(57)【要約】【課題】  起動摩擦トルクが小さく、且つ、連続回転時に防塵性を良好に維持すること。【解決手段】  芯金１１は、２枚の異種金属１２を貼り合わせた所謂バイメタルである。バイメタルを芯金１１に用いたゴムシール付き転がり軸受は、機器に組み込まれて使用される場合、起動時（室温）においては、先端リップ部１３は、内輪と非接触の状態となっている。内輪２と非接触である軸受の起動トルクは、小さいため、モータ起動電流も小さく、速やかに回転が上昇していく。そして、所定の回転数に達し、軸受温度が上昇すると、芯金１１であるバイメタルが反り、先端リップ部１３が内輪２と接触し、回転中においては、外部からの塵埃が軸受内部に侵入することを防止することができる。【選択図】  図２
2006322600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の軌道輪の間に、転動体が転動自在に介装してあり、
一方の軌道輪の端部に、シール部材の基端部が取り付けてあり、
他方の軌道輪の端部に、当該シール部材の先端リップ部が非接触又は接触可能状態に設定してある密封型転がり軸受に於いて、
前記シール部材の先端リップ部は、起動時、軌道輪に非接触状態である一方、所定回転時、軌道輪に接触することを特徴とする密封型転がり軸受。
【請求項２】
前記軌道輪は、内輪又は外輪であることを特徴とする請求項１に記載の密封型転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気掃除機のクリーナモータや電動工具、自動車用電動ファンモータ、電装部品、産業機械などの回転軸の支持部に使用され、ブラシ粉や塵埃が存在する環境で使用される密封型転がり軸受に関し、特に、低トルクで防塵性に優れ長寿命に適した密封型転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、真空掃除機や電動工具のモータ、自動車のラジエータ冷却電動ファンモータの軸受のように、周囲に微細な粉塵、泥水が存在する条件で使用される転がり軸受には、高い密封性が要求される。
【０００３】
装置の外部から浸入する粉塵や、ブラシモータのブラシ摩耗に伴って生ずる摩耗粉が転がり軸受の内部に浸入すると、玉の転動面や内輪、外輪の軌道面等を含む転走面を損傷させ、軸受の機能を低下させるおそれがある。
【０００４】
また、軸受の内部に充填されている潤滑用のグリースに粉塵や摩耗粉が混入すると、グリースが劣化する原因となる。転動面の損傷やグリースの劣化が進むと、異常音が発生し、また焼付きに到る場合もあり得る。泥水の浸入においては錆びが発生する場合もある。
【０００５】
そこで、転がり軸受の内輪の外径と外輪の内径との間隔にシール手段を設け、これによって軸受の内部に潤滑用のグリースを封入すると共に、外部からの粉塵の浸入を低減する密封軸受が知られている。
【０００６】
このような密封軸受の―つとして、特許文献１に於いては、ゴム等の可撓性を有する材料によって形成され、外輪側に外縁部を固定されるとともに、内縁部に内輪を接触して摺動するリップを備えたシールを有する所謂シール軸受が提案されている。
【０００７】
特許文献２に於いては、防塵性を維持しつつ軸受の動摩擦トルクを低減させる方法として、軸方向に予圧が与えられた時、ゴムシールのリップ部と内輪が接触して防塵効果を現す。他方のゴムシールリップと内輪は非接触となるので、低トルクとなる。但し、起動摩擦トルクは、片側のみが内輪と接触しているので、トルク低減効果はあるものの、さらなるトルク低減の余地が残されている。
【０００８】
また、特許文献３に於いては、金属等によって形成された外輪の内周面に固定されたシールドを備え、シールドの内径と内輪の外径との間隔を狭小に設定して粉塵などの侵入を低減する所謂シールド軸受が提案されている。
【特許文献１】実開平７−１０５５６号公報（第１ページ等）
【特許文献２】特開平１１−８２５２７号公報（第１ページ等）
【特許文献３】特開２００２−１１５７２４号公報（第１ページ等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、内輪、外輪とそれぞれ接触するシールを備えたシール軸受の場合、モータの起動時には、シールのリップと内輪などとの摩擦により、軸受の起動トルクが大きくなり、モータの起動電流が大きくなる。
【００１０】
低温時のモータ起動電流は、軸受のゴムシールのリップ部も硬化するので、起動摩擦トルクがさらに大きくなって、モータ過電流となる場合も考えられる。
【００１１】
一方、非接触シールドを備えた場合、軸受回転トルクは、小さいがシールドの内縁部と内輪の外周部との間隔を小さくしたとしても、粉塵などの侵入を阻止することは難しい。
【００１２】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、起動摩擦トルクが小さく、且つ、連続回転時に防塵性を良好に維持することができる、密封型転がり軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、密封型転がり軸受は、一対の軌道輪の間に、転動体が転動自在に介装してあり、
一方の軌道輪の端部に、シール部材の基端部が取り付けてあり、
他方の軌道輪の端部に、当該シール部材の先端リップ部が非接触又は接触可能状態に設定してある密封型転がり軸受に於いて、
前記シール部材の先端リップ部は、起動時、軌道輪に非接触状態である一方、所定回転時、軌道輪に接触することを特徴とする。
【００１４】
