JP5687012B2 - 密封型転がり軸受 - Google Patents
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Description
本発明は、内輪と外輪の間の軸受空間をシール部材にて密封した密封型転がり軸受に関する。
一般には転がり軸受においては、低トルク化が要求される。低トルク化仕様のものが種々提案されている（特許文献１及び特許文献２）。特許文献１および特許文献２では、保持器が一対のプレス形成板を締結手段にて締結されてなるものであり、各プレス形成板の内面にポケット用凹部が設けられ、この相対向するポケット用凹部で、転動体としてのボールが嵌合するポケットが形成される。そして、ポケット用凹部の内面に、潤滑剤（グリース）溜りとしての凹部等を設けたものである。
前記特許文献１および特許文献２では、ボールと保持器のポケットとの摺接面積を減少させることができて、低トルク化を図ることができる。しかしながら、内輪と外輪の間の軸受空間をシール部材にて密封した密封型転がり軸受では、シール部材のシールリップが相手側に摺動することになるので、この摺動抵抗によって、ポケットに凹部を設けたのみでは、あまり低トルク化を達成できない。また、低トルク化を達成できない要因としてグリースの攪拌抵抗がある。この前記特許文献１及び特許文献２ではこの攪拌抵抗を低減させることはできなった。
そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、大幅な低トルク化を達成できる密封型転がり軸受を提供しようとするものである。
本発明の密封型転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持器とを備え、軸受軸方向の両端開口部がシール部材にてそれぞれ密封されて、軸受空間内にグリースが封入された密封型転がり軸受であって、保持器の外径面に、転走面へのグリース流動量減少用のグリース溜り溝を周方向に沿って設けるとともに、グリース溜り溝は、周方向に隣り合うポケットを連通し、保持器の軸受軸方向ポケット底を接続する接線よりも軸受軸方向ポケット開口側に位置させたものである。
本発明の密封型転がり軸受によれば、保持器の外径面にグリース溜り溝を設けたことによって、この溝にグリースが溜まって転動体（ボール）の転走面へのグリースの流動を減らすことができる。これによって、グリースの攪拌抵抗を低減できる。
グリース封入量を静止空間体積の６５％以上８０％以下とするのが好ましい。ここで、静止空間体積とは、内輪と外輪とシール部材の空間体積における軸受回転時に転動体および保持器が通過しない空間の体積である。
グリース封入量が静止空間体積の６５％未満では、封入グリースの油分のシール部材のシールリップが嵌入するシール溝への到達性の低下がある。また、静止空間体積の８０％を超えて潤滑グリースを充填すると、転がり軸受から潤滑グリースが漏れ出るおそれがある。このため、グリース封入量を静止空間体積の６５％以上８０％以下とすることによって、封入グリースの油分がシール溝へ十分到達して、シール部材のシールリップの摺動抵抗を緩和することができ、しかも、潤滑作用は充分に発揮される。
前記保持器は切削加工にて成形されてなるものであって、射出成形にて成形されてなるものであってよい。また、保持器の材料がポリアミド樹脂であっても、ポリエーテルエーテルケトン樹脂であっても、ポリフェニレンサルファイド樹脂であっても、フェノール樹脂であってもよい。ポリアミド樹脂は、酸とアミンが反応してできるアミド結合（たんぱく質と同じ結合）を持つ高分子化合物である。ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、芳香族ポリエーテルケトン樹脂の一種で、結晶性の熱可塑性樹脂に属する合成樹脂である。エーテル結合とケトン結合を交互に配置した基本的な直鎖状構造を持つものがポリエーテルケトン (ＰＥＫ) で、エーテル・エーテル・ケトンの順に結合を配置したものが、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)である。ポリフェニレンサルファイド樹脂（PPS）は、熱可塑性の結晶性プラスチックであり、またスーパーエンジニアリングプラスチックという高耐熱樹脂の範疇に分類されている高性能樹脂である。フェノール樹脂は、フェノールとホルムアルデヒドを原料とした熱硬化性樹脂の一つである。
シール部材のシールゴム材がニトリルゴムであっても、アクリルゴムであっても、フッ素ゴムであってもよい。密封型転がり軸受は、クラッチレリーズに用いたり、プーリに用いたり、電装補機に用いたりできる。
