JP5558068B2 - 軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造設備又は圧延設備等の機器に備わるロールを回動可能に支持する軸受装置に関する。

連続鋳造設備は、鋳片を案内する多数のガイドロールを備え、また圧延設備は、鋼材を圧延する多数のテーブルロールを備えている。これらガイドロール及びテーブルロール（以下、これらを単に「ロール」ともいう）の軸部は、以下で説明する軸受装置によって回動可能に支持されている。

図５は、従来技術の軸受装置１，２を示す断面図である。図６は、軸受装置１の一部を拡大して示す拡大断面図である。軸受装置１，２では、大略的に有底筒状に形成されるハウジング５を備え、このハウジング５内に軸受部材６が設けられており、この軸受部材６によりロール３の軸部４が回動可能に支持されている。一方の軸受装置１（以下、「第１軸受装置１」という）に備わる軸受部材６は、ハウジング５に対しロール３の軸方向に摺動変位可能になっている。これに対して、他方の軸受装置２（以下、「第２軸受装置２」という）の軸受部材６は、ハウジング５に固定されている。これにより、ロール３の軸部４の変形及び変位（図６の二点鎖線）が許容され、軸受部材６に生じる負荷を抑えている。また軸受装置１では、ハウジング５の開口がシール材７によって封止されており、このシール材７によって、ハウジング５内に空気、水、ダストおよび水蒸気が入ることを防いでいる。

実開平０５−６０６５０号公報

しかしながら、従来技術の軸受装置１では、シール材７によってハウジング５内が密封されているので、軸部４の熱膨張、又は軸部４の変位等でハウジング５内の空間が小さくなると、ハウジング５内の圧力が大気圧より高くなる。そうすると、軸受部材６等で使用されるグリスが外へ飛び出してしまうことがある。グリスが飛び出すと、軸受部材６等を充分に潤滑することができず、軸受部材６の焼きつきが生じることもあり得る。また、逆に、軸部４の熱収縮、又は軸部４の変位等でハウジング５内の空間が大きくなると、ハウジング５内の圧力が大気圧より低くなる。そうすると、吸引力が働き、大気に含まれる空気、水、ダスト及び水蒸気がシール材７と軸部４との間を通ってハウジング５内に引き込まれることがある。それ故、軸受部材６が錆びたり、損傷したりすることがある。また、潤滑油でキャビテーションが生じて軸受部材６に充分な量の潤滑油が供給されず、軸受部材６の焼きつきが生じることもあり得る。そのため、軸受部材６をこまめに取り替える必要があり、軸受装置１の耐久性が低くなってしまう。

本発明の目的は、ロールが伸縮又は変位しても、ハウジング内に、空気、水、ダストおよび水蒸気を吸引しない軸受装置を提供することである。

本発明の軸受装置は、一端部に開口を有し、他端部が閉じられたハウジングユニットと、前記ハウジングユニットの一端部の開口から突出するように設けられるロールを前記ハウジングユニット内で回動可能に支持する軸受部材と、前記ハウジングユニットの開口を封止するシール部材と、前記ハウジングユニット内を、前記ロールが配置される一端部側の空間と他端部側の空間とに分断する弾性変形可能な円板状の弾性膜とを備え、前記弾性膜は、前記ハウジングユニットの内周部に当接させて前記ハウジングユニットに圧入されているものである。

上記発明において、前記ハウジングユニットには、前記他端部側の空間とは異なる空間を大気に開放する大気開放孔部が形成されていることが好ましい。

上記発明においては、前記軸受部材は、前記ロールに固定される内輪と、前記ハウジングユニットに固定される外輪と、前記内輪と前記外輪との間に設けられる複数のころとを有し、前記複数のころにより前記外輪に対して前記内輪が前記ロールの軸方向に摺動可能になっている転がり軸受であることが好ましい。

上記発明においては、弾性膜がダイヤフラムであり、
前記ダイヤフラムは、その軸線を中心に円環状に配置される凹部を有しており、
前記凹部は、前記一端部側の空間から前記他端部側の空間に向かって凹んでいることが好ましい。

