(57)【要約】      （修正有）【課題】通気穴が形成されたシールを有するエンジン補機用転がり軸受において、軸受内部からの潤滑剤の漏洩を防止する。【解決手段】エンジン補機の回転支持部を構成する転がり軸受であって、内輪１と外輪２との間の軸方向両端にシール５Ａ，５Ｂが配置され、前記シール５Ａは軸受内部を外部と通気させる通気穴５４を有し、前記通気穴５４に撥水撥油膜が形成されている。シール５Ａの少なくとも通気穴５４の面に、凹凸状のシリカ被膜（金属酸化物層）が形成され、その上に撥水撥油層が形成された状態とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン補機の回転支持部を構成する転がり軸受であって、
内輪と外輪との間の軸方向両端にシールが配置され、前記シールは軸受内部を外部と通気させる通気穴を有し、前記通気穴に撥水撥油膜が形成されていることを特徴とするエンジン補機用転がり軸受。
【請求項２】
前記撥水撥油膜は、
前記シールを、水と、金属種がシリコン、チタン、もしくはアルミニウムで、アルキル部分の炭素数が１〜６の低級アルキルであるアルキルアルコキシ金属塩、またはハロゲンアルコキシ金属塩と、炭素数１〜６の低級アルコールと、平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるシリカ、チタニア、またはアルミナからなる金属酸化微粒子とを必須成分とし、前記金属酸化微粒子の含有率が０．１重量％以上５．０重量％以下の割合であり、ｐＨが６以下である第一の溶液に接触させた後、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第二の溶液に接触させることにより、前記表面に金属酸化物層を形成する金属酸化物層形成工程と、
前記金属酸化物層形成工程の後に、前記シールを、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤と、水と、炭素数１〜６の低級アルコールと、を含有し、ｐＨが６以下である第三の溶液に接触させた後に、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第四の溶液に接触させることにより、前記金属酸化物層の上に撥水撥油層を形成する撥水撥油層形成工程と、
を含む方法により形成されている請求項１記載のエンジン補機用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジン補機用の密封型転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、転がり軸受には、内部に存在するグリースや使用時に発生したダストが外部に漏洩したり、外部に浮遊する塵芥が内部に進入したりするのを防ぐために、外輪と内輪との間にシールが取り付けられている。
例えば、自動車のエンジン周りに設置されるコンプレッサ、オルタネータ等の装置（「エンジン補機類」と称されている）は、エンジンの回転がプーリとベルトによって伝達されている。そして、このプーリを支持する転がり軸受には、運転時に水や泥水が降りかかりやすい。また、近年、小型軽量化と低コスト化の影響を受けて、転がり軸受が露出した状態で用いられることもある。このような場合には、接触型のシールを用いて、軸受内部への水や泥水の浸入を確実に防止する必要がある。
【０００３】
このようなエンジン補機用の密封型転がり軸受においては、使用時の温度変化に伴って軸受内部の潤滑剤や空気が膨張または収縮する（軸受の内部と外部とで圧力差が生じる）ことで生じる不都合を解消するために、軸受の内部空間と外部との間で通気が行えるようにすることが提案されている。
例えば、下記の特許文献１には、内輪、外輪、またはシールの一部に軸受の内部空間と外部とを連通させる通気穴を設け、この通気穴を通気性を有する焼結剤や多孔質材で塞いで、実質的に気体のみを通過可能とすることが記載されている。これにより、軸受内部から潤滑剤が漏洩したり、外部から軸受内部に異物が進入したりすることを防止できると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２０９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の課題は、通気穴が形成されたシールを有するエンジン補機用転がり軸受において、特許文献１に記載された発明よりも簡便な方法で、軸受内部からの潤滑剤の漏洩を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明のエンジン補機用転がり軸受は、エンジン補機の回転支持部を構成する転がり軸受であって、内輪と外輪との間の軸方向両端にシールが配置され、前記シールは軸受内部を外部と通気させる通気穴を有し、前記通気穴に撥水撥油膜が形成されていることを特徴とする。
