JP5651966B2

JP5651966B2 - ころ軸受

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Publication number: JP5651966B2
Application number: JP2010039026A
Authority: JP
Inventors: 野村　剛; 剛野村; 三郎安積
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2030-02-24
Also published as: JP2011174538A

Description

本発明は、例えば、圧延機のバックアップロール用の軸受として利用される場合に有用なもみ抜き保持器を有するころ軸受に関する。

例えば、センジマ圧延機は、主に電磁鋼板やステンレス鋼板など、硬く延びにくい鋼材を圧延するため、圧延するロールに大荷重がかかり、ロールを支持する軸受、ロールをサポートするバックアップロールを支持する軸受にも大荷重の負荷がかかる。このようなバックアップロール用の軸受に使用される潤滑剤は、軸受を含めたバックアップロールの潤滑と冷却を兼ねているため、潤滑剤をバックアップロール全体に行き渡らせる必要がある。従って、潤滑剤は低粘度である必要がある。

バックアップロール用の軸受としては、もみ抜き保持器（切削加工した保持器）を有するころ軸受が利用されることが多い。図１０は、もみ抜き保持器を有する複列ころ軸受の例示的構成を示す図、図１１（ａ）、（ｂ）は同軸受に使用されるもみ抜き保持器の構成を示す概略斜視図、図１２はもみ抜き保持器のポケット部にころが保持された状態を示す図、図１３はもみ抜き保持器の柱部の開放側の角部の説明図である。尚、もみ抜き保持器は図１０に示すような複列ころ軸受の他にも、多列形のころ軸受や、シール付きの複列ころ軸受にも使用され得る。

図１０及び図１１に示すように、複列ころ軸受Ｍ１００は、内周面に外輪軌道面１Ａが形成された外輪１と、外周面に内輪軌道面２Ａが形成された内輪２と、外輪１の外輪軌道面１Ａと内輪２の内輪軌道面２Ａとの間に転動自在に配置された複数のころ３と、複数のころ３を保持するくし型のもみ抜き保持器１０と、を備えている。外輪１の内周面の軸方向両端と中央には、鍔部５、６が設けられている。また、内輪２の外周面の軸方向の両端には、端部に行くほど内周側に傾斜したテーパ面７が設けられている。

もみ抜き保持器１０は、円環部１１と、円環部１１の軸方向両端面から突設する複数の柱部１２を有し、周方向に隣接する柱部の対向する側面（ポケット面）１４間には、ころ３をそれぞれ収容するポケット部１３が形成される。図１２に示すように、ポケット面１４は、ころ３の外周面と平行な湾曲面として構成され、ころ３を抱えられるようになっており、内外の軌道輪がない状態でも、ころ３が落下しない構造になっている。また、この場合のもみ抜き保持器１０は、外輪案内になっている。

尚、図１１（ａ）に示す例では、もみ抜き保持器１０の円環部１１は軸方向に一体であり、一体の円環部１１の軸方向両端面から柱部１２がそれぞれ突設されている。図１１（ｂ）に示す例では、もみ抜き保持器１０の円環部１１は軸方向に２分割されており、各円環部１１の互いに対向する軸方向片端面が密着させられるとともに、各円環部１１の互いに反対の軸方向片端面から柱部１２がそれぞれ突設されている。また、図１３に示すようにポケット部１３が軸方向片側において開放しているもみ抜き保持器１０においては、保持器１０のポケット面１４の先端と柱部１２の先端面との交わる角部Ｓに、Ｃ面取りや糸面取りが施されている。

もみ抜き保持器１０のポケット部１３の長さがころ３の長さ以上であると、もみ抜き保持器１０を外輪１に装着した状態において、もみ抜き保持器１０の開放側の柱部１２の先端部がころ３と干渉するために、ころ３をポケット部１３に挿入することが困難である。従って、もみ抜き保持器のポケット部１３の長さは、一般に図１２に示すように、ころ３の長さより短く、軸受の組立時に、ころを斜め方向から保持器のポケット部１３に挿入しやすいように形成されている。但し、外輪１および内輪２に鍔部が形成されていない場合には、ころ３を斜め方向から挿入する必要がなくなるので、軸方向に平行にころ３を挿入することが可能であり、もみ抜き保持器１０の柱部１２の長さの組立上の制約は受けない。

