特開 2024-110622 密封装置および軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024110622

(43)【公開日】2024-08-16

(54)【発明の名称】密封装置および軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/74 20060101AFI20240808BHJP

   F16C 17/02 20060101ALI20240808BHJP

   F16J 15/24 20060101ALI20240808BHJP

【ＦＩ】

F16C33/74 Z

F16C17/02 Z

F16J15/24 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023015315

(22)【出願日】2023-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100187827

【弁理士】

【氏名又は名称】赤塚 雅則

(72)【発明者】

【氏名】星野 航平

【テーマコード（参考）】

3J011

3J043

3J216

【Ｆターム（参考）】

3J011AA07

3J011AA20

3J011BA02

3J011JA01

3J011KA02

3J011SE04

3J043AA16

3J043BA03

3J043BA07

3J043CA06

3J043CA12

3J043CB14

3J043HA02

3J043HA10

3J216AA05

3J216AA12

3J216BA07

3J216CA02

3J216CA04

3J216CB03

3J216CC09

3J216CC67

3J216DA03

3J216DA30

(57)【要約】

【課題】確実な密封性が確保される密封装置および密封装置を備える軸受を提供する。
【解決手段】第一の部材２または第二の部材３のうちの一方の部材に設けられたリング状のケース６と、ケース６に設けられ、第一の部材２または第二の部材３のうちの他方の部材に接触するリング状のシール体７と、シール体７を前記他方の部材に付勢する付勢部材８と、を有する密封装置４、および、両部材２、３の間に形成される軸受空間を密封する密封装置４と、を有する軸受１を構成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一の部材（２）と前記第一の部材（２）に対して軸周りに相対回転する第二の部材（３）との間に形成される軸受空間を密封する密封装置であって、
前記第一の部材（２）または前記第二の部材（３）のうちの一方の部材に設けられたリング状のケース（６）と、
前記ケース（６）に設けられ、前記第一の部材（２）または前記第二の部材（３）のうちの他方の部材に接触するリング状のシール体（７）と、
前記シール体（７）を前記他方の部材に付勢する付勢部材（８）と、
を有することを特徴とする密封装置。

【請求項2】

前記シール体（７）を突出する方向と直交する方向に付勢する付勢部材（８）をさらに有する請求項１に記載の密封装置。

【請求項3】

複数の前記シール体（７）が径方向に同心状に接触しつつ配置されており、前記各シール体（７）の周方向の一部を切断した合い口（１０）が形成され、その合い口（１０）の両端が周方向に摺動することで前記シール体（７）が拡縮径可能となっており、複数の前記シール体（７）のそれぞれの合い口（１０）の周方向位置がずれるように配置されている請求項２に記載の密封装置。

【請求項4】

前記各シール体（７）に形成された合い口（１０）の両端が、軸方向に法線をもつ合わせ面（１１）で摺動する請求項３に記載の密封装置。

【請求項5】

複数の前記シール体（７）が軸方向に同心状に接触しつつ配置されており、前記各シール体（７）の周方向の一部を切断した合い口（１０）が形成され、その合い口（１０）の両端が周方向に摺動することで前記シール体（７）が拡縮径可能となっており、複数の前記シール体（７）のそれぞれの合い口（１０）の周方向位置がずれるように配置されている請求項２に記載の密封装置。

【請求項6】

前記各シール体（７）に形成された合い口（１０）の両端が、径方向に法線をもつ合わせ面（１１）で摺動する請求項５に記載の密封装置。

【請求項7】

前記第一の部材（２）が内輪、前記第二の部材（３）が前記第一の部材の外周側に設けられた外輪であって、前記シール体（７）が前記第一の部材（２）の外周面に接触しており、前記ケース（６）の内径（ｃｒ）が、前記各シール体（７）の内径（ｓｒ）よりも大きく、かつ、前記各シール体（７）の前記合わせ面（１１）の径（ｆｒ）よりも小さい請求項６に記載の密封装置。

【請求項8】

宇宙環境で使用される請求項１から７のいずれか１項に記載の密封装置。

【請求項9】

前記第一の部材（２）と、
前記第一の部材（２）に対して軸周りに相対回転する前記第二の部材（３）と、
前記第一の部材（２）と前記第二の部材（３）との間に設けられ、前記両部材（２、３）の間に形成される軸受空間を密封する請求項１から７のいずれか１項に記載の密封装置（４）と、を有する軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、軸受の密封装置、および、この密封装置を採用した軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な軸受においては、内輪と外輪の間にゴム製のシール体を設けることによって、軸受空間に異物が侵入するのを防止している。ところが、ゴムは低温や高温などの環境下において分子構造の変化による硬化、脆化、劣化などによって伸縮性が低下するため、宇宙環境などの温度が極低温から高温まで変化する厳しい温度環境下では適用できないという問題がある。

