(57)【要約】【課題】泥水や塵埃と頻繁に接触するような劣悪な環境でも良好な密封性を有するとともにトルクを低減した密封転がり軸受の提供。【解決手段】スリンガ１０６の円輪部１１３の内側面の粗さをよくした上で、シールリップ１１４には軸受封入グリースとは異なる、４０℃での基油粘度が１０〜４０ｍｍ２／ｓ程度の低基油粘度のグリースを塗布することで油膜厚さを減らし、シールリップ１１４のリップ側摺接面とスリンガ１０６の円輪部１１３側摺接面の距離を縮めて、グリースの吸水を防止すると共に、泥の如き固形物が摺接面に取り込まれる事を防止する。また、シールリップ１１５は基油粘度が高い（７０〜１５０ｍｍ２／ｓ）軸受封入グリースで潤滑され、スリンガ１０６の円筒部１１２の粗さを適度に粗くして、油膜を安定させ、低トルクとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間で前記複数個の転動体を設けた空間の軸方向開口部を塞ぐシール装置と、を備えた密封転がり軸受において、
前記シール装置は、前記内輪の外周面に嵌合する円筒部と前記円筒部の軸方向一端から径方向外方へ延びた円輪部とを有するスリンガと、前記円輪部に摺接する第一のシールリップと、前記円筒部に摺接する第二のシールリップと、を有し、
前記円輪部の表面粗さが、前記円筒部の表面粗さより良く、且つ、前記第一のシールリップに塗布されているグリースの基油粘度は、前記第二のシールリップに塗布されているグリースの基油粘度よりも低いことを特徴とする密封転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の車輪を支持する車輪用転がり軸受のように、水や塵埃と頻繁に接触するような環境で使用されるとともに、低トルク化が求められる密封転がり軸受、特に、自動車の電装部品、エンジン補機であるオルタネータや中間プーリ、カーエアコン用電磁クラッチ、水ポンプ、ハブユニット等の密封転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、密封転がり軸受として、例えば、自動車の車輪を懸架装置に支持する為に、リップを有するシール装置を備えた自動車用ハブユニット等の車輪用転がり軸受が使用されている。
周知の様に、自動車の車輪用転がり軸受は屋外で使用され、時には、多量の塵埃に曝され、更に雨水や洗浄時の水がかかる状況や、最悪の場合泥水に浸漬した状況で使用される。そして、この様な塵埃や水が、上記シール装置を構成するリップとその摺接する摺接面を通じて浸入するため、長期にわたり軸受性能を維持することが困難になる恐れがある。従って、まず、各シール装置に求められる性能としては、軸受内部に異物を進入させない所謂密封性である。更に、最近では特に、省エネルギーや地球環境の汚染の観点から、自動車の燃費の向上が求められており、そのため、車輪用転がり軸受の回転トルクの低減が重要になってきている。
【０００３】
従来、上述のような環境で使用される密封転がり軸受のシール装置においては、弾性部材には、ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム及びフッ素ゴム等の耐油性及び耐水性に優れた合成ゴムに適宜添加剤を配合したゴム材料組成物が使用されてきた。例えば、一般的なニトリルゴム組成物を弾性部材に用いたシール装置は、各シールリップに適度の締め代（緊迫力、押付け力）を与えることにより、多量の塵埃に曝され、更に雨水や洗浄時の水がかかる状況や、最悪の場合泥水に浸漬した状況においても、比較的良好なシール性能を有している。
【０００４】
車輪用転がり軸受の回転トルクを減少させるために、シール装置のリップの締め代を小さくしたり、緊迫力や押付け力を低下させる試みがなされてきたが、この場合、リップ部の摺接面に対する追随性が劣るため、密封性が低下してしまう。このようなシールを装着した車輪用転がり軸受は、外部から塵埃や水分が浸入しやすく、極端な場合リップ部のグリースが乳化を来たし、潤滑が十分に維持できなくなり、グリース切れが生じてリップが異常摩耗して、シールの密封性がさらに低下する。この様に、軸受内部へ塵埃や水が浸入するため、長期にわたり軸受性能を維持することが困難になる恐れがある。
【０００５】
