(57)【要約】      （修正有）【課題】低温環境においても安定したシール機能を維持することができる密封装置を提供することを目的とする。【解決手段】転がり軸受の軌道輪のシール面２９と摺接する摺接部を備えたシール部材２６を備え、一対の軌道輪間の軸受空間を密封する密封装置２０において、シール部材２６は、電流の供給により発熱する電熱線３０ａ，３０ｂが円周方向に沿って配設され、少なくとも摺接部３２ａ，３２ｂを加熱する。また、シール部材２６は、摺接部をシール面に押付けるガータスプリング２７を備え、ガータスプリング２７を電熱線としてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の軌道輪のシール面と摺接する摺接部を備えたシール部材を備え、一対の軌道輪間の軸受空間を密封する密封装置において、
前記シール部材は、電流の供給により発熱する電熱線が円周方向に沿って配設され、この電熱線への電流の供給により少なくとも前記摺接部を加熱することを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記シール部材は、前記摺接部を前記シール面に押付けるガータスプリングを備え、前記ガータスプリングを前記電熱線としたことを特徴とする請求項１の密封装置。
【請求項３】
前記シール部材は、複数の前記摺接部を備え、シール部材内において、隣接する摺接部の間に前記電熱線を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２の密封装置。
【請求項４】
前記電熱線は、前記シール部材の円周上を蛇行する形状としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項の密封装置。
【請求項５】
前記電熱線は、ニッケルクロム系合金又は鉄クロム系合金にて構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項の密封装置。
【請求項６】
転がり軸受の軌道輪のシール面と摺接する摺接部を備えたシール部材を備え、一対の軌道輪間の軸受空間を密封する密封装置において、
前記シール部材は、電熱作用の生じる導電性材料を混合した弾性体を備え、この弾性体への電流の供給により少なくとも前記摺接部を加熱することを特徴とする密封装置。
【請求項７】
前記シール部材又はシール部材近傍に温度センサを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項の密封装置。
【請求項８】
前記温度センサの検出温度に応じて、供給する電流の供給量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項７の密封装置。
【請求項９】
内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在される転動体と、前記転動体を円周所定間隔に保持する保持器とを備えた転がり軸受において、
前記請求項１〜請求項８のいずれか１項の密封装置を備えたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項１０】
鉄道車両車軸用軸受に用いたことを特徴とする請求項９の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密封装置に関するもので、特に鉄道車両車軸用軸受に利用される密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両車軸用軸受では、グリース潤滑の軸受用密封装置として、図８に示す構造のものが知られている（特許文献１）。図８は、軸受１００の後蓋１１０側の密封装置１１１を示し、軸受外輪１０１に設けられたシールケース１０３に、ラビリンスシールを構成するシールド１０４と、接触シール用のオイルシール１０６とが取付けられている。オイルシール１０６は、金属環１１３と、それに焼き付けたゴム製のシール本体１０７と、環状のガータスプリング１０９にて構成される。シール本体１０７は、第１リップ１０７ａと、第２リップ１０７ｂとを有し、第１リップ１０７ａの外周面に、ガータスプリング１０９が装着されている。第１リップ１０７ａと第２リップ１０７ｂとがシール面１１３に摺接することにより、第１リップ１０７ａでグリース洩れを防止すると共に、第２リップ１０７ｂで防塵、防水効果を持たせている。シールケース１０３の先端は、後蓋１１０に設けられた環状溝１１２に遊嵌してラビリンスシールを構成する。なお、軸受１００の反対側には図示省略の油切りが設けられているが、この油切りと軸受１００の間にも同様の密封装置が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３９０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上に例示したような鉄道車両等で使用される大型の軸受は、例えば−４０℃の極低温の寒冷地で使用される場合がある。