JP4465755B2

JP4465755B2 - 密封板付転がり軸受

Info

Publication number: JP4465755B2
Application number: JP32530199A
Authority: JP
Inventors: 房輔五島
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 1999-11-16
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2019-11-16
Also published as: JP2001140907A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係る密封板付転がり軸受は、各種機械装置の回転支持部に組み込む密封板付転がり軸受の改良に関し、密封板によるシール性の向上を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種機械装置の回転支持部には、図５〜６に示す様な密封板付転がり軸受１が使用されている。この密封板付転がり軸受１は、外周面に内輪軌道２を有する内輪３と、内周面に外輪軌道４を有し、上記内輪３と同心に配置された外輪５と、上記内輪軌道２と外輪軌道４との間に転動自在に設けられた複数の転動体６とを備える。この複数の転動体６は、図示しない保持器により転動自在に保持されている。又、上記外輪５の両端部内周面にそれぞれ全周に亙って形成した係止溝７には、それぞれ密封板８の外周縁部を係止している。
【０００３】
これら各密封板８は、それぞれ鋼板等の金属板を円輪状に形成して成る芯金９で、ゴムの如きエラストマー等の弾性材１０を補強する事により、全体を円輪状に形成して成る。上記弾性材１０の外周縁部は、上記芯金９の外周縁よりも少しだけ直径方向（図５〜６の上下方向）外方に突出しており、この突出した部分を上記係止溝７に係止している。一方、上記弾性材１０の内周縁部は、上記芯金９の内周縁よりも直径方向内方に十分に突出して、シールリップ１１を構成している。そして、このシールリップ１１の端縁部１２を、上記内輪３の両端部外周面に形成したシール溝１３を構成する１対の側壁面１４、１５のうち軸方向（図５〜６の左右方向）内側の側壁面１５に摺接させている。尚、図示の例では、自由状態の弾性材１０を実線で示し、上記シールリップ１１が上記側壁面１５に当接して弾性変形した状態を鎖線で示している。
【０００４】
上述の様に構成される密封板付転がり軸受１は、上記各転動体６の転動に基づき、上記内輪３を外嵌固定した部材と上記外輪５を内嵌固定した部材との相対回転を許容する。又、上記外輪５の両端部内周面にそれぞれの外周縁を係止した１対の密封板８は、上記転動体６を設置した空間１６に充填したグリースが外部に漏洩する事を防止すると共に、外部に浮遊する塵芥や水等の異物が上記転動体６を設置した空間１６に侵入する事を防止する。
【０００５】
ところで、上述の様な密封板付転がり軸受１では、次の様にして、グリース漏れが生じる場合がある。即ち、上記各転動体６が転動すると、これら各転動体６に付着したグリースが前記保持器の内径側で掻き落とされ、そのうちの一部が上記各シール溝１３側に押し出される。そして、この押し出されたグリースにより、上記各密封板８のシールリップ１１が上記シール溝１３の側壁面１５から離れる方向に弾性変形して、このシールリップ１１と側壁面１５との間に微小隙間が生じ、この微小隙間を通じてグリース漏れが起きる。又、使用時に転がり摩擦やグリースの攪拌抵抗に伴う温度上昇等により、上記転動体６を設置した空間１６内の圧力が上昇すると、上記シールリップ１１の弾性変形が更に大きくなり、グリース漏れがより著しくなる。
【０００６】
