JP2019158013A - ボールベアリング - Google Patents

Abstract

【課題】幅寸法を縮小して小型化を図ることができるボールベアリングを提供する。【解決手段】回転軸または回転体（キャリヤ）７の軸部７ａに外嵌された内輪１２と、該内輪１２の外周に同心的に配置された外輪１３と、これらの内輪１２と外輪１３との間の環状空間Ｓ内に収容された複数のボール１４と、これらのボール１４を保持するリテーナ１５と、ボール１４とリテーナ１５の少なくとも一側に配置されたリング状のゴムシール１６と、を備えたボールベアリング１１において、リテーナ１５とゴムシール１６とを一体化する。また、リテーナ１５を樹脂によって構成する。ここで、ゴムシール１６を、これとは別個に成形されたリテーナ１５に被着または焼き付けすることによって該ゴムシール１６とリテーナ１５とを一体化する。或いは、リテーナ１５とゴムシール１６とをインサート成形によって一体化する。【選択図】図３

Description

本発明は、内輪と外輪との間の環状空間内に収容された複数のボールを備えるボールベアリングに関する。

例えば、モータ等の回転機械においては、モータ軸などの回転軸がボールベアリングによってモータケースなどに回転可能に支持されている。この種のボールベアリングに関して、特許文献１には、ＰＥＥＫなどの耐熱樹脂で構成されたリテーナ（保持器）の外周面に０．５〜１０μｍ程度の薄いＤＬＣ膜を形成することによって、境界潤滑になり易い環境下においても焼付きなどの発生を防ぐようにしたものが提案されている。また、特許文献２には、部品点数の削減と小型化を図った複列ボールベアリングが提案されている。

ところで、ボールベアリングにおいては、転動する複数のボール（鋼球）と内輪および外輪との接触部に摩擦熱が発生し、この摩擦熱によって焼付きが発生する可能性があるため、内部にグリースなどの潤滑剤を充填したり、内部に潤滑オイルを供給することが行われている。このような潤滑方式を採用する場合、潤滑剤や潤滑オイルの外部への流出を防ぐため、或いは外部からの異物の侵入を防ぐためにゴムシールを設けることがある。ここで、ゴムシールを設けた従来のボールベアリングの例を図５（ａ），（ｂ）に示す。

すなわち、図５（ａ），（ｂ）はゴムシールを備えた従来のボールベアリングの半裁断面図であり、図５（ａ）に示すボールベアリング１１１は、支持すべき回転軸または回転体の軸部に外嵌された内輪１１２と、該内輪１１２の外周に同心的に配置された外輪１１３と、これらの内輪１１２と外輪１１３との間の環状空間Ｓ内に収容された複数のボール１１４と、これらのボール１１４を保持する金属製のリテーナ１１５と、ボール１１４とリテーナ１１５の一側（図５（ａ）の右側）に配置されたリング状のゴムシール１１６とを備えている。

また、図５（ｂ）に示すボールベアリング１１１Ａは、リテーナ１１５Ａが樹脂製である以外は図５（ａ）に示すボールベアリング１１１と同様に構成されている。したがって、図５（ｂ）においては、図５（ａ）において示したものと同一要素には同一符号を付している。

特開２００２−２２７８４５号公報 特開２０１４−２２８０６７号公報

図５（ａ）に示す従来のボールベアリング１１１においては、金属製のリテーナ１１５とゴムシール１１６、図５（ｂ）に示すボールベアリング１１１Ａにおいては、樹脂製のリテーナ１１５Ａとゴムシール１１６とが別体として構成されているため、金属製のリテーナ１１５とゴムシール１１６の間および樹脂製のリテーナ１１５Ａとゴムシール１１６との間には、ゴムシール１１６とリテーナ１１５，１１５Ａとの接触を防ぐために軸方向に図示の隙間δがそれぞれ必要になる。このため、両ボールベアリング１１１，１１１Ａの幅寸法Ｗ２が隙間δの分だけ広くなり、これに伴ってボールベアリング１１１，１１１Ａを備える回転機械などの装置の幅寸法も広がり、装置の小型化、コンパクト化の妨げになるという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、幅寸法を縮小して小型化を図ることができるボールベアリングを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、内輪（１２）と、該内輪（１２）の外周に同心的に配置された外輪（１３）と、これらの内輪（１２）と外輪（１３）との間の環状空間（Ｓ）内に収容された複数のボール（１４）と、これらのボール（１４）を保持するリテーナ（１５）と、前記ボール（１４）と前記リテーナ（１５）の少なくとも一側に配置されたリング状のシール部材（１６）と、を備えたボールベアリング（１１）において、前記リテーナ（１５）と前記シール部材（１６）とを一体化したことを特徴とする。

