JP2017223283A - Bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シール部材を有する軸受装置に関する。 The present invention relates to a bearing device having a seal member.
軸受装置には、例えば特許文献1に示されるような鉄道車両の車軸支持に使用されるものがあり、この種の軸受装置を図6に例示する。
Some bearing devices are used, for example, for supporting axles of railway vehicles as disclosed in
この軸受装置は、軸受100と、シール装置150とを具備する。軸受100は、転がり軸受の1種の複列の円すいころ軸受であり、内周に軌道面を有する外輪110と、外周に軌道面を有する内輪120と、転動体としての円すいころ130とを備える。円すいころ130は、外輪110の軌道面と内輪120の軌道面との間に複列に配置されている。
This bearing device includes a bearing 100 and a
シール装置150は、外輪110の内周面の軸方向両端部に嵌合固定されたシールケース152と、各シールケース152の内周に固定されたシール部材154と、内輪120の軸方向両側に配された油切り161、後ろ蓋162とから成る。このシール部材154は、油切り161、後ろ蓋162との間で接触シールを構成する。この構成により、シール装置150は、軸受100の外輪110と内輪120との間の空間(軸受100の内部空間)を軸方向両端においてシールする。
The
詳述すれば、図7に示すように、シール部材154は、メインリップ154aとダストリップ154bと、これらのリップ154a,154bが設けられた芯金1541とを具備する。各リップ154a,154bが軸方向に離隔した2箇所で後ろ蓋162と接触する。これにより、軸受100の内部空間からのグリース等の潤滑剤の漏洩や、内部空間への塵埃や水等の浸入を防止する。
Specifically, as shown in FIG. 7, the
メインリップ154a,ダストリップ154b等のシールリップは、その用途、使用条件に合わせて、適正な緊迫力を発揮するようにその形状、剛性等が設定される。しかしながら、車軸の回転中には、軸受の昇温により、シール部材154で密閉された軸受内部空間の圧力(軸受内圧)が増大する。軸受内圧が大きくなると、メインリップ154a(あるいはダストリップ154b)が摺動面に押し付けられて緊迫力が増加することにより、トルクが増すと共に、発熱が助長される。加えて、シールリップが、その変形により、摺動面と適正な接触状態を維持できなくなり、シールリップの先端の摩耗が促進され密封性能が低下する虞がある。
The shape, rigidity, and the like of the seal lips such as the
軸受内圧の上昇に伴うシールリップの緊迫力の増加を回避するための発明としては、例えば、特許文献2に開示されたものがある。当該発明は、軸受装置の内圧上昇時、内気を軸受装置の外部へ排出させる内圧調整機構(ベント)と、軸受配設空間からシール配設空間へ内気を流動させる内気流動機構とが設けられた軸受装置用密封装置に関するものである。内気流動機構がグリース膜によって塞がれても、圧力差によってグリース膜を開孔させることが可能なように、内気流動機構として、仕切り板の内周部の径を部分的に拡大させる切欠き若しくは貫通孔が形成されていることを特徴とするものである。
As an invention for avoiding an increase in the tightening force of the seal lip accompanying an increase in the bearing internal pressure, for example, there is one disclosed in
しかしながら、特許文献2の構成では、内圧調整機構(ベント)を付加する必要があるため、高コスト化する。また、シールリップの緊迫力は、軸受内圧の変動以外の要因によっても変化する。例えばメインリップ154a、ダストリップ154b、後ろ蓋162で囲まれた空間(リップ間空間S’)は、車軸回転中に昇温するため、リップ間空間S’の圧力が増大する。リップ間空間S’内の圧力が限度を超えると、ダストリップ154bの先端が後ろ蓋162から離反し、リップ間空間S’内の空気が大気に放出され、その後のダストリップ154bの弾性変形でリップ間空間S’が元の密閉状態に戻る。この状態で車軸の回転を停止すると、温度の低下に伴ってリップ間空間S’の圧力が低下し、リップ間空間S’が負圧の状態となって、メインリップ154aやダストリップ154bが油切り161や後ろ蓋162の表面に吸着し、シールリップの緊迫力が増大する。また、油切り161や後ろ蓋162の回転によるメインリップ154aの吸い込み作用によってリップ間空間S’の圧力が低下し、リップ間空間S’が負圧の状態となって、シールリップの緊迫力が増大する。この状態から車軸を再度回転させれば、各リップ154a,154bの摩耗が進行することになる。特許文献2の構成では、このようなシールリップの吸着による緊迫力の増大には対処できない。
However, in the configuration of
以上に述べた課題の解決手段として、メインリップ154aやダストリップ154bそのものの剛性を向上させることが考えられる。しかしながら、かかる構成を採用した場合、リップの締め代を従来と同様に設定すると、メインリップ154aおよびダストリップ154bの緊迫力が大きくなる。これにより、トルクが大きくなると共に発熱が大きくなり、メインリップ154a,ダストリップ154bの摩耗が大きくなる。その一方、締め代を小さくすると、密封性能の低下につながる虞がある。
As a means for solving the problems described above, it is conceivable to improve the rigidity of the
本発明は、上記事情に鑑み、シールリップの緊迫力の増大に伴うトルクロス、温度上昇、シールリップの異常摩耗等を防止することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to prevent a torcross, a temperature rise, abnormal wear of a seal lip, and the like due to an increase in the tightening force of the seal lip.
