JP2009299873A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転部材の回転数が低速であっても密封性を確保することができ、さらに、回転部材の回転数が大きくなった場合に、シールリップとシール面との間の焼き付きや摩耗を抑えることができる密封装置を提供する。
【解決手段】内輪１２に取り付けられるシール本体１を備えている。シール本体１は、内輪１２が低速で回転している状態で、ケーシング２０のシール面９に摺動可能なシールリップ８と、弾性変形部とを有している。弾性変形部は、内輪１２と共に高速回転することで作用する遠心力によって、シールリップ８をシール面９から離すように弾性変形可能である。また、重量部３がシール本体１に周方向に間隔を有して設けられており、当該重量部３は、作用する前記遠心力を増大させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、密封装置に関する。

内輪と、外輪と、これら内外輪の間に転動自在に設けられた転動体とを備えている軸受に、密封装置（シール部材）が設けられているものがある。この密封装置は、回転する内輪に取り付けられており、外輪又は外輪が取り付けられているケーシングに設けられたシール面との間で、内外輪間の空間内の潤滑剤の漏れを防止したり、外部にある少量の液体や塵埃が内外輪間の軸受空間内に入り込もうとすることを抑制するシールリップを有している。工作機械や自動車、鉄鋼設備等に用いられる軸受の外部には液体や塵埃が存在していることから、これらが軸受空間内に入り込むことを抑制する必要がある。
また、このような密封装置には、接触シールと非接触シールとがある。接触シールは、シールリップがシール面に摺動可能であり、両者の間に隙間は生じていないのでシール性（密封性）は優れている。軸受空間の外部（接触シールよりも外部）にある液体は、軸や内輪の回転が停止している時には遠心力が作用せず、軸や内輪を伝わって軸受空間に入り込もうとするが、接触シールを用いると、外部からの液体の浸入を抑制できる。しかし、回転時、シールリップがシール面に摺動するため、特に高速回転時では、摺動部の発熱による焼き付きや摩耗が発生するおそれがある。
一方、非接触シールは、シールリップとシール面との間に隙間があるため、高速回転で使用される環境であっても焼き付きや摩耗が発生しない点で有利である。軸受空間の外部（非接触シールよりも外部）にある液体や塵埃は、軸や内輪が回転している時には遠心力が作用することで、軸や内輪から振り切られ、回転停止時よりも軸受空間に入り込みにくい。この非接触シールは、いわゆるラビリンスシール機能を発揮させることで密封性を確保しているが、回転数が低くなると接触シールと比べて密封性能は劣る。

そこで、従来、回転に伴って発生する遠心力によりシールリップを変形させる密封装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この密封装置が有しているシールリップは、内輪と外輪との相対回転が生じた時に、その回転速度に応じた遠心力を受け、弾性変形するように構成されている。

特開２００４−７６８３３号公報

前記特許文献１に記載の密封装置の場合、内輪と外輪との相対回転が生じていない状態で、シールリップをシール面に密着させる必要があることから、シールリップがシール面を押圧するための弾性力をシールリップに与えた状態として、密封装置を軸受に取り付けている。したがって、遠心力によってシールリップをシール面から離すためには、前記弾性力に抗する遠心力が必要である。このため、前記特許文献１に記載の密封装置の場合、内輪と外輪との相対回転が生じても、実際では、シールリップがシール面から離れる程の変形を生じさせるのは困難であり、シールリップとシール面との間の焼き付きや摩耗が発生することがある。

そこで、本発明は、回転部材の回転数が低速であっても密封性を確保することができ、さらに、回転部材の回転数が高速となった場合に、シールリップとシール面との間の焼き付きや摩耗を抑えることができる密封装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明の密封装置は、回転部材に取り付けられる環状のシール本体を備え、このシール本体は、前記回転部材が停止している状態又は低速で回転している状態で、前記回転部材と同軸状に設けられる固定部材のシール面に摺動可能なシールリップを有している密封装置であって、前記シール本体が、前記回転部材と共に高速回転することで作用する遠心力によって前記シールリップを前記シール面から離す方向に弾性変形する弾性変形部を有し、前記シール本体に一体又は別体として周方向に間隔を有して複数設けられ、前記遠心力を増大させる重量部を備えている。

