(57)【要約】【課題】リップを相手部材に接触させて軸受空間を密封する軸受密封装置において、シール性を維持しながら低トルク化を達成した軸受密封装置を提供する。【解決手段】軸受密封装置１２は、軸受空間を密封し、相対的に同軸回転する芯金１５に固定され、スリンガ１８に接触するシール部材１６を備え、シール部材１６は、スリンガ１８の立板部２２の摺動面に接触する外側シールリップ２３を有し、外側シールリップ２３の先端縁と摺動面との接触域から軸受空間側へ離れるに従い、外側シールリップ２３の表面と摺動面との隙間の距離が増加し、隙間の距離の増加割合が接触域近傍よりも、接触域遠方の方が大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受空間を密封し、相対的に同軸回転する内側部材及び外側部材の一方の部材に固定され、他方の部材である相手部材に接触するシール部材を備えた軸受密封装置であって、
前記シール部材は、前記相手部材の摺動面に接触するリップを有し、
前記リップの先端縁と前記摺動面との接触域から前記軸受空間側へ離れるに従い、前記リップの表面と前記摺動面との隙間の距離が増加し、前記隙間の距離の増加割合が接触域近傍よりも、接触域遠方の方が大きいことを特徴とする軸受密封装置。
【請求項２】
前記シール部材は、その表面に、前記摺動面に対する傾斜角度が変化する屈曲点を有し、
前記屈曲点より根元側における前記リップの表面と前記摺動面とのなす角度が、前記屈曲点より先端側における前記リップの表面と前記摺動面とのなす角度に比べて、大きいことを特徴とする請求項１記載の軸受密封装置。
【請求項３】
前記相手部材は、その摺動面に、前記リップの表面に対する傾斜角度が変化する屈曲点を有し、
前記屈曲点より反接触域側における前記摺動面と前記リップの表面とのなす角度が、前記屈曲点より接触域側における前記摺動面と前記リップの表面とのなす角度に比べて、大きいことを特徴とする請求項１記載の軸受密封装置。
【請求項４】
前記相手部材の前記摺動面が断面円弧形状であることを特徴とする請求項１記載の軸受密封装置。
【請求項５】
前記屈曲点が、前記接触域の軸受空間側の端部から、該接触域の接触長さの３倍以上離れた位置に形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の軸受密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内側部材と外側部材の間に装着され軸受空間を密封する、リップを備えた接触型の軸受密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車補機用プーリやエアコンのコンプレッサの電磁クラッチなどに使用される転がり軸受のように、内輪と外輪の間の軸受空間からのグリース漏れや、外部からの水やダストなどの異物の浸入を防止するために、軸受空間を密封する軸受密封装置が使用されている。特に、高いシール性能が要求される装置では、内輪または外輪に設けられた摺動面に、弾性部材で形成したシール部材を接触させて軸受空間を密封する接触型の軸受密封装置が使用されている。
【０００３】
シール部材のリップを相手部材の摺動面に接触させた構成のシール性は、リップ先端部の表面と相手部材の摺動面とのなす角度（接触角度）の影響を受ける。例えば、この接触角度が小さい場合は、リップ先端部の接触面積の増加などによりシール性は向上するが、接触面積の増加や接触域付近のグリース付着面積の増加によってグリースのせん断抵抗が増加するため、トルクも増加する。一方、接触角度が大きい場合は、トルクは低減するが、シール性を確保することが難しくなる。また、軸受空間側（内部空間側）の接触角度と反対側（外部空間側）の接触角度の大小関係も、シール性に影響を与えることが、従来から知られている（非特許文献１参照）。
【０００４】
これらを踏まえて、例えば特許文献１では、リップを備えた接触型の軸受密封装置であって、相手部材に接触する最外径リップの端部と、該最外径リップに接触する相手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を４０〜９０°としている。さらに、接触角度をその範囲としながらシール性を確保するため、グリースの降伏応力を特定の値以上に設定している。
【０００５】
また、特許文献２のシール装置は、シールリップの先端縁を、相手部材の表面に全周にわたり摺接させる装置であり、これらシールリップの先端縁と他方の部材との内部空間側の接触角度が、１３〜４５°であることが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】河原、「オイルシールの密封と摩擦と摩耗」、日本ゴム協会誌、１９８８年、第６１巻、第５号、ｐ．３５５−３６２