本発明の密封型転がり軸受は、グリースの攪拌抵抗を低減できるので、低トルク化を達成できる。
グリース封入量を静止空間体積の６５％以上８０％以下とすることによって、シール部材のシールリップの摺動抵抗を緩和することができ、グリースの攪拌抵抗の低減と相まって、大幅な低トルク化を達成できる。しかも、潤滑作用は充分に発揮され、使用耐久時間（寿命）を延長できる。
前記保持器は切削加工にて成形されてなるものであって、射出成形にて成形されてなるものであってよく、使用する部位に適応する種々のタイプの保持器を形成することができる。また、保持器の材料としても、ポリアミド樹脂等の種々の樹脂材料を用いることができ、設計自由度が広がる。
密封型転がり軸受は、クラッチレリーズに用いたり、プーリに用いたり、電装補機に用いたりできる。クラッチレリーズ用軸受、プーリ用軸受、電装補機用軸受は、グリース漏れの防止や、低トルク化、高耐ダスト性が強く要求される。そのため、本発明のような軸受が最適となる。
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図２は密封型転がり軸受１００の要部断面図を示し、この密封型転がり軸受１００は、例えば、アイドラプーリや、オルタネータ等の電装補機等に用いられるものである。密封型転がり軸受は、外周面に内側転走面１ａが形成された内輪１と、内周面に外側転走面２ａが形成された外輪２と、転走面１ａ、２ａ間に介装される転動体としてのボール３と、ボール３を保持する保持器４とを備える。また、内輪１と外輪２との間の環状空間の軸方向の両端開口部がシール部材５にて密封される。
シール部材５は、環状の芯金７とこの芯金７に一体に固着されるゴム状部材８とで構成され、外輪２の内周面に形成されたシール取付溝９に外周部が嵌合状態に固定される。内輪１は各接触シール５の内周部に対応する位置に、円周溝からなるシール溝１０が形成され、シール部材５の内周側端に形成されたシールリップ１１が内輪１のシール溝１０に摺接する。
この保持器４は、図１に示すように、軸方向一端面１６に周方向に沿って所定ピッチで配設される凹部１７を形成した環状の保持器本体１５と、この保持器本体１５の凹部１７の周方向に対向する開口端から突出する爪部１８とを備える。そして、凹部１７と、この開口端から突出する一対の爪部１８、１８とで、前記ボール３が保持されるポケット１９が構成される。
保持器本体１５には、図２に示すように、軸方向他端面２０に肉ぬすみ用の溝２１が設けられている。肉ぬすみ用の溝２１は、この保持器成形時の冷却速度を均一化してボイド（成形品の内部にできた空洞）やヒケ（成形品の外面に現れる収縮歪）やそり等の発生を防止する等のために設けている。
保持器４としては、炭素鋼、ばね鋼、ステンレス鋼等の金属製であっても、ポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、フェノール樹脂等の樹脂製であってもよい。金属製の保持器４では切削加工等によって成形され、樹脂製の保持器４では射出成形等にて成形される。ポリアミド樹脂は、酸とアミンが反応してできるアミド結合（たんぱく質と同じ結合）を持つ高分子化合物である。ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、芳香族ポリエーテルケトン樹脂の一種で、結晶性の熱可塑性樹脂に属する合成樹脂である。エーテル結合とケトン結合を交互に配置した基本的な直鎖状構造を持つものがポリエーテルケトン(ＰＥＫ)で、エーテル・エーテル・ケトンの順に結合を配置したものが、ＰＥＥＫ(ポリエーテルエーテルケトン)である。ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）は、熱可塑性の結晶性プラスチックであり、またスーパーエンジニアリングプラスチックという高耐熱樹脂の範疇に分類されている高性能樹脂である。フェノール樹脂は、フェノールとホルムアルデヒドを原料とした熱硬化性樹脂の一つである。
グリースは、基油、増ちょう剤及び添加剤から成る半固体状の潤滑剤である。潤滑グリースを構成する基油としては、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリブデン、ポリ-α-オレフィン、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、脂環式化合物等の炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、リン酸エステル、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素化油等の非炭化水素系合成油等、一般に潤滑グリースの基油として使用されている油であれば特に限定することなく使用できる。
