JP2014020464A - 軸受装置および連続焼鈍炉 - Google Patents

Abstract

【課題】連続焼鈍炉のハースロール等のロールを長期間にわたり安定して支承することのできる軸受装置を提供する。
【解決手段】連続焼鈍炉１１の外壁面から突出するハースロール１２の一端部を回転自在に支承する自動調心ころ軸受３１と、自動調心ころ軸受を収納する軸受ハウジング３４と、ハースロールの軸方向に沿って自動調心ころ軸受の内輪内周面およびハースロールの一端部に形成されたキー溝と嵌合する内輪固定用キー３８と、自動調心ころ軸受と軸受ハウジングとの間に配置されたスリーブ４３と、ハースロールの一端部とスリーブの内周面との間をシールする円筒状のシール部材４７とを備えたハースロール軸受装置であって、軸受ハウジングの内周面と嵌合する外径でスリーブ４３が円筒状に形成されていると共に、シール部材４７の焼鈍炉側端面と係合する球面状のシール部材接触面をスリーブ４３が有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受装置、特に連続焼鈍炉のハースロールを支承するハースロール軸受装置と該軸受装置を備えた連続焼鈍炉に関する。

一般に、鋼帯の連続焼鈍ラインに用いられる連続焼鈍炉は、鋼帯を連続焼鈍するための焼鈍炉本体と、この焼鈍炉本体の内部で鋼帯を搬送する複数のハースロールと、これらハースロールの両端部を焼鈍炉本体の外部で回転自在に支承する複数の軸受ユニットとを備えた構成となっている。そして、このような連続焼鈍炉に用いられる軸受ユニットとして、図８及び図９に示すものが知られている（特許文献１参照）。
図８及び図９中符号１１は連続焼鈍炉、１２はハースロールを示し、このハースロール１２の一端部に形成された小径軸部１２ａは、連続焼鈍炉１１の外部に設けられた軸受ユニット１３によって回転自在に支承されている。

軸受ユニット１３は円筒状の軸受ハウジング１４を有し、この軸受ハウジング１４は連続焼鈍炉１１の外壁面１１ａに固定されている。また、軸受ユニット１３はハースロール１２の小径軸部１２ａを回転自在に支承する玉軸受１５を有し、この玉軸受１５は軸受ハウジング１４の中に収容されている。さらに、軸受ユニット１３は玉軸受１５の内輪内周面に止めネジ１６によって固定された内輪固定用キー１７を有し、この内輪固定用キー１７はハースロール１２の軸方向に沿って小径軸部１２ａの周面部に形成されたキー溝１８と摺動自在に嵌合している。

このような軸受ユニットによると、連続焼鈍炉の炉内熱によってハースロール１２が軸方向に伸長すると、内輪固定用キー１７がハースロール１２の軸方向伸び量に応じてハースロール１２の軸方向に変位する。従って、ハースロール１２の一端部に形成された小径軸部１２ａを連続焼鈍炉１１の外部で回転自在に且つハースロール１２の軸方向に移動可能に支承することができる。

実開昭５６−２０１３２号公報

しかしながら、上述した軸受ユニットでは、ロール回転時のトルクが内輪固定用キー１７により軸受内輪に伝達されるが、キー溝１８に対して内輪固定用キー１７が摺動可能に設けてあるため、内輪固定用キー１７とキー溝１８との間の隙間を大きくとらざるを得ず、ロール回転のトルク変動が発生した際には内輪固定用キー１７がキー溝１８に叩かれてしまう。このような状態で長期間使用すると、内輪固定用キー１７が変形してしまい、ひいては軸受損傷のトラブルを発生させるといった問題がある。
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、連続焼鈍炉のハースロール等のロールを長期間にわたり安定して支承することのできる軸受装置と該軸受装置を備えた連続焼鈍炉を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、ロールの一端部を支承する装置であって、前記ロールの一端部を回転自在に支承する自動調心軸受と、該自動調心軸受を収納する円筒状の軸受ハウジングと、前記ロールの軸方向に沿って前記自動調心軸受の内輪内周面と前記ロールの一端部に形成されたキー溝に嵌合する内輪固定用キーと、前記自動調心軸受と前記軸受ハウジングとの間に配置された円筒状のスリーブと、前記自動調心軸受の外輪端面を前記スリーブの内周面に形成された段部に押し付ける外輪押え部材と、を備え、前記軸受ハウジングの内周面と嵌合する外径で前記スリーブが円筒状に且つ前記軸受ハウジングと摺動可能に形成されていると共に、前記スリーブに、前記ロールの一端部と前記スリーブの内周面との間をシールする円筒状のシール部材が設けられ、前記シール部材のスリーブとの接触面と前記スリーブのシール部材接触面が球面状に形成されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、前記シール部材のスリーブとの接触面と前記スリーブのシール部材接触面が前記自動調心軸受の内輪中心を曲率中心として球面状に形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、前記シール部材が金属製のシール部材であることを特徴とする。
請求項４の発明は、前記段部と前記シール部材との間に配置されたばね部材により前記シール部材のスリーブとの接触面が前記スリーブのシール部材接触面に摺動可能に押し付けられていることを特徴とする。