本発明によれば、リテーナとゴムシールとを一体化したため、両者間に必要であった軸方向の隙間が不要となり、その隙間分だけボールベアリングの幅を縮小してその小型化を図ることができる。

また、本発明では、前記リテーナ（１５）を合成樹脂材によって構成し、前記シール部材（１６）をゴム材によって構成してもよい。リテーナを合成樹脂材によって構成することによってリテーナの潤滑性を高めるとともに、摩擦抵抗を低く抑えることができる。

また、本発明では、前記シール部材（１６）を、これとは別個に成形された前記リテーナ（１５）に被着または焼付けすることによって該シール部材（１６）と前記リテーナ（１５）とを一体化してもよい。或いは、前記リテーナ（１５）と前記シール部材（１６）とをインサート成形によって一体化してもよい。

さらに、本発明では、前記シール部材（１６）の内外周に二股状のリップ（１６ａ）をそれぞれ一体に形成し、これらのリップ（１６ａ）を前記内輪（１２）の外周と前記外輪（１３）の内周に形成された環状溝（１２ｂ，１３ｂ）内に嵌め込むことによって、前記シール部材（１６）を前記内輪（１２）と前記外輪（１３）に固定してもよい。

このように構成することによって、ボールベアリングが横方向のスラスト荷重を受けたためにリテーナがボールに接触して大きく倒れた場合であっても、このリテーナと一体化されたゴムシールの内外周に形成された二股状のリップが内輪と外輪の環状溝に確実に嵌合して当該ゴムシールを確実に保持する。このため、ゴムシールが脱落したり、そのシール機能が阻害されるなどの問題が発生することがない。

本発明によれば、ボールベアリングの幅寸法を縮小してその小型化を図ることができる。

本発明にかかるボールベアリングを備える遊星ギヤ機構の正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明にかかるボールベアリングの半裁断面図である。 本発明にかかるボールベアリングのゴムシールを固定する前の状態を示す部分断面図である。 （ａ），（ｂ）はゴムシールを備えた従来のボールベアリングの半裁断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明にかかるボールベアリングを備える遊星ギヤ機構の正面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、これらの図に示す遊星ギヤ機構１は、ケース２の中心部に横方向（図２の左右方向）に沿って回転可能に配置された中空の回転軸３の軸方向一端（図２の左端部）に一体に形成されたサンギヤ４と、該サンギヤ４の周囲に同軸的に配置されたリングギヤ５と、サンギヤ４とリングギヤ５の双方に噛合して自転しながらサンギヤ４の周りを公転する３つの遊星ギヤ６と、これらの遊星ギヤ６を回転（自転）可能に支持するキャリヤ７（図２参照）とで構成されている。

上記回転軸３は、図２に示すように、ケース２の中心部に横方向に長く配置された中実軸８の外周に回転可能支持されており、例えばモータ等の駆動源の出力軸を構成している。また、前記リングギヤ５においては、図１に示すように、その内周に複数の内歯５ａが刻設されており、その外周がケース２の内周にスプライン嵌合によって回転不能に固定されている。

また、３つの前記遊星ギヤ６は、図１に示すように、周方向に等角度ピッチ（１２０°ピッチ）で配されており、図２に示すように、各遊星ギヤ６は、キャリヤ７に支持された支軸９にニードルベア１０によって回転可能に支持されている。したがって、キャリヤ７は、支軸９によって各遊星ギヤ６を回転（自転）可能に支持しており、図２に示すように、その円筒状の軸部７ａが本発明にかかるボールベアリング１１によってケース２に回転可能に支持されている。

以上のように構成された遊星ギヤ機構１においては、回転軸３が回転駆動されると、この回転軸３に一体に形成されたサンギヤ４が回転軸３と共に一体に回転する。すると、このサンギヤ４とリングギヤ５に噛合する３つの遊星ギヤ６が支軸９を中心として自転しながらサンギヤ４の周りを公転するため、これらの遊星ギヤ６を支持するキャリヤ７が回転する。この結果、回転軸３の回転が減速されてキャリヤ７に伝達され、該キャリヤ７が所定の速度で回転して不図示の駆動源などからの出力を伝達する。

