JP6878052B2 - シール付転がり軸受 - Google Patents

Description

この発明は、シール付転がり軸受に係り、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用いられるシール付転がり軸受に関する。

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。この異物は軸受の転走面の早期剥離の原因となる。このため、シール部材により、軸受内部空間への異物侵入を防ぎ、転走面の早期剥離を防止することが行われている。

一般的なシール部材は、ゴム材料等で形成されたシールリップを有する。シール部材対して周方向に回転する軸受部品には、シールリップと滑り接触する摺動面が形成されている。シールリップと摺動面は全周に亘って滑り接触するため、シールリップの引き摺り抵抗（シールトルク）による軸受トルクの上昇を招くことになる。

このような軸受トルクの上昇を抑えるため、特許文献１には、シールリップの摺動部に突起を設け、くさび膜効果でオイルが摺動部に浸入することにより、シール部材と摺動面を流体潤滑油状態にして、低トルク化を図ることが提案されている。

また、軸受内部に潤滑に必要以上のオイルがある場合には、攪拌抵抗が増大し、このことも軸受トルクの上昇を招くことになる。しかし、上記した特許文献１においては、軸受内部に必要以上のオイルが入り込んだ場合については考慮されていない。

国際公開第２０１６／１４３７８６号公報

この発明は、軸受内部に必要以上のオイルが入り込んだ場合においても攪拌抵抗が増加することがないシール付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される外径部と、前記内輪と対向するシールリップを含む内径部とを有するシール部材と、を備え、前記シールリップと前記内輪との間に、軸受内部と軸受外部を連通する油通路が形成され、少なくとも一方の前記シール部材の前記外径部側に軸受内部と軸受外部を連通する油逃がし溝が形成されていることを特徴とする。

また、前記油逃がし溝が、外径部の周方向全周に亘って等間隔で配置すればよい。また、前記油逃がし溝が軸方向に対して斜めに設けることができる。そして、前記油逃がし溝が軸方向から視て円弧状に設けることができる。

また、前記シールリップが前記内輪の摺動面と摺接し、前記シールリップの摺動部には、複数の突起が設けられ、前記油通路は、前記複数の突起間に形成されように構成することができる。

また、前記外径部は、ゴム材で形成すればよい。

以上のように、この発明は、シール付転がり軸受において、少なくとも一方のシール部材の外径側に軸受内部と軸受外部を連通する油逃がし溝が形成されていることにより、軸受内部に必要以上に入り込んだ潤滑油を油逃がし溝から軸受外部に排出することができ、攪拌抵抗の増加を防止することができる。

この発明の実施形態に係るシール付転がり軸受の外輪の一部を切り欠いた状態の斜視図であり、保持器は省略している。 この発明の実施形態に係るシール付転がり軸受の外輪の一部を切り欠いた状態の側面図であり、保持器は省略している。 この発明の実施形態に係るシール付転がり軸受の一部を拡大して示す縦断正面図である。 この発明の実施形態に係るシール付転がり軸受のシール部材部分を拡大して示す断面図である。 この発明の実施形態に係るシール付転がり軸受の内向きリップと内輪の摺動面部分を拡大して示す断面図である。 この発明の実施形態に用いられるシール部材を示す斜視図である。 この発明の実施形態に用いられるシール部材を示す正面図である。 この発明の実施形態に用いられるシール部材を拡大して示す模式的断面図である。 この発明の他の実施形態に係るシール付転がり軸受のシール部材部分を拡大して示す断面図である。 この発明の実施形態に係るシール付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。

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から図３に示すように、シール付転がり軸受（以下、単に転がり軸受とも呼ぶこともある）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およびそのボール６を保持する保持器７からなる。すなわち、本実施形態の転がり軸受１は、玉軸受である。

以下、転がり軸受１の軸受中心軸に沿った方向を軸方向、軸方向に直交する方向を径方向という。また、軸受中心軸回りの円周方向を周方向という。

外輪２及び内輪３によって形成される環状の軸受内部には、グリース、オイルバス等の適宜の手段により、潤滑油が供給される。

この発明の実施形態に係るシール付転がり軸受１は、例えば、自動車のトランスミッション内に用いられる。図１０は、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の軸方向両端にシール付転がり軸受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。

尚、この発明の実施形態のシール付転がり軸受１は、車両のトランスミッション以外に、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、工作機械等の軸受に用いられ、これらの回転軸に取り付けられる。

