JP2010116965A - ロールネック用密封型円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受外部と軸受内部の圧力差を無くすことにより、軸受内部への水等の浸入を防止することができるロールネック用密封型円すいころ軸受を提供する。
【解決手段】ロールネック用密封型円すいころ軸受１０は、隣接する内輪１３、１４間に配置される中間シール３０を備え、この中間シール３０は、径方向に貫通する貫通穴３６が円周方向に略等間隔で複数形成され、隣接する内輪１３、１４の内周面と外周面の一方に跨って密接する弾性シール部材３１と、弾性シール部材３１を内輪１３、１４に向けて付勢して、弾性シール部材３１を保持する保持部材３２と、貫通穴３６に臨むように配置されて、液体及び固体の通過を阻止し且つ気体の通過を許容する撥水処理が施された焼結金属部材３７と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロールネック用密封型円すいころ軸受に関し、より詳細には、鉄鋼設備の圧延機に好適に使用されるロールネック用密封型円すいころ軸受に関する。

従来、水等の流体がかかるおそれのある環境下において使用される密封型円すいころ軸受においては、隣接する内輪間に軸受空間内を密封するための中間シールが配置されている。また、密封された軸受空間と軸受外部との間で、空気などの気体の流通を可能として軸受内外の圧力差の発生を防止し、これによって水などが軸受空間内に浸入することを防止するようにした軸受が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。

図６に示すように、特許文献１に記載の中間シール１００では、隣接する内輪１０１、１０２の間を密封するように、両内輪１０１、１０２の突合せ面の内周面に跨って形成された環状の装着溝１０３に弾性シール部材１０４が取り付けられ、この弾性シール部材１０４は環状のスプリング１０５によって装着溝１０３の外側面に押し付けられる。シール部材１０４には、隣接する内輪１０１、１０２に押し付けられるシールリップ１０６と、シール突起１０７が形成され、これらシールリップ１０６及びシール突起１０７が装着溝１０３の内壁に当接することにより、軸受空間内に流体が浸入するのを防止している。

また、図７に示すように、特許文献２に記載の中間シール１１０では、隣接する内輪１１１、１１２の間を密封するように、両内輪１１１、１１２に跨って形成された環状の凹部１１３に、弾性体１１４が形状維持のための芯金１１５と共に取り付けられる。弾性体１１４には、可撓性を有するリップ１１６が設けられており、リップ１１６の先端部が凹部１１３の側壁に当接することで、隣接する内輪１１１、１１２間がシールされると共に、ある一定以上の圧力差が発生した場合には、リップ１１６と凹部１１３の側壁との間から空気の吸排出を行う。これにより、使用中の温度変化に起因して、軸受外部と軸受内部に圧力差が発生することによってメインシールから軸受空間内に水等が浸入することを抑制している。

また、図８に示すように、特許文献３に記載の中間シール１２０では、隣接する内輪１２１、１２２の間を密封するように、両内輪１２１、１２２に跨って外周面に形成された環状の装着溝１２３に、弾性部１２４が形状維持のための芯金部１２５と共に取り付けられる。弾性部１２４に形成されたシールリップ１２６、１２７が、装着溝１２３の内壁に当接する。また、弾性部１２４及び芯金部１２５を径方向に貫通する貫通穴１２８には、芯金部１２５の外周面に、気体のみを通過させる多孔質部材１２９と、多孔質部材１２９にグリースが付着するのを防止するひさし部材１３０とが固着されており、これによって、軸受外部と軸受内部との圧力差発生を抑制して、軸受空間内に流体が浸入するのを防止している。

また、図９に示すように、特許文献４に記載の密封型転がり軸受１４０は、密封装置１４３によって外輪１４１及び内輪１４２に挟まれる空間が閉じられている。密封装置１４３は、シール部材１４４と、シール部材１４４に設けられ、気体を透過可能で水分及び油分を遮断するフィルタ１４５と、を備え、軸受外部と軸受内部との圧力差発生を抑制している。

