JP6520976B2 - 密封型スラスト軸受 - Google Patents

Description

本発明は、車両のストラット式サスペンション装置に使用される密封型スラスト軸受に関する。

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軸受は、例えば、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１参照。）。
前記内側弾性シール材及び外側弾性シール材は、内輪及び外輪の分離を防止する機能、並びに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。

ここで、特許文献１の構成では、内側弾性シール材は外輪に圧接し、外側弾性シール材の主リップは外輪に圧接し、外側弾性シール材のダストリップはスプリングシートに圧接する。
それに対して、外側弾性シール材が圧接する対象を特許文献１と同じにしながら、内側弾性シール材のリップをスプリングシートに圧接させるようにしたものがある（本願の出願人による特願２０１６−１４５６９９号。以下、「先願」という。）。

特許第４７４８０５０号公報 特開２００８−１６３９９５号公報 特開２０１５−０４８９２３号公報 特許第５７５７４５５号公報

スプリングシートには均一で密着性が良く防錆性能に優れたカチオン塗装を施していることから、スプリングシートの防食性は非常に高くなっている。
このようにスプリングシートに施されるカチオン塗装は、その表面が非常に滑らかであるので、弾性シール材のリップが圧接するスプリングシートの圧接面は気密性が高くなる。

先願の構成では、内側弾性シール材のリップ及び外側弾性シール材のダストリップが、スプリングシートに圧接する。
よって、摩擦熱や外部からの熱伝導により軸受の温度が上昇し、その後軸受が冷却されると、軸受内部の圧力が外部に対して負圧となる。このような軸受内部が負圧になる内外の圧力差に起因して、内側弾性シール部材のリップがスプリングシートのリップ圧接面に強固に密着し、軸受のトルクが著しく上昇する、いわゆる吸着現象（例えば、特許文献２の［０００６］参照。）が発生する場合がある。

軸受における前記吸着現象を解消するための提案として、シールリップの内面に突起を設けるもの（例えば、特許文献２参照。）、シールリップの機内側表面にリブを複数等配状に設けるもの（例えば、特許文献３参照。）等がある。
また、軸受等の密封装置において、低摩擦化を実現するとともに、リップ磨耗を抑制するために、シールリップの摺動面に凹凸を付与するとともに前記摺動面に低基油粘度グリースを供給し、前記凹凸を１．５〜３．０μｍＲａ（１０〜２０μｍＲｚ）とし、前記低基油粘度グリースを、４０℃での基油動粘度が１０〜４０ｍｍ²／ｓのグリースとしたものがある（例えば、特許文献４参照。）。

ここで、先願のような構造の密封型スラスト軸受において、スプリングシートに施されるカチオン塗装は、前記のとおり、その表面が非常に滑らかであることから、内側弾性シール材のリップが圧接するスプリングシートの径方向内面の圧接面にはグリースが保持されにくい。
よって、このような潤滑不良に起因して、内側弾性シール材のリップがスプリングシートの圧接面を摺動する際に、滑り及び引っ掛かりを繰り返して自励振動する、いわゆるスティックスリップ現象が発生し、異音が発生したり前記リップが損傷する場合がある。

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、吸着現象及びスティックスリップ現象の発生に基づく不具合を解消できる密封型スラスト軸受を提供する点にある。

本発明に係る密封型スラスト軸受は、前記課題解決のために、車両の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、
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、スプリングの受け部となるスプリングシートに前記外輪を組み付けて使用する、前記スプリングシートにカチオン塗装を施した密封型スラスト軸受であって、
前記内側弾性シール材は、前記スプリングシートの円筒部又は円筒状部分の内面に圧接するリップを有し、
前記外側弾性シール材は、前記スプリングシートの円環部又は円環状部分の上面に圧接するリップを有し、
前記内側弾性シール材の前記リップにおける、前記スプリングシートに圧接する部分を含む領域に、表面粗さ（JIS B 0601-1994の十点平均粗さ）が、２０μｍＲｚ以上で５０μｍＲｚ以下の凹凸を設けてなり、
カチオン塗装を施した前記スプリングシートの圧接面に、温度変化による内圧変動で前記リップが密着する吸着現象が発生したとしても、時間経過とともに前記リップに設けた凹凸の隙間から空気を徐々に逃がして前記吸着現象を解除できることを特徴とする。

本発明に係る密封型スラスト軸受によれば、カチオン塗装が施されたスプリングシートに圧接する内側弾性シール材のリップの前記領域に、表面粗さ（JIS B 0601-1994の十点平均粗さ）が、２０μｍＲｚ以上で５０μｍＲｚ以下の凹凸を設けているので、スプリングシートの圧接面に、温度変化による内圧変動でリップが密着する吸着現象が発生したとしても、時間経過とともに前記凹凸の隙間から空気を徐々に逃がすこができるので、吸着現象を解除できる。
また、前記凹凸にグリースが保持されるので、潤滑不良に起因して異音が発生したりリップが損傷するスティックスリップ現象の発生を抑制できる。
さらに、前記凹凸の表面粗さが前記範囲内であるので、シール性が低下することがない。

