JP6878048B2 - 密封型転がり軸受 - Google Patents

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。

従来の密封型転がり軸受は、軸受内部に封入したグリース等の潤滑剤の漏れ防止や外部からの異物（例えば、泥水等）侵入を防止するために、内輪と外輪の開口部がシール部材で密封されている。

ところが、軸受温度が上昇することで内圧が増加し、その後、軸受温度が低下すると（常温に戻ると）、内圧と軸受外部の圧力（大気圧）とのバランスが崩れる。具体的には、軸受の内圧が大気圧に対して低下する。即ち、軸受の内圧が、外部に対して負圧となる。軸受の内圧が低下すると、シール部材が変形し、シール部材の軌道輪への吸着が発生する。このようなシール部材の吸着が発生すると、当該シール部材が回転部（内輪又は外輪）に張り付いた状態になるため、トルクが増大してしまうと共に、シール部材における摩耗の発生に注意が必要である。

従来、シール部材と軌道輪との吸着を防止するために、シール部材と軌道輪との接触部分に空気流入隙間を設け、軸受内部が負圧になった際に、空気流入隙間から軸受内部に空気を流入させることにより、軸受内部の内圧低下を抑えてシール部材が軌道輪に吸着するのを防止するようにした密封型転がり軸受が、特許文献１あるいは特許文献２に開示されている。

特許文献１の密封型転がり軸受２１Ａは、図４〜図５に示すように、外輪２２Ａの内径面両端部に一対のシール嵌合溝２８Ａを設け、この一対のシール嵌合溝２８Ａにシール部材３０Ａの外径部を嵌合し、そのシール部材３０Ａの内周部に形成された内向きリップ３２Ａの先端部を内輪２３Ａの外径面両端部に形成されたシール溝２９Ａの内側面に弾性接触させて、軸受空間を密閉する密封型である。

この特許文献１の密封型転がり軸受２１Ａには、前記内向きリップ３２Ａのうち前記シール溝２９Ａの内側面２９ａと弾性接触する接触面の周方向の少なくとも一部に、当該内側面２９ａとの間で微小な空隙を形成する空気流入隙間として凹部３８を設け、軸受内部が負圧になった際に、空気流入隙間の凹部３８から軸受内部に空気を流入させることにより、軸受内部の内圧低下を抑えてシール部材３０が内輪２３に吸着するのを防止している。

また、特許文献２の密封型転がり軸受２１Ｂは、図６〜図７に示すように、外輪２２Ｂの内径面両端部に設けた一対のシール嵌合溝２８Ｂに嵌合するシール部材３０Ｂの外径部に、空気流入隙間としてスリット４０を設け、軸受内部が負圧になった際に、スリット４０から軸受内部に空気を流入させることにより、軸受内部の内圧低下を抑えてシール部材３０Ｂが外輪２２Ｂに吸着するのを防止している。

特開２０１１−２３６９８３号公報 特開２０１１−４７４６８号公報

ところが、上記のように、シール部材と軌道輪との接触面に、空気流入隙間である凹部やスリットを設けると、この凹部やスリットから軸受内部のグリースが漏れたり、軸受外部から異物が侵入するおそれがある。

そこで、この発明は、密封型転がり軸受において、軌道輪とシール部材との接触面に形成された空気流入隙間からのグリースの漏洩と軸受外部からの異物の侵入を防止しつつ、シール部材の軌道輪への吸着を防止することを課題とするものである。

前記の課題を解決するために、この発明は、外輪と、内輪と、前記外輪の内径面両端部に設けられた一対のシール嵌合溝に嵌合する嵌合部、前記内輪の外径面両端部に形成された一対のシール溝に弾性接触させるリップ部を有するシール部材とを備えた密封型転がり軸受において、前記シール部材には、軸受内部と軸受外部とを貫通し、水浸入を防止しつつ、前記軸受内部空間と前記軸受外部空間との圧力差を調整する貫通孔を設けたことを特徴とする。

