JPWO2008050746A1 - 密封装置、転がり軸受および車輪用転がり軸受 - Google Patents

密封装置、転がり軸受および車輪用転がり軸受 Download PDF

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Abstract

弾性部材５１がスリンガ５２に組み込まれる前の状態において、第１部分５６の径方向の内方の表面５８を、凹面にする一方、第２部分５７の径方向の内方の表面５９は、円錐面にする。弾性部材５１がスリンガ５２に組み込まれた後の組込後の第２アキシアルリップ５５の非摩耗状態において、第２アキシアルリップ５５が、スリンガ５２の固定部６５に対して接触しないようにする。

Description

本発明は、密封装置に関し、特に、軌道面を有する軌道部材が複数の筒部材のみからなる転がり軸受、車輪用転がり軸受、ウォータポンプ、または、転がり軸受を使用したモータに使用されれば好適な密封装置に関する。また、本発明は、転がり軸受および車輪用転がり軸受に関する。
従来、密封装置としては、実開平４−９３５７１号公報（特許文献１）に記載されているものがある。
この密封装置は、車輪用転がり軸受のインナーレースとアウターレースとの間に配置されている。この密封装置は、芯金部材と、芯金部材に固定された弾性部材と、断面Ｌ字状のスリンガと、ガータスプリングとを備える。上記スリンガは、軸方向延在部と、径方向延在部とからなり、上記弾性部材は、上記軸方向延在部に常に摺動するラジアルリップと、上記径方向延在部に摺動する第１アキシアルリップと、第１アキシアルリップの径方向の内方に位置すると共に、上記径方向延在部に摺動する第２アキシアルリップとを有する。上記第２アキシアルリップは、径方向の外方の表面に環状溝を有している。
上記ガータスプリングは、上記第２アキシアルリップの上記環状溝に嵌入されている。上記ガータスプリングは、第２アキシアルリップを径方向の内方に押圧している。
この密封装置は、第２アキシアルリップが摩耗していない状態で、第２アキシアルリップが上記軸方向延在部に接触していない一方、第２アキシアルリップが摩耗して第２アキシアルリップの上記径方向延在部に対する緊迫力が所定力以下になったとき、第２アキシアルリップの軸方向延在部に対向している部分の一部が、上記軸方向延在部に接触して、上記対向している部分の一部が、ラジアルシールを構成するようになっている。
この密封装置は、上記第２アキシアルリップが、摩耗していない状態で、アキシアルシールとして機能する一方、上記第２アキシアルリップが、摩耗した状態で、第２アキシアルリップの上記対向している部分の一部が、ラジアルシールとして機能することによって、継続して安定したシール機能を維持することができるようになっている。
このような背景において、車輪用転がり軸受において、転動体を外部に対して密封する密封装置のトルクの大幅な低減が所望されている。また、上記従来の密封装置において、第２アキシアルリップの寿命が短いという問題がある。
実開平４−９３５７１号公報（第１図）
そこで、本発明の課題は、トルクを大幅に低減できて、寿命も長い密封装置、転がり軸受および車輪用転がり軸受を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の密封装置は、
第１軌道輪に固定されると共に、上記第１軌道輪の径方向に延在する径方向延在部を有する芯金部材と、
第２軌道輪に固定される筒状の固定部と、この固定部から上記径方向に延在すると共に、上記径方向延在部よりも上記第２軌道輪の軸方向の外方に位置するフランジ部とを有するスリンガと、
上記径方向延在部に固定されている基部と、上記基部につながると共に、上記スリンガに摺動するリップ部を有する弾性部材と
を備え、
上記リップ部は、
上記基部から上記径方向の上記第１軌道輪側かつ上記軸方向の外方側に延在して、上記フランジ部に摺動する第１アキシアルリップと、
上記第１アキシアルリップの上記径方向の上記第２軌道輪側に、上記第１アキシアルリップに対して上記径方向に間隔をおいて位置していると共に、上記フランジ部に摺動する第２アキシアルリップと
からなり、
上記第２アキシアルリップは、
上記基部から上記径方向の上記第２軌道輪側かつ上記軸方向の外方側に延在する第１部分と、
上記第１部分の上記軸方向の外方側の先端から上記径方向の上記第１軌道輪側かつ上記軸方向の外方側に延在して、上記フランジ部に摺動する第２部分と
からなり、
上記弾性部材が上記スリンガに組み込まれる前の状態において、上記第１部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面は、凹面である一方、上記第２部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面は、円錐面または凸面であり、
上記弾性部材が上記スリンガに組み込まれた後の組込後の非摩耗状態において、上記第２アキシアルリップは、上記スリンガの上記固定部に対して上記径方向に間隔をおいて位置している一方、上記弾性部材が上記スリンガに組み込まれた後の摩耗した状態で、かつ、上記第２アキシアルリップの摩耗によって上記第２アキシアルリップの上記フランジ部に対する緊迫力が所定力以上低下した状態で、上記第２アキシアルリップにおいて上記スリンガの上記固定部に対向している部分の一部は、上記スリンガの上記固定部に摺動することを特徴としている。
