JP2011106562A - 密封軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール空間部に排出されたグリースを固定輪側に留めることが可能であって、回転輪の回転によるグリースの飛散を抑制し、軸受内に封入したグリースによる安定的な潤滑を実現し、低発熱で長寿命な密封軸受装置を提供する。
【解決手段】密封軸受装置１０の密封機構２４Ａ〜２４Ｅには、シール空間部Ｓを内輪２側と外輪３側に分けてグリースを外輪３側に留めるための環状の仕切り壁４３が回転中心軸Ｑと同心状に平行に延設されており、内輪２と仕切り壁４３との距離は、ラビリンス隙間より大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、密封軸受装置、特にグリースで潤滑される密封軸受装置に関する。

従来、鉄道車両車軸には、各種の円すいころ軸受が用いられている。その一例として図８に示された円すいころ軸受１は、２つの内輪２が背面同士を環状の間座１５に当て付けた状態で嵌合されており、これら２つの内輪２の外径側に対向して単体の外輪３がハウジング(図示しない)に嵌合されている。この場合、それぞれの内輪２の対向面には、間座１５側から離間する方向に沿って末広がり状に傾斜した環状の内輪軌道面２ｓが形成されており、一方、外輪３の対向面には、各内輪２の内輪軌道面２ｓに沿って傾斜した２つの環状の外輪軌道面３ｓが形成されている。

このような構成を成す２つの内輪２の両側には、それぞれ、内輪２のアキシャル方向の移動を規制する環状の油きり１７、１９が鉄道車両車軸１３に嵌合されており、その一方側(図１中向って左側)の油きり１７に対して押圧体２１をアキシャル方向に当て付けてボルト２３で締め付けることで、円すいころ軸受１に所定の予圧を付与することができる。この状態において、鉄道車両車軸１３を回転させると、内外輪２、３が回転中心軸Ｑ回りに相対回転する間(軸受回転中)に、当該内外輪 ２、３の軌道面２ｓ、３ｓ間に保持器１１と共に組み込まれた複数の転動体５は、各鍔部 ７、９の案内面７ｓ、９ｓによって保持・案内されながら軌道面２ｓ、３ｓに沿って転動する。

また、軸受回転中における潤滑性能を一定に維持するために、グリースが軸受内部に封入されている。この場合、グリースの軸受外部への漏洩防止を図ると共に、異物(例えば、水、塵埃)の軸受内部への浸入防止を図るために、内外輪２、３の両側には、軸受内部を軸受外部から密封するための密封機構２４が設けられている。なお、内外輪 ２、３の両側に設けられた密封機構２４は、互いに同一の構成を成しているため、その一方側(図１中向って右側)の密封機構２４について、図９を参照して説明する。以下、密封機構を備えた軸受を密封軸受装置と呼ぶ。

図９に示すように、密封軸受装置１００の密封機構２４は、基端部２５ｅが外輪３の内周面に固定され、その先端部２５ｔが油きり１９に非接触状態に位置決めされた環状のシールケース２５と、当該シールケース２５と油きり１９との間に介在されたシール部２７とを備えて構成されている。

かかる密封機構２４において、シールケース２５は、基端部２５ｅから軸受のラジアル方向(回転中心軸Ｑに直交する方向)内側に屈曲しながらアキシャル方向(回転中心軸Ｑに平行な方向)外側に延出し、先端部２５ｔが油きり１９との間でラビリンスシールを構成している。

また、シール部２７は、シールケース２５の内側面２５ｓ(油きり１９に対向する側面)に固定され且つラジアル方向に延出した環状の外径側スリンガ２９と、油きり１９に固定され外径側スリンガ２９と対向する内径側スリンガ２８と、外径側スリンガ２９の内側に固定され且つ油きり１９方向に延出した環状の心金３１と、心金３１の延出端に取り付けられた環状のゴム製リップ３３とを備えている。リップ３３の一部には、環状の押えリング（不図示）が掛け渡されており、当該押えリングの弾性的な絞付力によってリップ３３を内径側スリンガ２８に摺接させている。また、外径側スリンガ２９の延出端は、油きり１９に対して非接触状態に位置決めされており、当該外径側スリンガ２９の延出端と油きり１９との間には、ラビリンスシールが構成されている。

