JP2010255642A

JP2010255642A - 密封装置

Info

Publication number: JP2010255642A
Application number: JP2009102806A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Nagashima; 正道永嶋
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】軸方向に並んだ複数の環状部材２１，２２の対向端部間の内周に跨って形成された装着溝２３内に配置される密封装置１０において、装着溝２３へのシールリング１の装着作業性を向上させる。
【解決手段】軸方向に並んだ複数の環状部材２１，２２の互いの対向端部の内周に跨って形成された装着溝２３内に、前記対向端部間を塞ぐように配置されるシールリング１を備え、前記装着溝２３は溝肩２３ｃ，２３ｄ間の軸方向幅ｗ₁より溝底２３ｅ，２３ｆ側の軸方向幅ｗ₂が広く、前記シールリング１の外径部の軸方向幅ｗ₄が装着溝２３の溝底２３ｅ，２３ｆ側の軸方向幅ｗ₂より狭く、溝肩２３ｃ，２３ｄ間の軸方向幅ｗ₁より広いことによって、シールリング１が装着溝２３に遊嵌状態に保持されるようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、密封装置であって、例えば圧延機のロールネックの軸受を密封するのに好適に用いられるものに関する。

圧延機では、冷却用の大量の圧延水を必要とするため、そのロールネック用軸受は、内部に圧延水などが浸入しないように、密封装置が設けられる。

図４は、従来の密封装置を装着した圧延機のロールネック用軸受を示すもので、この軸受は、軸方向に並んだ一対の内輪１０１と、その外周側に配置され間座１０３を介して軸方向に並んだ３個の外輪１０２と、これら内輪１０１と外輪１０２の間にそれぞれ転動可能に円周方向４列に配置された円錐ころ１０４と、これら各列の円錐ころ１０４を円周方向所定間隔に保持する保持器１０５と、外輪１０２の外端部に装着されると共に内輪１０１の外端部外周面に摺動可能に密接された一対のオイルシール１０６と、内輪１０１，１０１の互いの対向端部間に介在された密封装置１１０とを備える。

密封装置１１０は、本発明の対象となるものであって、詳しくは図５に示されるように、内輪１０１，１０１の互いの対向端部の内周面に跨って形成された環状の装着溝１０７内に配置され、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるシールリング１１１と、このシールリング１１１の内周面に形成されて円周方向へ連続した溝内に嵌め込まれた環状の補強用スプリング１１２からなり、内輪１０１，１０１の内周から、この内輪１０１，１０１の互いの対向端部間（装着溝１０７）を介して圧延水などが軸受の内部空間１０８に浸入するのを防止するものである。

なお、この種の密封装置の典型的な従来技術としては、下記の先行技術文献に記載されたものが知られている。

特開平９−３２９２４３号公報

しかしながら従来の密封装置１１０は、シールリング１１１が補強用スプリング１１２の剛性によって装着溝１０７の内面に摺動可能に密接され、内輪１０１，１０１間を封止しているため、軸受の内部空間１０８は、運転時の温度差によって負圧になることがあり、このような負圧が発生した場合は、軸方向両側のオイルシール１０６，１０６から内部空間１０８への圧延水の浸入量が増大してしまうおそれがある。詳しくは、軸受の温度が上昇すると、軸受内部空間１０８に存在する空気が膨張することによって、その空気の一部が、シールリング１１１やオイルシール１０６，１０６を押し開いて外部へ流出し、その後で軸受の温度が低下すると、軸受内部空間１０８内の空気が収縮することによって外部の大気圧よりも低くなるのである。

したがって従来は、補強用スプリング１１２によって装着溝１０７の内面に対するシールリング１１１の面圧を調整し、適度な通気性を確保することによって内部空間１０８の負圧の発生の防止を図っているが、その目的のために補強用スプリング１１２の剛性を小さくすると、例えば圧延ロールの軸心（軸受の軸心）が略水平に延びるものである場合、装着溝１０７内への密封装置１１０の装着の際に、図６に示されるように、密封装置１１０の上部１１０ａがその自重によって装着溝１０７から垂れ下がってしまうことがある。このため装着作業性が悪く、しかもこのような垂れ下がり状態で内輪１０１，１０１の内周にロールネックが挿入された場合は、このロールネックとの干渉によって密封装置１１０が損傷し、所要の密封性が得られなくなる問題があった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、軸方向に並んだ複数の環状部材の対向端部間の内周に跨って形成された装着溝内に配置される密封装置において、前記装着溝へのシールリングの装着作業性を向上させることにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る密封装置は、軸方向に並んだ複数の環状部材の互いの対向端部の内周に跨って形成された装着溝内に、前記対向端部間を塞ぐように配置されるゴム状弾性材料からなるシールリングを備え、前記装着溝は溝肩間より溝底側で軸方向幅が広く、前記シールリングの外径部の軸方向幅が前記装着溝の溝底側の軸方向幅より狭く、溝肩間の軸方向幅より広いことを特徴とするものである。

