JP4139943B2

JP4139943B2 - Bearing for water pump

Info

Publication number: JP4139943B2
Application number: JP2002026886A
Authority: JP
Inventors: 俊一矢部; 敏己高城; 貴彦内山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-02-04
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2022-02-04
Also published as: JP2003227523A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bearing for a water pump provided with a sealing device which is excellent in forming stability and is not degenerated by use in a high- temperature atmosphere or contact with excessive cooling water. <P>SOLUTION: In this bearing 10 for a water pump having a roller body 10b between an outer ring 10a fixed to a casing and a rotation shaft 12 provided with a driving part on one end and an impeller on the other end and a pair of sealing devices 400, each having an elastic member 15b fixed to both ends of the outer ring 10a, which seal a gap from the rotation shaft 12, at least the elastic member 15b of the sealing device on the impeller side is made of a fluoric rubber composition which can be vulcanized containing at least 100 pts.wt. of either of a vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene ternary copolymer and tetrafluoroethylene-propylene binary copolymer, and 3 to 30 pts.wt. of an ethylene-propylene copolymer. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【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に関し、更に詳しくはウォータポンプの回転軸を支持する軸受内に水、水蒸気等が浸入するのを防止し、同時に軸受内のグリースの漏洩を防止するシール装置を備えた軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示すように、エンジンの冷却水を圧送して循環させるウォータポンプ３０は一般に、インペラ３２が固定された回転軸１２を、軸方向に間隔をおいて配置した複数個の転がり軸受１０によりケーシング３８に支承して構成されている。冷却水はインペラ３２と軸受１０との間に配置されたメカニカルシール４０により密封されている。しかし、このウォータポンプ用軸受１０（（以下、単に「軸受」と呼ぶことがある。）では、メカニカルシール４０の回転軸１２との摺動面は水潤滑状態であるので、このままだと水蒸気等が漏れて軸受１０側に浸入してしまい、水蒸気等が更に軸受１０内部に浸入して軸受１０が劣化してしまう。そこで、水蒸気等がインペラ３２側から軸受１０内に浸入するのを防止すると共に軸受１０内部に封入した潤滑グリースの漏洩を防止するために、軸受１０のインペラ３２側にシール装置が設けられている。また、軸受１０の駆動側３１にも、外部からの塵埃の侵入するのを防止すると共に軸受１０内部に封入した潤滑グリースの漏洩を防止するために、シール装置が設けられている。
【０００３】
上記インペラ３２側のシール装置は、例えば図２に軸方向断面図として示すような構造を有する。図２において、軸受１０は、外輪１０ａと、内輪を構成する回転軸１２と、外輪１０ａと回転軸１２との間に挟持されたボール１０ｂと、ボール１０ｂを保持する保持器１０ｃとからなる。シール装置４００は密封板１５とフリンガー２０とからなる。外輪１０ａの軸方向端部のシール溝１０ｄには、密封板１５が配置されている。密封板１５は芯金１５ａと弾性材１５ｂとからなり、弾性材１５ｂは３つのリップ部１５ｃ、１５ｄ、１５ｅを有する。芯金１５ａは、断面が逆Ｌ字状であり、外輪１０ａのシール溝１０ｄ内に加締めて取り付けられている。芯金１５ａの外方表面には弾性材１５ｂが密着している。弾性材１５ｂは、ニトリルゴム、耐熱性に優れた標準的なフッ素ゴム（例えば、弗化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン２元共重合体、弗化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン３元共重合体を含む加硫可能なフッ素ゴム組成物）等からなり、その断面は二股形状であり、その一方を形成する主リップ部１５ｅは斜め右下に延在し、その他方を形成する副リップ部１５ｄは斜め左下に延長在している。また、芯金１５ａの中間位置において、弾性材１５ｂから図中右方に延在するようにして、円筒状の第３リップ部１５ｃが形成されている。
【０００４】
また、回転軸１２上には、ステンレス製のフリンガー２０が配置されている。フリンガー２０は、回転軸１２に密着嵌合する小円筒２０ｃと、それを同軸的に内包する大円筒２０ａと、両円筒を半径方向に連結するフランジ部２０ｂとからなっている。弾性材１５ｂの第３リップ部１５ｃは、フリンガー２０の大円筒２０ａの外周に当接し、主リップ部１５ｅは、小円筒２０ｃの外周に当接し、副リップ部１５ｄは、回転軸１２の外周面に当接し、それぞれ密封を達成している。
【０００５】
上記シール装置４００では、その外方から冷却水の蒸気や水滴が飛散してきたような場合、フリンガー２０の外周面でこれを受け、密封板１５に冷却水が直接降りかからないようになっている。これにより、密封板１５（特に、第３リップ部材１５ｃ）の変形や膨張を低減することができる。一方、軸受１０の内部に封入されたグリース等は、密封板１５の副リップ部１５ｄ及び主リップ部１５ｅにより密封され、外方への漏れが防止されるようになっている。
【０００６】
また、耐薬品性・耐熱性に優れるフッ素ゴム材料として、弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体、テトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
最近のエンジンの高性能化、高出力化に伴い、エンジン回りの温度条件は厳しくなっており、軸受の雰囲気温度が１２０℃を超える場合がある。ところが、ニトリルゴムは耐熱性の限界が１２０℃程度であるから、軸受１０のシール装置の弾性材の材料としてニトリルゴムを用いた場合、弾性材が熱により硬化劣化し弾性がなくなり、極端な場合はリップ部にクラックが生じ、シール性能が損なわれてしまう恐れがある。また、上記した標準的なフッ素ゴムは耐熱性の限界が２００℃以上であることから、上記温度条件でも耐熱性の問題はないが、冷却水中に含まれる添加剤と接触すると劣化して変形してしまい、シール性能が低下する恐れがある。
【０００８】
そこで、従来のウォータポンプ用軸受のシール装置の弾性材の材料を見てみると、特開平１１−１９３７９５号公報記載の水素添加ニトリルゴムが知られている。前記水素添加ニトリルゴムの耐熱性の限界は１５０℃であることから、上記温度条件下でも耐熱性の問題はないが、標準的なフッ素ゴムと比較して程度の差はあれ、冷却水中に含まれる添加剤と接触すると劣化して変形してしまい、シール性能が低下する可能性があるため、未まだその性能は十分とは言えない。
【０００９】
以上の問題点を改善するため、ベースゴムとして耐薬品性・耐熱性に優れる弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体やテトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体を用いて、図２に示すようなウォータポンプ用軸受のシール装置を成形することも可能であるが、下記のような新たな問題が生起する。
【００１０】
