JP6887046B2 - 円すいころ軸受 - Google Patents

Description

この発明は、転がり軸受及びシール部材を備える円すいころ軸受に関する。

従来、自動車、各種建設用機械等の車両に搭載されたトランスミッション、ディファレンシャル等の回転部を支持する用途において、玉軸受で対応できない負荷の場合、円すいころ軸受が利用されている。

円すいころ軸受をトランスミッションに適用する場合、ミッションハウジング内にギアの摩耗粉等の異物が混在するため、シール部材により、軸受内部空間への異物侵入を防ぎ、円すいころ軸受の早期破損を防止することが行われている。

一般的なシール部材は、ゴム状材料等で形成されたシールリップを有する。軌道輪、スリンガ等、シール部材に対して周方向に回転する軸受部品には、シールリップを滑り接触させるシール摺動面が形成されている。シールリップとシール摺動面が全周に亘って滑り接触するため、シールリップの引き摺り抵抗（シールトルク）による軸受トルクの上昇を招く。また、その滑り接触の摩擦は、転がり軸受の温度上昇を促進する。この温度上昇が進むと、軸受内部空間及び外部間の圧力差による吸着作用を招き、その摩擦が大きくなる。

このようなシール部材のシールトルクを抑えるため、シール摺動面にショットピーニングを施すことにより、最大粗さＲｙ２．５μｍ以下の微小凹凸を有するシール摺動面とし、その凹部に貯留した潤滑油によりシールリップ及びシール摺動面間の油膜形成を促進することが提案されている（特許文献１）。

特開２００７−１０７５８８号公報

しかしながら、特許文献１のようなショットピーニングによる低トルク化は、シールリップとシール摺動面間のすべり面積を低減させることでもたらされているが、その低減に限界があるので、達成し得る低トルク化が限られていた。特に円すいころ軸受は、玉軸受よりもトルクが大きい問題があり、そのためシール部材を設けない場合もある。また、その形状に由来したポンピング作用により軸受内部へ潤滑剤が流入して、潤滑剤の撹拌抵抗が大きくなることや、潤滑剤と一緒に異物も流入するので、異物により軸受の転動面に傷が付かないように内外輪に特殊熱処理等の硬化処理を必要とすることがあった。

また、軸受運転の初期は、潤滑油の温度が比較的低いため、潤滑油の粘度が比較的高く、油膜を形成し易い潤滑条件にあるが、運転継続で油温が上昇して粘度が低下すると、油膜が切れ易い潤滑条件となる。軸受を高速運転する程、シールリップに対するシール摺動面の相対的な周速が大となり、シールリップ及びシール摺動面間の摩擦に伴う発熱が大となるので、油温上昇やシールリップの摩耗が進み易くなる。このため、円すいころ軸受の高速運転や許容回転速度には、潤滑条件から限界がある。電気自動車（ＥＶ）では、駆動系の回転部を支持する円すいころ軸受の高速運転の要求が強いが、ショットピーニングによる低トルク化では要求に応えきれない。

非接触シール部材とすれば、シールトルクを無くすことは可能だが、シール部材及び軸受部品間の隙間の大きさについて所定粒径の異物侵入を防止できるような各種誤差の管理が難しくなる。

上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、所定粒径の異物侵入を防ぎつつ、円すいころ軸受の低トルク化や高速化や低コスト化を図ることである。

上記の課題を達成するため、この発明は、大つば及び小つばを有する内輪と、外輪と、これら内輪及び外輪の軌道面間に介在する複数の円すいころとを備える円すいころ軸受において、前記内輪及び外輪間に形成された軸受内部空間の両端を密封する二つのシール部材と、前記シール部材に設けられたシールリップと、前記シールリップに対して周方向に摺動するシール摺動面と、前記シールリップの少なくとも周方向一箇所に形成され、前記軸受内部空間及び外部間に亘って連通する油通路を前記シール摺動面及び当該シールリップ間に生じさせる突起と、をさらに備え、前記シールリップに、当該シールリップ及び前記シール摺動面間を流体潤滑状態にすることが可能な態様で前記突起が形成されている構成にしたものである。

上記構成によれば、円すいころ軸受の軸受内部空間を密封するシール摺動面及びシールリップ間において突起による油通路が生じ、油通路内の潤滑油が軸受回転に伴ってシール摺動面及びシールリップ間にくさび効果で引きずり込まれ、この間での油膜形成を促進する。このため、シールリップとシール摺動面とが油膜によって完全に分離されて直接接触しない状態（すなわち流体潤滑状態）で軸受運転を行えるので、シールトルクを実質的に零に近づけ、シールリップが実質的に摩耗せず、シールリップ及びシール摺動面間の摺動による発熱を抑えることができる。したがって、シールリップに対するシール摺動面の相対的な周速として許容し得る速度も高くなり、従来では達成できなかったシール付軸受の高速運転の要求にも応えることが可能となる。さらには、吸着作用も防止される。
また、油通路を通過可能な異物の粒径は、突起の突出高さに基づいて定めることができる。従い、侵入を防止すべき粒径を任意に定め、その所定粒径の異物が油通路から侵入しないようにすることが可能である。
特に円すいころ軸受は、低トルク化によりシール部材を設けることができるようになる。また、ポンピング作用による軸受内部への潤滑剤の流入を抑制し、潤滑剤の撹拌抵抗を抑えることで、軸受自身の低トルク化を実現できる。さらに、潤滑剤と一緒に流入する異物を防ぐことで、内外輪への特殊処理を不要とし、コストの低減も実現できる。
このように、この発明は、上記構成の採用により、所定粒径の異物侵入を防ぎつつ、円すいころ軸受の低トルク化や高速化やコスト低減を図ることができる。

