JP2018168888A - 密封型転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 シール部材を取り付ける際の工程数を増加させることなく、シール溝にシール部材をシール耳残りなく取り付けることができる密封型転がり軸受を提供する。
【解決手段】 外輪２と、内輪３と、外輪２の内径面両端部に設けられた一対のシール嵌合溝８に嵌合する嵌合部１２ａ、内輪３の外径面両端部に形成された一対のシール溝９に弾性接触させるシールリップ部１２ｅ、１２ｄを有する一対のシール部材１０とを備えた密封型転がり軸受１において、外輪２の大径肩部２ａｂの表面粗さをシール嵌合溝８の表面粗さより粗くした。
【選択図】 図４

Description

この発明は、例えば、自動車のトランスミッション、自動車用補機など耐水性、耐グリース漏れ性が要求される密封型転がり軸受に関する。

従来の密封型転がり軸受は、軸受内部に封入したグリース等の潤滑剤の漏れ防止や外部からの異物（例えば、泥水等）流入を防止するために、内輪と外輪の開口部がシール部材で密封されている。

図９に示すように、従来例の密封型転がり軸受１００は、軌道輪である外輪１０２と内輪１０３の軌道溝１０４、１０５の間に複数のボール１０６を介在させ、外輪１０２及び内輪１０３の軸方向両端部に環状のシール部材１１０が嵌め込まれている。複数のボール１０６は保持器１０７により円周方向等間隔に保持されている。

このシール部材１１０は、合成ゴム等のゴム製部分１１２を芯金１１１で補強したものであり、外輪１０２に形成されたシール嵌合溝１０８に嵌合部が嵌め込まれて固定され、内周部に設けられたシールリップ１１３、１１４の内端縁と内輪１０３のシール溝１０９のシール面との間でシールを形成している。

このシール部材１１０により、軸受内部のグリースが外部に漏出することを防止すると共に、外部からの異物の流入を防止している。

ところで、この密封型転がり軸受１００のシール部材１１０のシール嵌合溝１０８への取り付けは、図１０に示すように、転がり軸受１００の外輪１０２の端面にシール部材１１０を配置し、シール部材１１０の嵌合部をシール嵌合溝１０８の側面（軸方向を向く面）に押し付けて、圧入治具（図示しない）を用いてシール嵌合溝１０８に圧入する。この圧入により、シール部材１１０がシール嵌合溝１０８に取り付けられる。

しかし、シール部材１１０はゴム製部分１１２を芯金１１１で補強したものであるので、図９、図１１に示すように、圧入された嵌合部が弾性復元力によってシール嵌合溝１０８にきちんと収まらず円周上の一部がはみ出して残ることが生じる。本明細書では、この一部が残るはみ出し部をシール耳残りＥとする。以降も同じである。つまり、密封型転がり軸受１００は工業的に大量生産されるもので、機械により、シール部材１１０をシール嵌合溝１０８に取付けることになるが、外輪１０２の軸心とシール部材１１０の軸心がズレた場合や、外輪１０２のシール嵌合溝１０８入口内径の真円度またはシール部材１１０の嵌合部外径の真円度が崩れていたりした場合には、圧入された嵌合部が弾性復元力によってシール溝１０８にきちんと収まらずシール耳残りＥが残る場合が生じる。

このシール耳残りＥが生じると、シール部材１１０の嵌合部がシール嵌合溝１０８にきっちり嵌まっていないので、この部分からグリース漏れが発生する。また、極端になるとシール部材１１０が傾いた状態になってしまい、その場合は、シール部材１１０の内径側のシールリップ１１４と内径シール溝１０９の接触が設計通りにならずに、密封性が不安定になるなどの問題が発生する。さらに、軸受運転中にシール部材１１０がシール嵌合溝１０８から外れる虞もある。

特許文献１には、シール部材がシール嵌合溝から外れることを防止するために、プラスチック製のシール部材の外周部に、軸受外輪のシール嵌合溝と嵌合する嵌合部を設け、その嵌合部にレーザー光受面を設けて、このシール部材を取り付ける際に、レーザー光受面にレーザー光を照射して、照射した部分を当該プラスチックの成形可能温度に加熱して、直ちに加圧して局部変形させつつシール嵌合溝に嵌合することが開示されている。

特開平９−１７７８０１号公報

上記特許文献１のものは、シール部材の嵌合部をレーザー光の照射による局部加熱で軟化させてシール嵌合溝内に圧入により加締めるので、強固にシール部材がシール嵌合溝に嵌合され、シール部材のシール嵌合溝からの脱落が防止される。

