JPH09151948A - シール装置およびこれを用いたロール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転時には低トルクでシールが行え、回転停
止時には密封性の高いシールが行えるシール装置および
これを用いたロール構造を提供する。鉄鋼材製造設備の
レベラーにおけるバックアップロール等に応用される。 【解決手段】 ロール軸１の両端にころ軸受３および玉
軸受４を介してロール部材２を回転自在に支持したロー
ルにおいて、玉軸受４の外側に弾性シール８を設ける。
弾性シール８は、軸受停止時にリップ部８ａがロール部
材２の内径面の外輪側部材７に接して密封する。軸受回
転時は、ロール軸１の外周の軸側リング部材６に設けら
れたエアーノズル９から圧縮空気を噴出させ、リップ部
８ｂを非接触としてトルクを軽減する。このとき、噴出
空気でシールを確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、各種のロール等
に用いられるシール装置およびこれを用いたロール構造
に関し、例えば鉄鋼材製造設備のレベラーにおけるバッ
クアップロールとして使用されるロールのシール構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】この種の
バックアップロールは、ロール軸の回りに嵌めた円筒形
のロール部材を、その両端に介在させた一対のころ軸受
と、その外側に配置した玉軸受とで回転自在に支持して
いる。前記玉軸受の外側において、ロール軸とロール部
材の間にシールを介在させ、ロール内の密封を図ってい
る。

【０００３】バックアップロールの軸受に求められる特
性として、イ）低トルク、ロ）密封性がある。ドライ
（洗浄液を使用しない時）条件下では、密封性はある程
度犠牲にして低トルク化のために接触タイプシールを使
用せず、ラビリンスシールとする場合がある。ウェット
（洗浄液を使用する時）条件下では、逆に低トルク性は
ある程度犠牲にして、密封性強化のためにラビリンスシ
ールは使用せず、接触タイプシールが一般的である。上
述のように、現状では、使用条件に合わせてイ）低トル
ク，ロ）密封性のどちらかの要求特性を優先した構造を
取らざるを得ず、必ずしもイ），ロ）共に十分に満足さ
せた軸受構造とはなっていない。また、一般的に、接触
シールの許容周速の方が、軸受の許容回転数よりも低い
ため、許容回転数は接触シールが支配する結果となり、
高速回転使用に対して接触シールは障害となっている。

【０００４】この発明は、回転時には低トルクでシール
が行え、回転停止時には密封性の高いシールが行えるシ
ール装置およびこれを用いたロール構造を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明のシール装置
は、軸側の部材と、前記軸に対して軸受を介して相対的
に回転自在に設けられた外輪側部材との間に、前記いず
れか片方の部材に取付けられてリップ部がもう片方の部
材に接触する弾性シールを設け、前記いずれか片方の部
材に、圧縮空気の吐出により前記リップ部を撓ませるエ
アーノズルを設けたものである。エアーノズルに供給さ
れた圧縮空気は、弾性シールのリップ部に噴出され、空
気圧によりリップ部は非接触または軽接触となる。空気
の排出経路を適宜設けると、さらに噴出空気は軸受外部
に噴出し、外部からの塵埃や洗浄液等の軸受内部への侵
入を防ぐ。そのため回転時は、空気供給により非接触シ
ールまたは軽接触シールでの低トルク化および密封性の
確保を実現することができる。軸受停止時は、空気供給
を停止することにより接触シールとなるため、塵埃や洗
浄液等の軸受内部への侵入を防ぐことができる。前記軸
が固定設置され、外輪側部材が回転するものである場
合、前記弾性体を軸側の部材に設け、この弾性体のリッ
プ部が接触するシール接触面を、前記外輪側部材に軸方
向と略垂直に設け、前記エアーノズルを前記軸側部材に
前記リップ部の内径側に位置して設けることが望まし
い。この構成の場合、固定設置された軸側部材にエアー
ノズルを設けるので、エアーノズルへの空気供給が回転
継手等を使用せずに容易に行える。また、シール接触面
が垂直面であるため、リップ部を通過した噴出空気が軸
受外へ流れ易い。

