JP5178310B2 - バックアップロール装置 - Google Patents

Description

この発明は、鉄鋼材製造設備等のレベラーに用いられるバックアップロール装置に関する。

金属板や金属帯の形状不良、すなわち波うちや反りを矯正するために、ローラーレベラーやテンションレベラーが用いられている。これらのレベラーは、金属板の繰り返しの曲げ、曲げ戻し変形を与え、この変形で板面内に生じる応力で不均一なひずみを除去するものである。テンションレベラーは金属板の長手方向に張力を付与し、このひずみの除去効果をさらに高めたものである。

バックアップロールは、ラジアル荷重を受ける複数のラジアル軸受と、スラスト荷重を受けるスラスト軸受たとえば玉軸受とを有するバックアップロール軸受装置によって、固定軸に対し、回転筒であるバックアップロールを回転自在に支持できるようになっている。このバックアップロール軸受装置は、外輪回転荷重にて使用されるため、固定軸に対してスラスト軸受の内輪はすきま嵌めとなっており、回転筒に対して前記スラスト軸受の外輪は締まり嵌めとなっている。

バックアップロールが回転するのは金属板が通過する際に、これに接するワークロールおよび中間ロールを介して生じる摩擦力による。そのため、バックアップロールが停止した状態から回転し始めるために必要な起動トルク及び回転中のトルクを小さくすることが要求される。
また、バックアップロールは外径面が磨耗等した場合には、構成部品を分解し、ロールの外径面を修理して再使用する場合があるため、分解・組立が容易であることが要求される。

バックアップロール軸受装置は比較的高速で回転し、軸受を潤滑するためにバックアップロール内部に充填されているグリースが移動して漏れるおそれがある。グリースが漏れると、製品である鋼板に付着し、この鋼板を汚染する問題がある。
そこで、本件出願人は、図９に示すように、両端側の玉軸受の玉が収納される空間に、潤滑組成物を充填したレベラー用バックアップロール軸受装置ＢＲを提案している（例えば、特許文献１）。前記潤滑組成物とは、超高分子量ポリオレフィンとグリースとからなる混合物を固形化したものである。
特開平１０−２９６３１０号公報

前記潤滑組成物を充填したレベラー用バックアップロール軸受装置ＢＲは、軸方向両端部にそれぞれ各１個の玉軸受Ｂ１，Ｂ２が配置されている。このため、部品点数が多くなり、それに伴い製作コストが上がるという課題がある。

この発明の目的は、部品点数が少なく製作コストの低減を図り、組立・分解が容易であり、グリース漏れがなく、トルク等が小さいバックアップロール装置を提供することである。

この発明のバックアップロール装置は、ロールと軸との間に、軸方向に並べた複数列のラジアル荷重負荷用のころ軸受と、スラスト荷重負荷用の玉軸受とを介在させたバックアップロール装置において、前記ロールの軸方向両端部に、前記ロールと軸との間をシールするラビリンスシールを配置し、軸方向一方のラビリンスシールと、このラビリンスシールに隣接するころ軸受との間に、前記玉軸受を配置し、軸方向他方のラビリンスシールと、このラビリンスシールに隣接するころ軸受との間に、内周溝を有する溝付間座を配置したものある。

従来のバックアップロール装置では、使用に際して発生するスラスト荷重を軸方向の両端に配置した２個の玉軸受で負荷していた。これに対し、この発明のバックアップロール装置では、軸方向一方のラビリンスシールところ軸受との間に配置した１個の玉軸受でスラスト荷重を負荷し得る。このため、玉軸受の１個分だけ従来品に比べて回転トルクを低減できる。
このように回転トルクを低減できることから、バックアップロール装置と相手ロールの間でのスリップが減少する。これにより、スリップによるロールのすべり傷も抑えられ、すべり傷がレベリング材に転写する不具合が減少する。前記ロールのすべり傷が発生し難くなることから、圧延工程のライン等においてバックアップロール装置の交換のサイクルを延ばすことができる。バックアップロール装置の回転トルクを低減できることから、回転時の温度上昇が抑えられ、従来のバックアップロール装置の場合と比較して高回転での使用が可能となる。

軸方向他方のラビリンスシールと、このラビリンスシールに隣接するころ軸受との間に、内周溝を有する溝付間座を配置したため、前記ころ軸受に封入されるグリースが不所望に流れ出ても、遠心力により前記溝付間座の内周溝に溜めることができる。したがって、バックアップロール装置外部にグリースが漏れることを防止し、製品である鋼板等にグリースが付着することを防止することができる。
また、この発明のバックアップロール装置によれば、従来のバックアップロール装置よりも部品点数の低減を図り、組立・分解が容易となる。例えば、ロールの外径面を修理する場合において、バックアップロール装置を迅速に分解し、前記ロールの外径面を修理した後、遅滞なく組立て再使用することが可能となる。それ故、バックアップロール装置の稼働率を高めることができる。

