(57)【要約】【課題】一般的な接触シールを利用せずに、高いシール性を確保できる軸受ハウジング用密封装置を提供する。【解決手段】軸受ハウジング用密封装置１は、軸受ハウジング９に固定される固定部材２と、回転軸１０に固定される回転部材３と、回転軸１０の外周に配置される三次元網目構造部材５とを備えてなり、三次元網目構造部材５は、連続気孔を有する樹脂またはゴム、ヘチマ繊維、海綿繊維などから形成され、軸受ハウジング用密封装置１の外部と、軸受ハウジング９の内部密封空間とを繋ぐ密封経路として、固定部材２と回転部材３との間に形成されるラビリンス部４と、三次元網目構造部材５と回転軸１０との間に形成されるラビリンス部６とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を支持する転がり軸受が内部に配置される軸受ハウジング用の密封装置であって、
該密封装置は、前記軸受ハウジングに固定される固定部材と、前記回転軸に固定される回転部材と、前記回転軸の外周側で円周状に配置される三次元網目構造部材とを備えてなり、
密封経路として、前記固定部材と前記回転部材のそれぞれの表面が隙間を介して対向して形成されるラビリンス部と、前記固定部材、前記回転部材、または前記回転軸と前記三次元網目構造部材との間に形成されるラビリンス部とを有することを特徴とする軸受ハウジング用密封装置。
【請求項２】
前記密封装置は、前記密封経路および前記三次元網目構造部材にグリースが充填されてなることを特徴とする請求項１記載の軸受ハウジング用密封装置。
【請求項３】
前記軸受ハウジングまたは前記固定部材において、前記三次元網目構造部材の近傍に、該部材に対してグリースを供給する給油脂栓を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の軸受ハウジング用密封装置。
【請求項４】
前記三次元網目構造部材は、連続気孔を有する樹脂またはゴムからなる部材であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の軸受ハウジング用密封装置。
【請求項５】
前記三次元網目構造部材は、ヘチマ繊維または海綿繊維からなる部材であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の軸受ハウジング用密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般産業機械において自動調心転がり軸受などを内部に配置して使用する軸受ハウジング（プランマブロック）用の密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受ハウジングは、軸受箱またはプランマブロックと呼ばれ、内部に配置される転がり軸受と組み合わせた軸受ユニットとして一般産業機械に多く使用されている。適用される一般産業機械としては、車両、建設機械、工作機械、歯車装置、搬送装置、空調設備、鉱山設備、発電所設備など多岐にわたる。例えば、鉱山では、鉄鉱石や石炭を採掘場からトラック載積場まで搬送するベルトコンベアにおいて、コンベア両端のコンベアローラの回転軸を支持する軸受を保持するプランマブロックが使用されている。また、製鉄所では、圧延機ロールネック用軸受などに使用されている。
【０００３】
軸受ハウジングには、転がり軸受が配置されている内部密封空間に粉塵や水分が侵入することを防止するため、かつ、潤滑剤が外部に漏れることを防止するために密封装置が適用されている。軸受ハウジング用の密封装置としては、一般に、ゴムシール、フェルトシール、スプリング付ゴムシールなどの接触シール、狭い隙間空間を迷路のように形成したラビリンスシール、グリースを充填してなるグリースシールなどの非接触シール、またはこれらを組み合わせたシール構造などが用途に応じて適用されている。特に、鉱山、製鉄所、発電所などのように、微細な粉塵が多く舞いやすい環境下や、雨水や冷却水が降り注ぐ環境下では、上記密封装置の構成が重要となり、接触シールと非接触シールとを組み合わせた強固なシールなどが採用されている。
【０００４】
従来、軸受ハウジング用密封装置として特許文献１が提案されている。この密封装置の構造を図２に基づき説明する。図２は該密封装置の断面図である。図２に示すように、この密封装置２１は、軸受ハウジング２４に固定される固定部材２２と、回転軸２５に固定される回転部材２３とを有している。密封装置の外部と、内部密封空間とを繋ぐ密封経路に、固定部材２２と回転部材２３のそれぞれの表面が隙間を介して対向して形成されるラビリンス部２６と、２か所のピストンリングからなるピストンリングラビリンス部２７とが配置された構成としている。また、ラビリンス部２６を含む密封経路には、グリースが充填されている。この構成により、粉塵２８や水分が軸受ハウジング２４の内部密封空間に侵入することを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５９０４３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
