JP2012041988A - 高温用転動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２００℃程度の高温雰囲気中での耐性、並びに冷却水中の添加剤及び潤滑用グリース中のウレア化合物に対しての耐性に優れた密封装置付きの高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を、ジメチルシロキサン共重合単位を主成分としたシリコーンゴム１００重量部あたりに有機過酸化物０．２〜１０重量部を含有するシリコーンゴム組成物で構成することにより、高温での耐久性に優れたウレア系グリースに接触したときの物性並びに体積変化を抑制する。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

Description

本発明は、グリース潤滑で使用される密封装置付きの高温用転動装置に関し、特に１５０〜２００℃の高温環境下でも使用される高温用転動装置に好適なものである。

例えば転がり軸受には、軸受外部から軌道面側への水、水蒸気、異物などの侵入を防止すると共に、軸受内部に封入された潤滑用グリースの漏出を防止するため、外輪の内周面と内輪の外周面との間の間隔を塞ぐように形成された密封装置が設けられている。密封装置は、弾性を有するゴム組成物を備え、ゴム組成物には可撓性を有するシールリップが形成される。そして、例えば密封装置が転がり軸受の外輪に固定される場合には、ゴム組成物のシールリップの先端は内輪或いは内輪に装着されたスリンガーの外周面と接触し、摺動するようになっている。従来、前記ゴム組成物には、ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴムを使用温度に応じて選択することが知られている。

温度条件が高温化する環境では温度が２００℃付近になることがある。そのような状況では、耐熱性の限界温度が１２０℃のニトリルゴム、同じく１４０℃の水素添加ニトリルゴム、及び１６０℃のアクリルゴムでは、熱によって硬化劣化してしまい、シール性能が損なわれてしまう場合がある。そこで、そのような高温環境下では、耐熱性の限界温度が２００℃以上あるフッ素ゴムが使用されることが多い。

また、２００℃を超えるような高温環境下で使用されるグリースとしては、基油にポリ−α−オレフィン系、エステル系、ポリグリコール系、フェニルエーテル系といった基油、増ちょう剤にジウレア、トリウレア、テトラウレアなどのポリウレア化合物を添加したウレア系グリースが使用される。
しかしながら、ウレア系グリースとフッ素ゴムの組合せでは、高温下で接触したときに、フッ化ビニリデンの部分がウレア増ちょう剤やアミンによって攻撃されて架橋反応が起こり、架橋が進行してしまい、硬化や強度低下、シール性能が低下するため、高温環境下で使用される転がり軸受には適さない場合がある。

そのため、２００℃程度の高温環境下でも劣化しにくく、安価な転がり軸受の密封装置のゴム組成物の材料として、好適な特性を持つ材料が要望されている。そこで、下記特許文献１に記載されるように、特殊なフッ素ゴムであるフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロビレン３元共重合体と、テトラフルオロエチレン−プロビレン２元共重合体の適用が提案されている。これら２種類の特殊なフッ素ゴムは、高温下でウレア化合部と接触しても劣化する恐れはない。

特開２００２−１８１０５６号公報

しかしながら、前述した特殊なフッ素ゴムは成形加工性が劣ることから、例えば転がり軸受の密封装置のゴム組成物として薄板に製作するのが煩雑であり、また標準的なフッ素ゴムと同様に非常に高価である。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である。
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、２００℃程度の高温雰囲気中での耐性、並びに冷却水中の添加剤及び潤滑用グリース中のウレア化合物に対しての耐性に優れた密封装置付きの高温用転動装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の高温用転動装置は、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高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、ジメチルシロキサン共重合単位を主成分としたシリコーンゴム１００重量部あたりに有機過酸化物０．２〜１０重量部を含有するシリコーンゴム組成物からな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、少なくともポリ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、前記グリースの増ちょう剤がウレア化合物であることを特徴とするものである。
また、前記グリースの基油がジアルキルジフェニルエーテル油、ジアルキルテトラフェニルエーテル油、テトラフェニルエーテル油、若しくはポリα−オレフィン油から選ばれる少なくとも１種類であることを特徴とするものである。

