JP2019155400A - バックアップロール用軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】トルク調整をすることができるバックアップロール用軸受ユニットを提供する。【解決手段】軸１とロール２と間の環状空間Ｓの軸方向両側に玉軸受３が介在され、玉軸受３の軸方向外側に環状空間Ｓを閉じる密封構造４が配置される。密封構造４は、ロール２の内周部に嵌め合わされるカバー１１と、軸１の軸端部１ｂに嵌め合わされるカラー１２と、カラー１２のボス部１２ａの外周部に嵌め合わされるシール１３とを備える。カラー１２のボス部１２ａに形成された大径フランジ部１２ｂおよび小径フランジ部１２ｃに、めねじ１２ｄが形成され、めねじ１２ｄにねじ結合しているボルト６がカバー１１に突き当たる状態となっている。【選択図】図１

Description

この発明は、金属圧延機のロールを支持するためのバックアップロールを回転可能に支持するバックアップロール用軸受ユニットに関する。

金属材料に圧延加工を施すための金属圧延機の最終工程では、金属板や金属帯の形状不良となる波うちや反りを矯正するために、テンションレベラ装置が用いられている。

テンションレベラ装置としては、例えば、図３に示すように、ワークロール３１、中間ロール３２およびバックアップロール３３を複数段積み重ねたロールユニット３０を上下に配置し、上下のロールユニット３０のワークロール３１間に金属板や金属帯等の板状の金属材料（以下、金属板２０と称する）を通過させ、金属板２０に引張力および搬送方向へ移動する力を付与しながら圧延するものである。

また、図３に示すテンションレベラ装置は、金属板２０を支える複数のデフレクタロール３４が配置され、金属板２０に引張力を付与するブライドルロール３５を備えた駆動部３６が前記引張方向に沿って二箇所に配置される。

ロールユニット３０において、図４（ａ）に示すように、ワークロール３１および中間ロール３２は、金属板２０の幅方向に対して連続する１本のロールで構成されている。図４（ｂ）に示すように、バックアップロール３３は、そのバックアップロール３３の撓みによる軸方向への荷重の不均一を防止するため、それぞれ、金属板２０の幅方向に対して複数本に分割されて、それらの軸心が一直線上に位置するように配置されている。

このロールユニット３０が、金属板２０を挟んで上下にそれぞれ配置されて、その金属板２０に対して板厚方向に圧縮力を付与している。ワークロール３１および中間ロール３２は、金属板２０の移動に伴って回転し、バックアップロール３３が、そのラジアル方向への荷重（ラジアル荷重）を分担する。

このバックアップロール３３は、金属板２０の材料の種類や使用条件によってラジアル荷重の大きさや要求されるトルクにより仕様が異なる。ラジアル荷重が大きい場合には、軸に対して軸方向に沿う二箇所にニードル軸受が嵌め合わされ、その軸方向両側（外側）にそれぞれ玉軸受が嵌め合わされることで、ロールが軸に対して回転可能に支持される、いわゆるニードルタイプが採用される。

一方、ラジアル荷重が小さく、低トルクが要求される場合には、軸に対して軸方向に沿う二箇所に玉軸受のみが嵌め合わされることで、ロールが軸に対して回転可能に支持される、いわゆるボールタイプが採用される。

また、バックアップロール３３は、圧延した金属板２０の冷却および金属板に付着したごみなどの除去のために、洗浄液が間断なくかけられるＷＥＴタイプと、洗浄液がかけられないＤＲＹタイプとでその仕様が異なる。

ＷＥＴタイプでのバックアップロールでは、軸受内部への洗浄液の侵入を防止するための密封構造が必要となる。量や種類により洗浄液が密封構造を通り抜け、軸受内部の潤滑剤が洗浄液により流されて、軸受の早期破損を招くためである。

そこで、バックアップロールの軸受内部への洗浄液の侵入を防止する技術として、ロールと軸との間にラジアル荷重負荷用軸受とスラスト荷重負荷用軸受を配置し、その両軸受よりも軸方向外側に前記ロールと前記軸との間の軸受空間を閉じる密封構造を配置したバックアッロール用軸受ユニットが提案されている（特許文献１参照）。

