JP7828660B2 - 転がり軸受のシール部材 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受のシール部材及びその製造方法に関する。

自動車部品、例えば足回り部品や、エンジンまわりの補機（オルターネーター、エアコン等）等に使用される軸受にはグリースの漏出や降雨時又は悪路等を考慮して泥水又は粉塵等の浸入を防止するために、リング状の芯金の表面がゴム成形品で被覆されたシール部材が配置されている。このシール部材を構成するゴム成形品は、長期間使用していると物理的性質が低下し、硬化やひび割れが生じ、ときには軟化して粘着性を帯びてくる。この現像を劣化（老化ともいう）と称し、一般には大気中の酸素、オゾンとの反応でゴムが酸化して劣化が促進されることが多い。そこで、シール部材の劣化を防ぐために、加硫前のゴム混練り時にオゾン劣化防止剤（老化防止剤ともいう）を配合したり、加硫成形されたゴム成形品をオゾン劣化防止剤を含む溶液中に浸漬又は塗布して、ゴム中にオゾン劣化防止剤を拡散浸透させることでオゾン劣化を防止する手法が知られている（特許文献１～４）。

特開２０１１－１４０９７６号公報 特開昭６０－１３９９３６号公報 特開平２－４１３３１号公報 特公昭５７－７９０８号公報

しかしながら、オゾン劣化防止剤は反応性薬品であるため、ゴム材へオゾン劣化防止剤を混練すると加硫が促進されて耐熱性が低下したり、また、オゾン劣化防止剤がゴム表面に移行して芯金との接着障害を起こしたりする可能性がある。
また、転がり軸受のシール部材は、軸受に組み込む際に、マガジンに整列して、プッシャーで１枚ずつ供給されるが、この際にゴムの被覆部で互いに固着して、供給不良の問題が発生することがある。このためシール部材どうしが固着し難いことも求められる。
また、オゾン劣化防止剤を含む溶液にゴム、グラファイトを更に含有させて、ゴム材に塗布後、架橋することで摩耗係数を小さくすることは特許文献４に記載されてはいるが、この場合でも上記と同様にシール部材どうしが固着する問題が発生するおそれがある。

したがって、本発明の目的は、オゾン劣化防止剤の機能を十分に発揮しながら、耐熱性が維持され、芯金との接着性もよく、製品とした場合にシール部材同士が固着し難い転がり軸受用シール部材及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討したところ、シール本体の表面にオゾン劣化防止剤及びシリコーンオイルを含むコーティング層を形成させることで、オゾン劣化防止機能を十分に発揮しながら、耐熱性が維持され、芯金との接着性もよく、製品とした場合にシール部材同士が固着し難い転がり軸受のシール部材が作製できることを見出して、本発明を完成させた。

即ち、本発明の要旨は、
［１］シール本体の表面にオゾン劣化防止剤及びシリコーンオイルを含むコーティング層が形成されていることを特徴とする、転がり軸受用シール部材、
［２］前記コーティング層中のオゾン劣化防止剤の含有量が５０～９２重量％及びシリコーンオイルの含有量が８～５０重量％である、前記［１］に記載の転がり軸受用シール部材、
［３］前記シール本体が、ジエン系ゴム組成物で構成される、前記［１］又は［２］に記載の転がり軸受用シール部材、
［４］シール本体の表面に、オゾン劣化防止剤１０～３０重量％及びシリコーンオイル３～１０重量％を含み、前記オゾン劣化防止剤と前記シリコーンオイルとが溶剤中で分散されているコーティング組成物を塗布する工程を有する、転がり軸受用シール部材の製造方法、
［５］さらに、前記コーティング組成物中の溶剤を気化する工程を有する、前記［４］に記載の転がり軸受用シール部材の製造方法、
［６］前記シール本体が、ジエン系ゴム組成物で構成される、前記［４］又は［５］に記載の転がり軸受用シール部材の製造方法
に関する。

本発明の転がり軸受用シール部材は、オゾン劣化防止機能を十分に発揮しながら、耐熱性の低下、芯金との接着性の低下等の問題が発生しにくいため、自動車部品、例えば足回り部品や、エンジンまわりの補機（オルターネーター、エアコン等）等に使用される軸受に配置することで、過酷な環境下で自動車を使用しても、転がり軸受の信頼性を保つことができる。
また、本発明の転がり軸受用シール部材は、転がり軸受への組み込みのためのシール部材どうしの固着防止性にも優れていることから、転がり軸受を効率よく製造することができる。

