JP2017048914A - シール付軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】シールトルクが小さく、軸受温度が上昇しにくく、シールリップの吸着現象が生じにくいシール付軸受を提供する。
【解決手段】内輪２と、外輪３と、内輪２と外輪３の間に形成される環状空間４内に設けられた複数の玉５と、環状空間４の端部開口を塞ぐ環状のシール部材７とを有し、シール部材７の外径側端部は外輪３に固定され、シール部材７の内径側端部はゴム製のシールリップ９が設けられ、内輪２の外周には、シールリップ９が摺接するシール摺接面１３が周方向に連続して形成され、シール摺接面１３に、シールリップ９を横切って延びる油溝１４が設けられている構成をシール付軸受に採用する。
【選択図】図１

Description

この発明は、内輪と外輪の間にシール部材が設けられたシール付軸受に関する。

一般に、自動車のトランスミッション、ディファレンシャルギヤ、等速ジョイント、プロペラシャフト、ターボチャージャ、ハブ等の回転部や、工作機械、風力発電機の回転部には、転がり軸受が使用される。転がり軸受は、内輪と、内輪の径方向外側に同軸に設けられた外輪と、内輪と外輪の間の環状空間内に設けられた複数の転動体とを有する。

自動車のトランスミッションやディファレンシャルギヤの転がり軸受は、潤滑油の環境下で使用される。この潤滑油には、ギヤの摩耗粉等の異物が混在することが多い。このギヤの摩耗粉等が軸受内部に侵入すると、軸受が早期破損する原因となる。

そこで、ギヤの摩耗粉等の異物が、軸受内部に侵入するのを防止するため、自動車のトランスミッションやディファレンシャルギヤの転がり軸受は、一般に、シール付軸受が使用される（例えば、特許文献１を参照）。シール付軸受は、内輪と外輪の間に形成される環状空間の端部開口を環状のシール部材で塞いだ軸受である。シール部材の外径側端部は外輪に固定されている。シール部材の内径側端部は、ゴム製のシールリップが設けられ、このシールリップが、内輪の外周に周方向に連続して形成されたシール摺接面に摺接している。

特開２００２−３２７７６１号公報

ところで、シール付軸受は、シール部材のシールリップが内輪の外周のシール摺接面に摺接するため、内輪と外輪が相対回転するとき、シールリップとシール摺接面の間の摩擦による回転抵抗（以下「シールトルク」という）が生じる。このシールトルクは、トランスミッションやディファレンシャルギヤ等の伝達効率を高めるためには、小さい方が好ましい。近年特に、自動車の一層の低燃費化が求められており、これに伴い、トランスミッションやディファレンシャルギヤ等に用いられるシール付軸受のシールトルクを更に小さくすることの重要性が高まっている。

また、シール付軸受は、シール部材のシールリップが内輪の外周のシール摺接面に摺接するため、シールリップとシール摺接面の間の摩擦熱によって、軸受の温度が上昇しやすい。

また、シール付軸受は、シールリップの吸着現象を生じるおそれがある。シールリップの吸着現象は、軸受の温度がいったん上昇し、その後、低下したときに、軸受の内外に圧力差が生じ、その圧力差によってシールリップがシール摺接面に吸着する現象である。このシールリップの吸着現象が生じると、シールトルクが過大になったり、シールリップが異常摩耗したりするおそれがある。

図１６（ａ），（ｂ）に、使用後のトランスミッションオイルを市場から回収し、そのトランスミッションオイルに含まれる異物の粒径分布を調査した結果を示す。図１６（ａ）はオートマチックトランスミッション（ＡＴ）またはマニュアルトランスミッション（ＭＴ）を搭載する自動車（計８車輌）を対象とした調査結果であり、図１６（ｂ）は無段変速機（ＣＶＴ）を搭載する自動車（計１０車輌）を対象とした調査結果である。これらの調査結果を参照すると、使用後のトランスミッションオイルに含まれる異物は、５０μｍ未満の極めて微細な粒径のものがほぼ全体（９９．９％以上）を占め、５０μｍ以上の比較的大きな粒径のものは極めてわずか（０．０１〜０．０２％程度）しかない。このことは、近年、トランスミッションのオイルフィルターの性能が向上し、トランスミッションオイル中の異物が微細化している（つまり大きな粒径の異物がオイルフィルターで取り除かれている）ことを示している。

一方、転がり軸受の内部の潤滑油が異物を含む場合に、その異物の粒径と軸受寿命との関係について調査を行なったところ、潤滑油に含まれる異物の粒径が大きくなるにしたがって軸受寿命が低下する傾向が存在するが、潤滑油に含まれる異物の粒径が５０μｍ以下であれば、転がり軸受の寿命比（実際寿命の計算寿命に対する比）が、自動車のトランスミッションでの実用に十分耐えうる値（例えば７〜１０倍程度）を示すことが分かった。

以上の結果に基づき、本願の発明者は、エンジンやトランスミッションやディファレンシャルギヤ等に用いられる転がり軸受をトランスミッションオイルで潤滑する場合、トランスミッションオイルに含まれる異物のほとんど全部（９９．９％以上）が、軸受内部に侵入しても軸受寿命に問題を起こさない程度の極めて微細な粒径のもの（５０μｍ以下の粒径のもの）であるという点に気付いた。そして、エンジンやトランスミッションやディファレンシャルギヤ等に用いられるシール付軸受において、シールトルクの低減等を目的としてトランスミッションオイルの軸受内部への侵入を許容し、これとともに極めて微細な粒径の異物が軸受内部に侵入するのを許容したとしても、比較的大きな粒径の異物が軸受内部に侵入するのをシール部材で防止すれば、軸受寿命の面で問題が生じるのを防止することが可能であるという着想を得た。

