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技術 回転用シール

出願人 中西金属工業株式会社
発明者 佐藤孝彦明石真一飯澤佑亮
出願日 2017年3月10日 (3年9ヶ月経過) 出願番号 2017-045678
公開日 2018年9月27日 (2年3ヶ月経過) 公開番号 2018-150954
状態 未査定
技術分野 軸受の密封 ころがり軸受 弾性リップ型 密封装置
主要キーワード 山部先端 回転用シール 摺接面間 合成ゴム材料 輪郭曲線要素 加硫成形性 フランジ内面 輪郭形状測定機
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年9月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

シール部材シールリップ部が摺接するスリンガの摺接面に凹凸面を形成した回転用シールにおいて、シールリップ部の磨耗を低減して信頼性を高める。

解決手段

芯金3と、芯金3に基部4Aが接合されるとともにシールリップ部4B,4C,4Dを有するシール部材4と、シールリップ部4B,4C,4Dが摺接する摺接面A,Bを有するスリンガ2とからなる回転用シール1であり、摺接面A,Bは、JIS B 0601:2013で、算術平均粗さRaは、0.3μm≦Ra≦1.0μm、粗さ曲線スキューネスRskは、Rsk≦−1、粗さ曲線要素の平均長さRSmは、100μm≦RSmを満たす表面状態である。

概要

背景

自動車ホイール支持用の軸受装置等に用いる回転用シールとして、円筒状のスリーブ、及び前記スリーブの軸方向の一端から径方向外方に延びるフランジからなるスリンガと、円筒状の芯金円筒、及び前記芯金円筒の軸方向の一端から径方向内方へ延びる芯金フランジからなる芯金と、前記芯金に接合された基部、及び前記基部から延びるシールリップ部からなるシール部材とを有するものがある(例えば、特許文献1及び2参照)。
このような回転用シールは、前記スリーブを径方向内側部材に装着するとともに、前記芯金円筒を径方向外側部材に装着した状態で使用し、前記シールリップ部が前記スリンガの摺接面に摺接する。

エネルギーコスト低減、及び温室効果ガス低減の観点から、自動車等の燃料消費率を改善する社会的要請が非常に高くなっている。
このような社会的要請に鑑み、前記シールリップ部及び前記スリンガの摺接面間における油膜保持性を向上して前記回転用シールの回転トルクを低減するために、特許文献1及び2の回転用シールでは、前記摺接面に表面加工を施して凹凸面を形成している。
例えば、特許文献1では、前記摺接面を、微小剛体粒子衝突させるショットピーニング等により加工して、多数のディンプルを備えた凹凸面としている。
また、特許文献2では、前記摺接面を、切削加工凹凸転写加工処理、又はショットピーニング処理等により加工して、粗さのピッチが細かくエッジの無い凹凸面としている。

概要

シール部材のシールリップ部が摺接するスリンガの摺接面に凹凸面を形成した回転用シールにおいて、シールリップ部の磨耗を低減して信頼性を高める。芯金3と、芯金3に基部4Aが接合されるとともにシールリップ部4B,4C,4Dを有するシール部材4と、シールリップ部4B,4C,4Dが摺接する摺接面A,Bを有するスリンガ2とからなる回転用シール1であり、摺接面A,Bは、JIS B 0601:2013で、算術平均粗さRaは、0.3μm≦Ra≦1.0μm、粗さ曲線スキューネスRskは、Rsk≦−1、粗さ曲線要素の平均長さRSmは、100μm≦RSmを満たす表面状態である。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

芯金と、前記芯金に基部が接合されるとともにシールリップ部を有するシール部材と、前記シールリップ部が摺接する摺接面を有するスリンガとからなる回転用シールであって、前記摺接面は、JIS B 0601:2013で、算術平均粗さRaは、0.3μm≦Ra≦1.0μm、粗さ曲線スキューネスRskは、Rsk≦−1、粗さ曲線要素の平均長さRSmは、100μm≦RSmを満たす表面状態であることを特徴とする、回転用シール。

