JP2004218789A

JP2004218789A - 密封転がり軸受

Info

Publication number: JP2004218789A
Application number: JP2003008970A
Authority: JP
Inventors: Hideki Koizumi; 秀樹小泉; Toru Takamizawa; 徹高見澤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】回転トルクが小さくかつ防塵性がよい密封転がり軸受を提供する。
【解決手段】密封転がり軸受を、外周部に軌道面が形成された内輪と、内周部に軌道面が形成された外輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に組み込まれる転動体と、転動体を保持する保持器と、転動体を挟んでそれぞれ内輪と外輪との間隔に備えられる一対の環状のシールドとを有してなり、シールドは外縁部を外輪の内周部に固定されかつ内縁部に内輪の外周面に対向する面部を有し、内輪の面部に対向する外周面に周方向の溝が形成され、軸方向において保持器の溝に対向する内周面の端よりも溝の転動体側の縁が転動体側に配置され、一対のシールド間における外輪の内周面と内輪の外周面との間の空間部にグリースを充填されてなる構成とする。軸受が回転すると溝内に潤滑用グリースが侵入し、面部との間でいわゆるグリースシールドが形成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受に関し、特に軸受の両端部に配置されたシールド間に潤滑用のグリースを封入してなる密封転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば真空掃除機や電動工具のモータや、自動車のラジエータ冷却電動ファンモータの軸受のように、周囲に微細な粉塵が存在する条件下で使用される転がり軸受には高い防塵性が要求される。装置の外部から侵入する粉塵や、ブラシモータのブラシの磨耗に伴って生ずる磨耗紛が転がり軸受の内部に侵入すると、玉の転動面や内輪、外輪の軌道面等を含む転走面を損傷させ、軸受の機能を低下させるおそれがある。また、軸受の内部に充填されている潤滑用のグリースに粉塵や磨耗紛が混入すると、グリースが劣化する原因となる。転動面の損傷やグリースの劣化が進むと、異常音が発生し、また焼付に至る場合もあり得る。
【０００３】
そこで、転がり軸受の内輪の外径と外輪の内径との間隔にシール手段を設け、これによって軸受の内部に潤滑用のグリースを封入するとともに、外部からの粉塵の侵入を低減する密封軸受が知られている。このような密封軸受の一つとして、ゴム等の可撓性を有する材料によって形成され、外輪側に外縁部を固定されるとともに、内縁部に内輪を接触して摺動するリップを備えたシールを有する、いわゆるシール軸受が提案されている。（例えば、特許文献１を参照。）
【０００４】
また、金属等によって形成され外輪の内周面に固定されたシールドを備え、シールドの内径と内輪の外径との間隔を狭小に設定して粉塵等の侵入を低減する、いわゆるシールド軸受が提案されている。（例えば、特許文献２を参照。）
【特許文献１】実開平７−１０５５６号公報（第１頁等）
【特許文献２】特開２００２−１１５７２４号公報（第１頁等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、内輪、外輪とそれぞれ接触するシールを備えたシール軸受の場合、軸受の回転時にはシールのリップと内輪等との摩擦が生ずるから、軸受の回転トルクが大きくなり、軸受を含む装置の効率が低下してしまう。
【０００６】
一方、内輪とは非接触のシールドを備えたシールド軸受の場合、回転トルクは小さいが、シールドの内縁部と内輪の外周部との間隔を小さくしたとしても、粉塵等の侵入を阻止することは難しい。
【０００７】
上述した問題点に鑑み、本発明の課題は、回転トルクが小さくかつ防塵性がよい密封転がり軸受を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決する手段】
本発明は、外周部に軌道面が形成された内輪と、内周部に軌道面が形成された外輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に組み込まれる転動体と、転動体を保持する保持器と、転動体を挟んでそれぞれ内輪と外輪との間隔に備えられる一対の環状のシールドとを有してなり、シールドは外縁部を外輪の内周部に固定されかつ内縁部に内輪の外周面に対向する面部を有し、内輪の面部に対向する外周面に周方向の溝が形成され、軸方向において保持器の溝に対向する内周面の端よりも溝の転動体側の縁が転動体側に配置され、一対のシールド間における内輪の外周面と外輪の内周面との間の空間部内にグリースが充填されてなる密封転がり軸受によって上述した課題を解決する。
