JP6104620B2

JP6104620B2 - 転がり軸受

Info

Publication number: JP6104620B2
Application number: JP2013016340A
Authority: JP
Inventors: 毅香田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: JP2014148992A

Description

この発明は、例えば、高速回転が要求される自動車に使用される外輪回転で用いられるシール付の転がり軸受に関する。

従来の外輪回転用軸受は、空間容積を増やしてグリース封入量を増やすことで寿命向上を図っていた。しかしその結果、シールの外径が大きくなり、グリースの内部からの圧力を多く受けてしまっている。したがって、シール外径部からのグリース漏れに対し、耐力が低下している。
グリース封入量が多いことはグリース寿命が長くなるが、グリースが漏れてしまえば逆に短寿命となる。また、グリース量が多いとグリース攪拌抵抗も大きく、初期温度上昇が高くなるため、シールゴム材の劣化を早めることになる。

従来の技術では、熱劣化に強いゴム材質や、発熱の小さいグリースを選定するなどしてグリースを漏れ難くする対策をしている。また、軸受の外輪内径寸法を小さくし、グリースの内部からの圧力を低下させることで、グリース漏れを防止している（特許文献１）。

特開２０１２−０７２８１３号公報

図１１（Ａ）に示すように、従来の軸受を高温・高速条件で外輪回転させた場合、シール５０が劣化し易いことに加え、グリースＧｒに大きな遠心力が付加されるため、軸受空間内の圧力が上昇する。この圧力の上昇により、外輪５１に対してシール５０が相対的に移動することで、図１１（Ｂ）に示すように、シール５０と外輪５１との間に隙間ができる。最終的に、図１１（Ｃ）に示すように、外輪５１とシール５０の嵌合部からグリース漏れを発生させる事象が起きている。この対策方法としてシール嵌合力を強化することでグリース漏れ防止の効果が確認できているが、シール嵌合力を強化するためには、シール締め代を増加させる必要があり、組立性つまりシール挿入性が悪化する問題がある。

シールの嵌合力を向上するためには、シール締め代を増加させ、芯金外径を大きくする必要があるが、背反としてシール挿入性が低下する。以下に事例を示す。
図１２（Ａ）は、従来例のシール等の断面図であり、同図（Ｂ）は、図１２（Ａ）の要部の拡大図である。図１２（Ａ）に示すように、芯金外径Ａ１を大きくしてシール５２の嵌合力を向上させると、図１２（Ｂ）に示すように、外輪シール溝５３における溝底５３ａとシール５２との間に、すきまδ１ができる。このすきまδ１ができる理由は、芯金と外輪シール溝口間に余裕がなく、溝底５３ａ以外の部分に肉を逃がしてしまうものと考えられる。

この発明の目的は、外輪回転で用いられる転がり軸受において、組立性の向上を図ると共に、シール嵌合力の向上を図り、グリース漏れを抑制することができる転がり軸受を提供することである。

この発明の転がり軸受は、内外輪間の軸受空間を密封するシールを有し、このシールの外径側の基端部が外輪シール溝に嵌合され外輪回転で用いられる転がり軸受において、前記シールは、環状の芯材とこの芯材を覆う弾性部材とを有し、前記芯材は、少なくとも前記基端部が弾性的に縮径可能な部位であり、前記シールは、前記基端部を前記外輪シール溝に嵌合するとき、前記基端部を半径方向内方に弾性変形させても、前記基端部が前記外輪シール溝に嵌合した状態で弾性復帰する前記基端部を備え、前記芯材の外径部は、前記外輪シール溝の入口径よりも小さく、前記芯材の外径部に、この芯材の外径縁部分が残るように円周方向に沿って複数の孔または切欠きを備え、前記複数の孔または切欠きを備えることにより、前記芯材の前記外径縁部分を弾性的に縮径可能としたことを特徴とする。

この構成によると、シールの外径側の基端部を外輪シール溝に嵌合するとき、基端部を半径方向内方に弾性変形させて縮径させる。このシールの基端部が外輪シール溝に嵌合した状態で、シールの基端部が弾性復帰する。このように芯材を、少なくとも前記基端部が弾性的に縮径可能な部位にしたため、シールの基端部を外輪シール溝へ挿入するとき、シールの基端部が半径方向内方に弾性変形したまま外輪シール溝に嵌り込み易くなり、転がり軸受の組立性の向上を図ることができる。またシールの基端部が外輪シール溝に嵌合した状態で基端部が弾性復帰するため、シール嵌合力の向上を図り、軸受からのグリース漏れを抑制することができる。

