JP6604070B2

JP6604070B2 - 密封装置及びこれを備えた軸受装置

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Publication number: JP6604070B2
Application number: JP2015146635A
Authority: JP
Inventors: 陽平清水
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2019-11-13
Anticipated expiration: 2035-07-24
Also published as: KR102473317B1; JP2017026080A; CN106369064A; KR20170012061A; CN106369064B

Description

本発明は密封装置及びこれを備えた軸受装置に関する。さらに詳しくは、例えば圧延機のロールを支持するための軸受装置に用いられる密封装置、これを用いた軸受装置に関する。

鉄鋼の圧延機のロールネック用軸受における密封装置は、一般的な密封装置に比べて過酷な条件下で使用されることが多い。すなわち、リップ部の周速は最大３０ｍ／ｓ（圧延速度：２８００ｍｐｍ）にも達し、また、例えば６０〜１２０℃という広い温度範囲で繰り返し周囲温度が変化する。さらに、圧延水（冷却水）に継続的に浸される。

このような過酷な条件下においてもシールの密封性能を確保するためには、内輪と当該内輪の外周面に摺接するリップとの間の隙間の潤滑状態を流体潤滑状態に維持することが重要である。換言すれば、リップの摺接部に常に油膜を形成しておく必要がある。かかる油膜を形成するために、従来、種々の密封装置が提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。

特許文献１記載の軸受装置では、図６に示されるように、内輪５０と摺接するシールリップ部５１の潤滑状態を維持するために、シールリップ部５１とは別に副シールリップ部５２を設け、内輪５０の外周面５０ａと、シールリップ部５１及び副シールリップ部５２との間に形成される空間Ｓにグリースを充填させている。

また、特許文献２記載の軸受装置では、図７に示されるように、内輪６０の外周面６０ａと摺接する主シールリップ部６１よりも軸方向内側の内輪外周面にグリースを貯留するグリース溜り溝６２が形成されている。

特許文献１〜２記載の軸受装置では、前記空間Ｓ（特許文献１）又はグリース溜り溝６２（特許文献２）に軸受内部からグリースが供給され、このグリースがリップ先端の摺接部に油膜を形成し、当該摺接部の潤滑状態を流体潤滑状態に維持している。

実開昭５９−３４１２１号公報特開２０１４−１７３６８６号公報

しかし、ロールの高速回転時等に、軸受内部側が昇温して圧力が上昇すると、前記空間Ｓ又はグリース溜り溝６２にあったグリースが軸受内外の圧力差によって軸受の外側（図６〜７において右側）に吹き出てしまい、リップ先端の潤滑状態が悪化する虞がある。リップ先端の潤滑状態が悪化すると、当該リップが内輪外周面との摩擦によって昇温し、劣化してしまう。その結果、密封装置の密封性が低下して、軸受内部に水や異物が侵入して当該軸受の寿命を低下させることがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、圧力変化等によりグリース溜りのグリース量が減少したとしても、当該グリース溜りに迅速にグリースを供給して、リップ先端の潤滑状態を維持することができる密封装置及びこれを備えた軸受装置を提供することを目的としている。