特開平９−３２９２４３号公報 特開２０００−１０４７４７号公報 特開２００８−１０６８２５号公報 特開２００６−２０７６１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の中間シール１００は、環状のスプリング１０５によって弾性シール部材１０４を装着溝１０３に押し付けており、使用中の温度変化に起因して発生する軸受内外の圧力差により、軸受空間内に水が浸入する可能性があった。また、特許文献２に記載の中間シール１１０においては、リップ１１６と凹部１１３との間から空気を吸排出させて、軸受内外の圧力差を解消するように考慮されているが、ある一定以上の圧力差が生じた場合にのみ、リップ１１６が開放する機構となっているため、軸受外部と軸受内部の圧力差を無くすことが困難であった。

また、特許文献３に記載の中間シール１２０においては、弾性部１２４及び芯金部１２５を径方向に貫通する貫通穴１２８に、気体のみを通過させる多孔質部材１２９が配置されるので、軸受外部と軸受内部との圧力差が発生することがなく、水の浸入が防止されている。しかしながら、多孔質部材１２９及びひさし部材１３０が、両内輪１２１、１２２の外周面に露出して配置されるため、取り扱い方によっては多孔質部材１２９が破損する可能性があった。また、加工し難い芯金部１２５に貫通穴１２８を加工する必要があり、コスト高となる問題があった。また、特許文献４に記載の密封型転がり軸受１４０においては、内部隙間の面積や剛性が小さいため、圧力の変動によるフィルタの目詰まりや破損が懸念されていた。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受外部と軸受内部の圧力差を無くすことにより、軸受内部への水等の浸入を防止することができるロールネック用密封型円すいころ軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）複数の内輪と、複数の外輪と、内輪と外輪との間に転動可能に配設される複数の転動体と、隣接する内輪間に配置される中間シールと、を備えたロールネック用密封型円すいころ軸受であって、中間シールは、径方向に貫通する貫通穴が円周方向に略等間隔で複数形成され、隣接する内輪の内周面と外周面の一方に跨って密接する弾性シール部材と、弾性シール部材を内輪に向けて付勢して、弾性シール部材を保持する保持部材と、貫通穴に臨むように配置されて、液体及び固体の通過を阻止し、気体の通過を許容する撥水処理が施された焼結金属部材と、を備えることを特徴とするロールネック用密封型円すいころ軸受。
（２）保持部材及び焼結金属部材は、弾性シール部材の内部に着脱自在に装着されることを特徴とする（１）に記載のロールネック用密封型円すいころ軸受。
（３）保持部材は、その両端部が径方向又は軸方向で重なる重なり部を形成する略リング形状を有することを特徴とする（１）又は（２）に記載のロールネック用密封型円すいころ軸受。

本発明のロールネック用密封型円すいころ軸受によれば、隣接する内輪間に配置される中間シールは、径方向に貫通する貫通穴が円周方向に略等間隔で複数形成され、隣接する内輪の内周面と外周面の一方に跨って密接する弾性シール部材と、弾性シール部材を内輪に向けて付勢して、弾性シール部材を保持する保持部材と、貫通穴に臨むように配置されて、液体及び固体の通過を阻止し、気体の通過を許容する撥水処理が施された焼結金属部材と、を備えるため、焼結金属部材を介して軸受内部及び軸受外部間の空気（気体）の流動が可能である一方、水や油などの液体及び固体の通過が阻止される。これにより、軸受外部と軸受内部の圧力差を無くすことができるので、軸受内部への水等の浸入を効果的に防止することができる。

また、本発明のロールネック用密封型円すいころ軸受によれば、焼結金属部材は、金属粉が成形・焼結されて多数の微小孔が３次元に配置される構造となっているため、大きな内部面積、高い耐熱性・耐衝撃性・耐水圧性、及び高い剛性を持っている。これにより、長期間に亘って負圧発生抑制機能を維持することができる。

