JP2008281077A - 抄紙機用自動調心ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】外輪とハウジング間の軸方向移動を容易とし、安価且つ組立てし易く、更に軸受寿命の長い抄紙機用自動調心ころ軸受を提供する。
【解決手段】ハウジング３１に内嵌する外輪２１の軸方向移動を許容して抄紙機１０のロール軸３３を回転自在に支持する抄紙機用自動調心ころ軸受２０であって、外輪２１の外周面２１ｂは、面積率で７５％以上の部分に、固体潤滑剤で構成された潤滑皮膜が被覆されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、抄紙機用自動調心ころ軸受に関し、より詳細には、抄紙機のロールの自由側に配置されて、温度変化等によって軸方向に伸縮するロールの一端を、軸方向移動を許容しつつ回転自在に支持する抄紙機用自動調心ころ軸受に関する。

従来、抄紙機のロールは、その両端が転がり軸受を介して回転自在にフレームに支持されたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような抄紙機は、パルプを漉いて得られた水分を多く含む湿紙を搬送しながら、ロールによって加圧すると共に、蒸気等で加熱乾燥させて抄紙するので、温度変化によってロールが軸方向に大きく伸縮する。この軸方向伸びを吸収するため、ロールの一端をハウジングに固定された固定側軸受によって支持し、ロールの他端をハウジングに対して軸方向移動を許容して配置された自由側軸受によって支持している。自由側軸受の外輪は、ハウジングに遊嵌され、外輪がロールの軸と共にハウジングに対して軸方向に滑って移動可能に配置される。

しかし、近年、強く要望されている抄紙の高速化に対応するため、ロールを高速回転させると、遊嵌している外輪及びハウジングに、微振動によるフレッチング摩耗やクリープ摩耗が発生し易い。このため、ハウジングは、外輪の油穴に対応する以外の部分（両端部）が摩耗して凸状に変形し、該凸状部が外輪の油穴に入り込んで外輪の軸方向移動が阻害される。この結果、ロールの伸びを吸収できずに過大なアキシャル荷重が軸受に作用して軸受寿命が短くなる虞があった。

このような摩耗対策として、円筒ころ軸受と球面ころ軸受の機能を合わせ持つトロイダルころ軸受や、球面座付き円筒ころ軸受によってロールを支持することが提案されている。
特開平１１−１８１６９２号公報

図４に示すようなトロイダルころ軸受１００では、抄紙機のハウジング１０１に内嵌する外輪１０２と、ロール軸１０３に外嵌する内輪１０４との間に複数の転動体であるトロイダル型ころ１０５が転動自在に配置されている。このトロイダルころ軸受１００では、予めロール軸１０３の伸び分を考慮して組み付けを行う必要があり、非常に手間がかかる問題があった。また、球面座付き円筒ころ軸受は、価格が高く使用し難かった。更に、トロイダルころ軸受、球面座付き円筒ころ軸受共に、一部にハウジング形状や潤滑油経路等、抄紙機の改造を要し、コスト高となる問題があった。

また、抄紙機のワイヤーパートやプレスパート等のウェットセクションは湿度が高いので、ロールを支持するころ軸受に錆が発生し易く、軸受寿命に大きな影響を与える問題があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、外輪とハウジング間の軸方向移動を容易とし、安価且つ組立てし易く、更に軸受寿命の長い抄紙機用自動調心ころ軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 内輪と、外輪と、前記内外輪間に転動自在に配置された複数の転動体とを備え、ハウジングに対する前記外輪の軸方向移動を許容して抄紙機のロールを回転自在に支持する抄紙機用自動調心ころ軸受であって、
前記外輪の外周面には、面積率で７５％以上の部分に、固体潤滑剤で構成された潤滑皮膜が被覆されていることを特徴とする抄紙機用自動調心ころ軸受。
（２） 前記潤滑皮膜の厚さが、０．１μｍ以上、８μｍ以下であることを特徴とする上記（１）に記載の抄紙機用自動調心ころ軸受。
（３） 前記外輪の外周面の前記潤滑皮膜が被覆された部分には、深さ０．１μｍ以上、５μｍ以下のディンプルが設けられたことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の抄紙機用自動調心ころ軸受。
（４） 前記外輪の外周面の前記潤滑皮膜が被覆された部分は、中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする上記（１）から（３）のいずれかに記載の抄紙機用自動調心ころ軸受。
（５） 前記ディンプルは、ポット内にメディア、コンパウンド、界面活性剤を投入したバレル処理によって粗仕上加工を行なった後、ポット内にメディア、界面活性剤を投入したバレル処理によって仕上加工を行うことで形成されることを特徴とする（３）に記載の抄紙機用自動調心ころ軸受。

