JP2019074108A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に取り外すことが可能な密封装置を提供する。【解決手段】転がり軸受の相対的に回転する内側部材と外側部材との間の間隙を封止する密封装置は、内側部材に固定される環状の内側シール部材と、外側部材の孔の内面に固定される環状の外側シール部材とを備える。内側シール部材は、内側部材に固定されるスリーブと、放射状に広がるフランジとを有する。外側シール部材は、剛性材料から形成された剛性部と、剛性部に固定された弾性材料から形成された弾性部とを備える。弾性部には、内側シール部材に摺動可能に接触するシールリップとダストリップが形成されている。剛性部は、外側部材の孔の内面に嵌め込まれる円筒部分と、大気側に向けて軸線方向に突出する複数の軸線方向突出部分とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受の内部を密封する密封装置に関する。

特許文献１には、鉄道車両での使用に適した転がり軸受の内部を密封する密封装置が開示されている。この密封装置は、回転式の機械要素に支持される内部リングと、密封されるべき筐体に支持されるエラストマー材製のシール本体を備える外部リングとを備える。シール本体には、内部リングに向けて延びる複数のリップが形成されている。

特開２０１５−２２４７８８号公報

鉄道車両またはトラック、バスなどの大型自動車の転がり軸受は、大きな荷重を受け、多量のダストにさらされ、大幅な温度変化の影響を受ける。特に鉄道車両の周囲には、鉄道の摩耗により発生した多くの鉄粉が存在する。転がり軸受の補修に伴って、密封装置を交換する必要性がある。

そこで、本発明は、容易に取り外すことが可能な密封装置を提供する。

本発明のある態様に係る密封装置は、転がり軸受の相対的に回転する内側部材と外側部材との間に配置され、前記内側部材と前記外側部材との間の間隙を封止する密封装置であって、前記内側部材に固定される環状の内側シール部材と、前記外側部材の孔の内面に固定され、前記内側シール部材が摺動可能に接触する環状の外側シール部材とを備える。前記内側シール部材は、前記内側部材に固定されるスリーブと、前記スリーブの大気側の端部に一体に連結されて前記スリーブの外側に放射状に広がるフランジとを有する。前記外側シール部材は、剛性材料から形成された剛性部と、前記剛性部に固定された弾性材料から形成された弾性部とを備える。前記弾性部には、前記内側シール部材の前記スリーブに摺動可能に接触するシールリップが形成され、前記弾性部には、前記内側シール部材の前記フランジに摺動可能に接触するダストリップが形成されている。前記剛性部は、前記外側部材の孔の内面に嵌め込まれる円筒部分と、前記円筒部分の大気側の端部に一体に連結されて前記円筒部分の径方向内側に向けて延びる円環部分と、前記円環部分から大気側に向けて前記外側シール部材の軸線方向に突出する複数の軸線方向突出部分とを備える。

この態様においては、外側シール部材の剛性部に軸線方向に突出する複数の軸線方向突出部分が設けられている。剛性部には、転がり軸受の外側部材の孔の内面に嵌め込まれる円筒部分が設けられているが、複数の軸線方向突出部分を利用して外側シール部材に対して径方向内側に向かう力を与えて、外側シール部材の弾性部ひいては剛性部を径方向に圧縮することによって、外側部材の孔の内面から外側シール部材の剛性部の円筒部分を部分的に離すことができる。この後、外側シール部材を軸線方向に移動させて、外側シール部材を転がり軸受の外側部材の孔から抜き出すことができる。一旦、外側部材の孔の内面から外側シール部材の剛性部の円筒部分を部分的に離せば、外側シール部材の弾性変形を利用して、外側シール部材を転がり軸受の外側部材の孔から抜き出すのは容易である。したがって、密封装置を容易に取り外すことが可能である。

好ましくは、前記複数の軸線方向突出部分は、前記円環部分のうち周方向に角間隔をおいて離れた複数の箇所が折り曲げられた形状を有し、前記円環部分のうち前記複数の軸線方向突出部分が形成されていない複数の箇所は、前記円環部分から径方向内側に向けて延びた複数の内側延長部分に連続しており、前記軸線方向突出部分および前記内側延長部分には、前記弾性部が固定されている。

