JP2018168974A - Oil seal and bearing with seal - Google Patents
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Abstract
【課題】所定範囲内の油温で、流体潤滑による低トルク性と、要求されるシール性とを実現する。【解決手段】シール部材1のシールリップ10に形成された複数の突起11でシールリップ10と相手部材のシール摺動面との間を流体潤滑状態にする。突起11の摺接領域の位置が油温変化に基づくシールリップ10の弾性変形に応じて変化する。突起11は、油温上昇に基づいて摺接領域の位置を変える一方側に向かって周方向長さが長くなる形状である。突起11の周方向長さは、所定範囲内の油温で油膜の厚さを一定範囲内に維持できるように変化している。当該一定範囲は、流体潤滑状態を保て、かつ周方向に隣り合う突起11間に亘る表面部13とシール摺動面との間の隙間を一定以下に保てるように設定する。【選択図】図1[Problem] To achieve low torque and required sealing performance through fluid lubrication at an oil temperature within a specified range. [Solution] A plurality of protrusions 11 formed on a seal lip 10 of a seal member 1 create a fluid lubrication state between the seal lip 10 and the seal sliding surface of a mating member. The position of the sliding contact area of the protrusions 11 changes according to the elastic deformation of the seal lip 10 based on a change in oil temperature. The protrusions 11 are shaped so that their circumferential length increases toward one side that changes the position of the sliding contact area based on an increase in oil temperature. The circumferential length of the protrusions 11 changes so that the thickness of the oil film can be maintained within a certain range at an oil temperature within a specified range. The certain range is set so that a fluid lubrication state can be maintained and the gap between the surface portion 13 and the seal sliding surface between circumferentially adjacent protrusions 11 can be maintained at a certain level or less. [Selected Figure] Figure 1
Description
この発明は、潤滑油中の異物が装置の内部空間へ侵入することを防ぐために用いられるオイルシール、及びそのオイルシールを備えるシール付軸受に関する。 The present invention relates to an oil seal used to prevent foreign matters in lubricating oil from entering the internal space of the apparatus, and a bearing with a seal including the oil seal.
例えば、自動車、各種建設用機械等の車両に搭載されたトランスミッション内にはギヤの摩耗粉等の異物が混在する。トランスミッションの回転軸を回転可能に支持する転がり軸受として、オイルシールを備えるシール付軸受を採用することにより、軸受の内部空間への異物侵入を防ぎ、軸受の早期破損を防止するようにしている。 For example, foreign substances such as gear wear powder are mixed in transmissions mounted on vehicles such as automobiles and various construction machines. By adopting a sealed bearing having an oil seal as a rolling bearing that rotatably supports the rotation shaft of the transmission, foreign matter intrusion into the internal space of the bearing is prevented and early damage of the bearing is prevented.
このようなオイルシールとして、ゴム材で形成されたシールリップを有するシール部材と、シール部材に対して周方向に相対回転する相手部材とを備えるものが利用されている。相手部材は、例えば軌道輪、スリンガ等であり、シールリップを摺接させるシール摺動面を有する。シール部材と相手部材との間に偏心がある場合でもシールリップがシール摺動面に十分に追従できるようにするため、シールリップと、相手部材のシール摺動面との間に締め代を設定することが一般的である。シール部材と相手部材を所定に配置すると、その締め代により、シールリップが、相手部材のシール摺動面を緊迫する。このため、シール部材と相手部材との間の相対回転時、シール摺動面に摺接するシールリップの引き摺り抵抗(シールトルク)が生じる。また、その摺接の摩擦は、温度上昇の原因になる。この温度上昇が進むと、内部空間と外部との間の圧力差による吸着作用を招き、その摩擦が大きくなる。 As such an oil seal, one having a seal member having a seal lip formed of a rubber material and a counterpart member that rotates relative to the seal member in the circumferential direction is used. The mating member is, for example, a race ring, a slinger, or the like, and has a seal sliding surface for slidingly contacting the seal lip. Even if there is an eccentricity between the seal member and the mating member, a tightening allowance is set between the seal lip and the seal sliding surface of the mating member so that the seal lip can sufficiently follow the seal sliding surface. It is common to do. When the seal member and the mating member are arranged in a predetermined manner, the seal lip presses the seal sliding surface of the mating member due to the tightening allowance. For this reason, at the time of relative rotation between the seal member and the mating member, drag resistance (seal torque) of the seal lip that comes into sliding contact with the seal sliding surface is generated. Moreover, the friction of the sliding contact causes a temperature rise. As the temperature rises, an adsorption action due to a pressure difference between the internal space and the outside is caused, and the friction increases.
これに対し、シールリップと相手部材のシール摺動面間を流体潤滑状態にすることが提案されている(特許文献1)。特許文献1で開示されたシール部材は、周方向に所定間隔で並ぶ多数の突起が形成されたシールリップを有する。突起は、相手部材のシール摺動面との間にくさび状の隙間を形成する。相手部材がシール部材に対して相対的に所定速度以上で回転しているとき、そのくさび状の隙間に潤滑油が引き摺り込まれ、くさび効果によって油膜形成が促進され、各突起が、相手部材のシール摺動面と流体潤滑状態で摺接する。このため、シールリップとシール摺動面とが完全に分離される。
On the other hand, it has been proposed that a fluid lubrication state is established between the seal lip and the seal sliding surface of the mating member (Patent Document 1). The seal member disclosed in
ここで、流体潤滑状態は、流体力学的な原理によって潤滑油の流体膜を二面間に形成し、摩擦面の直接接触が生じていない状態のことをいう。二面間の最小油膜厚さが二乗平均粗さと比較して大きい、一般に三倍以上である場合に流体潤滑状態であるとみなすことができる。シールリップと相手部材のシール摺動面との間が流体潤滑状態になると、摺動抵抗がほぼゼロになるため、シールトルクを極めて軽減することが可能であり、従来のオイルシールでは不可能だった高周速での使用が可能となる。また、突起の高さ設定により、所定以上の粒径の異物が突起間の隙間を通過できないようにして、装置の内部空間への侵入を防ぐことも可能である。 Here, the fluid lubrication state refers to a state in which a fluid film of lubricating oil is formed between two surfaces by a hydrodynamic principle, and a direct contact between friction surfaces is not generated. When the minimum oil film thickness between the two surfaces is larger than the root mean square roughness, generally three times or more, it can be regarded as a fluid lubrication state. When fluid lubrication occurs between the seal lip and the seal sliding surface of the mating member, the sliding resistance becomes almost zero, so the seal torque can be greatly reduced, which is impossible with conventional oil seals. It can be used at high peripheral speeds. Further, by setting the height of the protrusions, it is possible to prevent foreign matters having a particle size of a predetermined size or more from passing through the gaps between the protrusions, thereby preventing entry into the internal space of the apparatus.
シールリップの突起と相手部材のシール摺動面間でくさび効果によって形成される油膜の厚さは、油温に依存する。高温では潤滑油の粘度が低くなるため、油膜が薄くなる。低温では潤滑油の粘度が上昇するため、油膜が厚くなる。油膜が薄くなり過ぎると、流体潤滑が実現されず、突起とシール摺動面が直接に接触してシールトルクが大きくなる懸念が生じる。逆に油膜が厚くなり過ぎると、シールリップのうちの周方向に隣り合う突起間に亘る表面部とシール摺動面との間の隙間が拡大し過ぎるため、異物の侵入を防止できない懸念が生じる。 The thickness of the oil film formed by the wedge effect between the seal lip protrusion and the seal sliding surface of the mating member depends on the oil temperature. Since the viscosity of the lubricating oil becomes low at high temperatures, the oil film becomes thin. Since the viscosity of the lubricating oil increases at a low temperature, the oil film becomes thick. When the oil film becomes too thin, fluid lubrication is not realized, and there is a concern that the protrusion and the seal sliding surface are in direct contact with each other and the seal torque is increased. On the other hand, if the oil film becomes too thick, the gap between the surface portion of the seal lip adjacent to the circumferentially adjacent projection and the seal sliding surface becomes too large, and there is a concern that foreign matter cannot be prevented from entering. .
