(57)【要約】【課題】ころと、鍔を備えた内輪と、鍔を備えた外輪との隙間を最適化して配置した為、鍔かじり現象を抑制でき、軸受の長寿命化が実現する焼結パレット台車用複列式円筒ころ軸受を提供することを目的とする。【解決手段】外輪と内輪と前記外輪と前記内輪の間に配置される２列以上の円筒状のころとを備え、前記内輪、前記外輪の少なくとも一方に外鍔及び/若しくは中鍔を有する焼結パレット台車用複列式円筒ころ軸受であって、前記外輪の外周面は軸受軸方向において平行な平坦部を有し、前記外輪の外周面の軸受軸方向両端部において傾斜面を有し、前記平坦部と前記一対の傾斜部が連続的に接続形成され前記外輪の外周面を形成し、軸受の無負荷中立位置における前記ころの一方の端部が軸受軸方向において前記外輪外周面の平坦部よりも外側に突出配置され、前記ころのラジアル隙間が軸受の前記外輪の転動面となる内径の０．００７％以上、０．０７１１％以下とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪の間に配置される２列以上の円筒状のころとを備え、前記内輪、前記外輪の少なくとも一方に外鍔及び/若しくは中鍔を有する焼結パレット台車用複列式円筒ころ軸受であって、前記外輪の外周面は軸受軸方向において平行な平坦部を有し、前記外輪の外周面の軸受軸方向両端部において傾斜面を有し、前記平坦部と前記一対の傾斜部が連続的に接続形成され前記外輪の外周面を形成し、軸受の無負荷中立位置における前記ころの一方の端部が軸受軸方向において前記外輪外周面の平坦部よりも外側に突出配置され、前記ころのラジアル隙間が軸受の前記外輪の転動面となる内径の０．００７％以上、０．０７１１％以下としたことを特徴とする焼結パレット台車用複列式円筒ころ軸受。
【請求項２】
前記外鍔又は前記中鍔の前記ころに対向する鍔面と、前記ころの前記鍔面に対向する端面の少なくとも一方に、リン酸マンガン塩被膜を形成していることを特徴とする請求項１記載の焼結パレット台車用複列式円筒ころ軸受。
【請求項３】
前記リン酸マンガン塩被膜の膜厚さは２〜８μｍであることを特徴とする請求項２に記載の焼結パレット台車用複列式円筒ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼設備である焼結パレット台車の中ローラ又は台車の車輪に使用される複列式円筒ころ軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
焼結設備とは、製鐵所の前工程部にあるもので、鋼製品の原料であるパウダー状の鉄鉱石を燃焼剤となる粉コークスと融剤となる粉石灰をパレットと呼ばれる台車に積載させ、パレット台車の大きさに焼き固めるものである。パレットの形状に焼き固められた巨大な塊を次の工程(高炉)に必要とされる最適なサイズに破砕するものである。
【０００３】
そしてパレット台車は、機台と、車軸と、車輪、焼結パレット台車用転がり軸受装置（以下、単に転がり軸受装置という）を備え、上記車軸は、機台に固定され、上記転がり軸受装置は、車軸上に配置されている。上記車輪がレール上を転動することによって、焼結パレット台車がレール上を移動するようになっている。
【０００４】
上記転がり軸受装置は、第１軸受と、中ローラとしての第２軸受とを有する。上記第１軸受と第２軸受とは、車軸の軸方向に間隔をおいて配置されている。上記第１軸受は、車軸と車輪との間に配置されて、上記車輪を上記車軸に対して回転自在に支持している。
【０００５】
一方、上記第２軸受は、軸方向において、第１軸受と機台との間に配置されている。上記第２軸受は、外輪、第１内輪、第２内輪、複数の第１円筒ころおよび複数の第２円筒ころを有する総ころ軸受であり、上記外輪は、その内周面に軸方向に間隔をおいて位置する第１および第２円筒内周軌道面を有する一方、第１内輪および第２内輪の夫々は、それぞれの外周面に単一の円筒外周軌道面を有している。
【０００６】
上記複数の第１円筒ころは、外輪の第１円筒内周軌道面と、第１内輪の円筒外周軌道面との間に、配置され、上記複数の第２円筒ころは、外輪の第２円筒内周軌道面と、第２内輪の円筒外周軌道面との間に、配置されている。上記外輪は、その内周面の第１円筒内周軌道面と第２円筒内周軌道面との間に、径方向の内方に突出する内鍔部を有している。
【０００７】
上記外輪の上記内鍔部は、円筒内周面を有し、この円筒内周面の内径は、第１および第２円筒内周軌道面の内周面の内径よりも小さくなっている。第１円筒ころは、上記内鍔部の軸方向の一方の端面に接触する一方、第２円筒ころは、上記内鍔部の軸方向の他方の端面に接触している。
【０００８】
