JP6019703B2

JP6019703B2 - 密封装置付き自動調心ころ軸受及びその製造方法

Info

Publication number: JP6019703B2
Application number: JP2012097896A
Authority: JP
Inventors: 恵一郎田口
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-04-23
Also published as: JP2013224721A

Description

本発明は、密封装置付き自動調心ころ軸受及びその製造方法に関する。

圧延機などの一般的な鉄鋼設備には、回転軸を支持しながら外部からの水や鉄粉などの異物の軸受空間への浸入を防止するため、密封装置付き転がり軸受が用いられている。この種の転がり軸受の密封装置は、一般的に、金属板が断面略Ｌ字型のリング状に形成された芯金と、ゴムなどの弾性材料により形成された弾性シール体と、を有して構成されており、弾性シール体は、芯金の表面側に添着されている。弾性シール体は、芯金から更に内径方向に延設され、内径側にシールリップが設けられている。このシールリップは内輪の外周面に摺接している。また、内輪の外周面において、密封装置のシールリップが摺接する面はシール摺接面とされる。

そして、密封装置付き転がり軸受として自動調心ころ軸受が用いられる場合、そのシール摺接面は、従来、一様に軸受中心軸と平行な円周面形状に形成されていた。このため、内輪が傾いた場合には、内輪とシールリップとの接触位置は軸方向で変化し、また、そのシール摺接面は傾きを持つため、接触位置によってはシールリップの接触圧力の変化（緊迫力）が生じてしまうことがあり、密封性能の不安定化を招くという問題があった。

そこで、図７及び図８に示すように、内輪５２のシール摺接面５２ｂに摺接するシールリップ６２ａを有する密封装置５５において、このシールリップ６２ａの外径部にガータスプリング６３を装着して、内輪５２のシール摺接面５２ｂへの締付力Ｆｓを増大させることにより、軸受が調心して内輪５２が傾いた場合にも、シールリップ６２ａが内輪５２のシール摺接面５２ｂに密着して、密封性能を維持するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、図７に示すように、内輪５２のシール摺接面５２ｂがシールリップ６２ａから離間する方向に内輪５２が傾いた場合、ガータスプリング６３の締付力Ｆｓの作用により、シールリップ６２ａが内輪５２のシール摺接面５２ｂに対して摺接するが、接触圧力は減少してしまう。その一方、図８に示すように、内輪５２のシール摺接面５２ｂがシールリップ６２ａに接近する方向に内輪５２が傾いた場合、内輪５２のシール摺接面５２ｂからシールリップ６２ａにシールリップ６２ａを押し上げる力Ｆｉが作用し、加えてガータスプリング６３の締付力も作用するため、過大な接触圧力が作用してしまうことになる。また、この種の密封装置付き自動調心ころ軸受では、図９に示すように、内輪５２の傾き角が増大すると、シールリップ６２ａの接触圧力が増大するため、内輪５２のシール摺接面５２ｂで摩耗が発生してしまう可能性がある。

このようにガータスプリングを用いる構造では、内輪が傾いたときのシールリップの接触圧力は、内輪のシール摺接面での接触位置、接触状態によって変化してしまう。そして、従来の密封装置付き自動調心ころ軸受では、その接触圧力の変化量が大きいため、密封性能が不安定となり、異物の浸入及びグリース漏洩を招く可能性があった。また、このような構造では、かかる可能性を考慮してガータスプリングによりシールリップの締め代を増大させる傾向があるため、その結果、密封装置の交換時に過大な労力が必要であった。

そこで、内輪のシール摺接面を、軸受中心を曲率中心とする球面状、又は球面状に近似したテーパ状に形成することにより、内輪が傾いた場合でもシールリップの接触圧力を、軸受の調心角を問わず安定化できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。そして、この密封装置付き自動調心ころ軸受では、シールリップの接触圧力が安定することから、従来よりも密封装置を固定するための圧入力を緩和することができ、シールリップの脱着を容易にすることができ、また、調心角に追従して接触圧力が安定するため、ガータスプリングを不要とすることができる。

