JP2004011663A

JP2004011663A - 転がり軸受

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Publication number: JP2004011663A
Application number: JP2002161530A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Uchiyama; 内山　貴彦; Keisuke Yokoyama; 横山　景介
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-03
Also published as: JP4228179B2

Abstract

【課題】劣悪な環境でも良好な密封性を有し、長寿命の転がり軸受を提供する。
【解決手段】内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記転動体を円周方向にわたって互いに間隔を開けた状態で転動自在に保持する保持器と、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間で前記転動体を設けた空間の軸方向開口部を塞ぐシール装置とを備えた転がり軸受において、前記シール装置を構成する弾性部材が、アクリロニトリルブタジエンゴムに少なくとも４，４´−ジチオジモルホリン及び硫黄加硫用加硫促進剤を配合したゴム組成物からなる成形体であることを特徴とする転がり軸受。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、封入グリースの漏洩を防止するとともに、外部からの塵埃、水、水蒸気、泥水等の軸受内部への侵入を防止するためのシール装置を備えた転がり軸受に関する。より詳細には、例えば自動車や鉄道の車輪の支持に使用される車輪用転がり軸受や、自動車のウオーターポンプ用軸受及び電装機器用転がり軸受のように水や塵埃と頻繁に接触するような環境で使用される転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車や鉄道車両の車輪を支持する車輪用転がり軸受は、通常、雨水や風雪、塵埃等に曝されながら屋外で使用される。また、自動車の車輪用転がり軸受は、泥水等に水没した状態で使用される場合もある。更には、洗車時には洗浄水に晒される。
【０００３】
このような環境で使用される転がり軸受は、封入グリースの漏洩の防止とともに、外部からの水の侵入を防止するためのシール装置を備えている。従来では、このシール装置の弾性部材として、ニトリルゴムに硫黄系加硫剤及び硫黄加硫用加硫促進剤を含み、その他適宜添加剤を配合したゴム組成物を成形したものを用いている。しかし、このような弾性部材は、水がかかることが少なく、また塵埃も少ない、比較的清浄な環境においては十分なシール性能を示すが、多量の水に晒されるような場合のシール性能が不十分であり、特に水没した場合には水圧も付加されるため、シール性能が低下して軸受内部に水とともに塵埃等が侵入しやすくなる。その結果、封入グリース等の潤滑剤の劣化を招き、転がり軸受は長期にわたる性能維持が困難となり、早期に破損するおそれも出てくる。
【０００４】
このような不具合に対して、シール装置のシール性能を高めるために締め代や弾性部材のモジュラスを大きくして緊迫力を高めることも行われている。しかし、シールの回転トルクが大きくなり車両の燃費を低下させるだけでなく、むしろ弾性部材のリップ部が摩耗して密封性を低下させる可能性が高く、更には、摩擦発熱によりグリース劣化を招いて軸受寿命を低下させるおそれもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のゴム組成物を弾性部材に用いたシール装置を備える転がり軸受は、多量の水に晒されたり、特に水没した条件で使用されると、十分な軸受寿命が得られないおそれがある。そこで本発明は、このような劣悪な環境でも良好な密封性を有し、長寿命の転がり軸受を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記転動体を円周方向にわたって互いに間隔を開けた状態で転動自在に保持する保持器と、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間で前記転動体を設けた空間の軸方向開口部を塞ぐシール装置とを備えた転がり軸受において、前記シール装置を構成する弾性部材が、アクリロニトリルブタジエンゴムに少なくとも４，４´−ジチオジモルホリン及び硫黄加硫用加硫促進剤を配合したゴム組成物からなる成形体であることを特徴とする転がり軸受を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の転がり軸受に関して図面を参照して詳細に説明する。
【０００８】
