(57)【要約】【課題】高温でのシール性を損なうことなく、−５０℃以下の環境でも優れたシール性を発揮する密封装置付きの低温用転動装置を提供する。【解決手段】転がり軸受（玉軸受）１の封入グリース８を密封する密封装置１１のゴム組成物７の２３℃及び−５０℃での物性を、硬さが６０〜８０、引張破断強度が１２ＭＰａ、引張破断伸びが２００％以上としたことにより、−５０℃から高温における広範囲な温度環境においても封入されたグリースの漏洩を防止すると共に、外部からの塵埃、水、泥水の軸受内部への侵入を防止することができる。転がり軸受の他、ボールネジやリニアガイドなどの転動装置にも同様に適用可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置される軌道面を備えた第１部材及び第２部材と、前記第１部材及び第２部材の軌道面間に転動自在に配設された複数個の転動体と、前記第１部材と第２部材との間に配設されたゴム材料組成物からなる密封装置とを備え、前記転動体が転動することにより第１部材及び第２部材の一方が他方に対して相対移動し、グリース潤滑で使用される低温用転動装置であって、前記密封装置が、ゴム組成物と補強部材との一体成形物で構成され、前記ゴム組成物が、２３℃及び−５０℃で、硬さが６０〜８０、引張破断強度が１２ＭＰａ以上、引張破断伸びが２００％以上、の物性を満たすゴム組成物からなることを特徴とする低温用転動装置。
【請求項２】
前記ゴム組成物が、シロキサン結合を主骨格とするシリコーンゴムをベースゴムとし、ベースゴム１００重量部あたり、表面に疎水化処理を施したシリカ粒子５〜５０重量部と、有機過酸化物架橋剤または硬化用触媒とからなるシリコーンゴム組成物であることを特徴とする請求項１に記載の低温用転動装置。
【請求項３】
前記シリコーンゴムが、少なくともジメチルシロキサン、メチルビニルシロキサン、メチルフェニルシロキサン、メチルトリフロロプロピルシロキサンの何れかを含むことを特徴とする請求項２に記載の低温用転動装置。
【請求項４】
前記グリースが、流動点が−５０℃以下の合成油からなることを特徴とする請求項１に記載の低温用転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グリース潤滑で使用される密封装置付きの低温用転動装置に関し、特に−５０℃に達する低温環境下でも使用される低温用転動装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば転がり軸受に備えられる密封装置のゴム材料組成物として、一般的にニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴムに適宜添加剤を配合したゴム材料組成物が使用されている。これらのゴムは、常温では弾性に富み、良好なシール性を発揮するが、低温環境下では、接触面に対する追従性の硬化による悪化、ゴム材料組成物の欠損を起こし、異物の侵入やグリース漏れを起こして、転がり軸受の寿命を大きく低下させる。
そこで、下記特許文献１〜３では、低温環境下で良好なシール性を有するゴム材料組成物を得るために、可塑剤の添加等によるガラス転移温度の低下や、ゴム組成物の非極性化、ゴム分子の運動性を向上させる側鎖の導入が考えられ、改善が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０９７０１８号公報
【特許文献２】特開２００６−２００６１６号公報
【特許文献３】特開２００６−３００１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの対策を施すと、耐熱性や耐油性が悪化するため、低温から高温までの広範囲における信頼性並びに耐久性を確保できない可能性がある。また、日本国内にあっても、最低気温は−３０℃以下、諸外国では−５０℃以下となる地域もあるが、このような低温条件に対して上記のような改良では対応しきれない場合もあり、密封装置付きの転がり軸受のシール性が不足する恐れがある。このような問題は、転がり軸受の他、リニアガイドやボールネジなどの転動装置でも同様に発生する可能性がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、高温でのシール性を損なうことなく、−５０℃以下の環境でも優れたシール性を発揮する密封装置付きの低温用転動装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の低温用転動装置は、互いに対向配置される軌道面を備えた第１部材及び第２部材と、前記第１部材及び第２部材の軌道面間に転動自在に配設された複数個の転動体と、前記第１部材と第２部材との間に配設されたゴム材料組成物からなる密封装置とを備え、前記転動体が転動することにより第１部材及び第２部材の一方が他方に対して相対移動し、グリース潤滑で使用される低温用転動装置であって、前記密封装置が、ゴム組成物と補強部材との一体成形物で構成され、前記ゴム組成物が、２３℃及び−５０℃で、硬さが６０〜８０、引張破断強度が１２ＭＰａ以上、引張破断伸びが２００％以上、の物性を満たすゴム組成物からなることを特徴とするものである。
