JP2005076749A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受内部と外部との間に圧力差があり、且つ軸受内部と外部との間の圧力の高低が逆転し得る環境において、内輪と外輪との間を確実に密封してオイルや水などの流体およびスラッジ等の異物の通過を阻止できる密封装置を提供する。
【解決手段】密封装置１は、軸受２の内輪７に保持されるスリンガ８と、外輪５に保持されるオイルシール９とを備える。オイルシール９の補強環２４の第２の環状板２８と、スリンガ８の第１の環状板１１とを相対向させる。第２の環状板２８の第１軸方向Ｓ１側の側面３２に、第１の環状板１１から遠ざかる方向に張り出す環状凹部３３を設ける。オイルシール９のシール部材２５のサイドリップ４０を、環状凹部３３に沿う凹部分３９から第１の環状板１１へ延設させて第１の環状板１１に接触させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軸受の内輪と外輪との間を密封する密封装置に関するものである。

軸受の内輪と外輪との間を密封する密封装置として、種々のものが提案されている。例えば、シール部材によって軸受の内外輪間を密封すると共にこのシール部材の摺動摩擦を低減するために、外輪に保持されて内輪と摺接するシール部材の主リップの、内輪との接触圧を比較的低いものとし、これと共に主リップ近傍にラビリンスシールを設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、径方向内外に配置される回転部材と固定部材との間の環状空間を、軸方向に低圧空間と高圧空間とに仕切る密封装置として、固定部材に保持されるシール部材に、主リップとこの主リップより小型の補助リップとを設け、回転部材の外周面にこれら主リップと補助リップとを接触させるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平９−１４４７６７号公報。 特開２００１−９９３２８号公報。

ところで、鋼材圧延用の圧延機にはロールが用いられているが、このロール用の軸受として、いわゆるオイル潤滑タイプの軸受を用いているものがある。この軸受は、内輪、外輪およびシール部材を含む密封装置で区画された軸受内部に、供給路を介して潤滑用のオイルがエア流と共に供給される一方、軸受内部の潤滑に供したオイルが排出路を介して排出される。密封装置のシール部材は、ロールが鋼材を圧延している間、乾燥雰囲気（ドライ環境）下で、鋼材から生じるスラッジ（鉄粉）等の異物の軸受内部への侵入を防止すると共に、オイルを軸受外部に漏らさないようにしているが、このオイルの漏れをより確実に防止するには、排出路側からオイルを含むエアを吸引して軸受内部を負圧に保つ必要がある。

一方、圧延動作により高温になったロールや軸受を冷却するために、これらロールや軸受等に冷却流体としての水が大量に掛けられることがある。この際、シール部材は、水が掛けられるいわゆるウェット環境下でこの水が軸受内部に浸入しないようにしているが、水の浸入をより確実に防止するには、供給路からのエアの圧力を高めて、軸受内部を大気圧より高い圧力（正圧）に保つ必要がある。

しかしながら、特許文献１記載の構成では、主リップと内輪との接触圧を比較的低いものとしているので、圧力差のある軸受内部と外部との間を確実に密封できずに、オイルの漏出、水の浸入および異物の侵入を招く虞がある。また、特許文献２記載の構成では、補助リップが極めて小型であり、この場合も軸受内部と外部との間を確実に密封できずにオイルの漏出、水の浸入および異物の侵入を招く虞がある。

