JP2008069828A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】低発塵性、低トルク性に優れるとともに、異物の混入が少ない転がり軸受を提供する。
【解決手段】内周面に外輪軌道面が形成された外輪と、外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に配設された複数個の転動体と、前記外輪の内周面の端部近傍から前記内輪の外周面の端部近傍まで設けられたシール部と、該シール部と前記外輪及び前記内輪とで画成される空隙内に潤滑油が封入される転がり軸受けにおいて、前記シール部の端部に、繊維状の立毛部が形成されたブラシを備えていることを特徴とする転がり軸受により解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、封入した潤滑油の漏洩を防止するシール板を備え、低発塵性及び低トルク性を有する密封型転がり軸受に関する。

従来から、軸受の摩擦を低減し、長寿命化、低トルク化を図る目的で、内輪と外輪とシール板（密封板などとも称される）とで画定された空隙内に、グリースなどの潤滑油を封入した軸受が種々提案されている。

密封板を備えた転がり軸受としては、例えば、封入したグリースなどの潤滑油が軸受内部から漏洩することを防止する目的で、転がり軸受のシール溝と剛性シール板の内外輪に近接対面する端部のうち少なくとも一方に、潤滑油で濡らされにくい成分を含む撥油膜とを備えた軸受が、低発塵性を維持しながらも長寿命化が図れ、低トルク性も実現できる旨が開示されている（特許文献１）。
特開平１１−２５７３６３号公報

シール型軸受は、シール板に関して、シール板が内外輪に接して軸受内の密封性を高めている「接触型」と、シール板が内輪又は外輪に接することなく低トルク性に優れた「非接触型」とに分類される。

しかしながら、従来の接触型シール軸受では、シールのリップ部と回転輪のシール溝部が接触しているため、低トルク性に劣るという問題があった。また、従来の非接触型シール型軸受では、シールのリップ部とシール溝部に隙間があるため、撥油剤を塗布しただけでは十分に発塵を抑制することができないという問題があった。また、低トルク性を達成するために内輪又は外輪とシール板との間に物理的な隙間を設けているため、外部からの異物の混入に対して対処できないという問題もあった。

そこで、本発明は、低発塵性、低トルク性に優れるとともに、異物の混入が少ない転がり軸受を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するため、内周面に外輪軌道面が形成された外輪と、外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に配設された複数個の転動体と、前記外輪の内周面の端部近傍から前記内輪の外周面の端部近傍まで設けられたシール部と、該シール部と前記外輪及び前記内輪とで画成される空隙内に潤滑油が封入される転がり軸受けにおいて、前記シール部の端部に、繊維状の立毛部が形成されたブラシを備えていることを特徴とする転がり軸受を提供するものである。

このような構成により、低発塵性、低トルク性に優れるとともに、異物の混入が少ない転がり軸受を提供することができる。

本発明に係る転がり軸受は、前記シール部の端部に、繊維状の立毛部が形成されたブラシを備えているため、従来の接触型シール軸受に比べて、内輪又は外輪に与える摩擦を極力抑制することができる結果、密封性を確保したまま優れた低トルク性を有する。また、従来の非接触型シール軸受に比べて、潤滑剤が外部に漏れにくくなるので、低トルク性を確保したまま優れた低発塵性を有する。更に、ブラシが、外部からの異物の混入を防止するというシール部本来の役割を果たすことができる。即ち、低発塵性、低トルク性、異物の混入防止という、接触型シール軸受と非接触型シール軸受の長所を併せ持つ転がり軸受を提供することができる。

次に、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係る深溝玉軸受の部分断面図であり、図２は、図１に示すＡ部分を拡大して示した部分拡大断面図である。

図１に示す深溝玉軸受は、軌道面１ａを有する内輪１と、その軌道面１ａに対向する軌道面２ａを有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配設された複数の玉３と、両軌道面１ａ，２ａ間に複数の玉３を軸受の円周方向にわたって等配に保持する保持器４と、を備えている。

図１及び図２に示す内輪１，２及び玉３は、ＳＵＪ２等の鋼製である。また、内輪１及び外輪２の寸法は、内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍであり、軌道面１ａ，２ａの横断面形状は、玉３の直径の５２％の曲率半径を有する円弧状となっている。

そして、外輪２の端部近傍に設けられたシール用溝２ｂには、内輪１の端部近傍に設けられたシール用溝１ｂに向かって延設されたシール部６が固定されている。シール部６は、剛性シール板８と弾性シール板１０とからなり、内輪１、外輪２及びこのシール部６とで画成された空隙内をシーリングしている。なお、図示しないが、シール部６の互いに対向する位置にシール部６と同じ構成のシール部が設けられている。

