JP6692214B2 - 軸受密封装置 - Google Patents

Description

この発明は、転がり軸受を密封する軸受密封装置に関する。

一般的な軸受密封装置は、転がり軸受の各片側に一つだけシールをもっている。外輪の内周にシール溝が形成され、そのシール溝にシールの外周縁が固定されている。また、内輪の外周にシール接触面が形成され、シールのシールリップが内輪のシール接触面に接触している。

土砂や泥水に直接晒される転がり軸受、例えば、農機に備わる転がり軸受においては、軸受内に異物が侵入することを防止するため、外輪に固定されたシールのさらに軸受外部側にシールを追加した軸受密封装置が採用されている。その追加のシールの内径部は、内輪の外周に固定されている。外輪の内周に一つ目のシールの外径部を固定し、内輪の外周に二つ目のシールの内径部を固定することにより、異物が軸受内部に侵入する際の経路を長くして高いシール性を確保することができる。

このように二つのシールで二重に密封する従来例として、外輪のシール溝に固定された内側シールと、内輪のシール溝に固定された外側シールとを備え、内側シールの複数のシールリップが、内輪の外周に形成された円筒面状のシール接触面に接触し、外側シールの複数のシールリップが、外輪の内周に形成された円筒面状のシール接触面に接触するものがある（特許文献１）。

米国特許出願公開第２０１１／００１９９５２明細書

一般に、軌道輪に形成するシール接触面は、シール性の確保及びシールリップの摩耗防止のため、研削加工される。内輪の外周に形成する円筒面状のシール接触面は、センタレス研削が可能なため、大量生産が容易である。ところが、外輪の内周に形成する円筒面状のシール接触面は、センタレス研削に比べて研削難度が高い場合が多い。

すなわち、外輪の生産において、外輪の内周で研削が必要な部分は、転動体が転がる軌道面と、軌道面よりも軸受外部側に位置するシール接触面となる。それら軌道面とシール接触面との間にシール溝が形成されている。このため、一度に軌道面とシール接触面を研削加工するには特殊な成形砥石が必要となるが、砥石成形に要するコストと加工負荷が高過ぎる問題がある。複数回に分けて部位別に研削加工することにより、加工負荷の問題を解決することは可能だが、一般的な生産ラインは、軌道面を除き外輪の内周を研削加工しない前提で構成されていることから、加工工程増によるコスト高の問題が残ってしまう。

また、内輪の生産において、内輪の外周にシール溝を形成することも、コスト高の一因となっている。

上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、内輪と外輪間を二重のシールで密封する軸受密封装置において、高いシール性と、外輪の内周に施す研削加工の加工部位削減との両立を図ることである。

上記の課題を達成するため、この発明は、外周に軌道面が形成された内輪と、内周に軌道面及びシール溝が形成された外輪と、前記シール溝に固定された外径部を有する内側シールと、前記内輪の外周に固定された内径部を有する外側シールと、を備え、前記外側シールが、前記内側シールよりも軸受外部側に位置する軸受密封装置において、前記外輪の内周に固定された圧入部と、前記外側シールのシールリップと接触するシール接触面とを有するリングを備えることを特徴とする軸受密封装置に構成したものである。

上記構成によれば、内側シールのさらに軸受外部側に外側シールを備えるので、異物が軸受内部に侵入する際の経路を長くして高いシール性を確保することができる。その外側シールのシールリップを接触させるシール接触面が外輪とは別のリングに形成されているので、外側シール用のシール接触面を外輪の内周に形成することが不要である。また、リングが圧入部で外輪の内周に固定されるので、リングを圧入する外輪部分には研削加工で仕上げるような高精度が不要である。このように、外輪の内周にシール接触面を研削加工することもなく、リングの固定用の嵌め合い面を研削加工することもないので、外輪の内周に施す研削加工の加工部位を削減することができる。

例えば、前記リングが、環状に形成された金属環と、この金属環の外周に接着されたゴムとを有し、前記圧入部が、前記ゴムによって形成されており、前記シール接触面が、前記金属環の内周に形成されているとよい。このようにすると、シール接触面を形成する環状の金属環でゴムの内周を支え、外輪の内径部分の寸法ばらつきをゴム製の圧入部で吸収して、一定の固定力を得ることが可能となる。したがって、研削面に比して寸法ばらつきの大きい旋削面に対する圧入によってリングを固定することが容易である。

ここで、前記金属環が冷間プレス成形品からなるとよい。このようにすると、リングのシール接触面が冷間プレス成形されているので、通常、外輪の内周にあるような旋削加工のリード目や熱処理による炭化物の付着がなく、シールリップの接触に適している。

