JP2007192363A - 転がり軸受の密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アキシャル方向に締め代が付与される低トルクタイプのシールを用いながら、軸受に与圧を付与する等によって内輪と外輪が軸方向に相対移動した状態でも、締め代がなくなったり過大になったりすることのない転がり軸受の密封装置を提供する。
【解決手段】 シールの内周部に軸方向互いに逆向きに突出する第１および第２のリップ５１ｂおよび５１ｃを形成するとともに、内輪１側には、転がり軸受の軸方向に略直交し、かつ、軸方向に互いに間隔を開けて対向する第１および第２の面１ｃおよび６ｃを設けて、第１と第２のリップ５１ｂ，５１ｃをこれらの面１ｃ，６ｃ間に挿入した状態とすることにより、内輪１と外輪２が軸方向に移動しても、第１と第２のリップ５１ｂ，５１ｃのいずれか一方が面１ｃ，６ｃのいずれかに対して締め代が付与され、軸受の組み込み時に方向性を考慮することなく、低トルクで意図するシール性能を発揮させる密封装置を得る。
【選択図】 図２

Description

本発明は転がり軸受の密封装置関し、特に、与圧を付与して用いられる転がり軸受に適用するのに適した密封装置に関する。

電動パワーステアリングのウォーム軸には、互いに逆向きに与圧が付与された一対の玉軸受により支持されているが（例えば特許文献１参照）、モータのロストルクやフィーリングの関係から、これらの玉軸受は基本的に低トルクであることが要求される。

ここで、ウォームとウォームホイールを収容するギアケースに充填されるグリースと、玉軸受に用いるグリースが同等のものである場合には、玉軸受のシールは特に必要はないが、これら両者のグリースが相違し、互いに混入することを避ける場合には玉軸受にシールを設ける必要がある。

転がり軸受のシールとしては、ラジアル方向に締め代が設定されるシールと、アキシャル方向に締め代が設定されるシールがあるが、ラジアル方向に締め代が設定されるシールではトルクが大きくなりすぎ、電動パワーステアリングのウォームを支持するための玉軸受に採用するには難がある。

一方、アキシャル方向に締め代が設定されるシール等（例えば特許文献２参照）、つまり内輪の肩部に段部を形成して軸方向に直行する面を作り、その面に対してシールリップを軸方向に押しつけてシール機能を生成させるシールは、比較的トルクが小さく、その点においてはこの種の用途には適している。
特開２００５−５３３００号公報 特開２００１−２２１２４０号公報

ところで、アキシャル方向に締め代が設定されるシールを装着した玉軸受を上記した電動パワーステアリングのウォーム軸の支持に用いた場合、前記したようにこの玉軸受には予圧が付与された状態で組み込まれるが故にシール性能が損なわれるという問題がある。

すなわち、図４に断面図を示すように、内輪４１と外輪４２の間に複数の転動体（ボール）４３を保持器４４により周方向に一定のピッチで転動自在に保持してなる玉軸受の両端部に、それぞれアキシャル方向に締め代が設定されるシール４５１，４５２を装着して、図中矢印で示すような予圧を付与したり、あるいは同等の外力が作用すると、一方のシール４５１のリップ４５１ａは内輪４１の肩部に設けられた軸直交面４１ａに対する締め代がなくなるか、あるいはこれら両者間に隙間が生じ、意図するシール性能を発揮できなくなり、他方のシール４５２のリップ４５２ａは逆に軸直交面４１ａに対する締め代が過大になってしまう。

このような問題を解決すべく、予圧を付与した状態で双方のシール４５１，４５２のリップ４５１ａ，４５２ａと軸直交面４１ａとの間にそれぞれ最適な締め代が付与されるように、各リップ４５１ａ，４５２ａの形状・寸法を相違させるか、あるいは両側の面４１ａの軸方向位置を相違させることも考えられるが、その場合、軸受の組み込み時に方向性が生じることになり、作業性や管理の点で現実的ではない。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、アキシャル方向に締め代を与える低トルクのシールを用いながらも、軸受に予圧を付与したり、内・外輪間に軸方向逆向きの外力が作用して内・外輪が互いに軸方向にずれても、意図するシール性能を発揮させることのできる転がり軸受の密封装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明の転がり軸受けの密封装置は、外輪側に固定されたシールの内周部に形成されたリップを、内輪側に設けられ、かつ、当該転がり軸受の軸方向に略直交する面に対して軸方向に締め代をもって摺動接触させることにより、内外輪間の環状空間を密封する転がり軸受の密封装置において、上記シールの内周部に転がり軸受の軸方向互いに逆向きに突出する第１および第２のリップが形成されているとともに、上記内輪側には、転がり軸受の軸方向に略直交し、かつ、軸方向に互いに間隔をあけて対向する第１と第２の面が形成され、上記第１と第２のリップはその第１と第２の面の間に挿入され、内輪と外輪が軸方向に相対移動した状態で上記第１と第２のリップのいずれか一方が上記第１または第２の面のいずれか一方にのみ接触するように構成されていることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記第１と第２の面のうち一方を、上記内輪の肩部に形成されて周方向に伸びる段部の側面とし、他方を内輪に対して圧入された環状部材により形成した構成（請求項２）を採用することがき、また、これに代えて、上記第１と第２の面を、上記内輪の肩部に形成されて周方向に伸びる溝の両側壁面とする構成（請求項３）をも採用することができる。

