WO2013161625A1 - 磁性流体シール付き軸受 - Google Patents

磁性流体シール付き軸受 Download PDF

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武恵 小原
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    • F16J15/43Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid kept in sealing position by magnetic force

Definitions

  • the present invention relates to a bearing with a magnetic fluid seal that is disposed in various power transmission mechanisms and rotatably supports a rotating shaft, and prevents foreign matter such as dust and moisture from entering inside.
  • a rotating shaft installed in various driving force transmission mechanisms is rotatably supported through a bearing.
  • a so-called ball bearing (ball bearing) in which a plurality of rolling elements (rolling members) are accommodated in the circumferential direction between the inner ring and the outer ring is often used as the bearing. By using it, the rotational performance of the rotating shaft is improved.
  • Such a bearing is used as a support means for a rotating shaft of a driving force transmission mechanism in various driving devices.
  • foreign matter such as dust and moisture can be prevented from entering inside the bearing portion.
  • problems such as deterioration in rotational performance and abnormal noise occur.
  • a seal member made of an elastic material is brought into contact with the outer periphery of the rotating shaft close to the bearing to make the bearing portion waterproof and dust-proof.
  • the seal member made of an elastic material is used. The rotational performance of the rotating shaft is degraded due to the influence of the contact pressure.
  • a bearing (referred to as a bearing with a magnetic fluid seal) having a magnetic fluid seal mechanism using a magnetic fluid is known as a configuration for preventing foreign matter from entering the bearing portion without deteriorating the rotational performance of the rotary shaft.
  • Patent Document 1 relates to a ball bearing that holds a rolling element between an outer ring and an inner ring, interposing a magnetic body between the outer ring and the inner ring that rotate relative to each other, and fixing one side of the magnetic body, A configuration in which a magnetic fluid is disposed in the seal gap on the other side is disclosed.
  • the rolling element is closed by disposing the magnetic body between the inner ring and the outer ring to close the rolling element, fixing one side of the magnetic body, and disposing the magnetic fluid in the seal gap on the other side. Sealed in a sealed state to prevent foreign matter from entering the rolling elements that affect the rotational performance.
  • the sealing performance is maintained with respect to dust and a liquid with a certain degree of viscosity, but the sealing performance with respect to a liquid with a low viscosity is sufficient.
  • the sealing performance is not maintained. That is, since the magnetic body has lower dimensional accuracy than the members constituting the bearing, the liquid easily enters from one fixed side, and the liquid having a lower viscosity is more likely to enter the rolling element (particularly Seawater dries after intrusion and leaves salt crystals, which leads to deterioration in rotational performance). In this case, if the sealing is surely performed, the productivity is reduced, for example, the size of the magnetic body is precisely controlled or a part for sealing is separately incorporated.
  • the present invention has been made paying attention to the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a bearing with a magnetic fluid seal having a structure excellent in productivity, in which the seal of the inner rolling element portion is reliably maintained. .
  • a plurality of rolling elements are interposed between an inner ring and an outer ring, and a ring-shaped magnet is disposed on the opening side of the inner ring and the outer ring to hold a magnetic fluid.
  • a ring with a magnetic fluid seal for sealing the plurality of rolling elements, wherein the ring-shaped magnet is magnetized so that a magnetic pole faces in an axial direction, and an axially outer surface of the ring-shaped magnet
  • a ring-shaped electrode plate disposed in contact with the outer ring and the outer ring-side magnetic fluid held between the outer ring and the ring-shaped electrode plate and / or between the outer ring and the ring-shaped magnet.
  • the ring-shaped magnet is magnetized so that the magnetic pole faces in the axial direction, and is arranged so that the ring-shaped pole plate is in contact with the axially outer surface of the ring-shaped magnet. Therefore, a magnetic fluid (outer ring side magnetic fluid) can be held between the outer ring and the ring-shaped electrode plate and / or between the outer ring and the ring-shaped magnet. A magnetic fluid (inner ring-side magnetic fluid) can be held between the ring-shaped electrode plate and / or between the inner ring and the ring-shaped magnet.
  • the magnetic fluid held on the outer peripheral surface on the outer ring side and the outer peripheral surface on the inner ring side as described above may be disposed only on the opening portion on one side of the bearing, or on both side opening portions. It may be arranged.
  • a bearing with a magnetic fluid seal having a structure excellent in productivity can be obtained in which the seal of the inner rolling element portion is reliably maintained.
  • FIG. 1 and 2 are views showing a first embodiment of a magnetic fluid seal bearing according to the present invention.
  • FIG. 1 is a sectional view along an axial direction
  • FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG. is there.
  • a magnetic fluid seal bearing (hereinafter also referred to as a bearing) 1 includes a cylindrical inner ring 3, a cylindrical outer ring 5 surrounding the inner ring 3, and an inner ring 3 and an outer ring 5. And a plurality of rolling elements (rolling members) 7.
  • the rolling element 7 is held by a retainer (cage) 8 extending in the circumferential direction, and the inner ring 3 and the outer ring 5 are relatively rotatable.
  • the inner ring 3, the outer ring 5 and the rolling element 7 are made of a magnetic material, for example, chromium-based stainless steel (SUS440C), and the retainer 8 is made of a material having excellent corrosion resistance and heat resistance, for example, stainless steel (SUS304). Is formed by.
  • the rolling element 7 it does not necessarily need to be a magnetic body.
