JP2015200332A - フィルタ付き転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油中の異物が軸受内に侵入することを確実に防止するとともに、フィルタ付き転がり軸受におけるシール装置の信頼性向上と長寿命化を図る。
【解決手段】外側軌道輪１１と内側軌道輪１２との間に形成された軸受空間の少なくとも一端の開口をシール装置２０で覆い、そのシール装置２０が備えるフィルタ２２により潤滑オイルに含まれる異物を捕捉するようにしたフィルタ付き転がり軸受において、シール装置２０は、潤滑油が通過可能で固形異物の通過を規制するフィルタ２２が一体に形成された金属環からなるリング部材２１が、外側軌道輪１１又は内側軌道輪１２の一方の軌道輪に装着され、リング部材２１に接合されたエラストマー材からなるリップ部２３が、他方の軌道輪に対向している構成とした。他方の軌道輪には補助リング部材２４を装着してその補助リング部材２４をリップ部２３と対向させてラビリンス構造を形成した。
【選択図】図１

Description

この発明は、油潤滑される転がり軸受に係り、詳しくは、潤滑油中の異物の侵入を防止するために設けたフィルタを通して流入する油で潤滑されるフィルタ付き転がり軸受に関する。

自動車等の各種輸送機器や各種建設用機械の動力伝達機構や走行装置、油圧ポンプ、その他各種産業機械の各部には、転がり軸受が組み込まれている。

この転がり軸受を潤滑する油には、ギヤの摩耗粉（鉄粉等）等の異物が混入する場合がある。仮に、異物が転がり軸受の内部に侵入すると、異物の噛み込みによって軌道面や転動面に剥離が生じて、転がり軸受の耐久性を低下させることになる。

このため、その異物の侵入を防止するため、転がり軸受に取付けるシールリングにフィルタを設けたフィルタ付き転がり軸受が提案されている。このフィルタ付き転がり軸受は、シールリングに設けたオイル流通用の通油孔に、異物を捕捉するためのフィルタを取付けたものである。

例えば、特許文献１には、エラストマー材からなるシールリング（以降、「弾性シール部材」と称する。）に開口部を設け、その開口部をフィルタで覆う構造とした技術が開示されている。弾性シール部材は、直接軸受の内外輪のいずれかに取付けられている。また、弾性シール部材に設けたシールリップが、対側の軌道輪と接触している。

特開平６−３２３３３５号公報（第５頁、第１−３図等参照）

上記特許文献１に記載されたフィルタ付き転がり軸受では、エラストマー材からなる弾性シール部材が、軸受開口部（シール装着部）に剥き出しに装着されている。このため、軸受組立時、搬送時、及び機械装置組込み時等に、何らかの外力が弾性シール部材に作用した場合、弾性シール部材が変形したり、正規の組込み状態からずれることでシール性が損なわれる可能性がある。

シール性を損なわないためには、弾性シール部材と軸受間の締代を精度良く管理する必要がある。しかし、弾性シール部材が直接軸受に取付けられているため、締代の精度向上には、弾性シール部材及び軸受の各々の寸法を精度良く管理する必要がある。これは、製造コストの高騰を招く原因になる。また、特に、成形品である弾性シール部材の寸法管理には、技術的な限界がある。一方、シール性確保のために締代を増大すると、軸受のトルク増大や温度上昇を招くことにもなる。

また、上記特許文献１に記載されたフィルタ付き転がり軸受では、シールリップが、弾性シール部材を固定した軌道輪の対側の軌道輪と接触している。このため、軸受を高速回転で使用する場合、軸受のトルク上昇や温度上昇、シールリップの早期摩耗を招くことになる。

そこで、この発明の課題は、潤滑油中の異物が軸受内に侵入することを確実に防止するとともに、フィルタ付き転がり軸受におけるシール装置の信頼性向上と長寿命化を図ることである。

上記の課題を解決するため、この発明は、外側軌道輪と内側軌道輪との間に転動体を組み込み、前記外側軌道輪と前記内側軌道輪との間に形成された軸受空間の少なくとも一端の開口をシール装置で覆い、そのシール装置が備えるフィルタにより潤滑油に含まれる異物を捕捉するようにしたフィルタ付き転がり軸受において、前記シール装置は、潤滑油が通過可能で固形異物の通過を規制するフィルタが一体に形成されたリング部材が、前記外側軌道輪又は前記内側軌道輪の一方の軌道輪に装着され、前記リング部材に接合され前記リング部材よりも柔らかい素材からなるリップ部が、他方の軌道輪に対向しているフィルタ付き転がり軸受を備えた構成とした。

フィルタを一体に備えたリング部材に、相対的に柔らかい素材からなるリップ部を接合したことにより、リング部材は一方の軌道輪にしっかりと装着されて、フィルタの機能を長期に亘って維持できるとともに、リップ部は、他方の軌道輪との間で良好にシール機能を維持することができる。

