(57)【要約】【課題】  軸受運転に伴う温度上昇にあっても長期にわたって安定したシール性能を発揮する密封装置を備えた密封装置付き軸受を提供する。【解決手段】  密封装置30がゴム製のシール本体34を有し、このシール本体34が、半径方向に延在する円盤部36と、円盤部36の内径端部から軸方向に伸びたメインリップ38と、円盤部36の内径端部からメインリップ38とは反対側に伸びたダストリップ40とを有し、円盤部36に軸方向に貫通するスリット44を設け、ダストリップ40にリブ48を設けてある。【選択図】図１
2005133885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密封装置を備えた軸受であって、前記密封装置がゴム製のシール本体を有し、前記シール本体が、半径方向に延在する円盤部と、前記円盤部の内径端部から軸方向に伸びたメインリップと、前記円盤部の内径端部から前記メインリップとは反対側に伸びたダストリップと、ほぼ軸方向に延在して前記メインリップと前記ダストリップを連結する円筒部とを有し、前記円盤部に軸方向に貫通するスリットを設け、前記ダストリップにリブを設けたことを特徴とする密封装置付き軸受。
【請求項２】
前記スリットを時計方向１２時の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の密封装置付き軸受。
【請求項３】
前記スリットと前記リブを直径方向で対向しない位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の密封装置付き軸受。
【請求項４】
前記スリットの円周方向位相と前記リブの円周方向位相とが一致していることを特徴とする請求項１に記載の密封装置付き軸受。
【請求項５】
前記リブの包絡内径寸法が前記ダストリップの先端の内径寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の密封装置付き軸受。
【請求項６】
前記シールがふっ素系ゴムで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置付き軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は密封装置を備えた軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
密封装置を備えた軸受として代表的なものに鉄道車両車軸用軸受がある。鉄道車両車軸用軸受は、図４に示すように、軸受外輪２と、一対の軸受内輪４と、複列の円すいころ６と、各列の円すいころ６を円周方向で所定間隔に保持する保持器８とを主要な構成要素として成り立っている。軸受外輪２は、内周面に複列の軌道を形成しており、図示しない軸箱に組み込まれる。一方、軸受内輪４は車軸１０の軸端部と嵌合し、外周面に軌道を形成している。軸受外輪２の軌道と軸受内輪４の軌道との間に円すいころ６が介在する。軸受外輪２の両端部には密封装置２０が取り付けてある。一対の軸受内輪４を挟んで、車軸の軸端側には油切り１２が、その反対側には後ろ蓋１４が配設されている。そして、これらの油切り１２と後ろ蓋１４に、密封装置２０のシールが所定のしめしろをもって摺接する構造となっている。
【０００３】
密封装置２０は、図５に示すように、ケース１６と金属環１８と芯金２２とシール２４とで構成されている。ケース１６は金属製で、三段円筒形状をしており、大径端部にて軸受外輪２の内周面に圧入され、中径部や小径端部にて後ろ蓋１４（または油切り１２）の段部内径面や環状溝との間でラビリンスシールを構成する。金属環１８は断面逆Ｌ字状で円筒部と円板部からなり、円筒部にてケース１６の中径部の内径面と嵌合する。後ろ蓋１４（または油切り１２）の段部外径面やメインシール２６ａの軸方向端面とで簡易的なラビリンスシールを構成する。この金属環１８の内側に断面逆Ｌ字状のシール芯金２２がはめ込まれ、ケース１６と金属環１８と芯金２２とが三層構造となっている。
【０００４】