  • the outer ring 5 of the present embodiment is configured such that the exposed end surface 5a is the same (may be substantially the same) as the exposed end surface 3a of the inner ring 3, but in the third embodiment described later.
  • the outer ring 5 may be formed longer in the axial direction than the inner ring 3 (the outer ring 5 may include an elongated cylindrical portion protruding in the axial direction with respect to the inner ring 3). It may be formed longer in the axial direction.
  • a magnetic fluid seal 10 described in detail below is installed on the opening side of the inner ring 3 and the outer ring 5, a magnetic fluid seal 10 described in detail below is installed.
  • the magnetic fluid seals having the same configuration are disposed in the openings on both sides of the inner ring 3 and the outer ring 5, and therefore, in the following description, the configuration on one side (left side in FIG. 1) will be described. .
  • the magnetic fluid seal 10 includes a ring-shaped magnet (hereinafter referred to as a magnet) 12 and a ring-shaped electrode plate (hereinafter referred to as an electrode plate) disposed in contact with the axially outer surface of the magnet 12. 14 and a magnetic fluid (an outer ring-side magnetic fluid 15a and an inner ring-side magnetic fluid 15b) held in a magnetic circuit formed by the magnet 12, and by these members, in the rolling element 7 It has a function of sealing so that dust, moisture and the like do not enter.
  • a magnet ring-shaped magnet
  • an electrode plate ring-shaped electrode plate
  • a permanent magnet having a high magnetic flux density and a strong magnetic force for example, a neodymium magnet produced by a sintering method can be used.
  • FIG. X is magnetized so that the magnetic poles (S pole, N pole) face it.
  • the electrode plate 14 is disposed in contact with the outer surface of the magnet 12 in the axial direction.
  • the electrode plate 14 has substantially the same shape as the magnet 12, and is made of a magnetic material, for example, chromium-based stainless steel (SUS440C).
  • the magnet 12 and the electrode plate 14 are bonded in advance in this embodiment, but may not be bonded. In this case, by pre-bonding the two, the magnet 12 can be easily positioned and centered, and the magnet 12 and the electrode plate 14 are unitized so that an assembling operation as described later can be easily performed. .
  • the outer ring-side magnetic fluid 15a and the inner ring-side magnetic fluid 15b are configured by dispersing magnetic fine particles such as Fe3O4 in a surfactant and base oil, and are viscous and react when approaching a magnet. It has. Therefore, the magnetic fluids 15a and 15b are stably held at predetermined positions by a magnetic circuit formed between the magnet 12 and the inner ring 3, the outer ring 5 and the pole plate 14 made of a magnetic material. .
  • a step 5b is formed on the inner surface of the outer ring 5 on the rolling element side with respect to the magnet 12, and the step 5c causes the outer ring 5 to have a thin area 5A on the opening side and a thick area 5B on the rolling element side.
  • the step 5b is formed so as to generate a gap (step gap) for holding the magnetic fluid.
  • the step 5b is formed to be a surface 5c perpendicular to the axial direction ( By using a vertical surface, the magnet 12 can be attracted, positioned and fixed as will be described later.
  • the step is not limited to a vertical surface as in this embodiment, and can be formed in a staircase shape as long as the magnetic fluid can be stably held with the magnet 12, It may be formed in an inclined shape (slope). In this case, it is possible to position the magnet 12 and hold the magnetic fluid by using the inclined surface.
  • the electrode plate 14 has an outer diameter slightly larger than the inner peripheral surface of the outer ring 5 (the inner peripheral surface of the thin wall region 5A), and is pressed into the opening side of the outer ring 5 together with the bonded magnet 12. It has become so. Further, the electrode plate 14 to which the magnet 12 is bonded is formed in such a size that a predetermined gap G is generated between the electrode plate 14 and the outer ring surface of the inner ring 3 when press-fitted into the outer ring 5. Further, the axial lengths of the magnet 12 and the electrode plate 14 are formed such that a gap G1 is generated with respect to the vertical surface 5c by the step 5b when the magnet 12 and the electrode plate 14 are press-fitted in a state where they are adhered. Yes.
  • the inner ring 3 side and the outer ring 5 side are Magnetic fluxes (magnetic circuits 3M and 5M) that are symmetric with respect to the direction are formed. Therefore, the inner ring-side magnetic fluid 15b and the outer ring-side magnetic fluid 15a are held in the gap G between the electrode plate 14 and the inner ring 3 and the gap G1 between the magnet 12 and the outer ring 5, respectively. It becomes possible to make it.
  • the magnetic fluid when the magnetic fluid is filled in the gap G with an injection device such as a dropper, the magnetic fluid is held in the gap G by the magnetic circuit 3M, and moves to the gap G1 side as it is and is formed on the outer ring side.
  • the circuit 5M also holds the gap G1.
  • the bearing 1 having the above-described configuration, a sealing effect is obtained even on the side where the magnet 12 and the electrode plate 14 are fixed (in this embodiment, the inner peripheral surface of the outer ring 5). It is possible to reliably prevent moisture and dust from entering the rolling element 7 side. That is, the conventional bearing with a magnetic fluid seal does not consider the necessity of sealing on the side on which the magnet and the electrode plate are fixed, and the sealing effect on the rolling elements is not sufficient. In addition to the sealing of the inner ring side magnetic fluid 15b, the outer ring side magnetic fluid 15a on the fixed side is also sealed, so that a sufficient sealing effect can be exhibited.
