(57)【要約】      （修正有）【課題】交換を容易に行うことができ、かつ、汎用性に優れたシール部材を提供する。【解決手段】互いに相対回転する内輪１１と外輪１２との間の環状空間Ｓに配設されて、内輪１１と外輪１２との間を密封する円環状のシール部材シール部材１６であって、内輪１１の外周１１ａの周方向一周分の長さ以上の長さに形成された線状の弾性材料で構成されており、内輪１１の周方向に沿って環状に弾性変形した状態で環状空間Ｓに配設したことを特徴とする。【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の環状空間を密封するシール部材であって、
前記内側部材の外周面の周方向一周分の長さ以上の長さに形成された線状の弾性材料で構成されており、前記内側部材の周方向に沿って環状に弾性変形した状態で前記環状空間に配設されることを特徴とするシール部材。
【請求項２】
押出し成形によって形成された請求項１に記載のシール部材。
【請求項３】
前記シール部材は、螺旋状に複数回巻回されて前記環状空間に配設された場合に当該シール部材の両端部の周方向位置が略同一となる長さに形成され、
前記両端部は、テーパ面をそれぞれ有しており、
両テーパ面は、前記シール部材が螺旋状に巻回されて前記環状空間に配設された場合に互いに対向するように形成された請求項１又は請求項２に記載のシール部材。
【請求項４】
互いに平行な２つの側面の一方に係合凸部が形成され、他方に前記係合凸部と係合する係合凹部が形成されており、螺旋状に複数回巻回される請求項１又は請求項２に記載のシール部材。
【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、前記内輪と前記外輪との間の環状空間に転動可能に配置された複数の転動体と、を備え、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のシール部材が前記内輪の周方向に沿って環状に弾性変形した状態で前記環状空間に配設されたことを特徴とする風車主軸用転がり軸受。
【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、前記内輪と前記外輪との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密封装置と、を備え、
前記密封装置は、請求項４に記載のシール部材と、前記シール部材が前記内輪の周方向に沿って環状に弾性変形した状態で、その両側面を挟持して前記シール部材を前記外輪に固定する固定手段と、を有し、
前記シール部材を固定した状態で前記シール部材の係合凸部と係合する係合凹部又は前記シール部材の係合凹部と係合する係合凸部の少なくとも一方が前記固定手段に形成された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、互いに相対回転する内側部材と外側部材との間の環状空間を密封するシール部材、及び当該シール部材が配設された風車主軸用転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示すような風力発電装置においては、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空間を密封する円環状のシール部材を備えており、このシール部材によって外部の水分や塵埃が軸受内部に侵入することを防止している。従来、前記シール部材として、生ゴムを金型成形により無端円環状に成形した後、加硫して製造したシール部材が用いられていた。
【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】
しかし、前記無端円環状のシール部材は、一度軸受に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。また、主軸の直径に応じて金型成形されるものであるため、汎用性に欠けるという問題がある。
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、交換を容易に行うことができ、かつ、汎用性に優れたシール部材、及び当該シール部材が配設され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】
【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の環状空間を密封するシール部材であって、前記内側部材の外周面の周方向一周分の長さ以上の長さに形成された線状の弾性材料で構成されており、前記内側部材の周方向に沿って環状に弾性変形した状態で前記環状空間に配設されることを特徴とする。