この発明のエンジン補機用転がり軸受は、使用時に高温となった際に軸受内部の潤滑剤や空気が膨張してシールの通気穴に向かい、空気は通気穴から外部に放出されるが、通気穴に撥水撥油膜が形成されているため、表面張力により潤滑剤は通気穴の表面に留まろうとする。そして、温度が下がって軸受内部の圧力が元に戻った際に、潤滑剤は軸受内部に戻る。よって、シールの通気穴に撥水撥油膜が形成されていない場合と比較して、使用時に通気穴から軸受内部の潤滑剤が外部に排出されにくい。
【０００７】
前記撥水撥油膜は、下記の工程(1) と(2) を含む方法により形成することができる。
(1) 前記シールを、水と、金属種がシリコン、チタン、もしくはアルミニウムで、アルキル部分の炭素数が１〜６の低級アルキルであるアルキルアルコキシ金属塩、またはハロゲンアルコキシ金属塩と、炭素数１〜６の低級アルコールと、平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるシリカ、チタニア、またはアルミナからなる金属酸化微粒子とを必須成分とし、前記金属酸化微粒子の含有率が０．１重量％以上５．０重量％以下の割合であり、ｐＨが６以下である第一の溶液に接触させた後、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第二の溶液に接触させることにより、前記表面に金属酸化物層を形成する金属酸化物層形成工程。
【０００８】
(2) 前記金属酸化物層形成工程の後に、前記シールを、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤と、水と、炭素数１〜６の低級アルコールと、を含有し、ｐＨが６以下である第三の溶液に接触させた後に、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第四の溶液に接触させることにより、前記金属酸化物層の上に撥水撥油層を形成する撥水撥油層形成工程。
なお、シールの通気穴が形成されている部分の主な材質がゴム製や合成樹脂製等の場合は、前記金属酸化物層形成工程の前に、前記シールの表面を親水性にする親水化処理工程を行う。この親水化処理工程としては、プラズマ処理、グロー放電、コロナ放電、紫外線照射等により、前記シールの表面に水酸基を形成する方法が挙げられる。
【０００９】
以下、上記工程(1) と(2) を含む撥水撥油膜の形成方法について詳述する。
この方法によれば、金属酸化物層形成工程で使用する第一の溶液のｐＨを６以下とすることで、前記アルキルアルコキシ金属塩またはハロゲンアルコキシ金属塩の加水分解反応が促進される。また、第二の溶液のｐＨを１１以上１３以下とすることにより、前記加水分解反応生成物の水酸基（−ＯＨ）と前記シールの表面の水酸基（−ＯＨ）との脱水縮合反応が促進される。その結果、前記シールの表面に金属酸化物層が強固に化学結合された状態で形成される。
【００１０】
また、撥水撥油層形成工程で使用する第三の溶液のｐＨを６以下とすることで、前記フッ素系カップリング剤の加水分解反応が促進される。また、第四の溶液のｐＨを１１以上１３以下とすることにより、前記加水分解反応生成物の水酸基（−ＯＨ）と前記金属酸化層表面の水酸基（−ＯＨ）との脱水縮合反応が促進される。その結果、前記金属酸化物層の表面に撥水撥油層が強固に化学結合された状態で形成される。
さらに、金属酸化物層形成工程で、金属酸化物層（アルコキシ金属塩を構成する金属の酸化物からなる層）が被成膜部材（シール）表面に生成する際に、第一の溶液に含まれる金属酸化物微粒子が被成膜部材表面に結合することで、金属酸化物層が密に形成される。
【００１１】
また、形成された金属酸化物層の表面に微粒子に起因する凹凸が形成されて、表面積率（表面が平滑面であると仮定した面積に対する実際の表面積の比率）が増大する。金属酸化物層の表面積率が増大すると、その上の層である撥水撥油層の表面積率も増大し、密な撥水撥油層が形成されることになるため、撥水撥油膜の撥水撥油性能が向上するとともに、撥水撥油膜が被成膜部材表面に対して強固に結合される。金属酸化物層および撥水撥油層の表面積率は１．１以上であることが好ましい。
【００１２】
アルコキシ金属塩（前記アルキルアルコキシ金属塩およびハロゲンアルコキシ金属塩）の具体例としては、金属種がシリコンである、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラクロロシラン、金属種がチタンである、テトラメトキシチタネート、テトラエトキシチタネート、テトラプロポキシチタネート、テトラブトキシチタネート、金属種がアルミナである、トリメトキシアルミネート、トリエトキシアルミネート、トリプロポキシアルミネートが挙げられる。
【００１３】