上記「径方向に延在する」という文言は、少なくとも径方向に延在する成分を有する延在方向に延在していることを言う。このことから、上記「径方向に延在する」という文言は、径方向の延在成分のみからなる延在方向に延在している場合は勿論のこと、径方向の延在成分および軸方向の延在成分の両方を有する延在方向に延在している場合も含むものとする。
また、この明細書では、円錐面は、凹面に含まれる一方、凸面に含まれないものとする。
本発明者は、芯金部材、弾性部材および断面Ｌ字状のスリンガを有する所謂パックシール型の密封装置であって、ラジアルリップを２つ有すると共に、アキシアルリップを１つ有する密封装置において、全てのリップについて、リップの接触荷重に起因するトルクの大きさを調査した。その結果、全トルクに対する２つのラジアルリップの接触荷重に起因するトルクの割合が、８割程度にも達し、トルクの大部分は、ラジアルシールの接触荷重に起因するものであることを発見した。
また、従来の構成の密封装置では、組込時における、径方向の内方のアキシアルリップの芯金部材側の部分の変形が大きくて、この部分に応力集中がおこって、この部分の耐久性が小さくなって、結果として、密封装置の寿命が短くなっていることを見出した。
本発明によれば、第２アキシアルリップの上記フランジ部に対する緊迫力が所定力以上低下する迄、上記弾性部材がスリンガの固定部と非接触な状態になっていて、ラジアルリップが存在しない状態になっているから、第２アキシアルリップの上記フランジ部に対する緊迫力が所定力以上低下する迄、トルクを急激に低減することができる。したがって、この密封装置を有する自動車等の燃費を低減できる。
また、本発明によれば、上記第１部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面が、上記弾性部材が上記スリンガに組み込まれる前の組込前の状態で凹面であるから、第１部分の径方向の第２軌道輪側の表面が凸面である場合と異なり、組込状態の初期状態において、第２アキシアルリップを、スリンガの固定部に対して非接触にするのに、第２アキシアルリップの第１部分の基部側の一部分を、集中的かつ過度に変形させる必要がなくて、第１部分全体を、その延在方向に略均等に変形させることによって、第２アキシアルリップを、スリンガの固定部に対して非接触にすることができる。すなわち、第１部分の一部に局所的で過大な応力がかかることがないから、第２アキシアルリップの耐久力を格段に向上させることができて、密封装置の寿命を長くすることができる。
また、本発明によれば、上記第２部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面は、上記組込前の状態で円錐面または凸面であるから、第２部分の径方向の第２軌道輪側の表面が凹面である場合と比較して、第２アキシアルリップとスリンガのフランジ部との接触面圧を小さくすることができて、第２アキシアルリップの摩耗を抑制することができる。したがって、第２アキシアルリップが、スリンガの固定部に接触するまでの時間を、長くすることができるから、第２部分の径方向の第２軌道輪側の表面が凹面である場合と比較して、トルクが格段に小さい状態を、長期に亘って持続することができる。
また、本発明によれば、第２アキシアルリップの第２部分の摩耗によって、第２アキシアルリップのフランジ部に対する緊迫力が所定力以上低下した状態で、上記第２アキシアルリップにおいて上記スリンガの上記固定部に対向している部分の一部が、スリンガの固定部に接触して、固定部に摺動するようになっているから、第２アキシアルリップの摩耗がすすんだとしても、外部から泥水等の異物が、車輪用転がり軸受において転動体が配置されている室に、浸入することを抑制できる。
また、一実施形態では、上記第２部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面が、滑らかにつながっている。
上記滑らかにつながるとは、密封装置の軸方向の断面において、上記第２部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面が、一端から他端まで微分可能な状態であることをいう。
上記実施形態によれば、上記第２部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面が、滑らかにつながっているから、組込時に第２アキシアルリップの変形に起因して生じる応力を、第２部分全体で略均等に分配して負担することができる。また、組込時に第２アキシアルリップを、径方向の外方に容易に変形させることができ、かつ、第１および第２アキシアルリップの非摩耗状態において、第２アキシアルリップと、スリンガの固定部との間に、所定のクリアランスを容易かつ正確に生成することができる。
また、一実施形態では、上記組込前の状態において、上記軸方向の断面において、上記第１部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面の曲率は、上記軸方向の外方にいくにしたがって大きくなっている。
「上記軸方向の外方にいくにしたがって大きくなっている」という文言には、軸方向の断面において、第１部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面が、軸方向の外方にいくにしたがって、部分的に曲率が一定になっている部分を含んでいる場合も含まれるものとする。このことから、例えば、上記文言には、軸方向の断面において、第１部分の径方向の第２軌道輪側の表面が、基部側に位置する円錐面と、この円錐面に滑らかにつながると共に、回転楕円面の一部からなる凹面とからなっている場合等が含まれる。
