JP6576677B2 - 密封形転がり軸受 - Google Patents

Description

この発明は、主として、オルタネータやウォータポンプ等の自動車補機の回転軸を回転自在に支持する密封形転がり軸受に関する。

オルタネータやウォータポンプ、エアコンディショナ用コンプレッサ等の自動車補機の回転軸を回転自在に支持する軸受は、雨水や泥水等に曝される環境下での使用であるため、雨水や泥水の浸入を防止することができる密封形転がり軸受が使用されている。

上記のような自動車補機に組み込まれる密封形転がり軸受は、回転抵抗の小さいものが要望される。その回転抵抗とシール性とは相反する関係にあり、シール部材の軌道輪に対する接触圧を低減することで回転抵抗を低減することができるがシール性が低下し、逆に、シール部材の軌道輪に対する接触圧を高めてシール性を高めると、回転抵抗が大きくなり、回転抵抗とシール性の両方を満足させることはできない。

そのような不都合を解消するため、下記特許文献１に記載された転がり軸受においては、シール部材のシールリップが摺接するシール溝のシール摺接面を含む内輪の表面全体にショットピーニングを施すようにしている。

上記のようなショットピーニングによる表面改質においては、シール摺接面の表面粗さを小さくすることができるため、摩擦特性を改善することができ、しかも、シール摺接面に形成される微細な凹凸部の凹部において潤滑油を保持することができるので、潤滑油の保持特性を高め、密封性を維持しながら回転抵抗を低減することができる。

特開２００６−２６６４９６号公報

ところで、特許文献１に記載された密封形転がり軸受においては、上記のように、密封性を維持しながら回転抵抗を低減することができるが、内輪の外径面に形成されたシール溝内にショットビーズが残存する可能性がある。ショットビーズが残存すると、内輪の外径面に形成された軌道溝内に侵入し、転動体との間で噛み込みが生じて軸受機能を低下させることになる。

また、ショットピーニングを施す分、内輪の加工に時間を要し、コストを高めることになる。

この発明の課題は、軸受の信頼性およびシール性を維持する状態で回転抵抗の低減を図ることができるようにした密封形転がり軸受を提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明においては外輪と内輪間に転動体を組み込み、前記外輪と前記内輪の対向部間に形成された軸受空間の両端開口部にシール芯金により補強されたシール部材を組み込んで外周部を前記外輪で支持し、そのシール部材の内周部に設けられたシールリップを内輪の外周表面に接触させて前記軸受空間を密封した密封形転がり軸受において、前記シールリップの前記内輪に対する接触面の全体にわたって微小な凹凸部を設け、前記凹凸部における凹部の深さが９．７μｍ〜１０．３μｍの範囲とされた構成を採用したのである。

上記のように、シールリップの内輪に対する接触面に微小な凹凸部を設けることにより、その凹凸部の凹部に潤滑油を保持することができ、密封性を維持する状態で回転抵抗を低減することができる。

また、シールリップに凹凸部を設けることで、ショットピーニング加工のようにショットビーズが軸受内部に侵入して軸受機能を低下させるという問題の発生はなく、軸受の信頼性を低下させることなく回転抵抗を低減させることができ、しかも、内輪に対して何も加工する必要がないため、加工コストを高めることはない。

上記凹凸部において、凹部の深さが９．７μｍ未満であると内輪に対する接触面積が多くなってトルクが大きくなるが、９．７μｍ以上としているため、トルクが増大するようなことはない。また、１０．３μｍを超えるとシール性が悪くなるが、１０．３μｍ以下としているため、良好なシール性を得ることができる。

ここで、射出成形用金型においては、キャビティ表面に電子ビームの照射による溶融加工でキャビティ表面に微小な凹凸部を形成する、所謂、テクスチャ加工と称される加工によって離型性を高めることが行われている。そこで、シール部材を成形する金型のシールリップを成形するキャビティ表面にテクスチャ加工を施してキャビティ表面に微小な凹凸部を形成し、その凹凸部をシール部材の成形時にシールリップの接触面に転写させることにより、微小な凹凸部を簡単に形成することができる。

