軸受装置
【課題】外部からの異物浸入防止と、内部からの潤滑剤漏出防止とを同時に図り、鉄鋼用圧延設備のバックアップロールの軸受などのように過酷な環境下での使用においても、耐久性に優れて長寿命な軸受装置を提供する。
【解決手段】軸受装置１０は、ロール軸１１と、ロール軸１１に外嵌する転がり軸受１２と、転がり軸受１２に外嵌してロール軸１１に対して相対回転可能に支持されるロール１３と、軸方向に並列配置される複数のシール部２３，２４を有し、転がり軸受１２の軸方向外側に配設されてロール軸１１とロール１３の間を封止するシール装置２０と、複数のシール部２３，２４の間に開口して圧縮流体を供給するノズル孔２６と、を備える。
【解決手段】軸受装置１０は、ロール軸１１と、ロール軸１１に外嵌する転がり軸受１２と、転がり軸受１２に外嵌してロール軸１１に対して相対回転可能に支持されるロール１３と、軸方向に並列配置される複数のシール部２３，２４を有し、転がり軸受１２の軸方向外側に配設されてロール軸１１とロール１３の間を封止するシール装置２０と、複数のシール部２３，２４の間に開口して圧縮流体を供給するノズル孔２６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受装置に関し、より詳細には、鉄鋼用圧延設備のテンションレベラー、バックアップロール、センジマなど、外輪回転で使用される軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼用圧延設備のレベラーなどに用いられるバックアップロールは、ロール軸の両端に配設したころがり軸受によって、円筒形のロールを回転自在に支持すると共に、ころがり軸受の軸方向外側においてロール軸とロールの間にシール装置を介在させてロール内の密封を図っている。
【０００３】
鉄鋼材製造設備などのように、外部に水や粉塵など多くの異物が存在する厳しい環境下で使用される軸受装置のシール装置としては、従来、軸受の軸方向外側に配置された弾性シールと、圧縮空気を吐出するエアノズルとを備え、回転停止時には弾性シールのリップ部が相手部材に接触して封止し、回転時にはエアノズルから圧縮空気を吐出させて弾性シールのリップ部を撓ませ、相手部材との間にラビリンス隙間を生じさせて回転トルクを軽減すると共に、吐出空気により異物の浸入を防止するようにしたシール装置及びこれを用いたロール構造が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１５１９４８号公報
【特許文献２】特開平１１−２１８１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軸受外部の汚染が著しく、また高温、高荷重などの過酷な条件で使用される鉄鋼用圧延設備のバックアップロールなどに用いられる軸受には、水、粉塵、スケールなどの異物が軸受内に浸入することを防止する異物浸入防止機能と、軸受内部の潤滑剤が外部へ漏れ出すことを防止する潤滑剤保持機能が、同時に求められる。
【０００６】
上記特許文献１及び特許文献２に開示されているシール装置は、１つの弾性シールと、エアノズルと、を備えている。このシール装置によると、エアノズルから吐出する圧縮空気によって、軸受外部からの異物浸入防止は図られているものの、軸受内部からの潤滑剤の漏れ出し対する対策は施されておらず、耐久性を向上させるためには、改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、外部からの異物浸入防止と、内部からの潤滑剤漏出防止とを同時に図り、鉄鋼用圧延設備のバックアップロールの軸受などのように過酷な環境下での使用においても、耐久性に優れて長寿命な軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）ロール軸と、ロール軸に外嵌する転がり軸受と、転がり軸受に外嵌してロール軸に対して相対回転可能に支持されるロールと、を備える軸受装置であって、軸方向に並列配置される複数のシール部を有し、転がり軸受の軸方向外側に配設されてロール軸とロールの間を封止するシール装置と、複数のシール部の間に開口して圧縮流体を供給するノズル孔と、を備えることを特徴とする軸受装置。
（２）シール装置は、転がり軸受側に配置される第１シール部と、第１シール部より軸方向外側に配置される第２シール部と、を備え、第１シール部は、ロール軸側の部材及びロール側の部材の一方に固定され、弾性を有するリップ部がロール軸側の部材及びロール側の部材の他方の周面に摺接するオイルシールであり、第２シール部は、ロール軸側の部材及びロール側の部材の一方に固定され、弾性を有するリップ部がロール軸側の部材及びロール側の部材の他方の周面に摺接するオイルシール、ロール軸側の部材及びロール側の部材の一方に固定され、弾性を有するリップ部がロール軸側の部材及びロール側の部材の他方の側面に摺接するＶリング、及びロール軸側の部材とロール側の部材が僅かなラビリンス隙間を介して対向配置されるラビリンスシールのいずれかであることを特徴とする（１）に記載の軸受装置。
（３）第１シール部がオイルシールであり、第２シール部がオイルシール又はＶリングであり、第１シール部のリップ部の相手部材に対する緊迫力が、第２シール部のリップ部の相手部材に対する緊迫力より大きく設定されることを特徴とする（２）に記載の軸受装置。
（４）シール装置は、円筒状に形成されて内周面にＯリングが配設されると共に、軸方向略中央部に径方向に貫通するノズル孔が設けられる内輪部材と、円筒状に形成されて外周面にＯリングが配設される外輪部材と、内輪部材のノズル孔に対して軸方向一端側と外輪部材との間に配置されて内輪部材と外輪部材との間を封止する第１シール部と、内輪部材のノズル孔に対して軸方向他端側と外輪部材との間に配置されて内輪部材と外輪部材との間を封止する第２シール部と、を備え、内輪部材、外輪部材、第１シール部、及び第２シール部は、ユニット装置として一体に組み付けられることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の軸受装置。
（５）ロールは、少なくともシール装置が配置される範囲の外周面に、軸方向外方に向かうに従って次第に小径となるテーパー面が形成されることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の軸受装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の軸受装置によれば、軸方向に並列配置される複数のシール部を有するシール装置が、転がり軸受の軸方向外側に配設されると共に、複数のシール部の間に圧縮流体を供給するノズル孔が設けられるため、ノズル孔から複数のシール部の間に圧縮空気などを供給して、軸受装置外部からの異物浸入を防止すると同時に、軸受装置内部からの潤滑剤の漏れ出しを防止することができる。これにより、軸受装置の耐久性を向上させて長寿命とすることができる。
【００１０】
また、本発明の軸受装置によれば、シール装置は、オイルシールから構成されて転がり軸受側に配置される第１シール部と、オイルシール、Ｖリング、及びラビリンスシールのいずれかで構成されて第１シール部より軸方向外側に配置される第２シール部とからなるため、いずれも簡単な機構のシール部を組み合わせて、軸受装置外部からの異物浸入を防止すると共に、軸受装置内部からの潤滑剤の漏れ出しを防止することができるシール装置を安価に製作することができる。また、回転時には、ノズル孔から圧縮空気を供給してリップ部を撓ませ、相手部材との間に隙間を形成することにより、接触抵抗をなくして摩擦トルクを低減させて消費エネルギーを抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の軸受装置によれば、転がり軸受側に配置される第１シール部のリップ部の相手部材に対する緊迫力が、第１シール部より軸方向外側に配置される第２シール部のリップ部の相手部材に対する緊迫力より大きく設定されるため、第２シール部のリップ部と相手部材との隙間から多くの圧縮空気を噴出させて、外部からの異物浸入を防止すると共に、第１シール部のリップ部と相手部材との接触を維持して内部からの潤滑剤の漏れ出しを防止して、異物浸入と潤滑剤漏出を同時に防止することができる。
【００１２】
また、本発明の軸受装置によれば、シール装置は、内輪部材、外輪部材、第１シール部、及び第２シール部が一体に組み付けられてユニット化されているため、軸受装置にシール装置を容易に組み付けることができる。また、シール装置にシール不良などの不具合が発生したとしても、シール装置だけを簡単に交換することができるので、短時間で機能を復旧させて機械装置の休止時間を大幅に短縮することができる。
【００１３】
さらに、本発明の軸受装置によれば、ロールは、少なくともシール装置が配置される範囲の外周面に、軸方向外方に向かうに従って次第に小径となるテーパー面が形成されるため、ロールに大きな荷重が作用して弾性変形したとしても、シール装置に及ぼす影響を抑制することができ、良好なシール性能を常に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る軸受装置の第１実施形態を説明するための断面図である。
【図２】図１に示すシール装置の拡大断面図である。
【図３】第１実施形態のシール装置の第１変形例を説明するための拡大断面図である。
【図４】第１実施形態のシール装置の第２変形例を説明するための拡大断面図である。