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１８−５９５８６号公報
【特許文献２】特開２００７−２３９９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、低トルク化のために接触角度を大きくすると、シール性が低下してしまう。また、シール性を確保するために接触角度を変更すると、低トルク化を維持するのが困難となる。シール性と低トルク化の両立において、上記の各特許文献の技術には更なる改善の余地がある。
【０００９】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、リップを相手部材に接触させて軸受空間を密封する軸受密封装置において、シール性を維持しながら低トルク化を達成した軸受密封装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の軸受密封装置は、軸受空間を密封し、相対的に同軸回転する内側部材及び外側部材の一方の部材に固定され、他方の部材である相手部材に接触するシール部材を備えた軸受密封装置であって、上記シール部材は、上記相手部材の摺動面に接触するリップを有し、上記リップの先端縁と上記摺動面との接触域から上記軸受空間側へ離れるに従い、上記リップの表面と上記摺動面との隙間の距離が増加し、上記隙間の距離の増加割合が接触域近傍よりも、接触域遠方の方が大きいことを特徴とする。
【００１１】
本発明において、「接触域近傍」とは、軸受密封装置の軸方向断面における接触域の接触長さを基準とした場合、接触域の軸受空間側の端部から、接触長さの３倍の長さ未満の部分をいう。具体的な数値としては、接触長さが０．１ｍｍの場合には、接触域の軸受空間側の端部から、０．３ｍｍ未満の部分をいう。また、「接触域遠方」とは、接触域の軸受空間側の端部から、接触長さの３倍以上離れた部分をいう。具体的な数値としては、接触長さが０．１ｍｍの場合には、接触域の軸受空間側の端部から、０．３ｍｍ以上離れた部分をいう。
【００１２】
上記シール部材は、その表面に、上記摺動面に対する傾斜角度が変化する屈曲点を有し、上記屈曲点より根元側における上記リップの表面と上記摺動面とのなす角度が、上記屈曲点より先端側における上記リップの表面と上記摺動面とのなす角度に比べて、大きいことを特徴とする。
【００１３】
上記相手部材は、その摺動面に、上記リップの表面に対する傾斜角度が変化する屈曲点を有し、上記屈曲点より反接触域側における上記摺動面と上記リップの表面とのなす角度が、上記屈曲点より接触域側における上記摺動面と上記リップの表面とのなす角度に比べて、大きいことを特徴とする。
【００１４】
上記相手部材の上記摺動面が断面円弧形状であることを特徴とする。
【００１５】
上記屈曲点が、上記接触域の軸受空間側の端部から、該接触域の接触長さの３倍以上離れた位置に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の軸受密封装置は、リップと相手部材間の隙間の距離を接触域から離れるに従い増加させ、さらに、この増加割合を接触域近傍よりも接触域遠方の方を大きくしている。つまり、増加割合が接触域近傍では小さく、接触域から離れた位置では大きくなっている。この場合、接触域近傍では隙間の増加割合が小さい、すなわち接触角度が小さいのでシール性を確保できる。一方、接触域から離れると隙間が増加するので、グリースの付着面積の減少に伴い、グリースのせん断抵抗が低減し、トルクが低減できる。これにより、シール性を維持しながら低トルク化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の軸受密封装置が適用される転がり軸受の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１のインボード側の軸受密封装置を示す拡大断面図である。
【図３】図１のアウトボード側の軸受密封装置を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の軸受密封装置が適用される転がり軸受の他の例を示す縦断面図である。
【図５】図４の軸受密封装置を示す拡大断面図である。
【図６】図２のシールリップの接触域付近の構成の一例を示す図である。
【図７】図２のシールリップの接触域付近の構成の他の例を示す図である。
【図８】図２のシールリップの接触域付近の構成の他の例を示す図である。
