(57)【要約】【課題】ハウジング内に充填された潤滑油の漏洩及び空気の混入を防止する軸受けユニットを提供する。【解決手段】軸２と、軸２の周回り方向の支持を行うラジアル軸受３と、軸２のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受１６と、軸２を支持したラジアル軸受３とスラスト軸受１６とを内部に有し軸２を回転自在に支持すると共に、粘性流体７が充填されたハウジング５と、ハウジング５の内周面と軸２の外周面との間に形成される空隙部１９に配設され、軸２が挿通される軸挿通孔１５が形成されたシール部材１４とを備え、シール部材１４は、塑性を有するコーティング層１４ａが形成されることにより、ハウジング５を軸２が挿通される軸挿通孔１５を除いて密閉する。【選択図】図１
2004132479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、
上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、
上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、
上記軸を支持した上記ラジアル軸受と上記スラスト軸受とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングと、
上記ハウジングの内周面と上記軸の外周面との間に形成される空隙部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔が形成されたシール部材とを備え、
上記シール部材は、塑性を有するコーティング層が形成されることにより、上記ハウジングを上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉することを特徴とする軸受ユニット。
【請求項２】
上記コーティング層は、金、銀、銅、すず、はんだ、亜鉛、カドミウムのいずれかを用いてメッキ処理されることにより形成されることを特徴とする請求項１記載の軸受ユニット。
【請求項３】
軸と、
上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、
上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、
上記軸を支持した上記ラジアル軸受と上記スラスト軸受とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングと、
上記ハウジングの内周面と上記軸の外周面との間に形成される空隙部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔が形成されたシール部材とを備え、
上記ハウジングは、上記シール部材が接着される締結部に塑性を有するコーティング層が形成されることにより、上記軸挿通孔を除いて密閉された構造とされていることを特徴とする軸受ユニット。
【請求項４】
上記コーティング層は、金、銀、銅、すず、はんだ、亜鉛、カドミウムのいずれかを用いてメッキ処理されることにより形成されることを特徴とする請求項３記載の軸受ユニット。
【請求項５】
軸と、
上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、
上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、
上記軸を支持した上記ラジアル軸受と上記スラスト軸受とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングと、
上記ハウジングの内周面と上記軸の外周面との間に形成される空隙部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔が形成されたシール部材とを備え、
上記ハウジング部材は、上記シール部材との間にパッキン部材が配設されることにより、上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉された構造とされていることを特徴とする軸受ユニット。
【請求項６】
上記パッキン部材は、ゴム、樹脂、金、銀、銅、すず、鉛、はんだ、亜鉛、カドミウムのいずれかにより形成され、又は金、銀、銅、すず、鉛、はんだ、亜鉛、カドミウムのいずれかをメッキすることによりコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項５記載の軸受ユニット。
【請求項７】
軸と、
上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、
上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、
上記軸を支持した上記ラジアル軸受と上記スラスト軸受とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングと、
上記ハウジングの内周面と上記軸の外周面との間に形成される空隙部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔が形成されたシール部材とを備え、
上記シール部材は、表面に高分子化合物からなるコーティング層が形成されることにより、上記ハウジングを、上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉された構造とすることを特徴とする軸受ユニット。
【請求項８】
軸と、
上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、
上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、
上記軸を支持した上記ラジアル軸受と上記スラスト軸受とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングと、
上記ハウジングの内周面と上記軸の外周面との間に形成される空隙部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔が形成されたシール部材とを備え、
