(57)【要約】    【課題】  転がり軸受が備える、シール装置におけるシールド板や、ゴムシール装置における補強環の材質を軽量化することを目的とする。    【解決手段】  内輪及び外輪から構成される両輪と、前記両輪の間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記両輪のいずれか一方に取り付けられた前記両輪の間に介在されたシール装置と、を備える転がり軸受であって、前記シール装置が、シールド板を備える、または補強環および該補強環の少なくとも一部に固着されたゴム部を備えるゴムシール装置を備え、前記シールド板および補強環の材質の密度が、３．０g/cm3以下である、転がり軸受を開示する。【選択図】    図４
2005163970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪及び外輪から構成される両輪と、前記両輪の間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記両輪のいずれか一方に取り付けられた前記両輪の間に介在されたシール装置と、を備える転がり軸受であって、
前記シール装置が、シールド板を備える、または補強環および該補強環の少なくとも一部に固着されたゴム部を備えるゴムシール装置を備え、
前記シールド板および補強環の材質の密度が、３．０g/cm3以下である、転がり軸受。
【請求項２】
前記シールド板および補強環が、アルミニウム、アルミニウム合金およびマグネシウム合金からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板で構成されたシールド板を有するシール装置、または金属板で構成された補強環を、有するゴムシール装置を備える転がり軸受の改良に係り、より詳細には、本発明は、軽量化されたシール装置またはゴムシール装置を備える転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の転がり軸受、特に玉軸受に関しては、シール装置は外輪の内周面に固定されていることが一般的である。シール装置としては、大別して、シールド板（図１参照）やゴムシール装置（図２参照）があることが、一般的に知られている。図１に示すシールド板は、内輪の外周面との間に僅かなラビリンスが形成された非接触タイプである。
【０００３】
一方で、図２に示すゴムシール装置は、少なくとも外輪に取り付けられている部分と内輪の外周面に近接する部分とがゴム製である。なお、ゴムシール装置には、図２のような内輪の外周面に接触している接触タイプのものと、内輪の外周面との間に僅かなラビリンスが形成された非接触タイプのものとがある。
【０００４】
このようなシールド板及びゴムシール装置の補強環には、従来、金属板、具体的には冷延鋼板に亜鉛メッキ等の電解表面処理を施したものが用いられている。
【０００５】
ところで、近年、自動車業界では環境対策への取り組みとして、部品の軽量化による燃費構造が要望されている。そのため、かかる背景から、自動車部品の一つである軸受に対しても、その重量の低減化が求められている。
【０００６】
また、軸受機能向上という観点からも、軽量化に伴い、回転による遠心力が低減されるため、より高速での回転に適用可能となるとともに、一層の回転トルクの低減が図ることができるという利点も大きく、その開発は急務である。
【０００７】
既に、軸受の軽量化に対しては、外方部材および内方部材の少なくとも一方をアルミニウム合金製とすることで軽量化を図った軸受装置が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。さらに、軽量なマグネシウム合金材を基材とした保持器を備える軸受装置も開示されている（たとえば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２８１７１号
【特許文献２】特開２０００−２１３５４４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前示の先行技術に開示された軽量化だけではなく、軸受装置自体の一層の軽量化が要望されている。
【０００９】
そこで、上記事情に鑑み、本発明の目的は、転がり軸受が備える、シール装置におけるシールド板や、ゴムシール装置における補強環の材質を軽量化することで、軸受機能が向上した転がり軸受を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、内輪及び外輪から構成される両輪と、前記両輪の間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記両輪のいずれか一方に取り付けられた前記両輪の間に介在されたシール装置と、を備える転がり軸受であって、前記シール装置が、シールド板を備える、または補強環および該補強環の少なくとも一部に固着されたゴム部を備えるゴムシール装置を備え、前記シールド板および補強環の材質の密度が、３．０g/cm3以下である、転がり軸受により達成される。
【００１１】
