(57)【要約】【課題】  加工性に加えて、耐寒性にも優れるシール部材を備え、耐候性に優れた軸受装置を提供する。【解決手段】  内輪の両端に当接する油切りと、該油切りの外周面と摺接するリップを有し、外輪の両端部に固定されるオイルシール手段とを備えた鉄道車両用軸受装置において、オイルシール手段のリップが、可塑剤として、２５℃における粘度１０ｍＰａ・ｓ以上６００ｍＰａ・ｓ以下で、炭化水素鎖を有する化合物を含有するゴム組成物からなることを特徴とする鉄道車両用軸受装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪の両端に当接する油切りと、該油切りの外周面と摺接するリップを有し、外輪の両端部に固定されるオイルシール手段とを備えた鉄道車両用軸受装置において、
オイルシール手段のリップが、可塑剤として、２５℃における粘度１０ｍＰａ・ｓ以上６００ｍＰａ・ｓ以下で、炭化水素鎖を有する化合物を含有するゴム組成物からなることを特徴とする鉄道車両用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車軸支持に用いられる軸受装置に関し、詳しくはリップと油切りとの腹当たりを防止するのに有効なオイルシール手段を備えた鉄道車両用転軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、オイルシール手段を備える従来の鉄道車両用軸受装置（以下、「軸受装置」という）１００の一例を示す断面図である。図示される軸受装置１００は、鉄道車両に用いられる軸受の一例である複列円錐ころ軸受（以下、「軸受」という）１１０と、軸受１１０に装着された車軸１２０とを有している。軸受１１０は、一体型の外輪１１１と各列に個別に分割された内輪１１２と内輪間座１１３とを備え、内輪１１２と外輪１１１との間には、軸受１１０の周方向に配置され、保持器１１４に保持された複数のころ１１５が配置されている。軸受１１０の軸方向両端面には、それぞれ主軸１２０と一体となって回転し、内輪１１２と当接する筒状の油切り１２１が配置されている。
【０００３】
油切り１２１の軸受１００寄りの外周側には、異なる内径の円筒部材を連結し、段を有する筒状のシールケース１２２が配置されている。シールケース１２２の軸受１１０側の一端部は外輪１１１に嵌合固定され、他端部は油切り１２１の外周面付近に配置されている。また、シールケース１２２の内周側には、環状のオイルシール１３０が取り付けられ、軸受装置１００の内部に、ごみ、水分、異物等が外部から侵入するのを防ぐとともに、軸受装置１００内のグリース等の潤滑剤が外部に漏出するのを防いでいる。
【０００４】
オイルシール１３０は、図２に拡大断面図で示すように、環状で、複数の金属部材を組み合わせてなる、内周側に開口した略断面コ字状の外周部１３１と、外周部１３１の内周側端部に接着された樹脂からなるシール部材１３２とから構成されている。オイルシール１３０は、その外周部１３１の外周側がシールケース１２２の内周側に固着され、オイルシール１３０の内周側に位置するシール部材１３２が油切り１２１の外周面に摺接することで、軸受内部を外部から密閉している。ここで、シール部材１３２は、軸受１１０寄りの内側リップ１３３と、内側リップ１３３から間隔を隔てて配置されている外側リップ１３４とを有している。内側リップ１３３及び外側リップ１３４は、オイルシール１３０の全周にわたって配置されている。軸受装置１００が作動している際には、これらのリップ１３３，１３４が、油切り１２１の外周面と摺動している。なお、内側リップ１３３には、内側リップ１３３を油切り１２１の外周面側へ付勢するためのガータスプリング１３５が取り付けられている。
【０００５】
ところで、転がり軸受では、潤滑剤中に水分が混入すると大きく低下することが知られている。例えば、古村らは、潤滑剤（＃１８０タービン油）に６％の水が混入すると、混入しない場合に比べて数分の１〜２０分の１に転がり疲れ強さが低下することを報告している（古村  恭三郎、城田  伸一、平川  清：表面起点および内部起点の転がり疲れについて、NSK Bearing Journal, No.636, pp.1-10, 1977）。また、Schatzbergらは、潤滑油中にわずか１００ｐｐｍの水分が混入するだけで、鋼の転がり強さが３２〜４８％も低下することを報告している（P.Schatzberg, I.M.Felsen：Effects of water and oxygen during rolling contact lubrication, wear, 12, pp.331-342, 1985）。
【０００６】