この場合には、剛性部に複数の軸線方向突出部が設けられるだけでなく、周方向に角間隔をおいて離れた複数の内側延長部分が剛性部に設けられ、これらの軸線方向突出部分および内側延長部分は弾性部を補強する。したがって、シールリップおよびダストリップが設けられた弾性部の強度が高められる。

好ましくは、前記弾性部は、前記内側シール部材の前記フランジに向けて延びる円筒状の筒壁部分を備え、前記複数の軸線方向突出部分は前記筒壁部分に埋設されており、前記筒壁部分と前記フランジとの間には間隙が設けられている。

この場合には、外部からの異物が密封装置に侵入しようとしても、多くの異物が、外側シール部材の筒壁部分、または内側シール部材のフランジによって跳ね返される。筒壁部分とフランジとの間の間隙を通過した異物がダストリップに到達するが、この間隙を小さく設定することによって、ダストリップに到達する異物の量を削減することができる。筒壁部分は、これに埋設された複数の軸線方向突出部分で補強されているので、異物から受ける力が強くても、力に耐えることができる。

好ましくは、前記外側シール部材の前記弾性部は、前記複数の軸線方向突出部分の径方向内側に配置され、前記剛性部に支持された環状の基部を備え、前記ダストリップは、前記基部から大気側かつ径方向内側に向けて延びる基端部分と、前記基端部分から大気側かつ径方向外側に向けて延びる先端部分とを備え、前記先端部分が前記内側シール部材の前記フランジに摺動可能に接触する。

この場合には、ダストリップは、径方向内側に向けて延びる基端部分と径方向外側に向けて延びる先端部分とを備え、先端部分が内側シール部材のフランジに摺動可能に接触する。したがって、転がり軸受に挿入される軸または転がり軸受の内側部材が偏心していたり、低い真円度を有していたりしても、ダストリップはフランジに対して全周にわたってほぼ均等な力で接触する。このようにして、ダストリップの封止性能が全周にわたって確保される。また、ダストリップの先端部分は、フランジに対して、径方向ではなく軸線方向に力を及ぼすので、軸に与えるトルクが増大することを抑制することができる。

好ましくは、前記シールリップは、前記基部から大気側かつ径方向内側に向けて延びる基端部分と、当該基端部分から軸受内部側かつ径方向内側に向けて延びる先端部分とを備え、前記シールリップの前記先端部分が前記内側シール部材の前記スリーブの外周面に摺動可能に接触する。

この場合には、シールリップは、大気側に向けて延びる基端部分と軸受内部側に向けて延びる先端部分とを備える屈曲した形状を有し、先端部分が内側シール部材のスリーブの外周面に摺動可能に接触する。シールリップが屈曲した形状を有するので、シールリップは変形しやすい。したがって、転がり軸受に挿入される軸または転がり軸受の内側部材が偏心していたり、低い真円度を有していたりしても、シールリップはフランジに対して全周にわたってほぼ均等な力で接触する。このようにして、シールリップの封止性能が全周にわたって確保される。

本発明の実施形態に係る密封装置の断面図である。 図１の密封装置の剛体部分を示す斜視図である。 転がり軸受から内側シール部材が取り外された密封装置の断面図である。 転がり軸受から取り外される密封装置の外側シール部材の断面図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る密封装置１が使用される転がり軸受２の一例である鉄道車両の車軸の軸受を示す。但し、本発明の用途は、鉄道車両の軸受には限定されず、トラック、バスなどの大型自動車の車軸の軸受にも本発明は適用可能である。また、図示の転がり軸受２は、ＲＣＴ（Rotating End Cap Tapered Roller）軸受であるが、本発明の用途は、ＲＣＴ軸受には限定されず、他の種類の転動体を有する、ＲＣＣ（Rotating End Cap Cylindrical Roller）軸受、玉軸受、針軸受などの他の転がり軸受にも本発明は適用可能である。

