JP2005308013A - 転がり軸受の密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受のラビリンスシールを形成するために軸部材側に設けられるラビリンス溝の加工コストを削減することである。
【解決手段】ロール２のラビリンス溝２ｂに挿入されるラビリンスリング３の内径側および外径側に所定幅の案内溝３ａ、３ｂを形成し、円筒ころ軸受１の内側軌道部材４の外径側および外側軌道部材５の内径側に突設したシールリング６、７を、それぞれラビリンスリング３の案内溝３ａ、３ｂの幅内のみで軸方向に摺動可能として、ラビリンスリング３とラビリンス溝２ｂの軸方向相対移動量が、ロール２の軸方向伸縮時の外側軌道部材５に対する最大相対移動量より小さくなるようにすることにより、ラビリンス溝２ｂを従来よりも浅くできるようにしたのである。
【選択図】図２

Description

この発明は、製鉄所の連続鋳造設備用ロールの支持等に使用される転がり軸受の密封構造に関する。

製鉄所の連続鋳造設備用ロールを支持する転がり軸受は、一般に、鋳造材から剥がれたスケール（鋼の酸化皮膜）が飛散する厳しい環境で使用されるため、シール性の高い密封構造の採用により確実なスケール侵入防止を図っている。この密封構造としては、軸受内に接触シールを設けるとともに、軸受をロール小径部に組み込んで、軸受とロールの段差面との間にラビリンスシールを形成したものが多く採用されている（例えば、特許文献１参照。）。

図５は、上述したような転がり軸受の密封構造の一例を示す。この密封構造は、円筒ころ軸受５１をロール５２の小径部５２ａに組み込み、軸受５１両側のロール５２段差面に設けたラビリンス溝５２ｂにラビリンスリング５３を挿入して、軸受５１の内外の軌道部材５４、５５の隙間の端部を塞ぐラビリンスシールを形成するとともに、軸受５１の内側軌道部材５４にラビリンスリング５３と摺動するシールリング５６を、外側軌道部材５５に内側軌道部材５４と摺動するオイルシール５７をそれぞれ取り付けたものである。外側軌道部材５５は、外輪５８と水冷ジャケット付きハウジング５９とからなり、このハウジング５９に前記ラビリンスリング５３およびオイルシール５７が固定されている。

ところで、この密封構造では、ロール５２の各ラビリンス溝５２ｂが、図５の状態（軸受５１組込時の状態）におけるラビリンスリング５３挿入深さの約２倍の深さに形成されている。これは、図６に示すように、ロール５２が高温の鋳造材との頻繁な接触により伸縮して、ラビリンスリング５３が固定された外側軌道部材５５に対して軸方向に相対移動したときも、移動方向側のラビリンスリング５３がラビリンス溝５２ｂから抜け出さず、かつ反対側のラビリンスリング５３がラビリンス溝５２ｂ底面と接触しないようにして、シール性の大幅な低下や回転トルクの増加を発生させないためである。

しかしながら、ロール５２が最も大きく伸縮したときに図６の状態が得られるようにするには、ロール５２と外側軌道部材５５の最大相対移動量を±Ａとすると、各ラビリンス溝５２ｂを２×Ａ以上の深さとする必要があり、このラビリンス溝５２ｂ加工のコストが大きいことが問題となっていた。
特開２００１−３４０９４７号公報

この発明の課題は、転がり軸受のラビリンスシールを形成するために軸部材側に設けられるラビリンス溝の加工コストを削減することである。

上記の課題を解決するため、この発明は、転がり軸受を軸部材の小径部に組み込み、軸受端面と対向する軸部材の段差面に設けたラビリンス溝にラビリンスリングを挿入して、軸受の内外の軌道部材の隙間の端部を塞ぐラビリンスシールを形成した転がり軸受の密封構造において、前記ラビリンスリングを、内径側および外径側で前記各軌道部材とそれぞれ軸方向に摺動可能なものとし、このラビリンスリングと内側軌道部材の軸方向相対移動量を、前記軸部材の軸方向伸縮時の外側軌道部材に対する最大相対移動量より小さい範囲に規制する手段を設けた構成を採用したのである。

すなわち、軸部材のラビリンス溝に挿入されるラビリンスリングを、転がり軸受の内外の軌道部材と軸方向に摺動可能なものとし、ラビリンスリングとラビリンス溝の軸方向相対移動量が、軸部材と外側軌道部材の最大相対移動量より小さくなるようにすることにより、軸部材が最も大きく伸縮したときにもラビリンスリングのラビリンス溝からの抜け出しやラビリンス溝底面との接触を生じさせないラビリンス溝深さを、従来よりも浅くできるようにしたのである。