上記ハウジングは、上記シール部材が接着される締結部に高分子化合物からなるコーティング層が形成されることにより、上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉された構造とされていることを特徴とする軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸を回転可能に支持し、あるいは軸に対し回転体を回転可能に支持する軸受ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より回転軸を回転可能に支持する軸受ユニットとして、図１６に示すように構成されたものが知られている。この軸受ユニット１００は、回転軸１０１を回転可能に支持するものであり、一端を開放した筒状をなす金属製のハウジング１０２内に回転軸１０１を回転可能に支持するラジアル軸受１０３を取り付けている。ハウジング１０２の一方の開放端側には、ラジアル軸受１０３に回転可能に支持された回転軸１０１のスラスト方向を支持するスラスト軸受１０４が取り付けられている。
【０００３】
この軸受ユニット１００において、ラジアル軸受１０３には動圧流体軸受が用いられている。動圧流体軸受は、ラジアル軸受１０３の回転軸１０１と対向する内周面に動圧を発生させるための動圧発生溝が設けられている。
【０００４】
ハウジング１０２内には、回転軸１０１が回転するときに動圧発生溝内を流通することによって動圧を発生させる粘性流体である潤滑油が充填されている。
【０００５】
回転軸１０１は、ラジアル軸受１０３に挿入され、一端側をスラスト軸受１０４により支持されてハウジング１０２内に回転可能に支持されている。
【０００６】
ハウジング１０２の他方の開放端側には、ハウジング１０２に充填された潤滑油のハウジング１０２内からの漏れを防止する金属製の円環状に形成されたオイルシール１０５が取り付けられる接合部１０７が設けられている。回転軸１０１は、オイルシール１０５の中心部に設けた軸挿通孔１０６を介してハウジング１０２の外部に突出されている。
【０００７】
オイルシール１０５の内周面には、回転軸１０１の回転により発生する遠心力などにより潤滑油が軸挿通孔１０６からハウジング１０２の外方へ移動することを防止するように界面活性剤が塗布されている。
【０００８】
図１６に示すように構成された軸受ユニット１００は、ハウジング１０２に充填された潤滑油の流出経路は、回転軸１０１の外周面とオイルシール１０５に設けた軸挿通孔１０６の内周面とによって形成される空隙１０８のみとなる。ここで、空隙１０８の幅を小さくすることにより、空隙１０８に臨む潤滑油の表面張力により、潤滑油のハウジング１０２外部への漏出を防止することができる。
【０００９】
更に、回転軸１０１の軸挿通孔１０６の内周面と対向する外周面に、ハウジング１０２の外方に向かって縮径されるように形成されたテーパ部１０９を設ける。このようなテーパ部１０９を設けることにより、回転軸１０１の外周面と軸挿通孔１０６の内周面とによって形成される空隙１０８に圧力勾配が形成され、回転軸１０１が回転したときに発生する遠心力により、ハウジング１０２内に充填された潤滑油をハウジング１０２の内部に引き込む力が発生する。回転軸１０１の回転時に、潤滑油がハウジング１０２内部に引き込まれるようになるので、動圧流体軸受により構成されたラジアル軸受１０３の動圧発生溝に潤滑油が浸入して動圧を発生させ、回転軸１０１の安定した支持が実現され、しかもハウジング１０２に充填された潤滑油の漏洩を防止できる。
【００１０】
【特許文献】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この軸受ユニット１００においては、回転軸１０１の外周面とオイルシール１０５の軸挿通孔１０６との間に形成される空隙１０８以外にハウジング１０２内に充填された潤滑油の漏洩経路が存在すると、当該経路よりハウジング１０２内の潤滑油と空気との置換が進行してしまう。ハウジング１０２内に空気が進入することにより、気圧変化や温度変化等の環境の変化によって空気が膨張してハウジング１０２内の潤滑油が空隙１０８より漏洩したり、回転軸１０１がハウジング１０２より抜け出てしまう場合があった。
【００１１】
また、ハウジング１０２とオイルシール１０５との接合部１０７を接着剤により完全にシールすることは極めて困難であり、ハウジング１０２に充填した潤滑油の確実な漏洩を防止することができない。このような潤滑油の漏洩を防止するため、オイルシール１０５の表面に界面活性剤を塗布するなどの処理が必要となり、製造作業が複雑となる。
【００１２】
このように、従来用いられている軸受ユニットは、部品点数が多く組み立てが困難であり、潤滑油の確実なシールを行うことができないばかりか、高価になってしまう。
【００１３】
そこで、本発明は、上述したような従来の装置が有している問題点を解消し得る新規な軸受ユニットを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明に係る軸受ユニットは、軸と、上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、上記軸を支持した上記ラジアル軸受と上記スラスト軸受とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングと、上記ハウジングの内周面と上記軸の外周面との間に形成される空隙部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔が形成されたシール部材とを備え、上記シール部材は、塑性を有するコーティング層が形成されることにより、上記ハウジングを上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉する。
【００１５】
また、本発明に係る軸受けユニットは、軸と、上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、上記軸を支持した上記ラジアル軸受と上記スラスト軸受とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングと、上記ハウジングの内周面と上記軸の外周面との間に形成される空隙部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔が形成されたシール部材とを備え、上記ハウジングは、上記シール部材が接着される締結部に塑性を有するコーティング層が形成されることにより、上記軸挿通孔を除いて密閉された構造とされている。
