JP4727541B2 - 密封型転がり軸受およびその製造方法 - Google Patents

密封型転がり軸受およびその製造方法 Download PDF

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Description

この発明は密封型転がり軸受およびその製造方法に関する。
シールまたはシールドを付けた転がり軸受を密封型転がり軸受と呼ぶ。例えば電磁クラッチ装置やプーリ装置などに組み込まれる密封型転がり軸受は、水や泥水などの異物が多量に存在する環境下で使用されるため、軸受内部と外部との間に高い密封性が要求される。
従来、高密封性が要求される転がり軸受には接触型のゴム製密封板（ゴムシール）が一般的に使用されている。図２に一般的な密封板付き転がり軸受の例を示す。図２の一部拡大図である図３に示すように、ゴム製密封板と軸受内輪のシール面が接触し、軸受運転中に外部からの異物浸入や内部からのグリース等潤滑剤の漏れを防ぐ機能を果たしている。密封性能に影響するのは、主にシール設計そのものと摺動面設計である。
特許文献１には、密封性向上のためにシール面の表面粗さをＲmax１．２μｍ以下とすることが記載されている。
特許文献２には、上述のシール面を熱処理後の焼入れ鋼切削加工により形成することにより、熱処理変形の影響を除去することが記載されている。
また、研削加工によるプランジカット仕上げ加工では、シール面の表面粗さや密封性の向上が期待できる（特許文献３）。
特開２００５−１５５８８２号公報 特開平６−２４６５４６号公報 特開２００１−１９３７４５号公報
特許文献１では、シール面の表面粗さをＲmax１．２μｍ以下とするのが望ましいとしている。しかし、転がり軸受の製造工程ではシール面の旋削仕上げ後に熱処理を行うため、熱処理スケールがシール面に付着し、シール面の表面粗さを悪化させ、Ｒmax１．２μｍを確保するのが困難であった。
一方、特許文献２では、熱処理後に焼入れ鋼切削にてシール面を加工するため、表面粗さをＲmax１．２μｍ以下にすることは可能である。しかし、焼入れ鋼切削では熱処理によって硬度が高くなった材料を加工するため、工具の摩耗進行が早い。工具摩耗が進行すると表面粗さの悪化につながるため、すぐにＲmax１．２μｍを確保できなくなり、工具寿命が短いという問題点があった。
また、研削加工によるプランジカット仕上げ加工（特許文献３）では、研削砥石を所望の形状に予め成形しておく必要がある。しかし、研削砥石を先端の曲率半径Ｒが５ｍｍ以下、あるいは直線と円弧などが混在する複雑な形状に成形するには、膨大な時間とコストが必要となり、事実上困難である。そのため、研削加工によるプランジカット仕上げ加工によって加工できる形状は、単純な円弧、あるいは楕円などそれに準ずる砥石の形状によって加工できる製品に限られている。
仮に、上記２点の問題点を解決するために、焼入れ鋼切削によりシール面を加工し、その後研削によるプランジカットにて仕上げ加工を行う手法を用いた場合、２工程になり複雑な工程となるのに加え、研削砥石の形状を複雑な形状に成形しなければならないという問題点は解決できない。
これらの問題点を除去することがこの発明の課題である。
この発明では、密封装置のシールリップと接触する軌道輪のシール面を、焼入れ鋼切削で、かつ、切削によるプランジカット（切削工具を加工面に対して押し当てる加工法）によって仕上げ加工を行う。すなわち、この発明の密封型転がり軸受は、外周に軌道をもった内輪と、内周に軌道をもった外輪と、内輪の軌道と外輪の軌道との間に介在させた複数の転動体と、内輪と外輪との間に形成された環状空間を密封するための密封装置とを備え、前記密封装置のシールリップと接する軌道輪のシール面を、熱処理後に焼入れ鋼切削加工し、その際に、切削によるプランジカットによって仕上げ加工したことを特徴とする。これにより、シールリップと接する軌道輪のシール面の表面粗さが低下することを防止できることから、シール性能が向上する。
この発明の密封型転がり軸受の製造方法は、外周に軌道をもった内輪と、内周に軌道をもった外輪と、内輪の軌道と外輪の軌道との間に介在させた複数の転動体と、内輪と外輪との間に形成された環状空間を密封するための密封装置とを備えた密封型転がり軸受の製造方法において、前記密封装置のシールリップと接する軌道輪のシール面を、熱処理後に焼入れ鋼切削加工し、その際に、切削によるプランジカットによって仕上げ加工することを特徴とする。なお、粗加工は切削によるプランジカットを用いずに加工し、仕上げ加工のみを切削によるプランジカットによって加工する方法、あるいは、切削によるプランジカットのみでシール面を加工する方法のどちらを用いても構わない。
この発明によれば、通常の切削に用いられるトラバース加工（工具を送ることで加工する）で発生していた、送り目や境界摩耗といった表面粗さの悪化原因となる要因が除去できる。また、プランジカットではトラバース加工よりも工具がワークに接触する面積が大きいため、局所的に工具が摩耗するのを和らげることができ、工具摩耗の進行を抑えることができる。その結果、工具費も低減する。