この発明に係る密封形転がり軸受において、凹凸部における凹部は、円形のドットからなるものであってもよく、格子状模様あるいは放射状模様を形成する直線溝からなるものであってもよい。

ここで、シール部材の外側面に径の異なる複数の円周溝を同心円状に設けておくと、シール部材の表面積が大きくなって放熱効果を高め、シールリップの発熱を抑え、硬化や変形を抑制することができる。

また、外側面に同心円状の複数の円周溝を有するシール部材の外側位置に上記円周溝との間でラビリンスを形成する環状のスリンガを設けておくと、回転トルクを損失させることなくシール性（密封性）を高めることができる。

さらに、シール部材におけるシール芯金の幅方向中央部を内外に露出させることにより、円周溝の形成によって表面積を大きくするシール部材に比較してより高い放熱効果を得ることができ、シールリップの発熱を抑え、硬化や変形をより効果的に抑制することができる。

また、シール部材におけるシールリップを、単一のアキシャルシールリップと、軸方向に間隔をおいて設けられた複数のラジアルシールリップとで形成し、それぞれのシールリップの内輪に対する接触面のそれぞれに微小な凹凸部を設けることによって、凹凸部を有していない単一のアキシャルシールリップと単一のラジアルシールリップで形成される従来から知られているシール部材と対比して、回転トルクを変えずにシール性を向上させることができる。

この発明においては、上記のように、シールリップの内輪に対する接触面の全体にわたって微小な凹凸部を設けたことにより、その凹凸部の凹部で潤滑油を保持することができ、密封性および軸受の信頼性を維持する状態で回転抵抗を低減することができる。

この発明に係る密封形転がり軸受の第１の実施の形態を示す縦断面図 図１のシール部材の内輪に対するリップ接触部を拡大して示す断面図 （ａ）、（ｂ）は、凹凸部における凹部の各例を示す正面図 （ａ）はこの発明に係る密封形転がり軸受の第２の実施の形態を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）の一部を示す側面図 この発明に係る密封形転がり軸受の第３の実施の形態を示す縦断面図 この発明に係る密封形転がり軸受により支持された回転軸にスリンガを設けた状態の断面図 この発明に係る密封形転がり軸受の第４の実施の形態を示す縦断面図 この発明に係る密封形転がり軸受の第５の実施の形態を示す縦断面図

以下、この発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図１は、この発明に係る密封形転がり軸受の第１の実施の形態を示す。密封形転がり軸受として、ここでは、密封形の深みぞ玉軸受が示されている。この深みぞ玉軸受は、外輪１０と、その内側に組込まれた内輪２０と、その両輪１０、２０間に組み込まれたボールからなる転動体３０と、その転動体３０を支持する保持器４０および外輪１０と内輪２０の対向面間に形成された軸受空間の両端開口を密封する一対のシール部材５０とからなる。

外輪１０の内径面には、軌道溝１１と、その両側に一対のシール支持溝１２とが形成されている。一方、内輪２０の外径面には、外輪１０の軌道溝１１と径方向で対向する軌道溝２１が形成され、その内輪軌道溝２１と外輪軌道溝１１間に転動体３０が組込まれている。

また、内輪２０の外径面には、上記軌道溝２１の両側に一対のシール溝２２が設けられ、そのシール溝２２のそれぞれ外側に小径円筒面２３が形成されている。

シール部材５０は、耐摩耗性、耐熱性および耐油性に優れた摩擦係数の小さい合成樹脂からなる。そのような樹脂として、ＰＴＦＥ、ＰＦＴ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂を挙げることができる。なお、合成樹脂に代えて、耐摩耗性、耐熱性および耐油性に優れた摩擦係数の小さい合成ゴムで形成してもよい。

シール部材５０は、シール芯金５５によって補強されている。シール芯金５５は環状板部５５ａの外周部に円筒部５５ｂを設けた断面Ｌ字状をなし、上記環状板部５５ａの内周部には円筒部５５ｂと同方向に向く傾斜部５５ｃが設けられている。