ここで、リップ部の素材として、例えば、エラストマー材を用いることができる。このとき、リング部材は、リップ部のエラストマー材よりも硬い素材を採用する。リング部材の素材としては、エラストマー材以外の素材であることが望ましく、例えば、金属、樹脂等を用いることができる。なお、比較的剛性の高いエラストマー材であれば、リップ部の素材よりも硬い限りにおいて、リング部材の素材として使用可能である。

従来のフィルタ付き転がり軸受では、シール装置の本体を構成するエラストマー材が軸受の軌道輪に直接固定されていたが、この構成によれば、相対的に硬いリング部材が一方の軌道輪に装着され、柔らかいリップ部は軌道輪に直接固定されない。このため、エラストマー材等といった柔らかい素材の寸法や、軌道輪や転動体等の軸受各部の寸法を、従来のように厳格に管理する必要がない。
また、リング部材は、リップ部の素材に比べて外力による変形に対して強く、潤滑油中に異物が侵入してしまうような過酷な使用環境下で使用される軸受においても、その軸受にとって有害な異物が軸受内部に侵入することを長期に亘って確実に防止でき、軸受の長寿命化を図ることができる。

この構成において、前記他方の軌道輪に補助リング部材を装着してその補助リング部材を前記リング部材のリップ部と対向させ、前記補助リング部材と前記リング部材との間にラビリンス構造を形成した構成を採用することができる。

ラビリンス構造を採用すれば、回転側と静止側との間が非接触でありながら、所定のシール効果が得られる。このため、リング部材やリップ部の寿命を延ばすことができる。

これらの構成において、前記外側軌道輪と前記内側軌道輪との軸周り相対回転の停止時又は低速回転時に、前記リップ部が前記他方の軌道輪又は前記他方の軌道輪に固定した部材に接触し、高速回転時には、前記リップ部が前記他方の軌道輪又は前記他方の軌道輪に固定した部材に接触しないように設定された構成を採用することができる。

すなわち、前述のように、フィルタを一体に備えたリング部材に、相対的に柔らかい素材からなるリップ部を接合しているので、軸受停止時及び低速回転時には、リップ部が、リング部材を装着した側の対側の軌道輪やその軌道輪に装着した部材（例えば、前記補助リング部材等）に接触することで異物侵入を防止することができる。

また、軸受高速回転時には、互いに素材が異なり線膨張係数が異なるリップ部と、それに対向する対側の軌道輪やその軌道輪に装着した部材との熱膨張量の差により、そのリップ部と対側の軌道輪やその軌道輪に装着した部材との間にすきまが生じるように設定することができる。これにより、軸受トルクの増大や軸受温度の上昇、さらにリップ部の柔らかい素材の過度な摩耗を防ぐことができる。

なお、高速回転時に生じる両部材間のすきま、すなわち、リップ部と対側の軌道輪やその軌道輪に装着した部材との間のすきまは、軸受寿命に悪影響を及ぼす異物の大きさよりも小さく設定することで、軸受寿命の低下をより確実に防止することができる。高速回転時に生じる両部材間のすきまの設定は、温度上昇量と両部材の線膨張係数を用いて計算することが可能である。

これらの各構成において、前記リング部材を、前記内側軌道輪又は前記外側軌道輪のうち静止側の軌道輪に装着した構成を採用することができる。このとき、補助リング部材を用いる場合は、その補助リング部材は、回転側の軌道輪に装着することになる。

潤滑油を通油するフィルタを備えたリング部材を、軸受の静止側の軌道輪（固定輪）に装着したことにより、フィルタは回転しないので、軸受の回転に伴う潤滑油の通油性低下を防止することができる。フィルタは静止側であることが望ましい。

例えば、前記内側軌道輪が回転側、前記外側軌道輪が静止側である場合は、前記リング部材は、前記外側軌道輪に装着することが望ましい。逆に、前記内側軌道輪が静止側、前記外側軌道輪が回転側である場合は、前記リング部材は、前記内側軌道輪に装着することが望ましい。

また、前記フィルタは、前記リング部材の全面に形成されていてもよいが、少なくとも前記一方の軌道輪への嵌合面を除いた部分に形成されている構成を採用することができる。

また、前記リング部材は、例えば、プレス加工で形成された多数の孔によりフィルタを構成する金属環、又は、射出成形で形成された多数の孔によりフィルタを構成する合成樹脂環である構成を採用することができる。

リング部材に、多数の孔が開いた金属環を使用することにより、エラストマー材等の柔らかい素材からなるリップ部に比べて、外力に対する変形に強い部材を容易に製造することができる。多数の孔が開いた金属環としては、例えば、パンチングメタルを用いることができる。

