JP2009250285A - 転がり軸受および一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】シール部材を安価に製造し、かつ、シール部材の耐久性を向上させる。
【解決手段】内輪８および外輪９の両軌道８ａ，９ａ間に複数の転動体１０が介在され、内輪８の軌道８ａの側方にシール溝１２が形成され、外輪９の内周部にシール溝１２に対向する係止溝１４が形成され、この係止溝１４にシール部材１１の外周部１５が固定され、そのシール部材１１の内周部１６にシール溝１２の軌道側溝壁１９に接触するシールリップ２０が設けられた転がり軸受において、シール部材１１は熱可塑性ポリエステルエラストマーにより形成されており、シール部材１１の外周部１５と内周部１６との間のシール本体部１７の肉厚を、係止溝１４の軸方向幅よりも大きくする。
【選択図】図２

Description

この発明は、電磁クラッチ、プーリ等の各種機械装置の回転軸支持部に組み込まれる転がり軸受およびその転がり軸受を使用した一方向クラッチに関するものである。

従来、電磁クラッチ、プーリ等の各種機械装置の回転軸支持部には、軸受内部のグリースが外部に漏れるのを防止するとともに、外部からの異物の進入を防止するために密封型転がり軸受が採用されている。

この密封型転がり軸受は、図４に示すように、内輪４３および外輪４１の両軌道４２、４０の間に複数の転動体４４を介在させ、内輪４３の軌道の側方にシール溝４７が形成されるとともに、このシール溝４７に対向する外輪４１の内周部に係止溝４９が形成され、この係止溝４９にシール部材４６の外周部５０が圧入固定されたものである。

前記シール部材４６は、弾性体を芯金５５で補強したものであり、シール部材４６の内周部５１に、シール溝４７の軌道側の溝壁５２（軌道側溝壁５２）に接触するシールリップ５３と、内輪４３の外周部の端部に形成された肩部４８に接触するダストリップ５４とが形成されている。シールリップ５３は、軸受内部のグリース漏れを防止し、ダストリップ５４は、外部から軸受内部への異物や泥水などの侵入を防止する（特許文献１ 図１参照）。
特開２００１−１４０９０７号公報

このような密封型転がり軸受の用途としては、一方向クラッチに組み込まれる転がり軸受が知られている（例えば、特開２００１−１８７９３１号公報 参照）。

前記転がり軸受のシール部材４６は、その弾性体として、通常、ＮＢＲ（アクリロニトリル・ブタジエン・ラバー）が使用されている。しかし、このＮＢＲは、シール部材として強度が十分でない場合があり、前述のように芯金５５で補強する必要があった。このため、芯金および弾性体としてのＮＢＲの成形とこれらを接合一体化するための工程が必要となり、その工程によって製造コストが掛かっていた。

また、ＮＢＲは、温度上昇により硬化し、溝壁に対する密着性が失われるので、シール性が低下し、さらに、オゾンによって劣化し易いため、シール部材４６の耐久性に問題があった。耐久性を向上させるため、シール部材４６の弾性体として、耐熱性、耐オゾン性に優れた高価なゴム材、例えば、水添加ニトリルゴム、フッ素系ゴムなどを採用することが考えられるが、この場合もコストアップの要因となっていた。

そこで、この発明の課題は、シール部材を安価に製造し、かつ、シール部材の耐久性を向上させることである。

前記課題を解決するために、この発明の転がり軸受は、内輪および外輪の両軌道間に複数の転動体が介在され、前記内輪の軌道の側方にシール溝が形成され、前記シール溝に対向する前記外輪の内周部に係止溝が形成され、この係止溝にシール部材の外周部が固定され、そのシール部材の内周部に前記シール溝の軌道側溝壁に接触するシールリップが設けられた転がり軸受において、前記シール部材は熱可塑性エラストマーにより形成されており、前記シール部材の外周部と内周部との間のシール本体部の肉厚を、前記係止溝の軸方向幅よりも大きくしたのである。

このようにすると、熱可塑性エラストマーにより形成されたシール部材は、強度を保持しつつ柔軟性を有するものとなるため、そのシールリップは、温度上昇によって硬化しにくくなり、シール溝の溝壁に対する密着性を保持させることができる。このため、シール性が確保され、シール部材の耐久性が向上する。

また、そのシール本体部の肉厚が係止溝の軸方向の幅よりも大きいので、シール部材の剛性を確保することができ、従来のように弾性体を芯金により補強する必要がなくなる。このため、芯金および弾性体の成形とこれらを接合一体化するための工程が不要となり、シール部材を安価に製造することができる。さらに、シール部材は熱可塑性エラストマーのみからなる一体成形体とされるため、射出成形によって安価に製造することができる。