また、増ちょう剤としては、アルミニウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん、複合リチウム石けん、複合カルシウム石けん、複合アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独または 2 種類以上組み合せて用いてもよい。
潤滑グリース用の公知の添加剤としては、例えば極圧剤、アミン系、フェノール系等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾールなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤等が挙げられる。これらを単独または 2 種類以上組み合せて添加できる。
この保持器４においては、図１に示すように、その外径面２５に、グリース溜り溝２６を設けている。このグリース溜り溝２６は断面略Ｖの字状とされている。このグリース溜り溝２６を設けることによって、グリースがこのグリース溜り溝２６に溜まって転走面１ａ、２ａへのグリース流動を減らすことができる。このため、グリースの攪拌抵抗を低減することができる。
ところで、このグリース溜り溝２６の大きさとしては、保持器自体の大きさ、使用する材質等に応じて、種々変更することができる。この場合、大きすぎれば、強度的に劣ることになり、小さすぎれば、グリース溜り量が少なく、転走面１ａ、２ａへのグリース流動を減らすことができない。このため、強度的に劣らず、しかもグリース流動を減らすことができる範囲で種々変更することができる。
グリース封入量を静止空間体積の６５％以上８０％以下とするのが好ましい。ここで、静止空間体積とは、内輪１と外輪２とシール部材５，５の空間体積における軸受回転時に転動体３および保持器４が通過しない空間の体積である。
グリース封入量を静止空間体積の６５％未満では、封入グリースの油分のシール部材５のシールリップ１１が嵌入するシール溝１０への到達性の低下がある。また、静止空間体積の８０％を超えて潤滑グリースを充填すると、転がり軸受から潤滑グリースが漏れ出るおそれがある。このため、グリース封入量を静止空間体積の６５％以上８０％以下とすることによって、封入グリースの油分がシール溝１０へ十分到達して、シール部材５のシールリップ１１の摺動抵抗を緩和することができ、しかも、潤滑作用は充分に発揮される。
本発明の密封型転がり軸受では、保持器４の外径面２５に、グリース溜り溝２６を設けたことによって、転動体（ボール）の転走面へのグリースの流動を減らすことができる。このため、グリースの攪拌抵抗を低減できるので、低トルク化を達成できる。
しかも、グリース封入量を静止空間体積の６５％以上８０％以下とすることによって、シール部材５のシールリップ１１の摺動抵抗を緩和することができ、グリースの攪拌抵抗の低減と相まって、大幅な低トルク化を達成できる。しかも、潤滑作用は充分に発揮され、使用耐久時間（寿命）を延長できる。
ところで、保持器４としては、図３に示すように、ポケット１９の内径側及び外径側のエッジ部に掻き取り抵抗減少用の面取部３０、３１を形成したものであってもよい。この面取としては、このように、面取部３０、３１を形成することによって、ポケット１９の内径側及び外径側のエッジ部による掻き取り抵抗を低減できる。また、グリースの攪拌抵抗を低減できる。
ところで、面取部３０、３１の大きさとしては、掻き取り抵抗を低減でき、しかも、強度的に劣ることにならないとともに、ボールを安定して保持できなくならない範囲で設定する必要がある。また、面取部３０、３１のエッジ部としても、掻き取り抵抗を減少させるためにはアール状とするのが好ましい。
このため、図３に示すような保持器４を用いても、図１に示す保持器４と同様、低トルク化を達成できる。また、図３に示すような保持器４を用いて密封型転がり軸受を構成する場合、グリース封入量を静止空間体積の６５％以上８０％以下とする。このため、シール部材のシールリップの摺動抵抗を緩和することができ、グリースの攪拌抵抗の低減と相まって、大幅な低トルク化を達成できる。しかも、潤滑作用は充分に発揮され、使用耐久時間（寿命）を延長できる。
図３に示すような保持器４としても、金属製であっても樹脂製であってもよい。すなわち、図１に示す保持器４と同様の材質を選択できる。
