JP2017026103A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続鋳造機におけるロールネック部を支持するオイルエアーアウト潤滑方式の軸受に用いられる密封装置において、密封装置の構成のみにて、外部異物に対するシール性と内部軸受潤滑のためのオイルエアー排出性とを両立させ、オイルエアー排出量を十分に確保する。
【解決手段】シールリップ１４，３４の内周面におけるリップ摺動部１４ｃ、３４ｃよりも軸受内部側Ｉの位置に突起部２１、４１を円周上複数設ける。突起部２１、４１は、軸側周面５４に摺動可能に接触し、軸側周面５４に対するリップ摺動部１４ｃ、３４ｃの接触面圧を突起部２１、４１に対応する円周上一部の部位で他の部位よりも小さく設定することにより、オイルエアーの供給圧力により押し開かれる部位を前記円周上一部の部位に特定する機能を発揮する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置に関する。本発明の密封装置は、連続鋳造機におけるロールネック部を支持するオイルエアーアウト潤滑方式の軸受に用いられる。

従来から図５および図６に示すように、連続鋳造機におけるロールネック部５０を回転可能に支持する軸受５１には、軸受外部Ｏの異物（鋳造過程で使用される冷却水や、鋳造過程で生じるスケールなど、図示せず）が軸受内部Ｉへ侵入しないようにシールリップ６２を軸側周面５４に摺動可能に接触させる構造の密封装置６１が装着使用されている。

そして、軸受５１を潤滑するため、噴霧状のオイルをエアー（空気）とともに、ハウジング５２に設けたオイルエアー供給通路５５から軸受内部Ｉへ供給し、その供給圧力によってシールリップ６２を押し開き、一部のオイルエアーを軸受外側Ｏへ排出（排出方向を図６に矢印Ｄにて示す）することによって、軸受内部Ｉへの異物の侵入を確実に阻止するとともに、軸受機能を維持するようにしている（特許文献１参照）。

実用新案登録第３１７５０４８号公報 特開２００５−１３３８８５号公報

上記図５および図６の技術において、軸受内部Ｉの圧力（内圧）のコントロールは、軸側周面５４に対するシールリップ６２の締付け力で行われており、シールリップ６２には一定レベル以上の締付け力が必要とされる。

しかしながら、シールリップ６２と軸側周面５４の摩耗や偏心により長期間安定した内圧維持が困難となることや、シール性向上のためリップしめしろやリップ剛性を増大させるとこれに反比例してオイルエアー排出性が低下することから、密封装置６１の設計に際しては、外部異物に対するシール性と、内部軸受潤滑のためのオイルエアー排出性とを両立させるのが困難であると云う問題がある。

また、上記図５および図６の技術によると、シールリップ６２からのオイルエアーの排出箇所が、偏心等の影響を受けることもあって、円周上でシールリップ６２の接触が最も弱い１箇所のみとなるため、オイルエアーの排出量が不足すると云う問題もある。

上記特許文献１の請求項１に記載された考案は、上記問題を解決するため図７に示すように、軸側周面５４上に、シールリップ６２の接触領域を横断する軸方向溝５６を円周上複数設け、軸受内部Ｉから軸方向溝５６を経由して軸受外部Ｏへオイルエアーを排出（排出方向を図７に矢印Ｄにて示す）するようにしている。

しかしながらこの考案には、以下の点で更なる改良の余地がある。

すなわち、上記したように軸側周面５４上に軸方向溝５６を円周上複数設けると云うことは、シールリップ６２を備える密封装置６１以外の軸受５１側の部品に溝加工を加えることになる。したがってこれに対し、密封装置６１以外の軸受５１側の部品に溝加工を加えることなく、密封装置６１の構成のみで上記問題を解決することが望ましい。

また、本発明に対する他の従来技術として図８に示すように、軸受の運転に伴う温度の上昇があっても長期間に亙って安定したシール性能を発揮する密封装置を備えた密封装置付き軸受を提供することを目的とし、この目的を達成するため、密封装置７１がゴム製のシール本体７２を有し、このシール本体７２が、半径方向に延在する円盤部７３と、円盤部７３の内径端部から軸方向に伸びたメインリップ７４と、円盤部７３の内径端部からメインリップ７４とは反対側に伸びたダストリップ７５とを有し、円盤部７３に軸方向に貫通するスリット７６を設け、ダストリップ７５にリブ７６を設けた技術が開発されている（特許文献２参照）。