図１に示すように、転がり軸受２は、車軸４が内部に挿入される内輪（内側部材）６と、内輪６の外側に配置された外輪（外側部材）８と、内輪６と外輪８の間に１列に配置された複数のローラー１０と、ローラー１０を定位置に保持する保持器１４とを有する。外輪８が固定されている一方で、内輪６は、車軸４の回転に伴って回転する。保持器１４は外輪８に固定されている。

密封装置１は、相対的に回転する内輪６と外輪８との間に配置され、内輪６と外輪８との間の間隙を封止する。密封装置１の作用により、転がり軸受２の内部からのグリース、すなわち潤滑剤の流出が防止または低減されるとともに、外部から転がり軸受２の内部への異物（水（泥水または塩水を含む）および／またはダスト（鉄粉を含む））の流入が防止または低減される。図１において、矢印Ｄは、外部からの異物の流れの方向の例を示す。

図１においては、車軸４に対する左側部分のみが示されているが、密封装置１および転がり軸受２は回転対称な形状を有する。図１の上側は、軸受内部側Ｂであり、下側は大気側Ａである。但し、転がり軸受２を挟んで、密封装置１の反対側にも密封装置１と類似の密封装置が設けられる。

密封装置１は、環状の内側シール部材２０と、環状の外側シール部材３０とを備える。内側シール部材２０は、内輪６に固定される。外側シール部材３０は、外輪８の孔８Ａの内面に固定され、外側シール部材３０には内側シール部材２０が摺動可能に接触する。

内側シール部材２０は、剛性材料、例えば金属から形成されている。内側シール部材２０は、スリーブ２２と、フランジ２４とを備える。スリーブ２２は内輪６に固定される。固定の方式は、例えば締まり嵌めであってよい。フランジ２４は、スリーブ２２の大気側の端部に一体に連結されてスリーブ２２の外側に放射状に広がる。

外側シール部材３０は、剛性材料、例えば金属から形成された剛性部３２と、弾性材料、例えばエラストマーから形成された弾性部３４とを備える二重構造を有する。剛性部３２は、弾性部３４を補強する。

剛性部３２は、外輪８の孔８Ａの内面に固定される円筒部分３６と、円環部分３８と、複数の軸線方向突出部分４０と、複数の内側延長部分４２とを有する。

円筒部分３６は、外輪８の孔８Ａの内面に締まり嵌めによって嵌め込まれる。円筒部分３６の軸受内部側Ｂの端部３６ａは、径方向外側に広がったフックとして形成されている。孔８Ａには周溝すなわち凹部８Ｂが形成されており、円筒部分３６の端部３６ａは、凹部８Ｂに嵌め込まれる。

円環部分３８は、円筒部分３６の大気側Ａの端部に一体に連結されて円筒部分３６の径方向内側に向けて延びる。円環部分３８は、外側シール部材３０の軸線方向に垂直な平面内に延びている。

複数の軸線方向突出部分４０は、円環部分３８から大気側Ａに向けて外側シール部材３０の軸線方向に突出する。図２に示すように、複数の軸線方向突出部分４０は、円環部分３８のうち周方向に角間隔をおいて離れた複数の箇所が折り曲げられた形状を有する。また、円環部分３８のうち複数の軸線方向突出部分４０が形成されていない複数の箇所は、円環部分３８から径方向内側に向けて延びた複数の内側延長部分４２に連続している。好ましくは、軸線方向突出部分４０は等角間隔をおいて配置され、内側延長部分４２も等角間隔をおいて配置されるが、これらの角間隔が等しくなくてもよい。この実施形態では、８つの軸線方向突出部分４０および８つの内側延長部分４２が設けられているが、軸線方向突出部分４０の個数および内側延長部分４２の個数は、２以上の限定されない数であってよい。

図１に戻り、弾性部３４は、剛性部３２に支持された環状の基部５０と、シールリップ５２と、ダストリップ５４と、径方向突起５６と、筒壁部分６０とを有する。

弾性部３４の基部５０は、剛性部３２の複数の軸線方向突出部分４０の径方向内側に配置された円環状の部分であり、剛性部３２の複数の内側延長部分４２に固定されている。周方向に連続する円環状の基部５０には、周方向に間欠的に配置された複数の内側延長部分４２の全体が埋設されており、内側延長部分４２は基部５０を補強する。