この発明が解決しようとする課題は、シールトルクが小さく、軸受温度が上昇しにくく、シールリップの吸着現象が生じにくいシール付軸受を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明では、以下の構成のシール付軸受を提供する。
内輪と、
前記内輪の径方向外側に前記内輪と同軸に設けられた外輪と、
前記内輪と前記外輪の間に形成される環状空間内に設けられた複数の転動体と、
前記環状空間の端部開口を塞ぐ環状のシール部材とを有し、
前記シール部材の外径側端部は前記外輪に固定され、前記シール部材の内径側端部はゴム製のシールリップが設けられ、
前記内輪の外周には、前記シールリップが摺接するシール摺接面が周方向に連続して形成され、
前記シール摺接面に、前記シールリップを横切って延びる油溝が設けられているシール付軸受。

このようにすると、シール摺接面に設けられた油溝に潤滑油が入り込み、その潤滑油がシールリップとシール摺接面の間に導入されることで、シールリップとシール摺接面の間に油膜が形成されやすくなる。そのため、シールリップとシール摺接面の間の摩擦係数が下がり、シールトルクを小さく抑えることができる。また、潤滑油が、シール摺接面に設けられた油溝を通過するので、シールリップとシール摺接面の間の摩擦熱が放熱されやすい。そのため、軸受の温度上昇を抑えることが可能である。また、シール摺接面に油溝が設けられているので、シールリップがシール摺接面に吸着する吸着現象を防止することができる。

前記油溝の内面に、前記シールリップと前記油溝の間にくさび状隙間が形成されるように円周方向に対して傾斜した傾斜面を設け、その傾斜面に沿って前記くさび状隙間の広大側から狭小側に潤滑油を誘導することで、前記シールリップと前記シール摺接面の間の潤滑状態を流体潤滑状態とすると好ましい。

このようにすると、シールリップとシール摺接面の間の摩擦を飛躍的に低減することが可能となり、シールトルクの大きさを極めて低く抑えることが可能となる。また、シールリップとシール摺接面の間の摩擦熱が発生しにくくなるため、潤滑油の温度上昇を効果的に抑制することが可能となる。

ここで、潤滑状態は、境界潤滑状態と流体潤滑状態とに区別され、境界潤滑状態は、摩擦面に吸着した潤滑油の数層の分子層（１０^−５〜１０^−６ｍｍ程度）からなる油膜で摩擦面を潤滑し、摩擦面の細かい凹凸の直接接触が生じている状態をいい、流体潤滑状態は、流体力学的な原理によって潤滑油の流体膜（例えば１０^−３〜１０^−１ｍｍ程度）を２面間に形成し、摩擦面の直接接触が生じていない状態をいう。くさび膜効果が発生し流体潤滑状態になると、摺動抵抗がほぼゼロになるため、従来シールでは不可能だった高周速での使用が可能となる。

前記傾斜面は、前記内輪の軸心に直交する平面に沿った断面形状が凸円弧状の湾曲面とすると好ましい。

このようにすると、前記シールリップと前記シール摺接面の間の潤滑状態をより確実に流体潤滑状態とすることが可能となる。

前記油溝は、前記シール摺接面に周方向に間隔をおいて複数設けると好ましい。

このようにすると、シールリップとシール摺接面の間に、全周にわたって潤滑油が導入されやすくなり、より効果的にシールトルクを低減することが可能となる。また、軸受の温度上昇およびシールリップの吸着現象をより効果的に防止することが可能となる。

前記油溝の前記シール摺接面からの深さは、１０〜５０μｍとすると好ましい。

油溝のシール摺接面からの深さを１０μｍ以上とすることにより、油溝に効果的に潤滑油を導入することができる。油溝のシール摺接面からの深さを５０μｍ未満とすることにより、異物が、油溝を通って軸受の内部に侵入するのを効果的に防止することができる。

前記油溝は、前記内輪の軸心と平行な方向に対し斜めに延びるように形成すると好ましい。

このようにすると、油溝を内輪の軸心と平行に延びるように形成するよりも、油溝の溝縁の長さが長くなる。そのため、油溝内の潤滑油がシールリップとシール摺接面の間に導入されやすくなり、より効果的にシールトルクを抑えることが可能となる。

前記内輪は、
前記転動体が転がり接触する転走面と、前記転走面に近い側から遠い側に向かって小径となる段差部とを外周に有する内輪本体と、
前記内輪本体の段差部に装着され、前記シール摺接面および前記油溝を外周に有する金属リングとを有する構成とすると好ましい。

このようにすると、油溝の加工が容易であり、軸受の製造コストを低減することが可能となる。

また、上記の課題を解決するため、この発明では、以下の構成のシール付軸受を提供する。
内輪と、
前記内輪の径方向外側に前記内輪と同軸に設けられた外輪と、
前記内輪と前記外輪の間に形成される環状空間内に設けられた複数の転動体と、
前記環状空間の端部開口を塞ぐ環状のシール部材とを有し、
前記シール部材の外径側端部は前記外輪に固定され、前記シール部材の内径側端部はゴム製のシールリップが設けられ、
前記内輪の外周には、前記シールリップが摺接するシール摺接面が周方向に連続して形成され、
前記シール摺接面に、前記シールリップを横切って延びる突起が設けられているシール付軸受。

