JP2004092692A - ローラレベラ用バックアップベアリング - Google Patents

Abstract

【課題】高荷重条件下でも長期間安定して使用することができるローラレベラ用バックアップベアリングを提供することである。
【解決手段】固定軸１を高周波焼入用鋼で形成して、軸１の表層からコア部までに想定される荷重条件でのせん断応力値から求まる必要硬度よりも高い硬度の硬化層を形成し、高荷重条件下でも十分な寿命が得られるようにした。さらに、シールケース７に取り付けた抜止めリング９で止め輪１１を抜け止めするとともに、シールケース７を軸端側ころ３ａと点接触させ、止め輪１１とともにスムーズに回転するようにして、止め輪外れを確実に防止できるようにした。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、厚鋼板等の板材のひずみ矯正に使用されるローラレベラに組み込まれているバックアップベアリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
厚鋼板等の板材のひずみ矯正に使用されるローラレベラは、図４および図５に一例を示すように、板材Ｍを上下２列に配した多数のレベリングロールＲの間に通して繰り返し曲げることにより、板材Ｍの前工程までの加工で残ったひずみを除去するもので、各レベリングロールＲは、軸方向に４個ずつ配されたバックアップベアリングＢで支持されて、通板中のたわみを抑えられている。
【０００３】
上述したバックアップベアリングの一例として、図６に示すものがある。このバックアップベアリングは、左右一対の軸受台６１に架設された固定軸６２と図示省略したレベリングロールを支持するロール６３との間に、ころがり軸受６４を介設したものである。このようなバックアップベアリングでは、コスト面からレベリングロール軸方向に並べる個数を少なくするように固定軸６２がある程度長く設計されているため、軸６２がたわみやすい。この固定軸６２のたわみを許容するために、軸受６４には自動調心ころ軸受が使用されることが多い。
【０００４】
なお、自動調心ころ軸受には、対称ころを用いるものと非対称ころを用いるものがあるが、いずれも外輪回転によりころの挙動が不安定になりやすく、それが固定軸のたわみの大きさにより軸受の損傷につながりやすいので、ころの挙動が比較的安定で、使用中の軸受温度の上昇が少ない対称ころタイプのものを使用するのがよい。
【０００５】
しかしながら、この種のバックアップベアリングでは、寸法の制約から軸受のころをあまり大きくすることができず、負荷容量の点で問題がある。
【０００６】
これに対して、軸受の内輪をなくすとともに、レベリングロールを支持するロールに軸受外輪を兼ねさせることによりころを大きくしたものがある。このバックアップベアリングは、図７にその一例を示すように、固定軸５１の外径面と外輪５２の内径面とを軌道面とするころ５３を、固定軸５１の軸方向に沿って４列備えたもので、外輪５２の外径面がローラレベラのレベリングロール５４と転がり接触して外輪回転で使用される。
【０００７】
前記固定軸５１は、一般に、安価な高炭素クロム軸受鋼を調質せずに使用されており、軌道面となる外径面が耐摩耗性を確保できる所定の硬さ（ＨＲＣ６０程度）となるように高周波焼入れされている。
【０００８】
また、前記各ころ５３は、各ころ５３間に外輪５２内径面と接するように配された３つの鍔輪５５と、固定軸５１両端のネック部に嵌め込まれた鍔輪５６と、外輪５２両端の薄肉部の内径面に嵌め込まれたリング状のシールケース５７とで保持されている。
【０００９】
前記シールケース５７は、軸端の鍔輪５６と摺接するように配されたオイルシール５８とともに固定軸５１と外輪５２との間の隙間の両側端を塞いで、ベアリング内部のグリースの流出を防止している。グリースは固定軸５１中央の給脂孔５１ａから供給されて軸端の鍔輪５６の排脂孔５６ａから排出されるため、シールケース５７の外側端部にはグリース圧力によるオイルシール５８の抜け出しを防止する抜止め部５７ａが形成されている。そして、シールケース５７自体は、外輪５２端部の内径面の環状溝５２ａに嵌め込まれた止め輪５９により抜け止めされている。
【００１０】
