(57)【要約】【課題】既存の周辺装置構成をそのまま利用しつつ耐衝撃性を向上させることが可能な製造効率に優れた低コストで長寿命のコンベヤ用軸受を提供する。【解決手段】運搬物の搬送用コンベヤベルト２を支持するコンベヤ用ローラ４に組み込まれたコンベヤ用軸受であり、ローラ本体６をコンベヤベルトに位置決めする支持軸８とローラ本体との間に介在された軸受は、相対回転可能に対向配置された軌道輪(内外輪12,14)と、その軌道面12s,14s間に組み込まれた複数の転動体１６とを備え、少なくともローラ本体に連結された軌道輪は、炭素含有率が０.６重量％以上の軸受用鋼で形成され、その軌道面に浸炭窒化層が形成され且つ転動体の直径の２％に相当する寸法分に対応した深さ位置での窒素含有率をＮｐ、その位置でのビッカース硬さをＨ０.２とすると、耐圧痕性倍数Ｇｄは、Ｇｄ＝(Ｈ０.２／５００)＋２・Ｎｐ≧１.６を満足する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運搬物を所定方向に搬送するためのコンベヤベルトを走行自在に支持する複数のコンベヤ用ローラに組み込まれたコンベヤ用軸受であって、
コンベヤベルトを支持するローラ本体と、ローラ本体を回転自在に支持する支持アセンブリとを備えていると共に、支持アセンブリは、ローラ本体をコンベヤベルトに位置決めするための支持軸と、支持軸とローラ本体との間に介在された軸受とを具備し、
軸受は、相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪相互の対向面にそれぞれ対向して形成された軌道面間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えて構成され、一方の軌道輪は、ローラ本体に連結されていると共に、
軸受を構成する軌道輪及び各転動体のうち、少なくともローラ本体に連結された一方の軌道輪は、炭素含有率が０.６重量％以上である軸受用鋼で形成され、その軌道面に浸炭窒化層が形成されており、且つ、転動体の直径の２％に相当する寸法分に対応した当該軌道面の表面からの深さ位置(２％Ｄａ深さ位置)での窒素含有率(重量％)をＮｐ、２％Ｄａ深さ位置でのビッカース硬さ(Ｈｖ)をＨ０.２とすると、Ｎｐ及びＨ０.２に基づいて表される耐圧痕性倍数Ｇｄは、
Ｇｄ＝(Ｈ０.２／５００)＋２・Ｎｐ≧１.６
なる関係を満足するように設定されていることを特徴とするコンベヤ用軸受。
【請求項２】
２％Ｄａ深さ位置において、残留オーステナイト量は１.０体積％以下、ビッカース硬さはＨｖ６５３以上、窒素含有率は０.０５重量％以上に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のコンベヤ用軸受。
【請求項３】
転動体の表面の硬さは、少なくとも一方の軌道輪の軌道面における表面の硬さ、又は、２％Ｄａ深さ位置における硬さよりも、ビッカース硬さでＨｖ３００以上硬く設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンベヤ用軸受。
【請求項４】
転動体をＣｒを８重量％以上含有するステンレス鋼で形成した場合において、当該転動体の表面は、窒化処理により窒化層が形成されていると共に、その芯部は、窒素と炭素の合計含有率が０.４５重量％以上に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のコンベヤ用軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運搬物を所定方向に搬送するためのベルトコンベヤに用いられるコンベヤ用軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、運搬物を所定方向に搬送するための種々のベルトコンベヤが知られている。その一例として図１(ａ)に示されたベルトコンベヤは、所定方向に延出したコンベヤベルト２と、コンベヤベルト２を走行自在に支持する複数のコンベヤ用ローラ４とを備えている。各コンベヤ用ローラ４は、図１(ｂ)に示すように、コンベヤベルト２を下側から支持する円筒形状のローラ本体６と、ローラ本体６を回転自在に支持する支持アセンブリとを備えている。この場合、支持アセンブリは、例えばローラ本体６をコンベヤベルト２の下側に位置決めするための支持軸８と、支持軸８とローラ本体６との間に介在された軸受とを備えており、軸受は、支持フレーム１０を介してローラ本体６に連結されている。
【０００３】
