JP2007270969A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】外圧作用時のシール変形に基づく主リップ先端のシール溝の内側面への吸着を抑制してその摩耗促進の抑制ならびに摩擦トルク増大の抑制を図ること。
【解決手段】本転がり軸受１４は、接触型シール２６の内径端側の主リップ４２が内輪１８の軸方向両端部に設けたシール溝３６の内側面４０に締め代により摺接するものであって、その接触型シール２６の内径端側に、接触型シール２６に外圧が加わったときにシール溝３６の内側面４０に当接して主リップ４２の緊迫力を低減する補助リップ５０を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、外輪と内輪との軸方向両端部に接触型シールを備えた転がり軸受にかかり、より詳しくは、オルタネータ，カーエアコンディショナ用コンプレッサ、ウォーターポンプ等の自動車用エンジン補機等を駆動する為の従動プーリを回転軸に支持するプーリ支持用に適した転がり軸受に関するものである。

上記補機およびこれを駆動するプーリは、自動車のエンジンルームに設置される。そのため、それらを支持する軸受は、水が直接あるいは間接に接し得る条件下で使用されることになる。軸受内部に水が浸入したのでは、軸受内部のグリース等の潤滑剤の潤滑性が損なわれたり、軸受内部に錆が発生したりして、軸受寿命の低下を引き起こす原因となる。そのため、上記環境下で用いられる軸受には、通常、外部からの水の浸入を防止するために、軸受側部に耐水性に優れた接触型シールが用いられる。

以上のことから、補機や、その補機を駆動するためのプーリを支持する転がり軸受には、耐水性を外輪の軸方向両端部内周面と内輪の軸方向両端部外周面との間に接触型シールを設けている(特許文献１)。

図５ないし図７を参照してプーリをコンプレッサの回転軸に支持する従来の転がり軸受を説明する。１０はプーリ、１２はベルト、１４は転がり軸受、１６は図示略のコンプレッサケースから突出する回転軸の先端側部分である。プーリ１０の外周面にエンジンのクランクシャフトにより駆動されるベルト１２が掛け渡しされている。プーリ１０はベルト１２により回転駆動される。プーリ１０は金属板にプレス加工等により曲げ加工を施してなるものであり、転がり軸受１４によりコンプレッサの回転軸１６に回転自在に支持されている。プーリ１０は図示略の電磁クラッチ等により回転軸１６と一体回転してエンジンの回転動力を伝達したり回転軸１６に対して空転して動力伝達を遮断されたりする。

転がり軸受１４は、内輪１８と、外輪２０と、内・外輪１８，２０間に転動自在に配置された複数の玉２２と、これら玉２２を円周方向等間隔に保持する保持器２４と、外輪２０の両端部内周面に固定された接触型シール２６と、を備える。

接触型シール２６は、円環状に形成した、補強のための金属環２８と、この金属環２８の一部表面を覆う状態でこの金属環２８に結合した、ゴムや合成樹脂等の弾性を有する円環状の弾性材３０とにより構成している。

接触型シール２６の弾性材３０の外径側端部（係止部）３２は外輪２０の軸方向両端部内周面に全周に亘り形成した係止溝３３に弾性変形して係止している。弾性材３０の内径側は、やや軸受内部方向に傾いた断面アーム状に延びて全体が円環状をなす延設アーム部３４を備え、この延設アーム部３４の内径端に主リップ４２が形成されている。延設アーム部３４の肉厚は主リップ４２の性能を拘束しないように薄肉に形成されている。

主リップ４２は、内輪１８の軸心方向両端部外周面に全周に亘り形成したシール溝３６の内側面４０に締め代により付与される緊迫力でもって摺接するよう軸受内部方向(アキシアル方向)に突出している。また、上記延設アーム部３４の先端側で主リップ４２と反対側に副リップ４６が形成されている。この副リップ４６は、シール溝３６の軸方向外側壁を構成する溝壁４４の上面に対して主リップ４２と反対側方向に向けて若干傾斜する方向に向けて突出している。

以上の転がり軸受１４はその内部空間に図示略のグリース等の潤滑剤が入れられ、かつ、接触型シール２６により密封されている。

ところで、近年の自動車においては、自動車の小型・軽量化を図れるＦＦ車の普及、また、エンジンルームの狭小化に伴うコンプレッサの小型化・高速回転化、自動車室内の静粛性向上のためのエンジンルームの密閉化等により、コンプレッサに組み込まれる転がり軸受１４の使用温度も上昇する傾向にあり、接触型シール２６内部に充填したグリース等の潤滑剤は、エンジンルーム内でのコンプレッサの配置環境ならびにコンプレッサの運転環境の中では転がり軸受外部である周囲環境の温度が急激に変化する傾向である。