【００１６】
また、本発明に係る軸受けユニットは、軸と、上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、上記軸を支持した上記ラジアル軸受と上記スラスト軸受とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングと、上記ハウジングの内周面と上記軸の外周面との間に形成される空隙部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔が形成されたシール部材とを備え、上記ハウジング部材は、上記シール部材との間にパッキン部材が配設されることにより、上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉された構造とされている。
【００１７】
また、本発明に係る軸受けユニットは、軸と、上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、上記軸を支持した上記ラジアル軸受と上記スラスト軸受とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングと、上記ハウジングの内周面と上記軸の外周面との間に形成される空隙部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔が形成されたシール部材とを備え、上記シール部材は、表面に高分子化合物からなるコーティング層が形成されることにより、上記ハウジングを、上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉された構造とする。
【００１８】
また、本発明に係る軸受けユニットは、軸と、上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、上記軸を支持した上記ラジアル軸受と上記スラスト軸受とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングと、上記ハウジングの内周面と上記軸の外周面との間に形成される空隙部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔が形成されたシール部材とを備え、上記ハウジングは、上記シール部材が接着される締結部に高分子化合物からなるコーティング層が形成されることにより、上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉された構造とされている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された軸受ユニットについて、図面を参照しながら詳細に説明する。この軸受ユニット１は、図１及び図２に示すように、回転軸２の周回り方向の支持を行うラジアル軸受３と、このラジアル軸受３を収納したハウジング５とを備える。
【００２０】
ラジアル軸受３は、焼結メタルにより円筒状に形成されている。ラジアル軸受３は、ハウジング５に充填される粘性体である潤滑油７と共に動圧流体軸受を構成するものであって、回転軸２が挿通される内周面には、動圧発生溝８が形成されている。動圧発生溝８は、図２に示すように、ラジアル軸受３の内周面にＶ字状をなす一対の溝８ａを周回り方向に連結溝８ｂにより連続するように形成して構成されている。動圧発生溝８は、Ｖ字状をなす一対の溝８ａの先端側が回転軸２の回転方向Ｒ１に向くように形成されている。本例にあっては、動圧発生溝８は、円筒状をなすラジアル軸受３の軸方向の上下に並列して一対形成されている。ラジアル軸受３に設けられる動圧発生溝８の数や大きさは、ラジアル軸受３の大きさや長さに等により適宜選択される。
【００２１】
動圧流体軸受として形成されたラジアル軸受３は、このラジアル軸受３に挿通された回転軸２が、図２中矢印Ｒ１方向に連続して回転すると、ハウジング５内に充填された潤滑油７が動圧発生溝８内を流通し、回転軸２の外周面とラジアル軸受３の内周面との間に動圧を発生させて回転する回転軸２を支持する。このとき発生する動圧は、回転軸２とラジアル軸受３との間の摩擦係数を極めて小さくするものであって、回転軸２の円滑な回転を実現する。
【００２２】
回転軸２を支持したラジアル軸受３を収納したハウジング５は、図１に示すように、円筒状に形成されたラジアル軸受３を収容して囲むような形状を有し、合成樹脂を一体成形して形成された一つの部材である。
【００２３】
ハウジング５は、図１に示すように、筒状をなすハウジング本体１１と、ハウジング本体１１の一端側を閉塞するようにハウジング本体１１と一体に形成された一端部１１ａを構成する底部閉塞部１３とからなる。ハウジング本体１１の他端部１１ｂは、ハウジング本体１１の他端部１１ｂ側の開口部１０に設けられた締結部１２に、開口部１０を閉塞する中空円板状のシール部材１４が配設されている。
【００２４】
底部閉塞部１３の内面側の中央部には、ラジアル軸受３に支持された回転軸２のスラスト方向の一端部に設けた軸受支持部２ａを回転可能に支持するスラスト軸受１６が一体に形成されている。スラスト軸受１６は、底部閉塞部１３の内面の一部をハウジング５の内方に突出するように形成されている。スラスト軸受１６は、円弧状若しくは先端先細り状に形成された回転軸２の軸受支持部２ａを点で支持するピボット軸受として形成されている。
【００２５】
