(57)【要約】      （修正有）【課題】密封性に優れると共に耐摩耗性に優れる回転軸用シールが得られるシール組成物及びこれを用いた回転軸用シールを提供すること。【解決手段】フッ素樹脂に、平均粒径５μｍ〜５０μｍのグラファイト粉末を１０重量％〜３０重量％、平均繊維長５０μｍ〜３００μｍのガラスファイバを１重量％〜２５重量％配合することを特徴とし、好ましくはフッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とするシール用組成物、および、該シール用組成物を用いた回転軸用シール。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素樹脂に、平均粒径５μｍ〜５０μｍのグラファイト粉末を１０重量％〜３０重量％、平均繊維長５０μｍ〜３００μｍのガラスファイバを１重量％〜２５重量％配合することを特徴とするシール用組成物。
【請求項２】
フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項１に記載のシール用組成物。
【請求項３】
請求項１または２記載のシール用組成物を用いて成形して得られることを特徴とする回転軸用シール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシール用組成物及びこれを用いた回転軸用シールに関し、詳しくは密封性に優れ、かつ耐摩耗性に優れるシール用組成物及びこれを用いた回転軸用シールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通常のポンプやギヤポンプなどにおいては、回転軸に当接させて流体（気体、液体）を密封するための回転軸用シールが使用されている。
【０００３】
回転軸用シールの形成材料としては、各種の充填材を配合してなるフッ素樹脂、中でもポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が汎用されている。
【０００４】
特許文献１には、ＰＴＦＥに、繊維系充填材であるカーボンファイバと、粒状充填材であるグラファイト粉末とを併用配合した円板状のシール部材を備える軸封装置が提案されている。この特許文献１では、比較的大きな繊維長（１３０μｍ）のカーボンファイバを使用しているため、耐摩耗性の向上がはかれているという利点がある。
【０００５】
また、特許文献２では、ＰＴＦＥに、平均粒径５〜６０μｍのカーボンファイバと、粒状のグラファイトとを併用配合したシール用組成物が提案されている。
【特許文献１】特公平２−３８８３２号公報
【特許文献２】特開２００３−２１３０６３号公報
【特許文献３】特開２００４−１９６４２号公報（ＰＴＦＥ、ガラス繊維およびカーボンブラックを配合）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の技術では、軸封装置のシール部材では、上述したような耐摩耗性は改善されるものの、比較的大きな平均繊維長（平均繊維長：０．１３ｍｍ＝１３０μｍ）のカーボンファイバが使用されているため、流体が通過し得るようなパス（通路）が形成され易く、シール性（密封性）が劣るという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載の技術では、繊維系充填材の平均繊維長が短くなり、配合割合も少なくなる（１０重量％以上配合すると、回転軸受けシールにおいて潤滑性が低下するためこの配合量以上添加できない）ことから、耐摩耗性の低下は避けられないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、密封性に優れると共に耐摩耗性に優れる回転軸用シールが得られるシール組成物及びこれを用いた回転軸用シールを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の課題は以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は以下の各発明によって解決される。
【００１１】
（請求項１）
フッ素樹脂に、平均粒径５μｍ〜５０μｍのグラファイト粉末を１０重量％〜３０重量％、平均繊維長５０μｍ〜３００μｍのガラスファイバを１重量％〜２５重量％配合することを特徴とするシール用組成物。
【００１２】
（請求項２）
フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項１に記載のシール用組成物。
【００１３】
（請求項３）
請求項１または２記載のシール用組成物を用いて成形して得られることを特徴とする回転軸用シール。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、密封性に優れると共に耐摩耗性に優れる回転軸用シールが得られるシール組成物及びこれを用いた回転軸用シールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明に用いられるフッ素樹脂としては、特には限定されず、従来公知の種々のフッ素樹脂を使用することができる。中でも、融点が高く、また相手部材（回転軸）との密着性（なじみ性）が良好である（硬度が高すぎるフッ素樹脂をシールに用いると、相手部材との密着性が悪い）という理由から、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または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コポリマー（ＰＦＡ）からなるフッ素樹脂が好ましく用いられ、より好ましくはＰＴＦＥである。
