(57)【要約】【課題】低コストでありながら、密封性と発熱・摩耗の抑制とを両立させたシール体を備えた軸受装置を提供する。【解決手段】内輪１２と外輪１３との間で相対回転が生じたときに、所定の回転速度以内では、遠心力に基づく薄肉部２７ｅの変形に応じて側壁２７ｆ、２７ｇが互いに近接するが、所定の回転速度Ｓになったとき側壁２７ｆ、２７ｇは当接し合い、それにより当接前と当接後とで、回転速度に対するシール部２７ｂの変形量の割合が異なるようになっているので、高い回転速度域において比較的強い遠心力を受けた場合でも、シール部２７ｂの変形を小さく抑えることができ、それにより例えばラビリンスシール機能を効果的に発揮させることができ、又、周囲部品との干渉を抑制できる。更に、シール部の変形を防止するために、ストッパーなど別な部品を設ける必要がなく、低コストな軸受装置が提供される。【選択図】　図３
2004076833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、
外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に、回転自在に配置された複列の転動体と、
前記内輪と前記外輪のうちの回転する輪に取り付けられ、弾性体からなるシール部を備えたシール体と、
前記内輪と前記外輪のうちの固定された輪に取り付けられ、前記シール部に当接するシール摺動部材とを有し、
前記シール部は、前記内輪と前記外輪との間で相対回転が生じたときに、その回転速度に応じた遠心力を受けて弾性変形するようになっており、且つ所定の回転速度未満の回転速度では離隔しているが、前記所定の回転速度以上の回転速度では当接する当接部を有しており、前記当接部が当接した後は、前記当接部の当接前と比較して前記シール部の弾性変形に関する剛性が増大するようになっている軸受装置。
【請求項２】
前記当接部は、前記シール部の外周面に形成された周溝の側壁の少なくとも一方である請求項１に記載の軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば鉄鋼設備の圧延機等に用いられるロールネック軸受などを含む軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延機や冷間圧延機のワークロール、中間ロールに使用されるロールネック軸受としては、大荷重を支持することができる複列や４列円錐ころ軸受が用いられるのが一般的である。
【０００３】
ところで、圧延機等においては、製品の板厚を精度良く維持するために、又圧延中に発生するスケールの除去のために、高圧水をワークロールや板に供給しており、更に、この大量の冷却水を用いて、チョック及び軸受の冷却も行っている。従って、ロールネック軸受には、かかる冷却水等の侵入を防止するための密封装置が本来的に必要となる。
【０００４】
かかる密封装置として、例えば実開平６−８２４３７号に記載されたごときオイルシールなどの接触形シールを備えたものがある。かかる従来技術によるオイルシールは、芯金を外輪側の内周面に嵌合させ、その芯金から延在するシール部を内輪側の外周面に当接させている。この従来技術によれば、簡素でかつ安価な密封装置が提供されることとなる。
【０００５】
ところで、近年においては作業の効率化を促進すべく圧延機等の高速化が図られるようになってきており、それにより軸受の使用環境も過酷になり、高速条件下での密封性を確保する必要性が生じている。しかるに、通常のオイルシールなどの接触形のシールを用いることできる許容回転速度の上限は、摺動部の発熱及び摩耗量、選択されるシール材の性能（通常は低コストのものほど高い回転速度域の性能が劣る）などにより制限され、一般的に周速数ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓ以上では、接触形のシールを用いることは困難とされている。
【０００６】
