(57)【要約】【課題】組み付け及び交換を容易に行うことができるシール部材及び風車主軸用転がり軸受を提供する。【解決手段】シール部材１６は、内輪１１及び外輪１２のうちの一方に取り付けられ周方向に分割された複数のシールセグメント２０を備えている。シールセグメント２０は、互いに軸方向に並んで設けられ且つ内輪１１及び外輪１２のうちの他方に摺接する主リップ２２及び副リップ２３を有している。隣り合うシールセグメント２０同士は、一方の端部に設けられた凸部２４と、他方の端部に設けられた凹部２５とを嵌合させて隙間無く連結されている。凸部２４及び凹部２５を互いに嵌合させた状態で、隣り合うシールセグメント２０の主リップ２２の端面同士の接合部と、副リップ２３の端面同士の接合部とが、互いに周方向の異なる位置に配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに相対回転する内側部材と外側部材との間に形成される環状空間を密封するための環状のシール部材であって、
前記内側部材及び外側部材のうちの一方の部材に取り付けられ、周方向に分割された複数のシールセグメントを備え、
前記シールセグメントは、互いに軸方向に並んで設けられ且つ前記内側部材及び外側部材のうちの他方の部材に摺接する第１リップ及び第２リップを有し、
隣り合う前記シールセグメントのうちの、一方のシールセグメントの端部に設けられた凸部と、他方のシールセグメントの端部に設けられた凹部とを嵌合させて、前記隣り合うシールセグメント同士を隙間無く連結し、
前記凸部及び凹部を互いに嵌合させた状態で、前記隣り合うシールセグメントの第１リップの端面同士の接合部と、前記隣り合うシールセグメントの第２リップの端面同士の接合部とが、互いに周方向の異なる位置に配置されていることを特徴とするシール部材。
【請求項２】
隣り合う前記シールセグメントの端面同士は、互いに押圧して接合されている請求項１に記載のシール部材。
【請求項３】
隣り合う前記シールセグメントの端面同士の押圧力が、設計温度の変化域の下限において所定値以上に設定されている請求項２に記載のシール部材。
【請求項４】
風力を受ける回転翼が一体回転可能に設けられた主軸を支持する風車主軸用転がり軸受であって、
内輪と、外輪と、前記内外輪間の環状空間に転動可能に配置された複数の転動体と、前記環状空間を密封するための請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール部材とを備えていることを特徴とする風車主軸用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール部材及び風車主軸用転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、風力発電装置において、風力を受ける回転翼が設けられた主軸を回転自在に支持するために、転がり軸受が用いられている。近年、風力発電装置の大型化に伴って、主軸の直径が数メートルを超えることもあり、このような大型の主軸を支持するために、転がり軸受も大型化している。転がり軸受は、外輪と内輪との間の環状隙間を密封するための無端円環状のシール部材を備え、外部の水分や塵埃が軸受内部に侵入するのを防止するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１２４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記シール部材は、無端円環状に形成されているため、一度組み付けてしまうと交換することができないという問題がある。このような問題を解決するために、シール部材の周方向の一部をカットした有端円環状のものを用いることが考えられる。しかし、この場合は、転がり軸受が大型化すると、内輪又は外輪にシール部材を巻き付けることが難しくなるため、組み付け性の観点から好ましくない。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、組み付け及び交換を容易に行うことができるシール部材及び風車主軸用転がり軸受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】
【０００５】
