JP4526304B2 - 転がり軸受 - Google Patents

Description

この発明は、非接触シールを有し外輪回転で用いられる転がり軸受であって、例えば、フィルム延伸機のテンタクリップ用軸受等のように、低トルク性が必要で、外部からの飛散油の流入等による内部グリースの流出が軸受寿命に影響を及ぼすような使用条件で用いられる転がり軸受に関する。

シール付きの転がり軸受はグリース等の潤滑剤が封入されており、外部からの潤滑の必要がないことから広く使用され、多くのシールが案出，実用化されている。シールに要求される性能は、外部からの異物の侵入と軸受内部に封入されている潤滑剤の漏洩を防ぐことにある。また、近年、軸受に対する省燃費（低トルク化），小型，高性能の要求がますます強くなっている。特にシール設計においては、軸受運転トルクを増大しないように、シールリップの接触を軽微に保ち、あるいは非接触としながら、一方ではシール性能を向上させて行く必要がある。

従来技術の一つとして、外輪に取付けられた芯金付きのシール部材の内径端付近に、内輪の外周面に形成されたＶ溝に対峙する肉厚のリップ部を形成し、このリップ部の先端部を境として内外両側面に凹面部を形成することにより、シールリップ部と内輪の外周面との間の隙間が、軸方向に向けて狭−広−狭−広−狭となるラビリンスを形成するようにしたものが提案されている（例えば特許文献１）。

このような構成の転がり軸受を、例えばフィルム延伸機のテンタクリップ用軸受として用いた場合に、転がり軸受は縦軸に使用されることになるが、テンタクリップ等に付着した潤滑油が飛散して軸受のシール部材と内輪の間のシール隙間を通って軸受内部に入り込む。そのため、グリースが軟化して軸受外へ流出することがある。また、グリースは侵入してくる油よりも比重が重いために、油が侵入すると外部への流出が生じ易い。グリースの流出は、軸受性能の低下を来す要因となるので好ましくない。流出したグリースが軸受周辺部を汚すことがある。

これに代わるものとして、図４のようにシール部材４５の外側面に、油溜まり部４６を形成したものが提案されている（例えば特許文献２）。このようにシール部材４５の外側面に油溜まり部４６を形成することにより、シール部材４５に落下した油が、油溜まり部４６で保持され、外輪４２の回転に伴ってシール部材４５が回転するため、油溜まり部４６に保持された油は遠心力で外径側に振り切られる。以上から、軸受の停止中および運転中を問わず、油がシール部材４５と内輪４１の間のシール部を通って軸受内部に入り込むことを回避できる。
実公昭４１−７２６号公報 特開２００３−１４８４９５号公報 特開２００２−３３３０３２号公報

従来の図４の転がり軸受では、シール部材４５の外側面の略全体を油溜まり部４６としているため、それだけシール部材４５の位置が軸受内側に偏ることになり、軸受内部でのグリース保持量が減少し、軸受性能の低下を来たす要因となるので好ましくない。
また、組付けの都合上からシール部材４５の芯金４７の内径寸法に制約があり、芯金４７のない弾性体のリップ部４５ａを有した構造となっているが、このリップ４５ａが回転に伴って軸方向に振れ、グリース漏れを生じる恐れがある。グリース漏れは、軸受性能の低下を来たす要因となると共に、漏れグリースによる軸受周辺の汚れの問題を招く。
さらに、シール部材４５の内側面に付着したグリースが軌道面４１ａ，４２ａの潤滑に寄与しておらず、この点でも軸受性能の低下を招くことになる。

なお、従来、接触シール付きの転がり軸受において、図５に示すように、この発明の実施形態におけるシールと外見的には似たものがあるため（特許文献３）、参考のためにここで説明する。図５の例は、シール部材５５の内径端にくびれ部５７を設けると共に、複数のリップ５６ａ，５６ｂを設けて、シール部材内径端と内輪５１のシール溝５９との間に内外方向に並ぶ複数の狭まり部を形成したものである。しかし，この従来例は、リップ５６ａ，５６ｂを内輪５１に接触させる接触式のシールであって、くびれ部５７は接触圧を弱めるために設けられたものであり、本願発明のように外側の側面を油溜まりに利用するものではない。また内輪回転であるため、くびれ部５７の外側に油が溜まった場合の遠心力による排出作用も生じない。このように、同図の従来例は、その作用，効果，使用形態等が本館発明とは全く異なるものである。

