(57)【要約】【課題】内部に水が浸入する可能性が高い環境下で使用される密封型円すいころ軸受の長寿命化を図ることができるロールネック用密封型円すいころ軸受を提供する。【解決手段】複数の内輪１３，１４と、複数の外輪１１，１２と、内輪１３，１４と外輪１１，１２との間に配置される複数の円すいころ１５と、軸方向両端部に配置されて内輪１３，１４と外輪１１，１２との間をシールする密封装置１９と、を備え、軸受１０の軸中心を通る断面において、内輪１３，１４の外周面と外輪１１，１２の内周面との間に形成される円環状の空間であって、円すいころ１５の小径側に形成される軌道１列当たりの内部空間の断面積Ｍは、全軸受断面積Ｘの２％以上に設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の内輪と、複数の外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置される複数の円すいころと、軸方向両端部に配置されて前記内輪と前記外輪との間をシールする密封装置と、を備えるロールネック用密封型円すいころ軸受であって、
前記軸受の軸中心を通る断面において、
前記内輪の外周面と前記外輪の内周面との間に形成される円環状の空間であって、前記円すいころの小径側に形成される軌道１列当たりの内部空間の断面積は、全軸受断面積の２％以上に設定されることを特徴とするロールネック用密封型円すいころ軸受。
【請求項２】
前記円すいころ軸受は、４列円すいころ軸受であることを特徴とする請求項１に記載のロールネック用密封型円すいころ軸受。
【請求項３】
鉄鋼圧延機のロールネックに装着されることを特徴とする請求項１又は２に記載のロールネック用密封型円すいころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロールネック用密封型円すいころ軸受に関し、より詳細には、鉄鋼設備の圧延機に好適に使用されるロールネック用密封型円すいころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼圧延機のロールネックに使用される密封型円すいころ軸受は、温度変化が激しく、且つ水等の流体がかかる可能性がある厳しい環境下において使用されるため、軸受内部への水の侵入によって潤滑条件が低下し、その多くは、外輪が損傷を受けるなどによって軸受寿命が短くなる傾向がある。
【０００３】
従来、ロールネックに使用される密封型円すいころ軸受としては、複列円すいころ軸受の内輪間座の外周に間座凹部を設け、内輪間座の外周側の空間に充填されるグリース量を増やすと共に、間座凹部と外輪の内周側との間に、グリース保持部材を配置して、軸受軌道面側に供給されるグリース量を抑制して、グリースを効率的に供給することによって、軸受の長寿命化を図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、圧延機用ロールネック軸受の外輪間座の内周に、内径側に向かって延びる突出壁を設け、ポンプ作用によって外輪の小径側から大径側へ流れる潤滑剤を、突出壁にぶつけて内輪の大鍔部側へ戻して補給するようにした複列ころ軸受が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２４０８９６号公報
【特許文献２】特開２００３−６５３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ロールネック用密封型円すいころ軸受の長寿命化を図るためには、外輪の潤滑を良くする必要があるが、上記特許文献１、２では、どれだけの量のグリースを、どこに充填するのが適切なのか、必ずしも明確ではない。また、上記特許文献１によると、軸受軌道面に供給されるグリース量が抑制されているので、内部に水が浸入する可能性が高い環境下で使用される鉄鋼圧延機のロールネック用軸受の場合、寿命に対して不利となる可能性があった。また、上記特許文献２によると、突出壁を設けることでグリースの充填絶対量が少なくなり、水混入潤滑条件ではグリース中の含水率が高まって、軸受寿命に悪影響を及ぼす可能性があった。
