(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造設備において、ハウジングと回転軸との間に相対回転可能に組み込まれ、前記ハウジングに対して前記回転軸を支持する軸受と、
前記軸受の軸方向両側に隣接して配置され、前記軸受に対してアキシアル方向に作用した荷重を検出するアキシアル荷重検出用センサと、
前記ハウジングに配置され、前記軸受に対してラジアル方向に作用した荷重を検出する１つのラジアル荷重検出用センサとを備え、
前記ラジアル荷重検出用センサは、その検出中心が軸受の軸方向中心に一致しながら、前記軸受に対してラジアル方向に対向するように、前記回転軸に直交する方向で前記軸受の外方に一つのみ配置されていて、前記アキシアル荷重検出用センサと前記ラジアル荷重検出用センサで同時に荷重測定を行うことを特徴とする連続鋳造設備ロールネック用センサ付軸受ユニット。
【請求項２】
前記アキシアル荷重検出用センサ及び前記ハウジングには、互いに係合可能な突設する係合凸部と係合孔から成る係合部が設けられており、双方の前記係合部を互いに係合させることにより、前記アキシアル荷重検出用センサは、前記ハウジングに対して回り止めされていることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造設備ロールネック用センサ付軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、連続鋳造設備に使用されるロールを回転自在に支持するための連続鋳造設備ロールネック用センサ付軸受ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉で精錬された溶鋼に連続鋳造を施して、スラブ（巨大な鋼の鋳造片）を作る連続鋳造設備において、当該溶鋼を送り出すためのロールは、その両側に突設されたロールネック部が軸受によって支持されている。この場合、スラブ等の製品の品質や歩留り、生産能力の向上を図るべく、当該軸受には、高温多湿等の特殊な使用環境下で長期に亘って連続して使用し続けることを可能にする耐久性、即ち、疲れ寿命を向上させることが要求されている。
【０００３】
このような要求に対しては、軸受に負荷される荷重の把握が重要となる。例えば、上記したロールネック部を支持する軸受を想定すると、溶鋼の送り出しの際、ロールに働いたスラスト方向の力やロールの熱変形等によって、軸受には、ラジアル荷重だけでなくアキシアル荷重も作用する。このとき、これら荷重を検出し、その検出結果に基づいて、当該連続鋳造設備の劣化状態を判定したり、或いは、軸受の内外輪が嵌合する部材に加わる荷重を適正化したりすることにより、軸受の疲れ寿命を向上させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３７０７１７号公報
【特許文献２】特開２００４−３６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、軸受に負荷される荷重を把握する技術思想としては、例えば、特許文献１に示されたラジアル荷重検出技術や、特許文献２に示されたアキシアル荷重検出技術が知られている。いずれの技術にも、ロードセルが用いられており、当該ロードセルによって軸受に作用する荷重が検出されている。ロードセルは、力（荷重）の大きさを電気信号に変換する変換器であり、両側に受圧部を有するロードセル本体（起歪体）を備えている。
【０００６】
ロードセル本体には、その周面に複数の歪みゲージが装着されており、これら複数の歪みゲージによってホイートストンブリッジ回路が構成されている。この場合、ロードセルが配置された軸受に荷重が作用すると、その荷重は受圧部を介してロードセル本体に伝達され、これにより、ロードセル本体に歪みが生じると、その歪み量に応じて歪みゲージの抵抗値が直線的に変化する。このとき、抵抗値の変化が電気信号に変換され、当該ロードセルから出力される。そして、出力された電気信号に基づいて、軸受に作用した荷重を検出することができる。
【０００７】
ところで、連続鋳造の技術分野において、軸受には、ラジアル荷重及びアキシアル荷重の双方を同時に検出することが要望されている。これによれば、製品の品質や歩留り、生産能力を飛躍的に向上させることができると共に、高温多湿等の特殊な使用環境下において、軸受を、長期に亘って連続して使用し続けることを可能にする耐久性、即ち、疲れ寿命を向上させることができる。
【０００８】
