JP2023161328A - 接触シール - Google Patents

Abstract

【課題】長期間使用しても摩擦トルクが増大することがなくシール性が損なわれない接触シールを提供する。【解決手段】弾性材料からなるシールリップ部Ｓを含み、シールリップ部Ｓのリップ先端の摺接面Ｑが相手部材Ｂに対して摺動する接触シール１である。前記弾性材料には微粒子Ｐが混合される。摺接面Ｑが相手部材Ｂと摺動した際に微粒子Ｐが表面に露出する。微粒子Ｐはゴム材料と化学的に結合しない材料であることから摺接面Ｑより容易に脱落するので、摺接面Ｑには微細な多数の凹部Ｃが形成される。凹部Ｃが摺接面Ｑの摩耗により小さくなっても、微粒子Ｐが次々に露出して脱落するので、摺接面Ｑには微細な多数の凹部Ｃが次々と途切れずに出現する。摺接面Ｑに出現する凹部Ｃに潤滑剤を保持できるので、適正な油膜厚みを保持した状態が維持される。【選択図】図２

Description

本発明は、機器内部の流体及び／又は潤滑剤の機器外部への漏れ、及び／又は機器外部の異物の機器内部への侵入を防止する接触シールに関する。

接触シールは、弾性材料からなるシールリップ部を含み、前記シールリップ部のリップ先端の摺接面が相手部材に対して摺動する。そのため、使用するにつれて徐々に前記リップ先端の摩耗が進行する。

前記リップ先端と相手部材との接触面積を小さくして接触シールの低摩擦化を図るために、前記摺接面に微細な凹凸を設けたものがある（例えば、特許文献１ないし５参照）。前記摺接面に多数の微細な窪みがあれば潤滑剤を保持する機能が大きくなる。

特許文献１では、接触シールのシールリップ部を加硫成形する際に用いる金型表面を放電加工等によって微細な凹凸形状に加工することで、前記金型表面の凹凸形状を前記シールリップ部のリップ先端の摺接面に転写し、前記摺接面に多数の凹部又は凸部を形成する。

特許文献２では、接触シールのシールリップ部のリップ先端の摺接面を含む表面に、レーザ加工により多数のディンプル状小穴を形成する。

特許文献３では、弾性材料と水溶性の微粒子とを混合させた混合材料により成形型で弾性成形品を成形した後、前記弾性成形品の表面に存在する前記微粒子を洗浄液によって洗浄して除去することで、接触シールのシールリップ部のリップ先端の摺接面に微細な凹凸面を形成する。

特許文献４では、接触シールのシールリップ部のリップ先端の摺接面を、ジエン系ゴムに平均粒径が１～２００μｍの球状カーボン粉末を添加した潤滑性ゴム組成物で形成することで、前記摺接面に前記球状カーボン粉末からなる微細な多数の凸部を設ける。すなわち、シールリップ部のリップ先端の摺接面には、所要の大きさである多数の粒子（球状カーボン粉末）がゴム材料によって強固に保持された状態で露出しており、前記多数の粒子が相手部材と点接触する。

特許文献５では、接触シールのシールリップ部のリップ先端の摺接面を、アクリルゴムをベースとして平均粒径が５～２０μｍである酸化ケイ素の粒を補強剤として混合した材料で形成することで、前記摺接面に前記酸化ケイ素の粒からなる微細な多数の凸部を設ける。すなわち、シールリップ部のリップ先端の摺接面には、所要の大きさである多数の粒子（酸化ケイ素の粒）がゴム材料によって強固に保持された状態で露出しており、前記多数の粒子が相手部材と点接触する。

特開２００４－１９７７９号公報 特開２０１２－２４６９７４号公報 特開２０１２－２１９８８９号公報 実開平７－１０５５５号公報 特開平１１－３３６７７６号公報

以上のような従来の接触シールにおいて、特許文献１ないし３のようにシールリップ部のリップ先端の摺接面の表面のみに微細な凹凸を設けたものでは、長期間の使用により前記リップ先端の摩耗が徐々に大きくなることに伴って、前記微細な凹凸は徐々に小さくなってやがて消滅してしまう。

したがって、特許文献１ないし３のような接触シールは、長期間の使用により、前記摺接面に設けた微細な凹凸が無くなって前記リップ先端と相手部材との接触面積が大きくなるので、摺動抵抗が大きくなって摩擦トルクが増大する。

他方、前記従来の接触シールにおいて、特許文献４及び５のようにシールリップ部のリップ先端の摺接面から突出する多数の粒子が相手部材と点接触するものでは、摺動抵抗は小さくなる。

