JP2019219032A - 分割型転がり軸受装置及びその軸端部シール用リング - Google Patents

Abstract

【課題】分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リングが、固定輪側の凹凸部に対する嵌め合いによる固定によって、歪まないようにし、特にオイルシールやパッキンとの接触圧が不均一にならず、またはラビリンスシールの微小なすき間が不均等に変形しないようにして、安定して充分なシール性能が得られるようにすることである。【解決手段】分割型転がり軸受装置Ａの軸端部シール用リング１は、軸周りに分割可能な分割型転がり軸受装置Ａの両端部にそれぞれ設けられており、２以上の円弧状セグメント１ａの端部同士を、高分子材料からなる弾性体２を介して突き合わせてリング状に連結したリング状素材からなる。軸端部シール用リング１と周溝６の組立時の周方向のガタ(すきま)が、弾性体の弾性変形によって軸端部シール用リング１を周溝６に均一に配置することができ、またシール面が歪まず、ラビリンスシールの微小なすき間が不均等に変形せず安定して充分なシール性能が得られる。【選択図】図１

Description

この発明は、軸周りに分割可能な分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リング及び分割型転がり軸受装置に関するものである。

一般に、転がり軸受を軸周りに複数のセグメントに分割可能に構成し、軸径方向から取り付け可能であるようにした分割型転がり軸受装置が周知である。
例えば、連続鋳造設備に用いられるロール、自動車や船舶等のエンジンのピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト、建設機械のパイルドライバーの回転軸などを支持する転がり軸受装置は、軸周りに分割可能に設けられている。

連続鋳造設備に用いられるロールのうち、ロールの中央部分が小径の杵形であるものは、駆動ロールとして用いられるが、このようなロールも含め、その一部または全体が小径化される場合の強度不足を補うために、ロールの要所を転がり軸受装置で支持している。

ロールの中央部分を支持する軸受装置は、例えば総ころ型の二つ割り軸受からなる分割型の軸受装置が用いられており、軸受をロールの軸心と直角の径方向から組み込む必要があるので、外輪、内輪、ハウジング、パッキンやシール等は、それぞれ軸の周りに少なくとも１か所以上の径方向の切れ目を有し、分割可能である。

図１、２を利用して総ころ型の二つ割り軸受からなる分割型転がり軸受装置の概略構造を説明すると、転がり軸受装置Ａは、杵型ロールＢに対し、その小径部Ｂ_１に嵌める２分割構造の内輪７と、円筒ころ１１と、外輪４と、内輪７及び円筒ころ１１の外側でこれらを保持する上部ハウジング３及び下部ハウジング５と、軸端部シール用リング１（ラビリンスリングとも通称される）と、オイルシール８およびパッキン９を備え、上部ハウジング３及び下部ハウジング５からなるハウジングは、上下に２分割可能な構造である。
そして、杵型ロールＢの小径部Ｂ_１の両側の大径部（ロールネック）Ｂ_２の対向する両端面の各々には、ラビリンス溝１２に軸端部シール用リング１の端部が僅かな隙間を空けて嵌り合い、これによりラビリンスシールが形成されている（特許文献１）。

また、二つ割り外輪の一組の端面に、合成樹脂からなる緩衝片が設けられたものが知られており、このものは二つ割りの外輪の合わせ部に段差があっても、回転する転動体は段差部分で金属材料よりも軟らかい合成樹脂からなる緩衝片を乗り越え、段差との衝突によって発生する騒音や振動を緩和できる（特許文献２）。

特開２００９−１８０３１０号公報 特開２０１０−０７７９９９号公報

しかし、上記した従来の分割型転がり軸受装置は、軸端部シール用リング（ラビリンスリング）についての以下の問題点を解決するものではない。すなわち、軸端部シール用リングを固定輪側に形成した溝などの凹凸部に弾性圧縮状態で嵌め合わせると、嵌め合い部分の圧縮力により軸端部シール用リングが変形し、回転輪側に保持されているオイルシールやパッキンとの接触圧が不均一になり、シール性能が損なわれるという問題点がある。

特に、杵型ロールの対向する両端面のそれぞれに形成されたラビリンス溝に、軸端部シール用リングの端部を一部入り込ませて、微小な隙間からなる非接触シールであるラビリンスシールを設けると、前記した嵌め合い部分の圧縮力による軸端部シール用リングの変形によって、ラビリンスシールの微小なすき間が不均等になってシール性能が損なわれるという問題点もある。

そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決し、分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リングが、固定輪側の凹凸部に対する嵌め合いによって歪まないようにし、特にオイルシールやパッキンとの接触圧が不均一にならず、さらにラビリンスシールの微小なすき間が不均等に変形しないようにし、軸端部のシール用リングに安定して充分なシール性能が得られるようにすることである。

