JP2009097665A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部からの異物の侵入を抑制し、十分な潤滑性能を確保できると共に、メンテナンスコストを低減できる軸受装置を提供する。
【解決手段】環状部材１１が、弾性変形可能に縮径部５ｂｈ４と円筒部８ｃ１との間に介在しているので、環状部材１１の寸法や材質を調整することで、シールリップ８ｄとシールド板８ｂとの当接圧力が所定範囲内になるように設定することができ、これによりシールリップ８ｄとシールド板８ｂとの間の密封効果を確保しつつ、シールリップ８ｄの早期摩耗等を抑制でき、メンテナンスコストを低減することができる。又、環状部材１１は、縮径部５ｂｈ４と円筒部８ｃ１との間から、圧延油等が侵入することを抑制する効果もある。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転軸に取り付けられた外輪と、固定軸に取り付けられた内輪を備えた転がり軸受に対し、特に軸受外部から軸受内部ヘの異物の侵入を防止するために用いられるシール装置の改良に関する。

例えば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。より具体的には、静止している固定軸（バックアップロール軸）に、複数の外輪回転型複列ころ軸受を配置し、この外輪を中間ロールに押し当てて、圧延時の中間ロールの変形を抑制し、ワークロールの撓みを抑えている。

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の支持装置において、各ころ軸受に対して、グリース潤滑や、オイルエア潤滑や、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などが用いられることが多い。

ところで、非特許文献１には、図８に示すような多段圧延機バックアップロール用円筒ころ軸受と、それをシールするシール装置の一例が示されている。このシール装置は、複列の転動体１８の両側の内外輪１４、１６間にそれぞれ設けられている。

図８に示されたシール装置は、内径２２ｅが内輪（静止輪）１４に固定（圧入）され且つ外径２２ｔが外輪（回転輪）１６に対して非接触状態に位置決めされた環状のシールド板２２と、当該シールド板２２よりも軸受内部側に配置された環状のシール２４とを備えている。ここで、シール２４は、外径２４ｅが外輪（回転輪）１６に固定され且つ内径２４ｔが内輪（静止輪）１４に向けて延出し、その内径２４ｔからシールリップがシールド板２２方向に向けて傾斜するとともに、該シールド板２２に対して摺接した状態に位置決めされている。

この場合、シール２４は、芯金２４ａにゴム材２４ｂを被覆して形成されており、その内径２４ｔには、シールド板２２に向けて略Ｖ字状に突出したゴム製のシールリップＬｐが一体成形されており、当該シールリップＬｐがシールド板２２に常時摺接している。なお、シール２４の外径２４ｅは、環状の止め輪２６によって外輪（回転輪）１６に嵌め合わせて固定されている。
製品カタログ（株式会社ジェイテクト製品カタログ 多段圧延機バックアップロール用円筒ころ軸受 ＣＡＴ．ＮＯ．２４６ Ｐ５図例４）

ところで従来技術におけるシール装置には、以下のような問題がある。まず、図８に示すシール装置において、シールド板２２を、内輪１４の軸線方向に圧入し、シール２４のシールリップＬｐに当接させることで、転がり軸受内部への圧延油や圧延用水等の浸入を防止し、転動寿命の低下を抑制している。しかしながら、近年の鉄鋼設備の長期安定稼動化やメンテナンスコスト低減の目的から、鉄鋼設備に使用される転がり軸受への高機能化の要求が厳しくなっている。しかるに、上述のごとき劣悪過酷な環境下では、十分な潤滑性能を確保しないと、転がり軸受の転動面に適正な油膜が形成されず、焼付きや早期剥離などにより、転がり軸受の定格寿命を全うする前に破損等の不具合を発生させる恐れがある。ところが、従来のシール装置では、外輪回転運動の際にシール２４のシールリップＬｐとシールド板２２の接触部で早期に摩耗が発生し、ここにすきまが生じてしまい、転がり軸受内部への圧延油等の浸入を阻止するのに十分な密封性能を発揮できないという問題がある。更に、従来のシール装置では、短期間での摩耗、欠損などによりシールの性能が低下してしまい、その都度シール２４およびシールド板２２を交換する必要があるため、鉄鋼設備の稼動低下、交換作業回数の増加、コストアップの問題が生じていた。