シール部材の先端リップ部が非接触であり又接触する軌道輪は、内輪と外輪の何れであってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、防塵性能に優れ、起動時のトルクが小さい密封型転がり軸受を提供する事ができ、粉塵雰囲気で使用される用途に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る密封型転がり軸受を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る密封型転がり軸受の断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態の変形例に係る密封型転がり軸受の断面図である。
【００１８】
図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る密封型転がり軸受の断面図であり、先端リップ部が内輪に非接触の状態を示し、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る密封型転がり軸受の断面図であり、先端リップ部が内輪に接触している状態を示し、（ｃ）は、芯金の断面図である。
【００１９】
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、本発明の実施の形態に係る密封型転がり軸受のシール部材の芯金の断面図である。
【００２０】
図１（ａ）において、１が外輪、２が内輪、３が転動体、４が保持器、５がゴムシール板（シール部材）、６がグリースを表す。
【００２１】
図２（ａ）（ｂ）において、ゴムシール板５は、ゴム７と芯金１１により構成される。図２（ｃ）において、異種金属１２は、芯金１１に接合されている。
【００２２】
異種金属１２の接合は、図３（ａ）に示すように、芯金１１に、半径方向にスリット設け、この中間に異種金属１２を接合する。
【００２３】
図３（ｂ）では、打ち抜いた芯金１１の中間に、異種金属１２を接合した形態である。
【００２４】
また、図３（ｃ）では、２枚の芯金１１の同一平面上に予め接合した異種金属１２を連結した形態である。
【００２５】
図１（ａ）のＡ面側（外気側）の異種金属１２には、芯金１１よりも線膨張係数が大きい金属を使用している。
【００２６】
一方、図１（ｂ）の変形例のように、先端リップ部１３の形状が図１（ａ）と逆方向の場合においては、異種金属１２を接合する方向がＢ面側（転動体側）となる。
【００２７】
異種金属１２を芯金１１のＡ面（外気側）に接合するときは、芯金１１よりも線膨張係数が小さい金属を使用する。
【００２８】
従って、温度が上昇すると、先端リップ部１３が芯金１１の変形により内輪２と接触する方向に動く。
【００２９】
芯金１１は、金属以外の樹脂でもよく、接合する材料は、金属だけでなく樹脂としてもなんらかまわない。線膨張係数の異なる材料が接合してあればよい。接合の方法は、接着、ろう付け、溶接などの方法によることができる。
【００３０】
以上から、本実施の形態は、２枚のゴムシール板５（シール部材）に囲まれた空間に潤滑用グリース６を封入した転がり軸受に関してであり、ゴムシール板５の芯金１１に関してである。
【００３１】
芯金１１の特徴は、２枚の異種金属１２を貼り合わせた所謂バイメタルである。バイメタルを芯金１１に用いたゴムシール付き転がり軸受は、上述の機器に組み込まれて使用される場合、起動時（室温）においては、先端リップ部１３は、内輪と非接触の状態となっている（図２（ａ））。なお、内輪２と先端リップ部１３が非接触であれば、その距離ｔは特に限定されない。内輪２と非接触である軸受の起動トルクは、小さいため、モータ起動電流も小さく、速やかに回転が上昇していく。
【００３２】
そして、所定の回転数に達し、軸受温度が上昇すると、芯金１１であるバイメタルが反り（図２（ｂ））、先端リップ部１３が内輪２と接触し、回転中においては、外部からの塵埃が軸受内部に侵入することを妨げる効果が現れる。
【００３３】
バイメタルを構成する材料としては、低膨張材としてＮｉ−Ｆｅ系のものと、高膨張材としてＣｕ，Ｎｉ，Ｃｕ−Ｚｎ系，Ｎｉ−Ｃｕ系，Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ系，Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系，Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系，Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｕ系があげられ、適宜組み合わせて使用できる。
【００３４】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【実施例】
【００３５】
本実施例に使用した芯金１１の材料は、炭素鋼であり、異種金属１２の材料としてニッケル系板を使用し、接着剤で接合した。本実施例に使用した軸受は、市販されている外径６２ｍｍ、内径２５ｍｍ、幅１７ｍｍ、保持器は鋼板打ち抜きを選定した。封入したグリースは、増ちょう剤がウレア系、基油に合成炭化水素油で４０°Ｃにおける動粘度が４８ｍｍ２／Ｓ、混和ちょう度が２６０である。グリース封入量は、軸受空間容積の３５容積％とした。グリースの構成成分である増ちょう剤は特にウレアに限定されるものではなく、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用いてもなんらかまわない。基油においても、エステル油、エーテル油、フッ素油、シリコーン油、鉱油などを用いてもかまわない。添加剤も適宜使用してもよい。
【００３６】
