JP7137310B2

JP7137310B2 - 転がり軸受およびその設計方法

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Publication number: JP7137310B2
Application number: JP2018001392A
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Inventors: 隼人川口
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Description

本発明は、転がり軸受およびその設計方法に関する。

軸受の外輪および軸受の内輪間の環状隙間を覆うシール部材付き転がり軸受（密封型転がり軸受）を開示する従来技術として、例えば、特開２００８－１４４８４号公報（特許文献１）に記載されるように、主リップおよびラビリンスリップを有するシール部材を備えた転がり軸受が知られる。主リップは、軸受の軸線方向内側に突出する。これに対しラビリンスリップは、軸受の軸線方向外側に突出する。

シール部材は、締め代を伴って内輪に接触する。具体的には、主リップの先端部がシール溝の溝壁に軸方向の締め代を伴って接触する。

また、ラビリンスリップは、内輪の肩部からシール溝の溝壁に至る範囲でラビリンスシールを形成している。

特開２００８－１４４８４号公報

ところで、ラビリンスシールの隙間幅（シール幅ともいう）および軸線方向長（シール長ともいう）は、異物の進入を抑制するとともに、万一進入した異物を排出することを目的とするため、適正であることが好ましい。つまりラビリンスシールの隙間幅が広すぎたり狭すぎることは好ましくないし、ラビリンスシールの軸線方向長が長すぎたり短すぎることは好ましくない。

この点につき本発明者は、従来のシール部材付き転がり軸受にあってはさらに改善すべき点があることを見いだした。つまり軸受の製造は公差を伴うため、軸受部品の形状には公差の範囲内で僅かなばらつきがある。また多数製造される軸受同士を対比すると、シール部材の取付位置および取付姿勢が全く同一にするのが困難で、内輪に対するシール部材の締め代にばらつきが生じる。

このため軸受同士を対比すると、シール部材のシール性能が安定しない。

本発明は、上述の実情に鑑み、軸受が有する公差に関わらず、シール部材と内輪とのラビリンスシールを適正に確保して、シール部材の信頼性を実現することを目的とする。

この目的のため本発明による転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の各軌道面間に介在する複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間の軸受内部空間を密封するシール部材と、を備え、前記内輪の外径面は、軸線方向外側端部に形成される外側外径面と、前記外側外径面よりも軸線方向内側で大径に形成される内側外径面と、前記外側外径面および前記内側外径面を接続する段差壁面と、を含み、前記シール部材は、前記外輪に固定されるシール本体部と、前記シール本体部の内径縁から前記外側外径面に向かって突出し、軸線方向内側へ傾倒する腰部と、前記腰部の内径縁から軸線方向内側へ突出し、先端が締め代を伴って前記段差壁面に接触し、前記外側外径面との間で第１隙間を構成する第１リップと、前記腰部の内径縁から軸線方向外側へ突出し、前記外側外径面との間で第２隙間を構成する第２リップとを有し、前記腰部が、その傾倒角度が前記締め代に応じて変化して、前記締め代の上限値と前記締め代の下限値との差の中央領域で、前記第１隙間の大きさが前記第２隙間の大きさと等しい。

かかる本発明によれば、軸受を組み立てる際、締め代がばらついても、シール部材と内輪との第１隙間および第２隙間（ラビリンスシール）を適正に確保して、シール部材の信頼性を実現する。

本発明の一局面として、前記締め代の上限値と前記締め代の下限値との差の中央領域で、前記第１隙間の大きさが前記第２隙間の大きさと等しい。かかる局面によれば締め代のばらつきによって、締め代が中央領域よりも大きくなっても、あるいは締め代が中央領域よりも小さくなっても、第１隙間および第２隙間（ラビリンスシール）を適正に確保することができる。なお中央領域とは、締め代の中程度の範囲をいい、締め代の上限値および下限値を算術平均した中央値を含む。所定値は中央値と等しくてもよいし、異なっていてもよい。

本発明の好ましい局面として、第１リップの突出長と、第２リップの突出長が等しい。かかる局面によれば、軸受の軸線方向に関し充分なシール長を確保することができる。

内輪の外径面の形状は特に限定されない。本発明の好ましい局面として、内輪の端部外径面は、軸線方向に延びる内側部分と、内側部分よりも小径で軸線方向に延びる外側部分と、内側部分と外側部分とを接続する中央部分とを含み、第１リップは軸線方向内側部分と対面し、第２リップは軸線方向中央部分と対面する。かかる局面によれば、内輪の外径面に周溝が形成されないため、軸受組立時にシール部材の第１リップを内輪の段差壁面に容易に接触させることが可能であり、組立作業が向上する。

