JP2012172725A - 外輪回転形転がり軸受及び圧延機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受内部への異物の侵入を防止することができる外輪回転形転がり軸受及び圧延機を提供する。
【解決手段】外輪回転形転がり軸受１０において、シール装置２０の第１のシール部材２１に設けられた弾性シールリップ２３ｂが、第２のシール部材３０と摺接するとともに、第１のシール部材２１に設けられた弾性シールリップ２３ｃは、外輪１４の内周面と摺接する。
【選択図】図３

Description

本発明は、外輪が回転し内輪が軸と共に回転を行わない外輪回転形転がり軸受及び圧延機に関し、より詳細には、鉄鋼材製作のための圧延設備である多段式圧延機のバッキングロールに使用される外輪回転形転がり軸受及び圧延機に関する。

例えば、鉄鋼材による板材を製造する圧延機は、圧延時に鉄鋼材を圧迫挟持して圧延するワークロールと、該ワークロールの軸方向の撓みを防止して均一な厚みの板材を得るため、ワークロールの外周面を転動自在に支える一または複数段の中間ロールと、該中間ロールをその外側で支えてワークロールの撓みを防止するバッキングロールからなる多段式の圧延機が多く用いられる。

センジマ圧延機は、主に電磁鋼板やステンレス鋼板など、硬く延びにくい鋼材を圧延するため、圧延するワークロールに過大な圧延力がかかり、ワークロールに掛かる過大な圧延力をサポートするため、複数のバッキングロールを必要とする。

バッキングロールを構成する軸受の外輪外周面は、定期的にリグラインドされるため、該軸受は圧延機から取り外される。そして、該軸受を圧延機から取り外した際には、軸受の分解洗浄も同時に行われる。

外輪回転形転がり軸受には、外部からの異物進入を防止するためにシール装置が設置されている。シール装置としては、内輪の外周面にシールド板を圧入して設置し、回転する外輪の内周面にＶ形シールを嵌め合わせて止め輪で固定し、Ｖ形シールとシールド板を摺動させて、軸受外部からの圧延油や異物などの進入を防止している（特許文献１参照。）。

また、特許文献２に記載の外輪回転形転がり軸受では、外輪の内周面に一方のシール部材が止め輪によって固定されるとともに、内輪の外周面に他方のシール部材が圧入固定され、他方のシール部材を一方のシール部材に摺接する円すい状のシールリップを有するＶ形シールとし、シール構造を形成している。

特開２００５−１４０１４７号公報（第２図） 特開２００８−２２３９６５号公報（第３図）

ところで、特許文献１及び２に記載の外輪回転形転がり軸受では、Ｖ形シールがシールド板と摺接することによりシール性能を維持しているが、摺接部が軸受内部にあるので、異物はシール内部までは侵入しないけれども、シールの外部である軸受内部に堆積し、Ｖ形シールの開き性能に悪影響を与えるという課題がある。また、軸受を分割洗浄する場合に、Ｖ形シールやシールド板、さらには止め輪に異物が堆積し、軸受洗浄に時間を要するという課題も存在していた。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受内部への異物の侵入を防止することができる外輪回転形転がり軸受及び圧延機を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明は下記の構成によって達成される。
（１） 外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置された複数の転動体と、
前記内輪に取り付けられる第１のシール部材、及び前記外輪に取り付けられる第２のシール部材を有し、前記第１及び第２のシール部材の一方に設けられた弾性シール部材が、前記第１及び第２のシール部材の他方と摺接するシール装置と、
を備え、外輪回転で使用される外輪回転形転がり軸受であって、
前記第１のシール部材は、前記外輪の内周面と摺接することを特徴とする外輪回転形転がり軸受。
（２） 前記第１のシール部材は、その外周面に形成された弾性シールリップによって前記外輪の内周面と摺接することを特徴とする（１）に記載の外輪回転形転がり軸受。
（３） 前記弾性シールリップの外周面は、径方向外方に向かって軸方向外側に傾斜して延出するように形成されていることを特徴とする（２）に記載の外輪回転形転がり軸受。
（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の外輪回転形転がり軸受を有するバッキングロールを備えることを特徴とする圧延機。