また、請求項２の発明に係る密封装置は、請求項１に記載の構成において、装着溝の溝底に接触されるシールリングの外径部が通気性を有するフッ素樹脂からなるものである。

請求項１の発明に係る密封装置によれば、装着溝にシールリングを取り付ける際に、シールリングの外径部の軸方向幅が装着溝の溝肩間より広くなっていることによって、シールリングが装着溝に遊嵌状態に保持されるので、装着作業性が向上する。

また、請求項２の発明に係る密封装置によれば、請求項１による効果に加えて、シールリングに適当な通気性が確保されるので、密封装置の内側空間の圧力変化を防止することができる。

本発明の第一の形態に係る密封装置を装着した圧延機のロールネック用軸受を、その軸心を通る平面で切断して示す断面図である。図１の要部を拡大して示す断面図である。本発明の第二の形態に係る密封装置を、その軸心を通る平面で切断して示す断面図である。従来の密封装置を装着した圧延機のロールネック用軸受を、その軸心を通る平面で切断して示す断面図である。図４の一部を拡大して示す断面図である。密封装置の装着過程で垂れ下がりが発生した状態を示す説明図である。

以下、本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１及び図２は、本発明の第一の形態を示すものである。

図１に示される圧延機のロールネック用軸受は、外周面に各２列の軌道面を有し軸方向に並んだ一対の内輪２１，２２と、一方の内輪２１における一方の軌道面２１ａ及び他方の内輪２２における他方の軌道面２２ｂの外周側に位置する２列の軌道面３１ａ，３１ｂを有する外輪３１と、一方の内輪２１における他方の軌道面２１ｂの外周側に位置する軌道面３２ａを有する外輪３２と、他方の内輪２２における一方の軌道面２２ａの外周側に位置する軌道面３３ａを有する外輪３３と、軸方向に並んだ前記外輪３１〜３３の互いの対向端部間に介在された間座３４，３５と、軌道面２１ａ，３１ａ間、軌道面２２ｂ，３１ｂ間、軌道面２１ｂ，３２ａ間、及び軌道面２２ａ，３３ａ間にそれぞれ転動可能に円周方向へ４列に配置された円錐ころ４１〜４４と、これら各列の円錐ころ４１〜４４を円周方向所定間隔に保持する保持器５１〜５４と、外径部が外輪３２とその外側に固定された端部材３６との間に取り付けられて内径のシールリップが内輪２１の外端部外周面に摺動可能に密接されたオイルシール６１と、外径部が外輪３３とその外側に固定された端部材３７との間に取り付けられて内径のシールリップが内輪２２の外端部外周面に摺動可能に密接されたオイルシール６２と、内輪２１，２２の互いの対向端部の内周に配置された密封装置１０とを備える。

内輪２１，２２は、請求項１に記載された環状部材に相当するものであって、軸方向に互いに衝合された状態で、内径が不図示の圧延ロールの軸部のロールネックの外周面に装着され、外輪３１〜３３は間座３４，３５を介して互いに衝合した状態で、不図示のハウジングの内周面に装着されている。

内輪２１，２２の互いの対向端部の内周面には、環状の装着溝２３が双方の内輪２１，２２に跨って形成されており、密封装置１０は、図２に示されるように、装着溝２３内に前記対向端部間を塞ぐように配置されるシールリング１と、このシールリング１の内周面に形成されて円周方向へ連続した溝１１内に嵌め込まれた環状の補強用スプリング２からなる。

詳しくは図２に示されるように、装着溝２３は蟻溝状をなすものであって、すなわちこの装着溝２３における軸方向両側の内側面２３ａ，２３ｂは、溝肩２３ｃ，２３ｄ間の軸方向幅ｗ₁より溝底２３ｅ，２３ｆ側の軸方向幅ｗ₂が広くなるような斜面をなしている。