  • the magnet 12 that holds the magnetic fluid on both the inner ring side and the outer ring side is configured as one member, and a magnetic fluid seal is formed on the inner ring side and the outer ring side at the same time by lubrication work from one place. Therefore, workability is improved.
  • the step 5b is formed in the outer ring 5
  • a space (step gap) for effectively holding the magnetic fluid can be formed using the step, and the sealing effect can be easily achieved. Can be increased.
  • the outer ring-side magnetic fluid 15 a is held in the gap G ⁇ b> 1, but the gap between the outer peripheral surface of the magnet 12 and the inner peripheral surface of the outer ring 5, or the inner periphery of the electrode plate 14 and the outer ring 5. It is possible to penetrate even a slight gap between the surfaces, and a sufficient sealing function is exhibited on the outer ring side.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a modification of the above-described embodiment.
  • the electrode plate 14 is configured with the same thickness in the radial direction.
  • a portion for holding a magnetic fluid in this embodiment, It is preferable to form a taper so that the thickness gradually decreases toward the inner side in the radial direction (the thin-walled portion is indicated by reference numeral 14A).
  • the magnetic fluid 15b does not jump out to the outside in the axial direction (outside from the exposed end surfaces 5a and 3a of the outer ring and the inner ring), the magnetic fluid is prevented from being wiped off during the assembling work. It is possible to perform a stable filling operation.
  • FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
  • the size of the electrode plate 14 in the radial direction is formed such that some degree of play (gap G2) occurs with respect to the inner peripheral surface of the outer ring 5.
  • the magnet 12 is attracted to the vertical surface 5c where the magnet 12 is a step. It will be positioned and fixed by force.
  • the magnetic fluid is filled into the gap G and the gap G2 with an injection device such as a syringe, the magnetic fluid is separated by the magnetic circuit 3M from the gap G (the inner ring 3 and the electrode plate 14). And is held in the gap G2 (between the outer ring 5 and the electrode plate 14) by the magnetic circuit 5M.
  • the magnetic fluid filled in the gap G moves to the step side as it is and is also held by the step portion between the magnet 12 and the outer ring 5 (between the magnet 12 and the outer ring 5), so that the sealing effect on the outer ring side is achieved. Get higher.
  • the work of assembling the electrode plate 14 to which the magnet 12 is bonded can be easily performed, and the direction of the magnet can be easily managed when the opening portions on both sides of the bearing are sealed. Further, since the electrode plate 14 is formed so as to have the gap G2, a deformation load is not applied to the outer ring 3 during the assembling work, and the rotational performance of the bearing is not deteriorated.
  • the gap G2 may be set to 10 to 500 ⁇ m, preferably 20 to 200 ⁇ m in consideration of assembling workability and sealing performance.
  • FIG. 5 is a diagram showing a modification of the above-described second embodiment.
  • a step 3b is formed on the inner ring side
  • a surface 3c perpendicular to the axial direction is formed on the inner ring side
  • a magnet 12 and a pole plate 14 similar to the configuration shown in FIG. (A structure symmetrical to the structure shown in FIG. 4).
  • the bearing having such a configuration has a structure suitable for installation on a member that rotates on the outer ring side.
  • the magnet 12 and the electrode plate 14 may be mounted on the inner ring side as in the structure shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
  • the outer ring 5 is formed longer in the axial direction than the inner ring 3 to form an elongated cylindrical part 5D that protrudes from the exposed end surface 3a of the inner ring 3, and the elongated cylindrical part 5D has the same configuration as described above.
  • a magnetic fluid seal 10 is provided.
  • the axial length of the elongated cylindrical portion 5D is the same as that of the exposed end surface 3a of the inner ring 3 in a state where the magnet 12 is attracted to the vertical surface 5c formed by the step 5b on the outer ring side and positioned and fixed.
  • the gap G3 is set to be generated between the two. That is, in the configuration of the present embodiment, the size H in the radial direction of the magnet 12 can be increased as compared with the above-described embodiments and modifications, so that the magnetic force can be increased and the sealing performance is increased ( Magnetic fluid retention).
  • the magnetic fluid 15b on the inner ring side is on the inner side in the axial direction and is not exposed to the outside, so that it is prevented from being wiped off during assembling work or the like, and a stable filling work can be performed.
  • the outer ring 5 side is the elongated cylindrical part, but the inner ring 3 side may be the elongated cylindrical part.
  • the surfaces of the inner ring 3 and the outer ring 5 are subjected to electrolytic chromic acid treatment.
  • electrolytic chromic acid treatment it is possible to prevent the surface from cracking and tearing due to rust and corrosion, and it is possible to reliably prevent dust and foreign matter from entering the inside. Become.
  • a ring-shaped shield may be press-fitted and fixed from the outside in the axial direction to the surface on the outer side in the axial direction of the electrode plate 14 disposed on the opening side.
  • a shield can be formed of a material excellent in corrosion resistance and heat resistance, such as stainless steel (SUS304) or resin, and the provision of such a shield makes it more effective to intrude foreign matter. It is possible to effectively prevent magnetic substances (foreign matter) such as iron sand from adhering to the magnet 12.
  • a thin washer and a spacer member for positioning may be disposed between the magnet 12 and the outer ring 5 (or the inner ring 3).
  • dimensional management is simplified, and it is possible to further improve the assemblability.
  • These washers and spacers are preferably made of a magnetic material so that a stable magnetic circuit is formed.
