JP6439758B2 - 密封型スラスト玉軸受 - Google Patents

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Description

本発明は、車両のストラット式サスペンション装置等に使用される密封型スラスト玉軸受に関し、さらに詳しくは、前記密封型スラスト玉軸受における内輪と外輪との分離防止構造に関する。
車両の独立懸架として多用されているストラット式サスペンション装置において、アッパーマウントとロアーマウントとの間に使用される密封型スラスト玉軸受は、軸方向に対向する内輪及び外輪と、内輪及び外輪の対向面間に転動可能に配列された複数のボールと、内輪及び外輪の内周部相互間及び外周部相互間を密封する内側弾性シール材及び外側弾性シール材とを含む（例えば、特許文献１〜３参照）。
前記弾性シール材は、泥水等の異物の軸受内への侵入及び軸受内部に充填されたグリースの漏洩を防止する機能を有するとともに、内輪及び外輪の分離を防止する機能も有する。
例えば、特許文献３の密封型スラスト玉軸受は、内輪（１）に一体化した外側弾性シール材（６）が、外輪（２）の圧接面に向かって径方向内方へ延びるリップ（６Ａ）を備えるとともに、リップ（６Ａ）の上方に内輪（１）の外側円筒部（１Ｃ）の端部に繋がる外側円筒状基部を備える。
そして、内輪（１）及び外輪（２）を軸方向に近づけて組み付ける際に、リップ（６Ａ）が弾性変形した後、組付け完了時には前記弾性変形の方向と逆方向に反転して弾性変形するように前記圧接面を傾斜させ、組付け完了時において、前記リップの弾性変形の復元力を前記傾斜させた圧接面に作用させている。
このように、リップ（６Ａ）が弾性変形した後に前記変形方向と逆方向に反転して弾性変形した状態で組付け作業が完了し、組付け作業が完了した状態でリップ（６Ａ）を前記傾斜させた圧接面に圧接する構成により、リップ（６Ａ）の弾性変形の復元力を大きくすることなく、内輪及び外輪を軸方向へ離反させるように移動させて分離するのに要する荷重（以下において、「分離荷重」という。）を大きくして、内輪及び外輪を分離しにくくすることができる。
よって、特許文献３の密封型スラスト玉軸受は、軸受の回転トルクの増大を抑制しながら内輪及び外輪の分離防止機能を向上できるという特徴を有する。
実公平５−４０３２８号公報 特開２００２−２２７８６１号公報 特許第４７４８０５０号公報
内輪及び外輪の分離防止機能を有する密封型スラスト玉軸受を用いても、前記密封型スラスト玉軸受を含む機械部品の組立並びに保守点検及び修理等の作業の際に、前記密封型スラスト玉軸受の内輪及び外輪が分離する場合がある。
したがって、作業効率を高めるために、前記密封型スラスト玉軸受の内輪及び外輪の分離防止機能をより高めることが求められており、このようなニーズに応えるためには、分離荷重をより大きくする必要がある。
しかしながら、分離荷重をより大きくするには、リップを圧接する力を大きくする必要があるので、軸受の回転トルクの増大を招いてしまう。
すなわち、分離荷重をなるべく大きくすることと軸受の回転トルクをなるべく小さくすることは、二律背反事項であるので、回転トルクをなるべく小さく抑えながら分離荷重をより大きくすることはできない。
その点については特許文献３の密封型スラスト玉軸受も同様であり、特許文献３の密封型スラスト玉軸受は、前記特徴を有するものであるが、軸受の回転トルクの増大を抑制しながら内輪及び外輪の分離防止機能をより高めるという観点で見ると改良の余地があると言える。
そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、軸受の回転トルクの増大を抑制しながら内輪及び外輪の分離防止機能を大幅に高めることができる密封型スラスト玉軸受を提供する点にある。
