特開 2024-154015 転がり軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024154015

(43)【公開日】2024-10-30

(54)【発明の名称】転がり軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/78 20060101AFI20241023BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20241023BHJP

   F16J 15/3204 20160101ALI20241023BHJP

【ＦＩ】

F16C33/78 D

F16C19/06

F16J15/3204 201

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023067589

(22)【出願日】2023-04-18

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(72)【発明者】

【氏名】倉持 尚史

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 雅之

(72)【発明者】

【氏名】迫田 裕成

(72)【発明者】

【氏名】石和田 博

【テーマコード（参考）】

3J006

3J216

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J006AE12

3J006AE15

3J006AE34

3J006AE41

3J006CA01

3J216AA02

3J216AA12

3J216AB48

3J216BA30

3J216CA01

3J216CA04

3J216CB03

3J216CB12

3J216CC01

3J216CC17

3J216CC33

3J216GA10

3J701AA02

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701BA73

3J701EA63

3J701FA13

3J701FA60

(57)【要約】

【課題】軸受内部から軸受外部への発塵を抑制する転がり軸受を提供する。
【解決手段】玉軸受１のシール６は、外周側の端部に設けられ外輪３に固定される固定端部６ａと、内周側の端部に設けられ内輪２に接触するリップ７を含む接触端部６ｂと、有し、リップ７の表面のうち軸受外部１Ａ側に位置する外部側表面７ａと、内輪２のシール溝１２の内側面１２ｓと、が交差する角度をα１とし、リップ７の表面のうち軸受内部１Ｂ側に位置する内部側表面７ｂと、内側面１２ｓと、が交差する角度をβ１としたとき、α１＜β１である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置される転動体と、軸受内部と軸受外部とを仕切るシール部材と、を備え、
前記シール部材は、径方向の一端部に設けられ前記内輪及び前記外輪のうちの一方の軸受輪に固定される固定端部と、径方向の他端部に設けられ前記内輪及び前記外輪のうちの他方の軸受輪に接触するリップを含む接触端部と、有し、
前記リップの表面のうち前記軸受外部側に位置する外部側表面と、前記他方の軸受輪の表面と、が交差する角度をα１とし、
前記リップの表面のうち前記軸受内部側に位置する内部側表面と、前記他方の軸受輪の表面と、が交差する角度をβ１としたとき、
α１＜β１である、
転がり軸受。

【請求項2】

前記接触端部は、前記リップとは別に設けられ前記他方の軸受輪に接触する第２リップを更に含み、
前記第２リップの表面のうち前記軸受外部側に位置する外部側表面と、前記他方の軸受輪の表面と、が交差する角度をα２とし、
前記第２リップの表面のうち前記軸受内部側に位置する内部側表面と、前記他方の軸受輪の表面と、が交差する角度をβ２としたとき、
α２＞β２である、
請求項１に記載の転がり軸受。

【請求項3】

前記第２リップは、前記接触端部のうち最も軸受内部側の位置で前記他方の軸受輪に接触する、請求項２に記載の転がり軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、転がり軸受に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、下記特許文献１，２に記載の転がり軸受が知られている。これらの軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に配置される玉と、シールと、を備えている。シールの外周側の端部は固定側の軌道輪である外輪に固定されており、シールの内周側の端部に設けられたリップが回転側の軌道輪である内輪に摺接している。このようなシールにより軸受内部と軸受外部とが仕切られ、軸受外部から軸受内部への異物の侵入が抑制され、軸受内部から軸受外部への発塵が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開2022-102580号公報

【特許文献2】特開2022-39848号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この種の転がり軸受では、例えば光学式のエンコーダに使用される場合など、回転時における軸受内部からの発塵（例えばグリース漏れ）によって軸受周辺の部品が汚染されることが特に問題になる場合がある。このような場合には特に転がり軸受の発塵を抑制することが求められる。本発明は、軸受内部から軸受外部への発塵を抑制する転がり軸受を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の要旨は以下の通りである。

