JP2014190515A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール部材を任意の周方向位置で軸受ケースに組み付けたとしても、密封空間内に供給された潤滑油の水準を、転がり軸受の潤滑に必要な高さに維持することができる密封装置を提供する。
【解決手段】インナーシール１０の環状部１２の密封空間Ｓ１側の側面に、環状の溝部１２ａが形成されている。内側芯金２５の円環部２７は、溝部１２ａを覆っている。円環部２７の周方向の一部に溝部１２ａと密封空間Ｓ１とを連通させる貫通孔２７ａが形成されている。溝部１２ａのうちの貫通孔２７ａと径方向に対向する部分の底部に対応させて、密封空間Ｓ１内の潤滑油を貫通孔２７ａ及び溝部１２ａを通して密封空間Ｓ１の外部に排出するための排出口１５が形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、連続鋳造機の搬送用セグメントロール等の回転軸を回転自在に支持する軸受装置に用いられる密封装置に関する。

従来、連続鋳造機においては、鋳型から連続的に排出される鋼片を、対向させた複数対のセグメントロールによって挟み込んで下方へ引き出した後、直角に屈曲させて搬送方向を水平方向へ転換することが行われている。このセグメントロールの両端部は軸受装置に支持されており、当該軸受装置には密封装置が設けられている。

上記密封装置として、例えば図６に示すようなものがある（特許文献１参照）。
上述のセグメントロール１０５は、図６に示すように、その両端部１５０が、円筒状の軸受ケース１０７によって転がり軸受１０６を介して水平軸回りに回転自在に支持されている。

密封装置１００は、転がり軸受１０６の軸方向両側に配設された第１，第２シール部材１０１，１０４を備えている。第１シール部材１０１は、セグメントロール１０５のロールネック１５１側に配置されており、第２シール部材１０４は、ロールエンド１５２側に配置されている。これら第１，第２シール部材１０１，１０４により、セグメントロール１０５と軸受ケース１０７との間の環状空間が、外部空間Ｓ２から仕切られて密封空間Ｓ１となっている。

転がり軸受１０６には、軸受ケース１０７の外部から潤滑油が供給される。この潤滑油は、軸受ケース１０７の下部に設けられた給油孔１７０を通して転がり軸受１０６の内部に連続的に供給される。転がり軸受１０６の内部に供給された潤滑油は、密封空間Ｓ１内に溜まり、その水準が一定高さになった時点で、図６における破線で示すように、第１シール部材１０１のインナーシール１１０の側面上部に設けられた排出口１１５、及びアウターシール１３０のリップ部１３１とロールネック１５１との間を通して、密封空間Ｓ１の外部に排出される。