本発明に係る密封型スラスト玉軸受は、前記課題解決のために、
軸方向に対向する内輪及び外輪と、
前記内輪及び前記外輪の対向面間に転動可能に配列された複数のボールと、
前記内輪及び前記外輪の内周部相互間及び外周部相互間を密封する、前記内輪に弾性体を被覆して一体化した内側弾性シール材及び外側弾性シール材と、
を含み、
前記外輪の下側に配置した下側部材に前記外輪を組み付けて使用する密封型スラスト玉軸受であって、
前記内側弾性シール材は、前記内輪の内側円筒部の端部に繋がる内側円筒状基部を備えるとともに、前記内側円筒状基部の外周面に、前記外輪の内側円筒部の下端内周よりも径方向外方へ延びる凸条を備え、
前記外側弾性シール材は、前記外輪の径方向外面の圧接面に圧接するように径方向内方へ延びるリップを備え、
前記内側弾性シール材の凸条の下面は、下方へ行くにしたがって縮径する傾斜面であり、
前記内輪、前記外輪及び前記下側部材の組付け完了時において、前記内側弾性シール材の凸条の上面は前記外輪の内側円筒部の下端から下方へ離間し、前記凸条の外周面は前記下側部材から径方向内方へ離間することを特徴とする。
このような構成によれば、内輪及び外輪が軸方向へ離反する方向へ移動すると、内輪の内側弾性シール材の内側円筒状基部に備えた径方向外方へ延びる凸条が外輪の内側円筒部の下端に当止するので、分離荷重が大幅に大きくなる。
その上、内輪、外輪及び下側部材の組付け完了時において、前記凸条の上面は外輪の内側円筒部の下端から下方へ離間し、前記凸条の外周面は下側部材から径方向内方へ離間することから、軸受の回転中に前記凸条が他の部品に接触しないので、軸受の回転トルクが増大しない。
その上さらに、径方向外方へ延びる前記凸条の外周面は下側部材から径方向内方へ離間しているので、その隙間を調整することにより、前記凸条はラビリンスシールとしても機能する。
その上、内側弾性シール材の凸条の下面が下方へ行くにしたがって縮径する傾斜面であるので、内輪及び外輪を軸方向に近づけて組み付ける作業の作業性が高くなる。
また、前記外側弾性シール材は、前記下側部材の上面の圧接面に圧接するように下方へ延びるダストリップをさらに備えるのが一層好ましい。
このような構成によれば、ダストリップにより外部からの異物の侵入をより確実に防止できる。
さらに、前記内側弾性シール材は、前記内側円筒状基部の下方に、前記下側部材の径方向内面の圧接面に圧接するリップをさらに備えるのがより一層好ましい。
このような構成によれば、内側弾性シール材のリップにより外部からの異物の侵入をより確実に防止できる。
その上、内側弾性シール材に前記リップを備えるとともに、外側弾性シール材に前記ダストリップを備えた密封型スラスト玉軸受では、内側弾性シール材のリップが下側部材の径方向内面の圧接面に圧接するとともに、外側弾性シール材のダストリップが下側部材の上面の圧接面に圧接する。
よって、外輪が外気に曝されないように密封されることから、外輪の防錆処理が不要になるので、製造コストを低減できる。
さらにまた、前記外側弾性シール材は、前記径方向内方へ延びるリップの上方に前記内輪の外側円筒部の端部に繋がる外側円筒状基部を備え、
前記内輪及び前記外輪を軸方向に近づけて組み付ける際に、前記外側弾性シール材の前記径方向内方へ延びるリップが組付け方向と逆方向に弾性変形した後、組付け完了時には前記弾性変形の方向と逆方向に反転して弾性変形するように前記外輪の径方向外面の圧接面を傾斜させ、組付け完了時において、前記外側弾性シール材の前記径方向内方へ延びるリップの弾性変形の復元力を前記傾斜させた圧接面に作用させるのがさらに一層好ましい。
