JP6017216B2 - 軸受シール - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受に用いられる軸受シールに関する。

従来、円筒状の内輪と外輪との間に転動自在に配設された複数の転動体を保持する軸受が知られている。内輪と外輪との間は、一般的に２枚の環状の軸受シールによって密閉されており、その中にはグリース（潤滑油）が充填されている。２枚の環状の軸受シールの外周部分は外輪の縁に嵌合されており、内周部分は内輪を挟持して内輪が軸受シールに対して摺動しながら回動できるようにしている。

軸受シールは、輪状の芯金と、芯金に接着剤を塗布した接着層によって接着されている薄い環状のゴム材と、で構成されている。芯金には、一般に環状にプレス加工された冷延鋼板(ＳＰＣＣ)、亜鉛めっき鋼板（ＳＥＣＣ）が用いられている。しかし、これらの鋼板は、接着剤を直接塗り付けてもゴム材に堅固に接着できない。そこで、接着性を向上させる為、冷延鋼板や亜鉛メッキ鋼板にリン酸亜鉛処理を施したものが使われている。

図３は、従来の軸受シールが有機酸等の酸又はアルカリ性物質によって腐食されてゆく状態変化を示す。亜鉛めっき鋼板は、図３の状態Ａに示すように母材２０の地鉄に亜鉛めっき２１を施した鋼板である。亜鉛めっき鋼板は、接着剤となじみやすいように、亜鉛めっき層２１の上に化成処理によってリン酸亜鉛層２２が形成された後に、接着剤を塗布した接着層２３を介してゴム材２４に貼り付けられていた（特許文献１を参照）。

特開２００４−１９０７１８号公報

軸受は、種々の使用環境下で用いられる。例えば、トランスミッションオイルに浸された状態で使用される場合、該オイルは軸受シールを通り抜けて内輪と外輪との間に侵入してグリースと混ざり、高温等の使用環境下において、一般にＲ−ＣＯＯＨ（Ｒ：アルキル基）で表される有機酸を発生する。この有機酸は、軸受シールを腐食する。

上記の他、グリース、防錆油、エンジンオイル、Ｔ／Ｍオイル、ＡＴＦ、ブレーキオイル、冷凍機油、冷却水（クーラント）に浸された状態で軸受が使用される場合がある。この場合、浸されている液の酸化劣化によって上記有機酸は、ギ酸、プロピオン酸、その他高次のカルボン酸等が発生する他、バッテリー液（希硫酸）、洗浄液（洗剤）など無機酸、アルカリ性の環境下においても、同様の腐食を生じることが知られている。

図３に示す構成の軸受シールでは、有機酸等の酸又はアルカリは、状態Ｂに示すように、ゴム材２４と接着層２３を透過して亜鉛めっき層２１及びリン酸亜鉛層２２を腐食する。亜鉛めっき層２１及びリン酸亜鉛層２２の腐食が進むと、接着層２３は残っていても、亜鉛めっき層２１、もしくはリン酸亜鉛層２２から亜鉛Ｚｎ^２＋が溶出することで状態Ｃに示すように各々の層の厚みが減少し、最後には状態Ｄに示すように各層が剥離してしまう。この結果、ゴムが剥がれ、シールとしての密封性が損なわれ、軸受内への異物浸入、または軸受内からのグリースの漏出により、焼きつき等が生じる。

本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、軸受シールの有機酸等に対する耐腐食性能を向上させて、ゴム材、接着剤を透過してくる有機酸等に晒されるような高温等の使用環境下でも長期間安定して使用できる軸受用の軸受シールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、内輪と外輪との間に転動自在に配設された複数の転動体を保持する転がり軸受の前記内輪と外輪との間を密閉する軸受シールにおいて、環状の芯金と、前記芯金の表面に接着剤を塗布した接着層によって接着されているゴム材とを備え、前記芯金は、（ａ）鉄製の母材と、（ｂ）前記母材表面に形成される保護膜として、（ｂ−１）母材の腐食防止を行う不動態被膜を形成する金属のうち亜鉛を含まずクロムを含む金属の内の１つの金属めっき層及び（ｂ−２）鉄よりもイオン化傾向の小さいニッケル、銅、金又は銀で母材の腐食防止を行う金属めっき層の内の何れか１つの層と、（ｃ）前記何れか１つの層の表面にクロム酸処理によって形成されたクロム水和酸化物層と、を有するものであることを特徴とする。