【０００７】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内部に水が浸入する可能性が高い環境下で使用される密封型円すいころ軸受の長寿命化を図ることができるロールネック用密封型円すい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】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）複数の内輪と、複数の外輪と、内輪と外輪との間に配置される複数の円すいころと、軸方向両端部に配置されて内輪と外輪との間をシールする密封装置と、を備えるロールネック用密封型円すいころ軸受であって、軸受の軸中心を通る断面において、内輪の外周面と外輪の内周面との間に形成される円環状の空間であって、円すいころの小径側に形成される軌道１列当たりの内部空間の断面積は、全軸受断面積の２％以上に設定されることを特徴とするロールネック用密封型円すいころ軸受。
（２）円すいころ軸受は、４列円すいころ軸受であることを特徴とする（１）に記載のロールネック用密封型円すいころ軸受。
（３）鉄鋼圧延機のロールネックに装着されることを特徴とする（１）又は（２）に記載のロールネック用密封型円すいころ軸受。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、軸受の軸中心を通る断面において、内輪の外周面と外輪の内周面との間に形成される円環状の空間であって、円すいころの小径側に形成される軌道１列当たりの内部空間の断面積が、全軸受断面積の２％以上に設定されるため、潤滑剤の供給源となる円すいころの小径側の内部空間に、より多くの潤滑剤を充填することができる。これにより、軸受軌道面の潤滑状態を長期間に亘って良好に維持することができるので、ロールネック用密封型円すいころ軸受の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るロールネック用密封型円すいころ軸受の一実施形態を説明する要部拡大断面図である。
【図２】耐久寿命評価試験の結果を示すグラフである。
【図３】耐久寿命評価試験に用いたロールネック用密封型円すいころ軸受の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るロールネック用密封型円すいころ軸受の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
本実施形態のロールネック用密封型円すいころ軸受（以下、「円すいころ軸受」とも言う）１０は、図１に示すように、４列円すいころ軸受であり、一対の外輪１１及び複列外輪（外輪）１２と、一対の複列内輪（内輪）１３，１４と、各外輪１１，１２の軌道面１１ａ，１２ａと各内輪１３，１４の軌道面１３ａ，１４ａとの間にそれぞれ配置され、保持器１６によって回動自在に保持される複数の円すいころ１５と、を備える。
【００１３】
また、軸方向中央に配置される複列外輪１２と、その軸方向両側に配置される外輪１１との間には、外輪間座１７がそれぞれ配置されており、一対の外輪１１及び複列外輪１２の軸方向の位置決めが行われている。
【００１４】
また、外輪１１の軸方向外側には、密封装置であるオイルシール１９が取り付けられる円環状のシールホルダ１８が配置されており、このシールホルダ１８と複列内輪１３，１４から軸方向外方に延設される小径部１３ｂ，１４ｂの外周面との間は、オイルシール１９によってシールされている。
【００１５】
また、シールホルダ１８の外周面には、Ｏリング２０が装着されており、このＯリング２０は、シールホルダ１８と不図示のチョックとの間を封止している。これにより、軸受内部への水や異物の浸入を防止している。
【００１６】
また、複列内輪１３，１４の中央部には大鍔部２１がそれぞれ形成されており、複列内輪１３，１４の両端部には小鍔部１３ｃ，１３ｄ，１４ｃ，１４ｄがそれぞれ形成されている。そして、軸受使用時においては、円すいころ１５は、小鍔部１３ｃ，１３ｄ，１４ｃ，１４ｄと大鍔部２１に案内されながら各軌道面１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ上を転動する。
【００１７】
また、複列内輪１３，１４の互いに突き合う端部である小鍔部１３ｃ，１４ｃの内周面には、環状の段部１３ｅ，１４ｅが対向するようにそれぞれ形成されており、段部１３ｅ，１４ｅによって形成される凹部２２には、中間シール２３が取り付けられている。
【００１８】
なお、複列外輪１２は、単列の外輪を２個使用してもよい。また、外輪間座１７は、外輪１１，１２の幅を広くすることより設けなくてもよい。また、シールホルダ１８は、外輪１１から軸方向に延設することで一体として形成することもできる。また、円すいころ軸受１０の材料は、軸受鋼や浸炭鋼など、焼入れが可能であれば限定されない。また、オイルシール１９及び中間シール２３は、ゴム等の弾性素材によって形成され、適度なしめしろを持って設置される。