本発明の好ましい局面として、軸受の軸線を含む平坦な切断面において、腰部の断面形状に沿って径方向に延びる直線に関し、第１リップの断面形状と第２リップの断面形状が対称である。かかる局面によれば、第１隙間および第２隙間に関し適正なシール幅およびシール長を確保することができる。ここでいう直線は、例えば腰部の断面形状の中心線である。

本発明の設計方法は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の各軌道面間に介在する複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間の軸受内部空間を密封するシール部材と、を備え、前記内輪の外径面は、軸線方向外側端部に形成される外側外径面と、前記外側外径面よりも軸線方向内側で大径に形成される内側外径面と、前記外側外径面および前記内側外径面を接続する段差壁面と、を含み、前記シール部材は、前記外輪に固定されるシール本体部と、前記シール本体部の内径縁から前記外側外径面に向かって突出し、軸線方向内側へ傾倒する腰部と、前記腰部の内径縁から軸線方向内側へ突出し、先端が締め代を伴って前記段差壁面に接触し、前記外側外径面との間で第１隙間を構成する第１リップと、前記腰部の内径縁から軸線方向外側へ突出し、前記外側外径面との間で第２隙間を構成する第２リップとを有し、前記腰部が、その傾倒角度が前記締め代に応じて変化して、前記締め代の上限値と前記締め代の下限値との差の中央領域で、前記第１隙間の大きさが前記第２隙間の大きさと等しい。

このように本発明によれば、締め代にばらつきが生じても、シール部材のシール性能が安定し、信頼性の高い好適な転がり軸受を得ることができる。

本発明の一実施形態になる転がり軸受を具備するプーリを示す断面図である。図１のプーリ用軸受を示す縦断面図である。同実施形態の転がり軸受を示す拡大断面図であり、シール部材の締め代が小さい場合を表す。同実施形態の転がり軸受を示す拡大断面図であり、シール部材の締め代が大きくも小さくもない中央領域に含まれる場合を表す。同実施形態の転がり軸受を示す拡大断面図であり、シール部材の締め代が大きい場合を表す。図３の変形例になる転がり軸受を示す拡大断面図であり、シール部材の締め代が小さい場合を表す。図４の変形例になる転がり軸受を示す拡大断面図であり、シール部材の締め代が大きくも小さくもない中央領域に含まれる場合を表す。図５の変形例になる転がり軸受を示す拡大断面図であり、シール部材の締め代が大きい場合を表す。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。本実施形態の転がり軸受は、自動車補機用軸受である。図１は、本発明の一実施形態になる転がり軸受を具備するプーリを示し、軸受の回転中心になる軸線Ｏを含む平坦な断面でプーリを切断し、その断面を表す。図２は、図１中のプーリ用軸受を取り出して示す縦断面図である。図１に示すようにプーリ１０は、円形のプーリ本体１１と、転がり軸受（以下、プーリ用軸受ともいう）２１とを具備する。プーリ本体１１は、鋼板プレス製である。なお、プーリ本体１１は、樹脂製であってもよい。プーリ本体１１は、外筒部１２と、外筒部１２より小径の内筒部１３と、外筒部１２および内筒部１３の軸線方向一方端同士を一体結合する中間壁１６と、内筒部１３の軸線方向他方端から内径側へ突出する内向きフランジ部１７を有する。外筒部１２と内筒部１３は共通の軸線Ｏを有することは勿論である。外筒部１２と内筒部１３と中間壁１６の肉厚は略等しい。

外筒部１２の軸線Ｏ方向寸法は、内筒部１３の軸線Ｏ方向寸法よりも大きい。また外筒部１２の軸線Ｏ方向中央と、内筒部１３の軸線Ｏ方向中央は一致する。このため中間壁１６は、外径側に向かうほど軸線Ｏ方向外側へ向かうように傾斜している。

外筒部１２の外径面１４にはエンジンベルト等の図示しないベルトが巻き掛けられる。内筒部１３の内径面１５にはプーリ用軸受２１が嵌合する。プーリ用軸受２１の中心孔３０には、図示しない固定軸が差し込まれて互いに嵌合する。これによりプーリ用軸受２１は、プーリ本体１１を固定軸に回転自在に支持する。プーリ１０は、自動車用エンジンの表面に設けられるアイドラプーリであり、ベルトの走行速度に応じて回転する。ベルトはエンジンによって駆動される。プーリ用軸受２１の回転速度は、例えば、０～２００００［ｒｐｍ］である。