シール部材１４の中央部には、ハウジング５に収納されたラジアル軸受３に回転自在に支持された回転軸２が挿通される軸挿通孔１５が設けられている。このシール部材１４は、後述する潤滑油７がハウジング本体１１より漏洩することを防止するため金、銀、銅、すず、はんだ、亜鉛、カドミウム等がメッキされ、コーティング層１４ａが形成されている。シール部材１４は、ハウジング本体１１の他端部１１ｂ側開口部１０に圧入されることによりコーティング層１４ａが塑性変形し、これによりハウジング本体と密着する。このシール部材１４はハウジング本体１１の他端部１１ｂ側開口部１０及びラジアル軸受３の上面部に支持されることにより、ハウジング本体１１の他端部１１ｂと略面一に位置決めされると共に、軸挿通孔１５とラジアル軸受３の内周面とが連続されるように接着されている。これにより、軸受ユニット１は、塑性変形によりシール効果のある材料がメッキされコーティング層１４ａが形成されたシール部材１４がハウジング本体１１の他端部１１ｂ側開口部１０と密着されているため、ハウジング本体１１内に充填された潤滑油７の漏洩や、ラジアル軸受３の内周面及び動圧発生軸８への空気の混入を防止することができ、回転軸３の抜けを防止することができる。
【００２６】
上述のように構成されたハウジング５は、筒状をなすラジアル軸受３を包むようにして合成樹脂材料をアウトサート成形することにより、ラジアル軸受３がハウジング本体１１の内周側に配されて一体に形成される。
【００２７】
ハウジング５を構成する合成樹脂材料は、特に限定されるものではないが、ハウジング５内に充填される潤滑油７を弾き潤滑油７に対する接触角を大きくするような材料を用いることが望ましい。ハウジング５にはスラスト軸受１６が一体に形成されているので、潤滑性に優れた合成樹脂材料を用いることが好ましい。従って、ハウジング５は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアセタール等のフッ素系の合成樹脂、ポリテトラフルオロエチレンテフロン（テフロンは登録商標）、ナイロン等の合成樹脂を用いて形成することが好ましい。更には、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）などの合成樹脂を用いてもよい。更にまた、極めて高精度の成形が可能な液晶ポリマーによって形成してもよい。
【００２８】
ハウジング５内に配設されたラジアル軸受３及びハウジング５と一体に設けられたスラスト軸受１６によって回転自在に支持される回転軸２は、軸部本体２ｂのスラスト軸受１６によって支持される軸受支持部２ａを円弧状若しくは先端先細り状に形成し、他端側に回転体である例えばモータのロータが取り付けられる取付部１７が設けられている。ここで、軸部本体２ｂと取付部１７は、同径に形成されている。
【００２９】
また、回転軸２は、図１に示すように、一端側の軸受支持部２ａをスラスト軸受１６によって支持され、軸部本体２ｂの外周面をラジアル軸受３により支持されている。そして、回転軸２は、他端側に設けた取付部１７側をハウジング本体１１の他端部１１ｂに接着されたシール部材１４に設けた軸挿通孔１５から突出させてハウジング５に支持されている。
【００３０】
ところで、ハウジング５の軸挿通孔１５は、この軸挿通孔１５に挿通された回転軸２が軸挿通孔１５の内周面に摺接することなく回転するように、回転軸２の軸部本体２ｂの外径よりやや大きな内径をもって形成されている。このとき、軸挿通孔１５は、その内周面と軸部本体２ｂの外周面との間にハウジング５内に充填された潤滑油７がハウジング５内から漏れるのを防止するに足る間隔ｃの空隙１９を有するように形成される。このように、回転軸２との間にハウジング５内に充填された潤滑油７の漏れを防止するようにした空隙１９が形成されるように軸挿通孔１５を形成したシール部材１４は、上述したように、金、銀、銅、すず、はんだ、亜鉛、カドミウム等、塑性変形によりシール効果のある材料からなるコーティング層１４ａが形成されている。従って、ハウジング５は、シール部材１４と締結部１２において密着し、空隙１９以外には潤滑油が漏れ出すことなく、また、空気が混入することが防止されている。
【００３１】
ハウジング５の他端部１１ｂ側に形成されシール部材１４は、軸挿通孔１５の内周面の潤滑油７に対する接触角として６０度程度が確保されている。本発明に係る軸受ユニット１は、コーティング層１４ａが形成されている軸挿通孔１５の内周面を含んでシール部材１４に、界面活性剤を塗布することなく潤滑油７のシール部材１４に対する接触角を大きくすることができるので、回転軸２が回転することによって発生する遠心力により潤滑油７が軸挿通孔１５を介してハウジング５の外部へ移動することを防止できる。
【００３２】
更に、回転軸２の軸挿通孔１５の内周面と対向する外周面には、テーパ部２０が設けられている。テーパ部２０は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間に形成される空隙１９をハウジング５の外方に向かって拡大させるように傾斜されている。このテーパ部２０は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面とによって形成される空隙１９に圧力勾配を形成し、ハウジング５内に充填された潤滑油７をハウジング５の内部に引き込む力が発生する。回転軸２の回転時に、潤滑油７がハウジング５の内部に引き込まれるようになるので、動圧流体軸受により構成されたラジアル軸受３の動圧発生溝８に潤滑油７が確実に浸入して動圧を発生させ、回転軸２の安定した支持が実現され、しかもハウジング５に充填された潤滑油７の漏洩を防止できる。
【００３３】
本発明が適用された軸受ユニット１において、動圧流体軸受を構成するラジアル軸受３に設けた動圧発生溝８に浸入して動圧を発生させる潤滑油７は、図１及び図３に示すように、ハウジング５内から回転軸２に形成されたテーパ部２０と軸挿通孔１５の内周面とによって形成された空隙１９に臨むように充填される。即ち、潤滑油７は、ハウジング５内の隙間に充填され、更に燒結金属からなるラジアル軸受３に含浸される。
【００３４】
ここで、回転軸２に形成されたテーパ部２０と軸挿通孔１５の内周面との間に形成された空隙１９について説明する。この空隙１９の最小の間隔は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間に形成される図３中間隔ｃに相当し、この間隔ｃは２０μｍ〜２００μｍが好ましく、１００μｍ程度が最も好ましい。間隔ｃが２０μｍよりも小さいと、軸受ユニット１のハウジング５を合成樹脂により一体成形で作る際の成形精度を確保することが難しい。空隙１９の間隔ｃが２００μｍよりも大きいと、軸受ユニット１に衝撃が加えられたとき、ハウジング５に充填された潤滑油７がハウジング５の外部に飛散してしまう耐衝撃性が低下してしまう。
