(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブタジエン−アクリロニトリル−アクリレート系の変性ニトリルゴムに対して、加硫剤として有機過酸化物、加硫助剤として酸化マグネシウム、及び、補強充填剤として塩基性けい酸を含有する組成物を成形して形成された弾性部を有することを特徴とする密封部材。
【請求項２】
密封部材を有する密封型軸受において、前記密封部材が、ブタジエン−アクリロニトリル−アクリレート系の変性ニトリルゴムに対して、加硫剤として有機過酸化物、加硫助剤として酸化マグネシウム、及び、補強充填剤として塩基性けい酸を含有する組成物を成形して形成された弾性部を有するものであることを特徴とする密封型軸受。
【請求項３】
ブタジエン−アクリロニトリル−アクリレート系の変性ニトリルゴム１００重量部に対して、加硫剤として有機過酸化物１〜１０重量部、加硫助剤として酸化マグネシウム５〜２０重量部、及び、補強充填剤として塩基性けい酸１０〜６０重量部を含有する組成物を成形して形成された弾性部を有することを特徴とする密封部材。
【請求項４】
密封部材を有する密封型軸受において、前記密封部材が、ブタジエン−アクリロニトリル−アクリレート系の変性ニトリルゴム１００重量部に対して、加硫剤として有機過酸化物１〜１０重量部、加硫助剤として酸化マグネシウム５〜２０重量部、及び、補強充填剤として塩基性けい酸１０〜６０重量部を含有する組成物を成形して形成された弾性部を有するものであることを特徴とする密封型軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジン又はエンジン補機類、駆動軸、ホイール、パワーステアリング等の自動車用部品、圧縮機回転軸等の家電製品用部品等に使用する転がり軸受用シール、オイルシール等の密封部材及びこれを有する密封型軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転軸の潤滑油の油漏れ等を防止するために密封型軸受等に使用する転がり軸受用シール、オイルシール等の密封部材に関しては、その本来的特性である密封性及びその維持のための各種の工夫がなされている。自動車用部品、家電製品用部品等における転がり軸受用シール、回転軸用オイルシールは、上記密封性を維持させるため、長期使用に耐えるための耐熱性、及び、接触面での耐久性と耐油性とが必須のものとなっている。
【０００３】
自動車のミッション、アクスル等のエンジン及びその近傍で使用される転がり軸受用シール、オイルシールにあっては、走行時には通常は１２０〜１３０℃に保たれているが、例えば、渋滞等による停車時には空冷効果が途絶えて断続的に１５０℃を超える場合がある。従って、機械的強度の耐熱性が必要となる。また水ポンプ軸受シール、オルタネータ軸受シール、ホイール系シール等にあっては、雨水（時として塩水、泥水）、ラジェータ水（ＬＬＣ含有水）等に晒される可能性があり充分な耐水性が必須となる。
【０００４】
自動車トランスミッション、トランスアクスル、ディファレンシャル等に使用する軸受シール及びオイルシールにあっては、機能上優れた機械的強度が必要であるうえ、最高温度１３０〜１４０℃の潤滑油環境での使用が継続するため優れた耐熱性が要求される。また、油中に含まれる異物（コンタミ）を軸受内に侵入させないための工夫が必要であり、また異物によるシールリップ摩耗を低減させるための工夫も必要となることから、機械的強度、耐熱性のほか、優れた耐クリープ性（ＣＳ）が必須となる。
【０００５】
自動車パワステ等に使用する密封部材では、上記の耐熱性等のほか、強い内圧に抗するための更に良好な機械的強度が必須となる。
自動車クランク、カムシャフト等に使用する軸受シール及びオイルシールでは、上記耐熱性のほか、ゴムを膨潤させる性質を有するエンジンオイルや燃料油に抗するために、低アニリン点性能を有することが必須となる。
【０００６】
カークーラー、家庭用業務用エアコン、冷蔵庫等の部品である圧縮機に使用する軸受シールやオイルシールについては、近年、熱媒体としてのフロンガスがオゾン層破壊の原因となるため代替フロンが使用されつつあることからこれとの相溶性の観点から、圧縮機用機械油が従来の鉱油系のものから合成潤滑油ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）へと変更されつつあり、特開平３−１６０１８６号公報には、潤滑油としてＰＡＧを使用した圧縮機の改良技術が、また特開平３−２８１６８８号公報には、冷凍装置において合成潤滑油としてＰＡＧを使用する技術が開示されている。ＰＡＧは使用時にガス（気化した油あるいはミスト状）化することがあり、このガス化ＰＡＧと空気とが同時に接触するため、軸受シールやオイルシールには充分な耐ＰＡＧ性が必須となっている。
