JP2006170313A

JP2006170313A - 転がり軸受のシール構造

Info

Publication number: JP2006170313A
Application number: JP2004363132A
Authority: JP
Inventors: Hikari Ishida; 光石田; Yoshimitsu Hirasawa; 義光平澤; Atsushi Kawakita; 篤史川北; Yusuke Shimizu; 雄介清水
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-06-29
Also published as: WO2006064830A1; US20080157478A1; DE112005002897T5; CN100543332C; CN101069026A

Abstract

【課題】転がり軸受の接触形シール構造において、シール部材のリップ構造の改良によって低トルク化及び高シール化を図ることである。
【解決手段】シール部材１１の内輪ランド３の高さ近辺の位置に分岐部１５を設け、その分岐部１５から内径方向に突き出した部分により主リップ１６を形成し、その主リップ１６の先端部をシール溝４の外側溝壁２１に接触させて接触シール２５を形成し、前記分岐部１５から軸方向内向きに突き出した部分により副リップ１７を形成し、その副リップ１７の先端部とシール溝４の内側溝壁１８との間にラビリンスシール１９を形成した。
【選択図】図２

Description

この発明は、転がり軸受のシール構造に関し、特に接触形シール構造におけるシール部材のリップの形状に関するものである。

転がり軸受においては、軸受内部のグリースが外部に漏出すること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シール構造が採用される。そのシール構造として、金属製のシールド部材を嵌合する形式と、合成ゴム等の弾性体で形成されたシール部材を装着する形式があるが、この発明は後者のシール部材を装着する形式に属する。シール部材を装着する形式においては、一方の軌道輪にシール部材を固定するとともに他方の軌道輪に対しラビリンスシールすき間をおいて対向させるようにした非接触形と、すき間をおかずにシール部材を接触させる接触形とがあるが、この発明は後者の接触形に属する。

シール部材を用いた接触形のシール構造は、一般に、軸受の内輪外径面に設けたシール溝とこれに対向した外輪内径面のシール部材固定溝との間にシール部材を装着し、そのシール部材の内周部に主リップと副リップを設けるとともにその外周縁を外輪内径面の固定溝に嵌合固定し、前記主リップをシール溝に接触させて接触シールを形成する一方、副リップと内輪外径面との間にラビリンスシールを形成する構成が採られる（特許文献１〜４参照）。副リップは複数箇所に設けられる場合がある（特許文献２、４参照）。

主リップと副リップの形状は、シール部材を構成する合成ゴムの先端部分を二股状に形成するのが一般的であり、二股に分かれた一方の主リップを内側に配置するとともに副リップを外側に配置した形式のもの（特許文献１、３参照）と、逆に主リップを外側に配置するとともに副リップを内側に配置した形式のもの（特許文献２、４参照）がある。

主リップはシール性を向上させるためには締め代を大きくするほど望ましいが、締め代が大きいと軸受のトルクの増大をもたらす不都合がある。逆に、締め代が小さいと低トルクとなるがシール性が低下する。軸受の高速回転時においては軸受内圧が上昇するため、シール性が不十分であると空気とともにグリースが外部に吐き出され、軸受周辺を汚損させる原因となる。また、グリースの漏出によって内部のグリースが不足し軸受寿命の低下の原因ともなる。このため、低トルクが要求される場合は主リップの締め代を小さくするとともにグリースの封入量を抑える必要があり、その封入量を維持すべくグリースの漏出を防止する必要があった。
特公昭４６−３９３６１号公報（実施例、第１図）実開平３−１２１２２５号公報（第２図）特開２００３−１３９７７号公報（第一実施形態、図１）特開２００４−６８９２４号公報（第一実施形態、図２）

前述の特許文献１、３のように、主リップが内側に配置されたものは、軸受の内部圧力を主リップで直接受けることになるため、シール性を高く維持するためには締め代を相対的に大きく設定する傾向にあり、その結果高トルクになる問題がある。これに対し、特許文献２、４のように、主リップが外側に配置されたものは、軸受の内部圧力が内側の副リップで緩和されるので、主リップの締め代を相対的に小さく設定しても良好なシール性が得られるとともに低トルク化が可能である。

