JP2009036283A

JP2009036283A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2009036283A
Application number: JP2007200408A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nakamura; 雄二中村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2027-08-01
Also published as: JP4924272B2

Abstract

【課題】潤滑剤の漏れ防止対策が施された転がり軸受を提供する。
【解決手段】相対回転可能に対向配置された軌道輪(外輪２、内輪４)と、軌道輪間に摺接した状態で嵌合され且つ当該軌道輪間に区画された軸受内部を軸受外部から密封するためのシール構造(パックシール１０Ｐ)とを備えた転がり軸受であって、シール構造は、軸受内部の圧力を大気圧以下に維持した状態で軌道輪間に嵌合される。この場合、シール構造を軌道輪間に嵌合した状態において、当該シール構造の容積分の空気が圧縮されて軸受内部に加わることにより、軸受内部の圧力が大気圧と略同程度に設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、潤滑剤の漏れ防止対策が施された転がり軸受に関する。

従来、例えば自動車や鉄道などの各種車両、或いは、その他の機械装置には、回転軸を回転自在に支持するための転がり軸受が用いられており、当該軸受には、軸受内部を軸受外部から密封するためのシール構造が設けられている(特許文献１)。一例として図１(ａ)には、自動車の駆動輪用軸受が示されており、後述する回転輪４(ハブ１２)には、等速ジョイントＣＶＪのスプライン軸(図示しない)を嵌入するためのスプライン孔４ｈがパイロット部１２ｄに向けて貫通して形成されている。

かかる転がり軸受は、車体側構成品に固定されて常時非回転状態に維持される静止輪(外輪)２と、静止輪２の内側に対向して設けられ且つ車輪側構成品(例えば、車輪)に接続されて共に回転する回転輪(内輪)４と、静止輪２と回転輪４との間に複列(例えば２列)で回転可能に組み込まれた複数の転動体6,8とを備えており、静止輪２と回転輪４との間には、軸受内部を軸受外部から密封するためのシール構造(車輪側のリップシール１０Ｌ、車体側のパックシール１０Ｐ)が設けられている。

静止輪(外輪)２には、その外周側から外方に向って突出した固定フランジ２ａが一体成形されており、固定フランジ２ａの固定孔２ｂに固定用ボルト(図示しない)を挿入し、これを車体側構成品に締結することで、静止輪２を図示しない懸架装置(ナックル)に固定することができる。一方、回転輪(内輪)４には、例えば自動車のディスクホイール(図示しない)を支持しつつ共に回転する略円筒形状のハブ(スピンドル)１２が設けられており、ハブ１２には、ディスクホイールが固定されるハブフランジ１２ａが突設されている。

ハブフランジ１２ａは、静止輪(外輪)２を越えて外方(ハブ１２の半径方向外側)に向って延出しており、その延出縁付近には、周方向に沿って所定間隔で配置された複数のハブボルト１４が設けられている。この場合、複数のハブボルト１４をディスクホイールに形成されたボルト孔(図示しない)に差し込んでハブナット(図示しない)で締付けることにより、当該ディスクホイールをハブフランジ１２ａに対して位置決めして固定することができる。このとき、ハブ１２の車輪側に突設されたパイロット部１２ｄによって車輪の径方向の位置決めが成される。

また、ハブ１２(回転輪４)には、その車体側の嵌合面４ｎに環状の回転輪構成体１６(ハブ１２と共に回転輪４を構成する別体内輪)が嵌合(外嵌)されるようになっている。この場合、例えば静止輪２と回転輪４との間に複数の転動体6,8を保持器１８で保持した状態で、回転輪構成体１６を嵌合面４ｎに形成された段部１２ｂまで嵌合(外嵌)した後、ハブ１２の車体側端部の加締め領域１２ｃを塑性変形させて、当該加締め領域１２ｃを回転輪構成体１６の周端部１６ｓに沿って加締める(密着させる)ことで、当該回転輪構成体１６を回転輪４(ハブ１２)に固定することができる。

このような軸受ユニットに設けられたシール構造において、リップシール１０Ｌは、静止輪２の車輪側の固定面２ｎ-1に固定され、回転輪４(ハブ１２)の摺動面４ｎ-1に対して摺動自在に位置決めされている。一方、パックシール１０Ｐは、静止輪２の車体側の固定面２ｎ-2と回転輪構成体１６との間に摺動自在に位置決めされている。具体的には、回転輪構成体１６には、静止輪２の固定面２ｎ-2に対向して嵌合面１６ｍが形成されており、パックシール１０Ｐは、当該嵌合面１６ｍと上記固定面２ｎ-2との間に嵌合した状態で位置決めされている。

