JP2009287596A5 - - Google Patents

Description

転がり軸受用密封装置

この発明は転がり軸受用密封装置に関する。具体的には内輪と外輪の間をシールで覆い、シールの外側にスリンガを設けた転がり軸受用密封装置に関する。

自動車用のエンジン周辺補機に使用されるアイドラ用軸受、例えばアイドラプーリに使用される軸受は、水や塵などの異物が軸受の内部に侵入することを防止するために、円環状のシールで外輪と内輪の間を覆う密封装置を備えている。ここで、この種の軸受は内輪と外輪が相対回転するため、シールを外輪と内輪に完全に固定することはできない。そこで、シールの外周を外輪に固定しシールの内周にシールリップを設けて内輪に摺接させる等の構成として、内輪と外輪の相対的な回転を許容する必要がある。

そして、アイドラ用軸受は高速回転で使用されるので、シールの摺動部の発熱を防ぐために、シールリップは少量のしめしろを有する軽接触タイプとする必要がある。また、アイドラ用軸受は外輪が高速回転するので外輪に固定されたシールも高速回転し、シールリップが回転の遠心力により変形してシールリップのしめしろが更に小さくなり、さらに密封性が低下する。
そのため、外輪と内輪の間をシールで覆うだけでは外部からの水や塵に対する密封性が十分とはいえず、水や塵がシールリップと内輪の間から軸受内部に進入するのを防止することが困難である。
そこで、シールの外側にスリンガと呼ばれる遮蔽板を設けて水や塵がシールに直接当たらない構成とした密封装置が提案されている。

例えば、特開平１１−２３０１７９号公報（特許文献１）には、従来技術のシールとスリンガを備えた転がり軸受が記載されている（特許文献１の図１参照）。この技術によれば、シールの外側にスリンガを設けることで水や塵等の異物がシールに直接当たることが無くなるため、軸受の密封性は向上する。しかし、スリンガと外輪およびシールとスリンガの間に隙間があるために密封性が万全であるとはいえず、大量の水が直接かかるような環境で使用される場合には、十分な密封性を確保することが困難である。

そこで、シールのスリンガ側の側面に円環状の突起を形成し、突起をスリンガに摺接させて軸受の密封性を向上させる方法が提案されている。例えば、特開２００６−２５８１３１号公報（特許文献２）には、密封装置（上記のシールに相当する）の弾性部材から軸受外方に突出する補助シールリップがスリンガの側面に摺接する構成の転がり軸受が記載されている。
図５に、特許文献２に記載されている密封装置とほぼ同様の密封装置１１５を備えた転がり軸受１１０を示す。転がり軸受１１０の密封装置１１５は、円環状の芯金１１６と芯金に固着される円環状の弾性部材１１７を有し、弾性部材１１７の外周縁部１１７ａを外輪１１１に圧入等により係止させることで外輪１１１に固定されている。そして、弾性部材１１７の内周縁部の内側面には主シールリップ１１７ｂが形成され、内輪１１２の側面１１２ｃに摺接している。また、弾性部材１１７には、主シールリップ１１７ｂより径方向外方の内側面に副シールリップ１１７ｃおよびグリースシールリップ１１７ｄが形成され、内輪１１２の側面１１２ｃに近接対向して配置されている。さらに、弾性部材１１７には主シールリップ１１７ｂよりも径方向外方の外側面に軸方向外方に突出する補助シールリップ１１７ｅが形成されている。そして、補助シール１１７ｅは内輪１１２に隣接して配設された円環状部材であるスリンガ１２２の側面１２２ａに摺接している。
特許文献２に記載の技術によれば、主シールリップ１１７ｂより径方向外方に設けられた補助シールリップ１１７ｅがスリンガ１２２の側面１２２ａに摺接して、水や塵等の異物が主シールリップ１１７ｂに達する径路を塞ぐため、防水性、防塵性が高められ、軸受の密封性の向上が期待できると考えられる。
特開平１１−２３０２７９号公報 特開２００６−２５８１３１号公報

