JP2010133481A - 軸受用シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受の高密閉性と、高速回転時の低回転トルク化とを両立することができる軸受用シール装置を提供する。
【解決手段】 軸受用シール装置において摺動シール部８のアキシャル基面８ｂから副シールリップ９４がアラジアル方向外向きに斜めに立ち上がる形で形成されている。この副シールリップ９４がラジアル方向に積層された複数のゴム層９４ｘ，９４ｙからなり、かつラジアル方向内側に位置するゴム層９４ｘ，９４ｙほど線膨張係数の小さいゴム材料にて構成する。
【選択図】 図３

Description

この発明は軸受用シール装置に関する。

特開２００３−１９４０７７号公報 特開２００５−２８２６６９号公報

自動車は小型軽量化や、さらには居住空間拡大の要望により、エンジンルーム空間の減少を余儀なくされ、電装部品・エンジン補機の小型軽量化がより一層進められており、カーエアコン用電磁クラッチやコンプレッサー、アイドラプーリも例外ではない。しかし、小型化により出力の低下は避けられず、電磁クラッチでは高速化することにより出力の低下分を補っているので、それに伴ってアイドラプーリも高速化することになる。さらに、静粛性向上の要望によりエンジンルームの密閉化が進み、エンジンルーム内の高温化が促進されるため、これらの部品は高温に耐えることも必要となっている。加えて、これらの部品はエンジンルームの下部に取り付けられていることが多いため、走行中、雨水や泥水などがかかりやすく、これらの部品用の転がり軸受には高い密封性が要求される。

アイドラプーリ用の転がり軸受は内輪が非回転側となり、プーリが固定される外輪が回転側となる形で使用される。このような転がり軸受のシール装置は、そのラジアル方向外周縁部が外輪のアキシャル方向端部内周側に相対回転不能に嵌合するとともに、ラジアル方向内周縁側に形成されたゴム製の主シールリップが、内輪のアキシャル方向端部外周側に摺接する摺動シール部を有する。特許文献１では、このような摺動シール部のアキシャル方向外側に、非回転となる内輪に嵌合する内輪側スリンガ（ダストカバー）を対向配置し、軸受内部へのホコリ等の侵入抑制を図っている。

近年、自動車の使用条件はさらに厳しくなる傾向にあり、跳ね上げた泥水や洗車水等が強い圧力で噴射された場合など被水量のさらなる増加が想定されるケースや、ＲＶ車などで見られる冠水状態あるいは水没状態での使用を考慮し、軸受シール装置にはさらに高い防水性が求められるようになってきている。特許文献２では、摺動シール部のアキシャル方向外面に、内輪側スリンガに向けて突出し該スリンガの内面に摺接する副シールリップ（アキシャルリップ）を形成し、さらなる密封性の向上を図っている。

しかし、上記特許文献２の構成では、副シールリップの先端面が平坦に形成され、ラジアル方向外向きに傾斜した形で、該先端面で内輪側スリンガに摺接しているので、外輪回転に伴なう遠心力により副シールリップが弾性変形したとき先端面が内輪側スリンガから浮き上がりやすく、比較的低速回転の状態でもシール性が悪化しやすくなる。特に、河川中を水没しながら走行するような場合においては、走行速度が低くても副シールリップの密閉性が損なわれやすく、周囲に充満する水が軸受中に急速に浸透してしまう不具合につながりやすい。

