JP2018162804A - 密封型転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 外輪のシール入口部の内径大きさをできるだけ小径にして、外輪の径方向の幅面の設計に余裕ができる密封型転がり軸受を提供する。【解決手段】 この発明は、外輪２と、外輪２の内側に設けられた内輪３と、外輪２の内径面２ａに形成された軌道溝４と内輪３の外径面３ａに形成された軌道溝５との間に組込まれた複数のボール６と、ボール６を保持する保持器７と、外輪２の内径面２ａに形成されたシール嵌合溝８に嵌合する嵌合部１２ａを有するシール部材１０と、を備えた密封型転がり軸受において、嵌合部１２ａの外径が、シール嵌合溝８の軸方向外側のシール入口面２ａｂの内径より外径が大きく、嵌合部１２ａは、くびれ部１２ａｃと、当該くびれ部１２ａｃを介して外向きに屈曲する弾性屈曲部１２ａａとを含む。【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、自動車の補機など耐水性、耐グリース漏れ性が要求される密封型転がり軸受に関する。

従来の密封型転がり軸受は、軸受内部に封入したグリース等の潤滑剤の漏れ防止や外部からの異物（例えば、泥水等）侵入を防止するために、内輪と外輪の開口部がシール部材で密封されている（例えば、特許文献１参照）。

従来の密封型転がり軸受７１は、図１０に示すように、外輪７２と、内輪７３と、その外輪７２の内径面に形成された軌道溝７４と内輪７３の外径面に形成された軌道溝７５間に組込まれた複数の転動体としてのボール７６およびそのボール７６を保持する保持器７７からなる。外輪７２の内径面７２ａの肩部両端には、一対のシール嵌合溝７８が設けられ、当該一対のシール嵌合溝７８には、シール部材８０の嵌合部８２ａが嵌合する。シール部材８０の内周部に形成された内向きリップ８３の先端部が内輪７３の外径面７３ａの両端部に形成されたシール溝７９の内側面に、外向きリップ８４が外径摺動面７３ａｂに、それぞれ弾性接触することで、軸受空間が密閉される。嵌合部８２ａは、ゴム材で形成されている。

外輪７２の内径面７２ａは、軌道溝７４の軸方向外側に位置する小径肩部７２ａａとシール嵌合溝７８より軸方向外側に位置する大径肩部７２ａｂを有している。大径肩部７２ａｂがシール入口部となる。大径肩部７２ａｂの内径は、後述する理由により、シール部材８０の嵌合部８２ａが圧入可能となるように大きく形成されている。シール部材８０の嵌合部８２ａが小径肩部７２ａａに押し付けて圧入されることにより、当該嵌合部８２ａはシール嵌合溝７８に挿入される。

ゴム材で形成された嵌合部８２ａを小径肩部７２ａａに当接させ、嵌合部８２ａを撓ませることで、外輪７２のシール嵌合溝７８内に圧入される。このため、シール入口部となる大径肩部７２ａｂの内径は、小径肩部７２ａａの内径より大きく形成されている。

ところで、上記した転がり軸受７１の外輪７２、内輪７３は、切削加工と研削加工が行われることで製造される。外輪７２の加工例につき説明する。ほぼ外輪の形状になった外輪素材を冷間ローリング等の鍛造により形成する。この素材を加熱炉で焼き入れして表面硬化させた後、幅研削、外径研削を行う。次に、外径研削された素材を旋削し、続いて、軌道溝７４及びシール嵌合溝７８を所望の形状に加工する。そして、図１１に示すように、軌道溝７４を砥石９３で超仕上げし、外輪７２として完成する。

この研削加工は、図１１に示すように、外輪７２の外周側端面をマグネットチャック９１に当接させ、外輪径方向の幅面のストレート部分を支持部材９２で芯合わせを行った状態で、砥石９３で研削加工を行っている。

実開昭６０−７７８１９号公報

近年では、転がり軸受の省スペース化の要求に伴い、軸受が薄肉化し、シール入口部となる小径肩部７２ａｂと外輪７２の外径との間の外輪径方向の幅面の寸法（Ｗ）が小さくなってきている。外輪７２の径方向の幅面は、角部が面取りされ、そのストレート部分は、軸受が薄肉化するにつれて小さくなる。しかし、上述したように、外輪７２の径方向の幅面のストレート部分には、芯合わせの必要上ある程度の幅が必要となる。