前記溝付間座の内周溝の空間容積を、ころ軸受に封入すべきグリース封入量以上とすると良い。ころ軸受に封入されるグリースが不所望に流れ出た場合において、遠心力により溝付間座の内周溝にこの流れ出たグリースをより確実に溜めることができる。換言すれば、内周溝からグリースを溢れ出させることなく溜めておくことができる。
前記溝付間座は軸に対し非接触とし、これら溝付間座と軸との間の径方向隙間を０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすると良い。この場合、装置外部へのグリース漏れを防ぐことができるうえ、溝付間座と軸との非接触状態を維持することができ、回転トルクが不所望に大きくなることを未然に防止することができる。

前記溝付間座の外径面を、ロールの内径面に対しすきま嵌めとすると良い。この場合、バックアップロール装置の組立・分解が容易となる。すなわち、ロールの内径面に、溝付間座の外径面を円滑に組立てることができるうえ、このロールの内径面から、溝付間座を迅速に且つ容易に分解し得る。
前記ラビリンスシールを、ロールの内径面に対し締まり嵌めとすると良い。この場合、溝付間座の軸方向のがたを抑えることができる。また、ロールの内径面からの異物の侵入防止を図り、グリース漏れをより確実に防止することができる。

前記玉軸受はこの内外輪間の環状空間を密封するシール部材を備え、このシール部材を内輪に対し非接触としても良い。この場合、玉軸受の回転時における摩擦抵抗を低減し、回転トルクのより小さくすることができる。また、このシール部材により、玉軸受に封入されたグリース漏れ防止を図ることができる。
前記溝付間座を複数の部品からなるものとしても良い。この場合、溝付間座の内周溝を機械加工する加工工数の低減を図ることができる。

この発明のバックアップロール装置は、ロールと軸との間に、軸方向に並べた複数列のラジアル荷重負荷用のころ軸受と、スラスト荷重負荷用の玉軸受とを介在させたバックアップロール装置において、前記ロールの軸方向両端部に、前記ロールと軸との間をシールするラビリンスシールを配置し、軸方向一方のラビリンスシールと、このラビリンスシールに隣接するころ軸受との間に、前記玉軸受を配置し、軸方向他方のラビリンスシールと、このラビリンスシールに隣接するころ軸受との間に、内周溝を有する溝付間座を配置したため、部品点数が少なく製作コストの低減を図り、組立・分解が容易であり、グリース漏れがなく、トルク等を小さくすることができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。図１は鋼板等の圧延作業の最終工程における圧延設備の概略図を示す。この工程では、上下に配置された駆動ロール１に挟まれて移送される鋼板等のレベリング材２の応力が、矯正機であるテンションレベラ３により除去され、これによりレベリング材２の寸法精度が確保される。テンションレベラ３は、レベリング材２の移送路を挟んで上下に配置される複数のテンションレベラユニット４からなる。

図２および図３に、前記テンションレベラユニット４の側面図および正面図を示す。このテンションレベラユニット４は、ワークロール５、中間ロール６、およびこの発明の実施形態に係るバックアップロール装置７を備える。ワークロール５はレベリング材２に直接的に接触して、レベリング材２の矯正を行う。このワークロール５は、前記中間ロール６およびバックアップロール装置７で支持し、最終的には、バックアップロール装置７で全ての荷重を支える。

バックアップロール装置７について説明する。
このバックアップロール装置７は、洗浄液のかからない条件で使用されるドライ仕様のものである。図４に示すように、バックアップロール装置７は、ロール８と軸９との間に、軸方向に並べた複数列（この例では２列）のラジアル荷重負荷用のころ軸受１０と、玉軸受１１とを介在させている。すなわち、軸９にロール８が外嵌され、このロール８をラジアル荷重負荷用の２個のころ軸受１０，１０と、スラスト荷重負荷用の１個の玉軸受１１とで、軸９に対して回転自在に支持している。

