KR20240022519A - bearing with seal - Google Patents
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Abstract
시일 슬라이딩면(11)과 시일 부재(2)의 시일 립(10) 사이를 시일 립(10)의 복수의 돌기(12)에 의해 유체 윤활 상태로 하는 것이 가능한 시일을 갖는 베어링에 있어서, 시일 립(10)의 성형과, 돌기(12)끼리 사이의 간극(13)을 보다 작게 하는 것의 양립을 도모하기 위해, 돌기(12)는, 시일 슬라이딩면(11)에 직교하며 또한 둘레 방향을 따른 단면에서 곡률 반경(R)이 0.009 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 미만인 볼록 원호형의 표면을 갖도록 마련되고, 둘레 방향으로 인접한 돌기(12)끼리 사이의 둘레 방향 피치(P)는, 0.010 ㎜ 이상 0.3 ㎜ 미만으로 마련되어 있다.A bearing having a seal capable of maintaining a fluid lubricated state between the seal sliding surface (11) and the seal lip (10) of the seal member (2) by the plurality of protrusions (12) of the seal lip (10), wherein the seal lip In order to achieve both the molding of (10) and making the gap 13 between the projections 12 smaller, the projections 12 have a cross section perpendicular to the seal sliding surface 11 and along the circumferential direction. It is provided to have a convex arc-shaped surface with a radius of curvature (R) of 0.009 mm or more and less than 0.15 mm, and the circumferential pitch (P) between the protrusions 12 adjacent to each other in the circumferential direction is provided to be 0.010 mm or more and less than 0.3 mm. there is.
Description
이 발명은 구름 베어링 및 시일 부재를 구비하는 시일을 갖는 베어링에 관한 것이다.This invention relates to a rolling bearing and a bearing with a seal including a seal member.
구름 베어링의 조기 파손을 방지하기 위해, 시일 부재가 이용되고 있다. 예컨대, 자동차, 각종 건설용 기계 등의 차량에 탑재된 트랜스미션 내에는 기어의 마모분 등의 이물이 혼재하기 때문에, 시일 부재에 의해, 마모분 등의 베어링 내부에의 침입을 방지하고 있다.To prevent premature failure of rolling bearings, seal members are used. For example, since foreign substances such as gear wear powder are mixed in transmissions mounted on vehicles such as automobiles and various construction machines, the seal member prevents wear powder etc. from entering the bearing interior.
일반적으로, 시일 부재는, 고무형 재료 등의 탄성재로 환형으로 형성된 시일 립을 갖는다. 궤도륜, 슬링거 등, 베어링 회전에 따라 시일 부재에 대하여 둘레 방향으로 상대 회전하는 상대 부품에는, 시일 립과 미끄럼 접촉하는 시일 슬라이딩면이 형성되어 있다.Generally, a seal member has a seal lip formed in an annular shape from an elastic material such as a rubber-like material. A seal sliding surface that is in sliding contact with the seal lip is formed on a mating part, such as a raceway or a slinger, that rotates relative to the seal member in the circumferential direction as the bearing rotates.
일반적인 시일 부재는, 시일 립과 시일 슬라이딩면이 전체 둘레에서 미끄럼 접촉하고, 미시적으로는 경계 윤활∼혼합 윤활 영역을 따르고 있다. 시일 립의 드래그 저항(시일 토크)은, 베어링 토크의 상승을 초래한다. 또한, 그 미끄러짐 접촉은, 구름 베어링의 온도 상승의 하나의 원인이 된다. 또한, 베어링 내부가 외부에 대하여 시일 부재로 폐색되기 때문에, 베어링 내부와 외부 사이의 압력차에 의해 시일 립이 시일 슬라이딩면에 압박되는 흡착 작용이 생겨 시일 토크가 증대하는 경우가 있다. 이것들로부터, 일반적인 시일 부재로는, 베어링의 고속 운전에 한계가 있다.In a general seal member, the seal lip and the seal sliding surface are in sliding contact around the entire circumference, and microscopically follow the boundary lubrication to mixed lubrication region. The drag resistance (seal torque) of the seal lip causes an increase in bearing torque. Additionally, the sliding contact becomes one of the causes of the temperature rise of the rolling bearing. In addition, since the inside of the bearing is blocked from the outside by a seal member, the pressure difference between the inside and outside of the bearing creates an adsorption effect in which the seal lip is pressed against the seal sliding surface, and the seal torque may increase. From these reasons, there is a limit to the high-speed operation of the bearing with general seal members.
시일 부재의 시일 립을 상대 부품과 비접촉으로 배치하고, 래버린스 시일을 형성하면, 시일 토크를 없애는 것은 가능하지만, 시일 부재 및 상대 부품 사이의 간극의 크기에 대해서 소정 립 직경의 이물 침입을 방지할 수 있는 것 같은 각종 오차의 관리가 어렵다.By arranging the seal lip of the seal member in a non-contact manner with the mating part and forming a labyrinth seal, it is possible to eliminate the sealing torque, but it is not possible to prevent the intrusion of foreign matter of a given lip diameter relative to the size of the gap between the seal member and the mating part. It is difficult to manage various possible errors.
이에 대하여, 시일 립이 둘레 방향으로 나열된 복수의 돌기를 갖고, 이들 복수의 돌기가 둘레 방향으로 인접한 돌기끼리 사이를 통하여 베어링 내부와 외부에 연통하는 간극을 생기게 하고, 또한 베어링 회전에 따라 간극으로부터 돌기와 시일 슬라이딩면 사이로 끌려 들어가는 윤활유의 유막에 의해 시일 립 및 시일 슬라이딩면 사이를 유체 윤활 상태로 할 수 있는 시일을 갖는 베어링이 제안되어 있다(특허문헌 1).In contrast, the seal lip has a plurality of protrusions arranged in the circumferential direction, and these plural protrusions create a gap that communicates between the inside and the outside of the bearing through adjacent protrusions in the circumferential direction, and as the bearing rotates, the protrusion and the protrusion form the gap. A bearing having a seal that can maintain fluid lubrication between the seal lip and the seal sliding surface by an oil film of lubricating oil drawn between the seal sliding surfaces has been proposed (Patent Document 1).