このような高速の用途に対する対策のひとつとして、回転に伴う遠心力によるシールの変形を利用したシールが考えられる。かかるシールは、接触形シールの許容回転速度の上限以下では、リップを摺動部材に当接させることで密封効果を高め、許容回転速度の上限を超えた場合には、遠心力に基づくシールの変形により、リップを摺動部材に対して非接触状態とし、いわゆるラビリンスシール的機能を発揮させることで、密封性を確保しつつ発熱や摩耗増大の問題を緩和もしくは解消できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、遠心力に基づくシールの変形を利用したシールにおける一つの問題は、高い回転速度域では、大きな遠心力によりリップが過度に変形し（肉厚一定のリップでは、回転速度の２乗にほぼ比例して変形量が大きくなる）、ラビリンスシール的機能が不十分となったり、周囲の部品と干渉する恐れもある。ところが、かかる高い回転速度域において、変形を抑えるためにリップの剛性を高めると、上述した許容回転速度の上限を超えても、リップが摺動部材に対して非接触状態とならなくなり、リップの発熱や摩耗の増大を招く恐れがある。このような問題に対し、例えば特開平７−３３２３７７号公報に開示されているごとく、高い回転速度域においてリップの変形を抑制するストッパを別個に設けることも考えられるが、それにより部品点数が増大し、組み付け時の調整の手間がかかるという問題が生ずる。
【０００８】
そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、低コストでありながら、密封性と発熱・摩耗の抑制とを両立させたシール体を備えた軸受装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の軸受装置は、
内輪と、
外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に、回転自在に配置された複列の転動体と、
前記内輪と前記外輪のうちの回転する輪に取り付けられ、弾性体からなるシール部を備えたシール体と、
前記内輪と前記外輪のうちの固定された輪に取り付けられ、前記シール部に当接するシール摺動部材とを有し、
前記シール部は、前記内輪と前記外輪との間で相対回転が生じたときに、その回転速度に応じた遠心力を受けて弾性変形するようになっており、且つ所定の回転速度未満の回転速度では離隔しているが、前記所定の回転速度以上の回転速度では当接する当接部を有しており、前記当接部が当接した後は、前記当接部の当接前と比較して前記シール部の弾性変形に関する剛性が増大するようになっているものである。
【００１０】
【作用】
本発明に軸受装置によれば、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に、回転自在に配置された複列の転動体と、前記内輪と前記外輪のうちの回転する輪に取り付けられ、弾性体からなるシール部を備えたシール体と、前記内輪と前記外輪のうちの固定された輪に取り付けられ、前記シール部に当接するシール摺動部材とを有し、前記シール部は、前記内輪と前記外輪との間で相対回転が生じたときに、その回転速度に応じた遠心力を受けて弾性変形するようになっており、且つ所定の回転速度未満の回転速度では離隔しているが、前記所定の回転速度以上の回転速度では当接する当接部を有しており、前記当接部が当接した後は、前記当接部の当接前と比較して前記シール部の弾性変形に関する剛性が増大するようになっているので、前記当接部が当接する高い回転速度域において回転速度の二乗に比例する強い遠心力を受けた場合に、それに抗するよう前記シール部の弾性変形に関する剛性を増大させることによって、前記シール部の弾性変形を小さく抑えることができ、それにより例えばラビリンスシール機能を効果的に発揮させることができ、又、周囲部品との干渉を抑制できる。更に、前記シール部の弾性変形を防止するために、ストッパーなど別な部品を設ける必要がなく、低コストな軸受装置が提供される。
【００１１】
又、前記当接部は、前記シール部の外周面に形成された周溝（スリット）の側壁の少なくとも一方であると好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる軸受装置を用いて支持する圧延機のワークロール端部周辺を示す断面図である。図１において、４列円錐ころ軸受１０は、圧延機のワークロール１を支持する軸線方向に分割可能な２列の内輪（回転する輪）１２と、ハウジング２に取り付けられた軸線方向に分割可能な複数列の外輪（固定された輪）１３と、内輪１２と外輪１３との間にそれぞれ複数個配置された４列の円錐ころ（転動体）１４と、円錐ころ１４を保持する保持器１５とからなる。軸受１０の両側には、密封装置２０が配置されている。軸受１０と密封装置２０とで、軸受装置を構成する。一対の密封装置２０は、同様な構成を有するため、右側の密封装置２０に対してのみ説明を行う。
【００１３】