軸受ハウジング用密封装置において接触シールを有する場合、この軸受ハウジングに転がり軸受を組み込んだプランマブロックの許容回転速度は、該接触シールの材質に応じた許容周速に制限され、設計上の足枷となる。また、接触シールでは、シールが摩耗する場合があり、これが異物となり、軸受ハウジングの内部密封空間に侵入するおそれ等がある。
【０００７】
また、図２に示す構造では、外部から粉塵２８が最初に侵入するラビリンス部２６の入口部２６ａからピストンリングラビリンス部２７に至るまでの密封経路空間が、断面図においては全てがほぼ同等になっている。この構造では、入口部２６ａの空間体積に近似サイズの粉塵２８は、密封経路内部に侵入して、ピストンリングラビリンス部２７のピストンリングまで到達してしまう。この粉塵２８は、ピストンリングを摩耗させ、上述のシールの摩耗による異物混入の懸念が生じる。
【０００８】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、一般的な接触シールを利用せずに、高いシール性を確保できる軸受ハウジング用密封装置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】
【０００９】
本発明の軸受ハウジング用密封装置は、回転軸を支持する転がり軸受が内部に配置される軸受ハウジング用の密封装置であって、該密封装置は、上記軸受ハウジングに固定される固定部材と、上記回転軸に固定される回転部材と、上記回転軸の外周側で円周状に配置される三次元網目構造部材とを備えてなり、密封経路として、上記固定部材と上記回転部材のそれぞれの表面が隙間を介して対向して形成されるラビリンス部と、上記固定部材、上記回転部材、または上記回転軸と上記三次元網目構造部材との間に形成されるラビリンス部とを有することを特徴とする。特に、密封経路が、上記固定部材と上記回転部材のそれぞれの表面が隙間を介して対向して形成されるラビリンス部と、上記固定部材、上記回転部材、または上記回転軸と上記三次元網目構造部材との間に形成されるラビリンス部とから構成される。
【００１０】
上記密封装置は、上記密封経路および上記三次元網目構造部材にグリースが充填されてなることを特徴とする。
【００１１】
上記軸受ハウジングまたは上記固定部材において、上記三次元網目構造部材の近傍に、該部材に対してグリースを供給する給油脂栓を有することを特徴とする。
【００１２】
上記三次元網目構造部材は、連続気孔を有する樹脂またはゴムからなる部材であることを特徴とする。また、上記三次元網目構造部材は、ヘチマ繊維または海綿質繊維からなる部材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の軸受ハウジング用密封装置は、軸受ハウジングに固定される固定部材と、回転軸に固定される回転部材と、回転軸の外周側で円周状に配置される三次元網目構造部材とを備えてなり、密封経路が、固定部材と回転部材のそれぞれの表面が隙間を介して対向して形成されるラビリンス部と、三次元網目構造部材と他部材との間に形成されるラビリンス部とから構成されるので、密封経路全体が非接触シールとなり、接触シールの摩耗の問題が生じない。また、接触シール材質による周速の制限も受けない。
【００１４】
上記密封経路および上記三次元網目構造部材にグリースが充填されてなるので、高いシール性を有する。特に、三次元網目構造部材と回転軸との間に形成されるラビリンス部は、三次元網目構造部材から継続的にグリースまたはその基油が供給されることで安定した油膜が形成され、高いシール性を有する。
【００１５】
上記軸受ハウジングまたは上記固定部材において、三次元網目構造部材の近傍に、該部材に対してグリースを供給する給油脂栓を有するので、三次元網目構造部に直接的に容易にグリースを補給できる。このため、優れたシール性を容易に維持できる。
【００１６】
上記三次元網目構造部材を連続気孔を有する樹脂またはゴムからなる部材とする場合、材料選定により用途に応じた高温耐久性に優れる三次元網目構造部材とできる。また、使用条件に応じた気孔率の調整が可能である。
【００１７】
上記三次元網目構造部材をヘチマ繊維または海綿繊維からなる部材とする場合、非常に高い気孔率を有し、グリースを多量に保持できる。また、自然物であり、環境負荷の小さい密封装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一例に係る軸受ハウジング用密封装置の断面図である。
