JP2015064088A - シール付転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】密封装置を圧入する際の軸受内部の圧力上昇を抑制し、密封性の低下や密封装置の損傷が生じにくいシール付転がり軸受ユニットを提供する。【解決手段】静止側円筒部２３ａの外周面には、径方向外方に突出して外輪の内周面と弾性的に嵌合するガスケット部２６を設け、静止側円筒部２３ａの外周面で外輪の内周面と嵌合する部分には、軸方向に延びる排気溝３０ａが、周方向に亙って複数設けられている。この排気溝３０，３０ａは、静止側円筒部２３ａの軸方向外端部に軸方向に開口し、ガスケット部２６の近傍で、ガスケット部２６に隣接する堰部３１ａまで延在して形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットに関するものである。

従来より、自動車の車輪等を懸架装置に対して回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットとして、図６に示す様なシール付転がり軸受ユニットの構造が知られている。図６に示したシール付転がり軸受ユニット１は、静止側軌道輪である外輪２と回転側軌道輪であるハブ３とを互いに同心に配置している。そして、外輪２の内周面に設けた、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道４，４と、ハブ３の外周面に設けた、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道５，５との間に、それぞれが転動体である玉６，６を、各列毎に複数個ずつ配置している。各玉６，６は、それぞれ保持器７，７により、転動自在に保持されている。

この様な構成により、外輪２の内径側にハブ３を、回転自在に支持している。懸架装置に対して車輪等を回転自在に支持するには、外輪２の外周面に設けた静止側フランジ８を懸架装置（不図示）に対してねじ止め固定すると共に、ハブ３の軸方向外端部外周面に形成した回転側フランジ９に、車輪及びディスクロータ等の制動用回転体をねじ止め固定する。尚、軸方向に関して外とは、車両への組み付け状態で車両の幅方向外側となる、各図の左側を言う。これに対して、車両の幅方向内側となる、各図の右側を、軸方向に関して内と言う。

外輪２の内周面とハブ３の外周面との間で、各玉６，６を設置した軸受内部空間１０の両端開口は、密封装置であるシールリング１１と組み合わせシールリング１２とにより、それぞれ全周に亙り塞がれている。軸受内部空間１０の軸方向外端側開口を塞ぐシールリング１１は、金属板製の芯金１３により、ゴムの如きエラストマー製の弾性材１４を補強して、全体を円環状に構成して成る。又、弾性材１４は、複数本（図示の例では３本）のシールリップ１５ａ，１５ｂ，１５ｃを有する。そして、芯金１３を外輪２の内周面の軸方向外端部に締り嵌めで内嵌した状態で、各シールリップ１５ａ〜１５ｃの先端縁を回転側フランジ９の軸方向内側面又はハブ３の中間部外周面に、それぞれ全周に亙り摺接させている。

組み合わせシールリング１２は、スリンガ１６とシールリング１７とを組み合わせて成る。スリンガ１６は、金属板を曲げ成形する事により断面Ｌ字形で全体を円環状に構成したもので、回転側円筒部１８と、この回転側円筒部１８の軸方向内端縁から径方向外方に折れ曲がった回転側円輪部１９とから成る。この様なスリンガ１６は、回転側円筒部１８をハブ３（ハブ本体と共にこのハブ３を構成する内輪）の軸方向内端部に締り嵌めで外嵌する事により、ハブ３に対して固定している。

シールリング１７は、金属板製の芯金２０と弾性材２１とを備えている。弾性材２１は、複数本（図示の例では３本）のシールリップ２２ａ、２２ｂ、２２ｃを備えている。芯金２０は、金属板を曲げ成形する事により断面略Ｌ字形で全体を円環状に構成したもので、静止側円筒部２３と、この静止側円筒部２３の軸方向外端縁から径方向内方に折れ曲がった静止側円輪部２４とから成る。この様な芯金２０を備えたシールリング１７は、静止側円筒部２３を外輪２の軸方向内端部に締り嵌めで内嵌する事により、外輪２に固定している。又、この状態で、シールリップ２２ａの先端縁を回転側円輪部１９の軸方向外側面に、各シールリップ２２ｂ、２２ｃの先端縁を回転側円筒部１８の外周面に、それぞれ全周に亙り摺接させている。