前記芯金は、前記母材の表面に形成されたクロムめっき層と、前記クロムめっき層上にクロム酸処理によって形成されたクロム水和酸化物層と、を有することが好ましい。

前記不動態被膜を形成する金属のうち亜鉛を含まずクロムを含む金属は、クロム、アルミニウム、モリブデン、チタン、ジルコニウム、及びアンチモンであることが好ましい。

前記接着剤は、フェノール系、エポキシ系、若しくはシラン系の接着剤、又はこれらを混合した接着剤であることが好ましい。

前記ゴム材は、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ＥＰＤＭ、シリコンゴム（ＶＭＱ）及びウレタンゴム（ＡＵ）の内の何れか１つのものであることが好ましい。

本発明によれば、母材は、表面に形成される保護膜、即ち、（ｉ）母材の腐食防止を行う不動態被膜を形成する金属のうち亜鉛を含まずクロムを含む金属の内の１つの金属めっき層の場合、金属めっき層に形成される不動態被膜、又は（ｉｉ）鉄よりもイオン化傾向の小さな金属で母材の腐食防止を行う金属めっき層の内の何れか１つの層の場合、鉄製の母材よりもイオン化傾向の小さな金属めっき層自体、によって保護される。また、母材と接着層との間にある金属めっき層及びクロム水和酸化物は、酸又はアルカリに対する高い耐腐食性能を有している。この結果、軸受シールは、例えば、高温等の環境下において、ゴム材、接着剤を透過してくる有機酸等に晒される場合であっても、母材を保護すると同時に、母材とゴム材が剥がれることを防ぐことができ、長期間安定して使用することができる。

本発明の一実施形態に係る軸受の構成を示す断面図。 （ａ）は軸受シールの構成を示す断面図、（ｂ）は軸受シールの母材及びゴム材の構成を拡大して示す断面図、（ｃ）は、クロム水和酸化物及びクロムめっきの不動態被膜による有機酸等の酸又はアルカリ性物質からの保護作用を示す断面図。 従来の軸受シールが有機酸等の酸又はアルカリの環境下において腐食されてゆく状態変化を示す断面図。

本発明の軸受シールは、環状の芯金と、芯金の表面に接着剤を塗布した接着層によって接着されている薄い環状のゴム材とを備え、芯金は、鉄製の母材と、母材の腐食防止を行う保護膜として機能する金属めっき層と、該金属めっき層上にクロム水和酸化物層を有している。保護膜として機能する金属めっき層は、例えば、不動態被膜を形成する金属めっき層、又は母材よりもイオン化傾向の小さな金属によるめっき層である。上記構成の芯金を備えたことによって、母材と接着層との間にある層の酸又はアルカリに対する耐腐食性能を向上し、この結果、母材の保護及び母材とゴム材との接着状態の保護とを実現して軸受シールの長期使用を可能にする。

本願の発明者らは、鋭意研究した結果、本発明の軸受シールは、例えば２４℃前後の常温等、通常の使用環境下において高い耐腐食性能を示すだけでなく、例えば自動車のエンジンルーム内の軸受に用いられ、軸受の高速回転又はエンジンによる温度上昇によって１００〜２００℃の高温になり、酸又はアルカリに晒される使用環境下においても高い耐腐食性能を示すことを見出した。