このような密封機構２４によれば、軸受内部の密封性が高められ、軸受回転中における潤滑性能が一定に維持される。このとき、内外輪２、３間に保持器１１と共に組み込まれた複数の転動体５は、保持器１１によりそれぞれ回転自在に保持されながら、グリースにより保持器１１や軌道面２ｓ、３ｓとの間の摩擦抵抗が低減されつつ軌道面２ｓ、３ｓに沿って転動する。

また、円すいころ軸受１に封入されたグリースは、軸受回転中(内外輪２、３の相対回転中)、回転に伴う遠心力とポンプ作用によりシールケース２５側に排出された後、当該シールケース２５で覆われたシール空間部Ｓにおいて、シールケース２５及び外径側スリンガ２９上に堆積するようになっている。

そして、シール空間部Ｓに排出されるグリース量が多くなるにつれて、シール空間部Ｓのグリースは、外径側スリンガ２９をつたってシール空間部Ｓの回転輪側（以下、内輪２と油きり１９を含めて回転輪側と呼ぶことがある。）へと押しやられる（図９の矢印Ａ参照）。これは円すいころ軸受１の外部で生じる振動に助長され、シール空間部Ｓのグリースは一層シール空間部Ｓの回転輪側へと移動する。

また、特許文献１の密封軸受装置２００は、図１０に示すように、シールケース２２５に取り付ける遮蔽板２４０に内輪外周面に向かって傾斜したグリース案内部２４１を設け、グリースがシールケース２２５内の空所に押し出されるのを防止している。

特許文献２の密封軸受装置３００は、図１１に示すように、内輪３０２と油きり３１９とが当接する当接部３１０が転動体３０５と異なる領域に位置するようにシール空間部Ｓを分割する分割壁３４０を設け、分割壁３４０と内輪３０２との間にラビリンスシールを形成して、当接部３１０で発生した摩耗粉の軸受空間部への流入とグリースのシール部３２７への流出を防止している。

特許文献３の密封軸受装置４００は、図１２に示すように、内輪４０２と油きり４１９との間に環状スペーサ４４０を設け、環状スペーサ４４０とシールケース４２５との間にラビリンスシールを形成して、グリースのシール部４２７への流出を防止している。

実開平４−１１７２１３号公報 特許第３７３７８４４号 特開２００５−３２５８６７号公報

しかしながら、シール空間部Ｓに堆積したグリースを回転輪側へ再度流動させることは軸受の温度上昇とグリース漏れの観点から好ましくない場合があることが分かった。即ち、図８及び図９に示す密封軸受装置１００では、シール空間部Ｓの内輪２側へ流動したグリースは内輪２の遠心力によって飛散し、転動体空間部に流入する（図９の矢印Ｂ参照）。また、内輪２側へ押しやられた一部のグリースは、油きり１９と外径側スリンガ２９との隙間を通じて、シール部２７に流出する（図９の矢印Ｃ参照）。転動体空間部に流入したグリースは転動体５に掻きこまれることで回転トルクの上昇をもたらし、急激な軸受温度の上昇が生じる。また、シール部２７内に流出したグリースは軸受の潤滑に寄与しない上、リップ３３を通過して軸受外部へと排出される。その結果、軸受の急激な温度上昇によるグリースの劣化や、シール空間部Ｓでのグリースの枯渇により安定的な潤滑が困難になるという問題があった。

図１０に示す密封軸受装置２００では、グリース案内部２４１を経由して固定輪である外輪２０３から回転輪である内輪２０２及び転動体２０５へグリースが流動しやくすく、転動体２０５に掻きこまれることで軸受の温度上昇をもたらすおそれがあった。また、グリース案内部２４１によりシール空間部が狭められているため、シール空間部の空間容積が減少し、多量のグリースがシール空間部に流入する際、保持器２１１によりグリースが攪拌され、その攪拌抵抗により軸受の温度上昇をもたらすおそれがあった。