上記実施形態によれば、上記組込前の状態において、上記軸方向の断面において、上記第１部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面の曲率は、上記軸方向の外方にいくにしたがって大きくなっているから、組込時に第２アキシアルリップの変形に起因して生じる応力を、第１部分全体で略均等に分配して負担することができ、第２アキシアルリップの固定部に対する非接触状態を実現したとき、第１部分に局所的な応力の集中が発生することを確実に防止することができる。
また、一実施形態では、上記第２アキシアルリップが受ける力は、上記スリンガからの力だけである。
上記実施形態によれば、第２アキシアルリップにおいて上記スリンガの上記固定部に対向している部分を、スリンガの固定部に押し付けようとするガータースプリング等の締め付け部材がないから、第２アキシアルリップにおいて上記スリンガの上記固定部に対向している部分を、スリンガの固定部に押し付けようとするガータースプリング等の締め付け部材がある場合と比較して、上記第２アキシアルリップを、上記スリンガの上記フランジ部に押し付ける組立時において、第２アキシアルリップにおいて上記スリンガの上記固定部に対向している部分を、上記固定部に対して離間させ易くすることができる。
また、本発明の転がり軸受は、
本発明の密封装置と、
少なくとも一つの軌道面を有する内輪と、
少なくとも一つの軌道面を有する外輪と、
上記内輪の上記軌道面と上記外輪の上記軌道面との間に配置された複数の転動体と
を備え、
上記密封装置は、上記内輪の外周面と上記外輪の内周面とで画定されて、上記複数の転動体が配置される転動体配置室における上記軸方向の少なくとも一方の側の開口を密封するように配置され、
上記密封装置の上記スリンガが、上記内輪に固定され、
上記密封装置の上記弾性部材と上記密封装置の上記芯金部材とからなるシール部材が、上記外輪に固定されることを特徴としている。
本発明によれば、本発明の密封装置を備えるから、運転時において、密封装置のトルクを小さくすることができて、本発明の転がり軸受を有する機械の燃費を小さくすることができる。
また、本発明の車輪用転がり軸受は、
本発明の密封装置と、
第１軌道面を有する内軸と、
上記内軸に固定されると共に、第２軌道面を有する内輪と、
第３軌道面と第４軌道面とを有する外輪と、
上記第１軌道面と上記第３軌道面との間に配置された複数の第１の転動体と、
上記第２軌道面と上記第４軌道面との間に配置された複数の第２の転動体と
を備え、
上記密封装置は、上記外輪の内周面と、上記内軸の外周面および上記内輪の外周面において上記外輪の内周面に上記径方向に対向している部分とで画定されて、上記複数の転動体が配置される転動体配置室における上記軸方向の少なくとも一方の側の開口を密封するように配置され、
上記密封装置のスリンガが上記内輪に固定され、
上記密封装置の上記弾性部材と上記密封装置の上記芯金部材とからなるシール部材が、上記外輪に固定されることを特徴としている。
本発明によれば、本発明の密封装置を備えるから、運転時において、密封装置のトルクを小さくすることができて、本発明の車輪用転がり軸受を有する自動車等の車両の燃費を小さくすることができる。
本発明の密封装置によれば、寿命を長くすることができる。また、トルクを格段に低減することができて、この発明の密封装置を搭載した自動車等の燃費を低減することができる。
本発明は以下の詳細な説明と添付の図面からより十分に理解できるであろう。添付の図面は説明のためだけのものであって、本発明を制限するものではない。図面において、
本発明の一実施形態の密封装置を有する車輪用転がり軸受の軸方向の断面図である。 上記実施形態の密封装置全体の拡大断面図である。 上記実施形態の密封装置の第１および第２アキシアルリップ周辺の拡大断面図である。 比較品の密封装置および上記実施形態の密封装置の夫々において、各リップが非摩耗な状態になっている場合において、各リップの全接触荷重に対する接触荷重の比と、比較品の密封装置の全接触荷重に対する上記実施形態の密封装置の全接触荷重の比を示す図である。 上記比較品の密封装置と、上記実施形態の密封装置の夫々において、一実験例における、回転数と回転トルクとの関係を示す図である。 本発明の密封装置を備えたウォータポンプの上記密封装置周辺の拡大断面図である。 比較品の密封装置全体の拡大断面図である。
符号の説明
２ 内軸
３ 外輪
４ 内輪
５ 第１の玉
６ 第２の玉
８ 第１密封装置
９ 第２密封装置
５０,１５０ 芯金部材
５１ 弾性部材
５２,１５２ スリンガ
５３ 基部
５４ 第１アキシアルリップ
５５ 第２アキシアルリップ
５６ 第１部分
５７ 第２部分
５８ 第１部分の径方向の内方の表面
５９ 第２部分の径方向の内方の表面
６０ 軸方向延在部
６１ 径方向延在部
６５ 固定部
６６ フランジ部
９９ 密封装置
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態の密封装置を有する車輪用転がり軸受の軸方向の断面図である。
この車輪用転がり軸受は、内軸２、外輪３、内輪４、複数の第１の玉５、複数の第２の玉６、本発明の一実施形態の第１密封装置８、および、本発明の一実施形態の第２密封装置９を備える。第１の玉５は、第１の転動体を構成し、第２の玉６は、第２の転動体を構成する。