このため、軸受を薄肉化する場合にも、外輪７２の幅面を確保するための設計上の制限がある。また、外輪幅面を確保するために、外輪の内径面７２ａを内輪７３側に近づける設計を行うと保持器７７を介在させるスペースが小さくなり、保持器７７の設計にも制限が発生する等の難点があった。

そこで、この発明は、外輪のシール入口部の内径大きさをできるだけ小径にして、外輪の径方向の幅面の設計に余裕ができる密封型転がり軸受を提供することを課題とするものである。

前記の課題を解決するために、この発明は、外輪と、前記外輪の内側に設けられた内輪と、前記外輪の内径面に形成された軌道溝と前記内輪の外径面に形成された軌道溝との間に組込まれた複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器と、前記外輪の前記内径面に形成されたシール嵌合溝に嵌合する嵌合部を有するシール部材と、を備えた密封型転がり軸受において、前記嵌合部の外径が、前記シール嵌合溝の軸方向外側のシール入口面の内径より大きく、前記嵌合部は、くびれ部と、前記くびれ部を介して外向きに屈曲する弾性屈曲部とを含むことを特徴とする。

前記芯金の外径が、前記シール嵌合溝より軸方向外側に設けられたシール入口面の内径より小さく形成されている。

前記芯金の径方向外端部を内向きに傾斜させればよい。

また、前記シール入口面の内径が、前記シール嵌合溝より軸方向内側に設けられた外輪内径面と同一又は前記外輪内径面の内径よりも小さくすればよい。

前記シール嵌合溝の溝底は軸方向の内側から外側に向かって深くなるテーパー形状に形成すればよい。

また、前記シール嵌合溝の溝底のテーパー角度は前記弾性屈曲部の軸方向となす角度より小さく形成すればよい。

また、前記嵌合部の軸方向の内側に前記外輪内径面と当接する円周状の突起を設ければよい。

この発明の密封型転がり軸受は、シール部材の嵌合部が、シール嵌合溝の軸方向外側のシール入口面外輪内径面の内径よりその外径が大きく、外側面にくびれ部を介して外向きに屈曲する弾性屈曲部を有しているので、嵌合部の内径側への縮径量を大きくでき、シール入口面となるシール嵌合溝の軸方向外側の内径を小さくすることが可能となり、外輪の径方向の幅面の設計に余裕ができる。

この発明の一実施形態に係る密封型転がり軸受の一部を拡大して示す縦断正面図である。 この発明の一実施形態に係る密封型転がり軸受のシール嵌合溝とシール部材の部分を示す拡大断面図である。 この発明の一実施形態に係る密封型転がり軸受の外輪の一部を切り欠いた斜視図である。 この発明の一実施形態に係るシール部材を示す半断面側面図である。 この発明の一実施形態に係るシール部材を拡大して示す断面図である。 この発明の一実施形態に係る密封型転がり軸受のシール嵌合溝とシール部材の関係を示す拡大断面図である。 この発明の一実施形態に係る密封型転がり軸受にシール部材を取り付ける状態を拡大して示す縦断正面図である。 この発明の一実施形態に係る密封型転がり軸受にシール部材を取り付ける状態を拡大して示す縦断正面図である。 この発明の他の実施形態に係る密封型転がり軸受の一部を拡大して示す縦断正面図である。 従来例の密封型転がり軸受の一部を拡大して示す縦断正面図である。 従来例の研削加工の状態を示す説明図である。

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、密封型転がり軸受１は、外輪２と、外輪２の内側に設けられた内輪３と、外輪２の内径面に形成された軌道溝４と内輪３の外径面に形成された軌道溝５との間に組込まれた転動体としての複数のボール６と、ボール６を保持する保持器７からなる。外輪２、内輪３及びボール６は金属製部材である。本実施形態では、保持器７は樹脂製保持器である。なお、保持器７は、金属製保持器であってもよい。

本実施形態の密封型転がり軸受１は、図３に示すように、複列アンギュラ玉軸受である。このため、外輪２及び内輪３には、それぞれ、２つの軌道溝４と軌道溝５が設けられている。各列のボール６は、それぞれ１つの保持器７で保持されている。複列アンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重に加えて、正逆両方向のアキシアル荷重を負荷することができる。なお、以下の説明において、密封型転がり軸受１の中心軸に沿った方向を「軸方向」、当該中心軸に対して直交する方向を「径方向」と呼ぶ。

保持器７は、図３に示すように、その内部にボール６を保持するポケット７ａを、環状体７ｂの円周方向の複数箇所に有する冠形状である。各ポケット７ａの内面はボール６の外面に沿った凹球面状の曲面形状とされる。保持器７のポケット７ａの開放側を軸方向内側に向け、ポケット７ａの背面側が軸方向外側に向いている。

