JP2020090692A - 軸受ユニット及び連続焼鈍炉 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受に電食が生じるのを抑制することができる軸受ユニット及び連続焼鈍炉を提供すること。【解決手段】鋼帯を誘導加熱によって連続焼鈍するための焼鈍炉本体の内部にて、鋼帯を搬送するハースロールの端部を、焼鈍炉本体の外部にて回転自在に支持する軸受ユニットであって、軸受ユニットは、焼鈍炉本体に固定された軸受ハウジングと、軸受ハウジングに収容された自動調心軸受と、自動調心軸受の外輪の外周面に固設され、軸受ハウジングの内周面に摺動自在に接触したスリーブと、を有しており、スリーブが耐熱性を有する絶縁材料によって構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、軸受ユニット及び連続焼鈍炉に関する。

従来、鋼帯の連続焼鈍ラインに用いられる連続焼鈍炉としては、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にて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にて回転自在に支持する軸受ユニットと、を備えたものが知られている。

特開２０１２−１３６７３２号公報

近年、連続焼鈍炉においては、鋼帯の品質改善効果が得られることや、設備の省スペース化が図れることなどから、鋼帯を加熱するための誘導加熱装置が採用されることが多くなっている。しかしながら、誘導加熱装置によって鋼帯を誘導加熱することに伴い、鋼帯とハースロールとの間において誘導起電流が発生する。そして、ハースロールを介して電流が軸受ユニット内に流れてしまうと、軸受ユニットが有する自動調心軸受などの軸受に電食が生じてしまう。このように軸受に電食が生じると、ハースロールの回転時に軸受にて異音や振動が発生するようになり、この状況が進展すると最終的には軸受として機能しなくなる。

なお、軸受ユニットを焼鈍炉本体に取り付けるボルト及びナットの表面などに、テフロン（登録商標）等の絶縁性を有する樹脂を用いることによって、ハースロール側と焼鈍炉本体側との間を電気的に絶縁し、ハースロールを介して軸受ユニット内に電流が流れるのを防ぐことが考えられる。ところが、前記樹脂は耐熱温度が２００［℃］程度であるため、高温環境下にさらされる連続焼鈍炉のハースロールを支持する軸受ユニットに使用することはできない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、軸受に電食が生じるのを抑制することができる軸受ユニット及び連続焼鈍炉を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る軸受ユニットは、鋼帯を誘導加熱によって連続焼鈍するための焼鈍炉本体の内部にて、該鋼帯を搬送するハースロールの端部を、該焼鈍炉本体の外部にて回転自在に支持する軸受ユニットであって、前記軸受ユニットは、前記焼鈍炉本体に固定された軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングに収容された自動調心軸受と、前記自動調心軸受の外輪の外周面に固設され、前記軸受ハウジングの内周面に摺動自在に接触したスリーブと、を有しており、前記スリーブが耐熱性を有する絶縁材料によって構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明に係る軸受ユニットは、鋼帯を誘導加熱によって連続焼鈍するための焼鈍炉本体の内部にて、該鋼帯を搬送するハースロールの端部を、該焼鈍炉本体の外部にて回転自在に支持する軸受ユニットであって、前記軸受ユニットは、前記焼鈍炉本体に固定された軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングに収容された自動調心軸受と、前記自動調心軸受の外輪の外周面に固設され、前記軸受ハウジングの内周面に摺動自在に接触した第１スリーブと、前記ハースロールの端部外周面と接触し、前記自動調心軸受の内輪の内周面に固設された第２スリーブと、前記ハースロールの軸方向の端面に設けられ、該軸方向にて前記自動調心軸受と前記第２スリーブと接触し、該自動調心軸受と該第２スリーブとの該軸方向への移動を規制する規制部材と、を有し、前記第１スリーブは金属材料によって構成されており、前記第２スリーブ及び前記規制部材は耐熱性を有する絶縁材料によって構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明に係る連続焼鈍炉は、鋼帯を連続焼鈍するための焼鈍炉本体と、前記焼鈍炉本体の内部で前記鋼帯を搬送する複数のハースロールと、前記ハースロールの両端部を前記焼鈍炉本体の外部で回転自在に支持する複数の軸受ユニットと、前記鋼帯を加熱する誘導加熱装置と、を備えた連続焼鈍炉において、前記軸受ユニットとして、上記の発明の軸受ユニットを用いたことを特徴とするものである。