このような理由から、上記の軸受装置１００でも図示されるような接触型のシール部材１３２を備えるオイルシール１３０が用いられている。そして、シール部材１３２は、良好な加工性を得るために可塑剤を配合したゴム組成物からなる成形体が一般的であり、ゴムとの相溶性やコスト等を考慮して、可塑剤の選定が行われている（例えば、特許文献１参照）。しかし、軸受装置１００は種々の環境で使用され、特に低温下ではシール部材１３２の柔軟性が低下してリップ１３３，１３４の追従性が低下し、十分な密封性を発現しなくなる可能性がある。その結果、軸受装置１００の内部への水や塵埃等の侵入を許し軸受寿命の低下を招くことになる。
【０００７】
【特許文献１】特許第３３５１８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、軸受装置１００のシール部材１３２には、加工性に加えて、低温時のシール性能（耐寒性）も要求されてきているが、従来のシール部材１３２では十分に対応できていない状況にある。そこで、本発明は、加工性に加えて、耐寒性にも優れるシール部材を備え、耐候性に優れた軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の目的を達成するために、内輪の両端に当接する油切りと、該油切りの外周面と摺接するリップを有し、外輪の両端部に固定されるオイルシール手段とを備えた軸受装置において、オイルシール手段のリップが、可塑剤として、２５℃における粘度１０ｍＰａ・ｓ以上６００ｍＰａ・ｓ以下で、炭化水素鎖を有する化合物を含有するゴム組成物からなることを特徴とする軸受装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、シール部材を形成するゴム組成物に特定の可塑剤を配合したため、該シール部材は、加工性は勿論のこと、耐寒性にも優れたものとなり、このシール部材を備える軸受装置は耐候性に優れ、長寿命となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１２】
本発明においては、接触型のリップを有するオイルシール手段を備える限り、軸受装置の構成自体には制限がなく、例えば図１に示した構成の軸受装置１００を例示することができる。また、オイルシール手段も、下記に示すゴム組成物からなること以外は制限がなく、例えば図１及び図２に示した構成のシール部材１３２を備えるものを例示することができる。
【００１３】
ゴム組成物は、合成ゴムをベース材料とする。中でも、耐熱性、耐油性、耐グリース性等を考慮すると、アクリロニトリルブタジエンゴム（ニトリルゴム、ＮＢＲ）、アクリルゴム、フッ素ゴムが好ましい。また、アクリロニトリルブタジエンゴムを水素化した水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム、イソプレンを共重合させたアクリロニトリルブタジエンイソプレンゴム、分子内にカルボキシル基を導入したカルボキシル化アクリロニトリルブタジエンゴム、カルボキシル化アクリロニトリルブタジエンゴムを水素化したカルボキシル化水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム等の各種変性アクリロニトリルブタジエンゴムも使用できる。これらのアクリロニトリルブタジエンゴムは、２種以上を混合して使用することもできる。
【００１４】
また、上記アクリロニトリルブタジエンゴムにおけるアクリロニトリルの含有量は特に制限されるものではなく、含有量が少ない順に低ニトリル、中ニトリル、中高ニトリル、高ニトリル、極高ニトリルに分類されるが、耐熱性や耐油性、耐摩耗性、耐クリープ性、リップ追従性等を考慮すると、中ニトリル、中高ニトリル、高ニトリルが好ましく、その場合のアクリロニトリル含有量は２０〜４０質量％である。より好適には、アクリロニトリル含有量は２５〜３６質量％であり、この範囲であればバランスの良い特性を示す。アクリロニトリル量が２０質量％未満であると、耐磨耗性が劣り、シールリップが磨耗しやすくなり、結果として軸受寿命を縮めることになる。また、アクリロニトリル量が４０質量％を超えると、永久圧縮ひずみ特性が劣り、シールリップの追従性が悪くなり、結果として軸受寿命を縮めることになる。
【００１５】
上記合成ゴムには、可塑剤として、２５℃における粘度１０ｍＰａ・ｓ以上６００ｍＰａ・ｓ以下、好ましくは２０ｍＰａ・ｓ以上５００ｍＰａ・ｓ以下で、炭化水素鎖を有する化合物を配合する。この粘度が１０ｍＰａ・ｓ未満ではシール部材の表面にブルーミングし易くなり、６００ｍＰａ・ｓ超過では化合物同士の相互作用が大きくなり十分な耐寒性が得られなくなる。また、化合物の分子量は２００以上１５００以下であることが好ましく、２５０以上１０００以下がより好ましい。分子量が２００未満ではシール部材の表面にブルーミングし易くなり、１５００超過では化合物がゴム中を容易に移動することができず、十分な耐寒性が得られなくなる。また、化合物はエステル結合、エーテル結合、二重結合の少なくとも１つを持つことが好ましい。更には、十分な耐寒性を確保するために、化合物の凝固点は０℃以下が好ましく、−１０℃以下がより好ましい。凝固点が０℃を越える化合物は、寒冷地で使用したときにシール部材のゴム弾性が急激に低下する。
