JP5487444B2 - 軸受ユニット - Google Patents

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Description

本発明は、軸受ユニットに関し、より詳細には、鉄鋼用圧延設備の作業ロールに適用するのに好適な軸受ユニットに関する。
圧延機による鉄鋼圧延工程は、加熱された厚さ約250mmのスラブと呼ばれる鋼片を、ロールで狭持しながら荷重をかけて板厚約lmmに圧延する熱間圧延と、熱間圧延された鋼板を、さらに1mm未満の板厚まで圧延する冷間圧延とに分けられる。圧延装置1は、図9に示すように、粗圧延機2Aと、複数のスタンドからなる仕工げ圧延機2Bとが、直線的に並べられている。各圧延機2A,2Bは、図10に示すように、圧延する板の形状をコントロールする軸部材である作業ロール3と、作業ロール3を支持して荷重をかける補助ロール4とからなる。
作業ロール3は、加熱された鋼片、鋼板5と直接接触して、補助ロール4からの圧下荷重を鋼片、鋼板5に伝えて所定の板厚に仕上げる。そのため、作業ロール3の表面は、鋼片5からの熱、高速回転、及び鋼片5と作業ロール3間に作用する高い面圧のため、短時間で粗さが荒くなり、圧延する板表面の形状、粗さに影響を与える。また、圧延中はスケールと呼ばれる極小さな破片が鋼片5から剥がれ落ちて作業ロール3に噛み込まれ、作業ロール3表面に圧痕などの損傷が生じる。場合によっては、この損傷が起点となって作業ロール3が割損に至ることもある。
このため、定期的に圧延機2から作業ロール3を取り外し、専用の研摩機で作業ロール3の表面を研摩して、圧痕の除去を行うと共に、所定の形状、粗さに維持する必要がある。このロール研磨作業は、圧延される材料、運転条件にもよるが、概ね1日に数回の研摩が必要とされる。作業ロール3は、図11に示すように、ロールネック6が、例えば、4列円すいころ軸受8を介してハウジングであるチョック7に回転自在に支持されている。また、作業ロール3の頻繁な抜き差しを容易にするため、ロールネック6は、4列円すいころ軸受8の内輪9にすきま嵌めで嵌合している。
ロール研摩作業は、圧延機2から作業ロール3の取り外し→研摩工場へ移動→チョック7から作業ロール3の抜き取り→作業ロール3を研摩機に取り付け→作業ロール3の表面研摩→検査→研摩機から作業ロール3取り外し→作業ロール3をチョック7ヘ組み込み→圧延機2に組み付け、と多くの工程からなる。このようなロール研摩作業は、例えば、7スタンド構成の熱間圧延機で、1日に3回のロール研磨が必要な場合、1日に42本のロール研磨を行わなくてはならず(7スタンド×2本×3回/日)、多くの時間を要する。
このようなロール研摩作業時間を出来るだけ短縮するため、作業ロール3をチョック7から外すことなく、作業ロール3をチョック7に組み込んだ状態で研摩機にセットして作業ロール3の表面を研摩する、所謂、チョック付き研削と呼ばれる方法が知られている。チョック付き研削によると、作業ロール3の抜き差し作業時間が不要となるばかりでなく、またチョック7に対する作業ロール3の抜き差しによるロールネック6表面、軸受内周面の組み込み傷などのトラブルを回避できる利点がある。
一方、極めて大きな荷重が作用する作業ロール3は、ロールネック6が4列円すいころ軸受8の内輪9にすきま嵌めで嵌合することによっても相対回転することがあり、ロールネック6と内輪9間に十分な潤滑剤が供給されない状態で圧延作業が行われると、ロールネック6に異常摩耗や、かじり等の損傷が生じる可能性がある。このため、ロール研摩作業の際、ロールネック6と内輪9間にグリースなどの潤滑剤が十分に供給されることが要求される。
作業ロール3がチョック7から外されて研磨される場合(チョック付き研削でない)は、研磨後にロールネック6を軸受8に挿入するとき、十分な量の潤滑剤を容易に塗布することができる。しかし、チョック付き研削の場合は、潤滑剤を塗布することが困難である。このため従来は、図11に示すように、ロールネック6に軸方向孔10a及び径方向孔10bからなる給脂孔10を設けておき、作業ロール3の軸端部から給脂孔10を介して潤滑剤(グリース)をロールネック6と内輪9の間に供給していた。