特許文献１には、図３に示す様に断面概Ｌ字型の芯金２２にゴム製のシールリップ２５、２６、２７が加硫成形され、同じく断面概Ｌ字型のスリンガ１５と組み合わされ、各シールリップがスリンガ１５の円輪部１５ｂ又は円筒部１５ａに摺接するパックシールが開示されており、各シールリップの摺接面に１〜３μｍＲａの凹凸を付与し、４０℃の基油粘度を１０〜４０ｍｍ２／ｓのグリースを塗布することで低摩擦化を図っている。特許文献１のパックシールでは、凹凸はシールリップ側に設けられている為、潤滑条件がよく、クリーンな環境で用いられるシールの場合には効果が発揮できるが、車輪用転がり軸受に内蔵されるシールの様に、グリース潤滑で泥水を防御する様な用途の場合は、グリースに泥水が混じって潤滑性が低下したり、シールリップ摺接面の凹部に泥を噛み込み、ラップ効果でスリンガ１５の表面を早期に摩耗させたりする虞がある。
【０００６】
一般にシールリップの発生する摩擦力はＲｅｙｎｏｌｄｓの無限幅平面軸受の理論が適用され、
ｆ＝ΦＧ１／３   式（１）
で表される。ここで、ｆ：摩擦係数、Φ：油膜の状態により定まる定数、Ｇ：無次元特性数(=μ・ｕ・ｂ／Ｐｒ)、Ｐｒ：リップ部の緊迫力、μ：潤滑グリースの基油粘度、ｕ：周速、ｂ：リップ部の接触幅である。
上記の式（１）からわかる様に、シールリップの発生トルクを下げる為には、油膜を安定させる事が特に有効であり、特許文献２には図４に示すように、スリンガ３０の円輪部３０ｂの表面粗さを適度に荒し、円筒部３０ａの表面粗さより大きくして、軸受封入グリースで潤滑されるサイドリップ３１の油膜を安定させ、低トルク化する技術が開示されている。軸受封入グリースは（図示を省略する）軌道面と転動体の間にＥＨＬ（弾性流体潤滑膜）油膜を形成しやすくする為、４０℃での基油粘度が７０〜１５０ｍｍ２／ｓ程度の比較的高基油粘度のグリースが使用される為、スリンガ３０側の摺接面の粗さは適度に粗い方が油膜の形成がよく、クリーンな環境で使用されるパックシールの場合、特許文献２の開示内容は有効である。
しかし、車輪用転がり軸受に使用される図４の態様のパックシールの場合、サイドリップ３１は直接泥水に晒される事から、本態様のパックシールは必ずしも好ましくない。即ち、本態様のパックシールでは、スリンガ３０の円輪部３０ｂの粗さの凹部に溜まった泥が泥水に晒され、吸水して油膜の形成が妨げられる様になると共に、スリンガ３０の円輪部３０ｂの粗さの凹部及びグリースに泥の如き固形物が取り込まれてシールリップ側摺接面やスリンガ側摺接面が摩耗する虞があるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１９３８３５号公報
【特許文献２】特開２０１２−０２１６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、前述した従来技術の問題である。従って、本発明の目的は、劣悪な環境でも良好な密封性を有するとともにトルクを低減した密封転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る前記課題は、以下の構成によって解決される。
内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間で前記複数個の転動体を設けた空間の軸方向開口部を塞ぐシール装置と、を備えた密封転がり軸受において、
前記シール装置は、前記内輪の外周面に嵌合する円筒部と前記円筒部の軸方向一端から径方向外方へ延びた円輪部とを有するスリンガと、前記円輪部に摺接する第一のシールリップと、前記円筒部に摺接する第二のシールリップと、を有し、前記円輪部の表面粗さが、前記円筒部の表面粗さより良く、且つ、前記第一のシールリップに塗布されているグリースの基油粘度は、前記第二のシールリップに塗布されているグリースの基油粘度よりも低い密封転がり軸受の構成。
【発明の効果】
【００１０】
上記スリンガの円輪部の表面粗さをよくした上で、上記第一のシールリップに塗布されているグリースの基油粘度を低くしたので、油膜厚さが薄くなり、第一のシールリップのリップ側摺接面とスリンガの円輪部側の摺接面との距離を縮めて、グリースの吸水を防止している。更に、泥の如き固形物が摺接面に取り込まれる事を防止したので、シール装置の高密封性を長期間維持できる。また、上記第二のシールリップに塗布されているグリースの基油粘度を高くし、スリンガの円筒部の粗さを適度に大きくしたので、グリースの油膜が安定し、低トルクとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係る自動車の車輪用転がり軸受の断面図である。
【図２】図１の車輪用転がり軸受に設けられたシール装置の断面図である。
【図３】従来の車輪用転がり軸受に設けられたパックシールの断面図である。
【図４】従来の車輪用転がり軸受に設けられたパックシールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図１及び図２を参照して本発明に係る自動車の車輪用転がり軸受の実施例を説明する。図１は本発明の実施例に係る自動車の車輪用転がり軸受の断面図である。図２は図１の車輪用転がり軸受に設けられたシール装置の断面図である。