図２は、図１の矢印ＩＩで示す部分を拡大して示す図である。図３は、図２のシール部周辺を拡大して示した図であり、シール部のハッチングは省略している。密封装置２０は、リング状の外輪ホルダ２１と、外輪ホルダ２１に取り付けられたシール摺動部材２２と、内輪１２の端部１２ａ外周に嵌合配置された基部２４と、基部２４にネジ２５を介して取り付けられたシール保持部材２６と、シール保持部材２６により保持されるシール体２７とからなっている。
【００１４】
外輪ホルダ２１の図２で左端面には、段部２１ａが形成されており、一方、外輪１３の図２で右端面には、段部２１ａに対向するようにして段部１３ａが形成され、外輪ホルダ２１を外輪１３に組み付けた時には、段部２１ａ、１３ａ同士が係合するようになっている。
【００１５】
更に、外輪ホルダ２１は、外周に周溝２１ｂを有し、かかる周溝２１ｂ内にはＯ−リング２８が配置され、外輪ホルダ２１の外周面とハウジング２（図１）の内周面との間を密封している。又、外輪ホルダ２１の図２で左端面内周近傍には、段部２１ｃが形成され、かかる段部２１ｃには、外輪１３と外輪ホルダ２１とに挟持されるようにして、周方向断面が略Ｌ字状のシール摺動部材２２が取り付けられている。
【００１６】
基部２４は、図２で左端外周から半径方向外方に延在するフランジ部２４ａを有し、シール保持部材２６は、図２で右端外周から半径方向外方に延在するフランジ部２６ａを有している。基部２４に形成されたネジ孔２４ｂに、シール保持部材２６の貫通孔２６ｂを介して挿通させたネジ２５を螺合させることで、両フランジ部２４ａ、２６ａの間でシール体２７の芯金２７ａを挟持するようになっている。
【００１７】
環状のシール体２７は、周方向断面が略Ｌ字状の芯金２７ａと、芯金２７ａの半径方向外方縁に接着され、そこからシール摺動部材２２に向かって延在するシール部２７ｂとからなる。シール部２７ｂは、フッ素ゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム等の弾性体から形成されている。
【００１８】
図３に示すように、シール部２７ｂは、略円管状の形状を有し、図３の左端から半径方向内方に突出するリップ２７ｃと、外周面の略中央に形成された周溝（スリット）２７ｄを形成している。周溝２７ｄの両側壁２７ｆ、２７ｇが当接部を構成する。軸受装置の静止時には、初期当接力に従い、リップ２７ｃは、図３に実線で示すようにシール摺動部材２２の外周面に当接している。
【００１９】
次に、本実施の形態の動作について説明する。図１において、圧延機のワークロール１が内輪１２と共に回転すると、内輪１２と外輪１３との間を円錐ころ１４が転動し、それにより軸受１０は、ハウジング２に対してワークロール１を回転自在に支持することができる。
【００２０】
かかる場合、ワークロール１の周囲には、大量の冷却水がかけられるため、図２の密封装置２０の外方（右側）まで、冷却水等が飛散してくる可能性がある。ここで、本実施の形態において、まずワークロール１の静止時には、リップ２７ｃは、シール摺動部材２２の外周面に対して初期当接力で当接しているため、それより内側への冷却水等の侵入を防止できる。
【００２１】
更に、ワークロール１が回転を始め、それと共に内輪１２が回転するにつれ、内輪１２に取り付けられたシール体２７も回転することになるが、シール部２７ｂは片持ち状に取り付けられているので、遠心力により、リップ２７ｃ側の端部が外方にめくれあがるように変形し、図３に点線で示す状態のごとくなる。本実施の形態によれば、所定の回転速度Ｓより低い回転速度域では、周溝２７ｄの内側になる剛性の低い薄肉部２７ｅが弾性変形に大きく関与するので、かかる速度域では回転速度に対する変形量の割合は大きくなる。すなわち、回転速度の増大に応じて、シール部２７ｂは弾性変形しやすくなるので、かかる弾性変形がシール摺動部材２２に対するリップ２７ｃの初期当接力を減少させるように作用し、実質的な当接力を低く抑え、それにより発熱及び摩耗を抑制できる。
【００２２】
これに対し、ワークロール１がより高速で回転し、所定の回転速度Ｓになると、弾性変形により周溝２７ｄの両側壁２７ｆ、２７ｇが当接し合うため、それ以上の回転速度域では、図３に点線で示すように、周溝２７ｄの内側の薄肉部２７ｅは殆ど変形しなくなり、従って回転速度に対する変形量の割合は小さくなる。よって、高い回転速度域で大きな遠心力を受けた場合でも、シール部２７ｂのリップ２７ｃとシール摺動部材２２の外周面との間の隙間Δの増大を抑えることができ、ラビリンスシール機能による振り切り効果で、冷却水の侵入を抑制できる。又、かかる場合、リップ２７ｃとシール摺動部材２２とは離隔しているため、発熱及び摩耗は生じない。