上記したように、内輪３は、メインシャフト２４（図１０参照）に取り付けられ、メインシャフト２４と一体に回転する。外輪２は、ケース２３（図１０参照）に取り付けられる。

外輪２の内径面には、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の外径面には、上記一対のシール嵌合溝８と半径方向で対向する位置にシール溝９が形成されている。

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、ゴム製のシール部材１０の外径部１１が嵌合されている。シール部材１０は、芯金１０ｂと芯金１０ｂを覆うゴム製部分１０ａとからなる。具体的には、ゴム製部分１０ａは、芯金１０ｂの軸方向内側面を除く芯金１０ｂ全体を覆っている。ゴム製部分１０ａは、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。

このシール部材１０は、軸受内部と軸受外部を区切る。シール部材１０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、微小採石等、転がり軸受１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転がり軸受１付近に到達する。シール部材１０は、軸受外部から軸受内部へ異物の侵入を防止する。

上記したように、シール部材１０は、シール嵌合溝８に圧入される外径部１１と、内周側で外向きのラジアルシールリップ１３と内向きのアキシャルシールリップ１４とを内径部に有する。シール部材１０は、外径部１１をシール嵌合溝８に圧入することにより、外輪２に取り付けられる。

図３及び図４に示すように、シール部材１０のラジアルシールリップ１３は、シール溝９の軸方向外方に形成された小径の円筒面からなる摺動面３１に弾性接触し、一方、アキシャルシールリップ１４の先端はシール溝９の内側面の摺動面３２に弾性接触している。ラジアルシールリップ１３及び摺動面３１間に径方向に締め代が形成され、アキシャルシールリップ１４及びシール溝９の内側面の摺動面３２には、軸方向に締め代が形成されている。これら締め代により、ゴム状弾性の変形を生じて、軸受空間を密閉している。

ラジアルシールリップ１３の摺動面３１に対する接触面には、全体に亘って微小な突起１５が設けられ、また、アキシャルシールリップ１４のシール溝９の内側面の摺動面３２に対する接触面にも全体に亘って微小な突起１７が設けられている。

図４から図８に示すように、ラジアルシールリップ１３は、摺動面３１との直交方向、即ち摺動面３１に接する接線に垂直な法線方向に突出高さを持った突起１５を有する。摺動面３１が軸受中心軸を中心とした円筒面状なので、これとの直交方向は、径方向に相当する。突起１５は、ラジアルシールリップ１３の先端から摺動面３１と径方向に対面し得る範囲の全域に亘って形成されている。摺動面３１に接触する突起１５を境とした両側において、連通する油通路１６が生じる。

図４、図６から図８に示すように、アキシャルシールリップ１４は、シール溝９の内側面の摺動面３２との直交方向、即ち摺動面３２に接する接線に垂直な法線方向に突出高さを持った突起１７を有する。摺動面３２が軸受中心軸を中心としたすり鉢状なので、これとの直交方向は、軸方向から所定角度傾斜した方向となる。突起１７は、アキシャルシールリップ１４の先端から摺動面３２と軸方向に対面する範囲の全域に亘って形成されている。摺動面３２に接触する突起１７を境とした両側において、連通する油通路１８が生じる。

油通路１６と油通路１８とにより、軸受内部と軸受外部とが連通されることになる。

ラジアルシールリップ１３の突起１５は、周方向全周に亘って均一間隔で配置されている。このため、油通路１６も周方向全周に亘って均一間隔で生じる。突起１５が全周に亘って分散配置され、ラジアルシールリップ１３は突起１５において、摺動面３１と摺動接触する。また、アキシャルシールリップ１４の突起１７は、周方向全周に亘って均一間隔で配置されている。このため、油通路１８も周方向全周に亘って均一間隔で生じる。突起１７が全周に亘って分散配置され、アキシャルシールリップ１４は突起１７において、摺動面３２と摺動接触する。

油通路１６は、概ね摺動面３１に沿った溝状で軸受内部のシール溝９と外部空間を連通し、油通路１８は、シール溝９と軸受内部を連通する。オイルバス、又は、はね掛けの場合、図４の破線の矢印Ａで示すように、潤滑油は外部から油通路１６、１８を通って軸受内部に至り、遠心力により外輪２側へ送られる。

