JP2011047468A

JP2011047468A - 密封型転がり軸受

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Publication number: JP2011047468A
Application number: JP2009196419A
Authority: JP
Inventors: Kenta Sakaguchi; 健太坂口
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2029-08-27
Also published as: JP5595692B2

Abstract

【課題】軸受の温度上昇に伴う軸受空間の内圧上昇を抑制して、グリース漏れ防止を図ると共に、耐水性を向上することができる密封型転がり軸受を提供する。
【解決手段】この発明の密封型転がり軸受は、内輪１と外輪２の転走面１ａ，２ａ間に複数の転動体３が介在し、前記外輪２の内周面の両端にそれぞれ設けられた環状のシール取付溝２ｂに外周縁部９が嵌合して固定され内周縁部が前記内輪１に摺接する一対のシール部材５，５を設けている。前記シール部材５の外周縁部９に、前記シール取付溝２ｂを経由して内外輪１，２間の軸受空間６と軸受外部との間で通気可能となるスリット１０，１１，１１を設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、自動車の補機など耐水性、耐グリース漏れ性が要求される密封型転がり軸受に関する。

軸受のグリース漏れは、軸受の温度上昇に伴う軸受空間の内圧上昇により、シール外部へ空気が流れることで発生する。このことから、従来の密封型玉軸受では、グリース漏れ対策としてシールの内径側リップ部つまりメインリップ部にスリットを設ける手法等が用いられている（特許文献１）。

特開２０００−１７９５６０号公報、図１（Ｂ）

従来技術では、シールのメインリップ部にスリットがあるため、耐水性が劣ってしまう。軸受内に水等の異物が混入すると軸受寿命の低下につながる。
メインリップ部のスリットを無くすことで耐水性の向上は可能となるが、この場合、軸受の温度上昇に伴う軸受空間の内圧上昇により、グリース漏れが発生しやすくなる。グリース漏れは、軸受の寿命低下や周辺機器への悪影響を及ぼすことから、耐グリース漏れ性及び耐水性両方の対策が必要である。
特に、自動車補機に使用する軸受には、取付け状態の関係から耐水性が要求されるうえ、高回転数で使用され軸受の温度上昇が起こりやすいことから耐グリース漏れ性が要求されるため、耐グリース漏れ性及び耐水性両方の対策は必須である。

この発明の目的は、軸受の温度上昇に伴う軸受空間の内圧上昇を抑制して、グリース漏れ防止を図ると共に、耐水性を向上することができる密封型転がり軸受を提供することである。

この発明の密封型転がり軸受は、内輪と外輪の転走面間に複数の転動体が介在し、前記外輪の内周面の両端にそれぞれ設けられた環状のシール取付溝に外周縁部が嵌合して固定され内周縁部が前記内輪に摺接するシール部材を設けた密封型転がり軸受において、前記シール部材の外周縁部に、前記シール取付溝を経由して内外輪間の軸受空間と軸受外部との間で通気可能となるスリットを設けたことを特徴とする。

この構成によると、シール部材の外周縁部に、シール取付溝を介して軸受空間と軸受外部との間で通気可能となるスリットを設けたため、軸受の温度上昇に伴って軸受空間の内圧が上昇すると、軸受内の空気がスリットから逃げ軸受外部に排出される。この場合、軸受空間の内圧の上昇に従って軸受内の空気が放出されるため、急激な内圧上昇が発生せず軸受内部のグリースの排出を伴わない。また、シール部材の内周縁部が内輪に摺接するため、耐水性も向上する。よって、軸受内に水等の異物が浸入せず、軸受寿命の向上を図れる。したがって、グリース漏れ防止を図ると共に、耐水性を向上することができる。また、シール部材にスリットを設けるだけで対処でき、内外輪の追加工は不要なため、製造が簡単である。

前記内輪の外周面に環状のシール溝を設け、前記シール部材の内周縁部に、前記シール溝の内面に接するメインリップと、このメインリップよりも外径位置から軸方向内側へ延びて先端が内輪の外周面にシール隙間を介して近接するグリースリップとを設けても良い。グリースリップは、メインリップよりも外径位置にあるため、同メインリップの挙動の影響を受けず、前記シール隙間を維持できてラビリンスシール効果が保てる。また、グリースリップが無いシール部材に比べて、内輪の外周面に滞留したグリースを、グリースリップの外周面に沿って外径側へ円滑に流すことができる。換言すれば、内輪の外周面にグリースが滞留することを未然に防止することができる。