前記課題を解決するため、本発明は、内周に軌道面を備えた外輪を含み、回転側および固定側の何れか一方となる外径側の部材と、外周に軌道面を備えた内輪を含み、回転側および固定側の他方となる内径側の部材と、前記外輪の軌道面と前記内輪の軌道面との間に介在する転動体と、外径側の部材および内径側の部材のうち、どちらか一方の部材に固定される芯金、および芯金に固定された弾性材料からなるリップ部を有するシール部材とを備え、リップ部に、芯金に固定される固定部と、固定部から延び、かつその先端部を他方の部材と接触させた第一リップとを設けた軸受装置において、前記芯金に、第一リップのうち前記先端部よりも固定部側の領域と、前記他方の部材との間に配置され、かつ第一リップに対して分離したリップ支持部を設けたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention includes an outer ring having a raceway surface on the inner periphery, an outer diameter side member serving as one of the rotation side and the fixed side, and an inner ring having a raceway surface on the outer periphery. Including a member on the inner diameter side that is the other of the rotation side and the stationary side, a rolling element interposed between the raceway surface of the outer ring and the raceway surface of the inner ring, a member on the outer diameter side, and a member on the inner diameter side A metal core fixed to one of the members, and a seal member having a lip portion made of an elastic material fixed to the metal core, and a fixed portion fixed to the metal core on the lip portion, and a fixed portion In the bearing device provided with a first lip extending from the tip and having the tip thereof in contact with the other member, the core metal has a region of the first lip closer to the fixed portion than the tip and the other lip. A lip support disposed between the first lip and the first lip. Characterized in that the provided parts.
かかる構成によれば、軸受内部空間の昇温等で軸受内圧が高まり、この圧力によって第一リップが他方の部材に向けて変形した際にも、第一リップがリップ支持部によって支持され、第一リップのそれ以上の変形が規制される。これにより、第一リップの緊迫力の増加を抑制することができる。一方、第一リップは、芯金のリップ支持部と分離しているので、芯金の剛性が第一リップの緊迫力に与える影響は無視できる程度となる。また、第一リップは、他方の部材から離反する方向へは規制されることなく容易に変形することができる。従って、第一リップの締め代を従来品と同程度に設定した場合でも、適正な緊迫力を得ることが可能となり、第一リップの緊迫力を適正値に設定することが容易となる。 According to such a configuration, the bearing internal pressure increases due to a temperature rise in the bearing internal space, and the first lip is supported by the lip support portion even when the first lip is deformed toward the other member due to this pressure. Further deformation of one lip is regulated. Thereby, the increase in the tension force of the first lip can be suppressed. On the other hand, since the first lip is separated from the lip support portion of the core metal, the influence of the rigidity of the core metal on the tension of the first lip is negligible. Further, the first lip can be easily deformed without being restricted in a direction away from the other member. Accordingly, even when the tightening allowance of the first lip is set to the same level as that of the conventional product, an appropriate tightening force can be obtained, and the first lip tightening force can be easily set to an appropriate value.
