(57)【要約】【課題】水が多量に飛散し、軸受内部が負圧になる環境で使用される密封型転がり軸受において、製造コストの増大や構造の複雑化を伴うことなく、十分なシール性を確保できるようにする。【解決手段】内輪１が嵌め込まれるロールネック部（軸）Ａの直径Ｄ０に対する、内輪１のシール摺接面１ａの外径Ｄ１と弾性シール部材１２のシールリップ１２ａの自然状態での内径ｄとの差の比を、０．２７〜０．４０％とすることにより、この比が０．４０％を超える領域で使用される従来のものよりもシールリップ１２ａの摩擦発熱を小さくするとともに、シールリップ１２ａに適度な緊迫圧力を付与して、接触シールにベント等の機構を追加することなく、従来よりも優れたシール性を確保できるようにしたのである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の弾性シール部材の内周側にシールリップが形成された接触シールを外輪側に固定し、その接触シールのシールリップで内輪側に設けられたシール摺接面を緊迫して、内輪と外輪との間の軸受空間を密封した密封型転がり軸受において、前記内輪が嵌め込まれる軸の直径に対する、前記シール摺接面の外径と前記シールリップの自然状態での内径との差の比を、０．２７〜０．４０％としたことを特徴とする密封型転がり軸受。
【請求項２】
前記接触シールは、前記弾性シール部材にそのシールリップをシール摺接面に押圧する環状のばね部材が取り付けられており、その弾性シール部材は、前記ばね部材が取り付けられる部位と径方向外側に向かって延びる立ち上がり部の付け根とを接続する腰部の最小厚さを、その腰部の長さ寸法よりも大きくしたものであることを特徴とする請求項１に記載の密封型転がり軸受。
【請求項３】
前記接触シールの弾性シール部材に、前記シールリップよりも軸受外部側で前記内輪のシール摺接面との間にラビリンス隙間を形成する壁部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の密封型転がり軸受。
【請求項４】
前記弾性シール部材の壁部の外側面を、前記内輪のシール摺接面に近づくほど外側へ突出するように形成したことを特徴とする請求項３に記載の密封型転がり軸受。
【請求項５】
前記弾性シール部材の壁部の外側面を階段状に形成したことを特徴とする請求項４に記載の密封型転がり軸受。
【請求項６】
前記弾性シール部材の壁部の少なくとも一部に撥水加工を施したことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか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、外輪側に固定された接触シールのシールリップで内輪側のシール摺接面を緊迫して、軸受内部を密封した密封型転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼圧延機のロールネック部を支持する軸受（ロールネック用軸受）のように、ロール冷却水や圧延潤滑油を分散させたエマルション等の水が多量に飛散する環境で使用される転がり軸受には、外輪側に固定された接触シールのシールリップで内輪側のシール摺接面を緊迫して、内輪と外輪との間の軸受空間（軸受内部）を密封し、外部からの水の浸入を防ぐようにした密封型転がり軸受が多く用いられている。
【０００３】
このような密封型転がり軸受の一例を図６に示す。この密封型転がり軸受は、複列円錐ころ軸受であり、軸Ｂの外周に嵌め込まれる内輪５１と外輪５２との間に円錐ころ５３が保持器５４で保持され、外輪５２の端面に押し付けられるシールケース５５の内周側に接触シール５６が固定されている。その接触シール５６は、環状の芯金５７に弾性シール部材５８を取り付けたものであり、弾性シール部材５８の内周側に形成されたシールリップ５８ａで、内輪５１の外周面に設けられたシール摺接面５１ａを緊迫している。また、弾性シール部材５８には、そのシールリップ５８ａをシール摺接面５１ａに押圧する環状のコイルばね（ばね部材）５９が取り付けられている。
【０００４】
しかし、特にロールネック用軸受においては、上記のような構造の密封型転がり軸受を用いても、運転と停止の繰り返しに伴う温度変化により、軸受内部の圧力が負圧になってシールリップの外側にあった水が軸受内部に吸い込まれ、軸受寿命が短くなることがあった。