本発明において、転がり軸受の構成自体は特に制限されるものではないが、例えば図１に示されるような自動車の車輪を支持する車両用転がり軸受を例示することができる。図示される転がり軸受Ｏにおいて、固定輪である外輪相当部材１は、その外周面に形成した取付部２により、懸架装置（図示せず）に支持固定される。従ってこの外輪相当部材１は、使用時にも回転しない。この様な外輪相当部材１の内側には回転輪である内輪相当部材３が、外輪相当部材１と同心に設けられ、使用時にこの内輪相当部材３が回転する。この内輪相当部材３は、ハブ４と内輪５とから成る。このうちのハブ４の内周面にはスプライン溝６が、外端（車両への組み付け時に幅方向外側になる端を言い、図１の左端）部外周面には取付フランジ７が、それぞれ形成されている。車両への組み付け時、上記スプライン溝６には等速ジョイントを介して回転駆動される駆動軸が挿入され、上記取付フランジ７には車輪が固定される。
【０００９】
上記外輪相当部材１の内周面には複列の外輪軌道８、８が、上記ハブ４の中間部外周面と上記内輪５の外周面とには内輪軌道９、９が、それぞれ形成されている。そして、これら各外輪軌道８、８と内輪軌道９、９との間に転動体１０、１０を設けて、上記外輪相当部材１の内側での内輪相当部材３の回転を自在としている。また、転動体１０、１０を転動自在に保持するために、保持器１１、１１が設けられている。尚、図示の例では転動体１０、１０として玉を使用しているが、重量が嵩む車両用のハブユニットの場合には、転動体としてテーパころを使用する場合もある。更に、上記外輪相当部材１の外端部と上記ハブ４の中間部外周面との間にはシール装置１２ａと１２ｂとが設けられ、上記外輪相当部材１の内周面と上記内輪相当部材３の外周面との間で、上記転動体１０、１０を設置した空間１３部分の外端開口を塞いでいる。
【００１０】
シール装置１２ａは、図２に拡大して示されるように、芯金１０５と、スリンガ１０６と、弾性部材１０７とから構成される。このうちの芯金１０５は、低炭素鋼板等の金属板にプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により、一体成形されている。この様な芯金１０５は、転がり軸受Ｏを構成する外輪相当部材１の端部内周面に内嵌固定自在な外径側円筒部１０９と、この外径側円筒部１０９の軸方向内端縁（図２の左端縁）から直径方向内方に折れ曲がった内側円輪部１１０を備えた、断面略Ｌ字形で円環状に形成されている。また、上記スリンガ１０６は、ステンレス鋼板等、優れた耐食性を有する金属板に、やはりプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により一体成形されている。この様なスリンガ１０６は、上記転がり軸受Ｏを構成する内輪５の外端部外周面に外嵌固定自在な内径側円筒部１１２と、この内径側円筒部１１２の軸方向外端縁（図２の右端縁）から直径方向外方に折れ曲がった外側円輪部１１３とを備えた、断面Ｌ字形で円環状に形成されている。
【００１１】
また、上記弾性部材１０７は弾性材料からなり、外側、中間、内側の３本のシールリップ１１４、１１５、１１６を備え、上記芯金１０５にその基端部が結合固定されている。そして、最も外側に位置する外側シールリップ１１４の先端縁を上記スリンガ１０６を構成する外側円輪部１１３の内側面に摺接させ、残り２本のシールリップである中間シールリップ１１５及び内側シールリップ１１６の先端縁を、上記スリンガ１０６を構成する内径側円筒部１１２の外周面に摺接させることにより、封入グリースの漏洩を防止するとともに、外部からの塵埃、水、泥水等の軸受内部への侵入を防止する。
【００１２】
シール装置１２ｂは、図３に拡大して示されるように、それぞれが円輪状に形成された芯金２１６と弾性部材２１７とから構成される。このうちの芯金２１６は、金属板により造り、上記外輪相当部材１の外端部に内嵌固定されている。また、上記弾性部材２１７は弾性材料からなり、上記芯金２１６に成形し接着等により接合固定されている。また、この弾性部材２１７は、外径側、内径側、２本のサイドシールリップ２１８、２１９と、１本のラジアルシールリップ２２０とを備える。そして、上記２本のサイドシールリップ２１８、２１９を、先端縁（図３の左端縁）に向かう程直径方向外方（図３の上方）に向かう方向に傾斜させる事により、空間１３内への異物進入防止機能を確保している。また、上記ラジアルシールリップ２２０を、先端縁（図３の右下縁）に向かう程上記空間１３の内側（図３の右側）に向かう方向に傾斜させる事により、グリースの漏洩防止機能を確保している。
【００１３】
更に詳しく説明すると、シール装置１２ｂは、それぞれが円輪状に形成された芯金２１６と弾性部材２１７とから構成されている。シール装置１２ｂの芯金２１６は、低炭素鋼板等の金属板にプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により、一体成形されている。この芯金２１６は、転がり軸受Ｏを構成する外輪相当部材１の端部内周面に内嵌固定自在な外径側円筒部２２２と、この外径側円筒部２２２の外端縁（図３の左端縁）から直径方向内方に折れ曲がった支持板部２２３とを備える。このうちの外径側円筒部２２２は、内端寄り（図３の右寄り）の大径部２２４と弾性部材２１７とにより、芯金２１６を構成する支持板部２２３の外側面（図３の左側面）全体を覆うと共に、この弾性部材２１７の外周縁部を、上記嵌合筒部２２２から連続する傾斜部２２７の外周面と外輪相当部材１の開口端部内周面との間で挟持している。そして、この構成により、上記芯金２１６と外輪相当部材１との嵌合部を密封している。また、上記大径部２２４の自由状態に於ける外径は、外輪相当部材１の外端開口部の内径よりも僅かに大きく設定されており、この大径部２２４は、外輪相当部材１の外端開口部に、締まり嵌めで内嵌固定自在とされている。また、上記支持板部２２３は、略Ｓ字形の断面形状を有し、直径方向内方（図３の下方）に向かう程空間１３内に設置した転動体１０、１０に近づく方向（図３の右方向）に傾斜している。