前記シール部材に、前記第一リップよりも軸受外部側で前記他方の部材と接触する第二リップを設けることもできる。かかる構成であれば、第一リップ、第二リップ、および他方の部材で区画された空間(リップ間空間)に負圧が生じ、この負圧によって第一リップが他方の部材側に吸着された際にも、第一リップがリップ支持部によって支持され、第一リップのそれ以上の変形が規制される。従って、かかる要因による第一リップの緊迫力の増加を防止することが可能となる。 The seal member may be provided with a second lip that contacts the other member on the outside of the bearing with respect to the first lip. With such a configuration, a negative pressure is generated in the space defined by the first lip, the second lip, and the other member (the space between the lips), and the first lip is adsorbed to the other member by the negative pressure. At the same time, the first lip is supported by the lip support, and further deformation of the first lip is restricted. Accordingly, it is possible to prevent an increase in the tightening force of the first lip due to such factors.
製造コストの低廉化等の観点から、第一リップとリップ支持部との間に隙間を設けるのが好ましい。緊迫力の増大を防止するためにも隙間の幅は極力小さくするのが好ましく、具体的には隙間の幅は1.5mm以下とする。 From the viewpoint of reducing the manufacturing cost, it is preferable to provide a gap between the first lip and the lip support portion. In order to prevent an increase in tightening force, the width of the gap is preferably as small as possible. Specifically, the width of the gap is 1.5 mm or less.
確実なシール効果を得るため、第一リップの緊迫力は20N以上とするのが好ましい。 In order to obtain a reliable sealing effect, the tightening force of the first lip is preferably 20 N or more.
上記構成においては、前記芯金に貫通孔を設け、前記第一リップと第二リップを、前記貫通孔を介して一体化するのが好ましい。これにより、第一リップと第二リップの双方を芯金に対して確実に固定することができる。 In the said structure, it is preferable to provide a through-hole in the said metal core, and to integrate said 1st lip and 2nd lip through the said through-hole. Thereby, both a 1st lip and a 2nd lip can be reliably fixed with respect to a metal core.
前記転動体としては複列の円錐ころを使用することができる。以上に述べた軸受装置は、鉄道車両車軸に使用するのが好適である。 A double row tapered roller can be used as the rolling element. The bearing device described above is preferably used for a railway vehicle axle.
本発明によれば、第一リップで区画された空間内で圧力変動が生じた際にも、それに伴う第一リップの緊迫力の増加を抑制することができる。従って、これに伴うトルクロスの増大、発熱、リップの異常摩耗等の問題を回避することができる。 According to the present invention, even when pressure fluctuations occur in the space defined by the first lip, an increase in the tension force of the first lip can be suppressed. Therefore, problems such as an increase in torque cross, heat generation, and abnormal lip wear associated with this can be avoided.