【０００５】
そこで、従来は、接触シールのシールリップの自然状態での内径を小さくし、シール摺接面の外径との差を大きくすることにより、シールリップの緊迫圧力を大きくして、シール性を高めようとする対策をとっていた。すなわち、シールリップの自然状態での内径をｄ、シール摺接面の外径をＤ１、内輪が嵌め込まれる軸の直径をＤ０とし（図６参照）、シールリップ内径ｄを（Ｄ１−ｄ）／Ｄ０というパラメータ（以下、シール内径パラメータと記す。）で評価すると、例えば図７に示すように、シールリップの内径ｄは、通常、シール内径パラメータが０．４％より大きい領域で設定され、シール性を高めようとする場合は、シール内径パラメータが最大１．２％程度になるまでシールリップ内径ｄを小さくすることが行われる。ところが、実際には、このようにシールリップの内径を小さくして緊迫圧力を大きくしても、必ずしもシール性向上に対して十分な効果が得られない場合が多い。
【０００６】
これに対し、接触シールに軸受内外の圧力差に応じて開閉するベントを設けることにより、軸受内部の圧力が負圧にならないようにして軸受内部への水の浸入を防止しようとする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４２４０９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、接触シールにベント孔を設け、そのベント孔に弁部材を取り付ける必要があり、製造コストが高くなるうえ、構造が複雑になってメンテナンスに手間がかかるようになる。また、軸受内外の圧力差に応じて開閉するだけの弁部材では、軸受内部の圧力が低下したときに、軸受外部からベント孔を通って空気が流入するのと同時に水が浸入してしまうおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明は、水が多量に飛散し、軸受内部が負圧になる環境で使用される密封型転がり軸受において、製造コストの増大や構造の複雑化を伴うことなく、十分なシール性を確保できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために、環状の弾性シール部材の内周側にシールリップが形成された接触シールを外輪側に固定し、その接触シールのシールリップで内輪側に設けられたシール摺接面を緊迫して、内輪と外輪との間の軸受空間を密封した密封型転がり軸受において、前記内輪が嵌め込まれる軸の直径に対する、前記シール摺接面の外径と前記シールリップの自然状態での内径との差の比を、０．２７〜０．４０％とする構成を採用した。
【００１１】
ここで、内輪が嵌め込まれる軸の直径Ｄ０に対する、シール摺接面の外径Ｄ１とシールリップの自然状態での内径ｄとの差の比（シール内径パラメータ（Ｄ１−ｄ）／Ｄ０）の上限値は、次にようにして設定した。すなわち、本発明者らは、軸受内部への水の浸入現象について研究を重ねた結果、シール内径パラメータを通常の使用範囲で大きくすると、シールリップの緊迫圧力が大きくなるが摩擦発熱も大きくなることにより、シールリップの外側近傍の水が水蒸気化して軸受内部へ浸入しやすくなるのに対し、このパラメータを通常使用されていない０．４０％以下とすれば、シールリップの緊迫圧力は小さくなるものの摩擦発熱が小さくなることによりシール性が向上するという知見を得たので、このパラメータの上限値を０．４０％としたのである。
【００１２】
一方、上記シール内径パラメータの下限値を０．２７％としたのは、このパラメータを小さくしすぎるとシールリップの緊迫圧力減少の影響が大きくなってシール性が低下するが、０．２７％以上（かつ０．４０％以下）であれば、適度な緊迫圧力が得られ、従来よりも高いシール性を確保できることによる。
【００１３】
上記の構成によれば、水が多量に飛散し、軸受内部が負圧になる環境でも、接触シールにベント等の機構を追加することなく、十分なシール性を確保することができる。
【００１４】
上記の構成において、前記接触シールが、前記弾性シール部材にそのシールリップをシール摺接面に押圧する環状のばね部材が取り付けられたものである場合、その弾性シール部材は、前記ばね部材が取り付けられる部位と径方向外側に向かって延びる立ち上がり部の付け根とを接続する腰部の最小厚さを、その腰部の長さ寸法よりも大きくしたものとすることが望ましい。このようにして弾性シール部材の腰部の剛性を高めれば、軸受内部が負圧になったときの弾性シール部材の変形を小さくして、シールリップの緊迫圧力の上昇およびそれに伴う摩擦発熱の増大を抑えることができるので、シール性をさらに向上させることができる。
