JP2016029303A - 転がり軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】転がり軸受の潤滑性能を維持しながら、軸受空間内に異物が浮遊することをより確実に防止する。
【解決手段】外側軌道輪11と内側軌道輪12との間に転動体13を組み込み、軸受空間の少なくとも軸方向一端の開口をシールリング20で覆い、そのシールリング20に形成された通油孔22を覆うフィルタ23により潤滑オイルに含まれる異物を捕捉するようになっており、フィルタ23の軸方向内側に隣接して、磁力の作用により異物を吸着する磁性体1を設けた転がり軸受とした。磁性体1の磁力による吸着力が、フィルタ23よりも軸方向内側部分の潤滑油に混入した異物には及びやすく、軸方向外側部分の潤滑油に混入した異物には及びにくいように、フィルタ23の軸方向内側面と磁性体1の軸方向外側面との間に間隔wが設けられている。
【選択図】図1

Description

この発明は、オイル潤滑される転がり軸受に係り、詳しくは、フィルタを通して流入するオイルで潤滑される転がり軸受に関するものである。
自動車や各種建設用機械等の動力伝達機構や走行装置等、あるいは、原動機や油圧ポンプ、その他各種産業機械の可動部には、転がり軸受が組み込まれている。この転がり軸受は、例えば、膜厚比Λが低い等の潤滑状況が悪い環境下で使用すると、潤滑油に摩耗粉(鉄粉等)やその他の異物が混入する可能性がある箇所等、比較的過酷な使用条件で用いられる場合もある。
潤滑状況が悪い環境で、機械の連続運転により潤滑油に大きな異物が混入すると、軸受の一部が損傷を受けて、軸受の寿命が短くなってしまうことがある。
このため、軸受の寿命を延伸するために、軸受空間に異物が入り込むことを阻止するフィルタを設ける技術がある。このフィルタは、軸受空間の側部を閉じるシールリングにオイル流通用の通油孔を設け、その通油孔に異物を捕捉するためのフィルタを取付けたものである(例えば、特許文献1〜4参照)。
特開平6−323335号公報 特開2002−250354号公報 特開2012−202417号公報 特開2012−102767号公報
特許文献1では、転がり軸受の用途に合わせて、フィルタの多孔度を、求められる最適寿命や潤滑特性に基づき決定している(明細書段落0009参照)。しかし、過酷な使用条件の場合には、軸受空間内外の潤滑油の円滑な流通と、軸受空間内への異物の侵入防止の両方の機能を発揮できない場合もある。また、異物を確実に捕捉するためにフィルタの目を小さくすると、そのフィルタが異物によって目詰まりを起こした場合、潤滑不良に陥る可能性がある。
特許文献2では、フィルタを多段構造として、軸受外側のフィルタを粗くし内側を細かくすることで目詰まりを回避し、且つ、異物を除去できるとされている。しかし、確認試験によれば、混入異物の大きさよりも細かいフィルタメッシュを用いても、軸受は短寿命となっている(特許文献2の比較例2,3,4参照)。これらの試験より、メッシュ粗さのばらつきや異物の大きさのばらつきにより、部分的に「フィルタ粗さ>異物の大きさ」となり、異物がメッシュを通過していたことが推測される。
また、この種のフィルタ構造では、捕捉された異物が潤滑油の流れで攪拌されて、再度浮遊する恐れがある。
この点、特許文献3では、フィルタのメッシュ部分の周辺に永久磁石を設置し、磁力の作用により異物を吸着させ捕捉している。しかし、この構造では、軸受の外部に存在する異物を、逆に軸受付近に集めてしまうこととなる。また、永久磁石が軸受空間の外側に直接臨んでいるので異物の吸着量が多く、軸受の連続運転等によって、異物の吸着量が磁力の許容範囲(磁力による吸着能力)を超えた時に、大量の異物がまとめて脱落するなどの危険がある。
特許文献4では、捕捉した異物を脱落させない工夫がされている。しかし、この構造では、フィルタ及びシールリングが大きくなってしまうという問題点がある。また、この構造は、軸受の外部から浸入する異物に対応するものであり、軸受内部で発生した軸受部材の摩耗粉や、フィルタを通過するような小さな異物に対する対応はできない。
