JP7186066B2 - シール用ゴム組成物、及び、シール部材 - Google Patents

Description

本発明は、シール用ゴム組成物、及び、シール部材に関する。

潤滑油やグリース等の潤滑剤を所定の空間に密封するためのシール部材は様々な場所で使用されている。
例えば、自動車では、トランスミッションやディファレンシャルギヤ等をはじめとする多くの部分でオイルシール（シール部材）が使用されている。
また、例えば、転がり軸受では、内部に封入したグリースを封止するためにシール部材が装着される。
上記シール部材としては、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）をゴム成分とするシール部材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

潤滑油やグリースのベースオイルとしては鉱油や合成油が広く使用されているが、近年、省エネルギー化の要求に伴い、ベースオイル（基油）としてエステル油を使用することが提案されている。エステル油は、低粘度であること、及び低温条件（例えば、－３５℃程度）でも低粘度が維持されることから、省エネルギー化に寄与することが期待されている。
一方、エステル油は、ゴムを軟化膨潤させ易く、シール部材のゴム成分として汎用されているニトリルゴムはエステル油によって軟化膨潤しやすい。そのため、エステル油をシールするためのシール部材をゴム成分としては、エステル油によって軟化膨潤しにくいフッ素ゴムを使用することが提案されている。

特開２０１３－１７７９５０号公報

エステル油を含有する潤滑油や、エステル油を基油とするグリースをシールするための部材として、ニトリルゴムをゴム成分としたシール部材を採用した場合、シール部材がエステル油によって軟化膨潤したり、低温条件下では充分なシール性能を発揮することができなかったりすることがあった。
また、フッ素ゴムをゴム成分として採用したシール部材を使用することで、エステル油を含む潤滑油や、エステル油を基油とするグリースをシールすることは可能であるが、この場合、シール部材を安価に提供することが難しかった。

本発明者らは、このような状況のもと鋭意検討を重ね、ニトリルゴム（ＮＢＲ）に特定の可塑剤を含有させたゴム組成物の加硫ゴムからなるシール部材は、エステル油系潤滑剤をシールするためのシール部材として好適であることを見出し、本発明を完成した。

本発明のシール用ゴム組成物は、ニトリルゴムと、アジピン酸ビス［２－（２－ブトキシエトキシ）エチル］とを含有し、
上記ニトリルゴムは、結合アクリロニトリル量が３０～３５質量％であり、
エステル油系潤滑剤をシールするためのシール部材に用いられる、ことを特徴とする。

上記シール用ゴム組成物によれば、所定のニトリルゴムと、特定の可塑剤との組み合わせを採用しているため、エステル油系潤滑剤をシールしても軟化膨潤しにくく、かつ低温条件下でも充分なシール性能を維持することができるシール部材の加硫ゴムを提供することができる。

上記シール用ゴム組成物において、上記アジピン酸ビス［２－（２－ブトキシエトキシ）エチル］の含有量は、上記ニトリルゴム１００重量部に対して１５～３０重量部であることが好ましい。
この場合、エステル油系潤滑剤をシールするためのシール部材の加硫ゴムを提供するのに特に適している。

本発明のシール部材は、本発明のシール用ゴム組成物の加硫ゴムを含み、エステル油系潤滑剤をシールするために用いられる、ことを特徴とする。
上記シール部材は、上記シール用ゴム組成物を加硫させた加硫ゴムを含んでなるため、エステル油系潤滑剤と接しても軟化膨潤しにくく、また低温条件下でもシール性能を維持することができる。従って、エステル油系潤滑剤をシールするためのシール部材として好適である。

