特開 2025-12077 密封装置及び密封装置付き軸受ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025012077

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】密封装置及び密封装置付き軸受ユニット

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/78 20060101AFI20250117BHJP

   F16C 19/18 20060101ALI20250117BHJP

   F16J 15/3256 20160101ALI20250117BHJP

   F16J 15/3232 20160101ALI20250117BHJP

【ＦＩ】

F16C33/78 D

F16C19/18

F16J15/3256

F16J15/3232 201

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023114632

(22)【出願日】2023-07-12

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】村田 曜平

(72)【発明者】

【氏名】元田 智弘

【テーマコード（参考）】

3J006

3J043

3J216

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J006AE04

3J006AE12

3J006AE34

3J006AE41

3J006AE42

3J006CA01

3J043AA17

3J043CA02

3J043CB13

3J043DA01

3J043HA01

3J216AA01

3J216AB03

3J216BA16

3J216CA02

3J216CB03

3J216CB07

3J216CC03

3J216CC14

3J216CC15

3J216CC33

3J216CC39

3J216CC41

3J216DA01

3J216DA11

3J216DA18

3J216GA09

3J701AA03

3J701AA32

3J701AA43

3J701AA54

3J701BA73

3J701EA01

3J701EA49

3J701EA63

3J701FA38

3J701GA02

3J701XB03

3J701XB26

3J701XB31

3J701XB50

(57)【要約】

【課題】潤滑剤の保持性と低トルク化を両立した密封装置付き軸受ユニットを提供する。
【解決手段】密封装置１５は、弾性材料からなるシールリップ１９ａ，１９ｂ，１９ｃと、シールリップ１９ａ，１９ｂ，１９ｃが摺接する金属製の相手部材（スリンガ１７）とで構成されるとともに、相手部材（スリンガ１７）における、少なくともシールリップ１９ａ，１９ｂ，１９ｃとの摺接領域の面上に、相手部材（スリンガ１７）の表面よりも窪んだ凹部２１と、相手部材（スリンガ１７）の表面よりも突出して凹部２１を取り囲む凸部２２とで構成されるディンプル２０が複数形成されている。また、密封装置付き軸受ユニット１０は、上記密封装置１５を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外輪と内輪との間に、複数の転動体を転動自在に保持するとともに、潤滑剤を充填し、密封装置にて封止した密封装置付き軸受ユニットに組み込まれる前記密封装置であって、
前記密封装置は、弾性材料からなるシールリップと、前記シールリップが摺接する金属製の相手部材とで構成されるとともに、
前記相手部材における、少なくとも前記シールリップとの摺接領域の面上に、該相手部材の表面よりも窪んだ凹部と、該相手部材の表面よりも突出して前記凹部を取り囲む凸部とで構成されるディンプルが複数形成されていることを特徴とする密封装置。

【請求項2】

前記凸部の頂部と前記凹部の最深部との高低差の平均値が、２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。

【請求項3】

前記凸部の開口の前記摺接領域に対する面積比で１０～６０％であることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。

【請求項4】

前記凸部の開口の前記摺接領域に対する面積比で１０～６０％であることを特徴とする請求項２に記載の密封装置。

【請求項5】

外輪と内輪との間に、複数の転動体を転動自在に保持するとともに、潤滑剤を充填し、密封装置にて封止した密封装置付き軸受ユニットであって、
前記密封装置が、請求項１～４の何れか１項に記載の密封装置であることを特徴する密封装置付き軸受ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば自動車の車輪懸架部における軸受ユニットのように、固定側部材と回転側部材との間を密封することが必要とされる部位に介装される密封装置を備える軸受ユニット（密封装置付き軸受ユニット）に関する。また、本発明は、上記密封装置付き軸受ユニットに組み込まれる密封装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、自動車などの車両の車輪懸架部における軸受ユニット等の固定側部材と回転側部材との間に介装され、グリースや潤滑油（以下、まとめて「潤滑剤」ともいう。）を封止するともに、水や塵埃の浸入を防止する密封装置が知られている。また、今日では、車両の低燃費化を図るための対策が種々講じられており、軸受ユニットにおいても、回転トルクの低減化が求められている。