ころ軸受１０は、保持器付針状ころからなり、軸９の軸方向両端側に１個ずつ配置される。玉軸受１１は深溝玉軸受からなり、２個のころ軸受１０，１０のうち、図４右側の一方のころ軸受１０の設置位置の軸方向外側に配置される。玉軸受１１としては、深溝玉軸受の他４点接触型玉軸受や組み合わせアンギュラ玉軸受を用いても良い。ころ軸受１０は、前記保持器付き針状ころに限らず、軌道軸付きの軸受や、円筒ころ軸受であってもよい。ころ軸受１０の配置個数も、１個ずつに限らず、両側または片側につき、複数個配置しても良い。これらの場合であっても、本実施形態と同様の作用効果を奏する。
各ころ軸受１０の保持器１０ａは、ロール８の内径面に嵌合した環状のワッシャー１２および止め具１３等により軸方向の両方向に固定されている。

図４〜図６に示すように、玉軸受１１はラジアル荷重を負荷しないので、その外輪１１ａがロール８の内径面に圧入され、内輪１１ｂの内径面と軸９の外径面との間には、隙間δ１（図５）が設けられている。前記軸９はいわゆる段付き軸であって、軸方向両端部を除く大部分に大径部１４を備えている。この大径部１４に段面１４ａ，１４ａを介して小径部１５，１５が軸方向両側に所定小距離延びる。図４の右側の小径部１５において、基端側の外径面に環状溝１５ａが形成され、この環状溝１５ａに環状のシール部材１６が外装されている。
図５に示すように、玉軸受１１の内輪端面１１ｂａを、前記段面１４ａに当接させた状態において、この内輪１１ｂの内径面と、前記小径部１５の環状溝１５ａとの間でシール部材１６が弾性変形するようになっている。よって、前記隙間δ１からころ軸受１０に封入されたグリースが漏れることを防止すると共に、この隙間δ１からの異物侵入を防止し得る。

玉軸受１１は、図４矢印Ａ，Ｂで示す軸方向の両方向のスラスト荷重を支持可能なものである。本例の玉軸受１１は、図５に示すように、外輪１１ａと、内輪１１ｂと、複数の玉１１ｃと、これら玉１１ｃを保持する保持器１１ｄと、内外輪間の環状空間を密封する一対のシール部材１１ｅとを備えている。各シール部材１１ｅは外輪内径面に嵌合され、内輪１１ｂに対し非接触としている。この玉軸受１１は、ロール８および軸９に対して軸方向の両方向に固定されている。具体的には、前記ワッシャー１２と玉軸受１１との間に、環状の止め具１３を介在させている。この環状の止め具１３は、ロール８の内径面に嵌合されている。また、玉軸受１１の外輪１１ａの軸方向外側に、後述するラビリンスシール１７の外径シール部１８を配置している。この外径シール部１８は、ロール８の内径面に嵌合されている。これら環状の止め具１３と外径シール部１８とで、玉軸受１１の外輪１１ａが挟まれて、軸方向の両方向に固定される。さらに前記外径シール部１８は、ロール８の内径面に嵌合した環状の止め具１９により、ロール８に対して軸方向変位不能に固定される。
また、軸９における玉軸受１１の軸方向内側に形成された段面１４ａと、前記ラビリンスシール１７の内径シール部２０とで、玉軸受１１の内輪１１ｂが挟まれて、軸方向の両方向に固定される。前記内径シール部２０は、軸９の外径面に嵌合した環状の止め具２１により、軸９に対して軸方向変位不能に固定される。

ラビリンスシール１７について説明する。
図５、図６に示すように、ロール８の軸方向両端部に、ロール８と軸９との間をシールするラビリンスシール１７，１７を配置している。ラビリンスシール１７は、軸９に嵌合される内径シール部２０と、この内径シール部２０の外径側に配置されロール８の内径面に嵌合される外径シール部１８とを有する。この外径シール部１８の外径面１８ａは、ロール８の内径面８ａに対し締まり嵌めにより嵌合されている。これら内径シール部２０，外径シール部１８が組み合わされてラビリンス隙間を形成する。
すなわち、内径シール部２０は、外径シール部１８よりも軸方向寸法が所定小距離長く形成されている。この内径シール部２０は、この大部分を占める大径部２０ａ、この大径部２０ａに繋がるフランジ部２０ｂ、およびこのフランジ部２０ｂに繋がる小径部２０ｃを含む。
外径シール部１８は、厚肉部と、この厚肉部に繋がる薄肉部とを有する。前記厚肉部の内径面に、断面凹形状の環状溝２２が形成されている。この厚肉部の内径面が、内径シール部２０の大径部２０ａに対し、第１の径方向隙間を介して対向する。前記厚肉部のうち軸方向内側の段面が、内径シール部２０のフランジ部２０ｂの軸方向外側端面に対し、軸方向隙間を介して対向する。前記薄肉部の内径面が、前記フランジ部２０ｂの外周面に対し、第２の径方向隙間を介して対向する。前記ラビリンス隙間は、これら第１，第２の径方向隙間、環状溝２２、および前記軸方向隙間によって形成される。