この密封装置によれば、回転部材が停止又は低速で回転している場合、遠心力は作用せず又は遠心力は小さく、シールリップはシール面に接触しシール性能を有することができる。この場合、回転部材は停止又は低速であるため、シールリップとシール面との間の焼き付きや摩耗を抑えることができる。
一方、回転部材が高速回転している場合、作用する遠心力が重量部によって増大し、この遠心力によってシールリップをシール面から離すように弾性変形部が弾性変形する。これにより、シールリップとシール面との接触力を弱めることができる。このように、回転部材が高速回転しても、シールリップとシール面との間の焼き付きや摩耗を抑えることができる。
また、重量部は、シール本体に複数設けられ周方向に間隔を有していることから、重量部自身の剛性によって前記弾性変形部が弾性変形しにくくなることを防止している。つまり、重量部を全周に連続して設けると、その重量部の剛性によって弾性変形部は変形しにくくなってしまう。

また、前記密封装置は、前記シールリップを付勢して前記シール面に接触させる環状のばね部材を更に備え、前記重量部は、前記ばね部材を介して前記シール本体に取り付けられているのが好ましい。
この密封装置によれば、回転部材が停止又は低速で回転している場合、ばね部材によってシールリップをシール面に接触させることができ、シール性能を確保することができる。一方、回転部材が高速で回転している場合、重量部によって遠心力を増大させ、ばね部材によってシールリップをシール面に接触させる力を、弱めることができ、シールリップとシール面との間の焼き付きや摩耗を抑えることができる。

また、前記密封装置において、前記重量部は前記弾性変形部に周方向に間隔を有して複数設けられ、前記弾性変形部は、前記重量部が設けられた第一変形部と、周方向で隣り合う前記第一変形部の相互間に設けられた第二変形部とを有し、前記第二変形部は前記第一変形部よりも剛性が低いのが好ましい。
この密封装置によれば、重量部によって増大させた遠心力により、当該重量部が設けられた第一変形部が弾性変形すると、この第一変形部に追従して第二変形部が容易に弾性変形することができる。このため、重量部が周方向に間欠的に設けられているにもかかわらず、シールリップが全周にわたってシール面から離れ易くなり、シールリップとシール面との接触力を弱めることができる。

また、前記密封装置において、前記重量部は前記弾性変形部に周方向に間隔を有して複数設けられ、前記弾性変形部は、前記重量部が設けられた第一変形部と、周方向で隣り合う前記第一変形部の相互間に設けられた第二変形部とを有し、前記第二変形部は前記第一変形部よりも薄肉であるのが好ましい。
この密封装置によれば、重量部によって増大させた遠心力により、当該重量部が設けられた第一変形部が弾性変形すると、この第一変形部に追従して第二変形部が容易に弾性変形することができる。このため、重量部が周方向に間欠的に設けられているにもかかわらず、シールリップが全周にわたってシール面から離れ易くなり、シールリップとシール面との接触力を弱めることができる。

本発明の密封装置によれば、回転部材が停止又は低速で回転している場合、シールリップはシール面に接触しシール性能を有することができる。この際、回転部材が停止又は低速で回転しているため、シールリップとシール面との間の焼き付きや摩耗を抑えることができる。一方、回転部材が高速回転している場合、重量部によって増大させた遠心力により、弾性変形部が弾性変形し、シールリップをシール面から離すので、シールリップとシール面との接触力が弱まり、シールリップとシール面との間の焼き付きや摩耗を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の密封装置及びこの密封装置が取り付けられた軸受装置の実施の一形態を示す縦断面図である。軸受装置１０は、ケーシング２０に対して回転軸１５を回転自在に支持しており、外輪１１と、この外輪１１と同心上に設けられた内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に設けられた転動体としての複数の玉１３と、これら複数の玉１３を等間隔で保持している保持器１４とを備えている。外輪１１の内周面に外輪軌道面１１ａが形成されており、内輪１２の外周面に内輪軌道面１２ａが形成されており、複数の玉１３は、外輪軌道面１１ａ及び内輪軌道面１２ａを転動する。