【０００６】
本発明のシール部材は、内側部材の外周面の周方向一周分の長さ以上の長さに形成された線状の弾性材料で構成されており、内側部材の周方向に沿って環状に弾性変形した状態で環状空間に配設される。このため、環状空間に配設された前記シール部材をその端部から順に内側部材の周方向に沿って取り出すことで環状空間から取り外すことができる。そして、新しい前記シール部材をその端部から順に内側部材の周方向に沿って環状に弾性変形させて嵌め込むことで環状空間に配設することができる。このため、本発明のシール部材は、従来の無端円環状のシール部材と異なり、交換を容易に行うことができる。また、本発明のシール部材は、線状に形成されているため、長さの調整を容易に行うことができる。
【０００７】
（２）前記シール部材は、押出し成形によって形成されたものであることが好ましい。押出し成形によって形成することでシール部材の長さの調整が容易にでき、内側部材の直径に応じて成形金型を変更する必要がない。このため、従来の無端円環状のシール部材に比べて汎用性に優れている。
【０００８】
（３）前記シール部材は、螺旋状に複数回巻回されて前記環状空間に配設された場合に当該シール部材の両端部の周方向位置が略同一となる長さに形成され、前記両端部は、テーパ面をそれぞれ有しており、両テーパ面は、前記シール部材が螺旋状に巻回されて前記環状空間に配設された場合に互いに対向するように形成されていることが好ましい。この場合、シール部材を軸方向の幅が略一定の螺旋状に巻回して環状空間に配設することができる。換言すれば、シール部材の端部において段差が生じるのを防ぐことができる。
【０００９】
（４）前記シール部材は、互いに平行な２つの側面の一方に係合凸部が形成され、他方に前記係合凸部と係合する係合凹部が形成されており、螺旋状に複数回巻回されることが好ましい。この場合、螺旋状に巻回されたシール部材の軸方向に隣り合う部分同士を一体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、前記内輪と前記外輪との間の環状空間に転動可能に配置された複数の転動体と、を備え、上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載のシール部材が前記内輪の周方向に沿って環状に弾性変形した状態で前記環状空間に配設されたことを特徴とする。この風車主軸用転がり軸受は、上記（１）〜（４）に記載のシール部材と同様の効果を奏する。
【００１１】
（６）また、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、前記内輪と前記外輪との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密封装置と、を備え、前記密封装置は、上記（４）に記載のシール部材と、前記シール部材が前記内輪の周方向に沿って環状に弾性変形した状態で、その両側面を挟持して前記シール部材を前記外輪に固定する固定手段と、を有し、前記シール部材を固定した状態で前記シール部材の係合凸部と係合する係合凹部又は前記シール部材の係合凹部と係合する係合凸部の少なくとも一方が前記固定手段に形成されたことを特徴とする。この風車主軸用転がり軸受によれば、シール部材を固定手段に強固に固定できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、交換を容易に行うことができ、かつ、汎用性に優れたシール部材、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できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】風力発電装置の側面説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るシール部材が装着された風車主軸用転がり軸受の部分断面説明図である。
【図３】図２に示されるシール部材の風車主軸用転がり軸受への装着前の状態を示す斜視説明図である。
【図４】図２に示されるシール部材の風車主軸用転がり軸受への装着後の状態を示す正面説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るシール部材が装着された風車主軸用転がり軸受の部分断面説明図である。
【図６】図５に示されるシール部材の風車主軸用転がり軸受への装着後の状態を示す平面説明図である。