一方、シールリング１は、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で成形されたものであって、外周面１ａが、前記装着溝２３における内輪２１側の溝底２３ｅと、内輪２２側の溝底２３ｆの双方に対して、部分的に面接触した状態で微小隙間を介して近接対向され、内周面１ｂは、内輪２１，２２の内径よりも僅かに大径となっている。また、このシールリング１の軸方向両側面１ｃ，１ｄは、内径部の軸方向幅ｗ₃より外径部の軸方向幅ｗ₄が広くなるような斜面をなしており、外径部の軸方向幅ｗ₄は装着溝２３の溝底２３ｅ，２３ｆ側の軸方向幅ｗ₂よりは狭いが、溝肩２３ｃ，２３ｄ間の軸方向幅ｗ₁よりもやや広くなっている。そして内輪２１，２２は運転時に僅かな回転差があるため、シールリング１の外周面１ａは、装着溝２３の溝底２３ｅ，２３ｆのいずれかと摺動するようになっている。

補強用スプリング２は、細長いコイルスプリングを環状に繋げたものであって、シールリング１を外径方向へ押圧する適当なばね性を有し、非円形に変形されたときに円形に復元しようとする復元力によって、シールリング１の剛性を補う作用を奏するものである。

以上の構成を備える本発明の密封装置１０によれば、シールリング１は、予め補強用スプリング２が嵌め込まれた状態で、内輪２１，２２の互いに衝合した対向端部内周の装着溝２３へ装着される。この装着に際しては、先に説明した図６に示される密封装置１１０の変形状態と同様に密封装置１０の円周方向一部を内径側へ撓ませることによって、見かけの外径寸法を内輪２１，２２の内径より小さくしながら装着溝２３の内周側に挿入して行く。なお、シールリング１は外径部の軸方向幅ｗ₄が装着溝２３の溝肩２３ｃ，２３ｄ間の軸方向幅ｗ₁より広いため、装着溝２３内へ内周側から軽く押し込むようにして適当に変形させながら挿入する。

そして、シールリング１の外径部がいったん溝肩２３ｃ，２３ｄ間を変形しながら通過して装着溝２３内へ入り込んだ後は、溝肩２３ｃ，２３ｄ間の軸方向幅ｗ₁より広いシールリング１の外径部は、容易に溝肩２３ｃ，２３ｄ間を溝外側へ通過することができないため、例えば圧延ロールの軸心（軸受の軸心）が略水平に延びるものである場合、密封装置１０の上部が、その自重によって先に説明した図６のように垂れ下がって装着溝２３から脱落してしまうことがない。このため装着作業性が向上し、密封装置１０が垂れ下がった状態で内輪２１，２２の内周にロールネックが挿入されることによる密封装置１０の損傷を防止することができる。

そして、シールリング１は装着溝２３に対して遊嵌されているため、図２に示されるように、シールリング１の軸方向両側面１ｃ，１ｄと装着溝２３の内側面２３ａ，２３ｂとの間には通気路Ａとなる隙間が存在する。また、装着溝２３へのシールリング１の保持力は、外径側への補強用スプリング２の押圧力に依存するものではないため、シールリング１の外周面１ａは装着溝２３の溝底２３ｅ，２３ｆに対して完全に密接しておらず、部分接触状態で微小隙間を介して近接対向される。このため、シールリング１の外周面１ａと装着溝２３の溝底２３ｅ，２３ｆとの間には、気体（例えば空気）は通過可能であるが液体（例えば圧延水や油脂類）は容易に通過できない微小隙間を確保することができる。

ここで、軸受の温度が上昇すると、軸受内部空間（円錐ころ４１〜４４及び保持器５１〜５４が配置された空間）Ｓに存在する空気が膨張する。そしてこれによって、軸受内部空間Ｓの圧力が外部の大気圧よりも高くなると、軸受内部空間Ｓの空気の一部は、内輪２１，２２における装着溝２３の溝底２３ｅ，２３ｆとシールリング１の外周面１ａとの間の微小隙間、及び通気路Ａを通じて外部へ排出される。

また、この状態から軸受の温度が低下すると、軸受内部空間Ｓに存在する空気が収縮するので、これによって、軸受内部空間Ｓの圧力が外部の大気圧よりも低く（負圧に）なると、軸受外部の空気が、通気路Ａから、内輪２１，２２における装着溝２３の溝底２３ｅ，２３ｆとシールリング１の外周面１ａとの間の微小隙間を通じて軸受内部空間Ｓへ流入する。また前記微小隙間は、空気は通過可能であるが液体は容易に通過できないため、外部の圧延水などの浸入は有効に遮断される。

