JP2022045719A - 密封装置および車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦トルクの低減および潤滑性を図ることができる密封装置および車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】接触形ゴムシールであるシール部材と、シール部材と接触する金属製摺動面とを備え、シール部材と摺動面とが相対的に回転する密封装置である。金属製摺動面に、微小凹部を周方向に沿って複数設ける。微小凹部の開口縁をアール形状部とした。【選択図】図２

Description

本発明は、密封装置および車輪用軸受装置に関する。

密封装置（転がり軸受に用いられる密封装置）として、例えば、引用文献１に記載のようなものがある。この引用文献１に記載の転がり軸受は、図６に示すように、内輪１と、外輪２と、内輪１と外輪２との間に配設される複数個のボール３と、ボール３を周方向に沿って保持する保持器４とを備える。

そして、内輪１と外輪２との間の軸方向端部の開口部を、密封装置５，５で塞いでいる。各密封装置は、芯金７と、この芯金７に装着されるゴム製シール８とを備えたものである。この場合、外輪２の内径面の軸方向端部には、シール溝９が形成され、このシール溝９に、ゴム製シール８の外周側端部１０が嵌着されている。

また、内輪１の外径面の軸方向端部には、シール溝１１が形成され、このシール溝１１に嵌合したゴム製シール８のシールリップ１２がシール溝内面に摺接する。この場合、図７に示すように、シール溝内面（摺接面）に接触するシールリップ１２の接触面１２ａにディンプル状の凹部１６を形成している。

このように、接触面１２ａにディンプル状の凹部１６を形成することによって、シールリップ１２の接触面積を低減し、低トルク化を図っている。

ところで、この凹部１６は、略球状を成す直径２～１３０μｍのショット粉末を、シールリップに直接噴射、もしくは金型に噴射したものを転写することで形成している。

特開２００６－２４２２４６号公報

特許文献１に記載された凹部は、略球状をなす直径２～１３０μｍのショット粉末をシールリップもしくはシールリップの金型に吹き付けることで加工される。この技術の問題点は、２つある。１つは、シールリップの摩耗により凹部が除去され、結果的に摩擦トルク増加につながることである。また、ショットにより形成するため、加工後の凹部形成はできあいとなる。そのため、シール性能と摩擦トルクにばらつきが生じる。よって、一定の凹部形状で除去されない技術が望ましい。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、摩擦トルクの低減および潤滑性を図ることができる密封装置を提供しようとするものである。

本発明の密封装置は、接触形ゴムシールであるシール部材と、前記シール部材と接触する金属製摺動面とを備え、前記シール部材と金属製摺動面とが相対的に回転する密封装置において、前記金属製摺動面に、微小凹部を周方向に沿って複数設け、かつ前記微小凹部の開口縁をアール形状部としたものである。

本発明の密封装置によれば、金属製摺動面に、微小凹部を周方向に沿って複数設けているため、シール部材と金属製摺動面との接触面積を低減することができる。しかも、金属製摺動面に微小凹部が形成されるので、シール部材が金属製摺動面に対して摺動しても、この摺動面に摩耗が生じない。また、微小凹部の開口縁をアール形状部としたことにより、エッジ接触によるシール部材の摩耗を防止でき、密封装置として、長寿命化を図ることができる。

前記微小凹部の軸方向長さを、前記シール部材における金属製摺動面との接触部の接触幅よりも小さくして、前記微小凹部がシール部材の接触部からはみ出さない構成とするのが好ましい。このように構成することにより、シール性を確保することができる。

また、前記微小凹部の深さは、前記シール部材がこの微小凹部の底に達しないものとするのが好ましい。微小凹部の底にするものでは、摺動性が低下して低トルク化を達成しにくく、微小凹部の底に達しないものでは、摺動性の低下が防止され、低トルク化を達成できる。

本発明の車輪用軸受装置は、互いに対向配置された環状のシール部材とスリンガとを有する車輪用軸受装置用の密封装置であって、密封装置を用い、車輪用軸受装置は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部を密封するものである。