本発明によれば、ロールが熱膨張した時、又は動いた時に弾性膜が変形して一端側の空間の圧力を一定圧に維持しようとするので、一端部側の空間の圧力と大気圧との差圧が大きくなることを抑制できる。これにより、ロールとシール部材との間を通って空気、水、ダストおよび水蒸気がハウジングユニット内に引き込まれたり、一端部側の空間の流体、例えば潤滑油が大気に漏れたりすることを抑制できる。これにより、ロールおよび軸受部材で錆び、損傷、及び焼きつきが発生することを抑制できる。

本発明の第１の実施の形態の圧力調整型軸受装置１０を示す断面図である。 圧力調整型軸受装置の一部を拡大して示す拡大断面図である。 ロールが変形している状態における対応型軸受装置の一部を拡大して示す拡大断面図である。 分割ロール装置を示す正面断面図である。 従来の技術の軸受装置を示す断面図である。 軸受装置の一部を拡大して示す拡大断面図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態の圧力調整型軸受装置１０（以下、「調整型軸受装置１０」）を示す断面図である。図２は、調整型軸受装置１０の一部を拡大して示す拡大断面図である。調整型軸受装置１０は、連続鋳造設備のガイドロールおよび圧延設備の圧延ロール（以下、単に「ロール」ともいう）１１を回動可能に支持する装置である。ロール１１は、円柱状のロール本体１２を有し、その軸線方向両端部にロール本体１２より小径の軸部１３が設けられている。これら２つの軸部１３は、調整型軸受装置１０と圧力非調整型軸受装置１４（以下、「非調整型軸受装置１４」という）とによって、回動可能にそれぞれ支持されている。これら、調整型軸受装置１０、非調整型軸受装置１４およびロール１１によって、鋳片を搬送し、又は鋼材を圧延するロール装置１９が構成される。

軸受装置である調整型軸受装置１０は、基本的には、ハウジングユニット１５と、軸受部材１６と、ダイヤフラム１７と、シール材１８とを有する。調整型軸受装置１０は、基準軸線Ｌ１（以下、単に「軸線Ｌ１」という）を有する。ハウジングユニット１５は、軸受箱２０ａと、カバー２０ｂと、ハウジング２０ｃとを有する。軸受箱２０ａは、大略的に円筒状に形成されている。この軸受箱２０ａの一方の開口部には、カバー２０ｂが密封するように螺合されており、このカバー２０ｂにより前記一方の開口部が閉じられている。また軸受箱２０ａの他方の開口部には、ハウジング２０ｃが密封するように螺着されている。ハウジング２０ｃは、大略的に円環状に形成されている。このようにして構成されるハウジングユニット１５は、軸線Ｌ１周りに形成される孔部１５ａを有する有底筒状になっている。ハウジングユニット１５には、その開口から孔部１５ａに第１軸部１３ａが挿入されているおり、この第１軸部１３ａは、ハウジングユニット１５内に設けられる軸受部材１６により軸線Ｌ１まわりに回動可能に軸支されている。

軸受部材１６は、所謂自動調芯総ころ軸受であり、内輪２１と、外輪２２と、複数の球面円筒ころ２３とを有し、その内輪２１が第１軸部１３ａに外嵌して固定され、外輪２２が軸受箱２０ａの内周部に嵌合して固定されている。内輪２１と外輪２２との間には、球面円筒ころ２３が設けられており、この球面円筒ころ２３が動くことで、自動調芯しながら外輪２２に対して内輪２１が相対変位するようになっている。これにより、内輪２１及び外輪２２の各々がロール１１及びハウジングユニット１５に対して相対変位することがなく、従来のように内輪２１、外輪２２、ロール１１及びハウジングユニット１５が夫々摺動して損傷するという事態を生じない。これによって、軸受部材１６の長寿命化を図ることができる。

また、ハウジングユニット１５内には、円板状のダイヤフラム１７が設けられている。弾性膜であるダイヤフラム１７は、弾性部材、たとえば合成ゴムから成り、その外周縁がＸ方向に折り返され、折り返した部分をカバー２０ｂの内周部に当接させてカバー２０ｂに圧入して取り付けられている。それ故、カバー２０ｂとダイヤフラム１７との間が密封されている。なお、ダイヤフラム１７の軸線は、軸線Ｌ１に一致している。