このようにすると、シール摺接面に設けられた突起に隣接して形成される隙間に潤滑油が入り込み、その潤滑油がシールリップとシール摺接面の間に導入されることで、シールリップとシール摺接面の間に油膜が形成されやすくなる。そのため、シールリップとシール摺接面の間の摩擦係数が下がり、シールトルクを小さく抑えることができる。また、潤滑油が、シール摺接面に設けられた突起に隣接して形成される隙間を通過するので、シールリップとシール摺接面の間の摩擦熱が放熱されやすい。そのため、軸受の温度上昇を抑えることが可能である。また、シール摺接面に突起が設けられているので、シールリップがシール摺接面に吸着する吸着現象を防止することができる。

前記突起の表面に、前記シールリップと前記突起の間にくさび状の隙間を形成するように円周方向に対して傾斜した傾斜面を設け、その傾斜面に沿って前記くさび状隙間の広大側から狭小側に潤滑油を誘導することで、前記シールリップと前記突起の間の潤滑状態を流体潤滑状態とすると好ましい。

このようにすると、シールリップとシール摺接面の間の摩擦を飛躍的に低減することが可能となり、シールトルクの大きさを極めて低く抑えることが可能となる。また、シールリップとシール摺接面の間の摩擦熱が発生しにくくなるため、潤滑油の温度上昇を効果的に抑制することが可能となる。

前記傾斜面は、前記内輪の軸心に直交する平面に沿った断面形状が凸円弧状の湾曲面とすると好ましい。

このようにすると、前記シールリップと前記突起の間の潤滑状態をより確実に流体潤滑状態とすることが可能となる。

前記突起は、前記シール摺接面に周方向に間隔をおいて複数設けると好ましい。

このようにすると、シールリップとシール摺接面の間に、全周にわたって潤滑油が導入されやすくなり、より効果的にシールトルクを低減することが可能となる。また、軸受の温度上昇およびシールリップの吸着現象をより効果的に防止することが可能となる。

前記突起の前記シール摺接面からの高さは、１０〜５０μｍとすると好ましい。

突起のシール摺接面からの高さを１０μｍ以上とすることにより、突起に隣接して形成される隙間に効果的に潤滑油を導入することができる。突起のシール摺接面からの高さを５０μｍ未満とすることにより、異物が、突起に隣接して形成される隙間を通って軸受の内部に侵入するのを効果的に防止することができる。

前記突起は、前記内輪の軸心と平行な方向に対し斜めに延びるように形成すると好ましい。

このようにすると、突起を内輪の軸心と平行に延びるように形成するよりも、突起の稜線の長さが長くなる。そのため、突起に隣接して形成される隙間内の潤滑油がシールリップとシール摺接面の間に導入されやすくなり、より効果的にシールトルクを抑えることが可能となる。

前記内輪は、
前記転動体が転がり接触する転走面と、前記転走面に近い側から遠い側に向かって小径となる段差部とを外周に有する内輪本体と、
前記内輪本体の段差部に装着され、前記シール摺接面および前記突起を外周に有する金属リングとを有する構成とすると好ましい。

このようにすると、突起の加工が容易であり、軸受の製造コストを低減することが可能となる。

自動車のトランスミッションの回転軸を回転可能に支持する転がり軸受として、上記各構成のシール付軸受を使用すると特に好適である。

この発明のシール付軸受は、シールリップとシール摺接面の間に油膜が形成されやすく、シールトルクを小さく抑えることができる。また、シールリップとシール摺接面の間の摩擦熱が放熱されやすいので、軸受の温度上昇を抑えることが可能である。また、シールリップがシール摺接面に吸着する吸着現象が生じにくい。

この発明の第１実施形態にかかるシール付軸受を示す断面図 図１に示すシール付軸受のシール摺接面の近傍の拡大断面図 図２のIII−III線に沿った断面図 図３の油溝近傍を拡大して示す図 図４の油溝の他の例を示す図 図１に示す内輪を半径方向外側から見た外形図 図６に示す油溝の変形例を示す図 図６に示す油溝の他の変形例を示す図 図１に示す内輪を、内輪本体と金属リングとで構成した変形例を示す図 この発明の第２実施形態にかかるシール付軸受のシール摺接面の近傍の拡大断面図 図１０のXI−XI線に沿った断面図 図１１の突起近傍を拡大して示す図 図１０に示す内輪を、内輪本体と金属リングとで構成した変形例を示す図 図１または図１０に示すシール付軸受を、自動車のトランスミッション（無段変速機）の回転軸を回転可能に支持する転がり軸受として使用した状態を模式的に示す断面図 図１または図１０に示すシール付軸受を、自動車のトランスミッション（多段変速機）の回転軸を回転可能に支持する転がり軸受として使用した状態を模式的に示す断面図 （ａ）はオートマチックトランスミッションまたはマニュアルトランスミッションを搭載する計８車輌の自動車から使用後のトランスミッションオイルを回収し、そのトランスミッションオイルに含まれる異物の粒径分布を調査した結果を示す図、（ｂ）は無段変速機を搭載する計１０車輌の自動車から使用後のトランスミッションオイルを回収し、そのトランスミッションオイルに含まれる異物の粒径分布を調査した結果を示す図