シール２４は耐熱性のあるゴム材で作られ、芯金２２の半径方向に伸びた円盤部２２ａに一体的に焼き付けてある。シール２４はメインリップ２６ａ、ダストリップ２６ｃおよび両リップを連結する円筒部２６ｂからなっている。符号２８はメインリップ２６ａ部分の外周に装着したガータスプリングを指している。
【０００５】
一般に、鉄道車両車軸用軸受では軸受内部側がメインリップ２６ａとなり、軸受外部側がダストリップ２６ｃとなる。メインリップ２６ａは、軸受内部の潤滑剤（グリース）が流出しないように、油切り１２や後ろ蓋１４などの外径寸法とリップ先端の内径寸法との差で表されるメインリップ２６ａのはめあい力とガータスプリング２８の縮径力とで所定の緊迫力を確保している。一方、ダストリップ２６ｃは、油切り１２や後ろ蓋１４などの外径寸法とリップ先端の内径寸法との差で表されるダストリップ２６ｃのはめあい力のみで所定の緊迫力を与え、外部からの異物や水分の侵入を防いでいる。通常、メインリップ２６ａとダストリップ２６ｃとの間の環状空間にはシールリップ潤滑用にグリースが塗り込まれている。なお、図５では、ダストリップ２６ｃが二重の例を示してあるが、一重の場合もある。
【特許文献１】特開平９−１７７７７２号公報（段落番号０００９〜００１１、図８、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の密封装置では、上述のとおり、複数のラビリンスシールや接触型シールの複合型シール構造を形成し、シール性能の向上を求めた結果、金属環１８とシール芯金２２で形成される外側圧力室ＰＢ、車軸外径面とメインリップ２６ａやダストリップ２６ｃとで形成される内側圧力室ＰＣの圧力室構造になっている。ＰＡは軸受内部空間を示す。なお、ＰＡ，ＰＢ，ＰＣはそれぞれ軸受内部空間、外側圧力室、内側圧力室を指称するほか当該空間や各室の圧力も表すものとする。
【０００７】
軸受温度は運転時には上昇し、運転停止時には降温して常温に戻る。この温度変化は上記二つの圧力差（ＰＢ〜ＰＣ）を正圧状態や負圧状態にする。軸受は、この繰り返しの中で使用される。すなわち、軸受運転につれて軸受温度は上昇し、外側圧力室ＰＢや内側圧力室ＰＣの内圧は高まり、正圧状態になる。このとき、内側圧力室ＰＣの密封性はダストリップ２６ｃのはめあい緊迫力で決まり、また、外気への排気であるため、ある一定圧力以上に昇圧した時点でこのダストリップ２６ｃから内圧空気が漏れ出し、それ以上昇温しない。しかしながら、外側圧力室ＰＢは軸受内部空間への排気であり、一定圧力までさらに昇圧を続ける。その結果、外側圧力室ＰＢの圧力と内側圧力室ＰＣの圧力に差が生じ、シールの円筒部２６ｂが油切り１２や後ろ蓋１４などの側に押し付けられ、シールの緊迫力を増加させることになる。必要以上の緊迫力はシールリップや油切りなどの摩耗を助長する。
【０００８】
軸受の運転を停止すると、降温して外側圧力室ＰＢおよび内側圧力室ＰＣはいずれも常温に戻り、差圧は徐々になくなる。しかしながら、圧力空気が排気された結果、両圧力室ＰＢ，ＰＣ共に負圧状態になり、油切り１２や後ろ蓋１４の側に吸い付けられた状態でシールの緊迫力を増加させたままである。すなわち、シールがベタ当たりした吸着状態になる。
【０００９】
次いで、軸受の運転を再開すると、両圧力室ＰＢ，ＰＣも負圧から正圧状態に復帰し、吸着が解放される。このとき、軸受運転による発熱は外側圧力室ＰＢに優先的に伝熱されるため、内側圧力室ＰＣは時間的に遅れて正圧状態になる。この正圧への復帰が遅れる間は吸着が解放されず、両圧力室ＰＢ，ＰＣは差圧状態のまま、シールは緊迫力が増加した状態で運転されることになる。
【００１０】
このような挙動を繰り返しながら、油切りやシールリップの摩耗が進行し、リップ接触幅が広がり、内側圧力室ＰＣが正圧に復帰するために長時間を要するようになる。その結果、軸受は高い緊迫力のもとで想定以上の温度上昇に長時間さらされ、潤滑剤（グリース）の早期劣化や軸受すきま減少、ひいては軸受への決定的な不具合につながるおそれがあった。
【００１１】
これらの圧力変動の挙動を図６に示す。同図は縦軸に圧力、横軸に時間をとり、軸受の運転時、停止時、運転再開時の圧力ＰＡ，ＰＢ，ＰＣの変化をプロットしたものである。種々の確認試験の結果から、運転再開時のＰＣおよびＰＢの差が大きい場合にリップ吸着を発生させやすい傾向にあることが判明した。
