JP2011174573A - 鉄鋼圧延機のワークロール用４列円錐ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】より高強度の外輪軌道面を有して耐久性に優れ、更にハウジングへの組み付け時のミスアライメントも無い鉄鋼圧延機のワークロール用４列円錐ころ軸受を提供する。
【解決手段】内周面に単列の外輪軌道面１０ａが形成された外輪１０と、外周面に２列の内輪軌道面が形成された内輪１１とを、前記外輪１０が４列で前記内輪１１が２列になるように対向配置するとともに、前記外輪軌道面１０ａと前記内輪軌道面との間に複数の円錐ころ１２を転動自在に保持してなる、鉄鋼圧延機のワークロール用４列円錐ころ軸受１であって、前記外輪１０の軸方向断面において、前記外勤軌道面１０ａの前記円錐ころ１２の小径側端面との交点から該外輪軌道面１０ａの最も表面側のメタルフローに引いた接線と、前記外輪軌道面１０ａの接線とがなす角度θが、０°以上６０°以下であることを特徴とする鉄鋼圧延機のワークロール用４列円錐ころ軸受１。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄鋼圧延機のワークロール用４列円錐ころ軸受に関する。

鉄鋼圧延機のワークロール用４列円錐ころ軸受は、水環境下で使用されることから、軸受寿命が短く、破損部分の多くは外輪であることが知られている（非特許文献１参照）。

一方で、従来から、軌道輪の軌道面と、加工時に形成されたメタルフロー（鍛流線）との関係が研究されており、軌道輪の軌道面の損傷を抑えるためには、メタルフローと軌道面とがより平行であることが好ましいとされている。例えば、特許文献１では、長寿命化のために内外輪の少なくとも一方を、メタルフローが転動体の公転方向に対して±１５°以内になるようにした転がり軸受を提案している。また、特許文献２では、軸線を含む断面にける軌道溝の転動体接触点での接線と、前記断面における軌道溝の最も表面側のメタルフローの方向を示す直線とのなす角度が０°以上６０°以下とした転がり軸受を提案している。

特許第３６１０５９８号公報 特開２００６−２５０３１７号公報

Matsumoto, Y, Murakami, Y, Oohori, M "Rolling Contact Fatigue Under Water-Infiltrated Lubrication", Bearing Steel Technology, ASTM STP 1419, J. M. Beswick, Ed., American Society for Testing and Materials International, West Conshohoken, PA, 2002 P231 L18-19

外輪は、軸受鋼等の素材から所定形状で切り出して製造されるが、その際、軌道面とメタルフローとが平行になるように切り出すことが好ましい。しかし、円錐ころ軸受では、軌道面が傾斜しており、上記したような転がり軸受における軌道面とメタルフローとの交差角度の調整は難しいといえる。また、鉄鋼圧延機のワークロール用円錐ころ軸受において、耐久性をより向上させるために適した外輪軌道面とメタルフローとの交差角度についての知見もこれまで得られていない。

更には、外輪を複列にした構成のワークロール用４列円錐ころ軸受（図９参照）では、軸受ハウジングに組み込んだときのミスアライメントにより短寿命となる可能性もある。

そこで本発明は、より高強度の外輪軌道面を有して耐久性に優れ、更にハウジングへの組み付け時のミスアライメントも無い鉄鋼圧延機のワークロール用４列円錐ころ軸受を提供することを目的とする。

上記目低を達成するために、本発明は、内周面に単列の外輪軌道面が形成された外輪と、外周面に２列の内輪軌道面が形成された内輪とを、前記外輪が４列で前記内輪が２列になるように対向配置するとともに、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に複数の円錐ころを転動自在に保持してなる、鉄鋼圧延機のワークロール用４列円錐ころ軸受であって、前記外輪の軸方向断面において、前記外勤軌道面の前記円錐ころの小径側端面との交点から該外輪軌道面の最も表面側のメタルフローに引いた接線と、前記外輪軌道面の接線とがなす角度θが、０°以上６０°以下であることを特徴とする鉄鋼圧延機のワークロール用４列円錐ころ軸受を提供する。

本発明の鉄鋼圧延機のワークロール用４列円錐ころ軸受は、外輪軌道面と、外輪軌道面の最も表面側のメタルフローとが平行に近いため、外輪軌道面が高強度であり、軸受全体として耐久性がより向上する。また、外輪が全て単列であるため、複列外輪のようなハウジングへの組み付け時のミスアライメントの問題もない。