しかしながら、軸受回転の高速化に伴い、一層の低トルク化と高シール性が要求されている状況にある。

そこで、この発明は、主リップを外側に配置した形式の接触形シール構造を基本として、一層の低トルク化と一層の高シール化を図ることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、内輪の外径面にシール溝を周方向に形成し、前記シール溝に対向した外輪内径面にシール部材の外周縁を固定し、そのシール部材の内周部に主リップと副リップを設け、該主リップを前記シール溝に接触させて接触シールを形成するとともに、副リップを前記シール溝又はその近辺に接近させてラビリンスシールを形成してなる転がり軸受のシール構造において、前記シール部材の内輪外径面の高さ近辺の位置に分岐部を設け、その分岐部から内径方向に突き出した部分により前記の主リップを形成し、その主リップの先端部を前記シール溝の外側溝壁に接触させて前記の接触シールを形成し、前記分岐部から軸方向内向きに突き出した部分により前記の副リップを形成し、その副リップの先端部とシール溝の内側溝壁との間で前記のラビリンスシールを形成した構成を採用した。

上記構成のシール構造において、グリースは副リップによって形成されるラビリンスシールと、主リップによって形成される接触シールにおいてシールされ、外部への漏出が防止される。また外部からの異物の浸入もこれらの接触シール及びラビリンスシールにおいて防止される。また、主リップと副リップ及びこれらに対向したシール溝の内側溝壁とに囲まれた部分が容積の比較的大きいグリース溜まりを形成し、そのグリース溜まりがグリースを漏出させる圧力を緩和させる作用を行う。

また、副リップの外径面は内輪外径面と同程度の高さで軸方向に拡がっているので、転走溝側から押し出されるグリースが円滑にその外径面側に移動する。なお、主リップと副リップが分かれる分岐部の位置が「内輪外径面の高さ近辺の位置」であるというのは、内輪外径面の軸方向の延長線上又はその延長線の近辺に分岐部が存在することを意味し、これによってその分岐部から内輪に向かってほぼその外径面の高さで副リップが延び出すことになる。

前記の副リップが内輪外径面の延長線よりも外径方向に寄った高さに形成された場合は、その副リップの先端面に前記内輪外径面に対して９０°を超える角度をもったテーパ面を形成した構成を採ることが望ましい。このようなテーパ面を設けることにより、グリースを副リップの外径面に円滑に移行させることができる。

上記のように、主リップを外側に配置し副リップを内側に配置した従来の形式と同様に、内側の副リップにより内部圧力が緩和されるため、主リップに作用する内部圧力が低減されるが、この発明においては、主リップと副リップが分岐部を介して逆Ｌ形の形状をなし、これらの部分とシール溝内側溝壁とにより囲まれた部分に大きな容積をもったグリース溜まりが形成される。このグリース溜まりが内部圧力を一層緩和する作用を行うので、主リップの締め代を小さくして低トルク化を図ることができ、同時に高シール化を図ることができる。

また、副リップの外径面が内輪外径面の高さ近辺に存在するので、転走溝側から経て押し出されるグリースを副リップの外径面側に円滑に逃がすことができる。そのため、ラビリンスシールを通過してグリース溜まりに浸入するグリースの量を減少させることができ、この点からも一層の低トルク化と高シール化を図ることがでる。

以下、この発明の実施形態を添付の図面に基づいて説明する。

実施の形態１

図１及び図２に示した実施の形態１の転がり軸受は、内輪１の外径面に設けた転走溝２の両側方のランド３、３に周方向のシール溝４、４が形成される。また、各シール溝４、４に対向した外輪５の内径面にシール部材固定溝６、６が設けられる。外輪５の内径面に前記転走溝２に対向した転走溝７が設けられ、両方の転走溝２、７間にボール８が介在される。ボール８は保持器９により周方向に一定間隔をおいて保持される。

前記の各シール溝４とシール部材固定溝６との間に環状のシール部材１１が介在される。シール部材１１は、芯金１２に合成ゴム１３をモールドしたものであり、外周縁１０が前記シール部材固定溝６に嵌入固定される。芯金１２の内径Ｒ１は前記内輪１のランド３(「特許請求の範囲」においてはこのランド３の部分を内輪の外径面としている。）の外径Ｒ２より大である。芯金１２の内径と前記ランド３の軸方向の延長線Ｌ（図２参照）との間において、合成ゴム１３の部分にくびれ部１４（図２参照）が形成され、くびれ部１４において合成ゴム１３の肉厚が小さくなっている。

