JP6102392B2

JP6102392B2 - 圧延機用スピンドル装置

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Publication number: JP6102392B2
Application number: JP2013058992A
Authority: JP
Inventors: 米山　展央; 展央米山
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: EP2781274A1; CN104056861B; CN104056861A; KR102102673B1; KR20140115985A; JP2014184440A; EP2781274B1

Description

本発明は、圧延機用スピンドル装置に関する。

例えば、鉄鋼用の圧延機は、上下一対のロールと、これらを回転駆動するための駆動源と、ロールと駆動源との間に設けられたスピンドル装置とを備えている。前記スピンドル装置は、駆動源によって回転する一対のドライブシャフトと、これらドライブシャフトとロールとを連結する一対の十字軸継手とを備えている。前記スピンドル装置は、十字軸継手により圧延中の鋼材に対してロールが上下に動くのを許容した状態で、ドライブシャフトの回転をロールに伝達するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

図８は、従来の一対の十字軸継手１００を示す断面図である。各十字軸継手１００は、互いに上下方向に近接して配置されており、十字状に配置された四つの軸部１０１ａを有し中心軸２００回りに回転可能な十字軸部材１０１と軸受１０２とを備えている。軸受１０２は、軸部１０１ａの外周面を転動する転動体である複数の円筒ころ１０３と、これら複数の円筒ころ１０３を介して軸部１０１ａに外嵌された軸受カップ１０４とを有している。軸受カップ１０４には、軸部１０１ａの径方向外方において前記中心軸２００を中心として断面略扇形状に形成された軸受ホルダ１０５が一体に形成されている。この軸受ホルダ１０５にはボルト等が挿通される取付孔１０５ａが形成されている。また、十字軸継手１００では、図示しないロール及びドライブシャフトが、十字軸部材１０１の四つの軸部１０１ａのうち直線上に配置された各々二本の軸部１０１ａからなる縦軸及び横軸にそれぞれ軸受１０２を介して連結されている。これにより、ドライブシャフトからの（回転）トルクは、十字軸継手１００を経てロールに伝達される。

特開２０００−４２６１４号公報

一般に、このような十字軸継手１００の剥離寿命Ｌは、定格トルクＴｒを用いた下記式（１）によって算出される。したがって、前記剥離寿命Ｌは、定格トルクＴｒを大きくすることで向上させることができる。
Ｌ＝３０００・Ｋｍ・（Ｔｒ・Ｋｓ・Ｋα／Ｔｍ）^2.907 ・・・（１）
ここで、Ｋｍは材料係数、Ｋｓは速度係数、Ｋαは角度係数、Ｔｍは平均トルクである。

前記定格トルクＴｒは、一般に下記式（２）によって算出される。
Ｔｒ＝（ｄ・Ｂ・Ｒ）^0.992／１５４．５・・・（２）
ここで、ｄは十字軸部材１０１の軸部１０１ａの直径（軌道軸径）、Ｂは円筒ころ１０３の有効接触長、Ｒは作用半径（十字軸部材１０１の中心から円筒ころ１０３の軸方向の中心までの距離）である（図８参照）。
したがって、前記定格トルクＴｒの値を大きくすれば、剥離寿命Ｌを向上させることができる。

前記定格トルクＴｒの値を大きくする際には、上下に近接して配置された一対の十字軸継手１００が互いに接触することがないように、軸部１０１ａの直径ｄ、円筒ころ１０３の有効接触長Ｂ及び作用半径Ｒの各値を設定する必要がある。このため、前記定格トルクＴｒの値を大きくすべく軸部１０１ａの直径ｄを大きくする場合、十字軸継手１００の外径Ｄを大きくすることができないため、以下の問題が生じる。

すなわち、軸受ホルダ１０５は軸部１０１ａの径方向外方において断面略扇形状に形成されているため、軸部１０１ａの直径ｄを大きくして、図９に示すように直径ｄ２とすると、軸受ホルダ１０５の断面積が小さくなる。このため、前記直径ｄ２としたときの円筒ころ１０３の有効接触長Ｂ２は、直径ｄのときの有効接触長Ｂよりも短くなるので、結果的に定格トルクＴｒの値を大きくすることができず、十字軸継手１００の剥離寿命Ｌを向上させることができない。

