JP2008095753A

JP2008095753A - 転がり軸受用シール部材及び転がり軸受

Info

Publication number: JP2008095753A
Application number: JP2006275834A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Ozaki; 大輔尾▲崎▼; Kazutoshi Yamamoto; 和俊山本
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2008-04-24

Abstract

【課題】低速回転の際に生じやすい鳴き音だけでなく、高速回転の際の摺動音をも抑制することができる転がり軸受用シール部材及び転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受１０における外輪１１と内輪１２との間を塞ぐ環状のシール部材１５であって、外輪１１及び内輪１２の一方に装着されるとともに、他方に形成したシール面２３に接触する摺接面２０を備えている転がり軸受用シール部材において、摺接面２０に、摺動方向に間隔をあけて複数の突条３０を形成し、各突条３０を、摺動方向に対して垂直に延びるように形成し、その摺動方向に垂直な方向の長さが摺動方向の幅よりも大きくなるように形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は転がり軸受用シール部材及び転がり軸受に関する。

内輪及び外輪の間に複数の転動体を備えた転がり軸受において、内外輪の間に充填したグリースの漏れを防止するためにシール部材を装着したものが知られている。このシール部材は、径方向外端部が外輪の軸方向両側に固定され、径方向内端部に内輪の側面（シール面）に摺接する摺接面を備えている。
かかる転がり軸受は、シール部材の摺接面と内輪のシール面との間に潤滑不足が生じると、シール部材のスティックスリップ現象により鳴き音が発生し易くなる。そのため、下記特許文献１では、シール部材の摺接面に微細な凹凸を形成し、この凹凸の谷の部分に油を保持することによって、鳴き音の発生を防止している。
特開２００５−２７３８５４号公報

ところが、特許文献１記載の転がり軸受は、比較的低速回転で生じ易い鳴き音を防止することはできるものの、高速回転の際に発生する摺動音は防止できないことが判明した。さらに、高速回転では、摺接面に凹凸を形成していない一般的なシール部材と比較すると、かえって摺動音が大きくなるという問題が生じた。これは、微細な凸部がシール面上を摺動することで微小な振動を繰り返すためと考えられる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、低速回転の際に生じやすい鳴き音だけでなく、高速回転の際の摺動音をも抑制することができる転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明は、転がり軸受における外輪と内輪との間を塞ぐ環状のシール部材であって、前記外輪及び前記内輪の一方に固定されるとともに、他方に形成したシール面に摺動自在に接触する摺接面を備えている転がり軸受用シール部材において、
前記摺接面に、摺動方向に間隔をあけて複数の突条が形成され、各突条は、摺動方向に対して垂直に延びるとともに、その摺動方向に垂直な方向の長さが摺動方向の幅よりも大きく形成されていることを特徴としている。
ここで、突条が摺動方向に対して垂直であるということは、突条の幅方向の中心線が摺動方向に対して略垂直になっていることをいう。

これによれば、内輪と外輪とが相対回転することによって突条が周方向（摺動方向）に倒れやすくなり、特に回転起動時等の低速回転の際には、摩擦抵抗が小さくなって鳴き音の発生を防止することができる。また、突条が周方向に倒れやすくなることによって起動トルクが低減し、転がり軸受をなめらかに回転させることができる。高速回転（定常回転）の際には、突条が倒れた状態から起立状態に戻り難くなり、微小振動が少なくなって摺動音の発生を抑制することができる。

前記突条は、少なくとも摺動方向に垂直な方向の前記摺接面の幅全体に渡る長さを有していることが好ましい。これによって、シール面に対する突条の接触長さをより大きくすることができ、高速回転時の微小振動をより抑制することができる。

本発明の転がり軸受は、上記のようなシール部材を備えていることを特徴としている。

本発明によれば、低速回転の際に生じやすい鳴き音と、高速回転の際に生じやすい摺動音との双方を好適に抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。転がり軸受１０は、外輪１１と、内輪１２と、転動体としての玉１３と、保持器１４とを備え、外輪１１と内輪１２との間の環状開口部Ａが環状のシール部材１５によって密封されている。シール部材１５は、玉１３と内輪１２及び外輪１１との間に供給された潤滑剤が外部に飛散するのを防いでいるとともに、異物が転がり軸受１０内部に侵入するのを防いでいる。

