(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
他部材との摺動面を備えるシール部材であって、
前記シール部材の少なくとも前記摺動面は、
アクリルゴム、人造黒鉛、およびシランカップリング剤を含み、
前記人造黒鉛の添加量は、アクリルゴム１００質量部あたり５質量部以上、４０質量部以下であるシール用ゴム組成物からなる
シール部材。
【請求項２】
前記アクリルゴムは、カルボキシル系アクリルゴムである請求項１に記載のシール部材。
【請求項３】
前記人造黒鉛の平均粒径は、５μｍ以上、５０μｍ以下である請求項１または２に記載のシール部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オイルシール等のシール部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば回転軸の貫通部において内部空間と外部空間とを画定して、上記内部空間に充填されたオイルが外部空間に漏れないように密封したり、逆に外部空間から内部空間に埃等が侵入するのを防止したりする、つまり両空間の間をシールするために、シール部材としてのオイルシールが用いられる。
例えば自動車では、トランスミッションやディファレンシャルギヤ等をはじめとする多くの部分で、回転軸をシールするためにオイルシールが利用されている。
【０００３】
オイルシールは、回転軸の外周面に、径方向外方からの締め付け力によってその全周に亘って接触される環状の摺動面を備えた環状に形成される。
また摺動面は、上記外周面に対する接触幅を小さくして、回転軸の回転トルクを低減するために、径方向の内方へ突出させた稜線状に形成したり、上記稜線状の摺動面に、さらに複数のリブを径方向に等間隔に設けたりするのが一般的である。
【０００４】
オイルシールの形成材料としては、例えば各種のゴム等が用いられる。
ゴム製のオイルシールは、ゴムに、当該ゴムを加硫させるための加硫剤等を必要に応じて配合してシール用ゴム組成物を調製し、当該シール用ゴム組成物を、上記所定の立体形状に成形するとともにゴムを加硫させることで製造される。
近年、特に自動車用のオイルシールにおいては、自動車のさらなる低燃費化の要求に対応するべく、回転軸に対する良好な密封性（シール性）を維持しながら、なおかつ回転軸の回転に伴い当該回転軸の外周面との摺動によって発生する回転トルクを現状よりもさらに低減できること、すなわち現状よりも低摩擦化できることが求められるようになってきている。
【０００５】
シール部材等のゴム製の部材を低摩擦化する方法としては、そのもとになるシール用ゴム組成物に、例えば黒鉛、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン等の固体潤滑剤を配合する方法が知られている（例えば特許文献１〜３等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１‐３４８４６０号公報
【特許文献２】特開２００２‐１２９１８３号公報
【特許文献３】ＷＯ２０１３／１１１６４３Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、固体潤滑剤は通常、オイルが切れる等した貧潤滑状態になってはじめて、自己潤滑性を発現するものである。
これに対し特にオイルシールは、内部空間に封入した多量のオイルによる良好な潤滑下で常時使用されるものであるため、当該オイルシールのもとになるシール用ゴム組成物に固体潤滑剤を配合しても、さらなる低摩擦化を図ることはできない。
【０００８】
のみならず、固体潤滑剤は摩耗しやすいため、例えばオイルシールの場合は回転軸の外周面との摺動によって摺動面が摩耗しやすくなり、摩耗が大きくなると、当該摺動面の外周面への締め付け力が低下して密封性が失われたり、摺動面を形成するリブや稜線の先端が摩耗して外周面に対する接触面積が増加して摩擦が大きくなったりしやすい。
そして摩擦が大きくなると、回転トルクが上昇するだけでなく、シール部材の温度上昇が大きくなってゴムが早期に熱老化によるヘタリを生じたり、ゴムと金属の間のスティックスリップによる鳴きを生じたりしやすくなる。
【０００９】
本発明の目的は、良好な密封性を維持しながら現状よりも低摩擦化が可能である上、摺動による摩耗によって上記密封性が失われたり摩擦が大きくなったりしにくいシール部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、他部材との摺動面（１６）（２２）（２５）を備えるシール部材（１）であって、