剛性シール板８の材料としては、例えば、耐食性に優れた変形しにくい金属、合金、剛性樹脂を用いることができる。弾性シール板１０の材料としては、例えば、ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、合成樹脂（４６、６６ナイロン等のアミド樹脂）、ウレタンゴムのうち一種又は、二種以上を混合したものを用いることができる。なお、弾性シール板１０の材料は、フッ素系の撥油剤を０．０１〜３重量％の割合で含み、かつ、剛性シール板８の内側面の一部を覆うように貼付されていることが好ましい。フッ素系撥油剤は０．０１重量％以下の含有量では撥油効果がなく、３重量％以上の含有量では弾性部材との混合状態が不良となり、撥油剤が弾性部材から分離して漏れを生じるようになるからである。ここで、弾性シール板１０は、剛性シール板８の内側面の全面を覆うようにすると、弾性シール板１０と剛性シール板８の相互密着性が高まり、両者の一体化が良好になる。

弾性シール板１０の一端のリップ部１０ａには、内輪１の端部近傍に設けられたシール用溝１ｂに向かって立毛しているブラシ１２が設けられている。

図３は、ブラシ１２の正面図である。図３に示すように、ブラシ１２は繊維状に立毛している立毛部１２ａと、立毛部１２ａの一端を固定する基部１２ｂとからなる。なお、図１及び図２に示すように、ブラシ１２をシール部６に設置する際は、ブラシ１２の基部１２ｂをリップ部１０ａに埋設して固定する。

ブラシ１２の立毛部１２ａに好適な繊維構造体としては、ステンレスなどの金属製繊維；ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維、アラミド繊維、ポリビニルアルコール繊維（ビニロン繊維）、レーヨン繊維、ナイロン（ポリアミド）繊維などの合成繊維；ガラス繊維、カーボン繊維、セラミックス繊維などの無機繊維が好ましい。なお、これらの繊維は可能であれば混紡・混繊しても、複合繊維としてもよい。

上記の中でも特に、フッ素系樹脂のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、本来から撥水性・撥油性を有し、水との接触角は約１１０度である。従って、繊維構造体にしたときに撥水・撥油剤を塗布する必要がないため好ましい。

なお、フッ素系樹脂のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）以外の繊維を用いる場合、撥水・撥油剤で繊維構造体表面を処理することが好ましい。撥水・撥水剤としては、その種類は特に限定されないが、例えば、フッ素系界面活性剤、フッ素系シランカップリング剤、フッ素系ポリマーなどのフッ素系処理剤等が挙げられる。なお、必要に応じて撥水・撥油剤を溶剤で希釈して塗布すると、薄く均一な皮膜を形成することができる。また、内部に潤滑剤を注入した転がり軸受に対しては、外部から撥水・撥油剤をその軸受全体にスプレーすることで撥水・撥油層を形成してもよい。

立毛部１２ａが金属製の繊維構造体で形成されている場合、コーティング処理を行い、金属製繊維構造体に硬質薄膜や固体潤滑膜を形成してもよい。コーティングとしては、例えば、クロム、金、ニッケル、亜鉛等の金属めっき；二硫化モリブデン等のイオンプレーティング膜やショット膜；ダイヤモンドライクカーボン膜等の蒸着膜等を挙げることができる。

ブラシ１２の基部１２ｂの原料としては、ゴムや金属を用いることができる。ゴムとしては、一般的に使用されているニトリルゴムやポリアクリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムなどが好ましい。一方、金属を用いる場合は、シールド型の打ち抜き鋼板の金属製シールとしてもよい。

繊維構造体の太さ（直径）は、発塵量の低減とトルクの増大の観点から、１μｍ〜１ｍｍであることが好ましい。太さが１μｍ未満の場合、繊維の強度が十分ではないため発塵量が増加する恐れがある。一方、太さが１ｍｍを超えると繊維の強度が過度になり軸受トルクの上昇をもたらす恐れがある。また、繊維が折れて、繊維自体がゴミや塵になる恐れもある。

繊維構造体の長さは、軸受内外輪と繊維構造体先端との隙間をどの程度にするかによって適宜決定することができるが、軸受内外輪と繊維構造体先端との隙間が１ｍｍ以下となるような長さに設定されることが発塵防止の観点から好ましい。但し、過度のトルクの増大をきたさない限り、繊維構造体先端と軸受内外輪とが接触してもよい。

