JP2009115283A - オルタネータ用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】オルタネータの回転軸を支持する軸受であって、温度差や圧力差等の外的要因によってシール性能が低下するのを防止したオルタネータ用軸受を提供する。
【解決手段】オルタネータ用軸受としてのフロント軸受２１は、外径面の軸方向両端部に円周溝２２ｂを有する内輪２２と、内径面の軸方向端部に円周溝２３ｂを有する外輪２３と、内輪２２および外輪２３の間に配置される複数の転動体２４と、内輪２２および外輪２３の間の隙間を密封する円環形状の密封部材としての密封シール２６とを備える。そして、密封シール２６は、外周部に外輪２３に固定される固定部２６ｃと、内周部に円周溝２２ｂの側壁に当接する接触リップ部２６ｅと、軸受の軸方向内側を向く壁面から円周溝２２ｂの側壁に向かって突出した突起２６ｈとを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、軸受のグリース封入量、特に、オルタネータの回転軸を支持するオルタネータ用軸受のグリース封入量に関するものである。

従来の自動車用オルタネータは、ケーシングと、軸受によってケーシングに回転自在に支持される回転軸と、ケーシングに固定されるステータと、ステータと対面する位置で回転軸に固定されるロータと、回転軸に固定されるプーリとを備える。そして、プーリに掛け渡された無端ベルトによってエンジンの回転が回転軸に伝達される。

また、回転軸を回転自在に支持する軸受が、特開２００３−１３９７６号公報（特許文献１）に記載されている。同公報に記載されている軸受は、内輪１０２と、外輪１０３と、内輪１０２および外輪１０３の間に配置される複数の転動体１０４と、隣接する転動体１０４の間隔を保持する保持器１０５と、軸受内部を密封する円環形状の密封シール１０６とを備える転がり軸受１０１である。そして、この転がり軸受１０１の潤滑には、主としてグリースが使用されている。

密封シール１０６は、外周部に外輪１０３に固定される固定部１０６ａと、内周部に内輪１０２に対面する位置に接触リップ部１０６ｂおよび非接触リップ１０６ｃと、外周部および内周部の間に密封シール１０６の形状を保持する芯金１０６ｄとを有する。なお、接触リップ部１０６ｂは内輪１０２に接触している。一方、非接触リップ部１０６ｃは内輪１０２に接触せず、ラビリンス効果によって異物の混入を防止する。これにより、内輪１０２と密封シール１０６との接触トルクの増大およびシール性能の低下を防止することができると記載されている。
特開２００３−１３９７６号公報

上記構成の密封シール１０６は、転がり軸受１０１の回転に伴う発熱によって変形を生じる。具体的には、転がり軸受１０１の高速回転時等では、軸受内部の温度が軸受外部の温度より高くなる。また、これに伴って軸受内部の圧力が軸受外部の圧力より高くなる。

ここで、密封シール１０６の芯金１０６ｄが配置されている部分は圧力差に対抗して形状を維持することができる。一方、樹脂のみで構成されるリップ部１０６ｂ，１０６ｃの周辺は転がり軸受１０１の外側（図５中の矢印ａの方向）に大きく変形する。これにより、接触リップ部１０６ｂと内輪１０２との間に隙間が生じてグリースが軸受外部に漏洩すると共に、非接触リップ部１０６ｃの先端が内輪１０２と接触して接触トルクを増大させるおそれがある。

一方、軸受外部の圧力が軸受内部の圧力より高くなると、リップ部１０６ｂ，１０６ｃの周辺は、転がり軸受１０１の内側（図５中の矢印ｂの方向）に変形する。これにより、接触リップ部１０６ｂと内輪１０２との間の接触トルクが増大すると共に、非接触リップ部１０６ｃと内輪１０２との間の隙間が大きくなってラビリンス効果が低下するおそれがある。