上記の課題を解決するために、この発明では、軸周りに分割可能な分割型転がり軸受装置の軸端部の固定輪側に設けた凹凸部に嵌め合わせて固定可能な嵌め合わせ部と、前記分割型転がり軸受装置の回転輪側に設けたシール装置で密封されるシール面と、を備えたリング状素材からなり、２以上の円弧状セグメントの端部同士を、高分子材料からなる弾性体を介して突き合わせてリング状に連結してなる分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リングとしたのである。

上記したように構成されるこの発明の軸端部シール用リングは、２以上の円弧状セグメントの端面同士を、高分子材料からなる弾性体を介して突き合わせてリング状に連結したことにより、軸端部シール用リングが径方向の外側に突っ張ること、すなわち環状に緩みなく強く張ることで、固定輪側に設けた凹凸部に対して径方向及び周方向の嵌め合わせる位置が定まり、軸端部シール用リングを凹凸部に均一に配置することができる。

そのため、軸端部シール用リングのシール面に現れる歪は小さくなり、軸端部シール用リングのシール面は、シール装置に対して歪の少ない面を対面させることができ、シール装置による安定して充分なシール性能が得られる。

前記シール装置は、接触シールもしくは非接触シールまたはこれら両方のシール機構によって液密に密封されるシール装置であるから、オイルシールやパッキンとの接触圧が均等になり、またラビリンスシールの微小なすき間が均等になって、前記シール機構が安定して充分なシール性能を発揮する。

また、前記固定輪側の凹凸部は、軌道輪の固定輪に形成される場合の他、固定輪と一体のハウジングに設けることができ、例えば固定輪である外輪の一部と一体に設けたハウジングに形成された溝や凹所、突条や突部等の凹凸部であってもよい。

また、前記円弧状セグメントの端部同士を突き合わせる面の位置は、ハウジング等の分割位置と重なっているなど、これらの面が同一平面を形成する状態は好ましくない。なぜなら、前記円弧状セグメントの突き合わせる端面が、径方向の外側に広がるように変形しやすくなるからである。

そこで、好ましくは、前記円弧状セグメントの端部同士を突き合わせた面を、分割型転がり軸受装置の軸端部の固定輪側の分割面と同一平面を形成しないように配置する。このようにすれば、前記円弧状セグメントの端部同士を突き合わせた面が、固定輪側の分割面に対して離れた位置になるか、または円弧状セグメントの一部が前記分割面に跨った状態、もしくは面同が交差状態に配置されるので、このような状態では円弧状セグメントの突き合わせる端面が、径方向の外側に広がることがない。

また、前記リング状に連結する円弧状セグメントの端部同士を突き合わせた面は、旋削仕上げ相当の面粗さの端面に調製されていることが、高分子材料で形成された弾性体を適当な粗面に依るアンカー効果によって、密着性よく円弧状セグメントの端面に保持できるようになるので好ましい。

そして、上記のように構成されるよう作製された分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リングを用い、軸周りに分割可能な分割型転がり軸受装置を得ることができ、これにより、オイルシールやパッキンとの接触圧が不均一にならず、またはラビリンスシールの微小なすき間が不均等に変形しないようになって、安定して充分なシール性能を奏する分割型転がり軸受装置を構成できる。

この発明は、分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リングを構成する際に、２以上の円弧状セグメントの端面同士を、高分子材料で形成された弾性体を介して突き合わせてリング状に連結して設けたので、軸端部シール用リングの固定輪側の凹凸部に対する嵌め合いによる嵌め合わせ部のリングの周方向のガタ（すきま）を弾性体の弾性変形によって凹凸部に均一に配置することができ、またシール面が歪まなくなり、オイルシールやパッキンとの接触圧が不均一にならず、また、ラビリンスシールの微小なすき間が不均等に変形しないようになり、安定して充分なシール性能が得られる軸端部シール用リングになる利点がある。

また、このような軸端部シール用リングを用いることにより、前記した利点を奏する分割型転がり軸受装置になる。

実施形態の軸端部シール用リングを示し、一部切り欠きの分割型転がり軸受装置の断面図 図１の要部を拡大して示す断面図 図１のIII-III線断面図 実施形態の軸端部シール用リングの斜視図 弾性体を設けた円弧状セグメントの一例を示す軸方向端面図 弾性体を設けた円弧状セグメントの他の例を示す軸方向端面図 実施形態の軸端部シール用リングとハウジングの分割面の配置を示す説明図

この発明の実施形態を、以下に添付図面に基づいて説明する。
図１−４に示すように、実施形態の二つ割りの分割型転がり軸受装置Ａの軸端部シール用リング１は、軸周りに分割可能な分割型転がり軸受装置Ａの両端部にそれぞれ設けられ、２以上の円弧状セグメント１ａの端部同士を、高分子材料からなる弾性体２を介して突き合わせてリング状に連結したリング状素材からなる。

