JP2017155894A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主リップの潤滑状態を維持することができる密封装置を提供する。【解決手段】転がり軸受１１における内輪２２の外周面２２ａ２に接触する主リップ３２、及び主リップ３２よりも転がり軸受１１の内部側において前記内輪２２の外周面２２ａ２の径方向外側に隙間ａをあけて配置される副リップ３３を有し、かつ転がり軸受１１の外輪２１側に取り付けられるシール部材３０を備え、主リップ３２と副リップ３３と内輪２２の外周面との間にグリースＧを充填するための充填空間Ｓ１を形成する密封装置であって、副リップ３３の径方向内端部に、転がり軸受１１の内部空間Ｓ２と充填空間Ｓ１とを連通する連通溝４０が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は密封装置に関する。さらに詳しくは、例えば鉄鋼の圧延機のロールを支持する転がり軸受装置に適用される密封装置に関する。

圧延機のロールを支持する転がり軸受装置に適用される密封装置は、一般的な密封装置に比べて過酷な条件下で使用されることが多い。例えば、密封装置のシールリップに接触する転がり軸受の内輪の回転速度は最大３０ｍ／ｓにも達し、また、例えば６０〜１２０℃という広い温度範囲で繰り返し周囲温度が変化する。さらに、外部からは圧延水（冷却水）に継続的に浸される。

このような過酷な条件下においても密封装置の性能を確保するためには、密封装置のシールリップとこのシールリップが接触する転がり軸受の内輪との間に常に油膜を形成し、シールリップの潤滑状態を維持することによって、シールリップの発熱や摩耗を抑制することが重要である。
シールリップの潤滑状態を維持するため、例えば、特許文献１に記載された密封装置は、転がり軸受の内輪の外周面に接触する主リップと、主リップよりも軸方向内側に設けられたグリースリップ（副リップ）とを有している。そして、主リップとグリースリップと内輪の外周面とで囲まれた空間（以下、充填空間ともいう）にグリースが充填され、このグリースを主リップと内輪との接触部分に供給することによって、主リップの潤滑状態を維持することが可能となっている。

特開２０１５−１２４８８８号公報

上記のような密封装置において、主リップとグリースリップと内輪の外周面との間の充填空間には、転がり軸受装置への密封装置の組み付けの際にグリースが初期充填される。そして、転がり軸受の使用当初は、密封装置に初期充填されたグリースによって主リップの潤滑が行われる。また、グリースリップは、内輪との間に隙間をあけて設けられている。そのため、充填空間に初期充填されたグリースが消費されると、転がり軸受の内部を潤滑するグリースが、グリースリップと内輪との隙間を介して充填空間に導入される。

しかしながら、グリースリップは、本来、主リップとともにグリースを初期充填するための充填空間を形成し、初期充填されたグリースが転がり軸受の内部側へ流出するのを阻止するものであるため、グリースリップと内輪の外周面との隙間をそれほど大きくすることはできない。そのため、充填空間内のグリースが減少したときに、転がり軸受の内部側のグリースを充填空間内にスムーズに導入することができず、主リップの潤滑状態が悪化する可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、主リップにおける潤滑状態を好適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。

本発明の密封装置は、転がり軸受における内輪の外周面に接触する主リップ、及び前記主リップよりも前記転がり軸受の内部側において前記内輪の外周面の径方向外側に隙間をあけて配置される副リップを有し、かつ転がり軸受の外輪側に取り付けられるシール部材を備え、前記主リップと前記副リップと前記内輪の外周面との間にグリースを充填するための充填空間を形成する密封装置であって、前記副リップの径方向内端部に、前記転がり軸受の内部空間と前記充填空間とを連通する連通溝が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、充填空間内のグリースが減少したときに、転がり軸受の内部側にあるグリースを連通溝を介して充填空間内にスムーズに導入することができ、主リップの潤滑状態を好適に維持することができる。

前記連通溝は、前記転がり軸受の内部空間側から前記充填空間側へ向けて徐々に狭くなるように形成されていることが好ましい。
このような構成によって、転がり軸受の内部空間から充填空間へグリースが導入されやすく、充填空間から転がり軸受の内部空間へグリースが流出し難くなり、充填空間内に好適にグリースを保持することができる。

本発明の密封装置によれば、主リップにおける潤滑状態を好適に維持することができる。

一実施形態に係る密封装置を備えた転がり軸受装置の断面図である。 図１に示される密封装置の断面図である。 副リップを拡大して示す断面図である。 図３におけるＡ矢視図である。 変形例に係る副リップの図４に相当する図である。 変形例に係る副リップの図４に相当する図である。 変形例に係る副リップの図３に相当する図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の密封装置の実施形態を詳細に説明する。
図１は、一実施形態に係る密封装置を備えた転がり軸受装置の断面図である。転がり軸受装置１０は、圧延機用ロール両端のロールネック（図示せず）に設けられ、当該ロールを回転自在に支持する転がり軸受装置である。転がり軸受装置１０は、転がり軸受１１と、密封装置１２とを備えている。

