JP2007239919A - Sealing type rolling bearing and its manufacturing process - Google Patents
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本発明は、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、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、軸受内部と外部との間に高い密封性が要求される密封型転がり軸受及びその製造方法に関する。 The present invention is incorporated in, for example, an electromagnetic clutch device or a pulley device, and is used in an environment where a large amount of foreign matter such as water or muddy water is present, and sealing that requires high sealing performance between the inside and outside of the bearing is required. The present invention relates to a type rolling bearing and a manufacturing method thereof.
例えば、電磁クラッチ装置や各種プーリ装置などに組み込まれる転がり軸受は、水やダスト等の異物が軸受内部に侵入したり、あるいは、軸受内部からグリース等の潤滑剤が漏れたりすることを未然に防止するため、強固な密封性を有する密封型転がり軸受が採用されている。 For example, rolling bearings built into electromagnetic clutch devices and various pulley devices prevent foreign matters such as water and dust from entering the bearings or leakage of lubricants such as grease from the bearings. Therefore, a sealed type rolling bearing having a strong sealing property is employed.
一般的に、転がり軸受は、外周に軌道面を有する内輪と、内周に軌道面を有する外輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に転動自在に介在された複数のボールと、内輪と外輪との間に配設されてボールを支持するケージとで主要部が構成されている。 Generally, a rolling bearing is composed of an inner ring having a raceway surface on the outer periphery, an outer ring having a raceway surface on the inner periphery, and a plurality of balls interposed between the raceway surface of the inner ring and the raceway surface of the outer ring. And a cage that is disposed between the inner ring and the outer ring and supports the ball.
この一般的な転がり軸受のうち、高密封性能が要求される密封型転がり軸受では、内輪と外輪間に形成された環状空間に配されたシール装置を具備する。このシール装置は、転がり軸受が内輪回転の場合、固定側である外輪の内径端部に装着された芯金と、その芯金に一体的に加硫接着されたシール部材とからなる。このシール部材は、ゴム等の弾性部材で構成され、その先端部に内輪の外径端部に接触するシールリップを有する。 Among these general rolling bearings, a sealed rolling bearing that requires high sealing performance includes a seal device disposed in an annular space formed between an inner ring and an outer ring. When the rolling bearing is rotating on the inner ring, the sealing device includes a cored bar attached to the inner diameter end of the outer ring on the fixed side, and a seal member integrally vulcanized and bonded to the cored bar. The seal member is made of an elastic member such as rubber, and has a seal lip that contacts the outer diameter end of the inner ring at the tip.
この種の密封型転がり軸受では、その運転中、シール部材先端のシールリップが内輪の外径端部である摺動面に摺接した状態を維持しながら、内輪が回転する。これにより、水やダスト等の異物が軸受内部に侵入したり、あるいは、軸受内部からグリース等の潤滑剤が外部へ漏れたりすることを未然に防止するようにしている(例えば、特許文献1の図4および図5参照)。
ところで、前述した密封型転がり軸受において、その密封性能に影響するのは、主に、シール部材の構造や材質などからなるシール設計そのものと、そのシール部材のシールリップが摺接する摺動面の表面性状などからなる摺動面設計である。 By the way, in the above-mentioned sealed rolling bearing, the sealing performance mainly affects the seal design itself composed of the structure and material of the seal member and the surface of the sliding surface on which the seal lip of the seal member is in sliding contact. It is a sliding surface design consisting of properties.
前述した特許文献1に開示された密封型転がり軸受では、その密封性能を向上させるため、シールリップが摺接する摺動面の表面粗さをRmaxで1.2μm以下にすることが望ましい点が記載されている。 In the above-mentioned sealed rolling bearing disclosed in Patent Document 1, it is desirable that the surface roughness of the sliding surface with which the seal lip is slidably contacted is Rmax 1.2 μm or less in order to improve the sealing performance. Has been.
