JP2026044155A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】シール性が安定する転がり軸受を提供する。【解決手段】転がり軸受は、内輪２と、外輪３と、内輪２と外輪３の間に介在する複数の転動体と、内輪２および外輪３間の軸受空間を塞ぐシール部材６とを備える。シール部材６の外周側部分８が外輪３のシール溝９に固定され、シール部材６の内周側部分１３に、内輪２のシール溝７における外側面７ｃに接触するリップ１５が設けられている。シール部材６は、内周側部分１３が軸方向内方に倒れることを抑制するシール倒れ抑制手段Ｓｔを備えた。シール倒れ抑制手段Ｓｔは、シール部材６の外周側部分８のうち、外輪３のシール溝９と接触する内側面８ａが、軸方向内側に向かうに従って内径側に傾斜する傾斜面８ａａを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、転がり軸受に関し、シール性が安定する技術に関する。

図１２に示すサーボモータ用の転がり軸受５０において、モータ５１の近傍にエンコーダ５２が配置される機種がある。このような機種については、軸受内部からの発塵およびシール摩耗粉がエンコーダ５２に付着することによるエンコーダ５２の誤動作防止のため、接触シールにて転がり軸受５０としての低発塵が求められる。

先行技術として、特許文献１，２がある。どちらの先行文献も、転がり軸受の回転時に軸受内圧が上昇した場合においても、軸受内部からの発塵量を低減することができる転がり軸受に関して提案している。具体的には、芯金と副リップの相対位置またはシール溝と接する接触シールリップ先端形状ならびにシール溝斜面に関して規定している。

特開２０２２－７２０８３号公報 特開２０２２－１０２５８０号公報

上述した2種の先行文献は、軸受内部からの発塵に関する改良案であり、発塵性に関しての形状案として問題はない。どちらの先行文献も、内輪シール溝の軸方向外側面で接触する構造（以下、内輪接触部）をしており、内圧の上昇による軸受内部からの発塵に関しては効果的であり、内輪接触部が接触している状態でシール性が担保される。

一方で本シールの軸受挿入後の軸方向位置は、外輪シール溝とシール外径リップの軸受側が軸方向で接触する場所（以下、外輪接触部）によって決定される。外輪シール溝には、シール溝を切削する際に切削性等を考慮して外輪シール溝の軸方向端面は角度が設けられている場合がある。この場合、シールを軸受に挿入した際、外輪接触部において外径リップがこの角度に沿ってしまうと、シールが傾いた状態で位置決めされる。

シールが傾いた状態で位置決めされると、内輪接触部はシール溝との間にすきまができる方向に離れる。内輪接触部ですきまが生じてしまうとシール性を十分に発揮できない状態となる。特に、従来例のようにシール溝外側と接触する形式では、内輪接触部は締め代をもって挿入される。このため、シールは、締め代の反力により外輪接触面に沿って倒れる力が発生しやすく、シール性が安定しにくい。先行文献では、この事象に対しての記載はない。

先に述べたように、軸受に挿入されるシールと軸受の軸方向相対位置は、外輪シール溝との接触状態によって決められる。図１３に示すように、外輪接触面３０は傾斜がついている場合があり、シール部材３１がこの外輪接触面３０の傾斜に沿うように挿入されると、シール部材３１全体が倒れる。

特に、内輪シール溝３２の軸方向外側で接触するシール部材３１では、内輪シール溝３２と内径リップ３３は締め代をもって挿入される。そのため、その反力によりシール部材３１には、外輪接触面３０に沿って倒れる力Ｆ１が発生しやすく、倒れることで締め代は少なくなり、シール性が安定せず、倒れた状態で軸受に予圧を付加することで、軸受内部すきま分、外輪３４と内輪３５の相対位置が変化し、場合によってはすきまを生じる。このため、基油漏れ等が発生し、ロバスト性に欠ける。

本発明の目的は、シール性が安定する転がり軸受を提供することである。

本発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の間に介在する複数の転動体と、前記内輪および外輪間の軸受空間を塞ぐシール部材とを備え、前記シール部材の外周側部分が前記外輪のシール溝に固定され、前記シール部材の内周側部分に、前記内輪のシール溝における外側面に接触するリップが設けられた転がり軸受であって、
前記シール部材は、前記内周側部分が軸方向内方に倒れることを抑制するシール倒れ抑制手段を備えた。

