JP2009180310A - 密封構造及び転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルエアの漏れを抑制し、オイル回収率を高める密封構造及び転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】オイルシール８のシールリップが、密封される空間ＳＰに向かって延びるように転がり軸受装置２に装着される。オイルエアが供給される空間ＳＰの内圧によりシールリップは相手方の部材（ラビリンスリング７）に押し付けられ、シール性能が高められる。また、環状のオイルシール８は周方向において切断された箇所があり、その両端面が互いに圧接された状態で装着される。内圧が過大になれば、両端面は押し開かれて圧力を逃がすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば連続鋳造設備のロールを支持する転がり軸受装置に関し、特にそれに用いられる密封構造に関する。

連続鋳造設備のロールを回転自在に支持する転がり軸受装置として、内外輪間の転動体が存在する空間に、圧縮空気で極小量の潤滑油を搬送させるオイルエア潤滑を用いたものがある（例えば、特許文献１参照。）。当該空間を区画するシールには、オイルエアを送り込むためのノズルや、オイルエア中の空気を排出するためのエア抜き通路が形成されている。一方、同様な連続鋳造設備のロールを回転自在に支持する転がり軸受装置として、内外輪間の転動体が存在する空間をオイルシールで密封し、密封された空間へのオイルエア供給口・排出口を、転がり軸受装置のハウジング側に設けたものもある（例えば、特許文献２参照。）。

特開平１１−３４２４５９号公報（図１） 特開平８−５４０６６号公報（図１，図２）

しかしながら、シールに設けたエア抜き通路からは、空気のみならずオイルも漏れ出る。また、オイルエア供給口・排出口をハウジングに設けていても、オイルシールのシールリップから空気やオイルが漏れ出る。漏れ出たオイルは回収されないので、オイル回収率が悪くなる。また、杵形の長いロールの場合は中央に転がり軸受装置が設けられており、漏れたオイルが垂れ落ちると、スラブ（鋳片）を誘導するダミーバーが滑りやすくなる。

上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、オイルの漏れを抑制し、オイル回収率を高める密封構造及び転がり軸受装置を提供することを目的とする。

本発明は、互いに相対回転可能な一方部材と他方部材との間に形成され環状のオイルシールで密封された空間にオイルエアが給排される密封構造であって、このオイルシールは、
先端が密封された空間の方に向かって延び、前記一方部材に摺接するシールリップを有するとともに、周方向において切断された箇所があり、当該箇所の周方向両側にそれぞれ形成された突起部を、前記他方部材に形成された穴に係止することで、当該箇所でその両端面を、前記空間の内圧が所定圧力に達すると互いに離反可能に圧接させていることを特徴とするものである。
このような密封構造では、先端が密封された空間の方に向かって延びているシールリップが、空間の内圧によりシールする一方部材に押し付けられ、シール性能が高められる。また、もし内圧が過大になれば、圧接させた両端面が押し開かれる。両端面が押し開かれ、内圧が下がると、突起部が他方部材に形成された穴に係止されているため、両端面は再び圧接される。

また、本発明は、内輪と外輪との間の転動体の存在する空間が環状のオイルシールで密封され、密封された空間にオイルエアが給排される転がり軸受装置であって、このオイルシールは、
先端が密封された空間の方に向かって延び、前記内輪又は前記内輪に固定された部材、及び、前記外輪又は前記外輪に固定された部材、の一方部材に摺接するシールリップを有するとともに、周方向において切断された箇所があり、当該箇所の周方向両側にそれぞれ形成された突起部を、前記内輪又は前記内輪に固定された部材、及び、前記外輪又は前記外輪に固定された部材、の他方部材に形成された穴に係止することで、当該箇所でその両端面を、前記空間の内圧が所定圧力に達すると互いに離反可能に圧接させていることを特徴とするものである。
このような転がり軸受装置では、先端が密封された空間の方に向かって延びているシールリップが、空間の内圧によりシールする一方部材に押し付けられ、シール性能が高められる。また、もし内圧が過大になれば、圧接させた両端面が押し開かれる。両端面が押し開かれ、内圧が下がると、突起部が他方部材に形成された穴に係止されているため、両端面は再び圧接される。