そして、分割型転がり軸受装置Ａの固定輪側の上部ハウジング３および外輪４と一体の下部ハウジング５に形成された周溝６に、リング状素材の外周に設けた角形フランジ状の突条１ｂを弾性圧縮させた状態で嵌め合わせて固定している。
また、軸端部シール用リング１は、回転輪側の内輪７に設けたオイルシール８およびパッキン９からなる第１のシール装置と、ラビリンスシール１０からなる第２のシール装置を備えており、これら２つのシール装置により、要所のシール面を液密に密封している。

分割型転がり軸受装置Ａの軸端部シール用リング１以外の構造は、一般的な分割型転がり軸受装置を採用することができ、連続鋳造設備用の杵型ロールＢの小径部Ｂ_１に嵌めた二分割構造のものを図示している。この分割型転がり軸受装置Ａは、耐荷重性に優れた総ころ形のものを例示し、内輪７と、内輪７に回転自在に支持される円筒ころ１１を備えている。

軸端部シール用リング１は、分割型転がり軸受装置Ａの軸端部の固定輪側に設けた角溝形の周溝６に嵌め合わせ可能なフランジ状に突出した断面角形の突条１ｂを、角形の周溝６に対する嵌め合わせ部としている。

固定輪側に設ける凹凸部の形態は、図示した四角形状の周溝６ばかりではなく、三角形状の蟻溝、五角形以上の角形または円溝、楕円溝、不定形溝、または局所的な凹部を配列するか、もしくはランダムに散在させてもよく、このような周知形状の凹型を設けることができる。また、このような凹型ばかりでなく、上記同様な周知形状の凸型を併用するか、または凹型に代えて設けることもできる。

嵌め合わせ部については、図示した断面角形の突条１ｂばかりではなく、上記した周知形状の凹凸部に対し、嵌め合わせて固定可能な周知形状の突条等の凸部または凹型を設けることができる。

オイルシール８は、耐油性のあるゴム製であり周知形態のリング状であって、軸端部シール用リング１の内径のシール面に摺接させている。オイルシール８は、１以上のシールリップ(図示せず)を有することが、安定したシール性を得るために好ましく、例えば断面がＶ字などの二重のシールリップを有するものを採用できる。さらに、金属環で補強されて弾性ゴムからなるシールリップを周囲に一体形成したものや、シールリップを補助するバネを組み込んだ複合材料からなるものであってもよい。

パッキン９は、断面が角形のグランドパッキンを図示したが、その他にも、回転用シールであれば、断面がＶ字、Ｕ字、Ｙ字状などの周知形態のものを用いることができる。このようなパッキン９または前記したオイルシール８のいずれか一方、または両方を併用して、第１のシール装置を構成することが好ましい。

ハウジングは、外輪の役割も兼ねる上部ハウジング３と、下部ハウジング５からなり、図１中の上下に二分割可能な構造である。
杵型ロールＢの小径部Ｂ_１の両側に対向する一組の大径部Ｂ_２の端面には、ラビリンス溝１２（図２参照）が軸周りに円環状に形成されており、ここに軸端部シール用リング１の端部を微小隙間を介して非接触状態に嵌め入れて第２のシール装置であるラビリンスシール１０を設けている。

このような第２のシール装置および前記した第１のシール装置を併用して液密に密封される軸端部シール用リング１のシール面は、第１のシール装置である接触シールが摺接する面と、第２のシール装置である非接触シールが微小なすき間を空けて対向する面とによって構成される。

図４に示すように、軸端部シール用リング１は、軸周りに二分割した円弧状セグメント１ａの長手方向の端面同士を、高分子材料で形成された弾性体２を介して突き合わせてリング状に連結したものである。

弾性体２を形成する高分子材料としては、軸端部シール用リングの弾性率より低い弾性率のものを採用することが、嵌め合わせ部の歪を弾性体の弾性変形によって充分に緩和できるようにするために好ましい。

弾性体を構成する高分子材料の具体例としては、合成樹脂、ゴムその他のエラストマー等、またはこれら及び弾性コイルや金属ばねを併用した複合素材からなる弾性体を採用できる。

上記合成樹脂としては、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）などが挙げられ、ロールに対して耐摩耗性に優れた上記のものを採用することが好ましい。

上記ゴムとしては、ポリブタジエン系ゴム、ブタジエン・アクリロニトリル系ゴム、クロロプレン系ゴムなどの耐摩耗性に優れたゴムを用いることが好ましい。
また、弾性体に使用可能な耐油性に優れたゴムとしては、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、シリコーンゴム、パーフルオロエラストマー等のフッ素ゴム等が挙げられる。
上記した高分子材料は、前記した第１のシール装置のオイルシール８およびパッキン９としても使用可能である。