第一の溶液に含まれる金属酸化物微粒子をなす金属酸化物の金属種とアルコキシ金属塩の金属種は、同じであることが特に好ましい。
金属酸化物微粒子の平均一次粒径は、好ましくは２ｎｍ以上１００ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上８０ｎｍ以下、さらに好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。また、平均一次粒径が異なる金属酸化物微粒子を混合して使用することも可能である。平均一次粒径が１ｎｍ未満では、表面積率の増大効果が少なく、２００ｎｍを超えると、被成膜部材表面から脱落しやすくなる。
【００１４】
金属酸化物微粒子の溶液中の含有率は０．１以上３質量％以下とすることが好ましく、０．２質量％以上〜２．５質量％以下がさらに好ましい。金属酸化物微粒子の溶液中の含有率が０．１質量％未満では、金属酸化物層を密にする効果が少なく、５質量％を超えると、被成膜部材表面に金属酸化物の微粒子が過度に重なった状態で堆積することになり、これに伴って微粒子が脱落することで撥水撥油膜に欠陥が生じ易くなる。
【００１５】
金属酸化物微粒子の形状は、特に限定はなく、球形、矩形、扁平形、繊維状、ウイスカー状のもの等を使用できる。例えば、繊維状のものであれば、繊維の長さを１ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。また、異なる形状のものを混合して使用してもよい。また、平均一次粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であれば、多孔質のもの等を使用することも可能である。
【００１６】
第一の溶液の組成の一例を具体的に述べると、アルコキシ金属塩が１質量％以上１０質量％以下、水が１質量％以上２０質量％以下、アルコールが３０質量％以上９５質量％以下、金属酸化物の微粒子が０．１質量％以上５質量％以下であって、塩酸によりｐＨが６以下に調整されているものである。この場合、塩酸以外の成分をあらかじめ混合し、金属酸化物微粒子が均一になるよう数十分〜数時間攪拌した後、最後に塩酸を用いてｐＨ調整を行うことが好ましい。
前記第二の溶液および第四の溶液は、特に、水酸化ナトリウム水溶液であることが好ましい。また、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ金属の炭酸塩等も使用できる。また、各種のｐＨ緩衝剤を併用してもよい。
【００１７】
また、前記第一の溶液および第三の溶液が炭素数１〜６の低級アルコールを含むことにより、前記アルコキシ金属塩およびフッ素系カップリング剤の溶解度を高め、安定した溶液となる。炭素数１〜６の低級アルコールとしては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール等が好適に使用できる。より好ましくは、エタノールを用いる。
【００１８】
前記第三の溶液に含まれる、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤としては、第一の溶液に含まれる金属酸化物微粒子の金属種、あるいは、第一の溶液に含まれるアルコキシ金属塩の金属種と同じ金属種を有するものであることが好ましい。また、金属種がシリコンであるフッ素系カップリング剤（フッ素系シランカップリング剤）を使用することが好ましい。
【００１９】
具体的には、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリエトキシシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリメトキシシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリクロロシラン−３−ヘプタフルオロイソプロポキシプロピルトリクロロシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロドデシルトリエトキシシラン、３−トリフルオロアセトキシプロピルトリメトキシシラン等が使用できる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明のエンジン補機用転がり軸受によれば、シールの通気穴に撥水撥油膜が形成されていることで、使用時に軸受内部から潤滑剤が漏洩することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の一実施形態に相当するエンジン補機用転がり軸受を示す断面図である。
【図２】この発明のシールに形成されている撥水撥油膜の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明の実施形態について説明する。