本発明の実施の形態に係る転がり軸受用シール部材を自動車のエンジンまわりの補機に装着した転がり軸受の構成を示す説明図であり、（ａ）は転がり軸受全体の断面図、（ｂ）は要部拡大断面図である。 本発明の実施の形態に係る転がり軸受用シール部材を自動車のホイール支持用の軸受装置に用いた例を示す部分縦断面概略図である。 内方の回転用シールの要部拡大縦断面図である。 固着性試験の実施方法を示した説明図である。

以下、本発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。

〔転がり軸受の構造例〕
図１は本発明の実施の形態に係る転がり軸受用シール部材を自動車のエンジンまわりの補機に装着した転がり軸受の構成を示す説明図であり、深溝玉軸受を例として示している。また、図１（ａ）は転がり軸受１全体の断面図、図１（ｂ）は要部拡大断面図である。

なお、本明細書において、回転用シールを装着した状態で、回転側部材である径方向内側部材の回転軸の方向を「軸方向」、軸方向に直交する方向を「径方向」という。
また、自動車のホイール支持用の軸受装置において、自動車の車体から車輪側に向かう方向を「外方」、その反対方向を「内方」という。

図１において、転がり軸受１は、内輪２と外輪３とが、保持器４により保持された転動体５，…を介して相対的に回転するものであり、内輪２と外輪３との間には潤滑剤としてグリース１０が封入される。また、転動体５，…の軸受幅方向左右には、内輪２と外輪３との間の環状開口Ａを塞ぐ、正面視略円環状のシール部材１１及び内輪２の外周面に形成された周溝６により構成される密封装置が設けられている。このシール部材１１は、シール本体の表面にオゾン劣化防止剤及びシリコーンオイルを含むコーティング層が形成されたものである。シール部材１１は、転がり軸受１の内輪２と外輪３との間の軸受幅方向左右の環状開口Ａ，Ａの少なくともどちらかに装着される。（図１に示すような転がり軸受１の両側を密封する両シールド形ではなく、使用箇所によっては転がり軸受１の片側だけを密封する片シールド形としてもよい。）そして、図１（ｂ）に示すように、シール部材１１は、鉄製の鋼板（ＳＰＣＣ、ＳＥＣＣ等）からなる環状の芯金１２の外周部と内周部に連続して合成ゴム等の弾性体１３を加硫接着により被覆し、弾性体１３の先端部をリップ構造としたものであり、前記リップ構造は、内周側（内輪２側）内側の主リップ１４及び外側のダストリップ１５並びに外周側（外輪３側）の外径リップ１６からなる。
なお、主リップ１４は、転がり軸受１内部に充填されたグリース１０の漏洩を防止するとともに外部からの異物の浸入を防止するためのもの、ダストリップ１５は、ラビリンスシール効果により外部からの異物の浸入を減少させるためのものである。また、外径リップ１６は、外輪３の内周面に形成された外輪周溝７に嵌着されてシール部材１１を軸受１に対して位置決め固定するとともに、シール部材１１の外径部からの異物の浸入を防止するためのものである。さらに、ダストリップ１５には凹条１５Ａが形成されており、シール部材１１は、ダストリップ１５と主リップ１４との間に侵入した水又は泥水等を排出しやすくする機能も有している。図１において主リップ１４が内輪周溝６に摺接する接触タイプのシール部材を説明しているが、ラビリンス隙間を設けて内輪周溝６に接触しない非接触タイプのシール部材にも本発明は適用可能である。

図２の部分縦断面概略図は、本発明の実施の形態に係る転がり軸受用シール１７Ａ，１７Ｂを自動車のホイール支持用の軸受装置２１に用いた例を示している。
軸受装置２１は、外周面に内輪軌道面２２Ａが形成された、車輪とともに回転する内輪２２、及び内周面に外輪軌道面２３Ａが形成された、車体と一体の外輪２３、並びに、内輪軌道面２２Ａ及び外輪軌道面２３Ａ間を転動する転動体である玉２４，２４，…等を有する軸受を備える。
また、軸受装置２１は、内輪２２及び外輪２３間の内方及び外方の端部（内方の玉２４，…よりも内方、及び外方の玉２４，…よりも外方）に、泥水等の浸入を防止するとともに潤滑用グリースの漏出を防止する回転用シール１７Ａ，１７Ｂを備える。