特開２０１１−２２６５１１号公報特開平０８−２７０６６３号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載の密封装置付き自動調心ころ軸受では、シールリップの接触圧力が安定するものの、鉄鋼設備など軸受周辺に、水や鉄粉などの異物が多く存在し、さらに突発的に外部からの衝撃荷重が作用するような厳しい環境下では、軸受内部に異物が少なからず浸入してしまう可能性があり、異物浸入から軸受損傷に至る可能性があった。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉄鋼設備などの厳しい環境下であったとしても、許容調心角までシールリップの接触圧力を適切に維持して、軸受内部への異物の浸入を確実に防止することができる密封装置付き自動調心ころ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）内周面に外輪軌道溝が形成される外輪と、外周面に内輪軌道溝が形成される内輪と、外輪軌道溝と内輪軌道溝との間に転動自在に設けられる複数のころと、外輪及び内輪間の軸方向両端部のうちの少なくとも一方に設けられ、先端部にシールリップを有して軸受内部を密封する密封装置と、を備える密封装置付き自動調心ころ軸受であって、シールリップが摺接する内輪のシール摺接面には、断面円弧状の凸面と、凸面より軸方向外方に位置し、軸方向外方に行くに従い縮径する傾斜面と、が全周に亘ってそれぞれ設けられ、傾斜面は、軸受中心を曲率中心とする曲面状に形成され、傾斜面に対応する中心角は、軸受の許容調心角までに設定されることを特徴とする密封装置付き自動調心ころ軸受。
（２）密封装置は、シールリップを内輪のシール摺接面に付勢するガータスプリングを更に備えることを特徴とする（１）に記載の密封装置付き自動調心ころ軸受。
（３）（１）又は（２）に記載の密封装置付き自動調心ころ軸受の製造方法であって、凸面と傾斜面とをハードターニング加工により形成することを特徴とする密封装置付き自動調心ころ軸受の製造方法。

本発明によれば、シールリップが摺接する内輪のシール摺接面には、断面円弧状の凸面と、凸面より軸方向外方に位置し、軸方向外方に行くに従い縮径する傾斜面と、が全周に亘ってそれぞれ設けられ、傾斜面は、軸受中心を曲率中心とする曲面状に形成され、傾斜面に対応する中心角は、軸受の許容調心角までに設定されるため、内輪が許容調心角まで傾いたとしても、シールリップの接触圧力の変化を抑制して、シールリップの接触圧力を最適に維持することができる。これにより、鉄鋼設備などの厳しい環境下であったとしても、軸受内部への異物の浸入を確実に防止することができる。

本発明に係る密封装置付き自動調心ころ軸受の一実施形態を説明する要部断面図である。図１に示す密封装置の要部断面図である。図２に示す内輪のシール摺接面の凸面の面形状を説明する要部拡大断面図である。図２に示す内輪のシール摺接面の傾斜面の面形状を説明する要部拡大断面図である。図２に示す内輪のシール摺接面において、内輪のシール摺接面がシールリップから離間する方向に内輪が傾いた場合の内輪のシール摺接面とシールリップとの接触状態を説明する拡大断面図である。図２に示す内輪のシール摺接面において、内輪のシール摺接面がシールリップに近接する方向に内輪が傾いた場合の内輪のシール摺接面とシールリップとの接触状態を説明する拡大断面図である。従来の内輪のシール摺接面において、内輪のシール摺接面がシールリップから離間する方向に内輪が傾いた場合の内輪のシール摺接面とシールリップとの接触状態を説明する拡大断面図である。従来の内輪のシール摺接面において、内輪のシール摺接面がシールリップに近接する方向に内輪が傾いた場合の内輪のシール摺接面とシールリップとの接触状態を説明する拡大断面図である。従来の内輪のシール摺接面において、内輪の傾き角とシールリップの接触圧力との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る密封装置付き自動調心ころ軸受の一実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態の密封装置付き自動調心ころ軸受１０は、図１及び図２に示すように、内周面に球面状の外輪軌道溝１１ａが形成される外輪１１と、外周面に球面状の内輪軌道溝１２ａが２列で形成される内輪１２と、保持器１３によって回動自在に保持され、外輪軌道溝１１ａと内輪軌道溝１２ａとの間に２列で転動自在に設けられる複数のころ１４と、外輪１１及び内輪１２間の軸方向両端部にそれぞれ設けられ、軸受内部を密封する密封装置１５と、を備える。

