JP2021148251A - Bearing seal device - Google Patents

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東克隆 艾
Dongkelong Ai
東克隆 艾
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Abstract

To provide a bearing seal device which can prevent occurrence of failure in a rolling bearing due to a torque loss caused by an improper tightening margin and deterioration in a seal member, by detecting increase or decrease in a tension force of the seal member, irrespective of the structure and the size of the rolling bearing.SOLUTION: A bearing seal device 2 seals a bearing space 6 of a rolling bearing 1 which includes an inner ring 3, an outer ring 4, and a plurality of rolling elements 5 rolling between an inner ring raceway surface and an outer ring raceway surface. The bearing seal device includes: a seal member 7 that is constituted by conductive rubber, is fixed to one raceway ring out of the outer ring and the inner ring, and seals the bearing space 6 by coming into slide-contact by having a tightening margin on the other raceway ring; a voltage application part 8 that applies a voltage to the seal member 7; and a detection part 9 that detects an electric parameter according to the deformation of the seal member 7 when a voltage is applied to the seal member 7.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、転がり軸受の軸受空間を密封する軸受密封装置に関する。 The present invention relates to a bearing sealing device that seals the bearing space of a rolling bearing.

各種機械、装置の回転支持部に用いられる転がり軸受においては、転がり軸受の両側面にシール部材を配置し、その内部にグリースなどの潤滑剤を封入して、外部からの異物の侵入を防止するとともに、内部からのグリースの漏洩を防止するようにした密封型転がり軸受が広く用いられている。 In rolling bearings used for rotary support of various machines and devices, sealing members are placed on both sides of the rolling bearings, and a lubricant such as grease is sealed inside the rolling bearings to prevent foreign matter from entering from the outside. At the same time, sealed rolling bearings that prevent grease from leaking from the inside are widely used.

密封型転がり軸受の一般的なシール部材は、転がり軸受の構成部材の一つである外輪へ嵌合する外輪嵌め合い部と、軸受内部の空間からの潤滑剤の漏洩を防止するメインリップ部と、軸受空間の外部からの異物の侵入を防止するダストリップ部とを有する。また、シール部材は、弾性を有するゴムなどの弾性材料の成形体が多用される。シール部材の外輪嵌め合い部は、外輪のシール溝に嵌合して固定される。一般的に、上記各リップ部は、使用用途や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、剛性などが設定される。 General sealing members for sealed rolling bearings include an outer ring fitting section that fits into the outer ring, which is one of the components of the rolling bearing, and a main lip section that prevents lubricant from leaking from the space inside the bearing. It has a dust strip portion that prevents foreign matter from entering from the outside of the bearing space. Further, as the sealing member, a molded body of an elastic material such as rubber having elasticity is often used. The outer ring fitting portion of the seal member is fitted and fixed in the seal groove of the outer ring. In general, the shape, rigidity, and the like of each of the above lip portions are set so as to exert an appropriate tense force according to the intended use and usage conditions.

しかし、不適切な装着締め代や、軸受回転時の昇温による軸受内部の空間の圧力増大、経年劣化によるシール部材の膨張や収縮などにより、緊迫力が増大もしくは減少することがある。緊迫力が増大した場合、軸受の回転トルクロス、温度上昇、および異常摩耗などの問題が生じるおそれがある。一方、緊迫力が減少した場合、外部からの異物混入や、グリースの漏洩が発生しやすくなるおそれがある。多くの場合、軸受装置が不具合に至ってから、経年劣化していたことなどが判明する。 However, the tension may increase or decrease due to improper mounting tightening allowance, pressure increase in the space inside the bearing due to temperature rise during bearing rotation, expansion or contraction of the seal member due to aging deterioration, and the like. Increased tension can cause problems such as bearing rotation torque, temperature rise, and abnormal wear. On the other hand, when the tense force is reduced, foreign matter may be mixed in from the outside and grease may leak easily. In many cases, it turns out that the bearing device has deteriorated over time since it became defective.

従来から、シリンダヘッドに用いられるシール部材の劣化検知について、シール緊迫力を検出し、シール部材の劣化の程度を判定する方法が提案されている(特許文献1参照)。また、特許文献2のように、磁性流体とニッケル粒子とを含有する磁気混合流体と、天然ゴム材料との混合物を磁場の存在下で硬化させて得られた導電性ゴムを、触覚センサとして利用する方法も提案されている。この方法は、この触覚センサ部に接する一対の電極に電圧を印加し、触覚センサ部の表面に対して、物体を接触させた際の電極間に流れる電流変化をもとに、接触力や表面性状を検出するものである。 Conventionally, as for the deterioration detection of the seal member used for the cylinder head, a method of detecting the seal tension force and determining the degree of deterioration of the seal member has been proposed (see Patent Document 1). Further, as in Patent Document 2, a conductive rubber obtained by curing a mixture of a magnetic mixed fluid containing a magnetic fluid and nickel particles and a natural rubber material in the presence of a magnetic field is used as a tactile sensor. A method to do so is also proposed. In this method, a voltage is applied to a pair of electrodes in contact with the tactile sensor unit, and the contact force and the surface are based on the change in current flowing between the electrodes when an object is brought into contact with the surface of the tactile sensor unit. It detects the properties.

特開2018−155253号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-155253 特開2013−101080号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-101080

上記特許文献1のシール部材の劣化検知では、圧力に応じて導電性が変化する感圧導電性ゴムを検出装置として、シール部材に隣接した状態で、シリンダヘッドに内装させている。しかし、該検出装置は、内装する場所によって、緊迫力の増大、もしくは減少のいずれかしか検出できない。また、小型軸受装置のような小さい装置の場合、各部が微小な部材からなり、空間的余裕が限られるため、内装型の検出装置の装着は困難であると考えられる。 In the deterioration detection of the seal member of Patent Document 1, the pressure-sensitive conductive rubber whose conductivity changes according to the pressure is used as a detection device and is installed in the cylinder head in a state adjacent to the seal member. However, the detection device can only detect either an increase or a decrease in the tense force depending on the place where the device is installed. Further, in the case of a small device such as a small bearing device, it is considered difficult to install an internal detection device because each part is composed of minute members and the space margin is limited.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、転がり軸受の構造や大きさに関わらず、シール部材の緊迫力の増大または減少を検出でき、それにより不適切な締め代によるトルクロスや、シール部材の劣化による転がり軸受の不具合の発生を防止できる軸受密封装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and regardless of the structure and size of the rolling bearing, it is possible to detect an increase or decrease in the tense force of the sealing member, thereby causing a torque cross due to an improper tightening allowance. An object of the present invention is to provide a bearing sealing device capable of preventing the occurrence of a defect of a rolling bearing due to deterioration of a sealing member.