この発明の第１の実施例に係る円すいころ軸受を示す断面図 図２の図中右側のシール部材のシールリップ付近の拡大図 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の拡大断面図 第１の実施例に係るシールリップを軸方向から示す部分正面図 車両のトランスミッション（ＡＴ／ＭＴ）内の潤滑油に含まれた異物の粒径分布と数を示す図 図５の粒径分布の割合を示す円グラフ 車両のトランスミッション（ＣＶＴ）内の潤滑油に含まれた異物の粒径分布と数を示す図 図７の粒径分布の割合を示す円グラフ 流体潤滑モードを説明する潤滑領域図 第１の実施例での突起間の間隔と理論油膜厚さとの関係を示す図 この発明の第２の実施例に係るシールリップを示す部分斜視図 （ａ）は図１１のシールリップの加硫成形の様子を示す模式図、（ｂ）は前記（ａ）で成形されたシールリップの模式図 （ａ）は仮想モデルのシールリップの加硫成形の様子を示す模式図、（ｂ）は前記（ａ）で成形されたシールリップの模式図 この発明の第３の実施例に係るシールリップ付近を示す断面図 この発明に係る円すいころ軸受を備えるトランスミッションの一例を示す断面図

この発明の好ましい実施形態を説明する。
第１の実施形態では、前記大つばに形成された前記シール摺動面の径と、前記小つばに形成された前記シール摺動面の径とが相異しており、前記大つば側の前記シール摺動面と同側に配置された前記シール部材での前記突起の数と、前記小つば側の前記シール摺動面と同側の前記シール部材での前記突起の数とが相異している。内輪の大つば及び小つば間に外径差があり、負荷側のシール摺動面の径と非負荷側のシール摺動面の径とを同径に形成することは困難であるから、これらシール摺動面の径を相異させることが好ましい。そうすると、大つばに形成されたシール摺動面は、小つばに形成されたシール摺動面よりも大径になるので、内輪と外輪の相対回転時、大つば側のシールリップに対するシール摺動面の相対的な周速は、小つば側のシールリップに対するシール摺動面の相対的な周速よりも高速になる。また、内輪と外輪の相対回転時、円すい面状の軌道面や、前述の小つば及び大つば間の外径差により、軸受内部空間には、小つば側から大つば側へ潤滑油を送るポンプ作用が生じる。これら周速差やポンプ作用の影響により、大つば側のシール摺動面及びシールリップ間と、小つば側のシール摺動面及びシールリップ間とでは潤滑条件が相異する。第１の実施形態によれば、大つば側のシール部材での突起の数と、小つば側のシール部材での突起の数とが相異しているので、内輪と外輪間の相対回転１回転当りの突起の通過回数を大つば側及び小つば側のそれぞれで適切とし、これら両側で同等の油膜を形成したり、油膜の厚さを最適化したりすることができる。

第２の実施形態では、前記大つばに形成された前記シール摺動面の径と、前記小つばに形成された前記シール摺動面の径とが相異しており、前記大つば側の前記シール摺動面と同側に配置された前記シール部材での前記突起の周方向ピッチ角度と、前記小つば側の前記シール摺動面と同側の前記シール部材での前記突起の周方向ピッチ角度とが相異している。第２の実施形態によれば、大つば側のシール部材での突起の周方向ピッチ角度と、小つば側のシール部材での突起の周方向ピッチ角度とが相異しているので、内輪と外輪間の相対回転１回転当りの突起の通過回数を負荷側及び非負荷側のそれぞれで適切とし、これら両側で同等の油膜を形成したり、油膜の厚さを最適化したりすることができる。

第３の実施形態では、前記突起が、周方向全周に亘って均一間隔で配置されている。第３の実施形態によれば、シール摺動面の全周に亘って油膜形成を均一に促進することができる。

第４の実施形態では、前記突起と前記シール摺動面間の隙間は、油通路側で大、突起側で小のくさび状に形成されている。第４の実施形態によれば、軸受回転に伴い、油通路内の潤滑油は、突起とシール摺動面間の隙間で生じるくさび効果によって突起側へ引きずり込まれ易くなり、突起とシール摺動面間に油膜が形成され易くなる。また、くさび状に対応の突起形状により、シールトルクへの影響が大きい摺動接触の面積を減らすこともできる。

第５の実施形態では、前記突起が、周方向と直交する向きに延びており、当該突起が、周方向幅の両端から周方向幅の中央に向かって次第に前記シール摺動面に接近するＲ形状になっている。第５の実施形態によれば、突起がシール摺動面との摺動方向である周方向に直交する向きに延び、かつ突起が摺動接触し得る領域を減らすＲ形状になっているので、突起とシール摺動面の摺動接触する領域を線状にすることができる。また、このようなＲ形状にすると、前述のくさび状の隙間のくさび角度が広大側から狭小側に向かって次第に小さくなることから、くさび効果を効果的に発生させて線状領域での油圧を高めることができ、突起とシール摺動面との間の潤滑状態を流体潤滑状態とすることが容易となる。また、シール部材の取り付け時、突起がシール摺動面に擦られても、Ｒ形状の突起が周方向に曲がってしまう懸念がなく、取り付け時にシールトルクの低減性能を損なう恐れがない。

以下、この発明に係る第１の実施例を図１〜図９に基づいて説明する。図１に示すように、第１の実施例は、内輪１１０と、外輪１２０と、保持器１３０に保持された複数の円すいころ１４０と、二つのシール部材１５０、１６０とを備える円すいころ軸受１００となっている。なお、以下では、円すいころ軸受１００の軸受中心軸に沿った方向を「軸方向」という。軸方向に直交する方向を「径方向」という。軸受中心軸回りの円周方向を「周方向」という。

内輪１１０及び外輪１２０によって環状の軸受内部空間１７０が形成される。

内輪１１０は、回転軸（図示省略）に取り付けられ、回転軸と一体に回転する。回転軸は、例えば、車両のトランスミッション又はディファレンシャルの回転部として設けられる。外輪１２０は、ハウジング、ギア等、前記回転軸からの荷重を負荷させる部材に取り付けられる。