本発明の抄紙機用自動調心ころ軸受によれば、外輪の外周面が、面積率で７５％以上の部分に固体潤滑剤で構成された潤滑皮膜が被覆されているので、潤滑皮膜によって金属接触を抑制することができ、熱膨張等で抄紙機のロールが伸縮することによって希薄潤滑環境下や枯渇潤滑環境下において外輪がハウジングに対して軸方向に移動しても、微振動によるフレッチング摩耗やクリープ摩耗、更にはスミアリング、焼付き、摩耗、ピーリング等の不具合の発生を防止して、軸受寿命を長くすることができる。また、抄紙機用自動調心ころ軸受が、抄紙機のワイヤーパートやプレスパート等のウェットセクションで使用されても、潤滑皮膜により錆の発生を防止することができる。

潤滑皮膜の厚さは、０．１μｍ以上、８μｍ以下とすることが好ましく、これにより耐摩耗性を向上させることができ、抄紙機用自動調心ころ軸受がより長寿命となる。潤滑皮膜の厚さが０．１μｍ未満であると、潤滑性が不十分となる虞があり、また、潤滑皮膜の厚さが８μｍを超過すると潤滑皮膜の強度が不十分となり脱落しやすい。

また、外輪の外周面の潤滑皮膜が被覆された部分には、深さ０．１μｍ以上、５μｍ以下のディンプルが設けられていることが好ましい。これにより、ディンプル内に固体潤滑剤が充填され、潤滑皮膜が被覆された部分と潤滑皮膜との密着性が向上し、ディンプルがない場合と比較して耐摩耗性が向上し、抄紙機用自動調心ころ軸受の長寿命化が図られる。また、ディンプル内に固体潤滑剤がトラップされるので、潤滑皮膜の効果が長く維持される。このような効果を得るためには、ディンプルの深さを０．１μｍ以上とするのが好ましい。しかし、ディンプルの深さが、５μｍを超過しても、それ以上の効果は期待できないので、ディンプルの深さは５μｍ以下とするのが望ましい。

更に、外輪の外周面の潤滑皮膜が被覆された部分は、中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以上、１μｍ以下であることが好ましい。これにより、更に効果的に摩耗を抑制することができ、抄紙機用自動調心ころ軸受の長寿命化が達成される。中心線平均粗さＲａが１μｍを超過すると、潤滑条件が厳しくなり、表面起点型の剥離が発生する場合がある。尚、中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以上、１μｍ以下としても、潤滑皮膜の形成能力が著しく低下することはない。

また、ディンプルをポット内にメディア、コンパウンド、界面活性剤を投入したバレル処理によって粗仕上加工を行なった後、ポット内にメディア、界面活性剤を投入したバレル処理によって仕上加工を行なって形成することで、一度に大量の外輪の外周面を加工することができ、生産性を向上することができる。

以下、本発明に係る抄紙機用自動調心ころ軸受の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の自動調心ころ軸受を適用するのに好適な抄紙機の概略構成図、図２は自由側に配置される自動調心ころ軸受の断面図である。

