JP4917779B2 - 芯金無しシールおよび転がり軸受 - Google Patents

Description

この発明は、芯金無しシールおよび転がり軸受に関し、特に、低温時に使用される芯金無しシールおよび転がり軸受に関する。

回転軸を、ハウジング等の外側部材の内径穴に取り付ける際に、回転軸の外径面と内径穴の内径面との間の流体の漏れを防止するため、シールを設ける場合がある。

図６は、従来におけるフリーな状態の芯金付きシールの一部を示す断面図である。図６において、芯金付きシールの内径側に位置する回転軸（図示せず）の外径面を二点鎖線で示す。なお、この明細書中、フリーな状態とは、回転軸および外側部材に組み込まれていない状態をいう。図６を参照して、芯金付きシール１０１は、弾性を有する環状部材１０２と、金属材料で構成される芯金１０３とを有する。芯金付きシール１０１は、芯金１０３を備えることにより、剛性を確保することができ、また、低温時において、芯金付きシール１０１は大きく熱収縮することはない。

芯金付きシール１０１の外径寸法Ｘは、取り付けられる内径穴の内径寸法Ｃに、締め代２Ｙが加えられた寸法である。締め代Ｙを設けることにより、内径穴に取り付けられたときに、芯金付きシール１０１の外径面１０４が、適度な圧力で内径穴の内径面にニップして接触することができ、芯金付きシール１０１と内径穴との間の漏れを防止することができる。また、芯金付きシール１０１には、内径側に突出したリップ部１０５が設けられている。リップ部１０５の内径寸法Ｚは、回転軸の外径寸法Ｅよりも小さく構成されている。こうすることにより、回転軸に取り付けた際に、リップ部１０５が適度な圧力で回転軸の外径面にニップして接触し、芯金付きシール１０１と回転軸との間の漏れを防止することができる。

次に、上記した芯金付きシール１０１を、シェル形ころ軸受に組み込んだ場合について説明する。図７は、芯金付きシール１０１をシェル形ころ軸受１１１に組み込んだ状態を示す断面図であり、組み込む前のフリーな状態の芯金付きシール１０１を点線で示す。図７を参照して、シェル形ころ軸受１１１は、シェル形外輪１１２と、複数のころ１１３と、保持器１１４と、芯金付きシール１０１とを有する。芯金付きシール１０１は、外側部材としてのシェル形外輪１１２と回転軸との間に配置され、取り付けられる。ここで、シェル形外輪１１２の内径面１１５と芯金付きシール１０１の外径面１０４および回転軸の外径面とリップ部１０５は適度な圧力でニップしているため、シェル形外輪１１２と回転軸との間に漏れが生じることはない。

しかし、このような芯金付きシール１０１は、複数の部材から構成されるため、コストが高くなる。また、芯金付きシール１０１は剛性を有するため、シェル形ころ軸受に組み込まれた後に、取り外すことが困難である。

このような問題に対し、その構成材料に芯金を有しない芯金無しシールに関する技術が、特開２００４−２９３６１８号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、芯金無しシールは弾性部材のみから構成されているため、コストが安く、また、組み込んだ後においても、取り外しが容易である。

ここで、芯金を有しない芯金無しシールについて説明する。図８は、芯金無しシールの一部を示す断面図である。図８を参照して、芯金無しシール１０６は、弾性を有する環状部材１０７のみから構成されている。芯金無しシール１０６の寸法については、上記した芯金付きシールと同様であり、外径寸法Ｘは、内径穴の内径寸法Ｃに締め代２Ｙが加えられた寸法であり、リップ部１０８の内径寸法Ｚは、回転軸の外径寸法Ｅよりも小さく構成されている。
特開２００４−２９３６１８号公報（段落番号００１８〜００２６、図２）

弾性部材のみから構成される芯金無しシールは、常温時においては、上記した通り、芯金付きシールと同様、外側部材と回転軸との間に配置されたときに、その間の漏れを防止することができる。しかし、低温時においては、芯金無しシール１０６は、上記した寸法関係を有しないため、その間の漏れを防止することができない。