しかしながら、特許文献２に記載の密封装置１１５では、補助シールリップ１１７ｅは芯金１１６上に配置されて支持されている。そこで、スリンガ１２２の取付け初期において補助シールリップ１１７ｅの締め代が大きく、補助シールリップ１１７ｅがスリンガ１２２に強く摺接する場合には、芯金１１６が補助シールリップ１１７ｅに押されて変形することが考えられる。すると、密封装置１１５上で補助シールリップ１１７ｅよりも内径側にある主シールリップ１１７ｂの内輪１１２への摺接圧力が増加して、主シールリップ１１７ｂが早期摩耗により密封性が低下するおそれがある。
ここで、スリンガ１２２と補助シールリップ１１７ｅの締め代が大きいとトルク損失が生じるが、トルク損失の問題は補助シールリップ１１７ｅの摩耗により解消する。しかし、補助シールリップ１１７ｅが摩耗するまでの間に生じた芯金１１５の変形は解消されない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、シールの芯金が変形することを回避して、シールとスリンガの間に入り込んだ水や塵等の異物が軸受の内部に侵入することを抑制し、軸受の密封性を向上させることにある。

上記課題を解決するため、本発明にかかる転がり軸受用密封装置は、外輪に固定され外輪と共に回転するシールと、シールの外側に配設されたスリンガとを備え、スリンガの外径側で軸受の外部に開口した転がり軸受用密封装置であって、
前記シールは芯金の軸受外側を弾性部材で覆った構造とされ、該シールの内周縁部の軸受内側には内輪に摺接するシールリップが形成されており、該シールのシールリップよりも径方向外方で軸受外側の前記スリンガに面する側面には径方向外方から軸受外方に向かって傾斜し軸受外方で拡径する円錐状のサイドリップが弾性部材によって形成され、該サイドリップの付根部の外径側には樋状の溝が形成されており、
軸受の回転状態では、前記サイドリップの先端は前記スリンガと非接触となる構成とされ、
前記サイドリップの先端には表面が軸方向に垂直な先端面が形成され、該先端面に向かい合う前記スリンガの側面には軸方向に垂直な平坦部が形成され、軸受が回転状態では該先端面と該平坦部の間隔は狭小とされ該先端面と該平坦部がラビリンスを形成し、
軸受の静止時には、静止時に上方となった前記サイドリップの先端が自重により倒れて前記スリンガの平坦部に接することを特徴とする。

この発明によれば、シールのスリンガに面する側面にサイドリップが形成されている。そして軸受の回転状態ではシールの先端がスリンガと非接触のためシールの先端とスリンガがラビリンスを形成して、スリンガの外径側からシールとスリンガの間に入り込んだ水や塵等の異物が軸受の内径側に侵入することが抑制される。なお、本発明では「非接触」とは、接触力がゼロで接触している場合を含む概念として使用している。接触力ゼロでシールの先端がスリンガと接触しているときはシールとスリンガの間の隙間がサイドリップによって塞がれるため、スリンガの外径側からシールとスリンガの間に入り込んだ水や塵等の異物が軸受の内径側に侵入することが抑制される。また、サイドリップとスリンガが非接触のためシールの芯金が変形するおそれがないので、芯金の変形によってシールリップの内輪との摺接状態が変化する懸念がない。
よって、シールの芯金が変形することを回避して、シールとスリンガ側の入り込んだ水や塵等の異物が軸受の内部に侵入することを抑制することができ、軸受の密封性を向上させることができる。

さらに、軸受の回転状態ではシールのサイドリップの先端面とスリンガの平坦部がラビリンスを形成し、スリンガの外径側からシールとスリンガの間に入り込んだ水や塵等の異物が軸受の内径側へ侵入することが抑制される。なお、サイドリップの先端に表面が軸方向に垂直な先端面が形成されているためラビリンスの径方向の幅が広く、ラビリンスによる密封性が高められている。また、軸受の静止時には、静止時に上方となったサイドリップの先端が自重により倒れてスリンガの平坦部に接するため、軸受の上方ではサイドリップによってシールとスリンガの隙間が塞がれる。よって、静止時に軸受に大量の水がかかってシールとスリンガの間に水が入り込んだときは、水はサイドリップの外径側に沿って軸受の下方へ流れ落ちるため、シールとスリンガの間から軸受の内径側への水の侵入が抑制される。

上述の本発明によれば、軸受の回転状態では、シールのサイドリップが、スリンガとサイドリップがないときに比べて、極端に狭いラビリンスを形成するかまたはスリンガに接触力ゼロで接触してスリンガとの隙間を塞ぐため、シールとスリンガの間に入り込んだ水や塵等の異物が軸受の内径側に侵入することが抑制される。また、サイドリップとスリンガが非接触のためシールの芯金が変形するおそれがないので、芯金の変形によってシールリップの内輪との摺接状態が変化する懸念がない。よって、シールの芯金が変形することを回避して、シールとスリンガの間に入り込んだ水や塵等の異物が軸受の内部に侵入することを抑制することができ、軸受の密封性を向上させることができる。また、サイドリップ接触によるトルク増加もほとんどない。
さらに、軸受の回転状態では、シールのサイドリップの先端面とスリンガの平坦部が径方向に幅の広いラビリンスを形成し、シールとスリンガの間に入り込んだ水や塵等の異物が軸受の内径側へ侵入することが抑制される。また、軸受の静止時には、静止時に上方となったサイドリップの先端が自重により倒れてシールとスリンガの隙間が塞がれる。よって、静止時に軸受に大量の水がかかってシールとスリンガの間に水が入り込んだときは、水はサイドリップの外径側に沿って軸受の下方へ流れ落ちるため、シールとスリンガの間から軸受の内径側への水の侵入が抑制される。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