【0006】

〔１〕内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置される転動体と、軸受内部と軸受外部とを仕切るシール部材と、を備え、前記シール部材は、径方向の一端部に設けられ前記内輪及び前記外輪のうちの一方の軸受輪に固定される固定端部と、径方向の他端部に設けられ前記内輪及び前記外輪のうちの他方の軸受輪に接触するリップを含む接触端部と、有し、前記リップの表面のうち前記軸受外部側に位置する外部側表面と、前記他方の軸受輪の表面と、が交差する角度をα１とし、前記リップの表面のうち前記軸受内部側に位置する内部側表面と、前記他方の軸受輪の表面と、が交差する角度をβ１としたとき、α１＜β１である、転がり軸受。

【0007】

この転がり軸受によれば、シール部材のリップの表面は軸受輪に対し、軸受外部側では小さい角度（α１）で交差し、軸受内部側では大きい角度（β１）で交差する。従って、リップと軸受輪との接触面においては、軸受外部側から軸受内部側に向かう流体の流れが発生する。従って、軸受内部から軸受外部への発塵が抑制される。

【0008】

〔２〕前記接触端部は、前記リップとは別に設けられ前記他方の軸受輪に接触する第２リップを更に含み、前記第２リップの表面のうち前記軸受外部側に位置する外部側表面と、前記他方の軸受輪の表面と、が交差する角度をα２とし、前記第２リップの表面のうち前記軸受内部側に位置する内部側表面と、前記他方の軸受輪の表面と、が交差する角度をβ２としたとき、α２＞β２である、〔１〕に記載の転がり軸受。

【0009】

この場合、リップによって軸受内部から軸受外部への発塵が抑制され、第２リップによって、軸受外部から軸受内部への異物の侵入が抑制される。

【0010】

〔３〕前記第２リップは、前記接触端部のうち最も軸受内部側の位置で前記他方の軸受輪に接触する、〔２〕に記載の転がり軸受。

【0011】

この場合、軸受内部に存在する潤滑剤が第２リップと軸受輪と接触面に僅かに侵入するので、当該接触面の潤滑性が維持され、第２リップと内側面との摩擦が低減され、軸受の低トルク化が図られる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、軸受内部から軸受外部への発塵を抑制する転がり軸受を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態の玉軸受を一部破断して示す斜視図である。

【図2】玉軸受の回転軸線を含む断面を拡大して模式的に示す断面図である。

【図3】シール溝の内側面とシールのリップとの接触部分（図２におけるIII部分）を拡大して示す断面図である。

【図4】シールが玉軸受に組み込まれる前後の変形を示す断面図である。

【図5】第２実施形態の玉軸受におけるシール溝の内側面とシールのリップとの接触部分を拡大して示す断面図である。

【図6】第３実施形態の玉軸受におけるシール溝の内側面とシールのリップとの接触部分を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（第１実施形態）
図１は、本発明の転がり軸受の第１実施形態である玉軸受１を一部破断して示す斜視図である。図２は、玉軸受１の回転軸線を含む断面を拡大して模式的に示す断面図である。玉軸受１は、例えば深溝玉軸受である。または、玉軸受１は４点接触玉軸受であってもよい。以下の説明において、断りなく「軸方向」、「径方向」、「周方向」というときには、それぞれ、玉軸受１の回転軸線方向、回転径方向、回転周方向を意味するものとする。また、各図中において、軸方向を矢印Ａで、径方向を矢印Ｒで、周方向を矢印Ｃで示す場合がある。

【0015】

図１及び図２に示されるように、玉軸受１は、内輪２、外輪３、複数の玉４、保持器５、及び一対のシール６を備えている。なお、図１においてはシール６の図示が省略されている。内輪２は円環状の部材であり、内輪２の外周面には、周方向に延びる内輪軌道面２ａが形成されている。外輪３は、内輪２と同心の円環状の部材であり、外輪３の内周面には、周方向に延びる外輪軌道面３ａが設けられている。