一方、この転がり軸受の製造では、シールリップが摺接する内輪の摺動面を旋削仕上げ加工した後、その摺動面の硬度を確保するために熱処理することが一般的である。このように摺動面の旋削仕上げ加工後に熱処理を行うと、その熱処理により発生するスケールが摺動面に付着することになる。 On the other hand, in the manufacture of this rolling bearing, it is common to heat-treat in order to ensure the hardness of the sliding surface after the sliding surface of the inner ring that is in sliding contact with the seal lip is turned. When heat treatment is performed after the turning finish of the sliding surface in this way, the scale generated by the heat treatment adheres to the sliding surface.
この熱処理によるスケールは、摺動面に生成された強固な酸化被膜(黒錆)であり、その摺動面の表面粗さを悪化させることから、特許文献1で開示されているように摺動面の表面粗さをRmaxで1.2μm以下とすることが非常に困難となる。 The scale by this heat treatment is a strong oxide film (black rust) generated on the sliding surface, which deteriorates the surface roughness of the sliding surface. It becomes very difficult to make the surface roughness Rmax 1.2 μm or less.
また、摺動面の表面粗さを悪化させるスケールを除去するため、熱処理後にバレル研磨などのスケール除去加工を必要とする。このバレル研磨などのスケール除去加工は、オフライン作業となるため、製品のコストアップを招く要因にもなっている。 Moreover, in order to remove the scale that deteriorates the surface roughness of the sliding surface, a scale removal process such as barrel polishing is required after the heat treatment. This scale removal processing such as barrel polishing is an off-line operation, which causes an increase in product cost.
そこで、本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、シールリップが摺接する摺動面の平滑性を簡便な手段で確保し、高密封性を有する安価な製品を提供し得る密封型転がり軸受及びその製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to ensure smoothness of the sliding surface with which the seal lip is slidably contacted by a simple means and to have high sealing performance. To provide a sealed type rolling bearing capable of providing an inexpensive product and a method for manufacturing the same.
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、外周に軌道面を有する内方部材と、内周に軌道面を有する外方部材と、内方部材の軌道面と外方部材の軌道面との間に転動自在に介在された複数の転動体と、内方部材と外方部材間に形成された環状空間に配され、弾性部材からなるシールリップを有するシール装置とを備えた密封型転がり軸受であって、シール装置のシールリップが摺接する回転側部材の摺動面は、熱処理後の超仕上げ加工あるいは研削加工および超仕上げ加工によって形成されていることを特徴とする。 As technical means for achieving the above object, the present invention provides an inner member having a raceway surface on the outer periphery, an outer member having a raceway surface on the inner periphery, and a raceway surface and an outer member of the inner member. A plurality of rolling elements interposed between the raceway surface and a raceway surface, and a sealing device disposed in an annular space formed between the inner member and the outer member and having a seal lip made of an elastic member. Further, the sliding surface of the rotating side member that is in sliding contact with the sealing lip of the sealing device is formed by superfinishing after grinding or grinding and superfinishing.
また、本発明は、外周に軌道面を有する内方部材と、内周に軌道面を有する外方部材と、内方部材の軌道面と外方部材の軌道面との間に転動自在に介在された複数の転動体と、内方部材と外方部材間に形成された環状空間に配され、弾性部材からなるシールリップを有するシール装置とを備えた密封型転がり軸受の製造方法であって、シール装置のシールリップが摺接する回転側部材の摺動予定面を旋削仕上げ加工後に熱処理し、その熱処理後に超仕上げ加工あるいは研削加工した上で超仕上げ加工することを特徴とする。 Further, the present invention is an inner member having a raceway surface on the outer periphery, an outer member having a raceway surface on the inner periphery, and freely rollable between the raceway surface of the inner member and the raceway surface of the outer member. A manufacturing method of a sealed type rolling bearing comprising a plurality of interposed rolling elements and a sealing device having a sealing lip made of an elastic member and arranged in an annular space formed between an inner member and an outer member. The scheduled sliding surface of the rotating side member with which the seal lip of the sealing device is in sliding contact is heat-treated after the turning finishing process, and after that heat treatment, the super-finishing process or the grinding process is performed and then the super-finishing process is performed.
