(57)【要約】【課題】中実のころで高い定格荷重を発揮し、かつ、安価に製作可能な圧延機ロールネック用ころ軸受を提供する。【解決手段】圧延機ロールネック用ころ軸受は、内輪12と外輪14との間に転動自在に介在する複数のころ16と、隣り合ったころ16間に位置する間座18を具備し、間座18の軸方向両端にころ端面16bと向き合う拡張部18bが設けてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころと、隣り合ったころ間に位置する間座を具備するころ軸受において、間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けた圧延機ロールネック用ころ軸受。
【請求項２】
前記間座のころ転動面と向き合う面がころのピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座が内輪つば外径面または外輪つば内径面によって案内され、隣り合うころで間座を挟み込んだとき、間座と前記内輪つば外径面または外輪つば内径面との間にすきまがある請求項１の圧延機ロールネック用ころ軸受。
【請求項３】
前記間座の外輪つば内径面と向き合う面が、外輪つば内径の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面である請求項１または２の圧延機ロールネック用ころ軸受。
【請求項４】
前記間座の内輪つば外径面と向き合う面が、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面である請求項１または２の圧延機ロールネック用ころ軸受。
【請求項５】
前記間座をポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンからなる群より選ばれる樹脂で形成した請求項１ないし４のいずれかの圧延機ロールネック用ころ軸受。
【請求項６】
前記間座を焼結合金で形成した請求項１ないし５のいずれかの圧延機ロールネック用ころ軸受。
【請求項７】
外輪の内周にころと間座を交互に配列していき、最後に組み込むころの両脇に位置する間座を、配列済みのころの転動面の軸受内径側に沿わせた状態で、前記最後に組み込むころを外輪に向かって挿入することにより、前記両脇に位置する間座をスライドさせつつ、ころを外輪の内周に組み込むことからなる、請求項１ないし６のいずれかの圧延機ロールネック用ころ軸受の組み立て方法。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれかのころ軸受を備えた圧延ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄用圧延機のロールネックの支持に好適なころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に示す一般的な４段圧延機は、圧延材２０と接して圧延作業を行う一対の上作業ロール２２と下作業ロール２４、それぞれ作業ロール２２，２４を補強する一対の上補強ロール２６と下補強ロール２８の合計４本の圧延ロールで構成されている。各作業ロール２２，２４は端部を４列円すいころ軸受３０で支持してある。各補強ロール２６，２８は各端部を４列円筒ころ軸受３２で支持し、さらに片側に複列円すいころ軸受３４が配置してある。
【０００３】
特許文献１に圧延機の圧延ロール支持構造が記載されている。図６に従って説明すると、圧延ロール１のロールネック１ａをロールチョック２に対して４列円筒ころ軸受などの転がり軸受３を介して支持するようになっている。圧延ロール１のスラスト荷重は複列円すいころ軸受６で受けるようになっている。転がり軸受３の内輪３ａは、ロールネック１ａに嵌合させてあり、内輪押さえ部材としてのフィレットリング７とスラストカラー８で軸方向に位置決めしてある。転がり軸受３の外輪３ｂは、ロールチョック２と嵌合させてあり、外輪押さえ部材４，５で軸方向に位置決めしてある。圧延ロール１のバレル部１ｂ側の外輪押さえ部材４は、ロールチョック２の張出片２ａに対してボルトなどで取り付けてある。圧延ロール１の軸端側の外輪押え部材５は、転がり軸受３の外輪３ｂと、複列円すいころ軸受６の取り付け用環体１１との間に挟み込んである。符号９，１０で指してあるのは非接触シールを構成する２つの環体である。
【０００４】
製鉄用圧延機においては、鋼材を圧延する際に圧延ロールに極めて大きな荷重が作用するため、ロールネックの支持軸受には高い負荷容量が求められる。そのため、ロールネックの支持軸受にはピンタイプ保持器（たとえば特許文献２参照）が多用されている。ピンタイプ保持器は、ころに設けた中空穴にピンを挿入し、ピンの両端をねじおよび溶接によって環状板に固定することで形成される。その結果、ころところとの間隔を詰めることができ、ころ本数を増やすことができる。
【特許文献１】特開２００５−１６１４０７号公報
【特許文献２】実公平１−１８８９１号公報
【特許文献３】実開平７−２０４２３号公報
【特許文献４】特許第３５４９５３０号公報