【図２】従来の軸受ハウジング用密封装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の軸受ハウジング用密封装置の一実施例を図１に基づき説明する。図１はこの密封装置の断面図である。軸受ハウジング９は、その内部に、回転軸１０を支持する転がり軸受（図示省略）が配置される。転がり軸受は、軸受ハウジング９に対して図中左側に配置される。転がり軸受の種類としては特に限定されず、自動調心玉軸受、玉軸受、ころ軸受などが用いられる。軸受ハウジング用密封装置１は、軸受ハウジング９に固定される固定部材２と、回転軸１０に固定される回転部材３と、回転軸１０の外周に配置される三次元網目構造部材５とを備えてなる。この構成において、軸受ハウジング用密封装置１の外部と、軸受ハウジング９の内部密封空間とを繋ぐ密封経路として、固定部材２と回転部材３との間に形成されるラビリンス部４と、三次元網目構造部材５と回転軸１０との間に形成されるラビリンス部６とを有する。
【００２０】
ラビリンス部４は、固定部材２と回転部材３のそれぞれの凹凸表面が隙間を介して対向することで形成されている。すなわち、固定部材２と回転部材３とは、一方の部材の凸部が他方の部材の凹部と隙間を介して相補的に配された位置関係にある。ラビリンス部４は、軸受ハウジング用密封装置１で密封された軸受ハウジング９の内部密封空間への外部からの入口となる部分である。
【００２１】
ラビリンス部４のシール構造としては、グリースや粉塵などの通過物の抵抗を大きくしてグリース漏れや粉塵侵入を抑制できるよう、隙間幅の狭い領域を有していれば特に限定されない。好ましくは、隙間幅の狭い領域と隙間幅の広い領域を交互に設けた形状とする。隙間幅の広い領域を複数回にわたって通過させることで、通過物の速さを漸次減少でき、グリース漏れや粉塵侵入を抑制できる。また、密封経路にグリースを充填すると、グリースは一般的にチキソトロピー性を有することから、隙間幅の狭い領域では大きなせん断応力が加わって高い潤滑性を示しつつ、隙間幅の広い領域では半固体状の態様で存在して高い密封性を付与できる。
【００２２】
三次元網目構造部材５は、軸受ハウジング９に形成された円周状の溝に挿入固定され、回転軸１０の外周側で円周状に配置された構成となっている。この三次元網目構造部材５の内周面と回転軸１０の外周面との間に、ラビリンス部６が形成されている。また、三次元網目構造部材５と回転部材３とは僅かな隙間を設けて非接触としている。なお、三次元網目構造部材５は、表面まで連通している連通気孔を有することから、他部材と接触する場合でもその界面に僅かな潤滑剤経路が形成される。ここで、三次元網目構造部材が「回転軸の外周側で円周状に配置される」とは、図１に示すように、回転軸１０の直接の外周面上（ラビリンス隙間はある）に円周状に配置される場合に加えて、回転軸１０の外周側に位置する部材である回転部材３や固定部材２に形成された円周状の溝に挿入・保持されているような場合も含む。
【００２３】
三次元網目構造部材５は、軸受ハウジング９または固定部材２に固定することが好ましい。回転部材側に三次元網目構造部材を固定すると、回転部材の回転運動により発生する遠心力で、三次元網目構造部材が変形し、ラビリンス隙間の維持が困難となるおそれがある。これに対して、固定側の部材に固定することで、遠心力の影響を受けない。
【００２４】
また、三次元網目構造部材５が回転軸１０に接触しないように、軸受ハウジング９や固定部材２に該部材５が物理的に係合するような形状を設けて固定してもよい。
【００２５】
三次元網目構造部材５と密封経路には、グリース１１が充填されている。軸受ハウジング用密封装置１は、固定部材２の外周面に給油脂栓８を有しており、定期的にこれを開栓して、グリース孔７を介して三次元網目構造部材５にグリースを補給している。三次元網目構造部材５はグリース保持体の役割を担い、ラビリンス部６に加えて、ラビリンス部４に対してもグリースを供給できる。密封経路における三次元網目構造部材５の部分は、従来のグリースシールに近い構成であるが、該部材によりグリースを保持するため、単なる空間にグリースを充填させておくよりもシール部のグリース消費量を削減できる。また、グリースの保持性に優れ、徐々にグリースを周囲に供給できるため、寿命の向上が期待できる。さらに、物理的な障害ともなるため、粉塵などの異物に対するシール性が向上する。
【００２６】
三次元網目構造部材５の気孔率（全体積に占める気孔の体積割合）は、５０％以上が好ましく、８０〜９５％がより好ましい。この範囲であると高い気孔率により多量のグリースを保持できる。また、三次元網目構造部材５は、そこに充填されるグリース等を周囲に徐放する必要があることから、該部材に含まれる気孔は、表面まで各気孔が連通した連続気孔（連通孔）である必要がある。一般的に気孔率が４０％程度をこえる場合、含まれるすべての気孔が連続気孔となる。
【００２７】
三次元網目構造部材５は、例えば、連続気孔を有する樹脂またはゴムから形成できる。樹脂材料やゴム材料を発泡・硬化することで、三次元網目構造を有し、高い気孔率を確保した部材とできる。樹脂材料の選定により、高温用途に対応した高温耐久性を付与できる。また、樹脂材料等を発泡させる手段としては、例えば、揮発性ガスを化学反応により生成させる化学的方法、水、アセトン、ヘキサン等の比較的沸点の低い有機溶媒を加熱して気化させる物理的方法、窒素などの不活性ガスや空気を外部から吹き込む機械的方法などを採用できる。これらを適宜使用することで、用途や使用条件に応じて、気孔率を調整できる。