本発明による外輪回転形転がり軸受及び圧延機によれば、シール装置の第１及び第２のシール部材の一方に設けられた弾性シール部材が、第１及び第２のシール部材の他方と摺接するとともに、第１のシール部材は、外輪の内周面と摺接するので、軸受内部への異物の侵入を防止することができ、弾性シール部材の開き性能を良好に維持することができる。また、軸受を分解洗浄する際に、各構成部品に異物の堆積が減少し、洗浄時間を短縮することができる。

本発明の第１実施形態の外輪回転形転がり軸受が適用される多段式圧延機の斜視図である。 圧延機のバッキングロールを示す断面図である。 （ａ）は、本発明の外輪回転形転がり軸受の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のシール装置を示す要部拡大図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る外輪回転形転がり軸受のシール装置の要部拡大断面図である。 （ａ）は、本発明の第２実施形態に係る外輪回転形転がり軸受の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のシール装置を示す要部拡大図である。

以下、本発明の外輪回転形転がり軸受に係る実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

(第１実施形態)
図１は、本発明の第１実施形態の外輪回転形転がり軸受が適用される多段式圧延機の斜視図であり、図２は、圧延機のバッキングロールを示す断面図である。

多段式圧延機は、ハウジング１内に複数種の圧延ロール群が設けられており、搬送される鉄鋼材Ｐを、圧延ロール群によって均一な厚みに圧延する。圧延ロール群は、鉄鋼材Ｐを圧延する一対のワークロール２と、一対のワークロール２を回転自在に支持する複数の第１中間ロール３と、これら第１中間ロール３を回転自在に支持する複数の第２中間ロール４とを備えており、各第２中間ロール４は、複数のバッキングロール軸５（図２参照。）に組み付けられた、バッキングロールを構成する複数の転がり軸受１０によって回転自在に支持されている。なお、各バッキングロール軸５は、常時静止した状態（非回転状態）に維持されている。

転がり軸受１０は、図２及び図３に示すように、バッキングロール軸５に嵌合固定され、外周面に内輪軌道面１２ａ，１２ａをそれぞれ有する一対の内輪部材１２，１２からなる内輪（静止輪）１１と、内輪１１に対向して回転可能に配置され、内周面に一対の外輪軌道面１４ａ，１４ａを有する単一の外輪（回転輪）１４と、外輪軌道面１４ａ，１４ａと内輪軌道面１２ａ，１２ａとの間に転動自在に複列で配置された複数の円筒ころ（転動体）１６と、各円筒ころ１６を１つずつ等間隔に保持する保持器１８，１８と、外部からの異物進入を防止するために軸方向両側に設けられた一対のシール装置２０，２０と、を備え、外輪回転で使用される複列円筒ころ軸受である。なお、本実施形態では、軸方向中央部で２分割された保持器１８，１８が使用されているが、円環部の軸方向両端面に柱部がそれぞれ突設されている一体型の保持器であってもよい。

このような多段式圧延機において、転がり軸受１０の外輪１４は、複数の第２中間ロール４に圧接しており、当該第２中間ロール４と共に回転可能に位置決めされている。この場合、各外輪１４からの圧力が第２中間ロール４から第１中間ロール３を介して一対のワークロール２に作用することで、当該ワークロール２の撓みが防止されている。これにより、搬送される鉄鋼材は、一対のワークロール２によって均一な厚みに圧延される。

また、軸受潤滑機構は、転がり軸受１０がバッキングロール軸５に対し、その軸方向へ所定間隔で複数個組み付けられた多段式圧延機において、これらの軸受内部へ圧縮エアとともに潤滑剤を供給して潤滑を行っている。この際、潤滑方式としては、潤滑剤に潤滑油を使用し、当該潤滑油を空気の圧力差(差圧)を利用してミスト化させ、圧縮エアと混合させるとともに当該圧縮エアによって搬送させることで、当該ミスト化された潤滑油(オイルミスト)を転がり軸受１０に対して供給するオイルミスト方式が採用されている。なお、バッキングロール軸５に対して組み付けられる転がり軸受１０の数は、多段式圧延機の大きさなどに応じて任意に設定すればよいため、ここでは特に限定しない。

