JP2006322538A - シールリング及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造でありながら、強靭で且つ通気性を有する新規なシールリングと製造コストの高騰を来たさない簡易なシールリングの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】回転側部材３と固定側部材４との間に介装されて、該二部材３、４間の内部と外部とを密封するシールリングＡであって、網状体からなる芯材６と、一部が網目空間内に浸透した状態で該芯材６に固着一体とされた弾性材からなる弾性シール部材７と、該シール部材７の一部が除去されて上記芯材６の一部が露出された露出部分６ａとよりなり、前記二部材３、４間に介装された状態では、該露出部分６ａがその網目空間を通して前記内部及び外部間で通気性を保有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、密封型転がり軸受や軸受ユニットのように、固定側部材と回転側部材との間に配された転動体（ボール等）の転動を円滑にする為に充填される潤滑剤（グリス等）の漏出或いは外部からの異物の侵入を防止する為に固定側部材と回転側部材との間に介装されるシールリングに関する。

上記のような密封型転がり軸受等においては、転動体の転動に伴う摩擦熱や潤滑剤の攪拌熱により、潤滑剤が充填された密封室（転動体の軌道部）の温度が上昇し、密封室の内圧を高める結果、更に密封室の温度が上昇して転動体の焼付き等の不具合を生じることがある。特許文献１には、密封室内の温度及び気圧の上昇を防止する為に、ゴム等の弾性材からなるシール環（弾性シール部材）に通気栓を設け、密封室内の空気を通気栓を通して流通させ、密封室内の気圧を大気圧に保つようにした接触形シール環が提案されている。

また、特許文献２には、油漬けにされた軸に使用されるオイル潤滑型転がり軸受であって、合成ゴム等のシール体（弾性シール部材）を結合一体とした芯金に窓を開設し、この窓に金網等からなるオイルフィルターを固着し、このオイルフィルターを通して清浄なオイル（潤滑剤）を軸受内部に供給するようにしたオイル潤滑型転がり軸受が開示されている。
実開昭４８−４３０５８号公報 実公昭４３−２４１６７号公報

上記特許文献１に開示された接触形シール環における通気栓は多孔質の焼結体からなり、シール環に形成された貫通穴に装着されている。この通気栓は、シール環の補強をなす芯金とは別体であって、これ自体がシール環を補強する機能はなく、従って、芯金によって補強を必要とするシール部材に適用する場合には、芯金とは別に上記のような通気栓を準備する必要がある。そして、通気栓の装着部位では、その離脱が生じないような構造上の加工も必要とされる。

また、特許文献２に開示されたオイル潤滑型転がり軸受は、油漬けにされた軸に使用されるものであって、該軸受の遮板（シールリング）に装着される上記オイルフィルターは、軸受外部から内部に流入するオイルを濾過して清浄化する機能はあっても、軸受内外の空気の流通を促すことを意図したものではない。しかも、芯金に窓を開設し、これに芯金とは別部材のオイルフィルターを装着すると言った煩わしい加工工程を要し、また部品点数も多くなり、これらは製品コストの高騰を来たす大きな原因となることは容易に想定されるところであった。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、簡単な構造でありながら、強靭で且つ通気性を有する新規なシールリングと製造コストの高騰を来たさない簡易なシールリングの製造方法を提供することを目的としている。

請求項１の発明に係るシールリングは、回転側部材と固定側部材との間に介装されて、該二部材間の内部と外部とを密封するシールリングであって、網状体からなる芯材と、一部が網目空間内に浸透した状態で該芯材に固着一体とされた弾性材からなる弾性シール部材と、該シール部材の一部が除去されて上記芯材の一部が露出された露出部分とよりなり、前記二部材間に介装された状態では、該露出部分がその網目空間を通して前記内部及び外部間で通気性を保有することを特徴とする。網状体としては、請求項５の発明のように、金属製網状体が望ましいが、カーボン繊維からなる網状体或いは樹脂繊維からなる網状体も採用される。金属製網状体としては、金属細線による織物、編物或いは金属繊維による不織布状物等が採用される。

本発明においては、請求項２の発明のように、前記弾性材は、ゴム材からなるものとすることが望ましい。また、請求項３の発明のように、前記弾性シール部材が、固定側部材に固着される固定部と、回転側部材に弾性摺接するシールリップ部とを備えているものや、請求項４の発明のように、前記露出部分の周辺部に隆起堰部を備えているものとすることも可能である。更に、請求項６の発明のように、前記芯材の少なくとも露出部分は、撥水処理が施されていることが望ましい。