この構成によると、シール倒れ抑制手段は、シール部材の内周側部分が軸方向内方つまり軸受内部に向かう方向に倒れることを抑制する。このシール倒れ抑制手段により、シール部材の回転移動範囲が従来構造よりも小さくなる。よって、シール部材の軸受挿入後のシール位置が安定し、また内輪のシール溝における外側面と、リップの接触による反力を受けても、シール部材の位置がずれにくい。このように転がり軸受のシール性を安定にすることができる。

前記シール倒れ抑制手段は、前記シール部材の外周側部分のうち、前記外輪のシール溝と接触する内側面が、軸方向内側に向かうに従って内径側に傾斜する傾斜面を有してもよい。この場合、軸受に挿入されたシール部材の位置が安定しやすいため、シール性がより確実に安定する。また軸受による締め代の変化が少なくなるため、ロバスト性が向上する。

前記傾斜面の角度は、軸方向に垂直な平面に対して以下の関係に設定されていてもよい。
０°＜前記傾斜面の角度≦外輪のシール溝における内側面の傾斜角度
この場合、外輪のシール溝における内側面に、シール部材の傾斜面が略沿って配置されることから、軸受に挿入されたシール部材の位置がより安定化しやすい。

前記シール部材の外周側部分に、この転がり軸受の内圧を逃がす空気孔が設けられていてもよい。この場合、転がり軸受の回転時に軸受内圧を空気孔から逃がすことで、シール部材の締め代の過度な変化、および軸受内圧の上昇に起因するグリースの流出を抑制し得る。

前記シール部材を、転がり軸受における軸方向一方側のみまたは軸方向両側に備えてもよい。シール部材が軸方向一方側のみに設けられている場合、部品点数の低減およびシール溝等の加工工数の低減を図りコスト低減を図れる。シール部材が軸方向両側に設けられている場合、軸受内部からのグリースの流出および大気側からの異物の侵入を抑制し得る。

本発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の間に介在する複数の転動体と、前記内輪および外輪間の軸受空間を塞ぐシール部材とを備え、前記シール部材の外周側部分が前記外輪のシール溝に固定され、前記シール部材の内周側部分に、前記内輪のシール溝における外側面に接触するリップが設けられた転がり軸受であって、前記シール部材は、前記内周側部分が軸方向内方に倒れることを抑制するシール倒れ抑制手段を備えた。このため、転がり軸受のシール性が安定する。

本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の縦断面図である。 同転がり軸受の保持器の斜視図である。 同転がり軸受のシール部材を拡大して示す拡大断面図である。 同シール部材のリップ等の拡大断面図である。 同シール部材と従来例のシール部材の外周側部分を比較して示す拡大断面図である。 同シール部材と従来例のシール部材の外周側部分を、外輪のシール溝と共に示す拡大断面図である。 同転がり軸受のシール部材の斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る転がり軸受におけるシール部材の外周側部分を示す拡大断面図である。 同シール部材の変形例を示す拡大断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る転がり軸受の縦断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る転がり軸受の縦断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る転がり軸受の縦断面図である。 サーボモータ用の転がり軸受等を概略示す図である。 従来例の転がり軸受の課題を説明するための図である。

［第１の実施形態］
本発明の実施形態に係る転がり軸受を図１ないし図７と共に説明する。この転がり軸受は、例えば、サーボモータ等の産業機械、車両等に適用される。但し、転がり軸受は、これらの用途に限定されるものではなく、各種の機械、装置等に適用可能である。

＜転がり軸受の概略構成＞
図１は、転がり軸受１を軸方向を含む平面で切断して見た断面（縦断面）である。他の実施形態における断面図についても同様である。
転がり軸受１は、内輪２と、外輪３と、玉（転動体）４と、保持器５と、シール部材６とを備える深溝玉軸受である。内外輪２，３の軌道面間２ａ，３ａに介在する複数の玉４が、保持器５により周方向一定間隔おきに保持される。シール部材６は、外輪３に取付られ、内輪２および外輪３間の環状空間である軸受空間を塞ぐ。この例では、外輪内周面における軸方向両側にシール部材６，６が取付られている。内外輪２，３間の軸受空間には、グリース等の潤滑剤が封入される。

本明細書において、転がり軸受を、単に、「軸受」という場合がある。以下の説明において、軸受軸心である軸受中心軸ＡＸの方向を「軸方向」といい、軸受中心軸ＡＸに直交する方向を「径方向」といい、軸受中心軸ＡＸ回りの方向を「円周方向または周方向」という。また、軸受中心軸ＡＸに向かう側を「内径側」といい、軸受中心軸ＡＸから離れる側を「外径側」という。