このような環境下でコンプレッサの回転軸１６にプーリ１０を支持する転がり軸受１４の上記構造では、図７で示すように、例えば運転初期などにおいて生じる急激な温度変化により転がり軸受１４の内部圧力が外部圧力以下となって圧力差が発生する場合、接触型シール２６に外部から矢印２７で示す加圧が作用して接触型シール２６の延設アーム部３４が実線から破線で示すように変形する。接触型シール２６の金属環２８はこの矢印２７の加圧によっても変形することがない。

そうすると、この変形に伴い、主リップ４２の先端がその弾性と低剛性と共に上記緊迫力もあいまってシール溝３６の軸方向内側面４０に吸い付いてしまう現象が発生するようになる。

このような現象が発生した状態で接触型シール２６の主リップ４２がシール溝３６の内側面４０に摺接するとき、主リップ４２の先端が早期に摩耗したり、また、摩擦トルクが増大するという問題を引き起こすおそれがある。

このような現象の発生を抑制するべく、接触型シール２６に空気孔を設けることにより転がり軸受１４の内外の圧力差を解消することが考えられる。しかしながら、接触型シール２６のグリースの密封性確保からは上記した空気孔を設けることはできない。
特開２００５−１８８６８６号公報

したがって、本発明により解決すべき課題は、接触型シールとしてのシール機能を確保しつつ軸受内外に圧力差が発生したときは、接触型シールの緊迫力を低減することにより、上記圧力差が発生しても、そのことにより主リップの先端がシール溝の内側面と摺接する際に受ける摩耗の早期促進や摩擦トルクの増大を有効に抑制可能とすることである。

本発明による転がり軸受は、外輪の軸方向両端に接触型シールの外径側が固定され、この接触型シールの内径端側の主リップが内輪の軸方向両端に形成されたシール溝の側面に締め代により付与される緊迫力でもって摺接する転がり軸受において、上記接触型シールの内径端側に、当該接触型シールに外圧が加わったときにシール溝の側面に当接して主リップのシール溝の側面への緊迫力を低減する補助リップを設けたことを特徴とするものである。

本発明によると、接触型シールに外圧が加わって当該接触型シールが変形すると、補助リップがシール溝の側面に当接することにより主リップに作用する緊迫力を低減することができるので、主リップ先端がシール溝の側面に吸い付いた状態で摺接して摩耗が促進されることを防止することができる。そのため、本発明では、急激な温度変化等に起因した外圧が接触型シールに作用しても、主リップ先端の摩耗促進を抑制して転がり軸受の長寿命化を図ることができるとともに、同時に摩擦トルクが増大することも有効に抑制することができる。

本発明の好適な一態様は、上記補助リップを、主リップよりも外径側に設けることである。この態様では、接触型シールに外圧が作用していない状態では接触型シールの形状が主リップがシール溝の側面に接触型シールを適正な緊迫力により摺接させている一方で、補助リップをシール溝の側面に非接触ないしは軽接触の状態にしている。そして、接触型シールに外圧が作用し、その外圧により接触型シールが軸受内部方向に向けて押されて変形すると、主リップと補助リップとを比較すると、補助リップがシール溝の側面に接触すると、接触型シールの変形は補助リップの設置箇所で抑制され、補助リップより内径側（主リップを含む）はシール溝の側面から離隔する方向に変形する。その結果、主リップはシール溝の側面に締め代による緊迫力で摺接していても、その緊迫力は効果的に低減することができる。そのため、主リップの先端は接触型シールに対する外圧でシール溝の側面に強く摺接することが抑制され、その摩耗を効果的に抑制することができる。

本発明の好適な一態様は、上記補助リップを主リップに近接して設けてシール溝の側面に沿って主リップと補助リップとが径方向で対向して形成される環状空間を潤滑剤溜まりとすることである。この態様では、上記作用のある補助リップを同時に潤滑剤溜まりとして機能させることができる。

本発明の好適な一態様は、上記接触型シールが、円環状に形成した金属環と、この金属環の一部表面を覆う状態でこの金属環に結合した弾性材とを備え、この弾性材の外径側を外輪の軸方向両端に固定するとともに、この弾性材の内径端側に金属環よりも内径側に延設された薄肉の延設アーム部を備え、この延設アーム部の内径側で軸受内部に面する部分に上記主リップと補助リップとを設けることである。

本発明の好適な一態様は、シール溝の側面の傾斜角度の設定、補助リップの先端の突出高さの設定、主リップの先端の突出高さ等を設定することにより、上記外圧に対する主リップの緊迫力を低減するための調整を行うことである。

本発明の好適な一態様は、上記転がり軸受を、オルタネータ，カーエアコンディショナ用コンプレッサ、ウォーターポンプ等の自動車用エンジン補機等を駆動する為の従動プーリを回転軸に支持するプーリ支持用転がり軸受に適用することである。

