WO2011142217A1 - 両シール付き玉軸受 - Google Patents

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    • F16H55/32—Friction members
    • F16H55/36—Pulleys

Definitions

  • This invention relates to a ball bearing with both seals in which torque transmission parts such as a resin pulley for guiding a timing belt for driving a cam shaft of an automobile engine and a belt for driving an auxiliary machine are molded on an outer ring.
  • Patent Document 1 As described in Patent Document 1, as a pulley used for guiding a timing belt for driving a camshaft, a synthetic resin is used on the outer ring outer diameter surface of a ball bearing in order to reduce its weight and cost.
  • a resin pulley in which a belt guide wheel is formed by injection molding or the like is known.
  • the resin pulley as described above is an assembly that is exposed to the outside around the engine, it can prevent the scattered muddy water from entering the inside of the bearing and prevent the lubricating grease from leaking to the outside.
  • a ball bearing with both seals made possible is used.
  • the outer diameter portion of the rubber seal is fitted into the seal fitting grooves formed at both end portions of the inner diameter surface of the outer ring, and formed on the inner peripheral portion of the rubber seal. Since the tip of the inward lip is elastically brought into contact with the inner surface of the seal groove formed at both ends of the outer diameter surface of the inner ring to completely seal the bearing space, the belt guide ring is placed on the outer ring.
  • the resin is molded, the temperature in the bearing space rises and the internal pressure increases, and the internal pressure decreases due to cooling after the resin molding. Due to the decrease in the internal pressure, the rubber seal is elastically deformed inward, and the inward lip is attracted to the inner side surface of the seal groove and strongly elastically contacts, which may increase torque loss.
  • An object of the present invention is to suppress the pressure in the bearing space from being reduced by cooling after resin molding of a torque transmission component such as a belt guide wheel, and the inward lip of the rubber seal is adsorbed on the inner surface of the seal groove. It is an object of the present invention to provide a ball bearing with a double seal excellent in sealing performance that can prevent the above.
  • a pair of seal fitting grooves are provided at both ends of the inner surface of the outer ring on which the torque transmitting component is resin-molded on the outer surface, and provided on the inner side of the outer ring.
  • a pair of seal grooves are formed at both ends of the outer diameter surface of the inner ring, and an inward lip is provided on the inner periphery of the rubber seal in which the outer periphery is fitted to each of the pair of seal fitting grooves.
  • the shape of the concave portion formed in the inward lip is arbitrary, and may be formed of an arc-shaped groove or may be formed of a rectangular groove.
  • the rubber seal is in contact with the grease for bearing lubrication, and the temperature rises due to resin molding of the torque transmission component, so that rubber having excellent oil resistance and heat resistance is used as a forming material. It is good to leave.
  • rubber include nitrile rubber, heat-resistant nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, acrylic rubber, and fluorine rubber.
  • the torque transmission component molded on the outer diameter surface of the outer ring may be a pulley or a roller.
  • the inner surface of the seal groove is formed on at least a part of the circumferential direction of the contact surface that elastically contacts the inner surface of the inner ring seal groove of the inward lip formed on the inner periphery of the rubber seal.
  • the concave portion is a small one that forms a minute gap with the inner surface of the seal groove, so that the sealing performance of the bearing is not impaired, and the tip portion of the inward lip during rotation of the bearing Wears due to contact with the inner surface of the seal groove, the recess disappears, and the tip of the inward lip comes into full contact with the inner surface of the seal groove, ensuring excellent sealing performance over time. can do.
  • FIG. 1 shows a resin pulley employing a ball bearing with both seals according to the present invention.
  • the resin pulley includes a ball bearing 1 and a belt guide wheel 21 as a torque transmission component formed on the outer diameter surface of the ball bearing 1.
  • the belt guide wheel 21 includes a boss portion 22 that wraps around the outer peripheral portion and outer diameter surface of both side surfaces of the ball bearing 1, a disc portion 23 that extends outward from the outer diameter surface of the boss portion 22, and the disc portion 23.
  • the belt guide wheel 21 is molded by injecting molten resin into a cavity formed in the outer periphery of the ball bearing 1 in a state where the ball bearing 1 is fixed in the molding die.
  • the ball bearing 1 is assembled between an outer ring 2, an inner ring 3, a raceway groove 4 formed on the inner diameter surface of the outer ring 2, and a raceway groove 5 formed on the outer diameter surface of the inner ring 3.
  • a pair of seal fitting grooves 8 are formed at both ends in the axial direction on the inner diameter surface of the outer ring 2, while the outer diameter surfaces of the inner ring 3 face the pair of seal fitting grooves 8 in the radial direction.
  • a seal groove 9 is formed at the position.
  • the outer diameter portion of the rubber seal 10 is fitted in each of the pair of seal fitting grooves 8 formed in the outer ring 2.
  • the rubber seal 10 is made of rubber having excellent oil resistance and heat resistance, such as nitrile rubber, heat-resistant nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, acrylic rubber, and fluorine rubber, and is reinforced by a core metal 11.
  • an inward lip 12 and an outward lip 13 are formed on the inner peripheral portion of the rubber seal 10, and the outward lip 13 is formed outward of the seal groove 9 in the axial direction.
  • a labyrinth 15 is formed between the cylindrical surface 14 having a small diameter.
  • An annular protrusion 16 is formed on the inner periphery of the inner surface of the rubber seal 10, and the protrusion 16 is connected to the step 9 b formed on the outer periphery of the inner surface 9 a of the seal groove 9. Has formed.
  • the tip of the inward lip 12 is in elastic contact with the inner surface 9 a of the seal groove 9, and a recess 18 is provided in a part of the contact surface in the circumferential direction.
  • a minute gap is formed between 9a and the bearing space to communicate with the outside.
  • the concave portion 18 is made of an arc-shaped groove. However, as shown in FIG. 4 (II), the concave portion 18 may be made of a rectangular groove. Good.
  • the depth h at the circumferential central portion is 0.01 to 0.08 mm
  • the width dimension W is 0.2 to 0.8 mm.
  • the range is as follows. Also, in the case of the concave portion 18 formed of a rectangular groove, the depth h is in the range of 0.01 to 0.08 mm, and the width dimension W is in the range of 0.2 to 0.8 mm.
  • the recess 18 is formed on the contact surface that is in elastic contact with the inner surface 9a of the seal groove 9 of the inward lip 12, thereby ensuring a gap that communicates the bearing space with the outside at the position where the recess 18 is formed. be able to. For this reason, even if the belt guide wheel 21 is resin-molded on the outer diameter surface of the outer ring 2 and the temperature in the bearing space rises and the pressure rises, the pressure escapes from the gap to the outside.
  • the tip portion of the inward lip 12 is worn by contact with the inner surface 9a of the seal groove 9 when the bearing rotates, as shown in FIG.
  • the recess 18 disappears and the tip of the inward lip 12 comes into full contact with the inner surface 9a of the seal groove 9, excellent sealing performance can be ensured over time.
  • the belt guide wheel 21 is shown as a torque transmission component that is resin-molded on the outer diameter surface of the outer ring 2, but the torque transmission component is not limited to the belt guide wheel 21.
  • a roller may be used.

