(57)【要約】【課題】冷却水と接触する雰囲気下で転がり軸受を使用しても、シール部材の劣化が小さく、良好なシール性を長く維持し、信頼性や耐久性に優れる。【解決手段】エンジンにより駆動するプーリに一端側を連接し、冷却水を循環するインペラに他端側を連接する回転軸１０と、ハウジングに固定された外輪３との間に介在する転動体４を備え、かつ上記外輪３の両端部に固定されたそれぞれがゴム成形体６ｂを備える１対のシールユニットによって、上記回転軸１０との間を密封してなる冷却水ポンプ用転がり軸受において、少なくとも上記インペラ側のシールユニットのゴム成形体６ｂがテトラフルオロエチレンと、プロピレンと、水素原子の一部がフッ素原子で置換された炭素数 2〜4 の不飽和炭化水素からなる架橋用単量体とを含む共重合体からなる加硫可能なフッ素ゴム組成物の成形体である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにより駆動するプーリに一端側を連接し、冷却水を循環するインペラに他端側を連接する回転軸と、ハウジングに固定された外輪との間に介在する転動体を備え、かつ前記外輪の両端部に固定されたそれぞれがゴム成形体を備える１対のシールユニットによって、前記回転軸との間を密封してなる冷却水ポンプ用転がり軸受において、少なくとも前記インペラ側のシールユニットのゴム成形体がテトラフルオロエチレンと、プロピレンと、水素原子の一部がフッ素原子で置換された炭素数 2〜4 の不飽和炭化水素からなる架橋用単量体とを含む共重合体からなる加硫可能なフッ素ゴム組成物の成形体であることを特徴とする冷却水ポンプ用転がり軸受。
【請求項２】
前記架橋用単量体がトリフルオロエチレン、３，３，３−トリフルオロプロペン−１、１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン、１，１，３，３，３−ペンタフルオロプロピレン、２，３，３，３−テトラフルオロプロペンから選ばれた少なくとも一つの単量体であることを特徴とする請求項１記載の冷却水ポンプ用転がり軸受。
【請求項３】
前記共重合体がフッ化ビニリデンを含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷却水ポンプ用転がり軸受。
【請求項４】
前記フッ素ゴム組成物の成形体のゴム硬度が 60〜90°であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の冷却水ポンプ用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却水ポンプ用転がり軸受に関し、特に自動車の水冷エンジン等に好適な冷却水ポンプ用転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型軽量化を目的としたＦＦ（フロントエンジン・フロント駆動）車の普及により、またさらに居住空間の拡大により、自動車はエンジンルームの縮小を余儀なくされつつある。このため、自動車用関連補機は小型軽量化が一層進められるとともに、高性能、高出力のものがますます求められている。
エンジンを冷却するために用いられる冷却水ポンプの一般例を、図３によって説明する。図３は冷却水ポンプ１２の斜視図である。冷却水ポンプ１２は、エンジン出力をプーリ１３で受けて、プーリ１３駆動により回転する回転軸１０と、この回転軸１０を冷却水ポンプ１２のハウジング１１に回転自在に支持する複数個の転がり軸受１と、回転軸１０に連接して冷却水を循環送水するインペラ１４と、転がり軸受への冷却水の浸入を防止するメカニカルシール１５とから構成される。
【０００３】
冷却水ポンプに用いられる転がり軸受の使用温度条件は厳しくなっており、軸受は 120℃をこえる温度にさらされる場合がある。一方、ニトリルゴムは耐熱性の限界が 120℃程度のため、軸受のシールユニットにゴム成形体の材料としてニトリルゴムを用いると、ゴム成形体が熱劣化し、硬化して弾性が損なわれ、極端な場合はリップ部にクラックが生じ、シール性能が大幅に低下する場合がある。また、通常のフッ素ゴム組成物は耐熱性の限界が 200℃以上であり、上記温度条件で使用しても耐熱上の問題はないが、冷却水に含まれるクーラントとの接触にともなう劣化により変形して、シール性能が低下する恐れがある。そのため、従来の冷却水ポンプ用転がり軸受のシールユニットのゴム成形体の材料として、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体を含む加硫可能なフッ素ゴム組成物、またはテトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体を含む加硫可能なフッ素ゴム組成物を採用することにより、シール部材の変形を抑える方法が知られている(特許文献１)。