ここで、パックシール１０Ｐについて説明する。
図１(ｂ)に示すように、パックシール１０Ｐは、回転輪構成体１６の嵌合面１６ｍに嵌合されるスリンガ２０ｓと、スリンガ２０ｓに対向して静止輪２の固定面２ｎ-2に嵌合されるシール本体２０ｈとから構成されている。ここで、シール本体２０ｈは、芯金２２の内周面(スリンガ２０に対向する面)にシール材２４を加硫して構成されており、シール材２４には、例えば３つのシールリップ24a,24b,24cが一体成形されている。なお、芯金２２は、固定面２ｎ-2に嵌合される中空の円筒部２２ａと、円筒部２２ａから回転輪構成体１６(嵌合面１６ｍ)に向けて折り返された環状の折返部２２ｂとから構成されている。

一方、スリンガ２０ｓは、回転輪構成体１６の嵌合面１６ｍに嵌合される円筒状のスリンガ基部２０ａと、当該スリンガ基部２０ａから静止輪２(固定面２ｎ-2)に向けて折り返された環状のスリンガ壁部２０ｂとから構成されている。この場合、シール材２４に成形された各シールリップ24a,24b,24cは、それぞれスリンガ２０ｓの環状スリンガ面M1,M2に摺接している。なお、一方の環状スリンガ面Ｍ１は、スリンガ壁部２０ｂの内周(シール本体に対向する周面)に形成され、他方の環状スリンガ面Ｍ２は、スリンガ基部２０ａの内周(シール本体に対向する周面)に形成されている。

このようなパックシール１０Ｐによれば、外内輪2,4が相対回転する間又は非回転状態において、例えば２つのシールリップ24a,24bが環状スリンガ面M1,M2に対して常に摺接状態となり、残りのシールリップ２４ｃと環状スリンガ面Ｍ２との間にラビリンスが構成される。これにより、軸受内部を軸受外部から密封することができるため、軸受外部への潤滑剤の漏洩防止や軸受内部への異物(例えば、水、塵埃)の浸入防止を図ることが可能となる。なお、シール材２４としては、例えばゴムやエラストマーなどの弾性材を適用することができると共に、当該シール材２４を芯金２２の内周面に付加する方法としては、例えば焼き付けや接着剤により付加すれば良い。

ところで、上述したような軸受では、その使用状況によっては、軸受内部に封入した潤滑剤(例えば、グリース、オイル、グリースから分離した基油)が軸受外部に漏洩してしまう場合がある。ここで、軸受の使用状況として、複数の軸受を納品先に搬送する場合を想定すると、当該軸受は、その回転軸を鉛直方向に揃えた姿勢で搬送されるのが一般的である。また、最近、軸受搬送中のフォールスブリネリング対策として、軟らかいグリースや基油の分離し易いグリース(例えば、ウレア系グリース)が多用されている。なお、フォールスブリネリングとは、フレッチングのうち、転動体と軌道輪との接触部分において振動や揺動による摩耗が進みブリネル圧痕に似た窪みを生ずる現象である。

かかる使用状況において、潤滑剤の漏洩の要因としては、例えばシール構造(車輪側のリップシール１０Ｌ、車体側のパックシール１０Ｐ)近傍に潤滑剤が存在すること、シール構造と静止輪２及び回転輪４との間に隙間が存在すること、軸受内部の圧力が軸受外部の大気圧よりも大きいことなどが挙げられる。そして、このような要因で潤滑剤が漏洩した場合には、当該シール構造を用いた軸受を自動車構成品(例えば、車体側構成品、車輪側構成品)に組み付ける際に、漏洩した潤滑剤が例えば自動車構成品に付着しないような対策を講じたり、或いは、自動車構成品に付着した潤滑剤を拭き取るといった作業が必要になる。そうなると、その作業に要する手間や時間がかかり、その結果、自動車の製造効率が低下するだけで無く、製造コストが上昇してしまう。

