JP6772778B2

JP6772778B2 - 軸受装置

Info

Publication number: JP6772778B2
Application number: JP2016226035A
Authority: JP
Inventors: 孝時杉; 達也中田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2036-11-21
Also published as: JP2018084256A

Description

本発明は、軸受装置に関する。

例えば圧延機に用いられるレベラー用の軸受装置は、図７に示すように、ローラとなる外筒８１と、その径方向内側の内輪８３と、これらの間に介在している複数の円筒ころ８２とを備えている。この軸受装置は、冷却水が用いられる環境で使用されることから、円筒ころ８２が存在する軸受内部に冷却水が浸入しないように、外筒８１と内輪８３との間の環状空間８６を密封するシールユニット８０を更に備えている。

シールユニット８０は、外筒８１の径方向内側かつ円筒ころ８２の軸方向隣りに設けられている鍔輪８９と、その軸方向隣りに設けられている止め輪８８と、鍔輪８９と共に設けられている環状のシール部材８７と、内輪８３に外嵌するスリンガ８５とを有している。鍔輪８９は、円筒ころ８２と軸方向に接触可能であり、また、外筒８１との間で相対回転可能な状態にある。止め輪８８は、鍔輪８９の軸方向外側（図７では左側）への移動を規制するための部材であり、外筒８１に形成されている凹溝８１ａに嵌合している。そして、鍔輪８９と外筒８１との間にはＯリング８４が介在しており、シール部材８７のリップ８７ａ，８７ｂがスリンガ８５に接触することで、環状空間８６の密封性が確保されている。

止め輪８８は、軸方向及び径方向に弾性変形可能である構成を備えており、止め輪８８を一旦縮径させてから拡径させることにより、外筒８１の凹溝８１ａに嵌め入れることができる。この止め輪８８は、軸方向に薄い部材であり、前記のとおり弾性を有して機能的であるが、特殊品であり、また、比較的硬い材料により構成されている。

このような特殊品である止め輪８８を採用しないでシールユニットを構成する手段として、図８に示す軸受装置がある（例えば、特許文献１参照）。この軸受装置が備えているシールユニット９０では、鍔輪８９の軸方向の移動を規制するために、周方向に四分割されている外側輪９１と、止め輪９２とを組み合わせた構成が採用されている。四分割されている外側輪９１が止め輪９２の弾性力によって径方向外側に押されることで、外側輪９１が外筒８１の凹溝８１ａに嵌まることができ、これら外側輪９１及び止め輪９２によって、鍔輪８９の軸方向外側（図８では左側）への移動が防止される。外側輪９１は、止め輪９２が軸方向に脱落しないように、第一環状突部９３と第二環状突部９４とを有している。このため、外側輪９１は軸方向に幅広となっており、これに応じて外筒８１の凹溝８１ａも（図７の場合と比較して）軸方向に幅広となっている。

特開平１１−３２５０６２号公報

前記軸受装置は圧延機に用いられており、外筒８１がローラ（回転輪）となる。図７に示す従来例の場合、軸受装置に軸方向荷重が作用し円筒ころ８２が鍔輪８９に接触すると、円筒ころ８２と外筒８１との公転速度差により鍔輪８９は外筒８１に対して回転し、更に、この鍔輪８９が止め輪８８に接触することで止め輪８８も回転する（連れ回りする）場合がある。この場合、止め輪８８は、外筒８１よりも硬質であるため、外筒８１と止め輪８８との公転速度差により、外筒８１（凹溝８１ａの側壁）がやがて摩耗し、シール部材８７を取り付けている鍔輪８９の軸方向の移動量が増え、これに伴ってシール部材８７の密封性能が低下して軸受内部に水が浸入し、錆の発生や早期損傷の原因となる。図７に示す従来例の場合、メンテナンスとして外筒８１（ローラ）を交換する必要がありコストがかかってしまう。

また、図８に示す従来例の場合、止め輪９２よりも軸方向に幅広である外側輪９１が、外筒８１の凹溝８１ａに嵌め入れられる。このため、凹溝８１ａを軸方向に幅広として形成する必要があるが、シールユニット９０の設置スペース（つまり、外筒８１の軸方向端面８１ｂと円筒ころ８２との間の軸方向のスペース）に余裕がない場合、図８に示す構成を採用することが難しい。