【０００９】
本発明によれば、軸受内に充填される潤滑用のグリースが、軸受の回転によって押し出されたときに溝内に侵入しやすくなり、グリースが溝内に溜まるとともに、面部と溝部との隙間がグリースによって埋められ、気密されるいわゆるグリースシールと称される状態となり、粉塵等の侵入が阻止される。そして、内輪の回転によって溝内のグリースに作用する遠心力が大きくなると、溝内のグリースが遠心力によって面部側に供給されるから、グリースシールがよく維持される効果がある。なお、このグリースは、軸受の組立時に予め溝内に充填しておくと，上述した効果をより確実に得ることができる。
【００１０】
また、軸方向において溝の転動体側の縁が面部の転動体側の端より０．２５ｍｍ未満の距離にあると、グリースが溝内に侵入するための隙間が狭くなってグリースが溝内に溜まりにくくなり、さらにシールドを加締する際に内輪とシールドとが干渉するおそれがあり、また軸受を軸に取り付けるときの傾きによって回転中に内輪とシールドが干渉するおそれもある。一方、この距離が０．４５ｍｍを越えると、過剰なグリースが溝内に押し出され、軸受の外部へ漏出してしまう。そこで、軸方向において溝の転動体側の縁が面部の転動体側の端より０．２５乃至０．４５ｍｍ転動体側に配置されてなる構成としてもよい。
【００１１】
また、軸方向において溝に対し転動面の反対側における内輪の外周面と、この外周面に対向する面部との間隔、換言すれば、いわゆるラビリンスすきまが、０．１ｍｍ未満では、シールドと内輪とが干渉するおそれがある一方、０．２ｍｍを越えると、外部からの粉塵等の異物侵入の確立が高くなり、またグリースが過度に漏出しやすくなるから、この間隔は、０．１乃至０．２ｍｍとするとよい。
【００１２】
また、グリースがジウレアタイプの増ちょう剤を含有するものであるようにしてもよい。これによれば、内輪の回転によって溝内に貯留されたグリースは、温度の影響によって不混和ちょう度が硬くなる傾向となる。このため、グリースが溝内に貯留された後に硬化するから、外部からの異物をグリースが捕捉しやすくなり、防塵性がさらに向上する。
【００１３】
ところで、確実に溝内にグリースを供給するためには、一対のシールド間における外輪の内周面と内輪の外周面との間の内部空間（軸受内静的空間と称す）において、グリース量は、軸受内静的空間容積の３０乃至５０％、好ましくは４０乃至５０％とするとよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる密封転がり軸受の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の密封転がり軸受の要部を径方向に切った断面を示す図である。図１に示すように、軸受１は、外周部に軌道面を形成された内輪３と、内周部に軌道面を形成された外輪５と、内輪３および外輪５の軌道面間に、周方向にわたって複数組み込まれた転動体である玉７とを有し、単列の転がり玉軸受として構成されている。そして、複数の玉７相互の間隔を保持する保持器９が設けられている。そして、軸受１の軸方向両端部において、それぞれ外輪の内周部から内輪の外周部付近にわたしてシールド１１が設けられている。なお、図１は玉７の中心に対し、向かって左側のみを拡大して図示しているが、向かって右側も左右対称、換言すれば軸方向に直交し玉の中心を通る平面に面対称に形成される。以下、上述した各要素の詳細な形状等について説明する。
【００１５】
図１に示すように、内輪３は、内径部に支持対象となる回転軸が挿入される筒状またはスリーブ状に形成されている。内輪３の内周面は軸方向にわたって同じ内径に形成され、その両端部は、内輪３の端面にかけて面取りがなされている。一方、内輪３の外周面には、玉７の表面、換言すれば転動面に対応して断面を円弧状に凹ませて形成された軌道面１３が形成されている。そして、軌道面１３を軸方向に挟んだ両側には、周方向にわたって形成された溝１５が形成されている。軌道面１３の縁と溝１５の玉７側の縁との間の内輪３の外周面は、略一定の外径を有する円筒面に形成されている。また、溝１５の玉７に対し反対側の縁と内輪３の端との間の内輪３の外周面もまた略一定の外径を有する円筒面として形成されているが、この部分の外径は、軌道面１３の縁から溝１５の玉７側までの外径よりも小さく設定されている。
【００１６】
