JP2020148223A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルエアーアウト潤滑方式において、軸受側の空間の圧力変化を長期にわたって抑制する密封装置を提供する。【解決手段】密封装置は、回転軸とハウジングとの間に配置され、軸受側の空間と外部空間とを隔離する。密封装置は、ハウジングに固定される軸受側シール部材と、軸受側シール部材により径方向内側に押圧される外部側シール部材を有する。外部側シール部材は、樹脂により形成され、回転軸に摺動自在に密封接触する。軸受側シール部材は、ハウジングに嵌め入れられる円筒部と、メインシールリップと、チェックリップを有する。メインシールリップとチェックリップは、回転軸に摺動自在に密封接触するとともに、軸受側の圧力が一定値を超えると、回転軸から離間して、軸受側の空間から外部空間に空気および潤滑油が流出することを許容する。外部側シール部材は、樹脂により形成され、メインシールリップよりも外部空間側に配置され、回転軸に摺動自在に密封接触する。【選択図】図１

Description

本発明は、密封装置に関する。

金属片の連続鋳造機および圧延機において金属片を搬送するロールは、コロ軸受に支持されており、コロ軸受の潤滑にはオイルエアーアウト潤滑方式が採用されている。オイルエアーアウト潤滑方式では、高圧の空気によって潤滑油が軸受に供給され、その空気の流れによって軸受から空気と潤滑油が排出される。

特許文献１，２に記載されているように、空気と潤滑油の排出には、ロールの周囲に配置されるオイルシール（密封装置）が使用されている。密封装置は、軸受側の空間をなるべく所要の圧力に維持するとともに、外部空間から軸受側の空間への水、ダストおよびスケールの侵入を防止または低減する。また、軸受側の空間が高圧になると、密封装置は軸受側の空間から外部空間に空気を排出し、排出される空気によって、水、ダストおよびスケールの侵入がさらに抑制される。

特開２０１５−１０８４４５号公報 特許第３８４５４８３号明細書

上記の密封装置については、軸受側の空間をなるべく所要の圧力に維持することが望まれる。

そこで、本発明は、オイルエアーアウト潤滑方式において、軸受側の空間の圧力変化を長期にわたって抑制する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、回転軸と前記回転軸が配置されたハウジングとの間に配置され、前記回転軸を支持する軸受側の空間と外部空間とを隔離する密封装置であって、前記ハウジングに固定される軸受側シール部材と、前記軸受側シール部材により径方向内側に押圧される外部側シール部材を有する。前記外部側シール部材は、樹脂により形成され、前記回転軸に摺動自在に密封接触する。前記軸受側シール部材は、前記ハウジングに嵌め入れられる円筒部と、前記円筒部よりも径方向内側に配置され、前記回転軸に摺動自在に密封接触するとともに、メインシールリップよりも軸受側の圧力が一定値を超えると、前記回転軸から離間する、弾性材料製のメインシールリップと、前記円筒部よりも径方向内側に配置され、前記メインシールリップよりも軸受側に配置され、前記回転軸に摺動自在に密封接触するとともに、前記軸受側の空間の圧力が一定値を超えると、前記回転軸から離間して、前記軸受側の空間から前記メインシールリップに空気および潤滑油が流出することを許容する弾性材料製のチェックリップを有する。前記外部側シール部材は、樹脂により形成され、前記メインシールリップよりも前記外部空間側に配置され、前記回転軸に摺動自在に密封接触する。

この態様においては、メインシールリップよりも軸受側に配置されたチェックリップが通常時は回転軸に摺動自在に密封接触するが、軸受側の空間の圧力が一定値を超えると、回転軸から離間して、軸受側の空間からメインシールリップに向けて空気および潤滑油が流出することを許容する。メインシールリップも通常時は回転軸に摺動自在に密封接触するが、メインシールリップよりも軸受側の圧力が一定値を超えると、回転軸から離間して、外部空間に空気および潤滑油が流出することを許容する。このように、軸受側の空間と外部空間の間に、二重のリップが配置されることにより、オイルエアーアウト潤滑方式において、軸受側の空間の圧力変化を抑制することが可能である。また、チェックリップよりも外部空間側には、メインシールリップと外部側シール部材が配置され、これらが回転軸に接触または近接しているので、チェックリップは外部空間の水、ダストおよびスケールから保護され、損傷しにくく、軸受側の空間の圧力変化を長期にわたって抑制することが可能である。特に、機械の故障または機械への電力供給停止によって、軸受側の空間内の圧力が低下し、外部空間から水、ダストまたはスケールが軸受側に侵入しようとしても、メインシールリップがまずこれらを受け止めるため、チェックリップは損傷しにくい。