本発明の第１の観点に係る密封装置は、
（１）外輪と、この外輪の内周側において当該外輪と同心に配置される内輪とを有する軸受装置における、前記外輪の軸方向外側両端部に設けられる密封装置であって、
前記密封装置は、前記内輪の外周面に接触する主シールリップ部と、この主シールリップ部の軸方向内側に設けられており、前記内輪の外周面に非接触の副シールリップ部とを有しており、
前記内輪の外周面と、前記主シールリップ及び前記副シールリップとによって、グリースを貯留し得る環状のグリース溜りが形成されており、
前記副シールリップ部の径方向外側面に、当該面に付着したグリースを軸方向に流し得るガイド部が周方向に沿って複数形成されており、
前記ガイド部が、らせん状の凸条又は凹溝であり、
前記凸条又は凹溝は、当該凸条又は凹溝が軸方向内側に向かう方向が、前記内輪の回転方向に沿うように傾斜している。
本発明の第２の観点に係る密封装置は、
（２）外輪と、この外輪の内周側において当該外輪と同心に配置される内輪とを有する軸受装置における、前記外輪の軸方向外側両端部に設けられる密封装置であって、
前記密封装置は、前記内輪の外周面に接触する主シールリップ部と、この主シールリップ部の軸方向内側に設けられており、前記内輪の外周面に非接触の副シールリップ部とを有しており、
前記内輪の外周面と、前記主シールリップ部及び前記副シールリップ部とによって、グリースを貯留し得る環状のグリース溜りが形成されており、
前記副シールリップ部の径方向内側面に、当該面に付着したグリースを軸方向に流し得るガイド部が周方向に沿って複数形成されており、
前記ガイド部が、らせん状の凸条又は凹溝であり、
前記凸条又は凹溝は、当該凸条又は凹溝が軸方向内側に向かう方向が、前記内輪の回転方向と反対の方向に沿うように傾斜している。

本発明の密封装置では、内輪の外周面と非接触の副シールリップ部の径方向外側面（第１の観点）又は径方向内側面（第２の観点）に、当該面に付着したグリースを軸方向に流し得る、らせん状の凸条又は凹溝であるガイド部が周方向に沿って複数形成されている。このため、軸受内部に充填されているグリースであって、内輪と外輪の各軌道面を転動する転動体によって撹拌されたグリースを効果的にグリース溜りへと導くことができる。より詳細には、副シールリップ部の径方向外側面にガイド部を形成することで、転動する転動体から当該径方向外側面に飛散し付着したグリースを当該ガイド部で軸方向に流して副シールリップ部の先端側に移動させることができる。そして、副シールリップ部の先端側に移動してきたグリースは、軸との隙間の毛細現象により、その一部をグリース溜りへと導くことができる。また、副シールリップ部の径方向内側面にガイド部を形成することで、副シールリップ部の先端部よりグリース溜りへと入ってきたグリースを、ガイド部によって軸方向に流して主シールリップ部側に移動させることができる。その結果、圧力変化等によりグリース溜りのグリース量が減少したとしても、転動体の動きにより当該グリース溜りに迅速にグリースを供給して、内輪外周面と接触する主シールリップ部先端の潤滑状態を流体潤滑状態に維持することができる。これにより、主シールリップ部の摩耗や昇温による劣化を抑制することができ、密封装置の長寿命化を図ることができる。
また、第１の観点に係る密封装置において、前記副シールリップ部の径方向外側面に形成される凸条又は凹溝は、当該凸条又は凹溝が軸方向内側に向かう方向が、前記内輪の回転方向に沿うように傾斜しており、かかる凸条又は凹溝を形成することで、当該凸条又は凹溝により内輪の回転方向に沿うようにガイドされてきたグリースを効果的にグリース溜りへと導くことができる。
また、第２の観点に係る密封装置において、前記副シールリップ部の径方向内側面に形成される凸条又は凹溝は、当該凸条又は凹溝が軸方向内側に向かう方向が、前記内輪の回転方向と反対の方向に沿うように傾斜しており、かかる凸条又は凹溝を形成することで、副シールリップ部の先端部のグリースを当該凸条又は凹溝に沿って効果的にグリース溜りへと導くことができる。

（３）上記（１）〜（２）の密封装置において、前記凸条又は凹溝の軸方向内側の先端部は、前記副シールリップ部の先端部よりも軸方向内側に延設されており、
この延設された延設部と、前記副シールリップ部の先端部とが周方向に交互に配置されることによって、当該副シールリップ部の先端は波形形状を呈していることが好ましい。この場合、凸条又は凹溝よって凸状の延設部に集められたグリースは、当該延設部における副シールリップ部と内輪外周面との間の隙間が、当該延設部と、周方向に隣接する延設部との間の凹状部（波形を構成する凹状部）における副シールリップ部と内輪外周面との間の隙間よりも小さいので、動圧効果によって前記凹状部側へと移動する。ついで、凹状部側に移動したグリースは、当該凹状部におけるグリース溜まり側と軸受内部側との差圧によってグリース溜り側へと移動する。その結果、凸条又は凹溝によって波形における凸状の延設部に集められたグリースを効果的にグリース溜りに供給することができる。