この密封構造は、ロールの両端部の内周部に嵌め合わされたシール部材と、軸の両端部の外周部に嵌め合わされたカバー部材とを備える。シール部材は、径方向内向きに形成されたシールリップを有し、そのシールリップの先端がカバー部材の外周面にラジアル接触するようになっている。

特許文献１に記載されたバックアッロール用軸受ユニットは、大きいラジアル荷重を受ける上述のニードルタイプであり、その密封構造は、低トルク性と密封性の両立が求められるＷＥＴタイプのボールタイプに適用することが難しい。

このため、図５に示すように、ＷＥＴタイプのバックアップロールに適用されるボールタイプのバックアップロール用軸受ユニット４０は、従来、軸４１とロール４２の間の軸方向両側の二箇所に介在される玉軸受４３および、玉軸受４３の軸方向外側にそれぞれ設けられる密封構造４４を有するものが知られている。

密封構造４４は、ロール４２の内周端部に嵌め合わされるカバー４５と、軸４１の外周端部に嵌め合わされるカラー４６と、カラー４６の外周部に嵌め合わされ、カバー４５に対して軸方向に締め代を有するシール４７とを有している。

バックアップロール用軸受ユニット４０は、シール４７のカバー４５に対する軸方向の締め代がトルクに影響を与えるものである。このため、シール４７のカバー４５に対する軸方向の締め代を一定となるように、カバー４５、カラー４６およびシール４７を一体として、専用治具５０（図５中の一点鎖線参照）を用いて、軸４１とロール４２との間に組み込まれる。

また、図６に示すように、バックアップロール用軸受ユニット４０において、トルクを上昇させずに密封性を向上させる目的で、密封構造４４のカラー４６をロール４２の内周部との間でラビリンスすき間を有するラビリンス構造としたものもある。

特開２０１３−１４６７４９号公報

しかしながら、図６に示すバックアップロール用軸受ユニット４０は、密封構造４４のカラー４６を上記ラビリンス構造とすると、密封構造４４を、図５に示す専用治具５０により組み込むことができない。このため、カバー４５に対するシール４７の締め代を適切な締め代に調整することができず、トルクの調整ができないという問題があった。

そこで、この発明が解決すべき課題としては、トルクの調整をすることができるバックアップロール用軸受ユニットを提供することにある。

上記の課題を解決するために、この発明は、軸とロールと間に軸方向に沿って複数介在されるスラスト荷重負荷用軸受と、前記スラスト荷重負荷用軸受よりも軸方向外側に配置され、前記軸とロールとの間を閉じる密封構造とを備えるバックアップロール用軸受ユニットにおいて、前記密封構造は、前記ロールの内周部に嵌め合わされる環状のカバーと、前記軸の軸端部に嵌め合わされる筒状のカラーと、前記カラーの外周部に嵌め合わされ、前記カバーに対して軸方向に締め代を有する環状のシールとを備え、前記カラーが、前記軸の外周部に嵌り合うボス部と、前記ボス部の軸方向外側に位置するフランジ部を有し、前記フランジ部は、軸方向に貫通するめねじを有し、前記ロールの内周面との間でラビリンスすき間を形成する状態となっており、前記めねじが前記シールよりも径方向外側に位置し、そのめねじにねじ結合しているボルトを備え、前記シールが、前記カラーのボス部の外周部に嵌り合う環状のシール本体と、そのシール本体の軸方向内側に位置し、前記カバーに接する弾性体からなるリップを有する構成を採用することができる。

この構成のカラーのフランジ部のめねじにボルトをねじ結合し、そのボルトのねじ部の先端をカバーに突き当てた状態でボルトを締め付ける。ボルトをさらに締め付けることにより、カラーはカバーに対して軸方向に離れる方向（軸方向外向き）に移動する。このカラーの移動により、シールはカバーに対するリップの軸方向での締め代を小さくすることができる。