そこで、この発明の課題は、転がり軸受の潤滑性能を維持しながら、軸受空間内に異物が浮遊することをより確実に防止することである。
上記の課題を解決するため、この発明は、外側軌道輪と内側軌道輪との間に転動体を組み込み、前記外側軌道輪と前記内側軌道輪との間に形成された軸受空間の少なくとも軸方向一端の開口をシールリングで覆い、そのシールリングに形成された通油孔を覆うフィルタにより潤滑オイルに含まれる異物を捕捉するようになっており、前記フィルタの軸方向内側に、磁力の作用により異物を吸着する磁性体を設けた転がり軸受を採用した。
ここで、前記磁性体は、前記フィルタの軸方向内側に隣接して設けられている構成を採用することができる。
これらの各構成によれば、フィルタを通じて流通する潤滑油により、転がり軸受の潤滑性能を維持しながら、フィルタよりも軸方向内側では、磁力の作用により軸受空間内の異物を磁性体に吸着させることができる。これにより、軸受空間内に異物が浮遊することをより確実に防止することができる。
また、磁性体は、フィルタの軸方向内側に設けられるから、軸受の外部に存在する異物を軸受付近に集めてしまう事態を回避できる。また、磁性体が軸受の外側空間に直接臨んでおらず、磁性体の軸方向外側にはフィルタが介在しているから、その磁性体への異物の吸着量は比較的少なく、大量に吸着した異物がまとめて脱落するなどの危険が少ない。
また、上記の構成において、前記磁性体の磁力による吸着力が、前記フィルタよりも軸方向内側部分の潤滑油に混入した異物には及びやすく、軸方向外側部分の潤滑油に混入した異物には及びにくいように、前記フィルタの軸方向内側面と前記磁性体の軸方向外側面との間に間隔を設けた構成を採用することができる。
さらに、前記フィルタ及び前記磁性体と前記シールリングとはインサート成型により一体である構成を採用することができる。
また、前記磁性体は、通油孔の内面に露出して設けられている構成を採用することができる。さらに、前記磁性体よりも軸方向内側に、前記磁性体から脱落した異物を保持する異物溜まりが設けられている構成を採用することができる。
この発明は、フィルタを通じて流通する潤滑油により、転がり軸受の潤滑性能を維持しながら、フィルタよりも軸方向内側では、磁力の作用により軸受空間内の異物を磁性体に吸着させることができる。これにより、軸受空間内に異物が浮遊することをより確実に防止することができる。
この発明の一実施形態を示し、(a)は転がり軸受の要部断面図、(B)は(a)の拡大図、(c)は(a)の側面図 (a)(b)は、シールリングの一部切断斜視図 (a)はシールリングの側面図、(b)は(a)の断面図 (a)(b)は、図1の実施形態の変形例を示す断面図 他の実施形態を示し、(a)は転がり軸受の要部断面図、(b)は(a)の側面図 さらに他の実施形態を示す要部断面図 さらに他の実施形態を示す要部断面図
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、この発明に係る転がり軸受10の要部拡大断面図を示す。
この転がり軸受10は、油圧ポンプの可動部に組み込まれる円すいころ軸受である。転がり軸受10の構成は、図1に示すように、外側軌道輪11と内側軌道輪12の各軌道面11a,12aの間に、転動体13として円すいころが組み込まれている。転動体13は、内側軌道輪12の大つば12bと小つば12cとの間に配置され、保持器14によって周方向に沿って保持されている。
内側軌道輪12の軌道面12aと外側軌道輪11の軌道面11aとは、図中右側の軸方向一端側から図中左側の他端側に向かって、互いの距離が狭まるように設けられている。
油圧ポンプのケーシング内において、この転がり軸受10と、油圧ポンプの各部における他の可動部とは、共通の潤滑用のオイルで潤滑されるようになっている。すなわち、転がり軸受10の少なくとも一部は潤滑油に浸かった状態であり、転がり軸受10と他の可動部が、ケーシング内で流通する共通の潤滑油によって潤滑されるようになっている。
ここで、内側軌道輪12を固定側、外側軌道輪11を回転側とする場合もあるし、内側軌道輪12を回転側、外側軌道輪11を固定側とする場合もある。
