JP2008223883A - 潤滑装置及び転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受の外部からの異物侵入を阻止し、オイルミスト潤滑により転がり軸受に適切な量の潤滑油を供給できる潤滑装置及び転がり軸受を提供する。
【解決手段】シール装置は、ころ５ｅに隣接して配置され止め輪８ａにより外輪に固定されるドーナツ板状のシールド板８ｂと、内輪５ｂの外周に嵌合し外輪に向かって延在する芯金８ｃと、芯金８ｃの内壁に固着されたシールド板８ｂに向かって延在し、端部が全周で当接する樹脂又はゴム製のシールリップ８ｄとからなっている。芯金８ｃには軸線方向に貫通する孔８ｃ１が形成されており、その内部には弁体１１が、転がり軸受内の圧力を、大気圧より高い所定圧力に保持するので、転がり軸受内の圧力を高く維持することにより、外部の圧延油等や異物が侵入することを抑制できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、霧状の潤滑油と気体とを混合して圧送する潤滑油供給装置を備えた潤滑装置及び転がり軸受に関し、特に鉄鋼設備のロール支持装置に用いると好適な潤滑装置及び転がり軸受に関する。

鉄鋼設備における多段式圧延機においては、圧延中にワークロールが撓むのを防ぐために、バックアップロールをワークロールの背後に配置して支持している。特にステンレス鋼等を圧延する場合、ワークロールとバックアップロールとの間に中間ロールを配置し、より高い圧延荷重に対応できるようにしている。ここで、バックアップロールとしては、単一の軸に対して複数の転がり軸受（一般的には円筒ころ軸受）を所定間隔で装着した構造のものがある。

一般的な鉄鋼設備に用いられる軸受装置は、連続操業にて高負荷、高温多湿、多粉塵といった過酷な環境で使用されることが多い。そのため、軸受装置には、内部への水や異物浸入を防ぐ密封性能の他、潤滑装置に異常が発生した場合でも内部に油浴を保持し長時間無給油状態で運転可能とするための構造が求められる。かかる要求に応えるために、バックアップロールにおいて、各ころ軸受に対して軸内部を通じて霧状の潤滑油を気体と共に供給する、いわゆるオイルミスト潤滑が用いられる場合がある（特許文献１参照）。

一般的なオイルミスト潤滑装置において、供給源から発生した霧状の潤滑油は圧縮空気によって配管内を通り転がり軸受まで搬送される。転がり軸受の給油口近傍には絞り具が設けられており、この絞り具によって搬送通路を狭くすることで空気の流速を上げ、霧状の潤滑油を転がり軸受内部の壁面に衝突させて油滴化する。かかる油滴を用いて転がり軸受を潤滑することができる。更に、供給された空気と、潤滑に用いられた潤滑油とは、転がり軸受のオイルシールから外部に排出されるようになっている。転がり軸受ヘの潤滑油の必要供給量は、一般に軸受サイズ、列数から求めることができ、その空気量は絞り具の穴形状によって決まる。供給源を単一とし、分岐した配管を用いて複数の軸受装置に潤滑油を分配する供給システムの場合、全体の供給量は、通常は各軸受装置の和に安全を見た量を加算し設定する。
実開昭５２−５１９４４号公報

ところで、従来のオイルミスト潤滑装置においては、転がり軸受内部の圧力が大気圧にほぼ等しい状態で使用されることを前提として、絞り具の開口面積を決定している。このため、潤滑効率を高めるためには、転がり軸受の実際の内圧をなるべく低い状態に維持しながら使用することが好ましく、そのため以下のような対策が必要とされている。
（１）転がり軸受に組み込まれるオイルシールに、緊迫力の弱い（空気等が抜けやすい）ものを使用する。
（２）転がり軸受に排気穴を設ける。
（３）転がり軸受にバキューム装置を接続し、内部の空気を強制的に排出する。

