JP2009156379A - プーリ付き軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】シール部材のシールリップの磨耗を抑制して、玉軸受のシール性を確保する。
【解決手段】ボス部１２とリム１３とが環状の連結部１４で一体化されたプーリ１１と、そのボス部１２の内径側に設けられる転がり軸受２０とを備える。プーリ１１のボス部１２は転がり軸受２０の外輪を兼ねており、転がり軸受２０の両端部が円環状のシール部材２５で封止される。このシール部材２５の外周縁部に、シールリップ２９がボス部１２の内径面１６と端面１８との間に形成した傾斜面１７に当接する。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車のエンジンのタイミングベルトや補機駆動用のベルトを巻き掛けるテンションプーリやアイドラプーリとして使用されるプーリ付き軸受に関する。

一般に、自動車用のオルタネータ、パワーステアリングポンプ、交流発電機等の自動車用補機類やカムシャフトは、その自動車の走行用エンジンにより回転駆動する。すなわち、走行用エンジンのクランクシャフトの端部に固定した駆動プーリと、前記自動車用補機類やカムシャフトの端部に固定した従動プーリとの間に無端ベルトを掛け渡し、クランクシャフトの回転に伴い、自動車用補機類の回転軸やカムシャフトを回転駆動するようにしている。

ところで、近年のエンジンの低燃費化開発に伴って、前記の各種プーリの低フリクションおよび軽量化が求められている。低フリクション対策としては、無端ベルトの一部の駆動プーリおよび従動プーリから外れた部分をアイドラプーリに掛け渡して、その駆動プーリ等に対する無端ベルトの巻き付け角度を必要最小限にする手法や、無端ベルトのベルト幅を小さくする手法が採用されている。

また、前記アイドラプーリとして、鋼板等の一枚の板金をプレス加工して形成されたプーリと、そのプーリのボス部の内径側に深溝玉軸受を嵌め合わせたプーリ付き軸受を使用し、その深溝玉軸受の軽量化を図ることで前記アイドラプーリの軽量化を図ったものがある（例えば、特許文献１参照）。
実開平６−４７７３２号公報

この特許文献１に記載のプーリ付き軸受は、プーリがボス部とリムとを円環状の連結部で一体化され、ボス部が深溝玉軸受の外輪を兼ねており、そのボス部に軌道が形成されたものである。この深溝玉軸受の内輪の軌道と、ボス部の軌道との間にボールが介在され、深溝玉軸受の両端部が円環状のシール部材で封止される。

このプーリのボス部が深溝玉軸受の外輪を兼ねることにより、従来の内外輪の軌道間にボールを介在させた深溝玉軸受よりも外輪の重量分だけ軽量化することができる。

しかし、この特許文献１に記載のものは、シール部材に設けられたシールリップを、その内径面に対してラジアル方向に押し付け力が作用するように、プーリのボス部の内径面に当接している（特許文献１ 図１参照）。このため、エンジンが駆動し、無端ベルトを介してプーリに伝わるラジアル方向の押し付け力で、ボス部が内径側に変位することにより、ボス部の内径面とシールリップとの摺接圧が増大する。その結果、シールリップが磨耗し、深溝玉軸受のシール性を維持することが難しいという問題があった。

また、プーリの回転に伴う転動体の転動による発熱で、プーリが熱膨張し、深溝玉軸受のラジアル内部すき間が変動する。このとき、シールリップは、プーリのボス部に対してラジアル方向に押し付けているため、ボス部の内径面とシールリップとの摺接圧が変動し、シール性に影響を及ぼすおそれがあった。

そこで、この発明は、シール部材のシールリップの磨耗を抑制して、シール性を確保することを課題とする。

前記の課題を解決するために、プレス成形により形成されたプーリと転がり軸受との組み合わせからなり、前記プーリは、ボス部とベルトを掛け渡すリムが環状の連結部で一体化されたものであり、前記ボス部の内径側に前記転がり軸受が嵌め合わされ、そのボス部が前記転がり軸受の外輪を兼ねており、その転がり軸受の両端部が環状のシール部材で封止されたプーリ付き軸受において、前記シール部材は、その内周縁部が前記転がり軸受の内輪に形成された係止溝に固定され、その外周縁部に設けられたシールリップが前記ボス部の端面と内径面との間に形成された傾斜面に当接された構成を採用したのである。