【０００６】
また、前記ゴム組成物が、シロキサン結合を主骨格とするシリコーンゴムをベースゴムとし、ベースゴム１００重量部あたり、表面に疎水化処理を施したシリカ粒子５〜５０重量部と、有機過酸化物架橋剤または硬化用触媒とからなるシリコーンゴム組成物であることを特徴とするものである。
また、前記シリコーンゴムが、少なくともジメチルシロキサン、メチルビニルシロキサン、メチルフェニルシロキサン、メチルトリフロロプロピルシロキサンの何れかを含むことを特徴とするものである。
また、前記グリースが、流動点が−５０℃以下の合成油からなることを特徴とするものである。
【０００７】
以下、本発明のゴム組成物の一例として、シリコーンゴム組成物を用いた転動装置について詳細に説明する。
シリコーンゴム組成物は、硬さと引張強度のバランスから、シロキサン結合を主骨格とするシリコーンゴムをベースゴムとし、ベースゴム１００重量部あたり、有機過酸化物架橋剤０．２〜１０重量部好ましくは０．５〜５重量部と、表面を疎水化処理されたシリカ粒子５〜５０重量部からなるシリコーンゴム組成物とする。
ベースとなるシリコーンゴムは、例えば、ジメチルシリコーンゴム、メチルビニルシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、フロロシリコーンゴムなどが挙げられ、側鎖及び末端の官能基が改質されたものであってもよい。
【０００８】
架橋剤となる有機過酸化物は、具体的には、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、パラメチルベンゾイルパーオキサイド、１，１−ジ−ｔ−ブチルパーオキシ−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサンなどが挙げられる。
有機過酸化物の配合量は、ベースゴム１００重量部に対して、０．２〜１０重量部とする。有機過酸化物の配合量が０．２重量部未満の場合は、十分な架橋をスムーズに行うことが困難となると共に、十分な強度を得ることができない。また、有機過酸化物の配合量が１０重量部を超える場合は、シール性に必要な強度、及び粘弾性を得ることができなくなり、またゴム組成物と金属製の補強部材との接着が困難となる。
【０００９】
補強剤としては、表面を疎水化処理されたシリカ粒子を用いる。補強剤の配合量は、ベースゴム１００重量部に対して５〜５０重量部が好ましい。補強剤の配合量が５重量部未満の場合は、目的とする補強性などが得られず、また加工性なども不十分となる。また、補強剤の配合量が５０重量部を超える場合は、型流れ性、吐出性などの加工性を大きく損なう。
【００１０】
また、本発明の目的が損なわれない限りにおいて、これらに加えて、公知の添加剤を適宜配合することができる。例えば、補強剤又は充填剤として、乾式シリカ、湿式シリカ、表面を疎水化処理された乾式及び湿式シリカ、カーボンブラック、クレー、石英微粉末、珪藻土、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、タルク、マイカ、カオリン、ベントナイト、シラス、ウォラストナイト、炭化珪素、ガラウ粉末、カーボン粉末、アラミド繊維など、その他、充填剤の分散性向上を図る添加剤として、低分子量シロキサン、シラノール基含有シラン、アルコキシ基含有シランなど、耐熱性の向上を図る添加剤として、酸化鉄、酸化セリウム、オクチル酸鉄、酸化チタンなど、難燃性の向上を図る添加剤として、白金化合物、パラジウム化合物など、補強部材との接着性の向上を図る添加剤として、トリアリルイソシアヌレート、シランカップリング剤など、などが挙げられる。これらは同目的に対しての添加においても２種類以上を組合せて用いてもよい。
【００１１】
上記の各成分を用いてゴム組成物を得るための方法は、特に限定されないが、上記した各材料の所定量をゴム混練ロール、加圧ニーダー、バンバリーミキサーなどの従来から公知のゴム用混練り装置に投入し、均一に混練りすることが可能である。混練り条件は特に限定はないが、通常は３０〜８０℃の温度で、５〜６０分間混練りすることによって、各種添加剤を十分に分散させることが可能である。
【００１２】
また、上記ゴム組成物の架橋方法も特に限定はないが、未架橋のゴム組成物を金型の中で加圧しながら加熱すればよく、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形などの公知のゴム成形方法により製造することができる。通常、１２０〜２００℃で３０秒〜３０分程度加圧加硫し、更に、必要に応じて、１２０〜２００℃で１０分〜１０時間程度の二次加硫により作成される。