本発明は、シールの内周部に軸方向互いに逆向きに突出する第１と第２のリップを設ける一方、内輪側には、これらの各リップに対応して、それぞれが軸方向に略直交する第１と第２の面を互いに間隔を開けて対向するように設けて、内輪と外輪が軸方向に相対移動したときに、いずれか一方のリップが一方の面に対してのみ接触するように構成することによって、課題を解決しようとするものである。

すなわち、シールの内周部に軸方向逆向きに突出する第１と第２のリップを形成し、内輪側には、軸方向に略直交し、かつ、互いに間隔を開けて対向する第１と第２の面を設け、第１と第２のリップをこれらの面間に挿入した状態でシールを転がり軸受（外輪）に固定した構成によると、内輪と外輪が軸方向に相対移動した状態において、その移動の向きに係わらず、第１と第２のリップのいずれか一方が、第１と第２の面のうちの対応する側の面に必ず押しつけられて締め代が生成される。このような密封装置を転がり軸受の両端面側にそれぞれ設けておくことにより、前記した電動パワーステアリングのウォーム軸を支持するような用途に用いて予圧を付与した状態で組み込んでも、転がり軸受の組み込み時に方向性を持たせることなく、また、リップの締め代がなくなったり過大になったりすることなく、双方のシールに意図するシール性能を発揮させることができる。

本発明によれば、例えば電動パワーステアリングのウォーム軸の支持用など、予圧を付与された状態で組み込まれるようなアプリケーションに用いて、転がり軸受の組み込みの方向性を持たせることなく、かつ、低トルクでありながら、意図するシール性能を確保することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の軸平行断面図であり、矢印で示される予圧を付与した状態で示す図である。また、図２には本発明の実施の形態に対して与圧を付与していない状態での要部軸平行断面図を示す。

転がり軸受の基本構造は公知のものであり、内輪１と外輪２の間に複数の転動体３が保持器４によって周方向に一定の間隔で転動自在に保持された構造を持つ。外輪２の両端部内周にそれぞれ周方向に伸びるシール溝２ａが形成されており、この各シール溝２ａにそれぞれシール５１，５２の外周部が嵌め込まれて固定されている。各シール５１，５２はゴム等の弾性部材に芯金５１ａ，５２ａをインサートしたものであり、内周部にはそれぞれ、軸受の軸方向内側に向けて突出する第１のリップ５１ｂ，５２ｂと、同じく軸方向外側に向けて突出する第２のリップ５１ｃ，５２ｃが形成されている。

内輪１の両端の肩部には、それぞれ周方向に伸びる段部１ａが形成されており、この段部１ａよりも外側は小径部１ｂとなっているとともに、段部１ａの側面１ｃは軸受の軸方向に対して直交する面となっている。そして、この段部１ａの小径１ｂの外周に、断面Ｌ字形の環状部材６が嵌合固定されている。この環状部材６は、円筒部６ａの一端にフランジ部６ｂが形成されたものであり、フランジ部６ｂが軸受の軸方向外側に位置するように円筒部６ａが内輪１の小径部１ｂに圧入されることによって内輪１に対して固定されている。これにより、内輪１の両端部には、それぞれが軸受の軸方向に直交する面である段部１ａの側面１ｃと、環状部材６のフランジ部６ｂの内側の面６ｃとが、所定の間隔を開けて互いに対向した状態となっている。

前記した各シール５１，５２に形成されている第１のリップ５１ｂ，５２ｂと第２のリップ５１ｃ，５２ｃは、それぞれ上記した内輪１の段部１ａの側面１ｃとの間に位置するように組み立てられる。従って、第１のリップ５１ｂ，５２ｂは内輪１の段部１ａの側面１ｃに対向し、第２のリップ５１ｃ，５２ｃは環状部材６のフランジ部６ｂの内側の面６ｃと対向した状態となる。そして、転がり軸受に対して与圧ないしは外力を付与していない図２に示す自然状態において、第１のリップ５１ｂ，５２ｂと側面１ｃとの接触状態、および、第２のリップ５１ｃ，５２ｃと面６ｃとの接触状態は、それぞれ締め代のない、いわゆるゼロタッチの状態となるように各部の寸法が設定されている。

以上の実施の形態を、例えば電動パワーステアリングのギヤケースに組み込んでウォーム軸の両端部を支持する場合、図１に矢印で示すような与圧が付与された状態で組み込まれ、これにより内輪１と外輪２は図２の状態から軸方向に相対移動する。この相対移動により、図１に示すように、外輪２に固定されているシール５１，５２と内輪１とが相対移動し、一方のシール５１はその第２のリップ５１ｃが環状部材６の面６ｃに押しつけられると同時に第１のリップ５１ｂが内輪１の面１ｃから離隔し、他方のシール５２はその第１のリップ５２ｂが内輪１の面１ｃに押しつけられると同時に第２のリップ５２ｃが環状部材６の面６ｃから離隔した状態となる。

