JP4620583B2

JP4620583B2 - 軸受装置

Info

Publication number: JP4620583B2
Application number: JP2005371249A
Authority: JP
Inventors: 斉太田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: JP2007170584A

Description

この発明は、軸受装置に係り、特に潤滑油の漏れをシールする軸受構造に関するものである。

従来、軸とスリーブで軸受装置を構成する場合、スリーブの外気と接する側（スリーブの端部）に向かってテーパ角が大きくなるように傾斜面を設け、このスリーブの傾斜面に撥油剤を塗布する構成となっている。撥油剤を塗布することにより、潤滑油が撥油剤を塗布した箇所ではじかれることによって、潤滑油が外部に漏れることを抑制する（例えば、特許文献１参照）。

この撥油剤は、傾斜面と対向する位置の軸側にも塗布される。軸とスリーブとのすき間に充填される潤滑油は、漏れが抑制されるため枯渇することなく、スリーブが回転したときの遠心力によって、外側に押し出される潤滑油が撥油剤ではじかれて、すき間の外に流出することを抑制している。

特開２００２−４８１３３号公報（［００５２］〜［００５３］、図２参照）

上記従来の軸受装置は、注入する潤滑油の量のバラツキによって、過剰な潤滑油がすき間に充填された場合には、例えば、外気温度の上昇や長期の運転による軸受の温度上昇によって、潤滑油の粘性が小さくなると、スリーブが回転したとき、傾斜面の内側の圧力（軸受すき間の圧力）は傾斜面の外側の圧力（大気圧に等しい）よりも大きくなる。このため、潤滑油は基本的に外側に漏れやすい構造となる。

この発明は上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、組立が容易でかつ簡単な構成で潤滑油をシールすることができ、また、軸受すき間内の潤滑油に気泡が発生しない軸受装置を提供することを目的とする。

この発明による軸受装置は、軸と、軸の回りに配置される軸受と、軸受の軸方向端部に配置されるシール材と、軸受およびシール材を保持している筐体を備え、軸、軸受、及びシール材の境界には第１の空間部Ｓ１が形成され、第１の空間部Ｓ１の軸方向外側に位置するシール材と軸の間の第１の隙間Ｄ１から軸方向外側に向けてのシール材又は軸の少なくとも一方の表面に、撥油部が形成されており、軸受とシール材の間には第２の空間部Ｓ２が形成され、第２の空間部Ｓ２と第１の空間部Ｓ１の間の第２の隙間Ｄ２から径方向外側に向けての軸受又はシール材の少なくとも一方の表面には、撥油部が形成され、
上記軸受と上記シール材との接触面には、微小隙間Ｄ３が形成されていると共に、
上記軸受と上記シール材との接触面の微小隙間Ｄ３に位置する上記筐体には、通気孔が設けられていることを特徴とする。

この発明の軸受装置によれば、軸、軸受、及びシール材の境界に第１の空間部Ｓ１を形成すると共に、軸受とシール材の間に第２の空間部Ｓ２を形成し、第１の空間部Ｓ１の軸方向外側に位置する第１の隙間Ｄ１から軸方向外側に向けてのシール材又は軸の少なくとも一方の表面に撥油部を形成し、第２の空間部Ｓ２と第１の空間部Ｓ１の間の第２の隙間Ｄ２から径方向外側に向けての軸受又はシール材の少なくとも一方の表面に撥油部を形成し、
上記軸受と上記シール材との接触面には、微小隙間Ｄ３が形成されていると共に、
上記軸受と上記シール材との接触面の微小隙間Ｄ３に位置する上記筐体には、通気孔が設けられているので、軸受とシール材の間のすき間（第１空間部Ｓ１）に潤滑油が漏れ出しても、撥油部で潤滑油が阻止されて外部に漏れ出すことがなく、潤滑油をシールすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１及び図２はこの発明の実施の形態１による軸受装置を示す断面図であり、図１は軸受すき間に潤滑油が充填されている場合、図２は軸受すき間から潤滑油が軸受端部に漏れた場合を示している。本実施の形態の軸受装置は、図１及び図２に示すように、軸１と、軸１を回転自在に支持する軸受２と、軸受２の軸方向端部の少なくとも一方に配置されるシール材３と、軸受２およびシール材３を保持している筐体４により構成され、軸１と軸受２の間の軸受すき間８にはグリース等の潤滑油７が充填されている。なお、軸受すき間８は、数１０μｍ〜数１００μｍである。