本発明の課題は、軸受の高密閉性と、高速回転時の低回転トルク化とを両立することができる軸受用シール装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明は、内輪非回転、外輪回転で使用されるラジアル軸受のシール装置であって、上記の課題を解決するために、
内外輪間に形成される転動体配置空間の環状の開口をアキシャル方向に遮る形で配置され、ラジアル方向内周縁部が内輪のアキシャル方向端部に相対回転不能に嵌合する金属製の内輪側スリンガと、
内輪側スリンガに対しアキシャル方向内側にアキシャルシール隙間を形成する形で対向配置され、ラジアル方向外周縁部が外輪のアキシャル方向端部に相対回転不能に嵌合するとともに、ラジアル方向内周縁側に内輪のアキシャル方向端部外側に摺接するゴム製の主シールリップが形成され、また、内輪側スリンガとの対向面をアキシャル基面として、該アキシャル基面からアキシャルシール隙間を横断しつつラジアル方向外向きに立ち上がる形で形成され、リップ先端部が内輪側スリンガのアキシャル方向内面に所定のアキシャル方向締め代をもって摺接するゴム製の副シールリップが形成された摺動シール部とを備え、
副シールリップがラジアル方向に積層された複数のゴム層からなり、かつラジアル方向内側に位置するゴム層ほど線膨張係数の小さいゴム材料にて構成されてなることを特徴とする。

上記シール装置の構成においては、外輪の回転に伴なう遠心力により、摺動シール部のアキシャル基面から延出する副シールリップがラジアル方向外向きに（つまり、内輪側スリンガから浮き上がる向きに）弾性変形し、リップ先端部の内輪側スリンガによるアキシャル方向締め代が縮小しようとする。一方、副シールリップは内輪側スリンガとの摺動に伴ない摩擦昇温する。本発明においては、この副シールリップがラジアル方向に積層された複数のゴム層からなり、かつラジアル方向内側に位置するゴム層ほど線膨張係数の小さいゴム材料にて構成したので、摩擦昇温したときバイメタルと同様の原理にて副シールリップのラジアル方向内側が外側に対して相対収縮する形態で湾曲変位する。この湾曲変位は、上記アキシャル方向締め代を増加させる方向に寄与するので、遠心力による該アキシャル方向締め代の縮小を補償でき、ひいては軸受が高速回転する場合においても副シールリップの密閉性を確保できる。

副シールリップを構成する複数のゴム層のうち、ラジアル方向最外側に位置する線膨張係数が最大の層を本体層とし、該本体層よりも線膨張係数が小さい残余の層を補助層としたとき、内輪側スリンガを省略した仮想的な非変形状態においては、アキシャル方向における本体層の先端を補助層の先端よりも内輪側スリンガとの摺接側に突出させる構成にするとよい。これにより、副シールリップのアキシャル方向締め代は本体層により優先的に担われるようになり、補助層への摺動負荷が減じられるので、該補助層の摩耗等を効果的に低減できる。特に、副シールリップのアキシャル方向締め代が本体層にのみ生ずるように該本体層の補助層に対する突出量を調整しておくと、該効果はさらに高められる。

副シールリップの本体層は、主シールリップと同一材質により該主シールリップと一体化することができる。これにより、副シールリップを主シールリップと一括形成でき、製造工程の簡略化に寄与するほか、主シールリップに対する本体層の結合強度も高めることができる。この場合、補助層は本体層に対し、例えばインサート成型等により接着することができる。

副シールリップの補助層は、アキシャル方向において内輪側スリンガに近い側の先端位置を基準位置として、該基準位置からアキシャル方向に、少なくともアキシャル基面まで延びる形で形成しておくと、昇温したときの副シールリップの湾曲変位を確保しやすくなり、ひいては遠心力によるアキシャル方向締め代の縮小を補償する効果が高められる。

副シールリップは、補助層を一層のみ形成する構成が最も単純で安価であり、製造工程の簡略化にも寄与する。ただし、補助層を線膨張係数の異なる複数層に形成することももちろん可能である。

補助層を一層のみ形成する場合、本体層の線膨張係数をα１、補助層の線膨張係数をα２として、α２／α１が０．８以下となるように、それら本体層及び補助層の材質を選定することが、遠心力によるアキシャル方向締め代の縮小を補償する効果を高める観点において望ましい。同様に、副シールリップにおける本体層のラジアル方向厚さをｔ１、補助層のラジアル方向厚さをｔ２、ｔ１＋ｔ２＝ｔ０として、
０．７＞ｔ１／ｔ０＞０．３
０．７＞ｔ２／ｔ０＞０．３
を充足するように、ｔ１及びｔ２の各値が定めておくことが望ましい。