しかしながらこの図８の技術は、メインリップ７４、ダストリップ７５および軸側周面５４に囲まれる密閉状の空間部７７が負圧となったときにこの空間部７７に大気圧（エアー）を導入するためにリブ７６を梃子の支点としてダストリップ７５に梃子作動をさせ、ダストリップ７５の摺動部を開き、これにより軸受外部Ｏから空間部７７に大気圧（エアー）を流入（流入方向を図８に矢印Ｅにて示す）させるものである。

したがって、本発明とこの図８の技術とを比較すると、エアーの流れ方向は互いに反対向きとされ、（本発明では、軸受内部から軸受外部へ向けエアーが流出する、これに対し図８の技術では、軸受外部Ｏから上記空間部７７へ向けエアーが流入する）、本発明においてシールリップの内周面に設けられる突起部と、図８の技術においてダストリップ７５の内周面に設けられるリブ７６とは、その機能を異にしている。

本発明は以上の点に鑑み、密封装置の構成のみにて、外部異物に対するシール性と内部軸受潤滑のためのオイルエアー排出性とを両立させることができ、オイルエアー排出量を十分に確保することも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、本発明は、以下の手段を採用した。
すなわち、軸受外部の異物が軸受内部へ侵入しないようにシールリップを軸側周面に摺動可能に接触させる密封装置であって、前記シールリップは、軸受内部にオイルエアーを供給して軸受内部の圧力が所定値に達したときに前記圧力によって押し開かれることにより前記オイルエアーを軸受外部へ排出する構造の密封装置において、前記シールリップの内周面におけるリップ摺動部よりも軸受内部側の位置に突起部を円周上複数設け、前記突起部は、前記軸側周面に摺動可能に接触し、前記軸側周面に対する前記リップ摺動部の接触面圧を前記突起部に対応する円周上一部の部位で他の部位よりも小さく設定することにより、前記オイルエアーの供給圧力により押し開かれる部位を前記円周上一部の部位に特定する機能を発揮することを特徴とする（請求項１）。

上記構成を備える本発明の密封装置においては、シールリップの内周面におけるリップ摺動部よりも軸受内部側の位置に突起部が円周上複数設けられており、この突起部が軸側周面に摺動可能に接触することにより、軸側周面に対するリップ摺動部の接触面圧が、突起部に対応する円周上一部の部位で他の部位よりも小さく設定される。したがって、突起部に対応する円周上一部の部位で接触面圧が比較的小さく設定されるとともにその他の部位で接触面圧が比較的大きく設定されるため、これらの部位に同じ大きさの圧力（内圧）が作用すると、前者の、突起部に対応する円周上一部の部位のみが圧力によって押し開かれると云う状況が発生する。したがって、外部異物に対するシール性を確保すべくシールリップの締付け力を大きく設定しても、突起部に対応する円周上一部の部位ではオイルエアーを確実に排出することができるため、外部異物に対するシール性と内部軸受潤滑のためのオイルエアー排出性とを両立させることができる。また、突起部が円周上複数設けられ、これに伴ってオイルエアーを円周上複数個所から同時に排出するため、オイルエアー排出量を十分に確保することができる。

突起部は、この突起部が１つずつ円周方向に等間隔で並ぶように設けても良いが、円周方向に並んだ２つの突起部を１組として複数組の突起部を設け、この複数組の突起部が円周方向に等間隔で並ぶように設けても良く、この場合には各組において、円周方向に並んだ２つの突起部間の谷部をオイルエアーの排出経路として利用することが可能とされる。本発明では上記したように、突起部を設ける円周上位置と、軸側周面に対する接触面圧が小さく設定され、よって開きやすい部位の円周上位置とが円周上一致するため、突起部が１つずつ設けられる場合には、オイルエアーが突起部を迂回するかたちで流れることになる。これに対し突起部が２つ１組で設けられる場合には、オイルエアーは突起部間の谷部を流れ、谷部を出た後、そのまま軸方向に流れれば、軸側周面に対する接触面圧が小さく設定され、よって開きやすい部位に達するため、オイルエアーは突起部を迂回せずとも流れることが可能とされる（請求項２）。

