(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受ユニットを構成する回転側部材及び固定側部材の一方の部材に固定され、他方の部材に相対摺接する弾性材からなるシールリップを備えた回転部材のシール構造であって、
前記シールリップは、前記他方の部材に直接摺接するように設けられ、
前記シールリップが摺接する摺接面には、４０℃での基油動粘度が１０〜６０ｍｍ２／ｓｅｃのグリースが塗布されており、
前記摺接面は、多数のディンプルを備えた凹凸面とされ、且つ前記シールリップによる圧力が作用しても前記グリースの油膜が維持される表面粗さＲａが、０．５〜１．５μｍであることを特徴とする回転部材のシール構造。
【請求項２】
請求項１において、
前記一方の部材は、前記固定側部材であり、
前記他方の部材は、前記回転側部材であることを特徴とする回転部材のシール構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記他方の部材は金属材からなり、前記多数のディンプルが、微小剛体粒子を衝突させることにより形成されたものであることを特徴とする回転部材のシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転側部材及び固定側部材の一方の部材に固定され、他方の部材に相対摺接するシールリップを備えた回転部材のシール構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転部材のシール構造として、回転側部材及び固定側部材の一方の部材に固定され、他方の部材に相対摺接するシールリップで構成されるものが知られており、このようなシール構造は、転がり軸受ユニットの転動体の両側に装着される場合には、軸受ユニット内への水、塵埃等の浸入や軸受ユニット内からのグリースの漏出を防止する役目を担っている。
そして、シールリップが相対摺接する部分には、上記両者の摺接が円滑になされるよう、グリースが塗布されている。
【０００３】
下記特許文献１には、軸受ユニットに装着され、回転側に固着されるスリンガと、固定側に固着され前記スリンガに摺接するシールリップとを組み合わせて構成されるものが記載されており、シールリップ先端縁を摺接させる部分を平滑面とし、シール性を確保するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２００２−６２３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、自動車の燃費向上のための取り組みがなされており、車輪の軸受部分でもその回転トルクの低減化が求められるようになった。
上記のようなスリンガとシールリップとの摺接部分に塗布されるグリースは、そのシール性を勘案して４０℃での基油動粘度が、７０〜７５ｍｍ2／ｓｅｃと比較的高いものが用いられている。このようなグリースの塗布によって、シール性の維持と円滑な摺接がなされるが、グリースの粘性抵抗によるトルクがなお無視出来ず、燃費の向上のためにはまだ充分に応えることができなかった。
また、特許文献１のように、スリンガのシールリップ先端縁との摺接部を平滑面にすると、シール性は確保されるが、摩擦抵抗が大きくなって回転トルクの増大を来たすことになる。
そこで、シールリップの先端部表面を、凹凸処理を施した金型を用いて転写したり、サンドブラストやサンドペーパー等で表面仕上げすることにより粗面化すれば、スリンガとの摺接部での摩擦抵抗が小さくなり、トルクの低減化に有効となることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、凹凸処理が施された金型により粗面化する場合は、成型回数を重ねる毎に金型の凹凸が摩耗し、製品（シールリップ）表面の凹凸がなくなり、トルクの低減の効果が薄れてしまう。またサンドブラストやサンドペーパー等により粗面を形成する方法は、処理面がゴム等の弾性体であるため、品質にバラ付きが生じ易く生産性の面で問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、シール部材のシール性を維持し、且つトルクの低減が可能な回転部材のシール構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために提案される請求項１では、軸受ユニットを構成する回転側部材及び固定側部材の一方の部材に固定され、他方の部材に相対摺接する弾性材からなるシールリップを備えた回転部材のシール構造であって、前記シールリップは、前記他方の部材に直接摺接するように設けられ、前記シールリップが摺接する摺接面には、４０℃での基油動粘度が１０〜６０ｍｍ２／ｓｅｃのグリースが塗布されており、前記摺接面は、多数のディンプルを備えた凹凸面とされ、且つ前記シールリップによる圧力が作用しても前記グリースの油膜が維持される表面粗さＲａが、０．５〜１．５μｍであることを特徴とする。