図１は鉄鋼圧延用ワークロール用４列円錐ころ軸受の一例を示す断面図である。 外輪の軸方向断面を示す図である。 外輪の製造工程を説明するための図である。 素材から外輪を切り出す際の、本発明以外の切り出し様式を図３（ｅ）に従って示す図である。 素材から外輪を切り出す際の、本発明以外の切り出し様式を図３（ｅ）に従って示す図である。 素材から外輪を切り出す際の、本発明以外の切り出し様式を図３（ｅ）に従って示す図である。 素材から外輪を切り出す際の、本発明以外の切り出し様式を図３（ｅ）に従って示す図である。 素材から外輪を切り出す際の、本発明以外の切り出し様式を図３（ｅ）に従って示す図である。 比較例で用いた４列円錐ころ軸受を示す断面図である。 比較例で用いた４列円錐ころ軸受の複列外輪の切り出し様式を図３（ｅ）に従って示す図である。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る鉄鋼圧延機のワークロール用４列円錐ころ軸受１（以下、単に「円錐ころ軸受」という）の一例を示す断面図である。４個の単列の外輪１０と、２個の複列の内輪１１とが対向配置しており、内外輪間に複数の円錐ころ１２、１２が保持器１３により等間隔で転動自在に保持されている。各外輪１０は外輪間座１４ａ，１４ｂにより分離されている。また、最外側の外輪１０の端部にはシールホルダ１５が配設されており、シール１６により内輪１１との隙間を封止している。一方、隣接する内輪１１の間には、中間シール１７が配設されており、内輪１１にロール軸２０が嵌合している。

図２は外輪１０の軸方向断面図であり、素材のメタルフローＭｆを模式的に示してある。本発明では、外輪１０の外勤軌道面１０ａの延長線をＸとし、外輪軌道面１０ａの円錐ころ１２の小径側端面１２ａとの交点Ｐにおいて外輪軌道面１０ａの最も表面側のメタルフローに引いた接線をＹとしたときに、ＸとＹとがなす角度θが０°以上６０°以下であることを特徴とする。外輪軌道面１０ａの損傷を抑えるためには、メタルフローと軌道面とがより平行であることが好ましいとされており、θが６０°を超えると効果が十分に現れない。θは、２０°以下がより好ましい。

上記のようなθを満足する外輪１０を作製するには、例えば以下の方法が挙げられる。

先ず、図３（ａ）に示すように、円柱状の素材１００を用意する。便宜上メタルフローを符号Ｍｆで示すようが、このような円柱状素材１００は押し出し成形で形成されるため、図示されるように軸線に沿って平行となる。尚、素材は塑性加工が可能で、焼入れができるものであれば制限はなく、中炭素鋼や軸受鋼、浸炭鋼等の従来から外輪用素材に使用されているもので構わない。

次いで、円柱状素材１００を熱間で据え込み加工する。図３（ｂ）に示すように、この据え込み加工により図中の上下方向に圧縮されて半径方向に拡径し、円盤状素材１１０が得られる。この円盤状素材１１０は、通常は図示されるすように厚み方向中央部が最大径となり、ほぼ樽状になる。それに伴い、円盤状素材１１０におけるメタルフローＭｆは、厚み方向中央部が大きく湾曲する。

次いで、図３（ｃ）に示すように、円盤状素材１１０の外周面に円環状の固定枠１２０を配置した状態で、熱間で軸線に沿って円柱状の押圧部材１３０を押し込む。これにより、メタルフローＭｆは、図示のように湾曲の曲率半径が大きくなるとともに、外周側において軸線に対し平行に近づくようになる。

次いで、底部１１１を打抜き加工により除去し、更に図３（ｄ）に示すように、外周面に円環状の固定枠１４０を配置した状態で、熱間で内径を押し広げる。これにより、図３（ｃ）において外周側上面に形成されていた盛り上がり部分１１２が外方に押し遣られて断面略矩形となるように整形され、円環状素材１５０が得られる。それに伴い、メタルフローＭｆは、図示のように湾曲の曲率半径がより大きくなり、外周側において軸線により平行に近づく。

次いで、円環状素材１５０から外輪形状に合わせて切り出し加工を行う。図３（ｅ）（図３（ｃ）のＡ部分の拡大図）に切り出し形状を符号Ｋで示すが、Ｋ１は外輪のころ大径側端面（図１の１０ｂ）に相当する部分であり、Ｋ２は外輪の軌道面（図１の１０ａ）に相当する部分であり、Ｋ３は外輪の外周面（図１の１０ｃ）に相当する部分である。本発明では、２つの外輪を切り出すために、円環状素材１５０の幅を２分する平面Ｈを中心に、２つのころ大径側端面相当部分Ｋ１が対向し、かつ、２つの軌道面相当部分Ｋ２が内周側を向き、即ち軌道面相当部分同士がなす角度αが１８０°未満になるように切り出す。円環状素材１５０において、メタルフローＭｆの曲率は内周側ほど大きく、外周に向かうほど軸線と平行に近くなっている。そのため、このような切り出しを行うと、内周側の湾曲しているメタルフローＭｆ１と対向するようにして軌道面相当部分Ｋ２が切り出され、得られる外輪１０の軌道面１０ａが素材のメタルフロー（Ｍｆ１）と平行に近くなり、上記のθの範囲となる。また、得られる外輪の外周面１０ｃも、素材のメタルフロー（Ｍｆ２）とほぼ平行になる。

また、この方法によれば、１つの素材から２つの外輪１０が得られる。

これに対し、例えば図４に示すように、据え込み加工することなく棒状素材１００から図２（ｅ）の切り出し形状Ｋにて２つの外輪を切り出しても、メタルフローＭｆは軸権に平行であるため、傾斜している軌道面相当部分Ｋ２とメタルフローＭｆとが交差し、上記のθの範囲とはならない。

