(57)【要約】【課題】製鉄用圧延機の変速機に用いられるころ軸受において、保持器の破損を回避する。【解決手段】圧延機の変速機用ころ軸受は、内輪12の軌道面と外輪14の軌道面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の変速機用ころ軸受。
【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の圧延機の変速機用ころ軸受。
【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の圧延機の変速機用ころ軸受。
【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の圧延機の変速機用ころ軸受。
【請求項５】
ころと間座でキーストン効果を発揮する請求項１ないし４のいずれかの圧延機の変速機用ころ軸受。
【請求項６】
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５のいずれかの圧延機の変速機用ころ軸受。
【請求項７】
前記間座を焼結合金で形成した請求項１ないし６のいずれかの圧延機の変速機用ころ軸受。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかのころ軸受を備えた圧延機用変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄用圧延機の変速機（減速機または増速機）に好適なころ軸受およびそのようなころ軸受を使用した圧延機用変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧延機の動力伝達装置は、圧延に必要なトルクをモータからロールに伝達するための装置であり、共通駆動と単独駆動に大別される。共通駆動方式とは、１台のモータで減速機を介して複数台の圧延機を同時駆動するものである。単独駆動方式とは、１台のモータで１台の圧延機のみを駆動するものである。特許文献１には、圧延ライン上に複数の圧延ロールユニットを配置し、上流側の圧延ロールを増速するようにした変速機が開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載された変速機の構造を示す図６を参照すると、駆動第一軸２２が軸受を介してケーシング２４に対し回転自在に支持されている。この駆動第一軸２２は、分配増速機等を介して駆動モータ２０に接続してあり、ケーシング２４内に配置したベベルギヤ機構２６、スパーギヤ機構２８等を介して第一の圧延機すなわち、ロールユニットの圧延ロール３０にカップリング３２によって接続されている。駆動第一軸２２の挿入軸端側には、軸受を介して回転自在に第一歯車３４が取り付けてあり、この第一歯車３４には内スプライン３６が形成してある。
【０００４】
駆動第二軸３８が軸受を介してケーシング２４に対し回転自在に支持されている。この駆動第二軸３８はケーシング２４内に配置したベベルギヤ機構４０、スパーギヤ機構４２等を介して第二の圧延機すなわち、もう一つのロールユニットの圧延ロール４４にカップリング４６で接続されている。駆動第二軸３８の挿入端には第一歯車３４とは歯数を異にする増速用の第二歯車４８がキー等によって固着してあり、この第二歯車４８には内スプライン５０が形成してある。駆動第二軸３８は駆動第一軸２２と同軸状に延在し、駆動第一軸２２の挿入端は第二歯車４８の内周面に軸受で回転自在に支持されている。
【０００５】
変速副軸５６が、駆動第一軸および駆動第二軸２２，３８と平行に、ケーシング２４内に支持されている。変速副軸５６は、第一歯車３４と噛み合った第一変速歯車５２と、第二歯車４８と噛み合った第二変速歯車５４とを有する。これにより、駆動第一軸２２の回転を変速して駆動第二軸３８に伝達する伝達機構５８が構成される。駆動第一軸２２を第一歯車３４または第二歯車４８と選択的に噛み合わせるためのクラッチ機構６０が設けてある。クラッチ機構６０は、軸方向で対面している第一歯車３４と第二歯車４８との間の駆動第一軸２２上に、キー等によって軸方向に案内されて摺動するシフタ６２を含む。シフタ６２の軸方向両端には外スプラインが形成してあり、一方の外スプラインは第一歯車３４の内スプライン３６と、他方の外スプラインは第二歯車４８の内スプライン５０と、それぞれ係脱自在としてある。シフタ６２の切換えは、シフタ６２の周溝にベアリングを介して係合している二又フォークを揺動操作することによって行う。シフタ６２を切り換えることで、たとえば、圧延上流側のロール４４を伝達機構５８を経由して増速して回転させることができる。
【０００６】
圧延機の圧延ロールを駆動するための変速機は、圧延速度によって減速機と増速機の両方が使い分けられており、鋼板などは前者、線材などは後者が使用されることが多い。ここで、圧延ロールは、省エネルギー化の観点から、圧延中とそれ以外の状態で回転速度を随時変更しているため、変速機は短時間での急加減速を繰り返すほか、圧延材が圧延ロール部に進入する際の衝撃をも受ける。とくに、減速機の入力軸および増速機の出力軸の回転速度は非常に速く、その支持軸受の内径ｄ（ｍｍ）と内輪の回転速度ｎ（min−１）の積、いわゆるｄｎ値は２０万を越える。そのため、変速機用の支持軸受には、プレス保持器やもみ抜き保持器といった保持器付きの軸受が使用されており、それら保持器はいずれもころ間に位置する柱を環状に連結することで形成されている。
【０００７】
特許文献２には保持器に代えて間座を採用した円筒ころ軸受が記載されている。
【特許文献１】特開平０４−３０９４０７号公報
【特許文献２】特許第３５４９５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
環状を成す保持器を使用した場合、前述の衝撃を伴う急加減速の際に、保持器の柱に作用する慣性力（無負荷域のころや、保持器の重量による）が極めて大きくなるため、柱の根元を起点に破断を生じるおそれがある。とくに、変速機の構造上、ギヤの反力が上向きの場合は、破損の懸念が一層高まる。というのも、圧延材が圧延ロールに噛んでいないときは、軸受の負荷域は軸の自重によって下側であるのに対し、圧延材を噛んだ瞬間に負荷域は逆転して上側になるため、公転中のころに性動力が作用し、保持器がより短期間で破損することがある。
【０００９】
なお、保持器を廃止した総転動体型のころ軸受も存在するが、総転動体軸受は隣り合うころ同士が逆回転で接触するため、ころの自転が阻害されやすく、許容回転数が低いほか、かじりやスミアリングといった表面損傷が発生しやすい傾向にあり、ほとんど使用されていない。
【００１０】
特許文献１に記載された円筒ころ軸受では、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。
