JP2004144107A - 転がり軸受密封装置 - Google Patents

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杉山 健一
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Abstract

【課題】リップ鳴き音の発生を確実に防止することができる転がり軸受密封装置を提供する。
【解決手段】本発明の転がり軸受密封装置10は、基端部が内輪22または外輪21に装着され、先端部が外輪21または内輪22に摺接されて軸受空間を密封し、玉23の軸方向両側に配されて内側にグリースが封入される。そして、内輪22または外輪21における摺接部分は、軸方向表面粗さ:算術平均高さが0.15μmRaから0.05μmRaの範囲に設定されている。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用プーリ、ウォータポンプ、ハブ用軸受、自動車用ブロワモータ、液体攪拌装置等のモータ用軸受等に使用される接触タイプの密封シールである転がり軸受密封装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の転がり軸受密封装置を示す図5において、転がり軸受密封装置50は、合成ゴム材等からなるシール本体51とシール本体51を補強するための金属製の芯金52とで構成され、その外径端は外輪53の両端内径部に設けられた取付溝54に嵌着されている(特許文献1参照)。
【0003】
シール本体51の内径端部には、内径部を軸受外部側に傾けた接触片55と、この接触片55の外輪側(外径側)に一体形成した垂直部56とからなるリップ57が設けられる。垂直部56は、接触片55と略等しい肉厚で且つラジアル方向に向けて環状に形成されている。
【0004】
内輪58の両端外径部には、シール溝59が形成される。このシール溝59は、内輪58の外径面と略平行のシール面60と、軸受外部側に向けて下り傾斜面を形成するテーパ面61とで構成され、このうち少なくともシール面60は、表面粗さ:最大高さ1μmRz〜6μmRz(算術平均高さ換算値0.25μmRa〜1.5μmRa)程度の研磨仕上げとされている。
【0005】
シール面60には、リップ57の接触片55が接触している。即ち、この転がり軸受密封装置50は、リップ57をラジアル方向からシール溝59に接触させたラジアル接触式である。
【0006】
転がり軸受密封装置50は、リップ57をラジアル方向からシール溝59に接触させるとともに、リップ57の一部で且つ接触片55よりも外輪53側にラジアル方向に延びる垂直部56を設け、リップ57の接触片55と摺接するシール面60の表面粗さ:最大高さ1μmRz〜6μmRz(算術平均高さ換算値0.25μmRa〜1.5μmRa)程度に設定しているので、スティックスリップに起因する鳴き音の発生を防止し、ラジアル方向に延びる垂直部56を設けてリップ57の剛性強化を達成して、リップ57の剛性が低下することもなく、シール機能の低下や軸トルクの増大等の不具合を招かないようにしている。
【0007】
【特許文献1】
特開平08−035524号公報(第3頁、第1図)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、転がり軸受密封装置を自動車用ブロワモータ等に用いる場合、自動車用ブロワモータが静粛性を特に要求される部品であることから、接触タイプの密封シールの鳴き音や擦れ音について、充分な注意が必要である。
通常、リップ鳴き音は、リップ部の剛性が不足している場合に、内輪の回転によってリップ部が内輪のシール溝に接触し、リップ部とシール溝との接触面において滑りが生ずることによりリップ部が変形を起こし、リップ部とシール溝との間での滑り面積が変化して発生することが知られている。
この場合、リップ部の剛性を高めるため、リップ部を厚くしたり、或いは短くしたりして形状を変えるのも良いが、シール機能の低下やトルクの増大が懸念され、小さい軸受においては、内輪形状の寸法上の制約から溝部の幅が小さくなるため、軸にアキシアル方向の荷重が掛かったときにリップ部の接触面の反対側が溝部に接触するおそれがある。
