JP4791777B2 - 可撓性リップを含むベアリングシール - Google Patents

Description

本発明は一般的に、ベアリング用の可撓性シールに関し、特に、圧延機の油膜ベアリングに使用されるタイプの可撓性リップシールに関する。

米国特許第２，８６８，５７４号に記載された従来技術のシール設計の一例では、シールは、静止状態の環状(circular)シール端板で囲まれている。そのシール端板には、対向配置された複数肩部を分断するよう位置し半径方向に沿って内向きに延伸する硬いフランジが設けられている。可撓性シールにはさらに、半径方向に沿って外向きに延伸する複数の可撓性フランジが備えられている。これらの可撓性フランジは、シール端板の肩部の傾斜表面にスライドする状態で接触している。内部側のフランジ／肩部表面の界面は、ベアリング内にベアリング潤滑剤を保持するよう機能し、外部側のフランジ／肩部表面の界面は、冷却水やミルスケールなどの汚染物質がベアリング内に侵入することを防ぐよう機能する。

この設計には、ベアリング潤滑剤の漏出、ベアリングチャンバ内への汚染物質の侵入、およびシール構成品の過度の摩滅などの問題点がある。これらの問題点の大部分は、シールフランジが全長にわたって厚く重い構造であることに起因している。すなわち、フランジは追従性が不十分であり、変形しやすく、効果的なシールを提供できない。

米国特許第４，１６５，８８１号に記載のシール設計では、シールフランジの周縁部に比較的薄い可撓性リップを設けることによって上記問題点を解決しようとした。この設計によって、シーリング性能は向上したが、シールがシール端板に対して正確に整列されていない場合における漏出の問題は解決されなかった。

米国特許第２，８６８，５７４号明細書 米国特許第４，１６５，８８１号明細書

したがって、シールがシール端板に対してきちんと整列されていない場合を含む全ての動作条件下で効果的に作用できるシールが必要とされている。

本発明による改良型シールは、中心軸を有する環状シール体を含む。シール体には、半径方向外向きに延伸する少なくとも１つのフランジが設けられている。フランジには、角度をつけて延伸するシーリングリップがヒンジ部によって連結されている。ヒンジ部の厚さは、フランジおよびリップの厚さに比べて小さい。リップは、互いに徐々に接近してリブに至る側面を有し、リムは広がっている。リムには、複数の外周面が設けられており、それらの外周面は外縁にて交わる。

動作環境において、シールはロールネックのテーパ部に取り付けられ、シーリングリップの外縁が、隣接するシール端板の肩部にスライドする状態で接触する。ヒンジ部におけるシーリングリップのたわみが、広がってふくらんだリムの比較的増大された質量および硬さと、外周面の角度関係と協働して、シーリングリップの外縁とシール端板の肩部との間の線接触を維持する。

本発明の上記および他の特徴および利点について、添付の図面を参照しながら説明する。

まず図１を参照すると、２はロールであり、端面４と、ロールネックとを有する。ロールネックは、テーパ状の中間部６と、その先でさらに徐々に先細るテーパ端部８とを有する。スリーブ１０がテーパ端部８に取り付けられており、ロールネックと共に回転できるように、通常の手段（図示せず）によってロールネックに対して固定されている。スリーブ１０は、外側ベアリング表面１２を有する。その外側ベアリング表面１２は、ロールチョック１８内に担持された固定ブシュ１６の内側ベアリング面１４内に回転可能にジャーナル支持されている。

スリーブ１０はロールと共に回転し、一方、ロールチョック１８および固定ブシュ１６は静止している。ベアリング面１２および１４の間に、あふれ出た分量に対応する量のオイルが連続的に供給される。ロールチョックの環状延伸部２０は、その下部がサンプ（油溜め）２２を形成している。サンプ２２内に、ベアリングから出てくるオイルが連続的に回収される。オイルは、サンプから排出された後、ベアリング表面へ再循環される。

