(57)【要約】【課題】焼結パレット台車の中ローラー用軸受及び台車の車輪用軸受の潤滑不良による複列ころ軸受の鍔部かじり発生を抑制し、軸受寿命の延長と突発的な軸受損傷を防ぐことである。【解決手段】外輪と、内輪と、及び前記外輪と前記内輪の間に配置される２列以上のころ転動体とを備え、内輪、外輪の少なくとも一方に外鍔及び/若しくは中鍔を有し、複列ころ軸受であって、前記鍔の鍔面と前記ころの端面の少なくとも一方に、表面硬化層を形成していることを特徴とする焼結パレット台車用複列ころ軸受。【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、及び前記外輪と前記内輪の間に配置される２列以上のころ転動体とを備え、内輪、外輪の少なくとも一方に外鍔及び/若しくは中鍔を有し、複列ころ軸受であって、前記鍔の鍔面と前記ころの端面の少なくとも一方に、表面硬化層を形成していることを特徴とする焼結パレット台車用複列ころ軸受。
【請求項２】
前記表面硬化層がショットピーニング処理によって形成されているショットピーニング層であることを特徴とする請求項１に記載の焼結パレット台車用複列ころ軸受。
【請求項３】
前記表面硬化層が浸炭処理、窒化処理、浸炭・窒化処理のいずれか一つの処理を施して形成されるものであることを特徴とする請求項１に記載の焼結パレット台車用複列ころ軸受。
【請求項４】
前記表面硬化層がＤＬＣ層であることを特徴とする請求項１に記載の焼結パレット台車用複列ころ軸受。
【請求項５】
前記表面硬化層がセラミック層であることを特徴とする請求項１に記載の焼結パレット台車用複列ころ軸受。
【請求項６】
前記複列ころ軸受は、中ローラー用複列円筒ころ軸受であり、前記の被膜は、少なくとも前記外輪の中鍔部及び前記内輪の外鍔に覆われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の焼結パレット台車用転がり軸受。
【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ー又は台車の車輪に使用される転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
焼結設備とは、一貫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】
パレット台車は車輪を持ち、その車輪でレール上を低速で走行する。その車輪部に軸受が使用される。一般的にはパレット積載荷重(ラジアル荷重)と車輪やレールの傾き、積載バランスからの生じる軸方向荷重(アキシアル荷重)の両方向の負荷能力をもつ円すいころ軸受が２個対向して使用される。パレット台車の駆動はスプロケットにより行われる。車輪内側に中ローラーと呼ばれる軸受の外輪にスプロケットの歯が嵌合され、パレット台車を駆動、そして180度転回させている。
【０００４】
上述の中ローラ用の軸受は、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、衝撃的に軸受外輪がスプロケットから荷重を受けることになる。そのため、外輪を肉厚にし外輪強度を高め、更に軸受容量を高めることができる総ころ複列円筒ころ軸受が一般的に使用される。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外輪に負荷されるため、外輪が軸方向へ移動する。そのため、複列円筒ころには、外輪軌道面中央部に鍔、内輪端面側の鍔面にてころ端面を介し、軸方向荷重を負荷できるようにしている。
【０００５】
中ローラー用軸受の潤滑に関して、通常グリース潤滑によって行われる。従来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。しかし、近年、シール技術も向上し、シール付構造でも可能な限り軸受容量を確保できる構造が可能となった。また本設備の軸受使用環境は粉塵が著しく、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が、軸受自体にシールをつけることで、軸受内部への粉塵進入を阻止可能となった。また、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くなる。