ところで、ある荷重を受けた状態で軸受が回転するとき、その外部荷重による軸受内部荷重の負担範囲では、ころ３が自転するため、ころ３が保持器１０のポケット面１４を押すような挙動となる。そして、ポケット面１４ところ３の外周表面との接触部では、ころ３の自転による滑りが発生する。このような場合でも、軸受潤滑剤の供給が十分であれば、すべり接触環境である保持器１０のポケット面１４ところ３の接触部には油膜が形成されるため、転動面に摩耗等損傷を生じることはない。

しかしながら、軸受が圧延機のバックアップロール用として使用される場合には、前述したように低粘度の潤滑油が使用されるため、ころ３の表面に油膜が形成されにくい。さらに、図１３に示すように、保持器１０のポケット面１４の先端と柱部１２の先端面との交わる角部ＳにＣ面取りや糸面取りが施されており、その面取り面とポケット面１４との境界が角（エッジ）に近い形状になっているため、形成された油膜も破断されやすい。そのため、軸受の回転中、ころ３とエッジ状の境界との接触部では、ころ３にピーク状に応力（ピークロード）が負荷され、ころ３に線状のすり傷が形成されてしまうおそれがある。また、保持器１０にころ３を組み込む際にも、ころ３が柱部１２に当たることによって、ころ３に傷が形成されてしまうおそれがある。特に大荷重がかかる場合には、ころ３のすり傷が外輪軌道面１Ａまたは内輪軌道面２Ａに転写されて同様にすり傷が形成されるおそれがある。外輪軌道面１Ａまたは内輪軌道面２Ａのすり傷を起点として剥離が生じた場合には、結果として圧延機が止まるおそれや、重大な軸受損傷を生じるおそれがあり得る。

この点について、特許文献１においては、保持器のポケット面の先端部のＣ面取り面とポケット面の繋ぎ部をころに接触させないようにするために、ポケット部の長さをころの長さまで伸ばし、ころの外周面の端縁の面取り部上にその繋ぎ部を位置させるようにした技術が開示されている。ただし、この場合は、ポケット部を構成する柱部が長くなるため、軌道輪（内外輪）に鍔部のない軸受形状に限定されてしまい、他の軸受形式に対しては適用不可となる可能性が高い。また、保持器の柱部の長さを伸ばす分、保持器の材料が多く必要になり、歩留まりが悪くなる問題もある。更に、ポケット部は一般にエンドミルで加工されるが、ポケット部の長さが長いと加工時間も長くなるため、多数のポケット部が存在するもみ抜き保持器においては全体の作業時間に与える影響も大きいとともに、工具の消耗度合いも増すという不具合もある。

また、特許文献２においては、もみ抜き保持器のポケット面の先端に切欠面を設けている例が示されているが、ポケット面と切欠面の繋ぎ部において上述した問題が起こる可能性がある。