ウォータポンプ用軸受のシール装置は、図２からもわかるように、通常の深溝玉軸受に使用されているゴムシール装置に比べてゴムリップ部が多く複雑な形状を呈する。弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体やテトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体は、一方で、加工性や離型性が悪いという欠点を有しており、成形が難しく、不良率が高くなる可能性が高い。
【００１１】
そこで本発明は，このような従来の問題点に着目してなされたものであり、成形安定性に優れ、高温雰囲気中での使用及び過度の冷却水との接触によっても変性しないシール装置を備えたウォータポンプ用軸受を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る上記目的は、ケーシングに固定された外輪と、一端側に駆動部を備え、他端側にインペラを備えた回転軸との間に転動体を有し、かつ前記外輪の両端部に固定されたそれぞれが弾性材を有する１対のシール装置によって、前記回転軸との間をシールしてなるウォータポンプ用軸受において、少なくとも前記インペラ側のシール装置の弾性材が、弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体１００重量部と、エチレン−プロピレン系共重合体３〜３０重量部とを含む加硫可能なフッ素ゴム組成物からなることを特徴とするウォータポンプ用軸受、並びにケーシングに固定された外輪と、一端側に駆動部を備え、他端側にインペラを備えた回転軸との間に転動体を有し、かつ前記外輪の両端部に固定されたそれぞれが弾性材を有する１対のシール装置によって、前記回転軸との間をシールしてなるウォータポンプ用軸受において、少なくとも前記インペラ側のシール装置の弾性材が、テトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体１００重量部と、エチレン−プロピレン系共重合体３〜３０重量部とを含む加硫可能なフッ素ゴム組成物からなることを特徴とするウォータポンプ用軸受により達成される。
【００１３】
【作用】
上記弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン3元共重合体は、３元系のため、相対的に弗化ビニリデンの割合が少なく、またヘキサフルオロプロピレンを含まないため、アミン等の塩基性化合物により弗化ビニリデンの脱フッ酸反応を起こし難い。また、上記テトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体は、原料として弗化ビニリデンを含まず、やはりヘキサフルオロプロピレンを含まないため、アミン等の塩基性化合物により弗化ビニリデンの脱フッ酸反応を起こさない。従って、本発明のウォータポンプ用軸受のシール装置の弾性材として好適である。また、これらのフッ素ゴムは、標準的なフッ素ゴム（弗化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン２元共重合体、または弗化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン３元共重合体を含む加硫可能なフッ素ゴム組成物）に比べて耐薬品性が格段に優れている。しかし、一方で成形性や離型性に劣るため、エチレン−プロピレン系共重合体を特定量配合することにより、成形性や離型性を改善する。即ち、弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体またはテトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体に特定量のエチレン−プロピレン系共重合体を含むフッ素ゴム組成物をウォータポンプ用軸受のシール装置の弾性材として使用した場合、シール装置は高温雰囲気下での使用及び冷却水との接触によっても変性せず、長期間にわたって良好なシール性能を発揮できる。そのため、軸受内に水蒸気等が浸入することなく、軸受性能が低下することはない。更には、成形性や離型性も改善され、成形安定性に優れ、生産性も高くなる。
【００１４】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１５】
本発明のウォータポンプ用軸受は、例えば図２に示したシール装置を備える。即ち、軸受１０は、外輪１０ａと、内輪を構成する回転軸１２と、外輪１０ａと回転軸１２との間に挟持されたボール１０ｂと、ボール１０ｂを保持する保持器１０ｃとからなり、密封板１５とフリンガー２０とから構成されるシール装置４００が組み込まれている。外輪１０ａの軸方向両端部のシール溝１０ｄには、密封板１５が配置されている。密封板１５は芯金１５ａと弾性材１５ｂとからなり、弾性材１５ｂは３つのリップ部１５ｃ、１５ｄ、１５ｅを有する。芯金１５ａは、断面が逆Ｌ字状であり、外輪１０ａのシール溝１０ｄ内に加締めて取り付けられている。芯金１５ａの外方表面には弾性材１５ｂが密着している。
【００１６】
弾性材１５ｂは、後述されるフッ素ゴムからなり、その断面は二股形状であり、その一方を形成する主リップ部１５ｅは斜め右下に延在し、その他方を形成する副リップ部１５ｄは斜め左下に延長在している。また、芯金１５ａの中間位置において、弾性材１５ｂから図中右方に延在するようにして、円筒状の第３リップ部１５ｃが形成されている。
【００１７】
また、回転軸１２上には、ステンレス製のフリンガー２０が配置されている。フリンガー２０は、回転軸１２に密着嵌合する小円筒２０ｃと、それを同軸的に内包する大円筒２０ａと、両円筒を半径方向に連結するフランジ部２０ｂとからなっている。弾性材１５ｂの第３リップ部１５ｃは、フリンガー２０の大円筒２０ａの外周に当接し、主リップ部１５ｅは、小円筒２０ｃの外周に当接し、副リップ部１５ｄは、回転軸１２の外周面に当接し、それぞれ密封を達成している。
【００１８】
上記弾性材１５ｂは、弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体を含む加硫可能なフッ素ゴム組成物、またはテトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体を含む加硫可能なフッ素ゴム組成物からなる。これら共重合体における成分比は特に限定されないが、弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体では弗化ビニリデンが１〜３０モル％、テトラフルオロエチレンが４０〜７０モル％、プロピレンが３０〜６０モル％の範囲が好ましく、より好ましくは弗化ビニリデンが２〜５モル％、テトラフルオロエチレンが４０〜６０モル％、プロピレンが４０〜６０モル％の範囲が耐薬品性から好適である。また、テトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体ではテトラフルオロエチレンが２０〜８０モル％、プロピレンが２０〜８０モル％の範囲が好ましく、より好ましくはテトラフルオロエチレンが３０〜６０モル％、プロピレンが３０〜６０モル％の範囲である。また、これらの共重合体には、架橋の際の架橋点となる所謂キュアサイトモノマー（例えばヨウ素化合物や臭素化合物）を数モル％共重合してもよいし、重合後に後処理により該共重合体中に不飽和結合を導入してもよい。この様な弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体としては、DINEON社製の「ＢＲＥＬＪ−２９８００５」（商品名）及び旭硝子社製の「ＡＦＬＡＳＳＰ」、「ＡＦＬＡＳＳＺ」（商品名）等の市販品を使用できる。また、テトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体としては、旭硝子社製の「ＡＦＬＡＳ１５０Ｐ」、（商品名）等の市販品を使用できる。
【００１９】
また、金型離型性・加工性等の成形性を大幅に改善するために、エチレン−プロピレン系共重合体が配合される。好適なエチレン−プロピレン系共重合体として、エチレン、プロピレンと第３成分として二重結合を有する１，４−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエン、５−エチルリデン−２−ノルボルネン等の非共役ジエンを１０モル％以下の割合で共重合した３元共重合体を挙げることができる。また、エチレンとプロピレンとの比率は、重合単位でエチレン：プロピレン＝５０：５０〜９０：１０（モル％）が好ましい。プロピレンの割合が多すぎると、特にエチレン−プロピレン２元共重合体の場合、有機過酸化物での加硫が困難になり、好ましくない。このエチレンープロピレン系共重合体は、弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体またはテトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体１００重量部に対して、３〜３０重量部、好ましくは５〜２０重量部の範囲で配合される。エチレンープロピレン系共重合体の配合量が３重量部未満では、成形性の改善効果が不十分であり、３０重量部を越える場合はゴム組成物全体としての耐熱性や耐薬品性が低下して好ましくない。
【００２０】