本発明の軸受密封装置は、外周に内輪軌道面を有する内輪と、内周に外輪軌道面を有する外輪と、上記内輪軌道面と上記外輪軌道面との間を転動する複数の転動体とを備える転がり軸受の軸受空間を密封する軸受密封装置であって、上記軸受密封装置は、導電性ゴム材から構成され、上記外輪または上記内輪のいずれか一方の軌道輪に固定されるとともに、他方の軌道輪に締め代を有して摺接することにより上記軸受空間を密封するシール部材と、上記シール部材に電圧を印加する電圧印加部と、上記シール部材に電圧を印加した際に該シール部材の変形に応じた電気パラメータを検出する検出部とを有することを特徴とする。 The bearing sealing device of the present invention includes an inner ring having an inner ring raceway surface on the outer circumference, an outer ring having an outer ring raceway surface on the inner circumference, and a plurality of rolling elements rolling between the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface. A bearing sealing device for sealing the bearing space of a rolling bearing, wherein the bearing sealing device is made of a conductive rubber material and is fixed to one of the outer ring and the inner ring, and the other. A seal member that seals the bearing space by sliding contact with the raceway ring with a tightening allowance, a voltage application portion that applies a voltage to the seal member, and the seal member when a voltage is applied to the seal member. It is characterized by having a detection unit that detects an electrical parameter according to the deformation of the bearing.

上記電圧印加部は、上記シール部材が固定されている軌道輪に設けられていることを特徴とする。 The voltage applying portion is characterized in that it is provided on a raceway ring to which the sealing member is fixed.

上記電圧印加部は、上記シール部材に接続された一対の電線を介して電圧を印加し、上記シール部材において、上記一対の電線のうち一方の電線は、上記シール部材が固定されている軌道輪側の端部に接続され、他方の電線は、上記シール部材が摺接する軌道輪側の端部に存するリップ部に接続されることを特徴とする。 The voltage application unit applies a voltage through a pair of electric wires connected to the seal member, and in the seal member, one of the pair of electric wires is a raceway ring to which the seal member is fixed. The electric wire is connected to the end portion on the side, and the other electric wire is connected to the lip portion existing at the end portion on the raceway ring side with which the sealing member is in sliding contact.

上記シール部材は、上記シール部材が摺接する軌道輪側の端部において、上記軸受空間側に位置するメインリップ部と、該メインリップ部よりも軸受外部側に位置するダストリップ部とを有し、上記他方の電線は、上記リップ部として上記ダストリップ部に接続されることを特徴とする。 The seal member has a main lip portion located on the bearing space side and a dust strip portion located on the outer side of the bearing from the main lip portion at the end portion on the raceway ring side with which the seal member is in sliding contact. The other electric wire is connected to the dust strip portion as the lip portion.

上記軸受密封装置は、上記電圧印加部による電圧の印加を自動的に行う自動モードと、ユーザ操作により行う手動モードとを切り替え可能な制御盤を有することを特徴とする。 The bearing sealing device is characterized by having a control panel capable of switching between an automatic mode in which a voltage is automatically applied by the voltage applying unit and a manual mode in which a voltage is applied by a user operation.

本発明の軸受密封装置は、導電性ゴム材から構成され、外輪または内輪のいずれか一方の軌道輪に固定されるとともに、他方の軌道輪に締め代を有して摺接することにより軸受空間を密封するシール部材と、シール部材に電圧を印加する電圧印加部と、シール部材に電圧を印加した際に該シール部材の変形に応じた電気パラメータを検出する検出部とを有しており、シール部材自体にセンサとしての役割を持たせており、別途の部材が必要にならないので、転がり軸受の構造や大きさに関わらず、シール部材の緊迫力の増大または減少を検出できる。その結果、内輪装着時の締め代が適正かどうかを検出可能であるとともに、長期間の使用によるシール部材の硬化や軟化などの経年劣化を把握することが可能である。それにより、不適切な締め代によるトルクロスや、シール部材の劣化による転がり軸受の不具合の発生を防止することができる。 The bearing sealing device of the present invention is made of a conductive rubber material, is fixed to one of the outer ring and the inner ring, and is slidably contacted with the other race ring with a tightening allowance to provide a bearing space. It has a seal member for sealing, a voltage application unit for applying a voltage to the seal member, and a detection unit for detecting electrical parameters according to deformation of the seal member when a voltage is applied to the seal member. Since the member itself has a role as a sensor and no separate member is required, it is possible to detect an increase or decrease in the tense force of the sealing member regardless of the structure and size of the rolling bearing. As a result, it is possible to detect whether or not the tightening allowance at the time of mounting the inner ring is appropriate, and it is possible to grasp the aged deterioration such as hardening and softening of the seal member due to long-term use. As a result, it is possible to prevent the occurrence of a torque cloth due to an improper tightening margin and a defect of the rolling bearing due to deterioration of the seal member.

電圧印加部は、シール部材が固定されている軌道輪に設けられており、シール部材の固定側と同じ側に存するので、安定した電気パラメータを取得でき、シール部材の緊迫力をより高い精度で測定できる。それにより、トルクロスや不具合の発生を防ぐことに寄与する。 Since the voltage application part is provided on the raceway ring to which the seal member is fixed and is located on the same side as the fixed side of the seal member, stable electrical parameters can be obtained and the tension of the seal member can be obtained with higher accuracy. Can be measured. As a result, it contributes to prevent the occurrence of torque cloth and defects.