また、本発明のロールネック用密封型円すいころ軸受によれば、保持部材及び焼結金属部材が、弾性シール部材の内部に装着されるため、取り扱いによって保持部材や焼結金属部材が破損する可能性は極めて低く、長期間に亘って負圧発生抑制機能を維持することができ、信頼性の高い中間シールを得ることができる。さらに、保持部材及び焼結金属部材が、弾性シール部材に対して着脱自在に装着されるため、一部の部品の機能が劣化したり、損傷したりした場合でも、部品交換やメンテナンスが容易であるばかりでなく、廃棄する際にも、容易に分別することができ、環境に与える負荷を軽減することができる。

また、本発明のロールネック用密封型円すいころ軸受によれば、保持部材は、その両端部が径方向又は軸方向で重なる重なり部を形成する略リング形状を有するため、保持部材を径方向に押圧し、あるいは引っ張って、その直径を弾性シール部材の内径又は外径より小さく、あるいは大きくすることができるので、弾性シール部材への保持部材の装着を容易にすることができる。また、装着後においては、焼結金属部材を安定して弾性シール部材に保持することができる。

以下、本発明に係るロールネック用密封型円すいころ軸受の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明に係るロールネック用密封型円すいころ軸受の第１実施形態について説明する。

本実施形態のロールネック用密封型円すいころ軸受１０（以後、軸受１０と称する）は、図１に示すように、一対の外輪１１及び複列外輪（外輪）１２と、一対の複列内輪（内輪）１３、１４と、各外輪１１、１２及び各内輪１３、１４間に４列に配設され、保持器１６によって転動可能に保持される複数の円すいころ（転動体）１５と、を備える。

軸方向中央に配置される複列外輪１２と、その軸方向両側に配置される外輪１１との間には、外輪間座１７がそれぞれ配置されて、一対の外輪１１及び複列外輪１２の軸方向の位置決めがなされる。また、外輪１１の軸方向外側には、メインシール１９が取り付けられた円環状のシールホルダー１８が配置され、複列内輪１３、１４から軸方向外方に延設される小径部１３ａ，１４ａの外周面との間をメインシール１９によってシールしている。また、シールホルダー１８の外周面には、Ｏリング２０が装着されて、図示しないチョックとの間を封止する。

図２に示すように、互いに突き合うように配置される一対の複列内輪１３、１４の両端部である、内輪軌道面より側方の肩部１３ｂ、１４ｂは、軸方向端面同士が互いに突き合う突合せ面１３ｃ、１４ｃを形成する共に、内周面側に環状の切欠き部１３ｄ、１４ｄを形成して、それぞれ段付形状に形成される。そして、これら切欠き部１３ｄ、１４ｄによって構成される環状の凹部２１には、中間シール３０が取り付けられる。

中間シール３０は、凹部２１において隣接する複列内輪１３、１４の内周面１３ｅ、１４ｅに跨って密接する環状の弾性シール部材３１と、弾性シール部材３１を内周面１３ｅ、１４ｅに向けて付勢して、弾性シール部材３１を保持する環状の保持部材３２、３２と、を有する。

弾性シール部材３１は、例えば、ゴムなどの弾性材料によって断面形状が略台形の円環状に形成されており、側面にはリップ３１ａ及び凸部３１ｂが設けられる。また、弾性シール部材３１の軸方向中間部には円環状溝３３が形成されており、この円環状溝３３の軸方向両側壁の外周側には断面略半円形の円弧溝３４が形成される。円環状溝３３の外径側には、円周方向に略等間隔で形成される複数のざぐり穴３５と、このざぐり穴３５と弾性シール部材３１の外周面３１ｃとを径方向に連通する貫通穴３６が形成される。

それぞれのざぐり穴３５には、撥水処理が施された焼結金属部材３７が装着された後、円弧溝３４に保持部材３２、３２が嵌合・装着される。これにより、焼結金属部材３７の抜け落ちが防止される。即ち、焼結金属部材３７は、弾性シール部材３１のざぐり穴３５と保持部材３２、３２によって挟持されて貫通穴３６の内周面側に臨むように配置される。

