JP5781318B2 - 旋回軸受のシール構造 - Google Patents

Description

この発明は、風力発電装置や各種機械等の旋回部に用いられる旋回軸受のシール構造に関する。

従来の一般的な旋回軸受は、例えば図６に示すように、軌道輪である内輪１および外輪２と、これら内外輪１，２間に介在する複数の転動体３と、各転動体３を円周方向に等間隔に保持する保持器４と、内外輪１，２間の軸受内部空間５に封入されたグリースの漏れを防ぐためのシール部材２２とを有する。シール部材２２は弾性材料からなり、内外輪１，２のいずれか一方の軌道輪の周面における軸方向の端部に形成された凹形状のシール取付溝２０に基部２２ａを嵌め込んで固定され、この基部２２ａから他方の軌道輪に向けて延びるシールリップ部２２ｂの先端が他方の軌道輪の側面に、締め代を持った状態、すなわち押し当てられて若干弾性変形した状態で接触している。図６（Ｂ）の拡大図に示す軸受内部空間５の下側のシール構造の場合、基部２２ａを嵌め込むのが外輪２であり、シールリップ部２２ｂを接触させるのが内輪１である。

上記従来のシール構造では、グリースを追加給脂するとき等に、軸受内部空間５の圧力上昇によってシール部材２２のシールリップ部２２ｂが軸方向外側に開き、中のグリースが漏れ出すことがあった。この対策として、下記の先行技術がある。特許文献１は、軸受内部空間から漏れたグリースを掻き落として、グリース受けに保持するようにした技術である。また、特許文献２は、軸受内部空間の圧力が上昇すると、シールリップ部の締め代が増加してグリース漏れを抑えるようにした技術である。

特開平７−２０８４８４号公報 特許第４１７９４３２号公報 実開昭６３−１１５６２９号公報

特許文献１の技術は、漏れ出したグリースの処理であって、グリース漏れ自体を防ぐものではない。特許文献２の技術は、シール部材の取付部（基部）が、内外輪のいずれか一方の軌道輪に設けた円環状の凹溝（シール取付溝）にしっかりと固定されているうえに、本体部の剛性が高いため、シール部材全体が変形することはほとんど無いと考えられる。しかし、リップ部（シールリップ部）は、他方の軌道輪の側面に接触しているだけにすぎないので、軸受内部空間の圧力が高くなると、リップ部の締め代が増加する工夫がされていても、リップ部全体が軸方向外側へ押し出されるため、グリースの漏れ出しを完全に防ぐことはできないと考えられる。この点については、特許文献２の先行技術である特許文献３と大差無いと推定できる。

この発明の目的は、軸受内部空間に封入されたグリースの漏れ出しを効果的に防ぐことができる旋回軸受のシール構造を提供することである。

この発明の旋回軸受のシール構造は、軌道輪である内輪および外輪にそれぞれ軌道溝が形成され、これら内外輪の軌道溝間に複数の転動体が設けられ、内外輪における軸受内部空間の軸方向の両端をそれぞれ封止する一対の弾性体製のシール部材を備えたシール構造において、前記シール部材は、前記内外輪のいずれか一方の軌道輪に基部が固定され、この基部から他方の軌道輪に向けて延び、通常時は、その先端のシールリップ部が、前記他方の軌道輪における軸方向と交差する面からなる第１の被接触面のみに接触し、前記他方の軌道輪に、前記第１の被接触面における前記一方の軌道輪と反対側端から軸方向外側へ延びる周面からなる第２の被接触面を設け、前記軸受内部空間の圧力が高まると、前記シールリップ部が軸方向外側へ撓んだ状態で同シールリップ部を前記第２の被接触面のみに接触させるようにしたことを特徴とする。

この構成によると、通常時は、シール部材のシールリップ部が他方の軌道輪の第１の被接触面に接触しているが、軸受内部空間の圧力が高まると、シールリップ部が軸方向外側へ撓んで他方の軌道輪の第２の被接触面に接触する。このため、軸受内部空間の圧力変化に関係無く、常に軸受内部空間が密封された状態に保たれ、軸受内部空間に封入されたグリースの漏れ出しが防がれる。

この発明において、前記シール部材のシールリップ部は、他方の軌道輪に向けて径方向に延びる径方向部分と、この径方向部分の先端部から前記第１の被接触面に向かって軸方向に延びる軸方向部分とを有し、この軸方向部分の先端が前記第１の被接触面に接触するのが良い。
シールリップ部を上記形状とすると、軸受内部空間の圧力が高まってシールリップ部が軸方向外側へ撓むとき、シールリップ部の軸方向部分は他方の軌道輪の側へ移動し、この軸方向部分が前記第２の被接触面に良好に接触する。

