JP2022116678A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】厳しい使用環境下でも潤滑性能を確保することができる転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受１０は、第１軌道面２１を有する内輪２０と、第２軌道面３１を有する外輪３０と、第１軌道面２１と第２軌道面３１との間に配置され、第１軌道面２１及び第２軌道面３１上を転動する転動面４１を有する複数のころ４０と、を備え、回転数が２０ｍｉｎ^－１以下で且つ基本静定格荷重の１５％以上の荷重を受けた状態で使用されるように構成されている。第１軌道面２１、第２軌道面３１及び転動面４１の少なくとも１つには、複数の凹部６０が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、転がり軸受に関する。

転がり軸受として、内輪と、外輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に配置された複数のころと、を備えるものが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された転がり軸受は、製鉄用の連続鋳造設備のガイドロールを回転自在に支持するために用いられる。

特開２０１１－１３７５２１号公報

上述したような転がり軸受は、極めて低い回転数で且つ重荷重を受けた状態で使用される。そのため、内輪及び外輪の軌道面ところの転動面との間に潤滑剤の膜が形成され難く、金属接触が生じ易い。また、ガイドロールは冷却水、水蒸気及び酸化スケール（鋼片の表面から剥がれた酸化鉄粉）にさらされ、且つガイドロールの周辺は高温の過酷な環境となる。そのため、冷却水や酸化スケール等が軸受の内部に侵入することで軌道面の潤滑不良が加速され、摩耗や剥離等の軸受の早期損傷が引き起こされるおそれがある。

本発明は、厳しい使用環境下でも潤滑性能を確保することができる転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明の転がり軸受は、第１軌道面を有する内輪と、第２軌道面を有する外輪と、第１軌道面と第２軌道面との間に配置され、第１軌道面及び第２軌道面上を転動する転動面を有する複数のころと、を備え、回転数が２０ｍｉｎ^－１以下で且つ基本静定格荷重の１５％以上の荷重を受けた状態で使用されるように構成されており、第１軌道面、第２軌道面及び転動面の少なくとも１つには、複数の凹部が形成されている。

この転がり軸受では、第１軌道面、第２軌道面及び転動面の少なくとも１つに複数の凹部が形成されている。これにより、回転数が２０ｍｉｎ^－１以下で且つ基本静定格荷重の１５％以上の荷重を受けた状態で使用される場合でも、複数の凹部が潤滑剤の溜まりとして機能するため、潤滑剤の膜を形成し易くすることができる。その結果、金属接触を抑制することができると共に、摩耗や剥離等の早期損傷を抑制することができる。このように、この転がり軸受によれば、厳しい使用環境下でも潤滑性能を確保することができる。

複数の凹部は、第２軌道面のみに形成されていてもよい。この場合、潤滑性能を効果的に確保することができる。また、第２軌道面のみに複数の凹部が形成されているため、製造コストの増加を抑制することができる。

複数の凹部は、第２軌道面及び転動面のみに形成されていてもよい。この場合、潤滑性能を効果的に確保することができる。また、第２軌道面及び転動面のみに複数の凹部が形成されているため、製造コストの増加を抑制することができる。

複数の凹部は、第１軌道面、第２軌道面及び転動面に形成されていてもよい。この場合、潤滑性能を効果的に確保することができる。

複数の凹部は、転動面のみに形成されていてもよい。この場合、潤滑性能を効果的に確保することができる。また、転動面のみに複数の凹部が形成されているため、製造コストの増加を抑制することができる。

本発明によれば、厳しい使用環境下でも潤滑性能を確保することができる転がり軸受を提供することが可能となる。

連続鋳造設備を示す斜視図である。 ガイドロールの周辺構造を示す断面図である。 転がり軸受を示す断面図である。 （ａ）は、複数の凹部を示す図であり、（ｂ）は、複数の凹部を示す断面図である。 第１変形例の転がり軸受を示す断面図である。 第２変形例の転がり軸受を示す断面図である。 第３変形例の転がり軸受を示す断面図である。 第４変形例の転がり軸受を示す断面図である。 第５変形例の転がり軸受を示す断面図である。 第６変形例の転がり軸受を説明するための模式図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

図１に示される連続鋳造設備１は、ビレット、ブルーム、スラブ等の鋼片５を連続的に製造するための設備である。連続鋳造設備１は、溶鋼が供給されるモールド２と、モールド２から排出された鋼片５を搬送する複数のガイドロール３と、を備えている。

