(57)【要約】【課題】軽量化及び密封性の向上を図りつつ摺接部の耐摩耗性を確保する。【解決手段】互いに相対回転する内輪１１と外輪１２との間に配設されるシール部材２０であって、環状の摺接部２５及び本体部２１を備えている。摺接部２５は、内輪１１の外周面に圧入されたスリンガ１５に摺接する主リップ２６を有しており、非発泡ゴムからなる。本体部２１は、発泡ゴムからなり、摺接部２５と接合している環状の延長部２３を有しており且つ外輪１２の内周面に圧入された第１挟持部材１７ａに対して径方向に当接して固定される。【選択図】      図２
2015169241.tif 000002
【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配設されるシール部材であって、
前記内側部材及び前記外側部材のうちの一方の部材に摺接するシールリップを有しており、非発泡ゴムからなる環状の摺接部と、
発泡ゴムからなり、前記摺接部と接合している環状の接合部を有しており且つ前記内側部材及び前記外側部材のうちの他方の部材に対して径方向に当接して固定される本体部と、を備えたことを特徴とするシール部材。
【請求項２】
前記摺接部は前記本体部よりも硬度が高い請求項１に記載のシール部材。
【請求項３】
前記本体部は、軸方向に延在し且つ前記他の部材に当接する固定部を有しており、前記接合部は、当該固定部から径内方向に延設された延長部からなり、前記シールリップは軸方向に延びており、当該シールリップの基端部と前記延長部とが接合している請求項１又は２に記載のシール部材。
【請求項４】
前記基端部と前記延長部との接合面が径方向に垂直な面である請求項３に記載のシール部材。
【請求項５】
前記本体部は、非発泡ゴムからなり前記他方の部材に当接する環状の当接層を備えている請求項１〜４のいずれか一項に記載のシール部材。
【請求項６】
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１〜５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】
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。かかる転がり軸受６０は、例えば図６に示すように、内輪６１と外輪６２との間の環状隙間Ｓを密封するための円環状のシール部材７０を備えており、ころ６３が収容されている軸受内部に水分や塵埃が侵入するのを防止するようになっている。従来、シール部材７０の材質としてはニトリルゴム（ＮＢＲ）やフッ素ゴム（ＦＫＭ）等の非発泡ゴムが用いられている。
【０００３】
上記の転がり軸受６０の大型化に伴い、シール部材７０も大型化・重量化しており、当該シール部材７０の内外輪６１，６２間への組付け作業が難しくなっている。そこで、例えば特許文献１に記載されているように、発泡ゴムからなるシール部材を用いることが考えられる。発泡ゴムを用いれば、シール部材７０の軽量化を図ることができるので、組付け性が改善され、加えて、内輪６１の偏心に対する追従性が良くなることで密封性が向上する等の効果も期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−５８５２８号公報（段落［００２５］等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、シール部材７０全体の材質を発泡ゴムとすると、非発泡ゴムからなるシール部材に比べて、スリンガ６５の外周面６５ｃに摺接する摺接部７５（シールリップ７６，７７）が早期に摩耗して、シール部材７０の寿命（耐用年数）が短くなる虞がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、軽量化及び密封性の向上を図りつつ摺接部の耐摩耗性を確保することができるシール部材、及び当該シール部材を備えた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】
【０００７】
（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配設されるシール部材であって、
前記内側部材及び前記外側部材のうちの一方の部材に摺接するシールリップを有しており、非発泡ゴムからなる環状の摺接部と、
発泡ゴムからなり、前記摺接部と接合している環状の接合部を有しており且つ前記内側部材及び前記外側部材のうちの他方の部材に対して径方向に当接して固定される本体部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明のシール部材は、内側部材又は外側部材と摺接するシールリップを有する摺接部が非発泡ゴムからなるため、シール部材全体の材料として発泡ゴムを用いることによる摺接部の耐摩耗性の低化を防止することができる。