前記リングの内周のうち、軸受外部側の端部が、軸方向に軸受外部側に向かって拡径するＲ面状になっているとよい。このようにすると、外輪に固定されたリングと、内輪の外周との間に外側シールを配置する組立時、リングのＲ面状の端部によってシールリップがシール接触面まで案内されるので、シールリップを傷つけることなく、外側シールを内輪の外周に固定することができる。

前記内輪が、外周に形成された円筒面状の嵌め合い面を有し、前記外側シールが、環状に形成された芯金と、この芯金に接着されたゴムとを有し、前記外側シールの前記シールリップが、前記ゴムによって形成されており、前記外側シールの前記内径部が、前記芯金の内周に円筒面状に形成され前記内輪の前記嵌め合い面に固定された圧入部になっているとよい。このようにすると、金属製の円筒面同士の嵌め合いで内輪の外周に外側シールを固定するため、内輪の外周形状や外側シールの固定工程を簡略化することができる。

前記内側シールと前記外側シールとの間にグリースが封入されているとよい。このようにすると、グリースによるシールリップの潤滑と、グリース自体のシール効果とにより、シール性の向上と長期にわたる性能維持を実現することができる。

前記外側シールが、複数のシールリップを有し、これらシールリップのうち、最も軸受外部側に位置するシールリップと、前記外輪の内周との間が、ラビリンスすきまになっており、それ以外のシールリップが、前記リングの前記シール接触面に接触するとよい。このようにすると、軸受外部の泥水等は、ラビリンスすきまのシール効果により、リングのシール接触面まで到達しにくくなる。

この発明は、上記構成の採用により、内輪と外輪間を二重のシールで密封する軸受密封装置において、高いシール性と、外輪の内周に施す研削加工の加工部位削減との両立を図ることができる。

この発明の実施形態に係る軸受密封装置を示す断面図 図１の外側シールを内輪に圧入する直前の様子を示す部分断面図 図１のリングを外輪に圧入する直前の様子を示す部分断面図

この発明の一実施形態に係る軸受密封装置を添付図面に基づいて説明する。図１に実施形態に係る軸受密封装置を両側に備えるシール付軸受を示す。図示のように、実施形態に係る軸受密封装置は、環状体からなる内輪１と、環状体からなる外輪２と、内輪１の軌道面３と外輪２の軌道面４との間に介在する転動体５と、外輪２の内周に固定された内側シール６と、内輪１の外周に固定された外側シール７と、外輪２の内周に固定されたリング８とを備える。なお、図１中左側の軸受密封装置は、図１中右側の軸受密封装置と左右対称の形状になっている点で異なるだけなので、以下では、図１中右側の軸受密封装置を例に説明し、図１中左側の軸受密封装置については図１中右側の対応要素と共通の符号を適宜に付すだけに留める。

内輪１及び外輪２は、それぞれ鋼によって形成された軌道輪になっている。内輪１及び外輪２は、同軸に配置されている。内輪１の外周と外輪２の内周とにより、環状の軸受内部空間９が形成される。

以下、同軸に配置された内輪１、外輪２の中心軸線に沿った方向を「軸方向」という。その中心軸線に直角な方向を「径方向」という。その中心軸線回りの円周方向を「周方向」という。

内輪１は、内輪幅を規定する両端となる二つの端面１０を有する。外輪２は、外輪幅を規定する両端となる二つの端面１１を有する。内輪幅は、外輪幅よりも大きく設定されている。

転動体５は、玉からなる。所定数の転動体５が保持器１２に保持されている。

内輪１の軌道面３は、内輪１の外周に形成された軌道溝になっている。軌道面３は、研削面になっている。内輪１は、内輪１の外周に円筒面状に形成された嵌め合い面１３と、内輪１の外周に円筒面状に形成されたシール接触面１４とを有する。嵌め合い面１３は、内輪１の端面１０との間に面取り部をおいて形成されている。シール接触面１４は、研削加工された表面になっている。シール接触面１４は、内側シール６に対して相対的に周方向に摺動する。

外輪２の軌道面４は、外輪２の内周に形成された軌道溝になっている。軌道面４は、研削加工された表面になっている。外輪２は、外輪２の内周に形成されたシール溝１５と、外輪２の内周に円筒面状に形成された嵌め合い面１６とを有する。嵌め合い面１６は、リング８との嵌合部になっている。嵌め合い面１６は、外輪２の端面１１との間に面取り部をおいて形成されている。外輪２の内周のうち、軌道面４と端面１１との間に位置する嵌め合い面１６等の部分は、旋削加工で形成された表面になっている。