本発明に係る軸受ユニット及び連続焼鈍炉は、鋼帯の誘導加熱に起因する誘導起電流が生じても軸受を電気的に絶縁することができ、軸受に電食が生じるのを抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る連続焼鈍炉の要部を示す図である。 図２は、比較例に係る連続焼鈍炉の要部を示す図である。 図３は、実施形態２に係る連続焼鈍炉の要部を示す図である。 図４は、本発明例に係る連続焼鈍炉と比較例に係る連続焼鈍炉との電食に起因したハースロールを支持する軸受の交換回数を示したグラフである。

［実施形態１］
以下に、本発明に係る連続焼鈍炉ハースロール用軸受及び連続焼鈍炉の実施形態１について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態１に係る連続焼鈍炉の要部を示す図である。実施形態１に係る連続焼鈍炉は、鋼帯を連続焼鈍するための焼鈍炉本体１１と、この焼鈍炉本体１１の内部で鋼帯を搬送する複数のハースロール１２と、これらハースロール１２の両端部を焼鈍炉本体１１の外部で回転自在に支持する複数の軸受ユニット２２（図１では１つの軸受ユニット２２を示している。）とを備えた構成となっている。

軸受ユニット２２はハースロール１２の一端部に形成された小径軸部１２１を焼鈍炉本体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持するものであって、軸受ハウジング２３、自動調心ころ軸受２４、トルク伝達キー２５、エンドプレート２８、摺動スリーブ３０、外輪固定用リング３１及びシール部材３３を有している。

軸受ハウジング２３は自動調心軸受としての自動調心ころ軸受２４を収納するものであって、焼鈍炉本体１１に固定されている。また、軸受ハウジング２３は焼鈍炉本体１１から水平に突出する円筒部２３１と、この円筒部２３１の先端部に形成されたフランジ部２３２と、このフランジ部２３２に装着された端板部２３３とを有し、端板部２３３をフランジ部２３２から取り外すことによって軸受ハウジング２３の内部が開放されるようになっている。

自動調心ころ軸受２４は、ハースロール１２の小径軸部１２１を回転自在に支持するものであって、この自動調心ころ軸受２４の内輪２４１は小径軸部１２１の周面部と隙間を持って嵌合している。また、自動調心ころ軸受２４は内輪２４１の外周側に外輪２４２を有し、この外輪２４２の外径は軸受ハウジング２３の内径より小さい外径となっている。

トルク伝達キー２５はハースロール１２の回転トルクを自動調心ころ軸受２４の内輪２４１に伝えるものであって、小径軸部１２１の周面部と自動調心ころ軸受２４の内輪２４１の内周面には、トルク伝達キー２５と隙間なく嵌合するキー溝２６がハースロール１２の軸方向に沿って形成されている。

エンドプレート２８は、エンドプレート固定用ビス２９によってハースロール１２の端面に固定されており、ハースロール１２の軸方向にて、自動調心ころ軸受２４とトルク伝達キー２５とに接触し、自動調心ころ軸受２４とトルク伝達キー２５との前記軸方向への移動を規制する規制部材である。そして、エンドプレート２８は、トルク伝達キー２５がハースロール１２の軸方向に移動してキー溝２６から抜け出るのを防止している。

摺動スリーブ３０は、セラミックスなどの耐熱性を有する絶縁材料によって構成されており、軸受ハウジング２３の内周面と摺動自在に嵌合する外周面３０１を有している（図２参照）。また、摺動スリーブ３０は、内周面３０２を有し、この内周面３０２は自動調心ころ軸受２４の外輪２４２の外周面に固定されている。摺動スリーブ３０は、連続焼鈍炉の炉内熱が軸受ハウジング２３の内周面と、自動調心ころ軸受２４の外輪２４２の外周面と、の間に生じる隙間から焼鈍炉本体１１の外部に放出されるのを防止するとともに、ハースロール１２の一端部を自動調心ころ軸受２４と共にハースロール１２の軸方向に移動可能にしている。

外輪固定用リング３１は、摺動スリーブ３０の内周面３０２に全周にわたって形成された段部３０３との間で、自動調心ころ軸受２４の外輪２４２を摺動スリーブ３０の内周面３０２に固定するためのものであって、外輪２４２の外径より小さい内径で環状に形成されている。また、この外輪固定用リング３１は摺動スリーブ３０の内周面３０２に全周にわたって形成されたリング取り付け溝３２に着脱可能に装着されている。

したがって、本実施形態では、トルク伝達キー２５は専ら、自動調心ころ軸受２４の内輪２４１とハースロール１２とを固定するために設けるとともに、軸受ハウジング２３の内周面と摺動スリーブ３０の外周面３０１とを摺動自在に嵌合させたため、キーの変形による軸受損傷を防止しつつ、熱伸縮によるハースロール一端部の軸方向への移動を可能にすることができる。