ところが、鉄鋼設備においては、転がり軸受が圧延水や圧延油（圧延油等という）に浸かる環境で使用される場合もあるが、転がり軸受の内圧が低いと外部からの圧延油等の浸入を効果的に阻止できないという問題がある。圧延油等は一般的に粘度が低く、転がり軸受の内部に侵入することで潤滑性を低下させる恐れがあるからである。従って、圧延油等の侵入を抑制するためには、オイルシールの緊迫力を高めなくてはならない。又、転がり軸受に排気穴を設けたり、バキューム装置により転がり軸受内圧を負圧にすると、外部からの圧延油等の侵入を招きやすくなるという問題がある。

加えて、オイルシールからのみ空気等を排出させる構造の軸受装置においては、シールリップの緊迫力や締め代のバラツキの影響を受け、各転がり軸受間で供給空気量に不均一が生じ、軸受寿命のバラツキが大きくなる恐れがある。これに対し、最も短い寿命の転がり軸受を所定のメンテナンス時期まで保たせるために、かかるバラツキ見込んで、必要以上の潤滑油を供給することも考えられるが、それによりオイルシールからの潤滑油の漏れ量も多くなり、軸受装置の周囲や圧延油の汚染を招く恐れがある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、オイルミスト潤滑により転がり軸受に適切な量の潤滑油を供給できる潤滑装置及び転がり軸受を提供することを目的とする。

第１の本発明の潤滑装置は、ロール支持装置に用いられる潤滑装置であって、回転軸を支持する転がり軸受と、前記転がり軸受の内輪と外輪との間をシールするシール装置と、前記転がり軸受内に霧状にした潤滑油を気体と混合して供給する潤滑油供給装置とを有する潤滑装置において、
前記転がり軸受内の圧力を、大気圧より高い所定圧力に保持する弁体を設けたことを特徴とする。

第２の本発明の潤滑装置は、ロール支持装置に用いられる潤滑装置であって、回転軸を支持する転がり軸受と、前記転がり軸受の内輪と外輪との間をシールするシール装置と、前記転がり軸受内に霧状にした潤滑油を気体と混合して供給する潤滑油供給装置とを有する潤滑装置において、
前記転がり軸受に潤滑油及び気体を供給する供給路に、前記転がり軸受に供給される潤滑油及び気体の流速を調整する調整機構を設け、
前記転がり軸受から潤滑油及び気体を排出する排出路に、前記転がり軸受に供給される潤滑油及び気体の流量を調整する調整手段を設けたことを特徴とする。

第１の本発明の潤滑装置によれば、前記弁体が、前記転がり軸受内の圧力を、大気圧より高い所定圧力に保持するために、前記転がり軸受内の圧力を高く維持することで、外部の圧延油等や異物が侵入することを抑制できる。特に、前記弁体が、前記転がり軸受内の圧力を調整する機能を有すれば、前記シール装置のシールリップから空気等を洩らす必要がなくなり、従ってシールリップの緊迫力を上げることで、シール効果はより高まる。所定の圧力とは、５ｋＰａ以上であると好ましく、より好ましくは１０〜２０ｋｐａである。尚、「回転軸」は、転がり軸受の外輪又は内輪と一体でも良いし、或いは別体でも良い。

前記弁体は、前記転がり軸受の内部から潤滑油及び気体が排出することを許容するが、前記転がり軸受の外部から異物（例えば圧延油等）が侵入することを阻止するようになっていることが好ましい。これにより、前記弁体に回収用の配管を接続することで、バキューム装置等を設けることなく潤滑油の回収を容易に行うことができ、低コストながら周囲環境の汚染を抑制できるため好ましい。このような弁体としては、例えば逆止弁などがある。

