JP6533682B2 - 密封装置、及びこれを備えた転がり軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、密封装置、及びこれを備えた転がり軸受装置に関する。

従来、圧延機の圧延ロールは転がり軸受装置に支持されており、当該転がり軸受装置には密封装置が設けられている。
上記密封装置として、例えば図４に示すようなものがある（特許文献１参照）。
図４に示すように、圧延ロールのロールネックは転がり軸受１００を介して水平軸回りに回転自在に支持される。
転がり軸受１００は、ロールネックに外嵌される一対の第１及び第２内輪１０１，１０２と、ハウジングに固定される複数の第１〜第３外輪１０３〜１０５と、前記各内輪１０１，１０２と各外輪１０３〜１０５との間の環状空間１０８に配置される複数の円錐ころ１０６とを備えている。第１及び第２内輪１０１，１０２は、第１内輪１０１の軸方向一方の端面と、第２内輪１０２の軸方向他方の端面とを、軸方向に突き合わせて配置されている。そして、第１及び第２内輪１０１，１０２における上記端面同士を突き合わせた端部の外周には環状溝１０７が設けられている。

密封装置２００は、転がり軸受１００の軸方向両側に配設された一対の外側シール部材２１０と、転がり軸受１００の軸方向中央部の環状溝１０７に装着された内側シール部材２２０とを備えている。
一対の外側シール部材２１０は、各内輪１０１，１０２の外周面と摺接するリップ部２１１を有している。この外側シール部材２１０は、圧延ロールを冷却する冷却水や異物が軸受外部から環状空間１０８に浸入するのを防止している。

内側シール部材２２０は、軸方向に延びる環状の芯金部２２１と、この芯金部２２１に固定された弾性部２２２とからなる。この弾性部２２２は、環状溝１０７における第１内輪１０１側の周面に接触する一対の固定リップ部２２３と、環状溝１０７における第２内輪１０２側の周面に接触する摺接リップ部２２４とを有している。摺接リップ部２２４は、第１内輪１０１と第２内輪１０２とが相対的に回転したときに、環状溝１０７における第２内輪１０２側の周面と摺動するようになっている。内側シール部材２２０は、ロールネックの外周面から第１及び第２内輪１０１，１０２の突き合わせた端面同士の間を通過して環状溝１０７に浸入した冷却水が、環状空間１０８に浸入するのを防止している。

特許第５０２２０００号公報（図１、図２参照）

圧延機の稼働中は、転がり軸受１００及び一対の外側シール部材２１０の摺動発熱により軸受内部の圧力が上昇することで、環状空間１０８は正圧の状態となる。このため、軸受外部の冷却水が、各外側シール部材２１０のリップ部２１１と各内輪１０１，１０２の外周面との摺接部から環状空間１０８に浸入するのを防止することができる。

しかし、圧延機の稼働を停止または、低速回転時に冷却水により温度が低下すると、上記摺動発熱は発生しなくなるので、軸受内部の圧力が低下し、環状空間１０８が負圧の状態となる場合がある。この場合、環状空間１０８が負圧の状態のまま圧延機を再稼働したときに、軸受外部の冷却水が、上記負圧による吸引作用によって各外側シール部材２１０のリップ部２１１と各内輪１０１，１０２の外周面との摺接部から環状空間１０８内に浸入するという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、内外輪間の環状空間が負圧になっても、その環状空間に水が浸入するのを効果的に抑制することができる密封装置、及びこれを備えた転がり軸受装置を提供することを目的とする。

本発明の密封装置は、軸方向の端部同士を突き合わせた状態で回転軸に外嵌される一対の内輪、及びこれら一対の内輪の径方向外方に配置される外輪を有する転がり軸受に用いられ、前記内輪と前記外輪との間に形成される環状空間の軸方向両端に装着され、軸受外部から前記環状空間に水が浸入するのを抑制する一対の外側シール部材と、前記一対の内輪における前記端部の外周に形成される環状溝に一方の前記内輪と一体回転可能に装着され、前記端部同士を突き合わせた部分から前記環状溝に浸入した水が前記環状空間に浸入するのを抑制する内側シール部材と、を備える密封装置であって、前記内側シール部材は、前記一方の前記内輪の端部における前記環状溝の周面に対して面接触する固定リップ部と、他方の前記内輪の端部における前記環状溝の周面に対して摺接可能に線接触する摺接リップ部と、を有し、前記摺接リップ部の比重は、前記内側シール部材の回転に伴う遠心力により前記環状溝の周面に対して径方向外方に離反する値に設定されていることを特徴とする。