このようにして圧入されたダイヤフラム１７は、ハウジングユニット１５内の空間２５を開口側の空間である第１空間２５ａと、カバー２０ｂ側の空間である第２空間２５ｂとに分断する。ダイヤフラム１７には、その外周縁より内側に凹部２７が形成されている。凹部２７は、軸線Ｌ１を中心に円環状に配置され、第１空間２５ａから第２空間２５ｂに向かって凹んでいる。この凹部２７により、ダイヤフラム１７は、弾性変形を迅速に行なえるようになっている。

軸受部材１６は、第一空間２５ａに配設されており、第２空間２５ｂには、断熱板２８が設けられている。断熱板２８は、カバー２０ｂの底部にダイヤフラム１７に対向して設けられており、ダイヤフラム１７がカバー２０ｂに当ってもカバー２０ｂの熱がダイヤフラム１７に直接伝わらないようにダイヤフラム１７を保護している。これにより、ダイヤフラム１７の熱劣化及び熱老化を防いでいる。また、カバー２０ｂには、大気開放孔部２６が形成されており、この大気開放孔部２６によって第２空間２５ｂが大気に開放されている。

第１空間２５ａは、そこに潤滑油を充填すべく、開口に設けられるシール部材１８によって密閉されている。シール材１８は、円環状のダストシール１８ａ及びオイルシール１８ｂによって構成されている。ダストシール１８ａ及びオイルシール１８ｂは、第１軸部１３ａに外嵌されて、該第１軸部１３ａとハウジング２０ｃとにより挟持されている。なお、本実施の形態では、シール材１８にダストシール１８ａとオイルシール１８ｂを用いているけれども、異なる種類のシール材を用いることも可能である。

このように配置されたシール部材１８により第１空間２５ａが密閉されているため、調整型軸受装置１０では、ロール１１が熱膨張すると、第１空間２５ａの圧力変動を抑えるべく、ダイヤフラム１７が弾性変形する。弾性変形の際、ダイヤフラム１７は、凹部２７によりロール１１の熱膨張に対して迅速に弾性変形する。即ち、ダイヤフラム１７は、ロール１１の熱膨張に対する応答性能が高い。それ故、連続鋳造設備および圧延設備のようにロール１１の温度が急激に上昇して急激な熱膨張が生じるような場合であっても、その熱膨張に合わせてダイヤフラム１７が変形し、第１空間２５ａの圧力の急激な変動を防いでいる。

非調整型軸受装置１４は、基本的には、ハウジングユニット３１と、軸受部材３２と、シール材３３とを有する。非調整型軸受装置１４は、基準軸線Ｌ２（以下、単に「軸線Ｌ２」という）を有し、この軸線Ｌ２が軸線Ｌ１と一致するように形成されている。

ハウジングユニット３１は、ハウジングユニット１５と略同様の構成であり、有底筒状に形成されている。このハウジングユニット３１には、ロール１１の他方の軸部１３（以下、単に「第２軸部１３ｂ」）が挿入されており、第２軸部１３ｂは、ハウジングユニット３１内に設けられる軸受部材３２に軸線Ｌ１回りに回動可能に軸支されている。軸受部材３２は、いわゆる２列の球面ころ３５を有する自動調芯転がり軸受である。軸受部材３２の内輪は、第２軸部１３ｂに固定されており、外輪は、ハウジングユニット３１に内嵌されて固定されている。このように軸受部材３２が配置されたハウジングユニット３１内は、潤滑油を充填すべく、開口に設けられるシール部材３３によって密閉されている。シール材３３は、調整型軸受装置１０のシール部材１８と同様に、ダストシール３３ａ及びオイルシール３３ｂにより構成されている。

