(57)【要約】【課題】従来と同等以上のシール性能を維持しつつ、且つ、シールと相手部材との間の摩擦係数を低減することにより低トルク化を図った、アクリロニトリルブタジエンゴムから成る転がり軸受用シールを提供する。【解決手段】転がり軸受用シールを構成するゴム材料組成物を、アクリロニトリル含有量（ＡＮ量）が１８〜３０質量％であるアクリロニトリルブタジエンゴムとし、且つ、前記シール表面の表面張力を４０ｍＮ／ｍ以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受に用いられるシールであって、前記シールはアクリロニトリルブタジエンゴムを用いたゴム組成物であり、前記アクリロニトリルブタジエンゴムのＡＮ量は１８〜３０％であり、且つ、前記シール表面の表面張力は４０ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とする転がり軸受用シール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グリース潤滑で使用される転がり軸受に用いられるシールにおいて、封入グリースの漏洩を防止すると共に、低トルクであるシールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車や鉄道車両の車軸を支持する車輪用転がり軸受は、通常、雨水や風雪、塵埃等に曝されながら屋外で使用される。極端な場合には水中に浸漬した状態で使用されることもある。その為、車輪用転がり軸受では、例えば図１に示されるような密封構造が採られている。図示される転がり軸受Ｏにおいて、固定輪である外輪相当部材１は、その外周面に形成した取付部２により、図示しない懸架装置に支持固定される。従ってこの外輪相当部材１は、使用時にも回転しない。この様な外輪相当部材１の内側には回転輪である内輪相当部材３が、外輪相当部材１と同心に設けられ、使用時にこの内輪相当部材３が回転する。この内輪相当部材３は、ハブ４と内輪５から成る。このうちのハブ４の内周面にはスプライン溝６が、外端（車両への組付け時に幅方向外側になる端をいい、図１の左端）部外周面には取付フランジ７が、それぞれ形成されている。車両への組み付け時、上記スプライン溝６には等速ジョイントを介して回転駆動される駆動軸が挿入され、上記取付けフランジ７には車軸が固定される。上記外輪相当部材１の内周面には複列の外輪軌道８、８が、上記ハブ４の中間部外周面と上記内輪５の外周面とには内輪軌道９、９が、それぞれ形成されている。そして、これら各外輪軌道８、８と内輪軌道９、９との間に転動体１０、１０を設けて、上記外輪相当部材１の内側での内輪相当部材３の回転を自在としている。また、転動体１０、１０を転動自在に保持する為に、保持器１１、１１が設けられている。尚、図示の例では転動体１０、１０として玉を使用しているが、重量が嵩む車両用のハブユニットの場合には、転動体としてテーパころを使用する場合もある。更に、上記外輪相当部材１の外端部と上記ハブ４の中間部外周面との間にはシール装置１２ａと１２ｂとが設けられ、上記外輪相当部材１の内周面と、上記内輪相当部材３の外周面との間で、上記転動体１０、１０を設置した空間１３部分の外端開口を塞いでいる。
【０００３】
シール装置１２ａは、図２に拡大して示されるように、芯金１０５とスリンガ１０６と、弾性部材１０７とから構成される。このうちの芯金１０５は、低炭素鋼板等の金属板にプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により、一体成形されている。この様な芯金１０５は、転がり軸受Ｏを構成する外輪相当部材１の端部内周面に内嵌固定自在な外径側円筒部１０９と、この外径側円筒部１０９の軸方向内端縁（図２の左端縁）から直径方向内方に折れ曲がった内側円輪部１１０を備えた、断面略Ｌ字形で円環状に形成されている。また、上記スリンガ１０６は、ステンレス鋼板等、優れた耐食性を有する金属板に、やはりプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により一体成形されている。この様なスリンガ１０６は、上記転がり軸受Ｏを構成する内輪５の外端部外周面に外嵌固定自在な内径側円筒部１１２と、この内径側円筒部１１２の軸方向外端縁（図２の右端縁）から直径方向外方に折れ曲がった外側円輪部１１３とを備えた、断面略Ｌ字形で円環状に形成されている。