【０００７】
ところで、上記軸受シールやオイルシールの材料としてはこれまで、耐油性に優れたニトリルゴム（ＮＢＲ）が広く用られてきたが、ＮＢＲは耐熱性を満足するものではなく、例えば、１５０℃前後となるエンジン回りでの使用には適するものではなかった。これに代わるものとして水素化ＮＢＲ（ＨＮＢＲ）の使用が考えられたが、このものは高価であるため、使用には経済上の問題点があった。
【０００８】
そこで、アクリルゴム（ＡＣＭ）やふっ素ゴム（ＦＫＭ）の使用が提案されてきたが、ＡＣＭは機械的強度及び耐水性に難点があり、ＦＫＭは高価であって経済上に難点がある等の欠点を有していた。
【０００９】
ＮＢＲの成分であるブタジエンとアクリロニトリルに一定量の（メタ）アクリレートを含有させて変性ニトリルゴムを得て加工性を向上させる技術は、米国特許第２３９５０１７号明細書に開示されている。特公昭４７−２１５７９号公報には、ブタジエン、アクリロニトリル、α−クロルアクリロニトリル及びアルキルアクリレートを共重合して耐熱性に優れた変性ニトリルゴムを得る技術が開示されている。特公昭６０−１１７４４号公報には、共役ジエン、不飽和ニトリル、不飽和ジカルボン酸エステルを共重合し、特定添加剤を含有させて耐熱性を付与する技術が開示されている。
【００１０】
特公昭６２−５９１３８号公報には、ブタジエン、アクリロニトリル、ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートのそれぞれの成分の量比を限定し、ムーニー粘度を限定した変性ニトリルゴムに加硫剤と架橋剤とを配合して加工性を獲得する技術が開示されている。
【００１１】
圧縮機に使用される圧縮機回転軸を支持する密封型転がり軸受においても、その密封板の材料として、従来は、潤滑性及び耐熱性に優れた素材を使用することのみ留意し、価格性の上からも、例えば、アクリルゴム材等が好ましく用いられていた。
また軸受の潤滑媒体として使用されるグリースとしてはポリαオレフィンを基油とし、増ちょう剤としてジウレア等を配合するグリースが用いられているため、上記密封板の材料としては、ＰＡＧに耐性を有するＥＰＤＭや塩素化ポリエチレン（ＣＭ）は好ましいものとはされていなかった。
【００１２】
圧縮機に使用される潤滑油としてＰＡＧを使用すると、例えば、回転斜板式圧縮機（図２）において、潤滑油ＰＡＧは密封器１０の器内１１に充填されて回転斜板の回転の潤滑を助けるが、例えば、圧縮器をカーエアコンとして使用する等の高温度下においては、ＰＡＧがガス化して器内の隙間を通して、回転軸１３の転がり軸受１２に達する。上記ＰＡＧガスが転がり軸受２（図１）に達すると、転がり軸受２を密封する密封板５，６は、常に空気と接触する状態にあるので、密封板５，６は空気とＰＡＧガスとの両者が同時に接触する状況となる。
【００１３】
このような状況においては、このガス化ＰＡＧと空気とが同時に密封板に接触するため、これまでのウレア系グリースを対象としたアクリルゴム材製の密封板が腐食し劣化する問題点が生じた。
これを解決する目的で、上記密封板の材料を耐ＰＡＧ特性をもつニトリルゴム（ＮＢＲ）とすることが考えられた。ＮＢＲは耐鉱油系グリース性をも有し、この目的のために好適ではあるが、空気熱老化での耐熱性が最大でも１２５℃程度であり、１３０〜１５０℃の耐熱性が必要であるとされるカーエアコン用圧縮機に適用することができない問題点があった。
ＮＢＲの代わりに水素化ＮＢＲを使用することが考えられるが、これにより耐熱性への問題点は解決するものの、大幅にコストが上がるため、実用上の無理があった。
【００１４】
このように、上記技術はいずれも、軸受シールやオイルシールに応用しうる材料を開発する目的のものではなく、これらに必要な耐熱性、耐油性、耐クリープ性及び耐ＰＡＧ性等を同時に満足させることができなかった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑み、転がり軸受用シール及びオイルシール等の密封部材としての基本的性質である密封性、耐熱性、機械的強度、耐油性を満足し、しかも、耐クリープ性及び耐ＰＡＧ性に優れた転がり軸受用シール及びオイルシール等の密封部材を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、密封部材が、ブタジエン−アクリロニトリル−アクリレート系の変性ニトリルゴムに対して、加硫剤として有機過酸化物、加硫助剤として酸化マグネシウム、及び、補強充填剤として塩基性けい酸を含有する組成物を成形して形成された弾性部を有するところにある。