前記シール部材の少なくとも前記摺動面は、
アクリルゴム、人造黒鉛、およびシランカップリング剤を含み、
前記人造黒鉛の添加量は、アクリルゴム１００質量部あたり５質量部以上、４０質量部以下であるシール用ゴム組成物からなる
シール部材である（請求項１）。
アクリルゴムとしては、カルボキシル系アクリルゴムが好ましい（請求項２）。
人造黒鉛の平均粒径は、５μｍ以上、５０μｍ以下であるのが好ましい（請求項３）。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、シール部材の摺動面を、所定の添加量で人造黒鉛を含むシール用ゴム組成物によって形成することにより、当該摺動面に、かかる人造黒鉛に基づく突起を形成して、上記摺動面の、他部材の表面に対する接触面積を大幅に小さくできる。
すなわち、アクリルゴム１００質量部あたり５質量部以上、４０質量部以下の人造黒鉛を含むことで、シール部材のゴムとしての物性を良好に維持しながら、人造黒鉛からなる突起によって、他部材の表面に対する摺動面の接触面積を小さくして低摩擦化を図ることができる。
しかも人造黒鉛は、石油、石炭等を原料とするコークスを焼成し、さらに高温で黒鉛化して製造され、塊状を呈するとともに、前述した固体潤滑剤として通常に用いられる例えば鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛、土状黒鉛、膨張黒鉛、膨張化黒鉛等の他の通常の黒鉛に比べて高い硬度を有するため、当該人造黒鉛からなる突起が摺動時に摩耗するのを抑制して、上記接触面積の小さい状態を良好に維持できる。
【００１３】
しかも上記人造黒鉛を、シランカップリング剤を介してアクリルゴムに良好に結合させることができるため、当該人造黒鉛からなる突起が摺動時に脱落するのを抑制して、上記接触面積の小さい状態をさらに良好に維持できる。
また上記結合により、加硫後のアクリルゴムの引張強さや伸び等の、ゴムとしての物性の低下を抑制して良好なゴム物性を維持できる。
【００１４】
その上、人造黒鉛を含むことで摺動面自体の耐摩耗性をも向上できる。
そのため、例えばシール部材がオイルシールである場合には、摺動面の摩耗によって締め付け力が低下して密封性が失われたり、外周面に対する接触面積が増加し、摩擦が大きくなって回転トルクが上昇したり、シール部材の温度上昇が大きくなってゴムが早期に熱老化によるヘタリを生じたり、ゴムと金属の間のスティックスリップによって鳴きを生じたりするのを抑制できる。
【００１５】
したがって請求項１に記載の発明によれば、良好な密封性を維持しながら現状よりも低摩擦化が可能である上、摺動による摩耗によって上記密封性が失われたり摩擦が大きくなったりしにくいシール部材を形成しうるシール用ゴム組成物、ならびに当該シール用ゴム組成物からなるシール部材を提供できる。
請求項２に記載の発明によれば、アクリルゴムとして、シランカップリング剤との反応性に優れたカルボキシル系アクリルゴムを用いることにより、上記人造黒鉛とアクリルゴムとを上記シランカップリング剤を介してより良好に、より強固に結合でき、シール部材の耐久性をさらに向上できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、人造黒鉛の平均粒径を５μｍ以上、５０μｍ以下の範囲に設定することにより、摺動面での良好な密封性を維持してオイルの漏れを防止しながら、人造黒鉛からなる突起によって、他部材の表面に対する摺動面の接触面積を小さくして低摩擦化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図(a)は、本発明のシール部材の、実施の形態の一例としてのオイルシールの断面図、図(b)は、上記オイルシールの、摺動面の近傍を拡大して示す断面図である。
【図２】シランカップリング剤の添加、無添加と、加硫後のゴムの引張強さ[ＭＰａ]との関係を測定した結果の一例を示すグラフである。
【図３】黒鉛の添加、無添加、ならびに添加した黒鉛の種類と、低摩擦化の指標としてのオイルシールのシールトルク[ｍＮ・ｍ]との関係を測定した結果の一例を示すグラフである。
【図４】人造黒鉛の平均粒径[μｍ]と、オイルシールのシールトルク[ｍＮ・ｍ]との関係を測定した結果の一例を示すグラフである。