この発明の密封型転がり軸受は、軸受内部と軸受外部とを貫通し、水浸入を防止しつつ、前記軸受内部空間と前記軸受外部空間との圧力差を調整する貫通孔を設けているので、水浸入を防ぎつつ、シール部材が軌動輪に吸着するのを防止することができる。

この発明の一形態に係る密封型転がり軸受の一部を拡大して示す縦断正面図である。 図１のシール部材を拡大して示す断面図である。 図１に示す密封型転がり軸受を用いたプーリを示した断面図である。 従来例の密封型転がり軸受の一部を拡大して示す縦断正面図である。 図４の内向きリップ部を拡大して示す断面図である。 他の従来例の密封型転がり軸受の一部を拡大して示す縦断正面図である。 図６のシール嵌合部を拡大して示す断面図である。

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、密封型転がり軸受１は、外輪２と、内輪３と、その外輪２の内径面に形成された軌道溝４と内輪３の外径面に形成された軌道溝５間に組込まれた複数のボール６およびそのボール６を保持する保持器７からなる。外輪２、内輪３、ボール６及び保持器７は、金属製部材である。本実施形態では、保持器７は鉄製であるが、樹脂製であってもよい。本実施形態の密封型転がり軸受１は、深溝玉軸受である。また、密封型転がり軸受１は、例えば、後述するアイドラプーリ等の自動車補機に用いられる自動車補機用軸受である。なお、以下の説明において、密封型転がり軸受１の中心軸に沿った方向を「軸方向」、当該中心軸に対して直交する方向を「径方向」と呼ぶ。

密封型転がり軸受１では、内輪３が固定されて外輪２が回転する。即ち、密封型転がり軸受１は、外輪回転用軸受である。密封型転がり軸受１の軸受内部空間Ｓ１には、グリース（図示せず）が封入されている。ここで、軸受内部空間Ｓ１とは、外輪２の内径面２ａと内輪３の外径面３ａとの間の空間を意味する。グリースの動粘度としては、４０℃において１０〜２５０ｃＳｔ（ｍｍ²／ｓ）が好ましく、４０℃において３０〜７５ｃＳｔがより好ましい。グリースの動粘度を３０〜７５Ｃｓｔとすることで、所要の厚みの潤滑油膜を形成し易い。

外輪２の内径面２ａには、軸方向の両端部に一対のシール嵌合溝８が形成され、一方、内輪３の外径面３ａには、上記一対のシール嵌合溝８と径方向に対向する一対のシール溝９が形成されている。内輪３の外径面３ａは、大径肩部３ａａと小径肩部３ａｂとを有している。大径肩部３ａａは内輪３の転動面（軌道溝５）よりも軸方向外側に位置している。小径肩部３ａｂは大径肩部３ａａよりも小径であり、その外径面が大径肩部３ａａよりも内径側に位置している。大径肩部３ａａと小径肩部３ａｂとの間には、上記シール溝９が設けられている。

外輪２に形成された一対のシール嵌合溝８のそれぞれには、シール部材１０の外径部が嵌合されている。シール部材１０は、芯金１１と芯金１１と一体に形成されたゴム製部分１２とからなる。

芯金は金属製であり、軸方向から視て、環状である。芯金１１の径方向外端部１１ａは、軸方向内側に向かって折り曲げられている。そして、芯金１１の径方向外端部１１ａは、シール嵌合溝８と軸方向に対向している。芯金１１の径方向内端部１１ｂは、保持器７の内径面７ａよりも下方で、かつ、後述するゴム製部分１２のくびれ部１２ｃよりも上方に位置している。芯金１１の径方向外端部１１ａと径方向内端部１１ｂとの間には、径方向に延びる立板部１１ｃが設けられている。

ゴム製部分１２は、軸方向から視て、環状である。ゴム製部分１２は、例えば、ニトリルゴム、耐熱ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等の耐油性や耐熱性に優れたゴムを素材としている。ゴム製部分１２は、芯金１１に加硫成型することで一体形成されている。ゴム製部分１２は、芯金１１のうち立板部１１ｃの内側面を除く芯金１１全体を覆っている。