このような構成によれば、外側弾性シール材の径方向内方へ延びるリップを前記のように弾性変形させて外輪の前記傾斜させた圧接面に作用させるので、軸受の回転トルクの増大を抑制しながら分離荷重がさらに大きくなる。
以上のように、本発明に係る密封型スラスト玉軸受によれば、主に以下に示すような効果を奏する。
（１）内輪及び外輪が軸方向へ離反する方向へ移動すると、内輪の内側弾性シール材における内側円筒状基部の径方向外方へ延びる凸条が外輪の内側円筒部の下端に当止することから、分離荷重が大幅に大きくなるので、内輪及び外輪の分離防止機能を大幅に高めることができる。
（２）内輪、外輪及び下側部材の組付け完了時において、前記凸条の上面は外輪の内側円筒部の下端から下方へ離間し、前記凸条の外周面は下側部材から径方向内方へ離間することから、軸受の回転中に前記凸条が他の部品に接触しないので、軸受の回転トルクが増大しない。
本発明の実施の形態１に係る密封型スラスト玉軸受の縦断面斜視図である。 同じく要部拡大縦断面側面図である。 （ａ）は内側弾性シール材まわりを拡大して示す縦断面側面図、（ｂ）は内輪及び外輪を軸方向へ離反する方向へ移動させて内側弾性シール材の凸条が外輪の内側円筒部の下端に当止した状態を示す縦断面側面図である。 外輪に内輪を組み付ける作業時において内側弾性シール材の凸条が上方から外輪に当接した状態を示す概略縦断面端面図である。 外輪に内輪を組み付ける作業時における外側弾性部材の主リップの弾性変形の様子を示す概略縦断面端面図であり、（ａ）から（ｅ）の順序で組付けが進み、（ｅ）は組付けが完了した状態を示している。 本発明の実施の形態２に係る密封型スラスト玉軸受の縦断面斜視図である。 同じく要部拡大縦断面側面図である。
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が、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。なお、本明細書においては、軸受の軸方向を上下方向とし、下方に配置した外輪に上方から内輪を組み付ける方向を「組付け方向」とする。
実施の形態１．
＜密封型スラスト玉軸受の構造＞
図１の縦断面斜視図、及び図２の縦断面側面図に示すように、本発明の実施の形態１に係る密封型スラスト玉軸受は、軸方向に対向する環状の内輪１及び外輪２、内輪１及び外輪２の対向面間に転動可能に配列され、保持器４により保持された複数のボール３，３，…、並びに、内輪１及び外輪２の内周部相互間及び外周部相互間を密封する、内輪１に弾性体を被覆して一体化した内側弾性シール材５及び外側弾性シール材６を含み、内輪１と外輪２の間には、潤滑剤であるグリースが封入される。
本実施の形態に示す密封型スラスト玉軸受は、自動車のストラットサスペンションに使用される構造であり、外輪２は、その下側に配置した下側部材である、スプリングの受け部となるスプリングシート８に組み付けて一体化される。
スプリングシート８は、径方向内側上部の円筒部８Ａ、円筒部８Ａの下方で縮径した円筒部８Ｂ、及び円筒部８Ａ，８Ｂを繋ぐ傾斜部８Ｃ、並びに、円筒部８Ａの上端部から径方向外方に延びるフランジ部８Ｄ、フランジ部８Ｄから段落ちして外方に延びるフランジ部８Ｅ、及びフランジ部８Ｄ，８Ｅを繋ぐ傾斜部８Ｆを含む。
ここで、内輪１及び外輪２、並びにスプリングシート８は、鋼板の板金プレス加工により製作され、ボール３，３，…は鋼製であり、保持器４は合成樹脂製である。
また、内側弾性シール材５及び外側弾性シール材６は、内輪１を芯金として合成ゴム等の弾性体を加硫接着により被覆して内輪１と一体化され、その先端部をリップ構造としたものである。