この発明において、前記他方の軌道輪の前記一方の軌道輪と対向する周面に、前記シール部材のシールリップ部が嵌り込む環状のシールリップ溝を設け、このシールリップ溝の軸方向内側の壁面を前記第１の被接触面とし、かつ底面を前記第２の被接触面としても良い。
この構成の場合、シールリップ溝の軸方向外側の壁面によりシールリップ部の軸方向の動きが拘束される。そのため、軸受内部空間の圧力が極度に高まった場合でも、シールリップ部が外側に押し出されず、軸受内部空間内のグリースが一気に漏れ出すのを防げる。

この発明において、前記シール部材に前記軸受内部空間からの圧力が作用しない状態で、前記シールリップ部と前記第２の被接触面との最短の径方向距離を０．３ｍｍないし０．６ｍｍの範囲内とするのが望ましい。
シールリップ部と第２の被接触面との最短の径方向距離、すなわちラジアルすきまが大きすぎると、シールリップ部が第１の被接触面に接触する状態から第２の被接触面に接触する状態に切り換わる過程で、シールリップ部が第１の被接触面および第２の被接触面のどちらとも接触しない状態が生じてしまう。そのため、ラジアルすきまは、限りなく零に近いのが理想である。しかし、実際には製造誤差等があるため、ラジアルすきまを小さくしすぎると、シールリップ部が第１の被接触面および第２の被接触面の両方に同時に接触することが起こりうる。この場合、シール摺動トルクの増大や過大発熱の要因となってしまう。そこで、シール部材のシールリップ部や、他方の軌道輪の第１の被接触面および第２の被接触面の製造誤差を考慮して、ラジアルすきまを上記値に設定した。

この発明において、前記一方の軌道輪の側面にシール取付凹部を設け、このシール取付凹部に前記シール部材の基部を嵌め込んで固定しても良い。
この構成の場合、一方の軌道輪の周面にシール取付凹部を設ける場合に比べて、一方の軌道輪の軸方向長さを短くできる。

この発明において、前記シール部材の前記軸受内部空間を向く面に、グリース溜りとなる凹み部を設けても良い。
この構成の場合、軸受内部空間からグリースが漏れ出しても、その漏れ出したグリースをシール部材の凹み部にある程度保持することができる。そのため、仮にグリースがシール部材の外側へ漏れ出したとしても、大半のグリースは凹み部に保持されているので、グリースが完全に失われることを防げる。

この発明において、前記軸受内部空間の軸方向端の開口幅のうちの径方向寸法で１／２以上の範囲を、前記シール部材で遮蔽しても良い。
この構成の場合、軸受内部空間の端部にラビリンスが構成され、軸受内部空間からのグリースの漏れ出しを抑制することができる。

この発明において、前記シール部材における前記シールリップ部よりも前記基部側の箇所に、周辺箇所よりも肉厚の薄い薄肉部を設けても良い。
薄肉部が設けられていると、軸受内部空間からの大きな圧力がシール部材に作用した場合、薄肉部を基点にしてシールリップ部を含むシール部材の部分が変形し、前記圧力を逃がす。そのため、シール部材の基部が一方の軌道輪から外れることを防げる。

この発明において、前記シール部材に、前記他方の軌道輪における前記第１の被接触側面よりも軸方向外側の箇所に接触して、前記軸受内部空間への異物の侵入を防ぐダストリップ部を設けても良い。
この構成の場合、軸受外部から軸受内部空間へのゴミ等の異物の侵入を防ぐことができると共に、さらなるグリース漏れ防止効果が期待できる。

この発明の旋回軸受のシール構造は、軌道輪である内輪および外輪にそれぞれ軌道溝が形成され、これら内外輪の軌道溝間に複数の転動体が設けられ、内外輪における軸受内部空間の軸方向の両端をそれぞれ封止する一対の弾性体製のシール部材を備えたシール構造において、前記シール部材は、前記内外輪のいずれか一方の軌道輪に基部が固定され、この基部から他方の軌道輪に向けて延び、通常時は、その先端のシールリップ部が、前記他方の軌道輪における軸方向と交差する面からなる第１の被接触面のみに接触し、前記他方の軌道輪に、前記第１の被接触面における前記一方の軌道輪と反対側端から軸方向外側へ延びる周面からなる第２の被接触面を設け、前記軸受内部空間の圧力が高まると、前記シールリップ部が軸方向外側へ撓んだ状態で同シールリップ部を前記第２の被接触面のみに接触させるようにしたため、軸受内部空間に封入されたグリースの漏れ出しを効果的に防ぐことができる。