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について詳細に説明する。
ベースとなるシリコーンゴムは、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。例えば、ポリ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る。特に、フロロシリコーンゴムは、耐熱性・耐薬品性に優れている。
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、好ましくは０．５〜５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５重量部を超える場合は、架橋量が過剰となり、シール性に必要な粘弾性を得ることができない。
架橋助剤となるトリス（２−アクリロイルオキシエチル）イソシアヌレートの配合量は、ベースゴム１００重量部に対して、１〜５重量部である。架橋助剤の配合量が１重量部未満の場合は、十分な引張強度の向上が得られず、架橋助剤の配合量が５重量部を超える場合は、ベースゴムに相溶できなくなり、混練が困難となるため好ましくない。

充填剤としては、フェームドシリカ、湿式シリカ、表面を疎水化処理されたフェームドシリカや湿式シリカ、石英微粉末、珪藻土などを用いることができ、これらはその他の充填剤、例えばケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、カーボンブラック、硝子繊維などを若干含んでいてもよい。充填剤の配合量は、ベースゴム１００重量部に対して、１０〜３００重量部である。充填剤の配合量が１０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り、充填剤の配合量が３００重量部を超える場合は、型流れ性、吐出性などの加工性が極端に低下するため好ましくない。

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、公知の添加剤を配合することもできる。例えば、重合度１００以下の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の分散剤、酸化鉄、酸化セリウム、オクチル酸鉄、酸化チタンなどの耐熱性向上剤、各種顔料などの着色剤、白金化合物、パラジウム化合物などの難燃性助剤などを適宜配合することができる。

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。

また、上記ゴム組成物の加硫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。

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）：
６０〜８０（より好ましくは、６５〜７５）
グリースは、基油として合成油を含有し、増ちょう剤としてウレア化合物を含有することを特徴とする。合成油の種類は特に限定されるものではないが、エーテル油または合成炭化水素油が好ましい。具体的に、合成炭化水素油としてはポリα−オレフィン油などが挙げられ、エーテル油としては、ジアルキルフェニルエーテル油、アルキルトリフェニルエーテル油、ジアルキルテトラフェニルエーテル油などのポリアルキルフェニルエーテル油、またはペンタフェニルエーテル油、テトラフェニルエーテル油などのポリフェニルエーテル油が挙げられるが、この中でも高温性と潤滑性に優れたジアルキルジフェニルエーテル油が好ましい。

本発明において増ちょう剤として使用されるウレア化合物としては、分子中にウレア結合（−ＮＨＣＯＮＨ−）を含むものであり、ジウレア、トリウレア、テトラウレアなどのポリウレア化合物が挙げられるが、特に高温耐久性の優れたジウレア化合物が好ましく、以下の化学式で示される。式中のＲ_１，Ｒ_３は１価の有機基を表し、Ｒ_２は２価の有機基を表す。

而して、本発明の高温用転動装置によれば、密封装置のゴム組成物が、ジメチルシロキサン共重合単位を主成分としたシリコーンゴム１００重量部あたりに有機過酸化物０．２〜１０重量部を含有するシリコーンゴム組成物からなるものとしたことにより、２００℃程度の高温雰囲気中での耐性、並びに冷却水中の添加剤及び潤滑用グリース中のウレア化合物に対しての耐性に優れる。

本発明の高温用転動装置の第１実施形態を示す転がり軸受の縦断面図である。 本発明の高温用転動装置の第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。 本発明の高温用転動装置の第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。

次に、本発明の高温用転動装置の第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、本実施形態の高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。

２００℃に達する高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に示す配合組成をゴム混練ロールにて混連し、得られたシート状の混練物を熱プレスによって一次架橋し、得られた架橋生成物を恒温槽にて二次架橋を行った。そして、得られたゴム材料を用いて、以下に示すグリースへの浸漬試験を行い、グリースに対する劣化を検証した。

