(57)【要約】【課題】  高荷重または、すべり運動が生じる状態での潤滑面での摩擦摩耗を防止し、長期耐久性に優れた圧延機ロールネック用軸受を提供することである。【解決手段】  内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体の周囲にグリースを封入してなる転がり軸受を用いた圧延機ロールネック用軸受であって上記転がり軸受が、グリースを封入され、該グリースが基油と、増ちょう剤と、添加剤とを配合してなり、該添加剤は、無機ビスマスであり、該無機ビスマスが、上記グリース全体に対して 0.01〜15 重量％配合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体の周
囲にグリースを封入してなる転がり軸受を用いた圧延機ロールネック用軸受であって、
前記グリースは基油と、増ちょう剤と、無機ビスマスとを含み、該無機ビスマスが、前記グリース全体に対して 0.01〜15 重量％配合されていることを特徴とする圧延機ロールネック用軸受。
【請求項２】
前記無機ビスマスは、硫酸ビスマス、三酸化ビスマスおよびビスマス粉末から選ばれた少なくとも１つの無機ビスマスであることを特徴とする請求項１記載の圧延機ロールネック用軸受。
【請求項３】
前記基油は、ポリ-α-オレフィン油および鉱油から選ばれた少なくとも１つの油からなりかつ 40℃における基油の動粘度が 30〜200 mm2/s であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧延機ロールネック用軸受。
【請求項４】
前記増ちょう剤は、ウレア系化合物およびリチウム石けんから選ばれた少なくとも１つの化合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項記載の圧延機ロールネック用軸受。
【請求項５】
前記グリース封入転がり軸受は、スラスト摺動面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の圧延機ロールネック用軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高荷重下で使用される圧延機ロールネック用軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧延機用ロールネック軸受は、一般に内輪が２個の複列内輪を備えると共に、外輪が１個の複列外輪と該複列外輪の両端側に間座を介して配置された２個の単列外輪とを備えており、内輪と外輪との間には４列の転動体が周方向に転動自在に配置され、外輪の両端部には環状シール部材が装着されている。
圧延機用ロールネック軸受は、鉄鋼生産工場の圧延工程で、水を主成分とする圧延水が噴射される環境下で使用されるため、軸受内部に水が侵入すると潤滑油膜が破断されて潤滑不良による軸受の早期損傷を引き起こすという問題がある。
この問題に対処するために、外輪の両端部には環状シール部材がそのシールリップ部を内輪の外周面に接触させた状態で装着されていると共に、二個の複列内輪の突き合わせ端の内周側には中間シール部材が装着され、中間シール部材にベント機構用のスリットを形成することにより、温度変化によって軸受内部の空気が膨張収縮しても軸受内外の圧力差を自動的にバランスさせて軸受内部に水等が侵入しないようにした例が知られている（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、かかる構成の転がり軸受を圧延機用ロールネック軸受に用いた場合、外輪の軸方向の両端に装着される環状シール部材のシールリップ部は、通常、内輪の外周面に線接触するタイプであるため、リグラインドのために圧延ロールを頻繁に着脱する環境下ではシールリップ部の損傷が著しく、このため、圧延水や冷却水が軸受内部にグリースの２０％以上侵入して潤滑剤（通常、アドレックス，アルバニア等のリチウム系増ちょう剤を用いたグリース潤滑剤）に混入し、潤滑油膜を低下させて潤滑不良による軸受の早期損傷を引き起こすという問題がある。
【０００４】
さらに、圧延機ロールネック用軸受に用いられる軸受は、高荷重という過酷な使用条件のため、特に、ころの大端面とつば部で軌道輪つばがすべり運動するため、潤滑グリースの潤滑油膜が破断しやすくなる。潤滑油膜が破断すると金属接触が起こり、発熱、摩擦摩耗が増大する不具合が発生する。
そのため、高速、高荷重下での潤滑性および耐荷重性を向上させ、潤滑油膜破断による金属接触を防止する必要があり、極圧剤含有グリースを使用して、その不具合を軽減している。