前記ラビリンスリングと内側軌道部材の軸方向相対移動量を規制する手段としては、前記ラビリンスリングの内径側に所定幅の案内溝を形成し、前記内側軌道部材の外径側に、前記案内溝の底面と摺接して案内溝幅内で軸方向に摺動可能なシールリングを突設したものを採用することができる。

上記の構成において、前記シールリングを摺動特性に優れたフッ素樹脂で形成すれば、シールリングのラビリンスリングとの摺動による摩耗を抑え、長期間にわたって良好なシール性を維持することができる。

また、前記転がり軸受として、前記各軌道部材がそれぞれ軸方向に沿って２分割された円筒ころ軸受を採用すれば、軸部材の大径部の途中に小径部が形成されている場合でも、軸受組込作業を簡単に行える。

この発明は、上述したように、軸部材の小径部に組み込まれた転がり軸受のラビリンスシールを形成するラビリンスリングとラビリンス溝の軸方向相対移動量が従来よりも小さくなるようにしたので、転がり軸受のシール性や回転トルクに影響を与えることなく、ラビリンス溝を浅くすることができ、ラビリンス溝の加工コストを大きく削減することができる。

以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。この転がり軸受の密封構造は、製鉄所の連続鋳造設備用ロールの軸受部に適用されるもので、図１および図２に示すように、転がり軸受としての円筒ころ軸受１を軸部材としてのロール２の小径部２ａに組み込み、軸受１両側のロール２段差面に設けたラビリンス溝２ｂにラビリンスリング３を挿入して、軸受１の内外の軌道部材４、５の隙間の端部を塞ぐラビリンスシールを形成するとともに、内側軌道部材４の外径側および外側軌道部材５の内径側にそれぞれラビリンスリング３と摺動するシールリング６、７を突設し、外側軌道部材５に内側軌道部材４と摺動するオイルシール８を取り付けたものである。

前記円筒ころ軸受１の内側軌道部材４は、外径側の幅方向中央部に環状溝４ａが設けられ、その底面が円筒ころ９の内側軌道面となっている。この環状溝４ａは、ころ９の長さにほぼ等しい幅に形成され、その側面でころ９の軸方向移動を規制している。一方、外側軌道部材５は、ころ９長さよりも広幅の外側軌道面を有する外輪１０が水冷ジャケット付きハウジング１１に固定されている。従って、ロール２が高温の鋳造材との頻繁な接触により伸縮するときは、内側軌道部材４ところ９がロール２と一体になって外側軌道部材５に対して軸方向に相対移動する。

また、各軌道部材４、５は、それぞれ軸方向に沿って２分割されており、ボルト１２で締結されて一体となっている（外側軌道部材５の締結部は図示省略）。従って、この軸受１は、ロール２の大径部の途中に形成された小径部２ａに簡単に組み込むことができる。

前記各シールリング６、７は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成され、周方向の一箇所に切断部を有している。従って、切断部を広げるだけでロール２の小径部２ａに組み込めるし、ラビリンスリング３との摺動による摩耗が少なく、長期間にわたって良好なシール性が維持される。

なお、各シールリング６、７の材質は、ＰＴＦＥに限られないが、摺動特性に優れた樹脂、例えば、芳香族ポリエステル（ＡＲＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、フェノール樹脂（ＰＦ）、ポリイミド（ＰＩ）等を採用することが望ましい。また、ＰＴＦＥ以外のフッ素樹脂を採用してもよい。

前記ラビリンスリング３は、鋼製（材質：Ｓ３５Ｃ）で、各軌道部材４、５と同じく二つ割りとされている。また、その内径側および外径側には、各シールリング６、７と底面で摺接する所定幅の案内溝３ａ、３ｂが形成されている。これにより、各シールリング６、７がそれぞれ摺接する案内溝３ａ、３ｂの幅内でのみ軸方向に摺動可能となり、ラビリンスリング３と各軌道部材４、５との軸方向相対移動量が規制されるようになっている。

ここで、各案内溝３ａ、３ｂの幅は、ロール２の軸方向伸縮時の外側軌道部材５に対する最大相対移動量を±Ａとすると、それぞれ各シールリング６、７の軸方向摺動可能量がＡとなるように設定されている。これにより、ラビリンスリング３の内側軌道部材４およびロール２に対する軸方向相対移動量はＡ以下となるので、ロール２のラビリンス溝２ｂはＡ以上の深さとすればよい。

この密封構造は、上記の構成であり、その動作について以下に説明する。この密封構造における軸受１組込時の状態は、図１および図２に示したように、ラビリンスリング３の外側端面がラビリンス溝２ｂの深さ方向の中央にあり、各シールリング６、７がそれぞれラビリンスリング３と案内溝３ａ、３ｂの幅中央位置で摺接している。