（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかるシール構造を備えた旋回軸受の断面図、（Ｂ）はそのシール構造の拡大図である。 （Ａ），（Ｂ）はシール構造の動作説明図である。 この発明の異なる実施形態にかかるシール構造を示す断面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかるシール構造を示す断面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかるシール構造を示す断面図である。 （Ａ）は従来のシール構造を備えた旋回軸受の断面図、（Ｂ）はそのシール構造の拡大図である。

この発明の一実施形態を図１と共に説明する。この旋回軸受は、軌道輪である内輪１および外輪２と、これら内外輪１，２の各軌道溝１ａ，２ａ間に転動自在に介在する複数の転動体３と、各転動体３を円周方向に並ぶポケット４ａ内にそれぞれ保持する保持器４とを備える。内輪１および外輪２には、それぞれ他の部材へ連結固定するための軸方向の貫通孔１ｂ，２ｂが、円周方向一定間隔おきに複数設けられている。

旋回軸受は、例えば４点接触玉軸受として構成される。その場合、内外輪１，２の各軌道溝１ａ，２ａを構成する２つの曲面は、転動体３よりも曲率半径が大きく、曲率中心が互いに異なるゴシックアーチ状の断面円弧状とされる。各転動体３は、内輪１の軌道溝１ａおよび外輪２の軌道溝２ａの前記各曲面に接点で接して４点接触する。

この旋回軸受は、内輪１と外輪２間の軸受内部空間５にグリースを封入して使用される。軸受内部空間５の上下両端は、グリース漏れを防ぐシール構造とされている。図例では、内輪１の上端面は外輪２の上端面よりも高く形成され、かつ外輪２の下端面は内輪１の下端面よりも低く形成されている。そして、外輪２の上端面に環状溝からなるシール取付凹部１０が形成されると共に、内輪１の外周面における上端近傍に環状のシールリップ溝１１が形成され、これらシール取付凹部１０とシールリップ溝１１を利用してシール部材１２を設けることで、上側のシール構造とされている。
同様に、内輪１の下端面に環状溝からなるシール取付凹部１０が形成されると共に、外輪２の内周面における下端近傍に環状のシールリップ溝１１が形成され、これらシール取付凹部１０とシールリップ溝１１を利用してシール部材１２を設けることで、下側のシール構造とされている。
上記シールリップ溝１１の形式により、その側壁部分で、内輪１および外輪２に、シール部材１１のシールリップ部１１ｃを軸方向外側から覆う覆い部１ｃ，２ｃが形成されている。

図１（Ｂ）は、下側のシール構造を示す。シール部材１２は、ゴム等の弾性体製であり、前記シール取付凹部１０に嵌め込んで固定される基部１２ａと、この基部１２ａと一体で内輪１の下端面に接する本体部１２ｂと、この本体部１２ｂから外輪２に向けて延びるシールリップ部１２ｃとで構成される。さらに、シールリップ部１２ｃは、外輪２に向けて径方向に延びる径方向部分１２ｃａと、この径方向部分１２ｃａの先端部から上向き湾曲にして軸方向に延びる軸方向部分１２ｃｂとで構成される。

シール部材１２に軸受内部空間５の圧力が作用しない状態で、シールリップ部１２ｃの軸方向部分１２ｃｂの先端は、前記シールリップ溝１１の軸方向内側（下側のシール構造の場合、上側）の壁面からなる第１の被接触面１１ａに、締め代を持った状態で接触している。また、シールリップ部１２ｃの軸方向部分１２ｃｂの先端は、シールリップ溝１１の底面からなる第２の被接触面１１ｂに近接している。第２の被接触面１１ｂは、第１の被接触面１１ａにおける内輪１と反対側端から軸方向外側へ延びる周面である。シールリップ部１１ｃと第２の被接触面１１ｂとの最短の径方向距離、すなわちラジアルすきまδ（図２（Ａ））は、０．３ｍｍないし０．６ｍｍの範囲内に設定してある。この根拠については、後で説明する。

シール部材１２は、本体部１２ｂからシールリップ部１２ｃにかけて、肉厚が徐々に薄く形成されている。したがって、シールリップ部１２ｃは、本体部１２ｂよりも肉厚が薄い。上記肉厚の変化は、軸受内部空間５を向く側の肉を切除してなされたものであり、それにより、シール部材１２の軸受内部空間５を向く面に、グリース溜りとなる凹み部１３が形成されている。