外輪１１は、ケーシング２０に形成された環状の凹溝２１に嵌合し固定されている。内輪１２は回転軸１５に外嵌し固定されている。以上より、外輪１１及びケーシング２０が固定部材であり、内輪１２及び回転軸１５が回転部材である。そして、回転部材は固定部材と同軸状に設けられており、回転部材が固定部材に対して回転軸１５の軸線回りに回転自在となっている。

密封装置Ｓは内輪１２に取り付けられており、玉１３を挟んで軸方向の両側に設けられている。密封装置Ｓは、内輪１２の外周面に取り付けられた環状のシール本体１を備えている。シール本体１は弾性部材からなり、例えばゴム製や樹脂製である。
図２は密封装置Ｓの断面図である。密封装置Ｓのシール本体１は、内輪１２に取り付けられる取付部５と、取付部５から径方向外側へ延びている本体部６と、この本体部６の径方向外側部に設けられている弾性変形部７と、突出部４１とを有している。そして、弾性変形部７の先端部がシールリップ（リップ先端部）８である。また、図１と図２とにおいて、外輪１１の内周面には環状のスリンガ４２が嵌め合わされ、スリンガ４２の内側面（軸方向の玉１３側の面）が、前記シールリップ８が接触可能であるシール面９となっている。

前記取付部５は、内輪１２の外周面の軸方向端部に形成された周溝１２ｂに嵌め込まれている。取付部５が周溝１２ｂに嵌め込まれることによって、密封装置Ｓは軸受装置１０に装着される。これにより、回転軸１５が内輪１２と共に回転すると、密封装置Ｓも内輪１２と一体となって回転軸１５の軸線回りに回転する。
前記本体部６は、取付部５から径方向の外方へ向かって延びており、本体部６の先端部は、前記シール面９に対向する位置まで達している。
前記突出部４１は、本体部６から径方向の外方側かつ軸方向の玉１３とは反対側（軸方向外側）へ向かって延びており、前記突出部４１の先端は、スリンガ４２の軸方向の玉１３とは反対側かつ前記スリンガ４２の径方向の内方側の先端よりも径方向の外方側にまで達してスリンガ４２と非接触かつ軸方向に対向している。すなわち、突出部４１の先端は、スリンガ４２の内径側端部に対して、軸方向で玉１３とは反対側（軸方向外側）において対向している。

図２において、前記弾性変形部７は、本体部６と連続しており当該本体部６よりも薄肉となっている首部１７と、この首部１７から回転軸１５の軸線に平行な方向へ折れ曲がりシール面９へ向かって延びている変形本体部１８とからなる。この変形本体部１８の先端部側がシールリップ８である。変形本体部１８は、基部側である首部１７を基点として全体が径方向外側へ反るように弾性変形可能となっている。また、首部１７は本体部６よりも薄肉であり断面が小さいことから、図４に示しているように、首部１７がシール面９から離反する方向（軸線に平行な方向）へ容易に弾性変形可能であり、シールリップ８をシール面９から離反させることができる。なお、本体部６のうち突出部４１との結合部分よりも径方向の外方側の部分についても（首部１７側の一部も）弾性変形可能であってもよい。

このように構成した密封装置Ｓが軸受装置１０に取り付けられており、回転部材が停止している状態又は低速で回転している状態（図１及び図２）では、シールリップ（リップ先端部）８はシール面９に接触した状態であり摺動可能である。そして、回転部材が高速（例えばｄｍｎ値が１００万）で回転している状態（図３及び図４）では、弾性変形部７は回転部材と共に高速回転し、この高速回転によって弾性変形部７に作用する遠心力ｆ１によって、シールリップ８をシール面９から離そうとするように（又は離すように）、弾性変形部７は弾性変形可能となっている。つまり、弾性変形部７は、シールリップ８をシール面９から離す方向に弾性変形する。

