JP4139943B2 - ウォータポンプ用軸受 - Google Patents
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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「ＢＲＥ ＬＪ−２９８００５」（商品名）及び旭硝子社製の「ＡＦＬＡＳ ＳＰ」、「ＡＦＬＡＳ ＳＺ」（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「ＡＦＬＡＳ １５０Ｐ」、（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
【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「ＢＲＥ ＬＪ−２９８００５」（商品名）及び旭硝子社製の「ＡＦＬＡＳ ＳＰ」、「ＡＦＬＡＳ ＳＺ」（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「ＡＦＬＡＳ １５０Ｐ」、（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】
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】
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】
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
Claims (5)
- 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。
- 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。
- 弗化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体が、弗化ビニリデン１〜３０モル％、テトラフルオロエチレン４０〜７０モル％、プロピレン３０〜６０モル％からなることを特徴とする請求項１記載のウォータポンプ用軸受。
- テトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体が、テトラフルオロエチレン２０〜８０モル％、プロピレン２０〜８０モル％からなることを特徴とする請求項２記載のウォータポンプ用軸受。
- エチレン−プロピレン系共重合体が、非共役ジエンを１０モル％以下の割合で含有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のウォータポンプ用軸受。
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