JP2008095739A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を削減できて製造及びメンテナンスの手間が小さく、また、早期破損を効果的に防止できて、アキシアル荷重に対する耐久性を従来よりも向上できる軸受装置を提供すること。
【解決手段】大略円筒形状のロール１と、ロール１の内側に配置されたロール軸２と、ロール１の内側に配置されたロール軸２と、ロール１の内周面とロール軸２の外周面との間に配置された複数の円筒ころ３を備える。ロール１の内側の軸方向中央に、内周面よりも軸方向内側に突出する中鍔部１１を一体形成し、この中鍔部１１の軸方向両側に、案内輪４を夫々配置する。ロール１の内側面における円筒ころ３の転走面部分は、高周波焼入れが施されて、転走面部分以外の部分よりも大きい硬度を有する。案内輪４は、ロール１の転走面部分以外の部分よりも大きい硬度を有する。案内輪４により、高周波焼入れによる硬化が不十分な部分に円筒ころ３が転走及び接触することを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば製鉄設備用のバックアップロールに好適な軸受装置に関する。

鋼板等のワークを圧延する多段圧延機や、ワークの歪を矯正するレベラや、ワークの表面に曲げひずみを付与してスケールを剥離させるスケールブレーカ等では、ワークロールの背面側を、直接又は中間ロールを介して、バックアップロールで支持している。バックアップロールとしては、ワークロールに接するロールを軸受装置の外輪と一体形成し、この軸受装置のロール軸の回りにロールを回転自在に支持したものが知られている。

この種のバックアップロールとしては、従来、図２の部分断面図に示すように、大略円筒形状のロール１０１と、このロール１０１の内側に配置されて一端側に鍔部１１２が形成されたロール軸１０２と、上記ロール１０１の内周面とロール軸１０２の外周面との間に配置された複数の円筒ころ１０３と、上記ロール１０１の内周面の軸方向両端に配置されたロール側鍔輪１０５と、上記ロール軸１０２の他端側に設けられた軸側鍔輪１０６とを備えたものがある（例えば、特許文献１：特開２００６−１７０２４４号公報参照）。

上記ロール側鍔輪１０５は、上記ロール１０１の内周面の軸方向両端に形成された段部に配置され、このロール側鍔輪１０５の内側端面が、上記段部の端面に接触すると共に円筒ころ１０３の外側端面に接触している。このロール側鍔輪１０５の外側端面は、ロール１０１の内周溝に嵌合されたロール側止め輪１１５に接触している。上記軸側鍔輪１０６の外側端面は、ロール軸１０２の外周溝に嵌合された軸側止め輪１１６に接触している。上記複数の円筒ころ１０３は、保持器１０８によって公転方向に互いに隔てられていると共に、浮き案内輪１０９によって軸方向に互いに隔てられている。

上記従来のバックアップロールは、ロール１０１に一端側から他端側向きに作用するアキシアル荷重を、ロール１０１の一端側のロール側止め輪１１５と、ロール側鍔輪１０５と、複数の浮き案内輪１０９及び円筒ころ１０３と、軸側鍔輪１０６とを介して伝達し、軸側止め輪１１６で支持している。一方、ロール１０１に他端側から一端側向きに作用するアキシアル荷重を、ロール１０１の他端側のロール側止め輪１１５と、ロール側鍔輪１０５と、複数の浮き案内輪１０９及び円筒ころ１０３とを介して伝達し、ロール軸の鍔部１１２で支持している。
特開２００６−１７０２４４号公報

しかしながら、上記従来のバックアップロールは、ロール１０１の軸方向両端にロール側止め輪１１５及びロール側鍔輪１０５を配置するので、部品点数が多く、製造の手間とメンテナンスの手間が大きいという問題がある。また、ロール１０１の両端に位置するロール側止め輪１１５は、ワークに散布される冷却水やワークからの金属塵等に晒され易くて腐食することや、アキシアル荷重による磨耗量が多いので、メンテナンス回数の頻度が高い問題がある。

そこで、本発明は、部品点数を削減できて製造及びメンテナンスの手間が小さく、また、メンテナンス回数の頻度を抑制できて、アキシアル荷重に対する耐久性を従来よりも向上できる軸受装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の軸受装置は、
内周面よりも径方向内側に突出した中鍔部を内側に有する外輪と、
上記外輪の径方向内側に配置された軸と、
上記外輪の内周面と、上記軸の外周面との間に配置された複数列のころと、
上記外輪の上記中鍔部の軸方向両側に配置され、一端面が上記中鍔部の端面に接触すると共に、他端面が上記ころの端面に接触する案内輪とを備え、
上記外輪における上記ころの転走面は、上記外輪における上記転走面以外の部分よりも硬く形成され、
上記案内輪の上記他端面は、上記外輪における上記転走面以外の部分よりも硬く形成されていることを特徴としている。