【0009】
また、シールの表面粗さを大きくすることにより潤滑供給溜りを作ってリップ鳴き音を防止することもできるが、シールのリップ部やシール溝の摩耗を早めてしまうおそれがある。加えて、表面粗さが大きいと、シールのリップ部とシール溝とが接触するときの摺動音が大きくなる。
これに対して、シールの表面粗さを小さくすると、静止時における油膜が薄くなり、油膜が保持されなくなることによってリップ鳴き音が出やすくなるおそれがある。
そして、前述した特許文献1に記載された転がり軸受密封装置50においては、リップ57がシール溝59に接触する際に、両者の接触によりリップ57が自励振動を起こすことによってリップ鳴き音を発生するおそれがある。
【0010】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、リップ鳴き音の発生を確実に防止することができる転がり軸受密封装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成により達成される。
(1) 内輪と、外輪と、前記内外輪の間に転動自在に配された複数の玉と、前記玉を周方向に沿って等間隔に保持する保持器とを備え、基端部が前記内輪または外輪に装着され、先端部が前記外輪または内輪に摺接されて軸受空間を密封し、前記玉の軸方向両側に配されて内側にグリースが封入される前記転がり軸受密封装置において、前記内輪または外輪における転がり軸受密封装置への摺接部分は、軸方向表面粗さ:算術平均高さが0.15μmRaから0.05μmRaの範囲に設定されていることを特徴とする転がり軸受密封装置。
(2) 前記内輪または外輪は、前記先端部に形成されたリップ部が摺接するシール溝を有し、前記シール溝における軸方向溝表面粗さ:算術平均高さが0.15μmRaから0.05μmRaの範囲に設定されていることを特徴とする前記(1)に記載の転がり軸受密封装置。
(3) 前記リップ部の表面粗さ:算術平均高さが0.15μmRaから0.05μmRaの範囲に設定されていることを特徴とする前記(2)に記載の転がり軸受密封装置。
【0012】
上記構成の転がり軸受密封装置によれば、内輪または外輪における転がり軸受密封装置への摺接部分が、算術平均高さ0.15μmRaから0.05μmRaの軸方向表面粗さの範囲に設定される。
したがって、転がり軸受密封装置の先端部に対して適度な表面粗さをもつとともに、潤滑供給に変動を生ずることなく、接触抵抗を小さくすることができる。また、転がり軸受密封装置の先端部における変形を抑制する機能をもつため、リップ鳴き音、リップ摺動音及び、リップ摩耗のいずれも抑制することができる。それによって、リップ鳴き音の発生を確実に防止することができる。
【0013】
また、内輪または外輪に、転がり軸受密封装置の先端部に形成されたリップ部が摺接するシール溝を有し、シール溝における軸方向溝表面粗さ:算術平均高さを0.15μmRaから0.05μmRaの範囲に設定すれば、転がり軸受密封装置のリップ部に対して適度な表面粗さをもつとともに、潤滑供給に変動を生ずることなく、接触抵抗を小さくすることができる。
また、転がり軸受密封装置のリップ部における変形を抑制する機能をもつため、リップ鳴き音、リップ摺動音及び、リップ摩耗のいずれも抑制することができる。それによって、リップ鳴き音の発生を確実に防止することができる。
【0014】
そして、シール溝に加え、リップ部の表面粗さ:算術平均高さを0.15μmRaから0.05μmRaの範囲に設定すれば、シール溝における最適な表面粗さと転がり軸受密封装置のリップ部における最適な表面粗さとによる相乗効果によって、リップ部が適度な表面粗さをもつとともに、潤滑供給に変動を生ずることなく、接触抵抗を小さくすることができる。
また、転がり軸受密封装置のリップ部における変形を抑制する機能をもつため、リップ鳴き音、リップ摺動音及び、リップ摩耗のいずれもより一層抑制することができ、リップ鳴き音の発生を確実に防止することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明に係る一実施形態の転がり軸受密封装置を用いた転がり軸受の半断面図、図2は図1に示す転がり軸受密封装置の拡大図、図3は図1に示す転がり軸受密封装置におけるシール溝の溝面軸方向における粗さ曲線を調べたグラフ、図4は図1に示す転がり軸受密封装置を用いて行ったシール溝表面粗さに対する音圧レベルの評価試験のグラフである。