本発明の実施形態に係る使用状態の密封装置の断面図である。 非使用状態の密封装置の断面図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施の形態を説明する。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、一部の特徴は誇張または省略されることもある。

図１は、本発明の実施形態に係る密封装置（オイルシール）１の断面図である。密封装置１は、金属片の連続鋳造機において金属片を搬送するロール（回転軸）２を支持するコロ軸受３（図１に一部分のみを示す）を保護するために使用される。密封装置１は、ロール２とロール２が配置されたシールハウジング（ハウジング）４との間に配置され、ロール２が支持される軸受側の空間Ａと外部空間Ｂとを隔離する。軸受側の空間Ａは、コロ軸受３のための潤滑油が満たされており、外部空間Ｂには、水、ダストおよびスケールが存在する。

ロール２は、大径のロール本体２ａと、ロール本体２ａの端部に配置された小径のロール軸２ｂを有する。ロール軸２ｂはコロ軸受３に支持され、コロ軸受３は軸受ハウジング５に固定されている。軸受ハウジング５はシールハウジング４に液密に連結され、シールハウジング４の内部に密封装置１が配置されている。シールハウジング４は軸受ハウジング５と一体に形成されていてもよい。シールハウジング４の端部には、径方向内側に延びる端壁４ａが形成されている。

ロール２は円柱状であり、コロ軸受３は円環状であり、シールハウジング４と軸受ハウジング５は円筒状であり、密封装置１は円環状であるが、図１においては、それらの上側部分のみが示されている。図１には、これらの共通軸線Ａｘを示す。

密封装置１は、軸受側シール部材６、ガータースプリング８、保持環１０，１２、弾性環１４、外部側シール部材１６、および位置決め環１８を有する。

軸受側シール部材６は、剛性環２０と弾性環２２を有する。弾性環２２は、弾性材料、例えばエラストマーで形成されており、剛性環２０は、剛性材料、例えば金属で形成されている。剛性環２０は、弾性環２２に密着し弾性環２２を補強する。剛性環２０は、円筒部と、円筒部の端部に連結された円環部を有する。

軸受側シール部材６は、外側円筒部２４、内側円筒部２６、連結円環部２８、メインシールリップ３０、およびチェックリップ３２を有する。

外側円筒部２４は、内側の剛性環２０と外側の弾性環２２から構成され、シールハウジング４に締まり嵌め方式で嵌め入れられて（圧入されて）、シールハウジング４に固定される。図１の右側（外部空間Ｂ側）において、外側円筒部２４の剛性環２０の部分がシールハウジング４の内面４ｂに密に接触する。外側円筒部２４の剛性環２０の部分の外部空間Ｂ側の端部は、シールハウジング４の端壁４ａに接触する。図１の左側（軸受側）において、外側円筒部２４の弾性環２２の部分がシールハウジング４の内面４ｂに密に接触する。

内側円筒部２６は、弾性環２２のみから構成され、外側円筒部２４よりも径方向内側に配置されている。

連結円環部２８は、外側円筒部２４の軸受側の端部と、内側円筒部２６の軸受側の端部を連結する。連結円環部２８は、ロール２に対して垂直に配置されている。連結円環部２８は、外部空間Ｂ側の剛性環２０と軸受側の弾性環２２から構成されている。

