JP6727002B2

JP6727002B2 - シール付軸受

Info

Publication number: JP6727002B2
Application number: JP2016071131A
Authority: JP
Inventors: 克明佐々木; 貴裕和久田; 山口　徹; 徹山口
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: WO2017169976A1; JP2017180739A

Description

この発明は、軸受内部空間と外部を仕切るシールを備えるシール付軸受に関する。

例えば、自動車、各種建設用機械等の車両に搭載されたトランスミッション内にはギアの摩耗粉等の異物が混在する。このため、トランスミッション内の軸受においては、シールにより、軸受内部への異物侵入を防ぎ、軸受の早期破損が防止されている。

シールは、一般に、シールリップ部と、外輪のシール装着部に嵌合する環部とをもっている。外輪に対して相対回転させられる内輪には、周方向全周に亘るシール溝部が形成されている。シール溝部の外部側溝壁とシール装着部とが、シールを軸方向に挿入可能なシール入口を形成している。シールリップ部のリップ先端は、シール溝部の内側に位置する。シールリップ部の内部側面とシール溝部の内部側溝壁とが協働して密封作用を奏する。シール溝部の外部側溝壁は、シールリップ部のリップ先端を外部に対して遮蔽する。さらに耐異物侵入性・耐泥水性を高めるため、シールリップ部とシール溝部の外部側溝壁間を利用したラビリンスすきまが設けられることもある（特許文献１）。

特開２００７−１０７５８８号公報

しかしながら、シールの環部をシール装着部に嵌合する際、シールリップ部のリップ先端がシール溝部の内側へ到達する前の段階で、シールリップ部の内部側面が周方向全周に亘って軸方向からシール溝部の外部側溝壁に強く擦り付けられる。一般に、シールリップ部はエラストマで形成され、外輪や内輪は軸受鋼等の鋼で形成されるので、シールリップ部の内部側面がシール溝部の外部側溝壁に強く擦り付けられた際、大きな摩擦力がシール挿入の抵抗となる。このため、シールリップ部やシール溝部の外部側溝壁の径寸は、シールを適切に挿入可能な程度に設定する必要があり、耐異物侵入性や耐泥水性を向上させるための形状工夫が制限されていた。

上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、外輪のシール装着部にシールの環部を嵌合する際にシールリップ部が内輪のシール溝部の内側へ至るまでのシール挿入性を向上させることである。

上記の課題を達成するため、この発明は、軸受内部を外部に対して密封するシールと、前記シールを保持するシール装着部をもった外輪と、前記外輪と同軸に配置された内輪とを備え、前記内輪が、周方向全周に亘るシール溝部を有し、前記シールが、前記シール溝部の内側に位置するリップ先端をもったシールリップ部と、前記シール装着部に嵌合する環部とを有するシール付軸受において、前記シールリップ部のうち、前記リップ先端を境とした内部側に、複数の突条が互いに径の異なる円形状に形成されており、前記複数の突条が、前記環部と前記シール装着部の嵌合時に前記シールと前記シール溝部の外部側溝壁の接触箇所を前記突条のみに制限するように分布している、という構成を採用したものである。

上記構成によれば、外輪のシール装着部にシールの環部を嵌合する際、シールリップ部は、内輪のシール溝部の外部側溝壁に対して外部側から接触し、外部側へ倒れた状態で外部側溝壁を乗り越えていく。この際、シールリップ部は、リップ先端を境とした内部側に形成された円形状の突条のみでシール溝部の外部側溝壁と接触するため、その突条に沿って外部側溝壁及びシールリップ部間に隙間が生じる。円形状の突条は外部側溝壁と周方向に均等に接触することが可能なため、突条によってシールの姿勢崩れが生じ易くなる懸念はない。複数の突条が互いに径の異なる円形状に存在しているので、シールリップ部が外部側へ倒れても、二つ以上の突条において外部側溝壁と接触することができ、これら突条に沿って前述の隙間が生じる。円形状の突条に沿ってシールリップ部及び外部側溝壁間に隙間が生じることでシールリップ部とシール溝部の外部側溝壁間のすべり面積が少なくなり、シール挿入に抵抗する摩擦力が低減する。

このように、この発明は、上記構成の採用により、外輪のシール装着部にシールの環部を嵌合する際にシールリップ部が内輪のシール溝部の内側へ至るまでのシール挿入性を向上させることができる。

