JP2008275068A - 軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】溶液が入った液槽の攪拌装置を構成し、液槽の上方に配置する軸受ユニットとして、潤滑剤の漏れを防止できるようにする。
【解決手段】この軸受ユニットは、２個のステンレス鋼製の転がり軸受１，２と、両軸受の内輪１１，２１間および外輪１２，２２間に配置された間座３ａ，３ｂと、フランジ４１付きのハウジング４と、内筒５１、外筒５２、および底板５３が一体に形成された容器５と、からなる。この軸受ユニットは、液槽の攪拌軸であるプロペラシャフト６に取り付けて使用され、溶液７が入った液槽の上方に配置される。容器５内に潤滑剤１０を入れて使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、上下方向に延びる軸の基端側を回転自在に支持する転がり軸受と、その外輪が内嵌された筒状のハウジングと、を備えた軸受ユニットに関する。

図７は、液槽の攪拌装置の従来例を示す。この攪拌装置は、先端にプロペラ６２の付いた攪拌軸（プロペラシャフト）６と、この攪拌軸を回転自在に支持する２個の転がり軸受１，２と、各外輪が内嵌された筒状のハウジング４と、モータＭと、モータＭの軸と攪拌軸を接続するカップリングＣとを備えている。ハウジング４にはフランジ４１が一体に形成されている。
この攪拌装置を使用する際には、ハウジング４内に転がり軸受１，２が内嵌され、その内輪に攪拌軸６が嵌合された状態で、軸受ユニット支持部材８の取付穴８１にハウジング４を通して、攪拌軸６の先端にあるプロペラ６２を液槽７１内に入れ、フランジ４を取付穴８１の周縁部に載せて固定する。

一般に、化粧品や薬液などの溶液が入った液槽の攪拌は、溶液の濃度や温度を均一にする、二種類以上の溶液の混合や反応を均一化・促進化する、空気に触れる液面を絶えず新しくして、溶液が酸化することを防止するといった目的で行われる。そのため、液槽の上方は溶液の蒸気圧が高い状態となる。これに伴って、液槽の上方に存在する軸受ユニットは溶液の蒸気に曝された状態となる。
そのため、例えば図８に示すように、ハウジング４の下端部と攪拌軸６との間にオイルシール１５を設け、溶液７の蒸気に曝されないようにしている。また、このようにオイルシール１５を設けることで、潤滑剤１０が漏れないようにすることができる。
なお、本発明に最も近い従来技術は下記の特許文献１に記載されている。
特開昭５０−１０８３８１号公報

しかしながら、図８のように、下端部にオイルシールを設けただけでは、潤滑剤の漏れを完全に防止することはできない。特に、溶液の蒸気が高温の場合、上昇した高温の蒸気がハウジングの下端部、オイルシール、および攪拌軸に至って冷えて結露し、これらの部分が濡れた状態となる。オイルシールは、リップが潤滑剤の膜を介して軸と接触することでシール機能を発揮するが、オイルシールが濡れた状態となると、この潤滑剤のシール膜と軸表面との濡れ性が変化して、シール機能が低下する。その結果、潤滑剤の漏れが生じる。
本発明の課題は、溶液が入った液槽の攪拌装置を構成し、液槽の上方に配置する軸受ユニットとして、潤滑剤が漏れ難いものを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、上下方向に延びる軸の基端側を回転自在に支持する転がり軸受と、その外輪が内嵌された筒状のハウジングと、を備えた軸受ユニットであって、前記転がり軸受の内輪と前記軸との間に、両者と一体に回転するように配置された内筒と、前記ハウジングの外側に所定の隙間を空けて、軸方向下端を前記内筒と揃えて配置された外筒と、前記ハウジングの下端面との間に所定の隙間を空けて配置され、前記内筒と外筒の間を軸方向下端で塞ぐ底板と、からなり、潤滑剤を入れる容器を備えたことを特徴とする軸受ユニットを提供する。