本発明の車輪用軸受装置によれば、シール部材と金属製摺動面との接触面積を低減することができる。また、微小凹部の開口縁をアール形状部とすることにより、エッジ接触によるシール部材の摩耗を防止でき、密封装置として、長寿命化を図ることができる。

本発明は、シール部材と金属製摺動面との接触面積を低減することができるため、摩擦トルクの低減および潤滑性を図ることができる。しかも、金属製摺動面に摩耗が生じず、微小凹部が消滅することがない。また、微小凹部の開口縁をアール形状部とすることにより、エッジ接触によるシール部材の摩耗を防止できる。このため、長期にわたって、摩擦トルクの低減を図ることができる。さらに、微小凹部には、グリースを保持することができ、これによって潤滑性を向上させることができる。

本発明の密封装置を用いた車軸用軸受装置の断面図である。 本発明の密封装置を示す要部拡大断面図である。 図２に示す密封装置が装着されるスリンガを示す斜視図である。 スリンガに形成された微小凹部を示す簡略断面図である。 スリンガに形成された微小凹部とシール部材の接触面とを示し、（ａ）はシール部材の接触部からはみ出さない微小凹部が形成された状態の簡略図であり、（ｂ）はシール部材の接触部から軸受側がはみ出す微小凹部が形成された状態の簡略図であり、（ｃ）はシール部材の接触部から反軸受側がはみ出す微小凹部が形成された状態の簡略図である。 従来の密封装置が用いられた転がり軸受の断面図である。 従来の密封装置の要部拡大簡略断面図である。

図１は、本発明に係る密封装置を備えた車輪用軸受装置を示す断面図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側（図１の左側）、中央寄り側をインナー側（図１の右側）という。図１に示す車輪用軸受装置は駆動輪側の第３世代と称され、内方部材２５と外方部材２６、および両部材２５、２６間に転動自在に収容された複列の転動体２４、２４とを備えている。内方部材２５は、ハブ輪２７と、このハブ輪２７に圧入固定された内輪２３とからなる。

ハブ輪２７は、アウター側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ２８を一体に有し、この車輪取付フランジ２８の円周等配位置に車輪を固定するためのハブボルト２８ａが植設されている。また、ハブ輪２７の外周には一方（アウター側）の内側転走面２７ａと、この内側転走面２７ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部２７ｂが形成されている。そして、内輪２３がハブ輪２７の小径段部２７ｂに所定のシメシロを介して圧入固定されている。内輪２３の外径面には内側転走面２３ａが形成されている。

外方部材２６は、外周に車体（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ２６ｂを一体に有し、内周に前記内方部材２５の内側転走面２７ａ、２３ａに対向する複列の外側転走面２６ａ、２６ａが一体に形成されている。そして、それぞれの転走面２６ａ、２７ａと２６ａ、２３ａ間に複列の転動体２４、２４が収容され、保持器２９、２９によりこれら複列の転動体２４、２４が転動自在に保持されている。

また、外方部材２６と内方部材２５との間に形成される環状空間の開口部には密封装置３０、３１が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。

アウター側の密封装置３０は、芯金３２と、この芯金３２に一体に加硫接着されたシール部材３３とからなる一体型の密封装置で構成され、シール部材３３は、断面が円弧状に形成された車輪取付フランジ２８のインナー側の基部２８ｂに摺接するサイドリップ３３ａとダストリップ３３ｂおよびグリースリップ３３ｃを備えている。

一方、インナー側の密封装置３１は、本発明に係る密封装置であり、図２に示すように、互いに対向配置され、断面が略Ｌ字状に形成された環状のシール板４０と、断面が略Ｌの字状に形成されたスリンガ４１とからなるパックシールで構成されている。シール板４０は、外方部材２６に装着される芯金４２と、この芯金４２に加硫接着により一体に接合されたシール部材４３とからなる。

芯金４２は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）や防錆処理された冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）等の防錆能を有する鋼板からプレス加工にて断面略Ｌ字状に形成されている。この芯金４２は、外方部材２６の端部内周に圧入され、円筒状の嵌合部４２ａと、この嵌合部４２ａから径方向内方に延びる内径部４２ｂとを備えている。そして、嵌合部４２ａの先端部を覆うようにシール部材４３が回り込んで接合されている。