（ａ）はこの発明の実施形態に係るシール付軸受のシール装着工程の初期段階を示す部分断面図、（ｂ）は前記（ａ）からシールを軸方向に進めてシールリップ部を内輪に接触させた段階を示す部分断面図この発明の第一実施例に係るシール付軸受を示す断面図図２のシールリップ部付近の拡大断面図図２のシールリップ部付近を軸受内部側から軸方向に視た様子を示す図この発明の第二実施例に係るシールリップ部付近を示す断面図この発明に係るシール付軸受を備えるトランスミッションの一例を示す断面図

この発明の好ましい実施形態を説明する。
第一実施形態では、前記外輪に保持された前記シールが、前記内輪と非接触の姿勢になっており、当該シールの前記シールリップ部及び前記内輪間の最小すきまが０．１ｍｍ未満に設定されている。

トランスミッション用途の軸受には、潤滑油中の異物侵入をシールで防止しつつ、低フリクション化を図ることが求められている。外輪に保持されたシールがシールリップ部においてシール溝部の内側と接した姿勢になっている場合、異物侵入を抑制することは可能だが、その接触部でのシールトルクが低フリクション化を阻害する。これに対し、外輪に保持されたシールが内輪と非接触の姿勢になっている場合、シールトルクを通常、零にして著しい低フリクション化を実現することは可能だが、シールリップ部及びシール溝部が形成するラビリンスシールで異物侵入を抑制しなければならない。満足なラビリンスシールを実現するには、シールリップ部及び内輪間の最小すきまを０．１ｍｍ未満に設定することが好ましい。従来シールでは、シールの環部とシール装着部を嵌合するシール挿入時の抵抗が大きく、その嵌合で外輪に保持されたシールの姿勢について、前述の０．１ｍｍ未満の最小すきまを設定できる程に管理することが困難であった。
一方、この発明では、シール挿入時の抵抗を小さくしてシール挿入性を向上させることにより、前述の０．１ｍｍ未満の最小すきまを設定可能な程度にシールの姿勢を管理することが可能となる。すなわち、第一実施形態によれば、低フリクション化を図ることと、異物侵入の抑制とを両立させることができ、トランスミッション用途に好適なシール付軸受となる。

この発明に係る第一実施例を添付図面に基づいて説明する。図２に示すように、第一実施例に係るシール付軸受１は、軸受内部を外部に対して密封するシール２と、シール２を保持するシール装着部３をもった外輪４と、外輪４と同軸に配置された内輪５とを備える。ここで、外輪４の中心軸と、内輪５の中心軸とは同軸に設定されている。以下、「軸方向」とは、外輪４及び内輪５の中心軸に沿った方向のことをいい、「径方向」とは、その軸方向に直角な方向のことをいい、「周方向」とは、その中心軸周りの円周方向のことをいう。

外輪４は、環状部材からなり、その内周に軌道面６をもっている。外輪４は、他装置のハウジングに取り付けられる。内輪５は、環状部材からなり、その外周に軌道面７をもっている。外輪４の軌道面６及び内輪５の軌道面７間に複数の転動体８が介在している。転動体８間の周方向間隔は、保持器９によって保たれている。外輪４、内輪５、複数の転動体８は、主としてラジアル荷重を支持する転がり軸受を構成している。外輪４は、他装置の静止部材に取り付けられる。内輪５は、他装置によって回転駆動される軸に取り付けられる。なお、外輪４及び内輪５は、周方向全周に亘って図示の断面形状をもっている。

外輪４及び内輪５は、それぞれ鋼、例えば軸受鋼によって形成されている。

シール２は、概ね径方向に向けて舌片状に形成されたシールリップ部１０と、シール装着部３に嵌合する環部１１と、概ね軸方向に向けて舌片状に形成された塵除けリップ部１２とを有する。環部１１がシール装着部３に圧入嵌合されることにより、シール２がシール装着部３によって、図２に示す所定の姿勢で所定位置に保持された状態となる。

シールリップ部１０、塵除けリップ部１２は、それぞれエラストマにより形成されている。シールリップ部１０は、ゴム材料又は樹脂材料のいずれで形成してもよい。環部１１は、芯金１３で補強されている。シールリップ部１０、塵除けリップ部１２等のエラストマは、加硫成型によって形成されると共に芯金１３に接着されている。