【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の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明のシール部材１６が配設される風車主軸用転がり軸受１０（以下、単に「転がり軸受」という。）を備えた風力発電装置１の側面説明図である。図１に示すように、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１０によって回転自在に支持されている。
【００１５】
図２は、本発明の第１実施形態に係るシール部材１６及び転がり軸受１０の部分断面説明図である。図２に示すように、転がり軸受１０は、円すいころ軸受であり、内輪（内側部材）１１と、外輪（外側部材）１２と、内輪１１と外輪１２との間の環状空間Ｓに転動可能に配設された複数の円すいころ（転動体）１３と、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へ漏れること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へ侵入することを防止するものである。
【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、環状に巻回されたシール部材１６と、当該シール部材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であり、内輪１１の軸方向端部の外周面１１ａに圧入される円筒部１５ａと、当該円筒部１５ａの外部側Ｂの端部から径外方向に屈曲した環状部１５ｂとを有している。
【００１７】
シール部材１６は、ニトリルゴム、アクリルゴム、及びフッ素ゴム等の合成ゴムや天然ゴム等の弾性材料からなる。図３は、固定手段１７への装着前のシール部材１６の状態を示す斜視説明図であり、図４は、固定手段１７への装着後のシール部材１６の状態を示す正面説明図である。シール部材１６は、図３に示すように、押出し成形によってスリンガ１５の円筒部１５ａの外周面の周方向一周分と同じ長さか、或いはこれよりも僅かに長い直線状に形成されて、この形状で加硫されたものである。なお、特許請求の範囲における「内側部材の外周面」には、内側部材の直接的な外周面だけでなく、本実施形態のように内側部材に固着されたスリンガ１５の表面にシール部材１６が当接する場合は、その円筒部１５ａの外周面も含まれる。
【００１８】
そして、シール部材１６は、内輪１１の周方向に沿って一周巻回されることで、図４に示すように、有端円環状に弾性変形した状態で後述する固定手段１７により挟持されて環状空間Ｓに配設されている。シール部材１６は、例えば直径１５００ｍｍ以上の円環状に弾性変形した状態で挟持されている。また、シール部材１６は、両端部１６ｂ，１６ｃの端面１６ｎ，１６ｍが転がり軸受１０の上側（図１における上側）、すなわち環状空間Ｓの上部で互いに当接するように巻回されている。
【００１９】
シール部材１６には、内輪１１の周方向に沿った直径１５００ｍｍ以上の円環状に弾性変形させて、両端部１６ｂ，１６ｃの端面１６ｎ，１６ｍを互いに当接させることができるように、ＪＩＳ  Ｋ６２５３で規定されているディユロメータ硬さで、例えばＡ６０〜Ａ７０の硬さのものが用いられている。
【００２０】
図２に示すように、シール部材１６の長手方向と直交する断面の形状は、略ホームベース状、すなわち、隣り合う２つの直角の角部と、当該各角部と隣り合う２つの鈍角の角部と、を有する略五角形状である。シール部材１６は、径方向内側に配設される楔状の面１６ｄとこれと対向する径方向外側の面１６ｕとの間の寸法が、互いに平行な側面１６ｅ，１６ｇ間の寸法よりも大きい構成である。楔状の面１６ｄは、側面１６ｅ，１６ｇと直交する方向に対して一方の面が６０°傾斜しており、他方の面が３０°傾斜している。
【００２１】
シール部材１６は、楔状の面１６ｄを径方向内側にして巻回されており、楔状に形成された部分は、スリンガ１５の円筒部１５ａと当接するリップ部１６ａとなっている。そして、前述した両傾斜面が交差する稜線によってスリンガ１５との間に線状のシール部が形成される。また、シール部材１６は、楔状の面１６ｄのうち内部側Ａの面が軸方向に対して６０°傾斜するとともに外部側Ｂの面が軸方向に対して３０°傾斜するように配設されている。このようにリップ部１６ａを楔状に形成することで、シール部材１６とスリンガ１５との摩擦による主軸３の回転トルクの損失を少なくしている。
【００２２】