内輪１１０及び外輪１２０は、それぞれ円すい面状の軌道面１１１、１２１を有する。複数の円すいころ１４０は、軸受内部空間１７０内で内輪１１０及び外輪１２０の軌道面１１１、１２１間に介在しながら公転する。軸受内部空間１７０には、グリース、オイルバス等の適宜の手段により、潤滑油が供給される。

内輪１１０は、大つば１１２及び小つば１１３を有する。大つば１１２は、軸受運転中、円すいころ１４０の大端面を案内し、アキシアル荷重を受ける。小つば１１３は、大つば１１２よりも小さな外径をもち、円すいころ１４０の小端面を受けて円すいころ１４０の内輪１１０からの脱落を防止する。

シール部材１５０、１６０は、その外周縁を外輪１２０の内周端部に圧入することにより、外輪１２０に取り付けられる。なお、外輪１２０の内周端部にシール溝を形成し、ここにシール部材１５０、１６０の外周縁を圧入するようにしてもよい。

シール部材１５０、１６０は、軸受内部空間１７０及び外部間を区切り、軸受内部空間１７０の両端を密封する。シール部材１５０、１６０を境界とした外部側には、ギアの摩耗粉、クラッチの摩耗粉、微小砕石等、円すいころ軸受１００の組み込み先に応じた異物が存在する。このような粉状の異物は、潤滑油や雰囲気の流れによってシール部材１５０、１６０付近に到達し得る。シール部材１５０、１６０は、外部から軸受内部空間１７０への異物侵入を防止する。

シール部材１５０、１６０は、その内周側で舌片状に突き出たシールリップ１５１、１
６１を有する。シールリップ１５１、１６１は、ラジアルリップになっている。

ここで、ラジアルリップは、軸方向に沿ったシール摺動面又は軸方向に対して４５°以内の鋭角の勾配をもったシール摺動面と密封作用を奏するシールリップであって、当該シール摺動面との間に径方向の締め代をもったもののことをいう。

図中右側のシール部材１５０のシールリップ１５１に対して周方向に摺動するシール摺動面１１４は、内輪１１０の大つば１１２の外径を規定する円筒面状に形成されている。図中左側のシール部材１６０のシールリップ１６１に対して周方向に摺動するシール摺動面１１５は、小つば１１３の外径を規定する円筒面状に形成されている。大つば１１２に形成されたシール摺動面１１４と、小つば１１３に形成されたシール摺動面１１５との間に大きな径差があるため、軸受運転中、図中右側のシール摺動面１１４の周速は、図中左側のシール摺動面１１５よりも高速になる。また、軸受運転中、軸受内部空間では、前述の大つば１１２及び小つば１１３間の径差や、円すい面状の軌道面１１１、１２１の存在により、潤滑油を図中左側から右側へ送るポンプ作用が生じる。

図中右側のシール部材１５０と、図中左側のシール部材１６０との間には、外輪１２０の図中右側の内周端部と図中左側の内周端部間の径差に対応の外径差と、内輪１１０の図中右側のシール摺動面１１４と図中左側のシール摺動面１１５間の径差に対応の内径差とが設定されているが、それ以外では同様の構造となっている。そこで、シール部材１５０、１６０の更なる詳細については、図中右側のシール部材１５０を代表例として説明し、シール部材１６０については必要に応じてシール部材１５０と対応の番号を図１中に付すに留める。

図１のシール部材１５０のシールリップ１５１付近を図２に拡大して示す。また、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図を図３に示す。この断面は、シールリップ１５１とシール摺動面１１４との間におけるシール摺動面１１４との直交方向の隙間（後述の油通路１８０を含む）について、設計上、シール摺動面１１４との直交方向に最も狭いところでの様子を示すものである。また、シールリップ１５１を軸受内部空間側から軸方向に視たときの外観を図４に示す。図４は、図１に示すシール部材１５０の単独かつ自然な状態におけるシールリップ１５１の外形を描いたものである。ここで、自然な状態は、単独の状態にあるシール部材に外力が作用していない、すなわち当該シール部材が外力によって変形していない状態のことをいう（以下、この状態のことを単に「自然状態と呼ぶ」。）。

図２〜図４に示すように、シールリップ１５１は、シール摺動面１１４との直交方向、すなわちシール摺動面１１４に接する接線に垂直な法線方向に突出高さをもった突起１５２を有する。シール摺動面１１４が軸受中心軸を中心とした円筒面状なので、これとの直交方向は、径方向に相当する。

シールリップ１５１は、シール部材１５０の自然状態においてシールリップ１５１の内径を規定する先端１５３を有する。

シールリップ１５１及びシール摺動面１１４間に径方向の締め代が設定されている。この締め代により、シール摺動面１１４に径方向に押し付けられたシールリップ１５１が外部側へ曲がったゴム状弾性の変形を生じ、シールリップ１５１の緊迫力を生む。シール部材１５０の取り付け誤差、製造誤差等は、シールリップ１５１の曲がり具合の変化によって吸収される。

突起１５２は、周方向と直交する向きに延びている。突起１５２は、シールリップ１５１の先端１５３まで及んでおり、シール摺動面１１４との間に径方向の締め代をもった範
囲の概ね全域に亘って形成されている。

突起１５２は、周方向に一定の間隔ｄで並んでいる。シールリップ１５１を軸方向から視た外観で考えると、複数の突起１５２が、間隔ｄに対応の一定のピッチ角度θで周方向に配置された放射状となって現れている。なお、放射中心は、図外のシール部材１５０の中心軸（軸受中心軸に一致）上にある。

