JP2001090836A - フッ素樹脂摺動部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】強度が強く耐摩耗性に優れるとともに、動摩擦
係数が低いフッ素樹脂摺動部材を提供する。 【解決手段】ＰＴＦＥからなる基材１にアラミド繊維２
を分散させた。上記基材１とアラミド繊維２との界面
に、潤滑剤３を含浸させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、耐摩耗性が要求
されるパッキンやピストンリング等に用いられるフッ素
樹脂摺動部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】パッキン等に用いられる摺動部材には、
低い摩擦抵抗が要求され、従来から潤滑油とともに種々
の材料が用いられているが、特にポリテトラフルオロエ
チレン（以下「ＰＴＦＥ」という）からなる摺動部材に
ついては、耐熱性、耐薬品性に優れ、かつ動摩擦係数が
低いために、潤滑油を併用しないドライ摺動部材として
多用されている。ＰＴＦＥは上記のように優れた摩擦特
性を有しているが、強度及び耐摩耗性に難点がある。こ
のため、上記ＰＴＦＥに樹脂粉末、カーボン、アラミド
繊維等の充填材を添加することにより、強度及び耐摩耗
性を改善することが行われており、上記アラミド繊維を
添加した場合には、その改善効果が特に高いことが知ら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記アラミド繊維等の
充填材の使用は、強度と耐摩耗性とを向上させることが
できる一方で、動摩擦係数が高くなる傾向がある。この
ため、充填材を多量に配合した場合には、摩擦の相手材
に対する攻撃性が高くなり、相手材の材質によっては、
当該相手材の摩耗量が多くなるという問題がある。

【０００４】上記のような従来の問題点に鑑み、この発
明は、強度が強く耐摩耗性に優れるとともに、動摩擦係
数が低いフッ素樹脂摺動部材を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のこの発明のフッ素樹脂摺動部材は、ＰＴＦＥからなる
基材に耐熱性樹脂繊維を分散させ、上記基材と耐熱性樹
脂繊維との界面に、潤滑剤を含浸させたことを特徴とす
るものである。上記構成のフッ素樹脂摺動部材によれ
ば、ＰＴＦＥに分散させた耐熱性樹脂繊維によって、強
度及び耐摩耗性を改善することができ、基材と耐熱性樹
脂繊維との界面に含浸させた潤滑剤により、動摩擦係数
を低下させることができる。すなわち、ＰＴＦＥは成形
時に３００℃を超える高温状態を長時間必要とするた
め、潤滑剤を混在させた状態での成形が困難であり、ま
た、撥水性や撥油性のために成形後に液状の潤滑剤を含
浸させることも同じく困難であったが、ＰＴＦＥに耐熱
性樹脂繊維を分散させると、ＰＴＦＥと耐熱性樹脂繊維
との界面に、即ち耐熱性樹脂繊維とＰＴＦＥとの境界や
耐熱樹脂繊維のごく表層に、液状の潤滑剤を含浸・保持
させることができ、この潤滑剤により動摩擦係数が低下
し、優れた摺動部材としての特性が得られるとの知見を
得、この知見に基づいてこの発明を完成するに至った。

【０００６】上記耐熱性樹脂繊維としては、アラミド繊
維であるのが好ましく（請求項２）、この場合には、強
度及び耐摩耗性をより効果的に改善することができると
ともに、アラミド繊維が有する親水性及び親油性によ
り、潤滑剤を基材に対して表面より深くかつ容易に含浸
させることができる。

【０００７】上記フッ素樹脂摺動部材は、その全体に占
めるポリテトラフルオロエチレンの割合が７０〜９０重
量％、アラミド繊維の割合が３〜１５重量％、潤滑剤の
割合が１〜１５重量％であるのが好ましい（請求項
３）。摺動部材全体に占めるＰＴＦＥの割合が７０重量
％未満では、その成形が困難であり、９０重量％を超え
るとアラミド繊維の配合量が少なくなって、当該アラミ
ド繊維による強度及び耐摩耗性の改善効果が小さくな
る。また、アラミド繊維の割合が３重量％未満では、強
度及び耐摩耗性の改善効果が小さく、１５重量％を超え
るとＰＴＦＥの成形が困難となる。さらに、潤滑剤の割
合が１重量％未満では動摩擦係数の低減効果が小さく、
１５重量％を超えると動摩擦係数の低減効果が飽和す
る。