以上説明したように本発明によれば、密封装置の構成のみにて、外部異物に対するシール性と内部軸受潤滑のためのオイルエアー排出性とを両立させることができ、また、オイルエアー排出量を十分に確保することができる。

本発明の実施例に係る密封装置の要部断面図 同密封装置におけるシールリップおよび突起部の作動を示す断面図 同密封装置におけるシールリップおよび突起部の作動を示す説明図 同密封装置におけるオイルエアー排出箇所を示す説明図 密封装置を装着する軸受の要部断面図 従来例に係る密封装置の要部断面図 従来例に係る密封装置の要部断面図 従来例に係る密封装置の要部断面図

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）リップしめしろの低下や摩耗を抑制するにはスケールを噛み込みにくくすれば良いので、オイルシールのリップ先端付近に突起を円周上等配で追加する。
（２）オイルエアー軸受に使用されるオイルシールにおいて、リップに供給エアーを排出するための等配突起部を設けたことを特徴とする。
（３）エアーの排出は各突起部を通り、排出量は突起の高さや等配数でコントロールする。
（４）上記形状とすることで、エアー排出箇所が増えてエアー排出量が増大するとともにリップにスケールを噛み込みにくくなるため、スケールによるリップ摩耗としめしろ低下を低減させることができる。
（５）ゴムリップはエアー排出性を考慮する必要がないので、外部からの水、スケールの侵入防止を高めるための設計（しめしろ増大や剛性増大など）を取り入れることが容易となり、より長寿命が期待できる。
（６）上記の手法を取り入れても部品構成や組み立て工程は同等であり、コスト増大はない。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る密封装置１の要部断面を示している。当該実施例に係る密封装置１は、連続鋳造機におけるロールネック部を支持するオイルエアーアウト潤滑方式の軸受５１に用いられる。また当該密封装置１は、軸受外部Ｏの異物が軸受内部Ｉへ侵入しないようにシールリップ１４，３４を軸５３の周面（軸側周面）５４に摺動可能に接触させる密封装置であって、シールリップ１４，３４は、軸受内部Ｉにオイルエアー（図示せず）を供給して軸受内部Ｉの圧力が所定値に達したときに前記圧力によって押し開かれることによりオイルエアーを軸受外部Ｏへ排出する構造とされている。軸５３は、連続鋳造機におけるロール軸であり、またはロール軸本体の外周に装着されるスリーブ等の軸または軸受の構成部品である。

密封装置１全体の構成としては、軸受ハウジング５２の内周に嵌合される第１環（主環）１１が設けられ、この第１環１１に嵌合された第２環（副環）３１が設けられている。

第１環１１は、軸受ハウジング５２の内周に嵌合される筒状の嵌合部１２と、嵌合部１２の軸方向一方（軸受内部Ｉ側）の端部から径方向内方へ向け設けられたフランジ状のリップ保持部１３と、リップ保持部１３に保持されたシールリップ１４とを一体に有している。シールリップ１４は、外部異物をシールするためその基端部１４ａから先端部１４ｂへかけて軸受外部Ｏ側を向くように配置され、リップ先端１４ｂの内周部に設定したリップ摺動部１４ｃにおいて全周に亙って軸側周面５４に摺動可能に接触する。

また、第１環１１はその構成部品として、筒状部１５ａの軸方向一方の端部から径方向内方へ向けフランジ部１５ｂを一体成形した金属環（芯金）１５と、金属環１５に被着（架橋接着）されたゴム状弾性体１６とを有し、このゴム状弾性体１６によって、筒状部１５ａの外周面に被着され軸受ハウジング５２の内周面に密接する外周ゴム部１７と、筒状部１５ａの先端部に被着され軸受ハウジング５２の端面部に密接する先端ゴム部１８と、筒状部１５ａの内周面に被着された内周ゴム部１９と、フランジ部１５ｂの端面に被着された端面ゴム部２０と、上記シールリップ１４とが一体に成形されている。

一方、第２環３１は、第１環１１の嵌合部１２の内周に嵌合された筒状の嵌合部３２と、嵌合部３２の軸方向他方（軸受外部Ｏ側）の端部から径方向内方へ向け設けられたフランジ状のリップ保持部３３と、リップ保持部３３に保持されたシールリップ３４とを一体に有している。シールリップ３４は、外部異物をシールするためその基端部３４ａから先端部３４ｂへかけて軸受外部Ｏ側を向くように配置され、リップ先端３４ｂの内周部に設定したリップ摺動部３４ｃにおいて全周に亙って軸側周面５４に摺動可能に接触する。

