(57)【要約】【課題】軸受幅の拡大等を行うことなく、軸受からのグリース漏洩を効果的に防止した転がり軸受とこの転がり軸受を用いた圧縮機や送風機を提供する。【解決手段】密封玉軸受９は、混合流体に対応する空間Ｖ１（冠型保持器３１のポケット４１）側に第１シール３３が装着されている。第１シール３３は、外輪２５の端部に固着された弾性シール５１と、内輪２１の端部に固着されたスリンガー５３とからなっている。スリンガー５３は、内輪２１に嵌合する円筒部６１と、円筒部６１の端部から外径方向に延設されて第１シール３３との間にラビリンス６３を形成する環状部６５とからなっている。弾性シール５１は、スリンガー５３の円筒部６１に摺接する第１，第２リップ７１，７３と、スリンガー５３の環状部６５に摺接する第３リップ７５とを有している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周側に内軌道面を有する内輪と、
内周側に外軌道面を有する外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に介装され、前記内軌道面と前記外軌道面とに転接する多数の転動体と、
これら転動体の保持に供され、一方の側面に当該転動体が嵌入するポケットを形成する複数の保持爪が突設され、他方の側面に当該複数の保持爪を連結する連結環が設けられた合成樹脂製の冠型保持器と、
前記内輪と前記外輪との間に設けられ、当該冠型保持器のポケット側の密封に供される第１シールと、
前記内輪と前記外輪との間に設けられ、当該冠型保持器の連結環側の密封に供される第２シールと
を備えた密封玉軸受において、
前記第１シールが、
前記内輪に固着され、当該内輪に嵌合する筒部と当該筒部の側端から外径方向に延設された環状部とを有するスリンガーと、
前記外輪に固着され、当該スリンガーに摺接するリップを有する弾性シールとを構成要素とすることを特徴とする密封玉軸受。
【請求項２】
前記弾性シールが、前記スリンガーの筒部に摺接するリップと、前記スリンガーの環状部に摺接するリップとを有することを特徴とする、請求項１記載の密封玉軸受。
【請求項３】
請求項１または２記載の密封玉軸受が用いられたことを特徴とする圧縮機。
【請求項４】
請求項１または２記載の密封玉軸受が用いられたことを特徴とする送風機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密封玉軸受および圧縮機、送風機に係り、詳しくは軸受幅の拡大等を行うことなく、軸受からのグリース漏洩を効果的に防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池や化学プラント、産業機械等では、圧縮性流体の圧縮や送風に多様の圧縮機や送風機が用いられており、その回転軸は深溝玉軸受等の転がり軸受により支持されることが多い。そして、転がり軸受としては、組立性やメンテナンス性等に優れることから、図６に示したような密封玉軸受が一般的に用いられている。
【０００３】
図６の密封玉軸受９は、内輪２１と外輪２５との間に転動体として複数個の鋼球２９を介装させると共に、各鋼球２９を所定の角度間隔で保持する合成樹脂製の冠型保持器３１を有している。外輪２５の両端部にはそれぞれ弾性シール８１が固着されており、これら弾性シール８１のリップ８３が内輪２１の両端部に形成されたシール溝８５に摺接している。図６中、符号Ｖ１，Ｖ２は弾性シール８１の内側の空間をそれぞれ示し、符号Ｇは封入されたグリースを示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した密封玉軸受９では、圧縮機や送風機の運転に伴い、回転軸に固着された内輪２１が回転すると、鋼球２９や冠型保持器３１も同時に回転してグリースＧが攪拌される。この際、弾性シール８１の内側では、一方（冠型保持器３１のポケット側）の空間Ｖ１の容積より他方（冠型保持器３１の連結環側）の空間Ｖ２の容積が小さく、空間Ｖ２ではグリースＧが弾性シール８１側に押し出され、リップ８３とシール溝８５との摺接面から外部に漏洩する虞が大きかった。一方、空間Ｖ１は空間Ｖ２に比べて容積が大きくグリースＧの外部への漏洩が起こり難いため、空間Ｖ１に対応する面を気体側に向けて密封玉軸受９を組み込むようにしていた。
【０００５】
ところが、上述した密封玉軸受９では、グリースＧの封入量が多すぎた場合を始め、外部から水や油が侵入した場合や、振動が大きい場合、温度が高い場合等には、空間Ｖ１側からも少量のグリースＧが外部に漏洩する虞があった。燃料電池用の空気圧縮機においては、軸受から漏洩したグリースが空気に混入して燃料電池セルを汚損すると、それが極く少量であっても燃料電池の効率低下がもたらされる。このような事態を防ぐべく、弾性シールの材質・形状や封入するグリースの選定に意が払われてきたが、グリースの漏洩を完全に防止することができなかった。一方、空間Ｖ１，Ｖ２の容積を拡大するべく、軸受幅を拡張することも考慮されたが、この場合には内輪や外輪に汎用品が使用できなくなる他、装置の大型化や重量増加も避けられなくなる問題があった。
【０００６】
