JP2018150954A - 回転用シール - Google Patents

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Abstract

【課題】シール部材のシールリップ部が摺接するスリンガの摺接面に凹凸面を形成した回転用シールにおいて、シールリップ部の磨耗を低減して信頼性を高める。【解決手段】芯金３と、芯金３に基部４Ａが接合されるとともにシールリップ部４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを有するシール部材４と、シールリップ部４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが摺接する摺接面Ａ，Ｂを有するスリンガ２とからなる回転用シール１であり、摺接面Ａ，Ｂは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で、算術平均粗さＲａは、０．３μｍ≦Ｒａ≦１．０μｍ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋは、Ｒｓｋ≦−１、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、１００μｍ≦ＲＳｍを満たす表面状態である。【選択図】図２

Description

本発明は、芯金と、前記芯金に基部が接合されるとともにシールリップ部を有するシール部材と、前記シールリップ部が摺接する摺接面を有するスリンガとからなる回転用シールに関する。
自動車のホイール支持用の軸受装置等に用いる回転用シールとして、円筒状のスリーブ、及び前記スリーブの軸方向の一端から径方向外方に延びるフランジからなるスリンガと、円筒状の芯金円筒、及び前記芯金円筒の軸方向の一端から径方向内方へ延びる芯金フランジからなる芯金と、前記芯金に接合された基部、及び前記基部から延びるシールリップ部からなるシール部材とを有するものがある（例えば、特許文献１及び２参照）。
このような回転用シールは、前記スリーブを径方向内側部材に装着するとともに、前記芯金円筒を径方向外側部材に装着した状態で使用し、前記シールリップ部が前記スリンガの摺接面に摺接する。
エネルギーコスト低減、及び温室効果ガス低減の観点から、自動車等の燃料消費率を改善する社会的要請が非常に高くなっている。
このような社会的要請に鑑み、前記シールリップ部及び前記スリンガの摺接面間における油膜保持性を向上して前記回転用シールの回転トルクを低減するために、特許文献１及び２の回転用シールでは、前記摺接面に表面加工を施して凹凸面を形成している。
例えば、特許文献１では、前記摺接面を、微小剛体粒子を衝突させるショットピーニング等により加工して、多数のディンプルを備えた凹凸面としている。
また、特許文献２では、前記摺接面を、切削加工、凹凸転写加工処理、又はショットピーニング処理等により加工して、粗さのピッチが細かくエッジの無い凹凸面としている。
特許第４９９７５３２号公報 特許第５２３４６５１号公報
特許文献１及び２のような回転用シールでは、回転トルクを低減するという観点からスリンガの摺接面に表面加工を施して凹凸面を形成している。
しかしながら、このようなスリンガの摺接面に凹凸面を形成した構成において、シール部材のシールリップ部が前記凹凸面に摺接することによるシールリップ部の磨耗については考慮されておらず、それによりシールリップ部が磨耗して信頼性が低下するおそれがある。その上、長期の使用によるグリースの枯渇によりシールリップ部の摩耗が進行して信頼性が低下するおそれもある。
上述の背景に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、シール部材のシールリップ部が摺接するスリンガの摺接面に凹凸面を形成した回転用シールにおいて、シールリップ部の磨耗を低減して信頼性を高めることである。
本発明に係る回転用シールは、前記課題解決のために、芯金と、前記芯金に基部が接合されるとともにシールリップ部を有するシール部材と、前記シールリップ部が摺接する摺接面を有するスリンガとからなる回転用シールであって、
前記摺接面は、
ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で、
算術平均粗さＲａは、０．３μｍ≦Ｒａ≦１．０μｍ、
粗さ曲線のスキューネスＲｓｋは、Ｒｓｋ≦−１、
粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、１００μｍ≦ＲＳｍ
を満たす表面状態であることを特徴とする。
このような構成によれば、シール部材のシールリップ部が摺接するスリンガの摺接面の表面状態を前記範囲にすることにより、特許文献１及び２のようなショットピーニング処理等により表面加工を施して前記摺接面に凹凸面を形成するものと比較して、シールリップ部の磨耗量を大幅に低減できるので、信頼性を向上できる。