前記シールのリップは、前記シール本体の軸方向内側から径方向外向きに延び出す状態に形成されている構成を採用することができる。

この構成によると、カラーがカバーに対して軸方向に離れる方向（軸方向外向き）に移動するときに、リップの軸方向内側縁部が軸方向内向きに撓み易くなる。

また、前記スラスト荷重負荷用軸受は、その軸受内に入れられる潤滑剤を固体潤滑剤とした構成を採用することができる。洗浄液が間断なくかけられる上述のＷＥＴタイプのバックアップロールに適用される場合、洗浄液による潤滑剤の流出を防止することができる。

この発明は、カラーのめねじにボルトを締め付けることで、カラーがカバーに対して軸方向外向き方向に移動し、カバーに対するシールのリップの軸方向での締め代を小さくすることができ、カラーの軸への取り付け後にトルクを調整することができる。

この発明に係る実施形態のバックアップロール用軸受ユニットを示す縦断面図 同上のバックアップロール用軸受ユニットの要部を示す拡大断面図 金属板等の圧延作業の最終工程の設備を示す概略図 （ａ）テンションレベラ装置の作用を示す要部概略図、（ｂ）テンションレベラ装置を示す平面図 従来のバックアップロールを示す縦断面図 従来の他の形態のバックアップロールを示す縦断面図

以下、この発明の実施形態に係るバックアップロール用軸受ユニットを図１に基づいて説明する。この実施形態に係るバックアップロール用軸受ユニットは、図１に示すように、軸１とロール２との間に、スラスト荷重負荷用軸受としての玉軸受３が軸方向に沿う両側部にそれぞれ介在されたものである。

また、バックアップロール用軸受ユニットは、軸１とロール２と間に軸方向に沿って軸方向両側部に介在されるスラスト荷重負荷用軸受としての玉軸受３と、玉軸受３よりも軸方向外側に配置され、軸１とロール２との間に形成される環状空間Ｓを閉じる密封構造４を備えている。

なお、「軸方向」とは、軸１の軸心に沿った方向を意味し、「径方向」とは、軸１の軸心を中心とした径方向を意味する。また、「周方向」とは、軸１の軸心周りを意味する。

軸１は、段付きの軸体であって、軸方向中間部分に形成される軸本体部１ａと、軸方向両端部分に形成される軸端部１ｂと、軸本体部１ａと軸端部１ｂとの間に形成される小径部１ｃとを有する。

軸本体部１ａは、その全長がロール２の全長よりも短く、ロール２内に径方向すき間をもって挿通されている。軸本体部１ａの軸方向の両外側に段差を介して小径部１ｃが軸本体部１ａと同軸上に形成されている。小径部１ｃは、玉軸受３の軸受幅と同じ軸方向の幅寸法を有し、軸本体部１ａよりも小さい外径寸法を有している。

小径部１ｃに対して軸方向外側に段差を介して軸端部１ｂが軸本体部１ａと同軸上に形成されている。軸端部１ｂは、外周面に円周溝が形成され、その円周溝に止め輪５が嵌め合わされたものである。軸端部１ｂは、小径部１ｃよりも小さい外径寸法を有する。

ロール２は、円筒状をなし、内周部の軸方向両側部分に内径寸法が大径となる嵌合部２ａを有する。嵌合部２ａは、玉軸受３の軸受幅よりも大きい軸方向の幅寸法を有する。嵌合部２ａは、ロール２の軸方向両端側の内周面２ｂが、軸方向外側に向かうに従って、内径寸法が大きくなるテーパ状の円すい面となっている。

玉軸受３は、内輪３ａと外輪３ｂとの間に複数の玉が介在され、内輪３ａおよび外輪３ｂの間の環状の軸受空間内に一対の円環状のシール部材（図示省略）が設けられている。玉軸受３は、ロール２の嵌合部２ａの内周部に外輪３ｂが圧入固定され、軸１の小径部１ｃの外周部に内輪３ａが嵌め合わされている。