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Abstract

　ベルト案内輪の樹脂成形後における冷却によって軸受空間内の圧力が低下するのを抑制し、ゴムシールの内向きリップがシール溝の内側面に吸着されるのを防止することができるようにした両シール付き玉軸受を提供することである。外径面上にベルト案内輪（２１）が樹脂成形される外輪（２）の内径面両端部に一対のシール嵌合溝（８）を設け、そのシール嵌合溝（８）にゴムシール（１０）の外径部を嵌合し、そのゴムシール（１０）の内周部に形成された内向きリップ（１２）の先端部を内輪（３）の外径面に形成されたシール溝（９）の内側面（９ａ）に弾性接触させて、軸受空間を密封する。内向きリップ（１２）のシール溝（９）の内側面（９ａ）と弾性接触する接触面の周方向の少なくとも一部に、シール溝（９）の内側面（９ａ）との間で微小な空隙を形成する凹部（１８）を設け、ベルト案内輪（２１）の樹脂成形時の温度上昇によって軸受空間内の圧力が上昇した際に、その圧力を凹部（１８）から外部に漏洩させ、樹脂成形後の冷却によっても軸受空間内の圧力を一定に保持して、ゴムシール（１０）の内向きリップ（１２）が内輪（３）のシール溝（９）の内側面（９ａ）に吸着されるのを防止する。