次に図４に、本発明に係る密封型転がり軸受１００の変形例として、自動車等の車両のクラッチ装置に組み込まれるクラッチレリーズ軸受装置に使用する密封型転がり軸受２００を示す。クラッチレリーズ軸受装置は、マニュアル車（ＭＴ車）などにおいて、クラッチペダルを操作することにより、エンジンからトランスミッションへの動力の伝達或いは遮断を行うものであり、エンジンとトランスミッションとの間に介装される。
図４において、プッシュタイプのクラッチレリーズ軸受装置に使用される密封型転がり軸受２００は、回転輪である外輪４４と、静止輪である内輪４５と、外輪４４と内輪４５との間に介在されたボール４６と、このボール４６を保持する図１の保持器４とで主要部が構成されている。外輪４４のエンジン側の端部は、径方向内側に延設されて鍔部４９を成し、内輪４５のフロント側端部は、径方向内側に延設されて鍔部５０を成す。外輪４４の鍔部４９は、内輪４５のリア側の端部に取り付けられたカバー部材（図示省略）に内装されている予圧スプリング（図示省略）により、ダイアフラムスプリング６０に常時当接された状態である。
外輪４４と内輪４５との間の軸方向両端に環状のシール部材４７、４８が設けられ、これにより、外輪４４と内輪４５との間に密封空間が形成されている。このシール部材４７、４８は、芯金５６、５７にゴム部材５８、５９を加硫溶着して成形されている。この実施形態では、図１の保持器を用いた例を示したが、図３の保持器を用いても良い。
次に、図５は本発明に係る密封型転がり軸受１００をアイドラプーリに設けた断面図を示す。このアイドラプーリ７１では、軸７０の外周に同密封型転がり軸受１００を嵌合し、この転がり軸受１００によりアイドラプーリ７１を回転自在に支持している。
図６は、本発明に係る密封型転がり軸受１００を電装補機であるオルタネータ７２に設けた断面図を示す。このオルタネータ７２では、オルタネータ用軸受として用いられる密封型転がり軸受１００に、シャフト７３が挿入され、突き出たシャフト７３の端部にプーリ７４が取付けられている。プーリ７４には，図示しない伝動ベルトが掛けられる係合溝７５が設けられている。
このため、図４から図６に示す各種の装置に用いられる密封型転がり軸受においても、図１や図３に示すような保持器が使用される。また、グリース封入量を静止空間体積の６５％以上８０％以下とする。
すなわち、図４から図６に示す各種の装置に用いられる密封型転がり軸受においても、低トルク化を達成できる。しかも、潤滑作用は充分に発揮され、使用耐久時間（寿命）を延長できる。ところで、クラッチレリーズ用軸受、プーリ用軸受、電装補機用軸受は、グリース漏れの防止や、低トルク化、高耐ダスト性が強く要求される。そのため、本発明のような軸受が最適となる。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、保持器において、肉ぬすみ用の溝２１を有さないものであってもよく、本発明にかかる密封型転がり軸受を構成する場合、その転動体としてのボール数は任意に設定できる。
次に実施例１として、封入グリースの油分のシール溝到達確認試験を行った。軸受としてＮＴＮ社製のＤＦ０６Ａ７４を用い、グリースとして（新日本石油株式会社）のＮＡ３０２Ａを用いた。また、回転速度を５５００ｒ／ｍｉｎとし、ラジアル荷重を１４００Ｎとし、雰囲気温度として常温とした。また、グリース封入量の静止空間体積比が８０％、６５％、及び５９％について調べた。この試験結果を次の表１に記載する。
この表１からわかるように、グリース封入量の静止空間体積比が６５％未満である５９％では、２４時間回転させてもグリースの油分のシール溝には到達しなかった。すなわち、グリース封入量の静止空間体積比が８０％では回転させて１時間後にグリースの油分がシール溝に到達した。グリース封入量の静止空間体積比が６５％では回転させて２時間後にグリースの油分がシール溝に到達した。これから、グリース封入量の静止空間体積比が６５％以上が好ましいことがわかる。
次に実施例２として、グリース漏れ確認試験を行った。軸受としてＮＴＮ社製のＤＦ０６Ａ７４を用い、グリースとして（新日本石油株式会社）のＮＡ３０２Ａを用いた。また、回転速度を６００ｒ／ｍｉｎから９０００ｒ／ｍｉｎの間で変化させた。ラジアル荷重を１４００Ｎとし、雰囲気温度として常温とした。運転時間を３時間とした。また、グリース封入量の静止空間体積比が８６％、８３％、及び７８％について調べた。この試験結果を次の表２に記載する。