図１及び図２に示すように、ゴム製部分１２は、嵌合部１２ａと、本体部１２ｂと、くびれ部１２ｃと、内向きリップ部１２ｄと、外向きリップ部１２ｅとを有している。嵌合部１２ａは、シール嵌合溝８に嵌合され、かつ、芯金１１の径方向外端部を覆っている部分である。本体部１２ｂは、嵌合部１２ａと後述するくびれ部１２ｃとの間に位置する部分である。本体部１２ｂは、嵌合部１２ａよりも内径側に位置し、かつ、芯金１１のうち径方向外端部１１ａを除く部分を覆っている部分である。

くびれ部１２ｃは、本体部１２ｂの径方向内端部よりも内径側に位置している部分である。即ち、くびれ部１２ｃは、芯金１１の径方向内端部１１ｂよりも内径側に位置している。また、くびれ部１２ｃは、保持器７の内径面７ａと内輪３の外径面３ａとの間に位置している。くびれ部１２ｃは、本体部１２ｂの径方向内端部から軸方向内側に延びる第１くびれ部１２ｃａと、当該第１くびれ部１２ｃａから内径側に延びる第２くびれ部１２ｃｂとを有している。

第１くびれ部１２ｃａは、その軸方向寸法が内径側に向かって徐々に小さくなっている。第１くびれ部１２ｃａには、後述する貫通孔（以下、微小貫通孔とも呼ぶ）１４が形成されている。第２くびれ部１２ｃｂは、その軸方向寸法が第１くびれ部１２ｃａの軸方向寸法よりも小さい。第２くびれ部１２ｃｂの軸方向寸法は、外径側から内径側に向かって略等しい。第２くびれ部１２ｃｂは、ゴム製部分１２のうち最も弾性変形し易い部分である。

くびれ部１２ｃ（の第２くびれ部１２ｃｂ）の内径側には、内向きリップ部１２ｄ及び外向きリップ部１２ｅが設けられている。即ち、くびれ部１２ｃは、内向きリップ部１２ｄ及び外向きリップ部１２ｅの外径側に設けられている。内向きリップ部１２ｄは、シール溝９の内側面に接触している。外向きリップ部１２ｅは、内向きリップ部１２ｄよりも軸方向外側に設けられており、シール溝９の軸方向外方に形成された小径肩部３ａｂに接触している。

内向きリップ部１２ｄおよび外向きリップ部１２ｅは、シール部材１０の内径部にくびれ部１２ｃを介して形成されている。

第１くびれ部１２ｃａには、軸受内部空間Ｓと軸受外部とを貫通する貫通孔１４が形成されている。貫通孔１４は、軸方向に延びている。貫通孔１４は、ゴム製部分１２のうち軸方向寸法が最も小さい部分の近傍に設けられており、具体的には、第２くびれ部１２ｃｂの外径側（紙面上方）に位置している。

本実施形態の密封型転がり軸受１は、自動車補機用転がり軸受として用いられる。自動車補機の一例として、自動車補機の駆動ベルトのベルトテンショナーとして用いられるアイドラプーリを図３に示す。図３は、アイドラプーリの構造の断面図である。アイドラプーリ（以下、単にプーリと呼ぶ）は、例えば、オルタネータ又はコンプレッサ等の自動車補機の駆動ベルトを案内する。

図３に示す通り、プーリは、鋼板製のプーリ本体５１と、プーリ本体５１の内径に嵌合された密封型転がり軸受１とで構成されている。プーリ本体５１と密封型転がり軸受１とでプーリ付き軸受が構成される。プーリ本体５１は、環状体である。プーリ本体５１は、内径円筒部５１ａと、内径円筒部５１ａの一端から外側に延びたフランジ部５１ｂと、フランジ部５１ｂから軸方向に延びた外径円筒部５１ｃと、内径円筒部５１ａの他端から内径側に延びた鍔部５１ｄとを有している。内径円筒部５１ａの内径には、密封型転がり軸受１の外輪２が嵌合され、外径円筒部５１ｃの外径にはエンジンによって駆動されるベルトと接触するプーリ周面５１ｅが設けられている。このプーリ周面５１ｅをベルトに接触させることにより、プーリがアイドラとしての役割を果たす。