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、この第１挟持部材１７ａ及び第２挟持部材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であり、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１６ｕが当接する内周面１７ｄ、及びシール部材１６の内側面１６ｅ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が螺合されるねじ孔１７ｆが形成されている。
【００２３】
第２挟持部材１７ｂは、金属製の環状板部材であり、その径方向内側には、シール部材１６の外側面１６ｇ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によって挟持されている。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。
【００２４】
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のねじ孔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とによって挟持された状態で保持されている。
【００２５】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係るシール部材２６及び転がり軸受２０について説明するが、上記第１実施形態と共通する構成については説明を省略し、異なる構成について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るシール部材２６及び転がり軸受２０の部分断面説明図である。また、図６は、図５に示す転がり軸受２０のうち、芯金１５、内輪１１、及びシール部材２６のみをこれらの上方から見た平面説明図である。
【００２６】
図５及び図６に示すように、シール部材２６は、軸方向に螺旋状に二周巻回されて円環状に弾性変形した状態で第１挟持面２７ｅと第２挟持面２７ｇとの間で挟持されている。シール部材２６の内部側Ａの側面２６ｅには係合凸部２６ｆが形成されており、シール部材２６の外部側Ｂの側面２６ｇには係合凹部２６ｈが形成されている。また、固定手段２７の第１挟持面２７ｅには係合凹部２７ｉが形成されており、第２挟持面２７ｇには係合凸部２７ｊが形成されている。シール部材２６の係合凸部２６ｆと係合凹部２６ｈ、及び固定手段２７の係合凹部２７ｉと係合凸部２７ｊは、シール部材２６が固定手段２７に装着された状態で凹部と凸部が係合するように対応する径方向位置に形成されている。
【００２７】
そして、シール部材２６が固定手段２７に装着された状態で、シール部材２６の係合凸部２６ｆと係合凹部２６ｈとが係合している。また、第１挟持面２７ｅの係合凹部２７ｉとシール部材２６の係合凸部２６ｆとが係合しており、第２挟持面２７ｇの係合凸部２７ｊとシール部材２６の係合凹部２６ｈとが係合している。
【００２８】
シール部材２６は、螺旋状に二周巻回して環状空間Ｓに配設された際に両端部２６ｂ，２６ｃが同じ周方向位置となるように、押出し成形によって円筒部１５ａの外周面の周方向一周分の長さの２倍程度の長さの直線状に成形され、この形状で加硫されている。シール部材２６の両端部２６ｂ，２６ｃは、図６に示すように両端面２６ｅ，２６ｇ間の幅が先細りとなる平面視テーパ状に形成されており、方形状のテーパ面２６ｎ，２６ｍを有している。テーパ面２６ｎ，２６ｍは、螺旋状に巻回して環状空間Ｓに配設された際に、互いに平行となって円筒部１５ａの外周面の面内方向に対向するように形成されている。
【００２９】
そして、シール部材２６は、両端部２６ｂ，２６ｃが転がり軸受２０の上側（図１における上側）、すなわち環状空間Ｓの上部に位置するように巻回されており、テーパ面２６ｎ，２６ｍが互いに対向している。また、シール部材２６は、内部側Ａの端部２６ｂから外部側Ｂの端部２６ｃへ向かう巻回の向きが内輪１１の回転する向きと反対になるように巻回されている。巻回されたシール部材２６は、内部側Ａの端部２６ｂから一定の軸方向位置において略一周巻回されている内側巻回部２６ｐと、この内側巻回部２６ｐから軸方向外方へ屈曲しており、両テーパ面２６ｎ，２６ｍと接している屈曲部２６ｑと、内側巻回部２６ｐより軸方向外側の一定の軸方向位置において屈曲部２６ｑから外部側Ｂの端部２６ｃまで略一周巻回されている外側巻回部２６ｒと、を有している。
【００３０】