本発明の好ましい態様によれば、前記転がり軸受において、前記シールド板および補強環が、アルミニウム、アルミニウム合金およびマグネシウム合金からなる群から選択される材料を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シール装置のシールド板およびゴムシール装置における補強環を、密度が３．０g/cm3以下のアルミニウム製、アルミニウム合金製、またはマグネシウム合金製とすることで、従来の冷延鋼板により構成されるシール装置を備える転がり軸受に対して、軽量化を実現することが可能となる。さらに、かかる軽量化により、軸受機能が向上した転がり軸受を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施の形態について説明する。後記の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな形態で実施することができる。
【００１４】
本発明に係る転がり軸受の実施形態を、図表を参照しながら詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の実施形態である、深みぞ玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。図１は、シール装置としてシールド板を用いた場合を例示するのに対し、図２は、シール装置としてゴムシール装置を用いた場合を例示する。
【００１５】
まず、図１に示す玉軸受について説明する。図１に例示する玉軸受は、内輪１と、外輪２とからなる両輪と、前記両輪１，２の間に転動自在に配設された複数の玉３と、両輪１，２の間に玉３を保持する保持器４と、シール装置であるシールド板５，５(ＺＺ形)と、を備えている。そして、シールド板５は、環状の板状部５ａの外周縁部に係止部５ｂが連続して形成された構成である。この係止部５ｂを、外輪２の内周面の両端部に外輪２の全周にわたって設けられた断面略Ｖ字形のシール溝２ａ，２ｂに嵌入することにより、シールド板５，５が外輪２に固定されている。
【００１６】
そして、シールド板５の板状部５ａの内周縁部が内輪１の外周面に近接していて(非接触)、シールド板５，５が内輪１の外周面と外輪２の内周面との間の開口部分をほぼ覆っている。これにより、内輪１と外輪２との間に形成される空間(玉３の設置部分)に存在する図示しないグリースや発生した外部に漏洩したり、あるいは、外部に浮遊する塵埃が該空間内に侵入したりすることが防止されている。
【００１７】
次に、図２に図示する玉軸受について説明する。ただし、図２の玉軸受の構成は、図２の玉軸受とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。なお、図２においては、図１と同一又は相当する部分には、図２と同一の符号を付してある。
【００１８】
図２に図示する玉軸受は、シール装置としてゴムシール装置６，６を備えている。このゴムシール装置６は、補強環７とゴム部８とで構成される。前記ゴムシール装置は、環状の板状部６ａと、板状部６ａの外周縁部に連続して形成された係止部６ｂと、板状部６ａの内周縁部に連続して形成されたリップ部６ｃと、をさらに備える。
【００１９】
そして、外輪２の内周面の両端部に外輪２の全周にわたって設けられた断面略Ｖ字形のシール溝２ａ，２ｂに、係止部６ｂを嵌入することにより、ゴムシール装置６，６が外輪２に固定されていて、リップ部６ｃが内輪１の外周面に滑り接触するようになっている。なお、図３は、リップ部６ｃ付近を拡大して示した図である。
【００２０】
このようなゴムシール装置６は、ゴム部と補強環７との加硫接着により製造される。以下には、その接着剤について詳細に説明する。
【００２１】
接着剤は、通常は溶剤に希釈された形態であり、このような接着剤又は該接着剤をさらに希釈した液の中に補強環７を浸漬するか、あるいは刷毛塗りした後に乾燥することによって、一定の厚さを有する接着剤のコーティング層が補強環７の表面に形成される。そして、このコーティング層は、ゴムシール装置の製造過程において未加硫のゴムを加硫するための熱によって硬化等の反応を起こし、補強環７とゴム部(加硫ゴム)との接着剤へと変化する。
【００２２】
上記接着剤の種類はゴム部に用いられるゴム材料の種類によっても異なるが、ゴムシール装置に最も多く使用されているアクリロニトリルブタジエンゴム(ＮＢＲ)やアクリルゴムに対しては、主に、フェノール系樹脂を主成分とする接着剤や、フェノール系樹脂とエポキシ樹脂とを組み合わせた接着剤等が用いられる。また、高温下において使用されるシリコンゴムやフッ素ゴムに対しては、シランカップリング剤を主成分とするシリコーン系接着剤が用いられている。
【００２３】
次に、本発明における、シールド板及び補強環の材質について詳述する。本発明のシールド板及び補強環は、具体的に例示すれば、密度が３．０ｇ/ｃｍ3以下であるアルミニウム、アルミニウム合金、もしくはマグネシウム合金のいずれかからなる。このように、前記合金材の密度を３．０ｇ/ｃｍ3以下に規定することで、セラミックスと同等にその重量を低減できるため、本発明は、高速で運動する場合の慣性力の低減に寄与する。なお、密度の下限については、特に限定されないが、１．０ｇ/ｃｍ3以上であることが好ましい。
