JP5830878B2 - 軸受用密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸受内部空間への異物（例えば、水、塵埃）の浸入を防止すると共に、軸受内部空間に封入されている潤滑剤（例えば、油、グリース）の漏洩を防止することを可能にする軸受用密封装置に関する。

従来、この種の軸受用密封装置としては、例えば特許文献１,２に示すように、鉄道車両車軸に適用されているものが知られている。鉄道車両車軸には、各種の円すいころ軸受が用いられており、一例として図４に示された円すいころ軸受は、常時非回転状態に維持された静止輪構成体（例えば、１つの外輪１）と、静止輪構成体（外輪１）に対向して回転可能に配置された回転輪構成体（例えば、２つの内輪３）とを備えている。

また、静止輪構成体及び回転輪構成体において、その外輪１と各内輪３とは、互いに相対回転可能に対向配置されている。この場合、各内輪３は、その背面同士を（例えば、間座５に）当て付けた状態で鉄道車両車軸７（以下、車軸７という）に嵌合されており、一方、外輪１は、車軸７の外周側に対向しているハウジング（図示しない）に嵌合されている。

外輪１及び内輪３の対向面には、それぞれ、周方向に沿って連続した環状の軌道面（外輪軌道面１ｓ、内輪軌道面３ｓ）が互いに対向して形成されている。この場合、内輪軌道面３ｓは、それぞれ、間座５側から離間する方向に向かって末広がり状に傾斜して形成されており、一方、外輪軌道面１ｓは、それぞれ、内輪軌道面３ｓに沿って同様の傾斜角度を成して形成されている。

また、外輪１と内輪３との間の軸受内部空間、具体的には、上記した軌道面１ｓ,３ｓ相互間（即ち、外輪軌道面１ｓと内輪軌道面３ｓとの間）には、複数の転動体（ころ）９が１つずつ保持器１１で保持された状態で回転可能に組み込まれており、これにより、１つの円すいころ軸受が構成されている。なお、各転動体（ころ）９を保持しつつ各内輪軌道面３ｓに沿って案内するために、内輪３の対向面（即ち、外周面）には、つば部１３,１５が、各内輪軌道面３ｓの両側に沿って連続し、かつ、当該内輪軌道面３ｓよりも突出して設けられている。

また、回転輪構成体として、２つの内輪３の軸方向両外側には、これに隣接して、周方向に沿って連続した環状の前蓋１７と、環状の後蓋１９とが設けられており、これら前蓋１７及び後蓋１９は、車軸７に嵌合されている。この場合、例えば、後蓋１９を車軸７に嵌合すると共に、上記した円すいころ軸受を車軸７に嵌合して後蓋１９に当て付け、続いて、前蓋１７を車軸７に嵌合して当該円すいころ軸受に当て付けた状態で、前蓋１７に対して押圧体２１をアキシアル方向に当て付けて、ボルト２３で締め付けることで、当該円すいころ軸受に所定の予圧を付与することができる。

このような円すいころ軸受によれば、外内輪１,３が相対回転する間（軸受回転中）、外内輪１,３間（即ち、軸受内部空間）に組み込まれた複数の転動体（ころ）５が、各つば部１３,１５によって保持・案内されながら、当該軌道面１ｓ,３ｓに沿って転動することで、車軸７を円滑に回転させることができる。なお、このとき、外内輪１,３及び車軸７は、共通する１本の回転軸Ａｘを中心に回転することとなる。

また、円すいころ軸受には、軸受回転中の潤滑性能や回転性能などを一定に維持するために、所定量の潤滑剤（例えば、油、グリース）が軸受内部空間に封入されている。この場合、軸受内部空間に封入された潤滑剤（例えば、油、グリース）の漏洩を防止すると共に、軸受内部空間に対する異物（例えば、水、塵埃）の侵入を防止するために、静止輪構成体と回転輪構成体との間には、軸受用密封装置が設けられている。

軸受用密封装置は、静止輪構成体（例えば、１つの外輪１）の軸方向両外側と、回転輪構成体（例えば、２つの内輪３）の軸方向両外側との間（隙間）を覆うように、それぞれ設けられている。この場合、一方の軸受用密封装置は、その基端部２５ｅが外輪１に嵌合（固定）され、その先端部２５ｔが前蓋１７に対して非接触状態で位置決めされた環状のシールケース２５を有しており、他方の軸受用密封装置は、その基端部２５ｅが外輪１に嵌合（固定）され、その先端部２５ｔが後蓋１９に対して非接触状態で位置決めされた環状のシールケース２５を有している。