ロール２が「ウェット」条件下で作動される場合は、冷却流体が常にロール２上に多量に注がれており端面４から下に流れ落ちている。ロールから冷却流体を振り払うよう作用する遠心力が存在するにもかかわらず、冷却流体の一部は、ロールネックに沿ってベアリングの方向に進む。全体的に符号２６で示されるシールアセンブリと、ベアリングアセンブリの一部を形成する可撓性ネックシール２８との目的は、冷却流体がベアリングオイルに混入して、これを汚染すること、およびその逆の現象が起こることを防止することであり、それによってベアリングからのオイル減損を防止する。

可撓性ネックシール２８は、可撓性の環状シール体３０を含む。シール体３０は、シーリングする係合状態でロールネックのテーパ部６に取り付けられるように構成された内側表面３２ａ，３２ｂを含む。ネックシール２８は、適切な弾性のゴム状材料から成形される。オプションとして、コイル状ばね３４とスチールケーブル３６との組み合わせを埋設することによって、シール体３０を内部から補強してもよい。

シール体３０は、自身の中心軸「Ａ」に平行な外側円筒形表面３８を有する。内部側および外部側の環状可撓性フランジ４０，４２が、表面３８の両端部にて、シール体３０から半径方向に延伸する。

外部側フランジ４２には従来の可撓性リップ４４が、厚さを薄くして形成されたヒンジ部４６によって連結されている。さらに図２を参照すると、内部側フランジ４０にもリップ４８が、厚さを薄くして形成されたヒンジ部５０によって連結されている。

本発明に従い、リップ４８は、先端のリム５２に向けて延び、互いに徐々に接近してリム５２に至る第１および第２の側面４８ａ，４８ｂを有し、リム５２は広がって大きくなっている。リム５２には、第１および第２の外周面５４ａ，５４ｂが設けられており、それらの外周面５４ａ，５４ｂは外縁５６にて交わり、接続している。シールに応力がかからない弛緩（すなわち、圧迫などによってゆがんでいない）状態では、外縁５６は、中心軸「Ａ」に平行な基準面「Ｐ」内に位置する。

シールが図１に示す作動環境にある場合、両リップ４４，４８は、それぞれが隣接するシール端板６０の肩部５８にスライド状態で接触している。従来のリップ４４は、対応の肩部５８に比較的軽く押しつけられているだけであり、それによって得られるリップ／肩部の界面における面接触は、流体潤滑条件の維持に貢献しない。シールの整列不備があると、この条件はさらに悪化し、摩滅が早まり、漏出が生じる結果となる。

対照的に、リップ４８の外縁５６は、対応の肩部５８に線接触している。ネックシールがロールネックと共に回転するにつれて、広げられて質量が増加したリム５２に作用する遠心力によって、外縁５６が周囲の肩部表面にシーリングする状態で接触するよう押しつけられる。ヒンジ部５０においてリップ４８がたわむことでシール整列不備が補償され、その際に、外周面５４ａ，５４ｂの角度関係と、ふくらんだリム５２の剛性との組み合わせによって、外縁５６の両側における流体潤滑作用が確実にされる。

上記利点をさらに増進させるために、図２に明確に示すように、第１および第２の側部４８ａ，４８ｂは、それらの間に約４°〜１０°の角度α₁が形成されるよう配置され、その角度は好適には約７°である。

応力がかからない弛緩状態では、リップの第１の側面４８ａは、基準面Ｐに対して約４６°〜５４°の範囲内の角度α₂で配置され、その角度は最適には約５０°である。そして、第２の側面４８ｂは、基準面Ｐに対して約３９°〜４７°の範囲内の角度α₃で配置され、その角度は最適には４３°である。外周面５４ａおよび５４ｂの間に形成される角度α₄は、好ましくは約９０°〜１０６°であり、最適には９８°である。

好適には、第１の側面４８ａと第１の外周面５４ａとの間には、約６６．５°〜７７．５°の範囲内の角度α₅が形成され、その角度は最適には７２°である。第２の側面４８ｂと第２の外周面５４ｂとの間には、約１５７．５°〜１６８．５°の範囲内の角度α₆が形成され、その角度は最適には１６３°である。

好適には、第１の側面４８ａにおいて、第１の側面４８ａと第１の外周面５４ａとの接合部から内側に間隔をあけた位置に、隆起部６２が設けられている。隆起部６２は好ましくは、半円状リブとして形成される。