周方向に隣り合う突起１５２間の間隔ｄ及び突起１５２の周方向幅ｗは、放射状に配置された各突起１５２がシールリップ１５１の先端１５３付近に存在していることと相俟って、シールリップ１５１が各突起１５２上でのみシール摺動面１１４と摺動接触し得るものとなり、各突起１５２間に油通路１８０が常に生じさせられるように設定されている。すなわち、シール部材１５０の取り付け時、シール摺動面１１４に接触する突起１５２がシールリップ１５１の緊迫力に抗して突っ張ることにより、突起１５２を境とした周方向両側において軸受内部空間１７０及び外部間に亘って連通する油通路１８０が生じる。潤滑油は、外部から油通路１８０を通って軸受内部空間１７０へ至る。軸受内部空間１７０内に入った潤滑油や、グリースを封入している場合の基油は、軸受内部空間１７０から油通路１８０を通って外部へ至る。

油通路１８０を通過可能な粒径は、突起１５２のシール摺動面１１４との直交方向の突出高さｈに基づいて定めることができる。従い、第１の実施例は、侵入を防止すべき粒径を任意に定め、その所定粒径の異物が油通路１８０から軸受内部空間１７０へ侵入しないようにすることが可能である。

転がり軸受の早期破損原因となるような摩耗粉は、粒径５０μｍを超えるような異物である。突起１５２の突出高さｈを０．０５ｍｍ以下に設定しておけば、そのような摩耗粉が通過できない油通路１８０を生じさせることができる。一方、油通路１８０の通油性を良好にするため、突起１５２の突出高さｈを０．０５ｍｍ以上に設定することが好ましい。

突起１５２及びシール摺動面１１４間に生じる隙間は、油通路１８０に周方向に近い側が大、突起１５２に周方向に近い側が小となるくさび状に形成されている。図３に示すように、内輪１１０の回転に伴い、シール摺動面１１４がシールリップ１５１に対して周方向に回転するとき（同図中に回転方向を矢線Ａで示す。）、油通路１８０内の潤滑油（図中にドット模様で示す。）は、シール摺動面１１４の回転に伴ってシール摺動面１１４及びシールリップ１５１の突起１５２間に引きずり込まれ、この間での油膜形成を促進する。このため、シールリップ１５１とシール摺動面１１４間の摩擦係数（μ）が低下し、シールトルクが低減する。さらに、軸受内部空間１７０及び外部間の通油性は、油通路１８０によって向上する。このため、円すいころ軸受１００の温度上昇が抑制され、ひいては、シールリップ１５１の吸着作用も防止される。

図１に示すように、シール部材１５０は、金属板製の芯金１５５と、芯金１５５の少なくとも内径部に付着した加硫ゴム材１５６により形成されている。シールリップ１５１は、加硫ゴム材１５６により舌片状に形成されている。芯金１５５は、周方向全周に亘る環状に形成されたプレス加工部品になっている。加硫ゴム材１５６は、加硫成形されたゴム部になっている。シール部材１５０は、例えば、芯金１５５を型に入れて加硫ゴム材１５６を加硫成形することにより、一体の部品として製造される。加硫ゴム材１５６は、芯金１５５の全体に付着させてもよいし、芯金１５５の内径部のみに付着させてもよい。

このように、第１の実施例は、シールリップ１５１の加硫成形時に突起１５２をシールリップ１５１に形成することが可能であり、また、シール摺動面１１４を加工の容易な円
筒面状、溝状等、全周に亘って同じ断面形状として軌道輪に直接形成することが簡単である。

シールリップ１５１の緊迫力や潤滑油の油圧により、中実な突起１５２に実質的変形（突起１５２とシール摺動面１１４間の潤滑性能に影響を及ぼすような変形）が生じないようになっている。したがって、軸受運転中の突起１５２の形状は、シールリップ１５１の加硫成型の際に転写された形状と同じに考えてよい。

この円すいころ軸受１００は、車両のトランスミッション内の回転部を支持する用途を想定している。車両のトランスミッション内に存在する円すいころ軸受への給油は、一般に、跳ねかけ、オイルバス、ノズル噴射等の適宜の方式で行われる。よって、円すいころ軸受の内輪もしくは外輪に固定されるシールの周辺には、潤滑油が存在する。給油される潤滑油は、トランスミッション内に存在するギア等の他の潤滑部分でも共通に用いられるものである。その潤滑油は、オイルポンプで循環されており、その循環経路に設けられたオイルフィルタによって濾過される。

本願の発明者は、実際に市場で使用された潤滑油を車両の走行距離別に回収し、それら使用済み潤滑油に混ざっている異物の数、異物の粒径の分布、異物の材料を調べた。そのオーマチックトランスミッション（ＡＴ）又はマニュアルトランスミッション（ＭＴ）の車両８台から回収した潤滑油について調べた異物の数と粒径分布を図５に示す。図５の縦軸は対数目盛りとし、横軸に車両の走行距離を取り、その縦軸に異物（微粒きょう雑物）の１００ｍｌ当りの個数を取っている。計数対象とする異物は、粒径５μｍ以上のものとした。計数は、粒径の区分ごとに行った。その区分は、粒径５μｍ以上１５μｍ未満、粒径１５μｍ以上２５μｍ未満、粒径２０μｍ以上５０μｍ未満、粒径５０μｍ以上１００μｍ未満、粒径１００μｍ以上としている。ここでの測定は、ハイアックロイコ社製の型番８０００Ａの測定機にて、微粒きょう雑物質量法を用いた。図５の粒径分布を図６に円グラフで示す。

図７は、無段変速機（ＣＶＴ）の車両１０台から回収した潤滑油について調べた異物の数と粒径分布を図５と同様に示した。図７の粒径分布を図８に円グラフで示す。回収対象とした車両メーカー、車種、走行距離はばらばらであるが、図５、図６と図７、図８との比較から明らかなように、ギアが多用されるＡＴ／ＭＴの方がＣＶＴよりも異物の粒径、異物の数ともに多い傾向が認められた。また、トランスミッションの形式を問わず、粒径の分布としては、５０μｍ以下のものが９９．９％以上を占めた。粒径５０μｍを超える異物の数は、走行距離が大きくなってもＡＴ／ＭＴの場合で１０００個未満、ＣＶＴの場合で２００個未満であった。このことは、近年、オイルフィルタの性能が向上し、潤滑油中の異物が微細化している（つまり大きな粒径の異物がオイルフィルタで取り除かれる）ことを示している。