図２に示したように、前記のくびれ部１４から内径方向に直線状に延び出した部分が形成され、その途中に分岐部１５が設けられる。分岐部１５から内径方向に延びた部分が主リップ１６となり、内向き軸方向に分かれた部分が副リップ１７となる。主リップ１６と副リップ１７が分岐部１５で逆Ｌ形に連続する。

前記の分岐部１５は、主リップ１６の厚さと副リップ１７の厚さをそれぞれ延長した部分が交差する範囲（図２（ａ）の一点鎖線で囲まれた部分）をいうが、この分岐部１５は、図示の場合ランド３の延長線Ｌより内径側に微小量（ΔＸ）だけ隔たった位置にある。

上記のような隔たりΔＸが存在することにより、ランド３と副リップ１７の間には段差（Ｒ２−Ｒ３）が生じるが、その段差はランド３側から副リップ１７側に移動するグリース（矢印ａ参照）に対して障害になることはない。但し、ΔＸが大きくなると、後述のグリース溜まり２４の容積が減少し、グリースの漏出圧を緩和する作用が低減するので、ΔＸの大きさはその緩和作用を損なわない範囲に制限される。

なお、分岐部１５の位置が前記より外径側に寄ることにより、Ｒ３＞Ｒ２となって前記の段差部がグリースの移動に対して障害になる場合は、後述の「実施の形態２」の場合のような対策（図５のテーパ面２７参照）を講じることが望ましい。

前記の副リップ１７の先端部はシール溝４の傾斜した内側溝壁１８に平行の傾斜面に形成され、該内側溝壁１８との間でラビリンスシール１９が形成される。

図２（ａ）において、シール溝４の溝底を２０、外側溝壁を２１、外側ランドを２２で示している。外側ランド２２の半径Ｒ４は前記ランド３の半径Ｒ２より小である。

前記の主リップ１６の先端部には、外側面の方向に若干反った摺接部２３が設けられ、その先端先鋭部がシール溝４の外側溝壁２１に所要の締め代をもって接触される。これによって接触シール２５が形成される（図２（ｃ）参照）。図２（ｃ）において、摺接部２３の先端部の自然状態における形状を一点鎖線で示す。その先端部が接触により変形した形状を実線で示し、この変形部分において接触シール２５が形成されることを示す。なお、他の図面においては、便宜上接触シール２５を自然状態における形状のみで示している。

前記のように、主リップ１６と副リップ１７は分岐部１５を介して逆Ｌ形をなすが、その逆Ｌ形部分とこれに対向したシール溝４の内側溝壁１８によって囲まれた部分が比較的容積の大きいグリース溜まり２４となる。このグリース溜まり２４は前記のラビリンスシール１９で軸受内部に連通し、かつ接触シール２５で閉鎖される。

なお、軸受内部圧力の異常上昇時の減圧対策として、小溝部２６（図２（ｂ）参照）が摺接部２３の先端において全周の対称位置の２個所に設けられる。

実施の形態１のシール構造は以上のようなものであり、軸受内部にグリースを封入して使用に供される。主リップ１６の接触シール２５における締め代は、それより内側に存在するラビリンスシール１９によってグリースの漏出圧力が低減されるので、その圧力を直接受ける場合（主リップを内側に配置した形式）に比べ小さく設定することができる。前記の締め代は、くびれ部１４の肉厚、主リップ１６、摺接部２３等の肉厚を変えることにより調整することができる。

この発明の場合は、以下のような理由で接触シール２５の締め代を一層小さくすることができる。

即ち、理由の一は、転走溝２側からランド３を経て外方に押し出されるグリースの一部が、矢印ａで示すように、副リップ１７の外径面上に移動することである。副リップ１７の外径面は軸と平行な面であるので、グリースが押し戻されることが防止される。従来の場合は、前掲の特許文献２、４のように、副リップの外径面が内向きに傾斜しているためにグリースが内側に押し戻される傾向が強く、これによりグリースの圧力が増すが、この発明の場合は押し戻す力が比較的弱いので、グリースの圧力に与える影響が少なくなり、ラビリンスシール１９側への移動（矢印ｂ参照）が少なくなる。その結果グリース溜まり２４内部の圧力の上昇が抑制される。