軸受外部に漏洩したグリースは、プーリと無端ベルトの間に滑りを生じさせたり、電子部品に誤作動を発生させたりするおそれがある。一方、接触トルクの増大は、回転軸のスムーズな回転を阻害するだけでなく、密封シール１０６の摩耗を生じる。そして、密封シール１０６の摩耗は、摩耗粉によるグリースの汚染やシール性能の低下を引き起こす原因となる。

そこで、この発明の目的は、オルタネータの回転軸を支持する軸受であって、温度差や圧力差等の外的要因によってシール性能が低下するのを防止したオルタネータ用軸受を提供することである。

この発明に係るオルタネータ用軸受は、オルタネータの回転軸を回転自在に支持する。具体的には、外径面の軸方向両端部に円周溝を有する内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置される複数の転動体と、内輪および外輪の間の隙間を密封する円環形状の密封部材とを備える。そして、密封部材は、外周部に外輪に固定される固定部と、内周部に円周溝の側壁に当接する接触リップ部と、軸受の軸方向内側を向く壁面から円周溝の側壁に向かって突出した突起とを含む、オルタネータ用軸受。

上記構成のオルタネータ用軸受において、軸受外部の圧力が軸受内部の圧力より高くなった場合でも、突起が接触リップ部と円周溝との間に生じる接触トルクの増大を防止する。また、突起を設けたことにより、接触リップ部と円周溝との間の締め代を予め大きく設定することができる。その結果、軸受内部の圧力が軸受外部の圧力より高くなった場合でも、接触リップと円周溝との間に隙間が生じるのを防止することができ、グリースの漏洩を有効に防止することができる。

好ましくは、突起の先端は凸曲面である。これにより、円周溝と突起との間の接触面圧を常に均一な状態とすることができる。その結果、安定した接触状態を形成し、接触トルクを安定させることができる。

好ましくは、突起は、密封部材の円周上の複数箇所に等間隔で配置されている。複数の突起を等間隔で配置することにより、各突起に負荷される面圧を均一化することができる。その結果、接触トルクが安定し、軸受の安定的な回転に寄与する。

好ましくは、密封部材は、固定部および接触リップ部を構成する弾性体と、固定部および接触リップ部の間に配置され、弾性体の形状を保持する形状保持部材とを含む。そして、弾性体は、水素添加ニトリルゴムおよび耐エステルアクリルゴムのいずれか一方で形成されている。水素添加ニトリルゴムや耐エステルアクリルゴムは、シール部材として一般的に用いられるニトリルゴムやアクリルゴム等と比較して耐熱性および耐薬品性に優れている。その結果、安定した性状を維持し、かつ高温での密封性を向上することができる。

好ましくは、弾性体は、形状保持部材の内径側端部の直下から軸受の軸方向内側に分岐し、内輪と所定の隙間を設けて配置される第１の非接触リップ部をさらに備える。このように、第１の非接触リップ部を形状変化の少ない形状保持部材の近傍に配置することにより、第１の非接触リップ部と内輪との間の隙間を一定に保つことができる。その結果、温度や圧力の変化に影響されず、安定したシール性能を発揮することができる。

好ましくは、弾性体は、その内周領域に相対的に肉厚の小さい腰部と、腰部から軸受の軸方向外側に延びて、内輪と所定の隙間を設けて配置される第２の非接触リップ部とをさらに備える。第２の非接触リップ部は、軸受内部への塵埃の混入を有効に防止するダストリップとして機能する。ここで、突起によって接触トルクを均一化したので、腰部の変形も安定する。その結果、第２の非接触リップ部と内輪との隙間が一定となり、安定したラビリンス効果を得ることができる。なお、本明細書中「弾性体の内周領域」とは、形状保持部材より径方向内側の部分を指すものとする。

この発明によれば、密封部材に突起を設けたことにより、接触リップ部のシール性能の低下および接触トルクの増大を防止したオルタネータ用軸受を得ることができる。

図１〜図４を参照して、この発明の一実施形態に係る自動車用オルタネータ１１、および自動車用オルタネータ１１に採用される転がり軸受としてのフロント軸受２１およびリア軸受３１を説明する。なお、図１はオルタネータ１１に採用されるフロント軸受２１の断面図、図２はフロント軸受２１に採用される密封シール２６を示す図、図３はオルタネータ１１に採用されるリア軸受３１を示す図、図４は自動車用オルタネータ１１の断面図である。

