JP6959628B2

JP6959628B2 - 軸受密封装置

Info

Publication number: JP6959628B2
Application number: JP2016198271A
Authority: JP
Inventors: 隆司小村
Original assignee: Uchiyama Manufacturing Corp
Current assignee: Uchiyama Manufacturing Corp
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2036-10-06
Also published as: JP2018059586A

Description

本発明は、例えば、自動車等の車輪支持部の軸受空間を密封する軸受密封装置に関し、さらに詳しくは、外輪（外側部材）と内輪（内側部材）との間に装着されリップを備えた軸受密封装置に関する。

前記のような軸受密封装置において、外輪もしくは内輪の回転時にリップに塗布されたグリースが漏れ出ない構造とすることが求められる。特に軸受密封装置のリップのうち最も外径側に設けられるリップからのグリース漏れが問題となるため、対応策として、グリースの塗布量を少なくしたり、リップの接触面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、この場合はシール寿命が短くなったり、トルクが増大する等の影響がある。

下記特許文献１には、軸受密封装置の最も外径側に設けられるリップの先端縁と他方の部材の摺接部の内部空間側の角度が１３〜４５度の軸受密封装置が開示されている。
下記特許文献２には、転がり軸受の外輪軌道と内輪軌道との間に複数の転動体を保持器で転動自在に保持し、グリース組成物を充填したものが開示されており、グリース組成物の４０℃における動粘度が１５〜８０ｍｍ^２／ｓで降伏応力が１．２〜５ｋＰａとしたことが記載されている。

特開２００７−２３９９８７号公報国際公開第２０１４／０８８００６号

上記特許文献１に記載のようにリップの摺接面への接触角度が小さい場合は、リップの接触面積が大きくなり、トルクが増大してしまう一方、前記接触角度が大きい場合は、シール性を確保することが難しいため、これらを満たした接触角度の設計は難しい。よって、上記特許文献１に記載のものは、接触角度を上記範囲としながら、接触面積が大きくならないようにリップの先端形状を特定の形状とする必要があるものであった。

一方、リップからのグリース漏れを防止する観点から、グリースの粘度等に着目する場合、グリースの選択は難しく、上記特許文献２に記載のような転動体部分に封入されるグリースをリップに塗布するグリースにそのまま転用するのは難しく、リップの接触角度に応じたグリースの選択が求められる。

本発明は、前記実情に鑑みなされたもので、最も外径側に設けられたリップからのグリース漏れを防止する軸受密封装置を提供することを目的としている。

本発明に係る軸受密封装置は、相対的に同軸回転する内側部材及び外側部材で構成される軸受空間を密封する軸受密封装置であって、前記内側部材及び前記外側部材のうち一方の部材に嵌合される円筒部を有した芯金と、前記芯金に固着され金属材からなる他方の部材に接触する２以上のゴム材からなるリップを有したシールリップ部材とを備え、前記リップのうち最も外径側の最外径リップは、先端に向かって徐々に径大化とともに屈曲点を有しない形状とされ、前記他方の部材に接触する端部と前記最外径リップが接触する前記他方の部材の被接触面とがなす締め代が加わった状態での接触角度が４０〜９０°であり、前記最外径リップの前記端部に塗布されたグリースの降伏応力が４５０Ｐａ以上とされ、前記最外径リップの端部に塗布されるグリースの量が、前記最外径リップと、前記最外径リップに隣接して配されたリップとの間に形成される空間の３０％以下であることを特徴とする。

本発明の軸受密封装置によれば、最外径リップの端部と被接触面とがなす前記接触角度を上記構成とすることで、最外径リップ及び被接触面におけるグリースの付着面積を小さくすることができる。よって、最外径リップ、被接触面の何れが回転する場合においても、グリースにかかる回転による遠心力を抑えることができ、また、使用するグリースを上記構成とすることで、グリースの移動を抑制することができるので、最外径リップの端部に塗布されたグリースの外部への漏れを効果的に防止できる。

