JP2009236161A - 転がり軸受用密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アキシアルリップを備えた転がり軸受用密封装置において、大幅な設計変更を伴うことなく、アキシアルリップにより遮蔽される軸受内部が負圧になることを抑止し、シールの吸付きを防止して、アキシアルリップによるトルク増加を防止する。
【解決手段】転がり軸受１０は、外輪１４に固定された密封用のシール２０と、シール２０の軸受外側に配置され内輪１２または軸に固定されるスリンガ３０とを備え、シール２０とスリンガ３０とは相対回転する構成とされている。そして、シール２０に形成されたアキシアルリップ２６が相対摺動するスリンガ３０のシール摺動面３８上には、突起４０が形成されている。そして、アキシアルリップ２６がスリンガ３０と相対摺動する際に、スリンガ３０のシール摺動面３８上に形成された突起４０の周方向の前後でアキシアルリップ２６の内径側から外径側に通じる気流通路が形成される。
【選択図】図５

Description

この発明は転がり軸受用密封装置に関する。具体的には内輪と外輪の間をシールで覆い、シールの外側に遮蔽板を設けた転がり軸受用密封装置に関する。

自動車用のエンジン周辺補機に使用されるアイドラ用軸受、例えばアイドラプーリに使用される軸受は、水や塵などの異物が軸受の内部に侵入することを防止するために、円環状のシールで外輪と内輪の間を覆う密封装置を備えている。ここで、この種の軸受は内輪と外輪が相対回転するため、シールを外輪と内輪に完全に固定することはできない。そこで、シールの外周を外輪に固定しシールの内周にシールリップを設けて内輪に摺動させる等の構成として、内輪と外輪の相対的な回転を許容する必要がある。

そして、アイドラ用軸受は高速回転で使用されるので、シールの摺動による発熱を防ぐために、シールリップは少量のしめしろを有する軽接触タイプとする必要がある。よって、シールリップのみでは軸受の内部への水や塵の侵入を防ぐことは困難である。
そこで、シールの外側にスリンガと呼ばれる遮蔽板を設けて水や塵がシールに直接当たらない構成とした密封装置が提案された。

しかし、スリンガを設けたとしても、スリンガと外輪およびシールとスリンガの間に隙間があるために密封性が万全であるとはいえず、大量の水が直接かかるような環境で使用される場合には、十分な密封性を確保することが困難であった。
そこで、シールのスリンガ側の側面に軸受外方に向いた円環状の突起であるアキシアルリップを形成し、アキシアルリップをスリンガに摺動させて軸受の密封性を向上させる方法が提案されている。なお、スリンガとの接触圧をアキシアルリップの変形によって吸収し、アキシアルリップとスリンガの接触部からの異物の侵入を防ぐために、アキシアルリップは軸受外方に拡径した円錐状に形成されることが多い。

アキシアルリップに関する先行技術としては、例えば、特開２００５−３２５９２４号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、シールリングから延びるサイドリップの先端近傍がスリンガのシールフランジの内側面に摺動可能に密接された密封装置が記載されている（特許文献１の図１および段落００１８参照）。
特開２００５−３２５９２４号公報

確かにアキシアルリップを形成してスリンガに摺動させることで、シールとスリンガの間の隙間を塞ぐことができるので、軸受の密封性は向上する。しかしながら、アキシアルリップとスリンガの間の密封性を確保するにはアキシアルリップに一定のしめしろを与えて、与圧された状態でスリンガに対して摺動させる必要があるため、アキシアルリップがスリンガに摺動することによるトルク増加が問題となる。
また、アキシアルリップがスリンガに摺動することでシールとスリンガの間のアキシアルリップよりも内径側の空間が閉ざされて密封域が形成される。そして外輪と共にシールが高速回転するため、密封域の空気はシールリップの内輪に対する摺動による発熱及びアキシアルリップのスリンガに対する摺動による発熱により熱せされて、密封域の気圧が外気よりも高くなる。この場合は、アキシアルリップをスリンガから離す方向に圧力がかかるので、密封域の空気はアキシアルリップとスリンガの摺動部分を押し開けて抜け出して、密封域と外気の気圧差が解消される。

