(57)【要約】【課題】低速回転で使用される場合でも固定輪の磨耗を抑制可能な、調心性を有する円筒ころ軸受を提供する。【解決手段】本発明に係る円筒ころ軸受１０は、外周面に内輪軌道面２１が形成された内輪２０と、内周面に外輪軌道３２が形成された外輪３０と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に周方向に複数配置されたころ４０と、を備え、前記ころ４０の径をＤｗ、前記ころ４０の軸方向寸法をＬとしたとき、１．６≦Ｌ／Ｄｗ≦２．６の関係式を満たす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、内周面に外輪軌道面が形成された外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に周方向に複数配置されたころと、を備える円筒ころ軸受であって、
前記ころの径をＤｗ、前記ころの軸方向寸法をＬとしたとき、１．６≦Ｌ／Ｄｗ≦２．６の関係式を満たすことを特徴とする円筒ころ軸受。
【請求項２】
前記円筒ころ軸受の断面の径方向寸法をＨとしたとき、０．５５≦Ｄｗ／Ｈ≦０．６５の関係式を満たすことを特徴とする請求項１記載の円筒ころ軸受。
【請求項３】
前記ころの転動面が、ストレート部と、前記ストレート部の軸方向両側に形成されたクラウニング部と、を有し、
前記ストレート部から前記クラウニング部の軸方向端部への径方向落ち量をＡとしたとき、０．００２０≦Ａ／Ｄｗの関係式を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の円筒ころ軸受。
【請求項４】
前記ストレート部と前記クラウニング部とが円弧部により接続されていることを特徴とする請求項３記載の円筒ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は円筒ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼工場においては、スラブやビレットまたは丸棒のような単純な断面形状の製品を溶鋼から連続的に直接生産するため、連続鋳造法が使用されている。連続鋳造法によって成型されるスラブやビレットは、その表裏両面側に進行方向に沿って配列されている多数のガイドロールにより導かれて搬送されながら、徐々に冷却される。ガイドロールのネック部に使用されるガイドロール用軸受の内外輪は、ガイドロールのたわみにより傾きが生じ得るため、ガイドロール用軸受として一般的には自動調心ころ軸受が使用されている。
【０００３】
ところで、ガイドロール用軸受は極低速回転で使用されるため、軌道輪と転動体との間に潤滑剤が引き込まれにくく、油膜が形成されにくい。また、使用環境からも軸受内部への浸水が避けられないため、潤滑状態が悪化して、構造的に大きな差動滑りを生じるため、磨耗量が多くなり、剥離が発生し、割損にいたるおそれがある。
【０００４】
自動調心ころ軸受の磨耗低減策としては、軌道輪の表層に浸炭窒化層を形成し、この浸炭窒化層の残留オーステナイト量を１０体積％以上、表面硬さをロックウェル固さＨＲＣ
５８以上とすることが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
また、軸受を潤滑するグリース組成物の潤滑基油にジウレア化合物を添加すると共に高分子化合物とコハク酸及びまたはコハク酸誘導体を添加することが提案されている（例えば特許文献２）。この構成によれば、回転領域や摺動領域における潤滑油膜を厚く維持することができ、焼き付き等を防止して軸受の損傷を低減することができる。
【０００６】
また、自動調心ころ軸受の外輪の外径面にクラウニングを設けて、外輪とハウジングとの間に逃げ代を設けることが提案されている（例えば特許文献３）。この構成によれば、軸受が荷重を受けた際に外輪が弾性変形し、軌道面との接触面圧が均等化するため、偏磨耗を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２４６４１０号公報
【特許文献２】特開２００３−０７３６８２号公報
【特許文献３】特開２００３−３４３５５４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、上記特許文献１の技術では、合金元素を多量に使用しており、さらに浸炭窒化を行う必要があるため、軌道輪の製造コストが増大してしまうおそれがある。
また、特許文献２の技術では、周囲環境によって軸受内部に多量に浸水した際には効果が限定的となってしまうおそれがある。