このような環境下では、結露、凍結といった事象により、シール本体１０７が固くなって弾性力が低下し、リップ部１０７ａ、１０７ｂの一部又は全部が起動時に剥がれ落ちるおそれがある。その結果、十分なシール機能を果たせないおそれがあった。このため、従来では、シール本体１０７の凍結を回避するために、車両自体を夜間時に車庫に保管することで周辺温度の低下を回避するという対策を行っていたが、十分な対策とはいえなかった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みて、低温環境においても安定したシール機能を維持することができる密封装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の密封装置は、転がり軸受の軌道輪のシール面と摺接する摺接部を備えたシール部材を備え、一対の軌道輪間の軸受空間を密封する密封装置において、前記シール部材は、電流の供給により発熱する電熱線が円周方向に沿って配設され、この電熱線への電流の供給により少なくとも前記摺接部を加熱するものである。
【０００７】
本発明の密封装置によれば、電熱線に電流が供給されると発熱し、この熱により少なくとも前記摺接部を昇温させることができる。これにより、低温環境においても摺接部の凍結を回避することができるため、弾性力を維持することができ、起動時に摺接部の一部又は全部が剥がれ落ちるのを防止することができる。
【０００８】
前記シール部材は、前記摺接部を前記シール面に押付けるガータスプリングを備え、前記ガータスプリングを前記電熱線とすることができる。これにより、ガータスプリングに電流を供給してガータスプリング自体を発熱させることができ、摺接部を昇温させることができる。このため、電熱線を別途設ける必要がなくなる。
【０００９】
前記シール部材は、複数の前記摺接部を備え、シール部材内において、隣接する摺接部の間に前記電熱線を設けることができる。これにより、１つの電熱線で複数の摺接部を昇温することができる。
【００１０】
前記電熱線は、前記シール部材の円周上を蛇行する形状とすることができる。これにより、摺接部のシール性を維持することができる。
【００１１】
前記電熱線は、ニッケルクロム系合金又は鉄クロム系合金にて構成するのが望ましい。これらの電熱性の良好な材料を用いて電流を流すことで、シール部材を効率的に昇温させることができる。
【００１２】
本発明の他の密封装置は、転がり軸受の軌道輪のシール面と摺接する摺接部を備えたシール部材を備え、一対の軌道輪間の軸受空間を密封する密封装置において、前記シール部材は、電熱作用の生じる導電性材料を混合した弾性体を備え、この弾性体への電流の供給により少なくとも前記摺接部を加熱するものである。
【００１３】
本発明の他の密封装置によれば、弾性体に電流が供給されると発熱し、この熱により少なくとも摺接部を昇温させることができる。これにより、低温環境においても摺接部の凍結を回避することができるため、弾性力を維持することができ、摺接部の一部又は全部が起動時に剥がれ落ちるのを防止することができる。また、弾性体に電流を供給してシール部材自体を発熱させることができるため、電熱線を別途設ける必要がなくなる。
【００１４】
前記シール部材又はシール部材近傍に温度センサを設けることができる。この場合、前記温度センサの検出温度に応じて、供給する電流の供給量を制御する制御手段を設けることができる。これにより、シール部材を最適な温度に制御することができる。また、必要な場合（シール部材が凍結するおそれがある場合）にのみ電流を供給することができて、消費電力を節約することができる。
【００１５】
本発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在される転動体と、前記転動体を円周所定間隔に保持する保持器とを備えた転がり軸受において、前記本発明の密封装置を備えたものである。特に、本発明の密封装置を鉄道車両車軸用軸受に適用するのが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
以上より、本発明の密封装置及び転がり軸受によれば、低温環境においても安定したシール機能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態を示す密封装置の要部断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示す密封装置を備えた軸受の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態を示す密封装置の要部拡大正面図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す密封装置の要部断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す密封装置の要部拡大断面図である。
【図６】本発明の変形例を示す密封装置の要部拡大正面図である。
【図７】本発明の第４実施形態を示す密封装置の要部拡大断面図である。