図１のエンジン補機用転がり軸受は、内輪１、外輪２、玉３、保持器４、および１対のシール５Ａ，５Ｂで構成されている。
内輪１の外周面には、軸方向中央に内輪軌道溝１１が形成され、軸方向両端にシール５Ａ，５Ｂのリップ部を接触させる凹部１２が形成されている。内輪１外周面の凹部１２の軸方向外側は内側より径の小さい小径部１３となっている。外輪１の内周面には、軸方向中央に外輪軌道溝２１が形成され、軸方向両端にシール５Ａ，５Ｂの外周部を取り付ける取付溝２２が形成されている。
【００２３】
シール５Ａ，５Ｂは、芯金５１と、芯金５１に合成ゴムを一体に加硫成形したゴム成形体５２とからなる。芯金５１は、円板部５１ａと、その外周に設けた鉤部５１ｂと、内周に設けた傾斜部５１ｃとからなる。ゴム成形体５２は、円板部５２ａと、外周部５２ｂと、内周部５２ｃと、リップ部５２ｄとからなる。
ゴム成形体５２の円板部５２ａは、芯金５１の円板部５１ａの外面および傾斜部５１ｃの内外面を被覆している。ゴム成形体５２の外周部５２ｂは、芯金５１の鉤部５１ｂを被覆している。ゴム成形体５２の内周部５２ｃは、円板部５２ａの傾斜している先端から径方向に沿って延びた部分である。ゴム成形体５２のリップ部５２ｄは、内周部５２ｃから斜め内向きに延びる主リップ５２１と、斜め外向きに延びる副リップ５２２からなる。
【００２４】
一方のシール５Ａには、周方向の１カ所または等間隔で複数箇所に、軸方向に沿って貫通する通気穴５４が形成されている。通気穴５４は、芯金５１の円板部５１ａに形成されているスリット５４ａと、ゴム成形体５２の円板部５２ａに形成されているスリット５４ｂからなる。この通気穴５４は、加硫成形を行う際に、スリット５４ａが予め形成されている芯金５１と、ゴム成形体５２のスリット５４ｂの位置から芯金５１のスリット５４ａに入る板状の凸部を有する金型を使用することで形成する。
【００２５】
シール５Ａ，５Ｂは、ゴム成形体５２の外周部５２ｂを弾性変形させることで、外輪２の取付溝２２にかしめ固定されている。シール５Ａ，５Ｂのリップ部５２ｃは、主リップ５２１が内輪１の凹部１２の側壁面に摺接され、副リップ５２２は凹部１２の外側の小径部に遊嵌されている。
シール５Ａの通気穴５４の面を含む表面全体およびシール５Ｂの表面全体に凹凸状のシリカ被膜（金属酸化物層）が形成され、その上に撥水撥油層が形成された状態となっている。このシリカ被膜形成および撥水撥油層形成は、以下の方法で行った。
【００２６】
溶液Ａとして、テトラエトキシシランを６．１質量％、水を６．１質量％、エタノールを８７．０質量％、平均一次粒径が３０ｎｍのシリカ微粒子を０．８質量％の各割合で含有し、ｐＨが３．０になるように塩酸を加えた水溶液を調製した。この溶液は、先ず、エタノールに各微粒子を加えて密封防爆型ホモジナイザーで攪拌分散させた後に、テトラエトキシシランと塩酸と水を加えることで調製した。
溶液Ｂとして、ｐＨ１２の水酸化ナトリウム水溶液を調製した。
溶液Ｃとして、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリエトキシシランを１６．０質量％、水を５．５質量％、エタノールを７８．５質量％の各割合で含有し、ｐＨが３．０になるように塩酸を加えた水溶液を調製した。
【００２７】
先ず、シール５Ａのゴム成形体５２のスリット５４ｂの面を含む表面全体に、プラズマ処理（親水化処理）を行った。また、シール５Ｂのゴム成形体５２の表面全体にもプラズマ処理（親水化処理）を行った。次に、シール５Ａ，５Ｂをメタノールで超音波洗浄して乾燥させ、その直後に、約２５℃の溶液Ａ（第一の溶液）に大気圧下で３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ａを攪拌した。
【００２８】
３０分間の浸漬後、シール５Ａ，５Ｂを引き上げて、速やかに約２５℃の溶液Ｂ（第二の溶液）に、大気圧下で３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｂを攪拌した。３０分間の浸漬後、シール５Ａ，５Ｂをエタノールですすぎ、１２０℃のクリーンオーブンで３０分間乾燥を行った。その後、シール５Ａ，５Ｂをエタノールで超音波洗浄した。この段階で、シール５Ａ，５Ｂの全表面（通気穴５４の面を含む）に、凹凸状のシリカ被膜（金属酸化物層）が形成された。
【００２９】
次に、シール５Ａ，５Ｂを、約２５℃の溶液Ｃ（第三の溶液）に大気圧下で３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｃを攪拌した。３０分間の浸漬後、シール５Ａ，５Ｂを引き上げて、速やかに約２５℃の溶液Ｂ（第四の溶液）に大気圧下で３０分間浸漬した。３０分間の浸漬後、シール５Ａ，５Ｂを引き上げてエタノールですすいだ後、１２０℃のクリーンオーブンで３０分間乾燥した。その後、エタノールで超音波洗浄した。