軸１、軸受２、及びシール材３の境界には、第１の空間部Ｓ１が形成されている。つまり、図の例では、シール材３に軸方向外側に狭まる方向のテーパ３ａが設けられ、軸受２に段差部２ａが設けられ、これらテーパ３ａ及び段差部２ａにより第１の空間部Ｓ１が形成されている。第１の空間部Ｓ１の軸方向外側に位置する、シール材３と軸１の軸方向端部の隙間（第１の隙間と呼ぶ）Ｄ１は数１０μｍ〜数ｍｍである。そして、第１の隙間Ｄ１を起点としてそこから軸方向外側に向けてのシール材３又は軸１の少なくとも一方の表面には、撥油剤６ａが塗布されている（図の点線部分）。なお、図の例では、シール材３にテーパ３ａが、軸受２に段差部２ａが設けられているが、軸受２にテーパを設けても良いし、シール材３又は軸受２に、段差部またはテーパを設けて第１の空間部Ｓ１を形成しても良い。

軸受２とシール材３の間には、第２の空間部Ｓ２が形成されている。つまり、図の例では、シール材３に段差部３ｂが設けられ、この段差部３ｂと軸受２とにより第２の空間部Ｓ２が形成されている。第２の空間部Ｓ２と第１の空間部Ｓ１は、第２の隙間Ｄ２（数１０μｍ〜数１００μｍ）を介してつながっている。そして、第２の隙間Ｄ２を起点としてそこから径方向外側（第２の空間部Ｓ２側）に向けての軸受２又はシール材３の少なくとも一方の表面には、撥油剤６ｂが塗布されている（図の点線部分）。なお、図の例では、工作しやすいためシール材３に段差部３ｂが設けられているが、軸受２に段差部を設けて第２の空間部Ｓ２を形成しても良い。

また、軸受２とシール材３との接触面には、微小隙間Ｄ３が形成されている。つまり、図の例では、シール材３の軸受２と接触する部分は、表面粗さが数１０μｍ〜数１００μｍの粗い表面３ｃが形成されている。そして、軸受２とシール材３との接触面であって微小隙間Ｄ３が形成されている位置の筐体４には、通気孔５が設けられている。

シール材３としては、例えば鉄、銅等の合金を用いることができる。撥油剤６ａ、６ｂとしては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエタン−パーフルオロアルキリビニールエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＣＦ３系ポリマー等のフッ素系の樹脂を用いることができる。その中でも表面張力が小さいＣＦ３系ポリマーが好ましい。シール材３と撥油剤６ａ、６ｂとの密着性を高くするためには、シール材３の上にコーティング層を設けて、この上に撥油剤６ａ、６ｂを塗布したり、塗布後に加熱することが有効である。コーティング層としては、例えばニッケル等をめっきで形成しても良い。

図３は実施の形態１の軸受装置のシール構造を説明するための要部断面図であり、図３（ａ）は軸の回転が短期的に停止している場合、図３（ｂ）は軸の回転が長期的に停止している場合の例を示している。

軸受すき間８内に充填された潤滑油７が、例えば温度上昇など外部環境の変化によって粘性が低下した場合であって、軸１の回転の短期間停止中に、図３（ａ）に示すように、潤滑油７がシール３の下方に流れ出す場合を想定する。本実施の形態では、軸受２とシール材３の間に第２の空間部Ｓ２が形成され、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２は第２の隙間Ｄ２を介してつながっており、しかも、第２の隙間Ｄ２を起点としてそこから径方向外側に向けての軸受２又はシール材３の少なくとも一方の表面に撥油剤６ｂが塗布されている。そのため、第１の空間部Ｓ１においてシール３と軸受２の壁面を伝わって流れた潤滑油７は、表面張力の作用によって第２の空間部Ｓ２の手前（第２の隙間Ｄ２）でせき止められて、潤滑油７は第２の空間部Ｓ２に侵入しない。

また、図３（ｂ）に示すように、軸１の回転が長期間停止して、さらに潤滑油７が漏れ出しても、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２の間の第２の隙間Ｄ２を小さく設定しておけば、潤滑油７は第２の空間部Ｓ２及び微小隙間Ｄ３を通過して外部に漏れ出すことはない。

