JP4997532B2 - 回転部材のシール構造 - Google Patents
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Description
そして、シールリップが相対摺接する部分には、上記両者の摺接が円滑になされるよう、グリースが塗布されている。
上記のようなスリンガとシールリップとの摺接部分に塗布されるグリースは、そのシール性を勘案して40℃での基油動粘度が、70〜75mm2/secと比較的高いものが用いられている。このようなグリースの塗布によって、シール性の維持と円滑な摺接がなされるが、グリースの粘性抵抗によるトルクがなお無視出来ず、燃費の向上のためにはまだ充分に応えることができなかった。
また、特許文献1のように、スリンガのシールリップ先端縁との摺接部を平滑面にすると、シール性は確保されるが、摩擦抵抗が大きくなって回転トルクの増大を来たすことになる。
そこで、シールリップの先端部表面を、凹凸処理を施した金型を用いて転写したり、サンドブラストやサンドペーパー等で表面仕上げすることにより粗面化すれば、スリンガとの摺接部での摩擦抵抗が小さくなり、トルクの低減化に有効となることが考えられる。
なお、40℃での基油動粘度が10mm2/secより小さくなると、グリースの流動性が大きくなり、上記凹凸部に保持されず、回転摺接作用により摺接部分から離散し、シール性が低下すると共に摩擦抵抗が増大する傾向となる。また40℃での基油動粘度が60mm2/secより大きくなると粘性抵抗が大となるため、上記凹凸部にグリースが強固に保持され、トルクの低減効果が低下する傾向となる。
さらに本発明の請求項1に記載の回転部材のシール構造によれば、シールリップが摺接する面の表面粗さRaは、0.5〜1.5μmとすると最適である。0.5μmより小さくなると、平滑面に近くグリースの保持性が低下し、グリースの流失及び摩擦抵抗の増大をきたす傾向となる。また1.5μmを超えると粗面が粗くなりすぎて、シール性が悪くなる傾向となる。
そして本発明の請求項1に記載の回転部材のシール構造によれば、回転側部材及び固定側部材が軸受ユニットを構成するものであるので、例えば自動車の軸受ユニットに採用されれば、軸受ユニット内への水、塵埃の浸入やグリースの漏出を防止するシール性を維持しながら、車両の燃費を向上させることができる。
なお、40℃での基油動粘度が10mm2/secより小さくなると、グリースの流動性が大きくなり、回転摺接作用により摺接部分から離散し、シール性が低下すると共に摩擦抵抗が増大する傾向となる。また40℃での基油動粘度が30mm2/secより大きくなると、顕著な回転トルクの低減効果を図ることができない傾向となる。
6 シール部材
7 スリンガ
73 摺接面
73a ディンプル
8 シールリップ
80 芯金
81 リップ本体
82 リップ部
G グリース
図1は本発明のシール構造を軸受ユニットに採用した一例を示す縦断面図であり、図2(a)及び(b)は図1におけるX部の拡大図を、図3は図2におけるY部の拡大図を夫々示す。
図1は、自動車の車輪を駆動シャフト2に対して転がり軸受ユニット1により支持する構造の一例を示すものであり、内輪を構成するハブ3にボルト31によりタイヤホイール(不図示)が固定される。また、32はハブ3に形成されたスプライン孔であり、このスプライン孔32には駆動シャフト2がスプライン嵌合され且つハブ3に一体固定されて、該駆動シャフト2の回転駆動力がタイヤホイールに駆動伝達される。33は内輪部材であり、上記ハブ3とにより内輪が構成される。
また、スリンガ7に対応する位置にはシールリップ8が圧入嵌合されている。該シールリップ8は、ステンレス鋼や低炭素鋼等からなる芯金80とこの芯金80と成形一体とされたゴム等の弾性材からなるリップ本体81とより構成される。リップ本体81は、複数の舌状に延びるリップ部82…を含み、上記スリンガ7及びシールリップ8を互いに嵌め合わせ組み合わせてシール部材6を構成した際には、このリップ部82…の先側部分がスリンガ7の表面に弾性変形を伴い弾接する。そしてこの状態で、外輪4側の周体(内周面)に圧入嵌装される。
ここで塗布されるグリースGはエステル系、合成炭化水素系、鉱油系のもの、或いはエステル系と鉱油とを混ぜたもの等が用いられるが、これに限定されるものではない。
図3は、上記ディンプル73a…の形成態様を模式的に示すものである。
ここで、上記多数のディンプルの加工方法は、限定するものではないが、微小剛体粒子を衝突させるショットピーリングにより形成してもよいし、上記微小剛体粒子を直径40〜200μmのスチール球とし、これを100m/sec以上の噴射速度で噴射衝突させ形成してもよい。
この場合のスリンガ7の摺接面73の表面粗さRa(JIS BO601−2001)は、0.5〜1.5μmとすると、シール性を維持しつつ、トルクを低減できるので、最適である。
更に上記では他方のシール部材9については特に述べなかったが、これについてもシール部材6と同様に構成すれば、トルクの低減効果及び燃費の向上効果が一層顕著となる。