上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、シール部材のシールリップに形成された複数の突起でシールリップと相手部材との間を流体潤滑状態にすることが可能なオイルシールにおいて、所定範囲内の油温で、流体潤滑による低トルク性と、要求されるシール性とを実現することにある。 In view of the above-described background, the problem to be solved by the present invention is an oil seal in which a plurality of protrusions formed on a seal lip of a seal member can be in a fluid lubrication state between the seal lip and a counterpart member. An object of the present invention is to realize a low torque property by fluid lubrication and a required sealing property at an oil temperature within a predetermined range.
上記の課題を達成するため、この発明は、ゴム材で形成されたシールリップを有するシール部材と、前記シール部材に対して周方向に相対回転する相手部材とを備え、前記相手部材に形成されたシール摺動面と、前記シールリップとの間に締め代が設定されており、 前記シールリップは、前記シール摺動面と流体潤滑状態で摺接する複数の突起を周方向に所定間隔で有し、前記シール摺動面と油膜を挟む前記突起上の摺接領域の位置が油温変化に基づく前記シールリップの弾性変形に応じて変化するようになっているオイルシールにおいて、前記突起は、油温上昇に基づいて前記摺接領域の位置が変わる一方側に向かって周方向長さが長くなる形状になっており、当該突起の周方向長さは、所定範囲内の油温で前記油膜の厚さを一定範囲内に維持できるように変化しており、当該一定範囲の最小値は、前記流体潤滑状態を保てるように設定されており、当該一定範囲の最大値は、前記シールリップのうちの周方向に隣り合う前記突起間に亘る表面部と前記シール摺動面との間の隙間を一定以下に保てるように設定されている構成を採用した。 In order to achieve the above object, the present invention includes a seal member having a seal lip formed of a rubber material, and a counterpart member that rotates relative to the seal member in the circumferential direction, and is formed on the counterpart member. A tightening margin is set between the seal sliding surface and the seal lip, and the seal lip has a plurality of protrusions in sliding contact with the seal sliding surface in a fluid lubrication state at predetermined intervals in the circumferential direction. In the oil seal in which the position of the sliding contact region on the projection sandwiching the seal sliding surface and the oil film changes according to the elastic deformation of the seal lip based on a change in oil temperature, the projection is The circumferential length of the projection increases toward one side where the position of the sliding contact area changes based on an increase in oil temperature. The circumferential length of the protrusion is the oil film at an oil temperature within a predetermined range. Within a certain range of thickness The minimum value of the certain range is set so as to maintain the fluid lubrication state, and the maximum value of the certain range is adjacent to the circumferential direction of the seal lips. A configuration was adopted in which the gap between the surface portion between the protrusions and the seal sliding surface was set to be kept below a certain level.
シール部材のシールリップと相手部材のシール摺動面とが流体潤滑状態で摺接するとき、シールリップの各突起は、シール摺動面と油膜を挟む摺接領域を有する。その突起上の摺接領域と相手部材のシール摺動面間でのくさび効果により、油膜の形成が促進されて、突起とシール摺動面とが完全に分離されている。一般に、二面間の流体潤滑では、面圧と油膜の厚さとの間に対応性がある。すなわち、面圧が低い程に油膜が厚くなり、面圧が高い程に油膜が薄くなる。また、突起上における摺接領域の位置と、油温との間にも対応性がある。すなわち、油温が上昇すると、その潤滑油と広範囲で接するシールリップの温度も上昇するので、ゴム材製のシールリップが熱膨張する。この熱膨張に対して油膜側が抵抗するため、シールリップは、より撓むように弾性変形する。上昇した油温が低下すると、シールリップは、油温上昇前の形状に戻る。このようなシールリップの弾性変形に伴い、シール摺動面に対する突起の姿勢が変化する。この変化時も流体潤滑を実現可能とするため、突起は、油温変化に基づくシールリップの弾性変形に応じて摺接領域の位置が変化するように形成されている。つまり、油温が上昇すると、その摺接領域の位置は、シールリップの弾性変形に対応の一方側へ変わり、上昇した温度が低下すると、当該一方側と反対の他方側へ変わる。上述の面圧と油膜厚さ間の対応性、摺接領域の位置と油温間の対応性を考慮すると、油温上昇に基づいて摺接領域の位置が変わる一方側に向かって突起の周方向長さが長くなる突起形状を採用しておけば、油温上昇に伴い、突起上の摺接領域の位置がより突起の周方向長さの長いところに移り、当該摺接領域での面圧が低くなるため、油膜が厚く形成され易くなり、また、油温低下に伴い、突起上の摺接領域の位置がより突起の周方向長さの短いところに移り、当該摺接領域での面圧が高くなるため、油膜が薄く形成され易くなる。この突起の周方向長さ変化に基づく油膜厚さの変動抑制作用を利用すると、所定範囲内の油温で、突起上の摺接領域とシール摺動面間における油膜の厚さを一定範囲内に維持することが可能である。ここで、流体潤滑状態を保てるように当該一定範囲の最小値を設定しておけば、所定範囲内の油温で、流体潤滑による低トルク性を実現することができる。また、周方向に隣り合う突起間に亘る表面部とシール摺動面との間の隙間を一定以下に保てるように当該一定範囲の最大値を設定しておけば、所定範囲内の油温で、要求されるシール性を実現することができる。 When the seal lip of the seal member and the seal sliding surface of the mating member are in sliding contact with each other in a fluid lubricated state, each protrusion of the seal lip has a sliding contact region that sandwiches the oil sliding film with the seal sliding surface. The wedge effect between the sliding contact area on the projection and the seal sliding surface of the mating member promotes the formation of the oil film, and the projection and the seal sliding surface are completely separated. Generally, in fluid lubrication between two surfaces, there is a correspondence between the surface pressure and the thickness of the oil film. That is, the lower the surface pressure, the thicker the oil film, and the higher the surface pressure, the thinner the oil film. There is also a correspondence between the position of the sliding contact area on the protrusion and the oil temperature. That is, when the oil temperature rises, the temperature of the seal lip that comes into contact with the lubricating oil over a wide range also rises, so that the rubber-made seal lip expands thermally. Since the oil film side resists this thermal expansion, the seal lip is elastically deformed to bend more. When the raised oil temperature falls, the seal lip returns to the shape before the oil temperature rises. With such elastic deformation of the seal lip, the attitude of the protrusion with respect to the seal sliding surface changes. In order to enable fluid lubrication even during this change, the protrusion is formed so that the position of the sliding contact region changes according to the elastic deformation of the seal lip based on the oil temperature change. That is, when the oil temperature rises, the position of the sliding contact area changes to one side corresponding to the elastic deformation of the seal lip, and when the raised temperature falls, the position changes to the other side opposite to the one side. Considering the correspondence between the above-mentioned surface pressure and the oil film thickness, and the correspondence between the position of the sliding contact area and the oil temperature, the position of the protrusion changes toward one side where the position of the sliding contact area changes based on the oil temperature rise. If a protrusion shape with a longer direction length is adopted, the position of the sliding contact area on the protrusion moves to a position where the circumferential length of the protrusion is longer as the oil temperature rises, and the surface in the sliding contact area Since the pressure is reduced, the oil film is likely to be formed thick, and as the oil temperature decreases, the position of the sliding contact area on the protrusion moves to a position where the circumferential length of the protrusion is shorter, Since the surface pressure increases, the oil film is easily formed thin. By utilizing the oil film thickness fluctuation suppressing action based on the circumferential length change of the protrusion, the oil film thickness between the sliding contact area on the protrusion and the seal sliding surface is within a certain range at an oil temperature within a predetermined range. Can be maintained. Here, if the minimum value in the certain range is set so that the fluid lubrication state can be maintained, low torque characteristics due to fluid lubrication can be realized at an oil temperature within the predetermined range. In addition, if the maximum value of the certain range is set so that the gap between the surface portion between the protrusions adjacent in the circumferential direction and the seal sliding surface can be kept below a certain level, the oil temperature within the predetermined range can be reduced. The required sealing performance can be realized.