請求項2

前記芯金は、円筒状の芯金円筒、及び前記芯金円筒の軸方向の一端から径方向内方へ延びる芯金フランジからなり、前記スリンガは、円筒状のスリーブ、及び前記スリーブの軸方向の一端から径方向外方へ延びるフランジからなり、前記シール部材のシールリップ部は、前記スリンガのフランジ内面の摺接面に摺接するアキシャルリップ、及び前記スリンガのスリーブ外周面の摺接面に摺接するラジアルリップを含む、請求項1記載の回転用シール。

請求項3

前記スリンガは、鋼板ダル仕上げ材をプレス成形することにより製造されたものである、請求項1又は2記載の回転用シール。

技術分野

0001

本発明は、芯金と、前記芯金に基部が接合されるとともにシールリップ部を有するシール部材と、前記シールリップ部が摺接する摺接面を有するスリンガとからなる回転用シールに関する。

背景技術

0002

自動車ホイール支持用の軸受装置等に用いる回転用シールとして、円筒状のスリーブ、及び前記スリーブの軸方向の一端から径方向外方に延びるフランジからなるスリンガと、円筒状の芯金円筒、及び前記芯金円筒の軸方向の一端から径方向内方へ延びる芯金フランジからなる芯金と、前記芯金に接合された基部、及び前記基部から延びるシールリップ部からなるシール部材とを有するものがある(例えば、特許文献1及び2参照)。
このような回転用シールは、前記スリーブを径方向内側部材に装着するとともに、前記芯金円筒を径方向外側部材に装着した状態で使用し、前記シールリップ部が前記スリンガの摺接面に摺接する。

0003

エネルギーコスト低減、及び温室効果ガス低減の観点から、自動車等の燃料消費率を改善する社会的要請が非常に高くなっている。
このような社会的要請に鑑み、前記シールリップ部及び前記スリンガの摺接面間における油膜保持性を向上して前記回転用シールの回転トルクを低減するために、特許文献1及び2の回転用シールでは、前記摺接面に表面加工を施して凹凸面を形成している。
例えば、特許文献1では、前記摺接面を、微小剛体粒子衝突させるショットピーニング等により加工して、多数のディンプルを備えた凹凸面としている。
また、特許文献2では、前記摺接面を、切削加工凹凸転写加工処理、又はショットピーニング処理等により加工して、粗さのピッチが細かくエッジの無い凹凸面としている。

先行技術

0004

特許第4997532号公報
特許第5234651号公報

発明が解決しようとする課題

0005

特許文献1及び2のような回転用シールでは、回転トルクを低減するという観点からスリンガの摺接面に表面加工を施して凹凸面を形成している。
しかしながら、このようなスリンガの摺接面に凹凸面を形成した構成において、シール部材のシールリップ部が前記凹凸面に摺接することによるシールリップ部の磨耗については考慮されておらず、それによりシールリップ部が磨耗して信頼性が低下するおそれがある。その上、長期の使用によるグリース枯渇によりシールリップ部の摩耗が進行して信頼性が低下するおそれもある。

0006

上述の背景に鑑み、本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部が摺接するスリンガの摺接面に凹凸面を形成した回転用シールにおいて、シールリップ部の磨耗を低減して信頼性を高めることである。

課題を解決するための手段

0007

本発明に係る回転用シールは、前記課題解決のために、芯金と、前記芯金に基部が接合されるとともにシールリップ部を有するシール部材と、前記シールリップ部が摺接する摺接面を有するスリンガとからなる回転用シールであって、
前記摺接面は、
JIS B 0601:2013で、
算術平均粗さRaは、0.3μm≦Ra≦1.0μm、
粗さ曲線スキューネスRskは、Rsk≦−1、
粗さ曲線要素の平均長さRSmは、100μm≦RSm
を満たす表面状態であることを特徴とする。

