JPH10512655A

JPH10512655A - 高温度下での使用に適する自己整合ベアリング

Info

Publication number: JPH10512655A
Application number: JP8521632A
Authority: JP
Inventors: モランド・ジョージ・エイ
Original assignee: アルファテック・インク
Priority date: 1995-01-09
Filing date: 1995-08-17
Publication date: 1998-12-02
Also published as: EP0803029B8; CA2208064A1; US5718517A; ATE386890T1; DE69535715D1; MX9705163A; AU3407295A; EP0803029A1; WO1996021809A1; US5549393A; CA2208064C; EP0803029A4; DE69535715T2; EP0803029B1

Abstract

(57)【要約】スチールミルローラ（１０）は、液体あるいはグリースといった潤滑剤を必要としない自己整合ベアリング（１８，２０）に支持された両端を有し、１５００°Ｆ（約８１５℃）に達するローラシャフト温度下で運転可能である。

Description

【発明の詳細な説明】高温度下での使用に適する自己整合ベアリング技術分野本発明は、高温度下での使用に適したベアリング手段に関し、特に、まだ熱い帯状鋼板を搬送するスチールミルローラを支承するために使用するベアリングに関する。

背景技術鋼板温度が１８００−２２００°Ｆ（約９８２−１２０４℃）あるいはそれ以上になる環境においてまだ熱い鋼板を搬送するためにスチールミルにおいてローラが用いられる。ローラのみならず、それを支承するベアリングも非常に高温になる。温度は、炉が開閉するたびに変化する。

ローラベアリングはそういった例に通常用いられる。各ベアリングは、ローラのそれぞれの端部から延伸する短いシャフトを支持する。

ローラベアリングは、いくつかの理由により寿命が比較的短い。１つの理由として、ローラはベアリング内で内側レースと外側レースとの間に設けられていることである。内側レースの直径は外側レースの直径よりも小さく、ローラは内側レース上を１方向に摺動し、外側レース上をその反対方向に摺動しなければならない。この摺動がレース内の複数の面を広げ、ローラがその各面を飛び越えることを要求し、ローラを振動させる。このことは、時折、「滑材磨耗(skidding we ar)」と呼ばれる。

ローラの運転を開始すると、ローラは乾燥し、高温、即ち、４００−６００° Ｆ（約２０４−３１５℃）になる。硬鋼からなるローラは、高温運転されるため腐蝕しやすい。ステンレススチールの様な他の材料は柔らかすぎて磨耗しやすい。

帯状鋼板の荷重を受けてローラは撓む。湾曲したローラはシャフト端部をベアリング内で僅かにシフトさせる。ローラベアリングはそういったシフトに対する対応性が低い。ローラから荷重が除かれてローラが元の形に戻ろうとするときにもローラの湾曲（撓み）は生じる。これは垂直方向の湾曲である。ときには、何本かのローラが他のローラよりも遅い速度で回転することにより水平方向の湾曲が生じる。鋼板が遅い速度で回転するローラを回すように押すので、ローラは前方へ湾曲する。ローラの速度が鋼板の速度よりも早い場合は、後方水平湾曲が生じる。

別の問題が不適切なベアリング潤滑剤により生じる。高温用潤滑剤が一般に使用されるが、これは固まりやすい。メンテナンスサービス員は固化した潤滑剤を取り出して新しいものと取り替える。

ベアリングの不具合によりローラが停止すると、通常そのローラは正常な形を損なう。比較的寿命が短かく、かつ、低価格のベアリングのために、しばしば高価なローラが損なわれる。

発明の開示本発明の広い目的は、高温ローラに使用するスチールミルローラベアリングアセンブリ及び自己整合ベアリングであって、潤滑剤を必要とせず、ローラの湾曲を吸収し、１０００°Ｆ（約５３８℃）といった高温下で作動する改良されたスチールミルローラベアリングアセンブリ及び自己整合ベアリングを提供することにある。

本発明の好ましい実施形態は、ローラシャフトの直径よりも大きな開口を備えるベアリングハウジングを有する。一対の軸方向に離間したリングがハウジングに設けられる。各リングは部分球面凹状支承面を有する。

部分球面凸状外面を有するブロンズ製スリーブは２つのリングの球面凹状支承面と摺動自在に係合して、ベアリングハウジング内の水平位置から揺動することができる。このブロンズスリーブはグラファイトスリーブの外側に焼き嵌めにより嵌合されて一体化される。グラファイトスリーブは高温用の極めて硬質のグラファイト材料から形成され、ローラシャフトに摺動自在に設けられる。従って、この複合（合成）スリーブは、シャフトが回転する際に大きな支持面を与え、移動する帯状材料の荷重を受けてローラが撓むときにシャフトの揺動運動にフィット（整合）する。