この軸受ユニットにおいて、前記容器は、前記軸および内輪と一体に、前記ハウジングに対して相対的に回転する。
本発明の軸受ユニットは、前記容器内に前記転がり軸受が浸漬されるように潤滑剤を入れて使用することで、前記容器内の潤滑剤で転がり軸受が潤滑され、オイルシールを設けなくても潤滑剤が下側に漏れることを防止できる。

本発明の軸受ユニットを液槽の攪拌装置に適用し（すなわち、転がり軸受で攪拌軸を支持するとともに、ハウジングを支持部材に固定し）、液槽の上方に存在させた場合、ハウジングの下端部より下側に配置された容器の底板が、液槽から上昇する溶液の蒸気に曝された状態となるため、オイルシールで軸受ユニットの下端を塞いだ場合のように、シール機能が低下して潤滑剤が下側に漏れることがない。
本発明の軸受ユニットにおいて、前記外筒は、上側が窄まるテーパ状部を有することが好ましい。これにより、軸の回転速度が速い場合でも、容器内の潤滑剤が上側から飛び出ることが防止できる。

本発明の軸受ユニットは、前記外筒の上端部と前記ハウジングとの間にオイルシールを設けたものであることが好ましい。これにより、軸の回転速度が速い場合でも、容器内の潤滑剤が上側から飛び出ることが防止できる。
本発明の軸受ユニットは、前記容器と前記ハウジングとの間に、容器内に入れた潤滑剤に全体が浸漬される状態でオイルシールを設けたものであることが好ましい。これにより、容器内の潤滑剤の液位を、外筒とハウジングとの間と、軸受内部とで異なるものとすることができる。

本発明の軸受ユニットにおいて、前記転がり軸受はステンレス鋼製であることが好ましい。これにより、溶液の蒸気の上昇で錆が発生し易い環境に曝された場合でも、軸受ユニットに組み込む前の転がり軸受に錆が発生することが防止できる。また、容器内に入れる潤滑剤がフッ素系成分を有するグリース（フッ素系基油を含有するフッ素系グリース）や潤滑油（フッ素系オイル）の場合、潤滑剤に浸漬させた転がり軸受に錆が発生し易いが、ステンレス鋼製とすることで錆の発生が防止できる。

本発明の軸受ユニットによれば、溶液が入った液槽の攪拌装置を構成し、液槽の上方に配置する軸受ユニットとして使用した場合でも、軸受ユニットから潤滑剤が漏れないようにすることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。
この軸受ユニットは、２個のステンレス鋼製の転がり軸受１，２と、両軸受の内輪１１，２１間および外輪１２，２２間に配置された間座３ａ，３ｂと、フランジ４１付きのハウジング４と、内筒５１、外筒５２、および底板５３が一体に形成された容器５と、からなる。この軸受ユニットは、液槽の攪拌軸であるプロペラシャフト６に取り付けて使用され、溶液７が入った液槽の上方に配置される。図１ではプロペラシャフト６の長さを省略している。

ハウジング４の内周面には、上側の転がり軸受１の外輪１２が嵌合される上側凹部４２ａと、上下の外輪１２，２２間の間座３ｂおよび下側の転がり軸受２の外輪２２が嵌合される下側凹部４２ｂが形成されている。また、フランジ４１の下面に、Ｏリング９を取り付けるための溝４１ａが形成されている。このフランジ４１が、軸受ユニット支持部材８の取付穴８１の周縁部に配置される。

容器５の内筒５１の外周面には、上側の転がり軸受１の内輪１１および上下の内輪１１，２１間の間座３ａが嵌合される上側凹部５１ａと、下側の転がり軸受２の内輪２１が嵌合される下側凹部５１ｂが形成されている。内筒５１の内周面の上下２カ所に、Ｏリング８を取り付けるための周溝５１ｃが形成されている。
容器５の底板５３は、内筒５１の下側凹部５１ｂの下端部５１ｄから外側に、段差を設けて薄いフランジ状に、ハウジング４の外周より外側まで延びている。容器５の外筒５２は、この底板５３の外周端から立ち上がっている。この外筒５２の立ち上がり高さは、下側の転がり軸受２の上側端面より少し下の位置まである。