一方、軸受内部の潤滑油が異物を含む場合に、その異物の粒径と軸受寿命との関係について調査を行なったところ、粒径の大きな異物が多くなる程に軸受寿命が低下する傾向は存在するが、近年のトランスミッション内の環境のように粒径５０μｍ以上の異物が少々存在する程度であれば、シールが無い状態で、異物が軸受内部に入っても、転がり軸受の寿命比（実際寿命の計算寿命に対する比）が、自動車のトランスミッションでの実用に十分耐えうる値（例えば７〜１０倍程度）を示すことが分かった。

以上の結果に基づき、車両のトランスミッションやディファレンシャルギヤ等の駆動系の回転部支持に用いられる円すいころ軸受に対し、オイルフィルタで濾過される潤滑油を給油する場合、粒径５０μｍを超えるような大きな異物が軸受内部へ侵入することをシール部材で防止する限り、潤滑油に含まれる粒径５０μｍ以下の異物が軸受内部に侵入する
ことを許容しても軸受寿命に問題を起こさない、といえる。そして、これを許容するのならば、シールリップとシール摺動面間での潤滑油の流通を潤沢に確保し、前述のくさび効果と相俟ってシールリップとシール摺動面間を流体潤滑状態にすることが実現可能である。

そこで、図２、図３に示すように、突起１５２の高さｈは、０．０５ｍｍに設定されている。この突起１５２の高さｈは、設計上、シール摺動面１１４と摺動接触し得る範囲内において最も高い位置での値である。この位置は、各突起１５２とシール摺動面１１４との間に設定された締め代が最大となるところでもある。軸受運転中の突起１５２の変形量は無視できるから、シールリップ１５１とシール摺動面１１４との間におけるシール摺動面１１４との直交方向の隙間（油通路１８０を含む）は、シール摺動面１１４との直交方向に最も狭いところで突起１５２の高さｈに相当の広さとなり、実質的に０．０５ｍｍを超えない。このため、粒径５０μｍを超える異物が外部の潤滑油に含まれていたとしても、その異物が油通路１８０を通過することは略起こらない、と考えられる。

シールリップ１５１に対してシール摺動面１１４が相対的に図中矢線Ａ方向に回転すると、油通路１８０内の潤滑油が突起１５２とシール摺動面１１４との間のくさび状の隙間に引き摺り込まれる。前述のくさび状の隙間におけるくさび角度は、引き込まれる潤滑油が存在する広大側の油通路１８０から狭小側に向かって次第に小さくなることから、突起１５２とシール摺動面１１４とが摺動接触し得る線状領域（仮想アキシアル平面Ｐａｘ上）に近いところ程、くさび効果が強く生じる。したがって、その線状領域での油膜の油圧をより効果的に高め、突起１５２をシール摺動面１１４から完全に離れさせ、その線状領域での油膜を厚く生じさせることができ、ひいては、突起１５２とシール摺動面１１４との間の潤滑状態を流体潤滑状態とすることが容易となる。

ここで、突起１５２とシール摺動面１１４との間を完全に分離させる油膜があれば、突起１５２に対してとシール摺動面１１４が直接に接触しない状態で摺動する流体潤滑状態となる。このような油膜を各突起１５２とシール摺動面１１４との間で保つことにより、シールリップ１５１及びシール摺動面１１４間を流体潤滑状態にすることができる。

その流体潤滑状態は、理論計算上、Ｇｒｅｅｎｗｏｏｄ−Ｊｏｈｎｓｏｎの決めた無次元数である粘性パラメータｇ_ｖと弾性パラメータｇ_ｅに基づく線接触の場合の潤滑領域図において（図９参照）、等粘度-剛体領域（Ｒ−Ｉモード）又は等粘度-弾性体領域（Ｅ−Ｉモード，ソフトＥＨＬ）のいずれかの潤滑モードに該当することに相当する。なお、図９に示すプロットは、そのＲ−Ｉモード又はＥ−Ｉモードに該当する場合を例示するものである。

その流体潤滑状態を容易に実現するため、シールリップ１５１とシール摺動面１１４間の締め代に基づくシールリップ１５１の緊迫力をなるべく弱く設定する方がよい。このため、シールリップ１５１のうち、外部側への曲げ変形を与える腰部をなるべく薄く形成している。

また、最大高さ粗さＲｚを小さくする方が、流体潤滑状態とするのに必要な油膜の厚さが小さくなる。このため、シール摺動面１１４にショットピーニング処理を施しておらず、シール摺動面１１４の最大高さ粗さＲｚを１μｍ未満としている。ここで、最大高さ粗さＲｚは、ＪＩＳ規格のＢ０６０１：２０１３で規定された最大高さ粗さのことをいう。

突起１５２は、高さｈを０．０５ｍｍ以下として、シールリップ１５１及びシール摺動面１１４間を流体潤滑状態にすることが可能な態様でシールリップ１５１に形成すればよい。その態様は、周方向に隣り合う突起１５２間の間隔ｄ、突起１５２の周方向幅ｗ、周
方向に一定間隔で並ぶ突起１５２のピッチ角度θ、突起１５２の形状で決めることができる。突起１５２間の間隔ｄが小さい程、つまり突起１５２の数が多い程、シールリップ１５１に対してシール摺動面１１４が相対的に周方向に回転したとき、１回転当りの突起１５２の通過回数が多くなり、シール摺動面１１４の周方向全周に亘って油膜が連続する状態に保たれ、各突起１５２との間のくさび効果が途絶えることなく生じ易くなるので、流体潤滑状態を保ち易くなる。

