JP2005291451A - 密封型転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受内部空間内の負圧に起因する水分の引込みによる潤滑剤の劣化を防止し、これにより、軸受性能の低下、早期損傷、及び早期剥離等を防止すること。
【解決手段】 内輪１３の突合わせ部（凹部９）に装着する静止型のリング状シール部材１は、金属環２と、この金属環２の外周面に溶着したゴム、樹脂等の弾性体３とからなる。弾性体３の外周面には、内輪１３の凹部９のシール面に対向して、溝４が形成してある。溝４は、軸受内部空間Ｓと軸受外部との流体の圧力差が所定以上になった時に流体の流通を許容するように構成してある。すなわち、この溝４は、軸受内部空間Ｓの内圧が所定以上になった時に、流体（圧力媒体）を逃がす「管路」を構成している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、鉄鋼設備、圧延機等に使用されるロールネック軸受等の密封型転がり軸受に関する。この密封型転がり軸受としては、例えば、熱間圧延機、冷間圧延機のワークロール、中間ロール軸受に使用される軸受で、主に複列や四列・円錐ころ密封軸受が挙げられる。

図５は、従来に係る密封型転がり軸受の密封用シールを備えた４列円錐ころ軸受の縦断面図である。なお、同図は、軸を含まない縦断面図のうちの上部を示すものである。

同図に示す、密封用シールを備えた４列円錐ころ軸受（以下「密封型転がり軸受」という）１０は、外輪１１、１２、１１と、内輪１３、１３と、外輪１１、１１、１２と内輪１３、１３との間に配置される多数のころ１４、１４、…と、これらのころ１４、１４、…を支持する保持器１５、１５、…と、外輪１２と外輪１１、１１との間に配設された外輪間座１６、１６と、外輪１１、１１の端部に配置されたシールホルダ１７、１７と、シールホルダ１７、１７によって支持された端面シール１８、１８と、一対の内輪１３、１３が接する部分の内径面に形成されている凹部９に保持される中間シール２０とを備えている。

外輪全体は、軸方向の両端部に配置された単列の外輪１１、１１と、これらの間に配置され、単列外輪を２個連結した形状の複列の外輪１２とによって構成されている。外輪１１、１１、１２の内周側にはそれぞれテーパ面１１ａ、１１ａ、１２ａが形成されている。

内輪全体は、軸方向に並べた２個の複列内輪１３、１３によって構成されている。内輪１３、１３の外周側は、上述の外輪１１、１２のテーパ面１１ａ、１２ａに対応し、これらテーパ面１１ａ、１２ａとの間に軸受内部空間Ｓを構成している。内輪１３、１３には、ロール軸８がルーズフィットで嵌合する。つまり、内輪１３、１３の内周側は、ロール軸８の外周面にわずかな隙間をもって嵌合する。内輪１３、１３の軸方向の左右の端部は、それぞれ外輪１１、１１のそれよりも長く延設されており、この延設部には、端面シール１８、１８の弾性リップ１８ａ、１８ａが接触するリップ摺動面１３ａ、１３ａが形成されている。

転動体である４列のころ１４、１４、１４、１４は、上述の軸受内部空間Ｓに配設されており、外輪１１、１２のテーパ面１１ａ、１２ａ及び内輪１３、１３の外周面に接触する。各ころ１４は、ロール軸８の回転に伴って内輪１３、１３が回転すると、所定の方向に回転し、これにより、外輪１１、１２に対して内輪１３、１３が円滑に回転するようにしている。

保持器１５、１５、…は、環状に形成された４本のものが上述の軸受内部空間Ｓ内に配設されており、各保持器１５ごとに、周方向に多数のころ１４、１４、…を回動自在に支持している。

外輪間座１６、１６は、環状に形成された部材であり、複列の外輪１２と先端（左）側の単列の外輪１１との間、及び複列の外輪１２と基端（右）側の単列の外輪１１との間に、それぞれ介装されている。

シールホルダ１７、１７は、２個の外輪１１、１１のうちの先端側の外輪１１の先端部（図５の左方）と、基端側の外輪１１の基端部（図５の右方）にそれぞれ配置されており、内周側において端面シール１８、１８をそれぞれ保持している。