同様の課題は、圧延機の軸受の密封装置に限らず、他の一般の装置の軸受の密封装置においても存在する。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、軸受内部と外部との間に圧力差があり、且つ軸受内部と外部との間の圧力の高低が逆転し得る環境において、内輪と外輪との間を確実に密封してオイルや水などの流体およびスラッジ等の異物の通過を阻止できる密封装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、軸受の内輪と外輪との間に配置されてこれら内輪と外輪との間を密封する密封装置において、上記内輪に固定される内側固定筒およびこの内側固定筒から径方向外方へ延設され外輪に近接する第１の環状板を含むスリンガと、上記外輪に固定される金属製の補強環およびこの補強環に一体に接合された環状のシール部材を含むオイルシールとを備え、上記補強環は、外輪に固定される外側固定筒およびこの外側固定筒から径方向内方に延設された第２の環状板を含み、第１および第２の環状板は相対向し、第２の環状板の径方向の中間部を第１の環状板から遠ざかる方向に張り出させることで、第２の環状板の第１の環状板に対する対向面に環状凹部を設け、上記シール部材は、内側固定筒の外周面に接触する環状の主リップと、環状凹部に沿う凹部分と、この凹部分から延設され第１の環状板に接触する環状のサイドリップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、サイドリップを凹部分から延設することで、このサイドリップの容量を増大でき、外輪の回転に対する追従性を高めると共に第１の環状板との接触面積を十分に確保でき、サイドリップと第１の環状板との間を確実に密封できる。その結果、軸受内部と外部との間に圧力差があり、且つ軸受内部と外部との間の圧力の高低が逆転し得る環境において、主リップとサイドリップにより内輪と外輪との間を確実に密封して、例えば密封装置内に封入される潤滑剤の漏れや、水などの流体の浸入およびスラッジ等の異物の侵入を確実に阻止できる。

本発明では、上記第１および第２の環状板の間に主リップおよびサイドリップにより区画される潤滑剤溜まり部が形成される場合がある。この場合、内輪と外輪との間を潤滑剤によって密封することができ、内外輪間をより確実に密封して異物等の侵入をより確実に阻止することができる。さらに、主リップとサイドリップを潤滑してこれら主リップおよびサイドリップが発熱したり磨耗したりすることを防止できる。

本発明では、上記サイドリップは凹部分から径方向斜め外方へ向けて延設され、凹部分とサイドリップとによって断面樋状をなす場合がある。この場合、軸受の回転が停止しているときに、軸受外部から第１および第２の環状板間に侵入してきた水等の流体がサイドリップと第１の環状板との接触部分近傍に滞留することを防止できる。さらに、この流体をサイドリップに対して流れ易くして軸受外部に極めて排出し易くできる。

本発明では、上記シール部材は、主リップよりも第１の環状板側で内側固定筒の外周面に接触する環状の副リップを含む場合がある。この場合、副リップによって、軸受の内外輪間をより確実に密封することができ、水等の流体やスラッジ等の異物が主リップに到達することをより確実に防止できる。
本発明では、上記内輪の外周面と外輪の内周面との間の距離は、密封装置の幅の２倍以上に設定される場合がある。この場合、サイドリップの径方向の長さを十分に確保して第１の環状板との接触面積を十分に確保でき、軸受の内外輪間をより一層確実に密封することができる。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の密封装置１を含む軸受２を備える圧延機３の一部縦断面図である。図１を参照して、この圧延機３は例えば多段ミルであり、軸受２は例えば円筒ころ軸受からなる。この軸受２は、圧延機３のバックアップロール４に含まれており、この軸受２の外輪５の外周面６が、図示しないワークロールの外周面に当接してこのワークロールを加圧できるようになっている。

密封装置１は、軸受２の内輪７と外輪５との間に配置されてこれら内輪７と外輪５との間を封止するものである。なお、この密封装置１は、軸受２の第１および第２軸方向Ｓ１，Ｓ２の両端部に配置されているが、これら両端部における密封装置１の構成は同様であるので、第１軸方向Ｓ１側の端部の密封装置１のみについて説明する。また、以下では、軸受２の軸方向Ｓ、第１軸方向Ｓ１、第２軸方向Ｓ２および径方向Ｒを、単に「軸方向Ｓ」、「第１軸方向Ｓ１」、「第２軸方向Ｓ２」、「径方向Ｒ」ともいう。

密封装置１は、軸受２の内輪７に保持されるスリンガ８と、スリンガ８よりも軸受２の内側に配置されて外輪５に保持されるオイルシール９とを備える。
スリンガ８は、内輪７に固定される内側固定筒１０と、この内側固定筒１０の第１軸方向Ｓ１側の端部から径方向Ｒの外方へ延設されて外輪５に近接する第１の環状板１１とを含む。内側固定筒１０の第２軸方向Ｓ２側の端部内周には、径方向内方へ延びる突環１２が環状または円弧状に形成されている。突環１２は、軸受２の内輪７の外周面１７に形成される凹溝１３に係合すると共に、凹溝１３の第２軸方向Ｓ２側端部に形成される環状の段部１４に当接している。これにより、スリンガ８の軸方向Ｓへの移動が規制されている。内側固定筒１０の内周面１５には環状のシール部材１６が接合されており、このシール部材１６は軸受２の内輪７の外周面１７に液密的に嵌め合わされている。