  • the bearing provided with the magnetic fluid seal comprised as mentioned above it is possible to install in the rotating shaft part of various apparatuses in which dustproof property and waterproofness are requested
  • Example 1 is a handle shaft bearing (rotary shaft) bearing sealed with a generally known rubber packing
  • Conventional Example 2 is a magnetic fluid seal.
  • Example 1 is described above. 1 and FIG. 2 are provided with the bearing of the embodiment
  • Example 2 is provided with the bearing of the embodiment shown in FIG. 4, and Example 3 is shown in FIG. The bearing of the embodiment is installed.
  • the rubber packing method (conventional example 1) felt heavy operation because of its large rotational resistance, but the other magnetic fluid seal methods (conventional example 2 and examples 1 to 3) The rotational resistance was small and the operation felt light.
  • none of the bearings had a rough feeling during rotation.
  • the rough feeling arose. This is because salt water entered the rolling element portion from the unsealed portion, which dried and crystallized.
  • the rough feeling was not felt about the prior art example 1, when it repeats experiment for a long period of time and rubber packing begins to deteriorate, compared with Example 1 to 3, a rough feeling is felt early. It is thought to occur.
  • a smooth rotation feeling can be obtained over a long period of time.
  • the rubber packing method (conventional example 1) takes some time to arrange the rubber packing, and in Example 1, the press-fitting process of the electrode plate 12 is delicate. It took. In addition, since the method of the conventional example 2 is difficult to be unitized, it takes much time to assemble. On the other hand, in the types of Examples 2 and 3, it was only necessary to insert the electrode plate to which the magnet was bonded from the exposed end face side, and it was easy to assemble because the magnet attracting force was used.
  • Example 3 the magnetic fluid was in the back, so that it was not accidentally wiped off. Further, in Example 2, the magnetic fluid is slightly behind the opening, so that it is difficult to wipe off. In Example 1 and Conventional Example 2, the magnetic fluid is at the end, so that it may be accidentally wiped off. Yes, care must be taken in terms of handling.

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Abstract

 内部の転動体部分のシールが確実に維持され、生産性に優れた構造の磁性流体シール付き軸受を提供する。本発明の磁性流体シール付き軸受は、内輪と外輪との間に複数の転動体7を介装し、内輪と外輪の開口側にリング状の磁石を配設して磁性流体を保持し、複数の転動体をシールするように構成されている。磁石は、軸方向に磁極が向くように着磁されており、さらに、磁石の軸方向外側面に接して配置されるリング状の極板を配設し、外輪と磁石とのに外輪側磁性流体を保持し、かつ、内輪と極板との間に内輪側磁性流体を保持している。