また、内輪内周面の軸方向両端部に、大径部と円周溝を内輪内周面全面に亘って連通させる筒状潤滑剤通路を形成し、または大径部と円周溝を部分的に連通させる溝状潤滑剤通路を形成して、ポンピング作用によって大径部の潤滑剤を潤滑剤通路、及び円周溝を介して内輪内周面の螺旋溝に供給して潤滑するようにした転がり軸受が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−76746号公報
しかしながら、図11に示す給脂機構によると、ロールネック6と内輪9の内周面間のすきまが極めて小さい(約0.15mm)ため、粘度の高いグリースなどの潤滑剤が十分に供給されないことがある。そのため、図12に示すように、更に内輪9の内周面に螺旋状油溝11を設け、この螺旋状油溝11から潤滑剤を供給することが試みられている。しかし、ロールネック6の給脂孔10と螺旋状油溝11の位置が合っている(連通している)可能性は低い。従って、ロールネック6及び内輪9間に十分な潤滑剤を供給することができず、圧延作業中にロールネック6に異常摩耗、かじり等の損傷が生じる虞があった。
また、特許文献1に記載の転がり軸受では、潤滑剤通路が内輪内周面の軸方向両端部に形成されるもので、軸方向孔と径方向孔とで給脂孔を設けるものと異なる。
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸部材と軸受内輪間に十分な潤滑剤を供給して、使用時に軸部材に生じる異常摩耗やかじり等の損傷を防止することができる軸受ユニットを提供することにある。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 軸端面から軸方向に形成される軸方向孔及び前記軸方向孔に連通して径方向に形成され外周面に向けて開口する径方向孔を備える軸部材と、
内周面に螺旋溝が形成されて前記軸部材に外嵌する内輪、ハウジングに内嵌する外輪、及び前記内外輪間に転動自在に配設された複数の転動体を有する転がり軸受と、
を備える軸受ユニットであって、
前記軸受は、前記内輪が前記軸部材である圧延機用ロールのロールネックに外嵌され、前記外輪が前記ハウジングであるチョックに内嵌されて、前記圧延機用ロールの表面にチョック付き研削が施される圧延機用ロールネック軸受であり、
前記軸受の軸方向両端は、シール部材でシールされ、
前記軸受の内輪と前記軸部材との間には、前記軸部材の前記軸方向孔及び径方向孔を通じてグリースが供給され、
前記軸部材の外周面には、前記螺旋溝のピッチ以上の軸方向幅でカットされた、前記径方向孔の開口部が設けられる切り欠き部が形成され
前記切り欠き部の軸方向の両側壁は、前記内輪に向かって該切り欠き部が拡がるように傾斜し、
前記切り欠き部と前記内輪の内周面とにより画成される空間に、前記軸方向孔及び径方向孔を通じて供給された前記グリースが一時的に貯留されることを特徴とする軸受ユニット。
(2) 前記軸部材の外周面と前記切り欠き部の側壁との角部に面取りが施されていることを特徴とする軸受ユニット。
本発明の軸受ユニットによれば、径方向孔が外周面に向けて開口する軸部材は、内輪の内周面に螺旋溝が形成された転がり軸受によって支持されている。軸部材の外周面には、螺旋溝のピッチ以上の軸方向幅でカットされた、径方向孔の開口部が設けられる切り欠き部が形成されるので、内輪の内周面と切り欠き部とで画成される空間が、常に螺旋溝の一部と連通している。従って、開口部から供給される潤滑剤は、螺旋溝を通って、軸部材の外周面と内輪の内周面との間に容易に供給される。これにより、潤滑剤不足に起因する軸部材の異常摩耗や、かじり等の損傷を防止することができる。
また、軸受は、圧延機用ロールの表面にチョック付き研削が施される圧延機用ロールネック軸受であるので、作業ロールをチョックから取り外すことなく、作業ロールのロールネックと内輪との間に十分な量の潤滑剤を供給することができる。また、ロール研摩作業を効率的に行うことができる。これによって、圧延作業中に潤滑剤不足に起因する作業ロールの異常摩耗や、かじり等の損傷を防止することができる。