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４０重量部コンパウンドされたシリコーンゴムの商 品名
＊２は、日本ゼオン社製のアクリルゴムの商品名
＊３は、住友スリーエム社製のフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレ ン３元重合体であるフッ素ゴムの商品名
＊４は、旭カーボン社製のＭＡＦカーボンの商品名

＊５は、Manville社製の珪藻土の商品名
＊６は、協和化学工業社製の酸化マグネシウムの商品名
＊７は、近江化学社製の水酸化カルシウムの商品名
＊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 キサンの商品名
＊９は、日本化成社製のトリアリルイソシアヌレートの商品名
＊１０は、MORESCO社製の基油がアルキル置換ジフェニルエーテル系合成潤滑剤にウレア系の増ちょう剤を配合した耐熱グリース、商品名「モレスコハイグリースＵＭ−１」

前述のようにして得られた架橋生成物を夫々２００℃に加熱したウレアグリース中に７０時間浸漬した後取り出して、各架橋生成物の常態物性及び体積の変化を以下の方法で測定した。
（１）硬さ測定
ＪＩＳ Ｋ６２５３に従って測定を行った。架橋した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１に合わせて示す。

（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１に合わせて示す。
表１の結果から明らかなように、密封装置１１を構成するゴム組成物７をシリコーンゴムで構成すれば、２００℃でウレア系グリースと接触した場合でも、物性並びに体積の変化を少なく抑えることができる。更に、強度向上の目的で架橋助剤を配合したシリコーンゴムがウレア系グリースと接触した場合でも、物性並びに体積の変化は少なく、架橋助剤の配合によるグリースとの相性に影響は見られなかった。このことより、２００℃という高温環境下でウレア系グリースを使用した場合でも、シリコーンゴムを用いることで、長期間にわたり良好なシール性を発揮することができることを意味する。

これに対し、フッ素ゴムではウレア系グリースとの相性が悪いため、劣化の進行が非常に顕著である。更に、フッ素ゴムは高価な上、成形加工性が悪いことから高温環境下でのウレア系グリースとの使用は適さないと分かる。また、アクリルゴムはウレア系グリースとの相性の問題ではなく、アクリルゴムの耐熱性の問題から硬さが大きくなっており、高温環境下では使用に適さないということが分かる。

図２は、本発明の高温用転動装置の第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。

図３は、本発明の高温用転動装置の第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。

こうした評価から、本発明の高温用転動装置は、グリース封入密封装置付き転動装置として低温から２００℃程度の高温までの広範囲での使用が可能である。具体的には、自動車部品用としてオルタネータ、インジェクタ、エンジンシステムといったエンジン・電装系の高温になりやすいシステム周辺に使用される軸受、産業機械として高温環境で用いる鋳造機の支持軸受、高速切削用工具に用いられるリニアガイド、熱処理炉周辺のアクチュエータに用いられるボールネジやリニアガイド、その他、航空機エンジンなどにも好適に使用することができる。

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

Claims (4)

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高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、ジメチルシロキサン共重合単位を主成分としたシリコーンゴム１００重量部あたりに有機過酸化物０．２〜１０重量部を含有するシリコーンゴム組成物からなることを特徴とする高温用転動装置。
2. 前記シリコーンゴムが、少なくともポリ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の何れかを含むことを特徴とする請求項１に記載の高温用転動装置。
3. 前記グリースの増ちょう剤がウレア化合物であることを特徴とする請求項１に記載の高温用転動装置。
4. 前記グリースの基油がジアルキルジフェニルエーテル油、ジアルキルテトラフェニルエーテル油、テトラフェニルエーテル油、若しくはポリα−オレフィン油から選ばれる少なくとも１種類であることを特徴とする請求項３に記載の高温用転動装置。

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