発明の１実施形態において、シャフトは比較的柔らかい鋼である。硬鋼スリーブをシャフト上に嵌合し、このスリーブは前記グラファイトスリーブに摺動自在に係合する。本発明は、ベアリングが溶融亜鉛又はアルミニウムに浸漬される場合にもまた適用される。

本発明の更に別の目的及び利点は、以下の説明及び図面を参照することにより当業者にとって明白である。

図面の簡単な説明添付図において、同様な部分（要素）については同様な参照符号を用いる。

図１は、帯状鋼板を支持するスチールミルローラの図であり、そのローラは好ましい態様の自己整合ベアリングに取り付けられている。

図２は、ローラが撓むときにシャフト軸がベアリング軸に対して不整合となることを示す概略図。

図３は、好ましいベアリングの拡大断面図。

図４は、代替の自己整合リングを示す図。

図５は、図３の５−５線断面図。

図６は、本発明の代替自己整合ベアリングを示す図。

好ましい実施形態の説明図面を参照し、焼きなまし炉（図示省略）から搬出される帯状鋼板１２を搬送する焼きなましローラ１０は一対のシャフト端１４、１６を有し、これらのシャフト端１４、１６はそれぞれ自己整合ベアリング手段１８、２０に回転自在に設けられている。ローラ１０は同発明者が出願し１９９４年８月１６日に特許が発行された米国特許番号5,338,280「焼きなまし及びトンネル炉ローラ(Annealing and Tunnel Furnace Rolls)」に開示されたものと同じにすることができる。

良く知られているように、帯状材料１２の重量はローラを撓ませる（湾曲させる）。この湾曲は、ローラが回転しているので、動的湾曲である。従って、ローラの軸２２はベアリング２６の固定軸２４に対して不整合になる。不整合問題を強調するために、この不整合を図２において誇張して描いている。従来のローラベアリングはこういった不整合を容易に正すことができない。シャフト及びベアリング間の支持接触が小さな支持領域に集中するため、ベアリングの寿命は短い。

ベアリング１８、２０は、右向き又は左向きであることを除き、まったく同一である。ベアリング１８を図３に示す。ベアリングはハウジング３０を有し、ハウジング３０はローラ１０のシャフト１４を受ける開口３２を有する。シャフト１４は比較的軟質のステンレススチールからなる（ステンレススチールを硬質とすることができないため）。硬質面を与えるために、鋼製（又は鋼合金製）スリーブ３４をシャフト１４上に嵌合し、止めねじ３６、３８によって止めつける。

止めねじはスリーブに設けた切欠き開口内へ締め付けられシャフトと係合する。

従って、鋼製スリーブ３４はシャフトと共に回転する。

熱処理された鋼製（Rc 50/60）の一対のベアリング４０、４２がベアリング開口内に設けられている。ベアリング開口は、円筒内面４６から放射状に内側に延伸する内肩４４を有する。ベアリングリング４０は肩４４に座する。

リング４０とリング４２との間に円筒の中央スリーブ４８が設けられている。

図３に示すように、ベアリング開口の右端５２において環状ナット５０が螺合されている。ナット５０は締め付けられ、リング４２、中央スリーブ４８及びリング４０を肩４４の方へ押圧し、これらの支持面がハウジング内で回転することを防止している。

環状ブロンズ製保持器５４がベアリング開口に設けられており、該保持器は部分球面凸状環状支持面５６を有し、支持リング４０の部分球面凹状環状摺動支持面５８と摺動自在に係合する。保持器５４は、中央スリーブの内径より僅か小さな直径を有する中間円筒部６０を有する。保持器５４は、支持リング４２の内側の部分球面凹状環状支持面６４に摺動自在に係合する第２部分球面凸状環状支持面６２を有する。保持器５４はベアリングの固定軸６６に直交する方向に揺動することができる。

グラファイトスリーブ７０は、好ましくは保持器５４を該スリーブに焼き嵌めすることにより保持器５４に取り付けられる。グラファイトスリーブ７０は、スチールスリーブ３４の外側円筒面に摺動回転自在に係合する内側円筒面を有する。