本発明の軸受装置は、
（４）外輪と、
この外輪の内周側において当該外輪と同心に配置される内輪と、
前記外輪と前記内輪との間に配設された転動体と、
前記外輪の軸方向外側両端部に設けられる、上記（１）〜（３）の密封装置と
を備えている。

本発明の軸受装置では、外輪の軸方向外側両端部に設けられる密封装置が前述した構成を備えているので、圧力変化等によりグリース溜りのグリース量が減少したとしても、当該グリース溜りに迅速にグリースを供給して、内輪外周面と接触する主シールリップ部先端の潤滑状態を流体潤滑状態に維持することができる。

本発明の密封装置及びこれを備えた軸受装置によれば、圧力変化等によりグリース溜りのグリース量が減少したとしても、当該グリース溜りに迅速にグリースを供給して、リップ先端の潤滑状態を維持することができる。

本発明の一実施形態に係る密封装置を備えた軸受装置の断面説明図である。図１に示される密封装置の拡大断面説明図である。副シールリップ部の径方向外側面の説明図である。図３に示される副シールリップ部の部分拡大説明図である。副シールリップ部の他の態様の説明図である。従来の密封装置の一例の部分断面説明図である。従来の密封装置の他の例の部分断面説明図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の密封装置及びこれを備えた軸受装置の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、本発明の一実施形態に係る密封装置１を備えた軸受装置２の構成を示す断面説明図であり、図２は、図１に示される密封装置１の拡大断面説明図である。
軸受装置２は、圧延機用ロール両端のロールネック（図示せず）に設けられ、当該ロールを回転自在に支持する転がり軸受装置である。軸受装置２は、外輪３と、内輪４と、転動体である円すいころ５と、保持器６と、密封装置１とを備えている。

外輪３は、圧延機に設けられたハウジング（図示せず）内に嵌入固定される。外輪３は、軸受装置２の軸方向中央に配置された円筒状の第１外輪部材３ａと、第１外輪部材３ａの軸方向両側に配置された一対の円筒状の第２外輪部材３ｂとで構成されている。外輪３は、第１外輪部材３ａと一対の第２外輪部材３ｂとを軸方向に組み合わせて構成されている。
第１外輪部材３ａの内周面には、複数の円すいころ５が転動する外輪軌道面３ａ１が一対形成されている。一対の第２外輪部材３ｂの各内周面には、複数の円すいころ５が転動する外輪軌道面３ｂ１が形成されている。

内輪４は、外輪３の内周側において当該外輪３と同心に配置されている。内輪４は、一対の円筒状の内輪部材４ａを軸方向に組み合わせて構成されている。各内輪部材４ａの外周面には、複数の円すいころ５が転動する内輪軌道面４ａ１が一対形成されている。
内輪４の内周には、圧延機ロールのロールネックが挿入固定される。これにより、内輪４は圧延機ロールとともに回転する。

第１外輪部材３ａに形成された一対の外輪軌道面３ａ１は、各内輪部材４ａの軸方向内側に形成された内輪軌道面４ａ１と対向している。一方、第２外輪部材３ｂに形成された外輪軌道面３ｂ１は、各内輪部材４ａの軸方向外側に形成された内輪軌道面４ａ１と対向している。なお、軸方向外側とは、軸受装置２の内部を基準として外側のことであり、図２では左側である。一方、軸方向内側とは、同じく軸受装置２の内部を基準として、内部側又は内側のことであり、図２では右側のことである。