この場合、潤滑剤(潤滑油)は、図示しない潤滑剤供給源（潤滑油供給源）から圧縮エアとともに送出され、当該潤滑油供給源から軸受内部まで連通する潤滑油供給路を圧縮エアによって搬送されることで、転がり軸受１０に対して供給されている。

潤滑油供給路は、バッキングロール軸５に設けられ、潤滑油供給源(図示せず)と連通する軸経路５ａ，５ｂと、転がり軸受１０の内輪部材１２に設けられ、軸受内部と軸経路５ａ，５ｂとを連通させる軸受経路１２ｂ，１２ｂから構成されている。

具体的に、図２に示すように、バッキングロール軸５には、その軸心に沿って内部を貫通する軸経路としての主孔５ａが形成されているとともに、当該主孔５ａから径方向に沿ってバッキングロール軸５を放射状に貫通し、転がり軸受１０へ向けて分岐する軸経路としての分岐孔５ｂが形成されている。さらに、図３に示すように、転がり軸受１０には、２つの内輪部材１２，１２相互間を内径側から外径側まで径方向に沿って放射状に貫通し、分岐孔５ｂと連通するとともに、軸受内部に開口する軸受経路としての軸受溝１２ｂ，１２ｂが形成されている。

これにより、潤滑油供給源を始点として、主孔５ａを通り、当該主孔５ａから分岐孔５ｂへ分岐し、軸受溝１２ｂ，１２ｂを経由して軸受内部へ至る潤滑油供給路が形成される。なお、オイルミスト方式で潤滑油を飛散させるために必要な空気圧は約５ｋＰａである。

転がり軸受１０の各シール装置２０は、Ｃ形止め輪（シール部材固定用部材）２４によって内輪部材１２の肩部１２ｃに取り付け固定される第１のシール部材２１と、Ｃ形止め輪３３によって外輪軌道面１４ａの軸方向外側で外輪１４に取り付けられる第２のシール部材３０と、を備える。

内輪部材１２の肩部１２ｃには、軸方向側面を径方向外側に延出させた段差部１２ｅと、この段差部１２ｅより軸方向内側にＣ形止め輪２４が装着される装着用環状溝１２ｆとが形成されている。従って、第１のシール部材２１を段差部１２ｅに位置決めした状態で、装着用環状溝１２ｆにＣ形止め輪２４を装着することで、第１のシール部材２１がＣ形止め輪２４と段差部１２ｅの軸方向壁面１２ｄとの間に挟持されて固定される。
なお、装着用環状溝１２ｆより軸方向内側の肩部１２ｃの外周面は、第１のシール部材２１を取り外すことができるように、第１のシール部材２１が接触する接触面の外径寸法以下に設定されている。

装着用環状溝１２ｆに装着された内輪側のＣ形止め輪２４は、該止め輪２４に空気圧が作用して第１のシール部材２１が傾かない程度の外径を有していればよく、本実施形態では、段差部１２ｅの外周面と略同一外径を有している。これは、第１のシール部材２１が傾いてしまうと、圧延水が軸受内部に浸入し、潤滑不良を引き起こす。この結果、転がり軸受１０に剥離やロック状態が発生し、圧延機を停止させてしまう可能性があるためである。

また、外輪１４の内周面には、外輪軌道面１４ａより軸方向外側を拡径することで形成された段差部１４ｂと、段差部１４ｂの内周面１４ｃよりさらに大径で、Ｃ形止め輪３３が装着される装着用環状溝１４ｄとが形成されている。従って、第２のシール部材３０を段差部１４ｂに位置決めした状態で、装着用環状溝１４ｄにＣ形止め輪３３を装着することで、第２のシール部材３０が外輪１４に固定される。