本発明の実施の形態に係る密封型スラスト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。 内側弾性シール材まわりを拡大して示す縦断面側面図である。 内輪並びに内側弾性シール材及び外側弾性シール材を取り出して示した縦断面斜視図である。 内側弾性シール材のリップのスプリングシートに圧接する部分を含む領域に設けた凹凸の拡大写真である。 スティックスリップ試験における振動加速度の時間軸波形の例を示しており、（Ａ）はスティックスリップ挙動なしの判定例、（Ｂ）はスティックスリップ挙動ありの判定例を示している。

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。
以下の実施の形態に示す密封型スラスト軸受の基本構造は、先願の実施の形態１と同じである。

＜密封型スラスト軸受の構造＞
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に係る密封型スラスト軸受は、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、径方向内側の円筒部８Ａ、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８Ｂ、フランジ部８Ｂから段落ちして外方に延びるフランジ部８Ｃ、及びフランジ部８Ｂ，８Ｃを繋ぐ傾斜部８Ｄ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、スプリングシート８にはカチオン塗装が施される。
スプリングシート８へのカチオン塗装は、カチオン電着塗料を入れた槽にスプリングシート８を浸漬した状態で、スプリングシート８の表面に前記塗料を電着させる。それにより、スプリングシート８の表面には、非常に滑らかで防錆性能に優れた塗膜が形成される。
また、ボール３，３，…は鋼製であり、保持器４は合成樹脂製である。
さらに、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、下方に行くに従って若干縮径している内側円筒状部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８Ｂ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の内側円筒状部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Ｐ１に圧接するリップ５Ｂを備える。
内側弾性シール材５のリップ５Ｂは、スプリングシート８の円筒部８Ａの内面に圧接し、外部からの泥水等の異物の侵入防止機能を有する。なお、リップ５Ｂは、スプリングシート８の形状によっては、スプリングシート８の、円筒部に繋がる傾斜部の内面等、円筒状部分の内面に圧接してもよい。
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。

＜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Ｐ２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８Ｄ上面の圧接面Ｐ３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。
外側弾性シール材６のダストリップ６Ｃは、スプリングシート８の円環状部分（傾斜部８Ｄ）の上面に圧接し、外部からの泥水等の異物の侵入防止機能を有する。なお、ダストリップ６Ｃは、スプリングシート８の形状によっては、スプリングシート８の円環部（フランジ部）に圧接してもよい。
また、外側弾性シール材６の主リップ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の分離防止機能を有する。

以上のような構成により、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６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。
その上さらに、径方向外方へ延びる凸条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。
その上、内側弾性シール材５がリップ５Ｂを備え、外側弾性シール材６がダストリップ６Ｃを備えるので、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。

＜内側弾性シール材のリップに設ける凹凸＞
図１〜３に加え、図４の内輪１並びに内側弾性シール材５及び外側弾性シール材６を取り出して示した縦断面斜視図のように、内側弾性シール材５の、スプリングシート８の径方向内面の圧接面Ｐ１に圧接するリップ５Ｂにおける、スプリングシート８に圧接する部分を含む領域Ａには凹凸を設けており、前記凹凸の拡大写真を図５に示す。
前記凹凸は、表面粗さ（JIS B 0601-1994の十点平均粗さ）が２０μｍＲｚ以上で５０μｍＲｚ以下の例えば梨地処理である。
このようなリップ５Ｂの領域Ａの微小な凹凸面は、ショットブラスト等のブラスト加工や放電加工等により加硫成形用金型に形成した凹凸を転写することで容易に設けることができるので、製造コストの上昇を抑制できる。

＜内側弾性シール材のリップに設ける前記凹凸の効果確認試験＞
内側弾性シール材５のリップ５Ｂに設ける前記凹凸の表面粗さを変えたものを製作し（以下の実施例及び比較例参照）、以下の試験方法に示すスティックスリップ試験、及びシール性試験を行った。

（実施例）
前記凹凸の表面粗さ（JIS B 0601-1994の十点平均粗さ：Ｒｚ）が、２２μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４１μｍ、及び４９μｍのものを、実施例１ないし６とした。