シールリップ５２は、基部５０から延びて、内側シール部材２０のスリーブ２２の外周面に摺動可能に接触する板状の環である。シールリップ５２は、主に軸受内部側Ｂから大気側Ａへのグリースの漏れを防止または低減する機能を有する。シールリップ５２は、基部５０から大気側Ａかつ径方向内側に向けて延びる基端部分５２ａと、基端部分５２ａから軸受内部側Ｂかつ径方向内側に向けて延びる先端部分５２ｂとを有しており、先端部分５２ｂが内側シール部材２０のスリーブ２２の外周面に全周にわたって摺動可能に接触する。基端部分５２ａの厚さは、先端部分５２ｂの厚さよりも大きい。

ダストリップ５４は、基部５０から延びて、内側シール部材２０のフランジ２４の軸受内部側Ｂ側の側面に摺動可能に接触する板状の環である。ダストリップ５４は、主に大気側Ａから軸受内部側Ｂへの異物の侵入を防止または低減する機能を有する。ダストリップ５４は、基部５０から大気側Ａかつ径方向内側に向けて延びる基端部分５４ａと、基端部分５４ａから大気側Ａかつ径方向外側に向けて延びる先端部分５４ｂとを有しており、先端部分５４ｂが内側シール部材２０のフランジ２４の軸受内部側Ｂ側の側面に全周にわたって摺動可能に接触する。基端部分５４ａの厚さは、先端部分５４ｂの厚さよりも大きい。

径方向突起５６は、基部５０の内端縁から径方向内側に向けて突出する。径方向突起５６は、径方向外側が広く、内側が狭い台形の断面を有する。径方向突起５６は、内側シール部材２０とは接触せず、径方向突起５６と内側シール部材２０のスリーブ２２との間には、円環状の小さい間隙５８が設けられる。間隙５８は、軸受内部側Ｂから大気側Ａへのグリースの流れを阻害し、シールリップ５２に到達するグリースの量を低減することによって、シールリップ５２の封止性能を補助する。

筒壁部分６０は、基部５０の外端縁から内側シール部材２０のフランジ２４に向けて延びる円筒状の部分であり、剛性部３２の複数の軸線方向突出部分４０に固定されている。周方向に連続する円筒状の筒壁部分６０には、周方向に間欠的に配置された複数の軸線方向突出部分４０の全体が埋設されており、軸線方向突出部分４０は筒壁部分６０を補強する。

弾性部３４には、剛性部３２の内側延長部分４２だけでなく、円環部分３８の一部および複数の軸線方向突出部分４０の全体も埋設されている。具体的には、円環部分３８の大気側Ａの面の一部は、弾性部３４の一部分６２で覆われ、円環部分３８の軸受内部側Ｂの面の一部は、弾性部３４の一部分６４で覆われ、軸線方向突出部分４０は、弾性部３４の筒壁部分６０で覆われている。但し、円環部分３８は、弾性材料で覆われていなくてもよい。

外側シール部材３０の剛性部３２に間欠的に設けられた複数の軸線方向突出部分４０および弾性部３４の筒壁部分６０は、内側シール部材２０のフランジ２４に向けて延びている。筒壁部分６０は、フランジ２４には接触せず、筒壁部分６０とフランジ２４との間には間隙６８が設けられている。

転がり軸受２の補修に伴って、密封装置１を交換する必要性がある。図３および図４を参照して、密封装置１の取り外し作業を説明する。

まず、図３に示すように、内輪６に締まり嵌めで固定された内側シール部材２０を内輪６から引き抜く。この作業は、作業者の手で行ってもよいし、治具（図示せず）を使用して行ってもよい。

次に、図４に示すように、作業者の手または治具により、外側シール部材３０に対して径方向内側に向かう力Ｆを与えて、外側シール部材３０の弾性部３４および剛性部３２を径方向に圧縮することによって、外輪８の孔８Ａの内面から外側シール部材３０の剛性部３２の円筒部分３６を部分的に離す。

