JP2007232089A - 転がり軸受のシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィルム延伸機のテンタクリップに用いられる外輪回転の転がり軸受において、封入グリースの漏れ量を少なくすると共に、外部からの潤滑油等の浸入を防止し得る転がり軸受のシール構造を提供する。
【解決手段】 フィルム延伸機のテンタクリップに用いられる外輪回転の転がり軸受におけるシール構造である。内輪１の外径面２ｂに形成されたシール溝９と、外輪２の内径面２ｂに取付けられて内周部が前記シール溝９内に入る非接触シール５とがラビリンス構造を持つ。前記非接触シール５の前記内周部を構成するシールリップ７ａの側面を、軸受軸心に垂直な断面において凹曲線となる凹面７ｂ，７ｃとする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、フィルム延伸機のテンタクリップに用いられる外輪回転の転がり軸受のシール構造に関し、特に、グリース潤滑における、非接触シールを用いたシール構造に関する。

シール付きの転がり軸受はグリース等の潤滑剤が封入されており、外部からの潤滑の必要がないことから広く使用され、多くのシール構造が案出，実用化されている。シールに要求される性能は、外部からの異物の侵入と軸受内部に封入されている潤滑剤の漏洩を防ぐことにある。また、近年、軸受に対する省燃費（低トルク化），小型，高性能の要求がますます強くなっている。特にシール設計においては、軸受運転トルクを増大しないように、シールリップの接触を軽微に保ち、あるいは非接触としながら、一方ではシール性能を向上させて行く必要がある。

フィルム延伸機は、溶融押出し機により押出された樹脂の原反シートをテンタクリップで連続的に挟んだ状態で延伸する。テンタクリップは、ガイドレール上を周回するものであり、ガイドレール上を周回するガイドローラとして転がり軸受が用いられる。この延伸において、テンタクリップは、一般に１５０〜２５０℃の高温雰囲気にさらされるため、テンタクリップの機構部に採用される軸受は耐熱性が考慮されている。そのため、この軸受に用いられるシールとしては、鉄板製のシールド板はもとより、フッ素ゴムやシリコーンゴムが採用されており、また、稼動時の動力負荷低減のため、非接触のシール構造が適用されている。さらに、軸受の封入グリースにも耐熱性のあるグリースが適用され、一般にフッ素グリースが採用されることが多い。特許文献１にはフィルム延伸機のテンタクリップに使用される転がり軸受が開示されている。
特開２００５−３３７４２６号公報

フィルム延伸機のテンタクリップのように高温雰囲気中での運転においては、軸受内部のグリース粘度が低下する。同時に、ガイドレールの潤滑油も同様に粘度が低下する。したがって、軸受自体のグリースが漏れたり、ガイドレールの潤滑油が軸受に浸入して、軸受内部のグリースの流出（漏れ）を助長したりする。軸受からのグリース漏れは、グリース量を低下させて軸受の損傷を招くだけでなく、漏れたグリースが飛散して被延伸材（フィルム）に付着し、フィルムの汚染・品質不良の原因ともなる。よって、非接触シールで軸受内部からのグリース漏れや、外部からの潤滑油の浸入を低減するためには、軸受のシール構造が重要となる。

図５（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ従来の一般的なシールド板及びシールを用いた軸受シール構造の例を示す。図５（Ａ）の転がり軸受は、内輪１０１と外輪１０２の軌道面１０１ａ，１０２ａの間に、複数の転動体１０３を介在させ、これら転動体１０３を保持する保持器１０４を設け、端部に軸受空間を密封するシール部材１０５を設けたものである。シール部材１０５は、鋼板製のシールド板からなり、外輪１０２の内径面に形成されたシール取付溝１０２ｂに外周部が嵌合状態に固定される。内輪１０１はシール部材１０５の内径部に対応する位置に、段差部１０１ｂおよび円周溝からなるシール溝１０１ｃが形成され、シール部材１０５の内径側端は段差部１０１ｂの近傍に臨み、広義のラビリンス構造が形成されている。
しかし、シール部材１０５の内径側端はシール溝１０１ｃ内には至っていないので、上記のようなテンタクリップのガイドローラとして用いるにはシール性の点では満足されるものではない。また、この種の転がり軸受で、段差部１０１ｂやシール溝１０１ｃがないものも汎用されているが、シール性が一層低下する。