本発明は、このような要望に応えるためになされており、その目的は、ラジアル荷重及びアキシアル荷重の双方を同時に検出することを可能にする連続鋳造設備ロールネック用センサ付軸受ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明の連続鋳造設備ロールネック用センサ付軸受ユニットは、ハウジングと回転軸との間に相対回転可能に組み込まれ、前記ハウジングに対して前記回転軸を支持する軸受と、前記軸受の軸方向両側に隣接して配置され、前記軸受に対してアキシアル方向に作用した荷重を検出するアキシアル荷重検出用センサと、前記ハウジングに配置され、前記軸受に対してラジアル方向に作用した荷重を検出する１つのラジアル荷重検出用センサとを備え、前記ラジアル荷重検出用センサは、その検出中心が前記軸受の軸方向中心に一致しながら、前記軸受に対してラジアル方向に対向するように、前記回転軸に直交する方向で前記軸受の外方に一つのみ配置されていて、前記アキシアル荷重検出用センサと前記ラジアル荷重検出用センサで同時に荷重測定を行う。
本発明において、前記アキシアル荷重検出用センサ及び前記ハウジングには、互いに係合可能な突設する係合凸部と係合孔から成る係合部が設けられており、双方の前記係合部を互いに係合させることにより、前記アキシアル荷重検出用センサは、前記ハウジングに対して回り止めされている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ラジアル荷重及びアキシアル荷重の双方を同時に検出することを可能にする連続鋳造設備ロールネック用センサ付軸受ユニットを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る連続鋳造設備ロールネック用センサ付軸受ユニットの構成を示す断面図。
【図２】(ａ)は、アキシアル荷重測定用ロードセルの構成を示す平面図、(ｂ)は、アキシアル荷重測定用ロードセルの構成を一部断面して示す周面図。
【図３】ラジアル荷重測定用ロードセルの構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る連続鋳造設備ロールネック用センサ付軸受ユニットについて、添付図面を参照して説明する。
図１には、転炉で精錬された溶鋼に連続鋳造を施して、図示しないスラブ（巨大な鋼の鋳造片）を作る連続鋳造設備において、前記溶鋼を送り出すための円筒状ロール２の両側に突設された円筒状ロールネック部（回転軸）２ｐ（図面では、片側の回転軸のみを示す）と、ロールネック部２ｐをハウジングに対して回転自在に支持する軸受４とが示されている。
【００１３】
軸受４は、ハウジングとロールネック部２ｐとの間に相対回転可能に組み込まれ、ハウジングに対してロールネック部２ｐを回転自在に支持している。なお、軸受４としては、例えば、単列又は複列（自動調心）の玉軸受、ころ軸受を適用することができるが、ここでは一例として、転動体として球面ころ６が内輪８と外輪１０との間に、複列で組み込まれた自動調心ころ軸受４を想定する。また、ハウジングは、後述するハウジングＨｍ、及び、第１〜第３のハウジングカバー（リテーナ）Ｈ１,Ｈ２,Ｈ３の総称として規定されている。
【００１４】
この軸受４において、内輪８は、ロールネック部２ｐに嵌合されており、外輪１０は、ロールネック部２ｐの外周を覆うように構成されたハウジングＨｍに嵌合されている。ハウジングＨｍの両側には、第１及び第２のハウジングカバー（リテーナ）Ｈ１,Ｈ２が設けられている。なお、図面では、ハウジングＨｍと第１のハウジングカバーＨ１とが、ボルト１２によって互いに締結された状態が示されているが、ハウジングＨｍと第２のハウジングカバーＨ２も同様に、図示しないボルトによって互いに締結されている。
【００１５】
また、内輪８は、その両側にスペーサ１４,１６が設けられており、その状態で、ロールネック部２ｐの突設端側に第３のハウジングカバーＨ３をセットし、ボルト１８によって互いに締結する。そうすると、この締結力が一方のスペーサ１４から内輪８を介して他方のスペーサ１６に働くことで、当該他方のスペーサ１６が、ロールネック部２ｐに形成された当付面２ｔに圧接する。これにより、内輪８は、スペーサ１４,１６相互間に挟持された状態で位置決めされる。
【００１６】
なお、第１のハウジングカバーＨ１とロールネック部２ｐとの間、並びに、第２のハウジングカバーＨ２と第３のハウジングカバーＨ３との間には、それぞれシール２０が介装されている。これにより、軸受４周りの軸受ユニット空間は、外部から密封された状態に維持され、当該軸受４が高温多湿等の特殊な使用環境下に晒されることを防止している。
【００１７】