上記内軸２は、軸方向の一端部に、ブレーキディスク１１を取り付けるための径方向に広がる円板状のブレーキディスク取付用フランジ１０を有する。このブレーキディスク取付用フランジ１０の略中心を中心とする同心円上には、複数のボルト貫通穴が形成されている。上記ブレーキディスク取付用フランジ１０に、ブレーキディスク１１を当接させ、さらに、ブレーキディスク１１にホイール部材１３を当接させた状態で、ホイール部材１３のブレーキディスク１１側とは反対側の端面と、ブレーキディスク取付用フランジ１０との間を、複数のボルト１５で固定している。
上記内軸２の軸方向の他端部には、内輪４が外嵌されて固定されている。上記内軸２における、内輪４と、ブレーキディスク取付用フランジ１０との間には、第１軌道面としてのアンギュラ型の第１軌道溝１６が形成されている一方、内輪４の外周面には、第２軌道面としてのアンギュラ型の第２軌道溝１７が形成されている。
上記外輪３は、内軸２におけるブレーキディスク取付用フランジ１０よりも上記他端部側に、内軸２に径方向に対向するように、配置されている。上記外輪３は、軸方向の上記他端部側に、径方向に広がる車体側取付用フランジ１４を有する。この円板状の車体側取付用フランジ１４には、車体側取付用フランジ１４を車体側（ナックル）に取り付けるボルトを挿入するためのボルト貫通穴が複数形成されている。上記外輪３は、外輪３の内周面に軸方向に離間配置された第３軌道面としてのアンギュラ型の第３軌道溝２６および第４軌道面としてのアンギュラ型の第４軌道溝２７を有し、アンギュラ型の第３軌道溝２６は、アンギュラ型の第４軌道溝２７よりも上記一端部側に位置している。
上記複数の第１の玉５は、内軸２の第１軌道溝１６と外輪３の第３軌道溝２６との間に、保持器１８に保持された状態で、周方向に所定の間隔を隔てられて配置されている。上記複数の第２の玉６は、内輪４の第２軌道溝１７と外輪３の第４軌道溝２７との間に、保持器１９に保持された状態で、周方向に所定の間隔を隔てられて配置されている。
上記第１密封装置８は、内軸２と外輪３との間における、軸方向の上記一端部側（ブレーキディスク取付用フランジ１０側）の開口付近に配置されている。上記第１密封装置８は、内軸２と外輪３との間における上記一端部側の開口を密封している。一方、上記第２密封装置９は、内輪４と外輪３との間における、軸方向の上記他端部側（ブレーキディスク取付用フランジ１０側とは反対側）の開口付近に配置されている。上記第２密封装置９は、内輪４と外輪３との間における上記他端部側の開口を密封している。上記第２密封装置９は、第１密封装置８と同一な構造を有している。
図２および図３は、上記第１密封装置８の構造を、詳細に説明する断面図である。詳しくは、図２は、組み付け位置での、芯金部材５０、弾性部材５１およびスリンガ５２の位置関係を示す軸方向の断面図である。図２では、弾性部材５１の位置として、弾性部材５１がスリンガ５２から力を受けないと仮定した場合における、弾性部材の組み付け位置での位置を示している。一方、図３は、弾性部材５１をスリンガ５２に組み付けた状態で、かつ、弾性部材５１が摩耗していない非摩耗状態での、弾性部材５１の位置と、スリンガ５２の位置とを示す断面図である。上記第２密封装置９は、第１密封装置８と同一の構造を有している。上記第２密封装置９は、図２および図３において軸方向の左右を反転させた状態で、内輪４と外輪３との間における、軸方向の上記他端部側の開口付近に配置されている。上記第２密封装置９についての説明は、第１密封装置８の説明をもって省略する。
図２に示すように、第１密封装置（以下、単に密封装置という）８は、芯金部材５０と、弾性部材５１と、スリンガ５２とを有する。上記芯金部材５０と弾性部材５１とは互いに固定されて一体になっている。上記芯金部材５０および弾性部材５１は、シール部材４８を構成している。
上記芯金部材５０は、環状に形成されている。上記芯金部材５０は、断面Ｌ字状の形状を有している。芯金部材は、筒状の軸方向延在部６０と、径方向延在部６１からなる。上記軸方向延在部６０は、第１軌道輪としての外輪３（図１参照、図２には、図示せず）の内周面に内嵌されて固定されている。上記径方向延在部６１は、軸方向延在部６０の内周面における軸方向の上記他端部側（図２の紙面における左側）から径方向の内方に延在している。
上記スリンガ５２は、環状に形成されている。上記スリンガ５２は、断面Ｌ字状の形状を有している。上記スリンガ５２は、筒状の固定部６５と、固定部６５につながるフランジ部６６とを有する。上記固定部６５は、第２軌道輪としての内軸２の外周面に外嵌されて固定されている。尚、第２密封装置９においては、スリンガが固定される第２軌道輪に相当する部材が、内輪４であることは言うまでもない。上記フランジ部６６は、固定部６５の外周面の軸方向の外方側（紙面における右側）の端部から径方向の外方側に延在している。上記フランジ部６６は、芯金部材５０の径方向延在部６１よりも軸方向の外方に位置している。上記フランジ部６６において径方向の内方の一部を除いた大部分は、径方向延在部６１に対して隙間を介して軸方向に対向している。
上記弾性部材は、環状に形成されている。上記弾性部材５１は、軸方向延在部６０の内周面全面と、軸方向延在部６０の内周面につながる径方向延在部６１の軸方向の外方側の端面の全面とを覆うように、芯金部材５０に固着されている。上記弾性部材は、基部５３と、第１アキシアルリップ５４と、第２アキシアルリップ５５とを有する。上記弾性部材５１は、具体的には、ゴム材からなる。ゴム材としては、例えば、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムが好適に用いられることができる。