【００１１】
本発明の主要な目的は、製鉄用圧延機の変速機に用いられるころ軸受において、保持器の破損を回避することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の圧延機の変速機用ころ軸受は、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、従来の環状を成す保持器にみられる引張応力の発生を回避することができ、さらには、より多くのころを軸受に組み込むことができるため、コンパクトで定格荷重の高いころ軸受を提供することができる。さらに、総転動体軸受と異なり、隣り合うころの接触を回避することができ、ころ同士が逆回転で摺動することがないため、ころの自転が阻害されにくく、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。
【００１３】
また、間座の軸方向両端にころ端面と向かい合う面をもった拡張部を設けることで、間座の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。半径方向の動きは、ころ転動面または内輪つば外径もしくは外輪つば内径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または外輪つば内径に案内させる場合、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。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の圧延機の変速機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、凹形状の底を接触位置として間座の軸受半径方向における位置が決まる。そのとき、間座と軌道輪と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はころ案内となり、軸受の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。
【００１５】
なお、特許文献２には、間座のころ転動面との接触面を、軸受円周方向に直交する平坦面で形成することで、ころから間座に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、前記の直交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。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１または２の圧延機の変速機用ころ軸受において、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の圧延機の変速機用ころ軸受において、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。
【００１７】
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の変速機用ころ軸受において、ころと間座でキーストン効果を発揮す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、内輪を取り外してもころおよび間座が脱落しない仕様を作り出すことができ、内輪の別体組み付けが可能となる。すなわち、あらかじめ内輪を軸に、外輪ところのサブアセンブリをハウジングに取り付け、軸ごと内輪を挿入するといった組み付けが可能となる。すなわち、従来の保持器付き円筒ころ軸受同様の組み付けが可能となる。
【００１８】
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の変速機用ころ軸受において、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、ころ転動円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上好適であるだけでなく、一般的に優れた自己潤滑性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。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耐熱性および耐油性に優れており、高温雰囲気下における強度低下を抑えることができる。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項１ないし５のいずれかの圧延機の変速機用ころ軸受において、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、間座の製作上好適であるほか、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。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかのころ軸受を使用した圧延機用変速機である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、製鉄用圧延機の変速機に用いられるころ軸受において、保持器の破損確率を大幅に低減することができ、さらにはコンパクトで定格荷重の高いころ軸受を提供することができ、圧延機の変速機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】
【００２２】
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。
【００２３】
図１に示す実施の形態は円筒ころ軸受に適用した場合であって、内輪１２と外輪１４と円筒ころ１６と間座１８を主要な構成要素としている。内輪１２は外周に軌道を有し、その片側につばが形成してある。外輪１４は両つば付きで、軌道の両側につばが形成してある。円筒ころ１６は内輪１２の軌道と外輪１４の軌道との間で転動自在で、転動面を符号１６ａで指してある。円筒ころ１６の端面１６ｂは内輪１２のつばの内側面および外輪１４のつばの内側面と接触する。
【００２４】
隣り合う円筒ころ１６間に間座１８が介在させてある。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軸受半径方向に延在する。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のつばの内径面に案内させるようにしてある。
【００２５】
