JP3030100B2 - 圧延用ローラの軸受 - Google Patents

圧延用ローラの軸受

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JP3030100B2 JP3027107A JP2710791A JP3030100B2 JP 3030100 B2 JP3030100 B2 JP 3030100B2 JP 3027107 A JP3027107 A JP 3027107A JP 2710791 A JP2710791 A JP 2710791A JP 3030100 B2 JP3030100 B2 JP 3030100B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、圧延用ローラの軸
受、更に詳しくは、潤滑油中に水が存在する条件で使用
されても長寿命を示す転がり軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】潤滑油中に水が存在する条件で使用され
る軸受としては、図1に示すような鉄鋼、非鉄の圧延設
備において、溶鋼を所定の形状の圧延板1に圧延する圧
延用ローラ2の支持軸受を例示することができる。
【0003】図2は上記圧延用ローラ2を支持する軸受
の一例を示し、圧延用ローラ2のネック部分3に外嵌す
る内輪4と固定外輪5の間にころ転動体6を介在させた
二つ割自動調心ころ軸受が使用され、外輪5の外周に水
冷用のジャケット7が設けられている。
【0004】上記のような圧延設備において、圧延板1
の品質向上のため、エマルジョン圧延油を使用し、これ
を圧延用ローラ2に塗布することが行われている。
【0005】ところで、エマルジョン圧延油は水の含有
率が高く、これが圧延設備の各種ロール用軸受内に浸入
すると、軸受の接触部は油膜が形成され難くなって潤滑
特性が低下し、軸受の短寿命が問題になる。
【0006】また、鋼板の連鋳設備などのガイドロー
ラ、バックアップに使用される軸受では、稼働時の温度
と非稼働時の温度差により、軸受内部に水滴が付くこと
もある。
【0007】代表的な軸受の損傷形態は、(1)転走面
接触部の潤滑状態が悪いため、軸受転走面のピーリング
発生、(2)ピーリングを起点とした剥離発生、(3)
この剥離により軸受転動体の進み遅れが生じ、(4)軸
受の振動が大きくなり保持器と転動体が接触し、保持器
が破損するというものであり、軸受の使用が不可能にな
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来は、エマルジョン
の軸受内への浸入を防ぐために、軸受のシール構造の改
良や、軸受の潤滑系を作る方法が取られているが、軸受
構造の複雑化、潤滑設備のコスト高に問題がある。
【0009】そこでこの発明は、潤滑油中に水が存在す
る場合の軸受の転動体または軌道輪の表面に独立した微
小凹部形状のくぼみを無数にランダムに形成することに
よって、転がり接触部の油膜形成能力を高め、ピーリン
グ損傷が発生しない軸受を提供することを課題としてい
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決
するため、請求項1の発明は、潤滑油中に水が存在する
潤滑条件で圧延用ローラを支持する転がり軸受におい
て、転動体または軌道輪の表面に独立した微小凹部形状
のくぼみを無数にランダムに形成し、くぼみ以外は滑ら
かな平滑面に形成し、この表面の表面粗さを、軸方向と
円周方向のそれぞれについて求めてパラメータRMSで
表示したとき、軸方向面粗さRMS(L)と円周方向面
粗さRMS(C)が1.0以下となり、併せて表面粗さ
のパラメータSK値が軸方向及び円周方向の何れもマイ
ナスとなるようにし、前記微小くぼみの占める表面積比
率が10〜40%である構成を採用したものである。
【0011】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、微小くぼみの等価円直径が150μm であり、等価
円直径3μm φ以下を除いて整理したとき、平均面積は
35〜150μm 2 である構成を採用したものである。
【0012】
【作用】転動体または軌道輪の表面に独立した微小凹部
部形状のくぼみを無数にランダムに形成し、その表面粗
さを、軸方向と円周方向のそれぞれについて求めてパラ
メータRMSで表示したとき、軸方向面粗さRMS
(L)と円周方向面粗さRMS(C)との比RMS
(L)/RMS(C)が1.0以下となり、併せて表面
粗さのパラメータSk値が軸方向及び円周方向の何れも
マイナスとなるようにし、前期微小なくぼみの示す表面