【0003】

この問題を解決するために、例えば下記特許文献１においては、温度変化の影響を受けにくいシール部材（シール体）として軸心方向の内側に配置される繊維製シールと、軸心方向の外側に配置される樹脂製シールとからなる複合シールを備えた軸受を提案している（本文献の段落００４５～００４６、図８などを参照）。このシール部材は、径拘束部材の付勢力によって内輪の外周面に接触するとともに、このシール体を軸方向から挟み込む２枚の固定板のストレート部と弾性湾曲部の弾性力によって軸方向の所定位置に保持されている。

【0004】

樹脂製シールには空気抜き穴が形成されており、この空気抜き穴から軸受空間の空気を逃がすことができるよう構成されている。また、繊維製シールによって、空気抜き穴から軸受空間に異物が侵入するのを防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－１６８０６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に係る構成においては、樹脂製シールに形成された空気抜き穴、および、繊維製シールの繊維の隙間を通って、軸受外部から軸受空間に異物が侵入するおそれがあり、密封性の点で懸念がある。また、２枚の固定板の弾性力によってシール部材を保持しているため、軸受空間の内圧が大きく変化した際に固定板がその弾性力に抗して軸方向に変形してシール部材の保持力が損なわれ、密封性が低下するおそれもある。

【0007】

そこで、この発明は、確実な密封性が確保される密封装置および軸受を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、この発明においては、
第一の部材と前記第一の部材に対して軸周りに相対回転する第二の部材との間に形成される軸受空間を密封する密封装置であって、
前記第一の部材または前記第二の部材のうちの一方の部材に設けられたリング状のケースと、
前記ケースに設けられ、前記第一の部材または前記第二の部材のうちの他方の部材に接触するリング状のシール体と、
前記シール体を前記他方の部材に付勢する付勢部材と、
を有することを特徴とする密封装置を構成した。

【0009】

このようにすると、このケースの中に設けられたシール体が確実に保持され、高い密封性が確保される。また、密封装置のシール体が拡径することで軸受空間の空気を逃がすことができる。その一方で、軸受空間の内圧の低下に伴って付勢部材の付勢力によってシール体が拡縮径して第一の部材または第二の部材と接触することで確実な密封性が確保される。

【0010】

上記の密封装置においては、前記シール体を突出する方向と直交する方向に付勢する付勢部材をさらに有する構成とすることができる。このようにすると、シール体の軸方向の位置決めがなされるため、このシール体による密封性をさらに高めることができる。

【0011】

上記のすべての密封装置においては、複数の前記シール体が径方向に同心状に接触しつつ配置されており、前記各シール体の周方向の一部を切断した合い口が形成され、その合い口の両端が周方向に摺動することで前記シール体が拡縮径可能となっており、複数の前記シール体のそれぞれの合い口の周方向位置がずれるように配置されている構成とすることができる。このように、複数の前記シール体のそれぞれの合い口の周方向位置がずれるように配置することで、軸受空間の内圧の変化に伴ってシール体を容易に拡縮径することができるとともに、この合い口を通って軸受空間に異物が侵入するのを防止することができる。

【0012】

複数のシール体を径方向に同心状に配置した構成においては、前記各シール体に形成された合い口の両端が、軸方向に法線をもつ合わせ面で摺動する構成とすることができる。このようにすると、径方向に配置したシール体の合い口を通って軸受空間に異物が侵入するのを一層防止することができる。

【0013】

上記のすべての密封装置においては、複数の前記シール体が軸方向に同心状に接触しつつ配置されており、前記各シール体の周方向の一部を切断した合い口が形成され、その合い口の両端が周方向に摺動することで前記シール体が拡縮径可能となっており、複数の前記シール体のそれぞれの合い口の周方向位置がずれるように配置されている構成とすることもできる。このように、複数の前記シール体のそれぞれの合い口の周方向位置がずれるように配置することで、軸受空間の内圧の変化に伴ってシール体を容易に拡縮径することができるとともに、この合い口を通って軸受空間に異物が侵入するのを防止することができる。