Description

両シール付き玉軸受
　この発明は、自動車エンジンのカム軸駆動用のタイミングベルトや補機駆動用ベルトを案内する樹脂プーリ等のトルク伝達部品が外輪上において樹脂成形される両シール付き玉軸受に関する。
　カム軸駆動用のタイミングベルトの案内に使用されるプーリとして、特許文献１に記載されているように、その重量軽減およびコストの低減を図るため、玉軸受の外輪外径面上に合成樹脂からなるベルト案内輪を射出成形等により成形した樹脂プーリが知られている。
　上記のような樹脂プーリは、エンジン周りにおいて、外部に露出する組付けであるため、飛散する泥水の軸受内部への浸入を防止し、かつ、潤滑用グリースの外部への漏洩を防止することができるようにした両シール付き玉軸受が使用される。
特開２００８－１５１２５８号公報
　ところで、従来から知られている両シール付き玉軸受においては、外輪の内径面両端部に形成されたシール嵌合溝にゴムシールの外径部を嵌合し、そのゴムシールの内周部に形成された内向きリップの先端部を内輪の外径面両端部に形成されたシール溝の内側面に弾性接触させて、軸受空間を完全に密閉する完全密封型であるため、外輪上にベルト案内輪を樹脂成形した時、軸受空間内が温度上昇して内圧が高くなり、樹脂成形後の冷却によって内圧が低下することになる。その内圧の低下によってゴムシールが内方に弾性変形し、内向きリップがシール溝の内側面に吸着されて強く弾性接触することになり、トルク損失が多くなる可能性がある。
　また、内向きリップの接触圧が高くなるため、接触部が摩耗し易く、耐久性にも問題が生じる。
　この発明の課題は、ベルト案内輪等のトルク伝達部品の樹脂成形後の冷却によって軸受空間内の圧力が低下するのを抑制し、ゴムシールの内向きリップがシール溝の内側面に吸着されるのを防止することができるようにしたシール性に優れた両シール付き玉軸受を提供することである。
　上記の課題を解決するために、この発明においては、外径面上にトルク伝達部品が樹脂成形される外輪の内径面両端部に一対のシール嵌合溝を設け、外輪の内側に設けられた内輪の外径面両端部に一対のシール溝を形成し、前記一対のシール嵌合溝のそれぞれに外周部が嵌合されたゴムシールの内周部に内向きリップを設け、その内向きリップの先端部を前記シール溝の内側面に弾性接触させて、軸受空間を密封した両シール付き玉軸受において、前記内向きリップの前記シール溝の内側面と弾性接触する接触面の周方向の少なくとも一部に、前記シール溝の内側面との間で微小な空隙を形成する凹部を設けた構成を採用したのである。
　上記のように、内向きリップの内輪シール溝の内側面と弾性接触する接触面に凹部を形成したことにより、その凹部の形成位置で軸受空間と外部を連通する空隙を確保することができるため、外輪の外径面上にトルク伝達部品を成形して、軸受空間内が温度上昇し、圧力が上昇すると、その圧力は空隙から外部に逃げることになる。
　このため、軸受空間内の圧力上昇がなく、一定の圧力に保持されることになり、樹脂成形後の冷却によっても軸受空間内の圧力は一定に保持されることになる。その結果、ゴムシールの内向きリップが内輪のシール溝の内側面に吸着されるようなことがなく、軸受回転時のトルク損失が増大するのを防止することができる。
　ここで、内向きリップに形成する凹部の形状は任意であり、円弧状の溝からなるものであってもよく、あるいは、矩形の溝からなるものであってもよい。その凹部の深さが深くなると、軸受内部にダストや水等の異物が侵入し易くなり、また、軸受潤滑用のグリースが漏洩する可能性があり、また、必要以上に低くなると、軸受空間と外部の圧力均衡用の通気路として機能を発揮させることができなくなるため、上記凹部の深さｈは、ｈ＝０．０１～０．０８ｍｍとしておくのが好ましい。
　この発明に係る両シール付き玉軸受において、ゴムシールは、軸受潤滑用のグリースと接触し、また、トルク伝達部品の樹脂成形によって温度上昇するため、耐油性や耐熱性に優れたゴムを形成素材としておくのがよい。そのようなゴムとして、ニトリルゴム、耐熱ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等を挙げることができる。
　また、外輪の外径面上に樹脂成形されるトルク伝達部品は、プーリであってもよく、ローラであってもよい。
　この発明においては、上記のように、ゴムシールの内周部に形成された内向きリップの内輪シール溝の内側面と弾性接触する接触面の周方向の少なくとも一部に、上記シール溝の内側面との間で微小な空隙を形成する凹部を設けたことにより、樹脂成形後の冷却によって軸受空間内の圧力が低下するのを抑制することができる。このため、内向きリップがシール溝の内側面に吸着されるのを防止することができ、トルク損失が大きくなるのを防止することができる。
　また、凹部は、シール溝の内側面との間で微小な空隙を形成する小さなものであるため、軸受のシール性が損なわれるということはなく、しかも、軸受回転時に、内向きリップの先端部はシール溝の内側面との接触により摩耗して、凹部が消滅し、内向きリップの先端部はシール溝の内側面に全面接触することになるため、時間の経過と共に優れたシール性を確保することができる。
この発明に係る両シール付き玉軸受を採用した樹脂プーリの縦断正面図 図１の両シール付き玉軸受の一部を拡大して示す断面図 図２の内向きリップ部を拡大して示す断面図 （Ｉ）は、図３のIV－IV線に沿った断面図、（II）は、凹部の他の例を示す断面図 内向きリップの凹部が消滅した状態を示す断面図