しかし、アイドラプーリが大量の水がかかる環境で使用されスリンガに水がかかると、密封域の空気が冷やされて密封域の気圧が外気よりも低くなる負圧状態となり、アキシアルリップがスリンガに吸付いて更にトルクが増加するという問題が生じる。この場合は、外気圧がアキシアルリップをスリンガに押しつける方向に働くため、アキシアルリップとスリンガの間から外気が密封域に入って気圧差を解消することが困難となる。
また、軸受が高速回転して密封域の空気が加熱された後、軸受の回転停止中に密封域の空気が自然冷却することによっても密封域は外気よりも気圧が低くなって負圧状態となり、吸付きが生じる。そこで、次に軸受が回転起動するときには、アキシアルリップが全周でスリンガに密着した状態となっているため大きなトルク増加が生じる。
このトルク増加の問題の解決に当たっては、軸受の寸法の制約を考慮する必要があり、コストの問題もある。そこで、大幅な設計変更を伴うことなくトルクを低減させることが求められる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、アキシアルリップを備えた転がり軸受用密封装置において、大幅な設計変更を伴うことなく、アキシアルリップにより遮蔽される軸受内部が負圧になることを抑止し、シールの吸付きを防止して、アキシアルリップによるトルク増加を防止することである。

上記課題を解決するため、本発明に係る転がり軸受用密封装置は、外輪に固定された密封用のシールと、該シールの軸受外側方向位置に該シールと間隔をおいて配置され、内輪または内輪が一体的に嵌合する軸部材に固定された円環状のシール相手部材とを備え、前記シールとシール相手部材とは相対回転する構成として配設されていると共に、シール相手部材の軸受外径側で軸受の外部に開口する構成とされている転がり軸受用密封装置であって、
前記シールには前記シール相手部材に相対摺動するアキシアルリップが形成されており、該アキシアルリップが相対摺動するシール相手部材のシール摺動面には突起又は凹溝が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、アキシアルリップが摺動するシール相手部材のシール摺動面には突起又は凹溝が設けられており、アキシアルリップがシール相手部材のシール摺動面の突起に摺動する位置の周方向の前後で又は凹溝により、アキシアルリップとシール摺動面の間にアキシアルリップの内径側から外径側に通じる気流通路が形成される。よって、アキシアルリップの内径側のシールとシール相手部材の間の密封域は、シール相手部材のシール摺動面の突起の周囲の又は凹溝による気流通路で径方向外方の外気に通じている。

そのため、シールの回転による摩擦熱で密封域の空気が加熱されて密封域の気圧が外気圧よりも高くなった場合はこの気流通路から空気が流出して密封域と外気の気圧差が解消される。
また、密封域が高温となった状態でシール相手部材に水がかかって密封域が冷やされ密封域の気圧が外気よりも低くなったときは、突起の周囲の又は凹溝による気流通路から外気が流入して密封域と外気の気圧差が解消される。また、軸受が高速回転して密封域の空気が加熱された後、軸受の回転停止中に密封域の空気が自然冷却することによって、密封域が外気よりも気圧が低くなって負圧状態となったときも、突起の周囲の又は凹溝による気流通路から外気が流入して密封域と外気の気圧差が解消される。
よって、大幅な設計変更を伴うことなく、アキシアルリップにより遮蔽される軸受内部が負圧になることが抑止され、シールの吸付きが防止されるので、アキシアルリップによるトルク増加を防止することができる。

上述の本発明によれば、アキシアルリップがシール相手部材のシール摺動面の突起に摺動する位置の周方向の前後又は凹溝により形成される気流通路が空気孔の役割を果たすため、アキシアルリップにより遮蔽される軸受内部が負圧になることが抑止され、シールの吸付きが防止されるので、アキシアルリップによるトルク増加を防止することができる。
なお、シール相手部材に突起又は凹溝を設けるためには、大幅な設計変更を必要としない。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
まず、本発明の一実施例についてその構成を説明する。
図１に本発明の一実施例における転がり軸受用密封装置を備えた転がり軸受１０を使用するアイドラプーリ５０の部分断面図を示す。そして、図２に図１に示した転がり軸受１０の密封装置部分の拡大図を示す。
図１および図２に示すように、転がり軸受１０はアイドラプーリ５０に使用される外輪回転タイプの複列玉軸受であって、内輪１２、外輪１４、複列の球１６、球１６を保持する保持器１８，内輪１２と外輪１４の間を覆うシール２０、シール２０の軸受外側方向位置に設けられたスリンガ３０から構成されている。ここで、スリンガ３０が本発明のシール相手部材に該当する。そして、これらの構成要素のうちで、内輪１２、外輪１４、シール２０およびスリンガ３０が転がり軸受１０を密封する密封装置を形成している。