請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載のシールリングの製造方法であって、所望形状のキャビティーを備えた成型型の該キャビティー内に、前記網状体を円環状に裁断加工した芯材を配置し、更に、該キャビティー内に弾性材の原料を装填して成型し、上記弾性材による弾性シール部材がその一部が網目空間内に浸透した状態で芯材に固着一体とされた成型体を得、その後、該成型体の弾性シール部材の一部を除去して、上記芯材の一部が露出された露出部分を形成することを特徴とする。

請求項７の発明に係るシールリングの製造方法においては、請求項８の発明のように、前記弾性シール部材の一部の除去を、レーザー加工機によって行うことができるが、これ以外にウォータージェット加工、ショットピーニング加工、放電加工等が採用可能である。また、請求項９の発明のように、前記露出部分を形成した後、この露出部分に更に撥水処理を施すことが望ましい。この撥水処理としては、テフロン（登録商標）によるスプレイコーティング等が望ましく採用される。

請求項１の発明に係るシールリングを、前記のような転がり軸受に適用した場合、回転側部材の回転による転動体の転動等に伴い軸受内部（転動室内）の温度が上昇するとその内部気圧も高くなるが、前記露出部分がその網目空間を通して前記内部及び外部間で通気性を保有するから、内部空気がこの露出部分を通して外部に流出し、内部気圧は常に大気圧に保持される。従って、軸受内部の温度上昇が抑えられ、転動体の焼付きや軸受の毀損等の発生が未然に防止される。また、上記回転が停止して、軸受内部の温度が低下してゆく場合でも、内部気圧は常に大気圧に保持されるから、負圧状態になることによるシール部材の食いつき現象も回避することができる。そして、弾性シール部材は網状体からなる芯材によって補強されるから、回転側部材及び固定側部材間に安定的に介装され、そのシール機能が長く持続される。更に、網状体の網目空間を微細なものとすれば、通気性を維持したまま、水や潤滑剤（グリス等）の透過を阻止するようにすることもでき、このようにすれば露出部分から潤滑剤が漏出したり、外部からの水が軸受内部に浸入したりするようなこともない。芯材として、請求項５の発明のように金属製網状体を用いれば、弾性シール部材の補強機能が向上すると共に、多様な金属製網状体が市販されており、その設計選択自由度も向上する。

また、請求項２の発明のように、弾性材をゴム材からなるものとすれば、弾性シール部材はゴム特有の弾性により優れたシール性が発現される。また、ゴム材の加硫成型と同時に網状体からなる芯材との固着一体化を行うことができ、これによれば、ゴム材の一部が網目空間に浸透し易く、弾性シール部材は、接着剤を用いなくても芯材と強固に一体化したものとされ、芯材の補強機能と相乗してシール性の持続性がより向上する。また、請求項３の発明によれば、前記弾性シール部材が、固定部をして固定側部材に固着保持されると共に、シールリップ部が回転側部材に弾性摺接するから、固定側部材及び回転側部材相互の回転によっても優れたシール性が得られる。

更に、請求項４の発明のように、前記露出部分の周辺部に隆起堰部を備えるようにすれば、飛散する水がこの隆起堰部で堰き止められ露出部分から内部への水の浸入を阻止するのに有効である。そして、請求項６の発明のように、前記芯材の少なくとも露出部分に、撥水処理が施されておれば、露出部分に水が飛散しても、露出している芯材表面で撥じかれて付着せず、軸受の内部（転動室）に浸透することがない。

請求項７の発明によれば、弾性シール部材と芯材とを成型一体化した後、弾性シール部材の一部を除去して通気性を有する芯材の露出部分を形成するようにしているから、通気性を有する部分の為の別部材を準備する必要がなく、またその保持の為の加工を施す必要もないから、部品点数少なく且つ加工の煩わしさを伴わず、製造コストの高騰を来たすことなく簡易にシールリングを製することができる。

請求項８の発明のように、弾性シール部材の一部の除去をレーザー加工機によって行うようにすれば、その除去が極めて簡単であり、しかもその除去部分（露出部分）の形状も任意に選択し得るから、最適な通気性を得る為の除去部分の大きさや形状或いは位置等の設定が極めて簡易になされる。従って、この除去部分を社章或いは品番等を兼ねるよう形成することも可能であり、このようにすれば、従来のように打刻や成型型で社章或いは品番等を形成する場合に比べて、製造コストの大幅な削減が可能となる。更に、請求項８の発明のように、前記露出部分に更に撥水処理を施すようにすれば、形成された露出部では飛散水の撥水機能が発現され、しかも、露出部分のみの撥水処理であるから、撥水処理によってコストが大幅にアップする懸念もない。