シール部材４３は、例えば、ＮＢＲ（アクリロニトリル－ブタジエンゴム）等の合成ゴムからなり、径方向外方に傾斜して延びるダストリップ４３ａ及び中間リップ４３ｂと、リップ４３ａ、４３ｂの内径側に径方向内方に傾斜して延びるグリースリップ４３ｃを有している。そして、シール部材４３は芯金４２の嵌合部４２ａの端部外表面から内径部４２ｂの内縁まで回り込んで固着されている。なお、シール部材４３の材質としては、ＮＢＲ以外にも、例えば、耐熱性に優れたＨＮＢＲ（水素化アクリロニトリル－ブタジエンゴム）、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレンゴム）等をはじめ、耐熱性、耐薬品性に優れたＡＣＭ（ポリアクリルゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、あるいはシリコンゴム等を例示することができる。

一方、スリンガ４１はオーステナイト系ステンレス鋼板や防錆処理された冷間圧延鋼板等の防錆能を有する鋼板からプレス加工にて断面略Ｌの字状に形成され、内輪２３の外径面３２ｃに圧入される円筒部４１ａと、この円筒部４１ａから径方向外方に延びる立ち上がり部４１ｂを備えている。

ここで、シール部材４３のリップ４３ａ、４３ｂは立ち上がり部４１ｂの内面に摺接すると共に、グリースリップ４３ｃは、スリンガ４１の円筒部４１ａに摺接する。

この場合、図３に示すように、スリンガ４１の円筒部４１ａの外径面５１における金属製摺動面５２（シール部材４３のグリースリップ４３ｃが摺動する面）に複数の微小凹部５０が、周方向に沿って配設されている。この場合の微小凹部５０は、軸方向に延びる微小凹溝である。そして、この微小凹部５０の開口縁は、図４に示すようにアール形状部５０ａとされている。

微小凹部５０の凹部幅をＷとし、ランド部５３の幅をＷ１とし、微小凹部５０のピッチをＰとしたときに、Ｗ＜Ｗ１＜Ｐとしている。シールと摺動面における真実接触面積部の一か所の平均直径は０．０３ ｍｍであるため、Ｗを０．０１ｍｍ～０．０２ｍｍ程度とし、Ｗ１を０．０４ｍｍ以上とし、Ｐを０．０５ｍｍ以上とした。アール形状部５０ａの曲率半径Ｒは０．００５ ｍｍ～０．０１ ｍｍ程度とする。なお、微小凹部５０の凹部幅ＷとピッチＰとは、ランド部５３を確保できる範囲で、小さいほどよい。

また、微小凹部５０の深さをＤとしては、グリースリップ４３ｃが金属製摺動面５２に圧接して弾性変形してエッジ先端が凹部底に達しない程度の深さとするのが好ましい。例えば、シール表面のRzは０．００３ｍｍ程度であるため、微小凹部５０の深さＤは０．０１ｍｍ～０．０２ ｍｍ程度とする。微小凹部５０の底にするものでは、摺動性が低下して低トルク化を達成しにくく、微小凹部５０の底に達しないものでは、摺動性の低下が防止され、低トルク化を達成できる。

さらに、図５（ａ）に示すように、微小凹部５０の軸方向長さＬとしては、グリースリップ４３ｃの接触部４３ｃ１（金属製摺動面に接触する部分）からはみ出さないものが好ましい。しかしながら、図５（ｂ）（ｃ）のように一部がはみ出すものであってもよい。図５（ｂ）では、軸受側にはみだしており、図５（ｃ）では反軸受側にはみだしている。

ところで、この微小凹部５０としては、微細研削加工もしくはレーザ加工（ナノ秒、ピコ秒、フェムト秒パルスレーザー加工）で、スリンガ４１若しくはスリンガ４１を成形するための金型を加工することによって形成できる。

このように、密封装置３１では、シール部材４３と、シール部材４３と接触する金属摺動面５２とを備え、シール部材４３と金属製摺動面５２とが相対的に回転するものであり、金属製摺動面５２に、微小凹部５０を周方向に沿って複数設けたものとなる。