また、上記弾性部材１０７は弾性部材からなり、外側、中間、内側の三本のシールリップ１１４、１１５、１１６を備え、上記芯金１０５にその基端部が結合固定されている。そして、最も外側に位置する外側シールリップ１１４の先端縁を上記スリンガ１０６を構成する外側円輪部１１３の内側面に摺接させ、残り２本のシールリップである中間シールリップ１１５及び内側シールリップ１１６の先端縁を、上記スリンガ１０６を構成する内径側円筒部１１２の外周面に摺接させることにより、封入グリースの漏洩を防止するとともに、外部からの塵埃、水、泥水等の軸受内部への浸入を防止する。    
【０００４】
シール装置１２ｂは図３に拡大して示されるように、それぞれが円輪状に形成された芯金２１６と弾性部材２１７とから構成される。このうちの芯金２１６は、金属板より造られ、上記外輪相当部材１の外端部に内嵌固定されている。また、上記弾性部材２１７は弾性材料からなり、上記芯金２１６に成形し、接着等により接合固定されている。また、この弾性部材は２１７は、外径側、内径側、２本のサイドシールリップ２１８、２１９と、１本のラジアルシールリップ２２０とを備える。そして、上記２本のサイドシールリップ２１８、２１９を、先端縁（図１の左端縁）に向かう程直径方向外方（図３の上方）に向かう方向に傾斜させる事により、空間１３内への異物進入防止機能を確保している。また、上記ラジアルシールリップ２２０を、先端縁（図３の右下縁）に向かう程上記空間１３の内側（図３の右側）に向かう方向に傾斜させる事により、グリースの漏洩防止機能を確保している。
【０００５】
更に詳しく説明すると、シール装置１２ｂは、それぞれが円輪状に形成された芯金２１６と弾性部材２１７とから構成されている。シール装置１２ｂの芯金２１６は、低炭素鋼板等の金属板にプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により、一体成形されている。この芯金２１６は、転がり軸受Ｏを構成する外輪相当部材１の端部内周面に内嵌固定自在な外径側円筒部２２２と、この外径側円筒部２２２の外端縁（図３の左端縁）から直径方向内方に折れ曲がった支持板部２２３とを備える。このうちの外径側円筒部２２２は、内端寄り（図３の右寄り）の大径部２２４と弾性部材２１７とにより、芯金２１６を構成する支持板部２２３の外側面（図３の左側面）全体を覆うとともに、この弾性部材２１７の外周面と外輪相当部材１の開口端部内周面との間で挟持している。そして、この構成により、上記芯金２１６と外輪相当部材１との嵌合部を密封している。また、上記大径部２２４に自由状態における外径は、外輪相当部材１の外端開口部の内径よりも僅かに大きく設定されており、この大径部２２４は、外輪相当部材１の外端開口部に、締まり嵌めで内嵌固定自在とされている。また、上記支持板部２２３は、略Ｓ字形の断面形状を有し、直径方向内方（図３の下方）に向かう程空間１３内に設置した転動体１０、１０に近づく方向（図３の右方向）に傾斜している。一方、上記芯金２１６と共に上記シール装置１２ｂを構成する弾性部材２１７は、上記芯金２１６に対してインサート成型し、接着等により接合固定されている。この様な弾性部材２１７の外周縁部は、上記傾斜部２２７の外周面を覆っている。また、この様な弾性部材２１７の一部で傾斜部２２７の外周面を覆っている部分の自由状態での外径は、上記外輪相当部材１の外端開口部の内径よりも少し大きく設定されており、上記大径部２２４をこの外端開口部に内嵌固定した状態では、上記弾性部材２１７の一部で傾斜部２２７の外周面を覆っている部分が、この傾斜部２２７の外周面と上記外端開口部の内周面との間で弾性的に押圧され、当該部分のシール性を確保する。更に、上記弾性部材２１７の基部２２６は、上記支持板部２２３の外側面（図３の左側面）を、全周に亙り完全に覆っている。また、この基部２２６の外側面及び内周縁には、外径側、内径側、２本のサイドシールリップ２１８、２１９と、１本のラジアルシールリップ２２０とが形成されており、２本のサイドシールリップ２１８、２１９を、先端縁（図３の左端縁）に向かう程直径方向外方（図３の上方）に向かう方向に傾斜させる事により、空間１３内への異物侵入防止機能を確保している。また、上記ラジアルシールリップ２２０を、先端縁（図３の右下縁）に向かう程上記空間１３の内側（図３の右側）に向かう方向に傾斜させる事により、グリースの漏洩防止機能を確保している。
【０００６】
従来から前記シール装置に用いられる弾性部材にはシール性能やコストの点より、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）が用いられている。