転がり軸受１１は、外輪２１と、内輪２２と、転動体である円すいころ２３と、保持器２４とを備えている。なお、本明細書において、軸方向外側とは、転がり軸受１１の軸方向の中心Ｃ（図１参照）からより離れた側を意味し、軸方向内側とは、同じく転がり軸受１１の中心Ｃにより近い側を意味する。また、本明細書においては、転がり軸受１１の内部側を「軸受内部側」ということがあり、転がり軸受１１の外部側を「軸受外部側」ということがある。

外輪２１は、圧延機に設けられたハウジング（図示せず）に嵌合されることにより固定される。外輪２１は、第１外輪部材２１ａと、一対の第２外輪部材２１ｂとを軸方向に組み合わせて構成されている。第１外輪部材２１ａは、円筒状に形成され、転がり軸受１１の軸方向中央に配置されている。第２外輪部材２１ｂは、円筒状に形成され、第１外輪部材２１ａの軸方向両外側に配置されている。第１外輪部材２１ａの内周面には、複数の円すいころ２３が転動する外輪軌道面２１ａ１が一対形成されている。一対の第２外輪部材２１ｂの各内周面には、複数の円すいころ２３が転動する外輪軌道面２１ｂ１が形成されている。

内輪２２は、外輪２１の径方向内側において当該外輪２１と同心に配置されている。内輪２２は、一対の円筒状の内輪部材２２ａを軸方向に組み合わせて構成されている。各内輪部材２２ａの外周面には、複数の円すいころ２３が転動する内輪軌道面２２ａ１が一対形成されている。内輪２２の内周には、圧延機ロールのロールネックが挿入された状態で固定される。これにより、内輪２２は圧延機ロールとともに回転する。

第１外輪部材２１ａに形成された一対の外輪軌道面２１ａ１は、各内輪部材２２ａの軸方向内側に形成された内輪軌道面２２ａ１と対向している。一方、第２外輪部材２１ｂに形成された外輪軌道面２１ｂ１は、各内輪部材２２ａの軸方向外側に形成された内輪軌道面２２ａ１と対向している。

複数の円すいころ２３は、内輪軌道面２２ａ１と外輪軌道面２１ａ１との間、及び、内輪軌道面２２ａ１と外輪軌道面２１ｂ１との間に転動自在に配置されている。本実施形態に係る転がり軸受１１は、複数の円すいころ２３が４列に配置された多列型の円すいころ軸受とされている。複数の円すいころ２３は、環状の保持器２４によって周方向に保持されている。

転がり軸受１１の内部には、潤滑剤としてグリースが充填される。
密封装置１２は、外輪２１と内輪２２との間に形成される環状の空間の軸方向外端部をシールし、転がり軸受１１の内部のグリースの漏洩と、転がり軸受１１の内部への水等の浸入とを防止している。

図２は、図１に示される密封装置１２の断面図である。
図１及び図２に示すように、密封装置１２は、外輪２１側に設けられるシール部材３０を備えている。シール部材３０は、外輪２１を構成する第２外輪部材２１ｂの軸方向外側に配置された環状の保持部材２５に固定されている。保持部材２５は、第２外輪部材２１ｂに隣接して配置され、第２外輪部材２１ｂと同様に圧延機のハウジングに嵌合されることにより第２外輪部材２１ｂに対して固定された状態となる。なお、内輪２２を構成する内輪部材２２ａは、保持部材２５の径方向内方の位置まで延長されている。

図２に示すように、シール部材３０は、芯金３１と、被覆部３４と、シールリップ３２，３３とを有している。芯金３１は、金属製であり、円筒形状に形成された円筒部３１ａと、円筒部３１ａの軸方向内側の端部から径方向内方に屈曲する円環部３１ｂとを有し、断面略Ｌ字状に形成されている。芯金３１は、円筒部３１ａの外周側が保持部材２５の内周面に嵌合されることによって保持部材２５に固定されている。

被覆部３４は、ゴム等の弾性材料からなり、芯金３１に加硫接着されている。被覆部３４は、芯金３１における円筒部３１ａの外周面と、円環部３１ｂにおける軸方向の内側面とを被覆している。
シールリップ３２，３３は、ゴム等の弾性材料からなり、被覆部３４と一体的に芯金３１に加硫接着されている。シールリップ３２，３３は、主リップ３２と、副リップ３３とからなる。

