JP2006329388A - シール付き転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 肉厚の薄い外輪にシール部を取り付けたとしても、外輪とシール部との嵌め合い力による外輪の変形を抑制することができ、外輪の外径及び軌道面の真円度形状の崩れを容易に防止することができるシール付き転がり軸受を提供する。
【解決手段】 シール部１５は、円環板状のシール本体部１８と、シール本体部１８の外周部から軸方向に延びる嵌合部１９と、を有し、芯金１６は、嵌合部１９の軸方向中心よりシール本体部１８側に位置している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シール付き転がり軸受に関し、例えば、工作機械の主軸のように、高精度で回転する軸を支持するのに好適なシール付き転がり軸受に関する。

従来、この種のシール付き転がり軸受としては、例えば、図７に示すものが知られている。

このシール付き転がり軸受は、内周面に外輪軌道面１ａを有する外輪１と、外周面に内輪軌道面２ａを有する内輪２と、外輪軌道面１ａと内輪軌道面２ａとの間に保持器３を介して転動自在に介設される複数の玉４と、外輪１の軸方向端部に取り付けられるシール部５と、を備え、シール部５は、その外周部に形成される嵌合部６を外輪１の軸方向端部に形成されるシール溝１ｂに嵌合することにより外輪１に取り付けられる。

しかし、このように構成されたシール付き転がり軸受は、シール部５と外輪１との嵌め合い力により、外輪１に変形が生じることがあり、高い精度を必要とする工作機械等の主軸に用いられる場合、外輪１の外径及び軌道面１ａの真円度形状が崩れると、軸受回転時の振れ精度が悪化し、ワークあるいは工具を回転させる主軸の回転精度が悪くなるため、加工精度が低下してしまう。

そこで、従来においては、シール部の嵌合部の肉厚を厚くして、弾性材のクッション性により、シール部と外輪との嵌め合い力を低下させることで、外輪の変形を抑制するシール付き転がり軸受（例えば、特許文献１参照）や、シール部の嵌合部を外輪のシール溝に接着剤により固定することで、外輪の変形を抑制するシール付き転がり軸受（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

特開平７−２７９９７８号公報 特開２００１−８２４９６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のシール付き転がり軸受では、肉厚が厚い外輪（例えば、ＪＩＳ寸法系列１０）については、外輪の変形を抑制する効果があるが、肉厚が薄い外輪（例えば、ＪＩＳ寸法系列１９）については、外輪の変形を抑制する効果が不十分である。

また、上記特許文献２に記載のシール付き転がり軸受では、外輪の変形を抑制する効果はあるが、接着剤が軸受内部に浸入して、軸受が破損する可能性がある。さらに、嵌合部にホットメルト等の接着剤を成形して、嵌合部をシール溝に嵌合した後に、レーザ等で接着剤を溶かす工程が必要となるため、製造工程も難しくなってしまう。