0008

このような構成によれば、シール部材のシールリップ部が摺接するスリンガの摺接面の表面状態を前記範囲にすることにより、特許文献1及び2のようなショットピーニング処理等により表面加工を施して前記摺接面に凹凸面を形成するものと比較して、シールリップ部の磨耗量を大幅に低減できるので、信頼性を向上できる。
その上、長期の使用によってグリースが枯渇した場合でも、シールリップ部の摩耗を抑えることが可能であり、より信頼性の高い回転用シールを提供できる。

0009

ここで、前記芯金は、円筒状の芯金円筒、及び前記芯金円筒の軸方向の一端から径方向内方へ延びる芯金フランジからなり、
前記スリンガは、円筒状のスリーブ、及び前記スリーブの軸方向の一端から径方向外方へ延びるフランジからなり、
前記シール部材のシールリップ部は、前記スリンガのフランジ内面の摺接面に摺接するアキシャルリップ、及び前記スリンガのスリーブ外周面の摺接面に摺接するラジアルリップを含むのが好ましい実施態様である。
このような構成によれば、いわゆるパックシールにおけるシールリップ部の磨耗量を大幅に低減できるので、パックシールとして好適である。

0010

また、前記スリンガは、鋼板ダル仕上げ材をプレス成形することにより製造されたものであるのが一層好ましい実施態様である。
このような構成によれば、鋼板のダル仕上げ材をプレス成形するだけでスリンガを製造することから、特許文献1及び2のようなショットピーニング処理等により表面加工を施して前記摺接面に凹凸面を形成するものと比較して、製造コストを低減できる。

発明の効果

0011

以上のように、本発明に係る回転用シールによれば、シール部材のシールリップ部が摺接するスリンガの摺接面に凹凸面を形成した回転用シールにおいて、シールリップ部の磨耗を低減して信頼性を高めることができるという顕著な効果を奏する。

図面の簡単な説明

0012

本発明の実施の形態に係る回転用シールを自動車のホイール支持用の軸受装置に用いた例を示す部分縦断面概略図である。
本発明の実施の形態に係る回転用シールの要部拡大縦断面図である。
アキシャルリップの磨耗量を実施例及び比較例について比較する棒グラフである。
ラジアルリップの磨耗量を実施例及び比較例について比較する棒グラフである。

実施例

0013

次に本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。
なお、本明細書において、回転用シールを装着した状態で、回転側部材である径方向内側部材の回転軸の方向を「軸方向」、軸方向に直交する方向を「径方向」という。
また、自動車の車体から車輪側に向かう方向を「外方」、その反対方向を「内方」という。

0014

<軸受装置>
図1の部分縦断面概略図は、本発明の実施の形態に係る回転用シール1を自動車のホイール支持用の軸受装置11に用いた例を示している。
軸受装置11は、外周面内輪軌道面12Aが形成された、車輪とともに回転する内輪12、及び内周面外輪軌道面13Aが形成された、車体と一体の外輪13、並びに、内輪軌道面12A及び外輪軌道面13A間を転動する転動体である玉14,14,…等を有する軸受を備える。
また、軸受装置11は、内輪12及び外輪13間の内方及び外方の端部(内方の玉14,…よりも内方、及び外方の玉14,…よりも外方)に、泥水等の浸入を防止するとともに潤滑用グリース漏出を防止する回転用シール1,5を備える。

0015

<回転用シール>
図2の要部拡大縦断面図に示すように、本発明の実施の形態に係る回転用シール1は、ステンレス鋼板によりプレス加工で製造される芯金3、芯金3に基部4Aが接合されるとともにシールリップ部4B,4C,4Dを有する、ゴム等の弾性体であるシール部材4、及び、シールリップ部4B,4C,4Dが摺接する摺接面A,Bを有する、ステンレス鋼板によりプレス加工で製造されるスリンガ2からなる。
スリンガ2は、ダル仕上げ(JIS G 0203:2009鉄鋼用語の「ダル仕上げ」)材をプレス成形することにより製造したものであり、特許文献1及び2のようなショットピーニング処理等による表面加工を施すことなく、摺接面A,Bに所要の表面状態の凹凸面を形成している。