それぞれのシールケース２５は、互いに同一形状を成していると共に、基端部２５ｅから先端部２５ｔに向かうに従って先細り形状を成しており、これにより、全体として中空の円すい台の外観形状として構成されている。そして、当該シールケース２５は、静止輪構成体と回転輪構成体との隙間を覆うように設けることで、上記した軸受内部空間を密封された状態（環境下）に維持させることを可能にしている。

また、それぞれのシールケース２５には、これと前蓋１７（後蓋１９）との間に、既存の各種密封部材２７をセット（収容、配置）することを可能にするセット部２５ｓが設けられている。この場合、密封部材２７としては、例えば、リップシールやパックシール、或いは、シールやシールド等の密封板など、各種のものをセットすることができる。

図面では一例として、密封部材２７は、シールケース２５に固定されて、回転輪構成体（図面では一例として、前蓋１７（後蓋１９））に向けて延出した環状のスリンガ２７ａと、スリンガ２７ａの内径側に固定されて、回転輪構成体に向けて延出した環状のシール部材２７ｂとを備えている。なお、スリンガ２７ａの延出端は、回転輪構成体に対して非接触状態に位置決めされており、一方、シール部材２７ｂの延出端は、回転輪構成体に対して接触状態に位置決めされている。

特開平９−６８２３２号公報 特開２００８−１９９０５号公報

ところで、図５に示すように、従来の軸受用密封装置に適用されたシールケース２５において、前蓋１７（後蓋１９）に対して非接触状態で位置決めされた環状の先端部２５ｔは、前蓋１７（後蓋１９）を周方向に沿って連続して窪ませた環状の凹溝Ｇに対して、その一部を挿入した状態で位置付けられている。

この場合、環状の凹溝Ｇは、その内径面Ｍin及び外径面Ｍoutが共に上記した回転軸Ａｘに平行となるように構成されており、一方、環状の先端部２５ｔは、回転軸Ａｘに平行となるように（具体的には、その内径面Ｔin及び外径面Ｔoutが共に上記した回転軸Ａｘに平行となるように）構成されている。

この場合、環状の凹溝Ｇと先端部２５ｔとの内径面Ｍin,Ｔin同士、及び、その外径面Ｍout,Ｔout同士が互いに平行を成すため、環状の凹溝Ｇと先端部２５ｔとの間には、回転軸Ａｘに平行に延在した隙間が構成されることになる。かかる構成によれば、例えば雨水や積雪が融けた雪水などが、上記した隙間に入り易くなってしまうと共に、逆に流出し難いので溜まり易くなってしまう。

ここで、例えば、密封部材２７（具体的には、シール部材２７ｂ）が劣化しているような場合、上記した隙間に溜まった雨水や雪水が、当該シール部材２７を通って軸受内部空間に侵入し、その結果、潤滑剤が劣化したり、軸受構成（外輪１、内輪３、各転動体（ころ）９、外輪軌道面１ｓ、内輪軌道面３ｓなど）が錆び付いて剥離したりするといった不具合が生じる虞がある。そうなると、当該円すいころ軸受を長期に亘って連続して使用し続けることが困難になってしまう虞がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、防水性を飛躍的に高めることで、軸受内部空間の密封性を確保し、これにより、軸受を長期に亘って連続して使用し続けることを可能にする軸受用密封装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、常時非回転状態に維持された静止輪構成体と、静止輪構成体に対向して回転可能に配置された回転輪構成体との間を覆うように設けられた軸受用密封装置であって、その基端部が前記静止輪構成体に嵌合され、その先端部が前記回転輪構成体に対して非接触状態で位置決めされた環状のシールケースを有し、前記回転輪構成体には、周方向に沿って連続して一部窪ませて形成され、かつ、前記シールケースの先端部がその一部を挿入した状態で位置付けられる円環状の凹溝が形成されており、前記環状の凹溝は、当該凹溝に挿入される前記シールケースの先端部の挿入方向に向かって回転軸に対して先細り勾配を成して傾斜した外径側テーパ円周面と、これに対向した当該凹溝に挿入されるシールケースの先端部の挿入方向に向かって回転軸に対して末
広がり勾配を成して傾斜した内径側テーパ円周面とを備え、前記シールケースは、中空の円すい台の外観形状を成し、その先端部は、前記回転軸に対して所定の傾斜角度を成し、かつ、環状の凹溝に向かって末広がり形状を成して構成され、前記環状のシールケースには、各種の密封部材をセットすることを可能にするセット部が設けられている。
本発明において、前記外径側テーパ円周面には、その一部を回転軸を横断する方向に沿って周方向に連続して窪ませた環状の水切溝が少なくとも１つ設けられている。
本発明において、前記密封部材と前記回転輪構成体との間に、当該回転輪構成体と共に回転するスリーブを介在させ、前記密封部材を当該スリーブに接触させるように構成されている。