内側シール６は、環状に形成された芯金１７と、この芯金１７に接着されたゴム１８とからなる。内側シール６は、ゴム１８によって形成された複数のシールリップ１９〜２１と、外輪２のシール溝１５に固定された外径部２２とを有する。

内側シール６の芯金１７は、図示の断面形状で周方向全周に亘って連続している。芯金１７は、金属板を塑性変形させた冷間プレス成形品からなる。

内側シール６のゴム１８は、芯金１７に加硫接着されている。シールリップ１９〜２１は、それぞれ舌状に内輪１側へ向かって突き出ている。これらシールリップ１９〜２１は、それぞれ内輪１のシール接触面１４に径方向に接触する。

内側シール６の外径部２２は、芯金１７の外周とゴム１８とで形成されている。外径部２２は、芯金１７をシール溝１５に入り込ませるように塑性変形させることにより、シール溝１５に保持された固定状態になっている。

外側シール７は、環状に形成された芯金２３と、この芯金に接着されたゴム２４とからなる。外側シール７は、ゴム２４によって形成された複数のシールリップ２５〜２７と、芯金２３の内周に円筒面状に形成された内径部２８とを有する。

外側シール７の芯金２３は、断面Ｌ字状で周方向全周に亘って連続している。芯金２３は、金属板を塑性変形させた冷間プレス成形品からなる。

外側シール７のゴム２４は、芯金２３に加硫接着されている。シールリップ２５〜２７は、それぞれ舌状に外輪２側へ突き出ている。

これらシールリップ２５〜２７のうち、最も軸受外部側に位置するシールリップ２７は、軸受外部に露出する。このシールリップ２７と外輪２の内周との間が、ラビリンスすきま２９になっている。ラビリンスすきま２９は、リング８とシールリップ２７との間の軸方向のすきまと、外輪２の端面１１とシールリップ２７との間の径方向のすきまとで形成されている。

また、外側シール７のシールリップ２５〜２７のうち、シールリップ２７以外のシールリップ２５、２６は、それぞれリング８のシール接触面３０に接触する。

外側シール７を内輪１の外周に固定する直前の様子を図２に示す。図示のように、シールリップ２５、２６と、シール接触面３０との間には、径方向の締め代δ１が設定されている。

図１に示すように、外側シール７の内径部２８は、内輪１の嵌め合い面１３に固定された圧入部になっている。図２に示すように、内径部２８と嵌め合い面１３との間には、径方向の締め代δ２が設定されている。

図１に示すように、外側シール７は、内側シール６よりも軸受外部側に位置する。すなわち、外側シール７は、内側シール６との間に隙間３１を形成する。その隙間３１にグリース（図中にドット模様で示す。）が封入されている。

リング８は、環状に形成された金属環３２と、この金属環３２の外周に接着されたゴム３３とからなる。リング８は、ゴム３３によって形成された圧入部３４と、金属環３２の内周に形成された前述のシール接触面３０とを有する。

リング８の内周のうち、軸受外部側の端部３５は、軸方向に軸受外部側に向かって拡径するＲ面状になっている。

リング８の金属環３２は、図示の断面形状で周方向全周に亘って連続している。金属環３２は、軸方向に沿った平板部と、平板部から外輪２側へ曲げられたフランジ部とからなる。その曲げられた表面が、リング８の端部３５になっている。

金属環３２は、冷間プレス成形品からなる。例えば、平板材から円環板を打ち抜き、その内周側を曲げる冷間プレス加工により、金属環３２が成形される。

シール接触面３０は、金属環３２の内径を規定する表面になっている。シール接触面３０は、外側シール７のシールリップ２５、２６に対して相対的に周方向に摺動する。

リング８のゴム３３は、金属環３２の外周に加硫接着されている。圧入部３４は、外輪２の嵌め合い面１６に固定されている。圧入部３４は、金属環３２の外径よりも大径であり、リング８の外径を規定する表面をもっている。

リング８を外輪２の内周に固定する直前の様子を図３に示す。図示のように、圧入部３４と嵌め合い面１６との間には、径方向の締め代δ３が設定されている。圧入部３４は、締め代δ３の寸法誤差を吸収する。

この軸受密封装置の組立ては、次のように行なわれる。この組立ては、図１に示す内輪１及び外輪２間に所定数の転動体５を介在させた転がり軸受が構成された状態で開始される。内側シール６、外側シール７及びリング８のうち、最初に固定することが必要な部材は、最も軸受内部側に配置される内側シール６となる。そこで、先ず、内側シール６を外輪１に固定する工程を実施する。すなわち、芯金１７を外輪２のシール溝１５に入り込ませるように変形させることにより、内側シール６の外径部２２を外輪２のシール溝１５に加締める。これにより、内側シール６が外輪２のシール溝１５に固定される。

