JP2009248118A - バックアップロール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転トルクの低減に効果のあるバックアップロール装置を提供する。
【解決手段】 このバックアップロール装置１１は、ロール１３と軸１２との間に、ラジアル荷重負荷用のころ軸受１４とスラスト荷重負荷用の玉軸受１５を介在させたものである。玉軸受１５は、軸方向の一端側にのみ１個設けられる。この玉軸受１５は、軸方向の両方向のスラスト荷重の支持が可能なものであって、ロール１３および軸１２に対して軸方向の両方向に固定される。
【選択図】 図４

Description

この発明は、鉄鋼材の圧延工程におけるテンションレベラ等に用いられるバックアップロール装置に関する。

鋼板等の圧延作業の最終工程では、圧延された鋼板等のレベリング材を矯正機であるテンションレベラに通すことで応力の除去が行なわれ、これによりレベリング材の精度が確保される。テンションレベラは、一般的にワークロール、中間ロール、およびバックアップロールを１つのユニットとして備え、そのユニットが、レベリング材をその進行方向の上下から挟み込むように配置される。このテンションレベラでは、前記ワークロールがレベリング材に直接的に接触して、レベリング材の矯正を行う。このワークロールを、前記中間ロールおよびバックアップロールで支持し、最終的には、バックアップロールがすべての荷重を支える。

前記バックアップロールにおいては、要求機能として回転トルクが低いことが求められる。すなわち、バックアップロールは相手ロールである中間ロールとの連れ回りで回転する構成であるため、負荷条件にもよるが、回転トルクが重ければ回転せず、スリップして軸受の損傷に止まらず、中間ロールを介してレベリング材にも傷を付け、品質のトラブルを生じさせる。

図８は、鉄鋼材の圧延工程で用いられている一般的なテンションレベラにおけるバックアップロール装置の一部を破断して示す断面図である。軸３２の両端側にそれぞれ各１個の玉軸受３５Ａ，３５Ｂが設けられ、各玉軸受３５Ａ，３５Ｂの軸方向内側位置にはそれぞれ各１個のニードル軸受３４が設けられている。これらの玉軸受３５Ａ，３５Ｂとニードル軸受３４とで、ロール３３が軸３２に回転自在に支持されている。前記２個の玉軸受３５Ａ，３５Ｂは、軸３２の軸方向両方向からのスラスト荷重を負荷するためのものであり、前記２個のニードル軸受３４はラジアル荷重を負荷するためのものである。すなわち、玉軸受３５Ａ，３５Ｂは、その設置において、軸３２の外径面と軸受内輪との間に隙間が設けられており、ラジアル荷重は負荷されないが、スラスト荷重の受け渡しのために軸方向の一方向に内外輪が固定されている。これにより、ロール３３の回転時には、ラジアル荷重負荷用のニードル軸受３４の回転とともに、ロール３３の内径面に圧入されている玉軸受３５Ａ，３５Ｂもロール３３に連れ回る形で回転する。この際の回転トルクを考えると、ニードル軸受３４の回転とともに、玉軸受３５Ａ，３５Ｂの回転トルクもトルク大の方向に影響を与えるのは明らかである。

一方、バックアップロール装置の要求機能を考えた場合、レベリング材への傷の転写は厳禁である。その傷の転写の原因となるバックアップロール装置と中間ロールとの間、あるいは中間ロールとワークロールとの間のすべりによる傷の発生を防止するために、スリップしないように回転トルクは可能な限り低減する必要がある。
また、圧延のサイクルタイム短縮の目的から、レベリング材を流すラインスピードは速くなっており、バックアップロール装置の回転数も高回転化が要求されている。この点からも、高速時の温度上昇を抑制し、高回転化を実現するために、回転トルクを低減することは有効である。

そこで、バックアップロール装置の回転トルクを低減する対策として、軸の両端側でロールを支持する軸受の軸方向外側位置において、ロール側に設けられロールと軸の間の空間を密封するシール部材の材料や構造について工夫したものが提案されている（例えば特許文献１，２）。
特開平５−２９６２３３号公報 実公昭６１−２８０９６号公報