また、リング部材と補助リング部材の二つのリング部材の間を非接触状態でラビリンス構造としたことにより、シール性を確保しながら、軸受内外の潤滑油の循環をある程度許容することで、軸受の過度な温度上昇を防止できる。なお、補助リング部材にもフィルタを形成してもよいが、補助リング部材には、必ずしもフィルタが形成されていなくてもよい。すなわち、補助リング部材として採用する金属環や合成樹脂環、その他素材からなる部材には、必ずしも孔が開いていなくてもよい。

なお、前記リング部材に形成されたフィルタの孔は、１つの孔の最大内径が０．３ｍｍ〜０．７ｍｍであることが望ましい。

この発明は、フィルタを一体に備えたリング部材に、エラストマー材等といった相対的に柔らかい素材からなるリップ部を接合したことにより、リング部材は一方の軌道輪にしっかりと装着されて、フィルタの機能を長期に亘って維持できるとともに、リップ部は、他方の軌道輪に対して良好にシールの機能を維持することができる。

また、相対的に硬いリング部材が一方の軌道輪に装着され、柔らかいリップ部は軌道輪に直接固定されない。このため、エラストマー材等といった柔らかい素材の寸法や、軌道輪や転動体等の軸受各部の寸法を、従来のように厳格に管理する必要がない。また、リング部材は、リップ部の素材に比べて外力による変形に対して強く、潤滑油中に異物が侵入してしまうような過酷な使用環境下で使用される軸受においても、その軸受にとって有害な異物が軸受内部に侵入することを長期に亘って確実に防止でき、軸受の長寿命化を図ることができる。

この発明の第一の実施形態を示す要部拡大断面図 同実施形態のシール装置の斜視図 第二の実施形態を示す要部拡大断面図 （ａ）（ｂ）は、第三の実施形態を示す要部拡大断面図 （ａ）（ｂ）は、第三の実施形態のシール装置の斜視図 （ａ）（ｂ）は、軸受へのシール装置の装着方法の例を示す要部拡大断面図 （ａ）（ｂ）は、軸受へのシール装置の装着方法の例を示す要部拡大断面図 シール装置のリング部材を示し、（ａ）は要部拡大断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図 シール装置のリング部材を製造する際の素材を示し、（ａ）（ｂ）は全体図、（ｃ）は（ａ）（ｂ）の要部拡大図 シールリップ内径（リップ部の内径）、内輪外径、嵌合い締代との関係を示す図表 （ａ）は、圧痕の大きさと寿命低下率との関係を示すグラフ図、（ｂ）は、フィルタのメッシュの大きさと圧痕の大きさとの関係を示すグラフ図

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の第一の実施形態に係る転がり軸受１０の要部拡大断面図を示す。この実施形態では、転がり軸受１０として、油圧ポンプに用いられる円すいころ軸受を想定している。

転がり軸受１０の構成は、図１に示すように、外側軌道輪１１と内側軌道輪１２の各軌道面１１ａ，１２ａの間に、転動体１３として円すいころが組み込まれている。転動体１３は、保持器１４によって周方向に保持されている。

内側軌道輪１２の軌道面１２ａと外側軌道輪１１の軌道面１１ａとは、図中右側の軸方向一方側から図中左側の軸方向他方側に向かって、互いの距離が狭まるように設けられている。転動体１３としての円すいころの転動面も、それに対応して、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって、その直径が狭まるように設けられている。

内側軌道輪１２には、軸方向一方側に外径側に突出する大鍔部１２ｂが、軸方向他方側に同じく外径側に突出する小鍔部１２ｃが設けられている。転動体１３は、この大鍔部１２ｂと小鍔部１２ｃの間に配置される。

この実施形態では、外側軌道輪１１は、非回転である固定ハウジング（図示せず）に装着され回転不能である。また、内側軌道輪１２は、軸周り回転可能な回転軸（図示せず）と一体に回転するように装着される。すなわち、外側軌道輪１１が静止側の軌道輪、内側軌道輪１２が回転側の軌道輪となっている。

この転がり軸受１０に、シール装置２０が取付けられる。シール装置２０は、図１に示すように、転がり軸受１０の軸受空間における軸方向一方側、すなわち、内側軌道輪１２の大鍔部１２ｂ側の開口を覆うように取付けられる。

なお、必要であれば、軸方向他方側の開口にも、同様なシール装置２０を取付けてもよい。このとき、シール装置２０が、保持器１４や転動体１３に支障しないよう、内側軌道輪１２の小鍔部１２ｃ側の軸受開口部にシール装着部のスペースを確保する必要がある。

シール装置２０は、潤滑油が通過可能で固形異物の通過を規制するフィルタ２２が一体に形成されたリング部材２１と、そのリング部材２１に接合されリング部材２１よりも柔らかい素材からなるリップ部２３を備える。