そして、本発明の密封装置Ｓは、弾性変形部７に作用する遠心力を増大させる重量部３を複数備えている。重量部３は、シール本体１の周方向の少なくとも三箇所に間隔を有して設けられている。つまり、密封装置Ｓが回転部材と共に回転すると、重量部３には、遠心力ｆ２が作用する（図４参照）。この重量部３は弾性変形部７に取り付けられていることから、弾性変形部７に作用する遠心力Ｆは、前記遠心力ｆ１に、重量部３に作用している遠心力ｆ２が加算され（Ｆ＝ｆ１＋ｆ２）、全体としての遠心力Ｆを増大させることができる。

図５は重量部３が取り付けられたシール本体１を側面から見た模式図である。図６は図５の断面図である（ＶＩ矢視の断面図）。この密封装置Ｓ（第一実施形態）は、シールリップ８をシール面９（図２参照）に接触させるように付勢する環状のばね部材（ガータスプリング）４を更に備えている。このばね部材４は、弾性変形部７の内の変形本体部１８の外周面に形成された凹溝に嵌め込まれて取り付けられている。
この実施形態の重量部３は、シール本体１とは別部材であって金属製の錘部材であり、ばね部材４に固定されている。重量部３のばね部材４への固定は、ばね部材４の一部に当該重量部３をかしめることによって行なうことができる。重量部３は弾性変形部７の周方向に、シール本体１とは別体として、複数個（少なくとも三個）設けられており、これら重量部３は周方向に等間隔で設けられている。

この実施形態によれば、重量部３は、ばね部材４を介してシール本体１に取り付けられている構成となり、この密封装置Ｓによれば、回転部材が停止している又は低速で回転している場合（図１及び図２）では、弾性変形部７に遠心力は作用せず又は作用する遠心力は小さく、ばね部材４の付勢力によってシールリップ８をシール面９に接触させる（押し付ける）ことができ、シール性能を確保することができる。この場合、回転部材は停止している又は低速で回転しているため、シールリップ８とシール面９との間の発熱、焼き付き、摩耗を抑えることができる。

一方、回転部材が高速で回転している場合（図３及び図４）では、重量部３に大きな遠心力ｆ２が作用し（図４参照）、この重量部３によってばね部材４及び弾性変形部７に作用させる遠心力Ｆを増大させることができる。このため、ばね部材４によってシールリップ８をシール面９に接触させる力を弱めることができ、さらには、シールリップ８をシール面９から離反させることができ、シールリップ８とシール面９との間の発熱、焼き付き、摩耗を抑えることができる。このため密封装置Ｓの寿命を長くすることができる。また、このとき、突出部４１では、密封装置Ｓよりも軸方向に玉１３とは反対側（密封装置Ｓよりも軸方向外側）にある液体や塵埃が付着したときに、遠心力で振り切ることができる。
なお、図６に示しているように、重量部３は、軸線に平行な方向について、変形本体部１８の内の中央部よりもシールリップ８の先端（リップ先端部）寄りの位置に設けられているのが好ましい。これにより、重量部３に作用する大きな遠心力ｆ２よって、首部１７側を基点として弾性変形部７は径方向外側へ大きく変形することができる。

図７は、重量部３が取り付けられたシール本体１を側面から見た模式図である。図８と図９とは図７の断面図である（ＶＩＩＩ矢視の断面図とＩＸ矢視の断面図）。図１０は重量部３及びこの重量部３が取り付けられたシール本体１を軸線に平行な方向から見た部分断面図である。
この密封装置Ｓ（第二実施形態）では、重量部３は弾性変形部７に直接的に取り付けられている。重量部３は、シール本体１と同じ材質のものであってもよいが、シール本体１よりも比重が大きい部材とするのが好ましい。例えば、重量部３を金属製部材とするのが、遠心力を増大させることができる点で好ましい。
この実施形態の重量部３は、弾性変形部７の変形本体部１８に固定されており、重量部３の変形本体部１８への固定は、加硫接着により行なうことができる。これにより、重量部３はシール本体１とは別部材（別材料）であるが、当該シール部材１と一体として設けられている。そして、重量部３は、変形本体部１８の周方向に複数個（少なくとも三個）設けられており、これら重量部３は周方向に等間隔で設けられている。

