(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪の間の軸受空間を、シール部材で密封した密封型転がり軸受であって、
前記外輪には、
外部に連通するシリンダー穴と、
前記シリンダー穴と前記軸受空間とを連通する接続穴と、
が形成され、
前記シリンダー穴内に摺動自在に配置され、前記シリンダー穴を密封するピストンを備え、
前記シリンダー穴と前記接続穴とにより形成される連通空間と前記軸受空間とに充填された潤滑油が、前記ピストンと前記シール部材とにより密封され、
前記ピストンは、前記ピストンの一方の端面に印加される外部からの圧力と、前記ピストンの他方の端面に印加される前記潤滑油の圧力とが等しくなるように、前記シリンダー穴内を移動自在であり、
前記シリンダー穴は、前記外輪と同芯に筒状に形成され、
前記ピストンは、中空筒状の形状を有することを特徴とする密封型転がり軸受。
【請求項２】
内輪と外輪の間の軸受空間を、シール部材で密封した密封型転がり軸受であって、
前記外輪には、
外部に連通するシリンダー穴と、
前記シリンダー穴と前記軸受空間とを連通する接続穴と、
が形成され、
前記シリンダー穴内に摺動自在に配置され、前記シリンダー穴を密封するピストンを備え、
前記シリンダー穴と前記接続穴とにより形成される連通空間と前記軸受空間とに充填された潤滑油が、前記ピストンと前記シール部材とにより密封され、
前記ピストンは、前記ピストンの一方の端面に印加される外部からの圧力と、前記ピストンの他方の端面に印加される前記潤滑油の圧力とが等しくなるように、前記シリンダー穴内を移動自在であり、
前記接続穴は、前記外輪の内周面の中央に形成され、周方向に連続する溝を含むことを特徴とする密封型転がり軸受。
【請求項３】
前記接続穴は、前記外輪の内周面の中央に形成され、周方向に連続する溝を含むことを特徴とする、請求項１に記載の密封型転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密封型転がり軸受に関し、より詳しくは、深海などの高圧環境下において確実にシールすることができる密封型転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、我が国では海底に眠る資源を活用する動きが活発である。海底から資源等を掘削する装置等は、水圧のため高圧となる環境において効率良く作動しなければならない。したがって、掘削装置等に用いる密封型転がり軸受は、海底の高圧下で密閉が維持され、異物の進入を防ぐシール構造の提供が不可欠である。
【０００３】
一般の密封型転がり軸受には、外部からの異物が転がり軸受内に侵入するのを防止するため、密封装置が配設されている。従来、密封装置に用いるシールの先端であるシールリップ部の形状を工夫し、摺接によって高圧をシールする構成がが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、図９の断面図に示すように、シール部材１１９に形成したシール突条部１２４の先端縁を、内輪１０５の端面に形成した段差面１２７に摺接させる密封型転がり軸受１０１ａが開示されている。特許文献２には、図１０の断面図に示すように、外輪２１１と内輪２１２の半径方向ガタをΔｒとすると、シールリップ２１６ｄの円筒面２１２ｃに対する締め代Ｂを、Δｒ／２以上に設定する密封型転がり軸受２１０が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６０６７７号公報
【特許文献２】特開２００６−１８３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
海底などでは、その深度によるが１００００ｍ以上の深海もあり、想定される圧力は、１０００気圧を超える。このような環境下では、特許文献１、２に示したように高圧下での密封維持を実現するためにシールリップ等の形状の工夫する構成では、外圧が大きくなりすぎるため、シールは維持できない。即ち、１０００気圧の状況では、シール内に密閉した気体は、外圧に反比例して縮小し、かつ、封入した潤滑油でさえ収縮してしまう。よって、シール形状を工夫して密閉するという従来構造は、深海などの高圧環境下においては対応できなくなる。
【０００７】
かかる実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、高圧環境下においても確実にシールすることができる密封型転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した密封型転がり軸受を提供する。
【０００９】
