JP5040552B2

JP5040552B2 - 転がり軸受装置

Info

Publication number: JP5040552B2
Application number: JP2007245576A
Authority: JP
Inventors: 丈晴浦西
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: US20100227749A1; EP2192313A1; JP2009074645A; CN101802423B; US8262549B2; EP2192313A4; CN101802423A; WO2009038184A1; EP2192313B1

Description

本発明は、例えば連続鋳造設備のロールを支持するために用いることができる転がり軸受装置に関する。

連続鋳造設備では、鋳型から抜き出された帯状の鋳片（スラブ）を搬送するために、複数本のロール体を有するセグメントを搬送方向に数台から数十台並べることによって構成されたロール装置を備えている。
このロール装置のロール体は、スラブ側から高荷重が付与されることによって径方向に撓みを生じるため、この撓みを吸収するように調心機能付きの転がり軸受によって回転自在に支持されている。また、ロール体は、スラブからの熱が伝達されることによって軸方向に熱膨張するため、軸方向の一端を自動調心ころ軸受により軸方向に拘束（固定）した状態で支持する一方、軸方向の他端を、内外輪の相対移動が可能な調心輪付円筒ころ軸受によって軸方向の移動が可能な状態で支持している（特許文献１参照）。

しかし、固定側の自動調心円筒ころ軸受は、その構造上、軌道面に差動すべりによる二山摩耗が生じやすい。二山摩耗は、軌道面の山部分に応力が集中することによって剥離等の損傷を招くため、軸受の耐久性を低下させる原因となる。連続鋳造設備のロール装置は、複数本のロール体で構成されたセグメントを数台から数十台搬送方向に並べることによって構成されているため、１つの自動調心ころ軸受が破損するとそのセグメント全体を交換しなければならず、設備稼動率が著しく低下する。

上記のような自動調心ころ軸受が有する問題を解消するため、下記特許文献２には、ロール体の固定側を支持する転がり軸受装置として、調心輪付円筒ころ軸受と、深溝玉軸受とを組み合わせて用いることが提案されている。すなわち、この技術は、ロール体からのラジアル荷重を主として円筒ころ軸受によって受け持ち、ロール体からのアキシアル荷重を深溝玉軸受によって受け持つことによってロールの軸方向の移動を拘束するようになっている。

特開昭６１−２２９４５３号公報特開平１０−６８４１５号公報

しかしながら、特許文献２の技術は、調心輪付円筒ころ軸受と深溝玉軸受とを単に軸方向に並べて配置しているだけであるため、調心輪付円筒ころ軸受によるロール体の撓みを吸収する機能（調心機能）が深溝玉軸受によって阻害されてしまうという問題がある。
また、調心輪付円筒ころ軸受と深溝玉軸受とを軸方向に並べて配置することによって、軸方向に広い配置スペースが必要となり、さらに、円筒ころ軸受と深溝玉軸受との双方をハウジングに装着しなければならないので、当該ハウジングの構造が複雑化するという問題もある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、調心機能を維持しつつアキシアル荷重を支持可能であり、しかも、軸方向にコンパクトに構成することができる転がり軸受装置を提供することを目的とする。

本発明は、外周に内輪軌道面を有する内輪と、内周に外輪軌道面を有するとともに外周に軸方向断面が凸状円弧形の外輪摺動面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面との間に転動可能に配置された複数の円筒ころと、内周に軸方向断面が凹状円弧形で且つ前記外輪摺動面に摺動可能に当接する調心摺動面を有する調心輪と、を有する調心輪付円筒ころ軸受を備え、
さらに、軸方向外側面を第１軌道面とする前記外輪と、前記外輪の軸方向外側に配置されるとともに前記第１軌道面に対向する第２軌道面を有する側部軌道輪と、前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に転動可能に配置された複数の円すいころと、を有するスラスト円すいころ軸受を備え、
前記円すいころの前記第１，第２軌道面に当接する母線の延長線の交点及び前記第１，第２軌道面の延長線の交点が前記調心摺動面の曲率中心に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、内輪に嵌合された回転軸等から付与されるラジアル荷重は、内外輪、円筒ころ、及び調心輪によって構成される調心輪付円筒ころ軸受によって支持することができ、回転軸等から付与されるアキシアル荷重は、外輪、側部軌道輪、及び円すいころによって構成されるスラスト円すいころ軸受によって支持することができる。
このスラスト円すいころ軸受は、外輪が調心摺動面上を摺動（揺動）することにより全体的に揺動することができるため、調心輪付円筒ころ軸受の調心機能が損なわれることもない。

