JP2007255603A - 粉砕ローラならびに粉砕ローラ用ころ軸受およびその組み立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中実のころで高い定格荷重を発揮し、かつ、安価に製造可能な粉砕ローラ用ころ軸受を提供する。
【解決手段】内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころ6と、隣り合ったころ6間に位置する間座8を具備するころ軸受において、間座8の軸方向両端にころ端面6bと向き合う拡張部12を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は粉砕ローラならびに粉砕ローラ用ころ軸受およびその組み立て方法に関する。

粉砕機は、鉱山、化学プラント、火力発電所などにおいて、石灰石、石炭等の原料を粉状に粉砕する機械であり、通常ミルと称される。ミルの形式として代表的であるのが竪型ミル（図６参照）であり、原料を粉砕ローラとテーブルの間ですりつぶして粉状にする。粉砕ローラは、テーブル上に２〜４個配置され、その形状はタイヤローラ形式と円すいローラ形式がある。

粉砕ローラには原料の粉砕時に非常に大きな荷重と衝撃が加わるため、その支持軸受には高い定格荷重と剛性が求められる。そのため、粉砕ローラの支持軸受にはころ軸受が使用され、その保持器には比較的強度の高いもみ抜き保持器やピンタイプ保持器が用いられる。しかしながら、もみ抜き保持器は、ころ間に位置する柱を環状に連結することで形成されており、柱の根元を起点に保持器が破損することがある。すなわち、強度確保の点でころの本数を増やすことができず、定格荷重が低い傾向にある。

ピンタイプ保持器は、ころに設けた中空穴にピンを挿入し、ピンの両端をねじと溶接によって環状板に固定することで形成され、結果、ころところとの間隔を詰めることができ、ころ本数を増加せしめている。しかし、ピンタイプ保持器は組み立てに溶接を要し、ころを中空とする必要があるため製造コストが高く、さらに機能面においても、高荷重に加えて振動、衝撃により、前記中空穴の内径面を起点としてころが圧砕するおそれがある。ころの圧砕は軸受にとって致命傷であるため、極力避けなければならない。特許文献１には、ころを中実としたうえで、ピンタイプ保持器と同等のころ本数を組み込むことができる保持器が開示されているが、組み立てに溶接を要する点で変わりはなく、部品点数も多くなるため、依然として製造コスト面で問題がある。

なお、保持器を廃止した総転動体型のころ軸受も存在するが、総転動体型軸受は隣り合うころ同士が逆回転で接触するため、ころの自転が阻害されやすく、許容回転数が低いほか、かじりやスミアリングといった表面損傷を生じやすい傾向にあり、ほとんど使用されていない。
実開平７−２０４２３号公報 特許第３５４９５３０号公報

本発明の主要な目的は、中実のころで高い定格荷重を発揮し、かつ、安価に製造可能な粉砕ローラ用ころ軸受を提供することにある。

本発明の粉砕ローラ用ころ軸受は、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころと、隣り合ったころ間に位置する間座を具備するころ軸受において、間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けたことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、従来の環状を成す保持器にみられる引張応力の発生を回避することができるため、より多くのころを軸受に組み込むことができ、定格荷重の高いころ軸受を提供することができる。さらに、総転動体軸受と異なり、隣り合うころ同士の接触を回避することができ、ころ同士が逆回転で摺動することがないため、ころの自転が阻害されにくく、かじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。

また、ピンタイプ保持器のように、中空ころを使用する必要がなく、また、組み立てに溶接を用ないため、安価に軸受を製造することができる。

間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けることで、間座の軸方向への動きをこの拡張部ところ端面とで規制することができる。間座の径方向への動きは、ころ転動面または内輪つば外径面もしくは外輪つば内径面にて規制することができる。間座の移動規制手段として内輪や外輪の軌道面やつば側面を使用しないため、隣り合うころ間において、間座を広域にわたって介在させる必要がなく、潤滑油の攪拌抵抗を抑えることができ、また、転がり面付近において潤滑油の円滑な貫流を妨げることがない。さらに、間座を内輪つば外径面または外輪つば内径面に案内させる場合、間座の拡張部はその案内面積を拡大する効果をも発揮するため、案内面において油膜が形成されやすくなる。