軸受に密封されるグリースは、−５０℃においても流動性を示す必要があるため、流動点が−５０℃以下の合成油からなる潤滑性グリースとする。合成油は、例えば、ポリアルファオレフィン系、エステル系、アルキルジフェニルエーテル系、シリコーン系、が挙げられ、ゴム材料組成物を著しく劣化、膨潤させない限り、何れを選択してもよく、また、２種類以上を混合してもよい。
【００１３】
本発明の目的を達成するために必要なゴム組成物の物性は以下のようになる。
・硬さ（スプリング硬さＡスケール；ＪＩＳ  Ｋ６２５３）：２３℃及び−５０℃で６    ０〜８０（より好ましくは、６５〜７５）
・引張破断強度（ＭＰａ；ＪＩＳ  Ｋ６２５１）：２３℃及び−５０℃で１２ＭＰａ
・引張破断伸び（％；ＪＩＳ  Ｋ６２５１）：２３℃及び−５０℃で２００％以上
シール本体をなすゴム組成物の硬さは、接触式密封装置に適用した際の密封性、及び追従性を考慮すると、硬さが６０未満の場合は、軸受の回転に伴って、特にリップ部の変形により、摩擦抵抗の増大や封入グリースの漏洩、異物の侵入を生じさせる恐れがある。また、ゴム組成物の硬さが８０を超える場合は、ゴム弾性の低下によりリップ部の追従性が悪化し、封入グリースの漏洩、異物の侵入を生じさせる恐れがある。また、回転運動に速やかに追従し、リップ部の損傷を起こさないためには、シール本体をなすゴム組成物が前述した硬さ以外に、引張破断伸び（ＪＩＳ  Ｋ６２５１）が２００％以上、且つ引張破断強度（ＪＩＳ  Ｋ６２５１）が１２ＭＰａ以上の機械的強度を必要とする。
【発明の効果】
【００１４】
而して、本発明の低温用転動装置によれば、密封装置のゴム組成物の２３℃及び−５０℃での物性を、硬さが６０〜８０、引張破断強度が１２ＭＰａ、引張破断伸びが２００％以上としたことにより、−５０℃から高温における広範囲な温度環境においても封入されたグリースの漏洩を防止すると共に、外部からの塵埃、水、泥水の軸受内部への侵入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の低温用転動装置の第１実施形態を示す転がり軸受の縦断面図である。
【図２】本発明の低温用転動装置の第２実施形態を示すリニアガイドの説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は密封装置の縦断面図である。
【図３】本発明の低温用転動装置の第３実施形態を示すボールネジの説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は密封装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の低温用転動装置の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の低温用転動装置である転がり軸受、具体的には玉軸受１の縦断面図である。この玉軸受１は、外輪３、内輪５、転動体６、保持器１０、密封装置１１を備えて構成される。複数個の転動体６は、互いに対向配置された、外輪３の内周面に形成された外輪軌道２と内輪５の外周面に形成された内輪軌道４との間に転動自在に配設されると共に、保持器１０によって回転可能に支持されている。密封装置１１は、外輪３と内輪５との間の隙間を閉鎖し、内部を密封するものであり、外輪３、内輪５、転動体６の間の空間にはグリース８が封入されている。密封装置１１は、外輪３及び内輪５に接触するゴム組成物７と、ゴム組成物７を補強する補強部材９とを備えて構成される。本実施形態では、外輪３及び内輪５が、第１部材及び第２部材に相当する。
−５０℃に達する低温環境下でグリース封入密封装置付きの転がり軸受を使用する場合、ゴム組成物７の物性が重要である。そこで、下記表１に示す主な配合、架橋条件に従い、ベースゴムと、架橋剤、充填剤、また老化防止剤などのその他の添加剤をゴム混練ロールにて混練り、架橋を行った。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１に示した配合剤は以下の通りである。
＊１は、東レ・ダウ社製のシリカが約４０重量部コンパウンドされたシリコーンゴム、      商品名「ＳＨ７５ＵＮ」（シリコーンゴム含有量：約６０％）
＊２は、日本ゼオン社製のアクリロニトリル単量体の比率が３３％の中高ニトリルゴム、
商品名「Ｎｉｐｏｌ  ＤＮ３３５０」
＊３は、日本ゼオン社製のアクリルゴム、商品名「Ｎｉｐｏｌ  ＡＲ５３」
＊４は、デュポン社製のフッ素ゴム、商品名「バイトン  ＧＬＴ」
＊５は、東海カーボン社製のカーボンブラック、商品名「シーストＳＰ」
【００１９】
＊６は、Engineered Carbons社製のカーボンブラック、商品名「Ｎ９９０」
＊７は、白石カルシウム社製のカオリンクレー、商品名「ＳＴ−３０９」
＊８は、日本油脂社製の２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘ      キサン、商品名「パーヘキサ２５Ｂ」