転がり軸受10の軸方向一端に、シール部材Sが取付けられる。シール部材Sは、図1に示すように、外側軌道輪11と内側軌道輪12との間の軸受空間における軸方向一端の開口を覆うように取付けられる。なお、必要であれば、軸方向他端側の開口に、同様なシール部材Sを取付けてもよい。これらの開口が、潤滑油の流通経路となっている。
シール部材Sの構成は、転がり軸受10の内側軌道輪12に係止される係止部21と、その係止部21から外径側に向かって立ち上がる壁部25と、その壁部25の外径側端部に設けたリップ取付部27とを一体に有するシールリング20(シールリングの本体)を備える。
シールリング20は樹脂で構成され、そのシールリング20の壁部25に形成された通油孔22を覆うように、同じく樹脂からなるフィルタ23がインサート成型により一体とされている。
フィルタ23は、一定の厚さを有するシート状のメッシュ部材であり、通油孔22の長さ方向(シールリング20の厚さ方向)のほぼ中央部に位置する。そのフィルタ23の周縁部が、通油孔22の周囲においてシールリング20の樹脂に埋め込まれて固定されている。
フィルタ23やシールリング20の素材としては、この実施形態では、ポリアミド樹脂等を採用しているが、他の樹脂を採用してもよい。他の樹脂としては、例えば、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリテトラフロロエチレン(PTFE)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)などがある。また、それらの樹脂を用いたガラス繊維強化樹脂としてもよい。ガラス繊維強化樹脂としては、例えば、PA(ポリアミド)46+GF、あるいは、PA(ポリアミド)66+GFといったものを採用できる。
また、これらのフィルタ23やシールリング20の素材として、ガラス繊維強化樹脂の他、炭素繊維強化樹脂やポリエチレン繊維強化樹脂又はアラミド繊維強化樹脂等も適用できる。
シールリング20のリップ取付部27には、円環部材40が固定されている。円環部材40はゴム製であり、シールリング20の素材よりも柔らかい素材となっている。円環部材40は、リップ取付部27に嵌め込んで固定される。この円環部材40の素材としては、例えば、合成ゴムでは、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム等を採用することができる。
この実施形態では、シールリング20のリップ取付部27の形状は断面コの字状になっているが、リップ取付部27の形状は他の形状であってもよい。
通油孔22は、図2及び図3に示すように、側面視長楕円形状の長孔を成す。この通油孔22が、シールリング20の周方向に沿って間隔をおいて複数設けられている。通油孔22の形状や数、配置間隔は適宜設定することができる。通油孔22の形状は、例えば、側面視長方形状の長孔や、側面視円形あるいは矩形、多角形状の孔等であってもよい。
フィルタ23の構成としては、メッシュサイズが0.1〜1mm程度の網目状の樹脂を採用し得る。ここでは、メッシュサイズが0.5mmの網目状の樹脂を採用しているが、フィルタ23のメッシュサイズは、捕捉しようとする異物の径に応じて適宜設定することができる。
シールリング20は、その内径側に設けた係止部21が、内側軌道輪12に設けた周方向のシール溝(凹部)30に入り込むことによって、その熱膨張の際に、内側軌道輪12に対して径方向へ移動可能となるように係止されている。
係止部21とシール溝30の構成について詳しく説明すると、図1に示すように、シールリング20の係止部21は、壁部25の内径側端部に設けられた内径側に向く突出部24を備えている。
突出部24は、転動体13に近い側の内側突出部24aと遠い側の外側突出部24bとを備える。また、シール溝30は、内側突出部24aが入り込む内側シール溝30aと、外側突出部24bが入り込む外側シール溝30bとを備える。