そこで、現在では、多くの鉄鋼メーカーが焼結設備車輪、そして中ローラー部にグリースが封入されたシール付密封軸受を使用している。
【０００６】
一方、年々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ー軸受外輪に衝撃的な負荷荷重が増加し軸受外輪強度が不足による、外輪割損事例が増えてきた。外輪強度を高めるために、外輪肉厚設計とするが、軸受容量の低下を可能な限り抑えるためにはころを細くかつ本数を増やす構造になる。そうすると、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］も小さくなり、軸受内への初期グリース封入量も少なくなる。また軸受メンテナンス周期の延長などにより、軸受内のグリース劣化を生じる。それによって、スプロケット嵌合時に生じる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る現象が生じる。
更に、そのかじり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、突発的に外輪割損が生じることもある。外輪割損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、多大な損害を招く可能性がある。
例えば、特許文献１には、中ローラー用軸受の鍔かじり、特に外輪中鍔かじり、そして中鍔かじりを起点とした外輪割損対策として、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とを配置し、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】
【０００７】
【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】
【０００８】
しかしながら、特許文献１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すきまを設ける必要がある。またそのすきまは、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、ある程度すきまが大きくなる傾向となる。
軸受は軸受容量を最大化する為、総ころ形式であり、外輪内輪鍔に挟まれるころの軸方向すきまが過多になれば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、従来品の外輪中鍔かじり起点の外輪割損は防ぐことが可能ではあるが、他部の鍔かじりは発生し、鍔・ころ端面欠けやそれによるころ不整運動からのころロック、更に軸受が焼損するおそれもあった。
その他、焼結パレット台車の中ローラー用軸受以外に、台車の車輪用軸受も潤滑不良を生じる可能性がある。例えば、台車の載せ物の重荷重によるころと軌道面間の油膜形成不足、また、内輪大鍔面ところ端面間のすべり接触による油膜形成不足を生じるおそれもあった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明は、上記の課題を解決する為に、次の考案を提供している。
（１）外輪と、内輪と、及び前記外輪と前記内輪の間に配置される２列以上のころ転動体とを有する複列ころ軸受であって、内輪、外輪の少なくとも一方に外鍔及び/若しくは中鍔を有し、前記鍔面ところ端面の少なくとも一方に、表面硬化層を形成していることを特徴とする焼結パレット台車用複列ころ軸受を提供している。
（２）表面硬化層がショットピーニング処理によって形成されているショットピーニング層にしてもよいし、ダイヤモンドカーボン（ＤＬＣ）層、又はセラミック層にしてもよい。
（３）また、表面硬化層が浸炭処理、窒化処理、浸炭・窒化処理のいずれか一つの処理を施して形成されるものにしてもよい。