前記構成において、前記シール部材の内周部に肉厚の薄いくびれ部が形成され、そのくびれ部を介して前記シールリップを、前記シール部材の内周部に設ける構成を採用することができる。

このようにすれば、くびれ部を介してシールリップに弾性が付与される。このため、シール部材が、高速回転したときなど、シールリップに作用する遠心力が強くなって、シールリップの軌道側溝壁への接触力が強くなったときに、シールリップの軌道側溝壁に対する追従性が向上するので、シール部材のシール性を向上させることができる。

これらの構成において、前記シールリップは、前記シール溝の軌道側溝壁に接触する主リップと、通常時は、前記シール溝の軌道側溝壁に非接触となる副リップとを有しており、前記主リップが所定量磨耗した際には、前記副リップが前記軌道側溝壁に接触する構成とすることができる。

この構成によると、主リップが摩耗して摺接圧が下がり、主リップによるシール性が低下した場合、副リップが軌道側溝壁に接触し、シールするので、シール部材のシール性が維持される。

前記シールリップが、前記シール溝の軌道側溝壁に接触する主リップと、前記シール溝の軌道側溝壁に非接触となる副リップとを有する構成を採用した場合、前記シール部材は、その内周部に前記内輪のシール溝と軸方向の端部との間に形成された肩部に接触するダストリップが形成され、前記シールリップの前記ダストリップ側に前記副リップが形成される構成を採用することができる。

このようにすれば、摩耗した主リップから軸受内部の潤滑剤が漏れた場合、ダストリップ側に位置する副リップにより確実にその漏れを防止することができる。

前記シール部材を形成する熱可塑性エラストマーは、スチレン系、オレフィン系、エステル系、アミド系など様々な種類が存在するが、例えば、熱可塑性ポリエステルエラストマーを採用することができる。熱可塑性ポリエステルエラストマーは、機械的強度と柔軟性のバランスが良好であり、シール部材として一般的に用いられるＮＢＲと比較して、耐オゾン性に優れているので、シール部材の耐久性を向上させることができるからである。

前記課題を解決するために、この発明の一方向クラッチは、円筒状の外方部材とその内周部に設けた内方部材との間に、これらを相対回転可能に支持する軸受部と、複数の係合子が介在され、この係合子が保持器により周方向に間隔をおいて転動可能に保持され、前記係合子は、前記外方部材が一方向に相対回転すると前記外方部材および内方部材に係合し、前記外方部材が他方向に相対回転すると前記外方部材および内方部材に対する前記係合を解除する一方向クラッチにおいて、前記軸受部が前述の転がり軸受である構成を採用することができる。

上述のように、この発明は、シール部材が熱可塑性エラストマーで形成されることにより、そのシールリップのシール溝の溝壁に対する密着性を保持させることができるので、シール性が確保され、シール部材の耐久性が向上する。

また、シール部材は、そのシール本体部の剛性が確保されることにより、芯金により補強することが不要となり、芯金および弾性体の成形とこれらを接合一体化するための工程が不要となるとともに、射出成形によって成形可能となるため、シール部材を安価に製造することができる。

この発明の実施形態の一方向クラッチを図面を参照しながら説明する。図１に示すように、一方向クラッチ１は、その外周にプーリ部材２を設けたクラッチ内蔵プーリに適用され、円筒状に形成された外方部材３と、この外方部材３の内周側に配置され、内周部にボス部が形成された円筒状の内方部材４との間に、これらを相対回転可能に支持する軸受部５を設けるとともに、複数の係合子６、６を介在させたものである。

外方部材３の内周面の軸方向両端部には、径方向外向きの外側段部３ａ，３ａが形成され、内方部材４の外周面の軸方向両端部にも、径方向内向きの内側段部４ａ，４ａが形成される。その軸方向両端部の外側段部３ａと内側段部４ａとの間に軸受部５がそれぞれ嵌合され、その一対の軸受部５により、外方部材３と内方部材４とが相対回転可能とされる。

係合子６は、係合子保持器７により周方向に間隔をもって保持されており、外方部材３が一方向に相対回転すると外方部材３の内周面および内方部材４の外周面に係合して、プーリ部材２の回転を外方部材３から内方部材４に伝達し、外方部材３が他方向に相対回転すると前記係合を解除して、外方部材３から内方部材４への回転伝達を遮断する。前記係合子保持器７は、その軸方向の一端部に、一対の軸受部５のうち一方の軸受部５の転動体を周方向に間隔をおいて保持する保持器７ａ（以下、「軸受保持器７ａ」という）が一体に形成されている。

なお、この実施形態の一方向クラッチは、係合子保持器７と軸受保持器７ａが一体に形成されたものであるが、係合子保持器７と軸受保持器７ａが別体とされ、弾性部材の弾性により係合子６を外方部材３の内周面および内方部材４の外周面に係合または、解除させるような形態であってもよい。