請求項５の発明は、前記自動調心軸受の外輪外周面と嵌合する内径で前記スリーブが円筒状に形成されていることを特徴とする。
請求項６の発明に係る連続焼鈍炉は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸受装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、スリーブを介して自動調心ころ軸受が軸受ハウジングによりロールの軸方向に移動可能に支持されることになるので、内輪固定用キーをロールの軸方向に移動可能とするための隙間を内輪固定用キーとキー溝との間に形成する必要がない。これにより、自動調心軸受の交換を要する変形が内輪固定用キーやキー溝に発生することを防止でき、従って、連続焼鈍炉のハースロール等のロールを長期間にわたり安定して支承することができる。

また、自動調心軸受を軸受ハウジングから取り出して自動調心軸受の交換を行うときに軸受ハウジングを連続焼鈍炉の外壁面から取り外す必要がないので、自動調心軸受の交換作業を容易に行うことができる。さらに、連続焼鈍炉の炉内熱が軸受ハウジングの内周面と自動調心軸受の外輪外周面との間隙やロールの周面部と自動調心軸受の内輪内周面との間隙から焼鈍炉本体の外部に放出されることをスリーブとシール部材によって防止できるので、焼鈍炉本体の内部を高温状態に保った状態で鋼帯を連続焼鈍することができる。
また、ロールに振れ回りが生じるとシール部材のスリーブとの接触面が自動調心軸受の内輪中心を曲率中心としてスリーブのシール部材接触面を摺動するので、シール部材の内周面と接触するロール周面部にロールに振れ回りによる摩耗が発生することを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る軸受装置を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す図である。 図１に示すスリーブの軸方向断面図である。 図１に示すシール部材の軸方向断面図である。 図１に示す自動調心ころ軸受を軸受ハウジングから取り出して交換する場合の手順を示す図である。 図１に示す軸受装置の他の作用効果を説明するための図である。 本発明の軸受装置の一例を示す図である。 軸受装置の従来例を示す図である。 図８のＢ−Ｂ断面を示す図である。 本発明の軸受装置の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る軸受装置の軸方向断面図である。また、図２は図１のＡ−Ａ断面を示す図、図３は図１に示すスリーブの軸方向断面図、図４は図１に示すシール部材の軸方向断面図であり、図１に示すように、本発明の一実施形態に係る軸受装置３０は、自動調心ころ軸受３１、軸受ハウジング３４、内輪固定用キー３８、スリーブ４３、外輪押え部材４４、シール部材４７およびコイルバネ４９を備えている。

自動調心ころ軸受３１は連続焼鈍炉１１の外壁面１１ａから突出するハースロール１２の一端部を回転自在に支承するものであって、ハースロール１２の一端部に形成された小径軸部１２ａに外嵌する内輪３２を有している。また、自動調心ころ軸受３１は内輪３２の外径側に外輪３３を有し、この外輪３３の内周面と内輪３２の外周面は内輪内周面に対して所定の曲率半径で円弧状に湾曲している。

軸受ハウジング３４は自動調心ころ軸受３１を収納するものであって、円筒状に形成されている。そして、軸受ハウジング３４は軸方向の両端部にフランジ３５，３６を有し、これらのフランジ３５，３６のうち焼鈍炉側の端部に形成されたフランジ３５は図示しない複数本のボルトによって連続焼鈍炉１１の外壁面１１ａに固定されている。
また、軸受ハウジング３４は自動調心ころ軸受３１などを組み入れたり取り出したりするための開口部を一方の軸方向端部に有し、この開口部はフランジ３６に装着された端板３７によって閉塞されている。