また、調心輪付円筒ころ軸受の外輪がスラスト円すいころ軸受の軌道輪として兼用されているため、調心輪付円筒ころ軸受及びスラスト円すいころ軸受を含む転がり軸受装置全体の軸方向の幅を可及的に小さくすることができるとともに、部品点数を少なくすることができる。
さらに、この転がり軸受装置は、調心輪付円筒ころ軸受をハウジングによって支持すればよく、スラスト円すいころ軸受をハウジングによって支持する必要はないので、当該ハウジングの構造を簡素化することができる。
また、円すいころの前記第１，第２軌道面に当接する母線の延長線の交点及び第１，第２軌道面の延長線の交点が調心摺動面の軸方向断面における曲率中心に配置されているので、回転軸等の撓みによりスラスト円すいころ軸受が曲率中心回りに揺動するとき、円すいころと第１，第２軌道面とが部分的に強く接したり、部分的に離れたりすることがなく、円すいころと第１，第２軌道面とを均等な圧力で線接触させることができる。したがって、円すいころが部分的に第１，第２軌道面に圧接することに起因する損傷の発生を防止することができる。

上記構成において、前記側部軌道輪及び前記円すいころは、前記調心摺動面の軸方向断面における曲率半径内に配置されていることが好ましい。この場合、外輪が調心摺動面上を摺動したときであっても、側部軌道輪及び円すいころが調心輪に干渉することが無く、調心輪付円筒ころ軸受の調心機能を好適に維持することができる。

本発明の転がり軸受装置は、調心輪付円筒ころ軸受による調心機能を維持しつつスラスト円すいころ軸受によってアキシアル荷重を支持することができ、また、軸方向にコンパクトに構成することができる。

図１は、連続鋳造装置に用いられるロール装置の一部を示す平面図である。このロール装置は、多数のロール体Ｒの列（ロール体列Ｌ）がスラブ搬送方向ｅに並べられた構成であり、複数のロール体列Ｌによって１組のセグメント１２が構成されている。このセグメント１２の複数組をスラブ方向に組み合わせて並べることによってロール装置全体が構成される。

１つのロール体列Ｌは、同心状に軸方向に並べられた複数本（例えば２本以上）のロール体Ｒから構成され、各ロール体Ｒの両端は調心機能付きの２種の転がり軸受Ａ，Ｂによって回転可能に支持されている。一方の転がり軸受Ａは、自由転がり軸受であり、ロール体Ｒを軸方向に移動可能に支持している。この自由転がり軸受Ａは、例えば、内外輪及び円筒ころを備えた円筒ころ軸受であり、円筒ころと内輪又は外輪との軸方向の相対滑りを許容させた構造とされる。

他方の転がり軸受Ｂは、ロール体Ｒの軸方向の移動を拘束する固定転がり軸受とされている。図２は、固定転がり軸受の軸方向断面図である。この固定転がり軸受Ｂは、調心輪付円筒ころ軸受１４としての構造と、スラスト円すいころ軸受１５としての構造とを含む本発明の転がり軸受装置によって構成されている。
調心輪付円筒ころ軸受１４は、内輪１６と、外輪１７と、円筒ころ１８と、調心輪１９とを有している。内輪１６の内周にはロール体Ｒのジャーナル部（回転軸）２０が嵌合され、外周には円筒ころ１８が転動する内輪軌道面２１が形成されている。内輪軌道面２１の軸方向両側には、円筒ころ１８の端面が接触可能なつば部は形成されていない。一方、外輪１７の内周には円筒ころ１８が転動する外輪軌道面２２が形成され、外周には、凸状円弧形の外輪摺動面２３が形成されている。外輪軌道面２２の軸方向両側には、円筒ころ１８の端面が接触可能なつば面を有するつば部が形成され、円筒ころ１８の軸方向長さは軸方向両側のつば面の間の長さよりも少し短くなっている。

