JP2008275018A - 転がり軸受のスリンガ構造スリンガ構造を有する密封機構密封機構を備えた転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】回転輪に嵌合されるスリンガ構造であって、締代を上げたり、コスト高を招いたりすることなく、そのスリンガ構造のクリープ防止を図る。
【解決手段】内輪Ｉｒと外輪Ｏｒとの間に複数個の転動体Ｂを組み込んでなる転がり軸受の軸受内部への異物侵入を防止するスリンガ構造Ｆであって、スリンガ構造Ｆは、少なくとも、内輪Ｉｒに嵌め合わされる突起Ｔを円周方向に複数個設けた円筒部３と、円筒部３から軸方向に延設される円環部４とからなるスリンガＦ１と、円筒部３の嵌合面側で一体に配設され、内輪Ｉｒとの間で接触のシール領域ＳＡ４を形成する弾性部材Ｒを含んで構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転輪と、固定輪と、これら回転輪と固定輪との間に組み込まれる複数個の転動体とを含む転がり軸受の軸受内部に、水やゴミなどの異物が侵入しないように防止するスリンガ構造、そのスリンガ構造を有する密封機構、およびその密封機構を備えた転がり軸受であって、特にスリンガのクリープを抑制する技術に関する。

昨今、パックシールやエンコーダの普及に伴い、回転輪（例えば内輪やハブ軸など）の外径面に嵌合する円筒部と該円筒部から径方向に延設された円環部からなる断面視略Ｌ字形のスリンガ（芯金として用いられる場合も含む。）が用いられている構造が増加している。このスリンガは、軸受内部への水やゴミなどの異物侵入を防止する役割とともに、回転検出機構を構成する磁気エンコーダを取り付ける役割を担っている。

このようなスリンガは、通常、プレス機を用い、ブランキング（打ち抜き）加工、バーリング加工を介して円筒部および円環部が形成されている。しかし、内輪の外径面と嵌合する円筒部の内径面は、素材板厚のばらつきや、プレス型の摩耗などの影響により、スプリングバック量が大きくなったり、ショックラインが発生したりして内径寸法に不安定さがある。

上述のように、スリンガの円筒部の内径寸法が不安定であると、締代が不足し、嵌合力が低下してスリンガがクリープし易くなる。特にホイール軸受などのように大きなモーメント荷重が負荷される軸受ユニットの回転輪に、スリンガを嵌合する場合は、荷重による軌道輪の変形状態が回転位相とともに変化し、よりクリープを発生し易い。そこで、このようなクリープ防止技術の提供が切実に望まれているのが現状である。

例えば、このようなクリープを止めるには嵌合面の締代を上げればよいが、締代を上げるとスリンガの円環部（フランジ部ともいう）の直角度が悪化し、シールの締代や、センサのエアギャップ（円環部に設けられた磁気エンコーダとセンサとの間の隙間）が安定しない状態となり好ましいものではない。
また、不安定さの解消のためには、スリンガの円筒部内径面にシェービング加工を施し、スプリングバックやショックラインを抑制することも考えられるが、精密な超硬型が必要となり、また型の位置や摩耗の管理も厳しくなるためコスト高を招くこととなる。
さらに、シェービング加工を施すと、加工目がアキシアル方向に入るため、その加工目に沿って軸受内に水などが浸入してしまう虞もあった。

そこで、特許文献１には、スリンガＦ１における円筒部３の内径面Ｄ５をゴムなどの弾性体Ｒで被覆したゴム面を嵌合面とし、かつその嵌合面（ゴム面）に突起（ゴム突起）Ｔを形成して締代を持たせている技術が開示されている（図６参照）。
しかし、このような突起Ｔを含む嵌合面（ゴム面）では、負荷荷重が大きい状況下で使用される軸受の場合、それに相応しい嵌合力が得られず、スリンガＦ１のクリープ防止を図る技術の提供という所期の目的は達成し得ていないものである。
実公平８−３７５９号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、回転輪に嵌合されるスリンガ構造であって、締代を上げたり、コスト高を招いたりすることなく、そのスリンガ構造のクリープ防止を図ることにある。

