JP2015206434A

JP2015206434A - 転動装置用シール部材

Info

Publication number: JP2015206434A
Application number: JP2014088279A
Authority: JP
Inventors: 兼明松本; Kaneaki Matsumoto; 勇樹笠原; Yuuki Kasahara; 村上　豪; Takeshi Murakami; 豪村上
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2015-11-19

Abstract

【課題】転動装置用シール部材のシールトルクの低減とともに、シール性（密封性）を高める。
【解決手段】外輪相当部材に嵌合される芯金と、内輪相当部材に嵌合されるスリンガと、芯金に固定される基端部に連続する第１のラジアルリップ、第２のラジアルリップ及びアキシャルリップからなる弾性部材とを備えるとともに、第２のラジアルリップとアキシャルリップとの間の空間に基油動粘度が５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以上である第１のグリース組成物を封入し、第１のラジアルリップと第２のラジアルリップとの間の空間に、基油動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以上５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）未満の第２のグリース組成物を封入した転動装置用シール部材。
【選択図】図２

Description

本発明は、転動装置用シール部材に関し、より詳細には低トルク化とシール性（密封性）を向上させる技術に関する。

自動車に使用される車輪支持用転がり軸受には、外部からの雨水や粉塵等に浸入を防止する目的でパックシールが使用されている。図１にその一例を示すが、転がり軸受Ｏにおいて、固定輪である外輪相当部材１は、その外周面に形成した取付部２により、懸架装置（図示せず）に支持固定される。従ってこの外輪相当部材１は、使用時にも回転しない。この様な外輪相当部材１の内側には回転輪である内輪相当部材３が、外輪相当部材１と同心に設けられ、使用時にこの内輪相当部材３が回転する。この内輪相当部材３は、ハブ４と内輪５とから成る。このうちのハブ４の内周面にはスプライン溝６が形成されており、ハブ４の車両への組み付け時に幅方向外側になる端部（図１の左端）の外周面には取付フランジ７が形成されている。車両への組み付け時、スプライン溝６には等速ジョイントを介して回転駆動される駆動軸が挿入され、取付フランジ７には車輪が固定される。

外輪相当部材１の内周面には複列の外輪軌道８、８が、ハブ４の中間部外周面と内輪５の外周面とには内輪軌道９、９が、それぞれ形成されている。そして、これら各外輪軌道８、８と内輪軌道９、９との間に転動体１０、１０を設けて、外輪相当部材１の内側での内輪相当部材３の回転を自在としている。また、転動体１０、１０を転動自在に保持するために、保持器１１、１１が設けられている。尚、図示の例では転動体１０、１０として玉を使用しているが、重量が嵩む車両用のハブユニットの場合には、転動体としてテーパころを使用する場合もある。更に、外輪相当部材１の内周面と内輪相当部材３の外周面との間で、転動体１０、１０を設置した空間１３の端部開口が、シール部材１２ａ、１２ｂにより塞さがれている。

ここで、シール装置１２ａは「パックシール」とも呼ばれており、図２に拡大して示すように、芯金１０５と、スリンガ１０６と、弾性部材１０７とから構成されている。芯金１０５は、低炭素鋼板等の金属板にプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により、一体成形されている。この芯金１０５は、転がり軸受Ｏを構成する外輪相当部材１の端部内周面に内嵌固定自在な円筒部１０９と、この円筒部１０９の軸方向内端縁から内輪側に折れ曲がった立板部１１０とを備えた、断面略Ｌ字形で円環状に形成されている。また、スリンガ１０６は、ステンレス鋼板等、優れた耐食性を有する金属板に、やはりプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により一体成形されている。この様なスリンガ１０６は、転がり軸受Ｏを構成する内輪５の外端部外周面に外嵌固定自在な円筒部１１２と、この円筒部１１２の軸方向外端縁から外輪相当部材側に折れ曲がった立板部１１３とを備えた、断面Ｌ字形で円環状に形成されている。

また、弾性部材１０７は弾性材料からなり、芯金１０５にその基端部１１７が固定されており、それぞれの先端がスリンガ１０６の円筒部１１２に接する第１のラジアルリップ１１６及び第２のラジアルリップ１１５と、先端がスリンガ１０６の立板部１１３に接するアキシャルリップ１１４とを備え、第２のラジアルリップ１１５が第１のラジアルリップ１１６よりもアキシャルリップ側に配置されている。

このようなシール装置１２ａでは、シールトルクの低減のために、通常はグリース組成物を封入しており、より低トルク化を図るために特許文献１では、３０〜２３０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）の動粘度の基油を含有するグリース組成物を封入している。