本発明の第１，第２実施形態に係るシール部材１６，２６は、内輪１１の外周面１１ａの周方向一周分の長さ以上の長さに形成された直線状の合成ゴムで構成されており、内輪１１の周方向に沿って円環状に弾性変形した状態で当該環状空間Ｓに配設される。このため、環状空間Ｓに配設されたシール部材１６，２６をその端部１６ｃ，２６ｃから順に環状空間Ｓの周方向に沿って取り出すことで環状空間Ｓから取り外すことができる。そして、新しいシール部材１６，２６をその端部１６ｂ，２６ｂから順に環状空間Ｓの周方向に沿って円環状に弾性変形させて嵌め込むことで環状空間Ｓに配設することができる。このため、シール部材１６，２６は、従来の無端円環状のシール部材と異なり、交換が容易である。
【００３１】
また、従来の無端円環状のシール部材は、主軸３の径の変更等に伴って径が変更されると、成形金型も変更する必要があるが、本発明の第１，第２実施形態に係るシール部材１６，２６は、主軸３の径が変更されても押出し成形で押し出す長さを変更するだけで対応できる。このため、シール部材１６，２６は、従来の無端円環状のシール部材に比べて汎用性に優れている。なお、押出し成形によりシール部材を製造することが、長さの調整が容易であるために好ましいが、射出成形等で長い線状に形成した後、必要な長さに切断するなどして長さの調整をすることでシール部材を製造してもよい。
【００３２】
また、本発明の第１，第２実施形態に係るシール部材１６，２６は、両端部１６ｂ，１６ｃ，２６ｂ，２６ｃが転がり軸受１０，２０の上側に位置するように巻回されている。このため、両端部１６ｂ，１６ｃ，２６ｂ，２６ｃの間から転がり軸受１０，２０の内部側Ａのグリースが外部側Ｂへ漏れること、及び外部側Ｂから水分や塵埃等の異物が内部側Ａへ流入することを防止できる。
【００３３】
本発明の第２実施形態に係るシール部材２６は、螺旋状に２回巻回して環状空間Ｓに配設された場合に両端部２６ｂ，２６ｃの周方向位置が略同一となる長さに形成されている。また、両端部２６ｂ，２６ｃは、テーパ状に形成されており、テーパ面２６ｎ，２６ｍは、螺旋状に巻回して環状空間Ｓに配設された場合に互いに円筒部１５ａの外周面の面内方向に対向する。このため、シール部材２６を軸方向の幅が略一定の螺旋状に巻回して環状空間Ｓに配設することができる。その結果、シール部材２６を固定部材２７によって挟持させた状態において、シール部材２６と第１挟持面２７ｅ及び第２挟持面２７ｇとの間に隙間が生じないので、密封装置２４の密封性を良くすることができる。
【００３４】
また、本発明の第２実施形態に係るシール部材２６は、内部側Ａの端部２６ｂから外部側Ｂの端部２６ｃへ向かう巻回の向きが内輪１１の回転する向きと反対になるように巻回されている。このため、転がり軸受２０の内部側Ａのグリースがシール部材２６の軸方向に互いに対面する側面２６ｅ，２６ｇの間を通って外部側Ｂへ漏れることを防止できる。
【００３５】
また、本発明の第２実施形態に係る転がり軸受２０では、シール部材２６の互いに平行な２つの側面２６ｅ，２６ｇの一方に形成された係合凸部２６ｆと他方に形成された係合凹部２６ｈとが係合する。また、第１挟持面２７ｅの係合凹部２７ｉとシール部材２６の係合凸部２６ｆとが係合し、シール部材２６の係合凹部２６ｈと第２挟持面２７ｇの係合凸部２７ｊとが係合する。このため、螺旋状に巻回されたシール部材２６の軸方向に隣り合う部分同士を一体化できる。また、シール部材２６を固定手段２７に強固に固定できる。
【００３６】
〔変形例〕
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、シール部材１６，２６は、上述の実施形態のように直線状であることが取扱い易いために好ましいが、弓状、或いはスリンガ１５の円筒部１５ａの外周よりも大きな半径を有する円弧状であってもよい。また、第１実施形態において、シール部材１６は、外周面１６ｕ側（図４における外周）がリップ部１６ａ側（図４における内周）よりも長く形成されていてもよい。この場合、両端面１６ｎ，１６ｍが互いに当接し易くなる。さらに、第２実施形態においてシール部材２６の巻き数は、要求される密封性能に応じて適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３７】
２：回転翼、３：主軸、１０，２０：転がり軸受（風車主軸用転がり軸受）、１１：内輪（内側部材）、１１ａ：外周面、１２：外輪（外側部材）、１３：円すいころ（転動体）、１４：密封装置、１６，２６：シール部材、１６ｂ，１６ｃ，２６ｂ，２６ｃ：端部、１６ｎ，１６ｍ：端面、２６ｎ，２６ｍ：テーパ面、１６ｅ，１６ｇ，２６ｅ，２６ｇ：側面、２６ｆ：係合凸部、２６ｈ：係合凹部、２７：固定手段、２７ｉ：係合凹部、２７ｊ：係合凸部、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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