(57)【要約】【課題】簡単な構造によってシール部材の剛性を確保することができ且つ密封性能を高めることができる密封装置及び風車主軸用転がり軸受を提供する。【解決手段】互いに相対回転する内輪１１と外輪１２との間に形成される環状空間Ｓを密封する密封装置１４は、外輪１２に取り付けられる環状のシール本体２１と、シール本体２１から内輪１１に向かって延び内輪１１に摺接する環状のシールリップ２２とを有するシール部材１６を備えている。また、密封装置１４は、シールリップ２２を内輪１１へと押圧付勢する付勢部３２と、シール本体２１に固定され付勢部３２から外輪１２に向けてシール本体２１の外形に沿って延びる本体部３１とを有する金属製の板バネ１７を備えている。【選択図】図２
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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密封装置であって、
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る環状のシール本体と、前記シール本体から前記内側部材及び外側部材のうちの他方の部材に向かって延び当該他方の部材に摺接する環状のシールリップとを有するシール部材と、
前記シールリップを前記他方の部材へと押圧付勢する付勢部と、前記シール本体に固定され前記付勢部から前記一方の部材に向けて前記シール本体の外形に沿って延びる本体部とを有する金属製の板バネとを備えていることを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記板バネの付勢部は、前記シール部材の周方向に沿って円弧状に形成されており、前記付勢部の前記シールリップとの接触部分には、前記周方向の所定箇所に複数の付勢側スリットが形成されている請求項１に記載の密封装置。
【請求項３】
前記板バネの本体部は、前記シール部材の周方向に沿って円弧状に形成されており、前記本体部には、前記周方向の所定箇所に本体側スリットが形成されている請求項１又は２に記載の密封装置。
【請求項４】
前記板バネは、前記シール部材の周方向に沿って円弧状に形成された複数の板バネセグメントにより構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の密封装置。
【請求項５】
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請求項１〜４のいずれか一項に記載の密封装置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、密封装置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密封装置を備え、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。
上記密封装置は、断面Ｌ字形の環状の芯金と、芯金に固定されているとともに内輪の外周面に摺接するシールリップが形成された環状のシール部材と、前記シールリップを径方向内方に押圧して密封性を高めるための環状のガータスプリングとを備えている（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２００８−３２１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記密封装置にあっては、シール部材以外に、シール部材の剛性を確保するための芯金と、シールリップの密封性を高めるためのガータスプリングとが必要になるため、密封装置の構造が複雑になるという問題があった。
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、簡単な構造によってシール部材の剛性を確保することができ且つ密封性能を高めることができる密封装置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）本発明の密封装置は、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密封装置であって、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る環状のシール本体と、前記シール本体から前記内側部材及び外側部材のうちの他方の部材に向かって延び当該他方の部材に摺接する環状のシールリップとを有するシール部材と、前記シールリップを前記他方の部材へと押圧付勢する付勢部と、前記シール本体に固定され前記付勢部から前記一方の部材に向けて前記シール本体の外形に沿って延びる本体部とを有する金属製の板バネとを備えていることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、板バネの付勢部によりシールリップを押圧付勢することができるとともに、前記付勢部からシール本体に沿って延びる板バネの本体部によりシール本体の剛性を確保することができる。これにより、板バネはシールリップを押圧付勢する機能とシール部材の剛性を確保する機能とを兼用することができるため、簡単な構造によってシール部材の剛性を確保することができ且つシールリップの密封性を高めることができる。