【００１６】
使用する可塑剤は、上記の粘度や分子量、分子構造、凝固点を有するものであれば、その種類（化合物名や商品名）は問わず、制限無く使用できる。具体的には、グリセリン誘導体体、ポリエステルエーテル類やアジピン酸系ポリエステル等のポリエステル系可塑剤の中で上記の要件を満たすものを好適に使用できる。また、これら可塑剤は、２種以上を併用することもできる。可塑剤の配合量は、合成ゴム１００重量部に対し３重量部以上３０重量部以下である。配合量が３重量部未満では十分な可塑性が発現せず、３０重量部超過では滑りが生じて加工性が低下する。
【００１７】
また、ゴム組成物には、適宜、補強剤、充填材、加硫系添加剤、老化防止剤、潤滑剤等の各種添加剤を添加することにより、シール部材の各種特性を高めることができる。
【００１８】
補強剤として、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックの種類は、制限されるものではないが、例えばSAF(Super Abrasion Furnace Black)、ISAF(Intermediate Super Abrasion Furnace Black)、MAF(Medium Abrasion Furnace Black)、FEF(Fast Extruding Furnace black)、GPF(General Purpose Furnace black)、SRF(Simi-Reinforcing Furnace black)、FT(Fine Thermal Furnace black)、MT(Medium Thermal Furnace black)等を挙げることができる。中でも、補強性と成形加工性のバランスに優れたHAF、MAF、FEF、GPF及びSRFが好ましく、特にFEF、GPF及びSRFが好ましい。カーボンブラックの配合量は、合成ゴム１００重量部対し２０〜９０重量部である。配合量が２０重量部未満では十分な補強性が発現されず、９０重量部超過であると弾性材料の硬度が高くなり過ぎて伸びが少なくなり、本来有するゴム弾性が低下してしまう。
【００１９】
補強剤として、ケイ酸またはケイ酸塩も好ましい。好適なケイ酸としては、天然の石英粉末・珪石粉末（ＳｉＯ２）、合成無水ケイ酸（ＳｉＯ２）、合成含水ケイ酸（ＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ）等が挙げられる。好適なケイ酸塩としては、ケイ酸アルミニウム類ではカオリンクレー（Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２・２Ｈ２Ｏ）、焼成クレー（Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、ロウ石（Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）、セリサイト（Ｋ２Ｏ・３Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２・２Ｈ２Ｏ）、マイカ（Ｋ２Ｏ・３Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２・２Ｈ２Ｏ）、ネフェリンシナイト（Ｎａ２Ｏ・Ｋ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、含水ケイ酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３・ｍＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ）等を、ケイ酸マグネシウム類ではタルク（３ＭｇＯ・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）等を、ケイ酸カルシウム類ではウォラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ２）等をそれぞれ挙げることができる。中でも、耐磨耗性等を考慮すると、ケイ酸アルミニウム類が好ましい。これらのケイ酸、ケイ酸塩は単独でも、複数を混合して使用してもよく、合成ゴム１００重量部に対し２０〜１５０重量部配合される。配合量が２０重量部未満では十分な補強性が発現されず、１５０重量部超過であると弾性材料の硬度が高くなり過ぎて伸びが少なくなり、本来有するゴム弾性が低下してしまう。
【００２０】