また、自動車の走行中において、当該シール構造を用いた軸受から漏洩した潤滑剤が、高速回転中の軸受の遠心力によって四方へ飛散する場合がある。この場合、その飛散した潤滑剤がブレーキ(例えば、ブレーキシュー、ブレーキドラムやディスクなど)に付着すると、その付着量の程度によっては、ブレーキ性能を一定に維持することが困難になってしまう虞がある。そうなると、自動車を停止或いは減速する際の処理制御を一定に維持することができなくなってしまう。
特表２００１−５１０５３４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、潤滑剤の漏れ防止対策が施された転がり軸受を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明は、相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪間に摺接した状態で嵌合され且つ当該軌道輪間に区画された軸受内部を軸受外部から密封するためのシール構造とを備えた転がり軸受であって、シール構造は、軸受内部の圧力を大気圧以下に維持した状態で軌道輪間に嵌合される。この場合、シール構造を軌道輪間に嵌合した状態において、当該シール構造の容積分の空気が圧縮されて軸受内部に加わることにより、軸受内部の圧力が大気圧と略同程度に設定される。
また、本発明は、相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪間に摺接した状態で嵌合され且つ当該軌道輪間に区画された軸受内部を軸受外部から密封するためのシール構造とを備えた転がり軸受であって、シール構造は、軸受内部の空気の温度を軸受外部の空気の温度以上に維持した状態で軌道輪間に嵌合される。この場合、シール構造を軌道輪間に嵌合した状態において、軸受内部の空気の温度を軸受外部の空気の温度まで下げることにより、軸受内部の圧力が大気圧と略同程度に設定される。
なお、軸受内部には、潤滑剤が封入されている。

本発明によれば、シール構造を軌道輪間に嵌合する際に、軸受内部の圧力を大気圧以下に維持したり、或いは、軸受内部の空気の温度を軸受外部の空気の温度以上に維持することで、潤滑剤の漏れ防止対策が施された転がり軸受を実現することができる。

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、図１(ａ),(ｂ)に示した転がり軸受の改良であるため、以下、改良部分の説明にとどめる。この場合、上記転がり軸受(図１(ａ),(ｂ))と同一の構成については、その構成に付された参照符号と同一の参照符号を本実施の形態で用いる図面上に付すことにより、その説明を省略する。

本実施の形態の転がり軸受において、シール構造(パックシール１０Ｐ)は、軸受内部の圧力を大気圧以下に維持した状態で軌道輪間(即ち、静止輪(外輪)２と回転輪(内輪)４との間)に嵌合される。この場合、シール構造を軌道輪2,4間に嵌合した状態において、当該シール構造の容積分の空気が圧縮されて軸受内部に加わることにより、軸受内部の圧力が大気圧と略同程度に設定される。

このように、シール構造(パックシール１０Ｐ)を軌道輪2,4間に嵌合する際に、軸受内部の圧力を大気圧以下に維持することにより、軌道輪2,4に対するシール構造(パックシール１０Ｐ)の密着性を高めることできる。即ち、シール構造(パックシール１０Ｐ)と静止輪２及び回転輪４とを隙間無く嵌合させることができる。具体的には、スリンガ２０ｓのスリンガ基部２０ａを回転輪(内輪)４の回転輪構成体１６の嵌合面１６ｍ(図１(ｂ))に隙間無く嵌合させることができると共に、シール本体２０ｈを構成する芯金２２の円筒部２２ａを静止輪(外輪)２の固定面２ｎ-2(図１(ｂ))に隙間無く嵌合させることができる。

これにより、例えばシール構造(パックシール１０Ｐ)近傍に潤滑剤が存在する場合、或いは、複数の転がり軸受をその回転軸を鉛直方向に揃えた姿勢で納品先に搬送する場合、また、軸受搬送中のフォールスブリネリング対策として、軟らかいグリースや基油の分離し易いグリース(例えば、ウレア系グリース)を使用した場合であっても、軸受内部に封入した潤滑剤(例えば、グリース、オイル、グリースから分離した基油)が軸受外部に漏洩することは無い。

この結果、当該シール構造を用いた軸受を自動車構成品(例えば、車体側構成品、車輪側構成品)に組み付ける際に、漏洩した潤滑剤が例えば自動車構成品に付着しないような対策を講じたり、或いは、自動車構成品に付着した潤滑剤を拭き取るといった作業が全く不要となり、その作業に要する手間や時間を無くすることができるため、自動車の製造効率を向上させることができると共に、製造コストを大幅に低減させることができる。

更に、自動車の走行中において、転がり軸受から潤滑剤が漏洩し、高速回転中の軸受の遠心力によって四方へ飛散するといった事態は全く生じないため、ブレーキ(例えば、ブレーキシュー、ブレーキドラムやディスクなど)を常に最適な状態に維持することができる。このため、ブレーキ性能を一定に維持することが可能となり、その結果、自動車を停止或いは減速する際の処理制御を一定に維持することができる。