また、研削によるプランジカットでは困難であった、先端の曲率半径Ｒが５ｍｍ以下の形状や、直線と円弧形状が混在するような複雑な形状に対しても適用できる。
さらに、研削によるプランジカットのみで荒加工から仕上げ加工までを一貫して行う場合に比べて、切削であるために荒加工に要する時間を短くすることができる。
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
密封型転がり軸受の一例として深溝玉軸受の場合を示す図２を参照すると、この密封型転がり軸受は、内輪１２と外輪１４と転動体１６と保持器１８と密封装置２０とから構成されている。内輪１２は外周に軌道が形成してあり、外輪１４は内周に軌道が形成してある。転動体１６はここでは玉で、内輪１２の軌道と外輪１４の軌道との間に介在させてある。複数の玉１６は保持器１８によって円周方向に所定間隔に保持される。内輪１２と外輪１４との間に形成される環状の軸受空間には通常グリースその他の潤滑剤が封入される。軸方向の両端開口部に装着した密封装置２０は、潤滑剤の漏洩を防止し、また、外部から水その他の異物が侵入するのを防止する役割を果たす。
図３に示すように、密封装置２０は芯金２２とシールリング２４とで構成されている。芯金２２は円板状で、たとえば冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）をプレス加工により円板状に成形したものである。シールリング２４は芯金２２の周囲に一体的に加硫接着してあり、外周では主リップ２６と副リップ２８に分かれている。主リップ２６は回転軸線に対して傾斜した円すい台形状である。副リップ２８はその主リップ２６から反対方向に分岐しており、主リップ２６に比べて回転軸線に対する傾斜角度が小さな円すい台形状である。
この実施の形態は内輪回転の例で、密封装置２０は、芯金２２の外周部分を外輪１４の内周に嵌め込むことによって装着するようになっている。そして、シールリップ（２６，２８）は、内輪１２の端部外周に形成した断面略Ｕ字形のシール溝３０に進入させる。具体的には、主リップ２６はシール溝３０の傾斜した側壁面すなわちシール面３２に概ね軸方向から接触させる。なお、図３では主リップ２６の自然状態が示してある。副リップ２８はシール溝３２の外側の畝に相当する小径円筒面３４にわずかな締めしろをもって半径方向に接触させる。
シール溝３０まわりの表面のうち少なくともシール面３２の表面粗さを、最大高さＲｙまたはＲmaxで２．０μｍ以下、好ましくは１．２μｍ以下とする。そのような表面粗さを確保するための加工方法として、焼入れ鋼切削と切削によるプランジカットを採用する。焼入れ鋼切削が可能なバイトとして、例えばＣＢＮ（立方晶窒化硼素）に特殊なセラミックス結合材を加えた焼結体工具等が市販されている。
加工に際しては、ワーク（ここでは熱処理後の内輪１２）を旋盤の主軸チャックで把持してワーク中心回りに回転させながら、工具３６をワークの面３２に、図１の矢印方向へと押し当てる。このとき、工具３６の加工部３８がワーク１２の面３２と平行になるように、工具３６をセットしておく。このように工具のセットを適切に行うことで、切削用の工具形状を転写することで加工できる任意の形状を仕上げ加工することができる。なお、図１では先端が円弧形状で根元側が直線によって形成されている工具が例示してあるが、工具の形状はこれに限られない。工具の形状を任意の形状に予め成形しておくことによって、任意の形状を加工することができる。
シール摺接面の加工方法を説明するための略図 密封型転がり軸受の縦断面図 図２のシールリップ部分の拡大図
符号の説明
１２ 内輪
１４ 外輪
１６ 転動体
１８ 保持器
２０ 密封装置
２２ 芯金
２４ シールリング
２６ 主リップ
２８ 副リップ
３０ シール溝
３２ 摺動面
３４ 小径部
３６ 工具
３８ 加工部

Claims (2)

  1. 外周に軌道をもった内輪と、内周に軌道をもった外輪と、内輪の軌道と外輪の軌道との間に介在させた複数の転動体と、内輪と外輪との間に形成された環状空間を密封するための密封装置とを備え、前記密封装置のシールリップと接する軌道輪のシール面を、熱処理後に焼入れ鋼切削加工し、その際に、切削によるプランジカットによって仕上げ加工した密封型転がり軸受。
  2. 外周に軌道をもった内輪と、内周に軌道をもった外輪と、内輪の軌道と外輪の軌道との間に介在させた複数の転動体と、内輪と外輪との間に形成された環状空間を密封するための密封装置とを備えた密封型転がり軸受の製造方法において、前記密封装置のシールリップと接する軌道輪のシール面を、熱処理後に焼入れ鋼切削加工し、その際に、切削によるプランジカットによって仕上げ加工する密封型転がり軸受の製造方法。
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