理想的には、油温変化が生じても油膜厚さを一定値に維持できることが好ましいが、この実現には、油温変化時、潤滑油の粘度変化による油膜厚化作用又は油膜薄化作用に対して、突起の周方向長さ変化による油膜厚さの変動抑制作用が常に均衡することが求められる。実用上は油膜厚さの変動をある程度許容できるので、面圧、潤滑油の粘度、隙間に影響するパラメータ、例えば、突起の高さ、許容する油温の範囲、使用する潤滑油の種類、シール摺動面の表面粗さ性状、シールリップの締め代に基づく緊迫力等を考慮し、油膜厚さが上述の一定範囲に収まるように適宜の突起形状を決定すればよい。 Ideally, it is preferable that the oil film thickness can be maintained at a constant value even if the oil temperature changes, but this can be achieved by changing the lubricating oil viscosity when the oil temperature changes or by reducing the oil film thickness. On the other hand, it is required that the oil film thickness variation suppressing action due to the change in the circumferential length of the protrusion is always balanced. In practice, fluctuations in oil film thickness can be tolerated to some extent, so parameters affecting surface pressure, lubricating oil viscosity, gaps, such as protrusion height, allowable oil temperature range, type of lubricating oil used, seal In consideration of the surface roughness property of the sliding surface, the tightening force based on the tightening margin of the seal lip, and the like, an appropriate protrusion shape may be determined so that the oil film thickness falls within the above-mentioned predetermined range.
例えば、前記突起の高さは、前記一定範囲内の油膜の厚さを維持可能な全範囲で同一であることが挙げられる。シールリップのうちの周方向に隣り合う突起間に亘る表面部と相手部材のシール摺動面との間における隙間の大きさは、油膜厚さを考慮しなければ、摺接領域での突起の高さで決まる。一定範囲の油膜厚さを維持可能な全範囲で突起の高さを同一にすると、その隙間を一定以下に保つことが容易になる。 For example, the height of the protrusion may be the same in the entire range in which the thickness of the oil film within the certain range can be maintained. If the oil film thickness is not taken into consideration, the size of the gap between the surface portion of the seal lip between the adjacent protrusions in the circumferential direction and the seal sliding surface of the mating member Determined by height. If the heights of the protrusions are made the same in the entire range capable of maintaining a certain range of oil film thickness, it becomes easy to keep the gap below a certain level.
突起の周方向長さを変化させて油膜厚さの変動抑制を図っても過大な油膜厚さになるような場合、突起間に亘る表面部とシール摺動面間における隙間が過大になって、要求されるシール性を実現できない。例えば、寒冷地で使用するトランスミッションでは、運転開始時に潤滑油の粘度が特に上昇するので、突起の周方向長さ変化だけで対応できない可能性がある。 If the oil film thickness becomes excessive even if the circumferential length of the protrusion is changed to suppress fluctuations in the oil film thickness, the gap between the surface between the protrusion and the seal sliding surface becomes excessive. The required sealing performance cannot be realized. For example, in a transmission used in a cold region, the viscosity of the lubricating oil particularly increases at the start of operation, and therefore, it may not be possible to cope with only the change in the circumferential length of the protrusion.
このような場合に好適な例として、前記突起は、前記一方側と反対の他方側に向かって低くかつ周方向に短くなる高さ変化部を有し、当該高さ変化部は、油温変化に基づいて前記摺接領域となる範囲の最も他方側に配置されていることが挙げられる。油温変化時、突起上の摺接領域の位置は、一方側と反対側の他方側に変わる。突起のうち、摺接領域となる範囲の中で最も他方側に位置するところは、最も低温時に摺接領域となる。つまり、高さ変化部は、許容する油温範囲の中でも最低温領域において摺接領域となる。その高さ変化部が油温低下時に摺接領域を変える他方側に向かって低くかつ周方向に短くなる形状であれば、周方向長さの短化(面圧上昇)によって前述の隙間の拡大を抑えると共に、その高さ低下によって前述の隙間を狭めることができ、これにより、過大な隙間にならないようにすることができる。 As a suitable example in such a case, the protrusion has a height changing portion that becomes lower toward the other side opposite to the one side and becomes shorter in the circumferential direction, and the height changing portion has an oil temperature change. It is mentioned that it is arranged on the other side of the range that becomes the sliding contact area based on the above. When the oil temperature changes, the position of the sliding contact area on the protrusion changes to the other side opposite to the one side. Of the protrusions, the portion located on the other side in the range to be the sliding contact region becomes the sliding contact region at the lowest temperature. That is, the height changing portion becomes a sliding contact region in the lowest temperature region within the allowable oil temperature range. If the height change part is a shape that is lower toward the other side that changes the slidable contact area when the oil temperature drops and becomes shorter in the circumferential direction, the aforementioned gap is enlarged by shortening the circumferential length (increasing the surface pressure). In addition, the above-mentioned gap can be narrowed by reducing the height thereof, so that an excessive gap can be prevented.
突起上の摺接領域が周方向に沿った断面で有する形状は、くさび効果で流体潤滑を実現可能な任意の形状にすればよい。 The shape of the sliding contact region on the protrusion in the cross section along the circumferential direction may be any shape that can realize fluid lubrication by the wedge effect.
例えば、前記突起上の前記摺接領域は、周方向に沿った断面で円弧状であり、当該円弧状の曲率半径は、前記一方側に向かって大きく設定されていることが挙げられる。 For example, the slidable contact area on the protrusion has an arc shape in a cross section along the circumferential direction, and the radius of curvature of the arc shape is set larger toward the one side.
また、別例として、前記突起上の前記摺接領域は、周方向に沿った断面で矩形状であり、当該矩形状の底辺の周方向長さは、前記一方側に向かって長く設定されていることが挙げられる。 As another example, the slidable contact area on the protrusion is rectangular in cross section along the circumferential direction, and the circumferential length of the bottom of the rectangular shape is set longer toward the one side. It is mentioned.
さらに別例として、前記突起上の前記摺接領域は、周方向に沿った断面で傾斜辺を有する形状であり、当該傾斜辺の周方向長さは、前記一方側に向かって長く設定されていることが挙げられる。 As another example, the sliding contact area on the protrusion has a shape having an inclined side in a cross section along the circumferential direction, and the circumferential length of the inclined side is set longer toward the one side. It is mentioned.
前記突起の周方向長さは、突起上において一方側に向かって次第に(連続的に)変化してもよいし、階段状(段階的)に変化してもよい。 The circumferential length of the protrusion may change gradually (continuously) toward one side on the protrusion, or may change stepwise (stepwise).