【００１４】
一方、上記芯金２１６と共に上記シール装置１２ｂを構成する弾性部材２１７は、上記芯金２１６に対してインサート成型し、接着等により接合固定されている。この様な弾性部材２１７の外周縁部は上記傾斜部２２７の外周面を覆っている。また、この様な弾性部材２１７の一部で傾斜部２２７の外周面を覆っている部分の自由状態での外径は、上記外輪相当部材１の外端開口部の内径よりも少し大きく設定されており、上記大径部２２４をこの外端開口部に内嵌固定した状態では、上記弾性部材２１７の一部で傾斜部２２７の外周面を覆っている部分が、この傾斜部２２７の外周面と上記外端開口部の内周面との間で弾性的に押圧され、当該部分のシール性を確保する。
【００１５】
更に、上記弾性部材２１７の基部２２６は、上記支持板部２２３の外側面（図３の左側面）を、全周に亙り完全に覆っている。また、この基部２２６の外側面及び内周縁には、外径側、内径側、２本のサイドシールリップ２１８、２１９と、１本のラジアルシールリップ２２０とが形成されていおり、２本のサイドシールリップ２１８、２１９を、先端縁（図３の左端縁）に向かう程直径方向外方（図３の上方）に向かう方向に傾斜させる事により、空間１３内への異物進入防止機能を確保している。また、上記ラジアルシールリップ２２０を、先端縁（図３の右下縁）に向かう程上記空間１３の内側（図３の右側）に向かう方向に傾斜させる事により、グリースの漏洩防止機能を確保している。
【００１６】
また、転がり軸受として、図４に示すような鉄道車両の車輪を支持する車両用転がり軸受を例示することもできる。図４は車両部４００を示すものであり、図中右側（車輪側Ｗ´）に不図示の車輪が取り付けられ、回転する軸４０１と、軸４０１を支持する軸受４０２とを備えている。そして、軸受４０２の外輪４０３が不図示の鉄道車両の車軸ハウジング等に固定される構成である。
【００１７】
軸受４０２は、複列の円すいころ４０４ａ，４０４ｂが外向きに配置された、所謂密封型複列円すいころ軸受と呼称されるもので、上記車軸ハウジング等に固定される外輪４０３と、各列別個に分割された内輪４０５ａ，４０５ｂ及び内輪間座４０６を備えている。また、円すいころ４０４ａ，４０４ｂは保持器４０４ｃにより保持される。この軸受４０２を軸４０１の負担荷重を受けるジャーナル部４０１ａの所定位置に固定するために、ジャーナル部４０１ａの車輪側Ｗ´は太い外径とした軸首４０１ｂを備え、軸首４０１ｂに当接する後蓋４０７及び油切りスリーブ４０８を介して内輪４０５ｂの車輪側端部が当接している。また、ジャーナル部４０１ａの自由端側Ｆ´は、軸４０１の自由端側Ｆ´の端部４０１ｃにボルト４０９で固定される前蓋４１０が取り付けられ、前蓋４１０の押え部４１０ａに自由端側Ｆ´の油切りスリーブ４１１を介して内輪４０５ａの自由端側端部が当接している。そして、ボルト４０９を所定のトルクで締め付けることにより、軸受４０２は軸首４０１ｂと前蓋４１０との間に挟まれて固定される。尚、符号４１２で示される部材は、ボルト４０９が弛むのを防止する廻り止め金具である。また、符号４１３で示される部材は、外部より水や異物が軸受４０２の内部に侵入すること、及び軸受４０２の内部に封入されているグリース等の潤滑剤の漏れを防止するためのシール装置であり、軸受４０２の車輪側Ｗ´と自由端側Ｆ´の両方に同様の構成で設けられる。
【００１８】
シール装置４１３は、図５に拡大して示されるように（但し、車輪側Ｗ´を示す）、外輪４０３の両端に嵌合固定されるシールケース４１３ａ、及びシールケース４１３ａの端部に取り付けられ油切りスリーブ４０８の外周摺動面に密封当接するオイルシール４１３ｂとを備える。オイルシール４１３ｂは、シールケース４１３ａの内径側に、スプリングカバー４１３ｃ及びその内径側に嵌着する補強環４１３ｄが嵌め込まれて固定され、外部から矢印Ａ４０１方向に侵入する水や異物をダストリップ４１３ｅ及びメインリップ４１３ｆにより封止するとともに、軸受４０２の内部に封入されたグリース等の潤滑剤の漏れを防止している。ダストリップ４１３ｅ及びメインリップ４１３ｆは、弾性材料からなる。尚、符号４１４で示される部材は、メインリップ４１３ｆを付勢するスプリング環である。また、スプリングカバー４１３ｃには、油切りスリーブ４０８の外周摺動面近傍まで延びる径方向部が設けられており、シール装置４１３の内部を円水ころ側Ｊ´とオイルシール側Ｍ´とに略分割している。そして、このように分割することにより、オイルシール側Ｍ´で発生するリップの磨耗粉が円すいころ側Ｊ´に侵入するのが予防されるとともに、円すいころ側Ｊ´で発生する金属磨耗粉がオイルシール側Ｍ´に侵入するのが予防される。