しかし、上記のものでは、シール部材の嵌合部をレーザー光の照射により、局部加熱をして直ちにシール嵌合溝に加締める必要となる。このため、シール部材の取り付けの際に、レーザー光の照射工程と圧入工程が必要となり、工程数が増加するという難点があった。さらに、圧入工程において、シール部材の嵌合部をシール嵌合溝内に加締めるために、外輪の変形が伴い、軸受の精度に影響を及ぼすなどの問題があった。

そこで、この発明は、密封型転がり軸受において、シール部材を取り付ける際の工程数を増加させることなく、シール嵌合溝にシール部材をシール耳残りなく取り付けることができる密封型転がり軸受を提供することを課題とするものである。

前記の課題を解決するために、この発明は、外輪と、内輪と、前記外輪の内径面両端部に設けられた一対のシール嵌合溝に嵌合する嵌合部、前記内輪の外径面両端部に形成された一対のシール溝に弾性接触させるシールリップ部を有する一対のシール部材とを備えた密封型転がり軸受において、前記シール嵌合溝の軸方向の外側に設けられる外輪大径肩部の内径面の表面粗さを前記シール嵌合溝の表面粗さより粗くしたことを特徴とする。

そして、前記外輪大径肩部の内径面の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ〜１．０μｍの範囲にすればよい。

また、前記シール部材が、芯金と前記芯金と一体に形成されるゴム製部分とからなり、前記シール部材の前記シール嵌合溝に嵌合されるゴム製部分の嵌合部頭部の表面の粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で２．５μｍ以下にすればよい。

上記密封型転がり軸受を自動車補機用又はトランスミッション用転がり軸受に用いればよい。

この発明の密封型転がり軸受は、外輪の大径肩部の表面粗さをシール嵌合溝の表面粗さより粗くすることで、シール部材の嵌合部がシール溝に圧入される際に、嵌合部とシールの入口部分である大径肩部の摩擦抵抗が低くなり、嵌合部のシール嵌合溝への挿入性能が向上し、シール部材のシール耳残りの発生を防止することができる。

この発明の実施形態に係る密封型転がり軸受の一部を拡大して示す縦断正面図である。 図１のシール部材を拡大して示す断面図である。 この発明の密封型転がり軸受のシール嵌合溝にシール部材を圧入する状態を示す模式的断面図である。 この発明の実施形態に係る密封型転がり軸受のシール嵌合部部分を示す模式的断面図である。 算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍの金属平板にゴムシートを載せてゴムシート引いた時の摩擦力を示す図である。 算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０μｍの金属平板にゴムシートを載せてゴムシート引いた時の摩擦力を示す図である。 図１に示す密封型転がり軸受を用いたプーリを示した断面図である。 図１に示す密封型転がり軸受をトランスミッションに用いた例を示す概略図である。 従来例の密封型転がり軸受の一部を拡大して示す縦断正面図である。 従来例の密封型転がり軸受のシール嵌合溝にシール部材を圧入する状態を示す模式的断面図である。 従来例の密封型転がり軸受のシール嵌合部部分を示す模式的断面図である。

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、密封型転がり軸受１は、外輪２と、内輪３と、その外輪２の内径面に形成された軌道溝４と内輪３の外径面に形成された軌道溝５間に組込まれた複数のボール６とそのボール６を円周方向等間隔に保持する保持器７および両端に設けられ内部空間を密封する一対のシール部材１０からなる。外輪２、内輪３、ボール６及び保持器７は、金属製部材である。本実施形態では、保持器７は鉄製であるが、樹脂製であってもよい。本実施形態の密封型転がり軸受１は、深溝玉軸受である。

また、密封型転がり軸受１は、例えば、後述するアイドラプーリ等の自動車補機およびタイミングベルトに用いられるプーリ用軸受、トランスミッション用軸受に用いられる。なお、以下の説明において、密封型転がり軸受１の中心軸に沿った方向を「軸方向」、当該中心軸に対して直交する方向を「径方向」と呼ぶ。

密封型転がり軸受１の軸受内部空間Ｓ１には、グリース（図示せず）が封入されている。ここで、軸受内部空間Ｓ１とは、外輪２の内径面と内輪３の外径面との間の空間を意味する。グリースのちょう度は、例えば、２００〜３５０のものが好ましい。ちょう度が２００未満の場合、油分離が小さく潤滑不良となる可能性がある。ちょう度が３５０を超える場合、グリースが軟質となり、軸受外部Ｓ２へと漏れ易い。