特開２００３−３０７２７５号公報

図７は密封装置１００を装着した複数の軸受ケース１０７を、鋳型から連続的に排出される鋼片１０９の搬送経路に沿って配置した状態を示している。前記第１シール部材１０１は、図７に示す第１シール部材１０１Ｃのように、通常、排出口１１５が上部に位置するように第１シール部材１０１Ｃの周方向位置を調整して軸受ケース１０７に組み付けている。これは、排出口１１５が任意の周方向位置になるように第１シール部材１０１を軸受ケース１０７に組み付けると、図７の第１シール部材１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｄのように、密封空間Ｓ１内の潤滑油の水準Ｌが第１シール部材１０１Ｃに比べて低くなり、特に、シール部材１０１Ｄのように、排出口１１５が下部に位置するように軸受ケース１０７に組み付けると、潤滑油の水準Ｌが非常に低くなってしまい、転がり軸受１０６の上部が潤滑不良となる虞があるからである。このため、連続鋳造機のように、鋼片１０９の搬送方向が場所によって変化する場合には、排出口１１５が上部に位置するように第１シール部材１０１の周方向位置を調整して、個々の第１シール部材１０１を軸受ケース１０７に組み付ける必要があるので、その組み付け作業に非常に手間がかかる。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、シール部材を任意の周方向位置で軸受ケースに組み付けたとしても、密封空間内の潤滑剤の水準を、転がり軸受の潤滑に必要な高さに維持することができる密封装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る密封装置は、転がり軸受を内嵌させる軸受ケースを備え、この軸受ケースに転がり軸受を介して水平軸回りに回転自在に支持される回転軸と前記軸受ケースとの間の環状空間を密封して密封空間とし、この密封空間に潤滑剤が連続的に供給される密封装置において、
前記軸受ケースの内周面に当接する第１円筒部と、当該第１円筒部から径方向内方に延びる環状部と、当該環状部の内周から延びて前記回転軸と当接するリップ部と、を有し、全体が弾性素材からなるシール部と、
前記シール部の第１円筒部を介して前記軸受ケースに内嵌する第２円筒部を有する外側芯金と、
前記軸受ケースに内嵌する第３円筒部と、当該第３円筒部の密封空間側の端部から径方向内方に延びて、前記シール部の環状部における密封空間側の側面と接している円環部と、を有する内側芯金と、を備え、
前記シール部の環状部の密封空間側の側面に、環状の溝部が形成されており、
前記内側芯金の円環部は、前記溝部を覆っており、
前記円環部の周方向の一部に、前記溝部と密封空間とを連通させる貫通孔が形成されており、
前記溝部のうちの前記貫通孔と径方向に対向する部分の底部に対応させて、密封空間内の潤滑剤を前記貫通孔及び溝部を通して密封空間の外部に排出するための排出口が形成されていることを特徴とする。

本発明の密封装置によれば、内側芯金の円環部により溝部を覆っているので、潤滑剤は、常に内側芯金に形成された貫通孔のみから溝部に流入し、溝部を通って、貫通孔と径方向に対向する位置に形成された排出口から排出される。これにより、潤滑剤は、その水準が貫通孔と排出口のうちいずれか高い方の位置程度まで（両者が同一の高さの場合はその位置程度まで）達して初めて外部に排出され得る。したがって、シール部材を任意の周方向位置で軸受ケースに組み付けたとしても、密封空間内の潤滑剤の水準を転がり軸受の潤滑に必要な高さに維持することができる。

前記排出口には、潤滑剤の排出を阻む閉塞部材を設け、当該閉塞部材に潤滑剤の圧力が所定圧以上加わると開口する切れ目が設けられていることが好ましい。
この場合、潤滑剤は、前述した貫通孔と排出口のうちいずれか高い方の位置程度（両者が同一の高さの場合はその位置程度）よりも更に高い水準まで達することによって閉塞部に潤滑剤の圧力が所定圧以上加わると、切れ目が開口して初めて外部に排出される。したがって、シール部材を任意の周方向位置で組み付けたとしても、密封空間内の潤滑剤の水準を更に高くすることができる。

本発明の密封装置によれば、シール部材を任意の周方向位置で軸受ケースに組み付けたとしても、密封空間内の潤滑剤の水準を転がり軸受の潤滑に必要な高さに維持することができるので、シール部材の軸受ケースへの組み付け作業を容易且つ迅速に行うことができる。

本発明の実施形態に係る密封装置の使用状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る密封装置の拡大断面図である。 貫通孔と排出口の位置関係を示す説明図である。 貫通孔及び排出口の高さと潤滑油の水準との関係を示す概略図である。 貫通孔及び排出口の周方向位置と潤滑油の排出経路との関係を示す模式図である。 従来の密封装置の使用状態を示す断面図である。 従来の密封装置の貫通孔の高さと潤滑油の水準との関係を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明の実施形態に係る密封装置Ａの使用状態を示す断面図である。
この実施形態においては、密封装置Ａを連続鋳造機のセグメントロール５を回転自在に支持する軸受装置Ｂに適用した場合を示している。

各セグメントロール５は、鋼片９（図４参照）と接触するロール本体５５と、このロール本体５５の両側に設けられ、ロール本体５５に比べて小径の縮径部５０とを有している。縮径部５０は中心線が水平方向に向くように配置された円筒状の軸受ケース７に挿通されており、当該軸受ケース７に、転がり軸受６を介して回転自在に支持されている。なお、各セグメントロール５は冷却水を噴射することによって冷却される。