電圧印加部は、シール部材に接続された一対の電線を介して電圧を印加し、シール部材において、一対の電線のうち一方の電線は、シール部材が固定されている軌道輪側の端部に接続され、他方の電線は、シール部材が摺接する軌道輪側の端部に存するリップ部に接続されるので、シール部材全体の変形による緊迫力を測定でき、シール部材の状態をより正確に把握できる。 The voltage application portion applies a voltage through a pair of electric wires connected to the seal member, and in the seal member, one of the pair of electric wires is attached to the end portion on the raceway ring side to which the seal member is fixed. Since the other electric wire is connected to the lip portion existing at the end on the raceway ring side where the seal member is in sliding contact, the tense force due to the deformation of the entire seal member can be measured, and the state of the seal member can be grasped more accurately. can.

シール部材は、シール部材が摺接する軌道輪側の端部において、軸受空間側に位置するメインリップ部と、該メインリップ部よりも軸受外部側に位置するダストリップ部とを有し、他方の電線は、リップ部としてダストリップ部に接続されるので、シール部材のシール性を確保しつつ、シール部材の緊迫力を容易に検出できる。 The seal member has a main lip portion located on the bearing space side and a dust strip portion located on the outer side of the bearing from the main lip portion at the end portion on the raceway ring side with which the seal member is in sliding contact, and the other. Since the electric wire is connected to the dust strip portion as a lip portion, the tense force of the sealing member can be easily detected while ensuring the sealing property of the sealing member.

軸受密封装置は、電圧印加部による電圧の印加を自動的に行う自動モードと、ユーザ操作により行う手動モードとを切り替え可能な制御盤を有するので、例えば、手動モードでは、内輪装着時にシール部材の締め代を確認することができ、自動モードでは、定期的にシール部材の劣化状況を把握することができる。このように状況に応じて、各モードを適時使い分けて行うことができる。 The bearing sealing device has a control panel that can switch between an automatic mode in which a voltage is automatically applied by a voltage applying unit and a manual mode in which a voltage is applied by a user operation. Therefore, for example, in the manual mode, when the inner ring is mounted, the sealing member The tightening allowance can be confirmed, and in the automatic mode, the deterioration status of the seal member can be regularly grasped. In this way, each mode can be used properly according to the situation.

軸受密封装置を備えた密封型転がり軸受の断面図である。It is sectional drawing of the sealed type rolling bearing provided with a bearing sealing device. 軸受密封装置が有するシール部材の断面図である。It is sectional drawing of the sealing member which a bearing sealing device has. 密封型転がり軸受を軸方向から見た平面図である。It is a top view of the sealed rolling bearing seen from the axial direction. 緊迫力を検出する原理を示す導電性ゴム部の概略図である。It is the schematic of the conductive rubber part which shows the principle of detecting a tension force.

本発明の実施形態の一例を図面に基づいて以下に説明する。図1は、本発明の軸受密封装置が適用された密封型転がり軸受の一例の軸方向断面図である。図1に示すように、密封型転がり軸受1は、外周に内輪軌道面を有する内輪3と、内周に外輪軌道面を有する外輪4と、内輪軌道面と外輪軌道面との間を転動する複数の転動体5と、内輪3と外輪4との間の環状の軸受空間6を密封する軸受密封装置2を備える。この軸受空間6には、グリース(図示省略)が充填され、グリース潤滑で潤滑がなされる。この密封型転がり軸受1は、内輪回転型の軸受であり、内輪3が回転軌道輪、外輪4が固定軌道輪である。なお、軸受密封装置2が、本発明の軸受密封装置に相当する。 An example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an axial cross-sectional view of an example of a sealed rolling bearing to which the bearing sealing device of the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the sealed rolling bearing 1 rolls between an inner ring 3 having an inner ring raceway surface on the outer circumference, an outer ring 4 having an outer ring raceway surface on the inner circumference, and an inner ring raceway surface and an outer ring raceway surface. A bearing sealing device 2 for sealing an annular bearing space 6 between the inner ring 3 and the outer ring 4 is provided. The bearing space 6 is filled with grease (not shown) and lubricated by grease lubrication. The sealed rolling bearing 1 is an inner ring rotation type bearing, in which the inner ring 3 is a rotary raceway ring and the outer ring 4 is a fixed raceway ring. The bearing sealing device 2 corresponds to the bearing sealing device of the present invention.

図1に示すように、軸受密封装置2は、軸受空間6の軸方向端部に配置され、軸受空間6を密封するシール部材7と、シール部材7に電圧を印加する電圧印加部8と、電圧印加に伴う電気パラメータを検出する検出部9とを有する。図1において、検出部9は各種のON/OFF操作などが可能な制御盤12に備えられている。電圧印加部8は、有線または無線により制御盤12と通信可能になっている。図1において、シール部材7は、外輪4に固定されるとともに、内輪3に締め代を有して摺動する。なお、シール部材7は内輪3に固定されていてもよい。 As shown in FIG. 1, the bearing sealing device 2 is arranged at the axial end portion of the bearing space 6, and includes a sealing member 7 that seals the bearing space 6, a voltage applying portion 8 that applies a voltage to the sealing member 7. It has a detection unit 9 that detects electrical parameters associated with voltage application. In FIG. 1, the detection unit 9 is provided in a control panel 12 capable of performing various ON / OFF operations. The voltage application unit 8 can communicate with the control panel 12 by wire or wirelessly. In FIG. 1, the seal member 7 is fixed to the outer ring 4 and slides on the inner ring 3 with a tightening allowance. The seal member 7 may be fixed to the inner ring 3.