【0003】

例えば、特許文献１では、芯金に固着されたシールリップにおけるスリンガとの摺接面に凹凸が付与された密封装置が開示されている。また、特許文献２では、スリンガにおけるシールリップが摺接する側の面に別部材を設け、別部材でシールリップとの摺接面を構成するとともに、別部材におけるシールリップとの摺接面が粗面化された密封装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－１９３８３５号公報

【特許文献2】特開２０１０－１０７０３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の密封装置では、スリンガではなくシールリップの方に凹凸が形成されているが、シールリップは軟質材料のため摩耗しやすく、形成した凹凸が摩耗に伴って消滅して効果を維持できない懸念がある。また、特許文献２に記載の密封装置では、シールリップではなくスリンガ側である別部材の表面を粗面化しているが、粗面の凹部の深さや凹部の大きさが一様ではないため、潤滑剤の保持性や密封性が十分ではなくなり、更にはそれぞれの凹部での潤滑剤の流動挙動が異なり、トルクも一様で無くなるため、低トルク化を十分に図ることができない懸念もある。

【0006】

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、潤滑剤の保持性と低トルク化を両立した密封装置付き軸受ユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の上記目的は、密封装置に係る下記［１］の構成により達成される。

【0008】

［１］ 外輪と内輪との間に、複数の転動体を転動自在に保持するとともに、潤滑剤を充填し、密封装置にて封止した密封装置付き軸受ユニットに組み込まれる前記密封装置であって、
前記密封装置は、弾性材料からなるシールリップと、前記シールリップが摺接する金属製の相手部材とで構成されるとともに、
前記相手部材における、少なくとも前記シールリップとの摺接領域の面上に、該相手部材の表面よりも窪んだ凹部と、該相手部材の表面よりも突出して前記凹部を取り囲む凸部とで構成されるディンプルが複数形成されていることを特徴とする密封装置。

【0009】

また、密封装置に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［２］～［３］に関する。

【0010】

［２］ 前記凸部の頂部と前記凹部の最深部との高低差の平均値が、２５μｍ以下であることを特徴とする［１］に記載の密封装置。
［３］ 前記凸部の開口の前記摺接領域に対する面積比で１０～６０％であることを特徴とする［１］又は［２］に記載の密封装置。

【0011】

本発明の上記目的は、密封装置付き軸受ユニットに係る下記［４］の構成により達成される。

【0012】

［４］ 外輪と内輪との間に、複数の転動体を転動自在に保持するとともに、潤滑剤を充填し、密封装置にて封止した密封装置付き軸受ユニットであって、
前記密封装置が、［１］～［３］の何れか１つに記載の密封装置であることを特徴する密封装置付き軸受ユニット。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、潤滑剤の保持性と低トルク化を両立した密封装置付き軸受ユニットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明に係る密封装置付き軸受ユニットの一実施形態を示す断面図である。

【図2】図２は、図１に示す密封装置付き軸受ユニットにおける密封装置を示す拡大図である。

【図3】図３は、本発明に係る密封装置において、スリンガの摺接領域に形成したディンプルを示す拡大断面図である。

【図4】図４は、表面粗さ計を用いてスリンガの摺接領域を線状に走査して得られる断面の一例である。

【図5】図５は、ディンプルの高低差を説明するための模式図である。

【図6】図６は、ディンプルの開口径を説明するための模式図である。

【図7】図７は、実施例及び比較例の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の一実施形態に係る密封装置及び密封装置付き軸受ユニットについて、以下に説明する。なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。

【0016】

本実施形態において、密封装置付き軸受ユニットには制限はなく、例えば図１に示す密封装置付き軸受ユニット１０を挙げることができる。図示されるように、固定輪である外輪１１と、回転輪である内輪１２と、外輪１１及び内輪１２により画成された環状隙間に転動自在に配置され、且つ保持器１４により円周方向に等間隔に保持された複数の転動体である玉１３と、環状隙間の開口端部に配設された密封装置１５と、を備えている。