특허문헌 1의 시일을 갖는 베어링은, 소정 입경의 이물 침입을 막는 것이 가능한 간극을 통하여 구름 베어링의 내부 공간과 외부 사이에서의 윤활유의 유통을 허용함으로써, 시일 슬라이딩면 상에서의 윤활유를 윤택하게 하고, 베어링 회전에 따라 윤활유를 돌기와 시일 슬라이딩면 사이로 끌려 들어가게 할 때의 쐐기 효과에 의해, 유막을 두껍게 형성하여 각 돌기와 시일 슬라이딩면을 유막으로 완전히 분리시켜, 시일 립과 시일 슬라이딩면 사이를 유체 윤활 상태로 할 수 있다. 이 때문에, 특허문헌 1의 시일을 갖는 베어링에 의하면, 소정 입경의 이물 침입을 막으면서 베어링의 고속 운전에 대응 가능하면서, 시일 토크를 현저하게 저감할 수 있다.The bearing with the seal of Patent Document 1 lubricates the lubricant on the seal sliding surface by allowing the lubricant to flow between the inner space and the outside of the rolling bearing through a gap that can prevent the intrusion of foreign matter of a predetermined particle size, The wedge effect when lubricating oil is drawn between the projections and the seal sliding surface as the bearing rotates creates a thick oil film, completely separating each projection and the seal sliding surface with an oil film, creating a fluid lubrication between the seal lip and the seal sliding surface. can do. For this reason, according to the bearing with the seal of Patent Document 1, it is possible to cope with high-speed operation of the bearing while preventing the intrusion of foreign matter of a predetermined particle size, and the seal torque can be significantly reduced.
특히, 특허문헌 1의 시일을 갖는 베어링에서는, 시일 립의 돌기가, 시일 슬라이딩면에 직교하며 또한 둘레 방향을 따른 단면에서 곡률 반경이 0.15 ㎜ 이상 2.0 ㎜ 미만인 볼록 원호형의 표면을 갖고, 돌기의 높이가 0.07 ㎜ 이하, 둘레 방향으로 인접한 돌기끼리 사이의 둘레 방향 피치가 0.3∼2.6 ㎜로 마련되어 있다. 이들 돌기의 치수의 채용에 의해, 전술한 유체 윤활 상태를 실현 가능하면서, 시일 립을 성형하는 금형의 제조가 곤란해지지 않는, 즉 금형의 가공으로 일반적인 볼 엔드밀 가공을 이용하여 돌기의 전사면을 형성하는 것이 가능하다.In particular, in the bearing having the seal of Patent Document 1, the protrusion of the seal lip has a convex arc-shaped surface that is perpendicular to the seal sliding surface and has a radius of curvature of 0.15 mm or more and less than 2.0 mm in the cross section along the circumferential direction, and the protrusion of the protrusion The height is 0.07 mm or less, and the circumferential pitch between adjacent protrusions in the circumferential direction is 0.3 to 2.6 mm. By adopting the dimensions of these projections, it is possible to realize the above-mentioned fluid lubrication state, while manufacturing the mold for forming the seal lip is not difficult, that is, the transfer surface of the projection can be formed using general ball end mill processing during mold processing. It is possible to form
특허문헌 1의 시일을 갖는 베어링에서는, 시일 립을 성형하는 금형의 가공성이 우수한 반면, 돌기에 관한 치수를 작게 하는 것이 제한되기 때문에, 간극을 작게 하는 데 한계가 있다.In the bearing with the seal of Patent Document 1, while the processability of the mold for forming the seal lip is excellent, there is a limit to reducing the gap because the size of the protrusion is limited.
그러나, 금후, 구름 베어링에 대한 에너지 절약성이나 환경 부하의 저감성의 요구는 한층 더 엄격해져 가는 것이 생각되기 때문에, 이들 요구에 대하여 특허문헌 1의 시일을 갖는 베어링으로는 불리해질 가능성이 있다. 예컨대, 베어링 외부로부터 기계유를 윤활유로서 공급하는 경우, 간극으로부터의 과잉의 윤활유의 유입을 억제하여 교반 저항의 저감을 도모하는 데 충분히 대응할 수 없을 가능성이 있다. 또한, 한층 더 작은 입경의 이물 침입을 억제하여, 기계유나 베어링 내부에 봉입한 그리스의 장수명화를 도모하는 데 충분히 대응할 수 없을 가능성이 있다.However, in the future, it is expected that the requirements for energy saving and environmental load reduction for rolling bearings will become more stringent, so there is a possibility that bearings with the seal of Patent Document 1 will be at a disadvantage in meeting these requirements. For example, when machine oil is supplied as lubricant from outside the bearing, there is a possibility that sufficient measures cannot be taken to reduce the stirring resistance by suppressing the inflow of excess lubricant from the gap. In addition, there is a possibility that sufficient measures cannot be taken to suppress the intrusion of foreign substances with smaller particle diameters and to extend the life of machine oil or grease encapsulated inside bearings.
전술한 배경을 감안하여, 이 발명이 해결하고자 하는 과제는, 시일 슬라이딩면과 시일 부재의 시일 립 사이를 시일 립의 복수의 돌기에 의해 유체 윤활 상태로 하는 것이 가능한 시일을 갖는 베어링에 있어서, 시일 립의 성형과, 돌기끼리 사이의 간극을 보다 작게 하는 것의 양립을 도모하는 데 있다.In view of the above-mentioned background, the problem to be solved by this invention is a bearing having a seal capable of maintaining a fluid lubricated state between the seal sliding surface and the seal lip of the seal member by a plurality of protrusions of the seal lip, the seal The goal is to achieve both lip shaping and reducing the gap between the protrusions.