玉軸受３は、内輪３ａおよび外輪３ｂとの間の軸受空間内に潤滑剤として固体潤滑剤が封入された状態となっている。固体潤滑剤としては公知のものが使用でき、例えば二硫化モリブデン、黒鉛、ＰＴＦＥ等がある。

なお、玉軸受３としては、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受や四点接触型玉軸受などを適用することができ、スラスト荷重負荷用軸受、すなわち、スラスト方向の荷重を受け得る軸受を適用可能である。

内輪３ａは、軸方向内側の端面が、軸１の軸本体部１ａと小径部１ｃとの間に形成された段差に突き合わされた状態となっている。外輪３ｂは、その軸方向内側の端面が、ロール２の内周部と嵌合部２ａの間に形成された段差に突き合わされた状態となっている。

玉軸受３よりも軸方向外側にそれぞれ配置される密封構造４は、ロール２の嵌合部２ａの内周部に嵌め合わされる環状のカバー１１と、軸１の軸端部１ｂの外周部に嵌め合わされる環状のカラー１２と、カラー１２の外周部に嵌め合わされる環状のシール１３とを備える。

カバー１１は、径方向の断面が矩形をなす円環体からなり、外周面に形成される周溝と、軸方向他方の端面に形成された摺接面部１１ａとを有する。カバー１１は、ロール２の嵌合部２ａの内周部に圧入固定され、周溝に嵌め合わされたＯリング１４により、ロール２の嵌合部２ａの内周面との間で密封性が確保されている。

また、カバー１１は、軸方向内側の端面が玉軸受３の外輪３ｂと内輪３ａの外周部分に突き当たる状態となっている。カバー１１の突き当てにより、ロール２の嵌合部２ａにおいて玉軸受３が軸方向に位置決めされる。

摺接面部１１ａは、カバー１１の軸方向外側の端面の外周部寄りの位置から、カバー１１の内周部に至る範囲に軸方向内向きに凹むように形成されており、後述するシール１３のリップ１３ｂが軸方向に締め代をもって摺接するようになっている。

カラー１２は、軸１の軸端部１ｂの外周部に嵌り合う円筒状のボス部１２ａと、ボス部１２ａの軸方向外側に位置する大径フランジ部１２ｂおよび小径フランジ部１２ｃとを有する。カラー１２は、ボス部１２ａが軸１の小径部１ｃに対して軸方向にすき間をもった状態で、止め輪５により軸方向外側への移動が規制されている。

また、カラー１２は、ボス部１２ａが軸１の軸端部１ｂに対して締まり嵌めされている。カラー１２は、後述するボルト６がカバー１１の摺接面部１１ａに突き当たる状態で、めねじ１２ｄにねじ込まれるときに、ボス部１２ａと軸端部１ｂとの間の摩擦抵抗に抗して、軸方向外向きに移動するようになっている。

ボス部１２ａは、軸方向内側の端部がカバー１１の径方向内側に位置し、その外周部にシール１３が嵌め合わされている。

大径フランジ部１２ｂは、径方向外向きに形成されており、ボス部１２ａの軸方向外側の端部にボス部１２ａと一体に形成されている。大径フランジ部１２ｂの軸方向外側部分が、ロール２の軸方向外側の端面よりも軸方向外側に位置している。大径フランジ部１２ｂの外周面は、軸方向外側に向かうに従って、径方向外向きに傾斜する傾斜面に形成されている。

小径フランジ部１２ｃは、径方向外向きに形成されており、大径フランジ部１２ｂよりも軸方向内側に位置し、ボス部１２ａと一体に形成されている。小径フランジ部１２ｃの外周面は、軸方向外側に向かうに従って、径方向外向きに傾斜する傾斜面に形成されている。

大径フランジ部１２ｂおよび小径フランジ部１２ｃは、軸方向に貫通するめねじ１２ｄ、１２ｄが同軸状に形成され、ロール２の嵌合部２ａの内周面２ｂとの間でラビリンスすき間を形成している。