従って、軸受の両端部に装着されているシール５１および５２は、与圧の付与により内輪１と外輪２が軸方向に相対的に任意の向きに移動した状態において、第１のリップ５１ｂ，５２ｂと第２のリップ５１ｃ，５２ｃのうち、いずれか一方が段部１ａの側面１ｃまたは環状部材６の面６ｃのいずれか一方に対して等量の締め代が与えられることになり、軸受の組み込み時における方向性を考慮することなく、双方のシール５１，５２により意図するシール性能を発揮することができる。しかも、アキシャル方向にリップの締め代を与える方式のシールを採用しているため、低トルクでもある。

ここで、以上の実施の形態においては、内輪１に段部１ａを設け、その小径部１ｂに断面Ｌ字形の環状部材６を圧入して、段部１ａの側面１ｃと、環状部材６のフランジ部６ｂの内面６ｃによって互いに軸方向に間隔を開けて対向する第１と第２の面を形成した例を示したが、これらの第１と第２の面の形成方法はこれに限定されることなく、内輪１の肩部に溝を形成する方法を採用することもできる。図３のその例を要部軸平行断面図で示す。

この例においてシール５１の第１と第２のリップ５１ｂ，５１ｃは先の例と全く同等であるが、内輪１の肩部に溝１ｄを形成し、その溝１ｄの両側壁面１ｅ，１ｆを軸受の軸方向に直交する面として、上記した第１と第２の面を形成している点で相違している。そして、これらの両側壁面１ｅ，１ｆの間に第１と第２のリップ５１ｂ，５１ｃが挿入されるようにシール５１を組み込み、図３に示す自然状態において第１のリップ５１ｂと側壁面１ｅ、および、第２のリップ５１ｃと側壁面１ｆとがゼロタッチの状態となるように各部の寸法を設定している。このような構成によっても、内輪１と外輪２が軸方向に相対移動したとき、第１のリップ５１ｂと第２のリップ５１ｃのいずれか一方が側壁面１ｅ，１ｆのいずれかに対して押しつけられて締め代が生成し、先の例と全く同等の作用効果を奏することができる。

なお、この例における側壁面１ｃと１ｆ、および先の例における内輪１の段部１ａの側面１ｃと環状部材６の面６ｃについては、必ずしも軸受の軸方向に対して完全に直交する面である必要はなく、内輪１と外輪２の軸方向への相対移動により第１のリップ５１ｂ，５２ｂまたは第２のリップ５１ｃ，５２ｃにこれらの面に対するアキシャル方向への締め代が付与されればよく、従ってこれらの面は軸受の軸方向に直交する面に対して傾斜していてもよいことは勿論である。

本発明の実施の形態の軸平行断面図であり、矢印で示される与圧を付与した状態で示す図である。 本発明の実施の形態に対して与圧を付与していない状態での要部軸平行断面である。 本発明の他の実施の形態の要部軸平行断面図である。 従来のアキシャル方向に締め代を設定するタイプのシールを用いた転がり軸受の、与圧を付与した状態での軸平行断面図である。

符号の説明

１ 内輪
１ａ 段部
１ｂ 小径部
１ｃ 側面
１ｄ 溝
１ｅ，１ｆ 側壁面
２ 外輪
３ 転動体
４ 保持器
５１，５２ シール
５１ａ，５２ａ 芯金
５１ｂ，５２ｂ 第１のリップ
５１ｃ，５２ｃ 第２のリップ
６ 環状部材
６ａ 円筒部
６ｂ フランジ部
６ｃ 面

Claims (3)

1. 外輪側に固定されたシールの内周部に形成されたリップを、内輪側に設けられ、かつ、当該転がり軸受の軸方向に略直交する面に対して軸方向に締め代をもって摺動接触させることにより、内外輪間の環状空間を密封する転がり軸受の密封装置において、
   上記シールの内周部に転がり軸受の軸方向互いに逆向きに突出する第１および第２のリップが形成されているとともに、上記内輪側には、転がり軸受の軸方向に略直交し、かつ、軸方向に互いに間隔をあけて対向する第１と第２の面が形成され、上記第１と第２のリップはその第１と第２の面の間に挿入され、内輪と外輪が軸方向に相対移動した状態で上記第１と第２のリップのいずれか一方が上記第１または第２の面のいずれか一方にのみ接触するように構成されていることを特徴とする転がり軸受の密封装置。
2. 上記第１と第２の面のうち一方が、上記内輪の肩部に形成されて周方向に伸びる段部の側面であり、他方が内輪に対して圧入された環状部材により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受の密封装置。
3. 上記第１と第２の面が、上記内輪の肩部に形成されて周方向に伸びる溝の両側壁面であることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受の密封装置。

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