自動車用アイドラプーリは、エンジンの回転を自動車の補機に伝える駆動ベルトのベルトテンショナーとして使用されるものである。自動車用アイドラプーリは、軸間距離が固定されているような場合のベルトにテンショナーとして張力を与えるためのプーリとしての機能と、ベルトを案内するためまたは障害物を避けるために用いてエンジン室内容積の減少を図るアイドラとしての機能とを合わせ持つものである。

図２に示すようにプーリ用軸受２１は、内輪２２と、外輪２３と、複数のボール（転動体）２４と、シール部材２６とを備えるシール付き転がり軸受であり、単列の深溝玉軸受である。

内輪２２は、内輪２２の中心孔に通される図示しない固定軸と嵌合するため、回転しない。外輪２３は、上述したプーリ本体１１とともに回転する。すなわちプーリ用軸受２１は、外輪回転用軸受である。以下の説明では、外輪２３を回転外輪、内輪２２を固定内輪と呼ぶことがある。ボール２４は、内輪２２の軌道面２２ｃと外輪２３の軌道面２３ｃとの間に介在する。また、以下の説明では、プーリ用軸受２１の中心軸（軸線Ｏ）に沿った方向を「軸線方向」、軸線Ｏに対して直交する方向を「径方向」と呼ぶ。

内輪２２、外輪２３、ボール２４は、金属材料によって形成されている。金属材料の具体例としては、軸受鋼（高炭素クロム軸受鋼ＪＩＳＧ４８０５）、肌焼鋼（ＪＩＳＧ４１０４等）、高速度鋼（ＡＭＳ６４９０）、ステンレス鋼（ＪＩＳＧ４３０３）、高周波焼入鋼（ＪＩＳＧ４０５１等）などが挙げられる。

内輪２２は、その外径面の軸線Ｏ方向中央領域に、円筒面２２ｂおよび軌道面２２ｃを有する。軌道面２２ｃは、円筒面２２ｂよりも内径側に窪んだ断面円弧形状の溝であり、当該円弧の内径は、ボール２４の外径に対応する。また内輪２２は、外径面の軸線Ｏ方向端部領域に、端部外径面２２ｆおよび段差壁面２２ｄを有する。端部外径面２２ｆの外径は、円筒面２２ｂの外径よりも小さい。このため端部外径面２２ｆと円筒面２２ｂの間には環状の段差壁面２２ｄが形成される。段差壁面２２ｄは、円筒面２２ｂの軸線方向外側端部と連続して径方向に延びている。段差壁面２２ｄは軸線Ｏ方向外側へ指向する。なお円筒面２２ｂは端部外径面２２ｆよりも軸線Ｏ方向内側に位置することから内側外径面ともいう。

外輪２３は、内径面の軸線Ｏ方向中央領域に、円筒面２３ｂおよび軌道面２３ｃを有する。軌道面２３ｃは、円筒面２３ｂよりも外径側に窪んだ断面円弧形状の溝であり、当該円弧の内径は、ボール２４の外径に対応する。また外輪２３は、内径面の軸線Ｏ方向端部領域に、嵌合溝２３ｇおよび端部内径面２３ｆを有する。嵌合溝２３ｇは、軸線Ｏ方向内側の円筒面２３ｂと軸線Ｏ方向外側の端部内径面２３ｆの間に配置される。ただし円筒面２３ｂは端部内径面２３ｆよりも小径である。以下の説明において、円筒面２３ｂとシール嵌合溝２３ｇの接続箇所を溝縁という。

シール部材２６は、外輪２３のうち軸線Ｏ方向両側のシール嵌合溝２３ｇにそれぞれ嵌合しており、内輪２２と外輪２３との間の軸受内部空間Ｇを封止する。軸受内部空間Ｇにはグリースが封入されている。なお、シール部材２６は、外輪２３の軸線Ｏ方向片側のシール嵌合溝２３ｇに取り付けられてもよい。

シール部材２６は、シール本体部２７と、芯材２８と、腰部２９と、第１リップ３１と、第２リップ３２とを有する。シール部材２６のうち芯材２８を除く部分の材質はゴム、具体的にはニトリルゴムであるが、水素添加ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等であってもよい。シール部材２６では、芯材２８の表面にゴムを加硫成型することで当該芯材２８とゴムが一体成形されている。

シール本体部２７は、外輪２３（のシール嵌合溝２３ｇ）に固定される。シール本体部２７は単一の芯材２８を内部に含む。芯材２８は、例えば、金属板、プラスチック板、セラミック板等からなる。芯材２８は、リング状の円板であり、軸線Ｏ方向に一定厚みを有し、外径縁２８ａ、段差２８ｂ、立板部２８ｃおよび内径縁２８ｄを含む。芯材２８のうち立板部２８ｃの内側面を除く部分が、ゴムによって覆われている。