図１に示すように、抄紙機１０は、湿紙Ｗの搬送方向に沿って配置されたワイヤーパート１１、プレスパート１２、ドライヤパート１３、カレンダパート１４、及びワインダパート１５を備え、湿紙Ｗが各パート１１、１２、１３、１４、１５に配置された抄紙搬送用具に次々と受け渡されながら搬送される。

具体的には、ワイヤーパート１１でワイヤー上に載せられた湿紙Ｗから少しずつ水分を取り除きながらプレスパート１２に受け渡し、プレスパート１２では一対のロールで湿紙Ｗをプレスして更に水分を搾り取る。ドライヤパート１３に受け渡された湿紙Ｗは、加熱蒸気が供給されたロール１６によってプレスされて乾燥される。そして、カレンダパート１４に配置された多段のロール１６間に湿紙Ｗを通して紙の密度を高めると共に表面を平滑にした後、ワインダパート１５で巻き取って完成紙とする。

ワイヤーパート１１及びプレスパート１２は、ウェットセクションであり、雰囲気温度は略５０℃以下である。また、ドライヤパート１３及びカレンダパート１４は、ドライヤセクションであり、加熱蒸気の影響で雰囲気温度は略１００℃以上となっている。

各パート１１、１２、１３、１４、１５には多数のロール１６が配置されており、このようなロール１６は両端が自動調心ころ軸受によって回転自在に支持されている。ロール１６の一端は、外輪がハウジングに圧入されて軸方向に固定されている固定側の自動調心ころ軸受で支持され、ロール１６の他端は、外輪がハウジングに遊嵌している自由側の自動調心ころ軸受で支持されている。尚、固定側の自動調心ころ軸受及び自由側の自動調心ころ軸受の構造は、実質的に同じである。

図２に示すように、自由側の自動調心ころ軸受２０は、内周面に球面の外輪軌道２１ａが形成された外輪２１と、外周面に複列の内輪軌道２２ａが形成された内輪２２と、保持器２３と、保持器２３に保持されて外輪軌道２１ａと内輪軌道２２ａ間に転動自在に配置される複列の球面ころ２４と、を備える。

外輪軌道２１ａの曲率中心は、自動調心ころ軸受２０の中心と一致しているので内輪２２、保持器２３、及び球面ころ２４は、外輪２１に対して自由に傾くことができ、軸やハウジングのたわみ、軸心の不一致等があっても、自動的に調整されて自動調心ころ軸受２０に過大な力が作用することが防止される。また、内輪２２の内径は、テーパ穴２２ｂとなっている。

このような自動調心ころ軸受２０は、外輪２１が抄紙機１０のハウジング３１に形成されたハウジング穴３２に遊嵌している。ハウジング穴３２の幅Ｗ１は、外輪２１の幅Ｗ２より大きくなっている。従って、外輪２１の両側方には、それぞれハウジング穴３２との間に隙間δ（（Ｗ１−Ｗ２）／２）が設けられており、外輪２１はハウジング３１に対して軸方向に移動可能である。また、内輪２２は、抄紙機１０のロール軸３３に外嵌されるテーパリング３４に、内輪２２のテーパ穴２２ｂを圧入し、テーパリング３４と螺合するナット３５を締め付けることでロール軸３３に固定されている。

また、自動調心ころ軸受２０の外輪２１及びハウジング３１には、潤滑油を供給するための油穴２５、３６がそれぞれ半径方向に貫通して設けられている。

外輪２１の外周面２１ｂには、面積率で７５％以上の部分に、固体潤滑剤で構成された潤滑皮膜（図示せず）が被覆されている。この潤滑皮膜の厚さは、０．１μｍ以上、８μｍ以下であることが好ましい。また、外輪２１の外周面２１ｂの潤滑皮膜が被覆された部分には、深さ０．１μｍ以上、５μｍ以下のディンプルが設けられていることが好ましい。更に、外輪２１の外周面２１ｂの潤滑皮膜が被覆された部分は、中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以上、１μｍ以下であることが好ましい。

