(57)【要約】【課題】軸受トルクが小さく且つシール性に優れた転がり軸受を提供する。【解決手段】互いに相対回転可能に対向配置された一対の軌道輪(内輪２、外輪４)と、各軌道輪の対向面(内輪外径面２ｓ、外輪内径面４ｓ)にそれぞれ形成された軌道溝間(内輪軌道溝２ｇと外輪軌道溝４ｇとの間)に転動自在に組込まれた複数の転動体６と、各軌道輪の両側の対向面間に取り付けられた環状の密封板８とを備え、密封板の基端８ｅは、いずれか一方の軌道輪の対向面に形成された環状凹部Ｍに嵌め込み固定されており、その先端８ｔは、他方の軌道輪の対向面に対して非接触状態に位置決めされていると共に、当該対向面に形成された環状シール溝Ｐ内に一部入り込んでいる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに相対回転可能に対向配置された一対の軌道輪と、各軌道輪の対向面にそれぞれ形成された軌道溝間に転動自在に組込まれた複数の転動体と、各軌道輪の両側の対向面間に取り付けられた環状の密封板とを備えた転がり軸受であって、
密封板の基端は、いずれか一方の軌道輪の対向面に形成された環状凹部に嵌め込み固定されており、その先端は、他方の軌道輪の対向面に対して非接触状態に位置決めされていると共に、当該対向面に形成された環状シール溝内に一部入り込んでいることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
密封板の先端の径寸法は、環状シール溝の径寸法に対して所定の寸法差に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
密封板には、外方側に向って凸状に湾曲した凸状部が基端と先端との間の中央部分に構成されており、当該基端を環状凹部に嵌め込みながら凸状部を外方側から押圧して弾性変形させることにより、当該密封板は、その先端が環状シール溝内に一部入り込んだ状態で各軌道輪の対向面間に取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
密封板には、その先端に複数のスリットが周方向に沿って所定間隔で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気掃除機や電動工具のモータ、自動車のラジエタ冷却用電動ファンのモータ、オルタネータ(発電機)などの回転駆動系を支持する転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種のモータや発電機などの回転駆動系の設置環境には、例えばブラシモータのブラシ磨耗により生じる磨耗粉や外部から浸入する塵埃が充満する場合があり、そのような環境下で使用される転がり軸受には、高いシール性が要求されている。ところで、磨耗粉や塵埃などの異物が軸受内部に侵入し、例えば内外輪の軌道面と転動体との間に入り込んだ状態で軸受を回転させると、当該異物による研磨作用が働いて軌道面や転動体表面を磨耗或いは摩損させる場合がある。また、浸入した異物が潤滑剤に混入すると、潤滑剤の劣化を早める場合もある。この場合、軌道面や転動体表面が磨耗或いは摩損した状態、或いは、潤滑剤が劣化した状態で軸受を回転し続けると、例えば異常音が発生したり、焼付きが生じることにより、軸受寿命を延命化させることが困難になってしまう。
【０００３】
そこで、このような問題を解消するために、内外輪間に密封板を配設することで、異物が軸受内部に侵入するのを防止した転がり軸受が提案されている。例えば特許文献１に示された転がり軸受には、基端が外輪に固定され且つ先端が内輪に接触した接触ゴムシールが用いられており、例えば特許文献２に示された転がり軸受には、基端が外輪に固定され且つ先端が内輪に非接触となる非接触シールドが用いられている。
【０００４】