好ましくは、前記突起は、前記一方側に向かって次第に周方向に長くなる形状であるとよい。このようにすると、突起の周方向長さ変化による面圧変化が連続的になるので、油温変化に応じて油膜の厚さを一定範囲に維持し易くなる。 Preferably, the protrusion has a shape that gradually increases in the circumferential direction toward the one side. In this way, the change in the surface pressure due to the change in the circumferential length of the protrusion becomes continuous, so that the thickness of the oil film can be easily maintained within a certain range according to the change in the oil temperature.
オイルシールの適用先として代表的な軸受の場合、要求されるシール性は、一般に、軸受寿命に悪影響を及ぼさないことを目的とする。 In the case of a typical bearing to which an oil seal is applied, the required sealing performance is generally aimed at not adversely affecting the bearing life.
軸受への適用を考慮すると、例えば、前記突起の高さが0.01mm以上、0.10mm未満であるとよい。このようにすると、シールリップの成形が困難にならず、突起とシール摺動面間のくさび効果でシールリップとシール摺動面間の流体潤滑を実現することができ、軸受寿命に悪影響を及ぼすような異物が軸受内部空間に侵入するのを効果的に防止することができる。 Considering application to a bearing, for example, the height of the protrusion is preferably 0.01 mm or more and less than 0.10 mm. In this way, molding of the seal lip is not difficult, and fluid lubrication between the seal lip and the seal sliding surface can be realized by a wedge effect between the protrusion and the seal sliding surface, which adversely affects the bearing life. Such foreign matter can be effectively prevented from entering the bearing internal space.
この発明に係るオイルシールを備え、前記シール部材が、軸受内部空間と外部との間を区切るものとなっているシール付軸受は、軸受の内部空間への異物侵入をシール部材で防止しつつ、シールトルクの著しい低減によって軸受回転トルクの低減されたものとなる。このため、このシール付軸受は、自動車のトランスミッションの回転軸を支持する用途に好適である。 The bearing with a seal provided with the oil seal according to the present invention, wherein the seal member separates the bearing internal space from the outside, while preventing foreign matter from entering the internal space of the bearing with the seal member, The bearing torque is reduced by a significant reduction in the seal torque. For this reason, this bearing with a seal | sticker is suitable for the use which supports the rotating shaft of the transmission of a motor vehicle.
この発明は、上記構成の採用により、シール部材のシールリップに形成された複数の突起でシールリップと相手部材との間を流体潤滑状態にすることが可能なオイルシールにおいて、所定範囲内の油温で、流体潤滑による低トルク性と、要求されるシール性とを実現することができる。 The present invention provides an oil seal capable of fluid lubrication between a seal lip and a mating member with a plurality of protrusions formed on the seal lip of the seal member by adopting the above configuration. At low temperature, low torque due to fluid lubrication and required sealing performance can be realized.
以下、この発明に係る第一実施形態を添付図面に基づいて説明する。第一実施形態は、オイルシールを備えるシール付軸受の一例である。このオイルシールは、図2に示すように、シール部材1と、シール部材1に対して周方向に相対的に回転する相手部材2とを備える。
Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The first embodiment is an example of a bearing with a seal including an oil seal. As shown in FIG. 2, the oil seal includes a
このシール付軸受は、内輪からなる相手部材2と、相手部材2との間に環状の軸受内部空間3を形成する外輪4と、相手部材2の軌道と外輪4の軌道間に介在する所定数の転動体5とを備える。
The bearing with seal includes a
シール部材1は、軸受内部空間3と外部(軸受周辺)との間を区切るものとなっている。
The
相手部材2は、回転軸(図示省略)に取り付けられ、回転軸と一体に回転する。回転軸は、例えば、車両のトランスミッション、ディファレンシャル、等速ジョイント、プロペラシャフト、ターボチャージャ、工作機械、風力発電機、又はホイール軸受の回転部として設けられる。外輪4は、ハウジング、ギヤ等、回転軸からの荷重を負荷させる部材(図示省略)に取り付けられる。このシール付軸受は、回転軸を回転可能に支持する。
The
このシール付軸受には、はねかけ、オイルバス等の適宜の手段により、外部から潤滑油が供給される。シール部材1を境界とした外部側には、ギヤの摩耗粉、クラッチの摩耗粉、微小砕石等、軸受の組み込み先に応じた異物が存在する。このような粉状の異物は、潤滑油や雰囲気の流れによって、このシール付軸受付近に到達し得る。シール部材1は、外部から軸受内部空間3への異物侵入を防止する。
Lubricating oil is supplied to the sealed bearing from the outside by appropriate means such as splashing or an oil bath. On the outside side with the
以下、シール部材1の中心軸(図示省略)に沿った方向を「軸方向」という。軸方向は、図2中左右方向に相当する。また、軸方向に対して直角な方向を「半径方向」という。半径方向は、図2中上下方向に相当する。また、その中心軸回りの円周方向を「周方向」という。相手部材2の中心軸は、設計上、シール部材1の中心軸と同軸に設定されている。
Hereinafter, the direction along the central axis (not shown) of the
外輪4の内周の端部にシール溝6が形成されている。相手部材2の外周には、周方向に沿うシール摺動面7が形成されている。シール部材1の外周縁がシール溝6に圧入されることにより、シール部材1が外輪4に取り付けられる。このシール付軸受の運転時、相手部材2がシール部材1に対して相対的に回転し、シール部材1と相手部材2との間は、潤滑油によって潤滑される。
A
シール摺動面7は、円筒面状になっている。シール摺動面7の最大高さ粗さRzは、2.5μm以下(好ましくは、1μm未満)になっている。ここで、最大高さ粗さRzは、JIS規格のB0601:2013で規定された最大高さ粗さのことをいう。
The
シール部材1は、金属板によって形成された環状の芯金8と、芯金8に付着しているゴム材9とを有する。シール部材1の全体は、芯金8とゴム材9とで構成されている。芯金8は、周方向全周に連続する円環板状になっている。芯金8の材料は、ゴム材9の剛性よりも高剛性の金属からなる。例えば、プレス加工に好適な芯金8の材料として、鋼板が挙げられる。ゴム材9は、芯金8に加硫接着されている。ゴム材9の種類は特に問わないが、例えば、ニトリルゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。
The
シール部材1は、ゴム材9により形成されたシールリップ10を有する。シールリップ10は、芯金8の縁部8aからシール摺動面7側に延びるゴム材9の一部分からなる。なお、芯金8の縁部は、芯金8の内径又は外径のうち、シール摺動面7に近い方の径寸を規定する芯金8の内周縁又は外周縁である。
The
シールリップ10は、ラジアルリップになっている。ここで、ラジアルリップとは、シール摺動面7のような軸方向に沿ったシール摺動面又は軸方向に対して45°以内の鋭角の勾配をもったシール摺動面と密封作用を奏するシールリップであって、当該シール摺動面との間に半径方向の締め代をもったもののことをいう。
The
図2中には、シール部材1が外輪4に取り付けられて相手部材2と同軸に配置された状態のときの断面を実線で示し、シール部材1を外輪4に取り付ける前の状態(シール部材1が外力によって製造時の形状から変形していない自然状態に相当)で同断面を視たときのシールリップ10付近の外形を二点鎖線で描いた。同図に示すように、自然状態のシール部材1を外輪4に取り付けると、シールリップ10は、シール摺動面7に対する締め代δにより、シール摺動面7に押し付けられる。このため、シールリップ10は、撓むように弾性変形し、シール摺動面7を半径方向に緊迫する力(緊迫力)を生じる。シール部材1の取り付け誤差、製造誤差、相手部材2と外輪4間の偏心等は、シールリップ10の弾性変形によって吸収される。