焼結金属部材３７は、銅又はステンレスなどの金属粉を成形、焼結したものであり、耐熱性・耐衝撃性・耐水圧性に優れると共に高い剛性を有し、水や油などの液体及び固体の通過を阻止すると共に、空気などの気体の通過は許容する多数の微小孔が３次元に配置される構造となっている。そして、微小孔の直径が６０μｍ以下であれば、上記の機能を十分満足する。しかし、軸受１０の回転変化に伴って軸受空間Ｓ内の気体が膨張収縮を繰り返し、結果として焼結金属部材３７を通じて気体の出入りが頻繁に行われることを考慮すれば、微小孔の直径は４０μｍ以下とする方が好ましい。

また、焼結金属部材３７は、撥水処理を容易に行うことができ、この撥水処理には、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂皮膜のほか、フッ素系界面活性剤などを用いることができる。フッ素系界面活性剤としては、以下のような非イオン系界面活性剤、オリゴマー、樹脂を用いることができ、フルオロアルキルエステル、パーフルオロアルキルエステル、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物、フルオロアルキルエチレンオキシド付加物、パーフルオロアルキルアミンオキシド付加物、パーフルオロアクリレート構造を有するオリゴマー、親有機性を有する部分にウレタン構造を有するオリゴマーなどが適している。また、フッ素系界面活性剤を焼結金属部材３７に処理する場合は、フッ素系界面活性剤を代替フロン溶剤に０．３〜１重量％の割合で希釈し、焼結金属部材３７をどぶ漬けした後、乾燥させればよい。

保持部材３２は、図３に示すように、ピアノ線などの弾性を有する線状素材からなり、その両端部が径方向又は軸方向で重なる重なり部３２ａを形成する略リング形状を有する。これにより、保持部材３２を径方向に押圧することによって直径を小さくすることができ、円弧溝３４に容易に組込みことが可能となる。また、線状素材から形成される保持部材３２は、軸方向にも柔軟性を有するので、組込み、分解が容易である。また、円弧溝３４への装着後には、保持部材３２の直径が拡径して弾性シール部材３１を複列内輪１３、１４の内周面１３ｅ、１４ｅに向けて付勢して保持する。なお、本実施形態では、２本の保持部材３２を使用しているが、これに限定されず、保持部材３２は、複数巻回された１本のコイルばね状のものとすることも可能である。

このように構成されたロールネック用密封型円すいころ軸受１０では、保持部材３２及び焼結金属部材３７は、弾性シール部材３１の内部に着脱自在に装着される。また、軸受１０の回転に伴って膨張収縮する軸受空間Ｓの空気などの気体は、貫通穴３６及び焼結金属部材３７を介して出入りすることができ、これにより、軸受内部と軸受外部との圧力差が解消される。このとき、水や油などの液体及び固体は、焼結金属部材３７によって通過が阻止されて、軸受空間Ｓ内への浸入が防止される。

以上説明したように、本実施形態のロールネック用密封型円すいころ軸受１０によれば、隣接する内輪１３、１４間に配置される中間シール３０は、径方向に貫通する貫通穴３６が円周方向に略等間隔で複数形成され、隣接する内輪１３、１４の内周面に跨って密接する弾性シール部材３１と、弾性シール部材３１を内輪１３、１４に向けて付勢して、弾性シール部材３１を保持する保持部材３２と、貫通穴３６に臨むように配置されて、液体及び固体の通過を阻止し、気体の通過を許容する撥水処理が施された焼結金属部材３７と、を備えるため、焼結金属部材３７を介して軸受内部及び軸受外部間の空気（気体）の流動が可能である一方、水や油などの液体及び固体の通過が阻止される。これにより、軸受外部と軸受内部の圧力差を無くすことができるので、軸受内部への水等の浸入を効果的に防止することができる。

また、本実施形態のロールネック用密封型円すいころ軸受１０によれば、焼結金属部材３７は、金属粉が成形・焼結されて多数の微小孔が３次元に配置される構造となっているため、大きな内部面積、高い耐熱性・耐衝撃性・耐水圧性、及び高い剛性を持っている。これにより、長期間に亘って負圧発生抑制機能を維持することができる。

