JP5493667B2 - シールリング付転がり軸受 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用変速機等、各種回転装置の回転支持部に組み込んだ状態で、回転軸等の回転部材を、ハウジング等の固定部分に回転自在に支持する為に利用する転がり軸受の開口部を塞ぐシールリングを組み込んだシールリング付転がり軸受の改良に関する。

各種回転支持部に組み込む為の軸受として、玉軸受、ころ軸受、円すいころ軸受等の、各種転がり軸受が広く使用されている。又、この様な転がり軸受として、端部開口をシールリングにより塞いだ、シールリング付転がり軸受も、例えば特許文献１〜７に記載される等により、従来から広く知られている。図６〜７は、このうちの特許文献５に記載された、シールリング付転がり軸受の従来構造の１例として、シールリング付の単列深溝型玉軸受を示している。先ず、この従来構造に就いて説明する。

外輪１の内周面中央部に形成した深溝型の外輪軌道２と、内輪３の外周面中央部に形成した深溝型の内輪軌道４との間に、それぞれが転動体である複数個の玉５を、保持器６で保持した状態で、転動自在に設ける事により、前記外輪１と前記内輪３とを、同心に、且つ、相対回転を自在に組み合わせている。又、これら外輪１の内周面と内輪３の外周面との間に存在し、前記各玉５を配置した軸受内部空間７の両端開口部を、それぞれ円輪状のシールリング８、８により塞いでいる。

これら両シールリング８、８はそれぞれ、芯金９と弾性材１０とを備える。このうちの芯金９は、鋼板等の金属板に、打ち抜き、曲げ等のプレス加工を施す事により、全体を円輪状としている。又、前記弾性材１０は、ゴムの如きエラストマー製で、前記芯金９を包埋した状態で円輪状に成形されて、この芯金９により補強されている。又、前記弾性材１０の内外両周縁部のうちの外周縁部は、この芯金９の外周縁よりも径方向外方に少し突出させて、弾性係止部１１としている。これに対して、前記弾性材１０の内周縁部は、前記芯金９の内周縁よりも径方向内方に十分に突出させて、シールリップ１２としている。このシールリップ１２は、前記芯金９の内周縁寄り部分に存在する薄肉部１３と、この薄肉部１３を挟んでこの芯金９と反対側である内周縁部に存在する、この薄肉部１３よりも厚肉の頭部１４とを備える。尚、前記特許文献５に記載された構造の場合には、この薄肉部１３の内側片面に、土手状の流体膜発生部を形成しているが、この様な構造を持たない薄肉部の形状に就いては、例えば特許文献６に記載されている。

上述の様なシールリング８、８を装着すべく、前記外輪１の内周面両端部に係止溝１５、１５を、それぞれ全周に亙って形成している。又、前記内輪３の外周面両端部に凹溝１６、１６を、それぞれ全周に亙って形成している。前記両シールリング８、８は、それぞれの外周縁部に設けた弾性係止部１１を前記両係止溝１５、１５に係止すると共に、前記頭部１４を前記両凹溝１６、１６内に進入させ、この頭部１４の内側縁をこれら両凹溝１６、１６の内側面に全周に亙り摺接させた状態に組み立てる。この状態で、前記軸受内部空間７を、外部空間から遮断する。この様なシールリング付転がり軸受を、例えば自動車用変速機のケーシング内に設けた回転支持部に組み込んだ状態で、前記両シールリング８、８は、変速用のギヤの噛み合い部等で発生した摩耗粉等の異物が、前記軸受内部空間７内に入り込む事を防止する。そして、この異物により、前記外輪軌道２及び前記内輪軌道４と前記各玉５の転動面との転がり接触部が損傷する事を防止する。