（４）本発明の複列ころ軸受は、中ローラー用複列円筒ころ軸受である場合、上記の被膜は、少なくとも外輪の中鍔部及び内輪の外鍔に覆われることが好ましい。それは、外輪の中鍔部及び内輪の外鍔は、重荷重により比較的に損傷しやすいからである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の焼結パレット台車用転がり軸受は、内輪、外輪の鍔面及び若しくはころの端面に摩擦係数を低減する表面硬化層が形成され、この表面硬化層を形成した摺接面の硬さが高く、かつ摩擦係数が小さい。これにより、外輪外径面にオフセット荷重が負荷され、軸受にミスアライメントが発生した場合や、高アキシアル荷重が負荷された場合に、外輪・内輪の鍔面及びころ端面の摺接面の油膜形成が難しい状況になっても、摩耗や焼付きが発生しにくく、鍔部のかじり損傷の発生を抑え、突発的な軸受損傷を防ぐことができ、軸受寿命を延長する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の焼結パレット台車用転がり軸受装置の要部断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る中ローラー用転がり軸受。
【図３】図１に示す中ローラー用転がり軸受の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１の実施形態＞
まず、本実施形態の焼結パレット台車の全体構造について図１、２を参照しながら説明する。１は焼結パレット台車の機台（図示せず）に固定される車軸、２は車軸１の軸端に固定された車輪用の複列円錐ころ軸受、３は、円錐ころ軸受の外輪に固定されるレール（図示せず）上を転走するローラー、４はローラー３の近傍に位置し、かつ、内輪間座５を介して複列円錐ころ軸受Ａと共に軸方向に並設された中ローラー用の複列円筒ころ軸受、６は軸受の押え板、７は前蓋である。
【００１３】
複列円錐ころ軸受２は、連結環２１によって一体化されたテーパ軌道を有する２個の内輪２２、２３と、該内輪のテーパ軌道と対向する２列のテーパ軌道を有する１個の外輪２４と、内外輪の軌道間に配列された複数の円すいころを備えた円錐ころ軸受形式となっている。そして、円錐ころ軸受２は、外輪２４の両端部の内周面にそれぞれ固定された接触シール体８によって内輪との間が密封されており、内外輪間の空間部には予めグリースが封入されている。８１はシール体８の抜け防止のための止め輪である。本実施形態の円錐ころ軸受２は、内輪内径５０ｍｍ以上、外輪外径１００ｍｍ以上、幅５０ｍｍ以上の軸受である。
【００１４】
複列円筒ころ軸受４は、円筒軌道を有する２個の内輪４１、４２と、該内輪４１、４２の円筒軌道と対向する複列の円筒を有する１個の外輪４３と、内外輪の軌道間に配列された複数の円筒ころを備えた総ころタイプの複列円筒ころ軸受となっている。そして、円筒ころ軸受４は、外輪４３の両端部の内周面にそれぞれ固定された接触形のシール体９によって内輪との間が密封されており、内外輪間の空間部には、予めグリースが封入されている。外輪４３は、軸方向の中間部に中鍔１０、両端部に一対の外鍔１１、１２を有する。内輪４１、４２は両端部にそれぞれに外鍔１３、１４を有する。ころの端面１５、１５’は、外輪の外鍔１１、１２及び内輪の外鍔１３、１４と接触する。なお、本実施形態の複列円筒ころ軸受４は、内輪内径５０ｍｍ以上、外輪外径１００ｍｍ以上、幅５０ｍｍ以上の軸受である。
【００１５】
シール体９は、内輪に固定されたシール板１６の内側面との間にも接触形の密封部をもった重シール構造となっている。
【００１６】
また、シール体１７は、複列円錐ころ軸受２の密封性能を高める玉に、ローラー３に固定されて内輪側リップが内輪間座５の周段部の周面に、そして軸方向リップが周段部の側面とそれぞれ摺接しているシール体である。
［第１実施形態の変形例］
【００１７】
本実施形態に係る発明は、複列円錐ころ軸受２の構造が第１の実施形態と同様な為、説明を省略し、複列円筒ころ軸受４の構造のみについて図３を参照しながら説明する。
【００１８】
外輪４３は、軸方向の中間部に中鍔１０’を有するが、両端部に鍔を有しない構造となっている。内輪４１、４２はそれぞれに外鍔１３’、１４’を有するほか、軸方向中間部に中鍔１８、１９を有する。ころの端面１５、１５’は内輪の外鍔１３’、１４’及び内外輪の中鍔１０’、１８、１９と接触する。
【００１９】
上記構造の複列円筒ころ軸受４は、鍔部ところ端面の間にすべり接触が発生しやすく、特に内輪の外鍔１３’、１４と外輪の中鍔１８、１９がころの端面１５、１５’との接触によりかじりが発生しやすい。そこで、本発明は下記の表面硬化層を採用することにより、上述の現象を抑制する。
【００２０】
