JP2016145594A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 密封性能に優れ、かつ低フリクション性能が良く、シールリップ部が適度に摩耗するまでの時間を短縮することができる転がり軸受を提供する。【解決手段】 転がり軸受は、内外輪１，２間に形成される軸受空間Ｓを密封するシール部材５を備える。シール部材５は、外径端が外輪２に固定され、内径端側に内輪１の外周面１ｂに締代δを持って接するシールリップ部９を有する。シールリップ部９の先端部分１２は、軸受を回転状態で使用することで摩耗して前記内輪の前記外周面に対し非接触となるかまたは接触圧が零と見なせる程度の軽接触となる高摩耗材からなる。シールリップ部９の内輪１の外周面１ｂに接する面に環状の油溝１４を設ける。【選択図】 図２

Description

この発明は、例えば、自動車のトランスミッション等に用いられる転がり軸受に関する。

自動車のトランスミッション内にはギアの摩耗粉等の異物が混在するため、従来のトランスミッション用の軸受は、接触タイプの密封板（シール部材）を設けて軸受空間への異物の侵入を防いでいた。このような接触タイプのシール部材で軸受空間を密封する場合、軸受空間への異物の侵入は防げるが、シールトルクが発生する。トランスミッション用の軸受には、軸受空間内に異物が侵入するのを防止する密封性能、およびシール部材と回転側軌道輪との摩擦抵抗によるシールトルクを抑える低フリクション性能の両方が求められる。

そこで、回転側軌道輪におけるシール部材のシールリップ部が摺接する摺接面にショットピーリング処理を施すことで、前記摺接面に潤滑油を保持させて流体膜を形成し、密封性能を確保しつつシールトルクの低減を図ることが提案されている（例えば特許文献１）。

また、シールリップ部を摩耗し易い高摩耗材で製作し、軸受の運転初期にシールリップ部の先端部分を摩耗させて、シールリップ部と回転側軌道輪との間に最適なラビリンスすきまを形成することが提案されている（例えば特許文献２）。摩耗完了後の実使用時には、ラビリンスすきまによって異物侵入が防止されると共に、シール部材が非接触シールとなって、シールトルクが低く抑えられ、自動車の省燃費化への効果が見込める。

特開２０１３−３６４９３号公報 特開２００７−１７０８８２号公報

特許文献１の構成では、トルク低減効果に限界があり、満足するトルク低減効果が得られない。また、特許文献２の構成は、摩耗完了後には満足するトルク低減効果が得られるが、トランスミッション内の使用環境によって摩耗が完了するまでの時間にバラツキがある。このため、出荷前や出荷後における慣らし運転の時間の調整が難しく、慣らし運転の時間を長めにとらなければならなかった。

この発明の目的は、密封性能に優れ、かつ低フリクション性能が良く、シールリップ部が適度に摩耗するまでの時間を短縮することができる転がり軸受を提供することである。

この発明の転がり軸受は、回転輪である内輪と、固定輪である外輪と、これら内外輪の軌道面間に介在する複数の転動体と、前記内外輪間に形成される軸受空間を密封するシール部材とを備え、前記シール部材は、外径端が前記外輪に固定され、内径端側に前記内輪の外周面に締代を持って接するシールリップ部を有し、このシールリップ部のうちの少なくとも前記内輪の外周面に接する先端部分が、軸受を回転状態で使用することで摩耗して前記内輪の前記外周面に対し非接触となるかまたは接触圧が零と見なせる程度の軽接触となる高摩耗材からなり、前記シールリップ部の前記内輪の外周面に接する面に環状の油溝が設けられていることを特徴とする。