対向面としての第１の環状板１１の第２軸方向Ｓ２側の側面２０（以下、単に「第２の側面２０」ともいう）の外周縁には、側方（第２軸方向Ｓ２）へ延びる環状の縁部２１が突設されており、この環状の縁部２１の外周面２２と軸受２の外輪５の内周面２３との間に所定の隙間が設けられている。
オイルシール９は、軸受２の外輪５に固定される金属製の補強環２４と、この補強環２４に一体に接合されて第１の環状板１１に対向する合成ゴム（ＦＫＭ）製の環状のシール部材２５とを備えている。

補強環２４は、軸受２の外輪５に固定される外側固定筒２６と、この外側固定筒２６の第１軸方向Ｓ１側の端部から径方向Ｒの内方に向けて延設され、内周部２７がスリンガ８の内側固定筒１０に近接する第２の環状板２８とを含んでいる。外側固定筒２６の第２軸方向Ｓ２側の端部外周には、径方向外方に延びる突環２９が環状または円弧状に形成されている。この突環２９は、軸受２の外輪５の内周面２３に形成される凹溝３０に係合すると共に、凹溝３０の第２軸方向Ｓ２側端部に形成される環状の段部３１に当接している。これにより、補強環２４の軸方向Ｓへの移動が規制されている。

第２の環状板２８は、外側固定筒２６と単一の部材を用いて一体に形成されており、第１の環状板１１と相対向している。第１の環状板１１の第２の側面２０に対する対向面としての、第２の環状板２８の第１軸方向Ｓ１側の側面３２（以下、単に「第１の側面３２」ともいう）には、環状凹部３３が設けられている。具体的には、環状凹部３３は、第２の環状板２８の径方向Ｒの中間部３４が、スリンガ８の第１の環状板１１から遠ざかる方向、すなわち第２軸方向Ｓ２側に張り出されることで形成されている。

シール部材２５は、外側固定筒２６の外周面３５および第２の環状板２８の第１の側面３２の略全面に接合されており、内周部５４の一部が、第２の環状板２８と内側固定筒１０との間から第２軸方向Ｓ２に延びて延伸部３６を形成している。このシール部材２５は、主リップ３７と、副リップ３８と、凹部分３９と、サイドリップ４０と、筒状部４１とを備えている。

主リップ３７は、上記延伸部３６に設けられて環状をなしている。この主リップ３７は、スリンガ８の内側固定筒１０の外周面１９の第２軸方向Ｓ２側の端部に接触しており、内側固定筒１０との間を密封している。また、主リップ３７の外周には、ガータスプリング４２が装着されており、主リップ３７がこのガータスプリング４２により締め付けられて内側固定筒１０に圧接されている。

副リップ３８は、内周部５４のうち主リップ３７よりも第１の環状板１１側、すなわち第１軸方向Ｓ１側に設けられて環状をなしている。この副リップ３８は、内側固定筒１０の外周面１９の第１軸方向Ｓ１側の端部に接触している。
凹部分３９は、シール部材２５の径方向中間部に設けられて環状をなしており、第２の環状板２８の環状凹部３３に沿っている。さらに、第１の環状板１１の第２の側面２０は、内周側部分が外周側部分に対して窪んでいる。これにより、凹部分３９の表面４３と第１の環状板１１の第２の側面２０との間の距離Ａは、シール部材２５の外周部４８における側面４４と上記第２の側面２０との距離Ｂよりも長く（Ａ＞Ｂ）されている。