Description

磁性流体シール付き軸受
 本発明は、各種の動力伝達機構に配設され、回転軸を回転自在に支持すると共に、内部に埃や水分などの異物が侵入しないようにする磁性流体シール付きの軸受に関する。
 本出願は、日本国特許出願2012-100551(2012年4月26日出願)に基づく優先権を主張し、その内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。
 一般的に、各種の駆動力伝達機構に設置される回転軸は、軸受を介して回転自在に支持されている。この場合、軸受は、内輪と外輪との間に周方向に沿って複数の転動体(転がり部材)を収容した、いわゆるボールベアリング(玉軸受)を用いることが多く、このようなタイプの軸受を用いることで、回転軸の回転性能の向上を図っている。
 このような軸受は、様々な駆動装置における駆動力伝達機構の回転軸の支持手段として用いられるが、駆動装置によっては、軸受部分を通過して、内部に埃、水分等の異物の侵入を防止したいことがある。また、軸受そのものに異物が侵入すると、回転性能が劣化したり、異音が生じる等の問題が生じる。このような問題の対策として、軸受に近接する回転軸の外周に、弾性材からなるシール部材を接触させて軸受部分の防水、防塵を図ることが行われているが、弾性材からなるシール部材の接触圧の影響で、回転軸の回転性能が低下してしまう。
 そこで、回転軸の回転性能を低下させることなく、軸受部分に対する異物の侵入防止を図る構成として、磁性流体を用いた磁性流体シール機構を備えた軸受(磁性流体シール付き軸受と称する)が知られている。例えば、特許文献1には、外輪と内輪との間に転動体を保持したボールベアリングに関し、相対回転する外輪と内輪との間に磁性体を介在するとともに、磁性体の一方側を固定し、他方側のシール隙間に磁性流体を配設した構成が開示されている。すなわち、内輪と外輪との間に磁性体を配設して転動体を閉塞するとともに、磁性体の一方側を固定し、他方側のシール隙間に磁性流体を配設することで、転動体を密閉状態にシールし、回転性能に影響を与える転動体部分への異物の侵入を防止している。
特開昭57-33222号
 上記した特許文献1に開示されている磁性流体シール付き軸受によれば、埃やある程度の粘性が高い液体に関しては、シール性は維持されるものの、粘性の低い液体に関しては、充分なシール性が発揮できない可能性がある。すなわち、前記磁性体は、軸受を構成する部材に比べ、寸法精度が低いことから、一方の固定側から液体が侵入し易く、粘性が低い液体ほど、転動体へ侵入し易くなってしまう(特に、海水は、侵入した後に乾燥して塩分の結晶が残ることから、回転性能の劣化につながってしまう)。この場合、確実にシールをしようとすると、磁性体を精密に寸法管理したり、シールするための部品を別途、組み込む等、生産性が低下してしまう。
 本発明は、上記した問題に着目してなされたものであり、内部の転動体部分のシールが確実に維持され、生産性に優れた構造の磁性流体シール付き軸受を提供することを目的とする。
 上記した目的を達成するために、本発明は、内輪と外輪との間に複数の転動体を介装し、前記内輪と外輪の開口側にリング状の磁石を配設して磁性流体を保持し、前記複数の転動体をシールする磁性流体シール付き軸受であって、前記リング状の磁石は、軸方向に磁極が向くように着磁されており、前記リング状の磁石の軸方向外側面に接して配置されるリング状の極板と、前記外輪と前記リング状の極板との間、及び/又は、前記外輪と前記リング状の磁石との間に保持される外輪側磁性流体と、前記内輪と前記リング状の極板との間、及び/又は、前記内輪と前記リング状の磁石との間に保持される内輪側磁性流体と、を有することを特徴とする。
 上記した構成によれば、リング状の磁石は、軸方向に磁極が向くように着磁されており、かつ、リング状の磁石の軸方向外側面にリング状の極板を接するように配設したため、前記外輪と前記リング状の極板との間、及び/又は、前記外輪と前記リング状の磁石との間に磁性流体(外輪側磁性流体)を保持することができるとともに、前記内輪と前記リング状の極板との間、及び/又は、前記内輪と前記リング状の磁石との間に磁性流体(内輪側磁性流体)を保持することができる。すなわち、外輪側の内周面の隙間、及び内輪側の外周面の隙間部分には、ともに磁性流体が保持されるため、リング状の磁石の寸法精度が低くても、転動体に対する十分なシール性を確保することができ、これにより、リング状の磁石については精密に寸法管理する必要がなくなり、組み込みが容易に行えると共に、生産性の向上が図れるようになる。
 なお、上記したような外輪側の内周面、及び内輪側の外周面に保持される磁性流体については、軸受の一方側の開口部分のみに配設されていても良いし、両側の開口部分に配設されていても良い。
 本発明によれば、内部の転動体部分のシールが確実に維持され、生産性に優れた構造の磁性流体シール付き軸受が得られる。
本発明に係る磁性流体シール付き軸受の第1の実施形態を示す図であり、軸方向に沿った断面図。 図1の要部拡大図。 第1実施形態の変形例を示す図。 本発明に係る磁性流体シール付き軸受の第2の実施形態を示す図であり、軸方向に沿った要部拡大断面図。 第2実施形態の変形例を示す図。 本発明に係る磁性流体シール付き軸受の第3の実施形態を示す図であり、軸方向に沿った断面図。
 以下、図面を参照しながら本発明に係る磁性流体シール付き軸受の実施形態について説明する。
 図1及び図2は、本発明に係る磁性流体シール付き軸受の第1の実施形態を示す図であり、図1は軸方向に沿った断面図、図2は図1の要部拡大図である。
 本実施形態に係る磁性流体シール付き軸受(以下、軸受とも称する)1は、円筒状の内輪3と、これを囲繞する円筒状の外輪5と、前記内輪3と外輪5との間に介装される複数の転動体(転がり部材)7とを備えている。前記転動体7は、周方向に延出するリテーナ(保持器)8に保持されており、内輪3と外輪5を相対的に回転可能としている。