＜保持器＞
図２のように、この例の保持器５は、合成樹脂製であり、二枚の同形状の環状体５ａ，５ａを係合させた二枚合わせ保持器である。この保持器５は、軸方向のポケット形状が円筒形状となるポケットＰｔに玉４（図１）を保持する。各環状体５ａは、複数の半円筒形状のポケット壁部５ｃと、複数の連結板部５ｂとを有する。二つのポケット壁部５ｃ，５ｃが軸方向に互いに組み合わされることで、ポケットＰｔが形成される。前記ポケットＰｔは円周等配に設けられている。保持器５は、ポケットＰｔ間の連結板部５ｂに互いに係合する係合孔Ｋａと係合爪Ｋｂとを有する。係合孔Ｋａに係合爪Ｋｂを係合し二枚の同形状の環状体５ａ，５ａが係合されることにより保持器５が組立てられる。なお保持器５のポケット形状は球面形状であってもよい。

＜シール構造等について＞
図１のように、各シール部材６は、内輪２のシール溝７にリップ１５が接触する接触シールである。内輪２の外周面にシール溝７が周方向に形成され、各シール溝７に対向する外輪３の内周面に、シール部材固定用のシール溝９が設けられる。図３のように、シール部材６は、芯金１０にゴム材１１をモールドしたものであり、シール部材６の外周側部分８が、外輪３のシール溝９に嵌め込まれて固定される。

＜外輪シール溝＞
外輪３のシール溝９は、軸方向外側に向かって順次、内側面９ａ、溝底面９ｃおよび外側面９ｂを有する。図１のように、内側面９ａは、軌道面３ａの軸方向両側に設けられた外輪肩部に繋がる。内側面９ａは、シール溝９を切削する際に切削性等を考慮して、軸方向外側に向かうに従って外径側に傾斜する傾斜面に形成されている。図３のように、内側面９ａに滑らかに繋がる溝底面９ｃは、径方向外径側に凹む形状である。外側面９ｂは、溝底面９ｃに滑らかに繋がり、軸方向外側に向かうに従って内径側に傾斜する傾斜面に形成されている。シール部材６の外周側部分８は、図示外の締め代を有し、弾性変形された状態でシール溝９に嵌め込まれて固定される。

シール部材６の内周側部分１３に、内輪２のシール溝７における外側面７ｃに接触するリップ１５が設けられている。
図１および図３では、シール部材６のリップ１５の一部分が、内輪２のシール溝７に埋め込まれているように示されているが、この一部分は締め代であり、実際には弾性変形された状態でシール溝７に接触している。後述する図９～図１１のシール構造についても同様である。

＜空気孔＞
図７のように、シール部材６の外周側部分８（図３）には、この転がり軸受の内圧を逃がす空気孔１２が複数設けられている。これら空気孔１２は、径方向に沿って形成される径方向の空気孔１２ａ，１２ａと、軸方向に沿って形成される軸方向の空気孔１２ｂとを有する。空気孔１２ａ，１２ｂは、それぞれシール部材６の外周側部分に設けられた溝から成る。これら径方向の空気孔１２ａ，１２ａと軸方向の空気孔１２ｂとが異なる円周方向位置に設けられている。空気孔１２ａ，１２ｂの個数および円周方向位置は、図７に限定されるものではない。

図３および図７のように、径方向の空気孔１２ａ，１２ａと、軸方向の空気孔１２ｂは、シール溝９の溝底面９ｃを介して連通する。よって、転がり軸受１（図１）の回転時に軸受内圧を、二つの径方向の空気孔１２ａ，１２ａから軸方向の空気孔１２ｂを経由して外部に逃がし得る。

＜内輪シール溝＞
図１のように、内輪２のシール溝７は、軸方向外側に向かって順次、内側面７ａ、溝底面７ｂおよび外側面７ｃを有する。ここで、シール溝７において、軸受内部方向の側面を内側面７ａ、軸受外部方向の側面を外側面７ｃという。
内側面７ａは、軌道面２ａの軸方向両側に設けられた内輪肩部に繋がり、軸方向外側に向かうに従って内径側に傾斜する傾斜面に形成されている。この内側面７ａに滑らかに繋がる溝底面７ｂは、内径側に凹む形状である。外側面７ｃは、溝底面７ｂに滑らかに繋がり、軸方向外側に向かうに従って外径側に傾斜する傾斜面に形成されている。