また、上記転がり軸受装置において、オイルシールは前記内輪に係止され、シールリップを前記外輪に固定された部材に摺接させることができる。
この場合、径方向が鉛直成分を有する方向に取り付けられた場合のオイルシールの下方でシールリップが最も低い位置にあるので、外輪係止で内輪側に摺接の場合よりも、オイルエアから分離したオイルが漏れやすいが、密封された空間の方に向かって延びるシールリップが内圧によって一方部材に押し付けられることにより、漏れを抑制することができる。

本発明の密封構造又は転がり軸受装置によれば、シールリップが、空間の内圧によりシールする相手方に押し付けられ、シール性能が高められるので、オイルの漏れを抑制することができ、回収率を高めることができる。また、もし内圧が過大になれば、圧接させた両端面が押し開かれて圧力を逃がすことができる。

図１は、連続鋳造設備に用いられる杵形（中央が小径）のロール１に、本発明の一実施形態による分割構造の転がり軸受装置２（密封構造を含む。）が取り付けられた状態の断面図である。図において、ロール１の小径部１ａにおける直径ｄ２は、それ以外の部分の直径ｄ１より小さい。

転がり軸受装置２は、小径部１ａに外嵌される２分割構造の内輪３と、内輪３の外周側に形成された軌道３ａに装着された転動体（円筒ころの総ころ形）４と、下側ハーフリングの外輪５と、内輪３及び転動体４の外側にあって、これらを保持するハウジング６と、ハウジング６の内周側に嵌合された一対の円筒形のラビリンスリング７と、内輪３の外周側に形成された左右一対の周溝３ｂにそれぞれ装着され、ラビリンスリング７に摺接するオイルシール８と、内輪３の軸端近傍の外周側に形成された周溝３ｃに装着され、ラビリンスリング７と摺接するパッキン９とを備えている。ハウジング６は２分割構造であり、本実施形態では上下２分割構造であるが、上部のハウジング６は、外輪の役割も担っている。上記一対のオイルシール８は、内外輪間の転動体４が存在する空間ＳＰを密封している。上記小径部１ａの両壁となるロール１の両端面の各々には、ラビリンス溝１ｂが円形に形成され、ここに、ラビリンスリング７が一部入り込んでラビリンスシールを構成している。

図２は、転がり軸受装置２のみ（ロール１なし）を正面から見た図であり、右半分は内部断面図である。図３は、転がり軸受装置２の平面図の概略を示す図である。図２，３において、ハウジング６には、オイルエアの供給口６ａ及び排出口６ｅが設けられている。供給口６ａは、軸方向に延びる通路６ｂと連通している。この通路６ｂは、斜め上に延びる通路６ｃと連通し、さらに、通路６ｃの先端から上に延びる通路６ｄが形成されている。そして、通路６ｄの上端は、外輪５の軸方向略中央に形成された、外輪５の径方向外部と外輪５の内周の軌道５ａとを連通する第１の貫通孔５ｂを介して、空間ＳＰ（図１）に開口している。

一方、排出口６ｅは、軸方向に延びる通路６ｆと連通している。この通路６ｆは、斜め上に延びる２本の通路６ｇと連通し、さらに、通路６ｇの先端から上に延びる通路６ｈが形成されている。そして、通路６ｈの上端は、外輪５の軸方向中央を挟んで２箇所に形成された外輪５の径方向外部と外輪５の内周の軌道５ａとを連通する２箇所の第２の貫通孔５ｃを介して、空間ＳＰに開口している。供給口６ａにはオイルエア供給装置１０が接続され、排出口６ｅには回収装置１１が接続される。供給口６ａに供給されたオイルエアは、通路６ｂ，６ｃ，６ｄ及び第１の貫通孔５ｂを経て空間ＳＰに入り、転動体４及びこれに接する内輪３の軌道３ａ、鍔部３ｅ、外輪５の軌道５ａ及びハウジング６の軌道６ｊを潤滑する。また、空気及び分離されたオイルは、第２の貫通孔５ｃから通路６ｈ，６ｇ，６ｆを経て排出口６ｅから排出され、回収装置１１に回収される。

図４は、図１の左側のオイルシール８を単体で軸方向左側（図１の左側）から見た図、若しくは、図１の右側のオイルシール８を単体で軸方向右側（図１の右側）から見た図である。また、図５は、図４のV部の拡大図、図６は、図４のVI−VI線断面図である。