상기 과제를 달성하기 위해, 이 발명은, 구름 베어링의 내부 공간을 외부에 대하여 밀봉하는 시일 부재와, 상기 시일 부재에 대하여 둘레 방향으로 슬라이딩하는 시일 슬라이딩면을 구비하고, 상기 시일 부재는, 탄성재에 의해 환형으로 형성된 시일 립을 갖고, 상기 시일 립은, 둘레 방향으로 나열된 복수의 돌기를 갖고, 상기 복수의 돌기는, 둘레 방향으로 인접한 상기 돌기끼리 사이에 간극을 생기게 하고, 또한 베어링 회전에 따라 상기 간극으로부터 상기 돌기와 상기 시일 슬라이딩면 사이로 끌려 들어가는 윤활유의 유막에 의해 상기 시일 립 및 상기 시일 슬라이딩면 사이를 유체 윤활 상태로 하는 것이 가능한 양태로 형성되어 있는 시일을 갖는 베어링에 있어서, 상기 돌기는, 상기 시일 슬라이딩면에 직교하며 또한 둘레 방향을 따른 단면에서 곡률 반경이 0.009 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 미만인 볼록 원호형의 표면을 갖도록 마련되어 있고, 둘레 방향으로 인접한 상기 돌기끼리 사이의 둘레 방향 피치는, 0.010 ㎜ 이상 0.3 ㎜ 미만으로 마련되어 있는 구성을 채용하였다.In order to achieve the above object, the present invention is provided with a seal member that seals the internal space of the rolling bearing against the outside, and a seal sliding surface that slides in the circumferential direction with respect to the seal member, wherein the seal member is made of an elastic material. It has a seal lip formed in an annular shape, wherein the seal lip has a plurality of protrusions arranged in a circumferential direction, and the plurality of protrusions create a gap between the protrusions adjacent to each other in the circumferential direction, and also as the bearing rotates. In a bearing having a seal formed in a manner that allows fluid lubrication between the seal lip and the seal sliding surface by an oil film of lubricating oil drawn between the protrusion and the seal sliding surface from the gap, the protrusion is: It is provided to have a convex arc-shaped surface orthogonal to the seal sliding surface and has a radius of curvature of 0.009 mm or more and less than 0.15 mm in a cross section along the circumferential direction, and the circumferential pitch between the protrusions adjacent in the circumferential direction is 0.010 mm or more. A configuration that provides a thickness of less than 0.3 mm was adopted.
상기 구성과 같이, 돌기의 볼록 원호면형의 곡률 반경이 0.009 ㎜ 이상, 돌기끼리 사이의 둘레 방향 피치가 0.010 ㎜ 이상이면, 레이저 가공을 활용하여 금형에 돌기의 전사면을 형성하는 것이 가능하기 때문에, 시일 립을 성형할 수 있다. 또한, 돌기의 볼록 원호면형의 곡률 반경이 0.15 ㎜ 미만, 돌기 사이의 둘레 방향 피치가 0.3 ㎜ 미만이면, 돌기끼리 사이의 간극을 보다 작게 하는 것이 가능하다.As in the above configuration, if the radius of curvature of the convex arc shape of the projections is 0.009 mm or more and the circumferential pitch between the projections is 0.010 mm or more, it is possible to form a transfer surface of the projections on the mold using laser processing. , the seal lip can be formed. Additionally, if the radius of curvature of the convex arc shape of the protrusions is less than 0.15 mm and the circumferential pitch between the protrusions is less than 0.3 mm, it is possible to make the gap between the protrusions smaller.
구체적으로는, 상기 돌기는 둘레 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있으면 좋다. 이와 같이 하면, 전술한 바와 같은 작은 곡률 반경 및 둘레 방향 피치라도, 각 돌기를 똑같은 정밀도로 마련할 수 있다.Specifically, the protrusion may extend in a direction perpendicular to the circumferential direction. In this way, even if the curvature radius and circumferential pitch are small as described above, each projection can be prepared with the same precision.
또한, 상기 돌기의 높이는 0.05 ㎜ 미만으로 마련되어 있으면 좋다. 전술한 돌기의 곡률 반경 및 둘레 방향 피치의 범위에서는, 돌기의 높이를 0.05 ㎜ 미만으로 하는 것이 가능하고, 이에 의해, 돌기끼리 사이의 간극을 특히 돌기의 높이 방향으로 작게 할 수 있다.Additionally, the height of the protrusion may be provided to be less than 0.05 mm. Within the range of the curvature radius and circumferential pitch of the protrusions described above, it is possible to set the height of the protrusions to less than 0.05 mm, and thereby the gap between the protrusions can be made small, especially in the height direction of the protrusions.
예컨대, 상기 시일 립은, 고무재에 의해 형성되어 있다.For example, the seal lip is formed of a rubber material.
이 발명에 따른 시일을 갖는 베어링은, 예컨대, 차량의 모터용, 트랜스미션, 디퍼렌셜, 등속 조인트, 프로펠러 샤프트, 터보 차저, 공작 기계, 풍력 발전기, 휠 베어링, 및 전동 수직 이착륙기 중 어느 하나의 회전부를 지지하는 용도에 적합하다.Bearings with seals according to the present invention are used, for example, for vehicle motors, transmissions, differentials, constant velocity joints, propeller shafts, turbochargers, machine tools, wind power generators, wheel bearings, and for supporting rotating parts of any one of electric vertical takeoff and landing machines. It is suitable for use.
이 발명은 상기 구성의 채용에 의해, 시일 슬라이딩면과 시일 부재의 시일 립 사이를 시일 립의 복수의 돌기에 의해 유체 윤활 상태로 하는 것이 가능한 시일을 갖는 베어링에 있어서, 시일 립의 성형과, 돌기끼리 사이의 간극을 보다 작게 하는 것의 양립을 도모할 수 있다.This invention relates to a bearing having a seal capable of maintaining a fluid lubricated state between the seal sliding surface and the seal lip of the seal member by employing the above-mentioned configuration by a plurality of protrusions of the seal lip, comprising forming the seal lip and forming the protrusion. Both can be achieved by making the gap between them smaller.
도 1은 이 발명의 실시형태에 따른 시일을 갖는 베어링을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 시일 립의 내부 공간측의 측면의 일부를 자연 상태로 나타내는 확대 측면도이다.
도 3은 도 1의 돌기가 시일 슬라이딩면에 대하여 슬라이딩하는 모습을 나타내는 단면도이다.
도 4는 실시형태에 따른 시일을 갖는 베어링의 여러 가지 사양의 회전 토크를 나타내는 그래프이다.1 is a cross-sectional view showing a bearing with a seal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged side view showing a part of the side surface on the inner space side of the seal lip in FIG. 1 in its natural state.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the protrusion of FIG. 1 sliding on the seal sliding surface.