本発明の密封装置によれば、回転軸が停止または、低速回転時に冷却水により温度が低下している状態で上記環状空間内が負圧となった場合、回転軸が回転を再開したときに、内側シール部材の回転に伴う遠心力により、内側シール部材の摺接リップ部が環状溝の周面に対して径方向外方に離反することで、環状空間内の負圧を開放することができる。したがって、内外輪間の環状空間が負圧になっても、内側シール部材がその負圧を開放することで、軸受外部から外側シール部材を通過して上記環状空間に水が浸入するのを効果的に抑制することができる。

また、前記摺接リップ部は、前記環状溝の周面に対して線接触するので、摺接リップ部が環状溝の周面に面接触する場合に比べて、上記遠心力が作用したときに摺接リップ部を環状溝の周面に対して迅速に径方向外方へ離反させることができる。

前記摺接リップ部は、合成ゴムに高比重粉末を混合して成形されているのが好ましい。この場合、高比重粉末の混合量を調整することで、摺接リップ部の比重を容易に設定することができる。

前記摺接リップ部は、合成ゴムからなるリップ本体と、当該リップ本体の内部に設けられた金属体とを有しいてもよい。この場合、金属体の重量を調整することで、摺接リップ部の比重を容易に設定することができる。

本発明の転がり軸受装置は、軸方向の端部同士を突き合わせた状態で回転軸に外嵌される一対の内輪、これら一対の内輪の径方向外方に配置される外輪、及び前記内輪と前記外輪との間に転動可能に設けられた複数の転動体を有する転がり軸受と、前記転がり軸受に設けられる上述の密封装置と、を備えることを特徴とする。
本発明の転がり軸受装置によれば、上述した密封装置と同様の作用効果を奏する。

本発明によれば、内外輪間の環状空間が負圧になっても、その環状空間に水が浸入するのを効果的に抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る密封装置及び転がり軸受装置を示す断面図である。 上記密封装置の内側シール部材を示す拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る密封装置の内側シール部材を示す拡大断面図である。 従来の密封装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。
［第１実施形態］
＜転がり軸受装置＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る密封装置及び転がり軸受装置を示す断面図である。また、図２は、密封装置を示す拡大断面図である。
図１に示すように、転がり軸受装置１は、例えば圧延ロールのロールネック（回転軸）２を回転自在に支持するものであり、転がり軸受１０と、この転がり軸受１０の軸受内部を密封する密封装置２０とを備えている。なお、圧延ロールは冷却水を噴射することによって冷却される。
以下、本明細書においては、転がり軸受１０の内部から外部へ向かう側（又は方向）を軸方向外側（又は軸方向外方）といい、転がり軸受１０の外部から内部へ向かう側（又は方向）を軸方向内側（又は軸方向内方）という。

転がり軸受１０は、例えば４列の円錐ころ軸受からなる。転がり軸受１０は、軸方向に一対配置された第１及び第２内輪１１，１２と、軸方向に３つ配置された第１〜第３外輪１３〜１５と、４列のそれぞれに配置された複数の円錐ころ（転動体）１６と、４つの保持器１７とを備えている。

第１及び第２内輪１１，１２は、互いの軸方向内側の端面１１ｂ，１２ｂ同士を突き合わせた状態でロールネック２に外嵌されている。各内輪１１，１２の内周面はロールネック２の外周面に隙間嵌めされている。各内輪１１，１２の外周面には、それぞれ軸方向に２つの内輪軌道面１１ａ，１２ａが形成されている。各内輪１１，１２の内周面には、当該内周面の焼付きを防止するための潤滑剤であるグリースを収容する螺旋状の潤滑溝１１ｃ，１２ｃが形成されている。

