JP2019078322A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内輪と外輪との間の転動体配置空間からの潤滑剤の漏洩を抑制し、当該空間における潤滑剤のレベルを確保することができる転がり軸受装置を提供する。【解決手段】密封装置１０は、内輪３と外輪との間の空間ＳＰの軸方向両側に配置され、周方向において分断された箇所を有するシール部材８を備え、シール部材８は、内輪３の外周面に形成された周溝３ｂ内に収容され、かつ、その外周面８１ａが外輪又は外輪に固定される環状部材７の内周面に固定され、周溝３ｂの内面に対向するシール部材８の外面８１ｂ〜８１ｄには、空間ＳＰ側から空間ＳＰ外である大気側へ向かう方向に沿った潤滑剤排出通路８３〜８５と、空間ＳＰ側から大気側へ向かう方向へ傾斜して突出し、先端部が周溝３ｂの内面に接触するリップ部８１ｅとが設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、連続鋳造機の杵型ロール等の回転軸を回転自在に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。

例えば、連続鋳造機において駆動ロールとして用いられる杵型ロールは、軸方向の中央部における小径軸部が転がり軸受装置（軸受ユニット）によって支持されている（例えば、特許文献１参照）。この種の転がり軸受装置は、２分割構造の内輪と、２分割構造の外輪と、内輪と外輪との径方向の間に配置された転動体とを有し、内輪及び外輪を小径軸部の径方向外側から取り付けることが可能となっている。また、転がり軸受装置には、内輪と外輪との間の転動体配置空間を軸方向両側からシール部材でシールすることによって当該空間を密封する密封装置が設けられている。密封装置は、シール部材によって外部からの水や異物の侵入を防止しつつ、転動体等を潤滑するための潤滑剤を保持している。このシール部材は、周方向の一箇所が分断され、この分断箇所を拡げることによって、内輪の外周に径方向外側から取り付けることができるようになっている。

図１１は、従来のシール部材を拡大して示す断面図である。シール部材１０１は、内輪１０２の外周面に形成された周溝１０３に嵌め合わされることによって固定されている。シール部材１０１の外周面には、外輪に固定されたラビリンスリング１０５に接触するリップ部１０６ａ，１０６ｂが設けられている。そして、シール部材１０１は、内輪１０２とともに回転し、リップ部１０６ａ，１０６ｂがラビリンスリング１０５の内周面を摺動するように構成されている。

特開２００８−２８１１７０号公報

この種の転がり軸受装置においては、潤滑の方法として、オイルエア潤滑方式又はグリース潤滑方式が採用される。また、転動体配置空間内の潤滑剤を定期的又は随時入れ替えるため、転動体配置空間から潤滑剤を取り出す方法として、転動体配置空間に連通する回収配管を介して潤滑剤を回収する方式（以下、単に「回収方式」という）と、シール部材とラビリンスリングとの間から潤滑剤を排出させる方式（以下、単に「排出方式」という）とがある。例えば、図１１に示すシール部材１０１は、一方のリップ部１０６ａによって潤滑剤の排出が阻止されるため、専ら回収方式で用いられる。

一般に、グリース潤滑方式は、オイルエア潤滑方式に比べて密封性、潤滑性、及び耐摩耗性を保つ条件が厳しくなる。これは、オイルエア潤滑方式の場合、常に新しいオイルが転動体配置空間に供給され、しかも当該空間が正圧に保たれることによって水や異物の侵入が阻止されるからである。また、回収方式は、回収配管を設置する必要があるため、排出方式と比較してコストがかかる。以上のことを考慮すると、オイルエア潤滑方式及び排出方式を採用することが好ましい。

その一方で、これらの方式を採用した場合には、エアとともにシール部材を通過するオイルが多くなり、転動体配置空間内におけるオイルレベルが十分に確保できず、潤滑性能が低下する可能性がある。また、シール部材は、周方向において分断された箇所を有しているため、当該箇所に隙間ができるとオイルの漏れが多くなり、オイルレベルの確保がより困難となる。