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、外部からの異物の侵入を抑制し、十分な潤滑性能を確保できると共に、メンテナンスコストを低減できる軸受装置を提供することを目的とする。

本発明の軸受装置は、回転軸に取り付けられた外輪と、固定軸に取り付けられた内輪と、前記外輪と前記内輪との間に配置された複数の転動体とを備えた転がり軸受と、前記外輪と前記内輪との間を密封するシール装置とを有する軸受装置において、
前記シール装置は、前記外輪と前記内輪のうち一方に取り付けられたシールド板と、その他方に取り付けられた芯金と、前記芯金上に形成され前記シールド板に当接する弾性部と、前記外輪と前記内輪のうち少なくとも一方に取り付けられた位置決め部材とを有し、
前記位置決め部材は、弾性変形可能に前記シールド板、前記芯金又は弾性部に当接していることを特徴とする。

転がり軸受の潤滑は転がり疲れ寿命に密接に関係するが、鉄鋼設備に用いられる外輪回転転がり軸受は、グリース潤滑およびオイルエア潤滑、オイルミスト潤滑などさまざまな潤滑方法が選択される。オイルエア潤滑やオイルミスト潤滑に代表される流体潤滑方式を採用した場合には、シールの弾性部の緊迫力がシール装置の性能を決定する。例えば、内輪に対してシールド板を軸線方向に圧入したときに、係止させた位置に応じてリップとの当接圧力（シール緊迫力）が変化するが、かかる当接圧力が強すぎるとリップの早期摩耗を招き、逆に当接圧力が弱すぎると圧延油等の侵入を許してしまうこととなる。本発明によれば、弾性部とシールド板との位置関係や、固体差による当接圧力のばらつきを抑え、摺動時の径時的変化を抑制することにより、外部からの異物の侵入を抑制し、十分な潤滑性能を確保できると共に、メンテナンスコストを低減できるものである。

より具体的には、本発明によれば、前記位置決め部材は、弾性変形可能に前記シールド板、前記芯金又は弾性部に当接しているので、前記位置決め部材の寸法や材質を調整することで、前記弾性部と前記シールド板との当接圧力が所定範囲内になるように設定することができ、これにより前記弾性部と前記シールド板との間の密封効果を確保しつつ、弾性部の早期摩耗等を抑制でき、メンテナンスコストを低減することができる。尚、前記位置決め部材は、その性能が低下しても単独で交換が可能であり、メンテナンス時に簡単な作業でシール性能を回復できると好ましい。又、前記位置決め部材は必ずしも環状でなく、Ｃ字形状等であって良く、或いは一体でなく、一対の半割環状部材を組み合わせて用いても良い。

前記芯金は前記内輪に取り付けられており、前記位置決め部材は環状であって、前記芯金と前記内輪との間に介在していると好ましい。

前記芯金は前記内輪に取り付けられており、環状部材である前記位置決め部材は前記外輪に取り付けられて前記芯金に当接していると好ましい。

前記芯金は前記内輪に取り付けられており、環状部材である前記位置決め部材は前記外輪に取り付けられて前記弾性部に当接していると好ましい。

前記芯金は前記外輪に取り付けられており、環状部材である前記位置決め部材は前記内輪に取り付けられて前記シールド板に当接していると好ましい。

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。本実施の形態では、オイルミスト潤滑を例に取り説明するが、グリース潤滑或いはオイルエア潤滑を用いても良い。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（固定軸）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（転動体）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（図４参照）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、ここではロール４が回転軸を兼ねている。即ち、外輪５ｃは回転軸に取り付けられている。

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。又、内輪半部５ｂｈは、フランジ部５ｂｈ１に対向して端部内周に面取り部５ｂｈ３を形成している。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。フランジ部５ｂｈ１の外周には、端部側において一段縮径した縮径部５ｂｈ４が形成されている。