上記構成によれば、上記外輪に作用するアキシアル荷重は、この外輪の中鍔部の端面に一端面が接触する案内輪と、この案内輪の他端面に端面が接触するころとを介して、例えば軸の一端側に形成された鍔部や軸の他端側に設けられた止め輪に伝達される。これにより、従来のようなロールの軸方向両端のロール側止め輪及びロール側鍔輪が不要になるから、部品点数を効果的に削減できる。また、アキシアル荷重を伝達する中鍔部を、外部からの水や塵が侵入し易い外輪の軸方向両端に配置しないので、アキシアル荷重の伝達部品の腐食による早期破損を効果的に防止して、アキシアル荷重に対する耐久性を従来よりも向上できる。

ここで、中鍔部の端面にころの端面を直接接触させて、アキシアル荷重を外輪からころに直接伝達する構成が考えられるが、この構成は耐久性の向上が困難であるという問題がある。すなわち、軸受装置を例えばバックアップロールに用いる場合、ロールとしての外輪を硬度が比較的低い材料で形成する必要があることから、ころの転走面が形成される外輪の内周面部分に、硬化処理を行う必要がある。しかしながら、外輪の内側にある中鍔部により、硬化処理が不十分となる。詳しくは、中鍔部の側面及び外輪の内周面の中鍔部の近傍部分に、硬化深さの不足や、硬度不足等の不都合が生じる。この不都合は、硬化処理を高周波焼入れで行う場合に顕著になる。したがって、外輪の中鍔部及び中鍔部の近傍に、十分に高い硬度が得難くなり、耐転がり疲労性や耐磨耗性を十分に向上し難く、その結果、アキシアル荷重の耐久性を向上し難いという問題がある。

これに対して、本発明によれば、中鍔部の軸方向両側に案内輪を配置し、この案内輪の他端面の部分を、外輪の他の部分、すなわち、外輪の内周面のころが転走する部分以外の部分よりも硬く形成している。これにより、硬化処理が不十分となる中鍔部の側面や、外輪の内周面の中鍔部の近傍部分に、ころが転動又は接触することを防止でき、また、案内輪のころによる磨耗を防止できる。したがって、外輪の内側に中鍔部を有しても、外輪の転走面の耐転がり疲労性や耐磨耗性を十分に向上しつつ、アキシアル荷重を長期にわたって安定して支持できる。その結果、アキシアル荷重に対する耐久性を効果的に向上できる。

なお、上記案内輪の一端面と中鍔部の端面、及び、上記案内輪の他端面ところの端面は、いずれも、常に互いに接触している必要はなく、アキシアル荷重を伝えるときに互いに接触すればよい。

以下、本発明の軸受装置を図示の実施形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態としての軸受装置を用いたバックアップロールを示す部分断面図である。図１に、バックアップロールの中心軸よりも上半分を示している。このバックアップロールは、外輪としてのロール１と、このロール１の径方向内側に配置されたロール軸２と、上記ロール１の内周面と上記ロール軸２の外周面との間に配置された複数の円筒ころ３を備える。

上記ロール１は大略円筒形状を有し、内側に、軸方向中央に位置して内周面よりも径方向内側に突出する断面矩形の中鍔部１１が一体形成されている。この中鍔部１１の軸方向両側には環状の案内輪４（軸方向一端側の案内輪４を第１案内輪４１,軸方向他端側の案内輪４を第２案内輪４２とする）が夫々配置されており、この案内輪４の一端面が中鍔部１１の端面に接触している。上記ロール１の内周面の上記案内輪４よりも外側部分に、すなわち、中鍔部１１の両側に、案内輪４で隔てられて、円筒ころ３の転走面１３，１３が形成されている。上記ロール１の内周面の軸方向の両端部には、従来よりも浅い段部１４が形成されており、この段部１４に環状のシール部材１５が配置されている。

上記ロール軸２は、径方向外側に突出した鍔部２１が一端側に形成されており、この鍔部よりも他端側に、円筒ころ３の転走面２３が形成されている。この転走面２３の他端側に、軸側鍔輪６が設けられている。この軸側鍔輪６の外周面は、上記シール部材１５の内周面に接している。上記軸側鍔輪６の他端側には止め輪１６が設けられており、この止め輪１６はロール軸２の外周溝に嵌合している。上記軸側鍔輪６の他端側の端面には、上記止め輪１６を覆うように、環状のカバー１７が設けられている。