前記弾性体に使用するゴム材料としては、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、ゴム材料の練り加工性、加硫成形性、芯金である内輪１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。
図２の縦断面側面図において、内輪１の湾曲部１Ａ及び外輪２の湾曲部２Ａがボール３，３，…の軌道部とされ、内輪１の径方向内側部において下方に延びる内側円筒部１Ｂの下方に内側弾性シール材５が設けられ、内輪１の径方向外側部において下方に延びる外側円筒部１Ｃの下方に外側弾性シール材６が設けられる。
外輪２には、その径方向内側部において下方に延びる内側円筒部２Ｂが形成されており、内側円筒部２Ｂがスプリングシート８の円筒部８Ａの内径側に圧入され、外輪２の湾曲部２Ａの下部から内側円筒部２Ｂの上端部に繋がる水平部の下面が、スプリングシート８のフランジ部８Ｄの上面に当接する。
＜内側弾性シール材の構造及び機能＞
図２の縦断面側面図に示すように、内側弾性シール材５は、内輪１の内側円筒部１Ｂの端部に繋がる内側円筒状基部５Ａを備えるとともに、内側円筒状基部５Ａの下方に、スプリングシート８の径方向内面の圧接面Ａに圧接するリップ５Ｂを備える。
内側円筒状基部５Ａは、その外周面に、外輪２の内側円筒部２Ｂの下端内周よりも径方向外方へ延びる凸条７を備え、図３（ａ）の縦断面側面図に示すように、内輪１、外輪２及びスプリングシート８の組付け完了時において、凸条７の上面７Ａは外輪２の内側円筒部２Ｂの下端から下方へ離間し、凸条７の外周面７Ｃはスプリングシート８から径方向内方へ離間する。
ここで、図３（ｂ）の縦断面側面図に示すように、内輪１及び外輪２を軸方向へ離反する方向へ移動させると、凸条７の上面７Ａが外輪２の内側円筒部２Ｂの下端に当たり、それにより当止されるので、凸条７は内輪１及び外輪２の分離防止機能を有する。
なお、内側円筒状基部５Ａの外周面から径方向外方へ延びる凸条７は、例えば全周にわたるもの（無端状のもの）であるが、周方向の一部にのみ形成してもよい。
＜外側弾性シール材の構造及び機能＞
図２の縦断面側面図に示すように、外側弾性シール材６は、外輪２の湾曲部２Ａ外周面の圧接面Ｂに圧接するように径方向内方へ延びる主リップ６Ｂ、及びスプリングシート８の傾斜部８Ｆ上面の圧接面Ｃに圧接するように下方へ延びるダストリップ６Ｃを備えるとともに、主リップ６Ｂの上方に、内輪１の外側円筒部１Ｃの端部に繋がる外側円筒状基部６Ａを備える。
ここで、主リップ６Ｂは軸受内部に充填されたグリースの漏洩防止、及び内輪１及び外輪２の分離防止機能を、ダストリップ６Ｃは外部からの泥水等の異物の侵入防止機能を有する。
＜外輪に内輪を組み付ける作業＞
（内側弾性シール材）
外輪２に内輪１を組み付ける作業の際に、図４の概略縦断面端面図の矢印のように、外輪２に対して内輪１を組付け方向へ移動させると、内側弾性シール材５の凸条７が上方から外輪２に当接する。
内輪１をさらに組付け方向へ移動させると、内側弾性シール材５が弾性変形しながら外輪２の内側円筒部２Ｂを乗り越え、図２の縦断面側面図のように組付けが完了する。
なお、内側円筒状基部５Ａが径方向内方へ弾性変形するため、凸条７があっても、内輪１の組付け方向への移動を比較的容易に行うことができる。
ここで、内側弾性シール材５の凸条７の下面７Ｂ（図３（ａ）参照）を、下方へ行くにしたがって縮径する傾斜面とすることにより、内輪１及び外輪２を軸方向に近づけて組み付ける作業の作業性が高くなる。
（外側弾性シール材）
外輪２に内輪１を組み付ける作業の際における外側弾性シール材６の主リップ６Ｂの弾性変形について、図５の概略縦断面端面図により説明する。