このような自動調心ころ軸受２０に組み込まれる外輪２１の加工及び表面処理の一例について以下に説明する。外輪２１は、例えば、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材とし、浸炭窒化処理を施した後、焼入れ、焼戻し処理を行い、少なくとも外周面２１ｂが中心線平均粗さＲａ０．１μｍ〜１μｍに研削加工される。

次いで、バレル処理やショットピーニング処理によって外周面２１ｂに深さ０．１μｍ以上、５μｍ以下のディンプルを形成する。バレル処理の加工条件は、例えば、ポット容量：３０Ｌ、コウパウンド投入量：９０〜１１０ｃｃ、回転速度：１３０〜１５０ｍｉｎ^−１、処理時間：２０〜２５ｍｉｎである。また、ショットピーニング処理の加工条件は、例えば、ショット材：ＪＩＳ Ｒ６００１に規定された平均粒径４５μｍの鋼球、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ガラスビーズ等、噴射圧力：１９６〜８８２ｋＰａ、噴射時間：１０〜２０ｍｉｎである。

例えば、バレル処理によるディンプルは、図３に示すバレル加工装置４０のポット４１内にメディア、コンパウンド、界面活性剤を投入して粗仕上加工を行なった後、ポット４１内にメディア、界面活性剤を投入して仕上加工を行うことで形成される。

バレル加工装置４０は、回転中心軸ＣＬが水平に配置された複数のポット４１を備えている。ポット４１内に外輪２１及び研磨材であるメディアを投入し、矢印Ａ方向に自転させながら矢印Ｂ方向に公転させて外輪２１の外周面２１ｂに表面加工を施す。ポット４１内に投入する外輪２１は、その体積がポット４１の容量の３６〜４０％とすることが良好なバレル加工を行う上から好ましい。

粗仕上加工は、ポット４１内に被加工物である外輪２１及びメディアである直径が略４ｍｍの多数のアルミナボールと共に、コンパウンド及び界面活性剤を投入した状態で、ポット４１を矢印Ａ及びＢ方向に回転させ、アルミナボールによって外輪２１の外周面２１ｂにコンパウンドを擦り付けて外周面２１ｂの表面にディンプルを形成する。

仕上加工は、ポット４１内に粗仕上加工された外輪２１及び多数のアルミナボールと共に、界面活性剤を投入した状態（コンパウンドは投入せず）でポット４１を矢印Ａ及びＢ方向に回転させて行う。この仕上加工では、界面活性剤によって外周面２１ｂの表面のすべりを良好にした状態で、アルミナボールによって外輪２１の外周面２１ｂの表面を擦り、粗仕上加工においてコンパウンドで傷付けた外周面２１ｂのディンプル表面の微小エッジ部を丸める。

そして、ディンプルが形成された外周面２１ｂに固体潤滑剤で構成された潤滑皮膜を被覆する。潤滑皮膜を被覆する方法は、特に限定されないが、例えば、ショット材として錫や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を用い、噴射圧力１９６〜８８２ｋＰａ、噴射時間１０〜２０ｍｉｎの条件で処理面（外周面２１ｂ）に噴射することで行うことができる。

潤滑皮膜を形成するための固体潤滑剤としては、錫や二硫化モリブデン以外にも、ポリエチレン、フッ素樹脂、ナイロン、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、金属石鹸、二硫化タングステン、窒化ホウ素、黒鉛、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、錫合金等が使用可能である。ただし、不純物による潤滑皮膜の潤滑性の低下や潤滑皮膜の剥離を抑制するためには、高純度の固体潤滑剤を用いることが好ましく、純度９９％以上の固体潤滑剤が望ましい。