内輪固定用キー３８は自動調心ころ軸受３１の内輪３２をハースロール１２の一端部に固定するためのものであって、ハースロール１２の軸方向に沿って自動調心ころ軸受３１の内輪内周面とハースロール１２の一端部に形成されたキー溝３９，４０（図１及び図２参照）と嵌合している。そして、内輪固定用キー３８はエンドプレート固定用ビス４１によりハースロール１２の端面に装着されたエンドプレート４２によってキー溝３９，４０から抜け出ることが抑制されている。

スリーブ４３は、軸受ハウジング３４の内周面と嵌合する外径で円筒状に形成されている。そして、スリーブ４３は自動調心ころ軸受３１と軸受ハウジング３４との間に配置され、このスリーブ４３の内周面４３ａ（図３参照）は自動調心ころ軸受３１の外輪外周面と嵌合している。
外輪押え部材４４はスリーブ４３の内周面４３ａに形成された段部４５（図３参照）に自動調心ころ軸受３１の外輪端面３３ａを押し付けるものであって、リング状に形成されていると共に、スリーブ４３の内周面４３ａに全周にわたって形成された環状溝４６（図３参照）と着脱可能に嵌合している。

スリーブ４３にはシール部材４７が設けられており、このシール部材４７はハースロール１２の一端部に形成された小径軸部１２ａとスリーブ４３の内周面４３ａとの間をシールするものであって、小径軸部１２ａの周面部と接触する内径で円筒状に形成されていると共に、金属材料で形成されている。そして、シール部材４７は焼鈍炉側（ロールの軸方向中央側）端面４７ａ（図４参照）を有し、この焼鈍炉側端面４７ａはスリーブ４３に形成されたシール部材接触面４８（図４参照）と接触している。

シール部材４７の焼鈍炉側端面４７ａとシール部材接触面４８は、自動調心ころ軸受３１の内輪中心Ｏ（図１参照）を曲率中心として球面状に形成されている。また、シール部材４７の焼鈍炉側端面４７ａはスリーブ４３の段部４５とシール部材４７との間に配置されたコイルバネ４９によってシール部材接触面４８に摺動可能に押し付けられている。
図５はハースロール軸受装置３０の自動調心ころ軸受３１を軸受ハウジング３４から取り出して交換する場合の手順を示す図であり、自動調心ころ軸受３１を軸受ハウジング３４から取り出して交換する場合は、図５（ａ）に示すように、まず、軸受ハウジング３４のフランジ３６から端板３７を取り外す。次に、ハースロール１２の端面からエンドプレート４２を取り外し、さらに自動調心ころ軸受３１の内輪内周面とハースロール１２の一端部に形成されたキー溝３９，４０から内輪固定用キー３８を引き抜いた後、図５（ｂ）に示すように、自動調心ころ軸受３１をスリーブ４３及びシール部材４７と共に軸受ハウジング３４から取り出し、取り出された自動調心ころ軸受３１を新しい自動調心ころ軸受と交換する。

図８および図９に示した軸受ユニットでは、玉軸受１５の中心を軸受ハウジング１４の中心に一致させるために、玉軸受１５の外輪外周面に凸球面１９が全周にわたって形成されているとともに、凸球面１９と摺動自在に接触する凹球面２０が軸受ハウジング１４の内周面に全周にわたって形成されている。このため、磨耗した玉軸受１５や内輪固定用キー１７を交換するときには、軸受ハウジング１４を連続焼鈍炉１１の外壁面１１ａから取り外す必要があり、軸受の交換作業に多くの時間や手間を要するという難点がある。
これに対し、上述した本発明の一実施形態では、図５に示すように、自動調心ころ軸受３１を交換するときに軸受ハウジング３４を連続焼鈍炉１１の外壁面１１ａから取り外す必要がないので、自動調心ころ軸受３１の軸受交換作業を容易に行なうことができる。