また、特許文献３の技術では外輪外径のクラウニングにより軸受が傾き、軌道面の面圧分布が偏ることにより軌道面に偏磨耗を生じるおそれがあり、十分な対策とはいえない。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、低速回転で使用される場合でも固定輪の磨耗を抑制可能な、調心性を有する円筒ころ軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、内周面に外輪軌道面が形成された外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に周方向に複数配置されたころと、を備える円筒ころ軸受であって、
前記ころの径をＤｗ、前記ころの軸方向寸法をＬとしたとき、１．６≦Ｌ／Ｄｗ≦２．６の関係式を満たすことを特徴とする円筒ころ軸受。
（２）  前記円筒ころ軸受の断面の径方向寸法をＨとしたとき、０．５５≦Ｄｗ／Ｈ≦０．６５の関係式を満たすことを特徴とする（１）記載の円筒ころ軸受。
（３）  前記ころの転動面が、ストレート部と、前記ストレート部の軸方向両側に形成されたクラウニング部と、を有し、
前記ストレート部から前記クラウニング部の軸方向端部への径方向落ち量をＡとしたとき、０．００２０≦Ａ／Ｄｗの関係式を満たすことを特徴とする（１）または（２）記載の円筒ころ軸受。
（４）  前記ストレート部と前記クラウニング部とが円弧部により接続されていることを特徴とする（３）記載の円筒ころ軸受。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の円筒ころ軸受によれば、低速回転で使用される場合でも固定輪の磨耗を抑制可能な、調心性を有する円筒ころ軸受を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる円筒ころ軸受を示す模式図である。
【図２】ころ端部の面圧と、ころ長径比と、の関係を示すグラフである。
【図３】ころ端部の面圧と、ころ径と断面高さの比と、の関係を示すグラフである。
【図４】ころ端部の面圧と、クラウニング部の落ち量Ａところ径比と、の関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）は図１の円筒ころ軸受で使用されるころの形状を説明するための部分拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のころを用いた場合の軌道輪の面圧分布を示す図である。
【図６】（ａ）は比較例のころ形状を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のころを用いた場合の軌道輪の面圧分布を示す図である。
【図７】比較例の自動調心ころ軸受を示す模式図である。
【図８】実施例の円筒ころ軸受の外輪の磨耗量を示すグラフである。
【図９】比較例の自動調心ころ軸受の外輪の磨耗量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る円筒ころ軸受について、図１〜６を用いて説明する。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態に係る円筒ころ軸受１０は総ころ形であって、外周面に内輪軌道面２２が形成された内輪２０と、軸方向両端部につば３４、３４が形成されると共に内周面に外輪軌道面３２が形成された外輪３０と、内輪軌道面２２と外輪軌道面３２との間に転動自在に周方向に複数配置されたころ４０と、を備える。ころ４０は円筒ころであり、外周面に転動面を有する。転動面は、円筒形状に形成されたストレート部４２と、ストレート部の軸方向両側からころ４０の軸方向端面にかけて凸曲状に形成されたクラウニング部４４と、を有する。このクラウニング部４４により、円筒ころ軸受１０が調心性を有することとなる。円筒ころ軸受１０は、ガイドロール１のネック部３をハウジング５に対して回転自在に支承している。円筒ころ軸受１０の材料は焼入れ可能な鋼であればよく、例えば軸受鋼、浸炭鋼等から作製可能である。円筒ころ軸受１０は、所定量のグリースが充填されることにより潤滑されるが、円筒ころ軸受１０の内部はシール５０、５０により密封空間となるため、外部へグリースが排出されにくい構造となっている。
【００１５】