【００３５】
ハウジング５に充填された潤滑油７が衝撃によりハウジング５の外部に飛散するに耐衝撃性Ｇに関しては、下記の式（１）に示すように、
Ｇ＝（１２γｃｏｓβ／２ρｃ２）／ｇ　・・・（１）
で表される。
【００３６】
ここで、γ：潤滑油の表面張力
β：潤滑油の接触角
ρ：潤滑油の密度
ｃ：回転軸と軸挿通孔との間の間隔
ｇ：自然落下加速度
である。
【００３７】
式（１）より、耐衝撃性Ｇは、空隙１９の間隔ｃの２乗に反比例する。
【００３８】
また、熱膨張による油面上昇量ｈは、下記の式（２）式に示すように、
ｈ＝ＶαΔｔ／２πＲｃ　　・・・（２）
で示される。
【００３９】
ここで、Ｖ　：潤滑油充填量、
α　：熱膨張係数
Δｔ：温度変化量
Ｒ　：軸半径
である。
【００４０】
式（２）より、油面上昇量ｈは、間隔ｃの大きさに反比例するので、間隔ｃを狭くすれば、耐衝撃性Ｇは向上するが、温度の上昇による潤滑油７の油面高さｈの上昇は激しくなり、軸挿通孔１５の軸方向の厚さが必要になってしまう。
【００４１】
計算によれば、直径２ｍｍ〜直径３ｍｍの軸径の回転軸２を有する軸受ユニット１では、回転軸２と軸挿通孔１５との間に形成される空隙１９の間隔ｃを１００μｍ程度とし、軸挿通孔１５の高さＨ１が１ｍｍ程度であると、耐衝撃性は１０００Ｇ以上であり、耐温度特性８０℃に耐えることができ、ハウジング５内に充填した潤滑油７の飛散を防止した信頼性の高い軸受ユニット１を構成できる。
【００４２】
また、本発明が適用された軸受ユニット１は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間に形成される空隙１９の間隔ｃをハウジング５の外方に向かって拡大させるように傾斜させたテーパ部２０が設けられるので、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面とによって形成される空隙１９の間隔ｃに圧力勾配が形成され、回転軸２が回転したときに発生する遠心力により、ハウジング５内に充填された潤滑油７をハウジング５の内部に引き込む力が発生する。
【００４３】
即ち、本発明が適用された軸受ユニット１において、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間に形成される空隙１９は、表面張力シールにより、潤滑油７の飛散を防止している。
【００４４】
ここで表面張力シールについて説明する。表面張力シールは、流体の毛細管現象を利用したシール方法である。図４に示すような毛細管による液体の上昇高さｈ１は、下記のように求められる。
【００４５】
２πｒγｃｏｓθ＝ｍｇ　・・・（３）
ｍは、下記の式（４）で表される。
【００４６】
ｍ＝πｒ２ｈρ　・・・（４）
ここで、ｍ：管内のｈの範囲の流体質量
ｒ：毛細管半径
γ：粘性流体の表面張力
θ：粘性流体の接触角
ρ：粘性流体の密度
ｇ：重力加速度
である。
【００４７】
式（３）、式（４）より下記の式（５）が導き出される。
【００４８】
ｈ＝２γｃｏｓθ／ｒρｇ　・・・（５）
一般的に、圧力Ｐと流体高さとの関係は下記の式（６）で表される。
【００４９】
Ｐ＝ρｇｈ　・・・（６）
ここで式（５）、式（６）から圧力Ｐは、式（７）のように得ることができる。
【００５０】
Ｐ＝２γｃｏｓθ／ｒ　・・・（７）
式（７）において、圧力Ｐは流体を引き込む引き込み圧力を意味する。式（７）より引き込み圧力Ｐは、毛細管が細い程大きくなる。
【００５１】
上述した説明は、毛細管の断面形状が円形のときの式であるが、本発明が適用された軸受ユニット１は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間に形成される空隙１９に浸入した潤滑油７は、図５に示す円環状となっている。この場合の液体としての潤滑油７の上昇高さｈ１は、下記の式（８）に示すように求められる。
【００５２】
２π（Ｒ＋ｒ）γｃｏｓθ＝ｍｇ　・・・（８）
ｍは、下記の式（９）で表される。
【００５３】
ｍ＝π（Ｒ２−ｒ２）ｈρ　・・・（９）
式（８）、式（９）から下記の式（１０）が得られる。
【００５４】
ｈ１＝（２γｃｏｓθ）／（（Ｒ−ｒ）ρｇ）　・・・（１０）
（Ｒ−ｒ）を回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間に形成される空隙１９の間隔ｃとすると、式（１０）は式（１１）に示すようになる。
【００５５】
ｈ＝（２γｃｏｓθ）／（ｃρｇ）　・・・（１１）
よって、潤滑油７の断面形状が円環状であった場合は、引き込み圧力は式（１２）に示すように表される。
【００５６】
Ｐ＝２γｃｏｓθ／ｃ　・・・（１２）
ここで、具体的な計算例を示す。
【００５７】
回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間に形成される空隙１９の間隔ｃを０．０２ｃｍ（０．２ｍｍ）、粘性流体の表面張力γを３０ｄｙｎ／ｃｍ２、潤滑油７の接触角θを１５°としたとき、引き込み圧力は式（１３）より２．８６×１０−３気圧（ａｔｍ）となる。
【００５８】
Ｐ＝２×３０×ｃｏｓ１５°／０．０２＝３．００×１０３ｄｙｎ／ｃｍ２
＝２．８６×１０−３気圧（ａｔｍ）　・・・（１３）
上記式（１２）により、引き込み圧力Ｐは、空隙１９の間隔ｃが狭いほど増大する。よって、回転軸２にテーパ部２０を設けることは、粘性流体としての潤滑油７を空隙１９の間隔ｃが狭い方向、すなわちハウジング５の内部方向へと引き込むことを可能とする。
【００５９】
例えば、図６のように、回転軸２に設けたテーパ部２０の径の異なる部分ｔ１及びｔ２での引き込み圧力Ｐ１、Ｐ２は、ｔ１の部分における回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間隔ｃ１とｔ２の部分における回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間隔ｃ２の関係が、ｃ１＜ｃ２であるので、式（１２）により、Ｐ１＞Ｐ２であり、潤滑油７のハウジング５内部への引き込み圧力Ｐは、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間に形成される空隙１９の間隔ｃが狭い程増大することがわかる。
【００６０】
