JP2011196461A

JP2011196461A - 転がり軸受用密封装置

Info

Publication number: JP2011196461A
Application number: JP2010063863A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Seo; 信之瀬尾
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】シールリップが摺動発熱より軟化して当初の設定のトルクとなるまでの間シールリップの摺動抵抗を低減させる転がり軸受用密封装置を提供する。
【解決手段】環状部材の弾性シール部材は、その先端の主リップ６４が内輪に構成される根元部摺接面３４に対し弾性力が付与されて摺接する構成とされており、主リップ６４の形成領域の内、一領域６４ａとされる主リップ６４が根元部摺接面３４に摺接する摺接面側には、相対的に線膨張係数の小さい材質が配設され、他領域６４ｂとされる主リップ６４の一領域６４ａの裏面側には、相対的に線膨張係数の大きい材質が配設されることにより、主リップ６４は、温度が低下することに伴い根元部摺接面３４から退避する方向に変形する。
【選択図】図５

Description

この発明は転がり軸受用密封装置に関する。詳しくは、転がり軸受の内輪と外輪との間の開口端に介挿される密封装置が、先端にシールリップを有する弾性シール部材を取付けた環状部材からなる転がり軸受用密封装置に関する。

従来、特許文献１及び特許文献２のような転がり軸受用密封装置が知られている。この転がり軸受用密封装置は、転がり軸受の内輪と外輪との間の開口端に介挿される密封装置が、先端にシールリップを有する弾性シール部材を取付けた環状部材からなるものである。ここで車両、例えば自動車のホイール用軸受に使用されるハブユニット軸受は軸受内部への異物侵入を防止するため内輪と外輪の環状空間部を密封する弾性シール部材を組み込んでいる。ホイール用軸受は自動車の車輪に使用されるため泥水条件が非常に厳しく複数のシールリップを摺接させた高密封シールを採用している。ところで、近年、低燃費化の要求の高まりによりホイール軸受でも軸受の回転抵抗を低減させるためシールリップの摺接部への押し付け圧力（緊迫力）を低くしてシールの摺動抵抗を低減した低トルク仕様の高密封シールの採用が多くなってきている。一般的な使用環境ではリップ部の押し付け圧力（緊迫力）低減による低トルク化で十分目標を達成できていた。

特開２００９−１９７９６２号公報特開２００４−１３２５１９号公報

しかしながら、使用環境によっては気温が氷点下になる過酷な環境下も存在する。このような過酷な環境下で低温に曝された状態からの車両発進時は、シールリップの低温硬化により摺動抵抗が大きくなり低トルクシールの目標が達成できない問題が生じていた。なお、車両が一定時間走行した後には、シールリップは摺動発熱により軟化して当初の設定の低トルク品となって安定する。ここで、低温発進時の摺動抵抗を低減させるためにシールリップの押し付け圧力（緊迫力）を低減することも考えられるが、泥水環境が厳しい地域での使用では密封性を確保できなくなるおそれがある。そこで本発明の発明者は鋭意検討の結果、気温が氷点下になる過酷な環境下においてシールリップが低温硬化の状態となるのは、車両が低温に曝された状態からの車両発進時が顕著であり、車両が一定時間走行した後は、シールリップは摺動発熱により当初の設定のトルクとなることに着目した。

而して、本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、シールリップが摺動発熱より軟化して当初の設定のトルクとなるまでの間シールリップの摺動抵抗を低減させる転がり軸受用密封装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の転がり軸受用密封装置は次の手段をとる。
先ず、第１の発明に係る転がり軸受用密封装置は、転がり軸受の内輪と外輪との間の開口端に介挿される密封装置が、先端にシールリップを有する弾性シール部材を取付けた環状部材からなる転がり軸受用密封装置であって、前記環状部材の弾性シール部材は、その先端のシールリップが内輪又は外輪のいずれか一方に構成される摺接面に対し弾性力が付与されて摺接する構成とされており、前記弾性シール部材を構成する一領域及び他領域の材質は、互いに異なる線膨張係数を備えており、前記弾性シール部材の先端に構成されるシールリップの形成領域の内、一領域とされる前記シールリップが前記摺接面に摺接する摺接面側には、相対的に線膨張係数の小さい材質が配設され、他領域とされる前記シールリップの一領域の裏面側には、相対的に線膨張係数の大きい材質が配設されることにより、前記内輪又は外輪のいずれか一方に構成される摺接面に対し弾性力が付与されて摺接するシールリップは、温度が低下することに伴い前記摺接面から退避する方向に変形することを特徴とする。