【０００９】
本発明において、前記一方の部材は、前記固定側部材であり、前記他方の部材は、前記回転側部材としてもよい。
また本発明において、前記他方の部材は金属材からなり、前記多数のディンプルが、微小剛体粒子を衝突させることにより形成されたものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に記載の回転部材のシール構造によれば、弾性材からなるシールリップが摺接する面には、４０℃での基油動粘度が１０〜６０ｍｍ2／ｓｅｃのグリースが塗布されているので、シール性を維持しながら、回転トルクの低減を図ることができ、またシールリップが摺接する面は、多数のディンプルを備えた凹凸面とされ、表面粗さＲａが、０．５〜１．５μｍであるので、グリースがこの凹凸部に保持され、シールリップによる圧力が摺接する面に作用してもグリースの油膜が破壊されないので、上記基油動粘度のグリースとの相乗効果でより一層、シール性を維持しながらトルクを顕著に低減させることができる。
なお、４０℃での基油動粘度が１０ｍｍ2／ｓｅｃより小さくなると、グリースの流動性が大きくなり、上記凹凸部に保持されず、回転摺接作用により摺接部分から離散し、シール性が低下すると共に摩擦抵抗が増大する傾向となる。また４０℃での基油動粘度が６０ｍｍ2／ｓｅｃより大きくなると粘性抵抗が大となるため、上記凹凸部にグリースが強固に保持され、トルクの低減効果が低下する傾向となる。
また本発明の請求項１に記載の回転部材のシール構造によれば、シールリップが摺接する面の表面粗さＲａは、０．５〜１．５μｍとすると最適である。０．５μｍより小さくなると、平滑面に近くグリースの保持性が低下し、グリースの流失及び摩擦抵抗の増大をきたす傾向となる。また１．５μｍを超えると粗面が粗くなりすぎて、シール性が悪くなる傾向となる。
さらに本発明の請求項１に記載の回転部材のシール構造によれば、回転側部材及び固定側部材が軸受ユニットを構成するものであるので、例えば自動車の軸受ユニットに採用されれば、軸受ユニット内への水、塵埃の浸入やグリースの漏出を防止するシール性を維持しながら、車両の燃費を向上させることができる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の回転部材のシール構造によれば、摺接面に形成される多数のディンプルは、微小剛体粒子を衝突させることにより形成されるので、ディンプルを容易に形成することができる。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の回転部材のシール構造によれば、シールリップが金属製スリンガに相対摺接する構成であっても、請求項１に記載のものと同様にシール性を維持しながら、顕著な回転トルクの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のシール構造が用いられた軸受ユニットの一例を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、図１におけるＸ部の拡大図である。
【図３】図２におけるＹ部の拡大図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の別の実施態様の図２と同様図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の別の実施態様の図２と同様図である。
【図６】実験条件をまとめた図である。