＊９は、川口化学工業社製のモルホリンジスルフィド、商品名「アクターＲ」
＊１０は、大内新興化学工業社製の安息香酸アンモニウム、商品名「バルノック  ＡＢ」
＊１１は、花王社製のステアリン酸、商品名「ＬＵＮＡＣ  Ｓ−３５」
＊１２は、堺化学社製の酸化亜鉛
＊１３は、日本化成社製のトリアリルイソシアヌレート、商品名「ＴＡＩＣ」
【００２０】
ゴム組成物の機械的物性は、２３℃及び−５０℃の環境下で、以下の試験方法により実施した。
（１）硬さ測定
ＪＩＳ  Ｋ６２５３に従って測定を行った。加硫した２ｍｍ厚のシート状サンプルを重ねて６ｍｍ以上とし、デュローメーターＡで製品硬さを求めた。結果を表２に示す。
（２）一軸引張試験
ＪＩＳ  Ｋ６２５１に従い、引張速度５００ｍｍ／ｍｉｎの条件で引張試験を行い、破断時の強度、破断時の伸びを測定した。結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
（３）泥水耐久試験
試験軸受の両端に、前記図１に示す構成の転がり軸受（内径１５ｍｍ）の密封装置に上記組成物からなるシールを各１枚ずつ取付けて軸受内にグリースを封入し、下記条件にて連続回転させて密封性の評価を行った。密封性の評価は、密封装置のシール性能の低下によるグリース漏れ、またはシールの破損を生じるまでの時間を測定した。なお、２０００時間を越えて異常がなかったものは、密封装置の耐久性が十分であると評価し、試験を打ち切った。試験条件は以下の通りであり、結果を表３に示す。
・回転速度：３００ｒｐｍ
・試験温度：８０℃、−５０℃
・荷重：１００Ｎ
・グリース：流動点が−５０℃以下である基油を基にしたグリース（基油：流動点が−              ６０℃のポリアルファオレフィン、増ちょう剤：ウレア化合物）
・グリース塗布量：０．３ｇ
【００２３】
【表３】
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【００２４】
前記表２及び表３から明らかなように、２３℃及び−５０℃において、硬さが６０〜８０、引張破断強度が１２ＭＰａ以上、引張破断伸びが２００％以上、の物性を満たすゴム組成物を転がり軸受の密封装置に用いることで、低温側が−５０℃以下から高温までの広範囲な温度環境においても封入グリースの漏洩を防止することができると共に、外部からの塵埃、水、泥水などの軸受内部への侵入を防止することができる。
【００２５】
図２は、本発明の低温用転動装置の第２実施形態であるリニアガイドである。本実施形態のリニアガイドは、図２ａに示すように、案内レール５１０とスライダ５２０とからなり、スライダ５２０のスライド方向両端に密封装置１１０が取付けられている。この密封装置１１０は、図２ｂに示すように、金属製の補強部材２１０とゴム組成物３１０とからなり、ゴム組成物３１０は３つのリップ部３１１〜３１３を有する。本実施形態では、案内レール５１０及びスライダ５２０が、第１部材及び第２部材に相当する。この密封装置１１０もゴム組成物３１０にも、前記第１実施形態のゴム組成物と同等のシリコーンゴム組成物を使用することができる。
【００２６】
図３は、本発明の低温用転動装置の第３実施形態であるボールネジである。本実施形態のボールネジは、図３ａに示すように、ネジ軸６１０とナット６２０とからなり、ナット６２０の軸方向両端に密封装置１２０が取付けられている。この密封装置１２０は、図３ｂに示すように、金属製の補強部材２２０とゴム組成物３２０とからなり、ゴム組成物３２０は、ネジ軸６１０のネジ溝６１１に接触するリップ部３２１を有する。本実施形態ではネジ軸６１０及びナット６２０が、第１部材及び第２部材に相当する。この密封装置１２０のゴム組成物３２０にも、前記第１実施形態のゴム組成物と同等のシリコーンゴム組成物を使用することができる。
【００２７】
こうした評価から、本発明の低温用転動装置は、例えばロシア、カナダ、北極圏、南極など、−５０℃以下に達する寒冷地における自動車、自動車電装補機、鉄道車両、建設機械部品などに適用可能であり、特に外気に曝され、エンジン始動時に駆動する必要がある部品に好適であり、例えばハブ、オルタネータ、ウォーターポンプ、電磁クラッチ、ステアリングギヤなどに好適に使用できる。また、上記以外にも、冷凍庫、特に食料をよりよい状態で保存するために−６０℃に達する冷蔵庫の部品として、例えばリニアガイド、ベアリング、ボールネジなどに好適に使用できる。
【符号の説明】
【００２８】
１は玉軸受（転がり軸受）、２は外輪軌道、３は外輪、４は内輪軌道、５は内輪、６は転動体、７、３１０、３２０はゴム組成物、８はグリース、９、２１０、２２０は補強部材、１０は保持器、１１、１１０、１２０は密封装置、５１０は案内レール、５２０はスライダ、６１０はネジ軸、６２０はナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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