図１は、実施の形態１に係る軸受シール６ａ、６ｂを用いた軸受１の断面を示す。軸受１は、円筒状の内輪２及び外輪３との間に複数の転動体４を収めて転動自在に保持したものである。複数の転動体４は、保持具５ａ、５ｂによって内輪２及び外輪３内の所定位置に保持されている。内輪２及び外輪３の間は、２枚の環状の軸受シール６ａ、６ｂによって密閉されており、その中にはグリース(潤滑油)が充填されている。２枚の軸受シール６ａ、６ｂの外輪側の縁は、外輪３の縁の内周面に設けられている凹部３ａ、３ｂに嵌合されており、内輪側の縁は、内輪２を挟持して内輪２が軸受シール６ａ、６ｂに対して摺動しながら回動できるようにしている。

軸受シール６ａ、６ｂは、環状の芯金７ａ、７ｂに薄い環状のゴム材８ａ、８ｂを接着剤によって貼り付けたものである。軸受シール６ａ、６ｂの外周部分は、ゴムの弾性力を利用して、図示するように外輪３の凹部３ａ、３ｂに圧接した状態で嵌る外径、即ち、凹部３ａ、３ｂの直径よりも僅かに大きな外径を有している。軸受シール６ａ、６ｂの斜めに傾斜した側面６ｃ、６ｄは、点線で描く位置から矢印９ａ、９ｂ方向に押し込むことで凹部３ａ、３ｂにスナップフィットする。軸受シール６ａ、６ｂの内周部分は、内輪２の回転を妨げないように、支持面２ａ、２ｂに軽く接し、内輪２を挟持することによって位置決めを行っている。

図２（ａ）は、軸受シール６ａの構成を示す。なお、軸受シール６ｂは軸受シール６ａを本図において上下逆にした同様の構成を有しており、ここでの重複した説明は省く。図２（ｂ）は、図２（ａ）の点線Ｂ１で示す部分を拡大して示す。図２（ｃ）は、クロム水和酸化物及びクロムめっきの不動態被膜による有機酸からの保護作用を示す。軸受シール６ａは、芯金７ａと、芯金７ａの表面に接着剤を塗布した接着層１０ａによって接着されているゴム材８ａとを備える。芯金７ａは、鉄製の母材１１ａと、母材１１ａの表面に形成される保護膜として、クロムめっき（金属クロム）層１２ａと、クロムめっき層１２ａ上にクロム酸処理によって形成されたクロム水和酸化物層１３ａと、を有している。

次の「表１」は、クロムめっき層１２ａの上にクロム水和酸化物層１３ａを有する軸受シール６ａ（実施例１：例えばクロムめっき層１２ａの付着量１４０ｍｇ／ｍ^２、クロム水和酸化物層１３ａの付着量１５ｍｇ／ｍ^２）と、クロムめっき層１２ａの代わりに錫めっき層を用いた場合の変形例(実施例２)と、についての接着剥れ実験結果を示す。比較のため、亜鉛めっき層の上にリン酸亜鉛層を有する従来の軸受シール(比較例)についての結果を示す。実験結果によれば、比較例の軸受シールについてはゴム材８ａの剥がれが生じたのに対し、実施例１、２においてはゴム材８ａの剥がれは生じなかった。

次の「表２」は、実施例１に係る軸受シール６ａに関し、クロム水和酸化物層１３ａの付着量を一定（例えば、１５ｍｇ／ｍ^２）にした状態で、クロムめっき層１２ａの付着量を１０〜２５０ｍｇ／ｍ^２の範囲で変えた軸受シール（実施例１−ａ〜１−ｆ）について、３％硫酸に浸漬し、２５℃で２４時間経過した時の錆の発生の有無について調べた結果を示す。実験結果から、クロムめっき層１２ａは２０〜２５０ｍｇ／ｍ^２の量が好ましいことが解った。詳しくは、クロムめっき層１２ａの付着量が１０ｍｇ／ｍ^２以下の場合、耐腐食性が劣った。クロムめっき層１２ａの付着量が１０ｍｇ／ｍ^２より多い場合、その付着量が２０ｍｇ／ｍ^２、８０ｍｇ／ｍ^２と増すに連れてより良い耐腐食性を示した。しかし、クロムめっき層１２ａの付着量が２５０ｍｇ／ｍ^２以上となるあたりからは、それ以上の耐腐食性の改善は認められなかった。

