JP2018128098A - シール付軸受及びプーリ - Google Patents

Abstract

【課題】シール部材の密閉性を犠牲にすることなく、シールリップの吸着を防止する。
【解決手段】内輪１０と外輪２０の一方はシール摺動面６０を有し、他方にシール部材５０を取り付ける。シール部材５０は、シール摺動面６０に周方向全周で接触するゴム材製のシールリップ５１と、シールリップ５１が先端に固定された環状の芯金５２とを有する。芯金５２に貫通口５３を形成する。シール部材５０は、貫通口５３を気密に閉塞するダイヤフラム５４を有する。軸受内部空間４０に存在する空気の膨張によってダイヤフラム５４が外部側へ膨らまされることにより、軸受内部空間４０の容量を拡大し、圧力上昇を防止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、シール付軸受、及びこれを備えるプーリに関する。

例えば、自動車のエンジン周辺で使用される転がり軸受のように、転動体と軌道間をグリースで潤滑する場合、軸受内部空間にグリースを保つため、シール付軸受が採用されている。シール付軸受は、軸受内部空間を外部に対して密閉するシール部材を備える。シール部材は、軌道輪のシール摺動面に接触するゴム材製のシールリップと、ゴム材を補強する環状の芯金とを有する。

シール付軸受の運転時、軸受の温度が上がると、軸受内部空間に密閉された空気が膨張して、軸受内部空間の圧力が高くなる。この内部圧力がシールリップの反力を超えると、シールリップが内部圧力によって外部側へ押し出され、シールリップとシール摺動面とが非接触の状態となり（以下、この現状を「シールリップ開き」という。）、軸受内部空間の空気が外部へ漏れ出す。この内部空気の漏れ出しが起こると、内部圧力が下がり、シールリップは、再度、シール摺動面と摺接する状態になり、密閉性が回復するが、その時、内部空気の量は前述の漏れ出し前に比して減っている。内部空気の量が減ったシール付軸受が常温に戻ると、内部圧力が外部の圧力よりも低くなり、シールリップがシール摺動面に吸着してしまう。

この問題を解決するため、従来、軸受内部空間と外部間に連通する通気路をシール部材のシールリップ等に設け、軸受内部空間と外部間で空気の出入りを可能としたものがある（特許文献１〜３）。

特開２０００−６５０７４号公報 特開２０００−６５０７４号公報 特開２０１１−２３６９８３号公報

しかしながら、従来のようにシール部材に通気路を設けると、密閉性が犠牲になり、通気路から水や異物が軸受内部空間へ侵入する懸念がある。

上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、シール部材の密閉性を犠牲にすることなく、シールリップの吸着を防止することにある。

上記の課題を達成するため、この発明は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在する転動体と、前記内輪と前記外輪との間に形成された環状の軸受内部空間を外部に対して密閉するシール部材と、を備え、前記内輪と前記外輪のうちの一方は、前記シール部材に対して相対的に回転するシール摺動面を有し、前記シール部材は、前記内輪と前記外輪の前記一方と反対の他方に取り付けられた状態で前記シール摺動面に周方向全周で接触するゴム材製のシールリップと、前記シールリップが先端に固定された環状の芯金とを有するシール付軸受において、前記芯金に貫通口が形成されており、前記シール部材は、前記貫通口を気密に閉塞するように、かつ前記軸受内部空間に存在する空気の膨張によって外部側へ膨らまされるように設けられたダイヤフラムを有する構成を採用したものである。

上記構成によれば、軸受内部空間の温度が上昇した際、軸受内部空間に存在する空気が膨張（体積変化）する。シール部材のシールリップがシール摺動面に周方向全周で接触し、ダイヤフラムが芯金の貫通口を気密に閉塞しているので、前述の膨張する空気によってシール部材のダイヤフラムが膨らまされる。その膨らみに伴って軸受内部空間の容積が拡大するため、軸受内部空間の圧力変化が緩和される。軸受内部空間の圧力が上昇しなければ、シールリップ開きが発生せず、シールリップのシール摺動面への吸着が発生しない。このように、シール摺動面に周方向全周で接触するシールリップを採用しつつ、芯金の貫通口を気密に閉塞するダイヤフラムによってシールリップの吸着防止を実現可能なため、シール部材の密閉性を犠牲にすることがない。

例えば、前記貫通口は、前記芯金を軸方向に貫くように形成されている。このようにすると、芯金の内外径差を活かしてダイヤフラムの面積を大きくすることができる。

例えば、前記シール部材は、周方向に間隔をおいた複数箇所に前記ダイヤフラムを有する。このようにすると、複数のダイヤフラムの膨らみによって軸受内部空間の容量拡大を図るため、各ダイヤフラムの膨らみを抑えて、ダイヤフラムと他部材の干渉を避けることができる。