また、突起１５２のＲ寸法（突起１５２の表面１５４における曲率半径）が大きい方が、くさび効果が発生し易くなる。

突起１５２とシール摺動面１１４間の油膜厚さが薄すぎると摩擦係数μが増大し、逆に厚すぎると異物の侵入抑制効果を悪化させる可能性が出てくるので、最大高さ粗さＲｚを上回る油膜厚さを前提で最適な油膜厚さを設定すればよい。

また、図１中右側のシール部材１５０での突起１５２の数と、図中左側のシール部材１６０での突起１６２の数とが相異している。また、図１中右側のシール部材１５０での突起１５２の周方向ピッチ角度と、図中左側のシール部材１６０での突起１６２の周方向ピッチ角度とが相異している。これら相違は、図１中右側のシール部材１５０及びシール摺動面１１４間と、図中左側のシール部材１６０及びシール摺動面１１５間とでは、前述の周速差やポンプ作用による潤滑条件の相違があることから、これら左右の各間で形成される油膜を同等にすることと、厚すぎる油膜形成のために粒径５０μｍを超える異物の侵入が発生し易くならいないように最適にすることを目的として設定されている。

図１０に、突起１５２、１６２間の間隔ｄと、理論油膜厚さとの関係を示す。理論油膜厚さは、Ｒ−ＩモードにおいてＭａｒｔｉｎの最小膜厚計算式を用い、Ｅ−ＩモードにおいてＨｅｒｒｅｂｒｕｇｈの最小膜厚計算式を用いた。

この計算結果では、図１の小つば１１３側（図１０中で「小端面側」と表示）で突起１６２間の間隔ｄ（図１０中で「ピッチ間隔」と表示）が６．４ｍｍのときの理論油膜厚さが４．０μｍとなり、図１の大つば１１２側（図１０中で「大端面側」と表示）で突起１５２間の間隔ｄ（図１０中で「ピッチ間隔」と表示）が１１．５ｍｍのときの理論油膜厚さが４．０μｍとなる。この計算結果から明らかなように、突起１５２間、突起１６２間の間隔ｄに関するパラメータである突起数や周方向ピッチ角度に相異をもたせることにより、図１に示すシールリップ１５１及びシール摺動面１１４間、シールリップ１６１及びシール摺動面１１５間で同等の厚さの油膜を形成することができる。

また、シールリップ１５１及びシール摺動面１１４間の隙間、シールリップ１６１及びシール摺動面１１５間の隙間が、厚すぎる油膜形成のために０．０５ｍｍを大きく超える広がりをもってしまうと、粒径５０μｍを超える異物の侵入が発生し易くなる。このような問題が起きないような油膜厚さを決め、突起１５２間、突起１６２間の間隔ｄに関するパラメータである突起数や周方向ピッチ角度に相異をもたせることにより、図中右側のシールリップ１５１及びシール摺動面１１４間、シールリップ１６１及びシール摺動面１１５間のいずれでも最適な厚さの油膜を形成することができる。

このように、第１の実施例に係る円すいころ軸受１００は、軸受寿命に悪影響を及ぼすような粒径の異物の軸受内部空間への侵入をシール部材１５０、１６０によって防ぎつつ、シールリップ１５１、１６１及びシール摺動面１１４、１１５間の摺動の摩擦係数μを流体潤滑によって極限まで低減し、ひいては、シールトルクを顕著に低減して軸受回転トルクの低トルク化を著しく図ることができる（図１、図３参照）。

さらに、この円すいころ軸受１００は、従来であればシールリップの摩耗やシールリップ及びシール摺動面間の摺動による発熱の問題が起こるようなシール摺動面の周速（例えば３０ｍ／ｓ以上）で運転される場合において、シールリップ１５１、１６１及びシール摺動面１１４、１１５間を直接接触のない流体潤滑状態とすることが可能なため、シールリップ１５１、１６１の摩耗を実質的に無くすと共に前述の発熱も抑えることができる。このため、この円すいころ軸受１００は、従来達成できなかった円すいころ軸受の高速運転の要求にも対応することが可能である。

また、この円すいころ軸受１００は、前述の流体潤滑で達成される低トルク化により、シール部材１５０、１６０を設けることができるようになる。また、シール部材１５０、１６０を設けると、ポンピング作用による軸受内部への潤滑剤の流入を抑制し、潤滑剤の撹拌抵抗を抑えることで、円すいころ軸受１００自身の低トルク化を実現できる。さらに、潤滑剤と一緒に流入する異物をシール部材１５０、１６０によって防ぐことで、内外輪１１０、１２０への特殊処理を不要とし、コストの低減も実現できる。

さらに、この円すいころ軸受１００は、図中右側のシール部材１５０での突起１５２の数や周方向ピッチ角度θと、図中左側のシール部材１６０での突起１６２の数や周方向ピッチ角度とが相異しているので、内輪１１０と外輪１２０間の相対回転１回転当りの突起１５２、１６２の通過回数を負荷側（図中右側）のシール部材１５０とシール摺動面１１４間と、非負荷側（図中左側）のシール部材１６０とシール摺動面１１５間のそれぞれで適切とし、これら両側で同等の油膜を形成したり、油膜の厚さを最適化したりすることができ、ひいては流体潤滑状態として低トルク化と異物侵入の抑制とを両立させることができる。

さらに、この円すいころ軸受１００は、突起１５２がＲ形状に形成されているので、シール部材１５０を外輪１２０に取り付ける際に突起１５２がシール摺動面１１４に擦られても、突起１５２が先端から周方向に曲がってしまう懸念がなく、取り付け時にシールトルクの低減性能を損なう恐れがない。例えば、突起を尖った形状にした場合、シール部材の取り付け時にシール摺動面に擦られる多数の突起の先端が周方向のどちら側に曲がるか分からず、シール摺動面との相対回転方向に対して適切なくさび状の隙間となる方へ全ての突起の先端を曲がるように取り付けることは極めて困難である。不適切な向きに曲がった突起のところではくさび効果を満足に得ることができず、シールトルクの低減性能を損なうことになる。