シール部材１５は、芯金部材１６と、この芯金部材１６を取り囲むように芯金部材１６に固着された弾性部材１８とからなっている。弾性部材１８は、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）を用いて成形されている。弾性部材１８の径方向外端部には、外輪１１に対する固定部１７が設けられ、弾性部材１８の径方向内端部には、内輪に接触するリップ部１９が設けられている。

外輪１１の軸方向両側には、前記固定部１７を嵌合・固定するための装着溝１１ａが形成されている。内輪１２の軸方向両側には、シール部材１５のリップ部１９が入り込むとともに接触するシール溝２２が形成されている。シール溝２２は、軸方向外方に向いたシール面２３を有している。リップ部１９は、シール面２３に接触するとともに、内外輪１２，１１の相対回転でシール面２３上を摺動する摺接面２０を有している。

図２は、リップ部１９を拡大して示す斜視図、図３は、摺接面２０の正面図である。図３に示すように、リップ部１９の摺接面２０には複数の突条３０が周方向等間隔で形成されている。各突条３０は、転がり軸受１０の径方向、すなわち、周方向（回転方向；摺動方向）Ｘに垂直な方向に延びている。具体的には、突条３０は、摺接面２０の径方向の幅Ｌ１以上の径方向長さを備え、この幅Ｌ１よりも小さな周方向幅Ｗを有している。より詳しくは、図２に示すように、突条３０は、摺接面２０の径方向の幅Ｌ１を超えて上下（径方向）に延びており、リップ部１９の先端部を取り囲むように湾曲している。

図４は、図３のIV−IV矢視断面図である。突条３０の周方向の幅Ｗは、例えば、２００μｍ以下とされ、摺接面２０からの突出高さＨは、例えば、５〜５０μｍとされる。突条３０の周方向の幅Ｗは、突条３０の径方向長さ全域で略同一の寸法になっているとともに、その幅方向の中心線が周方向に対して略垂直になっている。なお、図２〜図４では、突条３０の形状を理解しやすいように、突条３０を大きく誇張して示している。

内輪１２のシール面２３（図１）には、突条３０の頂面３０ａが接触している。すなわち、本実施形態では、摺接面２０全体がシール面２３に接触するのではなく、突条３０の頂面３０ａが接触する。したがって、摺接面２０全体がシール面２３に接触する場合に比べて接触面積が小さくなっている。また、突条３０は、その頂面３０ａのうち、摺接面２０の径方向幅Ｌ１の範囲にある部分がシール面２３に接触している。したがって、シール面２３に対する突条３０の接触面の径方向長さは、摺接面２０の径方向の幅Ｌ１と略同じ又はそれ以上となり、当該接触面の周方向の幅は、突条３０の周方向の幅Ｗと同じとなる。

突条３０は、周方向の幅Ｗが径方向の長さよりも小さくなっているので、内輪１２と外輪１１とが相対回転すると、図５に示すように、周方向に倒れ（傾き）易くなる。そのため、回転起動時等の低速回転域（例えば１００〜２００ｍｉｎ^−１）では、摩擦係数の速度依存性が小さくなり（回転速度に対する摩擦係数の負勾配が小さくなり）、摩擦係数が小さくなるとともに、スティックスリップ現象による突条３０の自励振動が発生し難くなっている。これにより、鳴き音の発生を抑制することができる。また、起動時の摩擦係数が小さくなるので、起動トルクが低減され、滑らかに回転を開始することができる。