以下に本発明の最良の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明の１実施例のシールリングが組み込まれた軸受ユニットの例を示す縦断面図、図２は図１におけるＸ部の拡大図、図３は同シールリングの平面図、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は同シールリングの製造方法の概略的工程図である。

図１は、自動車の車輪をシャフト１に対して転がり軸受ユニット２により支持する構造の一例を示すものであり、内輪（回転側部材）３を構成するハブ輪３ａにボルト３ｂによりタイヤホイール（不図示）が固定される。また、３ｃはハブ輪３ａに形成されたスプライン孔であり、このスプライン孔３ｃには駆動シャフト１がスプライン嵌合され且つハブ輪３ａに一体固定されて、該駆動シャフト１の回転駆動力がハブ輪３ａを介してタイヤホイールに駆動伝達される。３ｄは内輪部材であり、上記ハブ輪３ａと共に内輪３が構成される。

４は外輪（固定側部材）であり、車体の懸架装置（不図示）に取付固定される。この外輪４と上記内輪３（ハブ３ａ及び内輪部材３ｄ）との間に２列の転動体（玉）５…がリテーナ５ａで保持された状態で介装されている。Ａ、Ａ’は上記転動体５…の転動部に充填される潤滑剤（グリス等）の漏出を防止し、或いは外部からの泥水や塵埃等の浸入を防止するためのシールリングであって、本発明のシールリングに相当し、外輪４と内輪３との間に圧入される。両側のシールリングＡ、Ａ’と内輪３及び外輪４とにより囲まれた部位が被密封部位（転動室）Ｓとされる。

図２は、図１のＸ部の拡大図を示し、車体側のシールリングＡは、金属製網状体からなる芯材６と、一部が網目空間内に浸透した状態で該芯材６に固着一体とされたゴム等の弾性材からなる弾性シール部材７と、該シール部材７の一部が除去７ａされて上記芯材６の一部が露出された露出部分６ａとよりなる。弾性シール部材７は、外輪４の内周に固着される固定部７ｂと、内輪３の外周部に弾性摺接するシールリップ部７ｃとを備えている。また、弾性シール部材７の除去部７ａ、即ち、芯材６の露出部分６ａの遠心方向周縁部分には隆起堰部７ｄが形成されている。図例では、上記除去部７ａ、露出部分６ａ及び隆起堰部７ｄは、夫々円弧形状とされ、周方向に等間隔で４個形成した例が示されているが、これに限定されず、形状、個数等は任意に設定される。特に、形状は社章や品番等を表すものとすれば、商品の識別表示や製品管理等に有効である。また、隆起堰部７ｄは露出部分６ａの全周に亘り形成することも可能である。

図２に示す固定部７ｂ及びシールリップ部７ｃにおける想像線部分は原形を示し、図２に示すように弾性変形した状態で内輪３及び外輪４間に介装される。上記転動室Ｓには不図示の潤滑剤（グリス等）が充填され、転動体５…の円滑な転動がなされる。上記芯材６の露出部分６ａはその網目空間を通して通気性を保有しており、転動室Ｓと外部との間に大気の流通がなされる。

芯材６を構成する金属製網状体としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３０ＪＩＬ、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４０４、Ｌ）等の金属線材を、編成或いは織成した金網が望ましく採用されるが、金属繊維による不織布状物も採用可能である。金属線材（繊維）としては、上記の他に、鉄線、鋼線、亜鉛めっき鉄線、亜鉛めっき鋼線、ニッケルメッキ鋼線、アルミニウム線、銅線、リン青銅線、ニッケル線、モネルメタル線が望ましく採用される。また、上記金網の形態としては、上記金属線材による、平織、綾織、畳織、筵織、簾織等の織物、或いは結節網、無結節網、本目網、蛙叉網、ラッセル網、綟子網、織網等の編物が採用される。これら金属製網状体は、テフロン（登録商標）コーティング等の撥水処理が事前に施されたものや、後記するように露出部分６ａのみに同撥水処理が施されたものが望ましく採用される。

弾性シール部材７を構成する弾性材としては、合成ゴム材或いは弾性樹脂材が採用可能であり、特に、ＮＢＲ、Ｈ−ＮＢＲ、ＡＣＭ、ＡＥＭ、ＦＫＭ、ＰＴＦＥ等から選ばれたいずれかのゴム材に適宜添加剤等を添加した合成ゴム材が望ましく採用される。尚、ＰＴＦＥは芯材が金属板等である場合には接着性は余り良くないが、本発明では芯材が金属製の網状体であるから、その網目による担持力によって芯材に強固に一体とされ、その摺動性の良さにより、シールリングとしての適性が増大する。