内輪１と外輪２が軸方向に離れている状態から、図５（ａ）のように主リップ６Ｂが外輪２の湾曲部２Ａの上端部に当接するまでは、主リップ６Ｂは自由状態（弾性変形していない状態）となっている。
この自由状態から、図中矢印のように外輪２に対して内輪１を組付け方向へ移動させると、図５（ｂ）〜（ｄ）のように、外輪２の湾曲部２Ａの上端部に当接した主リップ６Ｂが、組付け方向と逆方向に大きく弾性変形する。
この状態における主リップ６Ｂの弾性変形による復元力は下方（組付け方向）に作用する。
なお、外側円筒状基部６Ａが径方向外方へ弾性変形するため、主リップ６Ｂが大きく弾性変形した状態でも、内輪１の組付け方向への移動を比較的容易に行うことができる。
弾性変形した主リップ６Ｂは、外輪２の湾曲部２Ａの外周面に当接しながら下方へ移動し、湾曲部２Ａの外周面は下方（組付け方向）に行くにしたがって縮径するように傾斜しているため、主リップ６Ｂの弾性変形が次第に小さくなり、組付け方向に弾性変形していた主リップ６Ｂは前記復元力により前記弾性変形の方向と逆方向に反転して弾性変形する（図５（ｅ）参照）。
そして、図５（ｅ）に示す組付けが完了した状態では、主リップ６Ｂは前記のように傾斜している湾曲部２Ａの外周面に圧接されて軸受の分離が防止されるため、前記凸条７による内輪１及び外輪２の分離防止機能があることとも相俟って、軸受の分離防止のために主リップ６Ｂの弾性変形の復元力を大きくする必要がない。
実施の形態２．
図６の縦断面斜視図、及び図７の縦断面側面図に示す、本発明の実施の形態２に係る密封型スラスト玉軸受において、図１の縦断面斜視図、及び図２の縦断面側面図に示す、本発明の実施の形態１に係る密封型スラスト玉軸受と同一符号は、同一又は相当部分を示している。
実施の形態２の密封型スラスト玉軸受は、実施の形態１の密封型スラスト玉軸受における内側弾性シール材５のリップ５Ｂを無くしたものである。
内側弾性シール材５の内側円筒状基部５Ａの外周面に設けた凸条７の外周面はスプリングシート８から径方向内方へ離間しているので、その隙間を調整することにより、凸条７はラビリンスシールとしても機能する。
よって、要求仕様によっては、実施の形態２のように実施の形態１のリップ５Ｂを無くすことができ、このような構成にすることにより、軸受の回転トルクがより小さくなる。
＜凸条による内輪及び外輪の分離防止機能の評価＞
（比較例）
特許文献３の密封型スラスト玉軸受の構造を比較例とした。
（実施例）
比較例の構造と同じ外側弾性シール材を用い、内側弾性シール材５を実施の形態１の図２と同様の構造にしたものを実施例とした。なお、凸条７は、内側円筒状基部５Ａの外周面の全周に設けた。
（評価方法及び評価結果）
外輪２を固定し、外輪２から内輪１を軸方向に離反させるように内輪１に軸方向へ荷重を負荷し、分離荷重を測定した。
荷重を負荷する位置は、（ａ）内輪１の径方向中心部、（ｂ）内輪１の外周部１箇所とし、（ａ）に荷重を負荷した際の分離荷重を「内外輪分離荷重」、（ｂ）に荷重を負荷した際の分離荷重を「こじり分離荷重」とした。なお、前記内輪１の外周部１箇所への荷重の負荷は、内輪１外周部の１箇所に軸方向の孔をあけてボルトを挿入し、前記ボルトのねじ部にナットを螺合し、前記ボルトの頭部に引っ張り荷重を負荷することにより行った。
その結果、「内外輪分離荷重」については、実施例は比較例の５．８倍、「こじり分離荷重」については、実施例は比較例の９．６倍であり、実施例の分離荷重は、比較例の分離荷重よりも大幅に大きかった。
以上のような構成の密封型スラスト玉軸受の構成によれば、内輪１及び外輪２が軸方向へ離反する方向へ移動すると、内輪１の内側弾性シール材５の内側円筒状基部５Ａに備えた径方向外方へ延びる凸条７が外輪２の内側円筒部２Ｂの下端に当止するので、分離荷重が大幅に大きくなる。