このような軸受ユニット空間には、軸受４（具体的には、外輪１０）の軸方向両側に隣接してアキシアル荷重検出用センサ２２ａ,２２ｂが配置されている。各アキシアル荷重検出用センサ２２ａ,２２ｂは、軸受４（外輪１０）に対してアキシアル方向に作用した荷重を検出する機能を有している。
【００１８】
当該センサ２２ａ,２２ｂとしては、例えば、力（荷重）の大きさを電気信号に変換するロードセル（荷重変換器）を適用することができる。また、当該ロードセルとしては、その使用目的や使用環境に応じて、ビーム型、コラム型、Ｓ字型、ダイヤフラム型を適用することができるが、ここでは一例として、ダイヤフラム型のロードセル２２ａ,２２ｂを想定する。
【００１９】
アキシアル荷重検出用センサ（ロードセル）２２ａ,２２ｂは、それぞれ、両側に受圧部２４を有する中空円筒状のロードセル本体（起歪体）２６を備えている。ロードセル本体２６には、その外周面に複数の歪みゲージ２８が装着されており、これら複数の歪みゲージ２８によってホイートストンブリッジ回路（図示しない）が構成されている。
【００２０】
この場合、軸受４（外輪１０）の軸方向両側のアキシアル荷重検出用センサ（ロードセル）２２ａ,２２ｂのうち、一方のロードセル２２ａは、その受圧部２４が外輪１０と第１のハウジングカバーＨ１との間でアキシアル方向に圧接（挟持）されており、これに対して、他方のロードセル２２ｂは、その受圧部２４が外輪１０と第２のハウジングカバーＨ２との間でアキシアル方向に圧接（挟持）されている。
【００２１】
ここで、軸受４（外輪１０）に対してアキシアル方向に荷重が作用すると、その荷重は受圧部２４を介してロードセル本体２６に伝達され、これにより、ロードセル本体２６に歪みが生じると、その歪み量に応じて各歪みゲージ２８の抵抗値が直線的に変化する。このとき、抵抗値の変化が電気信号に変換され、双方のロードセル２２ａ,２２ｂから出力される。
【００２２】
一方のロードセル２２ａから出力された電気信号は、ケーブル３０ａを介してアキシアル荷重計へ送信（無線、有線）され、他方のロードセル２２ｂから出力された電気信号は、ケーブル３０ｂを介してアキシアル荷重計へ送信（無線、有線）される。そして、アキシアル荷重計において、当該電気信号に所定の演算処理が施されることにより、軸受４に作用した「アキシアル荷重」を検出することができる。
【００２３】
なお、一例として、一方のケーブル３０ａは、第１のハウジングカバーＨ１からハウジングＨｍを介して第２のハウジングカバーＨ２を貫通したケーブル用孔３２ａに挿通して配線されており、他方のケーブル３０ｂは、第２のハウジングカバーＨ２を貫通したケーブル用孔３２ｂに挿通して配線されている。この場合、ケーブル用孔３２ａ,３２ｂは、後述するラジアル荷重検出用センサ（ロードセル）３４によってラジアル荷重を検出するのに支障を来たさない部位に構成することが好ましい。即ち、ケーブル用孔３２ａ,３２ｂは、当該ロードセル３４と軸受４との間に介在する検出領域を回避した部位に構成することが好ましい。
【００２４】
更に、本実施形態では、上記した各アキシアル荷重検出用センサ２２ａ,２２ｂに加えて、ハウジングＨｍの内部に形成された空間に、少なくとも１つのラジアル荷重検出用センサ３４が配置されている。ここでは一例として、１つのラジアル荷重検出用センサ３４を想定し、当該センサ３４は、軸受４に対してラジアル方向に作用した荷重を検出する機能を有している。具体的には、ラジアル荷重検出用センサ３４は、軸受４に対してラジアル方向に対向して配置されており、かつ、当該センサ３４の検出中心３４ｓは、軸受４の軸方向中心Ａｓに一致した位置に設定されている。
【００２５】
なお、当該センサ３４の検出中心３４ｓとは、同心円状に配列して構成された複数の受圧部３６（後述する）の同中心として規定することができる。また、軸受４の軸方向中心Ａｓとは、例えば、軸受４（内輪８、外輪１０）の回転中心Ａｒに沿った方向（アキシアル方向）において軸受幅を二等分する位置、又は、複列軸受では転動体相互間をアキシアル方向に沿って二等分する位置、或いは、単列軸受では内外輪と転動体との接触幅をアキシアル方向に沿って二等分する位置などとして規定することができる。
【００２６】
当該センサ３４としては、例えば、力（荷重）の大きさを電気信号に変換するロードセル（荷重変換器）を適用することができる。また、当該ロードセルとしては、その使用目的や使用環境に応じて、ビーム型、コラム型、Ｓ字型、ダイヤフラム型を適用することができるが、ここでは一例として、ダイヤフラム型のロードセル３４を想定する。
【００２７】