 前記内輪3、外輪5及び転動体7は、磁性を有する材料、例えばクロム系ステンレス(SUS440C)によって形成されており、前記リテーナ8は、耐食性、耐熱性に優れた材料、例えばステンレス材(SUS304)によって形成されている。なお、転動体7については、必ずしも磁性体である必要はない。また、本実施形態の外輪5は、その露出端面5aが、内輪3の露出端面3aと同一(略同一であっても良い)となるように構成されているが、後述する第3実施形態のように、外輪5を内輪3よりも軸方向に長く形成しても良い(外輪5は内輪3に対して軸方向に突出した伸長円筒部を備えていても良い)し、内輪3を外輪5よりも軸方向に長く形成しても良い。
 前記内輪3と外輪5の開口側には、以下に詳述する磁性流体シール10が設置されている。なお、本実施形態では、前記内輪3と外輪5の両側の開口に、同じ構成の磁性流体シールが配設されているため、以下の説明では、片側の構成(図1の左側)について説明する。
 前記磁性流体シール10は、リング状に構成された磁石(以下、磁石と称する)12と、磁石12の軸方向外側面に接して配置されるリング状の極板(以下、極板と称する)14と、前記磁石12によって形成される磁気回路に保持される磁性流体(外輪側磁性流体15a、内輪側磁性流体15b)と、を有しており、これらの部材により、前記転動体7内に、埃、水分等が侵入しないようにシールする機能を有している。
 前記磁石12としては、磁束密度が高く、磁力が強い永久磁石、例えば、焼結製法によって作成されるネオジム磁石を用いることができ、図2に示すように、予め軸方向(軸受の軸芯方向X)に磁極(S極、N極)が向くように着磁されている。また、磁石12の軸方向外側面には、前記極板14が接するように配設される。極板14は、前記磁石12と略同一の形状となっており、磁性を有する材料、例えばクロム系ステンレス(SUS440C)によって形成されている。
 前記磁石12と極板14は、本実施形態では、予め接着されているが、接着していなくても良い。この場合、両者を予め接着しておくことで、磁石12の位置決めやセンター出しが容易に行える共に、磁石12と極板14がユニット化され、後述するような組み込み作業が容易に行えるようになる。
 前記外輪側磁性流体15a、内輪側磁性流体15bは、例えばFe3O4のような磁性微粒子を、界面活性剤およびベースオイルに分散させて構成されたものであり、粘性があって磁石を近づけると反応する特性を備えている。このため、磁性流体15a,15bは、磁石12と、磁性材料で構成される内輪3、外輪5及び極板14との間で形成される磁気回路によって、所定の位置に安定して保持される。
 また、前記外輪5の内面には、磁石12に対して転動体側に段差5bが形成されており、この段差5cにより、外輪5は、開口側が薄肉領域5A、転動体側が厚肉領域5Bとなって、軸方向の外側の内外輪間隔が内側よりも大きく形成されている。この段差5bは、磁性流体を保持するための隙間(段差隙間)を生じさせるように形成されるが、本実施形態では、軸方向に対して垂直な面5cとなるように形成されている(垂直な面とすることにより、後述するように、磁石12を吸着して、位置決め、固定することもできる)。なお、段差については、本実施形態のように、垂直な面に限定されるものではなく、磁石12との間で磁性流体を安定して保持できるのであれば、階段状に形成されていたり、傾斜状(斜面)に形成されていても良い。この場合、斜面にすることで、磁石12の位置決め、及び磁性流体の保持が可能となる。
 前記極板14は、その外径が外輪5の内周面(薄肉領域5Aの内周面)に対して僅かに大きく形成されており、接着した磁石12と共に、外輪5の開口側に圧入されるようになっている。また、磁石12を接着した極板14は、外輪5に対して圧入した際、内輪3の外周面との間で、所定の隙間Gが生じる大きさに形成されている。さらに、磁石12、及び極板14の軸方向長さは、両者が接着された状態で圧入された際、前記段差5bによる垂直な面5cに対して、隙間G1が生じる大きさに形成されている。
 上記したように、軸方向に磁極が向くように着磁されている磁石12を接着した極板14を外輪5に圧入すると、内輪3側、及び外輪5側では、図に示すように、軸方向に対して対称となるような磁束(磁気回路3M,5M)が形成される。このため、上記した極板14と内輪3との間の隙間G、及び磁石12と外輪5との間の隙間G1に対しては、それぞれ内輪側磁性流体15b、及び外輪側磁性流体15aを保持させることが可能となる。具体的には、磁性流体をスポイト等の注入器具によって前記隙間Gに充填すると、磁気回路3Mによって隙間Gに保持されるとともに、そのまま隙間G1側に移動して、外輪側で形成されている磁気回路5Mによって隙間G1内にも保持されるようになる。
 上記した構成の軸受1によれば、磁石12や極板14を固定する側(本実施形態では、外輪5の内周面)においても、シール効果が得られるため、固定側からの粘性の低い水分や埃の転動体7側への侵入を確実に防止することができる。すなわち、従来の磁性流体シール付き軸受は、磁石や極板を固定する側について、シールの必要性を考慮しておらず、転動体へのシール効果が十分でなかったが、本実施形態のように、内輪側磁性流体15bのシールに加え、固定側となっている外輪側磁性流体15aでもシールすることから、十分なシール効果を発揮することができる。
 また、シールに際しては、1つの部材である磁石12の磁極を軸方向となるように着磁し、これを極板14に接するように配設するだけであるため、部品点数も少なく、かつ、磁石12については、精密な寸法精度を出す必要もないことから、組み込み作業が容易になり、コストを低減することができる。すなわち、寸法精度が他の部材に対し、不利である磁石を使用した場合においても、十分なシール効果を発揮することができる。
 さらに、内輪側及び外輪側の双方で、それぞれ磁性流体を保持する磁石12は、1つの部材として構成されており、1箇所からの注油作業で、同時に内輪側と外輪側に磁性流体シールを形成できるため、作業性が良好となる。