しかし、接触ゴムシールを用いた転がり軸受では、その回転時において接触ゴムシールの先端と内輪とが互いに摺接した状態で相対回転するため、軸受トルク(例えば、起動トルク、回転トルク)が大きくなる。この場合、転がり軸受の回転効率が低下するため、当該軸受を組込んだ装置の稼動効率も低下してしまう。一方、非接触シールドを用いた転がり軸受では、その回転時において非接触シールドの先端と内輪とが互いに摺接すること無く相対回転する。この場合、軸受トルクを小さくすることはできるが、非接触シールドの先端と内輪との間には所定の隙間が構成されているため、当該隙間から異物が混入し易くなっている。異物の浸入を防止する方法としては、隙間を小さくすることも考えられるが、シールド板及び基端取付部(例えば、板溝、環状凹部など)の加工精度を上げる必要があるため、高いコストを要する。
【特許文献１】実開平７−１０５５６号公報
【特許文献２】特開２００２−１１５７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、軸受トルクが小さく且つシール性に優れた転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明は、互いに相対回転可能に対向配置された一対の軌道輪と、各軌道輪の対向面にそれぞれ形成された軌道溝間に転動自在に組込まれた複数の転動体と、各軌道輪の両側の対向面間に取り付けられた環状の密封板とを備えた転がり軸受であって、密封板の基端は、いずれか一方の軌道輪の対向面に形成された環状凹部に嵌め込み固定されており、その先端は、他方の軌道輪の対向面に対して非接触状態に位置決めされていると共に、当該対向面に形成された環状シール溝内に一部入り込んでいる。
【０００７】
本発明において、密封板の先端の径寸法は、環状シール溝の径寸法に対して所定の寸法差に設定されている。この場合、密封板には、外方側に向って凸状に湾曲した凸状部が基端と先端との間の中央部分に構成されており、当該基端を環状凹部に嵌め込みながら凸状部を外方側から押圧して弾性変形させることにより、当該密封板は、その先端が環状シール溝内に一部入り込んだ状態で各軌道輪の対向面間に取り付けられる。なお、密封板の先端に複数のスリットを周方向に沿って所定間隔で形成しても良い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、密封板の先端を軌道輪の対向面に形成された環状シール溝内に非接触状態で一部入り込ませることにより、軸受トルクが小さく且つシール性に優れた転がり軸受を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態に係る転がり軸受について添付図面を参照して説明する。
図１(ａ)に示すように、本実施の形態の転がり軸受は、互いに相対回転可能に対向配置された一対の軌道輪(内輪２、外輪４)と、内外輪2,4の対向面(内輪外径面２ｓ、外輪内径面４ｓ)にそれぞれ形成された軌道溝間(内輪軌道溝２ｇと外輪軌道溝４ｇとの間)に転動自在に組込まれた複数の転動体６と、内外輪2,4の両側の対向面2s,4s間に取り付けられた環状の密封板８とを備えている。
【００１０】
なお、当該軸受において、複数の転動体６は、保持器１０で１つずつ回転可能に保持されているが、かかる保持器１０の種類については特に限定しない。また、内外輪2,4の対向面2s,4sと密封板８で囲まれた領域には、潤滑剤(例えば、グリース、油)が封入されることになるが、当該潤滑剤について図面上では省略する。更に、転動体６としては、図面上では玉を例示しているが、ころであっても良い。
【００１１】