その上、長期の使用によってグリースが枯渇した場合でも、シールリップ部の摩耗を抑えることが可能であり、より信頼性の高い回転用シールを提供できる。
ここで、前記芯金は、円筒状の芯金円筒、及び前記芯金円筒の軸方向の一端から径方向内方へ延びる芯金フランジからなり、
前記スリンガは、円筒状のスリーブ、及び前記スリーブの軸方向の一端から径方向外方へ延びるフランジからなり、
前記シール部材のシールリップ部は、前記スリンガのフランジ内面の摺接面に摺接するアキシャルリップ、及び前記スリンガのスリーブ外周面の摺接面に摺接するラジアルリップを含むのが好ましい実施態様である。
このような構成によれば、いわゆるパックシールにおけるシールリップ部の磨耗量を大幅に低減できるので、パックシールとして好適である。
また、前記スリンガは、鋼板のダル仕上げ材をプレス成形することにより製造されたものであるのが一層好ましい実施態様である。
このような構成によれば、鋼板のダル仕上げ材をプレス成形するだけでスリンガを製造することから、特許文献１及び２のようなショットピーニング処理等により表面加工を施して前記摺接面に凹凸面を形成するものと比較して、製造コストを低減できる。
以上のように、本発明に係る回転用シールによれば、シール部材のシールリップ部が摺接するスリンガの摺接面に凹凸面を形成した回転用シールにおいて、シールリップ部の磨耗を低減して信頼性を高めることができるという顕著な効果を奏する。
本発明の実施の形態に係る回転用シールを自動車のホイール支持用の軸受装置に用いた例を示す部分縦断面概略図である。 本発明の実施の形態に係る回転用シールの要部拡大縦断面図である。 アキシャルリップの磨耗量を実施例及び比較例について比較する棒グラフである。 ラジアルリップの磨耗量を実施例及び比較例について比較する棒グラフである。
次に本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。
なお、本明細書において、回転用シールを装着した状態で、回転側部材である径方向内側部材の回転軸の方向を「軸方向」、軸方向に直交する方向を「径方向」という。
また、自動車の車体から車輪側に向かう方向を「外方」、その反対方向を「内方」という。
＜軸受装置＞
図１の部分縦断面概略図は、本発明の実施の形態に係る回転用シール１を自動車のホイール支持用の軸受装置１１に用いた例を示している。
軸受装置１１は、外周面に内輪軌道面１２Ａが形成された、車輪とともに回転する内輪１２、及び内周面に外輪軌道面１３Ａが形成された、車体と一体の外輪１３、並びに、内輪軌道面１２Ａ及び外輪軌道面１３Ａ間を転動する転動体である玉１４，１４，…等を有する軸受を備える。
また、軸受装置１１は、内輪１２及び外輪１３間の内方及び外方の端部（内方の玉１４，…よりも内方、及び外方の玉１４，…よりも外方）に、泥水等の浸入を防止するとともに潤滑用グリースの漏出を防止する回転用シール１，５を備える。
＜回転用シール＞
図２の要部拡大縦断面図に示すように、本発明の実施の形態に係る回転用シール１は、ステンレス鋼板によりプレス加工で製造される芯金３、芯金３に基部４Ａが接合されるとともにシールリップ部４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを有する、ゴム等の弾性体であるシール部材４、及び、シールリップ部４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが摺接する摺接面Ａ，Ｂを有する、ステンレス鋼板によりプレス加工で製造されるスリンガ２からなる。
スリンガ２は、ダル仕上げ（ＪＩＳ Ｇ ０２０３：２００９ 鉄鋼用語の「ダル仕上げ」）材をプレス成形することにより製造したものであり、特許文献１及び２のようなショットピーニング処理等による表面加工を施すことなく、摺接面Ａ，Ｂに所要の表面状態の凹凸面を形成している。
シール部材４を形成する合成ゴム材料としては、耐油性の良好なゴム素材として、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エチレン・アクリルゴム（ＡＥＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ、ＦＰＭ）、シリコーンゴム（ＶＱＭ）等のゴムから、１種、あるいは２種以上のゴムを適当にブレンドして使用することができる。なお、ゴム材料の練り加工性、加硫成形性、芯金３との接着性を考慮した場合、他種のゴム、例えば、液状ＮＢＲ、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）等とブレンドして使用することも好ましい実施態様である。