【0014】

複数のシール体を軸方向に同心状に配置した構成においては、前記各シール体に形成された合い口の両端が、径方向に法線をもつ合わせ面で摺動する構成とすることができる。このようにすると、軸方向に配置したシール体の合い口を通って軸受空間に異物が侵入するのを一層防止することができる。

【0015】

径方向に法線をもつ合わせ面で摺動する構成においては、前記第一の部材が内輪、前記第二の部材が前記第一の部材の外周側に設けられた外輪であって、前記シール体が前記第一の部材の外周面に接触しており、前記ケースの内径が、前記各シール体の内径よりも大きく、かつ、前記各シール体の前記合わせ面の径よりも小さい構成とするのが好ましい。このようにすると、シール体を第一の部材の外周面に確実に接触させて、合い口からの異物の侵入を防止することができる。

【0016】

上記のすべての密封装置は、宇宙環境で使用することができる。

【0017】

上記のすべての密封装置は、前記第一の部材と、前記第一の部材に対して軸周りに相対回転する前記第二の部材と、前記第一の部材と前記第二の部材との間に設けられ、前記両部材の間に形成される軸受空間を密封する密封装置と、を有する軸受に採用することができる。このようにすると、この密封装置による高い密封性を有する軸受を提供することができる。

【発明の効果】

【0018】

この発明では、第一の部材または第二の部材のうちの一方の部材に設けられたリング状のケースと、前記ケースに設けられ、前記第一の部材または前記第二の部材のうちの他方の部材に接触するリング状のシール体と、前記シール体を他方の部材に付勢する付勢部材と、を有する密封装置を構成し、この密封装置を軸受に採用したので、軸受の確実な密封性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】この発明に係る軸受および密封装置の一実施形態を示す断面図

【図2】図１に示す軸受および密封装置の要部を示す断面図

【図3】図２中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図

【図4】図１に示す密封装置に用いられるシール体の斜視図

【図5】図１に示す密封装置の変形例を示す断面図

【図6】図５中のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図

【図7】図５に示す密封装置に用いられるシール体の斜視図

【図8】図５に示す密封装置の寸法関係を示すための側面図

【発明を実施するための形態】

【0020】

この発明に係る軸受１およびこの軸受１に採用される密封装置４の一実施形態を図１から図４に基づいて説明する。以下の説明においては、内外輪の回転軸に沿う方向を軸方向、前記回転軸に対し直交する方向を径方向、前記回転軸を中心とする円弧に沿う方向を周方向という。

【0021】

この軸受１は、図１に示すように、第一の部材２（以下、内輪と称し、第一の部材２と同じ符号を付する。）と、内輪２の外周側に設けられこの内輪２に対して軸周りに相対回転する第二の部材３（以下、外輪３と称し、第二の部材３と同じ符号を付する。）と、内輪２と外輪３との間に設けられ、内外輪２、３の間に形成される軸受空間を密封する密封装置４と、を主要な構成要素としている。この実施形態に係る軸受１は、内輪２と外輪３との間が固体潤滑材５による滑り摩擦によって支持されて軸周りに相対回転する滑り軸受である。

【0022】

内輪２と外輪３の軸方向の両端部には、密封装置４を取り付けるための凹部が形成されている。固体潤滑材５は、内輪２と外輪３の間、および、内輪２に形成された凹部の密封装置４に臨む面にそれぞれ設けられている。

【0023】

密封装置４は、図２に拡大して示すように、内輪２に臨む開口を有するリング状のケース６と、ケース６の中に設けられるリング状のシール体７と、シール体７を開口から突出する方向に付勢する付勢部材８（以下、径方向付勢部材８ａと称する。）と、シール体７を前記突出する方向と直交する方向に付勢する付勢部材８（以下、軸方向付勢部材８ｂと称する。）と、を有する。

【0024】

ケース６は、軸受空間の内圧変化に耐えてその形状を維持し得る剛性を有している。ケース６は、軸受１の軸方向内側に位置する内ケース６ａと、軸方向外側に位置する外ケース６ｂで構成される。内ケース６ａの外周には、軸方向外向きに延びるフランジ６ｃが形成されている。このフランジ６ｃの先端を外ケース６ｂの外周の内側面に突き当てた状態で、内ケース６ａと外ケース６ｂは、締結部材９（ボルト）で一体に固定される。内ケース６ａと外ケース６ｂを一体に固定することで、ケース６内に内輪２に臨む開口を有する環状の空間が形成される。ケース６は、この締結部材９によって外輪３に固定される。