そして、軸受内部空間Ｓの空気の収縮に伴って軸受外部の空気が流入することで、負圧が解消されるため、負圧によって外部の圧延水などが軸方向両側のオイルシール６１，６２を通過して軸受内部空間Ｓへ流入することがなく、また、外部の大気圧との圧力差によって内輪２１，２２の外周面に対するオイルシール６１，６２の摩擦負荷が増大することもない。

次に図３は、本発明の第二の形態に係る密封装置を、その軸心を通る平面で切断して示す要部断面図である。

第二の形態の密封装置１０において、上述の第一の形態と異なるところは、シールリング１に補強用スプリングが嵌め込まれておらず、このシールリング１の外径部１２が多孔質のフッ素樹脂、好ましくは多孔質のＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene：４フッ化エチレン）からなる点にある。その他の部分は、第一の形態と同様に構成されている。

詳しくは、シールリング１は、多孔質のフッ素樹脂からなる外径部１２と、その内周側に一体的に接合されたゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなる内径部１３との複合体となっている。外径部１２は、無数の微細な連続気孔を有する多孔質であることによる適当な通気性を有する。シールリング１の全体としての断面形状や大きさは図２と同様である。

この第二の形態も、第一の形態と同様にしてシールリング１を蟻溝状の装着溝２３へその内周側から軽く押し込むようにして適当に変形させながら挿入することにより装着されるため、例えば圧延ロールの軸心（軸受の軸心）が略水平に延びるものである場合、密封装置１０の上部が、その自重によって先に説明した図６のように垂れ下がって装着溝２３から脱落してしまうことがなく、したがって装着作業性が向上し、密封装置１０が垂れ下がった状態で内輪２１，２２の内周にロールネックが挿入されることによる密封装置１０の損傷を防止することができる。

また、軸受の温度が上昇すると、軸受内部空間Ｓに存在する空気が膨張する。そしてこれによって、軸受内部空間Ｓの圧力が外部の大気圧よりも高くなると、軸受内部空間Ｓの空気の一部は、シールリング１の外径部１２の微細な連続気孔と、装着溝２３の内側面２３ａ，２３ｂとの間の隙間（通気路Ａ）を通じて外部へ排出される。

また、この状態から軸受の温度が低下すると、軸受内部空間Ｓに存在する空気が収縮するので、これによって、軸受内部空間Ｓの圧力が外部の大気圧よりも低く（負圧に）なると、軸受外部の空気が、通気路Ａから、シールリング１の外径部１２の微細な連続気孔を通じて軸受内部空間Ｓへ流入することによって、前記負圧が解消される。また前記連続気孔は、空気は通過可能であるが液体は容易に通過できないため、外部の圧延水などの浸入は有効に遮断される。

したがって、第二の形態による密封装置１０も、第一の形態と同様の効果が得られ、しかもシールリング１の外径部１２をフッ素樹脂からなるものとすることによって、装着溝２３の内面に対する摩擦抵抗を低減することができると共に、このフッ素樹脂からなる外径部１２が、シールリング１の適当な剛性を確保する機能を有する。

また、シールリング１の外径部１２を、微細な連続気孔の存在しない緻密質のフッ素樹脂からなるものとし、装着溝２３の溝底２３ｅ，２３ｆに接触される外周面１ａを粗面加工しても良い。この場合は、粗面加工による微細凹凸によって、装着溝２３の溝底２３ｅ，２３ｆとの間に、空気は通過可能で圧延水や油脂類は容易に通過できない微小隙間を確保することができる。

１シールリング
１２外径部
１３内径部
２１，２２内輪（環状部材）
２３装着溝
２３ａ，２３ｂ内側面
２３ｃ，２３ｄ溝肩
２３ｅ，２３ｆ溝底

Claims

軸方向に並んだ複数の環状部材の互いの対向端部の内周に跨って形成された装着溝内に、前記対向端部間を塞ぐように配置されるゴム状弾性材料からなるシールリングを備え、前記装着溝は溝肩間より溝底側で軸方向幅が広く、前記シールリングの外径部の軸方向幅が前記装着溝の溝底側の軸方向幅より狭く、溝肩間の軸方向幅より広いことを特徴とする密封装置。
装着溝の溝底に接触されるシールリングの外径部が通気性を有するフッ素樹脂からなる請求項１に記載の密封装置。