特許文献２に記載のころ軸受においては、間座の動きを内輪および外輪の軌道面とつば側面とによって規制するため、必然的にころの径方向断面と同程度の大きさの間座を介在させることになり、潤滑油の攪拌抵抗が大きい傾向がある。さらに、間座を内輪または外輪の軌道面に摺動させるため、転がり面における円滑な油膜形成が損なわれるおそれがある。

請求項２の発明は、請求項１の粉砕ローラ用ころ軸受において、間座のころ転動面と向き合う面（ころ接触面）がころのピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座が内輪つば外径面または外輪つば内径面によって案内され、隣り合うころで間座を挟み込んだとき、間座と軌道輪との間にすきまがあることを特徴とするものである。軌道面上で間座をころで挟み込むと、ころ接触面の凹形状の底を接触位置として間座の径方向位置が決まる。そのとき、間座と軌道輪の間にすきまがあるように設定することで、間座が隣り合うころによって軌道輪に押し付けられる状態を回避することができる。このような設定により間座は基本的にはころ案内となり、円周方向すきまに位置する間座だけが隣り合うころの拘束から解放され、回転速度が高い場合には外輪つば内径面に、低い場合にはころに案内される仕様となる。解放された間座には、自重、遠心力以外に半径方向への力が作用しないため、間座の案内面における発熱や磨耗を軽減させることができる。

請求項３の発明は、請求項１または２の粉砕ローラ用ころ軸受において、前記間座の外輪つば内径面と向き合う面が、外輪つば内径の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面であることを特徴とするものである。また、請求項４の発明は、請求項１または２の粉砕ローラ用ころ軸受において、前記間座の内輪つば外径面と向き合う面が、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面であることを特徴とするものである。このような構成を採用することで、いわゆる「くさび効果」（運動方向に狭まっているくさび状のすきまに、流体が粘性によって引き込まれて圧力すなわち負荷能力を発生する効果）が得られ、軌道輪の案内面と対向する間座の案内面において油膜が発生しやすくなる。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの粉砕ローラ用ころ軸受において、ころと間座でキーストン効果を発揮することを特徴とするものである。このような構成を採用することで、内輪を取り外してもころおよび間座が脱落しない仕様を作り出すことができ、内輪と外輪の別体組み付けが可能となる。すなわち、あらかじめ内輪を軸に、外輪ところのサブアセンブリをハウジングに組み付け、軸ごと内輪を挿入するといった、従来の保持器付きころ軸受同様の組み付けが可能となる。

請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの粉砕ローラ用ころ軸受において、間座をポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンからなる群より選ばれる樹脂で形成したことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。樹脂材は間座の製作に好適であるだけでなく、一般的に優れた自己潤滑性を有し、ころ転動面および外輪つば内径面または内輪つば外径面と円滑に摺動する。なかでもポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンは、機械的強度、耐熱性および耐油性に優れており、長期にわたって安定した機能を発揮する。

請求項７の発明は、請求項１ないし５のいずれかの粉砕ローラ用ころ軸受において、前記間座を焼結合金で形成したことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。焼結合金は上述の樹脂と同様、間座の製作に好適であるほか、その気孔に潤滑剤を含浸させることができるため、ころ転動面と円滑に摺動する。さらに、線膨張係数が比較的小さいために、高温雰囲気下における熱膨張を抑えることができる。

請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの粉砕ローラ用ころ軸受の組み立て方法であって、外輪の内周にころと間座を交互に配列していき、最後に組み込むころの両脇に位置する間座を、配列済みのころの転動面の軸受内径側に沿わせた状態で、前記最後に組み込むころを外輪に向かって挿入することにより、前記両脇に位置する間座をスライドさせつつ、ころを外輪の内周に組み込むことからなる。

請求項９の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載のころ軸受を備えた粉砕ローラである。

本発明によれば、粉砕機の粉砕ローラに用いられるころ軸受において、中実のころで高い定格荷重を発揮し、かつ、安価に製作可能なころ軸受を提供することができ、装置の信頼性向上に貢献することができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態について説明する。