シール２０は金属製の芯金２２の軸受外側をゴムで覆った円環状の部材であって、シール２０の外周縁部にはシール２０を外輪１４に取付けるための固定部２３が形成されている。そして、固定部２３が外輪１４の内径面に設けられたシール溝１５に装着されて、シール２０が外輪１４の内径面に固定されている。そして、シール２０の内周縁部の軸受内側にはシールリップ２４が形成されており、シールリップ２４が内輪１２の外径側に軸に垂直に形成された摺動面１３に摺動している。そして、シール２０が外輪１４と共に高速回転すると、シールリップ２４は内輪１２の摺動面１３に摺動しながら高速回転する。そのため、シールリップ２４は摺動面１３に対して軽接触とされている。

そして、図２に示すように、シール２０の軸受外側でスリンガ３０に面する側面２５の径方向中央部には、シール２０を転がり軸受１０に未装着の状態では想像線で示されるように軸受の外側に向かって拡径する円錐状のアキシアルリップ２６が形成されている。そして、シール２０が転がり軸受１０に装着された状態ではアキシアルリップ２６は実線で示すように先端部分が扁平に変形している。そしてアキシアルリップ２６はスリンガ３０の軸受内側の平坦部３６に所定のしめしろを与えられ与圧された状態で接触している。ここで、アキシアルリップ２６の先端とスリンガ３０の平坦部３６はシール２０とスリンガ３０の相対回転を許容するために軽接触とされている。

図３にスリンガ３０の軸受内側の平面図を示す。スリンガ３０はプレス加工により形成された円環状の金属板である。そして、図２に示すように、スリンガ３０の内周の端が転がり軸受１０の内側向きに円筒状に曲げられて円筒部３２が形成されており、円筒部３２が内輪１２の外径側に圧入されて、スリンガ３０が内輪１２に固定されている。そして、スリンガ３０の外径の端の先端部３４は、外輪１４との間に隙間を有し軸受の外部に対して開口部４２を形成している。
そして、図２に示すように、スリンガ３０の軸受内側の平坦部３６にはシール２０のアキシアルリップ２６の先端が接触して、シール２０とスリンガ３０の隙間を塞いでいる。そして、アキシアルリップ２６による遮蔽により、アキシアルリップ２６よりも内径側でシール２０とスリンガ３０に囲まれた密封域４４が形成されている。

そして、図３に示すように、スリンガ３０の軸受内側の平坦部３６には、シール２０のアキシアルリップ２６の先端が摺動する円環状のシール摺動面３８上に、半球状の突起４０が形成されている。図４に、図３のＡ−Ａ位置におけるシール２０のアキシアルリップ２６とスリンガ３０の部分断面図を示す。図４に示すように、アキシアルリップ２６の先端が突起４０に摺動する位置の周方向の前後では、アキシアルリップ２６とスリンガ３０のシール摺動面３８の間にアキシアルリップ２６の内径側から外径側に通じる気流通路４６が形成される。よって、密封域４４にはスリンガ３０の突起４０の周囲に空気孔が形成されて、密封域４４は外気と通じる構成とされている。

図５に、スリンガ３０に突起４０が形成されている位置における、転がり軸受１０の軸平行部分断面図を示す。シール２０のアキシアルリップ２６はスリンガ３０の突起４０に跳ね上げられて、スリンガ３０の平坦部３６から離れている。そして、図５の紙面の前後でアキシアルリップ２６とスリンガ３０の間に気流通路４６が形成されている。
なお、この実施例では内輪１２は回転せず内輪１２に固定されたスリンガ３０の突起４０の位置は変わらない。よって、突起４０が転がり軸受１０の下方となるように、転がり軸受１０を軸に取付けることにより、転がり軸受１０に水がかかったときに突起４０の周辺から水が軸受内部へ侵入することを防いでいる。
なお、突起４０はスリンガ３０のシール摺動面３８上に複数個形成してもよい。

次に、本発明の一実施例についてその機能を説明する。
転がり軸受１０では、軸受の高速回転により外輪１４に固定されたシール２０が高速回転しシールリップ２４及びアキシアルリップ２６も高速回転する。すると、シールリップ２４の内輪１２に対する摺動による発熱及びアキシアルリップ２６のスリンガ３０に対する摺動による発熱により密封域４４の空気が熱せられて、密封域４４の気圧が外気よりも高くなる。
ここで、シール２０が高速回転しているときは、シール２０の回転によりスリンガ３０の突起４０に当たった部分のアキシアルリップ２６の先端は突起４０によって跳ね上げられていく。そして、図４に示したように、突起４０の周方向の前後でアキシアルリップ２６と突起４０の間にアキシアルリップ２６の内径側から外径側に通じる気流通路４６が形成される。そこで、密封域４４の中の空気はアキシアルリップ２６がスリンガ３０の突起４０に摺動する周囲の気流通路４６から外径側へ抜け出して、密封域４４と外気の圧力差が解消される。