複数の円すいころ５は、内輪軌道面４ａ１と外輪軌道面３ａ１との間、及び、内輪軌道面４ａ１と外輪軌道面３ｂ１との間に転動自在に配置されている。本実施形態に係る軸受装置２は、複数の円すいころ５が四列に配置された円すいころ軸受を構成している。複数の円すいころ５は、環状の保持器６によって周方向に保持されている。

密封装置１は、外輪３と内輪４とで形成される環状の空間の軸方向両端をシールしている。密封装置１は、外輪３を構成する第２外輪部材３ｂの内周面３ｃに固定されている。密封装置１は、主シールリップ部７と、副シールリップ部８とを有している。主シールリップ部７の先端部７ａは内輪４を構成する内輪部材４ａの外周面４ｂに接触しているが、副シールリップ部８の先端部８ａは内輪部材４ａの外周面４ｂと非接触の状態である。すなわち、副シールリップ部８の先端部８ａと、内輪４の外周面４ｂとの間には、例えば１ｍｍ程度の隙間が形成されている。

主シールリップ部７及び副シールリップ部８はゴム等の弾性体からなり、当該ゴム等を環状の芯金９に加硫接着することで形成されている。芯金９は、円筒部９ａと、円筒部９ａの軸方向内側端から径方向内向きに延設された環状板部９ｂとで構成されている。密封装置１は、芯金９の円筒部９ａを第２外輪部材３ｂの内周面３ｃに圧入することにより当該第２外輪部材３ｂに固定されている。

主シールリップ部７は、環状板部９ｂの径方向内側の端部から当該環状板部９ｂの内方且つ軸方向外側に向けて突出している。副シールリップ部８は、環状板部９ｂの径方向内側の端部から当該環状板部９ｂの内方且つ軸方向内側に向けて突出している。主シールリップ部７及び副シールリップ部８と、内輪４の外周面４ｂとによって、軸受内部からのグリースを貯留し得る環状のグリース溜り１０が形成されている。

密封装置１が第２外輪部材３ｂの内周面３ｃに固定された状態で、主シールリップ部７が内輪４の外周面４ｂに対して所定の押圧力で摺接される。特に、主シールリップ７の径方向外側面７ｂに設けたバネリング１１によって当該主シールリップ部７を径方向内向きに強制的に押圧することで主シールリップ部７の先端部７ａの密封性を高めている。これにより、水や異物の軸受内部への侵入が防止される。

図３は、副シールリップ部８の径方向外側面を軸受内部側から見た説明図であり、図４は図３に示される副シールリップ部８の部分拡大説明図である。なお、図３〜４における点線の表記は副シールリップ部８の径方向内側面を示している。
本実施形態では、図３〜４に示されるように、副シールリップ部８の径方向外側面８ｂ及び径方向内側面８ｃにガイド部としてのらせん状の凸条１２が形成されている。凸条１２は、副シールリップ部８の径方向外側面８ｂ又は径方向内側面８ｃに付着したグリースを軸方向に流す又は導くガイド機能を有している。凸条１２は、副シールリップ部８の径方向外側面８ｂ又は径方向内側面８ｃに、周方向に沿って所定間隔で複数形成されている。

副シールリップ部８の径方向外側面８ｂに形成される凸条１２は、当該凸条１２が軸方向内側に向かう方向（すなわち、副シールリップ部８の先端部８ａへ向かう方向）が、内輪４の回転方向Ｒ（図４参照）に沿うように傾斜している。一方、副シールリップ部８の径方向内側面８ｃに形成される凸条１２は、当該凸条１２が軸方向内側に向かう方向が、内輪４の回転方向Ｒと反対の方向に沿うように傾斜している。