この第１の発明によれば、弾性シール部材の先端に構成されるシールリップの形成領域の内、一領域とされるシールリップが摺接面に摺接する摺接面側には、相対的に線膨張係数の小さい材質が配設され、他領域とされるシールリップが摺接面に摺接する摺接面側の裏面側には、相対的に線膨張係数の大きい材質が配設されている。これにより、シールリップは、温度が低下することに伴い摺接面から退避する方向に変形する構成となっている。そのため、シールリップが摺動発熱より軟化して当初の設定のトルクとなるまでの間シールリップの摺動抵抗を低減させることができる。

本発明は上記各発明の手段をとることにより、シールリップが摺動発熱より軟化して当初の設定のトルクとなるまでの間シールリップの摺動抵抗を低減させることができる。

この発明の実施例１に係る転がり軸受用密封装置が介挿される転がり軸受装置に車輪が装着された状態を示す縦断面図である。この発明の実施例１に係る転がり軸受用密封装置が介挿される転がり軸受装置を示す縦断面図である。この発明の実施例１に係る転がり軸受用密封装置を示す縦断面図である。図３のＩＶ部分の部分拡大断面図である。図３のＶ部分の部分拡大断面図である。この発明の実施例１に係る転がり軸受用密封装置の変形例１を示す縦断面図である。図６のＶＩＩ部分の部分拡大断面図である。

この発明を実施するための形態について実施例にしたがって説明する。

この発明の実施例１を図１〜図５にしたがって説明する。なお、本実施例１における各図の図示は理解を容易とするために誇張して図示しており、以降に示す他の実施例に対応する各図においても同様である。
図１に図示されるように、車両において、タイヤ１２及びホイール１４から構成される車輪１０を懸架装置（図示省略）に支持するとともに、ブレーキディスクロータ１６を介して車輪１０を回転可能に支持する転がり軸受装置２０が構成されている。図２に図示されるように、この転がり軸受装置２０においては、転がり軸受が組み付けられる軸部３２と、この軸部３２の一端に形成されかつこの軸部３２よりも大径で車輪１０の中心孔が嵌込まれる嵌合軸部３６と、軸部３２と嵌合軸部３６との間に位置する外周面に外径方向へ放射状に延出されかつ車輪１０を締め付けるハブボルト３８が配置されるボルト孔４０が貫設されたフランジ部４２とを有するハブホイール３０を備えている。

このハブホイール３０の軸部３２の外周面の一部及びこのハブホイール３０の軸部３２の端部に嵌合される内輪素子２２の外周面には、内輪軌道面２２ａが形成されて内輪２１、２１として構成されている。また、ハブホイール３０の軸部３２及び内輪素子２２の内輪軌道面２２ａの外周側には、内周面に複列の外輪軌道面２４ａが形成される外輪２４が構成されている。また、内輪２１の内輪軌道面２２ａと外輪２４の外輪軌道面２４ａの間には複数の玉（転動体）２６、２６が配置構成されている。また、この転動体２６を内輪軌道面２２ａと外輪軌道面２４ａとの間で転動可能に保持する保持器２８が構成されている。これらの構成によって、ハブホイール３０の軸部３２の外周面には、転がり軸受としての複列のアンギュラ玉軸受が組み付けられている。

図２及び図３に図示されるように、この転がり軸受装置２０の内部空間にはグリースが封入されており、低摩擦化、低磨耗化を図っている。そして、上記転がり軸受装置２０の内部空間に封入したグリースが外部に漏洩するのを防止すると共に外部からの水、埃、泥等の異物の侵入を防止するために、転がり軸受装置２０の内輪２１、２１と外輪２４との間の開口端には、先端にシールリップ６２を有する弾性シール部材６０を取付けた環状部材５２が構成される転がり軸受用密封装置５０が介挿されている。この転がり軸受用密封装置５０について説明する。