第１のシール部材２１は、環状の芯金２２にゴム等の弾性材料からなる弾性シール部材（弾性部材）２３を被覆して構成されるＶ形シール部材である。芯金２２は、環状の円板部２２ａと、円板部２２ａの径方向内端部から軸方向内側へ屈曲して、さらに径方向内方へ延びる位置決め端部２２ｂと、を備える。また、弾性シール部材２３は、芯金２２の軸方向内側面を覆うと共に、円板部２２ａの外周面及び位置決め端部２２ｂの内周面を覆うように形成される。この弾性シール部材２３の内周部分２３ａは、内輪部材１２の肩部１２ｃの外周面と接触し、第１のシール部材２１と内輪部材１２の肩部１２ｃとの接触面でのシール性を向上している。また、弾性シール部材２３の軸方向内側に向かって拡径する円すい台状の弾性シールリップ２３ｂは、第２のシール部材３０と摺接する。この弾性シールリップ２３ｂは、オイルミスト方式で使用される空気圧によって径方向外側に開くことで、外部へ潤滑油を放出する。さらに、弾性シール部材２３の芯金２２の外周面を覆う部分から径方向外側に延出させた弾性シールリップ２３ｃは、外輪１４の内周面と摺接する。この弾性シールリップ２３ｃの外周面は、径方向外側に向かって軸方向外側に傾斜して延出するように形成されており、軸受内部の圧力を外部へ放出しやすくなっている。なお、第１のシール部材２１の外径は、外輪１４の内周面との間に潤滑油を外部に放出させるすきまを形成するように設計される。

第２のシール部材３０は、第１のシール部材２１よりも軸方向内側に配置され、環状の芯金３１にゴム等の弾性材料からなる弾性シール部材３２を被覆して構成されるシールド板である。芯金３１は、弾性シール部材３２によってその軸方向内側面と外周面を覆われており、弾性シール部材３２の外周部分３２ａは、外輪１４の内周面と接触し、第２のシール部材３０と外輪１４の内周面との接触面でのシール性を向上している。芯金３１の軸方向外側面には、第１のシール材２１の弾性シールリップ２３ｂが摺接する。第２のシール部材３０の内径は、内輪部材１２の肩部１２ｃの外周面との間に潤滑油を外部に放出させるすきまを形成するように設計される。

このように構成された本実施形態の外輪回転形転がり軸受１０によれば、シール装置２０の第１のシール部材２１に設けられた弾性シールリップ２３ｂが、第２のシール部材３０と摺接するとともに、第１のシール部材２１に設けられた弾性シールリップ２３ｃは、外輪１の内周面と摺接するので、軸受内部への異物の侵入を防止することができ、異物が弾性シールリップ２３ｂに堆積するのを防止して、弾性シールリップ２３ｂの開き性能を良好に維持することができる。また、軸受１０を分解洗浄する際に、第１及び第２のシール部材２１，３０及びＣ形止め輪３３などに異物の堆積が減少し、洗浄時間を短縮することができる。

また、弾性シールリップ２３ｃの外周面は、径方向外方に向かって軸方向外側に傾斜して延出するように形成されているので、軸受内部の圧力を外部へ容易に放出することができる。

また、第１実施形態の変形例として、図４に示すように、第１のシール部材２１に形成される弾性シールリップ２３ｃは、軸方向外側面を切り欠いて、該リップ２３ｃの先端部が基部よりも軸方向外側に位置するように傾斜して形成する。これにより、該リップ２３ｃは、より変形しやすくなり、軸受内部の圧力を外部へより容易に放出することができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る外輪回転形転がり軸受１０ａを示している。なお、本実施形態は、シール装置２０ａの構成において、第１実施形態のものと異なる。

シール装置２０ａは、内輪部材１２の肩部１２ｃに圧入固定される第１のシール部材２１ａと、Ｃ形止め輪３３によって外輪軌道面１４ａの軸方向外側で外輪１４に取り付けられる第２のシール部材３０ａと、を備える。

第１のシール部材２１ａは、円筒部４２ａと、円筒部４２ａから径方向外側に屈曲した環状の円板部４２ｂとを備える芯金４２からなるシールド板であり、円筒部４２ａが内輪部材１２の肩部１２ｃに形成された段差部１２ｅ´に突き当たるまで圧入されることで、軸方向に位置決めされる。また、芯金４２の円板部４２ｂの外周面には、外周面が径方向外方に向かって軸方向外側に傾斜して延出するように形成される弾性シールリップ４３が取り付けられている。

また、第２のシール部材３０ａは、環状の芯金５１にゴム等の弾性材料からなる弾性シール部材（弾性部材）５２を被覆して構成されるＶ形シール部材である。弾性シール部材５２は、芯金５１の軸方向外側面を覆うと共に、芯金５１の外周面及び内周面を覆うように形成され、弾性シール部材５２の弾性シールリップ５２ａは、第１のシール部材２１ａの芯金４２と摺接する。また、弾性シールリップ５２ａは、オイルミスト方式で使用される空気圧で開き、外部へ潤滑油が放出される。

