(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴムにより形成されて軸部材に摺接するとともに前記軸部材との間が水潤滑される軸摺接部材であって、
前記軸部材と摺接する前記軸摺接部材の表面に、水を保持する超親水性ゲル層である潤滑層が付加され、
前記潤滑層は、前記軸部材と摺接する前記軸摺接部材の表面に電子線を照射させることによりラジカル活性点を生成させ、当該ラジカル活性点と反応液とをグラフト重合してグラフト層を生成し、その後、前記グラフト層をイオン交換処理して形成されていることを特徴とする軸摺接部材。
【請求項２】
請求項１記載の軸摺接部材において、前記潤滑層は、ビニル基、アクリレート基、メタクリレート基、アリル基のいずれかを持つ化合物の重合体からなり、その成分には、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）を含むことを特徴とする軸摺接部材。
【請求項３】
請求項２記載の軸摺接部材において、前記潤滑層の厚さは、表面から５μｍ以上であることを特徴とする軸摺接部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸摺接部材において、軸受に構成されていることを特徴とする軸摺接部材。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸摺接部材において、シール材に構成されていることを特徴とする軸摺接部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばゴム軸受やゴムシール材など、ゴムにより形成されて軸部材に摺接するの軸摺接部材に関し、特に、摺接部と軸部材との間が水潤滑されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
輸送用機器や工作機械等には出力軸や駆動ロッドなどの種々の軸部材が設けられており、これらの軸部材には滑り軸受やシール材等の軸摺接部材が摺接している。これらの軸摺接部材は、通常、潤滑油により潤滑されて軸部材との間の摩擦抵抗が低減される。例えば、特許文献１には、スクリューポンプの水中に配置される回転軸の下端部を滑り軸受により回転自在に支持するとともに、給油管と排油管とを介して給油手段により滑り軸受に潤滑油を循環供給するようにした技術が開示されている。
【０００３】
しかしながら、潤滑油で軸摺接部材を潤滑する構造では、潤滑用の潤滑油が必要となり、また、潤滑油の外部への漏れ出しを防止するためのメカニカルシールなどの複雑なシール構造を設ける必要があるので、そのコストが高くなるという問題がある。
【０００４】
そこで、軸摺接部材をゴムで形成するとともに、その潤滑剤として潤滑油に代えて水を用いるようにした水潤滑の技術が開発されている。
【０００５】
例えば、船舶の船底から突出するプロペラシャフトを回転自在に支持する滑り軸受としてゴム軸受を用い、ゴム軸受とプロペラシャフトとの間を海水により水潤滑させるようにしたものが知られている。また、自動車のワイパ装置に設けられるウォッシャポンプでは、羽根車（インペラー）を回転駆動するためにウォッシャタンク内に突出するモータの出力軸の外周にゴム製のシール材を摺接させ、このシール材と出力軸との間をウォッシャタンク内の水（ウォッシャ液）により水潤滑させるようにしたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２１５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
水潤滑するためには軸摺接部材と軸部材との間に水を保持する必要があるので、軸摺接部材を形成するゴムとして水との親和性が高いニトリルゴム（ＮＢＲ）が多く用いられている。
【０００８】
しかしながら、水は粘度が低いため、軸摺接部材と軸部材との摺接部分から容易に排除されるので、軸摺接部材と軸部材との間で水が不足し、水潤滑による潤滑性が十分に得られない場合があった。
【０００９】