4 is a graph showing the rotational torque of various specifications of bearings with seals according to embodiments.
이 발명의 일례로서, 실시형태에 따른 시일을 갖는 베어링을 첨부 도면의 도 1∼도 4에 기초하여 설명한다.As an example of this invention, a bearing with a seal according to an embodiment will be described based on FIGS. 1 to 4 of the accompanying drawings.
도 1에 나타내는 이 시일을 갖는 베어링은, 구름 베어링(1)과, 구름 베어링(1)의 양측에 배치된 2개의 시일 부재(2)를 구비한다.The bearing with this seal shown in FIG. 1 includes a rolling bearing 1 and two
구름 베어링(1)은, 내륜(3)과, 외륜(4)과, 내륜(3)과 외륜(4) 사이에 개재되는 복수의 전동체(5)와, 복수의 전동체(5)를 유지하는 유지기(6)로 구성되어 있다. 시일 부재(2)는, 구름 베어링(1)의 내부 공간(7)을 외부에 대하여 밀봉한다. 이 밀봉의 목적은, 이 시일을 갖는 베어링의 주위인 외부의 이물이 내외륜(3, 4) 사이의 내부 공간(7)에 침입하는 것을 억제하여 구름 베어링(1)의 조기 손상을 방지하는 것이며, 내부 공간(7)을 액밀하게 밀봉하는 것이 아니다.The rolling bearing 1 holds an
내륜(3) 및 외륜(4)은, 전동체(5)에 대응하는 궤도면을 갖는다. 내륜(3)은, 회전축(S)에 부착되어, 회전축(S)과 일체로 회전한다. 외륜(4)은, 하우징, 기어 등, 회전축으로부터의 하중을 부하시키는 부재에 부착된다. 전동체(5)는, 내륜(3) 및 외륜(4) 사이에 개재하면서 공전한다.The inner ring (3) and the outer ring (4) have a raceway surface corresponding to the rolling element (5). The
전동체(5)로서, 볼이 채용되어 있다. 이 시일을 갖는 베어링은, 깊은 홈 볼베어링으로 되어 있다.As the
내부 공간(7)은, 외부로부터 공급되는 윤활유(도시 생략. 이하, 동일함.)에 의해 윤활된다. 윤활 방식으로서는, 예컨대 윤활유를 시일을 갖는 베어링에 뿌리는 비산 방식, 또는 시일을 갖는 베어링의 하부를 오일 배스에 담그는 유욕 방식을 들 수 있다. 초기 윤활제로서 내부 공간(7)에 적량의 그리스가 봉입되어 있어도 좋다. 또한, 내부 공간(7)에 봉입하는 그리스의 기유를 윤활유로 하고, 이것만으로 윤활을 행하는 그리스 윤활 방식으로 하여도 좋다.The
회전축(S)은, 예컨대, 차량의 모터용, 트랜스미션, 디퍼렌셜, 등속 조인트, 프로펠러 샤프트, 터보 차저, 공작 기계, 풍력 발전기, 휠 베어링 및 수직 전동 이착륙기 중 어느 하나에 구비되는 회전부로서 마련된다.The rotation shaft S is, for example, a rotating part provided in any one of vehicle motors, transmissions, differentials, constant velocity joints, propeller shafts, turbochargers, machine tools, wind power generators, wheel bearings, and vertical electric takeoff and landing machines.
또한, 이하에서는, 시일을 갖는 베어링의 베어링 중심축(도시 생략, 이하, 동일함.)을 따른 방향을 「축 방향」이라고 한다. 축 방향에 직교하는 방향을 「직경 방향」이라고 한다. 베어링 중심축 둘레의 원주를 따른 방향을 「둘레 방향」이라고 한다. 도 1에 있어서, 베어링 중심축은, 회전륜으로 하는 내륜(3)의 중심축이다. 도 1은 베어링 중심축을 포함하는 가상 평면의 단면을 나타낸다. 축 방향은, 도 1에 있어서 좌우 방향에 상당하고, 직경 방향은, 도 1, 3에 있어서 상하 방향에 상당한다.In addition, hereinafter, the direction along the bearing central axis (not shown, hereinafter the same applies) of a bearing with a seal is referred to as the “axial direction.” The direction perpendicular to the axial direction is called the “radial direction.” The direction along the circumference of the bearing's central axis is called the “circumferential direction.” In Fig. 1, the bearing central axis is the central axis of the
외륜(4)의 내주의 단부에, 시일 부재(2)를 유지하는 시일홈(8)이 형성되어 있다. 시일 부재(2)는, 그 외주 가장자리를 시일홈(8)에 압입함으로써, 외륜(4)에 부착된다.A
이 시일을 갖는 베어링을 둘러싸는 외부에는, 기어의 마모분, 클러치의 마모분, 미소 쇄석 등, 이 시일을 갖는 베어링의 조립처에 이물이 존재한다. 이러한 분말형의 이물은, 윤활유나 분위기의 흐름에 따라 시일 부재(2) 부근에 도달할 수 있다. 시일 부재(2)는, 외부로부터 내부 공간(7)에의 이물 침입을 억제하기 위한 것이다.Outside surrounding the bearing with this seal, foreign substances such as gear wear, clutch wear, fine crushed stone, etc. exist in the assembly area of the bearing with this seal. Such powder-like foreign matter may reach the vicinity of the
시일 부재(2)는, 금속판제의 심금(芯金)(9)과, 환형으로 형성된 시일 립(10)을 갖는다. 심금(9)은, 둘레 방향으로 연속하는 환형으로 형성된 프레스 가공 부품으로 되어 있다.The
시일 립(10)은, 탄성재에 의해 형성되어 있다. 탄성재로서는, 예컨대, 가류 성형된 고무재, 고무재 상당의 탄성 중합체 등을 들 수 있다. 고무재로서, 예컨대, 니트릴 고무(NBR), 아크릴 고무(ACM), 불소 고무(FKM) 등을 들 수 있다.The
내륜(3)의 외주에는, 시일 립(10)에 대하여 둘레 방향으로 슬라이딩하는 시일 슬라이딩면(11)이 형성되어 있다. 시일 슬라이딩면(11)은, 둘레 방향 전체 둘레에 연속하는 원통면형으로 되어 있다.On the outer periphery of the