 また、本実施形態では、外輪5に段差5bを形成しているため、その段差を利用して、磁性流体を効果的に保持させるスペース(段差隙間)を形成することができ、容易にシール効果を高めることが可能となる。なお、図2では、外輪側磁性流体15aは、隙間G1に保持されているが、磁石12の外周面と外輪5の内周面との間の隙間や、極板14と外輪5の内周面との間の僅かな隙間にも浸透することができ、外輪側において十分なシール機能を発揮するようになる。
 図3は、上記した実施形態の変形例を示す図である。
 図1及び図2に示した実施形態では、極板14は、径方向において同一の肉厚で構成されていたが、図3に示すように、磁性流体を保持する部分(本実施形態では、径方向内側)に向けて次第に薄肉厚となるようにテーパ状に形成しておくことが好ましい(薄肉厚部を符号14Aで示す)。
 このような構成によれば、磁性流体15bが軸方向外側(外輪、内輪の露出端面5a,3aから外側)に飛び出すことがないため、組み込み作業時において、磁性流体をふき取ってしまうことが防止され、安定した充填作業を行うことが可能となる。
 図4は、本発明の第2の実施形態を示す図である。
 この実施形態では、極板14の径方向の大きさを、外輪5の内周面に対して多少の遊度(隙間G2)が生じる程度に形成している。
 このため、磁石12が接着された(接着されていなくても良い)極板14を、単に、内輪と外輪の開口側から挿入すると、磁石12が段差である垂直な面5cに、磁石の吸引力によって当て付いて位置決め、固定されるようになる。そして、このような組み込み状態において、隙間G、及び隙間G2に対して、磁性流体をスポイト等の注入器具によって充填すると、その磁性流体は、磁気回路3Mによって隙間G(内輪3と極板14との間)に保持され、磁気回路5Mによって隙間G2(外輪5と極板14との間)に保持される。また、隙間Gに充填した磁性流体は、そのまま段差側に移動し、磁石12と外輪5の段差部分(磁石12と外輪5との間)にも保持されるため、外輪側でのシール効果がより高くなる。
 このような構成によれば、磁石12が接着された極板14の組み込み作業が容易に行えると共に、軸受の両側開口部分をシールする場合、磁石の向きを管理し易くなる。また、隙間G2を有するように極板14を形成したことで、組み込み作業時に外輪3に対して変形負荷を与えることがなく、軸受の回転性能を低下させることもない。なお、隙間G2については、組み込み作業性、及びシール性を考慮して10~500μm、好ましくは、20~200μmに設定すれば良い。
 図5は、上記した第2の実施形態の変形例を示す図である。
 この変形例では、内輪側に段差3bを形成し、ここに軸方向に対して垂直な面3cを形成し、内輪側に、図4に示した構成と同様な磁石12、及び極板14を配設している(図4に示す構造と対称な構造)。
 このような構成の軸受では、外輪側が回転する部材に対して設置するのに適した構造となる。
 なお、上記した図1から図3に示した構成においても、図5に示した構造のように、磁石12、及び極板14は、内輪側に装着しても良い。
 図6は、本発明の第3の実施形態を示す図である。
 この実施形態では、外輪5を内輪3よりも軸方向に長く形成して、内輪3の露出端面3aから突出する伸長円筒部5Dを形成し、この伸長円筒部5D部分に、上述した構成と同様な磁性流体シール10を配設している。
 この場合、伸長円筒部5Dの軸方向長さは、磁石12が、外輪側の段差5bによって構成される垂直な面5cに吸着されて位置決め、固定された状態で、内輪3の露出端面3aとの間で隙間G3が生じるように設定されている。すなわち、本実施形態の構成では、磁石12の径方向の大きさHを、上述した実施形態や変形例と比べて大きくすることができるため、磁力を強くすることができ、シール性を強く(磁性流体の保持性)することができる。また、内輪側の磁性流体15bは、軸方向の内側にあり、かつ、外部に露出しないことから、組み込み作業時等でふき取ってしまうことが防止され、安定した充填作業を行なうことができる。なお、本実施形では、外輪5側を伸長円筒部としたが、内輪3側を伸長円筒部としても良い。
 上記した実施形態、及び変形例の構成では、内輪3及び外輪5の表面に、電解クロム酸処理を施しておくことが好ましい。このように電解クロム酸処理を施しておくことで、錆や腐食によって表面に亀裂や裂けが生じることが防止でき、埃や異物が内部に侵入して行くことを確実に防止することが可能となる。
 また、上記した構成では、開口側に配設される極板14の軸方向外側の表面に、軸方向外方からリング状のシールド(密閉カバー)を圧入固定しておいても良い。このようなシールドは、耐食性、耐熱性に優れた材料、例えばステンレス材(SUS304)や樹脂等によって形成することが可能であり、このようなシールドを配設することで、異物の侵入をより効果的に防止できると共に、砂鉄のような磁性物(異物)が磁石12に付着することを効果的に防止することができる。
 さらに、上記した構成では、磁石12と外輪5(或いは内輪3)間に、薄肉厚のワッシャや位置決めのためのスペーサ部材を配設しても良い。このようなワッシャやスペーサを配設することにより、寸法管理が簡略化され、より組み込み性の向上を図ることが可能となる。なお、これらのワッシャやスペーサは、安定した磁気回路が形成されるように、磁性体で形成されていることが好ましい。
 上述したように構成される磁性流体シールを具備した軸受については、防塵性、防水性が要求される様々な装置の回転軸部分に設置することが可能であり、特に、塩分を有する(海水)環境下では、過酷な条件になると考えられる。すなわち、海水は、粘度が低いことから、僅かな隙間から侵入し易く、かつ、侵入した後、乾燥すると、塩分が結晶化して残存し、このような結晶が、転動体部分に付着すると回転性能が著しく低下してしまうからである。
 このため、上述した実施形態の軸受については、海辺や海上で使用される各種魚釣用リールにおける動力伝達部分の駆動軸部分に配設することで、駆動軸部分を長期に亘って安定して支持することが可能である。
 ここで、スピニングリールのハンドルによって回転駆動される回転軸部分に、上記した各実施形態の軸受を設置したものと、従来の構成の軸受を設置したものについて、夫々塩水を浸漬させた後の回転性能(ハンドルを回転操作したときに感じる滑らかさ)について試験した結果を表1に示す。