しかしながら、上記のフッ素ゴム組成物を使用しても、冷却水中のクーラントとの接触により、経時劣化してしまい、シール性能が低下する可能性があるため、未だその性能は充分とはいえない。
【特許文献１】特開２００２−１８１０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする課題は、冷却水と接触する雰囲気下で転がり軸受を使用しても、シール部材の劣化が小さく、良好なシール性を長く維持し、信頼性や耐久性に優れた冷却水ポンプ用転がり軸受がないという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の冷却水ポンプ用転がり軸受は、エンジンにより駆動するプーリに一端側を連接し、冷却水を循環するインペラに他端側を連接する回転軸と、ハウジングに固定された外輪との間に介在する転動体を備え、かつ上記外輪の両端部に固定されたそれぞれがゴム成形体を備える１対のシールユニットによって、上記回転軸との間を密封してなる冷却水ポンプ用転がり軸受において、少なくとも上記インペラ側のシールユニットのゴム成形体がテトラフルオロエチレンと、プロピレンと、水素原子の一部がフッ素原子で置換された炭素数 2〜4 の不飽和炭化水素からなる架橋用単量体とを含む共重合体からなる加硫可能なフッ素ゴム組成物の成形体であることを特徴とする。
上記架橋用単量体がトリフルオロエチレン、３，３，３−トリフルオロプロペン−１、１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン、１，１，３，３，３−ペンタフルオロプロピレン、２，３，３，３−テトラフルオロプロペンから選ばれた少なくとも一つの単量体であることを特徴とする。
上記共重合体がフッ化ビニリデンを含むことを特徴とする。
上記フッ素ゴム組成物の成形体のゴム硬度が 60〜90°であることを特徴とする。なお、ゴム硬度（度）はＪＩＳ  Ｋ  ６２５３に準じて測定される値である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の冷却水ポンプ用転がり軸受は、テトラフルオロエチレンと、プロピレンと、水素原子の一部がフッ素原子で置換された炭素数 2〜4 の不飽和炭化水素からなる架橋用単量体とを含む共重合体からなる加硫可能なフッ素ゴム組成物の成形体によりシール部材を形成するので、自動車エンジン冷却用のクーラントを含有する冷却水と接触しても物性劣化が少なく、また外部からの塵埃の侵入を効果的に防止することができる。このため、冷却水ポンプで使用される転がり軸受の耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
一般に市販されているクーラントには、冬場の凍結防止用の不凍液としてエチレングリコールが 90〜95 重量％、またエンジンやラジエータの腐食を防止するリン酸カリ塩、無機カリ塩、有機アミン系物質等の防錆剤が 4〜6 重量％、水 0〜5 重量％がそれぞれ含まれている。エンジン用の冷却水は、凍結防止温度によってクーラントの希釈量が調整されるが、特に、防錆目的としては冷却水中の防錆剤濃度が 1 重量％以上になるように希釈量が調整される。
通常のフッ素ゴム組成物で造られたシール部材が冷却水との接触によって、劣化により変形して、シール性能が低下するのは、冷却水に添加されている防錆剤のアルカリ成分であるリン酸カリ塩、無機カリ塩、有機アミン系物質等によるものと考えられる。
そこで、フッ素ゴム組成物の改良について鋭意検討した結果、テトラフルオロエチレンと、プロピレンと、水素原子の一部がフッ素原子で置換された炭素数 2〜4 の不飽和炭化水素からなる架橋用単量体とを含む共重合体からなる加硫可能なフッ素ゴム組成物の成形体（以下、フッ素ゴム成形体と略称する。）により製造したシール部材は、自動車エンジン冷却用のクーラントを含有する冷却水と接触しても物性劣化が少なく、また外部からの塵埃の侵入を効果的に防止できることを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。