複数の重量部３は、周方向に間隔を有して変形本体部１８に固定されていることから、この変形本体部１８の内、重量部３を固定している周方向の部分が第一変形部３１であり、この第一変形部３１以外の部分が第二変形部３２である。つまり、周方向で隣り合う第一変形部３１の相互間に設けられている部分が第二変形部３２である。そして、第二変形部３２は、第一変形部３１よりも剛性が低く構成されている。
この構成を具体的に説明すると、変形本体部１８は軸線方向に短い円筒形状となっており、図８、図９及び図１０に示しているように、変形本体部１８の外周面が周方向に連続した凹凸形状となっている。そして、凸形状となっている部分が前記第一変形部３１であり、凹形状となっている部分が前記第二変形部３２である。つまり、第二変形部３２の厚さ寸法ｔ２は、第一変形部３１の厚さ寸法ｔ１よりも小さく（図８と図９参照）、第二変形部３２は、第一変形部３１よりも薄肉となっている（ｔ２＜ｔ１）。以上より、第二変形部３２は、第一変形部３１よりも弾性変形し易くなっている。

この実施形態によれば、前記回転部材が高速回転している場合、重量部３に大きな遠心力ｆ２が作用し（図４参照）、この重量部３によって弾性変形部７の第一変形部３１に作用する遠心力Ｆを増大させることができ、この遠心力Ｆによって第一変形部３１が大きく弾性変形することができる。第一変形部３１が大きく弾性変形すると、当該第一変形部３１の先端部側にあるシールリップ８はシール面９から離れることができる。さらに、前記遠心力Ｆによって第一変形部３１が大きく弾性変形すると、第二変形部３２は弾性変形し易い構成となっていることから、この第一変形部３１の変形に追従するようにして第二変形部３２も弾性変形することができる。
したがって、重量部３は周方向に間欠的に設けられているが、弾性変形部７は、シールリップ８をその全周にわたってシール面９から離すように、弾性変形することができ、シールリップ８とシール面９との接触力を全周にわたって弱めることができる。さらには、シールリップ８をシール面９から離反させることができる。以上より、シールリップ８とシール面９との間の発熱、焼き付き、摩耗を抑えることができ、密封装置Ｓの寿命を長くすることができる。

また、図９に示しているように、重量部３は、軸線に平行な方向に沿って変形本体部１８の全長にわたって設けられているのではなく、重量部３は、変形本体部１８に部分的に設けられているのが好ましい。これにより、変形本体部１８は首部１７側を基点として径方向外側へ反るようにして変形し易くなる。
特に、重量部３は、軸線に平行な方向について、変形本体部１８の内の、中央部よりもシールリップ８の先端寄りの位置に設けられているのが好ましい。これにより、重量部３に作用する大きな遠心力ｆ２よって、首部１７側を基点として弾性変形部７は径方向外側へ大きく変形することができる。

一方、前記回転部材が停止している又は低速で回転している場合では、弾性変形部７に遠心力は作用せず又は作用する遠心力は小さく、シールリップ８はシール面９に接触したままであり、シール性能を有することが可能である。この場合、回転部材は停止している又は低速で回転しているため、シールリップ８とシール面９との間の発熱、焼き付き、摩耗を抑えることができる。

また、前記各実施形態において、重量部３は、シール本体１の周方向に等間隔で設けられていることから、重量部３自身の剛性によって弾性変形部７が弾性変形しにくくなることを防止している。つまり、図示しないが、重量部を全周に連続するように（環状に）設けると、この重量部が弾性変形部７の剛性を高めるリブとしての機能を有してしまい、この剛性によって弾性変形部７は変形しにくくなってしまう。しかし、本発明によれば、重量部３は周方向に連続しておらず間欠的に設けられていることから、重量部３は弾性変形部７の弾性変形を阻害しない。