転がり軸受６は、調心輪付き円筒ころ軸受であり、外輪６０、複数の円筒ころ６１、調心輪６２、及び内輪６５を備えている。軸受ケース７の下部には転がり軸受６の内部に対して潤滑油を供給するための給油孔７０が設けられている。また、調心輪６２の外周面には、供給孔７０と連通する環状溝６７が形成されており、調心輪６２及び外輪６０には、環状溝６７から転がり軸受６の内部に貫通する供給孔６８が設けられている。連続鋳造機の稼働状態において、潤滑油は給油孔７０から転がり軸受６の内部に連続的に供給される。図１において、破線は潤滑油の供給経路及び排出経路を示している。

転がり軸受６の軸方向両側には、軸受ケース７の内部に潤滑油を溜めるとともに軸受ケース７内に冷却水が浸入することを防ぐ目的で、第１，第２シール部材１，４が設けられている。この第１，第２シール部材１，４は、軸受ケース７とともに本実施形態に係る密封装置Ａを構成している。
第１，第２シール部材１，４は、セグメントロール５の縮径部５０と軸受ケース７の間の環状空間を密封空間Ｓ１として外部空間Ｓ２から隔離している。転がり軸受６の内部に供給された潤滑油は、この密封空間Ｓ１内に溜められる。

図２は、第１シール部材１の拡大断面図であり、図２（Ａ）はその上部側を図２（Ｂ）はその下部側をそれぞれ示している。縮径部５０のロールネック５１側に配設された第１シール部材１は、冷却水が多量に降りかかっても密封性を保てるように、二種類のシール（インナーシール１０及びアウターシール３０）を組み合わせた構成となっている。
インナーシール１０は、合成ゴムなどの弾性素材からなり、軸受ケース７の内周面に当接している第１円筒部１１と、当該第１円筒部１１の密封空間Ｓ１側（転がり軸受６側）の端部から径方向内方に延びている環状部１２と、当該環状部１２の内周から延びてロールネック５１の外周面に当接しているリップ部１３，１４とを備えている。インナーシール１０は、断面Ｌ字状の外側芯金２０に接着している。

外側芯金２０は、インナーシール１０の第１円筒部１１を介して軸受ケース７に内嵌する第２円筒部２１と、その密封空間Ｓ１側の端部から径方向内方に延びており、インナーシール１０の環状部１２の外部空間Ｓ２側の側面が接着している円環部２２とで構成されている。

第１リップ部１３は、外側芯金２０の円環部２２の内周縁に対して外部空間Ｓ２側且つ径方向内方に延びてセグメントロール５の外周面に当接している。第１リップ部１３の先端部の外周にはガータスプリング１９が巻回されており、このガータスプリング１９は、第１リップ部１３をロールネック５１に圧接している。第１リップ部１３は、主に冷却水の密封空間Ｓ１内への侵入を防ぐ働きをする。
第２リップ部１４は、外側芯金２０の円環部２２の内周縁に対して密封空間Ｓ１側且つ径方向内方に延びてロールネック５１の外周面に当接している。第２リップ部１４は、潤滑油の外部への漏洩を阻み、密封空間Ｓ１内に留まらせる働きをする。

インナーシール１０の環状部１２の密封空間Ｓ１側には、ロール本体５５側に向かって凹入形成された溝部１２ａを備えている。溝部１２ａは環状部１２の全周に亘って連続する環状のものである。
内側芯金２５は、軸受ケース７の内周面に内嵌する第３円筒部２６と、当該第３円筒部２６の密封空間Ｓ１側の端部から径方向内方に延びている円環部２７とで構成されている。内側芯金２５の第３円筒部２６の内周面に、インナーシール１０の第１円筒部１１の外周面のうちの密封空間Ｓ１側の部分が密着している。また、インナーシール１０の環状部１２のうちの溝部１２ａを除く側面が内側芯金２５の円環部２７に密着しており、溝部１２ａは内側芯金２５の円環部２７によって覆われている。