これを、図９を用いて説明する。図９は、低温時における芯金無しシールをシェル形ころ軸受１１１に組み込んだ状態を表す断面図の一部である。なお、常温時における芯金無しシール１０６を点線で示す。図９を参照して、芯金無しシール１０６は、低温時において、矢印Ｗで示す方向に収縮するため、その外径寸法はＸからＸ’となり、外側部材であるシェル形外輪１１２の内径面１１５の内径寸法Ｃよりも小さくなる。そうすると、シェル形ころ軸受１１１に組み込んだ際に、シェル形外輪１１２の内径面１１５と芯金無しシール１０６の外径面１０９とはニップせず、その間にすき間Ｖが生じることになる。このようなすき間Ｖがあると、シェル形外輪１１２と回転軸との間の漏れを生じさせてしまうことになる。

また、内径側のリップ部１０８についても、矢印Ｗで示す方向に収縮するため、リップ部１０８の内径寸法はＺからＺ’となり、リップ部１０８がより内径側に位置することになる。そうすると、ニップ量が大きくなり、回転軸との食いつき量が多くなって、回転時に、回転軸と芯金無しシール１０６が一緒に回転し、シール性が損なわれてしまうおそれがある。

この発明は、低温時においても、高いシール性を有する芯金無しシールおよび転がり軸受を提供することを目的とする。

この発明に係る芯金無しシールは、回転軸と回転軸の外径面に間隔をあけて対面する内径面を備える外側部材との間に配置され、流体の漏れを防止する芯金無しシールである。ここで、芯金無しシールの外径は、熱収縮量を加味した締め代を有する。

このように構成することにより、間隔のあいた回転軸と外側部材との間に配置された芯金無しシールが、低温時において熱収縮し、外径が小さくなっても、芯金無しシールの外径寸法は、外側部材の内径面の内径寸法よりも大きいため、芯金無しシールの外径面と外側部材の内径面との間にすき間が生じることはない。したがって、低温時においても、芯金無しシールの外径面と外側部材の内径面とが適度な圧力でニップすることができ、高いシール性を有する。

好ましくは、熱収縮量を加味した締め代の径方向の寸法をＡとし、常温におけるフリーな状態での芯金無しシールの外径寸法をＢとすると、０．００５Ｂ≦Ａ≦０．０３０Ｂの関係が成り立つ。Ａを０．００５Ｂ以上とすれば、低温時の熱収縮量を考慮した最低限の締め代の寸法を確保することができる。また、Ａを０．０３０Ｂ以下とすると、必要以上に締め代の寸法を大きくとることがなくなるため、外側部材への組み込みが容易となる。

より好ましくは、外側部材の内径寸法をＣとすると、０．９５０Ｂ≦Ｃ≦０．９８５Ｂの関係が成り立つ。こうすることにより、熱収縮をほとんど考慮する必要のない外側部材との寸法関係において、最適な寸法をとることができる。

さらに好ましくは、常温におけるフリーな状態での芯金無しシールの内径寸法をＤとし、回転軸の外径寸法をＥとすると、Ｅ＜Ｄ＜Ｅ＋２Ａの関係が成り立つ。こうすることにより、常温時において、組み込まれた際に、リップ部の内径寸法を回転軸の外径寸法よりも小さくすることができる。また、低温時においても、芯金無しシールの回転軸への食いつきを抑えることができる。

この発明の他の局面においては、転がり軸受は、上記したいずれかの芯金無しシールを有する。こうすることにより、低温時においても、高いシール性を有する転がり軸受を提供することができる。

この発明によれば、低温時において、芯金無しシールが熱収縮し、外径が小さくなっても、芯金無しシールの外径寸法は、外側部材の内径面の内径寸法よりも大きいため、芯金無しシールの外径面と外側部材の内径面との間にすき間が生じることはない。

その結果、低温時においても、芯金無しシールの外径面と外側部材の内径面とが適度な圧力でニップすることができ、高いシール性を有する。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図２は、この発明の一実施形態に係る芯金無しシール１１の、常温におけるフリーな状態を示す断面図である。図２を参照して、芯金無しシール１１は、弾性を有する環状部材１２のみから構成されている。芯金無しシール１１の外径寸法Ｂは、外側部材の内径寸法Ｃに、熱収縮量を加味した締め代２Ａが加えられた寸法である。また、内径側に突出したリップ部１４が位置する芯金無しシール１１の内径寸法Ｄは、回転軸の外径寸法Ｅよりもやや大きく構成されている。