一方、軸摺接部材をゴムに代えてセラミックやフッ素樹脂により形成することにより、水が不足した状況においても軸摺接部材と軸部材との間の摩擦を低減する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、軸摺接部材のコストが高くなるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、ゴムにより形成された軸摺接部材の水潤滑の潤滑性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の軸摺接部材は、ゴムにより形成されて軸部材に摺接するとともに前記軸部材との間が水潤滑される軸摺接部材であって、前記軸部材と摺接する前記軸摺接部材の表面に、水を保持する超親水性ゲル層である潤滑層が付加され、前記潤滑層は、前記軸部材と摺接する前記軸摺接部材の表面に電子線を照射させることによりラジカル活性点を生成させ、当該ラジカル活性点と反応液とをグラフト重合してグラフト層を生成し、その後、前記グラフト層をイオン交換処理して形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の軸摺接部材は、前記潤滑層は、ビニル基、アクリレート基、メタクリレート基、アリル基のいずれかを持つ化合物の重合体からなり、その成分には、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）を含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明の軸摺接部材は、前記潤滑層の厚さは、表面から５μｍ以上であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の軸摺接部材は、軸受に構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の軸摺接部材は、シール材に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、軸摺接部材の軸部材と摺接する表面を照射処理により改質したので、軸摺接部材の軸部材と摺接する表面の水の保持性を高めることができる。これにより、軸摺接部材と軸部材との間に十分な水を保持させて、軸摺接部材の水潤滑の潤滑性を高めることができる。
【００１９】
本発明によれば、軸摺接部材の表面にグラフト重合により潤滑層を付加するようにしたので、この潤滑層により軸摺接部材の表面に水を保持させることができ、また、この潤滑層により軸部材の荷重を支持させることができる。これにより、軸摺接部材と軸部材との間に水の層を形成することを容易にして、軸摺接部材の水潤滑性をさらに高めることができる。
【００２０】
本発明によれば、電子線により軸摺接部材の表面を照射処理するようにしたので、軸摺接部材の表面の改質を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態である軸摺接部材の構造を模式的に示す断面図であり、（ａ）は軸部材が摺接する前の状態を示す断面図、（ｂ）は軸部材が摺接した状態を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は電子線の同時照射により軸摺接部材の表面を改質する工程を示す説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は電子線の前照射により軸摺接部材の表面を改質する工程を示す説明図である。
【図４】図１に示す軸摺接部材を船舶のプロペラシャフトを回転自在に支持するゴム軸受に適用した場合を示す断面図である。
【図５】図１に示す軸摺接部材をウォッシャポンプに設けられたモータの出力軸をシールするシール材に適用した場合を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１（ａ）、（ｂ）に示す軸摺接部材１１は、例えば軸受やシール材などに構成され、輸送用機器や工作機械等に設けられた出力軸や駆動ロッド等の軸部材１２の外周面に摺接するものである。図１においては、軸摺接部材１１を模式的に示している。
【００２４】
軸摺接部材１１はゴムにより形成された基材１３を有している。基材１３を形成するゴムとしては水との親和性の高いニトリルゴム（ＮＢＲ）が用いられている。軸摺接部材１１は基材１３の表面に潤滑層１４が付加された構成となっており、この潤滑層１４が付加された表面において軸部材１２の外周面に摺接する。
【００２５】
潤滑層１４は、電子線の照射処理により軸摺接部材１１の基材１３の表面を改質することにより形成されている。基材１３の表面の電子線の照射処理は、いわゆる同時照射または前照射により行われる。
【００２６】
以下に、図２（ａ）〜（ｃ）に基づいて、電子線の同時照射による軸摺接部材１１の表面改質の手順について説明する。
【００２７】
まず、図２（ａ）に示すように、軸摺接部材１１の基材１３の表面に反応液１５を塗布し、反応液１５を塗布した基材１３の表面に電子線１６を照射する。電子線１６の照射雰囲気は、窒素等の不活性ガス雰囲気または真空状態など酸素濃度を低減させた状態とされる。また、基材１３に塗布する反応液１５としては、例えばメタクリル酸溶液が用いられる。