その上、内輪１、外輪２、及び下側部材であるスプリングシート８の組付け完了時において、凸条７の上面７Ａは外輪２の内側円筒部２Ｂの下端から下方へ離間し、凸条７の外周面７Ｃはスプリングシート８から径方向内方へ離間することから、軸受の回転中に凸条７が他の部品に接触しないので、軸受の回転トルクが増大しない。
また、実施の形態１の密封型スラスト玉軸受のように、内側弾性シール材５のリップ５Ｂがスプリングシート８の径方向内面の圧接面Ａに圧接するとともに、外側弾性シール材６のダストリップ６Ｃがスプリングシート８の上面の圧接面Ｃに圧接するものでは、外輪２が外気に曝されないように密封されることから、外輪２の防錆処理が不要になるので、製造コストを低減できる。
１ 内輪
１Ａ 湾曲部
１Ｂ 内側円筒部
１Ｃ 外側円筒部
２ 外輪
２Ａ 湾曲部
２Ｂ 内側円筒部
３ ボール
４ 保持器
５ 内側弾性シール材
５Ａ 内側円筒状基部
５Ｂ リップ
６ 外側弾性シール材
６Ａ 外側円筒状基部
６Ｂ 主リップ
６Ｃ ダストリップ
７ 凸条
７Ａ 上面
７Ｂ 下面
７Ｃ 外周面
８ スプリングシート（下側部材）
８Ａ，８Ｂ 円筒部
８Ｃ 傾斜部
８Ｄ，８Ｅ フランジ部
８Ｆ 傾斜部
Ａ，Ｂ，Ｃ 圧接面

Claims (4)

  1. 軸方向に対向する内輪及び外輪と、
    前記内輪及び前記外輪の対向面間に転動可能に配列された複数のボールと、
    前記内輪及び前記外輪の内周部相互間及び外周部相互間を密封する、前記内輪に弾性体を被覆して一体化した内側弾性シール材及び外側弾性シール材と、
    を含み、
    前記外輪の下側に配置した下側部材に前記外輪を組み付けて使用する密封型スラスト玉軸受であって、
    前記内側弾性シール材は、前記内輪の内側円筒部の端部に繋がる内側円筒状基部を備えるとともに、前記内側円筒状基部の外周面に、前記外輪の内側円筒部の下端内周よりも径方向外方へ延びる凸条を備え、
    前記外側弾性シール材は、前記外輪の径方向外面の圧接面に圧接するように径方向内方へ延びるリップを備え、
    前記内側弾性シール材の凸条の下面は、下方へ行くにしたがって縮径する傾斜面であり、
    前記内輪、前記外輪及び前記下側部材の組付け完了時において、前記内側弾性シール材の凸条の上面は前記外輪の内側円筒部の下端から下方へ離間し、前記凸条の外周面は前記下側部材から径方向内方へ離間することを特徴とする、
    密封型スラスト玉軸受。
  2. 前記外側弾性シール材は、前記下側部材の上面の圧接面に圧接するように下方へ延びるダストリップをさらに備える、
    請求項１記載の密封型スラスト玉軸受。
  3. 前記内側弾性シール材は、前記内側円筒状基部の下方に、前記下側部材の径方向内面の圧接面に圧接するリップをさらに備える、
    請求項１又は２記載の密封型スラスト玉軸受。
  4. 前記外側弾性シール材は、前記径方向内方へ延びるリップの上方に前記内輪の外側円筒部の端部に繋がる外側円筒状基部を備え、
    前記内輪及び前記外輪を軸方向に近づけて組み付ける際に、前記外側弾性シール材の前記径方向内方へ延びるリップが組付け方向と逆方向に弾性変形した後、組付け完了時には前記弾性変形の方向と逆方向に反転して弾性変形するように前記外輪の径方向外面の圧接面を傾斜させ、組付け完了時において、前記外側弾性シール材の前記径方向内方へ延びるリップの弾性変形の復元力を前記傾斜させた圧接面に作用させる請求項１〜３の何れか１項に記載の密封型スラスト玉軸受。
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