In FIG. 2, a cross section when the
シールリップ10としてラジアルリップを例示したが、アキシアルリップに変更してもよい。アキシアルリップとは、半径方向に沿ったシール摺動面又は半径方向に対して45°未満の鋭角の勾配をもったシール摺動面と密封作用を奏するシールリップであって、当該シール摺動面との間に軸方向の締め代をもったもののことをいう。
Although the radial lip is illustrated as the
シールリップ10とシール摺動面7間が流体潤滑状態のときのシールリップ10付近を図2と同様の断面で図3に示す。また、シールリップ10が自然状態のときを軸受内部空間3側から軸方向に視たときの様子を図1に示す。これらに図示するように、シールリップ10は、周方向に所定間隔で並ぶ複数の突起11と、周方向全周に連続する中実部12とを有する。
The vicinity of the
中実部12は、周方向全周に同一断面構造をもって連続している。中実部12は、周方向に隣り合う突起11間に亘る表面部13を含む。シール部材1の中心軸を一辺とした任意の仮想アキシアル平面でシールリップ10を切断した断面を考えたとき、シールリップ10のうち、周方向に隣り合う突起11間にあって(すなわち、突起11の断面を含まない周方向領域にあって)、シール摺動面7と対面する部分が、表面部13に相当する。
The
突起11は、図3に示すように、中実部12からシール摺動面7側へ高さHをもっている。突起11は、図1に示すように、周方向に一定の間隔で並んでおり、周方向に均等な配置でシールリップ10に分布している。すなわち、シール部材1の中心軸回りで考えたとき、複数の突起11は、一定のピッチ角度で配置されている。その間隔は、例えば、0.2mm以上、3.0mm以下(好ましくは0.2mm以上、1.5mm以下)に設定することができる。
As shown in FIG. 3, the
突起11は、自然状態のときにシールリップ10のリップ先端14から半径方向に一定の長さを有する形状に形成されている。なお、リップ先端14は、自然状態のときにシールリップ10の径寸(シールリップ10の内径又は外径)を規定するシールリップ10の周縁部である。同図例のリップ先端14はシールリップ10の内径上にあるが、シールリップを外輪のシール摺動面に摺接させる場合、リップ先端は自然状態のシールリップの外径上にある。
The
図2に示すようにシール部材1を外輪4に取り付けると、シールリップ10は図1に示す突起11からシール摺動面7に接触して図2に示すように弾性変形し、図3に示すよう、突起11は、シール摺動面7と半径方向に向き合うように配置される。この配置状態において、シールリップ10は腰部15から撓んでおり、突起11は、その一部分でシール摺動面7に接触している。なお、腰部15は、シールリップ10の芯金8の縁部近傍に位置する部分であり、シール部材1の取り付け時に撓み反力を蓄積する。
When the
突起11は、図4に示すように、シール摺動面7との間にくさび状の隙間を形成する。ここで、くさび状の隙間とは、周方向に当該突起11側に向かって次第に半径方向に狭くなる隙間のことをいう。
As shown in FIG. 4, the
突起11の表面は、周方向に沿った断面で円弧状である。ここで、周方向に沿った断面とは、シール摺動面7に直交しかつ周方向に沿って延びる仮想面で突起11を切断したときの突起11の断面のことをいう。
The surface of the
この断面形状において、前述の円弧状の曲率半径Rは、例えば、0.4mm以上、9.0mm未満(好ましくは0.4mm以上、6.0mm以下、より好ましくは、0.4mm以上、3.0mm以下)に設定することができる。 In this cross-sectional shape, the aforementioned arc-shaped curvature radius R is, for example, 0.4 mm or more and less than 9.0 mm (preferably 0.4 mm or more and 6.0 mm or less, more preferably 0.4 mm or more, 3. 0 mm or less).
突起11の高さHは、突起11の曲率半径Rよりも小さく、例えば、0.01mm以上、0.10mm未満(好ましくは0.01mm以上、0.08mm以下、より好ましくは0.01mm以上、0.05mm以下)に設定することができる。
The height H of the
図4に示すように、シールリップ10の表面部13とシール摺動面7との間に隙間16が形成される。隙間16は、軸受内部空間3と外部との間に亘って連通する(図2参照)。図4に示す隙間16は、シール摺動面7に対して直角な方向の大きさに関して、突起11の高さHよりも大きくならないが、当該高さHに対して所定の割合以上に確保される。すなわち、シール部材1は、複数の突起11のみで相手部材2と直接に接触することができ、かつ各表面部13においてシール摺動面7と直接に接触することができない。
As shown in FIG. 4, a
このシール付軸受の運転時、図2に示す相手部材2がシール部材1に対して相対的に回転する。その運転中に外部から供給される潤滑油(図4中に潤滑油をドット模様で示す。)は、図3、図4に示すように隙間16に入り込み、図4中に矢線Aで示す相対回転方向に引き摺られ、シールリップ10と相手部材2との間を潤滑する。
During operation of the bearing with seal, the
ここで、シールリップ10の各突起11が、周方向に沿った断面で0.4mm以上、9.0mm未満の曲率半径Rをもつ円弧状なので、相手部材2のシール摺動面7が各突起11に対して周方向に移動したときに、隙間16内の潤滑油は、その各突起11の表面に沿って、各突起11とシール摺動面7との間に効果的に引き摺り込まれる。このとき、くさび効果により油膜の形成が促進され、その相対回転速度が所定以上の場合、各突起11と相手部材2との間の潤滑状態が流体潤滑状態となり、シールトルクが飛躍的に低減する。勿論、このシール付軸受の停止時から相対回転時において、各表面部13とシール摺動面7が直接に接触することはない。また、シールトルクが小さいため、シールリップ10と相手部材2との間の摩擦熱が発生しにくい。さらに、外部から供給される潤滑油が隙間16を通ってシールリップ10とシール摺動面7との間を通過することにより、シールリップ10とシール摺動面7との間の摩擦熱が放熱される。そのため、このシール付軸受の温度上昇を極めて効果的に抑えることが可能である。
Here, since each
上述のように、シールリップ10とシール摺動面7とが流体潤滑状態で摺接するとき、シールリップ10の各突起11は、シール摺動面7と油膜を挟む摺接領域を有する。ここで、突起11の摺接領域は、シールリップ10の緊迫力の作用でシール摺動面7と挟む油膜をシール摺動面7側へ押し、かつ、くさび効果に基づく当該油膜内の圧力を受ける突起11の表面部分のことをいう。突起11は、摺接領域で受ける圧力により、シール摺動面7から完全に浮上させられる。このとき、突起11とシール摺動面7間における距離は、当該摺接領域の一箇所とシール摺動面7間で最短となる。また、突起11とシール摺動面7間における油膜厚さtは、その最短距離のところで最小となる。
As described above, when the
図5は、突起の曲率半径が大中小の三水準の場合に、油温と最小油膜厚さとの関係を調べた数値解析結果を示すグラフである。これら三水準は、突起の曲率半径Rで0.2mm〜1.5mmの範囲内から選択し、突起の高さを同じにしている。潤滑油としてCVTFを想定している。シールリップ10に対するシール摺動面7の相対回転の周速度として2.51m/sを想定している。図5からは、油温が低い程に、突起の摺接領域とシール摺動面間における最小油膜厚さが厚くなることが分かる。これは、潤滑油の粘度が上昇するためと考えられる。また、突起の曲率半径が大きい程に、油膜が厚くなることが分かる。これは、突起の曲率半径を大きくすると、突起がシール摺動面と摺接し弾性変形したときの摺接領域の周方向長さが長くなり、突起の摺接領域に作用する面圧(基本的に、前述のシールリップの緊迫力と、くさび効果の動圧作用とによる圧力)が低下するためと考えられる。すなわち、油温に応じて突起の摺接領域での周方向長さを変化させること、具体的には、低温では突起の摺接領域での曲率半径を小さくし、高温では突起の曲率半径を大きくすることにより、全ての油温で、ある油膜厚さを維持することが可能であると考えられる。
FIG. 5 is a graph showing a numerical analysis result obtained by investigating the relationship between the oil temperature and the minimum oil film thickness when the curvature radius of the protrusion is three levels of large, medium, and small. These three levels are selected from the range of 0.2 to 1.5 mm in the radius of curvature R of the protrusions, and the heights of the protrusions are the same. CVTF is assumed as the lubricating oil. The peripheral speed of the relative rotation of the
このような面圧と油温間の対応性が認められる流体潤滑状態において、シールリップ10及びシール摺動面7がある油温で熱平衡状態にあるとき、突起11は、図3に示す摺接領域17においてシール摺動面7と油膜を挟む。図3の状態から油温が高まると、その潤滑油と広範囲で接するシールリップ10の温度も高くなるので、ゴム材製のシールリップ10が熱膨張する。この熱膨張に対して油膜側が抵抗するため、シールリップ10は、より撓むように弾性変形する。この弾性変形に伴い、シール摺動面7に対する突起11の姿勢が変わるため、突起11の摺接領域の位置は、摺接領域17から次第に一方側(図中右側、腰部15側)へ変わる。
In the fluid lubrication state in which the correspondence between the surface pressure and the oil temperature is recognized, when the