本発明によれば、防水性を飛躍的に高めることで、軸受内部空間の密封性を確保し、これにより、軸受を長期に亘って連続して使用し続けることを可能にする軸受用密封装置を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る軸受用密封装置の構成を一部拡大して示す断面図であって、(ａ)は、前蓋（回転輪構成体）の構成を示す断面図、(ｂ)は、外輪（静止輪構成体）と前蓋（回転輪構成体）との間にシールケースが設けられた状態を示す断面図、(ｃ)は、後蓋（回転輪構成体）の構成を示す断面図、(ｄ)は、外輪（静止輪構成体）と後蓋（回転輪構成体）との間にシールケースが設けられた状態を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る軸受用密封装置のシールケースの構成を一部拡大して示す断面図。 本発明の変形例に係る軸受用密封装置の構成を一部拡大して示す断面図。 鉄道車両車軸に適用された軸受用密封装置の構成を示す断面図。 従来の軸受用密封装置の構成を一部拡大して示す断面図。

以下、本発明の一実施形態に係る軸受用密封装置について、添付図面を参照して説明する。なお、下記の実施形態は、図４に示された軸受用密封装置の改良であるため、以下、改良部分の説明にとどめる。この場合、上記した軸受用密封装置（図４）と同一の構成については、その構成に付された参照符号と同一の符号を本実施形態に用いた図面上に付すことで、その説明を省略する。

図１(ａ)〜(ｄ)に示すように、本実施形態の軸受用密封装置は、常時非回転状態に維持された静止輪構成体（例えば、１つの外輪１）の軸方向両外側と、当該静止輪構成体（外輪１）に対向して回転可能に配置された回転輪構成体（例えば、２つの内輪３）の軸方向両外側との間（隙間）を覆うようにそれぞれ設けられている。この場合、各軸受用密封装置は、その基端部２５ｅが静止輪構成体（例えば、外輪１）に嵌合され、その先端部２５ｔが回転輪構成体（例えば、前蓋１７、後蓋１９）に対して非接触状態で位置決めされた環状のシールケース２５を有している。

このような構成において、前蓋１７（回転輪構成体）には、周方向に沿って連続して一部窪ませて形成され、かつ、シールケース２５の先端部２５ｔがその一部を挿入した状態で位置付けられる円環状の凹溝Ｇが形成されている（図１(ａ),(ｂ)）。同様に、後蓋１９（回転輪構成体）には、周方向に沿って連続して一部窪ませて形成され、かつ、シールケース２５の先端部２５ｔがその一部を挿入した状態で位置付けられる円環状の凹溝Ｇが形成されている（図１(ｃ),(ｄ)）。

また、前蓋１７及び後蓋１９の各凹溝Ｇは、上記した外内輪１,３及び車軸７において共通する１本の回転軸Ａｘ（図４参照）に対して傾斜した外径側テーパ円周面Ｇoutと、これに対向した（具体的には、これの内径側に対向した）内径側テーパ円周面Ｇinとを備えている。この場合、外径側テーパ円周面Ｇoutは、回転軸Ａｘに対して先細り勾配を成して傾斜しており、一方、内径側テーパ円周面Ｇinは、回転軸に対して末広がり勾配を成して傾斜している。

これにより、外径側テーパ円周面Ｇoutは、当該凹溝Ｇに挿入されるシールケース２５の先端部２５ｔの挿入方向に向かって先細り傾斜となった中空の円すい台形状を成して構成されており、一方、内径側テーパ円周面Ｇinは、当該凹溝Ｇに挿入されるシールケース２５の先端部２５ｔの挿入方向に向かって末広がりとなった中空の倒立円すい台形状を成して構成されている。