そして、第２のシール部材３０ａを段差部１４ｂに位置決めした状態で、装着用環状溝１４ｄにＣ形止め輪３３を装着することで、第２のシール部材３０ａが外輪１４に固定される。第２のシール部材３０ａにおいても、外輪１４の内周面と接触する接触面が弾性シール部材５２の外周部分５２ｂによって構成されるので、第２のシール部材３０ａと外輪１４の内周面との接触面でのシール性が向上している。

従って、本実施形態のシール装置２０ａを有する外輪回転形転がり軸受１０ａにおいても、シール装置２０ａの第２のシール部材３０ａに設けられた弾性シールリップ５２ａが、第１のシール部材２１ａと摺接するとともに、第１のシール部材２１ａに設けられた弾性シールリップ４３は、外輪１４の内周面と摺接するので、軸受内部への異物の侵入を防止することができ、異物が弾性シールリップ５２ａに堆積するのを防止して、弾性シールリップ５２ａの開き性能を良好に維持することができる。また、軸受１０を分解洗浄する際に、第１及び第２のシール部材２１ａ，３０ａなどに異物の堆積が減少し、洗浄時間を短縮することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

なお、本発明は、上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。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。また、上述した各実施形態は、実施可能な範囲において組み合わせて適用可能である。

本発明のシール部材固定用部材は、本実施形態の止め輪に限定されるものでなく、ボルト等の他の部材を使用して第１のシール部材を固定してもよい。
また、本発明の外輪回転形転がり軸受は、本実施形態では、複列の転がり軸受としたが、単列や軸方向に３列または４列の多列の転がり軸受であってもよい。また、本実施形態では、転動体を円筒ころとした円筒ころ軸受を用いて説明したが、転動体を円錐ころとした円錐ころ軸受や玉とした玉軸受等、任意の転がり軸受に適用できる。

また、本発明の転がり軸受は、本実施形態では、外輪が回転、内輪が静止状態で、外輪が直接ロールとして使用される多段圧延機のバッキングロール部に適用されているが、鉄鋼設備・多段圧延機に使用される各種の転がり軸受に適用できる。本発明は、他に一般産業（製紙工場、発電プラント（風力、火力）等や、車両（鉄道、建設機械、運搬機械）などに使用される全ての転がり軸受に対して適用可能である。

５ バッキングロール軸
１０ 外輪回転形転がり軸受
１１ 内輪
１２ 内輪部材
１２ａ 内輪軌道面
１２ｃ 肩部
１２ｅ，１２ｅ´ 段差部
１２ｆ 装着用環状溝
１４ 外輪
１４ａ 外輪軌道面
１６ 円筒ころ（転動体）
１８ 保持器
２０，２０ａ シール装置
２１ 第１のシール部材
２２，４２ 芯金
２３ 弾性シール部材（弾性部材）
２３ｂ 弾性シールリップ
２３ｃ 弾性シールリップ
２４，３３ Ｃ形止め輪
３０，３０ａ 第２のシール部材
４３ 弾性シールリップ
３１，５１ 芯金
３２，５２ 弾性シール部材（弾性部材）

Claims (4)

1. 外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
   内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
   前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置された複数の転動体と、
   前記内輪に取り付けられる第１のシール部材、及び前記外輪に取り付けられる第２のシール部材を有し、前記第１及び第２のシール部材の一方に設けられた弾性シール部材が、前記第１及び第２のシール部材の他方と摺接するシール装置と、
   を備え、外輪回転で使用される外輪回転形転がり軸受であって、
   前記第１のシール部材は、前記外輪の内周面と摺接することを特徴とする外輪回転形転がり軸受。
2. 前記第１のシール部材は、その外周面に形成された弾性シールリップによって前記外輪の内周面と摺接することを特徴とする請求項１に記載の外輪回転形転がり軸受。
3. 前記弾性シールリップの外周面は、径方向外方に向かって軸方向外側に傾斜して延出するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の外輪回転形転がり軸受。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の外輪回転形転がり軸受を有するバッキングロールを備えることを特徴とする圧延機。

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