JP2005155882A - 密封型転がり軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】
強固な密封性を維持しつつ、摺動抵抗を抑制するという相反する機能を有するシール装置を備えた密封型転がり軸受を提供する。
【解決手段】
内周に外側転走面８が形成された外方部材１と、外周に外側転走面８に対向する内側転走面９ａが形成されたハブ輪４と、これら両転走面８、９ａ間に回転自在に収容された転動体１０と、外方部材１とハブ輪４間に形成された環状空間に装着されたシール装置２６とを備えた密封型転がり軸受において、シール装置２６が弾性部材からなるシールリップ２８ａ、２８ｂ、２８ｃを有し、このシールリップ２８ａ、２８ｂ、２８ｃが摺接するハブ輪４の摺動面１９の表面粗さを、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘで１．２μｍ以下とすると共に、摺動面１９に対して直角方向の振れを１０μｍ以下に規制した。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車や一般モータ等の分野で使用される密封型転がり軸受、特に、水や泥水等の異物が多量に存在する環境下で使用される密封型転がり軸受に関するものである。
自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪用軸受は、雨水やダスト等に直接曝される環境下にあるため、この雨水やダスト等が軸受内部に侵入しないように強固な密封性を有する密封型転がり軸受が使用されている。一方、この種の転がり軸受において、回転トルクの増大は軸受の温度上昇や燃費に影響を及ぼすため、軸受の低トルク化が図られている。軸受のトルクの中でもシールの摺動抵抗が支配的であるため、強固な密封性を維持しつつ、摺動抵抗を抑制した構造の密封型転がり軸受が色々提案されている。
このような車輪用軸受の代表的な一例を、本発明の第１の実施形態を示す図１によって説明する。この車輪用軸受は駆動輪側の車輪用軸受であって、外周に車体（図示せず）に取り付けられる車体取付フランジ２を一体に有し、内周に複列の外側転走面８、８が形成された外方部材１と、一端部に車輪（図示せず）が取り付けられる車輪取付フランジ７を一体に有し、外周に前記複列の外側転走面８、８に対向する一方の内側転走面９ａと、この内側転走面９ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部１４が形成され、内周にトルク伝達用のセレーション６が形成されたハブ輪４と、小径段部１４に圧入され、外周に他方の内側転走面９ｂが形成された内輪５とを備えている。
複列の外側転走面８、８と、これらに対向する内側転走面９ａ、９ｂ間には複列の転動体（ボール）１０が保持器１１によって転動自在に収容されている。また、ハブ輪４と内輪５とからなる内方部材３と、前記外方部材１との間に形成される環状空間にはシール装置１２、２６がそれぞれ装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内に侵入するのを防止している。
これらのシール装置１２、２６のうち外方部材１と内輪５間に装着されたシール装置１２は、図２に示すように、固定側軌道輪となる外方部材１に内嵌され、断面Ｌ字状に形成された芯金１５と、この芯金１５に一体に加硫接着されたシール部材１６とからなるシールリング１７と、回転側軌道輪となる内輪５に外嵌され、同じく断面Ｌ字状に形成されたスリンガ１８とを備えている。シール部材１６はゴム等の弾性部材からなり、外側、中間、内側の３本のシールリップ２３、２４、２５を備え、外側シールリップ２３の先端縁をスリンガ１８の立板部２２の内側面に摺接させ、残りの中間シールリップ２４および内側シールリップ２５の先端縁を、スリンガ１８の円筒部２１に摺接させている。
一方、シール装置２６は、外方部材１に内嵌され、それぞれ円環状に形成された芯金１３と、この芯金１３に一体に加硫接着されたシール部材２７とからなる。このシール部材２７はゴム等の弾性部材からなり、３本のシールリップ２８ａ、２８ｂ、２８ｃを備え、それぞれの先端縁をハブ輪４の表面に直接摺接させている。
この従来の車輪用軸受のシール装置１２、２６のうちインボード側のシール装置１２において、各シールリップ２３、２４、２５と摺接するスリンガ１８の表面粗さを、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以下とすると共に、最大高さ（Ｒｙ）で１．２μｍ以下としている。これにより、最大高さ部分で微小な隙間が生じ難くなるため、外部から異物が侵入し難くなって、グリースの変質に基く転がり接触部の損傷が生じ難くなる。