そこで、本発明は、シールユニットの設置スペースに余裕がなくても、軸受装置の長期使用を可能とすることを目的とする。

本発明は、内周に凹溝が形成されている外筒と、前記外筒の径方向内側に設けられている内側部材と、前記外筒と前記内側部材との間に介在している複数の転動体と、前記外筒と前記内側部材との間に形成されている環状空間を密封するシールユニットと、を備え、前記シールユニットは、前記外筒の径方向内側かつ前記転動体の軸方向隣りの位置に当該外筒との間で相対回転可能な状態で設けられ、当該転動体と軸方向に接触可能である鍔輪と、前記外筒の径方向内側かつ前記鍔輪の軸方向隣りに位置し、周方向に複数に分割された分割体を有し前記鍔輪の軸方向への移動を規制する止め輪と、前記鍔輪と共に設けられている環状のシール部材と、を有し、前記鍔輪は、前記止め輪の径方向内側に位置する突出部を有し、前記シールユニットは、更に、前記止め輪と前記突出部との間に設けられ当該止め輪を径方向内側から支持し当該止め輪の外周部を前記凹溝に位置させるスペーサを有し、前記止め輪は、前記外筒よりも軟質である。

この軸受装置によれば、軸方向荷重が作用し転動体が鍔輪に接触すると、転動体と外筒との公転速度差により鍔輪は外筒に対して回転し、また、この鍔輪が止め輪に接触することで止め輪も回転する（連れ回りする）場合がある。そこで、止め輪が回転しても、この止め輪（分割体）は外筒よりも軟質であるため、外筒（凹溝）ではなく、止め輪（分割体）が摩耗し、メンテナンスのために外筒を交換するのではなく、止め輪（分割体）を交換することで、軸受装置を長期にわたって使用することが可能となる。また、止め輪（分割体）はスペーサによって径方向内側から支持されることで凹溝に位置することができるので、この止め輪（分割体）は軸方向に薄い部材でよく、シールユニットの設置スペースに余裕がなくても、長期使用を実現可能とする。

また、前記突出部は、前記スペーサの一部を軸方向から覆うストッパ突部を有しているのが好ましい。
この軸受装置によれば、止め輪（分割体）と突出部との間からスペーサが脱落するのを防止することができる。

また、前記スペーサは、環状であり、前記止め輪と前記突出部との間において、前記突出部が前記ストッパ突部を部分的に有さないことで、軸方向に向かって前記スペーサを露出させている開口が設けられているのが好ましい。
この軸受装置によれば、例えばメンテナンスの際、前記開口からスペーサを取り出すことができ、また、スペーサの組み付けの際、前記開口からスペーサを挿入することができる。つまり、装置の使用時には、ストッパ突部によって、スペーサは取り付け状態で脱落が防止されると共に、メンテナンスの際、前記開口によって、スペーサの取り付け及び取り外しが容易となる構成が得られる。なお、スペーサは環状であるが、この環状には、周方向に連続している完全な輪を構成している形態以外として、複数本の紐状の弾性部材を周方向に並べて配置して環状とした構成であってもよい。

本発明によれば、長期にわたって軸受装置の使用が可能となり、また、シールユニットの設置スペースに余裕がなくても、長期使用を実現可能とする。

本発明の軸受装置の実施の一形態を示す断面図である。シールユニット及びその周囲を示す断面図である。異なる周方向位置におけるシールユニット及びその周囲を示す断面図である。止め輪の正面図である。シールユニットの取り付け方法を説明する断面図である。シールユニットの取り付け方法を説明する断面図である。従来の軸受装置の断面図である。従来の軸受装置の断面図である。

図１は、本発明の軸受装置の実施の一形態を示す断面図である。この軸受装置７は、外筒１１と、外筒１１の径方向内側に設けられている内側部材１２と、外筒１１と内側部材１２との間に介在している複数の円筒ころ（転動体）１３と、シールユニット２０とを備えている。図１に示す軸受装置７は圧延機に用いられるレベラー用の軸受装置であり、外筒１１が、回転するローラ（回転輪）となる。

外筒１１は、円筒状の部材であり、その内周に凹溝１５が形成されている。凹溝１５は、環状の溝からなる。外筒１１は、軸方向の中央側に、円筒ころ１３が転がり接触する軌道面１１ａを有しており、また、軸方向の端部に、軌道面１１ａよりも内径が拡大している円筒面１１ｂを有している。本実施形態では、円筒ころ１３は二列となって、外筒１１と内側部材１２との間に形成されている環状空間１４に設けられている。