また、本発明の軸受ユニットによれば、軸部材の外周面と切り欠き部の側壁との角部に面取りが施されているので、角部に発生する応力集中を緩和することができ、内輪にロールネックを抜き差しするとき、角部と内輪内周面との引っ掛かりをなくし、組み込み傷などを防止できる。
本発明に係る第1実施形態の軸受ユニットを説明するための断面図である。 図1に示すII部拡大図である。 図1に示す軸部材に形成された切り欠き部の形状を説明するための斜視図である。 図3に示す軸部材のIV-IV断面図である。 図3に示す軸部材のV-V断面図である。 本発明に係る第2実施形態の軸受ユニットの軸部材を説明するための斜視図である。 本発明に係る第3実施形態の軸受ユニットの軸部材を説明するための斜視図である。 本発明に係る第4実施形態の軸受ユニットの内輪を説明するための断面図である。 圧延装置の概略構成を説明するための斜視図である。 圧延機の概略構成を説明するための斜視図である。 従来の軸受ユニットを説明するための断面図である。 内周面に螺旋溝が形成された従来の内輪を説明するための断面図である。
以下、本発明に係る軸受ユニットの各実施形態について、圧延機用作業ロールに適用される場合を例に図面に基づいて詳細に説明する。
(第1実施形態)
まず、図1〜図5を参照して、本発明に係る軸受ユニットの第1実施形態について説明する。
図1に示すように、本発明に係る軸受ユニット20は、軸部材である圧延機用作業ロール21と、転がり軸受である4列円すいころ軸受22と、ハウジングであるチョック23とを備える。
作業ロール21の軸端部が小径とされたロールネック24には、軸方向孔25が軸端面から軸方向に形成されると共に、径方向孔26が軸方向孔25に連通して径方向に形成されており、径方向孔26は、ロールネック24の外周面40に向けて開口する開口部27を有する。
図2に示すように、4列円すいころ軸受22は、ロールネック24にすきま嵌めで外嵌される内輪28、円環状のチョック23に内嵌される外輪29、及び内外輪28、29間に転動自在に配設された4列の円すいころ30を備える。内輪28の内周面31には、螺旋溝32が所定のピッチPで設けられている。外輪29の軸方向両端には、リング部材33及び内輪28に摺接するシール部材34が配設されて、4列円すいころ軸受22をシールしている。なお、内輪28は、それぞれ2つの軌道面を有するように2分割されて2つの内輪部材28aとされており、これらの間に中間シールが取り付けられている。また、外輪29は、2つの軌道面を有する外輪部材29aと、1つの軌道面をそれぞれ有する2つの外輪部材29bと、これらの間に配置される間座と、に5分割されている。
4列円すいころ軸受22は、軸方向両側にシール部材34が取り付けられ、シール37が取り付けられたチョック23に外輪29を内嵌させる。そして、軸受22は、蓋部材36と共に、フィレットリング35を挿入したロールネック24に内輪28をすきま嵌めとして外挿する。そして、4列円すいころ軸受22が挿入されたロールネック24に、間座38を組み込んだ後、キー50を挿入してナット51を締め付け、さらに、2つ割れリング52を嵌めこむ。これにより、作業ロール21は、チョック23に4列円すいころ軸受22を介して回転自在に支持している。
なお、上記した軸受ユニット20の基本構成は、後述する第2、3、4実施形態においても同様に構成されている。
図3及び図4に示すように、第1実施形態の作業ロール21は、内輪28の内周面、即ち、2つの各内輪部材28aの中間部に対向するロールネック24の外周面40に、軸心と略平行にカットされた切り欠き部である平坦部41が形成されている。平坦部41には、径方向孔26の開口部27が設けられ、平坦部41の軸方向幅Wは、内輪28に形成された螺旋溝32のピッチPより大きく設定されている。