外輪２の内径面２ａには、軸方向の両端部に一対のシール嵌合溝８が形成され、一方、内輪３の外径面３ａには、上記一対のシール嵌合溝８と径方向に対向する一対のシール溝９が形成されている。

外輪２の内径面２ａは、小径肩部２ａａと大径肩部２ａｂとを有している。小径肩部２ａａは外輪２の軌道溝４よりも軸方向外側およびその両側に位置している。大径肩部２ａｂは一対のシール嵌合溝８の軸方向外側にそれぞれ位置し、小径肩部２ａａよりも大径であり、その内径面が小径肩部２ａａよりも外径側に位置している。小径肩部２ａａと大径肩部２ａｂとの間には、上記シール嵌合溝８が設けられている。この大径肩部２ａｂがシール嵌合溝８にシール部材１０を圧入する際の入口となる。

内輪３の外径面３ａは、大径肩部３ａａと小径肩部３ａｂとを有している。大径肩部３ａａは内輪３の軌道溝５よりも軸方向外側およびその両側に位置している。小径肩部３ａｂは一対のシール溝９の軸方向外側にそれぞれ位置し、小径肩部３ａｂは大径肩部３ａａよりも小径であり、その外径面が大径肩部３ａａよりも内径側に位置している。大径肩部３ａａと小径肩部３ａｂとの間には、上記シール溝９が設けられている。

外輪２に形成された一対のシール嵌合溝８のそれぞれには、シール部材１０の嵌合部１２ａが嵌合されている。シール部材１０は、芯金１１と芯金１１と一体に形成されたゴム製部分１２とからなる。

図１及び図２に示すように、芯金１１は金属製であり、軸方向から視て、環状である。芯金１１の径方向外端部１１ａは、軸方向内側に向かって折り曲げられている。そして、芯金１１の径方向外端部１１ａは、シール嵌合溝８と軸方向に対向している。芯金１１の径方向内端部１１ｂは、保持器７の内径面７ａよりも下方で、かつ、後述するゴム製部分１２のくびれ部１２ｃよりも上方に位置している。

ゴム製部分１２は、軸方向から視て、環状である。ゴム製部分１２は、例えば、ニトリルゴム、耐熱ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等の耐油性や耐熱性に優れたゴムを素材としている。ゴム製部分１２は、芯金１１に加硫成型することで一体形成されている。

図１及び図２に示すように、ゴム製部分１２は、嵌合部１２ａと、本体部１２ｂと、くびれ部１２ｃと、内向きリップ部１２ｄと、外向きリップ部１２ｅとを有している。嵌合部１２ａは、シール嵌合溝８に嵌合され、かつ、芯金１１の径方向外端部を覆っている部分である。本体部１２ｂは、嵌合部１２ａよりも内径側に位置し、かつ、芯金１１のうち径方向外端部を除く部分を覆っている部分である。

くびれ部１２ｃは、本体部１２ｂの径方向内端部よりも内径側に位置している部分である。すなわち、くびれ部１２ｃは、芯金１１の径方向内端部よりも内径側に位置している。また、くびれ部１２ｃは、保持器７の内径面７ａと内輪３の外径面３ａとの間に位置している。

くびれ部１２ｃの内径側には、内向きリップ部１２ｄ及び外向きリップ部１２ｅが設けられている。内向きリップ部１２ｄは、シール溝９の内側面に接触している。外向きリップ部１２ｅは、内向きリップ部１２ｄよりも軸方向外側に設けられており、シール溝９の軸方向外方に形成された小径肩部３ａｂとラビリンスを形成している。

シール部材１０は、嵌合部１２ａを外輪２のシール嵌合溝８に圧入して固定される。前述したように、圧入された嵌合部１２ａが弾性復元力によってシール嵌合溝８にきちんと収まらず一部がはみ出すシール耳残りが生じることがある。そこで、この発明においては、このシール耳残りが発生しないように、シール部材１０の嵌合部１２ａが圧入される際に、嵌合部１２ａとシール嵌合溝８の入口となる大径肩部２ａｂ部分の摩擦抵抗を低くして、嵌合部１２ａのシール嵌合溝８への挿入性能を向上させている。

図５及び図６に金属平板とゴムシートとの間の摩擦力を測定した結果を示す。表面粗さを変えた金属平板を用意し、金属シートにゴムシート載せ、ゴムシートを引いた時の摩擦力を測定している。用いたゴムシートは、材質がアクリル、その硬度はＨＳ７０である。また、金属平板は、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０μｍと、０．１μｍのものを用意した。