立毛部１２ａの形状は直線でも本発明の効果を得ることができるが、繊維をフラクタル構造や網目構造に形成することがより好ましい。ここで、「フラクタル構造」とは、図形の部分と全体が自己相似になっている構造をいう。また、「網目構造」は、一本の繊維を網状の繊維材料から形成する場合と、繊維構造体を形成している繊維相互が網状になっている場合とがある。繊維をフラクタル構造や網目構造にすることで表面積を大きくすると、表面エネルギーが増大する。これにより、繊維の表面上に撥水撥油処理を行ったときの平面での接触角に比べると、接触角が非常に大きくなり、いわゆる「超撥水撥油表面」を形成できる。

また、繊維をフラクタル構造や網目構造にすることにより、立毛部１２ａの繊維密度が高くなるため、軸受の空隙内に充填されている潤滑油（グリースなど）が漏れにくくなると考えられる。

立毛部１２ａの繊維をフラクタル構造にする方法としては、例えば、繊維をリファイナーなどで機械的に磨砕して擦り潰し、これを膨潤させてフィブリル化（繊維が枝状に分岐すること）することによって作成することができる。網目構造にする方法としては、例えば、平面状に形成した網を丸めて一本の繊維とすることによって作成することができる。

ブラシ１２を設置する場所は内輪側でも外輪側でもよく、少なくても内輪１か外輪２の一方に設けられていれば本発明の効果を得ることができる。図３に示すブラシ１２は外輪２用であり、外輪２の端部近傍に形成されたシール用溝２ｂにシール部６を設けるときに用いられるものである。なお、内輪１の端部近傍に形成されたシール用溝１ｂにシール部６を設けるときに用いられるブラシ（図示せず）は、外周側に立毛部１２ａの開放端があり、内周側に基部１２ｂが形成される。

ブラシ１２を内輪又は外輪に取り付ける際の角度は、図１及び図２に示すように、軸受の軸方向に対して略垂直（軸受の径方向に略平行）であることが好ましい。内輪１又は外輪２のシール用溝１ｂ，２ｂに立毛部１２ａが接して湾曲すると、接触面積が増大し、軸受トルクが大きくなる恐れがある。

なお、図１及び図２においては、ブラシ１２先端とシール用溝１ｂとの間に隙間が形成されているが、この隙間は０〜１ｍｍの範囲とすることが異物混入防止の観点から好ましい。

次に、上述したブラシ１２の製造方法について説明する。ブラシ１２の製造方法としては、基部１２ｂを加硫成形する時に、金型に立毛部１２ａをインサート成形する方法が好ましい。

立毛部１２ａは、予め一方の端部が紐状の繊維でまとめられていることが望ましい。紐状の繊維としては、例えば、成形時の過熱に耐えられるポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ステンレスの細線などを用いることが好ましい。

紐状の繊維として金属を使用する場合、金属製の繊維構造体又はその一端を加熱し、シールに密着させて金属製の繊維構造体を埋設することもできる。また、更に別の方法として、接着剤を用いてシール部６にブラシ１２を固定してもよい。

これにより、シール部６の製造工程を増やすことなく、短時間でブラシ１２をシール部６に形成することができる。

なお、本実施形態では既存のシール部６にブラシ１２を装着した例を挙げて説明したが、これには限定されず、シール部６全体を繊維で構成してもよい。例えば、金属等の繊維を用いて、立毛部１２ａ（図１〜図３参照）を備えたシール部を構成し、そのシール部が、フラクタル構造や網目構造になっていてもよい。そのようにして製造されたシール部は、低トルク、低発塵性という効果を得るという観点から、撥油剤を塗布することが好ましい。

なお、前記の実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては深溝玉軸受を例に挙げて説明したが、本発明は転がり軸受全般に適用可能である。例えば、深溝玉軸受以外のアンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受、自動調心玉軸受などのラジアル玉軸受；スラスト玉軸受、スラストアンギュラ玉軸受などのスラスト玉軸受；円筒ころ軸受、針状ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受などのラジアルころ軸受；スラスト円筒ころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト円すいころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受などのスラストころ軸受などにも適用可能である。

