(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（１）および（２）を含有し、さらに（３）を含有するフッ素樹脂組成物からなるシール材。
（１）フッ素樹脂
（２）ブロンズ
（３）四酸化三コバルト
【請求項２】
前記四酸化三コバルトの平均粒径が０．１〜１０μｍである請求項１に記載のシール材。
【請求項３】
前記フッ素樹脂に対して、前記四酸化三コバルトが０．１〜５．０質量％添加されている請求項１または請求項２に記載のシール材。
【請求項４】
下記（１）および（２）を含有し、さらに（４）を含有するフッ素樹脂組成物からなるシール材。
（１）フッ素樹脂
（２）ブロンズ
（４）コバルトおよびアルミニウムを含有し、さらにクロム、チタン、マグネシウム、カルシウム、リチウムなる群から選択されるいずれか１種以上の金属を含有し、平均粒径が０．１〜１０μｍである複合金属酸化物
【請求項５】
前記フッ素樹脂に対して、前記複合金属酸化物が０．１〜５．０質量％添加されている請求項４に記載のシール材。
【請求項６】
前記フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレンである請求項１〜５のいずれか１項に記載のシール材。
【請求項７】
建設機械用である請求項１〜６のいずれか１項に記載のシール材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧ブレーカーは、油圧ショベルのアタッチメントとして装着され、チゼル（ロッド、のみ）を連続的に打撃させることにより、舗装路面やコンクリート構造物の解体、岩塊の小割、岩盤掘削等に用いられている。図１に、油圧ショベル１のアタッチメントとして、油圧ブレーカー２が取り付けられている状況を示した。【０００３】
油圧ブレーカー２は、シリンダとピストンを備えており、ピストンとシリンダが高速で相対的な往復移動を行い、ピストンの先に取り付けられたチゼルを高速で往復運動させる。油圧ブレーカー２内のピストンとシリンダの間の環状隙間には、オイル等を封止するシールが設置されている。【０００４】
図２に、油圧ブレーカー２の内部構造の概略図を示した。油圧ブレーカー２は、軸孔を有する筒状のシリンダ１０と、このシリンダ１０の軸孔内に、軸孔の内周面に対してクリアランス（微小隙間）を有するように挿入されるピストン１１とを備えている。ピストン１１の先端には、コンクリートや岩盤を粉砕するためのチゼル１２が取り付けられている。【０００５】
シリンダ１０の後端側には有底筒状のバックヘッドが同軸的に固定されている。このバックヘッドには、オイルの取出口やガスの吸気弁が組み込まれており、内部には窒素ガスが充填されている。【０００６】
油圧ブレーカー２のシリンダ１０に設けられた軸孔とピストン１１との間の環状隙間を封止するために、後端側と先端側にそれぞれ第１シーリングシステム４と第２シーリングシステム３が設けられ、シールが設置されている。第１シーリングシステム４と第２シーリングシステム３との間には、オイルが封じ込められている。第１シーリングシステム４は、このオイルの漏れを防止するとともに、上記した窒素ガスの漏れを防止する役割を担っている。また、第２シーリングシステム３は、オイルの漏れを防止すると共に、外部からのダストの侵入を防止する役割を担っている。シールリテーナ５は、第１シーリングシステム４において、シールを固定するために設けられている。【０００７】
以上のように構成された油圧ブレーカー２においては、油圧とガス圧により、ピストン１１と共に杭状のチゼル１２を軸方向に高速で往復移動６させて、チゼル１２の先端を破壊対象（コンクリートや岩盤など）に打ち付けることで、破壊対象を粉砕することができる。【０００８】
上記の油圧ブレーカー２内の第１シーリングシステム４と第２シーリングシステム３に設置されるシールは、厳しいダスト環境下で高圧かつ高速の激しい往復運動に曝されるため、シールの破損や摩耗等は相当に厳しいものである。【０００９】
従来から、通常の建設用機械のシール材としては、ブロンズとカーボンブラック等を充填したフッ素樹脂組成物が使用されてきた。当該フッ素樹脂組成物は、通常の建設機械用途であれば、十分に強度と耐摩耗性を有するものである。しかし、上記のような油圧ブレーカー用シール材等の用途では、シール材は通常の建設機械用途と比べて極めて過酷な条件（高圧かつ高速の作動条件）に曝されるため、耐摩耗性のさらなる向上が要望されていた。【００１０】
例えば、特許文献１には、建築機械等の油圧駆動用シリンダに使用される密閉装置（ピストンパッキン）が開示されている。当該密閉装置は、ピストンの外周面に当接する環状部材（内周部材）と、シリンダの内周面に当接する環状部材（外周部材）とによって構成される二層の環状構造を有している。そして、環状部材の一方はポリテトラフルオロエチレンよりも硬質な成分を含む充填剤を含んだポリテトラフルオロエチレン樹脂製環状部材であり、他方はゴム製環状部材である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４８９４１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載の密閉装置は、上記目的に対して十分な耐摩耗性を備えているとは言えず、さらに改良の余地を有するものであった。【００１３】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の課題は、機械的強度を保持しつつ、過酷な条件下で使用される建設機械においても使用可能な耐摩耗性を有したシール材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、フッ素樹脂をベース樹脂として、ブロンズを含有し、さらに耐摩耗性を向上させるための成分について検討を重ねた。その結果、コバルト系の特定の金属酸化物またはコバルトとアルミニウムを含有する特定の複合金属酸化物が機械的強度を保持しつつ、優れた耐摩耗性向上効果を有することを見出して、本発明に到達することができた。【００１５】