図４に示すように、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを用いてショットピーニングした試料の摩擦係数μを４球試験により測定したところ、摩擦係数μ＝０．０２１であった。これは、潤滑皮膜を有しない従来品の摩擦係数μ＝０．０３１に対して、略３０％小さい値であり、固体潤滑剤の潤滑皮膜が摩擦低減に有効であることが分かる。尚、４球試験の条件は、相手ボール粗さ：０．２５Ｒａ、潤滑油：ＶＧ６８相当、回転数：８０００ｒｐｍ、面圧：Ｐｍａｘ２．３ＧＰａ、Λ値：０．７〜０．８とした。

本実施形態の自動調心ころ軸受２０は、図２に示すように、温度変化の大きい抄紙機１０のドライヤセクション等で使用されると、ロール軸３３が熱膨張によって軸方向に伸縮する。このとき、固定側の自動調心ころ軸受（図示せず）は軸方向に固定されているので、ハウジング穴３２に遊嵌されている自由側の自動調心ころ軸受２０の外輪２１が、ロール軸３３と共にハウジング穴３２内で軸方向に移動してロール軸３３の伸縮を吸収する。

このとき、外輪２１の外周面２１ｂは、固体潤滑剤で構成された潤滑皮膜で被覆されているので摩擦係数が小さく、容易に移動してロール軸３３の伸縮を吸収することができ、自動調心ころ軸受２０に過大なアキシャル荷重が加わることはない。また、潤滑皮膜によって金属接触を抑制し、微振動によるフレッチング摩耗やクリープ摩耗、更にはスミアリング、焼付き、摩耗、ピーリング等の不具合の発生が防止される。このため、従来のように、ハウジング穴３２が外輪２１の油穴２５以外の部分で摩耗して凸形状となることが防止され、外輪２１の油穴２５とハウジング穴３２とのはまり込みが回避される。従って、自動調心ころ軸受２０の軸受寿命を長くすることができる。

また、抄紙機用自動調心ころ軸受２０が、抄紙機１０のワイヤーパート１１やプレスパート１２等の高湿度環境のウェットセクションで使用されても、潤滑皮膜により錆の発生を防止することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

本発明の自動調心ころ軸受を適用するのに好適な抄紙機の概略構成図である。 自由側に配置された自動調心ころ軸受の断面図である。 バレル加工装置の概略構成図である。 固体潤滑剤で構成された潤滑皮膜の摩擦係数を比較するグラフである。 従来のトロイダルころ軸受によって支持されたロール軸の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ 抄紙機
２０ 抄紙機用自動調心ころ軸受
２１ 外輪
２１ｂ 外周面
２２ 内輪
２４ 球面ころ（転動体）
３１ ハウジング
３３ ロール軸

Claims (5)

1. 内輪と、外輪と、前記内外輪間に転動自在に配置された複数の転動体とを備え、ハウジングに対する前記外輪の軸方向移動を許容して抄紙機のロールを回転自在に支持する抄紙機用自動調心ころ軸受であって、
   前記外輪の外周面には、面積率で７５％以上の部分に、固体潤滑剤で構成された潤滑皮膜が被覆されていることを特徴とする抄紙機用自動調心ころ軸受。
2. 前記潤滑皮膜の厚さが、０．１μｍ以上、８μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の抄紙機用自動調心ころ軸受。
3. 前記外輪の外周面の前記潤滑皮膜が被覆された部分には、深さ０．１μｍ以上、５μｍ以下のディンプルが設けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の抄紙機用自動調心ころ軸受。
4. 前記外輪の外周面の前記潤滑皮膜が被覆された部分は、中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の抄紙機用自動調心ころ軸受。
5. 前記ディンプルは、ポット内にメディア、コンパウンド、界面活性剤を投入したバレル処理によって粗仕上加工を行なった後、ポット内にメディア、界面活性剤を投入したバレル処理によって仕上加工を行うことで形成されることを特徴とする請求項３に記載の抄紙機用自動調心ころ軸受。

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