図３のように、シール部材６におけるゴム材１１の材質は、ニトリルゴムを標準的に使用するが、使用温度に応じてアクリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム等の他の材質を適用してもよい。

＜リップ＞
図４のように、シール部材６のうち、芯金１０の内径よりも径方向内方に延びる内周側部分１３は、前記ゴム材１１から成る。内周側部分１３は、内径側に向かうに従って肉厚が小さくなるくびれ部１４と、このくびれ部１４にそれぞれ繋がる主リップ（リップ）１５と、副リップ１６とを有する。これらくびれ部１４、主リップ１５および副リップ１６は一体成形されている。前記一体成形とは、くびれ部１４、主リップ１５および副リップ１６が、複数の要素を結合したものではなく単一の材料から例えば射出成形等により単独の物の一部または全体として成形されたことを意味する。

くびれ部１４の内径側端部に主リップ１５が繋がり、この主リップ１５の基端部１５ａの内側面部分から副リップ１６が軸方向内側に突出する。図１に示すように、副リップ１６の先端部とシール溝７の内側面７ａとの間でラビリンスシールＲｓが形成されている。

図４のように、主リップ１５は、軸方向外側に向かう従って内径側に傾斜する基端部１５ａと、この基端部１５ａから内径方向に延びるリップ本体部１５ｂと、このリップ本体部１５ｂにおける先端側の外側面部分に設けられる先端部１５ｃとを有する。この主リップ１５の先端部１５ｃが、シール溝７の外側面７ｃに法線方向に当たるＲ形状に形成されている。主リップ１５の先端部１５ｃの外径面１５ｃａは、軸方向外側に向かうに従って内径側に傾斜し且つ前記Ｒ形状に滑らかに繋がる。

＜シール倒れ抑制手段＞
図３のように、シール部材６は、内周側部分１３が軸方向内方に倒れることを抑制するシール倒れ抑制手段Ｓｔを備える。具体的には、シール倒れ抑制手段Ｓｔは、シール部材６の外周側部分８のうち、外輪３のシール溝９と接触する内側面８ａが、軸方向内側に向かうに従って内径側に傾斜する傾斜面８ａａを有するものである。ここで、シール部材６の外周側部分８において、軸受内部方向の側面を内側面８ａという。軸方向内側とは、軸受内部の方向をいう。

図５は、本実施形態のシール部材６（図５（ｂ））と、従来例のシール部材６０（図５（ａ））の外周側部分８，８０を比較して示す拡大断面図である。
図５（ａ）の従来例では、シール部材６０における外周側部分８０の内側面８０ａが、軸方向に垂直な平面に設けられている。この場合、図６（ａ）のように、シール部材６０が内側面９ａの傾斜に沿うように挿入されると、シール部材６０全体の回転移動範囲が大きくシール部材６０全体が軸方向内方に倒れる。

これに対して、図５（ｂ）に示す本シール部材６は、外周側部分８の内側面８ａが前述の傾斜面８ａａを有する。この傾斜面８ａａの角度αは、図６（ｂ）のように、軸方向に垂直な平面に対して以下の関係に設定されている。
０°＜傾斜面の角度α≦外輪３のシール溝９における内側面９ａの傾斜角度
傾斜面の角度αは、軸方向に垂直な平面に対して以下の関係に設定されていることがより好ましい。
外輪３のシール溝９における内側面９ａの傾斜角度－１°≦傾斜面の角度α≦外輪３のシール溝９における内側面９ａの傾斜角度

＜作用効果＞
以上説明した図１の転がり軸受１によると、シール倒れ抑制手段Ｓｔは、内周側部分１３（図３）を含むシール部材６全体が軸方向内方に倒れることを抑制する。図６（ｂ）のように、シール倒れ抑制手段Ｓｔは、シール部材６の外周側部分８のうち、外輪３のシール溝９と接触する内側面８ａが、軸方向内側に向かうに従って内径側に傾斜する傾斜面８ａａを有する。この傾斜面８ａａにより、シール部材６の回転移動範囲が従来構造よりも小さくなる。

よって、シール部材６の軸受挿入時のシール位置が安定し、また図３に示す内輪２のシール溝７における外側面７ｃと、リップ１５の接触による反力を受けても、シール部材６の位置がずれにくい。このように転がり軸受のシール性を安定にすることができる。また軸受による締め代の変化が少なくなるため、ロバスト性が向上する。