【図７】実験結果の測定値をグラフにした図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図とともに本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明のシール構造を軸受ユニットに採用した一例を示す縦断面図であり、図２（ａ）及び（ｂ）は図１におけるＸ部の拡大図を、図３は図２におけるＹ部の拡大図を夫々示す。
図１は、自動車の車輪を駆動シャフト２に対して転がり軸受ユニット１により支持する構造の一例を示すものであり、内輪を構成するハブ３にボルト３１によりタイヤホイール（不図示）が固定される。また、３２はハブ３に形成されたスプライン孔であり、このスプライン孔３２には駆動シャフト２がスプライン嵌合され且つハブ３に一体固定されて、該駆動シャフト２の回転駆動力がタイヤホイールに駆動伝達される。３３は内輪部材であり、上記ハブ３とにより内輪が構成される。
【００１６】
４は外輪であり、車体の懸架装置（不図示）に取付固定される。この外輪４と上記内輪（ハブ３及び内輪部材３３）との間に２列の転動体（玉）５…がリテーナ５１で保持された状態で介装されている。６、９は上記転動体５…の転動部に装填されるグリース（グリース等の潤滑剤）の漏出或いは外部からの泥や水等の浸入を防止するためのシール部材であり、外輪４と内輪（ハブ３及び内輪部材３３）との間に圧入される。
【００１７】
図２（ａ）及び（ｂ）は、図１のＸ部の拡大図を示し、内輪（ハブ３及び内輪部材３３）側の周体には、ステンレス鋼等により板金加工されたリング状のスリンガ７が圧入嵌合されている。該スリンガ７は内輪（ハブ３及び内輪部材３３）の周体に嵌着される筒状部７１と、この筒状部７１の一端に曲成された外向鍔部７２とより構成される。
また、スリンガ７に対応する位置にはシールリップ８が圧入嵌合されている。該シールリップ８は、ステンレス鋼や低炭素鋼等からなる芯金８０とこの芯金８０と成形一体とされたゴム等の弾性材からなるリップ本体８１とより構成される。リップ本体８１は、複数の舌状に延びるリップ部８２…を含み、上記スリンガ７及びシールリップ８を互いに嵌め合わせ組み合わせてシール部材６を構成した際には、このリップ部８２…の先側部分がスリンガ７の表面に弾性変形を伴い弾接する。そしてこの状態で、外輪４側の周体（内周面）に圧入嵌装される。
【００１８】
斯くして、上記スリンガ７及びシールリップ８により、シール部材６が構成され、内輪（ハブ３及び内輪部材３３）の回転に伴い、上記リップ部８２…のスリンガ７に弾接する面が、互いに摺接するシール面となって、外部から軸受ユニット１への泥や水等の浸入或いは軸受ユニット１内に充填されるグリース等の漏出が防止される。図例では、リップ部８２は３個形成された例を示しているが、リップ部８２の形状はこれに限定されるものではない。またリップ部８２の構成においても、限定されるものではなく、図２（ａ）のように、３個のリップ部８２をスリンガ７に弾接させるものとしてもよいし、図２（ｂ）のように、内１個は内輪部材３３の周体に直接弾接しており、この弾接面も互いに摺接して同様にシール面として機能するものとしてもよい。
【００１９】
本発明のシール構造は、スリンガ７のシールリップ８との摺接面７３に、４０℃での基油動粘度が１０〜６０ｍｍ2／ｓｅｃのグリースＧが塗布されていることを特徴とし、またその摺接面７３には、多数のディンプルを備えた凹凸面が形成されている。
ここで塗布されるグリース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、これに限定されるものではない。
【００２０】
上記基油動粘度の値は、後述する実験を根拠にしたデータであり、４０℃で１０〜６０ｍｍ2／ｓｅｃの範囲内とすれば、シール性を維持しながらトルクの低減を図ることができる。またグリースＧは、その基油動粘度を４０℃で１０〜３０ｍｍ2／ｓｅｃの範囲内とすれば、スリンガ７のシールリップ８との摺接面７３に、下記のようなディンプル７３ａを形成しなくても、顕著なトルク低減効果を発揮することができる。
図３は、上記ディンプル７３ａ…の形成態様を模式的に示すものである。
ここで、上記多数のディンプルの加工方法は、限定するものではないが、微小剛体粒子を衝突させるショットピーリングにより形成してもよいし、上記微小剛体粒子を直径４０〜２００μｍのスチール球とし、これを１００ｍ／ｓｅｃ以上の噴射速度で噴射衝突させ形成してもよい。
【００２１】
