JP4526084B2 - 円筒ころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、内外輪の軸方向両端部に鍔を有する円筒ころ軸受に関し、更に詳しくは、連鋳機の成形用ロール等、ラジアル荷重とアキシアル荷重が同時に加わる低速回転軸を支持するのに適した円筒ころ軸受に関する。

一般に、連続鋳造機の鋳片搬送経路を構成するサポートロール，ガイドロール，ピンチロール等、鋳片から受けるラジアル荷重とロールの熱膨張によるアキシアル荷重とが同時に加わる回転軸の支持には、調心性を有するころ軸受（自動調心ころ軸受，調心輪付円筒ころ軸受等）が用いられることが多い。

また、この連続鋳造機の成形用ロールは、過大なラジアル荷重を受けた状態で、非常に低速（５ｒｐｍ以下）で回転することから、この成形用ロールを支持するころ軸受装置においては、通常の転がり軸受で問題となる軌道面の転がり疲労による剥離等は軸受寿命とはならず、摩耗に起因する表面起点剥離から生じるクラックによる軌道輪の「割れ」が軸受の寿命を決定付けることが知られている。そのため、軌道輪の割れを防止すべく、このような高ラジアル荷重下で極低速回転するころ軸受の軌道輪を構成する鋼材には、浸炭処理または浸炭窒化処理を施した表面硬化鋼、すなわち浸炭鋼が用いられる（例えば、特許文献１〜２等を参照。）。

しかしながら、上記のように、連続鋳造機の成形用ロールを支持する軸受として、自動調心ころ軸受を用いた場合は、低速高荷重による偏摩耗が発生し易く、調心輪付円筒ころ軸受を用いた場合は、負荷容量をあまり大きくすることができないという問題があった。

そこで、本出願人らは、鋳片幅方向（ロールの軸方向）に３本以上に分割された「分割ロール」を用いて、ロール毎の熱膨張量と鋳片搬送時の撓み量を小さくすることにより、各分割ロールの少なくとも一方の端部を、内外輪の軸方向両端部に鍔を有する円筒ころ軸受で支持する構成を提案している（特許文献３を参照）。

図３は、連続鋳造機の成形用ロールの支持に用いられる従来の円筒ころ軸受の構造を示す軸方向断面図である。

この図は、連続鋳造機の鋳片搬送経路の下側に位置する成形用ロール（分割ロール１０）の端部を示したものである。各成形用ロールには、鋳片から加わる高熱および半径方向の荷重等を考慮して、鋳片幅方向（軸方向：図中では左右方向）に分割された「分割ロール」が使用されており、これら分割ロール１０は、セグメントのフレーム（図示省略）に取付けられた支持装置によって支持されている。

分割ロール１０を支持する支持装置は、高負荷容量の総ころ式円筒ころ軸受と、この軸受を収容する軸受ハウジングＨとからなる。また、円筒ころ軸受は、ロール端部に形成された小径部１０ａの外周面１０ｘに嵌め入れられた内輪１と、この内輪１に隣接して配置された内輪側鍔輪１１と、軸受ハウジングＨに固定された外輪２と、これら内輪１と外輪２によって形成される転動体軌道に配置された複数の円筒ころ３等を主体として構成されている。

内輪１の軸方向一端部（図示左側）には、外径側に向けて突出する内輪鍔部１ａが形成されているとともに、内輪軌道面１ｘを挟んだ反対側の他端部（図示右側）には、この内輪１に隣接して、別体の内輪側鍔輪１１が配設されている。なお、これら内輪１と内輪側鍔輪１１とは、止め輪４によりロール外周面１０ｘにおける軸方向の位置決めがなされている。

また、外輪２は、その外輪軌道面２ｘを挟んだ軸方向両端部に、内径側に向けて突出する外輪鍔部２ａ，２ｂがそれぞれ形成されており、これら内外輪の鍔部１ａ，２ａ，２ｂと前記鍔輪１１によって、ロール１０の熱伸縮による軸方向（アキシアル方向）の荷重が負荷されている。

なお、これら転動体軌道を構成する部材（内輪１，外輪２および鍔輪１１）は、従来と同様、浸炭鋼を用いて構成されているとともに、転動体（円筒ころ３）は、軸受鋼を用いて形成されている。
特開平９−２６４３２８号公報 特開２０００−２４６４１０号公報 特開２００４−３４０８７号公報