このような目的を達成するために、第１の発明は、回転輪と、固定輪と、これら回転輪と固定輪との間に組み込まれる複数個の転動体とで構成された転がり軸受の軸受内部への異物侵入を防止するスリンガ構造であって、スリンガ構造は、少なくとも、回転輪に嵌め合わされる突起を円周方向に複数個設けた円筒部と、該円筒部から軸方向に延設される円環部とからなるスリンガと、前記円筒部の嵌合面側で一体に配設され、回転輪との間で接触のシール領域を形成する弾性部材を含むことを特徴とする転がり軸受のスリンガ構造としたことである。

第２の発明は、第１の発明において、スリンガの円環部にエンコーダが備えられていることを特徴とする転がり軸受のスリンガ構造としたことである。

第３の発明は、第１又は第２の発明のスリンガ構造に、固定輪側に嵌め合わされ、スリンガの円筒部の固定輪対向面側と円環部の軸受内部対向側のいずれか一方若しくは双方との間でシール領域を形成するシール部材を組み込んだことを特徴とする転がり軸受の密封機構としたことである。

第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明に係るスリンガ構造を構成するスリンガの円筒部に設けられた突起が係合する凹部を回転輪に設けたことを特徴とする転がり軸受としたことである。

第５の発明は、第４の発明において、凹部は、回転輪の軸方向でスリンガの組み込み方向端面まで連続して設けられていることを特徴とする転がり軸受としたことである。

第６の発明は、第４又は第５の発明の転がり軸受が、複列の転がり軸受としたことである。

本発明によれば、回転輪に嵌合されるスリンガ構造であって、締代を上げたり、コスト高を招いたりすることなく、そのスリンガ構造のクリープ防止を図ることができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る転がり軸受のスリンガ構造について添付図面を参照して説明する。なお、本実施の形態は、複列の転がり軸受に組み込まれるスリンガ構造について図示説明するが、本発明は、スリンガ構造の改良であるため、特に図示した複列の軸受形式に限定解釈されるものではなく、単列の転がり軸受であってもよく本発明の範囲内で転がり軸受の全般に適用可能である。

図１及び図２は実施例１を示し、本実施例は、それぞれ内径面Ｄ２を回転軸に嵌合し、外径面Ｄ１に周方向に連続する単一の軌道面１を有する２個の内輪（回転輪）Ｉｒ，Ｉｒと、外径面Ｄ３をハウジングなどに嵌合し、内径面Ｄ４に周方向に連続する２本の軌道面２，２を所定間隔をあけて平行に有してなる１個の外輪（固定輪）Ｏｒと、これら内輪Ｉｒと外輪Ｏｒとの間に２列で組み込まれる複数個の玉（転動体）Ｂとを含む複列のアンギュラ玉軸受（転がり軸受）である。そして、前記内輪Ｉｒと外輪Ｏｒとの間に、その軸受内部を密封する密封機構Ｓを備えている。
また、本実施例では転動体として玉Ｂを例示しているが、本発明の範囲内において、ころを適用することも可能である。

図２は、本実施例の密封機構Ｓの一例を示し、密封機構Ｓは、スリンガ構造Ｆとシール部材Ｓ１とで構成されるパックシールに本発明を採用した実施の一例である。

スリンガ構造Ｆは、内輪Ｉｒに嵌め合わされるスリンガＦ１と、該スリンガＦ１と内輪Ｉｒとの間でシール機能を発揮する弾性部材Ｒとで構成されている。

スリンガＦ１は、内輪Ｉｒの外径面Ｄ１に嵌合される円筒部３と、該円筒部３の一端から径方向に延設された円環部４とで構成されている。

円筒部３は、内輪Ｉｒの外径面Ｄ１よりも大径の内径面Ｄ５を有するとともに、その内径面Ｄ５側に、複数個の突起Ｔを設けて構成されている。

この突起Ｔは、その先端Ｔ１の径Ｄ６が内輪Ｉｒの外径面Ｄ１に所定の締代をもって嵌め合わされるように、内輪Ｉｒの外径面Ｄ１よりも小径に形成されている。
本実施例において突起Ｔは、円筒部３の円環部４寄りの領域で、円周方向に等間隔で、かつ同一の突出高さ（それぞれ先端Ｔ１の径が、同一径Ｄ６をもって形成されている。）をもって複数個凸状に形成されている。本実施例では、図示したように円すい形状に形成されている。