同軸状に形成された一群のめねじ１２ｄは、同じ内径寸法、同ピッチであって、周方向に等間隔で複数箇所に配置される。前記一群のめねじ１２ｄ、１２ｄはシール１３よりも径方向外側に位置している。なお、必要に応じて、同軸状に形成された一群のめねじ１２ｄ、１２ｄは、周方向の一箇所のみに形成してもよい。

同軸状に形成された一群のめねじ１２ｄ、１２ｄのそれぞれにボルト６がねじ結合されている。それぞれのボルト６は、そのねじ部の先端がカバー１１の摺接面部１１ａに突き当て可能な状態となっている。ボルト６は、そのねじ部の先端がカバー１１の摺接面部１１ａに突き当たる状態において、その頭部がロール２の軸方向外側の端面よりも軸方向外側に突き出す長さを有する。

シール１３は、環状をなす弾性体から形成され、カラー１２のボス部１２ａの外周部に嵌り合うシール本体１３ａと、シール本体１３ａの軸方向内側に位置するリップ１３ｂとを有する。シール本体１３ａは、カラー１２の小径フランジ部１２ｃに軸方向外側部分が突き当たる状態で、ボス部１２ａの外周部に締まり嵌めされている。

リップ１３ｂは、シール本体１３ａの軸方向内側部分の内周部から軸方向内側に向かって径方向外向きに延び出す状態に形成されている。リップ１３ｂは、軸方向内側縁がカバー１１の摺接面部１１ａに対して、軸方向に締め代をもつ状態で摺接するようになっている。

この発明の実施形態に係るバックアップロール用軸受ユニットは、上記のように構成され、軸１とロール２との間に、スラスト荷重負荷用軸受としての玉軸受３が軸方向に沿う両側部にそれぞれ介在されたものである。このため、例えば、図３、４に示すテンションレベラ装置のバックアップロール３３のうち、ラジアル荷重が小さく、低トルクが要求されるものに適用される。

また、この実施形態に係るバックアップロール用軸受ユニットは、密封構造４により、軸１とロール２の間が閉じられているため、洗浄液が間断なくかけられる上述のＷＥＴタイプのバックアップロールに適用可能である。

次に、この実施形態に係るバックアップロール用軸受ユニットの作用を図２に基づいて説明する。密封構造４のカラー１２は、大径フランジ部１２ｂおよび小径フランジ部１２ｃの同軸状に形成される一群のめねじ１２ｄにボルト６がねじ結合された状態となっている。

この状態のカラー１２は、ボス部１２ａが軸１の軸端部１ｂに締まり嵌めにより嵌め合わされている。このとき、カラー１２のボス部１２ａに嵌め合わされたシール１３のリップ１３ｂがカバー１１の摺接面部１１ａに軸方向に締め代をもって接触している。

ここで、ボルト６を上記一群のめねじ１２ｄにねじ込むと、そのねじ部の先端がカバー１１の摺接面部１１ａに突き当たる状態となる。さらにボルト６をねじ込むと、カラー１２は、ボス部１２ａと軸端部１ｂとの間の摩擦抵抗に抗して、カラー１２が軸方向外向きに移動する。

カラー１２の軸方向外向きへの移動により、シール１３のリップ１３ｂはカバー１１の摺接面部１１ａに対して軸方向に締め代が小さくなる。締め代が小さくなることで、軸１とロール２との間のトルクを小さくすることができる。このように、カラー１２が軸１の軸端部１ｂに嵌め合わされた後に、軸１とロール２との間のトルクを微調整することができる。

また、シール１３のリップ１３ｂが、シール本体１３ａの軸方向内側部分の内周部から軸方向内側に向かって径方向外向きに延び出す状態に形成されている。このため、カラー１２がカバー１１に対して軸方向に離れる方向（軸方向外向き）に移動するときに、リップ１３ｂの軸方向内側縁部が軸方向内向きに撓み易くなり、シール性が確保される。