シール部材３３は、ハースロール１２の軸方向において、自動調心ころ軸受２４からハースロール１２の中央部側に向かって突出する、摺動スリーブ３０の端部３０４に設けられており、小径軸部１２１の周面部に全周にわたって接触している。そして、シール部材３３は、自動調心ころ軸受２４の内輪２４１の内周面と、小径軸部１２１の外周面との間に生じる隙間から、連続焼鈍炉の炉内熱が焼鈍炉本体１１の外部に放出されるのを防止している。

軸受ユニット２２では、軸受ハウジング２３と自動調心ころ軸受２４との間に絶縁性を有する摺動スリーブ３０を設けているため、摺動スリーブ３０がハースロール１２側と焼鈍炉本体１１側とを電気的に絶縁する。そのため、誘導加熱コイルにより鋼帯を誘導加熱することに伴って、鋼帯とハースロール１２との間において誘導起電流が発生しても、ハースロール１２を介して電流が軸受ユニット２２内を流れることはなく、自動調心ころ軸受２４の転がり接触面にスパークが発生することによる軸受損傷のトラブル、すなわち自動調心ころ軸受２４に電食が発生するのを防止することができる。

図２は、比較例に係る連続焼鈍炉の要部を示す図である。図２中の符号１１は焼鈍炉本体、符号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１２１は、焼鈍炉本体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持されている。

軸受ユニット１３は、円筒状の軸受ハウジング１４を有している。この軸受ハウジング１４は、焼鈍炉本体１１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１２１を回転自在に支持する玉軸受１５を有している。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２４１の内周面に止めネジ１６によって固定されたスライドキー１７を有している。このスライドキー１７は、ハースロール１２の軸方向に沿って小径軸部１２１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。

この軸受ユニット１３では、軸受ユニット１３を構成する部品が、全て軸受鋼や鋳物などの非絶縁体の材料から構成されている。そのため、前記誘導起電流が発生すると、ハースロール１２を介して電流が軸受ユニット１３内を流れてしまい、玉軸受１５に電食が発生してしまう。

なお、玉軸受１５、軸受ハウジング１４、及び、焼鈍炉本体１１などは高温にさらされるため、耐熱温度が２００［℃］程度の耐熱性の低い、テフロン（登録商標）などの絶縁性を有する樹脂によって被覆して絶縁することは困難である。また、軸受ハウジング１４をセラミックスによって構成することにより、電食防止が可能ではある。ところが、軸受ハウジング１４と玉軸受１５とが接触する部分は、ロール曲り等を吸収する摺動（回転）面であり、構造が複雑なことや、低摩擦性が要求されるため加工が難しいうえ、セラミックスが脆いことから操業中やロール交換時等に破損するおそれもあり、現実的ではない。

［実施形態２］
以下に、本発明に係る連続焼鈍炉ハースロール用軸受及び連続焼鈍炉の実施形態２について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。また、実施形態２において、実施形態１と共通する部分の説明は適宜省略する。

図３は、実施形態２に係る連続焼鈍炉の要部を示す図である。実施形態２に係る連続焼鈍炉では、図３に示すように、ハースロール１２の端部に小径軸部１２１よりも小径の最小径軸部１２２を設けている。そして、この最小径軸部１２２に、最小径軸部１２２の外径と略同径の内径を有する、セラミックスなどの耐熱性を有する絶縁材料によって構成された円筒状の固定スリーブ２７が嵌合されている。

ハースロール１２の軸方向において、固定スリーブ２７の両端面は、小径軸部１２１の端面とエンドプレート２８とにそれぞれ接触しており、固定スリーブ２７が前記軸方向に移動するのが規制されている。なお、エンドプレート２８は、セラミックスなどの絶縁性を有する材料によって構成されており、固定スリーブ２７だけではなく、自動調心ころ軸受２４の内輪２４１とも前記軸方向にて接触して、自動調心ころ軸受２４の前記軸方向への移動を規制している。また、最小径軸部１２２の外周面には、自動調心ころ軸受２４の内輪２４１が嵌合している。

実施形態２の軸受ユニット２２では、軸受ハウジング２３と自動調心ころ軸受２４との間に設けられたスリーブ８を、鋼材などの金属材料によって構成している。そして、実施形態２の軸受ユニット２２では、ハースロール１２の軸方向にてハースロール１２と自動調心ころ軸受２４とに接触するエンドプレート２８と、前記軸方向と直交する方向にてハースロール１２と自動調心ころ軸受２４とに接触する固定スリーブ２７とを、セラミックスなどの耐熱性を有する絶縁材料によって構成している。そのため、固定スリーブ２７とエンドプレート２８とが、ハースロール１２側と焼鈍炉本体１１側とを電気的に絶縁する。よって、誘導加熱コイルにより鋼帯を誘導加熱することに伴って、鋼帯とハースロール１２との間において二次的に誘導起電流が発生しても、ハースロール１２を介して電流が軸受ユニット２２内を流れることはなく、自動調心ころ軸受２４に電食が発生するのを防止することができる。