【００２４】
なお、アルミニウムもしくはその合金を用いることにより、以下のような効果も同時に得られる。つまり、アルミニウム及びその合金は、鋼と比較して耐食性に優れるので、腐食性の溶液が接触したり、腐食性のガス雰囲気のような腐蝕環境下で使用した場合にも、鋼のように発錆による精度低下がなく、また、真空環境下において発塵性の悪化が生じない。
【００２５】
また、さらに耐食性を向上させるために、アルミニウム及びその合金の表面には硬質被膜を形成させることが好ましい。硬質被膜の具体例としては、硬質アルマイト処理膜、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等のセラミック膜、ＤＬＣ(ダイヤモンドライクカーボン)膜が挙げられる。これらの中でも、硬質アルマイト処理膜は、陽極酸化処理によって得られる硬質かつ緻密なアルミニウム酸化物であり、アルミニウム並びにその合金との密着性に優れ、被膜の剥離を生じることがないため、特に好適である。また、これら硬質被膜との密着性を確保するために、硬質被膜の形成前に、イオンボンバードによってアルミニウム、またはその合金表面の不動態被膜を除去しておくことが好ましい。
【００２６】
本発明に用いるアルミニウム合金の種類としては、非熱処理型の合金では、３０００系(Ａｌ−Ｍｎ系)、４０００系(Ａｌ−Ｓｉ系)、５０００系(Ａｌ−Ｍｇ系)、熱処理型の合金２０００系(Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系)、６０００系(Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系)、７０００系(Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系)が挙げられる。これらの中でも、ゴムとの加硫接着性を考慮すると、Ｚｎを含む７０００系が、比較的強固なゴムとの接着界面を形成することができるので、特に、補強環の材料として好適である。
【００２７】
一方で、本発明に用いるマグネシウム合金は、実用構造用金属材料の中で最も軽量であり、その比重は１．７４ｇ/ｃｍ3と、鋼の約１/５に過ぎない。しかも、減衰係数が高いので、振動減衰性が優れているという利点もある。
【００２８】
一般に、マグネシウムは、室温での結晶構造がＨＣＰ構造(最密六方格子)をとるため、室温での塑性加工性に極めて乏しい。このため、室温でのプレス加工による成形は困難である。従って、本発明のシールド板及び補強環における、マグネシウム合金の成形法としては、もみ抜き加工法やダイキャスト法が適用され、より望ましくは、特開２０００−２１３５４４号公報に開示されているチクソモールディング法や、特開２０００−２４０６５９号公報に開示されているように、結晶粒径を５μｍ以下に制御し、塑性加工性を付与した上でプレス成形を行うという方法が好適である。
【００２９】
また、マグネシウム元素は、電気化学的に電位が卑の金属であるので、耐食性はあまり良くない。ここで、マグネシウム合金の表面に被膜処理を施し、安定な表面被膜を形成させると、耐食性が著しく改善される。当該被膜の処理法としては、化成処理、陽極酸化、電気メッキ、無電界メッキ、ＰＶＤ等が挙げられるが、処理の簡便性から陽極酸化処理が望ましい。なお、陽極酸化処理の種類としては、硬質な被膜が形成されるものが好ましく、特にＤＯＷ１７やＨＡＥ処理は被膜が非常に硬質なので好適である。
【００３０】
本発明に用いるマグネシウム合金の種類に関しては特に制限はないが、汎用のダイカスト材であるＡＺ９１、ＡＺ３１、ＡＺ２１及びＭ１合金等を挙げることができる。また、Ｚｎ含量が高いものほど、ゴムとの加硫接着に対し有利であることから、Ｚｎ含量の高い、たとえば、ＡＺ３１合金等が、特に、補強環の材料として好適である。
【実施例】
【００３１】
本発明の効果を確認するために、以下の実験を行った。但し、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００３２】
汎用の熱処理型アルミニウム合金である７０００系の７０４９、７０７５合金及び鋳造マグネシウム合金であるＡＺ２１、ＡＺ３１合金を使用して、深みぞ玉軸受６０１３ＺＺ名番相当のシールド板及び補強環を作製した。なお、アルミニウム合金製の成形品は、塑性加工法により作製する一方で、マグネシウム合金製の成形品の作製は、上記のチクソモールディング法に基づいて行った。
【００３３】
また、成形後、アルミニウム合金製のシールド板及び補強環には硬質アルマイト処理を、マグネシウム製のものに関しては陽極酸化処理(ＤＯＷ１７処理)を施して、それらの表面に被膜を形成した。一方、比較例として、冷延鋼板により作製した従来のシールド板及び補強環に関しても評価を行った。
【００３４】
[高速耐久試験]
高速耐久試験を行う為、上記シール装置を備えた軸受の内輪を、回転しない支持軸に外嵌固定すると共に外輪に従動プーリを外嵌固定し、この従動プーリに巻き掛けた無端ベルトを、所定の張力を付与した状態で走行させた。このとき軸受回転数は外輪回転で２０００ｒｐｍ、ラジアル荷重は１９．６ｋＮ、雰囲気温度は試験室の空調により２０℃とした。回転開始から２０時間後、回転状態で内輪端面の温度を計測し、回転時の軸受の温度上昇を回転数２０００ｒｐｍの温度上昇度で比較し、評価した。