実用新案登録第２５５７９２４号公報特開２００９−８５２５７号公報

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、もみ抜き保持器のポケット面の長さ、つまり、もみ抜き保持器の柱部の長さがころの長さよりも短い場合にも、ころに傷を付けるおそれのないころ軸受を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係るころ軸受は、下記（１）〜（６）を特徴としている。
（１）内周面に２列以上の外輪軌道面を有する外輪と、外周面に２列以上の内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に２列以上で配置された複数のころと、円環部および前記円環部の軸方向端面から突設される複数の柱部を有し、周方向に隣接する柱部の対向する側面間に形成された複数のポケット部に前記ころを保持する開放形のもみ抜き保持器と、を備えたころ軸受において、前記柱部の軸方向長さが前記ころの軸方向長さよりも短いことにより、前記ころが前記保持器の軸方向端面よりも軸方向に突出しており、前記ポケット部を形成する前記柱部の側面から前記柱部の軸方向端面にかけて凸に湾曲する傾斜面が設けられ、前記柱部の側面と前記傾斜面との境界がなだらかに連続し、前記柱部の側面から前記傾斜面にかけての接線の傾きが、前記柱部の側面と前記傾斜面との交わる境界を挟んで、なだらかに連続して変化していることを特徴とするころ軸受。
（２）上記（１）の構成のころ軸受において、前記傾斜面と前記柱部の軸方向端面との境界が円弧面でなだらかに連続していること。
（３）上記（１）または（２）の構成のころ軸受において、前記もみ抜き保持器が銅または鉄により製造されること。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかの構成のころ軸受において、複数の前記柱部は、前記円環部の軸方向両端面から突設すること。
（５）上記（１）〜（４）のいずれかの構成のころ軸受において、前記もみ抜き保持器は、前記円環部の軸方向中間部で分割された２つの分割体により形成され、複数の前記柱部は、前記円環部の軸方向両端面から突設すること。
（６）上記（１）〜（５）のいずれかの構成のころ軸受において、前記外輪および内輪の少なくとも一方の軸方向端部に鍔部が設けられており、いずれかの前記鍔部の周方向の任意箇所に、前記ころを挿入するための入れ溝が形成されていること。

本発明による転がり軸受によれば、もみ抜き保持器のポケット部を形成する柱部の側面から柱部の軸方向端面にかけて傾斜面が設けられ、柱部の側面と傾斜面との境界がなだらかに連続しているので、傾斜面とポケット面との境界（繋ぎ部）でのピークロードの発生要因を無くし、ころの外周表面に線状のすり傷や偏摩耗が生じるのを防止することができる。

本発明の実施形態のもみ抜き保持器を持つ複列円筒ころ軸受の構成を示す図であり、（ａ）は同軸受の主要部断面図、（ｂ）はもみ抜き保持器の柱部のポケット面の先端形状を示す斜視図、（ｃ）〜（ｅ）は第１実施形態〜第３実施形態の複列円筒ころ軸受における（ｂ）のＡ−Ａ線による拡大断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明を適用できる円筒ころ軸受のバリエーションを示す図である。（ｅ）〜（ｈ）は、本発明を適用できる円筒ころ軸受の別のバリエーションを示す図である。（ａ）はころの長さともみ抜き保持器の柱部の長さの関係を示す図、（ｂ）はころの挿入の仕方を示す図である。本発明の実施形態の円筒ころ軸受が適用される圧延機のバックアップロールの利用例を示す斜視図である。図２（ｃ）の複列円筒ころ軸受が適用される圧延機のバックアップロールの断面図である。図３（ｇ）の多列円筒ころ軸受が適用される圧延機のバックアップロールの断面図である。本発明を適用できる自動調心ころ軸受の例を示す図である。本発明を適用できる自動調心ころスラスト軸受の例を示す図である。従来の複列円筒ころ軸受の例を示す断面図である。同軸受に使用されるもみ抜き保持器の例を示す部分斜視図で、（ａ）は一体型、（ｂ）は２分割型を示す図である。従来の複列円筒ころ軸受のもみ抜き保持器のポケット部にころを収容した状態を示す部分斜視図である。従来の複列円筒ころ軸受のもみ抜き保持器の柱部の先端形状の例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る複列円筒ころ軸受、および、本発明の実施形態に係る複列円筒ころ軸受に用いられるもみ抜き保持器の構成を示す図である。