また、突条３０は、径方向の長さが周方向の幅Ｗよりも大きくなっているので、周方向に倒れた状態から起立状態に戻りにくくなっている。これは、シール面２３の粗さに対して、シール面２３に対する接触面の径方向長さＬ１の範囲では、突条３０はいずれかの位置で必ずシール面２３に接触すると考えられるからである。そのため、高速回転域（例えば、１５００ｍｉｎ^−１）において、突条３０が、倒れた姿勢と起立姿勢との間を行き来するような微小振動を行わなくなり、当該振動に起因する摺動音の発生が抑制される。また、この効果は、突条３０が摺接面２０を超えて径方向に長く形成されることによって顕著となる。

以上のような本実施形態の効果を検証するため、鳴き音及び摺動音の発生に関する試験を行った。以下、試験の内容及び結果について説明する。
図６は、試験装置の概略図、図７は、試験片の正面図、図８は、図７のVIII部における部分斜視図である。図６において、試験装置４０は、ベース４０Ａ上にモータ４１を支持し、可動台４６をモータ４１に対して近接離反可能に設けている。モータ４１の出力軸には、水平に配置された試験軸４２が装着されている。可動台４６には、ロードセル４４を介して装着台４７が設けられ、この装着台４７に、試験軸４２の先端面と対向するように試験片４５が装着される。

試験では、可動台４６をモータ４１側に移動することによって試験片４５を所定の力で試験軸４２に押し当て、両者４５，４２の摺接により発生する音をニードルマイクロホン４３によって測定した。なお、試験軸４２は、ＳＵＪ２（軸受鋼）により形成し、その先端面の中心線平均粗さＲａを０．０４μｍとした。

図７に示すように、試験片４５は、装着台４７（図６）に取り付けられるベース５１の表面に、平面視円環状の突部５２を突出したものである。突部５２は、外径φｅ１を１０ｍｍとし、内径φｅ２を６ｍｍとし、高さｆを２ｍｍとした。そして、本発明に相当する試験片４５と、比較例に係る試験片４５とをそれぞれ作成した。表１に各試験片４５についてまとめた。

表１において、Ａは比較例１であって、突部５２の頂面を略平坦にしたものである。突部５２の頂面の中心線平均粗さＲａは、０．２μｍとした。
Ｂは比較例２であって、図８（Ａ）に示すように、突部５２の頂面に微細な凹凸５３を形成したものである。突部５２の頂面の中心線平均粗さＲａは、３．４μｍとした。この試験片４５は、サンドブラスト（粒度＃２０）により微細な凹凸面を形成した金型を用いて成形した。
Ｃは比較例３であって、図８（Ｂ）に示すように、突部５２の頂面に円柱状突起５４を形成したものである。この試験片４５は、エッチングにより円柱状の凹みを形成した金型を用いて成形し、図８（Ｂ）の寸法ａを１００μｍとし、寸法ｂを８μｍとした。

Ｄは本発明１であり、図８（Ｃ）に示すように、直方体形状の突条５５（本発明の突条３０（図２）に相当）を突部５２の頂面に周方向に複数形成したものである。この試験片４５は、エッチングにより直方体状の溝を形成した金型を用いて成型し、図８（Ｃ）の寸法ｃを９５μｍとし、寸法ｄを８μｍとした。突条５５は寸法ｄの長さ方向全域で略一定の幅寸法ｃとなっているとともに、突条５５の幅方向の中心線が、突部５２（図７）の径方向と略一致している。
Ｅは本発明２であり、図８（Ｃ）の寸法ｃ，ｄ以外は、Ｄの本発明１と同様である。当該寸法ｃは２６０μｍ、寸法ｄは６０μｍであり、本発明１よりも突条５５を大きく形成した。
また、本発明１，２では、隣接する突条５５の相対角度（突部５２の中心角）θを１５°とした。

その他の試験条件として、試験片４５と試験軸４２との間の接触面はドライ（無潤滑）状態とし、試験軸４２の回転速度は１００ｍｉｎ^−１（試験１）及び１５００ｍｉｎ^−１（試験２）とした。試験片４５と試験軸４２との接触面にかかる垂直加重は１．５Ｎとした。