組み合わせシールリング１２を構成するスリンガ１６の回転側円輪部１９の軸方向内側面に、円輪状のエンコーダ２５を、全周に亙り添着固定している。このエンコーダ２５は、ゴム、合成樹脂等の高分子材料中に磁性粉を分散させて全体を円輪状とした、ゴム磁石、プラスチック磁石等の永久磁石製で、軸方向に着磁している。着磁方向は、円周方向に関して、交互に、且つ等間隔で変化させている。従って、被検出面である、エンコーダ２５の軸方向内側面には、Ｓ極とＮ極とが、円周方向に関して、交互に、且つ、等間隔で配置されている。この様なエンコーダ２５の被検出面には、図示しない回転検出センサの検出部を対向させて、ハブ３と共に回転する車輪の回転速度を測定可能としている。

以上の様に、軸受内部空間１０の軸方向両端開口をシールリング１１と組み合わせシールリング１２とにより、それぞれ全周に亙り塞ぐ事で、軸受内部空間１０内に充填されたグリースの漏洩防止と、外部空間に存在する水分や塵芥等の異物がこの軸受内部空間１０内に侵入する事の防止とを図っており、車輪支持用のシール付転がり転がり軸受ユニット１の耐久性を確保する為には、シールリング１１及び組み合わせシールリング１２のシール性を確保する事が重要である。

自動車の車輪を支持するシール付転がり軸受ユニットの場合、自動車の運転初期に急激に転がり軸受の回転速度が高まり、転がり軸受の温度が上昇する事により、転がり軸受内部の圧力が上昇し、転がり軸受の内部に封入したグリースが軸受内部から押し出されて漏洩する場合がある。
又、転がり軸受が定常状態で運転されていても、自動車が水溜りの中等を走行して車輪が水や泥水を巻き上げる事により、転がり軸受が水や泥水に曝される。この場合、温度の上昇している転がり軸受が急激に冷却されるため、転がり軸受内部の圧力が低下して、各シールリップと摺接面との間から転がり軸受内部に水や塵挨が吸引されるおそれがある。さらに、各シールリップの先端部が摺接面に強く押し付けられ、摩擦抵抗が増加して回転トルクが上昇すると共に、各シールリップの先端部に著しい摩耗をきたすことがある。この様にしてシールリップの先端部が摩耗してしまうと、転がり軸受の密封性が低下する。

ところで、シール付転がり軸受ユニット１を組み立てる際には、シールリング１１が装着された外輪２とハブ３と玉６（保持器７）とを組み立て、次にグリースを封入し、最後に組み合わせシールリング１２を軸方向内側から圧入する。組み合わせシールリング１２を圧入する際に、軸受内部空間１０の軸方向外側開口はシールリング１１により密封されているので、軸受内部空間１０の体積は組み合わせシールリング１２の体積分減少して、軸受内部の圧力が上昇する。組立時における軸受内部空間１０の圧力上昇によっても上述した様な密封性能の低下を引き起こす場合がある。

この部分の先行技術としては、密封装置の圧入開始時からは排気溝を介して軸受外部に排気し、圧入途中からは排気溝及び弾性溝部を介して軸受外部に排気して、軸受内部の圧力上昇を抑制すると共に、密封装置を軸受に圧入完了時には、弾性嵌合部が押しつぶされて弾性溝部が閉塞され、軸受内部空間を密封するハブユニットが、特許文献１に記載されている。

特開２０１３−０２９１３１号公報

しかしながら、この先行技術の密封装置では、金属製である嵌合部に設けられた排気溝が、弾性嵌合部と連続して軸受外部まで連通している。従って、嵌合部に弾性部材を加硫成形する際、溶融して粘度の低い弾性材により、嵌合部にフラッシングを起こす、或は嵌合部の排気溝に弾性材が流れて溝を塞いでしまうおそれがある。