【００２８】
電子線１６が照射されると、図２（ａ）に示すように、基材１３の表面にラジカル活性点１７が生成され、このラジカル活性点１７に反応液１５の分子が接木つまりグラフト重合され、基材１３の表面にグラフト層１８が形成される。グラフト層１８は、ビニル基、アクリレート基、メタクリレート基、アリル基のいずれかを持つ化合物からなり、グラフト層１８中には、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）を含んでいる。また、グラフト層１８の厚さは、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）の分布層厚さとして、基材１３の表面から５μｍ以上である。グラフト層１８の形成後には、水、湯、アルコール等を用いた浸漬、シャワー洗浄により、基材１３に残った余分な反応液１５が洗い流される。
【００２９】
次に、グラフト層１８が形成された基材１３を水酸化カリウム水溶液中に浸し、イオン交換処理を行う。これにより、基材１３の表面が改質されて潤滑層１４が形成される。このように、反応液１５を塗布した基材１３に電子線１６を照射してグラフト層１８を形成し、さらにグラフト層１８をイオン交換処理（アルカリ処理）することにより、基材１３の表面を容易に改質して、潤滑層１４を形成することができる。
【００３０】
図２に示す場合では、電子線１６の同時照射により基材１３の表面を改質するようにしているが、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、電子線１６の前照射により基材１３の表面を改質するようにしてもよい。
【００３１】
前照射の場合には、まず、図３（ａ）に示すように、反応液１５を塗布する前に電子線１６が基材１３の表面に照射され、基材１３の表面にラジカル活性点１７が生成される。次いで、図３（ｂ）に示すように、ラジカル活性点１７が生成された基材１３の表面に反応液（メタクリル酸溶液）１５が塗布される。これにより、図３（ｃ）に示すように、ラジカル活性点１７と反応液１５の分子とがグラフト重合して基材１３の表面にグラフト層１８が形成される。後は、同時照射の場合と同様に、水酸化カリウム水溶液によりグラフト層１８がイオン交換処理され、基材１３の表面に潤滑層１４が形成される。
【００３２】
このような構成の軸摺接部材１１は、例えば図４に示すように、船舶２１のゴム軸受（滑り軸受）として構成される。
【００３３】
図４に示す船舶２１は、エンジン等の動力源（不図示）により回転駆動される軸部材としてのプロペラシャフト２２を有しており、このプロペラシャフト２２は船底に設けられた支持部２３から船外に突出している。プロペラシャフト２２の先端にはスクリュー２４が固定されており、動力源が作動するとスクリュー２４がプロペラシャフト２２とともに回転する。軸摺接部材１１は円環状のゴム軸受として構成され、支持部２３に配置されている。プロペラシャフト２２はゴム軸受として構成された軸摺接部材１１の軸心に挿通され、軸摺接部材１１の内周面に摺接することにより、軸摺接部材１１に回転自在に支持されている。
【００３４】
また、軸摺接部材１１は、例えば図５に示すように、ウォッシャポンプ３１のシール材として構成される。
【００３５】
図５に示すウォッシャポンプ３１は、自動車のワイパ装置に設けられてウォッシャノズルにウォッシャ液を圧送するものである。ウォッシャポンプ３１はポンプハウジング３２を有し、このポンプハウジング３２の内部にはインペラー（羽根車）３３が回転自在に収容されている。ポンプハウジング３２はインペラー３３の軸心部分に連ねて開口する流入口３２ａと、インペラー３３の外周側に配置された吐出口３２ｂとを備えており、流入口３２ａから供給されたウォッシャ液が回転するインペラー３３により付勢されて吐出口３２ｂから吐出される。インペラー３３を回転駆動するためのモータ３４がポンプハウジング３２に取り付けられ、このモータ３４の軸部材としての出力軸３４ａがポンプハウジング３２の内部に突出している。軸摺接部材１１は円環状のシール材として構成されており、ポンプハウジング３２の出力軸３４ａが貫通する貫通孔３２ｃに配置されている。軸摺接部材１１はモータ３４の出力軸３４ａの外周面に摺接し、貫通孔３２ｃを介してポンプハウジング３２からモータ３４の側へのウォッシャ液が侵入することを防止する。
【００３６】