次に、本発明にかかる前記ボールベアリング１１の構成の詳細を図３に基づいて以下に説明する。

すなわち、図３は本発明にかかるボールベアリングの半裁断面図であり、図示のボールベアリング１１は、支持すべきキャリヤ７の軸部７ａ（図２参照）に外嵌された内輪１２と、該内輪１２の外周に同心的に配置された外輪１３と、これらの内輪１２と外輪１３との間の環状空間Ｓ内に収容された複数のボール１４と、これらのボール１４を保持するリテーナ１５と、ボール１４とリテーナ１５の一側（図３の右側）に配置されたリング状のゴムシール（シール部材）１６とを備えている。

上記内輪１２と外輪１３および各ボール１４は、例えば軸受鋼やステンレス鋼などの金属で構成されている。ここで、内輪１２の外周面には、縦断面が円弧状をなす内側環状溝１２ａが全周に亘って形成され、外輪１３の内周面にも同様の縦断面円弧状の外側環状溝１３ａが全周に亘って形成されている。そして、これらの内側環状溝１２ａと外側環状溝１３ａに、その表面が接触するように複数のボール１４が転動可能に設けられており、これらのボール１４は、前記リテーナ１５によって周方向に等間隔に保持されている。

上記リテーナ１５は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、熱可塑性ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ナイロンなどの耐熱性樹脂によって構成されており、前述のように内輪１２と外輪１３との間に転動可能に配置された複数のボール１４を周方向に等間隔に保持している。

また、前記ゴムシール１６は、当該ボールベアリング１１に供給される潤滑オイルの外部への流出を防ぐため、或いは外部からの異物の侵入を防ぐために設けられるものであって、その内外周には、径方向内方と径方向外方に向かって開く二股状のリップ１６ａがそれぞれ一体に形成されている。そして、これらのリップ１６ａを内輪１２の外周と外輪１３の内周の相対向する箇所に形成された縦断面矩形の環状溝１２ｂ，１３ｂにそれぞれ嵌め込むことによって、ゴムシール１６がその内外周を内輪１２と外輪１３によってそれぞれ保持された状態で固定されている。

ここで、ゴムシール１６を内輪１２と外輪１３に固定する前の状態（ゴムシール１６の内外周のリップ１６ａを内輪１２と外輪１３の各環状溝１２ｂ，１３ｂに嵌め込む前の状態）においては、図４に示すように、ゴムシール１６の内外のリップ１６ａの幅Ｂは、内輪１２と外輪１３の各環状溝１２ｂ，１３ｂの幅ｂよりも大きく設定されている。したがって、ゴムシール１６を内輪１２と外輪１３に固定する際には、該ゴムシール１６の内外周のリップ１６ａをその幅が内輪１２と外輪１３の各環状溝１２ｂ，１３ｂの幅ｂよりも小さくなるまで圧縮した状態で、これらのリップ１６ａを内輪１２と外輪１３の各環状溝１２ｂ，１３ｂにそれぞれ嵌め込む。すると、ゴムシール１６の内外周のリップ１６ａがその弾性復元力によって内輪１２と外輪１３の各環状溝１２ｂ，１３ｂ内で元の状態に戻ろうとするため、これらのリップ１６ａが内輪１２と外輪１３の各環状溝１２ｂ，１３ｂに密に嵌合して保持される。この結果、ゴムシール１６が内輪１２と外輪１３によって固定された状態でボール１４とリテーナ１５の一側（図３の右側）に配置されて所定のシール機能を果たす。

そして、本実施の形態にかかるボールベアリング１１においては、リテーナ１５とゴムシール１６とが一体化されている。ここで、リテーナ１５とゴムシール１６とを一体化する方法には、ゴムシール１６を、これとは別個に成形されたリテーナ１５に被着する方法、ゴムシール１６をリテーナ１５に焼き付ける方法、リテーナ１５とゴムシール１６をインサート成形する方法などが考えられる。ここで、リテーナ１５とゴムシール１６とをインサート成形することによって一体化する方法においては、予め作製しておいたゴムシール１６を不図示の成形型の内部にセットしておき、このゴムシール１６がセットされた成形型内に溶融樹脂を充填して固化させることによって、リテーナ１５とゴムシール１６とが一体化される。なお、従来のゴムシールには、補強用の金属板が内部に設けられているが、本実施の形態のようにリテーナ１５とゴムシール１６とを一体化した場合には、ゴムシール１６の内部に樹脂製のリテーナ１５の一部が骨として存在して従来の金属板の機能を果たす。