両内輪１１，１２における上記端面１１ｂ，１２ｂ同士を突き合わせた端部の外周には、両内輪１１，１２に跨って環状溝１８が形成されている。環状溝１８は、第１内輪１１側に形成された第１周面１８ａと、第２内輪１２側に形成された第２周面１８ｂとを有している（図２参照）。

なお、ロールネック２には圧延材の通過により軸方向に不均一な力が頻繁に作用するので、第１内輪１１と第２内輪１２とに周速差が発生し、第１内輪１１に対して第２内輪１２が回転する場合がある。このため、環状溝１８の第２周面１８ｂは第１周面１８ａに対して回転するようになっている。

第１〜第３外輪１３〜１５は、内輪１１，１２の径方向外方において圧延ロールのハウジング（図示省略）に固定されている。第１及び第３外輪１３，１５の内周面には１つの外輪軌道面１３ａ，１５ａが形成されている。第２外輪１４の内周面には、軸方向に２つの外輪軌道面１４ａが形成されている。

円錐ころ１６は、各内輪１１，１２の内輪軌道面１１ａ，１２ａと、各外輪１３〜１５の外輪軌道面１３ａ〜１５ａとの間に転動自在かつ複列（ここでは４列）に配置されている。
各保持器１７は、各列の円錐ころ１６の周方向の間隔をそれぞれ保持している。

＜密封装置＞
密封装置２０は、転がり軸受１０の軸方向両端部にそれぞれ装着された一対の外側シール部材２１と、転がり軸受１０の軸方向中央部の環状溝１８に装着された内側シール部材２２とを備えている。
外側シール部材２１は、第１及び第２内輪１１，１２と、第１〜第３外輪１３〜１５との間に形成される環状空間１９の軸方向両端を密封するものである。

外側シール部材２１は、第１外輪１３（第３外輪１５）の軸方向外側の端面に固定された環状のカバー２１ａと、このカバー２１ａの内周に固定された環状のシール２１ｂとを有する。シール２１ｂは、合成ゴムなどの弾性素材からなり、その内周端部には第１内輪１１（第２内輪１２）の軸方向外側の外周面に摺接するリップ部２１ｃが形成されている。これにより、外側シール部材２１は、転がり軸受１０の軸方向外方から環状空間１９に冷却水が浸入するのを防ぐ働きをする。

図２は、内側シール部材２２を示す拡大断面図である。
図２に示すように、内側シール部材２２は、断面略Ｌ字形に形成された環状の芯金２３と、芯金２３に固定されている環状のシール２４とを有する。芯金２３は、例えば金属製の環状部材からなり、円筒部２３ａと、円筒部２３ａの軸方向一端部から径方向内方に折り曲げられた環状板部２３ｂとを有する。

シール２４は、主に合成ゴムなどの弾性素材からなり、芯金２３に加硫による接着、焼き付けなどで固定されている。シール２４は、芯金２３に固定された本体部２５と、この本体部２５の内周側に形成された一対の第１及び第２固定リップ部２６，２７及び摺接リップ部２８とを有する。

本体部２５は、加硫成型された合成ゴムからなり、第１内輪１１側において径方向の厚みが厚く形成された厚肉部２５ａと、第２内輪１２側において径方向の厚みが厚肉部２５ａよりも薄く形成された薄肉部２５ｂとを有する。薄肉部２５ｂの外端面には、環状溝１８の第２内輪１２側の側面に対して摺接可能に面接触する当接部３０が周方向に所定間隔をおいて複数突設されている。

第１及び第２固定リップ部２６，２７は、加硫成型された合成ゴムからなり、第１固定リップ部２６は、厚肉部２５ａの内周面から径方向内方へ突出して形成されている。第２固定リップ部２７は、第１固定リップ部２６よりも第２内輪１２側において、厚肉部２５ａの内周面から径方向内方へ突出して形成されている。

第１及び第２固定リップ部２６，２７は、所定の締め代をもって環状溝１８の第１周面１８ａに面接触しており、その緊迫力により第１周面１８ａに対して相対移動しないようになっている。これにより、内側シール部材２２は、第１内輪１１と一体回転可能に装着されている。また、第１及び第２固定リップ部２６，２７は、ロールネック２の外周面から、第１及び第２内輪１１，１２の端面１１ｂ，１２ｂ同士を突き合わせた部分を通過して環状溝１８に浸入した冷却水が、環状溝１８の第１周面１８ａを伝って環状空間１９に浸入するのを防ぐ働きをする。