本発明は、上記の様な従来のシール付転がり軸受ユニットが有する問題点を解決し、密封装置を圧入する際の軸受内部の圧力上昇を抑制し、密封性の低下や密封装置の損傷が生じにくいシール付転がり軸受ユニットを提供する事を目的とする。

上記問題を解決するために、本発明に係わるシール付転がり軸受ユニットは、互いに同心に配置された状態で相対回転する回転側軌道輪及び静止側軌道輪と、前記回転側軌道輪と前記静止側軌道輪との互いに対向する周面同士の間に存在する軸受内部空間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記軸受内部空間の端部開口を塞ぐ、スリンガ及びシールリングから成る組み合わせシールリングとを備えている。前記スリンガは、金属板を断面Ｌ字形で全体を円環状に構成し、前記回転側軌道輪の周面に嵌合固定される回転側円筒部を有している。前記シールリングは、芯金と、この芯金に基端部を支持されたシールリップを有する弾性材とを備え、前記芯金は、金属板を断面Ｌ字形で全体を円環状に構成し、前記静止側軌道輪の周面に嵌合固定される静止側円筒部を有している。前記弾性材は、前記静止側円筒部の軸受外部側の周面を被覆して前記静止側軌道輪の周面と嵌合するガスケット部を備えている。

特に、本発明のシール付転がり軸受ユニットは、前記シールリングを前記静止側軌道輪に嵌合する際に、前記軸受内部空間と軸受外部とを連通して、前記軸受内部空間の空気を軸受外部に排気する排気溝が、前記静止側円筒部に設けられている。
さらに、前記排気溝と前記ガスケット部との間に堰部を設けている。
又、前記排気溝は、コレットチャックにより形成される。
又、前記排気溝は、加硫金型により形成される。

本発明によれば、密封装置を圧入する際の軸受内部の圧力上昇を抑制し、密封性の低下や密封装置の損傷が生じにくいシール付転がり軸受ユニットを提供する事ができる。
即ち、シールリングを軸受に圧入する際、静止側円筒部に設けられて軸方向に軸受内部空間と軸受外部とを連通する排気溝により、軸受内部空間の空気は外部空間に排気されるので、軸受内部空間の圧力上昇を抑制する事ができる。これにより、シーリップの損傷を防止して、密封装置の密封性を維持する事が可能となる。更に、排気溝は金属製である芯金の静止側円筒部のみに形成し、ガスケット部には設けていないので、ガスケット部によるシールリングの密封性を良好に保つ事ができる。
又、弾性材を芯金に加硫成形してガスケット部を形成する際、排気溝はガスケット部が加硫形成される部分には設けられていないので、弾性材が静止側円筒部の嵌合面にフラッシングを起こす虞がない。更に、溶融した弾性材が排気溝に流れて、排気溝を弾性材で塞いでしまう事もないので、排気溝を有するシールリングを安定して製造する事ができる。
又、排気溝は、コレットチャック又は加硫金型に保持された芯金を引き抜く事で成形されるので、低コストである。

実施形態を示す、組み合わせシールリングの断面図。 実施形態の組み合わせシールリングの外周面を示す、部分拡大図。 コレットチャックの斜視図。 変形例を示す、組み合わせシールリングの断面図。 変形例の組み合わせシールリングの外周面を示す、部分拡大図。 従来構造のシール付転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。

図１，２は、本発明の実施形態を示している。尚、本実施形態を含めて本発明のシール付転がり軸受ユニットの特徴は、組み合わせシールリングを構成する静止側円筒部及び回転側円筒部に、軸方向に軸受内部空間と外部空間とを連通する排気溝を設ける事により、軸受内部空間の圧力上昇を抑えて各シールリップの変形及び損傷を防止し、組み合わせシールリングの密封性能を長期間に亙って良好に保つ為の構成にある。その他の部分の構成及び作用に就いては、前述の図６に示したシール付転がり軸受ユニット１を含め、従来から広く知られている各種転がり軸受ユニットと同様であるから、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本実施形態の特徴部分を中心に説明する。