この構成によると、シールリップ部のうちの少なくとも内輪の外周面に接する先端部分が高摩耗材からなるため、軸受を回転状態で使用することで、シールリップ部の先端部分が早期に摩耗する。シールリップ部が摩耗するためには、内輪とシールリップ部との間に介在する油の量が少ない方が、摩擦係数が高くなるため有利である。この構成のように、シールリップ部の内輪の外周面に接する面に環状の油溝が設けられていると、内輪の回転に伴う遠心力で内輪とシールリップ部との間に介在する油が油溝に誘導され、内輪とシールリップ部との間に介在する油の量が減少する。内輪とシールリップ部との間に介在する油は、シールリップ部の側面から遠心力で外径側へ流れるが、内輪とシールリップ部との接触面はある程度の幅があるため、接触面の幅方向の中間部分の油は側面へは逃げ難い。このような油も、前記油溝があると油溝へ流れる。これにより、内輪とシールリップ部間の油膜が零または零に近い状態となる。その結果、内輪とシールリップ部との摩擦係数が高くなり、シールリップ部の摩耗がより一層促進され、シールリップ部の先端部分が内輪の外周面に対して非接触か軽接触となるまでの時間が短縮される。

摩耗完了後は、シールリップ部の先端部分が内輪の外周面に対して非接触か軽接触となるため、シールトルクがほとんど発生しない。摩耗完了後におけるシールリップ部の先端部分と内輪の外周面との間の微細なすきまは、ラビリンスすきまとして作用し、軸受空間への異物の侵入を防止する。

この発明において、前記シールリップ部がゴム材からなっていてもよい。
ゴム材からなるシールリップ部の弾性を利用してシールリップ部の先端部分が締代を持った状態で内輪の外周面に接触するように、シール部材を外輪に固定する。内輪の回転に伴ってシールリップ部の先端部分が摩耗するのに従ってシールリップ部が正規の姿勢に戻り、摩耗が完了して時点でシールリップ部の先端部分と内輪の外周面との間に最適なラビリンスすきまが形成される。

前記シール部材が、環状の芯金と、この芯金に一体に固着されて一部または全体が前記シールリップ部となるゴム材とを有する場合、前記芯金の全体に前記ゴム材が加硫成形により固着されていてもよく、前記芯金の内径部にのみ前記ゴム材が加硫成形により固着されていてもよい。
前者の場合、シール部材の外径端を外輪に設けられたシール取付溝に弾性変形した状態で嵌合固定することで、外輪とシール部材の外径端との密封性を高めることができる。後者の場合、ゴム材の使用量を少なくすることができる。

この発明において、前記シールリップ部の前記先端部分が前記内輪の外周面にラジアル接触していてもよい。
ラジアル接触していると、油溝の深さ方向が外径方向となるので、内輪の回転に伴う遠心力で内輪とシールリップ部との間に介在する油が油溝に誘導され易い。これにより、内輪とシールリップ部との摩擦係数が高くなり、シールリップ部の摩耗が促進される。

この発明において、前記内輪の外周面は軸方向に面する環状の段面を有し、前記シールリップ部の前記先端部分が前記段面にアキシアル接触していてもよい。
アキシアル接触している場合、油溝の深さ方向が軸方向となるが、内輪の回転に伴う遠心力で内輪とシールリップ部との間に介在する油が油溝の外径側の縁に寄せ集められ、油溝の外径側の壁面に沿って油溝の内部へ誘導される。これにより、内輪とシールリップ部との摩擦係数が高くなり、シールリップ部の摩耗が促進される。

前記転がり軸受が、自動車のトランスミッションに用いられるものであっても良い。この場合、軸受の運転により最適なラビリンスすきまが形成されるため、トランスミッション内におけるギアの摩耗粉等の異物が、軸受内に侵入することを防止できる。また、シール部材により生じるトルクが低減され、自動車の省燃費化を図ることが可能となる。

この発明の転がり軸受は、回転輪である内輪と、固定輪である外輪と、これら内外輪の軌道面間に介在する複数の転動体と、前記内外輪間に形成される軸受空間を密封するシール部材とを備え、前記シール部材は、外径端が前記外輪に固定され、内径端側に前記内輪の外周面に締代を持って接するシールリップ部を有し、このシールリップ部のうちの少なくとも前記内輪の外周面に接する先端部分が、軸受を回転状態で使用することで摩耗して前記内輪の前記外周面に対し非接触となるかまたは接触圧が零と見なせる程度の軽接触となる高摩耗材からなり、前記シールリップ部の前記内輪の外周面に接する面に環状の油溝が設けられているため、密封性能に優れ、かつ低フリクション性能が良く、シールリップ部が適度に摩耗するまでの時間が短縮することができる。