【図９】従来のシールリップの接触域付近の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の軸受密封装置が適用される密封型転がり軸受の一例を示す縦断面図である。この密封型転がり軸受は、自動車の駆動輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪用軸受に適用したものである。この車輪用軸受は駆動輪側の車輪用軸受であって、外周に車体（図示せず）に取り付けられる車体取付フランジ２を一体に有し、内周に複列の外側軌道面８、８が形成された外方部材１と、一端部に車輪（図示せず）が取り付けられる車輪取付フランジ７を一体に有し、外周に上記複列の外側軌道面８、８に対向する一方の内側軌道面９ａと、この内側軌道面９ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部１４が形成され、内周にトルク伝達用のセレーション６が形成されたハブ輪４と、小径段部１４に圧入され、外周に他方の内側軌道面９ｂが形成された内輪５とを備えている。
【００１９】
複列の外側軌道面８、８と、これらに対向する内側軌道面９ａ、９ｂ間には複列の転動体（ボール）１０が保持器１１によって転動自在に収容されている。また、ハブ輪４と内輪５とからなり、回転側部材となる内方部材３と、固定側部材となる外方部材１との間に形成される環状空間には軸受密封装置１２、２６がそれぞれ装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内に侵入するのを防止している。
【００２０】
これらの軸受密封装置１２、２６のうち外方部材１と内輪５間に装着されたインボード側（図中右側）の軸受密封装置１２は、図２に示すように、外方部材１に内嵌され、断面Ｌ字状に形成された芯金１５と、この芯金１５に一体に加硫接着されたシール部材１６とからなるシールリング１７と、内輪５に外嵌され、同じく断面Ｌ字状に形成されたスリンガ１８とを備えている。このスリンガ１８およびシールリング１７の芯金１５は、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、または、防錆処理された冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）をプレス加工にて形成されている。
【００２１】
シール部材１６はゴム等の弾性部材からなり、外側、中間、内側の３本のシールリップ２３、２４、２５を備え、外側シールリップ２３の先端縁をスリンガ１８の立板部２２の内側面に摺接させ、残りの中間シールリップ２４および内側シールリップ２５の先端縁を、スリンガ１８の円筒部２１に摺接させている。
【００２２】
一方、軸受密封装置２６は、図３に示すように、外方部材１に内嵌され、それぞれ円環状に形成された芯金１３と、この芯金１３に一体に加硫接着されたシール部材２７とからなる。芯金１３は、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、または、防錆処理された冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）をプレス加工にて形成されている。シール部材２７はゴム等の弾性部材からなり、２本のサイドリップ（ダストシール）２８ａ、２８ｂと単一のラジアルリップ（グリースシール）２８ｃを備え、それぞれの先端縁をハブ輪４の表面、具体的には、車輪取付フランジ７のインボード側基部の円弧状に形成された摺動面１９に直接摺接させている。
【００２３】
シール部材１６、２７の材質としては、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、またはフッ素ゴムなどが用いられる。これらのゴムは、耐熱性の限界をこえて使用すると、熱劣化し、硬化して弾性が損なわれ、極端な場合はリップにクラックが生じ、シール性能が低下するおそれがある。このため、使用環境（温度）に応じて適宜選択することが好ましい。
【００２４】
ここで、図２に示した外側シールリップ２３とスリンガ１８の摺動面との接触状態について、従来例を用いて説明する。図９は、図２の領域Ａに相当する箇所の従来の構造を示している。図９に示すように、外側シールリップ２３の先端縁は、締め代が加わった状態でスリンガの立板部の摺動面２２ａに接触域Ｄで接触している。軸受空間側において、外側シールリップ２３の表面２３ａと摺動面２２ａとは接触角度θをなして接触している。なお、軸受の軸方向断面における、接触域Ｄの接触長さをＬとする。
【００２５】
図９において、外側シールリップ２３と摺動面２２ａの隙間には所定量のグリース４１が付着している。この隙間の距離は、接触域Ｄからの離間距離に比例して増加しており、この隙間の距離の増加割合は一定になっている。ここで、隙間の距離（シールリップと相手部材間の距離ともいう）とは、外側シールリップの表面２３ａから、摺動面２２ａへ引いた垂線の長さのことをいい、後述の図６〜図８も同様である。軸受の回転時には、グリース４１のせん断抵抗がトルク要因となり得る。特に、グリース４１の摺動面２２ａに対する付着面積Ｓ４が大きくなると、トルクの増大につながる。