また、上記車輪が転動する互いに平行な二本のレールの夫々は、ループ状、詳しくは、２箇所の直線部と２箇所の曲線部とが、交互に配置された略陸上のトラック状の形状を有し、各レールは、２箇所の直線部分が鉛直方向に重なるように、配置されている。
【０００９】
上記焼結パレット台車は複数のパレット台車が無端状に連接され、レールの鉛直方向の上方の直線部分を走行している際に、焼結粉体を運搬し、その後、上記中ローラとしての第２軸受の外面にスプロケットを係合させて、一方の曲線部を介して鉛直方向の下方の直線部分を走行し、続いて、上記中ローラとしての第２軸受の外面にスプロケットを係合させて、このスプロケットによって、鉛直上方に持ち上げられて他方の曲線部を走行して、その後、鉛直方向の上方の直線部を再度走行するようになっている。
【００１０】
焼結パレット台車においては、鉛直方向下方のレールから鉛直方向上方のレールに持ち上げられる際に、上記第２軸受の上記外輪にスプロケットが係合して上記外輪に大きな荷重が掛かるようになっている。
【００１１】
上述の中ローラ用の第２軸受は、常時荷重が負荷されている状態ではなく、スプロケットと嵌合する時のみ、軸受外輪がスプロケットから衝撃荷重を受けることになる。第２軸受の外輪がスプロケットと嵌合するときは、嵌合スプロケット面の摩耗、設備自体の芯ずれ等により偏荷重が前記第２軸受外輪に負荷されるため、外輪が軸受軸方向へ変位する。そのため、複列円筒ころ軸受は、外輪軌道面中央部に鍔と内輪端面側の鍔面とをころ端面を介し、軸受軸方向荷重を負荷できるようにしている。
【００１２】
また、中ローラ用軸受の潤滑に関しては、これまでグリース潤滑方式が採用されていた。これは、軸受自体への密封装置(シール)技術が確立されていなかったため、定期的にハウジング側からグリースを軸受へ注入していた。また本設備の軸受使用環境は粉塵著しく、その粉塵が軸受の中に進入し、軸受潤滑不良を生じ早期トラブルを引き起こしていた。しかしながら、近年ではシール技術も向上し、シール付構造でも軸受内部への粉塵進入を阻止可能となり、可能な限りの軸受容量を確保することが可能となっていた。さらに、グリース消費量の削減(シールを付けることで初期密封グリースを確保し、途中給脂不要となる)、軸受周りの汚れ防止(軸受からのグリース漏れ防止)、排脂処理等、コスト面と環境面からもシール付軸受のニーズが高まっていた。そこで、現在では、焼結設備車輪、及び中ローラ部にグリースが封入されたシール付密封軸受が使用されている。
【００１３】
一方、年々設備の効率化の要求から、パレット台車数増加や積載量の増加によりスプロケットから中ローラ用の軸受外輪に負荷する衝撃荷重が増加しているため、軸受の軸受外輪に対する更なる強度向上が求められていた。軸受外輪の強度を高めるため、外輪の肉厚を増やすと同時に、軸受の負荷容量の低下を可能な限り抑制するために、ころ本数を増やす構造が用いられていた。しかしながら前記強度向上策においては、軸受内静空間(軸受外郭寸法容積から内輪、外輪、ころ、(保持器付ならば保持器も)を除いた空間)が小さくなり、軸受内への初期グリース封入量が少なくなり、軸受メンテナンス周期の延長などにより、軸受内のグリースの性状劣化が懸念されていた。また、スプロケット嵌合時に生じる軸受軸方向力によりころ端面と鍔が上記理由での潤滑不良によりかじり現象が生じる可能性があった。
【００１４】
更に、前記かじり現象から特にラジアル荷重を負荷する外輪中央部で、外輪中鍔部のかじりを起点として、軸受の摩耗が促進される可能性もあった。軸受の早期摩耗は、焼結設備のライン停止を招くだけでなく、前工程、後工程にも影響を与え、またメンテナンス時期の再調整も必要となり、製造工程において多大なロスを招く可能性があった。
【００１５】
このような不具合を解決する先行技術として例えば、特許文献１などの構造が公知となっている。特許文献１では、中ローラ用軸受の鍔かじり、特に外輪中鍔かじりにより、前記中鍔を起点とした摩耗対策として外輪中央部の鍔をなくし、外輪端面鍔と内輪側に配置した分離可能な鍔を配置し、軸方向荷重を外輪端面鍔と内輪分離可能な鍔面とで負荷できるようにした転がり軸受が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２０１０―１９３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献１では、内輪側の分離可能鍔と外輪外鍔間はころ長さに対し、ころを挟み込まないように所定の隙間を設ける必要がある。またその隙間は、外輪軌道面幅許容差、内輪分離可能鍔幅許容差、内輪軌道面幅許容差、ころ長さ許容差を考慮する必要があるため、ある程度隙間が大きくなる傾向となる。また、軸受は軸受の許容負荷容量を最大化する為、総ころ形式を採用するケースが多く、外輪鍔面と内輪鍔面に挟まれるころの軸方向隙間が過多になると、ころのスキューが生じやすくなり、ころ端面と鍔面のかじりが積極的に生じることなる。その結果、外輪の中鍔かじり起点の摩耗は防ぐことが可能ではあるが、他の部分の鍔かじりが発生し、鍔・ころ端面欠けやそれによるころ不整運動から軸受寿命の低下を招く可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