例えば、本体層はニトリルゴム又はアクリルゴムにて構成することができる。特に、耐グリース性、耐熱性及び耐候性に優れている観点から、アクリルゴム（α１＝２．２×１０^−４／℃（ガラス転移点以上での値；以下同じ））を採用することが望ましい。また、ニトリルゴム（α１＝２．４×１０^−４／℃）は、耐熱性はアクリルゴムよりもやや劣るが、より安価であり、本体層の材質として同様に好適である。一方、補助層は、ふっ素ゴム（α２＝０．１〜１．０×１０^−４／℃）、ブチルゴム（α２＝１．８×１０^−４／℃）及びウレタンゴム（α２＝１．０〜１．２×１０^−４／℃）のいずれかにて構成できる。特に、ふっ素ゴムとウレタンゴムは線膨張係数が小さく、上記ニトリルゴム又はアクリルゴムからなる本体層と組み合わせたときに、昇温したときの副シールリップの湾曲変位を確保しやすくなり、ひいては遠心力によるアキシャル方向締め代の縮小を補償する効果が高められる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の軸受用シール装置を適用した軸受の一実施形態を示す断面図である。軸受１は、自動車用のアイドラプーリを回転支持するためのものであり、内輪３が非回転、外輪４が回転となるように使用される複列の深溝玉軸受（ラジアル軸受）として構成されている。転動体をなす玉５，５は、各列にて保持器６，６により周方向配列間隔を規制されつつ、内輪３及び外輪４の間に形成される転動体配置空間１５内に配置されている。また、外輪４の外周面にはプーリ２０が同心的に嵌着されている。

軸受１には、転動体配置空間１５のアキシャル方向両端にそれぞれ現れる環状の各開口１５ａ，１５ａに軸受用シール装置７，７が設けられている。いずれの側の軸受用シール装置７，７も全く同一の構成であり、その要部は内輪側スリンガ１０と摺動シール部８からなる。

図２は、その一方の軸受用シール装置７の詳細を拡大して示す断面図であり、内輪側スリンガ１０は、内外輪３，４間に形成される転動体配置空間１５の環状の開口１５ａをアキシャル方向に遮る形で配置され、ラジアル方向内周縁部が内輪３のアキシャル方向端部に相対回転不能に嵌合する。具体的には、内輪側スリンガ１０は板厚方向がアキシャル方向と一致するよう内輪３と同心的に配置される環状の本体板１０ｍと、該本体板１０ｍの開口内周縁からアキシャル方向にて内向きに突出する形で一体形成される筒状部１０ｆとを有する。本体板１０ｍの半径方向における途中区間部分は、両端区間部分よりもアキシャル方向内向きに膨出するとともに、内面１０ａが平坦化された環状の補強膨出部１０ｄとされている。また、内輪３のアキシャル方向端面の外周縁部には、環状の内輪側段差部４２が形成されている。内輪側スリンガ１０の筒状部１０ｆは該内輪側段差部４２の内周面４２ａに圧入嵌着されている。

次に、摺動シール部８は、内輪側スリンガ１０に対しアキシャル方向内側にアキシャルシール隙間１７を形成する形で対向配置されている。そのラジアル方向外周縁は外輪４のアキシャル方向端部に相対回転不能に嵌合するとともに、ラジアル方向内周縁側に内輪３のアキシャル方向端部外側に摺接するゴム製の主シールリップ９が形成されている。また、内輪側スリンガ１０との対向面をアキシャル基面８ｂとして、該アキシャル基面８ｂからアキシャルシール隙間１７を横断しつつラジアル方向外向きに斜めに立ち上がる形ゴム製の副シールリップ９４が形成され、その先端部が内輪側スリンガ１０のアキシャル方向内面１０ａ（前述の補強膨出部１０ｄの内面をなす）に摺接している。