このように、ハウジング５に充填した潤滑油７のハウジング５外部への漏れを防止するシール部材１４の軸挿通孔１５の内周面と回転軸２の外周面との間に形成される空隙１９の間隔ｃがハウジング５の内方に向かって小さくなるようなテーパ部２０を設けることにより、空隙１９に位置する潤滑油７に圧力勾配を生じさせる。即ち、潤滑油７に付与される圧力勾配は、空隙１９の間隔ｃが小さくなるハウジング５の内方に向かって大きくなる。潤滑油７にこのような圧力勾配が発生することにより、潤滑油７は、常時ハウジング５の内方に引き込まれる圧力Ｐが作用してしているので、回転軸２が回転した場合であっても、空隙１９に存在する潤滑油７中に空気を巻き込むようなことがない。
【００６１】
上述したようなテーパ部２０を設けない場合、即ち、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間の空隙１９の間隔ｃが、図７に示すように、軸挿通孔１５の高さ方向で一定である場合には、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間の空隙１９に浸入した潤滑油７に圧力勾配が発生しないので、潤滑油７は空隙１９中に均一に存在する。即ち、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間の間隔ｃを狭めることによってシール部として機能する空隙１９に浸入した潤滑油７は、回転軸２の回転によって空隙１９内を移動して空気Ｅを巻き込んでしまうことがある。潤滑油７中に空気Ｅを巻き込むと、温度変化、気圧変化等により空気が膨張し、潤滑油７をシール部を構成する空隙１９からハウジング５の外部に飛散してしまう。
【００６２】
これに対して、本発明に係る軸受ユニット１は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間に形成される空隙１９の間隔ｃがハウジング５の内方に向かって小さくなるようなテーパ部２０を設けることにより、空隙１９に浸入した潤滑油７に、ハウジング５の内方に向かって圧力が大きくなる圧力勾配が発生するので、回転軸２が回転したとき、潤滑油７中に空気Ｅを巻き込むことを防止できる。
【００６３】
更に、上述したようなテーパ部２０を設けることにより、軸受けユニット１は、ハウジング５に設けた軸挿通孔１５に対し回転軸２が偏芯した際にも、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間に形成される空隙１９に浸入した潤滑油７のハウジング５の外方への飛散を防止できるばかりか、回転軸２の全周に亘って潤滑油７を浸入させることができ、回転軸２周囲の潤滑油７が切れることが防止でき、回転軸２の安定した回転を保証できる。
【００６４】
ハウジング５に設けた軸挿通孔１５に対し回転軸２が偏芯した際に、上述したようなテーパ部２０が設けられていない場合には、図８に示すように、潤滑油７は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間の間隔ｃが狭い方へと集中し、その反対側の間隔ｃの広い部分では潤滑油７が切断され、空気Ｅを巻き込んでしまう。潤滑油７中に空気Ｅが巻き込まれると、温度変化、気圧変化等により空気Ｅが膨張し、潤滑油７をシール部を構成する空隙１９からハウジング５の外部に飛散してしまう。
【００６５】
これに対し、本発明に係る軸受ユニット１は、回転軸２にテーパ部２０を設けることにより、ハウジング５に設けた軸挿通孔１５に対し回転軸２が偏芯した際にも、図９に示すように、偏心した回転軸２が回転する楕円軌道上に必ず同じ間隔ｃの空隙１９が存在し、その楕円軌道上での回転軸２の外周面と軸挿通孔１５の内周面との間に形成される空隙１９の間隔ｃは、図１０に示すように、回転軸２の全周に亘って一定となるので、潤滑油７が間隔ｃの狭い方へと集中するような現象が発生せず、潤滑油７の空隙１９、ひいてはハウジング５内からの放出を防止することが可能となる。
【００６６】
なお、上述した軸受ユニット１は、テーパ部２０を回転軸２側に設けているが、図１１に示すように、ハウジング５側の軸挿通孔１５の内周面にテーパ部を設けるようにしてもよい。
【００６７】
上述したように構成された本発明に係る軸受ユニット１を製造する工程を説明する。
【００６８】
本発明に係る軸受ユニット１を製造するには、ラジアル軸受３の外周囲に上述した何れかの合成樹脂をアウトサート成形してハウジング５を形成する。このとき、ハウジング５は、内部にスラスト軸受１６が一体に形成される。ラジアル軸受３は、ハウジング５がアウトサート成形されるとき、ハウジング５の内部に一体化され、筒状のハウジング本体１１に一体的に形成された底部閉塞部１３とハウジング本体１１の内面側によって支持され、その取付位置が固定される。
【００６９】
次いで、金、銀、銅、すず、はんだ、亜鉛、カドミウム等の塑性変形によりシール効果のある材料がメッキされコーティング層１４ａが形成されたシール部材１４を、ハウジング本体１１の開口部１０に設けられた締結部１２に圧入して、ハウジング５のシール部材１４との締結部１２を密閉する。シール部材１４は、ラジアル軸受３の上面部及びハウジング本体１１の他端部１１ｂ側開口部１０に支持されて、ハウジング本体１１の他端部１１ｂと面一となるように位置決めされると共に、軸挿通孔１５とラジアル軸受３の内周面とが連続されるように接着される。
【００７０】
次に、回転軸２をシール部材１４に設けた軸挿通孔１５に挿通してハウジング５内に挿入する。このとき、回転軸２は、軸受支持部２ａをラジアル軸受３に挿通させ、スラスト軸受１６に当接させてハウジング５内に挿入される。スラスト軸受１６及びラジアル軸受３によって支持された回転軸２は、ハウジング５内で回転可能に支持される。
【００７１】
回転軸２をハウジング５に挿入したところで、ハウジング５に潤滑油７を充填する。潤滑油７の充填は、潤滑油７が収容されている充填槽に回転軸２を挿入したハウジング５を投入する。次いで、ハウジング５が投入された充填槽を真空装置により真空吸引する。その後、真空吸引された充填槽を大気中に取り出すことにより、ハウジング５内に潤滑油７が充填される。
【００７２】