まず、本発明の第一実施例についてその構成を説明する。
図１に本発明の第一実施例における転がり軸受用密封装置を備えた転がり軸受１０を使用するアイドラプーリ５０の部分断面図を示す。そして、図２には図１に示した転がり軸受１０の密封装置部分の拡大図を示す。
図１および図２に示すように、転がり軸受１０はアイドラプーリ５０に使用される外輪回転タイプの単列玉軸受であって、内輪１２、外輪１４、単列の球１６、球１６を保持する保持器１８，内輪１２と外輪１４の間を覆うシール２０、シール２０の軸受外側に設けられたスリンガ４０から構成されている。そして、これらの構成要素のうちで、内輪１２、外輪１４、シール２０およびスリンガ４０が転がり軸受１０を密封する密封装置を形成している。

シール２０は金属製の芯金２２の軸受外側をゴム製の被覆部２３で覆った円環状であって、シール２０の外周縁部にはシール２０を外輪１４に取付けるための固定部２４が形成されている。そして、固定部２４が外輪１４の内径面に設けられたシール溝１５に装着されて、シール２０が外輪１４の内径面に固定されている。そして、シール２０の内周縁部の軸受内側にはシールリップ２６が形成されており、シールリップ２６が内輪１２の外径側に軸に垂直に形成された摺接面１３に摺接している。そして、シール２０が外輪１４と共に高速回転すると、シールリップ２６は内輪１２の摺接面１３に摺接しながら高速回転する。そのため、シールリップ２６は摺接面１３に対して軽接触とされている。

そして、図２に示すように、シール２０のシールリップ２６よりも径方向外方で軸受外側のスリンガ４０に面する側面２８には、径方向外方寄りの位置に径方向外方から軸受外方に向かって傾斜し軸受外方で拡径する円錐状のサイドリップ３０が形成されている。そして、サイドリップ３０のシール２０の側面２８への付根部の外径側には樋状の溝３２が形成されている。そして、サイドリップ３０の先端には表面が軸方向に垂直な先端面３４が形成され、先端面３４に向かい合うスリンガ４０の側面には軸方向に垂直な平坦部４４が形成されて、軸受の回転状態では、先端面３４と平坦部４４の間隔は狭小とされ先端面３４と平坦部４４がラビリンスを形成するように構成されている。
なお、図２にθで示した、サイドリップ３０の径方向外方から軸受外方に向かう傾斜角θは、先端面３４の幅を確保するために、４５度以下であることが好ましい。

図３（Ａ）にサイドリップ３０の先端部の拡大図を示す。図３（Ｂ）にサイドリップ３０の先端部に先端面３４を形成しない変形例を示す。変形例の方がサイドリップ３０の成形は簡単である。第一実施例では、サイドリップ３０の先端に先端面３４を設けることで、サイドリップ３０とスリンガ４０の間隔が狭小とされる幅を広げている。

第一実施例ではシール２０の被覆部２３、固定部２４、シールリップ２６およびサイドリップ３０は一体で成形しているが、サイドリップ３０は別体で成形してシール２０の被覆部２３の側面２８に接着させても良い。サイドリップ３０を別体で成形すれば、サイドリップ３０を被覆部２３よりも軟質の素材で成形することが容易である。なお、サイドリップ３０を含むシール２０はゴム製に限られず樹脂製としても良い。

第一実施例では、前述の通り、サイドリップ３０の先端面３４とスリンガ４０の平坦部４４は狭小な隙間を有するように構成されている。但し、製造上のばらつきにより、軸受の回転状態でサイドリップ３０の先端面３４がスリンガ４０の平坦部４４に接触状態となることを許容している。そして、先端面３４と平坦部４４が接触したときは、サイドリップ３０が軸受内側に倒れて変形し、スリンガ４０の接触力がサイドリップ３０によって吸収され、シール２０の被覆部２３や芯金２２には軸方向の応力はほとんど伝わらない構造とされている。