この場合、密封板８の基端８ｅは、いずれか一方の軌道輪の対向面に形成された環状凹部Ｍに嵌め込み固定されており、その先端８ｔは、他方の軌道輪の対向面に対して非接触状態に位置決めされていると共に、当該対向面に形成された環状シール溝Ｐ内に一部入り込んでいる。本実施の形態では図面上、基端８ｅが外輪４(外輪内径面４ｓ)の環状凹部Ｍに嵌め込み固定され且つ先端８ｔが内輪２(内輪外径面２ｓ)の環状シール溝Ｐ内に一部入り込んだ密封板８を例示しているが、これに限定されることは無く、例えば図１(ｂ),(ｃ)に示すような密封板８でも良い。
【００１２】
図１(ｂ)の構成例において、密封板８は、基端８ｅが内輪２(内輪外径面２ｓ)の環状凹部Ｍに嵌め込み固定され且つ先端８ｔが外輪４(外輪内径面４ｓ)の環状シール溝Ｐ内に一部入り込んで非接触状態に位置決めされている。また、図１(ｃ)の構成例において、軸受一方側の密封板８は、基端８ｅが内輪２(内輪外径面２ｓ)の環状凹部Ｍに嵌め込み固定され且つ先端８ｔが外輪４(外輪内径面４ｓ)の環状シール溝Ｐ内に一部入り込んで非接触状態に位置決めされており、軸受他方側の密封板８は、基端８ｅが外輪４(外輪内径面４ｓ)の環状凹部Ｍに嵌め込み固定され且つ先端８ｔが内輪２(内輪外径面２ｓ)の環状シール溝Ｐ内に一部入り込んで非接触状態に位置決めされている。
【００１３】
いずれの構成例でも、図１(ｄ)に示すように、密封板８の先端８ｔの径寸法は、環状シール溝Ｐの径寸法に対して所定の寸法差Ｗに設定されている。具体的に説明すると、環状シール溝Ｐが内輪２(内輪外径面２ｓ)に構成されている場合、密封板８の先端８ｔの内径寸法は、環状シール溝Ｐの外径部Ｒｐの外径寸法よりも寸法差Ｗだけ小さく設定する。これに対して、環状シール溝Ｐが外輪４(外輪内径面４ｓ)に構成されている場合、密封板８の先端８ｔの外径寸法は、環状シール溝Ｐの内径部Ｒｐの内径寸法よりも寸法差Ｗだけ大きく設定する。
【００１４】
なお、環状の密封板８の先端８ｔの形状については、例えば図１(ｄ)に示すように環状シール溝Ｐに向けて略ストレートに延出させる形状に限定されることは無く、先端８ｔが環状シール溝Ｐ内に一部入り込んだ形状を成していれば任意の形状を適用することが可能である。例えば図１(ｅ)に示すように内方側(転動体６側)に折り返した形状、例えば図１(ｆ)に示すように外方側(転動体６とは反対側)に向けて折り返した形状でも良い。また、密封板８の厚さや表面処理(メッキ処理)についても特に限定されることは無い。
【００１５】
ここで、密封板８を内外輪2,4間に取り付ける方法例について、図２(ａ)〜(ｄ)を参照して説明する。
図２(ａ)に示すように、内外輪2,4間に取り付ける前において、密封板８の先端８ｔの内径寸法は、環状シール溝Ｐの外径部Ｒｐの外径寸法よりも寸法差Ｋだけ大きく設定されている。また、密封板８には、外方側に向って凸状に湾曲した凸状部８ａが基端８ｅと先端８ｔとの間の中央部分に構成されている。
【００１６】
このような密封板８を用意した後、図２(ｂ)に示すように、その基端８ｅを環状凹部Ｍに嵌め込みながら凸状部８ａを外方側から、所定の圧力Ｆで軸方向(アキシアル方向)に押圧して塑性変形させる。この場合、凸状部８ａを押圧する方法としては、既存の押圧治具を用いれば良いので、ここでは特に押圧治具についての限定はしない。
【００１７】
そして、図２(ｃ)に示すように密封板８の凸状部８ａを更に押圧し続けると、密封板８は、押圧力Ｆの作用を受けて径方向に引き延ばされるため、その先端８ｔの内径寸法が小さくなる。この後、凸状部８ａに作用させる押圧力Ｆを調整することにより、図２(ｄ)に示すように、基端８ｅが外輪４(外輪内径面４ｓ)の環状凹部Ｍに嵌め込み固定され且つ先端８ｔが内輪２(内輪外径面２ｓ)の環状シール溝Ｐ内に一部入り込んだ密封板８を内外輪2,4間に取り付けることができる。
【００１８】
このような取付方法において、例えば図３に示すように、密封板８の先端８ｔに複数のスリット８ｍを周方向に沿って所定間隔で形成しておけば、密封板８を変形し易くできるため、取付性を向上させることができる。なお、スリット８ｍの個数や幅などは、密封板８の大きさや種類に応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。また、スリット８ｍを形成する代わりに、例えば密封板８の先端８ｔを周方向に沿って薄肉化して取り付け易くしても良い。
