JP2007051761A

JP2007051761A - 転がり軸受のシール構造

Info

Publication number: JP2007051761A
Application number: JP2006027367A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Gotou; 友彰後藤; Makoto Muramatsu; 誠村松; Ikuo Fujiniwa; 郁雄藤庭
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-03-01

Abstract

【課題】常時シール性を確保しつつ、吸着現象を防止すること、および耐熱性、耐薬品性に優れたシール部材を提供すること。
【解決手段】シールリップ１２の内側に突起１７を設けて、その突起１７は、通常時は、シール溝７内側面に非接触となっており、シール部材４で仕切られる軸受内部と軸受外部とに圧力差が生じてシールリップ１２が内側に押し込まれた際には、シール溝７の内側面１６に接触し、この突起１７の接触により、その接触付近のシールリップ１２を部分的に弾性変形させて、前記軸受内部と軸受外部とを連通する空気通路１８が形成されるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、転がり軸受のシール構造に関し、特に接触型シール構造におけるシール部材のシールリップの形状に関するものである。

転がり軸受においては、軸受内部のグリースが外部に漏れるのを防止するとともに、外部からの異物の侵入を防止するために、シール部材を用いたシール構造が採用されている。

このシール構造は、軸受の内輪外径面に設けたシール溝とこれに対向した外輪内径面のシール部材固定溝との間に、合成ゴム等の弾性体で形成されたシール部材を装着し、このシール部材の内周部にシールリップを設けて、このシールリップを前記シール溝に接触させた構成である接触型のシール構造が採られている。

上記接触型のシール構造では、一般に、シール性を向上させるために、シールリップとシール溝との接触面積を大きくしたり、シールリップの接触圧力を上げたりすることが行われている。しかし、シールリップとシール溝との接触面積を大きくすると、転がり軸受の回転に伴ってシールリップとシール溝との摩擦熱が発生する。

この摩擦熱や外部からの熱伝導によって、転がり軸受の温度が上昇し、その後転がり軸受が冷却されると、転がり軸受内部の圧力が外部に対して負圧となる。これにより、シール部材のシールリップがシール溝に強固に密着し、軸受のトルクが著しく上昇する、いわゆる吸着現象が発生する可能性があった。

この吸着現象を防止するために、従来から接触型のシール構造において、種々の工夫がなされている。例えば、シールリップの先端に１個ないし複数個の突起を設けることにより、シール溝との摺接部の突起周辺に空気通路を形成して、軸受内外の圧力バランスを均一に保つものがある（特許文献１段落００１８、図３参照）。
特開２０００−２５７６４０号公報

また、シール部材の外周縁に、軸受内部と軸受外部とにわたって連通する空気通路を設けることにより、軸受内外の圧力バランスを均一に保つものもある（特許文献２、３参照）。
特開２０００−６５０７４号公報特開２００２−３６４６５５号公報

上記の特許文献１のように、シールリップの先端に１個ないし複数個の突起を設けたものは、転がり軸受が運転されると前記突起が摩滅し、通常のシールリップとして機能するため、この転がり軸受の運転前では吸着現象を防止できる。しかし、運転後に突起が摩滅した後は、吸着現象を防止することができない。また、突起の摩滅前において、軸受内部と外部が遮断されていないため、外部から異物が侵入する問題があった。

また、上記の特許文献２、３のようにシール部材の外周縁に、軸受内部と軸受外部とにわたって連通する空気通路を設けたものは、軸受の運転前後にかかわらず常時吸着現象を防止することができるが、上記の特許文献１の場合と同様に、軸受内部と外部が遮断されていないため、外部から異物が侵入する問題があった。

さらに、シール構造を備えた転がり軸受（密封型転がり軸受）を採用する電磁クラッチは、１５０℃前後の高温で使用され、その密封型転がり軸受やその構成部材であるシール部材にも耐熱性が求められる。しかし、前記密封型転がり軸受のシール部材には、通常、ニトリルゴムが用いられ、その耐熱温度が１２０℃前後であるため、耐熱性に問題があった。

また、前記電磁クラッチは、自動車のエンジンルーム内に配置され、様々な油、薬品に接する機会が多いため、その密封型転がり軸受やその構成部材であるシール部材に優れた耐薬品性が求められる。