図３に示すようなプーリ用軸受に使用される転がり軸受（外輪回転用軸受）では、自動車が悪路を走行した場合に備えて、耐水要求（具体的には、耐泥水要求）が高まっている。

また、プーリ用軸受は、高速回転の条件が使用されることが多い。そのため、グリースに作用する遠心力が大きくなり、グリースが軸受外部空間へと漏れ易い。また、高速回転で使用されるため、軸受温度が上昇することによるゴムの劣化等でグリースが軸受外部空間へと漏れることも考えられる。このように、プーリ用軸受では、グリース漏れに対する対策が求められる。

更に、近年では、自動車の省スペース化に伴い、転がり軸受のサイズはそのままでプーリの内径を縮小する傾向にある。エンジンの回転数自体に変更はないので、エンジンクランクとプーリの比率のみが増え、プーリの回転数の増加に伴い、転がり軸受の回転数も増加するため、当該軸受は限界回転数に近い高速条件下で使用される傾向にある。よって、プーリ用軸受では、軸受温度の上昇が起こり易いため内圧も増加し易い。その後、軸受内部空間の温度が常温に戻った場合に、内圧が軸受外部空間に対して負圧になり易い。したがって、グリース漏れに限らず、プーリ用軸受の内圧が負圧になることによるシール部材の軌動輪への吸着防止も求められている。

そこで、プーリに用いられる本実施形態のプーリ用軸受１では、軸受内部空間Ｓ１への異物（ここでは、泥水等の水）が浸入するのを防ぐために、外輪２と内輪３との間にシール部材１０が設けられている。これにより、プーリ用軸受１の耐水性を高めることができる。

また、シール部材１０のうちゴム製部分１２のくびれ部１２ｃに貫通孔１４が設けられている。貫通孔１４は、軸受内部空間（以下、単に軸受内部と呼ぶ）Ｓ１と軸受外部空間（以下、単に軸受外部と呼ぶ）Ｓ２との間の圧力差を調整する通気孔である。ここで、貫通孔１４は、軸受内部Ｓ１と軸受外部Ｓ２との間に圧力差がない場合には、シール部材１０の弾性力により閉じ、軸受内部Ｓ１と軸受外部Ｓ２の間に圧力差が生じると、その圧力差で開く程度の大きさが望ましい。具体的には、貫通孔１４の外径は１００μｍ以下に設定されていることが好ましく、１０μｍ以上８０μｍ以下に設定されていることが好ましい。このように、軸受内部Ｓ１と軸受外部Ｓ２の間に圧力差が生じた際には、微小貫通孔１４を通じて通気が起こるので、軸受内部Ｓ１と軸受外部Ｓ２の間の圧力差が解消され、シール部材１０が軌動輪（内輪３及び外輪２）に吸着するのを防止することができる。

また、貫通孔１４を、軸受内部Ｓ１と軸受外部Ｓ２の間に圧力差が生じた際に、貫通孔１４が開く程度の微小な大きさに形成しておくことにより、軸受内部Ｓ１に封入されているグリースの軸受外部Ｓ２への漏洩と当該軸受外部Ｓ２からの泥水の浸入を防止することができる。

貫通孔１４をゴム製部分１２の弾性変形により開閉し易くするために、貫通孔１４の位置は、シール部材１０が弾性変形しやすいシール部材１０のくびれ部１２ｃが好ましい。より好ましくは、くびれ部１２ｃのうち最も弾性変形し易い第２くびれ部１２ｃｂの近傍、具体的には、第２くびれ部１２ｃｂの外径側（紙面上方）である第１くびれ部１２ｃａに形成されていることが好ましい。貫通孔１４が第１くびれ部１２ｃａに形成されていることで、貫通孔１４の軸方向寸法を長くすることができ、泥水が軸受内部Ｓ１に浸入し難くなる。即ち、密封型転がり軸受１の耐水性を更に高めつつ、シール部材１０が軌動輪に吸着するのを防止することができる。