図５は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍの場合、図６は、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０μｍの場合を示している。通常、外輪２の内径面２ａは、算術平均粗さ（Ｒａ）は０．１μ未満に仕上げられている。図５に示す摩擦力が通常の内径面２ａとゴム製部分１２の嵌合部１２ａが接触する時のものと考えられる。

図５に示すように、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍの場合、摩擦力は５０Ｎ近くあり、また、ゴムの復元力により摩擦力の変動も大きい。これに対して、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０μｍの場合、摩擦力は２５Ｎより小さく、また、摩擦力の変動も小さい。これらの結果から、ゴムが接触する側の金属の表面の粗さは粗い方が摩擦力は小さく、また変動も小さいことが分かる。

このことから、シール嵌合溝８の入口部分である大径肩部２ａｂの表面の粗さを、シール嵌合溝８を含む他の内径面２ａの表面粗さより粗くして摩擦力を小さくすることにより、シール部材１０の挿入性を向上させることができる。

このため、図３及び図４に示すように、この発明においては、外輪２の大径肩部２ａｂの表面部２０ａをシール嵌合溝８の表面粗さより粗くして低摩擦領域を形成している。シール嵌合溝８の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ未満であり、大径肩部２ａｂの表面部２０ａは、このシール嵌合溝８の粗さより粗い、算術表面粗さ（Ｒａ）を０．５μｍ〜１．０μｍの範囲にしている。ここで、表面部２０ａの算術表面粗さ（Ｒａ）が１．０μｍを超えると、シール部材１０の頭部１２ａａが削られて、シール性が低下することで、軸受外部にグリースが漏れる虞がある。また、表面部２０ａの算術表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍを下回ると、従来と同等の粗さとなり、優位性を見出すことができない。

この表面粗さは、切削加工時の姿バイトを大径肩部２ａｂだけ粗くすることで、外輪シール溝入口部の表面粗さを粗くすることができる。また、コーティングにより、大径肩部２ａｂ部分を粗くしてもよい。

尚、シール嵌合溝８の表面を粗くすると、この部分からグリースが漏れる虞があるので、シール嵌合溝８の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ未満にしている。

さらに、この実施形態では、挿入性を向上させるために、シール部材１０のゴム製部分１２の嵌合部１２ａの頭部１２ａａの粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）が１．５μｍ以上２．５μｍ以下になるように粗くしている。ここでは、加工しやすいシール部材１０側の粗さを上述の範囲のように粗くした。シール成型金型の表面粗さを粗くすることで、嵌合部１２ａの頭部１２ａａの粗さを粗くすることができる。嵌合部１２ａの頭部１２ａａの粗さが２．５μｍを超えると、シール性が低下し、この部分からグリースが漏れ出す虞がある。また、シール部材１０の頭部１２ａａの算術平均粗さ（Ｒａ）が１．５μｍを下回ると、軌道輪の粗さ（ここでは、外輪２のうち大径肩部２ａｂの表面部２０ａの粗さ：１．０μｍ）に近づくため、シール部材１０の頭部１２ａａと大径肩部２ａｂの表面部２０ａの表面が重なり易くなり、シール挿入性が改善されない。

図３に示すように、シール部材１０を大径肩部２ａｂに合わせて圧入して行くと、嵌合部１２ａと大径肩部２ａｂが接触するが、両者の摩擦力は低いので、図４に示すように、シール嵌合溝８へシール部材１０の嵌合部１２ａがスムーズに入り込み、シール部材１０のシール耳残りの発生を防ぐことができる。

この実施形態では、大径肩部２ａｂの表面と嵌合部１２ａの頭部の双方の表面を粗くしているが、大径肩部２ａｂの表面の粗さを粗くするだけでも、両者を粗くするより挿入性は少し落ちるが、シール耳残りの発生は抑制できる。

本実施形態の密封型転がり軸受１は、自動車補機用転がり軸受として用いられる。自動車補機の一例として、自動車補機の駆動ベルトのベルトテンショナーとして用いられるアイドラプーリ（以下、単にプーリと呼ぶ）を図７に示す。図７は、アイドラプーリの構造の断面図である。アイドラプーリは、例えば、オルタネータ又はコンプレッサ等の自動車補機の駆動ベルトを案内する。