以下、本発明を実施するための形態について図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、本発明の実施形態に係る軸受装置を示す。この軸受装置は、鉄道車両の車軸支持用として使用されるものであり、軸受1と、シール装置50とを具備する。軸受1は、転がり軸受の1種である複列の円すいころ軸受であり、外輪10と、二つの内輪20と、転動体としての複数の円すいころ30と、保持器40とを備える。外輪10は、内周に複列に配置された円すい状の軌道面12を有し、内輪20は、外周に円すい状の軌道面22を有する。二つの内輪20の小径側端部を突き合わせて配置することで、複列の軌道面22が形成される。内輪20の小径側端部を直接突き合わせて配置する他、小径側端部の間に間座を配置してもよい。外輪10の軌道面12と内輪20の軌道面22との間には、複列に配置した円すいころ30を介在させる。保持器40は、各列の円すいころ30を円周方向等間隔に保持する。外輪10と内輪20との間に形成される空間(軸受内部空間)にはグリース等の潤滑剤が封入され、この空間を軸方向両端部においてシール装置50がシールしている。
FIG. 1 shows a bearing device according to an embodiment of the present invention. This bearing device is used for supporting an axle of a railway vehicle, and includes a
外輪10は、外周面を鉄道車両の軸箱(図示省略)の内周面に嵌合し軸方向端面を軸方向に固定することで当該軸箱に固定される。二つの内輪20の軸受外部側には、それぞれ摺接部材としての油切り61と後ろ蓋62が配される。車軸2の軸端には蓋部材64がボルト66で固定され、この蓋部材64と車軸2の肩部との間で、車軸2の外周に嵌合した油切り61、内輪20及び後ろ蓋62が挟持固定される。
The
図2に拡大して示すように、シール装置50は、段付き円筒状を成したシールケース52と、シール部材54と、断面L字型の仕切り板55と、後ろ蓋62とで構成される。2つのシールケース52は、それぞれの軸方向一端部(軸受内部側の端部)が、外輪10の軸方向両端の開口部内周に圧入固定される。2つのシールケース52の先端部は、後ろ蓋62の端面に形成された凹部62aに挿入され、これにより非接触シールを構成している。なお、以下の説明では、軸方向一方側のシール装置50(図1の右側のシール装置)を例に挙げて説明しているが、一方のシール装置50だけではなく、他方のシール装置50にも同様の構成を適用することができる。
As shown in an enlarged view in FIG. 2, the sealing
シールケース52の内周に仕切り板55が圧入固定され、仕切り板55の内周にシール部材54が圧入固定される。仕切り板55の内周端は、後ろ蓋62の外周面に近接して非接触シールを構成する。この仕切り板55は、軸受1の内部空間に充填されたグリース等の潤滑剤が直接シール部材54に押し寄せる事態を防止する。
The
以上に述べた各部材のうち、外輪10と、シールケース52と、仕切り板55とで、軸受装置の固定側となる外径側の部材が構成され、二つの内輪20と油切り61と後ろ蓋62とで、軸受装置の回転側となる内径側の部材が構成される。
Among the members described above, the
図2に示すように、シール部材54は所謂オイルシールであり、金属製の芯金541と、芯金541に固定された弾性材料からなるリップ部542,543と、ガータスプリング544とを具備する。芯金541、リップ部542,543、およびガータスプリング544は何れも環状に形成されている。
As shown in FIG. 2, the
芯金541は、仕切り板55の内周に圧入固定される円筒状の圧入部541aと、圧入部541aの軸受外部側の端部から内径側に延びる平板状の径方向部541bと、径方向部541bの内径端部から軸受内部側ほど内径側に変位するように傾斜した円すい状のリップ支持部541cとを一体に有する。
The
リップ部542,543は、例えばニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等のゴム材料で形成される。このリップ部542,543は、例えば加硫接着等の手段で芯金に541に固定されている。リップ部542,543は、樹脂で形成することもできる。
The
図3に示すように、本実施形態のシール部材54は、二つのリップ部542,543を有する。一方のリップ部542は芯金541の表面(軸受内部側の面)に被着形成され、他方のリップ部543は、芯金541の裏面(軸受外部側の面)に被着形成される。一方のリップ部542は、芯金541に固定される固定部542aと、固定部542aから軸受内部側に向けて延びるメインリップ542b(第一リップ)とを有する。裏面側に設けられる他方のリップ部543は、芯金541に固定された固定部543aと、固定部543aから軸受外部側に向けて延びるダストリップ543b(第二リップ)とを有する。
As shown in FIG. 3, the
ダストリップ543bの先端部543b1は、メインリップ542bの先端部542b1よりも軸受外部側に位置する。両リップ542b,543bの先端部542b1,543b1は、何れも後ろ蓋62の外周面(摺動面)に対して締め代を持って接触している。メインリップ542bの先端部542b1と、ダストリップ543bの先端部543b1と、後ろ蓋62の外周面とで、他所に対して区画されたリップ間空間Sが形成される。
The front end 543b1 of the