（１）本発明のシール部材は、互いに相対回転する内側部材と外側部材との間に形成される環状空間を密封するための環状のシール部材であって、前記内側部材及び外側部材のうちの一方の部材に取り付けられ、周方向に分割された複数のシールセグメントを備え、前記シールセグメントは、互いに軸方向に並んで設けられ且つ前記内側部材及び外側部材のうちの他方の部材に摺接する第１リップ及び第２リップを有し、隣り合う前記シールセグメントのうちの、一方のシールセグメントの端部に設けられた凸部と、他方のシールセグメントの端部に設けられた凹部とを嵌合させて、前記隣り合うシールセグメント同士を隙間無く連結し、前記凸部及び凹部を互いに嵌合させた状態で、前記隣り合うシールセグメントの第１リップの端面同士の接合部と、前記隣り合うシールセグメントの第２リップの端面同士の接合部とが、互いに周方向の異なる位置に配置されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、シール部材を周方向に複数のシールセグメントに分割し、隣り合うシールセグメントのうちの一方の端部に設けられた凸部と、他方の端部に設けられた凹部とを嵌合させることで、隣り合うシールセグメント同士を連結することができる。これにより、シール部材の組み付け及び交換を容易に行うことができる。また、凹部と凸部とを嵌合させた状態で、隣り合うシールセグメントの第１リップの端面同士の接合部と、隣り合うシールセグメントの第２リップの端面同士の接合部とが、互いに周方向の異なる位置に配置されているため、シール部材の密封性能を高めることができる。
【０００７】
（２）前記シール部材において、隣り合う前記シールセグメントの端面同士は、互いに押圧して接合されていることが好ましい。この場合、隣り合うシールセグメントの端面同士の密封性能を高めることができる。
【０００８】
（３）前記シール部材において、隣り合う前記シールセグメントの端面同士の押圧力は、設計温度の変化域の下限において所定値以上に設定されていることが好ましい。
この場合、隣り合うシールセグメントの端面同士の押圧力は、設計温度の変化域の下限、すなわちシールセグメントが最も収縮している状態で、所定値以上に設定されているため、シール部材を低温下で使用しても、隣り合うシールセグメントの端面同士の密封性能を確保することができる。
【０００９】
（４）本発明の風車主軸用転がり軸受は、風力を受ける回転翼が一体回転可能に設けられた主軸を支持する風車主軸用転がり軸受であって、内輪と、外輪と、前記内外輪間の環状空間に転動可能に配置された複数の転動体と、前記環状空間を密封するための上記（１）〜（３）のいずれかに記載のシール部材とを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、上述したシール部材と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シール部材の組み付け及び交換を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る風車主軸用転がり軸受を備えた風力発電装置を示す側面図である。
【図２】上記風車主軸用転がり軸受を示す断面図である。
【図３】上記風車主軸用転がり軸受のシール部材を示す側面図である。
【図４】上記シール部材のシールセグメントを示す側面図である。
【図５】（ａ）は図４のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ｂ）は図４のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】隣り合う上記シールセグメントの内周面を示す図３のＣ矢視図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る風車主軸用転がり軸受のシール部材を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
図１は、本発明の一実施形態に係る風車主軸用転がり軸受を備えた風力発電装置を示す側面図である。図１に示すように、この風力発電装置１は、一端に風力を受ける回転翼２が一体回転可能に設けられた主軸３と、主軸３の回転力で発電する発電機４と、主軸３と発電機４の入力軸（図示省略）とを結合する増速機５と、これらを支持している支持台６とを備えている。主軸３は、支持台６に立設された軸受ハウジング７に組み込まれた転がり軸受（風車主軸用転がり軸受）１０によって回転自在に支持されている。
【００１３】