この発明の目的は、内部封入グリースの漏れ量を少なくすると共に、軸受内部でのグリース保持量も増大させて、軸受寿命を向上させることのできる外輪回転型の非接触型シール付きの転がり軸受を提供することである。
この発明の他の目的は、密封性を向上させることである。
この発明のさらに他の目的は、シール部材の内側面に付着したグリースを潤滑に再利用可能とすることである。

この発明の転がり軸受は、軸受空間を密封する非接触型のシールを有し、このシールは外輪に取付けられて内径側端が内輪に近接するものであり、外輪回転で用いられる転がり軸受において、前記シールの内径端付近に、シールの外側の側面が環状溝となる断面形状のくびれ部を設け、前記シールの内側の側面に、それぞれ環状溝からなるグリース溜まりを径方向に並べて２箇所に設け、その外径側のグリース溜まりの外径寸法を、外輪の内径寸法よりも小さくし、内径側のグリース溜まりは、溝底部分から内径側へ向かうに従って軸受内側へ傾斜するテーパ状の壁面と、前記溝底部分から外径側へ向かうに従って軸受内側へ傾斜するテーパ状の壁面とを有することを特徴とする。
この構成によると、縦姿勢のガイド軸受等として用られた場合に、上方の機器から滴下した油が上側のシールの側面に落下しても、この油がくびれ部の環状溝に保持され、軸受内部に油が流入することが防止される。くびれ部の環状溝に保持された油は、外輪回転中のシールの回転により外径側に振り切られるため、くびれ部の油溜まり機能が逐次回復される。したがって、油の軸受内部への侵入を簡単な構造で長期間安定して阻止することができ、油の侵入による内部封入グリースの軟化や比重差による漏れを少なくすることができる。
くびれ部は、シールの内径端付近に限って設けられているので、くびれ部の形成のためにシールにおける軸受内側に偏る部分が少なくなる。したがって、それだけ軸受内部でのグリース保持量も増大させることができ、軸受寿命を向上させることができる。

前記シールの外側の側面における前記環状溝は、外径側の溝側壁面をテーパ状としても良い。
外径側の溝側壁面がテーパ状であると、くびれ部に保持された油が外輪回転時に効率良く外径側へ放出される。そのため、くびれ部の油溜まりとしての機能の回復を早めることができる。

前記シールは、内径側端の断面形状を、このシール内径側端と内輪の外径面との間で形成されるラビリンスシール隙間に、隙間寸法の狭まり部が、内外方向に並んで３箇所に形成される形状としても良い。
これによりラビリンスシール隙間は、狭い部分、広い部分、狭い部分、広い部分と変化した断面形状となる。このような隙間寸法の変化により、ラビリンスシール隙間からのグリース漏れがより確実に防止される。

前記シールは、例えば、環状の芯金にゴム状部材を一体に固着したものであって、前記ゴム状部材が芯金よりも内径側に延びる芯金無しゴム部分を有するものとされる。この場合に、この芯金無しゴム部分の重心の軸方向位置を、前記くびれ部の断面の中心よりも軸受内側としても良い。
このように芯金無しゴム部分の重心の軸方向位置を、前記くびれ部の断面の中心よりも軸受内側に設定することで、外輪回転時に芯金無しゴム部分に作用する遠心力は芯金無しゴム部分を内側へ撓ませるように作用する。そのため、外輪回転時にシールの内径側端が軸受外側へ振れることが抑制され、振れによってシール内径端と内輪外径面との間の隙間が増減して起きるポンプ効果が低減する。このため、ポンプ効果によるグリース漏れを抑制することができる。

前記シールの内側の側面には、それぞれ環状溝からなるグリース溜まりを径方向に並べて２箇所に設け、その外径側のグリース溜まりの外径寸法を、外輪の内径寸法よりも小さくしている。
グリース溜まりの外径寸法が外輪の内径寸法よりも小さくしてあると、グリース溜まり内のグリースが外輪回転時の遠心力により徐々に外輪軌道面に供給される。そのため、グリース溜まりのグリースを軌道面の潤滑に効率的に寄与させることができる。

この発明の転がり軸受は、例えば、フィルム延伸機のテンタクリップ用軸受として縦姿勢で用いられるものとしても良い。特に、フィルム延伸機の２軸延伸機におけるテンタクリップの縦姿勢のガイド軸受として用いても良い。
テンタクリップ用軸受では、上方のガイドレールやテンタクリップから滴下した油が転がり軸受の上側のシールの側面に落下することがあるが、このような落下油が軸受内に侵入することが防止される。