【０００５】
しかしながら、圧延機ロールネック用軸受に用いられる軸受が、高荷重がかかる条件下での潤滑性能の維持など使用条件が過酷になるにつれて、従来のグリースではころ軸受の使用が困難になるなどの問題がある。
圧延機ロールネック用軸受用ころ軸受は、内、外輪の転送面と転動体である「ころ」との間にころがり摩擦が、つば部と「ころ」との間にすべり摩擦が発生する。ころがり摩擦に比べるとすべり摩擦は大きいので、使用条件が過酷になるとつば部の焼付きが生じやすくなる。そのためグリースの交換作業等が頻繁になりメンテナンスフリー化を達成できないという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−１０４７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明における課題は、高荷重またはすべり運動が生じる状態での潤滑面での摩擦摩耗を防止し、長期耐久性に優れた圧延機ロールネック用軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧延機ロールネック用軸受は、内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体の周囲にグリースを封入してなる転がり軸受を用いた圧延機ロールネック用軸受であって、上記グリースは基油と、増ちょう剤と、無機ビスマスとを含み、該無機ビスマスが、上記グリース全体に対して 0.01〜15 重量％配合されていることを特徴とする。
上記無機ビスマスは、硫酸ビスマス、三酸化ビスマスおよびビスマス粉末から選ばれた少なくとも１つの無機ビスマスであることを特徴とする。
上記基油は、ポリ-α-オレフィン(以下、ＰＡＯと略称する)油および鉱油から選ばれた少なくとも１つの油からなり、かつ 40℃における基油の動粘度が 30〜200 mm2/s であることを特徴とする。
上記増ちょう剤は、ウレア系化合物およびリチウム石けんから選ばれた少なくとも１つの化合物であることを特徴とする。
本発明の圧延機ロールネック用軸受は、上記グリース封入転がり軸受が、スラスト摺動面を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の圧延機ロールネック用軸受に用いられる軸受は、無機ビスマスを使用したグリースを封入しているので、無機ビスマスが摺動界面に補給されることによって、極圧性効果を長期間持続することができる。そのため、耐摩耗性とともに、長期間耐久性の要求される圧延機ロールネック用軸受に好適に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
極圧剤含有グリースを封入した軸受を使用することによって、高速、高荷重下での潤滑性および耐荷重性を向上させる検討を行なった結果、グリース全体に対し、添加剤として無機ビスマスを 0.01 〜 15 重量％配合したグリースを封入した転がり軸受は、無機ビスマス以外の添加剤を配合したグリースを封入した転がり軸受に比べて、高荷重およびすべり運動下で摩耗が少なく、長期耐久性能が向上することがわかった。これは無機ビスマスが無機ビスマス以外の物質よりも耐熱耐久性に優れ、熱分解しにくいため、極圧性効果を長時間持続することができることによるものと考えられる。本発明はこのような知見に基づくものである。
【００１０】
本発明の圧延機ロールネック用軸受について、図１により説明する。図１は圧延機ロールネック用軸受の断面図である。図１に示すように、圧延機のロールネックに装着される密封型の４列円すいころ軸受１７は、２列の転送面２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを有する一対の内輪１と、単列の転送面４ａ、４ｄを有する一対の外輪３ａ、３ｂおよび２列の転送面４ｂ、４ｃを有する一つの外輪３ｃと、各内輪１の転送面２ａ、２ｄ、２ｂ、２ｃと外輪３ａ、３ｂ、３ｃの転送面４ａ、４ｄ、４ｂ、４ｃとの間に転動自在に配された４列の円すいころ５と、円すいころ５を円周方向で所定間隔に保持する保持器６とを備え、両側の外輪３ａ、３ｂの両端部にシール部材７を装着している。各内輪１の中央部には大つば８が設けられ、軸受使用時に円すいころ５は、大つば８に案内されながら各転送面２上を転動する。
円すいころ５は内輪１の転送面２ａ、２ｄ、２ｂ、２ｃと外輪の転送面４ａ、４ｄ、４ｂ、４ｃとの間でころがり摩擦を受け、内輪１のつば部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈとの間ですべり摩擦を受ける。これらの摩擦を低減するためにころ軸受用グリースが封入されている。