密封型転がり軸受１の軸受内部空間には、グリース（図示せず）が封入されている。ここで、軸受内部空間とは、外輪２の内径面２ａと内輪３の外径面３ａとの間の空間を意味する。

外輪２の内径面２ａは、その軌道溝４の軸方向両側の肩部両端に形成された一対のシール嵌合溝８を有している。シール嵌合溝８の軸方向内側の内側肩部２ａａは、外輪２の内径面２ａの転動面となる軌道溝４よりも軸方向外側に位置している。そして、シール嵌合溝８の軸方向外側の外輪内径面は、シール入口面２ａｂとなる。この実施形態では、外輪の内径面２ａの内径とシール入口面２ａｂとなる外側の外輪内径面の内径は同じ又はシール入口面２ａｂの内径が僅かに小径になっている。

この実施形態では、シール入口面２ａｂの内径を外輪２の内径面２ａの内径と同等か僅かに小径とすることで、外輪２の径方向の幅面２ｃの寸法Ｗを大きくし、外輪２が薄肉化しても研削工程で必要な幅面２ｃのストレート部分の大きさを確保することができる。

この実施形態では、図２及び図６に示すように、シール嵌合溝８の溝底８ａは軸方向の内側から外側に向かって溝が深くなるテーパー形状に形成されている。この溝底８ａのテーパー角度α２は、後述するシール部材１０の嵌合部１２ａの弾性屈曲部１２ａａの角度α１より小さくしている。嵌合部１２ａの弾性屈曲部１２ａａがシール嵌合溝８内に挿入された場合に、弾性屈曲部１２ａａの内側の端面１２ａｂと確実に当接するように、シール嵌合溝８の軸方向外側近傍８ｂは軸方向と平行な面になっている。

一方、内輪３の外径面３ａの肩部両端には、上記一対のシール嵌合溝８と径方向に対向する一対のシール溝９が形成されている。内輪３の外径面３ａは、大径肩部３ａａと小径肩部３ａｂとを有している。大径肩部３ａａは内輪３の軌道面となる軌道溝５よりも軸方向外側に位置している。小径肩部３ａｂは大径肩部３ａａよりも小径であり、その外径面が大径肩部３ａａよりも内径側に位置している。大径肩部３ａａと小径肩部３ａｂとの間には、上記シール溝９が設けられている。

外輪２に形成された一対のシール嵌合溝８のそれぞれには、シール部材１０の嵌合部１２ａが嵌合される。図３及び図４に示すように、シール部材１０は、芯金１１と芯金１１と一体に形成されたゴム製部分１２とからなる。ゴム製部分１２（以下、ゴム材１２と呼ぶこともある）は、芯金１２の内側面を除く芯金１１全体を覆っている。

芯金１１は金属製であり、軸方向から視て、環状である。芯金１１の径方向外端部１１ａは、内向きに斜め外径側に折り曲げられている。芯金１１の径方向内端部１１ｂは、内向きに斜め内径側に折り曲げられ、かつ、後述するゴム材１２の脚部１２ｃよりも外径側に位置している。

ゴム材１２は、軸方向から視て、環状である。ゴム材１２は、例えば、ニトリルゴム、耐熱ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等の耐油性や耐熱性に優れたゴムを素材としている。ゴム材１２は、芯金１１に加硫成型することで一体形成されている。

図１〜図４に示すように、ゴム材１２は、嵌合部１２ａと、本体部１２ｂと、脚部１２ｃと、内向きリップ部１２ｄと、外向きリップ部１２ｅ、グリースリップ部１２ｆとを有している。嵌合部１２ａは、ゴム材１２のうちシール嵌合溝８に嵌合され、かつ、芯金１１の径方向外端部を覆っている部分である。

嵌合部１２ａの外径は、シール入口面２ａｂの内径より外径が大きい。嵌合部１２ａは、その外側部（芯金１１の径方向外端部を覆っている部分より外径側の端部）に設けられたくびれ部１２ａｃと、当該くびれ部１２ａｃを介して外向きに屈曲する弾性屈曲部１２ａａとを備える。くびれ部１２ａｃは、嵌合部１２ａのうち外面（径方向に延びる側面）の一部を軸方向内側に凹ませることで（肉抜きすることで）形成されている。嵌合部１２ａがくびれ部１２ａｃを有することで弾性変形し易く、外向きに屈曲する弾性屈曲部１２ａａの内径側へ縮径量を大きくしている。