図２は、転がり軸受１０を示す断面図である。図２に示すように、転がり軸受１０は、円すいころ軸受からなり、内輪（内側部材）１１と、外輪（外側部材）１２と、内外輪１１，１２間の環状空間Ｓに転動可能に配置された複数の円すいころ（転動体）１３と、前記環状空間Ｓを密封する密封装置１４とを備えている。密封装置１４は、転がり軸受１０の内部側Ａのグリース（潤滑剤）が外部側Ｂへ漏れるのを防止するとともに、外部側Ｂから水分や塵埃等の異物が内部側Ａへ浸入するのを防止するものである。
【００１４】
密封装置１４は、内輪１１に圧入された環状のスリンガ１５と、環状のシール部材１６と、このシール部材１６を外輪１２に固定する固定手段１７とを備えている。スリンガ１５は、断面略Ｌ字状の金属製の環状部材からなり、内輪１１に圧入された円筒部１５ａと、この円筒部１５ａの外部側Ｂの端部から径方向外方に屈曲した環状部１５ｂとを有している。
【００１５】
固定手段１７は、シール部材１６を軸方向両側から挟持する第１挟持部材１７ａ及び第２挟持部材１７ｂと、第１及び第２挟持部材１７ａ，１７ｂを締結固定する締結部材としての締結ボルト１７ｃとを備えている。
第１挟持部材１７ａは、断面略Ｌ字状の金属製の環状部材からなり、外輪１２の内周面に圧入された状態で固定されている。第１挟持部材１７ａの内周側には、シール部材１６の外周面が当接するシール面１７ｄ、及びシール部材１６の内側面が当接する第１挟持面１７ｅが形成されている。第１挟持部材１７ａの外側面には締結ボルト１７ｃが螺合されるねじ穴１７ｆが形成されている。
【００１６】
第２挟持部材１７ｂは、金属製の環状板部材からなり、その径方向内側には、シール部材１６の外側面に当接する第２挟持面１７ｇが形成されている。これにより、シール部材１６は、第１挟持部材１７ａの第１挟持面１７ｅと第２挟持部材１７ｂの第２挟持面１７ｇとの間で挟持されている。第２挟持部材１７ｂには軸方向に貫通した貫通孔１７ｈが形成されている。
【００１７】
締結ボルト１７ｃは、第２挟持部材１７ｂの内側面を第１挟持部材１７ａの外側面に当接させた状態で、第２挟持部材１７ｂの貫通孔１７ｈを貫通して、第１挟持部材１７ａのねじ穴１７ｆに螺合されている。これにより、シール部材１６は、第１挟持部材１７ａと第２挟持部材１７ｂとにより挟持された状態で保持されている。
【００１８】
図３は、シール部材１６を示す側面図である。図３に示すように、シール部材１６は、例えば直径が１５００ｍｍ以上の大型のものであり、円弧状に形成された複数（例えば１２〜１５個）のシールセグメント２０を、周方向に沿って環状に配列することによって構成されている。すなわち、シール部材１６は、周方向に分割された複数のシールセグメント２０によって構成されている。
【００１９】
図２に示すように、シールセグメント２０は、合成ゴム（例えば、ニトリルゴム又はフッ素ゴム）等の弾性体からなり、シール本体２１と、シール本体２１の内周側において互いに軸方向に並んで形成された主リップ（第１リップ）２２及び副リップ（第２リップ）２３とを有している。第１リップ２２は、内部側Ａのグリースが外部側Ｂに漏れるのを防止するものであり、スリンガ１５の円筒部１５ａの内部側Ａに摺接している。第２リップ２３は、外部側Ｂから異物が内部側Ａへ浸入するのを防止するものであり、前記円筒部１５ａの外部側Ｂに摺接するようになっている。
【００２０】
図４は、シールセグメント２０を示す側面図である。また、図５（ａ）は図４のＡ−Ａ矢視断面図であり、図５（ｂ）は図４のＢ−Ｂ矢視断面図である。
図４に示すように、シールセグメント２０は、周方向の一端部に形成された凸部２４と、周方向の他端部に形成された凹部２５とを有している。図５（ａ）に示すように、凸部２４は、シール本体２１の一部及び主リップ２２を周方向に突出させることにより断面略コ字状に形成されている。シールセグメント２０の前記一端部には、シール本体２１の他部の端面及び副リップ２３の端面とからなる第１当接面２６が形成されている。
【００２１】
図５（ｂ）に示すように、凹部２５は、断面視において凸部２４と同様の領域となるシール本体２１の一部及び主リップ２２を周方向に窪ませることにより形成されている。シール本体２１の他部及び副リップ２３（図５（ｂ）のハッチング部分）に対応する図４の右側の端面は第２当接面２７とされている。すなわち、シールセグメント２０の前記他端部には、シール本体２１の他部の端面及び副リップ２３の端面とからなる第２当接面２７が形成されている。
【００２２】
図４に示すように、第１当接面２６に対する凸部２４の周方向の高さｈ１、及び第２当接面２７に対する凹部２５の周方向の深さｈ２は、小さ過ぎると密封性能が低下し、大き過ぎるとシールセグメント２０を組み付けるのが困難になる。このため、前記高さｈ１及び深さｈ２は、密封性能と組み付け性とのバランスを考慮して設定されている。本実施形態では、いずれも５〜２０ｍｍに設定されている。
