(57)【要約】【課題】 外輪が高速回転となる使用条件下においても、シール摺動部の発熱が抑えられ、これにより、内部に封入されたグリーの短寿命化を防止することができる密封装置を提供する。【解決手段】  芯金9aおよびこれに接着された弾性シール9bからなるシール部材9を有し、回転輪となる外輪7aにシール部材9が固定されている。弾性シール9bは、外輪非回転時に内輪7bに設けられた環状溝20側面に接触させられている主リップ23を有している。主リップ23は、外輪回転時の遠心力によって非接触となる方向に変位させられるようになされている。【選択図】    図３
2006144812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金およびこれに接着された弾性シールからなるシール部材を有し、回転輪となる外輪にシール部材が固定されている密封装置において、弾性シールは、外輪非回転時に内輪に設けられた環状溝側面に接触させられている主リップを有しており、主リップは、外輪回転時の遠心力によって非接触となる方向に変位させられるようになされている密封装置。
【請求項２】
弾性シールは、芯金の内周縁部を覆っている接着部と、接着部の軸方向内側端部に設けられて内輪の環状溝周縁に非接触で臨まされている補助リップと、接着部から軸方向内方にのび内周縁部に主リップが形成されている連結部を有しており、主リップは、連結部より軸方向外方に突出し遠心力作用時に主リップが環状溝側面から離れる方向のモーメントが作用するように形状が決定されている重心バランス設計用突出部を有している請求項１の密封装置。
【請求項３】
弾性シールの接着部に、接着部に対して連結部を動きやすくするための切欠きが設けられている請求項２の密封装置。
【請求項４】
固定輪とされる内輪、回転輪とされる外輪、両輪の中央部間に配された転動体、および両輪の少なくとも一方の端部間に設けられている密封装置を備えている転がり軸受において、密封装置が請求項１から３までのいずれかとされていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項５】
軸とこれの周囲に同心状に配されたプーリとの間に一方向クラッチが設けられ、一方向クラッチの軸方向少なくとも一側に転がり軸受が設けられている一方向クラッチ付きプーリユニットにおいて、転がり軸受が請求項４の転がり軸受とされていることを特徴とする一方向クラッチ付きプーリユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、ベルト駆動スタータに使用される一方向クラッチ付きプーリユニットや高速回転で使用される転がり軸受において好適に使用される密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベルト駆動スタータに使用される一方向クラッチ付きプーリユニットとしては、軸とこれの周囲に同心状に配されたプーリとの間に、軸とプーリとの間のトルク伝達をロック状態またはフリー状態とする一方向クラッチが設けられ、この一方向クラッチを挟んで転がり軸受が設けられており、転がり軸受の外輪の軸方向外側の端部に、芯金およびこれに接着された弾性シールを有するシール部材が固定されているものが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−１７６８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記一方向クラッチ付きプーリユニットによると、外輪が１２０００〜１５０００回転／分以上の高速回転となることがあり、この場合に、シール摺動部の発熱が大きくなり、内部に封入されたグリースの寿命が短くなるという問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、外輪が高速回転となる使用条件下においても、シール摺動部の発熱が抑えられ、これにより、内部に封入されたグリーの短寿命化を防止することができる密封装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明による密封装置は、芯金およびこれに接着された弾性シールからなるシール部材を有し、回転輪となる外輪にシール部材が固定されている密封装置において、弾性シールは、外輪非回転時に内輪に設けられた環状溝側面に接触させられている主リップを有しており、主リップは、外輪回転時の遠心力によって非接触となる方向に変位させられるようになされているものである。