上側のシール構造も、基本的に上記下側のシール構造と同じである。上側のシール構造の場合、請求項で言うところの一方の軌道輪が外輪２となり、他方の軌道輪が内輪１となる。上側のシール構造では、シールリップ部１２ｃの軸方向部分１２ｃｂが、径方向部分１２ｃａの先端部から下向き湾曲にして軸方向に延びている。

上記旋回軸受のシール構造の動作を、下側のシール構造を例にとって説明する。
通常時は、図２（Ａ）に示すように、シール部材１２のシールリップ部１２ｃが他方の軌道輪である外輪２の第１の被接触面１１ａに接触している。つまり、シールリップ部１２ｃがアキシアル接触している。軸受内部空間５の圧力が高まると、図２（Ｂ）に示すように、シールリップ部１２ｃが軸方向外側へ撓んで外輪２の第２の被接触面１１ｂに接触する。つまり、シールリップ部１２ｃがラジアル接触する。このように、軸受内部空間５の圧力変化に応じて、シールリップ部１２ｃがアキシアル接触とラジアル接触とに切り換わることにより、常に軸受内部空間５が密封された状態に保たれ、軸受内部空間５に封入されたグリースの漏れ出しが防がれる。

シール部材１２のシールリップ部１２ｃは、径方向に延びる径方向部分１２ｃａと、この径方向部分１２ｃａの先端部から第１の被接触面１２ａに向かって軸方向に延びる軸方向部分１２ｃｂとを有し、この軸方向部分１２ｃｂの先端が第１の被接触面１２ａに接触する形状とされている。それにより、軸受内部空間５の圧力が高まってシールリップ部１２ｃが軸方向外側へ撓むとき、シールリップ部１２ｃの軸方向部分１２ｃｂは他方の軌道輪である外輪２の側へ移動し、この軸方向部分１２ｃｂが第２の被接触面１１ｂに良好に接触する。

シール部材１２に軸受内部空間５からの圧力が作用しない状態で、シールリップ部１２ｃと第２の被接触面１１ｂとのラジアルすきまδは０．３ｍｍないし０．６ｍｍの範囲内とされている。それは以下の理由による。すなわち、ラジアルすきまδが大きすぎると、シールリップ部１２ｃがアキシアル接触からラジアル接触に切り換わる過程で、シールリップ部１２ｃが第１の被接触面１１ａおよび第２の被接触面１１ｂのどちらとも接触しない状態が生じてしまう。そのため、ラジアルすきまδは、限りなく零に近いのが理想である。しかし、実際には製造誤差等があるため、ラジアルすきまδを小さくしすぎると、シールリップ部１２ｃが第１の被接触面１１ａおよび第２の被接触面１１ｂの両方に同時に接触することが起こりうる。この場合、シール摺動トルクの増大や過大発熱の要因となってしまう。そこで、シール部材１２のシールリップ部１２ｃや、第１の被接触面１１ａおよび第２の被接触面１１ｂの製造誤差を考慮して、ラジアルすきまδを上記値に設定してある。

シール部材１２のシールリップ部１２ｃはシールリップ溝１１に嵌り込んでおり、シールリップ溝１１の軸方向外側の壁面１１ｃ（図１）によりシールリップ部１２ｃの軸方向の動きが拘束される。そのため、軸受内部空間５の圧力が極度に高まった場合でも、シールリップ部１２ｃが外側に押し出されず、軸受内部空間５内のグリースが一気に漏れ出すのを防げる。

シール部材１２は、その基部１２ａを、一方の軌道輪、例えば内輪１の側面に設けられたシール取付凹部１０に嵌め込んで固定されている。この構成とすると、一方の軌道輪の周面にシール部材の基部を固定するための凹部を設ける場合に比べて、一方の軌道輪の軸方向長さを短くできる。

シール部材１２の軸受内部空間５を向く面に、グリース溜りとなる凹み部１３が設けられているため、軸受内部空間５からグリースが漏れ出しても、その漏れ出したグリースを凹み部１３にある程度保持することができる。そのため、仮にグリースがシール部材１２の外側へ漏れ出したとしても、大半のグリースは凹み部１３に保持されているので、グリースが完全に失われることを防げる。

図３はこの発明の異なる実施形態を示す。このシール構造は、軸受内部空間５の軸方向端の開口幅Ｈのうちの径方向寸法で１／２以上の範囲を、シール部材１２の本体部１２ｂで遮蔽した構成とされている。この構成の場合、軸受内部空間５の端部にラビリンス１４が構成され、軸受内部空間５からのグリースの漏れ出しを抑制することができる。