この密封型転がり軸受は自動車補機に使用されるものであっても良い。この密封型転がり軸受は、グリース漏れ防止を図ると共に、耐水性を向上することができるため、耐水性が要求され、高回転数で使用され軸受の温度上昇が起こりやすい自動車補機に好適に適用し得る。

前記内輪のうち前記シール溝よりも軸方向外側に、このシール溝の底部よりも外径側に位置する端部外周面部を設け、前記シール部材の内周縁部に、前記端部外周面部の外周面に対向する外側リップを設けたものであっても良い。この場合、前記外側リップの先端と端部外周面部との間に接触シール部またはラビリンスシール隙間を形成することができる。したがって、耐水性の向上をより図れる。

前記転動体を保持する保持器を有し、前記内外輪間の軸受空間に封入するグリース封入量を、前記軸受空間のうちの転動体および保持器が公転する空間を除いた空間である静止空間に対する容積比である静止空間容積比で２０％以上８０％以下の封入量としても良い。
本件出願人によるグリース漏れ試験の結果から、グリース封入量が静止空間容積比で８０％強を超えると、グリース漏れが確認された。また、グリース封入量と、軸受の温度上昇との関係を確認すると、グリース封入量が静止空間容積比８５％以上で温度上昇が大きくなっている。このためグリース封入量の上限値は８０％が望ましい。また、グリース封入量と軸受寿命の関係について試験したところ、グリース封入量が静止空間容積比で２０％未満の場合、軸受寿命の低下が顕著となった。このため、グリース封入量の上限値は２０％が望ましい。

前記内外輪間の軸受空間に封入するグリースのちょう度を３８９未満としても良い。前記「ちょう度」とは、グリースの硬さを表すものであり、油の粘度に相当するものである。この「ちょう度」は、２５℃で金属製円すいを自重で貫入させたときの貫入深さを、ｍｍ単位で読み１０倍した値で示す。
本件出願人により、ちょう度とグリース漏れ量の関係について試験した。この試験において、グリースにおける基油の割合を増やすことで、ちょう度を変化させた。同試験において、グリースのちょう度が３８９以上でグリース漏れが確認された。したがって、グリースのちょう度の上限値は３８９が望ましい。

前記シール部材のスリットを、前記外周縁部の円周方向複数箇所に設けても良い。この場合、円周方向複数箇所のスリットから、軸受空間の内圧の低下が円滑に行われる。よって、軸受空間の内圧上昇をより抑制して、グリース漏れ防止を図ることが可能となる。
前記シール部材の円周方向複数箇所のスリットは、前記外周縁部の外径面に設けたスリットと、前記外周縁部の軸方向内側の内壁面に設けたスリットとを有するものであっても良い。軸受空間の内圧上昇時、順次、前記内壁面に設けたスリット、前記外径面に設けたスリットを介して通気させ得る。
前記外径面に設けたスリットと、前記軸方向内側の内壁面に設けたスリットとを周方向にずらした位置に設けても良い。このようにスリットの周方向位置をずらすことで、軸受外部からの水の浸入防止を図り、且つ、軸受内の空気を円滑に放出することができる。

この発明の密封型転がり軸受は、内輪と外輪の転走面間に複数の転動体が介在し、前記外輪の内周面の両端にそれぞれ設けられた環状のシール取付溝に外周縁部が嵌合して固定され内周縁部が前記内輪に摺接するシール部材を設けた密封型転がり軸受において、前記シール部材の外周縁部に、前記シール取付溝を経由して内外輪間の軸受空間と軸受外部との間で通気可能となるスリットを設けたため、軸受の温度上昇に伴う軸受空間の内圧上昇を抑制して、グリース漏れ防止を図ると共に、耐水性を向上することができる。