この転がり軸受において、外方部材が固定側である場合には、内方部材が「回転側部材」となり、逆に、内方部材が固定側の場合、外方部材が「回転側部材」となる。 In this rolling bearing, when the outer member is the fixed side, the inner member is the “rotation side member”, and conversely, when the inner member is the fixed side, the outer member is the “rotation side member”. Become.
「超仕上げ加工」は、砥石を用いた研磨加工の一種で、例えば数Hz〜数十Hzの周波数の振動を砥石に付与し、短時間で高精度な表面粗さを有する仕上げ面を形成することができる加工方法である。砥石としては、例えば、メタルボンド超砥粒(CBN)などが用いられる。この超仕上げ加工では、砥石に振動を付与することにより、各砥粒に他方向からの力を加え、砥粒の破砕、脱落を容易にし、一般的な加工と比較して低圧力、低速度で加工することで、熱の発生がほとんどなく、研削加工に比べて加工変質が極めて少ないという特徴を持つ。 “Super-finishing” is a kind of polishing using a grindstone. For example, a vibration having a frequency of several Hz to several tens of Hz is applied to the grindstone to form a finished surface having a highly accurate surface roughness in a short time. It is a processing method that can. As the grindstone, for example, metal bond superabrasive grains (CBN) are used. In this super-finishing process, by applying vibration to the grindstone, a force from each direction is applied to each abrasive grain, making it easy to crush and drop off the abrasive grains. By processing with, there is little heat generation, and it has the characteristics that processing deterioration is extremely small compared to grinding.
「研削加工」は、研削盤に取り付けた砥石によって定寸切込みで回転側部材の摺動予定面を削る加工方法である。砥石は硬度が大きい1mm以下の粒径を持つ砥粒を結合材で固めて円盤状にしたもので、これを回転させて回転側部材の摺動予定面に接触させて削る。その砥石の周速は、加工対象である回転側部材の相対速度に比べて非常に速く、削り代も数ミクロン程度と微小であるので表面粗さがサブミクロン以下の精密加工が可能である。なお、回転側部材が内方部材の場合には、その摺動予定面が外径面となるので円筒研削となり、回転側部材が外方部材の場合には、その摺動予定面が内径面となるので内面研削となる。 “Grinding” is a processing method in which the planned sliding surface of the rotating side member is cut by a constant-size cut with a grindstone attached to a grinding machine. The grindstone is a disc in which abrasive grains having a particle size of 1 mm or less with high hardness are hardened with a binder, and this is rotated and brought into contact with the planned sliding surface of the rotating member. The peripheral speed of the grindstone is very high compared to the relative speed of the rotating side member to be processed, and the cutting allowance is as small as several microns, so that it is possible to perform precision processing with a surface roughness of submicron or less. When the rotation side member is an inner member, the planned sliding surface is an outer diameter surface, so cylindrical grinding is performed. When the rotation side member is an outer member, the planned sliding surface is an inner diameter surface. Therefore, it becomes internal grinding.
本発明では、シール装置のシールリップが摺接する回転側部材の摺動予定面を旋削仕上げ加工後に熱処理し、その熱処理後に超仕上げ加工あるいは研削加工した上で超仕上げ加工することにより摺動面を形成する。熱処理後の摺動予定面に付着したスケールを超仕上げ加工あるいは研削加工および超仕上げ加工により除去することで、スケールに影響されない平滑な摺動面を形成することができる。 In the present invention, the sliding surface of the rotating side member with which the seal lip of the sealing device is slidably contacted is heat-treated after the turning finishing process, and after the heat treatment, the super-finishing process or the grinding process is followed by the super-finishing process. Form. By removing the scale adhering to the planned sliding surface after the heat treatment by super finishing or grinding and super finishing, a smooth sliding surface that is not affected by the scale can be formed.
