JP2020165438A - 転がり軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】シール部材の拘束力をより強固にした転がり軸受を提供する。【解決手段】転がり軸受１０は、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との間に転動可能に配置される複数の転動体１３と、外輪１１の軸方向端部に形成されるシール取付溝１５に止め輪３０によって固定され、外輪１１と内輪１２との間の軸受内部空間１０ａの軸方向端部を密封するシール部材２０と、を備え、シール部材２０の外径は、シール取付溝１５内の止め輪３０の外径よりも大きく、シール部材２０の径方向外端部は、シール取付溝１５の内周面と止め輪３０の外周面との間に挟まれる。【選択図】図３

Description

本発明は、転がり軸受に関し、特に、エアタービンに使用される転がり軸受に関する。
従来の歯科エアタービン用の転がり軸受として、超高速回転に適したシール部材を使用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、その転がり軸受は、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に配置される複数の玉と、複数の玉を回転可能に保持する保持器と、外輪と内輪との間に設けられる円環状のシール部材と、外輪にシール部材を取り付ける止め輪と、を備え、シール部材が芯金を備えず弾性材料のみで構成されている。
特開２０１７−２１１０７６号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載の転がり軸受では、シール部材は止め輪のスラスト方向の押圧力により外輪の溝部に固定されるため、圧縮空気がシール部材に作用する状況下で使用される場合、より一層の強固な固定が必要になる可能性がある。この様な場合、ラジアル方向の固定手段を設けることができれば、より強固なシールの固定が可能となる。
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シール部材の拘束力をより強固にした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、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動可能に配置される複数の転動体と、前記外輪の軸方向端部に形成されるシール取付溝に止め輪によって固定され、前記外輪と前記内輪との間の軸受内部空間の軸方向端部を密封するシール部材と、を備える転がり軸受であって、前記シール部材の外径は、前記シール取付溝内の前記止め輪の外径よりも大きく、前記シール部材の径方向外端部は、前記シール取付溝の内周面と前記止め輪の外周面との間に挟まれている、転がり軸受。
（２）前記シール取付溝は、前記シール部材の外周面が接触する溝底面と、前記溝底面の軸方向外側に設けられ、前記溝底面と前記外輪の内周面とを繋ぎ、前記止め輪が接触するテーパ面と、前記溝底面の軸方向内側に設けられ、前記シール部材の軸方向内側面が接触する溝内側面と、を有する、（１）に記載の転がり軸受。
（３）前記シール取付溝は、前記溝底面と前記溝内側面との境界部分に設けられる段部を有する、（２）に記載の転がり軸受。
（４）前記転がり軸受は、歯科エアタービン用である、（１）〜（３）のいずれか１つに記載の転がり軸受。
本発明によれば、シール部材の径方向外端部が、シール取付溝の内周面と止め輪の外周面との間に挟まれるため、シール部材のラジアル方向の拘束力を生じさせることができる。これにより、シール部材の拘束力をより一層高めることができる。
本発明に係る転がり軸受の第１実施形態が採用された歯科エアタービンハンドピースのヘッド部の拡大断面図である。 図１に示す転がり軸受の断面図である。 図２に示す止め輪の周辺の拡大断面図である。 図２に示すシール部材の取り付け前の状態の拡大断面図である。 図２に示す止め輪とシール部材の取り付けを説明する図である。 第１実施形態の転がり軸受の第１変形例を説明する要部拡大断面図である。 第１実施形態の転がり軸受の第２変形例を説明する要部拡大断面図である。 本発明に係る転がり軸受の第２実施形態を説明する要部拡大断面図である。 図８に示すシール部材の取り付け前の状態の拡大断面図である。
以下、本発明に係る転がり軸受の各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
まず、図１〜図７を参照して、本発明に係る転がり軸受の第１実施形態について説明する。
本実施形態の転がり軸受１０は、歯科エアタービンハンドピース１００のヘッド部１１０の軸受ユニット１２０に採用されている。軸受ユニット１２０は、一端に工具（例えば、歯科処置工具）を取り付け可能な回転軸１２１と、回転軸１２１に一体に固定され、圧縮空気を受けて回転するタービンブレード１２２と、ハウジング１３０に対して回転軸１２１を回転可能に支持する一対の転がり軸受１０と、を備える。