この実施形態では、カラー１２の大径フランジ部１２ｂおよび小径フランジ部１２ｃは、ロール２の嵌合部２ａの内周面２ｂとの間でラビリンスすき間を形成している。このため、軸１とロール２との間の環状空間Ｓ内への洗浄液の侵入を抑制することができる。

玉軸受３は、内輪３ａおよび外輪３ｂとの間の軸受空間内に潤滑剤として固体潤滑剤が封入された状態となっている。このため、洗浄液が間断なくかけられる上述のＷＥＴタイプのバックアップロールに適用される場合、洗浄液による潤滑剤の流出を防止することができる。

なお、カラー１２は、ボス部１２ａの軸方向外側に単一のフランジ部を有するものであってもよい。この実施形態では、カラー１２はボス部１２ａの軸方向外側に大径フランジ部１２ｂおよび小径フランジ部１２ｃを有している。このため、ロール２の嵌合部２ａの内周面２ｂとの間でラビリンスすき間が二箇所に形成され、より効果的に環状空間Ｓ内への洗浄液の侵入を防止することができる。

１、４１ 軸
１ａ 軸本体部
１ｂ 軸端部
１ｃ 小径部
２、４２ ロール
２ａ 嵌合部
２ｂ 内周面
３、４３ 玉軸受
３ａ 内輪
３ｂ 外輪
４、４４ 密封構造
５ 止め輪
６ ボルト
１１、４５ カバー
１１ａ 摺接面部
１２、４６ カラー
１２ａ ボス部
１２ｂ 大径フランジ部
１２ｃ 小径フランジ部
１２ｄ めねじ
１３、４７ シール
１３ａ シール本体
１３ｂ リップ
１４ Ｏリング
２０ 金属板
３０ ロールユニット
３１ ワークロール
３２ 中間ロール
３３ バックアップロール
３４ デフレクタロール
３５ ブライドルロール
３６ 駆動部
４０ バックアップロール用軸受ユニット
５０ 専用治具
Ｓ 環状空間

Claims (3)

1. 軸（１）とロール（２）と間に軸方向に沿って複数介在されるスラスト荷重負荷用軸受（３）と、前記スラスト荷重負荷用軸受（３）よりも軸方向外側に配置され、前記軸（１）とロール（２）との間を閉じる密封構造（４）とを備えるバックアップロール用軸受ユニットにおいて、
   前記密封構造（４）は、前記ロール（２）の内周部に嵌め合わされる環状のカバー（１１）と、前記軸（１）の軸端部（１ｂ）に嵌め合わされる筒状のカラー（１２）と、前記カラー（１２）の外周部に嵌め合わされ、前記カバー（１１）に対して軸方向に締め代を有する環状のシール（１３）とを備え、
   前記カラー（１２）が、前記軸（１）の外周部に嵌り合うボス部（１２ａ）と、前記ボス部（１２ａ）の軸方向外側に位置するフランジ部（１２ｂ、１２ｃ）を有し、
   前記フランジ部（１２ｂ、１２ｃ）は、軸方向に貫通するめねじ（１２ｄ）を有し、前記ロール（２）の内周面との間でラビリンスすき間を形成する状態となっており、前記めねじ（１２ｄ）が前記シール（１３）よりも径方向外側に位置し、そのめねじ（１２ｄ）にねじ結合しているボルト（６）を備え、
   前記シール（１３）が、前記カラー（１２）のボス部（１２ａ）の外周部に嵌り合う環状のシール本体（１３ａ）と、そのシール本体（１３ａ）の軸方向内側に位置し、前記カバー（１１）に接する弾性体からなるリップ（１３ｂ）を有するバックアップロール用軸受ユニット。
2. 前記シール（１３）のリップ（１３ｂ）は、前記シール本体（１３ａ）の軸方向内側から径方向外向きに延び出す状態に形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたバックアップロール用軸受ユニット。
3. 前記スラスト荷重負荷用軸受（３）は、その軸受内に入れられる潤滑剤を固体潤滑剤としたことを特徴とする請求項１または２に記載されたバックアップロール用軸受ユニット。

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