図３は、図１における転がり軸受６側から第１シール部材１を見たときの内側芯金２５を示し、以下で述べる貫通孔２７ａと排出口１５との位置関係を示す説明図である。
円環部２７の周方向の一部には、密封空間Ｓ１側から溝部１２ａへ貫通し、溝部１２ａに潤滑油を流入させる貫通孔２７ａが形成されている。貫通孔２７ａは、周方向に一定間隔を隔てて隣接するように複数（図示例では３つ）配設されている。

インナーシール１０の環状部１２及び外側芯金２０の円環部２２において、貫通孔２７ａと径方向に対向する部分には、潤滑油の排出口１５が形成されている。排出口１５は、周方向に一定間隔を隔てて隣接するように複数（図示例では５つ）配設されている。各排出口１５は、図２（Ｂ）に示すように、溝部１２ａの底部に対応させて形成されている。各排出口１５は、軸方向に沿って外側芯金２０の円環部２２を貫通して溝部１２ａの底の近傍まで至る凹部１５ａと、溝部１２ａと当該凹部１５ａとの間のインナーシール１０の薄肉部分である閉塞部１５ｂと、当該閉塞部１５ｂに設けられた切れ目１５ｃとで構成されている。

外側芯金２０の円環部２２には凹部１５ａを形成するための孔２２ａが設けられており、この孔２２ａの内壁は、インナーシール１０の環状部１２から延びる弾性素材のからなる筒状の膜１２ｂで全て覆われている。閉塞部１５ｂは、排出口１５の密封空間Ｓ１側を閉塞している。切れ目１５ｃは、閉塞部１５ｂの径方向の中央に環状部１２の周方向に沿って入れられている。閉塞部１５ｂに溝部１２ａ側から潤滑油の圧力が所定圧以上加わることで、弾性素材の弾性力に抗して切れ目１５ｃが開き、潤滑油が排出口１５から外部に排出される。

アウターシール３０は、合成ゴムなどの弾性素材からなり、ロールネック５１と接しているリップ部３１及び軸受ケース７の側壁７１と接しているリップ部３２，３３を備えている。リップ部３１〜３３は芯金３５に接着している。芯金３５は、軸受ケース７に内嵌する第４円筒部３６と、その外部空間Ｓ２側の端部から径方向内方に延びる円環部３７とで構成されている。

リップ部３１は、芯金３５の円環部３７の内周縁に対して外部空間Ｓ２側且つ径方向内方に延びてロールネック５１の外周面に当接している。リップ部３１は、潤滑油の外部空間Ｓ２への排出を許容し、且つ、外部空間Ｓ２からの冷却水の流入を阻む働きをする。リップ部３２及びリップ部３３は、それぞれ芯金３５の円環部３７の内周縁及び外周縁付近から外部空間Ｓ２側に向かって突出して軸受ケース７の側壁７１に内接している。

ロールエンド５２側の第２シール部材４は、図１に示すように、インナーシール１０及び外側芯金２０とほぼ同様の構成であり、合成ゴムなどの弾性素材からなるシール４１が断面Ｌ字状の芯金４５に接着されている。シール４１は軸受ケース７の内周面及び側壁７２に内接している円筒状部４２と、ロールエンド５２の外周面に当接しているリップ部４３，４４とを備えている。

芯金４５は、シール４１の円筒状部４２を介して軸受ケース７に内嵌する円筒部４６と、当該円筒部４６の外部空間Ｓ２側（セグメントロール５の軸方向外方の外部空間Ｓ２側）の端部から径方向内方に延びる円環部４７とで構成されている。芯金４５の円筒部４６の外周面にシール４１の円筒状部４２の内周面が接着している。