第２の実施例を図１１〜図１３に基づいて説明する。第２の実施例は、第１の実施例から突起形状のみを変更したものである。図１１に示すように、第２の実施例に係る突起２０１は、シールリップ２０２の先端２０３に向かって次第に低くなる形状となっている。なお、図１１は、自然状態におけるシールリップ２０２の突起２０１付近の拡大斜視図を描いたものである。突起２０１のＲ寸法（突起２０１の表面２０４における曲率半径）や曲率中心については、突起２０１をシールリップ２０２の先端２０３に向かって次第に低くするため、シールリップ２０２の先端２０３に向かって次第にＲ寸法を拡大し、かつ曲率中心を外部側へ移している。

その突起２０１の高さは、シールリップ２０２の先端２０３上で実質的に零となっている。このため、突起２０１は、シールリップ２０２の先端２０３上に及んでおらず、突起２０１とシールリップ２０２の先端２０３との間には、平坦な面２０５が存在している。すなわち、シールリップ２０２の先端２０３は、実質的に二つの円すい状面の交わる縁となっており、面２０５は、実質的に一方の円すい状面の一部となっている。

シールリップ２０２を加硫成形する様子を図１２に示す。なお、図１２は、理解を容易
にするために概略的に描いたものであり、シールリップ２０２の形状も大雑把に示している。シールリップ２０２の加硫成形は、芯金２０６にゴムシートを加硫成形することで行われる。この際、上型Ｍｐ１と下型Ｍｐ２とでゴムシートを挟み込み、シール部材のシールリップ２０２等のゴム部分を成形する。上型Ｍｐ１と下型Ｍｐ２を合せる上下方向は、軸方向に相当する。したがって、自然状態においてシールリップ１５１の内径を規定する先端１５３は、上型Ｍｐ１の転写面に接するシールリップ１５１の上面部と、下型Ｍｐ２の転写面に接するシールリップ１５１の下面部の境界線となるので、上型Ｍｐ１と下型Ｍｐ２の合わせ部であるパーティングラインＰｌ上に位置することになる。

今、シールリップの先端に突起が及んでいるモデルを仮想すると、図１３のようになる。この仮想モデルでは、シールリップ２０２’の先端２０３’上に突起２０１’を成形するための凹凸状がパーティングラインＰｌ上に存在するため、加硫後に図示のようなバリ２０７が発生し易い。バリ２０７が発生すると、軸受運転中にバリ２０７がシールリップ２０２’から離れると、オイルフィルタや潤滑油の循環経路の目詰まり原因となる。

一方、図１２に示すように、シールリップ２０２が突起２０１とシールリップ２０２の先端２０３との間に平坦な面２０５を有する形状の場合、パーティングラインＰｌ上に突起２０１を成形するための凹凸状が存在せず、図１３のようなバリ２０７が発生しない。このように、第２の実施例によれば、シールリップ２０２を加硫成形する際にシールリップ２０２の先端２０３上にバリが発生しないようにすることができる。

なお、第２の実施例では、突起２０１がシールリップ２０２の先端２０３上で高さをもたず、突起２０１とシールリップ２０２の先端２０３との間に平坦な面２０５が存在する例を示したが、突起がシールリップの先端上で高さをもつ場合でも、突起がシールリップの先端に向かって次第に低くなる形状であれば、パーティングライン上において突起を成形するための凹凸状が穏やかになるので、シールリップの先端上においてバリを発生しにくくすることができる。

第３の実施例を図１４に基づいて説明する。なお、第３の実施例においても内輪３１０の大つば側のシール部材３２０を代表例として説明する。

シール部材３２０は、アキシアルリップとして設けられたシールリップ３２１と、シールリップ３２１よりも外部側に位置する外側リップ３２２とを有する。シールリップ３２１と外側リップ３２２は、芯金３２３に付着する腰部から分岐している。

ここで、アキシアルリップは、径方向に沿ったシール摺動面又は径方向に対して４５°未満の鋭角の勾配をもったシール摺動面と密封作用を奏するシールリップであって、当該シール摺動面との間に軸方向の締め代をもったもののことをいう。

内輪３１０には、周方向全周に亘ってシール溝３１１が形成されている。シール部材３２０のシールリップ３２１に対して摺動するシール摺動面３１２は、シール溝３１１の溝底から軌道面側に向かって拡径する溝側面に存在しており、径方向に対して４５°未満の鋭角の勾配αをもっている。

シールリップ３２１の突起３２４は、加硫成形の際、径方向に沿った向きに形成されている。なお、図示では、シール摺動面３１２と突起３２４間の締め代を見せるため、自然状態に相当のシールリップ３２１の形状を描いている。突起３２４がシール摺動面３１２に軸方向から押し当てられることでシールリップ３２１が概ねシール摺動面３１２に沿うように傾き、突起３２４とシール摺動面３１２との間に前述のような油通路と、くさび状の隙間とが生じさせられる（図３参照）。

図１４に示すように、外側リップ３２２は、シール溝３１１の外側の溝壁部との間にラビリンスすきま３３０を形成する。このため、粒径５０μｍを超える異物は、外部からシール溝３１１内へ容易には侵入できない。

第３の実施例に係る円すいころ軸受は、ラビリンスすきま３３０の形成によって、シールリップ３２１への異物到達を困難にしているので、低トルク化を阻害しないように異物侵入をより抑制することができる。一般に、アキシアルリップとして設けられたシールリップ３２１は、ラジアルリップとして設けられたシールリップに比べて、軸受運転中に起こす軸方向の移動量が大きく、その最大移動時に対応のシール摺動面との間に隙間が大きく開くことがある。このため、アキシアルリップとしてシールリップを設けることは、異物侵入に対して不利となる。第３の実施例では、そのようなアキシアルリップであるシールリップ３２１の不利をラビリンスすきま３３０によるシール効果で補うことができるので、ラジアルリップとして設けられたシールリップを採用する第１〜第２の実施例に対して大きく軸受寿命が劣る懸念はない。なお、第３の実施例でも図示の大つば側のシール部材３２０での突起数や周方向ピッチ角度と、図示省略の小つば側のシール部材での突起数や周方向ピッチ角度とを相異させる点は第１の実施例と同様である。