図１１及び図１２に示す密封軸受装置３００、４００では、分割壁３４０や環状スペーサ４４０が内輪３０２やシールケース４２５との間でラビリンスシールを形成するため、シール部３２７、４２７へのグリースの流出を抑制することはできるが、固定輪である外輪３０３、４０３側から回転輪である内輪３０２、４０２側へグリースが流動しやいという問題があるとともに、加工に手間がかかり製造コストが増加するという問題があった。さらに、密封軸受装置３００、４００のラビリンスシールでの発熱により、また密封軸受装置４００の環状スペーサ４４０によるグリースの攪拌により、温度上昇をもたらす懸念があった。

即ち、これら従来の密封軸受装置１００、２００、３００、４００によれば、グリースが転動体空間部に戻るとき、グリースが内輪と接触して飛散するため、グリースの供給が不規則になって、上述したように回転トルクの上昇、軸受の温度上昇をもたらすという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シール空間部に堆積したグリースを固定輪側に留めることが可能であって、回転輪の回転によるグリースの飛散を抑制し、軸受内に封入したグリースによる安定的な潤滑を実現し、低発熱で長寿命な密封軸受装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
（１）回転輪と固定輪との間に転動自在に配設された転動体を備える軸受と、
前記回転輪の少なくとも軸方向一方側から前記回転輪のアキシャル方向の移動を規制する環状固定部材と、
前記固定輪の少なくとも軸方向一方側に取り付けられるシールケースと、
シールケース側に取り付けられる心金と、該心金に取り付けられ前記環状固定部材又は前記環状固定部材に対して固定した部分に摺接するシールリップを構成する弾性体と、前記シールケース側に取り付けられ前記シールリップより軸方向内側で前記環状固定部材又は前記環状固定部材に対して固定した部分とラビリンスシールを構成するスリンガと、を有し、前記環状固定部と前記シールケースとの間を密封する密封機構と、
を備え、軸受内部を密封してグリース潤滑で使用される密封軸受装置であって、
前記密封機構には、シール空間部を回転輪側と固定輪側に分けてグリースを前記固定輪側に留めるための環状の仕切り壁が回転中心軸と同心状に平行に延設されており、前記回転輪と前記仕切り壁との距離は、ラビリンス隙間より大きいことを特徴とする密封軸受装置。
（２）前記仕切り壁は、前記シールケースに取り付けられた仕切板に形成されるか、又は、前記スリンガと一体に形成されることを特徴とする（１）に記載の密封軸受装置。
（３）前記仕切り壁は、全周に亘って形成されるか、又は周方向に所定の間隔で複数形成されることを特徴とする（１）又は（２）に記載の密封軸受装置。

本発明に記載の密封軸受装置によれば、回転中心軸と同心状に平行に設けられた環状の仕切り壁がシール空間部を回転輪側と固定輪側に分けるとともに、回転輪と仕切り壁との距離がラビリンス隙間より大きいので、シール空間部に堆積したグリースを固定輪側に留めることが可能であって、回転輪でのグリースの飛散を抑制し、軸受内に封入したグリースによる安定的な潤滑を実現することができる。

本発明の第１実施形態に係る密封軸受装置の密封機構の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る密封軸受装置の密封機構の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る密封軸受装置の密封機構の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る密封軸受装置の密封機構の断面図である。 本発明の第５実施形態に係る密封軸受装置の密封機構の断面図である。 本発明の第６実施形態に係る密封軸受装置の密封機構の断面図である。 （ａ）は図４及び図５の変形例を示す仕切り壁の側面図であり、（ｂ）は図１の変形例を示す仕切り壁の側面図である。 従来の鉄道車両車軸の支持構造の部分断面図である。 図８に使用される密封軸受装置の部分断面図である。 特許文献１に記載の密封軸受装置の部分断面図である。 特許文献２に記載の密封軸受装置の部分断面図である。 特許文献３に記載の密封軸受装置の部分断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の各実施形態の密封軸受装置について説明する。なお、各実施形態の密封軸受装置は、図８及び図９に示された密封軸受装置の密封機構の改良であり、他の構成は、同図の構成と同一であるため、同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略し、改良された密封機構を中心に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る密封軸受装置の密封機構の断面図である。
密封軸受装置１０の密封機構２４Ａは、基端部２５ｅが外輪３に固定され、その先端部２５ｔが油きり１９に非接触状態に位置決めされた環状のシールケース２５と、当該シールケース２５と油きり１９との間に介在されたシール部２７とを備えて構成されている。