【００１９】
本発明においては、図２に示したシール装置１２ａの弾性部材１０７、図３に示したシール装置１２ｂの弾性部材２１７、図５に示したシール装置４１３のダストリップ４１３ｅ、メインリップ４１３ｆを、以下に示すゴム組成物の成形体とする。
【００２０】
ゴム組成物のベース材料であるアクリロニトリルブタジエンゴムは、ブタジエンとアクリロニトリルとを共重合した耐油性ゴムとして一般的に広く使用されており、本発明においては市販品を含め制限なく使用することができる。また、アクリロニトリルブタジエンゴムを水素化した水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム、分子内にカルボキシル基を導入したカルボキシル化アクリロニトリルブタジエンゴム、更に水素化したカルボキシル化水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム等の各種変性アクリロニトリルブタジエンゴム、更にイソプレンを共重合させたアクリロニトリルブタジエンイソプレンゴム等も使用できる。これらのアクリロニトリルブタジエンゴムは、二種以上を混合して使用することもできる。
【００２１】
また、上記アクリロニトリルブタジエンゴムは、アクリロニトリルの含有量が少ない順に、低ニトリル、中ニトリル、中高ニトリル、高ニトリル、極高ニトリルに分類されるが、耐熱性や耐油性、耐摩耗性、耐クリープ性、リップ追従性等を考慮すると、中ニトリル、中高ニトリル、高ニトリルが好ましく、その場合のアクリロニトリル含有量は２０〜４０％である。より好適には、アクリロニトリル含有量が２５〜３６％のものであり、これらの特性をバランス良く発現する。
【００２２】
ゴム組成物には、４，４´−ジチオジモルホリンが必須に添加される。この４，４´−ジチオジモルホリンは下記の構造式で表され、加硫温度において分解して生じた活性硫黄によりゴムを加硫させるため、早期加硫や硫黄のブルーミングを起こさない加硫剤として知られている。また、４，４´−ジチオジモルホリンを用いて加硫された加硫ゴムの架橋形態は、熱的に安定なモノサルファイド結合の割合が多いことから、耐熱性が向上するだけでなく、耐クリープ性や耐応力緩和性が、一般の硫黄を用いて加硫した加硫ゴムに比べて向上するという利点も有する。
【００２３】
【化１】

【００２４】
４，４´−ジチオジモルホリンの添加量は、特に制限されものではないが、アクリロニトリルブタジエンゴム１００重量部に対して０．２〜５重量部とすることが好ましく、より好ましくは０．５〜３．５重量部である。４，４´−ジチオジモルホリンの添加量が０．２重量部を下回る場合には、加硫不足となり、弾性部材が十分なシール性能を示さない。また、５重量部を超えて多量に添加しても更なるシール性能の向上が認められない。
【００２５】
また、ゴム組成物には、硫黄加硫用加硫促進剤が必須に添加される。硫黄加硫用加硫促進剤の種類は特に制限されないが、グアニジン系、アルデヒド−アミン系、アルデヒド−アンモニア系、チアゾール系、スルフェンアミド系、チオ尿素系、チウラム系、ジチオカルバメート系、キサンテート系等の加硫促進剤が挙げられる。これら硫黄加硫用加硫促進剤の添加量は、特に制限されるものではないが、アクリロニトリルブタジエンゴム１００重量部に対して１〜１０重量部が好ましい。
【００２６】
尚、後述のように、４，４´−ジチオジモルホリンとともに、架橋剤として硫黄を少量添加することができるが、その場合、チウラム系のテトラメチルチウラムジスルフィド等やジチオカルバメート系のジメチルジチオカルバミン酸亜鉛とスルフェンアミド系のＮ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド、またはチアゾール系のジベンゾチアジル・ジスルフィド等とを併用することが好ましい。
【００２７】
また、必須成分ではないが、その他の加硫促進助剤として、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、及びアミン類等を添加することができる。ベースゴムとしてカルボキシル化アクリロニトリルブタジエンゴムを使用した場合には、酸化亜鉛を用いると早期加硫を生じやすいため、過酸化亜鉛とステアリン酸とを併用することが好ましい。過酸化亜鉛は、ゴム組成物の混練り加工時の温度ではそのままゴム組成物中に存在し、加硫成形時に酸化亜鉛を生じるため、混練り加工時及び保管時に早期加硫を生じることがない。これらの添加量は、アクリロニトリルブタジエンゴム１００重量部に対して２〜１０重量部が好ましい。
【００２８】
