(57)【要約】【課題】グリースの有無に関係なく鳴き音を抑えることができ、さらには塵埃の侵入を防ぐとともに内側からのグリースの漏れを防止することが可能なウォータポンプ用軸受シール装置を提供する。【解決手段】ケーシングに固定された外輪と、一端側にプーリを備え、他端側にインペラを備えた軸体との間に複数列の転動体を有し、かつ前記外輪の両端部に固定されたシール環によって軸体との間をシールしてなるウォータポンプ用軸受シール装置において、シール装置を構成する弾性部材は雰囲気温度２０℃から１２０  ℃での損失正接（ｔａｎ  δ）の最大値が０．１２以上である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングに固定された外輪と、一端側にプーリを備え、他端側にインペラを備えた軸体との間に複数列の転動体を有し、かつ前記外輪の両端部に固定されたシール環によって軸体との間をシールしてなるウォータポンプ用軸受シール装置において、
シール装置を構成する弾性部材は雰囲気温度２０℃から１２０  ℃での損失正接（ｔａｎ  δ）の最大値が０．１２以上であることを特徴とするウォータポンプ用軸受シール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の水冷エンジン等に好適なウォータポンプ用軸受シール装置、詳しくは、ウォータポンプ回転軸を支持する軸受内に水、水蒸気などが侵入するのを防止し、同時に軸受内のグリースの流出を防止するウォータポンプ用軸受シール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの冷却水を圧送するウォータポンプは一般に、インペラが固定された回転軸を、軸方向に間隔を置いて配した複数個のベアリング（転がり軸受）によりケーシングに支承して形成され、通常のポンプと同様に上記軸受内への冷却水の侵入を防止するため、軸受はシール付き密封軸受となっている。
【０００３】
ところがエンジンにおいては運転、停止が繰り返されるため、上記シール付き密封軸受は加熱、冷却されて膨張、収縮を繰り返し、特にエンジン運転時にエンジン冷却水が加熱されることによって発生した水蒸気は、シール装置に侵入しやすくなる。ポンプ回転軸を支持するシールリップ部分には通常潤滑するグリース等の潤滑剤が収納されているが、上述のようにしてシールリップ部分に冷却水、水蒸気が侵入すると特にこの潤滑剤の潤滑性能が劣下して潤滑不良をきたし、その結果シールリップ部分に起因する鳴き音が発生する危険がある。
そこで、従来の軸受シール装置を見てみると、鳴き音対策として下記の特許文献１に記載のものが知られており、シール溝側壁に対する摺接部に潤滑剤溜りを設けている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３５６２２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の従来技術にあっては、長期間にわたって冷却水、水蒸気が侵入するとやはり潤滑剤の潤滑性能が劣化して潤滑不良をきたし、その結果としてシールリップ部分に起因する鳴き音が発生する。
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、グリースの有無に関係なく鳴き音を抑えることができ、さらには塵埃の侵入を防ぐとともに内側からのグリースの漏れを防止することが可能なウォータポンプ用軸受シール装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、ケーシングに固定された外輪と、一端側にプーリを備え、他端側にインペラを備えた軸体との間に複数列の転動体を有し、かつ前記外輪の両端部に固定されたシール環によって軸体との間をシールしてなるウォータポンプ用軸受シール装置において、シール装置を構成する弾性部材（リップ部をなすゴム成形体）は雰囲気温度２０℃から１２０  ℃での損失正接（ｔａｎ  δ）の最大値が０．１２以上であることを特徴とするウォータポンプ用軸受シール装置を提供する。
粘弾性体に正弦波形の応力とひずみが作用する場合には、ひずみが応力よりも遅れて生じるが、この応力に対するひずみの位相の遅れ角度を損失角（δ）という。損失正接（ｔａｎ  δ）はこの損失角（δ）の正接であって、変形の間に熱として散逸されるエネルギー量の尺度となる。ゴム成形体の損失正接（ｔａｎ  δ）の値は、ゴム成形体に正弦振動の荷重を付与する動的粘弾性試験を行うことによって測定される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図に基づいて本発明転がり軸受用密封装置の一実施形態を説明する。図１  は本発明装置を組込んだウォータポンプの一例を示す要部縦断面図、図２  〜６  は図１の要部拡大断面図である。