また、本発明のシール部材は、発泡ゴムからなる環状の接合部を有しているので径方向に弾性収縮することができる。このため、全体が非発泡ゴムからなる弾性収縮しないシール部材に比べて、前記他方の部材に対して前記一方の部材が偏心した際の当該一方の部材に対する偏心追従性を向上させることができる。したがって、本発明のシール部材は、全体が非発泡ゴムからなるシール部材に比べて、密封性能を向上させることができる。
【０００９】
（２）前記摺接部は前記本体部よりも硬度が高いものとすることができる。摺接部の材質として接合部の発泡ゴムよりも高い硬度の非発泡ゴムを用いれば、本体部の発泡ゴムと同程度の硬度の非発泡ゴムを用いる場合よりも当該摺接部の耐摩耗性を向上させることができる。
【００１０】
（３）前記本体部は、軸方向に延在し且つ前記他の部材に当接する固定部を有しており、前記接合部は、当該固定部から径内方向に延設された延長部からなり、前記シールリップは軸方向に延びており、当該シールリップの基端部と前記延長部とが接合していることが好ましい。この場合、接合部の径方向寸法を大きくとることができ、これにより、接合部の径方向への弾性収縮による変形量を大きくとることができる。したがって、シール部材の偏心追従性、ひいては密封性能をさらに向上させることができる。
【００１１】
（４）前記基端部と前記延長部との接合面が径方向に垂直な面であることが好ましい。この場合、接合面が前記他方の部材に対する前記一方の部材の偏心方向に直交しているので、延長部が弾性変形し易くなる。
【００１２】
（５）前記本体部は、非発泡ゴムからなり前記他方の部材に当接する環状の当接層を備えていることが好ましい。このような当接層を備えることにより、シール部材全体を発泡ゴムとする場合に比べて当該シール部材と前記他方の部材の間の密封性を確保することができる。
【００１３】
（６）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）〜（５）のいずれか一つに記載のシール部材とを備えていることを特徴とする。
この風車主軸用転がり軸受は、上記（１）〜（５）に記載のシール部材と同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のシール部材及び風車主軸用転がり軸受によれば、軽量化及び密封性の向上を図りつつ摺接部の耐摩耗性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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のシール部材を示す断面図である。
【図３】上記シール部材の配設方法を示す側面説明図である。
【図４】上記実施形態のシール部材の第１の変形例を示す断面図である。
【図５】上記実施形態のシール部材の第２の変形例を示す断面図である。
【図６】従来の風車主軸用転がり軸受のシール部材を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のシール部材及び風車主軸用転がり軸受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１０を備えた風力発電装置１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。
【００１７】
図２は、転がり軸受１０のシール部材２０とその周辺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１１と、外輪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１３（転動体）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へ侵入するのを防止する。
【００１８】
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２０と、このシール部材２０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。
【００１９】
固定手段１７は、シール部材２０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２０の外周面２０ａが当接するシール面１７ｄ、及びシール部材２０の内側面２０ｂ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。
【００２０】
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２０の外側面２０ｃ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２０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、締結ボルト１７ｃのねじ部が挿通可能な、軸方向に貫通した貫通孔１７ｈが形成されている。
【００２１】