前記芯材の外径部に、この芯材の外径縁部分が残るように円周方向に沿って複数の孔または切欠きを備え、前記複数の孔または切欠きを備えることにより、前記芯材の前記外径縁部分を弾性的に縮径可能とした。この場合、一般的に用いられる芯材に、例えば、打ち抜き加工を施すことで、前記外径縁部分を簡単に設けることができる。したがって製造コストの低減を図れる。

参考提案例として、前記芯材の前記外径縁部分を、前記芯材における外径部の残余の部分よりも拡径させたものとしても良い。この場合、シールの基端部を外輪シール溝に嵌合するとき、前記外径縁部分が半径方向内方に弾性変形することで、シールを外輪シール溝に容易に挿入し得る。シールの基端部が外輪シール溝に嵌合した状態で、前記外径縁部分が弾性復帰することで、シール嵌合力の向上を図れる。

前記芯材は非鉄金属からなるものとしても良い。この場合、外輪との間で線膨張係数差が発生する。軸受の高速回転により軸受の自己昇温が高まった場合、外輪シール溝よりも芯材の熱膨張量が大きくなり、シール嵌合力を向上させることができる。
前記芯材は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂からなるものとしても良い。これらの場合にも、軸受の自己昇温が高まった場合、外輪シール溝よりも芯材の熱膨張量が大きくなり、シール嵌合力を向上させ得る。

前記弾性部材の材質を、ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、およびシリコンゴムの少なくともいずれか１つとしても良い。
前記シールは、芯材にゴム材を加硫成型して形成されたものであっても良い。

この発明の転がり軸受は、内外輪間の軸受空間を密封するシールを有し、このシールの外径側の基端部が外輪シール溝に嵌合され外輪回転で用いられる転がり軸受において、前記シールは、環状の芯材とこの芯材を覆う弾性部材とを有し、前記芯材は、少なくとも前記基端部が弾性的に縮径可能な部位であり、前記シールは、前記基端部を前記外輪シール溝に嵌合するとき、前記基端部を半径方向内方に弾性変形させても、前記基端部が前記外輪シール溝に嵌合した状態で弾性復帰する前記基端部を備え、前記芯材の外径部は、前記外輪シール溝の入口径よりも小さく、前記芯材の外径部に、この芯材の外径縁部分が残るように円周方向に沿って複数の孔または切欠きを備え、前記複数の孔または切欠きを備えることにより、前記芯材の前記外径縁部分を弾性的に縮径可能とした。このため、外輪回転で用いられる転がり軸受において、組立性の向上を図ると共に、シール嵌合力の向上を図り、グリース漏れを抑制することができる。

この発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の断面図である。同転がり軸受のシール付近の断面図である。同シールにおける外径側の基端部を拡大して示す断面図である。（Ａ）は同シールの芯材の斜視図、（Ｂ）は同芯材の正面図である。（Ａ）は、同転がり軸受のシール挿入時におけるシール付近の断面図、（Ｂ）は、同転がり軸受のシール挿入後のシール付近の断面図である。同シールのシールリップ部を拡大して示す断面図である。（Ａ）は、この発明の他の実施形態に係る転がり軸受におけるシールの芯材の斜視図、（Ｂ）は同芯材の正面図である。（Ａ）は、この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受におけるシールの芯材の斜視図、（Ｂ）は同芯材の正面図である。参考提案例に係る転がり軸受におけるシールの芯材の正面図である。（Ａ）は、他の参考提案例に係る転がり軸受におけるシールの芯材の斜視図、（Ｂ）は同芯材の正面図である。（Ａ）は、従来例の転がり軸受の要部の断面図、（Ｂ）は、同転がり軸受におけるシールと外輪の間に隙間が発生した状態を示す断面図、（Ｃ）は、同転がり軸受からグリース漏れが発生した状態を示す断面図である。（Ａ）は、従来例の転がり軸受につきシール嵌合力を向上させた例を示す断面図、（Ｂ）は同転がり軸受の要部の拡大断面図である。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図６と共に説明する。
図１に示すように、この転がり軸受は、内外輪１，２の軌道面１ａ，２ａの間に複数の転動体３を介在させ、これら転動体３を保持する保持器４を設け、内外輪１，２間に形成される環状の軸受空間の両端をそれぞれシール５で密封している。この軸受内にはグリースが初期封入される。この転がり軸受は、転動体３を玉とした深溝玉軸受であり、内輪１を固定輪とし、外輪２を回転輪とした外輪回転で用いられる。ただしシール付き軸受としてアンギュラ玉軸受を適用することも可能である。