また、外輪３ａ、３ｂの端部に装着されたシール部材７は、内輪１の外径面にそれぞれ摺接して軸受内部をシールしている。上記シール部材７は、両側の外輪３ａ、３ｂの端部に装着されるシールケース９ａ、９ｂと、このシールケース９ａ、９ｂの内径部に形成した環状溝１０に嵌め込まれる接触形オイルシール１１とからなる。
【００１１】
本発明の圧延機ロールネック用軸受に封入するグリースに使用することができる無機ビスマスとしては、ビスマス粉末、炭酸ビスマス、塩化ビスマス、硝酸ビスマスおよびその水和物、硫酸ビスマス、フッ化ビスマス、臭化ビスマス、ヨウ化ビスマス、オキシフッ化ビスマス、オキシ塩化ビスマス、オキシ臭化ビスマス、オキシヨウ化ビスマス、酸化ビスマスおよびその水和物、水酸化ビスマス、セレン化ビスマス、テルル化ビスマス、リン酸ビスマス、オキシ過塩素酸ビスマス、オキシ硫酸ビスマス、ビスマス酸ナトリウム、チタン酸ビスマス、ジルコン酸ビスマス、モリブデン酸ビスマス等が挙げられるが、本発明において、特に好ましいのは、耐熱耐久性に優れ、熱分解しにくいため、極圧性効果の高い硫酸ビスマス、三酸化ビスマスおよびビスマス粉末である。
【００１２】
ビスマスは、水銀を除く全ての金属中最低の熱伝導度を有し、比重 9.8 、融点 271.3℃の銀白色の金属である。ビスマス粉末は、比較的軟質の金属であり、極圧を受けると膜状になりやすい。そのため粉末の粒径は、グリース中に分散できる粒径であればよい。本発明の圧延機ロールネック用軸受に封入するグリースに使用するビスマス粉末としては、 5〜500μm であることが好ましい。
【００１３】
本発明の圧延機ロールネック用軸受に封入するグリースには、無機ビスマスを極圧剤として添加することを必須とする。この無機ビスマスは、１種類または、２種類を混合してグリースに添加してもよい。
また、無機ビスマスの添加量は、グリース全体に対し 0.01〜15 重量％である。好ましくは 1〜10 重量％である。添加量が 0.01 重量％未満では、耐摩耗性の向上効果が発揮されず、また、15 重量％をこえると、回転時のトルクが大きくなって、発熱が増大し、回転障害を生じるためである。
【００１４】
本発明の圧延機ロールネック用軸受に封入するグリースに使用できる基油としては、例えば、鉱油、ＰＡＯ油、エステル油、フェニルエーテル油、フッ素油、さらに、フィッシャートロプシュ反応で合成される合成炭化水素油（ＧＴＬ基油）などが挙げられる。この中でも、ＰＡＯ油および鉱油から選ばれた少なくとも一種を使用することが好ましい。上記のＰＡＯ油としては、通常、α−オレフィンまたは異性化されたα−オレフィンのオリゴマーまたはポリマーの混合物である。α−オレフィンの具体例としては、１−オクテン、１−ノネン、１−デセン、１−ドデセン、１−トリデセン、１−テトラデセン、１−ペンタデセン、１−ヘキサデセン、１−ヘプタデセン、１−オクタデセン、１−ノナデセン、１−エイコセン、１−ドコセン、１−テトラコセン等を挙げることができ、通常はこれらの混合物が使用される。また、鉱油としては、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油等の通常潤滑油やグリースの分野で使用されているものをいずれも使用することができる。
【００１５】
本発明の圧延機ロールネック用軸受に封入するグリースに使用できる基油は、好ましくは、 40℃における動粘度が 30〜200 mm2/s である。 30mm2/s 未満の場合は、蒸発量が増加し、耐熱性が低下するので好ましくなく、また、 200mm2/s をこえると回転トルクの増加による軸受の温度上昇が大きくなるので好ましくない。
【００１６】
本発明の圧延機ロールネック用軸受に封入するグリースに使用できる増ちょう剤として、アルミニウム、リチウム、ナトリウム、複合リチウム、複合カルシウム、複合アルミニウムなどの金属石けん系増ちょう剤、および下記式（１）のジウレア化合物が挙げられる。好ましくは、ジウレア化合物またはリチウム石けんである。これらの増ちょう剤は、１種類単独で用いても２種類以上組み合わせて用いてもよい。
【化１】
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（式（１）中のＲ2 は、炭素数６〜１５の芳香族炭化水素基を、Ｒ1およびＲ3 は、炭素数６〜１２の芳香族炭化水素基または炭素数６〜２０の脂環族炭化水素基または炭素数６〜２０の脂肪族炭化水素基をそれぞれ示し、Ｒ1およびＲ3 は、同一であっても異なっていてもよい。）