（Ａ）は、この発明の一実施形態に係る密封型転がり軸受の断面図、（Ｂ）は同軸受の内輪シール溝付近の拡大断面図である。同密封型転がり軸受のシール部材の拡大断面図である。同シール部材の正面図（図２のIII-III線端面図）である。同シール部材の要部拡大断面図である。軸受空間の内圧上昇時、順次、スリットを介して通気させる状態を表す要部拡大断面図である。（Ａ）は同シール部材を軸方向内側から見た正面図、（Ｂ）は外周縁部の軸方向内側の内壁面に設けたスリットを示す拡大図、（Ｃ）は外周縁部の外径面に設けたスリットを示す拡大図である。耐水性効果確認試験の試験機の断面図である。同耐水性効果確認試験の試験結果を表す図である。耐グリース漏れ性効果確認試験の試験結果を表す図である。グリース封入量とグリース漏れの関係の試験結果を表す図である。グリース封入量と軸受寿命の関係の試験結果を表す図である。グリースのちょう度とグリース漏れ量の関係の試験結果を表す図である。この発明の一実施形態にかかる密封型転がり軸受をアイドラプーリに設けた断面図である。この発明の一実施形態にかかる密封型転がり軸受をオルタネータに設けた断面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。
この実施形態に係る密封型転がり軸受は、例えば、自動車の補機など耐水性、耐グリース漏れ性が要求される軸受に適用される。但し、密封型転がり軸受は自動車用に限定されるものではない。この密封型転がり軸受は、図１に示すように、内輪１と外輪２の転走面１ａ，２ａ間に、複数の転動体３を介在させ、これら転動体３を保持する保持器４を設け、両側にシール部材５，５を設けたものである。例えば、転動体３はボールからなり、この場合、軸受は深溝玉軸受とされている。

内外輪１，２間の軸受空間６にはグリースが封入される。このグリースのちょう度が３８９未満のグリースを軸受空間６に封入している。この軸受空間６に封入するグリース封入量を、静止空間容積比で２０％以上８０％以下の封入量としている。
前記保持器４は、ボールを保持するポケットＰｔを、環状体４ａの円周方向の複数箇所に有する冠形状のものである。各ポケットＰｔの内面は、ボールの外面に沿った凹球面状の曲面形状とされている。環状体４ａの隣合うポケットＰｔ，Ｐｔ間の部分は連結部となる。

シール部材５等について説明する。
図２に示すように、シール部材５は、ゴム状の弾性体７と、鋼板等から成る芯金８とで構成される。図１（Ａ）、図２に示すように、外輪２の内周面の両端には、環状のシール取付溝２ｂ，２ｂがそれぞれ設けられ、これらシール取付溝２ｂ，２ｂに、一対のシール部材５，５の外周縁部９が嵌合して固定される。図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、内輪１の外周面の両端には、環状のシール溝１ｂ，１ｂがそれぞれ設けられる。前記シール取付溝２ｂおよびシール溝１ｂは旋削仕上げとされている。内輪１には、転走面１ａに対する肩部となる外周面１ｃ、シール溝１ｂ、および端部外周面部１ｄが形成される。外周面１ｃは、端部外周面部１ｄの外周面よりも径方向外方位置に配置される。シール溝１ｂは、断面略Ｕ字状の溝であり、軸方向内側の側壁面１ｂａおよび他方の側壁面１ｂｂを傾斜面としてある。

図３ないし図６に示すように、シール部材５の外周縁部９の円周方向複数箇所には、シール取付溝２ｂを経由して軸受空間６と軸受外部との間で通気可能となるスリット１０，１１，１１を設けている。スリット１０とスリット１１とは、周方向にずらした位置（この例では９０度位相をずらした位置）に配置している。また、これらスリット１０，１１にわたって連通する連通路Ｒａ（図３、図４）が円周方向に延びるように形成されている。円周方向複数箇所のスリットは、前記外周縁部９の外径面に設けたスリット１０と、前記外周縁部９の軸方向内側の内壁面に設けたスリット１１，１１とを有する。図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、軸受空間６の内圧上昇時、順次、スリット１１、連通路Ｒａ、スリット１０を介して通気させるようになっている。
図３、図６（Ａ）に示すように、スリット１１，１１は、前記外周縁部９における内壁面の１８０度対称位置に設けられる。各スリット１１は、図２ないし図４に示すように、例えば、内壁面表面から芯金８の円筒部８ａの端面付近まで凹矩形状の断面形状に形成される。スリット１０は、図３、図６（Ａ）に示すように、スリット１１，１１に対して９０度位相をずらした一箇所に形成している。スリット１０は、外径面表面から芯金８の円筒部８ａの外方位置まで半円筒孔状に形成される。