グラファイトスリーブ７０は１５００°Ｆ（約８１６℃）まで良好に作動する特性を有する。グラファイトスリーブ７０は、熱分解方法において形成される押出圧縮高密グラファイト又は機械的方法によりカーボン／グラファイトから成形される。

ローラの軸２２は図３に示されており、ベアリングの軸６６と一直線上にあるが、内部ベアリング構成要素は、ローラが湾曲するとローラシャフトと共に揺動し（回動し）、即ち、摺動してずれる。その結果、シャフト軸２２は、ベアリングの摺動構成要素、即ち、グラファイトスリーブ７０及び保持器５４の軸に対して常に一直線となる。ベアリングはスチールミルの高温下において効果的であり、潤滑剤を必要としない。ベアリングはローラベアリングよりも実質的に長い寿命を有する。なぜなら、シャフトはシャフトの全ての湾曲位置においてグラファイトスリーブと摺動自在に係合する実質的な支承面を有するからである。

図４は代替支持リング１００を示す。このリングはリング４０とほぼ同じであり、リング４０の内部球面５８の代わりに内部凹状截頭円錐形環状支持面１０２を有する点でのみ異なる。リング４２に相当する支持リングもまた保持器の反対側端部に係合する凹状截頭円錐形面を有する。

図６は本発明の別の実施態様を示し、ここでは、ベアリング２００は内部円筒開口２０２を備えるハンガー２０１によって支持されている。この態様は、溶融金属による腐食作用を防止するために適正な金属の変更がなされるならば、ローラ２０４とベアリングがアルミニウムのような溶融金属漕２０４Ａに浸漬される環境に対して有効である。

鋳鉄、５２１００スチール又はステンレススチールからなるスリーブ２０６は、円筒形開口２０２の内側の環状肩２０７に対して座する。スリーブ２０６は環状肩２０８、截頭円錐形環状ベアリング肩２１０及び円筒面２１２を有する。

環状保持器２１４−これはまたステライト又は３１６Ｌステンレススチールからなる−は、セラミックスリーブ２１８上に焼き嵌めされた円筒内面２１６を有する。スリーブ２１８はまた鋳鉄又は５２１００スチールからなる。保持器２１４は、支承面２１０に摺動自在に係合する部分球面凸状環状肩２２０を有する。

保持器の反対側端部は、ベアリングリング２２６の凹状環状截頭円錐面２２４に摺動自在に係合する部分球面凸状環状面２２２を有する。ベアリングリング２２６は肩２１０から離間しており、好ましくは、ハンガー２０１に２２９の位置で溶接された保持リング２２８によってベアリング開口内に保持される。スリーブ２１８の内面２３０はローラ２０４の回転シャフト２３２に摺動自在に係合する。