図５（Ｂ）の転がり軸受は、シール部材１０５が、環状の芯金１０５ａと、この芯金１０５ａに固着されるゴム状部材１０５ｂからなるゴムシールであり、ゴム状部材１０５ｂの内径側端はシール溝１０１ｃ内に臨んでいる。この例では、図５（Ａ）の転がり軸受よりシール性は良いが、上記テンタクリップ用軸受に適用する場合、高温環境であることと外輪回転であるため、大きな効果は認められない。

軸受のシール構造においては、ラビリンス部の構成が、グリース漏れや、外部潤滑油の浸入防止・低減に大きく影響するが、軸受の寸法・構造上、シール部位を複雑にすることには限界があり、さらに非接触で構成することは困難である。したがって、図５（Ａ）（Ｂ）の例のように軌道輪のシール溝は片側一箇所に形成されているのが一般的であり、テンタクリップ用軸受においては、限られたスペースでよりラビリンス効果の高い構成のシール構造が望まれる。

この発明は、これらの課題を解消することを目的としたものであり、フィルム延伸機のテンタクリップに用いられる外輪回転の転がり軸受において、非接触型としながら、封入グリースの漏れ量を少なくすると共に、外部からの潤滑油等の浸入を防止できる転がり軸受のシール構造を提供するものである。

この発明の転がり軸受のシール構造は、フィルム延伸機のテンタクリップに用いられる外輪回転の転がり軸受のシール構造であって、内輪の外径面に形成されたシール溝と、外輪の内径面に取付けられて内周部が前記シール溝内に入る非接触シールとがラビリンス構造を持ち、前記非接触シールの前記内周部を構成するシールリップの側面が、軸受軸心に垂直な断面において凹曲線となる凹面であることを特徴とするものである。
この構成によると、非接触シールの内周部を構成するシールリップが内輪の外径面に形成されたシール溝内に入ってシール溝との間でラビリンス構造を形成し、しかも、この内周部を構成するシールリップの側面が、軸受軸心に垂直な断面において凹曲線となる凹面とされているから、上記ラビリンス構造の隙間が変化することになり、軸受内部からのグリース漏れの防止が効果的になされる。また、フィルム延伸機のガイドレールに施されている潤滑油の軸受内部への浸入も防止される。したがって、潤滑油の浸入が少ないため、潤滑油による軸受内部からの封入グリースの流出防止も有効になされる。これらにより、軸受の運転が安定し、長期使用が可能となる上に、フィルム延伸機における延伸フィルムの汚損もなく、品質の維持にも寄与する。

この発明において、前記内輪のシール溝の内側面を、軸受軸心に垂直な断面において凸または凹となる凸面または凹面としても良い。内輪のシール溝の内側面を凸面または凹面とすれば、シール溝に入るシールリップの側面の凹面形状と相俟って、ラビリンス構造の隙間形状が複雑となり、シール性がより優れたものとなる。

前記非接触シールと内輪との間の隙間が、狭・広・狭・広と、狭い部分と広い部分との組が交互に設けられたものとしても良い。この場合、さらに前記隙間の隣合う狭い部分と広い部分が、少なくとも２組存在するものとしても良い。
このように、非接触シールと内輪との間の隙間が狭い部分と広い部分とが交互になるように構成することによって、ラビリンスシール効果が一層向上し、軸受内部からのグリース漏れの低減およびガイドレールの潤滑油の軸受内部への浸入低減がより一層効果的となる。