図１（Ｂ）、図２に示すように、シール部材５には、内径端の近傍に内外面が凹んだくびれ部１２を設けている。内輪１のシール溝１ｂから軸方向内側へ続く外周面１ｃと、前記側壁面１ｂａとの角部に面取り１ｂｃが形成される。シール部材５の内周縁部には、前記面取り１ｂｃおよび外周面１ｃにシール隙間１３を介して近接するグリースリップ１４を設けている。このグリースリップ１４を、くびれ部１２よりも基端側である外径側部分に設けている。グリースリップ１４は、その外径面１４ａを軸方向外側に向かうに従って径方向外方へ傾斜する傾斜面とし、グリースリップ１４の先端面を内輪端面に略平行な面とし、内径面１４ｂを内輪外周面１ｃに略平行な面としている。

また、シール部材５には、シール溝１ｂの内面つまり側壁面１ｂａに先端が接触するメインリップ１５と、内輪１における端面付近の端部外周面部１ｄの外周面に対向する外側リップ１６とを設けている。この外側リップ１６の先端と端部外周面部１ｄの外周面との間に接触シール部またはラビリンスシール隙間を形成し得る。前記端部外周面部１ｄは、シール溝１ｂの底部よりも外径側に位置する。前記メインリップ１５と外側リップ１６とを、くびれ部１２の先端側となる内径側で軸方向の内外に各々突出させて設けている。

耐水性効果確認試験について説明する。
シール部材５の外周縁部９にスリット１０，１１，１１を設けた発明品（表１の仕様において「外径スリット品」と称す）と、シール部材５の内周縁部にスリットを設けた比較品（同表１の仕様において「内径スリット品」と称す）の耐水性を比較する試験を行った。

図７に示すように、試験機は、主に、ハウジング１７と、ケーシング１８と、軸１９と、攪拌羽根２０と、図示外の回動駆動源とを有する。ハウジング１７の嵌合孔１７ａに、試験対象となる一対の試験軸受ＢＲ１，ＢＲ１の各外輪２が嵌合される。これら試験軸受ＢＲ１，ＢＲ１の内輪１に軸１９が圧入嵌合される。また、内輪端面間に内輪間座２１を介在させ、外輪端面間に外輪間座２２を介在させている。ハウジング１７の外径面には、径方向外方に突出するフランジ部１７ａが設けられ、このフランジ部１７ａにケーシング１８が一体に連結されている。このケーシング１８内部に、軸１９の一端が挿入され且つこの軸１９の一端に攪拌羽根２０が回転自在に設けられる。また、ケーシング１８内部には泥水２３が所定の泥水位Ｐ１で供給されている。この例では、前記泥水位Ｐ１を外輪外径の下端位置に設定している。軸１９の他端を前記回転駆動源により回転駆動することで、試験軸受ＢＲ１，ＢＲ１を介して攪拌羽根２０を回転させる。これにより、攪拌羽根２０がケーシング１８内部の泥水２３を試験軸受ＢＲ１，ＢＲ１にはねかける。運転時間経過後、試験軸受ＢＲ１，ＢＲ１の試験前後の質量変化量を計測する。この質量変化量が大きい程耐水性に劣る。

試験条件は次表１の通りである。

試験結果は次表２および図８の通りである。

表２において、Ｎｏ．１〜４のいずれのサンプルも攪拌羽根から近い方の軸受で、各仕様それぞれｎ＝２実施している。
試験結果より、この発明の外径スリット品は、従来技術の内径スリット品よりも試験前後の質量変化量が小さく耐水性がある。