環状部材５２と弾性シール部材６０について説明する。
図３に図示されるように、この転がり軸受用密封装置５０に構成される環状部材５２は、シールリップ６２を有する弾性シール部材６０を環状に配置形成するための骨格となるものである。この環状部材５２は、金属製（例えば、炭素鋼板）の板状部材をプレス成型等の塑性加工、打ち抜き加工等により形成されており、外周面が外輪２４の内周面に嵌合する第１円筒部５４と、この第１円筒部５４の端部から内径方向に延出した環状平板部５６と、この環状平板部５６における第１円筒部５４が配設される径方向端部とは反対側の端部から軸方向に延出した第２円筒部５８と、によって断面略Ｕ字状の環状に一体形成されている。この環状部材５２には、外部からの水、埃、泥等の異物の侵入を防止するために弾性シール部材６０のシールリップ６２が配設されている。

この弾性シール部材６０における先端のシールリップ６２は、内輪２１としても構成されるハブホイール３０の軸部３２の根元部に構成される２つの摺接面に摺接することで外部からの水、埃、泥等の異物の侵入を防止する構成とされている。まず、ハブホイール３０の軸部３２の根元部外周に構成されるのが根元部摺接面３４である。次に、ハブホイール３０の軸部３２の根元部にはフランジ部４２に向けて滑らかな隅Ｒの面形状が形成されている。そして、ハブホイール３０のフランジ部４２においてこの隅Ｒ近傍に構成されるのがフランジ部摺接面４４である。
この弾性シール部材６０における先端のシールリップ６２は、この根元部摺接面３４とフランジ部摺接面４４に向かって３方向に突き出し状に環状形成され、主リップ６４、補助リップ６６、サイドリップ６８の３つの構成からなる。根元部摺接面３４に対し径方向の弾性力を付与して摺接するのが主リップ６４、補助リップ６６である。また、フランジ部摺接面４４に対し軸方向の弾性力を付与して摺接するのがサイドリップ６８である。

弾性シール部材６０における先端のシールリップ６２は、二トリルゴム等のゴムを主成分とするゴム組成物を加硫成形することにより得られる。このゴム組成物には、必要に応じて、加硫剤，加硫促進剤，加硫促進助剤，老化防止剤，補強剤，可塑剤，カップリング剤等の周知の添加剤を適宜配合してもよい。また、補強性充填剤，加工助剤，摩耗改良剤，潤滑油，潤滑剤等を、必要に応じてさらに添加してもよい。

ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ），イソプレンゴム（ＩＲ），スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ），ブタジエンゴム（ＢＲ），クロロプレンゴム（ＣＲ），アクリロニトリルブタジエンゴム（ニトリルゴム、ＮＢＲ），ブチルゴム（ＩＩＲ），エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ），ウレタンゴム，シリコーンゴム，フッ素ゴム，アクリルゴム等があげられる。その中でも耐熱性、耐油性、耐グリース性等を考慮するとアクリロニトリルブタジエンゴム（ニトリルゴム、NBR）、アクリルゴム、フッ素ゴムが好ましく、アクリロニトリルブタジエンゴムが特に好ましい。また、このアクリロニトリルブタジエンゴムを水素化した水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム、さらにイソプレンを共重合させたアクリロニトリルブタジエンイソプレンゴム、分子内にカルボキシル基を導入したカルボキシル化アクリロニトリルブタジエンゴム、更に水素化したカルボキシル化水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム等の各種変性アクリロニトリルブタジエンゴムも使用できる。これらのゴムは、２種以上を混合して使用することもできる。本実施例においてはアクリロニトリルブタジエンゴム（ニトリルゴム、NBR）が選択されており、図３に図示されるように、環状部材５２の環状平板部５６に第２円筒部５８に加硫接着によって取り付けられている。

ここで、弾性シール部材６０の先端に構成されるシールリップ６２の形成領域は、一領域６４ａ、６８ａ及び他領域６４ｂ、６８ｂの二つの領域に分けられる。ここでこの両領域の材質は、互いに異なる線膨張係数を備えている。この線膨張係数の異なる材質を組成するにあたり、補強性充填剤であるカーボンブラックの添加量を変えることで達成している。補強性充填剤としては、カーボンブラック等があげられる。カーボンブラックとしては、具体的には、ＳＡＦ（Super Abrasion Furnace black），ＩＳＡＦ（Intermediate Super Abrasion Furnace black ），ＨＡＦ（High Abrasion Furnace black ），ＭＡＦ（Medium Abrasion Furnace black ），ＦＥＦ（Fast Extruding Furnace black），ＧＰＦ（General Purpose Furnace black ），ＳＲＦ（Semi-Reinforcing Furnace black），ＦＴ（Fine Thermal Furnace black），ＭＴ（Medium Thermal Furnace black）等を例示することができる。補強性及び追従性を考慮すると、ＨＡＦ，ＦＥＦ，ＳＲＦがより好ましい。