より具体的に説明すると、シールケース２５は、基端部２５ｅから軸受のラジアル方向(回転中心軸Ｑに直交する方向)内側に延出した環状の第１ラジアル延出部２５ａと、当該第１ラジアル延出部２５ａから折り返されてアキシャル方向(回転中心軸Ｑに平行な方向)外側に延出した環状のアキシャル延出部２５ｂと、当該アキシャル延出部２５ｂから折り返されてラジアル方向内側に延出した環状の第２ラジアル延出部２５ｃと、当該第２ラジアル延出部２５ｃから折り返されてアキシャル方向外側に延出した環状の先端部２５ｔと、が連続して構成されている。

また、シール部２７は、アキシャル延出部２５ｂの内側面２５ｓ(油きり１９に対向する側面)に後述する仕切板４０を介して固定された外側円筒部２９ａからラジアル方向内側に遮断板部２９ｂが延出して断面略Ｌ字形状をなす外径側スリンガ２９と、油きり１９に固定され外径側スリンガ２９と対向する内径側スリンガ２８と、外径側スリンガ２９の内側に固定され且つ外径側スリンガ２９、内径側スリンガ２８、シールケース２５の第２ラジアル延出部２５ｃにより形成された空間内を油きり１９方向に延出した環状の心金３１と、心金３１の延出端に取り付けられた環状のゴム製リップ３３と、を備えている。リップ３３の一部には、環状の押えリング（不図示）が掛け渡されており、当該押えリングの弾性的な絞付力によってリップ３３を内径側スリンガ２８に摺接させてシールリップを構成している。また、外径側スリンガ２９の遮断板部２９ｂの延出端は、油きり１９に対して非接触状態に位置決めされており、当該外径側スリンガ２９の遮断板部２９ｂの延出端と油きり１９との間には、ラビリンスシール(狭いすきま)が形成されている。さらに、シールケース２５の先端部２５ｔと油きり１９との間にも、ラビリンスシールが形成されている。

仕切板４０は、シールケース２５のアキシャル延出部２５ｂと外径側スリンガ２９の外側円筒部２９ａ間に嵌め込まれる円筒状基部４１と、円筒状基部４１の内径側端部から折り返されて外径側スリンガ２９の遮断板部２９ｂに沿ってラジアル方向内側に延出した円板部４２と、円板部４２の内径側端部から回転中心軸Ｑ（図８参照）と同心状に軸受空間側に全周に亘って平行に延出する環状の仕切り壁４３と、を備えて構成される。

仕切り壁４３の先端は、内輪２と外輪３の軸方向端部より軸方向内側且つ保持器１１の軸方向端部より外側に位置し、仕切り壁４３が、保持器１１との接触を回避しつつシール空間部Ｓを内輪２側と外輪３側に分けるように構成される。また、内輪２の外周面と仕切り壁４３との距離はラビリンスシールを形成しない、即ちラビリンス隙間より大きくなるように設定され、これによりシール空間部Ｓに堆積したグリースが仕切り壁４３を伝って回転輪である内輪２側に流動することを防止している。

従って、シール空間部Ｓに堆積したグリースは固定輪である外輪３側、即ち、シールケース２５の基端部２５ｅとラジアル延出部２５ａ及び仕切板４０の円板部４２と仕切り壁４３により形成されたグリース溜り部Ｇに留めることができる。そして、シール空間部Ｓに堆積したグリースは内輪２と接触することなく転動体空間部に戻る。従って、グリースの供給が安定するため、グリースが内輪２の回転に伴って転動体空間部に流入して転動体５に掻きこまれることによる温度上昇や回転トルクの上昇、不安定化を回避することができる。また、グリースがシール部２７内に流出することが抑制され、安定的な潤滑を確保することができる。

＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態に係る密封軸受装置の密封機構の断面図である。なお、第２実施形態を含め以下に示す実施形態において、第１実施形態の密封機構２４Ａと同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
本実施形態の密封機構２４Ｂの仕切板４０は、第１実施形態の仕切り壁４３の先端が外径側に僅かに屈曲することにより、仕切り壁４３に流動防止部４４が形成されたものである。これにより、仕切り壁４３の外周面から内周面へのグリースの回り込みをより確実に防止し、グリースをシールケース２５の基端部２５ｅとラジアル延出部２５ａ及び仕切板４０の円板部４２と仕切り壁４３と流動防止部４４により形成されたグリース溜り部Ｇに留めることができる。

＜第３実施形態＞
図３は、本発明の第３実施形態に係る密封軸受装置の密封機構の断面図である。
本実施形態の密封機構２４Ｃでは、外径側スリンガ２９が直接シールケース２５のアキシャル延出部２５ｂの内側面２５ｓに内嵌される。また、仕切板４０の円筒状基部４１は、軸方向内側に延出して形成され、仕切板４０もシールケース２５のアキシャル延出部２５ｂの内側面２５ｓに内嵌される。そして、仕切板４０と外径側スリンガ２９は、円板部４２と遮断板部２９ｂのみが接着又は当接した状態で軸方向に沿って並列に配置される。これにより、シール空間部Ｓのグリースを固定輪である外輪３側に留めることができ、さらに外径側スリンガ２９を仕切板４０に嵌め込む必要がなくなり、嵌め合い部が少なくなることにより軸受外部の水分が軸受内部に流入することを防止できる。

＜第４実施形態＞
図４は、本発明の第４実施形態に係る密封軸受装置の密封機構の断面図である。
本実施形態の密封機構２４Ｄでは、仕切板４０が設けられておらず、外径側スリンガ２９が直接シールケース２５のアキシャル延出部２５ｂの内側面２５ｓに内嵌され、外径側スリンガ２９の遮断板部２９ｂから全周に亘って環状の仕切り壁４３が回転中心軸Ｑ（図８参照）と同心状に軸受空間側に平行に突出するように一体形成される。これにより、シール空間部Ｓの空間容積を減少させることなくシール空間部Ｓを内輪２側と外輪３側に分けることができ、シール空間部Ｓのグリースは固定輪である外輪３側に留めることができる。

＜第５実施形態＞
図５は、本発明の第５実施形態に係る密封軸受装置の密封機構の断面図である。
本実施形態の密封機構２４Ｅでは、仕切板４０が設けられておらず、外径側スリンガ２９が直接シールケース２５のアキシャル延出部２５ｂの内側面２５ｓに内嵌され、外径側スリンガ２９の遮断板部２９ｂから仕切り壁４３が回転中心軸Ｑ（図８参照）と同心状に軸受空間側に平行に突出するように一体形成される点で第４実施形態と共通する。
しかしながら、本実施形態では、仕切り壁４３が２枚の薄板部をプレス成形により圧接することで全周に亘って環状に形成される。これにより、シール空間部Ｓの空間容積を減少させることなくシール空間部Ｓを内輪２側と外輪３側に分けることができ、且つ、仕切り壁４３の加工性を向上させることができる。