連続鋳造設備１では、鋼片５は、左右一対の第１セグメントＳ１及び第２セグメントＳ２の各々において搬送経路に沿って搬送される。複数のガイドロール３は、第１セグメントＳ１及び第２セグメントＳ２の各々において鋼片５の搬送経路に沿って並んでおり、鋼片５を挟むように上下２列に配置されている。各ガイドロール３は、中心軸周りに回転して鋼片５を搬送する。下列のガイドロール３は、鋼片５の重量を受けつつ回転する。

図２に示されるように、各ガイドロール３の端部３ａ，３ａは、転がり軸受１０により回転可能に支持されている。転がり軸受１０は、軸箱７内に配置されている。この例では、転がり軸受１０は、自動調心ころ軸受である。図３に示されるように、転がり軸受１０は、内輪２０と、外輪３０と、複数のころ４０と、保持器５０と、を備えている。以下、転がり軸受１０の回転軸ＡＸに平行な方向を軸方向とし、回転軸ＡＸ周りの方向を周方向とし、回転軸ＡＸに垂直な方向を径方向として説明する。

内輪２０は、第１軌道面２１及び内面２２を有している。内面２２は、径方向における内側を向く円筒面である。内面２２は、ガイドロール３の端部３ａと嵌め合わされる。外輪３０は、第２軌道面３１及び外面３２を有している。外面３２は、径方向における外側を向く円筒面である。外面３２は、軸箱７の内面７ａと嵌め合わされる。この例では、外輪３０が軸箱７に固定されており、内輪２０がガイドロール３と共に回転する。外輪３０には、第２軌道面３１と外面３２との間を貫通する貫通孔３３が形成されており、貫通孔３３から転がり軸受１０内に潤滑剤（潤滑油）が供給される。

複数のころ４０は、第１軌道面２１と第２軌道面３１との間に配置されており、周方向に沿って並んでいる。この例では、複数のころ４０は、軸方向に関して複数列（この例では２列）に配置されている。複数のころ４０は、周方向に隣り合うころ４０間の間隔が一定となるように、保持器５０によって保持されている。各ころ４０は、第１軌道面２１及び第２軌道面３１上を転動する転動面４１を外周面として有している。

各ころ４０はたる形に形成されており、転動面４１は湾曲面となっている。より具体的には、転がり軸受１０では、第２軌道面３１は、第２軌道面３１の曲率中心が転がり軸受１０の中心Ｃ（図２）に一致するように、凹状の球面状に形成されている。転動面４１は、第２軌道面３１に沿う形状を有している。すなわち、転動面４１は、第２軌道面３１に沿う円弧をころ４０の中心軸周りに回転させて得られる形状を有している。第１軌道面２１は、転動面４１に沿う形状を有している。

第２軌道面３１の曲率中心が転がり軸受１０の中心Ｃに一致していることにより、ガイドロール３や軸箱７にたわみ変形が生じた場合でも、内輪２０と外輪３０とが相対的に傾くことで調心され、たわみが許容される。例えば、図２に矢印ＡＲで示されるように鋼片５の重量によりガイドロール３に重荷重が作用することで、二点鎖線Ｌで示されるように、ガイドロール３が鉛直下向きに凸となるようにたわみ変形する場合がある。このような場合でも、転がり軸受１０では、たわみを許容しつつ重荷重を支持することができる。

保持器５０は、円環部５１と、複数の第１柱部５２と、複数の第２柱部５３と、を有している。円環部５１は、周方向に沿って延在するように円環状に形成されており、ころ４０の列の間に配置されている。複数の第１柱部５２は、円環部５１から軸方向における一方側に突出しており、周方向に沿って並んでいる。複数の第２柱部５３は、円環部５１から軸方向における他方側に突出しており、周方向に沿って並んでいる。第１柱部５２及び第２柱部５３は、周方向において互い違いに配置されている。ころ４０は、周方向に隣り合う第１柱部５２の間、及び周方向に隣り合う第２柱部５３の間に配置されている。

転がり軸受１０は、回転数が２０ｍｉｎ^－１以下で且つ基本静定格荷重（Ｃｏｒ）の１５％以上の荷重を受けた状態で使用されるように構成されている。すなわち、連続鋳造設備１においてガイドロール３を支持するために用いられる場合、転がり軸受１０（内輪２０）は２０ｍｉｎ^－１以下の極めて低い回転数で回転する。

また、連続鋳造設備１においてガイドロール３を支持するために用いられる場合、転がり軸受１０には、基本静定格荷重の１５％以上７０％以下の重荷重が作用する。基本静定格荷重とは、軸受が最大応力を受けている接触部において転動体の永久変形量と軌道輪の永久変形量との和が転動体直径の０．０００１倍になるような静止荷重である。

