JP2018112235A - リニアボールベアリング - Google Patents

Abstract

【課題】リニアボールベアリングの外輪に取り付けられたシール部材と、外輪及び保持器の内方に通された相手部材との間の摺動抵抗を抑制する。
【解決手段】シール部材４０のうち、外輪１０及び保持器３０の内方に通された相手部材５０と摺接する部分に、繊維材、軟質発泡材または軟質樹脂材からなる柔軟性構造体が形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、リニアボールベアリングに関し、特にリニアボールベアリングの密封構造に関する。

リニアボールベアリングは、リニア軸受の一種であり、大別すると、無限直線運動をする形式と、有限直線運動をする形式とに分かれる。いずれの形式でも、外輪と、外輪の内側を軸方向に転動する複数のボール列と、外輪の内方で複数のボール列を保持する保持器とを備え、それら外輪及び保持器の内方に相手部材を通すようになっている。その相手部材に対して相対的に直線運動する別部材は、外輪に取り付けられる。

リニアボールベアリングの耐防埃性を考慮し、外輪にシール部材を取り付けることが行われている。シール部材は、その保持器よりも軸方向外部側に位置し、外輪と相手部材との間でシール性を発揮する。シール部材としては、エラストマによって形成されたシールリップを有し、そのシールリップの表面において相手部材の外周と摺接するものが利用されている（例えば、特許文献１）。

実開平１−１３５２２４号公報

しかしながら、シール部材と相手部材との間の摺動抵抗は、前述の相手部材と別部材を軸方向に相対移動させる機器の動力損失になる問題がある。また、シール部材と相手部材との間の摺接を強化してシール性を向上させると、その摺動抵抗が増加することになる。

上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、リニアボールベアリングの外輪に取り付けられたシール部材と、外輪及び保持器の内方に通された相手部材との間の摺動抵抗を抑制することにある。

上記の課題を達成するため、この発明は、外輪と、前記外輪の内側を軸方向に転動する複数のボール列と、前記外輪の内方で前記複数のボール列を保持する保持器と、前記保持器よりも軸方向外部側に位置するように前記外輪に取り付けられたシール部材と、を備えるリニアボールベアリングにおいて、前記シール部材のうち、前記外輪及び前記保持器の内方に通された相手部材と摺接する部分に、繊維材、軟質発泡材または軟質樹脂材からなる柔軟性構造体が形成されている構成を採用したものである。

上記構成によれば、シール部材のうち、相手部材と摺接する部分に柔軟性構造体が形成され、当該柔軟性構造体がグリースを捕捉する。グリースを潤沢にもつ柔軟性構造体は、相手部材と摺接してもシール部材と相手部材との間の摺動抵抗を増加させるものとならない。一方、その摺動抵抗は、柔軟性構造体に捕捉されたグリースによって抑制される。

例えば、前記シール部材は、ゴムによって形成された弾性部を有し、前記柔軟性構造体は、前記弾性部の表面に繊維材が植設された植毛部である。

例えば、前記弾性部は、前記相手部材に向かって次第に尖った形状のシールリップを有し、前記シールリップに前記植毛部が設けられている。

この発明は、上記構成の採用により、リニアボールベアリングの外輪に取り付けられたシール部材と、外輪及び保持器の内方に通された相手部材との間の摺動抵抗を抑制することができる。

この発明の実施形態に係るリニアボールベアリングを示す断面図 図１のリニアボールベアリングの側面を示す部分側面図 図１のシールリップ付近の拡大図

以下、この発明の実施形態に係るリニアボールベアリングを添付図面に基づいて説明する。図１、図２に例示するリニアボールベアリングは、外輪１０と、外輪１０の内側を軸方向に転動する複数のボール列２０と、外輪１０の内方で複数のボール列２０を保持する保持器３０と、保持器３０よりも軸方向外部側に位置するように外輪１０に取り付けられたシール部材４０とを備える。外輪１０及び保持器３０の内方には、図中に二点鎖線で示すように相手部材５０が通される。外輪１０の外側には、相手部材５０に対して軸方向に相対的に直線運動する別部材（図示省略）が取り付けられる。