スリンガ４０は円環状の金属板であって、図２に示すように、内周の端が転がり軸受１０の内側向きに円筒状に曲げられて円筒部４２が形成されており、円筒部４２が内輪１２の外径側に圧入されて、スリンガ４０が内輪１２に固定されている。そして、スリンガ４０の外周の端の先端部４６は外輪１４の内径面との間に隙間を有し、軸受の外部に対して開口部４８を形成している。そして、前述の通り、軸受の回転状態では、スリンガ４０の軸受内側の平坦部４４は、シール２０のサイドリップ３０と非接触となるように構成されている。

次に、第一実施例における転がり軸受用密封装置の機能について説明する。
転がり軸受１０では、シール２０のサイドリップ３０とスリンガ４０の平坦部４４が非接触とされている。そして、サイドリップ３０の先端面３４とスリンガ４０の平坦部４４との間に極端に狭いラビリンスを形成し、スリンガ４０の外径側からシール２０とスリンガ４０の間に入り込んだ水や塵等の異物が軸受の内径側に侵入することが抑制される。ここで、サイドリップ３０の先端の先端面３４によりラビリンスの径方向の幅が広くなっているので異物の侵入に対する密封性が高い。
また、製造上のばらつきによりシール２０のサイドリップ３０とスリンガ４０が接触状態となるときはシール２０とスリンガ４０の間がサイドリップ３０によって塞がれるため、シール２０とスリンガ４０の間に入り込んだ水や塵等の異物が軸受の内径側に侵入することが抑制される。

ここで、サイドリップ３０がスリンガ４０と接触状態となるときは、サイドリップ３０が軸受の内側に倒れて変形するためスリンガ４０の接触力が吸収される。よって、スリンガ４０がサイドリップ３０に接触していても、サイドリップ３０の付根のシール２０の被覆部２３から芯金２２には軸方向の応力はほとんど伝わらず、芯金２２が変形するおそれはない。ゆえに、芯金２２の変形によりシールリップ２６の内輪１２と摺接する部分が変形してシールリップ２６の内輪１２との接触状態が変化する懸念はない。よって、転がり軸受１０ではシール２０の芯金２２が変形することを回避して、シール２０とスリンガ４０の間に入り込んだ水や塵等の異物が軸受の内部に侵入することを抑制することができ、軸受の密封性を向上させることができる。
なお、サイドリップ３０のシール２０への付根部分の溝３２は、サイドリップ３０の付根部分の剛性を弱めて、サイドリップ３０をスリンガ４０から逃がし易くする働きをする。

また、サイドリップ３０は先端面３４に向かって拡径しているので、先端面３４とスリンガ４０の平坦部４４で形成されたラビリンスを越えてサイドリップ３０の内径側に水や塵等の異物が侵入した場合は、サイドリップ３０の回転による遠心力によって、サイドリップ３０の内径側に付着した異物はラビリンスの隙間から径方向外方へ排出されやすい。

また、転がり軸受１０の静止時には、静止時に上方となったシール２０のサイドリップ３０が自重により倒れてスリンガ４０の平坦部４４に接するため、転がり軸受１０の上方ではサイドリップ３０によってシール２０とスリンガ４０の隙間が塞がれる。この時は、サイドリップ３０のシール２０の付根部の溝３２は、サイドリップ３０の付根の剛性を弱めてサイドリップ３０が自重で倒れ易くする働きをする。
よって、静止時に転がり軸受１０に大量の水がかかってシール２０とスリンガ４０の間に水が入り込んだときは、サイドリップ３０の付根部分の溝３２が樋の役割を果たし、軸受の上方に入り込んだ水はサイドリップ３０の外径側を伝って溝３２に集まり溝３２を伝って軸受の下方へ流れ落ちるため、シール２０とスリンガ４０の間から軸受の内径側への水の侵入が抑制される。

次に、本発明の第二実施例について説明する。
図４に本発明の第二実施例における転がり軸受用密封装置を備えた転がり軸受１０Ａを使用するアイドラプーリ５０Ａの部分断面図を示す。図４に示すように、転がり軸受１０Ａはアイドラプーリ５０Ａに使用される外輪回転タイプの複列玉軸受であって、内輪１２、外輪１４、複列の球１６、球１６を保持する保持器１８，内輪１２と外輪１４の間を覆うシール２０、シール２０の軸受外側に設けられたスリンガ４０から構成されている。