溝１５の断面形状に着目すると、玉７側の溝の側壁面は上述した円筒面の部分から略垂直に掘りこまれ、その後溝の深い部分では、軸方向と略平行に形成された溝底にかけて、連続的につながる曲面として形成されている。なお、この側壁と円筒面との間は角取りがなされている。一方、玉７とは反対側の、換言すれば外側の側壁面は、溝底から例えば６０度程度の角度をつけて立ち上がり、溝の断面形状を見たときにこの壁面が直線となるように形成されている。
【００１７】
外輪５は、内周面内に内輪３、玉７、保持器９およびシールド１１を収容する筒状またはスリーブ状に形成されている。外輪５の外周面は軸方向にわたって一定の外径の円筒面として形成され、外輪５の両端において、外輪５の端面と面取りされている。一方、外輪５の内周面には、玉７の表面に対応して断面を円弧状に凹ませて形成された軌道面１７が形成されている。軌道面１７を軸方向に挟んだ両側には、周方向にわたって形成された溝１９が形成されている。軌道面１７の縁と溝１９の玉７側の縁との間の外輪５の内周面は、略一定の内径を有する円筒面に形成されている。また、溝１９の玉７に対し反対側の縁と外輪５の端との間の外輪５の内周面もまたほぼ一定の内径を有する円筒面として形成されているが、この部分の内径は、軌道面１７の縁から溝１５の玉７側までの内径よりも大きく設定されている。
【００１８】
溝１９の断面形状に着目すると、玉７側の溝の側壁面は上述した円筒面の部分に対し例えば８０度程度の角度をつけて掘り込まれ、その後溝の深い部分では、軸方向とほぼ平行に形成された溝底にかけて連続的につながる曲面として形成されている。一方、玉７とは反対側の、換言すれば外側の側壁面は、溝底から例えば４５度程度の角度をつけて立ち上がり、溝の断面形状をみたときにこの壁面が直線となるように形成されている。
【００１９】
保持器９は、全体を軸受自体の軸心と略同心のリング状またはパイプ状に形成され、その側部を径方向に貫通して、玉７が挿入される穴部が形成されている。穴部の内面は、玉７の表面に対応して形成された球面状である。保持器９の軸方向の両端部は面取りされている。そして、この面取りによって形成された角でもある保持器９の内周面の縁の位置は、軸方向において、内輪３の溝１５の玉７側の側壁面よりも軸受の外側に張り出して、換言すれば玉７から遠い側に配置されている。
【００２０】
シールド１１はリング状の金属板を曲げ加工して形成されている。シールド１１の内径部または内縁部は、軸方向に対し垂直な本体部分から略直角に玉７側または軸受１の内側に向かって折り曲げられている。その結果、シールド１１は、内輪３に形成された溝１５に対向する円筒面状の面部２１を有する。一方、シールド１１の外径部または外縁部は、例えば約４５度の角度のテーパ状に内側に折り曲げられ、その外周側において、断面が略Ｊ字型となるように折り返されている。そして、シールド１１は、この折り返し部分を外輪５の溝１９に加締められ、はめ込まれることによって固定されている。なお、シールド１１の内径部における折り曲げられた部分の外径、つまり面部２１の裏側の面がなす円筒面の外径は、内輪３の軌道面１３の縁の部分における円筒面部の外径と略等しい。
【００２１】
そして、本実施形態の場合には、軸受１の軸方向に対する溝１５の玉７側の縁から面部２１の玉７側の端までの距離Ａが、例えば０．３５ｍｍに設定されることを特徴とする。また、面部２１の内径と、溝１５の外側における内輪３の外径との間隔Ｂが、例えば０．１５ｍｍに設定されることを特徴とする。
【００２２】
なお、本実施形態においては、上述した以外の軸受各部の寸法は、例えば外輪５の外径（直径）が２２ｍｍ、内輪３の内径（直径）が８ｍｍ、内輪３および外輪５の軸方向長さが７ｍｍに設定したが、これらには限定されない。
【００２３】
そして、使用に際して、軸受１の内部には潤滑用のグリースが充填される。本実施形態においては、増ちょう剤としてジウレアタイプのものを含有するグリースを用いている。図２は、本実施形態におけるグリースの、温度と不混和ちょう度との関係を示すグラフである。横軸は温度を示し、縦軸は不混和ちょう度を示している。ちょう度は、ＪＩＳＫ２２２０で定められた器具、方法に準拠して測定している。まず、グリースを充填した容器を各設定温度に保持された恒温槽内に約２０分静置した。その後、設定温度に維持された恒温槽の内部で不混和ちょう度を測定した。その結果、図２に示すように、温度が２５度において不混和ちょう度が２０２、以下同様に７８度において１５４、１００度において１４２、１２０度において１２９という結果を得た。
【００２４】