【０００８】上記フッ素樹脂摺動部材は、上記基材自体
にグラファイト又は二硫化モリブデンを添加していても
よく（請求項４）、この場合には、固体潤滑剤である上
記グラファイト又は二硫化モリブデンにより、耐摩耗性
をさらに効果的に向上させることができる。また、この
場合において、摺動部材全体に占めるグラファイト又は
二硫化モリブデンの割合は、１〜１５重量％であるのが
好ましく（請求項５）、これにより、基材の成形性を損
なうことなく耐摩耗性をより効果的に向上させることが
できる。すなわち、上記グラファイト又は二硫化モリブ
デンの割合が１重量％未満では、耐摩耗性を効果的に向
上させことができず、１５重量％を超えるとＰＴＦＥの
成形が困難となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態につい
て詳述する。図１は、この発明のフッ素樹脂摺動部材の
内部組織を示す模式図である。このフッ素樹脂摺動部材
は、ＰＴＦＥを基材１とし、これに耐熱性樹脂繊維とし
てのアラミド繊維２を分散させ、上記基材１とアラミド
繊維２との界面に、潤滑剤３を含浸させたものである。

【００１０】上記基材１の摺動部材全体に占める割合は
７０〜９０重量％である。また、この基材１自体には、
固体潤滑剤４としてグラファイト又は二硫化モリブデン
を添加してある。この固体潤滑剤４の摺動部材全体に占
める割合は１〜１５重量％である。上記アラミド繊維２
は、その一部を基材１の表面に露出させた状態で、基材
１の内部に均一に分散させてある。このアラミド繊維２
としては、ＢＥＴ比表面積が６ｍ^２／ｇ、繊維長さが５
０〜１０００μｍ、太さが５〜２０μｍのものが好適に
使用される。このアラミド繊維２の摺動部材全体に占め
る割合は３〜１５重量％である。上記潤滑剤３として
は、流動パラフィン、シリコンオイル、フッ素オイル、
機械オイル、ヒマシ油、オレイン酸等を例示することが
でき、これらは少なくとも基材１と耐熱性樹脂繊維２と
の界面に含浸させる際に液化可能であれば、粘度にかか
わらず用いることができる。

【００１１】上記フッ素樹脂摺動部材によれば、基材１
に分散させたアラミド繊維２によって、強度及び耐摩耗
性を効果的に高めることができる。また、基材１とアラ
ミド繊維２との界面に含浸させた潤滑剤３により動摩擦
係数を低下させることができる。このため、強度及び耐
摩耗性を高めているにもかかわらず、摩擦の相手材に対
する攻撃性が低く、当該相手材の摩耗量を少なくするこ
とができる。また、上記基材１に固体潤滑剤４としてグ
ラファイト及び二硫化モリブデンを添加しているので、
摺動部材の耐摩耗性をさらに効果的に向上させることが
できる。

【００１２】しかも、上記アラミド繊維２は、親水性及
び親油性を有するので、基材１との界面に潤滑剤３を容
易に含浸させることができる。また、基材１の内部深く
まで潤滑剤３を浸透させることもできるので、上記界面
に多量の潤滑剤３を含浸させておくことができ、この潤
滑剤３が基材１の表面から継続的に滲み出して、動摩擦
係数の低減効果が長期間に亘って安定的に発揮される。

【００１３】さらに、上記フッ素樹脂摺動部材は、その
全体に占めるＰＴＦＥの割合が７０〜９０重量％、アラ
ミド繊維の割合が３〜１５重量％、潤滑剤の割合が１〜
１５重量％、固体潤滑剤４の割合が１〜１５重量％であ
るので、良好な成形性を確保できるとともに、強度、耐
摩耗性の改善効果、及び動摩擦係数の低減効果に特に優
れることになる。すなわち、ＰＴＦＥの割合が７０重量
％未満では、その成形が困難であり、９０重量％を超え
るとアラミド繊維２の配合量が少なくなって、当該アラ
ミド繊維２による強度及び耐摩耗性の改善効果が小さく
なる。また、アラミド繊維２の割合が３重量％未満で
は、強度及び耐摩耗性の改善効果が小さく、１５重量％
を超えるとＰＴＦＥの成形が困難となる。さらに、潤滑
剤３の割合が１重量％未満では動摩擦係数の低減効果が
小さく、１５重量％を超えると動摩擦係数の低減効果が
飽和する。また、固体潤滑剤４の割合が１重量％未満で
は、当該固体潤滑剤４による耐摩耗性の改善効果が少な
く、１５重量％を超えると基材１の成形が困難となる。