しかし、特許文献１，２に開示のように、シール部材の材料や構造について工夫した対策のみでは、回転トルクの低減効果に限界があり、十分な回転トルク低減を行なえない。

この発明の目的は、回転トルクの低減に効果のあるバックアップロール装置を提供することである。

この発明のバックアップロール装置は、ロールと軸との間に、ラジアル荷重負荷用のころ軸受とスラスト荷重負荷用の玉軸受を介在させたバックアップロール装置において、前記玉軸受を軸方向の一端側にのみ１個設けたことを特徴とする。
従来のバックアップロール装置では、使用に際して発生する誘起スラスト荷重を軸方向の両端に配置した２個の玉軸受で負荷していたが、このバックアップロール装置では、１個のみの玉軸受でスラスト荷重を負荷する構成としているため、玉軸受の１個分だけ従来品に比べて回転トルクを低減できる。
このように、回転トルクを低減できることから、バックアップロール装置と相手ロールの間でのスリップが減少する。これにより、スリップによるロールのすべり傷も抑えられ、すべり傷がレベリング材に転写する不具合が減少する。
また、すべり傷が発生しにくくなることから、圧延工程のライン等においてバックアップロール装置の交換のサイクルを延ばすことができる。
また、回転トルクを低減できることから、回転時の温度上昇が抑えられ、従来のバックアップロール装置の場合と比較して高回転での使用が可能となる。

この発明において、前記玉軸受は、軸方向の両方向のスラスト荷重の支持が可能なものであって、前記ロールおよび軸に対して軸方向の両方向に固定してもよい。また、玉軸受を軸方向の両方向に固定するのに止め具を用いてもよい。
このように、１個の玉軸受を、例えば止め具で軸方向の両方向に固定することにより、玉軸受が１個のみでありながら、軸方向の両方向のスラスト荷重を負荷することができる。これにより、スラスト荷重負荷時のロールの抜け出しを防止することができる。

この発明において、軸方向における前記玉軸受の設置位置とは反対側のロール端付近に、前記軸とロールの間に形成される環状空間を密封するシール部材を設けてもよい。
このように、玉軸受が設けられない他端側に、シール部材を設けることにより、玉軸受が設けられないことで密封性が損なわれるのを防止できる。

この発明において、前記玉軸受および前記シール部材に対する軸方向外側位置に、前記軸と前記ロールの間に形成される環状空間を密封する第２のシール部材をそれぞれ設けてもよい。
このように、玉軸受およびシール部材の軸方向外側位置に、軸とロールの間に形成される環状空間を密封する第２のシール部材をそれぞれ設けることにより、洗浄液がかかる条件（ウェット仕様）で使用しても、ころ軸受や玉軸受の内部に洗浄液が侵入するのを確実に防止できる。この場合、第２のシール部材は接触シールであることが望ましい。

この発明のバックアップロール装置は、ロールと軸との間に、ラジアル荷重負荷用のころ軸受とスラスト荷重負荷用の玉軸受を介在させたバックアップロール装置において、前記玉軸受を軸方向の一端側にのみ１個設けたため、回転トルクの低減に効果のあるバックアップロール装置とすることができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１は鋼板等の圧延作業の最終工程における圧延設備の概略図を示す。この工程では、上下に配置された駆動ロール１に挟まれて移送される鋼板等のレベリング材２の応力が、矯正機であるテンションレベラ３により除去され、これによりレベリング材２の精度が確保される。テンションレベラ３は、レベリング材２の移送路を挟んで上下に配置される複数のテンションレベラユニット４からなる。

図２および図３に、前記テンションレベラユニット４の側面図および正面図を示す。このテンションレベラユニット４は、ワークロール５、中間ロール６、およびこの発明のバックアップロール装置１１を備える。ワークロール５はレベリング材２に直接的に接触して、レベリング材２の矯正を行う。このワークロール５を、前記中間ロール６およびバックアップロール装置１１で支持し、最終的には、バックアップロール装置１１ですべての荷重を支える。

図４は、この発明のバックアップロール装置１１の一実施形態を、一部を破断した断面図で示す。このバックアップロール装置１１は洗浄液のかからない条件で使用されるドライ仕様のものであって、軸１２に外嵌したロール１３を、ラジアル荷重負荷用の２個のころ軸受１４とスラスト荷重負荷用の１個の玉軸受１５とで、軸１２に対して回転自在に支持している。ころ軸受１４は保持器付針状ころからなり、軸１２の軸方向両端側に１個ずつ配置される。玉軸受１５は深溝玉軸受からなり、２個のころ軸受１４のうち、一方のころ軸受１４（図の右側）の設置位置の軸方向外側に配置される。玉軸受１５としては、このほか４点接触型玉軸受を用いてもよい。なお、ころ軸受１４は、保持器付き針状ころに限らず、軌道軸付きの軸受や、円筒ころ軸受であってもよく、また、その配置個数も、１個ずつに限らず、両側または片側につき、複数個配置してもよい。