内側部材１２は、円筒状の部材であり、軸８に外嵌して取り付けられている。内側部材１２は、軸方向の中央側に、円筒ころ１３が転がり接触する軌道面１２ａを有しており、また、軸方向の端部に、径方向外側へ突出している鍔部１６が形成されている。鍔部１６は円筒ころ１３の軸方向側面１３ａと接触可能となっており、円筒ころ１３の軸方向の移動を規制している。本実施形態では軸８と内側部材１２とが別体であるが、一体であってもよく、これを内側部材１２としてもよい。また、本実施形態では、鍔部１６と内側部材１２とが一体であるが、別体であってもよく、別体の場合、鍔部１６は留め金等によって固定される。本実施形態の外筒１１、内側部材１２、及び円筒ころ１３は、軸受鋼からなる。

図２は、シールユニット２０及びその周囲を示す断面図である。シールユニット２０は、外筒１１と内側部材１２との間に形成されている環状空間１４を密封する機能を有している。シールユニット２０は、鍔輪２１、止め輪２２、環状のシール部材２４、及びスペーサ２６を有している。更に本実施形態では、シールユニット２０は環状のスリンガ２５を有している。

鍔輪２１は環状の部材であり、外筒１１の径方向内側（前記円筒面１１ｂ）であって、かつ円筒ころ１３の軸方向隣りの位置に設けられている。鍔輪２１は、環状の本体部３１と、本体部３１の軸方向一方側に設けられている接触部３２と、本体部３１の軸方向他方側に設けられている突出部３３とを有している。なお、軸方向一方側は、円筒ころ１３が設けられている軸受内部側であり、軸方向他方側は、その反対側の大気側である。

鍔輪２１は、外筒１１に固定されておらず、円筒面１１ｂと隙間を有して取り付けられていることから、外筒１１との間で相対回転可能な状態にある。本体部３１の外周側には凹溝３１ａが形成されており、凹溝３１ａに、環状のシール部材としてＯリング４１が設けられている。Ｏリング４１は、外筒１１（円筒面１１ｂ）と鍔輪２１との間に介在し、異物（水）が外筒１１の内周側をつたって環状空間１４に浸入するのを防ぐ。また、円筒ころ１３が僅かに軸方向一方側に移動することで、鍔輪２１も同方向に移動可能であるが、軸方向他方側への移動は止め輪２２によって制限されている。鍔輪２１の材質は、主に軸受鋼からなる。

鍔輪２１の接触部３２は、本体部３１から軸方向一方側に向かって突出している短円筒状の部分であり、円筒ころ１３の側面１３ａに軸方向から接触可能である。
鍔輪２１の突出部３３は、本体部３１から軸方向他方側に向かって突出している短円筒状の部分であり、止め輪２２の径方向内側に位置する。突出部３３と止め輪２２との間には、スペーサ２６を配置させる環状の空間が形成されている。
また、本実施形態の突出部３３は、その先端側に、径方向外側に突出しているストッパ突部３４を有している。ストッパ突部３４は、スペーサ２６の一部（内周側の部分）を軸方向他方側から覆っている。

図３は、図２と異なる周方向位置におけるシールユニット２０及びその周囲を示す断面図である。鍔輪２１が有する突出部３３は全体として短円筒状であるが、その断面形状は周方向に沿って同じではなく、図２及び図３に示すように部分的に異なっている。具体的に説明すると、突出部３３は、周方向の大部分で、図２に示すストッパ突部３４を含む断面形状を有しているが、周方向の一部で、図３に示すようにストッパ突部３４が設けられていない断面形状を有している。本実施形態では、周方向の二箇所の小範囲が、図３に示す形態となっており、残りの広い範囲が、図２に示す形態となっている。

図２に示す断面位置では、止め輪２２の径方向内側にスペーサ２６が設けられている状態で、ストッパ突部３４によってスペーサ２６の一部（内周側の部分）が（スリンガ２５を取り外した状態で）軸方向他方側から見たときに隠されており、スペーサ２６の残りの他部（前記内周側の部分以外）が軸方向他方側に向かって露出した状態にある。これに対して、図３に示す断面位置では、（スリンガ２５を取り外した状態で）軸方向他方側から見たときにスペーサ２６の全体が、軸方向他方側に向かって露出した状態にある。
以上より、止め輪２２と鍔輪２１の突出部３３との間において、突出部３３にストッパ突部３４が設けられていないことにより（図３参照）、軸方向他方側に向かってスペーサ２６の全体を露出させている開口３５が、部分的（本実施形態では二箇所）に設けられている。つまり、この開口３５では、スペーサ２６の軸方向他方側の全てが露出する。