【図５】第１実施形態のシール装置の第３変形例を説明するための拡大断面図である。
【図６】第１実施形態のシール装置の第４変形例を説明するための拡大断面図である。
【図７】第１実施形態のシール装置の第５変形例を説明するための拡大断面図である。
【図８】本発明に係る軸受装置の第２実施形態を説明するための拡大断面図である。
【図９】第２実施形態のシール装置の第１変形例を説明するための拡大断面図である。
【図１０】第２実施形態のシール装置の第２変形例を説明するための拡大断面図である。
【図１１】本発明に係る軸受装置の第３実施形態を説明するための拡大断面図である。
【図１２】第３実施形態のシール装置の第１変形例を説明するための拡大断面図である。
【図１３】第３実施形態のシール装置の第２変形例を説明するための拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る軸受装置の各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
まず、図１〜図７を参照して、本発明に係る軸受装置の第１実施形態について説明する。
【００１７】
本実施形態の軸受装置１０は、図１に示すように、ロール軸１１と、ロール軸１１に外嵌する転がり軸受である複数のころ軸受１２と、ころ軸受１２に外嵌する円筒形のロール１３と、を備え、ロール１３がロール軸１１に対して相対回転可能に支持されている。
【００１８】
ロール軸１１には、径方向に貫通する径方向孔１６と、ロール軸１１の軸端部から軸方向に形成され径方向孔１６と連通する軸方向孔１７が形成されている。軸方向孔１７は、不図示の圧縮空気供給源に接続されており、圧縮空気が軸方向孔１７及び径方向孔１６を介して軸受装置１０内に供給される。
【００１９】
ころ軸受１２は、一対の内輪１４の外周面に形成される複数（本実施形態では４個）の軌道面１４ａと、ロール１３の内周面に形成される複数（本実施形態では２個）の軌道面１３ａとの間に、複数（本実施形態では４列）のころ１５が転動自在に配設されている。即ち、本実施形態のころ軸受１２では、ロール１３が外輪の機能を有する。
【００２０】
ころ軸受１２の軸方向外側には、それぞれシール装置２０が配置されており、ロール軸１１とロール１３の間を封止している。シール装置２０は、図２に示すように、ロール軸側の部材である内輪部材２１と、ロール側の部材である外輪部材２２と、一対のオイルシール２３，２４と、を備える。
【００２１】
内輪部材２１は、リング状に形成された部材であり、その内周面の軸方向略中央部に円環状溝２５が形成され、この円環状溝２５から外周面に向けて径方向に貫通するノズル孔２６が周方向に所定の間隔を存して複数形成される。また、内輪部材２１の内周面には、ノズル孔２６の軸方向両側に、Ｏリング２８を装着可能なＯリング溝２７がそれぞれ形成される。
【００２２】
また、内輪部材２１は、ロール軸１１に外嵌され、内輪１４の軸方向外端面とロール軸１１に装着された止め輪２９との間に狭持されて軸方向の位置決めがされている。これにより、ロール軸１１の径方向孔１６と内輪部材２１の円環状溝２５及びノズル孔２６が連通すると共に、ロール軸１１と内輪部材２１との間がＯリング２８，２８により封止される。
【００２３】
外輪部材２２は、リング状に形成された部材であり、その外周面にＯリング３１を装着可能なＯリング溝３０が形成されている。また、外輪部材２２の内周面の軸方向外端部には、径方向内側に突出する突起部３２が全周に亘って形成されている。
【００２４】
また、外輪部材２２は、ロール１３に内嵌され、後述するリング部材３３を介して、ロール１３の段部１３ｂとロール１３に装着された止め輪３４との間に狭持されて軸方向の位置決めがされている。これにより、ロール１３と外輪部材２２との間がＯリング３０によって封止される。
【００２５】
内輪部材２１と外輪部材２２との間には、第１シール部である第１オイルシール２３と、第２シール部である第２オイルシール２４が、軸方向に並列に配置されている。第１オイルシール２３は、ころ軸受１２に隣接して、即ち、ロール軸１１の軸端から遠い側に配置され、第２オイルシール２４は、ころ軸受１２から離間した側、即ち、ロール軸１１の軸端から近い側に配置されている。
【００２６】
第１及び第２オイルシール２３，２４は、それぞれ略Ｌ字型の芯金４０Ａ，４０Ｂと、芯金４０Ａ，４０Ｂを内包するゴムなどから成形される弾性部材４１Ａ，４１Ｂと、弾性部材４１Ａ，４１Ｂから延設されるリップ部４２Ａ，リップ部４２Ｂと、リップ部４２Ａ，４２Ｂの外周面側に装着されてリップ部４２Ａ，４２Ｂと内輪部材２１との間に緊迫力を付与するリング状のスプリング４３Ａ，４３Ｂと、を備える。
【００２７】
また、本実施形態では、図２に示すように、第１及び第２オイルシール２３，２４は、リップ部４２Ａ，４２Ｂがロール軸１１の軸端方向に向くような状態で外輪部材２２の内周面に内嵌して組み付けられる。
【００２８】
具体的には、外輪部材２２の内周面に、第２オイルシール２４の弾性部材４１Ｂが嵌合して外輪部材２２の突起部３２に当接し、さらに、スペーサ４５を介して第１オイルシール２３の弾性部材４１Ａが嵌合し、リング部材３３によって抜け出しが防止されている。
【００２９】
これにより、第１及び第２オイルシール２３，２４のリップ部４２Ａ，４２Ｂは、内輪部材２１の外周面に摺接する。また、内輪部材２１のノズル孔２６は、内輪部材２１、第１及び第２オイルシール２３，２４、及びスペーサ４５によって画成されたシール空間５０に開口する。
【００３０】
このように構成された本実施形態の軸受装置１０では、ロール１３の回転が停止している時、第１及び第２オイルシール２３，２４のリップ部４２Ａ，４２Ｂは、スプリング４３Ａ，４３Ｂの緊迫力によって内輪部材２１の外周面に接触している。従って、外部からの水や塵埃などの異物の浸入は、第２オイルシール２４によって防止される。また、万一、第２オイルシール２４を通過してシール空間５０内に異物が浸入したとしても、第１オイルシール２３によって軸受１２内への異物の浸入が確実に防止される。
【００３１】
また、軸受装置１０からのグリースなどの潤滑剤の漏れ出しは、第１オイルシール２３によって防止される。また、異物の浸入防止機能、及び潤滑剤の漏れ出し防止機能は、Ｏリング２８，３０によっても得られる。
【００３２】
また、ロール１３が回転している時には、不図示の圧縮空気供給源から軸方向孔１７、径方向孔１６、円環状溝２５、及びノズル孔２６を介してシール空間５０に圧縮空気が供給される。これにより、第２オイルシール２４のリップ部４２Ｂが、圧縮空気によって拡径する方向（径方向外側）に弾性変形して、リップ部４２Ｂと内輪部材２１との隙間から圧縮空気が外部に排出される。従って、第２オイルシール２４は、ロール１３の回転中は、圧縮空気によりシールを行っている。
【００３３】
また、ロール１３の回転中は、第２オイルシール２４のリップ部４２Ｂが内輪部材２１と非接触となるので、リップ部４２Ｂと内輪部材２１との接触によって生じる摩擦トルクが低減して消費エネルギーが抑制される。また、第１オイルシール２３のリップ部４２Ａと内輪部材２１の外周面との接触は維持されるので、軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出しが防止される。また、ノズル孔２６の位置は、軸受装置１０の軸方向外側に接近している程、即ち、第２オイルシール２４に接近して設けられる程、外部からの異物浸入防止に有効である。また、第１オイルシール２３に接近して設けられる程、内部からの潤滑剤の漏れ防止に対して有効である。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態の軸受装置１０によれば、軸方向に並列配置される第１及び第２オイルシール２３，２４を有するシール装置２０が、ころ軸受１２の軸方向外側に配置されると共に、ノズル孔２６を介して第１及び第２オイルシール２３，２４間のシール空間５０に圧縮空気が供給されるため、ロール１３の回転停止時は勿論、ロール１３の回転時においても、軸受装置１０内への異物の浸入を防止することができると共に、軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出しを防止することができる。これにより、軸受装置１０の耐久性を向上させて長寿命とすることができる。
【００３５】
また、本実施形態の軸受装置１０によれば、シール装置２０は、内輪部材２１、外輪部材２２、第１オイルシール２３、及び第２オイルシール２４が一体に組み付けられてユニット化されているため、軸受装置１０にシール装置２０を容易に組み付けることができる。また、シール装置２０にシール不良などの不具合が発生したとしても、シール装置２０だけを簡単に交換することができるので、短時間で機能を復旧させて機械装置の休止時間を大幅に短縮することができる。
【００３６】
なお、本実施形態の第１変形例として、図３に示すように、第１オイルシール２３は、リップ部４２Ａがロール軸１１の中心方向に向くような状態で外輪部材２２の内周面に組み付けられている。そして、本変形例によれば、ノズル孔２６から供給された圧縮空気が第１オイルシール２３と内輪部材２１との隙間から軸受１２内にも流れるので、この空気流が軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出し防止に有効に作用する。