【００１９】
円すいころ軸受１０の潤滑は、軸受内空間に所定量充填されるグリースで行われ、円すいころ軸受１０の内部は、オイルシール１９及び中間シール２３により密封空間となるため、グリースの外部への排出が抑制されている。
【００２０】
次に、本実施形態の円すいころ軸受１０では、全軸受断面積Ｘ、ころ小径側空間断面積Ｍ、及びころ大径側空間断面積Ｋは、以下のように定義される。なお、本実施形態の「断面」とは、円すいころ軸受１０の軸中心を通る断面のことである。
【００２１】
全軸受断面積Ｘは、内輪内径面３０と、外輪外径面３１と、円すいころ軸受１０の軸方向両端面３２，３２とによって画成される、矩形状部分の断面積として定義される。
【００２２】
ころ小径側空間断面積Ｍは、各内輪１３，１４の外周面と各外輪１１，１２の内周面との間に形成される軸受軸中心を基軸とする円環状の空間の内、円すいころ１５の小径側に形成される軌道１列当たりの内部空間の断面積として定義される。
【００２３】
具体的には、ころ小径側空間断面積Ｍは、図１の左側からａ列、ｂ列、ｃ列、ｄ列とすると、ａ列（ｄ列）の場合、内輪１３（１４）の外周面、外輪１１の内周面、円すいころ１５の小径側端面、及びオイルシール１９により囲まれる密封された環状空間Ａ（Ｅ）の断面積から保持器１６の突出断面積を除いたものである。また、ｂ列（ｃ列）の場合、内輪１３，１４の外周面、外輪１２の内周面、対向する円すいころ１５，１５の小径側端面により囲まれる環状空間Ｃの断面積の半分から保持器１６の突出断面積を除いたものである。
【００２４】
ころ大径側空間断面積Ｋは、各内輪１３，１４の外周面と各外輪１１，１２の内周面との間に形成される軸受軸中心を基軸とする円環状の空間の内、円すいころ１５の大径側に形成される軌道１列当たりの内部空間の断面積として定義される。
【００２５】
具体的には、ころ大径側空間断面積Ｋは、ａ列（ｂ列）の場合、内輪１３の外周面、外輪１１，１２及び外輪間座１７の内周面、及び対向する円すいころ１５、１５の大径側端面により囲まれる環状空間Ｂの断面積の半分から保持器１６の突出断面積を除いたものである。ｃ列（ｄ列）の場合、内輪１４の外周面、外輪１１，１２及び外輪間座１７の内周面、及び対向する円すいころ１５、１５の大径側端面により囲まれる環状空間Ｄの断面積の半分から保持器１６の突出断面積を除いたものである。
【００２６】
そして、本実施形態の円すいころ軸受１０では、各列のころ小径側空間断面積Ｍが、全軸受断面積Ｘの２％以上となるようにそれぞれ設定されている。また、潤滑用グリースは、環状空間Ａ〜Ｅに所定量充填で、且つ小径側の環状空間Ａ，Ｃ，Ｅの体積に対して体積比で８０％以上充填することが好ましい。これにより、後述するグリースの供給源となるころ小径側の環状空間Ａ，Ｃ，Ｅに、より多くのグリースを充填することができる。
【００２７】
このような円すいころ軸受１０は、ラジアル荷重が大きく、後述するポンプ効果による潤滑特性を有するので、大量の水がかかる厳しい環境下で使用される鉄鋼圧延機のロールネック用密封型円すいころ軸受として好適である。一般的に、鉄鋼圧延機のロールネック用密封型円すいころ軸受には、４列ロールネック用密封型円すいころ軸受が用いられる。
【００２８】
鉄鋼圧延機のロールネック用密封型円すいころ軸受１０は、グリースが途中給脂されることもあるが、基本的には初期充填されたグリースだけで分解洗浄までの３〜６ケ月間、継続使用される。また、浸水を防止するための防水対策として、オイルシール１９及び中間シール２３が設けられているものの、軸受内部への水の浸入を完全に防止することは難しく、次第に潤滑状態が悪化して早期にフレーキングが発生してしまう問題がある。
【００２９】
一般的に、円すいころ軸受の場合、潤滑油の軸受内部での挙動は、軸受回転に伴う回転撹絆によって、内輪の小鍔側から大鍔側へ、いわゆるポンプ効果によって潤滑油が流れ、軸受軌道面に潤滑油が供給されることが知られているが、本発明の発明者らは、ロールネック用密封型円すいころ軸受のグリース潤滑においても同様のポンプ効果が得られることを見出した。
【００３０】