溝付間座について説明する。
図４、図６に示すように、軸方向他方のラビリンスシール１７と、このラビリンスシール１７に隣接するころ軸受１０との間に、内周溝２３ａを有する溝付間座２３を配置している。同溝付間座２３の内周溝２３ａの空間容積は、ころ軸受１０に封入すべきグリース封入量以上としている。ころ軸受１０に封入するグリース封入量は、ころ軸受の空間容積の４０％以下とする。この溝付間座２３の外径面２３ｂを、ロール８の内径面８ａに対しすきま嵌めとしている。溝付間座２３は断面凹形状に形成され、この内周側縁部２４，２４を軸９に対し非接触としている。具体的には、これら内周側縁部２４，２４と軸９との間の径方向隙間δ２を０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に規定している。

溝付間座２３の軸方向内側の端面はロール８の段面に当接し、前記ラビリンスシール１７における外径シール部１８の薄肉部の端面が、この溝付間座２３の軸方向外側の端面に当接する。また、溝付間座２３の軸方向内側の端面は、ころ軸受１０を軸方向に固定するワッシャー１２の、軸方向外側の端面に当接し同ワッシャー１２を押圧する。
前記ラビリンスシール１７の、内径シール部２０における軸方向内側端面が、軸９の軸方向他方側の段面１４ａに当接したうえで、前記内径シール部２０の軸方向外側端面が、環状の止め具２１により軸９に対して軸方向変位不能に固定される。つまり、内径シール部２０は軸９の前記段面１４ａと前記環状の止め具２１との間に挟まれて固着されている。この状態において、内径シール部２０のフランジ部２０ｂの軸方向内側端面に対し、軸方向隙間を介して、溝付間座２３の軸方向外側の端面が対向する。

従来のバックアップロール装置では、使用に際して発生するスラスト荷重を軸方向の両端に配置した２個の玉軸受で負荷していた。これに対し、この発明の実施形態に係るバックアップロール装置７では、軸方向一方のラビリンスシール１７ところ軸受１０との間に配置した１個の玉軸受１１でスラスト荷重を負荷し得る。このため、玉軸受１１の１個分だけ従来品に比べて回転トルクを低減できる。
このように回転トルクを低減できることから、バックアップロール装置７と相手ロールの間でのスリップが減少する。これにより、スリップによるロール８のすべり傷も抑えられ、すべり傷がレベリング材に転写する不具合が減少する。前記ロール８のすべり傷が発生し難くなることから、圧延工程のライン等においてバックアップロール装置７の交換のサイクルを延ばすことができる。バックアップロール装置７の回転トルクを低減できることから、回転時の温度上昇が抑えられ、従来のバックアップロール装置の場合と比較して高回転での使用が可能となる。

軸方向他方のラビリンスシール１７と、このラビリンスシール１７に隣接するころ軸受１０との間に、内周溝２３ａを有する溝付間座２３を配置したため、前記ころ軸受１０に封入されるグリースが不所望に流れ出ても、遠心力により前記溝付間座２３の内周溝２３ａに溜めることができる。したがって、バックアップロール装置７外部にグリースが漏れることを防止し、製品である鋼板等にグリースが付着することを防止することができる。
また、この実施形態に係るバックアップロール装置７によれば、従来のバックアップロール装置よりも部品点数の低減を図り、組立・分解が容易となる。例えば、ロール８の外径面を修理する場合において、バックアップロール装置７を迅速に分解し、前記ロール８の外径面を修理した後、遅滞なく組立て再使用することが可能となる。それ故、バックアップロール装置７の稼働率を高めることができる。

溝付間座２３の内周溝２３ａの空間容積を、ころ軸受１０に封入すべきグリース封入量以上としているため、次の作用効果を奏する。ころ軸受１０に封入されるグリースが不所望に流れ出た場合において、遠心力により溝付間座２３の内周溝２３ａにこの流れ出たグリースをより確実に溜めることができる。換言すれば、内周溝２３ａからグリースを溢れ出させることなく溜めておくことができる。
溝付間座２３は軸９に対し非接触とし、これら溝付間座２３と軸９との間の径方向隙間δ２を０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としているため、次のような作用効果を奏する。バックアップロール装置７外部へのグリース漏れを防ぐことができるうえ、溝付間座２３と軸９との非接触状態を維持することができ、回転トルクが不所望に大きくなることを未然に防止することができる。