近年、省エネルギー化の観点から、長期間に亘るシール性の維持と、起動時及び回転時の低トルク化が求められている。
ＮＢＲ製弾性部材のシール性を維持する方法として、ＮＢＲ中のＡＮ量（アクリルニトリル量）を、２５〜３６重量％を限定するつめイ特許文献１）、オイルの成分や無機充てん剤を添加する方法が知られている（特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２０２０２８号公報
【特許文献２】特開２００６−７０２７５号公報
【特許文献３】特開２００６−３７０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、転がり軸受け用シールはグリースに接触した環境下にあるため、特許文献１に記載されるのＡＮ量の下限側（２５重量％）では耐熱性の低下と、極性の低下に伴うグリース基油による膨潤が大きいという問題がある。また、オイル成分の添加では、ゴム材料の極性低下により、耐熱性やゴム弾性を損なう恐れがある。また。無機充てん剤の添加では、可塑剤の揮発や溶出により、耐熱性がゴム弾性を損なう恐れがあり、何れの場合もシールの信頼性を保てない恐れがあるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、トルクを低減すると共に、耐熱性、耐油性、耐寒性を兼ね備えた信頼性を有する軸受け用シールを提供することにある。
上記問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、転がり軸受に備えられ、ゴム材料組成物を材料とする転がり軸受用シールであって、前記転がり軸受け用シールは、アクリロニトリルブタジエンゴムを用いたゴム材料組成物で構成され、前記アクリロニトリルブタジエンゴムのアクリロニトリル含有量が１８〜３０％であり、且つ、前記転がり軸受け用シールの表面張力が、４０ｍＮ／ｍ以下であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐摩耗性の悪化や、オイル成分の滲み出しを起こすことも無く、低トルクで十分なシール性を持つ転がり軸受用シールを得ることができる。これは次のメカニズムによるものである。
転がり軸受け用シールに起因するトルク上昇の一因に、ゴム材料組成物の相手材への凝着が挙げられる。ＮＢＲにおいては、この凝着は、高い極性を有するアクリロニトリル鎖の部分が主に作用する。よって、ＮＢＲ組成物のＡＮ量を低減させると、相手材への凝着を低減でき、トルク上昇を抑制できる。
また、ＮＢＲは、高い極性を有するアクリロニトリル鎖の部分と、極性が比較的に小さいブタジエン鎖の部分がから構成される。このため、同材料からなる成形体であっても、成形体表面に存在するアクリロニトリル鎖の部分の割合により、成形体表面の表面張力が異なる材料を作成することが可能である。よって、ＮＢＲ組成物からなるシールにおいて、相手材と接触する部分の表面張力を低くすると、相手材への凝着を低減でき、すなわち、トルクを低減できる。
また、シールの表面以外は、アクリロニトリル基を充分に含有する状態を維持し、耐油性や耐寒性、追従性といったシール特性を維持できる。したがって，転がり軸受用シールを構成するＮＢＲのＡＮ量を低く、且つ、成形後のシール表面の表面張力を低くすることにより、低トルクとすることができる。したがって、低トルク、かつ、十分なシール機能を持続できる転がり軸受用シールを提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明において転がり軸受用シールに使用されるシールの種類や構造には制限はない。また、シールは、全体が後述される弾性材料で形成されていてもよく、弾性材料が芯金に接合されていてもよい。
シールのゴム材料組成物を構成するＮＢＲは、ＡＮ量が、１８〜３０％が好ましく、１８〜２６％がより好ましい。ＡＮ量が３０％を超えると、成形体の表面張力を低くすることが難しくなり、トルクの低減に繋がらない。一方、ＡＮ量が１８％未満では耐摩耗性及び耐油性に劣るようになり、シールリップの先端縁の摩耗量の増加やグリースとの接触による膨潤を引き起こしシール性を低下させるため、好ましくない。
【００１２】
本発明の転がり軸受用シールに適したゴム組成物は、シール性を損なわないために、ゴム組成物に添加される補強充てん剤、架橋剤等の配合剤の量と、架橋条件を、適宜調整する必要がある。