そこで、この発明は、常時シール性を確保しつつ、吸着現象を防止すること、および耐熱性、耐薬品性に優れたシール部材を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、上記シール溝に摺接するシール部材の周縁をシールリップとするとともに、そのシールリップの内側に突起を設けて、その突起は、通常時は、シール溝内側面に非接触となっており、前記シール部材で仕切られる軸受内部と軸受外部とに圧力差が生じて前記シールリップが内側に押し込まれた際には、前記シール溝の内側面に接触し、この突起の接触により、その接触付近のシールリップを部分的に弾性変形させて、前記軸受内部と軸受外部とを連通する空気通路が形成されるようにした構成としたのである。

この構成において、吸着現象が発生すると、シールリップが内側に押し込まれるが、その押し込まれるのと同時に、突起がシール溝の内側面に押し当てられる。このとき、その突起の接触位置付近（シール溝内側面に押し当てられる付近）のシールリップは突起の存在により、他の部分に対して部分的に弾性変形される。すなわち、突起の接触位置付近のシールリップはシール溝の内側面に接触できずに、その非接触により、軸受内部と軸受外部とを連通する空気通路が形成される。

さらに、突起およびシールリップ先端部が共に、シール溝の内側面に接触した状態では、この突起とシールリップ先端部との接触圧力の違いによって、突起先端部は、その摺動抵抗がシールリップの先端部の摺動抵抗よりも大きくなる。この状態で軸受を回転させると、シールリップ先端部が凹凸状に波打つよう捩れが生じて空気通路が形成される。

このため、軸受内外の圧力バランスを瞬時に均一に保って吸着現象を防止することができる。また、この圧力バランスを保つための空気通路は、軸受内外の圧力バランスが均一になると直ちに閉じシールリップは通常状態になる。したがって、外部からの異物の進入を最小限にとどめることができ、またその空気通路は狭いものであるため、グリースが漏れることもない。

具体的には、内輪と外輪の両軌道間にボールを介在するともに潤滑剤を充填し、その両軌道の両端面をシール部材で塞ぎ、そのシール部材は、その一方の周縁部が一方の軌道の端に形成したシール溝に摺接し、他方の周縁部が他方の軌道の端に固定された転がり軸受のシール構造において、前記シール溝に摺接するシール部材の周縁をシールリップとするとともに、そのシールリップの内側に突起を設けて、その突起は、通常時は、シール溝内側面に非接触となっており、前記シール部材で仕切られる軸受内部と軸受外部とに圧力差が生じて前記シールリップが内側に押し込まれた際には、前記シール溝の内側面に接触し、この突起の接触により、その接触位置付近のシールリップを部分的に弾性変形させて、前記軸受内部と軸受外部とを連通する空気通路が形成されるようにした構成を採用したのである。

上記の構成において、上記突起が上記シールリップの内面にその先端摺接部に沿って所定の間隔に形成された構成を採用すると、吸着現象が発生した際に、前記突起がシール溝の内側面に押し当てられるとともに、この突起付近のシールリップを弾性変形させる。このため、シールリップの先端摺接部とシール溝の内側面とが離れ、突起の周囲に軸受内部と軸受外部とを連通する空気通路が形成される。

また、上記突起が上記シールリップの内面にその先端摺接部に沿って全周にわたって突出する突条により形成され、この突条を横断する方向に切り欠き溝が設けられた構成を採用すると、吸着現象が発生した際に、前記突条がシール溝の内側面に押し当てられるとともに、この突条付近のシールリップを弾性変形させる。このため、シールリップの先端摺接部とシール溝の内側面とが離れ、この突条の切り欠き溝に軸受内部と軸受外部とを連通する空気通路が形成される。

この発明は、以上のように構成したので、常時シール性を確保しつつ、吸着現象を防止することができる。

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施形態の転がり軸受を図１から図５に示す。この実施形態の転がり軸受は、図１に示すように、内輪１と、外輪２と、この内輪１と外輪２との間に転走自在に設けられたボール３と、前記内輪１および外輪２の軸方向両端面に嵌められる環状のシール部材４とから構成される。

上記内輪１の外径面に上記ボール３が転走する内輪軌道５が設けられ、上記外輪２の内径面に前記内輪軌道５に対向した外輪軌道６が設けられている。この内輪軌道５の両側方に周方向のシール溝７、７が形成され、この各シール溝７に対向した外輪２の内径面にシール部材係止溝８、８が形成されている。このシール部材係止溝８に上記シール部材４の外周縁部９が係止されている。