図３は、ロール１１が変形している状態における調整型軸受装置１０の一部を拡大して示す拡大断面図である。以下では、調整型軸受装置１０の動作について説明する。ロール１１が連続鋳造設備又は圧延設備などで用いられる場合、ロール１１は前記鋳片又は鋼材により熱せられ膨張する。ロール１１の第２軸部１３ｂは、軸受部材３２により非調整型軸受装置１４に固定されているが、第１軸部１３ａは、調整型軸受装置１０に軸線Ｌ１方向Ｘ（以下、単に「Ｘ方向」という）に相対変位可能になっている。そのため、ロール１１が熱膨張すると、第２空間２５ｂの方に向かって延びるようにロール１１が変形し、第１軸部１３ａが第２空間２５ｂの方に向かって移動する。これにより、第１軸部１３ａ及び軸受部材１６を除いた第１空間２５ａの容積が小さくなり、第１空間２５ａの圧力上昇が生じる。

他方、第２空間２５ｂは、大気開放孔部２６によって大気開放されており、第２空間２５ｂの内圧が大気圧に維持されている。そのため、ダイヤフラム１７は、第１空間２５ａの内圧と第２空間２５ｂの内圧とのバランスを取るべく、凹部２７を基点として第２空間２５ｂの方に突出するように弾性変形する（第２図の二点鎖線および第３図参照）。これにより、第１空間２５ａの内圧が大気圧及びそれに近い圧力に維持され、ロール１１の熱膨張及び熱収縮に伴う第１空間２５ａの内圧の変動を抑えることができる。

これにより、ロール１１の熱膨張及び熱収縮のくり返し作用により、大気から第１空間２５ａに空気、水、ダストおよび水蒸気等が吸引されることや、第１空間２５ａから大気に潤滑油が押し出されることを抑えることができる。これによって、空気、水、ダストおよび水蒸気等の吸引に起因するロール１１及び軸受部材１６の錆及び損傷を防ぐことができ、また、第１空間２５ａに充填された潤滑油の漏れに伴う潤滑油不足に起因するロール１１および軸受部材１６の焼きを防ぐことができる。このような優れた作用効果をダイヤフラム１７のような簡単な構成によって達成することができる。

また調整型軸受装置１０では、第１空間２５ａの中間部に軸受部材１６が設けられているため、この軸受部材１６により第１空間２５ａが開口側の一方側の領域と反対側の他方側の領域とに分断されているが、これらの２つの領域にある潤滑油は、軸受部材１６の互いに隣接する球面円筒ころ２３の間を通って移動することができる。しかし、潤滑油は粘性が高い液体であることが多く、ロール１１が熱膨張して内輪２１が外輪２２に対して相対変位するときに、潤滑油の移動が迅速に行われない場合がある。このような場合、一方側の内圧だけ又は他方側の内圧だけが一時的に昇圧又は降圧することがあり、移動する潤滑油の量が多ければ多いほど、圧力差が大きくなる。

そこで、本実施形態の調整型軸受装置１０では、軸受部材１６に自動調芯総ころ軸受を用いている。自動調芯総ころ軸受は、球面円筒ころ２３が軸線Ｌ１と平行に配設されているので、従来技術の自動調芯転がり軸受に比べて小形化されている。そのため、ロール１１が熱膨張して内輪２１が相対変位する際に、一方側の領域から他方側の領域に移動する潤滑油の量が従来の技術より少なくなる。それ故、ロール１１の熱膨張時における、２つの領域の圧力差を抑えることができる。また、ロール１１の熱膨張時でも外輪２２は動かずに内輪２１だけが動くので、移動する潤滑油の量を少なくすることができ、２つの領域の圧力差を抑えることができる。なお、本実施形態の調整型軸受装置１０の軸受部材１６に自動調芯総ころ軸受を用いているが、自動調芯総ころ軸受に限定するものではなく、種々のころ軸受を用いることができる。

また、本実施の形態では、図２に示すように、内輪２１および外輪２２は、Ｘ方向の各中心Ｌ３，Ｌ４をＸ方向にずらして設けられ、内輪２１の中心軸Ｌ３が、外輪２２の中心軸Ｌ４よりも、ハウジング２０ｃ側に設けられている。これは、動作状態においてロール１１が熱膨張することを考慮したものであり、動作状態において中心軸Ｌ３，Ｌ４が一致するようになっている。