円筒ころ１８は、総ころ式とされ、外輪軌道面２２と内輪軌道面２１との間に配置されている。調心輪１９は、内周に凹状円弧形の調心摺動面２４を有しており、外周面が図示しないハウジングによって支持されている。調心輪１９の調心摺動面２４には、外輪１７の外輪摺動面２３が摺動可能に当接しており、ロール体Ｒの撓み等によるジャーナル部２０の傾きが許容されている。

スラスト円すいころ軸受１５は、調心輪付円筒ころ軸受１４の軸方向両側に設けられている。また、各スラスト円すいころ軸受１５は、調心輪付円筒ころ軸受１４の縦軸線Ｙを中心に互いに対称形状に形成されている。
スラスト円すいころ軸受１５は、前記外輪１７と、側部軌道輪２６と、複数の円すいころ２７とを備えている。前記外輪１７は、調心輪付円筒ころ軸受１４と共用されており、その軸方向外側面が、前記円すいころ２７が転動可能な第１軌道面２８とされている。この第１軌道面２８は、径方向外側から内側へ向けて調心輪付円筒ころ軸受１４の軸方向内側へ傾斜するように形成されている。

側部軌道輪２６は環状に形成され、その内周面にはロール体Ｒのジャーナル部２０が嵌合されている。したがって、側部軌道輪２６はジャーナル部２０と一体回転可能で、軸方向の移動が規制されている。側部軌道輪２６の第１軌道面２８に対向する側面は第２軌道面２９とされており、第１軌道面２８と第２軌道面２９との間に複数の円すいころ２７が配置されている。第２軌道面２９は、径方向外側から内側へ向けて外輪１７側へ傾斜するように形成され、第２軌道面２９の径方向両側には円すいころ２７の径方向移動を規制するつば部が形成されている。

円すいころ２７は保持器３０によって保持されている。また、円すいころ２７の外周面は第１，第２軌道面２８，２９に線接触している。したがって、円すいころ２７の第１，第２軌道面２８，２９に接する両側の母線の延長線と、第１，第２軌道面２８，２９の延長線とは互いに一致するように設定されている（これら延長線を符号３２ａ，３２ｂで示す）。また、各スラスト円すいころ軸受１５において、円すいころ２７の前記母線の延長線の交点（円すいころ２７の円すい頂点）３１と、第１，第２軌道面２８，２９の延長線の交点とは、ジャーナル部２０の軸心（転がり軸受装置の軸心）Ｘ上の１点に位置するようにその形状が設定されている。これによって、円すいころ２７は、滑りを生じないよう第１、第２軌道面２８，２９上を転動する。外輪１７の第１軌道面２８の接触角αは４５°以上に設定されている。

さらに、円すいころ２７の円すい頂点３１と、第１，第２軌道面２８，２９の延長線３２ａ、３２ｂの交点とが調心輪１９の調心摺動面２４の曲率中心Ｏにも位置するように、円すいころ２７及び第１，第２軌道面２８，２９の形状及び配置が設定されている。

以上の構成を有する本実施形態の転がり軸受装置Ｂでは、ロール体Ｒから付与されるラジアル荷重を調心輪付円筒ころ軸受１４によって支持することが可能であり、アキシアル荷重をスラスト円すいころ軸受１５によって支持することが可能である。また、ラジアル荷重については、一部スラスト円すいころ軸受１５によっても支持することができ、これによって転がり軸受装置のラジアル荷重の負荷容量を向上することができる。