本発明によれば、接触型シールの内径端側の主リップがシール溝の側面に締め代により付与される緊迫力でもって摺接する転がり軸受において、接触型シールの内径端側に、当該接触型シールに外圧が加わったときにシール溝の側面に当接して主リップの緊迫力を低減する補助リップを設けたので、接触型シールに外圧が加わっても主リップの先端の摩耗の促進を抑制することができると同時に摩擦トルク増大を抑制することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態に係る転がり軸受を説明する。図１は、転がり軸受を示し、図２はその要部を示す。

実施の形態の転がり軸受１４は、内輪１８と、外輪２０と、内・外輪１８，２０間に転動自在に配置された複数の玉２２と、これら玉２２を円周方向等間隔に保持する冠型保持器２４と、外輪２０の両端部内周面に固定された接触型シール２６と、を備える。

接触型シール２６は、円環状に形成した、補強のための金属環２８と、この金属環２８の一部表面を覆う状態でこの金属環２８に結合した、ゴムや合成樹脂等の弾性を有する円環状の弾性材３０とにより構成している。接触型シール２６の弾性材３０の外径端側（係止部）３２は外輪２０の軸方向両端部内周面に全周に亘り形成した係止溝３３に弾性変形して係止している。

弾性材３０の内径端側は、内径側に向けてやや軸受内部方向に傾いた断面アーム状で全体が円環状の延設アーム部３４が形成され、この延設アーム部３４の先端側の軸受内部側に主リップ４２が形成されている。主リップ４２は、内輪１８の軸心方向両端部外周面に全周に亙り形成したシール溝３６の内側面４０に締め代により付与される緊迫力でもって摺接するよう軸受内部方向に突出している。

シール溝３６は内輪１８の軸方向両側の肩部１９の端部に形成されたものであり、主リップ４２が摺接するための内側面４０と、肩部１９と略平行な底面４１と、内輪１８の端面側で肩部１９の径方向高さより低い高さの内側面４０に対向する外側面４３とで構成されている。

シール溝３６は例えば旋削等の公知の加工法で形成することができる。内側面４０は底面４１に対して反時計回り方向の傾斜角度θ１で傾斜している。外側面４３は底面４１に対して時計回り方向の傾斜角度θ２で傾斜している。

弾性材３０の内径端側の延設アーム部３４の先端側の軸受外部側には副リップ４６が形成されている。副リップ４６は、シール溝３６の軸方向外側面４３を構成する溝壁４４に対向しかつ主リップ４２と反対側方向に突出している。

以上の構成において、実施の形態の転がり軸受１４においては、接触型シール２６の延設アーム部３４に以下の構成を備えた補助リップ５０を設けたことを特徴とするものである。

この補助リップ５０は、延設アーム部３４の先端側で主リップ４２に近接しかつ主リップ４２よりも外径側に設けている。

主リップ４２の先端面積は、シール性能の確保のため広くなっている。これに対して補助リップ５０の先端面積は、主リップ４２のそれよりも小さい。

補助リップ５０の先端の突出高さは、主リップ４２の先端の突出高さとほぼ同等以下に設定されている。

これは、シール溝３６の内側面４０が軸受の軸心方向に対する傾斜角度θ１で傾斜しているために、軸受内外に圧力差が規定の値以下に低く、通常のシール状態では、主リップ４２の先端はその緊迫力によりシール溝３６の内側面４０に摺接して軸受内部を密封している。

一方、補助リップ５０の先端はシール溝３６の内側面４０に非接触状態になっている。

ただし、シール溝３６の内側面４０の傾斜角度θ１が９０度である場合、補助リップ５０の先端の突出高さは、主リップ４２の先端の突出高さより低く設定される。

図３を参照して、転がり軸受１４が組み込まれるコンプレッサ等の補機が運転停止していて転がり軸受１４周囲の温度変化が小さく、接触型シール２６を境界として転がり軸受１４内外に圧力差が無いとき、接触型シール２６にはその圧力差に起因した外圧２７が加わっていない。そのときは延設アーム部３４は実線位置にある。この場合、補助リップ５０の先端は、シール溝３６の内側面４０に非接触である。