耐グリース漏れ性効果確認試験について説明する。
シール部材５の外周縁部９にスリット１０，１１，１１を設け、且つ、シール部材５の内周縁部にグリースリップ１４を設けた発明品（以下の表３の仕様において「グリースリップ＋外径スリット」と称す）と、比較品のグリース漏れ試験を行った。比較品のうちシール部材の内周縁部にスリットを設け、且つ、シール部材の内周縁部にグリースリップを設けたものを、次表３の仕様において「グリースリップ＋内径スリット」と称す。比較品のうちシール部材の内周縁部にスリットを設け、グリースリップを設けないものを、次表３の仕様において「内径スリット（グリースリップ無し）」と称す。

試験条件は次表３の通りである。

試験結果は次表４および図９の通りである。

試験結果より、グリースリップはグリース漏れに対して有効である。

グリース封入量について説明する。
グリース封入量とグリース漏れの関係について試験を行った。この試験条件は、グリース潤滑、軸受サイズ６２０４、内輪回転速度１００００ｒ／ｍｉｎ、ラジアル荷重６７Ｎである。試験結果を図１０に示す。
また、グリース封入量と軸受寿命の関係について試験を行った。この試験条件は、グリース潤滑、軸受サイズ６２０６、内輪回転速度２００００ｒ／ｍｉｎ、ラジアル荷重４９０Ｎである。試験結果を図１１に示す。

図１０に示すように、グリース漏れ試験の結果から、グリース封入量が静止空間容積比で８０％強を超えると、グリース漏れが確認された。また、グリース封入量と、軸受の温度上昇との関係を確認すると、グリース封入量が静止空間容積比８５％以上で温度上昇が大きくなっている。このためグリース封入量の上限値は８０％が望ましい。また、図１１に示すように、グリース封入量が静止空間容積比で２０％未満の場合、軸受寿命の低下が顕著となった。このため、グリース封入量の上限値は２０％が望ましい。

グリースのちょう度について説明する。
グリースのちょう度とグリース漏れ量の関係について試験を行った。
試験条件は、次表５の通りである。この試験において、グリースにおける基油の割合を増やすことで、ちょう度を変化させた。

試験結果は次表６および図１２の通りである。

この試験において、グリースのちょう度が３８９以上でグリース漏れが確認された。したがって、グリースのちょう度の上限値は３８９が望ましい。

以上説明した密封型転がり軸受によると、シール部材５の外周縁部９に、シール取付溝２ｂを介して軸受空間６と軸受外部との間で通気可能となるスリット１０，１１，１１を設けたため、軸受の温度上昇に伴って軸受空間６の内圧が上昇すると、軸受内の空気がスリット１０，１１，１１を介して逃げ軸受外部に排出される。この場合、軸受空間６の内圧の上昇に従って軸受内の空気が放出されるため、急激な内圧上昇が発生せず軸受内部のグリースの排出を伴わない。また、シール部材５の内周縁部のメインリップ１５が、内輪１の側壁面１ｂａに摺接するため、耐水性も向上する。よって、軸受内に水等の異物が浸入せず、軸受寿命の向上を図れる。したがって、グリース漏れ防止を図ると共に、耐水性を向上することができる。

シール部材５におけるグリースリップ１４は、メインリップ１５よりも外径位置にあるため、同メインリップ１５の挙動の影響を受けず、シール隙間１３を維持できてラビリンスシール効果が保てる。また、グリースリップ１４が無いシール部材に比べて、内輪１の外周面１ｃに滞留したグリースを、グリースリップ１４の外周面１４ａに沿って外径側へ円滑に流すことができる。換言すれば、内輪１の外周面１ｃにグリースが滞留することを未然に防止することができる。これにより、シール溝１ｂからのグリース漏れ防止をより図ることができる。さらに、シール部材５の内周縁部に、内輪端部外周面部１ｄの外周面に対向する外側リップ１６を設けたため、この外側リップ１６の先端と端部外周面部１ｄとの間にラビリンス隙間を形成することができる。したがって、耐水性の向上をより図れる。