芯金３は、円筒状の芯金円筒３Ａ、及び芯金円筒３Ａの軸方向の一端から径方向内方へ延びる芯金フランジ３Ｂからなり、芯金円筒３Ａを径方向外側部材である外輪１３に圧入することにより、芯金３及びシール部材４は外輪１３に固定される。
スリンガ２は、円筒状のスリーブ２Ａ、及びスリーブ２Ａの軸方向の一端から径方向外方へ延びるフランジ２Ｂからなり、スリーブ２Ａを径方向内側部材である内輪１２に圧入することにより、スリンガ２は内輪１２に固定される。
シール部材４のアキシャルリップであるシールリップ部４Ｂの先端は、スリンガ２のフランジ２Ｂ内面の摺接面Ａに摺接し、シール部材４のラジアルリップであるシールリップ部４Ｃ，４Ｄの先端は、スリンガ２のスリーブ２Ａ外周面の摺接面Ｂに摺接する。
鋼板のダル仕上げ材をプレス成形して製造したスリンガ２の摺接面Ａ，Ｂの表面状態は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で、算術平均粗さＲａは、０．３μｍ≦Ｒａ≦１．０μｍであり、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋは、Ｒｓｋ≦−１、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、１００μｍ≦ＲＳｍを満たしている。
ここで、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋは、粗さの山と谷の対称性を示す。粗さの山の方が尖っている場合は正の値、粗さの谷の方が尖っている場合は負の値を示す。
また、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、基準長さに輪郭曲線要素の長さの平均を表したものである。
＜シールリップ部の磨耗量測定試験＞
（実験方法）
以下の実施例及び比較例のスリンガに対し、ＪＩＳ Ｂ ０６３３：２００１（ＩＳＯ ４２８８：１９９６）の「７．触針式表面粗さ測定機による評価の方式及び手順」に基づき、基準長さを０．８ｍｍ、評価長さを４ｍｍとし、触針式表面粗さ測定機（株式会社東京精密製の表面粗さ・輪郭形状測定機、型式：ＳＵＲＦＣＯＭ１８００Ｄ）を用い、シールリップの摺接面について、圧延方向に対して直角方向の周方向の粗さ曲線を測定し、算術平均粗さＲａ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋ、及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを測定した。
また、実施例及び比較例のスリンガを組み込んだ回転用シールにおいて、封入するグリースの量を、「通常」（０．２４ｇ）、及び「極少」（０．００５ｇ）に変えた場合と、グリースを封入しない場合（「なし」）について、１０００ｒｐｍの回転速度で６０時間回転させた後のシールリップの磨耗量を測定する磨耗量測定試験を行った。
この磨耗量測定試験において、図２のアキシャルリップ４Ｂの磨耗量、及び図２のラジアルリップ４Ｃの磨耗量を測定した。
（実施例）
鋼板のダル仕上げ材を用いて、プレス成形によりスリンガを成形した３つの試験体を、実施例１ないし３とした。
（比較例）
鋼板のダル仕上げ材を用いて、プレス成形によりスリンガを成形し、さらに前記摺接面にショットブラスト処理を行った３つの試験体を、比較例１ないし３とした。
（実験結果）
実験結果を表１、並びに図３及び図４に示す。
実施例１ないし３、及び比較例１ないし３の粗さパラメータＲａ、Ｒｓｋ、ＲＳｍは、表１のとおりである。
実施例１ないし３、及び比較例１ないし３の算術平均粗さＲａは、何れも０．４μｍ〜０．５μｍ程度であり、０．３μｍ≦Ｒａ≦１．０μｍの範囲内にある。
その理由は、前記摺接面の算術平均粗さＲａは、グリース保持のために、０．３μｍ以上である必要があるとともに、シール使用初期における密封性を保持するために、１．０μｍ以下である必要があるためである。
粗さ曲線のスキューネスＲｓｋの値は、実施例１ないし３、及び比較例１ないし３ともに、負の値であるが、実施例１ないし３の粗さ曲線のスキューネスＲｓｋは、Ｒｓｋ＜−１．１であるのに対し、ショットブラスト処理による微細な粗面が形成された比較例１ないし３のＲｓｋは、Ｒｓｋ＞−０．８である。
ここで、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが負の値の場合は、スリンガの外表面に突出する山部先端が鈍くなだらかな状態である。粗さ曲線のスキューネスＲｓｋの値が、負の値でさらに小さくなるほど、スリンガの外表面に突出する山部が更になだらかになる。
ゴムの掘り起こし摩耗は、スリンガの外表面に突出する山部先端が鋭いほど進行しやすく、山部先端が鈍くなだらかなほど、進行しにくいので、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋは、リップの摩耗量をより低減するために、実施例１ないし３のように、Ｒｓｋ＜−１．１であるのがより好ましく、Ｒｓｋ≦−１であればよい。