上述した本発明の実施形態の一実施例と、従来技術に関わる軸受の比較例との防塵性の比較試験について説明する。図４は、本発明の実施形態の一実施例と、従来技術に関わる軸受の比較例との防塵性の比較試験に用いる内輪回転用防塵試験機の要部断面図である。図４に示すように、試験装置は、共試軸受２１が配置されるハウジング２３と、このハウジング２３と同軸上に配置され、内径部にダストを貯留する凹部が筒状のダスト貯留部２５とを有する。ダスト貯留部２５のハウジング２３に対する反対側には、ダスト貯留部２５内に空気を吹き込む孔２７を形成されてなる空気供給部２９が設けられている。なお、ハウジング２３とダスト貯留部２５とは、これらの接続部に周方向にわたって設けられ、軸方向にこれらを離間する方向に付勢するばね３１を介して接している。そして、ダスト貯留部２５のハウジング２１側の端面には、系方向の溝３０が形成され、ここを通じて孔２１から導入された空気の一部が排出されるようになっている。また、この空気の残部は、軸受２１の内輪と外輪との間隔を通過して排出される。
【００３７】
軸受２１には、空気供給部の反対側から回転用の軸３３が挿入されている。軸３３は軸受２１が配置される部分を含む先端部を他よりも細く形成されてなり、径が変化する箇所は段をつけて形成されている。そして、この段の部分と軸受２１の内輪との間に、スリーブ３５が設けられ、これによって内輪が軸３３に固定されるようになっている。
【００３８】
さらに、上述したハウジング２３およびダスト貯留部２５が組み込まれる試験機本体３７内には、ダスト貯留部２５およびハウジング２３を加熱する雰囲気加熱用ヒータ３９が埋め込まれている。また、ハウジング２３内には、軸受２１の外輪の外周面温度を測定する熱電対式温度計４１が埋め込まれている。
【００３９】
そして、ダスト貯留部内にダストｌｇを入れ密封した後に、空気供給部内を０．１５ＭＰａに加圧して、孔２７から空気を噴出させた。ダストは、例えばＪＩＳ  Ｚ  ８９０１に定められている試験用粉体でＪＩＳ３種の中位径（質量基準）の範囲６．６〜８．６μｍのけい砂を使用した。このけい砂の化学成分は、ＳｉＯ２が９７％以上で残りＦｅ２Ｏ３、Ａ１２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、強熱減量の合計が３％以下である。粒子密度は、２．６〜２．７ｇ／ｃｍ３の値である。そして、試験軸受を回転（２，０００ｒｐｍ、Ｆａ＝４９Ｎ、６０℃）させた結果、１６時間後の音響上昇値を比較し、密封（防塵）性能評価した。なお、この試験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。測定条件は、１８００ｍｉｎ−１、Ｆａ＝２９Ｎとし、ハイバンド（ＨＢ）の値をデータとして採用した。粉塵が内外輪走行跡に侵入すると、異物の噛み込みによる損傷が発生し音響（アンデロン）が大きくなる。したがって、音響上昇値が小さいほど防塵性が良好であると評価できる。
【００４０】
ここで、本発明の実施例に用いたのは、図２（ａ）（ｂ）に示した実施形態の軸受である。一方、従来軸受に関わる比較例として用いたのは、実施例の軸受と同様の外輪外径、内輪内径、および軸受の軸方向幅を有した非接触ゴムシール付き軸受である。
【００４１】
上述した本発明の実施形態の―実施例と、従来技術に関わる軸受の起動摩擦トルクとの比較試験方法について説明する。図５は、本発明の実施形態の―実施例と、従来技術に関わる軸受の起動摩擦トルクとの比較試験軸受の起動摩擦トルクの試験装置の模式図である。
【００４２】
図５に示す試験軸受７１に軸７３を挿入した後、軸受箱７２に外輪を挿入する。凧糸７４を軸７３に巻き付け、テンションゲージ７５を用いて、徐々に負荷を増加させていき、外輪が起動したときの力を換算して起動摩擦トルクとした。
【００４３】
【表１】
2006322600.tif 000003
実施例と、比較例の結果を表１に示す。
表１において、
防塵試験、音響上昇値
○…１アンデロン未満、×…１アンデロン以上
起動摩擦トルク
○…５０×１０−４Ｎ・ｍ未満、×…５０×１０−４Ｎ・ｍ以上
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る密封型転がり軸受の断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態の変形例に係る密封型転がり軸受の断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る密封型転がり軸受の断面図であり、先端リップ部が内輪に非接触の状態を示し、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る密封型転がり軸受の断面図であり、先端リップ部が内輪に接触している状態を示し、（ｃ）は、芯金の断面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、本発明の実施の形態に係る密封型転がり軸受のシール部材の芯金の断面図である。
【図４】本発明の実施形態の一実施例と、従来技術に関わる軸受の比較例との防塵性の比較試験に用いる内輪回転用防塵試験機の要部断面図である。
【図５】本発明の実施形態の―実施例と、従来技術に関わる軸受の起動摩擦トルクとの比較試験軸受の起動摩擦トルクの試験装置の模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  外輪
２  内輪
３  転動体
４  保持器
５  ゴムシール板（シール部材）
６  グリース
７  ゴム
１１  芯金
１２  異種金属
１３  先端リップ部
【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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