ここで、軸受は、支持軸８に固定された環状の内輪１２と、内輪１２の外側に相対回転可能に対向配置された環状の外輪１４と、内外輪12,14の軌道面12s,14s間に転動自在に組み込まれた複数の転動体１６とを備えている。なお、転動体としては、玉やコロを適用することができるが、ここでは特に限定しない。また、内輪１２の軌道面１２ｓは、外輪１４に対向する面に沿って周方向に連続して形成された内輪軌道面１２ｓを指し、外輪１４の軌道面１４ｓは、内輪軌道面１２ｓに対向して周方向に連続して形成された外輪軌道面１４ｓを指す。また、内外輪12,14間で区画された軸受内部を軸受外部から密封するために複数の転動体１６の両側に密封板(例えば、シール、シールド)を設けても良いが図面では省略する。
【０００４】
一方、支持フレーム１０は、その一端側が外輪１４に固定されていると共に、その他端側がローラ本体６に固定されており、これにより、ローラ本体６は、支持フレーム１０から軸受を介して支持軸８に回転自在に支持されることになる。なお、図の構成例では、支持フレーム１０と支持軸８との間に軸受全体を密封するための密封装置１８が構築されているが、当該密封装置１８の種類は、例えばコンベヤ用ローラ４の使用目的や使用環境に応じて任意の構成に設定することができるため、ここでは特に限定しない。
【０００５】
このようなベルトコンベヤにおいて、上述した支持アセンブリの支持軸８を所定部位に取り付けることで、ローラ本体６がコンベヤベルト２の下側に回転自在に位置決めされ、これにより、複数のコンベヤ用ローラ４でコンベヤベルト２を走行自在に支持することができる。この場合、図示しない駆動装置でコンベヤベルト２を駆動させると、当該コンベヤベルト２が各コンベヤ用ローラ４で支持されながら走行することで、コンベヤベルト２上に積載された各種の運搬物Ｍを所定方向に安定して搬送することができる。
【０００６】
ところで、コンベヤベルト２上に各種の運搬物を積載する際に、シュート(図示しない)或いは別のコンベヤベルト２０(図１(ａ))から運搬物Ｍを当該コンベヤベルト２上に落下させて積載させる場合がある。この場合、運搬物Ｍからコンベヤベルト２に衝撃力Ｆが作用することになるが、その衝撃力Ｆは、ローラ本体６から支持フレーム１０を介して軸受にダイレクトに伝達される。このとき、軸受に伝達された衝撃力Ｆは、例えば運搬物Ｍの重量や落下速度の程度によっては非常に大きくなる場合があり、そのような衝撃力Ｆが例えば軸受の強度や耐久性を超えて働き続けると、軸受が早期に劣化してしまう虞がある。
【０００７】
そこで、従来では、ローラ本体６の外周に例えばゴム製或いは樹脂製の緩衝材を巻いたり、シュートに傾斜角を持たせて運搬物の落下角度を緩やかにしたりすることで、軸受に対する衝撃力を緩和させる方法、或いは、特許文献１に示すようにシュートの中に障害物を設け、落下時に運搬物を障害物に衝突させることで、軸受に対する衝撃力を緩和させる方法などが提案されている。
【０００８】
しかしながら、ローラ本体６の外周に緩衝材を巻く方法では、緩衝材をローラ本体６に巻く処理プロセスが別途必要となり手間がかかるため、軸受の製造効率を向上させるには限界があるだけで無く、緩衝材自体のコストが別途必要となるため、軸受の製造コストが上昇してしまう。また、軸受のメンテナンス時には、緩衝材を除去しなければならないため、メンテナンス費用も上昇してしまう。一方、シュートに傾斜角を持たせる方法やシュートの中に障害物を設ける方法では、ベルトコンベヤ周りの周辺装置構成を大掛かりに変更しなければならないため、製造コストやメンテナンスコストが上昇してしまう。
【０００９】
そこで、既存の周辺装置構成をそのまま利用しつつ耐衝撃性を向上させることが可能な製造効率に優れた低コストのコンベヤ用軸受の開発が望まれているが、現在そのような軸受は知られていない。
【特許文献１】特開２００４−１７５４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、既存の周辺装置構成をそのまま利用しつつ耐衝撃性を向上させることが可能な製造効率に優れた低コストで長寿命のコンベヤ用軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するために、本発明は、運搬物を所定方向に搬送するためのコンベヤベルトを走行自在に支持する複数のコンベヤ用ローラに組み込まれたコンベヤ用軸受であって、コンベヤベルトを支持するローラ本体と、ローラ本体を回転自在に支持する支持アセンブリとを備えていると共に、支持アセンブリは、ローラ本体をコンベヤベルトに位置決めするための支持軸と、支持軸とローラ本体との間に介在された軸受とを具備し、軸受は、相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪相互の対向面にそれぞれ対向して形成された軌道面間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えて構成され、一方の軌道輪は、ローラ本体に連結されている。