電圧印加部8は、シール部材7に接続された一対の電線10を介してシール部材7に所定の電圧を印加する。例えば、5V〜10Vの範囲の一定の電圧を印加する。シール部材7において、一対の電線10のうち一方の電線10aは、シール部材7が固定されている外輪側の端部に接続され、他方の電線10bは、シール部材が摺接する内輪側の端部に存するリップ部11に接続されている。図1において、電圧印加部8は、シール部材が固定されている外輪4の軸方向側面に設けられている。この場合、電圧印加部8を、どちらの軌道輪に設けてもよいが、シール部材が固定されている軌道輪側に設けることが好ましい。さらに、その軌道輪が固定軌道輪であることがより好ましい。電圧印加部8を回転軌道輪に設けた場合、軸受回転時において電圧印加部8が遠心力により外れるおそれがあるからである。 The voltage application unit 8 applies a predetermined voltage to the seal member 7 via a pair of electric wires 10 connected to the seal member 7. For example, a constant voltage in the range of 5V to 10V is applied. In the seal member 7, one of the pair of electric wires 10a is connected to the end on the outer ring side to which the seal member 7 is fixed, and the other electric wire 10b is the end on the inner ring side with which the seal member is in sliding contact. It is connected to the lip portion 11 existing in. In FIG. 1, the voltage applying portion 8 is provided on the axial side surface of the outer ring 4 to which the seal member is fixed. In this case, the voltage applying portion 8 may be provided on either of the raceway wheels, but it is preferable to provide the voltage application portion 8 on the raceway ring side to which the seal member is fixed. Further, it is more preferable that the raceway ring is a fixed raceway ring. This is because when the voltage applying portion 8 is provided on the rotating raceway ring, the voltage applying portion 8 may come off due to centrifugal force when the bearing rotates.

一対の電線10のうち、シール部材7の外輪側の端部に接続されている電線10aはプラス側の電線であり、シール部材7の内輪側の端部に存するリップ部11に接続されている電線10bは、マイナス側の電線である。電線10bは、リップ部11のダストリップ部14に接続されている。なお、電線10aおよび電線10bのプラスとマイナスの関係は、上記と逆の関係であってもよい。 Of the pair of electric wires 10, the electric wire 10a connected to the end of the seal member 7 on the outer ring side is a positive electric wire and is connected to the lip portion 11 existing at the end of the seal member 7 on the inner ring side. The electric wire 10b is an electric wire on the minus side. The electric wire 10b is connected to the dust strip portion 14 of the lip portion 11. The positive and negative relationships of the electric wires 10a and 10b may be the opposite of the above.

リップ部11において、ダストリップ部14はシール部材7の外側に存しているため、簡易に接続することができる。なお、リップ部11の構造が図1の構造と異なる場合には、電線のリップ部への接続は、メインリップ部、ダストリップ部、またはその他のリップ部のいずれに接続してもよい。 In the lip portion 11, since the dust strip portion 14 exists on the outside of the seal member 7, it can be easily connected. When the structure of the lip portion 11 is different from the structure shown in FIG. 1, the electric wire may be connected to the main lip portion, the dust strip portion, or any other lip portion.

検出部9は、シール部材7に電圧を印加した際にシール部材7の変形に応じた電気パラメータを検出する。電気パラメータは、例えば電流値である。検出部9は、例えば、検出した電気パラメータとシール部材の緊迫力との関係性についての解析プログラムに基づいて、電気パラメータを緊迫力に変換する。検出部9で算出された緊迫力は、制御盤12の備える表示部(図示省略)などで表示される。なお、電気パラメータを該表示部に表示させてもよい。 The detection unit 9 detects an electrical parameter corresponding to the deformation of the seal member 7 when a voltage is applied to the seal member 7. The electrical parameter is, for example, a current value. The detection unit 9 converts the electric parameter into the tense force based on, for example, an analysis program for the relationship between the detected electric parameter and the tense force of the seal member. The tense force calculated by the detection unit 9 is displayed on a display unit (not shown) provided in the control panel 12. The electrical parameters may be displayed on the display unit.

また、軸受密封装置2は、電圧印加部8による電圧の印加を自動的に行う自動モードと、ユーザ操作により行う手動モードとを切り替え可能な制御盤12を有する。それにより、目的などに合わせてシール部材7の緊迫力を所望のタイミングで検出することができ、内輪装着時のシール部材の締め代の確認や、シール部材の経年劣化の状況把握などを行うことができる。また、制御盤12では、上述の自動モードと手動モードの切り替えや、緊迫力の表示のほか、経時的に取得した過去情報からシール部材の劣化時期を予測する機能(その表示も含む)や、自動アラーム発報機能などを備えてもよい。自動アラーム発報機能などを備えることで、本発明の軸受密封装置の使用者は、装置破損に至る前に、シール部材の適切な交換時期を知ることができる。 Further, the bearing sealing device 2 has a control panel 12 capable of switching between an automatic mode in which a voltage is automatically applied by the voltage applying unit 8 and a manual mode in which a voltage is applied by a user operation. As a result, the tense force of the seal member 7 can be detected at a desired timing according to the purpose, etc., and the tightening allowance of the seal member when the inner ring is attached can be confirmed, and the state of aging deterioration of the seal member can be grasped. Can be done. Further, in the control panel 12, in addition to the above-mentioned switching between the automatic mode and the manual mode and the display of the tense force, a function (including the display) for predicting the deterioration time of the seal member from the past information acquired over time, and It may be provided with an automatic alarm alarm function or the like. By providing an automatic alarm alarm function or the like, the user of the bearing sealing device of the present invention can know an appropriate replacement time of the sealing member before the device is damaged.