まず、図４を参照して、自動車用オルタネータ１１は、主な構成要素として、ケーシング１２と、回転軸１３と、プーリ１４と、ステータ１５と、ロータ１６と、オルタネータ用軸受としてのフロント軸受２１およびリア軸受３１とを備える。

ケーシング１２は、フロントブラケット１２ａと、リアブラケット１２ｂとをボルト結合して構成されている。そして、回転軸１３、ステータ１５、ロータ１６、フロント軸受２１、およびリア軸受３１等を収容する。

回転軸１３は、フロント軸受２１およびリア軸受３１によってケーシング１２に回転自在に支持されている。また、ケーシング１２の外側でプーリ１４に挿通し、ケーシング１２の内側でロータ１６およびスリップリング１７に挿通している。なお、スリップリング１７には、ばね１９によってブラシ１８が圧接されている。

プーリ１４には、無端ベルト（図示省略）が取り付けられて、エンジン（図示省略）の回転に伴って回転軸１３を回転させる。また、この実施形態においては、自動車用オルタネータ１１を冷却するファンとしても機能する。

ステータ１５は、リング形状の部材であってケーシング１２に固定されている。一方、ロータ１６は、回転軸１３に嵌合固定されて回転軸１３と一体回転する。このステータ１５およびロータ１６は互いに対面するように配置されており、両者の間には所定の隙間が設けられている。また、ステータ１５およびロータ１６には、それぞれコイルが巻きつけられている。

上記構成の自動車用オルタネータ１１は、エンジンの回転を電気に変換する。具体的には、エンジンの回転によって回転軸１３とロータ１６とが一体回転する。このとき。ステータ１５とロータ１６との間で電磁誘導の原理により電気が発生する。そして、自動車用オルタネータ１１で発電された電気はバッテリー（図示省略）に充電され、各電装品の動作に用いられる。

次に、図１を参照して、フロント軸受２１は、内輪２２と、外輪２３と、内輪２２および外輪２３の間に配置される転動体としての複数の玉２４と、隣接する玉２４の間隔を保持する保持器２５と、両端部を密封する密封部材としての密封シール２６とを備える深溝玉軸受である。また、玉２４のスムーズな回転を維持するために、軸受内部には潤滑剤としてのグリースが充填されている。

内輪２２は、その外径面の軸方向中央部に玉２４を受け入れる軌道面２２ａと、軸方向両端部に密封シール２６を受け入れる円周溝２２ｂとを有する。同様に、外輪２３は、その内径面の軸方向中央部に軌道面２３ａと、軸方向両端部に円周溝２３ｂとを有する。

次に、図１および図２を参照して、密封シール２６は、内輪２２および外輪２３の軸方向両端部に配置される円環形状の部材であって、樹脂材料で形成される弾性体としてのシール部材２６ａと、金属材料で形成される形状保持部材としての芯金２６ｂとを含む。シール部材２６ａは、外輪２３に固定される固定部２６ｃと、腰部２６ｄと、内輪２２に接触する接触リップ部２６ｅと、内輪２２と所定の隙間を設けて配置される第１および第２の非接触リップ部２６ｆ，２６ｇと、突起２６ｈ（以下「面圧調整突起」という）とを有する。

このシール部材２６ａは、例えば、水素添加ニトリルゴムおよび耐エステルアクリルゴムのいずれか一方で形成されている。水素添加ニトリルゴムは、シール部材として一般的に用いられるニトリルゴムと比較して耐熱性に優れ、耐薬品性にも問題がない。また、耐エステルアクリルゴムは、水素添加ニトリルゴムと同様にニトリルゴムと比較して耐熱性に優れている。また、アクリルゴムと比較するとエステル油やコンプレッサオイル等の薬品に対する耐薬品性に優れている。その結果、安定した性状を維持し、かつ高温での密封性を向上することができる。