ラジアル荷重検出用センサ（ロードセル）３４は、その両側に同心円状に配列された複数（図面では一例として、４つ）の受圧部３６を有する中空円筒状のロードセル本体（起歪体）３８を備えている。ロードセル本体３８には、その外周面に複数の歪みゲージ４０が装着されており、これら複数の歪みゲージ４０によってホイートストンブリッジ回路（図示しない）が構成されている。この場合、ラジアル荷重検出用センサ（ロードセル）３４は、その受圧部３６がハウジングＨｍに対してラジアル方向に圧接して配置されている。
【００２８】
ここで、軸受４（外輪１０）に対してラジアル方向に荷重が作用すると、その荷重は受圧部３６を介してロードセル本体３８に伝達され、これにより、ロードセル本体３８に歪みが生じると、その歪み量に応じて各歪みゲージ４０の抵抗値が直線的に変化する。このとき、抵抗値の変化が電気信号に変換され、当該ロードセル３４から出力される。
【００２９】
当該ロードセル３４から出力された電気信号は、ケーブル４２を介してラジアル荷重計へ送信（無線、有線）される。そして、ラジアル荷重計において、当該電気信号に所定の演算処理が施されることにより、軸受４に作用した「ラジアル荷重」を検出することができる。
【００３０】
以上、一実施形態によれば、ラジアル荷重及びアキシアル荷重の双方を同時に検出することができるため、製品の品質や歩留り、生産能力を飛躍的に向上させることができると共に、高温多湿等の特殊な使用環境下において、軸受４を、長期に亘って連続して使用し続けることを可能にする耐久性、即ち、疲れ寿命を向上させることができる。
【００３１】
具体的には、上記したアキシアル荷重計及びラジアル荷重計において検出されたアキシアル荷重及びラジアル荷重のデータと、事前に検出したラジアル荷重と軸受の疲労度との関係を表すデータとを比較することにより、軸受４の疲労度や異常を高精度に判断することができる。
【００３２】
また、検出されたアキシアル荷重及びラジアル荷重をモニタリングすることにより、軸受４の疲労度や異常を短時間（リアルタイム）で正確に診断することができる。例えば、しきい値を越えるアキシアル荷重及びラジアル荷重を検出した場合には、現状の軸受４が疲労或いは異常と瞬時に判断することができる。
【００３３】
この場合、モニタリングしたアキシアル荷重及びラジアル荷重の時間的な推移や、各荷重の累積値に基づいて、より正確な軸受寿命を推定（予測）することができる。例えば、実験や、過去の実績により得られたデータを用いて寿命の推定（予測）を短時間で正確に行うことができる。
【００３４】
更に、検出したラジアル荷重及びアキシアル荷重に基づいて、使用目的や使用環境に適した軸受の選定や軸受仕様の検討を、手間をかけずに簡単に行うことができる。例えば、より負荷容量の大きい軸受を選定したり、よりスラスト荷重に強い軸受を選定、又は、開発したりすることが容易となる。
【００３５】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されることはなく、以下のような変形例も本発明の技術思想に含まれる。
例えば、上記した実施形態では、その検出中心３４ｓを軸受４の軸方向中心Ａｓに一致させた１つのラジアル荷重検出用センサ３４を想定したが、これに代えて、或いは、これに加えて、軸受４の軸方向中心Ａｓの両側において当該軸受４に対してラジアル方向に対向して複数のラジアル荷重検出用センサ（ロードセル）３４を配置し、かつ、それぞれのセンサ３４の検出中心３４ｓを、軸受４の軸方向中心Ａｓに対して対称となる位置に設定してもよい。
【００３６】
本変形例によれば、当該ロードセル３４を複数配置することにより、ラジアル荷重の検出精度をさらに向上させることができるため、製品の品質や歩留り、生産能力のさらなる向上を図ることができると共に、軸受４の耐久性（疲れ寿命）をさらに向上させることができる。
【００３７】
また、他の変形例として、アキシアル荷重検出用センサ（ロードセル）２２ａ,２２ｂ及び、これらロードセル２２ａ,２２ｂが圧接する第１及び第２のハウジングカバーＨ１,Ｈ２に、互いに係合可能な係合部を設けるようにしてもよい。そうなると、双方の係合部を互いに係合させることにより、当該ロードセル２２ａ,２２ｂを、第１及び第２のハウジングカバーＨ１,Ｈ２に対して回り止めすることができる。
【００３８】
係合部の一例として、後述する図２(ａ)に示された当該ロードセル２２ａ,２２ｂの一対の中空円板状側壁４４には、周方向に沿って同心円状に２つの係合孔２２ｈが形成されており、一方、第１及び第２のハウジングカバーＨ１,Ｈ２には、これら２つの係合孔２２ｈに係合可能な係合凸部（図示しない）が突設されている。そして、係合孔２２ｈに係合凸部を挿入して互いに係合させることにより、当該ロードセル２２ａ,２２ｂを、第１及び第２のハウジングカバーＨ１,Ｈ２に対して回り止めすることができる。