この構成によると、プーリのボス部へのシールリップによる押し付け力が、前記傾斜面に対して直角に作用する。すなわち、前記押し付け力がラジアル方向およびアキシアル方向の２方向の分力を合成した合力が傾斜面に対して作用する。このため、ラジアル方向への押し付け力（分力）が、シールリップが内径面に押し付けられる前記特許文献１に記載のものと比して小さくなる。その結果、ボス部のラジアル方向の変位によって、シールリップがボス部から受けるラジアル方向の反力（シールリップがボス部を押し付ける力に対する力のラジアル方向の分力）が小さくなる。これにより、ボス部とシールリップとの摺接圧の増大や、摺接圧の変動のシールリップへの影響が小さくなり、シールリップの耐久性が向上する。

また、プーリのボス部へのシールリップによる押し付け力は、ラジアル方向の成分が小さくなっても、アキシアル方向の分力と合成した合力が作用している。このため、シール性が発揮される所定の押し付け力が確保され、シール性を確保することができる。

前記構成において、前記傾斜面が断面円弧状の湾曲面とされた構成を採用すると、シールリップは、湾曲面である傾斜面に摺接するので、その傾斜面とシールリップとで接触（摺接）面積が一定になり、摺接圧の変動がさらに抑えられてシールリップの磨耗が抑えられる。

また、前記シール部材が、弾性材を芯金で補強したものであり、前記シールリップが前記弾性材の外周縁部に形成されることによって、シール部材の剛性を高めることができる。また、弾性材の外周縁部に形成されるシールリップが、プーリのボス部を押し付けることで弾性変形し、ボス部に対して密着するため、シール性が向上する。

エンジンの駆動によって、ボス部のラジアル方向の変位やラジアル内部すき間の変動が発生しても、前記シールリップが前記弾性材の外周縁部に肉厚の小さいくびれ部を介して設けられると、そのくびれ部によってシールリップに柔軟性が付与される。このため、摺接するボス部の傾斜面に対するシールリップの追従性が高まり、効果的に摺接圧を維持させることができる。

ところで、前記プーリ付き軸受は、使用初期における急激な速度変化、温度変化、或いはグリース攪拌抵抗に伴う内部圧力の上昇等により、シールリップ付近にあるグリースが圧力と共に外部に漏れ出す可能性がある。このため、前記シール部材の外周縁部に、前記ボス部の内径面との間でラビリンスシールを形成するラビリンスリップが設けられた構成を採用すると、このラビリンスシールにより、転がり軸受内部のグリースがシールリップ付近に流れ込み難くなり、封入されたグリースの漏れを抑制することができる。

また、プーリのボス部に傾斜面の加工コストを低減するために、例えば、傾斜面にバレル加工が施された構成とすると、バレル加工によって、ボス部の傾斜面の形成による突起（バリ）の除去と、傾斜面の表面粗さの向上とを同時に行うことができるので、傾斜面の加工コストの低減が図れる。
ここで、「バレル加工」とは、バレルと呼ばれる容器に被研磨物、研磨石、メディア、コンパウンドなどを装入し、バレルを回転あるいは振動させて、被研磨物の表面を研磨する方法である。

以上のように、この発明は、プーリに設けた転がり軸受のシール部材のシールリップを、ボス部の傾斜面に摺接するように設けることにより、プーリの回転による、シールリップの摺接圧の変動を抑え、シールリップの磨耗を防止して、シール性を確保することができる。

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施形態のプーリ付き軸受を図１に示す。この実施形態のプーリ付き軸受１０は、一定の厚みを有する鋼板等からなる１枚の板材（板金）をプレス等により塑性加工して成形したプーリ１１と、このプーリ１１の内径部に設けられる転がり軸受２０とを備えたものである。