また、軸受ハウジング２３の内周面と摺動自在に嵌合する摺動スリーブ３０よりも構造が簡素な固定スリーブ２７と、エンドプレート２８とを、セラミックスなどの絶縁性を有する材料によって構成することにより、加工が容易であり、低コスト化を図ることができる。

図４は、本発明例に係る連続焼鈍炉と比較例に係る連続焼鈍炉との電食に起因したハースロール１２を支持する軸受の交換回数を示したグラフである。なお、ハースロール１２を支持する軸受を有する軸受ユニットが、本発明例は図１に示した軸受ユニット２２であり、比較例は図２に示した軸受ユニット１３である以外の連続焼鈍炉の構成や温度などの焼鈍条件や期間は、本発明例と比較例とにおいて同じである。

図４から、比較例ではハースロール１２を支持する軸受（軸受ユニット１３の玉軸受１５）の交換があったのに対して、本発明例ではハースロール１２を支持する軸受（軸受ユニット２２の自動調心ころ軸受２４）の交換がなかったことがわかる。これにより、ハースロール１２を支持する軸受を有する軸受ユニットの構成を、本発明例の軸受ユニット２２の構造とすることによって、電食に起因した軸受交換をなくすことができ、長期間の操業でも軸受の破損等のトラブルがなく、鋼帯の連続焼鈍を行うことができる。

１１ 焼鈍炉本体
１２ ハースロール
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 スライドキー
１８ キー溝
２２ 軸受ユニット
２３ 軸受ハウジング
２４ 自動調心ころ軸受
２５ トルク伝達キー
２６ キー溝
２７ 固定スリーブ
２８ エンドプレート
２９ エンドプレート固定用ビス
３０ 摺動スリーブ
３１ 外輪固定用リング
３２ リング取り付け溝
３３ シール部材
１２１ 小径軸部
１２２ 最小径軸部
２３１ 円筒部
２３２ フランジ部
２３３ 端板部
２４１ 内輪
２４２ 外輪
３０１ 外周面
３０２ 内周面
３０３ 段部
３０４ 端部

Claims (3)

1. 鋼帯を誘導加熱によって連続焼鈍するための焼鈍炉本体の内部にて、該鋼帯を搬送するハースロールの端部を、該焼鈍炉本体の外部にて回転自在に支持する軸受ユニットであって、
   前記軸受ユニットは、
   前記焼鈍炉本体に固定された軸受ハウジングと、
   前記軸受ハウジングに収容された自動調心軸受と、
   前記自動調心軸受の外輪の外周面に固設され、前記軸受ハウジングの内周面に摺動自在に接触したスリーブと、
   を有しており、
   前記スリーブが耐熱性を有する絶縁材料によって構成されていることを特徴とする軸受ユニット。
2. 鋼帯を誘導加熱によって連続焼鈍するための焼鈍炉本体の内部にて、該鋼帯を搬送するハースロールの端部を、該焼鈍炉本体の外部にて回転自在に支持する軸受ユニットであって、
   前記軸受ユニットは、
   前記焼鈍炉本体に固定された軸受ハウジングと、
   前記軸受ハウジングに収容された自動調心軸受と、
   前記自動調心軸受の外輪の外周面に固設され、前記軸受ハウジングの内周面に摺動自在に接触した第１スリーブと、
   前記ハースロールの端部外周面と接触し、前記自動調心軸受の内輪の内周面に固設された第２スリーブと、
   前記ハースロールの軸方向の端面に設けられ、該軸方向にて前記自動調心軸受と前記第２スリーブと接触し、該自動調心軸受と該第２スリーブとの該軸方向への移動を規制する規制部材と、
   を有し、
   前記第１スリーブは金属材料によって構成されており、
   前記第２スリーブ及び前記規制部材は耐熱性を有する絶縁材料によって構成されていることを特徴とする軸受ユニット。
3. 鋼帯を連続焼鈍するための焼鈍炉本体と、
   前記焼鈍炉本体の内部で前記鋼帯を搬送する複数のハースロールと、
   前記ハースロールの両端部を前記焼鈍炉本体の外部で回転自在に支持する複数の軸受ユニットと、
   前記鋼帯を加熱する誘導加熱装置と、
   を備えた連続焼鈍炉において、
   前記軸受ユニットとして、請求項１または２に記載の軸受ユニットを用いたことを特徴とする連続焼鈍炉。

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