芯材２８の立板部２８ｃは、軸線Ｏに略直角な板であり、その外径側に段差２８ｂが設けられ、その内径側に内径縁２８ｄが設けられる。芯材２８の内径縁２８ｄは、立板部２８ｃに対して２０°～７０°の範囲に含まれる所定の角度で向きを変えて軸線Ｏ方向内側へ倒れるように傾斜する断面形状である。

段差２８ｂは、立板部２８ｃの外径端部から軸線Ｏ方向内側へ延びる。外径縁２８ａは、段差２８ｂの軸線Ｏ方向内側端から外径方向に拡張するフランジ形状である。

シール本体部２７は、リング状であり、基部２７ｂおよび板部２７ｔを含む。基部２７ｂは、シール嵌合溝２３ｇに嵌合され、かつ、芯材２８の外径端部（外径縁２８ａおよび段差２８ｂ）を覆っている部分である。

板部２７ｔは、基部２７ｂと後述する腰部２９との間に位置する部分である。板部２７ｔは、基部２７ｂよりも内径側に位置し、かつ、芯材２８のうち内径側領域（立板部２８ｃおよび内径縁２８ｄ）を覆っている部分である。板部２７ｔは軸線Ｏ方向に厚みを有する。基部２７ｂは、板部２７ｔよりも肉厚であり、板部２７ｔからみて軸線Ｏ方向内側に張り出している。

芯材２８の外径縁２８ａおよび段差２８ｂは基部２７ｂ内部に埋設される。これにより芯材２８は、基部２７ｂに支持され、容易に移動しない。芯材２８の外径縁２８ａは、シール嵌合溝２３ｇの溝縁から溝底までの溝深さの少なくとも半分以上径方向外側に位置している。これにより、シール嵌合溝２３ｇに嵌合する基部２７ｂのゴム量を少なくする。

シール部材２６の大部分をなす板部２７ｔは、軸受内部空間Ｇに面している。プーリ用軸受２１が回転すると、軸受内部空間Ｇ内のグリースが遠心力を受けて板部２７ｔを軸線Ｏ方向外側に押圧する。かかる場合であっても、芯材２８は基部２７ｂの弾性変形を少なくして、当該弾性変形によるシール部材２６の軸線Ｏ方向外側への変位量を、グリース漏れが防止できる範囲に収めている。

基部２７ｂのうち軸線Ｏ方向内側の側面２７ｄの内径側には、軸線Ｏ方向内側へ突出する突条２７ｓが形成される。突条２７ｓは、グリース漏れ防止リップともいい、シール部材２６の全周に亘って延びる。図２に示すように基部２７ｂがシール嵌合溝２３ｇに嵌合すると、突条２７ｓは外輪２３の円筒面２３ｂに当接し、外輪２３と基部２７ｂの密着性を向上させる。

板部２７ｔは、シール本体部２７の内径縁を除く大部分において略一定の軸線Ｏ方向厚みを有するが、内径縁では内径側に向かうほど肉厚に形成される。具体的には板部２７ｔは、その内径縁から軸線Ｏ方向内側へ庇のように張り出すグリースリップ（第３リップ）２７ｒを含む。

グリースリップ２７ｒは、軸線Ｏ方向内側へ向かって先細りの断面形状である。図２に示すように、グリースリップ２７ｒは、内輪２２に向かって突出し、僅かな隙間を伴って段差壁面２２ｄと軸線Ｏ方向に間隔をあけて対向する。これにより軸受内部空間Ｇ内のグリースは、グリースリップ２７ｒと段差壁面２２ｄの間に形成される僅かな隙間を通過し難くされる。このようにしてグリースリップ２７ｒは、グリースを軸受内部空間Ｇ内に保持する。グリースリップ２７ｒは芯材２８を含まず、弾性変形可能である。

図３～図５は、図２中のシール部材２６の内径側部分を拡大して示す断面図であり、図２中に一点鎖線で表される丸囲み部分に対応する。詳しくは後述するがシール部材２６の締め代Ｃを、図３～図５中でＣ_ｍｉｎ、Ｃ_ｃ、Ｃ_ｍａｘというように区別して表す。