【０００６】
外輪は、転がり軸受の外輪、一方向クラッチの外輪、プーリの回転輪などとされ、密封装置は、外輪回転の転がり軸受、外輪回転の一方向クラッチ、外輪回転の一方向クラッチ付きプーリユニット、プーリ本体を樹脂製としてその内周に転がり軸受を組み込んだ樹脂プーリ装置などに使用される。
【０００７】
この発明による密封装置を備えた転がり軸受は、固定輪とされる内輪、回転輪とされる外輪、両輪の中央部間に配された転動体、および両輪の少なくとも一方の端部間に配されているシール部材を備えており、シール部材は、芯金およびこれに接着された弾性シールを有しかつ外輪に固定されている転がり軸受において、シール部材の弾性シールは、外輪非回転時に内輪に設けられた環状溝側面に接触させられている主リップを有しており、主リップは、外輪回転時の遠心力によって非接触となる方向に変位させられるようになされているものとなる。
【０００８】
転がり軸受は、軸方向の両側に上記密封装置を有する両側シール軸受とされることがあり、軸方向の片側に上記密封装置を有する片側シール軸受とされることがある。
【０００９】
このような転がり軸受は、軸とこれの周囲に同心状に配されたプーリとの間に一方向クラッチが設けられ、一方向クラッチの軸方向少なくとも一側に転がり軸受が設けられている一方向クラッチ付きプーリユニットにおいて、好適に使用される。この場合に、転がり軸受の外輪および内輪は、一方向クラッチの外輪および内輪と一体であってもよく、一方向クラッチの外輪および内輪とは別体であってもよい。
【００１０】
この発明による密封装置において、外輪非回転時における環状溝側面と主リップとのしめ代は、０．０４〜０．４０ｍｍ程度とされる。主リップは、このしめ代が外輪回転時の遠心力によって小さくなる（軽接触または非接触となる）形状とされる。外輪非回転時および外輪低速回転時では、しめ代がプラスのままで維持されるので、シール部材によるシール性が確保される。外輪高速回転時では、内部のグリースは遠心力で外輪内周側に移動し、シール部材に付着した水分も遠心力で飛ばされるので、しめ代がマイナスになったとしても、弾性シールと内輪との間に形成されているラビリンスシールだけで、そのシール性が確保される。シールのＰＶ値（荷重×速度）は、例えば、２４Ｎｍ／ｓ以下に設定され、高速回転（回転数したがって速度Ｖが大）時に非接触（押し付け力したがって荷重Ｐが小）方向へ主リップが移動することにより、高速回転時においても、所定のＰＶ値以下を維持することができる。
【００１１】
弾性シールは、芯金の内周縁部を覆っている接着部と、接着部の軸方向内側端部に設けられて内輪の環状溝周縁に非接触で臨まされている補助リップと、接着部から軸方向内方にのび内周縁部に主リップが形成されている連結部を有しており、主リップは、連結部より軸方向外方に突出し遠心力作用時に主リップが環状溝側面から離れる方向のモーメントが作用するように形状が決定されている重心バランス設計用突出部を有していることが好ましい。
【００１２】
重心バランス設計用突出部は、その突出量や重心位置を変更した場合の回転数の変化に対するシールの押し付け力を計算することにより、適正な重心バランスを得る形状にすることができる。例えば、重心バランス設計用突出部を大きくして、突出部に作用する遠心力が主リップの連結部よりも軸方向内方にある部分に作用する遠心力よりも大きくなるようにすることなどにより、主リップを環状溝側面から離れる方向に変位させることができる。
【００１３】
弾性シールの接着部に、接着部に対して連結部を動きやすくするための切欠きが設けられていることがより好ましい。
【００１４】
このようにすると、遠心力の変化に伴う主リップの変位量を大きくすることができるとともに、非接触とされている補助リップの遠心力による浮き上がりが抑制され、補助リップ側のシール性の悪化を防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の密封装置によると、外輪が高速回転となる使用条件下においても、シール摺動部の発熱が抑えられ、これにより、内部に封入されたグリースの短寿命化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、左右は、図１の左右をいうものとする。
【００１７】
図１および図２は、この発明による密封装置が適用される１実施形態としての一方向クラッチ付きプーリユニットを示している。
【００１８】