【０００６】この発明のロール構造は、前記外輪側部材
を両端近傍で各々転がり軸受を介して軸に設置されたロ
ール部材またはこの部材に固定された部材とし、両端側
の転がり軸受よりも前記ロール端部側に位置して、前記
構成のシール装置を設けたものである。このロール構造
において、前記軸内に軸方向に沿って空気供給孔を設
け、ロール部材の両側のシール装置におけるエアーノズ
ルを前記空気供給孔に連通させても良い。このように軸
内に空気供給孔を設けることで、軸受の冷却機能を持た
せることができる。また、ロール部材の両端近傍に設け
られる軸受が、互いにロール幅の中央側と端部側とに並
ぶころ軸受と玉軸受である場合、前記玉軸受と軸との嵌
合面にＯリングを介在させることが望ましい。これによ
り、ころ軸受への噴出空気の洩れを防ぐことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態を図１
および図２と共に説明する。この例は、鉄鋼材製造設備
のレベラーにおけるバックアップロールに応用したもの
である。このロール構造は、ロール軸１のまわりに嵌め
た円筒形のロール部材２を、その両端近傍に介在させた
針状ころ軸受等のころ軸受３と、その外側（つまり端部
側）に配置したシール付きの玉軸受４とにより回転自在
に支持している。これら玉軸受４の外側にシール装置５
を設けている。

【０００８】シール装置５は、軸側リング部材６と、外
輪側リング部材７と、弾性シール８とを有し、軸側リン
グ部材６にエアーノズル９が設けられている。前記軸側
リング部材６およびロール軸１が特許請求の範囲で言う
軸側部材となり、前記外輪側リング部材７およびロール
部材２が外輪側部材となる。外輪側リング部材７は、断
面逆Ｌ字状に形成され、内径側へ延びる垂直板部が玉軸
受４の外輪に隣接するように、ロール部材２の内径面に
嵌合状態に設けられる。軸側リング部材６は、断面Ｌ字
状に形成され、内径部となる円筒状部分の先端が玉軸受
４の内輪に隣接するように、ロール軸１の外周に嵌合状
態に設けられている。軸側リング部材６の垂直板部は、
外径面がロール部材２の内径面にエアー吐出隙間が開く
程度に近接している。

【０００９】弾性シール８は、シール本体８ａの内径部
からリップ部８ｂが斜めに延びて断面Ｖ字状とされた一
体のゴム等の弾性体からなり、Ｌ形断面となった軸側リ
ング部材６の外周の隅部にシール本体８ａで嵌合してリ
ップ部８ｂが外輪側リング部材７の垂直板部の側面から
なるシール接触面１０に接触している。軸側リング部材
６のエアーノズル９は、リップ部８ｂの内径側に位置し
て周方向複数箇所に設けられ、ロール軸１の外周に設け
られた周溝１１に連通している。ロール軸１には軸心部
に空気供給孔１２が一端から両シール装置５にわたって
設けられ、空気供給孔１２から周溝１１に連通する径方
向の連通孔１３が複数本設けられている。空気供給孔１
２の空気導入口１２ａは、空気供給源（図示せず）に配
管接続される。前記玉軸受４とロール軸１との間には、
ロール軸１の外径面にシール溝を形成してＯリング１４
を介在させてある。また、軸側リング部材６とロール軸
１との間にも、エアーノズル９よりも外側に位置してロ
ール軸１の外径面にシール溝を形成し、Ｏリング１５を
介在させてある。