また、必須成分ではないが、架橋剤として硫黄や有機過酸化物を併用してもよい。硫黄としては、特に制限されるものではないが、粉末硫黄、硫黄華、沈降硫黄、高分散性硫黄等が挙げられる。また、有機過酸化物としては、特に制限されるものではないが、例えば、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、２，５−ジメチルヘキサン−２，５−ジヒドロペルオキシド、ジ−ｔ−ブチルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ｔ−ブチルクミルペルオキシド、１，１−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）シクロドデカン、２，２−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）シクロヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキシン−３、１，３−ビス（ｔ−ブチルペルオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルペルオキシ）ヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシロキサン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）バレレート、ベンゾイルペルオキシド、ｍ−トレイルペルオキシド、ｔ−ブチルペルオキシベンゾエート、ｔ−ブチルペルオキシイソプロピルカルボナート、ｔ−ブチルペルオキシアリルカルボナート等が挙げられ、成形方法や成形温度等に応じて適宜選択される。これらの硫黄や有機過酸化物の添加量は、アクリロニトリルブタジエンゴム１００重量部に対して１〜１０重量部が好ましい。
【００２９】
また、有機過酸化物とともに架橋助剤（コエージェント）を併用することもできる。架橋助剤の例としては、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、エチレンジメクリレート、１，３−ブチレンジメタクリレート、１，４−メチレンジメタクリレート、１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、２，２´−ビス（４−メタクリロキシジエトキシフェニル）プロパン、２，２´−ビス（４−アクリロキシジエトキシフェニル）プロパン、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、オリゴエステルアクリレート、アルミニウム（メタ）アクリレート、ジンク（メタ）アクリレート、マグネシウム（メタ）アクリレート、カルシウム（メタ）アクリレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジアリルフタレート、ジアリルクロレンデート、ジビニルベンゼン、２−ビニルピリジン、Ｎ，Ｎ´−メチレンビスアクリルアミド、ｐ−キノンジオキシム、ｐ，ｐ´−ジベンゾイルキノンジオキシム、１，２−ポリブタジエン、メタクリル酸金属塩等が挙げられる。これら架橋助剤の添加量は、アクリロニトリルブタジエンゴム１００重量部に対して１〜１０重量部が好ましい。
【００３０】
また、ゴム組成物には、補強用充填材を添加することが好ましい。中でも、カーボンブラックや無機系の白色計充填材が好適である。カーボンブラックの種類は特に限定されないが、例えばＳＡＦ（Ｓｕｐｅｒ　Ａｂｒａｓｉｏｎ　Ｆｕｒｎａｃｅ　Ｂｌａｃｋ）、ＩＳＡＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　Ｓｕｐｅｒ　Ａｂｒａｓｉｏｎ　Ｆｕｒｎａｃｅ　Ｂｌａｃｋ）、ＨＡＦ（Ｈｉｇｈ　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。中でも、補強性と成形加工性のバランスに優れたＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ及びＳＲＦが好ましく、特にＦＥＦ、ＧＰＦ及びＳＲＦが好ましい。これらのカーボンブラックは２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３１】
白色系充填材も特に制限されないが、例えば、含水シリカ、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を挙げることができる。これらの白色系充填材は２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３２】
上記補強用充填材の添加量は特に制限されるものではないが、カーボンブラックを単独使用する場合は、アクリロニトリルブタジエンゴム１００重量部に対して１５〜１２０重量部が好ましい。１５重量部未満では十分な補強性が発現せず、耐磨耗性も満足する結果が得られない。逆に１２０重量部を超えて添加しても、補強性と耐磨耗性の更なる向上が認められないだけでなく、成形加工性が極端に低下して製造が困難になり、更には得られる成形体の硬度が高くなりすぎて伸びが低くなり、本来有するゴム弾性が低下してしまい、弾性部材としてシール性能に劣るようになる。
【００３３】
また、白色系充填材を単独使用する場合は、アクリロニトリルブタジエンゴム１００重量部に対して３０〜１８０重量部が好ましい。３０重量部未満では十分な補強性が発現せず、耐磨耗性も満足する結果が得られない。逆に１８０重量部を超えて添加しても、補強性と耐磨耗性の更なる向上が認められないだけでなく、成形加工性が極端に低下して製造が困難になり、更には得られる成形体の硬度が高くなりすぎて伸びが低くなり、本来有するゴム弾性が低下してしまい、弾性部材としてシール性能に劣るようになる。