また、本実施形態のロールネック用密封型円すいころ軸受１０によれば、保持部材３２及び焼結金属部材３７が、弾性シール部材３１の内部に装着されるため、取り扱いによって保持部材３２や焼結金属部材３７が破損する可能性は極めて低く、長期間に亘って負圧発生抑制機能を維持することができ、信頼性の高い中間シール３０を得ることができる。さらに、保持部材３２及び焼結金属部材３７が、弾性シール部材３１に対して着脱自在に装着されるため、一部の部品の機能が劣化したり、損傷したりした場合でも、部品交換やメンテナンスが容易であるばかりでなく、廃棄する際にも、容易に分別することができ、環境に与える負荷を軽減することができる。

また、本実施形態のロールネック用密封型円すいころ軸受１０によれば、保持部材３２は、その両端部が径方向又は軸方向で重なる重なり部３２ａを形成する略リング形状を有するため、保持部材３２を径方向に押圧してその直径を弾性シール部材３１の内径より小さくすることができるので、弾性シール部材３１への保持部材３２の装着を容易にすることができる。また、装着後においては、焼結金属部材３７を安定して弾性シール部材３１に保持することができる。

（第２実施形態）
次に、図４及び図５を参照して、本発明に係るロールネック用密封型円すいころ軸受の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。

本実施形態のロールネック用密封型円すいころ軸受１０（以後、軸受１０と称する）では、図４に示すように、一対の複列内輪１３、１４の肩部１３ｂ、１４ｂの外周側に、環状の切欠き部１３ｆ、１４ｆがそれぞれ段付形状に形成されており、この切欠き部１３ｆ、１４ｆによって構成される環状の凹部４１には、中間シール５０が取り付けられる。

中間シール５０は、凹部４１において隣接する複列内輪１３、１４の外周面１３ｇ、１４ｇに跨って密接する環状の弾性シール部材５１と、弾性シール部材５１を外周面１３ｇ、１４ｇに向けて付勢して、弾性シール部材５１を保持する環状の保持部材５２と、を有する。

弾性シール部材５１は、例えば、ゴムなどの弾性材料によって断面形状が略台形の円環状に形成されており、側面にはリップ５１ａ及び凸部５１ｂが設けられる。また、弾性シール部材５１の軸方向中間部には、軸方向幅が狭い第１円環状溝５３と、第１円環状溝５３より大きな軸方向幅を有する第２円環状溝５４とが、弾性シール部材５１の外周側からこの順で形成される。第２円環状溝５４の内径側には、円周方向に略等間隔で形成される複数のざぐり穴５５と、このざぐり穴５５と弾性シール部材５１の内周面５１ｃとを径方向に連通する貫通穴５６が形成される。

それぞれのざぐり穴５５には、撥水処理が施された焼結金属部材３７が装着された後、第２円環状溝５４に保持部材５２が嵌合・装着される。これにより、焼結金属部材３７の抜け落ちが防止される。即ち、焼結金属部材３７は、弾性シール部材５１のざぐり穴５５と保持部材５２によって挟持されて貫通穴５６の外周面側に臨むように配置される。

保持部材５２は、図５に示すように、板ばねなどの弾性を有する長尺の薄板からなり、その両端部が径方向又は軸方向で重なる重なり部５２ａを形成する略リング形状を有する。これにより、保持部材５２を径方向（例えば、図５に示す矢印方向）に引っ張ることによって直径を大きくすることができ、第２円環状溝５４に容易に組み込むことが可能となる。

また、図４に示すように、第２円環状溝５４の軸方向幅は、保持部材５２の軸方向幅より僅かに大きく、且つ第２円環状溝５４の内周側面の径は、保持部材５２の内径より僅かに小さく設定される。即ち、第２円環状溝５４、第２円環状溝５４の溝側面５４ａ，５４ａ、及び保持部材５２間には、気体が通過可能な隙間が設けられる。