積比率が10〜40%、微小なくぼみの平均面積は等価
円直径3μm φ以下を除いて整理したとき、35〜15
0μm 2 としたので、転動面の油膜形成率が向上し、潤
滑油中に水が存在する場合でも、転動面にピーリング損
傷が発生せず、長寿命を得ることができる。
【0013】
【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。
【0014】図2に例示した圧延用ローラ用のころ軸受
において、転動体6の表面が独立した無数の微小凹部形
状のくぼみによってランダムな方向の微小粗面6aに形
成され、くぼみ以外は滑らかな平滑面に形成され、この
微小粗面6aは、面粗さを転動体6の軸方向と円周方向
のそれぞれを求めてパラメータRMSで表示したとき、
軸方向面粗さRMS(L)と円周方向面粗さRMS
(C)の比RMS(L)/RMS(C)を1.0以下、
例えば、0.7〜1.0にすると共に、表面粗さのパラ
メータSK値が軸方向、円周方向ともマイナス、例えば
−1.6以下になっている。
【0015】上記のような転動面の粗面条件を得るため
の表面加工処理は、特殊なバレル研摩によって、所望す
る仕上面を得ることができる。
【0016】前記パラメータSK値とは、表面粗さの分
布曲線の歪み度(SKEWNESS)を指し、ガウス分
布のような対称形分布はSK値が0となるが、パラメー
タSK値を円周方向、軸方向とも−1.6以下とした設
定値は、表面凹部形状、分布が油膜形成に有利な範囲で
ある。
【0017】上記転動体の転動面に設ける微小なくぼみ
の占める表面積比率は10〜40%の範囲であると共
に、微小なくぼみの等価円直径は150μm φ以下であ
り、微小なくぼみの平均面積は、等価円直径3μm φ以
下を除いて整理したとき35〜150μm 2 になってい
る。
【0018】なお、図2では転動体6の表面に微小粗面
6aを施したが、軌道輪である内輪又は外輪の転動面に
同様の微小粗面を形成してもよい。
【0019】図3に標準ころの仕上げ面状況を、また、
図4に転動体表面又は内外輪の転動面に施した微小粗面
加工の仕上げ面状況を比較して示した。
【0020】前記微小なくぼみの定量的測定を行うに
は、転動体表面を拡大し、その画像から市販されている
画像解析システムにより定量化できる。
【0021】画像の白い部分は表面平坦部、微小なくぼ
みは黒い部分として解析する。例えば、(株)ピアスの
LA−525画像解析システムを用いて解析すると、先
ず原画の濃淡を強調フィルターで明確化し、その後非常
に微細な黒い部分である等価円直径3μm φ以下はノイ
ズイレーサーで除去する。
【0022】ノイズイレーサーで除去した後に残された
微小なくぼみの大きさ、分布、微小なくぼみの表面積比
率を求め、転動体表面を評価するものである。
【0023】次に、針状ころ軸受のころ転動体の表面に
微小なくぼみの面積比率、くぼみの平均面積、平均等価
直径等の異なる状況を与え、ラジアル荷重による耐久寿
命試験を行った結果について説明する。
【0024】寿命試験に用いたニードル軸受は図5に示
すように、外径Dr=38mm、内径dr=28mm、転動
体11の直径D=5mm、長さL=13mmで、14本の転
動体を用いた保持器12付の軸受である。
【0025】また、使用した試験装置は、図6に概略図
で示したようなラジアル荷重試験機21を使用し、回転
軸33の両側に試験軸受Aを取付け、回転と荷重を与え
て試験を行うものである。
【0026】試験に用いたインナーレース(相手軸)の
仕上は研削仕上のRmax 0.4〜4μm である。アウタ
ーレース(外輪)は研削仕上げRmax 1.6μm で何れ
の場合も共通である。
【0027】また、試験条件は以下の通りである。
【0028】軸受ラジアル荷重 1465kgf 回転数 3050rpm 潤滑剤 タービン油 図7は微小なくぼみの面積比率と耐久寿命の結果を、ま
た図8は微小なくぼみの平均面積と耐久寿命の結果を示
している。
【0029】図7と図8の結果により、耐久寿命は面積
比率で10%以上、平均面積で35μm 2 以上のもの
が、計算寿命に対する耐久寿命(L10)の比で4以上と
なり、耐久寿命に効果がある。
【0030】上記の耐久寿命試験は針状ころ軸受の転動
体表面に微小なくぼみを設けて行ったが、転がり軸受に
おける内輪又は外輪の転動面もしくは転動体の表面と転
動面の両者に微小なくぼみを設けても、前記試験結果を
同様の耐久性の向上効果が認められる。
【0031】なお、微小なくぼみの面積比率が30%以
上、平均面積120μm2以上は、接触有効長さが減少
し、長寿命の効果は減少する傾向にある。