図１（ａ）に示すように、複列円筒ころ軸受Ｍ１は、内周面に外輪軌道面１Ａが形成された外輪１と、外周面に内輪軌道面２Ａが形成された内輪２と、外輪軌道面１Ａと内輪軌道面２Ａとの間に転動自在に配置された複数のころ３と、円環部１１および円環部１１の軸方向端面から突設する複数の柱部１２を有するとともに周方向に隣接する柱部１２の対向する側面であるポケット面１４間に形成された複数のポケット部１３にころ３を保持する開放形のもみ抜き保持器１０と、を備える。外輪１の内周面の軸方向両端と軸方向中央には、複列のころ３の軸方向の位置を規制する鍔部５、６が形成されている。また、内輪２の外周面の軸方向両端には、端部にかけて内周側に傾斜したテーパ面７が設けられている。もみ抜き保持器１０のポケット面１４は、ころ３の外周面と平行な湾曲面として構成され、ころ３を抱えられるようになっており、外輪１および内輪２がない状態であっても、ころ３が落下しない構造になっている。この場合のもみ抜き保持器１０は、外輪案内である。

本発明に係る複列円筒ころ軸受Ｍ１の潤滑剤としては、例えばソリブル油（ｏ／ｗエマルション油）が使用される。このような潤滑剤は通常の潤滑剤より水を多く含んでいるので、小さな傷に対しても腐食のおそれが大きくなるため、もみ抜き保持器１０はころ３を傷付けないように柔らかい材料により製造されることが好ましく、銅により製造されることが好ましい。

また、もみ抜き保持器１０は、図１１（ａ）に示すように、円環部１１の軸方向両端面に柱部１２がそれぞれ突設されている一体型の場合と、図１１（ｂ）に示すように、軸方向中央部で２分割された分割体により形成される２分割型の場合があるが、本発明に使用されるもみ抜き保持器１０はどちらでもよい。

複列円筒ころ軸受Ｍ１に使用されるもみ抜き保持器１０においては、図１（ｂ）に示すように、ころ３の外周面に平行なポケット面１４の先端近傍位置から該柱部１２の軸方向端面１５にかけて、ポケット面１４から柱部１２の軸方向端面１５へとなだらかに繋がる傾斜面１６が設けられている。

第１実施形態において、もみ抜き保持器１０は、図１（ｃ）に示すように、傾斜面１６の傾きが連続して変化してポケット面１４へと接続されるように、傾斜面１６が形成されている。従って、傾斜面１６はポケット面１４から柱部１２の軸方向端面１５にかけて凸に湾曲するよう構成されており、ポケット面１４から傾斜面１６にかけての接線の傾きがポケット面１４と傾斜面１６との交わる境界１７を挟んで、なだらかに連続して変化している。

また、第２実施形態において、もみ抜き保持器１０は、図１（ｄ）に示すように、ポケット面１４から傾斜面１６にかけての接線の傾きがポケット面１４と傾斜面１６との交わる境界１７を挟んでなだらかに連続して変化していることに加え、傾斜面１６と柱部１２の軸方向端面１５との交わる境界１８が円弧面１９でなだらかに連続している。

また、第３実施形態において、もみ抜き保持器１０は、図１（ｅ）に示すように、傾斜面１６がＣ面取りにより形成されている。ポケット面１４と傾斜面１６との交わる境界１７と、傾斜面１６と柱部１２の軸方向端面１５との交わる境界１８は、それぞれ円弧面２０によりなだらかに連続している。

このように、もみ抜き保持器１０において、ポケット面１４から柱部１２の軸方向端面１５へとなだらかに繋がる傾斜面１６が設けられていることにより、柱部１２の傾斜面１６とポケット面１４との境界でのピークロードの発生要因を無くすことができ、ころ３の外周表面に線状のすり傷や偏摩耗が生じるのを防止することができる。

特に、図１（ｄ）に示す第２実施形態と図１（ｅ）に示す第３実施形態の場合は、傾斜面１６と柱部１２の軸方向端面１５との交わる境界１８が円弧面１９、２０でなだらかに連続しているので、ころ３の外周表面に線状のすり傷や偏摩耗が生じるのをさらに防止することができるとともに、ころ３の挿入の時点においても損傷を防止することができる。

また、図１（ｅ）に示す第３実施形態のように、Ｃ面取りにより形成された傾斜面１６の両端に円弧面２０を追加する場合は、従来品に僅かな設計変更を追加するだけで、ころ３の外周表面に線状のすり傷や偏摩耗が生じるのを防止することができる。