また、本発明の密封装置Ｓは、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであっても良い。重量部３の数は任意であり、密封装置Ｓの直径に応じて、その数を増減設定することができる。また、重量部３の周方向の長さも変更可能であり、図１０に示しているように帯状に形成してもよく、又は、複数の重量部３を周方向に点状に配置してもよい。
また、図９と図１０の形態では、重量部３をシール本体１と別部材で一体として説明したが、重量部３をシール本体１と同じ部材（同じ材質）として当該シール本体と一体に形成してもよい。

また、図１０では、重量部３と第一変形部３１との周方向の長さを同一としているが、これ以外として、図示しないが、重量部３の周方向の長さを第一変形部３１の周方向の長さよりも長くしてもよく、又は、重量部３の周方向の長さを第一変形部３１の周方向の長さよりも短くしてもよい。
さらに、前記実施形態では、重量部３を変形本体部１８の外周面側に設けた場合を説明したが、内周面側に設けてもよい。
また、前記実施形態でシール本体１は、突出部４１を備えていたが、この突出部４１は無くてもよい。特に、シールリップをシール面の軸方向の外側から接触させる場合には、当該シールリップが突出部の作用を奏することができる。
また、前記実施形態で、シールリップ８はスリンガ４２のシール面９に摺接するように形成されていたが、シール面は、少なくとも径方向に延在するように形成され（軸方向に傾いていてもよい）、かつ、シールリップが摺接可能な環状の面であって、シールリップが遠心力でシール面から離れることができるように形成されていればよく、シール面はいかなる面であってもよい。
また、本発明の密封装置Ｓは、軸受装置１０以外に、回転軸が低速回転から高速回転まで変化するような装置に適用することができ、この場合、回転軸に密封装置Ｓを直接取り付ければよい。

本発明の密封装置及びこの密封装置が取り付けられた軸受装置の実施の一形態を示す縦断面図である。 密封装置の断面図である。 回転部材が高速で回転している場合の密封装置の縦断面図である。 回転部材が高速で回転している場合の密封装置の断面図である。 重量部が取り付けられたシール本体を側面から見た模式図である。 図５の断面図である（ＶＩ矢視の断面図）。 重量部が取り付けられたシール本体を側面から見た模式図である。 図７の断面図である（ＶＩＩＩ矢視の断面図）。 図７の断面図である（ＩＸ矢視の断面図）。 重量部及びこの重量部が取り付けられたシール本体を軸線に平行な方向から見た部分断面図である。

符号の説明

１ シール本体
３ 重量部
４ ばね部材
７ 弾性変形部
８ シールリップ
９ シール面
１１ 外輪
１２ 内輪
１５ 回転軸
２０ ケーシング
３１ 第一変形部
３２ 第二変形部
Ｆ，ｆ１，ｆ２ 遠心力
Ｓ 密封装置

Claims (4)

1. 回転部材に取り付けられる環状のシール本体を備え、このシール本体は、前記回転部材が停止している状態又は低速で回転している状態で、前記回転部材と同軸状に設けられる固定部材のシール面に摺動可能なシールリップを有している密封装置であって、
   前記シール本体が、前記回転部材と共に高速回転することで作用する遠心力によって前記シールリップを前記シール面から離す方向に弾性変形する弾性変形部を有し、
   前記シール本体に一体又は別体として周方向に間隔を有して複数設けられ、前記遠心力を増大させる重量部を備えていることを特徴とする密封装置。
2. 前記シールリップを付勢して前記シール面に接触させる環状のばね部材を更に備え、
   前記重量部は、前記ばね部材を介して前記シール本体に取り付けられている請求項１に記載の密封装置。
3. 前記重量部は前記弾性変形部に周方向に間隔を有して複数設けられ、
   前記弾性変形部は、前記重量部が設けられた第一変形部と、周方向で隣り合う前記第一変形部の相互間に設けられた第二変形部とを有し、
   前記第二変形部は前記第一変形部よりも剛性が低い請求項１に記載の密封装置。
4. 前記重量部は前記弾性変形部に周方向に間隔を有して複数設けられ、
   前記弾性変形部は、前記重量部が設けられた第一変形部と、周方向で隣り合う前記第一変形部の相互間に設けられた第二変形部とを有し、
   前記第二変形部は前記第一変形部よりも薄肉である請求項１に記載の密封装置。

Images