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５ｄ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、外輪５ｃは、その端部内周面に形成されて止め輪８ａを受ける周溝５ｃ１と、周溝５ｃ１に隣接した段部５ｃ２とを有する。シール装置８は、段部５ｃ２に嵌合してなり且つ止め輪８ａにより外輪５ｃに固定されたドーナツ板状のシールド板８ｂと、内輪５ｂに取り付けられ外輪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（弾性部）８ｄとからなっている。芯金８ｃは、プレスにより一体的に形成されてなり、内輪５ｂの縮径部５ｂｈ４に対応した円筒部８ｃ１と、円筒部８ｃ１の端部から半径方向外方に延在したフランジ部８ｃ２とを有する。尚、フランジ部８ｃ２の外縁は、内方にシフトした形状となっている。シールリップ８ｄは、円筒部８ｃ１とフランジ部８ｃ２の内側に加硫接着された樹脂又はゴムと一体であって、それから延在していると好ましい。

円筒部８ｃ１の内周中央には、ゴム又は樹脂からなる位置決め部材としての環状部材１１を接着してなる。尚、シールド板８ｂは、鋼板のころ５ｄ側の面及び外縁に、薄い樹脂又はゴムＧを加硫接着して形成すると好ましい。

シール装置８の組み付け時には、シールリップ８ｄと環状部材１１とを固着した芯金８ｃを、内輪５ｂの軸線方向外方から挿入する。すると、内輪５ｂの縮径部５ｂｈ４と、円筒部８ｃ１との間に環状部材１１が位置するようになる。所定の位置（例えば円筒部８ｃ１の先端が突き当たる位置）まで芯金８ｃを挿入すると、シールリップ８ｄがシールド板８ｂの側面に当接することとなるが、このとき環状部材１１が適度に弾性変形することで、シールリップ８ｄとシールド板８ｂとの当接圧力は所定範囲に維持されることとなる。

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９ａ（図７）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５ｄ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、最終的にはシールリップ８ｄとシールド板８ｂとの間から排出されるが、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の当接圧力（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が圧延油や圧延用水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い。

一方、軸受内圧がシールリップ８ｄの当接圧力（場合によっては、それと軸受外圧の和）よりも高くなれば、軸受内圧によりシールリップ８ｄがシールド板８ｂから離れて空気と潤滑油が排出される。従って、内輪５ｂやシール装置に回収孔や排気孔を設けなくとも、軸受内に供給される潤滑油の流れを形成することが出来るため、軸受内部及びシールリップ８ｄ領域での潤滑不良が防止される。また、排気孔を設けないため、排気孔を介しての異物や圧延油などの侵入を防止し得ることができ、軸受の早期損傷に寄与し得る。

本実施の形態によれば、環状部材１１が、弾性変形可能に縮径部５ｂｈ４と円筒部８ｃ１との間に介在しているので、環状部材１１の寸法や材質を調整することで、シールリップ８ｄとシールド板８ｂとの当接圧力が所定範囲内になるように設定することができ、これによりシールリップ８ｄとシールド板８ｂとの間の密封効果を確保しつつ、シールリップ８ｄの早期摩耗等を抑制でき、メンテナンスコストを低減することができる。又、環状部材１１は、縮径部５ｂｈ４と円筒部８ｃ１との間から、圧延油等が侵入することを抑制する効果もある。

図６は、第２の実施の形態に図５と同様な断面図である。本実施の形態においては、図５に示す実施の形態に対して、内輪５ｂの縮径部５ｂｈ４に芯金８ｃの円筒部８ｃ１を直接嵌合させると共に、外輪５ｃの内周に環状部材１１’を装着して接着剤等で固定している。環状部材１１’は、内周に向かうにつれて幅が狭くなるテーパ面１１ａ’を有しており、その先端を芯金８ｃのフランジ部８ｃ２の外縁に、付着したゴム又は樹脂を介して全周で当接させている。それ以外の構成については上述した実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。尚、芯金８ｃのフランジ部８ｃ２先端の樹脂又はゴムを除去して、環状部材１１’を、フランジ部８ｃ２に直接当接させても良い。