 以下の表1において、従来例1は、ハンドル軸(回転軸)の軸受に、一般的に知られているゴムパッキンを配設してシールしたもの、そして、従来例2は、磁性流体シールを備えているが、磁石を2枚の極板で挟持して外輪側で固定してシールした軸受(実開平1-91125号に開示された方式)を設置したもの、実施例1は、上述した図1及び図2で示した実施形態の軸受を設置したもの、実施例2は、上述した図4で示した実施形態の軸受を設置したもの、実施例3は、上述した図6で示した実施形態の軸受を設置したものである。
 表1において、回転抵抗については、回転抵抗が小さいものを○で、回転抵抗が大きいものを×で示してある。また、官能評価については、回転操作した際、滑らかに感じたものを○で、ざらざら感があるものを×で示してある。この場合、塩水浸漬後の試験については、5%の塩水に1分間、軸受部分を浸漬しながら回転操作を行ない、その後、乾燥させたものについて回転操作した際に得られた結果を示している。
 また、上記した各構成のシール機能付き軸受について、それ自体の組立容易性と、ハンドル軸部分に組み込む際の取扱性に関する生産性についても評価試験を行った。表1において、組立容易性に関しては、非常に容易なものを◎で、やや手間がかかるものを△で、手間がかかるものを×で示してある。また、表1において、取扱性に関しては、非常に容易なものを◎で、容易なものを○で、注意が必要なものを△で示してある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 回転性能に関しては、ゴムパッキン方式(従来例1)は、回転抵抗が大きいことから、操作が重く感じたが、それ以外の磁性流体シール方式(従来例2、及び実施例1から3)は、回転抵抗が小さく、操作は軽く感じた。また、塩水浸漬前の初期では、いずれの軸受にも回転時にざらざら感はなかった。そして、塩水浸漬後に回転操作したところ、従来例2の構成では、ざらざら感が生じた。これは、シールしていない部分から塩水が転動体部分に侵入し、これが乾燥して結晶化したことによるものである。この場合、従来例1については、ざらざら感は感じなかったが、長期間、繰り返して実験を行なって、ゴムパッキンが劣化し始めると、実施例1から3と比較して、早期にざらざら感が生じるものと考えられる。なお、実施例1から3の構成については、磁性流体が流出することはないため、長期に亘って滑らかな回転感覚が得られるようになる。
 また、組立容易性に関しては、ゴムパッキン方式(従来例1)は、ゴムパッキンの配設に多少の手間がかかり、実施例1は、極板12の圧入工程がデリケートなため、多少の手間がかかった。また、従来例2の方式は、ユニット化することが困難であったため、組立に非常に手間がかかってしまった。これに対し、実施例2,3のタイプでは、磁石が接着された極板を露出端面側から挿入するだけで良く、磁石の吸着力を利用するため、容易に組立てることができた。
 また、取扱性については、ゴムパッキン方式(従来例1)に問題はないが、磁性流体シール方式では、実施例3は、磁性流体が奥にあるため、うっかりふき取ってしまうことはなかった。また、実施例2は、磁性流体が開口部分からやや奥側にあるため、ふき取られ難く、実施例1及び従来例2については、磁性流体が端部にあるため、うっかりふき取ってしまうこともあり、取扱性の面で注意が必要となる。
 以上の試験結果から明らかなように、本発明の構成によれば、従来のゴムパッキン方式の軸受や、外輪/内輪の片方を固定状態にし、他方に磁性流体を保持させた磁性流体シール付き軸受と比較すると、シール性及び生産性の面において、優れた結果が得られた。
1 磁性流体シール付き軸受
3 内輪
3a 露出端面
5 外輪
5b 段差
5c 垂直な面
5a 露出端面
7 転動体
10 磁性流体シール
12 リング状の磁石
14 リング状の極板
15a,15b 磁性流体
G,G1~G3 隙間

Claims (7)

  1.  内輪と外輪との間に複数の転動体を介装し、前記内輪と外輪の開口側にリング状の磁石を配設して磁性流体を保持し、前記複数の転動体をシールする磁性流体シール付き軸受であって、
     前記リングの状磁石は、軸方向に磁極が向くように着磁されており、
     前記リング状の磁石の軸方向外側面に接して配置されるリング状の極板と、
     前記外輪と前記リング状の極板との間、及び/又は、前記外輪と前記リング状の磁石と
    の間に保持される外輪側磁性流体と、
     前記内輪と前記リング状の極板との間、及び/又は、前記内輪と前記リング状の磁石との間に保持される内輪側磁性流体と、を有することを特徴とする磁性流体シール付き軸受。
  2.  前記外輪又は内輪の転動体側内面には、段差が形成されており、
     前記段差により、軸方向の外側の内外輪間隔が、内側よりも大きく形成されていること
    を特徴とする請求項1に記載の磁性流体シール付き軸受。
  3.  前記段差による段差面は、前記軸方向に対して垂直な面又は斜面であり、
     前記垂直な面又は斜面に、前記リング状の磁石が磁力によって吸着されていることを特徴とする請求項2に記載の磁性流体シール付き軸受。
  4.  前記リング状の極板の外周面と前記外輪の内周面との間には、隙間が形成されており、
     前記隙間内に磁性流体が配されることを特徴とする請求項1に記載の磁性流体シール付き軸受。
  5.  前記リング状の極板は、前記外輪に対して圧入されると共に、前記リング状の磁石と前記段差との間には、段差隙間が形成されており、
     前記段差隙間に磁性流体が配されることを特徴とする請求項1に記載の磁性流体シール付き軸受。
  6.  前記リング状の磁石は、前記リング状の極板に接着されていることを特徴とする請求項1に記載の磁性流体シール付き軸受。
  7.  前記内輪及び外輪の表面は、電解クロム酸処理が施されていることを特徴とする請求項1に記載の磁性流体シール付き軸受。
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