【００１０】上記構成の作用を説明する。ロール停止時
（軸受３，４の停止時）は、弾性シール８は図２（Ａ）
のように外輪側リング部材７に接触状態であり、外部か
らの塵埃や洗浄液の侵入を防止する。弾性シール８の他
に玉軸受４内のシールやこの玉軸受４の内径部のＯリン
グ１４によってもシール機能が得られる。ロール回転時
は、図２（Ｂ）のようにエアーノズル９から圧縮空気が
吐出されることにより、弾性シール８は非接触となり、
弾性シール８による抵抗がなくなってトルクが軽減され
る。一方、空気圧によるシールが弾性リング８の代わり
に機能する。このとき、玉軸受４がロール軸１に締まり
嵌めされ、かつＯリング１４が設けられているため、弾
性シール８のリップ部８ｂを通過した空気は、ころ軸受
３側へ洩れずに、ロール部材２の外部へ効率的に噴出
し、シール効果を発揮する。このように、軸受停止時は
弾性シール８の接触により確実な密封構造となり、軸受
回転時は非接触シールとなって低トルクとなり、密封性
が空気圧により確保される。このため、許容周速により
制限されていた高速回転領域での使用が可能となる。ロ
ール軸１の空気供給孔１２を流れる空気は、ロール軸１
を介して各軸受３，４を冷却する。そのため、軸受３，
４のグリースの熱劣化が防止され、軸受寿命が向上す
る。

【００１１】図３はこの発明の第２の実施形態を示す。
この例は、図１の例における１本の空気供給孔１２に代
えて、ロール軸１の両端から各弾性シール８の付近まで
各々軸方向に延びる２本の空気供給孔１２Ａ，１２Ａを
設け、その軸端部を埋栓１６で閉じると共に、ロール軸
１の外径面から各空気供給孔１２Ａ，１２Ａに連通する
空気導入口１２Ａａ，１２Ａａを設けたものである。そ
の他の構成は図１の例と同じである。この構成の場合、
空気供給孔１２Ａ，１２Ａを流れる空気による軸受３，
４の冷却効果は低いが、空気供給孔１２Ａ，１２Ａが短
くて済むため、ロール軸１の強度が高められる。

【００１２】図４のこの発明の第３の実施形態を示す。
この例は、図１の例における軸側リング部材６、外輪側
リング部材７、および弾性リング８に代えて、厚肉の断
面Ｌ字状の軸側リング部材６Ａをロール軸１の外周に設
け、ロール部材２の内径面に設けた弾性リング８Ａのリ
ップ部８Ａａを、軸側リング部材６Ａの外径面に接触さ
せたものである。軸側リング部材６Ａにはエアーノズル
９を複数個設け、ロール軸１内に設けた空気供給孔１
２、連通孔１３、および周溝１１を介して連通させてあ
る。なお、図１の例の各Ｏリング１４，１５は省略して
あるが、図１の例と同様に設けても良い。その他の構成
は図１の例と同じである。このように、リップ部８Ａａ
を軸側リング部材６Ａに対してラジアル方向に接触させ
た場合も、ロール停止時は弾性シール８Ａのリップ部８
Ａａが軸側リング部材６Ａに接触して確実な防塵，密封
効果が得られ、かつロール回転時はリップ部８Ａａが非
接触または軽接触となってトルクが低減し、空気の吹き
出しによってシール機能を得ることができる。

【００１３】なお、前記各実施例において、ロール軸１
およびロール部材２と別体の軸側リング部材６，６Ａや
外輪側リング部材７等を設けたが、これらを省略して弾
性シール８，８Ａのリップ部８ｂ，８Ａａを直接にロー
ル軸１またはロール部材２に接触させるようにしても良
い。