図４〜６において、オイルシール８は、フッ素ゴム製のシールゴム８１と、鉄製の芯金８２とを備えている。シールゴム８１は、一体に形成された一対の突起部８１ｃを有している。シールゴム８１の外周側には、前記空間ＳＰを密封するためのシールリップ８１ｄが形成されている。
シールゴム８１は、周方向の一箇所Ｓで切断されており、その両端面８１ａ，８１ｂを互いに突き合わせることにより、全体として環状の形態を成している。端面８１ａは図１０に示す端面形状を備え、端面８１ｂは図１０を左右反転させた端面形状を備えている。一対の芯金８２は、表面のみ露出した状態となるようにシールゴム８１に埋設され、かつ、シールゴム８１に沿って円弧状に設けられている。

上記箇所Ｓを、オイルシール８の幾何的中心（円の中心）から見て０度の位置であるとすると、芯金８２は、０度を中心としたその周方向の前後の範囲である分割部Ａ（図４）には存在せず、上記箇所Ｓの周方向両側に、芯金８２の一対の端部８２ａが互いに近接して配置されている。図５において、一対の突起部８１ｃは、例えば内径１３５ｍｍのオイルシール８の場合、−５度及び＋５度の位置にあり、その角度間隔は１０度である。また、芯金８２は、１８０度を中心としたその周方向の前後の範囲を除くように設けられている。この範囲は、分割部Ａの範囲より大きく、オイルシール８を開く際の屈曲部Ｂ（図４）となる。

図７は、内輪３の周溝３ｂの一箇所について、図１のオイルシール８が周溝３ｂに装着されていない状態でのVII−VII線断面を示す図である。図において、周溝３ｂには一対の穴３ｄが形成されている。この穴３ｄは、オイルシール８における突起部８１ｃを、ほぼ緊密に収めることができる形状及び寸法となっている。また、一対の穴３ｄの角度間隔は、突起部８１ｃの角度間隔（１０度）に対応するが、若干小さくしてオイルシール８の端面同士を圧接させるべく、例えば９．５度とされている。この周溝３ｂにオイルシール８を装着し、突起部８１ｃを穴３ｄに嵌合させることにより、オイルシール８の端面８１ａ，８１ｂが互いに圧接する。

図８は、図１の右側（右上）に表されているオイルシール８の拡大図である。図１の左側（左上）に表されているオイルシール８の拡大図は、図８と左右対称である。
図において、オイルシール８は、空間ＳＰに面し、シールリップ８１ｄが内向き、すなわち、空間ＳＰに向かって延びるように装着されている。シールリップ８１ｄはラビリンスリング７に押し付けられて変形し、オイルエアに対するシールを構成する。この接触圧は、例えば０．１〜０．３ＭＰａの範囲が好ましい。オイルエアが空間ＳＰに供給されることにより、その内圧を受けるシールリップ８１ｄはラビリンスリング７に強く押し付けられ、シール性能が高められる。このように、密封される空間に向かって（すなわち内側へ）シールリップ８１ｄの先端が延びていることにより、シールリップの先端が外向きの場合に比べて、優れたシール性能を得ることができる。従って、オイルエアの漏れが抑制され、オイルの回収率を高めることができる。

また、もし内圧が所定圧力以上の過大な値になれば、圧接させたオイルシール８の両端面８１ａ，８１ｂが押し開かれて互いに離反し、圧力を逃がすことができる。圧力が逃がされると、両端面８１ａ，８１ｂは、元の圧接状態に戻る。すなわち、互いに圧接された両端面８１ａ，８１ｂは、リリーフ弁のように動作する。

なお、上記転がり軸受装置２においては、オイルシール８は内輪３に係止され、シールリップ８１ｄは外輪側の部材であるラビリンスリング７に摺接するが、オイルシールの内周側・外周側の形状を逆にすれば（シールリップが内周側）、外輪側に係止させ、内輪側にシールリップを摺接させることができる。
但し、本実施形態の図１のように鉛直に取り付けられたオイルシール８の下方では、シールリップが最も低い位置にあるので、外輪係止で内輪側に摺接の場合よりも、オイルエアから分離したオイルが漏れやすい。しかしながら、かかる条件下でも、密封された空間ＳＰの方に向かって先端が延びるシールリップ８１ｄにより、漏れを抑制することができる。

