JP7036568B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造機の搬送用セグメントロール等の回転軸を回転自在に支持する軸受装置に用いられる密封装置に関する。

従来、連続鋳造機においては、鋳型から連続的に排出される鋼片を、対向させた複数対のセグメントロールによって挟み込んで下方へ引き出した後、水をかけて冷却しつつ直角に屈曲させて搬送方向を水平方向へ転換することが行われている。このセグメントロールの両端部は軸受装置に支持されており、当該軸受装置には、内部に供給された潤滑剤を封止する密封装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

上述のセグメントロールは、その両端部が、軸受ケースによって転がり軸受を介して水平軸回りに回転自在に支持され、転がり軸受の軸方向両側には、密封装置を構成するシール部材が設けられている。図５は、セグメントロール１００のロールネック１００ａ側に配置される従来のシール部材を示す。このシール部材１０１は、インナーシール１０２とアウターシール１０３とを備えている。インナーシール１０２は、金属製の芯材１０２ａと弾性素材からなるシール本体１０２ｂとを備え、シール本体１０２ｂには、主リップ１０２ｂ１と補助リップ１０２ｂ２とが形成されている。アウターシール１０３は、金属製の芯材１０３ａと弾性素材からなるシール本体１０３ｂとを備え、シール本体１０３ｂに保護リップ１０３ｂ１が形成されている。

インナーシール１０２の芯材１０２ａは、円筒部１０２ａ１と、円筒部１０２ａ１の軸受側端部から径方向内方へ屈曲する円環部１０２ａ２とを備える。アウターシール１０３の芯材１０３ａは、円筒部１０３ａ１と、軸受とは反対側の円筒部１０３ａ１の端部から径方向内方へ屈曲する円環部１０３ａ２とを備える。アウターシール１０３の円筒部１０３ａ１は、インナーシール１０２の円筒部１０２ａ１の径方向内側に嵌合されている。

特開２００３－３０７２７５号公報

図５に示す従来のシール部材１０１は、芯材１０２ａ，１０３ａと、シール本体１０２ｂ，１０３ｂとを備えた２つのシール（インナーシール１０２及びアウターシール１０３）を備えている。そのため、部品点数が多くなり、製造工数も増大し、製造コスト増の原因となる。
また、アウターシール１０３における保護リップ１０３ｂ１は、芯材１０３ａの反軸受側の端部に配置された円環部１０３ａ２の径方向内端部に設けられる。しかし、軸受ケース１０６内でシール部材１０１を配置できる領域Ｒは限られるため、当該領域Ｒ内に収まるように保護リップを１０３ｂ１を形成しようとすると、保護リップ１０３ｂ１の長さや厚さを十分に確保することができない。そのため、保護リップ１０３ｂ１の剛性やロールネック１４ａに対する保護リップ１０３ｂ１の追従性を高めて密封性能を向上させることが困難となる。

本発明は、密封装置のシール部材の構造を簡素化しつつ、密封性能を向上させることを目的とする。

本発明の密封装置は、
軸受ケースに収容されて回転軸を支持する軸受の軸方向の側方において、前記軸受ケースと前記回転軸との間の環状空間に装着されるシール部材を備えた密封装置であって、
前記シール部材は、芯材と、この芯材に接着された弾性素材からなるシール本体とを有し、
前記芯材は、前記軸受ケースの内周面に沿って配置される円筒形状の円筒部と、この円筒部の前記軸受側の端部から径方向内方へ延びる円環部とを備え、
前記シール本体は、前記円環部の径方向内端部から前記軸受とは反対側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第１リップと、
前記円筒部の径方向内側において前記軸受とは反対側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第２リップと、を備えている。

上記構成の密封装置は、芯材の数及びシール本体の数を従来よりも少なくすることができ、構造の簡素化を図ることができる。また、第２リップが、芯材の円筒部の径方向内側において軸受とは反対側へ向けて突出しているので、円筒部の径方向内側でかつ円環部の軸受とは反対側の比較的広い領域を利用して、第２リップを長くかつ厚く形成することができる。これにより、第２リップの剛性を高め、回転軸に対する追従性も向上させることができ、回転軸に対する締め代を長期にわたって維持させることができる。したがって、密封性能を向上させることができる。

好ましくは、前記シール本体が、前記円環部の径方向内端部から軸受側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第３リップを備え、
前記第３リップの内周面には、径方向内側に向けて突出しかつ前記回転軸の外周面と前記第３リップの内周面との間に隙間を形成する突起が、前記第３リップの周方向の一部に複数個形成されている。
この構成によれば、密封装置によって密封される軸受配置空間内（密封空間内）に新しい潤滑剤を充填するときに、突起により形成される隙間を介して古い潤滑剤を密封空間外へ排出しやすくすることができ、潤滑剤の置換をスムーズに行うことができる。