サイドリップ４０は、その根元部４５が環状の凹部分３９の径方向内側部分に配置されて、環状をなしている。このサイドリップ４０は、凹部分３９の表面４３から第２軸方向Ｓ２へ向かうに伴い径方向斜め外方へ向けてテーパ状に延びるように設けられている。これら凹部分３９とサイドリップ４０とによって、断面樋状をなす環状溝部４６が形成されている。また、サイドリップ４０の先端部４７は、第１の環状板１１の第２の側面２０と接触している。

筒状部４１は、シール部材２５の外周部４８に設けられており、軸受２の外輪５と外側固定筒２６との間に介在している。この筒状部４１は、軸受２の外輪５の内周面２３に嵌め合わされて外輪５と外側固定筒２６との間を密封している。
スリンガ８の第１の環状板１１と補強環２４の第２の環状板２８との間には、シール部材２５の主リップ３７およびサイドリップ４０により区画される潤滑剤溜まり部４９が形成されている。具体的には、前述したように、シール部材２５の主リップ３７がスリンガ８の内側固定筒１０の外周面１９に接触すると共に、サイドリップ４０の先端部４７が第１の環状板１１の第２の側面２０に接触することで、スリンガ８とシール部材２５との間に潤滑剤溜まり部４９が形成されている。この潤滑剤溜まり部４９は、スリンガ８とシール部材２５との間に形成される閉空間Ｃを含んでおり、この閉空間Ｃ内全体に潤滑剤が封入されている。

軸受２の内輪７の外周面１７と外輪５の内周面２３との間の径方向Ｒの距離Ｄは、密封装置１の幅Ｅの２倍以上（Ｄ＞２Ｅ、本実施の形態では２．３倍）に設定されている。なお、密封装置１の幅Ｅとは、スリンガ８の第１の環状板１１の第１軸方向Ｓ１側の側面５０と、補強環２４の外側固定筒２６の第２軸方向Ｓ２側の側面５１との間の軸方向Ｓの距離をいう。密封装置１の幅Ｅを上記のように設定することで、シール部材２５の径方向Ｒの長さを十分に確保して、シール部材２５の断面積およびサイドリップ４０の径方向Ｒの長さを十分に確保することができる。

内輪７、外輪５および密封装置１で区画された軸受２の内部には、供給路５２を介して潤滑用のオイルがエア流と共に供給される一方、軸受２の内部の潤滑に供したオイルが、排出路５３を介して排出されるようになっている。
密封装置１は、圧延機３が圧延動作を行っている間、乾燥雰囲気（ドライ環境）下において、鋼板から飛散するスラッジ（鉄粉）等の異物が軸受２内部に侵入することを防止すると共に、潤滑用のオイルを軸受２の外部に漏らさないようにしている。さらに、この圧延機３では、オイルの漏れをより確実に防止するために、排出路５３側からオイルを含むエアを吸引して軸受２の内部を負圧に保っており、軸受２内部の圧力が軸受２外部の圧力よりも低くされている。

一方、圧延動作により軸受２等が所定の温度以上になった場合には、軸受２等に冷却流体としての水が大量に掛けられる。この際、密封装置１は、軸受２の外部から水が掛けられるいわゆるウェット環境下で、この水が軸受２内部に浸入しないようにしている。さらに、この圧延機３においては、水の浸入をより確実に防止するために、供給路５２からのエアの圧力を高めて、軸受２内部を大気圧より高い圧力（正圧）に保っており、軸受２内部の圧力が軸受２外部の圧力よりも高くされている。

以上の次第で、本実施の形態によれば、シール部材２５のサイドリップ４０を、凹部分３９から延設することで、このサイドリップ４０の容量を、凹部分を設けない場合のサイドリップに比べて格段に増大できる。これにより、外輪５の回転に対するサイドリップ４０の追従性を高めると共に、第１の環状板１１の第２の側面２０との接触面積を十分に確保できる。したがって、サイドリップ４０と第１の環状板１１との間を確実に密封できる。