ウォータポンプ用軸受シール装置において、シールリップ部は雰囲気温度２０℃から１２０  ℃での損失正接（ｔａｎ  δ）の最大値が０．１２以上とすることにより、特別のシール材料に特化することなく鳴き音を抑えることができ、さらには外側からの塵埃の侵入を防ぐとともに内側からのグリースの漏れを防止することが可能な接触タイプの転がり軸受用密封装置を提供することができる。
【０００８】
本発明の転がり軸受用密封装置において、リップの硬さは、「ＪＩＳ    Ｋ６３０１  」に記載のスプリング硬さＡ  スケールで、４０〜９０の範囲であることが好ましい。リップ部の硬さが４０未満であると、シールが回転する際にリップ部が必要以上に変形し、発熱やトルク上昇が生じやすくなる。その結果、転動装置の運転時の摩擦抵抗が大きくなり、スムーズな回転運動が困難になる場合がある。また、９０を超えると、ゴム弾性が低下してリップ部のシール接触面に対する摺接力が不十分となり、十分な密封性が得られなくなる。特に好ましいリップ部の硬さは、スプリング硬さＡ  スケールで５０〜８０の範囲である。
【０００９】
雰囲気温度２０℃から１２０  ℃での損失正接（ｔａｎ  δ）の最大値が０．１２以上であるゴム成形体は、原料ゴムに、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤、補強剤、可塑剤、カップリング剤等の配合剤を必要に応じて適宜配合したゴム組成物を、加硫成形することにより得られる。このゴム組成物には、必要に応じて補強性充填剤、加工助剤、摩耗改良剤、潤滑油、潤滑剤等を添加することができる。このゴム組成物の各成分の具体例について、以下に説明する。
【００１０】
原料ゴムとしては、ＮＲ（天然ゴム）、ＩＲ（イソプレンゴム）、ＳＢＲ  （スチレンブタジエンゴム）、ＢＲ（ブタジエンゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＮＢＲ  （アクリロニトリルブタジエンゴム）、ＩＩＲ  （ブチルゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム等があげられるが、耐油性、耐薬品性、耐熱性等を考慮するとニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、フッ素ゴムが好ましい。
【００１１】
加硫剤としては、粉末硫黄、硫黄華、沈降硫黄、高分散性硫黄等の各種硫黄、モルホリンジスルフィド、アルキルフェノールジスルフィド、Ｎ  ，Ｎ  −ジチオービス（へキサヒドロ−２Ｈ−アゼピノン−２  ）、チウラムポリスルフィド等の硫黄を排出可能な硫黄化合物、ジクミルパーオキサイド、ジ（ｔ  −ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、２  ，５  −ジメチルへキサン、ベンゾイルパーオキサイド等の過酸化物等が挙げられる。
【００１２】
加硫促進剤としては、グアニジン系化合物、アルデヒドーアンモニア化合物、チアゾール系化合物、チオウレア系化合物、スルフェンアミド系化合物、チウラム系化合物、ジチオカルバメート系化合物、キサンテート系化合物等を加硫助剤として併用する必要がある．硫黄系の加硫剤の中でも高分散性硫黄を用いる場合には、チウラム系のテトラメチルチウラムジスルフィド等またはスルフェンアミド系のＮ  −シクロベンジルー２  −ベンゾチアジル・スルフェンアミド等と、チアゾール系の２  −メルカプトベンヅチアゾール等とを併用することが好ましい。
【００１３】
加硫促進助剤としては、酸化亜鉛等の金属酸化物、金属炭酸塩、金属水酸化物、ステアリン酸等の有機酸とその誘導体、及びアミン類等が挙げられる。これら加硫肋剤、活性剤は２  種以上を混合使用してもよく、通常、原料ゴム１００  重量部に対して０．１  〜１０重量部配合される。
酸化劣化を防止する老化防止剤としては、アミン・ケトン縮合生成物、芳香族第二級アミン類、モノフェノール誘導体、ビス又はポリフェノール誘導体、ヒドロキノン誘導体、硫黄系老化防止剤、リン系老化防止剤等が挙げられる．このうち、アミン・ケトン縮合生成物系の２  ，２  ，４  −トリメチル−１  ，２  −ジヒドロキノリン重合体・ジフェニルアミンとアセトンとの縮合反応物、芳香族第二級アミン系のＮ  、Ｎ  ’−ジ−β−ナフチル−Ｐ  −フェニレンジアミン、４  ，４  ’−ビスー（α，α−ジメチルべンジル）ジフェニルアミン、Ｎ  −フェニル−Ｎ  ’−（３  −メタクリロイルオキシ−２  −ヒドロキシプロピル）−Ｐ  −フェニレンジアミン等が好ましい。
【００１４】