さらに、作業者の手または治具により、外側シール部材３０を力Ｓで引くことにより、外側シール部材３０を軸線方向に移動させて、外側シール部材３０を転がり軸受２の外輪８の孔８Ａから抜き出すことができる。このようにして、密封装置１を容易に取り外すことが可能である。

この実施形態においては、剛性部３２には、転がり軸受２の外輪８の孔８Ａの内面に嵌め込まれる円筒部分３６が設けられており、さらに円筒部分３６の端部３６ａは孔８Ａの凹部８Ｂに嵌め込まれている。しかし、複数の軸線方向突出部分４０を利用して外側シール部材３０に対して径方向内側に向かう力Ｆを与えて、外側シール部材３０の弾性部３４および剛性部３２を径方向に圧縮することによって、外輪８の孔８Ａの内面から外側シール部材３０の剛性部３２の円筒部分３６を部分的に離すことができる。この後、外側シール部材３０を軸線方向に移動させて、外側シール部材３０を転がり軸受２の外輪８の孔８Ａから抜き出すことができる。一旦、外輪８の孔８Ａの内面から外側シール部材３０の剛性部３２の円筒部分３６を部分的に離せば、外側シール部材３０の弾性変形を利用して、外側シール部材３０を転がり軸受２の外輪８の孔８Ａから抜き出すのは容易である。したがって、密封装置１を容易に取り外すことが可能である。

この実施形態では、複数の軸線方向突出部分４０は、剛性部３２の円環部分３８のうち周方向に角間隔をおいて離れた複数の箇所が折り曲げられた形状を有し、円環部分３８のうち複数の軸線方向突出部分４０が形成されていない複数の箇所は、円環部分３８から径方向内側に向けて延びた複数の内側延長部分４２に連続している。このように、剛性部３２に複数の軸線方向突出部が設けられるだけでなく、周方向に角間隔をおいて離れた複数の内側延長部分４２が剛性部３２に設けられている。これらの軸線方向突出部分４０および内側延長部分４２は弾性部３４を補強する。したがって、シールリップ５２およびダストリップ５４が設けられた弾性部３４の強度が高められる。

この実施形態では、弾性部３４は、内側シール部材２０のフランジ２４に向けて延びる円筒状の筒壁部分６０を備え、複数の軸線方向突出部分４０は筒壁部分６０に埋設されており、筒壁部分６０とフランジ２４との間には間隙６８が設けられている。外部からの異物が密封装置１に侵入しようとしても、多くの異物が、外側シール部材３０の筒壁部分６０、または内側シール部材２０のフランジ２４によって跳ね返される。筒壁部分６０とフランジ２４との間の間隙６８を通過した異物がダストリップ５４に到達するが、間隙６８を小さく設定することによって、ダストリップ５４に到達する異物の量を削減することができる。筒壁部分６０は、これに埋設された複数の軸線方向突出部分４０で補強されているので、異物から受ける力が強くても、力に耐えることができる。

この実施形態では、ダストリップ５４は、径方向内側に向けて延びる基端部分５４ａと径方向外側に向けて延びる先端部分５４ｂとを備え、先端部分５４ｂが内側シール部材２０のフランジ２４に摺動可能に接触する。したがって、転がり軸受２に挿入される車軸４または転がり軸受２の内輪６が偏心していたり、低い真円度を有していたりしても、ダストリップ５４はフランジ２４に対して全周にわたってほぼ均等な力で接触する。このようにして、ダストリップ５４の封止性能が全周にわたって確保される。また、ダストリップ５４の先端部分５４ｂは、フランジ２４に対して、径方向ではなく軸線方向に力を及ぼすので、軸に与えるトルクが増大することを抑制することができる。

この実施形態では、シールリップ５２は、大気側Ａに向けて延びる基端部分５２ａと軸受内部側Ｂに向けて延びる先端部分５２ｂとを備える屈曲した形状を有し、先端部分５２ｂが内側シール部材２０のスリーブ２２の外周面に摺動可能に接触する。シールリップ５２が屈曲した形状を有するので、シールリップ５２は変形しやすい。したがって、転がり軸受２に挿入される車軸４または転がり軸受２の内輪６が偏心していたり、低い真円度を有していたりしても、シールリップ５２はフランジ２４に対して全周にわたってほぼ均等な力で接触する。このようにして、シールリップ５２の封止性能が全周にわたって確保される。