一般に、円筒ころ軸受は、自動調心ころ軸受に比べて差動すべりが少ないという利点を有するが、調心性がないため、連続鋳造法で用いられるガイドロール１のネック部３のように、たわみによって傾きが生じる部分での用途には適さないとされている。しかしながら、本発明者らは、円筒ころ軸受の各種寸法を適切に規定することによって、ガイドロール用軸受に要求される調心性を有すると共に、磨耗を大幅に低減できる円筒ころ軸受が得られることを見出した。
【００１６】
ガイドロール用軸受として従来の円筒ころ軸受が用いられる場合には、スラブ等の通過によりガイドロール１にたわみが発生して傾きが生じると、軌道輪（内輪および外輪、特に固定輪である外輪）との接触部におけるころの端部の面圧が過大となる傾向がある。そこで、本発明では、ころ長（ころの軸方向寸法）を長くしてころと軌道輪との接触面積を大きくすることにより圧力を受ける範囲を拡大して、ころ端部の面圧が過大になることを抑制する。
【００１７】
ここで、本実施形態では、ころ４０の最大径（以下、ころ径と呼ぶ）をＤｗ、ころ４０の軸方向寸法（以下、ころ長と呼ぶ）をＬとしたとき、ころ長径比（Ｌ／Ｄｗ）を規定することにより、軌道輪との接触部におけるころ４０の端部の面圧を抑制する。軌道輪との接触部におけるころ４０の端部の面圧と、ころ長径比（Ｌ／Ｄｗ）と、の関係を図２に示す。図２に示すように、ころ長径比（Ｌ／Ｄｗ）が大きくなると、ころ４０の端部の面圧は小さくなる。面圧低減効果は、Ｌ／Ｄｗ＝１．６でほぼ飽和する。また、Ｌ／Ｄｗ＞２．６となると、ころ４０の加工が難しくなり、さらにつば厚さが不足して十分なつば強度の確保が難しくなる。そのため、本発明では、ころ長径比（Ｌ／Ｄｗ）を、１．６≦Ｌ／Ｄｗ≦２．６と規定する。ころ長径比（Ｌ／Ｄｗ）は、２．０≦Ｌ／Ｄｗ≦２．５であるとさらに好ましい。
【００１８】
また、本実施形態では、円筒ころ軸受１０の断面高さ（径方向寸法）をＨとしたとき、ころ径Ｄｗと断面高さＨとの比（Ｄｗ／Ｈ）を規定することにより、軌道輪との接触部におけるころ４０の端部の面圧をさらに抑制することができる。ころ４０の端部の面圧と、ころ径Ｄｗと断面高さＨの比（Ｄｗ／Ｈ）と、の関係を図３に示す。図３に示すように、ころ径Ｄｗが大きくなるにつれて、ころ１個あたりの軌道輪との接触面圧を小さくすることができる。面圧低減効果は、Ｄｗ／Ｈ＝０．５５でほぼ飽和する。また、Ｄｗ／Ｈ＞０．６５となると、軌道輪の肉厚が薄くなりすぎて加工が困難になる。そのため、ころ径Ｄｗと断面高さＨは、０．５５≦Ｄｗ／Ｈ≦０．６５を満たすことが好ましい。
【００１９】
また、本実施形態では、ころ４０の最大径Ｄｗ（ストレート部４２の径）からクラウニング部４４の軸方向端部への落ち量をＡとしたとき、ころ径Ｄｗと落ち量Ａとの比（Ａ／Ｄｗ）を規定することにより、軌道輪との接触部におけるころ４０の端部の面圧をさらに抑制することができる。ころ４０の端部の面圧と、ころ径Ｄｗとクラウニング部４４の落ち量Ａとの比（Ａ／Ｄｗ）と、の関係を図４に示す。図４に示すように、落ち量Ａが大きくなるにつれて、ころ４０の端部における接触面圧は小さくなる。面圧低減効果は、Ａ／Ｄｗ＝０．００２０でほぼ飽和するので、ころ径Ｄｗと落ち量Ａは、Ａ／Ｄｗ≧０．００２０を満たすことが好ましい。このように、これにより、ころ４０の端部において面圧が過大になることを抑止することができる。尚、落ち量Ａが大きくなるにつれて、クラウニング部４４の加工（研削、ＳＦ仕上げ）が困難になることから、Ａ／Ｄｗ≦０．００５０であることが好ましい。
【００２０】
また、本実施形態では、図５（ａ）に示すように、ころ４０のストレート部４２とクラウニング部４４とが円弧形状の円弧部４３により接続されていることにより、面圧をさらに抑制することができる。これに対し、円弧部が形成されていない比較例のころ２４０（図６（ａ）参照）においては、ストレート部２４２とクラウニング部２４４との接続部２４３が角張っている。このようなころ２４０を有する円筒ころ軸受が連鋳ガイドロール用軸受として使用された場合、ロールにたわみが発生すると、円筒ころ軸受は傾いた状態で荷重を受ける。そのため、ころ２４０から荷重を受けた軌道輪（内輪および外輪）の接続部２４３付近において応力集中が発生して面圧が最大となり（図６（ｂ）参照）、円筒ころ軸受が短寿命となってしまうおそれがある。本実施形態で用いられるころ４０のように、ストレート部４２とクラウニング部４４とが円弧部４３により接続されている場合には、図５（ｂ）に示すように、円弧部４３付近における急激な面圧上昇を抑止することにより、磨耗をさらに低減でき、円筒ころ軸受１０の寿命を向上することができる。
【００２１】