一方向クラッチ付きプーリユニット(1)は、エンジンの駆動部とスタータモータの回転軸とを連結する部分に配置されるもので、スタータモータの回転軸(2)に嵌められた中空軸(3)とこれと同心に配置されたプーリ(4)との間に、一方向クラッチ(5)が設けられている。プーリ(4)の外周には、Ｖリブドベルトが掛け渡されるベルト掛け渡し部が設けられている。一方向クラッチ(5)は、中空軸(3)の軸方向中間部とプーリ(4)の軸方向中間部との間に設けられており、中空軸(3)の左端寄り部分とプーリ(4)の左端寄り部分との間および中空軸(3)の右端寄り部分とプーリ(4)の右端寄り部分との間に、それぞれ転がり軸受(6)(7)が設けられている。プーリ(4)の中間部の内径部分は、一方向クラッチ(5)の外輪を兼ねており、中空軸(3)の中間部の外径部分は、一方向クラッチ(5)の内輪を兼ねている。
【００１９】
プーリ(4)の内径は、左右端部（大径部）(4a)(4b)が中間部（小径部）(4c)よりも大径となる段付き状に形成されており、中空軸(3)の外径は、シール部材(10)用の環状溝部分を除いて同じ径とされている。
【００２０】
一方向クラッチ(5)は、図２に示すように、プーリ(4)の中間部の内周面に設けられたカム面(11)と、カム面(11)と中空軸(3)の中間部の外周面とによって形成された楔状空間(12)内に配置され、中空軸(3)とプーリ(4)とが一の方向（ロック方向）に相対回転することにより中空軸(3)とプーリ(4)との間に噛み込み、他の方向（フリー方向）に相対回転したとき噛み込みを解除する複数の噛み込み部材としてのころ(13)と、ころ(13)を噛み込み方向（楔状空間(12)の狭い側）に付勢する付勢部材としてのコイルばね(14)と、ころ(13)を楔状空間(12)内に位置させる保持器(15)とを備えている。
【００２１】
左右の転がり軸受(6)(7)は、それぞれ、外輪(6a)(7a)、内輪(6b)(7b)、玉(6c)(7c)および保持器(6d)(7d)からなる玉軸受とされている。
【００２２】
左右の転がり軸受(6)(7)の外輪(6a)(7a)は、その外径がプーリ(4)の左右端部(4a)(4b)の内径に等しくされて、同部(4a)(4b)に圧入され、内輪(6b)(7b)は、その内径が中空軸(3)の外径に等しくされて、中空軸(3)の左右端部に圧入されている。
【００２３】
各転がり軸受(6)(7)は、後述するこの発明による密封装置を有する両側シール軸受とされており、各転がり軸受(6)(7)の左右端部には、環状の芯金(8a)(9a)およびこれに接着された環状の弾性シール(8b)(9b)からなる環状のシール部材(8)(9)がそれぞれ配置されている。シール部材(8)(9)は、外輪(6a)(7a)の左右端部の内径に設けられた環状溝に芯金(8a)(9a)の外周縁部が圧入されており、弾性シール(8b)(9b)の内周縁部が内輪(6b)(7b)に摺接させられている。
【００２４】
プーリユニットの自由端側（図の左端側）には、プーリユニット内部に泥水等の侵入を防止するために、さらに別のシール部材(10)が中空軸(3)の左端部とプーリ(4)の左端部との間に配置されている。
【００２５】
図２に示すように、一方向クラッチのカム面(11)は、軸心を挟んで対向するカムの各面(11a)が周方向に複数組（この実施形態では４組）設けられることによって構成されている。各面(11a)は、ころ(13)の中心および軸心を通る法線に対して直角ではなく、直角よりも若干小さい鋭角とされている。カムの各面(11a)の楔状空間(12)の広い側の端部には、横断面が円弧状で遠心力を受けたころ(13)を停止させる保持用凹面部(16)が設けられている。
【００２６】
保持器(15)は、合成樹脂製で、カム面(11)にほぼ沿った外周形状と中空軸(3)外周面に沿った内周形状を有しており、カム面(11)内に圧入されている。保持器(15)の内径と中空軸(3)の外径との間には若干の間隙が設けられており、保持器(15)と中空軸(3)とが接触することが防止されている。保持器(15)には、コイルばね(14)を位置決めするばね受け凹所(17)が設けられている。ばね受け凹所(17)には、噛み合い性能（特に低温噛み合い性能）に優れたグリースが封入されている。  保持器(15)の左右端部に位置する柱には、左右の転がり軸受(6)(7)の内輪(6b)(7b)の内側端面に接触しないように、径方向内方突出部(15a)(15b)が設けられており、この径方向内方突出部(15a)(15b)は、内輪(6b)(7b)の内側端部との間にラビリンスシールを形成している。