この表２からわかるように、グリース封入量の静止空間体積比が８６％であれば、グリース漏れが発生し、グリース封入量の静止空間体積比が８３％及び７８％であれば、グリース漏れが発生しなかった。このため、グリース封入量の静止空間体積比が８３％以下が好ましいことがわかる。
次に実施例３として、回転トルクの測定試験を行った。軸受としてＮＴＮ社製の６２０３Ｔ２×３ＬＬＢを用い、グリースとして（協同油脂株式会社）のＮＡ２０６Ｐを用いた。また、回転速度を１０００ｒ／ｍｉｎ、３０００ｒ／ｍｉｎ、５０００ｒ／ｍｉｎとした。ラジアル荷重を１００Ｎとし、雰囲気温度として常温とした。また、グリース封入量を０．３０ｇと０．８８ｇとした。なお、グリース封入量が０．３０ｇであれば全空間体積の１０％であり、グリース封入量が０．３０ｇであれば静止空間体積の８０％である。ここで、全空間体積とは、内輪と外輪の間の空間体積から、転動体（ボール）及び保持器の体積を除いた体積をいう。この試験結果を次の表３に記載する。
この表３からわかるように、グリース封入量の静止空間体積比が８０％までなら、トルクの損失は無いといえる。
以上の各試験から、低トルクを図る上での適切なグリース封入量としては、静止空間体積の６５％以上８０％以下である。
１ 内輪
２ 外輪
３ ボール
４ 保持器
５ シール部材
１９ ポケット
２５ 外径面
２６ グリース溜り溝
３０、３１ 面取部
２ 外輪
３ ボール
４ 保持器
５ シール部材
１９ ポケット
２５ 外径面
２６ グリース溜り溝
３０、３１ 面取部
Claims (14)
- 内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持器とを備え、軸受軸方向の両端開口部がシール部材にてそれぞれ密封されて、軸受空間内にグリースが封入された密封型転がり軸受であって、
保持器の外径面に、転走面へのグリース流動量減少用のグリース溜り溝を周方向に沿って設けるとともに、グリース溜り溝は、周方向に隣り合うポケットを連通し、保持器の軸受軸方向ポケット底を接続する接線よりも軸受軸方向ポケット開口側に位置させたことを特徴とする密封型転がり軸受。 - グリース封入量を静止空間体積の６５％以上８０％以下としたことを特徴とする請求項１に記載の密封型転がり軸受。
- 前記保持器は切削加工にて成形されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の密封型転がり軸受。
- 前記保持器は射出成形にて成形されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の密封型転がり軸受。
- 前記保持器の材料がポリアミド樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の密封型転がり軸受。
- 前記保持器の材料がポリエーテルエーテルケトン樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の密封型転がり軸受。
- 前記保持器の材料がポリフェニレンサルファイド樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の密封型転がり軸受。
- 前記保持器の材料がフェノール樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の密封型転がり軸受。
- 前記シール部材のシールゴム材がニトリルゴムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の密封型転がり軸受。
- 前記シール部材のシールゴム材がアクリルゴムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の密封型転がり軸受。
- 前記シール部材のシールゴム材がフッ素ゴムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の密封型転がり軸受。
- クラッチレリーズに用いることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の密封型転がり軸受。
- プーリに用いることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の密封型転がり軸受。
- 電装補機に用いることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の密封
型転がり軸受。
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