시일 립(10)은, 일정한 폭으로 직경 방향으로 연속하는 원환형으로 형성된 허리부와, 허리부로부터 외부측으로 구부러지는 돌출편형으로 형성된 머리부를 갖는다. 도시예의 시일 립(10)은, 레이디얼 립으로 되어 있다. 여기서, 레이디얼 립은, 축 방향을 따른 시일 슬라이딩면 또는 축 방향에 대하여 45°이내의 예각의 구배를 갖는 시일 슬라이딩면과 밀봉 작용을 발휘하는 시일 립으로서, 상기 시일 슬라이딩면과의 사이에 직경 방향의 체결 여유를 가진 것을 말한다.The
도 2는 시일 립(10)이 단독으로 자연스러운 상태일 때(성형 시의 형상)의 측면에서 본 모양을 나타내고, 도 3은 도 1의 시일 립(10)을 시일 슬라이딩면(11)에 직교하며 또한 둘레 방향을 따른 방향으로 절단한 단면을 나타낸다.Figure 2 shows the shape of the
시일 립(10)의 머리부는, 도 2의 상태일 때에 시일 립(10)의 내직경을 규정하는 선단 가장자리를 갖는다. 시일 부재(2)를 도 1의 소정 배치에 부착하면, 시일 립(10)은, 시일 슬라이딩면(11)에 대한 체결 여유에 의해, 시일 슬라이딩면(11)에 압박되어, 도 1에 나타내는 바와 같이 외부측으로 구부러진 고무형 탄성의 변형이 생겨, 시일 립(10)의 긴박력을 만들어 낸다. 시일 부재(2)의 부착 오차, 제조 오차 등은, 시일 립(10)의 휨 상태의 변화에 의해 흡수된다.The head of the
도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 시일 립(10)은, 둘레 방향으로 나열된 복수의 돌기(12)를 갖는다. 돌기(12)는, 그 전체 길이에 걸쳐 둘레 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있다. 돌기(12)는, 둘레 방향으로 일정한 피치(P)로 나열되어 있다. 돌기(12)의 전체 길이는, 시일 슬라이딩면(11)과의 사이에 직경 방향의 체결 여유를 갖는 범위의 전체 영역에 걸쳐 있다. 시일 립(10)의 전체적인 형상은, 돌기(12)의 피치에 대응한 회전 대칭 모양으로 되어 있다.As shown in Figs. 2 and 3, the
도 2의 상태일 때, 돌기(12)는, 직경 방향의 직선(Lr)을 따른 방향으로 연장되어 있다. 따라서, 복수의 돌기(12)는, 베어링 중심축 상에 방사 중심을 둔 방사형으로 연장되어 있다.In the state shown in FIG. 2, the
돌기(12)는, 도 3에 나타내는 것 같은 단면에 있어서, 곡률 반경(R)을 0.009 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 미만으로 한 볼록 원호형의 표면을 갖고 있다. 또한, 실제로는, 전술한 긴박력에 의한 돌기(12)의 아주 약간의 탄성 변형이 생기지만, 무시할 수 있는 정도이기 때문에, 도 3에서는 성형 시의 돌기(12)의 단면 형상을 나타내고 있다.The
둘레 방향으로 인접한 돌기(12)끼리 사이의 둘레 방향 피치(P)는, 0.010 ㎜ 이상 0.3 ㎜ 미만으로 마련되어 있다.The circumferential pitch P between the
돌기(12)의 높이는, 0.05 ㎜ 미만으로 설정되어 있다. 돌기(12)의 높이는, 그 전체 길이에 걸쳐 일정하게 되어 있다. 전술한 둘레 방향 피치(P)가 0.010 ㎜ 이상 0.3 ㎜ 미만, 또한 곡률 반경(R)이 0.009 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 미만의 범위인 경우, 돌기(12)의 높이를 0.05 ㎜ 미만으로 설정하는 것이 가능하다. 입경 0.05 ㎜를 넘는 큰 이물이 내부 공간(7)에 침입하면, 베어링 수명에 악영향을 끼친다고 생각된다. 돌기(12)의 높이를 0.07 ㎜ 이하로 설정하면, 그와 같은 큰 이물이 용이하게 통과할 수 없는 간극(13)이 생기게 하는 것은 가능하지만, 돌기(12)의 높이를 0.05 ㎜ 미만으로 함으로써, 보다 작은 입경의 이물도 간극(13)을 용이하게 통과하지 못하도록 할 수 있고, 또한, 외부의 윤활유가 간극(13)을 통하여 내부 공간(7)에 유입되는 것을 보다 억제할 수 있다.The height of the
도 1과 같이 시일 부재(2)를 구름 베어링(1)에 부착할 때, 복수의 돌기(12)의 각 정상부가 시일 슬라이딩면(11)에 접촉한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 돌기(12)는, 시일 슬라이딩면(11)에 대하여 직각인 방향에 높이를 갖기 때문에, 시일 립(10)의 긴박력에 대항하여 버틴다. 이에 의해, 둘레 방향으로 인접한 돌기(12)끼리 사이 또한 시일 슬라이딩면(11)과 시일 립(10) 사이에서, 내부 공간(7)과 외부에 연통하는 간극(13)이 생기게 된다. 시일 립(10)은, 복수의 돌기(12) 상에서만 시일 슬라이딩면(11)과 슬라이딩하고, 둘레 방향에 인접하는 돌기(12)끼리를 잇는 립 부분은, 시일 슬라이딩면(11)과 비접촉의 상태로 유지되도록 되어 있다.When attaching the
돌기(12)는, 시일 슬라이딩면(11)과의 사이에 간극(13)측에서 대, 돌기(12)측에서 소가 되는 쐐기형 간극을 형성한다. 또한, 돌기(12)는, 도 1에 나타내는 가상 평면 상에 있어서, 대략 시일 슬라이딩면(11)을 따른 영역을 갖는다. 이 영역은, 시일 슬라이딩면(11)을 따른 방향(도시예에 있어서는 축 방향에 상당)에 폭을 가지고 존재한다. 이 때문에, 베어링 회전에 따른 돌기(12)와 시일 슬라이딩면(11)의 슬라이딩부, 즉, 돌기(12)가 간극(13) 내의 윤활유를 시일 슬라이딩면(11)과의 사이에 둘레 방향으로 끌어 넣을 때의 쐐기 효과에 의해 유막 형성이 촉진되고, 돌기(12)와 시일 슬라이딩면(11) 사이에 유막이 개재되는 영역은, 전술한 가상 평면 상에 있어서 시일 슬라이딩면(11)을 따른 방향에 소정 이상의 유한 길이(La)로 생긴다. 이러한 돌기(12)와 시일 슬라이딩면(11)의 슬라이딩부는, Hertz의 탄성 접촉 이론에 기초한 접촉 타원형으로 생긴다고 생각되기 때문에, 그 접촉 타원형의 장축이 유한 길이(La)에 상당한다.The
베어링 회전의 정지 시, 돌기(12)의 정상부는, 전술한 바와 같이, 시일 립(10)의 긴박력에 의해, 시일 슬라이딩면(11)에 압박되고 있다. 이 때문에, 돌기(12)의 정상부에는, 전면적으로 시일 슬라이딩면(11)과의 고체 접촉 영역이 분포되어 있다.When the bearing rotation stops, the top of the