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２０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。
【００２２】
シール部材２０は、第１及び第２挟持部材１７ａ，１７ｂにより挟持され且つ第１挟持部材１７aのシール面１７ｄに対して径方向に当接して固定されている本体部２１と、当該本体部２１と接合し且つスリンガ１５の円筒部１５ａに摺接する摺接部２５とを備えている。シール部材２０は、例えば直径が１５００ｍｍ以上の大型のものである。
【００２３】
本体部２１は、軸方向に延在しており且つ第１挟持部材１７ａのシール面１７ｄに当接している固定部２２と、当該固定部２２から径内方向に延設されている、接合部である延長部２３とで構成されている。固定部２２は、断面が径方向を幅方向とする細長い略矩形に形成されており、第１挟持面１７ｅ及び第２挟持面１７ｇにも当接している。延長部２３は、固定部２２の軸方向外側の端部から延出している。
摺接部２５は、延長部２３の径内側の端部と接合している。摺接部２５と延長部２３との接合面２４は、円筒状に形成されており、径方向に対して直交している。摺接部２５は、延長部２３の内周側において互いに軸方向に並んで配設された主リップ２６と副リップ２７とで構成されている。
【００２４】
主リップ２６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、接合面２４から内部側Ａ（軸方向内側）へ向かって延びて、円筒部１５ａの外周面１５ｃにおける内部側Ａに摺接している。主リップ２６は、先端部の径方向の外側に環状溝を有しており、当該環状溝にはガータスプリング２９が嵌入されている。ガータスプリング２９は、主リップ２６を径方向の内方に押圧している。副リップ２７は、異物が内部側Ａへ侵入するのを防止するものであり、接合面２４から延びて主リップ２６から分岐し、さらに外部側Ｂ（軸方向外側）且つ径内方向へ延びて、円筒部１５ａの外周面１５ｃにおける外部側Ｂに摺接している。
【００２５】
延長部２３の径方向寸法は、固定部２２の径方向寸法と略同一であり、摺接部２５の径方向寸法よりも大きい。
本体部２１は、全体が微発泡（独立気泡型）の発泡ゴムからなっている。一方、摺接部２５は、全体が非発泡ゴムからなっている。当該発泡ゴム及び非発泡ゴムは、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等の合成ゴムや天然ゴム（ＮＲ）とすることができる。摺接部２５の非発泡ゴムは、本体部２１の発泡ゴムよりも硬度が高く設定されている。具体的には、非発泡ゴムの硬度は、ＪＩＳ  Ｋ６２５３で規定されているディユロメータ硬さで、例えばＡ７０程度であり、発泡ゴムの硬度は、例えばＡ５０程度である。前記発泡ゴムと非発泡ゴムとは、同種のゴムであってもよいし、異種のゴムであってもよい。
【００２６】
本体部２１と摺接部２５とは、それぞれ独立に二軸押出機によって押出成形された後、直線形状のまま加硫成形によって接合される。両者が同種のゴムからなる場合、両者は加硫接着によって直接的に接合される。一方、異種のゴムからなる場合、両者は接合部分に両者をブレンドしたペースト状の未加硫ゴムを塗布するなどした上で加硫接着によって接合される。
【００２７】
図３は、スリンガ１５の外周面１５ｃと第１挟持部材１７ａのシール面１７ｄとの間にシール部材２０を配設する方法を示す側面説明図である。シール部材２０は、その配設前の外周面２０ａの径が図３に示すようにシール面１７ｄの径よりやや大きくなる長さに形成されている。また、シール部材２０は、配設前の径方向寸法が外周面１５ｃとシール面１７ｄとの間の径方向寸法よりもやや大きくなる幅に形成されている。そして、シール部材２０は、直線状のものを環状にして両端部２０ｅ，２０ｆを周方向に互いに当接させて押し込むこと、及び接合部２３を径方向に圧縮することで外周面１５ｃとシール面１７ｄとの間に配設される。このように配設することで、シール部材２０は、シール面１７ｄを径外方向に押圧して外輪１２に対して相対回転しないように固定され、外輪１２に対する内輪１１の偏心に追従する。
【００２８】
以上、本実施形態に係るシール部材２０は、摺接部２５が非発泡ゴムからなるため、シール部材２０全体の材料として発泡ゴムを用いることによる摺接部２５の耐摩耗性の低下を防止することができる。
また、シール部材２０の延長部２３は、発泡ゴムからなっており、発泡ゴム中の気泡の体積が小さくなることによって径方向に弾性収縮することができる。このため、シール部材２０は、全体が非発泡ゴムからなる非圧縮のシール部材に比べて、外輪１２に対して内輪１１が偏心した際の内輪１１に対する偏心追従性を向上させることができる。したがって、シール部材２０は、全体が非発泡ゴムからなるシール部材に比べて、密封性を向上させることができる。
【００２９】