止め輪２２は、図４に示すように全体として環状であるが、周方向に複数に分割されている。本実施形態では四分割されている。止め輪２２は、周方向に四分割された分割体２３を有している。なお、この分割数を四つ以外とすることができるが、三分割以上とするのが好ましい。止め輪２２は、図２及び図３に示すように、外筒１１の径方向内側（前記円筒面１１ｂ）であって、かつ鍔輪２１の軸方向隣りに位置して設けられている。

止め輪２２は、外筒１１に固定されておらず、外筒１１の凹溝１５に嵌って設けられていることから、外筒１１との間で相対回転可能な状態にある。凹溝１５に止め輪２２が嵌っている状態で、この止め輪２２（分割体２３）の側面に、鍔輪２１が接触可能であることから、止め輪２２（分割体２３）は、鍔輪２１が軸方向他方側へ移動するのを規制することができる。止め輪２２（分割体２３）は、図２及び図３に示すように断面矩形であり、その断面形状が周方向に沿って変化せず一定である。

止め輪２２（分割体２３）の材質は、耐食鋼（ステンレス鋼）で硬度を調整したものからなる。止め輪２２（分割体２３）は、外筒１１よりも軟質である。例えば、外筒１１の硬さは、３５〜４５ＨＳであるのに対して、止め輪２２（分割体２３）の硬さは、３０ＨＳ以下である。

シール部材２４は、環状であり、鍔輪２１と共に設けられている。具体的構成を説明すると、シール部材２４は、第一芯金３６と、第二芯金３７と、第一芯金３６に固定されている第一シール３８と、第二芯金３７に固定されている第二シール３９と、第二シール３９に取り付けられているスプリング４０とを有している。芯金３６，３７は、金属製（例えばステンレス鋼）であり、シール３８，３９は、ゴム製である。芯金３６，３７が、鍔輪２１の突出部３３の内周側に嵌合し、かつ、本体部３１に軸方向に接触した状態となって、シール部材２４は鍔輪２１に固定されている。

スリンガ２５は、内側部材１２の軸方向端部に嵌合して取り付けられている。スリンガ２５は、断面が略Ｌ字形であり、円環形状の第一部２５ａと円筒形状の第二部２５ｂとを有している。第一部２５ａと外筒１１の円筒面１１ｂとの間には隙間が形成されている。この隙間により、軸方向他方側の外部から環状空間１４へ異物（水）が浸入するのを抑制することができる。そして、第一部２５ａに第一シール３８が接触可能であり、第二部２５ｂに第二シール３９が接触可能であり、これにより、軸方向他方側の外部から環状空間１４へ異物（水）が浸入するのを防止することができる。スリンガ２５は、金属製（例えばステンレス鋼）である。

スペーサ２６は、環状であり、止め輪２２（分割体２３）と、鍔輪２１の突出部３３との間に設けられている。スペーサ２６は、止め輪２２（分割体２３）を径方向内側から支持しており、止め輪２２（分割体２３）の外周部２３ａを外筒１１の凹溝１５に位置させるための部材である。図２に示すスペーサ２６は、断面が円形である紐状の弾性部材からなり、止め輪２２の径方向内側の環状領域に設けられている。本実施形態のスペーサ２６は、フッ素樹脂製のチューブからなり、弾性を有している。スペーサ２６は全体として環状であるが、この環状には、周方向に連続している完全な輪を構成している形態以外として、複数本の紐状の弾性部材を周方向に並べて配置して環状とした構成であってもよい。

以上のように、本実施形態の軸受装置７によれば、外筒１１が回転している状態で軸方向荷重が作用し円筒ころ１３が鍔輪２１に接触すると、円筒ころ１３と外筒１１との公転速度差により鍔輪２１は外筒１１に対して回転し、また、この鍔輪２１が止め輪２２に接触することで止め輪２２も回転する（連れ回りする）場合がある。そこで、止め輪２２が回転しても、前記のとおり止め輪２２（分割体２３）は外筒１１よりも軟質であるため、外筒１１（凹溝１５）ではなく、止め輪２２（分割体２３）が摩耗する。このため、メンテナンスとして、外筒１１を交換するのではなく、止め輪２２（分割体２３）を交換すればよく、メンテナンス費用を低減することができ、また、このメンテナンスを行うことで、軸受装置７を長期にわたって使用することが可能となる。

そして、止め輪２２（分割体２３）は、スペーサ２６によって径方向内側から支持されることで凹溝１５に位置することができる構成であるため、この止め輪２２（分割体２３）は軸方向に薄い部材でよい。特に、本実施形態では止め輪２２（分割体２３）は断面矩形であるため軸方向に薄い部材となる。このため、軸受装置７の軸方向端部において、シールユニット２０の設置スペースに余裕がなくても、前記のとおり軸受装置７の長期使用を実現可能とする。