図１５に、車両のトランスミッションの回転部を支持する転がり軸受として、この発明に係る円すいころ軸受を使用した例を示す。図示のトランスミッションは、段階的に変速比を変化させる多段変速機になっており、その回転部（例えば入力軸Ｓ１および出力軸Ｓ２）を回転可能に支持する円すいころ軸受Ｂとして、上述の実施例のような円すいころ軸受を備えている。図示のトランスミッションは、エンジンの回転が入力される入力軸Ｓ１と、入力軸Ｓ１と平行に設けられた出力軸Ｓ２と、入力軸Ｓ１から出力軸Ｓ２に回転を伝達する複数のギア列Ｇ１〜Ｇ４と、各ギア列Ｇ１〜Ｇ４と入力軸Ｓ１または出力軸Ｓ２との間に組み込まれた図示しないクラッチとを有し、そのクラッチを選択的に係合させることで使用するギア列Ｇ１〜Ｇ４を切り替え、これにより、入力軸Ｓ１から出力軸Ｓ２に伝達する回転の変速比を変化させるものである。出力軸Ｓ２の回転は出力ギアＧ５に出力され、その出力ギアＧ５の回転がディファレンシャルギヤ等に伝達される。入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２は、それぞれ円すいころ軸受Ｂで回転可能に支持されている。また、このトランスミッションは、ギアの回転に伴う潤滑油のはね掛けにより、又はハウジングＨの内部に設けられたノズル（図示省略）からの潤滑油の噴射により、はね掛け又は噴射された潤滑油が、各円すいころ軸受Ｂの側面にかかるようになっている。

上述の各実施例では、突起がＲ形状のものを示したが、突起は、シール摺動面との相対的な周速が一定以上のときに流体潤滑状態とすることが可能なくさび効果を得られるように適宜の形状にすればよく、例えば、Ｒ面取り、Ｃ面取り等の面取り形状を採用することができる。

また、上述の各実施例では、突起を周方向に均一配置した例を示したが、不均一に配置したり、周方向一箇所のみに配置したりすることも可能である。一箇所でも突起によって油通路を生じさせることは可能であり、シールトルクの低減効果を期待することができる。

また、上述の各実施例では、シール部材を芯金と加硫ゴム材とから構成したものを例示したが、この発明は、単材により形成されるシール部材にも適用することも可能である。この場合、シールリップに所要の締め代を設定可能であればよく、例えば、シール部材の材料として、ゴム材又は樹脂材を用いることができる。

また、上述の各実施例では、内輪回転、ラジアル軸受を例示したが、この発明は、外輪
回転、スラスト軸受に適用することも可能である。

今回開示された実施形態及び実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００、Ｂ 円すいころ軸受
１１０、３１０ 内輪
１１１、１２１ 軌道面
１１２ 大つば
１１３ 小つば
１１４、１１５、３１２ シール摺動面
３１１ シール溝
１２０ 外輪
１４０ 円すいころ
１５０、１６０、３２０ シール部材
１５１、１６１、２０２、３２１ シールリップ
１５２、１６２、２０１、３２４ 突起
１５３、２０３ 先端
１５４、２０４ 表面
１５５、２０６、３２３ 芯金
１５６ 加硫ゴム材
１７０ 軸受内部空間
１８０ 油通路
２０５ 面
３２２ 外側リップ
３３０ ラビリンスすきま
Ｓ１ 入力軸（回転部）
Ｓ２ 出力軸（回転部）

Claims (7)

1. 大つば及び小つばを有する内輪と、外輪と、これら内輪及び外輪の軌道面間に介在する複数の円すいころとを備える円すいころ軸受において、
   前記内輪及び外輪間に形成された軸受内部空間の小つば側の端を密封するシール部材と、
   前記シール部材に設けられたシールリップと、
   前記シールリップに対して周方向に摺動するシール摺動面と、
   前記シールリップの少なくとも周方向一箇所に形成され、前記軸受内部空間及び外部間に亘って連通する油通路を前記シール摺動面及び当該シールリップ間に生じさせる突起と、
   をさらに備え、
   前記突起と前記シール摺動面間の隙間は、油通路側で大、突起側で小のくさび状に形成されており、
   前記突起が、周方向に複数並んでおり、
   前記シールリップに、軸受回転に伴って前記油通路内から前記突起と前記シール摺動面間に引き摺り込まれる潤滑油の油膜によって当該シールリップ及び前記シール摺動面間を完全に分離させた流体潤滑状態にすることが可能な態様で前記突起が形成されていることを特徴とする円すいころ軸受。
2. 前記突起が、周方向全周に亘って均一間隔で配置されている請求項１に記載の円すいころ軸受。
3. 前記シールリップが各突起上でのみ前記シール摺動面と摺動接触し得るものとなっており、
   前記突起は、前記シール摺動面との相対的な周速が一定以上のときに前記流体潤滑状態とするくさび効果を得られるように、前記シール摺動面と摺動接触し得る領域を線状にする形状である請求項１又は２に記載の円すいころ軸受。
4. 前記突起が、周方向と直交する向きに延びており、当該突起が、周方向幅の両端から周方向幅の中央に向かって次第に前記シール摺動面に接近するＲ形状になっている請求項３に記載の円すいころ軸受。
5. 前記シールリップが、ラジアルリップになっている請求項１から４のいずれか１項に記載の円すいころ軸受。
6. 前記シールリップが、芯金の少なくとも内径部に付着した加硫ゴム材により形成されている請求項１から５のいずれか１項に記載の円すいころ軸受。
7. 車両のトランスミッション、ディファレンシャルの中の少なくとも一つの回転部を支持する請求項１から６のいずれか１項に記載の円すいころ軸受。

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