上記シール部材４は、芯金１０により合成ゴム等からなる弾性体１１を補強したものであり、その弾性体１１の部分に径方向内向きに延びるシールリップ１２が形成される。

上記弾性体１１に用いられる合成ゴム等として、水素添加ニトリルゴム、または耐エステルアクリルゴムを採用することができる。水素添加ニトリルゴムは、シール部材として一般的に用いられるニトリルゴムと比較して耐熱性に優れ、耐薬品性にも問題がないため、安定した性状を維持し、かつ、より高温での使用ができる。また、耐エステルアクリルゴムは、水素添加ニトリルゴムと同様にニトリルゴムと比較して耐熱性に優れ、アクリルゴムのエステル油やエアコンのコンプレッサーオイル等の薬品に対する耐薬品性を向上させたものであるため、安定した性状を維持し、かつ、より高温での使用ができる。

上記シールリップ１２は、弾性体１１の肉厚が小さくなっている腰部１３と、この腰部１３の端部から軸方向外向きに延び出したダストリップ１４と、前記腰部１３の端部から内向きに延び出し、その先端部がシール溝７の内側面１６に摺接する主リップ１５とが形成されるものである。

上記主リップ１５は、図２（ａ）に示すように、上記シール溝７の内側面１６に対向する面に、この内側面１６に向かって突出する突起１７を有する。

この突起１７は、この主リップ１５の内側に、その先端部（シール部材４の内周縁）に沿って、１ないし複数個所設けられる。

このように構成されるシール部材４は、外輪２のシール部材係止溝８に係止されると、主リップ１５の先端部がシール溝７の内側面１６に接触した状態となる（図２（ｂ）参照）。

この状態において、上記突起１７は、軸受内部と外部との圧力差がない状態では、シール溝７の内側面１６に接触しないため、シール性を損なうことはない。

次に、転がり軸受の輸送中の温度変化や、転がり軸受の回転に伴う摩擦熱の発生後、軸受が冷却された場合など、軸受内部と外部との圧力差が発生し、前記シールリップ１２が内側に押し込まれた際に、図２（ｃ）に示すように、主リップ１５に設けた突起１７がシール溝７の内側面１６に接触する。これにより、突起１７の付近の主リップ１５の先端部は、外向きに弾性変形しシール溝７の内側面１６と離れた状態となる。

この状態では、突起１７の周囲には、軸受内部と外部とを連通する空気通路１８が形成され、軸受内部と外部の圧力差が解消されて、軸受の吸着現象を防止することができる。この空気通路１８は、突起１７の周囲のみに形成されるため、突起１７が存在しない部分の主リップ１５の先端部は、シール溝７の内側面１６と接触した状態を維持し、シール性は確保される。また、軸受内部と外部の圧力差が解消すると直ちにシールリップ１２が通常の状態に戻り、シール性低下を最小限にとどめる。

また、仮に、軸受内外の圧力差が大きいために突起１７がシール溝７の内側面１６との接触により潰れたり、軸受内外の圧力差が微小である場合、図３（ａ）に示すように、前記突起１７および主リップ１５の先端部がともに、シール溝７の内側面１６に接触した吸着状態となる。

この場合での吸着状態では、シール溝７の内側面１６と接触する突起１７の先端部は、シール溝７の内側面１６と接触する主リップ１５の先端部よりも接触圧力が大きくなる。

この接触圧力の違いにより、突起１７の先端部は、その摺動抵抗が主リップ１５の先端部の摺動抵抗よりも大きくなり、この吸着状態で軸受を回転させると、図３（ｂ）に示すように、突起１７はシール溝７の内側面１６に接した状態を維持し、この内側面１６とともに回転しようとする。このとき、主リップ１５の先端部は摺動するため、図３（ｃ）に示すように、主リップ１５の先端部（シール部材４の内周縁）が凹凸状に波打つように弾性変形させられる。この主リップ１５の先端部の弾性変形時に空気通路１９が形成され、吸着が解除される。

また、この実施形態の他の実施例を図４、図５に示す。この場合の実施形態は、図４（ａ）に示すように、上記主リップ１５の内面に、その先端摺接部に沿って全周にわたって突出する突条２０を形成し、この突条２０を横断する方向に切り欠き溝２１を設けた点で前述した実施形態の場合と相違する。その他の構成は前述した実施形態の場合と同様である。

この突条２０は、図４（ｂ）に示すように、軸受内部と外部との圧力差がない状態では、シール溝７の内側面１６に接触しないため、シール性を損なうことはない。

なお、上記切り欠き溝２１は、上記突条２０の一部を切り欠いて形成されるものに限らず、主リップ１５の内面にまで達してこの突条２０を分断して形成されるものも含む。

次に、転がり軸受の輸送中の温度変化や、転がり軸受の回転に伴う摩擦熱の発生後、軸受が冷却された場合など、軸受内部と外部との圧力差が発生し、前記シールリップ１２が内側に押し込まれた際に、図４（ｃ）に示すように、主リップ１５に設けた突条２０がシール溝７の内側面１６に接触する。これにより、突条２０の付近の主リップ１５の先端部は、外向きに弾性変形しシール溝７の内側面１６と離れた状態となる。