【0016】
本発明の一実施形態の転がり軸受密封装置(以下、密封装置と言う。)10は、図1に示す転がり軸受20に用いられており、転がり軸受20は、外輪21と、内輪22と、外輪21及び内輪22間に複数配置された玉(転動体)23と、玉23を円周方向等間隔に保持する冠型保持器24と、一対の密封装置10,10と、から構成されている。転がり軸受20は深溝玉軸受である。
【0017】
外輪21は、外輪内径面の中央部に外輪軌道面25が配されている。同様にして、内輪22は、内輪外径面の中央部に内輪軌道面26が配されている。外輪21の内径面の両端部には、円環形の凹溝状をなす密封装置取付部27,27が形成されている。
内輪22の外径面の両端部には、円環形の凹溝状をなすシール溝28,28が形成されている。シール溝28,28には、密封装置10,10に有する後述のリップ部14,14の内輪接触片15,15に摺接するため、内輪22の外側面に近づくにしたがって、その外側面までの肉厚寸法が小さくなるような角度で傾斜したテーパ面状のリップ接触面29,29を有する。
【0018】
シール溝28は、溝面の軸方向における表面粗さ:算術平均高さが、0.15μmRaから0.05μmRaの範囲内に設定されて仕上げられている。なお、前記表面粗さは、バレル,液体ホーニング,ブラスト等の処理を施し、表面粗さのビット数、ビット深さを変更せずに、表面の突起を落とせば、表面粗さの粗い側を約0.1μmRa広げて0.25μmRaから0.05μmRaとしても実用上、問題とならない。
ここでの記述は、表面の突起を落とすことによって表面粗さ:Raが大きくなるという意味ではなく、突起を落とす以前の表面粗さ:算術平均高さが0.25μmRaまでの面でも、突起を落とせば、リップ鳴き音(摺動音)を実用に耐え得る小さいレベルまで下げることができるという実験結果から得られたものである。
【0019】
シール溝28は、溝面の軸方向における表面粗さ:算術平均高さが、0.15μmRaから0.05μmRaの範囲内に設定されて仕上げられているため、内輪接触片15に対して適度な表面粗さをもち、しかも潤滑供給に変動を生ずることなく、接触抵抗を小さくすることができる。
また、密封装置10のリップ部14における変形を抑制する機能ももつため、リップ鳴き音、リップ摺動音及び、リップ摩耗のいずれも抑制することができる。
【0020】
冠型保持器24は、樹脂を素材として成形されており、環状部30の一方の側面の周方向にポケット31が複数個形成されている。ポケット31は、球面の凹状をなし、玉23を転動自在に保持する。ポケット31は、環状部30の周方向に等間隔で配置され、環状部30の外周面から内周面に貫通している。
【0021】
密封装置10,10は、円環形状に形成されており、玉23に対して軸方向両側に一対に配されている。密封装置10は、金属製であって補強の役目をもつ芯金11を、合成ゴム等のゴム部材(弾性体)12で覆って構成されている。密封装置10の基端部(外径端部)には、外輪21の密封装置取付部27に嵌着される外輪固定部13が形成されている。密封装置10の先端部(内径端部)には、内輪22のシール溝28内において軸方向に配されるリップ部14が形成されており、リップ部14の先端部に舌片状の内輪接触片15が形成されている。
【0022】
リップ部14は、内輪接触片15が表面粗さ:算術平均高さ0.15μmRaから0.05μmRaの範囲内に設定されて仕上げられている。このため、内輪22のシール溝28の表面粗さ:算術平均高さが0.15μmRaから0.05μmRaの範囲内に設定されているのに加えて、シール溝28に摺接するリップ部14の内輪接触片15も予め定められた最適な範囲の表面粗さを有する。
これにより、潤滑供給に変動を生ずることなく、接触抵抗を小さくすることができ、リップ部14における変形が抑制され、リップ鳴き音、リップ摺動音及び、リップ摩耗のいずれも、より一層抑制することができる。リップ部14における予め定められた範囲での表面粗さの設定は、必要に応じて実施するようにしても良い。