メインシールリップ３０とチェックリップ３２は、弾性環２２のみから構成され、内側円筒部２６から径方向内側に向けて突出する。

図２は、非使用状態の密封装置１の拡大断面図である。図２では、シールハウジング４とロール２を仮想線で示す。

密封装置１がシールハウジング４とロール軸２ｂの間に配備されていない非使用状態では、図２に示すように、メインシールリップ３０は、三角形断面の環状である。密封装置１がシールハウジング４とロール軸２ｂの間に配備された使用状態では、図１に示すように、メインシールリップ３０は、ロール軸２ｂの外周面に全周にわたって接触させられて圧縮される。このようにして、密封装置１の使用状態で、メインシールリップ３０は、ロール軸２ｂに摺動自在に密封接触する。但し、メインシールリップ３０よりも軸受側の圧力（より具体的には、メインシールリップ３０とチェックリップ３２の間の空間３４内の圧力）が一定値を超えると、メインシールリップ３０はロール軸２ｂから離間する。

内側円筒部２６の周囲には、メインシールリップ３０を径方向内側に押圧するガータースプリング８が巻かれている。但し、ガータースプリング８は必ずしも不可欠ではない。

チェックリップ３２は、メインシールリップ３０よりも軸受側に配置されている。三角形断面の環状であるメインシールリップ３０とは異なり、チェックリップ３２は、径方向内側かつ外部空間Ｂ側に向けて延びる円錐台形状を有する板である。密封装置１の使用状態で、チェックリップ３２の先端縁は、ロール軸２ｂに摺動自在に密封接触する。但し、チェックリップ３２よりも軸受側の圧力（より具体的には、軸受側の空間Ａ内の圧力）が一定値を超えると、チェックリップ３２の先端縁はロール軸２ｂから離間して、軸受側の空間Ａからメインシールリップ３０に空気および潤滑油が流出することを許容する。

外部側シール部材１６は、矩形断面を有する円環であって、メインシールリップ３０よりも外部空間Ｂ側に配置され、ロール軸２ｂに摺動自在に密封接触する。外部側シール部材１６は、摩擦係数が小さくエラストマーより硬い樹脂材料で形成されている。このような樹脂材料としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）がある。樹脂材料にグラスファイバー、グラファイト、および／または炭素繊維を混ぜてもよい。外部側シール部材１６は、ロール軸２ｂの外周面に面接触する。

外部側シール部材１６は、軸受側シール部材６により径方向内側に押圧される。具体的には、軸受側シール部材６の外側円筒部２４の剛性環２０の部分が保持環１０，１２を径方向内側に押圧し、保持環１２が弾性環１４を径方向内側に押圧し、弾性環１４が外部側シール部材１６を径方向内側のロール軸２ｂに向けて押圧する。

保持環１０は、剛性材料、例えば金属で形成されており、円筒部１０ａと、円筒部１０ａの端部に連結された円環部１０ｂを有する。円筒部１０ａは、軸受側シール部材６の外側円筒部２４の剛性環２０の部分に包囲されて、この部分に面接触する。外側円筒部２４の剛性環２０の部分は湾曲させられ、円筒部１０ａはこの部分に嵌め込まれて拘束されている。

保持環１２も、剛性材料、例えば金属で形成されており、円筒部１２ａと、円筒部１２ａの端部に連結された円環部１２ｂを有する。円筒部１２ａは保持環１０の円筒部１０ａに包囲されて、円筒部１０ａに面接触する。

弾性環１４と外部側シール部材１６は、保持環１０の円環部１０ｂと保持環１２の円環部１２ｂの間に挟まれて、軸線方向の移動が規制されている。

弾性環１４は、ほぼ矩形断面を有する円環であって、弾性材料、例えばエラストマーで形成されている。弾性環１４は、保持環１２の円筒部１２ａに包囲されて、円筒部１２ａに接触する。したがって、弾性環１４は、外部側シール部材１６と円筒部１２ａの間で圧縮されて、外部側シール部材１６を径方向内側に向けて押圧する。

外部側シール部材１６は、弾性環１４に接合されていてもよいし、接合されていなくてもよい。接合の手法は、例えば外部側シール部材１６を型内に配置し、弾性環１４の材料を同じ型内に配置することによって、プレス成形または射出成形によって、弾性環１４を形成すると同時に外部側シール部材１６と一体化することであってよい。