図２に示すように、外輪２の内周面には、環状のシール５を圧入状態に嵌合固定する外輪シール溝２ｂが形成されている。シール５は、環状の芯材６と、この芯材６に一体に固着される弾性部材７とを有する。芯材６および弾性部材７の大部分により、シール本体８が構成される。このシール本体８は、径方向の中間部分１０およびこの中間部分１０に繋がる基端部１１を含む。

シール本体８の先端に、シールリップ部９が設けられる。このシールリップ部９を、内輪１に対して、アキシアル方向に接触する形状としている。また、この例では、弾性部材７は、芯材６の第２の立板部６ｃの内側面を除き芯材６の全体を覆うように設けられる。芯材６は、この例では、例えば、薄板状の鋼板などの金属材料から成る。シール５は、例えば、ゴム材を加硫成形して形成され、この加硫成形時に芯材６が弾性部材７に接着される。弾性部材７の材質として、例えば、ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、およびシリコンゴムの少なくともいずれか１つが適用される。なお、図２のシール５は、外輪シール溝２ｂに挿入する前の自然状態を示している。シール５を外輪シール溝２ｂに挿入後、シールリップ部９の突起部分１６の一部が内輪シール溝１ｂにアキシアル接触する。

シール本体８の基端部１１は、中間部分１０に続く基端部分１２と、この基端部分１２から径方向外方へ延び外輪シール溝２ｂに嵌まり込む嵌込部分１３とを有する。
基端部１１のうち基端部分１２は、嵌込部分側に至るに従って先細り形状となる断面形状を有する。図３に示すように、基端部分１２は、軸受空間に対する外側の面が嵌込部分側に至るに従って軸受内側に傾斜する断面形状を有する。嵌込部分１３は、基端部分１２における最小の厚さと略同一肉厚でこの基端部分１２の基端から径方向外方へ延びる。

図２に示すように、芯材６は、第１の立板部６ａと、円筒部６ｂと、第２の立板部６ｃと、傾斜部６ｄとを有する。第１の立板部６ａの内径側の基端に、円筒部６ｂを介して、第２の立板部６ｃが繋がっている。第１の立板部６ａは、第２の立板部６ｃよりも軸方向内側に配置され、これら第１，第２の立板部６ａ，６ｃは、それぞれ内外輪１，２の端面よりも軸方向内側で同端面に対し略平行に配置される。第２の立板部６ｃの先端には、内径側に向かうに従って軸方向内側に傾斜する傾斜部６ｄが繋がっている。

基端部１１の嵌込部分１３に、第１の立板部６ａの先端部分が埋め込まれ、基端部１１の基端部分１２に、第１の立板部６ａおよび円筒部６ｂが埋め込まれている。中間部分１０に、第２の立板部６ｃおよび傾斜部６ｄが埋め込まれている。この例では、シールリップ部９には、芯材６の各部が埋め込まれない構成になっている。

図４（Ａ）は、シール５の芯材６の斜視図であり、同図（Ｂ）は芯材６の正面図である。なお図４（Ａ），（Ｂ）は、芯材６における第１の立板部６ａおよび円筒部６ｂだけを示し、芯材６の他の部分については省略している。後述する図７〜図１０についても同じ。
図４（Ａ）に示すように、第１の立板部６ａの外径側の先端部分に、複数（この例では３箇所）の打ち抜き加工が施されている。図４（Ｂ）に示すように、第１の立板部６ａにおいて、打ち抜き加工された各孔１７は、それぞれ円周方向に定められた角度α１延び円周等配に設けられる。