なお、上記所定圧力すなわちリリーフ圧は、シールリップ８１ｄの厚みを変えることにより、所望の値に調整することができる。また例えば、分割部Ａのみ他の部分と異なる材質で形成して（他の部分と接合する。）、リリーフ圧を調整することも可能である。
さらには、シールリップ８１ｄの形態に工夫を施して調節することも可能である。図９の（ａ）、（ｂ）は、シールリップ８１ｄの形態に工夫を施してリリーフ圧を調整する構成例を示す図であり、分割部Ａにおける図８のIX-IX線断面図に相当する。（ａ）は、両端面８１ａ，８１ｂにそれぞれ斜めの切り込み８１ｅを入れて、圧力（空間ＳＰの内圧）により開きやすくした例である。（ｂ）は、Ｖ字状にテーパ８１ｆを付けて、圧力により開きやすくした例である。

なお、上記実施形態では、一つのシールゴム８１を周方向の一箇所で切断し、その両端面８１ａ，８１ｂを互いに突き合わせる構成としたが、複数のシールゴムを周方向に並べる構成であってもよい。この場合、互いに突き合わせる箇所は、シールゴムの数と同じだけ形成される。この場合においても、上記実施形態と同様の作用効果が得られることはもちろんである。
なお、上記実施形態では、突起部８１ｃをシールゴム８１と一体に形成したが、突起部は別部材で形成して、シールゴムに固定してもよい。

なお、上記実施形態では転がり軸受装置について説明したが、オイルエア潤滑する他の密封構造であっても、同様のオイルシールを適用することができる。例えば、軸を往復させるガイド装置にも上記のようなオイルシールを適用可能である。

連続鋳造設備に用いられる杵形のロールに、本発明の一実施形態による転がり軸受装置が取り付けられた状態の断面図である。 転がり軸受装置のみを正面から見た図であり、右半分は内部断面図である。 転がり軸受装置の平面図の概略を示す図である。 図１の左側のオイルシールを単体で軸方向左側（図１の左側）から見た図、若しくは、図１の右側のオイルシールを単体で軸方向右側（図１の右側）から見た図である。 図４のV部の拡大図である。 図４のVI−VI線断面図である。 内輪の周溝の一箇所について、図１のVII−VII線断面を示す図である。 図１の右側（右上）に表されているオイルシールの拡大図である。 オイルシールのシールリップについて他の例を示す図である。 オイルシールの端面形状を示す図である。

符号の説明

２ 転がり軸受
３ 内輪
４ 転動体
５ 外輪
６ ハウジング
７ ラビリンスリング
８ オイルシール
８１ｄ シールリップ
Ｓ 切断された箇所
ＳＰ 空間

Claims (3)

1. 互いに相対回転可能な一方部材と他方部材との間に形成され環状のオイルシールで密封された空間にオイルエアが給排される密封構造であって、このオイルシールは、
   先端が密封された空間の方に向かって延び、前記一方部材に摺接するシールリップを有するとともに、周方向において切断された箇所があり、当該箇所の周方向両側にそれぞれ形成された突起部を、前記他方部材に形成された穴に係止することで、当該箇所でその両端面を、前記空間の内圧が所定圧力に達すると互いに離反可能に圧接させていることを特徴とする密封構造。
2. 内輪と外輪との間の転動体の存在する空間が環状のオイルシールで密封され、密封された空間にオイルエアが給排される転がり軸受装置であって、このオイルシールは、
   先端が密封された空間の方に向かって延び、前記内輪又は前記内輪に固定された部材、及び、前記外輪又は前記外輪に固定された部材、の一方部材に摺接するシールリップを有するとともに、周方向において切断された箇所があり、当該箇所の周方向両側にそれぞれ形成された突起部を、前記内輪又は前記内輪に固定された部材、及び、前記外輪又は前記外輪に固定された部材、の他方部材に形成された穴に係止することで、当該箇所でその両端面を、前記空間の内圧が所定圧力に達すると互いに離反可能に圧接させていることを特徴とする転がり軸受装置。
3. 前記オイルシールは前記内輪に係止され、前記シールリップを前記外輪に固定された部材に摺接させる請求項２記載の転がり軸受装置。

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