摺動シール部８は、具体的には、板厚方向がアキシャル方向と一致するように配置されるシール芯金８１と、該シール芯金８１のアキシャル方向外側の板面を覆う弾性高分子材料からなるシール本体８Ｍとを有する。主シールリップ９はシール芯金８１のラジアル方向内周縁よりも該ラジアル方向内向きに延出する形でシール本体８Ｍと一体形成されている。また、副シールリップ９４は、シール本体８Ｍのアキシャル方向外側面をアキシャル基面８ｂとする形で該アキシャル基面８ｂと一体形成されている。

シール芯金８１は、板厚方向がアキシャル方向と一致するように配置される環状の本体板８１ｍと、該本体板８１ｍの外周縁からアキシャル方向にて内向きに突出する形で一体形成される筒状壁部８１ａと、該筒状壁部８１ａのアキシャル方向端縁からラジアル方向外向きに延出するフランジ部８１ｂとを有する。シール本体８Ｍの外周縁部は、該筒状壁部８１ａとフランジ部８１ｂとをくるむ形で方形状断面を有する環状の嵌合リップ８ｅを形成している。他方、シール芯金８１の内周縁側には、アキシャル方向内向きに斜めに曲げ返す形で補強曲げ返し部８１ｃが形成されており、シール本体８Ｍは補強曲げ返し部８１ｃをくるみつつ、ラジアル方向内向きに延出して主シールリップ９を形成している。

外輪４のアキシャル方向端面の内周縁部は周方向に段付形状に切り欠かれ、環状の外輪側切欠部４１が形成されている。嵌合リップ８ｅは、該外輪側切欠部４１の底面４１ａ及び内周面４１ｂにそれぞれ密着する形で圧入嵌着されている。なお、外輪側切欠部４１の内周面４１ｂの開放側におけるアキシャル方向端縁部には抜け止めリブ４１ｒが周方向に突出形成され、嵌合リップ８ｅは、該抜け止めリブ４１ｒを弾性的に乗り越えて外輪側切欠部４１内に嵌着される。

主シールリップ９は、シール本体８Ｍからラジアル方向外側に延びる基部９１と、基部９１からアキシャル方向内側に延びる内側リップ９２を有している。内側リップ９２は、ラジアル方向内側の基部９１から内輪側段差部４２の底面４２ｂに向かって延びて当該底面４２ｂに摺接する内側摺接リップ９２ａと、内側摺接リップ９２ａのラジアル方向外側の基部９１から内輪側段差部４２の底面４２ｂに向かって延びる内側補助リップ９２ｂと、内側補助リップ９２ｂのラジアル方向外側の基部９１からアキシャル方向内側に延びるアキシャル方向リップ９２ｃとを有している。外側リップ９３は、基部９１における内側摺接リップ９２ａのラジアル方向位置とほぼ同位置でアキシャル方向外側に延びる第一外側リップ９３ａと、基部９１における内側補助リップ９２ｂのラジアル方向位置とほぼ同位置でアキシャル方向外側に延びる第二外側リップ９３ｂとを有している。

内側リップ９２は、使用当初においては内側摺接リップ９２ａのみが内輪側段差部４２の底面４２ｂに摺接し、内側補助リップ９２ｂは内輪側段差部４２の底面４２ｂに摺接していない構成となっている。該内側補助リップ９２ｂは、軸受１の供用開始後、内側摺接リップ９２ａが一定量摩耗することで内輪側段差部４２の底面４２ｂと摺接状態になる。また、アキシャル方向リップ９２ｃは、内輪３の外周面３ａとの間でラビリンスシールを構成している。なお、各シールリップの摺動潤滑を行なうため、内輪側段差部４２の底面４２ｂと内輪側スリンガ１０の内面１０ａとにグリースが付着されている。