【００３４】
また、カーボンブラックと白色系充填材とを併用することは、動的特性と耐熱性とを同時に向上でき好ましい。その場合は、アクリロニトリルブタジエンゴム１００重量部に対して、カーボンブラックを１０〜９０重量部、白色系充填材を１０〜１５０重量部とし、かつ合計量で３０〜２４０重量部、より好ましくは４０〜２００重量部の範囲とすることが好ましい。合計配合量が３０重量部未満では十分な補強性が発現せず、耐磨耗性も満足する結果が得られない。逆に２４０重量部を超えて添加しても、補強性と耐磨耗性の更なる向上が認められないだけでなく、成形加工性が極端に低下して製造が困難になり、更には得られる成形体の硬度が高くなりすぎて伸びが低くなり、本来有するゴム弾性が低下してしまい、弾性部材としてシール性能に劣るようになる。
【００３５】
更に、ゴム組成物には、従来から公知の老化防止剤、補強剤、可塑剤、カップリング剤、顔料、染料、離型剤、加工助剤、導電性付与剤等を必要に応じて適宜添加することができる。
【００３６】
例えば、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−（α，α−ジメチルベンジル）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。
【００３７】
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、例えば、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が挙げられる。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アクリロニトリルブタジエンゴム１００重量部に対して０．５〜２重量部程度添加してもよい。
【００３８】
更に、柔軟性や成形加工性を向上させる必要がある場合には、加工助剤が添加される。ただし、成形に特に支障がない場合は特に添加しなくてもよい。添加する場合は、アクリロニトリルブタジエンゴム１００重量部に対して３〜４０重量部であり、必要以上に添加すると、ゴム組成物が軟化すると同時に、完全に混合されずにブリードアウトし、シール装置を構成する芯金と弾性部材との接着性が極端に低下する。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、ポリエステル系可塑剤、ポリエーテル系可塑剤、ポリエーテルエステル系可塑剤、液状ニトリルゴム等が挙げられる。
【００３９】
ところで、車軸と車輪用転がり軸受との間を通電する機構がない場合、走行中に発生する静電気が車両に残ってラジオノイズ等を発生させることがある。このような不具合に対処するために、シール装置の弾性部材を導電化し、車軸と車輪用転がり軸受との通電を図ることが考えられている。その場合の弾性部材の抵抗値は、制限されるものではないが、体積固有抵抗値で１０^５Ω・ｃｍ以下が好ましく、ラジオノイズの発生を十分に抑制することが可能になる。
【００４０】
弾性部材を導電化する方法は、制限されるものではないが、ゴム組成物に導電性粉末や導電性繊維を添加する方法を採ることができる。導電性粉末としては、黄銅、アルミニウム合金、銅、銀、ニッケル、鉄鋼、ステンレス鋼等の金属粉末、黒鉛、導電性カーボンブラック、酸化錫にアンチモンをドープした導電性酸化錫、酸化亜鉛にアルミニウムをドープした導電性酸化亜鉛、酸化インジウムに錫をドープした導電性酸化インジウム等の導電性材料を粉末状にしたもの、マイカ等の絶縁材料の粉末に導電性コーティングを施した導電性無機粉末等が挙げられる。また、導電性繊維としては、カーボン繊維、金属繊維（黄銅、アルミニウム合金、銅、銀、ニッケル、鉄鋼、ステンレス鋼等からなる繊維）、非導電性繊維に導電性コーティングを施したもの等が挙げられる。中でも、アセチレンブラックやケッチェンブラックのように硬度にグラファイト構造が発達した導電性カーボンブラックは、より少量で優れた導電性が得られるため好ましい。これら導電性カーボンブラックの添加量は、制限されるものではないが、アクリロニトリルブタジエンゴム１００重量部に対して１〜２０重量部、より好ましくは２〜１０重量の範囲である。添加量が１重量部未満では十分な導電性（１０^５Ω・ｃｍ以下の体積固有抵抗値）が付与されず、ラジオノイズの抑制も満足する結果が得られない。逆に２０重量部を超えて添加すると、加工性が極端に低下し、実質的に製造が困難になるだけでなく、成形体の硬度が高くなりすぎて伸びが低くなり、本来有するゴム弾性が低下して弾性部材としてシール性能に劣るようになる。
【００４１】
物性面に言及すると、ゴム組成物の硬度は、上記に挙げた各種充填剤の添加量等によって影響を受けるが、車輪用転がり軸受のシール装置に適用した際の密封性、追従性から、ＪＩＳＫ６３０１に記載のスプリング硬さＡスケールで、５０〜９０の範囲が好ましく、より好ましくは６０〜８０の範囲である。前記硬さが５０未満の場合には、シール装置の摩擦抵抗が大きくなるとともに耐摩耗性が低下する。また、前記硬さが９０を超えると、シールの緊迫力が大きくなりすぎ、回転トルクが過大になるだけでなく、前述のようにゴム弾性が低下するので、シール装置のリップ部の密封性、追従性が低下し、塵埃が多い環境や泥水に曝される状況において使用すると、転がり軸受の寿命が低下するおそれがある。