回転シール部材である端面シール１８、１８は、上述のシールホルダ１７、１７の内周側に保持されており、それぞれ弾性体リップ１８ａ、１８ａを、前述の内輪１３、１３のリップ摺動面１３ａ、１３ａに当接させている。これにより、密封型転がり軸受１０の軸受内部空間Ｓが密封されている。

静止シール部材である中間シール２０は、環状に形成された部材であり、一対の内輪１３、１３が対向して当接する当接面の内径面側に形成される凹部９にはまり込んでここに保持される。

図６は、図５のＡ部分を説明する部分拡大断面図であり、中間シールの構造を説明する図であって、中間シールの拡大断面図である。

中間シール２０は、形状維持のための心金２１と、凹部９に密着するゴム等の弾性体２２とからなる。弾性体２２の本体部分２３からは、可撓性を有するリップ２４が延びている。本体部分２３は、一方の内輪１３の凹部の底壁および側壁に当接し、リップ２４は、他方の内輪１３の凹部の側壁に当接する。この結果、一対の内輪１３、１３の当接面１３ｃ、１３ｃ間がシールされ、軸受内部空間Ｓの気密性が保たれる。

これら図５及び図６に示した密封型転がり軸受は、例えば、鉄鋼設備の圧延機用のロールネック軸受として使用され、その周囲（ハウジングの周囲）は、大量の圧延水に覆われた環境にあることから、水の軸受内部空間内への浸入防止、内輪と軸との間に塗布した潤滑物質の軸受内部空間内への浸入防止、及び、磨耗粉の軸受内部空間内への防止を目的として、上述した中間シール２０や端面シール１８を設けている。
特開２０００−１０４７４７号公報

しかしながら、上述の従来技術の密封転がり軸受では、温度変化が激しい環境下においては、水等の浸入防止が十分ではないといった問題があった。

例えば、図５に示す密封転がり軸受が鉄鋼設備の圧延機用のロールネック軸受として使用される場合、この密封転がり軸受に支持されるロールの回転数は、頻繁に変化する。すなわち、ロールについて高速回転、低アイドル回転、及び停止が繰り返され、それぞれの条件により密封転がり軸受内部空間Ｓの温度が変化する。このため、軸受内部空間Ｓ内の空気等の膨張、収縮が繰り返され、温度上昇時に膨張した内部の空気は端面の弾性体シール１８、１８から逃げ、次に温度が下がったときに密封転がり軸受内部空間Ｓが負圧となる。

軸受内部空間Ｓ内に大きな負圧が生じると、その負圧が大きい程、外部にある水等の流体が弾性体シール１８のリップ部を介して浸入しやすくなることが確認されている。すなわち、大気圧に対して、負圧が大きい程、密封軸受内へ水分を引き込みやすくなり、水分混入量が増加することになる。また、水分を引き込みやすいということは、シール性の低下をも意味する。そして、水分の引込みとシール性の低下とにより、軸受内部空間Ｓ内の潤滑剤の劣化が助長されて軸受性能が低下し、早期損傷や早期剥離といった問題が生じた。

このようなことから、特許文献１では、図７に示すように、中間シール２０に、軸受内部空間Ｓ内の流体状態と外部の流体状態とが所定関係になったときに、軸受内部空間Ｓ内の流体圧を外部の流体圧に近づけるベント手段を設けている。

すなわち、図７は、図５のＡ部分を説明する部分拡大断面図であり、中間シールの構造を説明する図であって、（ａ）は、中間シールの拡大断面図であり、（ｂ）は、中間シールのベント部の拡大図である。

中間シール２０は、形状維持のための心金２１と、凹部９に密着するゴム等の弾性体２２とからなる。弾性体２２の本体部分２３からは、可撓性を有するリップ２４が延びている。本体部分２３は、一方の内輪１３の凹部の底壁および側壁に当接し、リップ２４は、他方の内輪１３の凹部の側壁に当接する。この結果、一対の内輪１３、１３の当接面１３ｃ、１３ｃ間がシールされ、軸受内部空間Ｓの気密性が保たれる。