前記弁体は、前記シール装置に設けられていると好ましい。

前記弁体は、前記転がり軸受に設けられていると好ましい。

第２の本発明の潤滑装置によれば、前記転がり軸受から潤滑油及び気体を排出する排出路に、前記転がり軸受に供給される潤滑油及び気体の流量を調整する調整手段を設けているので、潤滑油の排出側で流量の調整を行うことが出来、これにより前記転がり軸受へ供給する潤滑油の量や、前記転がり軸受の内部圧力を容易に制御できる。これは複数の転がり軸受を用いる場合において、軸受間で潤滑油の供給バラツキを抑えるのに特に効果的である。

前記排出路の最小断面積を調整可能となっていると好ましい。

前記転がり軸受の内部から潤滑油及び気体が排出することを許容するが、前記転がり軸受の外部から異物が侵入することを阻止する弁体を、前記排出路に配置すると好ましい。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる潤滑装置を適用されるセンジマミル圧延機の概略図である。図１において、ハウジング１の中央には、所定の隙間を空けつつ上下に対向して一対のワークロール２がハウジング１に対して回転可能に配置されている。各ワークロール２の背後には、それより大径の第１中間ロール３が２本当接しハウジング１に対して回転可能に配置され、２本の第１中間ロール３の背後には、３本の第２中間ロール４が３本当接当接しハウジング１に対して回転可能に配置され、３本の第２中間ロール４の背後には、バックアップロール（回転軸）５が４本当接当接しハウジング１に対して回転可能に配置されている。

図１の左方より、ステンレス鋼板ＳＳがハウジング１内に侵入し、一対のワークロール２の間を通過する際に、圧延されて板厚を減少させ、その後、ハウジング１から図１の右方へと退出するようになっている。このとき、ワークロール２には過大な圧延荷重が作用するが、これは第１中間ロール３，第２中間ロール４，及びバックアップロール５により支持されるので、ワークロール２の撓みが抑えられ、均一な板厚を得ることができる。

図２は、バックアップロールを潤滑するために潤滑油を供給するオイルミスト潤滑装置を含む潤滑装置の概略図であり、図３は、ワークロールの概略断面図である。図２において、供給源６から、供給配管７を介して、８本のバックアップロール５内の軸受に供給されるようになっている。供給源６は、加熱した空気を用いて潤滑槽中の潤滑油を霧状にし、これを空気と共に供給配管７に放出する機能を有するものであり、良く知られているので詳細は記載しない。

図３において、バックアップロール５は、ハウジング１（図１）に固定された中空の中央軸５ａと、中央軸５ａに嵌合した複数の内輪５ｂと、内輪５ｂと同軸に配置された複数の外輪５ｃと、それぞれの内輪５ｂと外輪５ｃとの間に二列で配置されて転動するころ５ｄと、ころ５ｄを保持する保持器５ｅとを有している。内輪５ｂと、外輪５ｃと、ころ５ｄと、保持器５ｅとで、転がり軸受１０を構成する。本実施の形態においては、外輪５ｃの外周面で、第２中間ロール４の外周面を直接押圧するようになっているが、ここでは回転軸を兼ねている。

図４は、転がり軸受１０の拡大断面図である。図５は、図４の矢印Vで示す部位を拡大して示す図である。図４において、内輪５ｂは軸線方向に分割した２つの内輪半部５ｂｈからなる。具体的には、各内輪半部５ｂｈは、一端に半径方向外方に延在するフランジ部５ｂｈ１を有し、他端の端面に複数の三日月状の切欠５ｂｈ２を形成している。尚、内輪半部５ｂｈの両端内周には面取り部５ｂｈ３を形成すると、中央軸５ａに嵌合させやすくなる。切欠５ｂｈ２同士を突き合わせた状態で、一対の内輪半部５ｂｈを組み合わせることで、内輪５ｂが形成される。

図３において、中央軸５ａの内部に形成された袋孔５ａ１の開口端には、図２の供給配管７が接続されている。又、中央軸５ａは、袋孔５ａ１に連通した孔５ａ２を、内輪半部５ｂｈの切欠５ｂｈ２（図４）に対向させて外周面に形成している。各孔５ａ２内には、断面積が絞られた小径孔を有する加速部材９が取り付けられている。