芯金２６ｂは、固定部２６ｃと接触リップ部２６ｅとの間に配置されて、剛性の低いシール部材２６ａの形状を保持する形状保持部材として機能する。固定部２６ｃは、密封シール２６の外周部に形成されており、非回転側軌道輪としての外輪２３の円周溝２３ｂに嵌合して固定される。

腰部２６ｄは、シール部材２６ａの内周領域に設けられている相対的に肉厚の小さい部分である。この腰部２６ｄには、円周溝２２ｂの側壁に向かって軸受の軸方向内側に延びる接触リップ部２６ｅおよび面圧調整突起２６ｈと、それらと反対側（軸受の軸方向外側）に向かって延びる第２の非接触リップ部２６ｇとが配置されている。

接触リップ部２６ｅは、回転側軌道輪としての内輪２２の円周溝２２ｂの側壁に接触しており、グリースの軸受外部への漏洩や塵埃の軸受内部への侵入を防止する。なお、図１では、接触リップ部２６ｅの形状を明らかにするために接触リップ部２６ｅの先端が内輪２２の内部に入り込むように描かれているが、実際には、弾性変形して内輪２２の表面に当接する。

第１の非接触リップ部２６ｆは、芯金２６ｂの内径側端部の直下から軸受の軸方向内側に分岐している。また、第１の非接触リップ部２６ｆと内輪２２との間には所定の隙間が設けられている。これにより、ラビリンス効果によってグリースの軸受外部への漏洩を防止すると共に、接触トルクの増大を防止することができる。

第２の非接触リップ部２６ｇは、腰部２６ｄから軸受の軸方向外側に延びている。また、第２の接触リップ部２６ｇと内輪２２との間には所定の隙間が設けられている。これにより、ラビリンス効果によって軸受内部への塵埃の混入を防止することができる。

面圧調整突起２６ｈは、密封シール２６の一方側の壁面から円周溝２２ｂの側壁に向かって突出している。また、面圧調整突起２６ｈの先端（「溝部２２ｂの側壁に対面する面」を指す）は、凸曲面となっている。さらに、この面圧調整突起２６ｈは、密封シール２６の円周方向の少なくとも１箇所に形成されており、円周上の複数箇所に等間隔に設けられるのが望ましい。具体的には、９０°間隔で４箇所に設ける等することができる。

密封シール２６をフロント軸受２１に組み込んだとき、面圧調整突起２６ｈは、接触リップ部２６ｅが当接する円周溝２２ｂの側壁に対面するように配置される。そして、面圧調整突起２６ｈは、密封シール２６が軸受の軸方向内側（図１中の矢印Ａの方向）に変形したときに、円周溝２２ｂの側壁に当接して接触リップ部２６ｅと円周溝２２ｂとの間に生じる接触面圧の増大を防止する吸着解除機構として機能する。

このとき、円周溝２２ｂの側壁に接触する面圧調整突起２６ｈの先端を凸曲面とすることにより、円周溝２２ｂと面圧調整突起２６ｈとの間の接触面圧を常に均一な状態とすることができる。その結果、安定した接触状態を形成し、接触トルクを安定させることができる。

また、複数の面圧調整突起２６ｈを等間隔で配置することにより、各面圧調整突起２６ｈに負荷される面圧を均一化することができる。その結果、接触トルクが安定し、軸受の安定的な回転に寄与する。

一方、密封シール２６が軸受の軸方向外側（図１中の矢印Ｂの方向）に変形したときは、面圧調整突起２６ｈは円周溝２２ｂから離れて、接触トルクの増大を防止する。このとき、接触リップ部２６ｅと円周溝２２ｂとの間に隙間を生じないように、接触リップ部２６ｅの締め代を従来より大きく設定する。

具体的には、図５に示すような従来の転がり軸受１０１の一般的な締め代は、０．１００±０．１４８ｍｍであったのに対し、図１に示すこの発明の一実施形態に係るフロント軸受２１の締め代δは、０．２５０±０．１４８ｍｍに設定する。すなわち、設計公差を考慮しても、常に締め代が正の値になるように設定する。