図５は、シール部材１０のラジアルシールリップ１３付近を拡大して断面で示している。この断面は、ラジアルシールリップ１３と摺動面３１との間における摺動面との直交方向の隙間を示している。

図５に示すように、ラジアルシールリップ１３と摺動面３１間の締め代に基づいてラジアルシールリップ１３が弾性変形することで生じる緊迫力や潤滑油の油圧により、突起１５に実質的な変形が生じないようになっている。

ラジアルシールリップ１３は、自然状態においてラジアルシールリップ１３の内径を規定する先端を有する。突起１５は、ラジアルシールリップ１３の先端まで及んでおり、摺動面３１との間に径方向の締め代を持った範囲の全域に亘って形成されている。

突起１５は、周方向に一定の間隔ｄで並んでいる。ラジアルシールリップ１３を軸方向から見た外観で考えると、複数の突起１５が間隔ｄに対応した一定のピッチ角度θで周方向に配置された放射状になって現れている。なお、放射中心は、図外のシール部材１０の中心軸上にある。

各突起１５がラジアルシールリップ１３の先端付近に存在することにより、ラジアルシールリップ１３が各突起１５で摺動面３１と摺動接触し、各突起１５、１５間に油通路１６が生じる。

突起１５は、周方向ｗの両端から周方向の中央に向かって次第に摺動面に接近するＲ形状となっている。このＲ形状は突起１５の放射方向の全長亘って与えられている。このため、突起１５と摺動面３１とが接触する領域は、突起１５の周方向の中央に存在する。

ラジアルシールリップ１３に対して摺動面３１が相対的に矢印Ａ方向に回転すると、油通路１６内の潤滑油が突起１５と摺動面３１との楔状の隙間に引き込まれる。前述の楔状の隙間における楔角度は、引き込まれる潤滑油が存在する広大側の油通路１６から狭小側に向かって次第に小さくなることから、突起１５と摺動面３１とが摺動接触する線状領域に近いところほど楔効果が強く生じる。従って、その線状領域での油膜の油圧をより効果的に高め、突起１５を摺動面３１から完全に離れさせ、その線状領域での油膜を厚く生じさせることができ、突起１５と摺動面３１との間の潤滑状態を流体潤滑状態とすることが容易となる。

ここで、突起１５と摺動面３１との間を完全に分離させる油膜があれば、突起１５に対して摺動面３１が直接接触しない状態で摺動する流体潤滑状態となる。このような油膜を各突起１５と摺動面３１との間で保つことにより、ラジアルシールリップ１３及び摺動面３１の間を流体潤滑状態とすることができる。

図７及び図８に示すように、ラジアルシールリップ１３と同様に、アキシャルシールリップ１４の先端から摺動面３２と軸方向に対面する範囲の全域に亘って突起１７が形成されている。摺動面３２に接触する突起１７を境とした両側において、連通する油通路１８が生じる。この突起１７もラジアルシールリップ１３の突起１５と同様に、周方向に一定の間隔で並び、複数の突起１７が間隔に対応した一定のピッチ角度で周方向に配置された放射状になって形成されている。なお、放射中心は、図外のシール部材１０の中心軸上にある。

各突起１７がアキシャルシールリップ１４の先端付近に存在することにより、各突起１７で摺動面３２と摺動接触し、各突起１７、１７間に油通路１８が生じる。この突起１７もラジアルシールリップ１３の突起１５と同様に、周方向の両端から周方向の中央に向かって次第に摺動面に接近するＲ形状とし、このＲ形状は突起１７の放射方向の全長に亘って形成すればよい。

このように、アキシャルシールリップ１４の先端に突起１７を設けることにより、ラジアルシールリップ１３と同様に、アキシャルシールリップ１４のシール溝９の摺動面３２との間を流体潤滑状態とすることができる。

上記したように、オイルバス、又は、はね掛けの場合、図４の破線の矢印Ａで示すように、潤滑油は軸受外部から油通路１６、１８を通って軸受内部に引き込まれ、ラジアルシールリップ１３、アキシャルシールリップ１４とも流体潤滑状態として、シールトルクの低減を図ることができる。