位置決め環１８も、剛性材料、例えば金属で形成されており、円筒部１８ａと、円筒部１８ａの端部に連結された円環部１８ｂを有する。円筒部１８ａは、軸受側シール部材６の外側円筒部２４の剛性環２０の部分に包囲されて、この部分に面接触する。円環部１８ｂは、保持環１２の円環部１２ｂに面接触する。

位置決め環１８は、保持環１０，１２ひいてはシールハウジング４および外部側シール部材１６の軸線方向の移動を規制する。具体的には、位置決め環１８は、軸受側シール部材６の連結円環部２８と保持環１２の円環部１２ｂの間で圧縮されて、保持環１０，１２を外部空間Ｂ側に向けて押圧する。上記の通り、軸受側シール部材６の外側円筒部２４の剛性環２０の部分の外部空間Ｂ側の端部は、シールハウジング４の端壁４ａに接触する。保持環１０は、外側円筒部２４の剛性環２０の部分に拘束されているので、保持環１０，１２は、軸受側シール部材６の外側円筒部２４の剛性環２０の部分の外部空間Ｂ側の端部と円環部１８ｂの間に拘束される。

次に、オイルエアーアウト潤滑方式に関連する特徴を説明する。

図１に示すように、軸受ハウジング５には給油孔５Ａが形成されており、高圧の空気によって給油孔５Ａを通じて、軸受側の空間Ａに潤滑油が供給される。上記の通り、密封装置１の使用状態で、軸受側の空間Ａ内の圧力が一定値を超えると、チェックリップ３２の先端縁はロール軸２ｂから離間して、軸受側の空間Ａからメインシールリップ３０に空気および潤滑油が流出する。密封装置１の使用状態で、メインシールリップ３０とチェックリップ３２の間の空間３４内の圧力が一定値を超えると、メインシールリップ３０はロール軸２ｂから離間し、空間３４から位置決め環１８の内部の空間３６に空気および潤滑油が流出する。

位置決め環１８には、空気および潤滑油の流路となる少なくとも１つの孔１８Ｃが形成されている。孔１８Ｃは、円筒部１８ａと円環部１８ｂが形成するコーナーに少なくとも１箇所形成されている。好ましくは、複数の孔１８Ｃが軸線Ａｘを中心として等角間隔をおいて配置されている。

保持環１０には、空気および潤滑油の流路となる少なくとも１つの切欠き１０Ｃが形成されている。好ましくは、複数の切欠き１０Ｃが軸線Ａｘを中心として等角間隔をおいて配置されている。

位置決め環１８の内部の空間３６に流入した空気および潤滑油は、位置決め環１８の孔１８Ｃと保持環１０の切欠き１０Ｃを通じて、さらにシールハウジング４の端壁４ａとロール軸２ｂの間の環状の間隙３８を通じて、外部空間Ｂに排出される。

密封装置１は、外部空間Ｂから軸受側の空間Ａへの水、ダストおよびスケールの侵入を防止または低減する。特に、軸受側の空間Ａと外部空間Ｂの間に、２つのシール部材、すなわち外部側シール部材１６と軸受側シール部材６が配置されていることにより、水、ダストおよびスケールの侵入を抑制する効果が高い。また、シールハウジング４の端壁４ａとロール軸２ｂの間の環状の間隙３８には、潤滑油が貯まりやすく、溜まった潤滑油も水、ダストおよびスケールの侵入を抑制する。さらに、軸受側の空間Ａが高圧になると、軸受側の空間Ａから外部空間Ｂに空気が排出され、排出される空気によって、水、ダストおよびスケールの侵入が抑制される。

この実施形態においては、メインシールリップ３０よりも軸受側に配置されたチェックリップ３２が通常時はロール２のロール軸２ｂに摺動自在に密封接触するが、軸受側の空間Ａの圧力が一定値を超えると、ロール２のロール軸２ｂから離間して、軸受側の空間Ａからメインシールリップ３０に向けて空気および潤滑油が流出することを許容する。メインシールリップ３０も通常時はロール２のロール軸２ｂに摺動自在に密封接触するが、メインシールリップ３０よりも軸受側の圧力が一定値を超えると、ロール２のロール軸２ｂから離間して、外部空間Ｂに空気および潤滑油が流出することを許容する。このように、軸受側の空間Ａと外部空間Ｂの間に、二重のリップ３０，３２が配置されることにより、オイルエアーアウト潤滑方式において、軸受側の空間Ａの圧力変化を抑制することが可能である。