特開２００４−３５３７１０号公報

シールトルクの低減には、特許文献１のように、封入されるグリース組成物の基油動粘度を低くして、摺動部に形成される油膜のせん断抵抗及び潤滑に影響しない部分に存在するグリース組成物の攪拌抵抗を低減することが考えられる。しかし、この基油動粘度を低くする方法は、シール性（密封性）の観点からは好ましくない。即ち、基油動粘度が低いと、摺接部に形成される油膜厚さが薄くなるため、泥水等が浸入した際に油膜切れが生じやすくなり、また、低粘度基油は弾性部材１０７に使用されるゴム材料を膨潤させやすいため、使用中に各リップのスリンガ１０６との接触具合が変化して摩耗等が発生することでシメシロが低減され、その結果シール性（密封性）が低下するようになる。

そこで本発明は、転動装置用シール部材において、シールトルクの低減とともに、シール性（密封性）を高めることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、下記の転動装置用シール部材を提供する。
（１）転動装置の内輪相当部材と外輪相当部材との間に形成される空間の端部開口を塞ぐシール部材であって、
外輪相当部材に嵌合される円筒部と、円筒部の一端から内輪相当部材側に垂直に屈曲する立板部とからなる断面略Ｌ字状の芯金と、
内輪相当部材に嵌合される円筒部と、円筒部の一端から外輪相当部材側に垂直に屈曲した立板部とからなる断面略Ｌ字状のスリンガと、
弾性材料からなり、前記芯金に固定される基端部と、基端部から連続して延びて、それぞれの先端が前記スリンガの円筒部に接する第１のラジアルリップ及び第２のラジアルリップと、先端が前記スリンガの立板部に接するアキシャルリップとからなり、前記第２のラジアルリップを前記第１のラジアルリップよりも前記アキシャルリップ側に配置してなる弾性部材とを備えるとともに、
前記第２のラジアルリップと前記アキシャルリップとの間の空間に基油動粘度が５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以上である第１のグリース組成物を封入し、前記第１のラジアルリップと前記第２のラジアルリップとの間の空間に、基油動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以上５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）未満の第２のグリース組成物を封入したことを特徴とする転動装置用シール部材。
（２）前記第１のグリース組成物及び前記第２のグリース組成物がともに、同一の配合物を同量含有し、基油動粘度のみ異なることを特徴とする上記（１）記載の転動装置用シール部材。

本発明のシール部材では、第２のラジアルリップとアキシャルリップとの間の空間に高粘度の基油からなる第１のグリース組成物を封入し、第１のラジアルリップと第２のラジアルリップとの間の空間に、低粘度の基油からなる第２のグリース組成物を封入したことを特徴とする。

第１及び第２のラジアルリップは、シール全体のトルクの７０％程度を占めると言われており、第１及び第２のラジアルリップの間の空間に低粘度の基油からなる第２のグリース組成物を封入して第１及び第２のラジアルリップの摺動性を高めることによりシール全体としてのトルクを低減することができる。但し、低粘度の基油によるゴム材料の膨潤によりシール性が低下するため、第２のラジアルリップとアキシャルリップとの間の空間に高粘度の基油からなる第１のグリース組成物を封入してシール性（密封性）を高める。アキシャルリップはラジアルリップほどシール全体のトルクに対する寄与度が高くなく、基油動粘度が高い第１のグリース組成物を用いても、第２のグリース組成物によるトルク低減効果を損なうことはない。そのため、単一のグリース組成物を用いた場合に比べて、シールトルクの低減とともに、シール性（密封性）を高めることができる。

車輪支持用転がり軸受の１例を示す断面図である。図１に示したシール部材１２ａを示す拡大図である。泥水耐久寿命を測定するために用いた試験装置を示す断面図である。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

本発明において車輪支持用転がり軸受には制限はなく、例えば図１に示した転がり軸受Ｏを例示することができる。また、シール部材にも制限はなく、例えば図２に示したシール部材１２ａを例示することができる。

但し、本発明では、アキシャルリップ１１４と第２のラジアルリップ１１５との間の空間に、基油動粘度が５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以上である第１のグリース組成物を封入する。また、第１のラジアルリップ１１６と第２のラジアルリップ１１５との間の空間に、基油動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以上５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）未満の第２のグリース組成物を封入する。

第１のラジアルリップ１１６と第２のラジアルリップ１１５は、シール全体のトルクの７０％程度を占めるため、両ラジアルリップ１１６，１１５を低粘度の基油からなる第２のグリース組成物により摺動性を高めてシール全体のトルクを低減する。そのため、第２のグリース組成物において、基油動粘度が５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以上では油膜のせん断抵抗及びグリース組成物の攪拌抵抗が大きくなり、シール全体のトルクの低減効果が十分ではない。また、基油動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）未満では、ゴム材料が膨潤しやすくなり、シール性（密封性）が低下する。