上記基部５３は、軸方向延在部６０の内周面および径方向延在部６１の上記軸方向の外方側の端面に沿うように配置されている。上記基部５３は、軸方向延在部６０の内周面および径方向延在部６１の上記外方側の端面に固着されている。上記第１アキシアルリップ５４は、基部５３から外輪３（図１参照）側かつ軸方向の外方側（フランジ部６６側）に延在している。
上記第２アキシアルリップ５５は、第１アキシアルリップ５４の径方向の内軸２（図１参照）側（径方向の内方側）に、第１アキシアルリップ５４に対して径方向に間隔をおいて位置している。上記第２アキシアルリップ５５は、第１部分５６と、第２部分５７とを有する。上記第１部分５６は、基部５３から径方向の内軸２側かつ軸方向の外方側に延在している。上記第２部分５７は、第１部分５６の軸方向の外方側の先端につながると共に、径方向の外輪３側かつ軸方向の外方側に延在している。
図２に示すように、弾性部材５１がスリンガ５２から力を受けないと仮定した場合の弾性部材５１の位置は、組み付け位置において、スリンガ５２と重なっている。詳しくは、弾性部材５１の第１アキシアルリップ５４の軸方向の外方の先端部、および、弾性部材５１の第２アキシアルリップ５５の軸方向の外方の先端部は、スリンガ５２のフランジ部６６と重なり、第２アキシアルリップ５５において、第１部分５６と第２部分５７との接続部の近傍に位置する屈曲部（第２アキシアルリップ５５において固定部６５に径方向に対向する部分の一部）は、スリンガ５２の固定部６５と重なっている。
また、図２に示すように、弾性部材５１がスリンガ５２に組み込まれる前の状態において、第１部分５６の径方向の内方の表面５８は、凹面である一方、第２部分５７の径方向の内方の表面５９は、円錐面になっている。軸方向の断面において、第１部分５６の径方向の内方の表面５８の曲率は、軸方向の外方（軸方向のフランジ部６６側）にいくにしたがって大きくなっている。具体的には、軸方向の断面において、第１部分５６の径方向の内方の表面５８は、基部５３側に位置する略円錐面状の部分と、この円錐面状の部分に滑らかにつながると共に、軸方向の外方（軸方向のフランジ部６６側）にいくにしたがって曲率が大きくなっている略回転楕円面の一部からなる部分とからなっている。
上記第２部分５７の径方向の内方の表面５９は、軸方向の断面において、一端から他端まで微分可能になっており、上記表面５９は、滑らかにつながっている。
図３に示すように、第１アキシアルリップ５４、および、第２アキシアルリップ５５の第２部分５７は、組み付け時において、車輪用転がり軸受の中心軸を略中心とするシール部材４８とスリンガ５２との相対回転により、スリンガ５２のフランジ部６６に摺動するようになっている。また、図３に示すように、組み付け状態、かつ、組込後の非摩耗状態において、第２アキシアルリップ５５は、スリンガ５２の固定部６５に対して径方向に間隔をおいて位置している。すなわち、図２および図３に示すように、組み付け時に、芯金部材５０の径方向延在部６１とスリンガ５２のフランジ部６６とが接近するように、芯金部材５０とスリンガ５２とを軸方向に相対移動させることで、第１アキシアルリップ５４、および、第２アキシアルリップ５５の第２部分５７が、スリンガ５２のフランジ部６６の表面に沿って径方向の外方に移動することによって、第１部分５６と第２部分５７との間の上記屈曲部が、径方向の外方に移動して、上記屈曲部が、固定部６５の外周面から径方向の外方に浮上するようになっている。本実施形態では、上記屈曲部を径方向の内方に押圧するガータースプリング等の締め付け部材がないから、上記屈曲部を容易かつ確実に、固定部６５の外周面から径方向の外輪３側に浮上させることができる。屈曲部を径方向の内方に押圧するガータースプリング等の締め付け部材があると、屈曲部が固定部の外周面から径方向の外輪側に浮上しない場合がある。
上述のように、弾性部材５１がスリンガ５２から力を受けないと仮定した場合の上記屈曲部の位置は、固定部６５に重なるように設定されている。第２アキシアルリップ５５の第２部分５７の摩耗によって、第２アキシアルリップ５５のフランジ部６６に対する緊迫力が所定力以上低下した状態で、上記屈曲部は、スリンガ５２の固定部６５に接触して、車輪用転がり軸受の中心軸を略中心とするシール部材４８とスリンガ５２との相対回転により、固定部６５に摺動するようになっている。すなわち、上記屈曲部は、第２アキシアルリップ５５の第２部分５７の摩耗によって、第２アキシアルリップ５５のフランジ部６６に対する緊迫力が所定力以上低下した状態で、ラジアルリップの役割を果たすようになっている。
上記第１アキシアルリップ５４と第２アキシアルリップ５５とスリンガ５２とで形成される空間や、第２アキシアルリップ５５とスリンガ５２とで囲まれた空間には、潤滑剤としての適量のグリースが封入または塗布され、上記グリースによって第１アキシアルリップ５４とスリンガ５２との摺動部及び第２アキシアルリップ５５とスリンガ５２との摺動部が潤滑されるようになっている。また、図３において、上記第２アキシアルリップ５５とスリンガ５２とで囲まれた領域につながると共に、第１密封装置８より軸方向の内方側（紙面における左側）に位置する転動体（この実施形態では玉１８,１９）が配置される転動体配置室には、潤滑剤（この実施形態ではグリース）が封入されている。
図４は、比較品の密封装置および上記実施形態の密封装置の夫々において、各リップが非摩耗な状態になっている場合において、各リップの全接触荷重に対する接触荷重の比と、比較品の密封装置の全接触荷重に対する上記実施形態の密封装置の全接触荷重の比を示す図である。図４に示す結果は、一実験例における結果である。