【００３５】
以下には、先ず、シールド板を備える軸受に関する試験結果について記述する。なお、以下の試験軸受にはいずれも協同油脂製マルテンプＳＲＬグリースが軸受空間容積の３５％となるように封入した。
【００３６】
図４は、本発明において、表面処理を施した実施例１ないし４のシールド板および比較例である冷延鋼板のシールド板の性質と、内輪温度上昇の結果を示す図である。図４に示す結果から、本発明の実施例１〜実施例４は、各々、密度３．０ｇ/ｃｍ3以下の軽量なアルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製のシールド板を備えることにより、高速回転時の温度上昇が比較例に比べて小さくなっていることが分かる。一方で、比較例としての従来の冷延鋼板を使用した場合には、冷延鋼板の密度が、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製のそれよりも大きくなるため、シール装置の重量が大きくなり、もって高速回転時に作用する遠心力が大きくなることに起因して軸受の温度上昇が大きくなり、特に、高速回転では差異が観測されたものと推測される。
【００３７】
次に、ゴムシール装置を備える軸受に関する試験結果について記述する。図５は、本発明において、表面処理を施した実施例１および２の補強環および比較例である従来の冷延鋼板の補強環の性質と、内輪温度上昇の結果を示す図である。
【００３８】
本発明の実施例１および２は、従来の鋼製の補強環を有するゴムシールを備える比較例に対してシール装置を含む外輪の重量が小さくなっているため、高速回転時に作用する遠心力が軽減される。従って、図５に示す結果から、実施例１および２の温度上昇は、最小限に抑えられる。なお、ゴムシールは、当該芯金（補強材）材質以外同一のものである。
【００３９】
[落下試験]
本試験は、シール装置を備えた玉軸受（６０１３相当）を５ｍの高さから落下させた際の衝撃によるシール装置（すなわち、シールド板及びゴムシール装置）の軸受本体からの分離脱落の有無を評価した。試験は各実施例及び比較例について１０回ずつ実施し、１回以上シール装置が分離した場合には「×」、５回以下の場合は「○」として評価した。
【００４０】
図６は、本発明に利用される材料から構成されるシールド板（実施例１ないし４）を備える玉軸受と、冷延鋼板から構成されるシールド板を備える玉軸受の落下試験の結果を示す。図７は、本発明に係る材料（実施例１および２）から構成される補強環を有するゴムシール装置を備える玉軸受と、冷延鋼板から構成される補強環を有するゴムシール装置を備える玉軸受との落下試験の結果を示す。
図６から明らかなように、本発明に係るシールド板（実施例１ないし４）については、いずれも脱落しなかった。すなわち、シールド板の取り付け強度としては、本発明のものも十分な強度を有するといえる。
【００４１】
一方、図７から明らかなように、鋼製の補強環を有するゴムシール装置は、各々の軸受本体から分離する割合が高かったのに対し、実施例である密度３．０ｇ/ｃｍ3以下の材質からなる補強環を含むゴムシール装置は、軽量であるがために、各々の軸受から外れることがほとんどなかった。このことから、シール装置の軽量化は、軸受の信頼性向上にも寄与している結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の転がり軸受に係る一の実施形態である、深みぞ玉軸受構造の部分縦断面図である。
【図２】本発明の転がり軸受に係る別の実施形態である、深みぞ玉軸受構造の部分縦断面図である。
【図３】図２に示す深みぞ軸受が備えるゴムシール装置のリップ部分付近を拡大した部分拡大図である。
【図４】本発明において、表面処理を施した実施例１ないし４のシールド板および比較例である冷延鋼板のシールド板の性質と、内輪温度上昇の結果を示す。
【図５】本発明において、表面処理を施した実施例１および２の補強環および比較例である冷延鋼板のシールド板の性質と、内輪温度上昇の結果を示す。
【図６】本発明に利用される材料から構成されるシールド板（実施例１ないし４）を備える玉軸受けと、冷延鋼板から構成されるシールド板を備える玉軸受の落下試験の結果を示す。
【図７】本発明に利用される材料から構成される補強環(実施例１および２)を有するゴムシール装置を備える玉軸受けと、冷延鋼板から構成される補強環（比較例）を有するゴムシール装置を備える玉軸受受との落下試験の結果を示す。
【符号の説明】
【００４３】
１…内輪、  ２…外輪、  ３…玉、  ５…シールド板、  ６…ゴムシール装置、  ７…補強環、  ８…ゴム部
【図１】
2005163970.tif 000003
【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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