次に、図３は、副シールリップ９４を拡大して示す断面図であり、図４は、その摺接側先端部９４ｔをさらに拡大して示す断面図である。副シールリップ９４はラジアル方向に積層された複数のゴム層、具体的にはラジアル方向外側に位置する本体層９４ｘと、同じく内側に位置する補助層９４ｙとの２層からなり、補助層９４ｙが本体層９４ｘよりも線膨張係数の小さいゴム材料にて構成されている。本実施形態にて、本体層９４ｘは、主シールリップ９ととともにニトリルゴムにて一体形成されている。他方、補助層９４ｙはふっ素ゴムにて構成され、本体層９４ｘ（ひいては主シールリップ９）とインサート成型により一体化されている。なお、本体層９４ｘはアクリルゴムで構成することも可能であり、補助層９４ｙはウレタンゴムないしブチルゴムで構成することも可能である。本体層９４ｘと補助層９４ｙの特に好ましい材質組み合わせの例を以下に示す。
・ニトリルゴム／ふっ素ゴム
・ニトリルゴム／ウレタンゴム
・アクリルゴム／ふっ素ゴム
・アクリルゴム／ウレタンゴム

上記シール装置７の構成においては、図３の右に破線で示すように、外輪４の回転に伴なう遠心力により、摺動シール部８のアキシャル基面８ｂから延出する副シールリップ９４がラジアル方向外向きに（つまり、内輪側スリンガ１０から浮き上がる向きに）弾性変形し、リップ先端部の内輪側スリンガ１０によるアキシャル方向締め代が縮小しようとする。一方、副シールリップ９４は内輪側スリンガ１０との摺動に伴い摩擦昇温する。上記のごとく、副シールリップ９４は、ラジアル方向外側に位置する本体層９４ｘをニトリルゴムにより、同じく内側に位置する補助層９４ｙをニトリルゴムよりも線膨張係数の小さいフッ素ゴムにて構成されており、摩擦昇温したときバイメタルと同様の原理にて副シールリップ９４のラジアル方向内側が外側に対して相対収縮する形態で湾曲変位する。この湾曲変位は、上記アキシャル方向締め代を増加させる方向に寄与するので、遠心力による該アキシャル方向締め代の縮小を補償でき、ひいては軸受が高速回転する場合においても副シールリップ９４の密閉性を確保できる。

図３左に示すように、内輪側スリンガ１０を省略した仮想的な非変形状態において、アキシャル方向における本体層９４ｘの先端は、補助層９４ｙの先端よりも内輪側スリンガ１０との摺接側に突出して形成されている。これにより、副シールリップ９４のアキシャル方向締め代は本体層９４ｘにより優先的に担われるようになり、補助層９４ｙへの摺動負荷が減じられるので、該補助層９４ｙの摩耗等を効果的に低減できる。本体層９４ｘを構成するニトリルゴムと比較して補助層９４ｙのふっ素ゴムは耐摩耗性にやや劣るが、上記の構成により補助層９４ｙの先端部に生ずる締め代を低減することで、補助層９４ｙの摩耗による損傷を大幅に軽減することができる。

本体層９４ｘ及び補助層９４ｙは、いずれも先端側から基端側に向けてほぼ均一な厚みを有するように形成されている。本体層９４ｘのラジアル方向厚さをｔ１、補助層９４ｙのラジアル方向厚さをｔ２、ｔ１＋ｔ２＝ｔ０として、
０．７＞ｔ１／ｔ０＞０．３
０．７＞ｔ２／ｔ０＞０．３
を充足するように、ｔ１及びｔ２の各値が定められている。

また、補助層９４ｙは、アキシャル方向において内輪側スリンガ１０に近い側の先端位置を基準位置として、該基準位置からアキシャル方向に、少なくともアキシャル基面８ｂまで延びる形で形成されている。これにより、昇温したときの副シールリップ９４の湾曲変位を確保しやすくなり、ひいては遠心力によるアキシャル方向締め代の縮小を補償する効果が高められる。なお、副シールリップ９４のアキシャル方向締め代は、本体層９４ｘにのみ生ずるように該本体層９４ｘの補助層９４ｙに対する突出量が定められており、補助層９４ｙの先端面は平坦化され、内輪側スリンガ１０に隙間をもって（すなわち、非摺接状態にて）対向している。