そこで、上記の課題を解決する為に、本発明は、外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪の間に配置される２列以上の円筒状のころとを備え、前記内輪、前記外輪の少なくとも一方に外鍔及び/若しくは中鍔を有する焼結パレット台車用複列式円筒ころ軸受であって、前記外輪の外周面は軸受軸方向において平行な平坦部を有し、前記外輪の外周面の軸受軸方向両端部において傾斜面を有し、前記平坦部と前記一対の傾斜部が連続的に接続形成され前記外輪の外周面を形成し、軸受の無負荷中立位置における前記ころの一方の端部が軸受軸方向において前記外輪外周面の平坦部よりも外側に突出配置され、前記ころのラジアル隙間が軸受の内径の０．００７％以上、０．０７１１％以下としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ころと、鍔を備えた内輪と、鍔を備えた外輪との隙間を最適化して配置したため、鍔かじり現象を抑制でき、軸受の長寿命化が実現するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る複列式円筒ころ軸受の無負荷状態を示す図である。
【図２】図１におけるＡ部拡大図である。
【図３】本発明に係る複列式円筒ころ軸受の偏荷重状態を示す図である。
【図４】本発明に係る軸受のころと寿命比との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る複列式円筒ころ軸受について、図１及び図２を参照して説明する。本発明において、複列式円筒ころ軸受１は、外輪２と、内輪３と、前記外輪２と前記内輪３の間に配置される２列以上の複列の円筒状のころ４とを備え、前記内輪２に前記複列のころ４を案内する外鍔３ａと中鍔５が設けられ、前記外輪２に前記内輪３の中鍔５に対応する中鍔５が設けられた焼結パレット台車用複列式円筒ころ軸受を構成している。前記外輪２の外周面には軸受軸芯Ｍ０に平行な平坦部２ａを有し、かつ前記外輪２の外周面の軸受軸方向両端部においては一対の傾斜面２ｂを有しており、前記平坦部２ａと前記一対の傾斜部２ｂが連続的に接続形成され前記外輪２の外周面を形成している。軸受の無負荷中立位置における前記ころ４の一方の端部４ａが前記外輪外周面の平坦部２ａよりも軸受軸方向において外側に突出配置されている。
【００２２】
そして、パレット台車の中ローラに用いられている複列式円筒ころ軸受１に軸受軸方向に対して偏荷重が加わった時には、複列式円筒ころ軸受１の内輪３に対して軸受外輪２が軸受中心Ｏを基点に回転力を受けて変位する。
【００２３】
また、図１、図２の中立位置において、軸受中心点（軸受回転方向中心、軸受軸方向中心）をＯ、外輪の転動面における内径をＤＥ、内輪の転動面における外径をＤＩ、ころ直径をＤＷ、軸受中心Ｏから中鍔と外輪内径面の転動面との交点Ｐまでの直線長さをｒ１、軸受中心からころ端部（軸受外方側）のエッジＱまでの距離をｒ２、内輪の中鍔の半分長をＬ１、内輪外径面の転動面長さをＬ２、外輪の中鍔の半分長をＬ３、ころ長さをＬＷ、軸受垂直位置Ｌ０と線分ＯＰとの成す角をα０、軸受軸線Ｍ０と線分ＯＱとの成す角をβ０とすると、下記の式１、式２、式３、式４、式５が成立する。尚、ＣＲは軸受のころと外輪とのラジアル隙間を表している。
【００２４】
（式１）
2014163481.tif 000003
（式２）
2014163481.tif 000004
（式３）
2014163481.tif 000005
（式４）
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（式５）
2014163481.tif 000007
【００２５】
更に、図３では複列軸受に偏荷重Ｆが負荷され、外輪が内輪に対して軸受中心Ｏを中心に角度θ分変位している図を示している。図３において、外輪の変位により下記の式６、式７が成立する。これにより式１乃至式７から、軸受のラジアル隙間ＣＲの値が小さいと、より外輪の傾き角θ（角隙間）が小さくなる。その結果、ころのスキューが抑制され外輪内周面に設けた中鍔と内輪外周面に設けた外鍔、中鍔がころの端面に干渉して発生するかじりや磨耗を抑制することができる。