第１の立板部６ａの外径部に、芯材６の外径縁部分６ａａが残るように円周方向に沿って前記複数の孔１７を設けることにより、芯材６の外径縁部分６ａａを弾性的に縮径可能としている。各外径縁部分６ａａは、この第１の立板部６ａの厚みよりも径方向肉厚ｔ１が薄い円弧状に形成される。孔１７により、第１の立板部６ａの外径縁部分６ａａが半径方向内方に弾性変形することを許容されると共に、第１の立板部６ａの外径縁部分６ａａは半径方向外方に弾性復帰し得る。

図５（Ａ）は、転がり軸受のシール挿入時におけるシール付近の断面図であり、同図５（Ｂ）は、この転がり軸受のシール挿入後のシール付近の断面図である。図５（Ａ）に示すように、シール５の外径側の基端部１１を外輪シール溝２ｂに嵌合するとき、基端部１１を半径方向内方Ａ２に弾性変形させて縮径させる。このとき、打ち抜き加工された各貫通孔１７により、第１の立板部６ａの外径縁部分６ａａが半径方向内方Ａ２に弾性変形することを許容される。このように、外輪シール溝２ｂへのシール挿入時のシール５の弾性変形を容易に行える。
図５（Ｂ）に示すように、シール５の基端部１１が外輪シール溝２ｂに嵌合した状態で、シール５の基端部１１が弾性復帰する。これにより、従来技術のものよりシール嵌合力の向上を図っている。

図６に示すように、シールリップ部９は、外径側から順次、リップ本体部９ａと突起部分１６とを有する。リップ本体部９ａは、外径側から順次、リップ基端部１４と、くびれ部１５とを含む。これらリップ基端部１４、くびれ部１５、突起部分１６は一体に形成されている。リップ基端部１４は、芯材６の傾斜部６ｄの内周縁よりも内径側に所定距離延び、このシールリップ部９における径方向の基端部分となる。またリップ基端部１４における、軸受空間側の内側面および逆側の外側面は、それぞれ内径側先端に向かうに従って軸方向内側に至るように傾斜する断面形状に形成されている。

くびれ部１５は、シールリップ部９における径方向の中間部分となり、リップ基端部１４と突起部分１６との間に位置する。このくびれ部１５は、リップ基端部１４、突起部分１６よりも薄肉で且つ径方向に定められた距離延びる。シール本体８の基端部１１（図３）を外輪シール溝に嵌合させた状態で、突起部分１６の一部が内輪シール溝１ｂの一側面１ｂａにアキシアル接触すると共に、突起部分１６の他の一部がシール肩部１ｃに対しラビリンス隙間δ２を形成する。

作用効果について説明する。
シール５の外径側の基端部１１を外輪シール溝２ｂに嵌合するとき、基端部１１を半径方向内方に弾性変形させて縮径させる。このシール５の基端部１１が外輪シール溝２ｂに嵌合した状態で、シール５の基端部１１が弾性復帰する。芯材６を少なくとも基端部１１が弾性的に縮径可能な形状および材質を持つようにしたため、シール５の基端部１１を外輪シール溝２ｂに挿入するとき、シール５の基端部１１が弾性変形したまま外輪シール溝２ｂに嵌り込み易くなり、転がり軸受の組立性の向上を図ることができる。またシール５の基端部１１が外輪シール溝２ｂに嵌合した状態で基端部１１が弾性復帰するため、シール嵌合力の向上を図り、外輪シール溝２ｂ内で外輪２とシール５とが隙間なく密着し、軸受からのグリース漏れを抑制することができる。
芯材６の外径部に、この芯材６の外径縁部分６ａａが残るように円周方向に沿って複数の孔１７を設けることにより、芯材６の外径縁部分６ａａを弾性的に縮径可能としている。この場合、一般的に用いられる金属製の芯材に打ち抜き加工を施すことで、前記外径縁部分６ａａを簡単に設けることができる。この場合、芯材を切削加工等するものより製造コストの低減を図れる。

他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、芯材６の第１の立板部６ａの外径部に、この芯材６の外径縁からなる片持ち状片６ａｂ，６ａｂを形成する切欠きＳＬを形成することにより、芯材６の外径縁部分を弾性的に縮径可能としても良い。この場合、例えば、前記と同様に、第１の立板部６ａに打ち抜き加工を施して複数の孔１７を設けたうえで、芯材６の外径縁からなる片持ち状片６ａｂ，６ａｂを形成する切欠きＳＬを形成している。このように片持ち状片６ａｂ，６ａｂを設けることで、シール嵌合力を微調整することが可能となる。