ここで、上記した寸法関係においては、０．００５Ｂ≦Ａ≦０．０３０Ｂとすることが好ましい。Ａが０．００５Ｂ以上であると、低温時における最低限の締め代を確保することができる。また、Ａが０．０３０Ｂ以下であると、必要以上に締め代の寸法を大きくとることがなくなるため、外側部材への組み込みが容易となる。また、０．９５０Ｂ≦Ｃ≦０．９８５Ｂとしてもよい。こうすることにより、熱収縮をほとんど考慮する必要のない外側部材の内径寸法Ｃとの関係において、外径寸法Ｂを規定することができる。さらに、Ｅ＜Ｄ＜Ｅ＋２Ａとしてもよい。ＤがＥより大きいと、低温時における熱収縮を考慮して、組み込む際の回転軸との食いつき量を適当にすることができる。また、ＤがＥ＋２Ａよりも小さいと、リップ部が組み込み時に回転軸と食いつくことができる。

次に、上記した芯金無しシール１１を、間隔のあいた回転軸と外側部材との間に配置した状態について説明する。図１は、外側部材としてシェル形ころ軸受のシェル形外輪を用いた場合の、シェル形ころ軸受の一部を示す断面図である。なお、図１中、低温時におけるフリーな状態の芯金無しシール１１の外形を点線で、常温におけるフリー状態の芯金無しシール１１の外形を一点鎖線で示す。図１を参照して、シェル形ころ軸受２１は、その内径側に位置する回転軸（図示せず）を支持する。シェル形ころ軸受２１は、その内径面２５に軌道面を有するシェル形外輪２２と、複数のころ２３と、複数のころ２３を保持する保持器２４と、芯金無しシール１１とを有する。シェル形外輪２２は、その縁曲げ部が径方向内側に向かって延びている鍔部２６を有する。シェル形ころ軸受２１の構成部材である芯金無しシール１１は、回転軸とシェル形外輪２２との間に配置され、組み込まれる。芯金無しシール１１の軸方向における位置は、保持器２４と、鍔部２６との間である。

まず、常温時における組み込み状態について説明する。芯金無しシール１１の外径寸法Ｂは、シェル形外輪２２の内径面２５の内径寸法Ｃに、締め代２Ａが加えられた寸法である。したがって、外径側においては、シェル形外輪２２の内径面２５と、芯金無しシール１１の外径面１３は、適度な圧力でニップすることができる。また、内径側においては、フリーな状態で、リップ部１４の内径寸法Ｄは、回転軸の外径寸法Ｅよりも大きく構成されている。しかし、シェル形外輪２２と回転軸の間に組み込まれたときに、芯金無しシール１１は収縮する。したがって、回転軸とシェル形外輪２２の間に組み込まれたときの内径寸法は、回転軸の外径寸法Ｅよりも小さくなるため、リップ部１４において、適度な圧力で回転軸とニップすることができる。

次に、低温時における組み込み状態について説明する。外径側においては、環状部材１２は、図１中の矢印Ｗの方向に収縮するため、芯金無しシール１１の外径寸法はＢからＢ’まで小さくなる。しかし、外径寸法Ｂには、予め熱収縮量を加味した締め代Ａが設けられているため、収縮後においても、芯金無しシール１１は、その外径寸法Ｂ’において締め代Ａ’を有する。したがって、低温時においても、シェル形外輪２２の内径面２５と芯金無しシール１１の外径面１３との間にすき間を生じさせることなく、適度な圧力でニップすることができる。また、内径側においては、リップ部１４の内径寸法もＤからＤ’まで小さくなる。しかし、回転軸の外径寸法Ｅよりも若干小さいだけであり、回転軸への食いつき量を多くすることなく、回転軸の外径面２７と適度な圧力でニップすることができる。

以上より、低温時においても、芯金無しシールは、外径面および内径面に適度な圧力でニップすることができ、回転軸とシェル形ころ軸受との間の高いシール性を有する。

このようなシェル形ころ軸受に組み込まれる芯金無しシールに関しては、シェル形外輪の一方の鍔部側に組み込まれてもよいし、両方の鍔部側に組み込まれてもよい。図３は、一方の鍔部側に芯金無しシールを組み込んだ場合のシェル形ころ軸受の断面図である。図３を参照して、シェル形ころ軸受３１は、シェル形外輪３２の一方の鍔部３３側に芯金無しシール３４を組み込んでいる。こうすることにより、一方の鍔部３３側の漏れを防止することができる。また、図４は、両方の鍔部側に芯金無しシールを組み込んだ場合のシェル形ころ軸受の断面図である。図４を参照して、シェル形ころ軸受３６は、シェル形外輪３７の両方の鍔部３８ａ、３８ｂ側に芯金無しシール３９ａ、３９ｂを組み込んでいる。こうすることにより、両方の鍔部３８ａ、３８ｂ側の漏れを防止することができる。