【００２７】
ばね受け凹所(17)は、カム面(11)のころ保持用凹面部(16)に連なってプーリ(4)の内周に設けられたばね位置決め面(18)とによってコイルばね(14)の中心軸方向を一定に保っている。コイルばね(14)の中心軸は、コイルばね(14)に遠心力が作用した際にころ(13)に対する付勢力を減少させる方向に変形させられるように、中空軸(3)の外周面の接線方向に対して傾斜させられている。プーリ(4)のばね位置決め面(18)は、カム面(11)と同様に、一方向クラッチ(5)の軸心を挟んで対向して形成された２面が周方向に複数組設けられることによって構成されている。
【００２８】
ばね受け凹所(17)は、コイルばね(14)がばね軸方向へ移動することを阻止するばね端部位置決め面(17a)と、コイルばね(14)がばね軸に直交する内向きに移動することを阻止するばね内側位置決め面(17b)とを有しており、プーリ(4)のばね位置決め面(18)は、コイルばね(14)がばね軸に直交する外向きに移動することを阻止するばね外側位置決め面となっている。これらのばね位置決め面(17a)(17b)(18)によって、コイルばね(14)の中心軸は、ころ(13)の中心軸と直交するように保たれている。ばね受け凹所(17)のばね内側位置決め面(17b)に連なって、ころ保持用傾斜面(17c)が設けられている。この傾斜面(17c)の他端は、中空軸(3)の外周面に対してわずかに間隙を有するようになされている。
【００２９】
図２に二点鎖線で示されているころ(13)は、遠心力が働いていないときの状態を示しており、この状態で中空軸(3)が反時計方向に回転させられると、ころ(13)が中空軸(3)とプーリ(4)との間に噛み込み、中空軸(3)とプーリ(4)とは、一体となって回転する。そして、プーリ(4)が高速回転となり、中空軸(3)の回転が停止させられると、ころ(13)にはカムの各面(11a)に沿った方向の力が掛かり、これにより、ころ(13)は、楔状空間(12)の広い側に移動する。
【００３０】
次いで、右側のシール部材(9)を例にとってこの発明による密封装置を説明する。この発明による密封装置は、図３に示すように、芯金(9a)および弾性シール(9b)からなるシール部材(9)が回転輪となる外輪(7a)に固定されているとともに、弾性シール(9b)は、芯金(9a)の内周縁部を覆っている接着部(21)と、接着部(21)の軸方向内側端部から内方にのび内輪(7b)の環状溝(20)周縁に非接触で臨まされている補助リップ(22)と、外輪(7a)非回転時に内輪(7b)の環状溝(20)の内側面に接触させられている主リップ(23)と、接着部(21)の軸方向ほぼ中央部分から軸方向内方にのび内周縁部に主リップ(23)が形成されている連結部(24)とを有しており、主リップ(23)は、同図に鎖線で示すように、外輪(7a)回転時の遠心力によって非接触となる方向に変位させられるようになされているものである。
【００３１】
主リップ(23)が外輪回転時の遠心力によって非接触となる方向に確実に変位させられるものとするために、主リップ(23)は、連結部(24)より軸方向外方に突出した重心バランス設計用突出部(25)を有しており、弾性シール(9b)の接着部(21)に、接着部(21)に対して連結部(24)を動きやすくするための切欠き(26)が設けられている。重心バランス設計用突出部(25)は、その重心が主リップ(23)の連結部(24)よりも軸方向内方にある部分(23a)の重心よりも径方向外方に位置させられており、連結部(24)よりも軸方向内方にある部分(23a)に対して相対的に大きくなされることなどにより、遠心力作用時に主リップ(23)が環状溝(20)の内側面から離れる方向のモーメントが作用するように形状が決定されている。
【００３２】
芯金(9a)の内周縁部には、弾性シール(9b)の補助リップ(22)の動きを抑えるように、軸方向内方に傾斜する折り曲げ部(27)が設けられている。
【００３３】
外輪(7a)が回転して主リップ(23)に遠心力が作用すると、重心バランス設計用突出部(25)の存在により、主リップ(23)にはこれを環状溝(20)の内側面から離す方向にモーメントが作用する。連結部(24)は、相対的に薄く形成されており、また、接着部(21)に切欠き(26)が設けられていることから、連結部(24)は接着部(21)に対して動きやすくなっており、主リップ(23)は、外輪(7a)の回転が高速になればなるほど、鎖線で示す方向に変位させられる。シール摺動部の発熱は、ＰＶ値（荷重×速度）によって推定することができ、荷重（シールの押し付け力）が変化しない場合には、外輪(7a)が高速回転することによって大きくなるが、上記のように、主リップ(23)が鎖線で示す方向に変位させられることにより、荷重Ｐが小さくなり、高速回転時においても、所定のＰＶ値以下に抑えることができる。