図５、図６に示すように、弾性体２は、組立前の各円弧状セグメント１ａの一端部（図５）または両端部（図６）に対し、予め接着による一体化、または成型による一体化等によって設けておくことが、軸端部シール用リング１や分割型転がり軸受装置Ａの組立作業を容易にするために好ましい。また無定形状または成形体からなる高分子材料の円弧状セグメントの端部間への圧入により、前記組立作業行程中に弾性体２を設けることもできる。

図７に示すように、円弧状セグメント１ａの弾性体２を介して端部同士を突き合わせる面は、分割型転がり軸受装置Ａの軸端部の固定輪側の分割面１３と同一平面を形成しないように、位置をずらして配置している。

円弧状セグメント１ａの端面同士を突き合わせる位置が、上部ハウジング３と下部ハウジング５との分割面１３と重ならない位置に配置されていることにより、円弧状セグメント１ａが分割面１３を径方向の外側にずれ動かすことはない。

また、前記突き合わせてリング状に連結する際に、円弧状セグメント１ａの端部が、旋削仕上げ相当の面粗さの端面であることが好ましく、このようにすると高分子材料で形成された弾性体をアンカー効果によって密着性よく円弧状セグメントの端面に保持することができる。

旋削仕上げ相当の面粗さの具体的な例としては、表面粗さＲａ０．５〜２０．０μｍ、より好ましくは１．０〜１５．０μｍが挙げられる。

円弧状セグメント１ａの端部を、このような旋削仕上げ相当の面粗さに形成するには、円弧状セグメントを素材の鋼材などの金属製リングから分割する際に、周知のワイヤーカット放電加工等の機械加工を採用することにより、効率よく形成することができる。

このようにして、軸端部シール用リング１を構成する部品を組み付けて製造される分割型転がり軸受装置Ａは、軸端部シール用リング１と周溝６の組立時の周方向のガタ(すきま)を弾性体の弾性変形によって軸端部シール用リング1を周溝６に均一に配置することができ、またリングシール面が歪まず、接触シールのシール状態も安定し、特にラビリンスシールの微小なすき間が不均等に変形しないようになり、安定して充分なシール性能が得られる。

この発明の分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リング及び二つ割り転がり軸受装置は、例えば連続鋳造設備のロールを支持する転がり軸受として用いられる他、船舶のスクリューの推進軸を支持する転がり軸受、または建設機械であるスクリュー型パイルドライバーの回転軸を支持する転がり軸受など、軸方向ではなく径方向から転がり軸受を着脱してメンテナンスなどが可能であることが求められる比較的大型の転がり軸受装置として利用可能な汎用性を有するものである。

１ 軸端部シール用リング
１ａ 円弧状セグメント
１ｂ 突条
２ 弾性体
３ 上部ハウジング
４ 外輪
５ 下部ハウジング
６ 周溝
７ 内輪
８ オイルシール
９ パッキン
１０ ラビリンスシール
１１ 円筒ころ
１２ ラビリンス溝
１３ 分割面
Ａ 分割型転がり軸受装置
Ｂ 杵型ロール
Ｂ_１ 小径部
Ｂ_２ 大径部

Claims (7)

1. 軸周りに分割可能な分割型転がり軸受装置の軸端部の固定輪側に設けた凹凸部に嵌め合わせて固定可能な嵌め合わせ部と、
   前記分割型転がり軸受装置の回転輪側に設けたシール装置で密封されるシール面と、を備えたリング状素材からなり、
   ２以上の円弧状セグメントの端部同士を、高分子材料からなる弾性体を介して突き合わせてリング状に連結してなる分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リング。
2. 前記シール装置が、接触シールもしくは非接触シールまたはこれら両方のシール機構からなるシール装置である請求項１に記載の分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リング。
3. 前記非接触シールが、ラビリンスシールである請求項１または２に記載の分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リング。
4. 前記固定輪側に設けた凹凸部が、分割型転がり軸受装置の固定輪と一体のハウジングに設けた凹凸部である請求項１〜３のいずれかに記載の分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リング。
5. 前記円弧状セグメントの端部同士を突き合わせた面が、分割型転がり軸受装置の軸端部の固定輪側の分割面と同一平面を形成しないように配置された面である請求項１〜４のいずれかに記載の分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リング。
6. 前記円弧状セグメントの端部が、旋削仕上げ相当の面粗さに形成された端部である請求項１〜５のいずれかに記載の分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リング。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の分割型転がり軸受装置の軸端部シール用リングを備えた軸周りに分割可能な分割型転がり軸受装置。

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