ここで、締め代を大きくすると、接触リップ部２６ｅと円周溝２２ｂとの間の接触トルクの増大が問題となる。しかし、この発明によれば、面圧調整突起２６ｈを設けて接触トルクが一定値以上になるのを防止することができる。

上記構成の密封シール２６によれば、接触リップ部２６ｅは、温度や圧力の変化に伴って生じる変形に影響されることなく、安定したシール性能を維持することができる。また、面圧調整突起２６ｈによって接触トルクを均一化したので、腰部２６ｄの変形も安定する。その結果、第２の非接触リップ部２６ｇと内輪２２との隙間が一定となり、安定したラビリンス効果を得ることができる。

さらに、第１の非接触リップ部２６ｆを変形の少ない芯金２６ｂの直下に配置することにより、温度や圧力の変化に伴う変形量を小さくすることができる。その結果、第１の非接触リップ部２６ｆと内輪２２との間の隙間を常に一定に保つことができるので、安定したラビリンス効果を得ることができる。

次に、図３を参照して、オルタネータ１１の回転軸１３を支持するリア軸受３１を説明する。なお、リア軸受３１の基本構成は図１に示すフロント軸受２１と共通するので、共通点の説明は省略し、相違点を中心に説明する。

リア軸受３１は、軌道面３２ａおよび円周溝３２ｂを有する内輪３２と、軌道面３３ａおよび円周溝３３ｂを有する外輪３３と、転動体としての複数の玉３４と、隣接する玉３４の間隔を保持する保持器３５と、内輪３２および外輪３３の間の隙間を密封する密封部材としての密封シール３６とを備える深溝玉軸受である。

密封シール３６の基本的な形状は、図１および図２に示した密封シール２６と同じであって、樹脂材料で形成されるシール部材３６ａと、金属材料で形成される芯金３６ｂとを含む円環形状の部材である。また、シール部材３６ａは、固定部３６ｃと、腰部３６ｄと、接触リップ部３６ｅと、第１および第２の非接触リップ部３６ｆ，３６ｇと、面圧調整突起３６ｈとを有する。また、接触リップ部３６ｅと円周溝３２ｂとの間の締め代は、０．２５０±０．１４９ｍｍに設定する。

上記構成のリア軸受３１についても、フロント軸受２１の場合と同様に、温度や圧力の変化に影響されることなく、高いシール性能を維持することができる。

次に、表１を参照して、この発明の効果を確認するための試験について説明する。まず、試験に使用する軸受として、図１に示すフロント軸受２１と、図３に示すリア軸受３１とを３個ずつ用意した。これらの軸受を４０００ｒｐｍ、８０００ｒｐｍ、１２０００ｒｐｍ、１６０００ｒｐｍと段階的に増速してグリース漏れの有無を確認した。なお、グリース漏れは目視と軸受重量の変化によって確認した。また、試験開始前のフロント軸受２１の重量は２００ｇｆ、試験開始前のリア軸受３１の重量は１１５ｇｆであった。結果を表１に示す。

表１を参照して、試験を行った全ての軸受において、目視によるグリース漏れは確認されなかった。また、試験開始前後の重量の変化も０．０１ｇｆ〜０．０４ｇｆと無視できる程度の小さな変化であることが確認された。これにより、この発明は、グリースの漏洩を有効に防止できることが確認された。

このように、この発明に係る密封シール２６，３６を採用すれば、グリースの漏洩および塵埃の混入を有効に防止して潤滑性に優れたオルタネータ用軸受２１，３１を得ることができる。

なお、上記の実施形態において、面圧調整突起２６ｈ，３６ｈは、シール部材２６ａ，３６ａの一部として一体形成された例を示したが、これに限ることなく、別部品として製造した後にシール部材２６ａ，３６ａに取り付けてもよい。この場合、面圧調整突起２６ｈ，３６ｈは、シール部材２６ａ，３６ａと異なる材料で構成してもよく、耐摩耗性に優れた材料で製造するのが望ましい。

