JP6677967B2

JP6677967B2 - 水素化ニトリルゴム組成物及びドライブトレイン用オイルシール

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Publication number: JP6677967B2
Application number: JP2014256689A
Authority: JP
Inventors: 篤史小林
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: JP2016117792A; EP3235863B1; CN107108977A; WO2016098647A1; US20170355838A1; CN113583318A; KR102401850B1; KR20170095305A; US10442919B2; EP3235863A4; EP3235863A1

Description

本発明は、水素化ニトリルゴム組成物及び該ゴム組成物から得られるドライブトレイン用オイルシールに関する。

従来のドライブトレイン用オイルシールには、使用環境温度（−３５℃〜１５０℃）への適応の観点から、アクリルゴム（ＡＣＭ）が使用されてきた。

しかし、中南米のような冠水路を走行するような環境では、泥水が浸入することでシール摺動部に異物が噛み込み、シールの摩耗による油漏れを発生させてしまう。

一方で、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）をシール技術に利用することが提案されている。特許文献１には、ＨＮＢＲとＮＢＲを併用した組成物を、ガスケットの基材に利用することを記載している。また、特許文献２は、ＨＮＢＲなどのゴムに、シリコーンオイル、含フッ素重合体を配合した組成物を、転がり軸受に利用することを記載している。

特開平９−１１１０４８号公報特開２００３−１６６５４７号公報

本発明者は、ドライブトレイン用オイルシールにおいて、オイルをシールするためのメインリップよりも大気側にサイドリップを設け、更に、シールの材質として、泥水やダストに強い水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）を用いることについて検討した。

これにより、メインリップに泥水やダストが浸入するのを防ぎ、シール寿命の低下を抑制することができる。

しかし、サイドリップ摺動部位、具体的には、サイドリップと、該サイドリップが摺接するデフレクタとの間で、シール鳴きが発生するという新たな課題が見出された。

サイドリップ摺動部位には、潤滑不良による摩擦、摩耗を防ぐために、グリースが塗布されるが、泥水によりグリースが流されたり、経年使用によりグリースの残留がなくなったりすることで、シールの摩耗が進行し、潤滑状態が悪化し、サイドリップ／デフレクタ間での潤滑不良によりシール鳴きが発生する。

そこで、本発明の課題は、シールの摩耗が進行しても、あるいはグリースがないドライ潤滑下においても、シール鳴きを抑制できる水素化ニトリルゴム組成物及びドライブトレイン用オイルシールを提供することにある。

また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
水素化ニトリルゴム１００重量部に対して、１０〜５５重量部のウォラストナイトと、１０〜５５重量部のグラファイトとを含有し、これらの充填剤の総量が５０〜１１０重量部である水素化ニトリルゴム組成物。

（請求項２）
カーボンブラックを更に含有する請求項１記載の水素化ニトリルゴム組成物。

（請求項３）
請求項１又は２記載の水素化ニトリルゴム組成物を架橋して得られたドライブトレイン用オイルシール。

（請求項４）
サイドリップの端面を摺動シール面とするドライブトレインに用いる請求項３記載のドライブトレイン用オイルシール。

本発明によれば、シールの摩耗が進行しても、あるいはグリースがないドライ潤滑下においても、シール鳴きを抑制できるゴム組成物及びドライブトレイン用オイルシールを提供することができる。
更に、本発明によれば、圧縮永久歪みの増大も抑制できるゴム組成物及びドライブトレイン用オイルシールを提供することができる。

すなわちシール鳴きは、特に摩擦係数が高くなる低速域において、スティックスリップにより発生するという知見を見出し、ＨＮＢＲに、２種の充填材を、特定の配合量で配合することにより、摩擦特性をコントロールすることによってシール鳴きを抑制し、圧縮永久歪みの増大の抑制をはかることができた。

ドライブトレイン用オイルシールを備えた密封構造の一例を示す断面図

以下に、本発明を実施するための形態について説明する。

本発明の水素化ニトリルゴム組成物は、ポリマーとして、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）１００重量部に対して、１０〜５５重量部のウォラストナイトと、１０〜５５重量部のグラファイトとを含有し、これらの充填剤の総量が５０〜１１０重量部である。