また、チェックリップ３２よりも外部空間Ｂ側には、メインシールリップ３０と外部側シール部材１６が配置され、これらがロール軸２ｂに接触または近接しているので、チェックリップ３２は外部空間Ｂの水、ダストおよびスケールから保護され、損傷しにくく、軸受側の空間Ａの圧力変化を長期にわたって抑制することが可能である。特に、給油孔５Ａに高圧空気および潤滑油を供給する機械の故障または機械への電力供給停止によって、軸受側の空間Ａ内の圧力が低下し、外部空間Ｂから水、ダストまたはスケールが軸受側に侵入しようとしても、メインシールリップ３０がまずこれらを受け止めるため、チェックリップ３２は損傷しにくい。

この実施形態においては、チェックリップ３２は、径方向内側かつ外部空間Ｂ側に向けて延びる円錐台形状を有する板である。もしチェックリップ３２がメインシールリップ３０と同様に三角形断面の環状である場合には、チェックリップ３２がロール２に与えるトルクはより大きいであろう。しかし、この実施形態は、チェックリップ３２が例えば三角形断面の環状である場合に比べて、ロール２に与えられるトルクを低減することができる。

チェックリップ３２がロール２から離間した時、チェックリップ３２がメインシールリップ３０に接触しないように、チェックリップ３２は形成され配置されている。したがって、軸受側の空間Ａの圧力が高まってチェックリップ３２がロール２から離間しても、チェックリップ３２自体がメインシールリップ３０の挙動に影響を与えることはない。また、密封装置１を定位置に配備する際、チェックリップ３２がメインシールリップ３０とロール２の間に挟まることはない。

以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。

例えば、上記の実施形態においては、密封装置１は、金属片の連続鋳造機において金属片を搬送するロール２を支持するコロ軸受３を保護するために使用される。しかし、密封装置１は、金属板の圧延機の圧延ロールを支持するコロ軸受を保護するために使用されてもよい。

上記の実施形態では、外部側シール部材１６は、軸受側シール部材６に支持された保持環１０，１２および弾性環１４によって、ロール軸２ｂに向けて押圧される。また、外部側シール部材１６は、外部側シール部材１６、保持環１０，１２、弾性環１４および位置決め環１８によって、定位置に拘束される。しかし、軸受側シール部材６に支持され外部側シール部材１６をロール軸２ｂに向けて押圧する部材および外部側シール部材１６を定位置に拘束する部材は、他の部材であってもよい。いずれにせよ、外部側シール部材１６をロール軸２ｂに向けて押圧する部材は、軸受側の空間Ａが高圧になったときに、軸受側の空間Ａからチェックリップ３２とロール２の間の間隙およびメインシールリップ３０とロール２の間の間隙を経て流れた空気および潤滑油が、外部空間Ｂに流出する流路を有する。

本発明の態様は、下記の番号付けされた条項にも記載される。

条項１． 回転軸と前記回転軸が配置されたハウジングとの間に配置され、前記回転軸を支持する軸受側の空間と外部空間とを隔離する密封装置であって、
前記ハウジングに固定される軸受側シール部材と、前記軸受側シール部材により径方向内側に押圧される外部側シール部材を有し、
前記外部側シール部材は、樹脂により形成され、前記回転軸に摺動自在に密封接触し、
前記軸受側シール部材は、
前記ハウジングに嵌め入れられる円筒部と、
前記円筒部よりも径方向内側に配置され、前記回転軸に摺動自在に密封接触するとともに、メインシールリップよりも軸受側の圧力が一定値を超えると、前記回転軸から離間する、弾性材料製のメインシールリップと、
前記円筒部よりも径方向内側に配置され、前記メインシールリップよりも軸受側に配置され、前記回転軸に摺動自在に密封接触するとともに、前記軸受側の空間の圧力が一定値を超えると、前記回転軸から離間して、前記軸受側の空間から前記メインシールリップに空気および潤滑油が流出することを許容する弾性材料製のチェックリップを有し、
前記外部側シール部材は、樹脂により形成され、前記メインシールリップよりも前記外部空間側に配置され、前記回転軸に摺動自在に密封接触する
ことを特徴とする密封装置。