ここで、軸方向は、外輪１０が移動可能な直線方向のことであり、図１中で左右方向に相当する。以下、軸方向に対して直角な方向のことを径方向といい、外輪１０の幾何的中心となる軸方向の中心線回りの円周方向のことを周方向という。

外輪１０は、筒状になっている。外輪１０は、周方向全周に連なる筒状、又は周方向一部で断絶する筒状のいずれでもよい。

外輪１０の外側には、対の止め輪溝１１が形成されている。対の止め輪溝１１に止め輪（図示省略）を嵌着すれば、外輪１０の外側に嵌合された別部材（図示省略）の軸方向変位を制限することが可能である。別部材（図示省略）を軸方向に駆動すれば、外輪１０と別部材（図示省略）を軸方向に一体に移動させることが可能である。

外輪１０は、直線運動を無限にすることが可能な形式のものとなっている。外輪１０の内側には、複数の軌道面１２及びボール循環路１３が周方向に均等間隔で形成されている。 軌道面１２及びボール循環路１３は、１つのボール列２０の移動経路を構成しており、ボール列２０と同数だけ存在する。

軌道面１２は、軸方向に沿っている。ボール循環路１３は、軌道面１２の両端にそれぞれ連続する対のテーパ部１４と、これらテーパ部１４間を繋ぐ循環溝１５とからなる。循環溝１５は、軌道面と異なる周方向位置にあり、軸方向に延びている。循環溝１５の溝底は、軌道面１２よりも大径な位置にある。

保持器３０は、複数のボール列２０を内側から支え、かつボール列２０間の周方向間隔を保つ環状部材になっている。保持器３０は、周方向に均等間隔で形成された複数のポケット部３１を有し、ポケット部３１ごとに、所定数のボール２１からなるボール列２０を保持する。

ポケット部３１は、外輪１０のボール循環路１３と協働してボール２１を軌道面１２に循環させるトラック形のものとなっている。ポケット部３１は、ボール２１を軌道面１２に沿って転動させる直線スリット路３２と、軌道面１２の両端間でボール２１をボール循環路１３に沿って移動させる対向循環路３３とで構成されている。対向循環路３３のうち、外輪１０の循環溝１５と径方向に対向する部分は、保持器３０の外側に溝状に形成されている。

ボール２１が保持器３０のポケット部３１内で自由に転がって外輪１０の軌道面１２とボール循環路１３の間を循環することが可能なため、外輪１０が移動ストロークの制限なく相手部材に対して軸方向に移動することが可能である。ボール循環路１３及び対向循環路３３間を通るボール２１には荷重が負荷されず、外輪１０及び保持器３０は、相手部材５０に対して相対的に回転することができない。なお、このリニアボールベアリングは、無限直線運動をする形式のものを例示したが、有限直線運動をする形式に変更してもよい。

相手部材５０は、外輪１０の軌道面１２及び保持器３０の直線スリット路３２と径方向に対向する位置において軸方向に沿った転走面５１を有する。相手部材５０は、例えば、静止する軸である。

相手部材５０に対して、別部材（図示省略）と一体に外輪１０が軸方向に相対的に移動すると、各ボール列２０のボール２１は、対応の外輪１０の軌道面１２と相手部材５０の転走面５１間に介在しながら軸方向に転動し、軌道面１２の一端を通過すると、保持器３０の対向循環路３３及び外輪１０のボール循環路１３に導かれて軌道面１２の他端に戻る。

外輪１０の軌道面１２、相手部材５０の転走面５１及びボール２１の各間は、グリースで潤滑される。

グリースの組成要素である基油としては、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリブテン油、ポリ−α−オレフィン油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油などの炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、りん酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素化油などの非炭化水素系合成油などが挙げられる。これらの基油は、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

また、グリースの組成要素である増ちょう剤としては、例えば、アルミニウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん、複合リチウム石けん、複合カルシウム石けん、複合アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物、ポリウレア化合物などのウレア系化合物、ＰＴＦＥ樹脂などのフッ素樹脂粉末が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