リップ部２３の素材として、この実施形態では、ゴム、すなわち、エラストマー材を用いている。また、リング部材２１の素材としては、ステンレス鋼等の金属を用いている。すなわち、リング部材２１には、リップ部２３のエラストマー材よりも硬い素材を採用する。リング部材２１の素材としては、ステンレス鋼以外の金属、例えば、加工が容易なＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼板等を用いてもよいし、他に、リップ部２３よりも硬いエラストマー材、あるいは、リップ部２３よりも硬い合成樹脂、特に、硬質樹脂等を採用することができる。

リング部材２１は、図２に示すように、外側軌道輪１１の内径面に沿う円筒状の係止部２１ａと、その係止部２１ａの軸方向外側端縁から内側軌道輪１２側に向かって全周に亘って立ち上がる壁部２１ｂとを備える。

壁部２１ｂの先端２１ｃには、環状のリップ部２３が接合されている。この実施形態では、リップ部２３に設けた周方向全周に亘る嵌合溝に、環状の壁部２１ｂの先端２１ｃが嵌め込まれて、壁部２１ｂにリップ部２３が固定されているが、壁部２１ｂへのリップ部２３の固定構造は、他の形態としてもよい。例えば、上記のような嵌め込み固定と接着材とを併用してもよいし、嵌め込み固定によらず加硫接着や両部材を接着材のみで固定してもよい。

係止部２１ａの軸方向内側端には、対側の軌道輪である内側軌道輪１２側へ屈曲又は湾曲する誘導部２１ｄが設けられている。誘導部２１ｄを設けたことにより、リング部材２１の外側軌道輪１１内への挿入が容易である。

リング部材２１の外側軌道輪１１内への挿入方法を、図６に示す。リング部材２１を、係止部２１ａが軸受側に向くように配置し、外側軌道輪１１と内側軌道輪１２との間の環状の開口を覆うように、その開口内に挿入する。このとき、挿入用治具Ｔを使用すると便利である。挿入用治具Ｔは、リング部材２１の周方向の一部を押す棒状の部材であってもよいし、リング部材２１の周方向全周を押す環状の部材であってもよい。

フィルタ２２は、リング部材２１の壁部２１ｂに設けられた多数の孔２２ａで構成されている。孔２２ａは、少なくとも壁部２１ｂに設けられていればよいが、それに加えて係止部２１ａ等の他の部位に設けられていてもよい。

係止部２１ａが外側軌道輪１１の内径面に沿うように、リング部材２１が軸受空間内に圧入され、リング部材２１は外側軌道輪１１の内側に装着される。そして、リップ部２３の先端２３ａは、内側軌道輪１２の外径面に対向する。この実施形態では、リップ部２３の先端２３ａは先細りとなっており、内側軌道輪１２の大鍔部１２ｂの外径面に対向している。また、リップ部２３の断面は、全周に亘って、壁部２１ｂへの取付部から軸受の軸心に向かって軸方向に直交する方向へ伸びて、その先端２３ａ側がやや軸方向外側に屈曲する形状となっている。

フィルタ２２を一体に備えたリング部材２１に、相対的に柔らかい素材であるエラストマー材からなるリップ部を接合したことにより、リング部材２１は、軌道輪にしっかりと装着されて、フィルタ２２の機能を長期に亘って維持できるとともに、リップ部２３は、対向する側の軌道輪に対して良好な接触圧を維持し、長期間に亘りその機能を維持することができる。

また、相対的に硬いリング部材２１が軌道輪に装着され、柔らかいリップ部２３は軌道輪に直接固定されないので、エラストマー材等といった柔らかい素材の寸法や、軌道輪や転動体等の軸受各部の寸法を、従来のように厳格に管理する必要がないという利点がある。また、リング部材２１は、リップ部２３の素材に比べて外力による変形に対して強く、長期に亘ってフィルタ２２の機能を持続でき、軸受の長寿命化を図ることができる。

この発明の第二の実施形態を、図３に示す。この第二の実施形態は、リング部材２１を装着した軌道輪の対側の軌道輪に、補助リング部材２４を装着したものである。ここでは、静止側である外側軌道輪１１にリング部材２１が装着され、回転側である内側軌道輪１２に補助リング部材２４が装着されている。

補助リング部材２４を、リング部材２１に接合したリップ部２３と対向させ、補助リング部材２４とリング部材２１との間に、微小なすきまが屈曲するラビリンス構造（ラビリンスシール構造）を形成している。ラビリンス構造を採用したので、回転側と静止側との間を非接触としつつ、所定のシール効果を確保している。すなわち、この実施形態では、シールの構造として、微小なすきまが屈曲するラビリンス構造を採用したことにより、潤滑油は、その屈曲した微小なすきまを通る際の抵抗により、軸受空間の内外をシールすることができる。