ここで、上記比較品の密封装置とは、図７に２７０で示す、芯金部材２５０、弾性部材２５１および断面Ｌ字状のスリンガ２５２を有する所謂パックシール型の密封装置であって、２つのラジアルリップ（補助リップ２７３および主リップ２７２）と、１つのアキシアルリップ２７１とを有する密封装置である。
図７に示された弾性部材２５１の位置は、スリンガ２５２に対する芯金部材２５０の相対位置が、組み付け状態での所定位置になっている状態において、弾性部材２５１がスリンガ２５２から力を受けないと仮定した場合での、弾性部材２５１の存在位置である。
図４に示すように、比較品の密封装置２７０においては、ラジアルリップ（２つの合計）の全接触荷重に対する接触荷重比が、８割にも達する一方、アキシアルリップの全接触荷重に対する接触荷重比は、２割程度になっている。このことから、ラジアルリップの接触荷重を低減できれば、トルクを大幅に低減することができる。
そして、２つのアキシアルリップを有するのみで、ラジアルリップを有さない上記実施形態の密封装置においては、全接触荷重の接触荷重比が、比較品の全接触荷重の４割にしか達しておらず、接触荷重を急激に低減することができる。
図５は、上記比較品の密封装置２７０と、上記実施形態の密封装置の夫々において、一実験例における、回転数と回転トルクとの関係を示す図である。
回転数が低い領域から高い領域にわたって、上記実施形態の密封装置のトルクは、比較品の密封装置のトルクの５割程度になっている。すなわち、上記実施形態の密封装置のトルクは、比較品の密封装置と比較して、急激に小さくなっている。なお、この試験は、上記実施形態の密封装置においても比較品の密封装置２７０においても潤滑剤を使用せずに実施した。
上記実施形態の密封装置によれば、第２アキシアルリップ５５のフランジ部６６に対する緊迫力が所定力以上低下する迄、弾性部材５１がスリンガ５２の固定部６５と非接触な状態になっていて、ラジアルリップが存在しない状態になっているから、第２アキシアルリップ５５のフランジ部６６に対する緊迫力が所定力以上低下する迄、ラジアルリップを有する密封装置と比較して、トルクを５０％程度急激に低減することができる。したがって、この密封装置を有する自動車等の燃費を低減することができて、この密封装置を有する自動車等のＣＯ２排出量を低減でき、地球温暖化の抑制に貢献できる。
また、上記実施形態の密封装置によれば、第１部分５６の径方向の内方の表面５８が、弾性部材５１がスリンガ５２に組み込まれる前の組込前の状態で凹面であるから、第１部分が凸面である場合と異なり、組込状態の非摩耗状態において、第２アキシアルリップ５５を、スリンガ５２の固定部６５に対して非接触にするのに、第２アキシアルリップ５５の第１部分５６の基部５３側の一部分を、集中的かつ過度に変形させる必要がない。そして、第１部分５６全体を、その延在方向に略均等に変形させることによって、第２アキシアルリップ５５を、スリンガ５２の固定部６５に非接触にすることができる。すなわち、第１部分５６の一部に局所的で過大な応力がかかることがないから、第２アキシアルリップ５５の耐久力を格段に向上させることができて、密封装置の寿命を長くすることができる。
また、上記実施形態の密封装置によれば、第２部分５７の径方向の内方の表面５９は、組込前の状態で円錐面であるから、第２部分の径方向の内方の表面が凹面である場合と比較して、第２アキシアルリップ５５とスリンガ５２のフランジ部６６との接触面圧を小さくすることができて、第２アキシアルリップ５５の摩耗を抑制することができる。したがって、第２アキシアルリップ５５の上記屈曲部が、スリンガ５２の固定部６５に接触するまでの時間を、長くすることができて、第２部分の径方向の内方の表面が凹面である場合と比較して、トルクが格段に小さい状態を、長期に亘って持続することができる。
また、上記実施形態の密封装置によれば、第２部分５７の径方向の内方の表面５９が、滑らかにつながっているから、組込時に第２アキシアルリップ５５の変形に起因して生じる応力を、第２部分５７の全体に略均等に分配することができて、第２部分５７の全体に均等に負担させることができる。また、組込時に第２アキシアルリップ５５を、径方向の外方に容易に変形させることができ、かつ、第２アキシアルリップ５５の非摩耗状態において、第２アキシアルリップ５５と、スリンガ５２の固定部６５との間に、所定のクリアランスを容易かつ正確に生成することができる。
また、上記実施形態の密封装置によれば、組込前の状態において、軸方向の断面において、第１部分５６の径方向の内方の面の曲率が、軸方向の外方にいくにしたがって大きくなっているから、組込時に第２アキシアルリップ５５の変形に起因して生じる応力を、第１部分５６の全体に略均等に分配することができて、第２部分５７の全体に均等に負担させることができ、第１部分５６に局所的な応力の集中が発生することを確実に防止することができる。したがって、密封装置の寿命を更に延ばすことができる。
また、上記実施形態の密封装置によれば、第２アキシアルリップ５５の第２部分５７の摩耗によって、第２アキシアルリップ５５のフランジ部６６に対する緊迫力が所定力以上低下した状態で、上記屈曲部が、スリンガ５２の固定部６５に接触して、固定部６５に摺動するようになっているから、第２アキシアルリップ５５の摩耗がすすんだとしても、外部からの泥水が、車輪用転がり軸受において玉８,９が配置されている玉配置室に、浸入することを抑制できる。