この実施形態におけるシール付転がり軸受１は、車両のトランスミッションに用いることを想定している。車両のトランスミッション内に存在するシール付転がり軸受への給油は、はね掛け、オイルバス、ノズル噴射等の方法によって行われる。このため、シール付転がり軸受に固定されるシール部材のシールリップ周辺には潤滑油が存在している。給油される潤滑油は、トランスミッション内に存在するギヤ等の他の潤滑部分でも共通に用いられる。その潤滑油は、オイルポンプで循環されており、その循環経路に設けられたオイルフィルタで濾過される。

特許文献１に記載されているように、車両のトランスミッションやディファレンシャルギヤ等の駆動系の回転部支持に用いられるシール付軸受に対して、オイルフィルタで濾過される潤滑油を給油する場合、粒径５０μｍを超えるような大きな異物が軸受内部へ浸入することをシール部材１０で防止する限り、潤滑油に含まれる粒径５０μｍ以下の異物が軸受内部に侵入することを許容しても軸受寿命に問題は起こさない。本願出願人の研究により、突起１５、１７の高さを０．０７ｍｍ以下に設定すれば、粒径５０μｍを超える異物が容易に通過できないような狭い隙間（油通路を含む）をシールリップとシール摺動面間に生じさせることができることがわかった。そこで、この実施形態におけるラジアルシールリップ１３に形成される油通路１６、アキシャルシールリップ１４に形成される油通路１８の大きさを７０μｍ以下にするとよい。

この実施形態では、突起１５、１７の高さｈは、０．０７ｍｍ以下に設定しており、具体的には０．０５ｍｍに設定している。この高さｈは、設計上、摺動面３１又は３２と接触し得る範囲において最も高い位置での値である。この位置は、各突起１５、１７と摺動面との間に設定された締め代が最大になるところでもある。軸受運転中の突起の変形量は無視できるから、シールリップ１３（１４）と摺動面３１（３２）との間における摺動面との直交方向の隙間（油通路を含む）は、摺動面との直交方向の最も狭いところで突起１５、１７の高さｈに相当の高さになり、実質０．０５ｍｍを超えない。このため、粒径５０μｍを超える異物が外部の潤滑油に含まれていても、その異物が油通路１６、１８を通過することは略起こらないと考えられる。

尚、シール付転がり軸受１の早期破損の原因となる摩耗粉は、粒径０．３ｍｍを超える異物として仮定すれば、突起１５、１７の突出高さを０．３ｍｍ以下に設定すればよい。また、油通路１６、１８の通油性を良好にするためには、突起１５、１７の突出高さは、０．０５ｍｍ以上にすればよい。油通路１６、１８の通油性や異物の通過を防止する観点から突起１５、１７の突出高さは適宜選択すればよい。

上記したように、オイルバス、又は、はね掛けにより、図４の破線の矢印Ａで示すように、潤滑油は外部から油通路１６、１８を通って軸受内部に引き込まれる。この潤滑油の流入により、シールリップ１３、１４と摺動面３１、３２との間は流体潤滑状態になり、低トルクを図ることができる。しかし、軸受内部に必要以上に潤滑油が入り込むと攪拌抵抗が増加する。一度軸受内部に入り込んだ潤滑油は遠心力により外輪２側へ送られ、外輪２側に滞留することになる。

そこで、この実施形態では、シール部材１０の外径部１１の外周面側に軸受内部と軸受外部を連通する油逃がし溝１２を形成している。図６及び図７に示すように、外径部１１に複数の油逃がし溝１２が周方向全周に亘って等間隔で設けられている。なお、油逃がし溝１２は、不等間隔で設けられていてもよい。この油逃がし溝１２は、シール部材１０の内周側は深く外周側に向かって浅くなるように形成されている。この実施形態では、遠心力で外輪側へ送られた潤滑油が図４の矢印Ｂに示すように、この油逃がし溝１２から軸受外部へ排出する。このように、外径部１１側に複数の油逃がし溝１２を設けることで、必要以上に流入した潤滑油を排出して、外輪側に潤滑油が滞留することを抑制し、攪拌抵抗が増加することを抑制する。

この油逃がし溝１２は、図２、図６に示すように、遠心力により外輪２側に送られてきた潤滑油を逃がしやすいように、軸方向に対して斜めに設けられ、この実施形態では、油逃がし溝１２が円弧状に形成されている。

この油逃がし溝１２の幅は軸受内部側を広く、軸受外部側に行くにつれて狭くなるように形成している。このように油逃がし溝１２の幅を変えることにより、潤滑油は軸受外部に排出しやすくし、軸受内部への異物が流入することを抑制することができる。