図１に、この発明の第１実施形態にかかるシール付軸受１を示す。このシール付軸受１は、内輪２と、内輪２の径方向外側に内輪２と同軸に設けられた外輪３と、内輪２と外輪３の間に形成される環状空間４内に設けられた複数の玉５と、その複数の玉５の周方向の間隔を保持する保持器６と、環状空間４の両側の端部開口を塞ぐ一対のシール部材７とを有する。

シール部材７は、環状の芯金８の表面にゴム材（例えばニトリルゴム）を加硫接着して形成された環状の部材である。シール部材７の内径側端部には、ゴム製のシールリップ９が設けられている。シールリップ９は、芯金８の径方向内端から径方向内側に延びるゴム材の部分である。

外輪３の内周には、玉５が転走する転走面１０と、シール溝１１とが設けられている。シール溝１１は、転走面１０を間に挟む両側に設けられている。各シール溝１１には、シール部材７の外径側端部が嵌め込んで固定されている。

図２に示すように、内輪２の外周には、玉５が転走する転走面１２と、シール部材７のシールリップ９が摺接するシール摺接面１３とが周方向に連続して形成されている。シール摺接面１３は、軸方向に沿って外径が一定の円筒面である。シール摺接面１３は、転走面１２を間に挟む両側に設けられている（図１参照）。この実施形態では、シール摺接面１３として外径が一定の円筒面を採用したが、転走面１２に近い側から遠い側に向かって外径が次第に小さくなるテーパ面を採用してもよい。この場合、テーパ面は、断面が直線となる円すい形状とすると、シール摺接面１３に後述の油溝１４を加工する作業が容易となるので好ましい。

シール摺接面１３に、シールリップ９を横切って延びる油溝１４が設けられている。油溝１４は、油溝１４の転走面１２に近い側の端部が、転走面１２とシールリップ９の間の位置にくるように形成されている。すなわち、油溝１４は、転走面１２と交差しないように転走面１２から離れた位置に端部を有する。油溝１４は、油溝１４の転走面１２から遠い側の端部が、内輪２の端面側に開放して形成されている。

図３に示すように、油溝１４は、シール摺接面１３に周方向に間隔をおいて複数設けられている。各油溝１４は、断面円弧状となるように形成されている。油溝１４のシール摺接面１３からの深さＤは、１０〜５０μｍ（好ましくは１０〜３０μｍ）である。図６に示すように、油溝１４は、内輪２の軸心Ｌと平行な方向に延びるように形成されている。なお、各図では、油溝１４の深さを誇張して示したが、実際の油溝１４の深さは０．１ｍｍ未満の極めて微小なものである。

図４に示すように、油溝１４の内面には、円周方向に対して傾斜した傾斜面１８が設けられ、この傾斜面１８とシールリップ９との間にくさび状隙間１９が形成されている。くさび状隙間１９は、油溝１４の周方向中央の側から周方向端の側に向かって径方向幅が次第に小さくなるくさび状の空間である。そして、シール部材７と内輪２が相対回転したときに、油溝１４の内部の潤滑油が傾斜面１８に沿ってくさび状隙間１９の広大側から狭小側に誘導され、このとき潤滑油がシールリップ９とシール摺接面１３の間を半径方向に引き離す方向の圧力を発生し、これにより、シールリップ９とシール摺接面１３の油溝１４以外の部分との間の潤滑状態が流体潤滑状態となるようになっている。シール摺接面１３には油溝１４が含まれる。

ここで、図５に示すように、傾斜面１８は、内輪２の軸心Ｌに直交する平面に沿った断面形状が凸円弧状の湾曲面となるように形成することも可能である。このようにすると、くさび状隙間１９のくさび角度が広大側から狭小側に向かって次第に小さくなることから、シールリップ９とシール摺接面１３の間を半径方向に引き離す方向の圧力をより効果的に発生することが可能となり、シールリップ９とシール摺接面１３の油溝１４以外の部分との間の潤滑状態を、より確実に流体潤滑状態とすることが可能となる。

図１４に、上記のシール付軸受１を、自動車のトランスミッションの回転軸（ここではプライマリプーリ軸２１およびセカンダリプーリ軸２２）を回転可能に支持する転がり軸受として使用した例を示す。このトランスミッションは、変速比を連続的に変化させることが可能な無段変速機（いわゆるＣＶＴ、Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）であり、プライマリプーリ軸２１と、プライマリプーリ軸２１と平行に配置されたセカンダリプーリ軸２２と、プライマリプーリ軸２１の外周にプライマリプーリ軸２１と一体回転するように設けられたプライマリプーリ２３と、セカンダリプーリ軸２２の外周にセカンダリプーリ軸２２と一体回転するように設けられたセカンダリプーリ２４と、プライマリプーリ２３とセカンダリプーリ２４の間に掛け渡された無端の金属ベルト２５と、これらの部材を収容するハウジング２６とを有する。

プライマリプーリ２３は、プライマリプーリ軸２１に対して軸方向に固定された固定シーブ２３Ａと、プライマリプーリ軸２１に対して軸方向移動可能に支持された可動シーブ２３Ｂとからなる。同様に、セカンダリプーリ２４は、セカンダリプーリ軸２２に対して軸方向に固定された固定シーブ２４Ａと、セカンダリプーリ軸２２に対して軸方向移動可能に支持された可動シーブ２４Ｂとからなる。プライマリプーリ軸２１とセカンダリプーリ軸２２は、それぞれシール付軸受１で回転可能に支持されている。また、このトランスミッションは、ハウジング２６の内部にトランスミッションオイル（潤滑油）を噴射する図示しないノズルが設けられており、このノズルから噴射されたトランスミッションオイルが、各シール付軸受１の側面にかかるようになっている。