【図５】アクリルゴム１００質量部あたりの人造黒鉛の添加量[質量部]と、オイルシールのシールトルク[ｍＮ・ｍ]との関係を測定した結果の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１(a)は、本発明のシール部材の、実施の形態の一例としてのオイルシールの断面図、図１(b)は、上記オイルシールの、摺動面の近傍を拡大して示す断面図である。
図１(a)を参照して、この例のオイルシール１は、他部材としての回転軸２と、当該回転軸２を取り囲む環状の周囲部材３との間を封止するためのものであって、環状の芯金４を内包して周囲部材３に嵌合される、全体がゴムによって一体に形成された環状のシール本体５、および環状のシールリップ７を備えている。
【００１９】
上記各部のうち芯金４は、全体が金属によって一体に形成された、図の嵌合状態において周囲部材３と同心状に配設される筒状部８と、この筒状部８の図において左側の端部から径方向内方に延設された、回転軸２が挿通される有孔略円板状の内フランジ部９とを備えている。
またシール本体５は、芯金４の筒状部８の外周面を被覆する外筒部１０、および当該外筒部１０と連続して、内フランジ部９の、図において左側の側面を被覆する外板部１１を備えている。
【００２０】
上記外筒部１０は、軸方向の中央部が周囲部材３の内径よりわずかに大きくなる膨出形状とされた膨出部１０ａを備えており、それによってシール本体５は、周囲部材３に嵌合可能とされている。
また膨出部１０ａは、全周に亘って厚みが一定に形成されており、それによって芯金４の筒状部８は、シール本体５を周囲部材３に嵌合した際に、当該周囲部材３と同心状に配設される。
【００２１】
外板部１１は、芯金４の内フランジ部９の径方向内方の端部に達しており、当該端部からさらに径方向内方へ向けて、環状のシールリップ７が一体に連成されている。
シールリップ７は、上記外板部１１の径方向内側の端部からさらに径方向内方で、かつ図において右方向へ延設されて回転軸２の外周面６に接触する主リップ部１２と、当該主リップ部１２の、シール本体５側の基部の内周から径方向内方で、かつ図において左方向へ延設されて回転軸２の外周面６に接触する、略板状の断面形状を有する副リップ部１３とを備えている。
【００２２】
このうち主リップ部１２の先端側の内周には、当該主リップ部１２の基端側から先端側へ向けて内径が徐々に小さくなるテーパー面１４と、逆に主リップ部１２の先端側から基端側へ向けて内径が徐々に小さくなるテーパー面１５とが設けられて、両テーパー面１４、１５間の、径方向内方へ突出された稜線の近傍が、回転軸２の外周面６に接触する摺動面１６とされているとともに、当該摺動面１６に、複数のリブ１７が径方向に等間隔に設けられている。
【００２３】
また主リップ部１２の外周の、上記摺動面１６の背面側には全周に亘って環状の凹溝１８が設けられているとともに、この凹溝１８に、主リップ部１２の径方向外方への変形を規制するバックアップリング１９が嵌め合わされている。
副リップ部１３の内周は、当該副リップ部１３の基端側から先端側へ向けて内径が徐々に小さくなるテーパー面２０とされており、当該テーパー面２０と副リップ部１３の先端面２１との間の、径方向内方へ突出された稜線の近傍が、回転軸２の外周面６に接触する摺動面２２とされている。
【００２４】
図１(a)(b)を参照して、シール本体５とシールリップ７は、先述した、アクリルゴム、人造黒鉛２３、およびシランカップリング剤を含むシール用ゴム組成物２４の加硫物によって全体が一体に形成されている。
そして、上記シール用ゴム組成物２４中に含まれた人造黒鉛２３の一部が主リップ部１２の摺動面１６、副リップ部１３の摺動面２２、そしてリブ１７の外面である摺動面２５から突出されて、これら摺動面１６、２２、２５に多数の突起２６が形成されている。
【００２５】
これにより、上記摺動面１６、２２、２５と、回転軸２の外周面６との接触面積を大幅に小さくして回転軸２の回転トルクを低減できる。
アクリルゴムとしては、例えばカルボキシル系アクリルゴム、エポキシ系アクリルゴム、活性塩素系アクリルゴム等の種々のアクリルゴムが使用可能であり、中でもカルボキシル系アクリルゴムが好ましい。
【００２６】
カルボキシル系アクリルゴムは、前述したようにシランカップリング剤との反応性に優れており、当該シランカップリング剤を介して人造黒鉛２３とより良好に、より強固に結合されるため、シール部材の耐久性をさらに向上できる。
【００２７】
シランカップリング剤としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、アセトキシ基等の、黒鉛との結合性に優れた基と、例えばアミノ基、エポキシ基、メタクリル基、ビニル基、メルカプト基等の、アクリルゴムとの結合性に優れた基とを分子中に有する種々のシランカップリング剤が挙げられる。
