JP6349617B2 - 軸受用シール及び軸受並びに車両用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、外内輪と外内輪間を転動する転動体を有する転がり軸受用シールに関し、特に回転センサが取り付けできるようにされた軸受用シール及びそれを用いた軸受並びにその軸受を用いた車両用軸受装置に関する。

従来、転がり軸受の内外輪間への塵挨、水油等の浸入、潤滑剤や潤滑油等の漏出を防止するために内外輪端にはシールが設けられている。一方、鉄道車両や、自動車においては、車速を測定するために、車軸等の回転を回転センサを用いて検出している。この回転センサは、部品の軽量化、小型化のため、シール部材に一体に取り付けられる。さらに、取り扱いの便利さから、シールとセンサが軸受に一体に組み込まれる。このとき、センサは測定データを伝送するために固定側、例えば内輪が回転する場合は外輪側に固定されることになる。

しかし、固定側、例えばハウジングに固定された外輪（又は内輪）は、使用によりクリープ現象を生じる場合がある。クリープが生じると外輪はハウジングに対して、センサと共に回転してしまい、センサの配線等がからみついて、断線する。そこで、クリープを起こさないように、外輪の圧入代を大きくする。外周に溝を設ける。外周にＯリングを介装する。ピンを挿入する。あるいは、センサが取り付けシール（センサホルダ）からハウジング側に突起部を延出させる等して、ハウジン部に対してセンサホルダが回動できないように回り止めを施す等が行われている（特許文献１）。しかし、かかる回り止めを施すことは軸受のメンテナンスや互換性について不利である。また、ハウジング側の加工が多くなる。

そこで、特許文献２においては、センサが取り付けられた軸受用シールが固定輪のシール部分（嵌合部分）に対して回転できるようにして、軸受用シールをハウジングに固定している。これにより、固定輪がクリープにより回転方向にずれても、センサは固定位置を保つので、断線等はない。

また、特許文献３においては、軸受用シールのシール部分を外輪（固定輪）内周に設けられた周溝（一般的なシール溝）に滑動可能に嵌めこんでいる。また。図９乃至１０（第４，５実施形態線）では外輪に圧入したリング部材に、センサが取り付けられたセンサホルダを回転可能に嵌合するように固定部材で固定している。

特開２０１０−００７８２２号公報 特許第２６１４１９９号公報 特開２０１２−０５３００２号公報

しかし、特許文献２のものは、弾性潤滑部を外輪（固定輪）内周面に軸周りに滑動可能に嵌めこむだけである。このため、滑動し易くするとセンサホルダが外れ易くなり、取り扱いにくくなる。逆に外れにくくすると滑動しにくくなり、回り止めを強固にしなければならない。また、弾性潤滑部が異常摩耗する等の問題があった。また、特許文献３のものは、センサホルダ外周を外輪内周のシール溝に嵌めこむので、特許文献２と同様の問題があった。また、滑動し易くするため、硬質の樹脂を用いると変形がしにくくなるので、シール溝への嵌めこみ、取り出しがしにくく、損傷の原因となる虞があるという問題があった。また、特許文献３の図９乃至１０にあっては、軸受に取り付ける前は一体とできない。また、軸受に取り付けた場合もセンサホルダが容易に外れてしまうという問題があった。

本発明の課題は、前述した問題点に鑑みて、シール単体、軸受組み込み状態でも一体とでき、取り扱いの容易な軸受用シールを提供することである。また、滑動部分の組み込みが容易で適切な滑（摺）動抵抗を与えることができる軸受用シール及び軸受並びに車両用軸受装置を提供することである。

本発明においては、最外方の大径円環を有する第一シール部品と、最内方の内側円環部を有する第二シール部品と、前記第一及び第二シール部品間に、前記第一および第二シール部品が軸周りに回転可能かつ前記第一及び第二シール部品間を密封可能に設けられた弾性シールリングと、前記第一シール及び第二シール部品及び前記弾性シールリングを軸方向に固定する固定部材と、を有する軸受用シールを提供することにより前述した課題を解決した。

即ち、シールを外側と内側に二分割し、外側と内側とが軸周りに相対回転可能にし、分割部に弾性シールリングを介装して、シール機能と、回転（摺動又は滑動）抵抗を与える。軸方向に分離しないように固定部材で固定する。なお、弾性シールリングはＯリング、Ｘリング、角リング等の断面が単純形状のリング状シール、材質はゴム、合成樹脂、金属等のものを適宜選択するのが好ましい。