図３にシールリップ部１０付近を拡大図示する。同図に示すように、シールリップ部１０の表面は、シールリップ部１０の径寸を規定する部位であるリップ先端１４と、リップ先端１４から内部側の表面部分からなる内部側面１５と、リップ先端１４から外部側の表面部分からなる外部側面１６とで構成されている。内部側面１５のリップ先端１４付近は、回転する内輪５とすべり接触して密封作用を奏する。外部側面１６及び塵除けリップ部１２は、内輪５との間にラビリンスすきま１７を形成する。

シール装着部３は、外輪４の内周端部で周方向全周に亘る溝状に形成されている。

内輪５は、周方向全周に亘る内部側溝壁１８及び外部側溝壁１９によって規定されたシール溝部２０を有する。外部側溝壁１９とシール装着部３とが、シール２を軸方向に挿入可能なシール入口を形成している。図示例では、外部側溝壁１９の溝肩が、内部側溝壁１８よりも低くなっており、シール溝部２０の溝深さは、溝底から外部側溝壁１９の溝肩までとなっている。シール溝部２０の溝内側面は、その溝底から当該溝深さ内にある内部側溝壁１８及び外部側溝壁１９の表面からなる。

シール溝部２０の溝内面のうち、内部側溝壁１８の表面部分は、シールリップ部１０に対応のリップ当り面になっている。シールリップ部１０のリップ先端１４は、シール溝部２０の内側に位置し、内部側面１５のリップ先端１４は、径方向の締め代をもって内部側溝壁１８の表面部分に接触している。

外部側溝壁１９の径寸Ａは、溝肩での径であり、図示例では溝肩の外径となる。シールリップ部１０の径寸Ｂは、リップ先端１４での径であり、図示例ではシール２の内径となる。シールリップ部１０と外部側溝壁１９間の締め代は（Ｂ−Ａ）に相当する。

シールリップ部１０の径寸Ｂは、外部側溝壁１９の径寸Ａに対して１００％未満に設定されている。比率Ｂ／Ａを１００％以上に設定すると、外部側溝壁１９を利用してラビリンスすきま１７を形成することができず、また、外部側溝壁１９によってシールリップ部１０のリップ先端１４を外部に対して軸方向に遮蔽することもできないため、異物がリップ先端１４付近と内部側溝壁１８の表面部分との接触箇所へ到達し易くなってしまう。比率Ｂ／Ａは、一般に、９７％以上に設定されている。比率Ｂ／Ａを９７％未満に設定すると、シールリップ部１０と外部側溝壁１９間の締め代設定がきつくなり過ぎ、シール２の装着困難化を招く懸念がある。

図１（ａ）は、同軸に配置された外輪４及び内輪５間のシール挿入空間へシール２を軸方向に挿入し、環部１１をシール装着部３に圧入することによって環部１１とシール装着部３を嵌合状態とするシール嵌合工程において、シールリップ部１０が内輪５に接触する直前の様子を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）の位置からシール２の挿入がさらに進み、シールリップ部１０が外部側溝壁１９にすべり接触する様子を示す。図４に、自然状態のシールリップ部１０付近を内部側から軸方向に視た様子を示す。

図１（ａ）、図４に示すように、シールリップ部１０のうち、リップ先端１４を境とした内部側面１５には、環部１１とシール装着部３の嵌合時に外部側溝壁１９及びシールリップ部１０間に隙間２１を確保するための複数の突条２２が形成されている。これら突条２２は、互いに径の異なる円形状に形成されており、径方向に均等間隔で並んでいる。各突条２２は、図示の断面形状で周方向全周に亘っている。シール２の最も内径寄りに位置する突条２２は、締め代（Ｂ−Ａ）に対応の径方向領域に存在しており、前述の嵌合時に外部側溝壁１９と軸方向に向き合う。図１（ｂ）から明らかなように、シール２の軸方向への挿入に伴って、突条２２が外部側溝壁１９に外部側から接触したとき、その突条２２に沿って外部側溝壁１９との間に隙間２１が生じる。

図１（ａ）、図３から明らかなように、突条２２は、締め代（Ｂ−Ａ）に対応の径方向領域から外径側に寄った径方向領域にも分布している。これは、図１（ｂ）に示すように、シールリップ部１０の内部側面１５が外部側溝壁１９に強く擦り付けられることでシールリップ部１０が全体的に外部側へ倒れたときでも、シールリップ部１０と外部側溝壁１９の接触箇所を突条２２のみに制限するためである。