芯材２８の内径縁２８ｄは、円筒状の内径面２８ｅを有する。内径縁２８ｄは軸線Ｏ方向外側面と、軸線Ｏ方向内側面と、内径面２８ｅで、シール本体部２７のゴムに覆われる。

シール部材２６の腰部２９は、シール本体部２７の内径縁の軸線Ｏ方向中央部に立設される。腰部２９の根元（外径縁）は、芯材２８の内径面２８ｅと向き合い、シール本体部２７の内径縁と一体結合する。シール本体部２７の内径縁から軸線方向内側に傾倒して延びる腰部２９の先端には２つのリップ３１，３２が設けられる。

２つのリップのうち主リップになる第１リップ３１は、腰部２９の内径縁から軸線Ｏ方向内側へ突出する。また第１リップ３１は、グリースリップ２７ｒから内径側へ離隔して配置される。このためグリースリップ２７ｒと、腰部２９と、第１リップ３１は、軸線Ｏ方向内側に開いた凹部を区画する。

２つのリップのうちダストリップになる第２リップ３２は、腰部２９の内径縁から軸線Ｏ方向外側へ突出する。また第２リップ３２は、シール本体部２７の内径縁の軸線Ｏ方向外側部分から離隔して配置させる。このため当該軸線Ｏ方向外側部分と、腰部２９と、第２リップ３２は、軸線Ｏ方向外側に開いた凹部を区画する。つまりシール部材２６の軸線Ｏ方向厚みは、腰部２９で薄肉とされ、残りの部分で厚肉とされる。

シール部材２６は、軸線Ｏ方向内側に向かって押し込まれるように外輪２３のシール嵌合溝２３ｇに嵌合され、二点鎖線で示す原形から弾性変形する。かかる押し込み距離を締め代Ｃという。図２に示すようにシール部材２６がプーリ用軸受２１に装着された状態で、第１リップ３１は締め代Ｃを持った状態で内輪２２の段差壁面２２ｄに接触し、当該締め代Ｃに応じたリップ反力を内輪２２に付与する。かかるリップ反力（緊迫力とも呼ぶ）によって第１リップ３１を内輪２２に密着させて、軸受内部空間Ｇを密封する。なおリップ反力とは、第１リップ３１が内輪２２によって締め代Ｃと同じ距離で軸線Ｏ方向外側へ押されて移動するときに、逆に第１リップ３１が内輪２２を押し返す力をいう。

ここで附言すると、第１リップ３１の先端になる軸線Ｏ方向内側端部３１ｒは、軸線Ｏを含む平坦な断面形状において、半径０．０５［ｍｍ］以上の丸み形状にされる。これにより第１リップ３１が内輪２２を押圧する反力のばらつきを抑制することができる。なお丸み形状が半径０．０５［ｍｍ］未満の場合、リップ反力のばらつきが大きくなったり、軸線Ｏ方向内側端部３１ｒが不所望な弾性変形をきたす。

また軸線Ｏ方向内側端部３１ｒの丸み形状は２．０［ｍｍ］以下が好ましい。丸み形状が半径２．０［ｍｍ］を超える場合、第１リップ３１の先端が大きくなるので、端部外周面２２ｆに干渉する可能性がある。同様の理由により、より好ましくは第１リップの軸線方向内側端部における断面形状が半径０．０５［ｍｍ］以上１．０［ｍｍ］以下の丸み形状にされる。

内輪２２の外側外径面２２ｆは、軸線方向内側部分２２ｇと、軸線方向中央部分２２ｊと、軸線方向外側部分２２ｋを含む。軸線方向内側部分２２ｇは軸線方向中央部分２２ｊよりも軸線Ｏ方向内側に位置し、軸線Ｏ方向内側端で段差壁面２２ｄと接続する。軸線方向外側部分２２ｋは軸線方向内側部分２２ｇよりも小径であり、軸線Ｏ方向外側端で内輪２２の端面２２ｍと接続する。軸線方向中央部分２２ｊは軸線Ｏ方向内側端で軸線方向内側部分２２ｇと接続し、軸線Ｏ方向外側端で軸線方向外側部分２２ｋと接続する。即ち、軸線方向中央部分２２ｊは、軸線方向内側部分２２ｇと軸線方向外側部分２２ｋとを接続する部分である。軸線方向中央部分２２ｊは、軸線Ｏ方向内側から外側に向かうほど小径になるよう傾斜するテーパ面とされる。