図１における車輪側シールリングＡ’も、車体側シールリングＡと同様の構成にし得ることは当然であり、図１に示すようにシールリングＡ、Ａ’が内輪３及び外輪４間に装着された状態で、駆動シャフト１及び内輪３が軸回転すると、転動体５…が内輪３及び外輪４の夫々の軌道面を転動する。被密封部位Ｓ、即ち転動室にはグリス等の潤滑剤が充填されているから、その潤滑作用を受けて転動体５…の転動が円滑になされ、駆動シャフト１及び内輪３の軸回転も円滑になされる。この時、潤滑剤が不足気味になっていたり、潤滑剤の粘度が高くなって所謂潤滑剤回りが悪くなっていたりすると、転動体５の転動に伴う摩擦熱により転動室Ｓ内の温度が高くなることがある。また、長時間の稼動に伴う潤滑剤の攪拌熱により同様に転動室Ｓ内の温度が高くなる。このように、転動室Ｓ内の温度が上昇すると、転動室Ｓ内の気圧も高くなるが、芯材６の露出部６ａが通気性を保有するから、図２の矢示Ｙのように、転動室Ｓ内から外部へ空気が流出し、転動室Ｓ内が常に大気圧に保たれ、内部温度の上昇も抑えられる。一方、内輪３の軸回転が停止し、転動室Ｓ内の温度が低下して負圧になるが、この時は、矢示Ｙとは逆方向に空気の流れが生じ、同様に転動室Ｓ内が常に大気圧に保たれる。

芯材６を構成する金属製網状体は前記のように各種市販されており、その適宜選択的使用により、露出部６ａにおいて通気性を維持しながらも水や潤滑剤の透過を阻止するようになすことができる。このように、通気性を維持しながらも水や潤滑剤の透過を阻止し得るような金属製網状体としては、線径０．０５〜０．８ｍｍで、３０〜４００メッシュの金網が望ましく採用される。このような金属製網状体の選択的使用により、露出部６ａからの潤滑剤の漏出や、外部飛散水の露出部６ａから転動室Ｓ内への流入も阻止すことができ、転動室Ｓ内を転動体の円滑な転動がなされる正常な状態に維持することができる。また、芯材６として撥水処理が事前に施された金属製網状体、或いは、露出部６ａに爾後的に撥水処理を施した金属製網状体を用いるようにすれば、露出部６ａに飛散水が付着することもなく、更に、隆起堰部７ｄによる庇状の作用によって、飛散水の除去部７ａへの流入も抑えられる。そして、芯材６の補強機能と、形状保持機能とにより、シールリングＡの安定保持がなされ、そのシール機能が長く持続される。

次に図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を参照して上記シールリングＡの製造方法を説明する。図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は上下の分割金型８、９による加圧・加硫成型の要領を示す。先ず、図４（ａ）において、所望形状に形成された下金型９のキャビティー９ａ内の所定位置に、図のような形状に打抜・成形された金網からなる円環状芯材６を配置し、次いで、図４（ｂ）において、加硫剤を含む未加硫のゴム材Ｒをキャビティー９ａ内に装填する。更に、図４（ｃ）において、所望形状に形成されたキャビティー８ａを備えた上金型８を所定位置に配置して加圧・加硫成型を行う。この加圧・加硫成型時にゴム材Ｒの一部が芯材６の網目空間内に浸透し、そのまま加硫硬化してゴム材Ｒが芯材６に担持された状態で両者が強固に固着一体とされる。このような固着一体化は接着剤を用いずなされるもので、材料コストの低減と製造工数の削減に寄与することになる。尚、分割金型は、上下二分割の金型８、９であるとしたが、目的のシールリングの形状によっては、更に中子をこれに組合せることもあり得ることは当然である。また、接着剤を用いなくともゴム材Ｒと芯材６との強固な固着一体化はなされるが、必要によって接着剤の使用も除外するものではない。