図３は、図１の状態からロール２が図面右方向に最も大きく伸びた（外側軌道部材５に対する相対移動量がＡのときの）状態を示す。ロール２が伸びていくときには、内側のシールリング６が軸方向右側へＡ／２だけ摺動して案内溝３ａ端面に当接した後、ラビリンスリング３がロール２と一体となって外側のシールリング７とＡ／２だけ摺動する。なお、実際には、両シールリング６、７のいずれが先に摺動しても、機能上は問題ない。

このとき、ロール２のラビリンス溝２ｂがＡ以上の深さに形成されているので、移動方向側のラビリンスリング３がラビリンス溝２ｂから抜け出したり、反対側のラビリンスリング３がラビリンス溝２ｂ底面と接触することがなく、軸受１のシール性や回転トルクはほとんど変化しない。

図４は、図２の状態からロール２が元の長さに縮んだ状態を示す。このときには、内側のシールリング６が軸方向左側へＡだけ摺動する。この状態においても、移動方向側のラビリンスリング３のラビリンス溝２ｂからの抜け出しや、反対側のラビリンスリング３のラビリンス溝２ｂ底面との接触は生じない。

すなわち、この密封構造では、従来では２×Ａが必要であったラビリンス溝深さの下限値を、軸受のシール性や回転トルクに影響を与えることなく半減させることができる。

例えば、ロールの外側軌道部材に対する最大相対移動量が±１０ｍｍであり、ロールが最も大きく伸縮したときに、ロールの移動方向側でラビリンスリングが３ｍｍだけラビリンス溝へ挿入され、反対側のラビリンスリングとラビリンス溝底面との間に３ｍｍの隙間が生じるように設定する場合、従来ではラビリンス溝深さが２６ｍｍとなる。

これに対し、この密封構造において、各シールリングの幅を３ｍｍ、ラビリンスリングの各案内溝の幅を１３ｍｍとして、各シールリングの軸方向摺動可能量、すなわちラビリンスリングのロールに対する軸方向最大相対移動量を１０ｍｍとすれば、ラビリンス溝深さは１６ｍｍとなり、ラビリンス溝の加工コストを大きく削減することができる。

上述した実施形態では、各案内溝の幅を、各シールリングの軸方向摺動可能量がＡとなるように設定したが、内側のシールリングの摺動可能量が２×Ａより小さくなるようにすれば、ラビリンス溝を従来より浅くすることができる。また、外側の案内溝の幅は、両方のシールリングの軸方向摺動可能量の和が２×Ａ以上となるように設定すればよい。

なお、内側のシールリングの摺動可能量を小さくするほど、ラビリンス溝は浅くできるが、ロールが大きく伸縮したときのラビリンスシールの効果を考慮すれば、ある程度は内側のシールリングが摺動できるように設定することが望ましい。

また、この発明の密封構造は、上述した連続鋳造設備用ロールの軸受部に限らず、厳しい環境で使用される転がり軸受の組込部に有効に適用することができる。

実施形態の密封構造の縦断正面図 図１の要部の拡大図 図１の軸部材が右方向に伸びたときの状態を示す縦断正面図 図３の状態から軸部材が元の長さに縮んだときの状態を示す縦断正面図 従来の密封構造の縦断正面図 図５の軸部材が右方向に伸びたときの状態を示す縦断正面図

符号の説明

１ 円筒ころ軸受
２ ロール
２ａ 小径部
２ｂ ラビリンス溝
３ ラビリンスリング
３ａ、３ｂ 案内溝
４、５ 軌道部材
６、７ シールリング
８ オイルシール
９ 円筒ころ
１０ 外輪
１１ ハウジング

Claims (4)

1. 転がり軸受を軸部材の小径部に組み込み、軸受端面と対向する軸部材の段差面に設けたラビリンス溝にラビリンスリングを挿入して、軸受の内外の軌道部材の隙間の端部を塞ぐラビリンスシールを形成した転がり軸受の密封構造において、前記ラビリンスリングを、内径側および外径側で前記各軌道部材とそれぞれ軸方向に摺動可能なものとし、このラビリンスリングと内側軌道部材の軸方向相対移動量を、前記軸部材の軸方向伸縮時の外側軌道部材に対する最大相対移動量より小さい範囲に規制する手段を設けたことを特徴とする転がり軸受の密封構造。
2. 前記ラビリンスリングと内側軌道部材の軸方向相対移動量を規制する手段が、前記ラビリンスリングの内径側に所定幅の案内溝を形成し、前記内側軌道部材の外径側に、前記案内溝の底面と摺接して案内溝幅内で軸方向に摺動可能なシールリングを突設したものであることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受の密封構造。
3. 前記シールリングをフッ素樹脂で形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受の密封構造。
4. 前記転がり軸受が、前記各軌道部材がそれぞれ軸方向に沿って２分割された円筒ころ軸受であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転がり軸受の密封構造。

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