繊維材料としては、表１に示す繊維を用いた。この繊維の一端を、太さ５０μｍのポリエステル繊維で束ね、毛羽が形成された立毛部を作成した。次に、この立毛部を軸受シールの外周の長さに合わせて切断した。そして、得られた立毛部を金型に固定し、加硫成形により、公知の非接触シールの端部に繊維状の立毛部が形成されたブラシを備えた軸受用ブラシシールを製造した。

得られた軸受用ブラシシールを、ブラシが設けられていない側の端部で軸受に固定し、潤滑剤となるグリースを、軸受内部に所定量充填した。なお、軸受の型式は単列深溝玉軸受（呼び番号６３０５）である。軸受の各部寸法は、内径２５ｍｍ×外径６２ｍｍ×幅１７ｍｍである。

［試験例］トルク比の評価
上記の単列深溝玉軸受（実施例１〜５）を用い、以下の試験条件でトルク試験を行った。なお、本試験例では使用した繊維の重量は同じである。繊維の直径はいずれも５０μｍ、繊維構造はいずれもストレートのものを使用した。

試験機：日本精工社製軸受トルク試験機
ラジアル荷重：３０Ｎ
アキシャル荷重：４００Ｎ
回転速度:７２００ｒｐｍ（外輪回転）

なお、軸受用ブラシシールに、撥油剤としてニホンメクトロン社製のノックスガードＳＴ−４２０をスプレーしたものと、スプレーしないものとを用意した。また、比較例１としてシール部にブラシを備えていない接触型シール軸受（日本精工社製、製品番号６１０５ＶＶ）、比較例２としてシール部にブラシを備えていない非接触型シール軸受を用いて、それぞれ上記と同様にトルク試験を行った。

試験中の軸受トルクは試験機に装備されているトルク計で測定し、測定時間は１時間としてその平均値を軸受のトルク値とした。そして、比較例１の接触型シール軸受の軸受トルクを１としたときの軸受トルクを「トルク比」として算出した。表２に試験結果を示す。

［試験例２］発塵量の測定
試験例１を実施している最中に、パーティクルカウンターを用いて発塵量の測定を行った。パーティクルカウンターでは、密封された容器内で上記の軸受を回転させながら、この密封容器にフィルタでろ過した清浄空気を供給し、軸受を通過した空気を測定部に導入し、これにレーザ光を照射して光を遮る微粒子の数をカウントした。

この場合に、０．１ｃｆ（立法フィート）中に存在する粒径０．１μｍ以上の微粒子を測定対象としてカウントした。なお、測定時間は１時間とし、その時間内にカウントした微粒子数の累計を発塵量とした。表２に試験結果を示す。

図４は、試験例１（トルク比）及び２（発塵量）の結果をグラフにしたものである。図４に示すように、試験例１及び２の結果から、実施例１〜５に係るブラシシール付き軸受は比較例１（接触型シール軸受）より軸受トルクが小さく、比較例２（非接触型シール軸受）より発塵量が少ないことが判明した。従って、本発明に係る転がり軸受は、接触型シール軸受の利点と非接触型シール軸受の利点の双方を兼ね備えた軸受であるといえる。

また、ブラシ部に撥油剤を塗布した軸受（実施例２，４，６）は、撥油処理を行わなかった軸受と比較して、より発塵量が低減されたことが判明した。一方、ＰＴＦＥ繊維を用いた実施例３と４を比較すると、撥油処理の有無にかかわらず発塵量は低く抑えられ、ＰＴＦＥ繊維が本来的に有している撥油性を発揮できることが確認された。

本発明の実施形態に係る深溝玉軸受の部分断面図である。 図１に示すＡ部分を拡大して示した部分拡大断面図である。 ブラシ１２の正面図である。 試験例１（トルク比）及び試験例２（発塵量）の結果をグラフにしたものである。

符号の説明

１：内輪、１ａ：内輪の軌道面、１ｂ：シール用溝、２：外輪、２ａ：外輪の軌道面、２ｂ：シール用溝、３：玉、４：保持器、６：シール部、８：剛性シール板、１０：弾性シール板、１０ａ：リップ部、１２：ブラシ、１２ａ：立毛部、１２ｂ：基部

Claims (1)

1. 内周面に外輪軌道面が形成された外輪と、外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に配設された複数個の転動体と、前記外輪の内周面の端部近傍から前記内輪の外周面の端部近傍まで設けられたシール部と、該シール部と前記外輪及び前記内輪とで画成される空隙内に潤滑油が封入される転がり軸受けにおいて、
   前記シール部の端部に、繊維状の立毛部が形成されたブラシを備えていることを特徴とする転がり軸受。

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