また、定格トルクＴｒの値を大きくするために、軸受カップ１０４の外周面を径方向外方に突出させ、有効接触長Ｂを長くすることが考えられる。しかし、図８からも明らかなように、軸受カップ１０４の外周面を径方向外方に突出させると、上下に近接して配置された一対の十字軸継手１００における軸受カップ１０４の外周面同士が干渉するため、有効接触長Ｂを長くすることはできない。

また、前記スピンドル装置については、圧延機の各ロールを小径化するために、上下一対の十字軸継手１００の設置スペースを省スペース化することが要望されている。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、十字軸継手の長寿命化又は省スペース化を図ることができる圧延機用スピンドル装置を提供することを目的とする。

本発明の圧延機用スピンドル装置は、一対のロールをそれぞれ回転駆動する一対のドライブシャフトと、これらのドライブシャフトの前記ロール側の一対の端部又はその反対側の一対の端部にそれぞれ接続された一対の十字軸継手とを備え、前記十字軸継手は、十字状に配置された四つの軸部を有し中心軸回りに回転可能な十字軸部材と、前記軸部の外周面を転動する複数の転動体と、前記複数の転動体を介して前記各軸部に外嵌された四つの有底円筒状の軸受カップと、隣接する前記軸受カップの間に配置され且つ他部材に取り付けられる取付部を有する軸受ホルダとを備える圧延機用スピンドル装置であって、前記十字軸継手の隣接する前記軸受カップの間には、前記取付部の外面が前記軸受カップの底部の外面よりも前記中心軸側に窪む窪み部が形成されており、前記一対の十字軸継手は、前記中心軸を中心とする回転方向に互いに所定の位相差をもって配置され、且つ一方の十字軸継手における前記軸受カップの前記外面が、他方の十字軸継手の前記窪み部に入り込むように配置されていることを特徴としている。

本発明によれば、一方の十字軸継手における軸受カップの底部を、他方の十字軸継手の窪み部に入り込ませるために、一方の十字軸継手における軸部を、従来の軸部に対して軸心方向に長く形成することができる。これにより、従来のように軸部の直径を変更させることなく、転動体の有効接触長を長くすることができる。すなわち、上記式（２）の右辺における直径ｄの値を大きくしなくても、有効接触長Ｂの値を大きくすることができるため、定格トルクＴｒの値を大きくすることができる。その結果、上記式（１）の右辺における定格トルクＴｒを用いた計算値を大きくすることができるため、十字軸継手の剥離寿命を向上させることができる。

また、本発明によれば、一方の十字軸継手における軸受カップの底部を、他方の十字軸継手の窪み部に入り込ませるために、両十字軸継手の中心軸間の距離を、従来の中心軸間Ｌ_２００の距離に対して短くすることができる。これにより、一対の十字軸継手を、従来の十字軸継手に比べて、互いに近づけて配置することができるため、一対の十字軸継手を省スペースで設置することができる。

前記圧延機用スピンドル装置は、前記位相差が４５°に設定されているのが好ましい。この場合、一対の十字軸継手を互いに干渉することなく安定した状態で回転させることができる。

本発明の圧延機用スピンドル装置によれば、十字軸継手の長寿命化又は省スペース化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る圧延機用スピンドル装置を備えた圧延機を示す概略側面図である。上記圧延機用スピンドル装置の一対の十字軸継手を示す図１のＡ−Ａ矢視断面図である。上記十字軸継手の軸受を示す拡大断面図である。上記軸受を示す平面図である。本発明の第２実施形態に係る圧延機用スピンドル装置の一対の十字軸継手を示す断面図である。図５の十字軸継手の軸受を示す拡大断面図である。図６の軸受を示す平面図である。従来の一対の十字軸継手を示す断面図である。従来の十字軸継手の要部を示す拡大断面図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る圧延機用スピンドル装置を備えた圧延機を示す概略側面図である。図１において、本実施形態の圧延機１は、例えば、鋼材Ｗを圧延処理する鉄鋼用圧延機からなる。この圧延機１は、上下一対のロール２と、各ロール２を回転駆動するための駆動源であるモータ３と、モータ３の回転を減速する減速機４と、ロール２と減速機４との間に設けられた圧延機用スピンドル装置５とを備えている。