〔転がり軸受用シール部材の構造例〕
（内方の転がり軸受用シール部材）
図３の要部拡大縦断面図に示すように、本発明の実施の形態に係る内方の転がり軸受用シール１７Ａは、ステンレス鋼板によりプレス加工で製造されるスリンガ１８、鉄製の鋼板（ＳＰＣＣ，ＳＥＣＣ等）によりプレス加工で製造される芯金１９、及び芯金１９と一体化された転がり軸受用シール部材２０を備える。このシール部材２０は、シール本体の表面にオゾン劣化防止剤及びシリコーンオイルを含むコーティング層が形成されたものである。

シール部材２０は、芯金１９に接合された基部２０Ａ、及び、基部２０Ａから延びるシールリップ部２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄからなり、シールリップ部２０Ｂの先端は、スリンガ１８のフランジ１８Ｂの内面（外方側の面）に、シールリップ部２０Ｃ，２０Ｄの先端は、スリンガ１８のスリーブ１８Ａの外周面に摺接させる。また、基部２０Ａは、芯金円筒１９Ａを被うように周方向外方へ延びる外周シール部２０Ｅを有する。

スリンガ１８は、円筒状のスリーブ１８Ａ、及びスリーブ１８Ａの軸方向の一端から径方向外方へ延びるフランジ１８Ｂからなり、ステンレス鋼製のスリーブ１８Ａを鉄鋼製の径方向内側部材である内輪２２に装着する。

芯金１９は、円筒状の芯金円筒１９Ａ、及び芯金円筒１９Ａの軸方向の一端から径方向内方へ延びる芯金フランジ１９Ｂからなり、鉄製の鋼板（ＳＰＣＣ，ＳＥＣＣ等）からなる芯金円筒１９Ａを鉄鋼製の径方向外側部材である外輪２３に装着する。

鉄製の鋼板（ＳＰＣＣ，ＳＥＣＣ等）からなる芯金１９の芯金円筒１９Ａを鉄鋼製の径方向外側部材である外輪２３に圧入することにより、芯金１９及びシール部材２０は外輪２３に固定される。
ここで、芯金１９と外輪２３との金属同士の嵌合部Ｃは、外周シール部２０Ｅにより密封される。
ステンレス鋼製のスリンガ１８のスリーブ１８Ａを鉄鋼製の径方向内側部材である内輪２２に圧入することにより、スリンガ１８は内輪２２に固定される。

〔転がり軸受用シール部材〕
本発明の転がり軸受用シール部材（以下、本発明のシール部材ともいう）は、シール本体の表面にオゾン劣化防止剤及びシリコーンオイルを含むコーティング層が形成されていることを特徴とし、このように、オゾン劣化防止剤がシール本体の表面にコーティングされていることで、オゾン劣化防止剤のオゾン劣化防止機能が十分に発揮される構成となっており、また、シール本体中にオゾン劣化防止剤が含有されていないために、シール本体の耐熱性や芯金との接着性が維持低下等の問題が発生し難いという利点がある。

前記シール本体は、ゴム組成物から構成されるものであり、具体的には、前記ゴム組成物が公知の手法に基づいて加硫処理された後、シート成形等の成形処理されたゴム成形体をいう。

前記ゴム組成物としては、ジエン系ゴム組成物、天然ゴム（ＮＲ）組成物、イソプレンゴム（ＩＲ）組成物等が挙げられ、耐油性や耐熱性の観点から、アクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）等のジエン系ゴム組成物が好ましい。

前記シール本体の表面に形成されるコーティング層とは、コーティング組成物から溶剤を気化させた状態のものをいい、ここでいう含有量は、オゾン劣化防止剤とシリコーンオイルの割合をいう。

前記コーティング層に含まれる前記オゾン劣化防止剤は、例えば、ナフチルアミン系、ジフェニルアミン系、ｐ－フェニレンジアミン系、キノリン系、ヒドロキノン誘導体系、モノ、ビス、トリス、ポリフェノール系、チオビスフェノール系、ヒンダートフェノール系、亜リン酸エステル系、イミダゾール系、ジチオカルバミン酸ニッケル塩系、リン酸系のオゾン劣化防止剤等が挙げられる。
例えば、ｐ－フェニレンジアミン系のオゾン劣化防止剤としては、Ｎ－フェニル－Ｎ’－イソプロピル－ｐ－フェニレンジアミン、Ｎ－（１，３－ジメチルブチル）－Ｎ’－フェニル－１，４－フェニレンジアミン等が挙げられる。
これらは単独で又は２種以上を併用することができる。