次に、本発明の適用される円筒ころ軸受のバリエーションについて説明する。
図２の（ａ）〜（ｄ）、図３の（ｅ）〜（ｈ）は、本発明を適用できる円筒ころ軸受のバリエーションの例を示す図である。

図２（ａ）のタイプの複列円筒ころ軸受Ｍ１においては、外輪１の軸方向両端に鍔部５が形成されるとともに、外輪１の軸方向中央に鍔部６が形成される。

図２（ｂ）のタイプの複列円筒ころ軸受Ｍ２においては、内輪２の軸方向両端に鍔部５が形成されるとともに、内輪１の軸方向中央に鍔部６が形成される。このもみ抜き保持器１０の案内形式は内輪案内である。

図２（ｃ）のタイプの複列円筒ころ軸受Ｍ３においては、外輪１の軸方向中央に鍔部６が形成され、内輪２の軸方向両端には、鍔部が形成される代わりに鍔部輪８が取り付けられている。鍔部輪８が付いている。また、内輪２の内周面の軸方向中央には環状の油溝４が形成されており、内輪２には油溝４から半径方向に内輪２の外周面まで貫通する油孔４Ａが形成される。

図２（ｄ）のタイプの複列円筒ころ軸受Ｍ４においては、外輪１および内輪２のいずれにも鍔部が形成されておらず、内輪２には油孔４Ａが形成される。

図３（ｅ）のタイプの複列円筒ころ軸受Ｍ５においては、外輪１の軸方向両端に鍔部５が形成されるとともに、外輪１の軸方向中央に鍔部６が形成される。また、内輪２の軸方向両端には、鍔部が形成される代わりに鍔部輪８が取り付けられている。また、内輪２の内周面の軸方向中央には環状の油溝４が形成されており、内輪２には油溝４から半径方向に内輪２の外周面まで貫通する油孔４Ａが形成される。

図３（ｆ）のタイプの複列円筒ころ軸受Ｍ６においては、内輪２の軸方向両端に鍔部５が形成され、内輪２の軸方向中央にはリング３０が嵌められている。また、外輪１および内輪２間の軸方向両端には、シール板４０が装着されている。ころ３とシール板４０との間には、スリンガー４１、止輪４２、Ｖリング４３が装着されており、複列円筒ころ軸受Ｍ６の密封性能をさらに向上している。内輪２の内周面の軸方向中央には環状の油溝４が形成されており、内輪２には油溝４から半径方向に内輪２の外周面まで貫通する油孔４Ａが形成される。

図３（ｇ）のタイプの３列の多列円筒ころ軸受Ｍ７においては、外輪１および内輪２に鍔部が形成されておらず、内輪２には油孔４Ａが形成される。

図３（ｈ）のタイプの４列の多列円筒ころ軸受Ｍ８においては、外輪１の軸方向両端に鍔部５が形成されるとともに、外輪１の軸方向中央に鍔部６が形成される。内輪２には鍔部が形成されない。

尚、図４（ａ）に示すように、例えば本発明に係る複列円筒ころ軸受Ｍ１では、もみ抜き保持器１０の柱部１２の軸方向長さＬｃが、ころ３の軸方向長さＬｒよりも短くなるように設定されている。従って、図４（ｂ）に示すように、外輪１の軸方向両端に鍔部５が形成されている複列円筒ころ軸受Ｍ１においても、ころ３を斜めに挿入することができる。このように外輪１および内輪２の少なくとも一方の軸方向端部に鍔部が設けられている場合には、例えば圧延機に円筒ころ軸受を組み込む際にも、円筒ころ軸受からころ３が外れることはない。

また、外輪１および内輪２の少なくとも一方の軸方向端部に鍔部が設けられている場合であっても、いずれかの鍔部の周方向の任意箇所に、ころ３を挿入するための入れ溝を設けられている場合には、入れ溝の利用により、軸線方向と平行にころ３の挿入が容易にできる。