【００３７】
また、本実施形態の第２変形例として、図４に示すように、第１及び第２オイルシール２３，２４は、リップ部４２Ａ，４２Ｂがロール軸１１の軸端方向に向くような状態で内輪部材２１の外周面に組み付けられている。この場合、第１及び第２オイルシール２３，２４のリップ部４２Ａ，４２Ｂは外輪部材２２の内周面に摺接する。また、内輪部材２１の外周面の軸方向内端部には、径方向外側に突出し、第１及び第２オイルシール２３，２４の軸方向の位置決めを行う突起部３５が全周に亘って設けられている。また、第１及び第２オイルシール２３，２４間には、第１及び第２オイルシール２３，２４の軸方向の位置決めを行うスペーサ４６が設けられており、このスペーサ４６には、ノズル孔２６と連通しシール空間５０に圧縮空気を供給する貫通穴４６ａがノズル孔２６に対応する位置に形成されている。そして、本変形例によれば、第１及び第２オイルシール２３，２４が静止側である内輪部材２１に取り付けられているので、ロール１３の回転の影響を受けることがなく、安定したシール性能を得ることができる。
【００３８】
また、本実施形態の第３変形例として、図５に示すように、第１オイルシール２３は、リップ部４２Ａがロール軸１１の中心方向に向くような状態で内輪部材２１の外周面に組み付けられ、第２オイルシール２４は、リップ部４２Ｂがロール軸１１の軸端方向に向くような状態で内輪部材２１の外周面に組み付けられている。この場合、第１及び第２オイルシール２３，２４のリップ部４２Ａ，４２Ｂは外輪部材２２の内周面に摺接する。また、上記第２変形例と同様に、突起部３５及びスペーサ４６が設けられている。そして、本変形例によれば、ノズル孔２６から供給された圧縮空気が第１オイルシール２３と内輪部材２１との隙間から軸受１２内にも流れるので、この空気流が軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出し防止に有効に作用し、また、第１及び第２オイルシール２３，２４が静止側である内輪部材２１に取り付けられているので、ロール１３の回転の影響を受けることがなく、安定したシール性能を得ることができる。
【００３９】
また、本実施形態の第４変形例として、図６に示すように、第１オイルシール２３のスプリング４３Ａによるリップ部４２Ａの内輪部材２１に対する緊迫力が、第２オイルシール２３のスプリング４３Ｂによるリップ部４２Ｂの内輪部材２１に対する緊迫力より大きく設定されている。そして、本変形例によれば、緊迫力の大きい第１オイルシール２３のリップ部４２Ａにより内輪部材２１との接触が維持されると共に、緊迫力の小さい第２オイルシール２３のリップ部４２Ｂによりノズル孔２６から供給された圧縮空気が効率よく外部に排出されるので、異物浸入防止と潤滑剤の漏れ出し防止を容易に両立することができる。なお、本変形例は、図２に示すシール装置を例に説明したが、これに限定されず、図３〜図５に示すシール装置にも適用可能である。また、本変形例の第１シール部の緊迫力を第２シール部の緊迫力より大きくするという技術的思想は後述するＶリング６１にも適用可能である。
【００４０】
また、本実施形態の第５変形例として、図７に示すように、ロール１３のシール装置２０が配置される範囲の外周面に、軸方向外方に向かうに従って次第に小径となるテーパー面５１が形成されている。そして、本変形例によれば、ロール１３に大きな荷重が作用したとしても、ロール１３の撓みなどによる影響がシール装置２０に及ぶことはなく、良好なシール性能を維持することができる。なお、本変形例は、図２に示す軸受装置を例に説明したが、これに限定されず、図３〜図６に示す軸受装置にも適用可能である。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、図８〜図１０を参照して、本発明に係る軸受装置の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【００４２】
本実施形態では、図８に示すように、上記第１実施形態のシール装置２０の代わりにシール装置６０を使用する。このシール装置６０は、第１シール部である第１オイルシール２３と第２シール部であるＶリング６１との組み合わせから構成されている。
【００４３】
第１オイルシール２３は、リップ部４２Ａがロール軸１１の軸端方向に向くような状態で外輪部材２２の内周面に組み付けられ、リップ部４２Ａが内輪部材２１の外周面に摺接する。
【００４４】
Ｖリング６１は、ゴム等の弾性素材から成形され、内輪部材２１の外周面に嵌合されるシール本体６２と、シール本体６２の軸方向内側下部から軸方向内方且つ径方向外方に斜めに延びるリップ部６３と、を有する。シール本体６２は、内輪部材２１の外周面の軸方向外端部から径方向外側に向けて突設される突起部２１ａの軸方向内側面に当接している。リップ部６３は、スペーサ４５の軸方向外側面に摺接している。また、このＶリング６１は、異物に鉄粉などの硬いものが多い時に特に有効である。
【００４５】
このように構成された本実施形態の軸受装置１０では、ロール１３の回転が停止している時、第１オイルシール２３のリップ部４２ａは、スプリング４３Ａの緊迫力によって内輪部材２１の外周面に接触し、Ｖリング６１のリップ部６３は、スペーサ４５の軸方向外側面に接触している。従って、外部からの水や塵埃などの異物の浸入は、Ｖリング６１によって防止される。また、万一、Ｖリング６１を通過してシール空間５０内に異物が浸入したとしても、第１オイルシール２３によって軸受１２内への異物の浸入が確実に防止される。また、軸受装置１０からのグリースなどの潤滑剤の漏れ出しは、第１オイルシール２３によって防止される。
【００４６】
また、ロール１３が回転している時には、不図示の圧縮空気供給源から軸方向孔１７、径方向孔１６、円環状溝２５、及びノズル孔２６を介してシール空間５０に圧縮空気が供給される。これにより、Ｖリング６１のリップ部６３が、圧縮空気によって軸方向外側に弾性変形して、リップ部６３とスペーサ４５との隙間から圧縮空気が外部に排出される。従って、Ｖリング６１は、ロール１３の回転中は、圧縮空気によりシールを行っている。
【００４７】
また、ロール１３の回転中は、Ｖリング６１のリップ部６３がスペーサ４５と非接触となるので、リップ部６３とスペーサ４５との接触によって生じる摩擦トルクが低減して消費エネルギーが抑制される。また、第１オイルシール２３のリップ部４２Ａと内輪部材２１の外周面との接触は維持されるので、軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出しが防止される。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態の軸受装置１０によれば、軸方向に並列配置される第１オイルシール２３及びＶリング６１を有するシール装置６０が、ころ軸受１２の軸方向外側に配置されると共に、ノズル孔２６を介して第１オイルシール２３及びＶリング６１間のシール空間５０に圧縮空気が供給されるため、ロール１３の回転停止時は勿論、ロール１３の回転時においても、軸受装置１０内への異物の浸入を防止することができると共に、軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出しを防止することができる。これにより、軸受装置１０の耐久性を向上させて長寿命とすることができる。
【００４９】
また、本実施形態の軸受装置１０によれば、シール装置６０は、内輪部材２１、外輪部材２２、第１オイルシール２３、及びＶリング６１が一体に組み付けられてユニット化されているため、軸受装置１０にシール装置６０を容易に組み付けることができる。また、シール装置６０にシール不良などの不具合が発生したとしても、シール装置６０だけを簡単に交換することができるので、短時間で機能を復旧させて機械装置の休止時間を大幅に短縮することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００５０】
なお、本実施形態の第１変形例として、図９に示すように、第１オイルシール２３は、リップ部４２Ａがロール軸１１の中心方向に向くような状態で外輪部材２２の内周面に組み付けられている。そして、本変形例によれば、ノズル孔２６から供給された圧縮空気が第１オイルシール２３と内輪部材２１との隙間から軸受１２内にも流れるので、この空気流が軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出し防止に有効に作用する。
【００５１】
また、本実施形態の第２変形例として、図１０に示すように、ロール１３のシール装置６０が配置される範囲の外周面に、軸方向外方に向かうに従って次第に小径となるテーパー面５１が形成されている。そして、本変形例によれば、ロール１３に大きな荷重が作用したとしても、ロール１３の撓みなどによる影響がシール装置６０に及ぶことはなく、良好なシール性能を維持することができる。なお、本変形例は、図８に示す軸受装置を例に説明したが、これに限定されず、図９に示す軸受装置にも適用可能である。
【００５２】
（第３実施形態）
次に、図１１〜図１３を参照して、本発明に係る軸受装置の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【００５３】
本実施形態では、図１１に示すように、上記第１実施形態のシール装置２０の代わりにシール装置７０を使用する。このシール装置７０は、第１シール部である第１オイルシール２３と第２シール部であるラビリンスシール７１との組み合わせから構成されている。