エチレン−プロピレン系共重合体は、弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体あるいはテトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体に対して少量配合すると、フッ素原子が分子中に多量に存在する弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体やテトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体に対する相溶性が低いために、成形体中に留まり難く、表面に多量に存在する可能性が高くなる。そのため、少量の配合量で内部離型剤として有効に働き、加硫成形時の金型離型性が大幅に向上し、複雑な形状のゴムシール装置であっても精度よく成形できるようになる。また、ゴムシール装置の表面にエチレンープロピレン系共重合体が多く存在することで、弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体あるいはテトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体単独では難しかった、芯金等の補強部材への強固で安定した加硫接着が可能になる。この効果は、構造中に二重結合が残存するにＥＰＤＭタイプのエチレン−プロピレン系共重合体を用いると、より顕著となる。
【００２１】
上記共重合体の加硫方法は特に限定されず、通常のフッ素ゴムの加硫方法であるがポリオール加硫やパーオキサイド加硫を適用することができる。例えば、ポリオール加硫の場合の加硫剤であるポリヒドロキシ化合物は、従来から公知のポリヒドロキシ芳香族化合物または含フッ素ポリヒドロキシ脂肪族化合物が使用可能であり、中でも、ヒドロキノン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン［ビスフェノールＡ］、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）パーフルオロプロパン［ビスフェノールＡＦ］等が好ましく用いられる。また、これらはアルカリ金属、アルカリ土類金属、有機オニウム化合物等の塩であってもよい。これらポリオール加硫剤の配合量は、上記共重合体１００重量部に対して０．５〜１０重量部の範囲であり、この範囲であれば、加硫不足や過加硫の恐れが全くない。
【００２２】
一方、パーオキサイド加硫の場合の加硫剤である有機過酸化物は、その分子中に−Ｏ−Ｏ−結合をもつ有機化合物であり、具体的にはパーオキシケタール、ジアルキルパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パーオキシエステル、ハイドロパーオキサイド等が挙げられる。それらをより具体的に示すとベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、α，α′−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−ｐ−ジイソプロピルベンゼン、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等が例示できる。これら有機過酸化物の配合量は、上記共重合体１００重量部に対して０．５〜１０重量部の範囲であり、この範囲であれば、加硫不足や過加硫の恐れが全くない。
【００２３】
またポリオール加硫に際しては、受酸剤、かつ加硫助剤として金属の酸化物および金属の水酸化物が必須成分として配合される。この具体例としては水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化マグネシウム等が例示でき、中でも水酸化カルシウムと酸化マグネシウムとの併用が好ましい。これら金属の酸化物及び金属の水酸化物の配合量は、共重合体１００重量部に対して０．５〜５０重量部が好ましく、より好ましくは１〜３０重量部の範囲である。更に、加硫促進剤としてオニウム塩（４級アンモニウム塩や４級フォスフォニウム塩）を配合してもよい。この具体例として、４級アンモニウム塩としては、硫酸水素テトラブチルアンモニウム、硫酸水素テトラメチルアンモニウム、硫酸水素テトラエチルアンモニウム、硫酸水素トリオクチルメチルアンモニウム、硫酸水素トリデシルメチルアンモニウム、硫酸水素トリメチルベンジルアンモニウム等が例示される。４級フォスフォニウム塩としては、テトラブチルフォスフォニウムクロライド、テトラブチルフォスフォニウムブロマイド、トリブチル（メトキシプロピル）フォスフォニウムクロライド、トリオクチルメチルフォスフォニウムクロライド、トリドデシルメチルフォスフォニウムクロライド等が例示され、２種類以上組合せて用いてもよい。これらのオニウム塩の配合量は、上記共重合体１００重量部に対して通常０．３〜５重量部の範囲が好ましく、この範囲であれば加硫不足や過加硫及び早期加硫の恐れが全くない。
【００２４】
また、パーオキサイド加硫の際には、加硫助剤として不飽和多官能性化合物が用いられ、例えば、多アリル化合物、メタクリレート化合物、ジビニル化合物、ポリブタジエンなどが挙げられる。中でもトリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレートが好ましい。これら不飽和多官能性化合物の配合量は、上記共重合体１００重量部当たり０．５〜２０重量部、好ましくは１〜１０重量部である。
【００２５】
上記共重合体には更に、従来から公知の補強充てん剤として使用されるカーボンブラック、セライト、シリカ、クレイ、タルク、炭酸カルシウム等の充てん剤、その他顔料、染料、老化防止剤、酸化防止剤、安定剤、加工助剤、可塑剤、離型剤などを添加、配合してもよい。
【００２６】
上記の各成分を用いてシール装置４００の弾性材原料を得るための方法は特に限定されないが、原料ゴムである弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体またはテトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体と、充てん剤及びその他添加剤をゴム混練用ロール、加圧ニーダーまたは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合することが可能である。その混練り条件は特に限定されないが、通常は３０〜８０℃の温度で５〜６０分間混練することによって、各種添加剤の十分な分散を図ることができる。
【００２７】
また、シール装置４００の弾性材１５ｂとするための製造方法も特に限定されないが、上記のフッ素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１２０〜２５０℃で３分〜２時間程度加圧加硫することで製造することができる。また、得られた弾性材１５ｂに後加硫を施すことにより、加硫を完全なものとすると同時に、余分な揮発成分を揮散させることは、弾性材１５ｂの物性を向上するのに効果が認められるため好ましいものである。尚、後加硫の条件は特に限定されないが、例えば１５０〜２５０℃の温度で、１〜５０時間程度の加熱処理を行うことができる。
【００２８】
芯金との接着に使用する接着剤としては、表面にエチレン−プロピレン系共重合体が多く存在することを活かして、ビニル基、アミノ基を有するシランカップリング剤を含有するシラン系接着剤を用いると、一定以上の接着強度を有するウォータポンプ用ゴムシール装置が得られるため好ましい。ビニル基を有するシランカップリング剤としては、例えば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。このビニル基を有するシランカップリング剤は、加水分解性のアルコキシ基がシラノール基に加水分解し、そのシラノール基が金属表面の水酸基とカップリング反応（脱水縮合）により化学的に結合するとともに、構造中に存在するビニル基が、構造中に存在する二重結合あるいは過酸化物による架橋反応中に構造に取り込まれ、結果としてゴム組成物と金属とを化学的に結び付けるため、強い接着力が得られる。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に説明する。但し、本発明は実施例により何ら制限されるものではない。
【００３０】
（第１の実験）
先ず、表１に記載した架橋剤及び加硫促進剤以外の材料をバンバリーミキサーに入れ、ミキサー温度８０℃で素練りを行った。次いで、素練りした剤慮をバンバリーミキサーから取り出し、ゴム混練用の２本ロールに投入した。そして、ロール温度５０℃に制御しながら表１に示す加硫促進剤（あるいは架橋剤）を投入し、均一になるまで混練した後、厚さ約２．２mmの未加硫ゴムシートを作製した。
【００３１】
次に、未加硫ゴムシートを縦横１５０mm、厚さ２mmの金型に挿入し、１７０℃で２０分間、圧力５０kgf／cm²を負荷して加硫成形を行った。更に実施例１、実施例２、比較例１、比較例３については、金型から取出した状態で、オーブン中にて２次加硫した。２次加硫条件は、実施例１が２００℃で４時間、実施例２が２３０℃で２４時間、比較例１が２００℃で４時間、比較例３が１８０℃で４時間である。
【００３２】
【表１】