また、軸受外部Ｓ２からの異物の侵入を防止し易くするために、貫通孔１４の径は、図２の拡大図に示すように、軸受外部Ｓ２側を軸受内部Ｓ１側よりも狭く形成しておくことが好ましい。即ち、本実施形態の貫通孔１４は、軸受内部Ｓ１から軸受外部Ｓ２に向かってテーパ状である。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

前述の実施形態では、密封型転がり軸受１は、アイドラプーリを支持する軸受であったが、これに限らず、他のベルト伝動装置を支持する軸受であってもよく、油圧オートテンショナによって押し付けられることでベルトの張力変動を吸収するテンションナプーリを支持する軸受であってもよい。また、密封型転がり軸受１は、他の自動車補機に用いられてもよい。例えば、密封型転がり軸受１は、自動車エンジンのファンカップリング装置、オルタネータ、自動車エンジンのフライホイールダンパ、カーエアコン、ウォータポンプ等に用いられてもよい。

また、貫通孔１４は第１くびれ部１２ｃａに限らず、第２くびれ部１２ｃｂに形成されていてもよい。

１ ：密封型転がり軸受
２ ：外輪
２ａ ：内径面
３ ：内輪
３ａ ：外径面
３ａａ ：大径肩部
３ａｂ ：小径肩部
４ ：軌道溝
５ ：軌道溝
６ ：ボール
７ ：保持器
７ａ ：内径面
８ ：シール嵌合溝
９ ：シール溝
１０ ：シール部材
１１ ：芯金
１１ａ ：径方向外端部
１１ｂ ：径方向内端部
１２ ：ゴム製部分
１２ａ ：嵌合部
１２ｂ ：本体部
１２ｃ ：くびれ部
１２ｃａ ：第１くびれ部
１２ｃｂ ：第２くびれ部
１２ｄ ：内向きリップ部
１２ｅ ：外向きリップ部
１４ ：貫通孔
５１ ：プーリ本体
５１ａ ：内径円筒部
５１ｂ ：フランジ部
５１ｃ ：外径円筒部
５１ｄ ：鍔部
５１ｅ ：プーリ周面
Ｓ１ ：軸受内部空間
Ｓ２ ：軸受外部空間

Claims (5)

1. 外輪と、内輪と、前記外輪の内径面両端部に設けられた一対のシール嵌合溝に嵌合する嵌合部、前記内輪の外径面両端部に形成された一対のシール溝に弾性接触させるリップ部を有するシール部材とを備えた密封型転がり軸受において、
   前記シール部材には、軸受内部と軸受外部とを貫通し、水浸入を防止しつつ、前記軸受内部空間と前記軸受外部空間との圧力差を調整する貫通孔が設けられ、
   前記貫通孔の外径が、軸受外部側を軸受内部側よりも狭く形成されている密封型転がり軸受。
2. 前記シール部材が、芯金と前記芯金と一体に形成されるゴム製部分とからなり、前記貫通孔が、ゴム製部分に形成されている請求項１記載の密封型転がり軸受。
3. 前記ゴム製部分は、前記嵌合部と、前記リップ部と、前記リップ部の外径側に設けられるくびれ部とを有し、
   前記貫通孔が、前記くびれ部に形成されている請求項２記載の密封型転がり軸受。
4. 前記ゴム製部分は、前記嵌合部と前記くびれ部との間に位置して前記芯金を覆う本体部を更に有し、
   前記くびれ部は、前記本体部よりも内径側に位置する第１くびれ部と、前記第１くびれ部よりも軸方向寸法が小さい第２くびれ部とを含み、
   前記貫通孔は、前記第１くびれ部に形成されている、請求項３に記載の密封型転がり軸受。
5. 自動車補機用転がり軸受に用いられる請求項１〜４のいずれかに記載の密封型転がり軸受。
   

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