補強性充填剤の添加量は、カーボンブラックの場合は、ゴム１００質量部に対し２０質量部以上９０質量部以下とすることが好ましい。２０質量部未満であると十分な補強性が発現されず、また、９０質量部超過であると、ゴム組成物の硬さが高くなるとともに伸びが低くなり、本来有するゴム弾性が低下してしまう。
上記のように、ゴム１００質量部に対し２０質量部以上９０質量部以下とすることが好ましいため、例えば、本実施例１においては、ゴム１００質量部に対し８０質量部のカーボンブラックの添加量とする第１のゴム組成物Ｓ１と、ゴム１００質量部に対し３０質量部のカーボンブラックの添加量とする第２のゴム組成物Ｓ２とを用意した。

図４及び図５に図示されるように、この第１のゴム組成物Ｓ１は、カーボンブラックの添加量が多いため、線膨張係数の小さい特性を持っている。また、第２のゴム組成物Ｓ２は、カーボンブラックの添加量が少ないため、線膨張係数の大きい特性を持っている。そして、シールリップ６２が摺接面に摺接する摺接面側には、一領域６４ａ、６８ａとして線膨張係数の小さい第１のゴム組成物Ｓ１が配置構成されている。また、シールリップ６２の一領域６４ａ、６８ａの裏面側には、他領域６４ｂ、６８ｂとして線膨張係数の大きい第２のゴム組成物Ｓ２が配置構成されている。

詳しくは、シールリップ６２の構成のうち、主リップ６４は、根元部摺接面３４に摺接する摺接面側に一領域６４ａとして第１のゴム組成物Ｓ１が配置構成され、その裏面側に他領域６４ｂとして第２のゴム組成物Ｓ２が配置構成されている。根元部摺接面３４に対し弾性力が付与されて摺接する主リップ６４は、温度が低下することに伴い第２のゴム組成物Ｓ２がより縮むこととになる。そのため、主リップ６４は、根元部摺接面３４から退避する方向に変形する。
また、同様にシールリップ６２の構成のうち、サイドリップ６８は、フランジ部摺接面４４に摺接する摺接面側に一領域６８ａとして第１のゴム組成物Ｓ１が配置構成され、その裏面側に他領域６８ｂとして第２のゴム組成物Ｓ２が配置構成されている。フランジ部摺接面４４に対し弾性力が付与されて摺接するサイドリップ６８は、温度が低下することに伴い第２のゴム組成物Ｓ２がより縮むこととになる。そのため、サイドリップ６８は、フランジ部摺接面４４から退避する方向に変形する。

本実施例１では、主リップ６４においては、根元部摺接面３４に摺接する摺接面側に配置構成される第１のゴム組成物Ｓ１及び、その裏面側に配置構成される第２のゴム組成物Ｓ２をそれぞれ別々に練り、その後、円環状に延ばして予備成形を行う。同様に、サイドリップ６８においては、フランジ部摺接面４４に摺接する摺接面側に配置構成される第１のゴム組成物Ｓ１及び、その裏面側に配置構成される第２のゴム組成物Ｓ２をそれぞれ別々に練り、その後、円環状に延ばして予備成形を行う。その後、主リップ６４、サイドリップ６８の第１のゴム組成物Ｓ１と第２のゴム組成物Ｓ２を二枚重ねて加硫型に入れ、環状部材５２の環状平板部５６に第２円筒部５８と一体に圧縮形成する。

この実施例１に係る転がり軸受用密封装置５０によれば、シールリップ６２として構成される主リップ６４、サイドリップ６８は、上記構成により以下のような作用効果を得ることができる。すなわち、根元部摺接面３４に対し弾性力が付与されて摺接する主リップ６４は、温度が低下することに伴い第２のゴム組成物Ｓ２がより縮むこととになる。そのため、主リップ６４は、根元部摺接面３４から退避する方向に変形する構成となっている。また、フランジ部摺接面４４に対し弾性力が付与されて摺接するサイドリップ６８は、温度が低下することに伴い第２のゴム組成物Ｓ２がより縮むこととになる。そのため、サイドリップ６８は、フランジ部摺接面４４から退避する方向に変形する構成となっている。これにより、車両が低温に曝された状態からの車両発進時では、主リップ６４、サイドリップ６８の摺動抵抗を低減させることができる。また、車両が一定時間走行した後は、シールリップ６２（主リップ６４、サイドリップ６８）は摺動発熱より軟化して当初の設定のトルクとなる。