この様な原因で生じるグリース漏れを防止する為、密封板等の構造を工夫してシール性の向上を図る事が行なわれている。例えば、図７は、特開平８−２２６４４９公報に記載された密封板付転がり軸受１ａを示している。この密封板付転がり軸受１ａに組み込む密封板８ａは、弾性材１０ａの内周縁部を構成するシールリップ１１ａの端縁部１２ａと、このシールリップ１１ａが摺接するシール溝１３の側壁面１５とのなす角度を規制している。具体的には、上記端縁部１２ａを構成する１対の傾斜側面１７、１８のうち一方の傾斜側面１７と上記側壁面１５とのなす角度θ₁₇を５０〜８５度とし、他方の傾斜側面１８と上記側壁面１５とのなす角度θ₁₈を５〜４０度とする事でシール性の向上を図っている。又、弾性材１０ａの内周縁部に全周に亙りくびれ部１９を設け、上記側壁面１５に対する上記シールリップ１１ａの追従性を向上させている。
【０００７】
又、図８に示す様に、密封板８ｂを構成する弾性材１０ｂの内周縁部を構成するシールリップ１１ｂを二又にし、このシールリップ１１ｂを、内輪３の端部外周面に形成したシール溝１３を跨ぐ様にして、この内輪３の端部外周面で軸方向に離隔した２個所位置に、それぞれ全周に亙って摺接させる構造も、従来から知られている。更に、図示は省略するが、特開平７−２９３５７１公報及び特開平７−１３９５５３公報には、弾性材の内周縁部を構成するシールリップを、シール溝を構成する１対の側壁面のうち軸方向外側の側壁面に摺接させると共に、このシールリップの直径方向長さと軸方向厚さとを規制する事で、シール性を確保する構造が記載されている。更に、実公平６−２７８５９公報には、同じくシールリップを軸方向外側の側壁面に摺接させると共に、遠心力により変位する別のシールリップにより可変のラビリンス隙間を構成する事で、シール性を確保する構造が記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に構成し作用する従来から知られた密封板付転がり軸受１、１ａの場合、それぞれ次の様な解決すべき点がある。先ず、図５〜６に示した従来構造の第１例の場合は、シールリップ１１の端縁部１２とシール溝１３の側壁面１５とのなす角度が小さい。即ち、この側壁面１５とこの側壁面１５に対向する上記端縁部１２の傾斜側面２０とのなす角度αが小さい。この為、グリースが上記シール溝１３側に押し出されて上記側壁面１５と上記傾斜側面２０との間に入り込むと、上記グリースの進入に伴うくさび作用が働き、上記シールリップ１１が側壁面１５から離れる方向に弾性変形し易く、これらシールリップ１１と側壁面１５との間に微小隙間が生じ易い。又、上記シールリップ１１の端縁部１２とシール溝１３の摺接部が面接触になり易く、安定した接触状態を保ちにくい。
【０００９】
又、図７に示した特開平８−２２６４４９公報に記載された構造の場合は、弾性材１０ａの内周縁部にくびれ部１９を設けている為、シールリップ１１ａが弾性変形し易く、シールリップ１１ａと側壁面１５との間に微小隙間が生じ易い。又、このシールリップ１１ａの端縁部１２ａを構成する一方の傾斜側面１７とシール溝１３の側壁面１５とのなす角度θ₁₇を大きくしている為、密封板８ｂ全体の軸方向寸法が嵩んでしまう。更には、上記端縁部１２ａを構成する他方の傾斜側面１８と上記側壁面１５との間に外部からの異物が溜り易く、しかもこの溜った異物が、上記シールリップ１１ａを上記側壁面１５から離れる方向に押す事になる。この為、特に外輪回転で使用する場合に、上記異物の侵入を防ぐ事が難しい。
【００１０】
又、図８に示した構造の場合には、シール溝１３の形状並びに寸法誤差、使用時に加わる外力に基づく内輪３と外輪５との中心軸同士のずれ等に基づき、この内輪３の端部外周面とシールリップ１１ｂの先端縁との摺接部の接触状態がばらつき易く、安定したシール性能を得にくい。
【００１１】
又、特開平７−２９３５７１公報及び特開平７−１３９５５３公報に記載された構造の場合は、シールリップを軸方向外側の側壁面に摺接させる為、内部空間の圧力を開放する為の空気孔を設ける必要があり、この空気孔からグリースが漏れ易い。更に、実公平６−２７８５９公報に記載された構造の場合は、ラビリンス隙間を構成するシールリップが熱劣化等により硬化し易く、グリースリップの可撓性を長時間に亙り十分に確保する事ができず、長時間に亙り良好なシール性を維持する事が難しい。