【００５４】
第１オイルシール２３は、リップ部４２Ａがロール軸１１の軸端方向に向くような状態で外輪部材２２の内周面に組み付けられ、リップ部４２Ａが内輪部材２１の外周面に摺接する。
【００５５】
ラビリンスシール７１は、内輪部材２１のノズル孔２６より軸方向外側の外周面に一体形成され、軸方向外側に向かうに従って次第に大径となる傾斜面７２ａを有する第１ラビリンス形成部７２と、外輪部材２２のノズル孔２６より軸方向外側の外周面に一体形成され、軸方向外側に向かうに従って次第に小径となる傾斜面７３ａを有する第２ラビリンス形成部７３と、を備え、第１ラビリンス形成部７２の傾斜面７２ａと第２ラビリンス形成部７３の傾斜面７３ａとの間に所定のラビリンス隙間７４が形成される。
【００５６】
このように構成された本実施形態の軸受装置１０では、ロール１３の回転が停止している時、第１オイルシール２３のリップ部４２ａは、スプリング４３Ａの緊迫力によって内輪部材２１の外周面に接触し、ラビリンスシール７１の第１ラビリンス形成部７２と第２ラビリンス形成部７３との間にはラビリンス隙間７４が形成されている。従って、外部からの水や塵埃などの異物の浸入は、ラビリンスシール７１によって防止される。また、万一、ラビリンスシール７１を通過してシール空間５０内に異物が浸入したとしても、第１オイルシール２３によって軸受１２内への異物の浸入が確実に防止される。また、軸受装置１０からのグリースなどの潤滑剤の漏れ出しは、第１オイルシール２３によって防止される。
【００５７】
また、ロール１３が回転している時には、不図示の圧縮空気供給源から軸方向孔１７、径方向孔１６、円環状溝２５、及びノズル孔２６を介してシール空間５０に圧縮空気が供給される。これにより、ラビリンスシール７１のラビリンス隙間７４から圧縮空気が外部に排出される。従って、ラビリンスシール７１は、ロール１３の回転中は、圧縮空気によりシールを行っている。また、万一、ラビリンス隙間７４に異物が浸入したとしても、回転する第２ラビリンス形成部７３の遠心力により異物が傾斜面７３ａに沿って移動し外部に排出される。
【００５８】
また、圧縮空気の有無に係わらず、ラビリンスシール７１の第１ラビリンス形成部７２と第２ラビリンス形成部７３は接触することがないので、摩擦トルクが低減して消費エネルギーが抑制される。また、第１オイルシール２３のリップ部４２Ａと内輪部材２１の外周面との接触は維持されるので、軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出しが防止される。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態の軸受装置１０によれば、軸方向に並列配置される第１オイルシール２３及びラビリンスシール７１を有するシール装置７０が、ころ軸受１２の軸方向外側に配置されると共に、ノズル孔２６を介して第１オイルシール２３及びラビリンスシール７１のシール空間５０に圧縮空気が供給されるため、ロール１３の回転停止時は勿論、ロール１３の回転時においても、軸受装置１０内への異物の浸入を防止することができると共に、軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出しを防止することができる。これにより、軸受装置１０の耐久性を向上させて長寿命とすることができる。
【００６０】
また、本実施形態の軸受装置１０によれば、シール装置７０は、内輪部材２１、外輪部材２２、第１オイルシール２３、及びラビリンスシール７１が一体に組み付けられてユニット化されているため、軸受装置１０にシール装置７０を容易に組み付けることができる。また、シール装置７０にシール不良などの不具合が発生したとしても、シール装置７０だけを簡単に交換することができるので、短時間で機能を復旧させて機械装置の休止時間を大幅に短縮することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００６１】
なお、本実施形態の第１変形例として、図１２に示すように、第１オイルシール２３は、リップ部４２Ａがロール軸１１の中心方向に向くような状態で外輪部材２２の内周面に組み付けられている。そして、本変形例によれば、ノズル孔２６から供給された圧縮空気が第１オイルシール２３と内輪部材２１との隙間から軸受１２内にも流れるので、この空気流が軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出し防止に有効に作用する。
【００６２】
また、本実施形態の第２変形例として、図１３に示すように、ロール１３のシール装置７０が配置される範囲の外周面に、軸方向外方に向かうに従って次第に小径となるテーパー面５１が形成されている。そして、本変形例によれば、ロール１３に大きな荷重が作用したとしても、ロール１３の撓みなどによる影響がシール装置７０に及ぶことはなく、良好なシール性能を維持することができる。なお、本変形例は、図１１に示す軸受装置を例に説明したが、これに限定されず、図１２に示す軸受装置にも適用可能である。
【００６３】
なお、本発明は上記実施形態に例示したもの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において適宜変更可能である。
例えば、上記各実施形態では、鉄鋼用圧延設備のレベラーなどに用いられるバックアップロールに本発明を適用した場合を例示したが、これに限定されず、外部環境の厳しい条件で使用される各種機械の軸受装置に本発明を適用してもよい。
また、上記各実施形態では、シール装置に２個のシール部を配置する場合を例示したが、これに限定されず、シール装置に３個以上のシール部を配置してもよく、その配置個数に制限はない。なお、３個以上のシール部を配置する場合、少なくとも最外部のシール部と２番目のシール部との間に圧縮空気を供給するようにした方が好ましい。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 軸受装置
１１ ロール軸
１２ ころ軸受（転がり軸受）
１３ ロール
２０ シール装置
２１ 内輪部材（ロール軸側の部材）
２２ 外輪部材（ロール側の部材）
２３ 第１オイルシール（第１シール部）
２４ 第２オイルシール（第２シール部）
２６ ノズル孔
２８ Ｏリング
３１ Ｏリング
３２ 突起部
４５ スペーサ（ロール側の部材）
５０ シール空間
５１ テーパー面
６０ シール装置
６１ Ｖリング
６２ シール本体
６３ リップ部
７０ シール装置
７１ ラビリンスシール
７２ 第１ラビリンス形成部
７３ 第２ラビリンス形成部
７４ ラビリンス隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受装置に関し、より詳細には、鉄鋼用圧延設備のテンションレベラー、バックアップロール、センジマなど、外輪回転で使用される軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼用圧延設備のレベラーなどに用いられるバックアップロールは、ロール軸の両端に配設したころがり軸受によって、円筒形のロールを回転自在に支持すると共に、ころがり軸受の軸方向外側においてロール軸とロールの間にシール装置を介在させてロール内の密封を図っている。
【０００３】
鉄鋼材製造設備などのように、外部に水や粉塵など多くの異物が存在する厳しい環境下で使用される軸受装置のシール装置としては、従来、軸受の軸方向外側に配置された弾性シールと、圧縮空気を吐出するエアノズルとを備え、回転停止時には弾性シールのリップ部が相手部材に接触して封止し、回転時にはエアノズルから圧縮空気を吐出させて弾性シールのリップ部を撓ませ、相手部材との間にラビリンス隙間を生じさせて回転トルクを軽減すると共に、吐出空気により異物の浸入を防止するようにしたシール装置及びこれを用いたロール構造が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１５１９４８号公報
【特許文献２】特開平１１−２１８１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軸受外部の汚染が著しく、また高温、高荷重などの過酷な条件で使用される鉄鋼用圧延設備のバックアップロールなどに用いられる軸受には、水、粉塵、スケールなどの異物が軸受内に浸入することを防止する異物浸入防止機能と、軸受内部の潤滑剤が外部へ漏れ出すことを防止する潤滑剤保持機能が、同時に求められる。
【０００６】
上記特許文献１及び特許文献２に開示されているシール装置は、１つの弾性シールと、エアノズルと、を備えている。このシール装置によると、エアノズルから吐出する圧縮空気によって、軸受外部からの異物浸入防止は図られているものの、軸受内部からの潤滑剤の漏れ出し対する対策は施されておらず、耐久性を向上させるためには、改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、外部からの異物浸入防止と、内部からの潤滑剤漏出防止とを同時に図り、鉄鋼用圧延設備のバックアップロールの軸受などのように過酷な環境下での使用においても、耐久性に優れて長寿命な軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）ロール軸と、ロール軸に外嵌する転がり軸受と、転がり軸受に外嵌してロール軸に対して相対回転可能に支持されるロールと、を備える軸受装置であって、軸方向に並列配置される複数のシール部を有し、転がり軸受の軸方向外側に配設されてロール軸とロールの間を封止するシール装置と、複数のシール部の間に開口して圧縮流体を供給するノズル孔と、を備えることを特徴とする軸受装置。