この第二の実施形態において、リング部材２１は、同じく、外側軌道輪１１の内径面に沿う円筒状の係止部２１ａと、その係止部２１ａの軸方向外側端縁から内側軌道輪１２側に向かって全周に亘って立ち上がる壁部２１ｂとを備える。また、壁部２１ｂは、フィルタ２２よりも内径寄りの部分に、軸方向内側に伸びる円筒状の逃げ部２１ｅを備えている。壁部２１ｂの途中に逃げ部２１ｅを設けたことにより、壁部２１ｂの先端２１ｃは、フィルタ２２の位置よりも軸受の軸方向内側に位置することとなる。

また、壁部２１ｂの先端２１ｃには環状のリップ部２３が接合される。リップ部２３の断面は、全周に亘って、壁部２１ｂへの取付部から軸受の軸心に向かって軸方向に直交する方向へ伸びる部材としているが、第一の実施形態と同様に、その先端２３ａ側がやや軸方向外側に屈曲する形状を採用してもよい。なお、リップ部２３のリング部材２１への接合方法は、前述の実施形態と同様である。

補助リング部材２４は、内側軌道輪１２の外径面に沿う円筒状の係止部２４ａと、その係止部２４ａの軸方向外側端縁から外側軌道輪１１側に向かって全周に亘って立ち上がる壁部２４ｂとを備える断面Ｌ字状の部材である。

ラビリンス構造は、リップ部２３と補助リング部材２４の係止部２４ａ、リップ部２３と補助リング部材２４の壁部２４ｂ、リング部材２１の壁部２１ｂ（逃げ部２１ｅを含む）と補助リング部材２４の壁部２４ｂとの間の各微小な隙間によって形成される。

なお、リング部材２１の外側軌道輪１１内への挿入方法を、図７に示す。リング部材２１を、係止部２１ａが軸受側に向くように配置し、また、補助リング部材２４を、係止部２４ａが軸受側に向くように配置する。リング部材２１と補助リング部材２４を、外側軌道輪１１と内側軌道輪１２との間の環状の開口を覆うように、その開口内に挿入する。このとき、使用する挿入用治具Ｔについては、前述の第一の実施形態と同様である。

この発明の第三の実施形態を、図４及び図５に示す。この実施形態は、第二の実施形態のリング部材２１の逃げ部２１ｅの形状を変更したものである。

リング部材２１は、外側軌道輪１１の内径面に沿う円筒状の係止部２１ａと、その係止部２１ａの軸方向外側端縁から内側軌道輪１２側に向かって全周に亘って立ち上がる壁部２１ｂとを備える。また、壁部２１ｂは、フィルタ２２よりも内径寄りの部分に、軸方向内側且つ内径方向に傾斜して伸びる円錐状の逃げ部２１ｅを備えている。その他の構成は、前述の第二の実施形態と同じである。逃げ部２１ｅを円錐状としたことにより、金属や樹脂の成型が容易である。

これらの第一から第三の各実施形態において、外側軌道輪１１と内側軌道輪１２との軸周り相対回転の停止時又は低速回転時には、リップ部２３が、対向する側の軌道輪（各実施形態では内側軌道輪１２）又はその軌道輪に固定した部材（各実施形態では補助リング部材２４）に接触するように設定されている。また、高速回転時には、リップ部２３が、対向する側の軌道輪又はその軌道輪に固定した部材に接触しないように設定されている。

すなわち、フィルタ２２を一体に備えたリング部材２１に、エラストマー材からなるリップ部２３を接合しているので、軸受停止時及び低速回転時には、リップ部２３が、リング部材を装着した側の対側の軌道輪やその軌道輪に装着した部材に接触することで異物侵入を防止する。また、軸受高速回転時には、互いに素材が異なり線膨張係数が異なるリップ部と、それに対向する対側の軌道輪やその軌道輪に装着した部材との熱膨張量の差により、そのリップ部２３と対側の軌道輪やその軌道輪に装着した部材との間にすきまが生じるように設定されている。

この点について説明すると、軸受停止時及び低速回転時には、潤滑油の温度が比較的低いので、リップ部２３とそれに対向する対側の軌道輪や、その軌道輪に装着した補助リング部材２４等の部材の冷間時に対する軸受半径方向外側への熱膨張量に、それほど大きな差異はない。しかし、軸受高速回転時には、潤滑油の温度が比較的高くなるので、リップ部２３は、対側の軌道輪や、その軌道輪に装着した補助リング部材２４等の部材との間に、軸受半径方向外側への熱膨張量の差異を生じる。具体的には、リップ部２３が相対的に大きく外径側へ広がるように膨張し、対側の軌道輪や、その軌道輪に装着した補助リング部材２４等の部材は、リップ部２３ほど大きく膨張しない。これにより、リップ部２３とそれに対向する部材との間にすきまを生じたり、初期に設定したリップ部の締代が小さくなり、高速回転時における軸受トルクの増大や軸受温度の上昇、さらに、リップ部２３の素材の過度な摩耗を防ぐことができる。