このトランスミッションは、この両プーリ２３，２４の可動シーブ２３Ｂ，２４Ｂをそれぞれ軸方向に移動させることにより、プライマリプーリ２３に対する金属ベルト２５の巻き掛け半径と、セカンダリプーリ２４に対する金属ベルト２５の巻き掛け半径とをそれぞれ変化させて、プライマリプーリ軸２１からセカンダリプーリ軸２２に伝達する回転の変速比を変化させることができるようになっている。

また上記のシール付軸受１は、図１５に示すように、段階的に変速比を変化させる多段変速機の回転軸（ここでは入力軸２７および出力軸２８）を回転可能に支持する転がり軸受として使用することも可能である。図１５に示すトランスミッションは、エンジンの回転が入力される入力軸２７と、入力軸２７と平行に設けられた出力軸２８と、入力軸２７から出力軸２８に回転を伝達する複数のギヤ列２９_１〜２９_４と、各ギヤ列２９_１〜２９_４と入力軸２７または出力軸２８との間に組み込まれた図示しないクラッチとを有し、そのクラッチを選択的に係合させることで使用するギヤ列２９_１〜２９_４を切り替え、これにより、入力軸２７から出力軸２８に伝達する回転の変速比を変化させるものである。出力軸２８の回転は出力ギヤ３０に出力され、その出力ギヤ３０の回転がディファレンシャルギヤ等に伝達される。入力軸２７と出力軸２８は、それぞれシール付軸受１で回転可能に支持されている。また、このトランスミッションは、ハウジング３１の内部にトランスミッションオイルを噴射する図示しないノズルが設けられており、このノズルから噴射されたトランスミッションオイルが、各シール付軸受１の側面にかかるようになっている。

上述のシール付軸受１は、外部から供給される潤滑油が油溝１４に入り込み、その潤滑油がシールリップ９とシール摺接面１３の間に導入されるため、シールリップ９とシール摺接面１３の間に油膜が形成されやすい。そのため、シールリップ９とシール摺接面１３の間の摩擦係数が下がり、内輪２と外輪３が相対回転するときのシールリップ９とシール摺接面１３の間の摩擦による回転抵抗（以下「シールトルク」という）を小さく抑えることができる。

また、このシール付軸受１は、油溝１４の内面に、シールリップ９と油溝１４の間にくさび状隙間１９が形成されるように円周方向に対して傾斜した傾斜面１８を設け、その傾斜面１８に沿ってくさび状隙間１９の広大側から狭小側に潤滑油を誘導することで、シールリップ９とシール摺接面１３の間の潤滑状態を流体潤滑状態とするようにしている。そのため、シールリップ９とシール摺接面１３の間の摩擦を飛躍的に低減することが可能となり、シールトルクの大きさを極めて低く抑えることが可能となっている。また、シールリップ９とシール摺接面１３の間の摩擦熱が発生しにくくなるため、潤滑油の温度上昇を効果的に抑制することが可能となっている。そのため、温度上昇による潤滑油の粘性低下が抑えられ、シール付軸受１が回転している間、シールリップ９とシール摺接面１３の間の潤滑状態を効果的に維持することが可能となっている。

また、このシール付軸受１は、シール摺接面１３に設けられた油溝１４を潤滑油が通過するので、シールリップ９とシール摺接面１３の間の摩擦熱が放熱されやすい。そのため、軸受１の温度上昇を抑えることが可能である。また、シール摺接面１３に油溝１４が設けられているので、シールリップ９がシール摺接面１３に吸着する吸着現象を防止することができる。

また、油溝１４はシール摺接面１３に１つだけ設けることも可能であるが、このシール付軸受１では、油溝１４をシール摺接面１３に周方向に間隔をおいて複数設けているので、シールリップ９とシール摺接面１３の間に、全周にわたって潤滑油が導入されやすく、効果的にシールトルクを低減することが可能となっている。また、軸受１の温度上昇およびシールリップの吸着現象をより効果的に防止することが可能となっている。

また、このシール付軸受１は、油溝１４のシール摺接面１３からの深さＤが、１０μｍ以上とされているので、油溝１４に効果的に潤滑油を導入することが可能である。また、油溝１４のシール摺接面１３からの深さＤが、５０μｍ以下（好ましくは３０μｍ以下）とされているので、異物が油溝１４を通って軸受１の内部に侵入するのを効果的に防止することが可能となっている。

上記実施形態では、油溝１４を内輪２の軸心Ｌと平行な方向に形成した例を説明したが、図７、図８に示すように、油溝１４は、内輪２の軸心Ｌと平行な方向に対し斜めに延びるように形成してもよい。このようにすると、図６に示すように油溝１４を内輪２の軸心Ｌと平行に延びるように形成するよりも、油溝１４の溝縁の長さが長くなる。そのため、油溝１４内の潤滑油がシールリップ９とシール摺接面１３の間に導入されやすくなり、より効果的にシールトルクを抑えることが可能となる。なお、図７は、油溝１４を左右対称に設けた例を示し、図８は、油溝１４を左右とも同じ方向となるように設けた例を示す。