この発明の一実施形態に係る転がり軸受の断面図である。 （Ａ）は同転がり軸受のシール部材付近の拡大断面図、（Ｂ）は同シール部材のシールリップ部付近の部分拡大図である。 （Ａ）同シールリップ部の先端部分の摩耗前の状態を示す断面図、（Ｂ）は摩耗完了後の状態を示す断面図である。 同シール部材のシール成形型の断面図である。 この発明の異なる実施形態に係る転がり軸受のシール部材付近の断面図である。 この発明のさらに異なる実施形態に係る転がり軸受のシールリップ部付近の断面図である。 図１に示す転がり軸受をトランスミッションに用いた例の概略図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図４と共に説明する。
図１に示すように、この転がり軸受は、軌道輪である内外輪１，２と、これら内外輪１，２の各軌道面１ａ，２ａ間に介在する複数の転動体３と、これら転動体３を保持する保持器４と、内外輪１，２間に形成される環状の軸受空間Ｓの両端を密封する２つのシール部材５とを備えている。軸受空間Ｓにはグリースが初期封入される。この転がり軸受は、転動体３を玉とした深溝玉軸受であり、内輪１を回転輪とし、外輪２を固定輪とした内輪回転タイプである。

図２（Ａ）に示すように、前記シール部材５は、外径端が外輪２の内周面に設けられシール取付溝２ｂに嵌合固定され、内径端側のシールリップ部９が内輪１の円筒状の外周面１ｂにラジアル接触している。シール部材５は、環状の芯金６と、この芯金６に一体に固着される弾性部材７とを有する。これら芯金６および弾性部材７の大部分により、シール部材本体８が構成され、弾性部材７の残余の部分、この例では弾性部材７の内径端側部分により前記シールリップ部９が構成される。この例では、弾性部材７は、芯金６の後記立板部６ｂの内側面を除き芯金６の全体を覆うように設けられる。シール部材５は、例えば、ゴム材を加硫成形して形成され、この加硫成形時に金属製の芯金６が弾性部材７に接着される。

芯金６は、外径側から順次、円筒部６ａと、立板部６ｂと、傾斜部６ｃとを有する。立板部６ｂが内外輪１，２の端面よりも軸方向内側で同端面と略平行に配置される。この立板部６ｂの外径端に、円筒部６ａが繋がり、これら立板部６ｂと円筒部６ａとで断面Ｌ字形状を成す。円筒部６ａと、この円筒部６ａの外周面に設けられる外周部７ａ（弾性部材７の一部）とでなるシール部材５の外径端が、シール部材本体８の外径端となる。このシール部材本体８の外径端が、前記シール取付溝２ｂに嵌合固定される。このとき、外周部７ａは、シール取付溝２ｂに弾性変形した状態で固定され、外輪２とシール部材本体８の外径端との密封性をより高めている。立板部６ｂの内径端には、内径側に向かうに従って軸方向内側に傾斜する傾斜部６ｃが繋がっている。

芯金６における、立板部６ｂの外表面は均一な薄肉形状の覆い部７ｂで覆われ、傾斜部６ｃの内外表面はそれぞれ覆い部７ｃ，７ｄで覆われている。前記覆い部７ｃ，７ｄの内径端が、シール部材本体８の内径端となる。このシール部材本体８の内径端に、内輪１の外周面に接するシールリップ部９が設けられる。弾性部材７は、前記外周部７ａ、覆い部７ｂ，７ｃ，７ｄ、およびシールリップ部９を有する。

図２（Ａ）の部分拡大図である図２（Ｂ）に示すように、シールリップ部９は、外径側から内径側へと順に続く基端部分１０、中間部分１１、および先端部分１２を有する。これら各部分１０，１１，１２は一体に形成されている。なお、同図では、先端部分１２が内輪１の外周面１ｂに食い込んでいるように図示しているが、実際には、先端部分１２は、シール装着状態で内輪１の外周面１ｂに対し締代δを持った状態で接触している。

基端部分１０は、シール部材本体８に繋がる部分であり、芯金６の傾斜部６ｃとほぼ同じ角度で内径側へ延びている。つまり、基端部分１０における軸受空間Ｓ側の内側面および逆側の外側面は、それぞれ内径側に向かうに従って軸方向内側に至るように傾斜する断面形状に形成されている。また、基端部分１０は、内径側つまり先端部分１２に向かうに従って薄肉となる断面形状を成す。なお、前記断面は、軸受軸心を含む平面で切断して見た断面である。