また、上述した本発明の一実施形態のように、軸受ハウジング３４の内周面と嵌合する外径で円筒状に形成されたスリーブ４３を自動調心ころ軸受３１と軸受ハウジング３４との間に配置すると、スリーブ４３を介して自動調心ころ軸受３１が軸受ハウジング３４によりハースロール１２の軸方向に移動可能に支持されることになるので、内輪固定用キー３８をハースロール１２の軸方向に移動可能とするための隙間を内輪固定用キー３８とキー溝３９，４０との間に形成する必要がない。これにより、自動調心ころ軸受３１の交換を要する変形が内輪固定用キー３８やキー溝３９，４０に発生することを防止することができ、従って、連続焼鈍炉１１のハースロール１２を長期間にわたり安定して支承することができる。

また、上述した本発明の一実施形態では、スリーブ４３が自動調心ころ軸受３１の外輪外周面と嵌合する内径で円筒状に形成されているため、連続焼鈍炉１１の炉内熱が自動調心ころ軸受３１の外輪外周面とスリーブ４３の内周面４３ａとの間から連続焼鈍炉１１の外部に放出されることを防止することができる。
さらに、ハースロール１２の一端部に形成された小径軸部１２ａとスリーブ４３の内周面４３ａとの間に設けられたシール部材４７が小径軸部１２ａの周面部と摺接する内径で円筒状に形成されているため、連続焼鈍炉１１の炉内熱がハースロール１２の小径軸部１２ａとスリーブ４３の内周面４３ａとの間から連続焼鈍炉１１の外部に放出されることをシール部材４７によって防止することができる。

また、外輪押え部材４４と嵌合する環状溝４６をスリーブ４３の内周面４３ａに全周にわたって形成したことで、外輪押え部材４４を環状溝４６から取り外すだけで自動調心ころ軸受３１を軸受ハウジング３４から取り出すことができ、これにより、図６に示すように、スリーブ４３とシール部材４７を軸受ハウジング３４の内部に残した状態で自動調心ころ軸受３１の交換作業を行なうこともできる。従って、自動調心ころ軸受３１の交換作業時に連続焼鈍炉１１の炉内熱が外部に放出されることを防止することができる。

さらに、上述した本発明の一実施形態では、シール部材４７の焼鈍炉側端面４７ａとスリーブ４３のシール部材接触面４８とを球面状に形成したことで、シール部材４７の内周面と接触するハースロール周面部にハースロール１２に振れ回りによる摩耗が発生することを抑制することができる。
すなわち、ハースロール１２の一方の端部と他方の端部との間に高さ方向のレベル差がある場合やハールロール１２に微妙な曲がりがある場合は、ハースロール１２に振れ回りが発生する。この場合、ハースロール１２の一端部とスリーブ４３の内周面４３ａとの間をシールするシール部材が図７に示すようなシール部材５１である場合は、シール部材５１と接触する部分のハースロール周面部がハースロール１２の振れ回りによって摩耗する。

これに対し、上述した本発明の一実施形態では、ハースロール１２に振れ回りが生じるとシール部材４７の焼鈍炉側端面４７ａが自動調心ころ軸受３１の内輪中心Ｏを曲率中心として球面状に形成されたシール部材接触面４８を摺動する。これにより、シール部材４７がハースロール１２の振れ回りに応じて傾動し、シール部材４７の内周面がハースロール１２の周面部（小径軸部１２ａの周面部）に片当たりすることを抑制できるので、シール部材４７の内周面と接触するハースロール周面部にハースロール１２に振れ回りによる摩耗が発生することを抑制することができる。

また、ハースロール１２の一端部とスリーブ４３の内周面４３ａとの間をシールするシール部材が図７に示すようなシール部材５１である場合は、ハースロール１２の振れ回りによるハースロール１２の摩耗を防止するために、シール部材５１をゴム等の弾性材で形成する必要がある。そのため、耐熱性が課題となるが、本発明の一実施形態では、シール部材４７をゴム等の弾性材で形成する必要がなく、金属製のものを用いることができ、これにより、炉内熱によるシール部材４７の劣化を抑制できるため、本発明の軸受装置により、ハースロール１２を長期にわたり安定して支承することができる。

上述した本発明の一実施形態では、連続焼鈍炉１１のハースロール１２を支承する軸受装置の例を示したが、これに限られるものではなく、加熱や冷却等により伸縮するその他のロールを支承する場合にも用いることができる。そして、連続焼鈍炉１１の外壁面１１ａから突出するハースロール１２の一端部を回転自在に支承する軸受として自動調心ころ軸受３１を用いたものを例示したが、これに限られるものではなく、例えば自動調心玉軸受を用いてもよい。