以上のように構成されたボールベアリング１１において、図２に示すキャリヤ７が回転すると、このキャリヤ７と共に内輪１２が一体に回転するため、この内輪１２とケース２（図２参照）に固定された外輪１３との間に相対回転が生じ、この相対回転によって複数のボール１４がその表面を内輪１２の内側環状溝１２ａと外輪１３の外側環状溝１３ａに接触させながら転動し、これに伴ってリテーナ１５が内輪１２と外輪１３の周方向に回転する。この結果、図２に示すキャリヤ７がボールベアリング１１によって図２に示すケース２に対して円滑に回転するとともに、そのラジアル荷重がボールベアリング１１によって受けられる。このとき、ボールベアリング１１には、図３に示すように、潤滑オイルが供給されるため、該潤滑オイルの潤滑作用によってボール１４の転動が円滑になされるとともに、ボール１４と内輪１２および外輪１３との接触部に発生する摩擦熱が潤滑オイルによって奪われるために焼付きなどの不具合の発生が防がれる。そして、この潤滑オイルの外部への漏れや外部から当該ボールベアリング１１の内部へのゴミなどの異物の侵入がゴムシール１６のシール作用によって防がれる。

以上において、本実施の形態にかかるボールベアリング１１においては、リテーナ１５とゴムシール１６とを一体化したため、両者間に必要であった軸方向の隙間（図５参照）が不要となり、その幅Ｗ１を図５（ａ），（ｂ）に示す従来のボールベアリング１１１，１１１Ａの幅Ｗ２よりも縮小して小さく抑えることができる（Ｗ１＜Ｗ２）。このため、ボールベアリング１１の小型化が図られるとともに、該ボールベアリング１１を備える図１および図２に示す遊星ギヤ機構１の小型化をも図ることができる。

また、本実施の形態では、リテーナ１５を樹脂で構成したため、その潤滑性が高められて摩擦抵抗を小さく抑えることができる。

さらに、本実施の形態では、ゴムシール１６をその内外周に形成したリップ１６ａを内輪１２と外輪１３にそれぞれ形成された各環状溝１２ｂ，１３ｂに嵌め込むことによって内輪１２と外輪１３に固定したため、当該ボールベアリング１１が横方向のスラスト荷重を受けたためにリテーナ１５がボール１４に接触して大きく倒れた場合であっても、このリテーナ１５と一体化されたゴムシール１６の内外周に形成された二股状のリップ１６ａが内輪１２と外輪１３の各環状溝１２ｂ，１３ｂに嵌合して当該ゴムシール１６を確実に保持する。このため、ゴムシール１６が脱落したり、そのシール機能が阻害されるなどの問題が発生することがない。

なお、以上の実施の形態では、本発明を遊星ギヤ機構のキャリヤを回転可能に支持するボールベアリングに対して適用した形態について説明したが、本発明は、他の任意の装置に設けられた回転軸や回転体の軸部を回転可能に支持するボールベアリングに対しても同様に適用可能である。

また、以上は本発明をボールの片側だけにゴムシールが設けられたボールベアリングに対して適用した形態について説明したが、本発明は、ボールの両側にゴムシールを設けたボールベアリングもその適用対象に含むものである。

その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

１ 遊星ギヤ機構
７ キャリヤ（回転体）
７ａ キャリヤの軸部（回転体の軸部）
１１ ボールベアリング
１２ 内輪
１２ａ 内輪の内側環状溝
１２ｂ 内輪の環状溝
１３ 外輪
１３ａ 外輪の外側環状溝
１３ｂ 外輪の環状溝
１４ ボール
１５ リテーナ
１６ ゴムシール（シール部材）
１６ａ ゴムシールのリップ
Ｓ 環状空間

Claims (5)

1. 内輪と、
   前記内輪の外周に同心的に配置された外輪と、
   前記内輪と前記外輪との間の環状空間内に収容された複数のボールと、
   前記複数のボールを保持するリテーナと、
   前記複数のボールと前記リテーナの少なくとも一側に配置されたリング状のシール部材と、を備えたボールベアリングにおいて、
   前記リテーナと前記シール部材とを一体化したことを特徴とするボールベアリング。
2. 前記リテーナを合成樹脂材によって構成し、前記シール部材をゴム材によって構成したことを特徴とする請求項１に記載のボールベアリング。
3. 前記シール部材を、これとは別個に成形された前記リテーナに被着または焼き付けることによって該シール部材と前記リテーナとを一体化したことを特徴とする請求項１または２に記載のボールベアリング。
4. 前記リテーナと前記シール部材とをインサート成形によって一体化したことを特徴とする請求項１または２に記載のボールベアリング。
5. 前記シール部材の内外周に二股状のリップをそれぞれ一体に形成し、これらのリップを前記内輪の外周と前記外輪の内周に形成された環状溝内に嵌め込むことによって、前記シール部材を前記内輪と前記外輪に固定したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のボールベアリング。