また、請求項２に記載の発明においては、前記第一又は第二シール部品の一方に回転を検出する回転センサ本体が設けられている軸受用シールを提供する。これにより、シールとセンサを一体にした部品とすることができる。

より、具体的な構造として、請求項３に記載の発明においては、前記大径円環と、前記大径円環に連接する中径円環と、前記中径円環の反前記大径円環側端面内径側に延出する中空円盤状端面部と、を有する前記第一シール部品と、前記中径円環の外周と軸周りに回転可能に嵌合された外側円環部と、前記外側円環部の内側に設けられ前記中径円環より小径の前記内側円環部と、反前記大径円環側に設けられ前記外側円環部と前記内側円環部とを結合する中空円盤状の壁部と、を有する前記第二シール部品と、前記中径円環の内周面と軸周りに回転可能に嵌合された外周部と、前記内側円環部の外径より大きな内周部と、前記外周部の前記壁部側に設けられた段部と、前記壁部と当接する端面部と、を有するシール押さえリングと、前記シール押さえリングの前記端面部と、前記壁部とを当接固定する固定部材と、前記段部外周に嵌合された前記弾性シールリングと、を備え、前記中空円盤状端面部と前記弾性シールリングとが、前記壁部と前記段部の前記外周部端面とで挟持されている軸受用シールとした。

第一シール部品と第二シール部品は、第一シール部品の中径円環の外周と第二シールの外側円環部及び第一シール部品の中径円環の内周面とシール押さえリングの外周部と軸周りに回転可能に嵌合しており、径方向への移動が規制されている。嵌合部の隙間を小さくすることにより、同心度を向上できる。なお、第一シール部品の中空円盤状端面部内径とシール押さえリングの段部とを嵌合させるようにしてもよい。軸方向については、固定部材で第二シール部品の壁部とシール押さえリングの端面部と当接固定し、一体とする。同時に第一シール部品の中空円盤状端面部と弾性シールリングを、壁部と段部の外周部端面とで挟持するので、第一シール部品は第二シール部品と一体にされる。第一シールと第二シールは弾性シールリングの弾性変形量分だけ軸方向に移動可能に固定される。弾性シールリングの材質、ひずみ量により、軸周り回転方向の滑り抵抗を調整できる。これにより、第一、第二シール部品を回転可能にかつ一体とできる。

また、第一、第二シール部品間の滑動面は滑り抵抗の少ないところで生じる。そこで、請求項４に記載の発明においては、前記壁部と前記中空円盤状端面部との間、及び、前記中空円盤状端面部と、前記弾性シールリングと、前記段部の前記外周部端面と、の何れかの当接面で、軸方向回転可能に摺接又は滑動できる軸受用シールとした。

シール部を第一及び第二シール部品間に設けたので、軸受の固定輪側への取り付けに当たっては、圧入でよい。そこで、軸受用シールの前記大径円環を軸受外輪の内径端に圧入した軸受とし（請求項５）、さらに、前記外輪が軸受ハウジングに固定され、前記内側円環部が前記軸受外輪に対して転動体を介して軸周りに回転する内輪又は内輪と一体にされた回転部材と、でラビリンスシールを形成する車両用軸受装置とした（請求項７）。

あるいは、軸受用シールの前記内側円環部が、軸受内輪の外径端に圧入した軸受とし（請求項６)、さらに、前記内輪が固定軸に固定され、前記大径円環が前記軸受内輪に対して転動体を介して軸周りに回転する外輪又は外輪と一体にされた回転部材と、でラビリンスシールを形成する車両用軸受装置とした（請求項８）。

本発明においては、シールを外側と内側に二分割し、分割部に弾性シールリングを介装して、シール機能と、回転（摺動又は滑動）抵抗を与え、一体とした軸受用シールを提供できるので、取り扱いの容易な軸受用シールとなった。

また、請求項２に記載の発明においては、軸受用シールとセンサを一体にした部品とできるので、取り扱いが容易なセンサ付き軸受用シールとなった。さらに、請求項３に記載の発明においては、第一シール部品と第二シール部品は、径方向移動及び軸方向への移動が弾性規制されて一体にされ、軸周り回転方向の滑り抵抗を調整できるので、滑動部分の組み込みが容易で適切な滑（摺）動抵抗を与えることができるものとなった。