【００２３】
図３に示すように、以上の構成により、隣り合うシールセグメント２０のうちの、一方の凸部２４と他方の凹部２５とを嵌合させ、前記一方の第１当接面２６と前記他方の第２当接面２７とを当接させることにより、両シールセグメント２０同士を隙間無く連結させることができる。その際、隣り合うシールセグメント２０の端面同士、すなわち互いに当接する第１当接面２６及び第２当接面２７、及び互いに当接する凸部２４の端面及び凹部２５の端面は、互いに押圧することによって接合されている。
【００２４】
隣り合うシールセグメント２０の端面同士の押圧力は、設計温度の変化域の下限において所定値以上に設定されている。ここで、「所定値」とは、隣り合うシールセグメント２０の端面同士の間において、外部側Ｂからの異物の侵入や内部側Ａからのグリース等の流出を抑制し、密封性能を発揮するために最低限必要な押圧力の値である。本実施形態では、設計温度は、例えば−２０℃〜１００℃に設定されている。そして、設計温度の変化域の下限である−２０℃において押圧力が所定値以上となるように、シールセグメント２０の材質であるニトリルゴムの熱膨張率が０．６５×１０-4〜２．４×１０-4に設定されている。また、ニトリルゴムの硬さは、ＪＩＳ Ｋ６２５３で規定されるデュロメータ硬さで、Ａ６０〜Ａ８０に設定されている。
【００２５】
図６は、隣り合うシールセグメント２０の内周面を示す図３のＣ矢視図である。図６に示すように、隣り合うシールセグメント２０の一方の凸部２４及び他方の凹部２５は、互いに嵌合させた状態において、隣り合う主リップ２２の端面２２ａ同士の接合部と、隣り合う副リップ２３の端面２３ａ同士の接合部とが、互いに周方向（図中の左右方向）の異なる位置に配置されるように形成されている。
【００２６】
以上、本実施形態の転がり軸受１０及びシール部材１６によれば、シール部材１６を周方向に複数のシールセグメント２０に分割し、隣り合うシールセグメント２０のうちの一方の端部に設けられた凸部２４と、他方の端部に設けられた凹部２５とを嵌合させることで、隣り合うシールセグメント２０同士を連結することができる。これにより、シール部材１６の組み付け及び交換を容易に行うことができる。また、凸部２４と凹部２５とを嵌合させた状態で、隣り合うシールセグメント２０の主リップ２２の端面同士の接合部と、隣り合うシールセグメント２０の副リップ２３の端面同士の接合部とが、互いに周方向の異なる位置に配置されているため、シール部材１６の密封性能を高めることができる。
【００２７】
また、隣り合うシールセグメント２０の端面同士は、互いに押圧して接合されているため、隣り合うシールセグメント２０の端面同士の密封性能を高めることができる。
また、隣り合う前記シールセグメント２０の端面同士の押圧力が、設計温度の変化域の下限、すなわちシールセグメント２０が最も収縮している状態で、所定値以上に設定されているため、シール部材１６を低温下で使用しても、隣り合うシールセグメント２０の端面同士の密封性能を確保することができる。
【００２８】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく適宜変更して実施可能である。例えば、上記実施形態におけるシール部材１６は、凸部２４及び凹部２５が形成された複数のシールセグメント２０を周方向に配列して構成されているが、図７に示すように、両端部に凸部２４を有するシールセグメント２０と、両端部に凹部２５を有するシールセグメント２０とを周方向に交互に配列することによって構成されていても良い。また、隣り合うシールセグメント２０は、端面同士を押圧することによって接合されているが、端面同士を接着剤で接合するようにしても良い。また、シール部材１６は、風車主軸用転がり軸受１０以外に、旋回盤等に用いられる他の大型の転がり軸受に適用することもできる。
【符号の説明】
【００２９】
２：回転翼、３：主軸、１０：転がり軸受（風車主軸用転がり軸受）、１１：内輪（内側部材）、１２：外輪（外側部材）、１３：円すいころ（転動体）、１６：シール部材、２０：シールセグメント、２２：主リップ（第１リップ）、２２ａ：端面、２３：副リップ（第２リップ）、２２ｂ：端面、２４：凸部、２５：凹部、Ｓ：環状空間
【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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