かかる水素化ニトリルゴム組成物を架橋して得られた架橋体により構成されるドライブトレイン用オイルシールは、シールの摩耗が進行しても、あるいはグリースがないドライ潤滑下においても、シール鳴きを抑制でき、更に、圧縮永久歪みの増大も抑制できる効果が得られる。

水素化ニトリルゴムとしては、結合アクリルニトリル量が、１５〜４５重量％のものを好ましく用いることができる。

水素化ニトリルゴムは、市販品としても入手可能であり、例えば、日本ゼオン社製の「Ｚｅｔｐｏｌ２０１０」、「Ｚｅｔｐｏｌ２０２０」、「Ｚｅｔｐｏｌ４３１０」等を好ましく用いることができる。

なお、本発明の効果を顕著に奏する上で、水素化ニトリルゴムは、ニトリルゴム（ＮＢＲ）と併用されないことが好ましい。これにより、特にドライブトレイン用オイルシール等のように使用環境温度が高温になる用途において、耐熱老化防止性を向上することもできる。

ウォラストナイトは、ケイ酸カルシウム（CaSiO₃）であり、市販品としても入手可能であり、例えば、ＮＹＣＯ社製の「ＮＹＡＤ４００」（繊維長３５μｍ、繊維径７μｍ、アスペクト比５）等を好ましく用いることができる。

グラファイトは、市販品としても入手可能であり、例えば、日電カーボン社製の「グラファイトＡ−０」等を好ましく用いることができる。

また、本発明の水素化ニトリルゴム組成物に、カーボンブラックを配合することは好ましいことである。

カーボンブラックとしては、例えば、ＦＥＦカーボン等を好ましく用いることができる。本発明の水素化ニトリルゴム組成物にＦＥＦカーボンを用いた場合、該組成物の混練加工性に優れ、更に該組成物から得られるゴムの常態物性、へたり防止性などのバランスにも優れる効果が得られる。

カーボンブラックを配合する場合、その配合量は、格別限定されないが、水素化ニトリルゴム１００重量部に対して、５０重量部以下であることが好ましい。

本発明のゴム組成物には、上記の成分の他に、架橋上、物性上、要求される成分を適宜配合することができる。

架橋上要求される成分としては、架橋剤や架橋助剤などが挙げられる。

物性上要求される成分としては、例えば、老化防止剤等を例示できる。

本発明のドライブトレイン用オイルシールは、以上に説明したゴム組成物を架橋して得られた架橋体により構成される。

以下、図面に基づき、本発明のドライブトレイン用オイルシールの一例を説明する。
図１は、ドライブトレイン用オイルシールを備えた密封構造の一例を示す断面図である。
図１において、１はドライブトレイン用オイルシールである。ドライブトレイン用オイルシール１は、全体としてリング状に形成されている。

ドライブトレイン用オイルシール１は、３つのシールリップ１１、１２及び１３を備えている。第１のシールリップ１１及び第２のシールリップ１２は、リング状のドライブトレイン用オイルシール１の内周側に設けられ、第３のシールリップ１３は、ドライブトレイン用オイルシール１の側方に設けられている。

また、１４は第１のシールリップ１１によるシールを加勢するスプリング環であり、例えば金属等により構成することができる。また、１５は金属環である。

図示の密封構造において、ドライブトレイン用オイルシール１は、ハウジング２に固定されており、ハウジング２とシャフト３との間の間隙を密封するように配置されている。

第１のシールリップ１１は、メインリップとして機能するものであり、３つのシールリップ１１、１２及び１３のうち、もっともオイル側に配置されている。第１のシールリップ１１をシャフト３に摺接させて、オイルを密封することができる。

第２のシールリップ１２は、第１のシールリップ１１よりも大気側に配置されている。第２のシールリップ１２をシャフト３と摺接させて、オイルの密封を安定化することができる。

第３のシールリップ１３は、サイドリップとして機能するものであり、３つのシールリップ１１、１２及び１３のうち、もっとも大気側に配置されている。第３のシールリップ１３の端面を摺動シール面として、シャフト３に固定されたデフレクタ４と摺接させて、大気側からオイル側に、泥水やダストが浸入するのを防ぐことができる。

