(57)【要約】【課題】密封装置を構成するシール部材の材料に、耐熱性に優れるフッ素樹脂を用いながらも、このシール部材のリップ部と摺接する軌道輪側周段部の摩耗が少なく、高温環境下でも良好な密封性能を長期間に渡って維持することのできる転がり軸受の密封装置を提供する。【解決手段】転がり軸受の環状空間を密封するシール部材５を、フッ素樹脂１００重量部に対し１０重量部以上６０重量部以下の充填剤を含み、かつ、この充填剤の内の２５重量％以上７５重量％以下がモース硬度６以上８以下の第１の充填剤で、残りがモース硬度６未満の第２の充填剤である樹脂材料を用いて形成する。この構成により、高温環境下で高速回転する転がり軸受であっても、互いに摺接するシール部材５のリップ部５ｂおよび内輪１の周段部側面１ｔの両者とも摩耗が少なく、良好な密封性能を長期間に渡って維持することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の固定輪の軌道溝肩部に設けられたシール装着溝に、フッ素樹脂を主成分とする環状弾性シール部材を嵌め入れ、このシール部材のシールリップを、回転輪の軌道溝肩部に設けられた周段部の側面に接触させた転がり軸受の密封装置において、
前記シール部材は、前記フッ素樹脂１００重量部に対し１０重量部以上６０重量部以下の充填剤を含み、かつ、この充填剤の内の２５重量％以上７５重量％以下がモース硬度６以上８以下の第１の充填剤で、残りがモース硬度６未満の第２の充填剤である樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする転がり軸受の密封装置。
【請求項２】
前記第１の充填剤がＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏであり、前記第２の充填剤がカーボンブラックであることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転・高温環境下においても、高い密封性能を長期に渡り維持することのできる転がり軸受の密封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受の密封装置は、軸受内部に封入された潤滑剤の漏出防止と軸受外部からの異物の侵入を防止するために設けられているものである。特に、自動車用エンジンの補機類（オルタネータ等）に使用される軸受装置のように、泥水のような細かい固形物を含んだ水がかかる恐れのある軸受の密封装置には、高い耐水・防塵性能が要求される。そのため、この密封装置には、弾性を有する環状シール部材が使用されており、このシール部材の端部に形成されたリップ部を、回転輪の軌道溝肩部に形成した周段部（シール溝）の側面に接触させる構造が採用されている。
【０００３】
図１は、オルタネータ等に用いられる従来の転がり軸受装置の構造を示す断面図である。この転がり軸受は、内輪側軌道溝１ｕを有する内輪（回転輪）１と、外輪側軌道溝２ｕを有する外輪（固定輪）２と、複数のボール３と、これらボール３を周方向に所定の間隔で保持する保持器４とを備える。内輪１の軌道溝１ｕ肩部および外輪２の軌道溝２ｕ肩部には、それぞれシール装着溝２ｘおよび周段部（シール溝）１ｓが形成されている。また、内輪１と外輪２との間に形成される環状空間内には、図示しないグリース等の潤滑剤が封入されているとともに、その両端の開口部には、この環状空間を密閉する環状のシール部材５，５が、それぞれ配置されている。
【０００４】
密封装置を構成するシール部材５は、金属の薄板からなる芯金５ｃと、この芯金５ｃを覆うように形成されたゴム製（あるいは樹脂製）のシール本体５ａと、このシール本体５ａの内周側に突出するようにして一体に形成されたリップ部５ｂとからなる。また、リップ部５ｂは、シール本体５ａの基部がシール装着溝２ｘに嵌め入れられた時、その先端が内輪１に設けられた周段部１ｓの側面１ｔに接触するように形成されている。
【０００５】
なお、軸受装置によっては、軸受内輪の端面に接するスリンガ２０等を配設することによって、これらシール部材５とスリンガ２０との間にラビリンスを形成し、耐泥水性能を向上させたものもある（特許文献１，特許文献２等を参照）。
【０００６】
このようなシール部材５を構成する材料には、一般的に、ニトリルゴムあるいはアクリルゴム等が使用されるが、オルタネータ用軸受等、高温環境下（例えば最高使用温度が１７０℃以上）で高速回転する軸受には、耐熱性と耐摩耗性に優れるフッ素ゴムあるいはフッ素樹脂を主成分とする材料が、好適に用いられている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２６１４３号公報
【特許文献２】特開２００１−３０４２８０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような転がり軸受の密封装置において、シール部材５の材料にフッ素樹脂（あるいはフッ素ゴム）を使用した場合、このシール部材のリップ部５ｂに摺接する軌道輪側周段部の側面１ｔが摩耗して、早期に密封性能が低下してしまう場合があった。
【０００９】
また、その摩耗粉が軸受内部に侵入した場合は、軌道摩耗が生じてしまい、軸受破損に至る恐れもある。