また、第２環３１はその構成部品として、筒状部３５ａの軸方向他方の端部から径方向内方へ向けフランジ部３５ｂを一体成形した金属環３５と、金属環３５に被着されたゴム状弾性体３６とを有し、このゴム状弾性体３６によって上記シールリップ３４が成形されている。

上記第１環１１のシールリップ１４の内周面に突起部２１が設けられており、すなわちシールリップ１４の内周面におけるリップ摺動部１４ｃよりも軸受内部Ｉ側の位置に断面略くさび状を呈する突起部２１が円周上複数等配状（例えば８等配）に設けられている。また同様に、上記第２環３１のシールリップ３４の内周面に突起部４１が設けられており、すなわちシールリップ３４の内周面におけるリップ摺動部３４ｃよりも軸受内部Ｉ側の位置に断面略くさび状を呈する突起部４１が円周上複数等配状（例えば８等配）に設けられている。

突起部２１，４１はそれぞれ、軸側周面５４に摺動可能に接触し、軸側周面５４に対するリップ摺動部１４ｃ，３４ｃの接触面圧を、突起部２１，４１に対応する円周上一部の部位（突起部対応部位）１４ｄ，３４ｄで他の部位よりも小さく設定することにより、オイルエアーの供給圧力により押し開かれる部位を突起対応部位１４ｄ，３４ｄに特定する機能を発揮する。突起部２１，４１に対応するとは、突起部２１，４１の円周上位置に対し突起部対応部位１４ｄ，３４ｄの円周上位置が同じであることを云う。突起部対応部位１４ｄ，３４ｄに設定される接触面圧は、その大きさが零であっても良い。

また、突起部２１，４１はそれぞれ、円周方向に並んだ２つの突起部２１Ａ，２１Ｂ、４１Ａ，４１Ｂを１組として、複数組の突起部２１Ａ，２１Ｂ、４１Ａ，４１Ｂが円周上等配状（例えば８等配、よって突起部は１６個が設けられている）に設けられており、軸受内部Ｉにオイルエアーを供給して軸受内部Ｉの圧力が所定値に達したとき、一部のオイルエアーが軸受内部Ｉから円周方向に並んだ２つの突起部２１Ａ，２１Ｂ、４１Ａ，４１Ｂ間の谷部２２，４２を経由してリップ摺動部１４ｃ，３４ｃのほうへ軸方向ストレートに流れるように設定されている（流れの方向を図１に矢印Ｆにて示す）。

上記構成の密封装置１において、シールリップ１４，３４はそれぞれ当初、図２（Ａ）に示すようにシールリップ摺動部１４ｃ，３４ｃが全周に亙って軸側周面５４に摺動可能に接触しているが、軸受内部Ｉにオイルエアーが供給されて軸受内部Ｉの圧力Ｐが所定値に達すると、図２（Ｂ）に示すようにシールリップ１４，３４がその円周上、突起部対応部位１４ｄ，３４ｄに限って押し開かれて、シールリップ摺動部１４ｃ，３４ｃがその円周上、突起部対応部位１４ｄ，３４ｄに限って軸側周面５４から離れ、ここに円周上一部の径方向間隙部ｃが形成される。したがって図３に示すように、この径方向間隙部ｃから一部のオイルエアーが軸受外部Ｏ側へ向け排出（排出方向を図３に矢印Ｇにて示す）され、異物ｈを吹き飛ばす。

上記構成の密封装置１においては上記したように、シールリップ１４，３４の内周面におけるリップ摺動部１４ｃ，３４ｃよりも軸受内部Ｉ側の位置に突起部２１，４１が円周上複数設けられ、この突起部２１，４１が、軸側周面５４に摺動可能に接触し、軸側周面５４に対するリップ摺動部１４ｃ，３４ｃの接触面圧を突起部対応部位１４ｄ，３４ｄで他の部位よりも小さく設定することにより、オイルエアーの供給圧力により押し開かれる部位を突起部対応部位１４ｄ，３４ｄに特定する機能を発揮するため、軸受内部Ｉにオイルエアーが供給されて軸受内部Ｉの圧力が所定値に達したときには、突起部対応部位１４ｄ，３４ｄ以外の部位は軸側周面５４に接触したままで、突起部対応部位１４ｄ，３４ｄのみが圧力によって押し開かれる。したがって、外部異物に対するシール性を確保すべくシールリップ１４，３４の締付け力を大きく設定しても、突起部対応部位１４ｄ，３４ｄではオイルエアーを確実に排出することができるため、外部異物に対するシール性と内部軸受潤滑のためのオイルエアー排出性とを両立させることができる。