この突出部24がシール溝30に入り込むことにより、シールリング20は、内側軌道輪12に対して熱膨張時に径方向へ移動可能に係止されている。また、突出部24が、軸方向に沿って二つの突出部24a,24bで構成されているので、その軸方向位置の異なる二つの突出部24a,24bによって、シールリング20をより確実に内側軌道輪12に係止できるようになっている。
転がり軸受10の潤滑用のオイルが温度上昇する前の状態において、内側突出部24aが内側シール溝30aに入り込む深さは、外側突出部24bが外側シール溝30bに入り込む深さよりも相対的に浅く設定されている。このため、シールリング20を軸受空間の開口に押し込んで固定する際に、奥側の内側突出部24aは、その押し込み時の弾性変形又は加熱変形により、容易に内側シール溝30aに嵌め込みできる。
また、外側突出部24bの外側シール溝30bに対する入り込み深さは相対的に深いので、温度上昇後の状態での外径方向への大きな熱膨張量に対しても、外側突出部24bと外側シール溝30bとは係止を維持できる。したがって、この膨張状態においても、転がり軸受10内に有害な異物が入り込む隙間を生じさせない。
また、図2及び図3に示すように、内側突出部24aと外側突出部24bとを周方向に沿って交互配置としているので、シールリング20を軸受空間の開口に押し込んで固定する際に、内側突出部24aが外側突出部24bの死角に入りにくい。このため、奥側の内側突出部24aが内側シール溝30aに嵌まっていることを目視で確認しやすい。なお、図1では、図3(b)に示すシールリング20のI−I断面に対応する断面図を記載し、内側突出部24aと外側突出部24bとの位置関係及び突出高さを比較できるようにしている。
外側シール溝30bは、内側軌道輪12の端面に開口して形成されている。また、内側軌道輪12の端面には、その内側軌道輪12の内径に嵌め合いで固定される軸肩(車軸の肩部)が当接するようになっている。このため、外側突出部24bを外側シール溝30bへ嵌め込んだ後、軸肩で外側シール溝30bの端面の開口を塞ぐことができる。
シールリング20には、フィルタ23の軸方向内側に隣接して、磁力の作用により異物を吸着する磁性体1が設けられている。磁性体1としては、永久磁石を採用することができる。
図1に示すように、磁性体1は、フィルタ23とともに、シールリング20の素材にインサート成型により一体に形成されている。
磁性体1をインサート成型により固定する場所は、フィルタ23の周辺としている。具体的には、フィルタ23の周辺において、磁性体1は、通油孔22の内面22aに露出しないように、すなわち、その通油孔22の内面22aから一定の深さ(被り)の位置になるように、シールリング20の樹脂内に埋め込み固定されている。
磁性体1は、フィルタ23の軸方向内側に隣接していればよく、必ずしも通油孔22内に露出していなくてもよいが、例えば、図4(a)(b)に示すように、磁性体1を通油孔22の内面に露出して設けてもよい。図4(a)では、磁性体1の表面が通油孔22の内面22aと面一になるように固定されている。図4(b)では、磁性体1の一部が通油孔22の内面22aから突出するように固定されている。
また、磁性体1は、大きい永久磁石を用いるのではなく、複数の小さい磁石を互いにある程度の間隔をおいて固定することで、磁力の影響範囲を軸受内部側に限定したり、あるいは、フィルタ23のメッシュ部の通油部分全体を磁力でカバーするように配置したりすることが可能となる。
例えば、一つ一つの磁性体1の大きさ、及び、磁力の強さを小さくすることで、図1(b)に示すように、磁性体1の磁力による吸着力が、フィルタ23よりも軸方向内側部分の潤滑油に混入した異物には及びやすく、軸方向外側部分の潤滑油に混入した異物には及びにくいように設定できる。
図中の符号fで示すラインは、磁性体1の磁力による吸着力が及ぶ範囲を示している。ここで、吸着する対象物は、軸受空間内に発生すると想定される大きさの異物としている。吸着力が及ぶ範囲fは、シールリング20の内面よりも大きく内側に入り込んでおり、シールリング20の外面には至っていない。これにより、フィルタ23よりも軸方向内側部分の潤滑油に混入した異物を吸着させやすく、軸方向外側部分の潤滑油に混入した異物を吸着させにくいようにしている。このとき、吸着力が及ぶ範囲fが、シールリング20のフィルタ23よりも外面には至らないように設定することもできる。