第３のシールリップ１３は、デフレクタ４に対して所定の締め代Ｘで取り付けられており、これにより、デフレクタ４を押圧してシール機能を発揮する。

第１のシールリップ１１及び第２のシールリップ１２が、シャフト３を、当該シール１の径方向（図中、下方向）に押圧してシール機能を発揮するのに対して、第３のシールリップ１３は、デフレクタ４を、当該シール１の径方向と直交する方向（当該シール１の側方であり、図中、左方向）に押圧してシール機能を発揮する。

当該シール１の第１のシールリップ１１及び第２のシールリップ１２は、密封対象であるオイルにより、シール面（摺動部位）の潤滑効果が保持され易いが、第３のシールリップ１３は、このような潤滑効果が得られにくいため、別途グリース等を用いて、潤滑を保持させる。

従来のドライブトレイン用オイルシールでは、泥水によりグリースが流されたり、経年使用によりグリースの残留がなくなったりすることで、シールの摩耗が進行し、潤滑状態が悪化し、サイドリップ／デフレクタ間での潤滑不良によりシール鳴きが発生し易いものであったが、本発明のドライブトレイン用オイルシールによれば、シールの摩耗が進行しても、あるいはグリースがないドライ潤滑下においても、シール鳴きを抑制でき、更に、圧縮永久歪みの増大も抑制できる効果が得られる。

以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はかかる実施例により限定されない。

（実施例１）
・水素化ニトリルゴム
結合アクリルニトリル量：３６重量％
（日本ゼオン社製「Ｚｅｔｐｏｌ２０１０」）・・・・・・・・・・・１００重量部
・ウォラストナイト（ＮＹＣＯ社製「ＮＹＡＤ４００」）・・・・・・・３０重量部
・グラファイト（日電カーボン社製「グラファイトＡ−０」）・・・・・・２０重量部
・カーボンブラック（ＦＥＦカーボン）・・・・・・・・・・・・・・・・５０重量部
・架橋剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５重量部
・架橋助剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４重量部
以上の各成分をニーダおよびオープンロールで混練し、混練物を１５０℃〜２００℃、３〜３０分間のプレス架橋(一次架橋)および２００℃〜２３０℃、９〜２２時間のオーブン架橋(二次架橋)により架橋し、水素化ニトリルゴム組成物の架橋体を得た。

＜評価方法＞
１．硬さ（ＤｕｒｏＡ）
得られた水素化ニトリルゴム組成物の架橋体について、ＪＩＳＫ６２５３：１９９７に準拠し、タイプＡデュロメーター（瞬時）で測定した。

２．引張強度（ＭＰａ）
得られた水素化ニトリルゴム組成物の架橋体について、ＪＩＳＫ６２５１：２０１０に準拠して測定した。

３．切断時伸び（％）
得られた水素化ニトリルゴム組成物の架橋体について、ＪＩＳＫ６２５１：２０１０に準拠して測定した。

４．異音（シール鳴き）確認
上記水素化ニトリルゴム組成物の架橋体として、ドライブトレイン用オイルシールを架橋成形し、図１に示すように、ドライブトレイン用オイルシールを密封構造に組み込んだ。
サイドリップの先端を０．７ｍｍ摩耗させ、グリースのないドライ潤滑下で、締め代Ｘを約５ｍｍに設定して、低速域の回転数（１０ｒｐｍ〜２５０ｒｐｍ）で異音（シール鳴き）の発生の有無を確認した。

５．圧縮永久歪み
上記水素化ニトリルゴム組成物の架橋体として、断面がＯ形（円形状）の環状シール部材（環の直径＝φ３．１ｃｍ）を架橋成形し、ＪＩＳＫ６２６２：２０１３に準拠して１２０℃、７０時間の耐熱老化後の圧縮永久歪み（％）を測定した。圧縮率は２５％とした。