図４において、単一の中空円筒である外輪５ｃは、中央に半径方向内方に延在するフランジ部５ｃ１を形成している。各列のころ５ｅは、軸線方向外側の端面を内輪半部５ｂｈのフランジ部５ｂｈ１に対向させ、軸線方向内側の端面を外輪５ｃのフランジ部５ｃ１に対向させて配置されており、転がり軸受１０の動作時に、フランジ部５ｂｈ１，５ｃ１によりころ５ｄを案内するようになっている。軸線方向両側に片持ち状に櫛歯を突き出してなる保持器５ｅは、その櫛歯間にころ５ｄを保持している。両方の内輪半部５ｂｈのフランジ部５ｂｈ１と、外輪５ｃの端面との間にシール装置８が配置されている。

図５において、シール装置８は、ころ５ｅに隣接して配置され止め輪８ａにより外輪５ｃに固定されるドーナツ板状のシールド板８ｂと、内輪５ｂの外周に嵌合し外輪５ｃに向かって延在する芯金８ｃと、芯金８ｃの内壁に固着されシールド板８ｂに向かって延在し、端部が全周で当接する樹脂又はゴム製のシールリップ８ｄとからなっている。芯金８ｃには、軸線方向に貫通する孔８ｃ１が形成されており、その内部には弁体１１が取り付けられている。

図６は、弁体の断面図である。弁体１１は、外部に開放した排出路１１ａ１と弁座１１ａ２とを有する中空円筒状のハウジング１１ａと、ハウジング１１ａ内に配置された半球型頭部１１ｂ１を有するポペット弁１１ｂと、ハウジング１１ａの端部をふさぐ支持板１１ｃと、支持板１１ｃに対してポペット弁１１ｂの頭部１１ｂ１を弁座１１ａ２に向かって付勢するコイルバネ１１ｄとからなる。

弁体１１は、シール装置８の内部の圧力と外部の圧力との差が所定圧未満の場合には、コイルバネ１１ｄの付勢力により、ポペット弁１１ｂの頭部１１ｂ１が弁座１１ａ２に当接したままとなる。これに対し、シール装置８の内部の圧力が外部の圧力に対して所定圧以上に高まったときに、ポペット弁１１ｂの頭部１１ｂ１が弁座１１ａ２から離脱して、転がり軸受１の内部より潤滑油と空気の排出を許容するようになっている。

次に、本実施の形態にかかるオイルミスト潤滑の態様について述べる。図２に示す供給源６から、霧状の潤滑油と空気とが供給配管７を介してバックアップロール５の中央軸５ａの袋孔５ａ１内に供給される。ここに供給された霧状の潤滑油と空気とは、加速部材９を介して内輪半部５ｂｈの切欠５ｂｈ２内へと放出されるが、このとき加速部材９の小径孔を通過することで流速が高まり、更に霧状の潤滑油が保持器５ｅに衝突して滴化して液体となり、ころ５ｅと転動面とを潤滑するようになっている。

ここで、内輪５ｂと外輪５ｃとの間に充填された空気と潤滑油は、最終的には弁体１１から排出されるが、所定の圧力になるまで、内輪５ｂと外輪５ｃとの間に貯留される。シール装置８のシールリップ８ｄの緊迫力は、内輪５ｂと外輪５ｃとの間の圧力が所定圧（例えば１０ｋＰａ）になっても、密封を維持できる程度に高くされている。従って、例えば転がり軸受１０が圧延油などに浸漬された状態であっても、シールリップ８ｄの当接部を介して内部に圧延油等が侵入することはなく、さらには弁体１１の逆止弁的効果により、弁体１１を介しても内部に圧延油等が侵入することはない。一方、転がり軸受１０の内部の空気と潤滑油は、弁体１１のみから排出され、それ以外の部位から殆ど排出されることがない。