フィルタ23の軸方向内側面と磁性体1の軸方向外側面との間には、間隔wが設けられている。通油孔22を設けた部分のシールリング20の厚さtに対して、その中央に厚さvのフィルタ23の中心線cが位置している。磁性体1の軸方向外側面は、フィルタ23の中心線cよりも軸方向内側であって、その中心線cから
距離:w+(v/2)
の位置にある。
ここで、軸受空間内での異物の捕捉能力が確保される限りにおいて、磁性体1の軸方向外側面の位置を、上記の中心線cから距離:w+(v/2)の位置よりもフィルタ側へ近づけてもよい。また、磁性体1をフィルタ23の軸方向内側面に当接させてもよい。ただし、磁性体1が、フィルタ23の中心線cよりも軸方向内側に位置していることが望ましい。磁性体1が、フィルタ23の中心線cよりも軸方向内側に位置していれば、フィルタ23の周縁部のシールリング20への埋設深さよりも深い部分に、磁性体1が固定されていてもよい。
他の実施形態を図5に示す。この実施形態は、シールリング20の通油孔22周囲に固定する磁性体1を、細長い形状にしたものである。磁性体1としては、長孔からなる通油孔22の伸びる方向に沿って、長手状、あるいは棒状のものを採用している。
この長手状又は棒状の磁性体1は、図5に示すように、通油孔22よりも外径側に配置してもよいし、その反対側の内径側に配置してもよい。あるいは、外径側と内径側の両方に配置してもよい。
さらに他の実施形態を図6に示す。この実施形態は、磁性体1を、上記実施形態に示す通油孔22のフィルタ23の軸方向内側に隣接した部分だけでなく、フィルタ23からやや離れた部分に配置したものである。ただし、磁性体1の磁力の影響(前記吸着力が及ぶ範囲f)が、軸受の少なくとも転走面に届かない場所としている。
図6の実施形態では、シールリング20の通油孔22及びフィルタ23が介在する方位において、係止部21の軸方向内側寄りの部分mや、リップ取付部27の軸方向内側寄りの部分nに磁性体1を配置している。この箇所であれば、吸着力が及ぶ範囲fが、シールリング20のフィルタ23よりも外面には至らないように設定することもできる。これらの箇所m、nに配置される磁性体1は、通油孔22のフィルタ23が介在する方位に設けることが望ましい。
さらに他の実施形態を図7に示す。この実施形態は、磁性体1に付着した異物が脱落しにくいように、脱落した異物を捕捉する手段を設けたものである。
具体的には、図7に示すように、シールリング20の磁性体1を設けた部分の軸方向内側に、磁性体1への吸着状態から脱落した異物を保持する異物溜まり3が設けられている。
異物溜まり3は、シールリング20の軸方向内側面から突出する環状の部材で構成されている。シールリング20の軸方向内側面から図中左側の突出端側へ向かうにつれて、徐々に内径が狭まっているので、異物は、この環状の部材の内側空間から外部へ飛散しにくい。
異物溜まり3の形状は、上記の例には限定されず、磁性体1への吸着状態から脱落した異物を保持する機能があれば、その形状や素材は自由である。例えば、異物溜まり3として、異物を保持することができる凹状の溜まり部を形成する各種の突出部材を、シールリング20の内面に固定すればよい。その固定方法は、接着、溶着、インサート成型による一体化などを採用できる。
上述の各実施形態では、磁性体1をフィルタ23とともにシールリング20にインサート成型しているが、この図7の実施形態では、インサート成型により一体となっているフィルタ23付きのシールリング20に対し、磁性体1を、樹脂や接着剤で固定している。図中の磁性体固定部2で示す部分が、樹脂や接着剤の部分である。このように、磁性体1のシールリング20への固定方法は、インサート成型以外の手法を採用することもできる。