（２）シール装置は、転がり軸受側に配置される第１シール部と、第１シール部より軸方向外側に配置される第２シール部と、を備え、第１シール部は、ロール軸側の部材及びロール側の部材の一方に固定され、弾性を有するリップ部がロール軸側の部材及びロール側の部材の他方の周面に摺接するオイルシールであり、第２シール部は、ロール軸側の部材及びロール側の部材の一方に固定され、弾性を有するリップ部がロール軸側の部材及びロール側の部材の他方の周面に摺接するオイルシール、ロール軸側の部材及びロール側の部材の一方に固定され、弾性を有するリップ部がロール軸側の部材及びロール側の部材の他方の側面に摺接するＶリング、及びロール軸側の部材とロール側の部材が僅かなラビリンス隙間を介して対向配置されるラビリンスシールのいずれかであることを特徴とする（１）に記載の軸受装置。
（３）第１シール部がオイルシールであり、第２シール部がオイルシール又はＶリングであり、第１シール部のリップ部の相手部材に対する緊迫力が、第２シール部のリップ部の相手部材に対する緊迫力より大きく設定されることを特徴とする（２）に記載の軸受装置。
（４）シール装置は、円筒状に形成されて内周面にＯリングが配設されると共に、軸方向略中央部に径方向に貫通するノズル孔が設けられる内輪部材と、円筒状に形成されて外周面にＯリングが配設される外輪部材と、内輪部材のノズル孔に対して軸方向一端側と外輪部材との間に配置されて内輪部材と外輪部材との間を封止する第１シール部と、内輪部材のノズル孔に対して軸方向他端側と外輪部材との間に配置されて内輪部材と外輪部材との間を封止する第２シール部と、を備え、内輪部材、外輪部材、第１シール部、及び第２シール部は、ユニット装置として一体に組み付けられることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の軸受装置。
（５）ロールは、少なくともシール装置が配置される範囲の外周面に、軸方向外方に向かうに従って次第に小径となるテーパー面が形成されることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の軸受装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の軸受装置によれば、軸方向に並列配置される複数のシール部を有するシール装置が、転がり軸受の軸方向外側に配設されると共に、複数のシール部の間に圧縮流体を供給するノズル孔が設けられるため、ノズル孔から複数のシール部の間に圧縮空気などを供給して、軸受装置外部からの異物浸入を防止すると同時に、軸受装置内部からの潤滑剤の漏れ出しを防止することができる。これにより、軸受装置の耐久性を向上させて長寿命とすることができる。
【００１０】
また、本発明の軸受装置によれば、シール装置は、オイルシールから構成されて転がり軸受側に配置される第１シール部と、オイルシール、Ｖリング、及びラビリンスシールのいずれかで構成されて第１シール部より軸方向外側に配置される第２シール部とからなるため、いずれも簡単な機構のシール部を組み合わせて、軸受装置外部からの異物浸入を防止すると共に、軸受装置内部からの潤滑剤の漏れ出しを防止することができるシール装置を安価に製作することができる。また、回転時には、ノズル孔から圧縮空気を供給してリップ部を撓ませ、相手部材との間に隙間を形成することにより、接触抵抗をなくして摩擦トルクを低減させて消費エネルギーを抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の軸受装置によれば、転がり軸受側に配置される第１シール部のリップ部の相手部材に対する緊迫力が、第１シール部より軸方向外側に配置される第２シール部のリップ部の相手部材に対する緊迫力より大きく設定されるため、第２シール部のリップ部と相手部材との隙間から多くの圧縮空気を噴出させて、外部からの異物浸入を防止すると共に、第１シール部のリップ部と相手部材との接触を維持して内部からの潤滑剤の漏れ出しを防止して、異物浸入と潤滑剤漏出を同時に防止することができる。
【００１２】
また、本発明の軸受装置によれば、シール装置は、内輪部材、外輪部材、第１シール部、及び第２シール部が一体に組み付けられてユニット化されているため、軸受装置にシール装置を容易に組み付けることができる。また、シール装置にシール不良などの不具合が発生したとしても、シール装置だけを簡単に交換することができるので、短時間で機能を復旧させて機械装置の休止時間を大幅に短縮することができる。
【００１３】
さらに、本発明の軸受装置によれば、ロールは、少なくともシール装置が配置される範囲の外周面に、軸方向外方に向かうに従って次第に小径となるテーパー面が形成されるため、ロールに大きな荷重が作用して弾性変形したとしても、シール装置に及ぼす影響を抑制することができ、良好なシール性能を常に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る軸受装置の第１実施形態を説明するための断面図である。
【図２】図１に示すシール装置の拡大断面図である。
【図３】第１実施形態のシール装置の第１変形例を説明するための拡大断面図である。
【図４】第１実施形態のシール装置の第２変形例を説明するための拡大断面図である。
【図５】第１実施形態のシール装置の第３変形例を説明するための拡大断面図である。
【図６】第１実施形態のシール装置の第４変形例を説明するための拡大断面図である。
【図７】第１実施形態のシール装置の第５変形例を説明するための拡大断面図である。
【図８】本発明に係る軸受装置の第２実施形態を説明するための拡大断面図である。
【図９】第２実施形態のシール装置の第１変形例を説明するための拡大断面図である。
【図１０】第２実施形態のシール装置の第２変形例を説明するための拡大断面図である。
【図１１】本発明に係る軸受装置の第３実施形態を説明するための拡大断面図である。
【図１２】第３実施形態のシール装置の第１変形例を説明するための拡大断面図である。
【図１３】第３実施形態のシール装置の第２変形例を説明するための拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る軸受装置の各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
まず、図１〜図７を参照して、本発明に係る軸受装置の第１実施形態について説明する。
【００１７】
本実施形態の軸受装置１０は、図１に示すように、ロール軸１１と、ロール軸１１に外嵌する転がり軸受である複数のころ軸受１２と、ころ軸受１２に外嵌する円筒形のロール１３と、を備え、ロール１３がロール軸１１に対して相対回転可能に支持されている。
【００１８】
ロール軸１１には、径方向に貫通する径方向孔１６と、ロール軸１１の軸端部から軸方向に形成され径方向孔１６と連通する軸方向孔１７が形成されている。軸方向孔１７は、不図示の圧縮空気供給源に接続されており、圧縮空気が軸方向孔１７及び径方向孔１６を介して軸受装置１０内に供給される。
【００１９】
ころ軸受１２は、一対の内輪１４の外周面に形成される複数（本実施形態では４個）の軌道面１４ａと、ロール１３の内周面に形成される複数（本実施形態では２個）の軌道面１３ａとの間に、複数（本実施形態では４列）のころ１５が転動自在に配設されている。即ち、本実施形態のころ軸受１２では、ロール１３が外輪の機能を有する。
【００２０】
ころ軸受１２の軸方向外側には、それぞれシール装置２０が配置されており、ロール軸１１とロール１３の間を封止している。シール装置２０は、図２に示すように、ロール軸側の部材である内輪部材２１と、ロール側の部材である外輪部材２２と、一対のオイルシール２３，２４と、を備える。
【００２１】
内輪部材２１は、リング状に形成された部材であり、その内周面の軸方向略中央部に円環状溝２５が形成され、この円環状溝２５から外周面に向けて径方向に貫通するノズル孔２６が周方向に所定の間隔を存して複数形成される。また、内輪部材２１の内周面には、ノズル孔２６の軸方向両側に、Ｏリング２８を装着可能なＯリング溝２７がそれぞれ形成される。
【００２２】
また、内輪部材２１は、ロール軸１１に外嵌され、内輪１４の軸方向外端面とロール軸１１に装着された止め輪２９との間に狭持されて軸方向の位置決めがされている。これにより、ロール軸１１の径方向孔１６と内輪部材２１の円環状溝２５及びノズル孔２６が連通すると共に、ロール軸１１と内輪部材２１との間がＯリング２８，２８により封止される。
【００２３】
外輪部材２２は、リング状に形成された部材であり、その外周面にＯリング３１を装着可能なＯリング溝３０が形成されている。また、外輪部材２２の内周面の軸方向外端部には、径方向内側に突出する突起部３２が全周に亘って形成されている。
【００２４】
また、外輪部材２２は、ロール１３に内嵌され、後述するリング部材３３を介して、ロール１３の段部１３ｂとロール１３に装着された止め輪３４との間に狭持されて軸方向の位置決めがされている。これにより、ロール１３と外輪部材２２との間がＯリング３０によって封止される。