式（１）で表されるウレア系化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミンの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、１，５−ナフチレンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、３，３−ジメチル−４，４−ビフェニレンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネー卜等が挙げられ、モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、アニリン、ｐ−トルイジン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。
ウレア化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物を反応させることにより得られる。反応性のある遊離基を残さないため、イソシアネート化合物のイソシアネート基とアミン化合物のアミノ基とは略当量となるように配合することが好ましい。
基油にウレア化合物を配合して各種配合剤を配合するためのベースグリースが得られる。ベースグリースは、基油中でイソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させて作製する。
【００１７】
本発明の圧延機ロールネック用軸受に封入するグリースは、必要に応じて公知の添加剤をグリースに含有させることができる。この添加剤として、例えば、有機亜鉛化合物、アミン系、フェノール系、イオウ系等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤等が挙げられる。これらを単独または２種類以上組み合せて添加することができる。
【００１８】
本発明の圧延機ロールネック用軸受に使用できるグリースは、圧延機ロールネック用軸受以外の高負荷がかかる軸受にも使用することができる。
【実施例】
【００１９】
実施例１〜実施例１１
反応容器中で、基油中に増ちょう剤を加え、3 本ロールミルを用いて均一化処理して、表１に示すＬｉ石けん／鉱油系グリース( 40℃基油粘度 100mm2/s 、混和ちょう度 220 ）、ウレア／ＰＡＯ油系グリース（ 40℃基油粘度 46mm2/s 、混和ちょう度 280 ）、Ｌｉ石けん／エステル油系グリース( 40 ℃基油粘度 33mm2/s 、混和ちょう度 250 ）、ウレア／エーテル油系グリース（ 40℃基油粘度 100mm2/s 、混和ちょう度 300 ）を得た。
さらに、極圧剤として無機ビスマスを、表１に示す割合で上記グリースに添加して、各実施例のグリースを作製した。得られたグリースにつき、以下に記す極圧性評価試験およびころ軸受試験を行なった。結果を表１に併記した。
【００２０】
比較例１〜比較例７
反応容器中で、基油中に増ちょう剤を加え、３本ロールミルを用いて均一化処理して、表２に示すＬｉ石けん／鉱油系グリース( 40℃基油粘度 100mm2/s 、混和ちょう度 220 ）、ウレア／ＰＡＯ油系グリース（ 40℃基油粘度 46mm2/s 、混和ちょう度 280 ）、Ｌｉ石けん／エステル油系グリース( 40℃基油粘度 30mm2/s 、混和ちょう度 250 ）、ウレア／エーテル油系グリース（ 40℃基油粘度 100mm2/s 、混和ちょう度 300 ）を得た。さらに、極圧剤として、有機ビスマス、ＭｏＤＴＣまたは亜鉛粉末を、表２に示す割合で上記グリースに添加して、各比較例のグリースを作製した。得られたグリースにつき、実施例と同様にして極圧性評価試験およびころ軸受試験を行なった。結果を表２に併記した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【表２】
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【００２３】
極圧性評価試験：
極圧性評価試験装置を図２に示す。評価試験装置は、回転軸１８に固定されたφ40×10 のリング状試験片１９と、この試験片１９と端面２１て端面同士が擦り合わされるリング状試験片２０とで構成される。ころ軸受用グリースを端面２１部分に塗布し、回転軸１８を回転数 2000rpm、図２中右方向Ａのアキシアル荷重 490N 、ラジアル荷重 392N を負荷して、極圧性を評価した。極圧性は両試験片のすべり部の摩擦摩耗増大により生じる回転軸１８の振動を振動センサにて測定し、その振動値が初期値の 2 倍になるまで試験を行ない、その時間を測定した。