中間部分１１は、基端部分１０と先端部分１２とを繋ぐ部分であり、基端部分１０および先端部分１２と比べて軸方向の厚みが薄くなっている。これにより、シールリップ９の全体の断面形状が、径方向の中間部である中間部分１１で軸方向にくびれた形状となっている。また、シールリップ９は、軸受空間Ｓに対する外側の面に逃し凹部１３が生じるように、中間部分１１で屈曲したＶ字状の屈曲形状となっている。

先端部分１２は、軸方向内側部で中間部分１１に繋がる軸方向に幅広な形状であり、外径端から軸方向外側へ突出する軸方向突出部１２ａが設けられている。先端部分１２の内周面つまり内輪１の外周面１ｂに対向する面は、外形が軸方向の中央部が内径側に膨らんだ曲線からなる断面形状であり、この内周面に、軸方向に並んで複数（例えば３つ）の環状の油溝１４が等間隔で設けられている。図の例の場合、各油溝１４は、底部へ行くほど若干幅が狭くなる形状であり、底面は円筒面とされている。各油溝１４の深さはそれぞれ異なるが、底面の径方向位置はいずれも同じである。

先端部分１２は、この軸受を回転状態で使用することで摩耗して内輪１に対して非接触となるか接触圧が零と見なせる程度の軽接触となる高摩耗材からなる。高摩耗材は例えば高摩耗ゴム材からなる。高摩耗材を構成する他の材料として、樹脂材、固体潤滑材、不織布、軟鋼等を適用しても良い。この例では、先端部分１２のみが高摩耗材からなっているが、この例に限定されるものではない。例えば、先端部分１２および中間部分１１が高摩耗材からなるものとしても良いし、先端部分１２、中間部分１１、および基端部分１０にわたるシールリップ部９全体が高摩耗材からなるものとしても良い。

シール部材５を軸受に組込んだ状態において、締代δの分だけ先端部分１２が弾性変形することで、先端部材１２の内周面が内輪１の外周面１ｂにラジアル接触している。この状態で内輪１が回転することにより、シールリップ部９の先端部分１２が摩耗する。

摩耗のメカニズムについて説明する。
前述のように、シールリップ部９を断面Ｖ字状の屈曲形状としたことで、先端部分１２が内輪１の外周面１ｂに接するとき、先端部分１２に内輪１への反力つまり押付け力が作用する。換言すれば、シールリップ部９を、軸受空間Ｓに対する外側の面に逃がし凹部１３が生じるように、中間部分１１で屈曲したＶ字状の屈曲形状とすることで、シールリップ部９が中間部分１１で屈曲するばねのようになり、一定の径方向の押付け力を与える。つまり、シールリップ部９の弾性変形により、先端部分１２を一定の押付け力で内輪１の外周面１ｂに押し付けることで摩耗が安定して進行する。先端部分１２の摩耗が進むと、それに追従するように中間部分１１の曲がりがシール部材組付け前の状態に戻ろうとするため、先端部分１２の摩耗が連続して進行する。

シールリップ部９の先端部分１２が高摩耗材からなるため、先端部分１２が早期に摩耗する。加えて、先端部分１２の内周面に油溝１４を設けたことで、後述する理由により、摩耗が促進される。これらのことから、シールリップ部９の先端部分１２が内輪１の外周面１ｂに対して非接触か軽接触となるまでの時間が短縮される。

油溝１４を設けると摩耗が促進される理由を説明する。
シールリップ部９の先端部分１２が摩耗するためには、内輪１と先端部分１２との間に介在する油の量が少ない方が、摩擦係数が高くなるため有利である。先端部分１２の内周面に油溝１４が設けられていると、内輪１の回転に伴う遠心力で、図３（Ａ）に矢印で示すように、内輪１と先端部分１２との間に介在する油が油溝１４に誘導されて、内輪１と先端部分１２との間に介在する油の量が減少する。内輪１とシールリップ部９との間に介在する油は、シールリップ部９の側面から遠心力で外径側へ流れるが、内輪１とシールリップ部９との接触面はある程度の幅があるため、接触面の幅方向の中間部分の油は側面へは逃げ難い。このような油も、前記油溝１４があると油溝１４へ流れる。これにより、内輪１と先端部分１２間の油膜が零または零に近い状態となる。その結果、内輪１と先端部分１２との摩擦係数が高くなり、先端部分１２の摩耗がより一層促進されるのである。