このような多数のディンプル７３ａ…の存在により、ディンプル７３ａによって形成される空間にグリースＧが保持され、リップ部８２の先側部分との高速相対摺接の際に、圧力がかかっても油膜が保持され摺動抵抗を低減でき、摩擦係数が小さくなるため、トルクの低減を図ることができると共に、発熱の抑止効果が期待できる。
この場合のスリンガ７の摺接面７３の表面粗さＲａ（ＪＩＳ  ＢＯ６０１−２００１）は、０．５〜１．５μｍとすると、シール性を維持しつつ、トルクを低減できるので、最適である。
【００２２】
またディンプル７３ａ…を形成するための微小剛体粒子がスチール球である例について述べたが、被加工面の材質によっては、他の金属小球或いはガラスやセラミックス等の小球も使用される。上記被加工面の材質としては、ステンレス鋼、圧延鋼板（ＳＰＣＣ等）等の金属板が挙げられる。
更に上記では他方のシール部材９については特に述べなかったが、これについてもシール部材６と同様に構成すれば、トルクの低減効果及び燃費の向上効果が一層顕著となる。
なお、図例の軸受ユニット１に限らず、内輪固定、外輪回転の軸受機構にも、本発明が適用されることは言うまでもない。
【実施例２】
【００２３】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は本発明の別の実施態様を示した図であり、図２と同様図である。
上述の実施例１では、回転側に固着される金属製スリンガ７と、固定側に固着されスリンガ７に相対摺接するシールリップ８とを組み合わせて構成されるシール部材６の例を説明したが、ここでは、スリンガ７がなくシールリップ８自体がシール部材６を構成するシール構造を説明する。なお、実施例１に共通の部分には同一の符号を付し、説明を割愛する。
【００２４】
本実施例においてシールリップ８は、固定側部材である外輪４の内周面に圧入嵌合されて固定されている。該シールリップ８はステンレス鋼や低炭素鋼等からなる芯金８０とこの芯金８０と成形一体とされたゴム等の弾性材からなるリップ本体８１とより構成され、リップ本体８１には、複数の舌状に延びるリップ部８２…が形成される。そしてこのリップ部８２…の先側部分が内輪部材３３の摺接面７３に弾性変形を伴い弾接する。
【００２５】
本実施例のシール構造はこのようなシールリップ８を備えた回転部材のシール構造であって、シールリップ８が摺接する内輪部材３３の摺接面７３には、４０℃での基油粘度が１０〜６０ｍｍ2／ｓｅｃのグリースが塗布されていることを特徴とする。また上記摺接面７３が、多数のディンプルを備えた凹凸面とされる点や、その表面粗さＲａが、０．５〜１．５μｍである点は、実施例１と共通し、多数のディンプルは、微小剛体粒子を衝突させることにより形成されたものであってもよいことは言うまでもない。また、図例の軸受ユニット１に限らず、内輪固定、外輪回転の軸受機構にも、本実施例が適用可能である。
【実施例３】
【００２６】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は本発明の別の実施態様を示した図であり、図２と同様図である。
上述の実施例２では、スリンガがなくシールリップ８自体がシール部材６を構成するシール構造を説明したが、ここではシールリップ８の構成は同様とし、シールリップ８が摺接する面が相違するシール構造を説明する。なお、実施例１、２に共通の部分には同一の符号を付し、説明を割愛する。
【００２７】
本実施例においてシールリップ８は、実施例２と同様に固定側部材である外輪４の内周面に圧入嵌合されて固定され、該シールリップ８はステンレス鋼や低炭素鋼等からなる芯金８０とこの芯金８０を覆うよう成形一体されたゴム等の弾性材からなるリップ本体８１とより構成されている。リップ本体８１には、複数の舌状に延びるリップ部８２…が形成されており、このリップ部８２…の先側部分が内輪部材３３に形成される周溝３３ａの側壁（摺接面７３）に弾性変形を伴い弾接する。
【００２８】
本実施例のシール構造はこのような周溝３３ａの側壁に摺接するシールリップ８を備えた回転部材のシール構造であって、シールリップ８が摺接する摺接面７３には、４０℃での基油粘度が１０〜６０ｍｍ2／ｓｅｃのグリースが塗布されていることを特徴とする。またシールリップ８の摺接面７３が、多数のディンプルを備えた凹凸面とされる点やその表面粗さＲａは、０．５〜１．５μｍである点は、実施例１と共通し、多数のディンプルは、微小剛体粒子を衝突させることにより形成されたものであってもよいことは言うまでもない。また、図例の軸受ユニット１に限らず、内輪固定、外輪回転の軸受機構にも、本実施例が適用可能である。