ところで、近年に於ける省エネルギ化の流れにより、シールリング付転がり軸受の回転抵抗（動トルク）を低く抑える要求が強くなっている。一方、シールリング付転がり軸受の回転抵抗に前記両シールリング８、８の摩擦抵抗が占める割合は相当に大きい。従って、この回転抵抗を低減する為には、この摩擦抵抗を低減する事が効果がある。又、この摩擦抵抗を低くする為には、前記頭部１４の内側縁が前記凹溝１６の内側面に押し付けられる力を低く抑える事が効果がある。更に、この力を低く抑える為には、前記薄肉部１３の厚さ寸法を小さくして、この薄肉部１３の剛性を低く抑える事が効果がある。但し、この厚さ寸法を小さくし過ぎると、前記弾性材１０の形状精度及び寸法精度の確保が難しくなるだけでなく、この弾性材１０の成形時に、前記薄肉部１３に欠肉等の欠陥を生じ易くなり、歩留まりの悪化により、シールリング８、８の製造コストが嵩む。即ち、前記弾性材１０としては、各種合成ゴムが使用可能であり、そのうちでも、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレン系ゴムが、好ましく使用できる。そして、この様なゴム材料を金型のキャビティ内に送り込む成形により前記弾性材１０を造るが、前記厚さ寸法を小さくし過ぎると、この弾性材１０の形状精度及び寸法精度を確保しにくくなるだけでなく、前記成形時に前記キャビティ内に前記ゴム材料が行き渡りにくくなって、前記欠陥を生じ易くなる。

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、回転抵抗の低いシールリング付転がり軸受を、シールリングの歩留まりを悪化させる事なく実現すべく発明したものである。

本発明のシールリング付転がり軸受は、内周面に外輪軌道を有し、使用時にも回転しない外輪と、外周面に内輪軌道を有し使用時に回転する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間に存在してこれら各転動体を設置した空間の端部開口を塞ぐシールリングとを備える。
又、このシールリングは、その外周縁部が、前記外輪の端部内周面に係止固定されており、前述した従来から知られている転がり軸受用シールリングと同様に、円輪状の芯金と、この芯金により補強された円輪状の弾性材とを備える。そして、この弾性材の内周縁部を、前記芯金の内周縁よりも径方向内方に突出させると共に、突出した部分をシールリップとしている。このシールリップは、前記芯金の内周縁寄り部分に存在する薄肉部と、この薄肉部を挟んでこの芯金と反対側の端縁部に存在する、この薄肉部よりも厚肉の頭部とを備える。

特に、本発明のシールリング付転がり軸受に於いては、前記シールリップの薄肉部の厚さＴが、２００μｍ≦Ｔ≦１ｍｍである。又、前記シールリップの頭部の厚さが、この薄肉部の厚さＴの２倍以上である。又、この薄肉部の内外両周縁部のうちの前記頭部と反対側の周縁部と、前記弾性材のうちでこの薄肉部よりも前記芯金に近い部分に存在する基部との連続部が、この薄肉部の表面側と裏面側とで、径方向にずれており、このずれの量がこの薄肉部の厚さＴ以上（≧Ｔ）である。更に、この薄肉部の内外両側面に沿った方向の長さをＬとした場合に、前記厚さＴとこの長さＬとの比Ｔ／Ｌが、０．２５≦Ｔ／Ｌ≦０．５０を満たす。尚、この薄肉部の長さＬとは、この薄肉部の厚さＴがほぼ一定の部分の、この薄肉部の内外（表裏）両側面に沿った方向の長さを言う。この薄肉部が、中心軸に直交する仮想平面に対し、角度θ（例えば１０〜４５度）だけ傾斜している場合、前記長さＬは、径方向長さＬ_０を、この角度θの余弦で除した値（Ｌ＝Ｌ_０／cosθ）を言う。又、前記薄肉部の内外両周縁部には、それぞれ径方向に隣接する部分とを滑らかに連続させる為の曲面部が存在し、これら各曲面部で厚さが漸次変化するが、前記長さＬは、この曲面部のうちで、厚さが一定の部分の厚さの１．２倍以下（≦１．２Ｔ）の部分の長さを含む。

尚、前記頭部の厚さを、薄肉部の厚さの２倍以上、５倍以下とし、且つ、この頭部を進入させる凹溝の反対側面に接触しない大きさとする事が好ましい。この頭部の厚さが前記薄肉部の厚さの５倍を越えると、この頭部と凹溝の内面との摺接状態が不安定になる可能性がある。