これにより、ロールネック24が内輪28に嵌合したとき、平坦部41、平坦部41の両側壁42、及び内輪28の内周面31によって空間Sが画成される。空間Sは、軸方向孔25、及び径方向孔26から供給されるグリースなどの潤滑剤を一時的に貯留する潤滑剤溜まりとして機能する。
図5(a)に示すように、作業ロール21の軸心を通る断面において、ロールネック24の平坦部41と側壁42とのなす角度θは、90°から180°の任意の角度に設定することができるが、後述するように、グリースを螺旋溝32にスムーズに供給するためには、略90°〜135°とするのが好適である。さらに、側壁42から外周面40にグリースがもれることなく螺旋溝32に効率良くスムーズに供給するためには、図5(b)に示す略90°が好適である。
また、平坦部41と側壁42との内角部、及び外周面40と側壁42との外角部に曲面状に面取りRを施して、角部に発生する応力集中を緩和することが望ましい。角部に曲面状に面取りを施すことにより、内輪28にロールネック24を抜き差しするとき、角部と内周面31との引っ掛かりをなくして、グリースが側壁42から外周面40へわずかにスムーズに供給できるので、組み込み傷などを防止できる。さらに、ロールネック24を抜き差しするときは、外周面40のグリースがスムーズに供給できるので角度θは135°が望ましい。
また、平坦部41の断面形状は、図5(c)、(d)、(e)に示すように、円弧形状としてもよく、また平坦部41の側壁42を円弧で形成してもよい。更に、外周面40をV字型にカットしてV字溝43とすることもできる。また、図5(c)、(d)、(e)においても、外周面40と側壁42との外角部に曲面状に面取りRを施しても良い。さらに、切り欠き部は、平坦部41の代わりに外周面40から一様深さの溝とした曲面部であってもよい。また、径方向孔26の開口部27が臨む切り欠き部との境界部分にも曲面状の面取りRを施すことで、グリースが供給しやすくなる。
本実施形態の作用を説明する。第1実施形態の軸受ユニット20は、図1において、軸方向孔25からグリースなどの潤滑剤を供給すると、グリースは径方向孔26、及び開口部27を介して、平坦部41、両側壁42、及び内輪28の内周面31で画成される空間Sに流入して貯留される。
平坦部41の軸方向幅Wは螺旋溝32のピッチPより大きいので、空間Sと螺旋溝32とは、ロールネック24と内輪28の相対位相に無関係に常に連通しており、空間Sに流入・貯留されたグリースなどの潤滑剤は、螺旋溝32のポンピング作用によって確実に、且つ十分な量が、作業ロール21の外周面40と、内輪28の内周面31との隙間に供給される。また、空間Sを設けることで、作業ロール21の外周面40と、内輪28の内周面31との隙間に空気の流れを与えることができ、給脂をスムーズに行うことができる。これにより、潤滑剤不足に起因する作業ロール21(ロールネック24)の異常摩耗や、かじり等の損傷を防止することができる。
以上説明したように、本実施形態の軸受ユニット20によれば、ロールネック24の外周面40には、螺旋溝32のピッチPより大きな軸方向幅Wでカットされた、径方向孔26の開口部27が設けられる平坦部41が形成されるので、平坦部41と内輪28の内周面31とで画成される空間Sと螺旋溝32とは、ロールネック24の位相に関係なく常に連通している。これにより、開口部27から供給されるグリースは、螺旋溝32を介してロールネック24と内輪28の隙間に確実に供給される。
従って、チョック23から作業ロール21を外すことなく、作業ロール21をチョック23に組み込んだままで、十分な量のグリースなどの潤滑剤をロールネック24と内輪28の隙間に供給することができる。これにより、チョック付き研削される作業ロール21に適用して、ロールネック24の異常摩耗や、かじり等を防止することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る軸受ユニットについて図6を参照して説明する。図6は第2実施形態の軸受ユニットの軸部材(作業ロール)を説明するための斜視図である。