密封型転がり軸受は、内輪と外輪の間の軸受空間を、シール部材で密封するタイプのものである。前記外輪には、（ａ）外部に連通するシリンダー穴と、（ｂ）前記シリンダー穴と前記軸受空間とを連通する接続穴とが形成される。密封型転がり軸受は、前記シリンダー穴内に摺動自在に配置され、前記シリンダー穴を密封するピストンを備える。前記シリンダー穴と前記接続穴とにより形成される連通空間と前記軸受空間とに充填された潤滑油が、前記ピストンと前記シール部材とにより密封される。前記ピストンは、前記ピストンの一方の端面に印加される外部からの圧力と、前記ピストンの他方の端面に印加される前記潤滑油の圧力とが等しくなるように、前記シリンダー穴内を移動自在である。
【００１０】
上記構成によれば、ピストンの移動によって、外部からの圧力（外圧）と潤滑油の圧力（内圧）とが略等しくなる。シール部材の外側に作用する外部からの圧力（外圧）と、シール部材の内側に作用する潤滑油の圧力（内圧）とが略等しくなるため、シール部材は、高圧環境下においても、確実にシールすることができる。
【００１１】
好ましくは、前記シリンダー穴は、前記内輪及び前記外輪と同芯に筒状に形成される。前記ピストンは、中空筒状の形状を有する。
【００１２】
この場合、外圧が印加されるピストンの一方の端面の面積が大きく、シリンダー穴の容積が大きいので、より大きな外圧に対して、充填された潤滑油の内圧を外圧と等しくすることができる。また、ピストンの部品点数を減らすことができ、シリンダー穴が形成された外輪を比較的容易に製造することができる。
【００１３】
好ましくは、前記接続穴は、前記外輪の内周面の中央に形成され、周方向に連続する溝を含む。
【００１４】
この場合、外輪に接続穴を容易に形成できる。また、軸受空間内の潤滑油は、周方向の圧力分布が略一様になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高圧環境下においても確実にシールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】密封型転がり軸受の断面図である。（実施例１）
【図２】密封型転がり軸受の要部拡大断面図である。（実施例１）
【図３】外輪の側面図である。（実施例１）
【図４】外輪の要部拡大断面図である。（実施例１）
【図５】密封型転がり軸受の（ａ）断面図、（ｂ）側面図である。（実施例２）
【図６】外輪の（ａ）断面図、（ｂ）側面図である。（実施例２）
【図７】ピストンの（ａ）正面図、（ｂ）側面図、（ｃ）要部拡大断面図である。（実施例２）
【図８】密封型転がり軸受の（ａ）断面図、（ｂ）側面図である。（実施例３）
【図９】密封型転がり軸受の断面図である。（従来例１）
【図１０】密封型転がり軸受の断面図である。（従来例２）
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の密封型転がり軸受（以下、単に「転がり軸受」という。）の実施の形態について、図１〜図８を参照しながら説明する。
【００１８】
＜実施例１＞  まず、本発明の実施例１の転がり軸受１０について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、転がり軸受１０の断面図である。図１に示すように、転がり軸受１０は外輪１と内輪２の間で玉３が保持器４に保持された軸受空間７ａをシール部材５で密封したシール付のアンギュラ玉軸受に、ピストン機構を追加したものである。
【００２０】
詳しくは、図２の転がり軸受１０の要部拡大断面図に示すように、シール部材５は、芯金５ａとゴム等の弾性部材５ｂとが一体に形成され、外輪１の内周面１ｔに形成された溝状の凹部１ａと、内輪２の外周面２ｔに形成された溝状の凹部２ａとの間に配置され、軸受空間７ａを密閉する。
【００２１】
シール部材５の外側面５ｓに外部から高圧が作用したときにシール部材５が大きく変形しないように、シール部材５の外側面５ｓの略全面を芯金５ａによって形成することが好ましい。また、高圧下でもシール性を保つことができるように、弾性部材５ｂと内輪２とが面接触するように構成することが好ましい。
【００２２】
外輪１には、外部に連通するシリンダー穴１ｐと溝１ｍとが形成されている。シリンダー穴１ｐは、外輪１の側面１ｓに形成された開口１ｋに連通し、外輪１及び内輪２の中心線と平行に延在するように略円筒形状に形成されている。図３の外輪１の側面図に示すように、開口１ｋ及びシリンダー穴１ｐは、円周方向の複数箇所に形成する。なお、シリンダー穴１ｐは、１箇所のみに形成することも可能である。
【００２３】