【００２８】
樹脂材料としては、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド４６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリアミド６Ｔ樹脂、ポリアミド９Ｔ樹脂などの汎用プラスチックやエンジニアリングプラスチックを使用できる。ゴム材料としては、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ウレタンエラストマー、フッ素ゴム、クロロスルフォンゴムなどの各種ゴムを使用できる。さらに、軟質ウレタンフォーム、硬質ウレタンフォーム、半硬質ウレタンフォームなどのウレタンフォームも使用できる。
【００２９】
また、三次元網目構造部材５は、例えば、ヘチマ繊維または海綿繊維から形成できる。これらは自然物でありながら、非常に高い気孔率を有し、グリースを多量に保持できる。三次元網目構造部材を固定部材や軸受ハウジングに固定することで、遠心力の影響が少なく、これらの繊維物を用いた場合でも変形のおそれが少ない。また、これらの繊維と同等の性状を有する、他の植物繊維なども使用できる。
【００３０】
ヘチマ繊維は、ウリ科の一年草であるヘチマの果実を原料とし、これを水に浸して果実内の軟部組織を腐敗させた後、該組織と種を取り除いた繊維のみを乾燥して得られる。ヘチマ繊維の気孔率は、８０〜９０％であり、非常に高い気孔率を有する。また、海綿繊維は、 モクヨクカイメンなどの海綿動物の繊維状骨格として得られる。
【００３１】
その他、必要に応じて、密封経路に、グリースシール部やシールリングラビリンス部などの非接触シール部を設けてもよい。
【００３２】
本発明の軸受ハウジング用密封装置は、軸受ハウジング内に加えて、上述のように、三次元網目構造部材と密封経路にも主にグリースを充填して使用するものである（グリース潤滑）。軸受ハウジング内にグリースを充填する場合、先に転がり軸受内部にグリースを充填する。また、軸受ハウジングの形式によっては油潤滑であってもよい。油潤滑の場合でも、三次元網目構造部材に該油が保持されやすく、潤滑特性に優れる。
【００３３】
グリースを構成する基油としては、通常、プランマブロックに用いられるものであれば特に制限なく使用できる。例えば、スピンドル油、マシン油、タービン油などの鉱油、ポリブテン油、ポリ−α−オレフィン油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油などの炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、リン酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素油などの非炭化水素系合成油などが挙げられる。これらの潤滑油は、単独で用いられてもよく、２種類以上が併用されてもよい。油潤滑の場合には、これらの基油を潤滑油として使用する。
【００３４】
グリースを構成する増ちょう剤としては、例えば、アルミニウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん、複合リチウム石けん、複合カルシウム石けん、複合アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物（脂肪族、脂環式、芳香族ジウレアなど）、ポリウレア化合物などのウレア系化合物、ＰＴＦＥ樹脂などのフッ素樹脂粉末が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独で用いられてもよく、２種類以上が併用されてもよい。
【００３５】
潤滑剤には必要に応じて公知の添加剤を適宜添加できる。添加剤としては、例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗抑制剤、多価アルコールエステルなどの防錆剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイトなどの固体潤滑材、エステル、アルコールなどの油性剤などが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の軸受ハウジング用密封装置は、一般的な接触シールを利用せずに、高いシール性を確保できるので、一般産業機械、特に、高速回転などが要求される用途での密封装置として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  軸受ハウジング用密封装置
２  固定部材
３  回転部材
４  ラビリンス部
５  三次元網目構造部材
６  ラビリンス部
７  グリース孔
８  給油脂栓
９  軸受ハウジング
１０  回転軸
１１  グリース
【図１】
2017036817.tif 000003
【図２】
2017036817.tif 000004