主リップ３２は、芯金３１の円環部３１ｂにおける径方向内端部３１ｂ１から軸方向外側（転がり軸受１１の外部側）へ向けて延びている。主リップ３２の先端部は、内輪２２（内輪部材２２ａ）の外周面２２ａ２に接触している。そして、主リップ３２は、外部から転がり軸受１１内への水の浸入を防止するとともに、転がり軸受１１内から外部へのグリースの漏洩を防止する。

主リップ３２の外周面には、環状の装着溝３２ａが形成されている。この装着溝３２ａには、ガータースプリング３７が装着されている。ガータースプリング３７は、主リップ３２の内周面を内輪２２の外周面に圧接している。
主リップ３２の内周面には、第１接触面３２ｂと、第２接触面３２ｃとが形成されている。第１接触面３２ｂと第２接触面３２ｃとは、内輪２２の外周面２２ａ２に対して互いに逆向きに傾斜する傾斜面に形成されている。したがって、主リップ３２の先端部の内周面は、径方向内方に向けて先細り形状に形成されている。

第１接触面３２ｂよりも軸方向内側には、段部を介して内径が拡大する拡径面３２ｅが形成されている。この拡径面３２ｅは、凹曲面状に形成されている。
副リップ３３は、芯金３１の円環部３１ｂにおける径方向内端部３１ｂ１から軸受内部側（軸方向内側）へ向けて延びている。副リップ３３の先端部は、内輪２２（内輪部材２２ａ）の外周面２２ａ２には接触せず、当該外周面２２ａ２の径方向外側に隙間ａをあけて配置されている。そのため、副リップ３３と内輪２２の外周面２２ａ２との接触による摩擦抵抗が発生せず、回転トルクの増大を抑制することができる。

主リップ３２と副リップ３３と内輪２２の外周面２２ａ２との間には、空間Ｓ１が形成されている。そして、この空間Ｓ１にはグリースＧが充填される。以下、この空間Ｓ１のことを「充填空間」ともいう。充填空間Ｓ１には、転がり軸受１１に密封装置１２を組み付ける際にグリースＧが初期充填される。充填空間Ｓ１内のグリースＧは、主リップ３２と内輪２２の外周面２２ａ２との接触部分に供給され、当該部分に油膜を形成する。この油膜によって主リップ３２が潤滑され、主リップ３２の発熱や摩耗が防止される。

副リップ３３と内輪２２の外周面２２ａ２との間には隙間ａが形成されているので、充填空間Ｓ１内のグリースＧが使用により消費されると、転がり軸受１１の内部側の空間（以下、内部空間ともいう）Ｓ２に充填されたグリースが隙間ａを介して充填空間Ｓ１内に流入し、再充填される。したがって、主リップ３２の潤滑状態を維持することができる。

ただし、副リップ３３は、主リップ３２と共に充填空間Ｓ１を形成し、この充填空間Ｓ１内にグリースＧを保持するために設けられている。そのため、副リップ３３と内輪２２の外周面２２ａ２との間の隙間ａは可及的に小さくすることが望まれる。
その一方で、充填空間Ｓ１内のグリースＧが消費された場合に、転がり軸受１１の内部空間Ｓ２のグリースを充填空間Ｓ１に導入することを考慮すると、当該隙間ａは広く形成することが望まれる。

つまり、充填空間Ｓ１におけるグリースＧの保持性能と、転がり軸受１１の内部空間Ｓ２から充填空間Ｓ１へのグリースＧの導入性能とは二律背反の関係にある。
本実施形態の密封装置１２においては、このような二律背反する２つの性能をバランスよく向上させるため、次のような構成を備えている。

図３は、副リップ３３を拡大して示す断面図であり、図４は、図３におけるＡ矢視図である。
副リップ３３の径方向内端部には、充填空間Ｓ１と、転がり軸受１１の内部空間Ｓ２との間を連通する連通溝４０が形成されている。この連通溝４０は、副リップ３３における充填空間Ｓ１側の側面３３ａと、内部空間Ｓ２側の側面３３ｂとにそれぞれ開口部４０ａ，４０ｂを備えている。また、連通溝４０は、周方向に間隔をあけて複数箇所に形成されている。

図４に示すように、連通溝４０は、副リップ３３の先端部側から基端部側へ向かうに従い周方向の幅が小さくなる略三角形状に形成されている。そして、連通溝４０は、内部空間Ｓ２側から充填空間Ｓ１側に向けて徐々に狭く（細く）形成されている。具体的に、連通溝４０は、内部空間Ｓ２側の開口部４０ｂの面積が、充填空間Ｓ１側の開口部４０ａの面積よりも大きく形成されている。また、両開口部４０ａ，４０ｂの間では内部空間Ｓ２側から充填空間Ｓ１側へ向けて徐々に断面積が小さくなっている。