条項２． 前記チェックリップは、径方向内側かつ外部空間側に向けて延びる円錐台形状を有する板である
ことを特徴とする条項１に記載の密封装置。

この条項によれば、チェックリップが例えば三角形断面の環状である場合に比べて、回転軸に与えられるトルクを低減することができる。

条項３． 前記チェックリップは、前記回転軸から離間した時、前記メインシールリップに接触しない
ことを特徴とする条項１または２に記載の密封装置。

この条項によれば、軸受側の空間の圧力が高まってチェックリップが回転軸から離間しても、チェックリップ自体がメインシールリップの挙動に影響を与えることはない。また、密封装置を定位置に配備する際、チェックリップがメインシールリップと回転軸の間に挟まることはない。

条項４． 前記軸受側シール部材に支持され、前記外部側シール部材を径方向内側に押圧する部材をさらに有し、この部材は、前記軸受側の空間から前記チェックリップと前記回転軸の間の間隙および前記メインシールリップと前記回転軸の間の間隙を経て流れた空気および潤滑油が、前記外部空間に流出する流路を有する
ことを特徴とする条項１から３のいずれか１項に記載の密封装置。

Ａ 軸受側の空間
Ｂ 外部空間
１ 密封装置（オイルシール）
２ ロール（回転軸）
３ コロ軸受
４ シールハウジング（ハウジング）
６ 軸受側シール部材
１０，１２ 保持環
１４ 弾性環
１６ 外部側シール部材
１８ 位置決め環
２０ 剛性環
２２ 弾性環
２４ 外側円筒部（円筒部）
２６ 内側円筒部
２８ 連結円環部
３０ メインシールリップ
３２ チェックリップ
１０Ｃ 切欠き（流路）
１８Ｃ 孔（流路）

Claims (4)

1. 回転軸と前記回転軸が配置されたハウジングとの間に配置され、前記回転軸を支持する軸受側の空間と外部空間とを隔離する密封装置であって、
   前記ハウジングに固定される軸受側シール部材と、前記軸受側シール部材により径方向内側に押圧される外部側シール部材を有し、
   前記外部側シール部材は、樹脂により形成され、前記回転軸に摺動自在に密封接触し、
   前記軸受側シール部材は、
   前記ハウジングに嵌め入れられる円筒部と、
   前記円筒部よりも径方向内側に配置され、前記回転軸に摺動自在に密封接触するとともに、メインシールリップよりも軸受側の圧力が一定値を超えると、前記回転軸から離間する、弾性材料製のメインシールリップと、
   前記円筒部よりも径方向内側に配置され、前記メインシールリップよりも軸受側に配置され、前記回転軸に摺動自在に密封接触するとともに、前記軸受側の空間の圧力が一定値を超えると、前記回転軸から離間して、前記軸受側の空間から前記メインシールリップに空気および潤滑油が流出することを許容する弾性材料製のチェックリップを有し、
   前記外部側シール部材は、樹脂により形成され、前記メインシールリップよりも前記外部空間側に配置され、前記回転軸に摺動自在に密封接触する
   ことを特徴とする密封装置。
2. 前記チェックリップは、径方向内側かつ外部空間側に向けて延びる円錐台形状を有する板である
   ことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記チェックリップは、前記回転軸から離間した時、前記メインシールリップに接触しない
   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. 前記軸受側シール部材に支持され、前記外部側シール部材を径方向内側に押圧する部材をさらに有し、この部材は、前記軸受側の空間から前記チェックリップと前記回転軸の間の間隙および前記メインシールリップと前記回転軸の間の間隙を経て流れた空気および潤滑油が、前記外部空間に流出する流路を有する
   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。

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