ところで、以上のような浸炭鋼を用いて軌道部材を構成した鍔付円筒ころ軸受においては、極低速回転や高荷重に起因する潤滑不良等により、アキシアル荷重を負荷する鍔（鍔部および鍔輪）の端面に、かじりあるいは摩耗といった軸受損傷が発生してしまう場合があった。

このかじりあるいは摩耗は、図３に示すように、ロール１０の軸方向の熱膨張（図中矢印方向）によって、円筒ころ３を挟んだ対角に位置する鍔（この図においては、ころ３とすべり接触する内輪鍔部１ａおよび外輪鍔部２ｂの端面：丸印２箇所）に発生し易い点が特徴であり、軌道部材に用いられている浸炭鋼の表面硬化層が摩滅した後、加速度的に進行する恐れがある。

また、このような軸受の突発的なトラブルは、大掛かりな事故の原因となる可能性もあり、例えば、前述のような連続鋳造設備においては、軸受のトラブルに起因して、ラインの停止やセグメント（ブロック）単位でのロール交換等、多額の損害が発生する場合もある。

本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、アキシアル荷重を受ける条件下での使用においても、鍔部位の摩耗が少なく、その機能を長期にわたり安定して維持することのできる円筒ころ軸受を提供することを目的としている。

前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、連続鋳造機の鋳片から受けるラジアル荷重とロールの熱膨張によるアキシアル荷重とが同時に加わる回転軸を支持する円筒ころ軸受であって、
円筒ころと、
浸炭処理または浸炭窒化処理を施したことによる表面硬化層を有する浸炭鋼からなり、軸方向一端側に一体に鍔部が形成される内輪（１）と、
浸炭処理または浸炭窒化処理を施したことによる表面硬化層を有する浸炭鋼からなり、軸方向他端側に一体に鍔部が形成される外輪（２）と、
前記内輪の軸方向他端側に配置され、浸炭処理または浸炭窒化処理による表面硬化層がない軸受鋼または工具鋼からなる内輪側鍔輪（１１）と、
前記外輪の軸方向一端側に配置され、浸炭処理または浸炭窒化処理による表面硬化層がない軸受鋼または工具鋼からなる外輪側鍔輪（１２）と、
を備え、
前記内輪側鍔輪は前記ころとすべり接触する軸受鋼または工具鋼の表面を有する内輪側鍔部を有し、
前記外輪側鍔輪は前記ころとすべり接触する軸受鋼または工具鋼の表面を有する外輪側鍔部を有することを特徴とする。

本発明は、内外輪の軌道面の軸方向両側に鍔を有する円筒ころ軸受において、アキシアル荷重を主として受ける側の鍔を、軌道輪とは別体の鍔輪として構成するとともに、この鍔輪を耐摩耗性に優れる鋼材を用いて形成することにより、所期の目的を達成しようとするものである。

すなわち、転動体軌道を挟んで、アキシアル荷重を比較的受け難い対角に位置する内輪の一方の鍔と外輪の他方の鍔は、従来の円筒ころ軸受と同様、軌道輪と一体の鍔部として形成する一方、アキシアル荷重を受け易い反対側の対角に位置する内輪の他方の鍔と外輪の一方の鍔を、軸受鋼または工具鋼からなる別体の鍔輪として構成することにより、アキシアル荷重を受ける条件下での使用においても、鍔部位の摩耗が低減される。また、これら耐摩耗性に優れる鋼材を用いて形成された鍔輪は、従来の浸炭鋼からなる鍔のように、表面硬化層が摩滅した後に加速度的に摩耗が進む恐れがなく、軌道輪とは別体であるため、メンテナンスおよび交換も容易である。従って、本発明の円筒ころ軸受は、従来のころ軸受に比べ、軸受全体の寿命を向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明は、連続鋳造機の鋳片から受けるラジアル荷重とロールの熱膨張によるアキシアル荷重とが同時に加わる回転軸を支持する円筒ころ軸受であって、円筒ころと、
浸炭処理または浸炭窒化処理を施したことによる表面硬化層を有する浸炭鋼からなる内輪（１）と、
浸炭処理または浸炭窒化処理を施したことによる表面硬化層を有する浸炭鋼からなる外輪（２）と、
前記内輪の軸方向両側にそれぞれ配置され、浸炭処理または浸炭窒化処理による表面硬化層がない軸受鋼または工具鋼からなる内輪側鍔輪（１１、１１）と、
前記外輪の軸方向両側にそれぞれ配置され、浸炭処理または浸炭窒化処理による表面硬化層がない軸受鋼または工具鋼からなる外輪側鍔輪（１２、１２）と、
を備え、
前記内輪側鍔輪（１１）は前記ころとすべり接触する軸受鋼または工具鋼の表面を有する内輪側鍔部を有し、
前記外輪側鍔輪（１２）は前記ころとすべり接触する軸受鋼または工具鋼の表面を有する外輪側鍔部を有することを特徴とする。