又、本発明のシールリング付転がり軸受を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、前記シールリングの外周縁部を、外輪の端部内周面に形成した係止溝に係止固定する。又、このシールリングの内周縁部に設けられたシールリップの頭部のうちで少なくとも軸方向の厚さが最も大きくなった部分を、内輪の端部外周面に設けられた凹溝内に、全周に亙って進入させる。

更に、前記外輪及び前記内輪の軸方向に関して、前記シールリップを構成する前記頭部の一側縁を前記凹溝の片側内面に、全周に亙って摺接させる。同じくこの頭部の他側縁をこの凹溝の他側内面に、近接対向させる。

上述の様に構成する本発明によれば、回転抵抗の低いシールリング付転がり軸受を、シールリングの歩留まりを悪化させる事なく実現できる。
即ち、シールリップの基端寄り部分に存在する薄肉部の厚さＴと長さＬとの比Ｔ／Ｌを、０．５０以下としているので、この薄肉部の剛性を低く抑え、前記シールリップの頭部を相手面に押し付ける力（緊迫力）を低く抑えられる。そして、これら頭部と相手面との摩擦係合部に作用する摩擦力を低く抑えて、シールリング付転がり軸受の回転抵抗を低く抑えられる。
しかも、前記比Ｔ／Ｌを０．２５以上確保している為、前記薄肉部を含む弾性材の成形時に、この弾性材の形状精度及び寸法精度を確保し易くなるだけでなく、前記薄肉部に欠肉等の欠陥を生じにくくして、シールリングの歩留まりを確保する事により、このシールリングを組み込んだシールリング付転がり軸受の製造コストを抑えられる。
尚、前記薄肉部の厚さＴが２００μｍ未満（Ｔ＜２００μｍ）の場合には、０．２５≦Ｔ／Ｌを満たしても、薄肉部に欠肉等の欠陥が発生し易くなる。これに対して、前記厚さＴが１mmを超える（Ｔ＞１mm）と、０．２５＞Ｔ／Ｌ≦０．５０の場合でも、緊迫力を低く抑えにくくなる場合がある。

又、前記頭部の厚さを、薄肉部の厚さＴの２倍以上確保している為、この頭部の強度及び剛性、特に、直径を変化させる方向の力に対する強度及び剛性を確保できる。そして、前記緊迫力を低く抑えるべく、前記薄肉部の厚さＴと長さＬとの比Ｔ／Ｌを０．２５〜０．５０の間に規制している為、この薄肉部（特に基端部）と前記頭部との間で、強度並びに剛性のバランスが良好となる。又、前記頭部の厚さを大きくする事により、前記シールリップの頭部の側縁と、内輪の外周面に形成した凹溝の側面との間にラビリンスシールを形成し易くして、シール性能向上の為の設計の自由度が向上する。
又、薄肉部の周縁部と基部との連続部を、この薄肉部の両面同士の間で径方向にずらせている為、この連続部に応力が集中する事を防止して、シールリングの耐久性確保を図れる。

本発明の実施の形態の１例を示す、シールリング付転がり軸受の部分断面図。 シールリングを取り出した状態で示す、部分拡大断面図。 図１のＸ部拡大図。 シールリングの薄肉部の厚さＴと長さＬとの比Ｔ／Ｌが、緊迫力に及ぼす影響を示す線図。 シールリングの薄肉部の厚さＴと長さＬとの比Ｔ／Ｌが、緊迫力及びシールリングの寿命に及ぼす影響を示す線図。 従来から知られているシールリング付転がり軸受の１例を示す部分断面図。 同じくシールリングを取り出して示す部分拡大断面図。