また、熱分解を防止して耐熱性を向上するため、上記の老化防止剤とともに２  次老化防止剤を併用することがより好ましい。２  次老化防止剤としては、硫黄系の２  −メルカプトベンズイミダゾール、２  −メルカプトメチルベンズイミダゾール及びこれらの亜鉛塩等を例示できる。
更に、日光あるいはオゾンの作用による亀裂を抑制させる日光亀裂防止剤として、融点が５５〜７０℃程度のワックス類をゴム１００  重量部に対して０．５  〜２  重量部程度添加してもよい。０．５  重量部未満であると、オゾンの作用による亀裂を防止する効果がほとんど得られず、２  重量部を超えると、不必要なワックスがゴム表面に染み出してくるため加工性に問題を生じる。
【００１５】
さらに成形性を向上させる必要がある場合には、加工助剤として可塑剤が適宜添加される。成形性に問題がない場合には加工助剤を添加する必要はない。添加する場合の添加量は、原料ゴム１００  重量部に対して３  〜２０重量部とする。必要以上に添加すると、ゴム組成物が軟化するとともに、完全に混合されずにブリードアウトが生じる恐れがある。
【００１６】
可塑剤の具体例としては、ジオクチルフタレート等のフタル酸ジエステル、アジペート系可塑剤、セバケート系可塑、ホスフェート系可塑剤、ポリエーテル系可塑剤、ポリエステル系可塑剤、ポリエーテルエステル系可塑剤、液状ゴム等が挙げられる。また、近年の環境ホルモン問題を考慮するとアジペート系可塑剤、セバケート系可塑、ホスフェート系可塑剤、ポリエーテル系可塑剤、ポリエステル系可塑剤、ポリエーテルエステル系可塑剤、液状ゴムがある。環境ホルモン問題を考慮すれば、上記の中からジオクチルフタレート等のフタル酸ジエステル以外を用いることが好ましい。
【００１７】
カップリング剤としては、シラン系、アルミニウム系、チタネート系のカップリング剤、例えば、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
補強性充填剤としては、カーボンブラックや白色系充填剤が挙げられる。具体的に、カーボンブラックとしては、ＳＡＦ  （Ｓｕｐｅｒ  Ａｂｒａｓｉｏｎ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｂｌａｃｋ），ＩＳＡＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｓｕｐｅｒ  Ａｂｒａｓｉｏｎ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｂｌａｃｋ），  ＭＡＦ（Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｂｒａｓｉｏｎ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｂｌａｃｋ），  ＦＥＦ（Ｆａｓｔ  Ｅｘｔｒｕｄｉｎｇ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｂｌａｃｋ），  ＧＰＦ（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｐｕｒｐｏｓｅ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｂｌａｃｋ），  ＳＲＦ（Ｓｉｍｉ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｂｌａｃｋ），  ＦＴ（Ｆｉｎｅ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｂｌａｃｋ），  ＭＴ（Ｍｅｄｉｕｍ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｂｌａｃｋ）等を挙げることができる。これらのうち、補強性および追従性を考慮すると、ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴムにはＨＡＦ  、ＦＥＦ  、ＳＲＦ  が好ましく、フッ素ゴムにはＦＴ、ＭＴが好ましい。
【００１８】
白色系充填剤としては、各種シリカ、塩基性炭酸マグネシウム、活性化炭酸カルシウム、特殊炭酸カルシウム、超微紛ケイ酸マグネシウム、クレー、タルク、珪藻土、ウォラストナイト等が挙げられる。カーボンブラックと白色系充填剤を混合した補強性充填剤を用いてもよい。
補強性充填剤の添加量は、カーボンブラックの場合、原料ゴム１００  重量部に対して２０〜９０重量部とする。２０重量部未満であると十分な補強性が発現されず、また９０重量部を超えると、ゴム組成物の硬さが高くなるとともに伸び率が低くなり、本来有するゴム弾性が低下する。白色系補強剤の場合、補強性充填剤の添加量は、原料ゴム１００  重量部に対して２０〜１５０  重量部とする。補強性充填剤の添加量が２０重量部未満であると十分な補強性が発現されず、１５０  重量部を超えると、ゴム組成物の硬さが高くなるとともに伸び率が低くなり、本来有するゴム弾性が低下する。