本発明によれば、エステル油系潤滑剤をシールする場合でも軟化膨潤しにくく、また低温条件下でもシール性能を維持することができるシール部材を提供することができる。

本発明の実施形態に係るシール部材の一例を示す断面図である。

本実施形態のシール用ゴム組成物は、ニトリルゴム（ＮＢＲ）と、アジピン酸ビス［２－（２－ブトキシエトキシ）エチル］とを含有する。
上記ニトリルゴムは、アクリロニトリルとブタジエンゴムとの共重合体であり、結合アクリロニトリル量が３０～３５質量％である。
ニトリルゴムは、結合アクリロニトリル量が多いほど、ＳＰ値（溶解度パラメータ）が大きくなる。そして、ニトリルゴムはＳＰ値が大きいほどエステル油とのＳＰ値の差が大きくなり、上記ＳＰ値の差が大きくなると、加硫したニトリルゴムは、エステル油によって軟化膨潤しにくくなる。そこで、エステル油系潤滑剤によって軟化膨潤しにくく、シール部材としての性能を確保することができるよう、上記ニトリルゴムは、結合アクリロニトリル量を３０質量％以上としている。
一方、上記ニトリルゴムの結合アクリロニトリル量の上限は３５質量％である。これによって、低温条件下におけるシール性能を確保することができる。
よって、上記ニトリルゴムとしては、中高ニトリルに分類されるものが好ましい。

本発明において、エステル油系潤滑剤とは、エステル油を含有する潤滑油やエステル油を含有するグリースをいう。これらの潤滑油やグリースは、例えば、ベースオイル（基油）としてエステル油を含有する。
上記エステル油は、モノエステル、ジエステル、ポリオールエステル、リン酸エステル及びケイ酸エステルいずれであって良く、本実施形態に係るシール用ゴム組成物の加硫ゴムはいずれのエステル油に対しても軟化膨潤しにくく、優れた効果を発揮することができる。

上記アジピン酸ビス［２－（２－ブトキシエトキシ）エチル］は、エステル系可塑剤（エステル油）の１種である。以下、ＤＢＥＥＡとも表記する。
上記シール用ゴム組成物はＤＢＥＥＡを含有しているため、上記シール用ゴム組成物を加硫成形して得られた加硫ゴムは、上記エステル油によって軟化膨潤しにくい。可塑剤であるＤＢＥＥＡを含有する加硫ゴムは、加硫ゴム中にエステル油が存在していることになる。そのため、上記加硫ゴムが上記エステル油と接触しても、この加硫ゴムへのエステル油の取り込みが抑制され、上述した通りエステル油による軟化膨潤が生じにくい。

上記シール用ゴム組成物において、アジピン酸ビス［２－（２－ブトキシエトキシ）エチル］の含有量は、上記ニトリルゴム１００重量部に対して１５～３０重量部であることが好ましい。
上記ＤＢＥＥＡの含有量が１５重量部未満では、上記シール用ゴム組成物の加硫ゴムにおいて、低温条件下で十分な柔軟性を確保することが難しくなる。一方、上記ＤＢＥＥＡの含有量が３０重量を超えると、上記シール用ゴム組成物の加硫ゴムにおいて、時間の経過とともにＤＢＥＥＡがブリードしてしまうことがある。
上記アジピン酸ビス［２－（２－ブトキシエトキシ）エチル］の含有量は、上記ニトリルゴム１００重量部に対して２０重量部が特に好ましい。

本実施形態のシール用ゴム組成物は、加硫成形されて加硫ゴムとなる。そのため、上記シール用ゴム組成物は、加硫剤（架橋剤）を含有していても良く、更には、加硫助剤や加硫促進剤を含有していても良い。
上記加硫剤としては特に限定されず、従来公知の加硫剤を用いることができる。
上記加硫剤の具体例としては、例えば、粉末硫黄、微粉硫黄、沈降性硫黄、高分散性硫黄、硫黄華などの硫黄、硫黄を放出可能な硫黄含有化合物、過酸化物等が挙げられる。
これらのなかでは、取り扱いが容易であることから、硫黄又は硫黄含有化合物が好ましい。

上記加硫助剤としては、従来公知の加硫助剤を用いることができる。上記加硫助剤は、上記加硫剤の種類に応じて適宜選択すれば良い。
上記加硫助剤の具体例としては、例えば、グアニジン系化合物、アルデヒド－アンモニア系化合物、チアゾール系化合物、チオウレア系化合物、スルフェンアミド系化合物、チウラム系化合物、ジチオカルバメート系化合物、キサンテート系化合物等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２種以上併用しても良い。

上記加硫促進剤としては、従来公知の加硫促進剤を用いることができる。上記加硫促進剤の具体例としては、例えば、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及びその誘導体、アミン類等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２種以上併用しても良い。