【０００８】
本発明で使用できるフッ素ゴム組成物は、テトラフルオロエチレンと、プロピレンと、水素原子の一部がフッ素原子で置換された炭素数 2〜4 の不飽和炭化水素からなる架橋用単量体とを含む共重合体からなる加硫可能なフッ素ゴム組成物である。
水素原子の一部がフッ素原子で置換された炭素数 2〜4 の不飽和炭化水素からなる架橋用単量体としては、トリフルオロエチレン、３，３，３−トリフルオロプロペン−１、１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン、１，１，３，３，３−ぺンタフルオロプロピレン、２，３，３，３−テトラフルオロプロペンが挙げられる。好ましい架橋用単量体は３，３，３−トリフルオロプロペン−１である。
【０００９】
本発明で使用できる共重合体に第４成分として、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、ペルフルオロ（アルキルビニル）エーテル、ペルフルオロ（アルコキシビニル）エーテル、ペルフルオロ（アルコキシアルキルビニル）エーテル、ペルフルオロアルキルアルケニルエーテル、ペルフルオロアルコキシアルケニルエーテル等を配合できる。
【００１０】
フッ素ゴム組成物を構成する共重合体は、共重合体全体に対して、テトラフルオロエチレンが 45〜80 重量％、好ましくは 50〜78 重量％、より好ましくは 65〜78 重量％であり、プロピレンが 10〜40 重量％、好ましくは 12〜30 重量％、より好ましくは 15〜25 重量％であり、架橋用単量体が 0.1〜15 重量％、好ましくは 2〜10 重量％、より好ましくは 3〜6 重量％である。
また、フッ化ビニリデンを共重合させる場合は、フッ化ビニリデンが 2〜20 重量％、好ましくは 10〜20 重量％である。20 重量％をこえると、エンジン冷却水中のクーラントと接触する場合はクーラントへの耐性が、ウレア化合物と使用する場合はウレア化合物ヘの耐性がそれぞれ低下する。
【００１１】
このフッ素ゴム組成物の製造方法は、例えば国際公開番号ＷＯ０２／０９２６８３号公報に開示されており、乳化重合法または懸濁重合法によって製造される。
これらのフッ素ゴム組成物を加硫可能とするため、ポリヒドロキシ（ポリオール）加硫剤、第４アンモニウム塩、第４ホスホニウム塩、第３スルホニウム塩などから選ばれる加硫促進剤、水酸化カルシウムや酸化マグネシウム等の受酸剤、カーボンブラック、クレー、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、珪酸マグネシウムなどの充填剤、オクタデシルアミン、ワックスなどの加工助剤、熱老化防止剤、顔料などが配合できる。例えば、それぞれの配合量は、共重合体を 100 重量部として、加硫剤が 0.1〜20 重量部、好ましくは 0.5〜3 重量部、加硫促進剤が 0.1〜20 重量部、好ましくは 0.5〜3 重量部、受酸剤が 1〜30 重量部、好ましくは 1〜7 重量部、充填剤が 5〜100 重量部、加工助剤が 0.1〜20 重量部である。
【００１２】
また、これらに追加して有機パーオキサイド化合物などの第２の加硫剤を 0.7〜7 重量部、好ましくは 1〜3 重量部添加して使用することもできる。さらに、ウレア化合物への耐性やシール性を損なわない範囲で、一般のゴム組成物に配合されるような充填剤、添加剤を適宜使用することができる。
これらの組成物を混合、または成形する方法は一般のゴム加工に用いるプロセスを採用することができ、オープンロール、バンバリーミキサー、ニーダ、各種密封式ミキサーなどにより混練した後、プレス成形（プレス加硫）、押し出し成形、射出成形などに供すればよい。また、特性を向上させるため、成形後には２次加硫を行なうことが好ましく、これはオーブン中で十分加熱（例えば 200℃、24 時間）することにより行なう。
【００１３】
本発明で使用できるフッ素ゴム組成物の成形体のゴム硬度は 60〜90°である。好ましくは 70〜80°である。60°未満では軟らかくなりすぎて耐摩耗性が低下し、90°をこえると回転トルクが大きくなりすぎて、転がり軸受の温度が上昇する。なお、ゴム硬度（度）はＪＩＳ  Ｋ  ６２５３に準じて測定した。