【００１２】
このような構成において、軸受を構成する軌道輪及び各転動体のうち、少なくともローラ本体に連結された一方の軌道輪は、炭素含有率が０.６重量％以上である軸受用鋼で形成され、その軌道面に浸炭窒化層が形成されており、且つ、転動体の直径の２％に相当する寸法分に対応した当該軌道面の表面からの深さ位置(２％Ｄａ深さ位置)での窒素含有率(重量％)をＮｐ、２％Ｄａ深さ位置でのビッカース硬さ(Ｈｖ)をＨ０.２とすると、Ｎｐ及びＨ０.２に基づいて表される耐圧痕性倍数Ｇｄは、
Ｇｄ＝(Ｈ０.２／５００)＋２・Ｎｐ≧１.６
なる関係を満足するように設定されている。
【００１３】
この場合、２％Ｄａ深さ位置において、残留オーステナイト量を１.０体積％以下、ビッカース硬さをＨｖ６５３以上、窒素含有率を０.０５重量％以上に設定することが好ましい。また、転動体の表面の硬さは、少なくとも一方の軌道輪の軌道面における表面の硬さ、又は、２％Ｄａ深さ位置における硬さよりも、ビッカース硬さでＨｖ３００以上硬く設定することが好ましい。更に、転動体をＣｒを８重量％以上含有するステンレス鋼で形成した場合において、当該転動体の表面は、窒化処理により窒化層が形成されていると共に、その芯部は、窒素と炭素の合計含有率が０.４５重量％以上に設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、既存の周辺装置構成をそのまま利用しつつ耐衝撃性を向上させることが可能な製造効率に優れた低コストで長寿命のコンベヤ用軸受を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態に係るコンベヤ用軸受について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態は、上述したベルトコンベヤ(図１(ａ))において、コンベヤベルト２を走行自在に支持する各コンベヤ用ローラ４に組み込まれたコンベヤ用軸受(図１(ｂ))の改良であるため、以下では改良部分の説明にとどめる。
【００１６】
本実施の形態に係るコンベヤ用軸受において、軸受を構成する軌道輪(内外輪12,14)及び各転動体１６のうち、少なくともローラ本体６に連結された一方の軌道輪は、炭素含有率が０.６重量％以上である軸受用鋼で形成されている。ここでは一例として、一方の軌道輪を外輪１４として想定する。なお、当該外輪１４は、図１(ｂ)に示すように、支持フレーム１０を介してローラ本体６に連結されている。
【００１７】
この場合、外輪１４には、その外輪軌道面１４ｓに浸炭窒化処理を施して浸炭窒化層(図示しない)が形成されている。なお、浸炭窒化処理とは、炭素(Ｃ)と窒素(Ｎ)とを拡散させて外輪軌道面１４ｓの表面を硬化させる既存の処理方法であるため、その詳細な説明は省略する。
【００１８】
ここで、浸炭窒化層が形成された外輪１４において、転動体の直径の２％に相当する寸法分に対応した外輪軌道面１４ｓの表面からの深さ位置(２％Ｄａ深さ位置)での窒素含有率(重量％)をＮｐ、２％Ｄａ深さ位置でのビッカース硬さ(Ｈｖ)をＨ０.２とすると、Ｎｐ及びＨ０.２に基づいて表される耐圧痕性倍数Ｇｄは、
Ｇｄ＝(Ｈ０.２／５００)＋２・Ｎｐ≧１.６ … (１)
なる関係を満足するように設定されている。
【００１９】
かかる設定((１)式の関係)を満足することで、コンベヤ用軸受の外輪１４の耐衝撃性を向上させることができる。これによれば、例えば図１(ａ)に示すように運搬物Ｍをコンベヤベルト２上に落下させて積載させる際、運搬物Ｍからコンベヤベルト２に作用した衝撃力Ｆがローラ本体６から支持フレーム１０を介して軸受(図１(ｂ))にダイレクトに伝達した場合、かかる衝撃力Ｆは外輪１４自体で全て受け止めることができる。これにより、コンベヤ用軸受全体の耐衝撃性を向上させることができるため、当該軸受を長期に亘って安定して使用し続けることが可能となる。
【００２０】