特開２００３−１８４８９７号公報
然しながら、この従来のシール装置１２において、各シールリップ２３、２４、２５と摺接するスリンガ１８の表面粗さを、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以下とすると共に、最大高さ（Ｒｙ）で１．２μｍ以下に規制するためには、予めこれらの目標表面粗さを有する板材をプレス加工するか、または、プレス加工後にラップ加工等の表面加工を施す必要がある。実際には、このような目標表面粗さを有する板材の入手性は困難であるため、コスト面から考えるとプレス加工後にラップ加工等の表面加工を施さざるを得ないのが現状である。
こうしたスリンガ１８の表面にラップ加工を施すのは取扱いが非常に難しく加工工数が増えると共に、加工によって表面の形状が崩れると言った問題が内在していた。こうした摺動面の形状崩れは、シールのシメシロの変化として現れ、シールリップの追従性が不安定となって反って密封性が低下する恐れがあった。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、強固な密封性を維持しつつ、摺動抵抗を抑制するという相反する機能を有するシール装置を備えた密封型転がり軸受を提供することを目的とする。
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、内周に外側転走面が形成された外方部材と、外周に前記外側転走面に対向する内側転走面が形成された内方部材と、これら両転走面間に回転自在に収容された転動体と、前記外方部材と内方部材間に形成された環状空間に装着されたシール装置とを備えた密封型転がり軸受において、前記シール装置が弾性部材からなるシールリップを有し、このシールリップが摺接する回転側部材の摺動面の表面粗さを、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘで２．０μｍ以下とすると共に、前記摺動面に対して直角方向の振れを３０μｍ以下に規制した構成を採用した。
このように、シール装置が弾性部材からなるシールリップを有し、このシールリップが摺接する回転側部材の摺動面の表面粗さを、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘで２．０μｍ以下とすると共に、摺動面に対して直角方向の振れを３０μｍ以下に規制することにより、摺動面の絶対的な凹凸を小さく抑えることができると共に、シールのシメシロを増大させることなくシメシロの変化を抑制することができ、従来のように、スリンガのラップ加工等によって摺動面の形状が崩れると言った問題も回避できる。したがって、摺動面に対するシールリップの追従性を安定させることができ密封性能が一層向上する。
また、請求項２に記載の発明は、前記シール装置が、固定部材側に装着されたシールリングと、回転部材側に装着されたスリンガとを備え、前記シールリングを構成するシールリップを前記スリンガに摺接させたので、従来のように、プレス加工後にラップ加工等の表面加工を施して目標表面粗さを厳しく規制する必要はなく、摺動面の振れを所定値に管理するだけで密封性能を向上させることができる。
また、請求項３に記載の発明のように、前記シール装置が、固定部材側に装着され、サイドリップとラジアルリップを有するシールリングを備え、前記シールリップを回転側部材に直接摺接させれば、目標の表面粗さおよび振れが得られない場合であっても、熱処理後に研削加工あるいはラップ加工等の表面加工を容易に施すことができる。
また、請求項４に記載の発明は、前記シール装置が、固定部材側に装着され、主リップと副リップを有するシールリングを備え、前記主リップを回転側部材に形成された断面略Ｕ字形をなすシール溝に直接摺接させると共に、前記副リップを前記シール溝の畝部に僅かなシメシロを介して摺接させれば、密封性を維持しつつ、主リップの摩耗に伴って副リップが追従してシメシロを増大させることができるので、主リップの摩耗量が少ない状態では軸受の回転トルクを抑制すると共に、主リップの摩耗に応じてシメシロが増し、密封性を確保することができる。
好ましくは、請求項５に記載の発明のように、前記摺動面の表面粗さを、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘで１．２μｍ以下とすると共に、前記摺動面に対して直角方向の振れを１０μｍ以下に規制することにより、強固な密封性が得られそれを維持しつつ、摺動抵抗を抑制するという相反する機能を有するシール装置を備えた密封型転がり軸受を提供することができる。