軸線方向内側部分２２ｇは第１リップ３１の内径面と第１隙間（以下、隙間Ｄ１という）を介して対向する。軸線方向中央部分２２ｊは第２リップ３２の内径面と第２隙間（以下、隙間Ｄ２という）を介して対向する。第１リップ３１および第２リップ３２は、内輪２２と僅かな隙間Ｄ１，Ｄ２を介して向き合う。隙間Ｄ１，Ｄ２はラビリンスシールともいい、適切な径方向隙間幅および軸線方向長に設定される。これにより第１リップ３１および第２リップ３２は、プーリ用軸受２１の外部から第２リップ３２を超えて異物が軸線Ｏ方向内側へ侵入するのを防止する。

軸線方向内側部分２２ｇおよび軸線方向中央部分２２ｊは、プーリ用軸受２１の周方向に延び径方向に突出する突条を構成するといえる。第１リップ３１の内径面および第２リップ３２の内径面は、プーリ用軸受２１の周方向に延び径方向に窪んだ条溝を構成するといえる。かかる突条および条溝は、隙間Ｄ１、Ｄ２を介して対向する。

隙間Ｄ１の長さは、第１リップ３１の突出長、または軸線方向内側部分２２ｇの軸線Ｏ方向長と等しい。隙間Ｄ２の長さは、第１リップ３１の突出長、または軸線方向中央部分２２ｊの軸線Ｏ方向長と等しい。

２つのリップ３１，３２は、腰部２９と一体結合する。２つのリップ３１，３２は、弾性変形可能な腰部２９でシール本体部２７に接続され、腰部２９の根元に位置する回動中心Ｘ回りに首振り回動することができる。回動中心Ｘはリップ３１，３２よりも外径側に位置する。

図３～図５には、腰部２９の中心線Ｌを示す。中心線Ｌは軸受２１の径方向に延びる直線である。また中心線Ｌは回動中心Ｘを通過する。２つのリップ３１，３２は中心線Ｌに関して対称に形成される。本実施形態の腰部２９は、根元から先端に向かうほど、軸線Ｏ方向外側から内側に傾斜する姿勢である。あるいは図示しない変形例として、腰部２９は根元から先端に向かうほど軸線Ｏ方向内側から外側に傾斜する姿勢であってもよい。

本実施形態では２つのリップ３１，３２が腰部２９から分岐するように延びることから、リップ３１，３２および腰部２９はＹ字状断面をなす。

大量生産される同じ大きさおよび同じ形状のプーリ用軸受２１は、全て同じ締め代を有するのが原則である。しかしながら厳密にいうと各プーリ用軸受２１の締め代Ｃは、僅かに異なる。この理由として、シール部材２６の寸法、内輪２２の寸法公差、外輪２３の寸法公差、プーリ用軸受２１の組立精度、等によってばらつきが生じるためである。このばらつきによって、締め代Ｃもばらつきを持つようになり、締め代Ｃは、ばらつきの上限値と下限値との差である公差を有することになる。

そこで締め代Ｃの公差の下限値をＣ_ｍｉｎと、上限値をＣ_ｍａｘと規定する。図３に示す締め代Ｃ_ｍｉｎと、図４に示す締め代Ｃ_ｃと、図５に示す締め代Ｃ_ｍａｘは以下の関係を有する。

［式１］Ｃ_ｍｉｎ＜Ｃ_ｃ＜Ｃ_ｍａｘ

締め代Ｃが小さい場合（締め代Ｃが下限値Ｃ_ｍｉｎのとき）、図３に示すように腰部２９が二点鎖線の原位置から実線の位置まで傾倒し、リップ３１，３２が二点鎖線の原位置から実線の位置まで軸線Ｏ方向外側へ移動して、隙間Ｄ１が隙間Ｄ２よりも大きくなるよう設定される。

締め代Ｃが大きい場合（締め代Ｃが上限値Ｃ_ｍａｘのとき）、図５に示すように腰部２９がさらに傾倒し、リップ３１，３２が軸線Ｏ方向外側へさらに移動して、隙間Ｄ２が隙間Ｄ１よりも大きくなるよう設定される。

締め代Ｃが大きくも小さくもない中央領域である場合（締め代Ｃが上限値Ｃ_ｍａｘと下限値Ｃ_ｍｉｎとの公差中央のとき）、図４に示すように腰部２９が中程度に傾倒して、隙間Ｄ１と隙間Ｄ２が略等しくされる。締め代Ｃが公差中央のとき、第１リップ３１の内径面は軸線方向内側部分２２ｇと略平行に延び、第２リップ３２の内径面は軸線方向内側部分２２ｊと略平行に延びている。