オイルエアーの排出量は、突起部２１，４１の高さ（リップ内周面からの立ち上がり高さ）や幅（円周方向幅）、設置数（等配数）、突起部２１，４１とシールリップ摺動部１４ｃ，３４ｃとの間隔（軸方向間隔）などを変更することにより、調整することができる。

また、突起部２１，４１が円周上複数設けられて、オイルエアーを円周上複数個所から同時に排出するため、オイルエアー排出量を十分に確保することができ、当該実施例では突起部２１，４１が８等配（１６個）で設けられて、図４に示すように円周上８箇所の突起部対応部位１４ｄ，３４ｄから同時にオイルエアーを排出するため、オイルエアー排出量を十分に確保することができる。

また、突起部２１，４１が、円周方向に並んだ２つの突起部２１Ａ，２１Ｂ、４１Ａ，４１Ｂを１組として複数組設けられているため、一部のオイルエアーが軸受内部Ｉから円周方向に並んだ２つの突起部２１Ａ，２１Ｂ、４１Ａ，４１Ｂ間の谷部２２，４２を経由してリップ摺動部１４ｃ，３４ｃのほうへ流れるように設定され、この流れの向きは軸方向にストレートな向きとされる。したがって、一部のオイルエアーは突起部２１，４１を迂回してなくてもリップ摺動部１４ｃ，３４ｃに達することができるため、オイルエアーの流れを円滑にすることができる。

また、上記構成の密封装置１によれば、軸側周面５４に軸方向溝を設ける必要がなく、密封装置１以外の軸受側の部品に溝加工を加える必要がない。したがって密封装置１の構成のみによって、上記作用効果を獲得することができる。

１ 密封装置
１１ 第１環
１２，３２ 嵌合部
１３，３３ リップ保持部
１４，３４ シールリップ
１４ａ，３４ａ リップ基端部
１４ｂ，３４ｂ リップ先端部
１４ｃ，３４ｃ リップ摺動部
１４ｄ，３４ｄ 突起部対応部位
１５，３５ 金属環
１５ａ，３５ａ 筒状部
１５ｂ，３５ｂ フランジ部
１６，３６ ゴム状弾性体
１７ 外周ゴム部
１８ 先端ゴム部
１９ 内周ゴム部
２０ 端面ゴム部
２１，２１Ａ，２１Ｂ，４１，４１Ａ，４１Ｂ 突起部
２２，４２ 谷部
３１ 第２環
５２ 軸受ハウジング
５３ 回転軸
５４ 軸側周面
Ｉ 軸受内部
Ｏ 軸受外部

Claims (2)

1. 軸受外部の異物が軸受内部へ侵入しないようにシールリップを軸側周面に摺動可能に接触させる密封装置であって、前記シールリップは、軸受内部にオイルエアーを供給して軸受内部の圧力が所定値に達したときに前記圧力によって押し開かれることにより前記オイルエアーを軸受外部へ排出する構造の密封装置において、
   前記シールリップの内周面におけるリップ摺動部よりも軸受内部側の位置に突起部を円周上複数設け、
   前記突起部は、前記軸側周面に摺動可能に接触し、前記軸側周面に対する前記リップ摺動部の接触面圧を前記突起部に対応する円周上一部の部位で他の部位よりも小さく設定することにより、前記オイルエアーの供給圧力により押し開かれる部位を前記円周上一部の部位に特定する機能を発揮することを特徴とする密封装置。
2. 請求項１記載の密封装置において、
   前記突起部は、円周方向に並んだ２つの突起部を１組として、複数組の突起部が設けられ、
   軸受内部に前記オイルエアーを供給して軸受内部の圧力が所定値に達したとき、一部の前記オイルエアーは、軸受内部から前記円周方向に並んだ２つの突起部間の谷部を経由して前記リップ摺動部のほうへ流れることを特徴とする密封装置。

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