図１〜３は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例の特徴は、回転抵抗の低いシールリング付転がり軸受を、シールリングの歩留まりを悪化させる事なく実現すべく、このシールリングの内周縁部に設けたシールリップ１２ａの形状及び寸法を工夫した点にある。その他の部分の構成及び作用は、前述の図６〜７に示した、従来から知られているシールリング付の単列深溝型の玉軸受と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例のシールリング付転がり軸受を構成するシールリング８ａは、円輪状の芯金９ａと、この芯金９ａにより補強された円輪状の弾性材１０ａとを備える。そして、この弾性材１０ａの外周縁部を前記芯金９ａの外周縁よりも径方向外方に少し突出させて弾性係止部１１ａとしている。これに対して、前記弾性材１０ａの内周縁部を、前記芯金９ａの内周縁よりも径方向内方に十分に突出させて、突出した部分を前記シールリップ１２ａとしている。このシールリップ１２ａは、薄肉部１３ａと頭部１４ａとを備える。このうちの薄肉部１３ａは、このシールリップ１２ａのうちで、前記芯金９ａの内周縁寄り部分である、径方向外半部に存在する。これに対して前記頭部１４ａは、前記薄肉部１３ａを挟んで前記芯金９ａと反対側である、径方向内端縁部に存在する。

このうちの薄肉部１３ａは、全長に亙りほぼ一定の厚さＴを有する。又、前記シールリップ１２ａの自由状態で、この薄肉部１３ａは、前記シールリング８ａの中心軸に直交する仮想平面αに対し、角度θ分、径方向内方に向かう程外輪１及び内輪３の軸方向中央部に向かう方向に傾斜している。前記シールリング８ａを、これら外輪１の端部内周面と内輪３の端部外周面との間に装着した状態で、前記シールリップ１２ａは、前記頭部１４ａの内側縁が前記内輪３の表面に押付けられ、前記仮想平面αに対する傾斜角度を小さくする方向に弾性変形する。前記角度θは、この状態での、前記頭部１４ａの内側縁と前記内輪３の表面との当接圧に影響する。そこで、前記シールリップ１２ａの自由状態での前記角度θを、１０〜４５度の範囲に設定する。この角度θが１０度未満の場合には、前記当接圧を確保する事が難しくなる（当接圧が不十分となり、シール性能が不足する）。これに対して、前記角度θが４５度を超えると、前記当接圧が過大になり易く、シールリング付転がり軸受の回転抵抗を低く抑えにくくなる。又、前記シールリップ１２ａ部分の軸方向寸法が嵩んで、シールリング付転がり軸受の小型化の妨げとなる。

上述の様なシールリップ１２ａの薄肉部１３ａの厚さＴは、内周縁部から外周縁部までの全長に亙ってほぼ（内外両周縁部と他の部分とを滑らかに連続させる為の曲面部を除き）一定である。この様な薄肉部１３ａの厚さＴと長さＬとの比Ｔ／Ｌを、０．２５≦Ｔ／Ｌ≦０．５０の範囲に規制している。言い換えれば、前記薄肉部１３ａの長さＬを、厚さＴの２〜４倍の範囲に収め｛Ｌ＝（２〜４）Ｔとし｝ている。尚、この薄肉部１３ａの長さＬとは、この薄肉部１３ａの厚さＴがほぼ一定の部分の、この薄肉部１３ａの内外両側面に沿った方向の長さを言う。本例の場合には、前述した通り、この薄肉部１３ａが、前記仮想平面αに対し、角度θだけ傾斜している。従って、前記長さＬは、この薄肉部１３ａの径方向長さＬ_０を、この角度θの余弦で除した値（Ｌ＝Ｌ_０／cosθ）を言う。

尚、前記薄肉部１３ａの内外両周縁部には、それぞれ径方向に隣接する部分とを滑らかに連続させる為の曲面部１７ａ〜１７ｄ（図３参照）が存在し、これら各曲面部１７ａ〜１７ｄ部分で厚さが漸次変化する。前記長さＬは、前記薄肉部１３ａのうちで厚さＴが変化しない（一定の）部分だけでなく、前記各曲面部１７ａ〜１７ｄのうちで、厚さが一定の部分の厚さの１．２倍以下（≦１．２Ｔ）の部分の長さを含む。
一方、前記頭部１４ａの厚さＴ_１４は、前記薄肉部１３ａの厚さＴの２倍以上、５倍以下｛Ｔ_１４＝（２〜５）Ｔ｝に規制している。