【００１５】
また、前記接触シールの弾性シール部材に、前記シールリップよりも軸受外部側で前記内輪のシール摺接面との間にラビリンス隙間を形成する壁部を設けて、軸受外部の水が直接シーリップにかかりにくいようにしても、シール性を高めることができる。ここで、前記弾性シール部材の壁部の外側面を、階段状とする等、前記内輪のシール摺接面に近づくほど外側へ突出するように形成すれば、その壁部の外側面に沿って水が軸受外部側へ流れやすくなり、シール性が一層高まる。さらに、前記弾性シール部材の壁部の少なくとも一部に撥水加工を施すようにすれば、その撥水加工を施した部位に水が付着しにくくなり、壁部のシール性向上効果が大きくなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の密封型転がり軸受は、上述したように、内輪が嵌め込まれる軸の直径に対する、シール摺接面の外径とシールリップの自然状態での内径との差の比を、通常使用されていない０．２７〜０．４０％に設定することにより、シールリップの摩擦発熱を小さくするとともに、シールリップに適度な緊迫圧力を付与したものであるから、従来と変わらない製造コストおよび構造で、従来よりも高いシール性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の密封型転がり軸受の正面断面図
【図２】図１の転がり軸受の一端部の拡大断面図
【図３】図２の接触シールの弾性シール部材の拡大断面図
【図４】図１の転がり軸受のシール性確認実験の結果を示すグラフ
【図５】ａ〜cは、それぞれ接触シールの弾性シール部材の形状の変形例を示す拡大断面図
【図６】従来の密封型転がり軸受の一端部の拡大断面図
【図７】通常の密封型転がり軸受のシール内径パラメータの使用範囲を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図１乃至図５に基づき、本発明の実施形態を説明する。この密封型転がり軸受は、図１に示すように、鉄鋼圧延機のロールネック部（軸）Ａを支持する４列円錐ころ軸受であり、２列ずつの軌道面を有する左右２つの内輪１と、２列の軌道面を有する中央の外輪２ａおよびその両側に間座３を介して並べられた１列ずつの軌道面を有する２つの外輪２ｂとの間に、４列の円錐ころ４が保持器５で保持され、内輪１と外輪２ａ、２ｂとの間の軸受空間（軸受内部）が両端のサイドシール６と中央部の中間シール７とで密封されている。
【００１９】
前記サイドシール６は、両側の外輪２ｂの端面に押し付けられる環状のシールケース８と、シールケース８の内周面に固定された接触シール９とからなり、シールケース８の外周面には、図示省略した軸受箱との間をシールするＯリング１０が装着されている。
【００２０】
このサイドシール６の接触シール９は、図２に示すように、シールケース８内周に圧入される環状の芯金１１の内周部にフッ素ゴム製の弾性シール部材１２を取り付けたものであり、その弾性シール部材１２の内周側に形成されたシールリップ１２ａで、内輪１の外側延長部の外周面に設けられたシール摺接面１ａを緊迫している。また、弾性シール部材１２には、シールリップ１２ａをシール摺接面１ａに押圧する環状のコイルばね（ばね部材）１３が取り付けられている。
【００２１】
ここで、前記接触シール９は、全体の形状がＳ字状で、その芯金１１が外輪２ｂの端面に突き当てられている。これにより、芯金１１と保持器５とを干渉させることなく、シールケース８の軸方向寸法を図６に示した従来のものよりも小さくすることができ、転がり軸受全体を軸方向にコンパクト化できるようになっている。
【００２２】
一方、前記弾性シール部材１２は、内輪１が嵌め込まれるロールネック部Ａの直径Ｄ０に対する、シール摺接面１ａの外径Ｄ１とシールリップ１２ａの自然状態での内径ｄとの差の比、すなわちシール内径パラメータ（Ｄ１−ｄ）／Ｄ０が０．２７〜０．４０％の範囲に入るように、シールリップ内径ｄが設定されている。
【００２３】