【0017】

図２に示すように、密封装置１５は、外輪１１の内周面に固定された弾性材料からなるシール部材１６と、シール部材１６よりも開口端部外側に配置され、且つ内輪１２の外周面に固定されたスリンガ１７と、を備えている。なお、密封装置１５は、シール部材１６とスリンガ１７とで構成され、スリンガ１７が本発明でいう「相手部材」に相当する。そして、シール部材１６とスリンガ１７との摺接によって、環状隙間の開口端部を塞ぎ、埃等の異物が軸受内部に侵入することを防止するとともに、軸受内部に充填された潤滑剤が軸受外部に漏洩することを防止している。

【0018】

シール部材１６は、例えば断面略Ｌ字形の円環状に形成された芯金１８により、同じく断面略Ｌ字形の円環状に形成されたゴムシール１９（弾性材料）を補強して構成されており、ゴムシール１９の先端部分が分岐して、複数のシールリップ１９ａ，１９ｂ，１９ｃとし、スリンガ１７の表面に摺接させている。

【0019】

また、スリンガ１７は、フェライト系ステンレス（ＳＵＳ４３０等）、マルテンサイト系ステンレス（ＳＵＳ４１０等）等の金属板からなり、内輪１２に外嵌される円筒部１７ａと、円筒部１７ａの軸方向端部に湾曲部１７ｂを介して連設され、半径方向外方に広がるように形成された鍔状のフランジ部１７ｃを有する。

【0020】

本実施形態では、スリンガ１７のシール部材１６との摺接領域（ここでは、シールリップ１９ａ，１９ｂ，１９ｃと、それらと摺接する円筒部１７ａ、湾曲部１７ｂ、フランジ部１７ｃの各摺接領域の表面）に、ディンプル２０を複数形成するが、図３に拡大断面図で示すように、ディンプル２０は、スリンガ表面１７Ａよりも窪んだ凹部２１と、スリンガ表面１７Ａよりも突出して凹部２１を取り囲む凸部２２とで構成される。

【0021】

なお、軸受は回転に伴い、幅方向（図１の左右方向）や径方向（図１の上下方向）に微妙に動き、シール部材１６も弾性変形したり、摩耗したりするため、シール部材１６のスリンガ１７との摺接領域も点ではなく、面、すなわちある程度の広がりを有する。そのため、摺接領域は、シール部材１６とスリンガ１７との摺接が想定される範囲となる。

【0022】

凹部２１は、図示のように個々に独立しており、上面視でほぼ等間隔にて格子状に形成されていてもよいし、不規則に分布して形成されていてもよい。また、凸部２２は、凹部２１の全周を包囲してもよいし、部分的に包囲してもよい。

【0023】

凸部２２で囲まれた凹部２１が存在することにより、潤滑剤が凹部２１の内部２１ａに入り込んで潤滑剤の保持性が向上するとともに、凹部２１の内部２１ａにて潤滑剤の圧力変化が起こり、キャビテーションが発生する。そして、キャビテーションが発生している領域では、せん断抵抗が少なくなり、結果としてトルクが低減する。また、凸部２２の、凹部２１とは反対側の斜面２２ａにもキャビテーションが発生し、凹部２１の内部２１ａでのキャビテーションと相俟ってトルクがより低減する。

【0024】

このようなトルク低減作用をより効果的に発現するために、凹部２１の最深部と凸部２２の頂部との高低差の平均値を２５μｍ以下にすることが好ましく、２２μｍ以下にすることがより好ましく、２０μｍ以下にすることが更に好ましい。なお、上記高低差及びその平均値は、次のようにして求められる。

【0025】

図４は、表面粗さ計を用いてスリンガ１７の摺接領域を線状に走査して得られる断面の一例である。この断面において、大きく窪んでいる部分がディンプル２０の凹部２１であり、その左右両側の突出している部分がディンプル２０の凸部２２である。そして、図５に示すように、あるディンプル２０において、凹部２１の最深部と図中左側の凸部２２の頂部との高低差をａ１、凹部２１の最深部と図中右側の凸部２２の頂部との高低差をａ２とするとき、ディンプル２０の高低差を「（ａ１＋ａ２）／２」とする。そして、一走査分の個々のディンプル２０の高低差を求め、それらの平均値を算出する。