シール部材５のスリット１０，１１，１１を、外周縁部９の円周方向複数箇所に設けたため、これら複数箇所のスリット１０，１１，１１から、軸受空間６の内圧の低下が円滑に行われる。よって、軸受空間６の内圧上昇をより抑制して、グリース漏れ防止を図ることが可能となる。外径面に設けたスリット１０と、軸方向内側の内壁面に設けたスリット１１とを周方向にずらした位置に設けたため、軸受外部からの水の浸入防止を図り、且つ、軸受内の空気を円滑に放出することができる。

図１〜図６に示した密封型転がり軸受を、アイドラプーリ、オルタネータ等の自動車補機に用いることができる。
図１３は、この発明の一実施形態にかかる密封型転がり軸受をアイドラプーリに設けた断面図である。この実施形態では、軸Ｓｈの外周に同軸受を嵌合し、この軸受によりプーリＰＬを回転自在に支持している。このアイドラプーリ用軸受によると、前述のシール部材によりグリース漏れ防止を図ると共に、耐水性を向上することができる。

図１４は、この発明の一実施形態にかかる密封型転がり軸受をオルタネータに設けた断面図である。この実施形態では、オルタネータＯＮＴにおいて、オルタネータ用軸受ＮＮ１，ＮＮ２にシャフトＳｈ１が挿入され、突き出た端部にプーリＰＬが取り付けられている。プーリＰＬには、図示していない伝動ベルトが掛けられる係合溝ＰＬ１が設けられる。このオルタネータ用軸受ＮＮ１，ＮＮ２によると、前述のシール部材によりグリース漏れ防止を図ると共に、耐水性を向上することができる。

他の実施形態として、この発明の密封型転がり軸受を、深溝玉軸受以外のアンギュラ玉軸受、自動調心玉軸受等に適用することも可能である。図１の冠形状の保持器に代えて、鉄板波形の保持器としても良い。また、保持器無しの転がり軸受を適用することも可能である。シール部材の複数箇所のスリットの配設位置は、図３に示す位置に限定されるものではない。

１…内輪
１ｂ…シール溝
２…外輪
１ａ，２ａ…転走面
２ｂ…シール取付溝
３…転動体
４…保持器
５…シール部材
６…軸受空間
９…外周縁部
１０，１１，１１…スリット
１４…グリースリップ
１５…メインリップ

Claims

内輪と外輪の転走面間に複数の転動体が介在し、前記外輪の内周面の両端にそれぞれ設けられた環状のシール取付溝に外周縁部が嵌合して固定され内周縁部が前記内輪に摺接するシール部材を設けた密封型転がり軸受において、
前記シール部材の外周縁部に、前記シール取付溝を経由して内外輪間の軸受空間と軸受外部との間で通気可能となるスリットを設けたことを特徴とする密封型転がり軸受。
請求項１において、前記内輪の外周面に環状のシール溝を設け、前記シール部材の内周縁部に、前記シール溝の内面に接するメインリップと、このメインリップよりも外径位置から軸方向内側へ延びて先端が内輪の外周面にシール隙間を介して近接するグリースリップとを設けた密封型転がり軸受。
請求項２において、自動車補機に使用される密封型転がり軸受。
請求項２または請求項３において、前記内輪のうち前記シール溝よりも軸方向外側に、このシール溝の底部よりも外径側に位置する端部外周面部を設け、前記シール部材の内周縁部に、前記端部外周面部の外周面に対向する外側リップを設けた密封型転がり軸受。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記転動体を保持する保持器を有し、前記内外輪間の軸受空間に封入するグリース封入量を、前記軸受空間のうちの転動体および保持器が公転する空間を除いた空間である静止空間に対する容積比である静止空間容積比で２０％以上８０％以下の封入量とした密封型転がり軸受。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記内外輪間の軸受空間に封入するグリースのちょう度を３８９未満とした密封型転がり軸受。
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記シール部材のスリットを、前記外周縁部の円周方向複数箇所に設けた密封型転がり軸受。
請求項７において、前記シール部材の円周方向複数箇所のスリットは、前記外周縁部の外径面に設けたスリットと、前記外周縁部の軸方向内側の内壁面に設けたスリットとを有する密封型転がり軸受。
請求項８において、前記外径面に設けたスリットと、前記軸方向内側の内壁面に設けたスリットとを周方向にずらした位置に設けた密封型転がり軸受。