【００１７】
本発明のシール用組成物においては、平均粒径５μｍ〜５０μｍのグラファイト粉末と、平均繊維長５０μｍ〜３００μｍのガラスファイバを併用して使用される。そしてその配合量は、フッ素樹脂に、グラファイト粉末は１０重量％〜３０重量％、ガラスファイバは１重量％〜２５重量％の範囲で配合される。
【００１８】
上記の組成物を用いることで、何故、耐摩耗性及び密封性に優れる回転軸用シールが得られるか、詳細は不明であるが、本発明者は以下のように考えている。
【００１９】
特許文献１において平均繊維長が大きい（約１３０μｍ）カーボンファイバが使用されているが、この場合、流体が通過しうるようなパス（即ち、後述する回転軸用シールの厚み方向に流体を透過させるような通路）が形成されやすくなると特許文献２に記載されている。これは、繊維系充填材を含有する材料では、焼成時のＰＴＦＥの収縮により、繊維と繊維の間のＰＴＦＥが収縮すると、繊維系充填材はＰＴＦＥの収縮に追随できず、繊維が露出してしまい、繊維間にパスができると考えられる（図１参照）。なお、図１および図２において、１はガラス繊維、２はＰＴＦＥ、３はパス、４は隙間、５は組成物界面、６はグラファイトを各々示している。
【００２０】
しかし、これは特許文献１において、カーボンファイバの添加量に対して、グラファイトの添加量が５〜１０％と少なかったことが起因すると考えられる。即ち、グラファイトの添加量が多ければ、繊維と繊維間にグラファイトが存在することで、ＰＴＦＥの収縮が小さくなり、繊維の露出が少なくなることで、パスを減少させることができると考えられる（図２参照）。
【００２１】
さらにパスを少なくするためには、繊維間に存在するグラファイト量を増やすこと、つまりグラファイトの充填量を多くすることであり、また、アスペクト比の小さいグラファイトが好ましく、球状グラファイトがより好ましい。
【００２２】
前記平均粒径を持ったグラファイトおよび前記平均繊維長をもったガラスファイバをそれぞれ前記配合量で配合することにより、焼成時のＰＴＦＥ樹脂の収縮に追随でき、耐摩耗性に優れ且つ密封性に優れたシール組成物及びこれを用いた回転軸用シールを得ることができる。
【００２３】
ガラスファイバの平均繊維長は、５０μｍ〜３００μｍの範囲であり、好ましくは７０μｍ〜２００μｍの範囲、さらに好ましくは７０μｍ以上１３０μｍ未満の範囲である。
【００２４】
ガラスファイバの平均繊維長の測定方法は、従来公知の方法を使用することができ、例えば画像解析法によって測定できる。
【００２５】
グラファイトの平均粒径は、好ましくは１０μｍ〜３０μｍの範囲である。
【００２６】
平均粒径の測定方法は、たとえば以下の手順にて測定することができる。
【００２７】
グラファイト粉末を水またはエタノールなどの有機液体に投入し、３５ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ程度の超音波を付与した状態にて約２分間分散処理して得た分散液を用い、且つその場合の粒状物の量は該分散液のレーザ透過率（入射光量に対する出力光量の比）が７０％〜９５％となる量とし、次いで該分散液について、マイクロトラック粒度分析計にかけてレーザー光の散乱により個々の粒状物の粒径（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、…）、および各粒径ごとの存在個数（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、…）を計測する（個々の粒状物の粒径（Ｄ）は、マイクロトラック粒度分析形によれば種々の形状の粒状物ごとに球相当径が自動的に測定される。）。
【００２８】
視野内に存在する個々の粒子の個数（Ｎ）と各粒径（Ｄ）とから、下記式（１）にて平均粒径を算出する。
【００２９】
平均粒径＝（ΣＮＤ3／ΣＮ）1/3 （１）
【００３０】
本発明のシール用組成物において、グラファイトとガラスファイバを併用する際の好ましい配合量は、シール組成物全量に対して、グラファイト粉末が１５重量％〜２０重量％の範囲であり、ガラスファイバが５重量％〜２０重量％の範囲である。
【００３１】
上記配合量にすることで、繊維と繊維間にグラファイトが好ましい割合で存在するため、シール組成物の焼成成形時にＰＴＦＥの収縮が小さくなり、繊維の露出が少なくなることで、パスを減少させることができる。
【００３２】
本発明の組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、フッ素樹脂に添加され得るような従来公知の各種の添加物が添加されていても良い。このような添加物としては、例えば、二硫化モリブデン、カーボンファイバ、ブロンズ、金属酸化物、耐熱性樹脂などが挙げられる。
【００３３】
本発明の回転軸用シールは、その形状や大きさに特に制限はなく、フッ素樹脂製の回転軸用シールとしての従来公知の種々の形状で実現される。