【００１４】以上の構成のフッ素樹脂摺動部材は、例え
ば以下の製法を用いて製造される。まず、基材１となる
ＰＴＦＥに、アラミド繊維２及び固体潤滑剤４を配合
し、フリーベーキング法により成形体を製造する。この
際、ＰＴＦＥ、アラミド繊維２及び固体潤滑剤４を、高
速ミキサーにより均一混合し、得られた混合粉を金型に
入れて、圧縮成形圧力５０〜１００ＭＰａ、室温の条件
で予備成形し、この予備成形品を３６０〜３８０℃、２
〜５時間の焼成条件で焼成する。次に、上記により得ら
れた成形体を、必要により所望の形状に切削加工した
後、液状の潤滑剤中に浸漬して、基材１とアラミド繊維
２との界面に上記潤滑剤３を含浸させる。この際、基材
１に分散させたアラミド繊維２によって、潤滑剤３を容
易かつ効果的に含浸させることができる。なお、上記潤
滑剤３の含浸を減圧下で行えば、潤滑剤３をより迅速に
含浸させることができる。

【００１５】上記フッ素樹脂摺動部材は、前記アラミド
繊維２に代えて、ポリイミド繊維等の他の耐熱性樹脂繊
維を分散させたものであっても良い。また、固体潤滑剤
４については、これを添加しないで実施する場合もあ
る。

【００１６】[実施例１]基材となるＰＴＦＥ（ダイキン
工業社製：商品名「Ｍ−１２」）に、アラミド繊維（日
本アラミド社製：商品名「トワロン１０９７」）を配合
して、フリーベーキング法により成形体を製造し、この
成形体に切削加工を施して円筒体を得、この円筒体を液
状の潤滑剤である流動パラフィン中に浸漬し、基材とア
ラミド繊維との界面に流動パラフィンを含浸させて、Ｐ
ＴＦＥ８０重量％、アラミド繊維１５重量％、流動パラ
フィン５重量％からなるフッ素樹脂摺動部材を作製し
た。

【００１７】[実施例２]実施例１と同様にして得られた
円筒体を、液状の潤滑剤であるシリコンオイル中に浸漬
し、基材とアラミド繊維との界面にシリコンオイルを含
浸させて、ＰＴＦＥ８０重量％、アラミド繊維１５重量
％、シリコンオイル５重量％からなるフッ素樹脂摺動部
材を作製した。

【００１８】[実施例３]実施例１と同じＰＴＦＥとアラ
ミド繊維に、固体潤滑剤であるグラファイト（ＬＯＮＺ
Ａ社製商品名「ＫＳ−７５」）を配合して、フリーベー
キング法により成形体を製造し、この成形体に切削加工
を施して円筒体を得、この円筒体を、液状の潤滑剤であ
るシリコンオイル中に浸漬し、基材とアラミド繊維との
界面にシリコンオイルを含浸させて、ＰＴＦＥ８０重量
％、アラミド繊維１０重量％、グラファイト５重量％、
シリコンオイル５重量％からなるフッ素樹脂摺動部材を
作製した。

【００１９】[比較例１]比較例１として、実施例１と同
様にして得られた円筒体に潤滑剤を含浸させずに、ＰＴ
ＦＥ８５重量％、アラミド繊維１５重量％からなるフッ
素樹脂摺動部材を作製した。

【００２０】[比較例２]比較例２として、実施例３と同
様にして得られた円筒体に潤滑剤を含浸させずに、ＰＴ
ＦＥ８０重量％、アラミド繊維１５重量％、グラファイ
ト５重量％からなるフッ素樹脂摺動部材を作製した。