密封装置１５は、金属板が断面略Ｌ字型のリング状に形成された芯金２１と、ゴムなどの弾性材料により形成された弾性シール体２２と、を備え、外輪１１の軸方向両端部の内周面１１ｂにそれぞれ圧入されて固定されている。弾性シール体２２は、芯金２１の表面側に添着されている。また、弾性シール体２２は、芯金２１から内径方向に延設され、内輪１２のシール摺接面１２ｂに弾性的に摺接するシールリップ２２ａを有する。さらに、密封装置１５は、シールリップ２２ａを内輪１２のシール摺接面１２ｂに付勢するガータスプリング２３を備えている。

そして、シール摺接面１２ｂには、図２に示すように、断面円弧状の凸面３１と、この凸面３１より軸方向外方に位置し、軸方向外方に行くに従い縮径する傾斜面３２と、凸面３１と傾斜面３２との間に位置し、軸受中心軸と平行な平坦面３３と、が全周に亘ってそれぞれ設けられている。

シール摺接面１２ｂの傾斜面３２は、軸受中心を曲率中心とする曲面状に形成されている。また、傾斜面３２に対応する中心角は、軸受の許容調心角までに設定されている。また、シール摺接面１２ｂの凸面３１、傾斜面３２、及び平坦面３３は、ハードターニング加工により形成されている。なお、傾斜面３２は、軸受の許容調心角を超えて設定されていてもよい。しかし、この場合は、加工範囲が増加するため、加工コストが若干増加する可能性がある。

次に、図３を参照して、シール摺接面１２ｂの凸面３１の面形状について説明する。
凸面３１と平坦面３３との境界点である点Ｐを基点とし、軸受中心点Ｏから点Ｐまでの曲率半径をＲ１とする。そして、曲率半径Ｒ１を軸受の許容調心角α［ｒａｄ］だけ軸方向外側に回転させたときの円周長さを、点Ｐに対して接触角方向に対称させた点を点Ｑとする。また、点Ｐを点Ｑに対して軸方向に対称させた点を点Ｓとする。そして、点Ｐ、点Ｑ、点Ｓの３点を結ぶ円弧形状が凸面３１の面形状である。

次に、図４を参照して、シール摺接面１２ｂの傾斜面３２の面形状について説明する。
平坦面３３と傾斜面３２との境界点である点Ｔを基点とし、軸受中心点Ｏから点Ｔまでの曲率半径をＲ２とする。そして、曲率半径Ｒ２を軸受の許容調心角α［ｒａｄ］だけ軸方向外側に回転させたときの円周長さが傾斜面３２の面形状である。これにより、傾斜面３２は軸受中心を曲率中心とする曲面状に形成されると共に、傾斜面３２に対応する中心角は軸受の許容調心角α[ｒａｄ]までに設定される。なお、許容調心角αは、正負両側で設定され、例えば、安定したシールリップ２２ａの接触圧力が維持される±０．５°〜±１．０°に設定されるが、これに限定されない。

このように構成された自動調心ころ軸受１０では、図５に示すように、内輪１２のシール摺接面１２ｂがシールリップ２２ａから離間する方向に内輪１２が傾いた場合、ガータスプリング２３の締付力Ｆｓがシールリップ２２ａに作用するのは従来と同様であるが、内輪１２のシール摺接面１２ｂに断面円弧状の凸面３１が形成されているため、内輪１２が許容調心角まで傾いたとしても、シールリップ２２ａが凸面３１に接触して、シールリップ２２ａを押し上げる力Ｆｉが凸面３１からシールリップ２２ａに作用する。このため、従来と比べて、シールリップ２２ａの接触圧力の低下が抑制される。

また、図６に示すように、内輪１２のシール摺接面１２ｂがシールリップ２２ａに接近する方向に内輪１２が傾いた場合、内輪１２のシール摺接面１２ｂに曲面状の傾斜面３２が形成されているため、シールリップ２２ａが傾斜面３２に接触する。そして、このとき、ガータスプリング２３の締付力Ｆｓがシールリップ２２ａに作用すると共に、シールリップ２２ａを押し上げる力Ｆｉが傾斜面３２からシールリップ２２ａに作用する。しかし、傾斜面３２が軸方向外方に行くに従い縮径するように形成されているため、シールリップ２２ａの接触圧力の過大な増加が抑制される。