次に、本発明の表面硬化層について説明する。
【００２１】
本発明のショットピーニング処理により形成される表面硬化層は、そのショットピーニング処理の一例として、粒径が４０〜２００μｍで硬度が内外輪又はころの硬度と同等以上（例えば、内外輪又はころと同じ材料またはＳｉＯ２など）の粉末を噴射粒体として用い、これを噴射速度１００ｍ／ｓｅｃ以上で、図２、３に示す内外輪の鍔面（外鍔１３、１４、１３’、１４’及び/若しくは中鍔１０、１０’、１８、１９）、ころの端面（１５、１５’）のいずれの表面に数秒間から数十秒間程度噴射することにより、上述の表面がＡ３変態点以上の温度域での急熱・急冷が瞬時に繰り返され、前述の熱処理効果、鍛錬効果を有する加工が行われることになる。これによって、金属表面層の残留オーステナイトのマルテンサイト化や再結晶、微細化が行われ、緻密な高硬度で靱性に富む組織が得られる。
【００２２】
また、表面の内部残留圧縮応力も高めることができる。そのほか、硬度がＨｖ８００以上で粒径が２０〜２００μｍのＳｉＯ２
粉体などを噴射粒体として用い、これを噴射速度５０ｍ／ｓｅｃ以上で上述の表面に噴射してその表面付近の温度をＡ３変態点以上に上昇させると共に、その表面に微小な断面円弧状を成す無数の凹部からなる油溜まりを形成することにより、潤滑油切れによる摩耗を防止することができる。
【００２３】
さらに、ＴｉＣやＴｉＮなどの超硬粉体を噴射粉体として用いると、その表面に析出しているコバルトなどの超硬材料が内部に押し込まれると共に微細化し、その上述の表面の内部残留応力も高くなり、表面も平滑化されて摩擦係数をより小さくすることも可能となる。
【００２４】
なお、外輪、内輪又はころの母相を成す金属の粒体と、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２
）、二硫化タングステン（ＷＳ２）、窒化ホウ素（ＢＮ）、フッ素樹脂（例えば、ＰＴＦＥ）などの固体潤滑剤の粒体とを混合してなる噴射粒体を用いれば、そのショットピーニング層中に固体潤滑剤が分散された被膜が形成されるようになるため、上記の効果をさらに向上することが可能となる。
【００２５】
また、このショットピーニング処理は、旋削工程およびプレス工程におけるバリや旋削加工目、熱処理工程におけるスケールや溶着物などを除去することができるため、清浄度向上にも効果があり、相手部材との接触状態が改善される。
【００２６】
本発明のショットピーニング処理は、上述のように、内外輪の鍔面（外鍔１３、１４、１３’、１４’及び/若しくは中鍔１０、１０’、１８、１９）、ころの端面１５、１５’に部分的に施してもよいし、外輪内周面、内輪外周面のいずれの表面全体に施しても良い。
＜第２の実施形態＞
【００２７】
本発明の第２の実施形態に係る複列ころ軸受は、公知の浸炭処理、浸炭窒化処理、浸硫窒化処理等の硬化熱処理により表面硬化層が内外輪の鍔面（外鍔及び/若しくは中鍔）、ころの端面に形成されるものである。公知の浸炭処理、浸炭窒化処理、浸硫窒化処理等の硬化熱処理により、所定深さ（例えば、表面からの深さが１０〜１００μｍ）の表面硬化層を形成して良い。
＜第３の実施形態＞
【００２８】
本発明の第３の実施形態に係る複列ころ軸受は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）層により表面硬化層が内外輪の鍔面（外鍔及び/若しくは中鍔）、ころの端面に形成されるものである。このＤＬＣ層の形成方法としては、特に限定されるものでなくＰＶＤ法などを用いた従来公知の方法をそのまま適用することができる。一例を挙げると、先ず内外輪の鍔面（外鍔１３、１４、１３’、１４’及び/若しくは中鍔１０、１０’、１８、１９）、ころの端面（１５、１５’）のいずれの表面に対して、粒径２０〜３０μｍのスチール製ビーズなどを用いてショットブラスト処理を行い、その表面粗さＲａを調整した後、その表面を脱脂してからスパッタリング装置に設置し、アルゴンプラズマによるスパッタリングを用いて上述の表面にボンバード処理を施す。そして、タングステンおよびクロムなどをターゲットとして上述の表面にスパッタリングして成膜し、金属層を形成する。次に、この２種類の金属のスパッタリングを続けながら、カーボンをターゲットとした炭素のスパッタリングを開始する。このようなスパッタリングによって、前記２種類の金属と炭素とが結合した金属カーバイドからなる複合層が、金属層の上に形成される。そして、さらに、前記２種類の金属のスパッタ効率を徐々に減少させながら、炭素のスパッタ効率を徐々に増加させ、前記２種類の金属のスパッタリングを終了したならば、炭素のスパッタリングのみとして、複合層の上にカーボン層を形成する。