上記円筒ころ３は、ロールの中鍔部１１の両側に２列ずつ配列されている。すなわち、ロール軸２の一端側の鍔部２１に近い側から順に、他端側に向かって、第１列ころ３１と、第２列ころ３２と、第３列ころ３３と、第４列ころ３４が設けられている。上記第１列ころ３１と第２列ころ３２が、１つの保持器８で保持されている。また、上記第３列ころ３３と第４列ころ３４が、１つの保持器８で保持されている。上記各保持器８によって、円筒ころの公転方向の配置間隔が所定距離に保持されている。また、上記第１列ころ３１と第２列ころ３２の間に第１浮き案内輪９１が配置され、この第１浮き案内輪９１で第１列ころ３１と第２列ころ３２の軸方向の最小の配列間隔が所定距離に保持される。同様に、上記第３列ころ３３と第４列ころ３４の軸方向の最小の配列間隔が、第２浮き案内輪９２で所定距離に保持される。これにより、ロールの中鍔部１１よりも一端側の２列の円筒ころ３に関して、第１列ころ３１の一端面がロール軸の鍔部２１の端面に接触可能に配設されると共に、第２列ころ３２の他端面が第１案内輪４１に接触可能に配設される。

また、ロールの中鍔部１１よりも他端側の２列の円筒ころ３に関して、第３列ころ３３の一端面が第２案内輪４２に接触可能に配設され、第４列ころ３４の他端面が軸側鍔輪６に接触可能に配設されている。なお、ロール１、ロール軸２、円筒ころ３及び軸側鍔輪６に関して、一端側とは、バックアップロールの長手方向において図１の左側をいい、他端側とは、バックアップロールの長手方向において図１の右側をいう。一方、案内輪４に関して、一端側とは中鍔部１１に近い側をいい、他端側とは中鍔部１から遠い側をいう。
上記第１列ころ３１および第２列ころ３２に軸方向の外方のアキシアル荷重がかかった場合、このアキシアル荷重は、第１列ころ３１の軸方向の外方に位置する段部で受けるようになっている。また、上記第１列ころ３１および第２列ころ３２に軸方向の内方のアキシアル荷重がかかった場合、このアキシアル荷重は、第２列ころ３２の軸方向の内方に位置する第１案内輪４１を介して中鍔部１１で受けるようになっている。一方、上記第３列ころ３３および第４列ころ３４に軸方向の外方のアキシアル荷重がかかった場合、このアキシアル荷重は、第４列ころ３４の軸方向の外方に位置する軸側鍔輪６を介して止め輪１６で受けるようになっている。また、第３列ころ３３および第４列ころ３４に軸方向の内方のアキシアル荷重がかかった場合、このアキシアル荷重は、第３列ころ３３の軸方向の内方に位置する第２案内輪４２を介して中鍔部１１で受けるようになっている。

更に詳しくは、ロール１がロール軸２に対して一端側（バックアップロールの長手方向において図１の左側）に移動することでロール１からロール軸２に負荷されるアキシアル荷重は、ロールの中鍔部１１と、第１案内輪４１と、第２列ころ３２と、第１浮き案内輪９１と、第１列ころ３１と、鍔部２１と、が軸方向に接触することでロール軸２によって支持される一方、中鍔部１１と、第２案内輪４２と、第３列ころと、第２浮き案内輪９２と、第４列ころ３４と、止め輪１６によってロール軸２に固定された軸側鍔輪６と、はこのアキシアル荷重を受けないため、何れかの部材の間の少なくとも一つにはアキシャル隙間を有する状態となる。

逆に、ロール１がロール軸２に対して他端側（バックアップロールの長手方向において図１の右側）に移動することでロール１からロール軸２に負荷されるアキシアル荷重は、ロールの中鍔部１１と、第２案内輪４２と、第３列ころ３３と、第２浮き案内輪９２と、第４列ころ３４と、止め輪１６によってロール軸２に固定された軸側鍔輪６と、が軸方向に接触することでロール軸２によって支持される一方、中鍔部１１と、第１案内輪４１と、第２列ころ３２と、第１浮き案内輪９１と、第１列ころ３１と、鍔部２１と、はこのアキシアル荷重を受けないため、何れかの部材の間の少なくとも一つにはアキシャル隙間を有する状態となる。