【００１２】
本発明は、特に軸受運転に伴う温度上昇にあっても長期にわたって安定したシール性能を発揮する密封装置を備えた密封装置付き軸受を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、密封装置を備えた軸受であって、前記密封装置がゴム製のシール本体を有し、前記シール本体が、半径方向に延在する円盤部と、前記円盤部の内径端部から軸方向に伸びたメインリップと、前記円盤部の内径端部から前記メインリップとは反対側に伸びたダストリップと、ほぼ軸方向に延在して前記メインリップと前記ダストリップを連結する円筒部とを有し、前記円盤部に軸方向に貫通するスリットを設け、前記ダストリップにリブを設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
シール本体の円盤部を貫通するスリットを設けたことにより、外側圧力室ＰＢと外気とを連通させ、外側圧力室ＰＢを常圧に維持することができる。本発明でいうスリットとは、文字どおり剃刀による切り傷状のものでも、一方向にのみ通気を許容し逆方向の通気を許さないいわゆるベント（外気からの侵入を許さない一方向排気弁）でもよい。
【００１５】
また、ダストリップに突起状のリブを設け、ダストリップが吸着を始めたとき、言い換えればリップ先端が油切りなどの外径面に倒れかかり軸方向の広い幅でベタ当たりになり始めたとき、リップ先端を部分的に持ち上げ、外気と連通させる。
【００１６】
スリットを配置すべき位置は時計方向１２時が好ましい。スリットの位置を時計方向１２時とすることにより水浸入を防止することができるからである。
【００１７】
スリットとリブを直径方向で対向しない位置に配置するのが好ましい。これにより、外部からシール近傍への水の浸入を防止することができる。例えば、スリットを時計１２時位置に配置した場合、時計６時位置を避けた位置にリブを設けるのである。なお、リブは少なくとも１個設けられるが、たとえば２個設ける場合には、２個のリブの中間にスリットの円周方向位置があるということになる。
【００１８】
スリットの円周方向位相とリブの円周方向位相とが一致しているのが好ましい。スリットはその位置を目で確認することができるが、外部から目視できないリブは位置確認ができない。そこで、スリットとリブの円周方向の位相を一致させておくことにより、スリットの位置からリブの位置を把握することができるようになる。
【００１９】
リブの包絡内径寸法をダストリップの内径寸法よりも大きくするのが好ましい。このような構成とすることにより、通常状態ではリブが油切りや後ろ蓋の外径面に接しないので、ダストリップが確実にシール性を発揮して水の浸入を防止する。
【００２０】
シール本体を構成する材料としてはふっ素系ゴムが好ましい。シール本体の材料をより硬質なものにすることにより、とくにシール本体の円筒部が変形しにくくなる。したがって、軸受内部の潤滑剤（グリース）がスリット近傍に集まってスリットの連通障害を起こし、シール本体の円筒部の外径側に位置する外側圧力室ＰＢが正圧になり始めても、シール本体の円筒部が変形しにくいためダストリップの吸着が起こりにくくなる。
【００２１】
なお、本発明は鉄道車両車軸用軸受に限らず、軸受の両端開口部に密封装置を備える他の機械装置でも同じように適用できる。また、この軸受は円筒ころ軸受であっても構わない。ダストリップは一重に限らず二重の形式でも同じである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、特に軸受運転に伴う温度上昇にあっても長期にわたって安定したシール性能を発揮する密封装置を備えた密封装置付き軸受を提供することができる。
【００２３】
スリットが外側圧力室（ＰＢ）と外気とを連通させるので、運転に伴って軸受温度が上昇して正圧になってもこの圧力空気を排気し、外側圧力室（ＰＢ）が常圧に維持される。したがって、シールの緊迫力が過大にならない。
【００２４】