この場合、前蓋１７及び後蓋１９の各凹溝Ｇにおいて、先細り中空円すい台形状を成す外径側テーパ円周面Ｇoutの回転軸Ａｘに対する傾斜角度θ１、及び、末広がり中空倒立円すい台形状を成す内径側テーパ円周面Ｇinの回転軸Ａｘに対する傾斜角度θ２は、それぞれ、例えば、軸受用密封装置の使用環境や使用目的などに応じて設定されるため、ここでは特に数値限定しない。要するに、傾斜角度θ１,θ２は、回転軸Ａｘに対して０°以上で９０°未満（０°＜θ１、θ２＜９０°）の範囲で設定すればよい。

また、前蓋１７及び後蓋１９の各凹溝Ｇにおいて、外径側テーパ円周面Ｇoutには、その一部を回転軸Ａｘを横断（図面では一例として、直交）する方向に沿って周方向に連続して窪ませた環状の水切溝２９が、少なくとも１つ設けられている。なお、図面では一例として、１つの環状の水切溝２９が示されているが、これにより発明の技術的範囲が限定されるものではない。

なお、水切溝２９の溝幅や溝深、溝形状は、例えば、凹溝Ｇの大きさ（広さ）や形状、或いは、軸受用密封装置の使用環境や使用目的に応じて設定されるため、ここでは特に限定しない。例えば図面では、断面矩形状の水切溝２９が示されているが、これに代えて、断面円弧（楕円）形状や三角形状などの水切溝２９としてもよい。

また、図２に示すように、環状のシールケース２５において、その先端部２５ｔは、回転軸Ａｘに対して所定の傾斜角度αを成し、かつ、環状の凹溝Ｇ（図１(ａ)〜(ｄ)参照）に向かって末広がり形状を成して構成されている。具体的には、その内径面Ｔin及び外径面Ｔoutが共に上記した回転軸Ａｘに対して所定の傾斜角度αをなすように構成されている。この場合、回転軸Ａｘに対する先端部２５ｔの傾斜角度αは、例えば、軸受用密封装置の使用環境や使用目的などに応じて設定されるため、ここでは特に数値限定しない。要するに、傾斜角度αは、回転軸Ａｘに対して０°以上で９０°未満（０°＜α＜９０°）の範囲で設定すればよい。

なお、上記したシールケース２５は、静止輪構成体（外輪１）の軸方向両外側と、当該静止輪構成体（外輪１）に対向して回転可能に配置された回転輪構成体（２つの内輪３）の軸方向両外側との間（隙間）において、互いに同様のものを適用し、それぞれ設けることができる（図１(ｂ),(ｄ)参照）。

また、環状のシールケース２５には、既存の各種密封部材２７をセットすることを可能にするセット部２５ｓが設けられている。セット部２５ｓは、全体として円すい台の外観形状を成すシールケース２５の基端部２５ｅと先端部２５ｔとの間において、回転軸Ａｘと平行な中空円筒状を成して構成されている。

この場合、当該セット部２５ｓに密封部材２７をセット（収容、配置）して、その一部（先端）を回転輪構成体（図面では一例として、前蓋１７、後蓋１９）に接触又は非接触させるようにすることで、当該シールケース２５（具体的には、セット部２５ｓ）と回転輪構成体（前蓋１７、後蓋１９）との間に、既存の各種密封部材２７を収容、配置することができる。

なお、図面では、密封部材２７の一例として、リップシールをシール部材２７ｂ（図４参照）として適用したものが示されているが、これにより本発明の技術的範囲が限定されるものではない。リップシールに代えて、例えば、パックシール、或いは、シールやシールド等の密封板など、各種のものを密封部材２７としてセットすることができる。

以上、本実施形態の軸受用密封装置によれば、中空の円すい台の外観形状を成すシールケース２５の先端部２５ｔを回転軸Ａｘに対して所定の傾斜角度αを成す末広がり形状に構成し、当該先端部２５ｔを外径側及び内径側テーパ円周面Ｇout,Ｇinを有する凹溝Ｇに挿入して非接触状態に位置付けると共に、当該外径側テーパ円周面Ｇoutに水切溝２９を設けたことで、車軸７の回転中（即ち、外内輪１,３の相対回転中）或いは車軸７の停止時に、例えば雨水や積雪が融けた雪水などは、その一部がシールケース２５の先端部２５ｔに沿って自重によって落下して排除されると共に、残りが回転輪構成体（前蓋１７、後蓋１９）に形成された凹溝Ｇの水切溝２９によって切断され、外径側テーパ円周面Ｇoutに沿って落下して排除される。