【００４２】
上記の各成分を用いて弾性部材の原料となるゴム組成物を得るための方法は特に限定されないが、アクロリニトリルブタジエンゴムと、架橋系添加剤（有機過酸化物、硫黄系加硫剤及び硫黄加硫用加硫促進剤）、補強用充填材、各種添加剤とを、ゴム混練ロール、加圧ニーダー、バンバリーミキサー等の従来から公知のゴム用混練り装置を用いて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されないが、通常は３０〜１５０℃の温度で、５〜６０分間混練りすることによって、配合物の十分な分散を図ることができる。
【００４３】
また、上記ゴム組成物をシール装置の弾性部材とするための方法も特に限定されないが、未加硫のゴム組成物を金型の中で加圧しながら加熱すれば良く、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形等の公知のゴム成形方法により製造することができる。例えば、圧縮成形の場合、金型の中に予め接着剤を塗布した芯金（シール装置の芯部を形成）を挿入し、先に述べた方法で製造した未加硫ゴム組成物のシートを乗せ、通常１２０〜２００℃で３０秒〜３０分程度加圧加硫することで製造することができる。また、必要に応じて、１２０〜２００℃で１０分〜１０時間程度後架橋してもよい。
【００４４】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００４５】
（実施例１〜８、比較例１〜６）
表１に示す材料の中で、有機過酸化物、加硫剤及び加硫促進剤を除く各添加剤と、ゴム材料とを、それぞれ表記される割合にて加圧ニーダーに投入し、ゴム材料の温度が１５０℃になるまで混練りを行った。次いで、混練物に有機過酸化物、加硫剤及び加硫促進剤を、それぞれ表記される量にて添加し、８インチロール（回転数２０ｒｐｍ、３２ｒｐｍ）を用いて設定温度５０℃にて混練りを行い、厚さ２．２ｍｍの未加硫ゴムシートを作製した。
【００４６】
そして、図２に示した自動車の車輪支持用転がり軸受のシール装置１２ａと同形状のシール装置を作製した。作製に際して、シール装置金型内に、予め洗浄し、接着剤を塗布して焼付けた冷延鋼板製の芯金１０５を挿入し、そこへ上記の未加硫ゴムシートを載置し、１８０℃で１０分間、圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ^２を負荷して加硫成形を行った。そして、得られた部材に、スリンガ１０６を装着してシール装置を得た。尚、有機過酸化物を架橋剤に用いたものについては、金型から取り出し、オーブン中で１５０℃にて２時間、後架橋を行った。このようにして得られたシール装置を、後述する密封性試験に供した。
【００４７】
また、１８０℃に加熱した熱プレスに、厚さ２ｍｍ用のシート成形金型を装着し、そこへ上記の未加硫ゴムシートを載置し、１５分間、圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ^２を負荷して加熱し、縦１５０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚さ２ｍｍの加硫ゴムシートを得た。尚、有機過酸化物を架橋剤に用いたものについては、金型から取り出し、オーブン中で１５０℃にて３時間、後架橋を行った。このようにして得られた加硫ゴムシートを、後述する常態物性測定に供した。
【００４８】
【表１】

【００４９】
尚、表中に示した各材料は以下の通りである。
１）原料ゴムＡ：中高ニトリルゴム（日本ゼオン製「Ｎｉｐｏｌ　ＤＮ３３５０」、アクリロニトリル単量体の比率３３％）
２）原料ゴムＢ：低ニトリルゴム（ＪＳＲ製「ＪＳＲ　Ｎ２５０Ｓ」、アクリロニトリル単量体の比率２０％）
３）原料ゴムＣ：高ニトリルゴム（ＪＳＲ製「ＪＳＲ　Ｎ２２０Ｓ」、アクリロニトリル単量体の比率４１％）
４）原料ゴムＤ：水素添加中高ニトリルゴム（日本ゼオン製「Ｚｅｔｐｏｌ　２０２０」、アクリロニトリル単量体の比率３６％）
５）カーボンブラックＡ：ＨＡＦ級カーボンブラック（三菱化学製「ダイヤブラックＨ」）
６）カーボンブラックＢ：ＳＲＦ級カーボンブラック（東海カーボン製「シーストＳ」）
７）クレー：焼成クレー（Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ　Ｍｉｎｅｒａｌｓ製「サティントン＃５」）
８）加硫剤Ａ：高分散性硫黄（鶴見化学工業製「Ｓｕｌｆａｘ　ＰＭＣ」）
９）加硫剤Ｂ：４，４´−ジチオジモルホリン（大内新興化学工業製「バルノックＲ」）
１０）加硫促進剤Ａ：テトラメチルチウラムジスルフィド（大内新興化学工業製「ノクセラーＴＴ」）
１１）加硫促進剤Ｂ：ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛（大内新興化学工業製「ノクセラーＰＺ」）