図2では、図1の軸受密封装置が有するシール部材について説明する。図2は、シール部材および内輪の一部の断面図である。図2に示すように、シール部材7は、導電性ゴム材からなる導電性ゴム部15と、金属製部材である芯金部16とから構成される。芯金部16は、例えば、冷間圧延鋼板(JIS規格のSPCC系など)をプレス加工にて形成された円板状の芯金であり、導電性ゴム部15は、芯金部16に一体に加硫接着されている。導電性ゴム部15は、内輪3側の端部において、先端が二股状に分岐して形成されたメインリップ部13と、そのメインリップ部13よりも軸受外部側に位置するダストリップ部14とを有する。シール部材7は、導電性ゴム部15を介して外輪の端部内周のシール溝に嵌着され、この導電性ゴム材15を、内輪3の端部外周に形成された断面略U字形をなすシール溝19に直接摺接させている。具体的には、メインリップ部13は、シール溝19の傾斜した摺動面20に接触するとともに、ダストリップ部14は、内輪3の小径部(シール溝の畝部)21に接触している。メインリップ部13およびダストリップ部14は、所定の締め代を有して装着され、装着時には弾性変形して内輪3に接触する。 FIG. 2 describes a sealing member included in the bearing sealing device of FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a part of the seal member and the inner ring. As shown in FIG. 2, the sealing member 7 is composed of a conductive rubber portion 15 made of a conductive rubber material and a core metal portion 16 which is a metal member. The core metal portion 16 is, for example, a disk-shaped core metal formed by pressing a cold-rolled steel plate (JIS standard SPCC type, etc.), and the conductive rubber portion 15 is integrated with the core metal portion 16. Is vulcanized and bonded to. The conductive rubber portion 15 includes a main lip portion 13 formed by bifurcating the tip at the end portion on the inner ring 3 side, and a dust strip portion 14 located on the outer side of the bearing with respect to the main lip portion 13. Has. The seal member 7 is fitted into a seal groove on the inner circumference of the end of the outer ring via the conductive rubber portion 15, and the conductive rubber material 15 has a substantially U-shaped cross section formed on the outer periphery of the end of the inner ring 3. It is in direct sliding contact with the seal groove 19. Specifically, the main lip portion 13 is in contact with the inclined sliding surface 20 of the seal groove 19, and the dust strip portion 14 is in contact with the small diameter portion (ridge portion of the seal groove) 21 of the inner ring 3. .. The main lip portion 13 and the dust strip portion 14 are mounted with a predetermined tightening allowance, and are elastically deformed at the time of mounting and come into contact with the inner ring 3.

シール部材7における導電性ゴム部15は、絶縁性を有するゴム材料に導電性粒子が所定の割合で配合されたものである。ゴム材料としては、例えば、天然ゴム、合成天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレン・プロピレンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどが挙げられる。導電性粒子としては、例えば、ニッケル粒子、銅粒子、金粒子、銀粒子、カーボンパウダー、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、グラフェンなどが挙げられる。上述の各種粒子の形状は、球状に限らず、数珠状、繊維状、柱状、鱗片状、平板状、金平糖状などから自由に選択することができる。 The conductive rubber portion 15 in the sealing member 7 is a rubber material having an insulating property mixed with conductive particles in a predetermined ratio. Examples of the rubber material include natural rubber, synthetic natural rubber, styrene butadiene rubber, butadiene rubber, chloroprene rubber, butyl rubber, nitrile rubber, ethylene / propylene rubber, fluororubber, acrylic rubber, urethane rubber, silicone rubber and the like. Examples of the conductive particles include nickel particles, copper particles, gold particles, silver particles, carbon powder, carbon black, carbon nanotubes, carbon nanohorns, graphene and the like. The shapes of the various particles described above are not limited to spheres, and can be freely selected from beads, fibers, columns, scales, flat plates, konpeito, and the like.

導電性ゴム部15には、上記導電性粒子以外に、さらに磁性流体を配合することができる。この場合、ゴム組成物としては、磁性流体とニッケル粒子(導電性粒子)とゴム材料とを含む組成物を用いることが好ましい。磁性流体は、磁性材料としてマグネタイト粒子を含有する。このゴム組成物を所定の形状に成形し、磁場の印加下で硬化させることで、ニッケル粒子が凝集し、磁場の印加方向に配向して形成される。それにより、変形による緊迫力に対する感度を高めることができる。 In addition to the conductive particles, a magnetic fluid can be further added to the conductive rubber portion 15. In this case, as the rubber composition, it is preferable to use a composition containing a magnetic fluid, nickel particles (conductive particles), and a rubber material. The magnetic fluid contains magnetite particles as a magnetic material. By molding this rubber composition into a predetermined shape and curing it under the application of a magnetic field, the nickel particles are aggregated and formed oriented in the direction of application of the magnetic field. Thereby, the sensitivity to the tense force due to the deformation can be increased.

導電性ゴム部15に配合される各種粒子の平均粒径は、1〜100μmの範囲内であることが好ましく、1〜20μmの範囲内であることがより好ましく、1〜5μmの範囲内であることがさらに好ましい。平均粒径が1μmよりも小さい場合、導通経路の形成のために数多くの粒子同士の接触が必要となるため、感度が低くなるおそれがある。また、平均粒径が100μmよりも大きい場合、変形時の導電性は変化しやすいが、導電性ゴム部15の内部での粒子の存在ばらつきに伴う、製造ロットごとでの特性のブレが起こりやすくなるおそれがある。ここで、平均粒径は電子顕微鏡を用いた観察における数平均粒子径を意味する。 The average particle size of the various particles blended in the conductive rubber portion 15 is preferably in the range of 1 to 100 μm, more preferably in the range of 1 to 20 μm, and in the range of 1 to 5 μm. Is even more preferable. When the average particle size is smaller than 1 μm, a large number of particles need to be in contact with each other in order to form a conduction path, which may reduce the sensitivity. Further, when the average particle size is larger than 100 μm, the conductivity at the time of deformation is likely to change, but the characteristics are likely to fluctuate in each production lot due to the variation in the presence of particles inside the conductive rubber portion 15. There is a risk of becoming. Here, the average particle size means a number average particle size in observation using an electron microscope.

導電性粒子として、カーボンナノチューブを用いる場合、直径が100〜500nmの範囲内にあり、長さが1〜10μm以下の範囲内にあることが好ましい。このような直径および長さとすることにより、シール部材の変形に対する電気パラメータの変化がよりスムーズとなり、より精度良く緊迫力を測定することができる。 When carbon nanotubes are used as the conductive particles, the diameter is preferably in the range of 100 to 500 nm, and the length is preferably in the range of 1 to 10 μm or less. With such a diameter and length, the change of the electrical parameter with respect to the deformation of the sealing member becomes smoother, and the tension force can be measured more accurately.