【００３９】
この場合、ロードセル２２ａ,２２ｂの片側の中空円板状側壁４４に係合凸部を突設すると共に、第１及び第２のハウジングカバーＨ１,Ｈ２に係合孔を形成してもよい。なお、上記した係合部は一例であり、これ以外の構成によって、当該ロードセル２２ａ,２２ｂを、第１及び第２のハウジングカバーＨ１,Ｈ２に対して回り止めするようにしてもよい。また、上記した係合孔２２ｈ及び係合凸部の形状や個数、大きさ等については、例えば、当該ロードセル２２ａ,２２ｂ及び第１及び第２のハウジングカバーＨ１,Ｈ２の形状や大きさ等に応じて設定されるため、ここでは特に限定しない。
【００４０】
ところで、上記した一実施形態（図１）に適用したアキシアル荷重検出用センサ（ロードセル）２２ａ,２２ｂ、及び、ラジアル荷重検出用センサ（ロードセル）３４は、市場に流通している一般的なダイヤフラム型を想定しており、具体的な構成について言及しなかったが、アキシアル荷重検出用センサ（ロードセル）２２ａ,２２ｂとしては、本願出願人が先願権を有する「特開２００４−３６０１号公報」に示されたものを、また、ラジアル荷重検出用センサ（ロードセル）３４としては、本願出願人が特許権を有する「特許第４３７０７１７号公報」に示されたものを適用することが好ましい。
【００４１】
以下、アキシアル荷重検出用センサ（ロードセル）２２ａ,２２ｂについては図２を参照し、また、ラジアル荷重検出用センサ（ロードセル）３４については図３を参照して、その具体的な構成について説明する。なお、当該ロードセル２２ａ,２２ｂ,３４の説明に際し、上記した一実施形態で説明した構成（図１）と同一の構成については、その構成に付された参照符号と同一の符号を図２,３上に付すことで、その説明を省略する。
【００４２】
図２(ａ),(ｂ)に示すように、アキシアル荷重検出用センサ（ロードセル）２２ａ,２２ｂにおいて、中空円筒状のロードセル本体（起歪体）２６の両側には、中空円板状側壁４４が互いに平行に対向して設けられており、上記した受圧部２４は、双方の中空円板状側壁４４から所定量だけ突出して構成されている。この場合、受圧部２４は、周方向に沿って等間隔で複数配置されており、上記した歪みゲージ２８は、複数の受圧部２４と同一位相で、ロードセル本体２６の外周面又は内周面、或いは、外・内周面に沿って装着されている。
【００４３】
なお、受圧部２４の突出量、大きさ、形状、個数、並びに、歪みゲージ２８の個数については、例えば、当該ロードセル２２ａ,２２ｂ及び第１及び第２のハウジングカバーＨ１,Ｈ２の形状や大きさ等に応じて設定されるため、ここでは特に限定しない。また、その他の構成、動作については、上記した一実施形態で説明した内容と同様であるため、その説明は省略する。
【００４４】
図３に示すように、ラジアル荷重検出用センサ（ロードセル）３４において、中空円筒状のロードセル本体（起歪体）３８の両側には、中空円板状側壁４６が互いに平行に対向して設けられており、上記した受圧部３６は、双方の中空円板状側壁４６から所定量だけ突出して構成されている。この場合、受圧部３６は、周方向に沿って等間隔で複数配置されており、上記した歪みゲージ４０は、複数の受圧部３６と同一位相で、ロードセル本体３４の外周面又は内周面、或いは、外・内周面に沿って装着されている。
【００４５】
また、一対の中空円板状側壁４６の外周には、ロードセル本体３４の外周面を覆うように、周方向に沿って連続した中空円筒状のカバー４８が設けられている。これにより、ロードセル本体３４の外周面に沿って装着された複数の歪みゲージ４０は、外部から密封された状態に維持されている。
【００４６】
なお、受圧部３６の突出量、大きさ、形状、個数、並びに、歪みゲージ４０の個数については、例えば、当該ロードセル３４の形状や大きさ等に応じて設定されるため、ここでは特に限定しない。また、その他の構成、動作については、上記した一実施形態で説明した内容と同様であるため、その説明は省略する。
【符号の説明】
【００４７】
２  ロール
２ｐ  ロールネック部（回転軸）
４  軸受
２２ａ,２２ｂ  アキシアル荷重検出用センサ（ロードセル）
３４  ラジアル荷重検出用センサ（ロードセル）
【図１】
0005736762.tif 000002
【図２】
0005736762.tif 000003
【図３】
0005736762.tif 000004