一方、アキシャルリップ１１４は、シール全体のトルクへの寄与は少ないため、高粘度の基油からなる第１のグリース組成物を用いてゴム材料の膨潤を抑えるとともに、厚い油膜を形成してシール性（密封性）を高める。そのため、第１のグリース組成物において、基油動粘度が５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）より小さいと、リップ摺接部に形成される油膜が薄すぎ、泥水等が浸入した際に油膜切れが生じやすくなり、更にはゴム材料の膨潤を十分に抑えることができない。但し、基油動粘度が高くなりすぎるとシール全体のトルクを高めるため、１００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以下にすることが好ましい。

また、第１のグリース組成物及び第２のグリース組成とは、混合する場合を想定して、基油動粘度が異なること以外は、同一の配合物を同量含有することが好ましい。特に、基油の種類が異なり、相溶性が悪いと油分離を起こして潤滑性を低下させるおそれがある。また、増ちょう剤が異なると、一方のグリース組成物には良好に分散しても他方のグリース組成物では分散性が悪くなり潤滑性を低下させるおそれがある。尚、グリース配合物には制限はないが、例えば、下記に示す基油、増ちょう剤及び添加剤を例示することができる。

（基油）
基油には、通常潤滑油の基油として使用されている油（鉱油系、合成油系または天然油系の潤滑油）を全て使用することができる。具体的には、鉱油系潤滑油としては、鉱油を減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を適宜組み合わせて精製したものが挙げられる。合成油系潤滑基油としては、炭化水素系油、芳香族系油、エステル系油、エーテル系油等を挙げることができる。天然油系潤滑基油としては、牛脂、豚脂、大豆油、菜種油、米ぬか油、ヤシ油、パーム油、パーム核油等の油脂系油またはこれらの水素化物を挙げることができる。ただし、弾性部材用ゴム材料として最も多く使用されているニトリルゴムを考慮すると、鉱油又は合成炭化水素系油がより好適に使用される。

（増ちょう剤）
増ちょう剤は、ゲル構造を形成し、基油をゲル構造中に保持する能力があれば特に制約はない。例えば、金属成分がＬｉ，Ｎａ等である金属石けん、金属成分がＬｉ，Ｎａ，Ｂａ，Ｃａ等である複合金属石けん等の金属石けん類、ベントン、シリカゲル、ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ウレタン化合物等の非石けん類を適宜選択して使用できる。増ちょう剤の配合量としては、グリース組成物全量に対して５〜４０質量％であることが好ましい。増ちょう剤の配合割合が５質量％未満であるとグリ一ス状態を維持することが困難になってしまい、増ちょう剤の配合割合が４０質量％を超えるとグリース組成物が硬くなりすぎて、潤滑状態を十分に発揮することができなくなってしまう。

（添加剤）
グリース組成物の各種性能をさらに向上させるため、所望により種々の添加剤を混合してもよい。例えば、アミン系、フェノール系、硫黄系、ジチオリン酸亜鉛、ジチオカルバミン酸亜鉛等の酸化防止剤；スルフォン酸金属塩、エステル系、アミン系、ナフテン酸金属塩、コハク酸誘導体等の防錆剤；リン系、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブデン等の極圧剤；脂肪酸、動植物油等の油性向上剤；ベンゾトリアゾール等の金属不活性化剤等、潤滑で使用される添加剤を単独又は２種以上混合して用いることができる。なお、これら添加剤の添加量は，本発明の目的を損なわない程度であれば特に限定されるものではない。

また、第１及び第２のグリース組成物の封入量にも制限はなく、第１及び第２のラジアルリップ１１５、１１６の間の空間容積や、第２のラジアルリップ１１５とアキシャルリップ１１４との間の空間容積に応じて適宜設定される。低トルク化のためには封入量が少ない方が好ましいが、少なすぎると安定した潤滑性が得られないため、各空間とも５〜２０体積％にすることが好ましい。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（実施例1〜３、比較例１〜４）
表１に示すように、動粘度の異なる合成炭化水素油（ＰＡＯ）を用い、これに増ちょう剤として芳香族ウレア（４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネートとｐ−トルイジンとの反応生成物）、添加剤として酸化防止剤（Ｎ−フェニル−１−ナフチルアミン、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール）、防錆剤（ソルビタンモノオレート）及び摩耗防止剤（ＺｎＤＴＣ）を加えて第１及び第２のグリース組成物を調製した。

そして、図２に示すシール部材の第２のラジアルリップ１１５とアキシャルリップ１１４との間の空間に第１のグリース組成物を封入し、第１のラジアルリップ１１６と第２のラジアルリップ１１５との間の空間に第２のグリース組成物を封入して、試験体を作製した。

