JP2006307953A

JP2006307953A - 接触形シール軸受

Info

Publication number: JP2006307953A
Application number: JP2005130383A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Nakamura; 貴文中村
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】防水性や防塵性が高く、しかも従来の接触形シール軸受に比較して許容回転数を高くすることができる接触形シール軸受を提供する。
【解決手段】接触形シール軸受１１は、内輪１２及び外輪１３の間に複数の転動体１４が保持器１５により所定間隔に保持された状態で転動可能に設けられている。保持器１５は転動体１４を接触形シール軸受１１の軸方向の両側から挟持可能な一対の円環状体１５ａをリベット１６で連結した構成に形成されている。内輪１２と円環状体１５ａとの間には、シール部材１７が保持器１５と相対回転可能に内輪１２に固定されており、外輪１３と円環状体１５ａとの間には、シール部材１８が保持器１５と相対回転可能に外輪１３に固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、接触形シール軸受に関する。

一般に転がり軸受は、内輪及び外輪の間に複数の転動体が保持器により所定間隔に保持された状態で転動可能に設けられている。転がり軸受には潤滑グリースを内蔵して潤滑の手間を省いたシール軸受（密封軸受）がある。シール軸受には、シール部材が回転側の内輪に接触せずにラビリンス効果により潤滑グリースの外部への流出を防止する非接触形シール軸受がある（例えば、特許文献１参照。）。また、シール軸受には、図５に示すように、内輪３１及び外輪３２の間に複数の転動体３３が保持器３４により所定間隔に保持された状態で転動可能に設けられるとともに、環状のシール部材３５が、外周側が外輪３２に固定され、内周側が内輪３１に摺動可能に当接されている接触形シール軸受３６がある。
特開平７−３３２３７４号公報（明細書の段落［００１９］、図１）

ところが、接触形シール軸受３６は、シール部材３５が内輪３１に摺接する構成のため、摺接部の周速度が大きくなり過ぎると摺接部が摩擦熱で早期に劣化する。シール部材の耐久性を確保するため、摺接部の周速度が大きくなり過ぎないように許容回転数が制限される。そして、同寸法の軸受でも接触形のシール軸受は非接触形のシール軸受より許容回転数が低く、メーカーにもよるが非接触形の場合に比較して３０％程度は低い。

一方、非接触形のシール軸受は接触形のシール軸受より許容回転数は大きいが、防水性や防塵性が低く、雨水がかかる状態や塵埃の多い環境では使用できない。
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、防水性や防塵性が高く、しかも従来の接触形シール軸受に比較して許容回転数を大きくすることができる接触形シール軸受を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、内輪及び外輪の間に複数の転動体が保持器により所定間隔に保持された状態で転動可能に設けられた軸受である。そして、前記保持器は前記転動体を挟んで軸受の軸方向両側にそれぞれ円環状部を有し、前記内輪と前記円環状部との間及び前記外輪と前記円環状部との間にそれぞれシール部材が、前記転動体の収容部を外部から隔離するように設けられている。

従来の接触形シール軸受では、シール部材は外輪に固定されて内輪と摺接する構成であった。そのため、軸受が支持する回転体の回転数が直接許容回転数に影響する状態となる。しかし、この発明では、内輪と保持器の円環状部との間及び外輪と保持器の円環状部との間に、それぞれシール部材が設けられている。転がり軸受においては、内輪が回転する使用方法の場合には保持器は内輪より遅く回転し、外輪が回転する使用方法では保持器は外輪より遅く回転する。例えば、内輪が回転する場合、保持器の回転数は内輪の回転数の１／３程度になる。従って、内輪と保持器との回転数の差及び外輪と保持器との回転数の差は、内輪と外輪との回転数の差より大幅に小さくなる。その結果、防水性や防塵性が高く、しかも従来の接触形シール軸受に比較して許容回転数を大きくすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記シール部材のうち、内輪側に配置されるシール部材は前記保持器に対して相対回転可能に前記内輪に固定されており、外輪側に配置されるシール部材は前記保持器に対して相対回転可能に前記外輪に固定されている。