この止め輪５９は、円周方向の一箇所が分断されたＣ字状に形成されていて、比較的簡単に着脱することができ、ベアリング内部の点検や外輪５２外径面の研磨等を行う際にベアリングの分解がしやすいようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、板製品の平坦度等の品質に対する要求の厳格化に伴い、ローラレベラにも板材の強圧下が可能なひずみ矯正能力の高いものが求められている。しかしながら、上述した従来のバックアップベアリングでは、板材の強圧下により高荷重が負荷される条件で長期間使用すると、以下に述べるような種々の不具合が生じやすくなる。
【００１２】
すなわち、従来のバックアップベアリングは、前述のように軸が比較的たわみやすく、ころと軸との接触面圧が軸中央側のころよりも軸端側のころで大きくなっている。そして、この接触面圧は軸端近傍に配されたころの軸端側エッジ部で最も大きく、この部分から転動疲労による剥離が発生し始めるので、負荷される荷重が大きくなると、軸のたわみ量の増加によって接触面圧の最大値が平均値の上昇分以上に大きくなり、転動疲労寿命が大幅に短縮されてしまう。
【００１３】
そのうえ、前記固定軸は、高炭素クロム軸受鋼を使用しているため、この鋼種の特性として、高周波焼入れにより炭化物が析出して転動疲労寿命が短くなる傾向がある。このため、従来レベルの荷重条件でもベアリングの必要寿命に対する余裕が少なく、より高い荷重条件で使用すると、前述のように負荷の増加による寿命の短縮が加わって、求められる寿命を達成できなくなるおそれがある。
【００１４】
さらに、このバックアップベアリングでは、外輪とともに回転するシールケースが、外輪の回転速度よりも遅い公転速度で公転運動するころにブレーキをかけられながら、固定軸のたわみによって生じる誘起スラスト荷重をころから受けて、不安定な挙動を繰り返す。そして、このシールケースの不安定な挙動とスラスト荷重は止め輪にも伝わるので、これによって止め輪が外輪の環状溝から外れてしまうことがある。ころにかかる負荷が増えれば、ころとシールケースとの間の摩擦抵抗およびスラスト荷重も大きくなり、止め輪がより外れやすくなる。止め輪がベアリングから脱落すると、レベリングロールや通板中の製品に傷をつけたり、グリース漏れにより製品が汚損する等のトラブルが発生する。
【００１５】
この対策として外れにくい構造の特殊な止め輪を用いた場合には、定期点検や外輪の研磨等を行う際にベアリングの分解がしにくくなり、メンテナンス性が低下する。
【００１６】
そこで、この発明の課題は、高荷重条件下でも長期間安定して使用することができるローラレベラ用バックアップベアリングを提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明は、固定軸の外径面と外輪の内径面とを軌道面とするころを、固定軸の軸方向に沿って２列以上備え、外輪の外径面をローラレベラのレベリングロールの外径面に接触させてレベリングロールを支持するローラレベラ用バックアップベアリングにおいて、前記固定軸を高周波焼入用鋼で形成し、この固定軸を高周波焼入れして、その外径面のロックウェル硬さをＨＲＣ５８〜６５とし、軸の表層からコア部までのビッカース硬さを、各部位で前記ころと軸との接触面圧が４０００ＭＰａのときに発生するせん断応力値（単位：ｋｇｆ／ｍｍ^２）の６倍以上とした構成を採用したのである（請求項１）。
【００１８】
すなわち、固定軸の材料として高炭素クロム軸受鋼よりも含有炭素量の少ない高周波焼入用鋼を使用することにより、高周波焼入れするときの炭化物の析出を抑えるとともに、軸の表層からコア部までのビッカース硬さを、ころと軸との接触面圧が４０００ＭＰａのときに発生するせん断応力値の６倍以上とすることにより、転動疲労剥離の起点部分となる軸の表層からコア部までにも十分に高い硬度を有する硬化層を形成して、転動疲労寿命を延長できるようにしたのである。なお、この固定軸の硬度分布の数値範囲は、実機において種々の実験を行った結果から得られたものである。
【００１９】
なお、固定軸を内部のビッカース硬さがＨＶ２５０以上の材料で形成すれば、求められる高荷重条件の下でも軸が永久変形するおそれが少ない。
【００２０】
また、固定軸の外径面の硬度をＨＲＣ５８〜６５とすることにより、耐摩耗性も確保することができる。
【００２１】
前記高周波焼入用鋼としては、炭素を０．５０〜０．７０ｗｔ％含有し、けい素とアルミニウムとを総量で０．５〜１．０ｗｔ％含有するものを使用することができる（請求項２）。この材料は、比較的安価なうえ、鍛造しやすく、また鍛造によって内部ビッカース硬さをＨＶ３００程度まで高めることができるため調質を必要としない。