１２）加硫促進剤Ｃ：Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド（大内新興化学工業製「ノクセラーＣＺ」）
１３）加硫促進助剤Ａ：ステアリン酸（花王製「ＬｕｎａｃＳ−２０」）
１４）加硫促進助剤Ｂ：酸化亜鉛（堺化学製「フランス法１号」）
１５）加工助剤：脂肪酸金属塩（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ製「ＴＥ８０」）
１６）有機過酸化物：ジクミルペルオキシド（化薬アクゾ製「カヤクミルＤ−４０Ｋ」、有効成分４０％）
１７）可塑剤：アジピン酸系ポリエステル（池電化製「アデカサイザーＰＮ−１５０」）
１８）老化防止剤Ａ：４，４−ビス（α，α−ジメチルベンジル）ジフェニルアミン（大内新興化学工業製「ノクラックＣＤ」）
１９）老化防止剤Ｂ：２−メルカプトベンズイミダゾールの亜鉛塩（大内新興化学工業製「ノクラックＭＢＺ」）
２０）老化防止剤Ｃ：特殊ワックス（大内新興化学工業製「サンノック」）
２１）カップリング剤Ａ：γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（信越シリコーン製「ＫＢＭ８０３」）
２２）カップリング剤Ｂ：ビニル・トリス（β−メトキシエトキシ）シラン（日本ユニカー製「Ａ−１７２」）
【００５０】
（密封性試験）
作製したシール装置について、図６に示すシール回転試験機を用い、泥水中に浸漬された場合を想定して密封性試験を実施した。尚、図示されるシール回転試験機は、軸１０１にシール装置１２ａ（内径６０ｍｍ）を組込み、内部に貯留した泥水１０２に浸漬させながら所定の回転速度で回転させる構成となっている。また、シールが破られて泥水１０２が反泥水側に浸入すると、漏電センサ１０３により検知する構成となっている。試験条件は以下の通りであり、漏水が検知されるまでの時間を測定し、結果を表２に泥水耐久時間として示した。
・回転速度：１３００ｒｐｍ
・軸偏心：０．５ｍｍ　ＴＩＲ
・泥水組成：ＪＩＳ８種ダスト３０％
・グリース：ウレア化合物、鉱油
・グリース塗布量：外側シールリップと中間シールリップとの間に０．３ｇ、中間シールリップと内側シールリップとの間に０．１ｇ
【００５１】
（常態物性測定）
・硬さ試験：加硫ゴムシートをＪＩＳ　ダンベル状３号形試験片の形状に打ち抜き、これを３枚重ねてＪＩＳ　Ｋ６３０１に基づいて硬さ（スプリング硬さＡステール）を測定した。結果を表２に硬さとして示した。
・引張試験：加硫ゴムシートをＪＩＳ　ダンベル状３号形試験片の形状に打ち抜き、これを島津製作所製の万能型試験機「オートグラフＡＧ−１０ＫＮＧ」を用いてＪＩＳ　Ｋ６３０１に基づいて引張試験を行い、引張破断強度及び伸びを測定した。結果を表２に引張強さ及び伸びとしてそれぞれ示した。
【００５２】
【表２】

【００５３】
表２に示すように、本発明に従い、アクリロニトリルブタジエンゴムに、４，４´−ジチオジモルホリン及び硫黄加硫用加硫促進剤を配合したゴム組成物を成形してなる弾性部材を備える実施例のシール装置は、何れも泥水耐久時間が長く、また加工性、物性にも優れており、本発明による効果が確認された。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の転がり軸受は、泥水に浸漬するような過酷な環境下で使用されても、優れた密封性能を有し、長期にわたり所望の性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の転がり軸受の一例（車両用転がり軸受）を示す断面図である。
【図２】図１に示した転がり軸受の一方のシール装置（１２ａ）の拡大図である。
【図３】図１に示した転がり軸受の他方のシール装置（１２ｂ）の拡大図である。
【図４】本発明の転がり軸受の他の例（鉄道車両用転がり軸受）を示す断面図である。
【図５】図４に示した転がり軸受のシール装置の拡大図である。
【図６】実施例において密封性試験に用いた試験装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
Ｏ　転がり軸受
１　外輪相当部材
４　内輪相当部材
１０　転動体
１１　保持器
１２ａ　シール装置
１２ｂ　シール装置
１０５　芯金
１０６　スリンガ
１０７　弾性部材
２１７　弾性部材
４０２　軸受
４０３　外輪
４０４ａ，４０４ｂ　円すいころ
４０５ａ，４０５ｂ　内輪
４１３　シ−ル装置
４１３ｂ　オイルシール

Claims

内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記転動体を円周方向にわたって互いに間隔を開けた状態で転動自在に保持する保持器と、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間で前記転動体を設けた空間の軸方向開口部を塞ぐシール装置とを備えた転がり軸受において、
前記シール装置を構成する弾性部材が、アクリロニトリルブタジエンゴムに少なくとも４，４´−ジチオジモルホリン及び硫黄加硫用加硫促進剤を配合したゴム組成物からなる成形体であることを特徴とする転がり軸受。