以上、本発明の実施形態を実施例１について説明したが、本発明の転がり軸受用密封装置は、本実施の形態に限定されず、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々な形態で実施することもできる。例えば、実施例１において、転がり軸受用密封装置が取り付けられる転がり軸受の例として、複列のアンギュラ玉軸受の構成について示した。しかしながらこれに限定されるものではなく、本発明における転がり軸受用密封装置が取り付けられる転がり軸受は、様々な種類の転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、針状ころ軸受、スラスト玉軸受、スラストころ軸受等の転がり軸受に適用できるものである。

また、実施例１においては、弾性シール部材６０の先端のシールリップ６２が、内輪２１としても構成されるハブホイール３０の軸部３２の根元部に構成される根元部摺接面３４、フランジ部摺接面４４の２つの摺接面に対し弾性力が付与されて摺接する構成を示した。しかしながらこれに限定されるものではなく、本発明における転がり軸受用密封装置のシールリップが摺接する摺接面は内輪又は外輪に構成される部材であれば別構成のものであってもよい。
例えば、図６及び図７に図示されるように、この転がり軸受用密封装置２５０は、概略、先端にシールリップ２６２を有する弾性シール部材２６０を取付けた環状部材２５２と、この環状部材２５２に取り付けられた弾性シール部材２６０のシールリップ２６２とからなる。そして、内輪２２１に構成される部材として、シールリップ２６２に摺接する摺接面２４２ａ、２４４ａを有するスリンガー２４０が内輪２２１の外周面に嵌合して構成されている。スリンガー２４０は、金属製の板部材（例えば炭素鋼板）を塑性加工、打抜加工などによって環状に形成されており、円筒部２４２と、円筒部２４２の端部から径方向に延出した環状平板部２４４と、によって断面Ｌ型状に一体形成されている。以上のように、内輪２２１又は外輪２２４に構成される部材であれば別構成のものであってもよい。

１０車輪
１２タイヤ
１４ホイール
１６ブレーキディスクロータ
２０転がり軸受装置
２１内輪
２２内輪素子
２２ａ内輪軌道面
２４外輪
２４ａ外輪軌道面
２６転動体
２８保持器
３０ハブホイール
３２軸部
３４根元部摺接面
３６嵌合軸部
３８ハブボルト
４０ボルト孔
４２フランジ部
４４フランジ部摺接面
５０転がり軸受用密封装置
５２環状部材
５４第１円筒部
５６環状平板部
５８第２円筒部
６０弾性シール部材
６２シールリップ
６４主リップ
６４ａ一領域
６４ｂ他領域
６６補助リップ
６８サイドリップ
６８ａ一領域
６８ｂ他領域
Ｓ１第１のゴム組成物
Ｓ２第２のゴム組成物
２４０スリンガー
２４２円筒部
２４２ａ摺接面
２４４環状平板部
２４４ａ摺接面
２５０転がり軸受用密封装置

Claims

転がり軸受の内輪と外輪との間の開口端に介挿される密封装置が、先端にシールリップを有する弾性シール部材を取付けた環状部材からなる転がり軸受用密封装置であって、
前記環状部材の弾性シール部材は、その先端のシールリップが内輪又は外輪のいずれか一方に構成される摺接面に対し弾性力が付与されて摺接する構成とされており、
前記弾性シール部材を構成する一領域及び他領域の材質は、互いに異なる線膨張係数を備えており、
前記弾性シール部材の先端に構成されるシールリップの形成領域の内、
一領域とされる前記シールリップが前記摺接面に摺接する摺接面側には、相対的に線膨張係数の小さい材質が配設され、
他領域とされる前記シールリップの一領域の裏面側には、相対的に線膨張係数の大きい材質が配設されることにより、
前記内輪又は外輪のいずれか一方に構成される摺接面に対し弾性力が付与されて摺接するシールリップは、温度が低下することに伴い前記摺接面から退避する方向に変形することを特徴とする転がり軸受用密封装置。