【００１９】
以上、本実施の形態によれば、密封板８の先端８ｔを環状シール溝Ｐ内に一部入り込んだ構成としたことにより、先端８ｔと環状シール溝Ｐとの間に狭い隙間のラビリンスシールを構築することができる。このため、封入された潤滑剤が軸受回転中に外方に押し出された場合でも、その押し出された潤滑剤は、先端８ｔと環状シール溝Ｐとの隙間を埋めるように停留し、いわゆるグリースシールと称される状態となる。この結果、潤滑剤が軸受外部に漏洩するのを確実に防止することができる。なお、予め密封板８の先端８ｔと環状シール溝Ｐとの隙間に潤滑剤を充填しておくことでも同様の効果を得ることができる。
【００２０】
また、例えば軸受内部に対する異物(例えば、水、塵埃)の侵入性は、軸受内部と軸受外部との圧力差により変動する。この場合、異物の浸入を防止する方策としては、例えば密封板８の外部から内輪軌道溝２ｇ(外輪軌道溝４ｇ)までの距離を長くとるか、或いは内外の圧力差を小さくすれば良い。本実施の形態では、密封板８の先端８ｔを環状シール溝Ｐ内に一部入り込んだ構成としたことで、密封板８の外部から内輪軌道溝２ｇ(外輪軌道溝４ｇ)までの距離を長くとることができると同時に、内外の圧力変動を小さくすることができる。これにより、異物の浸入を確実に防止することができる。
更に、密封板８の先端８ｔは、環状シール溝Ｐに対して非接触状態に位置決めされているため、軸受回転に際し軸受トルク(例えば、起動トルク、回転トルク)が接触ゴムシールより大きくなることは無い。
【００２１】
ここで、本実施の形態の転がり軸受と従来の軸受とのシール性の比較試験について説明する。
この比較試験において、従来の軸受として例えば図４(ａ),(ｂ)に示すような２つの軸受(比較例１,２)を用意した。同図(ａ)の比較例１において、内輪２(内輪外径面２ｓ)には、略フラットな環状シール溝Ｐが形成されており、密封板８の先端８ｔは、その環状シール溝Ｐの外径部Ｒｐの外径寸法よりも寸法差Ｗだけ大きく設定されている(図４(ｃ))。また、同図(ｂ)の比較例２において、内輪２(内輪外径面２ｓ)には、深堀された環状シール溝Ｐが形成されており、密封板８の先端８ｔは、その環状シール溝Ｐの外径部Ｒｐの外径寸法よりも寸法差Ｗだけ大きく設定されている(図４(ｃ))。この場合、比較例１,２のいずれの軸受も密封板８の先端８ｔは、環状シール溝Ｐに対して非接触状態に位置決めされている。
【００２２】
一方、本実施の形態の転がり軸受としては、例えば図１(ａ)に示された軸受(実施例１)を用意した。そして、密封板８以外の構成については、三者(比較例１,２、実施例１)とも同一に設定した。例えば軸受外径を２２ｍｍ、軸受内径を８ｍｍ、軸受幅を７ｍｍに統一し、保持器１０については樹脂製のものを選択した。また、潤滑剤としては、４０℃における動粘度が４８ｍｍ２／ｓ、混和ちょう度が２３０となるように、添加剤を適宜使用して増ちょう剤と基油とを調合した。そして、かかる潤滑剤を軸受空間容積の３０容積％となるように軸受内部に封入した。この場合、増ちょう剤としては、例えばウレア系、リチウム石鹸、ナトリウム石鹸、ベントナイト、ＰＴＦＥ、カーボンブラックなどを選択することができ、基油としては、例えば合成炭化水素油、エステル油、エーテル油、フッ素油、シリコーン油、鉱油などを選択することができる。
【００２３】
図６には、シール性の比較試験に用いた試験装置の構成例が示されている。