前記プーリ１１は、同心円上に位置するボス部１２とリム１３とを円環状の連結部１４で連結したものである。ボス部１２は、円筒状に形成されており、その内径面に前記転がり軸受２０のボール２３の転動する内側軌道１５が形成される。ボス部１２の軸方向の一端部に連結部１４が、その内周縁部において一体に形成されている。

このボス部１２の軸方向の両端部には、図２に示すように、内径面１６と端面１８との間に傾斜面１７が全周にわたって形成され、この傾斜面１７が軸方向外向きかつ内径向きに突出する断面円弧状の湾曲面とされ、この傾斜面１７にはバレル加工が施されている。なお、この傾斜面１７は、断面円弧状の湾曲面に限らず、平面としてもよい。この場合も、この傾斜面１７に当接するシールリップによる傾斜面１７に対する押し付け力が、ラジアル方向にのみ作用せず、ラジアル方向およびアキシアル方向の２方向の分力を合成した合力として作用するからである。

このバレル加工により、ボス部１２の傾斜面１７の形成による突起（バリ）の除去と、傾斜面１７の表面粗さの向上とを同時に行うことができるので、傾斜面１７の加工コストの低減が図れる。なお、この加工をプーリ１１のプレス加工の前に施してもよい。

前記リム１３は、自動車の走行用エンジンのタイミングベルト（図示省略）や自動車用補機類の無端ベルト（図示省略）等が掛け渡され、ボス部１２よりも幅の広い円筒状に形成される。また、このリム１３はボス部１２の外側に所定の間隔をもって同心円上に位置しており、このリム１３の軸方向の一端部（ボス部１２の軸方向の同じ側の端部）において、ボス部１２と対向するように前記連結部１４の外周縁部で一体化される。

前記転がり軸受２０は、深溝玉軸受であり、軸体３０の外径部に固定される内輪２１と、その内輪２１の外径面に設けられた外側軌道２２とボス部１２の内側軌道１５との間に介在する複数のボール２３と、このボール２３を周方向に間隔をもって保持する保持器２４と、転がり軸受２０の両端部を封止する円環状のシール部材２５とにより構成される。

この転がり軸受２０は、そのボール２３が内輪２１の外側軌道２２とボス部１２の内側軌道１５との間に介在しているため、ボス部１２が転がり軸受２０の外輪を兼ね、内輪２１とボス部１２の間でボール２３が転動する。

前記内輪２１は、図２に示すように、外径面の外側軌道２２の両側方（軸方向の両側）の全周にわたってシール部材係止溝２６、２６が形成されている。このシール部材係止溝２６、２６にシール部材２５の内周縁部が係止される。

このシール部材２５は、芯金２７により合成ゴム等からなる弾性材２８を補強したものである。この弾性材２８の外周縁部の全周にわたって肉厚の小さいくびれ部３３を介してシールリップ２９が設けられている。シールリップ２９は、くびれ部３３により柔軟性が付与され、摺接するボス部１２の傾斜面１７に対するシールリップ２９の追従性が高まり、効果的にシール性を発揮できる所定の摺接圧を保つことができる。

また、シール部材２５の外周縁部の、シールリップ２９の軸方向内側には、ラビリンスリップ３１が全周にわたって設けられる。このラビリンスリップ３１の先端部とボス部１２の内径面１６との間でラビリンスシール３２が形成される。このラビリンスシール３２により、転がり軸受２０内部のグリースがシールリップ２９付近に流れ込み難くなり、封入されたグリースの漏れを抑制することができる。

前記シール部材２５の内周縁部が、内輪２１のシール部材係止溝２６に係止されると、シールリップ２９がくびれ部３３を中心にして転がり軸受２０の軸方向外向きに弾性変形して（図２中の一点鎖線参照）、シールリップ２９の内面（軸方向の内面）がボス部１２の傾斜面１７に接触（当接）した状態となる。