また、図５に示すように、円環状素材１５０から１つの外輪を切り出す場合も、メタルフローＭｆと軌道面相当部分Ｋ２とが交差し、上記のθの範囲とはならない。

また、図６は３つの外輪を切り出す場合を示す図であるが、切り出し形状Ｋは、中段と下段とをころ大径側端面相当部分Ｋ１が対向した切り出し形状Ｋとし、上段をころ大径側端面相当部分Ｋ１が反対側に向けた切り出し形状Ｋとする様式では、上段と中段において軌道面相当部分Ｋ２とメタルフローＭｆとが交差し、上記のθの範囲とはならない。

また、図７に示すように、２つの外輪を切り出す際に、ころ小径側端面（図１の１０ｄ）に相当する部分Ｋ４を対向させ、角度αが１８０°を超えるように切り出す場合も、軌道面相当部分Ｋ２とメタルフローＭｆとが交差し、上記のθの範囲とはならない。

また、図８に示すように、２つの外輪を素材の径方向に並べて切り出す場合も、軌道面相当部分Ｋ２とメタルフローＭｆとが交差し、上記のθの範囲とはならない。

以下、本発明に関して実施例及び比較例を挙げて更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（実施例１）
図１に示したように、内周面に単列の外輪軌道面が形成された外輪と、外周面に２列の内輪軌道面が形成された内輪とを、外輪が４列で内輪が２列になるように対向配置した円錐ころ軸受として、日本精工（株）製４列円錐ころ軸受「３４３ＫＶＳ４５５１（外輪外径φ４５７．０９８ｍｍ、内輪内径φ３４３．０５２ｍｍ、組立て幅２５４ｍｍ、基本動定格荷重１５３００００Ｎ）」を想定し、上記θを満足するように外輪を下記の如く作製した。

即ち、先ず、ＳＵＪ２製で、全長２６０ｍｍ、直径１４０ｍｍの円柱状素材を熱間で据え込み加工して樽状素材（図３（ｂ）参照）を得た。次いで、外周面に円環状の固定枠を配置した状態で、熱間で軸線に沿って円柱状の押圧部材を押し込み、底部を打抜き加工した後（図３（ｃ）参照）、更に熱間で内径を押し広げて、内径４１６ｍｍ、外径４７０ｍｍ、厚さ１０５ｍｍの円環状素材を得た（図３（ｄ）参照）。次いで、円環状素材から図３（ｅ）に示すように、ころ大径側端面相当部分が対向するようにし、かつ、２つの軌道面相当部分同士がなす角度αが１４５°になるように切り出した。そして、面取り及び仕上げ加工を行い、外輪を得た。得られた外輪のθは１０°であった。

そして、外輪を組み込み試験軸受Ａとした。

（比較例１）
図９は比較例１で作製した試験軸受Ｂを図１に準じて示す断面図であるが、両外側の外輪１０Ａ，１０Ａが単列の外輪軌道面１０ａを有し、両外輪１０Ａ，１０Ａの間に、２列の外輪軌道面１０ｅ，１０ｅが形成された外輪１０Ｂが配設されたこと以外は、実施例１で作製した試験軸受Ａと同様である。外輪１０Ｂは、図１０（図３（ｅ）に相当）に示すように、円環状素材１５０から切り出し形状Ｋにて切り出したものであり、メタルフローＭｆと、２つの軌道面相当部分Ｋ５，Ｋ５とが交差しているのがわかる。そして、面取り及び仕上げ加工を行った。

上記の試験軸受Ａ、Ｂについて、グリース（協同油脂（株）製「パルマックス ＲＢＧ」）を１３００ｇ充填し、ラジアル荷重５８８４００Ｎ、内輪回転数７００ｍｉｎ^−１、軸受内部への注水量７２０ｍＬ／ｈの条件にて回転させ、検出振動が初期値の２倍になった時点で回転を中止し、外輪軌道面のフレーキングを確認した。回転中止までの時間を計測し、寿命とした。結果を表１に示す。この軸受の定格疲れ寿命は５０５時間であるが、実施例１の軸受では、比較例１の軸受に比べて寿命が５．５倍程度まで延びており、定格疲れ寿命も超える長寿命であった。

１ ワークロール用４列円錐ころ軸受
１０ 外輪
１１ 内輪
１２ 円錐ころ
１３ 保持器
１６ シール
２０ ロール軸
Ｍｆ メタルフロー

Claims (1)

1. 内周面に単列の外輪軌道面が形成された外輪と、外周面に２列の内輪軌道面が形成された内輪とを、前記外輪が４列で前記内輪が２列になるように対向配置するとともに、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に複数の円錐ころを転動自在に保持してなる、鉄鋼圧延機のワークロール用４列円錐ころ軸受であって、
   前記外輪の軸方向断面において、前記外勤軌道面の前記円錐ころの小径側端面との交点から該外輪軌道面の最も表面側のメタルフローに引いた接線と、前記外輪軌道面の接線とがなす角度θが、０°以上６０°以下であることを特徴とする鉄鋼圧延機のワークロール用４列円錐ころ軸受。

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