まず、粉砕ローラについて述べると、図６は竪型ミルの一例を示すもので、ケーシング２０内下部に回転駆動可能に備えられた粉砕テーブル２２上に供給された砕料２４を、粉砕テーブル２２と、粉砕テーブル２２に圧接されつつこれに追従して回転するローラタイヤ２６との間で粉砕し、粉砕によって得られた粉体を、粉砕テーブル２２周囲に環状に開口されたエアポート３０からのガス３２に乗せてケーシング２０上方に搬送し、ケーシング２０上方に搬送した粉体２８をセパレータ３４を通して分級した後、ケーシング２０頂部より外部に搬出し得るようにしてある。ケーシング２０を貫通したローラタイヤ２６のローラ軸部３６は軸受（図示せず）により支持され、ケーシング２０に対して回転自在である。なお、静止したローラ軸部３６に対して軸受を介して回転自在にローラタイヤ２６を取り付けた構成も可能である。

次に、上述の粉砕ローラにおけるローラ軸部３６を支持する軸受またはローラタイヤ２６を支持する軸受について述べる。図１に示す実施例は円筒ころ軸受に適用した例であって、この円筒ころ軸受は、内輪２と外輪４と円筒ころ６と間座８を具備している。ここでは内輪２は片つば付き、外輪４は両つば付きである。隣り合う円筒ころ６間に間座８が介在させてある。間座８は図２に拡大して示すように概ね板状で、円筒ころ６の転動面６ａと接触する面すなわち、ころ接触面を符号１０で指してある。ころ接触面１０の断面形状は、円筒ころ６の転動面６ａを受け入れる凹形状、たとえば凹円弧状である。

間座８の長手方向の両端に拡張部１２が形成してあり、互いに対向する拡張部１２の内側面１４は、軸受に組み込んだ状態では円筒ころ６の端面６ｂと向かい合う。そうして、間座８の拡張部１２と円筒ころ６との干渉により、間座８の軸方向移動が規制される。間座８の拡張部１２の上面、つまり軸受に組み込んだ状態で軸受の半径方向外側を向く面は、外輪４のつば４ｂの内径面と向かい合う。間座８のころ接触面１０および下部（軸受の半径方向内側）には符号１６で示すように凹部が形成してあり、潤滑剤の保持や、ころ表面の冷却効率を向上させる役割を果たす。

図３に示すように、軸受に組み込んだ状態で、間座８のころ接触面１０は円筒ころ６のピッチ円を跨いで延在する。したがって、間座８は円筒ころ６だけで案内、つまりころ案内とすることができるが、本実施例においては外輪４のつば内径面に案内させるようにしてある。隣り合うころ６で間座８を挟み込んだとき、間座８と外輪４との間に半径方向のすきまＳｒが存在する。また、間座８の、外輪４のつば内径面と向き合う面は凸曲面であり、その曲率半径Ｒ１は外輪４のつば内径面の曲率半径Ｒ２よりも小さく設定してある。そのため、間座８と外輪４のつば内径面との間に潤滑油のくさび膜効果が発生し、間座８の磨耗が軽減する。なお、軸受の円周方向を向いた拡張部１２の端縁には、外輪４のつば内径面とのエッジ接触を避けるため、面取りを設けるのが望ましい（図２参照）。

軌道面上で間座８をころ６で挟み込むと、ころ接触面１０の凹形状断面の底を接触位置として間座８の軸受半径方向位置が決まる。そのとき、上述のように間座８と外輪４との間にすきまＳｒ（図３参照）が存在するように設定しておくことにより、図４に示すような、間座８が隣り合うころ６によって外輪４に押し付けられる状態を回避することができる。このような設定により間座８は基本的にはころ案内となり、円周方向すきまに位置する間座８だけが隣り合うころ６の拘束から解放され、回転速度が高い場合には外輪つば内径面に、低い場合にはころ６に案内される仕様となる。解放された間座８には、自重、遠心力以外に半径方向の力が作用しないため、間座８の案内面（外輪つば内径面と向き合う面）における発熱や磨耗が軽減する。

なお、図３は外輪４のつば内径面に間座８を案内させる場合の構成を例示したものであるが、内輪２のつば外径面に間座８を案内させる場合には、間座８の、内輪２のつば外径面と向き合う面を凹曲面とし、その曲率半径を内輪２のつば外径面の曲率半径よりも大きく設定する。また、隣り合うころ６で間座８を挟み込んだとき、間座８と内輪２との間に半径方向のすきまＳｒが存在するように設定する。