そして、本実施形態においては、グリースを、シールド１１間における内輪３の外周面と外輪５の内周面との間の空間内の容積の、例えば４５％充填したことを特徴とする。このグリースの充填量は、例えば、空間内の容積の３０乃至５０％、好ましくは４０乃至５０％程度に設定する。
【００２５】
次に、上述した本発明の実施形態の中の一実施例と、従来技術に係る軸受の比較例との防塵性の比較試験について説明する。図３は、この比較試験に用いる内輪回転用防塵試験機の要部断面図である。図３に示すように、試験装置は、供試軸受２１が配置される筒状のハウジング２３と、このハウジング２３と同軸上に配置され、内径部にダストを貯留する凹部が形成された筒状のダスト貯留部２５とを有する。ダスト貯留部２５のハウジング２３に対する反対側には、ダスト貯留部２５内に空気を吹き込む孔２７を形成されてなる空気供給部２９が設けられている。なお、ハウジング２３とダスト貯留部２５とは、これらの接続部に周方向にわたって設けられ、軸方向にこれらを離間する方向に付勢するばね３１を介して接している。そして、ダスト貯留部２５のハウジング２１側の端面には、系方向の溝３０が形成され、ここを通じて孔２７から導入された空気の一部が排出されるようになっている。また、この空気の残部は、軸受２１の内輪と外輪との間隔を通過して排出される。
【００２６】
軸受２１には、空気供給部の反対側から回転用の軸３３が挿入されている。軸３３は軸受２１が配置される部分を含む先端部を他よりも細く形成されてなり、径が変化する箇所は段をつけて形成されている。そして、この段の部分と軸受２１の内輪との間に、スリーブ３５が設けられ、これによって内輪が軸３３に固定されるようになっている。
【００２７】
さらに、上述したハウジング２３およびダスト貯留部２５が組み込まれる試験機本体３７内には、ダスト貯留部２５およびハウジング２３を加熱する雰囲気加熱用のヒータ３９が埋め込まれている。また、ハウジング２３内には、軸受２１の外輪の外周面温度を測定する熱伝対式温度計４１が埋め込まれている。
【００２８】
そして、ダスト貯留部内にダスト０．１ｇを入れて密封した後に空気供給部内を０．１５ＭＰａに加圧して孔２７から空気を噴出させた。ダストは、例えばＪＩＳＺ８９０１に定められている試験用粉体で、ＪＩＳ３種の中位径（質量基準）の範囲６．６〜８．６μｍのけい砂を使用した。このけい砂の化学成分は、ＳｉＯ_２が９７％以上で、残りＦｅ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、強熱減量の合計が３％以下である。粒子密度は、２．６〜２．７ｇ／ｃｍ^３の値である。そして試験軸受を回転（４０，０００ｒｐｍ×、Ｆａ＝４９Ｎ，８０℃）させた結果、１６時間経過後の音響上昇値またはアンデロン値を比較し、密封（防塵）性能を評価した。なお、この試験前後に行う軸受音響測定は、グリースノイズテスター（ＮＳＫテクニカルジャーナル６６７号、１９９９年刊に記載）を用いた。測定条件は、１８００ｍｉｎ^−１、Ｆａ＝２９Ｎとし、ハイバンド（ＨＢ）の値をデータとして採用した。粉塵が内外輪走行跡に侵入すると、異物の噛み込みによる損傷が発生し、音響（アンデロン）が大きくなる。したがって、音響上昇値が小さいほど防塵性が良好であると評価できる。
【００２９】
ここで、本発明の実施例として用いたのは、上述した実施形態の軸受である。一方、従来技術に係る比較例として用いたのは、実施形態の軸受と同様の外輪外径、内輪内径および軸受の軸方向幅を有し、呼び番号６０８番として市販されている既存のシールド軸受である。なお、潤滑用のグリースは、ともにＰＡＯ＝ポリアルファオレフィンを含有してなるウレア系のグリースであって、４０℃のときの基油の動粘度が４８ｍｍ^２／Ｓのものを使用した。なお、基油としてはＰＡＯを使用したが、エステル油、エーテル油、またはこれらの混合油を用いてもよい。
【００３０】
本比較試験の結果を図４に示す。図４は、実施例および比較例の軸受における、グリースの封入率と音響上昇値との関係をそれぞれ示すグラフである。横軸はシールド間における内外輪間の空間容積に対するグリースの封入率（容積％）を示し、縦軸は音響上昇値を示している。試験は各条件に対して６回づつ行い、最大値、最小値を除いてｎ＝４で平均値とした。
【００３１】
図４に示すように、従来技術に係る比較例の軸受においては、グリース封入率が６０％のときに音響上昇値が１、以下同様に５０％のときに１．２、４０％のときに１．６、３５％のときに２、３０％のときに２．５、２０％のときに３．６という結果となった。これに対し、本発明の実施例においては、６０％のときに０．８、５０％のときに０．８、４０％のときに０．９、３５％のときに１．３、３０％のときに１．８、２０％のときに３．４という結果となり、いずれのグリース封入率においても比較例対比良好な結果が得られた。