以上の構成により、請求項１に記載の発明と同様、請求項２に記載の発明は内外輪の軸方向両側の鍔をすべて長寿命とすることが可能となる。また、これらの鍔輪は、メンテナンスおよび交換が容易であるとともに、軌道輪の軸方向両側（左右）に同じ形状の鍔輪を配置した場合は、摩耗の発生状況により、軸方向左右の鍔輪どうしを入れ替えて、これら鍔輪の両端面を無駄なく利用することもできる。

また、本発明の円筒ころ軸受は、保持器を有さない、総ころ式の円筒ころ軸受構成を好適に採用することができる（請求項３）。

連鋳機の成形用ロール等、高ラジアル荷重と高アキシアル荷重が同時に加わる低速回転軸を支持する軸受の場合は、保持器のない総ころ軸受としてころの数を増加させ、ラジアル方向の負荷容量を大きくすることが望ましい。また、ころが多いほど該ころ端面と鍔の間の接触面圧を下げることができるため、アキシアル方向の負荷容量も向上するとともに、これらの間の摩耗低減にも有利である。

なお、本発明に用いられる「軸受鋼」の代表としては、ＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼を焼入れした鋼材を挙げることができる。また、本発明における「工具鋼」の代表的な鋼種としては、炭素工具鋼（ＳＫ），合金工具鋼（ＳＫＳ等），高速度工具鋼（ＳＫＨ）などが挙げられる。

以上のように、本発明によれば、アキシアル荷重を受ける条件下での使用においても鍔部位の摩耗が少なく、その機能を長期にわたり安定して維持することのできる、長寿命な円筒ころ軸受とすることができる。

また、本発明の鍔輪を用いた円筒ころ軸受は、そのメンテナンスおよび交換が容易であるとともに、浸炭鋼からなる従来の鍔のように、表面硬化層が摩滅した後に加速度的に摩耗が進む恐れがなく、多大な損害の発生する突発的なトラブルを未然に防ぐことが可能となる。

以下、図面を参照しつつこの発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態における円筒ころ軸受の構造を示す軸方向断面図である。なお、従来例と同様の機能を有する構成部材には、同じ符号を付記する。

この実施形態における軸受も、従来例と同様、連続鋳造機の成形用ロール（１０）の支持に用いられる円筒ころ軸受であり、ロールの外周面１０ｘに嵌め入れられた内輪１と、軸受ハウジングＨに固定された外輪２と、これら内輪１と外輪２によって形成される転動体軌道に配置された複数の円筒ころ３等を備える。なお、これら内輪１および外輪２は、浸炭鋼から構成されている。

本実施形態における円筒ころ軸受の特徴は、内輪１の軸方向一端側（図示左側）の鍔が、この内輪１に隣接して配置された内輪側鍔輪１１により形成されているとともに、外輪２の軸方向他端側（図示右側）の鍔が、この外輪２に隣接して配置された外輪側鍔輪１２により形成されている点である。

また、これら鍔輪１１，１２は、軸受鋼を用いて形成されており、この例においては、ロール１０の熱膨張によるアキシアル荷重を主に受ける側にそれぞれ配置されている。なお、アキシアル荷重のあまりかからない、内輪１の軸方向他端側（図示右側）に位置する鍔部１ｂと外輪２の一端側（図示左側）に位置する鍔部２ａとは、これら内外輪と一体に形成されている。

以上の構成により、この円筒ころ軸受は、本例のようにアキシアル荷重を受ける条件下での使用においても、鍔部位の摩耗が低減される。また、軸受鋼からなる各鍔輪１１，１２は、摩耗の進行が緩やかであることから、多大な損害の発生する突発的な軸受トラブルを未然に回避することが可能となる。

なお、本実施形態における円筒ころ軸受は、総ころ形式で高負荷容量の軸受に、浸炭鋼からなる軌道輪（内輪１および外輪２）を用いたことにより、高ラジアル荷重下における低速回転での使用でも、これら軌道輪の割れが防止されている。また、前述の鍔部位の長寿命と相俟って、ラジアル荷重とアキシアル荷重が同時に加わる回転軸を、長期にわたって安定して支持することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、本発明の第２実施形態における円筒ころ軸受の構造を示す軸方向断面図である。