（比較例）
前記凹凸の表面粗さ（JIS B 0601-1994の十点平均粗さ：Ｒｚ）が、５μｍ、１７μｍ、及び５７μｍのものを、比較例１ないし３とした。

＜スティックスリップ試験＞
（試験方法）
図１及び図２の形態の密封型スラスト軸受を車両のストラット式サスペンション装置に組み込み、外輪２に対して内輪１を揺動させ、加速度センサにより加速度を測定する。
９０℃で３０分加熱した後、常温で３０分放置したものに対し試験を行い、振動加速度が図６（Ａ）のような時間軸波形のものを「○：スティックスリップ挙動なし」と判定し、振動加速度が図６（Ｂ）のような時間軸波形のものを「×：スティックスリップ挙動あり」と判定した。

（試験結果）
試験結果は表１に示すとおりであり、比較例１（５μｍＲｚ）、及び比較例２（１７μｍＲｚ）は、「×：スティックスリップ挙動あり」であり、比較例３（５７μｍＲｚ）は、「○：スティックスリップ挙動なし」であった。
それらに対し、実施例１ないし６（２２μｍＲｚ〜４９μｍＲｚ）は、何れも「○：スティックスリップ挙動なし」であった。

＜シール性試験＞
（試験方法）
図１及び図２の形態の密封型スラスト軸受を車両のストラット式サスペンション装置に組み込み、外輪２に対して内輪１を揺動させ、内側弾性シール材５の内方から径方向外方へ向かって泥水を噴霧し、内側弾性シール材５内への泥水の浸入を確認する。
内側弾性シール材５内への泥水の浸入がないものを「○：泥水浸入なし」と判定し、内側弾性シール材５内への泥水の浸入があるものを「×：泥水浸入あり」と判定した。

（試験結果）
試験結果は表１に示すとおりであり、比較例３（５７μｍＲｚ）は、「×：泥水浸入あり」であり、比較例１（５μｍＲｚ）、及び比較例２（１７μｍＲｚ）は、「○：泥水浸入なし」であった。
それらに対し、実施例１ないし６（２２μｍＲｚ〜４９μｍＲｚ）は、何れも「○：泥水浸入なし」であった。

前記凹凸の表面粗さが、比較例１及び２のように２０μｍＲｚ未満である場合には、油膜保持性能が低下して潤滑不良になりやすく、その結果、前記スティックスリップ現象が発生しやすくなる。また、表面粗さが２０μｍＲｚ未満で、特に表面粗さが小さい場合、前記吸着現象が発生しやすくなる。よって、このような不具合を解消するために、本発明では、前記凹凸の表面粗さを、２０μｍＲｚ以上としている。
また、前記凹凸の表面粗さが、比較例３のように５０μｍＲｚより大きい場合には、シール性が低下しやすく、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が生じやすくなる。よって、このような不具合を解消するために、本発明では、前記凹凸の表面粗さを、５０μｍＲｚ以下としている。

本発明では、内側弾性シール材５のリップ５Ｂの領域Ａに前記表面粗さの凹凸を設けていることから、カチオン塗装を施したスプリングシート８の圧接面Ｐ１に、温度変化による内圧変動でリップ５Ｂが密着する吸着現象が発生したとしても、時間経過とともに前記凹凸の隙間から空気を徐々に逃がすこができるので、吸着現象を解除できる。
また、前記凹凸にグリースが保持されるので、前記実験結果のとおり、潤滑不良に起因して異音が発生したりリップ５Ｂが損傷するスティックスリップ現象の発生を抑制できる。

以上の実施の形態の説明において、密封型スラスト軸受が密封型スラスト玉軸受である場合を示したが、密封型スラスト軸受はすべり軸受であってもよい。

１ 内輪
１Ａ 湾曲部
１Ｂ 内側円筒状部
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 円筒部
８Ｂ，８Ｃ フランジ部
８Ｄ 傾斜部
Ａ スプリングシートに圧接する部分を含む領域
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 圧接面

Claims (1)

1. 車両の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、
   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、スプリングの受け部となるスプリングシートに前記外輪を組み付けて使用する、前記スプリングシートにカチオン塗装を施した密封型スラスト軸受であって、
   前記内側弾性シール材は、前記スプリングシートの円筒部又は円筒状部分の内面に圧接するリップを有し、
   前記外側弾性シール材は、前記スプリングシートの円環部又は円環状部分の上面に圧接するリップを有し、
   前記内側弾性シール材の前記リップにおける、前記スプリングシートに圧接する部分を含む領域に、表面粗さ（JIS B 0601-1994の十点平均粗さ）が、２０μｍＲｚ以上で５０μｍＲｚ以下の凹凸を設けてなり、
   カチオン塗装を施した前記スプリングシートの圧接面に、温度変化による内圧変動で前記リップが密着する吸着現象が発生したとしても、時間経過とともに前記リップに設けた凹凸の隙間から空気を徐々に逃がして前記吸着現象を解除できることを特徴とする密封型スラスト軸受。