また、請求項４に記載の発明においては、第一、第二シール部品間の滑動面は滑り抵抗の少ないところで生じ、低抵抗のシールとすることができ、寿命も長い。また、請求項５乃至８に記載の発明においては、本発明軸受用シールを軸受と一体化でき、さらに、ハウジング及び回転軸に容易に取り付けられるので、取り扱い及びメンテナンスが容易な軸受及び車両用軸受装置となった。

本発明の実施の形態を示す軸受用シールの（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は弾性シールリング近傍の部分拡大図である。 本発明の実施の形態を示す車両用軸受装置の（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態においては、特許文献１に記載のような鉄道車両用軸受装置に適用した場合について述べる。図１に示すように、軸受用シール１は、最外方の薄肉大径円環２１を有する第一シール部品２と、最内方の薄肉内側円環部３１を有する第二シール部品３とを有する。第一及び第二シール部品間に弾性シールリング（Ｏリング）４が設けられており、第一および第二シール部品が軸周りに相対回転可能かつ第一及び第二シール部品間を密封可能にされている。固定 部材５により第一シール及び第二シール部品及び弾性シールリングが軸方向に固定されている。

図１（ｃ）に示すように、第一シール部品２は薄肉金属材料であってプレスにて成型され、大径円環２１に連接する中径円環２２と、中径円環の反大径円環側端面内径側に延出する中空円盤状端面部２３を有する。

第二シール部品３は同様に、薄肉金属材料であってプレスにて成型され、中径円環２２の外周２２ａと軸周りに回転可能に嵌合された外側円環部３２と、外側円環部の内側に設けられ中径円環より小径の内側円環部３１と、反大径円環２１側に設けられ外側円環部と内側円環部とを結合する中空円盤状の壁部３３を有する。図１各図に示すように、壁部３３の円周に沿って、センサ取り付け用のセンサ用貫通穴３４が２か所開けられ、固定部材（ボルト）５のねじ部が貫通する貫通穴３５が３か所等分に開けられている。外側円環部３２の一部が壁部と同面となって径方向に２か所突出する突出部３６が設けられている。

壁部３３の第一シール部品２側の面３３ａにシール押さえリング６の端面部６１が当接されている。シール押さえリング６は、中径円環２２の内周面２２ｂと軸周りに回転可能に嵌合された外周部６３と、第二シール部品３の内側円環部３１の外径３１ｂより大きな内周部６４からなる肉厚部材である。固定部材(ボルト)５を第二シール部品３の貫通穴３５に通してシール押さえリング６に開けられたねじ穴６２に螺着し、第二シール部品３とシール押さえリング６とが固着されている。シール押さえリング６には、さらに、センサ用貫通穴３４と同一位置にセンサ用ねじ穴６６が二か所設けられている（図２（ｂ））。

シール押さえリング６の外周部６３には壁部３３側に段部６５が設けられている。第一シール部品の中空円盤状端面部２３と弾性シールリング４が壁部３３と段部６５の外周部端面６５ｂとで挟持されている。壁部と外周部端面との距離は、中空円盤状端面部２３の厚みと、自由状態でのＯリング（弾性シールリング）の径との和より小さくされ、軸方向及び径方向に弾性をもって挟持されている。

かかる軸受用シールによれば、外側（第一）２と内側（第二）シール部品３を軸周りに相対回転可能とし、シール機能と、回転（摺動又は滑動）抵抗を与え、分離しないので、一体化でき、軸受用シールとして、取り扱いが容易である。なお、シール押さえリング６の端面部６１の内周部６４側にはシール溝（Ｏリング溝）６１ａが設けられ、シール（Ｏリング）８が挿入され、端面部６１とシール押さえリング６の端面部６１との間を密封している。また、ボルト５のねじ部にはねじシール剤が塗布され、軸受内への水や塵埃等の侵入を防止し、軸受内からのグリース等の潤滑剤の漏れを防止している。