図3の状態に比して数十℃高い油温でシールリップ10及びシール摺動面7が熱平衡状態のときの様子を図6に示す。このとき、突起11は、この摺接領域18においてシール摺動面7と油膜を挟む。図6の状態から油温が低下すると、シールリップ10は、図3に示す形状へ次第に戻るように弾性変形する。この弾性変形に伴い、シール摺動面7に対する突起11の姿勢が戻るため、突起11の摺接領域の位置は、摺接領域18から次第に他方側(すなわち前記一方側と反対側である図中左側、リップ先端14側)へ変わる。図3に示す熱平衡状態に戻ったとき、突起11は、再び摺接領域17においてシール摺動面7と油膜を挟む。図6の状態から油温がさらに上昇する場合、突起11の摺接領域の位置は、図6の摺接領域18に比してより一方側(図中右側)に変わり、図3の状態から油温がさらに低下する場合、突起11の摺接領域の位置は、図3の摺接位置17に比してより他方側(図中左側)に変わるだけのことである。このように、突起11は、摺接領域の位置が油温変化に基づくシールリップ10の弾性変形に応じて変わるように形成されている。
FIG. 6 shows a state in which the
所定範囲内の油温のとき、突起11は、図3中に矢線で示す特定範囲B内に摺接領域を有する。突起11の高さHは、特定範囲B内で一定になっている。突起11は、特定範囲Bよりも高い部分をもたない。シール摺動面7に対して直角な方向(図示例では半径方向であり、図中上下方向)に関し、図4に示す隙間16の大きさ(最大値)は、油膜厚さtを考慮しなければ、特定範囲Bでの突起11の高さHで決まる。つまり、隙間16の大きさは、流体潤滑状態のとき、突起11の高さHと、突起11の摺接領域での油膜厚さt(最小油膜厚さ)との合計から突起の高さ方向弾性変形量を引いたもので決まると考えられる。
When the oil temperature is within a predetermined range, the
突起11の摺接領域での油膜厚さtは、前述の数値解析結果で示されるように、突起11の摺接領域での面圧が低い程に厚くなり、摺接領域での面圧が高い程に薄くなる。突起11の摺接領域での面圧は、当該摺接領域の面積に応じて決まり、その面積は、当該摺接領域での突起11の周方向長さに応じて決まる。突起11上で摺接領域となり得る特定範囲Bが周方向に沿った断面で円弧状であるから、その円弧状の曲率半径の大小及び曲率中心の位置設定に基づいて、ある位置の摺接領域における突起11の周方向長さと高さを決めることができる。
The oil film thickness t in the slidable contact region of the
そこで、突起11は、図1に示すように、半径方向に一方側(リップ先端14と反対側)に向かって次第に周方向に長くなる形状に形成されている。
Therefore, as shown in FIG. 1, the
例えば、図4は図3の摺接領域17における円弧状を示すが、これに対して、図6の摺接領域18における円弧状を図7に示す。図4に示す曲率半径Rに比して、図7に示す曲率半径Rを大きくし、図4に示す曲率中心Oの位置に比して、図7に示す曲率中心Oを中実部12側へ位置を変えることにより、図4に示す断面での突起11の高さHと、図7に示す断面での突起11の高さHとを同一にしながら、図4に示す断面での突起11の周方向長さLrに比して、図7に示す断面での突起11の周方向長さLrを大きくすることができる。このように、突起11の摺接領域は、周方向に沿った断面で円弧状であって、当該円弧状の曲率半径Rは、図1に示す一方側(リップ先端14と反対側)に向かって大きく設定されている。
For example, FIG. 4 shows an arc shape in the
図1に示す突起11の周方向長さの変化は、所定範囲内の油温で、すなわち図3に示す特定範囲B内のいずれかの位置の摺接領域でシール摺動面7と油膜を挟む場合に、その油膜厚さt(図4、図7参照)を一定範囲内に維持できるように設定されている。この突起11の周方向長さ変化は、理論上、油膜厚さtを一定値に維持できるように設定するとよい。実際には、油温の変化に遅れてシールリップ10の熱膨張が起こることや、軸受内部空間と外部間の圧力変動がシールリップ10の弾性変形に影響することがあり、油膜厚さtを厳密に一定値に維持することは困難であるが、油膜厚さtを一定範囲内に維持することは可能である。
The change in the circumferential length of the
その油膜厚さtとして許容する一定範囲の最小値は、突起11とシール摺動面7間の流体潤滑状態を保てる値に設定されている。この最小値は、例えば、シール摺動面7と突起11の摺接領域の合成の二乗平均粗さと比較して大きい値、好ましくは三倍以上の値に設定することができる。ここで、二乗平均粗さは、JIS規格のB0601:2013で規定された二乗平均平方根粗さRqのことをいう。
The minimum value within a certain range allowed as the oil film thickness t is set to a value that can maintain the fluid lubrication state between the
その油膜厚さtとして許容する一定範囲の最大値は、隙間16を一定以下に保てる値に設定されている。この最大値は、隙間16の通過を阻止したい所望の粒径に応じて決定すればよい。例えば、突起11の摺接位置での高さHと、当該一定範囲の最大値での油膜厚さtの合計から突起の高さ方向弾性変形量を引いた値が所望の粒径未満となるように当該最大値を設定することができる。
The maximum value in a certain range allowed as the oil film thickness t is set to a value that can keep the
このオイルシール及びシール付軸受は、上述のようなものであり、図2に示すシール部材1のシールリップ10と相手部材2とが流体潤滑状態で摺接するとき、図3、図6に例示するように、突起11は、特定範囲B内のいずれかにおいて、シール摺動面7と油膜を挟む摺接領域を有する。所定範囲内で油温が上昇すると、潤滑油の粘度低下による油膜薄化作用が生じるが、突起11の摺接領域の位置が特定範囲B内の一方側(図中右側、腰部15側)へ変わり、突起11の当該摺接領域での周方向長さが長くなり、当該摺接領域での面圧が低下し、油膜が厚く形成され易くなることにより、油膜厚さt(図4、図7参照)が一定範囲内(好ましくは一定値)に維持される。一方、所定範囲内で温度が低下すると、潤滑油の粘度上昇による油膜厚化作用が生じるが、突起11の摺接領域の位置が図3に示す特定範囲B内の他方側(図中左側、リップ先端14側)へ変わり、突起11の当該摺接領域での周方向長さが短くなり、当該摺接領域での面圧が上昇し、油膜が薄く形成され易くなることにより、油膜厚さt(図4、図7参照)が一定範囲内(好ましくは一定値)に維持される。油膜厚さtが一定範囲内にある限り、突起11とシール摺動面7間の流体潤滑状態が保たれると共に、隙間16の大きさが一定以下に保たれる。したがって、このオイルシール及びシール付軸受は、所定範囲内の油温で、流体潤滑による低トルク性と、要求されるシール性とを実現することができる。
The oil seal and the bearing with seal are as described above, and are illustrated in FIGS. 3 and 6 when the
また、このオイルシール及びシール付軸受は、突起11の高さHが一定範囲内の油膜厚さtを維持可能な全範囲(特定範囲B)で同一になっているので、一定範囲における油膜厚さtの最大値と、所望のシール性(異物粒径)とに基づいて隙間16の大きさを決めることができ、隙間16を一定以下に保つことが容易になる。
Further, since the oil seal and the bearing with seal are the same in the entire range (specific range B) in which the height H of the
また、このオイルシール及びシール付軸受は、図1に示すように、突起11が一方側(リップ先端14と反対側)に向かって次第に周方向に長くなる形状であるので、突起11の周方向長さ変化による面圧変化が連続的になり、油温変化に応じて油膜厚さt(図4、図7参照)を一定範囲に維持し易くなる。
Further, as shown in FIG. 1, the oil seal and the bearing with seal have a shape in which the
また、このオイルシール及びシール付軸受は、突起11の高さH(図4、図7参照)が0.01mm以上とされているので、一般的な軸受の使用条件において、効果的にくさび効果を発生させることが可能であり、また、金型で図1に示すシールリップ10を製造するときに確実に突起11を形成することも可能であり、また、突起11の高さH(図4、図7参照)が0.10mm未満(好ましくは0.08mm以下、より好ましくは0.05mm以下)とされているので、軸受寿命に悪影響を及ぼすような異物が軸受内部空間3(図2参照)に侵入するのを効果的に防止することも可能である。
Further, in the oil seal and the bearing with seal, since the height H of the protrusion 11 (see FIGS. 4 and 7) is 0.01 mm or more, the wedge effect is effectively obtained under the general use conditions of the bearing. 1 can be generated, and when the
また、軸受内部空間3の潤滑油に含まれる異物の粒径が50μm以下であれば、転がり軸受の寿命比(実際寿命の計算寿命に対する比)が、自動車のトランスミッションでの実用に十分耐えうる値(例えば7〜10倍程度)を示す。このオイルシール及びシール付軸受は、突起11の高さH(図4、図7参照)を0.01mm以上、0.10mm未満(好ましくは0.01mm以上、0.08mm以下、より好ましくは0.01mm以上、0.05mm以下)とされているので、特に、自動車のトランスミッションでの実用において、軸受のシール性能を確保するのに好適である。
In addition, if the particle size of the foreign matter contained in the lubricating oil in the bearing