なお、突起Ｔの配設間隔は本実施例に限定解釈されるものではなく、本発明の範囲内で設計変更可能である。また、突起Ｔの突出高さ（先端Ｔ１の径Ｄ６）も本実施例に限定解釈されるものではなく、本発明の範囲内で設計変更可能である。
本実施例では、等間隔に突起Ｔを配設しているが、等間隔ではない形態も本発明の範囲内である。さらに、本実施例では、周方向に一列で複数個の突起Ｔを形成しているが、軸方向に副列で形成するものであってもよい。また、本実施例では、突起Ｔはそれぞれ独立して形成されているが、各突起Ｔが周方向に連続する突条に形成されるものであってもよい。

円環部４は、円筒部３の一端（軸受外方側の端部）３ａから径方向に一体に延設され、その外径４ａが、外輪Ｏｒの内径面Ｄ２と非接触で、その内径面Ｄ２との間で所定の隙間をもって配設されるように、前記内径面Ｄ２よりも小径に形成されている。

弾性部材Ｒは、少なくとも前記円筒部３の嵌合面側で加硫成形されて一体に配設され、内輪Ｉｒとの間で接触のシール領域ＳＡ４を形成している。本実施例では、円筒部３の内径面Ｄ５の軸方向略中央位置から円環部非延設側端部（軸受内部側の端部）３ｃにわたり円筒状に所定厚さをもって備えられるとともに、前記端部３ｃを外径面Ｄ７側にわたって被覆して備えられている。
この場合、弾性部材Ｒは、円筒部３を内輪Ｉｒに嵌め合わせる以前の状態（非圧接状態）で、前記突起Ｔの先端Ｔ１の径Ｄ６よりもその内径を小径に形成し、突起Ｔが内輪Ｉｒの外径面Ｄ１に嵌め合わされた際に、内輪外径面Ｄ１との間で圧接されるように設計される。
なお、各突起Ｔ領域を除く円筒部３の内径面Ｄ５全領域にわたって弾性部材Ｒを備えることも本発明の範囲内であって、適宜実施の形態に応じて設計変更可能である。
このように、円筒部３の内径面Ｄ５に弾性部材Ｒを配設することにより、その弾性部材Ｒが接触のシール領域ＳＡ４として機能し、円筒部３と内輪Ｉｒとの間からの水、ゴミなどの異物の侵入を防止する。

本実施例では、プレス機を用い、ブランキング（打ち抜き）加工、バーリング加工を介して円筒部３および円環部４からなる断面視略Ｌ字形状にスリンガＦ１を形成する。
そして次に、円筒部３の内径面Ｄ５側に、所定のダイを挿入し、円筒部３の外径面Ｄ７側から、内径面Ｄ５方向に向かって、凸型（矢型）で半抜き状態に押圧して突起Ｔを形成している。よって、突起Ｔを形成した外径面Ｄ７側の対応位置には円すい状の凹部９が形成される。そして、円筒部３の内径面Ｄ５から円環部非延設側端部（軸受内部側の端部）３ｃを周って外径面Ｄ７に至る弾性部材Ｒを加硫成形により被覆固定する。