図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、芯材６において、芯材全体における円周方向の一部が半径方向に切欠かれた切欠きＳＬ１を設けても良い。このように芯材６の一部に切欠きＳＬ１を設けて弾性復元性部材とすると、廃棄する材料の低減を図れ、シール嵌合力の向上を簡単に図れる。したがって、転がり軸受の組立性の向上を図ることができると共に、シール嵌合力の向上を図って軸受からのグリース漏れを抑制することができる。

参考提案例として、図９に示すように、芯材６の外径縁部分６ａａを、芯材６の外径部の残余の部分よりも拡径させても良い。各外径縁部分６ａａは、半径方向中間部が最も半径方向外方に突出する。この場合、シールの基端部を外輪シール溝に嵌合するとき、外径縁部分６ａａが半径方向内方に弾性変形することで、シールを外輪シール溝に容易に挿入し得る。シールの基端部が外輪シール溝に嵌合した状態で、外径縁部分６ａａが弾性復帰することで、シールの嵌合力の向上を図れる。したがって組立性の向上を図ると共に、シール嵌合力の向上を図り、グリース漏れを抑制し得る。

他の参考提案例として、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、各外径縁部分６ａａの円周方向の一部に切欠きＳＬ２を設けても良い。この場合、シールの基端部を外輪シール溝に嵌合するとき、各外径縁部分６ａａにおける、切欠きＳＬ２を設けた先端部が半径方向内方に弾性変形することで、シールを外輪シール溝に容易に挿入し得る。シールの基端部が外輪シール溝に嵌合した状態で、各外径縁部分６ａａの先端部が弾性復帰することで、シールの嵌合力の向上を図れる。したがって組立性の向上を図ると共に、シール嵌合力の向上を図り、グリース漏れを抑制し得る。

芯材は非鉄金属からなるものとしても良い。この場合、外輪との間で線膨張係数差が発生する。軸受の高速回転により軸受の自己昇温が高まった場合、外輪シール溝よりも芯材の熱膨張量が大きくなり、シール嵌合力を向上させることができる。
芯材は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂からなるものとしても良い。これらの場合にも、軸受の自己昇温が高まった場合、外輪シール溝よりも芯材の熱膨張量が大きくなり、シール嵌合力を向上させ得る。

シールは、初期は接触タイプであったシールが、運転後、摩耗により非接触または軽接触タイプのシールとなるものとしても良い。この場合、軸受の運転により、シールリップ部の突起部分を有効に摩耗させ、トルク低減を図ると共に耐異物侵入性の向上を図ることができる。
シールは、芯材の一部にゴム材を加硫成型して形成されたものであっても良い。
シールリップ部を、内輪に対してラジアル方向に接触する形状としても良い。この場合において、内輪は、内輪外周面にシール溝のない形態としても良い。

１…内輪
２…外輪
２ｂ…外輪シール溝
５…シール
６…芯材
６ａａ…外径縁部分
７…弾性部材
１１…基端部
１７…孔
ＳＬ，ＳＬ１，ＳＬ２…切欠き

Claims

内外輪間の軸受空間を密封するシールを有し、このシールの外径側の基端部が外輪シール溝に嵌合され外輪回転で用いられる転がり軸受において、
前記シールは、環状の芯材とこの芯材を覆う弾性部材とを有し、
前記芯材は、少なくとも前記基端部が弾性的に縮径可能な部位であり、前記シールは、前記基端部を前記外輪シール溝に嵌合するとき、前記基端部を半径方向内方に弾性変形させても、前記基端部が前記外輪シール溝に嵌合した状態で弾性復帰する前記基端部を備え、前記芯材の外径部は、前記外輪シール溝の入口径よりも小さく、前記芯材の外径部に、この芯材の外径縁部分が残るように円周方向に沿って複数の孔または切欠きを備え、前記複数の孔または切欠きを備えることにより、前記芯材の前記外径縁部分を弾性的に縮径可能とした転がり軸受。
請求項１に記載の転がり軸受において、前記芯材は非鉄金属からなる転がり軸受。