【００３３】
得られた加硫ゴムのシートをJISダンベル状３号形試験片の形状に打抜き、下記に示す常態物性を測定した。結果を表２に示す。
▲１▼硬さ試験：上記ダンベル試験片を３枚重ねにしてJIS K 6301に基づき硬さを測定した。
▲２▼引張試験：上記ダンベル試験片について、万能型試験機を用いて破断する引張強さ及び引張伸びを測定した。
▲３▼体積変化率：上記ダンベル試験片を、１５０℃のシーシーアイ社製のＬＬＣ中（水で５０％に希釈）に１週間浸漬し、浸漬前後の体積変化率を求めた。
▲４▼成形不良率：図２に示すウォータポンプ用軸受のゴムシールを１００個成形し、金型離型時のリップ部破損の有無等を調べて成形不良率を求めた。
【００３４】
【表２】

【００３５】
表２の結果から明らかなように、本発明の範囲にある、弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体またはテトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体１００重量部に対してエチレン−プロピレン系共重合体を３〜３０重量部配合したゴム組成物からなる試験片は何れも、体積変化率が小さく、成形不良も見られない。また、弗化ビニリデンの配合比率が小さくなるのにしたがって、体積変化率が小さくなっており、特に弗化ビニリデンを含まない実施例１の試験片は、体積変化率が最も小さくなっている。
【００３６】
これに対し、水素添加ニトリルゴムを用いた比較例２、標準的なフッ素ゴムである弗化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン２元共重合体を用いた比較例３ニトリルゴムを用いた比較例４の各試験片は、膨潤が大きく、エチレン−プロピレン系共重合体を含まない比較例１の試験片では、成形不良率が格段に大きく、実用性が低いことがわかった。
【００３７】
（第２の実験）
図３に示す試験装置を用いて、図２に示す構成のシール装置を備えた軸受の耐熱性試験及び耐水性試験を行った。図３に示す試験装置は、回転軸を支持した軸受をハウジングを介してヒータにより加熱するとともに、定量ポンプにより軸受の端部に冷却水を定量供給する構成である。この試験装置により、軸受端部に備えたシール装置の弾性材の性能の経時変化を調べた。上記試験に用いたシール装置の弾性材は、第１の実験にて説明した実施例１、実施例２、比較例２、比較例３と同一の組成物で構成した。
【００３８】
試験軸受の製作は、先ず、第１の実験と同様の方法で未加硫ゴム組成物の調製を行い、得られた未加硫ゴムシートを予め接着剤を塗布した芯金１５ａを挿入した金型に入れ、表１に記載の１次加硫の条件で圧力３０kgf／cm²を負荷し加硫成形を行った。更に、金型から取出した状態でオーブン中で、表１に記載の２次加硫の条件で後加硫を行った。そして、得られた密封板１５にフリンガー２０を装着し、軸受１０に組み込んで試験軸受を作製した。
【００３９】
試験条件は以下の通りである。
・軸受温度：１５０℃
・ＬＬＣ：シーシーアイ社製ＬＬＣ
・ＬＬＣ注水量：５０ml／min
・回転数：８０００rpm
・試験時間：１０００時間
【００４０】
また、評価項目は、主リップ１５ｅの硬さ変化と第３リップの変形（波打ち）とした。尚、硬さの測定はJIS K 6253に基づき、IRHD（International Rubber Hardness Degree）マイクロ硬さ計を用いて行った。結果を表３に示す。
【００４１】
【表３】

【００４２】
表３の結果から明らかなように、本発明の範囲にある、実施例１及び実施例２のゴム組成物で弾性材を形成したシール装置は、主リップの硬さ変化が少なく、第３リップの変形も認められないことから、良好な耐ＬＬＣ性を有すると共に、密封性にも優れているものと思われる。原料ゴムに水素添加ニトリルゴムを用いた比較例２のゴム組成物は、原料ゴムに標準的なフッ素ゴムである弗化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン２元共重合体を用いた比較例３のゴム組成物で弾性材を形成したシール装置よりは良好であるが、主リップの硬さ変化が大きく、第３リップの変形も生じていることから、実施例の軸受より密封性に劣り、軸受寿命が短いものと思われる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のウォータポンプ用軸受によれば、シール装置の弾性材が弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体またはテトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体を含むため、耐ＬＬＣ性に優れて、長期間にわたって良好なシール性能を発揮することができ、インペラ側からメカニカルシールを通過してきた水蒸気等が軸受内に浸入することがなく、安定した軸受性能を保証できる。
【００４４】
また、少量（３〜３０重量部）配合されたエチレン−プロピレン系共重合体が表面層に多く存在するため、金属に対する接着性、離型性、加工性が改善され、芯金と強固に接着して一体化された複雑な形状のウォーターポンプ用軸受のシール装置が安定した製造に可能になる。
【００４５】
更に、安価なエチレンープロピレン系共重合体を配合したため、その分低コストにもなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるウォータポンプの一例を示す軸方向断面図である。
【図２】シール装置の一例を示す軸方向断面図である。
【図３】試験装置の断面図である。
【符号の説明】
１０軸受
１０ａ外輪
１２回転軸
１５密封板
１５ａ芯金
１５ｂ弾性材
２０フリンガー
３０ウォータポンプ
３２インペラ
４００シール装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bearing for a water pump suitable for a water-cooled engine of an automobile, and more specifically, prevents water, water vapor, etc. from entering the bearing that supports the rotating shaft of the water pump, and at the same time, prevents grease from entering the bearing. The present invention relates to a bearing provided with a seal device for preventing leakage.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 1, a water pump 30 that pumps and circulates engine cooling water generally includes a plurality of rolling bearings 10 in which a rotating shaft 12 to which an impeller 32 is fixed is arranged at intervals in the axial direction. The casing 38 is supported. The cooling water is sealed by a mechanical seal 40 disposed between the impeller 32 and the bearing 10. However, in this water pump bearing 10 (hereinafter, sometimes simply referred to as “bearing”), the sliding surface of the mechanical seal 40 with the rotating shaft 12 is in a water-lubricated state. Leaks and enters the bearing 10 side, and water vapor or the like further enters the bearing 10 and deteriorates the bearing 10. Therefore, the water vapor or the like is prevented from entering the bearing 10 from the impeller 32 side. In addition, a seal device is provided on the impeller 32 side of the bearing 10 in order to prevent leakage of the lubricating grease sealed inside the bearing 10. Further, dust from the outside also enters the drive side 31 of the bearing 10. In order to prevent the leakage of the lubricating grease enclosed in the bearing 10, a sealing device is provided.
[0003]
The impeller 32 side sealing device has a structure as shown in FIG. 2 as an axial sectional view, for example. In FIG. 2, the bearing 10 includes an outer ring 10a, a rotating shaft 12 constituting an inner ring, a ball 10b sandwiched between the outer ring 10a and the rotating shaft 12, and a cage 10c for holding the ball 10b. The sealing device 400 includes the sealing plate 15 and the flinger 20. A sealing plate 15 is disposed in the sealing groove 10d at the axial end of the outer ring 10a. The sealing plate 15 includes a metal core 15a and an elastic material 15b, and the elastic material 15b has three