この実施形態における円筒ころ軸受が、第１実施形態における円筒ころ軸受と異なる点は、軌道輪の軸方向両側の鍔のすべてを、軌道輪とは別体の鍔輪を用いて構成した点である。従って、浸炭鋼からなる内輪１および外輪２の軸方向両側（図示左右）には、軸受鋼からなる内輪側鍔輪１１および外輪側鍔輪１２が、それぞれ隣接して配置されている。

この構成により、本実施形態における円筒ころ軸受は、軸方向両側から同じようにアキシアル荷重を受けた場合でも、各鍔部位の摩耗が低減されるとともに、その摩耗の進行が緩やかで、多大な損害の発生する突発的なトラブルを未然に防ぐことができる。

また、これらの鍔輪１１，１２は、メンテナンスおよび交換が容易であるとともに、摩耗の進行状況により、これら左右の内輪側鍔輪１１どうし、あるいは外輪側鍔輪１２どうしを入れ替えて、摩耗の発生していない新たな端面を使用することも可能である。

なお、本発明の円筒ころ軸受の構成は、これらの実施形態における構成に限定されるものではない。また、実施形態に示した連続鋳造機ロール支持装置への応用のみならず、ラジアル荷重とアキシアル荷重が同時に加わる回転軸を備えるその他の装置にも適用でき得ることは勿論である。

本発明の第１実施形態における円筒ころ軸受の構造を示す軸方向断面図である。 本発明の第２実施形態における円筒ころ軸受の構造を示す軸方向断面図である。 連続鋳造機の成形用ロールの支持に用いられる従来の円筒ころ軸受の構造を示す軸方向断面図である。

１ 内輪
１ａ，１ｂ 内輪鍔部
１ｘ 内輪軌道面
２ 外輪
２ａ，２ｂ 外輪鍔部
２ｘ 外輪軌道面
３ 円筒ころ
４ 止め輪
１０ ロール
１０ａ 小径部
１０ｘ 外周面
１１ 内輪側鍔輪
１２ 外輪側鍔輪
Ｈ ハウジング

Claims (3)

1. 連続鋳造機の鋳片から受けるラジアル荷重とロールの熱膨張によるアキシアル荷重とが同時に加わる回転軸を支持する円筒ころ軸受であって、
   円筒ころと、
   浸炭処理または浸炭窒化処理を施したことによる表面硬化層を有する浸炭鋼からなり、軸方向一端側に一体に鍔部が形成される内輪と、
   浸炭処理または浸炭窒化処理を施したことによる表面硬化層を有する浸炭鋼からなり、軸方向他端側に一体に鍔部が形成される外輪と、
   前記内輪の軸方向他端側に配置され、浸炭処理または浸炭窒化処理による表面硬化層がない軸受鋼または工具鋼からなる内輪側鍔輪と、
   前記外輪の軸方向一端側に配置され、浸炭処理または浸炭窒化処理による表面硬化層がない軸受鋼または工具鋼からなる外輪側鍔輪と、
   を備え、
   前記内輪側鍔輪は前記ころとすべり接触する軸受鋼または工具鋼の表面を有する内輪側鍔部を有し、
   前記外輪側鍔輪は前記ころとすべり接触する軸受鋼または工具鋼の表面を有する外輪側鍔部を有することを特徴とする円筒ころ軸受。
2. 連続鋳造機の鋳片から受けるラジアル荷重とロールの熱膨張によるアキシアル荷重とが同時に加わる回転軸を支持する円筒ころ軸受であって、
   円筒ころと、
   浸炭処理または浸炭窒化処理を施したことによる表面硬化層を有する浸炭鋼からなる内輪と、
   浸炭処理または浸炭窒化処理を施したことによる表面硬化層を有する浸炭鋼からなる外輪と、
   前記内輪の軸方向両側にそれぞれ配置され、浸炭処理または浸炭窒化処理による表面硬化層がない軸受鋼または工具鋼からなる内輪側鍔輪と、
   前記外輪の軸方向両側にそれぞれ配置され、浸炭処理または浸炭窒化処理による表面硬化層がない軸受鋼または工具鋼からなる外輪側鍔輪と、
   を備え、
   前記内輪側鍔輪は前記ころとすべり接触する軸受鋼または工具鋼の表面を有する内輪側鍔部を有し、
   前記外輪側鍔輪は前記ころとすべり接触する軸受鋼または工具鋼の表面を有する外輪側鍔部を有することを特徴とする円筒ころ軸受。
3. 保持器を有さない総ころ軸受であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の円筒ころ軸受。

Images