本実施形態のシール付転がり軸受ユニットは、図６に示した従来構造のシール付転がり軸受ユニット１と同様に、互いに同心に配置された状態で相対回転する回転側軌道輪であるハブ３及び静止側軌道輪である外輪２と、ハブ３と外輪２との互いに対向する周面同士の間に存在する軸受内部空間１０に転動自在に設けられた複数個の転動体である玉６とを備えている。

軸受内部空間１０の軸方向内端開口は組み合わせシールリング１２ａにより全周に亙り塞がれており、この組み合わせシールリング１２ａは、スリンガ１６ａ及びシールリング１７ａから成る。スリンガ１６ａは、金属板を断面Ｌ字形で全体を円環状に構成しており、ハブ３の軸方向内端部の外周面に嵌合固定される回転側円筒部１８ａと、回転側円筒部１８ａの軸方向内端縁から径方向外方に延びる回転側円輪部１９とを有している。そして、この回転側円輪部１９の軸方向内側面には、円輪状のエンコーダ２５を、全周に亙り添着固定している。

シールリング１７ａは、芯金２０ａと、この芯金２０ａに基端部を支持されたシールリップ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを有する弾性材２１とを備えている。芯金２０ａは、金属板を断面Ｌ字形で全体を円環状に構成し、外輪２の軸方向内端部の内周面に嵌合固定される静止側円筒部２３ａと、この静止側円筒部２３ａの軸方向外端縁から径方向内方に延びる静止側円輪部２４とを有している。静止側円筒部２３ａの内周面と、軸方向内端面と、軸方向内側（軸受外部側）寄り部分の外周面とは、弾性材２１により一体的に被覆されている。静止側円筒部２３ａの外周面を被覆する弾性材２１には、静止側円筒部２３ａの外周面よりも径方向外方に突出して、外輪２の内周面と弾性的に嵌合するガスケット部２６を設けている。

静止側円筒部２３ａの外周面で外輪２の内周面と直接嵌合する部分には、軸方向に延びる排気溝３０が、周方向に亙って複数設けられている。この排気溝３０は、静止側円筒部２３ａの軸方向外端部に軸方向に開口し、ガスケット部２６の近傍で、ガスケット部２６に隣接して設けられた堰部３１まで延在して形成されている。
同様に、回転側円筒部１８ａの内周面でハブ３の外周面と直接嵌合する部分には、軸方向に延びる排出溝３０ａが、周方向に亙って複数設けられている。この排気溝３０ａは、回転側円筒部１８ａの軸方向外端面に軸方向に開口し、エンコーダ２５の近傍で、エンコーダ２５に隣接して設けられた堰部３１ａまで延在して形成されている。

上述した様な排気溝３０は、図３に示す様なコレットチャック３５を用いて芯金２０ａの静止側円筒部２３ａに加工を施す事で形成される。コレットチャック３５の内径面の曲率は静止側円筒部２３ａの外径面より小さく、分割された各把持部における周方向の稜部には径方向内方に突出する爪部３６を設けている。又、コレットチャック３５の内径面には芯金２０を軸方向に位置決めする為の段部３７が設けられている。この様なコレットチャック３５は、静止側円輪部２４が段部３７に当接した状態で静止側円筒部２３ａを掴み、この状態で芯金２０ａを引き抜くと、静止側円筒部２３ａの外周面の所定の軸方向位置に排気溝３０が形成される。図３に示した３分割のコレットチャック３５の場合には、１対（２本）の排気溝３０が周方向に３箇所で、合計６個の排気溝３０が形成される。

同様に、スリンガ１６ａの回転側円筒部１８ａに形成される排気溝３０ａもコレットチャック（不図示）により加工が施される。この場合、回転側円筒部１８ａの内径面よりも大きい曲率を有するコレットチャックの外径面には、分割された各把持部における周方向の稜部に径方向外方に突出する爪部を設ける。又、コレットチャックの外径面にはスリンガ１６ａを軸方向に位置決めする為の段部を設ける。そして、回転側円輪部１９が段部に当接した状態で回転側円筒部２３ａを内径側から掴み、この状態でスリンガ１６ａを引き抜くと、回転側円筒部１８ａの内周面の所定の軸方向位置に排気溝３０ａが形成される。