【０００７】
（２）前記板バネの付勢部は、前記シール部材の周方向に沿って円弧状に形成されており、前記付勢部の前記シールリップとの接触部分には、前記周方向の所定箇所に複数の付勢側スリットが形成されていることが好ましい。
この場合、板バネの付勢部に形成された付勢側スリットにより、付勢部が径方向に弾性変形し易くなるため、シールリップが摩耗変形しても、その変形に追従して付勢部が弾性変形することで、付勢部の押圧付勢力が低下するのを防止することができる。
【０００８】
（３）前記板バネの本体部は、前記シール部材の周方向に沿って円弧状に形成されており、前記本体部には、前記周方向の所定箇所に本体側スリットが形成されていることが好ましい。
この場合、板バネの本体部に形成された本体側スリットにより、本体部を円弧状に曲げ加工し易くなるため、板バネを容易に製作することができる。
【０００９】
（４）前記密封装置において、前記板バネは、前記シール部材の周方向に沿って円弧状に形成された複数の板バネセグメントにより構成されていることが好ましい。
板バネを周方向に長く形成した単一部材とした場合、その周方向両端部は周方向中間部に比べて周方向に伸び難いため、周方向両端部の押圧付勢力は、周方向中間部の押圧付勢力よりも弱くなる。これに対して、本発明の板バネは、周方向に沿って形成された複数の板バネセグメントにより構成されているため、各板バネセグメントにおける周方向両端部の押圧付勢力と周方向中間部の押圧付勢力との差を低減することができる。その結果、シールリップに対する付勢部の押圧付勢力を全周に亘って均一化することができる。
【００１０】
（５）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上記（１）〜（４）のいずれかに記載の密封装置とを備えていることを特徴とする。本発明によれば、上述した密封装置と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の密封装置によれば、簡単な構造によってシール部材の剛性を確保することができ且つ密封性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１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における密封装置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】上記密封装置の板バネを示す斜視図である。
【図７】上記板バネの板バネセグメントの要部を示す拡大斜視図である。
【図８】上記板バネの変形例を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る風車主軸用転がり軸受の密封装置における板バネの板バネセグメントを示す斜視図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る風車主軸用転がり軸受の密封装置における板バネの板バネセグメントを示す側面図である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、本発明の第１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。
【００１４】
図２は、前記転がり軸受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。内輪１１は、内輪本体１１ａと、環状のスリンガ１１ｂとを有している。スリンガ１１ｂは、断面略Ｌ字状の金属製の環状部材からなり、内輪本体１１ａに圧入された円筒部１１ｂ１と、この円筒部１１ｂ１の外部側Ｂの端部から径方向外方に屈曲した環状部１１ｂ２とを有している。なお、内輪１１は、内輪本体１１ａのみによって形成されていても良い。
【００１５】
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。密封装置１４は、外輪１２に取り付けられた環状のシール部材１６と、シール部材１６に取り付けられた環状の板バネ１７とを備えている。シール部材１６のシール本体２１は、外輪１２の内周面に圧入された環状の第１挟持部材１８及び環状の第２挟持部材１９とにより軸方向両側から挟持された状態で外輪１２に固定されている。第２挟持部材１９は、締結ボルト８により第１挟持部材１８に固定されている。
【００１６】
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。
【００１７】
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、環状の前記シール本体２１と、シール本体２１の内周側からスリンガ１１ｂの円筒部１１ｂ１に向かって延びる環状のシールリップ２２とを有している。シールリップ２２は、軸方向に並んで形成された主リップ２２ａ及び副リップ２２ｂとを有している。主リップ２２ａ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１１ｂの円筒部１１ｂ１の内部側Ａに摺接している。副リップ２２ｂ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１１ｂ１の外部側Ｂに摺接するようになっている。