リップ２４の根本側には、ベント手段であるベント孔３１が形成されている。このベント孔３１は、中間シール２０の全周に亘って適当な間隔で形成することができる。ベント孔３１の中間には、隔壁３２が一体に形成されている。この隔壁３２は、薄い弾性体からなり、中心を通って両端まで延びるスリット３３が形成されている。このスリット３３は、弁機構となっており、軸受内部空間Ｓ（図５）と軸受外部との間に圧力差が生じていない場合は閉じているが、軸受内部空間Ｓと軸受外部との間に圧力差が生じた場合（例えば密封転がり軸受内が負の圧力となる際）、わずかな隙間が形成される。これによりベント機構が形成され、密封転がり軸受の稼働時において軸受内部空間Ｓの温度変化によって軸受内部空間Ｓの空気に体積変化が生じても、スリット３３の働きにより、軸受外部から軸受内部空間Ｓに空気を吸引させたり、軸受内部空間Ｓから軸受外部に空気を排出させることができ、内外の圧力差を自動的にバランスさせることができる。

また、スリット３３は、相当の圧力が加わらない限り通常閉じており、ベント孔３１から水や汚染物質等が軸受内部空間Ｓに浸入することを防止する役割も有する。ここで、スリット３３は、シールホルダ１７や端面シール１８にベント孔を設けた場合に比較して、水等の液体にさらされにくい位置に配置されているため、ベント孔からの水等の浸入防止が確実となる。

なお、上記のようなスリット３３は、内輪１３、１３間の隙間を密閉する中間シール２０に形成するものであり、例えば圧延機に使用された場合、チョック等のハウジング自体に加工を加える場合に比較して、より簡易な方法で軸受内部空間Ｓの圧力を外圧に近づけることができ、かつ、ベント孔３１から水等が軸受内部空間Ｓに浸入することを防止できる。

しかしながら、図７に示した中間シール２０は、図６に示す従来に比べて優れているが、温度変化や内圧変化を逃がすためには、リップ２４が摺動する。

その結果、非常に長期間にわたって使用する場合には、リップ２４は、摩耗により、その耐久性に問題が生起されることもある。

ある程度の圧力にならないと作動せず、初動の内圧がより少ないものが求められている。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、軸受内部空間内の負圧に起因する水分の引込みによる潤滑剤の劣化を防止し、これにより、軸受性能の低下、早期損傷、及び早期剥離等を防止することができる、密封型転がり軸受を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る密封型転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に介装した転動体と、内輪の突合わせ部に配置した密封装置と、を備えた密封型転がり軸受に於いて、
前記密封装置は、金属環と、当該金属環の外周面に溶着した弾性体と、からなり、
前記弾性体の外周面には、前記突合わせ部のシール面に対向して、溝が形成してあり、
当該溝は、軸受内部空間と軸受外部との流体の圧力差が所定以上になった時に流体の流通を許容することを特徴とする。

本発明の請求項２に係る密封型転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に介装した転動体と、内輪の突合わせ部に配置した密封装置と、を備えた密封型転がり軸受に於いて、
前記密封装置は、金属環と、当該金属環の外周面に溶着した弾性体と、からなり、
前記弾性体の外周面と、前記突合わせ部のシール面との締め代は、軸受内部空間と軸受外部との流体の圧力差が所定以上になった時に流体の流通を許容するような程度に、設定してあることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、弾性体の外周面には、内輪の突合わせ部のシール面に対向して、溝が形成してあり、この溝は、軸受内部空間と軸受外部との流体の圧力差が所定以上になった時に流体の流通を許容することから、この溝は、軸受内部空間の内圧が所定以上になった時に、流体（圧力媒体）を逃がす「管路」を構成しており、シール時には、リップではなく、流体（圧力媒体）を逃がす「管路」の抵抗でシールするようになっており、逆に、軸受内部空間の内圧が大きい時は、「管路」の抵抗より、流体（圧力媒体）を逃がすようになっている。

又は、弾性体の外周面と、突合わせ部のシール面との締め代は、軸受内部空間と軸受外部との流体の圧力差が所定以上になった時に流体の流通を許容するような程度に、設定してあることから、この締め代の設定は、軸受内部空間の内圧が所定以上になった時に、流体（圧力媒体）を逃がす「管路」を構成しており、シール時には、リップではなく、流体（圧力媒体）を逃がす「管路」の抵抗でシールするようになっており、逆に、軸受内部空間の内圧が大きい時は、「管路」の抵抗より、流体（圧力媒体）を逃がすようになっている。