また、従来では軸受に対する衝撃力を緩和させるために種々の構成を別途付加しなければならず、そのため、軸受の製造コストの上昇や周辺装置構成の大掛かりな変更、製造効率の向上には限界があるといった問題が生じた。しかしながら、本実施の形態のコンベヤ用軸受では、外輪１４自体の構成を上記(１)式を満足するように設定するだけで、軸受全体の耐衝撃性を向上させることができる。これにより、軸受の製造効率を向上させることができるだけで無く、当該軸受の製造コストを低減させることができる。更に、既存の周辺装置構成に一切変更を加えること無くそのまま利用することができるため、周辺施設の簡素化及び省資源化を図ることができる。
【００２１】
この場合、２％Ｄａ深さ位置において、残留オーステナイト量を１.０体積％以下、ビッカース硬さをＨｖ６５３以上(ロックウエル硬さでＨＲＣ５８以上)、そして、窒素含有率を０.０５重量％以上(好ましくは、０.１重量％以上)に設定しても良い。これは「軌道面に形成された浸炭窒化層が同じ硬さであっても、浸炭窒化層の窒素含有率が高い程、耐圧痕性は良好となる」との見解に基づいている。この見解は、日本機械学会発行の書籍「金属材料の弾性係数」(昭和５５年１０月)の１１頁に「固溶体合金の弾性係数は、溶質原子が格子間原子の場合は、結晶格子が大きく乱れて弾性係数は必ず低下すると考えられている」とあるように、硬さが同じであっても窒素含有率が高いほど浸炭窒化層の弾性係数の低下(以下、弾性係数低下作用)が促進されるとの考えに起因する。
【００２２】
これによれば、同じ硬さの浸炭窒化層が軌道面に形成されていたとしても、窒素含有率の高い浸炭窒化層が形成されている方が、軌道面の弾性変形能が高くなるため、転動体との接触面圧がより小さくなって圧痕が生じ難くなる。従って、本実施の形態では、外輪１４自体の構成を上記(１)式を満足するように設定したことにより、転動体１６と外輪軌道面１４ｓとの接触面圧が小さくなり圧痕が生じ難くなるため、耐フレッチング性を格段に向上させることができる。
【００２３】
また、転動体１６の直径の２％に相当する寸法分に対応した外輪軌道面１４ｓの表面からの深さ位置(２％Ｄａ深さ位置)は、最大剪断応力が加わる位置であるが、かかる位置における窒素含有率を０.０５重量％以上に設定することで、良好な耐圧痕性を得るために必要な弾性変形能を浸炭窒化層に付与することができると共に、転動体１６と外輪軌道面１４ｓとの接触面において、凝着摩耗による摩耗量が小さくなるため、耐摩耗性を向上させることができる。これにより、転動体１６と外輪軌道面１４ｓとの接触面にフレッチング損傷が生じ難くなるため、例えば転動体１６と外輪１４との間に微小振動や揺動が加わった場合でも、軸受の音響特性の劣化度合を小さくすることができる。
【００２４】
更に、上記(１)式で表される耐圧痕性倍数Ｇｄは、軌道面(本実施の形態では、外輪軌道面１４ｓを指す)の硬さと弾性変形能との合計値を示しているが、当該Ｇｄを１.６以上に設定することにより、良好な耐圧痕性(耐衝撃性)を得ることができる。この場合、耐圧痕性倍数Ｇｄは高いほど好ましく、特に性能上の上限値は特定されないが、耐圧痕性倍数Ｇｄが高いほど材料や熱処理にかかるコストが高くなるため、コストとの兼ね合いで耐圧痕性倍数Ｇｄを適切な値に設定することが好ましい。
【００２５】
また、２％Ｄａ深さ位置での硬さをビッカース硬さをＨｖ６５３以上(ロックウエル硬さでＨＲＣ５８以上)に設定することにより、軸受として必要な硬さの軌道面(外輪軌道面１４ｓ)を確保することができるため、軸受全体としての耐衝撃性を向上させることができる。この場合、ＨＲＣ６０(Ｈｖ６９７)以上に設定することにより、２％Ｄａ深さ位置での軌道面の硬さを更に向上させることができる。
【００２６】
なお、軌道輪(本実施の形態では、外輪１４)は、炭素含有率が０.６重量％以上である軸受用鋼で形成しているが、ここで、軸受用鋼としては、軸受として必要な性能を発揮できる組成の鉄鋼材料を適用すれば良い。その一例としては、ＳＵＪ１〜ＳＵＪ５の高炭素クロム軸受鋼、ＳＵＳ４４０Ｃ、１３Ｃｒ系マルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＣＲ４２０などを想定することができる。
【００２７】
この場合、炭素含有率が０.６重量％以上の軸受用鋼で形成された軌道輪(外輪１４)に浸炭窒化処理を施した後、例えば２５０〜３２０℃の温度で焼き戻しを行うことで、２％Ｄａ深さ位置での残留オーステナイト量を１.０体積％以下とし、これにより、軌道面(外輪軌道面１４ｓ)の硬さ及び２％Ｄａ深さ位置での硬さをＨＲＣ５８以上に設定することができる。
【００２８】