本発明に係る密封型転がり軸受は、内周に外側転走面が形成された外方部材と、外周に前記外側転走面に対向する内側転走面が形成された内方部材と、これら両転走面間に回転自在に収容された転動体と、前記外方部材と内方部材間に形成された環状空間に装着されたシール装置とを備えた密封型転がり軸受において、前記シール装置が弾性部材からなるシールリップを有し、このシールリップが摺接する回転側部材の摺動面の表面粗さを、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘで２．０μｍ以下とすると共に、前記摺動面に対して直角方向の振れを３０μｍ以下に規制したことにより、摺動面の絶対的な凹凸を小さく抑えることができると共に、シールのシメシロを増大させることなくその変化を抑制することができ、従来のように、スリンガのラップ加工等によって摺動面の形状が崩れると言った問題も回避できる。したがって、摺動面に対するシールリップの追従性を安定させることができ密封性能が一層向上する。
内周に外側転走面が形成された外方部材と、外周に前記外側転走面に対向する内側転走面が形成された内方部材と、これら両転走面間に回転自在に収容された転動体と、前記外方部材と内方部材間に形成された環状空間に装着されたシール装置とを備えた密封型転がり軸受において、前記シール装置が弾性部材からなるシールリップを有し、このシールリップが摺接する回転側部材の摺動面の表面粗さを、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘで１．２μｍ以下とすると共に、前記摺動面に対して直角方向の振れを１０μｍ以下に規制した。
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る密封型転がり軸受の第１の実施形態を示す縦断面図である。この密封型転がり軸受は、自動車の駆動輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪用軸受に適用したものである。なお、この車輪用軸受の基本構成は、前述のシール装置を備えた密封型転がり軸受の１例としてこの図１を用いて説明したので、詳細な説明を省略し、本発明の特徴部分を主体に説明する。
この密封型転がり軸受において、ハブ輪４と内輪５とからなり、回転側部材となる内方部材３と、固定側部材となる外方部材１との間に形成される環状空間にはシール装置１２、２６がそれぞれ装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内に侵入するのを防止している。
これらのシール装置１２、２６のうち外方部材１と内輪５間に装着されたインボード側（図中右側）のシール装置１２は、図２に示すように、外方部材１に内嵌され、断面Ｌ字状に形成された芯金１５と、この芯金１５に一体に加硫接着されたシール部材１６とからなるシールリング１７と、内輪５に外嵌され、同じく断面Ｌ字状に形成されたスリンガ１８とを備えている。このスリンガ１８およびシールリング１７の芯金１５は、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）をプレス加工にて形成されている。
シール部材１６はゴム等の弾性部材からなり、外側、中間、内側の３本のシールリップ２３、２４、２５を備え、外側シールリップ２３の先端縁をスリンガ１８の立板部２２の内側面に摺接させ、残りの中間シールリップ２４および内側シールリップ２５の先端縁を、スリンガ１８の円筒部２１に摺接させている。ここで、各シールリップ２３、２４、２５と摺接するスリンガ１８の表面粗さを、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘで２．０μｍ以下、好ましくは、１．２μｍ以下とすると共に、摺動面に対して直角方向の振れを３０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下に規制している。すなわち、摺動面の振れを管理するだけで、従来のように、プレス加工後にラップ加工等の表面加工を施して目標表面粗さを厳しく規制する必要はない。