【００２９】
これによって、２種類の金属で構成された層（金属層）から炭素で構成された層（カーボン層）に向かって層の組成が連続的に徐々に変化していくＤＬＣ層を形成することができる。そして、このような構成のＤＬＣ層は、その厚さが１．０〜４．０μｍ程度であって各層の間の密着性が非常に優れているとともに、潤滑性に優れたカーボン層と母材である鋼との密着性も非常に優れているという特長を有することになる。
＜第４の実施形態＞
【００３０】
本発明の第４の実施形態に係る複列ころ軸受は、セラミックスにより表面硬化層が内外輪の鍔面、ころの端面に形成されるものである。このセラミックス層を形成するための材料としては特に限定されるものではないが、チタン系窒化物やクロム系窒化物等のコーティング層を採用することができる。具体例としては、ＴｉＮ（硬さＨｖ２０００〜２４００で、摩擦係数０．４０〜０．４５）、ＴｉＣＮ（硬さＨｖ３０００〜３５００で、摩擦係数０．１２〜０．１５）、ＴｉＡｌＮ（硬さＨｖ２３００〜２８００で、摩擦係数０．３〜０．４）、ＴｉＣ（硬さＨｖ３０００〜３５００で、摩擦係数０．４０〜０．４５）、ＣｒＮ（硬さＨｖ２０００〜２２００で、摩擦係数０．２５〜０．３５）などのセラミックス層や、ＴｉＣ／ＴｉＮ、ＴｉＣ／ＴｉＣＮ／Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＣ／Ａｌ2 Ｏ3 ／ＴｉＮ、ＴｉＣ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣ／Ａｌ2Ｏ3等の積層構造を有するセラミックス層が挙げられる。
【００３１】
特に、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ等のセラミックス層や、これらを含む積層構造を有するセラミックス層や、ＣｒＮ等のセラミックス層は、硬さが高く、低摩擦係数で、高い密着性を有しており、摩耗や損傷を効果的に防止できる。このうち、ＴｉＮやＴｉＣ／ＴｉＮ等のセラミックス層は、耐摩耗性や耐剥離性の点で優れている。同様に、ＴｉＣ／ＴｉＣＮ／Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＣ／Ａｌ2
Ｏ3 ／ＴｉＮ、ＴｉＣ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣ／Ａｌ2 Ｏ3 等の積層構造を有するセラミックス層は、耐摩耗性や凝着防止の点で優れている。さらに、ＣｒＮ等のセラミックス層は、耐食性、耐酸化性、および耐焼付き性の点で優れている。
【００３２】
なお、本発明の焼結パレット台車の中ローラーの構造は、図２、３に限定するものではなく、任意な変形をしても本発明の権利範囲内に該当する。例えば、図２には内輪４１、４２が締結リングで固定されているが、締結リングを有さない構造にしてもよい。図３の内輪４１、４２に同様に締結リングを追加してもよい。その他、図３の外輪４の両端部に鍔なしの構造にしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１                            焼結パレット台車
２                            円錐ころ軸受
３                            ローラー
４                            円筒ころ軸受
１０、１０’                  中鍔（外輪側）
１３、１４、１３’、１４’    外鍔（内輪側）
１５、１５’                  ころ端面
１８、１９                    中鍔（内輪側）
【図１】
2014145442.tif 000003
【図２】
2014145442.tif 000004
【図３】
2014145442.tif 000005