即ち、本実施形態の円すいころ軸受１０は、ころ小径側空間断面積Ｍを全軸受断面積Ｘの２％以上に設定することによって、ポンプ効果が働くグリース供給源、即ち、ころ小径側の環状空間Ａ，Ｃ，Ｅに充填されるグリース量を増加することができる。これにより、軸受軌道面に供給されるグリース中の水分濃度を低減させ、軸受軌道面の潤滑状態を長期間に亘って良好に維持することができるので、外輪１１，１２及び内輪１３，１４のフレーキングを抑制して、円すいころ軸受１０の長寿命化を図ることができる。また、従来、長寿命化を目的として、円すいころ軸受の定格荷重を増やすため、円すいころのころ長さを可能な限り大きくすることが行われているが、この背反としてころ小径側の環状空間Ａ，Ｃ，Ｅの全部又は一部が小さくなり、ころ小径側空間断面積Ｍが全軸受断面積Ｘの２％未満となっていた。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の円すいころ軸受１０によれば、軸受１０の軸中心を通る断面において、内輪１３，１４の外周面と外輪１１，１２の内周面との間に形成される円環状の空間であって、円すいころ１５の小径側に形成される軌道１列当たりの内部空間の断面積Ｍが、全軸受断面積Ｘの２％以上に設定されるため、グリースの供給源となる円すいころ１５の小径側の環状空間Ａ，Ｃ，Ｅに、より多くのグリースを充填することができる。これにより、軸受軌道面１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａの潤滑状態を長期間に亘って良好に維持することができるので、円すいころ軸受１０の長寿命化を図ることができる。
【００３２】
また、本実施形態の円すいころ軸受１０によれば、円すいころ軸受１０が４列円すいころ軸受であるため、鉄鋼圧延機のロールネックに好適に使用することができ、圧延作業を効率的に行うことができる。
【実施例】
【００３３】
本発明の効果を確認するために、各種軸受仕様の４列密封型円すいころ軸受を試作し、比較試験を行った。実施例で用いた試験軸受の素材は、同じ溶解チャージ、同素材形状で製造した。即ち、素材は、電炉で溶解、２次精錬後、連続鋳造機で鋳造して圧延された材料を使用した。また、試験機の軸受ハウジングと軸は、圧延機実機で使用されるクリアランスに合わせて外輪、内輪ともにすきま嵌めとした。
【００３４】
（実施例１）
全軸受断面積Ｘが同じであり、ころ小径側空間断面積Ｍを変化させた１２個の４列密封型円すいころ軸受(Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２)を試作して、耐久寿命評価を行なった。各軸受の共通軸受仕様は、下記の通りであり、各軸受の個別の軸受仕様を表１に示す。
【００３５】
［共通軸受仕様］
呼び番号：３４３ＫＶＳ４５５１
外輪外径：φ４５７．０９８ｍｍ
内輪内径：φ３４３．０５２ｍｍ
組立て幅：２５４ｍｍ
全軸受断面積Ｘ：１４５ｃｍ２
材料：軌道輪、ころ共に、ＳＡＥ９３１５（Ｃ：０．１３〜０．１８ｗｔ％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５ｗｔ％、Ｍｎ：０．４５〜０．６５ｗｔ％、Ｎｉ：３．００〜３．５０ｗｔ％、Ｃｒ：１．００〜１．４０ｗｔ％、Ｍｏ：０．０８〜０．１５ｗｔ％）
熱処理：軌道輪、ころ共に、浸炭焼入れ
表面硬さ：ＨＲＣ６０〜６４
表面粗さ：軌道輪０．１５μＲａ、ころ０．２０μＲａ
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１には、ころ小径側空間断面積Ｍと全軸受断面積Ｘとの比（Ｍ／Ｘ）、ころ寸法、軌道１列当たりのころ数、グリース量、動定格荷重、寿命比、及び試験で破損した軌道列の位置（図１のａ列、ｂ列、ｃ列、ｄ列）を示す。なお、表１中の「○」は破損しなかった軌道列を示し、「×」は破損した軌道列を示す。
【００３８】
耐久寿命試験は、下記に示す試験条件で各々１個ずつ行った。試験終了の判定は、検出振動が初期値の２倍となった時点で、外輪軌道面のフレーキングの有無を確認した。結果を図２に示す。
【００３９】
［試験条件］
ラジアル荷重Ｆｒ：９７２０００Ｎ
内輪回転数:７００ｍｉｎ−１
潤滑油：パルマックスＲＢＧ（協同油脂株式会社製、比重：０．９２ｇ／ｃｍ３）
グリース量：７５０〜３３００ｇ（環状空間Ａ，Ｃ，Ｅの体積の９５ｖｏｌ％）
軸受内部への注水量：７２０ｃｃ／ｈ
【００４０】
表１に示すように、ころ小径側空間断面積Ｍを大きくするためには、ころ径Ｄｗを大きくし、ころ長さＬを短くする必要がある。このとき、ころ径Ｄｗが大きくなるため、円周方向のころ間距離が短くなり、軸受１列当たりの円すいころの個数Ｚを減らす必要がある。通常は、図２の点線に示すように、ころ小径側空間断面積Ｍと全軸受断面積Ｘとの比（Ｍ／Ｘ）が大きくなるほど、ころ径Ｄｗが大きく、ころ長さＬが短くなるため、動定格荷重Ｃｒが小さくなって、良好な潤滑下での転がり疲れ寿命は低下する傾向となる。
【００４１】