この発明に係る第二実施形態を図8に基づいて説明する。なお、以下では、第一実施形態との相違点を述べるに留め、第一実施形態と対応の構成要素を同じ名称で使用する。 A second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In the following, only the differences from the first embodiment will be described, and the corresponding components with the first embodiment will be used with the same names.
図8に示すように、突起20のうちの最も他方側(図中左側、リップ先端21側)に位置する突起端22は、リップ先端21の近傍にあって、突起20の中で最も低く、実質的な高さをもたない。突起20は、他方側(図中左側)に向かって次第に低くなる高さ変化部23を有する。高さ変化部23は、突起20のうち、油温変化に基づいて摺接領域となる範囲の中で、最も他方側に配置されている。すなわち、高さ変化部23は、許容する油温の範囲の中でも最低温度を含む連続領域(最低温領域)において摺接領域となる。高さ変化部23と突起端22との間は、高さ変化部23から他方側(図中左側)に向かって連続的に低くなっているが、この間が摺接領域になることはない。
As shown in FIG. 8, the
また、高さ変化部23は、他方側(図中左側)に向かって次第に周方向に短くなる形状である。高さ変化部23における周方向長さ変化は、第一実施形態と同様に曲率半径と曲率中心の設定の仕方が異なるだけなので、図示説明を省略する。
The
第二実施形態は、その最低温領域で摺接領域となる高さ変化部23が他方側(図中左側)に向かって低くかつ周方向に短くなる形状であるので、その最低温領域において、突起20の周方向長さの短化によって前述の隙間の拡大を抑えると共に、高さ低下によって前述の隙間を狭めることができ、これにより、過大な隙間にならないようにすることができる。
In the second embodiment, since the
なお、図8では、突起20の一部を高さ変化部23とした例を示したが、突起20の中で摺接領域として許容する全範囲を他方側に向かって低くかつ周方向に短くなる形状に変更することも可能である。
8 shows an example in which a part of the
上述の第一実施形態や第二実施形態では、突起上の摺接領域を周方向に沿った断面で円弧状にしたが、くさび効果によって流体潤滑を実現可能な他の突起形状に変更することも可能である。 In the first embodiment and the second embodiment described above, the slidable contact region on the protrusion is formed in an arc shape in a cross section along the circumferential direction, but is changed to another protrusion shape that can realize fluid lubrication by the wedge effect. Is also possible.
その一例としての第三実施形態を図9、図10に基づいて説明する。図9は、突起30付近の自然状態を図1と同様に示すものであり、図中上側が一方側(リップ先端31と反対側)に相当する。図10は、突起30上の摺接領域の周方向に沿った断面を示すものである。なお、油膜の図示を省略した。
A third embodiment as an example thereof will be described with reference to FIGS. FIG. 9 shows the natural state in the vicinity of the
図10に示すように、突起30上の摺接領域は、周方向に沿った断面で矩形状である。当該矩形状における底辺32の周方向長さLrbは、図9に示すように、一方側(図中上側)に向かって次第に長く設定されている。これにより、突起30の周方向長さ変化が実現されている。
As shown in FIG. 10, the slidable contact area on the
第四実施形態を図11、図12に基づいて説明する。第四実施形態は、さらに別の突起形状への変更例を示すものである。図11は、突起40付近の自然状態を図1と同様に示すものであり、図中上側が一方側(リップ先端41と反対側)に相当する。図12は、突起40上の摺接領域の周方向に沿った断面を示すものである。なお、油膜の図示を省略した。
A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. The fourth embodiment shows a modification example to yet another projection shape. FIG. 11 shows the natural state in the vicinity of the
図12に示すように、突起40上の摺接領域は、周方向に沿った断面で傾斜辺42を有する形状である。傾斜辺42は、相対回転方向Aに向かって次第にシール摺動面7に接近する勾配をもつ。傾斜辺42から周方向に延びる底辺43の周方向長さ及び高さは、図11の突起40上のどの位置においても一定である。当該断面形状における傾斜辺42の周方向長さLrtは、図11に示すように、一方側(図中上側)に向かって次第に長く設定されている。これにより、突起40の周方向長さ変化が実現されている。
As shown in FIG. 12, the slidable contact area on the
突起の周方向長さ変化は、特に面圧に影響するくさび効果に寄与する表面領域、すなわちシール摺動面との間にくさび状隙間を形成する表面領域での周方向長さを変化させれば、効果的に面圧を増減させることができる。前述の第一〜三実施形態に例示したように周方向に対称形の突起であれば、前述の相対回転によって潤滑油が引き摺られる方向を問わずに、同等に前述の低トルク性とシール性を実現することができる点で、第四実施形態に例示したような周方向に非対称形の突起よりも有利である。その代わり、周方向に対称形の突起の場合、くさび状隙間を形成する突起上の表面領域が突起の周方向長さの半分程度に限られるのに対し、同じ突起の周方向長さを有する第四実施形態の突起形状の場合(図12参照)、突起40の周方向長さの大部分を傾斜辺42にしてくさび状隙間を比較的周方向に長く形成することが可能なため、面圧を比較的大きく増減させることができる点で有利である。
Changes in the circumferential length of the protrusions can change the circumferential length in the surface area that contributes to the wedge effect that affects the surface pressure, i.e., the surface area that forms a wedge-shaped gap with the seal sliding surface. Thus, the surface pressure can be effectively increased or decreased. As long as the protrusions are symmetrical in the circumferential direction as exemplified in the first to third embodiments, the low torque performance and the sealing performance described above are equivalent regardless of the direction in which the lubricating oil is dragged by the relative rotation. Is more advantageous than the circumferentially asymmetric protrusions as exemplified in the fourth embodiment. Instead, in the case of a symmetric protrusion in the circumferential direction, the surface area on the protrusion forming the wedge-shaped gap is limited to about half of the circumferential length of the protrusion, whereas the protrusion has the same circumferential length. In the case of the projection shape of the fourth embodiment (see FIG. 12), the most part of the circumferential length of the
上述の実施形態のいずれかに該当するシール付軸受が自動車のトランスミッションの回転軸を支持する一例を図13に示す。図示のトランスミッションは、段階的に変速比を変化させる多段変速機になっており、その回転軸(例えば入力軸S1および出力軸S2)を回転可能に支持するシール付軸受100として、上述の実施形態のいずれかに該当するものを備えている。図示のトランスミッションは、エンジンの回転が入力される入力軸S1と、入力軸S1と平行に設けられた出力軸S2と、入力軸S1から出力軸S2に回転を伝達する複数のギヤ列G1〜G4と、各ギヤ列G1〜G4と入力軸S1または出力軸S2との間に組み込まれた図示しないクラッチとを有し、そのクラッチを選択的に係合させることで使用するギヤ列G1〜G4を切り替え、これにより、入力軸S1から出力軸S2に伝達する回転の変速比を変化させるものである。出力軸S2の回転は出力ギヤG5に出力され、その出力ギヤG5の回転がディファレンシャルギヤ等に伝達される。入力軸S1と出力軸S2は、それぞれシール付軸受100で回転可能に支持されている。また、このトランスミッションは、ギヤの回転に伴う潤滑油(例えば、トランスミッションオイル)のはね掛けにより、又はハウジングHの内部に設けられたノズルからの潤滑油の噴射により、はね掛け又は噴射された潤滑油が各シール付軸受100の側面にかかるようになっている。 