この発明の転がり軸受のシール構造は、フィルム延伸機のテンタクリップに用いられる外輪回転の転がり軸受のシール構造であって、内輪の外径面に形成されたシール溝と、外輪の内径面に取付けられて内周部が前記シール溝内に入る非接触シールとがラビリンス構造を持ち、前記非接触シールの前記内周部を構成するシールリップの側面が、軸受軸心に垂直な断面において凹曲線となる凹面であるものとしたため、テンタクリップの高温雰囲気の使用環境下において、軸受内部からのグリース漏れの低減およびガイドレールの潤滑油の軸受内部への浸入低減がなされて、軸受の運転が安定し、長期使用が可能となり、フィルムの汚れが防止される。また、非接触のシール構造であるため、低トルクで安定したテンタクリップの走行が得られて、フィルムの延伸が良好に行える。

この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。図１（Ａ）は、この実施形態の転がり軸受の平面図であるが、シール部材を装着する前の状態を示している。この転がり軸受は、固定側の内輪１と回転側の外輪２の軌道面１ａ，２ａの間に、複数の転動体３を介在させ、これら転動体３を保持する保持器４を設け、両側に軸受空間を密封する非接触型のシール部材（非接触シール）５を設けたものである。転動体３は例えばボールからなり、この場合、軸受はシール付きの深溝玉軸受とされている。シール部材５は、環状の芯金６とこの芯金６に一体に固着されるゴム状部材７とで構成され、外輪２の内径面２ｂに形成されたシール取付溝８に外周部が嵌合状態に固定される。ゴム状部材７はフッ素ゴムやシリコーンゴム等の合成ゴムからなり、芯金６は鋼板製とされる。内輪１は各シール部材５の内径部に対応する位置の外径面１ｂに、円周溝からなるシール溝９が形成され、シール部材５の内径側端と内輪１のシール溝９との間にラビリンスシール隙間１０が形成される。シール取付溝８およびシール溝９は旋削仕上げとされている。内輪１，外輪２および両側のシール部材５で形成される軸受空間には、フッ素系グリース等の潤滑剤（図示せず）が充填される。

図２に拡大して示すように、シール溝９は、底面９ａが円筒面状の平坦面に形成され、シール溝内側壁９ｂおよびシール溝外側壁９ｃは、いずれも傾斜面とされている。内輪１のシール溝９よりも軸受内側の肩部外周面１ｃは、シール溝９の軸受内側の肩部外周面（外径面）１ｂよりも低く、つまり小径に形成されている。シール溝内側壁９ｂから肩部外周面１ｂに連なるシール溝９の内側面には、凸面９ｄが形成されている。シール溝９の内側面には、このような凸面９ｄに代え、凹面を形成しても良い。シール部材５のゴム状部材７は、芯金６の内周端から内径側へ延びる芯金無しのゴム部分であるシールリップ７ａを有し、前記シール溝９内に入るシール部材５の内周部を構成する。このシールリップ７ａの軸方向内外両側面には、軸受軸心に垂直な断面において凹曲線となる凹面７ｂ，７ｃが形成されている。シールリップ７ａの先端部分は、シール溝９の底面９ａ近傍にまで及び、シール溝９の内側面と非接触の状態を保っている。

シール部材５の内径端側と内輪１の外径面１ｂとの間で形成されるラビリンスシール隙間１０には、シールリップ７ａの内外側面に形成される凹面７ｂ，７ｃの形状により、隙間寸法の狭い部分１０ａ，１０ｂ，１０ｃが、内外方向に並んで３箇所に形成されている。中央の狭い部分１０ｂは、シールリップ７ａの先端とシール溝９の底面９ａとの間の部分である。具体的には、ラビリンスシール隙間１０のうち、シールリップ７ａの凹面７ｂ，７ｃの中央部付近とシール溝９の内面との間が、それぞれ広い部分１０ｄ，１０ｅとされ、これら広い部分１０ｄ，１０ｅの両側の部分が上記狭い部分１０ａ，１０ｂ，１０ｃとなっている。これらの狭い部分１０ａ，１０ｂ，１０ｃおよび広い部分１０ｃ，１０ｄにより、ラビリンスシール隙間１０には、狭・広・狭・広・狭と、狭い部分と広い部分とが交互に繰返す２つの広狭変化部が形成され、さらに狭い部分１０ｃ（または１０ａ）が追加されたものとなっている。また、シール部材５の内側の側面には、環状溝からなるグリース溜まり５ａが設けられている。