つまり締め代Ｃが大きくなるほど隙間Ｄ１は小さくなり、締め代Ｃと隙間Ｄ１は反比例の関係にある。また締め代Ｃが大きくなるほど隙間Ｄ２は大きくなり、締め代Ｃと隙間Ｄ２は正比例の関係にある。なお締め代Ｃの大小にかかわらず、公差の下限値Ｃ_ｍｉｎから上限値Ｃ_ｍａｘまでの全範囲において、２つのリップ３１，３２は軸線方向内側部分２２ｇおよび軸線方向中央部分２２ｊと接触しない。

以上の構成により、プーリ用軸受２１において、締め代Ｃに変動が生じても、締め代Ｃが公差中央のとき、隙間Ｄ１と隙間Ｄ２とが等しくなるように軸受２１が設計されているため、締め代Ｃが上限値のときと下限値のときでも、締め代Ｃが公差中央のときと同等のラビリンス構造を形成することができ、内輪２２とシール部材２６との間のシール性を安定させることができる。

言い換えると、図４に示すように締め代公差Ｃ_ｍｉｎ～Ｃ_ｍａｘの中央領域に含まれる所定値Ｃ_ｃで隙間Ｄ１が隙間Ｄ２と等しいことから、締め代Ｃが所定値Ｃ_ｃよりも大きくなっても、あるいは締め代Ｃが所定値Ｃ_ｃよりも小さくなっても、締め代Ｃが公差中央のときと同等のシール性を確保することができる。具体的には、締め代Ｃが下限値Ｃ_ｍｉｎのとき、隙間Ｄ１が大きくなるが、その分隙間Ｄ２は小さくなる。また、締め代Ｃが上限値Ｃ_ｍａｘのとき、隙間Ｄ２が大きくなるが、その分隙間Ｄ１は小さくなる。これにより、締め代Ｃの大小に限らず、シール部材２６のシールリップ３１、３２と内輪２２との間に適切なラビリンス構造を形成することができる。

また本実施形態では、腰部２９から突出する第１リップ３１の突出長と、腰部２９からする第２リップ３２の突出長が等しいことから、軸線Ｏ方向に関し適正なシール長を確保することができる。

また本実施形態の外側外径面２２ｆは、軸線方向内側部分２２ｇと、軸線方向内側部分２２ｇよりも小径の軸線方向外側部分２２ｋと、軸線Ｏ方向内側から外側に向かうほど小径になるよう傾斜する軸線方向中央部分２２ｊとを含む。軸線方向内側部分２２ｇと軸線方向外側部分２２ｋはそれぞれ、軸線方向に平行に延びている。第１リップ３１は軸線方向内側部分２２ｇと径方向に対面し、第２リップ３２は軸線方向中央部分２２ｊと径方向に対面する。このように軸線方向内側部分２２ｇが軸線方向中央部分２２ｊよりも大径とされ、軸線方向中央部分２２ｊが軸線方向外側に指向するテーパ面とされることから、プーリ用軸受２１の組立作業において、第１リップ３１の軸線Ｏ方向内側端部３１ｒを段差壁面２２ｄに容易に当接させることができる。

比較のため特許文献１のシール部材につき説明すると、特許文献１ではシール溝が内輪の外径面に形成され、シール溝の軸線Ｏ方向外側の側壁は、シール溝の底面よりも大径の肩部をなし、シール部材の主リップが肩部を乗り越えてシール溝に進入する。このため特許文献１の組立作業では、シール部材を径方向内側に押し込んで肩部を乗り越えさせる工程を要し、煩雑になる。

また本実施形態の第１リップ３１の断面形状と第２リップ３２の断面形状は、腰部２９の断面形状に沿って径方向に真っ直ぐ延びる中心線Ｌに関して対称である。これにより隙間Ｄ１，Ｄ２のシール長を軸線Ｏ方向に充分に確保することができる。

次に本発明の変形例を説明する。図６～図８は、本発明の変形例になる転がり軸受を拡大して示す断面図であり、共通する実施形態を締め代Ｃの大きさで区別して表す。この変形例につき、前述した実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について以下に説明する。この変形例では、第１リップ３１の断面形状と第２リップ３２の断面形状は、腰部２９の断面形状に沿って径方向に真っ直ぐ延びる中心線Ｌに関して非対称となるように形成される。具体的には第１リップ３１が第２リップ３２よりも肉厚に形成される。このため第１リップ３１の外径面から内径面までの厚み寸法は、第２リップ３２の外径面から内径面までの厚み寸法よりも大きい。