以上のように、副リップ３３の径方向内端部に連通溝４０を形成することによって、転がり軸受１１の内部空間Ｓ２のグリースは、隙間ａ及び連通溝４０を介して充填空間Ｓ１内に導入される。そのため、充填空間Ｓ１におけるグリースＧの保持性能を維持するために副リップ３３と内輪２２の外周面２２ａ２との間の隙間ａを小さくしたとしても、連通溝４０によって充填空間Ｓ１へのグリースの導入性能を確保することができる。

また、連通溝４０は、充填空間Ｓ１側の開口部４０ａが、内部空間Ｓ２側の開口部４０ｂよりも小さく形成され、両開口部４０ａ，４０ｂの間では内部空間Ｓ２側から充填空間Ｓ１側へ向けて徐々に細く（狭く）なっている。そのため、充填空間Ｓ１内のグリースＧは、内部空間Ｓ２側へ流出し難くなり、好適に充填空間Ｓ１に保持される。逆に、内部空間Ｓ２側のグリースは充填空間Ｓ１に導入されやすくなり、充填空間Ｓ１におけるグリースの枯渇を好適に防止することができる。

［変形例］
次に副リップ３３の連通溝４０の変形例について説明する。
図５及び図６は、変形例に係る副リップ３３の図４に相当する図である。
図５に示す連通溝４０は、矩形状に形成されている。この連通溝４０においても、内部空間Ｓ２側から充填空間Ｓ１側に向けて徐々に狭く（細く）形成されている。つまり、内部空間Ｓ２側の開口部４０ｂの面積が、充填空間Ｓ１側の開口部４０ａの面積よりも大きく形成され、両開口部４０ａ，４０ｂの間では内部空間Ｓ２側から充填空間Ｓ１側へ向けて徐々に断面積が小さくなっている。したがって、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。

図６に示す連通溝４０は、略門形に形成されている。具体的には、連通溝４０の径方向内側部分において周方向両側の端縁が互いに径方向に沿って略平行に配置され、径方向外側部分が半円弧状に湾曲されている。また、この連通溝４０においても、内部空間Ｓ２側から充填空間Ｓ１側に向けて徐々に狭く（細く）形成されている。つまり、内部空間Ｓ２側の開口部４０ｂの面積が、充填空間Ｓ１側の開口部４０ａの面積よりも大きく形成され、両開口部４０ａ，４０ｂの間では内部空間Ｓ２側から充填空間Ｓ１側へ向けて徐々に断面積が小さくなっている。したがって、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。

図７は、変形例に係る副リップ３３の図３に相当する図である。
図７（ａ）に示す連通溝４０は、転がり軸受１１の内部空間Ｓ２側から充填空間Ｓ１側へ向けて徐々に広く（太く）形成されている。つまり、充填空間Ｓ１側の開口部４０ａの面積が、転がり軸受１１の内部空間Ｓ２側の開口部４０ｂの面積よりも大きく形成され、両開口部４０ａ，４０ｂの間では充填空間Ｓ１側から内部空間Ｓ２側へ向けて徐々に断面積が小さくなっている。

図７（ｂ）に示す連通溝４０は、転がり軸受１１の内部空間Ｓ２側から充填空間Ｓ１にかけて略一定の広さに形成されている。つまり、充填空間Ｓ１側の開口部４０ａと、内部空間Ｓ２側の開口部４０ｂとが略同一の大きさに形成され、両開口部４０ａ，４０ｂの間においても略一定の断面積となっている。
いずれの変形例においても、隙間ａ及び連通溝４０を介して内部空間Ｓ２のグリースを充填空間Ｓ１へ導入することが可能である。

本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、本発明の密封装置１２が適用される転がり軸受１１は、円すいころ軸受に限定されない。また、本発明の密封装置１２は、複列の転がり軸受１１に限らず単列の転がり軸受にも適用することができる。

１１：転がり軸受、１２：密封装置、２１：外輪、２２：内輪、２２ａ２：外周面、３２：主リップ、３３：副リップ、４０：連通溝、４０ａ：開口部、４０ｂ：開口部、

Claims (2)

1. 転がり軸受における内輪の外周面に接触する主リップ、及び前記主リップよりも前記転がり軸受の内部側において前記内輪の外周面の径方向外側に隙間をあけて配置される副リップを有し、かつ転がり軸受の外輪側に取り付けられるシール部材を備え、前記主リップと前記副リップと前記内輪の外周面との間にグリースを充填するための充填空間を形成する密封装置であって、
   前記副リップの径方向内端部に、前記転がり軸受の内部空間と前記充填空間とを連通する連通溝が形成されていることを特徴とする密封装置。
2. 前記連通溝は、前記転がり軸受の内部空間側から前記充填空間側に向けて徐々に狭く形成されている、請求項１に記載の密封装置。

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