【００２５】
内輪部材２１と外輪部材２２との間には、第１シール部である第１オイルシール２３と、第２シール部である第２オイルシール２４が、軸方向に並列に配置されている。第１オイルシール２３は、ころ軸受１２に隣接して、即ち、ロール軸１１の軸端から遠い側に配置され、第２オイルシール２４は、ころ軸受１２から離間した側、即ち、ロール軸１１の軸端から近い側に配置されている。
【００２６】
第１及び第２オイルシール２３，２４は、それぞれ略Ｌ字型の芯金４０Ａ，４０Ｂと、芯金４０Ａ，４０Ｂを内包するゴムなどから成形される弾性部材４１Ａ，４１Ｂと、弾性部材４１Ａ，４１Ｂから延設されるリップ部４２Ａ，リップ部４２Ｂと、リップ部４２Ａ，４２Ｂの外周面側に装着されてリップ部４２Ａ，４２Ｂと内輪部材２１との間に緊迫力を付与するリング状のスプリング４３Ａ，４３Ｂと、を備える。
【００２７】
また、本実施形態では、図２に示すように、第１及び第２オイルシール２３，２４は、リップ部４２Ａ，４２Ｂがロール軸１１の軸端方向に向くような状態で外輪部材２２の内周面に内嵌して組み付けられる。
【００２８】
具体的には、外輪部材２２の内周面に、第２オイルシール２４の弾性部材４１Ｂが嵌合して外輪部材２２の突起部３２に当接し、さらに、スペーサ４５を介して第１オイルシール２３の弾性部材４１Ａが嵌合し、リング部材３３によって抜け出しが防止されている。
【００２９】
これにより、第１及び第２オイルシール２３，２４のリップ部４２Ａ，４２Ｂは、内輪部材２１の外周面に摺接する。また、内輪部材２１のノズル孔２６は、内輪部材２１、第１及び第２オイルシール２３，２４、及びスペーサ４５によって画成されたシール空間５０に開口する。
【００３０】
このように構成された本実施形態の軸受装置１０では、ロール１３の回転が停止している時、第１及び第２オイルシール２３，２４のリップ部４２Ａ，４２Ｂは、スプリング４３Ａ，４３Ｂの緊迫力によって内輪部材２１の外周面に接触している。従って、外部からの水や塵埃などの異物の浸入は、第２オイルシール２４によって防止される。また、万一、第２オイルシール２４を通過してシール空間５０内に異物が浸入したとしても、第１オイルシール２３によって軸受１２内への異物の浸入が確実に防止される。
【００３１】
また、軸受装置１０からのグリースなどの潤滑剤の漏れ出しは、第１オイルシール２３によって防止される。また、異物の浸入防止機能、及び潤滑剤の漏れ出し防止機能は、Ｏリング２８，３０によっても得られる。
【００３２】
また、ロール１３が回転している時には、不図示の圧縮空気供給源から軸方向孔１７、径方向孔１６、円環状溝２５、及びノズル孔２６を介してシール空間５０に圧縮空気が供給される。これにより、第２オイルシール２４のリップ部４２Ｂが、圧縮空気によって拡径する方向（径方向外側）に弾性変形して、リップ部４２Ｂと内輪部材２１との隙間から圧縮空気が外部に排出される。従って、第２オイルシール２４は、ロール１３の回転中は、圧縮空気によりシールを行っている。
【００３３】
また、ロール１３の回転中は、第２オイルシール２４のリップ部４２Ｂが内輪部材２１と非接触となるので、リップ部４２Ｂと内輪部材２１との接触によって生じる摩擦トルクが低減して消費エネルギーが抑制される。また、第１オイルシール２３のリップ部４２Ａと内輪部材２１の外周面との接触は維持されるので、軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出しが防止される。また、ノズル孔２６の位置は、軸受装置１０の軸方向外側に接近している程、即ち、第２オイルシール２４に接近して設けられる程、外部からの異物浸入防止に有効である。また、第１オイルシール２３に接近して設けられる程、内部からの潤滑剤の漏れ防止に対して有効である。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態の軸受装置１０によれば、軸方向に並列配置される第１及び第２オイルシール２３，２４を有するシール装置２０が、ころ軸受１２の軸方向外側に配置されると共に、ノズル孔２６を介して第１及び第２オイルシール２３，２４間のシール空間５０に圧縮空気が供給されるため、ロール１３の回転停止時は勿論、ロール１３の回転時においても、軸受装置１０内への異物の浸入を防止することができると共に、軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出しを防止することができる。これにより、軸受装置１０の耐久性を向上させて長寿命とすることができる。
【００３５】
また、本実施形態の軸受装置１０によれば、シール装置２０は、内輪部材２１、外輪部材２２、第１オイルシール２３、及び第２オイルシール２４が一体に組み付けられてユニット化されているため、軸受装置１０にシール装置２０を容易に組み付けることができる。また、シール装置２０にシール不良などの不具合が発生したとしても、シール装置２０だけを簡単に交換することができるので、短時間で機能を復旧させて機械装置の休止時間を大幅に短縮することができる。
【００３６】
なお、本実施形態の第１変形例として、図３に示すように、第１オイルシール２３は、リップ部４２Ａがロール軸１１の中心方向に向くような状態で外輪部材２２の内周面に組み付けられている。そして、本変形例によれば、ノズル孔２６から供給された圧縮空気が第１オイルシール２３と内輪部材２１との隙間から軸受１２内にも流れるので、この空気流が軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出し防止に有効に作用する。
【００３７】
また、本実施形態の第２変形例として、図４に示すように、第１及び第２オイルシール２３，２４は、リップ部４２Ａ，４２Ｂがロール軸１１の軸端方向に向くような状態で内輪部材２１の外周面に組み付けられている。この場合、第１及び第２オイルシール２３，２４のリップ部４２Ａ，４２Ｂは外輪部材２２の内周面に摺接する。また、内輪部材２１の外周面の軸方向内端部には、径方向外側に突出し、第１及び第２オイルシール２３，２４の軸方向の位置決めを行う突起部３５が全周に亘って設けられている。また、第１及び第２オイルシール２３，２４間には、第１及び第２オイルシール２３，２４の軸方向の位置決めを行うスペーサ４６が設けられており、このスペーサ４６には、ノズル孔２６と連通しシール空間５０に圧縮空気を供給する貫通穴４６ａがノズル孔２６に対応する位置に形成されている。そして、本変形例によれば、第１及び第２オイルシール２３，２４が静止側である内輪部材２１に取り付けられているので、ロール１３の回転の影響を受けることがなく、安定したシール性能を得ることができる。
【００３８】
また、本実施形態の第３変形例として、図５に示すように、第１オイルシール２３は、リップ部４２Ａがロール軸１１の中心方向に向くような状態で内輪部材２１の外周面に組み付けられ、第２オイルシール２４は、リップ部４２Ｂがロール軸１１の軸端方向に向くような状態で内輪部材２１の外周面に組み付けられている。この場合、第１及び第２オイルシール２３，２４のリップ部４２Ａ，４２Ｂは外輪部材２２の内周面に摺接する。また、上記第２変形例と同様に、突起部３５及びスペーサ４６が設けられている。そして、本変形例によれば、ノズル孔２６から供給された圧縮空気が第１オイルシール２３と内輪部材２１との隙間から軸受１２内にも流れるので、この空気流が軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出し防止に有効に作用し、また、第１及び第２オイルシール２３，２４が静止側である内輪部材２１に取り付けられているので、ロール１３の回転の影響を受けることがなく、安定したシール性能を得ることができる。
【００３９】
また、本実施形態の第４変形例として、図６に示すように、第１オイルシール２３のスプリング４３Ａによるリップ部４２Ａの内輪部材２１に対する緊迫力が、第２オイルシール２３のスプリング４３Ｂによるリップ部４２Ｂの内輪部材２１に対する緊迫力より大きく設定されている。そして、本変形例によれば、緊迫力の大きい第１オイルシール２３のリップ部４２Ａにより内輪部材２１との接触が維持されると共に、緊迫力の小さい第２オイルシール２３のリップ部４２Ｂによりノズル孔２６から供給された圧縮空気が効率よく外部に排出されるので、異物浸入防止と潤滑剤の漏れ出し防止を容易に両立することができる。なお、本変形例は、図２に示すシール装置を例に説明したが、これに限定されず、図３〜図５に示すシール装置にも適用可能である。また、本変形例の第１シール部の緊迫力を第２シール部の緊迫力より大きくするという技術的思想は後述するＶリング６１にも適用可能である。
【００４０】
また、本実施形態の第５変形例として、図７に示すように、ロール１３のシール装置２０が配置される範囲の外周面に、軸方向外方に向かうに従って次第に小径となるテーパー面５１が形成されている。そして、本変形例によれば、ロール１３に大きな荷重が作用したとしても、ロール１３の撓みなどによる影響がシール装置２０に及ぶことはなく、良好なシール性能を維持することができる。なお、本変形例は、図２に示す軸受装置を例に説明したが、これに限定されず、図３〜図６に示す軸受装置にも適用可能である。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、図８〜図１０を参照して、本発明に係る軸受装置の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【００４２】