弾性屈曲部１２ａａは、外径方向に傾斜して延びている。具体的には、軸方向との間（くびれ部１２ａｃを通って軸方向に延びる水平線との間）に所定の角度（α１）を設けてくびれ部１２ａｃから外径方向に延びている。そして、図６に示すように、弾性屈曲部１２ａａのなす角度α１は、シール嵌合溝８の溝底８ａのなすテーパー角度α２より大きくしている。

シール部材１０をシール嵌合溝８へ挿入する際にシール入口面２ａｂに弾性屈曲部１２ａａが当接すると、図８に示すように、弾性屈曲部１２ａａがくびれ部１２ａｃを中心として外向きに屈曲することで、嵌合部１２ａが内径側へ大きく縮み、シール嵌合溝８内に挿入可能な大きさに変形し、シール嵌合溝８内に挿入される。シール嵌合溝８内に嵌合部１２ａの弾性屈曲部１２ａａが挿入されると、ゴム材１２の弾性力により、弾性屈曲部１２ａａが径方向の外径側に復帰し、シール嵌合溝８内に嵌合部１２ａが入り込み、シール嵌合溝８にシール部材１０が取り付けられる。

この実施形態においては、芯金１１の径方向外端部１１ａは、外輪２の内径面２ａより小さくし、外輪２の肩部２ａａまで弾性屈曲部１２ａａが内径側に縮むように構成している。さらに、芯金１１の径方向の外端部１１ａを内向きに傾斜させている。芯金１１の径方向の外端部１１ａを内向きに傾斜させることで、くびれ部１２ａｃを大きくでき、弾性屈曲部１２ａａの外向きに屈曲する量を大きくすることができる。

このように構成することで、シール入口面２ａｂの内径を外輪２の内径面２ａと同じ又は僅かに小さくすることができ、外輪２の径方向の幅面２ｃの寸法Ｗを大きくし、外輪２が薄肉化しても研削工程で必要な幅面２ｃのストレート部分の大きさを確保することができる。

本体部１２ｂは、嵌合部１２ａよりも内径側に位置し、かつ、芯金１１のうち径方向外端部を除く部分を覆っている部分である。脚部１２ｃは、本体部１２ｂの径方向内端部よりも内径側に位置している部分である。すなわち、脚部１２ｃは、芯金１１の径方向内端部よりも内径側に位置している。脚部１２ｃは、その内外面が凹んだくびれ形状になっている。

脚部１２ｃの内径側には、内向きリップ部１２ｄ及び外向きリップ部１２ｅが設けられている。内向きリップ部１２ｄは、シール溝９の内側面に接触している。外向きリップ部１２ｅは、内向きリップ部１２ｄよりも軸方向外側に設けられており、シール溝９の軸方向外側に形成された小径肩部３ａｂに接触している。

脚部１２ｃの軸方向内側には、大径肩部３ａａにシール隙間１３を介して近接するグリースリップ部１２ｆを設けている。グリースリップ部１２ｆは、その外径面を軸方向外側に向かうに従って径方向外方へ傾斜する傾斜面とし、グリースリップ部１２ｆの先端面を内輪３の外径面３ａに略平行な面としている。

図６に示すように、シール嵌合溝８の溝底８ａのテーパー角度α２は、シール部材１０の嵌合部１２ａの弾性屈曲部１２ａａの角度α１より小さくしている。この溝底８ａの角度α２を嵌合部１２ａの弾性屈曲部１２ａａの角度α１より小さく設定することで、シール部材１０をシール嵌合溝８に圧入した後、嵌合部１２ａの弾性屈曲部１２ａａが外輪２の外径方向へ拡がる時に、シール溝底８ａに確実に当接し、さらにゴム材１２の弾性力で外輪２の外径方向へ付勢力も加わる。また、シール嵌合溝８の軸方向外側近傍８ｂは軸方向と平行な面になっている。嵌合部１２ａの弾性屈曲部１２ａａがシール嵌合溝8内に挿入された時に、弾性屈曲部１２ａａの軸受内部側の端面１２ａｂと確実に当接するように構成している。このため、シール嵌合溝８の溝底８ａとのシール部材１０の嵌合部１２ａの接触面積が増えて摩擦力が増加することで、シール部材１０と外輪２との相対回転を防止している。