　以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る両シール付き玉軸受を採用した樹脂プーリを示す。樹脂プーリは、玉軸受１と、その玉軸受１の外径面上に成形されたトルク伝達部品としてのベルト案内輪２１とからなる。
　ベルト案内輪２１は、玉軸受１の両側面の外周部および外径面を包み込むボス部２２と、そのボス部２２の外径面から外方向に延びる円板部２３と、その円板部２３の外周から軸方向に延びるリム部２４とからなり、上記リム部２４の外径面に複列のＶ溝２５が設けられている。
　ベルト案内輪２１は、成形金型内に玉軸受１を固定した状態において、その玉軸受１の外周囲に形成されたキャビティ内に溶融樹脂を射出することにより成形される。
　図２に示すように、玉軸受１は、外輪２と、内輪３と、その外輪２の内径面に形成された軌道溝４と内輪３の外径面に形成された軌道溝５間に組込まれた複数ボール６およびそのボール６を保持する保持器７からなる。
　外輪２の内径面には、軸方向の両端部に一対のシール嵌合溝８が形成され、一方、内輪３の外径面には、上記一対のシール嵌合溝８と半径方向で対向する位置にシール溝９が形成されている。
　外輪２に形成された一対のシール嵌合溝８のそれぞれには、ゴムシール１０の外径部が嵌合されている。ゴムシール１０は、ニトリルゴム、耐熱ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等の耐油性や耐熱性に優れたゴムを素材としており、芯金１１によって補強されている。
　図２および図３に示すように、ゴムシール１０の内周部には、内向きリップ１２および外向きリップ１３が形成され、その外向きリップ１３は、シール溝９の軸方向外方に形成された小径の円筒面１４との間でラビリンス１５を形成している。また、ゴムシール１０の内面の内周部には、環状の突出部１６が形成され、その突出部１６はシール溝９の内側面９ａの外周部に形成された段部９ｂとの間でラビリンス１７が形成している。
　図３に示すように、内向きリップ１２の先端部はシール溝９の内側面９ａに弾性接触し、その接触面の周方向の一部に凹部１８が設けられ、その凹部１８は上記内側面９ａとの間で軸受空間と外部を連通する微小な空隙を形成している。
　凹部１８として、ここでは、図４（Ｉ）に示すように、円弧状の溝からなるものを示しているが、図４（II）で示すように、矩形の溝からなるものであってもよい。
　ここで、凹部１８の深さおよび周方向の幅が必要以上に大きくなると、シール性が損なわれて、ダストや水等の異物が軸受内部に侵入し、あるいは、軸受空間内に入れられた軸受潤滑用のグリースが外部に漏洩することになる。また、必要以上に小さい場合は、軸受空間内と外部の圧力均衡用の通気路としての機能を発揮させることができなくなる。
　そのような不都合を解消するため、円弧状の溝からなる凹部１８においては、周方向の中央部での深さｈを０．０１～０．０８ｍｍ、幅寸法Ｗを０．２～０．８ｍｍの範囲としている。また、矩形の溝からなる凹部１８の場合も、その深さｈを０．０１～０．０８ｍｍ、幅寸法Ｗを０．２～０．８ｍｍの範囲としている。
　上記のように、内向きリップ１２のシール溝９の内側面９ａと弾性接触する接触面に凹部１８を形成したことにより、その凹部１８の形成位置で軸受空間と外部を連通する空隙を確保することができる。このため、外輪２の外径面上にベルト案内輪２１を樹脂成形して、軸受空間内が温度上昇し、圧力が上昇しても、その圧力は空隙から外部に逃げることになる。
　このため、軸受空間内の圧力上昇がなく、一定の圧力に保持されることになり、樹脂成形後の冷却によっても軸受空間内の圧力は一定に保持されることになる。そのため、ゴムシール１０の内向きリップ１２がシール溝９の内側面９ａに吸着されるようなことがなく、軸受回転時のトルク損失が増大するのを防止することができる。
　ここで、凹部１８の深さｈがシール性にどのような影響を与えるのかを知るため、その深さｈを変更して、耐水試験を行なったところ、表１に示す結果を得た。試験条件は、以下の通りである。
　試験条件
　回転速度；１５００ｒ／ｍｉｎ
　ラジアル荷重；２９４Ｎ
　注水量；２００ｍｌ／ｍｉｎ
　運転時間；５ｍｉｎ
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記の試験結果から明らかなように、凹部１８の深さｈを０．０８ｍｍ以下とすることによって、水の浸入を防止することができることが理解でき、良好なシール性を確保することができる。
　また、凹部１８の深さｈを０．０８ｍｍ以下とすることにより、軸受回転時に、内向きリップ１２の先端部はシール溝９の内側面９ａとの接触により摩耗して、図５に示すように、凹部１８が消滅し、内向きリップ１２の先端部はシール溝９の内側面９ａに全面接触することになるため、時間の経過と共に優れたシール性を確保することができる。
　実施の形態では、外輪２の外径面上に樹脂成形するトルク伝達部品としてベルト案内輪２１を示したが、トルク伝達部品はベルト案内輪２１に限定されるものではない。例えば、ローラであってもよい。
２　　外輪
３　　内輪
８　　シール嵌合溝
９　　シール溝
９ａ　内側面
１０　ゴムシール
１２　内向きリップ
１８　凹部
２１　ベルト案内輪（トルク伝達部品）