リップ部４３は、芯金４５の円環部４７の内周縁付近から密封空間Ｓ１側へ延びてロールエンド５２の外周面に当接している。このリップ部４３の先端部の外周にはガータスプリング４９が巻回されており、ガータスプリング４９はリップ部４３をロールエンド５２に圧接している。リップ部４３は、潤滑油の外部への漏洩を阻み、潤滑油を密封空間Ｓ１内に留まらせる働きをする。リップ部４４は、芯金４５の円環部４７の内周縁付近から外部空間Ｓ２側（セグメントロール５の軸方向外方の外部空間Ｓ２側）に延びてロールエンド５２の外周面に当接している。

図４は、第１シール部材１Ａ〜１Ｅそれぞれについて、貫通孔２７ａ及び排出口１５の高さと密封空間Ｓ１内に供給された潤滑油の水準Ｌとの関係を示す概略図である。図４に示すように、第１シール部材１Ａと第１シール部材１Ｂとは、鋼片９を挟んで水平方向に互いに対向しており、第１シール部材１Ｃと第１シール部材１Ｄとは、鋳造品９を挟んで水平方向から４５°傾斜した方向に互いに対向している。また、二つの第１シール部材１Ｅは、鋼片９を挟んで鉛直方向に互いに対向している。

図５は、図４の各シール部材１Ａ〜１Ｅについて、貫通孔２７ａ及び排出口１５の周方向位置と潤滑油の排出経路との関係を示す模式図である。図５における破線は潤滑油の排出経路を示している。
本発明の実施形態に係る密封装置Ａによれば、第１シール部材１の溝部１２ａが、内側芯金２５の円環部２７によって覆われているので、給油孔７０及び供給孔６８を通して密封空間Ｓ１内に供給された潤滑油は、図５に示すように、常に内側芯金２５の円環部２７の貫通孔２７ａのみから溝部１２ａに流入し、溝部１２ａを約半周通過して、貫通孔２７ａと径方向に対向する位置に形成された排出口１５から排出される。

より詳しくは、転がり軸受６を介して密封空間Ｓ１内に潤滑油を連続的に供給すると、潤滑油は、リップ部１４，４３により堰き止められて密封空間Ｓ１内の下部から徐々に溜まっていき、貫通孔２７ａが位置する水準Ｌまで溜まった時点で、貫通孔２７ａから溝部１２ａに流入する。
仮に、図４及び図５に示すシール部材１Ａ，１Ｂのように、貫通孔２７ａよりも排出口１５の方が低い位置となるように第１シール部材１が組み付けられている場合、潤滑油は溝部１２ａを通って下方の排出口１５へ向かう。そして、更に連続的に潤滑油を注入することにより、潤滑油の水準Ｌが貫通孔２７ａの高さ以上となり、潤滑油の圧力が閉塞部１５ｂに溝部１２ａ側から所定圧以上加わると、切れ目１５ｃが弾性素材の弾性力に抗して開き、潤滑油が排出口１５から外部に排出される。

一方、図４及び図５に示すシール部材１Ｃ，１Ｄのように、貫通孔２７ａよりも排出口１５の方が高い位置となるように第１シール部材１が組み付けられている場合、密封空間Ｓ１内に連続的に潤滑油を注入すると、排出口１５の高さ程度に達するまで密封空間Ｓ１内に潤滑油が溜っていき、潤滑油の圧力が閉塞部１５ｂに溝部１２ａ側から所定圧以上加わると、切れ目１５ｃが弾性素材の弾性力に抗して開き、潤滑油が排出口１５から外部に排出される。

なお、図４及び図５に示すシール部材１Ｅのように、貫通孔２７ａと排出口１５とが同一高さとなるようにシール部材１が組み付けられている場合、密封空間Ｓ１内の潤滑油の水準Ｌが貫通孔２７ａ及び排出口１５の高さ以上となり、潤滑油の圧力が閉塞部１５ｂに溝部１２ａ側から所定圧以上加わると、切れ目１５ｃが弾性素材の弾性力に抗して開き、潤滑油が排出口１５から外部に排出される。