【００２１】[比較例３]比較例３として、実施例１と同
じＰＴＦＥに芳香族ポリエステルパウダーを配合して、
フリーベーキング法により成形体を製造し、この成形体
に切削加工を施して、ＰＴＦＥ８０重量％、芳香族ポリ
エステルパウダー１５重量％、流動パラフィン５重量％
の円筒体からなるフッ素樹脂摺動部材を作製した。

【００２２】[比較例４]比較例４として、実施例１と同
様にして得られた円筒体を、液状の潤滑剤である流動パ
ラフィン中に浸漬し、基材とアラミド繊維との界面に流
動パラフィンを含浸させて、ＰＴＦＥ７５重量％、アラ
ミド繊維２０重量％、流動パラフィン５重量％からなる
フッ素樹脂摺動部材を作製した。

【００２３】上記実施例１〜３及び比較例１〜３につい
てスラスト型摩擦摩耗試験機を用いて摺動試験を行っ
た。上記摺動試験は、スラスト型摩擦摩耗試験機によっ
て円筒状のフッ素樹脂摺動部材の端面に、同じく円筒状
の相手材の端面を当接させて、両者を相対回転させ、そ
の動摩擦係数と摩耗減量を測定した。なお、摺動面積は
２ｃｍ^２である。試験条件は、大気中、室温の下、試験
面圧Ｐを０.５ＭＰａと１．０ＭＰａとし、試験速度Ｖ
を１．０ｍ／ｓに設定し、ＰＶ＝０．５，１．０ＭＰａ
・ｍ／ｓとした。試験時間は２０時間とし、試験後の摩
耗体積を求め、比摩耗量｛＝摩耗体積／（荷重・摩擦距
離）｝を測定した。また、この間の動摩擦係数（＝摺動
時における摩擦抵抗／面圧）を測定した。相手材は表面
粗さが６．３ｓ以下のＳＵＳ３０４を用いた。

【００２４】図２は、実施例１と比較例１との動摩擦係
数の経時変化を比較したものである。同図により、基材
とアラミド繊維との界面に流動パラフィンを５重量％含
浸させた実施例１は、摩擦係数の小さいＰＴＦＥを８５
％配合したにもかかわらず流動パラフィンを含浸させて
いない比較例１よりも動摩擦係数が低下していることが
分かる。図３は、実施例２と比較例１との動摩擦係数の
経時変化を比較したものである。同図により、基材に固
体潤滑剤としてのグラファイトを添加していないが、基
材とアラミド繊維との界面にシリコンオイルを５重量％
含浸させた実施例２は、基材に上記グラファイトを添加
しているが、基材とアラミド繊維との界面にシリコンオ
イルを含浸させていない比較例２よりも動摩擦係数が低
下していることが分かる。図４は、実施例３と比較例２
との動摩擦係数の経時変化を比較したものである。同図
により、実施例３及び比較例２は、いずれも基材に固体
潤滑剤としてのグラファイトを添加しているが、基材と
アラミド繊維との界面にシリコンオイルを５重量％含浸
させた実施例３は、シリコンオイルを含浸させていない
比較例２よりも動摩擦係数が低下していることが分か
る。