次の「表３」は、実施例１に係る軸受シール６ａに関し、クロムめっき層１２ａの付着量を一定（例えば、１４０ｍｇ／ｍ^２）にした状態で、クロム水和酸化物層１３ａの付着量を１〜３５ｍｇ／ｍ^２の範囲で変えた軸受シール（実施例１−ｇ〜１−ｌ）について、３％硫酸に浸漬し、２５℃で２４時間経過した時のクロム水和酸化物１３ａからのゴム材８ａとの剥がれ（耐接着性）の有無について調べた結果を示す。実験結果から、クロム水和酸化物層１３ａは３〜３５ｍｇ／ｍ^２の量が好ましいことが分かった。詳しくは、クロム水和酸化物層１３ａの付着量が１ｍｇ／ｍ^２以下の場合、ゴム材８ａの剥がれが生じた。クロム水和酸化物層１３ａの付着量が１ｍｇ／ｍ^２より多い場合、その付着量が３ｍｇ／ｍ^２、９ｍｇ／ｍ^２と増すに連れてより良い耐接着性を示した。しかし、クロム水和酸化物層１３ａの付着量が３５ｍｇ／ｍ^２以上となるあたりからは、それ以上の耐接着性の改善は認められなかった。

上記構成において、接着層１０ａは、フェノール系、エポキシ系、若しくはシラン系の接着剤、又はこれらを混合した接着剤を用いる。ゴム材８ａは、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ＥＰＤＭ、シリコンゴム（ＶＭＱ）及びウレタンゴム（ＡＵ）の内の何れか１つを用いる。なお、接着層１０ａ及びゴム材８ａは、耐腐食性に優れたものであれば上記以外のものを用いても良い。

鉄製の母材１１ａは、例えば、軸受１がトランスミッションオイルに浸された状態で使用されゴム材８ａを透過してくる有機酸に晒されるような場合、腐食してしまう。しかし、クロムめっき層１２ａは、酸化されることによって不動態被膜を形成して母材１１ａの腐食を防ぐ。また、クロム水和酸化物層１３ａは、酸化クロム及び水酸化クロムの鎖結合したものであり、高い耐腐食性能を有しており、含有クロムの腐食を防ぐ。同時に、クロム水和酸化物層１３ａは、その高い接着性能によって接着層１０ａとの堅固な接着状態を長期間保つことができる。クロム水和酸化物１３ａは、自身が酸化(保護)皮膜の役割を果たし、含有クロム及びその下層のクロムめっき層の腐食を防ぐ。図２（ｃ）に示すように、クロムめっき層１２ａ、及びクロム水和酸化物１３ａの化成処理層は、有機酸等の酸又はアルカリ性物質１４によって生じる腐食、剥離に対する高い耐性を有しており、この結果、軸受シール６ａは、シールとしての高い防錆性、接着性を有する。

上記構成の軸受シール６ａは、次の２通りの製造方法によって製造され得る。第１の製造方法は、第１工程として、鉄製の母材１１ａと、その表面に形成されたクロムめっき層１２ａと、クロムめっき層１２ａ上にクロム酸処理を施すことによって形成されたクロム水和酸化物層１３ａと、を有する平らな薄い鋼板を用意する。第２工程として、前記用意した鋼板をプレス加工によって環状に成型して芯金７ａを形成する。第３工程として、所望のシール形状を形成できる金型を用意し、金型内に接着剤を塗布した芯金７ａとゴム材８ａを配置し、成型プレスにて金型を加圧すると同時に加熱させることで、所望形状の軸受シール６ａを成型する。

