特許第6019703号(P6019703)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6019703密封装置付き自動調心ころ軸受及びその製造方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6019703
(24)【登録日】2016年10月14日
(45)【発行日】2016年11月2日
(54)【発明の名称】密封装置付き自動調心ころ軸受及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
   F16C 33/78 20060101AFI20161020BHJP
   F16C 23/08 20060101ALI20161020BHJP
   F16C 33/64 20060101ALI20161020BHJP
   F16J 15/3204 20160101ALI20161020BHJP
   F16J 15/3208 20160101ALI20161020BHJP
【FI】
   F16C33/78 D
   F16C23/08
   F16C33/64
   F16J15/3204 201
   F16J15/3208
【請求項の数】3
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2012-97896(P2012-97896)
(22)【出願日】2012年4月23日
(65)【公開番号】特開2013-224721(P2013-224721A)
(43)【公開日】2013年10月31日
【審査請求日】2015年4月21日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100105474
【弁理士】
【氏名又は名称】本多 弘徳
(74)【代理人】
【識別番号】100108589
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 利光
(72)【発明者】
【氏名】田口 恵一郎
【審査官】 中村 大輔
(56)【参考文献】
【文献】 特開平08−270663(JP,A)
【文献】 特開2011−226511(JP,A)
【文献】 実開昭63−040626(JP,U)
【文献】 特開2007−192258(JP,A)
【文献】 国際公開第2011/140230(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16C 33/78
F16C 23/08
F16C 33/64
F16J 15/3204
F16J 15/3208
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、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。
【請求項2】
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3】
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
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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)。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2011−226511号公報
【特許文献2】特開平08−270663号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
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。
【0010】
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。
【課題を解決するための手段】
【0011】
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
【発明の効果】
【0012】
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。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】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2図1に示す密封装置の要部断面図である。
図3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4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5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6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。
図7】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。
図8】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。
図9】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。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【符号の説明】
【0027】
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
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9