試験１では、試験軸４２を低速回転（１００ｍｉｎ^−１）させて、鳴き音の発生を調べた。図９は、試験１における音圧レベル（Sound Level）をＦＦＴパワースペクトルで表したグラフである。このグラフでは、Ａ（比較例１）とＤ（本発明１）のみを示した。Ａ（比較例１）では、９ｋＨｚ付近で最大６０ｄＢを示し、その前後の周波数域でも高い音圧レベルとなっている。これに対して、Ｄ（本発明１）では、５．３ｋＨｚ付近で最大３０ｄＢ弱の音圧レベルとなるが、その他の周波数域では概ね２０ｄＢ以下、特に１０ｋＨｚ以上の周波数域で約１０ｄＢ以下となった。この結果から、本発明１では、低速回転域での鳴き音の発生が好適に抑制されていることがわかる。また、グラフには示していないが、Ｂ（比較例２）及びＥ（本発明２）の場合も、本発明１とほぼ同様に低い音圧レベルとなり、鳴き音の発生を抑制できた。Ｃ（比較例３）では、鳴き音の発生が確認された。

試験２では、試験軸４２を高速回転（１５００ｍｉｎ^−１）させて、摺動音の発生を調べた。図１０は、試験２における音圧レベルをＦＦＴパワースペクトルで表したグラフである。９ｋＨｚまでの周波数域では、Ａ〜Ｃ（比較例１〜３）、Ｄ，Ｅ（本発明１，２）とも、ほぼ同じ音圧レベルで推移している。９ｋＨｚを超える周波数域では、Ａ（比較例１）がもっとも低い音圧レベルを示した。次いで、Ｄ（本発明１），Ｅ（本発明２），Ｂ（比較例２），Ｃ（比較例３）の順で音圧レベルが高くなった。

以上の結果から、Ａの比較例１は、高速回転域での摺動音は最も小さいが、低速回転域での鳴き音は大きくなる。Ｂの比較例２は、低速回転域での鳴き音は抑制できるものの、高速回転域での摺動音はやや大きくなり、Ｃの比較例３では、低速回転域の鳴き音と、高速回転域の摺動音との双方が大きくなっている。これに対して、Ｄ，Ｅの本発明１，２では、高速回転域において、Ａの比較例１よりも音圧レベルが若干大きくなったが、低速回転域の鳴き音を比較すると、比較例１よりも大幅に低減されている。したがって、本発明１，２は、低速回転域での鳴き音と、高速回転域での摺動音とをバランスよく抑制できることがわかる。また、高速回転域の摺動音抑制に関しては、本発明２よりも本発明１の条件の方が優れていることがわかる。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、突条３０の径方向の長さは、リップ部１９の摺接面２０の径方向幅Ｌ１と同じ寸法に形成することもできる。

図１は、本発明の実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。リップ部を拡大して示す斜視図である。摺接面の正面図である。図３のIV−IV矢視断面図である。突条が周方向に倒れた様子を示す図４に相当する断面図である。試験装置の概略図である。試験片の正面図である。図７のVIII部の部分斜視図である。音圧レベルをＦＦＴパワースペクトルで表したグラフである。音圧レベルをＦＦＴパワースペクトルで表したグラフである。

符号の説明

１０転がり軸受
１１外輪
１２内輪
１３転動体
１５シール部材
１９リップ部
２０摺接面
２３シール面
３０突条

Claims

転がり軸受における外輪と内輪との間を塞ぐ環状のシール部材であって、前記外輪及び前記内輪の一方に固定されるとともに、他方に形成したシール面に摺動自在に接触する摺接面を備えている転がり軸受用シール部材において、
前記摺接面に、摺動方向に間隔をあけて複数の突条が形成され、各突条は、摺動方向に対して垂直に延びるとともに、その摺動方向に垂直な方向の長さが摺動方向の幅よりも大きく形成されていることを特徴とする転がり軸受用シール部材。
前記突条は、少なくとも摺動方向に垂直な方向の前記摺接面の幅全体に渡る長さを有している請求項１記載の転がり軸受用シール部材。
請求項１又は２記載のシール部材を備えていることを特徴とする転がり軸受。