【特許文献５】特開２００２−７９３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のとおり、ピンタイプ保持器は組み立てに溶接を要し、しかもころを中空とする必要があるため、製造コストが高くつく。さらに、機能面においても、高荷重に加えて振動、衝撃により、中空穴の内径面を起点としてころが圧砕するおそれがある。ころの圧砕は軸受にとって致命傷であるため、極力避けなければならない。特許文献３には、ころを中実としたうえで、ピンタイプ保持器同様のころ本数を組み込むことができる保持器が開示されているが、組み立てに溶接を要する点で変わりがなく、部品点数も多くなるため、依然として製造コストに問題がある。
【０００６】
特許文献４には保持器に代えて間座を採用したころ軸受が記載されている。しかし、間座の動きを内輪および外輪の軌道面とつば側面とによって規制するようにしているため、必然的にころの径方向断面と同程度の大きさの間座を介在させることになり、ころ間に多くの潤滑剤を保持できないほか、運転中の熱膨張によって間座が軌道輪のつば側面間で突っ張るおそれがある。さらに、間座を内輪または外輪の軌道面に摺動させるため、転がり面における円滑な油膜形成が損なわれるおそれがある。
【０００７】
本発明の主要な目的は、中実のころで高い定格荷重を発揮し、かつ、安価に製作可能な圧延機ロールネック用ころ軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の圧延機ロールネック用ころ軸受は、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころと、隣り合ったころ間に位置する間座を具備するころ軸受において、間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けたことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、ころを中空にする必要がなく、また、組み立てに溶接を用いないため安価に軸受を製作することができる。また、間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けることで、間座の軸受軸方向の動きを拡張部ところ端面とで規制することができる。軸受半径方向の動きはころ転動面または内輪つば外径面もしくは外輪つば内径面にて規制することができる。すなわち、間座の移動規制手段として内輪や外輪の軌道面やつば側面を使用しないため、隣り合うころ間において、間座を広域にわたって介在させる必要がなく、ころ間に多くの潤滑剤を保持させることができる。また、軸受が高温にさらされても、間座の拡張部ところ端面との間のすきまがつぶれることもない。さらに、間座を内輪つば外径面または外輪つば内径面に案内させる場合、拡張部はその案内面積を拡大する効果をも発揮するため、案内面において油膜が形成されやすくなる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の圧延機ロールネック用ころ軸受において、間座のころ転動面と向き合う面がころのピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座が内輪つば外径面または外輪つば内径面によって案内され、隣り合うころで間座を挟み込んだとき、間座と前記内輪つば外径面または外輪つば内径面との間にすきまがあることを特徴とするものである。軌道面上で間座をころで挟み込むと、凹形状のころ接触面の底を接触位置として間座の軸受半径方向の位置が決まる。そのとき、間座と軌道輪の間にすきまがあるように設定することで、間座が隣り合うころによって軌道輪に押し付けられる状態を回避することができる。すなわち、上記設定により間座は基本的にころ案内となり、円周方向すきまに位置する間座だけが隣り合うころの拘束から解放され、回転速度が高い場合には外輪つば内径面に、低い場合にはころに案内される仕様となる。解放された間座には、自重、遠心力以外に軸受半径方向の力が作用しないため、間座の案内面における発熱や磨耗を軽減させることができる。
【００１０】
なお、特許文献４には、間座のころ転動面との接触面を、軸受円周方向に直行する平坦面で形成することで、ころから間座に軸受半径方向の力が働かないようにする手法が開示されている。しかしながら、間座の姿勢は常に一定ではなく、前記の直行状態が失われることがある。その姿勢は隣り合うころによって矯正されるが、軸受の正逆回転や急加減速といった運転条件下では、間座の姿勢が大きく乱れるため、その度に間座に軸受半径方向の力が作用し、前記案内面における発熱や間座の異常磨耗を引き起こすおそれがある。例えば、特許文献５に記載のタンデムミルにおいては、鋼材の進行は基本的に一方向であるが、リバーシングミルでは、鋼材を往復させて圧延を行なうため、圧延ロールおよびその支持軸受は正逆回転を繰り返す。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２の圧延機ロールネック用ころ軸受において、間座の外輪つば内径面と向き合う面が、外輪つば内径の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面であることを特徴とするものである。