また本実施の形態では、ハウジングユニット１５がダイヤフラム１７によって、２つの空間２５ａ，２５ｂに分断されているけれども、３つ以上の空間に分断されても、同様の効果を奏する。さらに弾性膜は、ダイヤフラム１７に限定するものではなく、弾性変形可能な膜、たとえば合成ゴムによって形成される膜であればよい
図４は、分割ロール装置４０を示す正面断面図である。分割ロール装置４０は、ロール装置１００を並設したものである。ロール装置１００は、ロール装置１９と構成が類似している。ロール装置１００については、ロール装置１９と異なる構成についてだけ説明し、同一の構成については同一の符号を付して、その説明を省略する。

ロール装置１０１のロール本体１０２は、基本的にロール本体１２と形状が類似しているが、第１軸部１３ａ側の端部の外周部がＸ方向に突出し、ハウジングユニット１５のハウジング２０ｃを被覆している点で異なる。分割ロール装置４０では、このような構成を有する２つのロール装置１００が、調整型軸受装置１０が互いに対向し隣接するように並設されている。並設する際、各ロール装置１００は、それらの軸線Ｌ１及び軸線Ｌ２を一致するように配置されている。

本実施形態の調整型軸受装置１０では、軸受部材１６に球面円筒ころ２３が用いられ、軸受部材１６が高負荷に対して耐え得ることができる。分割ロール装置４０では、鋳片及び鋼材を搬送などする際に中間部に高負荷が作用する。このような高負荷が作用する所に軸受部材１６を有する調整型軸受装置１０を配置することによって、軸受部材１６の破損および損傷を防ぎ、軸受部材１６の長寿命化を図ることができる。

また、ダイヤフラム１７によりハウジングユニット１５内の空間２５を第１および第２空間２５ａ，２５ｂに分断するだけの構成で、ロール１１の熱膨張時の第１空間２５ａの内圧の変動を抑えることができる。即ち、空気、水、ダスト及び水蒸気の第１空間２５ａへの吸引、並びに第１空間２５ａからの潤滑油の漏れの抑制と、調整型軸受装置１０の小形化とを実現することができる。また、調整型軸受装置１０の小形化が実現できると、分割ロール装置４０における調整型軸受装置１０のＸ方向に占める割合を小さくすることができ、鋳片又は鋼材を送る際、ロール１１と鋳片又は鋼材とが接触する接触面積を大きくすることができる。これによって鋳片又は鋼材を円滑に送ることができる。

また分割ロール４０は、ロール１１を分割して配設することでロール本体１２の外径を小さくすることができる。これによって搬送方向に互いに隣り合う分割ロール４０の間隔、つまりピッチを狭めることができる。これによってロール１１と鋳片又は鋼材とが接触する接触面積を大きくすることができ、各ロール１１にかかる荷重を低減できる。

なお、本発明は、実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

１０ 調整型軸受装置
１５ ハウジングユニット
１６ 軸受部材
１７ ダイヤフラム
１８ シール材

Claims (4)

1. 一端部に開口を有し、他端部が閉じられたハウジングユニットと、
   前記ハウジングユニットの一端部の開口から突出するように設けられるロールを前記ハウジングユニット内で回動可能に支持する軸受部材と、
   前記ハウジングユニットの開口を封止するシール部材と、
   前記ハウジングユニット内を、前記ロールが配置される一端部側の空間と他端部側の空間とに分断する弾性変形可能な円板状の弾性膜とを備え、
   前記弾性膜は、前記ハウジングユニットの内周部に当接させて前記ハウジングユニットに圧入されていることを特徴とする軸受装置。
2. 前記ハウジングユニットには、前記他端部側の空間を大気に開放する大気開放孔部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記軸受部材は、前記ロールに固定される内輪と、前記ハウジングユニットに固定される外輪と、前記内輪と前記外輪との間に設けられる複数のころとを有し、前記複数のころにより前記外輪に対して前記内輪が前記ロールの軸方向に摺動可能になっている転がり軸受であることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受装置。
4. 弾性膜は、ダイヤフラムであり、
   前記ダイヤフラムは、その軸線を中心に円環状に配置される凹部を有しており、
   前記凹部は、前記一端部側の空間から前記他端部側の空間に向かって凹んでいることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の軸受装置。

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