このように、リング部材２１に接合されるリップ部２３の素材は、リング部材２１や補助リング部材２４、軌道輪の素材よりも熱膨張率が高いことが望ましい。一般に、金属はゴムや樹脂よりも熱膨張率が低く、また、一般に、硬質樹脂はゴムよりも熱膨張率が低いので、例えば、リング部材２１や補助リング部材２４を金属環又は硬質樹脂を用いた樹脂環、リップ部２３をゴム等のエラストマー材とすれば、このような設定が容易に可能である。また、リング部材２１や補助リング部材２４を金属環、リップ部２３を樹脂とし、あるいは、リング部材２１や補助リング部材２４を樹脂環、リップ部２３をリング部材２１や補助リング部材２４の素材よりも柔らかく、熱膨張率が高い樹脂として、上記のような熱膨張率の差異を設定してもよい。

高速回転時に生じる両部材間のすきま、すなわち、リップ部２３と対側の軌道輪やその軌道輪に装着した部材との間のすきまは、軸受寿命に悪影響を及ぼす異物の大きさよりも小さく設定することで、軸受寿命の低下をより確実に防止することができる。高速回転時に生じる両部材間のすきまの設定は、温度上昇量と両部材の線膨張係数を用いて計算することが可能である。

前述のように、フィルタ２２は、少なくとも軌道輪への嵌合面である係止部２１ａを除いた部分のいずれかに形成されていればよいが、リング部材２１の全面に形成されていてもよい。

例えば、図８は、フィルタ２２を壁部２１ｂの一部に設けたものである。軌道輪への嵌合面である係止部２１ａにはフィルタ２２を設けていない。また、逃げ部２１ｅやその先端２１ｃ側のリップ部２３の取付部分にも、フィルタ２２は設けていない。図８における符号２１ｆは、周方向全周に亘る嵌合凸部である。この嵌合凸部２１ｆが、軌道輪側に設けた嵌合凹部に入り込むことで、リング部材２１の抜け止めが成される。各実施形態において、このような嵌合凸部２１ｆを採用してもよい。

ここで、係止部２１ａや逃げ部２１ｅ、あるいは、先端２１ｃ側のリップ部２３の取付部分にも、フィルタ２２を設けてもよい。なお、補助リング部材２４には、必ずしもフィルタ２２が形成されていなくてもよいが、ラビリンス構造によるシール効果を阻害しない限りにおいて、その部位にフィルタ２２を設けることは可能である。

図９（ａ）は、リング部材２１を製造するための素材Ｒ１を示す。多数の孔２２ａが形成されたプレス加工品からなる円形の金属板の中央部分を、図中の円形の切断線ｃでカットしてドーナツ状とするとともに、同心円状の複数の折目線ｒで部材を折り曲げることで、リング部材２１を形成する。図９（ｂ）は、壁部２１ｂに相当する部分にのみ孔２２ａが設けられているプレス加工品からなる円形の金属板の素材Ｒ２である。同じく、同心円状の複数の折目線ｒで折り曲げることで、リング部材２１を形成する。図９（ｃ）は、孔２２ａの例を示す要部拡大図である。孔２２ａは、図９（ａ）（ｂ）のように軸心周り放射状に設けてもよいし、この図９（ｃ）のような格子状の配置としてもよい。

このように、リング部材２１の素材をプレス加工品からなる金属環（パンチングメタル等）とすることで、そのプレス加工で形成された多数の孔２２ａによりフィルタ２２を構成できる。あるいは、リング部材２１を樹脂の射出成形品とすることで、その射出成形で形成された多数の孔２２ａによりフィルタ２２を構成してもよい。

また、ここでは、図９（ｃ）に示す内径ｄ１とｄ２等、孔２２ａの周方向全ての方位に対する内径が同一である真円の孔２２ａを採用しているが、内径ｄ１とｄ２とを違えて楕円形としてもよい。その他、孔２２ａの形状は矩形としてもよいし、各種形状の孔２２ａが縦横に整列した網目状構造のフィルタ２２としてもよい。

リップ部２３に用いるエラストマー材としては、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の素材を使用することができる。リング部材２１の素材に合成樹脂を用いる場合は、例えば、ポリアミド等を使用することができる。

リップ部２３の締代の計算例を以下に示す。軸受停止時又は低速回転時において、リップ部２３は締代を有しているが、軸受高速回転時には、軸受内に有害な異物が侵入しない程度のすきまを有するようにリップ部の締代を設定する。