本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、軸受幅の拡大等を行うことなく、軸受からのグリース漏洩を効果的に防止した転がり軸受とこの転がり軸受を用いた圧縮機や送風機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明では、外周側に内軌道面を有する内輪と、内周側に外軌道面を有する外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介装され、前記内軌道面と前記外軌道面とに転接する多数の転動体と、これら転動体の保持に供され、一方の側面に当該転動体が嵌入するポケットを形成する複数の保持爪が突設され、他方の側面に当該複数の保持爪を連結する連結環が設けられた合成樹脂製の冠型保持器と、前記内輪と前記外輪との間に設けられ、当該冠型保持器のポケット側の密封に供される第１シールと、前記内輪と前記外輪との間に設けられ、当該冠型保持器の連結環側の密封に供される第２シールとを備えた密封玉軸受において、前記第１シールが、前記内輪に固着され、当該内輪に嵌合する筒部と当該筒部の側端から外径方向に延設された環状部とを有するスリンガーと、前記外輪に固着され、当該スリンガーに摺接するリップを有する弾性シールとを構成要素とするものを提案する。
【０００８】
また、請求項２の発明では、請求項１の密封玉軸受において、前記弾性シールが、前記スリンガーの筒部に摺接するリップと、前記スリンガーの環状部に摺接するリップとを有するものを提案する。
【０００９】
また、請求項３の発明では、請求項１または２記載の密封玉軸受が用いられた圧縮機を提案する。
【００１０】
また、請求項４の発明では、請求項１または２記載の密封玉軸受が用いられた送風機を提案する。
【００１１】
本発明の密封玉軸受によれば、弾性シールのリップとスリンガーとの摺接によりグリースの漏洩が起こり難くなると共に、弾性シールとスリンガーの環状部とにより形成されたラビリンスにより外部から軸受へ異物が侵入し難くなる。また、弾性シールにスリンガーの環状部に摺接するリップが設けられたものでは、異物の侵入防止効果が更に高まる。また、これらの密封玉軸受を用いた圧縮機や送風機にあっては、グリースの漏洩に起因する装置の汚損等が起こり難くなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る空気圧縮機の要部縦断面図であり、図２は同密封玉軸受の要部縦断面図である。空気圧縮機（以下、単に圧縮機と記す）１は、燃料電池の酸素（空気）供給に供される同軸タービン駆動（あるいは、電動）の遠心式であり、インペラハウジング３と、回転軸５の端部に固着されたインペラ７と、回転軸５を回動自在に支持する密封玉軸受９とを有している。
【００１３】
第１実施形態の圧縮機１では、インペラハウジング３の吸入ポート１１から取り込まれた空気（酸素および窒素）と水蒸気との混合流体が、吐出ポート１３から燃料電池セル（図示せず）側に圧送される。尚、燃料電池では、燃料電池セル内での反応速度を高めるべく、圧縮機１や混合流体が所定温度以上に昇温されている。尚、本実施形態の圧縮機１は、低中荷重下で比較的低中速で運転される。
【００１４】
図２に示したように、密封玉軸受９は、内輪２１の外軌道面２３と外輪２５の内軌道面２７とに転動体たる多数個の鋼球２９を転接させたもので、鋼球２９を所定の間隔に保持する冠型保持器３１と、第１，第２シール３３，３５とを備えている。図２中、符号Ｖ１，Ｖ２は第１，第２シール３３，３５の内側の空間をそれぞれ示し、符号Ｇは封入されたグリースを示している。
【００１５】
冠型保持器３１は、図３に縦断面を示したように、一方の側面に鋼球２９が嵌入するポケット４１を形成する複数の保持爪４３が突設され、他方の側面に各保持爪４３を連結する連結環４５が設けられている。
【００１６】
本実施形態の場合、混合流体に対応する空間Ｖ１（冠型保持器３１のポケット４１）側に第１シール３３が装着され、空間Ｖ２（冠型保持器３１の連結環４５）側に第２シール３５が装着されている。第１シール３３は、外輪２５の端部に固着された弾性シール５１と、内輪２１の端部に固着されたスリンガー５３とからなっている。また、第２シール３５は、前述した従来装置と同様に、単体の弾性シールである。尚、内輪２１には、スリンガー５３や第２シール３５が嵌合あるいは摺接する部位に、段付きのシール面５７が形成されている。
【００１７】
スリンガー５３は、内輪２１に嵌合する円筒部６１と、円筒部６１の端部から外径方向に延設されて第１シール３３との間にラビリンス６３を形成する環状部６５とからなっている。また、弾性シール５１は、スリンガー５３の円筒部６１に摺接する第１，第２リップ７１，７３と、スリンガー５３の環状部６５に摺接する第３リップ７５とを有している。第１リップ７１と第２リップ７３とは、鋼球２９側とスリンガー５３の環状部６５とに向けてそれぞれ傾斜している。また、第３リップ７５は、外輪２５側に向けて傾斜している。
【００１８】
以下、第１実施形態の作用を述べる。
燃料電池に電力を発生させるべく圧縮機１が運転を開始すると、回転軸５に駆動されてインペラ７が回転し、吸入ポート１１から比較的高温高湿の混合流体がインペラハウジング３内に流入する。これにより、密封玉軸受９からは、保持器３１による攪拌に温度上昇や振動も相俟って、グリースＧを第１シール３３を介して漏洩させる作用が働く。また、インペラハウジング３からは、比較的高温の混合流体を第１シール３３を介して密封玉軸受９内に侵入させる作用が働く。