しかしながら、特許文献４及び５のような接触シールは、前記多数の粒子が突出している前記摺接面には潤滑剤を保持する機能はなく、ゴム材料よりも硬質の粒子と相手部材との点接触でシールする構造であるので、シール性が損なわれやすい。

本発明は、長期間使用しても摩擦トルクが増大することがなくシール性が損なわれない接触シールを提供することを目的とする。

本発明の第１観点に係る接触シールは、弾性材料からなるシールリップ部を含み、前記シールリップ部のリップ先端の摺接面が相手部材に対して摺動する接触シールである。前記弾性材料には微粒子が混合される。前記微粒子は、前記摺接面が前記相手部材と摺動した際に前記摺接面から脱落するものである。

本発明の第２観点に係る接触シールは、第１観点に係る接触シールにおいて、前記弾性材料の主成分はゴム材料である。前記微粒子は前記ゴム材料と化学的に結合しない材料である。前記微粒子の平均粒径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下である。

本発明の第３観点に係る接触シールは、第１観点に係る接触シール又は第２観点に係る接触シールにおいて、前記弾性材料の１００重量部に対して前記微粒子を１０～５０重量部含む。

本発明の第４観点に係る接触シールは、第１観点に係る接触シールにおいて、前記接触シールは、転がり軸受の固定側軌道輪又は回転側軌道輪に装着される。前記リップ先端の摺接面は前記転がり軸受の回転側軌道輪又は固定側軌道輪に装着されたスリンガに対して摺動する。

本発明の第５観点に係る接触シールは、第１観点に係る接触シールにおいて、前記接触シールは、転がり軸受の固定側軌道輪又は回転側軌道輪に装着される。前記リップ先端の摺接面は前記転がり軸受の回転側軌道輪又は固定側軌道輪に対して摺動する。

本発明に係る接触シールによれば、シールリップ部のリップ先端の摺接面が相手部材に対して摺動した際に、弾性材料に混合している微粒子が表面に露出する。前記微粒子はゴム材料と化学的に結合しない材料であることから、前記微粒子は前記摺接面より容易に脱落するので、前記摺接面には微細な多数の凹部（脱落穴）が形成される。

形成された前記凹部が前記摺接面の摩耗により小さくなっても、前記摩耗の進行に応じて弾性材料に混合している微粒子が次々に露出して脱落するので、前記摺接面には微細な多数の凹部が次々と途切れずに新規に出現する。すなわち、シールリップ部のリップ先端の摺接面の摩耗が進行しても、微細な多数の凹部が次々と前記摺接面に自己形成する。

そのため、シールリップ部のリップ先端の摺接面に途切れずに出現する微細な多数の凹部に潤滑剤を保持できるので、適正な油膜厚みを保持した状態が維持される。したがって、接触シールにおける良好な潤滑状態で摩擦トルクが小さい状態を長期間にわたって維持できる。

その上、本発明に係る接触シールは、特許文献４及び５の接触シールのようにゴム材料よりも硬質の粒子と相手部材との点接触でシールする構造ではなく、シールリップ部のリップ先端の摺接面と相手部材とは面接触するのでシール性が損なわれない。

本発明の実施の形態に係る第１の接触シール及び第２の接触シールを使用した転がり軸受を備えた自動車のホイール支持用軸受装置の一例を示す縦断面図である。 第１の接触シールの要部拡大縦断面図である。 第２の接触シールの要部拡大縦断面図である。 第２の接触シールの変形例を示す要部拡大縦断面端面図である。 第２の接触シールの別の変形例を示す要部拡大縦断面端面図である。

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。

本明細書において、転がり軸受の回転軸（図１中の符号Ｏ参照）の方向に直交する方向を「径方向」（図１の矢印Ｒ参照）という。「径方向」において、前記回転軸から離れる方向を「径方向の外方」、前記回転軸に近づく方向の「径方向の内方」という。

また、自動車の車体から車輪側に向かう方向を「アウトボード」（図１中の矢印ＯＢ参照）、自動車の車輪から車体側へ向かう方向を「インボード」（図１中の矢印ＩＢ参照）という。

＜自動車のホイール支持用軸受装置＞
図１の縦断面図に示す自動車のホイール支持用軸受装置Ａは、本発明の実施の形態に係る第１の接触シール１及び第２の接触シール２を使用した転がり軸受１０等を備える。転がり軸受１０は、回転側軌道輪である内輪１１、固定側軌道輪である外輪１２、及びボールである転動体１３等を有する。転動体１３は、内輪１１の外周面の内輪軌道面１１Ａ、及び外輪１２の内周面の外輪軌道面１２Ａ間を転動する。内輪１１及び外輪１２、並びに転動体１３は金属材料からなる。