このように、本実施形態の円筒ころ軸受１０によれば、ころ径Ｄｗ、ころ長Ｌ、円筒ころ軸受１０の断面高さＨ、ころ４０のクラウニング部４４の軸方向端部への落ち量Ａが、１．６≦Ｌ／Ｄｗ≦２．６、０．５５≦Ｄｗ／Ｈ≦０．６５、およびＡ／Ｄｗ≧０．００２０の関係式を満たすことにより、自動調心ころ軸受に比べて耐摩耗性に優れると共に、調心性を有する円筒ころ軸受を得ることができる。
【００２２】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。上記した実施形態に係る円筒ころ軸受は、連続鋳造法で用いられるガイドロール用軸受であって、外輪が固定輪、内輪が駆動輪であったが、内輪が固定輪、外輪が駆動輪となるような構成であってもよい。また、用途に応じて、円筒ころ４０が複列で設けられてもよく、保持器が設けられてもよい。また、上記した実施形態では、外輪３０の軸方向両端部につば３４、３４が形成されていたが、使用用途や条件によっては、つばが内輪２０にも形成されるものであってもよい。また、使用用途、条件によっては、つばが内輪または外輪の軸方向一方端部のみに形成されるものであってもよく、いずれにも設けられなくてもよい。
【実施例】
【００２３】
本発明の効果を確認するために、本発明の円筒ころ軸受に係る実施例と、従来の自動調心ころ軸受に係る比較例と、を用いて試験を行った。
【００２４】
実施例としては、図１に示すような円筒ころ軸受１０を用いた。実施例の円筒ころ１０の条件を以下に示す。
〈実施例〉
外輪外径寸法：φ１８０ｍｍ
内輪内径寸法：φ１２０ｍｍ
組立て幅寸法：６０ｍｍ
ころ径Ｄｗ：φ１８ｍｍ（Ｄｗ／Ｈ＝０．６）
ころ長さＬ：３８ｍｍ（Ｌ／Ｄｗ＝２．１１）
ころ落ち量Ａ：０．０４５ｍｍ（Ａ／Ｄｗ＝０．００２５）
材料：軌道輪，ころ共にＳＵＪ２
表面硬さ：ＨＲＣ６０〜６４
粗さ：軌道面０．１６Ｒａ，ころ０．１０Ｒａ
基本動定格荷重：３９５ｋＮ（比較例の自動調心ころ軸受１００と同様）
【００２５】
また、比較例としては、図７に示す自動調心ころ軸受１００を用いた。比較例の自動調心ころ軸受１００の条件を以下に示す。
〈比較例〉
呼び番号：２４０２４ＣＥ４
外輪外径寸法：φ１８０ｍｍ
内輪内径寸法：φ１２０ｍｍ
組立て幅寸法：６０ｍｍ
材料：軌道輪，ころ共にＳＵＪ２
表面硬さ：ＨＲＣ６０〜６４
粗さ：軌道面０．１６Ｒａ，ころ０．１０Ｒａ
基本動定格荷重：３９５ｋＮ
【００２６】
ここで、実施例の円筒ころ軸受１０と比較例の自動調心ころ軸受１００の素材は、同じ溶解チャージで同素材形状にて製造されている。素材は電炉で溶解、２次精錬後、連続鋳造機で鋳造し、圧延された材料を使用した。尚、試験機の軸受ハウジングと軸は圧延機実機で使用されるクリアランスに適合させており、外輪、内輪ともにすきま嵌めした。また、円筒ころ軸受１０のクラウニング部４４は、研磨テープによるテープ加工によって、ストレート部４２の粗さと同様の０．１０ＲａとなるようにＳＦ仕上げが施されている。また、ころ４０のストレート部４２とクラウニング部４４とは、研磨テープによるテープ加工によって形成された円弧形状の円弧部４３により接続されている。
【００２７】
実施例の円筒ころ軸受１０および比較例の自動調心ころ軸受１００に対する試験条件を以下に示す。
［試験条件］
荷重：Ｆｒ＝１５８ｋＮ（Ｐ／Ｃｒ＝０．４０）
回転数：６ｒｐｍ
潤滑：グリース・エマルーブＬ（登録商標）（協同油脂株式会社）
グリース量：軸受空間体積の３０％
試験時間：７２０ｈ
軸受内部への注水量：１０ｃｃ／ｄａｙ
【００２８】
実施例と比較例の両方について、試験前に予め固定輪である外輪の表面形状を測定しておいた。試験時間終了後に軸受を分解して、外輪の表面形状を再び測定し、試験後の磨耗量を確認した。結果をそれぞれ図８と図９に示す。
【００２９】
図８に示す実施例の円筒ころ軸受１０の外輪３０は、図９に示す比較例の自動調心ころ軸受１００に比べて、ころ接触長にわたって磨耗量が１／１０程度まで低減されている。したがって、本発明の円筒ころ軸受では、固定輪である外輪の磨耗が抑制されているという効果を確認できた。
【符号の説明】
【００３０】
１０    円筒ころ軸受
２０    内輪
２２    内輪軌道面
３０    外輪
３２    外輪軌道面
４０    ころ
４２    ストレート部
４３    円弧部
４４    クラウニング部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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