補強充てん剤としては、カーボンブラックや白色系充てん剤等を配合することができる。カーボンブラックとしては、ＳＡＦ（Ｓｕｐｅｒ  Ａｂｒａｓｉｏｎ  Ｆｕｒｎａｃｅ  ｂｌａｃｋ）、ＩＳＡＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｓｕｐｅｒ  Ａｂｒａｓｉｏｎ  Ｆｕｒｎａｃｅ  ｂｌａｃｋ）、ＨＡＦ（Ｈｉｇｈ  Ａｂｒａｓｉｏｎ  Ｆｕｒｎａｃｅ  ｂｌａｃｋ）、ＭＡＦ（Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｂｒａｓｉｏｎ  Ｆｕｒｎａｃｅ  ｂｌａｃｋ）、ＦＥＦ（Ｆａｓｔ  Ｅｘｔｒｕｄｉｎｇ  Ｆｕｒｎａｃｅ  ｂｌａｃｋ）、ＧＰＦ（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｐｕｒｐｏｓｅ  Ｆｕｒｎａｃｅ  ｂｌａｃｋ）、ＳＲＦ（Ｓｅｍｉ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ  Ｆｕｒｎａｃｅ  ｂｌａｃｋ）、ＦＴＦ（Ｆｉｎｅ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｆｕｒｎａｃｅ  ｂｌａｃｋ）、ＭＴ（Ｍｅｄｉｕｍ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｆｕｒｎａｃｅ  ｂｌａｃｋ）等を例示することができる。特に、補強性及び追従性を考慮するとＨＡＦ、ＦＥＦ、ＳＲＦ、が好ましい。白色系充てん剤としては、各種シリカ、塩基性炭酸マグネシウム、活性化炭酸カルシウム、特殊炭酸カルシウム、超微粉ケイ酸マグネシウム、クレー、タルク、珪藻土、ウォラストナイト等を例示することができる。また、これら補強性充てん剤の分散性を高めるために、シラン系、アルミニウム系、チタネート系のカップリング剤を添加してもよい。更に、補強性充てん剤と白色系充てん剤とを混合して使用することもできる。
【００１３】
加硫剤は、例えば、粉末硫黄、硫黄華、沈降硫黄、高分散性硫黄等の各種硫黄や、モルホリンジスルフィド、アルキルフェノールジスルフィド、Ｎ，Ｎ−ジチオ−ビス（ヘキサヒドロ−２Ｈ−アゼピノン−２）、チウラムポリスルフィド等の硫黄を生成可能な硫黄化合物を使用できる。硫黄系以外の架橋剤、例えば、ジクミルパーオキサイド、ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ベンゾイルパーオキサイド等の過酸化物等を使用することもできる。
【００１４】
また、グアニジン系化合物、アルデヒド−アンモニア系化合物、チアゾール系化合物、チオウレア系化合物、スルフェンアミド系化合物、チウラム系化合物、ジチオカルバメート系化合物、キサンテート系化合物等の加硫促進剤を併用してもよい。また、高分散性硫黄を使用した場合には、テトラメチルチウラムジスルフィド等又はスルフェンアミド系化合物であるＮ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド等と、２−メルカプトベンゾチアゾール等とを併用してもよい。尚、加硫促進剤は、１種のみを使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。
更に、加硫促進助剤を併用してもよく、酸化亜鉛等の金属酸化物、金属炭酸塩、金属水酸化物、ステアリン酸等の有機酸及びその誘導体、アミン類等をそれぞれ単独で、または２種以上を混合して使用することができる。
【００１５】
更に、シールの特定をより向上させるために各種の添加剤を配合することができる。例えば、酸化劣化を防止する老化防止剤としてアミン・ケトン縮合生成物、芳香族第二級アミン類、モノフェノール誘導体、ビス又はポリフェノール誘導体、ヒドロキノン誘導体、硫黄系老化防止剤、リン系老化防止剤等を配合することができる。更に、熱分解を防止して耐熱性を向上するため、上記の老化防止剤とともに２次老化防止剤を併用してもよく、２−メルカプトベンズイミダゾール、２−メルカプトメチルベンズイミダゾール、及びこれらの亜鉛塩等を併用してもよい。
【００１６】
上記のゴム材料組成物をシールに成形するには、通常の方法で構わず、ゴム成分に加硫剤やその他の添加剤を配合して混練し、得られた未架橋の混練物を所定の金型に充てんして成形すればよい。混練方法にも制限はなく、ゴム混練ロールや加圧ニーダー、バンバリーミキサー等の公知のゴム用混練装置を用い、３０〜８０℃で５〜６０分程度混練すればよい。また、成形条件にも制限はなく、混練物を圧縮成形、トランスファー成形、射出成形等の公知のゴム成形方法を採用することができ、通常は１２０〜２００℃で３０秒〜３０分程度加圧加硫すれば良く、更に必要であれば１２０〜２００℃で１０分から１０時間程度の二次加硫を行っても良い。