このため、この密封装置３１では、シール部材４３と金属製摺動面５２との接触面積を低減することができ、摩擦トルクの低減および潤滑性を図ることができる。しかも、金属製摺動面５２に微小凹部５０が形成されるので、シール部材３４が金属製摺動面５２に対して摺動しても、この摺動面５２に摩耗が生じず、微小凹部５０が除去されない。また、微小凹部５０の開口縁をアール形状部５０ａとしたことにより、エッジ接触によるシール部材４３の摩耗を防止できる。このため、長期にわたって、摩擦トルクの低減を図ることができ、密封装置として、長寿命化を図ることができる。

さらに、微小凹部５０には、グリースを保持することができ、これによって潤滑性を向上させることができる。ところで、微小凹部５０の軸方向長さＬとしては、図５（ａ）に示すように、シール部材４３の接触部４３ｃ１からはみ出さないように設定すれば、シール性を保ちつつ低トルク化を達成できるが、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、微小凹部５０の一部が、シール部材４３の接触部４３ｃ１からはみ出すものであってもよい。しかしながら、はみ出し側にグリースが漏れることになるので、図５（ｂ）に示すように、軸受側にはみ出すほうが好ましい。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、微小凹部５０として、軸方向に延びる扁平矩形溝であったが、扁平矩形溝に限るものではなく、正方形溝、多角形溝、円形溝、又は楕円乃至長円形溝等であってもよい。また、形成される微小凹部５０の数としても、溝形状や溝大きさ等によって相違するが、低トルク化を図れ、しかも、シール性を確保できる範囲で種々変更できる。すなわち、溝形成によって、低トルク化を達成できるが、シール性とトレードオフとなる。しかしながら、図１に示すような車輪用軸受装置に用いられて密封装置３１のグリースリップのように、非接触リップよりシール性が要求されるが、接触シールより低トルク化が要求される場合に有効である。

実施形態では、グリースリップ４３ｃが摺動する摺動面５２に微小凹部５０を設けていたが、ダストリップ４３ａや中間リップ４３ｂが摺動する摺動面（スリンガ４１の立ち上がり部４１ｂ）に微小凹部５０を設けてもよい。

車輪用軸受装置として、転動体２４にボールを使用した複列アンギュラ玉軸受で構成された車輪用軸受装置を例示したが、これに限らず、転動体２４に円錐ころを使用した複列円錐ころ軸受で構成されていても良い。外方部材２６と内方部材２５とで構成され、その開口部を密閉部材であるシール部材４３およびこのシール部材４３と摺動する金属製摺動面５２を備えた車輪用軸受装置であれば、取り付けフランジを持たない、第１世代構造の車輪用軸受装置や、外輪回転、あるいは、内輪回転タイプの第２世代構造の車輪用軸受装置、駆動輪タイプの第３世代構造の車輪用軸受装置、軸受内方部材と等速自在継手の外輪２を一体化した第４世代構造の車輪用軸受装置であってもよい。

２４ 転動体
２５ 内方部材
２６ 外方部材
２６ａ 外側転走面
２７ａ 内側転走面
４１ スリンガ
４３ シール部材
４３ｃ グリースリップ
４３ｃ１ 接触部
５０ 微小凹部
５０ａ アール形状部
５２ 金属製摺動面

Claims (4)

1. 接触形ゴムシールであるシール部材と、前記シール部材と摺動する金属製摺動面とを備え、前記シール部材と金属製摺動面とが相対的に回転する密封装置において、前記金属製摺動面に、微小凹部を周方向に沿って複数設け、かつ前記微小凹部の開口縁をアール形状部としたことを特徴とする密封装置。
2. 前記微小凹部の軸方向長さは、前記シール部材における金属製摺動面との接触部の接触幅よりも小さいくして、前記微小凹部がシール部材の接触部からはみ出さない構成としたことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記微小凹部の深さは、前記シール部材がこの微小凹部の底に達しないものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の密封装置。
4. 互いに対向配置された環状のシール部材とスリンガとを有する車輪用軸受装置であって、
   前記請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の密封装置を用い、
   内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
   外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
   この内方部材と前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、
   前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部を密封することを特徴とする車輪用軸受装置。

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