【００１４】
シール部材はゴム成形体単独でもよく、あるいはゴム成形体と金属板、プラスチック板、セラミック板等との複合体であってもよい。耐久性、固着の容易さからゴム成形体と金属板との複合体が好ましい。
ゴム成形体と金属板との複合体からなるシール部材６の一例を後述するシールユニットの断面図である図２に示す。シール部材６は鋼板などの金属板６ａにフッ素ゴム成形体６ｂを固着して得られる。固着方法としては、機械的固着、化学的固着のいずれも方法であってもよい。好ましい固着方法としては、フッ素ゴム成形体を加硫時に、加硫型内に金属板を配置し、成形および加硫を同時に行ない固着する方法が挙げられる。
【００１５】
ゴム成形体６ｂは少なくとも冷却水と接触する部分が上述したフッ素ゴム成形体で形成される。例えばゴム成形体６ｂを上述した単体のフッ素ゴム成形体としてもよく、冷却水と接触する部分に上述したフッ素ゴム成形体を背面に従来のゴム成形体を積層した積層体としてもよい。
【００１６】
本発明の冷却水ポンプ用転がり軸受を用いた冷却水ポンプ１２の例を図１により説明する。図１は、本発明の冷却水ポンプ用転がり軸受のシールユニットの断面図である。図１において、点線で示す矢印は冷却水の流れる方向を表わす。図１に示すように、インペラ１４が連接された回転軸１０を、軸方向に離間して配設した複数個の転がり軸受１によりハウジング１１に固定して構成されている。転がり軸受１は、インペラ１４と転がり軸受１との間に配設されたメカニカルシール１５により冷却水に直接接触しないよう密封されている。しかし、この冷却水ポンプ用転がり軸受１（以下、「軸受１」と略称することがある。）では、メカニカルシール１５と回転軸１０との摺接面は冷却水で潤滑されている状態のため、冷却水中の水蒸気等が軸受１内部に浸入して軸受１が劣化する問題が発生する。このため、軸受１のインペラ１４側にシールユニットを設けて、インペラ１４側から軸受１への水蒸気等の浸入を防止し、かつ軸受１からインペラ１４側への潤滑グリース組成物の漏洩を防止している。また、軸受１の駆動プーリ１３側にも、シールユニットを設けて、外部からの塵埃の侵入を防止し、かつ軸受１から外部への潤滑グリース組成物の漏洩を防止している。
【００１７】
上記インペラ１４側のシールユニットは、例えば図２に軸方向断面図として示す構造を有する。図２は図１の部分拡大断面図であり、本発明の冷却水ポンプ用転がり軸受のシールユニットを示す図である。図２中、点線で示す矢印は冷却水の流れる方向を表わす。図２において、軸受１は、内輪２を形成する回転軸１０と、外輪３と、この外輪３と回転軸１０との間に介在する複数の転動体４と、この転動体４を保持する保持器５とから構成される。シールユニット８はシール部材６とフリンガー９とからなる。外輪３の軸方向端部のシール溝３ａには、シール部材６が配設されている。シール部材６は金属板６ａとゴム成形体６ｂとからなり、ゴム成形体６ｂは３つのリップ部６ｃ、６ｄ、６ｅを備える。金属板６ａは、断面が逆Ｌ字状であり、外輪３のシール溝３ａ内にかしめて取り付けられている。金属板６ａの外方表面にはゴム成形体６ｂが密着している。ゴム成形体６ｂは、テトラフルオロエチレンと、プロピレンと、水素原子の一部がフッ素原子で置換された炭素数 2〜4 の不飽和炭化水素からなる架橋用単量体とを含む共重合体からなる加硫可能なフッ素ゴム組成物の成形体である。その断面は二分岐形状であり、その一方を形成する主リップ部６ｅは斜め左下に延在し、その他方を形成する副リップ部６ｄは斜め右下に延在している。また、金属板６ａの中間位置において、ゴム成形体６ｂから図２中左方に延在するようにして、円筒状の第３リップ部６ｃが形成されている。
【００１８】
また、回転軸１０上には、ステンレス製のフリンガー９が配設されている。フリンガー９は、回転軸１０に嵌合する小円筒９ｃと、小円筒９ｃを同軸で包含する大円筒９ａと、両円筒を半径方向に連接するフランジ部９ｂとからなっている。ゴム成形体６ｂの第３リップ部６ｃは、フリンガー９の大円筒９ａの外周に摺接し、主リップ部６ｅは、小円筒９ｃの外周に摺接し、副リップ部６ｄは、回転軸１０の外周面に摺接し、それぞれシールを達成している。
【００１９】