前記軸受部５は、図２に示すように、内方部材４の内側段部４ａの外径側に固定される内輪８と、外方部材３の外側段部３ａの内径側に固定される外輪９と、その内輪８と外輪９の両軌道８ａ、９ａ間に介在される複数のボール１０、１０・・・と、このボール１０、１０を周方向に間隔をおいて保持する前記軸受保持器７ａと、内外輪８、９の軸方向端部に装着される環状のシール部材１１とから構成される。なお、前記軸受部５は、玉軸受が適用されるが、これに限らず、円筒ころ軸受などの転がり軸受を適用してもよい。

内輪８の軌道８ａの軸方向外側には、シール溝１２が全周に形成され、そのシール溝１２と内輪８の軸方向端部との間に肩部１３が形成されている。シール溝１２に対向する外輪９の内周面には、係止溝１４が周方向に全周に形成され、その係止溝１４にシール部材１１の外周部１５が圧入固定される。

このシール部材１１は、熱可塑性エラストマーにより形成され、図３（ａ）に示すように、その外周部１５と内周部１６との間を構成するシール本体部１７の軸方向の肉厚Ｗ１が、外輪８の係止溝１４の軸方向幅Ｗ２よりも大きい。これにより、シール部材１１は、そのシール本体部１７の剛性が高くなるので、従来のシール部材のように芯金で補強する必要がなくなり、芯金の成形や芯金に対する弾性体の焼付け接着加工が不要となり、安価に製造することができる。

このシール部材１１の素材としての熱可塑性エラストマーは、シール部材として機械的強度を保ちながら柔軟性を付与することができ、スチレン系、オレフィン系、エステル系、アミド系などの様々な種類が知られている。その中でも、熱可塑性ポリエステルエラストマーは、機械的強度と柔軟性のバランスがよく、従来のシール部材１１の弾性体としてのＮＢＲ（アクリロニトリル・ブタジエン・ラバー）と比較して、耐熱性、耐オゾン性に優れているので、シール部材として形成することで、その耐久性を向上させることができる。

シール部材１１の内周部１６には、シール本体部１７よりも肉厚が小さいくびれ部１８が形成されており、そのくびれ部１８を介して、シール溝１２の軌道側の溝壁１９（以下、単に「軌道側溝壁１９」という）に接触するシールリップ２０と、そのシールリップ２０から軸方向外側に向かって伸び、肩部１３に接触するダストリップ２１とが形成されている。

前記シールリップ２０は、くびれ部１８により弾性が付与され、シール部材１１が、高速回転したときなど、シールリップ２０に作用する遠心力が強くなって、シールリップ２０の軌道側溝壁１９への接触力が強くなったときに、シールリップ２０の軌道側溝壁１９に対する追従性が向上するので、シール部材１１のシール性を向上させることができる。

また、シールリップ２０は、シール溝１２の軌道側溝壁１９に接触する主リップ２０ａと、ダストリップ２１側の副リップ２０ｂで形成されている。ここで、主リップ２０ａおよび副リップ２０ｂは、自然状態ではシール溝１２の軌道側溝壁１９に接触する位置に形成されている（図３（ａ）中の一点鎖線参照）。

一方、シール部材１１の外周部１５が係止溝１４に係止された状態（通常時）では、軸方向外向きに弾性変形するシールリップ２０の主リップ２０ａが軌道側溝壁１９に接触した状態で維持され、副リップ２０ｂが軌道側溝壁１９に接触しない（非接触）状態となる（図３（ａ）中の実線参照）。

前記シール部材１１の係止状態において、図３（ｂ）中の一点鎖線で示すシールリップ２０は、一方向クラッチ１の回転により、主リップ２０ａが所定量摩耗すると、摺接圧が下がり、シール性が低下する場合がある。このとき、弾性変形しているシールリップ２０がその弾性復元力により、軸方向内向きに移動する（図３（ｂ）中の実線参照）。この移動により、副リップ２０ｂが軌道側溝壁１９に接触し、シールする。このため、主リップ２０ａの摩耗による、シールリップ２０のシール性の低下を防止するとともに、シールリップ２０のシール性を確保することができる。

これにより、主リップ２０ａが摩耗してその主リップ２０ａの摺接圧が下がっても、副リップ２０ｂが軌道側溝壁１９に接触するので、摩耗した主リップ２０ａから軸受内部の潤滑剤が漏れても、副リップ２０ｂでその漏れを確実に防止することができる。