【図８】従来の密封装置を備えた軸受の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。本実施形態では、密封装置を鉄道車両車軸用軸受に適用した場合について説明する。
【００１９】
図２に示す鉄道車両車軸用軸受は、車軸１の端部１ａに配置した転がり軸受１０（本実施形態では、円すいころ軸受）を含んでいる。この円すいころ軸受１０は、外輪２と、一対の内輪４と、複数の転動体６を主要な構成要素としている。外輪２は内周に二列の軌道を形成した複列外輪である。各内輪４は外周に軌道が形成してある。外輪２の軌道と内輪４の軌道との間に二列の転動体６（本実施形態では円すいころ）を転動自在に介在させている。なお、各列の円すいころ６は保持器８によって円周方向に所定の間隔に保持される。
【００２０】
外輪２は軸箱（図示省略）に固定され、その軸箱は台枠等に固定される。内輪４は、軸端側（図２の左方）に位置する前蓋１２と、反軸端側（図２の右方）に位置する後蓋１６との間に挟み込んである。一対の内輪４間には内輪間座５を介在させている。前蓋１２と内輪４との間には油切り１４を介在させている。前蓋１２は車軸１の軸端にボルト１８で固定してある。後蓋１６は一方で内輪４と接し、他方で車軸１の段部１ｂに接している。一対の内輪４と内輪間座５と油切り１４と後蓋１６とで一方の軌道輪９ａを構成し、外輪２にて他方の軌道輪９ｂを構成している。
【００２１】
外輪２の両端部には、本発明の第１実施形態の密封装置２０を配置している。この密封装置２０は、図１に示すように、外輪２に設けられたシールケース２２と、このシールケース２２に取付けられるシールド２３と、接触シール用のオイルシール２４とを備えている。
【００２２】
シールケース２２は段付き円筒形状で、図示する実施の形態では大径部２２ａ、中径部２２ｂ、小径部２２ｃからなっている。大径部２２ａは外輪２の端部内周面に例えば圧入することによって固定してある。シールケース２２の中径部２２ｂにシールド２３が取付られており、ラビリンスシールを構成する。このシールド２３により軸受内部のグリースを堰き止めて、グリースがオイルシール２４側に押し寄せるのを防ぐ。
【００２３】
オイルシール２４は、後蓋１６のシール面２９に摺接する接触シールであって、シールケース２２の中径部２２ｂに挿入されている。オイルシール２４は種々の構造のものが知られており、それらの中から適宜選択して採用することができる。 図１に例示するオイルシール２４は、金属環２５とシール部材２６とから構成されており、金属環２５をシールケース２２の小径部２２ｃから半径方向に立ち上がった肩部に当てて位置決めしてある。
【００２４】
シール部材２６は、金属環２５に焼き付けたゴム製のシール本体２８と、ガータスプリング２７とで構成されている。シール本体２８は、外周にガータスプリング２７を装着した第１摺接部（第１シールリップ）３２ａと、第１シールリップ３２ａの外側に位置する第２摺接部（第２シールリップ）３２ｂとを備えており、第１シールリップ３２ａおよび第２シールリップ３２ｂが後蓋１６のシール面２９に摺接する。
【００２５】
シール本体２８の第１シールリップ３２ａ及び第２シールリップ３２ｂのシール面側には、夫々電熱線３０ａ、３０ｂが円周方向に沿って配設されている。この電熱線３０ａ、３０ｂは、電熱性の良好な材料、例えばニッケルクロム系合金又は鉄クロム系合金にて構成するのが望ましく、シール本体２８が加硫成型により製造される際に、シールリップ３２ａ、３２ｂの内部に予め同時成型される。
【００２６】
図３に示すように、電熱線３０ａ、３０ｂの両端は、シール性能に影響しない部分から露出しており、両端部は電流の供給源となる電源３１に接続されている。電源３１は、自動又は手動により電熱線３０ａ、３０ｂに電流を供給したり、電流の供給を停止したりする。
【００２７】
電源３１をオンにすると、電熱線３０ａ、３０ｂに電流が供給される。これにより電熱線３０ａ、３０ｂは発熱し、この熱により少なくとも第１シールリップ３２ａ及び第２シールリップ３２ｂを昇温させることができる。これにより、低温環境においても第１シールリップ３２ａ及び第２シールリップ３２ｂの凍結を回避することができ、弾性力を維持することができる。従って、起動時に第１シールリップ３２ａ及び第２シールリップ３２ｂの一部又は全部が剥がれ落ちるのを防止することができる。
【００２８】
このように、本発明の第１実施形態の密封装置では、低温環境においても安定したシール機能を維持することができる。また、電熱線３０は、ニッケルクロム系合金又は鉄クロム系合金にて構成しており、電熱性の良好な材料を用いて電流を流すことで、第１シールリップ３２ａ及び第２シールリップ３２ｂを効率的に昇温させることができる。
【００２９】