一方、軸受すき間８から漏れた潤滑油７はその自重で下方向の第１の空間部Ｓ１に溜まるため、上方向では第１の空間部Ｓ１に図３に示したような潤滑油７が存在しなく、通気孔５を通して大気に連通する。このように、軸受２の端部は常に大気圧とほぼ同じに保たれるため、軸の回転中も回転停止中も、軸受すき間８内の潤滑油７に気泡が発生することがなくなる。潤滑油７の漏れを防止するために軸受装置を密封すると、潤滑油内に発生した気泡がそのまま留まり、軸受の性能を劣化させるが、上記のような通気孔５を通して空気の流入を行い、かつ潤滑油７を封止する構成によって、気泡の発生を防止することができ、高性能の軸受装置を提供することができる。なお、図２において、Ｐａは大気圧を示しており、Ｐｂは軸受すき間と潤滑油７で塞がれた空間であって大気圧ではない。

以上のように実施の形態１の軸受装置によれば、軸１、軸受２、及びシール材３の境界に第１の空間部Ｓ１を形成すると共に、軸受２とシール材３の間に第２の空間部Ｓ２を形成し、第１の空間部Ｓ１の軸方向外側に位置する第１の隙間Ｄ１から軸方向外側に向けてのシール材３又は軸１の少なくとも一方の表面に撥油部を形成し、第２の空間部Ｓ２と第１の空間部Ｓ１の間の第２の隙間Ｄ２から径方向外側に向けての軸受２又はシール材３の少なくとも一方の表面に撥油部を形成しているので、軸受２とシール材３の間のすき間（第１空間部Ｓ１）に潤滑油が漏れ出しても、撥油部で潤滑油が阻止されて外部に漏れ出すことがなく、信頼性が高い軸受装置を得ることができる。

また、軸受２とシール材３との接触面に微小隙間Ｄ３が形成され、微小隙間Ｄ３に位置する筐体４に通気孔が設けられているので、軸受２の端部は常に大気圧とほぼ同じに保たれるため、軸の回転中、回転停止中において、軸１と軸受２の間の軸受すき間８内の潤滑油に気泡が発生することなく、軸受の負荷特性が良好になる。

さらに、軸受２とシール材３の間に第２の空間部Ｓ２を形成することにより、軸受すき間８内で短時間に圧力変動が発生した場合でも、軸受２の端部を大気圧に保つことができる。つまり、軸受２とシール材３との接触面は、例えば表面粗さが数１０μｍ〜数１００μｍの微小隙間Ｄ３で形成されているが、軸受すき間８内で短時間に圧力変動が発生した場合、この微小隙間Ｄ３内の圧力が上記圧力変化に追随できず、大気圧にならない可能性があるので、第２の空間部Ｓ２を設けた。

また、本実施の形態では、シール材３に軸方向外側に狭まる方向のテーパ３ａが設けられている。このように、テーパ３ａを設けることによって、図４（ａ）に示すように、シール材３と軸１の間に潤滑油７が満たされた場合、軸受端部で圧力が急峻になるために圧力変化が不連続に近くなり、封止効果が高くなる。これに対してテーパが無く一定断面の隙間の場合、圧力変化が連続的に変化するために漏れやすくなる（図４（ｂ）参照）。

また、本実施の形態において、軸受２としてスパイラル溝付軸受等を用いることができる。この場合、潤滑油７が過剰に軸受すき間８から漏れ出しても、軸１が回転したときにポンピング作用によって、図３（ｂ）の矢印（→）で示したように、漏れた潤滑油７は軸受すき間８内に再度引き込まれて軸受としての所定の性能を果たすことができる。

また、第１の隙間Ｄ１から軸方向外側に向けてのシール材３又は軸１の少なくとも一方の表面に撥油剤６ａを塗布しておくことによって、シール材３と軸１の第１の隙間Ｄ１を、軸受すき間８よりも大きくしておいても潤滑油７が漏れることはなく、この場合、軸受装置を簡便に組立することができる。

さらに、図５に示すように、シール材３と軸１の軸方向端部の第１の隙間Ｄ１の箇所に第３の空間部Ｓ３を設けても良く、この場合、さらに軸受装置のシール性が向上する。

実施の形態２．
実施の形態１では軸受装置が横に配置される例を示したが、図６に示すように、縦に配置した軸受装置に上記実施の形態を適用しても同様の効果を奏する。

軸受装置が縦に配置された場合、例えば温度上昇、長時間の停止などの環境や運転条件の変化によって、潤滑油７が軸受すき間８から下方に漏れ出した場合、潤滑油７は軸１とシール材３の間の第１の空間部Ｓ１（図６ではシール材３のテーパ３ａ）に溜まるが、軸１とシール材３の外側に塗布した撥油剤６ａの作用により表面張力でもって潤滑油７は保持されて外部に漏れ出さない。また、潤滑油７が過剰に漏れても、実施の形態１に示したように、軸受２とシール材３の間の第２の空間部Ｓ２の手前で潤滑油７はせき止められて、第２の空間部Ｓ１、微小隙間Ｄ３を通って外部に漏れることもない。