【００３２】
以上のように、本実施形態によれば、軸受が回転したときに軸受内に充填されたグリースが玉７および保持器９によってシールド１１の内縁部と内輪３の溝１５内へ押し出され、面部と溝との間はグリースによって気密されたいわゆるグリースシールドと称される状態となる。このとき、グリースは、図１に示す破線矢印の方向に移動する。そして、回転による遠心力が大きくなると、溝１５内に貯留されたグリースが逐次面部側に押し寄せられるので、グリースシールドがよく持続する。本実施形態によれば、シールドと内輪とは非接触であるから軸受の回転トルクが小さく、またグリースシールドによる防塵性が良好となる効果がある。また、溝を含む内輪に付着するグリースが、シールドの面部との間隔を完全にシールせず、隙間がある場合においても、グリースと面部との間隔は内輪の外周面と面部との間隔よりも狭くなり、さらにグリースによるダストの捕捉効果が得られるから、防塵性は従来技術よりも向上する。図５は、図１の軸受の要部断面図であって、グリースが上述した状態となっているものを示す図である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、回転トルクが小さくかつ防塵性がよい密封転がり軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる密封転がり軸受の第１の実施形態の要部断面図である。
【図２】図１の密封転がり軸受に封入されるグリースの不混和ちょう度と温度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明を適用した実施例と、従来技術に係る比較例との比較試験に用いる内輪回転用防塵試験機の要部断面図である。
【図４】実施例および比較例の軸受における、グリースの封入率と音響上昇値との関係をそれぞれ示すグラフである。
【図５】図１の密封転がり軸受において、内輪側に付着したグリースによって面部との間隔が狭くなる状態を示す図である。
【符号の説明】
１軸受
３内輪
５外輪
７玉
９保持器
１１シールド
１５溝
２１面部

Claims

外周部に軌道面が形成された内輪と、内周部に軌道面が形成された外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に組み込まれる転動体と、前記転動体を保持する保持器と、前記転動体を挟んでそれぞれ前記内輪と前記外輪との間隔に備えられる一対の環状のシールドとを有してなり、前記シールドは外縁部を前記外輪の内周部に固定されかつ内縁部に前記内輪の外周面に対向する面部を有し、前記内輪の前記面部に対向する外周面に周方向の溝が形成され、軸方向において前記保持器の前記溝に対向する内周面の端よりも前記溝の前記転動体側の縁が前記転動体側に配置され、一対の前記シールド間における前記内輪の外周面と前記外輪の内周面との間の空間部内にグリースが充填されてなる密封転がり軸受。
外周部に軌道面が形成された内輪と、内周部に軌道面が形成された外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に組み込まれる転動体と、前記転動体を挟んでそれぞれ前記内輪と前記外輪との間隔に備えられる一対の環状のシールドとを有してなり、前記シールドは外縁部を前記外輪の内周部に固定されかつ内縁部に前記内輪の外周面に対向する面部を有し、前記内輪の前記面部に対向する外周面に周方向の溝が形成され、軸方向において前記溝の前記転動体側の縁が前記面部の該転動体側の端より０．２５乃至０．４５ｍｍ転動体側に配置され、一対の前記シールド間における前記内輪の外周面と前記外輪の内周面との間の空間部内にグリースが充填されてなる密封転がり軸受。
軸方向において前記溝に対し転動体の反対側における前記内輪の外周面と、該外周面に対向する前記面部との間隔が０．１乃至０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の密封転がり軸受。
前記グリースがジウレアタイプの増ちょう剤を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の密封転がり軸受。
前記グリースの封入量は、一対の前記シールド間における前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間の空間の容積の３０乃至５０％、好ましくは４０乃至５０％であることを特徴とする請求項４に記載の密封転がり軸受。