＜第６実施形態＞
図６は、本発明の第６実施形態に係る密封軸受装置の密封機構の断面図である。
本実施形態の密封機構２４Ｆでは、仕切板４０が設けられておらず、外径側スリンガ２９が直接シールケース２５のアキシャル延出部２５ｂの内側面２５ｓに内嵌され、外径側スリンガ２９の遮断板部２９ｂから仕切り壁４３が回転中心軸Ｑ（図８参照）と同心状に軸受空間側に平行に突出するように一体形成される点で第４実施形態と共通する。
しかしながら、本実施形態では、遮断板部２９ｂを９０°内側にアキシャル方向に屈曲させシール空間部Ｓに突出させて全周に亘って環状に仕切り壁４３を形成した後、さらにラジアル方向内径側に屈曲させ、外径側スリンガ２９の延出端と油きり１９との間にラビリンスシールを形成したものである。ここで、仕切り壁４３は、外輪３の軸方向端部より外側に位置するが、回転中心軸Ｑ（図８参照）と平行に仕切り壁４３を通る仮想線を引いたときに、内輪２の外周面と仕切り壁４３の仮想線との距離がラビリンスシールを形成しない、即ちラビリンス隙間より大きくなるように設定される。これにより仕切板４０を設けることなく、少ない部品点数でシール空間部Ｓに堆積したグリースを固定輪である外輪３側に留めることができる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、図７（ａ）に示すように、図４及び図５に示す第４及び第５実施形態の密封軸受装置の密封機構２４Ｄ、２４Ｅを構成する外径側スリンガ２９に仕切り壁４３を周方向に間欠的に形成してもよい。即ち、隣り合う仕切り壁４３間にスリット４５を設け、複数（本例では８個）の仕切り壁４３が周方向に所定の間隔で形成されるようにしたものである。これにより、グリース溜り部Ｇに大量のグリースが流入した場合にのみグリースを回転輪である内輪２側に流動させ、過剰なグリースが転動体空間部に戻ることを防止することができる。

同様に、図１〜図３に示す第１〜第３実施形態の密封軸受装置の密封機構を構成する仕切板４０に仕切り壁４３を周方向に間欠的に形成してもよい。図７（ｂ）は、図１に示す第１実施形態の密封軸受装置の密封機構２４Ａを構成する仕切板４０に仕切り壁４３を間欠的に形成した例を代表して示したものであり、これによってもグリース溜り部Ｇに大量のグリースが流入した場合にのみグリースを回転輪である内輪２側に流動させ、過剰なグリースが転動体空間部に戻ることを防止することができる。

なお、本実施形態の密封型軸受装置は、鉄道車両車軸に限らず種々の機構に適用することができる。

１ 円すいころ軸受（軸受）
２ 内輪（回転輪）
３ 外輪（固定輪）
５ 転動体
１０ 密封軸受装置
１３ 鉄道車両車軸（車軸）
１９ 油きり（環状固定部材）
２５ シールケース
２８ 内径側スリンガ
２９ 外径側スリンガ（スリンガ）
４３ 仕切り壁
Ｓ シール空間部
Ｑ 回転中心軸

Claims (3)

1. 回転輪と固定輪との間に転動自在に配設された転動体を備える軸受と、
   前記回転輪の少なくとも軸方向一方側から前記回転輪のアキシャル方向の移動を規制する環状固定部材と、
   前記固定輪の少なくとも軸方向一方側に取り付けられるシールケースと、
   シールケース側に取り付けられる心金と、該心金に取り付けられ前記環状固定部材又は前記環状固定部材に対して固定した部分に摺接するシールリップを構成する弾性体と、前記シールケース側に取り付けられ前記シールリップより軸方向内側で前記環状固定部材又は前記環状固定部材に対して固定した部分とラビリンスシールを構成するスリンガと、を有し、前記環状固定部と前記シールケースとの間を密封する密封機構と、
   を備え、軸受内部を密封してグリース潤滑で使用される密封軸受装置であって、
   前記密封機構には、シール空間部を回転輪側と固定輪側に分けてグリースを前記固定輪側に留めるための環状の仕切り壁が回転中心軸と同心状に平行に延設されており、前記回転輪と前記仕切り壁との距離は、ラビリンス隙間より大きいことを特徴とする密封軸受装置。
2. 前記仕切り壁は、前記シールケースに取り付けられた仕切板に形成されるか、又は、前記スリンガと一体に形成されることを特徴とする請求項１に記載の密封軸受装置。
3. 前記仕切り壁は、全周に亘って形成されるか、又は周方向に所定の間隔で複数形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の密封軸受装置。

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