なお、上記の実施の形態においては、外側部材としてシェル形ころ軸受のシェル形外輪を用い、芯金無しシールをシェル形ころ軸受の構成部材の一つとしたが、これに限らず、外側部材として他の部材を用い、ころ軸受の構成部材の一つとしなくてもよい。

図５は、芯金無しシールを外側部材であるハウジングと回転軸との間に配置した状態を表す断面図である。図５を参照して、ハウジング４１に設けられた内径穴４２と回転軸（図示せず）との間には、玉軸受４３が配置され、その内径側にある回転軸を支持する。玉軸受４３は、転動体である玉４７と、内輪４８と、外輪４６とを有する。外輪４６の外径面５１と、内径穴４２の内径面４９とが当接しており、内輪４８の内径面５２が回転軸の外径面とが当接している。また、内径穴４２の開口端側には、外部からの異物等の混入を防止するために、玉軸受４３の軸方向外側に、キャップ部４５が設けられている。

ここで、芯金無しシール４４を、回転軸とハウジング４１との間に配置する。軸方向の位置については、玉軸受４３とキャップ部４５の間とする。ここで、低温時においても、芯金無しシール４４は、熱収縮量を加味した締め代を有しているため、内径穴４２の内径面４９と芯金無しシール４４の外径面５０とが、適度な圧力でニップすることができる。また、回転軸の外径面と芯金無しシール４４のリップ部についても、回転軸に食いつくことはない。こうすることにより、間隔のあいた回転軸とハウジングとの間の漏れを防止することができる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この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。

この発明に係る芯金無しシールおよび転がり軸受は、低温時においても高いシール性を有するため、低温環境下で使用される芯金無しシールおよび転がり軸受に有効に利用される。

この発明の一実施形態に係る芯金無しシールをシェル形ころ軸受に組み込んだ場合の断面図である。 常温時におけるフリーな状態での、この発明の一実施形態に係る芯金無しシールの一部を示す断面図である。 一方の鍔部側に芯金無しシールを組み込んだシェル形ころ軸受の断面図である。 両方の鍔部側に芯金無しシールを組み込んだシェル形ころ軸受の断面図である。 玉軸受の外側に芯金無しシールを配置した場合の断面図である。 従来における芯金付きシールの一部を示す断面図である。 従来における芯金付きシールをシェル形ころ軸受に組み込んだ状態を示す断面図である。 従来における芯金無しシールの一部を示す断面図である。 従来における低温時での芯金無しシールをシェル形ころ軸受に組み込んだ状態を示す断面図である。

符号の説明

１１，３４，３９ａ，３９ｂ，４４ 芯金無しシール、１２ 環状部材、１３，２７，５０，５１ 外径面、１４ リップ部、２１，３１，３６ シェル形ころ軸受、２２，３２，３７ シェル形外輪、２３ ころ、２４ 保持器、２５，４９，５２ 内径面、２６，３３，３８ａ，３８ｂ 鍔部、４１ ハウジング、４２ 内径穴、４３ 玉軸受、４５ キャップ部、４６ 外輪、４７ 玉、４８ 内輪。

Claims (5)

1. 回転軸と、前記回転軸の外径面に間隔をあけて対面する内径面を備え、その縁曲げ部が径方向内側に向かって延びている鍔部を有する外側部材との間において前記外側部材の内径側に組み込まれるようにして配置され、流体の漏れを防止する芯金無しシールであって、
   前記芯金無しシールの外径および内径は、径方向の全体の寸法として、熱収縮量を加味した締め代を有する、芯金無しシール。
2. 前記熱収縮量を加味した締め代の径方向の寸法をＡとし、常温におけるフリーな状態での前記芯金無しシールの外径寸法をＢとすると、
   ０．００５Ｂ≦Ａ≦０．０３０Ｂの関係が成り立つ、請求項１に記載の芯金無しシール。
3. 前記外側部材の内径寸法をＣとすると、
   ０．９５０Ｂ≦Ｃ≦０．９８５Ｂの関係が成り立つ、請求項１または２に記載の芯金無しシール。
4. 常温におけるフリーな状態での前記芯金無しシールの内径寸法をＤとし、前記回転軸の外径寸法をＥとすると、
   Ｅ＜Ｄ＜Ｅ＋２Ａの関係が成り立つ、請求項１〜３のいずれかに記載の芯金無しシール。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の芯金無しシールを有する、転がり軸受。

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