第２の製造方法は、第１工程として、平らな薄い鉄製の鋼板をプレス加工することによって環状に成型した母材１１ａを用意する。第２工程として、母材１１ａにクロムめっき層１２ａを形成し、形成したクロムめっき層１２ａ上にクロム酸処理を施すことによってクロム水和酸化物層１３ａを形成する。第３工程として、上記第１の製造方法で説明した第３工程と同じ工程を実行して軸受シール６ａを製造する。この第２の製造方法によって製造される軸受シール６ａは、芯金７ａが均質なクロムめっき層１２ａ及びクロム水和酸化物層１３ａを有しているので、有機酸等の酸又はアルカリ性物質に対して一層良好な耐腐食性能を示す。

上記構成の軸受シール６ａ、６ｂは、例えばゴム材８ａと接着層１０ａを透過してくる有機酸等の酸又はアルカリ性物質に晒されるような使用環境下でも、母材１１ａを保護すると同時に、母材１１ａとゴム材８ａが剥がれることを防ぐことができ、長期間安定して使用することができる。

（変形例）
芯金７ａには、母材表面に形成される保護膜として、クロムめっき層の他に、不動態被膜を形成する金属で、亜鉛を含まない金属、例えば、アルミニウム、モリブデン、チタンジルコニウム及びアンチモンの内の何れか１つの金属を用いてもよい。

または、芯金７ａには、母材表面に形成される保護膜として、鉄よりもイオン化傾向の小さな金属で母材の腐食防止を行う金属、例えば、ニッケル、錫、銅を用いても良い。

なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、鉄よりもイオン化傾向の小さな金属で母材の腐食防止を行う金属として、金又は銀を用いても良い。

本発明の軸受シールは、耐腐食性能が高いため、自動車だけでなく、軸受を用いる駆動部分を有する機械装置全般において、特に有機酸等の酸又はアルカリ性物質に晒され得る種々の環境下で長期間安定して使用することができる。

１ 軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
６ａ、６ｂ 軸受シール
７ａ、７ｂ 芯金
８ａ、８ｂ ゴム材
１０ａ 接着層
１１ａ 母材（地鉄）
１２ａ クロムめっき層
１３ａ クロム水和酸化物層

Claims (5)

1. 内輪と外輪との間に転動自在に配設された複数の転動体を保持する転がり軸受の前記内輪と外輪との間を密閉する軸受シールにおいて、
   環状の芯金と、
   前記芯金の表面に接着剤を塗布した接着層によって接着されているゴム材とを備え、
   前記芯金は、
   （ａ）鉄製の母材と、
   （ｂ）前記母材表面に形成される保護膜として、（ｂ−１）母材の腐食防止を行う不動態被膜を形成する金属のうち亜鉛を含まずクロムを含む金属の内の１つの金属めっき層及び（ｂ−２）鉄よりもイオン化傾向の小さいニッケル、銅、金又は銀で母材の腐食防止を行う金属めっき層の内の何れか１つの層と、
   （ｃ）前記何れか１つの層の表面にクロム酸処理によって形成されたクロム水和酸化物層と、を有するものであることを特徴とする軸受シール。
2. 前記芯金は、前記母材の表面に形成されたクロムめっき層と、前記クロムめっき層上にクロム酸処理によって形成されたクロム水和酸化物層と、を有することを特徴とする請求項１に記載の軸受シール。
3. 前記不動態被膜を形成する金属のうち亜鉛を含まずクロムを含む金属は、クロム、アルミニウム、モリブデン、チタン、ジルコニウム、及びアンチモンであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の軸受シール。
4. 前記接着剤は、フェノール系、エポキシ系、若しくはシラン系の接着剤、又はこれらを混合した接着剤であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の軸受シール。
5. 前記ゴム材は、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ＥＰＤＭ、シリコンゴム（ＶＭＱ）及びウレタンゴム（ＡＵ）の内の何れか１つのものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の軸受シール。

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