このように、第１シール部材１によると、貫通孔２７ａと排出口１５のうちいずれか高い方の位置程度（両者が同一の高さの場合はその位置程度）に潤滑油の水準Ｌが達したときに初めて外部に潤滑油が排出される。言い換えると、潤滑油の水準Ｌを貫通孔２７ａと排出口１５のうちいずれか高い方の位置程度（両者が同一の高さの場合はその位置程度）以上として使用することができる。これにより、第１シール部材１を任意の周方向位置で軸受ケース７に組み付けたとしても、少なくとも図４に示すシール部材１Ｅの潤滑油の水準Ｌを維持できる。この高さは転がり軸受６の軸線付近であるので、転がり軸受６の潤滑に必要な潤滑油の量を確保できている。したがって、シール部材１は、任意の周方向位置で軸受ケース７に組み付けたとしても、密封空間Ｓ１内の潤滑油の水準Ｌを転がり軸受６の潤滑に必要な高さに維持することができる。その結果として、第１シール部材１の軸受ケース７への組み付け作業を容易且つ迅速に行うことができる。

本発明の密封装置Ａは、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、排出口１５は閉塞部１５ｂ及び切れ目１５ｃを備えていなくてもよい。この場合、閉塞部１５ｂ及び切れ目１５ｃを有する排出口１５を備えた上記第１シール部材１に比べて潤滑油の水準Ｌは低くなるが、少なくとも転がり軸受６の潤滑に必要な潤滑油の量を確保することができる。
また、軸受ケース７はロール本体５５と反対側が閉塞された有底筒状のものであってもよく、この場合には、第２シール部材４は構成する必要がない。
なお、本発明の密封装置は、転がり軸受６の潤滑剤としてグリースを用いる場合にも適用可能である。

Ａ：密封装置、１：第１シール部材
５：セグメントロール（回転軸）、６：転がり軸受、７：軸受ケース
１０：インナーシール（シール部）
１１：第１円筒部、１２：環状部、１２ａ：溝部
１３：第１リップ部（リップ部）、１４：第２リップ部（リップ部）
１５：排出口、１５ｂ：閉塞部（閉塞部材）、１５ｃ：切れ目
２０：外側芯金、２１：第２円筒部
２５：内側芯金、２６：第３円筒部、２７：円環部、２７ａ：貫通孔
Ｓ１：密封空間（環状空間）、Ｓ２：外部空間

Claims (2)

1. 転がり軸受を内嵌させる軸受ケースを備え、この軸受ケースに転がり軸受を介して水平軸回りに回転自在に支持される回転軸と前記軸受ケースとの間の環状空間を密封して密封空間とし、この密封空間に潤滑剤が連続的に供給される密封装置において、
   前記軸受ケースの内周面に当接する第１円筒部と、当該第１円筒部から径方向内方に延びる環状部と、当該環状部の内周から延びて前記回転軸と当接するリップ部と、を有し、全体が弾性素材からなるシール部と、
   前記シール部の第１円筒部を介して前記軸受ケースに内嵌する第２円筒部を有する外側芯金と、
   前記軸受ケースに内嵌する第３円筒部と、当該第３円筒部の密封空間側の端部から径方向内方に延びて、前記シール部の環状部における密封空間側の側面と接している円環部と、を有する内側芯金と、を備え、
   前記シール部の環状部の密封空間側の側面に、環状の溝部が形成されており、
   前記内側芯金の円環部は、前記溝部を覆っており、
   前記円環部の周方向の一部に、前記溝部と密封空間とを連通させる貫通孔が形成されており、
   前記溝部のうちの前記貫通孔と径方向に対向する部分の底部に対応させて、密封空間内の潤滑剤を前記貫通孔及び溝部を通して密封空間の外部に排出するための排出口が形成されていることを特徴とする密封装置。
2. 前記排出口には、潤滑剤の排出を阻む閉塞部材を設け、当該閉塞部材に潤滑剤の圧力が所定圧以上加わると開口する切れ目が設けられている請求項１に記載の密封装置。

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