自動車のホイール支持用軸受装置Ａは、車輪ハブとしての内輪１１が外輪１２に対して回転する転がり軸受１０の他に、転がり軸受１０のインボードＩＢ側に配置した第１の接触シール１、転がり軸受１０のアウトボードＯＢ側に配置した第２の接触シール２、アキシャル型の磁気エンコーダ６、及び、図２に示す磁気センサＭＳ等を備える。第１の接触シール１及び第２の接触シール２により、転がり軸受１０内への泥水等の浸入を防止するとともに潤滑用グリスの漏出を防止する

＜第１の接触シール＞
図１の縦断面図、及び図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第１の接触シール１は、芯金３とシール部材４とを備える。芯金３は、円筒状の芯金円筒３Ａ、及び芯金円筒３ＡのアウトボードＯＢ側の端部から径方向Ｒの内方へ延びる芯金フランジ３Ｂからなる。シール部材４は、芯金３に接合された基部４Ａ、及びシールリップ部Ｓからなる。第１の接触シール１のシールリップ部Ｓは、アキシャルリップ４Ｂ、及びラジアルリップ４Ｃ，４Ｄからなる。シールリップ部Ｓのリップ先端は、相手部材Ｂであるスリンガ５に接触する。

スリンガ５は、円筒状のスリーブ５Ａ、及びスリーブ５ＡのインボードＩＢ側の端部から径方向Ｒの外方へ延びるフランジ５Ｂからなる。フランジ５ＢのインボードＩＢ側の面には磁気エンコーダ６が接合しており、フランジ５ＢのアウトボードＯＢの面にアキシャルリップ４Ｂのリップ先端が接触する。スリーブ５Ａの外周面にラジアルリップ４Ｃ，４Ｄのリップ先端が接触する。

芯金３及びスリンガ５は金属材料からなり、シール部材４は、弾性材料からなる。前記弾性材料の主成分はゴム材料である。

＜ゴム材料＞
前記ゴム材料としては、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。

また、前記ゴム材料の練り加工性、加硫成形性、金属板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使用態様である。

＜微粒子＞
図２の要部拡大縦断面図に示すように、前記弾性材料には微粒子Ｐが混合されている。微粒子Ｐは、前記ゴム材料と化学的に結合しない材料であり、例えば、デンプン粉末又はコーンスターチ等を使用することができる。所定の大きさ及び配合量の微粒子Ｐを前記ゴム材に混ぜ込んで加硫成形することで、第１の接触シール１を成形する。

シールリップ部Ｓのリップ先端の摺接面Ｑが相手部材Ｂに対して摺動した際に、前記弾性材料に混合されている微粒子Ｐが表面に露出する。微粒子Ｐは、シールリップ部Ｓのゴム材料と化学的に結合しない材料であることから、図２に示す摺接面Ｑが相手部材Ｂと摺動して摺接面Ｑが摩耗するにつれて、微粒子Ｐは摺接面Ｑより容易に脱落する。それにより、摺接面Ｑには微細な多数の凹部（脱落穴）Ｃが形成される。脱落した微粒子Ｐは、デンプン粉末又はコーンスターチ等の植物性の粉末であるのでゴム材料よりも柔らかい。したがって、脱落した微粒子Ｐは、リップ先端の摺接面Ｑと相手部材Ｂとの摺動により粉砕されるので、シールリップ部Ｓのゴム材料の摩耗に影響を与えない。

微粒子Ｐの平均粒径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい実施態様である。微粒子Ｐの平均粒径が０．１μｍ未満では、前記凹部（脱落穴）Ｃが小さすぎるので、潤滑剤を保持する効果が小さくなる。微粒子Ｐの平均粒径が５０μｍよりも大きくなると、加硫成形後のシール部材の強度低下が大きくなるとともに、凹部（脱落穴）Ｃが大きすぎてシール性に問題が発生することが懸念される。

シール部材４の弾性材料の主成分であるゴム材料１００重量部に対して微粒子Ｐを１０～５０重量部含むのが好ましい実施態様である。微粒子Ｐの配合量がゴム材料１００重量部に対して１０重量部未満では、形成される微細な凹部Ｃの数が少なくなり、微粒子Ｐの配合による効果が小さくなる。微粒子Ｐの配合量がゴム材料１００重量部に対して５０重量部以上では、加硫成形後の引張り強度、伸び、耐油性等が低下し、転がり軸受用の接触シールに適さなくなる。