この発明の転がり軸受は、軸受空間を密封する非接触型のシールを有し、このシールは外輪に取付けられて内径側端が内輪に近接するものであり、外輪回転で用いられる転がり軸受において、前記シールの内径端付近に、シールの外側の側面が環状溝となる断面形状のくびれ部を設け、前記シールの内側の側面に、それぞれ環状溝からなるグリース溜まりを径方向に並べて２箇所に設け、その外径側のグリース溜まりの外径寸法を、外輪の内径寸法よりも小さくし、内径側のグリース溜まりは、溝底部分から内径側へ向かうに従って軸受内側へ傾斜するテーパ状の壁面と、前記溝底部分から外径側へ向かうに従って軸受内側へ傾斜するテーパ状の壁面とを有するため、外輪回転時の内部封入グリースの漏れ量を少なくすると共に、軸受内部でのグリース保持量も増大させて、軸受性能を向上させることができる。

この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。同図は主な使用形態と合致するように、軸心を縦姿勢として図示してある。この転がり軸受は、内輪１と外輪２の軌道面１ａ，２ａの間に、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、両側に軸受空間を密封する非接触型のシール部材５を設けたものである。転動体３は例えばボールからなり、この場合、軸受はシール付きの深溝玉軸受とされている。シール部材５は、環状の芯金６とこの芯金６に一体に固着されるゴム状部材７とで構成され、外輪２の内周面に形成されたシール取付溝８に外周部が嵌合状態に固定される。ゴム状部材７は合成ゴムからなり、芯金６は鋼板製とされる。内輪１は各シール部材５の内径部に対応する位置に、円周溝からなるシール溝９が形成され、シール部材５の内径側端と内輪１のシール溝９との間にラビリンスシール隙間１０が形成される。シール取付溝８およびシール溝９は旋削仕上げとされている。

図１（Ｂ）に拡大して示すように、シール溝９は、底面９ａが円筒面状の平坦面に形成され、シール溝内側壁９ｂおよびシール溝外側壁９ｃは、いずれも傾斜面とされている。内輪１のシール溝９よりも軸受内側の肩部外周面１ｃは、シール溝９の軸受内側の肩部外周面１ｂよりも低く、つまり小径に形成されている。シール部材５のゴム状部材７は、芯金６の内周端から内径側へ延びる芯金無しゴム部分７ａを有し、この芯金無しゴム部分７ａに、外側の側面が環状溝１５となる断面形状のくびれ部１１が設けられている。このくびれ部１１を形成する環状溝１５の外径側の溝側壁面１５ａは、テーパ状とされている。芯金無しゴム部分７ａの内径部は、内径側および軸受外側へそれぞれ延びるセンターリップ１２ａおよびダストリップ１２ｂの２枚のシールリップに形成されている。ダストリップ１２ｂは、センターリップ１２ａを基端として軸受外側へ延びている。センターリップ１２ａは、軸受内側へ延びてシール溝内側壁９ｂと非接触の状態を保っている。このように、センターリップ１２ａを軸受内側に延ばすことにより、芯金無しゴム部分７ａの重心の軸方向位置を、くびれ部１１の断面の中心、詳しくはくびれ部１１の溝底部分の断面の中心よりも軸受内側に偏らせている。

シール部材５の内径端側と内輪１の外径面との間で形成されるラビリンスシール隙間１０には、芯金無しゴム部分７ａの内径部に形成される両リップ１２ａ，１２ｂの形状により、隙間寸法の狭まり部１０ａ〜１０ｃが、内外方向に並んで複数箇所に形成されている。具体的には、ダストリップ１２ｂと内輪１の外径面との間に第１の狭まり部１０ａが形成され、センターリップ１２ａと内輪１のシール溝外側壁９ｃとの間に第２の狭まり部１０ｂが形成され、センターリップ１２ａと内輪１のシール溝内側壁９ｂとの間に第３の狭まり部１０ｃが形成されている。最外部の狭まり部１０ａは他の狭まり部１０ｂ，１０ｃより狭くされている。これにより、ラビリンスシール隙間１０には、狭い箇所，広い箇所を１組の広狭変化部として、３つの広狭変化部が形成されている。

同図（Ａ）に示すように、シール部材５の内側の側面には、径方向に並ぶ２箇所に、それぞれ環状溝からなるグリース溜まり１３ａ，１３ｂが設けられている。これら両グリース溜まり部１３ａ，１３ｂのうち、外径側のグリース溜まり１３ａの外径寸法は、外輪２の内径寸法よりも小さくされている。