これにより、摺動面の絶対的な凹凸をある程度小さく抑えることができると共に、シールのシメシロを増大させることなくシメシロの変化を抑制することができ、従来のように、スリンガ１８のラップ加工等によってその摺動面の形状が崩れると言った問題も回避できる。したがって、摺動面に対するシールリップ２３、２４、２５の追従性を安定させることができ密封性能が一層向上する。
一方、シール装置２６は、図３に示すように、外方部材１に内嵌され、それぞれ円環状に形成された芯金１３と、この芯金１３に一体に加硫接着されたシール部材２７とからなる。芯金１５は、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）をプレス加工にて形成されている。シール部材２７はゴム等の弾性部材からなり、２本のサイドリップ（ダストシール）２８ａ、２８ｂと単一のラジアルリップ（グリースシール）２８ｃを備え、それぞれの先端縁をハブ輪４の表面、具体的には、車輪取付フランジ７のインボード側基部の円弧状に形成された摺動面１９に直接摺接させている。
ここで、各シールリップ２８ａ、２８ｂ、２８ｃと摺接する摺動面１９の表面粗さを、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘで２．０μｍ以下、好ましくは、１．２μｍ以下とすると共に、摺動面１９に対して直角方向の振れを３０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下に規制している。なお、このような目標の表面粗さおよび振れが得られない場合は、熱処理後に研削加工あるいはラップ加工等の表面加工を施しても良い。
これにより、前述したシール装置１２と同様、摺動面１９の絶対的な凹凸をある程度小さく抑えることができると共に、シールのシメシロを増大させることなくシメシロの変化を抑制することができる。したがって、摺動面１９に対するシールリップ２８ａ、２８ｂ、２８ｃの追従性を安定させることができ密封性能が一層向上する。
図４は、本発明に係る密封型転がり軸受の第２の実施形態を示す縦断面図、図５は、図４の要部拡大図である。この密封型転がり軸受２０は深溝玉軸受からなり、内周に外側転走面２９が形成された外輪３０と、外周に内側転走面３１が形成された内輪３２と、両転走面２９、３１間に保持器３３によって転動自在に収容されたボール３４と、内外輪３２、３０間に形成される環状空間に一対のシールリング３５、３５が装着されている。
シールリング３５は、図５に示すように、冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）をプレス加工にて形成された円板状の芯金３６と、この芯金３６に一体に加硫接着されたシール部材３７とからなる。シール部材３７は、先端が二股状に分岐して形成された主リップ３７ａと、副リップ３７ｂを有している。そして、シールリング３５は、シール部材３７を介して外輪３０の端部内周に嵌着され、このシール部材３７を、内輪３２の端部外周に形成された断面略Ｕ字形をなすシール溝３８に直接摺接させている。具体的には、主リップ３７ａは、シール溝３８の傾斜した摺動面３９に摺接すると共に、副リップ３７ｂは、小径部（シール溝の畝部）４０に僅かなシメシロを介して摺接している。この副リップ３７ｂの基部はくびれて形成されているため腰が弱く、主リップ３７ａの摩耗に伴って図中左側に追従して小径部４０とのシメシロを増大させる。したがって、主リップ３７ａの摩耗量が少ない状態では軸受の回転トルクを抑制すると共に、主リップ３７ａの摩耗に応じてシメシロが増し、密封性を確保することができる。
ここで、シール溝３８のうち少なくとも主リップ３７ａと摺接する摺動面３９の表面粗さを、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘで２．０μｍ以下、好ましくは、１．２μｍ以下とすると共に、摺動面３９に対して直角方向の振れを３０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下に規制している。なお、このような目標の表面粗さおよび振れが得られない場合は、熱処理後にショットピーニングあるいはラップ加工等の表面加工を施しても良い。
これにより、摺動面３９の絶対的な凹凸をある程度小さく抑えることができると共に、シールのシメシロを増大させることなくシメシロの変化を抑制することができる。したがって、摺動面３９に対する主リップ３７ａの追従性を安定させることができ密封性能が一層向上する。
図６は、本出願人が実施した軸受単体での泥水試験の結果を示すグラフである。