Claims (9)

  1. 　外径面上にトルク伝達部品が樹脂成形される外輪の内径面両端部に一対のシール嵌合溝を設け、外輪の内側に設けられた内輪の外径面両端部に一対のシール溝を形成し、前記一対のシール嵌合溝のそれぞれに外周部が嵌合されたゴムシールの内周部に内向きリップを設け、その内向きリップの先端部を前記シール溝の内側面に弾性接触させて、軸受空間を密封した両シール付き玉軸受において、前記内向きリップの前記シール溝の内側面と弾性接触する接触面の周方向の少なくとも一部に、前記シール溝の内側面との間で微小な空隙を形成する凹部を設けたことを特徴とする両シール付き玉軸受。
  2. 　前記凹部が、円弧状の溝とされ、その周方向中央位置での溝深さｈが、ｈ＝０．０１～０．０８ｍｍとされた請求項１に記載の両シール付き玉軸受。
  3. 　前記凹部が、矩形の溝とされ、その溝深さｈが、ｈ＝０．０１～０．０８ｍｍとされた請求項１に記載の両シール付き玉軸受。
  4. 　前記ゴムシールが、ニトリルゴムからなる請求項１乃至３のいずれかの項に記載の両シール付き玉軸受。
  5. 　前記ゴムシールが、耐熱ニトリルゴムからなる請求項１乃至３のいずれかの項に記載の両シール付き玉軸受。
  6. 　前記ゴムシールが、水素添加ニトリルゴムからなる請求項１乃至３のいずれかの項に記載の両シール付き玉軸受。
  7. 　前記ゴムシールが、アクリルゴムからなる請求項１乃至３のいずれかの項に記載の両シール付き玉軸受。
  8. 　前記ゴムシールが、フッ素ゴムからなる請求項１乃至３のいずれかの項に記載の両シール付き玉軸受。
  9. 　前記トルク伝達部品が、プーリからなる請求項１乃至８のいずれかの項に記載の両シール付き玉軸受。
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