ロール体Ｒの撓みによってジャーナル部２０が傾斜したとき、調心輪付円筒ころ軸受１５の外輪１７は、調心摺動面２４上を曲率中心Ｏ回りに摺動（揺動）する。この際、円すいころ２７及び側部軌道輪２６も外輪１７と共に揺動するので、円すいころ２７及び側部軌道輪２６の存在によって調心機能が損なわれることはない。

また、円すいころ２７の円すい頂点３１及び第１，第２軌道面２８，２９の延長線の交点が曲率中心Ｏに配置されているので、ジャーナル部２０の傾きによって曲率中心Ｏ回りの回転力が生じたとき、この回転力は、円すいころ２７と第１，第２軌道面２８，２９との間の接触線に直交する方向ａ，ｂに作用し、これらの線接触が適切に維持される。つまり、当該回転力によって第１，第２軌道面２８，２９と円すいころ２７とが部分的に圧接したり、部分的に離れたりすることがなく、均等な圧力で線接触することになる。したがって、円すいころ２７の一部分（例えば角部）が部分的に第１，第２軌道面２８，２９と圧接することに伴う損傷（傷つき）の発生を防止することができる。

前記外輪１７は、調心輪付円筒ころ軸受１４と、スラスト円すいころ軸受１５との間で兼用されているので、各軸受を全く個別に構成する場合に比べて転がり軸受装置全体の軸方向寸法を可及的に小さくすることができるとともに、部品点数を少なくすることができる。
また、この転がり軸受装置は、調心輪付円筒ころ軸受１４の調心輪１９の外周をハウジングによって支持すれば足り、スラスト円すいころ軸受１５を直接的にハウジングによって支持しなくてもよいため、当該ハウジングの構造が複雑化したりすることもない。

側部軌道輪２６や円すいころ２７は、調心摺動面２４の曲率半径ｒ内に配置されている。そのため、これらが曲率中心Ｏ回りに揺動したとしても調心輪１９に接触することはなく、調心機能が阻害されることもない。

本発明は実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲で適宜設計変更できるものである。例えば、スラスト円すいころ軸受１５は、アキシアル荷重の負荷方向に応じて、調心輪付円筒ころ軸受１４の軸方向片側のみに設けることも可能である。また、本発明の転がり軸受装置は、連続鋳造設備におけるロール体の支持のために用いるに限らず、他の設備や装置、例えば風力発電機の主軸支持軸受装置等にも適用可能である。

連続鋳造設備に用いられるロール装置の平面図である。本発明の転がり軸受装置の軸方向断面図である。

符号の説明

１４調心輪付円筒ころ軸受
１５スラスト円すいころ軸受
１６内輪
１７外輪
１８円筒ころ
１９調心輪
２１内輪軌道面
２２外輪軌道面
２３外輪摺動面
２４調心摺動面
２６側部軌道輪
２７円すいころ
２８第１軌道面
２９第２軌道面
３１円すいころの円すい頂点
３２ａ円すいころの母線の延長線及び第１，第２軌道面の延長線
３２ｂ円すいころの母線の延長線及び第１，第２軌道面の延長線
Ｏ調心摺動面の曲率中心

Claims

外周に内輪軌道面を有する内輪と、内周に外輪軌道面を有するとともに外周に軸方向断面が凸状円弧形の外輪摺動面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面との間に転動可能に配置された複数の円筒ころと、内周に軸方向断面が凹状円弧形で且つ前記外輪摺動面に摺動可能に当接する調心摺動面を有する調心輪と、を有する調心輪付円筒ころ軸受を備え、
さらに、軸方向外側面を第１軌道面とする前記外輪と、前記外輪の軸方向外側に配置されるとともに前記第１軌道面に対向する第２軌道面を有する側部軌道輪と、前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に転動可能に配置された複数の円すいころと、を有するスラスト円すいころ軸受を備え、
前記円すいころの前記第１，第２軌道面に当接する母線の延長線の交点及び前記第１，第２軌道面の延長線の交点が前記調心摺動面の曲率中心に配置されていることを特徴とする転がり軸受装置。
前記側部軌道輪及び前記円すいころが、前記調心摺動面の曲率半径内に配置されていることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受装置。