本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、肉厚の薄い外輪にシール部を取り付けたとしても、外輪とシール部との嵌め合い力による外輪の変形を抑制することができ、外輪の外径及び軌道面の真円度形状の崩れを容易に防止することができるシール付き転がり軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動自在に介設される複数の転動体と、外輪の軸方向端部に取り付けられ、芯金と弾性材とを有するシール部と、を備えるシール付き転がり軸受であって、シール部は、円環板状のシール本体部と、シール本体部の外周部から軸方向に延びる嵌合部と、を有し、芯金は、嵌合部の軸方向中心よりシール本体部側に位置することを特徴とするシール付き転がり軸受。
（２） シール部は、シール部の軸方向最大幅をＨＳＧとし、芯金の軸方向高さをＨＧとすると、ＨＧ／ＨＳＧ≦０．５０の関係が成立することを特徴とする（１）に記載のシール付き転がり軸受。
（３） 嵌合部は、軸方向側面及び径方向側面の少なくとも一方に凹部を形成することを特徴とする（１）又は（２）に記載のシール付き転がり軸受。
（４） 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動自在に介設される複数の転動体と、外輪の軸方向端部に取り付けられ、芯金と弾性材とを有するシール部と、を備えるシール付き転がり軸受であって、シール部が、円環板状のシール本体部と、シール本体部の外周部から軸方向に延びる嵌合部とを有するとともに、芯金が、嵌合部の軸方向中心よりシール本体部側に位置し、且つ、嵌合部が、軸方向側面及び径方向側面の少なくとも一方に凹部を形成することを特徴とするシール付き転がり軸受。
（５） 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動自在に介設される複数の転動体と、外輪の軸方向端部に取り付けられ、芯金と弾性材とを有するシール部と、を備えるシール付き転がり軸受であって、シール部が、円環板状のシール本体部と、シール本体部の外周部から軸方向に延びる嵌合部とを有するとともに、芯金が、嵌合部の軸方向中心よりシール本体部側に位置して、シール部の軸方向最大幅をＨＳＧとし、芯金の軸方向高さをＨＧとした場合に、ＨＧ／ＨＳＧ≦０．５０の関係が成立し、且つ、嵌合部が、軸方向側面及び径方向側面の少なくとも一方に凹部を形成することを特徴とするシール付き転がり軸受。

本発明のシール付き転がり軸受によれば、シール部は、円環板状のシール本体部と、シール本体部の外周部から軸方向に延びる嵌合部と、を有し、芯金は、嵌合部の軸方向中心よりシール本体部側に位置するため、外輪とシール部との嵌め合い力を低下させることができる。これにより、肉厚の薄い外輪にシール部を取り付けたとしても、外輪の変形を抑制することができ、外輪の外径及び軌道面の真円度形状の崩れを容易に防止することができる。

以下、本発明に係るシール付き転がり軸受の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、本発明に係るシール付き転がり軸受の第１実施形態を説明する。
図１は本発明に係るシール付き転がり軸受の第１実施形態を説明するための要部断面図、図２は図１のＡ部拡大図である。

本実施形態のシール付き転がり軸受１０は、図１に示すように、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に保持器１３を介して転動自在に介設される複数の玉（転動体）１４と、外輪１１の軸方向端部に取り付けられるシール部１５と、を備えている。

シール部１５は、芯金１６にゴム等の弾性材１７を被覆して成形されるもので、円環板状のシール本体部１８と、シール本体部１８の外周部から軸方向に延びる嵌合部１９とを有し、嵌合部１９を外輪１１の内周面の軸方向端部に形成されるシール溝１１ｂに所定の締め代をもって嵌合することにより外輪１１に取り付けられる。また、シール本体部１８の内周部は内輪１２の外周面に対して非接触で対向している。

そして、本実施形態では、図２に示すように、シール部１５は、芯金１６が嵌合部１９の軸方向中心Ｐよりシール本体部１８側に位置するように形成される。また、シール部１５の軸方向最大幅をＨＳＧとし、芯金１６の軸方向高さをＨＧとした場合に、ＨＧ／ＨＳＧ≦０．５０の関係が成立するように形成される。なお、本実施形態では、ＨＧ／ＨＳＧ＝０．５０で形成されている。

また、嵌合部１９の弾性材１７の軸方向側面及び径方向側面には、それぞれ凹部２０，２１が形成されており、この凹部２０，２１間には、シール溝１１ｂに弾性的に密着するリップ部２２が形成されている。なお、リップ部２２の厚さｔは、強度的な観点から、例えば、軸方向最大幅２．０ｍｍのシール部において、０．３ｍｍ以上とするのが好ましく、厚さｔを０．３ｍｍより小さくすると、リップ部２２の強度が低下し過ぎて、リップ部２２が破損し易くなる。