図示例の突条２２の断面形状は中実半円状になっている。これは、環部１１とシール装着部３の嵌合時に突条２２と外部側溝壁１９が当該断面上で点接触様になるようにすると共に、シールリップ部１０が外部側溝壁１９を滑る方向の変化に応じて当該点接触様を維持可能とするためである。突条２２の突出量の基準は、リップ先端１４を形成する二つの周面のうち、内部側の周面２３から設定されている。突条２２の断面形状及び突出量は、外部側溝壁１９と接触している間、自己に沿って隙間２１を生じさせ得るように適宜に定めればよい。

上述のような突条２２の分布態様の採用により、環部１１とシール装着部３の嵌合時におけるシールリップ部１０と外部側溝壁１９のすべり接触は、シールリップ部１０を外部側溝壁１９に接触させてからシール溝部２０の内側に至らせるまでの全期間において、突条２２及び外部側溝壁１９間のみで生じるように制限されている。

このシール付軸受１は、上述のようなものであり、図２に示す外輪４のシール装着部３にシール２の環部１１を嵌合する際、図１（ａ）に示すように、シールリップ部１０が内輪５のシール溝部２０の外部側溝壁１９に対して外部側から軸方向に接近し、先ず、最も内径寄りの突条２２のみが外部側溝壁１９の溝肩面取り付近に接触する。そして、さらにシール２の挿入が進むと、図１（ｂ）に示すように、シールリップ部１０が外部側へ大きく倒れながら、外部側溝壁１９の溝肩を乗り越えていく。倒れたシールリップ部１０の二つ以上の突条２２において外部側溝壁１９と接触し、これら隣り合う突条２２、２２に沿って隙間２１が生じる。円形状の突条２２は外部側溝壁１９と周方向に均等に接触するため、突条２２によってシール２の姿勢崩れが生じ易くなる懸念はない。円形状の突条２２に沿ってシールリップ部１０及び外部側溝壁１９間に隙間が生じることでシールリップ部１０と外部側溝壁１９間のすべり面積が少なくなり、シール挿入に抵抗する摩擦力が低減する。したがって、このシール付軸受１は、シール２の装着時にシールリップ部１０がシール溝部２０の内側へ至るまでのシール挿入性を向上させることができる。

例えば、従来シールとして、比率Ｂ／Ａを９９．７％に設定したものがあるが、これを１％程度小さく設定変更しただけでも、シール挿入が著しく困難となる。本願発明者が、その従来シールにおいて比率Ｂ／Ａを９８．５％に設定変更すると共に第一実施例のような複数の突条を採用した試作品で確認したところ、それでも良好なシール装着性を得ることができた。このように、この発明によれば、比率Ｂ／Ａを従来から１％程度小さく設定可能な程度にシール挿入性を向上させることができ、例えば、比率Ｂ／Ａを９７％未満に設定することも可能となる。

また、このシール付軸受１は、突条２２をシールリップ部１０に形成するため、シールリップ部１０と一体に成形することで簡単に形成可能であり、外部側溝壁１９の溝肩付近の表面形状を従来と同様に簡単な円筒面状、面取り状にすることができる。

なお、突条２２の摩擦係数を低くすることが好ましいのは勿論であり、突条２２を形成するエラストマへの表面処理、例えば、当該エラストマよりも硬い熱硬化塗料等の被膜で突条２２を覆って摩擦係数を低くしてもよい。

この発明の第二実施例に係るシール付軸受を説明する。
第二実施例に係るシール付軸受は、シールを非接触式シールに変更した点でのみ第一実施例と相違している。このため、以下では、第一実施例の説明で用いた図面を引き続き適宜に参照すると共に、共通の符号を用いる。第二実施例の図２の状態でのシールリップ部付近の拡大図を図５に示す。

図２、図５に示すように、第二実施例においては、外輪４に保持されたシール２は、内輪５と非接触の姿勢になっている。そのシール２のシールリップ部１０及び内輪５間の最小すきまｇは、シールリップ部１０のリップ先端１４と内輪５の内部側溝壁１８との間において生じるようになっている。