図２に示すように、溝１ｍは、シリンダー穴１ｐと軸受空間７ａとを接続するように形成されている。溝１ｍは、図４の外輪１の要部拡大断面図にも示されているように、外輪１の内周面１ｔの中央に形成され、周方向に連続するリング状の一つの溝である。このように溝１ｍが外輪１と同心円形状であると、溝１ｍの加工が容易である。また、周方向に連続する溝１ｍが軸受空間７ａに連通するので、軸受空間７ａ内の潤滑油の圧力分布が周方向に略一様になる。溝１ｍは、シリンダー穴１ｐと軸受空間７ａとを連通する接続穴である。
【００２４】
なお、シリンダー穴１ｐと軸受空間７ａとを連通する接続穴は、シリンダー穴１ｐごとに、例えば径方向に延在する横穴を別々に形成することも可能である。
【００２５】
図２に示すように、シリンダー穴１ｐ内にピストン６が配置される。ピストン６は、その本体６ａの外周面６ｋにＯリング６ｂが配置され、Ｏリング６ｂが、シリンダー穴１ｐの内周面に摺接することによりシールされる。ピストン６の本体６ａの２か所にＯリング６ｂを設けることで、ピストン６の傾きを抑制しつつ、シール効果を強固にしている。
【００２６】
ピストン６がシリンダー穴１ｐ抜け出ないように、シリンダー穴１ｐには、開口１ｋ付近に止め輪８が設けられ、止め輪８よりも内側にピストン６が配置される。
【００２７】
シリンダー穴６ｐ及び溝１ｍにより形成される連通空間７ｂと軸受空間７ａとは、ピストン６とシール部材５とによって密閉され、連通空間７ｂ及び軸受空間７ａには潤滑油が気泡を除去され密封されている。
【００２８】
図４に示すように、外輪１には、ゴシック形状と言われるベアリングの溝形状を使用した。この溝形状は、玉３が入る溝部１ｂが、玉３の半径よりも若干大きい半径Ｒの二つの曲面からできている。この形状において、玉３と溝部１ｂとは所定の角度Ｄの位置で接触する。溝部１ｂの中心部は通常、逃げ加工を行うが、その逃げ加工の深さを深くすることにより接続穴である溝１ｍを形成し、軸受空間７ａが接続穴である溝１ｍを介してシリンダー穴６ｐに連通するようにしている。逃げ加工の深さを深くする溝１ｍを形成することにより、シリンダー穴１ｐから潤滑油を注入したときに、ベアリング内部、すなわち軸受空間７ａ内に潤滑油が容易に充填される。
【００２９】
潤滑油は、潤滑効果が優れ、熱的に安定で、且つ、収縮率の小さいフッ素オイルが好ましい。もっとも、他の種類の潤滑油を用いても構わない。
【００３０】
実施例１の一つの作製例において、内輪２の内径は８０ｍｍ、外輪１の外径は１３０ｍｍ、内輪２及び外輪１の厚さは２０ｍｍ、玉３の直径は１０ｍｍ、溝部１ｂの半径Ｒは６．５ｍｍ、所定の角度Ｄは３０度である。
【００３１】
転がり軸受１０は、一般的なころ軸受と同様の工程で組み立てることができる。
【００３２】
図２に示すように、転がり軸受１０は、ピストン６の外側端面６ｓ、すなわち開口１ｋ側の端面６ｓに、外部からの圧力（外圧）が印加される。印加された圧力は、ピストン６の内側端面６ｔ、すなわち開口１ｋとは反対側の端面６ｔから伝達され、ピストン６は、転がり軸受１０の内部に封入された潤滑油を圧縮し、内部圧力（内圧）が外圧に釣合うまで、シリンダー穴６ｐ内を移動する。ピストン６は、外圧の変化に対して、外圧と転がり軸受１０内の潤滑油の圧力（内圧）とが等しくなるように移動する。実際には、Ｏリング６ｂの摩擦等の影響があるので、ピストン６は、外圧と転がり軸受１０内の潤滑油の圧力（内圧）とが略等しくなる位置で移動を終了する。ピストン６の移動によって、シール部材５の外側面５ｓに作用する外圧と、シール部材５の内側面５ｔに作用する内圧は、略等しくなる。
【００３３】
このようにピストン機構は、ベアリングの外側の外圧とベアリング内部の内圧とを略等しくする。外圧と内圧の圧力差がキャンセルされるため、シール部材５は、シールの本来の機能を確実に果たすことができ、潤滑油が外部に漏れるのを防止するとともに、外部からの粉塵、水分などがベアリング内部に浸入することを防ぐ。
【００３４】
実施例１の転がり軸受１０は、以下の点で従来技術に対して優位性を持つ。
【００３５】
１．  転がり軸受１０は、圧力に対する動作範囲が広い。すなわち、転がり軸受１０のピストン機構は、ベアリングの外圧と内圧を略等圧になるように機能する、いわゆる圧力キャンセル機構であり、ピストンの可動範囲、及びその容積によって圧力をキャンセルできる範囲が決定され、外圧と内圧が等しくなるように、動作する。従来技術は、単に、強固なシールを実現する手法であり、圧力に対する動作範囲が限られるのに対し、転がり軸受１０のピストン機構は圧力をキャンセルすることにより、その外圧に対する動作範囲を格段に広げている。
【００３６】
２．  従来技術では、外圧をキャンセルしないので、外圧によって、周囲から圧縮力が加わり、玉等の可動部に応力が加わる。即ち、外圧による外輪の収縮によって、玉と内輪、外輪間に巨大な力が加わり、動作を阻害する。即ち、ベアリング自体が回転を停止するか、又は効率が極度に落ち破損につながる。転がり軸受１０のピストン構は圧力をキャンセルするので、そのようなことがない。