【００３４】
この一方向クラッチ付きプーリユニットは、次のように動作する。
【００３５】
まず、始動時においては、スタータモータの回転軸(2)と一体の中空軸(3)が反時計回りに回転させられる。これにより、一方向クラッチ(5)の中空軸(3)が反時計回りに回転し、一方向クラッチ(5)の楔状空間(12)の狭い側にころ(13)が噛み込まれ、駆動力が伝達されて、一方向クラッチ(5)の中空軸(3)とプーリ(4)とが一体となって回転する。プーリ(4)はベルトを介してクランクシャフトに接続されており、プーリ(4)の回転によってエンジンが始動する。エンジンが始動すると、スタータが停止し、プーリ(4)は反時計方向の回転を続ける。これにより、ころ(13)の噛み込みが解除され、プーリ(4)だけが回転する状態が継続される。特にエンジンの高速回転時、ころ(13)は、ころ(13)とほぼ同じ曲率の凹面部(16)によって位置決めされ、中空軸(3)と非接触状態となる。こうして、始動時においては、ころ（噛み込み部材）(13)およびコイルばね（付勢部材）(14)がプーリ(4)と一体となって回転し、その後、プーリ(4)が所定回転速度以上になると、プーリ(4)だけが回転することになり、エンジンの駆動に寄与しない部分が回転することに伴うエネルギロスを抑えることができる。一旦エンジンが始動すると、プーリ(4)だけが回転する空転時間が数十分から数時間続き、この間、各転がり軸受(6)(7)の外輪(6a)(7a)は、高速回転させられる。従来の密封装置では、主リップが遠心力で非接触方向に移動させられることはないので、回転数の増加に伴って、ＰＶ値が増加し、これは、シール摺動部の発熱が大きくなることを意味しているが、この一方向クラッチ付きプーリユニットでは、密封装置の主リップ(23)が非接触となる方向に変位させられることにより、ＰＶ値の増加が抑えられ、弾性シール(9b)の劣化や内部に封入されているグリースの劣化が防止される。
【００３６】
なお、上記実施形態においては、一方向クラッチ(5)の外輪＝プーリ(4)と転がり軸受(6)(7)の外輪(6a)(7a)とが別体とされ、一方向クラッチ(5)の内輪＝中空軸(3)と転がり軸受(6)(7)の内輪(6b)(7b)とが別体とされているが、一方向クラッチ(5)の外輪と転がり軸受(6)(7)の外輪とが一体とされ、一方向クラッチ(5)の内輪と転がり軸受(6)(7)の内輪とが一体とされてもよい。この場合には、シール部材(8)(9)は、一体とされた外輪（プーリ）の端部に固定される。
【００３７】
また、上記シール装置およびこれを備えた転がり軸受(6)(7)は、図示した両側シールに代えて、転がり軸受の軸方向外側のみにシール部材を設けた片側シールとしてもよく、また、一方向クラッチ付きプーリユニット以外のものにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、この発明による密封装置の適用例である一方向クラッチ付きプーリユニットの１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、同横断面の部分拡大図である。
【図３】図３は、この発明による密封装置の縦断面の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００３９】
(1)       一方向クラッチ付きプーリユニット
(3)       中空軸
(4)       プーリ
(5)       一方向クラッチ
(6)(7)    転がり軸受
(8)(9)    シール部材
(8a)(9a)  芯金
(8b)(9b)  弾性シール
(13)      ころ
(20)      環状溝
(21)      接着部
(22)      補助リップ
(23)      主リップ
(24)      連結部
(25)      重心バランス設計用突出部
(26)      切欠き
【図１】
2006144812.tif 000003
【図２】
2006144812.tif 000004
【図３】
2006144812.tif 000005