また、密封域４４が高温となった状態でスリンガ３０に水がかかって密封域４４が冷やされ密封域４４の気圧が外気よりも低くなると、アキシアルリップ２６がスリンガ３０の突起４０に摺動する周囲の気流通路４６から外気が流入して密封域４４と外気の気圧差が解消される。
また、転がり軸受１０が高速回転して密封域４４の空気が加熱された後、軸受の回転停止中に密封域４４の空気が自然冷却することにより密封域４４の気圧が外気よりも低くなった時も、アキシアルリップ２６がスリンガ３０の突起４０に接触している周囲の気流通路４６から外気が流入して密封域４４と外気の気圧差が解消される。

よって、軸受の大幅な設計変更を伴うことなく、スリンガのアキシアルリップに対する摺動面に突起を設けることで、アキシアルリップにより遮蔽される軸受内部が負圧になることが抑止され、シールの吸付きが防止されるので、アキシアルリップによるトルク増加を防止することができる。
また、上記の実施例のように、スリンガが鋼版をプレス加工して形成されるものであれば、突起はプレス加工による形成時に同時に加工することができるので、突起を設けてもコストはほとんど増加しない。

上記の実施例では、スリンガ３０の平坦部３６上の突起４０を半球状としたが、突起４０の形状は半球状に限られない。突起４０は放射方向に半円状の断面が延びた形状とすることもできる。
また、上記の実施例ではスリンガ３０に突起４０を設ける構成としているが、スリンガ３０の平坦部３６に径方向にシール摺動面３８の幅を超える長さの空気抜きのための通気溝４１を設ける構成としても良い。図６（Ａ）に変形実施例として通気溝４１を設けたスリンガ３０の軸受内側の部分平面図を、図６（Ｂ）に図６（Ａ）のＢ−Ｂ位置におけるシール２０のアキシアルリップ２６とスリンガ３０の部分断面図を示す。なお、通気溝４１は、アキシアルリップ２６によって通気溝４１が塞がることがない形状とされている。なお、通気溝４１は複数個形成しても良い。

上記実施例では、シールリップが摺動するシール相手部材として内輪に外嵌めしたスリンガを用いたが、シール相手部材は内周が軸に直接固定された遮蔽板であっても良い。
また、上記実施例では、アイドラプーリに使用される外輪回転の複列玉軸受に適用する例を示したが、本発明は、外輪回転、内輪回転を問わず、密封用のシールとシール相手部材を備え、シールとシール相手部材が相対回転する構成の転がり軸受一般に適用することができるものである。
その他、本発明に係る転がり軸受用密封装置はその発明の思想の範囲で、各種の形態で実施できるものである。

一実施例における転がり軸受用密封装置を備えた軸受を使用したアイドラプーリの部分断面図である。 図１における転がり軸受用密封装置に関する部分の拡大図である。 一実施例におけるスリンガの軸受内側の平面図である。 図３のＡ−Ａ位置におけるシールとスリンガの部分断面図である。 スリンガに突起が形成された位置における転がり軸受の軸平行部分断面図である。 （Ａ）は変形実施例におけるスリンガの軸受内側の部分平面図を、（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ位置におけるシールとスリンガの部分断面図を示す。

符号の説明

１０ 転がり軸受
１２ 内輪
１３ 摺動面
１４ 外輪
１５ シール溝
１６ 球
１８ 保持器
２０ シール
２２ 芯金
２３ 固定部
２４ シールリップ
２５ 側面
２６ アキシアルリップ
３０ スリンガ（シール相手部材）
３２ 円筒部
３４ 先端部
３６ 平坦部
３８ シール摺動面
４０ 突起
４１ 通気溝
４２ 開口部
４４ 密封域
４６ 通気通路
５０ アイドラプーリ

Claims (1)

1. 外輪に固定された密封用のシールと、該シールの軸受外側方向位置に該シールと間隔をおいて配置され、内輪または内輪が一体的に嵌合する軸部材に固定された円環状のシール相手部材とを備え、前記シールとシール相手部材とは相対回転する構成として配設されていると共に、シール相手部材の軸受外径側で軸受の外部に開口する構成とされている転がり軸受用密封装置であって、
   前記シールには前記シール相手部材に相対摺動するアキシアルリップが形成されており、該アキシアルリップが相対摺動するシール相手部材のシール摺動面には突起又は凹溝が形成されていることを特徴とする転がり軸受用密封装置。
   

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