また、請求項４の発明は、請求項１または２の圧延機ロールネック用ころ軸受において、間座の内輪つば外径面と向き合う面が、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面であることを特徴とするものである。このような構成を採用することで、いわゆる「くさび膜効果」（運動方向に狭まっているくさび状のすきまに、流体が粘性によって引き込まれて圧力すなわち負荷能力を発生する効果）が得られ、間座の案内面における発熱や磨耗を軽減させることができる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの圧延機ロールネック用ころ軸受において、前記間座をポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンからなる群より選ばれる樹脂で形成したことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。樹脂材は間座の製作に好適であるだけでなく、一般的に優れた自己潤滑性を有し、ころ転動面および内輪つば外径面または外輪つば内径面と円滑に摺動する。なかでも、ポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンは機械的強度、耐熱性および耐油性に優れており、長期にわたって安定した機能を発揮する。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの圧延機ロールネック用ころ軸受において、前記間座を焼結合金で形成したことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。焼結合金は上述の樹脂と同様、間座の製作に好適であるほか、その気孔に潤滑剤を含浸させることができるため、ころ転動面と円滑に摺動する。さらに、線膨張係数が比較的小さいため、高温雰囲気下における熱膨張を抑えることができる。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの圧延機ロールネック用ころ軸受の組み立て方法であって、外輪の内周にころと間座を交互に配列していき、最後に組み込むころの両脇に位置する間座を、配列済みのころの転動面の軸受内径側に沿わせた状態で、前記最後に組み込むころを外輪に向かって挿入することにより、前記両脇に位置する間座をスライドさせつつ、ころを外輪の内周に組み込むことからなる。このような構成を採用することで、間座を弾性変形させることなく軸受を組み立てることができる。この場合、間座にクラックが生じるおそれはない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、製鉄用圧延機のロールネックの支持軸受として、中実のころで高い定格荷重を発揮し、かつ、安価に製作可能なころ軸受を提供することができ、同装置の信頼性向上に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に従って本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
図１に、複列円筒ころ軸受に適用した実施例を示す。このころ軸受は、内輪１２と外輪１４と円筒ころ１６と間座１８を具備している。外輪１４は内周に２列の軌道１４ａを有し、各軌道の両側にはつば１４ｂが形成してある。中央のつばを中つば、外側のつばを外つばと呼ぶこともある。
【００１８】
隣り合う円筒ころ１６間に間座１８が介在させてある。図２に示すように、間座１８は概ね板状で、円筒ころ１６の転動面１６ａと接触する面、すなわち、ころ接触面を符号１８ａで指してある。ころ接触面１８ａの断面形状は、円筒ころ１６の転動面１６ａを受け入れる凹形状、たとえば凹円弧状である。軸受に組み込んだ状態で、間座１８のころ接触面１８ａは円筒ころ１６のピッチ円を跨いで延在する。したがって、間座１８は円筒ころ１６だけで案内、つまりころ案内とすることができるが、本実施例においては外輪１４のつば１４ｂの内径面に案内させるようにしてある（外輪案内）。
【００１９】
軌道面上で間座１８をころ１６で挟み込むと、凹形状のころ接触面１８ａの底を接触位置として間座１８の軸受半径方向の位置が決まる。そのとき、間座１８と軌道輪（ここでは外輪１４のつば１４ｂの内径面）との間にすきま（Ｓｒ：図４参照）があるように設定することで、図３に示すような、間座１８が隣り合うころ１６によって外輪１４に押し付けられる状態を回避することができる。すなわち、上記設定により間座１８は基本的にころ案内となり、円周方向すきまに位置する間座１８だけが隣り合うころ１６の拘束から解放され、回転速度が高い場合には外輪１４のつば１４ｂの内径面に、低い場合にはころ１６に案内される仕様となる。解放された間座１８には、自重、遠心力以外に軸受半径方向の力が作用しないため、間座１８の案内面における発熱や磨耗が減少する。