潤滑油７は自重で下方に漏れ出すが、上方向の第１の空間部Ｓ１及び第２の空間部Ｓ２には潤滑油７は存在しないため、軸受２の上方向端部は大気圧とほぼ同じ圧力となって軸受すき間８に気泡が発生することがない。

また、軸受２としてスパイラル溝付軸受などを用いることによって、過剰に潤滑油７が軸受すき間８から漏れ出しても、軸１が回転したときにポンピング作用によって、図６の矢印（↑）で示したように、漏れた潤滑油７は軸受すき間８内に再度引き込まれて所定の性能を果たすことができる。

以上のように、実施の形態１の軸受装置を縦に配置した場合でも、横に配置された場合と同様に、潤滑油７の漏れがなく、信頼性が高く性能が良い軸受装置を得ることができる。

なお、上記実施の形態１及び２では、軸１が回転する場合について示したが、軸１が固定されていて、軸受２、シール材３、筐体４が回転する構成であっても同様の効果を奏する。

実施の形態３．
実施の形態１及び２では、軸受２の端部を大気圧に連通させる手段として、筐体４に軸の径方向に連通する連通孔５を設けるようにしたが、図７に示すように、筐体４に軸方向に連通する連通溝９を設けても同様の効果を奏する。

また、図８に示すように、軸受装置を縦方向に構成する場合には、連通溝９は軸方向に貫通している必要はなく、潤滑油７は下方向に漏れるので、連通溝９は軸受２の下方向の粗い表面３ｃに到達しないようにしておけば、加工面積を減らすことができ安価に性能の良い軸受装置を得ることができる。

実施の形態４．
実施の形態１から３では、撥油剤６ａ及び６ｂを塗布した軸受装置の構成を示した。本実施の形態では、第１の空間部Ｓ１の軸方向外側に位置する第１の隙間Ｄ１を起点としてそこから軸方向内側に向けてのシール材３又は軸１の少なくとも一方の表面に、親油剤１０ａを塗布する（図の実線部分）。また、第２の空間部Ｓ２と第１の空間部Ｓ１の間にある第２の隙間Ｄ２を起点としてそこから径方向内側（第１の空間部Ｓ１側）に向けての軸受２又はシール材３の少なくとも一方の表面に、親油剤１０ｂを塗布する（図の実線部分）。つまり、図９の例では、シール材３のテーパ３ａに親油剤１０ｂを塗布する。その結果、潤滑油７が例えばテーパ３ａ上で広がり易くすることによって、撥油剤６との表面張力の差が大きくなって潤滑油７の封止効果を大きくすることができる。

また、環境の急激な変化によって、潤滑油７が高温になりミスト状になっても、親油剤１０ａ及び１０ｂを塗布した個所で凝集してミストが液滴となって、第２の空間部Ｓ２の手前に溜まるため、信頼性が高い軸受装置を提供することができる。

以上のように本実施の形態によれば、軸の運転が長時間になったり、急激な温度上昇などによって、潤滑油がミスト状になっても、親油剤１０ａ又は１０ｂを塗布することによって、潤滑油７が液状に凝集して漏れを防止することができる。また、親油剤１０ａ又は１０ｂを塗布した個所と撥油剤６ａ又は６ｂを塗布した個所の表面張力の差を大きくすることができるため、シール性能を向上し、信頼性の高い装置を提供することができる。

実施の形態５．
実施の形態１から４では、シール３材が軸受２の両端に１個づつ配置された例について述べたが、シール材３は１個づつである必要はなく、潤滑油７の充填量が多くて多量の漏れが予想される場合や、潤滑油７の充填量のバラツキが大きく充填時に漏れが発生するなど、想定される漏れ量が多い場合などは、図１０に示すように、複数個のシール材３を軸受２の両端に配置することも可能である。

この場合、シール材３の重ね合わせ面では、図１０中の４箇所の矢印（→）で示したテーパ３ａと対向する面には、撥油剤６を塗布しないようにしておくことによって、表面張力を大きくして潤滑油７の漏れを防止することができる。

以上のように、軸受２の端部にシール材３を複数個配置することによって、組立のバラツキの余裕度を大きくすることができるため、調整に時間を費やすことなく安価に製造でき、多量の潤滑油７の漏れが想定されても信頼性が高い装置を提供することができる。