【0016】

玉４は、球形状をなし、内輪軌道面２ａと外輪軌道面３ａとの間に挟み込まれ、周方向に１列に並ぶように配置されている。保持器５は、内輪２と外輪３との間に配置され内輪２及び外輪３と同心の環状をなしている。保持器５は、複数の玉４をそれぞれ転動自在に保持するとともに玉４同士の周方向間隔を規制する。保持器５に保持された各玉４は、例えば周方向に等ピッチで並んでいる。内輪２、外輪３、及び玉４の各材料としては、軸受鋼、特殊熱処理がされた鋼材、ステンレス、などの、軸受に使用可能な鋼材全般が採用され得る。内輪軌道面２ａ、外輪軌道面３ａ、玉４及び保持器５が存在する軸受内部１Ｂには潤滑剤が収容されている。潤滑剤は、例えばグリースであり、玉４と外輪軌道面３ａ、玉４と内輪軌道面２ａ、玉４と保持器５、といったような相互に接触する部分に入り込んで摩擦及び摩耗を低減する。

【0017】

図２及び図３を参照しながらシール６について説明する。図３は、図２におけるIII部分を拡大して示す図である。シール６は、軸受内部１Ｂの空間を塞ぐ円環状の部材であり、一対のシール６，６は互いに同じ構成をなしている。本実施形態におけるシール６は接触式シールである。シール６は、例えば、鋼板等からなる芯金と、当該芯金に固着されたゴム材等からなる弾性体と、で構成されている。図２に示されるように、内輪２の外周面には、内輪軌道面２ａを軸方向に挟む配置で一対のシール溝１２が設けられている。同様に、外輪３の内周面には、外輪軌道面３ａを軸方向に挟む配置で一対のシール溝１３が設けられている。

【0018】

シール６の外周側の端部は、外輪３のシール溝１３に嵌め込まれ固定される固定端部６ａとして形成されている。シール６の内周側の端部は、内輪２のシール溝１２の内側面１２ｓに接触する接触端部６ｂとして形成されている。接触端部６ｂは、内側面１２ｓに接触するリップ７を有している。玉軸受１の回転時には、シール６は固定側の軌道輪である外輪３に対して不動であり、シール６のリップ７は、内輪２が回転するので、相対的に内側面１２ｓ上を周方向に摺動する。このようなシール６によって玉軸受１の軸受外部１Ａと軸受内部１Ｂとが仕切られている。リップ７の表面には、微細構造の凹凸が形成されていてもよい。

【0019】

シール６が玉軸受１に組み込まれる際には、シール６は所定のしめしろ分だけ弾性的に変形し、この変形に対する復元力によってリップ７がシール溝１２の内側面１２ｓに押し当てられる。そして、弾性体であるリップ７の先端部は僅かに押し潰され内側面１２ｓに対して所定の幅で接触する。この接触状態において、リップ７の表面のうち軸受外部１Ａ側に位置する外部側表面７ａと、シール溝１２の内側面１２ｓと、が交差する角度をα１とする。また、リップ７の表面のうち軸受内部１Ｂ側に位置する内部側表面７ｂと、シール溝１２の内側面１２ｓと、が交差する角度をβ１とする。このとき、玉軸受１においては、
α１＜β１ …数式（１）
が成立している。

【0020】

図４中において、玉軸受１に組み込まれる前のシール６のリップ７が二点鎖線で示され、玉軸受１に組み込まれた後のシール６のリップ７が実線で示されている。図に示されるように、シール６は、玉軸受１に組み込まれる際に接触端部６ｂが軸受内部１Ｂ側に向けて押されるように変形し、当該変形に対する復元力によってリップ７が内側面１２ｓに対し軸受外部１Ａ側に向けて押し当てられている。従って、玉軸受１に組み込まれた状態で数式（１）が満足されるためには、上記のようなシール６の変形を勘案した上で、玉軸受１に組み込まれる前のシール６の形状が設計されればよい。