本発明は、転動体配置空間における潤滑剤のレベルを確保することができる転がり軸受装置を提供することを目的とする。

本出願の発明者は、転がり軸受装置における転動体配置空間の潤滑剤のレベルを確保するため、鋭意研究を重ね、その結果、シール部材を回転輪である内輪とともに回転させるよりも、固定輪である外輪側に固定することが有用であることを見出した。そして、次のような発明を創作するに到った。

（１） すなわち、本発明は、周方向において複数に分割された回転輪である内輪と、周方向において複数に分割された固定輪である外輪と、前記内輪と前記外輪との間の空間に配置される転動体とを備えた転がり軸受装置に適用される密封装置であって、
前記空間の軸方向両側に配置され、周方向において分断された箇所を有するシール部材を備え、
前記シール部材は、前記内輪の外周面に形成された周溝内に収容され、かつ、その外周面が前記外輪又は前記外輪に固定される環状部材の内周面に固定され、
前記周溝の内面に対向する前記シール部材の外面には、前記空間側から前記空間外である大気側へ向かう方向に沿った潤滑剤排出通路と、前記空間側から前記大気側へ向かう方向へ傾斜して突出し、先端部が前記周溝の内面に接触するリップ部とが設けられている。

このような構成により、シール部材は、内輪とともに回転することなく外輪又は環状部材に固定される。シール部材が回転すると、それに伴って潤滑剤が持ち上げられ、その潤滑剤が下方へ垂れるときにエアとともにシール部材を通過し、外部に漏れやすくなると考えられる。したがって、上記の発明のように、シール部材を固定輪である外輪又は環状部材に固定することによって、シール部材を通過して漏れる潤滑剤が少なくなり、転動体が配置される空間（以下、「転動体配置空間」ともいう）における潤滑剤のレベルの確保が容易となる。また、転がり軸受装置の使用中、内輪が熱膨張とすると、周溝の内面全体がシール部材の外面に接触することがあるが、シール部材の外面には潤滑剤排出通路が形成されているので、潤滑剤排出通路を介して潤滑剤の排出が促され、転動体配置空間における潤滑剤の入れ替えが好適になされる。

（２） 好ましくは、前記シール部材の内径が、前記周溝の底面における外径と同一か又は当該外径よりも大きく、前記シール部材の外径が、前記外輪又は前記環状部材の内径よりも大きい。
このような構成によれば、シール部材を外輪又は固定部材に嵌合させることによってシール部材の分断箇所を密着させることができ、当該分断箇所からの潤滑剤の漏れを抑制することができる。

（３） 好ましくは、前記シール部材は、弾性素材からなるシール本体と、金属製の芯材とを有しており、前記芯材は、前記周溝の内面に対向する前記シール部材の軸方向の外面において露出している。
このような構成によって、回転する内輪の周溝と芯材とが接触した場合であっても両者は金属接触となるため、摩擦抵抗が低減される。

（４） 好ましくは、前記シール部材の外周面における前記空間側の一部には、周方向に沿って螺旋溝が形成されている。
このような構成によって、転動体配置空間に存在する潤滑剤が螺旋溝内に入り込み、シール部材の外周面と外輪又は環状部材の内周面との間に入り込む。そのため、内輪と外輪との間で軸方向の相対移動が生じたときに、シール部材が外輪又は固定部材の内周面上でシール部材が軸方向にスムーズに移動しやすくなる。また、螺旋溝を、転動体配置空間側の一部に形成することで、螺旋溝を通じて転動体配置空間側から大気側へ潤滑剤が漏洩するのを防止することができる。

（５） 好ましくは、前記シール部材が、前記空間側から前記大気側へ向けて突出し、当該大気側における前記内輪の外周面に接触する第２リップ部を有し、当該第２リップ部と前記内輪との間に潤滑剤溜まり空間が形成されている。
このような構成によって、大気側から空間側への異物の侵入を第２リップ部によって抑制することができ、潤滑剤溜まり空間に溜まった潤滑剤によって、第２リップ部と内輪外周面と接触面が潤滑され、摩擦抵抗を低減することができる。