シール部材の固定は接着剤で行うことも可能であるが、接着剤の経時劣化等を考慮すると、接着剤による固定ではなく、嵌合等の機械的な結合構造で固定する方が好ましい。その際、従来のシール部材の固定方法のように嵌合溝等にシール部材を嵌合させる構成が好ましい。その場合、保持器に比較して内輪や外輪の方が嵌合溝等を形成し易い。この発明では、保持器にはシール部材を固定するための嵌合溝等を形成する必要はなく、シール部材が摺接可能な円環状の摺接部を設ければよいため製造が簡単になる。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記シール部材のうち、内輪側に配置されるシール部材は前記内輪に対して相対回転可能に前記保持器に固定されており、外輪側に配置されるシール部材は前記保持器に対して相対回転可能に前記外輪に固定されている。

内輪と保持器との相対回転数は同じでも、摺接部の周速度は、内輪及び保持器の各位置の相対回転中心からの距離が長い程大きくなるため、シール部材の摺接部が内輪側となるようにシール部材を設ける方が摩擦抵抗が小さくなる。保持器と外輪との関係も同様で、シール部材の摺接部が保持器側となるようにシール部材を設ける方が摩擦抵抗が小さくなる。この発明では、両シール部材とも摺接部の摩擦抵抗が小さくなる状態に設けられているため、同じ耐久性であれば許容回転数が大きくなり、同じ許容回転数であれば耐久性が向上する。

本発明によれば、防水性や防塵性が高く、しかも従来の接触形シール軸受に比較して許容回転数を大きくすることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１及び図２に従って説明する。図１（ａ）は接触形シール軸受の部分模式断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図、（ｃ）は部分模式側面図、図２は保持器の模式斜視図である。なお、本明細書では軸受の軸方向の両端を軸受の側面として説明する。

図１（ａ），（ｃ）に示すように、接触形シール軸受１１は、内輪１２及び外輪１３の間に複数の転動体１４が保持器１５により所定間隔に保持された状態で転動可能に設けられている。内輪１２及び外輪１３は軸受鋼からなる。また、転動体１４としてボール（鋼球）が使用されている。即ち、接触形シール軸受１１は玉軸受である。

保持器１５は、転動体１４を接触形シール軸受１１の軸方向の両側から挟持可能な一対の円環状体１５ａをリベット１６で連結した構成に形成されている。リベット１６は回転対称位置に設けられている。保持器１５は、例えば、鋼の鍛造により形成されている。詳述すると、図２に示すように、各円環状体１５ａは、互いに対向する面に所定間隔で転動体１４の表面の曲率とほぼ同じ曲率の係合部１５ｂが形成されており、係合部１５ｂより外側の外周部分に一定幅の環状面が存在する。即ち、円環状体１５ａは、転動体１４を挟んで軸受の軸方向両側にそれぞれ存在する円環状部を構成する。なお、図１（ａ）では円環状体１５ａと転動体１４との隙間を誇張して図示している。

内輪１２と円環状体１５ａとの間及び外輪１３と円環状体１５ａとの間にそれぞれシール部材１７，１８が、転動体１４の収容部を外部から隔離するように設けられている。そして、両シール部材１７，１８より内側に潤滑グリースが封入されている。両シール部材１７，１８のうち、内輪１２側に配置されるシール部材１７は、保持器１５と相対回転可能に内輪１２に固定されており、外輪１３側に配置されるシール部材１８は、保持器１５と相対回転可能に外輪１３に固定されている。

シール部材１７，１８は、環状の金属板（例えば、鋼板）１７ａ，１８ａと、金属板１７ａ，１８ａの一部を覆う合成ゴム製のシール部１７ｂ，１８ｂとから構成されている。シール部１７ｂ，１８ｂの摺接側は先端が鋭角となるように形成されている。シール部１７ｂ，１８ｂ、内面側に斜面１７ｃ，１８ｃが存在し、斜面１７ｃ，１８ｃの先端側が摺接部１７ｄ，１８ｄとなるように形成されている。