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、密封装置を構成するシール部材の材料に、耐熱性に優れるフッ素樹脂を用いながらも、このシール部材のリップ部と摺接する軌道輪側周段部の摩耗が少なく、高温環境下でも良好な密封性能を長期間に渡って維持することのできる転がり軸受の密封装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、転がり軸受の固定輪の軌道溝肩部に設けられたシール装着溝に、フッ素樹脂を主成分とする環状弾性シール部材を嵌め入れ、このシール部材のシールリップを、回転輪の軌道溝肩部に設けられた周段部の側面に接触させた転がり軸受の密封装置において、前記シール部材は、前記フッ素樹脂１００重量部に対し１０重量部以上６０重量部以下の充填剤を含み、かつ、この充填剤の内の２５重量％以上７５重量％以下がモース硬度６以上８以下の第１の充填剤で、残りがモース硬度６未満の第２の充填剤である樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記モース硬度６以上８以下の第１の充填剤の具体例として、ＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏを、また、前記モース硬度６未満の第２の充填剤の具体例として、カーボンブラックを好適に採用することができる。（請求項２）
【００１３】
耐熱性が要求されるシール部材に使用されるフッ素樹脂（あるいはフッ素ゴム）は、耐熱性に優れる反面、摺動相手部材を摩耗させてしまうという特性を合わせ持っている。また、このシール部材の材料中には、加硫剤，着色剤，潤滑剤・老化防止剤等の加工助剤あるいは充填剤等も含まれている。この充填剤は、樹脂の補強とコストダウンのために配合されているもの（いわゆる補強性充填剤）で、その種類としては、ファーネスブラック，サーマルブラック等のカーボンブラックと、一般に白色系充填剤と呼ばれる、ホワイトカーボン，クレー，タルク，炭酸カルシウム，珪藻土，ウォラストナイト等が挙げられる。これらカーボンブラックと白色系充填剤は、実際の配合の場合、混合して用いられることが多い。中でも、白色系充填剤のうち補強効果の高いホワイトカーボン（モース硬度７程度）は、比較的柔らかいカーボンブラック（モース硬度１〜２）に比べ硬度が高く、前述の軌道輪（モース硬度６〜７）の摩耗に対する関与が大きいことが考えられる。
【００１４】
そこで、本願の発明者らは、この補強性充填剤、特にホワイトカーボンに着目して研究を重ねた結果、その配合量を適正化することにより、摺動相手部材とシール部材自身の両者の摩耗を低減できることを見出した。
【００１５】
すなわち、本発明において弾性シール部材に配合される充填剤の総量は、このシール部材の柔軟性や力学的諸物性等を考慮したものであって、その充填剤量はフッ素樹脂１００重量部に対し１０重量部以上６０重量部以下、好ましくは２０重量部以上５０重量部以下である。この充填剤量の総量がフッ素樹脂１００重量部に対し１０重量部未満の場合は、シール部材として要求される追従性，引張強さ，引裂き強さ，硬さ等を満足することができない。また、充填剤量の総量がフッ素樹脂１００重量部に対し６０重量部を越える場合は、シール部材としての柔軟性が不足し、追従性，装着性および密封性能が低下してしまう。
【００１６】
また、この充填剤中に配合されている比較的硬い成分（モース硬度６以上８以下の第１の充填剤）の割合は、シール部材のリップ部と軌道輪側周段部の摩耗を考慮したものであって、この第１の充填剤の割合が２５重量％未満の場合は、シールリップが早期に摩耗してしまう。その逆に、この第１の充填剤の割合が７５重量％を越える場合は、軌道輪側が摩耗してしまう。
【００１７】
従って、充填剤の残りの成分（すなわち第２の充填剤）は、モース硬度６未満の比較的柔らかな充填剤であることが望ましく、これらの配合をフッ素樹脂からなる弾性シール部材に適用することによって、高温環境下で高速回転する転がり軸受であっても、シール部材自身および軌道輪側周段部の両者とも摩耗が少なく、良好な密封性能を長期間に渡って維持することが可能になる。
【００１８】
なお、前記の補強性充填剤の種類は特に限定されるものではないが、フッ素樹脂に対する分散性や補強性の高さ、耐摩耗性およびコスト等を考慮した場合、モース硬度６以上８以下の第１の充填剤としては、ＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ（二酸化ケイ素のｎ水和物：「ホワイトカーボン」、「合成ケイ酸」、「含水シリカ」、あるいは単に「シリカ」と呼ばれることもある）が好適である。また、モース硬度６未満の第２の充填剤としては、カーボンブラック，タルク（モース硬度１〜２），クレー（モース硬度２程度），珪藻土（モース硬度１〜１．５），マイカ（モース硬度３程度）等が使用可能であるが、中でもカーボンブラック（特に「ＦＴカーボン」，「ＭＴカーボン」等のサーマルブラック）が好適である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態における転がり軸受の密封装置の構造は、図１に示した従来例と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００２０】
本実施の形態における弾性シール部材５の特徴は、このシール部材５を構成する材料の配合比率である。このシール部材５は、例えばフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体からなるフッ素ゴムを主成分として形成されているとともに、この材料中には、フッ素ゴム１００重量部に対し３５重量部の充填剤、および１０重量部の加工助剤（加硫助剤等）が添加されている。また、この充填剤は、ホワイトカーボン（モース硬度７）とＭＴブラック（モース硬度１〜２）を混合したものであり、その重量比は１０：２５となっている。