図２の要部拡大縦断面図において、形成された凹部Ｃが摺接面Ｑの摩耗により小さくなっても、前記摩耗の進行に応じて弾性材料の主成分であるゴム材料に混合している微粒子Ｐが次々に露出して脱落するので、摺接面Ｑには微細な多数の凹部Ｃが次々と途切れずに新規に出現する。すなわち、シールリップ部Ｓのリップ先端の摺接面Ｑの摩耗が進行しても、微細な多数の凹部Ｃが次々と摺接面Ｑに自己形成する。

そのため、シールリップ部Ｓのリップ先端の摺接面Ｑに途切れずに出現する微細な多数の凹部Ｃに潤滑剤を保持できるので、適正な油膜厚みを保持した状態が維持される。したがって、第１の接触シール１における良好な潤滑状態で摩擦トルクが小さい状態を長期間にわたって維持できる。

その上、第１の接触シール１は、特許文献４及び５の接触シールのようにゴム材料よりも硬質の粒子と相手部材との点接触でシールする構造ではなく、シールリップ部Ｓのリップ先端の摺接面Ｑと相手部材Ｂとは面接触するのでシール性が損なわれない。

＜効果確認試験＞
（実施例及び比較例）
図２に示す第１の接触シール１を、シール部材４のゴム材料をニトリルゴム（ＮＢＲ）とし、微粒子Ｐとしてデンプン粉末（ニッカ株式会社製、商品名：ニッカリコＡＳ－１００Ｓ、粒径１０～２０μｍ）を用い、ニトリルゴム１００重量部に対してデンプン粉末を３０重量部含んだものを実施例とする。実施例と同一形状の接触シールのシール部材を、デンプン粉末を含まずにニトリルゴムのみで製造したものを比較例とする。なお、ニトリルゴムの配合は、ポリマー１００部、充填剤７０部、加硫剤０．３部、加硫促進剤３部、老化防止剤１．５部、可塑剤１０部とした。

（試験条件）
図２におけるアキシャルリップ４Ｂがフランジ５Ｂに接触する位置の直径を６５ｍｍとし、内輪１１の回転速度を１０００ｒｐｍとし、実施例及び比較例ともにグリスをシールリップＳに塗布した状態で実施例と比較例の回転トルクを比較する。

（試験結果）
比較例の回転トルクを１とした場合、中央値の比較で実施例は０．８２、最大値の比較で実施例は０．７２であった。

比較例よりも実施例の方が回転トルクを大幅に小さくできるのは、実施例では、図２の摺接面Ｑがフランジ５Ｂと摺動するにつれて微粒子Ｐであるデンプン粉末が脱落し、形成された微細な多数の凹部Ｃが潤滑剤を保持できるので、適正な油膜厚みを保持できるためである。

＜第２の接触シール＞
図１の縦断面図、及び図３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第２の接触シール２は、芯金７とシール部材８とを備える。芯金７は、円筒状の芯金円筒７Ａ、及び芯金円筒７ＡのアウトボードＯＢ側の端部から径方向Ｒの内方へ延びる芯金フランジ７Ｂからなる。シール部材８は、芯金７に接合された基部８Ａ、及びシールリップ部Ｓからなる。第２の接触シール２のシールリップ部Ｓは、アキシャルリップ８Ｂ、８Ｃ及びラジアルリップ８Ｄからなる。シールリップ部Ｓのリップ先端は、相手部材Ｂである内輪１１に接触する。

内輪１１のフランジ面Ｅにアキシャルリップ８Ｂ，８Ｃのリップ先端が接触する。内輪１１の外周面Ｄにラジアルリップ８Ｄのリップ先端が接触する。

芯金７は金属材料からなり、シール部材８は、シール部材４と同様の弾性材料からなり、シール部材４と同様の微粒子Ｐを含む。

＜第２の接触シールの変形例＞
図４及び図５の要部拡大縦断面端面図は、第２の接触シールの変形例を示している。すなわち、図４の第２の接触シール２Ａ、及び図５の第２の接触シール２Ｂは、一般的な転がり軸受である、例えば深溝玉軸受１０Ａ，１０Ｂに使用するものである。図４及び図５において、図３と同じ符号及び矢印は、図３と同一又は相当する部品又は部分及び諸元を示す。保持器１４は、転動体１３が互いに接触しないように等間隔に分離する。

図４の第２の接触シール２Ａは、円環状の芯金７とシール部材９とを備える。シール部材９は、芯金７に接合された基部９Ａ、シールリップ部Ｓであるアキシャルリップ９Ｂ、グリスリップ９Ｄ、及び外周部９Ｅからなる。シール部材９の外周部９Ｅは、外輪１２のシール溝１２Ｂに装着される。シールリップ部Ｓのリップ先端は、相手部材Ｂである内輪１１の略径方向Ｒへ延びる側面Ｆに接触する。