【００１９】
補強性充填剤としてカーボンブラックと白色系充填剤との混合物を用いる場合は、原料ゴム１００  重量部に対して、カーボンブラック１０〜９０重量部、白色系補強剤１０〜１１０  重量部の範囲で、合計含有量が２０〜２００  重量部となるようにする。補強性充填剤の合計含有量が２０重量部未満であると十分な補強性が発現されず、２００  重量部を超えると、ゴム組成物の硬さが高くなるとともに伸び率が低くなり、本来有するゴム弾性が低下する。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。ゴム組成物の材料として表１  に示す組成の実施例１〜５  、比較例１  のゴム組成物を用意した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
これらのゴム組成物を用いて以下の方法により、ウォータポンプ用軸受シールを作製した。まず、加硫剤および加硫促進剤を除いた各材料をバンバリーミキサーに投入し、ミキサー温度８０℃で混練りをおこなった（第１混練工程）。
次に、この混練された材料をバンバリーミキサーから取り出して、２  本ロールのゴム用練りロール機に投入した。次に、ロール温度を５０℃に制御しながら、このロール機内に加硫剤および加硫促進剤を投入して、均一になるまで切り返し操作を行った（第２  混練工程）後、シート状に成形した。
ＳＰＣＣ製芯金と実施例１〜５、比較例１のゴム組成物をシール形成用の加硫金型内に入れ、加熱加圧成形することによって、各ゴム組成物からなる加硫成形体を、弾性体として芯金の外側に一体に成形した。なお、弾性体のリップ部は図２  を作製した。
【００２３】
代表として図２  の軸受シールを用い、「ＪＩＳ  Ｋ  ７２４４−４  」に基づいて、雰囲気温度２０℃から１２０  ℃で正弦振動の荷重を付与する動的粘弾性試験を行い、前記温度での損失正接（ｔａｎ  δ）を求めた。試験機としてはレオメトリック・サイエンティフィック・エフ・イー社製の粘弾性測定装置「ＲＳＡ−ＩＩＩ」を用い、測定周波数１０Ｈｚ、動的ひずみ：０．１％の条件で行った。この試験結果を表２  に示す。
【００２４】
次に、実施例１〜５、比較例１のゴム組成物で作製した軸受シール（形状：図２  ）において、Ａ  部分のグリースの有無による異常音発生を調べるため以下の  ［試験１］  ［試験２］の試験条件において日本精工（  株）  製回転試験機に組み込み回転試験を行った。
［試験１］  Ａ  部分にグリースを塗布する。
［試験２］  Ａ  部分のグリースを完全にふき取る。
試験１  、２  はサンプル数：１００  個／  ゴム組成物、測定時間：３  時間／  個、回転数：８，０００ｒｐｍ、雰囲気温度室温で行った。表２  にその結果を示す。異常音が発生しなかった場合を○、異常音発生個数が１  個から９  個以下の場合を△、異常音発生個数が１０個以上の場合を×として示す。その結果を表２  示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
上記の結果より、雰囲気温度２０℃から１２０  ℃での損失正接（ｔａｎ  δ）の最大値が０．１２以上であるゴム材料組成物を含有することを特徴とするウォータポンプ用軸受シールではグリースを完全にふき取った  ［試験２］においても異常音が発生しなかった。また、図３  〜６  に対しても上記の試験を行ったが同様の結果が得られた。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シールリップ部を雰囲気温度２０℃から１２０  ℃での損失正接（ｔａｎ  δ）の最大値が０．１２以上であるゴム成形体とすることによって、特別なシール材料組成物を用いることなくウォータポンプ用軸受の異常音発生を抑えることができ、低騒音・長音響寿命を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置を組込んだウォータポンプの一例を示す要部縦断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】図１の要部拡大断面図である。
【図４】図１の要部拡大断面図である。
【図５】図１の要部拡大断面図である。
【図６】図１の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
７  ウォータポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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