尚、カーボンブラックと、ケイ酸またはケイ酸塩とを併用する場合、合成ゴム１００重量部に対して、カーボンブラックを１０〜９０重量部、ケイ酸及びケイ酸塩の少なくとも１種を１００〜１１０重量部の範囲で、かつ合計で２０〜２００重量部となるように配合することが好ましい。より好ましくは、合成ゴム１００重量部に対して、カーボンブラックを２０〜８０重量部、ケイ酸及びケイ酸塩の少なくとも１種を２０〜１００重量部、合計で６０〜１２０重量部となるように配合する。単独または合計での前記下限値を下回ると十分な補強効果が発現せず、前記上限値を上回ると硬度が高くなり過ぎて伸びが低くなり、本来有するゴム弾性が低下する。
【００２１】
加硫剤としては、粉末硫黄、硫黄華、沈降硫黄、高分散性硫黄等の各種硫黄、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排出可能な硫黄化合物、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−ジメチルヘキサン、ベンゾイルパーオキサイド等の過酸化物等が挙げられる。中でも、分散性や取り扱いの容易さ、耐熱性の点で、高分散性硫黄やモルホリンジスルフィドを使用することが好ましい。
【００２２】
尚、硫黄系の加硫剤を用いる場合は、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を加硫助剤として併用する必要がある。硫黄系の加硫剤の中でも高分散性硫黄を用いる場合には、チウラム系のテトラメチルチウラムジスルフィド等またはスルフェンアミド系のＮ−シクロベンジル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド等と、チアゾール系の２−メルカプトベンゾチアゾール等とを併用することが好ましい。
【００２３】
また、カルボキシル化アクリロニトルブタジエンゴムを用いる場合は、酸化亜鉛を用いると早期加硫を生じ易いため、過酸化亜鉛とステアリン酸とを併用することが好ましい。過酸化亜鉛は、ゴム組成物の混練り加工時の温度ではそのまま組成物中に存在し、加硫成形時に酸化亜鉛を生じるため、混練り加工時及び保管時に早期加硫を生じることがない。
【００２４】
加硫促進助剤としては、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とその誘導体、及びアミン類等が挙げられる。これら加硫助剤、活性剤は２種以上を混合使用してもよく、合成ゴム１００重量部に対して０．１〜１０重量配合される。
【００２５】
老化防止剤としては、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が挙げられる。このうち、アミン・ケトン縮合生成物系の２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリン重合体・ジフェニルアミンとアセトンとの縮合反応物、芳香族第二級アミン系のＮ，Ｎ’−ジ−β−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ビス−（α，α−ジメチルベンジル）ジフェニルアミン、Ｎ−フェニル−Ｎ’−（３−メタクリロイルオキシ−２−ヒドロキシプロピル）−ｐ−フェニレンジアミン等を好適に挙げることができる。
【００２６】
また、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することがより好ましい。２次老化防止剤としては、例えば、硫黄系の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例示できる。更に、日光あるいはオゾンの作用による亀裂を抑制させる日光亀裂防止剤として、融点が５５〜７０℃程度のワックス類を合成ゴム１００重量部に対して０．５〜２重量部程度添加してもよい。
【００２７】
潤滑剤としては、融点が４０〜１４０℃のワックス（低融点油脂）が挙げられる。具体的には、上記融点範囲にあるパラフィンワックスやマイクロクリスタリンワックスに代表される石油ワックス、ポリエチレンワックス、モンタンワックス、カルナヴァワックス、エステル系ワックス、ステアロアミド、オキシステアロアミド、エルシンアミド、ラウリルアミド、パルミチルアミド、ベヘンアミド、メチロールアミド、エチレンビスオレイルアミド、ステアリルオレイルアミド等が挙げられる。中でも、パラフィンやポリエチレンワックスが好ましい。
【００２８】
潤滑剤として、その他にも鉱油、エーテル系オイル、シリコーン系オイル、ポリα−オレフィンオイル、フッ素オイル等を挙げることができる。中でも、シリコーン系オイルが好ましい。シリコーン系オイルはポリジメチルシロキサンを主成分とする常温で液体の物質であるが、水素添加アクリロニトリルブタジエンゴムを使用する場合、相溶性を高めるためにポリジメチルシロキサンのメチル基の一部または分子末端がアミノ基、アルキル基、エポキシ基、ポリエーテル基、高級脂肪酸エステル等で置換された変性タイプでもよい。このような官能基を有することにより、官能基がアクリロニトリルブタジエンゴムの主鎖に反応もしくは吸着して弾性部材の表面に一度にブルームすることを防止すると同時に、徐々に恒久的にブルームしてその効果を長期にわたり維持する。