【００１９】
ところが、本実施形態の場合、グリースＧの漏洩は、鋼球２９側に向けて傾斜した第１リップ７１が漏洩圧力によってスリンガー５３の円筒部６１に押し付けられるため、空間Ｖ１が空間Ｖ２より広いことも相俟って効果的に防止される。また、混合流体の侵入は、スリンガー５３の環状部６５に向けて傾斜した第２リップ７３が混合流体の侵入圧力によってスリンガー５３の円筒部６１に押し付けられるため、ラビリンス６３と第３リップ７５の作用も相俟ってやはり効果的に防止される。
【００２０】
図４は第２実施形態に係る組軸受の要部縦断面図である。本実施形態の組軸受７７は第１実施形態と同一の密封玉軸受９を２個組み合わせたものであり、両密封玉軸受９は第１シール３３が外側に位置するように配置されている。本実施形態の組軸受７７は、その両側面が流体に接触する場合に採用され、第１実施形態と同様にグリースＧの漏洩や流体の侵入が効果的に防止される。尚、第２，第３実施形態においては、図が煩雑になることを避けるべく、符号の表記を一部省略する。
【００２１】
図５は第３実施形態に係る密封玉軸受の要部縦断面図である。本実施形態の密封玉軸受９においても、第１実施形態と略同様の構成が取られているが、回転抵抗を低減させるべく、スリンガー５３の環状部６５に摺接する第３リップが省略されている。第３実施形態の作用および効果は第１実施形態と略同様である。
【００２２】
上記各実施形態では、密封玉軸受９や組軸受９１からのグリースＧの漏洩が効果的に防止されるため、燃料電池セル等の汚損され難くなり、燃料電池の効率低下が長期に亘って抑制されるようになった。
【００２３】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は、本発明を燃料電池の遠心式空気圧縮機用の密封玉軸受に適用したものであるが、化学プラントや産業機械等に用いられる種々の圧縮機や送風機等の軸受に適用してもよい。また、弾性シールやスリンガーの具体的形状等についても、上記実施形態での例示に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、設計上あるいは仕様上の要求等により適宜変更可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の密封玉軸受によれば、外周側に内軌道面を有する内輪と、内周側に外軌道面を有する外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介装され、前記内軌道面と前記外軌道面とに転接する多数の転動体と、これら転動体の保持に供され、一方の側面に当該転動体が嵌入するポケットを形成する複数の保持爪が突設され、他方の側面に当該複数の保持爪を連結する連結環が設けられた合成樹脂製の冠型保持器と、前記内輪と前記外輪との間に設けられ、当該冠型保持器のポケット側の密封に供される第１シールと、前記内輪と前記外輪との間に設けられ、当該冠型保持器の連結環側の密封に供される第２シールとを備えた密封玉軸受において、前記第１シールが、前記内輪に固着され、当該内輪に嵌合する筒部と当該筒部の側端から外径方向に延設された環状部とを有するスリンガーと、前記外輪に固着され、当該スリンガーに摺接するリップを有する弾性シールとを構成要素とするようにしたため、弾性シールのリップとスリンガーとの摺接によりグリースの漏洩が起こり難くなると共に、弾性シールとスリンガーの環状部とにより形成されたラビリンスにより外部から軸受へ異物が侵入し難くなる。また、弾性シールにスリンガーの環状部に摺接するリップが設けられたものでは、異物の侵入防止効果が更に高まる。また、これらの密封玉軸受を用いた圧縮機や送風機にあっては、グリースの漏洩に起因する装置の汚損等が起こり難くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空気圧縮機の要部縦断面図である。
【図２】第１実施形態に係る密封玉軸受の要部縦断面図である。
【図３】第１実施形態に係る冠型保持器の縦断面図である。
【図４】第２実施形態に係る組軸受の要部縦断面図である。
【図５】第３実施形態に係る密封玉軸受の要部縦断面図である。
【図６】従来のグリース封入式密封玉軸受の要部縦断面図である。
【符号の説明】
１‥‥空気圧縮機
３‥‥インペラハウジング
５‥‥回転軸
７‥‥インペラ
９‥‥密封玉軸受
２１‥‥内輪
２３‥‥外軌道面
２５‥‥外輪
２７‥‥内軌道面
２９‥‥鋼球
３１‥‥冠型保持器
３３‥‥第１シール３３
３５‥‥第１シール３５
４１‥‥ポケット
４３‥‥爪
４５‥‥連結環
５１‥‥弾性シール
５３‥‥スリンガー
６１‥‥円筒部
６３‥‥ラビリンス
６５‥‥環状部
７１‥‥第１リップ
７３‥‥第２リップ
７５‥‥第３リップ
７７‥‥組軸受
Ｖ１，Ｖ２‥‥空間
Ｇ‥‥グリース
【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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