上記加圧・加硫成型が完了すると、分割金型８、９を脱型し、図４（ｄ）に示すような成型体Ａ０を得る。そして、レーザー加工機１０のレーザービームを弾性シール部材７の外面（反芯材６側）から作用させ、弾性シール部材７の加硫硬化した一部ゴム材を除去７ａし、芯材６の一部を露出６ａさせる。このレーザービームによる除去は、露出部分６ａの網目空間に浸透したゴム材をも除去するから、露出部分６ａでの網目空間を通した通気性が得られる。レーザー加工機１０は、ＮＣ制御装置によって、事前にインプットされたパターンに基づき、レーザービームを走査するものであるから、上記除去部７ａの形状は任意に設定することができる。従って、露出部分６ａの形状、大きさ等は所望の性状に応じて適宜設定され、また、社章や品番等も兼ねるような形状にすることも極めて簡易になされる。爾後、この露出部分６ａにテフロン（登録商標）のスプレイコーティングにより撥水処理がなされる。尚、レーザービームを弾性シール部材７の両面から作用させることも可能である。また、芯材６として事前に撥水処理がなされた金網を用いることも可能である。

尚、上記実施例では、内輪３が回転側部材、外輪４が固定側部材としたが、これらが逆であっても良く、また、自動車の車輪シャフトを支持する軸受ユニットに適用した例を述べたが、オイルシール等、他の密封を必要とされる機構にも適用され得ることは当然である。更に、シールリングの形状は、図例のものに限定されず、他の形状も採用可能であることは言うまでもない。図例のような軸受ユニットにおけるシールリングＡ、Ａ’の内、少なくとも一方に本発明のものを採用するようにすれば、上記効果を十分に奏するので、他方のシールリングではその選択範囲が広がり、内圧のアップ・ダウンを考慮せず、シール設計（嵌合部、摺動リップ部）の自由度が向上する。シールリングの製造方法における成型工程では、加圧・加硫成型を例に述べたが、射出成型でも同様の成型がなし得ることは言うまでもない。

本発明の１実施形態のシールリングが組み込まれた軸受ユニットの例を示す断面図である。 図１におけるＸ部の拡大図である。 同シールリングの平面図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は同シールリングの製造方法の概略的工程図であり、（ａ）は下金型に芯材を配置する工程を、（ｂ）はゴム材を装填する工程を、（ｃ）は上金型を配置して加圧・加硫成型する工程を、（ｄ）はレーザー加工機によりゴム材の一部を除去する工程を、夫々示す。

符号の説明

３ 内輪（回転側部材）
４ 外輪（固定側部材）
６ 芯材
６ａ 露出部分
７ 弾性シール部材
７ａ 除去部
７ｂ 固定部
７ｃ シールリップ部
７ｄ 隆起堰部
８ 上金型（成型型）
８ａ キャビティー
９ 下金型（成型型）
９ａ キャビティー
１０ レーザー加工機
Ａ、Ａ’ シールリング

Claims (9)

1. 回転側部材と固定側部材との間に介装されて、該二部材間の内部と外部とを密封するシールリングであって、
   網状体からなる芯材と、一部が網目空間内に浸透した状態で該芯材に固着一体とされた弾性材からなる弾性シール部材と、該シール部材の一部が除去されて上記芯材の一部が露出された露出部分とよりなり、前記二部材間に介装された状態では、該露出部分がその網目空間を通して前記内部及び外部間で通気性を保有することを特徴とするシールリング。
2. 請求項１に記載のシールリングにおいて、
   前記弾性材が、ゴム材からなることを特徴とするシールリング。
3. 請求項１又は２に記載のシールリングにおいて、
   前記弾性シール部材が、固定側部材に固着される固定部と、回転側部材に弾性摺接するシールリップ部とを備えていることを特徴とするシールリング。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のシールリングにおいて、
   前記弾性シール部材が、前記露出部分の周辺部に隆起堰部を備えていることを特徴とするシールリング。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のシールリングにおいて、
   前記芯材が金属製網状体からなることを特徴とするシールリング。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のシールリングにおいて、
   前記芯材の少なくとも露出部分は、撥水処理が施されていることを特徴とするシールリング。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のシールリングの製造方法であって、
   所望形状のキャビティーを備えた成型型の該キャビティー内に、前記網状体を円環状に裁断加工した芯材を配置し、更に、該キャビティー内に弾性材の原料を装填して成型し、上記弾性材による弾性シール部材がその一部が網目空間内に浸透した状態で芯材に固着一体とされた成型体を得、その後、該成型体の弾性シール部材の一部を除去して、上記芯材の一部が露出された露出部分を形成することを特徴とするシールリングの製造方法。
8. 請求項７に記載のシールリングの製造方法において、
   前記弾性シール部材の一部の除去が、レーザー加工機によってなされることを特徴とするシールリングの製造方法。
9. 請求項７又は８に記載のシールリングの製造方法において、
   前記露出部分を形成した後、この露出部分に更に撥水処理を施すことを特徴とするシールリングの製造方法。

Images