このように構成されたロールネック用密封型円すいころ軸受１０では、保持部材５２及び焼結金属部材３７は、弾性シール部材５１の内部に着脱自在に装着される。また、軸受１０の回転に伴って膨張収縮する軸受空間Ｓの空気などの気体は、貫通穴５６、焼結金属部材３７、及び第２円環状溝５４と保持部材５２との隙間を通じて出入りすることができ、これにより、軸受内部と軸受外部との圧力差が解消される。このとき、水や油などの液体及び固体は、焼結金属部材３７によって通過が阻止されて、軸受空間Ｓ内への浸入が防止される。また、軸受内部に存在するグリースなどの潤滑剤は、保持部材５２によって流動が遮断されるので、焼結金属部材３７の通気機能の低下が防止される。

以上説明したように、本実施形態のロールネック用密封型円すいころ軸受１０によれば、隣接する内輪１３、１４間に配置される中間シール５０は、径方向に貫通する貫通穴５６が円周方向に略等間隔で複数形成され、隣接する内輪１３、１４の外周面に跨って密接する弾性シール部材５１と、弾性シール部材５１を内輪１３、１４に向けて付勢して、弾性シール部材５１を保持する保持部材５２と、貫通穴５６に臨むように配置されて、液体及び固体の通過を阻止し、気体の通過を許容する撥水処理が施された焼結金属部材３７と、を備えるため、焼結金属部材３７を介して軸受内部及び軸受外部間の空気（気体）の流動が可能である一方、水や油などの液体及び固体の通過が阻止される。これにより、軸受外部と軸受内部の圧力差を無くすことができるので、軸受内部への水等の浸入を効果的に防止することができる。

また、本実施形態のロールネック用密封型円すいころ軸受１０によれば、保持部材５２は、その両端部が径方向又は軸方向で重なる重なり部５２ａを形成する略リング形状を有するため、保持部材５２を径方向に引っ張ってその直径を弾性シール部材５１の外径より大きくすることができるので、弾性シール部材５１への保持部材５２の装着を容易にすることができる。また、装着後においては、焼結金属部材３７を安定して弾性シール部材５１に保持することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。

本発明に係るロールネック用密封型円すいころ軸受の第１実施形態を説明するための断面図である。 図１に示す中間シールを説明するための要部拡大断面図である。 図２に示す保持部材の斜視図である。 本発明に係るロールネック用密封型円すいころ軸受の第２実施形態を説明するための要部拡大断面図である。 図４に示す保持部材を軸方向から見た図である。 従来の中間シールを示す要部断面図である。 従来の他の中間シールを示す要部断面図である。 従来の更に他の中間シールを示す要部断面図である。 従来の密封装置を示す要部断面図である。

符号の説明

１０ ロールネック用密封型円すいころ軸受
１１ 外輪
１２ 複列外輪（外輪）
１３ 複列内輪（内輪）
１３ｅ 内周面
１３ｇ 外周面
１４ 複列内輪（内輪）
１４ｅ 内周面
１４ｇ 外周面
１５ 円すいころ（転動体）
３０，５０ 中間シール
３１，５１ 弾性シール部材
３２，５２ 保持部材
３２ａ，５２ａ 重なり部
３６，５６ 貫通穴
３７ 焼結金属部材

Claims (3)

1. 複数の内輪と、複数の外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動可能に配設される複数の転動体と、隣接する前記内輪間に配置される中間シールと、を備えたロールネック用密封型円すいころ軸受であって、
   前記中間シールは、径方向に貫通する貫通穴が円周方向に略等間隔で複数形成され、隣接する前記内輪の内周面と外周面の一方に跨って密接する弾性シール部材と、
   前記弾性シール部材を前記内輪に向けて付勢して、前記弾性シール部材を保持する保持部材と、
   前記貫通穴に臨むように配置されて、液体及び固体の通過を阻止し、気体の通過を許容する撥水処理が施された焼結金属部材と、を備えることを特徴とするロールネック用密封型円すいころ軸受。
2. 前記保持部材及び前記焼結金属部材は、前記弾性シール部材の内部に着脱自在に装着されることを特徴とする請求項１に記載のロールネック用密封型円すいころ軸受。
3. 前記保持部材は、その両端部が径方向又は軸方向で重なる重なり部を形成する略リング形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のロールネック用密封型円すいころ軸受。

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