JP2019078327A - 密封装置 - Google Patents

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【課題】密封装置のシール部材の構造を簡素化しつつ、密封性能を向上させる。【解決手段】軸受ケース16に収容され回転軸14を支持する軸受の軸方向の側方において、軸受ケース16と回転軸14との間の環状空間に装着されるシール部材21を備えた密封装置であって、シール部材21は、芯材24と、この芯材24に接着された弾性素材からなるシール本体25とを有し、芯材24は、軸受ケース16の内周面に沿って配置される円筒形状の円筒部24aと、円筒部24aの軸受側の端部から径方向内方へ延びる円環部24bとを備え、シール本体25は、円環部24bの径方向内端部から軸受とは反対側へ向けて突出し、回転軸14の外周面に接触する第1リップ26と、円筒部24aの径方向内側において軸受とは反対側へ向けて突出し、回転軸14の外周面に接触する第2リップ27とを備えている。【選択図】図2

Description

本発明は、連続鋳造機の搬送用セグメントロール等の回転軸を回転自在に支持する軸受装置に用いられる密封装置に関する。
従来、連続鋳造機においては、鋳型から連続的に排出される鋼片を、対向させた複数対のセグメントロールによって挟み込んで下方へ引き出した後、水をかけて冷却しつつ直角に屈曲させて搬送方向を水平方向へ転換することが行われている。このセグメントロールの両端部は軸受装置に支持されており、当該軸受装置には、内部に供給された潤滑剤を封止する密封装置が設けられている(例えば、特許文献1参照)。
上述のセグメントロールは、その両端部が、軸受ケースによって転がり軸受を介して水平軸回りに回転自在に支持され、転がり軸受の軸方向両側には、密封装置を構成するシール部材が設けられている。図5は、セグメントロール100のロールネック100a側に配置される従来のシール部材を示す。このシール部材101は、インナーシール102とアウターシール103とを備えている。インナーシール102は、金属製の芯材102aと弾性素材からなるシール本体102bとを備え、シール本体102bには、主リップ102b1と補助リップ102b2とが形成されている。アウターシール103は、金属製の芯材103aと弾性素材からなるシール本体103bとを備え、シール本体103bに保護リップ103b1が形成されている。
インナーシール102の芯材102aは、円筒部102a1と、円筒部102a1の軸受側端部から径方向内方へ屈曲する円環部102a2とを備える。アウターシール103の芯材103aは、円筒部103a1と、軸受とは反対側の円筒部103a1の端部から径方向内方へ屈曲する円環部103a2とを備える。アウターシール103の円筒部103a1は、インナーシール102の円筒部102a1の径方向内側に嵌合されている。
特開2003−307275号公報
図5に示す従来のシール部材101は、芯材102a,103aと、シール本体102b,103bとを備えた2つのシール(インナーシール102及びアウターシール103)を備えている。そのため、部品点数が多くなり、製造工数も増大し、製造コスト増の原因となる。
また、アウターシール103における保護リップ103b1は、芯材103aの反軸受側の端部に配置された円環部103a2の径方向内端部に設けられる。しかし、軸受ケース106内でシール部材101を配置できる領域Rは限られるため、当該領域R内に収まるように保護リップを103b1を形成しようとすると、保護リップ103b1の長さや厚さを十分に確保することができない。そのため、保護リップ103b1の剛性やロールネック14aに対する保護リップ103b1の追従性を高めて密封性能を向上させることが困難となる。
本発明は、密封装置のシール部材の構造を簡素化しつつ、密封性能を向上させることを目的とする。
本発明の密封装置は、
軸受ケースに収容されて回転軸を支持する軸受の軸方向の側方において、前記軸受ケースと前記回転軸との間の環状空間に装着されるシール部材を備えた密封装置であって、
前記シール部材は、芯材と、この芯材に接着された弾性素材からなるシール本体とを有し、
前記芯材は、前記軸受ケースの内周面に沿って配置される円筒形状の円筒部と、この円筒部の前記軸受側の端部から径方向内方へ延びる円環部とを備え、
前記シール本体は、前記円環部の径方向内端部から前記軸受とは反対側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第1リップと、
前記円筒部の径方向内側において前記軸受とは反対側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第2リップと、を備えている。