このとき、潤滑油７は、温度変化により膨張した場合に、軸挿通孔１５内からハウジング５の外部に漏洩することを防止し、また温度変化により収縮した場合には、回転軸２と軸挿通孔１５との間に形成された空隙１９への充填不足が発生しないように充填される。即ち、温度変化による潤滑油７の油面高さの変化は、軸挿通孔１５内の範囲にあるように設定される。
【００７３】
潤滑油７のハウジング５への充填を真空装置を用いて真空吸引して行うことにより、ハウジング５の内部の圧力が外部より低い状態になる。その結果、潤滑油７は、容易にハウジング５から漏洩することが防止される。
【００７４】
本発明に係る軸受ユニット１は、ラジアル軸受３を焼結メタルにより形成しているので、このラジアル軸受３に潤滑油７が充填され、更に、回転軸２の回転により動圧を発生させる動圧発生溝８中にも潤滑油７が充填される。即ち、潤滑油７は、ハウジング５内の全ての空隙に充填される。
【００７５】
上述した軸受ユニット１は、ハウジングを合成樹脂の成型体により形成しているが、合成樹樹脂に限られず、金型装置を用いて成形可能な金属材料を混合した合成樹脂やその他の成形材料を用いて形成したものであってもよい。なお、ハウジング５を合成樹脂以外の材料により形成したとき、ハウジング５に充填された潤滑油７の軸挿通孔１５内周面との接触角が十分に維持できなくなる場合がある、このように潤滑油７の接触角を大きく維持できなくなるおそれがある場合には、軸挿通孔１５の内周面、更には軸挿通孔１５の内周面を含んでシール部材１４の外周面に、界面活性剤を塗布して接触角を大きくするようにすればよい。
【００７６】
上述した軸受ユニット１は、スラスト軸受１６をハウジング５の一部として形成されているが、スラスト軸受１６が設けられた底部閉塞部材をハウジング本体１１とは独立して形成し、この底部閉塞部材をハウジング本体１１に熱融着又は超音波融着等の手法を用いて一体化するようにしてもよい。
【００７７】
以上のように構成される軸受ユニット１によれば、ハウジング本体１１の他端部１１ｂに、塑性変形によりシール効果のある材料からなるコーティング層１４ａが形成されたシール部材１４が設けられている。従って、ハウジング５とシール部材１４とは確実に密着され、ハウジング５内に充填された潤滑油７の漏洩や、ラジアル軸受３の内周面及び動圧発生溝８内への空気の混入を確実に防止することができる。
【００７８】
また、本発明が適用された軸受ユニットは、以下のように形成してもよい。なお、以下に述べる軸受ユニットにおいて、上述した軸受ユニット１と同一の部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。この軸受ユニット３０は、図１２に示すように、ハウジング本体１１の他端部１１ｂ側開口部のシール部材３１が接着される締結部３２にメッキ処理が施されたものである。
【００７９】
すなわち、軸受ユニット３１のハウジング５は、ハウジング本体１１の他端部１１ｂ側開口部１０に設けられたシール部材３１との締結部３２に、ハウジング本体１１内に充填された潤滑油７の漏洩や、空気の混入を防ぐシール効果がある材料によってメッキ処理が施され、コーティング層３３が形成されている。このコーティング層を構成するシール効果のある材料としては、金、銀、銅、すず、はんだ、亜鉛、カドミウム等の塑性の材料が用いられる。
【００８０】
このハウジング本体１１の締結部３２に接着されるシール部材３１は、真鍮やステンレス合金等からなる中空円盤状に形成され、中央部にはハウジング５に収納されたラジアル軸受３に回転自在に支持された回転軸２が挿通される軸挿通孔１５が設けられている。
【００８１】
このようなハウジング本体１１とシール部材３１との締結部３２に塑性変形によりシール効果を有する材料からなるコーティング層３３が形成された軸受ユニット３１は、締結部３２のコーティング層３３とシール部材３１とが密着し、ハウジング本体１１内に充填された潤滑油７の漏洩や、ラジアル軸受３の内周面及び動圧発生軸８への空気の混入を防止することができ、回転軸３の抜けを防止することができる。
【００８２】
また、本発明が適用された軸受ユニットは、以下のように形成してもよい。なお、以下に述べる軸受ユニットにおいて、上述した軸受ユニット１と同一の部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。この軸受ユニット４０は、図１３に示すように、ハウジング本体１１内に充填された潤滑油７の漏洩を防止するシール部材４１と、シール部材４１が接着される他端部１１ｂ側開口部１０の締結部４２との間に、パッキン部材４３が配設されたものである。
【００８３】
すなわち、軸受ユニット４０のハウジング５は、ハウジング本体１１の他端部１１ｂ側開口部１０に設けられたシール部材４１との締結部４２に、パッキン部材４３が配設され、ハウジング本体１１とシール部材４１との間がこのパッキン部材４３によって密閉されている。
【００８４】
このハウジング本体１１の締結部４２に接着されるシール部材４１は、真鍮やステンレス合金等からなる略円盤状に形成され、中央部にはハウジング５に収納されたラジアル軸受３に回転自在に支持された回転軸２が挿通される軸挿通孔１５が設けられている。
【００８５】
パッキン部材４３は、ゴム、樹脂、金、銀、銅、すず、鉛、はんだ、亜鉛、カドミウムにより形成され、又は、表面に金、銀、銅、すず、鉛、はんだ、亜鉛、カドミウム等のメッキ処理が施されコーティング層が形成されている。このように、パッキン部材４３は、塑性変形によりシール効果のある材料により形成されることにより、ハウジング本体１１とシール部材４１との間を密閉することができる。従って、軸受ユニット４０は、ハウジング本体１１内に充填された潤滑油７が、シール部材４１との締結部４２より漏洩し、また、ラジアル軸受３の内周面及び動圧発生溝８へ空気が混入することを防止することができ、回転軸３の抜けを防止することができる。
【００８６】
また、本発明が適用された軸受ユニットは、以下のように形成してもよい。なお、以下に述べる軸受ユニットにおいて、上述した軸受ユニット１と同一の部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。この軸受ユニット５０は、図１４に示すように、ハウジング本体１１の締結部５２に接着されているシール部材５１の表面に、高分子材料からなるコーティング層５３が形成されているものである。
【００８７】