本発明の密封板付転がり軸受は、上述の様な不都合を何れも解消すべく発明したものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の密封板付転がり軸受は、前述した従来の密封板付転がり軸受と同様に、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、上記内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、弾性材を芯金で補強する事により全体を円輪状に形成して成り、外周縁部を上記外輪の端部内周面に形成した係止溝に全周に亙って係止した密封板とを備える。そして、この密封板の内周縁部を構成する上記弾性材の端縁部に設けたシールリップの先端縁を、上記内輪の端部外周面に形成したシール溝のうち、上記内輪軌道寄りである内側の側壁面に摺接させている。
特に、本発明の密封板付転がり軸受に於いては、上記シールリップは、軸方向に関する厚さ寸法よりも径方向に関する長さ寸法が、全長に亙って大きな弾性変形部を備え、この弾性変形部よりも直径方向内側に、上記シール溝の側壁面に対向する傾斜側面と、この傾斜側面よりも直径方向内方に位置して上記シール溝の底面に対向する内周面と、これら傾斜側面と内周面とを連続させる連続部とを設けたものである。そして、このうちの連続部を上記シール溝の側壁面に摺接させると共に、この連続部が上記側壁面に当接した状態で上記側壁面と上記傾斜側面とのなす角度を３０〜４０度とし、上記シール溝の底面と上記内周面とを平行若しくは上記内輪の軸方向外端面側に寄る程間隔が大きくなる方向に相対的に傾斜させて、上記底面と上記内周面とのなす角度を０〜３０度（好ましくは１０〜２０度）としている。
そして、好ましくは、連続部を断面形状が円弧形である曲面部とする。又、上記弾性材の端縁部と上記シール溝の側壁面との軸方向の締め代をＬとし、上記密封板の剛性に基づいて上記端縁部を上記側壁面に押し付ける力をＰとした場合に、Ｐ／Ｌを２．９〜９．８Ｎ／mm（３００〜１０００gf／mm）とし、且つ、上記締め代Ｌを転動体である玉の直径の１〜３％とする。
【００１３】
【作用】
上述の様に構成する本発明の密封板付転がり軸受の場合には、シール溝の側壁面とこの側壁面に対向する傾斜側面とのなす角度を３０〜４０度に規制している為、上記シール溝側にグリースが押し出されても、くさび作用による弾性材の弾性変形が起きにくく、この弾性材と上記側壁面との間に微小隙間が生じにくい。尚、上記角度が３０度未満の場合には、上記シール溝側にグリースが押し出された場合に生じるくさび作用により、上記微小隙間が生じ易くなる。又、上記角度が４０度を越えた場合は、弾性材の端縁部で上記傾斜側面を形成した部分の剛性が低くなる。言い換えれば、上記シール溝側にグリースが押し出された場合に、このグリースによって上記傾斜側面が押される力が大きくなり、やはり上記微小隙間が生じ易くなる。そこで、上記角度を３０〜４０度の範囲に規制した。
【００１４】
又、上記シール溝の底面と上記内周面とを平行若しくは上記内輪の軸方向外端面側に寄る程間隔が大きくなる方向に相対的に、上記シール溝の底面とこの底面に対向する内周面とのなす角度が０〜３０度、更に好ましくは１０〜２０度となる様に傾斜させている為、外部から上記シール溝内に入り込み、上記内周面に接触した異物が、上記弾性材の端縁部を上記側壁面から離れる方向に押す事はない。尚、上記傾斜方向が逆になると、上記シール溝内に入り込んだ異物により上記弾性材の端縁部が上記側壁面から離れる傾向になり、シール性が低下する可能性を生じる。又、上記傾斜方向が上述の通りであっても、上記シール溝の底面とこの底面に対向する内周面とのなす角度が３０度を越えて大きくなると、上記弾性材の端縁部で上記側壁面に摺接する部分の厚さが小さくなり、この部分の剛性が低くなって、上記端縁部と側壁面との摺接部の面圧確保が難しくなり、やはり十分なシール性確保が難しくなる。そこで、上記シール溝の底面と内周面との傾斜方向並びに傾斜角度を、上述の様に規制した。この傾斜角度を１０〜２０度の範囲にすれば、上記シール性確保をより有効に図れる。