（６） 好ましくは、前記周溝の内面に対向する前記シール部材の軸方向の外面に、周方向に沿って形成された円周溝が形成されている。
このような構成によって、回転する内輪の周溝の内面とシール部材の外面とが接触した場合であっても、円周溝に入り込んだ潤滑剤によって両者の接触面が潤滑され、摩擦抵抗を低減することができる。

本発明によれば、内輪と外輪との間の転動体配置空間からの潤滑剤の漏洩を抑制し、当該空間における潤滑剤レベルを確保することができる。

第１実施形態に係る密封装置を適用した転がり軸受装置の断面図である。 密封装置のシール部材を大気側から見た図である。 密封装置のシール部材を密封空間側から見た図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 図２におけるＢ部拡大図である。 図２におけるＣ部拡大図である。 図３におけるＤ部拡大図である。 図３におけるＥ部拡大図である。 第２実施形態に係る密封装置のシール部材を示す断面図である。 第３実施形態に係る密封装置のシール部材を示す断面図である。 従来の密封装置のシール部材を示す断面図である。

図１は、第１実施形態に係る密封装置を適用した転がり軸受装置の断面図である。
図１に示すように、転がり軸受装置２は、連続鋳造設備に用いられる杵形ロール１の軸方向中央部に設けられた小径軸部１ａを支持するために用いられている。ロール１の小径軸部１ａにおける直径ｄ２は、それ以外の部分（ロール部分１ｃ）の直径ｄ１より小さい。

転がり軸受装置２は、小径軸部１ａに外嵌される２分割構造の内輪３と、内輪３の外周側に形成された軌道３ａに装着された転動体（円筒ころの総ころ形）４と、下側ハーフリングの外輪５と、内輪３及び転動体４の外側にあって、これらを保持するハウジング６と、ハウジング６の内周側に嵌合された軸方向に一対の円筒形のラビリンスリング（環状部材）７とを備えている。また、密封装置１０は、内輪３の外周面に形成された一対の周溝３ｂにそれぞれ配置され、ラビリンスリング７に固定されるシール部材８と、内輪３の軸端近傍の外周側に形成された周溝３ｃに装着され、ラビリンスリング７と摺接するパッキン９とを備えている。

ハウジング６は２分割構造である。具体的に、本実施形態のハウジング６は上下２分割構造であり、上部のハウジング６ａは、外輪の役割も担っている。したがって、ハウジング６の上部６ａとハーフリングの外輪５とによって、２分割構造の外輪５，６ａが構成されている。このように、内輪３及び外輪５，６ａが２分割構造とされることによって、ロール１の小径軸部１ａに対して径方向外側から取り付けることができる。

なお、本実施形態の転がり軸受装置２は、オイルエア潤滑方式が採用されており、図示はしていないが、ハウジング６には、内輪３と外輪５，６ａとの間の転動体４が配置される空間ＳＰに対してオイルエアを供給するための通路が形成され、この通路にオイルエア供給装置が接続されている。

一対のシール部材８は、内輪３と外輪５，６ａとの間の転動体４が配置される空間ＳＰを軸方向両側からシールすることによって、当該空間ＳＰを密封している。以下、当該空間ＳＰを「密封空間」又は「転動体配置空間」ともいう。
上記小径軸部１ａの軸方向の両側に配置されるロール１の端面には、それぞれラビリンス溝１ｂが周方向に沿って円形に形成され、このラビリンス溝１ｂにラビリンスリング７の一部が入り込むことによって、ラビリンスシールが形成されている。

図２は、密封装置のシール部材を大気側から見た図、図３は、密封装置のシール部材を密封空間側から見た図である。図４は、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
図２〜４に示すように、シール部材８は、フッ素ゴムや水素化ニトリルゴム等の弾性体からなるシール本体８１と、鉄等の金属製の芯材８２とを備えている。