また、導電性ゴム部15は、絶縁性の樹脂成形体の表面に導電性塗料を塗布した積層構造であってもよい。その場合、樹脂成形体として、所定の弾性を有していれば、樹脂の種類は自由に選択することができる。これにより、高価な導電性ゴムの使用量を削減できるため、低コスト化へ寄与する。また、導電性ゴム部15の全体を包囲するように絶縁材を配置してもよい。これにより、芯金部16や軌道輪などに電流が流れてしまうことを防止でき、検出精度の低下を防ぐことができる。また、軌道輪を介して電流が流れることを防ぐために、セラミックス製の転動体を用いてもよい。 Further, the conductive rubber portion 15 may have a laminated structure in which a conductive paint is applied to the surface of an insulating resin molded body. In that case, the type of resin can be freely selected as long as the resin molded body has a predetermined elasticity. As a result, the amount of expensive conductive rubber used can be reduced, which contributes to cost reduction. Further, the insulating material may be arranged so as to surround the entire conductive rubber portion 15. As a result, it is possible to prevent a current from flowing to the core metal portion 16, the raceway ring, and the like, and it is possible to prevent a decrease in detection accuracy. Further, in order to prevent the current from flowing through the raceway ring, a ceramic rolling element may be used.

図3には、密封型転がり軸受1に設けられた軸受密封装置2を軸受の軸方向から見た平面図を示す。図3に示すように、電圧印加部8から延伸するプラスの電線10aは、シール部材7の外輪4側の端部に接続されている。また、電圧印加部8から延伸するマイナスの電線10bは、シール部材7が摺接する内輪3側のダストリップ部14に接続されている。プラスの電線10aおよびマイナスの電線10bは、電圧印加部8の各端子から軸受中心側に向かって互いに平行に延伸している。 FIG. 3 shows a plan view of the bearing sealing device 2 provided on the sealed rolling bearing 1 as viewed from the axial direction of the bearing. As shown in FIG. 3, the positive electric wire 10a extending from the voltage application portion 8 is connected to the end portion of the seal member 7 on the outer ring 4 side. Further, the negative electric wire 10b extending from the voltage application portion 8 is connected to the dust strip portion 14 on the inner ring 3 side with which the seal member 7 is in sliding contact. The positive electric wire 10a and the negative electric wire 10b extend parallel to each other from each terminal of the voltage applying portion 8 toward the bearing center side.

図1において、電線10aとシール部材7の外輪4側の端部との接続位置は、シール部材7の外輪4側の先端部から、芯金部の中間あたりまでである。さらに、図1では、電線10aは、軸方向で芯金部と重なっている部分の導電性ゴム部に接続されている。接続位置として、好ましくは、シール部材7の径方向厚みをTとした場合(図2参照)、外輪4側の先端部から0.4Tまでの部分であり、より好ましくは0.2Tまでの部分である。一方、電線10bとシール部材7の内輪3側に存するリップ部11との接続位置は、ダストリップ14と内輪3との摺接部近傍のシール部材の先端部であることが好ましい。上記2つの接続位置は、シール部材7の変形量が最も大きいリップ部を、それらの間に含む位置関係であるほど緊迫力の検出感度が向上するため、好ましい。 In FIG. 1, the connection position between the electric wire 10a and the end portion of the seal member 7 on the outer ring 4 side is from the tip end portion of the seal member 7 on the outer ring 4 side to about the middle of the core metal portion. Further, in FIG. 1, the electric wire 10a is connected to the conductive rubber portion of the portion overlapping the core metal portion in the axial direction. The connection position is preferably a portion from the tip portion on the outer ring 4 side to 0.4 T, and more preferably a portion up to 0.2 T, when the radial thickness of the seal member 7 is T (see FIG. 2). Is. On the other hand, the connection position between the electric wire 10b and the lip portion 11 existing on the inner ring 3 side of the seal member 7 is preferably the tip end portion of the seal member near the sliding contact portion between the dust strip 14 and the inner ring 3. The above two connection positions are preferable because the detection sensitivity of the tense force improves as the positional relationship includes the lip portion having the largest amount of deformation of the seal member 7 between them.

シール部材7の両端部への電線の接続方法は、接着剤による接着でもよいし、金属系ペーストの塗布でもよい。接着剤としては、絶縁性の接着剤でもよいし、導電性の接着剤でもよい。絶縁性の接着剤の場合、例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコーン系、エラストマー系などから自由に選択することができる。導電性接着剤は、上記絶縁性接着剤に、例えば、金属系無機フィラーや、カーボン系フィラーなどを含有させることで得られる。金属系ペーストとしては、銀ペーストや、銅ペースト、ITOペースト、ATOペーストなどを用いることができる。 The method of connecting the electric wires to both ends of the sealing member 7 may be bonding with an adhesive or application of a metal paste. The adhesive may be an insulating adhesive or a conductive adhesive. In the case of an insulating adhesive, for example, it can be freely selected from epoxy-based, acrylic-based, silicone-based, elastomer-based, and the like. The conductive adhesive can be obtained by including, for example, a metal-based inorganic filler, a carbon-based filler, or the like in the insulating adhesive. As the metal paste, silver paste, copper paste, ITO paste, ATO paste and the like can be used.

次に、図4を用いて本発明の検出原理を説明する。図4(a)は、導電性粒子17とゴム18からなる導電性ゴム部15が外力を受けていない状態の概略図であり、図4(b)は、導電性ゴム部15が外力Fを受けている状態の概略図である。図4(a)のように、導電性ゴム部15が外力を受けていない場合に、電圧印加部(図示省略)から電圧を印加すると、初期値となる所定の電流値が得られる。以下、上記電気パラメータを電流値ともいう。そして、図4(b)のように、導電性ゴム部15が外力を受け、ゴムが変形すると、電流値が変化する。具体的には、シール部材が伸びる場合は電流が増加し、縮む場合は電流が減少する。例えば、図1に示すようなダストリップ部であれば、装着時の外力によって軸受の軸方向に伸びる。 Next, the detection principle of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a schematic view of a state in which the conductive rubber portion 15 composed of the conductive particles 17 and the rubber 18 is not subjected to an external force, and FIG. 4B is a schematic view in which the conductive rubber portion 15 applies an external force F. It is a schematic diagram of the state of receiving. As shown in FIG. 4A, when the conductive rubber portion 15 is not subjected to an external force and a voltage is applied from the voltage application portion (not shown), a predetermined current value which is an initial value can be obtained. Hereinafter, the above electrical parameters are also referred to as current values. Then, as shown in FIG. 4B, when the conductive rubber portion 15 receives an external force and the rubber is deformed, the current value changes. Specifically, when the seal member expands, the current increases, and when the seal member contracts, the current decreases. For example, in the case of the dust strip portion as shown in FIG. 1, the dust strip portion extends in the axial direction of the bearing due to an external force at the time of mounting.