【００１５】
尚、傾斜側面と内周面とを連続させる連続部を、断面円弧形の曲面部とすれば、この連続部と上記シール溝の側壁面との摺接状態を安定させて、より良好なシール性確保を図れる。
更に、上記弾性材の端縁部と上記シール溝の側壁面との軸方向の締め代をＬとし、密封板の剛性に基づいて上記端縁部を上記側壁面に押し付ける力をＰとした場合に、Ｐ／Ｌを２．９〜９．８Ｎ／mm（３００〜１０００gf／mm）とし、且つ、上記締め代Ｌを転動体である玉の直径の１〜３％とすれば、シール性低下に結び付く弾性材の弾性変形をより起きにくくして、更にシール性を確保する事ができる。上記Ｐ／Ｌが２．９Ｎ／mm未満、上記締め代Ｌが１％未満の場合には、連続部と側壁面との摺接部の当接圧が低過ぎて、十分なシール性を得にくくなる。又、上記Ｐ／Ｌが２．９Ｎ／mm未満、上記締め代Ｌが３％を越える場合には、密封板の剛性が低過ぎて、密封板の外周縁部の変動が大きくなり、安定したシール性を得にくくなる。反対に、上記Ｐ／Ｌが９．８Ｎ／mmを越えて、上記締め代Ｌが１％未満の場合には、密封板の剛性が高すぎて僅かな変位でも当接圧の変動が大きくなり、やはり安定したシール性を得にくくなる。又、上記Ｐ／Ｌが９．８Ｎ／mmを越えて、上記締め代Ｌが３％を越える場合には、上記摺接部の当接圧が過大となって密封板付転がり軸受の回転トルクが大きくなる為、上記連続部が摩耗して長期間に亙ってシール性を確保できなくなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、密封板８ｃによるシール性を向上させるべく、この密封板８ｃを構成する弾性材１０ｃの内周縁部を構成するシールリップ１１ｃの形状を工夫した点にある。密封板付転がり軸受１ｂの基本構成自体は、前述の図５〜６に示した従来構造と同様であるから、同等部分に関する説明は省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分並びに前述の従来構造と異なる部分を中心に説明する。
【００１７】
本発明の密封板付転がり軸受１ｂを構成する上記密封板８ｃでは、上記シールリップ１１ｃは、直径方向に関して外端部乃至中間部に、弾性変形部２６を備える。この弾性変形部２６は、軸方向に関する厚さ寸法よりも径方向に関する長さ寸法が、全長に亙って大きい。そして、上記弾性変形部２６よりも直径方向内側である、上記シールリップ１１ｃの端縁部１２ｂの断面形状を、シール溝１３を構成する１対の側壁面１４、１５のうち軸方向（図１の左右方向）内側の側壁面１５側が断面円弧状の凸面である、略Ｖ字状としている。即ち、上記弾性材１０ｃの端縁部１２ｂは、上記側壁面１５に対向する、直径方向外方に向かう程この側壁面１５から離れる方向に傾斜した傾斜側面２０と、この傾斜側面２０よりも直径方向内方に位置して上記シール溝１３の底面２１に対向する、自由状態で円筒形の内周面２２と、これら傾斜側面２０と内周面２２を連続させる、断面円弧形の曲面部２３とを備える。
【００１８】
上述の様なシールリップ１１ｃを備えた上記密封板８ｃの外周縁部を外輪５の係止溝７に係止した状態では、図２に鎖線で示す様に、上記シールリップ１１ｃの弾性変形部２６が内輪３の軸方向外方に弾性変形した状態で上記曲面部２３が、上記シール溝１３の側壁面１５に摺接する。又、この様に曲面部２３が側壁面１５に摺接した状態で、上記側壁面１５と上記傾斜側面２０とのなす角度αが、３０〜４０度となる。又、上記シール溝１３の底面２１と上記内周面２２とを、平行若しくは上記内輪３の軸方向外端面側（図１〜２の左側）に寄る程間隔が大きくなる方向に相対的に傾斜させている。そして、上記シール溝１３の底面２１と上記内周面２２とのなす角度βを、０〜３０度、更に好ましくは１０〜２０度としている。