この構成の転がり軸受によると、シール部材５の内周部を構成するシールリップ７ａと内輪１の外径面に形成されるシール溝９の内側面との間で形成されるラビリンスシール隙間１０に、隙間寸法の狭い部分１０ａ，１０ｂ，１０ｃが、内外方向に並んで形成される形状としているので、ラビリンスシール隙間１０に、狭い部分，広い部分を１組の広狭変化組として、複数（この実施形態では２つ）の広狭変化組が形成される。このようにラビリンスシール隙間１０が広狭の変化の繰り返によって形成されているため、ラビリンスシール隙間１０からのグリース漏れの防止機能が高められる。したがって、グリース漏れによる周辺の汚損が防止される。また、外部から軸受内部への潤滑油や異物の浸入も防止される。

特に、この発明に係る転がり軸受は、後記するフィルム延伸機のテンタクリップのガイドローラとして用いられるものであり、このようなガイドローラでは、ガイドレールの潤滑に使用される油がガイドローラ内、すなわち、軸受内に侵入すると、軸受内に封入されている比重の重いフッ素グリースが漏れて製品を汚損することになるが、このようなグリース漏れによる汚損が、上記のラビリンスシール隙間１０の広狭の変化によって防止される。

シール部材５の内側の側面には、環状溝からなるグリース溜まり５ａが設けられているので、グリース溜まり５ａ内のグリースを外輪２の回転時の遠心力により徐々に軌道面２ａに供給できる。そのため、グリース溜まり５ａのグリースを軌道面１ａ，２ａの潤滑に寄与させることができる。

図３，図４は、この発明のシール構造を備えた転がり軸受を適用するフィルム延伸機の一例を示す。図３に概略図で示すように、このフィルム延伸機２１は、熱可塑性高分子化合物２２を溶融して未延伸状態のフィルム２３として押し出す押出し機２４と、押し出されたフィルム２３を受ける冷却ドラム２５と、次の各工程を行う手段を備える。すなわち、冷却ドラム２５で冷却されたフィルム２３を送る送りローラ２６と、この送りローラ２６で送られるフィルム２３に調湿処理を施す水槽２７と、この水槽２７で調湿処理されたフィルム２３を挟み込んで表面の水滴を除去する水切り装置２８とを備える。また、水切り処理後のフィルム２３を縦および横方向に２軸延伸する２軸延伸機２９と、この２軸延伸機２９で形成されたフィルム２３を巻き取る回収ローラ３０とを備える。

２軸延伸機２９の構成要素として、図４に示す横延伸装置４０が設けられる。この横延伸装置４０にテンタクリップ３１が備えられる。横延伸装置４０は、送られて来るシート２３の左右両側に配置され、両ガイド間の間隔がラインの進行方向に向かって徐々に広くなっているガイドレール３３，３４と、それぞれローラ鎖状に連結され、ガイドレール３３，３４上をラインの進行方向に循環する複数個のテンタクリップ３１とを備える。