転がり軸受１０は、ハウジング１３０の環状凹部１３１，１３２に装着されるゴム製リング１２３を介してハウジング１３０にそれぞれ支持されている。また、一方側（図１の下側）の転がり軸受１０は、スプリングワッシャ１２４により他方側（図１の上側）の転がり軸受１０に向かって付勢されている。
転がり軸受１０は、図２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との間に転動可能に配置される複数の玉（転動体）１３と、複数の玉１３を周方向に略等間隔に保持する保持器１４と、外輪１１の軸方向一端部に形成されるシール取付溝１５に止め輪３０によって固定され、外輪１１と内輪１２との間の軸受内部空間１０ａの軸方向一端部を密封するシール部材２０と、を備える。なお、転がり軸受１０は、図示した深溝玉軸受に限定されず、アンギュラ玉軸受であってもよい。
保持器１４は、冠型保持器であり、円環状のリム部１４ａが玉１３に対して圧縮空気の供給方向上流側（図２の右側）に配置されている。なお、図２中の矢印は、圧縮空気の流れる方向を示している。また、保持器は、冠型保持器に限定されるものではない。
シール部材２０は、円環状部材であり、芯金を備えず弾性部材のみで構成されている。シール部材２０は、玉１３に対して圧縮空気の供給方向下流側（図２の左側）に配置されている。
シール部材２０は、図２及び図４に示すように、径方向に沿って延びる基部２１と、基部２１の径方向内端から径方向内側且つ軸方向外側に斜めに延び、内輪１２の外周面に接触するリップ部２２と、を有する。また、図４に示すように、外輪１１に取り付けられる前の、シール部材２０単体での基部２１には、後述する段部１５ｄの形状に合うような段差は形成されておらず、径方向外端部まで等しい幅を有する。
そして、シール部材２０の外周部は、外輪１１の内周面の軸方向一端部（図２の左端部）に形成されるシール取付溝１５に止め輪３０によって固定されている。止め輪３０は、一部が分断されてなる断面矩形状のリング状部材である。また、シール部材２０の外径は、シール取付溝１５内の止め輪３０の外径よりも大きく設定されている。
シール部材２０の材料としては、例えば、ショアＡ硬さ（ＪＩＳ Ｋ ６２５３）６０〜９０の耐水アクリルゴム、ショアＡ硬さ６０〜９０の一般耐水フッ素ゴム等を挙げることができる。シール部材２０は、上記材料を用いることで、適切な弾性特性が得られ、耐久性、耐摩耗性を向上することができる。
内輪１２の外周面の軸方向一端部（図２の左端部）には、シール部材２０のリップ部２２が接触するテーパ面１２ｂが形成されている。テーパ面１２ｂは、軸方向外側に向かうに従って次第に縮径するように形成されている。
シール取付溝１５は、図３に示すように、シール部材２０の外周面が接触する溝底面１５ａと、溝底面１５ａの軸方向外側に設けられ、溝底面１５ａと外輪１１の外側内周面１１ｂとを繋ぎ、止め輪３０が接触するテーパ面１５ｂと、溝底面１５ａの軸方向内側に設けられ、シール部材２０の軸方向内側面が接触する溝内側面１５ｃと、溝底面１５ａと溝内側面１５ｃとの境界部分に設けられる段部１５ｄと、を有する。テーパ面１５ｂは、軸方向内側に向かうに従って次第に拡径するように形成されている。
そして、図５に示すように、シール部材２０がシール取付溝１５に嵌め入れられ、止め輪３０がシール取付溝１５に嵌め入れられることにより、止め輪３０が拡径し、止め輪３０の軸方向外側面の外周縁がシール取付溝１５のテーパ面１５ｂに接触する。これにより、止め輪３０の径方向外側に広がろうとする力がテーパ面１５ｂによってシール部材２０を軸方向内側に押圧する力（スラスト方向の押圧力）に変換され、シール部材２０の基部２１が、止め輪３０と段部１５ｄ（溝内側面１５ｃ含む）との間に挟み込まれる。
このため、シール部材２０の径方向外端部の一部が、シール取付溝１５のテーパ面１５ｂの方向に、弾性変形してはみ出し、シール取付溝１５の内周面（本実施形態では、溝底面１５ａ）と止め輪３０の外周面との間に挟まれている。そして、図３中の符号２１ａが、シール部材２０の径方向外端部のシール取付溝１５の内周面と止め輪３０の外周面との間に挟まれた部分である。なお、シール部材２０の径方向外端部を挟むシール取付溝１５の内周面は、テーパ面１５ｂを含んでいてもよい。
このように、シール取付溝１５の内周面と止め輪３０の外周面との間にシール部材２０の径方向外端部の一部（符号２１ａの部分）が挟まれることにより、シール部材２０のラジアル方向の拘束力が発生する。また、シール取付溝１５に段部１５ｄが形成されることにより、従来よりもシール部材２０の基部２１の変形量が大きくなるため、シール部材２０のスラスト方向の拘束力が増大する。つまり、本実施形態では、従来技術にはないシール部材２０のラジアル方向の拘束力が発生すると共に、従来技術よりもシール部材２０のスラスト方向の拘束力が増大する。
また、シール取付溝１５、シール部材２０、及び止め輪３０などの寸法公差を考慮して、シール取付溝１５の内周面と止め輪３０の外周面との間にスペースＳが形成されていた方が好ましい。