シール本体８１は、周方向の一箇所Ｓ（図２のＣ部）で分断されており、その両端面を互いに突き合わせることにより、全体として環状の形態を有している。
芯材８２は、Ｃ字形状（円弧形状）に形成され、シール本体８１における分断箇所Ｓの近傍と、この分断箇所Ｓに対して１８０°位相がずれた位置（図２のＢ部近傍）とを除く範囲で一対設けられている。各芯材８２は、図４に示すように、一側面８２ａのみが外部に露出した状態でシール本体８１に埋設されている。

なお、シール部材８は、周方向の一箇所Ｓで分断され、その１８０°位相がずれた位置がシール本体８１のみで構成されているので、分断箇所Ｓを拡げることができ、分断箇所Ｓを拡げることによって内輪３の径方向外側からシール部材８を取り付けることができる。

図４に示すように、シール本体８１は、断面が略矩形状に形成されている。シール本体８１の外周面８１ａの断面形状は、軸方向に沿って略直線状に形成されている。そして、シール本体８１の外周面８１ａが、ラビリンスリング７の内周面に嵌合されることによって、当該ラビリンスリング７にシール部材８が固定されている。ラビリンスリング７に固定されたシール部材８は、内輪３の周溝３ｂ内に収容されている。周溝３ｂの内面は、軸方向両側の内側面３ｂ１，３ｂ３と、径方向内側の底面３ｂ２とを有し、断面略コの字形に形成されている。

シール部材８（シール本体８１）の外径は、ラビリンスリング７の内径よりも若干大きい寸法とされている。したがって、シール部材８は、締め代をもってラビリンスリング７に嵌合される。そのため、シール部材８は、分断箇所Ｓにおける両端面を密着させた状態で外輪５，６ａに固定される。

また、シール部材８（シール本体８１）の内周面８１ｃは、周溝３ｂの底面３ｂ２との間に隙間をもって配置されている。すなわち、シール部材８（シール本体８１）の内径は、周溝３ｂの底面３ｂ２の外径よりも大きい。あるいは、シール部材８（シール本体８１）の内径は、周溝３ｂの底面３ｂ２の外径と同一であり、シール部材８は分断箇所Ｓを拡げることなく周溝３ｂの底面３ｂ２に接触する。

シール本体８１の密封空間ＳＰ側の軸方向の外面８１ｄと、シール本体８１の内周面８１ｃとの間のコーナー部には、リップ部８１ｅが形成されている。このリップ部８１ｅは、シール本体８１の外面８１ｂ〜８１ｄ及び周溝３ｂの内面３ｂ１〜３ｂ３に沿って密封空間ＳＰ側から大気側へ向かう方向に向けて傾斜した状態で突出している。したがって、リップ部８１ｅは、大気側から密封空間ＳＰ側への水や異物の侵入を抑制し、大気側へ向かう方向へのエアやオイルの通過を許容することができる。

大気側におけるシール本体８１の軸方向の外面８１ｂにおいて、シール本体８１の周方向の一部（図２のＢ部）と、周方向の他の一部（図２のＣ部）とには、径方向に沿って第１溝部８３が形成されている（図５及び図６参照）。
また、シール本体８１の内周面８１ｃにおいて、シール本体８１の周方向の一部（図２のＢ部）と、周方向の他の一部（図２のＣ部）とには、軸方向に沿って第２溝部８４が形成されている（図５及び図６参照）。
さらに、密封空間ＳＰ側におけるシール本体８１の軸方向の外面８１ｄにおいて、シール本体８１の周方向の一部（図３のＤ部）と、周方向の他の一部（図３のＥ部）とには、径方向に沿って第３溝部８５が形成されている（図７及び図８参照）。