また、上記実施形態の密封装置によれば、上記第２アキシアルリップ５５が受ける力が、スリンガ５２からの力だけであって、第２アキシアルリップ５５においてスリンガ５２の固定部６５に対向している部分を、スリンガ５２の固定部６５に押し付けようとするガータースプリング等の締め付け部材がない。したがって、第２アキシアルリップにおいてスリンガの固定部に対向している部分を、スリンガの固定部に押し付けようとするガータースプリング等の締め付け部材がある場合と比較して、上記第２アキシアルリップ５５をスリンガ５２のフランジ部６６に押し付ける組立時において、スリンガ５２の固定部６５に対向している部分を、上記固定部６５に対して離間させ易くすることができる。
また、上記実施形態の車輪用転がり軸受によれば、本発明の密封装置８,９を備えるから、運転時において、密封装置８,９のトルクを小さくすることができて、上記実施形態の車輪用転がり軸受を有する自動車等の車両の燃費を小さくすることができる。
尚、上記実施形態の密封装置では、第２部分５７の径方向の内方の表面５９は、組込前の状態で円錐面であったが、この発明では、第２部分の径方向の内方の表面は、組込前の状態で凸面であっても良い。
また、上記実施形態の密封装置では、軸方向の断面において、第１部分５６の径方向の内方に位置する凹面である表面５８は、基部５３側に位置する略円錐面状の部分と、この円錐面状の部分に滑らかにつながると共に、軸方向の外方（フランジ部６６側）にいくにしたがって曲率が大きくなっている略回転楕円面の一部からなる部分とからなっていた。しかしながら、この発明では、軸方向の断面において、第１部分の径方向の内方に位置する表面全体が、円錐面、または、軸方向の外方（フランジ部側）にいくにしたがって曲率が大きくなっている回転楕円面の一部からなる部分であっても良い。この発明では、第１部分の径方向の内方に位置する表面は、軸方向の断面において、軸方向の外方（フランジ部側）にいくにしたがって曲率が大きくなっている形状であれば、如何なる形状であっても良い。
また、上記車輪用転がり軸受では、転動体（玉）配置室（潤滑剤封入室）の軸方向の両側の開口の近傍に、本発明の一実施形態の密封装置８,９が配置されていたが、本発明の密封装置は、車輪用転がり軸受の転動体配置室（潤滑剤封入室）の軸方向の片側の開口の近傍のみに配置されても良い。尚、転動体は、玉でなくて、ころであっても良い、また、玉ところの両方であっても良い。転動体が、ころであるとは、転動体が、円錐ころである場合と円筒ころである場合とを含むが、転動体がころである場合、転動体が円錐ころであると好ましい。尚、本発明の一実施形態の第２密封部材９は、内輪４と外輪３との間における軸方向の上記他端部側の開口付近に配設され、ブレーキディスク取付用フランジ１０がない側に配設されているから、内輪４にスリンガ５０を、外輪３にシール部材４８を容易に取り付けることができる。
図６は、本発明の密封装置９９を備えたウォータポンプの上記密封装置９９周辺の拡大断面図である。
このウォータポンプは、ポンプ軸１００と、メカニカルシール１０１と、ポンプハウジング１０２と、外輪１０５と、本発明の密封装置９９とを有している。上記ポンプハウジング１０２は、ポンプハウジング１０２を貫通する水抜き穴１０７を有している。また、外輪１０５は、ポンプハウジング１０２の内周面に内嵌されて固定されている。
上記ポンプ軸１００、外輪１０５、および、密封装置９９は、ウォータポンプのウォータポンプ軸受の一部をなしている。すなわち、図示しないが、外輪１０５の内周面の図６に矢印ａで示す側には、軸方向に間隔をおいて、密封装置９９に近い方から、深溝型の軌道溝と、円筒軌道面が形成されている一方、ポンプ軸１００の外周面の図６に矢印ａで示す側には、軸方向に間隔をおいて、密封装置９９に近い方から、深溝型の軌道溝と、円筒軌道面が形成されている。
外輪１０５の上記軌道溝と、ポンプ軸１００の上記軌道溝との間には、保持器に保持された状態の玉が、周方向に所定の間隔を隔てられて複数配置されている。また、外輪１０５の上記円筒軌道面と、ポンプ軸１００の上記円筒軌道面との間には、保持器に保持された状態の円筒ころが、周方向に所定の間隔を隔てられて複数配置されている。
上記密封装置９９の芯金部１５０は、第１軌道輪としての外輪１０５の内周面に内嵌されて固定されている一方、密封装置９９のスリンガ１５２は、第２軌道輪としてのポンプ軸１００の外周面に外嵌されて固定されている。上記密封装置９９は、外輪１０５と、ポンプ軸１００との間における、メカニカルシール１０１側の開口を密封している。このようにして、メカニカルシール１０１から矢印ｂで示す方向に漏れだしたポンプ室の冷却水が、ウォータポンプ軸受の内部に入ることを防止している。
上記漏れだしたポンプ室の冷却水は、ポンプハウジング１０２に形成された水抜き穴１０７を介して矢印ｃに示す方向に外部に確実に排出されるようになっている。尚、図６において、１１１は、メカニカルシール１０１のゴムスリーブを示し、１１０は、メカニカルシール１０１のコイルバネを示している。
図６に示すウォータポンプのように、本発明の密封装置を、ウォータポンプに設置すると、ウォータポンプにおけるウォータポンプ軸受のトルクを低減できて、ウォータポンプを有する自動車等の燃費を低減できる。
尚、上記実施例では、本発明の密封装置を、車輪用転がり軸受や、ウォータポンプに設定した。しかしながら、本発明の密封装置を、軌道面を有する軌道部材が外輪および内輪である転がり軸受において、上記外輪と上記内輪との間の少なくとも一方の開口を密封するように配置しても良い。また、本発明の密封装置を、モータにおける、ロータ部材とステータ部材との間に配設する転がり軸受に設置しても良く、この場合、モータの運転コストを低減することができる。本発明の密封装置は、内周面を有する第１部材と、外周面を有する第２部材とを有し、かつ、上記第１部材と、上記第２部材とが、上記第１部材の内周面の径方向に対向する装置であれば、如何なる機械にも設置することができる。そして、本発明の密封装置を設置した機械の運転コストを低減することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、これは種々変更してもよいことは明らかである。そのような変更は、本発明の精神と範囲からの逸脱ではあるとみなされるべきではなく、当業者にとって自明であるような変更はすべて、次に続く特許請求の範囲の中に含まれるものである。