図6に示すように、本実施形態の作業ロール21のロールネック24には、2つの各内輪部材28aの中間部に対向する外周面40に、径方向孔26の開口部27が溝底面に設けられる円周方向溝45が全周に亘って形成される。これにより、ロールネック24が内輪28に嵌合したとき、円周方向溝45と内輪28の内周面31によって円環状の空間Sが画成される。空間Sは、ロールネック24と内輪28の相対位相に無関係に、また、円周方向溝45の溝幅と無関係、即ち、例えば、円周方向溝45の溝幅を開口部27と略等しくしても、内輪28の内周面31に設けられた螺旋溝32と常に連通している。
従って、空間Sに流入・貯留されたグリースなどの潤滑剤は、螺旋溝32のポンピング作用によって確実に、且つ十分な量が、作業ロール21の外周面40と、内輪28の内周面31との隙間に供給される。また、空間S内に空気の流れを与えることができ、給脂をスムーズに行うことができる。これにより、潤滑剤不足に起因する作業ロール21(ロールネック24)の異常摩耗や、かじり等の損傷を防止することができる。
本実施形態の軸受ユニット20によれば、ロールネック24の外周面40には、径方向孔26の開口部27が設けられる円周方向溝45が全周に亘って形成されるので、円周方向溝45が、螺旋溝32の一部と常に連通し、開口部27から供給されるグリースは、円周方向溝45、及び螺旋溝32を介してロールネック24と内輪28の隙間に確実に供給される。これにより、潤滑剤不足に起因するロールネック24の異常摩耗や、かじり等の損傷を防止することができる。
その他の部分については、第1実施形態の軸受ユニットと同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る軸受ユニットについて図7を参照して説明する。図7は第3実施形態の軸受ユニットの軸部材(作業ロール)を説明するための斜視図である。
図7に示すように、本実施形態の作業ロール21のロールネック24の外周面には、径方向孔26の開口部27が溝底面に設けられる軸方向溝46が螺旋溝32のピッチP以上の長さLで形成される。特に、本実施形態では、軸方向溝46は、2つの各内輪部材28aの中間部に対向する位置に形成される2つの径方向孔26の各開口部27を結ぶように形成されているが、軸方向長さLが螺旋溝32のピッチP以上であれば、各開口部27毎に独立して複数形成されてもよい。
これにより、ロールネック24が内輪28に嵌合したとき、軸方向溝46と内輪28の内周面31によって画成される略直方体状の空間Sは、内輪28の内周面31に設けられた螺旋溝32と複数個所で連通している。
従って、空間Sに流入・貯留されたグリースなどの潤滑剤は、螺旋溝32のポンピング作用によって確実に、且つ十分な量が、作業ロール21の外周面40と、内輪28の内周面31との隙間に供給される。これにより、潤滑剤不足に起因する作業ロール21(ロールネック24)の異常摩耗や、かじり等の損傷を防止することができる。
本実施形態の軸受ユニット20によれば、ロールネック24の外周面には、径方向孔26の開口部27が設けられる軸方向溝46が螺旋溝32のピッチPより大きな長さで形成されるので、軸方向溝46と螺旋溝32とが常に連通している。従って、開口部27から供給される潤滑剤は、軸方向溝46、及び螺旋溝32を介して容易にロールネック24と内輪28の隙間に確実に供給される。これにより、潤滑剤不足に起因するロールネック24の異常摩耗や、かじり等の損傷を防止することができる。
その他の部分については、第1実施形態の軸受ユニットと同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態に係る軸受ユニットについて図8を参照して説明する。図8は第4実施形態の軸受ユニットの内輪を説明するための断面図である。
図8に示すように、本実施形態の内輪28の内周面31には、螺旋溝32が設けられると共に、ロールネック24が嵌合したとき、径方向孔26の開口部27とオーバーラップする軸方向位置に、円周溝47が全周に亘って形成されている。螺旋溝32は、円周溝47を横切って形成されているので、螺旋溝32と円周溝47とは常に連通している。