これらの第１〜第３溝部８３〜８５は、密封空間ＳＰ側から大気側へ向かう方向に沿って形成されたオイル排出通路（潤滑剤排出通路）を構成している。すなわち、密封空間ＳＰに供給されたオイルは、図４に矢印αで示すように、オイル排出通路８３〜８５を通って密封空間ＳＰから大気側へ排出され得る。特に、連続鋳造装置の運転中は内輪３が熱膨張し、周溝３ｂの内面３ｂ１〜３ｂ３がシール部材８の外面８１ｂ〜８１ｄに接触することがあるが、密封空間ＳＰ内のオイルは、オイル排出通路８３〜８５を通って大気側へ排出される。

本実施形態のシール部材８は、固定輪である外輪６ａに固定されるラビリンスリング７に取り付けられるため、内輪３が回転してもシール部材８は回転しない。そのため、密封空間ＳＰ内に供給されたオイルが、シール部材８によって持ち上げられることがない。その結果、持ち上げられたオイルが下方に垂れるときにエアとともに外部へ漏れるという現象が生じ難く、密封空間ＳＰ内のオイルが過度に排出されることがない。したがって、密封空間ＳＰ内のオイルレベルを十分に確保することができ、転がり軸受装置２の潤滑を好適に行うことができる。

また、シール部材８は、ラビリンスリング７の内周面に締め代をもって嵌合されるので、シール部材８の分断箇所Ｓにおける両端部が互いに密着した状態となる。そのため、両端部に隙間が生じることがなく、当該隙間からのオイルの漏れも抑制することができる。これによっても、密封空間ＳＰにおけるオイルレベルを好適に確保することができる。

また、シール部材８の芯材８２は、その軸方向の一側面８２ａが外部に露出しているので、回転する内輪３の周溝３ｂの内面３ｂ１に芯材８２の一側面８２ａが接触したとしても、両者は金属接触となるため、摩擦抵抗を低減することができる。

［第２の実施形態］
図９は、第２の実施形態に係る密封装置のシール部材を示す断面図である。
本実施形態のシール部材８は、シール本体８１の外周面８１ａにおける密封空間ＳＰ側の一部に、周方向に沿って螺旋溝８１ａ１が形成されている。
また、大気側におけるシール本体８１の外面８１ｂには、大気側に向かって軸方向に突出する第２リップ部８１ｆが形成されている。この第２リップ部８１ｆの内周面は、内輪３の外周面に接触している。

本実施形態では、密封空間ＳＰ側のオイルが螺旋溝８１ａ１内に入り込むことによりシール部材８の外周面８１ａとラビリンスリング７の内周面との間を潤滑することができる。そのため、例えば、内輪３と外輪５，６ａとが軸方向に相対移動したときにラビリンスリング７の内周面上でシール部材８を軸方向にスムーズに移動させることができる。また、螺旋溝８１ａ１は、密封空間ＳＰ側の一部に形成されているので、螺旋溝８１ａ１内に侵入したオイルが大気側に漏れることもない。

第２リップ部８１ｆは、大気側から密封空間ＳＰ側への水や異物の侵入を防止する。また、第２リップ部８１ｆと内輪３との間には、空間ｓが形成されている。この空間ｓは、オイル排出通路８３〜８５を通って排出されようとするオイルを一時的に溜めるオイル溜まり空間（潤滑剤溜まり空間）とされる。このため、第２リップ部８１ｆと内輪３との間に好適にオイルが供給され、内輪３と第２リップ部８１ｆとの摩擦抵抗を低減することができる。

［第３の実施形態］
図１０は、第３の実施形態におけるシール部材の断面図である。
本実施形態のシール部材８は、芯材８２が略Ｌ字形状に形成され、シール本体８１の内部に埋設されている。そして、大気側におけるシール本体８１の外面８１ｂが、周溝３ｂの内面３ｂ１に接触可能となっている。