なお、副リップ２０ｂの設置位置は、１箇所に限られず、シールリップ２０の主リップ２０ａよりもダストリップ２１側の２箇所以上に形成してもよい。この場合、一方の副リップ２０ｂが摩耗したときに、他の副リップ２０ｂがシール溝１２の軌道側溝壁１９に順次接触するようにするとよい。これにより、シールリップ２０のシール性を確実に維持することができる。

この発明の効果を確認するために、本発明者が行った試験について説明する。この試験は、一方向クラッチに組み込まれる軸受のシール部材の耐オゾン性を検証したものであり、オゾンが存在する環境下において、下記の運転条件にて一方向クラッチを運転し、試験後のシール部材の状態を確認した。

（運転条件）
雰囲気温度：４０℃
オゾン濃度：２００ｐｐｍ
（シール部材）
実施例：材質 熱可塑性ポリエステルエラストマー
比較例：材質 ＮＢＲ（アクリロニトリル・ブタジエン・ラバー）

前記試験の結果、比較例では、２時間でシール部材にクラックが発生し、１６時間で圧漏れが発生した。一方、実施例では、２００時間経過後においてもクラックの発生がなかった。これにより、実施例が、比較例に対して良好な耐オゾン性を有することを確認することができた。

この発明の実施形態の一方向クラッチを適用したクラッチ内蔵プーリを示す縦断面図 同上の一方向クラッチに組み込まれる転がり軸受を示す断面図 図２の転がり軸受を示す断面図であり、（ａ）はシール部材のシールリップの摩耗前の状態を示す図、（ｂ）はシール部材のシールリップの摩耗後の状態を示す図 従来の転がり軸受を示す断面図

符号の説明

１ 一方向クラッチ
２ プーリ部材
３ 外方部材
４ 内方部材
５ 軸受部
６ 係合子
７ 係合子保持器
７ａ 軸受保持器
８ 内輪
８ａ 軌道
９ 外輪
９ａ 軌道
１０ ボール
１１ シール部材
１２ シール溝
１３ 肩部
１４ 係止溝
１５ 外周部
１６ 内周部
１７ シール本体部
１８ くびれ部
１９ 軌道側溝壁
２０ シールリップ
２０ａ 主リップ
２０ｂ 副リップ
２１ ダストリップ

Claims (6)

1. 内輪（８）および外輪（９）の両軌道（８ａ，９ａ）間に複数の転動体（１０）が介在され、前記内輪（８）の軌道（８ａ）の側方にシール溝（１２）が形成され、前記シール溝（１２）に対向する前記外輪（９）の内周部に係止溝（１４）が形成され、この係止溝（１４）にシール部材（１１）の外周部（１５）が固定され、そのシール部材（１１）の内周部（１６）に前記シール溝（１２）の溝壁に接触するシールリップ（２０）が設けられた転がり軸受において、
   前記シール部材（１１）は熱可塑性エラストマーにより形成されており、前記シール部材（１１）の外周部（１５）と内周部（１６）との間のシール本体部（１７）の肉厚を、前記係止溝（１４）の軸方向幅よりも大きくしたことを特徴とする転がり軸受。
2. 前記シール部材（１１）の内周部（１６）に肉厚の薄いくびれ部（１８）が形成され、そのくびれ部（１８）を介して前記シールリップ（２０）が、前記シール部材（１１）の内周部（１６）に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記シールリップ（２０）は、前記シール溝（１２）の軌道側溝壁（１９）に接触する主リップ（２０ａ）と、通常時は、前記シール溝（１２）の軌道側溝壁（１９）に非接触となる副リップ（２０ｂ）とを有しており、前記主リップ（２０ａ）が所定量磨耗した際には、前記副リップ（２０ｂ）が前記軌道側溝壁（１９）に接触する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。
4. 前記シール部材（１１）は、その内周部（１６）に前記内輪（８）のシール溝（１２）と軸方向の端部との間に形成された肩部（１３）に接触するダストリップ（２１）が形成され、前記シールリップ（２０）の前記ダストリップ（２１）側に前記副リップ（２０ｂ）が形成されたことを特徴とする請求項３に記載の転がり軸受。
5. 前記熱可塑性エラストマーが熱可塑性ポリエステルエラストマーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受。
6. 円筒状の外方部材（３）とその内周部に設けた内方部材（４）との間に、これらを相対回転可能に支持する軸受部（５）と、複数の係合子（６）が介在され、この係合子（６）が保持器（７）により周方向に間隔をおいて転動可能に保持され、前記係合子（６）は、前記外方部材（３）が一方向に相対回転すると、前記外方部材（３）および内方部材（４）に係合し、前記外方部材（３）が他方向に相対回転すると、前記外方部材（３）および内方部材（４）に対する前記係合を解除する一方向クラッチにおいて、
   前記軸受部（５）が、請求項１から５のいずれかに記載の転がり軸受とされたことを特徴とする一方向クラッチ。

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