従って、軸受内部空間内の負圧に起因する水分の引込みによる潤滑剤の劣化を防止し、これにより、軸受性能の低下、早期損傷、及び早期剥離等を防止することができる。

すなわち、軸受の内輪に摺動する部分を、ゴム、樹脂等の弾性体としているため、フレッチングを防止することができる。なお、「管路」である溝の形状は、螺旋状、斜め、格子状等であってもよく、その他、種々の形状であってもよい。

また、リップが内輪に摺動することがなく、摺動部がないことから、摩耗が殆どなく、耐久性を著しく向上することができる。

さらに、初動の内圧が小さいことから、水等の浸入をより一層少なくすることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る密封型転がり軸受を図面を参照しつつ説明する。

（第１実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係る密封型転がり軸受に装着するリング状シール部材の半断面図であり、（ｂ）は、内輪の凹部にリング状シール部材を取付けた状態の断面図であり、（ｃ）は、溝形状の種々の変形例を示す断面図である。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態では、内輪１３の突合わせ部（凹部９）に装着する静止型のリング状シール部材１は、金属環２と、この金属環２の外周面に溶着したゴム、樹脂等の弾性体３と、からなる。弾性体３の外周面には、内輪１３の凹部９のシール面に対向して、溝４が形成してある。図示例では、この溝４は、数条の斜めの溝である。

なお、溝４の形状は、種々の形状であってもよく、図１（ｃ）に示すように、略円弧形状、略三角形状、又は矩形形状等であってもよい。

溝４は、軸受内部空間Ｓと軸受外部との流体の圧力差が所定以上になった時に流体の流通を許容するように構成してある。

すなわち、この溝４は、軸受内部空間Ｓの内圧が所定以上になった時に、流体（圧力媒体）を逃がす「管路」を構成しており、シール時には、従来のリップではなく、流体（圧力媒体）を逃がす「管路」の抵抗でシールするようになっており、逆に、軸受内部空間Ｓの内圧が大きい時は、溝４の「管路」の抵抗より、流体（圧力媒体）を逃がすようになっている。

従って、軸受内部空間Ｓ内の負圧に起因する水分の引込みによる潤滑剤の劣化を防止し、これにより、軸受性能の低下、早期損傷、及び早期剥離等を防止することができる。

すなわち、軸受の内輪１３に摺動する部分を、ゴム、樹脂等の弾性体３としているため、フレッチングを防止することができる。

また、リップが内輪１３に摺動することがなく、摺動部がないことから、摩耗が殆どなく、耐久性を著しく向上することができる。

さらに、初動の内圧が小さいことから、水等の浸入をより一層少なくすることができる。

また、本実施の形態においても、弾性体３の外周面と、凹部９のシール面との締め代は、軸受内部空間Ｓと軸受外部との流体の圧力差が所定以上になった時に流体の流通を許容するような程度に、設定してあってもよい。この締め代の設定は、軸受内部空間Ｓの内圧が所定以上になった時に、流体（圧力媒体）を逃がす「管路」を構成し、シール時には、流体（圧力媒体）を逃がす「管路」の抵抗でシールし、逆に、軸受内部空間Ｓの内圧が大きい時は、「管路」の抵抗より、流体（圧力媒体）を逃がすことができる。

次に、図２（ａ）（ｂ）は、夫々、リング状シール部材の変形例の正面図である。

図２（ａ）の変形例では、弾性体３の外周面に、１条の螺旋状の溝４が形成してある。また、図２（ｂ）の変形例では、弾性体３の外周面に、１条の螺旋状の蛇行溝４が形成してある。これらの変形例においても、上述した第１実施の形態と同様に、軸受内部空間Ｓの負圧を防止することができ、その他の構成、作用等は、上述した第１実施の形態と同様である。

次に、図３（ａ）（ｂ）は、夫々、リング状シール部材の変形例の正面図であり、（ｃ）は、これらリング状シール部材の側面図である。

図３（ａ）の変形例では、弾性体３の外周面に、格子状(縦溝、横溝混合)の溝４が形成してある。図３（ｂ）の変形例では、弾性体３の外周面に、均等又は不均等いずれかの間隔で横溝４が形成してある。これらの変形例においても、上述した第１実施の形態と同様に、軸受内部空間Ｓの負圧を防止することができ、その他の構成、作用等は、上述した第１実施の形態と同様である。

（第２実施の形態）
図４（ａ）は、本発明の第２実施の形態に係る密封型転がり軸受に装着するリング状シール部材の半断面図であり、（ｂ）は、内輪の凹部にリング状シール部材を取付けた状態の断面図である。