【００２２】
請求項１または２の構成において、前記固定軸と外輪との間の隙間の両側端をオイルシールとシールケースとで塞いで、このシールケースを外輪の内径面に設けられた環状溝に嵌め込んだ止め輪で抜け止めし、前記オイルシールを抜け止めする抜止めリングを、その外径面が前記止め輪の環状溝への嵌め込み深さよりも小さい間隔をおいて止め輪の内径面と対向するように前記シールケースに取り付けることにより（請求項３）、止め輪を環状溝から抜け出しにくくすることができる。
【００２３】
また、請求項３の構成において、前記固定軸の軸端近傍に配された各ころの外側端面を凸球面状とし、前記シールケースの内側端面を前記凸球面状のころ端面と摺接する部位で傾斜させて、前記シールケースを前記軸端近傍の各ころと点接触させることにより（請求項４）、ころとシールケースとの間の摩擦抵抗を軽減し、シールケースおよび止め輪が外輪とともにスムーズに回転するようにして、止め輪外れをより確実に防止することができる。
【００２４】
請求項１乃至４のいずれかの構成において、前記レベリングロールは、厚鋼板用コールドレベラに組み込まれるものとすることができる（請求項５）。
【００２５】
すなわち、この発明のバックアップベアリングは、高荷重条件で使用されることの多い厚鋼板用コールドレベラのレベリングロールを支持するのに好適である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図３に基づき、この発明の実施形態を説明する。このローラレベラ用バックアップベアリングは、厚鋼板用コールドレベラに組み込まれるもので、図１に示すように、固定軸１の外径面と外輪２の内径面とを軌道面とするころ３を、固定軸１の軸方向に沿って４列備えており、外輪２の外径面をコールドレベラのレベリングロール４と転がり接触させて外輪回転で使用される。
【００２７】
前記各ころ３は、各ころ３間に外輪２内径面と接するように配された３つの鍔輪５と、固定軸１両端のネック部に嵌め込まれた鍔輪６と、外輪２両端の薄肉部の内径面に嵌め込まれたリング状のシールケース７とで保持されており、軸端側のころ３ａが軸中央側のころ３ｂより若干長く形成されている。
【００２８】
前記シールケース７は、軸端の鍔輪６と摺接するように配されたオイルシール８とともに固定軸１と外輪２との間の隙間の両側端を塞いで、ベアリング内部のグリースの流出を防止している。グリースは固定軸１中央の給脂孔１ａから供給されて軸端の鍔輪６の排脂孔６ａから排出されるようになっており、グリース圧力によるオイルシール８の抜け出しを防止するための抜止めリング９が、ボルト１０によりシールケース７の外側面に取り付けられている。そして、シールケース７自体は、外輪２端部の内径面の環状溝２ａに嵌め込まれた止め輪１１により抜け止めされている。また、シールケース７の外径面に設けられた環状溝７ａには、外輪２とシールケース７との間をシールするＯリング１２が嵌め込まれている。
【００２９】
前記固定軸１は、表１に示す組成の高周波焼入用鋼を鍛造して形成したもので、鍛造により内部ビッカース硬さがＨＶ３００程度まで高められるので、高荷重条件下でも永久変形を生じるおそれが少なく、調質の必要がない。また、素材の高周波焼入用鋼が中炭素鋼であるため、高周波焼入れする際に炭化物の析出により転動疲労寿命が短縮される心配がない。
【００３０】
【表１】

【００３１】
固定軸１の表層からコア部までは、高周波焼入れされて、図２に示すような硬度分布が与えられている。すなわち、ころ３と軸１との接触面圧が４０００ＭＰａのときに発生するせん断応力を計算によって求め、焼入れ条件を適切に選定することにより、軸１の表層からコア部までのビッカース硬さを、各部位において、計算されたせん断応力値（単位：ｋｇｆ／ｍｍ^２）の６倍以上としている。これにより、転動疲労剥離の起点部分となる軸１の表層からコア部までに、十分に高い硬度を有する硬化層が形成されることになり、転動疲労寿命が延長される。
【００３２】
また、軌道面となる外径面のロックウェル硬さは、従来のベアリングと同様にＨＲＣ６０程度となっており、十分な耐摩耗性も有している。
【００３３】
前記外輪２は、固定軸１と同じ材料で形成されており、接触相手のレベリングロール４の摩耗を抑え、傷つきにくくするために、表面硬度がレベリングロール４よりも若干低くなるように熱処理されている。