転がり軸受１０では、外輪３０の第２軌道面３１に、複数の凹部６０が形成されている。図３では、凹部６０が形成されている領域が矢印Ｒ１で示されている。この例では、凹部６０は、第２軌道面３１の全面に形成されている。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、この例では、多数の凹部６０が、ランダムな位置に形成されている。凹部６０は、微小な凹みによって構成されている。凹部６０は、第２軌道面３１に垂直な方向から見た場合に、例えば楕円形状を呈している。凹部６０の深さは、凹部６０が潤滑剤の溜まりとして機能することができる程度の深さに設定されている。

凹部６０は、例えば第２軌道面３１にショットピーニング加工を施すことにより形成され得る。ショットピーニング加工とは、鉄又は非鉄金属の小さな球体を高速で金属表面に衝突させる処理である。或いは、凹部６０は、凹凸パターンを第２軌道面３１上に転写することにより形成されてもよい。この場合、複数の凹部６０は、一定の間隔を空けて並ぶように配置されてもよい。

以上説明したように、転がり軸受１０では、第２軌道面３１に複数の凹部６０が形成されている。これにより、回転数が２０ｍｉｎ^－１以下で且つ基本静定格荷重の１５％以上の荷重を受けた状態で使用される場合でも、複数の凹部６０が潤滑剤の溜まりとして機能するため、潤滑剤の膜を形成し易くすることができる。その結果、金属接触を抑制することができると共に、摩耗や剥離等の早期損傷を抑制することができる。このように、転がり軸受１０によれば、厳しい使用環境下でも潤滑性能を確保することができる。

また、転がり軸受１０では、複数の凹部６０が第２軌道面３１のみに形成されている。外輪３０は固定されて同一の位置で負荷を受けるため、回転する内輪２０と比べて厳しい潤滑条件下にあるが、第２軌道面３１に複数の凹部６０が形成されていることで、潤滑性能を効果的に確保することができる。また、第２軌道面３１のみに複数の凹部６０が形成されているため、製造コストの増加を抑制することができる。この点は、凹部６０をショットピーニング加工により形成する場合に特に顕著となる。また、複数の凹部６０を形成するための加工時間を短縮することができ、二酸化炭素の排出量を低減することができる。
［変形例］

図５に示される第１変形例では、複数の凹部６０が、第２軌道面３１の全面（少なくともころ４０が転動する領域の全面）及び転動面４１の全面に形成されている。図５では、転動面４１において凹部６０が形成されている領域が破線Ｂで示されている。第１変形例によっても、上記実施形態と同様に、厳しい使用環境下でも潤滑性能を確保することができる。また、潤滑性能を効果的に確保することができる。また、第２軌道面３１及び転動面４１のみに複数の凹部６０が形成されているため、製造コストの増加を抑制することができる。

図６に示される第２変形例では、複数の凹部６０が、第１軌道面２１の全面（少なくともころ４０が転動する領域の全面）、第２軌道面３１の全面及び転動面４１の全面に形成されている。図６では、第１軌道面２１において凹部６０が形成されている領域が矢印Ｒ２で示されている。第２変形例によっても、上記実施形態と同様に、厳しい使用環境下でも潤滑性能を確保することができる。また、潤滑性能を効果的に確保することができる。

図７に示される第３変形例では、複数の凹部６０が、第１軌道面２１及び第２軌道面３１には形成されておらず、転動面４１の全面に形成されている。第３変形例によっても、上記実施形態と同様に、厳しい使用環境下でも潤滑性能を確保することができる。また、潤滑性能を効果的に確保することができる。また、転動面４１のみに複数の凹部６０が形成されているため、製造コストの増加を抑制することができる。

このように、複数の凹部６０は、第１軌道面２１、第２軌道面３１及び転動面４１の少なくとも１つに形成されていればよい。この場合、上記実施形態と同様に、厳しい使用環境下でも潤滑性能を確保することができる。

図８に示される第４変形例の転がり軸受１０Ａは、調心輪付き総ころ軸受として構成されている。転がり軸受１０Ａは、調心輪５５を備えており、保持器５０を備えていない。転がり軸受１０Ａでは、第１軌道面２１及び第２軌道面３１は、円筒面となっている。ころ４０は円柱状に形成されており、転動面４１は円筒面となっている。外輪３０の外面３２は、外面３２の曲率中心が転がり軸受１０の中心Ｃに一致するように、凸状の球面状に形成されている。調心輪５５の内面５５ａは、外面３２に沿う形状を有している。外面３２は、内面５５ａと嵌め合わされる。調心輪５５の外面は、軸箱７の内面７ａと嵌め合わされる。このような転がり軸受１０Ａによっても、調心機能を実現することができる。第２軌道面３１の全面には、複数の凹部６０が形成されている。