摺接リップ部２８は、厚肉部２５ａの側面から軸方向外方に延びて形成されている。摺接リップ部２８の径方向外方には、摺接リップ部２８の外周面と、厚肉部２５ａの側面と、薄肉部２５ｂの内周面とで、軸方向外方に開口する環状の凹部２９が形成されている。この凹部２９により、摺接リップ部２８は後述する遠心力により径方向外方に弾性変形することができる。

摺接リップ部２８の先端部の内周面には、環状溝１８の第２周面１８ｂに対して摺接可能に接触する摺接部２８ａが径方向内方に突出して形成されている。このため、第１内輪１１に対して第２内輪１２が回転した場合、摺接リップ部２８の摺接部２８ａは、環状溝１８の第２周面１８ｂに摺接するようになっている。

摺接リップ部２８は、第１及び第２固定リップ２６，２７よりも緊迫力が小さく設定されている。具体的には、摺接リップ部２８は、摺接部２８ａが環状溝１８の第２周面１８ｂに線接触する緊迫力に設定されている。これにより、摺接リップ部２８は、第１及び第２内輪１１，１２の上記突き合わせた部分から環状溝１８に浸入した冷却水が、環状溝１８の第２周面１８ｂを伝って環状空間１９に浸入するのを防ぐ働きをする。

本実施形態の摺接リップ部２８は、その比重を本体部２５の比重よりも増加させるために、合成ゴムに高比重粉末である磁性体粉を混合して加硫成型されている。例えば、磁生体粉としては、ストロンチウムフェライトなどを用いることができる。なお、本実施形態では、高比重粉末として、磁性体粉を用いているが、その他の高比重粉末（例えば、金属粉末）を用いてもよい。

摺接リップ部２８の比重は、第１内輪１１と共に内側シール部材２２が回転したときに、その回転に伴う遠心力により、摺接リップ部２８の摺接部２８ａが環状溝１８の第２周面１８ｂに対して径方向外方（図中の矢印方向）に離反する値に設定されている。
これにより、環状空間１９内が負圧の場合、摺接リップ部２８は、その摺接部２８ａが環状溝１８の第２周面１８ｂに対して径方向外方に離反することで、環状空間１９内の負圧を開放する働きをする。

なお、摺接リップ部２８の摺接部２８ａが環状溝１８の第２周面１８ｂから離反すると、環状溝１８に浸入した冷却水が環状空間１９内に浸入することになる。しかし、その浸入量は、環状空間１９内が負圧のときに一対の外側シール部材２１のリップ部２１ｃと各内輪１１，１２の外周面との間から環状空間１９内に浸入する冷却水の浸入量に比べてかなり少ない。したがって、摺接リップ部２８の摺接部２８ａが環状溝１８の第２周面１８ｂから離反しても、環状空間１９内に浸入する冷却水の浸入量を低減することができる。

以上、本実施形態の転がり軸受装置１及び密封装置２０によれば、ロールネック２の回転が停止または、低速回転時に冷却水により温度が低下している状態で環状空間１９内が負圧となった場合、ロールネック２が回転を再開したときに、内側シール部材２２の回転に伴う遠心力により、摺接リップ部２８の摺接部２８ａが環状溝１８の第２周面１８ｂに対して径方向外方に離反する。これにより、環状空間１９内の負圧を開放することができる。したがって、環状空間１９が負圧になっても、内側シール部材２２がその負圧を開放することで、軸受外部から外側シール部材２１のリップ部２１ｃと内輪１１（１２）の外周面との間を通過して環状空間１９に冷却水が浸入するのを効果的に抑制することができる。