例えば、前記ダイヤフラムは、前記ゴム材によって形成されている。このようにすると、シールリップとダイヤフラムが同じ材料で形成されるため、シール部材の構造が複雑にならず、ダイヤフラムを簡単に設けることができる。

例えば、この発明に係るシール付軸受を備えるプーリは、シール部材の良好な密閉性によりシール付軸受の故障を防ぎつつ、シール部材の吸着によるプーリの回転トルクの上昇を防ぐことができる。

この発明は、上記構成の採用により、シール部材の密閉性を犠牲にすることなく、シールリップの吸着を防止することができる。

この発明の実施形態に係るシール付軸受の常温時を示す断面図 図１に示すシール付軸受の一部を切り欠いた状態で示す斜視図 図１のシール付軸受の温度上昇時を示す断面図 図３に示すシール付軸受の一部を切り欠いた状態で示す斜視図 図１に示すシール付軸受を備えるプーリの一例を示す断面図 図５のプーリの温度上昇時を示す断面図

以下、この発明の実施形態に係るシール付軸受を添付図面の図１〜図４に基づいて説明する。ここで、図１、図２は、このシール付軸受及び外部が常温（２０℃）になっているときの様子を示している。図３、図４は、このシール付軸受の温度が図１、２の状態から上昇したときの様子を示している。

実施形態に係るシール付軸受は、図１、図２に示すように、内輪１０と、内輪１０と同軸に配置された外輪２０と、内輪１０と外輪２０との間に介在する所定数の転動体３０と、内輪１０と外輪２０との間に形成された軸受内部空間４０を外部に対して密閉する対のシール部材５０と、を備える。内輪１０、外輪２０及び所定数の転動体３０は、非分離形の転がり軸受を構成している。図では深溝玉軸受を例示したが、他の軸受形式に変更してもよい。

以下、このシール付軸受の軸受中心軸（図示省略）に沿った方向のことを「軸方向」といい、この方向は図１中において左右方向に相当する。また、その軸受中心軸に対して直角な方向のことを「径方向」といい、この方向は図１中において上下方向に相当する。また、その軸受中心軸回りの円周方向のことを「周方向」という。

内輪１０は、外側に軌道１１を有する環状の軸受部品からなる。外輪２０は、内側に軌道２１を有する環状の軸受部品からなる。

内輪１０と外輪２０のうちの一方は、シール部材５０に対して相対的に回転するシール摺動面６０を有する。図示例のシール摺動面６０は、内輪１０の外周に形成されており、図１に示す母線形状で周方向全周に連続する。なお、シール摺動面は、外輪に形成してもよいし、内輪又は外輪に取り付ける別部品、例えば、スリンガに形成してもよい。

転動体３０は、内輪１０の軌道１１と、外輪２０の軌道２１との間に介在する。所定数の転動体３０は、保持器７０によって保持されている。

外輪２０は、内側の両端部にそれぞれ形成されたシール溝２２を有する。シール部材５０の外周縁をシール溝２２に圧入することにより、シール部材５０が外輪２０に取り付けられる。外輪２０に取り付けられたシール部材５０は、シールリップ５１において対応のシール摺動面６０と周方向全周で接触し、当該シール部材５０を境界として軸方向の転動体３０側に形成された軸受内部空間４０と外部を気密に区切る。

その軸受内部空間４０には、転動体３０と軌道１１、２１間を潤滑するグリース（図示省略）が入れられている。対のシール部材５０は、そのグリースの外部への漏洩を防止する。また、シール部材５０を境界とした外部側には、摩耗粉、微小砕石、水滴等、このシール付軸受の組み込み先に応じた異物が存在する。対のシール部材５０は、外部から軸受内部空間４０への異物侵入を防止する。

シール部材５０は、ゴム材製のシールリップ５１と、シールリップ５１が先端に固定された環状の芯金５２とを有する。シールリップ５１は、シール部材５０が内輪１０と外輪２０の前記一方と反対の他方に取り付けられた状態でシール摺動面６０に周方向全周で接触する。芯金５２は、軸受内部空間４０に対して軸方向外部側に位置する。