第二実施例においては、シールリップ部１０の径寸Ｂと外部側溝壁１９の径寸Ａの比率Ｂ／Ａを、良好なシール挿入性が確認された９８％以上９９％未満に設定している。これにより、外輪４に保持されたシール２の姿勢について最小すきまｇを０．１ｍｍ未満に設定可能としている。軸受運転中、通常、シール２と内輪５が接触せず、シールトルクが零の状態に保たれる。

また、シールリップ部１０と内輪５のシール溝部２０が形成するラビリンスシールは、シールリップ部１０と内輪５間の最小すきまｇを０．１ｍｍ未満に設定しているので、内部側溝壁１８とシールリップ部１０間で特に狭くなっている。このため、リップ先端１４を境とした外部側から異物が最小すきまｇを通過することは非常に困難となる。したがって、非接触式のシール２を採用しても、軸受寿命に悪影響を及ぼす心配のない程度に異物侵入を抑制することができる。

このように、第二実施例に係るシール付軸受は、シール２のシールトルクを通常、零にして低フリクション化を図ることと、異物侵入の抑制とを両立させることができ、トランスミッション用途に好適なシール付軸受となる。

このシール付軸受１は、例えば、自動車用のトランスミッションに備わる軸の支持に利用することができる。図６に例示するトランスミッション１００は、マニュアル式のものであり、ハウジング１０１内にインプットシャフト１０２、アウトプットシャフト１０３およびパイロットシャフト１０４を直列に配置し、さらにカウンターシャフト１０５とリバースシャフト１０６をアウトプットシャフト１０３と平行に配置した構造になっている。リバースシャフト１０６は、アウトプットシャフト１０３とも係合するようになっている。各シャフト１０２〜１０６には多数のギア群が設けられており、外部からの操作でシフトされるクラッチハブ１０７で、これらのギア群の噛み合わせを変えることにより、インプットシャフト１０２からアウトプットシャフト１０３へのトルク伝達経路が適切に選択されるようになっている。このトランスミッション１００では、インプットシャフト１０２、アウトプットシャフト１０３、パイロットシャフト１０４、カウンターシャフト１０５、およびカウンターシャフト１０５の一端側に取り付けられたギア部材１０８が、それぞれシール付軸受１で支持されている。なお、シール付軸受１の用途として、トランスミッション１００に組み込まれている例を示したが、シール付軸受１の他の用途として、例えば、車両のディファレンシャル、等速ジョイント、プロペラシャフト、ターボチャージャ、工作機械、風力発電機、又はホイール軸受への適用が挙げられる。

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シール付軸受
２シール
３シール装着部
４外輪
５内輪
１０シールリップ部
１１環部
１４リップ先端
１８内部側溝壁
１９外部側溝壁
２０シール溝部
２１隙間
２２突条
１００トランスミッション

Claims

軸受内部を外部に対して密封するシールと、前記シールを保持するシール装着部をもった外輪と、前記外輪と同軸に配置された内輪とを備え、
前記内輪が、周方向全周に亘るシール溝部を有し、
前記シールが、前記シール溝部の内側に位置するリップ先端をもったシールリップ部と、前記シール装着部に嵌合する環部とを有するシール付軸受において、
前記シールリップ部のうち、前記リップ先端を境とした内部側に、複数の突条が互いに径の異なる円形状に形成されており、
前記複数の突条が、前記環部と前記シール装着部の嵌合時に前記シールと前記シール溝部の外部側溝壁の接触箇所を前記突条のみに制限するように分布しており、
前記シール装着部に前記環部を嵌合する際、前記複数の突条のうち、前記シールの最も内径寄りに位置する前記突条から前記シール溝部の外部側溝壁に接触し、当該シールの軸方向挿入に伴って倒れた前記シールリップ部の二つ以上の前記突条において当該シール溝部の外部側溝壁に接触することを特徴とするシール付軸受。
前記外輪に保持された前記シールが前記内輪と非接触の姿勢になっており、当該シールの前記シールリップ部及び前記内輪間の最小すきまが、０．１ｍｍ未満に設定されている請求項１に記載のシール付軸受。
前記シールリップ部の径寸が、前記シール溝部の外部側溝壁の径寸に対して９７％以上１００％未満に設定されている請求項１又は２に記載のシール付軸受。
前記シールリップ部がゴム材料又は樹脂材料によって形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載のシール付軸受。
車両のトランスミッションに組み込まれている請求項１から４のいずれか１項に記載のシール付軸受。