当該試験装置は、試験本体１２内に中空のハウジング１４が介在されており、ハウジング１４内には回転軸１６が延出配置されている。また、ハウジング１４と回転軸１６との間には、比較試験に用いる軸受１８(比較例１,２、実施例１)をセットできるようになっている。具体的には、外輪４をハウジング１４に内嵌させると共に、内輪２を回転軸１６に外嵌した後、スリーブ２０により内輪２を軸方向に押圧することで、軸受１８に所定の予圧を付加した状態で、内輪２を回転軸１６に固定することができる。また、ハウジング１４内には、ダスト貯留部２２が形成されている。
【００２４】
本試験では、ダスト貯留部２２に０.１ｇのけい砂(直径：６.６〜８.６μｍ)を封入した。けい砂の化学成分には、９７％以上のＳｉＯ２に加えて、３％以下のＦｅ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｇＯが含まれている。また、けい砂の粒子密度は、２.６〜２.７ｇ／ｃｍ３の値である。
【００２５】
このような構成において、空気供給部２４内を０.１５ＭＰａに加圧し、空気取入口２６からダスト貯留部２２に空気を噴出させる。このとき、ダスト貯留部２２に導入された空気は、ハウジング１４と回転軸１６との間にセットされた軸受１８を経由してハウジング開口１４ａから外部に流出する。このとき、加熱用ヒータ２８でハウジング１４を加熱することで、ダスト貯留部２２内を８０℃に設定した。そして、回転軸１６を40,000rpmで回転させることで、１６時間毎の音響上昇値を比較し、比較例１,２と実施例１とのシール性を評価した。なお、シール性評価時における軸受１８のアキシアル荷重(Ｆａ)は４９Ｎに設定した。また、本試験の前後に行う軸受音響測定値は、グリースノイズテスター(ＮＳＫ  テクニカルジャーナル667号、1999年刊に記載)を用いた。この場合の測定条件は、１８００rpm、Ｆａ＝２９Ｎとし、ハイバンド(ＨＢ)の値をデータとして採用した。
【００２６】
本試験において、ダストが軸受１８内部に侵入し、内外輪2,4と転動体との間に入り込むと、軌道溝にダストの噛む込みによる損傷が発生し、それにより音響(アンデロン)が大きくなる。従って、音響上昇値が小さいほどシール性が良好であると評価できる。図５には、本試験における比較例１,２と実施例１との音響上昇値が示されており、かかる評価結果から明らかなように、実施例１の軸受では、比較例１,２に比べて音響上昇値が小さくなっている。これにより、本実施の形態に係る転がり軸受は、シール性に優れていることが評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】(ａ)は、本発明の一実施の形態に係る転がり軸受の構成例を示す断面図、(ｂ)は、転がり軸受の他の構成例を示す断面図、(ｃ)は、転がり軸受の他の構成例を示す断面図、(ｄ)は、転がり軸受に取り付けられた密封板の先端部分の構成例を示す部分断面図、(ｅ)は、密封板の先端部分の他の構成例を示す部分断面図、(ｆ)は、密封板の先端部分の他の構成例を示す部分断面図。
【図２】(ａ)〜(ｄ)は、密封板の取付方法を説明するための断面図。
【図３】密封板の先端にスリットを形成した構成例を示す平面図。
【図４】(ａ)は、シール性比較試験に用いる比較例１に係る軸受の部分断面図、(ｂ)は、シール性比較試験に用いる比較例２に係る軸受の部分断面図、(ｃ)は、比較例１の軸受に用いた密封板の先端部分の拡大断面図、(ｄ)は、比較例２の軸受に用いた密封板の先端部分の拡大断面図。
【図５】シール性比較試験の結果を示す図。
【図６】シール性比較試験に用いる試験機の部分断面図。
【符号の説明】
【００２８】
２  内輪
２ｓ  内輪外径面
４  外輪
４ｓ  外輪内径面
６  転動体
８  密封板
８ｅ  密封板の基端
８ｔ  密封板の先端
１０  保持器
Ｍ  環状凹部
Ｐ  環状シール溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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