すなわち、本発明は、下記（１）および（２）を含有し、さらに（３）または（４）を含有するフッ素樹脂組成物からなるシール材である。
（１）フッ素樹脂、（２）ブロンズ、（３）四酸化三コバルト、（４）コバルトおよびアルミニウムを含有し、さらにクロム、チタン、マグネシウム、カルシウム、リチウムなる群から選択されるいずれか１種以上の金属を含有する複合金属酸化物。
また、前記フッ素樹脂はポリテトラフルオロエチレンであることが好ましい。また、本発明のシール材は、建設機械用に使用することが可能なものである。
以下、「コバルトおよびアルミニウムを含有し、さらにクロム、チタン、マグネシウム、カルシウム、リチウムなる群から選択されるいずれか１種以上の金属を含有する複合金属酸化物」を「コバルト・アルミニウム系複合金属酸化物」と記載する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のシール材は、機械的強度を保持しつつ、過酷な条件下で使用される建設機械においても使用可能な耐摩耗性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】油圧ブレーカーが取り付けられた油圧ショベルを示す模式的見取図である。
【図２】油圧ブレーカーの内部構造の概略図である。
【図３】実施例と比較例の摩耗量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明の範囲は、以下に説明する実施形態に限定されるわけではない。
【００１９】
本発明のシール材は、フッ素樹脂をベース樹脂として、ブロンズと、四酸化三コバルトまたはコバルト・アルミニウム系複合金属酸化物とを含有している。
【００２０】
フッ素樹脂は、耐熱性、耐摩耗性、自己潤滑性、機械的強度に優れており、シール用材料としての基本的特性を有している。フッ素樹脂には、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、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（PFA）、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（FEP）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ETFE）、ポリビニリデンフルオライド（PVDF）、ポリクロロトリフルオロエチレン（PCTFE）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ECTFE）等の種類がある。これらの中では、耐熱性、自己潤滑性により優れていることから、ポリテトラフルオロエチレン、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、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が好ましく、ポリテトラフルオロエチレンが最も好ましい。
【００２１】
ブロンズは、銅と錫との合金であり、青銅ともいう。ブロンズは、展延性に優れているため、その微粒子をフッ素樹脂に添加することにより、フッ素樹脂に耐摩耗性、摺動特性、耐熱性を付与することができる。ブロンズは、フッ素樹脂に対して１０〜７０質量％添加するのが好ましく、より好ましくは３０〜５０質量％である。ブロンズは微粒子として添加される。ブロンズの平均粒径は、５〜８０μｍが好ましく、２０〜６０μｍがより好ましい。なお、平均粒径はレーザー回折式粒度分布測定装置等によって測定することができる。
【００２２】
本発明者らは、フッ素樹脂とブロンズとからなる組成物に添加することによって、機械的強度を保持しつつ、耐摩耗性を向上させることができる添加剤として、金属酸化物系の微粒子に絞って検討を進めた。その結果、四酸化三コバルトおよびコバルト・アルミニウム系複合金属酸化物が優れた耐摩耗性向上効果を有していることを見出した。四酸化三コバルトおよびコバルト・アルミニウム系複合金属酸化物は、それぞれ単独で添加してもよいし、両者を共に添加してもよい。
【００２３】
四酸化三コバルトは、２価のコバルト（II）と３価のコバルト（III）の両方を含む混合原子価化合物である。四酸化三コバルトの微粒子がブロンズの微粒子とともにフッ素樹脂中に分散して、耐摩耗性と摺動特性の向上に寄与するものと推定している。四酸化三コバルトは、フッ素樹脂に対して０．１〜５．０質量％添加するのが好ましく、より好ましくは０．５〜２．０質量％である。四酸化三コバルトは微粒子として添加される。四酸化三コバルトの平均粒径は、０．１〜１０μｍが好ましい。
【００２４】