また、上記の実施形態において、フロント軸受２１およびリア軸受３１に封入されるグリースとしては、任意の組成の基油および増ちょう剤の組み合わせを採用することができ、必要に応じて各種添加剤を添加することができる。ただし、自動車用オルタネータ１１は非常に高温となるので、高温特性に優れたグリースであることが望ましい。

さらに、上記の実施形態において、回転軸１３を支持する軸受として深溝玉軸受を採用した例を示したが、これに限ることなく、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受、および針状ころ軸受等、転動体が玉であるかころであるかを問わず、あらゆる転がり軸受に適用することができる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、オルタネータ用軸受に有利に利用される。

この発明の一実施形態に係るフロント軸受の断面図である。 図１のオルタネータ用軸受に採用される密封シールの拡大断面図である。 この発明の一実施形態に係るリア軸受の断面図である。 自動車用オルタネータの断面図である。 従来のオルタネータ用軸受の断面図である。

符号の説明

１１ 自動車用オルタネータ、１２ ケーシング、１２ａ フロントブラケット、１２ｂ リアブラケット、１３ 回転軸、１４ プーリ、１５ ステータ、１６ ロータ、１５ａ，１６ａ コイル、１７ スリップリング、１８ ブラシ、１９ ばね、２１ フロント軸受、３１ リア軸受、２２，３２ 内輪、２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａ 軌道面、２２ｂ，２３ｂ，３２ｂ，３３ｂ 円周溝、２３，３３ 外輪、２４，３４ 玉、２５，３５ 保持器、２６，３６ 密封シール、２６ａ，３６ａ シール部材、２６ｂ，３６ｂ 芯金、２６ｃ，３６ｃ 固定部、２６ｄ，３６ｄ 腰部、２６ｅ，３６ｅ 接触リップ部、２６ｆ，２６ｇ，３６ｆ，３６ｇ 非接触リップ部、２６ｈ，３６ｈ 面圧調整突起、１０１ 転がり軸受、１０２ 内輪、１０３ 外輪、１０４ 転動体、１０５ 保持器、１０６ 密封シール、１０６ａ 固定部、１０６ｂ 接触リップ部、１０６ｃ 非接触リップ部、１０６ｄ 芯金。

Claims (6)

1. オルタネータの回転軸を回転自在に支持するオルタネータ用軸受であって、
   外径面の軸方向両端部に円周溝を有する内輪と、
   外輪と、
   前記内輪および前記外輪の間に配置される複数の転動体と、
   前記内輪および前記外輪の間の隙間を密封する円環形状の密封部材とを備え、
   前記密封部材は、
   外周部に前記外輪に固定される固定部と、
   内周部に前記円周溝の側壁に当接する接触リップ部と、
   軸受の軸方向内側を向く壁面から前記円周溝の側壁に向かって突出した突起とを含む、オルタネータ用軸受。
2. 前記突起の先端は、凸曲面である、請求項１に記載のオルタネータ用軸受。
3. 前記突起は、前記密封部材の円周上の複数箇所に等間隔で配置されている、請求項１または２に記載のオルタネータ用軸受。
4. 前記密封部材は、
   前記固定部および前記接触リップ部を構成する弾性体と、
   前記固定部および前記接触リップ部の間に配置され、前記弾性体の形状を保持する形状保持部材とを含み、
   前記弾性体は、水素添加ニトリルゴムおよび耐エステルアクリルゴムのいずれか一方で形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のオルタネータ用軸受。
5. 前記弾性体は、前記形状保持部材の内径側端部の直下から軸受の軸方向内側に分岐し、前記内輪と所定の隙間を設けて配置される第１の非接触リップ部をさらに備える、請求項４に記載のオルタネータ用軸受。
6. 前記弾性体は、その内周領域に相対的に肉厚の小さい腰部と、前記腰部から軸受の軸方向外側に延びて、前記内輪と所定の隙間を設けて配置される第２の非接触リップ部とをさらに備える、請求項４または５に記載のオルタネータ用軸受。

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