本発明の軸受密封装置において、グリースの降伏応力が５００Ｐａ以上であってもよい。

本発明の軸受密封装置によれば、最も外径側に設けられたリップからのグリース漏れを防止することができる。

本発明に係る軸受密封装置が適用される軸受装置の一例を示す概略的縦断面図である。本発明に係る軸受密封装置の第一の実施形態を示す図であり、（ａ）は図１のＸ部の拡大図である。（ｂ）及び（ｃ）は同軸受密封装置のシールリップ部材の最外径リップについて説明するための概略的拡大断面図である。本発明に係る軸受密封装置の第二の実施形態を示す図であり、（ａ）は図１のＹ部の拡大図である。（ｂ）は同軸受密封装置のシールリップ部材の最外径リップについて説明するための概略的拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
本実施形態に係る軸受密封装置１０は、図１、図２に示すように、相対的に同軸回転する内側部材（他方の部材）としての内輪５及び外側部材（一方の部材）としての外輪２で構成される軸受装置１に装着される。軸受密封装置１０は、外輪２に嵌合される円筒部６００を有した芯金６０と、芯金６０に固着され内輪５側（本実施形態ではスリンガ５０）に接触する２以上のリップ６１１，６１２，６１３を有したシールリップ部材６１とを備えている。リップ６１１，６１２，６１３のうち最も外径側の最外径リップ６１１は、先端に向かって徐々に径大化する形状とされ、最外径リップ６１１の端部６１１ａと最外径リップ６１１が接触する被接触面５０１ａとがなす締め代が加わった状態での接触角度αが、４０〜９０°であり、最外径リップ６１１の端部６１１ａに塗布されたグリースＧの降伏応力が４５０Ｐａ以上とされている。以下、詳しく説明する。

図１は、自動車の車輪（不図示）を軸回転可能に支持する軸受装置１を示す。この軸受装置１は、大略的に、外輪２と、ハブ輪３と、ハブ輪３の車体側に嵌合一体とされる内輪部材４と、外輪２とハブ輪３及び内輪部材４との間に介装される２列の転動体（ボール）６…とを含んで構成される。この例では、ハブ輪３及び内輪部材４が内側部材としての内輪５を構成する。外輪２は、自動車の車体（不図示）に固定される。また、ハブ輪３にはドライブシャフト７が同軸的にスプライン嵌合され、ドライブシャフト７は等速ジョイント８を介して不図示の駆動源（駆動伝達部）に連結される。ドライブシャフト７はナット９によって、ハブ輪３と一体化され、ハブ輪３のドライブシャフト７からの抜脱が防止されている。内輪５（ハブ輪３及び内輪部材４）は、外輪２に対して、軸Ｌ回りに回転可能とされ、外輪２と、内輪５とにより、相対的に同軸回転する２部材が構成され、該２部材間に環状の軸受空間Ｓが形成される。軸受空間Ｓ内には、２列の転動体６…が、リテーナ６ａに保持された状態で、外輪２の軌道輪２ａ、ハブ輪３及び内輪部材４の軌道輪３ａ，４ａを転動可能に介装されている。ハブ輪３は、円筒形状のハブ輪本体３０と、ハブ輪本体３０より立上基部３１を介して径方向外側に延出するよう形成されたハブフランジ３２を有し、ハブフランジ３２にボルト３３及び不図示のナットによって車輪が取付固定される。以下において、軸Ｌ方向に沿って車輪に向く側（図１において左側を向く側）を車輪側、車体に向く側（同右側を向く側）を車体側と言う。