内輪５ｂと外輪５ｃとの間の圧力が所定の圧力になったとき、内部に充填された空気及びころ５ｅの潤滑に用いられた潤滑油は、シールド板８ｂの内径側を通過し、芯金８ｃの孔８ｃ１を通過して、弁体１１から排出される。これにより、常に新鮮な潤滑油を転がり軸受１０に供給することができる。ここで、図５に点線で示すように、弁体１１の外部に筐体状の受け部を密封的に取り付ければ、弁体１１から排出される潤滑油を内圧だけで不図示の回収タンクまで回収することができるため、別体のポンプなどを用いることなく低コストで回収が可能であり、弁体１１から排出された潤滑油で周囲環境を汚染することが回避される。

本実施の形態によれば、弁体１１が、転がり軸受１０内の圧力を、大気圧より高い所定圧力に保持するので、転がり軸受１０内の圧力を高く維持することにより、外部の圧延油等や異物が侵入することを抑制できる。

例えば、弁体１１の支持板１１ｃをハウジング１１ａに螺合させるなどして、支持板１１ｃをハウジング１１ａに回転させることでコイルバネ１１ｄの付勢力を変更できれば、ポペット弁１１ｂの頭部１１ｂ１が弁座１１ａ２から離脱する開弁圧を可変とすることができる。このように、弁体１１が転がり軸受１０内の圧力を調整する機能を有すれば、シール装置８のシールリップ８ｄから空気等を洩らす必要がなくなり、従ってシールリップの緊迫力を上げることで、シール効果はより高まる。

更に、弁体１１は、転がり軸受１０の内部から潤滑油及び気体が排出することを許容するが、転がり軸受１０の外部から異物が侵入することを阻止するようになっているので、弁体１１に回収用の配管を接続することで、バキューム装置等を設けることなく潤滑油の回収を容易に行うことができ、低コストながら周囲環境の汚染を抑制できるため好ましい。

又、転がり軸受１０に潤滑油及び気体を供給する供給路の最小断面積は、調整機構としての加速部材９の小径孔の断面積Ａであり、転がり軸受１０から潤滑油及び気体を排出する排出路の最小断面積は、ポペット弁１１ｂの頭部１１ｂ１が弁座１１ａ２から離脱したときの開口面積Ｂである。ここで、Ａ＞Ｂとすることにより、弁体１１で潤滑油の排出側で流量の調整を行うことが出来るため、転がり軸受１０へ供給する潤滑油及び気体の流量や、転がり軸受１０の内部圧力を容易に制御できる。これは、図２に示すように複数の転がり軸受１０を用いる場合において、軸受間で潤滑油の供給バラツキを抑えるのに特に効果的である。尚、コイルバネ１１ｄの付勢力が異なる弁体１１に交換することでも、開弁圧の調整は可能である。いずれにしても、絞り具を転がり軸受の内輪側に配置していた従来技術に比べると、本実施の形態のように調整手段としての弁体１１を排出側に配置することで、調整や交換が容易となる。

尚、本発明は、従来のオイルミスト潤滑を採用した潤滑装置に比べて、より高い空気圧にて霧状の潤滑油を圧送する必要がある。しかるに、オイルミスト潤滑において、供給空気圧を高くすると、ある空気圧以上では空気に含まれる霧状の潤滑油の量が減少することが知られているため、従来はその領域以下の圧力にて空気圧を設定している。しかしながら、空気圧を高めても潤滑油の量はゼロになることはなく、転がり軸受は滴化して内部に貯留された潤滑油で潤滑されるため、特に問題は生じないと考えられる。

一方、空気圧を高めると、空気量が増加するので、供給配管内を流れる空気流速が増すことにより管中での潤滑油の滴化が懸念される。この点は、管内径と流量と流速の関係より、滴化しないように管内径を選択すればよい。従来は、絞り具を通過する空気量は、その形状および前後の圧力の影響を受けることから、精度良く空気量を求めることは困難であった。これに対し、本発明のように、排出側の弁体で流量特性を決めれば、そこから供給配管内を流れる空気の流量を精度良く求めることが可能となり、よって空気流量の最適化により供給配管内での滴化を効果的に抑制できる。