ここで、一般的にゴムは絶縁体であり導電性を有していない。しかし、導電性粒子を含有させることで、ゴム内部で導電性粒子同士の接触が起こり、導通経路が形成されることでゴム自体の抵抗よりも導電性ゴム部の抵抗が低下し、導電性が発現する。上記の例の場合、シール部材が伸びようとし、シール部材は内輪と外輪により圧縮される。それにより、導電性粒子同士の接触点が増加することで抵抗値が低下する結果、電流値が増加する。一方、シール部材が縮んだ場合、導電性粒子同士の接触点が減少することで抵抗値が増大し、電流値が減少する。 Here, rubber is generally an insulator and does not have conductivity. However, by containing the conductive particles, the conductive particles come into contact with each other inside the rubber, and the conduction path is formed, so that the resistance of the conductive rubber portion is lower than the resistance of the rubber itself, and the conductivity becomes low. Express. In the case of the above example, the seal member tries to stretch, and the seal member is compressed by the inner ring and the outer ring. As a result, the contact points between the conductive particles increase, the resistance value decreases, and as a result, the current value increases. On the other hand, when the sealing member shrinks, the contact points between the conductive particles decrease, so that the resistance value increases and the current value decreases.

本発明において、導電性ゴム部の変形と電流値の関係は比例関係である。締め代が大きいほど、導電性ゴム部が圧縮されて変形するため、緊迫力が大きくなる。その際、導電性粒子同士の接触点が増加することで、電流値は増大する。例えば、経年劣化により導電性ゴム部が膨張することにより伸長して締め代が増大する場合、緊迫力が大きくなり、電流値は増大する。一方、導電性ゴム部が硬化などにより収縮して締め代が減少する場合は、緊迫力が小さくなり、電流値は減少する。よって、上記関係を利用することで、検出した電流値に基づいて、緊迫力を数値として把握することができる。 In the present invention, the relationship between the deformation of the conductive rubber portion and the current value is a proportional relationship. The larger the tightening allowance, the greater the tension because the conductive rubber portion is compressed and deformed. At that time, the current value increases as the contact points between the conductive particles increase. For example, when the conductive rubber portion expands due to aged deterioration and expands to increase the tightening allowance, the tense force increases and the current value increases. On the other hand, when the conductive rubber portion shrinks due to hardening or the like to reduce the tightening allowance, the tense force becomes smaller and the current value decreases. Therefore, by using the above relationship, the tense force can be grasped as a numerical value based on the detected current value.

また、上述の電流値の初期値は、シール部材が外力を受けている状態を初期値として設定してもよい。例えば、シール部材を設計通りの所定の締め代とした場合の電流値を初期値、すなわち緊迫力の初期値としてもよい。また、緊迫力の検出方法は、上記検出原理に沿う限り、他の方法を選択してもよい。例えば、導電性ゴム部の組成や、シール部材の形状により変形と電流値との関係性が比例関係とならない場合は、各構成毎の変形と電流値との関係性に応じた解析式を用いて緊迫力を算出する構成としてもよい。 Further, the initial value of the above-mentioned current value may be set with a state in which the seal member receives an external force as an initial value. For example, the current value when the sealing member has a predetermined tightening allowance as designed may be the initial value, that is, the initial value of the tension force. Further, as the method for detecting the tension force, another method may be selected as long as it conforms to the above-mentioned detection principle. For example, if the relationship between deformation and current value is not proportional due to the composition of the conductive rubber part or the shape of the sealing member, use an analysis formula according to the relationship between deformation and current value for each configuration. It may be configured to calculate the tense force.

緊迫力把握のためのシール部材への電圧の印加については、目的に応じて、例えば以下の2つのモードを使用することができる。
(1)内輪装着時の装着締め代の正誤判断を目的とする場合
ユーザは、制御盤上で手動モードへと切り替える。手動モードでは、電圧印加部からシール部材に対して常時電圧が印加され、ユーザは制御盤に表示される電流値および/または緊迫力を確認しながら、適正な締め代に調整する。
(2)シール部材の経年劣化の検出を目的とする場合
ユーザは、導電性ゴム部の経年劣化による緊迫力の変化を把握するため、制御盤上で自動モードへと切り替える。制御盤は、所定の期間毎に、電圧印加部に対してシール部材へ電圧を印加する指令を与え、検出部にて電流値および/または緊迫力の増減データを継続的に取得する。さらに、ユーザは、制御盤にて電流値および/または緊迫力の上下限値を設定し、該上下限値を超えた場合、軸受の回転を止める。
Regarding the application of the voltage to the seal member for grasping the tension force, for example, the following two modes can be used depending on the purpose.
(1) When the purpose is to determine the correctness of the mounting tightening allowance when the inner ring is mounted The user switches to the manual mode on the control panel. In the manual mode, a constant voltage is applied to the seal member from the voltage application unit, and the user adjusts to an appropriate tightening allowance while checking the current value and / or the tense force displayed on the control panel.
(2) When the purpose is to detect the aged deterioration of the seal member The user switches to the automatic mode on the control panel in order to grasp the change in the tense force due to the aged deterioration of the conductive rubber part. The control panel gives a command to apply a voltage to the seal member to the voltage application unit at predetermined intervals, and the detection unit continuously acquires the current value and / or the increase / decrease data of the tension force. Further, the user sets the upper and lower limit values of the current value and / or the tension force on the control panel, and stops the rotation of the bearing when the upper and lower limit values are exceeded.