前記コーティング層中のオゾン劣化防止剤の含有量は、オゾン劣化防止剤の効果を効果的に発揮させる観点から、５０～９２重量％が好ましい。
本発明における前記コーティング層は、コーティング組成物から溶剤を気化させた状態のもので構成される。したがって、前記コーティング層中の含有量とは、コーティング層に含まれるオゾン劣化防止剤とシリコーンオイルとの割合をいう。

前記コーティング層に含まれるシリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイルのほか、各種の変性シリコーンオイル等が挙げられる。

前記コーティング層中のシリコーンオイルの含有量は、８～５０重量％が好ましい。

また、前記コーティング層では、本発明の効果を損なわない範囲で、酸化劣化防止剤等の任意成分を含有していてもよい。

前記コーティング層に含まれるシリコーンオイルは不揮発性の液体であり、実使用温度でほとんど揮発しない液体であるため、前記コーティング層は所定の粘度を有する液状物となっているが、その厚みとしては、オゾン劣化防止剤の効果が発揮されやすく、かつ、シール部材のゴム弾性や追随性が良好になる範囲であればよい。

本発明のシール部材は、例えば、前記シール本体の表面に、前記オゾン劣化防止剤１０～３０重量％及び前記シリコーンオイル３～１０重量％を含み、前記オゾン劣化防止剤と前記シリコーンオイルとが溶剤中で分散されているコーティング組成物を塗布することで製造することができる。

前記溶剤としては、トルエン、キシレン、アセトン等が挙げられるが、特に限定はない。

前記塗布方法としては、浸漬方法、スプレー方法、刷毛塗り、ディスペンサー塗布等が挙げられるが、特に限定はない。

また、前記コーティング組成物を塗布した後、前記コーティング組成物中の溶剤を気化することで、ベアリングレースに挿入することが可能なシール部材を製造することができる。

前記気化方法としては、オーブンで乾燥させる方法、熱風乾燥等が挙げられるが、特に限定はない。

以上のようにして得られる本発明のシール部材は、オゾン劣化防止機能を十分に発揮しながら、耐熱性の低下、芯金との接着性の低下等の問題が発生しにくく、また、転がり軸受への組み込みのためのシール挿入性にも優れるという利点がある。

次に、本発明を実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。

（実施例１～６）
シリコーンオイル（ジメチルシリコーンオイル）及びオゾン劣化防止剤（Ｎ－フェニル－Ｎ’－イソプロピル－ｐ－フェニレンジアミン、Ｎ－（１，３－ジメチルブチル）－Ｎ’－フェニル－１，４－フェニレンジアミン）及びトルエンの配合量を、表１に記載のようにしたコーティング組成物を作製した。
次いで、予め所定の加硫成形を行ったＮＢＲ材のシール本体に対して、実施例１～６で得られたコーティング組成物を浸漬塗布し、１２０℃×１０分間オーブンで乾燥をおこなって溶剤を気化することで、表面全面にシリコーンオイル及びオゾン劣化防止剤を含有するコーティング層を有するシール部材を作製した。
前記シール部材は、試験サンプルとして、以下の試験例に用いた。

（比較例１）
前記コーティング層がないＮＢＲ材のシール本体を、試験サンプルとした。

（比較例２）
コーティング組成物のかわりに、市販の水溶性シリコーンエマルション（ライオンスペシャリティケミカルズ製）を用いて前記シール部材の表面全面をコーティングしたものを試験サンプルとした。

（比較例３、４）
シリコーンオイル、オゾン劣化防止剤、トルエン及び水溶性シリコーンエマルションの配合量を、表１に記載のようにした以外は、実施例１と同様にしてコーティング組成物を作製した。
次いで、得られたコーティング組成物を用いて、実施例１と同様にして表面全面にシリコーンオイル及びオゾン劣化防止剤を含有するコーティング層を有するシール部材を作製し、試験サンプルとした。

（試験例１：固着性試験）
試験サンプル２０枚を重ねて、上方向から圧力（約８６０ｇ）をかけた状態で、４０℃で２１時間静置した後、図４に示すようにプッシュプルゲージ（大場計器製作所製）に装着して横方向から押し出し力をかけ、試験サンプル１枚を取り出せる解除力（ｇｆ）を、２０枚全部について測定し、下記の評価基準に基づいて固着性を評価した。その結果を表１に示す。
評価基準：
〇：解除力が８０ｇｆ以上の試験サンプルが５枚未満
×：解除力が８０ｇｆ以上の試験サンプルが５枚以上