【0023】
密封装置10は、内外輪の間に玉23を装着した後に、外輪固定部13が外輪21の密封装置取付部27に嵌着されたものであり、リップ部14の内輪接触片15が、内輪22のシール溝28においてリップ接触面29に摺接する接触式である。
密封装置10は、例えば、JIS SPCC等の鋼板よりプレス加工で製作した芯金11にゴム部材12を接着或いは焼付固定すればよい。
【0024】
密封装置10,10によって外部から仕切られた軸受内部空間には、グリースが封入されており、そのグリースによって玉23と外輪21の外輪軌道面25及び内輪22の内輪軌道面26との間や、玉23と冠型保持器24のポケット31との間が潤滑される。
【0025】
図2に示すように、密封装置10を構成する芯金11は、その基端部(外径端部)に、ほぼ90度の角度をもって折れ曲がった第一折曲部11aを有し、その先端部(内径端部)に、ほぼ45度の角度をもって折れ曲がった第二折曲部11bを有する。
そして、リップ部14は、第二折曲部11bの先端部を覆うようにして内輪22の外径面上において軸受空間内に突出した突出部16を有し、内輪接触片15は、この突出部16の端部から、内輪22のシール溝28内において軸方向にさらに突出して配されている。
【0026】
図3は、シール溝28の溝面軸方向における表面粗さを0.08mmのカットオフ値で測定した場合の粗さ曲線の一例で、その表面粗さ:算術平均高さの値は、0.1225μmRaであった。
【0027】
図4に示すように、密封装置10を用いて表面粗さに対する音圧レベルの評価試験をリップ鳴き音試験機により行った。
試験では、回転数を2000〜4500rpmとして行った。
【0028】
試験の結果、シール溝28における突起を落としていない素の表面形状では、グラフ中に×印で示すように、表面粗さ:算術平均高さが0.175μmRa及び0.2μmRaにおいて摺れ音となる高い音圧が測定された。また、グラフ中の△印で示すように、表面粗さ:算術平均高さが0.025μmRaにおいて鳴き音となるやはり高い音圧が測定された。
【0029】
これに対して、グラフ中に○印で示すように、シール溝28における表面粗さ:算術平均高さを、0.05μmRaに設定した場合、0.075μmRaに設定した場合、0.1μmRaに設定した場合、0.125μmRaに設定した場合、0.15μmRaに設定した場合のいずれの場合では、上記×印の場合、及び上記△印の場合と比べて、10dBの音圧差をもって低い音圧になった。
試験結果に基づいてさらに検討を重ねた結果、グラフ中にBで示す0.075μmRa〜0.125μmRaの範囲が最も低い音圧を得られることが判明したが、グラフ中にAで示す0.05μmRa〜0.15μmRaの範囲であっても、実用に耐え得る小さいレベルの音圧を得られることが判明した。
上記AまたはBの範囲に表面粗さを設定することにより、内輪接触片15に対して適度な表面粗さをもち、しかも潤滑供給に変動を生ずることなく、接触抵抗を小さくすることができ、密封装置10のリップ部14における変形を抑制する機能をもち、リップ鳴き音、リップ摺動音及び、リップ摩耗のいずれも抑制することができる。
【0030】
このような密封装置10を用いた転がり軸受20は、内輪回転、外輪回転のいずれにも使用される。内輪回転の場合、内輪22に内嵌された主軸とともに内輪22が回転することによって、シール溝28のリップ接触面29に、リップ部14の内輪接触片15が摺接する。このとき、シール溝28において、溝面の軸方向における表面粗さ:算術平均高さが、0.15μmRaから0.05μmRaの範囲内に設定されて仕上げられている。また、リップ部14において、内輪接触片15の表面粗さが、0.15μmRaから0.05μmRaの範囲内に設定されて仕上げられている
このため、シール溝28が、内輪接触片15に対して適度な表面粗さをもち、しかも潤滑供給に変動を生ずることなく、シール溝28及びリップ部14における接触抵抗を小さくすることができるとともに、リップ部14における変形が抑制される。その結果、リップ鳴き音、リップ摺動音及びリップ摩耗のいずれも抑制した運転が行われる。外輪回転の場合も、内輪回転と同様の機能を有した運転が行われる。
【0031】