次に、リング８を外輪２に固定するリング固定工程を実施する。すなわち、図３に示すように、外輪２に対して同軸に配置されたリング８の圧入部３４を外輪２の嵌め合い面１６に圧入する。この圧入の際、リング８の圧入位置は、外輪２の端面１１基準で決めることができる。また、この圧入の際、絞り皿（図示省略）でリング８の外径を嵌め合い面１６まで縮径させて圧入することが好ましい。このリング固定工程により、リング８は、図２に示すように、外輪２の嵌め合い面１６に固定される。

次に、グリース塗布工程を実施する。すなわち、図２に示す状態で、規定量のグリース（図中にドット模様で示す。）を内側シール６に付着させるように塗布する。グリースの塗布先は、図１に示す隙間３１を形成する表面であればよい。図示の場合、芯金１７の軸受外部側の表面を塗布先にしている。このグリース塗布工程は省略することができる。

最後に、外側シール７を内輪１に固定する外側シール固定工程を実施する。すなわち、図２に示す状態から、外側シール７の内径部２８を内輪１の嵌め合い面１３に圧入する。この圧入の際、内輪１の端面１０と外側シール７の芯金２３の端面とを同じ軸方向位置に合わせることにより、外側シール７の圧入位置を決めることができる。この外側シール固定工程により、外側シール７は、図１に示すように、内輪１の嵌め合い面１３に固定される。また、軸受密封装置の組立てが完了する。

ここで、外側シール固定工程の途中、外側シール７のシールリップ２５、２６は、図中一点鎖線で描くように、リング８の内周における軸受外部側の端部３５に接することになる。その端部３５が軸方向に軸受外部側に向かって拡径するＲ面状になっているため、シールリップ２５、２６は、リング８の端部３５を滑りながら撓みつつシール接触面３０まで達する。

実施形態に係る軸受密封装置は、上述のようなものであり、内側シール６のさらに軸受外部側に外側シール７を備えるので、異物が軸受内部に侵入する際の経路を長くして高いシール性を確保することができる。また、外側シール７用のシール接触面３０が外輪２とは別のリング８に形成されているので、外輪２の内周に外側シール７用のシール接触面を形成することが不要である。また、リング８が圧入部３４で外輪２の内周に固定されるので、外輪２の嵌め合い面１６には研削加工で仕上げるような高精度が不要である。したがって、この軸受密封装置は、外輪２の内周にシール接触面を研削加工することもなく、リング８固定用の嵌め合い面１６を研削加工することもないので、外輪２の内周に施す研削加工の加工部位を削減することができる。このように、この軸受密封装置は、内輪１と外輪２間を内外二重のシール６、７で密封する高いシール性と、外輪２の内周に施す研削加工の加工部位削減との両立を図ることができる。

また、この軸受密封装置は、シール接触面３０を形成する環状の金属環３２でゴム３３の内周を支え、ゴム３３製の圧入部３４を採用しているので、量産品間で不可避に発生する外輪２の嵌め合い面１６の寸法ばらつきを圧入部３４で吸収することが可能である。このため、この軸受密封装置は、量産品間で一定の固定力を得ることができる。また、その寸法ばらつきは、一般に、研削加工で形成された表面に比して、旋削加工で形成された表面の方が大きくなる。この軸受密封装置は、金属環３２でシール接触面３０の径方向位置を決めつつ、肉厚をもったゴム３３製の圧入部３４で寸法ばらつきを吸収することが可能なため、旋削加工で形成された嵌め合い面１６に対する圧入によってリング８を固定することが容易である。

また、この軸受密封装置は、金属環３２が冷間プレス成形品からなるので、リング８のシール接触面３０が冷間プレス成形された表面となっている。このため、シール接触面３０には、通常、外輪２の内周にあるような旋削加工のリード目がなく、また、熱処理による炭化物の付着もない。すなわち、シール接触面３０は、ゴム製のシールリップ２５、２６に対する攻撃性が少なく、シールリップ２５、２６の接触に適した表面となっている。したがって、この軸受密封装置は、研削加工で仕上げずとも、問題なく使用できるシール接触面３０を得ることができる。