この状態では、突条２０の切り欠き溝２１により軸受内部と外部とを連通する空気通路２２が形成され、軸受内部と外部の圧力差が解消されて、軸受の吸着現象を防止することができるとともに、主リップ１５の先端部に沿って全周に突出する突条２０が、シール溝７の内側面１６と接触しているため、シール性を確保することができる。

また、仮に、軸受内外の圧力差が大きいために突条２０がシール溝７の内側面１６との接触により潰れたり、軸受内外の圧力差が微小である場合、図５（ａ）に示すように、前記突条２０および主リップ１５の先端部がともに、シール溝７の内側面１６に接触した吸着状態となる。

この場合での吸着状態では、シール溝７の内側面１６と接触する突条２０の先端部は、シール溝７の内側面１６と接触する主リップ１５の先端部よりも接触圧力が大きくなる。

この接触圧力の違いにより、突条２０の先端部は、その摺動抵抗が主リップ１５の先端部の摺動抵抗よりも大きくなり、この吸着状態で軸受を回転させると、図５（ｂ）に示すように、突条２０はシール溝７の内側面１６に接した状態を維持し、この内側面１６とともに回転しようとする。このとき、主リップ１５の先端部は摺動するため、図５（ｃ）に示すように、主リップ１５の先端部（シール部材４の内周縁）が凹凸状に波打つように弾性変形させられる。この主リップ１５の先端部の弾性変形時に空気通路２３が形成され、吸着が解除される。

実施形態の転がり軸受を示す断面図（ａ）同上のリップに設けた突起を示す断面斜視図、（ｂ）同上のシールリップの通常状態を示す断面図、（ｃ）同上のシールリップの吸着状態を示す断面図（ａ）同上のリップおよび突起がシール溝に接触した状態を示す断面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、（ｃ）内輪を回転させた際のリップ先端部の状態を示した断面図（ａ）実施形態の他の実施例のシールリップに設けた突条を示す断面斜視図、（ｂ）同上のシールリップの通常状態を示す断面図、（ｃ）同上のシールリップの吸着状態を示す断面図（ａ）同上のリップおよび突条がシール溝に接触した状態を示す断面図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）内輪を回転させた際のリップ先端部の状態を示した断面図

符号の説明

１内輪
２外輪
３ボール
４シール部材
５内輪軌道
６外輪軌道
７シール溝
８シール部材係止溝
９外周縁部
１０芯金
１１弾性体
１２シールリップ
１３腰部
１４ダストリップ
１５主リップ
１６内側面
１７突起
１８空気通路
１９空気通路
２０突条
２１切り欠き溝
２２空気通路
２３空気通路

Claims

内輪（１）と外輪（２）の両軌道（５、６）間にボール（３）を介在するとともに潤滑剤を充填し、その両軌道（５、６）の両端面をシール部材（４）で塞ぎ、そのシール部材（４）は、その一方の周縁部が一方の軌道（５、６）の端に形成したシール溝（７）に摺接し、他方の周縁部が他方の軌道（５、６）の端に固定された転がり軸受のシール構造において、
上記シール溝（７）に摺接するシール部材（４）の周縁をシールリップ（１２）とするとともに、そのシールリップ（１２）の内面に突起（１７）を設けて、その突起（１７）は、通常時は、シール溝（７）内側面（１６）に非接触となっており、前記シール部材（４）で仕切られる軸受内部と軸受外部とに圧力差が生じて前記シールリップ（１２）が内側に押し込まれた際には、前記シール溝（７）の内側面（１６）に接触し、この突起（１７）の接触により、その接触位置付近のシールリップ（１２）を部分的に弾性変形させて、前記軸受内部と軸受外部とを連通する空気通路（１８）が形成されるようにしたことを特徴とする転がり軸受のシール構造。
上記突起（１７）が上記シールリップ（１２）の内面にその先端摺接部に沿って所定の間隔に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受のシール構造。
上記突起（１７）が上記シールリップ（１２）の内面にその先端摺接部に沿って全周にわたって突出する突条（２０）により形成され、この突条（２０）を横断する方向に切り欠き溝（２１）が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受のシール構造。
上記シール部材（４）は、弾性体（１１）を芯金（１０）で補強したものであり、前記弾性体（１１）が、水素添加ニトリルゴムまたは耐エステルアクリルゴムであることを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受のシール構造。