【００２６】
そこで、本発明に係る図６〜図８の３つの例では、シールリップと相手部材間の距離が接触域から離れるに従い増加する構成において、その距離の増加割合が接触域近傍よりも接触域遠方の方で大きくなるように設定している。これにより接触域の接触長さを確保しながら、グリースの付着面積を減少させることができる。なお、図６〜図８は、外側シールリップと摺動面の隙間に付着したグリース４１の量が図９と同量の場合を示している。以下、各図について説明する。
【００２７】
図６において、外側シールリップ２３は、その表面２３ａに、スリンガの摺動面２２ａに対する傾斜角度が変化する屈曲点Ｐ１を有している。この屈曲点Ｐ１より先端側（接触域側）では摺動面２２ａとなす角度（接触角度）θ１ａを小さく、屈曲点Ｐ１より根元側（反接触域側）では摺動面２２ａとなす角度θ１ｂを大きくしている。この場合、外側シールリップの表面２３ａと摺動面２２ａとのなす角度について、屈曲点Ｐ１より根元側の角度の方が、先端側の角度に比べて大きい（θ１ｂ＞θ１ａ）。この大小関係が成立する範囲内であれば、θ１ａ、θ１ｂは特に限定されない。例えば、θ１ａが、１０〜５０°であり、θ１ｂが２０〜９０°であることが好ましい。
【００２８】
図６に示すような屈曲点を設けることで、屈曲点を有しない従来の構成（図９）に比べて、屈曲点Ｐ１より根元側では、シールリップと相手部材間の距離が増加する。その結果、トルク要因となるグリース４１の摺動面２２ａへの付着面積Ｓ１を、図９の付着面積Ｓ４よりも小さくすることができ、トルクが低減する。
【００２９】
ここで、屈曲点Ｐ１の位置は、接触域Ｄの面圧分布に大きな影響を及ぼさない位置とすれば、シール性を変えることなく適用できる。面圧分布に大きな影響を及ぼさない屈曲点Ｐ１の位置は、有限要素解析等によって精度よく求めることができるが、簡易的には、接触域Ｄの軸受空間側の端部から接触長さＬの３倍以上離れた位置とすることが好ましい。３倍以上とした理由について以下に説明する。
【００３０】
シールリップを半無限弾性体と仮定すると、ある点に作用する応力が他の着目点の変位に与える影響は、ある点と着目点の距離に反比例する。これを考慮して、屈曲点の位置が、接触域Ｄの端部から接触長さＬの３倍以上離れた位置であれば、接触面圧に与える影響は１／３程度以下となり、シール性に大きな影響を及ぼさないと考えられる。屈曲点Ｐ１の位置は、接触域Ｄの軸受空間側の端部から接触長さＬの３倍以上５倍以下の位置がより好ましく、接触長さＬの３倍以上４倍以下の位置がさらに好ましい。
【００３１】
接触長さＬは、シール部材の材質や締め代、シールの大きさによっても変化しうるが、例えば、０．０３〜１ｍｍである。これを考慮すると、屈曲点Ｐ１は、例えば、接触域Ｄの軸受空間側の端部から０．０９〜３ｍｍ離れた位置に形成される。
【００３２】
図７において、スリンガの摺動面２２ａは、外側シールリップの表面２３ａに対する傾斜角度が変化する屈曲点Ｐ２を有している。この屈曲点Ｐ２より接触域側では表面２３ａとなす角度（接触角度）θ２ａを小さく、屈曲点Ｐ２より根元側（反接触域側）では表面２３ａとなす角度θ２ｂを大きくしている。この場合、外側シールリップの表面２３ａと摺動面２２ａとのなす角度について、屈曲点Ｐ２より根元側の角度の方が、先端側の角度に比べて大きい（θ２ｂ＞θ２ａ）。この大小関係が成立する範囲内であれば、θ２ａ、θ２ｂは特に限定されない。例えば、θ２ａが、１０〜５０°であり、θ２ｂが２０〜９０°であることが好ましい。
【００３３】
図７の構成においても、従来の構成（図９）に比べて、屈曲点Ｐ２より根元側では、シールリップと相手部材間の距離が増加する。その結果、トルク要因となるグリース４１の摺動面２２ａへの付着面積Ｓ２を、図９の付着面積Ｓ４よりも小さくすることができ、トルクが低減する。また、屈曲点Ｐ２の位置は、屈曲点Ｐ１同様、接触域Ｄの軸受空間側の端部から接触長さＬの３倍以上離れた位置とすることが好ましい。
【００３４】
図８の例では、スリンガの摺動面２２ａが断面円弧形状となっている。この円弧は、外側シールリップの表面２３ａの反対側に曲率中心を有する。図８の構成においても、従来の構成（図９）に比べて、接触域遠方ではシールリップと相手部材間の距離が増加している。そのため、トルク要因となるグリース４１の摺動面２２ａへの付着面積Ｓ３を、図９の付着面積Ｓ４よりも小さくすることができ、トルクが低減する。
【００３５】
上記図６、図７の例では、屈曲点を片側（軸受空間側）のみに設けたが、両側（軸受空間側と外部空間側）に設けてもよい。屈曲点を外部空間側に設ける場合においても、シールリップの表面と相手部材の摺動面とのなす角度が、屈曲点より根元側の方が、先端側に比べて大きくなるようにすることが好ましい。また、図６〜図８の例では、外部からの異物の侵入防止のため、外部空間側の接触角度を軸受空間側に比べて大きくしたが、この構成に限らない。例えば、グリースの漏れ防止のために、軸受空間側の接触角度を外部空間側の接触角度に比べて大きくしてもよい。