接触型シール２６に上記圧力差により外圧２７が加わると延設アーム部３４はその外圧を受けて実線位置から破線位置Ａまで変形する。この破線位置Ａでの変形状態を理解のため円Ｃ１内に示す。この変形において、金属環２８はこの外圧２７が加わっても、変形しないものの、僅かではあるが軸受内方に移動する。しかし、ここではその移動は無視している。この変形において、金属環２８の内径端とシール溝３６の内側面４０に当接している主リップ４２との間の延設アーム部３４がその断面積が細く変形し易いために軸受内方に凹むように変形する。この変形が実線位置から破線位置Ａまでに至る変形である。上記したこの延設アーム部３４の変形に伴い補助リップ５０の先端がシール溝３６の内側面４０に近づいて接触する。この場合、補助リップ５０の先端面積は小さいために、補助リップ５０の先端がシール溝３６の内側面４０に吸い付くことはない。補助リップ５０の先端がシール溝３６の内側面４０に接触するまでは、主リップ４２は若干弾性圧縮して内側面４０に押し付けられる。しかし、この場合、主リップ４２はその先端の摺接面積は広いが、シール溝３６の内側面４０に吸い付くことはない。この場合、外圧２７が一定以上のときに延設アーム部３４の変形で補助リップ５０の先端がシール溝３６の内側面４０に接触するように設定し、この補助リップ５０の接触により、主リップ４２が必要以上に内側面４０に押し付けられないように規制する。

接触型シール２６にさらに外圧２７がより強く加わると、延設アーム部３４は、破線位置Ａから一点鎖線位置Ｂまで変形する。この一点鎖線位置Ｂでの変形状態を理解のため円Ｃ２内に示す。これにより、接触型シール２６の補助リップ５０よりも内径側(主リップ４２側)は補助リップ５０を起点にして、内側面４０から離隔する方向の力を受けて弾性復元する。この弾性復元により主リップ４２の緊迫力は低減させられることになる。

この場合、主リップ４２の緊迫力を低減するための調整は、内側面４０の傾斜角度θ１の設定、補助リップ５０の先端の突出高さの設定、主リップ４２の先端の突出高さ等を設定することにより行うことができる。

以上のように実施の形態によれば、接触型シール２６に外圧２７が加わって接触型シール２６が変形すると、補助リップ５０がシール溝３６の内側面４０に当接することにより主リップ４２に作用する緊迫力を低減することができる。その結果、主リップ４２の先端がシール溝３６の内側面４０に吸い付いた状態で摺接し、摩耗が促進されることを防止することができる。同時に摩擦トルクが増大することも有効に抑制することができる。

図４は、他の実施の形態に係る転がり軸受を示す。この実施の形態では、主リップ４２に近接して補助リップ５０を内径側に配置し、主リップ４２と補助リップ５０との径方向で対向する環状空間をグリース等の潤滑剤溜まり６０としたものである。この潤滑剤溜まり６０の潤滑剤により主リップ４２の先端の潤滑性を向上して、摩擦トルク低減を図ることができる。

潤滑剤としてグリースをシール溝３６の内側面４０の全体に塗布する場合、主リップ４２の先端とシール溝３６の内側面４０との摺接部位にもグリースが塗布される。主リップ４２が所要の緊迫力でもってシール溝３６の内側面４０に摺接すると、このグリースは、その摺接部位全周にわたり流体膜として存在することになり、転がり軸受の静止状態、回転状態のいずれにおいても、グリースを保持することができる。そのため、上記潤滑剤溜まり６０は、そのグリースを安定的に供給してその流体膜の形成保持に寄与して、転がり軸受内部に対する密封性を維持することができる。

図１は本発明の実施の形態に係る転がり軸受の断面図である。 図２は図１の実施の形態の転がり軸受の要部を示す断面図である。 図３は図１の実施の形態の転がり軸受において接触型シールに外圧が作用した場合の動作説明に供する断面図である。 図４は本発明の別の実施の形態に係る転がり軸受の要部の断面図である。 図５は従来の転がり軸受が組み込まれるプーリユニットの概略構成を示す断面図である。 図６は従来の転がり軸受を拡大して示す断面図である。 図７は図６の従来の転がり軸受において接触型シールに外圧が作用した場合の動作説明に供する断面図である。

符号の説明

１４ 転がり軸受
１８ 内輪
２０ 外輪
２２ 玉（転動体）
２４ 保持器
２６ 接触型シール
２８ 金属環
３０ 弾性材
３６ シール溝
４０ 内側面
４１ 底面
４３ 外側面
４２ 主リップ
４６ 副リップ
５０ 補助リップ

Claims (3)

1. 外輪の軸方向両端に接触型シールの外径側が固定され、この接触型シールの内径端側の主リップが内輪の軸方向両端に形成されたシール溝の側面に締め代により付与される緊迫力でもって摺接する転がり軸受において、
   上記接触型シールの内径端側に、当該接触型シールに外圧が加わったときにシール溝の側面に当接して主リップのシール溝の側面への緊迫力を低減する補助リップを設けた、ことを特徴とする転がり軸受。
2. 上記補助リップを、主リップよりも外径側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 上記補助リップを主リップに近接して設けてシール溝の側面に沿って主リップと補助リップとが径方向で対向して形成される環状空間を潤滑剤溜まりとした、ことを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受。

Images