従って、本実施形態のシール付き転がり軸受１０によれば、シール部１５は、円環板状のシール本体部１８と、シール本体部１８の外周部から軸方向に延びる嵌合部１９と、を有し、芯金１６は、嵌合部１９の軸方向中心よりシール本体部１８側に位置するため、外輪１１とシール部１５との嵌め合い力を低下させることができる。これにより、肉厚の薄い外輪１１にシール部１５を取り付けたとしても、外輪１１の変形を抑制することができ、外輪１１の外径及び軌道面１１ａの真円度形状の崩れを容易に防止することができる。さらに、外輪１１の真円度形状の崩れを防止できるため、転がり軸受及び主軸の回転精度悪化を防ぐことができ、加工精度の悪化を防ぐことができる。

また、本実施形態のシール付き転がり軸受１０によれば、シール部１５は、シール部１５の軸方向最大幅をＨＳＧとし、芯金１６の軸方向高さをＨＧとすると、ＨＧ／ＨＳＧ≦０．５０の関係が成立するため、外輪１１とシール部１５との嵌め合い力を低下させることができる。これにより、肉厚の薄い外輪１１にシール部１５を取り付けたとしても、外輪１１の変形を抑制することができ、外輪１１の外径及び軌道面１１ａの真円度形状の崩れを容易に防止することができる。

さらに、本実施形態のシール付き転がり軸受１０によれば、嵌合部１９は、軸方向側面及び径方向側面に凹部２０，２１を形成するため、各凹部２０，２１の間にはリップ部２２が形成される。これにより、シール溝１１ｂに対する嵌合部１９の嵌め合い力を低下させることができるので、外輪１１の変形をさらに抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図３及び図４を参照して、本発明に係るシール付き転がり軸受の第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同等部分については同一符号を付して、その説明を省略或いは簡略化する。
図３は本発明に係るシール付き転がり軸受の第２実施形態を説明するための要部断面図、図４は図３のＡ部拡大図である。

本実施形態のシール付き転がり軸受３０は、図３及び図４に示すように、第１実施形態のシール部１５の代わりに、外周部から軸方向内側に延びる折り曲げ部を設けない円盤状の芯金３６に弾性材１７を被覆して成形されるシール部３５を使用するものである。本実施形態では、シール部３５は、芯金３６が嵌合部１９の軸方向中心Ｐよりシール本体部１８側に位置するように形成される。また、ＨＧ／ＨＳＧ＝０．２０の関係であって、本実施形態でもＨＧ／ＨＳＧ≦０．５０の関係が成立している。
その他の構成及び作用効果は、上記第１実施形態と同様である。

以下に、本発明のシール付き転がり軸受１０（本発明品）の作用効果を確認するために行った試験について説明する。

まず、本試験に使用する本発明品及び従来品と、参考品とにおいて、シール部と外輪との間に発生する嵌め合い力Ｆを解析により計算した。ここで、本発明品とは、図５（ａ）に示すように、ＨＧ／ＨＳＧ＝０．５で、リップ部が形成されるシール付き転がり軸受、従来品とは、図５（ｂ）に示すように、ＨＧ／ＨＳＧ＝０．９で、リップ部が形成されないシール付き転がり軸受、参考品とは、図５（ｃ）に示すように、ＨＧ／ＨＳＧ＝０．９で、リップ部が形成されるシール付き転がり軸受である。また、ＨＳＧ（シール部の軸方向最大幅）はいずれも２．０ｍｍとする。

解析による計算結果は、本発明品では、反力Ｆ＝１２Ｎ、従来品では、反力Ｆ＝４６Ｎ、参考品では、反力Ｆ＝２５Ｎであった。これにより、本発明品は従来品と比較して、反力が１／４になることが確認できた。

そして、本試験では、本発明品（図５（ａ））及び従来品（図５（ｂ））のシール付き転がり軸受をそれぞれ１０個ずつ製作し、そのシール部装着前後の外輪の外径真円度を測定する。なお、シール部装着前においては、外輪の外径真円度は、本発明品及び従来品ともに１μｍ以下であった。結果を図６に示す。

図６から明らかなように、本発明品の外径真円度の変化量が１μｍ以内であるのに対して、従来品の外径真円度の変化量が１．８〜５．２μｍであることから、本発明品は従来品と比較して、外径真円度の変化量が非常に小さいことがわかった。

なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、上記各実施形態では、転がり軸受として、アンギュラ玉軸受を例示したが、アンギュラ玉軸受以外の玉軸受や円筒ころ軸受、円錐ころ軸受等に本発明を適用してもよい。
また、上記各実施形態では、非接触式のシール部を例示したが、接触式のシール部としてもよい。
また、上記各実施形態では、シール部の嵌合部を軸方向内方に向けてシール溝に嵌め込んだ場合を例示したが、これに代えて、シール部の嵌合部を軸方向外方に向けてシール溝に嵌め込むようにしてもよい。
さらに、上記各実施形態では、嵌合部の軸方向側面及び径方向側面に凹部を形成する場合を例示したが、凹部は形成しなくてもよい。

なお、本発明の外輪、内輪、外輪軌道面、内輪軌道面、転動体、芯金、弾性材、シール部、シール本体部、嵌合部、凹部等の構成は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

本発明に係るシール付き転がり軸受の第１実施形態を説明するための要部断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 本発明に係るシール付き転がり軸受の第２実施形態を説明するための要部断面図である。 図３のＡ部拡大図である。 （ａ）は本発明品を、（ｂ）は従来品を、（ｃ）は参考品を説明するための一部拡大断面図である。 本発明品及び従来品における外輪の外径真円度の変化量を示すグラフ図である。 従来のシール付き転がり軸受を説明するための要部断面図である。

符号の説明

１０，３０ シール付き転がり軸受
１１ａ 外輪軌道面
１１ 外輪
１２ａ 内輪軌道面
１２ 内輪
１４ 転動体
１５，３５ シール部
１６，３６ 芯金
１７ 弾性材
１８ シール本体部
１９ 嵌合部
２０，２１ 凹部
２２ リップ部

Claims (5)

1. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に介設される複数の転動体と、前記外輪の軸方向端部に取り付けられ、芯金と弾性材とを有するシール部と、を備えるシール付き転がり軸受であって、
   前記シール部は、円環板状のシール本体部と、前記シール本体部の外周部から軸方向に延びる嵌合部と、を有し、
   前記芯金は、前記嵌合部の軸方向中心より前記シール本体部側に位置することを特徴とするシール付き転がり軸受。
2. 前記シール部は、前記シール部の軸方向最大幅をＨＳＧとし、前記芯金の軸方向高さをＨＧとすると、ＨＧ／ＨＳＧ≦０．５０の関係が成立することを特徴とする請求項１に記載のシール付き転がり軸受。
3. 前記嵌合部は、軸方向側面及び径方向側面の少なくとも一方に凹部を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のシール付き転がり軸受。
4. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に介設される複数の転動体と、前記外輪の軸方向端部に取り付けられ、芯金と弾性材とを有するシール部と、を備えるシール付き転がり軸受であって、
   前記シール部が、円環板状のシール本体部と、前記シール本体部の外周部から軸方向に延びる嵌合部とを有するとともに、前記芯金が、前記嵌合部の軸方向中心より前記シール本体部側に位置し、且つ、前記嵌合部が、軸方向側面及び径方向側面の少なくとも一方に凹部を形成することを特徴とするシール付き転がり軸受。
5. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に介設される複数の転動体と、前記外輪の軸方向端部に取り付けられ、芯金と弾性材とを有するシール部と、を備えるシール付き転がり軸受であって、
   前記シール部が、円環板状のシール本体部と、前記シール本体部の外周部から軸方向に延びる嵌合部とを有するとともに、前記芯金が、前記嵌合部の軸方向中心より前記シール本体部側に位置して、前記シール部の軸方向最大幅をＨＳＧとし、前記芯金の軸方向高さをＨＧとした場合に、ＨＧ／ＨＳＧ≦０．５０の関係が成立し、且つ、前記嵌合部が、軸方向側面及び径方向側面の少なくとも一方に凹部を形成することを特徴とするシール付き転がり軸受。

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