【００１８】
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２２ａ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２２ｂの端面とからなる第１当接面２６が形成されている。
【００１９】
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２２ａ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２２ｂ（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２２ｂの端面とからなる第２当接面２７が形成されている。
【００２０】
以上の構成により、図３に示すように、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。
【００２１】
図６は、板バネ１７を示す斜視図である。図６に示すように、板バネ１７は、円弧状に形成された複数（例えば１０個）の板バネセグメント３０を、シール部材１６の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。板バネセグメント３０は、例えばＳＵＳ３０１又はＳＵＳ３０４等の金属製からなり、本体部３１と付勢部３２とを有している。本実施形態の本体部３１は、周方向に配列された複数（例えば１５個）の本体ピース３１ａと、隣り合う本体ピース３１ａ同士を連結する連結部３１ｂとによって構成されている。また、付勢部３２は、各本体ピース３１ａに一体に形成された複数（例えば１５個）の付勢ピース３２ａによって構成されている。
【００２２】
図２に示すように、付勢部３２の付勢ピース３２ａは、断面Ｃ形状に形成されており、シール本体２１の内周面２１ａと主リップ２２ａの外周面２２ａ１との間に配置されており、その先端部には主リップ２２ａの外周面２２ａ１に面接触する接触部分である押圧部３２ａ１が形成されている。これにより、主リップ２２ａは、複数の付勢ピース３２ａによりスリンガ１１ｂの円筒部１１ｂ１へと押圧付勢されている。なお、付勢ピース３２ａは、図８に示すように、断面Ｎ形状に形成されていても良い。
【００２３】
図２に示すように、本体部３１の本体ピース３１ａは、付勢ピース３２ａから外輪１２に向けてシール本体２１の外形に沿って延びており、全体として断面コ字形状に形成されている。本体ピース３１ａは、第１ピース部３１ａ１と、第２ピース部３１ａ２と、第３ピース部３１ａ３とを有している。第１ピース部３１ａ１は、シール本体２１の内周面２１ａに沿って軸方向の内部側Ａに延びており、前記内周面２１ａに加硫接着されている。第２ピース部３１ａ２は、第１ピース部３１ａ１から径方向外方に折れ曲がってシール本体２１の内部側Ａの端面に沿って延びており、その端面に加硫接着されている。第３ピース部３１ａ３は、第２ピース部３１ａ２から軸方向外部側Ｂに折れ曲がってシール本体２１の外周面に沿って延びており、その外周面に加硫接着されている。なお、本体ピース３１ａは、第３ピース部３１ａ３を有しないもの、すなわち第１ピース部３１ａ１と第２ピース部３１ａ２とによって断面Ｌ形状に形成されたものであっても良い。
【００２４】
図７は、板バネセグメント３０の要部を示す拡大斜視図である。図７に示すように、本体部３１の連結部３１ｂは、隣り合う本体ピース３１ａの第２ピース部３１ａ２同士の間において周方向に延びており、その周方向両端部は各第２ピース部３１ａ２の長手方向中央部に一体に連結されている。また、連結部３１ｂは、シール本体２１の内部側Ａの端面に加硫接着されている。
なお、隣り合う本体ピース３１ａ同士は連結部３１ｂにより連結されているが、この連結部３１ｂを有しない構造、すなわち各本体ピース３１ａが独立した構造であっても良い。この場合、本体部３１及び付勢部３２は、それぞれ単一の本体ピース３１ａ及び単一の付勢ピース３２ａにより構成される。そして、各板バネセグメント３０は、単一の本体ピース３１ａからなる本体部３１と、その本体ピース３１ａに一体に形成された単一の付勢ピース３２ａからなる付勢部３２とによって構成される。
【００２５】
図６及び図７において、板バネセグメント３０の本体部３１には、周方向所定間隔おきに複数の本体側スリット３１ｃが形成されている。本実施形態では、連結部３１ｂの径方向外方において隣り合う第２及び第３ピース部３１ａ２，３１ａ３同士の間に形成された隙間が本体側スリット３１ｃとされている。また、板バネセグメント３０の付勢部３２には、周方向所定間隔おきに複数の付勢側スリット３２ｃが形成されている。本実施形態では、連結部３１ｂの径方向内方において隣り合う押圧部３２ａ１同士の間に形成された隙間が付勢側スリット３２ｃとされている。本実施形態における本体側スリット３１ｃ及び付勢側スリット３２ｃは、その周方向の幅が４．５ｍｍに設定され、周方向に約３０分のピッチで形成されている。
【００２６】
以上、本実施形態の転がり軸受１０及び密封装置１４によれば、板バネ１７の付勢部３２によりシールリップ２２の主リップ２２ａを押圧付勢することができるとともに、付勢部３２からシール本体２１に沿って延びる板バネ１７の本体部３１によりシール本体２１の剛性を確保することができる。これにより、板バネ１７はシールリップ２２を押圧付勢する機能とシール部材１６の剛性を確保する機能とを兼用することができるため、簡単な構造によってシール部材１６の剛性を確保することができ且つシールリップ２２の密封性を高めることができる。