図６～図８に示すように２つのリップ３１，３２が非対称の断面形状であっても、上述した図３～図５に示す実施形態と同様の作用を奏し、隙間Ｄ１，Ｄ２に関して適正なシール幅および適正なシール長を確保することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。例えば、上述の実施形態に係る転がり軸受２１は、玉軸受に限らず、円錐ころ軸受など他の転がり軸受であってもよい。また、上述の実施形態に係る転がり軸受２１は、自動車補機用軸受に限らず、トランスミッション又はデファレンシャルなどの他の用途に使用される自動車用軸受であってもよいし、産業機械用の転がり軸受であってもよい。更に、転がり軸受２１は、外輪回転軸受に限らず、内輪回転軸受であってもよい。

２１プーリ用軸受、２２内輪、
２２ｂ円筒面（内側外径面）、２２ｃ軌道面、
２２ｄ段差壁面、２２ｆ外側外径面、
２２ｇ外側外径面の軸線方向内側部分、
２２ｊ外側外径面の軸線方向中央部分、
２２ｋ外側外径面の軸線方向外側部分、
２３外輪、２６シール部材、２７シール本体部、
２８芯材、２９腰部、３１第１リップ、
３２第２リップ、３１ｒ軸線方向内側端部、
Ｄ１第１隙間、Ｄ２第２隙間、Ｘ腰部の回動軸、
Ｌ腰部の中心線。

Claims

内輪と、
外輪と、
前記内輪と前記外輪の各軌道面間に介在する複数の転動体と、
前記内輪と前記外輪との間の軸受内部空間を密封するシール部材と、を備え、
前記内輪の外径面は、
軸線方向外側端部に形成される外側外径面と、
前記外側外径面よりも軸線方向内側で大径に形成される内側外径面と、
前記外側外径面および前記内側外径面を接続する段差壁面と、を含み、
前記シール部材は、
前記外輪に固定されるシール本体部と、
前記シール本体部の内径縁から前記外側外径面に向かって、軸線方向内側へ傾倒して延びる腰部と、
前記腰部の内径縁から軸線方向内側へ突出し、先端が締め代を伴って前記段差壁面に接触し、前記外側外径面との間で第１隙間を構成する第１リップと、
前記腰部の内径縁から軸線方向外側へ突出し、前記外側外径面との間で第２隙間を構成する第２リップとを有し、
前記腰部が、その傾倒角度が前記締め代に応じて変化して、前記締め代の上限値と前記締め代の下限値との差の中央領域で、前記第１隙間の大きさが前記第２隙間の大きさと等しく、
前記外側外径面は、軸線方向に延びる内側部分と、前記内側部分よりも小径で軸線方向に延びる外側部分と、前記内側部分と前記外側部分とを接続する中央部分とを含み、
前記第１リップは前記軸線方向内側部分と対面し、
前記第２リップは前記軸線方向中央部分と対面する、転がり軸受。
前記締め代の下限値で前記第１隙間が前記第２隙間よりも大きく、前記締め代の上限値で前記第２隙間が前記第１隙間よりも大きい、請求項１に記載の転がり軸受。
前記第１リップの突出長と、前記第２リップの突出長が等しい、請求項１または２に記載の転がり軸受。
前記腰部は、腰部の回動中心を通過し、かつ腰部の厚み方向中心を径方向に延びる中心線を有し、
前記中心線に関し、前記第１リップの断面形状と前記第２リップの断面形状が対称である、請求項１～３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の各軌道面間に介在する複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間の軸受内部空間を密封するシール部材と、を備え、
前記内輪の外径面は、軸線方向外側端部に形成される外側外径面と、前記外側外径面よりも軸線方向内側で大径に形成される内側外径面と、前記外側外径面および前記内側外径面を接続する段差壁面と、を含み、
前記シール部材は、前記外輪に固定されるシール本体部と、前記シール本体部の内径縁から前記外側外径面に向かって軸線方向内側に傾倒して延びる腰部と、前記腰部の内径縁から軸線方向内側へ突出し、先端が締め代を伴って前記段差壁面に接触し、前記外側外径面との間で第１隙間を構成する第１リップと、前記腰部の内径縁から軸線方向外側へ突出し、前記外側外径面との間で第２隙間を構成する第２リップとを有し、
前記腰部が、その傾倒角度が前記締め代に応じて変化して、前記締め代の上限値と前記締め代の下限値との差の中央領域で、前記第１隙間の大きさが前記第２隙間の大きさに等しくし、
前記外側外径面は、軸線方向に延びる内側部分と、前記内側部分よりも小径で軸線方向に延びる外側部分と、前記内側部分と前記外側部分とを接続する中央部分とを含み、前記第１リップは前記軸線方向内側部分と対面し、前記第２リップは前記軸線方向中央部分と対面する、転がり軸受の設計方法。