理由の二は、グリース溜まり２４が分岐部１５を介して逆Ｌ形に連続した主リップ１６と副リップ１７と、これらに対向したシール溝４の内側溝壁１８によって囲まれた比較的大きい容積をもって形成されることである。これにより、グリース溜まり２４の内部圧力が一層低減される。

以上の作用効果を確認するために、実施の形態１の発明品（両シール品）と、次の現行品について比較実験を行った。
（１）現行品
特許文献１の第１図に記載されたものに基づき製作されもの（両シール品）。
（２）実験内容
発明品と現行品につき、アキシャル荷重４kgf下でのトルク値を実測した。その実測値を図３に示す。Ｘが現行品、Ａが発明品のトルク値である。また、ラジアル荷重２０kgf下でのグリース漏れ性能試験を行った。その試験結果を図４に示す。Ｘが現行品、Ａが発明品のグリース漏れ量である。
（３）実験結果の考察
図３に示したトルク値については、発明品Ａが現行品Ｘに対し平均的に約４０gf・cm（２０％）低下しており、低トルク化が図られていることが分かった。また、図４に示したグリース漏れ量については、安定時まで（３時間後）の累積漏れ量が、発明品Ａは現行品Ｘに対し約１／４程度に低減しており、シール性能が改善されていることが分かった。

実施の形態２

図５に示した実施の形態２のシール構造は、基本的に前記の実施の形態１の場合と同様である。相違するのは、分岐部１５の径方向の位置が、ランド３の延長線Ｌを含む位置にあり、副リップ１７のほとんどが延長線Ｌより上位（シール部材１１の外径側）に存在することである。副リップ１７の最大径部分の半径Ｒ３はランド３の半径Ｒ２より大である。このため、グリース溜まり２４の容積が増えるが、ランド３側から副リップ１７の外径面の方向に移動するグリースに対して副リップ１７の先端面が障害になる問題が生じる。これを避ける対策として先端部にランド３を基準にした傾斜角度θが９０°以上となるようなテーパ面２７を形成にしている。

また、副リップ１７の内径面はランド３に対して一定の角度αをもって傾斜しており、その傾斜面２９とシール溝４の内側溝壁１８との間でラビリンスシール１９が形成される。

主リップ１６の先端部内面にもテーパ面２８が形成され、そのテーパ面２８とシール溝４の外側溝壁２１とのなす角度βが９０°以上あるように形成される。このような広い角度βがあると、９０°未満のような狭い角度β’（比較例として示した図６参照）の場合に比べ、グリースが主リップ１６の接触シール２５を通過し難くなる。上記以外の構成及び作用効果は前記の実施の形態１の場合と同様である。

以上述べた実施の形態２のシール構造において、前記の実施の形態１の場合と同様の実験を行った。トルク値の実測値を図３においてＢで示す。また、グリース漏れ量の実測値を図４においてＢで示す。この結果から分かるように、前記実施の形態１の場合とほぼ同程度の低トルク化と高シール化が図れた。

実施の形態３から４

図７に示した実施の形態３、図８に示した実施の形態４は、それぞれ前記実施の形態１及び２に想到する前段階において発案されたものである。これらは実施の形態１、２の比較対象としての意味をもつので、以下開示する。

図７に示した実施の形態３の場合は、シール部材１１のリップは主リップ１６のみであり、その主リップ１６は一定の幅をもち、その先端部に幅方向の端面３０が形成されている。端面３０の外側コーナ部をシール溝４の外側溝壁２１に接触させて接触シール２５を形成している。前記の実施の形態１、２と比べ副リップが設けられていない点が特異なところである。

主リップ１６の締め代を前記の実施の形態１、２の場合と同程度に設定した場合のトルク値Ｃは、図３のＡと同程度であることが確認できた。シール性については図４にＣで示したように現行品Ｘの約１／２となり、シール性においてＡ、Ｂの場合より劣ることが分かった。これは実施の形態１、２における副リップ１７やグリース溜まり２４を設けていないことによるものと考えられるが、逆に言えば実施の形態１及び２における副リップ１７やグリース溜まり２４は漏れ性能の向上に貢献していることを意味する。