【００２９】
（実験例）
ＳＵＳ４３０でスリンガを形成し、シールリップとの摺接面に直径４０〜２００μｍのスチール球を１００ｍ／ｓｅｃ以上の噴射速度で噴射衝突させディンプル加工を施し、表面粗さＲａ０．８５μｍとしたスリンガとＮＢＲで成形加工したシールリップとからなるシール部材、すなわち表面処理ありのものを５個と、これとは別に、上記ディンプル加工が施されていないスリンガとシールリップとからなるシール部材、すなわち表面処理なしのものを５個準備し、各々のシール部材には、基油動粘度が１５．３〜７４．７ｍｍ2／ｓｅｃまでのグリースを塗布した。図６の表に示すように計１０種のサンプルを用意し、自動車の軸受ユニット部分に装着し、車軸の回転数２００〜１５００ｒｐｍについて車軸にかかる回転トルクを計測する実験を行った。
【００３０】
（結果）
図６、７は上記実験結果をまとめたものであり、図６は、上記１０種のスリンガの加工状態及びグリースの塗布状態を図７のグラフ表記に対応させて表にしたもの、図７は測定値をグラフにしたものである。なお、図６の表外には塗布されるグリースの種類を記載しており、図７のグラフの縦軸は、表面処理をせず４０℃での基油動粘度７４．７ｍｍ2／ｓｅｃのグリースを摺接面に塗布したスリンガからなるシール部材を軸受ユニットに装着し、車軸の回転数を２００ｒｐｍの場合を１００とした場合のトルク比を示している。横軸は車軸の回転数（ｒｐｍ）である。
【００３１】
以上より、スリンガに表面処理を施さなくても、基油動粘度が１５．３ｍｍ2／ｓｅｃのグリースを塗布すれば、現行品（表面処理なし、グリースの基油動粘度：７４．７ｍｍ2／ｓｅｃ）よりおよそ３．５割程度、基油動粘度を２５．５ｍｍ2／ｓｅｃとすれば、現行よりおよそ３割程度、トルクを低減できることがわかった。ここで、基油動粘度を３０．５ｍｍ2／ｓｅｃとした場合においても、現行より２割程度のトルク低減を図ることができるが、この場合は、表面処理を施した方がトルクの低減が一層顕著になるといえる。
よって、スリンガに表面処理を施さない場合は、基油動粘度を１０〜３０ｍｍ2／ｓｅｃとすることが効果的といえる。
一方、表面処理を施した場合においては、基油動粘度が４８．１ｍｍ2／ｓｅｃで現行よりおよそ２．５割程度、３０．５ｍｍ2／ｓｅｃでおよそ４割程度、２５．５ｍｍ2／ｓｅｃでおよそ４割程度、１５．３ｍｍ2／ｓｅｃでおよそ４．５割程度のトルクの低減が実現できることがわかった。ここで表面処理を施せば、現行品のグリース（基油動粘度：７４．７ｍｍ2／ｓｅｃ）でも２割程度のトルク低減を図ることができるが、その他の実験データと比べると、効果が顕著とはいえない。
よって、スリンガに表面処理を施した場合は、基油動粘度を１０〜６０ｍｍ2／ｓｅｃとすることが効果的といえる。
（まとめ）
以上の実験結果より、現行品のグリース（基油動粘度：７４．７ｍｍ2／ｓｅｃ）とするより、基油動粘度はより低いものを塗布する方が、トルクの低減が可能といえ、また上記摺接面に表面処理を施すとグリースによる効果と相俟って、より一層顕著にトルクが低減できるがわかった。
また、スリンガに表面処理を施さない場合は、基油動粘度を１０〜３０ｍｍ2／ｓｅｃ、スリンガに表面処理を施す場合は、基油動粘度を１０〜６０ｍｍ2／ｓｅｃとすれば、より効果的にトルクの低減が図れることがわかった。
なお、上述の基油動粘度はいずれも４０℃におけるグリースの基油動粘度を示す。
【符号の説明】
【００３２】
１      軸受ユニット
６      シール部材
７      スリンガ
７３    摺接面
７３ａ  ディンプル
８      シールリップ
８０    芯金
８１    リップ本体
８２    リップ部
Ｇ    グリース
【図１】
0005534474.tif 000002
【図２】
0005534474.tif 000003
【図３】
0005534474.tif 000004
【図４】
0005534474.tif 000005
【図５】
0005534474.tif 000006
【図６】
0005534474.tif 000007
【図７】
0005534474.tif 000008