テンタクリップ３１は、フィルム２３の端部を掴むグリップ部３２と、閉ループで構成されたガイドレール３３，３４上を転動するガイドローラとなるガイド軸受３５，３６とを有する。このテンタクリップ３１は、グリップ部３２でフィルム２３の両端を掴んだ状態で、ガイドレール３３，３４に沿って進行方向に進み、フィルム２３を横方向に延伸させる役割を担う。ガイドレール３３，３４には、そのガイド面を水平方向に向けたレール３３と、垂直方向に向けたレール３４の２種類がある。テンタクリップ３１のガイド軸受３５，３６は、テンタクリップ３１を各ガイドレール３３，３４に沿って転がり案内する役割を担う。このガイド軸受３５，３６のうち、水平方向のガイド面を転動するガイド軸受３５は水平方向（横姿勢）の固定軸３７に設置される。垂直方向のガイド面を転動するガイド軸受３６は、垂直方向（縦姿勢）の固定軸３８に設置される。したがって、これら各ガイド軸受３５，３６は、いずれも外輪が回転側とされる。また、この横姿勢および縦姿勢の固定軸３７，３８に取付けられたガイド軸受３５，３６の両方またはいずれか一方のものとして、図１，図２に示した上記実施形態の転がり軸受が用いられる。

特に、ガイド軸受３６は、上方のガイドレール３３やテンタクリップ３１から滴下した潤滑油が軸受上側のシール部材５の上に落下することがある。上記実施形態の転がり軸受によると、このようなガイドレール３３やテンタクリップ３１から滴下する油が軸受内に侵入することが防止され、また、軸受からグリースが漏れ出ることが防止される。これにより、ガイド軸受３５，３６の運転が安定し、長期使用が可能となる。さらに、漏れ出たグリースでフィルム２３を汚損することも防止される。

なお、上記実施形態では、ラビリンスシール隙間１０の隣合う狭い部分と広い部分の組を２組としたが、３組以上であっても良い。また、内輪１のシール溝９の底面９ａを円筒面状の平坦面に形成されたものとしたが、この部分を凹面あるいは凸面としても良い。

（Ａ）（Ｂ）はこの発明の実施形態に係るシール構造を備えた転がり軸受を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）における・−・線断面図である。 図１（Ｂ）の要部の拡大図である。 同転がり軸受が用いられるフィルム延伸機の概略構成図である。 同フィルム延伸機の横延伸装置におけるテンタクリップ周辺部を示す断面図である。 （Ａ）（Ｂ）は従来例の断面図であり、（Ａ）はシール部材としてシールド板を用いた例を、（Ｂ）はゴムシールを用いた例をそれぞれ示している。

符号の説明

１…内輪
１ｂ…外径面
２…外輪
２ｂ…内径面
５…シール部材（非接触シール）
７ａ…シールリップ（非接触シールの内周部）
７ｂ，７ｃ…凹面
９…シール溝
９ａ，９ｂ，９ｃ…シール溝の内側面
９ｄ…凸面
１０…隙間（ラビリンスシール隙間）
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…狭い部分
１０ｄ，１０ｅ…広い部分
２１…フィルム延伸機
３１…テンタクリップ
３５，３６…ガイド軸受（転がり軸受）

Claims (4)

1. フィルム延伸機のテンタクリップに用いられる外輪回転の転がり軸受のシール構造であって、内輪の外径面に形成されたシール溝と、外輪の内径面に取付けられて内周部が前記シール溝内に入る非接触シールとがラビリンス構造を持ち、前記非接触シールの前記内周部を構成するシールリップの側面が、軸受軸心に垂直な断面において凹曲線となる凹面であることを特徴とする転がり軸受のシール構造。
2. 請求項１において、前記内輪のシール溝の内側面が、軸受軸心に垂直な断面において凸または凹となる凸面または凹面である転がり軸受のシール構造。
3. 請求項１または請求項２において、前記非接触シールと内輪との間の隙間が、狭・広・狭・広と、狭い部分と広い部分とが交互に設けられた転がり軸受のシール構造。
4. 請求項３において、前記隙間の隣合う狭い部分と広い部分の組が、少なくとも２組存在する転がり軸受のシール構造。
   

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