圧延機用スピンドル装置５は、ロール２が圧延中の鋼材Ｗに対して上下に動くのを許容した状態で、減速機４の出力軸４ａから出力された回転力を各ロール２の回転軸２ａに伝達するものである。圧延機用スピンドル装置５は、一対のロール２をそれぞれ回転駆動する一対のドライブシャフト１０を備えている。また、圧延機用スピンドル装置５は、両ドライブシャフト１０のロール２側の一対の端部にそれぞれ接続された一対の第１十字軸継手１１と、両ドライブシャフト１０の減速機４側の一対の端部にそれぞれ接続された一対の第２十字軸継手１２とを備えている。

第２十字軸継手１２は、減速機４の出力軸４ａに接続されており、減速機４の出力軸４ａから出力された回転力をドライブシャフト１０に伝達する。第１十字軸継手１１は、ロール２の回転軸２ａに接続されており、ドライブシャフト１０の回転力をロール２の回転軸２ａに伝達する。
なお、第１十字軸継手１１及び第２十字軸継手１２は、同様の構成であるため、本実施形態では、第１十字軸継手１１についてのみ説明する。

図２は、一対の第１十字軸継手１１を示す図１のＡ−Ａ矢視断面図である。図２において、第１十字軸継手１１は、十字状に配置された四つの軸部２１ｂを有する十字軸部材２１と、各軸部２１ｂに取り付けられた四つの軸受２２とを備えている。十字軸部材２１は、中心に配置された本体部２１ａと、この本体部２１ａから互いに直交する四方向に延びる前記四つの軸部２１ｂとを有し、本体部２１ａの中心を通過する中心軸Ｃ回りに回転可能である。

図３は、第１十字軸継手１１の軸受２２を示す拡大断面図である。また、図４は、その軸受２２を示す平面図である。図３及び図４において、軸受２２は、複数の円筒ころ（転動体）２３と、四つの軸受カップ２４と、四つの軸受ホルダ２５とを備えている。円筒ころ２３は、軸部２１ｂの外周面２１ｂ１に転動可能に配置されている。軸受カップ２４は、有底円筒形状に形成されており、円筒部２４ａと、この円筒部２４ａの軸方向一端部を閉塞する底部２４ｂとを有している。

軸受カップ２４の円筒部２４ａは、円筒ころ２３を介して軸部２１ｂの外周面２１ｂ１に嵌合している。したがって、円筒ころ２３は、円筒部２４ａの内周面２４ａ１を外輪軌道部、軸部２１ｂの外周面２１ｂ１を内輪軌道部として転動し、これによって軸受カップ２４が軸部２１ｂの軸心Ｘ回りに回動可能とされている。円筒部２４ａの周方向の一部には、ロール２の回転軸２ａ又はドライブシャフト１０に嵌合される嵌合凸部２４ｃが一体に突設されている（図４参照）。
軸受カップ２４の底部２４ｂの内面２４ｂ１は、軸部２１ｂの端面２１ｂ２に対向している。底部２４ｂの外面２４ｂ２は、十字軸部材２１の中心軸Ｃを中心として円弧状に形成されている。

図２において、軸受２２の四つの軸受ホルダ２５は、各々直線的に配列された二つの軸部２１ｂからなる十字軸部材２１の横軸及び縦軸に、それぞれロール２の回転軸２ａ又はドライブシャフト１０を連結するものである。図３及び図４において、本実施形態の軸受ホルダ２５は、平面視において軸受カップ２４を挟んで直線状に配置された一対の取付部２５ａによって構成されている。軸受ホルダ２５の各取付部２５ａは、図２に示すように、当該軸受ホルダ２５と隣接する他の軸受ホルダ２５の一方の取付部２５ａとともに、隣接する軸受カップ２４の間に配置されている。

図３及び図４において、各取付部２５ａには、他部材（ここでは回転軸２ａ又はドライブシャフト１０）に螺着されるボルト（図示省略）を挿通するための取付孔２５ｂが厚さ方向に貫通して形成されている。取付部２５ａは、円筒部２４ａの外周に一体に形成されており、十字軸部材２１の中心軸Ｃを中心として断面略扇形状に形成されている。具体的には、取付部２５ａは、円筒部２４ａの外周から、中心軸Ｃを中心として軸部２１ｂの軸心Ｘに対して４５°傾斜した仮想線Ｋまでの角度範囲内において、断面略扇形状に形成されている。