回転軸１８の振動値が初期値の 2 倍になるまでの時間が長いほど極圧性効果が大となり、優れた耐熱耐久性を示す。したがってグリースの耐熱耐久性の評価は、測定された上記時間の長さにて各実施例と各比較例とを対比させて行なった。
ころ軸受試験：
３０２０６円すいころ軸受にグリースを 3.6 g 封入し、アキシアル荷重 980N 、回転数 2600rpm 、室温にて運転し、回転中のつば部表面温度を測定した。運転開始後、 4〜8 時間までのつば部表面温度の平均値を算出した。
つば部と「ころ」との間に発生するすべり摩擦が大きくなると回転中のつば部表面温度は上昇する。そのためグリースの耐熱耐久性の評価は、測定された上記温度の高さにて各実施例と各比較例とを対比させて行なった。上記温度の高さが 70℃以下であることが、グリースの耐熱耐久性を有する基準とした。
【００２４】
表１および表２においてＬｉ石けん／鉱油系グリースのデータを、各実施例と各比較例とを対比すると、極圧剤の種類では、有機ビスマスよりも無機ビスマスが、極圧性評価試験およびころ軸受試験において優れた耐熱耐久性を示した。
実施例２および比較例５において、三酸化ビスマスは、有機ビスマスに比して約 3 倍の耐熱耐久性を示すことがわかる。これらのことから無機ビスマスが有機ビスマスよりも耐熱耐久性に優れ、熱分解しにくいため、極圧性効果を長時間持続することができることによるものと考えられる。
また、硫酸ビスマス、三酸化ビスマスおよびビスマス粉末の中では、ビスマス粉末が最も良好な耐熱耐久性を示した。
【００２５】
三酸化ビスマスの添加量が 実施例５の 1 重量％、実施例２の 5 重量％、実施例６の 15 重量％と増加するにつれて極圧性効果が増加する傾向を示すが、三酸化ビスマスの添加量を 15 重量％と添加量 5 重量％の 3 倍に増加させても、極圧性効果の増加は約 1.4 倍に留まる。これは三酸化ビスマスの添加量が 15 重量％に近づくと、回転時のトルクが大きくなって、発熱が増大し、回転障害を生じる傾向にあるためと考えられる。
【００２６】
表１および表２においてウレア／ＰＡＯ油系グリース、Ｌｉ石けん／エステル油系グリース、ウレア／エーテル油系グリースのデータを、各実施例と各比較例とを対比すると、ウレア／ＰＡＯ油系グリースの場合、極圧剤の種類では、有機ビスマスよりも硫酸ビスマスおよび三酸化ビスマスといった無機ビスマスが優れた耐熱耐久性を示す。実施例３、実施例４および比較例７に示すように、硫酸ビスマスは有機ビスマスに比して約 3 倍の耐熱耐久性を示し、三酸化ビスマスは有機ビスマスに比して約 4 倍の耐熱耐久性を示すことがわかる。これは無機ビスマスが有機ビスマスよりも耐熱耐久性に優れ、熱分解しにくいため、極圧性効果を長時間持続することができることによるものと考えられる。
【００２７】
また、実施例７および比較例３に示すように、Ｌｉ石けん／エステル油系グリースの場合、硫酸ビスマスを極圧剤として用いると極圧剤を使用しない場合に比して約 13 倍の耐熱耐久性を示した。
また、実施例８および比較例４に示すように、ウレア／エーテル油系グリースの場合、三酸化ビスマスを極圧剤として用いると極圧剤を使用しない場合に比して約 6 倍の耐熱耐久性を示した。以上のことから、硫酸ビスマスおよび三酸化ビスマスといった無機ビスマスが極圧性効果を長時間持続することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の圧延機ロールネック用軸受は、耐熱耐久性に優れた無機ビスマスを使用したグリースを封入しているので、極圧性効果を長期間持続することができる。そのため、耐摩耗性とともに、長期間耐久性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】圧延機ロールネック用軸受の断面図である。
【図２】極圧性評価試験装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  内輪
２  内輪の転送面
３  外輪
４  外輪の転送面
５  円すいころ
６  保持器
７  シール部材
８  大つば
９  シールケース
１７  円すいころ軸受
１８  回転軸
１９、２０  リング状試験片
２１  端面
【図１】
2006051508.tif 000006
【図２】
2006051508.tif 000007