このシールリング20の作用について説明すると、油圧ポンプの使用中、転がり軸受10の回転に伴って、オイルの一部は、転がり軸受10の側面に向けて飛散する。潤滑油は、軸受空間の外側からシールリング20に向かって飛散する。そして、シールリング20に当たった潤滑油のうち、その一部は、通油孔22のフィルタ23に衝突する。
フィルタ23に衝突した潤滑油は、そのフィルタ23のメッシュを透過する際、潤滑油に含まれる異物のうち、フィルタ23のメッシュサイズより大きい異物がそのメッシュで捕捉される。フィルタ23を透過した潤滑油は、軸受空間内に流入して転がり軸受10を潤滑する。このため、油圧ポンプの他の可動部等から排出される有害な異物が、転がり軸受10の内部に侵入することを防止できる。
また、フィルタ23が異物によって目詰まりした場合には、そのシールリング20を新しいシールリング20と交換することで対応することができる。
軸受空間内において、転がり軸受10の回転に伴って、金属粉等の有害な異物が発生したとする。このとき、その異物は、磁性体1の磁力によってその磁性体1に吸着する。また、フィルタ23を通過した細かい異物も吸着する。転がり軸受10の寿命に影響するような大きな異物であれば、より磁性体1に吸着しやすい。
また、磁性体1は、フィルタ23の軸方向内側に設けられるから、軸受の外部に存在する異物を軸受付近に集めてしまう自体を回避できる。また、磁性体1が軸受の外側空間に直接臨んでおらず、磁性体1の軸方向外側にはフィルタ23が介在しているから、その磁性体1への異物の吸着量は比較的少なく、大量に吸着した異物がまとめて脱落するなどの危険が少ない
これらの作用により、軸受空間内に異物が浮遊することをより確実に防止することができる。
このシールリング20を取付ける転がり軸受10の種別は自由であり、例えば、転動体13として円すいころを用いた円すいころ軸受であってもよいし、その他、転動体13としてボールを用いた深溝玉軸受や、円筒ころを用いた円筒ころ軸受や、球面ころを用いた自動調心ころ軸受等であってもよい。
1 磁性体
2 磁性体固定部
3 異物溜まり
10 転がり軸受
11 外側軌道輪
11a 軌道面
12 内側軌道輪
12a 軌道面
12b 大つば
12c 小つば
13 円すいころ(転動体)
14 保持器
20 シールリング
21 係止部
22 通油孔
23 フィルタ
24 突出部
24a 内側突出部
24b 外側突出部
25 壁部
27 リップ取付部
30 シール溝
30a 内側シール溝
30b 外側シール溝
41 リップ部
41a 当接部

Claims (6)

  1. 外側軌道輪(11)と内側軌道輪(12)との間に転動体(13)を組み込み、前記外側軌道輪(11)と前記内側軌道輪(12)との間に形成された軸受空間の少なくとも軸方向一端の開口をシールリング(20)で覆い、そのシールリング(20)に形成された通油孔(22)を覆うフィルタ(23)により潤滑オイルに含まれる異物を捕捉するようになっており、前記フィルタ(23)の軸方向内側に、磁力の作用により異物を吸着する磁性体(1)を設けた転がり軸受。
  2. 前記磁性体(1)は、前記フィルタ(23)の軸方向内側に隣接して設けられている請求項1に記載の転がり軸受。
  3. 前記磁性体(1)の磁力による吸着力が、前記フィルタ(23)よりも軸方向内側部分の潤滑油に混入した異物には及びやすく、軸方向外側部分の潤滑油に混入した異物には及びにくいように、前記フィルタ(23)の軸方向内側面と前記磁性体(1)の軸方向外側面との間に間隔(w)を設けた請求項1又は2に記載の転がり軸受。
  4. 前記フィルタ(23)及び前記磁性体(1)と前記シールリング(20)とはインサート成型により一体である請求項1から3のいずれか一つに記載の転がり軸受。
  5. 前記磁性体(1)は、通油孔(22)の内面に露出して設けられている請求項4に記載の転がり軸受。
  6. 前記磁性体(1)よりも軸方向内側に、前記磁性体(1)から脱落した異物を保持する異物溜まり(3)が設けられている請求項1から5のいずれか一つに記載の転がり軸受。
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