lip portions

15c, 15d, and 15e. The metal core 15a has an inverted L-shaped cross section, and is attached by caulking in the seal groove 10d of the outer ring 10a. The elastic material 15b is in close contact with the outer surface of the cored bar 15a. The elastic material 15b is made of a nitrile rubber or a standard fluoro rubber excellent in heat resistance (for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene binary copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene terpolymer). And the like. The main lip portion 15e forming one of them extends obliquely to the lower right, and the other lip portion 15d forming the other. Extends diagonally to the lower left. A cylindrical third lip portion 15c is formed so as to extend rightward in the drawing from the elastic material 15b at an intermediate position of the cored bar 15a.
[0004]
Further, a stainless steel flinger 20 is disposed on the rotary shaft 12. The flinger 20 includes a small cylinder 20c that is closely fitted to the rotary shaft 12, a large cylinder 20a that coaxially encloses the small cylinder 20c, and a flange portion 20b that connects both cylinders in the radial direction. The third lip portion 15c of the elastic material 15b contacts the outer periphery of the large cylinder 20a of the flinger 20, the main lip portion 15e contacts the outer periphery of the small cylinder 20c, and the sub lip portion 15d is the outer peripheral surface of the rotating shaft 12. Each of them achieves sealing.
[0005]
In the sealing device 400, when cooling water vapor or water droplets scatter from the outside, the outer peripheral surface of the flinger 20 receives this and the cooling water does not fall directly on the sealing plate 15. Thereby, the deformation | transformation and expansion | swelling of the sealing board 15 (especially 3rd lip member 15c) can be reduced. On the other hand, the grease or the like enclosed in the bearing 10 is sealed by the sub lip portion 15d and the main lip portion 15e of the sealing plate 15 to prevent leakage to the outside.
[0006]
Further, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymers and tetrafluoroethylene-propylene binary copolymers are known as fluororubber materials having excellent chemical resistance and heat resistance.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
With the recent high performance and high output of the engine, the temperature conditions around the engine have become severe, and the ambient temperature of the bearing may exceed 120 ° C. However, since the limit of heat resistance of nitrile rubber is about 120 ° C., when nitrile rubber is used as the material of the elastic material of the seal device of the bearing 10, the elastic material is cured and deteriorated due to heat and loses elasticity, which is an extreme case. May cause cracks in the lip, and the sealing performance may be impaired. In addition, since the standard fluororubber described above has a heat resistance limit of 200 ° C. or higher, there is no problem of heat resistance even under the above temperature conditions, but it deteriorates and deforms when it comes into contact with the additive contained in the cooling water. As a result, the sealing performance may be reduced.
[0008]
Thus, when the material of the elastic material of the conventional sealing device for water pump bearings is examined, hydrogenated nitrile rubber described in JP-A-11-193895 is known. Since the heat resistance limit of the hydrogenated nitrile rubber is 150 ° C., there is no problem of heat resistance even under the above temperature conditions, but it is included in the cooling water to some extent as compared with standard fluororubber. Since it deteriorates and deforms when it comes into contact with the additive, and the sealing performance may be lowered, the performance is still not sufficient.
[0009]
In order to improve the above problems, a vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer or a tetrafluoroethylene-propylene binary copolymer having excellent chemical resistance and heat resistance is used as a base rubber. Although it is possible to form a seal device for a water pump bearing as shown in FIG. 2, the following new problems arise.
[0010]
As can be seen from FIG. 2, the seal device for the bearing for the water pump has a rubber lip portion and a complicated shape as compared with a rubber seal device used in a normal deep groove ball bearing. On the other hand, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymers and tetrafluoroethylene-propylene binary copolymers have the disadvantage of poor processability and releasability, and are difficult to mold. There is a high possibility that the defect rate will be high.
[0011]
Therefore, the present invention has been made paying attention to such conventional problems, and has a sealing device that is excellent in molding stability and does not denature even when used in a high temperature atmosphere and contact with excessive cooling water. Another object is to provide a water pump bearing.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The above-mentioned object according to the present invention has a rolling element between an outer ring fixed to a casing and a rotary shaft having a drive part on one end side and an impeller on the other end side, and both end parts of the outer ring. In a water pump bearing in which a space between the rotary shaft and a pair of sealing devices each having an elastic material fixed thereto is sealed, at least the elastic material of the impeller side sealing device is vinylidene fluoride. Tetrafluoroethylene-propylene terpolymerization Body 1 A water pump bearing comprising a vulcanizable fluororubber composition comprising 00 parts by weight and 3 to 30 parts by weight of an ethylene-propylene copolymer. In addition, each of the outer ring fixed to the casing and the rotating shaft provided with the drive unit on one end side and the impeller on the other end side, and fixed to both ends of the outer ring In a water pump bearing in which a space between the rotating shaft is sealed by a pair of sealing devices having an elastic material, at least the elastic material of the impeller side sealing device is a tetrafluoroethylene-propylene binary copolymer A water pump bearing comprising a vulcanizable fluororubber composition containing 100 parts by weight and 3 to 30 parts by weight of an ethylene-propylene copolymer. Is achieved.
[0013]
[Action]
Since the terpolymer of vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene is a ternary system, it has a relatively small proportion of vinylidene fluoride and does not contain hexafluoropropylene. It is difficult to cause dehydrofluorination of vinylidene fluoride. In addition, the tetrafluoroethylene-propylene binary copolymer does not contain vinylidene fluoride as a raw material and also does not contain hexafluoropropylene. Therefore, a basic compound such as amine causes a dehydrofluorination reaction of vinylidene fluoride. Absent. Therefore, it is suitable as an elastic material for the seal device of the bearing for water pump of the present invention. These fluororubbers can also be vulcanized using standard fluororubbers (including vinylidene fluoride-hexafluoropropylene binary copolymers or vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene terpolymers). Compared with fluororubber compositions), the chemical resistance is remarkably superior. However, since it is inferior to moldability and releasability, moldability and releasability are improved by blending a specific amount of an ethylene-propylene copolymer. That is, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer Or Tetrafluoroethylene-propylene binary copolymerization To the body When a fluororubber composition containing a specific amount of ethylene-propylene copolymer is used as an elastic material for a seal device for a water pump bearing, the seal device is also modified by use in a high temperature atmosphere and contact with cooling water. Without being able to exhibit good sealing performance over a long period of time. For this reason, water vapor or the like does not enter the bearing, and the bearing performance does not deteriorate. Furthermore, the moldability and mold release properties are improved, the molding stability is excellent, and the productivity is increased.
[0014]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0015]
The bearing for water pumps of this invention is provided with the sealing device shown, for example in FIG. That is, the bearing 10 includes an outer ring 10a, a rotating shaft 12 constituting an inner ring, a ball 10b sandwiched between the outer ring 10a and the rotating shaft 12, and a cage 10c that holds the ball 10b. A sealing device 400 including 15 and the flinger 20 is incorporated. Sealing plates 15 are disposed in the sealing grooves 10d at both axial ends of the outer ring 10a. The sealing plate 15 includes a metal core 15a and an elastic material 15b, and the elastic material 15b has three

