JP6567684B2 - 球面油膜ベアリング - Google Patents

Description

本出願は、２０１５年１１月１８日に出願された米国特許出願第１４／９４４，７２０号および２０１５年３月５日に出願された米国仮特許出願第６２／１２８，６４８号に優先権を主張するものであり、この参照によりこれら文献の両方が本明細書に組み込まれる。

本発明の実施形態は、概して、特許請求の範囲の請求項１のプリアンブルに基づく圧延機におけるロールのロールネックを回転可能に支持するように設計された油膜ベアリングに関し、特これに限定されないが平坦な製品を生産する圧延機におけるバックロールのテーパー形状ロールネックを回転可能に支持する球面油膜ベアリングに関するものである。

平坦な製品を製造する圧延機は、圧延スタンドの構造上の構成要素に大きく負荷をかける非常に大きな力を発生させる。これらの大きく負荷がかけられる構成要素は、受容しなければならない大きなたわみに耐えるものである。図１に概略的に示されるように、作業ロール１２を支持するよう設けられたバックアップロール１０のたわみが特に重要となる。バックアップロールのロールネックは、典型的には、例えば特許文献１および特許文献２に開示されるタイプの油膜ベアリング１４に支持されている。これら文献の開示内容は、その参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。ベアリングは、一般に「チョック」と称されるハウジング１６に収容されている。

ロールのたわみを補償するために、チョック１６は、油膜ベアリング１４をロール端部と整列したままにできるように、傾斜できるようにする必要がある。

現在の設計実務では、下部バックアップロールのチョックのためのロッカープレート１８と、上部バックアップロールのチョックのための湾曲シート２０と、を採用することによってチョックを傾斜可能にしている。しかしながら、ロッカープレートおよび湾曲シートは摩耗して故障し、ベアリング１４および精密製品をローラで延ばすミルの能力の両方に悪影響を及ぼすという問題を引き起こす。

この問題に対処する従来の取り組みにおいて、特許文献３に開示されるように、従来の油膜ベアリングを球面油膜ベアリングに置き換えることが提案されている。図２を参照すると、球面油膜ベアリング２２は、それぞれのチョック２４の範囲内でロールのたわみを受容でき、それによって、関連するロッカープレートおよび湾曲したシートの使用によるチョックの傾斜に頼る必要がなくなることが理解されよう。これらの構成要素を排除することで、ミルのデザインが単純化され、ミルの剛性が向上し、かつロールスタックの全高が低減される。

この技術は、７０年前に特許文献３によって周知されているとともに大きく圧力がかけられる圧延機において球面油膜ベアリングを使用することに潜在的な利点があるにもかかわらず、重荷重圧延機の用途では使用されていない。こうした先延ばしは、内部チョック面に対して離れるように付勢される別々の複数のブシュ構成要素によって提供されるわずかな不連続な内側球面ベアリング面を指定すること、それによってこれら構成要素の組立が困難となること、および回転力を受けた際に要求される許容範囲内で整列させることが困難となることなどのいくつかの欠点によるものである。他の欠点として、ブシュ／スリーブ境界面での不適切な潤滑、およびベアリングが長すぎることが挙げられる。

米国特許第６，１２３，４６１号明細書 米国特許第６，４６８，１９４号明細書 米国特許第２，３１２，６４８号明細書

本発明の実施形態は、概略的に、上述の欠点の大部分を取り除く新規の改良された、特に特許請求の範囲の請求項１に係る発明の範囲および従属請求項に記載のさらなる有利な実施形態の範囲にわたる、球面ベアリングを提供することを目的とする。

圧延機においてロールを回転可能に支持するための本発明に基づく油膜ベアリングの例示的な実施形態は、内径部と外側球面とを有するスリーブを備える。内径部は、ロールのネック上に軸方向に挿入されるように構成されかつ寸法決めされる。

ブシュは、スリーブの外側球面を取り囲みかつ回転可能に収容するように構成されかつ寸法決めされた内側球面を有する。ブシュは複数の相互接続されたセグメントに細分されており、チョックは相互接続されたブシュセグメントを含みかつこれらブシュセグメントを半径方向に支持する。

スリーブおよび相互接続されたブシュセグメントは、チョック内に一ユニットとして収容可能な一体的なアセンブリを構成してもよい。

ブシュは、２つのセグメントに細分されてもよい。

ブシュの内側球面は、好ましくは実質的に連続している。

ブシュセグメントは、テンションが掛けられた固定具によって相互接続されてもよい。

液状潤滑剤を外側球面ベアリング面と内側球面ベアリング面との間の境界に供給するための手段を設けてもよい。

液状潤滑剤を供給する手段は、チョック内の通路のネットワークと、ベアリングの負荷領域の外側の所定の位置においてベアリングの内側球面における楕円形にくぼんだ第１のパッドと連通するブシュと、を備えてもよい。