図５の第２の接触シール２Ｂは、円環状の芯金７とシール部材９とを備える。シール部材９は、芯金７に接合された基部９Ａ、シールリップ部Ｓであるラジアルリップ９Ｃ、グリスリップ９Ｄ、及び外周部９Ｅからなる。シール部材９の外周部９Ｅは、外輪１２のシール溝１２Ｂに装着される。シールリップ部Ｓのリップ先端は、相手部材Ｂである内輪１１の外周面Ｄに接触する。

芯金７は金属材料からなり、シール部材９は、シール部材４と同様の弾性材料からなり、シール部材４と同様の微粒子Ｐを含む。

したがって、第２の接触シール２，２Ａ，２Ｂは、第１の接触シール１と同様の作用効果を奏する。

以上の説明における第１の接触シール１は、転がり軸受１０の外輪１２（固定側軌道輪）に装着され、シールリップ部Ｓのリップ先端が内輪１１（回転側軌道輪）に装着されたスリンガ５に対して摺動する。また、以上の説明における第２の接触シール２，２Ａ，２Ｂは、転がり軸受１０，１０Ａ，１０Ｂの外輪１２（固定側軌道輪）に装着され、シールリップ部Ｓのリップ先端が内輪１１（回転側軌道輪）に対して摺動する。

本発明の接触シールはこのような構成に限定されるものではなく、例えば、回転側軌道輪に装着し、シールリップ部のリップ先端が、固定側軌道輪に装着されたスリンガ又は固定側軌道輪に対して摺動する構成であってもよい。

以上の実施の形態の記載はすべて例示であり、これに制限されるものではない。本発明の範囲から逸脱することなく種々の改良及び変更を施すことができる。

１ 第１の接触シール
２，２Ａ，２Ｂ 第２の接触シール
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 アキシャルリップ
４Ｃ，４Ｄ ラジアルリップ
５ スリンガ
５Ａ スリーブ
５Ｂ フランジ
６ 磁気エンコーダ
７ 芯金
７Ａ 芯金円筒
７Ｂ 芯金フランジ
８ シール部材
８Ａ 基部
８Ｂ，８Ｃ アキシャルリップ
８Ｄ ラジアルリップ
９ シール部材
９Ａ 基部
９Ｂ アキシャルリップ
９Ｃ ラジアルリップ
９Ｄ グリスリップ
９Ｅ 外周部
１０ 転がり軸受
１０Ａ，１０Ｂ 深溝玉軸受
１１ 内輪（回転側軌道輪）
１１Ａ 内輪軌道面
１２ 外輪（固定側軌道輪）
１２Ａ 外輪軌道面
１２Ｂ シール溝
１３ 転動体
１４ 保持器
Ａ 自動車のホイール支持用軸受装置
Ｂ 相手部材
Ｃ 凹部
Ｄ 外周面
Ｅ フランジ面
Ｆ 側面
ＩＢ インボード
ＭＳ 磁気センサ
Ｏ 回転軸
ＯＢ アウトボード
Ｐ 微粒子
Ｑ 摺接面
Ｒ 径方向
Ｓ シールリップ部

Claims (5)

1. 弾性材料からなるシールリップ部を含み、前記シールリップ部のリップ先端の摺接面が相手部材に対して摺動する接触シールであって、
   前記弾性材料には微粒子が混合され、
   前記微粒子は、前記摺接面が前記相手部材と摺動した際に前記摺接面から脱落するものである、
   接触シール。
2. 前記弾性材料の主成分はゴム材料であり、
   前記微粒子は前記ゴム材料と化学的に結合しない材料であり、
   前記微粒子の平均粒径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下である、
   請求項１に記載の接触シール。
3. 前記弾性材料の１００重量部に対して前記微粒子を１０～５０重量部含む、
   請求項１又は２に記載の接触シール。
4. 前記接触シールは、転がり軸受の固定側軌道輪又は回転側軌道輪に装着され、
   前記リップ先端の摺接面は前記転がり軸受の回転側軌道輪又は固定側軌道輪に装着されたスリンガに対して摺動する、
   請求項１に記載の接触シール。
5. 前記接触シールは、転がり軸受の固定側軌道輪又は回転側軌道輪に装着され、
   前記リップ先端の摺接面は前記転がり軸受の回転側軌道輪又は固定側軌道輪に対して摺動する、
   請求項１に記載の接触シール。

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