このように、中鍔部１１の軸方向の一方の側のアキシアル荷重をうける機構は、中鍔部１１の軸方向の他方の側のアキシアル荷重をうける機構に全く依存しないようになっている。すなわち、アキシアル荷重をうける機構を２系統に分散するようになっている。このようすると、従来と比較して、軸受装置が損傷する可能性を格段に低くすることができる。

上記ロール１は、比較的高温のワークロールとの接触に伴う熱割れの防止や、他の目的により、外周面部分の硬度を５７〜６３ＨＳ（４３〜４７ＨＲＣ相当）程度にしている。一方、ロール１の内周面は、少なくとも転走面１３部分の硬度を５８〜６４ＨＲＣにしている。つまり、ロール１の内周面に硬化処理を行うことにより、上述の５７〜６３ＨＳの硬度を有する他の部分よりも硬い転走面１３部分を形成している。また、ロール軸２の外周面の転走面２３部分の硬度を５８〜６４ＨＲＣとしている。さらに、円筒ころ３の端面が接触する案内輪４の硬度を５８〜６４ＨＲＣにしている。このように、円筒ころ３に接する転走面１３，２３及び接触面の部分を、５８〜６４ＨＲＣの硬度にし、かつ、互いに略同じ硬度にしている。これにより、案内輪４を、ロールの転走面１３部分以外の部分よりも硬くしている。

円筒ころ３の硬度は、上記円筒ころ３に接する転走面１３，２３及び接触面の部分の硬度よりも大きく、かつ、６０〜６５ＨＲＣの硬度にしている。なお、上記ロールの転走面１３部分の硬度と、ロール軸２の転走面２３部分の硬度と、案内輪４の硬度とは、必ずしも同一にする必要はない。案内輪４の硬度よりも円筒ころ３の硬度が大きく、かつ、転走面１３，２３部分の硬度よりも円筒ころ３の硬度が大きくするのが好ましい。

上記ロール１の材料としては、例えばマルテンサイト系のステンレス鋼や、ＳＮＣＭ４４７及びＳＣＭ４４０等の合金鋼を用いることができる。また、上記ロール軸２及び案内輪４の材料としては、ＳＵＪ３やＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼、はだ焼鋼、浸炭鋼を用いることができる。

上記ロール１は、外周面の硬度を比較的低くするために比較的柔らかい材料で成形する一方、転走面１３の硬度を高周波焼入れによって増大させている。ここで、ロール１の内側に、内周面よりも径方向内側に突出した中鍔部１１が存在するが、この中鍔部１１の側面及び外輪の内周面の中鍔部１１の近傍部分は、中鍔部１１の上記側面が略径方向に延在しているのに対し外輪の上記近傍部分が略軸方向に延在しているから、断面略直角に窪んだ形となって、加工上、高周波焼き入れできなくなる。したがって、上記中鍔部１１の側面及び外輪の内周面の中鍔部１１の近傍部分は、硬化深さが不足し、硬度が不足する。ここで、上記中鍔部１１の軸方向の両側に、案内輪４を配置することにより、円筒ころ３の端面が中鍔部１１の端面に接触することを防止し、また、円筒ころ３が中鍔部１１の近傍部分を転走することを防止するようにしている。

上記構成のバックアップロールが鋼板の多段圧延機に用いられる場合、鋼板の圧延を行うワークロールの外周面にロール１の外周面が接するように、鋼板の通路から見てワークロールの背面側に配置される。このバックアップロールは、１つのワークロールについて例えば２つ配置され、ワークロールが圧延荷重を鋼板に与えるときの反力を分担して受ける。

ここで、ワークロールからロール１にアキシアル荷重が作用するとき、ロール１の一端側から他端側向きのアキシアル荷重は、ロールの中鍔部１１と、第２案内輪４２と、第３列ころ３３と、第２浮き案内輪９２と、第４列ころ３４と、軸側鍔輪６とを介して止め輪１６で支持される。一方、ロール１の他端側から一端側向きのアキシアル荷重は、ロールの中鍔部１１と、第１案内輪４１と、第２列ころ３２と、第１浮き案内輪９１と、第１列ころ３１とを介してロール軸の鍔部２１で支持される。

このように、本実施形態のバックアップロールは、ロールの中鍔部１１を介してアキシアル荷重を支持するので、アキシアル荷重の伝達部品のうち、ロール１の軸方向両端近傍に位置する部品を従来よりも少なくできる。したがって、ワークに散布される冷却水やワークからの金属塵等に起因して、アキシアル荷重の伝達部品が劣化して、アキシアル荷重に対する耐久性が早期に低下することを防止できる。また、従来、ロールの軸方向両端に夫々配置されていたロール側止め輪及びロール側鍔輪が不要になるから、部品点数を効果的に削減できる。

