JP2006105297A

JP2006105297A - 軸受装置

Info

Publication number: JP2006105297A
Application number: JP2004293983A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Watanabe; 哲雄渡邊
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】低コストで軸受箱内への水や異物の浸入を完全に防止し、軸受寿命を延ばすと共に、グリースの漏洩によって生じていた環境面での問題点を解決すること。
【解決手段】ハウジング１の開放した側部１ａには、ラビリンスシール４ａ，４ｂ（外側シール４ａと内側シール４ｂ）が互いに離間して設けてある。ラビリンスシール４ａ，４ｂは、軸方向に二重に配置され、そのうちの軸受側のみにグリースが充填されている。軸受側のラビリンスシール４ｂは、その内側にある軸受３を潤滑するグリースによって充填されている。このラビリンスシール４ｂから滲出したグリースは、空間８（円周方向溝、グリース溜り）に留まり、ドレン孔９より排出されるため、ハウジング１周辺を汚染することなく、グリースを回収できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、グリース潤滑され、軸受ハウジングの両端壁に軸挿通穴を形成すると共に、各軸挿通穴の内径面にラビリンスシール部材を設けてなるプランマブロックと、そのプランマブロックの軸受ハウジング内において上記各軸受挿通穴と共通の中心軸線をもって取付けられた軸受と、からなる軸受装置に関する。

特に、低速または断続的な回転をし、メンテナンスが困難な場所で使用され、さらに水や異物の侵入の可能性が高い、例えば、風力発電装置の主軸軸受保持装置に用いられる。

軸受ハウジングの両端壁に軸挿通穴を形成すると共に、各軸挿通穴の内径面にシール部材を設けてなるプランマブロックと、そのプランマブロックの軸受ハウジング内において上記各軸受挿通穴と共通の中心軸線をもって取付けられた軸受と、からなる軸受装置は、従来公知である。

上記のごとき従来の軸受装置において、プランマブロックの内部に水やごみの侵入を防止するために、軸挿通穴の内径面に、シール部材が設けられる。シール部材としては、ゴム、フェルト等の部材のほか、ラビリンスシールも使用される。

ゴムやフェルト等を使用した接触式のシールは、低コストで効果的なシール性能を提供するが、摩耗や劣化によって長期間使用する場合には、定期的な交換が必要である。風力発電装置のような高いタワー上に有りメンテナンスが困難な場所で、風雨にさらされ温度変化が大きい場合では、摩耗や劣化が比較的短期間で交換が必要となる上、交換時期を正確に把握することは困難である。したがい、このような場所で使用する場合は、摩耗や劣化の無い非接触式タイプでなおかつ風雨から水や異物の侵入を防ぐためにも、シール性能の高いものが望ましい。

非接触式シールとして、ラビリンスシールが挙げられる。ラビリンスシールは回転軸が高速回転する場合に最も効果的であるが、低速もしくは断続的な運転時には、ラビリンスシールを経てハウジング内に異物などが侵入しやすい。

さらに運転中軸受の発熱によって暖められたハウジング内の空気が停止時において自然冷却される際、ラビリンスシールを通して外部から空気がハウジング内に入ることも知られている。このときシール周囲にある水分や異物が一緒にハウジング内に侵入するということもあることから、停止時間が比較的長い断続運転では、水・異物の侵入の可能性が連続運転に比べて高い。

前記シールはシール性能を高めるため組合わせて使用することも多いが、水や粉じん等の多いところでは、上記のごときシールだけでは十分なシール作用がないため、プランマブロック内にグリースを充填することが行われる。

特許文献１では、図６に示すように、シャフトＡは、軸受Ｂを介して、部材Ｃに対して回転自在に支持してある。軸受Ｂの内輪１０５は、シャフトＡのフランジ１０６とスラストワッシャー１０７との間に装着され、カラー１０８とナット１０９により保持されている。なお、図６は、特許文献１に係る軸受装置の断面図である。