他の変形例
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。

例えば、密封装置のリップの形状および数は、上記のものに限定されない。

上記の実施形態では、内側部材である内輪６が回転部材であり、外側部材である外輪８が静止部材である。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、互いに相対回転する複数の部材の密封に適用されうる。例えば、内側部材が静止し、外側部材が回転してもよいし、これらの部材のすべてが回転してもよい。

１ 密封装置
２ 転がり軸受
４ 車軸
６ 内輪（内側部材）
８ 外輪（外側部材）
８Ａ 孔
１０ ローラー
２０ 内側シール部材
３０ 外側シール部材
２２ スリーブ
２４ フランジ
３２ 剛性部
３４ 弾性部
３６ 円筒部分
３８ 円環部分
４０ 軸線方向突出部分
４２ 内側延長部分
５０ 基部
５２ シールリップ
５２ａ 基端部分
５２ｂ 先端部分
５４ ダストリップ
５４ａ 基端部分
５４ｂ 先端部分
６０ 筒壁部分
６８ 間隙

Claims (5)

1. 転がり軸受の相対的に回転する内側部材と外側部材との間に配置され、前記内側部材と前記外側部材との間の間隙を封止する密封装置であって、
   前記内側部材に固定される環状の内側シール部材と、
   前記外側部材の孔の内面に固定され、前記内側シール部材が摺動可能に接触する環状の外側シール部材とを備え、
   前記内側シール部材は、
   前記内側部材に固定されるスリーブと、
   前記スリーブの大気側の端部に一体に連結されて前記スリーブの外側に放射状に広がるフランジとを有しており、
   前記外側シール部材は、
   剛性材料から形成された剛性部と、
   前記剛性部に固定された弾性材料から形成された弾性部とを備え、
   前記弾性部には、前記内側シール部材の前記スリーブに摺動可能に接触するシールリップが形成され、
   前記弾性部には、前記内側シール部材の前記フランジに摺動可能に接触するダストリップが形成され、
   前記剛性部は、
   前記外側部材の孔の内面に嵌め込まれる円筒部分と、
   前記円筒部分の大気側の端部に一体に連結されて前記円筒部分の径方向内側に向けて延びる円環部分と、
   前記円環部分から大気側に向けて前記外側シール部材の軸線方向に突出する複数の軸線方向突出部分とを備える
   ことを特徴とする密封装置。
2. 前記複数の軸線方向突出部分は、前記円環部分のうち周方向に角間隔をおいて離れた複数の箇所が折り曲げられた形状を有し、
   前記円環部分のうち前記複数の軸線方向突出部分が形成されていない複数の箇所は、前記円環部分から径方向内側に向けて延びた複数の内側延長部分に連続しており、
   前記軸線方向突出部分および前記内側延長部分には、前記弾性部が固定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記弾性部は、前記内側シール部材の前記フランジに向けて延びる円筒状の筒壁部分を備え、前記複数の軸線方向突出部分は前記筒壁部分に埋設されており、前記筒壁部分と前記フランジとの間には間隙が設けられている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。
4. 前記外側シール部材の前記弾性部は、前記複数の軸線方向突出部分の径方向内側に配置され、前記剛性部に支持された環状の基部を備え、
   前記ダストリップは、前記基部から大気側かつ径方向内側に向けて延びる基端部分と、前記基端部分から大気側かつ径方向外側に向けて延びる先端部分とを備え、
   前記先端部分が前記内側シール部材の前記フランジに摺動可能に接触する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の密封装置。
5. 前記シールリップは、前記基部から大気側かつ径方向内側に向けて延びる基端部分と、当該基端部分から軸受内部側かつ径方向内側に向けて延びる先端部分とを備え、
   前記シールリップの前記先端部分が前記内側シール部材の前記スリーブの外周面に摺動可能に接触する
   ことを特徴とする請求項４に記載の密封装置。

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