【００３６】
上記図６〜図８では、外側シールリップ２３を用いて本発明の接触域付近の構成を説明したが、これに限らず、中間シールリップ２４、内側シールリップ２５、サイドリップ２８ａ、２８ｂ、ラジアルリップ２８ｃにも同様の構成を適用できる。軸受密封装置１２、２６のように、複数のリップを有する軸受密封装置については複数のシールリップのうち、少なくとも１つのシールリップの接触域付近の構成が、シールリップと相手部材間の距離の増加割合が接触域近傍よりも接触域遠方の方で大きくなる構成になっていればよい。好ましくは、全てのシールリップが当該構成になっている。
【００３７】
図４は、本発明の軸受密封装置が適用される密封型転がり軸受の他の例を示す縦断面図である。この密封型転がり軸受２０は深溝玉軸受からなり、内周に外側軌道面２９が形成された外輪３０と、外周に内側軌道面３１が形成された内輪３２と、両軌道面２９、３１間に保持器３３によって転動自在に収容されたボール３４と、内外輪３２、３０間に形成される環状空間に一対のシールリング３５、３５が装着されている。一対のシールリング３５、３５は軸受内部に封入されたグリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内に侵入するのを防止している。
【００３８】
図５は、図４の転がり軸受のシール部材の内径側端部の拡大図である。図５に示すように、シールリング３５は、冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）をプレス加工にて形成された円板状の芯金３６と、この芯金３６に一体に加硫接着されたシール部材３７とからなる。シール部材３７は、先端が二股状に分岐して形成された主リップ３７ａと、副リップ３７ｂを有している。そして、シールリング３５は、シール部材３７を介して外輪３０の端部内周に嵌着され、このシール部材３７を、内輪３２の端部外周に形成された断面略Ｕ字形をなすシール溝３８に直接摺接させている。具体的には、主リップ３７ａは、シール溝３８の傾斜した摺動面３９に接触するとともに、副リップ３７ｂは、小径部（シール溝の畝部）４０に接触している。
【００３９】
図５における主リップ３７ａ、副リップ３７ｂにおいても、図６〜図８で示したような構成を適用できる。例えば、主リップ３７ａであれば、主リップ３７ａの表面に屈曲点を設け、主リップ３７ａの表面と摺動面３９とのなす角度について、屈曲点より根元側の角度の方が、先端側の角度に比べて大きくなるようにできる。
【００４０】
図４および図５の例では、密封型転がり軸受として深溝玉軸受を例示したが、本発明の軸受密封装置は、上記以外の円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト円すいころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受などとしても使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の軸受密封装置は、シール性を維持しながら低トルク化を達成できるので、グリースを軸受空間内に密封する密封型の転がり軸受の軸受密封装置として広く利用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１    外方部材（外側部材）
２    車体取付フランジ
３    内方部材（内側部材）
４    ハブ輪（内側部材）
５、３２    内輪（内側部材）
６    セレーション
７    車輪取付フランジ
８、２９    外側軌道面
９ａ、９ｂ、３１    内側軌道面
１０    転動体
１１、３３    保持器
１２、２６    軸受密封装置
１３、１５、３６    芯金
１４    小径段部
１６、２７、３７    シール部材
１７、３５    シールリング
１８    スリンガ
１９、３９    摺動面
２０    密封型転がり軸受
２１    円筒部
２２    立板部
２３    外側シールリップ
２４    中間シールリップ
２５    内側シールリップ
２８ａ、２８ｂ    サイドリップ
２８ｃ    ラジアルリップ
３０    外輪（外側部材）
３４    ボール
３７ａ    主リップ
３７ｂ    副リップ
３８    シール溝
４０    小径部
４１    グリース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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