容器５は、底板５３とフランジ４の下面との間および外筒５２とフランジ４の外周面との間に、それぞれ適度な（回転時に互いに接触しないような）隙間が生じる寸法で形成されている。
この軸受ユニットを使用する際には、容器５の内筒５１の上端部を、プロペラシャフト６の基端の肩部（大径部６１ａと小径部６１ｂの境界角部）に接触させて取り付け、ハウジング４を軸受ユニット支持部材８の取付穴８１に通して、プロペラシャフト６の先端にあるプロペラ６２を液槽の溶液７内に入れ、フランジ４１を取付穴８１の周縁部に載せて固定する。この容器５内に、外筒５２とハウジング４との間から流動性のある潤滑剤１０を入れると、潤滑剤１０は下側の転がり軸受２の内部に入り、潤滑剤１０の液位は容器５内で一様の高さになる。

このように、図１の軸受ユニットは、下側の転がり軸受２がプロペラシャフト６の荷重を受ける構造であるため、下側の転がり軸受２の軌道溝が潤滑剤１０に浸漬された状態にしている。
これに対して、第２の実施形態に相当する図２の軸受ユニットは、上側の転がり軸受１がプロペラシャフト６の荷重を受ける構造であるため、上側の転がり軸受１の軌道溝に潤滑剤１０を供給する必要がある。そのため、外筒５２の高さを、ハウジング４のフランジ４１に近い位置までとしている。

また、図２の軸受ユニットは、ハウジング４の内周面が図１の軸受ユニットと異なり、上側凹部４２ａが、上側の転がり軸受１の外輪１２と上下の外輪１２，２２間の間座３ｂが嵌合される形状で、下側の転がり軸受２の外輪２２は内周面４２ｃに嵌合させている。よって、図１の軸受ユニットのように、下側の転がり軸受２の外輪２２の端面が下端部４３で支持されてはいない。

また、内筒５１の外周面には、上側の転がり軸受１の内輪１１が嵌合される上側凹部５１ａと、下側の転がり軸受２の内輪２１および上下の内輪１１，２１間の間座３ａが嵌合される下側凹部５１ｂが形成されている。
これら以外の部分は図１の軸受ユニットと同じである。
図１および図２の軸受ユニットによれば、液槽から溶液７の蒸気が上昇した場合でも、その蒸気に曝されるのは容器５の底板５３であるため、蒸気が直接ハウジング４の下側から潤滑剤１０に接触することがない。また、蒸気が潤滑剤１０に接触する最初の場所は、外筒５２とハウジング４との間の液面であるため、蒸気が結露して生じた溶液が転がり軸受２の潤滑に影響を及ぼすような状態にはならない。

また、プロペラシャフト６の回転に伴って、この軸受ユニットの容器５はプロペラシャフト６および内輪１１，２１と一体に回転し、容器５内の潤滑剤で図１の場合は下側の転がり軸受２が、図２の場合は上下の転がり軸受１，２が潤滑される。その際に、軸受ユニットの下側から潤滑剤が漏れない。
また、転がり軸受１，２は、軸受ユニットに組み込まれる前に溶液７の蒸気の上昇で錆が発生し易い環境に曝されることもあるが、ステンレス鋼製の転がり軸受１，２を使用しているため、軸受ユニットに組み込む前に錆が発生することを防止できる。また、容器内に入れる潤滑剤がフッ素系成分を有するグリースや潤滑油の場合に、転がり軸受に錆が発生することを防止できる。

図３は、第３実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。
図３の軸受ユニットと図２の軸受ユニットでは、容器５の外筒５２の形状と、これに伴うハウジング４の下端部の形状に違いがある。これ以外の点は同じである。
図２の軸受ユニットでは外筒５２が底板５３から垂直に立ち上がっているが、図３の軸受ユニットでは、先ず、外側斜め上方に延びた後に、内側斜め上方に立ち上がっている。すなわち、容器５の外筒５２の軸に沿った断面が、軸方向上側で窄まるテーパ状部５２ａを有する。このテーパ状部５２ａと底板５３を角部５２ｂが斜めに接続している。