【００１９】
更に、上記シールリップ１１ｃの端縁部１２ｂと上記シール溝１３の側壁面１５との軸方向の締め代（弾性変形量）Ｌを、転動体６である玉の直径の１〜３％としている。そして、上記密封板８ｃの剛性に基づき上記締め代Ｌにより得られる、上記端縁部１２ｂを上記側壁面１５に押し付ける力をＰとした場合に、Ｐ／Ｌが２．９〜９．８Ｎ／mm（３００〜１０００gf／mm）となる様に、前記弾性材１０ｃの弾性及び形状を規制している。尚、上記シールリップ１１ｃの内側には、上記内輪３の一部表面と近接対向してラビリンスシールを構成し、このシールリップ１１ｃ部分に達するグリースの量を抑える為のグリースリップ２４を設けている。又、上記シールリップ１１ｃの外側には、上記シール溝１３よりも外側部分で上記内輪３の外周面に近接対向してラビリンスシールを構成し、上記シール溝１３内に入り込む異物の量を抑える為のダストリップ２５を設けている。
【００２０】
上述の様に構成する本発明の密封板付転がり軸受１ｂの場合には、シール溝１３の側壁面１５とこの側壁面１５に対向する傾斜側面２０とのなす角度αを、３０〜４０度としている為、転動体６を保持した保持器からシール溝１３側にグリースが押し出されても、くさび作用によるシールリップ１１ｃの弾性変形が起きにくく、このシールリップ１１ｃと上記側壁面１５との間に微小隙間が生じにくい。上記角度αを３０〜４０度とする理由は、前述の通りである。
【００２１】
又、上記シール溝１３の底面２１と上記内周面２２とを平行若しくは上記内輪３の軸方向外端面側に寄る程間隔が大きくなる方向に相対的に、上記シール溝１３の底面２１とこの底面２１に対向する内周面２２とのなす角度βが０〜３０度、更に好ましくは１０〜２０度となる様に傾斜させている為、外部から上記シール溝１３内に入り込み、上記内周面２２に接触した異物が、上記弾性材１０ｃの端縁部１２ｂを上記側壁面１５から離れる方向に押す事はない。又、上記シール溝１３内に入り込んだ異物には、上記内周面２２との接触により、このシール溝１３から出る方向の分力が加わる為、このシール溝１３内に異物が溜りにくくなる。又、図示の例では、断面形状が円弧形である曲面部２３を上記シール溝１３の側壁面１５に摺接させる為、安定した接触状態を保てる。更に、上記シールリップ１１ｃの端縁部１２ｂの締め代Ｌ及び押し付け力Ｐを規制する事により、上記シールリップ１１ｃの弾性変形を更に起きにくくして、よりシール性を向上させている。尚、本発明の密封板付転がり軸受の保持器として、例えば特願平１１−２９５８２３号に記載されている様な、グリースが内径側に留まるのを防ぐ構造を有する保持器を使用すれば、上記シール性をより有効に確保できる。
【００２２】
【実施例】
本発明の効果を確認する為、本発明者が行なった実験に就いて説明する。この実験は、図５〜６に示した密封板８を組み込んだ従来例と、図９に示す様に、本発明の場合とは逆に、シール溝１３の底面２１とシールリップ１１ｅの内周面２２ａとを、内輪３の軸方向外端面側に寄る程間隔が小さくなる方向に相対的に傾斜させた密封板８ｅを組み込んだ比較例と、図１〜２に示した密封板８ｃを組み込んだ本発明品とを同一条件で使用した後、それぞれのグリースの漏れ率及び水の侵入量の測定を行なった。これら従来例、比較例及び本発明品の諸元を表１に、同じくグリースの漏れ率を測定した結果を図３に、同じく水の侵入量を測定した結果を図４に、それぞれ示した。尚、実験は、グリースの漏れ率に関しては同種の試料毎に８個ずつ、合計２４個の試料を使用し、水の侵入量に関しては同種の試料毎に４個ずつ、合計１２個の試料を使用して行なった。
【００２４】
【表１】

【００２５】