シール部材Ｓ１は、固定輪Ｏｒ側に嵌め合わされ、スリンガＦ１の円筒部３の外径面（固定輪対向面側）Ｄ７と円環部４の軸受内部対向面４ｂとの間でシール領域を形成する第一乃至第三のシールリップＬ１，Ｌ２，Ｌ３を備えて構成されている。具体的には、例えば、図２（ａ）に示すように、円筒部５と、該円筒部５の一端側から延設される円環部６で構成された断面視略Ｌ字形状の芯金７と、該芯金７を被覆する弾性部材Ｒ２とで構成され、その弾性部材Ｒ２の内径側端部Ｒ３から断面視略Ｖ字形状に分岐し、内向き（軸方向内向き）に延設された円すい状の第一のシールリップ（オイルシールリップ）Ｌ１と、外向き（軸方向外向き）に延設された円すい状の第二のシールリップ（ダストシールリップ）Ｌ２が、それぞれ一体に形成され、そしてその弾性部材Ｒ２の軸受外方に向いた面８から略円すい形状に延設された第三のシールリップ（ダストシールリップ）Ｌ３が一体に形成されている。
従って、本実施例では、第一のシールリップＬ１からなる接触の第一のシール領域ＳＡ１と、第二のシールリップＬ２からなる接触の第二のシール領域ＳＡ２と、第三のシールリップＬ３からなる接触の第三のシール領域ＳＡ３、及びスリンガＦ１の円環部外径４ａとシール部材Ｓ１との間で非接触の状態で形成されるラビリンスからなるシール領域ＳＡ５を備えている。

この場合において、円筒部３の外径面Ｄ７と接触する第一のシールリップＬ１と第二のシールリップＬ２は、突起Ｔを内径面Ｄ５側に突設した際に円筒部３の外径面Ｄ７に設けられる凹部９を避けて摺接するように設計する。

図２（ｂ）は、弾性部材Ｒの構成において図２（ａ）と相違している密封機構Ｓの他の実施の一例である。すなわち、弾性部材Ｒは、図２（ａ）では、所定厚さの円筒状に形成されている実施の一例を示したが、本図示例では、例えば円周方向に連続するリップＬ４が軸方向に複数列形成され、それぞれのリップＬ４が内輪Ｉｒの外径面Ｄ１と摺接する実施の一形態である。
リップ形状、リップ長さ（高さ）リップ数などは限定解釈されるものではなく、本発明の範囲内で設計変更可能である。なお、リップＬ４の突出高さは、突起Ｔが内輪Ｉｒの外径面Ｄ１に嵌め合わされた際に、圧接されるように形成される。
また、この図示例では、スリンガＦ１の円筒部３に形成される突起Ｔの突設位置が、円筒部３における軸方向中央位置に設計されている点で図２（ａ）の実施形態と相違する。
さらに、この図示例では、シール部材Ｓ１における第一のシールリップＬ１と第二のシールリップＬ２の分岐点が、内径側端部Ｒ３の位置から、軸受外方側に寄った位置に設計されている点においても図２（ａ）の実施形態と相違する。なお、第一乃至第三のシールリップＬ１，Ｌ２，Ｌ３形状も図２（ａ）の実施形態と相違するがこのリップ形状に何等限定解釈されるものではない。
その他の構成及び作用効果は図２（ａ）に開示の実施例と同様であるため同一箇所に同一符号を付してその説明を省略する。

図２（ｃ）は、スリンガＦ１の円環部４の外面（軸方向外側の面）４ｃに、例えば車両側に備えられた図示しないセンサとともに回転検出機構を構成する弾性部材からなる磁気エンコーダＥを備えた実施の形態である。
この図示例によれば、突起Ｔは、スリンガＦ１の円筒部３の円環部非延設側端部（軸受内部側の端部）３ｃ寄りの領域に設計されている点で図２（ａ）（ｂ）の実施形態と相違する。
また、この図示例の場合、特に円筒部３の内径面Ｄ５に弾性部材Ｒを備えていない。すなわち、本図示例の場合には、磁気エンコーダＥの内径Ｅ１を、内輪外径面Ｄ１よりも小径に形成し、その内径Ｅ１を内輪外径面Ｄ１に摺接させることにより接触のシール領域ＳＡ５を形成している。
その他の構成及び作用効果は図２（ａ）に開示の実施例と同様であるため同一箇所に同一符号を付してその説明を省略する。
なお、図２（ａ）（ｂ）の形態のスリンガＦ１に、この図示例に開示の磁気エンコーダＥを配設することも可能で、本発明の範囲内で設計変更可能である。