また、凸条１２の軸方向内側の先端部１２ａは、副シールリップ部８の先端部８ａよりも軸方向内側に延設されている。この延設された延設部８ｄと、副シールリップ部８の先端部８ａとが周方向に交互に配置されることによって、副シールリップ８の先端は波形形状を呈している。副シールリップ８の先端が波形形状を呈していることで、副シールリップ部８の先端と内輪４の外周面４ｂとの間の隙間は、狭い箇所（凸条１２が延設された凸状の延設部８ｄと内輪４の外周面４ｂとの間）と、広い箇所（周方向において隣接する延設部８ｄ間の凹状部８ｅと内輪４の外周面４ｂとの間）とが周方向に沿って交互に形成される。

本実施形態では、副シールリップ部８の径方向外側面８ｂ及び径方向内側面８ｃに、凸条１２が周方向に沿って複数形成されている。かかる凸条１２を形成することで、軸受内部に充填されているグリースであって、内輪４と外輪３の各軌道面を転動する円すいころ５により撹拌されたグリースを効果的にグリース溜り１０へと導くことができる。すなわち、副シールリップ部８の径方向外側面８ｂに凸条１２を形成することで、転動する円すいころ５から当該径方向外側面８ｂに飛散し付着したグリースを凸条１２で受けて軸方向に流して副シールリップ部８の先端の延設部８ｄに移動させることができる。そして、副シールリップ部８の先端の延設部８ｄに移動してきたグリースは、軸との隙間の毛細現象により、その一部をグリース溜り１０へと導くことができる。また、副シールリップ部８の径方向内側面８ｃに凸条１２を形成することで、副シールリップ部８の先端の延設部８ｄよりグリース溜り１０へと入ってきたグリースを、当該凸条１２によって軸方向に流して主シールリップ部７側に移動させることができる。その結果、圧力変化等によりグリース溜り１０のグリース量が減少したとしても、円すいころ５の動きにより当該グリース溜り１０に迅速にグリースを供給して、内輪外周面４ｂと接触する主シールリップ部７の先端部７ａの潤滑状態を流体潤滑状態に維持することができる。これにより、主シールリップ部７の摩耗や昇温による劣化を抑制することができ、密封装置１の長寿命化を図ることができる。

また、本実施形態では、らせん状の凸部１２としているので、よりスムーズにグリースを副シールリップ部８の軸方向に流すことができる。

また、本実施形態では、副シールリップ部８の径方向外側面８ｂに形成される凸条１２が軸方向内側に向かう方向が、内輪４の回転方向Ｒに沿うように傾斜してので、当該凸条１２より内輪４の回転方向に沿うようにガイドされてきたグリースを効果的にグリース溜り１０へと導くことができる。

また、本実施形態では、副シールリップ部８の径方向内側面８ｃに形成される凸条１２が軸方向内側に向かう方向が、内輪４の回転方向Ｒと反対の方向に沿うように傾斜しているので、副シールリップ部８の先端の凹状部８ｅのグリースを当該凸条１２に沿って効果的にグリース溜り１０へと導くことができる。

また、本実施形態では、副シールリップ部８の先端が波形形状を呈しているので、凸条１２よって、波形を構成する凸状の延設部８ｄに集められたグリースは、当該延設部８ｄにおける副シールリップ部８と内輪外周面４ｂとの間の隙間が、当該延設部８ｄと、周方向に隣接する延設部８ｄとの間の凹状部（波形を構成する凹状部）８ｅにおける副シールリップ部８と内輪外周面４ｂとの間の隙間よりも小さいので、動圧効果によって前記凹状部８ｅ側へと移動する。ついで、凹状部８ｅ側に移動したグリースは、前記凹状部８ｅにおけるグリース溜り側と軸受内部側との差圧によって当該グリース溜り側へと移動する。その結果、凸条１２によって延設部８ｄに集められたグリースを効果的にグリース溜り１０に供給することができる。