【００３７】
なお、深海での使用などでは、あえてシールを用いず、開放することで圧力の影響を抑制することが考えられる。しかし、高圧でしかも塩分が多いので、玉の接触面は、摩擦熱によって活性化されたイオンによって侵され、フレッティング磨耗による破損を免れない。
【００３８】
＜実施例２＞  本発明の実施例２の転がり軸受２０について、図５〜図７を参照しながら説明する。
【００３９】
実施例２は、実施例１と略同様に構成されている。以下では、実施例１との同様の構成部分には同じ符号を用い、実施例１との相違点を中心に説明する。
【００４０】
図５は、実施例２の転がり軸受２０の（ａ）断面図、（ｂ）側面図である。図６は、外輪１ｘの（ａ）断面図、（ｂ）正面図である。図７は、ピストンの（ａ）正面図、（ｂ）側面図、（ｃ）要部拡大断面図である。
【００４１】
図５及び図６に示すように、外輪１ｘには、外輪１ｘと同芯に円周方向に連続する筒状の一つのシリンダー穴１ｑが形成されている。
【００４２】
シリンダー穴１ｑには、図５に示すように、ピストン６ｘが配置され、止め輪８ｘにより、ピストン６ｘはシリンダー穴１ｑから抜け出ないようにされている。図７に示すように、ピストン６ｘは、中空筒状であり、外周面６ｐと内周面６ｑに溝６ｕ，６ｖが形成され、ピストン６ｘがシリンダー穴１ｑの内面に接触する面積が小さくなるようにされている。
【００４３】
図６に示すように、シリンダー穴１ｑの底面１ｒから軸方向に延在する縦穴１ｎが複数個所に形成されている。この縦穴１ｎは、外輪１ｘの内周面１ｔの中央に実施例１と同様に形成された溝１ｍに連通している。シリンダー穴１ｑと軸受空間７ａとを連通する接続穴は、溝１ｍと縦穴１ｎとにより形成されている。
【００４４】
実施例２の転がり軸受２０は、図５に示すように、外圧が印加されるピストン６ｘの一方の端面６ｍの面積が大きく、シリンダー穴６ｑの容積が大きいので、より大きな外圧に対して、充填された潤滑油の内圧を外圧と等しくすることができる。また、ピストンの部品点数を減らすことができ、比較的容易に製造することができる。
【００４５】
＜実施例３＞  実施例３の転がり軸受３０について、図８を参照しながら説明する。図８は、実施例３の転がり軸受３０の（ａ）断面図、（ｂ）側面図である。
【００４６】
図８に示すように、実施例３の転がり軸受３０は、外輪１ｙと内輪２ｙの間に、玉３の代わりにころ３ｙが配置されているころ軸受（密封型クロスローラベアリング）である。転がり軸受３０は、実施例２の転がり軸受２０と同様に、外輪１ｙにピストン機構（シリンダー穴１ｑ、ピストン６ｘ、止め輪８ｘ、接続穴１ｍ，１ｎ）が設けられており、ピストン６ｘとシール部材５とによりシールされている。転がり軸受３０は、ピストン機構を設けることによって、高圧環境下においても確実にシールすることができる。
【００４７】
＜まとめ＞  以上に説明した転がり軸受１０，２０，３０は、ピストン機構を設けることによって、高圧環境下においても確実にシールすることができる。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
【００４９】
例えば、本発明は、実施の形態で説明した玉軸受やころ軸受に限らず、他の種類の転がり軸受についても適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  外輪
１ａ  凹部
１ｋ  開口
１ｍ  溝（接続穴）
１ｎ  縦穴（接続穴）
１ｐ，１ｑ  シリンダー穴
１ｒ  底面
１ｓ  側面
１ｔ  内周面
１ｘ，１ｙ  外輪  ２  内輪
２ａ  凹部
２ｔ  外周面
２ｙ  内輪
３  玉
３ｙ  ころ
４  保持器
５  シール部材
５ａ  芯金
５ｂ  弾性部材
５ｓ  外側面
５ｔ  内側面
６  ピストン
６ａ  本体
６ｂ  Ｏリング
６ｋ  外周面
６ｍ  端面
６ｐ，６ｑ  シリンダー穴
６ｓ  外側端面
６ｔ  内側端面
６ｘ  ピストン
７ａ  軸受空間
７ｂ  連通空間
８，８ｘ  止め輪
１０，２０，３０  転がり軸受
【図１】
0005834281.tif 000002
【図２】
0005834281.tif 000003
【図３】
0005834281.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005834281.tif 000006
【図６】
0005834281.tif 000007
【図７】
0005834281.tif 000008
【図８】
0005834281.tif 000009
【図９】
0005834281.tif 000010
【図１０】
0005834281.tif 000011