그 정지 시 상태로부터 베어링 회전이 시작되면, 돌기(12)와 시일 슬라이딩면(11)이 둘레 방향으로 상대 회전한다. 여기서, 돌기(12)에 대하여 시일 슬라이딩면(11)이 상대적으로 회전함으로써, 윤활유가 끌려 가는 둘레 방향을 도 3에 화살선(A)으로 나타내는 방향으로 가정한다. 그 돌기(12)와 시일 슬라이딩면(11)의 슬라이딩부에서는, 윤활유가 돌기(12)와 시일 슬라이딩면(11) 사이의 쐐기형 간극으로 끌려 들어간다(도 3에 윤활유의 흐름을 소화살선으로 개념적으로 나타냄). 이때, 전술한 돌기(12)의 볼록 원호형의 표면에 의해, 돌기(12)에 의한 유막 한정이 방지되고, 쐐기 효과에 의해 유막 형성이 효과적으로 재촉된다.When the bearing rotation starts from the stopped state, the
시일 립(10)과 시일 슬라이딩면(11) 사이의 상대 회전의 주속(周速)이 일정 미만일 때, 미시적으로는 경계 윤활 상태 내지 혼합 윤활 상태가 된다. 베어링 회전이 빨라져, 돌기(12)와 시일 슬라이딩면(11)의 상대 회전의 주속이 일정 이상이 되면, 돌기(12)와 시일 슬라이딩면(11) 사이의 유막 두께는, 돌기(12)와 시일 슬라이딩면(11) 사이의 합성 거칠기(σ)를 여유롭게 상회하여, 각 돌기(12)와 시일 슬라이딩면(11)이 유막으로 완전히 분리된 유체 윤활 상태가 된다. 이에 의해, 시일 립(10)과 시일 슬라이딩면(11) 사이를 유막으로 완전히 분리시킨 유체 윤활 상태로 할 수 있다. 이러한 유체 윤활 상태가 되면, 시일 부재(2)에 의한 시일 토크를 비접촉식의 시일과 동등까지 저감하고, 나아가서는 시일을 갖는 베어링의 온도 상승을 억제하여, 시일 립(10)의 흡착 작용을 방지할 수 있다.When the peripheral speed of relative rotation between the
여기서, 유막 파라미터(Λ)≥3이면, 슬라이딩부의 윤활 모드는 유체 윤활 상태라고 생각된다. 유막 파라미터(Λ)는, 슬라이딩부에서의 최소 유막 두께(h)에 대한 합성 거칠기(σ)의 비이고, Λ=h/σ이다. 최소 유막 두께(h)는, 탄성 유체 윤활 이론에 기초하여 구해진다. 합성 거칠기(σ)=√((Rq1 2+Rq2 2)/2)이다. Rq1은, 전술한 슬라이딩부를 이루는 시일 슬라이딩면(11)의 제곱 평균 평방근 거칠기이다. Rq2는, 돌기(12)의 표면에 있어서의 제곱 평균 평방근 거칠기로 하면, 제곱 평균 평방근 거칠기는, JIS(B0601: 2013)에 규정된 제곱 평균 평방근 거칠기(Rq)의 값(㎛)이다.Here, if the oil film parameter (Λ) ≥ 3, the lubrication mode of the sliding portion is considered to be a fluid lubrication state. The oil film parameter (Λ) is the ratio of the synthetic roughness (σ) to the minimum oil film thickness (h) in the sliding portion, and Λ=h/σ. The minimum oil film thickness (h) is obtained based on elastic fluid lubrication theory. Composite roughness (σ)=√((Rq 1 2 +Rq 2 2 )/2). Rq 1 is the root mean square roughness of the
유막 파라미터(Λ)는 합성 거칠기(σ)에 의존하고, 합성 거칠기(σ)가 작을수록 유막을 두껍게 할 수 있다. 전술한 주속이 극저속일 때부터 돌기(12)와 시일 슬라이딩면(11)의 슬라이딩부를 유체 윤활 상태로 하기 위해, 그 슬라이딩부에 있어서의 합성 거칠기(σ)를 되도록 작게 하는 것이 바람직하다.The oil film parameter (Λ) depends on the synthetic roughness (σ), and the smaller the synthetic roughness (σ), the thicker the oil film can be. In order to keep the sliding portion of the
예컨대, 합성 거칠기(σ)가 0.22 ㎛, 돌기(12)의 볼록 원호형의 곡률 반경(R)을 0.009 ㎜, 시일 슬라이딩면(11)과 돌기(12) 사이의 상대 회전의 주속을 1.4 m/s, 윤활유를 미션유(100℃)로 가정한 계산 조건에 있어서, 최소 유막 두께가 1.359 ㎛가 되고, 유막 파라미터(Λ)가 3 이상이 되었다. 또한, 이 계산 조건에 있어서 Greenwood-Johnson이 정한 무차원수인 점성 파라미터(gv), 탄성 파라미터(ge)를 계산하면, 점성 파라미터(gv)가 1.59E-03이 되고, 탄성 파라미터(ge)가 2.41E-01이 되고, 윤활 영역도(Johnson 차트)에 의한 오일 윤활 모드를 판정한 바, 등점도-강체 영역(R-I 모드)에 해당하였기 때문에, 이것으로부터도 유체 윤활 상태가 된다고 생각된다.For example, the composite roughness (σ) is 0.22 μm, the radius of curvature (R) of the convex arc shape of the
또한, 도 3에 나타내는 돌기(12)의 곡률 반경(R)을 0.009 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 미만의 범위에서 변경하고, 복수의 돌기(12)의 수를 변경하여 도 2에 나타내는 돌기(12)의 둘레 방향 피치(P)를 0.010 ㎜ 이상 0.3 ㎜ 미만의 범위에서 변경한 여러 가지 사양에 있어서, 시일을 갖는 베어링의 회전 토크가 어떻게 되는지를 실측하였다. 그 결과를 도 4에 나타낸다.Additionally, the radius of curvature (R) of the
여기서, 실시형태에 따른 시일 사양 A∼C 중, 시일 사양 A는, 시일 사양 B에 대하여, 곡률 반경(R)을 비교적 크게 하고, 또한 둘레 방향 피치(P)를 비교적 작게 한 것이다. 또한, 시일 사양 B는, 시일 사양 A에 대하여, 곡률 반경(R)을 비교적 작게 하고, 또한 둘레 방향 피치(P)를 비교적 크게 한 것이다. 또한, 시일 사양 C는, 시일 사양 A에 대하여, 곡률 반경(R)을 비교적 작게 하고, 또한 둘레 방향 피치(P)를 동등하게 하고, 시일 사양 B에 대하여, 둘레 방향 피치(P)를 비교적 작게 한 것이다. 또한, 시일 사양 A∼C에 있어서, 돌기(12)의 높이를 0.05 ㎜ 미만으로 하고 있다.Here, among seal specifications A to C according to the embodiment, seal specification A has a relatively large radius of curvature (R) and a relatively small circumferential pitch (P) compared to seal specification B. In addition, seal specification B, compared to seal specification A, has a relatively small radius of curvature (R) and a relatively large circumferential pitch (P). In addition, seal specification C makes the radius of curvature (R) relatively small and the circumferential pitch (P) equal compared to seal specification A, and makes the circumferential pitch (P) relatively small compared to seal specification B. It was done. Additionally, in seal specifications A to C, the height of the