さらに、本実施形態のバックアップロールは、ロールの転走面１３部分以外の部分よりも硬い案内輪４を、中鍔部１１の軸方向両側に配置しているので、硬化が困難な中鍔部１１の側面に円筒ころ３が接触することを防止できる。また、硬化が困難なロールの内周面の中鍔部１１の近傍部分に、円筒ころ３が転走することを防止できる。したがって、ロールの転走面１３の耐転がり疲労性や耐磨耗性を十分に向上しつつ、ロールの中鍔部１１を介してアキシアル荷重を安定して支持できる。その結果、アキシアル荷重の耐久性を効果的に向上できる。

なお、上記実施形態において、案内輪４の全体の硬度を、ロール転動面１３部分以外の部分よりも高くしているが、少なくとも、円筒ころ３に接触する案内輪４の他端面部分を、ロールの転動面１３部分以外の部分の硬度よりも大きくすればよい。

また、上記実施形態において、図１においては、第１列ころ３１の一端面がロール軸の鍔部２１の端面に接触するとともに、第１列ころ３１の他端面が第１浮き案内輪９１の一端面と接触し、かつ、第２列ころ３２の他端面が第１案内輪４１に接触するとともに、第２列ころ３２の一端面が第１浮き案内輪９１の他端面と接触している図となっているが、上記第１列ころ３１とロール軸の鍔部２１、上記第１列ころ３１と第１浮き案内輪９１、上記第２列ころ３２と第１案内輪４１、上記第２列ころ３２と第１浮き案内輪９１は、常に接触しているものではなく、アキシアル荷重を伝えるときに全てが互いに接触するものであって、アキシアル荷重の作用しない、第２案内輪４２と、第３列ころ３３と、第２浮き案内輪９２と、第４列ころ３４と、軸側鍔輪と、の軸方向に接触可能な何れかの部材の間の少なくとも一つではアキシャル隙間を有する。

また、図１においては、第３列ころ３３の一端面が第２案内輪４２に接触するとともに、第３列ころ３３の他端面が第２浮き案内輪９２の一端面と接触し、第４列ころ３４の他端面が軸側鍔輪６に接触するとともに、第４列ころ３４の一端面が第２浮き案内輪９２の他端面と接触している図となっているが、上記第３列ころ３３と第２案内輪４２、上記第３列ころ３３と第２浮き案内輪９２、上記第４列ころ３４と軸側鍔輪６、上記第４列ころ３４と第２浮き案内輪９２は、常に接触しているものではなく、アキシアル荷重を伝えるときに全てが互いに接触するものであって、アキシアル荷重の作用しない、第１案内輪４１と、第２列ころ３２と、第１浮き案内輪９１と、第１列ころ３１と、ロール軸の鍔部２１と、の軸方向に接触可能な何れかの部材の間の少なくとも一つではアキシャル隙間を有する。さらに言えば、ロール軸２とロール１とは上記アキシャル隙間の合計分軸方向に移動可能となっているものである。

また、上記実施形態において、第１浮き案内輪９１、第２浮き案内輪９２は、保持器の径方向内方で、ロール軸２に外嵌するよう配置されているが、第１浮き案内輪９１、第２浮き案内輪９２は、ロール１に内嵌するように配置されてもよく、この場合も上記実施形態と同じ作用を奏することは勿論である。

本発明の実施形態としての軸受装置を用いたバックアップロールを示す部分断面図である。 従来の軸受装置を用いたバックアップロールを示す部分断面図である。

符号の説明

１ ロール
２ ロール軸
３ 円筒ころ
４ 案内輪
６ 軸側鍔輪
８ 保持器
１１ 中鍔部
１６ 止め輪
９１ 第１浮き案内輪
９２ 第２浮き案内輪

Claims (1)

1. 内周面よりも径方向内側に突出した中鍔部を内側に有する外輪と、
   上記外輪の径方向内側に配置された軸と、
   上記外輪の内周面と、上記軸の外周面との間に配置された複数列のころと、
   上記外輪の上記中鍔部の軸方向両側に配置され、一端面が上記中鍔部の端面に接触すると共に、他端面が上記ころの端面に接触する案内輪とを備え、
   上記外輪における上記ころの転走面は、上記外輪における上記転走面以外の部分よりも硬く形成され、
   上記案内輪の上記他端面は、上記外輪における上記転走面以外の部分よりも硬く形成されていることを特徴とする軸受装置。

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