排気溝３０が形成された芯金２０ａに弾性材２１を加硫成形する際、固定側の加硫金型に把持された芯金２０ａに対して、軸方向内側から可動側の加硫金型を芯金２０ａに打ち込み、静止側円筒部２３ａの外周面に全周に亙って連続する堰部３１を形成している。これにより、ガスケット部２６の弾性材２１の流れを堰き止め、溶融した弾性材２１が芯金２０ａの外径面へフラッシングしたり、排気溝３０を塞ぐ事を防止している。
同様に、排気溝３０ａが形成されたスリンガ１６ａにエンコーダ２５を加硫成形する際には、堰部３１ａを形成して、溶融したエンコーダ２５がスリンガ１６ａの内径面へフラッシングしたり、排気溝３０ａを塞ぐ事を防止している。

シール付転がり軸受ユニットの組立工程では、外輪２とハブ３と玉６及びシールリング１１とを組み立てた状態で、組み合わせシールリング１２ａを軸方向内側から圧入する。 そして、静止側円筒面２３ａを外輪２の内周面に嵌合させ、回転側円筒面１８ａをハブ３の外周面に嵌合させた状態でを圧入すると、軸受内部空間１０内の空気は排気溝３０及び排気溝３０ａを介して外部空間に排気されて、軸受内部空間１０の圧力は上昇しない。
さらに、組み合わせシールリング１２ａを圧入し続けて圧入が完了した状態となると、ガスケット部２６が外輪２の内周面と弾性的に嵌合して、軸受内部空間１０を密封する。一方、スリンガ１６ａに装着されたエンコーダ２５の内周縁が、ハブ３の外周面に弾性的に当接して、軸受内部空間１０を密封する。

以上の様に、本実施形態に係るシール付転がり軸受ユニットによれば、組み合わせシールリング１２ａを圧入する際、排気溝３０，３０ａを介して軸受内部空間１０の空気が外部空間に排気されるので、軸受内部空間１０の圧力上昇を抑制している。そして、密封性の低下や密封装置の損傷が生じにくいシール付転がり軸受ユニットを提供する事ができる。
更に、排気溝３０，３０ａは、金属製である静止側円筒部２３ａ及び回転側円筒部１８ａのみに形成し、ガスケット部２６（エンコーダ２５）には設けていないので、ガスケット部２６によるシールリング１７ａの密封性を良好に保つ事ができる。
又、弾性材２１を芯金２０ａに加硫成形してガスケット部２６を形成する際、排気溝３０とガスケット部２６とは堰部３１により分離されているので、溶融した弾性材２１が静止側円筒部２３ａの嵌合面にフラッシングを起こしたり、排気溝３０に流れて、排気溝３０を弾性材２１で塞いでしまう虞もない。従って、排気溝３０を有するシールリング１７ａを安定して製造する事ができる。更に、排気溝３０は、コレットチャック３５に保持された芯金２０ａを引き抜く事で成形されるので、低コストである。

尚、コレットチャックにより排気溝３０を加工する場合、コレットチャック３５の各把持部の綾部以外にも爪部を設ける、或いはコレットチャック３５の割り数を増やす事で、周方向に多数の排気溝３０を形成する事もできる。
又、加硫金型により排気溝３０を加工する事もできる。この場合、芯金２０ａを把持する加硫金型を超硬合金製とし、加硫金型の内径面に内径側に突出する凸部を設け、芯金２０ａを加硫金型に押し込む際に凸部により排気溝３０を形成する事ができる。

図４，５は本実施形態の変形例として、組み合わせシールリング１２ｂに弾性材２１を加硫成形した後に排気溝３０ｃを設ける場合に適用可能な態様を示している。本変形例のシール付転がり軸受ユニットを構成する組み合わせシールリング１２ｂは、加硫成形後に排気溝３０ｂ（３０ｃ）を加工する為、堰部３１（３１ａ）を設けていない。そして、静止側円筒部２３ｂに設けられた排気溝３０ｂは、ガスケット部２６まで軸方向に貫通して形成されている。同様に、回転側円筒部１８ｂに設けられた排気溝３０ｃは、エンコーダ２５まで貫通して形成されている。