上記構成の密封装置は、芯材の数及びシール本体の数を従来よりも少なくすることができ、構造の簡素化を図ることができる。また、第2リップが、芯材の円筒部の径方向内側において軸受とは反対側へ向けて突出しているので、円筒部の径方向内側でかつ円環部の軸受とは反対側の比較的広い領域を利用して、第2リップを長くかつ厚く形成することができる。これにより、第2リップの剛性を高め、回転軸に対する追従性も向上させることができ、回転軸に対する締め代を長期にわたって維持させることができる。したがって、密封性能を向上させることができる。
好ましくは、前記シール本体が、前記円環部の径方向内端部から軸受側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第3リップを備え、
前記第3リップの内周面には、径方向内側に向けて突出しかつ前記回転軸の外周面と前記第3リップの内周面との間に隙間を形成する突起が、前記第3リップの周方向の一部に複数個形成されている。
この構成によれば、密封装置によって密封される軸受配置空間内(密封空間内)に新しい潤滑剤を充填するときに、突起により形成される隙間を介して古い潤滑剤を密封空間外へ排出しやすくすることができ、潤滑剤の置換をスムーズに行うことができる。
好ましくは、前記シール本体が、前記円環部の径方向内端部から軸受側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第3リップを備え、
前記第3リップよりも径方向外側には、前記シール部材を軸方向に貫通する孔が、前記シール部材の周方向の一部に複数個形成されている。
この構成によれば、密封装置によって密封される軸受配置空間内(密封空間内)に新しい潤滑剤を充填するときに、シール部材を貫通する孔を介して古い潤滑剤を密封空間外へ排出しやすくすることができ、潤滑剤の置換をスムーズに行うことができる。
本発明によれば、密封装置のシール部材の構造を簡素化しつつ、密封性能を向上させることができる。
第1実施形態に係る密封装置の断面図である。 密封装置の第1シール部材を拡大して示す断面図である。 第2実施形態に係る密封装置の第1シール部材を拡大して示す断面図である。 図3のA矢視図である。 従来技術に係る密封装置のシール部材を拡大して示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る密封装置の断面図である。
本実施形態の密封装置10は、連続鋳造機のセグメントロール(回転軸)11を回転自在に支持する軸受装置12に適用されている。
なお、本実施形態の密封装置10は、軸受装置12を潤滑する潤滑剤を封止し、外部から冷却水やスケール等の異物が侵入するのを防止するために用いられる。潤滑剤としては、グリース又はオイルエアが用いられる。オイルエアは、グリースに比べて、密封空間の内部圧力の保持性や潤滑性に優れ、更にはメンテナンスが容易である等の利点を有する。
各セグメントロール11は、鋳型から連続的に排出される鋼片と接触するロール本体13と、このロール本体13の軸方向の端部に設けられ、ロール本体13に比べて外径が小さい小径部14とを有し、軸心を水平にした状態で軸受装置12により支持されている。小径部14は、ロール本体13側のロールネック14aと、ロール本体13とは反対側のロールエンド14bとを有している。
軸受装置12は、円筒状の軸受ケース16と、軸受ケース16の内部に配置された転がり軸受17とを有する。軸受ケース16には、貫通孔16aが形成されており、この貫通孔16aにセグメントロール11の小径部14が挿入されている。
転がり軸受17は、自動調心ころ軸受であり、外輪18と、内輪19と、転動体20とを有している。外輪18は、軸受ケース16の貫通孔16aの内周面に嵌合、固定されている。内輪19は、外輪18の径方向内側に間隔をあけて配置され、セグメントロール11の小径部14、特にロールエンド14bの外周面に嵌合されている。転動体20は、外輪18と内輪19との径方向の間に配置され、外輪18の内周面に形成された軌道18a上、及び、内輪19の外周面に形成された軌道19a上を転動する。
密封装置10は、転がり軸受17の軸方向両側であって軸受ケース16の内周面と小径部14の外周面との間に設けられた第1,第2シール部材21,22を備えており、第1,第2シール部材21,22によって挟まれた転がり軸受17の配置空間(密封空間)Sを密封する。そして、当該密封空間Sには、オイルエアやグリース等の潤滑剤が供給され、第1及び第2シール部材21,22は、密封空間S内に潤滑剤を留めるとともに、密封空間S内に冷却水等が浸入することを防止する。
図2は、密封装置10の第1シール部材21を拡大して示す断面図である。