本実施形態の密封装置10によれば、内輪22のシール溝28が、0.15μmRaから0.05μmRaの軸方向表面粗さ:算術平均高さの範囲に設定される。
したがって、シール溝28が、リップ部14に対して適度な表面粗さをもつとともに、潤滑供給に変動を生ずることなく、接触抵抗を小さくすることができる。また、リップ部14における変形を抑制する機能をもつため、リップ鳴き音、リップ摺動音及び、リップ摩耗のいずれも抑制することができる。
また、シール溝28に加え、リップ部14の表面粗さを0.15μmRaから0.05μmRaの範囲に設定しているため、シール溝28における最適な表面粗さと転がり軸受密封装置10のリップ部14における最適な表面粗さとによる相乗効果によって、リップ部14が適度な表面粗さをもつとともに、潤滑供給に変動を生ずることなく、接触抵抗を小さくすることができる。
したがって、軸受密封装置10のリップ部14における変形を抑制する機能をもつため、リップ鳴き音、リップ摺動音及びリップ摩耗のいずれもより一層抑制することができ、リップ鳴き音の発生を確実に防止することができる。
【0032】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。例えば、リップ部の数については、図示した1個のものに限らず、2個以上の複数個設けても良く、各リップ部が摺接するシール溝の表面粗さ:算術平均高さを0.15μmRaから0.05μmRaの範囲に設定するのが好ましい。また、各リップ部のシール溝への摺接部分の表面粗さ:算術平均高さを0.15μmRaから0.05μmRaの範囲に設定しても良い。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の転がり軸受密封装置によれば、内輪または外輪における摺接部分が、0.15μmRaから0.05μmRaの軸方向表面粗さの範囲に設定されるので、転がり軸受密封装置の先端部に対して適度な表面粗さをもつとともに、潤滑供給に変動を生ずることなく、接触抵抗を小さくすることができる。
また、転がり軸受密封装置の先端部における変形を抑制する機能をもつため、リップ鳴き音、リップ摺動音及び、リップ摩耗のいずれも抑制することができる。よって、リップ鳴き音の発生を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一実施形態の転がり軸受密封装置を用いた転がり軸受の半断面図である。
【図2】図1に示した転がり軸受密封装置の拡大図である。
【図3】図1に示した転がり軸受密封装置におけるシール溝の溝面軸方向における粗さ曲線を調べたグラフである。
【図4】図1に示した転がり軸受密封装置を用いて行った表面粗さに対する音圧レベルの評価試験のグラフである。
【図5】従来の転がり軸受密封装置の断面図である。
【符号の説明】
10 転がり軸受密封装置
14 リップ部
20 転がり軸受
21 外輪
22 内輪
23 玉
24 保持器
28 シール溝

Claims (3)

  1. 内輪と、外輪と、前記内外輪の間に転動自在に配された複数の玉と、前記玉を周方向に沿って等間隔に保持する保持器とを備え、基端部が前記内輪または外輪に装着され、先端部が前記外輪または内輪に摺接されて軸受空間を密封し、前記玉の軸方向両側に配されて内側にグリースが封入される前記転がり軸受密封装置において、
    前記内輪または外輪における転がり軸受密封装置への摺接部分は、軸方向表面粗さ:算術平均高さが0.15μmRaから0.05μmRaの範囲に設定されていることを特徴とする転がり軸受密封装置。
  2. 前記内輪または外輪は、前記先端部に形成されたリップ部が摺接するシール溝を有し、該シール溝における軸方向溝表面粗さ:算術平均高さが0.15μmRaから0.05μmRaの範囲に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受密封装置。
  3. 前記リップ部の表面粗さ:算術平均高さが0.15μmRaから0.05μmRaの範囲に設定されていることを特徴とする請求項2に記載の転がり軸受密封装置。
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