lip portions

15c, 15d, and 15e. The metal core 15a has an inverted L-shaped cross section, and is attached by caulking in the seal groove 10d of the outer ring 10a. The elastic material 15b is in close contact with the outer surface of the cored bar 15a.
[0016]
The elastic material 15b is made of fluoro rubber, which will be described later, and has a bifurcated cross section. A main lip portion 15e forming one of the elastic members 15b extends obliquely to the lower right, and a sub lip portion 15d forming the other is inclined. It extends to the lower left. A cylindrical third lip portion 15c is formed so as to extend rightward in the drawing from the elastic material 15b at an intermediate position of the cored bar 15a.
[0017]
Further, a stainless steel flinger 20 is disposed on the rotary shaft 12. The flinger 20 includes a small cylinder 20c that is closely fitted to the rotary shaft 12, a large cylinder 20a that coaxially encloses the small cylinder 20c, and a flange portion 20b that connects both cylinders in the radial direction. The third lip portion 15c of the elastic material 15b contacts the outer periphery of the large cylinder 20a of the flinger 20, the main lip portion 15e contacts the outer periphery of the small cylinder 20c, and the sub lip portion 15d is the outer peripheral surface of the rotating shaft 12. Each of them achieves sealing.
[0018]
The elastic material 15b is a vulcanizable fluororubber composition containing a vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer, or a vulcanizable fluororubber containing a tetrafluoroethylene-propylene binary copolymer. It consists of a composition. The component ratio in these copolymers is not particularly limited, but in the vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer, 1-30 mol% of vinylidene fluoride, 40-70 mol% of tetrafluoroethylene, propylene A range of 30 to 60 mol% is preferable, and a range of 2 to 5 mol% of vinylidene fluoride, 40 to 60 mol% of tetrafluoroethylene, and 40 to 60 mol% of propylene is preferable from the chemical resistance. . Further, in the tetrafluoroethylene-propylene binary copolymer, the range of 20 to 80 mol% of tetrafluoroethylene and 20 to 80 mol% of propylene is preferable, more preferably 30 to 60 mol% of tetrafluoroethylene, and propylene It is in the range of 30 to 60 mol%. These copolymers may be copolymerized with a so-called cure site monomer (for example, an iodine compound or a bromine compound) that becomes a crosslinking point at the time of crosslinking, and the copolymer may be post-treated after the polymerization. An unsaturated bond may be introduced into the coalescence. Such vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymers include “BRE LJ-298005” (trade name) manufactured by DINEON and “AFLAS SP” and “AFLAS SZ” (product) manufactured by Asahi Glass. Name) etc. can be used. As the tetrafluoroethylene-propylene binary copolymer, commercially available products such as “AFLAS 150P” (trade name) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. can be used.
[0019]
An ethylene-propylene copolymer is blended in order to greatly improve moldability such as mold releasability and workability. As a suitable ethylene-propylene copolymer, 10 mol% of ethylene, propylene and a non-conjugated diene such as 1,4-hexadiene, dicyclopentadiene, 5-ethylridene-2-norbornene having a double bond as a third component Mention may be made of terpolymers copolymerized in the following proportions. The ratio of ethylene and propylene is preferably ethylene: propylene = 50: 50 to 90:10 (mol%) in terms of polymerized units. When the proportion of propylene is too large, particularly in the case of an ethylene-propylene binary copolymer, vulcanization with an organic peroxide becomes difficult, which is not preferable. This ethylene-propylene copolymer is a vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer. Or Tetrafluoroethylene-propylene binary copolymerization Body 1 3 to 30 parts by weight, preferably 5 to 20 parts by weight per 100 parts by weight. When the blending amount of the ethylene-propylene copolymer is less than 3 parts by weight, the effect of improving the moldability is insufficient, and when it exceeds 30 parts by weight, the heat resistance and chemical resistance of the rubber composition as a whole are lowered. It is not preferable.
[0020]
When ethylene-propylene copolymer is added in a small amount to vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer or tetrafluoroethylene-propylene binary copolymer, a large amount of fluorine atoms are present in the molecule. Because of its low compatibility with vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymers and tetrafluoroethylene-propylene binary copolymers, it is difficult to stay in the molded body and may exist in large amounts on the surface. Get higher. Therefore, it works effectively as an internal mold release agent with a small amount of compounding, greatly improves the mold releasability at the time of vulcanization molding, and can be accurately molded even with a rubber seal device having a complicated shape. In addition, the presence of a large amount of ethylene-propylene copolymer on the surface of the rubber seal device makes it difficult to use vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer or tetrafluoroethylene-propylene binary copolymer alone. Further, strong and stable vulcanization adhesion to a reinforcing member such as a cored bar becomes possible. This effect becomes more prominent when an EPDM type ethylene-propylene copolymer is used so that a double bond remains in the structure.
[0021]
The vulcanization method of the copolymer is not particularly limited, and is a normal fluorinated rubber vulcanization method, but polyol vulcanization and peroxide vulcanization can be applied. For example, as the polyhydroxy compound that is a vulcanizing agent in the case of polyol vulcanization, a conventionally known polyhydroxy aromatic compound or fluorine-containing polyhydroxy aliphatic compound can be used, and among them, hydroquinone, 2,2-bis (4-Hydroxyphenyl) propane [bisphenol A], 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) perfluoropropane [bisphenol AF] and the like are preferably used. These may be salts of alkali metals, alkaline earth metals, organic onium compounds, and the like. The blending amount of these polyol vulcanizing agents is in the range of 0.5 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the copolymer, and within this range, there is no fear of insufficient vulcanization or overvulcanization. .
[0022]
On the other hand, the organic peroxide, which is a vulcanizing agent in the case of peroxide vulcanization, is an organic compound having a —O—O— bond in its molecule, specifically, peroxyketals, dialkyl peroxides, diacyls. Peroxides, peroxyesters, hydroperoxides and the like can be mentioned. More specifically, benzoyl peroxide, dicumyl peroxide, di-t-butyl peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane, 2,5-dimethyl -2,5-di (t-butylperoxy) hexyne-3, α, α'-bis (t-butylperoxy) -p-diisopropylbenzene, 1,1-bis (t-butylperoxy) -3 , 3,5-trimethylcyclohexane and the like. The blending amount of these organic peroxides is in the range of 0.5 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the copolymer, and if within this range, there is no fear of insufficient vulcanization or overvulcanization. .