以上の実施の形態では、シール装置８の芯金８ｃに弁体１１を取り付けているが、例えば図５に一点鎖線で示すように内輪５ｂに排出路５ｂ２を形成し、その開放端に弁体１１を取り付けることで、同様な効果を得ることができる。

以上、本発明を実施例を参照して説明してきたが、本発明は上記実施例に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。弁体としては、図６に示すタイプに限られず、種々のものを用いることができる。

本実施の形態にかかる潤滑装置を適用されるセンジマミル圧延機の概略図である。 バックアップロールを潤滑するために潤滑油を供給するオイルミスト潤滑装置を含む軸受装置の概略図である。 ワークロールの概略断面図である。 図４は、転がり軸受１０の拡大断面図である。 図４の矢印Vで示す部位を拡大して示す図である。 弁体の断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ ワークロール
３ 第１中間ロール
４ 第２中間ロール
５ バックアップロール
５ａ 中央軸
５ａ１ 袋孔
５ａ２ 孔
５ｂ 内輪
５ｂｈ 内輪半部
５ｂｈ１ フランジ部
５ｂｈ２ 切欠
５ｂｈ３ 面取り部
５ｂ２ 排出路
５ｃ 外輪
５ｃ１ フランジ部
５ｄ ころ
５ｅ 保持器
６ 供給源
７ 供給配管
８ シール装置
８ａ 止め輪
８ｂ シールド板
８ｃ 芯金
８ｃ１ 孔
８ｄ シールリップ
９ 加速部材
１０ 転がり軸受
１１ 弁体
１１ａ ハウジング
１１ａ１ 排出路
１１ａ２ 弁座
１１ｂ ポペット弁
１１ｂ１ 半球型頭部
１１ｃ 支持板
１１ｄ コイルバネ
ＳＳ ステンレス鋼板

Claims (8)

1. ロール支持装置に用いられる潤滑装置であって、回転軸を支持する転がり軸受と、前記転がり軸受の内輪と外輪との間をシールするシール装置と、前記転がり軸受内に霧状にした潤滑油を気体と混合して供給する潤滑油供給装置とを有する潤滑装置において、
   前記転がり軸受内の圧力を、大気圧より高い所定圧力に保持する弁体を設けたことを特徴とする潤滑装置。
2. 前記弁体は、前記転がり軸受の内部から潤滑油及び気体が排出することを許容するが、前記転がり軸受の外部から異物が侵入することを阻止することを特徴とする請求項１に記載の潤滑装置。
3. 前記弁体は、前記シール装置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の潤滑装置。
4. 前記弁体は、前記転がり軸受に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の潤滑装置。
5. ロール支持装置に用いられる潤滑装置であって、回転軸を支持する転がり軸受と、前記転がり軸受の内輪と外輪との間をシールするシール装置と、前記転がり軸受内に霧状にした潤滑油を気体と混合して供給する潤滑油供給装置とを有する潤滑装置において、
   前記転がり軸受に潤滑油及び気体を供給する供給路に、前記転がり軸受に供給される潤滑油及び気体の流速を調整する調整機構を設け、
   前記転がり軸受から潤滑油及び気体を排出する排出路に、前記転がり軸受に供給される潤滑油及び気体の流量を調整する調整手段を設けたことを特徴とする潤滑装置。
6. 前記排出路の最小断面積を調整可能となっていることを特徴とする請求項５に記載の潤滑装置。
7. 前記転がり軸受の内部から潤滑油及び気体が排出することを許容するが、前記転がり軸受の外部から異物が侵入することを阻止する弁体を、前記排出路に配置したことを特徴とする請求項５又は６に記載の潤滑装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の潤滑装置に用いられることを特徴とする転がり軸受。

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