【0021】

例えば、図に示されるように、変形によってリップ７が回転する角度をθとし、変形前のリップ７の外部側表面７ａと内側面１２ｓとが交差する角度をα０とし、変形前のリップ７の内部側表面７ｂと内側面１２ｓとが交差する角度をβ０とする。幾何学的に明らかなように、α１＝α０－θ，β１＝β０＋θであるので、シール６が玉軸受１に組み込まれた状態でα１＜β１が満足されるためには、玉軸受１に組み込まれる前の状態において、
α０＜β０＋２θ
が満足されればよい。また、変形時にシール６が折れる点から変形前のリップ７の先端までの距離をＬとし、変形後におけるリップ７と内側面１２ｓとの接触面から変形前のリップ７の先端までの距離をｘとすれば、上記のθは、
θ＝arctan(L/x)
で表される。

【0022】

このようなシール６を備える玉軸受１による作用効果について説明する。シール６のリップ７の表面は内側面１２ｓに対し、軸受外部１Ａ側では小さい角度（α１）で交差し、軸受内部１Ｂ側では大きい角度（β１）で交差する。従って、リップ７と内側面１２ｓとの接触面においては、軸受外部１Ａ側から軸受内部１Ｂ側に向かう流体の流れが発生する。従って、軸受内部１Ｂの潤滑剤はリップ７によって封止され、軸受内部１Ｂから軸受外部１Ａへの発塵が抑制される。

【0023】

なお、上記のように潤滑剤がリップ７によって封止される原理は次のように考えられる。玉軸受１の回転中において、リップ７の内側面１２ｓに対する接触面には、内側面１２ｓとの摺動による摩擦力により歪みが生じ、ねじりせん断力が生じて、くさび状の微細な凹凸構造が形成される。この凹凸構造のパターンがねじポンプの役割をする。そして、上記角度α１，β１の大小関係により、接触面の歪みの最大値は軸受内部１Ｂ側に近い側に生じるので、軸受外部１Ａ側から軸受内部１Ｂ側へのポンピング作用が、軸受内部１Ｂ側から軸受外部１Ａ側へのポンピング作用を上回る。その結果、軸受外部１Ａ側から軸受内部１Ｂ側に向かう流体の流れが発生し、潤滑剤は軸受内部１Ｂに封止される。

【0024】

なお、前述のようにリップ７の表面に微細構造の凹凸がもともと形成されている場合には、上記のようなねじポンプの作用がより発現し易く、その結果、軸受内部１Ｂから軸受外部１Ａへの発塵が更に効率的に抑制される。

【0025】

また、軸受外部１Ａから軸受内部１Ｂまで連通する空気穴（図示せず）がシール６に設けられていてもよい。この場合、玉軸受１の回転時の温度上昇などにより軸受内部１Ｂの圧力が上昇したときに、この圧力が空気穴を通じて軸受外部１Ａに抜ける。従って、上記圧力でシール６が捲れることによる軸受内部１Ｂからの発塵が抑制される。

【0026】

また、シール６の接触端部６ｂが複数のリップを有していてもよい。この場合、複数のリップのうちの少なくとも１つが数式（１）を満足するものであればよい。

【0027】

（第２実施形態）
本発明の転がり軸受の第２実施形態について説明する。本実施形態の玉軸受は、図５に示されるように、リップ７とシール溝１２の内側面１２ｓとの接触の態様が第１実施形態と相違する。その他の点においては第１実施形態と同様であるので、重複する説明を省略する。本実施形態の玉軸受におけるシール６は、玉軸受１に組み込まれる際に、リップ７が軸受外部１Ａ側に向けて押されるように変形し、当該変形に対する復元力によってリップ７が内側面１２ｓに対し軸受内部１Ｂ側に向けて押し当てられている。この態様によれば、軸受外部１Ａの圧力が上昇した際に、リップ７が内側面１２ｓに押し付けられて軸受内部１Ｂの密封性を向上させる効果がある。

【0028】

本実施形態においても、リップ７の外部側表面７ａと内側面１２ｓとが交差する角度α１と、内部側表面７ｂと内側面１２ｓとが交差する角度β１と、の間に前述の数式（１）が成立している。従って、本実施形態の玉軸受においても第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