図４はこの発明のさらに異なる実施形態を示す。このシール構造は、シール部材１２におけるシールリップ部１２ｃよりも基部１２ａ側の箇所である本体部１２ｂの一部に、周辺箇所よりも肉厚の薄い薄肉部１５が設けられている。この例では、薄肉部１５は、軸方向内側にスリット状の切込み１５ａを入れることにより形成されている。薄肉部１５が設けられていると、軸受内部空間５からの大きな圧力がシール部材１２に作用した場合、薄肉部１５を基点にしてシールリップ部１２ｃを含むシール部材１２の部分が変形し、前記圧力を逃がす。そのため、シール部材１２の基部１２ａが一方の軌道輪、例えば内輪１から外れることを防げる。

図５はこの発明のさらに異なる実施形態を示す。このシール構造は、シール部材１２に、シールリップ部１２ｃとは別に、本体部１２ｂから軸方向外側かつ他方の軌道輪、例えば外輪２の側へ延びるダストリップ１２ｄが設けられている。このダストリップ部１２ｄの先端は、外輪２の内周面における第１の被接触側面１１ａよりも軸方向外側の箇所に接触している。この構成とすることにより、軸受外部から軸受内部空間５へのゴミ等の異物の侵入を防ぐことができると共に、さらなるグリース漏れ防止効果が期待できる。

１…内輪（軌道輪）
１ａ…軌道溝
２…外輪（軌道輪）
２ａ…軌道溝
３…転動体
５…軸受内部空間
１０…シール取付凹部
１１…シールリップ溝
１１ａ…第１の被接触面
１１ｂ…第２の被接触面
１２…シール部材
１２ａ…基部
１２ｃ…シーリップ部
１２ｃａ…径方向部分
１２ｃｂ…軸方向部分
１２ｄ…ダストリップ部
１３…凹み部
１５…薄肉部

Claims (9)

1. 軌道輪である内輪および外輪にそれぞれ軌道溝が形成され、これら内外輪の軌道溝間に複数の転動体が設けられ、内外輪における軸受内部空間の軸方向の両端をそれぞれ封止する一対の弾性体製のシール部材を備えた旋回軸受のシール構造において、
   前記シール部材は、前記内外輪のいずれか一方の軌道輪に基部が固定され、この基部から他方の軌道輪に向けて延び、通常時は、その先端のシールリップ部が、前記他方の軌道輪における軸方向と交差する面からなる第１の被接触面のみに接触し、
   前記他方の軌道輪に、前記第１の被接触面における前記一方の軌道輪と反対側端から軸方向外側へ延びる周面からなる第２の被接触面を設け、前記軸受内部空間の圧力が高まると、前記シールリップ部が軸方向外側へ撓んだ状態で同シールリップ部を前記第２の被接触面のみに接触させるようにしたことを特徴とする旋回軸受のシール構造。
2. 請求項１おいて、前記シール部材のシールリップ部は、他方の軌道輪に向けて径方向に延びる径方向部分と、この径方向部分の先端部から前記第１の被接触面に向かって軸方向に延びる軸方向部分とを有し、この軸方向部分の先端が前記第１の被接触面に接触する旋回軸受のシール構造。
3. 請求項１または請求項２において、前記他方の軌道輪の前記一方の軌道輪と対向する周面に、前記シール部材のシールリップ部が嵌り込む環状のシールリップ溝を設け、このシールリップ溝の軸方向内側の壁面を前記第１の被接触面とし、かつ底面を前記第２の被接触面とした旋回軸受のシール構造。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記シール部材に前記軸受内部空間からの圧力が作用しない状態で、前記シールリップ部と前記第２の被接触面との最短の径方向距離を０．３ｍｍないし０．６ｍｍの範囲内とした旋回軸受のシール構造。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記一方の軌道輪の側面にシール取付凹部を設け、このシール取付凹部に前記シール部材の基部を嵌め込んで固定した旋回軸受のシール構造。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記シール部材の前記軸受内部空間を向く面に、グリース溜りとなる凹み部を設けた旋回軸受のシール構造。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記軸受内部空間の軸方向端の開口幅のうちの径方向寸法で１／２以上の範囲を、前記シール部材で遮蔽した旋回軸受のシール構造。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記シール部材における前記シールリップ部よりも前記基部側の箇所に、周辺箇所よりも肉厚の薄い薄肉部を設けた旋回軸受のシール構造。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記シール部材に、前記他方の軌道輪における前記第１の被接触側面よりも軸方向外側の箇所に接触して、前記軸受内部空間への異物の侵入を防ぐダストリップ部を設けた旋回軸受のシール構造。

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