従って、内輪１２のシール摺接面１２ｂがシールリップ２２ａから離間する方向に内輪１２が傾いた場合、シールリップ２２ａの接触圧力の低下が抑制され、内輪１２のシール摺接面１２ｂがシールリップ２２ａに接近する方向に内輪１２が傾いた場合、シールリップ２２ａの接触圧力の過大な増加が抑制されるため、シールリップ２２ａの接触圧力の変化が抑制されて、シールリップ２２ａの接触圧力が最適に維持される。また、シールリップ２２ａの接触圧力の変化が抑制されるので、過大圧力による内輪１２のシール摺接面１２ｂの摩耗が抑制される。さらに、ガータスプリング２３を採用するため、鉄鋼設備などの厳しい環境下であったとしても、軸受内部への異物の浸入を防止することができる。

以上説明したように、本実施形態の自動調心ころ軸受１０によれば、内輪１２のシール摺接面１２ｂには、断面円弧状の凸面３１と、凸面３１より軸方向外方に位置し、軸方向外方に行くに従い縮径する傾斜面３２と、が全周に亘ってそれぞれ設けられ、傾斜面３２は、軸受中心を曲率中心とする曲面状に形成され、傾斜面３２に対応する中心角は、軸受の許容調心角までに設定されるため、内輪１２が許容調心角まで傾いたとしても、シールリップ２２ａの接触圧力の変化を抑制して、シールリップ２２ａの接触圧力を最適に維持することができる。これにより、鉄鋼設備などの厳しい環境下であったとしても、軸受内部への異物の浸入を確実に防止することができる。

また、本実施形態の自動調心ころ軸受１０によれば、凸面３１と傾斜面３２がハードターニング加工により形成されるため、加工コストを抑制することができると共に、作業効率の向上を図ることができる。具体的には、研削加工では研削逃げを設け、研削面ごとに加工する必要があるが、ハードターニング加工ではその必要がないため、加工コストを抑制することができる。また、複雑な加工形状においては、研削加工よりも高精度に加工することができる。さらに、研削加工よりも非常に短時間で加工することができるので、作業効率の向上を図ることができる。

なお、本発明は上記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、本実施形態では、自動調心ころ軸受に本発明を適用する場合を例示したが、これに限定されず、自動調心玉軸受に本発明を適用してもよい。
また、凸面３１と傾斜面３２との間に設けられる平坦面３３はなくてもよいが、その長さは、内輪１２の調心角が０°のとき（図２参照）に、シールリップ２２ａがシール摺接面１２ｂに緊迫する軸方向接触域で決定される。

１０密封装置付き自動調心ころ軸受
１１外輪
１１ａ外輪軌道溝
１２内輪
１２ａ内輪軌道溝
１２ｂシール摺接面
１３保持器
１４ころ
１５密封装置
２１芯金
２２弾性シール体
２２ａシールリップ
２３ガータスプリング
３１凸面
３２傾斜面
３３平坦面

Claims

内周面に外輪軌道溝が形成される外輪と、外周面に内輪軌道溝が形成される内輪と、前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝との間に転動自在に設けられる複数のころと、前記外輪及び前記内輪間の軸方向両端部のうちの少なくとも一方に設けられ、先端部にシールリップを有して軸受内部を密封する密封装置と、を備える密封装置付き自動調心ころ軸受であって、
前記シールリップが摺接する前記内輪のシール摺接面には、断面円弧状の凸面と、前記凸面より軸方向外方に位置し、軸方向外方に行くに従い縮径する傾斜面と、が全周に亘ってそれぞれ設けられ、
前記傾斜面は、軸受中心を曲率中心とする曲面状に形成され、
前記傾斜面に対応する中心角は、軸受の許容調心角までに設定されることを特徴とする密封装置付き自動調心ころ軸受。
前記密封装置は、前記シールリップを前記内輪の前記シール摺接面に付勢するガータスプリングを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の密封装置付き自動調心ころ軸受。
請求項１又は２に記載の密封装置付き自動調心ころ軸受の製造方法であって、
前記凸面と前記傾斜面とをハードターニング加工により形成することを特徴とする密封装置付き自動調心ころ軸受の製造方法。