【００３４】
本発明の回転軸用シールを用いて密封し得る流体としては、特に制限はなく、フロンガス（フロン１３４ａなど）、窒素ガス、真空、水、油などが挙げられ、冷凍機やエアコンディショナ機のコンプレッサ、通常のポンプ、ギアポンプなど、特に制限なく適用することができる。
【実施例】
【００３５】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されない。
【００３６】
実施例１
ＰＴＦＥを７０重量％、平均粒径が２５μｍの球形グラファイト粉末（カーボンマイクロビーズ  ＩＣＢ−１０２０、日本カーボン社製）を１５重量％、平均繊維長が１００μｍのガラスファイバを１５重量％配合してなるフッ素樹脂組成物をヘンシェルミキサで攪拌混合し、金型で加圧成形した後、焼成して、回転軸用シールのサンプルを作製した。作製したサンプルに対して以下の評価試験を行った。
【００３７】
実施例２
実施例１において、ＰＴＦＥを７５重量％、平均粒径が２５μｍのグラファイト粉末（りん片状グラファイトＫＳ０６、ロンザ社製）を１５重量％、平均繊維長が１００μｍのガラスファイバを１０重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして、回転軸用シールのサンプルを作製した。作製したサンプルに対して以下の評価試験を行った。
【００３８】
比較例１
実施例１において、ＰＴＦＥを８５重量％、平均粒径が２５μｍのグラファイト粉末（りん片状グラファイトＫＳ０６、ロンザ社製）を５重量％、平均繊維長が１００μｍのガラスファイバを１０重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして、回転軸用シールのサンプルを作製した。作製したサンプルに対して以下の評価試験を行った。
【００３９】
比較例２
実施例１において、ＰＴＦＥを７５重量％、平均粒径が２５μｍの球状グラファイト粉末（カーボンマイクロビーズＩＣＢ−１０２０、日本カーボン社製）を１５重量％、平均繊維長が１０μｍのガラスファイバを１０重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして、回転軸用シールのサンプルを作製した。作製したサンプルに対して以下の評価試験を行なった。
【００４０】
比較例３
実施例１において、ＰＴＦＥを８５重量％、平均繊維長が１００μｍのガラスファイバを１５重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして、回転軸用シールのサンプルを作製した。作製したサンプルに対して以下の評価試験を行った。
【００４１】
比較例４
実施例１において、ＰＴＦＥを７５重量％、平均粒径が２５μｍのグラファイト粉末（ＮＣ−３５０、中越黒鉛製）を１５重量％、平均繊維長が１２０μｍのカーボンファイバを１０重量％配合してなるフッ素樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして、回転軸用シールのサンプルを作製した。作製したサンプルに対して以下の評価試験を行った。
【００４２】
〔評価試験〕
（１）摩耗試験
サンプルから、厚さ２ｍｍのシート試料を調製し、シートの上に径が２５．６ｍｍのブッシュを載せて、ディスクオンディスク法で、各試料について摩耗試験を行った。
時間当たりの摩耗量から、摩耗係数を算出した。摩耗試験は以下の条件で行った。
【００４３】
＜試験条件＞
圧力  :２ＭＰａ
速度  :０．５ｍ／ｓ
温度  :２５℃
相手材:Ｓ４５Ｃディスク
【００４４】
（２）ガス漏れ試験
サンプルから、切削加工によって、径が１０ｍｍ、高さが１０ｍｍの円板状の試料をそれぞれ作製し、上記試料を漏れ試験装置に設置後、圧力を０．２ＭＰａとして試料からリークする空気の漏れ量を測定した。
【００４５】
（３）油漏れ試験
図３に示すように、サンプルを環状に形成した試料を用いて回転軸の外周を所定間隔をおいてシールし、その試料の間に潤滑油を供給し、以下に示す試験条件で回転試験を行い、試料の外部への油漏れ量を測定した。測定結果は１時間当たりの油漏れ量（ｃｃ／ｈ）に換算した。
【００４６】
＜試験条件＞
温度    ：自然上昇
供給圧力：０．２５ＭＰａ
回転数  ：４０００ｒｐｍ
試験時間：５０時間
【００４７】
〔評価結果〕  
実施例１〜２および比較例１〜４の組成および評価結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】（Ａ）はＰＴＦＥにガラス繊維のみを添加した組成物の焼成前を示す断面図、（Ｂ）はＰＴＦＥにガラス繊維のみを添加した組成物の焼成後を示す断面図
【図２】（Ａ）はＰＴＦＥにガラス繊維およびグラファイトを添加した組成物を示す断面図 、（Ｂ）はＰＴＦＥにガラス繊維およびグラファイトを添加した組成物を示す断面図
【図３】油漏れ試験を示す図
【符号の説明】
【００５０】
１：ガラス繊維
２：ＰＴＦＥ
３：パス
４：隙間
５：組成物界面
６：グラファイト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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