テーパ状部５２ａの開口部５２ｃを、ハウジング４との隙間が僅かな寸法になるように形成している。また、この隙間をラビリンス状に形成すると、さらに良好なシール性能が得られる。そして、潤滑剤がオイルの場合には、この隙間を例えば０．３ｍｍ以下にして、ラビリンス長さを２ｍｍ以上にすることが好ましい。グリースの場合には、この隙間を例えば０．５ｍｍ以下にして、ラビリンス長さを１ｍｍ以上にすることが好ましい。
また、この角部５２ｂとの接触を避けるために、ハウジング４の下端部４３の厚さを薄くしている。

図３の軸受ユニットは図２の軸受ユニットと比較して、プロペラシャフト６の回転速度が速い場合に、容器５内の潤滑剤１０が上側から飛び出しにくくなる。
図４は、第４実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。
図４の軸受ユニットと図３の軸受ユニットでは、ハウジング４のフランジ４１との境界部分の形状に違いがある。図４の軸受ユニットでは、この境界部分の外周面にオイルシール１５を取り付ける周溝４４を設けて、ハウジング４と容器５の開口部５２ｃとの間をオイルシール１５で塞いでいる。また、オイルシール１５によるシール面が、容器５の開口部５２ｃとなっている。これ以外の点は同じである。

図４の軸受ユニットは図３の軸受ユニットと比較して、プロペラシャフト６の回転速度が速い場合に、容器５内の潤滑剤１０が上側から飛び出しにくくなる。
組み立てのし易さの点からは、オイルシール１５によるシール面を、図４のように容器５の開口部５２ｃ側とした方がよい。回転中に容器５内の潤滑剤１０は、遠心力の影響でシール面から遠ざかる向きの力を受けるため、シール効果の点からは、ハウジング４の外周面側とした方がよい。

図５は、第５実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。
図５の軸受ユニットと図３の軸受ユニットでは、ハウジング４の下端部の形状に違いがある。図５の軸受ユニットでは、ハウジング４の下端面にオイルシール１６を取り付ける凹部４３を設けて、ハウジング４と容器５の底板５３との間にオイルシール１６を設けている。また、オイルシール１６によるシール面が容器５の底板５３となっていて、リップ１５ａの先端が転がり軸受１，２側に向いている。これ以外の点は同じである。

図５の軸受ユニットによれば、オイルシール１６を設けたことにより、容器５内の潤滑剤の液位を、軸受内部側で外筒５３とハウジング４の間より高くすることができる。これにより、上側軸受１が全て潤滑剤に浸漬された状態にすることができるため、図５の軸受ユニットは図３の軸受ユニットと比較して、潤滑不足が生じる可能性が極めて低くなり、信頼性が向上する。

なお、図５の軸受ユニットではハウジング４と容器５の底板５３との間にオイルシール１６を設けることで、容器５とハウジング４の間に、容器５内に入れた潤滑剤１０に全体が浸漬されるようにオイルシール１５を設けているが、ハウジング４と容器５の外筒５２との間に、オイルシール１６を全体が潤滑剤１０に浸漬された状態で設けることでも、同じ効果が得られる。

図６は、第６実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。
図６の軸受ユニットでは、ハウジング４のフランジ４１との境界部分の外周面にオイルシール１５を取り付ける周溝４４を設けて、ハウジング４と容器５の開口部５２ｃとの間をオイルシール１５で塞いでいる。オイルシール１５によるシール面は容器５の開口部５２ｃとなっている。また、ハウジング４の下端面にオイルシール１６を取り付ける凹部４３を設けて、ハウジング４と容器５の底板５３との間にオイルシール１６を設けている。オイルシール１６によるシール面は容器５の底板５３となっていて、リップ１５ａの先端が転がり軸受１，２側に向いている。

これ以外の点は図３の軸受ユニットと同じである。
図６の軸受ユニットによれば、オイルシール１６を設けたことにより、容器５内の潤滑剤の液位を、軸受内部側で外筒５３とハウジング４の間より高くすることができる。これにより、上側軸受１が全て潤滑剤に浸漬された状態にすることができる。そのため、図３および図４の軸受ユニットと比較して、潤滑不足が生じる可能性が極めて低くなり、信頼性が向上する。また、オイルシール１５を設けたことにより、図３および図５の軸受ユニットと比較して、プロペラシャフト６の回転速度が速い場合に、容器５内の潤滑剤１０が上側から飛び出しにくくなる。