溝付間座２３の外径面２３ｂを、ロール８の内径面８ａに対しすきま嵌めとしているため、バックアップロール装置７の組立・分解が容易となる。すなわち、ロール８の内径面８ａに、溝付間座２３の外径面２３ｂを円滑に組立てることができるうえ、このロール８の内径面８ａから、溝付間座２３を迅速に且つ容易に分解し得る。
ラビリンスシール１７を、ロール８の内径面８ａに対し締まり嵌めとしているため、溝付間座２３の軸方向のがたを抑えることができる。また、ロール８の内径面８ａからの異物の侵入防止を図り、グリース漏れをより確実に防止することができる。
玉軸受１１はこの内外輪間の環状空間を密封するシール部材１１ｅを備え、このシール部材１１ｅを内輪１１ｂに対し非接触としているため、玉軸受１１の回転時における摩擦抵抗を低減し、回転トルクをより小さくすることができる。また、このシール部材１１ｅにより、玉軸受１１に封入されたグリース漏れ防止を図ることができる。

次に、この発明の他の実施形態を説明する。以下の説明においては、前述の実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図７、図８に示すように、この発明の他の実施形態に係るバックアップロール装置では、特に、溝付間座２３Ａを複数（この例では２つ）の部品からなるものとしている。この溝付間座２３Ａは、断面Ｌ字形状の間座部２５と、この間座部２５の軸方向内側の先端縁部に沿って当接する間座蓋部２６とを有する。これら間座部２５と間座蓋部２６とが軸方向に組み合わされて、断面凹形状の溝付間座２３Ａを成す。この組み合わされた溝付間座２３Ａの内周溝２３Ａａの空間容積が、ころ軸受１０に封入すべきグリース封入量以上としている。その他図４、図５に示す実施形態のバックアップロール装置と同様の構成となっている。

以上説明したバックアップロール装置によれば、溝付間座２３Ａを複数の部品からなるものとしたため、溝付間座２３Ａの内周溝２３Ａａを機械加工する加工工数の低減を図ることができる。軸方向寸法の異なる複数の間座部２５を用意しておき、いずれか１つの間座部２５と間座蓋部２６とを組み合わせることで、溝付間座２３Ａの内周溝２３Ａａの空間容積を容易に変更することができる。その他図４、図５に示す実施形態と同様の作用効果を奏する。
他の実施形態として、３つ以上の部品からなる溝付間座を適用することも可能である。軸方向に３列以上のころ軸受を並べたバックアップロール装置としても良い。玉軸受において、軸方向外側のシール部材を設け、軸方向内側のシール部材を省略することも可能である。この場合、バックアップロール装置の部品点数の低減をさらに図ることができる。

鋼板等の圧延作業の最終工程の設備を概略示す図である。 テンションレベラユニットの側面図である。 同テンションレベラユニットの正面図である。 この発明の一実施形態にかかるバックアップロール装置の断面図である。 同バックアップロール装置の玉軸受周辺の拡大断面図である。 同バックアップロール装置の溝付間座周辺の拡大断面図である。 この発明の他の実施形態にかかるバックアップロール装置の断面図である。 同バックアップロール装置の溝付間座周辺の拡大断面図である。 従来例のバックアップロール装置の断面図である。

符号の説明

７…バックアップロール装置
８…ロール
９…軸
１０…ころ軸受
１１…玉軸受
１７…ラビリンスシール
２３，２３Ａ…溝付間座
２３ａ，２３Ａａ…内周溝

Claims (7)

1. ロールと軸との間に、軸方向に並べた複数列のラジアル荷重負荷用のころ軸受と、スラスト荷重負荷用の玉軸受とを介在させたバックアップロール装置において、
   前記ロールの軸方向両端部に、前記ロールと軸との間をシールするラビリンスシールを配置し、軸方向一方のラビリンスシールと、このラビリンスシールに隣接するころ軸受との間に、前記玉軸受を配置し、
   軸方向他方のラビリンスシールと、このラビリンスシールに隣接するころ軸受との間に、内周溝を有する溝付間座を配置したことを特徴とするバックアップロール装置。
2. 請求項１において、前記溝付間座の内周溝の空間容積を、ころ軸受に封入すべきグリース封入量以上としたバックアップロール装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記溝付間座は軸に対し非接触とし、これら溝付間座と軸との間の径方向隙間を０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としたバックアップロール装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記溝付間座の外径面を、ロールの内径面に対しすきま嵌めとしたバックアップロール装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記ラビリンスシールを、ロールの内径面に対し締まり嵌めとしたバックアップロール装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記玉軸受はこの内外輪間の環状空間を密封するシール部材を備え、このシール部材を内輪に対し非接触としたバックアップロール装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記溝付間座を複数の部品からなるものとしたバックアップロール装置。

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