また、グリースには、必要に応じて公知の添加剤を添加できる。添加剤としては、例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗抑制剤、多価アルコールエステルなどの防錆剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイトなどの固体潤滑剤、エステル、アルコールなどの油性剤などが挙げられる。

図１、３に示すように、外輪１０の内側には、他部材の取り付けに使用される対の取付溝１６が形成されている。取付溝１６は、外輪１０のうち、軌道面１２及びボール循環路１３よりも軸方向外部側の位置にある。取付溝１６は、図示の溝横断面形状で周方向に連続している。

シール部材４０は、相手部材５０の外周に形成されたシール摺動面５２に接触し、外輪１０の内周と相手部材５０の外周との間の径方向すきまを塞ぐものである。シール部材４０の外周縁を外輪１０の取付溝１６に圧入嵌合することによって、シール部材４０が外輪１０の内側に取り付けられる。なお、シール摺動面５２は、転走面５１と同一の円筒面を成すように形成されている。

シール部材４０は、保持器３０の軸方向位置を制限する止め輪を兼ねている。シール部材４０と別体の止め輪を外輪に取り付けるようにしてもよい。保持器３０の軸方向位置制限は、外輪１０からの保持器３０の抜け出しを防止するためのものである。通常、軌道面１２を転動中のボール２１には、相手部材５０と、外輪１０の外側に取り付けられた別部材（図示省略）との間に作用する軸方向荷重が負荷されることはなく、保持器３０がシール部材４０を軸方向に強く押すことはない。

シール部材４０は、芯金４１と、ゴムによって形成された弾性部４２とを有する。芯金４１は、金属板製であり、円環状に形成されている。弾性部４２は、ゴムを加硫成型する際に芯金４１に接着されている。

弾性部４２は、図３に示すように、相手部材５０に向かって次第に尖った形状のシールリップ４３を有する。シールリップ４３は、図示の断面くさび状で周方向に連続している。シールリップ４３は、弾性部４２の内径を規定するリップ先端４３ａを有する。リップ先端４３ａは、弾性部４２に形成された軸方向内部側の円すい状面４３ｂと、弾性部４２に形成された軸方向外部側の円すい状面４３ｃとが交差する縁である。リップ先端４３ａと相手部材５０のシール摺動面５２との間に径方向の締め代δが設定されている。

シール部材４０のうち、外輪１０及び保持器３０の内方に通された相手部材５０と摺接する部分に、繊維材、軟質発泡材または軟質樹脂材からなる柔軟性構造体４４が設けられている。本実施形態では、柔軟性構造体４４は、多数の繊維４５が弾性部４２の表面に植設された植毛部（以下、繊維集合部とも呼ぶ）である。これにより、シール部材４０には、柔軟な繊維集合部４４が形成されている。

繊維集合部４４は、図２、図３に示すように、弾性部４２に含まれたシールリップ４３のうち、リップ先端４３ａ及び軸方向外部側の円すい状面４３ｃの周方向全周に形成されている。

繊維集合部４４は、所定密度で植毛された繊維４５からなり、これら繊維４５間にランダムに微小隙間が生じた構造になっている。繊維集合部４４は、繊維４５でグリースを捕捉し、繊維４５間に保持する。繊維集合部４４に捕捉されたグリースからの油がシール部材４０と相手部材５０との摺接部に供給される。

前述の植毛に用いる繊維４５として、例えば、合成樹脂繊維、無機繊維、再生繊維、天然繊維が挙げられる。その合成樹脂繊維として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテフタレートなどのポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ビニロンなどが挙げられる。また、無機繊維として、例えば、カーボン繊維、グラスファイバーなどが挙げられる。また、再生繊維として、例えば、レーヨン、アセテートなどが挙げられる。また、天然繊維として、例えば、綿、絹、麻、羊毛などが挙げられる。合成樹脂繊維を柔軟性構造体に用いた場合、油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、均質な繊維を多量に生産することができ、安価に入手することができる。