各試験体について、下記に示す（１）シールトルク試験及び（２）泥水耐久試験を行った。それぞれの結果を表１に併記する。

（１）シールトルク試験
各試験体について、日本精工株式会社製のハブシールユニット単体回転試験機を用いてシールトルク測定を実施した。尚、試験条件は以下の通りである。結果は、比較例1のトルク値を1とする相対比で示し、数値が小さいほど低トルクとなる。
＜試験条件＞
・シールサイズ：内径６１ｍｍ、外径７５ｍｍ
・回転速度：１０００ｍｉｎ^−１
・トルク測定時間：回転開始１時間後
・雰囲気温度：室温

（２）泥水耐久試験
泥水耐久試験は、図３に示す試験装置１００を用いて行った。図示される試験装置１００は、軸１０１にシール部材１２ａを組込み、内部に貯留した泥水１０２に浸漬させながら所定の回転速度で回転させる構成となっている。また、シールが破られて泥水１０２が反泥水側に浸入すると、漏電センサ１０３により検知する構成となっている。試験条件は以下の通りであり、漏水が検知されるまでの時間を泥水耐久寿命として求めた。結果は、比較例1の寿命を1とする相対比で示し、数値が大きいほど耐久性に優れることを示す。
＜(試験条件＞
・回転速度：１０００ｒｐｍ
・取付け偏心：０．１ｍｍＴＩＲ
・軸偏心：０．３ｍｍＴＩＲ
・泥水組成：ＪＩＳ８種ダスト２０％

表１に示すように、本発明に従い、基油動粘度が５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以上である第１のグリース組成物を第２のラジアルリップ１１５とアキシャルリップ１１４との間の空間に封入し、基油動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以上５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）未満の第２のグリース組成物を第１及び第２のラジアルリップの間の空間に封入した実施例では、何れも良好な泥水耐久性を維持しつつ、低トルク化を達成している。

これに対し、比較例１では、第１のグリース組成物及び第２のグリース組成物ともに同一であり、かつ、第２のグリース組成物の基油動粘度が高すぎるため、泥水耐久性は良好であるが、シールトルクが高い結果となっている。

比較例２では、第１のグリース組成物の基油動粘度が低すぎるため、泥水耐久性が低い結果となっている。また、第２のグリース組成物の基油動粘度が高すぎるため、トルク低減効果も十分ではない。

比較例３では、第１のグリース組成物及び第２のグリース組成物とも同一のグリース組成欝であり、かつ、第１のグリース組成物の基油動粘度が低すぎるため、シールトルクは低いものの、泥水耐久性が低い結果となっている。

比較例４では、第２のグリース組成物の基油動粘度が低すぎるため、シールトルクが低いものの、第１及び第２のラジアルリップの体積変化（膨潤）が大きく、油膜形成性も低いため、泥水耐久性が低い結果となっている。

Ｏ転がり軸受
１外輪相当部材
３内輪相当部材
４ハブ
５内輪
７取付フランジ
１０転動体
１１保持器
１３空間
１２ａ、１２ｂシール部材
１０５芯金
１０６スリンガ
１０７弾性部材
１１４、１１５、１１６シールリップ

Claims

転動装置の内輪相当部材と外輪相当部材との間に形成される空間の端部開口を塞ぐシール部材であって、
外輪相当部材に嵌合される円筒部と、円筒部の一端から内輪相当部材側に垂直に屈曲する立板部とからなる断面略Ｌ字状の芯金と、
内輪相当部材に嵌合される円筒部と、円筒部の一端から外輪相当部材側に垂直に屈曲した立板部とからなる断面略Ｌ字状のスリンガと、
弾性材料からなり、前記芯金に固定される基端部と、基端部から連続して延びて、それぞれの先端が前記スリンガの円筒部に接する第１のラジアルリップ及び第２のラジアルリップと、先端が前記スリンガの立板部に接するアキシャルリップとからなり、前記第２のラジアルリップを前記第１のラジアルリップよりも前記アキシャルリップ側に配置してなる弾性部材とを備えるとともに、
前記第２のラジアルリップと前記アキシャルリップとの間の空間に基油動粘度が５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以上である第１のグリース組成物を封入し、前記第１のラジアルリップと前記第２のラジアルリップとの間の空間に、基油動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以上５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）未満の第２のグリース組成物を封入したことを特徴とする転動装置用シール部材。
前記第１のグリース組成物及び前記第２のグリース組成物がともに、同一の配合物を同量含有し、基油動粘度のみ異なることを特徴とする請求項１記載の転動装置用シール部材。