本発明に係るころ軸受は、図５に示すような多段圧延機のバックアップロール８０用の軸受に使用した場合、有用性を発揮できる。この圧縮機では、シリンダで下からバックアップロール８０を介して荷重をかけることができる。図６及び図７は本発明に係る円筒ころ軸受がバックアップロールに使用されている状態を示している。図６に示すバックアップロールにおいては、図２（ｃ）に示す複列円筒ころ軸受Ｍ３が使用されており、図７に示すバックアップロールにおいては、図３（ｇ）に示す多列円筒ころ軸受Ｍ７が使用されている。

また、本発明は、上述した複列円筒ころ軸受ないし多列円筒ころ軸受ばかりでなく、図８に示すような、円錐ころ３Ｂを使用した自動調心ころ軸受Ｍ１０にも適用できるし、図９に示すような、円錐ころ３Ｃを使用した自動調心ころスラスト軸受Ｍ１１にも適用できる。なお、両軸受Ｍ１０、Ｍ１１において、もみ抜き保持器は１０Ｃ、１０Ｄで示されている。

なお、本発明は、上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。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。軸受の用途によっては、もみ抜き保持器１０が銅よりも硬い鉄、または樹脂等により製造されてもよい。もみ抜き保持器１０が樹脂によって製造される場合には、耐薬性を考慮して、ＰＥＥＫ樹脂やＬ−ＰＰＳ樹脂等が使用可能である。

本発明は、鉄鋼設備・多段圧延機用の軸受に適用できるとともに、外輪が回転、内輪が静止状態で、外輪が直接ロールとして使用される多段圧延機のバックアップロール部に適用することができる。本発明は、他に鉄鋼設備ロール、製紙設備ロール、工作機械主軸、電動機、風車、ギヤボックス等、あらゆる産業用途に対して適用可能である。

１外輪
１Ａ外輪軌道面
２内輪
２Ａ内輪軌道面
３，３Ｂ，３Ｃころ
１０，１０Ｃ，１０Ｄもみ抜き保持器
１１円環部
１２柱部
１３ポケット部
１４ポケット面
１５軸方向端面
１６傾斜面
１９，２０円弧面

Claims

内周面に２列以上の外輪軌道面を有する外輪と、
外周面に２列以上の内輪軌道面を有する内輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に２列以上で配置された複数のころと、
円環部および前記円環部の軸方向端面から突設される複数の柱部を有し、周方向に隣接する柱部の対向する側面間に形成された複数のポケット部に前記ころを保持する開放形のもみ抜き保持器と、を備えたころ軸受において、
前記柱部の軸方向長さが前記ころの軸方向長さよりも短いことにより、前記ころが前記保持器の軸方向端面よりも軸方向に突出しており、
前記ポケット部を形成する前記柱部の側面から前記柱部の軸方向端面にかけて凸に湾曲する傾斜面が設けられ、前記柱部の側面と前記傾斜面との境界がなだらかに連続し、前記柱部の側面から前記傾斜面にかけての接線の傾きが、前記柱部の側面と前記傾斜面との交わる境界を挟んで、なだらかに連続して変化していることを特徴とするころ軸受。
前記傾斜面と前記柱部の軸方向端面との境界が円弧面でなだらかに連続していることを特徴とする請求項１に記載のころ軸受。
前記もみ抜き保持器が銅または鉄により製造されることを特徴とする請求項１または２に記載のころ軸受。
複数の前記柱部は、前記円環部の軸方向両端面から突設することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のころ軸受。
前記もみ抜き保持器は、前記円環部の軸方向中間部で分割された２つの分割体により形成され、複数の前記柱部は、前記円環部の軸方向両端面から突設することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のころ軸受。
前記外輪および内輪の少なくとも一方の軸方向端部に鍔部が設けられており、いずれかの前記鍔部の周方向の任意箇所に、前記ころを挿入するための入れ溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のころ軸受。