【００２０】
間座１８の長手方向の両端に拡張部２２が形成してあり、互いに対向する拡張部２２の内側面２４は、軸受に組み込んだ状態では円筒ころ１６の端面１６ｂと向かい合う。そうして、間座１８の拡張部２２と円筒ころ１６との干渉により、間座１８の軸方向移動が規制される。間座１８の拡張部２２の上面、つまり軸受に組み込んだ状態で軸受の半径方向外側を向く面は、外輪１４のつば１４ｂの内径面と向かい合う。そして、上に述べたとおり、軸受の運転中、間座１８は外輪１４のつば１４ｂの内径面によって案内される（外輪案内）。
【００２１】
図４に示すように、間座１８の、外輪１４のつば１４ｂの内径面と向き合う面は凸曲面であり、その曲率半径Ｒ１は外輪１４のつば１４ｂの内径面の曲率半径Ｒ２よりも小さく設定してある。そのため、間座１８と外輪１４のつば１４ｂとの間に潤滑油のくさび膜効果（運動方向に狭まっているくさび状のすきまに、流体が粘性によって引き込まれて圧力すなわち負荷能力を発生する効果）が発生し、間座１８の案内面における発熱や磨耗が低減する。同じ理由から、内輪案内の場合には、間座１８の、内輪つば外径面と向き合う面を、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面とすることができる。なお、軸受の円周方向を向いた拡張部２２の端縁には、外輪１４のつば１４ｂの内径面とのエッジ接触を避けるため、面取りを設けるのが望ましい。
【００２２】
図５を参照してころ軸受の組み立て手順を説明すると次のとおりである。外輪１４の内周にころ１６と間座１８を交互に配列していき、最後に組み込むころ１６の両脇に位置すべき間座１８を、配列済みのころ１６の転動面１６ａの軸受内径側に沿わせた上で、最後のころ１６を直線矢印で示すように外輪１４に向かって押し込むことにより、円弧矢印で示すように両脇の間座１８をスライドさせつつ、ころ１６を組み込む。この場合、間座１８を弾性変形させることなく軸受を組み立てることができ、間座１８にクラックが生じる心配がない。なお、最後のころ１６を外輪１４に向かって挿入する際に、間座１８の両端の拡張部２０をころ端面１６ｂに引っ掛けておくことができるので、間座１８をスライドさせる間も間座１８が軸方向にずれることがなく、作業性が著しく向上する。
【００２３】
間座１８の材質は、樹脂であっても金属であってもよい。樹脂としては、たとえばポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホンまたはポリエーテルエーテルケトンを選択することにより、ころ転動面１６ａのかじりやスミアリングといった表面損傷が大幅に減少する。樹脂材は間座１８の製作に好適であるだけでなく、一般的に優れた自己潤滑性を有し、ころ転動面および内輪つば外径面または外輪つば内径面と円滑に摺動する。なかでも、ポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンは機械的強度、耐熱性および耐油性に優れており、長期にわたって安定した機能を発揮する。なお、樹脂製間座の製作は射出成形によるのが好ましく、グラスファイバーやカーボンファイバーなどの繊維を配合してもよい。
【００２４】
また、間座１８を焼結合金で形成することによっても、ころ転動面１６ａのかじりやスミアリングといった表面損傷が大幅に減少する。焼結合金は上述の樹脂と同様、間座１８の製作に好適であるほか、その気孔に潤滑剤を含浸させることができるため、ころ転動面１６ａと円滑に摺動する。さらに、線膨張係数が比較的小さいため、高温雰囲気下における熱膨張を抑えることができる。なお、この場合の間座の製作方法は固相焼結であっても液相焼結であってもよい。固相焼結の場合、その気孔内に効果的に潤滑剤を含浸させることができる。液相焼結の場合、固相焼結に見られる気孔を融点の低い金属で埋めることができ、間座の強度を向上させることができる。例を挙げるならば、焼結母材を銅とし、封孔金属をアルミニウムとする。
【００２５】
本発明の圧延ロールの実施の形態については、図６および図７に関連して述べた圧延ロールとその支持構造ならびに図１ないし図５に関連して述べたころ軸受の構成から容易に実施をすることができると認められることから、重複した記述は避けることとする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例を示す複列ころ軸受の分解破断斜視図
【図２】図１のころ軸受における間座の拡大斜視図
【図３】円筒ころ軸受の部分側面図
【図４】図１のころ軸受の部分側面図
【図５】組み立て過程を示すころ軸受の横断面図
【図６】従来の技術を示す縦断面図
【図７】４段圧延機の断面図
【符号の説明】
【００２７】
１２  内輪
１４  外輪
１４ａ  軌道
１４ｂ  つば
１６  ころ
１６ａ  転動面
１６ｂ  端面
１８  間座
１８ａ  ころ接触面
１８ｂ  拡張部
【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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