この構成の転がり軸受によると、シール部材５の内径端付近にくびれ部１１の形成により環状溝１５を設けたので、油の滴下が生じる箇所で縦姿勢で使用されても、軸受上に滴下した油が環状溝１５に保持される。そのため、ラビリンスシール隙間１０を通じて軸受内部に流入することが防止される。環状溝１５に保持された油は、外輪回転中のシール部材５の回転により外径側に振り切られるため、環状溝１５の油溜まり機能は逐次回復される。環状溝１５の外径側の溝側壁面１５ａが上記のようにテーパ状とされていると、より効率良く外径側へ放出されることになり、くびれ部１１の油溜まり機能の回復を早めることができる。

このように、油の軸受内部への侵入を、くびれ部１１の形成という簡単な構造で長期間安定して阻止することができて、外輪回転時の内部封入グリースの漏れ量を少なくすることができる。また、くびれ部１１は、シール部材５の内径端付近に限って設けられているので、シール部材５の外面に油溜まりを形成するために生じるシール部材５の軸受内側への偏り部分が少なくできる。したがって、シール部材５の偏りよる内部空間の狭まりが緩和されて、軸受内部のグリース保持量も増大させることができ、軸受寿命を向上させることができる。

また、シール部材５の内径側端の断面形状を、シール部材内径端と内輪１の外径面との間で形成されるラビリンスシール隙間１０に、隙間寸法の狭まり部１０ａ〜１０ｃが、内外方向に並んで形成される形状としているので、ラビリンスシール隙間１０に、狭い箇所，広い箇所を１組の広狭変化部として、複数（この実施形態では３つ）の広狭変化部が形成される。このようにラビリンスシール隙間１０が広狭の変化を繰り返し生じているため、ラビリンスシール隙間１０からのグリース漏れの防止性が高められる。したがって、グリース漏れによる周辺の汚損が防止される。
例えば、フィルム延伸機のテンタクリップ用軸受では、ガイドレールの潤滑に使用される油が軸受内に侵入すると、軸受内に封入されている比重の重いフッ素グリースが漏れて製品を汚損することになるが、このようなグリース漏れによる汚損が、上記のラビリンスシール隙間１０の広狭の変化によって防止される。

また、シール部材５における芯金無しゴム部分７ａの重心の軸方向位置を、くびれ部１１の断面の中心よりも軸受内側に偏らせているので、外輪回転時にシール部材５の内径部先端が軸受外側へ振れることを抑制できる。そのため、振れによりシール部材５内径端とシール溝９との間の隙間１０が増減して起きるポンプ効果を低減し、ポンプ効果によるグリース漏れの助長を抑制することができる。

シール部材５の内側の側面については、それぞれ環状溝からなるグリース溜まり１３ａ，１３ｂを径方向に並べて設け、その外径側のグリース溜まり１３ａの外径寸法を、外輪２の内径寸法よりも小さくしているので、グリース溜まり１３ａ，１３ｂ内のグリースを外輪回転時の遠心力により徐々に軌道面２ａに供給できる。そのため、グリース溜まり１３ａ，１３ｂのグリースを軌道面１ａ，２ａの潤滑に寄与させることができる。

グリース漏れ難さの確認試験例を説明する。
この実施形態の転がり軸受と従来品とについて、軸受内部にグリースを１．００gr封入後、油を０．１０gr滴下させた後に、シール部材を取付け、回転試験を開始してグリース漏れ量を測定した。その結果を〔表１〕に示す。試験条件は次の通りである。
・試験軸受：＃６２０２／４０ （φ１５×φ４０×１１）
・回転：外輪回転、回転速度：４０００ｒｐｍ
・雰囲気温度：１５０℃
・軸受の方向：竪軸
・軸受負荷荷重：Fr＝５００Ｎ
・試験時間７２時間

この試験結果から、この実施形態の転がり軸受のグリース漏れ量は、従来品に対して、平均で約５５％減少しており、グリース漏れ低減の効果が確認できた。

図２，図３は、この発明の転がり軸受を適用するフィルム延伸機の一例を示す。図２に概略図で示すように、このフィルム延伸機２１は、熱可塑性高分子化合物２２を溶融して未延伸状態のフィルム２３として押し出す押出し機２４と、押し出されたフィルム２３を受ける冷却ドラム２５と、次の各工程を行う手段を備える。すなわち、冷却ドラム２５で冷却されたフィルム２３を送る送りローラ２６と、この送りローラ２６で送られるフィルム２３に調湿処理を施す水槽２７と、この水槽２７で調湿処理されたフィルム２３を挟み込んで表面の水滴を除去する水切り装置２８とを備える。また、水切り処理後のフィルム２３を縦および横方向に２軸延伸する２軸延伸機２９と、この２軸延伸機２９で形成されたフィルム２３を巻き取る回収ローラ３０とを備える。