【００３４】
なお、外輪の外径面にショットピーニング加工等を施して、微小な凹凸を形成することにより、レベリングロール外径面との間に油膜が形成されやすいようにして、外輪の耐摩耗性を向上させることもできる。このとき、外輪のごく表層の硬度をレベリングロールと同程度に硬化させておけば、外輪の耐摩耗性がさらに向上するとともに、両者の間に異物が噛み込んだような場合にも、外輪の表層が剥離して硬度の低い面が現れるため、レベリングロールに操業上問題となるような傷をつけることがない。
【００３５】
また、外輪外径面に微小な凹凸を形成する代わりに、他の金属を溶射するようにしてもよい。この場合、外輪外周部を研磨するごとに溶射を行うことにより、内径面に転動疲労による剥離が発生するまで外輪を再使用できるので、従来のように外径が研磨によって使用限界に達することがなく、寿命を延長することができる。溶射金属は、目的に応じて適切なものを選定すればよく、耐摩耗性に優れた金属を用いてもよいし、ホットレベラのように外輪に水がかかる場合には耐食性に優れた金属を溶射してもよい。従って、溶射前の外輪を予備として保管しておけば、短時間で種々の装置に組み込めるようになるため、予備品の数量を減らすことができる。
【００３６】
次に、このバックアップベアリングのシール構造の抜け止め機構とメンテナンス性について説明する。前記オイルシール８の抜け出しを防止する抜止めリング９は、その外径面が止め輪１１の環状溝２ａへの嵌め込み深さよりも小さい間隔をおいて止め輪１１の内径面と対向するようにシールケース７に取り付けられている。このため、止め輪１１が外輪２の環状溝２ａから外れるおそれは少なく、止め輪外れに起因するトラブルの発生を防止できる。
【００３７】
止め輪１１は円周方向の一箇所が分断されたＣ字状に形成されていて、全体をたわませることにより比較的簡単に着脱することができ、また、抜止めリング９もボルト１０で着脱可能に取り付けられているので、定期点検や外輪２の研磨等を行う際のベアリングの分解が容易である。オイルシール８の交換のみを行う場合も、抜止めリング９だけを取り外せばよく、止め輪１１およびシールケース７を取り外す必要がないため、作業が簡単である。
【００３８】
なお、ベアリング使用中のボルト１０緩みによる抜止めリング９の脱落を防止するために、シールケース７のねじ穴にロックインサートを設けたり、ボルト１０に代えて樹脂付きねじを使用したりしてもよい。
【００３９】
また、前述した従来のバックアップベアリングでは、シールケースが止め輪よりも内側にオイルシールを抜け止めする抜止め部を有しているのに対して（図７参照）、この実施形態では、抜止め部に代わる抜止めリング９が止め輪１１と対向する位置に配されており、シールケース７が抜止め部の厚み分だけ短くなっている。従って、その分ころ３を長くすることにより、ころ３と固定軸１との接触面圧を抑えて転動疲労寿命を延長することができる。なお、図１に示した例では、固定軸１のたわみの影響を考慮して、軸端側のころ３ａのみを従来よりも長く形成しているが、各ころを均等に長くしてもよい。
【００４０】
しかも、抜止めリング９をシールケース７と別体としたことで、それぞれの形状が簡単になって加工が容易になり、製造コストも低減されている。
【００４１】
さらに、この実施形態では、止め輪外れを確実に防止するために、上述した抜止めリング９による対策に加えて、以下に述べるようにシールケース７の挙動を改善する対策も実施している。
【００４２】
すなわち、従来の止め輪外れの原因は、ころにブレーキをかけられながら回転するシールケースの不安定な挙動が止め輪に伝わることにある。そこで、これを改善するために、図３に示すように、軸端側のころ３ａの外側端面を凸球面状に形成するとともに、シールケース７の内側端面をころ３ａ端面と摺接する部位で傾斜させることにより、ころ３ａとシールケース７とを点接触させて、両者の間の摩擦抵抗を軽減するようにしている。
【００４３】
従って、ベアリングを高荷重条件で使用してころ３ａにかかるスラスト荷重が大きくなっても、シールケース７はころ３ａにほとんどブレーキをかけられることなく外輪２とともにスムーズに回転し、止め輪外れが確実に防止される。
【００４４】
なお、図３の例では、シールケース７と外輪２との間に介在するＯリング１２も、シールケース７を外輪２と一体に回転させるのに寄与しているが、このＯリングは必ずしも設けなくてもよい。