その結果、圧延機３の圧延動作時および冷却時において、軸受２の内部と外部との間に圧力差があり、且つ軸受２の内部と外部との間の圧力の高低が逆転し得る環境においても、主リップ３７とサイドリップ４０により内輪７と外輪５との間を確実に密封して、潤滑剤漏れや、水などの流体の浸入およびスラッジ等の異物の侵入を確実に阻止できる。
また、潤滑剤溜まり部４９を設けることで、軸受２の内輪７と外輪５との間を潤滑剤によって密封することができ、これら内外輪７，５間をより確実に密封してスラッジ等の異物の侵入をより確実に阻止することができる。さらに、潤滑剤によって主リップ３７、サイドリップ４０および副リップ３８を潤滑することができ、これら主リップ３７、サイドリップ４０および副リップ３８が発熱したり磨耗したりすることを防止できる。

さらにまた、サイドリップ４０と凹部分３９とにより環状溝部４６を形成することで、軸受２の外輪５の回転が停止しているときに、軸受２の外部から第１および第２の環状板１１，２８間に侵入してきた水等の流体が、サイドリップ４０と第１の環状板１１との接触部分近傍に滞留することを防止できる。さらに、この流体をサイドリップ４０に対して流れ易くして軸受２外部に極めて排出し易くできる。

また、副リップ３８を設けることで、軸受２の内外輪７，５間をより確実に密封することができ、水等の流体やスラッジ等の異物が主リップ３７に到達することをより確実に防止できる。
さらに、内輪７の外周面１７と外輪５の内周面２３との間の距離Ｄを、密封装置１の幅Ｅの２．３倍に設定することで、サイドリップ４０の径方向Ｒの長さを十分に確保して第１の環状板１１との接触面積を十分に確保でき、軸受２の内外輪７，５間をより一層確実に密封することができる。

本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、軸受２は、ころ軸受に限らず、円錐ころ軸受や玉軸受等でも良い。また、本発明の密封装置を、圧延機以外の他の装置の軸受に用いても良い。

本発明の一実施の形態の密封装置を含む軸受を備える圧延機の一部縦断面図である。

符号の説明

１ 密封装置
２ 軸受
５ 外輪
７ 内輪
８ スリンガ
９ オイルシール
１０ 内側固定筒
１１ 第１の環状板
１７ 内輪の外周面
１９ 内側固定筒の外周面
２３ 外輪の内周面
２４ 補強環
２５ シール部材
２６ 外側固定筒
２８ 第２の環状板
３２ 第１の側面（対向面）
３３ 環状凹部
３４ 中間部
３７ 主リップ
３８ 副リップ
３９ 凹部分
４０ サイドリップ
４９ 潤滑剤溜まり部
Ｄ 距離
Ｅ 幅
Ｒ 径方向

Claims (5)

1. 軸受の内輪と外輪との間に配置されてこれら内輪と外輪との間を密封する密封装置において、
   上記内輪に固定される内側固定筒およびこの内側固定筒から径方向外方へ延設され外輪に近接する第１の環状板を含むスリンガと、
   上記外輪に固定される金属製の補強環およびこの補強環に一体に接合された環状のシール部材を含むオイルシールとを備え、
   上記補強環は、外輪に固定される外側固定筒およびこの外側固定筒から径方向内方に延設された第２の環状板を含み、
   第１および第２の環状板は相対向し、
   第２の環状板の径方向の中間部を第１の環状板から遠ざかる方向に張り出させることで、第２の環状板の第１の環状板に対する対向面に環状凹部を設け、
   上記シール部材は、内側固定筒の外周面に接触する環状の主リップと、環状凹部に沿う凹部分と、この凹部分から延設され第１の環状板に接触する環状のサイドリップとを含むことを特徴とする密封装置。
2. 請求項１において、上記第１および第２の環状板の間に主リップおよびサイドリップにより区画される潤滑剤溜まり部が形成されることを特徴とする密封装置。
3. 請求項１または２において、上記サイドリップは凹部分から径方向斜め外方へ向けて延設され、凹部分とサイドリップとによって断面樋状をなすことを特徴とする密封装置。
4. 請求項１，２，または３において、上記シール部材は、主リップよりも第１の環状板側で内側固定筒の外周面に接触する環状の副リップを含むことを特徴とする密封装置。
5. 請求項１，２，３または４において、上記内輪の外周面と外輪の内周面との間の距離は、密封装置の幅の２倍以上に設定されることを特徴とする密封装置。

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