ガータスプリング544は、メインリップ542bの先端部542b1の外周に装着されている。ガータスプリング544の縮径方向の弾性力と前締め代との協働で、メインリップ542bの先端部542b1に所定の大きさの緊迫力(20N以上で50N以下)が与えられる。
The
芯金541のリップ支持部541cの先端は、リップ間空間Sに至るまで延びており、リップ支持部541cは、メインリップ542bの内周面のうち先端部542b1よりも固定部542a側の領域と、後ろ蓋62(図2参照)の外周面との間に位置している。メインリップ542bの内周面とリップ支持部541cの外周面との間には、軸受内部側が開口した環状の隙間cがある。そのため、メインリップ542bとリップ支持部541cは分離された状態にある。リップ部542のうち、隙間cの存在しない領域が芯金541に固定される固定部542aを構成する。
The tip of the
以上に述べた構成であれば、メインリップ542bは、その先端部542b1が摺動面(後ろ蓋62の外周面)から離反する方向(拡径方向)には(図3の白矢印参照)、変形自在となる。一方、当該先端部542b1が摺動面に押し付けられる方向では、メインリップ542bの変形は、隙間cの範囲内では許容されるが、隙間cがゼロになった後は芯金541のリップ支持部541cによって当該変形が規制される。そのため、メインリップ先端部542b1の緊迫力の増大を防止することができる。
With the configuration described above, the
例えば車軸回転中の軸受内部空間の昇温により、シール部材54で密封された軸受内部空間の圧力(軸受内圧)が高圧となった場合、この内圧によってメインリップ542bはその先端部542b1が摺動面に押し付けられる方向に変形しようとする。この際、当該変形は上記のようにリップ支持部541cによって規制されるため、メインリップ先端部542b1は縮径せず、メインリップ先端部542b1の緊迫力の増大を回避することができる。この効果は、特許文献2のように内圧調整機構(ベント)を付加することなく得られるため、シール装置の低コスト化を図る上でも有効となる。また、車軸の回転から停止への切り替えに伴ってリップ間空間Sでの空気が膨張後、収縮し、これによりリップ間空間Sが負圧となって、メインリップ542bが摺動面に吸着された際にも、同様の作用によりメインリップ先端部542b1の緊迫力の増大を防止することができる。また、油切り61や後ろ蓋62の回転によるメインリップ542bの吸い込み作用によってリップ間空間Sが負圧の状態となった際にも、同様の作用によりメインリップ先端部542b1の緊迫力の増大を防止することができる。
For example, when the pressure in the bearing internal space sealed by the seal member 54 (bearing internal pressure) becomes high due to the temperature rise in the bearing internal space during axle rotation, the tip 542b1 of the
このように本発明によれば、メインリップ542bで区画された空間の圧力変動に伴うメインリップ542b、さらにはダストリップ543bの緊迫力の増大を回避できる。従って、緊迫力の増大によるトルクロス、温度上昇、異常摩耗等の問題を回避することが可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to avoid an increase in the tightening force of the
その一方で、メインリップ542bは、その先端部542b1が摺動面から離反する方向には変形自在であるから、メインリップ先端部542b1と摺動面の間に所定の締め代を与えることで、適切な緊迫力を得ることができる。この時、芯金541の剛性でメインリップ先端部542b1の緊迫力が左右されることはない。従って、既存の締め代と緊迫力の関係をそのまま活用することができ、シール部材54の設計が容易なものとなる。
On the other hand, the
以上の効果を得るためにも、芯金541のリップ支持部541cとメインリップ542bの間の隙間cは極力小さくするのが好ましい。具体的には、隙間cの幅は1.5mm以下とするのが好ましい。上記の効果を得るためには、リップ支持部541cとメインリップ542bとが分離されていれば足りるのであり、両者が分離されている限り隙間を0としても構わない。両者の分離は、加硫接着の時点でリップ支持部541cとメインリップ542bの間に隙間cを形成する他、加硫接着後に刃物等によりメインリップ542bと芯金541のリップ支持部541cを切り離すことで行うこともできる。
In order to obtain the above effects, it is preferable to make the gap c between the
図4に示す実施形態は、芯金541に貫通孔541dを設けて、当該貫通孔541dを通じて二つのリップ部542,543を一体化させたものである。かかる構成では、一方のリップ部542のメインリップ542bと他方のリップ部543のダストリップ543bとが同じリップ部に形成された形となる。
In the embodiment shown in FIG. 4, a through
以上に示す実施形態では、芯金541のリップ支持部541cとメインリップ542bとの間に隙間cを形成しているが、図5に示すようにリップ支持部541cを一方のリップ部542で被覆し、この被覆部542cとメインリップ542bとの間に隙間cを形成してもよい。