【００２１】
このシール部材５は、フッ素ゴム成分に、充填剤と、加硫上あるいは加工上必要とされる各種加工助剤とを添加してから、ロール混合，ニーダ混合，バンバリ混合等の公知の混練方法で混合し、得られた組成物を加硫成形して、所望の形状とすることができる。また、成形には、射出成形，ヒートプレス，押出成形等の公知の成形方法を使用できる。
【００２２】
以上の構成により、このシール部材５は、低潤滑・高面圧等の摩耗が発生し易い条件においても、このシール部材５が摺接する内輪周段部１ｓの側面１ｔの摩耗を防止することができる。また、このシール部材５は、耐熱性に優れるフッ素ゴムから形成されているとともに、シール部材５自身のリップ部５ｂの摩耗も少ない。従って、本実施の形態における密封装置は、高温環境下で高速回転する転がり軸受においても、良好な密封性能を長期間に渡って維持することができる。
【００２３】
なお、以上の実施の形態においては、シール部材の材料をフッ化ビニリデン系ゴム（ＦＫＭ）としたが、本発明において密封装置を構成するフッ素樹脂材料はこれに限定されず、四フッ化エチレン−プロピレン系ゴム（ＦＥＰＭ）、四フッ化エチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル系ゴム（ＦＦＫＭ）、その他の二元系，三元系フッ素樹脂や、これらを組み合わせた樹脂等を使用することもできる。
【００２４】
また、本発明のシール部材には、その優れた耐摩耗性や密封性を損なわない範囲で、公知の加硫（架橋）剤，加硫助剤，可塑剤，老化防止剤，着色剤，滑剤，安定剤等の添加剤を含有させても良い。
【００２５】
次に、以上の実施の形態における転がり軸受の密封装置の効果を確認すべく、上記のシール部材と同配合の試験片を用いた摩耗試験の結果について述べる。
【００２６】
図２は、摩耗試験に用いた試験機の構造を示す一部断面図である。この試験機は、同軸状に配置された試験片２１と摩擦板２２とを、所定の荷重をかけながら相対回転させることにより、それぞれの摩耗量を測定するものである。フッ素ゴムからなる試験片２１は、断面略三角の凸部を有する円環状に形成されており、この凸部の先端で、ＳＵＳ３０４からなる摩擦板２２に接触するように配置されている。なお、図中の符号２３は回転軸を、２４は固定軸を、２５はおもりを示している。また、試験片２１は、この回転軸２３の一方の端部に設けられたターンテーブル２３ａ上に配置されているとともに、この回転軸２３の他方の端部（図示省略）は、モータ等の回転駆動源に接続されている。
【００２７】
各試験片の配合を表１に示す。これら各試験片は、一次プレス加硫１８０℃５分間、二次オーブン加硫２３０℃２４時間の条件で加硫（架橋）を行ない、ゴム成形物を得た。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
これら各試験片は、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体からなる１００重量部のフッ素樹脂に対し、各々３５重量部の充填剤と、２重量部の架橋剤と、１０重量部の加工助剤（酸化防止剤等）が添加されている。なお、各試験片における架橋剤と加工助剤の組成は同一であり、ホワイトカーボンとＭＴカーボンを合わせた全充填剤量に対するホワイトカーボンの割合は、実施例１においては約２８．６重量％、比較例１においては約８５．７％、比較例２においては０重量％である。
【００３０】
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摩耗量は、試験終了後の試験片２１と摩擦板２２について、接触部位における摩耗量（厚み変化）をそれぞれ計測した。その結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
表２から明らかなように、充填剤がＭＴカーボン（カーボンブラック）のみの場合（比較例２）は、シール部材に相当するフッ素ゴム側が大きく摩耗している。また、ホワイトカーボンの配合量が多すぎる場合（比較例１）は、転がり軸受の軌道輪に相当する摩擦板側に摩耗が発生している。これらに比べて、本発明の配合を適用した実施例１は、摩擦板側の摩耗がなく、かつ、フッ素ゴム側の摩耗も低減されることが見てとれる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の転がり軸受の密封装置によれば、シール部材自身および軌道輪側周段部の両者ともに摩耗が少なく、良好な密封性能を長期間に渡って維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】転がり軸受の密封装置の構造を示す断面図である。
【図２】摩耗試験に用いた試験機の概略を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１  内輪
１ｓ  周段部
１ｔ  周段部側面
１ｕ  内輪側軌道溝
２  外輪
２ｕ  外輪側軌道溝
２ｘ  シール装着溝
３  ボール
４  保持器
５  シール部材
５ａ  シール本体
５ｂ  リップ部
５ｃ  芯金
１１  回転軸
１２  スリンガ
２１  試験片
２２  摩擦板
２３  回転軸
２３ａ  ターンテーブル
２４  固定軸
２５  おもり
【図１】
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【図２】
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