なお、図５に示すように、補助層９４ｙは先端側に向かうほど厚みを減ずる形態で形成することも可能である。また、図６に示すように、補助層９４ｙの摩耗が小さくとどめられる範囲であれば、補助層９４ｙの先端部が内輪側スリンガ１０に対し、本体層９４ｘよりも小さい締め代にて摺接する構成を採用することも可能である。

さらに、図７に示すように、補助層を２層以上に形成することも可能である。この場合、各層は、ラジアル方向内側に位置するものほど線膨張係数の小さいゴム材料にて構成される。図７では、補助層を第一補助層９４ｙと第二補助層９４ｚとの二層に形成しており、本体層９４ｘをニトリルゴム、第一補助層９４ｙをブチルゴム、第二補助層９４ｚをフッ素ゴムにて構成している。

本発明の軸受用シール装置を適用したアイドラプーリ用軸受の一例を示す断面図。 図１の軸受用シール装置部分を拡大して示す断面図。 図２の軸受用シール装置の副シールリップをさらに拡大し、その作用とともに示す断面図。 副シールリップの第二例を示す拡大断面図。 同じく第三例を示す拡大断面図。 同じく第四例を示す拡大断面図。 同じく第五例を示す拡大断面図。

符号の説明

１ 軸受
３ 内輪
４ 外輪
７ 軸受用シール装置
８ 摺動シール部
８ｂ アキシャル基面
９ 主シールリップ
９４ 副シールリップ
９４ｘ 本体層
９４ｙ，９４ｚ 補助層
９４ａ ラジアル方向内周面
９４ａ’ 摺接面
９４ｔ リップ先端部
１０ 内輪側スリンガ
１５ 転動体配置空間
１５ａ 環状の開口
１７ アキシャルシール隙間

Claims (4)

1. 内輪非回転、外輪回転で使用されるラジアル軸受のシール装置であって、
   前記内外輪間に形成される転動体配置空間の環状の開口をアキシャル方向に遮る形で配置され、ラジアル方向内周縁部が前記内輪のアキシャル方向端部に相対回転不能に嵌合する金属製の内輪側スリンガと、
   前記内輪側スリンガに対しアキシャル方向内側にアキシャルシール隙間を形成する形で対向配置され、ラジアル方向外周縁部が前記外輪のアキシャル方向端部に相対回転不能に嵌合するとともに、ラジアル方向内周縁側に前記内輪のアキシャル方向端部外側に摺接するゴム製の主シールリップが形成され、また、前記内輪側スリンガとの対向面をアキシャル基面として、該アキシャル基面から前記アキシャルシール隙間を横断しつつラジアル方向外向きに立ち上がる形で形成され、リップ先端部が前記内輪側スリンガのアキシャル方向内面に所定のアキシャル方向締め代をもって摺接するゴム製の副シールリップが形成された摺動シール部とを備え、
   前記副シールリップがラジアル方向に積層された複数のゴム層からなり、かつラジアル方向内側に位置するゴム層ほど線膨張係数の小さいゴム材料にて構成されてなることを特徴とする軸受用シール装置。
2. 前記副シールリップにおいて、前記複数のゴム層のうち、ラジアル方向最外側に位置する線膨張係数が最大の層を本体層とし、該本体層よりも線膨張係数が小さい残余の層を補助層として、前記内輪側スリンガを省略した仮想的な非変形状態において、アキシャル方向における前記本体層の先端が前記補助層の先端よりも前記内輪側スリンガとの摺接側に突出してなる請求項１記載の軸受用シール装置。
3. 前記副シールリップの前記アキシャル方向締め代が前記本体層にのみ生ずるように該本体層の前記補助層に対する突出量が調整されてなる請求項２記載の軸受用シール装置。
4. 前記本体層がニトリルゴム又はアクリルゴムにて構成され、前記補助層が、ふっ素ゴム、ブチルゴム及びウレタンゴムのいずれかにて構成されてなる請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の軸受用シール装置。

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