【００４５】
また、シールケースを確実に外輪と一体に回転させるには、上述した方法のほかにも、外輪とシールケースとの間に回り止めを設けたり、回り止め付きのシールケースを用いたりすることもできる。
【００４６】
この発明は、上述した実施形態で説明した厚鋼板用コールドレベラに組み込まれるバックアップベアリングに限らず、他のローラレベラに組み込まれるものにも適用できることはもちろんである。また、ころの軸方向の配列数は、実施形態のように４列であってもよいし、３列以下または５列以上であってもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、この発明のバックアップベアリングは、固定軸を高周波焼入用鋼で形成して、高周波焼入れするときの炭化物の析出を抑え、軸の表層からコア部までに想定される荷重条件でのせん断応力値から求まる必要硬度よりも高い硬度の硬化層を形成することによって、転動疲労寿命を延長することができる。
【００４８】
そして、上述のように転動疲労寿命の延長が図れ、高荷重条件下でも必要とされる寿命を十分に満足することができるので、従来では対応が困難であった高品質材用の強圧下ローラレベラへ組み込んでも安定して使用することができる。
【００４９】
さらに、この発明のバックアップベアリングは、シールケースに取り付けた抜止めリングでオイルシールと止め輪を同時に抜け止めしたり、軸端近傍の各ころをシールケースと点接触させて、シールケースおよび止め輪を外輪とともにスムーズに回転するようにしたものであるから、高荷重条件下でも止め輪外れを確実に防止することができ、止め輪外れに起因する種々のトラブルをなくしてローラレベラの操業を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のバックアップベアリングの縦断正面図
【図２】図１のバックアップベアリングの固定軸の硬度分布を示すグラフ
【図３】図１の要部拡大縦断正面図
【図４】ローラレベラの一例の側面図
【図５】図４のローラレベラの正面図
【図６】従来のバックアップベアリングの一例の縦断正面図
【図７】従来のバックアップベアリングの他の例の縦断正面図
【符号の説明】
１　固定軸
１ａ　給脂孔
２　外輪
２ａ　環状溝
３、３ａ、３ｂ　ころ
４　レベリングロール
５、６　鍔輪
６ａ　排脂孔
７　シールケース
７ａ　環状溝
８　オイルシール
９　抜止めリング
１０　ボルト
１１　止め輪
１２　Ｏリング

Claims (5)

1. 固定軸の外径面と外輪の内径面とを軌道面とするころを、固定軸の軸方向に沿って２列以上備え、外輪の外径面をローラレベラのレベリングロールの外径面に接触させてレベリングロールを支持するローラレベラ用バックアップベアリングにおいて、前記固定軸を高周波焼入用鋼で形成し、この固定軸を高周波焼入れして、その外径面のロックウェル硬さをＨＲＣ５８〜６５とし、軸の表層からコア部までのビッカース硬さを、各部位で前記ころと軸との接触面圧が４０００ＭＰａのときに発生するせん断応力値（単位：ｋｇｆ／ｍｍ^２）の６倍以上としたことを特徴とするローラレベラ用バックアップベアリング。
2. 前記固定軸を形成する高周波焼入用鋼が、炭素を０．５０〜０．７０ｗｔ％含有し、けい素とアルミニウムとを総量で０．５〜１．０ｗｔ％含有するものである請求項１に記載のローラレベラ用バックアップベアリング。
3. 前記固定軸と外輪との間の隙間の両側端をオイルシールとシールケースとで塞いで、このシールケースを外輪の内径面に設けられた環状溝に嵌め込んだ止め輪で抜け止めし、前記オイルシールを抜け止めする抜止めリングを、その外径面が前記止め輪の環状溝への嵌め込み深さよりも小さい間隔をおいて止め輪の内径面と対向するように前記シールケースに取り付けた請求項１または２に記載のローラレベラ用バックアップベアリング。
4. 前記固定軸の軸端近傍に配された各ころの外側端面を凸球面状とし、前記シールケースの内側端面を前記凸球面状のころ端面と摺接する部位で傾斜させて、前記シールケースを前記軸端近傍の各ころと点接触させた請求項３に記載のローラレベラ用バックアップベアリング。
5. 前記レベリングロールが厚鋼板用コールドレベラに組み込まれるものである請求項１乃至４のいずれかに記載のローラレベラ用バックアップベアリング。

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