本実施形態では、図８に示すように、上記第１実施形態のシール装置２０の代わりにシール装置６０を使用する。このシール装置６０は、第１シール部である第１オイルシール２３と第２シール部であるＶリング６１との組み合わせから構成されている。
【００４３】
第１オイルシール２３は、リップ部４２Ａがロール軸１１の軸端方向に向くような状態で外輪部材２２の内周面に組み付けられ、リップ部４２Ａが内輪部材２１の外周面に摺接する。
【００４４】
Ｖリング６１は、ゴム等の弾性素材から成形され、内輪部材２１の外周面に嵌合されるシール本体６２と、シール本体６２の軸方向内側下部から軸方向内方且つ径方向外方に斜めに延びるリップ部６３と、を有する。シール本体６２は、内輪部材２１の外周面の軸方向外端部から径方向外側に向けて突設される突起部２１ａの軸方向内側面に当接している。リップ部６３は、スペーサ４５の軸方向外側面に摺接している。また、このＶリング６１は、異物に鉄粉などの硬いものが多い時に特に有効である。
【００４５】
このように構成された本実施形態の軸受装置１０では、ロール１３の回転が停止している時、第１オイルシール２３のリップ部４２ａは、スプリング４３Ａの緊迫力によって内輪部材２１の外周面に接触し、Ｖリング６１のリップ部６３は、スペーサ４５の軸方向外側面に接触している。従って、外部からの水や塵埃などの異物の浸入は、Ｖリング６１によって防止される。また、万一、Ｖリング６１を通過してシール空間５０内に異物が浸入したとしても、第１オイルシール２３によって軸受１２内への異物の浸入が確実に防止される。また、軸受装置１０からのグリースなどの潤滑剤の漏れ出しは、第１オイルシール２３によって防止される。
【００４６】
また、ロール１３が回転している時には、不図示の圧縮空気供給源から軸方向孔１７、径方向孔１６、円環状溝２５、及びノズル孔２６を介してシール空間５０に圧縮空気が供給される。これにより、Ｖリング６１のリップ部６３が、圧縮空気によって軸方向外側に弾性変形して、リップ部６３とスペーサ４５との隙間から圧縮空気が外部に排出される。従って、Ｖリング６１は、ロール１３の回転中は、圧縮空気によりシールを行っている。
【００４７】
また、ロール１３の回転中は、Ｖリング６１のリップ部６３がスペーサ４５と非接触となるので、リップ部６３とスペーサ４５との接触によって生じる摩擦トルクが低減して消費エネルギーが抑制される。また、第１オイルシール２３のリップ部４２Ａと内輪部材２１の外周面との接触は維持されるので、軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出しが防止される。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態の軸受装置１０によれば、軸方向に並列配置される第１オイルシール２３及びＶリング６１を有するシール装置６０が、ころ軸受１２の軸方向外側に配置されると共に、ノズル孔２６を介して第１オイルシール２３及びＶリング６１間のシール空間５０に圧縮空気が供給されるため、ロール１３の回転停止時は勿論、ロール１３の回転時においても、軸受装置１０内への異物の浸入を防止することができると共に、軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出しを防止することができる。これにより、軸受装置１０の耐久性を向上させて長寿命とすることができる。
【００４９】
また、本実施形態の軸受装置１０によれば、シール装置６０は、内輪部材２１、外輪部材２２、第１オイルシール２３、及びＶリング６１が一体に組み付けられてユニット化されているため、軸受装置１０にシール装置６０を容易に組み付けることができる。また、シール装置６０にシール不良などの不具合が発生したとしても、シール装置６０だけを簡単に交換することができるので、短時間で機能を復旧させて機械装置の休止時間を大幅に短縮することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００５０】
なお、本実施形態の第１変形例として、図９に示すように、第１オイルシール２３は、リップ部４２Ａがロール軸１１の中心方向に向くような状態で外輪部材２２の内周面に組み付けられている。そして、本変形例によれば、ノズル孔２６から供給された圧縮空気が第１オイルシール２３と内輪部材２１との隙間から軸受１２内にも流れるので、この空気流が軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出し防止に有効に作用する。
【００５１】
また、本実施形態の第２変形例として、図１０に示すように、ロール１３のシール装置６０が配置される範囲の外周面に、軸方向外方に向かうに従って次第に小径となるテーパー面５１が形成されている。そして、本変形例によれば、ロール１３に大きな荷重が作用したとしても、ロール１３の撓みなどによる影響がシール装置６０に及ぶことはなく、良好なシール性能を維持することができる。なお、本変形例は、図８に示す軸受装置を例に説明したが、これに限定されず、図９に示す軸受装置にも適用可能である。
【００５２】
（第３実施形態）
次に、図１１〜図１３を参照して、本発明に係る軸受装置の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【００５３】
本実施形態では、図１１に示すように、上記第１実施形態のシール装置２０の代わりにシール装置７０を使用する。このシール装置７０は、第１シール部である第１オイルシール２３と第２シール部であるラビリンスシール７１との組み合わせから構成されている。
【００５４】
第１オイルシール２３は、リップ部４２Ａがロール軸１１の軸端方向に向くような状態で外輪部材２２の内周面に組み付けられ、リップ部４２Ａが内輪部材２１の外周面に摺接する。
【００５５】
ラビリンスシール７１は、内輪部材２１のノズル孔２６より軸方向外側の外周面に一体形成され、軸方向外側に向かうに従って次第に大径となる傾斜面７２ａを有する第１ラビリンス形成部７２と、外輪部材２２のノズル孔２６より軸方向外側の外周面に一体形成され、軸方向外側に向かうに従って次第に小径となる傾斜面７３ａを有する第２ラビリンス形成部７３と、を備え、第１ラビリンス形成部７２の傾斜面７２ａと第２ラビリンス形成部７３の傾斜面７３ａとの間に所定のラビリンス隙間７４が形成される。
【００５６】
このように構成された本実施形態の軸受装置１０では、ロール１３の回転が停止している時、第１オイルシール２３のリップ部４２ａは、スプリング４３Ａの緊迫力によって内輪部材２１の外周面に接触し、ラビリンスシール７１の第１ラビリンス形成部７２と第２ラビリンス形成部７３との間にはラビリンス隙間７４が形成されている。従って、外部からの水や塵埃などの異物の浸入は、ラビリンスシール７１によって防止される。また、万一、ラビリンスシール７１を通過してシール空間５０内に異物が浸入したとしても、第１オイルシール２３によって軸受１２内への異物の浸入が確実に防止される。また、軸受装置１０からのグリースなどの潤滑剤の漏れ出しは、第１オイルシール２３によって防止される。
【００５７】
また、ロール１３が回転している時には、不図示の圧縮空気供給源から軸方向孔１７、径方向孔１６、円環状溝２５、及びノズル孔２６を介してシール空間５０に圧縮空気が供給される。これにより、ラビリンスシール７１のラビリンス隙間７４から圧縮空気が外部に排出される。従って、ラビリンスシール７１は、ロール１３の回転中は、圧縮空気によりシールを行っている。また、万一、ラビリンス隙間７４に異物が浸入したとしても、回転する第２ラビリンス形成部７３の遠心力により異物が傾斜面７３ａに沿って移動し外部に排出される。
【００５８】
また、圧縮空気の有無に係わらず、ラビリンスシール７１の第１ラビリンス形成部７２と第２ラビリンス形成部７３は接触することがないので、摩擦トルクが低減して消費エネルギーが抑制される。また、第１オイルシール２３のリップ部４２Ａと内輪部材２１の外周面との接触は維持されるので、軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出しが防止される。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態の軸受装置１０によれば、軸方向に並列配置される第１オイルシール２３及びラビリンスシール７１を有するシール装置７０が、ころ軸受１２の軸方向外側に配置されると共に、ノズル孔２６を介して第１オイルシール２３及びラビリンスシール７１のシール空間５０に圧縮空気が供給されるため、ロール１３の回転停止時は勿論、ロール１３の回転時においても、軸受装置１０内への異物の浸入を防止することができると共に、軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出しを防止することができる。これにより、軸受装置１０の耐久性を向上させて長寿命とすることができる。
【００６０】
また、本実施形態の軸受装置１０によれば、シール装置７０は、内輪部材２１、外輪部材２２、第１オイルシール２３、及びラビリンスシール７１が一体に組み付けられてユニット化されているため、軸受装置１０にシール装置７０を容易に組み付けることができる。また、シール装置７０にシール不良などの不具合が発生したとしても、シール装置７０だけを簡単に交換することができるので、短時間で機能を復旧させて機械装置の休止時間を大幅に短縮することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００６１】