また、超仕上げ加工は、従来におけるバレル研磨などのスケール除去加工のようなオフライン作業とする必要がなく、旋削加工、熱処理および超仕上げ加工からなる一連の処理を連続的に実施することができることから、製品コストに影響する設備面での改善が図れる。 In addition, the superfinishing process does not need to be an off-line work like a conventional scale removal process such as barrel polishing, and a series of processes including turning, heat treatment and superfinishing can be performed continuously. Improvements in facilities that affect product costs can be achieved.
特に、研削加工により、熱処理による変形を除去することができ、超仕上げ加工により、表面粗さをRmax1.2μm以下にすることができる。 In particular, deformation due to heat treatment can be removed by grinding, and surface roughness can be reduced to Rmax 1.2 μm or less by superfinishing.
本発明によれば、シール装置のシールリップが摺接する回転側部材の摺動予定面を旋削加工後に熱処理し、その熱処理後に超仕上げ加工あるいは研削加工した上で超仕上げ加工することにより摺動面を形成することから、熱処理によるスケールに影響されない平滑な摺動面が得られる。つまり、従来のスケール除去加工を施した摺動面と同等な表面粗さを持つ平滑性を確保することができ、シール性能の低下を未然に防止することができる。 According to the present invention, the sliding surface of the rotating side member with which the seal lip of the sealing device is in sliding contact is heat-treated after turning, and then subjected to super-finishing or grinding and then super-finishing after the heat treatment. Therefore, a smooth sliding surface that is not affected by the scale caused by the heat treatment can be obtained. That is, it is possible to ensure smoothness having a surface roughness equivalent to that of a sliding surface subjected to a conventional scale removal process, and to prevent a reduction in sealing performance.
また、従来におけるバレル研磨などのスケール除去加工のようなオフライン作業とする必要がない超仕上げ加工を採用したことから、旋削加工、熱処理、超仕上げ加工あるいは研削加工および超仕上げ加工からなる一連の処理を連続的に実施することができ、製品コストに影響する設備面での改善が図れる。 In addition, a series of processing consisting of turning, heat treatment, super-finishing or grinding and super-finishing is used because it employs super-finishing that does not require off-line work such as conventional scale removal processing such as barrel polishing. Can be carried out continuously, and the equipment can be improved, which affects the product cost.
以上のことから、熱処理後に超仕上げ加工あるいは研削加工および超仕上げ加工を付加することにより、シールリップが摺接する摺動面の平滑性を確保することができて高密封性を有する製品を提供できると共に、設備面での改善でもって安価な製品を提供できる。 From the above, by adding superfinishing processing or grinding processing and superfinishing processing after heat treatment, the smoothness of the sliding surface with which the seal lip slides can be ensured and a product having high sealing performance can be provided. At the same time, it is possible to provide an inexpensive product by improving the equipment.
図1は、電磁クラッチ装置やプーリ装置などに組み込まれ、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、軸受内部と外部との間に高い密封性が要求される密封型転がり軸受の構造を例示する。また、図2は、図1の転がり軸受の要部拡大図である。 Fig. 1 is a sealed type rolling assembly that is installed in an electromagnetic clutch device, pulley device, etc., and is used in an environment where a large amount of foreign matter such as water and muddy water is present, and that requires high sealing performance between the inside and outside of the bearing. The structure of a bearing is illustrated. FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the rolling bearing of FIG.