上記加硫剤、上記加硫助剤及び上記加硫促進刺剤のそれぞれの配合量は、いずれも上記ニトリルゴム１００重量部に対して、０．１～１０重量部程度とすれば良い。

上記シール材用ゴム組成物は、更に、シール材に一般に配合されうる各種添加剤を含有していても良い。
上記添加剤としては、例えば、カーボンブラック等の充填剤、酸化防止剤、老化防止剤、高級脂肪酸エステルやその金属塩等の加工助剤、等が挙げられる。

上記シール用ゴム組成物を調製する方法は特に限定されず、従来公知の手法で調製すれば良い。例えば、ニトリルゴム、ＤＢＥＥＡ及び加硫剤等を含む上記シール用ゴム組成物の配合物を、ゴム混練ロールやバンバリーミキサー等の従来公知のゴム用混練り装置を用いて均一に混練することによって調製すればよい。
このとき、混練条件は特に限定されないが、通常は３０～８０℃の温度で、５～６０分間混練りすれば良い。

上記シール用ゴム組成物を用いて、上記シール用ゴム組成物の加硫ゴムを含むシール部材を製造する方法も特に限定されず、従来公知の方法を採用すれば良い。
例えば、未加硫のシール用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。
このときの成形条件は、シール用ゴム組成物の組成に応じて適宜選択すれば良く、例えば、１２０～２００℃で３０秒間～３０分間程度の条件で加圧加硫すれば良い。更に、必要に応じて、１２０～２００℃で１０分間～１０時間程度の条件で２次加硫を行っても良い。

上記シール用ゴム組成物を加硫成形することで得られる加硫ゴムは、例えば、自動車のハブをシールするオイルシールに好適に用いることができる。

図１は、本実施形態に係るシール用ゴム組成物の加硫ゴムを用いたオイルシール（シール部材）を示す断面図である。
このオイルシール（シール部材）１は、自動車用エンジンのエンジンブロック２に設けられたハウジング３と、ハウジング３から突出したクランクシャフト４の端部４ａとの間の環状空間に取り付けられており、ハウジング３と、端部４ａとの間からエンジンブロック２内の潤滑油が外部に漏洩しないように密封している。上記潤滑油は、エステル油を含有する潤滑油である。

オイルシール１は、金属製の芯金１０と、上記シール用ゴム組成物の加硫ゴムからなるシール部１１とを備えている。
芯金１０は、シール部１１の本体部１１ａを介してハウジング３に圧入嵌合されており、これによって、オイルシール１は、ハウジング３に固定されている。
シール部１１は、芯金１０に加硫接着されており、芯金１０の外側面に沿って形成された上述の本体部１１ａと、端部４ａの外周面４ｂに摺接する主リップ１２と、主リップ１２よりもエンジンブロック２の外側方向に位置している補助リップ１３とを備えている。

主リップ１２の外周面側には、当該主リップ１２を径方向内側に押圧して密封性を高めるためのガータスプリング１４が装着されている。

主リップ１２は、径方向内側に突出した山形の断面形状に形成されている。主リップ１２は、山形の先端である環状の摺接部１２ａをクランクシャフト４の外周面４ｂに摺接することで、回転するクランクシャフト４と、ハウジング３との間からエンジンブロック２内部の潤滑油が外部に漏れないように密封している。

ここで、主リップ１２の摺接部１２ａは外周面４ｂと摺接するが、主リップ１２は上述の加硫ゴムによって形成されている。よって、このオイルシール１によれば、長期間に亘ってシール性能を維持することができる。また、低温条件下でも十分なシール性能を発揮することができる。

本発明の実施形態に係るシール部材は、エステル油系潤滑剤をシールするために用いられるものであれば特に限定されない。上記シール部材は、上述したオイルシール以外に、例えば、エステル油を基油とするグリース（エステルグリース）が封入された転がり軸受に装着するシール部材等であっても良い。

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１及び比較例１、２）
下記表１に示した配合組成のシール用ゴム組成物を調製し、得られたシール用ゴム組成物を加硫成形して加硫ゴム（加硫物）を作製した後、その性能を評価した。