また、この軸受密封装置は、図２に示す状態で実施する外側シール固定工程のとき、シールリップ２５、２６がリング８のＲ面状の端部３５によって滑らかにシール接触面３０まで案内されるので、シールリップ２５、２６を傷つけることなく、外側シール７を内輪１の外周に固定することができる。

また、この軸受密封装置は、外側シール７の芯金２３に形成された円筒面状の内径部２８が内輪１の嵌め合い面１３に対する圧入部になっているので、金属製の円筒面（２８、１３）同士の嵌め合いで内輪１の外周に外側シール７を固定することができる。このため、この軸受密封装置は、内輪１の外周にシール溝を形成しておらず、内輪１の外周形状を簡略化することができる。結果的に、外側シール固定工程においては、外側シール７を軸方向に押し込むだけの単純な圧入だけで済み、外側シール７の固定工程を簡略化することになる。

また、この軸受密封装置は、内側シール６と外側シール７との間の隙間３１にグリースが封入されているので、そのグリースによるシールリップ２５、２６の潤滑と、グリース自体のシール効果とにより、シール性の向上と長期にわたる性能維持を実現することができる。

また、この軸受密封装置は、外側シール７が有する複数のシールリップ２５〜２７のうち、最も軸受外部側に位置するシールリップ２７と、外輪２の内周との間がラビリンスすきま２９になっているので、軸受外部の泥水等は、ラビリンスすきま２９のシール効果により、それ以外のシールリップ２５、２６が接触するリング８のシール接触面３０まで到達しにくくなる。

このように、この軸受密封装置は、特許文献１の従来例に比べると、二重に配置の内側シール６及び外側シール７と、グリースのシール効果と、ラビリンスすきま２９のシール効果とにより、同等以上のシール性と長期に亘る性能維持を実現することが可能でありながら、外輪２の内周におけるシール接触面の研削加工を廃止し、内輪１の外周におけるシール溝を廃止し、外側シールの芯金形状を圧入式に簡略化し、外側シール固定工程を圧入式に簡略化して低コスト化を図ることができる。

今回開示された実施形態及び実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 内輪
２ 外輪
３ 軌道面
４ 軌道面
６ 内側シール
７ 外側シール
８ リング
１３ 嵌め合い面
１５ シール溝
１６ 嵌め合い面
２２ 外径部
２３ 芯金
２４ ゴム
２５〜２７ シールリップ
２８ 内径部
２９ ラビリンスすきま
３０ シール接触面
３１ 隙間
３２ 金属環
３３ ゴム
３４ 圧入部
３５ 端部

Claims (6)

1. 外周に軌道面が形成された内輪と、
   内周に軌道面及びシール溝が形成された外輪と、
   前記シール溝に固定された外径部を有する内側シールと、
   前記内輪の外周に固定された内径部を有する外側シールと、を備え、
   前記外側シールが、前記内側シールよりも軸受外部側に位置する軸受密封装置において、
   前記外輪の内周に固定された圧入部と、前記外側シールのシールリップと接触するシール接触面とを有するリングを備え、
   前記外側シールが、複数のシールリップを有し、これらシールリップのうち、最も軸受外部側に位置するシールリップと、前記外輪の内周との間が、ラビリンスすきまになっており、それ以外のシールリップが、前記リングの前記シール接触面に接触しており、
   前記ラビリンスすきまが、前記リングと前記最も軸受外部側のシールリップとの間の軸方向すきまと、前記外輪の端面と前記最も軸受外部側のシールリップとの間の径方向すきまとで形成されていることを特徴とする軸受密封装置。
2. 前記リングが、環状に形成された金属環と、この金属環の外周に接着されたゴムとを有し、
   前記圧入部が、前記ゴムによって形成されており、
   前記シール接触面が、前記金属環の内周に形成されている請求項１に記載の軸受密封装置。
3. 前記金属環が冷間プレス成形品からなる請求項２に記載の軸受密封装置。
4. 前記リングの内周のうち、軸受外部側の端部が、軸方向に軸受外部側に向かって拡径するＲ面状になっている請求項１から３のいずれか１項に記載の軸受密封装置。
5. 前記内輪が、外周に形成された円筒面状の嵌め合い面を有し、
   前記外側シールが、環状に形成された芯金と、この芯金に接着されたゴムとを有し、前記外側シールの前記シールリップが、前記ゴムによって形成されており、前記外側シールの前記内径部が、前記芯金の内周に円筒面状に形成され前記内輪の前記嵌め合い面に固定された圧入部になっている請求項１から４のいずれか１項に記載の軸受密封装置。
6. 前記内側シールと前記外側シールとの間にグリースが封入されている請求項１から５のいずれか１項に記載の軸受密封装置。

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