従って、突起Ｔを介して内輪Ｉｒの外径面Ｄ１と小さい面積で嵌め合わせることにより、嵌め合わせ領域の滑りに対する耐性を上げ、スリンガ内径面Ｄ５を内輪外径面Ｄ１と離間させ、荷重による軌道輪の変形を、図３に示すようにスリンガ内径面Ｄ５の突起Ｔ，Ｔ間の変形（突起Ｔ，Ｔ間の曲率が変化）で逃がすことにより、クリープ力の発生を防ぐことができる。
これにより、シール部材Ｓ１のシールリップ締代の安定が図れ、かつ回転検出機構を備える軸受にあっては、センサと多極磁石エンコーダＥとの間の隙間（エアギャップ）の安定化が図れることとなるため、軸受の耐水性向上と回転検出機構のセンサの信号精度の向上に寄与する。

図４及び図５は本発明の実施例２を示す。
本実施例では、車輪支持用のハブユニット軸受に本発明を採用した実施の一例である。
ハブユニット軸受は、図示しない車体側に固定されるフランジ（外輪側フランジ）１０を備えるとともに、軌道面２，２が備えられる静止輪（外輪）Ｏｒと、図示しない制動部材（ブレーキロータ）及び車輪が取り付けられるフランジ（ハブフランジ）１１を備えるとともに、軌道面１２ａが備えられる回転輪（ハブ軸）１２と、該回転輪１２の外径に嵌合かつかしめ固定されるとともに、軌道面１３ａが備えられる別体内輪１３と、前記軌道面２，２と軌道面１２ａ及び１３ａとの間に転動可能に組み込まれる複数個の転動体（玉）Ｂ…，Ｂ…とを備えて構成されている。
本実施例では、図５（ａ）及び（ｂ）に示すようにスリンガＦ１に多極磁石エンコーダＥを備えたスリンガ構造Ｆと、図５（ｃ）に示すようにスリンガ構造Ｆを含むパックシールが組み込まれた一例を示す。なお、上述したハブユニット軸受の基本的構成は特に限定解釈されるものではなく現在知られている構成でよく、かつスリンガ構造Ｆ及びパックシール構造は上述した実施例１と同様であるためここでの詳細は省略し、本実施例では、その特徴的な構成についての説明に留める。また、本実施例はハブユニット軸受に採用した実施の一例であるが、転がり軸受構造の全般に本実施例が適用可能である。

本実施例では、スリンガＦ１の円筒部１３の内径面Ｄ５の突起Ｔと対向する別体内輪１３の外径面Ｄ１に、該突起Ｔが係合可能な凹部１４を設け、突起Ｔと凹部１４との係合作用によりさらにクリープの抑制効果を高める点にその特徴を有している。
以下、その実施の一例を開示して説明する。

図５（ａ）は、円筒部３の内径面Ｄ５に、周方向で所定間隔をあけて複数個の突起Ｔを設けたスリンガＦ１と、該スリンガＦ１の円環部４の外面（軸方向外側の面）４ｃに多極磁石エンコーダＥを一体に備えたスリンガ構造Ｆで、その各突起Ｔがそれぞれ係合可能な複数個の凹部１４が、別体内輪１３の外径面Ｄ１の所定位置に設けられている。

凹部１４は、本実施例では、突起Ｔの円すい形状に対応した円すい形状の凹部形状としている。なお、凹部１４の形状、配設数、配設間隔及び軸方向の配設列数などは突起Ｔとの関係において本発明の範囲内で適宜決定可能である。
なお、本実施例においても、実施例１で開示した弾性部材Ｒ（図２（ａ）や図２（ｂ）にて開示した弾性部材）が円筒部３に一体に備えられ、別体内輪１３の外径面Ｄ１との間で接触のシール領域を形成しているが、図面ではその弾性部材Ｒを省略している。なお、本実施例は多極磁石エンコーダＥを備えているため、実施例１の図２（ｃ）と同様に、多極磁石エンコーダＥの内径Ｅ１が別体内輪１３の外径面Ｄ１に接触して接触のシール領域を形成するものとしてもよく、本発明の範囲内で設計変更可能である。