各配合成分の詳細は下記の通りである。
＜ゴム＞
ＮＢＲ（３３％）：日本ゼオン社製、ニポールＤＮ３３５０（結合アクリロニトリル量３３質量％）
ＮＢＲ（２８％）：日本ゼオン社製、ニポールＤＮ２８５０（結合アクリロニトリル量２８質量％）
ＮＢＲ（４２．５％）：日本ゼオン社製、ニポールＤＮ１０１Ｌ（結合アクリロニトリル量４２．５質量％）
＜可塑剤＞
ＤＢＥＥＡ（アジピン酸ビス［２－（２－ブトキシエトキシ）エチル］）：ＡＤＥＫＡ社製、アデカサイザー ＲＳ－１０７

表１に示す配合成分をゴム混練ロールを用いて混練し、ゴム組成物を調製した。次に、得られたゴム組成物を成型機によって１７０℃、３分間の条件で加圧加硫し、加硫ゴム（ゴム組成物の加硫物）を作製した。ここで、加硫ゴムは、２ｍｍのゴムシートを作製し、切り出してテストピースを作製した。

この加硫ゴムを用いて、（１）浸せき試験、及び（２）ＴＲ試験を行った。
結果を表２に示した。

（１）浸せき試験
上記加硫ゴムを３０×２０×２ｍｍで、直方体の寸法・形状に切り出し、試験片とした。
この試験片全体を１００℃のエステルグリースに７０時間浸せきした。
エステルグリースへの浸せき前後における、上記試験片の硬さの変化量と、上記試験片の体積の変化率（％）を算出した。結果を表２に示した。
なお、試験片の個数は３個とし、結果は平均値で算出した。

この浸せき試験において、浸せき液としては、下記のエステルグリースを用いた。
エステルグリース：マルテンプＳＲＬ（協同油脂社製）
上記試験片の硬さの変化量は、グリースに浸せきする前後の試験片の硬さを測定し、浸せきによる硬さの増減を算出した。
このとき、試験片の硬さは、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３（２０１２）に準拠し、タイプＡデュロメータ硬さを測定した。
試験片の体積の変化率（％）は、ＪＩＳ Ｋ６２５８に準拠し、水置換法を採用して算出した。

また、この手法による浸せき試験において、硬さの変化量が±１０以内（±５以内であればなお良い）で、かつ体積変化率が±１０％以内（±５％以内であればなお良い）であった加硫ゴムは、当該加硫ゴムをシール部に用いたオイルシールにおいて、初期の密封性を長期間に亘って維持することができることが、オイルシールの評価試験（サイクル試験）で確認できている。

（２）ＴＲ試験（低温弾性回復試験）
ＪＩＳ Ｋ６２６１－４（２０１７）に準拠して行い、温度－収縮率曲線より、ＴＲ１０（単位：℃）の値を算出した。結果を表２に示した。
試験片は、加硫ゴムから、ＪＩＳ Ｋ６２６１－４（２０１７）に規定された所定の形状に切り出して作製した。つかみ部間の平行部分の長さは、形状：５０ｍｍ、条件：５０％伸長とした。
なお、試験片の個数は３個とし、結果は平均値で算出した。

表２に示したように、本発明の実施形態に係るシール用ゴム組成物の加硫ゴム（試験片）によれば、エステルグリースと接触しても軟化膨潤しにくく、低温条件下でも充分な弾性（ＴＲ１０＝－３５℃以下）を有することが明らかとなった。
エステル油系潤滑剤をシールするためのシール部材としては、表２の判定結果のように、実施例１、２のゴム組成物の加硫ゴムの方が、比較例１、２のゴム組成物の加硫ゴムよりも適しており、実施例１のゴム組成物の加硫ゴムが良好であった。

１：オイルシール（シール部材）、１０：芯金、１１：シール部、１２：主リップ、１３：補助リップ、１４：ガータスプリング

Claims (2)

1. ニトリルゴムと、アジピン酸ビス［２－（２－ブトキシエトキシ）エチル］とを含有し、
   前記ニトリルゴムは、結合アクリロニトリル量が３０～３５質量％であり、
   前記アジピン酸ビス［２－（２－ブトキシエトキシ）エチル］の含有量は、前記ニトリ
   ルゴム１００重量部に対して１５～３０重量部であり、
   エステル油系潤滑剤をシールするためのシール部材に用いられる、ことを特徴とするシール用ゴム組成物。
2. 請求項１に記載のシール用ゴム組成物の加硫ゴムを含み、
   エステル油系潤滑剤をシールするために用いられる、ことを特徴とするシール部材。

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