従って、開口部27から円周溝47に供給されたグリースなどの潤滑剤は、螺旋溝32のポンピング作用によって確実に、且つ十分な量が、ロールネック24の外周面40と、内輪28の内周面31との隙間に供給される。また、円周溝47とロールネック24の外周面40との間の空間内に空気の流れを与えることができ、給脂をスムーズに行うことができる。これにより、潤滑剤不足に起因する作業ロール21(ロールネック24)の異常摩耗や、かじり等の損傷を防止することができる。
本実施形態の軸受ユニット20によれば、内輪28の内周面31には、径方向孔26の開口部27とオーバーラップする位置に、円周溝47が全周に亘って形成されるので、開口部27から供給される潤滑剤は、円周溝47、及び螺旋溝32を介して容易にロールネック24の外周面40と内輪28の内周面31との間に供給され、潤滑剤不足に起因するロールネック24の異常摩耗や、かじり等の損傷を防止することができる。
なお、本実施形態の内輪28は、単独で使用されてもよいが、第1〜3実施形態の各ロールネック24と組み合わされてもよい。この場合、ロールネック24と内輪28の内周面31の間に画成される空間Sの容量、及び螺旋溝32との連通面積を大きくすることができ、より多くのグリースを貯留して、確実にロールネック24と内輪28の隙間に供給することができる。
その他の部分については、第1実施形態の軸受ユニットと同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、各軸方向位置に径方向孔を1つとしたが、図11に示す従来例と同様に、各軸方向位置に複数形成されてもよい。また、第1実施形態の場合には、切り欠き部は各径方向孔の開口部毎に形成されればよい。
また、上記実施形態では、軸受ユニットを圧延機の作業ロールに適用したものとして説明したが、これに限定されず、軸部が内輪にすきま嵌めされる任意の装置に適用することができる。
20 軸受ユニット
21 作業ロール(軸部材)
22 4列円すいころ軸受(転がり軸受、圧延機用ロールネック軸受)
23 チョック(ハウジング)
24 ロールネック(軸部材)
25 軸方向孔
26 径方向孔
27 開口部
28 内輪
29 外輪
30 円すいころ(転動体)
31 内周面
32 螺旋溝
40 外周面
41 平坦部(切り欠き部)
45 円周方向溝
46 軸方向溝
47 円周溝
P 螺旋溝のピッチ
W 平坦部の軸方向幅

Claims (2)

  1. 軸端面から軸方向に形成される軸方向孔及び前記軸方向孔に連通して径方向に形成され外周面に向けて開口する径方向孔を備える軸部材と、
    内周面に螺旋溝が形成されて前記軸部材に外嵌する内輪、ハウジングに内嵌する外輪、及び前記内外輪間に転動自在に配設された複数の転動体を有する転がり軸受と、
    を備える軸受ユニットであって、
    前記軸受は、前記内輪が前記軸部材である圧延機用ロールのロールネックに外嵌され、前記外輪が前記ハウジングであるチョックに内嵌されて、前記圧延機用ロールの表面にチョック付き研削が施される圧延機用ロールネック軸受であり、
    前記軸受の軸方向両端は、シール部材でシールされ、
    前記軸受の内輪と前記軸部材との間には、前記軸部材の前記軸方向孔及び径方向孔を通じてグリースが供給され、
    前記軸部材の外周面には、前記螺旋溝のピッチ以上の軸方向幅でカットされた、前記径方向孔の開口部が設けられる切り欠き部が形成され
    前記切り欠き部の軸方向の両側壁は、前記内輪に向かって該切り欠き部が拡がるように傾斜し、
    前記切り欠き部と前記内輪の内周面とにより画成される空間に、前記軸方向孔及び径方向孔を通じて供給された前記グリースが一時的に貯留されることを特徴とする軸受ユニット。
  2. 請求項1に記載の軸受ユニットであって、前記軸部材の外周面と前記切り欠き部の側壁との角部に面取りが施されていることを特徴とする軸受ユニット。
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