なお、本実施形態の第１変形例として、図１２に示すように、第１オイルシール２３は、リップ部４２Ａがロール軸１１の中心方向に向くような状態で外輪部材２２の内周面に組み付けられている。そして、本変形例によれば、ノズル孔２６から供給された圧縮空気が第１オイルシール２３と内輪部材２１との隙間から軸受１２内にも流れるので、この空気流が軸受装置１０からの潤滑剤の漏れ出し防止に有効に作用する。
【００６２】
また、本実施形態の第２変形例として、図１３に示すように、ロール１３のシール装置７０が配置される範囲の外周面に、軸方向外方に向かうに従って次第に小径となるテーパー面５１が形成されている。そして、本変形例によれば、ロール１３に大きな荷重が作用したとしても、ロール１３の撓みなどによる影響がシール装置７０に及ぶことはなく、良好なシール性能を維持することができる。なお、本変形例は、図１１に示す軸受装置を例に説明したが、これに限定されず、図１２に示す軸受装置にも適用可能である。
【００６３】
なお、本発明は上記実施形態に例示したもの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において適宜変更可能である。
例えば、上記各実施形態では、鉄鋼用圧延設備のレベラーなどに用いられるバックアップロールに本発明を適用した場合を例示したが、これに限定されず、外部環境の厳しい条件で使用される各種機械の軸受装置に本発明を適用してもよい。
また、上記各実施形態では、シール装置に２個のシール部を配置する場合を例示したが、これに限定されず、シール装置に３個以上のシール部を配置してもよく、その配置個数に制限はない。なお、３個以上のシール部を配置する場合、少なくとも最外部のシール部と２番目のシール部との間に圧縮空気を供給するようにした方が好ましい。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 軸受装置
１１ ロール軸
１２ ころ軸受（転がり軸受）
１３ ロール
２０ シール装置
２１ 内輪部材（ロール軸側の部材）
２２ 外輪部材（ロール側の部材）
２３ 第１オイルシール（第１シール部）
２４ 第２オイルシール（第２シール部）
２６ ノズル孔
２８ Ｏリング
３１ Ｏリング
３２ 突起部
４５ スペーサ（ロール側の部材）
５０ シール空間
５１ テーパー面
６０ シール装置
６１ Ｖリング
６２ シール本体
６３ リップ部
７０ シール装置
７１ ラビリンスシール
７２ 第１ラビリンス形成部
７３ 第２ラビリンス形成部
７４ ラビリンス隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール軸と、前記ロール軸に外嵌する転がり軸受と、前記転がり軸受に外嵌して前記ロール軸に対して相対回転可能に支持されるロールと、を備える軸受装置であって、
軸方向に並列配置される複数のシール部を有し、前記転がり軸受の軸方向外側に配設されて前記ロール軸と前記ロールの間を封止するシール装置と、
前記複数のシール部の間に開口して圧縮流体を供給するノズル孔と、を備えることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記シール装置は、前記転がり軸受側に配置される第１シール部と、前記第１シール部より軸方向外側に配置される第２シール部と、を備え、
前記第１シール部は、前記ロール軸側の部材及び前記ロール側の部材の一方に固定され、弾性を有するリップ部が前記ロール軸側の部材及び前記ロール側の部材の他方の周面に摺接するオイルシールであり、
前記第２シール部は、前記ロール軸側の部材及び前記ロール側の部材の一方に固定され、弾性を有するリップ部が前記ロール軸側の部材及び前記ロール側の部材の他方の周面に摺接するオイルシール、前記ロール軸側の部材及び前記ロール側の部材の一方に固定され、弾性を有するリップ部が前記ロール軸側の部材及び前記ロール側の部材の他方の側面に摺接するＶリング、及び前記ロール軸側の部材と前記ロール側の部材が僅かなラビリンス隙間を介して対向配置されるラビリンスシールのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記第１シール部が前記オイルシールであり、前記第２シール部が前記オイルシール又は前記Ｖリングであり、
前記第１シール部の前記リップ部の相手部材に対する緊迫力が、前記第２シール部の前記リップ部の相手部材に対する緊迫力より大きく設定されることを特徴とする請求項２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記シール装置は、円筒状に形成されて内周面にＯリングが配設されると共に、軸方向略中央部に径方向に貫通する前記ノズル孔が設けられる内輪部材と、
円筒状に形成されて外周面にＯリングが配設される外輪部材と、
前記内輪部材の前記ノズル孔に対して軸方向一端側と前記外輪部材との間に配置されて前記内輪部材と前記外輪部材との間を封止する前記第１シール部と、
前記内輪部材の前記ノズル孔に対して軸方向他端側と前記外輪部材との間に配置されて前記内輪部材と前記外輪部材との間を封止する前記第２シール部と、を備え、
前記内輪部材、前記外輪部材、前記第１シール部、及び前記第２シール部は、ユニット装置として一体に組み付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項５】
前記ロールは、少なくとも前記シール装置が配置される範囲の外周面に、軸方向外方に向かうに従って次第に小径となるテーパー面が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項１】
ロール軸と、前記ロール軸に外嵌する転がり軸受と、前記転がり軸受に外嵌して前記ロール軸に対して相対回転可能に支持されるロールと、を備える軸受装置であって、
軸方向に並列配置される複数のシール部を有し、前記転がり軸受の軸方向外側に配設されて前記ロール軸と前記ロールの間を封止するシール装置と、
前記複数のシール部の間に開口して圧縮流体を供給するノズル孔と、を備えることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記シール装置は、前記転がり軸受側に配置される第１シール部と、前記第１シール部より軸方向外側に配置される第２シール部と、を備え、
前記第１シール部は、前記ロール軸側の部材及び前記ロール側の部材の一方に固定され、弾性を有するリップ部が前記ロール軸側の部材及び前記ロール側の部材の他方の周面に摺接するオイルシールであり、
前記第２シール部は、前記ロール軸側の部材及び前記ロール側の部材の一方に固定され、弾性を有するリップ部が前記ロール軸側の部材及び前記ロール側の部材の他方の周面に摺接するオイルシール、前記ロール軸側の部材及び前記ロール側の部材の一方に固定され、弾性を有するリップ部が前記ロール軸側の部材及び前記ロール側の部材の他方の側面に摺接するＶリング、及び前記ロール軸側の部材と前記ロール側の部材が僅かなラビリンス隙間を介して対向配置されるラビリンスシールのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記第１シール部が前記オイルシールであり、前記第２シール部が前記オイルシール又は前記Ｖリングであり、
前記第１シール部の前記リップ部の相手部材に対する緊迫力が、前記第２シール部の前記リップ部の相手部材に対する緊迫力より大きく設定されることを特徴とする請求項２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記シール装置は、円筒状に形成されて内周面にＯリングが配設されると共に、軸方向略中央部に径方向に貫通する前記ノズル孔が設けられる内輪部材と、
円筒状に形成されて外周面にＯリングが配設される外輪部材と、
前記内輪部材の前記ノズル孔に対して軸方向一端側と前記外輪部材との間に配置されて前記内輪部材と前記外輪部材との間を封止する前記第１シール部と、
前記内輪部材の前記ノズル孔に対して軸方向他端側と前記外輪部材との間に配置されて前記内輪部材と前記外輪部材との間を封止する前記第２シール部と、を備え、
前記内輪部材、前記外輪部材、前記第１シール部、及び前記第２シール部は、ユニット装置として一体に組み付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項５】
前記ロールは、少なくとも前記シール装置が配置される範囲の外周面に、軸方向外方に向かうに従って次第に小径となるテーパー面が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軸受装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−３３１７１（Ｐ２０１１−３３１７１Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８２６０９（Ｐ２００９−１８２６０９）
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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