この場合、保持器２１４及びスリーブ２１８は複合ベアリング要素として一緒に動き、スリーブ２１８はシャフトに低摩擦摺動面を与え、一方、保持器の凸状球面はスリーブ２０６に対して摺動して自己整合を行う。従って、ベアリングは、シャフトが矢印２３４の方向に上下動する際に、シャフトの回転荷重と帯状鋼板の撓み荷重の両方に対して適合する。ローラの反対側端部は同様なベアリングを有するのでローラは２つの自己整合ベアリングの間で支持される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】まだ熱い鋼板を第１場所から第２場所まで搬送するために用いるローラとベアリングのアセンブリであって、ローラが第１回転軸回りに回転するとき、帯状鋼板を支持するのに適した長さを有するローラであって、第１及び第２端部を有するローラと、前記ローラの第１端部に取り付けられ該第１端部から軸方向に延伸し、支承される端部を有する第１シャフト手段と、前記ローラの第２端部に取り付けられ該第２端部から軸方向に延伸し、支承される端部を有する第２シャフト手段とであって、１つの回転軸を有する第１及び第２シャフト手段と、前記シャフト手段をそれぞれ支承する自己整合ベアリング手段であって、ハウジングと、前記ハウジング内に移動自在に設けられ、前記第１及び第２シャフト手段上を摺動自在な低摩擦材料の円筒内面と、前記第１及び第２シャフト手段のベアリング支承端周りに配設される部分球面環状支持面を備える外面とを有する第１環状ベアリング構造と、前記ハウジング内に固着され固定支承軸を有する第２環状ベアリング構造であって、前記第１環状ベアリング構造の前記部分球面環状支持面と摺動自在に係合し、前記シャフト手段が前記第２ベアリング固定軸に関して鋭角の範囲で揺動する際に前記シャフト手段が前記第２ベアリング構造内で揺動することを許容する第２環状ベアリング構造とを有する自己整合ベアリング手段とを、含んでなるアセンブリ。
【請求項２】請求項１のアセンブリであって、前記各シャフト手段は、該シャフト手段のベアリング支承端に着脱自在に設けられた鋼合金スリーブを有して該スリーブと共に回転可能であり、前記スリーブは、前記第１ベアリング構造内で摺動自在かつ回転自在に設けられた円筒状外支持面を有してなるアセンブリ。
【請求項３】請求項１のアセンブリであって、前記第１ベアリング構造は、前記シャフト手段に摺動自在かつ回転自在に設けられた低摩擦材料のスリーブと、該低摩擦材料のスリーブと共に移動する環状の保持器とを含み、該保持器は前記低摩擦材料のスリーブ周りに配設される部分球面凸上環状支持面を有するアセンブリ。
【請求項４】請求項１のアセンブリであって、前記ハウジングは内部環状肩を含み、前記第２ベアリング構造は、前記ハウジング内に配設された一対の離間したベアリングリングであって、それぞれが第１ベアリングに摺動自在に係合する環状凹状支持面を有し、一対のリングの一方は前記肩に突き当てられたリングと、前記対のリングの間に配設された中央保持器と、前記ハウジング開口に螺合され前記対のリングと中央保持器とを前記肩に押し当てるナットとを含んでなるアセンブリ。
【請求項５】請求項４のアセンブリであって、前記各ベアリングリングは、前記第１ベアリング構造に摺動自在に係合する部分球面凹状支持面を有するアセンブリ。
【請求項６】請求項４のアセンブリであって、前記各ベアリングリングは、前記第１ベアリング構造に摺動自在に係合する截頭円錐形状支持面を有するアセンブリ。
【請求項７】請求項１のアセンブリであって、前記シャフト手段は、前記第２ベアリング構造の軸に対して横方向にローラが揺動することを許容するアセンブリ。
【請求項８】シャフト手段を支承する自己整合ベアリング手段であって、ハウジングと、前記ハウジング内に移動自在に設けられた第１環状ベアリング構造であって、前記シャフト手段上に摺動自在に設けられる低摩擦材料の円筒内面と、前記シャフト手段のベアリング支持端周りに配設される部分球面環状支持面を備える外面とを含む第１環状ベアリング構造と、前記ハウジング内に固着され固定支承軸を有する第２環状ベアリング構造であって、前記第１環状ベアリング構造の前記部分球面環状支持面と摺動自在に係合し、前記シャフト手段が前記第２ベアリング固定軸に関して鋭角の範囲で揺動する際に前記シャフト手段が前記第２ベアリング構造内で揺動することを許容する第２環状ベアリング構造とを、含んでなるベアリング手段。
【請求項９】請求項８のベアリング手段であって、前記第１ベアリング構造は複合ベアリング要素を有し、該要素は、前記シャフトを摺動自在かつ回転自在に支承し、グラファイト、セラミック、又は溶融金属に対して耐久性を有する超合金材料からなるスリーブと、前記スリーブ上に焼き嵌めされ低摩擦ベアリング材料からなり、前記スリーブが前記固定軸に直交する方向に揺動可能なように前記スリーブを保持する保持器とを、含んでなるベアリング要素。
【請求項１０】アルミニウム又は亜鉛溶融槽における自己整合ベアリング手段であって、ハウジングと、前記ハウジング内に移動自在に設けられた第１環状ベアリング構造であって、前記シャフト手段上に摺動自在に設けられる低摩擦材料の円筒内面と、前記シャフト手段のベアリング支持端周りに配設される部分球面環状支持面を備える外面とを含む第１環状ベアリング構造と、前記ハウジング内に固着され固定支承軸を有する第２環状ベアリング構造であって、前記第１環状ベアリング構造の前記部分球面環状支持面と摺動自在に係合し、前記シャフト手段が前記第２ベアリング固定軸に関して鋭角の範囲で揺動する際に前記シャフト手段が前記第２ベアリング構造内で揺動することを許容し、かつ、スリーブ、前記スリーブ上に一体的に形成された第１凹状環状支持面、及び前記スリーブ内に設けられ前記第１凹状環状支持面から離間し前記第１凹状環状支持面と協働して前記第１ベアリング構造のベアリング面に摺動自在に係合する第２凹状環状支持面を備えるベアリングリングを有する第２環状ベアリング構造とを、含んでなるベアリング手段。