도 4에 나타내는 바와 같이, 시일 사양 A∼C의 회전 토크는, 모두 종래의 접촉 시일보다 분명히 작고, 종래의 비접촉 시일과 거의 차가 없는 크기가 되었다. 즉, 전술한 돌기(12)의 곡률 반경(R)이 0.009 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 미만, 전술한 둘레 방향 피치(P)가 0.010 ㎜ 이상 0.3 ㎜ 미만, 또한 돌기(12)의 높이가 0.05 ㎜ 미만의 범위에서, 곡률 반경(R)의 대소, 둘레 방향 피치(P)의 대소를 변경하여도, 유체 윤활 상태를 실현 가능한 것이 시사되었다.As shown in Fig. 4, the rotational torques of seal specifications A to C are all clearly smaller than those of conventional contact seals, and are almost the same as those of conventional non-contact seals. That is, the radius of curvature (R) of the above-described
도 2에 나타내는 돌기(12)의 둘레 방향 피치(P)가 0.3 ㎜ 미만, 도 3에 나타내는 곡률 반경(R)이 0.15 ㎜ 미만이면, 돌기(12)를 성형하기 위한 전사면을 볼 엔드밀 가공으로 금형으로 형성할 수는 없다. 그 곡률 반경(R)이 0.009 ㎜ 이상, 그 둘레 방향 피치(P)가 0.010 ㎜ 이상이면, 그 전사면을 레이저 가공에 의해 금형으로 형성할 수 있다. 예컨대, 펨토초 레이저 가공기를 이용하면, 펄스폭이 펨토초로 아주 짧아, 그 사이에서의 피가공재(금형의 표면부)의 어블레이션 효과에 의해, 열영향 없이 10 ㎛ 정도의 정확한 제거 가공이 가능하다. 이 때문에, 돌기(12)의 전사면에 열적 손상을 부여하는 일이 없고, 또한 제거 가공용의 공구를 이용하지 않기 때문에, 10 ㎛ 정도의 미세한 패턴을 버어(burr), 드루프(droop) 없이 형성할 수 있어, 각 돌기(12)의 치수 정밀도나 표면 거칠기를 유체 윤활 상태의 실현에 지장이 없을 정도로 조정할 수 있다.If the circumferential pitch (P) of the
전술한 바와 같이, 도 1∼도 3에 나타내는 이 시일을 갖는 베어링은, 구름 베어링(1)의 내부 공간(7)을 외부에 대하여 밀봉하는 시일 부재(2)와, 시일 부재(2)에 대하여 둘레 방향으로 슬라이딩하는 시일 슬라이딩면(11)을 구비하고, 시일 부재(2)가 탄성재에 의해 환형으로 형성된 시일 립(10)을 갖고, 시일 립(10)이 둘레 방향으로 나열된 복수의 돌기(12)를 갖고, 복수의 돌기(12)가 둘레 방향으로 인접한 돌기(12)끼리 사이에 간극(13)을 생기게 하고, 또한 베어링 회전에 따라 간극(13)으로부터 돌기(12)와 시일 슬라이딩면(11) 사이로 끌려 들어가는 윤활유의 유막에 의해 시일 립(10) 및 시일 슬라이딩면(11) 사이를 유체 윤활 상태로 하는 것이 가능한 양태로 형성되어 있는 것으로서, 그 돌기(12)가 시일 슬라이딩면(11)에 직교하며 또한 둘레 방향을 따른 단면으로 곡률 반경이 0.009 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 미만인 볼록 원호형의 표면을 갖도록 마련되어 있고, 둘레 방향으로 인접한 돌기(12)끼리 사이의 둘레 방향 피치(P)가 0.010 ㎜ 이상 0.3 ㎜ 미만으로 마련되어 있음으로써, 레이저 가공을 활용하여 금형에 의한 시일 립(10)의 성형을 실현하면서, 간극(13)을 특허문헌 1의 것보다 작게 하는 것이 가능하다. 이 때문에, 이 시일을 갖는 베어링은, 시일 립(10)의 성형과, 간극(13)을 보다 작게 하는 것의 양립을 도모할 수 있고, 나아가서는, 간극(13)으로부터의 과잉의 윤활유의 유입을 억제하여 내부 공간(7) 내에서의 교반 저항의 저감을 도모할 수 있고, 또한, 한층 더 작은 입경의 이물 침입을 억제할 수도 있다.As described above, the bearing with this seal shown in FIGS. 1 to 3 has a
또한, 이 시일을 갖는 베어링은, 돌기(12)가 둘레 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있음으로써, 전술한 바와 같은 작은 곡률 반경(R) 및 둘레 방향 피치(P)라도, 각 돌기(12)를 똑같은 정밀도로 마련할 수 있다. 즉, 복수의 돌기(12)를 일정 피치의 방사선형으로 성형하기 때문에, 레이저 가공에 있어서, 각 돌기(12)에 대응하는 전사면을 동일한 직선형의 제거 가공으로 형성하여, 정밀도를 균일화할 수 있다.In addition, in a bearing with this seal, the
또한, 이 시일을 갖는 베어링은, 돌기(12)의 높이가 0.05 ㎜ 미만으로 마련되어 있음으로써, 간극(13)을 특히 돌기(12)의 높이 방향으로 작게 할 수 있다.In addition, in the bearing with this seal, the height of the
전술한 실시형태에서는, 시일 부재를 심금과 가류 고무재로 구성한 것을 예시하였지만, 이 발명은, 금형으로 성형된 단일 재료의 탄성재를 포함하는 시일 부재에 적용하는 것도 가능하다.In the above-described embodiment, it is exemplified that the seal member is composed of a core metal and a vulcanized rubber material, but this invention can also be applied to a seal member containing an elastic material of a single material formed in a mold.