上記シールユニット８では、その外方から冷却水の蒸気や水滴が飛散してきたような場合、フリンガー９の外周面でこれを受け、シール部材６に冷却水が直接接触しないようになっている。これにより、シール部材６（特に、第３リップ部材６ｃ）の変形や膨張を低減することができる。一方、軸受１の内部に封入されたグリース組成物等は、シール部材６の副リップ部６ｄ及び主リップ部６ｅにより密封され、外部への漏れを防止できる構造になっている。
【実施例】
【００２０】
各実施例および比較例に用いたゴム組成物を以下に示す。
表１に示す配合組成でロール温度 50℃にてオープンロールを用いて混練することにより、未加硫ゴム組成物を得た。表１に用いた各材料を以下に示す。
（１）フッ素ゴム組成物１：デュポン・ダウ・エラストマー社製；ＶＴＲ８８０２（加硫剤配合済）
（２）フッ素ゴム組成物２：旭硝子社製；アフラス１５０
（３）フッ素ゴム組成物３：デュポン・ダウ・エラストマー社製；Ａ３２Ｊ
（４）酸化マグネシウム：協和化学工業社製；キョウワマグ１５０
（５）水酸化カルシウム：近江化学工業社製；カルビット
（６）カーボン：エンジニアード社製；Ｎ９９０
（７）共架橋剤：日本化成社製；ＴＡＩＣ
（８）加硫剤：化薬アクゾ社製；パーカドックス１４
フッ素ゴム組成物１は、テトラフルオロエチレンと、プロピレンと、水素原子の一部がフッ素原子で置換された炭素数 2〜4 の不飽和炭化水素からなる架橋用単量体とを含む共重合体からなる加硫可能なフッ素ゴムであり、フッ素ゴム組成物２はテトラフルオロエチレン−プロピレン系のゴムであり、フッ素ゴム組成物３はフッ化ビニリデンゴムである。
【表１】
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【００２１】
実施例１、比較例１および比較例２
上記未加硫ゴム組成物を用いて加硫プレス機にて加硫成形物を得た。金型実温度は 170℃、加硫時間は１次加硫として 170℃で 12 分間で加硫した。次いで恒温槽内で２次加硫を行なった。２次加硫条件は、200℃で 24 時間である。
得られた加硫成形物をＪＩＳ Ｋ ６２５１  ３号試験片の形状に打ち抜き試験片を作製した。試験片を水酸化ナトリウム 30％水溶液に 80℃×1000 時間の条件で浸漬して、浸漬前後の物性値を測定した。測定した物性値は硬度、引張り強度、引張り伸び、体積を測定し、浸漬前の物性値に対する硬度変化、引張り強度変化率、引張り伸び変化率、体積変化率をそれぞれ評価した。測定条件は硬度をＪＩＳ Ｋ ６２５３に、引張り強度および引張り伸びをＪＩＳ Ｋ ６２５１に、浸漬前後の体積をＪＩＳ Ｋ ６２５８に、それぞれ準じた。結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
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実施例１は、長時間の浸漬でも劣化が軽微であり、ロングライフクーラント冷却水に対して優れた耐性を有していた。
比較例１および比較例２は、ロングライフクーラント冷却水に浸漬された場合の物性劣化が大きい。特に、比較例１は短時間の浸漬では劣化はほとんどなかったが、長時間の浸漬では大きな物性低下がみられた。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の冷却水ポンプ用転がり軸受は、優れた耐冷却水性を有するので、ロングライフクーラント含有冷却水の循環ポンプに使用される転がり軸受に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の冷却水ポンプ用転がり軸受を示す断面図である。
【図２】本発明の冷却水ポンプ用転がり軸受のシールユニットの断面図である。
【図３】冷却水ポンプの斜視図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    転がり軸受
２    内輪
３    外輪
４    転動体
５    保持器
６    シール部材
７    グリース組成物
８    シールユニット
９    フリンガー
１０    回転軸
１１    ハウジング
１２    冷却水ポンプ
１３    プーリ
１４    インペラ
１５    メカニカルシール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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