(57)【要約】【課題】耐摩耗性の向上による長寿命化を図りつつ密封性を確保できる。【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とを備えている。摺接部２５は、ゴム材からなり、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を有している。本体部２１は、摺接部２５よりも硬度が低いゴム材からなり、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
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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配設されるシール部材であって、
ゴム材からなり、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いる環状の摺接部と、
前記摺接部よりも硬度が低いゴム材からなり、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に記載のシール部材。
【請求項３】
前記摺接部と前記接合部との接合面が径方向に垂直な面である請求項１又は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】
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（例えば特許文献１の図１〜３参照）。かかる転がり軸受６０は、例えば図５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。このシール部材７０は、例えばＮＢＲ（ニトリルゴム）からなる。
【０００３】
この転がり軸受６０は風力発電装置のタワーの上部に設置されているため、シール部材７０の交換作業は容易にできるものではない。また、近年、風力発電装置の大型化に伴って、転がり軸受６０並びに転がり軸受６０が備えているシール部材７０も大型化しており、シール部材７０の交換作業は益々難しくなっている。そこで、交換頻度を減らすために、シール部材７０の長寿命化を図ることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３３４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シール部材７０の長寿命化対策として、シール部材７０のゴム材の配合組成を変更することが挙げられるが、充分な効果が得られない場合がある。例えば、耐摩耗性に優れたグラファイトやフッ素樹脂をゴムに配合すると、シール部材７０の耐摩耗性は向上するが、その反面、ゴムの耐油性が低下して、長寿命化を充分に図ることができない場合がある。また、グラファイトやフッ素樹脂をゴムに配合すると、ＮＢＲの油親和性のために、内輪６１に圧入されたスリンガ６５とこれに摺接する摺接部７５（シールリップ７６，７７）との界面から侵入したオイルを摺接部７５自体が吸収してしまい、その結果、摺接部７５が膨張して摺接面積が増加したり、ゴムの劣化が進んだりして、シール部材７０の緊縛力が低下して、密封性能が悪化する場合がある。
【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、耐摩耗性の向上による長寿命化を図りつつ密封性を確保できるシール部材、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、
ゴム材からなり、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いる環状の摺接部と、
前記摺接部よりも硬度が低いゴム材からなり、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を所望の耐摩耗性能を発揮し得る高硬度のゴム材とすることで、グラファイトやフッ素樹脂を配合することなく、摺接部の耐摩耗性の向上を図ることができる。
また、本発明のシール部材は、摺接部よりも硬度が低いゴム材を本体部に用いることにより、耐摩耗性の向上を図るためにシール部材全体を高硬度のゴム材とした場合に比べて、径方向に縮み易い。このため、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ので、密封性能を確保することができる。
【０００９】
（２）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接合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、接合部の径方向に弾性的に縮み得る幅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。
【００１０】
（３）前記摺接部と前記接合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、接合部が弾性変形し易くなる。
【００１１】
（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）〜（３）に記載のシール部材と同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００１２】
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、耐摩耗性の向上による長寿命化を図りつつ密封性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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変形例を示す断面図である。
【図５】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】
【００１４】
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とをタワー８の上部に備えている。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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及び摺接部２５は、非発泡性のゴム材からなっている。当該ゴム材は、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には、所望の耐摩耗性能を発揮し得る高い硬度のゴム材が用いられている。一方、本体部２１には、摺接部２５に比べて硬度が低く弾性変形し易いゴム材が用いられている。例えば、摺接部２５には、ＪＩＳ  Ｋ６２５３で規定されているディユロメータ硬さで、Ａ６５〜７０程度のゴム材が使用され、本体部２１には、前記摺接部２５より低い硬度のＡ５０〜５５程度のゴム材が使用され得る。本体部２１のゴム材と摺接部２５のゴム材は、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、及び延長部２３を径方向に縮めることで外周面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。
【００２６】
以上、本実施形態に係るシール部材２０は、スリンガ１５と摺接する主リップ２６と副リップ２７からなる摺接部２５に所望の耐摩耗性能を発揮し得る高硬度のゴム材を用いることで、グラファイトやフッ素樹脂を配合することなく、摺接部２５の耐摩耗性の向上を図ることができる。
また、本発明のシール部材２０は、摺接部２５よりも硬度が低いゴム材を本体部２１に用いることにより、耐摩耗性の向上を図るためにシール部材２０全体を高硬度のゴム材とした場合に比べて、径方向に縮み易い。このため、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ので、転がり軸受１０の密封性能を向上させることができる。このことは、本実施形態に係る風車主軸用転がり軸受１０のように直径が大きい回転軸（主軸３）を支持する場合に特に効果的である。
【００２７】
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、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。
【００２８】
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。
【００２９】
［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の変形例を示す。図４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。
【００３０】
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】
【００３１】
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、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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