また、摺接部２５の非発泡ゴムは本体部２１の発泡ゴムよりも硬度が高いので、摺接部２５の材質として本体部２１の発泡ゴムと同程度の硬度の非発泡ゴムを用いる場合よりも摺接部２５の耐摩耗性を向上させることができる。
【００３０】
また、固定部２２は、幅方向が径方向であり、延長部２３は、固定部２２から径内方向に延設されており、主リップ２６は軸方向に延びており、主リップ２６（及び副リップ２７）の基端部２６ａと延長部２３とが接合している。このため、発泡ゴムからなる接合部（延長部）２３の径方向寸法を大きくとることができ、これにより径方向の弾性収縮による変形量を大きくとることができる。したがって、シール部材２０の偏心追従性、ひいては密封性能をさらに向上させることができる。
また、接合面２４が径方向に垂直な面であり、外輪１２に対する内輪１１の偏心方向に直交しているので、延長部２３が弾性変形し易くなる。
【００３１】
また、摺接部２５には、耐熱性、耐候性に優れているＨＮＢＲや耐熱性、耐摩耗性、及び耐候性に優れているＦＫＭ等を用い、本体部２１には、ＮＢＲやＮＲといった、ＨＮＢＲやＦＫＭに比べて安価なゴムを用いることで、所望の性能を発揮させつつ材料コストを抑えることもできる。
また、シール部材２０を押出し成形により成形することにより、円環状の金型により成形する場合に比べて、金型製作費等が不要となる分、成形時のコストを低減させることができる。
【００３２】
［変形例］
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。以下、上記実施形態の変形例の上記実施形態と異なる部分について説明する。
図４は、シール部材２０の第１の変形例を示す。図４に示すように、このシール部材２０の本体部２１の最外径側には、非発泡ゴムからなり、シール面１７ｄに当接する円筒状の当接層２８が配設されている。本体部２１は、シール面１７ｄに直接的に当接する上記実施形態（図２参照）と異なり、当接層２８を介して間接的にシール面１７ｄに当接している。当接層２８の厚さ（径方向寸法）は１〜２ｍｍ程度である。当接層２８の非発泡ゴムは、ＮＢＲ、ＨＮＢＲ、ＦＫＭ等とすることができ、材料コストや転がり軸受１０の使用環境を考慮して適宜の材料を選択することができる。また、当接層２８の非発泡ゴムの硬度は、例えば摺接部２５の非発泡ゴムの硬度（上記の例の場合、Ａ７０程度）と同程度とすることができる。
当接層２８は、二軸押出方機によって帯状に押出し成形された後、加硫成形によって、接合部２３と摺接部２５との接合と同時に、本体部２１と接合される。
【００３３】
図４に示されるシール部材２０は、本体部２１の最外径側に、非発泡ゴムからなり、シール面１７ｄに当接する環状の当接層２８が配設されているので、シール部材２０全体を発泡ゴムとする場合に比べて、シール面１７ｄとの間の密封性を確保できる。また、シール部材２０は、シール面１７ｄに対して摺動することがあるが、本変形例では非発泡ゴムからなる当接層２８を備えているので、この摺動によるシール部材２０の最外径側の摩耗の発生を防止することができる。
【００３４】
図５は、シール部材２０の第２の変形例を示す。図５に示すように、このシール部材２０の延長部２３と摺接部２５との接合面２４Ａは凹凸に形成されている。延長部２３と摺接部２５とは、本体部２１の押出し成形において延長部２３の先端に凹部を形成する一方で、摺接部２５の押出し成形において主リップ２６（及び副リップ２７）の基端部２６ａに凸部を形成し、当該凹部と凸部とを嵌合して加硫成形によって接着することで接合される。
当該シール部材２０は、接合面２４Ａが凸凹に形成されているので、接合面が平坦な場合よりも、本体部２１と摺接部２５との接合面積を増大させることができ、これらが接合する力を強くすることができる。
【００３５】
なお、上記転がり軸受１０は、摺接部２５が内輪１１の外周面に直接摺接する構成であってもよく、本体部２１が外輪１２の内周面に対して径方向に直接当接して固定される構成であってもよい。また、そのシール部材２０をスリンガ１５の外周面１５ｃと第１挟持部材１７ａのシール面１７ｄとの間に配設する際に、当該シール部材２０の両端部２０ｅ，２０ｆをエポキシ樹脂により接着してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
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）、１５：スリンガ（内側部材）、１７ａ：第１挟持部材（外側部材）、２０：シール部材、２１：本体部、２３：延長部（接合部）、２４：接合面、２４Ａ：接合面、２５：摺接部、２６：主リップ（シールリップ）、２６ａ：基端部、２８：当接層、Ｓ：環状空間
【図１】
2015169241.tif 000003
【図２】
2015169241.tif 000004
【図３】
2015169241.tif 000005
【図４】
2015169241.tif 000006
【図５】
2015169241.tif 000007
【図６】
2015169241.tif 000008