即ち、シールリング１７ｂを製造する場合には、弾性材２１が加硫成形された芯金２０ｂをコレットチャック３５で把持した際、芯金２０ｂの軸方向位置（段部３７の軸方向位置）を調整することで、爪部３６がガスケット部２６の軸方向外端に達する構成としている。尚、爪部３６によってガスケット部２６が損傷を受ける事を防止する為、若干の堰部３１が残る位置にコレットチャック３５を調整してもよい。これにより、弾性材２１のフラッシング及び排気溝３０ｂへの弾性材２１の流れを防止しながら排気溝３０ｂを形成する事ができる。同様に、排気溝３０ｃは、エンコーダ２５をスリンガ１６ｂに加硫成形後に成形される。
又、本変形例の場合、排気溝３０ｂ，３０ｃを形成する為に、弾性材２１が加硫成形された芯金２０ｂ、或はエンコーダ２５とスリンガ１６ｂの成形体を、コレットチャック３５で把持する工程を別途に設ける必要はない。例えば、弾性材２１が加硫成形された芯金２０ｂとエンコーダ２５及びスリンガ１６ｂの成形体とを組み合わせる組み合わせシールリング１２ｂの組立機に於いて、芯金２０ｂ及びスリンガ１６ｂを把持するチャック機構を利用する事も可能である。

本発明に係わるシール付転がり軸受は、自動車の車輪を回転自在に支持する車輪支持用のシール付転がり軸受ユニットとして適用できる。

１ 転がり軸受ユニット
２ 外輪
３ ハブ
４ 外輪軌道
５ 内輪軌道
６ 玉
７ 保持器
８ 静止側フランジ
９ 回転側フランジ
１０ 軸受内部空間
１１ シールリング
１２，１２ａ，１２ｂ 組み合わせシールリング
１３ 芯金
１４ 弾性材
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ シールリップ
１６，１６ａ，１６ｂ スリンガ
１７、１７ａ，１７ｂ シールリング
１８，１８ａ，１８ｂ 回転側円筒部
１９ 回転側円輪部
２０、２０ａ、２０ｂ 芯金
２１ 弾性材
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ シールリップ
２３，２３ａ，２３ｂ 静止側円筒部
２４ 静止側円輪部
２５ エンコーダ
２６ ガスケット部
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 排気溝
３１，３１ａ 堰部
３５ コレットチャック
３６ 爪部
３７ 段部

Claims (4)

1. 互いに同心に配置された状態で相対回転する回転側軌道輪及び静止側軌道輪と、前記回転側軌道輪と前記静止側軌道輪との互いに対向する周面同士の間に存在する軸受内部空間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記軸受内部空間の端部開口を塞ぐ、スリンガ及びシールリングから成る組み合わせシールリングとを備え、前記スリンガは、金属板を断面Ｌ字形で全体を円環状に構成し、前記回転側軌道輪の周面に嵌合固定される回転側円筒部を有しており、前記シールリングは、芯金と、この芯金に基端部を支持されたシールリップを有する弾性材とを備え、前記芯金は、金属板を断面Ｌ字形で全体を円環状に構成し、前記静止側軌道輪の周面に嵌合固定される静止側円筒部を有しており、前記弾性材は、前記静止側円筒部の軸受外部側の周面を被覆して前記静止側軌道輪の周面と嵌合するガスケット部を備えるシール付転がり軸受ユニットに於いて、
   前記シールリングを前記静止側軌道輪に嵌合する際に、前記軸受内部空間と軸受外部とを連通して、前記軸受内部空間の空気を軸受外部に排気する排気溝が、前記静止側円筒部に設けられている事を特徴とするシール付転がり軸受ユニット。
2. 前記排気溝と前記ガスケット部との間に堰部を設けた事を特徴とする請求項１に記載のシール付転がり軸受ユニット。
3. 前記排気溝は、コレットチャックにより形成された事を特徴とする請求項1又は２に記載のシール付転がり軸受ユニット。
4. 前記排気溝は、加硫金型により形成された事を特徴とする請求項1又は２に記載のシール付転がり軸受ユニット。
   

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