又、本例の場合には、前記薄肉部１３ａの外周縁部と、前記弾性材１０ａのうちで前記芯金９ａの内周縁近傍部分に存在する基部１８との連続部（曲面部１７ａ、１７ｂ）を、前記薄肉部１３ａの表面側と裏面側とで径方向にずらせている。即ち、この薄肉部１３ａの表面側と前記基部１８の外半部とを連続させる曲面部１７ａを、この薄肉部１３ａの裏面側とこの基部１８の内半部とを連続させる曲面部１７ｂよりも、径方向内方に、長さＬ_１７分だけずらせて位置させている。この様に、これら両曲面部１７ａ、１７ｂを径方向にずらせる量（長さＬ_１７）は、前記薄肉部１３ａの厚さＴの２倍以上、５倍以下｛Ｌ_１７＝（２〜５）Ｔ｝としている。

上述の様なシールリング８ａは、外周縁部に設けた弾性係止部１１ａを外輪１の端部内周面に設けた係止溝１５ａに係止すると共に、前記頭部１４ａを、内輪３の端部外周面に設けた凹溝１６ａ内に、全周に亙って進入させる。この状態で、前記頭部１４ａの内側縁を、この凹溝１６ａのうちの内側内面に全周に亙って摺接させると共に、この頭部１４ａの外側縁を、この凹溝１６ａのうちの外側内面に、全周に亙って近接対向させる。又、前記基部１８の一部にこの頭部１４ａの外側に隣接して設けた、突条１９の先端縁（内周縁）を、前記内輪３のうちで前記凹溝１６ａの外側に隣接した部分の外周面に、全周に亙って近接対向させている。そして、これら２箇所の近接対向させた部分を、それぞれラビリンスシールとしている。

上述の様に構成する本例の構造によれば、回転抵抗の低いシールリング付転がり軸受を、前述した理由により、シールリング８ａの歩留まりを悪化させる事なく実現できる。
又、前記頭部１４ａの厚さを適切に規制しているので、シールリップ１２ａの強度並びに剛性のバランスが良好になると共に、シール性能向上の為の設計の自由度の向上を図れる。
又、前記薄肉部１３ａの外周縁部と前記基部１８との連続部である曲面部１７ａ、１７ｂを、この薄肉部１３ａの両面同士の間で径方向にずらせているので、この連続部に応力が集中する事を防止し、この連続部に亀裂等の損傷が発生しにくくして、前記シールリング８ａの耐久性確保を図れる。
更に、前記頭部１４ａを前記凹溝１６ａ内に、全周に亙って進入させる事により、前記シールリング８ａの内径寄り部分がこの凹溝１６ａの内側側面から離れる方向に変位する事を抑えて、このシールリング８ａの姿勢を安定させ、このシールリング８ａによるシール性能を、良好に、且つ、安定させられる。更に、前記両部にラビリンスシールを構成して、このシール性能のより一層の向上を図れる。

本発明の効果を確認する為に行った実験に就いて、図４〜５により説明する。第一の実験では、シールリング付転がり軸受に組み込むシールリングを構成するシールリップの基半部に存在する薄肉部の厚さＴと長さＬとの比Ｔ／Ｌが、このシールリップの先半部に存在する頭部の相手面に対する緊迫力の大きさに及ぼす影響を測定した。前記薄肉部としては、長さＬが６００μｍのものと３００μｍのものとの、２種類を用意した。又、何れの場合も、前記頭部と相手面との接触部の締め代（この頭部の側縁部分での前記シールリップの弾性変形量。初期値）は、１５０μｍ、２５０μｍ、３５０μｍの３段階に変化させた。

この様にして行った実験の結果を、図４の（Ａ）（Ｂ）に示す。このうちの（Ａ）は前記長さＬが６００μｍの場合に就いて、（Ｂ）は同じく３００μｍの場合に就いて、それぞれ示している。これら図４の（Ａ）（Ｂ）に示した６種類の曲線は、何れも、横軸に表した比Ｔ／Ｌが０．５以下となる部分に変曲点が存在する。この事から、この比Ｔ／Ｌを０．５以下に抑えれば、前記緊迫力の増大を抑えられる事が分かる。又、この比Ｔ／Ｌを０．５以下に抑えれば、締め代の変化量に対する緊迫力の変化量を低く抑えられて、この締め代を厳密に規制しなくても、所望の緊迫力、延いては所望のシール性能を得られる事も分かる。