軸受Ｂの外輪１１０は、部材Ｃのフランジ１１１と、ボルト１１３により部材Ｃに固定されたカバープレート１１２との間に装着されている。カバープレート１１２の内周部１１４は、ワッシャー１０７の外周部１１５の外側にオフセットされており、作動時に金属部分が接触しないように、互いに離間されている。このオフセット部１１７の内面１１６は、ワッシャー１０７のリム１１８に平行に離間されている。この内面１１６とリム１１８は、シャフトＡの軸線に対して傾斜されており、好適には、４５度で傾斜されている。

カバープレート１１２の凹部に取付けられた薄肉の平坦盤１１９は、ワッシャー１０７の外周部１１５の内側に、互いに離間して平行に配置されている。平坦盤１１９は、軸受の内輪と外輪との間の空間を閉鎖する役割を果たしているが、内輪１０５より短く終端してあり、これにより、平坦盤１１９とワッシャー１０７との間及びワッシャー１０７とカバープレート１１２との間に形成された環状の空間即ち通路１２１の入口１２０が設けられている。この入口１２０は、潤滑油１２２のレベルより上方に位置し、これにより、装置の非作動時、漏洩は全くない。

作動時、内輪１０５に流れた潤滑油は、内輪１０５の周縁で膜を形成し、遠心力の影響下、潤滑油は、接線方向に放射される。この状態で、入口１２０は、最小圧力状態にある。入口１２０を通って通路１２１に入ろうとする潤滑油は、ワッシャー１０７の径方向外方に向けて放射され、ワッシャー１０７のリム１１８と内面１１６との傾斜により形成された通路１２１の急な転回点１２３で、最大圧力状態にある。

傾斜したリム１１８に入ろうとする潤滑油は、遠心力の影響を受けて、急な転回点１２３に向けて放射される。ワッシャー１０７の回転と放射された潤滑油の動きとによって、背圧、逆流、渦流が生起され、潤滑油の膜が形成され、内面１１６とリム１１８との間でシールが効果的に維持される。潤滑油の膜は、潤滑油の漏れを防止するだけではなく、ダストや異物の浸入を効果的に防止することができる。
米国特許第１，９１９，２４８号公報特開平８−４７７６号公報特開平１０−２３８５４１号公報

しかしながら、上述したようにグリースを充填すると、そのグリースが軸受ハウジングの外部に滲出し、その滲出したグリースにほこりが付着して、周辺部を汚損するという問題があった。

また、特許文献２では、図７に示すように、回転軸２０２の軸受の部分の側面に、リップを外側に向けて第１のシール２０８ａを取り付け、さらにその外側に同じくリップを外側に向けて第２のシール２０８ｂを取り付け、これら２枚のシール２０８ａ，２０８ｂ間に形成される空間Ｓ内に除湿した気体を吹き込む気体配管２１１を接続して構成する。なお、図７は、特許文献２に係る軸受装置の断面図である。

中間にスペーサ２１０を挿入して空間Ｓを形成し、この中へ気体配管２１１を接続し、除塵、除湿した低圧の気体、たとえば空気をこの空間Ｓ内に吹き込むようにしている。２枚のシール２０８ａ、２０８ｂはリップを同じ向きにして配置されている。したがって、矢印で示すように気体の吹き込みによって軸受側の第１のシール２０８ａではリップが軸に押しつけられ、シール性が高められる。また、第２のシール２０８ｂはリップ部分が背面から加圧され、リップの接触圧が低下し、吹き込まれた気体はリップ部から系外へ噴出するので、外部からの異物の侵入は完全に遮断できる。

第１のシール２０８ａをリップを外側に向けて取り付けると、吹き込まれる気体に対してリップ先端の接触面圧を大きくする方向で作用するから、密封能力が向上する。一方、第２のシール２０８ｂは、同じくリップを外側に向けて取り付けられるので、これに対してはリップを押し広げて気体が系外へ噴出する方向で作用するので、水、粉塵等の異物の侵入を遮断することができる。