또한, 전술한 실시형태에서는, 레이디얼 립을 예시하였지만, 이 발명은, 축 방향에 대하여 45°를 넘는 구배를 갖는 시일 슬라이딩면과 밀봉 작용을 발휘하는 시일 립(액시얼 립)에 적용하는 것도 가능하다.In addition, in the above-described embodiment, a radial lip is exemplified, but this invention can also be applied to a seal sliding surface having an inclination exceeding 45° with respect to the axial direction and a seal lip (axial lip) that exerts a sealing action. possible.
또한, 전술한 실시형태에서는, 내륜 회전의 레이디얼 볼베어링을 예시하였지만, 이 발명은, 외륜 회전의 베어링, 스러스트 베어링, 롤러 베어링 등의 적절한 형식에도 적용하는 것도 가능하다. 또한, 시일 슬라이딩면을 회전륜에 형성한 예를 나타내었지만, 고정륜에 형성하는 경우에 이 발명을 적용하는 것도 가능하다.In addition, in the above-described embodiment, an inner ring rotating radial ball bearing is exemplified, but this invention can also be applied to appropriate types such as outer ring rotating bearings, thrust bearings, and roller bearings. In addition, although an example in which the seal sliding surface is formed on a rotating wheel is shown, this invention can also be applied when it is formed on a fixed wheel.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.The embodiment disclosed this time should be considered in all respects as an example and not restrictive. Accordingly, the scope of the present invention is indicated by the claims rather than the above description, and is intended to include all changes within the meaning and scope of equivalence to the claims.
1 : 구름 베어링
2 : 시일 부재
3 : 내륜
4 : 외륜
5 : 전동체
7 : 내부 공간
10 : 시일 립
11 : 시일 슬라이딩면
12 : 돌기
13 : 간극1: rolling bearing
2: Absence of seal
3: Inner ring
4: paddle
5: rolling element
7: Internal space
10: seal lip
11: Seal sliding surface
12: projection
13: gap
Claims (5)
상기 시일 부재는, 탄성재에 의해 환형으로 형성된 시일 립을 갖고, 상기 시일 립은, 둘레 방향으로 나열된 복수의 돌기를 갖고, 상기 복수의 돌기는, 둘레 방향으로 인접한 상기 돌기끼리 사이에 간극을 생기게 하고, 또한 베어링 회전에 따라 상기 간극으로부터 상기 돌기와 상기 시일 슬라이딩면 사이로 끌려 들어가는 윤활유의 유막에 의해 상기 시일 립 및 상기 시일 슬라이딩면 사이를 유체 윤활 상태로 하는 것이 가능한 양태로 형성되어 있는 시일을 갖는 베어링에 있어서,
상기 돌기는, 상기 시일 슬라이딩면에 직교하며 또한 둘레 방향을 따른 단면에서 곡률 반경이 0.009 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 미만인 볼록 원호형의 표면을 갖도록 마련되어 있고,
둘레 방향으로 인접한 상기 돌기끼리 사이의 둘레 방향 피치는, 0.010 ㎜ 이상 0.3 ㎜ 미만으로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 시일을 갖는 베어링.It has a seal member that seals the internal space of the rolling bearing against the outside, and a seal sliding surface that slides in a circumferential direction with respect to the seal member,
The seal member has a seal lip formed annularly by an elastic material, the seal lip has a plurality of protrusions arranged in a circumferential direction, and the plurality of protrusions create a gap between the protrusions adjacent to each other in the circumferential direction. A bearing having a seal formed in a manner that allows fluid lubrication between the seal lip and the seal sliding surface by an oil film of lubricating oil drawn between the protrusion and the seal sliding surface from the gap as the bearing rotates. In
The protrusion is provided to have a convex arc-shaped surface that is perpendicular to the seal sliding surface and has a radius of curvature of 0.009 mm or more and less than 0.15 mm in a cross section along the circumferential direction,
A bearing with a seal, wherein the circumferential pitch between the protrusions adjacent to each other in the circumferential direction is provided at 0.010 mm or more and less than 0.3 mm.
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