【0025】

シール体７は、ケース６に形成された開口から突出して内輪２の外周面に接触している。このシール体７は、ケース６よりも剛性が低く、温度変化に対する耐性を有する素材からなり、例えばケース６がステンレス鋼やチタン合金などの金属で構成されている場合、シール体７はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を主成分とするフッ素系樹脂で構成することができる。

【0026】

図１から図４に示すように、この実施形態においては、２本のシール体７が径方向に同心状に接触しつつ配置されている。以下、径方向内側のシール体７を内径シール体７ａ、径方向外側のシール体７を外径シール体７ｂと称する。内径シール体７ａと外径シール体７ｂには、周方向の一部をステップ状に切断した合い口１０がそれぞれ形成されている。図４に示すように、内径シール体７ａの合い口１０と外径シール体７ｂの合い口１０は、周方向位置がずれるように、具体的には、周方向の反対位置に形成されている。合い口１０の両端には、軸方向に法線をもつ合わせ面１１が形成されている。この合わせ面１１で合い口１０の両端が周方向に摺動することで、内径シール体７ａおよび外径シール体７ｂは拡縮径可能となっている。

【0027】

接触しつつ配置された内径シール体７ａと外径シール体７ｂの間にはキー穴が形成されており、そのキー穴に両シール体７ａ、７ｂの間に介在する共通のキー部材１２が軸方向から挿入されている。このキー部材１２によって、両シール体７ａ、７ｂ同士が軸周りに相対回転不能とされている。内径シール体７ａと外径シール体７ｂの軸周りの相対回転を防止するために、キー部材１２以外の手段を採用することもできる。また、例えば内径シール体７ａと外径シール体７ｂの間に所定の大きさの摩擦力が生じている場合などは、キー部材１２を用いない構成とすることができる場合もある。

【0028】

径方向付勢部材８ａは、ケース６内に形成された環状の空間の内部に収容されている。この実施形態では、径方向付勢部材８ａとして、無負荷状態における内径が外径シール体７ｂの外径よりも小さいコイルばねを採用している。この径方向付勢部材８ａの内周縁によって、シール体７は内輪２の外周面に向かって押圧される。コイルばね以外に、内径が外径シール体７ｂの外径よりも小さいＣ字形ばねを採用することもできる。

【0029】

軸方向付勢部材８ｂは、ケース６（内ケース６ａ）の内面とシール体７（内径シール体７ａ、外径シール体７ｂ）との間に介在するように設けられている。軸方向付勢部材８ｂは、軸受外部の異物が直接接触しない非暴露側、すなわち、シール体７に対して軸方向内側に設けられている。この実施形態では、軸方向付勢部材８ｂとしてウェーブスプリングを採用している。このウェーブスプリングは、単巻型または多重巻型のいずれを採用することもできる。この軸方向付勢部材８ｂによって、シール体７は外ケース６ｂに向かって押圧される。ウェーブスプリング以外の弾性体によって、シール体７を軸方向に付勢する構成とすることもできる。

【0030】

宇宙環境での極低温から高温までの幅広い温度に適応するために、内輪２、外輪３、ケース６（内ケース６ａ、外ケース６ｂ）、締結部材９、キー部材１２、径方向付勢部材８ａ、軸方向付勢部材８ｂの素材として、ステンレス鋼やチタン合金などの金属を採用するのが好ましく、シール体７、固体潤滑材５の素材として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を主成分とするフッ素系樹脂を採用するのが好ましいが、素材の種類は例示に過ぎずこれに限定されない。

【0031】

上記実施形態に係る軸受１の作用を説明する。シール体７（内径シール体７ａ、外径シール体７ｂ）は、径方向付勢部材８ａの付勢力によって付勢され、内径シール体７ａは内輪２の外周面に押し付けられた状態となっている。ここで、この軸受１が宇宙などの低圧環境下におかれて軸受空間の内圧が相対的に上昇すると、密封装置４のケース６に対する脆弱部であるシール体７が、径方向付勢部材８ａの付勢力に抗して拡径して（図３中の矢印を参照）、このシール体７と内輪２の外周面との間に生じた隙間から軸受空間の空気が逃される。そして、軸受空間の内圧が低下すると、径方向付勢部材８ａの付勢力によって、再びシール体７が内輪２の外周面に押し付けられて、軸受空間の密封性が確保される。

【0032】

また、密封装置４内の空気は、軸方向付勢部材８ｂとして用いられるウェーブスプリングの隙間からシール体７の内径側に逃げられるようになっており、この内径側において軸受空間の空気と合流して軸受１の外部に逃される。