【００１４】

【発明の効果】この発明のシール装置は、軸側の部材
と、前記軸に対して軸受を介して相対的に回転自在に設
けられた外輪側部材との間に、前記いずれか片方の部材
に取付けられてリップ部がもう片方の部材に接触する弾
性シールを設け、前記いずれか片方の部材に、圧縮空気
の吐出により前記リップ部を撓ませるエアーノズルを設
けたものであるため、軸受停止時は接触シールにより確
実な密封構造となり、軸受回転時は非接触シールとなっ
て低トルクとなり、密封性は空気圧により確保される。
このため、許容周速により制限されていた高速回転領域
での使用が可能となる。軸を固定設置して軸側部材にエ
アーノズルを設けた場合は、エアーノズルへの圧縮空気
の供給経路が簡単となる。また、リップ部が接触するシ
ール接触面を軸方向に垂直な面とすると、噴出空気を外
部に逃がし易く、空気圧によるシール効果を高め易い。

【００１５】この発明のロール構造は、軸とロール部材
との間の両端近傍に軸受を設け、この軸受よりもロール
端部側に位置して前記構成のシール装置を設けたもので
あるため、ロール支持用の軸受に対して前記のように停
止時は接触シールにより確実な密封が行え、回転時は非
接触シールとなって低トルクとなり、密封性を空気圧に
より確保することができる。そのため、ウェット条件お
よびドライ条件にかかわらず、かつ高速回転まで使用可
能となり、広範囲の使用条件にも対応が可能となる。軸
内に空気供給孔を設けた場合は、エアーノズルへの供給
空気で前記軸を介して軸受が冷却され、これにより軸受
のグリースの熱劣化が防止されて軸受寿命が向上する。
ロール部材の支持を中央側のころ軸受と端部側の玉軸受
とで行うようにした場合に、玉軸受と軸との嵌合面にＯ
リングを介在させたときは、ころ軸受への噴出空気の洩
れを防ぐことができ、ころ軸受の密封性が高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかるロール構造の断
面図である。

【図２】同ロール構造のシール装置の動作説明図であ
る。

【図３】この発明の第２の実施形態にかかるロール構造
の断面図である。

【図４】この発明の第３の実施形態にかかるロール構造
の断面図である。

【符号の説明】

１…ロール軸、２…ロール部材、３…ころ軸受、４…玉
軸受、５…シール装置、６…軸側リング部材（軸側部
材）、７…外輪側リング部材（外輪側部材）、８，８Ａ
…弾性シール、８ｂ，８Ａａ…リップ部、９…エアーノ
ズル、１０…シール接触面、１２…空気供給孔、１４…
Ｏリング

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸側の部材と、前記軸に対して軸受を介
   して相対的に回転自在に設けられた外輪側部材との間
   に、前記いずれか片方の部材に取付けられてリップ部が
   もう片方の部材に接触する弾性シールを設け、前記いず
   れか片方の部材に、圧縮空気の吐出により前記リップ部
   を撓ませて前記リップ部とこのリップ部が接触していた
   部材の表面との間にラビリンス隙間を生じさせ、または
   接触圧を軽減させるエアーノズルを設けたシール装置。
2. 【請求項２】 前記軸が固定設置され、外輪側部材が回
   転するものであって、前記弾性体を軸側の部材に設け、
   この弾性体のリップ部が接触するシール接触面を、前記
   外輪側部材に軸方向と略垂直に設け、前記エアーノズル
   を前記軸側部材に前記リップ部の内径側に位置して設け
   た請求項１記載のシール装置。
3. 【請求項３】 前記外輪側部材が両端近傍で各々軸受を
   介して軸に設置されたロール部材またはこの部材に固定
   された部材であって、両端側の軸受よりも前記ロール端
   側に位置して請求項１または請求項２記載のシール装置
   を設けたロール構造。
4. 【請求項４】 前記ロール部材の両側のシール装置にお
   けるエアノズルに連通する空気供給孔を前記軸内に軸方
   向に沿って設けた請求項３記載のロール構造。
5. 【請求項５】 前記ロール部材の両端近傍に設けられる
   軸受が、互いにロール幅の中央側と端部側とに並ぶころ
   軸受と玉軸受であり、前記玉軸受と軸との嵌合面にＯリ
   ングを介在させた請求項３または請求項４記載のロール
   構造。