さらに、本実施形態では、シール取付溝１５にシール部材２０及び止め輪３０を取り付けた状態において、段部１５ｄの径方向内端部１５ｅは、止め輪３０の外周面と外輪１１の内周面との間の径方向の中点Ｐよりも径方向内側になるように設けられていた方が好ましい。これにより、シール取付溝１５内においてシール部材２０を押圧する段部１５ｄの面積が増大するため、シール取付溝１５の内周面と止め輪３０の外周面との間にシール部材２０の径方向外端部の一部（符号２１ａの部分）が挟まれやすくなる。
以上説明したように、本実施形態の転がり軸受１０によれば、シール部材２０の径方向外端部が、シール取付溝１５の内周面と止め輪３０の外周面との間に挟まれるため、シール部材２０のラジアル方向の拘束力を生じさせることができる。これにより、シール部材２０の拘束力をより一層高めることができる。
また、本実施形態の転がり軸受１０によれば、シール取付溝１５が、溝底面１５ａと溝内側面１５ｃとの境界部分に設けられる段部１５ｄを有するため、段部１５ｄが形成されていない場合と比較して、シール部材２０の基部２１の変形量が大きくなり、シール部材２０のスラスト方向の拘束力を増大させることができる。これにより、シール部材２０の拘束力を更に高めることができる。
また、本実施形態の第１変形例として、図６に示すように、シール取付溝１５の段部１５ｄは、１段に限定されるものではなく、２段以上であってもよい。
また、本実施形態の第２変形例として、図７に示すように、シール取付溝１５の段部１５ｄは、断面矩形状に限定されず、断面凸円弧状であってもよく、さらに、断面多角形状であってもよい。
（第２実施形態）
次に、図８及び図９を参照して、本発明に係る転がり軸受１０の第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
本実施形態では、図８及び図９に示すように、シール部材２０は、基部２１に芯金２５を備えていてもよい。芯金２５は、基部２１の軸方向内側に一体的に設けられており、その軸方向内側面の一部が玉１３側に露出している。また、芯金２５は、段部１５ｄの径方向内端部１５ｅよりも径方向内側に配置されている。また、芯金２５の軸方向内側面の径方向外端部は、シール取付溝１５の溝内側面１５ｃと接触している。
そして、本実施形態によれば、シール部材の固定に必要であった芯金２５の体積を小さくすることができるため、シール部材２０の摩擦トルクを低減することができ、シール部材２０の製造コストを削減することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
なお、本発明は、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。
例えば、シール取付溝の段部は、外輪の内周面と同じ径方向位置まで形成されていてもよい。つまり、この場合、溝内側面は形成されないことになる。
また、止め輪は、断面矩形状に限定されず、断面円形状であってもよい。
また、止め輪にテーパ面を形成すると共に、シール取付溝を断面矩形状に形成して、止め輪のテーパ面を断面矩形状のシール取付溝の角部に接触させる構成にしてもよい。
１０ 転がり軸受
１０ａ 軸受内部空間
１１ 外輪
１１ａ 外輪軌道面
１２ 内輪
１２ａ 内輪軌道面
１５ シール取付溝
１５ａ 溝底面
１５ｂ テーパ面
１５ｃ 溝内側面
１５ｄ 段部
１５ｅ 段部の径方向内端部
１３ 玉（転動体）
１４ 保持器
２０ シール部材
２１ 基部
２１ａ シール取付溝と止め輪との間に挟まれた部分
２２ リップ部
３０ 止め輪

Claims (4)

  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可能に配置される複数の転動体と、
    前記外輪の軸方向端部に形成されるシール取付溝に止め輪によって固定され、前記外輪と前記内輪との間の軸受内部空間の軸方向端部を密封するシール部材と、を備える転がり軸受であって、
    前記シール部材の外径は、前記シール取付溝内の前記止め輪の外径よりも大きく、
    前記シール部材の径方向外端部は、前記シール取付溝の内周面と前記止め輪の外周面との間に挟まれている、転がり軸受。
  2. 前記シール取付溝は、
    前記シール部材の外周面が接触する溝底面と、
    前記溝底面の軸方向外側に設けられ、前記溝底面と前記外輪の内周面とを繋ぎ、前記止め輪が接触するテーパ面と、
    前記溝底面の軸方向内側に設けられ、前記シール部材の軸方向内側面が接触する溝内側面と、を有する、請求項１に記載の転がり軸受。
  3. 前記シール取付溝は、前記溝底面と前記溝内側面との境界部分に設けられる段部を有する、請求項２に記載の転がり軸受。
  4. 前記転がり軸受は、歯科エアタービン用である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
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