【００２８】
シランカップリング剤の添加量は任意に設定できるものの、アクリルゴム１００質量部あたり０．５質量部以上であるのが好ましく、５質量部以下、特に２質量部以下であるのが好ましい。
人造黒鉛２３としては、先述したように石油、石炭等を原料とするコークスを焼成したのち、例えば２５００℃以上の高温で黒鉛化して製造され、塊状を呈する種々の人造黒鉛が使用可能である。
【００２９】
人造黒鉛２３の平均粒径は５μｍ以上であるのが好ましく、５０μｍ以下であるのが好ましい。
人造黒鉛２３の平均粒径が５μｍ未満では、当該人造黒鉛２３によって摺動面１６、２２、２５に形成される突起２６の突出高さが不足するため、当該突起２６による低摩擦化の効果が十分に得られないおそれがある。
【００３０】
一方、人造黒鉛２３の平均粒径が５０μｍを超える場合には、形成される突起２６が大きすぎて、例えば稜線状に形成した摺動面１６、２２やリブ１７の摺動面２５の、回転軸２の外周面６への接触幅（通常は１００μｍ程度に設定）に近づくため、当該摺動面１６、２２、２５の密封性が低下してオイルが漏れやすくなるおそれがある。
これに対し、人造黒鉛２３の平均粒径を上記の範囲とすることにより、摺動面１６、２２、２５での良好な密封性を維持してオイルの漏れを防止しながら、当該人造黒鉛２３からなる突起２６によって、他部材としての回転軸２の外周面６に対する上記摺動面１６、２２、２５の接触面積を小さくして低摩擦化を図ることができる。
【００３１】
なお人造黒鉛２３の平均粒径を、本発明では、レーザー光回折法によって測定した値でもって表すこととする。
また人造黒鉛２３の添加量は、アクリルゴム１００質量部あたり５質量部以上であるのが好ましく、４０質量部以下であるのが好ましい。
人造黒鉛２３の添加量が５質量部未満では、摺動面１６、２２、２５に形成される突起２６の数が不足するため、当該突起２６による低摩擦化の効果が十分に得られないおそれがある。
【００３２】
一方、人造黒鉛２３の添加量が４０質量部を超えてもそれ以上の効果が得られないだけでなく、相対的にゴムの量が不足して引張強さや伸び等のゴムとしての物性が低下し、加硫後のゴムが硬くかつ脆くなって却ってシールトルクが上昇したり、ゴム組成物をシール本体５、シールリップ７の立体形状に成形するとともにゴムを加硫させて型から離型する際等に破損を生じたり、オイルシール１の使用時に亀裂を生じたりしやすくなるおそれがある。
【００３３】
これに対し、人造黒鉛２３の添加量を上記の範囲とすることにより、シール部材のゴムとしての物性を良好に維持しながら、人造黒鉛２３からなる突起２６によって、他部材としての回転軸２の外周面６に対する上記摺動面１６、２２、２５の接触面積を小さくして、低摩擦化を図ることができる。
なおシール用ゴム組成物２４には、上記人造黒鉛２３、およびシランカップリング剤とともに、アクリルゴムを加硫させるための加硫剤、加硫促進剤の他、滑剤、離型剤、老化防止剤、補強剤、可塑剤、加工助剤等の種々の添加剤を、適宜の添加量で添加してもよい。
【００３４】
本発明の構成は、以上で説明した図の例に限定されるものではない。
例えば図の例では、シール本体５とシールリップ７の全体を、人造黒鉛２３を含むシール用ゴム組成物２４によって形成していたが、少なくとも摺動面１６、２２、２５の近傍のみを上記シール用ゴム組成物２４によって形成し、その他の領域は、人造黒鉛２３を含まないゴム組成物によって形成しても構わない。
【００３５】
また本発明の構成は、図の例のもの以外の、種々の形状のオイルシールに適用可能である。
さらに言えば、本発明の構成はオイルシールに限定されるものではなく、例えば接触タイプの軸受けシールやダストシールその他、種々のシール部材に適用可能であり、固定部のシール部材であってもよい。
【実施例】
【００３６】
以下に本発明を、下記の各試験例に基づいて説明するが、本発明の構成はこれらの試験例に限定されるものではない。
〈試験例１〉
カルボキシル系アクリルゴム、平均粒径３５μｍの人造黒鉛、エポキシ系シランカップリング剤、および下記表１に示す各成分を同表中に示す添加量で添加してシール用ゴム組成物を調製した。
【００３７】
【表１】
0006660541.tif 000002
【００３８】
また比較のため、上記各成分のうちエポキシ系シランカップリング剤のみを添加しないシール用ゴム組成物を調製した。