芯金５２は、円環状の金属板によって構成されている。芯金５２は、例えば、鋼板のプレス部品とされる。芯金５２は、当該芯金５２に付着させられたゴム材の変形を防止する。

芯金５２には、貫通口５３が形成されている。貫通口５３は、芯金５２を軸方向に貫通するように形成されている。貫通口５３は、芯金５２の内周縁に沿った内側円弧状辺部と、芯金５２の外周縁に沿った外側円弧状辺部と、これら内側円弧状辺部と外側円弧状辺部の周方向一端同士を繋ぐ第一直線状辺部と、これら内側円弧状辺部と外側円弧状辺部の周方向他端同士を繋ぐ第二直線状辺部とによって規定されている。

貫通口５３は、芯金５２の複数箇所に周方向に一定の間隔をおいて形成されている。

シールリップ５１は、芯金５２のうち、貫通口５３よりもシール摺動面６０に近い部分に接着された腰部と、この腰部からシール摺動面６０に向かって次第に尖るように形成された先端部とで構成されている。シールリップ５１は、シール摺動面６０との間に締め代δをもっている。シール部材５０を外輪２０に取り付けると、シールリップ５１は、締め代δにより、シール摺動面６０に押し付けられる。前述の押し付けにより、シールリップ５１が外部側へ撓むように弾性変形を生じる。シール部材５０の取り付け誤差、外輪２０に対する内輪１０の偏心等は、シールリップ５１の弾性変形によって吸収される。なお、図示では、シールリップ５１を含むゴム材製の部分を成形時の形状で描いている。

前述のゴム材は、芯金５２に加硫接着されている。ゴム材として、例えば、ニトリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム等が挙げられる。

シール部材５０は、貫通口５３を気密に閉塞するように設けられたダイヤフラム５４を有する。

ダイヤフラム５４は、シールリップ５１と同じゴム材によって形成されている。ダイヤフラム５４は、芯金５２の貫通口５３周囲に接着されたゴム材部分に連続する膜状になっている。

シール部材５０は、周方向に間隔をおいた複数箇所にダイヤフラム５４を有する。周方向に隣り合うダイヤフラム５４間の周方向間隔は、対応の貫通口５３間の周方向間隔に一致する。各ダイヤフラム５４の周囲に存在するゴム材部分は、シールリップ５１の成形時に芯金５２に加硫接着されている。この例では、ダイヤフラム５４の周囲のゴム部分を芯金５２の外部側の側面に接着することでダイヤフラム５４を外部側から芯金５２に貼ったが、芯金５２の軸受内部空間４０側の側面にダイヤフラムを貼ってもよい。なお、ゴム材でできているシールリップおよびダイヤフラムについて、一体で形成してもよいし、別体にて形成してもよい。

ダイヤフラム５４の厚さ及び形状は、軸受内部空間４０に存在する空気の膨張によってダイヤフラム５４が弾性変形の範囲内で外部側へ膨らまされ、当該膨張した空気が収縮することによってダイヤフラム５４が弾性復元することができるように設定されている。

ダイヤフラム５４は、外部側へ膨らむ変形を起こし易くするため、軸受内部空間４０側に凹んだ形状に成形されている。

貫通口５３やダイヤフラム５４の形態は、この例に限定されるものでなく、例えば、ダイヤフラムを平坦な膜状にしてもよいし、ダイヤフラムの材料をゴム材とは異なる材料にしてもよい。

このシール付軸受は、上述のようなものであって、図１、図２に示す常温時からシール付軸受の温度が上昇する程、軸受内部空間４０に存在する空気が膨張する。このとき、シールリップ５１は、締め代δに基づく弾性反発力によって当該空気の膨張に抵抗し、シール摺動面６０との接触を周方向全周で保つ一方、各貫通口５３を気密に閉塞する各ダイヤフラム５４は、当該膨張する空気によって外部側へ押されるため、図３、図４に示すように、外部側へ膨らまされる。それらダイヤフラム５４の外部側への膨らみに伴って軸受内部空間４０の容積が図１、図２のときよりも拡大するため、軸受内部空間４０の圧力変化（圧力上昇）が緩和される。その結果、シールリップ５１に軸受内部空間４０側から作用する圧力は、シールリップ５１とシール摺動面６０間の気密を破るような大きさにならず、軸受内部空間４０に存在する空気が外部へ漏出して減少することはない。したがって、図３、図４に示す高温状態から図１、図２に示す常温状態まで温度が下降する際、各ダイヤフラム５４が弾性復元して、軸受内部空間４０の容量が戻り、軸受内部空間４０の圧力が外部に対して負圧にならず、シールリップ５１のシール摺動面６０への吸着が発生しない。このように、このシール付軸受は、シール部材５０の密閉性を犠牲にすることなく、シールリップ５１の吸着を防止することができる。