〔その他の変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、副シールリップ部の径方向外側面及び径方向内側面の両方にガイド部としての凸条を形成しているが、図５に示されるように、一方の面に凹溝１３を形成することもできる。図５に示される態様では、副シールリップ部の径方向外側面８ｂだけに凹溝１３を形成しているが、径方向外側面及び径方向内側面の両方に凹溝を形成することもできる。凹溝を形成した場合でも、凸条の場合と同様に転動する円すいころから径方向外側面に飛散し付着したグリースを当該凹溝で軸方向に流して副シールリップ部の先端側に移動させることができる。また、副シールリップ部の先端部よりグリース溜りへと入ってきたグリースを、凹溝によって軸方向に流して主シールリップ部側に移動させることができる。

また、前述した実施形態では、副シールリップ部の径方向外側面及び径方向内側面の両方にガイド部としての凸条を形成しているが、一方の面だけに凸条を設けても一定の効果を得ることができる。
また、前述した実施形態では、副シールリップ部の径方向外側面及び径方向内側面の両方にガイド部としての凸条を形成しているが、一方の面に凸条を形成し、他方の面に凹溝を形成することもできる。

また、前述した実施形態では、断面が矩形の凸条を副シールリップ部の径方向外側面及び径方向内側面に形成しているが、例えば断面半円形、断面放物線状など他の断面形状の凸条を採用することもできる。

１：密封装置２：軸受装置３：外輪
４：内輪４ｂ：内輪外周面５：円すいころ（転動体）
６：保持器７：主シールリップ部７ａ：先端部
８：副シールリップ部８ａ：先端部８ｂ：径方向外側面
８ｃ：径方向内側面８ｄ：延設部８ｅ：凹状部
９：芯金１０：グリース溜り１１：バネリング
１２：凸条Ｓ：空間Ｒ：回転方向

Claims

外輪と、この外輪の内周側において当該外輪と同心に配置される内輪とを有する軸受装置における、前記外輪の軸方向外側両端部に設けられる密封装置であって、
前記密封装置は、前記内輪の外周面に接触する主シールリップ部と、この主シールリップ部の軸方向内側に設けられており、前記内輪の外周面に非接触の副シールリップ部とを有しており、
前記内輪の外周面と、前記主シールリップ部及び前記副シールリップ部とによって、グリースを貯留し得る環状のグリース溜りが形成されており、
前記副シールリップ部の径方向外側面に、当該面に付着したグリースを軸方向に流し得るガイド部が周方向に沿って複数形成されており、
前記ガイド部が、らせん状の凸条又は凹溝であり、
前記凸条又は凹溝は、当該凸条又は凹溝が軸方向内側に向かう方向が、前記内輪の回転方向に沿うように傾斜していることを特徴とする密封装置。
外輪と、この外輪の内周側において当該外輪と同心に配置される内輪とを有する軸受装置における、前記外輪の軸方向外側両端部に設けられる密封装置であって、
前記密封装置は、前記内輪の外周面に接触する主シールリップ部と、この主シールリップ部の軸方向内側に設けられており、前記内輪の外周面に非接触の副シールリップ部とを有しており、
前記内輪の外周面と、前記主シールリップ部及び前記副シールリップ部とによって、グリースを貯留し得る環状のグリース溜りが形成されており、
前記副シールリップ部の径方向内側面に、当該面に付着したグリースを軸方向に流し得るガイド部が周方向に沿って複数形成されており、
前記ガイド部が、らせん状の凸条又は凹溝であり、
前記凸条又は凹溝は、当該凸条又は凹溝が軸方向内側に向かう方向が、前記内輪の回転方向と反対の方向に沿うように傾斜していることを特徴とする密封装置。
前記凸条又は凹溝の軸方向内側の先端部は、前記副シールリップ部の先端部よりも軸方向内側に延設されており、
この延設された延設部と、前記副シールリップ部の先端部とによって、当該副シールリップ部の先端は波形に形成されている、請求項１又は請求項２に記載の密封装置。
外輪と、
この外輪の内周側において当該外輪と同心に配置される内輪と、
前記外輪と前記内輪との間に配設された転動体と、
前記外輪の軸方向外側両端部に設けられる、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の密封装置と
を備えたことを特徴とする軸受装置。