特許文献３では、図８に示すように、３０１はロールなどの回転体、３０２はロール回転軸などの回転軸、３０３は軸受ベース、３０５は軸受箱、３０６は軸受押さえ（回転体側）、３０７は軸受押さえ（反回転体側）、３１０ａ、３１０ｂはシール（ダストシール）、３１１ａ、３１１ｂはシール（オイルシール）、３１２はシールによる回転軸摩耗を防止するためのカラーを示す。なお、図８は、特許文献３に係る軸受装置の断面図である。

回転軸３０２を支える潤滑剤封入方式の無給油軸受３４０と、軸受箱３０５内の潤滑剤の保持並びに軸受箱３０５内への水および／または異物の進入を防止するために軸受３４０の少なくとも片側の回転軸３０２上、かつ回転軸軸心方向に２個以上配設されたシール３１０ａ、３１１ａ（３１０ｂ、３１１ｂ）と、該シール３１０ａ、３１１ａ（３１０ｂ、３１１ｂ）の１対の相対向するシール３１０ａ、３１１ａ（３１０ｂ、３１１ｂ）間に空気を供給するための軸受箱３０５内部と外部を貫通する空気導管３１３ａ（３１３ｂ）と、を有している。

この結果、軸受箱内への水や異物の侵入を完全に防止することができ、軸受寿命を大幅に延長することが可能となるばかりでなく、軸受の設置箇所の雰囲気、環境が、水、蒸気あるいは異物、スケールの存在する雰囲気、環境であっても、油脂の使用量を削減し、油脂の漏洩によって生じていた環境面での問題点が解決可能となった。

また、空気により軸受およびシールが冷却され、潤滑剤の粘度低下、シールの熱劣化などを防止でき、潤滑上非常に好ましい。さらに、オイルシールおよび供給空気の作用により、潤滑剤の系外への流出が抑制されるため、軸受としては、シールドタイプの無給油軸受が十分適用可能である。

以上の特許文献２及び特許文献３のように、二重シールの間にエアを供給し、その空気圧によってシール性能を向上させている。さらに気液二層流を用いたオイルエアー潤滑油供給システムを使用し軸受を潤滑すると同時にハウジング内部の内圧を高めてシール性能を向上させている。

しかしながら、これら軸受箱の複数シール間に空気を供給するシール装置の場合、常時圧縮空気を供給しなければならないため、空気の消費に加えシステムの複雑化となることから、省エネルギー・メンテナンスおよび信頼性の面からも好ましくない。

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、低コストで軸受箱内への水や異物の浸入を完全に防止し、軸受寿命を延ばすと共に、グリースの漏洩によって生じていた環境面での問題点が解決可能である、軸受装置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に係る軸受装置は、少なくとも１個のグリース潤滑された転がり軸受をハウジング内部に取付けた軸受装置において、
ハウジング側面開口部とハウジング内に嵌合された回転軸の間に、ハウジング内の潤滑剤の保持ならびにハウジング内への水および／または異物の侵入を防止するために、半径方向に隙間を持ちラビリンスシール構造を有する非接触式シールが軸方向に二重またはそれ以上に配置され、そのうちの軸受側のみにグリースが充填されていることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る軸受装置は、複数のラビリンスシールの間にグリースが溜まる空間を有し、鉛直下方向に溜まったグリースを排出するためのドレン孔を有することを特徴とする。

本発明の請求項３に係る軸受装置は、軸受側シール部に、グリースを供給するためのハウジング内と外部を貫通するグリース供給管を周上１箇所以上有することを特徴とする。

本発明の請求項４に係る軸受装置は、グリースを供給するためのハウジング内と外部を貫通するグリース供給管に、外部からのグリース供給が容易なように、グリースニップルがグリース供給管入口に嵌合され、もしくは
ハウジング外部にあるグリース供給装置からグリース供給可能なように、グリース供給装置の配管部品を取付け可能としていることを特徴とする。