In the embodiment described above, the gap c is formed between the
本発明は上記実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内であれば、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、内圧を開放するためのベントがシール部材54に設けられていなかったが、シール部材54にベントが設けられていてもよい。この場合には、万一、グリース等によってベントが塞がれた場合においても、上記のシール部材54の効果により、シール部材54への圧力の作用による悪影響を防ぐことができる。また、ダストリップ543bを省略し、メインリップ542bだけでシールリップを形成することもできる。かかる構成でも、軸受内圧の上昇によりメインリップ542bの緊迫力が増大する事態を防止することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible within the scope of the technical idea. For example, in the above embodiment, the vent for releasing the internal pressure is not provided in the
また、上記実施形態では、シール部材54を、仕切り板55を介してシールケース52に固定しているが、シール部材54を固定する部材は上述の外径側の部材から任意に選択することができ、例えばシール部材54を外輪10の内周面に固定することもできる。また、メインリップ542bやダストリップ543bを摺接させる部材も、上述の内径側の部材から任意に選択することができ、例えば各リップ先端部542b1,543b1を内輪20の外周面に直接摺接させることもできる。
Moreover, in the said embodiment, although the sealing
1 軸受
10 外輪
12 軌道面
20 内輪
22 軌道面
30 円すいころ(転動体)
52 シールケース(外径側の部材)
54 シール部材
541 芯金
541c リップ支持部
542 リップ部
543 リップ部
542a 固定部
542b メインリップ(第一リップ)
542b1 先端部
543a 固定部
543b ダストリップ(第二リップ)
543b1 先端部
541d 貫通孔
55 仕切り板(外径側の部材)
61 油切り(内径側の部材)
62 後ろ蓋(内径側の部材)
c 隙間
DESCRIPTION OF
52 Seal case (member on the outer diameter side)
54
543b1
61 Oil drainer (inner diameter side member)
62 Rear lid (member on the inner diameter side)
c Clearance
Claims (8)
前記芯金に、第一リップのうち前記先端部よりも固定部側の領域と、前記他方の部材との間に配置され、かつ第一リップに対して分離したリップ支持部を設けたことを特徴とする軸受装置。 Including an outer ring having a raceway surface on the inner periphery, including an outer diameter side member that is one of the rotation side and the fixed side, and an inner ring having a raceway surface on the outer periphery, the other being the rotation side and the fixed side A core fixed to one of an inner diameter side member, a rolling element interposed between the raceway surface of the outer ring and the raceway surface of the inner ring, and an outer diameter side member and an inner diameter side member And a seal member having a lip portion made of an elastic material fixed to the metal core, the lip portion having a fixed portion fixed to the metal core, and extending from the fixed portion, and the tip portion of the other member In a bearing device provided with a first lip in contact with
The cored bar is provided with a lip support portion that is disposed between a region of the first lip closer to the fixed portion than the tip portion and the other member and separated from the first lip. A bearing device.
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