液状潤滑剤を供給する手段は、チョック内の通路の第２のネットワークと、ベアリングの負荷領域内の所定の位置においてベアリングの内側球面おける楕円形にくぼんだ第２のパッドと連通するブシュと、をさらに含むことができる。

従来の油膜ベアリングおよびチョックを備えたロールスタンドの概略図である。 本発明の例示的な実施形態に基づく球形油膜ベアリングを備えたロールスタンドの概略図である。 本発明の例示的な実施形態による球面油膜ベアリングの側面図である。 図３に示す球面油膜ベアリングの端面図である。 図４の線５−５に沿った長手方向断面図である。 図３の線６−６に沿った水平方向断面図である。 図３の線７−７に沿った垂直方向断面図である。 図５から図７に示すブシュを構成する複数のセグメントの分解斜視図である。 球面スリーブの周りに組み立てられる前の分解されたブシュセグメントを示す図である。 ブシュセグメントが、チョック内のユニットとして収容可能な一体的なアセンブリを構成するように相互接続されかつ球面スリーブと協働している状態の、球面スリーブの周りに組み立てられたブシュセグメントを示す図である。 嵌合ブシュセグメントの部分的な内部図である。 ベアリングの負荷領域における圧力プロファイルの概略図である。

初めに図３から図７を参照すると、本発明の例示的な実施形態に基づく球面ベアリングが概略的に参照符号２６で示されている。ベアリング２６は、内径部３０と外側球面３２とを有するスリーブ２８を含む。内径部３０は、テーパー形状になされており、ロール３６のテーパー形状ネック３４上へに軸方向に挿入されるように寸法決めされておりかつ構成されている。

ブシュ３８は、スリーブ２８の外側球面３２を取り囲みかつ回転可能に収容するように構成されかつ寸法決めされた内側球面４０を有する。

図８を参照すると、ブシュ３８は複数のセグメントに細分されることが示されており、２つのみの半体セグメント３８ａ、３８ｂが好ましい。

図９をさらに参照すると、２つのブシュ半体セグメント３８ａ、３８ｂは、図の矢印の方向においてスリーブ２８の周りにともにもたらされるように構成配置されており、テンションボルト４２によって図１０に図示されるように相互接続されている。ボルト４２が図示されているが、テンション固定部などの他の固定部が、スリーブの周りにこれらブシュセグメントをともにもたらすよう引っ張るために使用されてもよい。

図１０に示すように、このように相互連結されたブシュセグメント３８ａ、３８ｂおよびスリーブ２８は、チョック４６内に一ユニットとして収容可能な一体的なアセンブリ４４を構成する。

ブシュ３８の内側球面４０は実質的に連続している、つまり球面３２，４０の間の境界に液状潤滑剤を供給するための通路、パッドおよび溝を除いて中断されていないこと、およびブシュセグメントの当接縁部において継ぎ目がないことを意味する。

図６に示すように、スリーブは、キー４８によってロールネック３４に回転可能に固定されてもよく、ブシュ３８は、ピン５０または他の同様のコネクタによってチョック４６内に回転可能に固定されてもよい。スリーブ２８の厚さは、キー４８が回転精度に悪影響を及ぼすことなくベアリング荷重領域Ｚ内に延在し得るような厚さである。これによってベアリングの全長Ｌは有利に短縮される。

図６をさらに参照すると、チョック４６およびブシュ３８の通路５６，５８のネットワークは、楕円形にくぼんだパッド５９を介して、低圧液状潤滑剤を、ベアリングの外側球面３２と内側球面３２との間の境界に供給するための手段として機能してもよい。パッド５９は、ベアリング荷重領域の外側に配置されている。

図１１を参照すると、楕円形にくぼんだパッド５９は、高さ「Ｈ」および幅「Ｗ」を有しており、かつ２つのブシュ半体３８ａ、３８ｂの間の継ぎ目によって二等分されていることが示されている。効果的に潤滑剤供給量を最大にするために、パッド幅Ｗはブシュ長さ「Ｘ」の７０〜９０％とすべきであり、好ましくは８０％とすべきであり、かつパッド高さＨはパッド幅「Ｗ」の２０％〜３０％とすべきであり、好ましくは２５％とすべきである。

これらの範囲外の異なる形状寸法を有するパッドは、潤滑効率を低下させる可能性が高いと考えられる。

図５および図８に示すように、楕円形にくぼんだパッド５５を介して高圧潤滑剤をベアリング負荷領域Ｚにおける外側ベアリング面３２と内側ベアリング面４０との間の境界に導入するために、付加的な通路５２，５４を設けてもよい。