本発明の請求項５に係る軸受装置は、ハウジング内部と外部の圧力を監視可能な圧力検知装置とその差圧が内圧＜外圧となった場合に、
グリース供給装置が自動的に作動し、適量のグリースをハウジング内部と外部を貫通するグリース供給管を通じてシール部および／または軸受部にグリースを給脂することを特徴とする。

本発明によれば、プランマブロックハウジング開口部に取り付けられたラビリンスシール構造を軸方向に二重もしくはそれ以上に配し、そのシール間にグリースが溜まる円周方向溝を形成する空間を有する。軸受側のラビリンスシールはその内側にある軸受を潤滑するグリースによって充填されている。このシールから滲出したグリースはグリース溜りに留まり、ドレン孔より排出されるため、ハウジング周辺を汚染することなくグリースを回収できる。

外側のラビリンスシールは外部からの水分・異物の侵入を防ぐだけでなく、グリースの漏洩を防ぐ効果もある。外側シール部から異物が侵入した場合においても、内側のシール部から滲出したグリースとともにドレン孔を通してハウジング外部へ排出される。

上記はハウジング内にある軸受を潤滑するグリースがハウジング内に充填されており、そのグリースが内側のシール部においても充填されることを前提としているが、グリース交換を自動的に行い、適量のグリースを軸受部に間欠的に供給する集中潤滑装置も使用されている。この場合、グリース供給用の配管を軸受部のみならず当該内側シール部にも供給することによって、よりシール性能の向上が期待できる。

本発明により、従来のシール機構に比べ、ハウジング内への水や異物の侵入を完全に防止できるようになり、これらによって引き起こされていた軸受損傷を解消することができ、軸受の寿命を延長することが可能となる。

また、グリースの漏洩によるプランマブロック周囲の汚染、グリース減少による潤滑不良を防ぐことによって、周辺を清浄に保つことができる。

以下、本発明の実施の形態に係る軸受装置を図面を参照しつつ説明する。

（軸受装置の一般的な構造）
図１は、軸受装置の一般的な構造の縦断面図である。図２は、図１に示した軸受装置に装着したラビリンスシール箇所の拡大断面図である。

図１に示すように、ハウジング１が一体となったプランマブロックでは、回転軸２がハウジング１内を貫通して支持してある。ハウジング１の中央部には、転がり軸受３（例えば、自動調心ころ軸受）が装着してある。ハウジング１の開放した各側部１ａには、ラビリンスシール４，４と、接触式Ｖシール５とを組合わせたシール構造が設けてある。

図２に示すように、ハウジング１側と、回転軸２に設けた環状部材６側との間には、凹凸状に形成した溝通路が設けてあり、これらの溝通路は、半径方向に隙間を持つ非接触式シールのラビリンスシール４を構成している。また、環状部材６と、回転軸２との間には、Ｏリング７が介装してある。

図２に示した構造は、ラビリンスシール４とプランマブロックハウジング１のロ径部で構成するラビリンスによる非接触形の密封装置である。また、ラビリンスシール４は、回転軸２の伸縮に追随できるように、回転軸２とはすきまばめで使用し、Ｏリング７を用いて取り付ける。

さらに、グリース潤滑では、ラビリンスシール４の箇所にグリースを詰めると、更に密封効果が大きくなる。グリース潤滑又は油潤滑により、水・異物の浸入を効果的に防止することができる。