また、本実施形態では（図２参照）、スペーサ２６を介して分割体２３を支持する鍔輪２１の突出部３３は、その先端側に、スペーサ２６の一部を軸方向から覆うストッパ突部３４を有している。このストッパ突部３４によれば、分割体２３と突出部３３との間からスペーサ２６が軸方向他方側へ脱落するのを防止することができる。

更に、前記のとおり（図３参照）突出部３３にストッパ突部３４が設けられていないことで、スペーサ２６の軸方向他方側の全てを露出させている開口３５が部分的に形成されているので、軸受装置７のメンテナンスの際、この開口３５からスペーサ２６を取り出すことができ、また、スペーサ２６の組み付けの際、この開口３５からスペーサ２６を挿入することができる。つまり、装置の使用時には、ストッパ突部３４（図２参照）によって、スペーサ２６は取り付け状態で脱落が防止されると共に、メンテナンスの際、開口３５（図３参照）によって、スペーサ２６の取り付け及び取り外しが容易となる構成が得られる。

ここで、シールユニット２０の組み付けについて説明する。図５に示すように、外筒１１と内側部材１２との間に円筒ころ１３を設けた状態で、鍔輪２１をＯリング４１と共に外筒１１の円筒面１１ｂに嵌め入れ、更に、この鍔輪２１の隣りに分割体２３を設ける。複数の（四つの）分割体２３は周方向について相互に接近させており、止め輪２２としては縮径した状態にある。なお、鍔輪２１にはシール部材２４が取り付けられた状態にある。その後、図６に示すように、スペーサ２６を突出部３３の径方向外側に入れることで、スペーサ２６が分割体２３を径方向外側へ押し上げる。分割体２３は、スペーサ２６の径方向寸法（直径）と同じ寸法について径方向外側へ移動し、この状態で止め輪２２として拡径した状態にある。これにより、分割体２３の外周部２２ａは外筒１１の凹溝１５に嵌った状態となり、鍔輪２１は、軸方向他方側へ移動不能となり、また、スペーサ２６は、鍔輪２１のストッパ突部３４と本体部３１との間に挟まれて軸方向への脱落が防止される。そして、スリンガ２５（図２参照）を取り付ける。以上より、シールユニット２０が構成される。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の軸受装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、前記実施形態では、軸受装置７を圧延機のレベラー用として説明したが、他の用途においても適用可能であり、特に、供回りによって部品間で周速差が発生し、部品間の摩耗が問題となる箇所に適用可能である。更に、シールユニット２０の設置スペースが限られている箇所に適用するのがより好ましい。
また、シール部材２４やスリンガ２５は図示した形態以外であってもよい。

７：軸受装置１１：外筒１２：内側部材
１３：円筒ころ（転動体）１４：環状空間１５：凹溝
２０：シールユニット２１：鍔輪２２：止め輪
２３：分割体２３ａ：外周部２４：シール部材
２６：スペーサ３３：突出部３４：ストッパ突部
３５：開口

Claims

内周に凹溝が形成されている外筒と、前記外筒の径方向内側に設けられている内側部材と、前記外筒と前記内側部材との間に介在している複数の転動体と、前記外筒と前記内側部材との間に形成されている環状空間を密封するシールユニットと、を備え、
前記シールユニットは、
前記外筒の径方向内側かつ前記転動体の軸方向隣りの位置に当該外筒との間で相対回転可能な状態で設けられ、当該転動体と軸方向に接触可能である鍔輪と、
前記外筒の径方向内側かつ前記鍔輪の軸方向隣りに位置し、周方向に複数に分割された分割体を有し前記鍔輪の軸方向への移動を規制する止め輪と、
前記鍔輪と共に設けられている環状のシール部材と、を有し、
前記鍔輪は、前記止め輪の径方向内側に位置する突出部を有し、
前記シールユニットは、更に、前記止め輪と前記突出部との間に設けられ当該止め輪を径方向内側から支持し当該止め輪の外周部を前記凹溝に位置させるスペーサを有し、
前記止め輪は、前記外筒よりも軟質である、軸受装置。
前記突出部は、前記スペーサの一部を軸方向から覆うストッパ突部を有している、請求項１に記載の軸受装置。
前記スペーサは、環状であり、
前記止め輪と前記突出部との間において、前記突出部が前記ストッパ突部を部分的に有さないことで、軸方向に向かって前記スペーサを露出させている開口が設けられている、請求項２に記載の軸受装置。