さらに、図２に示すように、回転センサ７の取付板７ａをボルト５１で第二シール部品３のセンサ用貫通穴３４を通してセンサ用ねじ穴６６に螺着して、回転センサ７を軸受用シール１の第二シール部品２の壁部３３外面に固定される。さらに、図１（ａ）、図２（ａ）に示すように、回転センサ７は第二シール部品の外側円環部３２外周面３２ａに開けれらたビスねじ穴６７にビス５２でも固定される。回転センサについては従来と同様であるので説明を省略する。このように、本発明の実施の形態によれば、回転センサの有無のいずれでも軸受用シールを一体化でき、取り扱いが容易である。

かかる軸受用シール１を鉄道車両用軸受装置に適用した本発明の鉄道車両用軸受装置の実施の形態について図２を参照して説明する。本実施の形態の鉄道車両用軸受装置１１は、複列円すいころ軸受１２を用いたものである。複列円すいころ軸受１２は、図示しないハウジングに常時非回転状態に維持された外輪(固定輪)１３と、外輪１３の内側に対向して回転可能に配置された間座１４ａを介して複列の背面合わせにされた内輪(回転輪)１４，１４と、外輪１３及び内輪１４間を転動する複列、複数の円すいころ（転動体）１５，１５とを有する。複数の転動体は樹脂製の保持器１６，１６に等間隔に保持されている。

車軸１７が内輪１４，１４を貫通嵌合されている。車軸の先端には小径円筒部１７ａと、ねじ部１７ｂが設けられている。基端側には肩部１７ｃが設けられている。内輪１４，１４の両端面を油切部材１８，１９が設けられている。押圧ナット２０をねじ部１７ｂに螺着して軸端側油切部材１９を押圧するようにして、油切部材１８、内輪１４、間座１４ａ、内輪１４、油切部材１９を押圧ナット２０と肩部１７ｃ間に挟持固定させている。さらに、回り止め８１の先端８１ａが車軸ねじ部凹部１７ｄと押圧ナット２０の凹部２０ａに嵌合し、ボルト５３で押圧ナットに螺着固定されている。回り止め８１の開口及び車軸端はカバー５４で覆われている。

外輪１３の肩部１７ｃ側内径端１３ｂにシール部材２５の外側環状部２５ａが圧入され、他端２５ｂが肩部側の油切部材１８の環状凹部１８ａとラビリンスシールを形成している。また、シール部材２５の内側にはオイルシール２６が嵌挿され、オイルシール内周リップが油切部材１８の外周面１８ｂを軸周りに回転可能にされ、軸受１２内外をシール（密封）している。かかる鉄道車両用軸受の構造については、従来と同様であるので、さらなる説明は省略する。

本発明の実施の形態においては、軸端側シールを前述した本発明の軸受用シール部材１としたものである。図１を用いて説明した軸受用シール１の第一シール部品２の大径円環２１が外輪１３の軸端側内径端１３ａに圧入されている。第二シール部品３内側円環部３１の先端３１ａが車軸先端側の油切部材１９に形成された環状凹部１９ａに没入され、ラビリンスシールを形成している。これにより、従来と同様なシール機構を提供する。さらに、前述したように、回転センサ７が軸受用シール１の第二シール部品３の壁部３３の外面に固定されている。回転センサの配線７１は図示しないハウジング側に延長接続されている。また、壁部３３と同面の二か所の突出部３６は図示しないハウジングの切欠き部に挿入され、回転が規制又は回転しないようにされている。

これにより、外輪１３がクリープしても、回転センサ７が取り付けられる第二シール部品３は弾性シールリング４により、軸周方向回転可能にされ、かつ、突出部３６で回転を規制されているので、回転第センサ７の配線が破断することがない。また、突出部３６は特に高い強度を必要としない。

組みつけに当たっては、車軸１７に油切部材１８、シール部材２５が圧入された軸受１２、油切部材１９を順に嵌めこみ、その後、本発明軸受用シール１を軸端側内径端１３ａに圧入し、押圧ナット２０、回り止め８１、ボルト５３で固定する。回転センサ７は軸受用シール１に組み付けた状態で組み付けてもよく、また、後から組み付けてもよい。さらに、回転センサのみの交換も可能である。

以上により本発明の実施の形態においては、軸受用シール１を回転センサ７の有無によらず一体にかつ容易に取り扱え、さらに、車両用軸受装置１１に従来と同様に組み付け分解可能で、シール性能を確保するものとなった。また、外輪（固定輪）のクリープによる回転センサの断線を防止できる。