図１０に示す表は、軸受の内側軌道輪１２とリップ部２３との温度差が、１０℃である場合のリップ部締代計算例である。軸受停止時（２５℃）は０．３の締代を有しているが、軸受高速回転時（例えば、軸受温度８０℃、リップ温度７０℃）には、締代が−０．５３ｍｍ（０．５３ｍｍのすきま）になっている。このすきま（０．５３ｍｍ）は軸受の寿命に大幅な影響を与える異物が侵入しない大きさである。

ここでの計算条件は、以下のように設定している。
線膨張係数…シールリップ（ＮＢＲ）：２×１０^−４、内輪（ＳＵＪ２）：１２．５×１０^−６
両部材寸法…シールリップ内径：φ９９．７、内輪外径：φ１００ → 初期締代：φ０．３ｍｍ

また、フィルタ２２の孔２２ａは、１つの孔２２ａの最大内径が０．３ｍｍ〜０．７ｍｍであることが望ましい。孔２２ａの最大内径とは、図９（ｃ）に寸法ｄ１，ｄ２の例に示すように、孔２２ａの周囲各方位への内径の最大の長さを言う。特に、孔２２ａを断面円形とし、その最大内径を０．５ｍｍとすることが望ましい。ただし、実際の製品では製造上の許容差を与えて０．３〜０．７ｍｍの範囲内で規定することができる。

すなわち、フィルタ２２の孔２２ａが大きすぎると、大きな異物が軸受内へ侵入し、軸受の寿命に影響を与える大きな圧痕が、軸受の軌道面や転動面に形成されてしまうことになる。また、逆に、孔２２ａを小さくしすぎると、異物でメッシュが目詰まりし、潤滑油が軸受に供給されなくなることがある。

そこで、寿命試験を行うことにより、軸受の軌道面や転動面に生じた圧痕の大きさと、その圧痕に伴う軸受の寿命の低下率を調べ、ある大きさ以下の圧痕は、寿命に影響を与えないことを確認した。また、実験により、フィルタ２２の孔２２ａのサイズと、その孔２２ａを通過した異物によって形成される圧痕の大きさの関係を確認した。

図１１（ａ）（ｂ）にその実験結果を示す。図１１（ａ）は、軸受の軌道面や転動面に生じた圧痕の大きさと、その圧痕に伴う軸受の寿命の低下率（寿命比）との関係を、図１１（ｂ）は、メッシュサイズと、そのメッシュを通過した異物によって形成される圧痕の大きさの関係を示す。

試験条件は、転がり軸受として、主要寸法（内径、外径、幅）が、φ３０ｍｍ×φ６２ｍｍ×１７．２５ｍｍの円錐ころ軸受を用い、ラジアル荷重１７．６５ｋＮ、アキシアル荷重１．４７ｋＮ、軸回転速度２０００ｍｉｎ⁻¹としている。

実験では、軸受の軌道面や転動面に形成される圧痕の大きさが１ｍｍを超えると、軸受の寿命は急激に低下することが確認できた。また、大きさ１ｍｍを超える圧痕を生じさせるような異物の侵入を阻止できるメッシュサイズは、０．５ｍｍ以下であることが確認できた。このため、メッシュサイズが０．５ｍｍ以下であれば、軸受の寿命は特に良好である。なお、フィルタサイズを０．７ｍｍ以下とすることにより、生じ得る圧痕は１．３ｍｍ以下となる。圧痕が１．３ｍｍ以下であれば、転がり軸受の寿命の低下をある程度のレベル（圧痕の無いものに対して寿命比０．６）に抑えることが可能である。
したがって、孔２２ａの最大内径を０．７ｍｍ以下にしておけば、軸受の寿命比は０．６を確保することができ、軸受寿命の著しい低下を防ぐことが可能である。なお、目詰まり防止のため、メッシュサイズは０．３ｍｍ以上とすることが望ましい。

これらの各実施形態では、フィルタ２２を備えたリング部材２１を、静止側の軌道輪である外側軌道輪１１に装着している。また、補助リング部材２４を用いる場合は、その補助リング部材２４は、回転側の軌道輪である内側軌道輪１２に装着している。すなわち、潤滑油を通油するフィルタ２２を備えたリング部材２１を、軸受の静止側の軌道輪に装着したことにより、軸受の回転に伴う潤滑油の通油性低下を防止することができる。フィルタは静止側であることが望ましい。

したがって、例えば、逆に、内側軌道輪１２が静止側、外側軌道輪１１が回転側である場合は、リング部材２１は、内側軌道輪１２に装着することが望ましい。このとき、補助リング部材２４を併用する場合は、補助リング部材２４は外側軌道輪１１に装着する。