第４変形例によっても、上記実施形態と同様に、厳しい使用環境下でも潤滑性能を確保することができる。なお、第４変形例において、上記第１変形例と同様に、複数の凹部６０が、第２軌道面３１及び転動面４１に形成されていてもよい。上記第２変形例と同様に、複数の凹部６０が、第１軌道面２１、第２軌道面３１及び転動面４１に形成されていてもよい。上記第３変形例と同様に、複数の凹部６０が、転動面４１のみに形成されていてもよい。

図９に示される第５変形例の転がり軸受１０Ｂは、調心機能付き総ころ軸受として構成されている。転がり軸受１０Ｂは、保持器５０及び調心輪５５を備えていない。転がり軸受１０Ｂでは、第１軌道面２１、第２軌道面３１及び転動面４１の湾曲の度合いが、調心機能が実現されるように設定されている。第２軌道面３１の全面には、複数の凹部６０が形成されている。

第５変形例によっても、上記実施形態と同様に、厳しい使用環境下でも潤滑性能を確保することができる。なお、第５変形例において、上記第１変形例と同様に、複数の凹部６０が、第２軌道面３１及び転動面４１に形成されていてもよい。上記第２変形例と同様に、複数の凹部６０が、第１軌道面２１、第２軌道面３１及び転動面４１に形成されていてもよい。上記第３変形例と同様に、複数の凹部６０が、転動面４１のみに形成されていてもよい。

図１０に示されるように、第６変形例の転がり軸受１０では、複数の凹部６０が第２軌道面３１の一部分のみに形成されている。具体的には、複数の凹部６０は、第２軌道面３１のうち鉛直方向における下側の領域（下半分）のみに形成されている。すなわち、複数の凹部６０は、第２軌道面３１において、回転軸ＡＸに対して軸方向に垂直な一方向Ｄにおける一方側に位置する第１領域Ｐ１の全体（半周面）に形成されており、一方向Ｄにおける他方側に位置する第２領域Ｐ２には形成されていない。転がり軸受１０は、第１領域Ｐ１が回転軸ＡＸに対して鉛直下側に位置する状態（一方向Ｄが鉛直方向と平行な状態）で使用される。この使用状態において、転がり軸受１０が受ける荷重は、第１領域Ｐ１に作用し、第２領域Ｐ２には作用しない。すなわち、複数の凹部６０は、第２軌道面３１において、外輪３０が固定されて内輪２０が回転する場合に荷重が作用する第１領域Ｐ１（受圧面）のみに形成されている。図１０では、転がり軸受１０が受ける荷重が矢印ＡＲ１で示されており、第２軌道面３１（第１領域Ｐ１）に作用する荷重が矢印ＡＲ２で示されている。第２軌道面３１に作用する荷重は、鉛直下側に向かうにつれて大きくなる。

第６変形例によっても、上記実施形態と同様に、厳しい使用環境下でも潤滑性能を確保することができる。また、複数の凹部６０が、第２軌道面３１の全面ではなく一部分のみに形成されている。これにより、製造コストの増加を抑制することができる。このように、複数の凹部６０は、第１軌道面２１、第２軌道面３１及び転動面４１の少なくとも１つの少なくとも一部に形成されていればよい。この場合、上記実施形態と同様に、厳しい使用環境下でも潤滑性能を確保することができる。

本発明は、上記実施形態及び変形例に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ…転がり軸受、２０…内輪、２１…第１軌道面、３０…外輪、３１…第２軌道面、４０…ころ、４１…転動面、６０…凹部。

Claims (5)

1. 第１軌道面を有する内輪と、
   第２軌道面を有する外輪と、
   前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に配置され、前記第１軌道面及び前記第２軌道面上を転動する転動面を有する複数のころと、を備え、
   回転数が２０ｍｉｎ^－１以下で且つ基本静定格荷重の１５％以上の荷重を受けた状態で使用されるように構成されており、
   前記第１軌道面、前記第２軌道面及び前記転動面の少なくとも１つには、複数の凹部が形成されている、転がり軸受。
2. 前記複数の凹部は、前記第２軌道面のみに形成されている、請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記複数の凹部は、前記第２軌道面及び前記転動面のみに形成されている、請求項１に記載の転がり軸受。
4. 前記複数の凹部は、前記第１軌道面、前記第２軌道面及び前記転動面に形成されている、請求項１に記載の転がり軸受。
5. 前記複数の凹部は、前記転動面のみに形成されている、請求項１に記載の転がり軸受。

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