内輪１２には左右の外周縁に環状溝１９が対称に形成されている。環状溝１９は、シール部材１７の内径側端部が嵌合される嵌合部１９ａを備えている。そして、シール部材１７は、嵌合部１９ａに嵌合する状態で内輪１２に対して一体回転可能に、即ち保持器１５に対して相対回転可能に固定されている。

外輪１３には左右の内周縁に環状溝２０が対称に形成されている。環状溝２０は、シール部材１８の外径側端部が嵌合される嵌合部２０ａを備えている。そして、シール部材１８は、嵌合部２０ａに嵌合する状態で外輪１３に対して一体回転可能に、即ち保持器１５に対して相対回転可能に固定されている。

次に前記のように構成された接触形シール軸受１１の作用を説明する。接触形シール軸受１１は、外輪１３において支持装置に固定され、内輪１２に回転軸が一体回転可能に固定された状態で使用される。回転軸が回転されると、内輪１２が回転軸と一体に回転され、転動体１４も内輪１２の回転方向に内輪１２及び外輪１３の軌道面に沿って転動しながら回転軸の周りを公転する。そして、転動体１４と係合部１５ｂで係合している保持器１５も転動体１４と一体的に回転軸を中心として回転する。転動体１４が内輪１２の回転に伴って転動するため、転動体１４と一体的に回転する保持器１５は、内輪１２より遅れて回転し、保持器１５の単位時間当たりの回転数は内輪１２の回転数より少なくなる。

従来技術の接触形シール軸受３６では、シール部材３５は、外周縁において外輪３２に固定され、内周縁で内輪３１に摺接しているため、摺接部の相対回転数は内輪３１の回転数と同じになる。従って、内輪３１の回転数をＮｉとし、内輪３１の中心から摺接部までの距離をＲとすると、摺接部の周速度Ｖは次式（１）で表される。

Ｖ＝２π・Ｒ・Ｎｉ…（１）
一方、この実施形態の接触形シール軸受１１では、内輪１２と円環状体１５ａとの間及び外輪１３と円環状体１５ａとの間にそれぞれシール部材１７，１８が設けられ、保持器１５が内輪１２に遅れて回転する。従って、内輪１２の回転数をＮｉ、保持器１５の回転数をＮｈ、内輪１２の中心からシール部材１７の摺接部１７ｄまでの距離をＲ１、内輪１２の中心からシール部材１８の摺接部１８ｄまでの距離をＲ２とすると、摺接部１７ｄの周速度Ｖ１は次式（２）で表され、摺接部１８ｄの周速度Ｖ２は次式（３）で表される。

Ｖ１＝２π・Ｒ１・（Ｎｉ−Ｎｈ）…（２）
Ｖ２＝２π・Ｒ２・Ｎｈ…（３）
内輪１２の中心からシール部材１７の摺接部１７ｄまでの距離Ｒ１は従来技術より長くなっている。しかし、その増加割合は１割程度であり、保持器１５の回転数は内輪１２の回転数の１／３程度であるため、周速度Ｖ１は次式で計算されて従来技術の７３％程度になる。

Ｖ１＝２π・１．１Ｒ・（Ｎｉ−Ｎｉ／３）＝２π・０．７３Ｒ・Ｎｉ
また、シール部材１８の摺接部１８ｄの場合は、内輪１２の中心から摺接部１８ｄまでの距離Ｒ２は距離Ｒ１より円環状体１５ａの厚さ（外径と内径との差）分、長くなっており、距離Ｒ２は距離Ｒ１より３０％弱長くなる。従って、周速度Ｖ２は次式で計算されて従来技術の４３％程度になる。

Ｖ２＝２π・１．３Ｒ・Ｎｉ／３＝２π・０．４３Ｒ・Ｎｉ
この実施形態では以下の効果を有する。
（１）接触形シール軸受１１において、保持器１５は、転動体１４を挟んで軸受の軸方向両側にそれぞれ円環状体１５ａを有し、内輪１２と円環状体１５ａとの間及び外輪１３と円環状体１５ａとの間にそれぞれシール部材１７，１８が、転動体１４の収容部を外部から隔離するように設けられている。従って、軸受が支持する回転体の回転数が直接許容回転数に影響する従来技術の接触形シール軸受と異なり、回転体より大幅に遅い回転速度で回転する保持器１５と内輪１２及び外輪１３との間にシール部材１７，１８それぞれ存在する。その結果、内輪１２と保持器１５との回転数の差及び外輪１３と保持器１５との回転数の差は、内輪１２と外輪１３との回転数の差より大幅に小さくなる。その結果、防水性や防塵性が高く、しかも従来の接触形シール軸受に比較して許容回転数を大きくすることができ、メンテナンスフリーの軸受となる。