（第１実施の形態）
図３は、本発明の第１実施の形態に係る軸受装置の部分断面図である。なお、図３は、横型スピンドルの例である。

ハウジング１が一体となったプランマブロックでは、回転軸２がハウジング１内を貫通して支持してある。ハウジング１の中央部には、転がり軸受３が装着してある。

ハウジング１の開放した側部１ａには、ラビリンスシール４ａ，４ｂ（外側シール４ａと内側シール４ｂ）が互いに離間して設けてある。なお、ラビリンスシール４ａ，４ｂ（外側シール４ａと内側シール４ｂ）の構造は、図２に示したものと同様であるが、本発明は、これに限定されず、種々変形可能であることは、勿論である。

ラビリンスシール４ａ，４ｂ（外側シール４ａと内側シール４ｂ）は、軸方向に二重またはそれ以上に配置され、そのうちの軸受側のみにグリースが充填されている。

ラビリンスシール４ａ，４ｂ（外側シール４ａと内側シール４ｂ）の間に、グリースが溜まる空間８（円周方向溝、グリース溜り）を有している。

また、ハウジング１の側部１ａの鉛直方向下方部位には、回転軸２より鉛直下方向に溜まったグリースを排出するためのドレン孔９を有している。

軸受側のラビリンスシール４ｂは、その内側にある軸受３を潤滑するグリースによって充填されている。このラビリンスシール４ｂから滲出したグリースは、空間８（円周方向溝、グリース溜り）に留まり、ドレン孔９より排出されるため、ハウジング１周辺を汚染することなく、グリースを回収できる。

外側のラビリンスシール４ａは、外部からの水分・異物の侵入を防ぐだけでなく、グリースの漏洩を防ぐ効果もある。外側のラビリンスシール４ａから異物が侵入した場合においても、内側のラビリンスシール４ｂから滲出したグリースとともにドレン孔９を通してハウジング１の外部へ排出される。

以上から、本実施の形態によれば、従来のシール機構に比べ、ハウジング１内への水や異物の侵入を完全に防止できるようになり、これらによって引き起こされていた軸受３の損傷を解消することができ、軸受３の寿命を延長することが可能となる。

（第１実施の形態の変形例）
図４は、第１実施の形態の変形例に係る軸受装置の部分断面図である。なお、図４は、縦型スピンドルの例である。

本変形例では、ドレン孔９の位置は、回転軸２の側方であって、ハウジング１の鉛直方向下方部１ｂになるように設けてある。この場合にも、軸受側のラビリンスシール４ｂは、その内側（上側）にある軸受３を潤滑するグリースによって充填されている。このラビリンスシール４ｂから滲出したグリースは、空間８（円周方向溝、グリース溜り）に留まり、ドレン孔９より排出されるため、ハウジング１周辺を汚染することなく、グリースを回収できる。

外側（下側）のラビリンスシール４ａは、外部からの水分・異物の侵入を防ぐだけでなく、グリースの漏洩を防ぐ効果もある。外側（下側）のラビリンスシール４ａから異物が侵入した場合においても、内側（上側）のラビリンスシール４ｂから滲出したグリースとともにドレン孔９を通してハウジング１の外部へ排出される。

以上から、本変形例に於いても、従来のシール機構に比べ、ハウジング１内への水や異物の侵入を完全に防止できるようになり、これらによって引き起こされていた軸受３の損傷を解消することができ、軸受３の寿命を延長することが可能となる。また、グリースの漏洩によるプランマブロック周囲の汚染、グリース減少による潤滑不良を防ぐことによって、周辺を清浄に保つことができる。

その他の構成、作用、及び効果等は、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５は、本発明の第２実施の形態に係る軸受装置の部分断面図である。なお、図５は、横型スピンドルの例である。

また、本実施の形態では、軸受側ラビリンスシール４ｂに、グリースを供給するためのハウジング１内と外部を貫通するグリース供給管１０を周上１箇所以上有している。

このグリース供給管１０に、グリースガンによる外部からのグリース供給が容易なように、グリースニップル１１がグリース供給管１０の入口に嵌合されている。

なお、ハウジング１の外部にあるグリース供給装置（自動給脂装置、集中給油システム）からグリース供給可能なように、グリース供給装置の配管部品を取付け可能としている。

この場合、ハウジング１の内部と外部の圧力を監視可能な圧力検知装置とその差圧が内圧＜外圧となった場合に、グリース供給装置（自動給脂装置、集中給油システム）が自動的に作動し、適量のグリースをハウジング１の内部と外部を貫通するグリース供給管１０を通じてラビリンスシール４ａ，４ｂおよび／または軸受３にグリースを給脂するように構成してあってもよい。