[0023]
In polyol vulcanization, a metal oxide and a metal hydroxide are blended as essential components as an acid acceptor and a vulcanization aid. Specific examples thereof include calcium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium oxide, zinc oxide, lead oxide, magnesium oxide and the like, and among them, combined use of calcium hydroxide and magnesium oxide is preferable. The compounding amount of these metal oxide and metal hydroxide is preferably 0.5 to 50 parts by weight, more preferably 1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the copolymer. Furthermore, an onium salt (quaternary ammonium salt or quaternary phosphonium salt) may be blended as a vulcanization accelerator. Specific examples of the quaternary ammonium salt include tetrabutylammonium hydrogensulfate, tetramethylammonium hydrogensulfate, tetraethylammonium hydrogensulfate, trioctylmethylammonium hydrogensulfate, tridecylmethylammonium hydrogensulfate, and trimethylbenzylammonium hydrogensulfate. Illustrated. Quaternary phosphonium salts include tetrabutyl phosphonium chloride, tetrabutyl phosphonium bromide, tributyl (methoxypropyl) phosphonium chloride, trioctyl methyl phosphonium chloride, tridodecyl methyl phosphonium chloride and the like. Illustrated, two or more types may be used in combination. The amount of these onium salts is usually preferably in the range of 0.3 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the above copolymer, and if within this range, there is a risk of insufficient vulcanization, overvulcanization or early vulcanization. There is no.
[0024]
In the case of peroxide vulcanization, an unsaturated polyfunctional compound is used as a vulcanization aid, and examples thereof include polyallyl compounds, methacrylate compounds, divinyl compounds, and polybutadiene. Of these, triallyl isocyanurate and triallyl cyanurate are preferable. The blending amount of these unsaturated polyfunctional compounds is 0.5 to 20 parts by weight, preferably 1 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the copolymer.
[0025]
In addition to the above-mentioned copolymer, fillers such as carbon black, celite, silica, clay, talc, calcium carbonate used as conventionally known reinforcing fillers, other pigments, dyes, anti-aging agents, antioxidants, Stabilizers, processing aids, plasticizers, release agents and the like may be added and blended.
[0026]
The method for obtaining the elastic material raw material of the sealing device 400 using each of the above components is not particularly limited, but the raw material rubber is vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer or tetrafluoroethylene-propylene 2 The original copolymer, the filler and other additives can be uniformly mixed using a conventionally known rubber kneading apparatus such as a rubber kneading roll, a pressure kneader, or a Banbury mixer. The kneading conditions are not particularly limited, but normally, various additives can be sufficiently dispersed by kneading at a temperature of 30 to 80 ° C. for 5 to 60 minutes.
[0027]
Further, the manufacturing method for forming the elastic member 15b of the sealing device 400 is not particularly limited, but the fluororubber composition may be heated while being pressed in a mold, such as compression molding, transfer molding, injection molding, and the like. It can manufacture by the well-known rubber molding method. For example, in the case of compression molding, a sheet of unvulcanized rubber composition manufactured by the method described above is inserted by inserting a core metal (formation of the core part of the sealing device) previously coated with an adhesive into the mold. It can be produced by placing and vulcanizing under pressure usually at 120 to 250 ° C. for about 3 minutes to 2 hours. Further, by post-curing the obtained elastic material 15b, it is possible to complete the vulcanization and at the same time, volatilizing excess volatile components is effective in improving the physical properties of the elastic material 15b. Therefore, it is preferable. In addition, although the conditions of post-vulcanization are not specifically limited, For example, the heat processing for about 1 to 50 hours can be performed at the temperature of 150-250 degreeC.
[0028]
As an adhesive used for bonding with a core metal, a silane adhesive containing a silane coupling agent having a vinyl group and an amino group is utilized by taking advantage of the presence of many ethylene-propylene copolymers on the surface. When used, it is preferable because a rubber seal device for a water pump having a certain or higher adhesive strength can be obtained. Examples of the silane coupling agent having a vinyl group include γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane. In this silane coupling agent having a vinyl group, a hydrolyzable alkoxy group is hydrolyzed to a silanol group, and the silanol group is chemically bonded to a hydroxyl group on the metal surface by a coupling reaction (dehydration condensation). The vinyl group present in the structure is incorporated into the structure during the cross-linking reaction with double bonds or peroxides present in the structure, resulting in a chemical bond between the rubber composition and the metal, resulting in high adhesion. It is done.
[0029]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be further described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples.
[0030]
(First experiment)
First, materials other than the crosslinking agent and the vulcanization accelerator listed in Table 1 were put in a Banbury mixer and masticated at a mixer temperature of 80 ° C. Next, the kneaded preparation was taken out from the Banbury mixer and put into two rolls for rubber kneading. Then, while controlling the roll temperature at 50 ° C., the vulcanization accelerator (or crosslinking agent) shown in Table 1 was added and kneaded until uniform, and then an unvulcanized rubber sheet having a thickness of about 2.2 mm was produced. .
[0031]
Next, an unvulcanized rubber sheet is inserted into a mold having a length and width of 150 mm and a thickness of 2 mm, and the pressure is 50 kgf / cm at 170 ° C. for 20 minutes. ² And vulcanization molding was performed. Further, Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 3 were subjected to secondary vulcanization in an oven in a state where they were taken out from the mold. Secondary vulcanization conditions are as follows: Example 1 is 200 ° C. for 4 hours, Example 2 is 230 ° C. for 24 hours, Comparative Example 1 is 200 ° C. for 4 hours, and Comparative Example 3 is 180 ° C. for 4 hours.
[0032]
[Table 1]