【００１７】
また、上記ゴム材料組成物によるシールにおける、相手材と接する部分の表面張力の制御方法に限定はない。例えば、成形時に、ＡＮ量の低いＮＢＲ組成物の薄膜を貼り付ける方法や、クロームメッキやＤＬＣコーティング、フッ素膜コーティング、シリコーン系膜の形成、フッ素系層の形成などを行った金型を用いる方法が挙げられる。
【００１８】
本発明による実施例を示す。以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
表１に示すように、ゴム成分、加硫剤及びその他添加剤を配合し、ゴム混練ロールにて混練を行い、得られた未架橋のシート状混練物を、１７０℃で５〜１０分の熱プレスによる加硫工程を経て架橋シートとした。
【００１９】
【表１】
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※表1に記載の材料は下記を使用した。
・ＮＢＲ（ＡＮ３３％）：日本ゼオン株式会社製「Ｎｉｐｏｌ
ＤＮ３３５０」（ＡＮ量３３％）
・ＮＢＲ（ＡＮ２６％）：ＪＳＲ株式会社製「Ｎ２４０Ｓ」（ＡＮ量２６％）
・ＦＥＦカーボン：東海カーボン株式会社製「シーストＧ−ＳＯ」
焼成クレー：ＢＡＳＦ製「Ｓ−５」
可塑剤：大八化学工業株式会社製「ＤＯＡ」
老化防止剤：大内新興化学工業株式会社製「ノクラックＣＤ」
ワックス：精工化学株式会社製「サンタイトＲ」（精選特殊ワックス）
加工助剤：Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ社製「ＴＥ−８０−ｐ」
ステアリン酸：花王株式会社製「Ｌｕｎａｃ Ｓ−３５」
酸化亜鉛：堺化学株式会社製 「２種」
加硫促進剤Ａ：大内新興化学工業株式会社製「ノクセラーＴＥＴ-Ｇ」
加硫促進剤Ｂ：川口化学工業株式会社製「アクセル ＣＺ−Ｒ」
硫黄：細井化学工業株式会社製「ＨＫ２００−５」
作製した各架橋シートについて、下記機械的物性を測定した。
１．常態物性
（１）硬度測定
ＪＩＳ
Ｋ ６２５３に従い、厚さ２ｍｍの架橋シートを作製し、それを重ねて厚さ６ｍｍ以上の試験片を作製してデュロメータＡにて硬度測定を行った。結果を表２に示す。
（２）１軸引張試験
ＪＩＳ Ｋ ６２５１に従い、引張速度５００ｍｍ／ｍｉｎの条件で試験を行い、破断時の強度（ＭＰａ）と、破断時伸び（％）を測定した。結果を表２に示す。
２．摩擦磨耗特性
・ゴム材料組成物のシート状試験片を ３０×３０×２ｍｍの板状試験片とし、相手材にはＳＵＪ２（軸受鋼）製で、内径φ２０ｍｍ、外径φ２６ｍｍのリング状試験冶具を用い、リングオンディスク方式の試験により、周速１０００ｍｍ／ｍｉｎ、荷重１００ｇの条件にて、摩擦係数の測定を行った。評価は、摩擦係数１．０未満を好ましい結果とし、より小さいほど好ましいものとした。結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
表１に示した実施例１〜３の様に、ＮＢＲのＡＮ量を１８〜３０％とし、ゴム材料組成物成形体表面の表面張力を４０ｍＮ／ｍ以下とすることで、表２に示すように、シールとしての硬さや強度、伸びを維持しつつ、摩擦係数を低く抑えることが出来る。これを転がり軸受のシールに用いた時のトルクを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】転がり軸受の一例（車両用転がり支持装置）を示す図である。
【図２】図１に示した転がり軸受の一方のシール装置（１２ａ）の拡大図である。
【図３】図１に示した転がり軸受の他方のシール装置（１２ｂ）の拡大図である。
【符号の説明】
【００２３】
Ｏ      転がり軸受
１      外輪相当部材
４      内輪相当部材
１０    転動体
１１    保持器
１２ａ  シール装置
１２ｂ  シール装置
１０５  芯金
１０６  スリンガ
１０７  弾性部材
２１７  弾性部材
【図１】
2014084979.tif 000005
【図２】
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【図３】
2014084979.tif 000007