小径部14のロールネック14a側に配置された第1シール部材21は、芯材24と、シール本体25とを有している。芯材24は、金属製の板材からなり、断面L字形状に形成されている。具体的に、芯材24は、軸受ケース16の内周面に沿って円筒形状に形成された円筒部24aと、この円筒部24aの軸受側に端部から径方向内方へ延びる円環部24bとを有している。円筒部24aは、軸受ケース16の内周面にシール本体25と一体のゴム層を介して嵌合されている。
シール本体25は、フッ素ゴムや水素化ニトリルゴム等の弾性素材からなる。シール本体25は、専ら、芯材24の円筒部24aの内周面24a1と、転がり軸受17とは反対側(以下、「反軸受側」ともいう)の円環部24bの側面24b1とに接着されている。
シール本体25は、円環部24bの径方向内端部から突出する主リップ(第1リップ)26と、円筒部24aの径方向内側から突出する保護リップ(第2リップ)27とを有する。
具体的に、主リップ26は、円環部24bの径方向内端部から反軸受側に向けて径方向内方へ傾斜しつつ突出している。主リップ26の先端部の内周面は、小径部14のロールネック14aの外周面に接触する。また、主リップ26の先端部の外周にはガータスプリング28が巻回され、このガータスプリング28によって、主リップ26の先端部の内周面が、ロールネック14aの外周面に圧接されている。
なお、ロールネック14aの外周面には、主リップ26自体の弾性による緊迫力とガータスプリング28による緊迫力が付与されるが、全体の緊迫力のうちガータスプリング28による緊迫力の比率を高めることによって、主リップ26の劣化による全体の緊迫力の低下を抑制し、密封性を維持することができる。
保護リップ27は、弾性素材により主リップ26と一体に形成され、反軸受側に向けて径方向内方へ傾斜しつつ突出している。
保護リップ27の基端部27aは、軸方向に関して芯材24の円筒部24aの軸方向中央部付近、径方向に関して芯材24の円環部24bの径方向中央部付近に配置されている。
保護リップ27の先端部27bは、芯材24の円筒部24aの反軸受側の端部を超える位置まで延伸されている。また、保護リップ27の先端部27bの内周面は、小径部14のロールネック14aの外周面に接触する。
したがって、保護リップ27は、芯材24の円筒部24aの径方向内側でかつ円環部24bの反軸受側における比較的広い領域Xに配置されている。そのため、従来の保護リップ103b1(図5参照)と比較して、長さも厚さも大きくすることができる。また、保護リップ27の基端部27a側では、円筒部24aの内周面24a1及び円環部24bの反軸受側の側面24b1の広範囲にシール本体25が接着され、そのボリュームが増大されている。これにより、保護リップ27の厚さが増大していることも伴って保護リップ27の剛性が高められている。
したがって、本実施形態の第1シール部材21は、保護リップ27が従来の保護リップ103b1よりも長く形成されるので、径方向の可動域を大きくすることができる。そのため、ロールネック14aの外周面に対する保護リップ27の追従性を向上させることができる。さらに、従来の保護リップ103b1よりも剛性が高められるので、ロールネック14aの外周面に対する接触圧を高めることができる。また、締め代も長期にわたって維持させることができる。その結果、第1シール部材21による密封性能を向上させることができ、外部からの異物の侵入を好適に防止することができる。
さらに、本実施形態の第1シール部材21は、従来のシール部材101(図5参照)に比べて、芯材及びシール本体の数が少なく、構造が簡素化されている。そのため、第1シール部材21の製造コストを削減することができる。
本出願の発明者は、本実施形態の第1シール部材21と、従来のシール部材(図5参照)とをそれぞれ用いてオイルエア潤滑を行いながら運転を行い、性能の比較を行った。その結果、本実施形態の第1シール部材21における保護リップ27は、運転期間の経過に伴う締め代の低下率が、従来の保護リップと比較して有意に改善された。具体的には、本実施形態の保護リップ27の締め代の低下率は、従来の保護リップの締め代の低下率よりも40%程度改善された。また、本実施形態の第1シール部材21を用いた場合の密封空間Sの内圧は、従来のシール部材を用いた場合の密封空間の内圧と比べて高い状態を維持することができた。これは、保護リップ27における剛性の向上とロールネック14aの外周面に対する追従性の向上が一因であると考えられる。以上により、本実施形態の第1シール部材21を備えることによって密封装置10の密封性能が向上されることがわかった。
[第2の実施形態]
図3は、第2実施形態に係る密封装置10の第1シール部材21を拡大して示す断面図である。
本実施形態の第1シール部材21は、主リップ26及び保護リップ27に加え、補助リップ(第3リップ)30を備えている。