（２）シール部材１７，１８の固定は、嵌合部１９ａ，２０ａにシール部材１７，１８の端部を嵌合させる構成となっている。従って、接着剤で固定する場合に比較して。接着剤の経時劣化等を考慮する必要がない。

（３）両シール部材１７，１８のうち、内輪１２側に配置されるシール部材１７は、保持器１５に対して相対回転可能に内輪１２に固定されており、外輪１３側に配置されるシール部材１８は、保持器１５に対して相対回転可能に外輪１３に固定されている。従って、シール部材１７，１８を嵌合により機械的に固定する際、保持器１５にはシール部材１７，１８を固定するための嵌合溝等を形成する必要はなく、シール部材１７，１８が摺接可能な円環状の摺接部を設ければよいため製造が簡単になる。

（４）シール部１７ｂ，１８ｂは先端が鋭角になるように形成され、先端側が摺接部１７ｄ，１８ｄとなるように形成されている。従って、内輪１２の回転により摺接部１７ｄ，１８ｄから摩擦熱が発生し難くなる。

（５）シール部１７ｂ，１８ｂは内面側に斜面１７ｃ，１８ｃが存在し、斜面１７ｃ，１８ｃの先端側が摺接部１７ｄ，１８ｄとなるように形成されている。従って、接触形シール軸受１１を組み立てる際、斜面１７ｃ，１８ｃが案内面の役割を果たし、シール部材１７，１８の所定位置への組み付けが容易になる。

（６）保持器１５は左右対称に形成された円環状体１５ａがリベット１６で結合された構成である。従って、左右非対称に形成された場合に比較して部品の種類が少なく、組み付けも容易である。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図３（ａ），（ｂ）に従って説明する。図３（ａ）は接触形シール軸受１１の部分模式断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。この実施形態は、内輪１２と円環状体１５ａとの間に設けられるシール部材１７が内輪１２に固定される代わりに保持器１５に固定されて、内輪１２に対して相対回転可能な点が前記第１の実施形態と大きく異なっている。第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

円環状体１５ａの内周側には環状溝２１が形成され、環状溝２１はシール部材１７の外径側端部が嵌合される嵌合部２１ａを備えている。内輪１２には環状溝１９が設けられず、シール部材１７は摺接部１７ｄが内輪１２の外周面に摺接する状態に固定されている。

この実施形態では前記第１の実施形態に比較して、内輪１２の中心からシール部材１７の摺接部１７ｄまでの距離Ｒ１が、円環状体１５ａの内径と内輪１２の外径との差分短くなり、摺接部１７ｄの周速度Ｖ１は第１の実施形態の場合より遅くなる。

従って、この実施形態では前記第１の実施形態の効果（１）、（２）、（４）〜（６）と同様の効果を有する他に次の効果を有する。
（７）内輪１２の中心からシール部材１７の摺接部１７ｄまでの距離Ｒ１が、シール部材１７を内輪１２側に固定した場合に比較して、摺接部１７ｄの周速度が遅くなる。従って、従って、同じ耐久性であれば許容回転数をより大きくすることができ、同じ許容回転数であれば耐久性が向上する。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○ シール部材１７を保持器１５に、シール部材１８を外輪１３に固定する構成において、図４（ａ）に示すように、内輪１２に環状溝１９を設けて摺接部１７ｄが環状溝１９において内輪１２と摺接するように保持器１５に固定する。また、円環状体１５ａの外周側に環状溝２２を設けて、摺接部１８ｄが環状溝２２において円環状体１５ａと摺接するように外輪１３に固定する。この場合、内輪１２の中心から摺接部１７ｄ及び摺接部１８ｄまでの距離が第２の実施形態の場合よりそれぞれ短くなり、許容回転数をより大きくすることができる。