２軸延伸機２９の構成要素として、図３に示す横延伸機構４０が設けられる。この横延伸機構４０にテンタクリップ３１が備えられる。横延伸機構４０は、送られて来るシート２３の左右両側に配置され、両ガイド間の間隔がラインの進行方向に向かって徐々に広くなっているガイドレール３３，３４と、それぞれローラ鎖状に連結され、ガイドレール３３，３４上をラインの進行方向に循環する複数個のテンタクリップ３１とを備える。

テンタクリップ３１は、フィルム２３の端部を掴むグリップ部３２と、閉ループで構成されたガイドレール３３，３４上を転動するガイド軸受３５，３６とを有する。このテンタクリップ３１は、グリップ部３２でフィルム２３の両端を掴んだ状態で、ガイドレール３３，３４に沿って進行方向に進み、フィルム２３を横方向に延伸させる役割を担う。ガイドレール３３，３４には、そのガイド面を水平方向に向けたレール３３と、垂直方向に向けたレール３４の２種類がある。テンタクリップ３１のガイド軸受３５，３６は、テンタクリップ３１を各ガイドレール３３，３４に沿って転がり案内する役割を担う。このガイド軸受３５，３６のうち、水平方向のガイド面を転動するガイド軸受３５は水平方向（横姿勢）の固定軸３７に設置される。垂直方向のガイド面を転動するガイド軸受３６は、垂直方向（縦姿勢）の固定軸３８に設置される。

この縦姿勢の固定軸３８に取付けられたガイド軸受３６として、図１に示した上記実施形態の転がり軸受が用いられる。

このガイド軸受３６は、上方のガイドレール３３やテンタクリップ３１から滴下した油が軸受上側のシール部材５（図１）の上に落下することがある。上記実施形態の転がり軸受によると、このようなガイドレール３３やテンタクリップ３１から滴下する油が軸受内に侵入することが防止され、また軸受から漏れ出たグリースでフィルム２３を汚損することが防止される。

（Ａ）はこの発明の一実施形態である転がり軸受の断面図、（Ｂ）は同転がり軸受の一部拡大断面図である。 同転がり軸受が用いられるフィルム延伸機の概略構成図である。 同フィルム延伸機の横延伸装置におけるテンタクリップ周辺部を示す断面図である。 従来例の断面図である。 他の従来例の要部断面図である。

符号の説明

１…内輪
２…外輪
５…シール部材
６…芯金
７…ゴム状部材
７ａ…芯金無しゴム部分
１０…ラビリンスシール隙間
１０ａ〜１０ｃ…狭まり部
１１…くびれ部
１３ａ，１３ｂ…グリース溜まり
１５…環状溝

Claims (5)

1. 軸受空間を密封する非接触型のシールを有し、このシールは外輪に取付けられて内径側端が内輪に近接するものであり、外輪回転で用いられる転がり軸受において、前記シールの内径端付近に、シールの外側の側面が環状溝となる断面形状のくびれ部を設け、
   前記シールの内側の側面に、それぞれ環状溝からなるグリース溜まりを径方向に並べて２箇所に設け、その外径側のグリース溜まりの外径寸法を、外輪の内径寸法よりも小さくし、
   内径側のグリース溜まりは、溝底部分から内径側へ向かうに従って軸受内側へ傾斜するテーパ状の壁面と、前記溝底部分から外径側へ向かうに従って軸受内側へ傾斜するテーパ状の壁面とを有することを特徴とする転がり軸受。
2. 請求項１において、前記シールの内径側端の断面形状を、このシール内径側端と内輪の外径面との間で形成されるラビリンスシール隙間に、隙間寸法の狭まり部が、内外方向に並んで３箇所に形成される形状とした転がり軸受。
3. 請求項１または請求項２において、前記シールの外側の側面における前記環状溝の外径側の溝側壁面をテーパ状とした転がり軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記シールが、環状の芯金にゴム状部材を一体に固着したものであって、前記ゴム状部材が芯金よりも内径側に延びる芯金無しゴム部分を有し、この芯金無しゴム部分の重心の軸方向位置を、前記くびれ部の断面の中心よりも軸受内側とした転がり軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の転がり軸受において、フィルム延伸機のテンタクリップ用軸受として縦姿勢で用いられる転がり軸受。