上述の角度関係は、多様なサイズのシールに適用されることで、ヒンジ付きリップ４８のシーリング性能の向上に貢献する。隣接する固定表面に対する外縁５６の線接触は、シール整列不備の度合いにかかわらず維持され、それによって潤滑剤の保持および汚染物質の排除が最適に実施される。

なお、図示しないが、従来のリップ４４を設ける代わりに、外部側フランジにも本発明によるリップ４８を設けることが可能であると理解される。

圧延機用油膜ベアリングのシールアセンブリを示す断面図であり、本発明による可撓性ネックシールを示す。 図１に示すネックシールの内部側フランジを示す拡大断面図である。

符号の説明

２ ロール、４ ロール端面、６ ロールネックのテーパ中間部、８ ロールネックのテーパ端部、２６ シールアセンブリ、２８ ネックシール、３０ シール体、４０，４２ フランジ、４８ リップ、４８ａ 第１の側面、４８ｂ 第２の側面、５０ ヒンジ部、５２ リム、５４ａ 第１の外周面、５４ｂ 第２の外周面、５６ 外縁、６２ 隆起部、Ａ 中心軸、Ｐ 基準面。

Claims (12)

1. 圧延機内のロールネックのテーパ部に使用されるシールであって、
   中心軸Ａを有する可撓性環状シール体（３０）を含み、前記シール体には、半径方向に外向きに延伸する少なくとも１つのフランジ（４０）が設けられ、前記フランジには、角度をつけて延伸するシーリングリップ（４８）がヒンジ部（５０）によって連結されており、前記ヒンジ部の厚さは、前記フランジおよび前記リップの厚さに比べて薄く、前記リップは、互いに徐々に接近して、リム（５２）に至る第１および第２の側面（４８ａ，４８ｂ）を有し、前記リムは広げられており、前記第１および第２の側面（４８ａ，４８ｂ）は角度（α１）を規定しており、前記リムには、第１および第２の外周面（５４ａ，５４ｂ）が設けられており、それら外周面（５４ａ，５４ｂ）はそれぞれ、前記第１および第２の側面から延びて前記中心軸に平行な基準面Ｐ内に位置する外縁（５６）にて交わり、この外縁（５６）がこれを取り囲んで位置する静止した円筒内周面に接してシールしており、
   前記第１の側面（４８ａ）と前記第１の外周面（５４ａ）とが角度（α５）で接合し、
   前記第２の側面（４８ｂ）と前記第２の外周面（５４ｂ）とが角度（α６）で接合し、
   前記リップの前記第１の側面（４８ａ）において、前記第１の側面（４８ａ）と前記第１の外周面（５４ａ）との接合部から内側に間隔をあけた位置に、隆起部（６２）がさらに設けられ、
   前記フランジ（４０）および前記リップ（４８）に応力がかからない状態で、前記リップの前記第２の側面（４８ｂ）が、前記基準面Ｐに対して角度（α３）で配置され、
   前記フランジ（４０）および前記リップ（４８）に応力がかかっていない状態で、前記リップの前記第１の側面（４８ａ）が、前記基準面Ｐに対して角度（α２）で配置されている、
   シール。
2. 前記角度（α₁）が７°である、請求項１に記載のシール。
3. 前記角度（α₂）が５０°である、請求項１に記載のシール。
4. 前記フランジおよび前記リップに応力がかからない状態で、前記リップの前記第２の側面が、前記基準面Ｐに対して３９°〜４７°の範囲内の角度（α₃）で配置されている、請求項１に記載のシール。
5. 前記第１および第２の外周面の間に、９０°〜１０６°の角度（α₄）が形成されている、請求項１に記載のシール。
6. 前記角度（α₄）が９８°である、請求項５に記載のシール。
7. 前記角度（α₅）が７２°である、請求項１に記載のシール。
8. 前記角度（α ₆ ）が１５７．５°〜１６８．５°の範囲内である、請求項１に記載のシール。
9. 前記角度（α₆）が１６３°である、請求項８に記載のシール。
10. 前記角度（α₃）が４３°である、請求項１に記載のシール。
11. 前記角度（α ₅ ）が６６．５°〜７７．５°の範囲内である、請求項１に記載のシール。
12. 前記隆起部が半円形断面を有するリブから成る、請求項１に記載のシール。
    

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