本実施の形態によれば、外輪５ｃに装着した環状部材１１’が、弾性変形可能に芯金８ｃに当接しているので、環状部材１１’の寸法や材質を調整することで、シールリップ８ｄとシールド板８ｂとの当接圧力が所定範囲内になるように設定することができ、これによりシールリップ８ｄとシールド板８ｂとの間の密封効果を確保しつつ、シールリップ８ｄの早期摩耗等を抑制でき、メンテナンスコストを低減することができる。特に、芯金８ｃのフランジ部８ｃ２は、半径方向外方に片持ち状に延在しているので、環状部材１１’によってその位置を規制することは、シールリップ８ｄとシールド板８ｂとの当接圧力を制御する上で有効となる。又、環状部材１１’は、外輪５ｃと芯金８ｃとの間から、圧延油等が侵入することを抑制する効果もある。

図７は、第３の実施の形態に図５と同様な断面図である。本実施の形態においては、図５に示す実施の形態に対して、内輪５ｂの縮径部５ｂｈ４に芯金８ｃの円筒部８ｃ１を直接嵌合させると共に、内輪５ｂのフランジ部５ｂｈ１の外周に環状部材１１”を装着している。環状部材１１”は、外周に向かうにつれて幅が狭くなるテーパ面１１ａ”を有しており、その先端をシールド板８ｂの内縁に全周で当接させている。それ以外の構成については上述した実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

本実施の形態によれば、内輪５ｂに装着した環状部材１１”が、弾性変形可能にシールド板８ｂに当接しているので、環状部材１１”の寸法や材質を調整することで、シールリップ８ｄとシールド板８ｂとの当接圧力が所定範囲内になるように設定することができ、これによりシールリップ８ｄとシールド板８ｂとの間の密封効果を確保しつつ、シールリップ８ｄの早期摩耗等を抑制でき、メンテナンスコストを低減することができる。特に、シールド板８ｂは、半径方向内方に片持ち状に延在しているので、環状部材１１”によってその位置を規制することは、シールリップ８ｄとシールド板８ｂとの当接圧力を制御する上で有効となる。又、環状部材１１”は、内輪５ｂとシールド板８ｂとの間から、圧延油等が侵入することを抑制する効果もある。

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。例えば芯金を外輪に取り付け、シールド板を内輪に取り付けても良い。更に、本発明は鉄鋼設備に限らず、一般産業機械等にも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。 第２の実施の形態に図５と同様な断面図である。 第３の実施の形態に図５と同様な断面図である。 従来技術にかかる多段圧延機バックアップロール用円筒ころ軸受と、それをシールするシール装置の一例を示す図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は要部拡大図である。

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
５ｂｈ４ 縮径部
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
８ｄ シールリップ
９ 加速部材
１０ 転がり軸受
１１，１１’、１１” 環状部材
ＳＳ ステンレス鋼板

Claims (5)

1. 回転軸に取り付けられた外輪と、固定軸に取り付けられた内輪と、前記外輪と前記内輪との間に配置された複数の転動体とを備えた転がり軸受と、前記外輪と前記内輪との間を密封するシール装置とを有する軸受装置において、
   前記シール装置は、前記外輪と前記内輪のうち一方に取り付けられたシールド板と、その他方に取り付けられた芯金と、前記芯金上に形成され前記シールド板に当接する弾性部と、前記外輪と前記内輪のうち少なくとも一方に取り付けられた位置決め部材とを有し、
   前記位置決め部材は、弾性変形可能に前記シールド板、前記芯金又は弾性部に当接していることを特徴とする軸受装置。
2. 前記芯金は前記内輪に取り付けられており、前記位置決め部材は環状であって、前記芯金と前記内輪との間に介在していることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記芯金は前記内輪に取り付けられており、環状部材である前記位置決め部材は前記外輪に取り付けられて前記芯金に当接していることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
4. 前記芯金は前記内輪に取り付けられており、環状部材である前記位置決め部材は前記外輪に取り付けられて前記弾性部に当接していることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
5. 前記芯金は前記外輪に取り付けられており、環状部材である前記位置決め部材は前記内輪に取り付けられて前記シールド板に当接していることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。

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