【0026】

また、ディンプル２０は、凸部２２の開口面積の摺接領域に対する面積比で１０～６０％が好ましい。上記面積比が１０％未満では、トルクの低減が十分に得られないおそれがある。一方、上記面積比が６０％を超えると、個々の凸部２２の開口面積が大きくなり、それに伴って高さも高くなり、シールリップ１９ａ，１９ｂ，１９ｃを摩耗させて密封性が低下する可能性がある。

【0027】

なお、上記面積比は、図６に示すように、図４に示した断面において、あるディンプル２０の左右両側の凸部２２の頂部間の距離ｄ１を求め、その円相当面積を算出してディンプル２０の開口面積とする。そして、一走査分の個々のディンプル２０の開口面積を求め、それらの合計を算出し、一走査分の長さを一辺とする正方形の面積との比を面積比として算出する。

【0028】

ただし、凸部２２はシールリップ１９ａ，１９ｂ，１９ｃと接触するため、ディンプル２０の凸部２２が高くなるほどシールリップ１９ａ，１９ｂ，１９ｃの摩耗量が大きくなる。凹部２１は、レーザ照射や、突起を有する型を押し付けて転写するなどして形成されるが、レーザ照射では、スリンガ表面１７Ａのレーザ光が照射された部分が溶融して凹部２１を形成するとともに、溶融物が凹部２１の開口周辺に溶出して凝固することで凸部２２が形成される。また、突起を有する型を押し付ける場合は、スリンガ表面１７Ａの突起が押し込まれた部分が塑性変形して凹部２１を形成するとともに、凹部２１の開口周辺が隆起することで凸部２２が形成される。したがって、ディンプル２０の凹部２１が深いほど、凸部２２が高くなりやすい。また、開口面積が大きくなるほど、凸部２２が高くなりやすい。そこで、レーザ光の照射強度や型の押圧力により、高低差や開口面積を上記の範囲に調整することができる。

【0029】

また、スリンガ表面１７Ａは金属であるが、樹脂等の軟質被膜が存在してもよい。軟質被膜は、例えばレーザ加工によりディンプル２０を形成する際に、融点の差で母材金属と軟質被膜との２重の突起ができ、よりキャビテーションが発生しやすくなる。また、軟質被膜はシールリップ１９ａ，１９ｂ，１９ｃへの攻撃性が低いため、シールリップ１９ａ，１９ｂ，１９ｃの摩耗が抑えられて密封効果が長続きする。

【実施例0030】

以下の実施例により、本発明の効果を検証した。

【0031】

（実施例１～４及び比較例１）
図１に示すような、シール部材とスリンガとを備える玉軸受ユニットを作製し、トルク試験を行った。シール部材には、外径φ７５ｍｍ、内径φ６１ｍｍで、３つのシールリップを備えゴムシールを用いた。また、潤滑剤には、ウレアグリースを用いた。

【0032】

スリンガはＳＵＳ４３０製であり、実施例１～４には、表１に示すディンプルを形成した。なお、ディンプルの開口径及び高低差は、表面粗さ計で求めた平均値とし、８０μｍのピッチにて等間隔で格子状に形成した。また、比較例１は、ディンプル無しとした。

【0033】

そして、玉軸受を１０００ｒｐｍの回転数にて回転させ、トルクを測定した。

【0034】

結果を表１及び図７に示すが、本発明に従うディンプルを形成した実施例１～４では、比較例１に比べて大きくトルクが低減していることがわかる。

【0035】

【表1】

【符号の説明】

【0036】

１０ 密封装置付き軸受ユニット
１１ 外輪
１２ 内輪
１３ 玉（転動体）
１４ 保持器
１５ 密封装置
１６ シール部材
１７ スリンガ
１７ａ （スリンガの）円筒部
１７ｂ （スリンガの）湾曲部
１７ｃ （スリンガの）フランジ部
１７Ａ スリンガ表面
１８ 芯金
１９ ゴムシール
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ シールリップ
２０ ディンプル
２１ 凹部
２２ 凸部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】