なお、本実施形態では、柔軟性構造体４４を繊維材で構成した場合、つまり、多数の繊維４５が植設された植毛部について説明したが、柔軟性構造体を軟質発泡材または軟質樹脂材で構成してもよい。軟質発泡材としては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン、フェノール、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂や、天然ゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、スチレンブタジエンゴムなどのゴムを発泡したものが挙げられる。軟質樹脂材としては、コルク材、ゴム板材、ポリエチレンや塩化ビニルなどの軟質シートが挙げられる。

繊維４５（短繊維）の形状としては、例えば、長さ０．５〜２．０ｍｍ、太さ０．５〜５０デシテックスのものが好ましい。

繊維集合部４４の繊維４５の密度としては、植毛した面積あたりに繊維４５の占める割合が１０〜４０％が好ましい。

植毛方法としては、吹き付けや静電植毛を採用できる。リップ先端４３ａのようなエッジ部においても、多量の繊維４５を短時間で密に植毛できることから、静電植毛を採用することが好ましい。静電植毛方法としては、公知の方法を採用できる。例えば、静電植毛する範囲に接着剤を塗布し、繊維４５を帯電させて静電気力により上記接着剤塗布面に略垂直に植毛した後、乾燥工程・仕上げ工程などを行なう方法が挙げられる。

前述の接着剤としては、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする接着剤が挙げられる。例えば、ウレタン樹脂溶剤系接着剤、エポキシ樹脂溶剤系接着剤、酢酸ビニル樹脂溶剤系接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン接着剤、アクリル酸エステル−酢酸ビニル共重合体系エマルジョン接着剤、酢酸ビニル系エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂系エマルジョン接着剤、エポキシ樹脂系エマルジョン接着剤、ポリエステル系エマルジョン接着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体系接着剤などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

上述のように、このリニアボールベアリングによれば、シール部材４０のうち、外輪１０及び保持器３０の内方に通された相手部材５０と摺接する部分に、植毛が施されているので、その植毛によって形成された繊維集合部４４がグリースを捕捉する。繊維集合部４４は、植毛された繊維４５の集合であるから、柔軟であり、しかもグリースを潤沢にもった状態になる。このため、繊維集合部４４は、相手部材５０と摺接してもシール部材４０と相手部材５０との間の摺動抵抗を増加させるものとならない。一方、繊維集合部４４に捕捉されたグリースによってシール部材４０と相手部材５０との間の潤滑状態が良好になるので、その摺動抵抗が抑制される。このため、このリニアボールベアリングは、外輪１０に取り付けられたシール部材４０と、相手部材５０との間の摺動抵抗を抑制することができる。

ひいては、その相手部材５０と、外輪１０の外側に取り付けられた別部材（図示省略）を軸方向に相対移動させる機器の動力損失を抑制することができる。また、前述の摺動抵抗が抑えられる分、動力損失を増加させることなく、シール部材４０を相手部材５０に強く摺接させることが可能であり、これにより、リニアボールベアリングの耐防埃性を向上させることもできる。

今回開示された実施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と考えられるべきである。したがって、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。

１０ 外輪
２０ ボール列
３０ 保持器
４０ シール部材
４２ 弾性部
４３ シールリップ
４４ 繊維集合部（柔軟性構造体、植毛部）
４５ 繊維
５０ 相手部材

Claims (3)

1. 外輪と、前記外輪の内側を軸方向に転動する複数のボール列と、前記外輪の内方で前記複数のボール列を保持する保持器と、前記保持器よりも軸方向外部側に位置するように前記外輪に取り付けられたシール部材と、を備えるリニアボールベアリングにおいて、
   前記シール部材のうち、前記外輪及び前記保持器の内方に通された相手部材と摺接する部分に、繊維材、軟質発泡材または軟質樹脂材からなる柔軟性構造体が形成されていることを特徴とするリニアボールベアリング。
2. 前記シール部材は、ゴムによって形成された弾性部を有し、
   前記柔軟性構造体は、前記弾性部の表面に繊維材が植設された植毛部である請求項１に記載のリニアボールベアリング。
3. 前記弾性部は、前記相手部材に向かって次第に尖った形状のシールリップを有し、前記シールリップに前記植毛部が設けられている請求項２に記載のリニアボールベアリング。

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