【００１７】
本発明に係る変性ニトリルゴムは、ＮＢＲのポリマーの構成モノマーの一部を、本来はアクリルゴムの構成モノマーであるアクリレート（（メタ）アクリル酸エステル）類に置き換えたものである。
本発明に係る変性ニトリルゴムにおいては、構成モノマーとして、従来のＮＢＲと同様にアクリロニトリル成分とブタジエン成分とを有する。
【００１８】
本発明に係る変性ニトリルゴムにおいては、上記のアクリロニトリル成分とブタジエン成分の他に、モノマーとしてアクリレート成分を有する。上記アクリレート成分としては、変性ニトリルゴムに用いることができるものであれば特に限定されず、（メタ）アクリル酸エステル類等を挙げることができ、例えば、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、β−ヒドロキシエチルアクリレート、β−ヒドロキシプロピルアクリレート、β−ヒドロキシエチルメタクリレート、β−ヒドロキシプロピルメタクリレート、β−ヒドロキシプロピルアクリレート等を挙げることができる。
【００１９】
本発明に係る変性ニトリルゴムにおいては、アクリロニトリル成分とブタジエン成分は、通常のＮＢＲとほぼ同程度の重量比を有するものが好ましく、例えば、アクリロニトリル成分１〜５０重量％、ブタジエン成分１〜９８重量％程度がよく、また、上記アクリレート成分を１〜９０重量％含むものが好ましい。ただし、変性ニトリルゴムとしては、アクリロニトリル成分とブタジエン成分との和が５０重量％以上であることが必要である。特に耐ＰＡＧ性を考慮した圧縮機用の密封部材の場合は、上記アクリレート成分を１〜１５重量％含むものが好ましく、５〜１０重量％含むものが更に好ましい。上記アクリレート成分が１重量％未満であると、耐熱性、機械的強度、耐油性のほか、耐クリープ性及び耐ＰＡＧ性が低下し、１５重量％を超えると、密封部材としての機能を喪失し、いずれも本発明の目的を達成することができない。
【００２０】
本発明に係る変性ニトリルゴムは、ポリマーを通常ＮＢＲの加硫に使用するイオウ系加硫剤を用いることなく、酸化マグネシウム及び有機過酸化物を併用して架橋してなる。
【００２１】
酸化マグネシウムは、変性ニトリルゴム１００重量部に対して、５〜２０重量部用いるのがよい。より好ましくは６〜１０重量部である。
【００２２】
上記有機過酸化物としては特に限定されず、例えば、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，２′−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−ｐ−ジイソプロピルベンゼン、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルベンゾエート、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、２，４−ジクロルベンゾイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ｐ−クロルベンゾイルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ジ−ｔ−ブチルパーオキシイソフタレート等を挙げることができる。なかでも、ジクミルパーオキサイドが好ましい。
【００２３】
上記有機過酸化物は、上記変性ニトリルゴム１００重量部に対して、１〜１０重量部、好ましくは２〜５重量部用いるのがよい。
【００２４】
本発明においては、充填剤として、塩基性けい酸を用いる。
けい酸は、一般的には固体酸であって酸性を示すものが多く水難溶性である。本発明で使用する塩基性けい酸は、水懸濁液中でｐＨ７〜１０の塩基性を示すものである。このようなものとして、例えば、シリカ（ケイ砂、ケイ藻土、無定形シリカ）、合成けい酸（ホワイトカーボン）等のほか、けい酸アルミニウム（ろう石、カオリン）、けい酸マグネシウム（タルク、微粉タルク）、けい酸カルシウム（カルシルＨＭ７００）、けい酸ナトリウムアルミニウム（ゼオレックス２３、ＨＭ５００）、けい酸カルシウムマグネシウム等を挙げることができる。