図７のように、シール部材６の外周側部分に、転がり軸受１（図１）の内圧を逃がす空気孔１２が設けられている。このため、転がり軸受１（図１）の回転時に軸受内圧を空気孔１２から逃がすことで、シール部材６の締め代の過度な変化、および軸受内圧の上昇に起因するグリースの流出を抑制し得る。

＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

［第２の実施形態：図８Ａ、傾斜面＋平担面］
図８Ａのように、シール部材６の外周側部分８における内側面８ａが、傾斜面８ａａと、この傾斜面８ａａの内径縁部に繋がる平坦面８ａｂとを有するものであってもよい。平坦面８ａｂは、例えば、軸方向に垂直な平面に平行に設けられる。この場合、平坦面８ａｂを、傾斜面８ａａの角度αを規定する際の基準面として使用し得る。これにより、傾斜面８ａａの角度αをより高精度化することができ、シール部材６の軸受挿入時のシール位置がより安定しやすい。その他、前述の実施形態と同様の作用効果を奏する。

［変形例：図８Ｂ、傾斜面＋平担面＋凸部］
図８Ｂのように、平担面８ａｂに、複数の凸部１７が円周方向および径方向に設けられてもよい。このシール部材６の軸受挿入時において、各凸部１７の突出方向先端部分は、外輪のシール溝における内側面に弾性変形した状態で接触する。この場合、各凸部１７の押圧力により、図８Ａのシール構造よりも、シール部材６の軸受挿入時のシール位置がより安定しやすい。

［第３の実施形態：図９、片側シール］
図９のように、シール部材６を、転がり軸受１における軸方向一方側のみに備えてもよい。この場合、軸方向両側にシール部材を備えた転がり軸受よりも、部品点数の低減およびシール溝等の加工工数の低減を図りコスト低減を図れる。

［第４の実施形態：図１０、冠形保持器］
図１０のように、保持器５は、ポケットＰｔの軸方向一方側を開口した形状のいわゆる冠形保持器であってもよい。この場合、前述の二枚合わせ保持器よりも、保持器５の部品点数を低減し、組立工数の低減を図れる。

［第５の実施形態：図１１、片側シール］
図１１のように、冠形の保持器５を備えた転がり軸受１において、シール部材６を、転がり軸受１における軸方向一方側のみに備えてもよい。

各実施形態において、シール部材の外周側部分における空気孔を省略ないし増やすことも可能である。つまりシール部材に、空気孔が設けられていない構成としてもよいし、複数の空気孔が設けられる構成でもよい。
深溝玉軸受において、鉄板波形保持器を用いてもよい。
シール倒れ抑制手段を備えた転がり軸受は、深溝玉軸受に限定されるものではなく、アンギュラ玉軸受、円すいころ軸受、円筒ころ軸受等各種軸受に適用可能である。

以上、実施形態に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…転がり軸受、２…内輪、３…外輪、４…玉（転動体）、６…シール部材、８…外周側部分、８ａ…内側面、８ａａ…傾斜面、９…シール溝、９ｂ…外側面、１２ａ，１２ｂ…空気孔、１３…内周側部分、１５…リップ、Ｓｔ…シール倒れ抑制手段

Claims (5)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の間に介在する複数の転動体と、前記内輪および外輪間の軸受空間を塞ぐシール部材とを備え、前記シール部材の外周側部分が前記外輪のシール溝に固定され、前記シール部材の内周側部分に、前記内輪のシール溝における外側面に接触するリップが設けられた転がり軸受であって、
   前記シール部材は、前記内周側部分が軸方向内方に倒れることを抑制するシール倒れ抑制手段を備えた転がり軸受。
2. 請求項１に記載の転がり軸受において、前記シール倒れ抑制手段は、前記シール部材の外周側部分のうち、前記外輪のシール溝と接触する内側面が、軸方向内側に向かうに従って内径側に傾斜する傾斜面を有する転がり軸受。
3. 請求項２に記載の転がり軸受において、前記傾斜面の角度は、軸方向に垂直な平面に対して以下の関係に設定されている転がり軸受。
   ０°＜前記傾斜面の角度≦外輪のシール溝における内側面の傾斜角度
4. 請求項２または請求項３に記載の転がり軸受において、前記シール部材の外周側部分に、この転がり軸受の内圧を逃がす空気孔が設けられている転がり軸受。
5. 請求項２または請求項３に記載の転がり軸受において、前記シール部材を、転がり軸受における軸方向一方側のみまたは軸方向両側に備えた転がり軸受。