なお、図例の軸受ユニット1に限らず、内輪固定、外輪回転の軸受機構にも、本発明が適用されることは言うまでもない。
上述の実施例1では、回転側に固着される金属製スリンガ7と、固定側に固着されスリンガ7に相対摺接するシールリップ8とを組み合わせて構成されるシール部材6の例を説明したが、ここでは、スリンガ7がなくシールリップ8自体がシール部材6を構成するシール構造を説明する。なお、実施例1に共通の部分には同一の符号を付し、説明を割愛する。
上述の実施例2では、スリンガがなくシールリップ8自体がシール部材6を構成するシール構造を説明したが、ここではシールリップ8の構成は同様とし、シールリップ8が摺接する面が相違するシール構造を説明する。なお、実施例1、2に共通の部分には同一の符号を付し、説明を割愛する。
SUS430でスリンガを形成し、シールリップとの摺接面に直径40〜200μmのスチール球を100m/sec以上の噴射速度で噴射衝突させディンプル加工を施し、表面粗さRa0.85μmとしたスリンガとNBRで成形加工したシールリップとからなるシール部材、すなわち表面処理ありのものを5個と、これとは別に、上記ディンプル加工が施されていないスリンガとシールリップとからなるシール部材、すなわち表面処理なしのものを5個準備し、各々のシール部材には、基油動粘度が15.3〜74.7mm2/secまでのグリースを塗布した。図6の表に示すように計10種のサンプルを用意し、自動車の軸受ユニット部分に装着し、車軸の回転数200〜1500rpmについて車軸にかかる回転トルクを計測する実験を行った。
図6、7は上記実験結果をまとめたものであり、図6は、上記10種のスリンガの加工状態及びグリースの塗布状態を図7のグラフ表記に対応させて表にしたもの、図7は測定値をグラフにしたものである。なお、図6の表外には塗布されるグリースの種類を記載しており、図7のグラフの縦軸は、表面処理をせず40℃での基油動粘度74.7mm2/secのグリースを摺接面に塗布したスリンガからなるシール部材を軸受ユニットに装着し、車軸の回転数を200rpmの場合を100とした場合のトルク比を示している。横軸は車軸の回転数(rpm)である。
よって、スリンガに表面処理を施さない場合は、基油動粘度を10〜30mm2/secとすることが効果的といえる。
一方、表面処理を施した場合においては、基油動粘度が48.1mm2/secで現行よりおよそ2.5割程度、30.5mm2/secでおよそ4割程度、25.5mm2/secでおよそ4割程度、15.3mm2/secでおよそ4.5割程度のトルクの低減が実現できることがわかった。ここで表面処理を施せば、現行品のグリース(基油動粘度:74.7mm2/sec)でも2割程度のトルク低減を図ることができるが、その他の実験データと比べると、効果が顕著とはいえない。
よって、スリンガに表面処理を施した場合は、基油動粘度を10〜60mm2/secとすることが効果的といえる。
(まとめ)
以上の実験結果より、現行品のグリース(基油動粘度:74.7mm2/sec)とするより、基油動粘度はより低いものを塗布する方が、トルクの低減が可能といえ、また上記摺接面に表面処理を施すとグリースによる効果と相俟って、より一層顕著にトルクが低減できるがわかった。
また、スリンガに表面処理を施さない場合は、基油動粘度を10〜30mm2/sec、スリンガに表面処理を施す場合は、基油動粘度を10〜60mm2/secとすれば、より効果的にトルクの低減が図れることがわかった。
なお、上述の基油動粘度はいずれも40℃におけるグリースの基油動粘度を示す。
Claims (3)
- 軸受ユニットを構成する回転側部材及び固定側部材の一方の部材に固定され、他方の部材に相対摺接する弾性材からなるシールリップを備えた回転部材のシール構造であって、
前記シールリップが摺接する面には、40℃での基油動粘度が10〜60mm2/secのグリースが塗布されており、前記シールリップが摺接する面は、多数のディンプルを備えた凹凸面とされ、前記シールリップが摺接する面の表面粗さRaは、0.5〜1.5μmであり、
前記他方の部材が、金属製スリンガを備えた回転側部材であって、前記シールリップはこの金属製スリンガに相対摺接するものであることを特徴とする回転部材のシール構造。 - 軸受ユニットを構成する回転側部材及び固定側部材の一方の部材に固定され、他方の部材に相対摺接する弾性材からなるシールリップを備えた回転部材のシール構造であって、
前記シールリップが摺接する面には、40℃での基油動粘度が10〜30mm2/secのグリースが塗布されており、
前記他方の部材が、金属製スリンガを備えた回転側部材であって、前記シールリップはこの金属製スリンガに相対摺接するものであることを特徴とする回転部材のシール構造。 - 請求項1において、
前記多数のディンプルが、微小剛体粒子を衝突させることにより形成されたものであることを特徴とする回転部材のシール構造。
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