上記塩基性けい酸は、上記変性ニトリルゴム１００重量部に対して、１０〜６０重量部用いるのがよく、好ましくは３０〜５０重量部用いるのがよい。
【００２５】
本発明に係る変性ニトリルゴムに上記酸化マグネシウム、有機過酸化物、塩基性けい酸を使用するに際しては、通常用いられるシランカップリング剤、架橋助剤その他の添加剤を適宜併用してもよい。
【００２６】
本発明の密封部材は、その内部に心金を有することが望ましい。このことにより、本発明の密封部材は軸受シール及びオイルシールとしての特性である剛性を獲得する。上記構成を有する本発明に係る変性ニトリルゴムは、上記心金との接着性にも適したものである。
【００２７】
本発明の密封部材は、密封性、耐熱性、機械的強度、耐油性、耐クリープ性及び耐ＰＡＧ性を要するあらゆる用途に適用することができる。本発明の密封部材は、シール自身が密封対象の媒体により潤滑するもの（いわゆる接触タイプ）でありかつ最高使用温度が連続で１３０℃程度、断続で１５０℃程度となる用途に適用されてその効果を発揮するが、非接触タイプのものでもよい。
【００２８】
このような用途の典型例として密封型軸受を挙げることができるが、これに限定されない。本発明の密封部材の用途としては、例えば、水ポンプ軸受、オルタネータ用軸受、テンションプーリ用軸受、クランク軸、カムシャフト等のエンジン及びエンジン補機類等に用いる密封部材、センタ軸受、トランスミッション軸受、トランスミッション・アクスル・トランスファ軸受等の駆動軸系に用いる密封部材、軸受一体型ハブユニットシール等のホイール系に用いる密封部材、往復動（ロッド）シール、揺動（ピンオン）シール等のパワーステアリング系に用いる密封部材、コンプレッサーシール等の圧縮機用密封部材等を挙げることができる。
【００２９】
【実施例】
以下、実験例を掲げて本発明を更に具体的に説明する。なお、実験例中、各種の測定は次の方法によった。
物性及び各試験は、ＪＩＳ  Ｋ  ６３０１に準拠し評価した。
耐摩耗性試験については、ウィリアム摩耗試験により、本発明実験例の摩耗損失量を１００として各比較例の量を比で表した。コスト比は、本発明の実験例を１として各比較例を比で表した。
表１の配合処方の成分より、６インチロールで混練りを行い、表１に示す加硫条件にて試験片を加工した。結果を表２に示した。
【００３０】
本発明の実験例１は、各比較例に比べ、熱老化試験、耐油、耐ＰＡＧ性、耐水性試験いずれにおいても、熱硬化や溶解が起こらず、耐摩耗性にも優れるとともにコスト的にも有利であった。
また、本発明実験例１に用いた変性ＮＢＲ（日本合成ゴム社製、ＪＳＲ  Ｎ６４０Ｈ）に、各種加硫剤、加硫助剤及び補強充填剤を添加した比較実験を行った。表３に、実験例２、比較例５〜９の配合成分と加硫条件を示し、結果を表４に示した。
実験例２のものは、本発明の実験例１にはやや劣るものの、使用には差し支えなかった。比較例５〜９のものは、実験例１及び実験例２より劣っていた。
【００３１】
表１及び表３中、「ＪＳＲ  Ｎ６４０Ｈ」は、日本合成ゴム社製変性ＮＢＲを表す。「ＪＳＲ  Ｎ２３０Ｓ」は、日本合成ゴム社製ＮＢＲを表す。「Ｎｉｐｏｌ  ＡＲ−７２」は、日本ゼオン社製ＡＣＵを表す。「Ｚｅｔｐｏｌ  ２０２０」は、日本ゼオン社製水素化ＮＢＲを表す。「Ｖｉｔｏｎ  Ｅ−４３０」は、昭和電工・デュポン社製ＦＫＭを表す。「ノクラックＣＤ」は、大内新興化学工業社製老化防止剤を表す。「ニップシールＥＲ」は、日本シリカ工業社製中・塩基性シリカを表す。「カープレックス＃１１２０」は、塩野義製薬社製塩基性シリカを表す。「カープレックスＸＲ」は、塩野義製薬社製酸性シリカを表す。「パークミルＤ−４０」は、日本油脂社製有機過酸化物を表す。「ペロキシモンＦ−４０」は、日本油脂社製有機過酸化物を表す。「キョウワマグ＃１５０」は、協和化学工業社製酸化マグネシウムを表す。「ＫＢＭ５０３」は、信越化学工業社製シランカップリング剤を表す。「サティントン  Ｎｏ．５」は、Ｅ  ｇｅｌｈａｒｄ  Ｍｉｎｅ  ａｌｓ社製酸性焼成クレーを表す。
また表２中の耐ＰＡＧ性試験においては、日本電装社製Ｎｏ．８油を使用した。
表２中、評価は、下記によった。
○  ：  優れる
△  ：  やや劣る
×  ：  劣る
【００３２】
【表１】
0003876008.tif 000002
【００３３】
【表２】
0003876008.tif 000003
【００３４】
【表３】
0003876008.tif 000004
【００３５】
【表４】