図７、図８に示すように、油溝１４を内輪２の軸心Ｌと平行な方向に対し斜めに延びるように形成すると、その油溝１４と長手方向に直交する断面形状が同一の油溝１４を、図６に示すように内輪２の軸心Ｌと平行な方向に形成するよりも、内輪２の軸心Ｌに直交する平面に沿った断面でのくさび状隙間１９のくさび角が小さくなるため、シールリップ９とシール摺接面１３の間を半径方向に引き離す方向の圧力をより効果的に発生することが可能となり、シールリップ９とシール摺接面１３の間の潤滑状態を、より確実に流体潤滑状態とすることが可能となる。

図９に示すように、内輪２は、内輪本体２Ａと金属リング２Ｂとを組み合わせて構成することができる。内輪本体２Ａの外周には、玉５が転がり接触する転走面１２と、転走面１２に近い側から遠い側に向かって小径となる段差部１５とが形成されている。金属リング２Ｂの外周には、シール摺接面１３および油溝１４が形成されている。油溝１４は、金属リング２Ｂの外周に軸方向の一端から他端まで連続するように形成されている。金属リング２Ｂは、内輪本体２Ａの段差部１５に装着されている。このようにすると、金属リング２Ｂを内輪本体２Ａに装着する前の状態で油溝１４を加工することができるので、油溝１４の加工が容易であり、軸受１の製造コストを低減することが可能となる。金属リング２Ｂの材質は、例えば、鉄である。

上記実施形態では、自動車のトランスミッションの回転軸を回転可能に支持する転がり軸受として使用されるシール付軸受１を例に挙げて説明したが、この発明は、自動車のディファレンシャルギヤ、等速ジョイント、プロペラシャフト、ターボチャージャ、ハブ等の回転部や、工作機械、風力発電機の回転部に使用するシール付軸受にも適用することが可能である。

上記実施形態では、転動体として玉５を使用する形式の軸受１を例に挙げて説明したが、この発明は、円筒ころまたは円すいころを転動体として使用する形式の軸受に適用してもよい。

上記実施形態では、環状空間４の両側にシール部材７を設けたシール付軸受１を例に挙げて説明したが、シール部材７は、環状空間４の片側にのみ設けるようにしてもよい。

図１０、図１１に、この発明の第２実施形態を示す。第２実施形態は、第１実施形態の油溝１４を突起１６に置き換えたものであり、その他の構成は第１実施形態と同様である。そのため、第１実施形態に対応する部分は同一の符号を付して説明を省略する。

図１０に示すように、シール摺接面１３には、シールリップ９を横切って延びる突起１６が設けられている。突起１６は、突起１６の転走面１２に近い側の端部が、転走面１２とシールリップ９の間の位置にくるように形成されている。すなわち、突起１６は、転走面１２と交差しないように転走面１２から離れた位置に端部を有する。

図１１に示すように、突起１６は、シール摺接面１３に周方向に間隔をおいて複数設けられている。各突起１６は、頂部が断面円弧状となるように形成されている。突起１６のシール摺接面１３からの高さＨは、１０〜５０μｍ（好ましくは１０〜３０μｍ）である。突起１６は、図６に示す油溝１４と同様に、内輪２の軸心Ｌと平行な方向に延びるように形成されている。なお、各図では、突起１６の高さを誇張して示したが、突起１６の高さは０．１ｍｍ未満の極めて微小なものである。

図１２に示すように、突起１６の表面には、円周方向に対して傾斜した傾斜面１８が設けられ、この傾斜面１８とシールリップ９との間にくさび状隙間１９が形成されている。くさび状隙間１９は、突起１６の周方向端の側から周方向中央の側に向かって径方向幅が次第に小さくなるくさび状の隙間である。そして、シール部材７と内輪２が相対回転したときに、周方向に隣り合う突起１６同士の間に形成される隙間１７の内部の潤滑油が、傾斜面１８に沿ってくさび状隙間１９の広大側から狭小側に誘導され、このとき潤滑油がシールリップ９と突起１６の間を半径方向に引き離す方向の圧力を発生し、これにより、シールリップ９とシール摺接面１３の突起１６の部分との間の潤滑状態が流体潤滑状態となるようになっている。シール摺接面１３には突起１６が含まれる。

ここで、図１２に示すように、傾斜面１８は、内輪２の軸心Ｌに直交する平面に沿った断面形状が凸円弧状の湾曲面となるように形成すると好ましい。このようにすると、くさび状隙間１９のくさび角度が広大側から狭小側に向かって次第に小さくなることから、シールリップ９と突起１６の間を半径方向に引き離す方向の圧力をより効果的に発生することが可能となり、シールリップ９とシール摺接面１３の突起１６の部分との間の潤滑状態を、より確実に流体潤滑状態とすることが可能となる。

第２実施形態のシール付軸受１は、外部から供給される潤滑油が、突起１６に隣接して形成される隙間１７（すなわち、周方向に隣り合う突起１６同士の間に形成される隙間１７、図１１参照）に入り込み、その潤滑油がシールリップ９とシール摺接面１３の間に導入されるため、シールリップ９とシール摺接面１３の間に油膜が形成されやすい。そのため、シールリップ９とシール摺接面１３の間の摩擦係数が下がり、シールトルクを小さく抑えることができる。