また、浸炭窒化処理後に例えばサブゼロ処理を行って、残留オーステナイトをマルテンサイトに誘起変態させて、残留オーステナイト量を低減させてから、焼き戻しを行うことが好ましい。このように焼き戻し前にサブゼロ処理を行うと、焼き戻し前に残留オーステナイトが極力分解され、浸炭窒化処理後のマルテンサイト組織の格子の乱れが大きくなるため、浸炭窒化処理によって生じる上述の弾性係数低下作用を促進することができる。
【００２９】
なお、上述した実施の形態では、外輪１４のみの構成を限定したが、内外輪12,14を共に上述の構成とすることが好ましい。また、転動体１６については、例えばコンベヤ用軸受(図１(ｂ))の使用目的や使用環境に応じて、既存の軸受鋼(ＳＵＪ２)やセラミック或いはステンレス鋼など最適な材料が適用されるため、ここでは特に限定しない。
【００３０】
ここで、転動体１６をセラミックで形成した場合、金属製の転動体に比較して耐フレッチング性を格段に向上させることができるが、これを従来の軌道輪に適用した場合、その軌道面とセラミック製の転動体との間に大きな接触面圧が生じるため、軌道面の耐圧痕性は低下する。これに対して、本実施の形態の軸受において、軌道輪(内輪１２又は外輪１４、或いは、内外輪12,14双方)を上述の構成とすることにより、セラミック製の転動体１６を組み込んだ場合でも、軌道面(内輪軌道面１２ｓ又は外輪軌道面１４ｓ、或いは、双方の軌道面12s,14s)の耐圧痕性を高く維持することができる。これにより、より高い耐フレッチング性を得ることができる。
【００３１】
また、転動体１６をＣｒを８重量％以上(好ましくは、１２重量％以上)含有するステンレス鋼で形成した場合、当該転動体１６の表面は、窒化処理により窒化層が形成されていると共に、その芯部(表面内側の領域)は、炭素(Ｃ)と窒素(Ｎ)の合計含有率が０.４５重量％以上に設定されていることが好ましい。このように芯部の炭素(Ｃ)と窒素(Ｎ)の合計含有率を０.４５重量％以上とすることにより、窒化処理後の高温焼き戻しによって芯部が軟化することを防止することができる。
【００３２】
この場合、ステンレス鋼に加えて更に、例えばＭｏ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉなどの窒化物形成元素を添加すると、これらの微細な窒化物が形成されることにより、転動体１６の耐久性を更に向上させることができる。なお、窒化物形成元素の添加量については、例えばコンベヤ用軸受(図１(ｂ))の使用目的や使用環境に応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。
【００３３】
また、コンベヤ用軸受(図１(ｂ))において、転動体１６と軌道輪(内輪１２又は外輪１４、或いは、内外輪12,14双方)との組み合わせとして、転動体１６の表面の硬さは、当該軌道輪の軌道面(内輪軌道面１２ｓ又は外輪軌道面１４ｓ、或いは、双方の軌道面12s,14s)における表面の硬さ、又は、２％Ｄａ深さ位置における硬さよりも、ビッカース硬さでＨｖ３００以上(好ましくは、Ｈｖ５００以上)硬く設定することが好ましい。かかる設定によれば、前記軌道面の面圧が下がることで耐圧痕性が高くなり、当該軌道面に上述したような浸炭窒化層を設けることで耐フレッチング性を向上させることができる。これにより、コンベヤ用軸受全体の耐衝撃性を高く維持することができる。
【００３４】
なお、耐フレッチング性についての実験結果からは、耐圧痕性倍数Ｇｄは、２.０以上になると耐フレッチング性向上効果は、徐々に飽和することが知られている。このため、耐圧痕性倍数Ｇｄは、３.０≧Ｇｄ≧１.６の範囲に設定することが好ましい。
また、２％Ｄａ深さ位置における窒素含有率Ｎｐは、軌道輪(内輪１２、外輪１４)の研削加工性を考慮すると、０.６重量％≧Ｎｐ≧０.０５重量％、好ましくは、０.６重量％≧Ｎｐ≧０.１重量％に設定することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】(ａ)は、ベルトコンベヤで運搬物を搬送している状態を模式的に示す図、(ｂ)は、本発明の一実施の形態に係るコンベヤ用軸受が組み込まれたコンベヤ用ローラの構成を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
【００３６】
２  コンベヤベルト
４  コンベヤ用ローラ
６  ローラ本体
８  支持軸
１２  内輪
１４  外輪
１６  転動体
【図１】
2008133847.tif 000003