[0033]
The obtained vulcanized rubber sheet was punched into the shape of a JIS dumbbell-shaped No. 3 test piece, and the normal physical properties shown below were measured. The results are shown in Table 2.
(1) Hardness test: Three dumbbell test pieces were stacked and the hardness was measured based on JIS K 6301.
(2) Tensile test: Tensile strength and tensile elongation at break of the dumbbell test piece were measured using a universal testing machine.
{Circle around (3)} Volume change rate: The dumbbell test piece was immersed for 1 week in LLC (50% diluted with water) manufactured by CCI at 150 ° C., and the volume change rate before and after immersion was determined.
(4) Molding failure rate: 100 rubber seals of the water pump bearing shown in FIG. 2 were molded, and the presence or absence of damage to the lip portion at the time of mold release was examined to determine the molding failure rate.
[0034]
[Table 2]

[0035]
As is apparent from the results of Table 2, ethylene-based on 100 parts by weight of vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer or tetrafluoroethylene-propylene binary copolymer within the scope of the present invention. Any test piece made of a rubber composition containing 3 to 30 parts by weight of a propylene-based copolymer has a small volume change rate and no defective molding. Further, as the blending ratio of vinylidene fluoride becomes smaller, the volume change rate becomes smaller. In particular, the test piece of Example 1 that does not contain vinylidene fluoride has the smallest volume change rate.
[0036]
In contrast, Comparative Example 2 using hydrogenated nitrile rubber, Comparative Example 3 using vinylidene fluoride-hexafluoropropylene binary copolymer, which is a standard fluororubber, Comparative Example 4 using nitrile rubber It was found that the test piece was greatly swelled, and the test piece of Comparative Example 1 which did not contain an ethylene-propylene copolymer had a remarkably large molding defect rate and low practicality.
[0037]
(Second experiment)
Using the test apparatus shown in FIG. 3, the heat resistance test and the water resistance test of the bearing provided with the sealing apparatus having the configuration shown in FIG. 2 were performed. The test apparatus shown in FIG. 3 has a configuration in which a bearing supporting a rotating shaft is heated by a heater through a housing, and cooling water is quantitatively supplied to the end of the bearing by a metering pump. With this test device, the time-dependent change in the performance of the elastic material of the seal device provided at the bearing end was examined. The elastic material of the sealing device used in the above test was composed of the same composition as Example 1, Example 2, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 described in the first experiment.
[0038]
The test bearing was manufactured by first preparing an unvulcanized rubber composition by the same method as in the first experiment, and inserting the obtained unvulcanized rubber sheet into the core metal 15a previously coated with an adhesive. Place in mold and pressure 30kgf / cm under the conditions of primary vulcanization listed in Table 1. ² And vulcanization molding was performed. Further, post-vulcanization was carried out in the oven with the secondary vulcanization conditions shown in Table 1 taken out from the mold. Then, a flinger 20 was attached to the obtained sealing plate 15 and incorporated in the bearing 10 to produce a test bearing.
[0039]
The test conditions are as follows.
・ Bearing temperature: 150 ℃
-LLC: CCI LLC
-LLC water injection volume: 50 ml / min
・ Rotation speed: 8000rpm
・ Test time: 1000 hours
[0040]
The evaluation items were the change in hardness of the main lip 15e and the deformation (rippling) of the third lip. The hardness was measured using an IRHD (International Rubber Hardness Degree) micro hardness tester based on JIS K 6253. The results are shown in Table 3.
[0041]
[Table 3]

[0042]
As is apparent from the results in Table 3, the sealing device in which the elastic material is formed from the rubber compositions of Examples 1 and 2 within the scope of the present invention has little change in the hardness of the main lip, and the third lip Since no deformation is observed, it is considered that it has excellent LLC resistance and excellent sealing properties. The rubber composition of Comparative Example 2 using hydrogenated nitrile rubber as the raw rubber is the rubber composition of Comparative Example 3 using a standard fluororubber vinylidene fluoride-hexafluoropropylene binary copolymer as the raw rubber. Although it is better than a sealing device in which an elastic material is formed of a material, since the hardness change of the main lip is large and the third lip is deformed, the sealing performance is inferior to that of the bearing of the embodiment, and the bearing life is shortened. It seems to be short.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the water pump bearing of the present invention, the elastic material of the sealing device is a vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer. Or Tetrafluoroethylene-propylene binary copolymerization Body As a result, it has excellent LLC resistance and can exhibit good sealing performance over a long period of time. Water vapor that has passed through the mechanical seal from the impeller side does not enter the bearing, providing stable bearing performance. Can be guaranteed.
[0044]
In addition, since a large amount of ethylene-propylene copolymer blended in a small amount (3 to 30 parts by weight) is present in the surface layer, adhesion to metal, releasability, and workability are improved, and it adheres firmly to the core metal. Thus, the integrated seal device for the water pump bearing having a complicated shape can be stably manufactured.
[0045]
Furthermore, since an inexpensive ethylene-propylene copolymer is blended, the cost is reduced accordingly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an axial sectional view showing an example of a water pump to which the present invention is applied.
FIG. 2 is an axial sectional view showing an example of a sealing device.
FIG. 3 is a sectional view of the test apparatus.
[Explanation of symbols]
10 Bearing
10a Outer ring
12 Rotating shaft
15 Sealing plate
15a cored bar
15b Elastic material
20 Flinger
30 Water pump
32 impeller
400 Sealing device

Claims

Each of the outer ring fixed to the casing and the rotating shaft provided with the drive unit on one end side and the impeller on the other end side has a rolling element and is fixed to both end portions of the outer ring. In a water pump bearing in which the space between the rotating shaft and the rotating shaft is sealed by a pair of sealing devices, the elastic material of at least the impeller side sealing device is a vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene ternary material. a polymer 1 00 parts by weight, an ethylene - propylene copolymer bearing water pump, characterized in that it consists vulcanizable fluororubber composition comprising a polymer 3-30 parts by weight.

Each of the outer ring fixed to the casing and the rotating shaft provided with the drive unit on one end side and the impeller on the other end side has a rolling element and is fixed to both end portions of the outer ring. by a pair of sealing device having, in the bearing for water pump comprising a seal between the said rotary shaft, elastic material of at least the impeller side of the seal device, Te tetrafluoroethylene - propylene binary copolymer 100 parts by weight, an ethylene - propylene copolymer, wherein the to roux Otaponpu bearing in that it consists of vulcanizable fluororubber composition comprising a polymer 3-30 parts by weight.

Vinylidene fluoride - tetrafluoroethylene - propylene terpolymer is vinylidene fluoride 1-30 mol% of tetrafluoroethylene 4 0-7 0 mol%, and characterized in that it consists of propylene 3 0-6 0 mol% water bearing pump according to claim 1 Symbol mounting to.

The water pump bearing according to claim 2, wherein the tetrafluoroethylene-propylene binary copolymer is composed of 20 to 80 mol% tetrafluoroethylene and 20 to 80 mol% propylene.

The water pump bearing according to any one of claims 1 to 4, wherein the ethylene-propylene copolymer contains a non-conjugated diene at a ratio of 10 mol% or less.