○ 図４（ｂ）に示すように、両シール部材１７，１８を保持器１５に固定する構成としてもよい。この場合、内輪１２及び外輪１３の両者に環状溝１９を設ける必要がない。
○ シール部材１７，１８の内輪１２、外輪１３あるいは保持器１５に対する固定は、嵌合固定に限らず、接着剤で接着するようにしてもよい。接着剤で接着する場合は、嵌合部の形成は不要になる。

○ シール部材１７，１８のシール部１７ｂ，１８ｂの形状は摺接部１７ｄ，１８ｄが摺接箇所に接触する形状であればよく、摺接部１７ｄ，１８ｄが鋭角に尖っている必要はない。

○ シール部材１７，１８のシール部１７ｂ，１８ｂは合成ゴム製に限らず、例えば、樹脂製であってもよい。また、シール部材１７，１８の金属板１７ａ，１８ａを省略してもよい。

○ 接触形シール軸受１１は、内輪１２を支持軸に固定するとともに、外輪１３で回転体を支持して外輪１３が回転する形態で使用してもよい。
○ 保持器１５は鋼製に限らず、他の金属製、例えば、黄銅等の銅合金製としたり、金属製ではなくセラミック製やエンジニアリング樹脂製（例えば、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂等）としたりしてもよい。

○ 保持器１５は、シール部材１７，１８により転動体１４の収容部を外部から隔離して外部から雨水や塵埃の侵入及び内蔵された潤滑グリースの漏れを防止できる形状であればよく、左右対称である必要はない。例えば、断面コ字状の部材とその開放側を覆う円環状の板部材とで構成されてもよい。

○ 保持器１５は、リベットで結合される構成に限らず、接着剤で結合したり、２つの円環状体１５ａとの間に嵌合部を設けて嵌合で結合する構成としてもよい。
○ 転動体１４はボールに限らず、ころを使用する構成であってもよい。

○ 転動体１４を鋼製ではなくセラミック製としてもよい。この場合、鋼製の内輪１２及び外輪１３とは異材質であるセラミック製にすることにより、転動体１４が鋼製の場合と比較して、焼付き現象が抑制される。また、転動体１４の慣性重量を低減することできるので、内輪１２及び外輪１３の寿命を向上させることもできる。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記転動体はボールである。

（２）請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記保持器は左右対称に形成された円環状体がリベットで結合された構成である。

（ａ）は第１の実施形態における接触形シール軸受の部分模式断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図、（ｃ）は部分模式側面図。保持器の模式斜視図。（ａ）は第２の実施形態における接触形シール軸受の部分模式断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図。（ａ），（ｂ）は別の実施形態における接触形シール軸受の部分模式断面図。従来技術の接触形シール軸受の部分模式断面図。

符号の説明

１１…接触形シール軸受、１２…内輪、１３…外輪、１４…転動体、１５…保持器、１５ａ…円環状部を構成する円環状体、１７，１８…シール部材。

Claims

内輪及び外輪の間に複数の転動体が保持器により所定間隔に保持された状態で転動可能に設けられた軸受であって、前記保持器は前記転動体を挟んで軸受の軸方向両側にそれぞれ円環状部を有し、前記内輪と前記円環状部との間及び前記外輪と前記円環状部との間にそれぞれシール部材が、前記転動体の収容部を外部から隔離するように設けられている接触形シール軸受。
前記シール部材のうち、内輪側に配置されるシール部材は前記保持器に対して相対回転可能に前記内輪に固定されており、外輪側に配置されるシール部材は前記保持器に対して相対回転可能に前記外輪に固定されている請求項１に記載の接触形シール軸受。
前記シール部材のうち、内輪側に配置されるシール部材は前記内輪に対して相対回転可能に前記保持器に固定されており、外輪側に配置されるシール部材は前記保持器に対して相対回転可能に前記外輪に固定されている請求項１に記載の接触形シール軸受。