【００２３】
図４は、回転速度と変形量との関係を示すグラフである。本実施の形態によるシール体２７のシール部２７ｂの変形を実線Ａで示す。尚、周溝２７ｄを設けない（それ以外の形状は等しい）比較例の変形を点線Ｂで示す。図４より明らかであるが、点線Ｂで示す比較例においては、低い回転速度域の変形量が少ないため、発熱や摩耗の問題が生じやすく、且つ高い回転速度域では変形量が過大となり、ラビリンスシールの機能が十分に発揮できないが、本実施の形態によれば、所定の回転速度Ｓより高い回転速度域で、周溝２７ｄの両側壁２７ｆ、２７ｇを当接させる構成とすることで、比較例における問題を回避できるようにしている。又、本実施の形態によれば、このように２段階の変形を達成するために、別個な部品を設ける必要もなく、低コストで簡素な構成とできる。
【００２４】
図５は、第２の実施の形態にかかるシール体を示す図３と同様な断面図であるが、シール摺動部材は省略している。図５において、シール体１２７は、上述した実施の形態と同様な構成の芯金２７ａと、異なる構成のシール部１２７ｂとからなる。上述した実施の形態に対して、シール部１２７ｂは周溝１２７ｄの形状が異なっている。すなわち、周溝１２７ｄの、当接部を構成する両側壁１２７ｆ、１２７ｇは傾斜し、従って周溝１２７ｄの断面はＶ字形状となっている。尚、周溝１２７ｄの底部には、応力緩和用の丸溝１２７ｈを形成すると好ましい。本実施の形態においても、上述した実施の形態と同様に、所定の回転速度Ｓより高い回転速度域で、周溝１２７ｄの両側壁１２７ｆ、１２７ｇを当接させる構成とすることで、周溝１２７ｄの内側の変形部１２７ｅの弾性変形を抑え、同様な作用効果を得ている。
【００２５】
以上、実施の形態を参照して、本発明を説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の範囲内で種々の変形・改良が可能であることはもちろんである。例えば、図３，５に示すシール部は、周溝を除いて肉厚が一定であるが、テーパ形状もしくは複数段の肉厚とすることも可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に軸受装置によれば、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に、回転自在に配置された複列の転動体と、前記内輪と前記外輪のうちの回転する輪に取り付けられ、弾性体からなるシール部を備えたシール体と、前記内輪と前記外輪のうちの固定された輪に取り付けられ、前記シール部に当接するシール摺動部材とを有し、前記シール部は、前記内輪と前記外輪との間で相対回転が生じたときに、その回転速度に応じた遠心力を受けて弾性変形するようになっており、且つ所定の回転速度未満の回転速度では離隔しているが、前記所定の回転速度以上の回転速度では当接する当接部を有しており、前記当接部が当接した後は、前記当接部の当接前と比較して前記シール部の弾性変形に関する剛性が増大するようになっているので、前記当接部が当接する高い回転速度域において回転速度の二乗に比例する強い遠心力を受けた場合に、それに抗するよう前記シール部の弾性変形に関する剛性を増大させることによって、前記シール部の弾性変形を小さく抑えることができ、それにより例えばラビリンスシール機能を効果的に発揮させることができ、又、周囲部品との干渉を抑制できる。更に、前記シール部の弾性変形を防止するために、ストッパーなど別な部品を設ける必要がなく、低コストな軸受装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる軸受装置を用いて支持する圧延機のワークロール端部周辺を示す断面図である。
【図２】図１の矢印ＩＩで示す部分を拡大して示す図である。
【図３】図２のシール部周辺を拡大して示した図である。
【図４】回転速度と変形量との関係を示すグラフである。
【図５】第２の実施の形態にかかるシール体を示す図３と同様な断面図であるが、シール摺動部材は省略している。
【符号の説明】
１　ワークロール
２　ハウジング
１２　内輪
１３　外輪
１４　円錐ころ
２０　密封装置
２７，１２７　シール体
２７ｂ、１２７ｂ　シール部
【図１】
2004076833.tif 000003
【図２】
2004076833.tif 000004
【図３】
2004076833.tif 000005
【図４】
2004076833.tif 000006
【図５】
2004076833.tif 000007