【0029】

（第３実施形態）
本発明の転がり軸受の第３実施形態について説明する。本実施形態の玉軸受では、図６に示されるように、接触端部６ｂが複数のリップを有する点において第１実施形態と相違する。その他の点においては第１実施形態と同様であるので、重複する説明を省略する。図６に示されるように、本実施形態における接触端部６ｂは、内側面１２ｓに接触する２つのリップ８，９を有している。リップ９は、リップ８よりも軸受内部１Ｂ側の位置で内側面１２ｓに接触している。リップ９は、接触端部６ｂのうち最も軸受内部１Ｂ側の位置で内輪２に接触しているとも言える。

【0030】

リップ８の内側面１２ｓに対する接触状態は、第１実施形態におけるリップ７と同様である。すなわち、リップ８の外部側表面８ａと内側面１２ｓとが交差する角度α１と、リップ８の内部側表面８ｂと内側面１２ｓとが交差する角度β１と、の間に前述の数式（１）が成立している。

【0031】

一方、リップ９の内側面１２ｓに対する接触状態は次の通りである。リップ９の表面のうち軸受外部１Ａ側に位置する外部側表面９ａと、内側面１２ｓと、が交差する角度をα２とする。また、リップ９の表面のうち軸受内部１Ｂ側に位置する内部側表面９ｂと、内側面１２ｓと、が交差する角度をβ２とする。このとき、
α２＞β２ …数式（２）
が成立している。

【0032】

この玉軸受によれば、数式（１）が満たされるリップ８によって、前述のリップ７（図３）と同様にして、軸受内部１Ｂから軸受外部１Ａへの発塵が抑制される。また、数式（２）が満たされるリップ９によって、リップ９と内側面１２ｓとの接触面には、軸受内部１Ｂから軸受外部１Ａに向かう方向の潤滑剤の流れが生じるので、軸受外部１Ａから軸受内部１Ｂへの異物の侵入が抑制される。また、リップ９と内側面１２ｓとの接触面に侵入する潤滑剤によって当該接触面の潤滑性が維持されるので、リップ９と内側面１２ｓとの摩擦が低減され、玉軸受の低トルク化が図られる。

【0033】

なお、接触端部６ｂが、少なくとも１つの、数式（１）を満足するリップ８と、少なくとも１つの、数式（２）を満足するリップ９と、を含む３つ以上のリップを有していてもよい。また、数式（２）を満足するリップ９が接触端部６ｂのうち最も軸受内部１Ｂ側の位置に配置され、数式（１）を満足するリップ８が他のいずれかの位置に少なくとも１つ存在すれば、上記と同様の作用効果が得られる。

【0034】

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して変形例を構成することも可能である。各実施形態等の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

【0035】

例えば、第３実施形態において、リップ８とリップ９との内側面１２ｓに対する接触状態を逆にしてもよい。すなわち、軸受外部１Ａ側のリップ８においてα１＞β１が満足され、軸受内部１Ｂ側のリップ９においてα２＜β２が満足されるようにしてもよい。この場合、リップ８によって軸受外部１Ａから軸受内部１Ｂへの異物の侵入が抑制され、リップ９によって軸受内部１Ｂから軸受外部１Ａへの発塵が抑制される。

【0036】

また、各実施形態のシール６は、外輪３に固定され内輪２に接触するものであるがこれには限定されない。本発明は、内輪２に固定され外輪３に接触するシール６を有する軸受にも適用することができる。また、各実施形態は本発明を玉軸受に適用した例であるが、本発明は、ころ軸受などの他の転がり軸受にも適用することができる。

【符号の説明】

【0037】

１…玉軸受（転がり軸受）、１Ａ…軸受外部、１Ｂ…軸受内部、２…内輪、３…外輪、４…玉（転動体）、６…シール（シール部材）、６ａ…固定端部、６ｂ…接触端部、７…リップ、７ａ…外部側表面、７ｂ…内部側表面、８…リップ、８ａ…外部側表面、８ｂ…内部側表面、９…リップ（第２リップ）、９ａ…外部側表面、９ｂ…内部側表面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】