軸受空間Ｓの軸Ｌ方向に沿った両端部であって、外輪２と内輪部材４、及び外輪２とハブ輪３との間には、軸受密封装置１０，１１が装着され、軸受空間Ｓの軸Ｌ方向に沿った両端部が密封される。これら軸受密封装置１０，１１によって、軸受空間Ｓ内への泥水等の侵入を防止するとともに、軸受空間Ｓ内に充填される潤滑剤（グリース等）の外部への漏出が防止される。
軸受密封装置１０，１１のうち、まず図２では本発明を車体側の軸受密封装置１０に適用した例を説明するが、図３に示すように車輪側の軸受密封装置１１にも本発明を適用することができる。

図２を参照しながら、第一の実施形態に係る軸受密封装置１０を説明する。軸受密封装置１０は、外輪２に内嵌される円筒部６００を有した芯金６０と、芯金６０に固着されスリンガ５０に接触するリップ６１１，６１２，６１３を有したシールリップ部材６１とを備えている。
芯金６０は、金属材等からなり板金加工されたリング状で、外輪２の車体側内径面２ｂに内嵌される円筒部６００と、円筒部６００の軸受空間Ｓ側の端部６００ａから内径側に延びる内向鍔部６０１とを有している。スリンガ５０は、回転する内側部材、すなわちここでは内輪部材４の一部を構成し、内輪部材４の外径面４ｂに外嵌されるスリンガ円筒部５００と、スリンガ円筒部５００の軸受空間Ｓとは反対側の端部５００ａから外径側に延びる外向鍔部５０１とを有している。芯金６０及びスリンガ５０は、鋼板をプレス加工することにより断面が略Ｌ字状に形成され、これらを図２（ａ）に示すように互いに対向して組み合わせることでいわゆるパックシールを構成している。

シールリップ部材６１は、ゴム材からなり、芯金６０に加硫成型により固着一体とされる。シールリップ部材６１は、シールリップ基部６１０と、シールリップ基部６１０から延出された複数のリップ６１１，６１２，６１３とを有している。これらリップ６１１，６１２，６１３の個数や形状は図例に限定されないが、図２（ａ）、（ｂ）に示す軸受密封装置１０は、リップが３個形成された例を示している。

シールリップ部材６１、シールリップ基部６１０及び各リップ６１１，６１２，６１３についてさらに説明する。ここでは最も外径側のリップを最外径リップ６１１という。図中の２点鎖線は、最外径リップ６１１が弾性変形する前の状態を示している。また最も内径側、すなわち軸受空間Ｓ側に設けられたリップをグリースリップ６１３という。さらに最外径リップ６１１とグリースリップ６１３の間に設けられたリップをラジアルリップ６１２という。シールリップ基部６１０は、芯金６０における内向鍔部６０１の軸受空間Ｓ側の面６０１ａの一部から内周縁部６０１ｂを回り込み、内向鍔部６０１の軸受空間Ｓとは反対側の面６０１ｃの全面及び円筒部６００の内径面６００ｂの全面を覆い、芯金６０に固着一体とされている。そしてそのように形成されたシールリップ基部６１０からスリンガ５０の外向鍔部５０１に向けて最外径リップ６１１が、スリンガ５０のスリンガ円筒部５００に向けてラジアルリップ６１２及びグリースリップ６１３がそれぞれ延出して形成されている。

最外径リップ６１１は、先端に向かって徐々に径大化する形状とされており、最外径リップ６１１の端部６１１ａは、スリンガ５０の外向鍔部５０１に接触するように配されている。具体的には、端部６１１ａは外向鍔部５０１の軸受空間Ｓ側（車輪側）の面に接触するように配されており、図中、５０１ａは被接触面を示している。そして最外径リップ６１１の内径側の端部６１１ａには、グリースＧが塗布されており、この最外径リップ６１１の端部６１１ａと、最外径リップ６１１が接触する外向鍔部５０１の被接触面５０１ａとがなす締め代が加わった状態での接触角度αは、４０〜９０°とされている。図２（ｂ）に示す例では接触角度αは、約４５°であり、このように接触角度αを４０°以上で９０°に近づけることができればできるほど、端部６１１ａに塗布されたグリースＧの被接触面５０１ａに対する付着面積を小さくできる。よって、グリースＧにかかる回転による遠心力を抑えることができ、最外径リップ６１１の端部６１１ａに塗布されたグリースＧの外部への漏れを防止できる。