この密封型転がり軸受は、図1に示すように深溝玉軸受からなり、外周に軌道面11を有する内方部材としての内輪10と、内周に軌道面21を有する外方部材としての外輪20と、内輪10の軌道面11と外輪20の軌道面21との間に転動自在に配された転動体としての複数のボール30と、内輪10と外輪20との間に配設されてボール30を円周方向で所定間隔に保持するケージ40と、内輪10と外輪20間に形成された環状空間50に配され、弾性部材からなるシールリップを有するシール装置60とを主要な構成要素としている。
As shown in FIG. 1, this sealed rolling bearing is a deep groove ball bearing, and an
内輪10と外輪20間に形成された環状空間に配されたシール装置60は、図2に示すように転がり軸受が内輪回転の場合、固定側である外輪20の内径端部に装着された芯金61と、その芯金61に一体的に加硫接着されたシール部材62とからなる。
As shown in FIG. 2, the
このシール部材62は、ゴム等の弾性部材で構成され、その先端部に内輪10の外径端部に接触するシールリップ63を有する。このシールリップ63は、二股状に分岐して形成された主リップ64と副リップ65からなる。
The
このシールリップ63の形状は一例であり、二股状に分岐して形成された主リップ64と副リップ65からなる構造に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。
The shape of the
一方、シールリップ63が摺接する内輪10の外径端部には、断面略U字形をなすシール溝12が形成され、そのシール溝12の内側(図2の左側)には、傾斜した摺動面13が設けられ、その外側(図2の右側)には、シール溝12の畝部としての小径部14が設けられている。
On the other hand, a
この密封型転がり軸受では、その運転中、シール部材62先端のシールリップ63が内輪10の外径端部にある摺動面13に摺接した状態を維持しながら、内輪10が回転する。具体的には、主リップ64がシール溝12の摺動面13に摺接すると共に、副リップ65が小径部14に僅かな締め代を介して摺接する。
In this sealed type rolling bearing, during the operation, the
この副リップ65の基部は縊れて形成されているため腰が弱く、主リップ64の摩耗に伴って図中左側に追従して小径部14との締め代を増大させる。従って、主リップ64の摩耗量が少ない状態では軸受の回転トルクを抑制すると共に、主リップ64の摩耗に応じて締め代が増し、密封性を確保することができる。
Since the base portion of the
これら主リップ64と副リップ65からなるシールリップ63の作用により、水やダスト等の異物が軸受内部に侵入したり、あるいは、軸受内部からグリース等の潤滑剤が外部へ漏れたりすることを未然に防止するようにしている。
Due to the action of the
なお、この実施形態では、外輪20を固定側としてハウジング(図示せず)などに固定し、内輪10を回転側としてその内径にシャフト(図示せず)が圧入される場合について説明するが、本発明はこれに限定されることなく、外輪20を回転側、内輪10を固定側とした外輪回転タイプにも適用可能であり、その場合、シール装置60は、内輪10の外径端部に装着することになる。
In this embodiment, the case where the
ところで、この密封型転がり軸受において、その密封性能に影響するのは、主に、シール部材62の構造や材質などからなるシール設計そのものと、そのシール部材62のシールリップ63が摺接する内輪10の摺動面13の表面性状などからなる摺動面設計となっている。
By the way, in this sealed type rolling bearing, the sealing performance mainly affects the seal design itself made of the structure and material of the
この実施形態の密封型転がり軸受では、内輪10の摺動面13の表面性状からなる摺動面設計に着目して密封性能の向上を図る。つまり、シール装置60のシールリップ63が摺接する内輪10の摺動面13は、図3に示すように旋削加工、熱処理および超仕上げ加工からなる一連の処理によって形成されている。この摺動面13は、図4に示すように旋削加工、熱処理、研削加工および超仕上げ加工からなる一連の処理によっても形成可能である。
In the sealed rolling bearing of this embodiment, the sealing performance is improved by paying attention to the sliding surface design composed of the surface properties of the sliding
まず、シールリップ63が摺接する内輪10の摺動予定面を旋削仕上げ加工した後、摺動面の硬度を確保するために熱処理する。このように摺動予定面の旋削仕上げ加工後に熱処理を行うと、その熱処理により発生するスケールが摺動予定面に付着することになる。この熱処理によるスケールは、摺動予定面に生成された強固な酸化被膜(黒錆)であり、その摺動予定面の表面粗さを悪化させる。
First, the surface to be slid of the
そこで、摺動予定面の表面粗さを悪化させるスケールを除去するため、熱処理後に超仕上げ加工あるいは研削加工した上で超仕上げ加工する。 Therefore, in order to remove the scale that deteriorates the surface roughness of the surface to be slid, superfinishing is performed after superfinishing or grinding after heat treatment.