図２に示すように、間座１８の長手方向の両端に拡張部１８ｂが形成してあり、互いに対向する拡張部１８ｂの内側面は、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１８ｂと円筒ころ１６との干渉により、間座１８の軸受軸方向の移動が規制される。間座１８の拡張部１８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のつばの内径面によって案内される。間座１８の外輪１４のつば内径面と向き合う面は凸曲面であり、その曲率半径は外輪１４のつば内径面の曲率半径よりも小さく設定してある。そのため、間座１８と外輪１４のつばとの間に潤滑油のくさび膜効果が発生し、間座１８の磨耗を軽減させる。なお、軸受の円周方向を向いた拡張部１８ｂの端縁には、外輪１４のつば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。
【００２６】
図１の実施例は、間座１８のころ接触面１８ａが円筒ころ１６のピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座１８が外輪１４のつば内径面によって案内される。この場合、外輪１４の軌道面上で間座１８を円筒ころ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の軸受半径方向における位置が決まる。そのとき、間座１８と軌道輪ここでは外輪１４のつば内径面との間にすきまＳｒ（図４）があるように設定することで、図３に示すような、間座１８が隣り合う円筒ころ１６によって軌道輪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は基本的にはころ案内となり、軸受の円周方向すきまに位置する間座１８だけが隣り合う円筒ころ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（内輪つば外径面または外輪つば内径面と接触する面）における発熱や磨耗が軽減する。
【００２７】
図４に示すように、外輪案内の場合、間座１８の、外輪１４のつば内径面と向き合う面を、外輪１４のつば内径面の曲率半径Ｒ２よりも小さい曲率半径Ｒ１の凸曲面とするのが好ましい。また、図示は省略するが、内輪案内の場合、間座１８の、内輪１２のつば外径面と向き合う面を、内輪１２のつば外径面の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面とするのが好ましい。このような構成を採用することにより、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１８の案内面（内輪つば外径面または外輪つば内径面と接触する面）における発熱や磨耗が軽減する。
【００２８】
円筒ころ１６と間座１８でキーストン効果を発揮するようにすることで、内輪１２を取り外しても円筒ころ１６および間座１８が脱落しない仕様を作り出すことができる。したがって、内輪１２の別体組み付け、すなわち、あらかじめ内輪１２を軸に、外輪１４と円筒ころ１６のサブアセンブリをハウジングに取り付け、軸ごと内輪１２を挿入するといった組み付けが可能となる。すなわち、円周方向すきまＳ（転動体を、隣り合う転動体と接するように寄せたとき、円周方向にできるすきま）を所定の範囲とすることで、運転中の昇温によって円周方向すきまが潰れることがなく、さらに、円筒ころ１６と間座１８でキーストン効果が発揮され、内輪１２を抜いても外輪１４から円筒ころ１６および間座１８が脱落しない仕様となる。なお、キーストン効果が発揮されるための条件は、図５に示すように、外輪１４の内周に円筒ころ１６と間座１８を交互に配列していき、最後の１個の円筒ころ１６の直径とその両脇に位置すべき一対の間座１８の肉厚との和をＡとし、配列済みのころ列の終端間距離をＳｃとしたとき、Ａ＞Ｓｃで表される。
【００２９】
図５は、前記円筒ころ軸受の組み立て過程を例示したものである。図１の実施例の場合を例にとって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を外輪１４に向かって押し込むことにより、両脇の間座１８をスライドさせつつ、ころ１６を組み込む。間座１８のころ転動面１６ａと向き合う面すなわちころ接触面１８ａはころ転動面１６ａを受け入れる凹形状である。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１８ｂ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。
【００３０】
間座１８の材質は、樹脂であっても金属であってもよい。間座を樹脂で形成することにより、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上好適であるだけでなく、一般的に優れた自己潤滑性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。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耐熱性および耐油性に優れており、高温雰囲気下における強度低下を抑えることができる。なお、樹脂製間座の製作方法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。
【００３１】
間座１８を焼結合金で形成した場合、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１８の製作上好適であるほか、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、焼結合金の製作方法としては、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候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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例を示す円筒ころ軸受の破断斜視図
【図２】図１の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の軸受の部分側面図
【図５】図１の軸受の組み立て過程を示す横断面図
【図６】圧延設備の側面図
【符号の説明】
【００３３】
１２  内輪
１４  外輪
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】
2007255596.tif 000003
【図２】
2007255596.tif 000004
【図３】
2007255596.tif 000005
【図４】
2007255596.tif 000006
【図５】
2007255596.tif 000007
【図６】
2007255596.tif 000008