ここで、上述したような効果を実現するための方策の一例について、図１(ｃ)を参照して説明する。
まず基本原理として、シール構造(リップシール１０Ｌ、パックシール１０Ｐ)を軌道輪2,4間に嵌合した状態(図１(ａ))で、その静止輪(外輪)２と回転輪(内輪)４とリップシール１０Ｌとパックシール１０Ｐとの間に区画された軸受内部の空間容積を１００cc、パックシール１０Ｐの容積を５ccとし、当該パックシール１０Ｐを軌道輪2,4間に嵌合する際の大気圧が１atmであるとした場合、パックシール１０Ｐを軌道輪2,4間に嵌合した後の軸受内部の圧力は、１.０５atm(正圧)となる。
ボイルの法則ＰＶ＝constより
１atm×(１００cc＋５cc)＝Ｐ×１００cc
Ｐ＝１.０５atm

そこで、本実施の形態では、パックシール１０Ｐを軌道輪2,4間に嵌合する際の軸受内部の圧力を予め負圧(例えば、０.９５３atm)に引いて減圧しておく。そして、この状態を維持しながらパックシール１０Ｐを軌道輪2,4間に嵌合する。この結果、パックシール１０Ｐを軌道輪2,4間に嵌合した後の軸受内部の圧力は１.００atmとなり、大気圧と略同程度に設定することができる。
ボイルの法則ＰＶ＝constより
０.９５３atm×(１００cc＋５cc)＝Ｐ×１００cc
Ｐ≒１.００atm

これを実現するための装置構成の一例として、図１(ｃ)に示すように、保持器１８で保持した複数の転動体6,8を介して対向配置された静止輪(外輪)２と回転輪(内輪)４との間にシール構造(リップシール１０Ｌ)を組み込んだ転がり軸受(駆動輪用軸受)を吸引装置にセットする。具体的には、ハブフランジ１２ａを密封型２６に当て付けると共に、静止輪(外輪)２の外周に吸引型２８を嵌合させる。この場合、密封型２６とハブフランジ１２ａとの間に例えばＯリング３０を介在させると共に、静止輪(外輪)２の外周と吸引型２８との間に例えばＯリング３２を介在させることが好ましい。

また、吸引型２８には、シール構造(パックシール１０Ｐ)を保持可能な保持具３４が収容されており、当該保持具３４は、吸引型２８を貫通したロッド３６を介して図示しないアクチュエータに接続されている。この場合、吸引型２８とロッド３６との間に例えばＯリング３８を介在させることが好ましい。これにより、静止輪(外輪)２と回転輪(内輪)４とリップシール１０Ｌとで区画される軸受内部を含む空間は、密封型２６と吸引型２８とによって軸受外部空間から完全に密封された状態に維持される。

この状態において、軸受内部を含む密封空間の圧力を負圧(例えば、０.９５３atm)に引いて減圧した後、アクチュエータを駆動してロッド３６を矢印Ｔ方向に移動させることにより、保持具３４に保持されたパックシール１０Ｐを軌道輪2,4間に嵌合する。これにより、パックシール１０Ｐを軌道輪2,4間に嵌合した後の軸受内部の圧力が大気圧と略同程度の１.００atmに設定された転がり軸受を完成させることができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されることは無く、以下のような変形例としても同様の効果を実現することができる。
本変形例の転がり軸受において、シール構造(パックシール１０Ｐ)は、軸受内部の空気の温度を軸受外部の空気の温度以上に維持した状態で軌道輪間(即ち、静止輪(外輪)２と回転輪(内輪)４との間)に嵌合される。この場合、シール構造を軌道輪2,4間に嵌合した状態において、軸受内部の空気の温度を軸受外部の空気の温度まで下げることにより、軸受内部の圧力が大気圧と略同程度に設定される。なお、軸受内部の空気の温度を軸受外部の空気の温度まで下げる方法としては、例えば冷却装置で強制的に冷却しても良いし、或いは、室温環境に放置して自然冷却させても良い。