第二実施例の特徴は、転がり軸受１０Ａを組込む機器のアイドラプーリ５０Ａの構造の一部を利用して、転がり軸受１０Ａの密封性を高めている点にある。すなわち、図４に示すように、アイドラプーリ５０Ａの鍔５２がスリンガ４０の軸受外方で内輪１２の外径面の近くまで延びて、スリンガ４０の軸受外側の面と鍔５２の軸受内側の面でラビリンスを形成している。
また、外輪１４の幅は内輪１２の幅よりも狭く、スリンガ４０の先端部４６が外輪１４の軸受外側で外輪の外径近くまで延びて外輪１４の外側面とスリンガ４０の内側面でラビリンスを形成している。なお、シール２０は第一実施例と同様の構成であり、固定部２４により外輪１４に固定され、シールリップ２６が内輪１２の摺接面１３に摺接している。そして、サイドリップ３０はスリンガ４０の平坦部４４に対して非接触とされている。

第二実施例においては、サイドリップ３０とスリンガ４０による軸受の密封機能とそのの効果は第一実施例と同様であるため、詳細な説明は省略する。第二実施例では、第一実施例で説明した効果の他に、スリンガ４０とアイドラプーリ５０Ａの鍔５２によって形成されるラビリンスによる密封効果が追加されるため、軸受の総合的な密封性が向上する。

なお、プーリが深絞り加工によって成形されるプレスプーリの場合は、パンチによる穴抜き工程が含まれるので、鍔を長めに残して鍔の開口径を小さくしても鍔を短くして鍔の開口径を大きくしても同等のコストで加工が可能である。よって、プレスプーリでは鍔を長くするコストメリットが高い。

上記の各実施例では、サイドリップ３０をシール２０の側面２８の径方向外方寄りに形成しているが、径方向の中央に形成しても良い。また、サイドリップ３０の形状は円錐状に限られない。
また、上記の各実施例ではスリンガ３０を内輪１２に圧入して内輪１２に固定する構成としているが、スリンガ３０の内輪１２側の端を内輪１２の側面で軸に直接固定する構成としても良い。

上記の各実施例では、アイドラプーリに使用する外輪回転タイプの複列玉軸受および単列玉軸受の例を示したが、本発明に係る転がり軸受用密封装置の用途はアイドラプーリ用の玉軸受に限られない。本発明に係る転がり軸受用密封装置は外輪回転タイプの転がり軸受一般に適用できるものである。
その他、本発明に係る転がり軸受用密封装置はその発明の思想の範囲で、各種の形態で実施できるものである。

第一実施例における転がり軸受用密封装置を備えた軸受を使用したアイドラプーリの部分断面図である。 図１における転がり軸受用密封装置に関する部分の拡大図である。 （Ａ）は第一実施例の拡大図、（Ｂ）は変形例のサイドリップの先端部分の拡大図である。 第二実施例における転がり軸受用密封装置を備えた軸受を使用したアイドラプーリの部分断面図である。 従来技術を示す図である。

θ 傾斜角
１０、１０Ａ 転がり軸受
１２ 内輪
１３ 摺接面
１４ 外輪
１５ シール溝
１６ 球
１８ 保持器
２０ シール
２２ 芯金
２３ 被覆部
２４ 固定部
２６ シールリップ
２８ 側面
３０ サイドリップ
３２ 溝
３４ 先端面
４０ スリンガ
４２ 円筒部
４４ 平坦部
４６ 先端部
４８ 開口部
５０、５０Ａ アイドラプーリ
５２ 鍔

Claims (1)

1. 外輪に固定され外輪と共に回転するシールと、シールの外側に配設されたスリンガとを備え、スリンガの外径側で軸受の外部に開口した転がり軸受用密封装置であって、
   前記シールは芯金の軸受外側を弾性部材で覆った構造とされ、該シールの内周縁部の軸受内側には内輪に摺接するシールリップが形成されており、該シールのシールリップよりも径方向外方で軸受外側の前記スリンガに面する側面には径方向外方から軸受外方に向かって傾斜し軸受外方で拡径する円錐状のサイドリップが弾性部材によって形成され、該サイドリップの付根部の外径側には樋状の溝が形成されており、
   軸受の回転状態では、前記サイドリップの先端は前記スリンガと非接触となる構成とされ、
   前記サイドリップの先端には表面が軸方向に垂直な先端面が形成され、該先端面に向かい合う前記スリンガの側面には軸方向に垂直な平坦部が形成され、軸受が回転状態では該先端面と該平坦部の間隔は狭小とされ該先端面と該平坦部がラビリンスを形成し、
   軸受の静止時には、静止時に上方となった前記サイドリップの先端が自重により倒れて前記スリンガの平坦部に接することを特徴とする転がり軸受用密閉装置。