An example in which the bearing with seal corresponding to any of the above-described embodiments supports the rotating shaft of the transmission of an automobile is shown in FIG. The illustrated transmission is a multi-stage transmission in which the gear ratio is changed stepwise, and the above-described embodiment is used as the bearing 100 with a seal that rotatably supports the rotation shaft (for example, the input shaft S1 and the output shaft S2). It has one that falls under either. The illustrated transmission includes an input shaft S1 to which engine rotation is input, an output shaft S2 provided in parallel with the input shaft S1, and a plurality of gear trains G1 to G4 that transmit the rotation from the input shaft S1 to the output shaft S2. Each of the gear trains G1 to G4 and a clutch (not shown) incorporated between the input shaft S1 or the output shaft S2, and the gear trains G1 to G4 used by selectively engaging the clutches. This changes the speed ratio of the rotation transmitted from the input shaft S1 to the output shaft S2. The rotation of the output shaft S2 is output to the output gear G5, and the rotation of the output gear G5 is transmitted to a differential gear or the like. Each of the input shaft S1 and the output shaft S2 is rotatably supported by a bearing 100 with a seal. The transmission was splashed or injected by splashing of lubricating oil (for example, transmission oil) accompanying rotation of the gear or by injection of lubricating oil from a nozzle provided inside the housing H. Lubricating oil is applied to the side surface of each bearing 100 with seal.
上述の実施形態では、内輪回転型の軸受を例に挙げて説明したが、この発明は、外輪回転型の軸受(シール部材が内輪に固定され、相手部材が外輪側となる軸受)に適用することも可能である。 In the above-described embodiment, the inner ring rotating type bearing has been described as an example. However, the present invention is applied to an outer ring rotating type bearing (a bearing in which the seal member is fixed to the inner ring and the counterpart member is on the outer ring side). It is also possible.
また、上述の実施形態では、転動体として玉を使用する形式の軸受を例に挙げて説明したが、この発明は、円筒ころまたは円すいころを転動体として使用する形式の軸受に適用してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the description has been given by taking as an example a type of bearing that uses balls as rolling elements, but the present invention may be applied to a type of bearing that uses cylindrical rollers or tapered rollers as rolling elements. Good.
また、上述の実施形態では、軸受内部空間の両側にシール部材を設けた例で説明したが、シール部材は、軸受内部空間の片側にのみ設けるようにしてもよい。 Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the example which provided the sealing member in the both sides of the bearing internal space, you may make it provide a sealing member only in the one side of a bearing internal space.
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. Accordingly, the scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 シール部材
2 相手部材
3 軸受内部空間
4 外輪
5 転動体
7 シール摺動面
8 芯金
9 ゴム材
10 シールリップ
11、20、30、40 突起
12 中実部
13 表面部
16 隙間
17、18 摺接領域
23 高さ変化部
32 底辺
42 傾斜辺
100 シール付軸受
S1 入力軸(回転軸)
S2 出力軸(回転軸)
DESCRIPTION OF
S2 Output shaft (rotary shaft)
Claims (10)
前記相手部材に形成されたシール摺動面と、前記シールリップとの間に締め代が設定されており、
前記シールリップは、前記シール摺動面と流体潤滑状態で摺接する複数の突起を周方向に所定間隔で有し、
前記シール摺動面と油膜を挟む前記突起の摺接領域の位置が油温変化に基づく前記シールリップの弾性変形に応じて変化するようになっているオイルシールにおいて、
前記突起は、油温上昇に基づいて前記摺接領域の位置を変える一方側に向かって周方向長さが長くなる形状になっており、当該突起の周方向長さは、所定範囲内の油温で前記油膜の厚さを一定範囲内に維持できるように変化しており、当該一定範囲の最小値は、前記流体潤滑状態を保てるように設定されており、当該一定範囲の最大値は、前記シールリップのうちの周方向に隣り合う前記突起間に亘る表面部と前記シール摺動面との間の隙間を一定以下に保てるように設定されていることを特徴とするオイルシール。 A seal member having a seal lip formed of a rubber material, and a mating member that rotates relative to the seal member in the circumferential direction;
A tightening margin is set between the seal sliding surface formed on the mating member and the seal lip,
The seal lip has a plurality of protrusions in sliding contact with the seal sliding surface in a fluid lubricated state at predetermined intervals in the circumferential direction,
In the oil seal in which the position of the sliding contact region of the protrusion sandwiching the seal sliding surface and the oil film changes according to the elastic deformation of the seal lip based on an oil temperature change,
The protrusion has a shape in which the circumferential length increases toward one side that changes the position of the sliding contact region based on an increase in oil temperature, and the circumferential length of the protrusion is an oil within a predetermined range. It changes so that the thickness of the oil film can be maintained within a certain range at a temperature, and the minimum value of the certain range is set to maintain the fluid lubrication state, and the maximum value of the certain range is An oil seal characterized by being set so that a gap between a surface portion between the circumferentially adjacent projections of the seal lip and the seal sliding surface can be kept below a certain level.
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