又、第二の実験では、前記比Ｔ／Ｌが、このシールリップの先半部に存在する頭部の相手面に対する緊迫力の大きさに及ぼす影響と共に、このシールリップの寿命に及ぼす影響に就いて測定した。前記薄肉部としては、長さＬが６００μｍのものと３００μｍのものとの、２種類を用意した。但し、寿命に就いては、この長さＬが６００μｍのもののみに就いて測定した。又、何れの場合も、前記頭部と相手面との接触部の締め代は、２５０μｍとした。実験結果を示す図５から明らかな通り、前記比Ｔ／Ｌを０．２５以上確保すれば、前記シールリップの寿命を十分に確保できる。

本発明は、シールリングを構成するシールリップの薄肉部の厚さが２００μｍ〜１mm程度である、小型のシールリングを組み込んだシールリング付転がり軸受に適用した場合に、特段の効果を得られる。従って、転がり軸受としては、小型の玉軸受が主となるが、ころ軸受、円すいころ軸受等、他の型式の転がり軸受への適用を排除するものではない。

１ 外輪
２ 外輪軌道
３ 内輪
４ 内輪軌道
５ 玉
６ 保持器
７ 軸受内部空間
８、８ａ シールリング
９、９ａ 芯金
１０、１０ａ 弾性材
１１、１１ａ 弾性係止部
１２、１２ａ シールリップ
１３、１３ａ 薄肉部
１４、１４ａ 頭部
１５、１５ａ 係止溝
１６、１６ａ 凹溝
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ 曲面部
１８ 基部
１９ 突条

特開平７−１３９５５３号公報 特開平１０−３３９３２９号公報 特開２００１−１４０９０７号公報 特開２００１−２００８５７号公報 特開２００４−２５７４２１号公報 特開２００５−５４９０９号公報 特開２００７−１３２４２８号公報

Claims (2)

1. 内周面に外輪軌道を有し、使用時にも回転しない外輪と、外周面に内輪軌道を有し使用時に回転する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間に存在してこれら各転動体を設置した空間の端部開口を塞ぐシールリングとを備えており、
   このシールリングは、その外周縁部が、前記外輪の端部内周面に係止固定されており、円輪状の芯金と、この芯金により補強された円輪状の弾性材とを備え、この弾性材の内周縁部を、前記芯金の内周縁よりも径方向内方に突出させると共に、突出した部分を、この芯金の内周縁寄り部分に存在する薄肉部と、この薄肉部を挟んでこの芯金と反対側の端縁部に存在する、この薄肉部よりも厚肉の頭部とを備えたシールリップとしたものであるシールリング付転がり軸受に於いて、
   前記シールリップの薄肉部の厚さＴが、２００μｍ≦Ｔ≦１ｍｍであり、
   前記頭部の厚さが、前記薄肉部の厚さＴの２倍以上であり、
   この薄肉部の内外両周縁部のうちの前記頭部と反対側の周縁部と、前記弾性材のうちでこの薄肉部よりも前記芯金に近い部分に存在する基部との連続部が、この薄肉部の表面側と裏面側とで、径方向にずれており、このずれの量が薄肉部の厚さＴ以上であり、
   この薄肉部の内外両側面に沿った方向の長さをＬとした場合に、前記厚さＴとこの長さＬとの比Ｔ／Ｌが、０．２５≦Ｔ／Ｌ≦０．５０を満たす事を特徴とするシールリング付転がり軸受。
2. シールリングの外周縁部が、外輪の端部内周面に形成された係止溝に係止固定されており、このシールリングの内周縁部に設けられたシールリップの頭部のうちで少なくとも軸方向の厚さが最も大きくなった部分が、内輪の端部外周面に設けられた凹溝内に、全周に亙って進入しており、
   前記外輪及び前記内輪の軸方向に関して、前記シールリップを構成する前記頭部の一側縁が凹溝の片側内面に、全周に亙って摺接しており、同じくこの頭部の他側縁がこの凹溝の他側内面に、近接対向している、請求項１に記載したシールリング付転がり軸受。

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