ハウジング本体１１の締結部５２に接着されるシール部材５１は、真鍮やステンレス合金等からなる略中空円盤状に形成され、中央部にはハウジング５に収納されたラジアル軸受３に回転自在に支持された回転軸２が挿通される軸挿通孔１５が設けられている。また、このシール部材５１は、表面にゴム、樹脂等の高分子材料がコーティングされている。
【００８８】
このようなシール部材５１は、ハウジング本体１１の他端部１１ｂ側開口部１０に形成された締結部５２に圧入されることにより、高分子材料からなるコーティング層５３がハウジング本体１１と密着し、ハウジング本体１１とシール部材５１との間を密閉することができる。従って、軸受ユニット５０は、ハウジング本体１１内に充填された潤滑油７が、シール部材５１との締結部５２より漏洩し、また、ラジアル軸受３の内周面及び動圧発生溝８へ空気が混入することを防止することができ、回転軸３の抜けを防止することができる。
【００８９】
また、本発明が適用された軸受ユニットは、以下のように形成してもよい。なお、以下に述べる軸受ユニットにおいて、上述した軸受ユニット１と同一の部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。この軸受ユニット６０は、図１５に示すように、ハウジング本体１１の他端部１１ｂ側開口部１０のシール部材６１が接着される締結部６２に高分子材料からなるコーティング層６３が形成されたものである。
【００９０】
すなわち、軸受ユニット６０のハウジング５は、ハウジング本体１１の他端部１１ｂ側開口部１０に設けられたシール部材６１との締結部６２が、ゴムや樹脂等の高分子材料によってコーティングされている。
【００９１】
このハウジング本体１１の締結部６２に接着されるシール部材６１は、真鍮やステンレス合金等からなる略円盤状に形成され、中央部にはハウジング５に収納されたラジアル軸受３に回転自在に支持された回転軸２が挿通される軸挿通孔１５が設けられている。
【００９２】
このようなハウジング本体１１とシール部材６１との締結部６２に高分子材料からなるコーティング層６３が形成された軸受ユニット６０は、締結部６２が高分子材料によりコーティング処理されているため、ハウジング本体１１とシール部材６１とが締結部６２において密着し、ハウジング本体１１内に充填された潤滑油７の漏洩や、ラジアル軸受３の内周面及び動圧発生溝８への空気の混入を防止することができ、回転軸３の抜けを防止することができる。
【００９３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る軸受ユニットによれば、ハウジング本体の他端部に、塑性変形によりシール効果のある材料からなるコーティング層が形成されたシール部材が設けられている。従って、ハウジングとシール部材とは確実に密着され、ハウジング内に充填された粘性流体の漏洩や、ラジアル軸受の内周面及び動圧発生溝内への空気の混入を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された軸受ユニットを示す断面図である。
【図２】ラジアル軸受の内周面に形成された動圧発生溝を示す斜視図である。
【図３】回転軸の外周面とハウジングに設けた軸挿通孔の内周面とによって形成される空隙を示す断面図である。
【図４】流体の毛細管現象を説明する図である。
【図５】回転軸の外周面と軸挿通孔の内周面との間に形成される空隙に浸入した潤滑油の状態を示す横断面図である。
【図６】回転軸に設けたテーパ部の径の異なる部分での引き込み圧力の違いの説明に用いる回転軸の外周面と軸挿通孔の内周面との間に形成される空隙を示す縦断面図である。
【図７】回転軸の外周面と軸挿通孔の内周面との間に形成される空隙中に浸入した潤滑油中に空気が巻き込まれた状態を示す縦断面図である。
【図８】回転軸の外周面と軸挿通孔の内周面との間に形成される空隙中に浸入した潤滑油が切断された状態を示す横断面図である。
【図９】ハウジングに設けた軸挿通孔に対し回転軸が偏芯している状態を示す縦断面図である。
【図１０】ハウジングに設けた軸挿通孔に対し回転軸が偏芯しているときの空隙中に浸入した潤滑油の状態を示す断面図である。
【図１１】ハウジングに設けた軸挿通孔側にテーパ部を設けた本発明に係る軸受ユニットの他の例を示す断面図である。
【図１２】ハウジングとシール部材との締結部にメッキ処理が施された本発明に係る軸受ユニットの他の例を示す断面図である。
【図１３】ハウジングとシール部材との間にパッキン部材が配設された本発明に係る軸受ユニットの他の例を示す断面図である。
【図１４】シール部材に高分子材料がコーティングされた本発明に係る軸受ユニットの他の例を示す断面図である。
【図１５】ハウジングとシール部材との締結部に高分子材料がコーティングされた本発明に係る軸受ユニットの他の例を示す断面図である。
【図１６】従来の軸受ユニットを示す断面図である。
【符号の説明】
１，３０，４０，５０，６０　軸受ユニット、２　回転軸、３　ラジアル軸受、５　ハウジング、７　潤滑油、８　動圧発生溝、１０　開口部、１１　ハウジング本体、１２　締結部、１３　底部閉塞部、１４　シール部材、１４ａ　コーティング層、１５　軸挿通孔、１６　スラスト軸受、１７　取付部、１９　空隙、２０　テーパ部
【図１】
2004132479.tif 000003
【図２】
2004132479.tif 000004
【図３】
2004132479.tif 000005
【図４】
2004132479.tif 000006
【図５】
2004132479.tif 000007
【図６】
2004132479.tif 000008
【図７】
2004132479.tif 000009
【図８】
2004132479.tif 000010
【図９】
2004132479.tif 000011
【図１０】
2004132479.tif 000012
【図１１】
2004132479.tif 000013
【図１２】
2004132479.tif 000014
【図１３】
2004132479.tif 000015
【図１４】
2004132479.tif 000016
【図１５】
2004132479.tif 000017
【図１６】
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