また、衝撃などの運転条件の急激な変化などによって多量の潤滑油７が軸方向に漏れても、潤滑油７の装置外部への漏れを防止できる。

実施の形態６．
実施の形態１から５では、軸１の形状がフラットな場合について示したが、さらに封止性を向上させるために、図１１（ａ）に示すように、シール材３と軸１の間の第１の隙間Ｄ１から軸方向外側の軸１に、Ｖ状にカットした溝１１を設けてもよい。そして、この溝１１の傾斜面１１ａに撥油剤６ｃ（図中の点線）を塗布する。このように、軸１に溝１１を設けると共に当該溝１１に撥油剤６ｃを塗布することによって、潤滑油７が軸１とシール材３との間に捕捉されたときの表面張力を大きくすることできるため、潤滑油７がさらに漏れ難くなり、信頼性が高い装置を得ることができる。また、図１１（ａ）には、溝１１片側の傾斜面１１ａに撥油剤６ｃを塗布したが、塗布面積が狭くコストをそれほど気にせず、塗り易さを優先する場合には、溝１１全体に塗布しても良い。

また、図１１（ｂ）に示すように、溝１１はＶ状である必要はなく、矩形にして角度を大きくして撥油剤６ｃを塗布すれば、さらに表面張力が大きくなり、信頼性が高い装置を提供することができる。なお、図１１（ｂ）では、撥油剤６ｃを溝１１の一面にのみ塗布しているが、溝１１全体に塗布しても同様の効果を奏する。

この発明の実施の形態１による軸受装置を示す断面図である。この発明の実施の形態１による軸受装置を示す断面図である。この発明の実施の形態１の軸受装置のシール構造を説明するための要部断面図である。この発明の実施の形態１による軸受装置を示す断面図である。この発明の実施の形態１による軸受装置の他の例を示す断面図である。この発明の実施の形態２による軸受装置を示す断面図である。この発明の実施の形態３による軸受装置を示す断面図である。この発明の実施の形態３による軸受装置を示す断面図である。この発明の実施の形態４による軸受装置を示す断面図である。この発明の実施の形態５による軸受装置を示す断面図である。この発明の実施の形態６による軸受装置を示す断面図である。

符号の説明

１軸、２軸受、２ａ段差部、３シール材、３ａテーパ、３ｂ段差部、
３ｃ粗い表面、４筐体、５通気孔、６ａ，６ｂ撥油剤、７潤滑油、
８軸受すき間、９連通溝、１０ａ，１０ｂ親油剤、１１溝、
Ｓ１第１の空間部、Ｓ２第２の空間部、Ｓ３第３の空間部、Ｄ１第１の隙間、
Ｄ２第２の隙間、Ｄ３第３の隙間。

Claims

軸と、上記軸の回りに配置される軸受と、上記軸受の軸方向端部に配置されるシール材と、上記軸受および上記シール材を保持している筐体を備え、
上記軸、上記軸受、及び上記シール材の境界には第１の空間部Ｓ１が形成され、第１の空間部Ｓ１の軸方向外側に位置する上記シール材と上記軸の間の第１の隙間Ｄ１から軸方向外側に向けての上記シール材又は上記軸の少なくとも一方の表面に、撥油部が形成されており、
上記軸受と上記シール材の間には第２の空間部Ｓ２が形成され、第２の空間部Ｓ２と第１の空間部Ｓ１の間の第２の隙間Ｄ２から径方向外側に向けての上記軸受又は上記シール材の少なくとも一方の表面には、撥油部が形成され、
上記軸受と上記シール材との接触面には、微小隙間Ｄ３が形成されていると共に、
上記軸受と上記シール材との接触面の微小隙間Ｄ３に位置する上記筐体には、通気孔が設けられていることを特徴とする軸受装置。
上記第１の空間部Ｓ１に臨む上記シール材の上記軸と対向する面が、軸方向外側に行くに従って狭まるようなテーパとなっていることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
上記第１の空間部Ｓ１の軸方向外側に位置する上記第１の隙間Ｄ１から軸方向内側に向けての上記シール材又は上記軸の少なくとも一方の表面に、親油部を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軸受装置。
上記第２の空間部Ｓ２と上記第１の空間部Ｓ１の間にある上記第２の隙間Ｄ２から径方向内側に向けての上記軸受又は上記シール材の少なくとも一方の表面に、親油部を形成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の軸受装置。
上記軸受の軸方向端部に複数個の上記シール材を配置したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の軸受装置。
上記シール材と上記軸の間の第１の隙間Ｄ１から軸方向外側の上記軸に溝を設けると共に、上記溝に撥油部を形成することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の軸受装置。