図１２を参照すると、ベアリングに負荷が掛けられた場合、ベアリング負荷領域Ｚ内の流体力学的に維持された潤滑剤の膜の圧力プロファイルは、ブシュ中心において最大となり、中心から内側および外側の端部に向かって反対方向に徐々に減少することが示されている。内側および外側端部の圧力がより低いため、負荷領域の内側および外側の端部部分Ｚ１，Ｚ０において、ブシュは、チョック４６から離間され、かつチョック４６によって半径方向に支持される必要はない。その結果、図５に示すように、ブシュとチョックとの間の端部間隙は、ブシュ／スリーブの境界の反対側の端部から逃げた潤滑剤を受け入れるようにおおむね寸法決めされた内側および外側の溜まり部Ｓ１、Ｓ０に適合する。これは、ベアリングの長さの全体的な短縮にさらに寄与する。

ベアリング２６は、ロールネックの端部にねじ止めされた保持リング６０およびカラー６２によって、ロールネック３４上の適所に保持されてもよい。カバー６４は、典型的には、ベアリングの外側端部を囲む。ベアリングの内側端部のシールアセンブリ６６は、ベアリング内に潤滑剤を保持すると同時に、例えば冷却水やミルスケールなどの外部の汚染物質の侵入を防止するように機能してもよい。

２６ ベアリング
２８ スリーブ
３０ 内径部
３２ 外側球面
３４ ロールネック
３６ ロール
３８ ブシュ
３８ａ，３８ｂ ブシュセグメント
４０ 内側球面
４４ 一体的なアセンブリ
５２，５４，５６，５８ 通路
５５ 第２のパッド
５９ 第１のパッド

Claims (13)

1. 圧延機においてロール（３６）を回転可能に支持するための油膜ベアリング（２６）であって、
   内径部（３０）と外側球面（３２）とを有するスリーブ（２８）であって、前記内径部は、前記ロールのネック（３４）上に軸方向に挿入されるように構成されかつ寸法決めされている、スリーブと、
   前記スリーブの前記外側球面を包囲しかつ回転可能に収容するように構成されかつ寸法決めされた内側球面（４０）を有するブシュ（３８）であって、前記ブシュが複数のセグメント（３８ａ，３８ｂ）に細分された、ブシュと、
   前記ブシュセグメントを収容しかつ半径方向において支持するためのチョック（４６）と、
   を備え、
   前記ブシュセグメント（３８ａ，３８ｂ）は相互接続されており、
   前記ブシュセグメントの内側および外側の端部部分は、前記チョックから離間されて、前記ブシュセグメントと前記チョックとの間に端部間隙を形成しており、該端部間隙は、前記ブシュセグメントと前記スリーブとの間の境界の反対側の端部から逃げた潤滑剤を受け入れるための内側および外側の溜まり部（Ｓ _１ ，Ｓ _０ ）に適合していることを特徴とする油膜ベアリング。
2. 前記スリーブおよび前記相互接続されたブシュセグメントは、前記チョック内にユニットとして収容可能な一体的なアセンブリ（４４）を構成することを特徴とする請求項１に記載の油膜ベアリング。
3. 前記ブシュが２つのセグメントに細分されていることを特徴とする請求項１に記載の油膜ベアリング。
4. 前記ブシュの前記内側球面が実質的に連続的であることを特徴とする請求項１に記載の油膜ベアリング。
5. 前記ブシュの前記セグメントが、テンションが掛けられる固定具によって相互接続されることを特徴とする請求項１に記載の油膜ベアリング。
6. 前記ブシュを前記チョック内に回転可能に固定するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の油膜ベアリング。
7. 前記外側球面と前記内側球面との間の界面に液状潤滑剤を供給するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の油膜ベアリング。
8. 前記液状潤滑剤を供給するための前記手段が、前記チョック内の通路（５６）と、前記内側球面（４０）の径方向外側の所定の位置において、前記内側球面内の楕円形にくぼんだ第１のパッド（５９）と連通するブシュ内の通路（５８）と、のネットワークを含むことを特徴とする請求項７に記載の油膜ベアリング。
9. 前記液状潤滑剤を供給するための前記手段は、前記内側球面内および前記油膜ベアリングの負荷領域内における楕円形にくぼんだ第２のパッド（５５）と連通しているブシュ内の通路（５２，５４）の第２のネットワークをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の油膜ベアリング。
10. 前記第１のパッドが、前記ブシュの長さの７０〜９０％の幅を有することを特徴とする請求項８に記載の油膜ベアリング。
11. 前記第１のパッドが、前記ブシュの長さの８０％に等しい幅を有することを特徴とする請求項１０に記載の油膜ベアリング。
12. 前記第１のパッドは、前記パッドの幅の２０％〜３０％の間の高さを有することを特徴とする請求項８に記載の油膜ベアリング。
13. 前記第１のパッドは、前記パッドの幅の２５％に等しい高さを有することを特徴とする請求項１２に記載の油膜ベアリング。