このような構成の軸摺接部材１１は、図１に示すように、軸部材１２との間に潤滑剤として水４１が供給されることにより、軸部材１２との間が水潤滑される。例えば、図４に示す場合では、軸摺接部材１１はプロペラシャフト２２との間に海水が供給されることによりプロペラシャフト２２との間が水潤滑される。また、図５に示す場合では、軸摺接部材１１はモータ３４の出力軸３４ａとの間にウォッシャ液が供給されることにより出力軸３４ａとの間が水潤滑される。
【００３７】
なお、符号３５は出力軸３４ａを回転自在に支持する軸受である。
【００３８】
軸摺接部材１１の基材１３の表面に付加された潤滑層１４は、電解質ポリマーゲル層つまり超親水性ゲル層となっている。これにより、水潤滑のために軸摺接部材１１と軸部材１２との間に供給された水４１は、その一部が潤滑層１４に吸収され、軸摺接部材１１と軸部材１２との間に保持される。つまり、軸摺接部材１１と軸部材１２との間は水４１を保持した潤滑層１４によりハイドロゲル潤滑されることになる。
【００３９】
このように、軸摺接部材１１の基材１３の表面は、電子線の照射処理により、超親水性ゲル層である潤滑層１４が付加されるように改質されているので、軸摺接部材１１と軸部材１２との間を水潤滑するための水４１を潤滑層１４に保持させて、軸摺接部材１１と軸部材１２との間の水潤滑による潤滑性を高めることができる。
【００４０】
また、軸摺接部材１１の基材１３の表面に超親水性ゲル層である潤滑層１４が設けられるので、図１（ｂ）に示すように、軸摺接部材１１に加わる軸部材１２の荷重を潤滑層１４により支えることができる。これにより、軸部材１２の表面が軸摺接部材１１の表面に接触することを抑制し、軸摺接部材１１と軸部材１２との間に常に水４１が保持された状態とすることができるので、軸摺接部材１１と軸部材１２との間の潤滑性をさらに高めることができる。
【００４１】
さらに、基材１３の表面を電子線の照射により改質して軸摺接部材１１の水潤滑性を高めるようにしたので、ゴムの長所である水膜形成性、自己アライメント性、低コストを維持しつつゴムを基材１３とした軸摺接部材１１の水潤滑性を高めることができる。
【００４２】
さらに、潤滑油を用いない水潤滑により軸摺接部材１１に十分な潤滑を行なわせることができるので、例えば図４に示す場合では、海水への潤滑油の漏出を防止して環境負荷を低減することができ、また、図５に示す場合では、ウォッシャ液への潤滑油の混入を防止することができる。
【００４３】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４４】
例えば、前記実施の形態においては、軸摺接部材１１の基材１３を形成するゴムとしてニトリルゴムを用いるようにしているが、これに限らず、例えば熱可塑性エラストマや天然ゴム等の他のゴムにより基材１３を形成するようにしてもよい。
【００４５】
また、前記実施の形態においては、船舶２１のプロペラシャフト２２の軸受やウォッシャポンプ３１の出力軸３４ａのシール材に本発明の軸摺接部材１１を適用した場合を示したが、これらに限らず、水潤滑することができるものであれば、例えば自動車のサスペンションのロッドに摺接するゴムブーツ等、他の用途に本発明の軸摺接部材１１を適応させるようにしてもよい。
【００４６】
さらに、前記実施の形態においては、照射処理の際の反応液１５としてメタクリル酸溶液を用いるようにしているが、これに限らず、例えばアクリル酸溶液など、グラフト重合により親水性ゲル層となるグラフト層１８を形成することができる反応液であれば、他の反応液を用いるようにしてもよい。
【００４７】
さらに、グラフト層１８をイオン交換処理するための溶液としては、水酸化カリウム水溶液に限らず、ナトリウム等と塩を形成したモノマーであれば、他の溶液を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１１  軸摺接部材
１２  軸部材
１３  基材
１４  潤滑層
１５  反応液
１６  電子線
１７  ラジカル活性点
１８  グラフト層
２１  船舶
２２  プロペラシャフト（軸部材）
２３  支持部
２４  スクリュー
３１  ウォッシャポンプ
３２  ポンプハウジング
３２ａ  流入口
３２ｂ  吐出口
３２ｃ  貫通孔
３３  インペラー
３４  モータ
３４ａ  出力軸（軸部材）
３５  軸受
４１  水
【図１】
0005731925.tif 000002
【図２】
0005731925.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005731925.tif 000005
【図５】
0005731925.tif 000006