しかしながら、本発明の円すいころ軸受１０は、水がかかる環境で使用されるため、動定格荷重と良好な潤滑条件下での転がり疲れ寿命とは必ずしも明確な相関関係がない。即ち、図２の実線に示すように、ころ小径側空間断面積Ｍを大きくすることでポンプ効果によるグリース供給源の空間（図１の空間Ａ，Ｃ，Ｅ）が大きくなり、潤滑条件が改善されることで、円すいころ軸受１０の長寿命化が図られる。
【００４２】
そして、図２に示すように、ころ小径側空間断面積Ｍと全軸受断面積Ｘとの比（Ｍ／Ｘ）が２％以上になると、上記理由により軸受の動定格荷重は小さくなるが、軸受内部のグリース量が多くなり、潤滑状態が良好となることから、軸受寿命が飛躍的に伸びることが認められた。
【００４３】
また、断面積比（Ｍ／Ｘ）が２％未満（表１の軸受Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３に相当）では、軸受の動定格荷重は大きくなるが、グリース供給源となるころ小径側空間断面積Ｍが小さいため、グリース量が少なくなって短寿命となった。また、軸受破損列を確認すると、表１の軸受Ｎｏ．３に示すように、グリース供給源のころ小径側空間断面積Ｍが小さい列（ａ列、ｄ列）でフレーキングが早期に起こることがわかった。
【００４４】
さらに、図２から分かるように、より効果的に軸受を長寿命化するためには、断面積比（Ｍ／Ｘ）が２．９％以上、４．１％以下であることが好ましい。しかしながら、断面積比（Ｍ／Ｘ）を際限なく大きくすれば良いわけではなく、ころ小径側空間断面積Ｍを稼ぐためには、ころ径Ｄｗを大きく、ころ長さＬを短くする必要がある。
【００４５】
表１に示すように、ころ小径側空間断面積Ｍを大きくした軸受Ｎｏ．１２では，長寿命効果が認められたが、ころ長さＬところ径Ｄｗとの比が、Ｌ／Ｄｗ＝０．６１と小さくなっている。Ｌ／Ｄｗがこれ以上小さくなると、円すいころの製造が困難になるため、ころ小径側空間断面積Ｍと全軸受断面積Ｘとの比（Ｍ／Ｘ）は、５．１％以下であることが好ましい。
【００４６】
（実施例２）
鉄鋼圧延機に用いられるロールネック用密封型円すいころ軸受１０は、一般的に外部からの浸水を防止するため、上記オイルシール１９と中間シール２３を備えている。また、中間シール２３の配置は、図３に示すように、複列内輪１３，１４の小鍔部１３ｃ，１４ｃの外径側、即ち、軸受内部空間内に配置することもできる。しかし、この配置によると、中間シール２３の分だけ、ころ小径側空間断面積Ｍ（環状空間Ｃの断面積）が小さくなる問題がある。
【００４７】
そこで、本発明の効果を確認するため、図３に示すように、軸受Ｎｏ．３と同じ軸受仕様で、中間シール２３の配置のみを、複列内輪１３，１４の小鍔部１３ｃ，１４ｃの外径側に変更した軸受Ｎｏ．１３を試作し、上記実施例１と同一試験条件で耐久寿命試験を行なった。結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
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【００４９】
表２に示すように、軸受Ｎｏ．１３の寿命は、軸受Ｎｏ．３と比較して、５０％程度短寿命となっている。このことから、中間シール２３は、複列内輪１３，１４の小鍔部１３ｃ，１４ｃの内径側に設けた凹部２２（図１参照）に配置する方が好ましいことがわかった。
【００５０】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、円すいころ軸受１０は、４列円すいころ軸受として説明したが、これに限定されず、２列円すいころ軸受、６列円すいころ軸受、あるいは８列円すいころ軸受などの複列円すいころ軸受であればよく、同様の効果を奏する。
また、上記実施形態では、本発明の円すいころ軸受１０を鉄鋼圧延機に適用する場合を例示したが、これに限定されず、大量の水がかかる厳しい環境下で使用される各種装置に本発明の円すいころ軸受１０を適用してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０    ロールネック用密封型円すいころ軸受
１１    外輪
１２    複列外輪（外輪）
１３    複列内輪（内輪）
１４    複列内輪（内輪）
１５    円すいころ
１９    オイルシール（密封装置）
Ｍ    ころ小径側空間断面積
Ｘ    全軸受断面積
【図１】
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【図２】
2013011293.tif 000006
【図３】
2013011293.tif 000007