【0033】

図１に示す軸受１の変形例を図５から図７に示す。この変形例に係る軸受１は、基本的な構成は図１に示す軸受１と共通するが、密封装置４の構成の一部が相違している。この変形例に係る密封装置４は、２本のシール体７が軸方向に同心状に接触しつつ配置されている。以下、軸方向内側のシール体７を内側シール体７ｃ、軸方向外側のシール体７を外側シール体７ｄと称する。内側シール体７ｃと外側シール体７ｄの合い口１０は、周方向位置がずれるように、具体的には、周方向の反対位置に形成されている。合い口１０の両端には、径方向に法線をもつ合わせ面１１が形成されている。この合わせ面１１で合い口１０の両端が周方向に摺動することで、内側シール体７ｃおよび外側シール体７ｄは拡縮径可能となっている。

【0034】

接触しつつ配置された内側シール体７ｃと外側シール体７ｄの間にはキー穴が形成されており、そのキー穴に両シール体７ｃ、７ｄの間に介在する共通のキー部材１２が径方向から挿入されている。このキー部材１２の機能などについては上記と同じなので説明は省略する。

【0035】

この変形例においては、図８に示すように、ケース６の内径ｃｒは、シール体７の内径ｓｒよりも大きく、かつ、シール体７の合わせ面１１の径ｆｒよりも小さくなるよう構成されている。これにより、合い口１０からの異物の侵入を防止しつつ、内輪２の外周面とシール体７を確実に当接させて高い密封性を確保している。

【0036】

上記実施形態に係る軸受１は、ケース６の素材をステンレス鋼やチタン合金などの金属とし、軸受空間の内圧変化に耐えてその形状を維持し得る剛性を有する構成としたので、軸受空間の内圧が大きく変化してもケース６の変形が生じにくい。このため、このケース６の中に設けられたシール体７が確実に保持され、高い密封性が確保される。また、シール体７の素材をポリエーテルエーテルケトンまたはポリテトラフルオロエチレンを主成分とするフッ素樹脂などの温度変化に対する耐性を有する樹脂とし、シール体７の剛性をケース６の剛性よりも相対的に小さくした。このため、密封装置４の脆弱部であるシール体７が拡径することで軸受空間の空気を逃がすことができるとともに、宇宙などの大きな温度変化が生じる環境下でも高い密封性が確保される。

【0037】

また、上記実施形態に係る軸受１は、径方向付勢部材８ａおよび軸方向付勢部材８ｂによってシール体７を付勢するため、軸受１に温度変化が生じた場合や、シール体７に摩耗や変形によって軌道輪との間に径差が生じた場合でも、このシール体７のシール面に隙間が生じるのを防止するとともに、シール体７の追従性を高めることができる。

【0038】

また、上記実施形態に係る軸受１は、複数のシール体７に周方向の一部を切断した合い口１０を形成するとともに、その合い口１０の周方向位置がずれるように配置したので、軸受空間の内圧の変化に伴ってシール体７を容易に拡縮径することができるとともに、この合い口１０を通って軸受空間に異物が侵入するのを防止することができる

【0039】

また、上記実施形態に係る軸受１は、接触しつつ配置された複数のシール体７同士が、このシール体７の間に介在するキー部材１２によって軸周りに相対回転不能とされている。このため、シール体７同士の合い口の相対的な位相が固定されるため、合い口１０からの異物の侵入を確実に防止することができる。

【0040】

また、上記実施形態に係る軸受１は、内輪２の外周面とシール体７が摺動する構成としたが、外輪３の内周面とシール体７が摺動する構成とすることもできる。この場合、径方向付勢部材８ａは、例えば無負荷状態における外径がシール体７の内径よりも大きいコイルばねを採用し、この径方向付勢部材８ａの外周縁によって、シール体７を外輪３の内周面に向かって押圧することができる。

【0041】

また、上記実施形態に係る軸受１は、密封装置４を２本のシール体７で構成したが、その本数は適宜変更することができる。

【0042】

また、上記実施形態に係る軸受１は、密封滑り軸受を例示して説明したが、内輪２と外輪３の間に転動体が設けられた転がり軸受に適用することも可能である。

【0043】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0044】

２ 第一の部材（内輪）
３ 第二の部材（外輪）
４ 密封装置
６ ケース
７ シール体
８ 付勢部材
１０ 合い口
１１ 合わせ面
ｃｒ ケースの内径
ｓｒ シール体の内径
ｆｒ 合わせ面の径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】