各ころ軸受１４の保持器１４ａは、ロール１３の内径面に嵌合した環状のワッシャー１６および止め具１７により軸方向の両方向に固定されている。

玉軸受１５はラジアル荷重を負荷しないので、その外輪１５ｂがロール１３の内径面に圧入され、内輪１５ａの内径面と軸１２の外径面との間には隙間が設けられている。この玉軸受１５は、軸方向の両方向（矢印Ａ，Ｂで示す）のスラスト荷重の支持が可能なものであって、前記ロール１３および軸１２に対して軸方向の両方向に固定されている。具体的には、玉軸受１５の軸方向内側に配置されるころ軸受１４を軸方向の一方向に固定するワッシャー１６と、玉軸受１５との間に介在して、ロール１３の内径面に嵌合した環状の止め具１７と、玉軸受１５の軸方向外側に配置されてロール１３の内径面に嵌合した環状の止め具１８とで、玉軸受１５の外輪１５ｂが挟まれて、軸方向の両方向に固定される。また、軸１２における玉軸受１５の軸方向内側に形成された段面１２ａと、軸１２における玉軸受１５の軸方向外側に配置されて軸１２の外径面に嵌合した環状のカバー１９とで、玉軸受１５の内輪１５ａが挟まれて、軸方向の両方向に固定される。この場合、軸１２の前記段面１２ａと前記カバー１９が、玉軸受内輪１５ａの止め具となる。前記カバー１９は、軸１２の外径面に嵌合した環状の止め具２０により、軸方向の一方向（玉軸受１５とは反対側）に固定される。

軸方向における玉軸受１５の設置位置とは反対側である他端側、つまり他端側のころ軸受１４の設置位置の軸方向外側には、軸１２とロール１３の間に形成される環状空間を密封する環状のシール部材２１が設けられている。このように、玉軸受１５が設けられない他端側に、シール部材２１を設けることにより、玉軸受１５が設けられないことで密封性が損なわれるのを防止できる。このシール部材２１は、その外周部がロール１３の内径面に形成された円周溝に嵌合して固定され、内周部が軸１２の外径面に非接触で対向する非接触シールとされている。この実施形態のバックアップロール装置１１はドライ仕様であるため、このような非接触シールで十分にころ軸受１４および玉軸受１５を保護することができる。

軸１２における前記シール部材２１の設置位置よりも軸方向外側にも、前記玉軸受１５の設置側と同様の構造のカバー１９が設けられている。これら両カバー１９の外径面に、軸方向に並ぶ複数の円周溝１９ａを形成し、カバー１９の外径面と径方向に対向するロール１３の内径面との間に非接触シールであるラビリンスシール２２を構成してもよい。

また、このバックアップロール装置１１がドライ仕様であることから、玉軸受１５における内外輪１５ａ，１５ｂの間に形成される環状空間を密封するシール部材１５ｃも非接触シールとされている。図４の例では、玉軸受１５のシール部材１５ｃを、図５（Ａ）のように玉軸受１５の軸方向外側位置にだけ設けているが、同図（Ｂ）のように軸方向外側位置と内側位置の両方に設けてもよく、さらには同図（Ｃ）のように軸方向両側位置のいずれにもシール部材１５ｃを設けない構成としてもよい。

従来のバックアップロール装置では、使用に際して発生する誘起スラスト荷重を軸方向の両端に配置した２個の玉軸受で負荷していたが、このバックアップロール装置１１では、１個のみの玉軸受１５でスラスト荷重を負荷する構成としているため、玉軸受１５の１個分だけ従来品に比べて回転トルクを低減できる。
このように、回転トルクを低減できることから、バックアップロール装置１１と相手ロールである中間ロール６（図２）との間でのスリップが減少する。これにより、スリップによるロール１３のすべり傷も抑えられ、すべり傷がレベリング材２（図１）に転写する不具合が減少する。
また、すべり傷が発生しにくくなることから、圧延工程のラインにおいてバックアップロール装置１１の交換のサイクルを延ばすことができる。
また、回転トルクを低減できることから、回転時の温度上昇が抑えられ、従来のバックアップロール装置の場合と比較して高回転での使用が可能となる。

従来のバックアップロール装置では、図９のように２個の玉軸受３５Ａ，３５Ｂで方向の異なるスラスト荷重を分担して負荷するようにしている。すなわち、同図において、矢印Ａの方向からのスラスト荷重は玉軸受３５Ａで負荷し、矢印Ｂの方向からのスラスト荷重は玉軸受３５Ｂで負荷するようにしている。このため、ロール３３および軸３２に対して、玉軸受３５Ａでは同図におけるＡ１，Ａ２の部分で矢印Ａの方向に固定され、玉軸受３５Ｂでは同図におけるＢ１，Ｂ２の部分で矢印Ｂの方向に固定されている。
これに対して、この実施形態のバックアップロール装置では、１個の玉軸受１５を、ロール１３および軸１２に対して、止め具１７，１８、および止め具となる軸１２の段面１２ａとカバー１９とで、軸方向の両方向に固定しているので、玉軸受１５が１個でありながら、軸方向の両方向のスラスト荷重を負荷することができる。これにより、スラスト荷重負荷時のロール１３の抜け出しを防止することができる。