なお、本実施の形態においては、複列円すいころ軸受を用いた鉄道車両用軸受装置について述べたが、自動車等のセンサ付き軸受装置、単列軸受、玉軸受、ころ軸受等にも適用できることはいうまでもない。また、外輪１３を固定したが、内輪１４側を固定する場合には、第一シール部品２側に回転センサ７を取り付ければよい。また、第一シール部品の大径円環２１、第二シール部品の内側円環部３１は圧入又はラビリンスシール形成できるようにしているが、弾性圧入、あるいは、リップシールを用いるようにしてもよい。

１ 軸受用シール
２ 第一シール部品
２１ 大径円環
２２ 中径円環
２２ａ 中径円環の外周
２２ｂ 中径円環の内周
２３ 中空円盤状端面部
２３ａ 中空円盤状端面部の内周
３ 第二シール部品
３１ 内側円環部
３１ｂ 内側円環部の外径
３２ 外側円環部
３３ 壁部
４ 弾性シールリング
５ 固定部材
６ シール押さえリング
６１ 端面部
６３ （シール押さえリングの）外周部
６４ （シール押さえリングの）内周部
６５ 段部
６５ａ 段部外周
６５ｂ 段部の外周部端面
７ 回転センサ（本体）
１１ 車両用軸受装置
１２ 軸受
１３ （軸受）外輪
１３ａ 内径端
１４ （軸受）内輪
１５ 転動体
１７ 回転部材(車軸)

Claims (7)

1. 最外方の大径円環を有する第一シール部品と、最内方の内側円環部を有する第二シール部品と、前記第一及び第二シール部品間に、前記第一および第二シール部品が軸周りに回転可能かつ前記第一及び第二シール部品間を密封可能に設けられた弾性シールリングと、前記第一シール及び第二シール部品及び前記弾性シールリングを軸方向に固定する固定部材において、
   前記大径円環と、前記大径円環に連接する中径円環と、前記中径円環の反前記大径円環側端面内径側に延出する中空円盤状端面部と、を有する前記第一シール部品と、 前記中径円環の外周と軸周りに回転可能に嵌合された外側円環部と、前記外側円環部の内側に設けられ前記中径円環より小径の前記内側円環部と、反前記大径円環側に設けられ前記外側円環部と前記内側円環部とを結合する中空円盤状の壁部と、を有する前記第二シール部品と、 前記中径円環の内周面と軸周りに回転可能に嵌合された外周部と、前記内側円環部の外径より大きな内周部と、前記外周部の前記壁部側に設けられた段部と、前記壁部と当接する端面部と、を有するシール押さえリングと、前記シール押さえリングの前記端面部と、前記壁部とを当接固定する前記固定部材と、前記段部外周に嵌合された前記弾性シールリングと、を備え、前記中空円盤状端面部と前記弾性シールリングとが、前記壁部と前記段部の前記外周部端面とで挟持されていることを特徴とすることを特徴とする軸受用シール。
2. 前記第一又は第二シール部品の一方に回転を検出する回転センサ本体が設けられていることを特徴とする請求項１記載の軸受用シール。
3. 前記壁部と前記中空円盤状端面部との間、及び、前記中空円盤状端面部と、前記弾性シールリングと、前記段部の前記外周部端面と、の何れかの当接面で、軸方向回転可能に摺接又は滑動できるようにされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受用シール。
4. 請求項１乃至３のいずれか一に記載の軸受用シールの前記大径円環が、軸受外輪の内径端に圧入されていることを特徴とする軸受。
5. 請求項１乃至３のいずれか一に記載の軸受用シールの前記内側円環部が、軸受内輪の外径端に圧入されていることを特徴とする軸受。
6. 請求項４記載の前記外輪が軸受ハウジングに固定され、前記内側円環部が前記軸受外輪に対して転動体を介して軸周りに回転する内輪又は内輪と一体にされた回転部材と、でラビリンスシールを形成するようにされていることを特徴とする請求項４記載の軸受を有する車両用軸受装置。
7. 請求項５記載の前記内輪が固定軸に固定され、前記大径円環が前記軸受内輪に対して転動体を介して軸周りに回転する外輪又は外輪と一体にされた回転部材と、でラビリンスシールを形成するようにされていることを特徴とする請求項５記載の軸受を有する車両用軸受装置。

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