図７に示す通り、プーリは、鋼板製のプーリ本体５１と、プーリ本体５１の内径に嵌合された密封型転がり軸受１とで構成されている。プーリ本体５１は、環状体である。プーリ本体５１は、内径円筒部５１ａと、内径円筒部５１ａの一端から外側に延びたフランジ部５１ｂと、フランジ部５１ｂから軸方向に延びた外径円筒部５１ｃと、内径円筒部５１ａの他端から内径側に延びた鍔部５１ｄとを有している。内径円筒部５１ａの内径には、密封型転がり軸受１の外輪２が嵌合され、外径円筒部５１ｃの外径にはエンジンによって駆動されるベルトと接触するプーリ周面５１ｅが設けられている。このプーリ周面５１ｅをベルトに接触させることにより、プーリがアイドラとしての役割を果たす。

図７に示すようなプーリ用軸受に使用される転がり軸受（外輪回転用軸受）では、自動車が悪路を走行した場合に備えて、耐水要求が高まっている。

プーリに用いられるプーリ用軸受では、軸受内部空間Ｓ１への異物（ここでは、泥水等の水）が浸入するのを防ぐために、外輪２と内輪３との間にシール部材１０が設けられている。これにより、プーリ用軸受の耐水性を高めることができる。

前述の実施形態では、密封型転がり軸受１は、アイドラプーリを支持する軸受であったが、これに限らず、他のベルト伝動装置を支持する軸受であってもよく、油圧オートテンショナによって押し付けられることでベルトの張力変動を吸収するテンションナプーリを支持する軸受であってもよい。また、密封型転がり軸受１は、他の自動車補機に用いられてもよい。例えば、密封型転がり軸受１は、自動車エンジンのファンカップリング装置、オルタネータ、自動車エンジンのフライホイールダンパ、カーエアコン、ウォータポンプ等に用いられてもよい。

図８は、この発明の実施形態に係る密封型転がり軸受１を、自動車のトランスミッションに組み込んだ一例を示す概略図である。同図はオートマチックトランスミッションの例である。ケース２３の軸方向両端に密封型転がり軸受１、１の各外輪２が嵌合され、これら軸受１、１の内輪３に、メインシャフト２４の両端がそれぞれ回転自在に支持されている。ケース２３に、カウンターシャフト２５が前記メインシャフト２４と平行に設けられている。このカウンターシャフト２５は、メインシャフト２４のギヤ部に噛み合うギヤ部を有し、前記ケース２３に軸受を介して回転自在に支持されている。

このように密封型転がり軸受１、１を、自動車のトランスミッションに組み込んだ場合、トランスミッション内におけるギヤの摩耗粉等の異物が、軸受内に流入することを確実に防止することができる。

なお、いずれかの実施形態に係る転がり軸受を、無断変速式トランスミッションや、手動変速式トランスミッションに用いてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１ ：密封型転がり軸受
２ ：外輪
２ａ ：内径面
２ａａ ：小径肩部
２ａｂ ：大径肩部
３ ：内輪
３ａ ：外径面
３ａａ ：大径肩部
３ａｂ ：小径肩部
４、５ ：軌道溝
６ ：ボール
７ ：保持器
７ａ ：内径面
８ ：シール嵌合溝
９ ：シール溝
１０ ：シール部材
１１ ：芯金
１１ａ ：径方向外端部
１１ｂ ：径方向内端部
１２ ：ゴム製部分
１２ａ ：嵌合部
１２ａａ ：頭部
１２ｂ ：本体部
１２ｃ ：くびれ部
１２ｄ ：内向きリップ部
１２ｅ ：外向きリップ部

Claims (5)

1. 外輪と、内輪と、前記外輪の内径面両端部に設けられた一対のシール嵌合溝に嵌合する嵌合部、前記内輪の外径面両端部に形成された一対のシール溝に弾性接触させるシールリップ部を有する一対のシール部材とを備えた密封型転がり軸受において、
   前記シール嵌合溝の軸方向の外側に設けられる外輪大径肩部の内径面の表面粗さを前記シール嵌合溝の表面粗さより粗くしたことを特徴とする密封型転がり軸受。
2. 前記外輪大径肩部の前記内径面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ〜１．０μｍの範囲にしたことを特徴とする請求項１に記載の密封型転がり軸受。
3. 前記シール部材が、芯金と前記芯金と一体に形成されるゴム製部分とからなることを特徴とする特徴とする請求項１又は２に記載の密封型転がり軸受。
4. 前記シール部材の前記シール嵌合溝に嵌合されるゴム製部分の嵌合部頭部の表面の粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で２．５μｍ以下にしたことを特徴とする請求項３に記載の密封型転がり軸受。
5. 自動車補機用又はトランスミッション用転がり軸受に用いられる請求項１〜４のいずれか１項に記載の密封型転がり軸受。

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