また、図３に示すように、この弾性シール部材１２は、シールリップ１２ａが形成されコイルばね１３が取り付けられる先端部１２ｂと、径方向外側に向かって延びる立ち上がり部１２ｃの付け根とが腰部（図中の２本の破線間の部位）１２ｄで接続されており、この腰部１２ｄの最小厚さＴが長さ寸法Ｌよりも大きく形成されている。これにより、腰部１２ｄの剛性が高くなって、軸受内部が負圧になったときの弾性シール部材１２の変形が小さくなり、シールリップ１２ａの緊迫圧力の上昇およびそれに伴う摩擦発熱の増大が抑えられるようになっている。
【００２４】
次に、この実施形態の密封型転がり軸受のシール性を確認するために行った実験について説明する。実験は、基本的な構造が実施形態と同じで、サイドシールのシールリップの自然状態での内径のみが互いに異なる試験軸受を数種類用意し、これらの各試験軸受を実施形態のロールネック部に代わる中空軸に嵌め込んで、サイドシールに水をかけながら一定時間運転と停止を繰り返した後、中空軸内周面のシールリップに対応する軸方向位置での温度と、軸受内部への水浸入量を測定した。その測定結果を図４に近似曲線で示す。
【００２５】
図４から、シール内径パラメータ（Ｄ１−ｄ）／Ｄ０が大きくなるほど（シールリップ内径ｄを小さくするほど）、軸温度は高くなっており、シールリップの摩擦発熱が大きくなっていると考えられるが、このパラメータと水浸入量は比例せず、このパラメータが実施形態の範囲すなわち０．２７〜０．４０％の範囲にあるものは、０．４０％を超える通常使用範囲のものよりも水浸入量が少なくなることがわかる。
【００２６】
上記の実験結果から、実施形態の密封型転がり軸受は、水が多量に飛散し、軸受内部が負圧になる環境において、従来と変わらない製造コストおよび構造で、従来よりも優れたシール性を確保できることが確認された。
【００２７】
なお、実験で用いた各試験軸受のうち、シール内径パラメータが実施形態の範囲にあるものについて、シールリップの緊迫力を解析によって求めると、中空軸の外周長さに対する単位長さあたりの値で０．０５６〜０．１００Ｎ／ｍｍであった。逆に言えば、シールリップの緊迫力がこの範囲に入るように設計することにより、従来よりも高いシール性が得られると考えられる。
【００２８】
図５は接触シール９の弾性シール部材１２の形状の変形例を示す。このうち、図５（ａ）は、弾性シール部材１２に、シールリップ１２ａよりも軸受外部側で内輪１のシール摺接面１ａとの間にラビリンス隙間１４を形成する壁部１２ｅを設けて、軸受外部の水が直接シールリップ１２ａにかかりにくくした例である。また、図５（ｂ）、（ｃ）は、図５（ａ）の弾性シール部材１２の壁部１２ｅの外側面を、内輪１のシール摺接面１ａに近づくほど外側へ突出するよう、凹円弧状（図５（ｂ））または階段状（図５（ｃ））に変形した例である。
【００２９】
これらの変形例の弾性シール部材１２のうちのいずれかを採用すれば、壁部１２ｅのラビリンス効果により、図１乃至図３に示した例よりもシール性を高めることができる。また、図５（ｂ）、（ｃ）の例では、壁部１２ｅの外側面に沿って水が軸受外部側へ流れやすくなるので、図５（ａ）の例よりもシール性が高まる。さらに、図示は省略するが、壁部１２ｅの少なくとも一部に撥水加工を施すようにすれば、その撥水加工を施した部位に水が付着しにくくなり、壁部１２ｅのシール性向上効果が一層大きくなる。
【００３０】
上述した実施形態では密封型転がり軸受を４列円錐ころ軸受としたが、本発明は、玉軸受やころ軸受等の他の種類の密封型転がり軸受にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  内輪
１ａ  シール摺接面
２ａ、２ｂ  外輪
４  円錐ころ
５  保持器
６  サイドシール
８  シールケース
９  接触シール
１１  芯金
１２  弾性シール部材
１２ａ  シールリップ
１２ｂ  先端部
１２ｃ  立ち上がり部
１２ｄ  腰部
１２ｅ  壁部
１３  コイルばね
１４  ラビリンス隙間
Ａ  ロールネック部
【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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【図７】
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