これにより、図２に示すように、シール５Ａの通気穴５４の面を含む表面全体およびシール５Ｂの表面全体に、シリカ被膜（金属酸化物層）６が化学結合された状態で形成され、その表面が凹凸状になっていて、その上に、フルオロアルキルトリシロキサンの単分子膜からなる撥水撥油層７が化学結合された状態となっている。
【００３０】
このように、図１のエンジン補機用転がり軸受は、使用時に高温となった際に軸受内部の潤滑剤や空気が膨張してシール５Ａの通気穴５４に向かい、空気は通気穴５４から外部に放出されるが、通気穴５４に撥水撥油膜（シリカ被膜＋撥水撥油層）が形成されているため、潤滑剤は表面張力により通気穴５４の表面に留まろうとする。そして、温度が下がって軸受内部の圧力が元に戻った際に、潤滑剤は軸受内部に戻る。よって、シール５Ａの通気穴５４に撥水撥油膜が形成されていない場合と比較して、使用時に通気穴５４から軸受内部の潤滑剤が漏洩しにくい。
また、シール５Ａ，５Ｂのリップ５２ｃを含む表面全体に撥水撥油膜が形成されているため、リップ５２ｃと内輪１の凹部１２との間から、軸受内部に外部から水が進入することや軸受内部から潤滑剤が漏洩することも防止できる。
【００３１】
なお、シール５Ａ，５Ｂのリップ５２ｃの表面に撥水撥油膜が形成されていない場合には、シール５Ａ，５Ｂのリップ５２ｃが接触する内輪１の外周面の凹部１２に撥水撥油膜が形成されていることで、軸受内部に外部から水が進入することや軸受内部から潤滑剤が漏洩することが防止できる。シールの取付部が内輪側の場合は、シールのリップが接触する凹部が外輪内周面に形成されるため、この凹部に撥水撥油膜を形成する。
つまり、この発明のエンジン補機用転がり軸受が、さらに内輪外周面または外輪内周面のシールのリップ部が接触する凹部に撥水撥油膜が形成されているものであれば、リップ部と前記凹部との間を通って、軸受内部に外部から水が進入することや軸受内部から潤滑剤が漏洩することも防止できる。
【００３２】
また、この発明のエンジン補機用転がり軸受が、さらに内輪外周面または外輪内周面のシールを取り付ける溝（図１の例では、外輪１の内周面に形成された取付溝２２）に撥水撥油膜が形成されているものであれば、シールの取り付け部と内輪外周面または外輪内周面に設けたシール取付溝との間を通って、軸受内部に外部から水が進入することや軸受内部から潤滑剤が漏洩することも防止できる。
内輪外周面または外輪内周面のシールのリップ部が接触する凹部（図１の例では凹部１２）や内輪外周面または外輪内周面のシール取付溝（図１の例では取付溝２２）に撥水撥油膜を形成する場合は、例えば以下の方法で行う。
【００３３】
先ず、前述の溶液Ａ〜Ｃを用意する。そして、内輪および外輪をメタノールで超音波洗浄して乾燥させ、その直後に、内輪および外輪のシールのリップ部が接触する凹部またはシール取付溝に約２５℃の溶液Ａ（第一の溶液）に塗布する。次に、約２５℃の溶液Ｂ（第二の溶液）を塗布して３０分間放置する。次に、内輪および外輪をエタノールですすぎ、１６０℃のクリーンオーブンで３０分間乾燥を行う。その後、内輪および外輪をエタノールで超音波洗浄する。この段階で、内輪および外輪のリップ部が接触する凹部またはシール取付溝の表面に、凹凸状のシリカ被膜（金属酸化物層）が形成される。
【００３４】
次に、内輪および外輪の前記凹部またはシール取付溝に、約２５℃の溶液Ｃ（第三の溶液）を塗布した後、約２５℃の溶液Ｂ（第四の溶液）を塗布して３０分間放置する。次に、内輪および外輪をエタノールですすいだ後、１６０℃のクリーンオーブンで３０分間乾燥する。その後、エタノールで超音波洗浄を行う。
これにより、内輪および外輪のシールのリップ部が接触する凹部またはシール取付溝の表面に、シリカ被膜（金属酸化物層）が化学結合された状態で形成され、その表面が凹凸状になっていて、その上に、フルオロアルキルトリシロキサンの単分子膜からなる撥水撥油層が化学結合された状態にすることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  内輪
１１  内輪軌道溝
１２  リップ部が接触する凹部
２  外輪
２１  外輪軌道溝
２２  取付溝
３  玉
４  保持器
５Ａ，５Ｂ  シール
５１  芯金
５１ａ  芯金の円板部
５１ｂ  芯金の鉤部
５１ｃ  芯金の傾斜部
５２  ゴム成形体
５２ａ  ゴム成形体の円板部
５２ｂ  ゴム成形体の外周部
５２ｃ  ゴム成形体の内周部
５２ｄ  ゴム成形体のリップ部
５２１  主リップ
５２２  副リップ
５４  通気穴
５４ａ  芯金のスリット
５４ｂ  ゴム成形体のスリット
６  シリカ被膜（金属酸化物層）
７  撥水撥油層
【図１】
2011169399.tif 000003
【図２】
2011169399.tif 000004