取付部２５ａには、中心軸Ｃを中心とする円弧状の外面２５ａ１が形成されている。この外面２５ａ１は、軸受カップ２４の底部２４ｂの外面２４ｂ２よりも中心軸Ｃ側に窪んで形成されている。これにより、図２に示すように、隣接する軸受カップ２４の間には、二つの取付部２５ａの外面２５ａ１と、これら軸受カップ２４の各円筒部２４ａの外周面２４ａ２とによって窪み部３０が形成されている。

図２に示すように、一対の第１十字軸継手１１は、中心軸Ｃを中心とする回転方向に互いに所定の位相差（ここでは４５°）をもって配置されている。ここで、位相差とは、一対の第１十字軸継手１１の十字軸部材２１の中心軸Ｃ同士を同軸上に一致させた状態で、一方の十字軸部材２１の十字方向と、他方の十字軸部材２１の十字方向との、中心軸Ｃ回りの角度差をいう。
また、一対の第１十字軸継手１１は、一方の第１十字軸継手１１における軸受カップ２４の底部２４の外面２４ｂ２が、他方の第１十字軸継手１１の窪み部３０に入り込むように配置されている。本実施形態では、一対の第１十字軸継手１１の中心軸Ｃ間の距離Ｌｃを、従来の中心軸間の距離Ｌ_２００に対して短くすることで、一方の第１十字軸継手１１の底部２４の外面２４ｂ２を、他方の第１十字軸継手１１の窪み部３０に入り込ませている。

したがって、本実施形態の圧延機用スピンドル装置５によれば、一対の第１十字軸継手１１を、従来の一対の十字軸継手に比べて、互いに近づけて配置することができるため、一対の第１十字軸継手１１を省スペースで設置することができる。
また、前記位相差を４５°に設定しているため、一対の第１十字軸継手１１を互いに干渉することなく安定した状態で回転させることができる。

なお、本実施形態では、一方の第１十字軸継手１１の底部２４の外面２４ｂ２を、他方の第１十字軸継手１１の窪み部３０に入り込ませることで、中心軸Ｃ間の距離Ｌｃを短くしているが、この距離Ｌｃを変更しないようにすることもできる。すなわち、一方の第１十字軸継手１１における十字軸部材２１の軸部２１ｂを、従来の軸部に比べて軸心Ｘ方向に長く形成する。これにより、一方の第１十字軸継手１１の底部２４の外面２４ｂ２を、他方の第１十字軸継手１１の窪み部３０に入り込ませることができる。
この場合には、従来のように軸部２１ｂの直径を変更させることなく、円筒ころ２３の有効接触長を長くすることができる。その結果、定格トルクを大きくすることができるため、第１十字軸継手１１の剥離寿命を向上させることができる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る圧延機用スピンドル装置５１の一対の第１十字軸継手５２を示す断面図である。本実施形態の圧延機用スピンドル装置５１は、第１及び第２十字軸継手５２，５３の各軸受５４における軸受ホルダ５７が軸受カップ５６と別体として設けられている点で、第１実施形態と異なる。
なお、本実施形態における第１及び第２十字軸継手５２，５３は、同様の構成であるため、本実施形態では、第１十字軸継手５２についてのみ説明する。

図６は、第１十字軸継手５２の軸受５４を示す拡大断面図である。また、図７は、その軸受５４を示す平面図である。図６及び図７において、軸受５４の軸受ホルダ５７は、一対の取付部５７ａと、これら取付部５７ａ同士を連結する連結部５７ｃとによって構成されている。各取付部５７ａには、中心軸Ｃを中心とする円弧状の外面５７ａ１が形成されている。また、各取付部５７ａには、他部材（ここでは回転軸２ａ又はドライブシャフト１０）に螺着されるボルト（図示省略）を挿通するための取付孔５７ｂが厚さ方向に貫通して形成されている。