上記第１実施の形態は、ハウジング１内にある軸受３を潤滑するグリースがハウジング１内に充填されており、そのグリースが内側のラビリンスシール４ｂにおいても充填されることを前提としているが、このように、本実施の形態によれば、グリース交換を自動的に行い、適量のグリースを軸受３に間欠的に供給する集中潤滑装置も使用されている。この場合、グリース供給用の配管を軸受３のみならず当該内側のラビリンスシール４ｂにも供給することによって、よりシール性能の向上が期待できる。

以上から、本実施の形態に於いても、従来のシール機構に比べ、ハウジング１内への水や異物の侵入を完全に防止できるようになり、これらによって引き起こされていた軸受３の損傷を解消することができ、軸受３の寿命を延長することが可能となる。また、グリースの漏洩によるプランマブロック周囲の汚染、グリース減少による潤滑不良を防ぐことによって、周辺を清浄に保つことができる。

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。

軸受装置の一般的な構造の縦断面図である。図１に示した軸受装置に装着したラビリンスシール箇所の拡大断面図である。本発明の第１実施の形態に係る軸受装置の部分断面図である（なお、図３は、横型スピンドルの例である）。第１実施の形態の変形例に係る軸受装置の部分断面図である（なお、図４は、縦型スピンドルの例である）。本発明の第２実施の形態に係る軸受装置の部分断面図である（なお、図５は、横型スピンドルの例である）。特許文献１に係る軸受装置の断面図である。特許文献２に係る軸受装置の断面図である。特許文献３に係る軸受装置の断面図である。

符号の説明

１ハウジング
１ａ側部
１ｂ鉛直方向下方部
２回転軸
３転がり軸受（例えば、自動調心ころ軸受）
４，４ａ，４ｂラビリンスシール
５Ｖシール
６環状部材
７Ｏリング
８空間（円周方向溝、グリース溜り）
９ドレン孔
１０グリース供給管
１１グリースニップル

Claims

少なくとも１個のグリース潤滑された転がり軸受をハウジング内部に取付けた軸受装置において、
ハウジング側面開口部とハウジング内に嵌合された回転軸の間に、ハウジング内の潤滑剤の保持ならびにハウジング内への水および／または異物の侵入を防止するために、半径方向に隙間を持ちラビリンスシール構造を有する非接触式シールが軸方向に二重またはそれ以上に配置され、そのうちの軸受側のみにグリースが充填されていることを特徴とする軸受装置。
複数のラビリンスシールの間にグリースが溜まる空間を有し、鉛直下方向に溜まったグリースを排出するためのドレン孔を有することを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
軸受側シール部に、グリースを供給するためのハウジング内と外部を貫通するグリース供給管を周上１箇所以上有することを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受装置。
グリースを供給するためのハウジング内と外部を貫通するグリース供給管に、外部からのグリース供給が容易なように、グリースニップルがグリース供給管入口に嵌合され、もしくは
ハウジング外部にあるグリース供給装置からグリース供給可能なように、グリース供給装置の配管部品を取付け可能としていることを特徴とする請求項３に記載の軸受装置。
ハウジング内部と外部の圧力を監視可能な圧力検知装置とその差圧が内圧＜外圧となった場合に、
グリース供給装置が自動的に作動し、適量のグリースをハウジング内部と外部を貫通するグリース供給管を通じてシール部および／または軸受部にグリースを給脂することを特徴とする請求項４に記載の軸受装置。