【００１３】
図１は、密封転がり軸受の１例として、自動車の駆動輪用の転がり軸受０を示している。炭素鋼（Ｓ５３ＣＧ）に高周波焼き入れ処理を施す事により造られた、外輪相当部材である外輪１は、外周面に形成した取付部２により、懸架装置に支持固定されて、使用時にも回転しない。この様な固定側軌道輪である外輪１の内径側には、回転側軌道輪となる内輪相当部材３を、この外輪１と同心に設け、使用時にこの内輪相当部材３が回転する様にしている。
【００１４】
この内輪相当部材３は、炭素鋼（Ｓ５３ＣＧ）に高周波焼き入れ処理を施す事により造られたハブ４と、軸受鋼（ＳＵＪ２）に焼き入れ処理を施す事により造られた内輪５とから成る。このうちのハブ４の中心部にはスプライン孔６を、外端（車両への組み付け時に幅方向外側になる端を言い、図１の左端）部外周面には取付フランジ７を、それぞれ形成している。車両への組み付け時に上記スプライン孔６には、図示しない等速ジョイントに付属したスプライン軸を挿入し、上記取付フランジ７には車輪を固定する。
【００１５】
又、上記外輪１の内周面に複列の外輪軌道８、８を、上記ハブ４の中間部外周面と上記内輪５の外周面とに内輪軌道９、９を、それぞれ形成している。そして、各外輪軌道８、８と各内輪軌道９、９との間に転動体１０、１０を、それぞれ複数個ずつ設けて、上記外輪１の内側での内輪相当部材３の回転を自在としている。尚、上記各転動体１０、１０は、それぞれ保持器１１、１１により、転動自在に保持している。又、図示の例では転動体１０、１０として玉を使用しているが、重量が嵩む車両用の軸受の場合には、転動体としてテーパころを使用する場合もある。
【００１６】
更に、上記外輪１の内端（車両への組み付け時に幅方向内側になる端を言い、図１の右端）部内周面と上記内輪５の内端部外周面との間、並びに、この外輪１の外端部内周面と上記ハブ４の中間部外周面との間に、それぞれシール装置１２ａ、１２ｂを設け、上記外輪１の内周面と上記内輪相当部材３の外周面との間で、上記各転体１０、１０を設置し、更に、各転動体１０、１０と各外輪軌道８、８と各内輪軌道９、９との潤滑のためにグリースを充てんした空間１３の両端開口を塞いでいる。
【００１７】
図２に示すシール装置１２ａは、芯金１０５と、スリンガ１０６と、弾性部材１０７とから成る。このうちの芯金１０５は、低炭素鋼板等の金属板にプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により、一体成形している。この様な芯金１０５は、転がり軸受０（図１を参照）を構成する外輪１の内端部内周面に内嵌固定自在な円筒部１０９と、この円筒部１０９の軸方向外端縁（図２の左端縁）から直径方向内方に折れ曲がった円輪部１１０を備えており、断面略Ｌ字形で全体を円環状としている。また、上記スリンガ１０６は、ステンレス鋼板等、優れた耐食性を有する金属板に、やはりプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により一体成形している。
【００１８】
この様なスリンガ１０６は、上記転がり軸受０を構成する内輪５の内端部外周面に外嵌固定自在な円筒部１１２と、この円筒部１１２の軸方向内端縁（図２の右端縁）から直径方向外方に折れ曲がった円輪部１１３とを備えており、断面Ｌ字形で全体を円環状としている。また、上記弾性部材１０７は、ゴム、エラストマー等の弾性材により造られて、外側、中間、内側の３本のシールリップ１１４、１１５、１１６を備え、上記芯金１０５にその基端部を結合固定している。そして、最も外側に位置する外側シールリップ１１４の先端縁を、上記スリンガ１０６を構成する円輪部１１３の内側面に摺接させ、残り２本のシールリップである中間シールリップ１１５及び内側シールリップ１１６の先端縁を、上記スリンガ１０６を構成する円筒部１１２の外周面に摺接させることにより、内部からのグリースの漏洩を防止するとともに、外部からの塵埃、水、泥水等の軸受内部への侵入を防止する。なお、外側シールリップ１１４と中間シールリップ１１５とスリンガ１０６とで囲まれる空間、及び中間シールリップ１１５と内側シールリップ１１６とスリンガ１０６とで囲まれる空間には、各シールリップと摺接面との潤滑を図るためにそれぞれグリースが充てんされている。
【００１９】