この点について、図２（ｂ）及び図２（ｃ）を示しながら、さらに説明する。図２（ｂ）は最外径リップ６１１の端部６１１ａと被接触面５０１ａとがなす締め代が加わった状態での接触角度αを約４５°とした場合、図２（ｃ）は前記接触角度βを約１５°とした場合を示している。図２（ｂ）と図２（ｃ）とは、最外径リップ６１１の端部６１１ａに塗布されたグリースＧの塗布量を同量とした場合を示しており、この場合、図２（ｂ）のように接触角度α（４０〜９０°）が大きいとおのずとグリースＧの被接触面５０１ａへの付着面積ｄは、図２（ｃ）の場合と比べて小さくなる。一方、図２（ｃ）のように接触角度β（０〜４０°未満）が小さいとグリースＧの被接触面５０１ａへの付着面積ｄ’が、図２（ｂ）の場合と比べて大きくなる。また図２（ｂ）のように接触角度α（４０〜９０°）が大きいとおのずとグリースＧの最外径リップ６１１の端部６１１ａへの付着面積ｅは、図２（ｃ）の場合と比べて小さくなる。一方、図２（ｃ）のように接触角度β（０〜４０°未満）が小さいとグリースＧの最外径リップ６１１の端部６１１ａへの付着面積ｅ’は、図２（ｂ）の場合と比べて大きくなる。
このように最外径リップ６１１及び被接触面５０１ａにおけるグリースの付着面積（ｄ，ｅ）を小さくすることができるので、本実施形態で示す内輪５が回転の場合はもちろん、外輪２が回転する場合においても、グリースＧにかかる回転による遠心力を抑えることができる。

ここで最外径リップ６１１の端部６１１ａに塗布されているグリースＧの降伏応力は、４５０Ｐａ以上とされている。グリースＧの降伏応力は、４５０Ｐａ以上、さらには５００Ｐａ以上が望ましく採用され、その上限値は特に限定されないが、例えば１０００Ｐａとしてもよい。
グリースＧの降伏応力を４５０Ｐａ以上とすることで、グリースＧの移動（流動）を抑制することができる。よってこの観点からも、最外径リップ６１１の端部６１１ａに塗布されたグリースＧの外部への漏れを防止できる。またグリースＧの降伏応力を５００Ｐａ以上とすれば、一層、グリースＧの漏れ防止効果が発揮される。具体的には最外径リップ６１１に塗布されるグリースＧは、グリースＧの特性に違いによりスリンガ５０の回転で生じる撹拌・流動の挙動に違いが生じるが、グリースＧの降伏応力が高いとグリースＧの流動範囲を小さくすることができる。それに加えて、上述のように接触角度αを設定すれば、被接触面５０１ａへのグリースＧの付着面積を小さくすることができ、グリースＧ自体が受ける遠心力も小さくなることから、グリースＧの漏れを効果的に抑制することができる。

以上の構成によれば、グリースＧの外部への漏れを抑制できるので、最外径リップ６１１の端部６１１ａに塗布されるグリースＧの量を最外径リップ６１１とラジアルリップ６１２との間に形成される空間の３０％以下の量としてもよい。一般的には、端部６１１ａに塗布するグリースＧの量は、長期使用による外部への漏れをある程度は想定して大目に塗布するが、本実施形態によれば、上述のようにグリースＧの塗布量を少なくしても、グリースＧの漏れを抑制できるので、シール寿命や回転トルクに影響がでる懸念がない。