リング部材２１を内側軌道輪１２に装着する場合、リング部材２１は、内側軌道輪１２の外径面に沿う円筒状の係止部２１ａと、その係止部２１ａの軸方向外側端縁から外側軌道輪１１側に向かって立ち上がる壁部２１ｂとを備えた構成となる。補助リング部材２４を用いる場合、その補助リング部材２４は、外側軌道輪１１の内径面に沿う円筒状の係止部２４ａと、その係止部２４ａの軸方向外側端縁から内側軌道輪１２側に向かって全周に亘って立ち上がる壁部２４ｂとを備える断面Ｌ字状の部材となる。その他の構成は、上記実施形態と内外が反転した形態となるので説明を省略する。

これらの実施形態では、転がり軸受１０として円すいころ軸受を採用したが、転がり軸受１０はこれには限定されない。例えば、外側軌道輪１１としての外輪と内側軌道輪１２としての内輪との間に、転動体１３としてのボールを組込み、そのボールを保持器で保持した深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受であってもよい。あるいは、外側軌道輪１１としての外輪と内側軌道輪１２としての内輪との間に、転動体１３としての円筒ころを組込み、その円筒ころを保持器で保持した円筒ころ軸受であってもよい。

いずれの形式の軸受においても、シール装置２０は、転がり軸受１０の軸受空間における軸方向一方側の開口を覆うように取付けたが、必要であれば、軸方向他方側の開口にも、同様なシール装置２０を取付けてもよい。このとき、シール装置２０が、保持器１４や転動体１３に支障しないよう、軸受開口部にシール装着部のスペースを確保する必要がある。

１０ 転がり軸受
１１ 外輪（外側軌道輪）
１１ａ 軌道面
１２ 内輪（内側軌道輪）
１２ａ 軌道面
１２ｂ 大鍔部
１２ｃ 小鍔部
１３ 円すいころ(転動体)
１４ 保持器
２０ シール装置
２１ リング部材
２１ａ 係止部
２１ｂ 壁部
２１ｃ 先端
２１ｄ 誘導部
２１ｅ 逃げ部
２２ フィルタ
２２ａ 孔
２３ リップ部
２４ 補助リング部材
２４ａ 係止部
２４ｂ 壁部

Claims (7)

1. 外側軌道輪（１１）と内側軌道輪（１２）との間に転動体（１３）を組み込み、前記外側軌道輪（１１）と前記内側軌道輪（１２）との間に形成された軸受空間の少なくとも一端の開口をシール装置（２０）で覆い、そのシール装置（２０）が備えるフィルタ（２２）により潤滑油に含まれる異物を捕捉するようにしたフィルタ付き転がり軸受において、
   前記シール装置（２０）は、潤滑油が通過可能で固形異物の通過を規制するフィルタ（２２）が一体に形成されたリング部材（２１）が、前記外側軌道輪（１１）又は前記内側軌道輪（１２）の一方の軌道輪に装着され、前記リング部材（２１）に接合され前記リング部材よりも柔らかい素材からなるリップ部（２３）が、他方の軌道輪に対向しているフィルタ付き転がり軸受。
2. 前記他方の軌道輪に補助リング部材（２４）を装着してその補助リング部材（２４）を前記リング部材（２１）のリップ部（２３）と対向させ、前記補助リング部材（２４）と前記リング部材（２１）との間にラビリンス構造を形成したことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ付き転がり軸受。
3. 前記外側軌道輪（１１）と前記内側軌道輪（１２）との軸周り相対回転の停止時又は低速回転時に、前記リップ部（２３）が前記他方の軌道輪又は前記他方の軌道輪に固定した部材に接触し、高速回転時には、前記リップ部（２３）が前記他方の軌道輪又は前記他方の軌道輪に固定した部材に接触しないように設定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ付き転がり軸受。
4. 前記リング部材（２１）を、前記内側軌道輪（１２）又は前記外側軌道輪（１１）のうち静止側の軌道輪に装着したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のフィルタ付き転がり軸受。
5. 前記内側軌道輪（１２）が回転側、前記外側軌道輪（１１）が静止側であり、前記リング部材（２１）は、前記外側軌道輪（１１）に装着されていることを特徴とする請求項４に記載のフィルタ付き転がり軸受。
6. 前記フィルタ（２２）は、前記リング部材（２１）の全面又は前記一方の軌道輪への嵌合面を除いた部分に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のフィルタ付き転がり軸受。
7. 前記リング部材（２１）は、プレス加工で形成された多数の孔によりフィルタ（２２）を構成する金属環、又は、射出成形で形成された多数の孔によりフィルタ（２２）を構成する合成樹脂環であることを特徴とする請求項６に記載のフィルタ付き転がり軸受。

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