シールリップ部９の先端部分１２が内輪１の外周面１ｂに対し非接触または軽接触となるまで摩耗すると、内輪１に対するシールリップ部３の反力が「零」に近づいて、先端部分１２の摩耗は完了する。摩耗完了後には、図３（Ｂ）に示すように、先端部分１２と前輪１との間に微小なラビリンスすきまδｓが形成される。なお、このラビリンスすきまδｓは、全周に渡って均等に形成されるとは限らず、円周方向の一部にだけ形成される場合もある。

ラビリンスすきまδｓが形成されることで、以下の効果が得られる。
(1)シールトルクが低減される。
(2)従来品に対して、軸受の自己昇温が下がる。
(3)軸受の自己昇温が下がることで、従来使用していたオイルよりもさらに低粘度のオイ
ルを選択できる。
(4)トランスミッション全体の損失低減が見込める。
(5)ラビリンスすきまδｓのため、軸受寿命に影響するような粒径の大きい異物が、軸受内に侵入することを防げる。

図４に示すように、前記シール部材５を成形するシール成形型２０は、例えば、組合わされる２個の金型２１，２２を有する。これら金型２１，２２のうち一方の金型２１は、シール部材５の内側面部分を成形する環状のキャビティ部分２３を有し、他方の金型２２は、同シール部材５の外側面部分を成形する環状のキャビティ部分２４を有する。これら２個の金型２１，２２を互いに組み合わせた状態で、シール部材５を成形するキャビティ２５が形成される。シール成形型２０において、キャビティ２５の外周側部分、内周側部分に隣接して、弾性部材７の材料を前記キャビティ２５に注入する環状のゲート２６，２７がそれぞれ設けられている。

前記高摩耗ゴム材が適用されるシールリップ部９の先端部分１２と、高摩耗でないゴム材が適用される弾性部材７の他の部位とは、シール成形型２０により、例えば、二色成形により成形される。先ず、キャビティ２５の外周側部分に隣接するゲート２６から高摩耗でないゴム材を注入し、一次側となる弾性部材７の前記他の部位を成形する。次に、キャビティ２５の内周側部分に隣接するゲート２７から高摩耗ゴム材を流し込み、二次側となるシールリップ部９の先端部分１２を成形する。なお、先にキャビティ２５の内周側部分に隣接するゲート２７から高摩耗ゴム材を流し込み、突起部分１２を成形した後、キャビティ２５の外周側部分に隣接するゲート２６から高摩耗でないゴム材を注入し、先端部分１２以外の部位を成形しても良い。いずれにしても、同一のシール成形型２０により、高摩耗ゴム材からなる先端部分１２と、高摩耗でないゴム材からなるその他の部位とを一体に成形し得る。

図５はシール部材の異なる例を示す。このシール部材５は、図１のシール部材５と同様に、環状の芯金６と、この芯金６に一体に固着されたゴム材からなる弾性部材７とを有するが、図１のシール部材５と異なり、芯金６の内径部にのみに弾性部材７が加硫成形により固着されている。この芯金６の内径部に固着された弾性部材７における芯金６よりも内径側の部分が、シールリップ部９となる。芯金６は、円筒部６ａの軸方向内側端から外径側へ延びる取付部６ｄを有し、この取付部６ｄが外輪２のシール取付溝２ｂに嵌合固定される。このように、シールリップ部９を構成する上で必要な箇所にだけゴム材を使用すれば、ゴム材の使用量を少なくすることができる。

