒
鉛＋１０％クレー Ｃ（・）ニア５％ＰＴＦＥ＋２％ケブラ＋１２％黒鉛＋
５％クレー＋５％ＰＩ Ｄ（△）：１００％ＰＴＦＥ　（比較例）Ｅ　（Ａ）　
　：８５％ＰＴＦＥ　＋　１５％黒鉛（比較例）Ｆ（ム
）：９８％ＰＴＦＥ＋２％ケブラ（比較例）ケブラは実
施例１と同じものである。

引張力４０ｋｇ／ｃｎ、１００℃の条件下でのクリープ
特性を第５図に示す。

前述の往復摺動試験を４Ｘ１０’回往復で行なったとき
の摩耗量を次表に示す。

以下余白 第６表 前述の条件にて往復摺動試験を行なった第６図に示す。

１〜３の　察 実施例に示された結果から本発明の最良組成について考
察すると、試料Ｆｉｌ、Ｎｂ、４．Ｎｏ、８が引張ひす
みおよび摩耗量が極めて小さくなっている。

これらの材料の顕微鏡組織を観察したところ、ケブラー
、黒鉛がマトリックスであるＰＴＦＥ中にほぼ等容量割
合で分散していることが認められた。また摩耗した材料
粉を顕微鏡で観察したところほとんどがＰＴＦＥであり
、残りは黒鉛であった。さらに摺動面を摩耗前後で顕微
鏡観察したところ、摩耗後の摺動面はケブラーの表出割
合が多くなっていた。

〔発明の効果〕

本発明によると、リップシールのシール性およびずベリ
軸受の摩擦摩耗特性を著しく改良することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は引張り応力の温度依存性を示すグラフ、第２図
および第３図は引張りひずみの時間依存性を示すグラフ
、 第４図は摩擦係数の時間依存性を示すグラフ、第５図は
第２．３図と同様のグラフ、 第６図は第３図と同様のグラフ、 第７図は組付前のリップシールの図面、第８図は組付後
のりツブシールの図面である。 １−リップ、　　　２−リップ押え◇ 俸１　図 第２図 １３図 第６図 第８図 手続補正書（方式） 昭和６１年３月　１３日 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示 昭和６０年特許願第２８５７７５号 ２、発明の名称 摺動材料 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称　大豊工業株式会社 ４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号５、
補正命令の日付 ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 明細書浄書（内容に変更なし） ８、添付書類の目録

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、フッ素樹脂、耐熱性有機繊維および摩擦調整剤より
   なる摺動材料。