実施例１ないし３の粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、１００μｍ≦ＲＳｍであるのに対し、比較例１ないし３のＲＳｍは、ＲＳｍ＜１００μｍである。
実施例は粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍの値が１００μｍ以上と、比較例よりも大きいため、粗さ曲線における凹凸の繰り返しピッチが大きい。これにより、一回転あたりの振動数（摩耗の機会）が減少するため、リップの摩耗量を大幅に低減できる。
Figure 2018150954
以上のような実施例１ないし３と比較例１ないし３との粗さパラメータの相違に伴い、表１及び図３に示すとおり、アキシャルリップの磨耗量は、実施例１は比較例１の約５５％、実施例２は比較例２の約３９％、実施例３は比較例３の約３７％である。
また、表１及び図４に示すとおり、ラジアルリップの磨耗量は、実施例１は比較例１の約５９％、実施例２は比較例２の約３０％、実施例３は比較例３の約５７％である。
よって、グリース量が通常の場合、グリース量が極少の場合、及びグリースなしの場合の全ての場合において、実施例の方が比較例よりも磨耗量が約１／２〜１／３程度と、大幅に低減していることが分かる。
この効果により、長期の使用によってグリースが枯渇した場合でも、リップの摩耗を抑えることが可能である。
本発明の回転用シールによれば、スリンガ２の摺接面Ａ，Ｂは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で、算術平均粗さＲａは、０．３μｍ≦Ｒａ≦１．０μｍであり、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋは、Ｒｓｋ≦−１、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、１００μｍ≦ＲＳｍを満たす表面状態であるので、特許文献１及び２のようなショットピーニング処理等により表面加工を施して前記摺接面に凹凸面を形成するものと比較して、シールリップ部の磨耗量を大幅に低減できるので、信頼性を向上できる。
その上、長期の使用によってグリースが枯渇した場合でも、リップの摩耗を抑えることが可能であり、より信頼性の高い回転用シールを提供できる。
また、スリンガ２は、鋼板のダル仕上げ材をプレス成形することにより製造されたものであるので、特許文献１及び２のようなショットピーニング処理等により表面加工を施して前記摺接面に凹凸面を形成するものと比較して、製造コストを低減できる。
１ 回転用シール
２ スリンガ
２Ａ スリーブ
２Ｂ フランジ
３ 芯金
３Ａ 芯金円筒
３Ｂ 芯金フランジ
４ シール部材
４Ａ 基部
４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ シールリップ部
５ 回転用シール
１１ 軸受装置
１２ 内輪（径方向内側部材）
１２Ａ 軌道面
１３ 外輪（径方向外側部材）
１３Ａ 軌道面
１４ 玉（転動体）
Ａ，Ｂ 摺動面

Claims (3)

  1. 芯金と、前記芯金に基部が接合されるとともにシールリップ部を有するシール部材と、前記シールリップ部が摺接する摺接面を有するスリンガとからなる回転用シールであって、
    前記摺接面は、
    ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で、
    算術平均粗さＲａは、０．３μｍ≦Ｒａ≦１．０μｍ、
    粗さ曲線のスキューネスＲｓｋは、Ｒｓｋ≦−１、
    粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、１００μｍ≦ＲＳｍ
    を満たす表面状態であることを特徴とする、
    回転用シール。
  2. 前記芯金は、円筒状の芯金円筒、及び前記芯金円筒の軸方向の一端から径方向内方へ延びる芯金フランジからなり、
    前記スリンガは、円筒状のスリーブ、及び前記スリーブの軸方向の一端から径方向外方へ延びるフランジからなり、
    前記シール部材のシールリップ部は、前記スリンガのフランジ内面の摺接面に摺接するアキシャルリップ、及び前記スリンガのスリーブ外周面の摺接面に摺接するラジアルリップを含む、
    請求項１記載の回転用シール。
  3. 前記スリンガは、鋼板のダル仕上げ材をプレス成形することにより製造されたものである、
    請求項１又は２記載の回転用シール。
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