図４は、本発明の第２実施形態の密封装置である。この場合、シール部材２６のシール本体２８に、シール本体２８の温度を検出する温度センサ３５を設けている。温度センサ３５は、制御手段３６に接続されている。この制御手段３６は、例えばマイクロコンピュータにて構成され、温度センサ３５により検出した検出温度に応じて、電熱線３０ａ、３０ｂに供給する電流の供給量を制御するものである。例えば、制御手段３６に、オイルシール２４として正常に機能する基準温度範囲を予め設定し、温度センサ３５が基準温度範囲よりも低い温度を検出した場合、制御手段３６が、電流の供給量を増加させるように制御を行う。また、温度センサ３５が基準温度範囲よりも高い温度を検出した場合、制御手段３６が、電流の供給量を減少させる、又は電流の供給を停止するように制御を行う。
【００３０】
このように、第２実施形態の密封装置では、温度センサ３５及び制御手段３６を備えているので、シール部材２６を最適な温度に制御することができる。また、必要な場合（シール本体２８が凍結するおそれがある場合）にのみ電熱線３０に電流を供給することができて、消費電力を節約することができる。なお、図４に示す密封装置において、図１〜図３に示す密封装置と同様の構成については、図１〜図３と同一符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
図５は、本発明の第３実施形態の密封装置である。この場合、シール本体内において、第１シールリップ３２ａと第２シールリップ３２ｂとの間に電熱線３０を設けている。これにより、１つの電熱線３０にて第１シールリップ３２ａと第２シールリップ３２ｂとの両方に熱を付与することができるため、部品点数を少なくすることができ、装置を簡略化でき、コスト低減を図ることができる。なお、図５に示す密封装置において、図１〜図４に示す密封装置と同様の構成については、図１〜図４と同一符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
前記各実施形態の変形例として、図６に示すように、電熱線３０は、シール部材２６の円周上を蛇行する形状としてもよい。これにより、シールリップ３２ａ、３２ｂのシール性を維持することができる。
【００３３】
図７は、本発明の第４実施形態の密封装置である。この場合、ガータスプリング２７を電熱線としている。すなわち、ガータスプリング２７を、電熱性の良好な材料、例えばニッケルクロム系合金又は鉄クロム系合金の金属にて構成し、図示省略の電源に接続している。これにより、電源をオンにすると、ガータスプリング２７に電流を供給してガータスプリング２７自体を発熱させることができ、この熱がシール本体２８にも伝わって、シールリップ３２ａ、３２ｂを昇温させることができる。このため、図７に示すように電熱線３０を別途設ける必要がなくなる。この場合、ガータスプリング２７は、図６に示すように蛇行させてもよい。
【００３４】
また、第５実施形態として、シール部材２６は、電熱作用の生じる導電性材料を混合した弾性体を備えたものとしている。本実施形態では、シール本体２８を電熱作用の生じる導電性材料を混合させた弾性体としている。すなわち、シール本体２８を、例えば、ニトリル系ゴム等からなる材質にて構成し、電熱作用を生じさせる電源に接続する。これにより、電源をオンにすると、シール本体２８に電流を供給してシール本体２８自体を発熱させることができ、シールリップ３２ａ、３２ｂを昇温させることができる。このため、第５実施形態でも、図７に示すように電熱線３０を別途設ける必要がなくなる。
【００３５】
このように、第４実施形態及び第５実施形態の密封装置では、電熱線３０を別途設ける必要がなくなって、装置を一層簡略化でき、一層コスト低減を図ることができる。なお、図７に示す密封装置において、図１〜図６に示す密封装置と同様の構成については、図１〜図６と同一符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、オイルシール２４は、種々の形状のものを使用することができ、例えば第２シールリップ３２ｂを有さないものや、ガータスプリング２７を有さないものであってもよい。シール本体２８が軌道輪９ａ側に摺接するものであってもよい。前記第１〜第３実施形態では、電熱線３０をシール本体２８の内部に設けたが、電熱線３０がシール本体２８の表面に当接するように配設することもできる。温度センサ３５は、シール部材２６の近傍に配設する非接触タイプのものでもよい。加熱される部位としては、シール部材２６の全体（つまり、シール本体２８とガータスプリング２７）であってもよいし、シール本体２８の全体であってもよい。本発明の密封装置を軸端側に適用してもよく、第１実施形態〜第５実施形態を組み合わせることもできる。
【符号の説明】
【００３７】
２      外輪
４      内輪
６      円すいころ
８      保持器
９      軌道輪
１０    転がり軸受
２６    シール部材
２７    ガータスプリング
２９    シール面
３０    電熱線
３２    摺接部
３５    温度センサ
３６    制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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