このとき用いられるグリースＧは、エステル系、合成炭化水素系、鉱油系のもの、或いはエステル系と鉱油とを混ぜたもの等が用いられるが、これらに限定するものではない。
またグリースＧの基油動粘度（４０℃）についても、特に限定されず、７０〜２００ｍｍ^２／ｓｅｃと比較的高い基油動粘度のグリースＧを用いてもよい。

ラジアルリップ６１２の形状は、特に限定されないが、先端に向かって徐々に径小化する形状とされるとともに、軸受空間Ｓ側とは反対側に向いて形成されている。ラジアルリップ６１２は、最外径リップ６１１を通過してしまったダストや泥水等がさらに軸受空間Ｓ側に侵入することを防止できるように形成されている。グリースリップ６１３の形状も特に限定されないが、図２に示す例は、シールリップ基部６１０からラジアルリップ６１２と二股に分かれ、先端に向かって径小化する形状にされるとともに、軸受空間Ｓ側に向いて形成されている。グリースリップ６１３は、軸受空間Ｓに充填されているグリースが軸受密封装置１０内を経て外部へ漏れないように形成されている。ラジアルリップ６１２及びグリースリップ６１３のスリンガ円筒部５００への接触角
度は、最外径リップ６１１のように特に限定するものではない。またラジアルリップ６１２及びグリースリップ６１３のスリンガ５０のスリンガ円筒部５００と摺接する面にはグリース（不図示）が塗布されているが、そのグリースは最外径リップ６１１の端部６１１ａに塗布されているものと同じでもいいし、異なる降伏応力のものであってもよい。

図３は、本発明に係る軸受密封装置の第二の実施形態を示す。本実施形態の軸受密封装置１１は、車輪側の軸受密封装置を示しており、軸受密封装置１１は、外輪２の内径面２ｃに内嵌される芯金７０と、芯金７０に固着されハブ輪３に接触する２以上のリップ７１１，７１２，７１３を有したシールリップ部材７１とを備えている。上述の第一の実施形態とは、スリンガを備えていない点で異なり、リップ７１１，７１２，７１３が回転する内側部材、具体的にはハブ輪３を構成するハブ輪本体３０、立上基部３１、ハブフランジ３２に直接摺接している点で異なる。

芯金７０は、図２の芯金６０と同様に金属材等からなり板金加工されたリング状で、外輪２の内径面２ｃに内嵌される円筒部７００と、円筒部７００の車輪側の端部７００ａから内径側に延びる内向鍔部７０１とを有している。シールリップ部材７１は、ゴム材からなり、芯金７０に加硫成型により固着一体とされる。シールリップ部材７１は、シールリップ基部７１０と、シールリップ基部７１０から延出された複数のリップ７１１，７１２，７１３とを備える。リップ７１１，７１２，７１３の個数や形状は図例に限定されないが、図３に示す軸受密封装置１１は、リップが３個形成された例を示している。

シールリップ部材７１、シールリップ基部７１０及び各リップ７１１，７１２，７１３についてさらに説明する。ここでも最も外径側のリップを最外径リップ７１１という。図中の２点鎖線は、最外径リップ７１１が弾性変形する前の状態を示している。また最も内径側、すなわち軸受空間Ｓ側に設けられたリップをグリースリップ７１３という。さらに最外径リップ７１１とグリースリップ７１３の間に設けられたリップをアキシャルリップ７１２という。シールリップ基部７１０は、芯金７０における内向鍔部７０１の軸受空間Ｓ側の面７０１ａの一部から内周縁部７０１ｂを回り込み、内向鍔部７０１の軸受空間Ｓとは反対側の面７０１ｃの全面を覆い、芯金７０に固着一体とされている。そしてそのように形成されたシールリップ基部７１０から、ハブフランジ３２に向けて最外径リップ７１１とアキシャルリップ７１２が、ハブ輪本体３０に向けてグリースリップ７１３がそれぞれ延出して形成されている。