これにより、軸受用密封装置を越えて上記した軸受内部空間に雨水や雪水が浸入することを未然に防止することができる。特に、車軸７の回転中（即ち、外内輪１,３の相対回転中（軸受回転中））に、水切溝２９によって切断された雨水や雪水は、その自重によってシールケース２５の先端部２５ｔに沿って落下して排除されるか、或いは、回転輪構成体（前蓋１７、後蓋１９）の回転遠心力によって凹溝Ｇの外径側テーパ円周面Ｇoutに沿って落下して排除される。

これによれば、上記した軸受内部空間に雨水や雪水が浸入することを確実に防止することができるため、例えば、雨水や雪水が当該シール部材２７を通って軸受内部空間に侵入することで、潤滑剤が劣化したり、軸受構成（外輪１、内輪３、各転動体（ころ）９、外輪軌道面１ｓ、内輪軌道面３ｓなど）が錆び付いて剥離したりするといったような従来における不具合が生じることは無い。この結果、当該円すいころ軸受を長期に亘って連続して使用し続けることが可能となる。

また、本実施形態によれば、シールケース２５のセット部２５ｓに既存の各種密封部材２７をセットすることができるため、上記した軸受用密封装置の効果と当該密封部材２７との相乗効果によって、上記した雨水や雪水に加えてその他の異物（例えば、塵埃）の軸受内部空間への浸入を確実に防止することができると共に、軸受内部空間に封入されている潤滑剤（例えば、油、グリース）の漏洩を確実に防止することができる。

この結果、異物による焼き付きや劣化を防止することができると共に、軸受内部空間に封入されている潤滑剤（例えば、油、グリース）を常に一定量に維持することができるため、これにより、軸受回転中の潤滑性能や回転性能を一定に維持することができ、その結果、当該円すいころ軸受を長期に亘って連続して使用し続けることが可能となる。

なお、例えば図３に示すように、上記した実施形態において、密封部材２７として、シール部材（リップシール）２７ｂと回転輪構成体（前蓋１７、後蓋１９）との間に、当該回転輪構成体と共に回転するスリーブ３０を介在させ、シール部材（リップシール）２７ｂをスリーブ３０に接触させるように構成してもよい。

１ 外輪（静止輪構成体）
３ 内輪（回転輪構成体）
２５ シールケース
２５ｅ シールケースの基端部
２５ｔ シールケースの先端部
Ａｘ 回転軸
Ｇ 凹溝
Ｇout 凹溝の外径側テーパ円周面
Ｇin 凹溝の内径側テーパ円周面

Claims (3)

1. 常時非回転状態に維持された静止輪構成体と、静止輪構成体に対向して回転可能に配置された回転輪構成体との間を覆うように設けられた軸受用密封装置であって、
   その基端部が前記静止輪構成体に嵌合され、その先端部が前記回転輪構成体に対して非接触状態で位置決めされた環状のシールケースを有し、
   前記回転輪構成体には、周方向に沿って連続して一部窪ませて形成され、かつ、前記シールケースの先端部がその一部を挿入した状態で位置付けられる円環状の凹溝が形成されており、
   前記環状の凹溝は、当該凹溝に挿入される前記シールケースの先端部の挿入方向に向かって回転軸に対して先細り勾配を成して傾斜した外径側テーパ円周面と、これに対向した当該凹溝に挿入されるシールケースの先端部の挿入方向に向かって回転軸に対して末広がり勾配を成して傾斜した内径側テーパ円周面とを備え、
   前記シールケースは、中空の円すい台の外観形状を成し、その先端部は、前記回転軸に対して所定の傾斜角度を成し、かつ、環状の凹溝に向かって末広がり形状を成して構成され、
   前記環状のシールケースには、各種の密封部材をセットすることを可能にするセット部が設けられていることを特徴とする軸受用密封装置。
2. 前記外径側テーパ円周面には、その一部を回転軸を横断する方向に沿って周方向に連続して窪ませた環状の水切溝が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の軸受用密封装置。
3. 前記密封部材と前記回転輪構成体との間に、当該回転輪構成体と共に回転するスリーブを介在させ、前記密封部材を当該スリーブに接触させるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の軸受用密封装置。

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