0016

シール部材4を形成する合成ゴム材料としては、耐油性の良好なゴム素材として、ニトリルゴム(NBR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、アクリルゴムACM)、エチレン・アクリルゴム(AEM)、フッ素ゴム(FKM、FPM)、シリコーンゴム(VQM)等のゴムから、1種、あるいは2種以上のゴムを適当にブレンドして使用することができる。なお、ゴム材料練り加工性加硫成形性、芯金3との接着性を考慮した場合、他種のゴム、例えば、液状NBR、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、スチレンブタジエンゴムSBR)、ブタジエンゴム(BR)等とブレンドして使用することも好ましい実施態様である。

0017

芯金3は、円筒状の芯金円筒3A、及び芯金円筒3Aの軸方向の一端から径方向内方へ延びる芯金フランジ3Bからなり、芯金円筒3Aを径方向外側部材である外輪13に圧入することにより、芯金3及びシール部材4は外輪13に固定される。
スリンガ2は、円筒状のスリーブ2A、及びスリーブ2Aの軸方向の一端から径方向外方へ延びるフランジ2Bからなり、スリーブ2Aを径方向内側部材である内輪12に圧入することにより、スリンガ2は内輪12に固定される。

0018

シール部材4のアキシャルリップであるシールリップ部4Bの先端は、スリンガ2のフランジ2B内面の摺接面Aに摺接し、シール部材4のラジアルリップであるシールリップ部4C,4Dの先端は、スリンガ2のスリーブ2A外周面の摺接面Bに摺接する。
鋼板のダル仕上げ材をプレス成形して製造したスリンガ2の摺接面A,Bの表面状態は、JIS B 0601:2013で、算術平均粗さRaは、0.3μm≦Ra≦1.0μmであり、粗さ曲線のスキューネスRskは、Rsk≦−1、粗さ曲線要素の平均長さRSmは、100μm≦RSmを満たしている。
ここで、粗さ曲線のスキューネスRskは、粗さの山と谷の対称性を示す。粗さの山の方がっている場合は正の値、粗さの谷の方が尖っている場合は負の値を示す。
また、粗さ曲線要素の平均長さRSmは、基準長さ輪郭曲線要素の長さの平均を表したものである。

0019

<シールリップ部の磨耗量測定試験
実験方法
以下の実施例及び比較例のスリンガに対し、JIS B 0633:2001(ISO 4288:1996)の「7.触針式表面粗さ測定機による評価の方式及び手順」に基づき、基準長さを0.8mm、評価長さを4mmとし、触針式表面粗さ測定機(株式会社東京精密製の表面粗さ・輪郭形状測定機型式:SURFCOM1800D)を用い、シールリップの摺接面について、圧延方向に対して直角方向の周方向の粗さ曲線を測定し、算術平均粗さRa、粗さ曲線のスキューネスRsk、及び粗さ曲線要素の平均長さRSmを測定した。

0020

また、実施例及び比較例のスリンガを組み込んだ回転用シールにおいて、封入するグリースの量を、「通常」(0.24g)、及び「極少」(0.005g)に変えた場合と、グリースを封入しない場合(「なし」)について、1000rpmの回転速度で60時間回転させた後のシールリップの磨耗量を測定する磨耗量測定試験を行った。
この磨耗量測定試験において、図2のアキシャルリップ4Bの磨耗量、及び図2のラジアルリップ4Cの磨耗量を測定した。

0021

(実施例)
鋼板のダル仕上げ材を用いて、プレス成形によりスリンガを成形した3つの試験体を、実施例1ないし3とした。

0022

(比較例)
鋼板のダル仕上げ材を用いて、プレス成形によりスリンガを成形し、さらに前記摺接面にショットブラスト処理を行った3つの試験体を、比較例1ないし3とした。

0023

実験結果)
実験結果を表1、並びに図3及び図4に示す。
実施例1ないし3、及び比較例1ないし3の粗さパラメータRa、Rsk、RSmは、表1のとおりである。

0024

実施例1ないし3、及び比較例1ないし3の算術平均粗さRaは、何れも0.4μm〜0.5μm程度であり、0.3μm≦Ra≦1.0μmの範囲内にある。
その理由は、前記摺接面の算術平均粗さRaは、グリース保持のために、0.3μm以上である必要があるとともに、シール使用初期における密封性を保持するために、1.0μm以下である必要があるためである。