Claims (6)

  1. 第１軌道輪に固定されると共に、上記第１軌道輪の径方向に延在する径方向延在部を有する芯金部材と、
    第２軌道輪に固定される筒状の固定部と、この固定部から上記径方向に延在すると共に、上記径方向延在部よりも上記第２軌道輪の軸方向の外方に位置するフランジ部とを有するスリンガと、
    上記径方向延在部に固定されている基部と、上記基部につながると共に、上記スリンガに摺動するリップ部を有する弾性部材と
    を備え、
    上記リップ部は、
    上記基部から上記径方向の上記第１軌道輪側かつ上記軸方向の外方側に延在して、上記フランジ部に摺動する第１アキシアルリップと、
    上記第１アキシアルリップの上記径方向の上記第２軌道輪側に、上記第１アキシアルリップに対して上記径方向に間隔をおいて位置していると共に、上記フランジ部に摺動する第２アキシアルリップと
    からなり、
    上記第２アキシアルリップは、
    上記基部から上記径方向の上記第２軌道輪側かつ上記軸方向の外方側に延在する第１部分と、
    上記第１部分の上記軸方向の外方側の先端から上記径方向の上記第１軌道輪側かつ上記軸方向の外方側に延在して、上記フランジ部に摺動する第２部分と
    からなり、
    上記弾性部材が上記スリンガに組み込まれる前の状態において、上記第１部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面は、凹面である一方、上記第２部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面は、円錐面または凸面であり、
    上記弾性部材が上記スリンガに組み込まれた後の組込後の非摩耗状態において、上記第２アキシアルリップは、上記スリンガの上記固定部に対して上記径方向に間隔をおいて位置している一方、上記弾性部材が上記スリンガに組み込まれた後の摩耗した状態で、かつ、上記第２アキシアルリップの摩耗によって上記第２アキシアルリップの上記フランジ部に対する緊迫力が所定力以上低下した状態で、上記第２アキシアルリップにおいて上記スリンガの上記固定部に対向している部分の一部は、上記スリンガの上記固定部に摺動することを特徴とする密封装置。
  2. 請求項１に記載の密封装置において、
    上記第２部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面は、滑らかにつながっていることを特徴とする密封装置。
  3. 請求項１または２に記載の密封装置において、
    上記組込前の状態において、上記軸方向の断面において、上記第１部分の上記径方向の上記第２軌道輪側の表面の曲率は、上記軸方向の外方にいくにしたがって大きくなっていることを特徴とする密封装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の密封装置において、
    上記第２アキシアルリップが受ける力は、上記スリンガからの力だけであることを特徴とする密封装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の密封装置と、
    少なくとも一つの軌道面を有する内輪と、
    少なくとも一つの軌道面を有する外輪と、
    上記内輪の上記軌道面と上記外輪の上記軌道面との間に配置された複数の転動体と
    を備え、
    上記密封装置は、上記内輪の外周面と上記外輪の内周面とで画定されて、上記複数の転動体が配置される転動体配置室における上記軸方向の少なくとも一方の側の開口を密封するように配置され、
    上記密封装置の上記スリンガが、上記内輪に固定され、
    上記密封装置の上記弾性部材と上記密封装置の上記芯金部材とからなるシール部材が、上記外輪に固定されることを特徴とする転がり軸受。
  6. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の密封装置と、
    第１軌道面を有する内軸と、
    上記内軸に固定されると共に、第２軌道面を有する内輪と、
    第３軌道面と第４軌道面とを有する外輪と、
    上記第１軌道面と上記第３軌道面との間に配置された複数の第１の転動体と、
    上記第２軌道面と上記第４軌道面との間に配置された複数の第２の転動体と
    を備え、
    上記密封装置は、上記外輪の内周面と、上記内軸の外周面および上記内輪の外周面において上記外輪の内周面に上記径方向に対向している部分とで画定されて、上記複数の転動体が配置される転動体配置室における上記軸方向の少なくとも一方の側の開口を密封するように配置され、
    上記密封装置のスリンガが上記内輪に固定され、
    上記密封装置の上記弾性部材と上記密封装置の上記芯金部材とからなるシール部材が、上記外輪に固定されることを特徴とする車輪用転がり軸受。
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