図６はシール部材のさらに異なる例を示す。図のように、内輪１の外周面１ｂに軸方向に面する環状の段面１ｃを設け、この段面１ｃにシール部材５のシールリップ部９の先端部分１２をアキシアル接触させてある。この場合、前記段面１ｃに接触する面、すなわち先端部分１２の軸方向内側を向く面に油溝１４が設けられる。ラジアル接触する場合と異なり、油溝１４の深さ方向が軸方向となるが、内輪１の回転に伴う遠心力で内輪１と先端部分１２との間に介在する油が油溝１４の外径側の縁に寄せ集められ、油溝１４の外径側の壁面に沿って油溝１４の内部へ誘導される。図の例の場合、油溝１４の深さ方向が、若干外径側寄りに傾斜した軸方向であるため、油溝１４の内部へ誘導され易い。これにより、内輪１と先端部分１２との間に介在する油の量が減少し、内輪１と先端部分１２との摩擦係数が高くなるため、先端部分１２の摩耗が促進される。

図７は、図１の転がり軸受を自動車のトランスミッションに組み込んだ一例を示す概略図である。同図はオートマチックトランスミッションの例である。ケース４３の軸方向両端に転がり軸受ＢＲ１，ＢＲ１の各外輪が嵌合され、これら軸受ＢＲ１，ＢＲ１の内輪に、メインシャフト４４の両端がそれぞれ回転自在に支持されている。ケース４３に、カウンターシャフト４５が前記メインシャフト４４と平行に設けられている。このカウンターシャフト４５は、メインシャフト４４のギア部に噛み合うギア部を有し、前記ケース２３に軸受を介して回転自在に支持されている。運転中は、ケース４３内に貯えられている潤滑油によるオイル潤滑が行われる。

このように転がり軸受ＢＲ１，ＢＲ１を、自動車のトランスミッションに組み込んだ場合、トランスミッション内におけるギアの摩耗粉等の異物が、軸受内に侵入することを確実に防止することができ、かつシールリップ部の締代にかかわらず、シール部材を十分にかつ確実に摩耗させて、低トルク化を図ることができる。シール部材により生じるトルクの低減を図れるので、自動車の省燃費化を図ることが可能となる。
なお、いずれかの実施形態に係る転がり軸受を、無断変速式トランスミッションや、手動変速式トランスミッションに用いても良い。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…内輪
１ａ…軌道面
１ｂ…外周面
１ｃ…段面
２…外輪
２ａ…軌道面
３…転動体
５…シール部材
６…芯金
７…弾性部材（ゴム材）
９…シールリップ部
１２…先端部分
１４…油溝
Ｓ…軸受空間
δ…締代

Claims (7)

1. 回転輪である内輪と、固定輪である外輪と、これら内外輪の軌道面間に介在する複数の転動体と、前記内外輪間に形成される軸受空間を密封するシール部材とを備えた転がり軸受において、
   前記シール部材は、外径端が前記外輪に固定され、内径端側に前記内輪の外周面に締代を持って接するシールリップ部を有し、このシールリップ部のうちの少なくとも前記内輪の外周面に接する先端部分が、軸受を回転状態で使用することで摩耗して前記内輪の前記外周面に対し非接触となるかまたは接触圧が零と見なせる程度の軽接触となる高摩耗材からなり、前記シールリップ部の前記内輪の外周面に接する面に環状の油溝が設けられていることを特徴とする転がり軸受。
2. 請求項１に記載の転がり軸受において、前記シールリップ部がゴム材からなる転がり軸受。
3. 請求項２に記載の転がり軸受において、前記シール部材は、環状の芯金と、この芯金に一体に固着されて一部または全体が前記シールリップ部となるゴム材とを有し、前記芯金の全体に前記ゴム材が加硫成形により固着された転がり軸受。
4. 請求項２に記載の転がり軸受において、前記シール部材は、環状の芯金と、この芯金に一体に固着されて一部または全体が前記シールリップ部となるゴム材とを有し、前記芯金の内径部にのみ前記ゴム材が加硫成形により固着された転がり軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の転がり軸受において、前記シールリップ部の前記先端部分が前記内輪の外周面にラジアル接触する転がり軸受。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の転がり軸受において、前記内輪の外周面は軸方向に面する環状の段面を有し、前記シールリップ部の前記先端部分が前記段面にアキシアル接触する転がり軸受。
7. 請求項１ないし請求項６に記載の転がり軸受において、自動車のトランスミッションに用いられる転がり軸受。

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