この様な条件で行なった実験の結果を示す図３〜４から明らかな通り、本発明の密封板付転がり軸受によれは、グリースの漏れ及び異物の侵入を防止する作用を良好にして、耐久性の向上を図れる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の密封板付転がり軸受は、以上に述べた通り構成され作用するので、グリースの漏洩及び異物の侵入を有効に防止し、密封板付転がり軸受を組み込んだ各種機器の信頼性並びに耐久性の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す部分断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】グリースの漏れに関して本発明の効果を確認する為に行なった実験の結果を示すグラフ。
【図４】水の侵入に関して本発明の効果を確認する為に行なった実験の結果を示すグラフ。
【図５】従来構造の第１例を示す部分断面図。
【図６】図５のＣ部拡大図。
【図７】従来構造の第２例を示す部分断面図。
【図８】従来構造の第３例を示す部分断面図。
【図９】本発明の効果を確認する為に使用した比較例を示す、図２と同様の図。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ密封板付転がり軸受
２内輪軌道
３内輪
４外輪軌道
５外輪
６転動体
７係止溝
８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｅ密封板
９芯金
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ弾性材
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｅシールリップ
１２、１２ａ、１２ｂ端縁部
１３シール溝
１４側壁面
１５側壁面
１６空間
１７傾斜側面
１８傾斜側面
１９くびれ部
２０傾斜側面
２１底面
２２、２２ａ内周面
２３曲面部
２４グリースリップ
２５ダストリップ
２６弾性変形部

Claims

外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、上記内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、弾性材を芯金で補強する事により全体を円輪状に形成して成り、外周縁部を上記外輪の端部内周面に形成した係止溝に全周に亙って係止した密封板とを備え、この密封板の内周縁部を構成する上記弾性材の端縁部に設けたシールリップの先端縁を、上記内輪の端部外周面に形成したシール溝のうち、上記内輪軌道寄りである内側の側壁面に摺接させた密封板付転がり軸受に於いて、上記シールリップは、軸方向に関する厚さ寸法よりも径方向に関する長さ寸法が、全長に亙って大きな弾性変形部を備え、この弾性変形部よりも直径方向内側に、上記シール溝の側壁面に対向する傾斜側面と、この傾斜側面よりも直径方向内方に位置して上記シール溝の底面に対向する内周面と、これら傾斜側面と内周面とを連続させる連続部とを設けたものであり、このうちの連続部を上記シール溝の側壁面に摺接させると共に、この連続部が上記側壁面に当接した状態で上記側壁面と上記傾斜側面とのなす角度を３０〜４０度とし、上記シール溝の底面と上記内周面とを平行若しくは上記内輪の軸方向外端面側に寄る程間隔が大きくなる方向に相対的に傾斜させて、上記底面と上記内周面とのなす角度を０〜３０度とした事を特徴とする密封板付転がり軸受。
連続部を断面形状が円弧形である曲面部とした、請求項１に記載した密封板付転がり軸受。
弾性材の端縁部のシール溝の側壁面に対する軸方向の締め代をＬとし、密封板の剛性に基づいて上記端縁部を上記側壁面に押し付ける力をＰとした場合に、Ｐ／Ｌを２．９〜９．８Ｎ／mmとし、且つ、上記締め代Ｌを転動体である玉の直径の１〜３％とした、請求項１〜２の何れかに記載した密封板付転がり軸受。