また、第２実施形態のシール付軸受１は、突起１６の表面に、シールリップ９と油溝１４の間にくさび状隙間１９が形成されるように円周方向に対して傾斜した傾斜面１８を設け、その傾斜面１８に沿ってくさび状隙間１９の広大側から狭小側に潤滑油を誘導することで、シールリップ９と突起１６の間の潤滑状態を流体潤滑状態とするようにしている。そのため、シールリップ９とシール摺接面１３の間の摩擦を飛躍的に低減することが可能となり、シールトルクの大きさを極めて低く抑えることが可能となっている。また、シールリップ９とシール摺接面１３の間の摩擦熱が発生しにくくなるため、潤滑油の温度上昇を効果的に抑制することが可能となっている。そのため、温度上昇による潤滑油の粘性低下が抑えられ、シール付軸受１が回転している間、シールリップ９とシール摺接面１３の突起１６の部分との間の潤滑状態を効果的に維持することが可能となっている。

また、第２実施形態のシール付軸受１は、シール摺接面１３の突起１６に隣接して形成される隙間１７を潤滑油が通過するので、シールリップ９とシール摺接面１３の間の摩擦熱が放熱されやすい。そのため、軸受１の温度上昇を抑えることが可能である。また、シール摺接面１３に突起１６が設けられているので、シールリップ９がシール摺接面１３に吸着する吸着現象を防止することができる。

また、第２実施形態のシール付軸受１は、突起１６がシール摺接面１３に周方向に間隔をおいて複数設けられているので、シールリップ９とシール摺接面１３の間に、全周にわたって潤滑油が導入されやすく、効果的にシールトルクを低減することが可能となっている。また、軸受１の温度上昇およびシールリップの吸着現象をより効果的に防止することが可能となっている。

また、第２実施形態のシール付軸受１は、突起１６のシール摺接面１３からの高さＨが、１０μｍ以上とされているので、突起１６に隣接して形成される隙間に効果的に潤滑油を導入することが可能となっている。また、突起１６のシール摺接面１３からの高さＨが、５０μｍ以下（好ましくは３０μｍ以下）とされているので、突起１６に隣接して形成される隙間１７を通って異物が軸受１の内部に侵入するのを効果的に防止することが可能となっている。

図７、図８に示す油溝１４と同様に、突起１６は、内輪２の軸心Ｌと平行な方向に対し斜めに延びるように形成してもよい。このようにすると、図６に示す油溝１４と同様に突起１６を内輪２の軸心Ｌと平行に延びるように形成するよりも、突起１６の稜線の長さが長くなる。そのため、突起１６に隣接して形成される隙間１７内の潤滑油がシールリップ９とシール摺接面１３の間に導入されやすくなり、より効果的にシールトルクを抑えることが可能となる。

図１３に示すように、内輪２は、内輪本体２Ａと金属リング２Ｂとを組み合わせて構成することができる。内輪本体２Ａの外周には、玉５が転がり接触する転走面１２と、転走面１２に近い側から遠い側に向かって小径となる段差部１５とが形成されている。金属リング２Ｂの外周には、シール摺接面１３および突起１６が形成されている。突起１６は、金属リング２Ｂの外周に軸方向の一端から他端まで連続するように形成されている。金属リング２Ｂは、内輪本体２Ａの段差部１５に装着されている。このようにすると、金属リング２Ｂを内輪本体２Ａに装着する前の状態で突起１６を加工することができるので、突起１６の加工が容易であり、軸受１の製造コストを低減することが可能となる。

この発明の実施形態のシール付軸受１を使用したときのシールトルクの低減効果を確認するため、図９に示す油溝１４を設けた実施品と、図９に示す油溝１４を設けない比較品とで、内輪２と外輪３を相対回転させるときの起動トルクを測定する試験を行なった。この試験で用いたシール付軸受は、実施品、比較品ともに、図９に示す一対のシール部材７のうち一方のシール部材７のみを装着したものである。また、試験に用いた軸受は、外輪３の幅寸法が６ｍｍ、外輪３の外径寸法が４４ｍｍのものである。

実施品は、油溝１４が周方向に等間隔に設けられた金属リング２Ｂを内輪本体２Ａに装着した内輪２を用いた。金属リング２Ｂの外周に設けた油溝１４の本数は、６４本である。油溝１４の深さは、最大で１８μｍであった。一方、比較品は、油溝１４が存在しない金属リング２Ｂを内輪本体２Ａに装着した内輪２を用いた。試験結果を次表に示す。

この表により、油溝１４を設けた実施品の起動トルクは、油溝１４を設けない比較品の起動トルクの約５７％であり、油溝１４を設けることで軸受の起動トルクが大きく低減することが分かる。起動トルクは、内輪２と外輪３がいずれも停止した状態から、内輪２と外輪３の間に付与する回転トルクを次第に増加させ、内輪２と外輪３が相対回転を開始したときの回転トルクの大きさである。この起動トルクは、シールリップ９とシール摺接面１３の間の摩擦による回転抵抗（つまりシールトルク）が占める割合が大きく、また、この起動トルクを低減することは、自動車のトランスミッションやディファレンシャルギヤにおいて重要な課題とされている。そのため、この発明のシール付軸受は、自動車のトランスミッションやディファレンシャルギヤに特に好適である。

今回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と考えられるべきである。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 シール付軸受
２ 内輪
２Ａ 内輪本体
２Ｂ 金属リング
３ 外輪
４ 環状空間
５ 玉
７ シール部材
９ シールリップ
１２ 転走面
１３ シール摺接面
１４ 油溝
１５ 段差部
１６ 突起
１８ 傾斜面
１９ くさび状隙間
２１ プライマリプーリ軸
２２ セカンダリプーリ軸
２７ 入力軸
２８ 出力軸
Ｌ 軸心
Ｄ 深さ
Ｈ 高さ