また、自動調心ころ軸受３１の外輪端面３３ａをスリーブ４３の内周面４３ａに形成された段部４５に押し当てる手段として、スリーブ４３の内周面４３ａに形成された環状溝４６と嵌合する外輪押え部材４４を用いたものを例示したが、これに限られるものではなく、例えば、図１０に示すように、外輪押え部材４４をスリーブ４３の炉外側の端部から自動調心ころ軸受３１の外輪３３へと延びる、フランジを有する円筒状となる構造とし、フランジを図示しないボルトによりスリーブ４３に固定することにより、自動調心ころ軸受３１の外輪端面３３ａをスリーブ４３の内周面４３ａに形成された段部４５に押し当ててもよい。また、ネジ等によって直接、外輪３３をスリーブ４３に固定することで自動調心ころ軸受３１の外輪端面３３ａをスリーブ４３の内周面４３ａに形成された段部４５に押し当ててもよい。

さらに、上述した本発明の一実施形態では、シール部材４７の焼鈍炉側端面４７ａが当接するシール部材接触面４８をスリーブ４３と一体に形成しているが、これに限られるものではなく、例えば、スリーブ４３の焼鈍炉側先端部に、シール部材接触面４８を有する部材を別個に設けてもよい。
なお、上述した本発明の一実施形態では、シール部材４７の焼鈍炉側端面４７ａとシール部材接触面４８の間や、シール部材４７の内周面と小径軸部１２ａとの間は、微小な隙間を介して平滑な面が接触する、いわゆる隙間シールとしているが、これに限られるものではなく、例えば、接触面の少なくともいずれかに潤滑剤を保持する油溝を設けた油溝シールや、接触面のいずれかに形成された溝とＯリングによるシールや、その他、ラビリンスシール等の構造としてもよい。

１１…連続焼鈍炉
１１ａ…連続焼鈍炉の外壁面
１２…ハースロール
１２ａ…ハースロールの一端部に形成された小径軸部
１３…軸受ユニット
１４…軸受ハウジング
１５…玉軸受
１６…止めネジ
１７…内輪固定用キー
１８…キー溝
１９…凸球面
２０…凹球面
３０…ハースロール軸受装置
３１…自動調心ころ軸受
３２…内輪
３３…外輪
３３ａ…外輪端面
３４…軸受ハウジング
３５，３６…フランジ
３７…端板
３８…内輪固定用キー
３９，４０…キー溝
４１…エンドプレート固定用ビス
４２…エンドプレート
４３…スリーブ
４３ａ…スリーブの内周面
４４…外輪押え部材
４５…段部
４６…環状溝
４７…シール部材
４７ａ…シール部材の焼鈍炉側端面
４８…シール部材接触面
４９…コイルバネ

Claims (6)

1. ロールの一端部を支承する装置であって、
   前記ロールの一端部を回転自在に支承する自動調心軸受と、該自動調心軸受を収納する円筒状の軸受ハウジングと、前記ロールの軸方向に沿って前記自動調心軸受の内輪内周面と前記ロールの一端部に形成されたキー溝に嵌合する内輪固定用キーと、前記自動調心軸受と前記軸受ハウジングとの間に配置された円筒状のスリーブと、前記自動調心軸受の外輪端面を前記スリーブの内周面に形成された段部に押し付ける外輪押え部材と、を備え、
   前記軸受ハウジングの内周面と嵌合する外径で前記スリーブが円筒状に且つ前記軸受ハウジングと摺動可能に形成されていると共に、前記スリーブに、前記ロールの一端部と前記スリーブの内周面との間をシールする円筒状のシール部材が設けられ、前記シール部材のスリーブとの接触面と前記スリーブのシール部材接触面が球面状に形成されていることを特徴とする軸受装置。
2. 前記シール部材のスリーブとの接触面と前記スリーブのシール部材接触面が前記自動調心軸受の内輪中心を曲率中心として球面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記シール部材が金属製のシール部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の軸受装置。
4. 前記段部と前記シール部材との間に配置されたばね部材により前記シール部材のスリーブとの接触面が前記スリーブのシール部材接触面に摺動可能に押し付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸受装置。
5. 前記自動調心軸受の外輪外周面と嵌合する内径で前記スリーブが円筒状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸受装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸受装置を備えていることを特徴とする連続焼鈍炉。

Images