シール部材５０は、シール芯金５５の円筒部５５ｂおよび環状板部５５ａの外表面の全体を覆うようにしてシール芯金５５に固着一体化されており、外周部には厚肉部５１が設けられ、その厚肉部５１が外輪１０のシール支持溝１２に圧入支持されている。

また、シール部材５０の内周部には、シール芯金５５の傾斜部５５ｃを覆う傾斜部５２が設けられ、その傾斜部５２の内周部に内向きのアキシャルシールリップ５３と、外向きのラジアルシールリップ５４が設けられている。

図２に示すように、アキシャルシールリップ５３の先端部は内輪２０におけるシール溝２２の内側面２２ａに弾性接触し、一方、ラジアルシールリップ５４の先端部は内輪２０の外径面両側に形成された小径円筒面２３に弾性接触して、軸受空間を密封している。

アキシャルシールリップ５３のシール溝２２の内側面２２ａに対する接触面およびラジアルシールリップ５４の小径円筒面２３に対する接触面には全体にわたって微小な凹凸部６０が一様に設けられている。

凹凸部６０における凹部６０ａとして、ここでは、図３（ａ）に示すように、径方向および周方向に間隔をおいて設けられた円形のドットからなるものを採用している。このようなドットからなる凹部６０ａに代えて、図３（ｂ）に示される直線溝からなる凹部６０ａを採用してもよく、あるいは、波紋模様を形成する円周溝や周方向に不連続の弧状溝を採用してもよい。

直線溝からなる凹部６０ａの採用においては、図３（ｂ）に示すように、直線溝６０ａで斜め格子模様を形成する形成としてもよく、あるいは、図では省略したが、放射状模様を形成する形成としてもよい。

凹凸部６０は、アキシャルシールリップ５３およびラジアルシールリップ５４のそれぞれに直接形成してもよい。また、シール部材５０を成形する金型のキャビティ表面に電子ビームを照射してリップ成形部に微小な凹凸部を設け、シール部材５０の成形時に、その凹凸部をアキシャルシールリップ５３およびラジアルシールリップ５４のそれぞれに転写させるようにしてもよい。後者の転写による形成においては、凹凸部６０を極めて容易に形成することができる。

図２に示すように、アキシャルシールリップ５３のシール溝２２の内側面２２ａに対する接触面およびラジアルシールリップ５４の小径円筒面２３に対する接触面のそれぞれに微小な凹凸部６０を設けることにより、その凹凸部６０の凹部６０ａにおいて潤滑油を保持することができ、密封性を維持する状態で回転抵抗を低減することができる。

ここで、凹凸部６０の半円形凹部６０ａの深さを種々変化させてシール性および内輪２０に対する負荷トルクの変化について試験をしたところ、表１に示す結果を得た。
なお、表１のシール性の良否判別において、◎は最良、○は良好、△は普通、×は不良を示し、一方、トルクの良否判別において、◎は極めて小さく、○、△、×に至る従ってトルクが次第に大きくなっていることを示している。

表１から明らかなように、凹部６０ａの深さが９．５μｍ以下であると、シール性は良好であるが、トルクが大きくなり、また、１０．５μｍ以上になると、トルクは小さくなるがシール性が悪くなるため、凹部６０ａの深さは９．７μｍ〜１０．３μｍの範囲としている。

図４乃至図８は、この発明に係る転がり軸受の他の実施の形態を示す。図４（ａ）、（ｂ）に示す第２の実施の形態においては、シール部材５０の外側面に径の異なる複数の円周溝５７を同心円状に設けている。

上記のように、シール部材５０の外側面に径の異なる複数の円周溝５７を同心円状に設けておくと、シール部材５０の表面積が大きくなって放熱効果を高めることができる。その結果、アキシャルシールリップ５３およびラジアルシールリップ５４の発熱を抑え、それぞれのリップの硬化や変形を抑制することができる。