また、シール本体８１の外面８１ｂにおける径方向の中途部には、周方向に沿った円周溝８１ｂ１が全周に形成されている。
本実施形態では、シール本体８１の外面８１ｂが内輪３の周溝３ｂの内面３ｂ１に摺接するため、第１の実施形態のように金属製の芯材８２が摺接する場合に比べて摩擦抵抗が大きくなる。しかしながら、当該外面８１ｂには円周溝８１ｂ１が形成され、この円周溝８１ｂ１にリップ部８１ｅを通過して排出されようとするオイルが入り込むため、シール本体８１の外面８１ｂと、内輪３の周溝３ｂの内面３ｂ１との間を潤滑し、両者の摩擦抵抗を低減することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において変更することができる。
例えば、第２の実施形態において、シール本体８１の外周面８１ａに形成された螺旋溝８１ａ１は、第１及び第３の実施形態のシール本体８１の外周面８１ａに形成されていてもよい。

また、第３の実施形態において、シール本体８１の外面８１ｂに形成された円周溝８１ｂ１は、第１及び第２の実施形態におけるシール本体８１の外面８１ｂ及び芯材８２の外面８２ａに形成されていてもよい。

上記実施形態では、潤滑の方法としてオイルエア潤滑方式が採用され、密封空間ＳＰからオイルを取り出す方法として、排出方式が採用されていたが、グリス潤滑方式や、回収方式を採用することも可能である。シール部材８は、固定輪である外輪５，６ａの内周面に締め代をもって嵌合、固定されていてもよい。

２ ：転がり軸受装置
３ ：内輪
３ｂ ：周溝
３ｂ２ ：底面
４ ：転動体
５ ：外輪
６ａ ：ハウジング上部（外輪）
７ ：ラビリンスリング（環状部材）
８ ：シール部材
１０ ：密封装置
８１ ：シール本体
８１ａ１ ：螺旋溝
８１ｂ１ ：円周溝
８１ｅ ：リップ部
８１ｆ ：第２リップ部
８２ ：芯材
８３ ：第１溝部（潤滑剤排出通路）
８４ ：第２溝部（潤滑剤排出通路）
８５ ：第３溝部（潤滑剤排出通路）
ＳＰ ：密封空間（転動体配置空間）
ｓ ：オイル溜まり空間（潤滑剤溜まり空間）

Claims (6)

1. 周方向において複数に分割された回転輪である内輪と、周方向において複数に分割された固定輪である外輪と、前記内輪と前記外輪との間の空間に配置される転動体とを備えた転がり軸受装置に適用される密封装置であって、
   前記空間の軸方向両側に配置され、周方向において分断された箇所を有するシール部材を備え、
   前記シール部材は、前記内輪の外周面に形成された周溝内に収容され、かつ、その外周面が前記外輪又は前記外輪に固定される環状部材の内周面に固定され、
   前記周溝の内面に対向する前記シール部材の外面には、前記空間側から前記空間外である大気側へ向かう方向に沿った潤滑剤排出通路と、前記空間側から前記大気側へ向かう方向へ傾斜して突出し、先端部が前記周溝の内面に接触するリップ部とが設けられている、密封装置。
2. 前記シール部材の内径が、前記周溝の底面における外径と同一か又は当該外径よりも大きく、前記シール部材の外径が、前記外輪又は前記環状部材の内径よりも大きい、請求項１に記載の密封装置。
3. 前記シール部材は、弾性素材からなるシール本体と、金属製の芯材とを有しており、前記芯材は、前記周溝の内面に対向する前記シール部材の軸方向の外面において露出している、請求項１又は２に記載の密封装置。
4. 前記シール部材の外周面における前記空間側の一部には、周方向に沿って螺旋溝が形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の密封装置。
5. 前記シール部材が、前記空間側から前記大気側へ向けて突出し、当該大気側における前記内輪の外周面に接触する第２リップ部を有し、当該第２リップ部と前記内輪との間に潤滑剤溜まり空間が形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の密封装置。
6. 前記周溝の内面に対向する前記シール部材の軸方向の外面に、周方向に沿った円周溝が形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の密封装置。

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