また、リブがあるので、ダストリップが吸着を始めても、言い換えればダストリップ部が倒れ、リップ先端が油切り等の外径面に軸方向の広い幅でベタ当たりを始めても、ダストリップに吸着を発生させない。リップ先端を部分的に持ち上げ、外気と連通させる。また、このリブは、リップ先端の倒れがない状態では油切りと接触してリップ先端を持ち上げないので、シール性能に悪影響を与えない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を鉄道車両車軸用軸受（図３）に適用した場合を例にとり図１ないし図３に従って説明する。図１は本発明の実施の形態を示す密封装置の断面図であり、図２における密封装置部分の拡大図に相当する。また、図２は図３に示される鉄道車両車軸用軸受の要部拡大図である。なお、既述の図４、図５における要素と実質的に同じ要素には同じ符号をあててある。
【００２６】
図１および図２に示すように、鉄道車両車軸用軸受は、図４に示すように、軸受外輪２と、一対の軸受内輪４と、複列の円すいころ６と、各列の円すいころ６を円周方向で所定間隔に保持する保持器８とを主要な構成要素として成り立っている。軸受外輪２は、内周面に複列の軌道を形成しており、図示しない軸箱に組み込まれる。一方、軸受内輪４は車軸１０の軸端部と嵌合し、外周面に軌道を形成している。軸受外輪２の軌道と軸受内輪４の軌道との間に円すいころ６が介在する。軸受外輪２の両端部には密封装置２０が取り付けてある。一対の軸受内輪４を挟んで、車軸の軸端側には油切り１２が、その反対側には後ろ蓋１４が配設されている。そして、これらの油切り１２と後ろ蓋１４に、密封装置３０のリップが所定のしめしろをもって摺接する構造となっている。
【００２７】
密封装置３０は、図１に示すように、ケース１６と金属環１８と芯金３２とシール本体３４とで構成されている。ケース１６は金属製で、三段円筒形状をしており、大径端部にて軸受外輪２の内周面に圧入され、中径部や小径端部にて後ろ蓋１４（または油切り１２）の段部内径面や環状溝との間でラビリンスシールを構成する。金属環１８は断面逆Ｌ字状で円筒部と円板部からなり、円筒部にてケース１６の中径部の内径面と嵌合する。後ろ蓋１４（または油切り１２）の段部外径面やメインシール３８の軸方向端面とで簡易的なラビリンスシールを構成する。この金属環１８の内側に断面逆Ｌ字状の芯金３２がはめ込まれ、ケース１６と金属環１８と芯金３２とが三層構造となっている。
【００２８】
シール本体３４は、芯金３２の半径方向に伸びた円盤部３３に固着している。シール本体３４は耐熱性のあるゴム材料で作られ、ほぼＵ字を横向きにした断面形状を呈している。シール本体３４は、円盤部３６とメインリップ３８とダストリップ４０とからなっている。円盤部３６は芯金３２の円盤部３２ａに一体的に焼き付けてある。メインリップ３８はシール円盤部３６の内径端部からほぼ軸方向に伸びている。ダストリップ４０はシール円盤部３６の内径端部からメインリップ３８とは反対方向の、斜め下方に向かって伸びている。ここではダストリップ４０が一重の場合を例示してあるが、二重とすることも可能である（図５参照）。符号３９はメインリップ３８とダストリップ４０とを連結する円筒部を指す。図２に示されるように、所定位置に組み込まれた状態で、円筒部３９はほぼ軸方向に延在し、その外径側に外側圧力室ＰＢ、内径側に内側圧力室ＰＣが形成される（図２）。メインリップ３８とダストリップ４０との間の環状空間すなわち内側圧力室ＰＣにはシールリップ潤滑用にグリースが塗り込まれる。軸受内部の潤滑剤（グリース）が流出しないように、油切り１２または後ろ蓋１４の外径寸法とリップ先端の内径寸法との差で表されるメインリップ３８のはめあい力とガータスプリング２６の縮径力とで所定の緊迫力を確保している。一方、軸受外部側のダストリップ４０は、油切り１２または後ろ蓋１４の外径寸法とリップ先端の内径寸法との差で表されるダストリップ４０のはめあい力のみで所定の緊迫力を与え、外部からの異物や水分の侵入を防ぐようにしている。
【００２９】