コバルト・アルミニウム系複合金属酸化物は、コバルトとアルミニウムとを必須の金属元素として、さらに、クロム、チタン、マグネシウム、カルシウム、リチウムなる群から選択されるいずれか１種以上の金属元素を含有する複合金属酸化物である。当該金属酸化物の微粒子がブロンズの微粒子とともにフッ素樹脂中に分散して、耐摩耗性と摺動特性の向上に寄与するものと推定している。コバルト・アルミニウム系複合金属酸化物は、フッ素樹脂に対して０．１〜５．０質量％添加するのが好ましく、より好ましくは０．５〜２．０質量％である。コバルト・アルミニウム系複合金属酸化物は微粒子として添加される。コバルト・アルミニウム系複合金属酸化物の平均粒径は、０．１〜１０μｍが好ましい。
【００２５】
フッ素樹脂にブロンズの微粒子と四酸化三コバルトの微粒子またはコバルト・アルミニウム系複合金属酸化物の微粒子を添加してフッ素樹脂組成物を製造する方法は、特に限定されず、公知の混合方法を適用することができる。また、フッ素樹脂組成物には、さらに必要に応じて、無機充填材、有機充填材、分散剤、酸化防止剤、熱安定剤等の従来公知の各種添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で適宜配合することができる。
【００２６】
ブロンズおよび四酸化三コバルトまたはコバルト・アルミニウム系複合金属酸化物を含有するフッ素樹脂組成物をシール形状に成形する方法は、特に限定されず、公知の成形方法を適用することができる。
【実施例】
【００２７】
以下に実施例を示して説明するが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。実施例、比較例に用いた原材料は以下のとおりである。
（１）ポリテトラフルオロエチレン：旭硝子（株）製  Fuluon G-163
（２）ブロンズ：福田金属箔粉工業（株）製  Bro-At-200、平均粒径３５μｍ
（３）添加剤：
（i）四酸化三コバルト：伊勢化学工業（株）製、四三酸化コバルト
（ii）ＣｏＡｌ２Ｏ４／Ｃｏ（Ａｌ、Ｃｒ）２Ｏ４：Ｆｅｒｒｏ社製、ＰＳ２２−５０９５ＰＫ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａを少量含有する。
（iii）ＣｏＡｌ２Ｏ４／Ｌｉ２Ｏ／ＴｉＯ２：東罐マテリアル・テクノロジー（株）製、４２−２１１Ａ
（iv）Ｃｏ（Ａｌ、Ｃｒ）２Ｏ４：東罐マテリアル・テクノロジー（株）製、４２−２０４Ａ
（v）ＣｏＡｌ２Ｏ４：東罐マテリアル・テクノロジー（株）製、４２−２５０Ａ
（vi）ＣｏＣＯ３：日本化学産業（株）製、炭酸コバルト
（vii）Ａｌ２Ｏ３：住友化学（株）製、ＡＬ−４１−０１
（viii）カーボンブラック：三菱化学（株）製、＃２０【００２８】
（実施例１〜４、比較例１〜４）
ポリテトラフルオロエチレン、ブロンズ、添加剤を、ポリテトラフルオロエチレン／ブロンズ／添加剤＝５９．５／４０．０／０．５（質量％）の比率で、表１に記載した各種粉体成分をヘンシェルミキサーを用いて混合して、各種粉体混合物を作製した。得られた粉体混合物を、１００ｔプレス機（圧力６９ＭＰａ、保圧時間１３５秒）を用いて圧縮成形し、その後、３７５℃で３．０〜３．５時間焼成して、各種フッ素樹脂組成物のシート（厚さ２ｍｍ）を作製した【００２９】
得られたフッ素樹脂組成物シートを用いて、以下に記載する項目を評価した。
（引張強さ、破断伸び）
ＪＩＳ Ｋ ６８９１：１９９５に準拠して、引張強さ、破断伸びを測定した。【００３０】
（摩耗量）
ＪＩＳ Ｋ ７２１８：１９８６に準拠して、摩耗量を測定した。
面圧：６ＭＰａ、周速：２ｍ／ｓ、温度：Ｒ．Ｔ．、試験時間：８ｈｒ、
相手材：炭素鋼Ｓ４５Ｃ（表面の十点平均粗さＲｚ：１．５μｍ）＋クロムメッキ、無潤滑【００３１】
【表１】
0006651017.tif 000002
【００３２】
表１に評価結果を示した。図３は、表１に記載された実施例１〜４と比較例１〜４の摩耗量を示すグラフである。
比較例４は、建設機械に実際に使用されているシール材に相当するフッ素樹脂組成物である。実施例１〜４、比較例１〜４の結果より、カーボンブラックに代えて、金属化合物を添加することによって、摩耗量が低下し、耐摩耗性が向上する傾向が見られた。金属化合物の中の比較では、比較例３に示されるように、アルミニウムの金属酸化物だけでは耐摩耗性改良効果がやや劣るものであった。【００３３】
また、比較例２に示されるように、コバルト金属であっても炭酸コバルトでは、機械的強度が低下した。これは、焼成中に炭酸コバルトが分解・脱炭酸することにより材料内にボイドが多く発生し、機械的強度の保持に十分寄与しなかったためと考えられる。また、比較例１のＣｏＡｌ２Ｏ４では、耐摩耗性は向上したが、機械的強度の低下が見られた。【００３４】
一方、実施例２〜４は、コバルト・アルミニウム系複合金属酸化物を添加することによって、機械的強度を保持しつつ、耐摩耗性が改良されることが確認された。また、実施例１に示されるように、四酸化三コバルトを添加することによって、機械的強度を保持しつつ、特異的に大幅な耐摩耗性改良効果が確認された。
【符号の説明】
【００３５】
１  油圧ショベル
２  油圧ブレーカー
【図１】
0006651017.tif 000003
【図２】
0006651017.tif 000004
【図３】
0006651017.tif 000005