この試験は、運転中の供試品に関東ロームＪＩＳ８種混合液を噴霧し、試験前後の質量変化を測定したものである。本図から明確に判るように、供試品は、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘが、２．０２〜３．７μｍ、摺動面３９に対して直角方向の振れが３０μｍを超える供試品（比較例）と、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘが、１．３〜１．８６μｍ、摺動面３９に対して直角方向の振れが１０〜３０μｍの供試品（実施例Ａ）、および、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘが０．７〜１．２μｍ、摺動面３９に対して直角方向の振れが１０μｍ以下の供試品（実施例Ｂ）とで顕著な差異があるのを検証することができた。
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
本発明に係る密封型転がり軸受は、軸受形式あるいはシール形式等に限定されず、水や泥水等の異物が多量に存在する環境下で使用される密封型転がり軸受に適用できる。
本発明に係る密封型転がり軸受の第１の実施形態を示す縦断面図である。 同上、インボード側のシール装置を示す要部拡大断面図である。 同上、アウトボード側のシール装置を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る密封型転がり軸受の第２の実施形態を示す縦断面図である。 同上、要部拡大断面図である。 軸受単体での泥水試験の結果を示すグラフである。
符号の説明
１・・・・・・・・・外方部材
２・・・・・・・・・車体取付フランジ
３・・・・・・・・・内方部材
４・・・・・・・・・ハブ輪
５、３２・・・・・・内輪
６・・・・・・・・・セレーション
７・・・・・・・・・車輪取付フランジ
８、２９・・・・・・外側転走面
９ａ、９ｂ、３１・・内側転走面
１０・・・・・・・・転動体
１１、３３・・・・・保持器
１２、２６・・・・・シール装置
１３、１５、３６・・芯金
１４・・・・・・・・小径段部
１６、２７、３７・・シール部材
１７、３５・・・・・シールリング
１８・・・・・・・・スリンガ
１９、３９・・・・・摺動面
２０・・・・・・・・密封型転がり軸受
２１・・・・・・・・円筒部
２２・・・・・・・・立板部
２３・・・・・・・・外側シールリップ
２４・・・・・・・・中間シールリップ
２５・・・・・・・・内側シールリップ
２８ａ、２８ｂ・・・サイドリップ
２８ｃ・・・・・・・ラジアルリップ
３０・・・・・・・・外輪
３４・・・・・・・・ボール
３７ａ・・・・・・・主リップ
３７ｂ・・・・・・・副リップ
３８・・・・・・・・シール溝
４０・・・・・・・・小径部

Claims (5)

  1. 内周に外側転走面が形成された外方部材と、外周に前記外側転走面に対向する内側転走面が形成された内方部材と、これら両転走面間に回転自在に収容された転動体と、前記外方部材と内方部材間に形成された環状空間に装着されたシール装置とを備えた密封型転がり軸受において、
    前記シール装置が弾性部材からなるシールリップを有し、このシールリップが摺接する回転側部材の摺動面の表面粗さを、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘで２．０μｍ以下とすると共に、前記摺動面に対して直角方向の振れを３０μｍ以下に規制したことを特徴とする密封型転がり軸受。
  2. 前記シール装置が、固定部材側に装着されたシールリングと、回転部材側に装着されたスリンガとを備え、前記シールリングを構成するシールリップを前記スリンガに摺接させた請求項１に記載の密封型転がり軸受。
  3. 前記シール装置が、固定部材側に装着され、サイドリップとラジアルリップを有するシールリングを備え、前記シールリップを回転側部材に直接摺接させた請求項１に記載の密封型転がり軸受。
  4. 前記シール装置が、固定部材側に装着され、主リップと副リップを有するシールリングを備え、前記主リップを回転側部材に形成された断面略Ｕ字形をなすシール溝に直接摺接させると共に、前記副リップを前記シール溝の畝部に僅かなシメシロを介して摺接させた請求項１に記載の密封型転がり軸受。
  5. 前記摺動面の表面粗さを、最大高さＲｙ、または、Ｒｍａｘで１．２μｍ以下とすると共に、前記摺動面に対して直角方向の振れを１０μｍ以下に規制した請求項１乃至４いずれかに記載の密封型転がり軸受。
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