【００２９】
更に、添加剤として、何れも公知のカップリング剤や顔料、染料、離型剤等を添加することもできる。
【００３０】
物性面に言及すると、ゴム組成物の硬度は、上記に挙げた各種充填剤の添加量等によって影響を受けるが、シール部材としての密封性及び追従性から、ＪＩＳＫ６３０１に記載のスプリング硬さＡスケールで、５０〜９０の範囲が好ましい。前記硬さが５０未満の場合には、シール部材の摩擦抵抗が大きくなるとともに耐摩耗性が低下する。また、前記硬さが９０を超えると、前述のようにゴム弾性が低下するので、シール部材のリップ部の密封性、追従性が低下し、塵埃が多い環境や泥水に曝される状況において使用すると、転がり軸受の寿命が低下するおそれがある。
【００３１】
ゴム組成物を得るための方法は特に限定されないが、合成ゴムと、可塑剤及び各種添加剤とを、ゴム混練ロール、加圧ニーダー、バンバリーミキサー等の従来から公知のゴム用混練り装置を用いて均一に混練りすることが可能である。混練り条件は特に限定されないが、通常は３０〜８０℃の温度で、５〜６０分間混練りすることによって、各種添加剤の十分な分散を図ることができる。
【００３２】
また、上記ゴム組成物をシール部材とするための方法も特に限定されないが、未加硫のゴム組成物を金型の中で加圧しながら加熱すれば良く、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により製造することができる。例えば、圧縮成形の場合、金型の中に予め接着剤を塗布した芯金（図２においては、オイルシール１３０の外周部１３１）を挿入し、先に述べた方法で製造した未加硫のゴム組成物のシートを乗せ、通常１２０〜２００℃で３０秒〜３０分程度加圧加硫することで製造することができる。また、必要に応じて、１２０〜２００℃で１０分〜１０時間程度後架橋してもよい。
【実施例】
【００３３】
以下に実施例及び比較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。
【００３４】
（実施例１〜３、比較例１〜２）
表１に示す合成ゴム、可塑剤及び各種添加剤を混練ロールに投入して、十分に混連してゴム組成物を調製した。そして、金型中に、予め接着剤を塗布したＳＰＣＣ製の芯金を配置し、芯金の外側に調製したゴム組成物からなる未加硫のシートを載せ、１２０〜２００℃で３０秒〜３０分程度加圧加硫することで試験軸受（日本精工（株）製単列深溝玉軸受「６２０３（呼び番号）」）用の接触型シールを作製した。
【００３５】
【表１】
2006300131.tif 000003
【００３６】
尚、使用した可塑剤の物性は以下の通りである。
【００３７】
【表２】
2006300131.tif 000004
【００３８】
作製した接触型シールを試験軸受に組み込み、日本精工（株）製の軸受回転試験機に装着して下記条件にて所定時間回転させた後、封入グリース中の水分量を測定してシール性能を評価した。結果を、実施例２を１とする相対値で表２に示す。
・回転数      ：１０００ｒｐｍ
・回転時間    ：１０００時間
・封入グリース：エーテル系グリース
・雰囲気温度  ：−５℃
・水１リットルに２００ｇの塩化カルシウムを溶解した溶液を連続噴霧
【００３９】
また、接触型シールを１００℃の恒温槽に入れ、シール表面へのブルーミングの有無を目視で確認した。更に、上記６２０３用接触型シールを１０００枚作製したときのシール完成品の最終的な不良品率から加工性を評価した。結果を表２に併記する。何れも、コストアップ要因となる不良率ではなかった。
【００４０】
【表３】
2006300131.tif 000005
【００４１】
表２から、本発明に従う可塑剤を配合したゴム組成物からなるシールは加工性に優れることに加え、耐寒性にも優れることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】軸受装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示した軸受装置のオイルシール付近を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  鉄道車両用軸受装置（軸受装置）
１１  シール部材
１２  開口
１３  オイルシール
１４  外側リップ
１２１  油切り
１２２  シールカバー
１３３  内側リップ
１３５  ガータスプリング
【図１】
2006300131.tif 000006
【図２】
2006300131.tif 000007