この補助リップ30は、芯材24の円環部24bの径方向内端部から軸受側へ向けて径方向内方へ傾斜しつつ突出している。補助リップ30の先端部の内周面は、小径部14におけるロールネック14aの外周面に接触している。したがって、補助リップ30は、密封空間S内の潤滑剤が補助リップ30とロールネック14aとの間を通って外部へ漏洩するのを抑制する。
図4は、図3のA矢視図である。第1シール部材21の周方向の上端部(時計の12時の位置)において、補助リップ30の内周面には複数の突起31が設けられている。具体的には、6個の突起31が周方向に間隔をあけて設けられている。そして、この突起31がロールネック14aの外周面に接触することによって、補助リップ30の内周面とロールネック14aの外周面との間には僅かな隙間Cが形成される。
転がり軸受17を潤滑する潤滑剤は、密封空間S内に充填されることによって蓄積され、そのレベルがロールネック14aの上端にまで達すると、突起31によって形成された隙間Cを介して外部へ排出される。そのため、古い潤滑剤と新しい潤滑剤とが置換されやすくなる。
また、第1シール部材21の周方向の上端部において、芯材24の円環部24bには軸方向に貫通する貫通孔32が周方向に間隔をあけて複数個(図示例では3個)形成されている。この貫通孔32は、シール本体25の一部25aによって塞がれている。このシール本体25の一部25aは膜状に形成され、かつスリット(切れ目)33が形成されている。このスリット33は、上記の隙間Cと同様に、密封空間S内の潤滑剤を外部へ排出するための排出口として機能している。そのため、古い潤滑剤と新しい潤滑剤とが置換されやすくなる。
また、隙間Cやスリット33を介して排出された潤滑剤は、主リップ26や保護リップ27に到るので、これらの潤滑性をも高めることができ、ロールネック14aに対する摩擦抵抗を低減させることができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく変更することができる。
たとえば、第2の実施形態において、補助リップ30に設けられた突起31の数や、円環部24bに設けられた貫通孔32の数(スリット33の数)は任意であり、上記実施形態に限定されるものではない。ただし、上記実施形態のように突起31を6個とし、スリット33を3個とすることが、密封空間Sに潤滑剤を充填するときの充填量と密封空間Sからの潤滑剤の排出量とのバランスが良好となるため、より好ましい。また、貫通孔32を塞ぐ部分25aには、スリット33に変えて微細な孔を形成してもよい。また、第1シール部材21には、突起31及びスリット33のいずれか一方のみが形成されていてもよい。
10 :密封装置
11 :セグメントロール(回転軸)
16 :軸受ケース
17 :転がり軸受
21 :第1シール部材
24 :芯材
24a :円筒部
24a1 :内周面
24b :円環部
25 :シール本体
26 :主リップ(第1リップ)
27 :保護リップ(第2リップ)
30 :補助リップ(第3リップ)
31 :突起
32 :貫通孔

Claims (3)

  1. 軸受ケースに収容されて回転軸を支持する軸受の軸方向の側方において、前記軸受ケースと前記回転軸との間の環状空間に装着されるシール部材を備えた密封装置であって、
    前記シール部材は、芯材と、この芯材に接着された弾性素材からなるシール本体とを有し、
    前記芯材は、前記軸受ケースの内周面に沿って配置される円筒形状の円筒部と、この円筒部の前記軸受側の端部から径方向内方へ延びる円環部とを備え、
    前記シール本体は、前記円環部の径方向内端部から前記軸受とは反対側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第1リップと、
    前記円筒部の径方向内側において前記軸受とは反対側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第2リップと、を備えている、密封装置。
  2. 前記シール本体が、前記円環部の径方向内端部から軸受側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第3リップを備え、
    前記第3リップの内周面には、径方向内側に向けて突出しかつ前記回転軸の外周面と前記第3リップの内周面との間に隙間を形成する突起が、前記第3リップの周方向の一部に複数個形成されている、請求項1に記載の密封装置。
  3. 前記シール本体が、前記円環部の径方向内端部から軸受側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第3リップを備え、
    前記第3リップよりも径方向外側には、前記シール部材を軸方向に貫通する孔が、前記シール部材の周方向の一部に複数個形成されている、請求項1又は2に記載の密封装置。
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