【0032】また、転動体仕上げ面の油膜形成能力の確
認及び耐ピーリング性について、2円筒の試験機を用い
て、自由転がり接触条件下で、本発明軸受及び従来軸受
と同一の表面状態の試験片を用いて、加速ピーリング試
験をおこなった。接触部の油膜形成状態の確認は、直流
電気抵抗法により測定した金属接触率により行い、一定
試験時間後、試験円筒表面のピーリング発生の有無を確
認した。
【0033】試験条件 最大接触面圧 227 kgf/mm2 周速 4.2 m/S(2000rpm) 潤滑剤 W/Oエマルジョン (含水率85%) 負荷回数 4.8×105 (4時間) 印加電圧 60 mV 通電電流 3 mA この試験による油膜形成率(=100%−金属接触率)
は、図9と図10に示すとおりであり、本発明軸受の仕
上げ面の油膜形成率は従来軸受に比較して運転開始時で
10%程度向上した。また、試験終了時(4時間後)で
は、20%程度向上した。
【0034】更に、従来軸受の仕上げ面では、ピーリン
グから進展した、幅0.1mm長さ0.9mmの局部摩
耗が認められたのに対し、本発明軸受の仕上げ面では、
損傷は認められなかった。
【0035】
【効果】以上のように、この発明によると、転動体また
は軌道輪の表面に独立したランダムな微小凹部を形成
し、くぼみ以外は滑らかな平滑面に形成し、この表面の
表面粗さを、軸方向と円周方向のそれぞれについて求め
てパラメータRMSで表示したとき、軸方向面粗さRM
S(L)と円周方向面粗さRMS(C)が1.0以下と
なり、併せて表面粗さのパラメータSK値が軸方向及び
円周方向の何れもマイナスとなるようにし、前記微小く
ぼみの占める表面積比率を10〜40%としたので、潤
滑油中に水が存在する潤滑条件で、転動面の油膜形成に
有利となり、潤滑油中に水が存在する潤滑条件で使用さ
れる軸受においてピーリング損傷の発生を抑えること
ができ、従って、潤滑油中に水が存在する場合の軸受の
寿命を延ばすことができ、各種圧延設備の稼働率を大幅
に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧延設備の説明図
【図2】同上における軸受の拡大断面図
【図3】従来の転動体表面の仕上面状況を示す説明図
【図4】本発明の転動体表面の仕上面状況を示す説明図
【図5】寿命試験に用いたニードルこと軸受の断面図
【図6】試験装置の概略図
【図7】微小くぼみの面積比率と耐久寿命の試験結果を
示すグラフ
【図8】微小くぼみの平均面積と耐久寿命の結果を示す
グラフ
【図9】従来軸受の金属接触率を測定したグラフ
【図10】本発明軸受の金属接触率を測定したグラフ
【符号の説明】
2 圧延ローラ 6 転動体 6a 微小粗面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−168021(JP,A) 特開 平2−154813(JP,A) 特開 平4−282018(JP,A) 特開 平3−249428(JP,A) 特開 平3−172614(JP,A) 特開 平3−117725(JP,A) 特開 平3−117724(JP,A) 特開 昭62−274115(JP,A) 特開 昭64−49715(JP,A) 実開 平3−52417(JP,U) 実開 平3−52416(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 31/07 F16C 19/28 F16C 33/36

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 潤滑油中に水が存在する潤滑条件で圧延
    用ローラを支持する転がり軸受において、転動体または
    軌道輪の表面に独立した微小凹部形状のくぼみを無数に
    ランダムに形成し、くぼみ以外は滑らかな平滑面に形成
    し、この表面の表面粗さを、軸方向と円周方向のそれぞ
    れについて求めてパラメータRMSで表示したとき、軸
    方向面粗さRMS(L)と円周方向面粗さRMS(C)
    が1.0以下となり、併せて表面粗さのパラメータSK
    値が軸方向及び円周方向の何れもマイナスとなるように
    し、前記微小くぼみの占める表面積比率が10〜40%
    である圧延用ローラの軸受。
  2. 【請求項2】 微小くぼみの等価円直径が150μm で
    あり、等価円直径3μm φ以下を除いて整理したとき、
    平均面積は35〜150μm 2 である請求項1に記載し
    た圧延用ローラの軸受。
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