そしてこの２種のシール用ゴム組成物をそれぞれシート状に成形するとともにゴムを加硫させたのち打ち抜いてダンベル状の試験片を作製し、日本工業規格ＪＩＳ  Ｋ６２５１：２０１０「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」所載の測定方法に則って引張試験をして引張強さ[ＭＰａ]を求めた。結果を図２に示す。
【００３９】
図２より、シランカップリング剤を添加することで、無添加の場合よりアクリルゴムと人造黒鉛の結合力を高めて、シール用ゴム組成物の加硫物からなるオイルシールの、ゴムとしての物性を向上できることが判った。
〈試験例２〉
上記試験例１で調製したのと同じ、平均粒径３５μｍの人造黒鉛３５質量部とエポキシ系シランカップリング剤１質量部とを併用したシール用ゴム組成物、上記人造黒鉛に代えて、それぞれ同量の鱗状黒鉛、土状黒鉛、および球状黒鉛を添加して調製したシール用ゴム組成物、ならびに人造黒鉛を添加せずに調製したシール用ゴム組成物を用いて、図１(a)に示す立体形状を有するシール本体５、シールリップ７を備えたオイルシール１を作製した。
【００４０】
そして、それぞれのオイルシール１に回転軸２を挿通して３０分間のなじみ回転をさせた後、低摩擦化の指標としてのシールトルク[ｍＮ・ｍ]を測定した。結果を図３に示す。
なお、なじみ回転前のシールトルクの初期値はいずれも２０５ｍＮ・ｍであった。
図３より、いわゆる固体潤滑剤である鱗状黒鉛、土状黒鉛、および球状黒鉛を添加した場合には、黒鉛を添加しない場合（無添加）よりも、なじみ回転によって却ってシールトルクが上昇することが判った。これは、前述したように黒鉛の摩耗が原因と考えられた。
【００４１】
これに対し人造黒鉛を添加した場合には、無添加の場合よりもなじみ回転によってシールトルクが大きく低下しており、当該人造黒鉛の添加によってオイルシールを通常より低摩擦化できることが判った。
〈試験例３〉
試験例１で調製したのと同じ、平均粒径３５μｍの人造黒鉛３５質量部とエポキシ系シランカップリング剤１質量部とを併用したシール用ゴム組成物、ならびに上記人造黒鉛に代えてそれぞれ同量の、平均粒径８μｍ、２５μｍ、および５０μｍの人造黒鉛を添加して調製したシール用ゴム組成物を用いて、図１(a)に示す立体形状を有するシール本体５、シールリップ７を備えたオイルシール１を作製した。
【００４２】
そして、それぞれのオイルシール１に回転軸２を挿通して３０分間のなじみ回転をさせた後、シールトルク[ｍＮ・ｍ]を測定した。結果を図４に示す。
図４より、人造黒鉛を添加することによる低摩擦化の効果の点で、当該人造黒鉛の平均粒径は５μｍ以上であるのが好ましく、５０μｍ以下であるのが好ましいことが判った。
〈試験例４〉
試験例１で調製したのと同じ、平均粒径３５μｍの人造黒鉛３５質量部とエポキシ系シランカップリング剤１質量部とを併用したシール用ゴム組成物、ならびに上記人造黒鉛の添加量を５質量部、２０質量部、および５０質量部として調製したシール用ゴム組成物を用いて、図１(a)に示す立体形状を有するシール本体５、シールリップ７を備えたオイルシール１を作製した。
【００４３】
そして、それぞれのオイルシール１に回転軸２を挿通して３０分間のなじみ回転をさせた後、シールトルク[ｍＮ・ｍ]を測定した。結果を図５に示す。
図５より、人造黒鉛を添加することによる低摩擦化の効果の点で、当該人造黒鉛の添加量は５質量部以上であるのが好ましいことが判った。
また人造黒鉛の添加量を５０質量部とした場合には、３５質量部添加の場合よりも却ってシールトルクが上昇傾向にあった。そこで実際にオイルシール１を観察したところ、硬くかつ脆くなっていることが確認され、このことから人造黒鉛の添加量は４０質量部以下であるのが好ましいことが判った。
【符号の説明】
【００４４】
１：オイルシール、２：回転軸、３：周囲部材、４：芯金、５：シール本体、６：外周面、７：シールリップ、８：筒状部、９：内フランジ部、１０：外筒部、１０ａ：膨出部、１１：外板部、１２：主リップ部、１３：副リップ部、１４、１５、２０：テーパー面、１６、２２、２５：摺動面、１７：リブ、１８：凹溝、１９：バックアップリング、２１：先端面、２３：人造黒鉛、２４：シール用ゴム組成物、２６：突起
【図１】
0006660541.tif 000003
【図２】
0006660541.tif 000004
【図３】
0006660541.tif 000005
【図４】
0006660541.tif 000006
【図５】
0006660541.tif 000007