【００２７】
また、板バネ１７の付勢部３２には、隣り合う付勢ピース３２ａの押圧部３２ａ１同士の間に付勢側スリット３２ｃが形成されているため、付勢部３２が径方向に弾性変形し易くなる。これにより、シールリップ２２が摩耗変形しても、その変形に追従して付勢部３２が弾性変形することで、付勢部３２の押圧付勢力が低下するのを防止することができる。
また、板バネ１７の本体部３１には、隣り合う本体ピース３１ａ同士の間に本体側スリット３１ｃが形成されているため、本体部３１を円弧状に曲げ加工し易くなる。これにより、板バネ１７を容易に製作することができる。
【００２８】
従来のように板バネを周方向に長く形成した単一部材とした場合、その周方向両端部は周方向中間部に比べて周方向に伸び難いため、周方向両端部の押圧付勢力は、周方向中間部の押圧付勢力よりも弱くなる。これに対して、本実施形態の板バネ１７は、シール部材１６の周方向に沿って円弧状に形成された複数の板バネセグメント３０により構成されているため、各板バネセグメント３０における周方向両端部の押圧付勢力と周方向中間部の押圧付勢力との差を低減することができる。その結果、シールリップ２２に対する付勢部３２の押圧付勢力を全周に亘って均一化することができる。
【００２９】
図９は、本発明の第２実施形態に係る風車主軸用転がり軸受の密封装置における板バネの板バネセグメント３３を示す断面図である。図１１に示すように、本実施形態における板バネセグメント３３は、断面Ｌ形形状の本体部３４と、断面Ｃ形状の付勢部３５とを有している。本体部３４は、周方向に配列された複数の本体ピース３４ａと、全ての本体ピース３４ａを連結する単一の連結部３４ｂとによって構成されている。本実施形態では、連結部３４ｂは本体ピース３４ａと別体に設けられている。
【００３０】
本体ピース３４ａは、全体として断面Ｌ形状に形成されており、第１ピース部３４ａ１と第２ピース部３４ａ２とを有している。第２ピース部３４ａ２の先端部には、円弧状の凸部３４ａ３が形成されている。連結部３４ｂは、円弧状に形成されており、その径方向内周縁には周方向所定間隔おきに円弧状の凹部３４ｂ１が形成されている。各凹部３４ｂ１には、本体ピース３４ａの凸部３４ａ３が圧入して固定されている。
【００３１】
付勢部３５は、各本体ピース３４ａの第１ピース部３４ａ１に一体に形成された複数の付勢ピース３５ａによって構成されている。隣り合う付勢ピース３５ａの押圧部３５ａ１同士の間には付勢側スリット３５ｃが形成されている。本実施形態における本体部３４には、第１実施形態に示す本体側スリットは形成されていない。なお、本実施形態のその他の構成は第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００３２】
図１０は、本発明の第３実施形態に係る風車主軸用転がり軸受の密封装置における板バネの板バネセグメント３６を示す側面図である。また、図１１は、図１０のＣ−Ｃ矢視断面図である。図１０及び図１１において、本実施形態における板バネセグメント３６は、円弧状に形成された断面Ｌ形形状の本体部３７と、本体部３７と一体に円弧状に形成された断面Ｃ形状の付勢部３８とを有している。付勢部３８の押圧部３８ａには、周方向所定間隔おきに複数の付勢側スリット３８ｃが形成されている。本実施形態における本体部３７には、第１実施形態に示す本体側スリットは形成されていない。
【００３３】
本体部３７は、周方向の一端部に形成された凸部３７ａと、周方向の他端部に形成された凹部３７ｂとを有している。これにより、隣り合う板バネセグメント３６のうちの、一方の凸部３７ａと他方の凹部３７ｂとを嵌合させることで、両板バネセグメント３６同士が連結されている。なお、本実施形態のその他の構成は第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００３４】
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、周方向に分割された複数のシールセグメント２０により構成されているが、環状に形成された単一部材によって構成されていても良い。また、密封装置１４は、風車主軸用転がり軸受１０以外に、旋回座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】
【００３５】
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）、１４：密封装置、１６：シール部材、１７：板バネ、２１：シール本体、２２：シールリップ、３０，３３，３６：板バネセグメント、３１，３４，３７：本体部、３１ｃ：本体側スリット、３２，３５，３８：付勢部、３２ｃ，３５ｃ，３８ｃ：付勢側スリット、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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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