上記スリンガ１０６の円輪部１１３の内側面の粗さをよくした上で、シールリップ１１４には軸受封入グリースとは異なる、４０℃での基油粘度が１０〜４０ｍｍ２／ｓ程度の低基油粘度のグリースを塗布することで油膜厚さを減らし、シールリップ１１４のリップ側摺接面とスリンガ１０６の円輪部１１３側摺接面との距離を縮めて、グリースの吸水を防止すると共に、泥の如き固形物が摺接面に取り込まれる事を防止している。また、シールリップ１１４に塗布するグリースを低基油粘度とする事に加えて、耐水性被膜形成能のある添加剤を添加した、所謂耐水性グリースとすれば低トルクと高耐久性の両立がはかりやすい。
【００２０】
なお、スリンガ１０６はステンレス鋼板のブランキング後、円筒部１１２をバーリング加工し、断面Ｌ字型に成形すると、円輪部１１３の粗さは素材の粗さが残留するので、ＢＡ仕上げ（冷間圧延後に光輝熱処理を行う仕上げ）や４００仕上げ（４００番研磨加工する仕上げ）の粗さの良いステンレス鋼板を素材としてスリンガ１０６を加工すれば、円輪部１１３の粗さは無理なく向上できる。また、ＢＡ仕上げや４００仕上げの如く、粗さの良い素材を使わなくても、円輪部１１３にショットブラストなどの加工を施すことで、円板部の粗さを向上しても良い。
【００２１】
図２の様なシール装置の場合、各リップの緊迫力の差から、シールリップ１１５の摺接トルクはシールリップ１１４の摺接トルクの２〜３倍になり、シールリップ１１５の摺接トルクはシールトルクへの寄与が大きい。シールリップ１１６は軸受部分に封入された潤滑グリースをシール内に大量に漏らさない（シールリップの潤滑に寄与する為、微量のグリースは漏らす必要がある）為のシールリップであり、他のシールリップと比べて、その締め代が極めて小さく設定されているので、シールリップ１１６の摺接トルクはシールトルクへの寄与は小さい。
【００２２】
シールリップ１１５は基油粘度が高い（７０〜１５０ｍｍ２／ｓ）軸受封入グリースで潤滑され、また直接泥水に晒される事も無い為、スリンガ１０６の円筒部１１２の粗さを適度に大きくして、軸受封入グリースで潤滑されるラジアルの油膜を安定させ、低トルクとしている。また、軸受に封入し、シールリップ１１５の潤滑も行うグリースの基油を、例えば、合成油または、合成油と鉱油を混合した混合油とし、基油の流動点が−４０℃以下とした、所謂低トルクグリースとすれば、低トルクと高耐久性の両立がはかりやすい。
【００２３】
前述の様に、スリンガ１０６の円輪部１１３の粗さを向上する為に、スリンガの素材には粗さの良いステンレス鋼板を使用しているので、本実施例では、円筒部１１２のバーリング加工後、円筒部１１２の外径側にしごき加工を施して円輪部１１３と円筒部１１２の直角度と、円筒部１１２の真円度を向上すると共に、円筒部１１２の外径の粗さを円輪部１１３に対して粗くして（軸方向の筋目をつけて）、スリンガ１０６の回転方向に対して細かい凹凸（周方向粗さで１〜３μｍＲａ）をつけている。しごき加工により、スリンガにマスキングをしたり、ショットの吹き出し方向を調節したりするなどの面倒な手段を講じる事無く、円輪部１１３より円筒部１１２の粗さを粗くすることが出来る。
【００２４】
なお、バーリング加工により断面Ｌ字型に加工されたスリンガ１０６の円筒部１１２の先端部分（円輪部１１３から遠い側）は円輪部１１３側に比べて肉薄になっているので、しごき加工がシールリップ１１６の摺接面に届かない事が考えられるが、前述の様に、シールリップ１１６は締め代が小さく設定され、トルクが元々小さいので問題はなく、むしろ軸方向筋目が無い方がグリース漏れを防ぐ観点からは望ましい。
【００２５】
以上の様に、本実施例のシール装置１２ａにおいて、スリンガ１０６の円輪部１１３は、円筒部１１２よりも表面の粗さが良い状態となっている。また、シールリップ１１４とシールリップ１１５には異なるグリースが塗布されており、シールリップ１１４に塗布されているグリースの基油粘度はシールリップ１１５に塗布されているグリースの基油粘度より低く設定されていることで、低トルクと高密封性を両立している。
【符号の説明】
【００２６】
０  転がり軸受
１  外輪
２  取付部
３  内輪相当部材
４  ハブ
５  内輪
６  スプライン孔
７  フランジ
８  外輪軌道
９  内輪軌道
１０  転動体
１１  保持器
１２ａ、１２ｂ  シール装置
１３  空間
１５、３０  スリンガ
１５ａ、３０ａ  円筒部
１５ｂ、３０ｂ  円輪部
２２  芯金
２５、２６、２７  シールリップ
３１  サイドリップ
１０５  芯金
１０６  スリンガ
１０７  弾性部材
１０９、１１２  円筒部
１１０、１１３  円輪部
１１４、１１５、１１６  シールリップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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