【００２６】
（式６）
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（式７）
2014163481.tif 000009
【００２７】
ここで、軸受の転がり疲れ寿命も含めた最適なラジアル隙間の範囲を導出する。図４はラジアル荷重２８５ｋＮ、ころの列数２列、一列あたりのころ数５７個、ころ面取０．５ｍｍのときのラジアル隙間と寿命比の関係である。ラジアル隙間が−０．００８９ｍｍのとき寿命比が最大となるが、それよりも隙間が小さくなると急激に転がり疲れ寿命が低下することが分かる。焼結パレット台車に用いられるような本発明の軸受では、その使用環境から運転中に内輪と外輪に温度差が生じていると考えられ、通常内輪に比べ外輪の温度が５〜１５℃程度低い。これを基に『内外輪温度差によるラジアル隙間の減少量』を見積もると、０．０１２〜０．０３０ｍｍとなる。寿命比が急激に低下するリスクを避け、運転時において最大の寿命比にするには、上述の寿命比が最大時のラジアル隙間（−０．００８９ｍｍ）に対して温度変化による『内外輪温度差によるラジアル隙間減少量の最大値』（温度変化隙間）を補正して寿命比が最大となる『ラジアル隙間の下限値』を決めれば良い。前記の寿命比が最大時のラジアル隙間の値に温度変化による隙間減少量の最大値を補正し、−０．００８９＋０．０３０＝０．０２１１が求まる。また、軸受の製造工程能力からラジアル隙間の変動レンジは０．０５０ｍｍ程度であるので、『ラジアル隙間の上限値』は、上述の『ラジアル隙間の下限値』に隙間の変動値を加え、０．０２１１＋０．０５０＝０．０７１１ｍｍとなる。以上により、焼結パレット台車に用いられる軸受のラジアル隙間は、０．０２１１ｍｍ以上、０．０７１１ｍｍ以下が最適隙間範囲であることが導かれた。
【００２８】
また、焼結パレット台車に用いられる車軸は、パレット積載重量に耐えられ、かつ車軸に外嵌する軸受の回転トルクが過大にならない程度の諸元のものを採用する必要が有ることから、車軸の軸径が所定の太さの範囲内であることが要求される。これらの要求を満たすため、軸受内径は、１００ｍｍ以上、３００ｍｍ以下の範囲の諸元値を備えることが現在一般的に求められている。これにより、前記軸受のラジアル隙間の最適値の範囲は、前記軸受内径との相対関係で０．００７％以上、０．０７１１％以下とすることが好ましいことになる。
【００２９】
上記の他に、ころ間のピッチを大きくしてモーメント剛性を上げることも寿命比の向上に有効である。その際、外輪強度を上げるため、ころの軸受軸方向外側の端面が外径だらし面と外形面との交点より外側（軸受端面側）に位置する様にするとより好ましい。また、相手側部品の位置の許容差を狭めずにモーメント剛性を高めるには、相手側部品との接触面圧の許容範囲内で、外輪の平面幅ＬＬはできるだけ小さいほうが良い。軸受が無負荷中立状態でころが中立位置の時、Ｌ１＋Ｌ２／２＋ＬＷ／２≧ＬＬ／２となるように内部諸元Ｌ１、Ｌ２、ＬＷを適宜決めやればよい。
【００３０】
さらに、前記外鍔又は前記中鍔の前記ころに対向する鍔面と、前記ころの前記鍔面に対向する端面の少なくとも一方に、リン酸マンガン塩被膜を形成することで、表面を保護しかじり摩耗を抑制できる。また、リン酸マンガン塩の被膜処理工程は、被処理品（外輪、内輪又はころ）を、ＦＣ４３６０（日本パーカライジング社製アルカリ性脱脂剤）等により脱脂した後、水洗いをし、ＰＬ-５５（日本パーカライジング社製表面調整液）等により表面調整を行う。その後、ＰＦ-Ｍ１Ａ等を用いてリン酸マンガン塩による化成処理を行い、水洗い、湯洗いを行い乾燥させる。上述の被膜処理により、外輪、内輪、ころの全周面にリン酸マンガン塩の被膜が形成されるが、ほかの被膜処理方法で、内外輪の鍔部、ころの端面だけに施してもよい。また膜厚は、軸受内部のすきまや、軸やハウジングとの嵌め合い部への影響が大きい事を考慮に入れ膜厚上限値を定め、膜の母材への密着性、膜剥がれ抑制の点から膜厚下限値を定める様にすると好ましい。２〜８μｍのリン酸マンガン塩層の膜厚が形成されることがより好ましい。
【符号の説明】
【００３１】
１…軸受
２…外輪
３…内輪
４…ころ
５…中鍔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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