なお、図６の軸受ユニットではハウジング４と容器５の底板５３との間にオイルシール１６を設けているが、第５の実施形態の軸受ユニットの場合と同様に、ハウジング４と容器５の外筒５２との間に、オイルシール１６を全体が潤滑剤に浸漬された状態で設けることでも、同じ効果が得られる。
本発明の効果を確認するため、図１および図２に示す第１および第２実施形態の軸受ユニットと図８の従来例の軸受ユニットを用いて、恒温恒湿槽での回転試験を行った。

この回転試験は、各軸受ユニットをダミーシャフトに取り付けて回転させる回転試験であり、上下の転がり軸受１，２として内径１５ｍｍ×外形３５ｍｍ×軸方向長さ１１ｍｍであるものを用い、下側軸受空間容積の３倍となる量のフッ素系グリースを容器５内（図８ではオイルシール１５で下端が塞がれた空間内）に入れ、回転速度を６０ｍｉｎ^-1、純アキシアル荷重を最大接触面圧が２ＧＰａとなるように付与して、温度６０℃、湿度８０％の条件で行った。
その結果、図８の軸受ユニットでは、総回転数が３６０万回となった時点でグリースの漏れ出し量が初期注入量の２０質量％となったが、図１および図２の軸受ユニットは総回転数が５００万回となってもグリースの漏れ出しがなかった。

第１実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。 第２実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。 第３実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。 第４実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。 第５実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。 第６実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。 軸受ユニットを適用する攪拌装置の従来例を示す断面図である。 軸受ユニットの従来例を示す断面図である。

符号の説明

１，２ 転がり軸受
１１，２１ 内輪
１２，２２ 外輪
３ａ，３ｂ 間座
４ ハウジング
４１ フランジ
４１ａ Ｏリング取付用の溝
４２ａ ハウジング内周面の上側凹部
４２ｂ ハウジング内周面の下側凹部
４３ ハウジングの下端部
４４ オイルシールを取り付ける周溝
４５ オイルシールを取り付ける凹部
５ 容器
５１ 内筒
５１ａ 内筒外周面の上側凹部
５１ｂ 内筒外周面の下側凹部
５１ｃ Ｏリング取付用の溝
５２ 外筒
５２ａ 外筒のテーパ状部
５２ｂ 外筒の角部
５２ｃ テーパ状部の開口部
５３ 底板
６ プロペラシャフト
６１ａ プロペラシャフトの大径部
６１ｂ プロペラシャフトの小径部
６２ プロペラ
７ 溶液
７１ 液槽
９ Ｏリング
８ 軸受ユニット支持部材
８１ 取付穴
１０ 潤滑剤
１５ オイルシール
１５ａ オイルシールのリップ
１６ オイルシール
１６ａ オイルシールのリップ

Claims (5)

1. 上下方向に延びる軸の基端側を回転自在に支持する転がり軸受と、その外輪が内嵌された筒状のハウジングと、を備えた軸受ユニットであって、
   前記転がり軸受の内輪と前記軸との間に、両者と一体に回転するように配置された内筒と、
   前記ハウジングの外側に所定の隙間を空けて、軸方向下端を前記内筒と揃えて配置された外筒と、
   前記ハウジングの下端面との間に所定の隙間を空けて配置され、前記内筒と外筒の間を軸方向下端で塞ぐ底板と、
   からなり、潤滑剤を入れる容器を備えたことを特徴とする軸受ユニット。
2. 前記外筒は、上側が窄まるテーパ状部を有する請求項１記載の軸受ユニット。
3. 前記外筒の上端部と前記ハウジングとの間にオイルシールを設けた請求項１または２記載の軸受ユニット。
4. 前記容器と前記ハウジングとの間に、容器内に入れた潤滑剤に全体が浸漬される状態でオイルシールを設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受ユニット。
5. 前記転がり軸受はステンレス鋼製である請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸受ユニット。

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