連結部５７ｃは、平面視において略半円状に形成されており、その両端部に各取付部５７ａが一体に形成されている。連結部５７ｃの内周面５７ｃ１は、軸受カップ５６の円筒部５６ａの外周面５６ａ２と略同一径に設定されており、この外周面５６ａ２の半分（図７の上半分）を覆っている。円筒部５６ａの外周面５６ａ２の残りの半分（図７の下半分）は、ロール２の回転軸２ａ側又はドライブシャフト１０側の図示しない嵌合凹部に嵌合される。
円筒部５６ａの内周面５６ａ１は、円筒ころ２３が転動する外輪軌道部とされている。軸受カップ５６の底部５６ｂの内面５６ｂ１は、軸部２１ｂの端面２１ｂ２に対向している。

図５に示すように、本実施形態における一対の第１十字軸継手５２は、第１実施形態と同様に、一対の第１十字軸継手５２の中心軸Ｃ間の距離Ｌｃを、従来の中心軸間の距離Ｌ_２００に対して短くすることで、一方の第１十字軸継手５２の底部５６ｂの外面５６ｂ２を、他方の第１十字軸継手５２の窪み部５８に入り込ませている。窪み部５８は、図５に示すように、隣接する軸受カップ５６の間において、二つの取付部５７ａの外面５７ａ１と、これら軸受カップ５６の各円筒部５６ａの外周面５６ａ２とによって形成されている。
したがって、本実施形態の圧延機用スピンドル装置５１においても、一対の第１十字軸継手５２を、従来の一対の十字軸継手に比べて、互いに近づけて配置することができるため、一対の第１十字軸継手５２を省スペースで設置することができる。

なお、本実施形態においても、中心軸Ｃ間の距離Ｌｃを短くすることなく、一方の第１十字軸継手５２における十字軸部材２１の軸部２１ｂを、従来の軸部に対して軸心Ｘ方向に長く形成することができる。
この場合には、従来のように軸部２１ｂの直径を変更させることなく、円筒ころ２３の有効接触長を長くすることができる。その結果、定格トルクを大きくすることができるため、第１十字軸継手５２の剥離寿命を向上させることができる。本実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく適宜変更して実施可能である。例えば、上記実施形態における軸受カップ２４，５６の底部２４ｂ，５６ｂの外面２４ｂ２，５６ｂ２、及び軸受ホルダ２５，５７の取付部２５ａ，５７ａの外面２５ａ１，５７ａ１は、いずれも円弧状に形成されているが、一対の十字軸継手１１・１２，５２・５３を互いに干渉することなく回転させることができれば、いずれか一方の面又は両方の面が直線状に形成されていてもよい。
また、上記実施形態では、一対の第１十字軸継手１１，５２の位相差は、４５°に設定されているが、第１十字軸継手１１，５２同士が互いに回転中に干渉しなければ、４５°以外の角度に設定されていてもよい。

２：ロール、５，５１：圧延機用スピンドル装置、１０：ドライブシャフト、１１，５２：第１十字軸継手（十字軸継手）、２１：十字軸部材、２１ｂ：軸部、２３：円筒ころ（転動体）、２４，５６：軸受カップ、２４ｂ，５６ｂ：底部、２４ｂ２，５６ｂ２：外面、２５，５７：軸受ホルダ、２５ａ，５７ａ：取付部、２５ａ１，５７ａ１：外面、３０，５８：窪み部、Ｃ：中心軸

Claims

一対のロールをそれぞれ回転駆動する一対のドライブシャフトと、これらのドライブシャフトの前記ロール側の一対の端部又はその反対側の一対の端部にそれぞれ接続された一対の十字軸継手とを備え、前記十字軸継手は、十字状に配置された四つの軸部を有し中心軸回りに回転可能な十字軸部材と、前記軸部の外周面を転動する複数の転動体と、前記複数の転動体を介して前記各軸部に外嵌された四つの有底円筒状の軸受カップと、隣接する前記軸受カップの間に配置され且つ他部材に取り付けられる取付部を有する軸受ホルダとを備える圧延機用スピンドル装置であって、
前記十字軸継手の隣接する前記軸受カップの間には、前記取付部の外面が前記軸受カップの底部の外面よりも前記中心軸側に窪む窪み部が形成されており、
前記一対の十字軸継手は、前記中心軸を中心とする回転方向に互いに所定の位相差をもって配置され、且つ一方の十字軸継手における前記軸受カップの前記外面が、他方の十字軸継手の前記窪み部に入り込むように配置されていることを特徴とする圧延機用スピンドル装置。
前記位相差が４５°に設定されている請求項１に記載の圧延機用スピンドル装置。