好ましくは、前記シール本体が、前記円環部の径方向内端部から軸受側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第３リップを備え、
前記第３リップよりも径方向外側には、前記シール部材を軸方向に貫通する孔が、前記シール部材の周方向の一部に複数個形成されている。
この構成によれば、密封装置によって密封される軸受配置空間内（密封空間内）に新しい潤滑剤を充填するときに、シール部材を貫通する孔を介して古い潤滑剤を密封空間外へ排出しやすくすることができ、潤滑剤の置換をスムーズに行うことができる。

本発明によれば、密封装置のシール部材の構造を簡素化しつつ、密封性能を向上させることができる。

第１実施形態に係る密封装置の断面図である。 密封装置の第１シール部材を拡大して示す断面図である。 第２実施形態に係る密封装置の第１シール部材を拡大して示す断面図である。 図３のＡ矢視図である。 従来技術に係る密封装置のシール部材を拡大して示す断面図である。

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］
図１は、第１実施形態に係る密封装置の断面図である。
本実施形態の密封装置１０は、連続鋳造機のセグメントロール（回転軸）１１を回転自在に支持する軸受装置１２に適用されている。
なお、本実施形態の密封装置１０は、軸受装置１２を潤滑する潤滑剤を封止し、外部から冷却水やスケール等の異物が侵入するのを防止するために用いられる。潤滑剤としては、グリース又はオイルエアが用いられる。オイルエアは、グリースに比べて、密封空間の内部圧力の保持性や潤滑性に優れ、更にはメンテナンスが容易である等の利点を有する。

各セグメントロール１１は、鋳型から連続的に排出される鋼片と接触するロール本体１３と、このロール本体１３の軸方向の端部に設けられ、ロール本体１３に比べて外径が小さい小径部１４とを有し、軸心を水平にした状態で軸受装置１２により支持されている。小径部１４は、ロール本体１３側のロールネック１４ａと、ロール本体１３とは反対側のロールエンド１４ｂとを有している。

軸受装置１２は、円筒状の軸受ケース１６と、軸受ケース１６の内部に配置された転がり軸受１７とを有する。軸受ケース１６には、貫通孔１６ａが形成されており、この貫通孔１６ａにセグメントロール１１の小径部１４が挿入されている。

転がり軸受１７は、自動調心ころ軸受であり、外輪１８と、内輪１９と、転動体２０とを有している。外輪１８は、軸受ケース１６の貫通孔１６ａの内周面に嵌合、固定されている。内輪１９は、外輪１８の径方向内側に間隔をあけて配置され、セグメントロール１１の小径部１４、特にロールエンド１４ｂの外周面に嵌合されている。転動体２０は、外輪１８と内輪１９との径方向の間に配置され、外輪１８の内周面に形成された軌道１８ａ上、及び、内輪１９の外周面に形成された軌道１９ａ上を転動する。

密封装置１０は、転がり軸受１７の軸方向両側であって軸受ケース１６の内周面と小径部１４の外周面との間に設けられた第１，第２シール部材２１，２２を備えており、第１，第２シール部材２１，２２によって挟まれた転がり軸受１７の配置空間（密封空間）Ｓを密封する。そして、当該密封空間Ｓには、オイルエアやグリース等の潤滑剤が供給され、第１及び第２シール部材２１，２２は、密封空間Ｓ内に潤滑剤を留めるとともに、密封空間Ｓ内に冷却水等が浸入することを防止する。

図２は、密封装置１０の第１シール部材２１を拡大して示す断面図である。
小径部１４のロールネック１４ａ側に配置された第１シール部材２１は、芯材２４と、シール本体２５とを有している。芯材２４は、金属製の板材からなり、断面Ｌ字形状に形成されている。具体的に、芯材２４は、軸受ケース１６の内周面に沿って円筒形状に形成された円筒部２４ａと、この円筒部２４ａの軸受側に端部から径方向内方へ延びる円環部２４ｂとを有している。円筒部２４ａは、軸受ケース１６の内周面にシール本体２５と一体のゴム層を介して嵌合されている。