図４（ａ）に示すように、本実施の形態では、リング状シール部材１は、金属環２と、この金属環２の外周面に溶着したゴム、樹脂等の弾性体３と、からなる。本実施の形態では、溝４は、設けていない。

本実施の形態では、弾性体３の外周面と、突合わせ部（凹部９）のシール面との締め代は、軸受内部空間Ｓと軸受外部との流体の圧力差が所定以上になった時に、流体の流通を許容するような程度に、中間ばめ、隙間ばめ等が設定してある。

このような締め代の設定は、軸受内部空間Ｓの内圧が所定以上になった時に、流体（圧力媒体）を逃がす「管路」を構成しており、シール時には、リップではなく、流体（圧力媒体）を逃がす「管路」の抵抗でシールするようになっており、逆に、軸受内部空間の内圧が大きい時は、「管路」の抵抗より、流体（圧力媒体）を逃がすようになっている。

従って、軸受内部空間Ｓ内の負圧に起因する水分の引込みによる潤滑剤の劣化を防止し、これにより、軸受性能の低下、早期損傷、及び早期剥離等を防止することができる。

すなわち、軸受の内輪１３に摺動する部分を、ゴム、樹脂等の弾性体３としているため、フレッチングを防止することができる。

また、リップが内輪１３に摺動することがなく、摺動部がないことから、摩耗が殆どなく、耐久性を著しく向上することができる。

さらに、初動の内圧が小さいことから、水等の浸入をより一層少なくすることができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係る密封型転がり軸受に装着するリング状シール部材の半断面図であり、（ｂ）は、内輪の凹部にリング状シール部材を取付けた状態の断面図であり、（ｃ）は、溝形状の種々の変形例を示す断面図である。 （ａ）（ｂ）は、夫々、リング状シール部材の変形例の正面図である。 （ａ）（ｂ）は、夫々、リング状シール部材の変形例の正面図であり、（ｃ）は、これらリング状シール部材の側面図である。 （ａ）は、本発明の第２実施の形態に係る密封型転がり軸受に装着するリング状シール部材の半断面図であり、（ｂ）は、内輪の凹部にリング状シール部材を取付けた状態の断面図である。 従来に係る密封型転がり軸受の密封用シールを備えた４列円錐ころ軸受の縦断面図である。なお、同図は、軸を含まない縦断面図のうちの上部を示すものである。 図５のＡ部分を説明する部分拡大断面図であり、中間シールの構造を説明する図であって、中間シールの拡大断面図である。 図５のＡ部分を説明する部分拡大断面図であり、中間シールの構造を説明する図であって、（ａ）は、中間シールの拡大断面図であり、（ｂ）は、中間シールのベント部の拡大図である。

符号の説明

１ リング状シール部材（密封装置）
２ 金属環
３ 弾性体
４ 溝（管路）
９ 凹部
１１，１２ 外輪
１１ａ，１２ａ テーパ面
１３ 内輪
１３ｃ 当接面
１４ ころ
１５ 保持器
１６ 外輪間座
１７ シールホルダ
１８ 端面シール
２０ 中間シール
２１ 心金
２２ 弾性体
２３ 本体部分
２４ リップ
３１ ベント孔
３２ 隔壁
３３ スリット

Claims (2)

1. 内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に介装した転動体と、内輪の突合わせ部に配置した密封装置と、を備えた密封型転がり軸受に於いて、
   前記密封装置は、金属環と、当該金属環の外周面に溶着した弾性体と、からなり、
   前記弾性体の外周面には、前記突合わせ部のシール面に対向して、溝が形成してあり、
   当該溝は、軸受内部空間と軸受外部との流体の圧力差が所定以上になった時に流体の流通を許容することを特徴とする密封型転がり軸受。
2. 内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に介装した転動体と、内輪の突合わせ部に配置した密封装置と、を備えた密封型転がり軸受に於いて、
   前記密封装置は、金属環と、当該金属環の外周面に溶着した弾性体と、からなり、
   前記弾性体の外周面と、前記突合わせ部のシール面との締め代は、軸受内部空間と軸受外部との流体の圧力差が所定以上になった時に流体の流通を許容するような程度に、設定してあることを特徴とする密封型転がり軸受。

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