なお、この実施形態では、止め具１７，１８、および止め具となる軸１２の段面１２ａとカバー１９とで、ロール１３および軸１２に対して、玉軸受１５を軸方向の両方向に固定しているが、その固定手段は止め具に限らず、どのような構成のものであってもよい。

図６は、この発明の他の実施形態を示す。このバックアップロール装置１１Ａは洗浄液がかかる条件で使用されるウェット仕様のものであって、図４の実施形態において、前記玉軸受１５および前記シール部材２１の軸方向外側位置に、軸１２とロール１３の間に形成される環状空間を密封する第２のシール部材２３をそれぞれ設けている。この場合の第２のシール部材２３は接触シールとなるものであって、例えば芯金に弾性部材を接着した環状のものが使用される。
具体的には、玉軸受１５の軸方向外側位置に配置されるシール部材２３については、玉軸受外輪１５ｂを軸方向の両方向に固定する２つの止め具１７，１８Ａのうち、軸方向外側に位置する断面逆Ｌ字状の止め具１８Ａの円筒部内径面に、その外径部の芯金が圧入嵌合されている。このシール部材２３の内周側に延びる弾性部材からなるリップ部２３ａは、玉軸受内輪１５ａの止め具となる断面Ｌ字状のカバー１９Ａの円筒部外径面に摺接している。前記止め具１８Ａは、軸１２の外径面に嵌合する環状の止め具２４により、軸方向の一方向（玉軸受１５とは反対側）に固定される。
また、シール部材２１の軸方向外側位置に配置されるシール部材２３については、その外周部の芯金がロール１３の内径面に圧入嵌合され、その内周側に延びる弾性部材からなるリップ部２３ａが、断面Ｌ字状のカバー１９Ａの円筒部外径面に摺接している。
なお、前記シール部材２１については、上記構成のものに限らず、オイルシールなど他の形式のものを使用してもよい。

また、この玉軸受１５における内外輪１５ａ，１５ｂの間に形成される環状空間を密封するシール部材１５ｃは、回転トルクを低減する観点からは非接触シールとするのが望ましいが、この実施形態のバックアップロール装置１１Ａはウェット仕様であることから、接触シールとしてもよい。図６の例では、玉軸受１５のシール部材１５ｃを、図７のように玉軸受１５の軸方向外側位置と内側位置の両方に設けている。

このように、この実施形態のバックアップロール装置１１Ａでは、図６の実施形態において、前記玉軸受１５および前記シール部材２１の軸方向外側位置に、軸１２とロール１３の間に形成される環状空間を密封する第２のシール部材２３をそれぞれ設けているので、洗浄液がかかる条件（ウェット仕様）で使用しても、ころ軸受１４や玉軸受１５の内部に洗浄液が侵入するのを確実に防止できる。

鋼板等の圧延作業の最終工程の設備を示す概略図である。 テンションレベラユニットの側面図である。 テンションレベラユニットの正面図である。 この発明の一実施形態にかかるバックアップロール装置の一部を破断して示す断面図である。 （Ａ）は同バックアップロール装置に用いられる玉軸受の拡大断面図、（Ｂ）は同玉軸受の他の例の拡大断面図、（Ｃ）は同玉軸受のさらに他の例の拡大断面図である。 この発明の他の実施形態にかかるバックアップロール装置の一部を破断して示す断面図である。 同バックアップロール装置に用いられる玉軸受の拡大断面図である。 従来例の一部を破断して示す断面図である。

符号の説明

１１，１１Ａ，１１Ｂ…バックアップロール装置
１２…軸
１３…ロール
１４…ころ軸受
１５，１５Ａ，１５Ｂ…玉軸受
１７，１８…止め具
１９，１９Ａ…カバー（止め具）
２１…シール部材
２３…第２のシール部材

Claims (5)

1. ロールと軸との間に、ラジアル荷重負荷用のころ軸受とスラスト荷重負荷用の玉軸受を介在させたバックアップロール装置において、前記玉軸受を軸方向の一端側のみに１個設けたことを特徴とするバックアップロール装置。
2. 請求項１において、前記玉軸受は、軸方向の両方向のスラスト荷重の支持が可能なものであって、前記ロールおよび軸に対して軸方向の両方向に固定したバックアップロール装置。
3. 請求項２において、前記玉軸受を止め具により軸方向の両方向に固定したバックアップロール装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、軸方向における前記玉軸受の設置位置とは反対側のロール端付近に、前記軸と前記ロールの間に形成される環状空間を密封するシール部材を設けたバックアップロール装置。
5. 請求項４において、前記玉軸受および前記シール部材に対する軸方向外側位置に、前記軸と前記ロールの間に形成される環状空間を密封する第２のシール部材をそれぞれ設けたバックアップロール装置。
   

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