（試験例２：オゾン劣化試験）
ＪＩＳ Ｄ ０２０５（１９７６）自動車部品の耐候性試験方法に準じて、試験サンプルを温度６０±２℃、オゾン濃度２００±５ｐｐｍの環境下で６時間静置した後、クラックの有無を目視で確認した。その結果を表１に示す。
また、実施例５においては、ＩＳＯ １４３１－１Ａ（２０１２）オゾン露出下での亀裂形成に対する耐性の特定に準じて、試験サンプルを温度２５℃、オゾン濃度２００±５ｐｐｈｍ、オゾン流量３０ｍｍ/ｓ、伸長率５％の環境下で４８時間静置した後、クラックの有無を目視で確認した。その結果を表１に示す。
評価基準：
〇：クラックなし
×：クラックあり

（試験例３：防錆性試験）
芯金にＳＰＣＣ鋼板を用い円環状のシールを作製した。その後、本処理を施したシールを８０℃×９０％（ＲＨ）雰囲気下で２４時間放置した。２４時間後、シールの鋼板が露出している箇所に目視にて錆が確認できなかった処理内容を「○」とし錆を確認した処理内容を「×」とした。その結果を表１に示す。

表１に示す固着性試験の結果から、実施例１～６で得られたシール部材は、いずれも解除力が低く、シール部材同士が固着し難いものであることがわかる。
また、オゾン劣化試験の結果から、実施例１～６で得られたシール部材は、いずれも亀裂が見られないことから、オゾン劣化防止剤の機能が十分に発揮されていることがわかる。実施例５については、４８時間オゾンに曝露した後でも亀裂が見られず、優れたオゾン劣化防止機能が発揮されていることがわかる。
また、防錆性試験の結果から、実施例１～６で得られたシール部材は、いずれも評価が〇であることから、防錆性に優れることがわかる。
また、防錆性試験においては、実施例１～６で得られたシール部材は、試験後でもＳＰＣＣ鋼板との接着性が維持されていたことから、シール部材として芯金との接着性がよく、耐熱性も維持されていることがわかる。

一方、比較例１のシール本体のみでは、シール部材同士が固着し易く、オゾン劣化試験でも亀裂があり、しかも防錆性の評価も悪いものであった。
比較例２のシール部材は、比較例１のもの比べて固着性は改善されたものの、防錆性は悪化した。
比較例３のシール部材は、シール部材同士が固着し易いものであった。
比較例４のシール部材は、オゾン劣化防止剤の機能が十分に発揮されないものであった。

１ 転がり軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 保持器
５ 転動体
６ 内輪周溝
７ 外輪周溝
１０ グリース
１１ シール部材
１２ 芯金
１３ 弾性体
１４ 主リップ
１５ ダストリップ
１５Ａ 凹条
１６ 外径リップ
Ａ 環状開口
１７Ａ，１７Ｂ 転がり軸受用シール
１８ スリンガ
１８Ａ スリーブ
１８Ｂ フランジ
１９ 芯金
１９Ａ 芯金円筒
１９Ｂ 芯金フランジ
２０ シール部材
２０Ａ 基部
２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ シールリップ部
２０Ｅ 外周シール部
２１ 軸受装置
２２ 内輪（径方向内側部材）
２２Ａ 軌道面
２３ 外輪（径方向外側部材）
２３Ａ 軌道面
２４ 玉（転動体）
Ｃ，Ｄ 金属同士の嵌合部

Claims (6)

1. シール本体の表面にオゾン劣化防止剤及びシリコーンオイルを含むコーティング層が形成されていることを特徴とする、転がり軸受用シール部材。
2. 前記コーティング層中のオゾン劣化防止剤の含有量が５０～９２重量％及びシリコーンオイルの含有量が８～５０重量％である、請求項１に記載の転がり軸受用シール部材。
3. 前記シール本体が、ジエン系ゴム組成物で構成される、請求項１又は２に記載の転がり軸受用シール部材。
4. シール本体の表面に、オゾン劣化防止剤１０～３０重量％及びシリコーンオイル３～１０重量％を含み、前記オゾン劣化防止剤と前記シリコーンオイルとが溶剤中で分散されているコーティング組成物を塗布する工程を有する、転がり軸受用シール部材の製造方法。
5. さらに、前記コーティング組成物中の溶剤を気化する工程を有する、請求項４に記載の転がり軸受用シール部材の製造方法。
   
6. 前記シール本体が、ジエン系ゴム組成物で構成される、請求項４又は５に記載の転がり軸受用シール部材の製造方法。