0025

粗さ曲線のスキューネスRskの値は、実施例1ないし3、及び比較例1ないし3ともに、負の値であるが、実施例1ないし3の粗さ曲線のスキューネスRskは、Rsk<−1.1であるのに対し、ショットブラスト処理による微細な粗面が形成された比較例1ないし3のRskは、Rsk>−0.8である。
ここで、粗さ曲線のスキューネスRskが負の値の場合は、スリンガの外表面に突出する山部先端が鈍くなだらかな状態である。粗さ曲線のスキューネスRskの値が、負の値でさらに小さくなるほど、スリンガの外表面に突出する山部が更になだらかになる。
ゴムの掘り起こし摩耗は、スリンガの外表面に突出する山部先端が鋭いほど進行しやすく、山部先端が鈍くなだらかなほど、進行しにくいので、粗さ曲線のスキューネスRskは、リップの摩耗量をより低減するために、実施例1ないし3のように、Rsk<−1.1であるのがより好ましく、Rsk≦−1であればよい。

0026

実施例1ないし3の粗さ曲線要素の平均長さRSmは、100μm≦RSmであるのに対し、比較例1ないし3のRSmは、RSm<100μmである。
実施例は粗さ曲線要素の平均長さRSmの値が100μm以上と、比較例よりも大きいため、粗さ曲線における凹凸の繰り返しピッチが大きい。これにより、一回転あたりの振動数(摩耗の機会)が減少するため、リップの摩耗量を大幅に低減できる。

0027

0028

以上のような実施例1ないし3と比較例1ないし3との粗さパラメータの相違に伴い、表1及び図3に示すとおり、アキシャルリップの磨耗量は、実施例1は比較例1の約55%、実施例2は比較例2の約39%、実施例3は比較例3の約37%である。
また、表1及び図4に示すとおり、ラジアルリップの磨耗量は、実施例1は比較例1の約59%、実施例2は比較例2の約30%、実施例3は比較例3の約57%である。
よって、グリース量が通常の場合、グリース量が極少の場合、及びグリースなしの場合の全ての場合において、実施例の方が比較例よりも磨耗量が約1/2〜1/3程度と、大幅に低減していることが分かる。
この効果により、長期の使用によってグリースが枯渇した場合でも、リップの摩耗を抑えることが可能である。

0029

本発明の回転用シールによれば、スリンガ2の摺接面A,Bは、JIS B 0601:2013で、算術平均粗さRaは、0.3μm≦Ra≦1.0μmであり、粗さ曲線のスキューネスRskは、Rsk≦−1、粗さ曲線要素の平均長さRSmは、100μm≦RSmを満たす表面状態であるので、特許文献1及び2のようなショットピーニング処理等により表面加工を施して前記摺接面に凹凸面を形成するものと比較して、シールリップ部の磨耗量を大幅に低減できるので、信頼性を向上できる。
その上、長期の使用によってグリースが枯渇した場合でも、リップの摩耗を抑えることが可能であり、より信頼性の高い回転用シールを提供できる。
また、スリンガ2は、鋼板のダル仕上げ材をプレス成形することにより製造されたものであるので、特許文献1及び2のようなショットピーニング処理等により表面加工を施して前記摺接面に凹凸面を形成するものと比較して、製造コストを低減できる。

0030

1回転用シール
2スリンガ
2Aスリーブ
2Bフランジ
3芯金
3A 芯金円筒
3B 芯金フランジ
4シール部材
4A 基部
4B,4C,4Dシールリップ部
5 回転用シール
11軸受装置
12内輪(径方向内側部材)
12A軌道
13外輪(径方向外側部材)
13A 軌道面
14 玉(転動体)
A,B摺動

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