図５（ｂ）乃至（ｄ）は、本実施例の変形例で、凹部１４は、別体内輪１３の外径面Ｄ１の軸方向でスリンガＦ１の組み込み方向端面１５まで連続して設けられている、いわゆる凹溝形状に形成されている実施の一例である。図５（ｂ）は、突起Ｔが凹溝形状を有する凹部１４に係合している状態を示す概略断面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のC−C線断面図、図５（ｄ）はパックシールを用いた実施の一例を示す断面図である。
凹部１４を、このような凹溝形状に形成したのは、スリンガＦ１を別体内輪１３の外径面Ｄ１に嵌め合わせる際の突起Ｔとの位相合わせ容易化のためであり、このような構成を採用することにより、スリンガＦ１の別体内輪１３の外径面Ｄ１への嵌め合わせ及び凹部１４への突起Ｔの係合作業が容易かつ確実となる。
別体内輪１３の外径面Ｄ１に設けられる凹部１４のうち、少なくとも一つが、このように凹溝形状に形成されている凹部１４であればよい。なお、複数個の凹部、あるいは全ての凹部を、このように凹溝形状に形成してもよい。

なお、このように別体内輪１３の外径面Ｄ１に形成される凹部１４は、熱処理前に鍛造で形成しておけば、内輪は、従来の工程（例えば、鍛造→旋削→熱処理→軌道面と外径の同時研削）を利用して成形できる。

本発明の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の密封機構を拡大して示す実施例で、（ａ）はスリンガの円筒部内径面と内輪との間の隙間をガスケットタイプのシール部材でシールしている形態の断面図、（ｂ）はスリンガの円筒部内径面と内輪との間の隙間を多数のシールリップを備えたシール部材でシールしている形態の断面図、（ｃ）はスリンガの円環部の外周面に弾性部材を設け、その内径側を内輪の外径面に摺接させている形態の断面図である。 荷重による軌道輪の変形を、スリンガの円筒部における突起間の変形によって逃がしている状態の一部を示す概略断面図である。 本発明の他の実施の一形態を示す概略断面図である。 （ａ）は、スリンガの突起と、該突起が係合する凹部との関係を拡大して示す断面図、（ｂ）は内輪の軸方向でスリンガの組み込み方向端面まで凹部が連続して設けられている形態の断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｄ）は外輪に嵌合されて、スリンガとの間でシール領域を形成するシール部材を組み合わせてなるパックシールとした形態の断面図である。 スリンガの円筒部内径面を弾性部材で被覆し、その弾性部材の嵌合面側に小突起を設けてなる従来技術を示す断面図である。

符号の説明

Ｉｒ 回転輪（内輪）
Ｏｒ 固定輪（外輪）
Ｂ 転動体
Ｆ スリンガ構造
Ｔ 突起
３ 円筒部
４ 円環部
Ｆ１スリンガ
Ｒ 弾性部材

Claims (6)

1. 回転輪と、固定輪と、これら回転輪と固定輪との間に組み込まれる複数個の転動体とで構成された転がり軸受の軸受内部への異物侵入を防止するスリンガ構造であって、
   スリンガ構造は、少なくとも、
   回転輪に嵌め合わされる突起を円周方向に複数個設けた円筒部と、該円筒部から軸方向に延設される円環部とからなるスリンガと、
   前記円筒部の嵌合面側で一体に配設され、回転輪との間で接触のシール領域を形成する弾性部材を含むことを特徴とする転がり軸受のスリンガ構造。
2. スリンガの円環部に、回転検出機構を構成する磁気エンコーダが備えられていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受のスリンガ構造。
3. 請求項１又は２に記載のスリンガ構造に、
   固定輪側に嵌め合わされ、スリンガの円筒部の固定輪対向面側と円環部の軸受内部対向側のいずれか一方若しくは双方との間でシール領域を形成するシール部材を組み込んだことを特徴とする転がり軸受の密封機構。
4. 請求項１乃至３に記載のスリンガ構造を構成するスリンガの円筒部に設けられた突起が係合する凹部を回転輪に設けたことを特徴とする転がり軸受。
5. 凹部は、回転輪の軸方向でスリンガの組み込み方向端面まで連続して設けられていることを特徴とする請求項４に記載の転がり軸受。
6. 複列の転がり軸受であることを特徴とする請求項４又は５に記載の転がり軸受。

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