そして、図４に示すように、シール嵌合穴８にシール部材１０の外径部１１を嵌合させて取り付けた際に、軸受の外輪２とシール部材１０との間に位置する油逃がし溝１２の径方向の間隔ｇが０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下にすることが好ましい。この油逃がし溝１２は、潤滑油を排出することが主たる用途であるが、回転軸が回転していない時に、潤滑油が軸受外部から油逃がし溝１２に到達した場合などに、この油逃がし溝１２から軸受内部に潤滑油が流入する。無回転から回転に移行する際には初期潤滑のための潤滑油は必要となるため、無回転時に油逃がし溝１２から潤滑油が入ることで初期動作時の潤滑油が不足を改善することができる。しかし、潤滑油と共に異物が入りこむことは好ましくない。そこで、この油逃がし溝１２から異物が入り込まないように、外輪２側に臨む油逃がし溝１２を前述したシールリップ１３、１４の突起１５、１７と同様に、通油性と異物の混入を考慮して０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下になるように、外径部１１の内周側から外周側に向かうに連れて深さを浅く、幅を狭くした形状に形成している。

上記した実施形態においては、シール部材１０のラジアルシールリップ１３は、シール溝９の軸方向外方に形成された小径の円筒面からなる摺動面３１に弾性接触し、一方、アキシャルシールリップ１４の先端はシール溝９の内側面の摺動面３２に弾性接触している。図９に示す他の実施形態に示すシール部材１０においては、内輪３側に設けられるシールリップ１９は内輪３の外径面とは接触しない非接触型のシール部材である。シールリップ１９と内輪３の外径面との間に油通路が形成され、潤滑油が矢印Ａで示すように、軸受内部に流入し、遠心力で外輪側へ送られた潤滑油が矢印Ｂに示すように、この油逃がし溝１２から軸受外部へ排出する。このように、必要以上に流入した潤滑油を排出して、外輪側に潤滑油が滞留することを抑制し、攪拌抵抗が増加することを抑制する。

上記した実施形態においては、シール部材１０は芯金１０ｂと芯金１０ｂを覆うゴム製部分１０ａで形成しているが、シール部材１０を金属板で形成した金属シール板でもよい。この金属シール板の軸受嵌合部に嵌合させる外径部に切り溝を形成して、潤滑油を排出するように構成すればよい。

また、上記した実施形態においては、一対のシール部材１０の外径部１１に油逃がし溝１２を設けているが、どちらか一方のシール部材１０に設けるだけでもよい。

この発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内の全ての変更を含む。

１ ：シール付転がり軸受
２ ：外輪
３ ：内輪
４ ：軌道溝
５ ：軌道溝
６ ：ボール
７ ：保持器
８ ：シール嵌合溝
９ ：シール溝
１０ ：シール部材
１０ａ ：ゴム製部分
１０ｂ ：芯金
１１ ：外径部
１２ ：油逃がし溝
１３ ：ラジアルシールリップ
１４ ：アキシャルシールリップ
１５ ：突起
１６ ：油通路
１７ ：突起
１８ ：油通路
１９ ：シールリップ
３１ ：摺動面
３２ ：摺動面

Claims (6)

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される外径部と、前記内輪と対向するシールリップを含む内径部とを有するシール部材と、を備え、
   前記シールリップと前記内輪との間に、軸受内部と軸受外部を連通する油通路が形成され、
   少なくとも一方の前記シール部材の前記外径部側に軸受内部と軸受外部を連通する油逃がし溝が形成され、
   この油逃がし溝の幅を、軸受内部側を広く、軸受外部側に行くにつれて狭くなるように形成したことを特徴とするシール付転がり軸受。
2. 前記油逃がし溝が、前記外径部の周方向全周に亘って等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシール付転がり軸受。
3. 前記油逃がし溝が、軸方向に対して斜めに設けられていることを特徴とする請求項２記載のシール付転がり軸受。
4. 前記油逃がし溝が、軸方向から視て、円弧状に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のシール付転がり軸受。
5. 前記シールリップが前記内輪の摺動面と摺接し、
   前記シールリップの摺動部には、複数の突起が設けられ、
   前記油通路は、前記複数の突起間に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシール付転がり軸受。
6. 前記外径部は、ゴム材で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシール付転がり軸受。

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