図８に示した実施の形態４は、芯金１２の内径部分を内側にくの字形に屈曲させるとともに、その屈曲に沿って合成ゴム１３もシール溝４の内側溝壁１８に接近するように屈曲して設け、該内側溝壁１８に対向した面に２段の副リップ１７ａ、１７ｂを設け、さらにシール溝４の溝底２０に沿って３段目の副リップ１７ｃを設けている。これらの副リップ１７ａ〜１７ｃにより、ラビリンスシール１９ａ、１９ｂ、１９ｃが形成される。前記副リップ１７ａ〜１７ｃと反対側の面、即ち外側面にくびれ部１４が形成され、そのくびれ部１４の先端に主リップ１６の外側面が連続し、３段目の副リップ１７ｃの先端に主リップ１６の内側面が連続する。その内側面と外側面が交わる先端部がシール溝４の外側溝壁２１に接触し、接触シール２５が形成される。

前記の実施の形態１、２と比べ、副リップ１７ａ〜１７ｃが３箇所（ラビリンスシール１９ａ〜１９ｃが３箇所）に存在すること、副リップ１７ａ〜１７ｃ相互間と副リップ１７ｃと主リップ１６相互間にそれぞれ対向したシール溝４の溝壁との間で形成されるグリース溜まりの容積が小さいこと、副リップ１７ａの軸方向への突き出し量が少なく、副リップ１７ａの基部が内側に傾斜した合成ゴム１３の内面に連続していること等で顕著な相違がある。

主リップ１６の締め代を実施の形態１、２の場合と同程度に設定して測定したトルク値Ｄは図３のＡと同程度であることが確認できた。シール性については図４にＤで示したように前記のＣと大差がなく、シール性においてＡ、Ｂの場合より劣ることが分かった。これは、３段の副リップ１７ａ〜１７ｃの効果が見られず、グリース溜まりの容積が小さいこと、副リップ１７ａの軸方向への突き出し量が少なく外径面が傾斜し、合成ゴム１３の傾斜面３１に接近していること等が影響しているものと考えられる。

実施の形態１の断面図（ａ）同上の一部拡大断面図、（ｂ）摺接部の小溝部を示す拡大断面図、（ｃ）摺接部の接触シールを示す拡大断面図各実施の形態のトルク値の実測結果を示すグラフ各実施の形態のシール漏れ量の実測結果を示すグラフ実施の形態２の一部拡大断面図比較例の一部拡大断面図実施の形態３の一部拡大断面図実施の形態４の一部拡大断面図

符号の説明

１内輪
２転走溝
３ランド
４シール溝
５外輪
６シール部材固定溝
７転走溝
８ボール
９保持器
１１シール部材
１２芯金
１３合成ゴム
１４くびれ部
１５分岐部
１６主リップ
１７副リップ
１８内側溝壁
１９ラビリンスシール
２０溝底
２１外側溝壁
２２外側ランド
２３摺接部
２５接触シール
２６小溝部
２７テーパ面
２８テーパ面
２９傾斜面
３０端面
３１傾斜面

Claims

内輪の外径面にシール溝を周方向に形成し、前記シール溝に対向した外輪内径面にシール部材の外周縁を固定し、そのシール部材の内周部に主リップと副リップを設け、該主リップを前記シール溝に接触させて接触シールを形成するとともに、副リップを前記シール溝又はその近辺に接近させてラビリンスシールを形成してなる転がり軸受のシール構造において、前記シール部材の内輪外径面の高さ近辺の位置に分岐部を設け、その分岐部から内径方向に突き出した部分により前記の主リップを形成し、その主リップの先端部を前記シール溝の外側溝壁に接触させて前記の接触シールを形成し、前記分岐部から軸方向内向きに突き出した部分により前記の副リップを形成し、その副リップの先端部とシール溝の内側溝壁との間で前記のラビリンスシールを形成したことを特徴とする軸受のシール構造。
前記分岐部を介して逆Ｌ形に連続した主リップと副リップ及びこれらに対向した前記シール溝の内側溝壁により囲まれ、前記ラビリンスシールにおいて軸受内部に連通するとともに、前記接触シールにおいて閉鎖されたグリース溜まりを形成したことを特徴とする請求項１に記載の軸受のシール構造。
前記副リップが内輪外径面の延長線よりも外径方向に寄った高さに形成され、その副リップの先端面に前記内輪外径面に対して９０°を超える角度をもったテーパ面を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受のシール構造。