シール本体３４の円盤部３６には、円形の凹部３７を設けることによって薄肉部４２が形成されている。そのために芯金３２の円盤部３３に貫通孔を設けてある。そして、この薄肉部４２に縦一文字にスリット４４を設けてある。このスリット４４は、外側圧力室ＰＢと外気とを連通させることにより、軸受の運転時や停止時に外側圧力室ＰＢの正圧空気や負圧空気を大気中に逃がし、常に常圧に保つ働きをする。
【００３０】
この種の軸受は、メーカ名や型番を表記したシール表面の浮き出し刻印を基準に天地方向が一定になるように機械装置に組み込まれる。そこで、組み込み時は薄肉部４２が時計方向１２時位置になるように、薄肉部４２をこれらの浮き出し刻印と対応付けて設ける。薄肉部を時計方向１２時位置に配置することで、水が降りかかる雰囲気や水が滴っている雰囲気で使用する場合でもスリット４４から水が浸入する心配がない。
【００３１】
ダストリップ４０の内径側傾斜面４６には突起状のリブ４８が設けられている。図１には、２個１組のリブ４８を３組、円周方向に等配した場合を例示してある。リブ４８はダストリップ４０の先端５０が吸着を起こして油切り１２または後ろ蓋１４の外径面に倒れ始めると、その表面に接触を始めるようになっている（図８）。図７に示すように、リブ４８を設けた部分のダストリップ４０の包絡内径寸法は、ダストリップ４０の先端５０の内径より大きく、油切り１２または後ろ蓋１４の外径寸法とほぼ同じ内径寸法になっている。逆に、内側圧力室ＰＣの負圧状態が開放され、ダストリップ４０の先端５０が正常姿勢に戻ると、ダストリップ本来の接触状態を阻害しないようになっている。その結果、ダストリップ４０の先端５０が軸方向の広い幅でベタ当たりになり始めたときのみ、図８に示すようにダストリップ先端を周方向部分的に持ち上げ、外気と連通させる。
【００３２】
リブ４８の円周方向位置については、スリット４４と直径方向で対向しない位置が選ばれる。これは、倒れかかっているダストリップ４０の先端５０が正常姿勢に回復することがあっても、滴り落ちる水の浸入を防ぐためである。望ましくは、リブ４８をスリット４４とほぼ同じ円周方向位相の位置に設ける。
【００３３】
軸受内部の潤滑剤（グリース）がスリット４４近傍に集まり、スリットが密閉されて外側圧力室ＰＢの内圧がアップするといった外気との連通障害が懸念される場合は、シール本体のゴム材をふっ素系ゴムのようにより硬質なものにするのが望ましい。そうすることによって、外側圧力室ＰＢが正圧になったり、内側圧力室ＰＣが負圧になったりしたときに、シール本体３４の円筒部３９が油切り１２または後ろ蓋１４の側に変形しにくくなる。
【００３４】
なお、本発明の密封装置付き軸受は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態を示す密封装置の縦断面図である。
【図２】密封装置付き軸受の要部断面図である。
【図３】鉄道車両車軸用軸受の縦断面図である。
【図４】従来の技術を説明するための鉄道車両車軸用軸受の縦断面図である。
【図５】図４の要部拡大図である。
【図６】軸受の圧力変動を示す線図である。
【図７】リブ包絡内径寸法を説明するための図１と類似の断面図である。
【図８】リブの作用を説明するための図１と類似の断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
２  軸受外輪
４  軸受内輪
６  転動体
８  保持器
１０  車軸
１２  油切り
１４  後ろ蓋
１６  ケース
１８  金属環
２８  ガータスプリング
３０  密封装置
３２  芯金
３３  芯金の円盤部
３４  シール本体
３６  シール本体の円盤部
３７  凹部
３８  メインリップ
３９  円筒部
４０  ダストリップ
４２  薄肉部
４４  スリット
４６  ダストリップの内径側傾斜面
４８  リブ
５０  ダストリップの先端
ＰＡ  軸受内部空間
ＰＢ  外側圧力室
ＰＣ  内側圧力室
【図１】
2005133885.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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