(57)【要約】【課題】  アルカリ雰囲気下で使用しても、シール部材の劣化が小さく、良好な密封性を長く維持し、信頼性や耐久性に優れたアルカリ環境用転がり軸受を提供する。【解決手段】  アルカリ雰囲気下で使用されるアルカリ環境用転がり軸受であって、該転がり軸受は、内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、上記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられたシール部材とを含み、該シール部材は少なくとも上記アルカリ雰囲気に接触するゴム成形体を有し、該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。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ雰囲気下で使用されるアルカリ環境用転がり軸受であって、該転がり軸受は、内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、前記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられたシール部材とを含み、該シール部材は少なくとも前記アルカリ雰囲気に接触するゴム成形体を有し、該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アルカリ環境用転がり軸受。
【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記載のアルカリ環境用転がり軸受。
【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記載のアルカリ環境用転がり軸受。
【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記載のアルカリ環境用転がり軸受。
【請求項５】
前記内輪、外輪および転動体が耐食性鋼製またはセラミック製であることを特徴とする請求項１記載のアルカリ環境用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアルカリ環境用転がり軸受に関し、特に化学プラントなどでアルカリ雰囲気下で使用されるアルカリ環境用転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子材料製造プラント、液晶用フィルム製造装置などの化学プラント設備では、アルカリ高濃度溶液中での処理槽が存在し、この中で撹拌や搬送用などに使用される転がり軸受は比較的短寿命であるという問題がある。このような軸受の内輪、外輪および転動体には、一般に耐食性の高いステンレス鋼やセラミックが用いられるが、短寿命の原因として外部からの硬質異物の侵入による摩耗やロックが上げられる。異物の侵入を防ぐためには、内輪および外輪の軸方向両端開口部にシール部材を設ければよいが、一般的には軸受シール部材として用いられるアクリルニトリルゴムやアクリルゴムを用いた場合、ゴム材の耐アルカリ性が悪いため、溶解したり、著しく強度が低下して破損する等、耐久性が確保できない。一方、耐薬品性の優れたゴムとしてフッ素ゴムが挙げられる。従来使用されているフッ素ゴムとしては、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの２元共重合体（ＶＤＦ−ＨＦＰ）や、これにテトラフルオロエチレンを加えた３元共重合体（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ）いわゆるＦＫＭが一般的である。しかしこれらのフッ素ゴムでもアルカリ濃度が高い場合、強度低下が生じ、十分な耐久性が得られないという問題がある。
これに対し、シール部材の材質にポリエチレンなどの耐アルカリ性樹脂材を使用することにより、アルカリ溶液中での転がり軸受の耐久性を向上させる方法が知られている（特許文献１）。
しかしながら、シール性の向上を目的に、シール部材と内輪または外輪との摺接部を接触させると、樹脂は弾性率が高いため接触部の緊迫力が高くなって、軸受の回転トルクが大きくなるという問題がある。トルクアップを防ぐために非接触型のシールを採用する方法もあるが、この方法では異物の侵入防止が不完全になってしまい、結局、短寿命となる。
【０００３】
また、上記のフッ素ゴムを使用しても、フッ素ゴムの経時劣化を抑えることが困難であるという問題がある。
シール部材に用いられているゴム弾性体が経時劣化により硬化するとシール性が悪化する。また、シール面での接触圧力が高くなり、軸受の回転トルクが大きくなったり、それにより摩擦発熱し、グリースの劣化がいっそう進むことになる。
【特許文献１】特開２００３−４９８５５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、アルカリ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、良好な密封性を長く維持し、信頼性や耐久性に優れたアルカリ環境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】
本発明のアルカリ環境用転がり軸受は、アルカリ雰囲気下で使用されるアルカリ環境用転がり軸受であって、該転がり軸受は、内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、上記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられたシール部材とを含み、該シール部材は少なくとも上記アルカリ雰囲気に接触するゴム成形体を有し、該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。なお、アルカリ雰囲気とは、アルカリ性気体、溶液および固体に定常的または非定常的に接触する状態をいう。
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。
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。
上記内輪、外輪および転動体が耐食性鋼製またはセラミック製であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のアルカリ環境用転がり軸受は、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、アルカリ溶液に浸漬されても物性劣化が少なく、また異物の侵入を効果的に防止することができる。このため、化学プラントや各種製造装置でアルカリ雰囲気下で使用されるアルカリ環境用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】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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％をこえるとアルカリ性化合物ヘの耐性が低下する。
【００１０】
このフッ素ゴムの製造方法は、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
本発明のアルカリ環境用転がり軸受が使用できるアルカリ環境は、アルカリ性気体、アルカリ性溶液およびアルカリ性固体から選ばれる少なくとも１つのアルカリ性物質に定常的または非定常的に接触する環境である。これらの中で、本発明のアルカリ環境用転がり軸受は高分子材料製造プラント、液晶用フィルム製造装置などの化学プラント設備において、一般に用いられている水酸化ナトリウムを含む水溶液および水酸化カリウムを含む水溶液に接触する環境において、特に好適に使用できる。
【００１４】
本発明のアルカリ環境用転がり軸受の一例を図１に示す。図１は深溝玉軸受の断面図である。
深溝玉軸受１は、外周面に内輪転走面２ａを有する内輪２と内周面に外輪転走面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪転走面２ａと外輪転走面３ａとの間に複数個の転動体４が配置される。この複数個の転動体４を保持する保持器５および外輪３等に固定されるシール部材６が内輪２および外輪３の軸方向両端開口部７ａ、７ｂにそれぞれ設けられている。
【００１５】
シール部材６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。
【００１６】
シール部材６の装着方法としては、（１）シール部材６の一端６ｃを外輪３に固定し、他端６ｄは内輪２のシール面のＶ溝に沿ってラビリンス隙間を形成する、（２）シール部材６の一端６ｃを外輪３に固定し、他端６ｄは内輪２のシール面のＶ溝側面に接触させる、（３）シール部材６の一端６ｃを外輪３に固定し、他端６ｄは内輪２のシール面のＶ溝側面に接触させるが、接触するリップ部に吸着防止のスリットなどを設けて低トルク構造とするなどがある。
上記いずれの装着方法においても、周囲にあるアルカリ溶液がシール部材６を構成するゴム成形体６ｂと接触する。ゴム成形体６ｂは少なくともアルカリ溶液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、アルカリ溶液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。
【００１７】
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２：デュポン・ダウ・エラストマー社製；Ａ３２Ｊ
（３）酸化マグネシウム：協和化学工業社製；キョウワマグ１５０
（４）水酸化カルシウム：近江化学工業社製；カルビット
（５）カーボン：エンジニアード社製；Ｎ９９０
【表１】
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【００１８】
実施例１、比較例１
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。なお、表２において、＊印は測定不能を表す。
【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、アルカリ溶液に対して優れた耐性を有していた。
比較例１は、アルカリ溶液に浸漬された場合の物性劣化が著しい。短時間（ 72 時間程度）の浸漬後、200 時間では、試験片の表面に溶解がみられた。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明のアルカリ環境用転がり軸受は、優れた耐アルカリ性を有するので、アルカリ雰囲気下で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】
【００２０】
【図１】アルカリ環境用転がり軸受の断面図である。
【図２】アルカリ環境用転がり軸受シール部材の断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    深溝玉軸受
２    内輪
３    外輪
４    転動体
５    保持器
６    シール部材
【図１】
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【図２】
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