また、このシール付軸受は、貫通口５３が芯金５２を軸方向に貫くように形成されているので、芯金５２の内外径差を活かしてダイヤフラム５４の面積を大きくすることができる。

また、このシール付軸受は、シール部材５０が周方向に間隔をおいた複数箇所にダイヤフラム５４を有するので、複数のダイヤフラム５４の膨らみによって軸受内部空間４０の容量拡大を図ることができ、ひいては、気密を維持するのに必要な各ダイヤフラム５４の膨らみを抑えて、ダイヤフラム５４と、外部に存在する他部材との干渉を避けることができる。

また、このシール付軸受は、シールリップ５１とダイヤフラム５４が同じ材料で形成されるので、シール部材５０の構造が複雑にならず、ダイヤフラム５４をシールリップ５１と同時に成形して簡単に設けることができる。

このシール付軸受を備えるプーリの一例を図５に示す。
このプーリは、このシール付軸受１００と、内輪１０と一体化されるプーリボス部１１０と、外輪２０と一体化されるプーリ本体部１２０と、プーリボス部１１０に取り付けられたカバー１３０とを備える。ここで、図５は、シール付軸受１００及び外部が常温（２０℃）になっているときの様子を示している。

プーリボス部１１０は、内輪１０に嵌合する外周嵌め合い面１１１と、内輪１０を軸方向に突き当てる第一肩部１１２とを有する。プーリボス部１１０は、図示省略のプーリ支持軸に取り付けられる。

プーリ本体部１２０は、ベルト（図示省略）が巻き掛けられる外周面１２１と、外輪２０に嵌合する内周嵌め合い面１２２と、外輪２０を軸方向に突き当てる第二肩部１２３とを有する。プーリ本体部１２０の外周面１２１は、軸方向に沿っており、平ベルトを掛けることが可能になっている。なお、プーリ本体部１２０は、平ベルト用のものを例示したが、外周面をＶ溝状にしてＶベルトに対応のものとしてもよい。

シール付軸受１００は、プーリ本体部１２０を回転自在に支持する。

カバー１３０は、プーリボス部１１０の外周に嵌合されており、内輪１０に軸方向に突き当てられている。カバー１３０により、シール部材５０と内輪１０の接触部へ異物が到達し難くなる。

図６は、シール付軸受１００の温度が図５の状態から上昇したときの様子を示している。シール部材５０のダイヤフラム５４が膨らまされたとき、その膨らみが抑えられているので、カバー１３０、第一肩部１１２、第二肩部１２３と干渉する懸念はない。

このプーリは、シール部材５０の良好な密閉性によりシール付軸受１００の故障を防ぎつつ、シール部材５０の吸着によるプーリの回転トルクの上昇を防ぐことができる。

なお、図示例では、プーリボス部１１０と、プーリ本体部１２０とを別部品で構成したが、このようなプーリに限定されない。例えば、プーリボス部を省略し、シール付軸受１００の内輪１０を直接にプーリ支持軸に取り付けるようにしてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 内輪
２０ 外輪
３０ 転動体
４０ 軸受内部空間
５０ シール部材
５１ シールリップ
５２ 芯金
５３ 貫通口
５４ ダイヤフラム
６０ シール摺動面
１００ シール付軸受
１１０ プーリボス部
１２０ プーリ本体部

Claims (5)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在する転動体と、前記内輪と前記外輪との間に形成された環状の軸受内部空間を外部に対して密閉するシール部材と、を備え、
   前記内輪と前記外輪のうちの一方は、前記シール部材に対して相対的に回転するシール摺動面を有し、
   前記シール部材は、前記内輪と前記外輪の前記一方と反対の他方に取り付けられた状態で前記シール摺動面に周方向全周で接触するゴム材製のシールリップと、前記シールリップが先端に固定された環状の芯金とを有するシール付軸受において、
   前記芯金に貫通口が形成されており、
   前記シール部材は、前記貫通口を気密に閉塞するように、かつ前記軸受内部空間に存在する空気の膨張によって外部側へ膨らまされるように設けられたダイヤフラムを有することを特徴とするシール付軸受。
2. 前記貫通口は、前記芯金を軸方向に貫くように形成されている請求項１に記載のシール付軸受。
3. 前記シール部材は、周方向に間隔をおいた複数箇所に前記ダイヤフラムを有する請求項１又は２に記載のシール付軸受。
4. 前記ダイヤフラムは、前記ゴム材によって形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載のシール付軸受。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のシール付軸受を備えるプーリ。

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