本実施形態における最外径リップ７１１も、第一の実施形態の最外径リップ６１１と同様に先端に向かって徐々に径大化する形状とされている。第一の実施形態に係る最外径リップ６１１とは、上述したように最外径リップ７１１の端部７１１ａがスリンガ５０ではなく、ハブフランジ３２に摺接するように配されている点で異なるが、端部７１１ａと被接触面３２ａとがなす締め代が加わった状態での接触角度αやそこに塗布されるグリースＧの降伏粘度については、第一の実施形態と同じ構成を適用することができる。
よって本実施形態における最外径リップ７１１の端部７１１ａと、最外径リップ７１１が接触する被接触面３２ａとがなす締め代が加わった状態での接触角度αは、４０〜９０°とされている。図３（ｂ）に示す例では接触角度αは、約６０°であり、このように接触角度αを４０°以上とし９０°に近づけることができればできるほど、ハブフランジ３２の被接触面３２ａへのグリースＧの付着面積を小さくすることができ、端部７１１ａに塗布されるグリースＧの降伏応力を４５０Ｐａ以上とすることで、グリースＧの移動（流動）を抑制することができる。
これにより奏する効果は、第一の実施形態と同じく最外径リップ７１１から外部へのグリースＧの漏れを効果的に防止することができる。そしてこのように第二の実施形態においてもグリースＧの外部への漏れを効果的に抑制できるので、最外径リップ７１１の端部７１１ａに塗布されるグリースＧの量を最外径リップ７１１とアキシャルリップ７１２との間に形成される空間の３０％以下の量としてもよい。

なお、前記実施形態では、本発明に係る軸受密封装置が、自動車用の軸受装置に適用される例について述べたが、これに限らず、相対的に同軸回転する内側部材及び外側部材を備えるものであれば、他の機械装置にも等しく適用可能であり、外輪２が回転し内輪５が固定される軸受装置であってもよい。また、芯金６０，７０及びこれに固着されるシールリップ部材６１,７１、スリンガ５０の形状・構成も図例のものに限定されない。最外径リップ６１１，７１１の接触角度αが４０〜９０°であり、端部６１１ａ，７１１ａに塗布されるグリースＧの降伏応力が４５０Ｐａ以上であれば、リップ６１１，６１２，６１３，７１１，７１２，７１３の形状や数等も図例のものに限定されない。またスリンガ５０に回転検出を行うためのエンコーダが固着されたものであってもよいことは言うまでもない。

２外輪（外側部材，一方の部材）
５内輪（内側部材，他方の部材）
５０１ａ，３２ａ被接触面
Ｓ軸受空間
１０，１１軸受密封装置
６０，７０芯金
６００，７００円筒部
６１，７１シールリップ部材
６１１，６１２，６１３リップ
７１１，７１２，７１３リップ
６１１，７１１最外径リップ
６１１ａ，７１１ａ端部
Ｇグリース
α 接触角度

Claims

相対的に同軸回転する内側部材及び外側部材で構成される軸受空間を密封する軸受密封装置であって、
前記内側部材及び前記外側部材のうち一方の部材に嵌合される円筒部を有した芯金と、前記芯金に固着され金属材からなる他方の部材に接触する２以上のゴム材からなるリップを有したシールリップ部材とを備え、
前記リップのうち最も外径側の最外径リップは、先端に向かって徐々に径大化するとともに屈曲点を有しない形状とされ、前記他方の部材に接触する端部と前記最外径リップが接触する前記他方の部材の被接触面とがなす締め代が加わった状態での接触角度が４０〜９０°であり、前記最外径リップの前記端部に塗布されたグリースの降伏応力が４５０Ｐａ以上とされ、
前記最外径リップの端部に塗布されるグリースの量が、前記最外径リップと、前記最外径リップに隣接して配されたリップとの間に形成される空間の３０％以下であることを特徴とする軸受密封装置。
請求項１に記載の軸受密封装置において、
前記グリースの降伏応力が５００Ｐａ以上とされていることを特徴とする軸受密封装置。