ころ６と間座８でキーストン効果を発揮する構成としてもよい。その場合、内輪２を抜いても外輪４からころ６および間座８が脱落しないため、取扱いが非常に容易となる。ころ６と間座８でキーストンが成立する条件は、式Ｓｃ＜Ａで表される。図５において、符号Ａはころ６の直径と一対の間座８の肉厚の和、Ｓｃは配列済みのころ列の終端間寸法を表している。

図５を参照して円筒ころ軸受の組み立て方法について述べると、外輪４の内周にころ６と間座８を交互に配列していき、最後の１個のころ６とその両脇に位置すべき一対の間座８を、配列済みのころ列の終端に位置するころ６の転動面６ａに沿わせた状態で、外輪４に向かって押し込む。このとき、最後の１個のころ６の両脇に位置する間座８は、軸受内径側から外径側へ、弧を描いてスライドする。

間座８の材質は、樹脂であっても金属であってもよい。樹脂材は間座の製作に好適であるだけでなく、一般的に優れた自己潤滑性を有し、ころ転動面および外輪つば内径面または内輪つば外径面と円滑に摺動する。ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。なかでもポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンは、機械的強度、耐熱性および耐油性に優れており、長期にわたって安定した機能を発揮する。この場合、間座の製作方法は射出成形によるものとし、グラスファイバーやカーボンファイバーなどの繊維を配合してもよい。

金属製間座の製作法方法としては、鋳造、切削、鍛造、プレス等、特に限定しないが、製造コスト面ではロストワックス等に代表される鋳造や、鍛造が好ましく、特に高精度で製作する場合は切削による追加工や一からの製作が好ましい。あるいは、間座を焼結合金で形成することにより、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。焼結合金は上述の樹脂と同様、間座の製作に好適であるほか、その気孔に潤滑剤を含浸させることができるため、ころ転動面と円滑に摺動する。さらに、線膨張係数が比較的小さいため、高温雰囲気下における熱膨張を抑えることができる。この場合の間座の製作方法は固相焼結であっても液相焼結であってもよい。固相焼結は、気孔内に効果的に潤滑剤を含浸させることができる。液相焼結は、固相焼結に見られる気孔を融点の低い金属で埋めることができ、間座の強度を向上させることができる。例を挙げるならば、焼結母材を銅とし、封孔金属をアルミニウムとする。

実施例を示すころ軸受の破断斜視図 図１のころ軸受における間座の拡大斜視図 図１のころ軸受の部分側面図 間座のみ断面にした図１のころ軸受の部分側面図 図１のころ軸受の組み立て過程を示す横断面図 粉砕ローラを備えた粉砕機の縦断面図

符号の説明

２ 内輪
４ 外輪
６ ころ
６ａ 転動面
６ｂ 端面
８ 間座
１０ ころ接触面
１２ 拡張部
１６ 凹部

Claims (9)

1. 内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころと、隣り合ったころ間に位置する間座を具備するころ軸受において、間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けた粉砕ローラ用ころ軸受。
2. 間座のころ転動面と向き合う面がころのピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座が内輪つば外径または外輪つば内径によって案内され、隣り合うころで間座を挟み込んだとき、間座と前記軌道輪との間にすきまがある請求項１の粉砕ローラ用ころ軸受。
3. 間座の外輪つば内径面と向き合う面が、外輪つば内径の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面である請求項１または２の粉砕ローラ用ころ軸受。
4. 間座の内輪つば外径面と向き合う面が、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面である請求項１または２の粉砕ローラ用ころ軸受。
5. ころと間座でキーストン効果を発揮する請求項１ないし４のいずれかの粉砕ローラ用ころ軸受。
6. 間座をポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンからなる群より選ばれる樹脂で形成した請求項１ないし５のいずれかの粉砕ローラ用ころ軸受。
7. 間座を焼結合金で形成した請求項１ないし５のいずれかの粉砕ローラ用ころ軸受。
8. 外輪の内周にころと間座を交互に配列していき、最後に組み込むころの両脇に位置する間座を、配列済みのころの転動面の軸受内径側に沿わせた状態で、前記最後に組み込むころを外輪に向かって挿入することにより、前記両脇に位置する間座をスライドさせつつ、ころを外輪の内周に組み込むことからなる、請求項１ないし７のいずれかの粉砕ローラ用ころ軸受の組み立て方法。
9. 請求項１ないし７のいずれかに記載のころ軸受を備えた粉砕ローラ。
   

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