超仕上げ加工は、砥石を用いた研磨加工の一種で、例えば数Hz〜数十Hzの周波数の振動を砥石に付与し、短時間で高精度な表面粗さを有する仕上げ面を形成することができる加工方法である。砥石としては、例えば、メタルボンド超砥粒(CBN)などが用いられる。 Superfinishing is a kind of polishing process using a grindstone, and for example, a vibration having a frequency of several Hz to several tens Hz is applied to the grindstone to form a finished surface having a highly accurate surface roughness in a short time. This is a possible processing method. As the grindstone, for example, metal bond superabrasive grains (CBN) are used.
また、研削加工は、研削盤に取り付けた砥石によって定寸切込みで内輪10の摺動予定面を削る加工方法である。超仕上げ加工は、砥石を用いた研磨加工の一種で、例えば数Hz〜数十Hzの周波数の振動を砥石に付与し、短時間で高精度な表面粗さを有する仕上げ面を形成することができる加工方法である。砥石としては、例えば、メタルボンド超砥粒(CBN)などが用いられる。
Further, the grinding process is a machining method in which the planned sliding surface of the
この超仕上げ加工では、砥石に振動を付与することにより、各砥粒に他方向からの力を加え、砥粒の破砕、脱落を容易にし、一般的な加工と比較して低圧力、低速度で加工することで、熱の発生がほとんどなく、研削加工に比べて加工変質が極めて少ないという特徴を持つ。超仕上げ加工により、表面粗さをRmax1.2μm以下にすることができる。 In this super-finishing process, by applying vibration to the grindstone, a force from each direction is applied to each abrasive grain, making it easy to crush and drop off the abrasive grains. By processing with, there is little heat generation, and it has the characteristics that processing deterioration is extremely small compared to grinding. By superfinishing, the surface roughness can be reduced to Rmax 1.2 μm or less.
また、この研削加工では、硬度の大きい1mm以下の粒径を持つ砥粒を結合材で固めて円盤状の砥石を回転させて内輪10の摺動予定面に接触させて削る。その砥石の周速は、内輪10の相対速度に比べて非常に速く、削り代も数ミクロン程度と微小であるので表面粗さがサブミクロン以下の精密加工が可能である。研削加工により、熱処理による変形を除去することができる。
Further, in this grinding process, abrasive grains having a large hardness of 1 mm or less are hardened with a binder, and a disk-shaped grindstone is rotated and brought into contact with a planned sliding surface of the
このようにして、旋削仕上げ加工後に熱処理した摺動予定面に対して、その熱処理後に超仕上げ加工あるいは研削加工した上で超仕上げ加工することにより、摺動面13を形成することでもって、熱処理後の摺動予定面に付着したスケールを超仕上げ加工あるいは研削加工および超仕上げ加工により除去し、スケールに影響されない平滑な摺動面13を形成することができる。つまり、従来のスケール除去加工を施した摺動面と同等な表面粗さを持つ平滑性を確保することができ、シール性能の低下を未然に防止することができる。
In this manner, the sliding
また、超仕上げ加工は、従来におけるバレル研磨などのスケール除去加工のようなオフライン作業とする必要がなく、旋削加工、熱処理、超仕上げ加工あるいはあるいは研削加工および超仕上げ加工からなる一連の処理を連続的に実施することができることから、製品コストに影響する設備面での改善が図れる。 Superfinishing does not need to be off-line work like conventional scale removal processing such as barrel polishing, and a series of processing consisting of turning, heat treatment, superfinishing, or grinding and superfinishing is continuous. Therefore, it is possible to improve the facilities that affect the product cost.
10 内方部材〔回転側部材(内輪)〕
11 軌道面
13 摺動面
20 外方部材(外輪)
21 軌道面
30 転動体(ボール)
40 ケージ
50 環状空間
60 シール装置
63 シールリップ
10 Inner member [Rotating member (inner ring)]
21
40
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