以上の評価結果を、表１に示す。

（実施例２）
実施例１において、ウォラストナイトの配合量を４０重量部とし、グラファイトの配合量を１０重量部とし、更に、実施例１と同程度のゴム硬度となるようにカーボンブラックの配合量を５０重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（実施例３）
実施例１において、ウォラストナイトの配合量を１０重量部とし、グラファイトの配合量を４０重量部とし、更に、実施例１と同程度のゴム硬度となるようにカーボンブラックの配合量を５０重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（実施例４）
実施例１において、ウォラストナイトの配合量を４０重量部とし、グラファイトの配合量を４０重量部とし、更に、実施例１と同程度のゴム硬度となるようにカーボンブラックの配合量を３５重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（実施例５）
実施例１において、ウォラストナイトの配合量を５０重量部とし、グラファイトの配合量を５０重量部とし、更に、実施例１と同程度のゴム硬度となるようにカーボンブラックの配合量を３０重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（実施例６）
実施例１において、ウォラストナイトの配合量を１０重量部とし、グラファイトの配合量を５５重量部とし、更に、カーボンブラックの配合を４５重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（実施例７）
実施例１において、ウォラストナイトの配合量を５５重量部とし、グラファイトの配合量を１０重量部とし、更に、カーボンブラックの配合を４５重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（比較例１）
実施例１において、ウォラストナイトの配合量を３０重量部とし、グラファイトの配合を省略（０重量部）し、更に、実施例１と同程度のゴム硬度となるようにカーボンブラックの配合量を６０重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（比較例２）
実施例１において、ウォラストナイトの配合量を３０重量部とし、グラファイトの配合量を１０重量部とし、更に、実施例１と同程度のゴム硬度となるようにカーボンブラックの配合量を５５重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（比較例３）
実施例１において、ウォラストナイトの配合量を４０重量部とし、グラファイトの配合を省略（０重量部）し、更に、実施例１と同程度のゴム硬度となるようにカーボンブラックの配合量を５５重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（比較例４）
実施例１において、ウォラストナイトの配合量を６０重量部とし、グラファイトの配合を省略（０重量部）し、更に、実施例１と同程度のゴム硬度となるようにカーボンブラックの配合量を４５重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（比較例５）
実施例１において、ウォラストナイトの配合を省略（０重量部）し、グラファイトの配合量を３０重量部とし、更に、実施例１と同程度のゴム硬度となるようにカーボンブラックの配合量を６０重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（比較例６）
実施例１において、ウォラストナイトの配合量を１０重量部とし、グラファイトの配合量を３０重量部とし、更に、実施例１と同程度のゴム硬度となるようにカーボンブラックの配合量を５５重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（比較例７）
実施例１において、ウォラストナイトの配合を省略（０重量部）し、グラファイトの配合量を４０重量部とし、更に、実施例１と同程度のゴム硬度となるようにカーボンブラックの配合量を５５重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（比較例８）
実施例１において、ウォラストナイトの配合を省略（０重量部）し、グラファイトの配合量を６０重量部とし、更に、実施例１と同程度のゴム硬度となるようにカーボンブラックの配合量を４５重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

（比較例９）
実施例１において、ウォラストナイトの配合量を６０重量部とし、グラファイトの配合量を６０重量部とし、更に、実施例１と同程度のゴム硬度となるようにカーボンブラックの配合量を２５重量部に調整したこと以外は、実施例１と同様にして、評価した。その結果を、表１に示す。

＜評価＞
表１より、実施例１〜７の水素化ニトリルゴム組成物を用いた場合は、異音が発生しないことがわかる。サイドリップ／デフレクタ間の摩擦係数が低くなることで、鳴きを抑制できたものと推定される。更に、実施例１〜７のゴム組成物を用いた場合は、圧縮永久歪みも、低い値に抑えられることがわかる。

一方、比較例１〜８の水素化ニトリルゴム組成物を用いた場合は、異音が発生することがわかる。

なお、比較例９の水素化ニトリルゴム組成物を用いた場合は、異音は発生しなかったが、圧縮永久歪みが増大することがわかる。

１：ドライブトレイン用オイルシール
１１：第１のシールリップ（メインリップ）
１２：第２のシールリップ
１３：第３のシールリップ（サイドリップ）
１４：スプリング環
１５：金属環
２：ハウジング
３：シャフト
４：デフレクタ
Ｘ：締め代

Claims

水素化ニトリルゴム１００重量部に対して、１０〜５５重量部のウォラストナイトと、１０〜５５重量部のグラファイトと、カーボンブラックとを含有し、ウォラストナイトおよびグラファイトの総量が５０〜１１０重量部である水素化ニトリルゴム組成物。
請求項１記載の水素化ニトリルゴム組成物を架橋して得られた架橋体により構成されるドライブトレイン用オイルシール。
サイドリップの端面を摺動シール面とするドライブトレインに用いる請求項２記載のドライブトレイン用オイルシール。