図５に示す第３の実施の形態においては、内輪２０の外径面における両端部に小径円筒面２４を設け、その小径円筒面２４に環状スリンガ７０の内周に設けられた円筒部７０ａを圧入し、そのスリンガ７０を、外側面に同心円状の複数の円周溝５７を有するシール部材５０の外側位置に対向配置して、その対向部間にラビリンス７１を設けている点、シール部材５０のアキシャルシールリップ５３を小径円筒面２４の付け根から径方向外方に延びる端面２５に接触させている点、および、ラジアルシールリップ５４をスリンガ７０の円筒部７０ａの外径面に接触させている点で、図４に示す転がり軸受と相違している。

図５に示すように、外側面に同心円状の複数の円周溝５７を有するシール部材５０の外側位置にスリンガ７０を対向配置して、その対向部間にラビリンス７１を形成することにより、回転トルクを損失させることなくシール性を高めることができる。

図５では、内輪２０の小径円筒面２４にスリンガ７０を取り付けるようにしたが、図６に示すように、転がり軸受Ａで回転自在に支持される回転軸Ｂの外径面にスリンガ７０を取り付けて、そのスリンガ７０とシール部材５０の対向部間にラビリンス７１を形成するようにしてもよい。この場合、図１に示す実施の形態と同様に、シール部材５０のアキシャルシールリップ５３をシール溝２２の内側面２２ａに接触させると共に、ラジアルシールリップ５４を内輪２０の小径円筒面５４に接触させるようにする。

図７に示す第４の実施の形態においては、シール部材５０を補強するシール芯金５５の幅方向中央部に断面コの字状の膨出部５６を設け、その膨出部５６をシール部材５０の内外に露出させている。

上記のように、膨出部５６をシール部材５０の内外に露出させることにより、図４に示す円周溝５７付きのシール部材５０に比較して高い放熱効果を得ることができ、シールリップ５３、５４の発熱を抑え、硬化や変形をより効果的に抑制することができる。

図８に示す第５の実施の形態においては、シール部材５０の内周に微小凹凸部６０を有する二つのラジアルシールリップ５４ａ、５４ｂを内外に設けている点で図２に示す転がり軸受と相違している。

上記のように、シール部材５０の内周に微小凹凸部６０を有する二つのラジアルシールリップ５４ａ、５４ｂを設けることにより、内輪２０に対する接触面に微小な凹凸部が形成されていない単一のアキシャルシールリップと単一のラジアルシールリップで形成される一般的に知られているシール部材と対比して、回転トルクを変えずにシール性を向上させることができる。

１０ 外輪
２０ 内輪
３０ 転動体
５０ シール部材
５３ アキシャルシールリップ
５４ ラジアルシールリップ
５５ シール芯金
５７ 円周溝
６０ 凹凸部
６０ａ 凹部

Claims (4)

1. 外輪（１０）と内輪（２０）間に転動体（３０）を組み込み、前記外輪（１０）と前記内輪（２０）の対向部間に形成された軸受空間の両端開口部にシール芯金（５５）により補強されたシール部材（５０）を組み込んで外周部を前記外輪（１０）で支持し、そのシール部材（５０）の内周部に設けられたシールリップを内輪（２０）の外周表面に接触させて前記軸受空間を密封した密封形転がり軸受において、
   前記シールリップの前記内輪（２０）に対する接触面の全体にわたって一様に微小な凹凸部（６０）を設け、前記凹凸部（６０）における凹部（６０ａ）深さが９．７μｍ〜１０．３μｍの範囲とされたことを特徴とする密封形転がり軸受。
2. 前記凹凸部（６０）が、前記シール部材（５０）を成形する成形金型の、テクスチャ加工されたキャビティ表面の微小な凹凸部の転写によって形成された請求項１に記載の密封形転がり軸受。
3. 前記凹凸部（６０）における凹部（６０ａ）が、円形のドットまたは直線溝からなる請求項１又は２に記載の密封形転がり軸受。
4. 前記シール部材（５０）におけるシールリップが、アキシャルシールリップ（５３）と、軸方向に間隔をおいて設けられた複数のラジアルシールリップ（５４）とからなり、それぞれのシールリップ（５３、５４）の内輪（２０）に対する接触面のそれぞれに微小な凹凸部（６０）を設けた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の密封形転がり軸受。

Images