シール本体２５は、フッ素ゴムや水素化ニトリルゴム等の弾性素材からなる。シール本体２５は、専ら、芯材２４の円筒部２４ａの内周面２４ａ１と、転がり軸受１７とは反対側（以下、「反軸受側」ともいう）の円環部２４ｂの側面２４ｂ１とに接着されている。
シール本体２５は、円環部２４ｂの径方向内端部から突出する主リップ（第１リップ）２６と、円筒部２４ａの径方向内側から突出する保護リップ（第２リップ）２７とを有する。

具体的に、主リップ２６は、円環部２４ｂの径方向内端部から反軸受側に向けて径方向内方へ傾斜しつつ突出している。主リップ２６の先端部の内周面は、小径部１４のロールネック１４ａの外周面に接触する。また、主リップ２６の先端部の外周にはガータスプリング２８が巻回され、このガータスプリング２８によって、主リップ２６の先端部の内周面が、ロールネック１４ａの外周面に圧接されている。

なお、ロールネック１４ａの外周面には、主リップ２６自体の弾性による緊迫力とガータスプリング２８による緊迫力が付与されるが、全体の緊迫力のうちガータスプリング２８による緊迫力の比率を高めることによって、主リップ２６の劣化による全体の緊迫力の低下を抑制し、密封性を維持することができる。

保護リップ２７は、弾性素材により主リップ２６と一体に形成され、反軸受側に向けて径方向内方へ傾斜しつつ突出している。
保護リップ２７の基端部２７ａは、軸方向に関して芯材２４の円筒部２４ａの軸方向中央部付近、径方向に関して芯材２４の円環部２４ｂの径方向中央部付近に配置されている。

保護リップ２７の先端部２７ｂは、芯材２４の円筒部２４ａの反軸受側の端部を超える位置まで延伸されている。また、保護リップ２７の先端部２７ｂの内周面は、小径部１４のロールネック１４ａの外周面に接触する。

したがって、保護リップ２７は、芯材２４の円筒部２４ａの径方向内側でかつ円環部２４ｂの反軸受側における比較的広い領域Ｘに配置されている。そのため、従来の保護リップ１０３ｂ１（図５参照）と比較して、長さも厚さも大きくすることができる。また、保護リップ２７の基端部２７ａ側では、円筒部２４ａの内周面２４ａ１及び円環部２４ｂの反軸受側の側面２４ｂ１の広範囲にシール本体２５が接着され、そのボリュームが増大されている。これにより、保護リップ２７の厚さが増大していることも伴って保護リップ２７の剛性が高められている。

したがって、本実施形態の第１シール部材２１は、保護リップ２７が従来の保護リップ１０３ｂ１よりも長く形成されるので、径方向の可動域を大きくすることができる。そのため、ロールネック１４ａの外周面に対する保護リップ２７の追従性を向上させることができる。さらに、従来の保護リップ１０３ｂ１よりも剛性が高められるので、ロールネック１４ａの外周面に対する接触圧を高めることができる。また、締め代も長期にわたって維持させることができる。その結果、第１シール部材２１による密封性能を向上させることができ、外部からの異物の侵入を好適に防止することができる。

さらに、本実施形態の第１シール部材２１は、従来のシール部材１０１（図５参照）に比べて、芯材及びシール本体の数が少なく、構造が簡素化されている。そのため、第１シール部材２１の製造コストを削減することができる。

本出願の発明者は、本実施形態の第１シール部材２１と、従来のシール部材（図５参照）とをそれぞれ用いてオイルエア潤滑を行いながら運転を行い、性能の比較を行った。その結果、本実施形態の第１シール部材２１における保護リップ２７は、運転期間の経過に伴う締め代の低下率が、従来の保護リップと比較して有意に改善された。具体的には、本実施形態の保護リップ２７の締め代の低下率は、従来の保護リップの締め代の低下率よりも４０％程度改善された。また、本実施形態の第１シール部材２１を用いた場合の密封空間Ｓの内圧は、従来のシール部材を用いた場合の密封空間の内圧と比べて高い状態を維持することができた。これは、保護リップ２７における剛性の向上とロールネック１４ａの外周面に対する追従性の向上が一因であると考えられる。以上により、本実施形態の第１シール部材２１を備えることによって密封装置１０の密封性能が向上されることがわかった。

［第２の実施形態］
図３は、第２実施形態に係る密封装置１０の第１シール部材２１を拡大して示す断面図である。
本実施形態の第１シール部材２１は、主リップ２６及び保護リップ２７に加え、補助リップ（第３リップ）３０を備えている。

この補助リップ３０は、芯材２４の円環部２４ｂの径方向内端部から軸受側へ向けて径方向内方へ傾斜しつつ突出している。補助リップ３０の先端部の内周面は、小径部１４におけるロールネック１４ａの外周面に接触している。したがって、補助リップ３０は、密封空間Ｓ内の潤滑剤が補助リップ３０とロールネック１４ａとの間を通って外部へ漏洩するのを抑制する。