この状態では、プーリ１１の回転により、シールリップ２９が傾斜面１７に摺接し、このとき、ボス部１２へのシールリップ２９による押し付け力が、傾斜面１７に対して直角に作用する。すなわち、その押し付け力がラジアル方向およびアキシアル方向の２方向の分力を合成した合力が傾斜面１７に作用する。

前記押し付け力が、２方向の分力を合成した合力であるため、このシールリップ２９によるラジアル方向の押し付け力（分力）が、前記特許文献１に記載のようにシール部材のシールリップがボス部の内径面に押し付け、その押し付け力がそのままラジアル方向の押し付け力となる場合と比して、小さくなる。

また、シールリップ２９は、ボス部１２の傾斜面１７に摺接するので、ボス部１２がラジアル方向に変位したとき、くびれ部３３を中心にして軸方向に弾性変形する（図２中の一点鎖線参照）。この弾性変形によって、シールリップ２９へのラジアル方向の反力（シールリップ２９がボス部１２から受ける力のラジアル方向の分力）が小さくなる。ラジアル方向の反力が小さくなると、ボス部１２とシールリップ２９との摺接圧の増大や、摺接圧の変動のシールリップへの影響が小さくなり、シールリップ２９の耐久性が向上し、シールリップ２９の磨耗が抑制される。

また、シールリップ２９によるボス部への押し付け力は、ラジアル方向の分力が小さくなっても、ラジアル方向とアキシアル方向との２方向の分力を合成した合力として傾斜面１７に作用している。このため、シール性を発揮することのできる所定の押し付け力が確保され、シール性を確保することができる。

この発明の実施形態のプーリ付き軸受を示す縦断面図 同上の転がり軸受の要部を示す縦断面拡大図

符号の説明

１０ プーリ付き軸受
１１ プーリ
１２ ボス部
１３ リム
１４ 連結部
１５ 内側軌道
１６ 内径面
１７ 傾斜面
１８ 端面
２０ 転がり軸受
２１ 内輪
２２ 外側軌道
２３ ボール
２４ 保持器
２５ シール部材
２６ シール部材係止溝
２７ 芯金
２８ 弾性材
２９ シールリップ
３０ 軸体
３１ ラビリンスリップ
３２ ラビリンスシール
３３ くびれ部

Claims (6)

1. プレス成形により形成されたプーリ(１１)と転がり軸受(２０)との組み合わせからなり、前記プーリ(１１)は、ボス部(１２)とベルトを掛け渡すリム(１３)が環状の連結部(１４)で一体化されたものであり、前記ボス部(１２)の内径側に前記転がり軸受(２０)が嵌め合わされ、そのボス部(１２)が前記転がり軸受(２０)の外輪を兼ねており、その転がり軸受(２０)の両端部が環状のシール部材(２５)で封止されたプーリ付き軸受において、
   前記シール部材(２５)は、その内周縁部が前記転がり軸受(２０)の内輪(２１)に形成された係止溝(２６)に固定され、その外周縁部に設けられたシールリップ(２９)が前記ボス部(１２)の端面(１８)と内径面(１６)との間に形成された傾斜面(１７)に当接されたことを特徴とするプーリ付き軸受。
2. 前記傾斜面(１７)が断面円弧状の湾曲面とされたことを特徴とする請求項１に記載のプーリ付き軸受。
3. 前記シール部材が、弾性材(２８)を芯金(２７)で補強したものであり、前記シールリップ(２９)が前記弾性材(２８)の外周縁部に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のプーリ付き軸受。
4. 前記シールリップ(２９)が前記弾性材(２８)の外周縁部に肉厚の小さいくびれ部(３３)を介して設けられたことを特徴とする請求項３に記載のプーリ付き軸受。
5. 前記ボス部(１２)の傾斜面(１７)にバレル加工を施したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプーリ付き軸受。
6. 前記シール部材(２５)の外周縁部に、前記ボス部(１２)の内径面(１６)との間でラビリンスシール(３２)を形成するラビリンスリップ(３１)が設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプーリ付き軸受。

Images