ここで、当該変形例の基本原理として、シール構造(リップシール１０Ｌ、パックシール１０Ｐ)を軌道輪2,4間に嵌合した状態(図１(ａ))で、その静止輪(外輪)２と回転輪(内輪)４とリップシール１０Ｌとパックシール１０Ｐとの間に区画された軸受内部の空間容積を１００cc、パックシール１０Ｐの容積を５ccとし、当該パックシール１０Ｐを軌道輪2,4間に嵌合する際の大気圧が１atm、軸受外部の空気の温度が２４℃であるとした場合、パックシール１０Ｐを軌道輪2,4間に嵌合した後の軸受内部の圧力は、１.０５atm(正圧)となる。
ボイル・シャルルの法則ＰＶ／Ｔ＝constより１atm×(１００cc＋５cc)／(２４＋２７３.１５) ＝Ｐ×１００cc／(２４＋２７３.１５)
Ｐ＝１.０５atm

そこで、本変形例では、パックシール１０Ｐを軌道輪2,4間に嵌合する際の軸受内部を含む密封空間に、軸受外部の空気の温度(２４℃)よりも高温(例えば、３８.９℃)の空気を封入しておく。そして、この状態を維持しながらパックシール１０Ｐを軌道輪2,4間に嵌合した後、軸受内部の空気の温度を軸受外部の空気の温度まで下げる。この結果、パックシール１０Ｐを軌道輪2,4間に嵌合した後の軸受内部の圧力は１.００atmとなり、大気圧と略同程度に設定することができる。
ボイル・シャルルの法則ＰＶ／Ｔ＝constより１atm×(１００cc＋５cc)／(３８．９＋２７３.１５) ＝Ｐ×１００cc／(２４＋２７３.１５)
Ｐ≒１.００atm

また、上述した実施の形態及び変形例のそれぞれに対して以下の設定条件を組み合わせて構成しても良い。例えば、(１)軸受内部に封入する潤滑剤量を減らす。(２)潤滑剤の封入位置を軸受中心側に集中させる。(３)転動体6,8の位置を軸受中心寄りにずらす。ただし、(１)〜(３)の設定条件では、転がり疲れ寿命が低下することに留意する必要があり、また、(３)の設定条件では、これに加えて、軸受剛性が低下することに留意する必要がある。また、他の設定条件としては、例えば、(４)シール本体２０ｈのシールリップ24a,24b,24cの数を増やすか、各シールリップ24a,24b,24cのリップ反力を高めることで、漏れ耐性を向上させる。(５)軌道輪2,4とシール構造(パックシール１０Ｐ)との嵌合部分に別の密封手段(例えば、シール剤の塗布、ゴムの加硫)を施す。(６)軌道輪2,4に嵌合させるシール構造(パックシール１０Ｐ)の嵌合面に機械加工(施削等)を施し、面精度や真円度を向上させ、軌道輪2,4と嵌合した際の密封性を向上させる。ただし、(４)の設定条件では、軸受の回転トルクが上昇することに留意する必要があり、(５),(６)の設定条件では、軸受の製造コストが上昇することに留意する必要がある。

(ａ)は、シール構造が軌道輪間に嵌合された転がり軸受の構成を示す断面図、(ｂ)は、同図(ａ)のシール構造を一部拡大して示す断面図、(ｃ)は、本発明の一実施の形態に係る転がり軸受において、シール構造を軌道輪間に嵌合する装置構成の一例を示す断面図。

符号の説明

２外輪
４内輪
6,8 転動体
１０Ｐパックシール(シール構造)

Claims

相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪間に摺接した状態で嵌合され且つ当該軌道輪間に区画された軸受内部を軸受外部から密封するためのシール構造とを備えた転がり軸受であって、
シール構造は、軸受内部の圧力を大気圧以下に維持した状態で軌道輪間に嵌合されることを特徴とする転がり軸受。
シール構造を軌道輪間に嵌合した状態において、当該シール構造の容積分の空気が圧縮されて軸受内部に加わることにより、軸受内部の圧力が大気圧と略同程度に設定されることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪間に摺接した状態で嵌合され且つ当該軌道輪間に区画された軸受内部を軸受外部から密封するためのシール構造とを備えた転がり軸受であって、
シール構造は、軸受内部の空気の温度を軸受外部の空気の温度以上に維持した状態で軌道輪間に嵌合されることを特徴とする転がり軸受。
シール構造を軌道輪間に嵌合した状態において、軸受内部の空気の温度を軸受外部の空気の温度まで下げることにより、軸受内部の圧力が大気圧と略同程度に設定されることを特徴とする請求項３に記載の転がり軸受。
軸受内部には、潤滑剤が封入されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受。