本発明の軸受密封装置は、上述した図1〜図4の形態に限られない。例えば、軸受密封装置は、転がり軸受の軸方向両端部の両側に設けてもよいし、片側のみに設けてもよい。また、リップ部の形状は、メインリップ部、ダストリップ部に加えて、その他の機能を有するリップ部を備えていてもよい。また、電気パラメータは電流値に限らず、例えば抵抗値を用いることができる。この場合、検出部は、例えば、検出した抵抗値とシール部材の緊迫力との関係性についての解析プログラムに基づいて、抵抗値を緊迫力に変換する。 The bearing sealing device of the present invention is not limited to the above-described forms of FIGS. 1 to 4. For example, the bearing sealing device may be provided on both sides of both ends of the rolling bearing in the axial direction, or may be provided on only one side. Further, the shape of the lip portion may include a lip portion having other functions in addition to the main lip portion and the dust strip portion. Further, the electrical parameter is not limited to the current value, and for example, a resistance value can be used. In this case, the detection unit converts the resistance value into the tense force based on, for example, an analysis program for the relationship between the detected resistance value and the tense force of the seal member.

また、図1では転がり軸受として玉軸受について例示したが、本発明の軸受密封装置は、上記以外の円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト円すいころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受などでも使用できる。 Further, although the ball bearing is illustrated as the rolling bearing in FIG. 1, the bearing sealing device of the present invention includes a cylindrical roller bearing, a conical roller bearing, a self-aligning roller bearing, a needle roller bearing, and a thrust cylindrical roller bearing other than the above. It can also be used in thrust conical roller bearings, thrust needle roller bearings, thrust self-aligning roller bearings, etc.

本発明の軸受密封装置は、転がり軸受の構造や大きさに関わらず、シール部材の緊迫力の増大または減少を検出できるので、不適切な締め代によるトルクロスや、シール部材の劣化による転がり軸受の不具合の発生を防止でき、潤滑剤を軸受空間内に密封する密封型転がり軸受の軸受密封装置として広く利用できる。 The bearing sealing device of the present invention can detect an increase or decrease in the tense force of the sealing member regardless of the structure and size of the rolling bearing. It can prevent the occurrence of defects and can be widely used as a bearing sealing device for sealed rolling bearings that seals the lubricant in the bearing space.

1 密封型転がり軸受
2 軸受密封装置
3 内輪
4 外輪
5 転動体
6 軸受空間
7 シール部材
8 電圧印加部
9 検出部
10、10a、10b 電線
11 リップ部
12 制御盤
13 メインリップ部
14 ダストリップ部
15 導電性ゴム部
16 芯金部
17 導電性粒子
18 ゴム
19 シール溝
20 摺動面
21 小径部
1 Sealed rolling bearing 2 Bearing sealing device 3 Inner ring 4 Outer ring 5 Rolling element 6 Bearing space 7 Sealing member 8 Voltage application part 9 Detection part 10, 10a, 10b Electric wire 11 Lip part 12 Control panel 13 Main lip part 14 Dustrip part 15 Conductive rubber part 16 Core metal part 17 Conductive particles 18 Rubber 19 Seal groove 20 Sliding surface 21 Small diameter part

Claims (5)

外周に内輪軌道面を有する内輪と、内周に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間を転動する複数の転動体とを備える転がり軸受の軸受空間を密封する軸受密封装置であって、
前記軸受密封装置は、導電性ゴム材から構成され、前記外輪または前記内輪のいずれか一方の軌道輪に固定されるとともに、他方の軌道輪に締め代を有して摺接することにより前記軸受空間を密封するシール部材と、前記シール部材に電圧を印加する電圧印加部と、前記シール部材に電圧を印加した際に該シール部材の変形に応じた電気パラメータを検出する検出部とを有することを特徴とする軸受密封装置。
A bearing space of a rolling bearing including an inner ring having an inner ring raceway surface on the outer circumference, an outer ring having an outer ring raceway surface on the inner circumference, and a plurality of rolling elements rolling between the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface. A bearing sealing device that seals
The bearing sealing device is made of a conductive rubber material, is fixed to one of the outer ring and the inner ring, and is slidably contacted with the other race ring with a tightening allowance to form the bearing space. It has a seal member that seals the seal member, a voltage application unit that applies a voltage to the seal member, and a detection unit that detects an electrical parameter according to the deformation of the seal member when a voltage is applied to the seal member. Bearing sealing device as a feature.
前記電圧印加部は、前記シール部材が固定されている軌道輪に設けられていることを特徴とする請求項1記載の軸受密封装置。 The bearing sealing device according to claim 1, wherein the voltage applying portion is provided on a raceway ring to which the sealing member is fixed. 前記電圧印加部は、前記シール部材に接続された一対の電線を介して電圧を印加し、
前記シール部材において、前記一対の電線のうち一方の電線は、前記シール部材が固定されている軌道輪側の端部に接続され、他方の電線は、前記シール部材が摺接する軌道輪側の端部に存するリップ部に接続されることを特徴とする請求項1または請求項2記載の軸受密封装置。
The voltage applying portion applies a voltage through a pair of electric wires connected to the sealing member.
In the seal member, one of the pair of electric wires is connected to the end on the raceway ring side to which the seal member is fixed, and the other electric wire is the end on the raceway ring side to which the seal member is in sliding contact. The bearing sealing device according to claim 1 or 2, wherein the bearing sealing device is connected to a lip portion existing in the portion.
前記シール部材は、前記シール部材が摺接する軌道輪側の端部において、前記軸受空間側に位置するメインリップ部と、該メインリップ部よりも軸受外部側に位置するダストリップ部とを有し、
前記他方の電線は、前記リップ部として前記ダストリップ部に接続されることを特徴とする請求項3記載の軸受密封装置。
The seal member has a main lip portion located on the bearing space side and a dust strip portion located on the outer side of the bearing from the main lip portion at an end portion on the raceway ring side with which the seal member is in sliding contact. ,
The bearing sealing device according to claim 3, wherein the other electric wire is connected to the dust strip portion as the lip portion.
前記軸受密封装置は、前記電圧印加部による電圧の印加を自動的に行う自動モードと、ユーザ操作により行う手動モードとを切り替え可能な制御盤を有することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項記載の軸受密封装置。 The bearing sealing device has a control panel capable of switching between an automatic mode in which a voltage is automatically applied by the voltage applying unit and a manual mode in which a voltage is applied by a user operation. The bearing sealing device according to any one of the above items.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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