図４は、図３のＡ矢視図である。第１シール部材２１の周方向の上端部（時計の１２時の位置）において、補助リップ３０の内周面には複数の突起３１が設けられている。具体的には、６個の突起３１が周方向に間隔をあけて設けられている。そして、この突起３１がロールネック１４ａの外周面に接触することによって、補助リップ３０の内周面とロールネック１４ａの外周面との間には僅かな隙間Ｃが形成される。

転がり軸受１７を潤滑する潤滑剤は、密封空間Ｓ内に充填されることによって蓄積され、そのレベルがロールネック１４ａの上端にまで達すると、突起３１によって形成された隙間Ｃを介して外部へ排出される。そのため、古い潤滑剤と新しい潤滑剤とが置換されやすくなる。

また、第１シール部材２１の周方向の上端部において、芯材２４の円環部２４ｂには軸方向に貫通する貫通孔３２が周方向に間隔をあけて複数個（図示例では３個）形成されている。この貫通孔３２は、シール本体２５の一部２５ａによって塞がれている。このシール本体２５の一部２５ａは膜状に形成され、かつスリット（切れ目）３３が形成されている。このスリット３３は、上記の隙間Ｃと同様に、密封空間Ｓ内の潤滑剤を外部へ排出するための排出口として機能している。そのため、古い潤滑剤と新しい潤滑剤とが置換されやすくなる。

また、隙間Ｃやスリット３３を介して排出された潤滑剤は、主リップ２６や保護リップ２７に到るので、これらの潤滑性をも高めることができ、ロールネック１４ａに対する摩擦抵抗を低減させることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく変更することができる。
たとえば、第２の実施形態において、補助リップ３０に設けられた突起３１の数や、円環部２４ｂに設けられた貫通孔３２の数（スリット３３の数）は任意であり、上記実施形態に限定されるものではない。ただし、上記実施形態のように突起３１を６個とし、スリット３３を３個とすることが、密封空間Ｓに潤滑剤を充填するときの充填量と密封空間Ｓからの潤滑剤の排出量とのバランスが良好となるため、より好ましい。また、貫通孔３２を塞ぐ部分２５ａには、スリット３３に変えて微細な孔を形成してもよい。また、第１シール部材２１には、突起３１及びスリット３３のいずれか一方のみが形成されていてもよい。

１０ ：密封装置
１１ ：セグメントロール（回転軸）
１６ ：軸受ケース
１７ ：転がり軸受
２１ ：第１シール部材
２４ ：芯材
２４ａ ：円筒部
２４ａ１ ：内周面
２４ｂ ：円環部
２５ ：シール本体
２６ ：主リップ（第１リップ）
２７ ：保護リップ（第２リップ）
３０ ：補助リップ（第３リップ）
３１ ：突起
３２ ：貫通孔

Claims (2)

1. 軸受ケースに収容されて回転軸を支持する軸受の軸方向の側方において、前記軸受ケースと前記回転軸との間の環状空間に装着されるシール部材を備えた密封装置であって、
   前記シール部材は、芯材と、この芯材に接着された弾性素材からなるシール本体とを有し、
   前記芯材は、前記軸受ケースの内周面に沿って配置される円筒形状の円筒部と、この円筒部と一体に形成され、前記円筒部の前記軸受側の端部から径方向内方へ延びる円環部とを備え、
   前記シール本体は、前記円環部の径方向内端部から前記軸受とは反対側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第１リップと、
   前記第１リップと一体に形成され、前記円筒部の径方向内側において前記軸受とは反対側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第２リップと、
   前記円環部の径方向内端部から軸受側へ向けて突出し、前記回転軸の外周面に接触する第３リップと、を備え、
   前記第２リップの基端部側が前記円環部の反軸受側の側面及び前記円筒部の内周面に接着され、
   前記第３リップよりも径方向外側には、前記シール部材を軸方向に貫通する孔が、前記シール部材の周方向の一部に複数個形成され、
   前記孔が、前記第２リップの基端部よりも径方向内側において前記円環部及び前記シール本体の一部に形成され、前記第１リップと前記第２リップとの間の空間に連通している、密封装置。
2. 前記第３リップの内周面には、径方向内側に向けて突出しかつ前記回転軸の外周面と前記第３リップの内周面との間に隙間を形成する突起が、前記第３リップの周方向の一部に複数個形成されている、請求項１に記載の密封装置。

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