0003876008.tif 000005
【００３６】
実施例
本発明の密封部材を密封型軸受に適用した実施例を図面により説明する。
図１において、１は内輪、２は外輪、３はボール、４は保持器、５，６はオイルシールである。オイルシール５，６は上記した本発明に係る変性ニトリルゴムで成形され、その外周が外輪２に固設され、その内周が内輪１と摺動する。そして、内部空間７には例えばジウレア系グリースが充填されている。
なお、転がり軸受としては、図１に示す複列玉軸受に限らず、単列玉軸受、針状ころ軸受又は円筒ころ軸受等にも本発明を適用することができる。
【００３７】
図２には、本発明の密封部材を回転斜板式圧縮機に適用した例を示す。
図３には、本発明の密封部材をオルタネータ用軸受に適用した例を示す。
図４には、本発明の密封部材をウォータポンプ用軸受に適用した例を示す。
図５には、本発明の密封部材をセンターベアリング用軸受に適用した例を示す。
図６には、本発明の密封部材をアクスル用軸受に適用した例を示す。
図７には、本発明の密封部材をテンションプーリ用軸受に適用した例を示す。
図８には、本発明の密封部材をクランク用軸受に適用した例を示す。
図９には、本発明の密封部材をステアリング用ロッドシールとして適用した例を示す。
図１０には、本発明の密封部材をディファレンシャル装置の軸受に適用した例を示す。
【００３８】
表５に、本発明の密封部材を用いた、図１に示す電磁クラッチ用軸受シール、図３に示すオルタネータ用軸受シール、図４に示す水ポンプ用軸受シール、図６に示すホイール用軸受シール、図９に示す往復動用オイルシール、及び、図示しないが一般的な回転用オイルシールと、従来使用されているＮＢＲ、ＡＣＭ、水素化ＮＢＲ、及び、ＦＫＭ製シールとの比較を示した。各種適用例の実験条件は、下記の通りであった。
１）電磁クラッチ用軸受シール：１４０℃×１２０００ｒｐｍ×１０００時間
２）オルタネータ用軸受シール：１４０℃×１８０００ｒｐｍ×１０００時間
３）水ポンプ用軸受シール：１２０℃×６０００ｒｐｍ×１０００時間
ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）の５０％水溶液の蒸気吹付
４）ホイール用軸受シール：１５００ｒｐｍ×１０００時間
泥水（ＪＩＳ  ８種ダスト、５重量％）
５）往復動用オイルシール：１２０℃×８０ｋｇｆ／ｃｍ2 ×１０4 往復
６）回転用オイルシール：１３０℃×４０００ｒｐｍ×１０００時間
ギアオイル（７５ｗ−９０）
表５中、評価は、下記によった。
○  ：  良好
△  ：  やや劣る
×  ：  不可
【００３９】
【表５】
0003876008.tif 000006
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、密封部材を、ブタジエン−アクリロニトリル−アクリレート系の変性ニトリルゴムに対して、加硫剤として有機過酸化物、加硫助剤として酸化マグネシウム、及び、補強充填剤として塩基性けい酸を含有する組成物を成形して構成しているので、密封部材としての基本的性質である密封性、耐熱性、機械的強度、耐油性を満足し、しかも、耐クリープ性及び耐ＰＡＧ性に優れた密封部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】転がり軸受部の拡大図。
【図２】回転斜板式圧縮機の断面図。
【図３】オルタネータ用軸受の断面図。
【図４】ウォータポンプ用軸受の断面図。
【図５】センターベアリングの断面図。
【図６】ホイール用軸受の断面図。
【図７】テンションプーリ用軸受の断面図。
【図８】クランク用軸受の断面図。
【図９】ステアリング用ロッドシールの断面図。
【図１０】ディファレンシャルアクスル装置の断面図。
【符号の説明】
１      内輪
２      外輪
３      ボール
４      保持器
５，６  密封部材
【図１】
0003876008.tif 000007
【図２】
0003876008.tif 000008
【図３】
0003876008.tif 000009
【図４】
0003876008.tif 000010
【図５】
0003876008.tif 000011
【図６】
0003876008.tif 000012
【図７】
0003876008.tif 000013
【図８】
0003876008.tif 000014
【図９】
0003876008.tif 000015
【図１０】
0003876008.tif 000016