次に、シール部材１０を外輪２のシール嵌合溝８に嵌め込む方法について、図７及び図８を参照して説明する。

図７に示すように、転がり軸受１の外輪２の端面にシール部材１０を配置し、図の黒矢印で示すように、シール部材１０の嵌合部１２ａをシール嵌合溝８側（軸方向面）に押し付ける。シール部材１０の嵌合部１２ａの弾性屈曲部１２ａａはシール入口面２ａｂより大きいので、シール入口面２ａｂに当接する。弾性屈曲部１２ａａが外向きに屈曲して内径側に縮径が容易になるように、嵌合部１２ａには、くびれ部１２ａｃが設けられている。そして、図８に示すように、弾性屈曲部１２ａａがシール入口面２ａｂに当接すると、弾性屈曲部１２ａａがくびれ部１２ａｃを中心として外向きに屈曲して内径側へ縮み、シール嵌合溝８内に挿入される。シール嵌合溝８内に弾性屈曲部１２ａａが挿入されると、ゴム材１２の弾性力により、当該弾性屈曲部１２ａａが径方向の外径側に復帰し、シール嵌合溝８内に嵌合部１２ａが入り込む。これにより、図１に示すように、シール嵌合溝８にシール部材１０が取り付けられる。

次に、この発明の他の実施形態につき、図９を参照して説明する。
図９に示すように、この実施形態においては、シール嵌合溝８の軸方向外側の端面８ｂは、軸方向の内側に向かってテーパー面に形成されている。このテーパー面により、シール嵌合溝８に嵌め込まれたシール部材１０の嵌合部１２ａの弾性屈曲部１２ａａが径方向に移動するのを抑制し、シール嵌合溝８からシール部材１０の嵌合部１２ａが抜け落ちるのを防止している。

また、シール部材１０の嵌合部１２ａの軸受内部側には、円周状の突起１２ｇが設けられている。この突起１２ｇが外輪２の内側肩部２ａａと当接し、グリースの漏れを防いでいる。

上記した実施形態においては、複列アンギュラ玉軸受であったが、これに限らず、単列の玉軸受にもこの発明は適用することができる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１ ：密封型転がり軸受
２ ：外輪
２ａ ：内径面
２ａａ ：内側肩部
２ａｂ ：シール入口面
２ｃ ：幅面
３ ：内輪
３ａ ：外径面
３ａａ ：大径肩部
３ａｂ ：小径肩部
４ ：軌道溝
５ ：軌道溝
６ ：ボール
７ ：保持器
８ ：シール嵌合溝
８ａ ：溝底
９ ：シール溝
１０ ：シール部材
１１ ：芯金
１１ａ ：径方向外端部
１１ｂ ：径方向内端部
１２ ：ゴム材
１２ａ ：外径部
１２ａａ ：嵌合部
１２ａｃ ：くびれ部
１２ｂ ：本体部
１２ｃ ：脚部
１２ｄ ：内向きリップ部
１２ｅ ：外向きリップ部
１２ｆ ：グリースリップ部
１２ｇ ：突起

Claims (7)

1. 外輪と、
   前記外輪の内側に設けられた内輪と、
   前記外輪の内径面に形成された軌道溝と前記内輪の外径面に形成された軌道溝との間に組込まれた複数の転動体と、
   前記転動体を保持する保持器と、
   前記外輪の前記内径面に形成されたシール嵌合溝に嵌合する嵌合部を有するシール部材と、を備えた密封型転がり軸受において、
   前記嵌合部の外径が、前記シール嵌合溝の軸方向外側のシール入口面の内径より外径が大きく、
   前記嵌合部は、くびれ部と、前記くびれ部を介して外向きに屈曲する弾性屈曲部とを含むことを特徴とする密封型転がり軸受。
2. 前記シール部材は、前記嵌合部を有するゴム製部分と、前記ゴム製部分により覆われる芯金とからなり、
   前記芯金の外径が、前記シール入口面の内径より小さく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密封型転がり軸受
3. 前記芯金の径方向外端部を内向きに傾斜させていることを特徴とする請求項２に記載の密封型転がり軸受。
4. 前記シール入口面の内径が、前記シール嵌合溝より軸方向内側に設けられた外輪内径面と同一又は前記外輪内径面の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の密封型転がり軸受。
5. 前記シール嵌合溝の溝底は軸方向の内側から外側に向かって深くなるテーパー形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の密封型転がり軸受。
6. 前記シール嵌合溝の溝底のテーパー角度は前記弾性屈曲部の軸方向となす角度より小さく形成されていることを特徴とする請求項５に記載の密封型転がり軸受。
7. 前記嵌合部の軸方向の内側に前記外輪内径面と当接する円周状の突起が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の密封型転がり軸受。

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