Claims (15)

1. 内輪（２）と、
   前記内輪（２）の径方向外側に前記内輪（２）と同軸に設けられた外輪（３）と、
   前記内輪（２）と前記外輪（３）の間に形成される環状空間（４）内に設けられた複数の転動体（５）と、
   前記環状空間（４）の端部開口を塞ぐ環状のシール部材（７）とを有し、
   前記シール部材（７）の外径側端部は前記外輪（３）に固定され、前記シール部材（７）の内径側端部はゴム製のシールリップ（９）が設けられ、
   前記内輪（２）の外周には、前記シールリップ（９）が摺接するシール摺接面（１３）が周方向に連続して形成され、
   前記シール摺接面（１３）に、前記シールリップ（９）を横切って延びる油溝（１４）が設けられているシール付軸受。
2. 前記油溝（１４）の内面には、前記シールリップ（９）と前記油溝（１４）の間にくさび状隙間（１９）が形成されるように円周方向に対して傾斜した傾斜面（１８）が設けられ、その傾斜面（１８）に沿って前記くさび状隙間（１９）の広大側から狭小側に潤滑油を誘導することで、前記シールリップ（９）と前記シール摺接面（１３）の間の潤滑状態を流体潤滑状態とするようになっている請求項１に記載のシール付軸受。
3. 前記傾斜面（１８）は、前記内輪（２）の軸心（Ｌ）に直交する平面に沿った断面形状が凸円弧状の湾曲面である請求項２に記載のシール付軸受。
4. 前記油溝（１４）は、前記シール摺接面（１３）に周方向に間隔をおいて複数設けられている請求項１から３のいずれかに記載のシール付軸受。
5. 前記油溝（１４）の前記シール摺接面（１３）からの深さ（Ｄ）が、１０〜５０μｍとされている請求項１から４のいずれかに記載のシール付軸受。
6. 前記油溝（１４）は、前記内輪（２）の軸心（Ｌ）と平行な方向に対し斜めに延びるように形成されている請求項１から５のいずれかに記載のシール付軸受。
7. 前記内輪（２）は、
   前記転動体（５）が転がり接触する転走面（１２）と、前記転走面（１２）に近い側から遠い側に向かって小径となる段差部（１５）とを外周に有する内輪本体（２Ａ）と、
   前記内輪本体（２Ａ）の段差部（１５）に装着され、前記シール摺接面（１３）および前記油溝（１４）を外周に有する金属リング（２Ｂ）とを有する請求項１から６のいずれかに記載のシール付軸受。
8. 内輪（２）と、
   前記内輪（２）の径方向外側に前記内輪（２）と同軸に設けられた外輪（３）と、
   前記内輪（２）と前記外輪（３）の間に形成される環状空間（４）内に設けられた複数の転動体（５）と、
   前記環状空間（４）の端部開口を塞ぐ環状のシール部材（７）とを有し、
   前記シール部材（７）の外径側端部は前記外輪（３）に固定され、前記シール部材（７）の内径側端部はゴム製のシールリップ（９）が設けられ、
   前記内輪（２）の外周には、前記シールリップ（９）が摺接するシール摺接面（１３）が周方向に連続して形成され、
   前記シール摺接面（１３）に、前記シールリップ（９）を横切って延びる突起（１６）が設けられているシール付軸受。
9. 前記突起（１６）の表面には、前記シールリップ（９）と前記突起（１６）の間にくさび状隙間（１９）を形成するように円周方向に対して傾斜した傾斜面（１８）が設けられ、その傾斜面（１８）に沿って前記くさび状隙間（１９）の広大側から狭小側に潤滑油を誘導することで、前記シールリップ（９）と前記突起（１６）の間の潤滑状態を流体潤滑状態とするようになっている請求項８に記載のシール付軸受。
10. 前記傾斜面（１８）は、前記内輪（２）の軸心（Ｌ）に直交する平面に沿った断面形状が凸円弧状の湾曲面である請求項９に記載のシール付軸受。
11. 前記突起（１６）は、前記シール摺接面（１３）に周方向に間隔をおいて複数設けられている請求項８から１０のいずれかに記載のシール付軸受。
12. 前記突起（１６）の前記シール摺接面（１３）からの高さ（Ｈ）が、１０〜５０μｍとされている請求項８から１１のいずれかに記載のシール付軸受。
13. 前記突起（１６）は、前記内輪（２）の軸心（Ｌ）と平行な方向に対し斜めに延びるように形成されている請求項８から１２のいずれかに記載のシール付軸受。
14. 前記内輪（２）は、
    前記転動体（５）が転がり接触する転走面（１２）と、前記転走面（１２）に近い側から遠い側に向かって小径となる段差部（１５）とを外周に有する内輪本体（２Ａ）と、
    前記内輪本体（２Ａ）の段差部（１５）に装着され、前記シール摺接面（１３）および前記突起（１６）を外周に有する金属リング（２Ｂ）とを有する請求項８から１３のいずれかに記載のシール付軸受。
15. 自動車のトランスミッションの回転軸（２１，２２）を回転可能に支持する転がり軸受（１）として使用される請求項１から１４のいずれかに記載のシール付軸受。

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