また、環状空間１９の負圧が開放されることで、外側シール部材２１のリップ部２１ｃ、内側シール部材２２の固定リップ部２６，２７、及び摺接リップ部２８のそれぞれの昇温を大幅に低減することができる。
また、摺接リップ部２８の摺接部２８ａは環状溝１８の第２周面１８ｂに線接触しているので、摺接部２８ａが第２周面１８ｂに面接触する場合に比べて、上記遠心力が作用したときに摺接部２８ａを第２周面１８ｂに対して径方向外方へ迅速に離反させることができる。
また、摺接リップ部２８は、合成ゴムに高比重粉末を混合して成形されているので、高比重粉末の混合量を調整することで、摺接リップ部２８の比重を容易に設定することができる。

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係る密封装置２０の内側シール部材２２を示す拡大断面図である。第２実施形態の密封装置２０は、内側シール部材２２の摺接リップ部２８の構成が異なる点で、第１実施形態の密封装置２０と相違する。
図３に示すように、本実施形態の摺接リップ部２８は、その比重を本体部２５の比重よりも増加させるために、合成ゴムからなるリップ本体２８ｂと、リップ本体２８ｂの内部に埋め込まれた金属体２８ｃとを有している。

リップ本体２８ｂの先端部の内周面には、環状溝１８の第２周面１８ｂに対して摺接可能に線接触する摺接部２８ａが径方向内方に突出して形成されている。
金属体２８ｃは、例えば金属製の球体からなる。金属体２８ｃは、リップ本体２８ｂの内部において、摺接部２８ａよりも先端側の周方向の１箇所に加硫接着されている。
なお、第２実施形態において説明を省略した点は、第１実施形態と同様である。

以上、本実施形態の密封装置２０によれば、摺接リップ部２８は、合成ゴムからなるリップ本体２８ｂと、当該リップ本体２８ｂの先端部の内部に設けられた金属体２８ｃとを有するので、金属体２８ｃの重量を調整することで、摺接リップ部２８の比重を容易に設定することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜変更して実施可能である。例えば、本発明は、圧延ロールのロールネック支持に使用される密封装置２０や転がり軸受１０に限らず、他のあらゆる装置に使用される密封装置２０や転がり軸受１０に適用することができる。

１：転がり軸受装置、２：ロールネック（回転軸）、１０：転がり軸受、１１：第１内輪、１２：第２内輪、１３：第１外輪、１４：第２外輪、１５：第３外輪、１８：環状溝、１８ａ：第１周面、１８ｂ：第２周面、１９：環状空間、２０：密封装置、２１：外側シール部材、２２：内側シール部材、２８：摺接リップ部、２８ｂ：リップ本体、２８ｃ：金属体

Claims (4)

1. 軸方向の端部同士を突き合わせた状態で回転軸に外嵌される一対の内輪、及びこれら一対の内輪の径方向外方に配置される外輪を有する転がり軸受に用いられ、
   前記内輪と前記外輪との間に形成される環状空間の軸方向両端に装着され、軸受外部から前記環状空間に水が浸入するのを抑制する一対の外側シール部材と、
   前記一対の内輪における前記端部の外周に形成される環状溝に一方の前記内輪と一体回転可能に装着され、前記端部同士を突き合わせた部分から前記環状溝に浸入した水が前記環状空間に浸入するのを抑制する内側シール部材と、を備える密封装置であって、
   前記内側シール部材は、前記一方の前記内輪の端部における前記環状溝の周面に対して面接触する固定リップ部と、他方の前記内輪の端部における前記環状溝の周面に対して摺接可能に線接触する摺接リップ部と、を有し、
   前記摺接リップ部の比重は、前記内側シール部材の回転に伴う遠心力により前記環状溝の周面に対して径方向外方に離反する値に設定されていることを特徴とする密封装置。
2. 前記摺接リップ部は、合成ゴムに高比重粉末を混合して成形されている請求項１に記載の密封装置。
3. 前記摺接リップ部は、合成ゴムからなるリップ本体と、当該リップ本体の内部に設けられた金属体とを有する請求項１に記載の密封装置。
4. 軸方向の端部同士を突き合わせた状態で回転軸に外嵌される一対の内輪、これら一対の内輪の径方向外方に配置される外輪、及び前記内輪と前記外輪との間に転動可能に設けられた複数の転動体を有する転がり軸受と、
   前記転がり軸受に設けられる請求項１〜３のいずれか１項に記載の密封装置と、を備えることを特徴とする転がり軸受装置。

Images