【００２５】また、図１〜図３に示すように、基材とア
ラミド繊維との界面に潤滑剤を含浸させた実施例２、３
においては、動摩擦係数の低下と同時に、動摩擦係数の
変動幅が、初期摺動の時点から継続的に大きく低減され
ていることが分かる。このことは、実施例１〜３におい
て、基材とアラミド繊維との界面に潤滑剤が効果的に保
持され、かつ、徐々に滲みだしていることを示してい
る。さらに、実施例１，２と実施例３とを比較すると、
基材に固体潤滑剤としてのグラファイトを添加した実施
例３の方が、グラファイトを添加しない実施例１，２よ
りも、動摩擦係数がより効果的に低下していることが分
かる。次に、表１に比摩耗量の測定結果を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１において、実施例１〜３と比較例１〜
３とを比べると、実施例１〜３のいずれについても、比
摩耗量が比較例１〜３に比べ少なく、明らかに耐摩耗特
性が改善されていることが分かる。これは、図１〜図３
の結果をも勘案すると、アラミド繊維を配合することに
より、潤滑剤を効果的に保持でき、摩擦特性と摩耗特性
とを格段に向上できることを示すものである。また、表
１において、比較例３の比摩耗量が実施例１に比べて突
出していることが分かる。これにより、摩擦特性及び摩
耗特性を向上させるための充填材としては、芳香族ポリ
エステルパウダーよりもアラミド繊維が好適であること
が明らかである。さらに、表１における比較例４の比摩
耗量から分かる様に、アラミド繊維が２０重量％を越え
るとＰＴＦＥの成形の困難さとアラミド繊維の硬さがあ
いまって、比摩耗量が実施例のものを大きく上回る。な
お、上記実施例では、固体潤滑剤としてグラファイトを
用いたが、二硫化モリブデンを用いた場合でも同様の効
果を確認した。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係るフッ素樹
脂摺動部材によれば、ＰＴＦＥと、これに分散させた耐
熱性樹脂繊維との界面に、潤滑剤を含浸させているの
で、上記耐熱性樹脂繊維により強度及び耐摩耗性を向上
させているにもかかわらず、動摩擦係数を低下させるこ
とができる。このため、摩擦の相手材の摩耗量を少なく
することができ、摺動部のメンテナンスフリーを達成す
ることができる。

【００２９】請求項２に係るフッ素樹脂摺動部材によれ
ば、耐熱性樹脂繊維がアラミド繊維であるので、強度及
び耐摩耗性をより効果的に改善することができる。ま
た、アラミド繊維が有する親水性及び親油性により、潤
滑剤を基材に対して容易に含浸させることができるとと
もに、潤滑剤を基材の内部に深く含浸させることができ
るので、上記界面に多量の潤滑剤を含浸させておくこと
ができ、長期間に亘って低い動摩擦係数を安定的に維持
することができる。

【００３０】請求項３に係るフッ素樹脂摺動部材によれ
ば、ＰＴＦＥの割合が７０〜９０重量％、アラミド繊維
の割合が３〜１５重量％、潤滑剤の割合が１〜１５重量
％であるので、良好な成形性を確保できるとともに、強
度、耐摩耗性の改善効果、及び動摩擦係数の低減効果に
特に優れることになる。

【００３１】請求項４に係るフッ素樹脂摺動部材によれ
ば、基材自体に固体潤滑剤であるグラファイト又は二硫
化モリブデンを添加しているので、耐摩耗性をさらに効
果的に向上させることができる。

【００３２】請求項５に係るフッ素樹脂摺動部材によれ
ば、摺動部材全体に占めるグラファイト又は二硫化モリ
ブデンの割合が１〜１５重量％であるので、基材の成形
性を損なうことなく耐摩耗性をさらに効果的に向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のフッ素樹脂摺動部材の内部組織を示
す模式図である。

【図２】実施例１と比較例１との動摩擦係数評価試験結
果を示すグラフである。

【図３】実施例２と比較例１との動摩擦係数評価試験結
果を示すグラフである。

【図４】実施例３と比較例２との動摩擦係数評価試験結
果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 基材 ２ アラミド繊維（耐熱性樹脂繊維） ３ 潤滑剤 ４ 個体潤滑剤

Claims (5)

【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からなる基材
   に耐熱性樹脂繊維を分散させ、上記基材と耐熱性樹脂繊
   維との界面に、潤滑剤を含浸させたことを特徴とするフ
   ッ素樹脂摺動部材。
2. 【請求項２】上記耐熱性樹脂繊維がアラミド繊維である
   請求項１記載のフッ素樹脂摺動部材。
3. 【請求項３】摺動部材全体に占めるポリテトラフルオロ
   エチレンの割合が７０〜９０重量％、アラミド繊維の割
   合が３〜１５重量％、潤滑剤の割合が１〜１５重量％で
   ある請求項２記載のフッ素樹脂摺動部材。
4. 【請求項４】上記基材自体にグラファイト又は二硫化モ
   リブデンを添加している請求項１記載のフッ素樹脂摺動
   部材。
5. 【請求項５】摺動部材全体に占めるグラファイト又は二
   硫化モリブデンの割合が１〜１５重量％である請求項４
   記載のフッ素樹脂摺動部材。