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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022135052
(43)【公開日】2022-09-15
(54)【発明の名称】円筒ころ軸受及びそれを有する多段式圧延機
(51)【国際特許分類】
F16C 33/34 20060101AFI20220908BHJP
F16C 19/26 20060101ALI20220908BHJP
F16C 33/62 20060101ALI20220908BHJP
F16N 15/00 20060101ALI20220908BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20220908BHJP
C22C 38/44 20060101ALI20220908BHJP
C21D 1/06 20060101ALN20220908BHJP
C21D 1/18 20060101ALN20220908BHJP
C21D 9/40 20060101ALN20220908BHJP
【ＦＩ】
F16C33/34
F16C19/26
F16C33/62
F16N15/00
C22C38/00 301Z
C22C38/44
C21D1/06 A
C21D1/18 Y
C21D9/40 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021034627
(22)【出願日】2021-03-04
(71)【出願人】
【識別番号】000001247
【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト
(74)【代理人】
【識別番号】110000280
【氏名又は名称】特許業務法人サンクレスト国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】金谷 康平
(72)【発明者】
【氏名】木村 友規
【テーマコード（参考）】
3J701
4K042
【Ｆターム（参考）】
3J701AA13
3J701AA24
3J701AA32
3J701AA42
3J701AA52
3J701AA62
3J701BA09
3J701BA10
3J701BA53
3J701BA69
3J701BA70
3J701EA02
3J701EA04
3J701EA10
3J701FA31
3J701FA35
3J701GA36
3J701XB01
3J701XB03
3J701XB12
3J701XB17
3J701XB34
3J701XE01
3J701XE03
3J701XE12
3J701XE13
3J701XE14
4K042AA22
4K042AA23
4K042BA03
4K042BA04
4K042CA06
4K042CA08
4K042CA10
4K042CA15
4K042DA01
4K042DA02
4K042DA06
4K042DB07
4K042DC02
4K042DC03
4K042DC04
4K042DC05
4K042DD03
4K042DE02
(57)【要約】
【課題】内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離の抑制を同時に達成し、寿命向上を図ることができる円筒ころ軸受を提供すること。
【解決手段】高炭素クロム軸受鋼鋼材の日本工業規格を満たす鋼材を成分として有し、クラウニングと面取りとの軸方向の所定の長さ、クラウニングの所定の曲率半径、及び直交せん断応力が最大になる深さＺで所定の硬さを有する円筒ころと、所定の成分、上記深さＺまで所定の炭素濃度、並びに上記深さＺで、所定の残留オーステナイト量、所定の平均結晶粒度、及び所定の硬さを有する内輪と、を備える円筒ころ軸受。
【選択図】 図１
【解決手段】高炭素クロム軸受鋼鋼材の日本工業規格を満たす鋼材を成分として有し、クラウニングと面取りとの軸方向の所定の長さ、クラウニングの所定の曲率半径、及び直交せん断応力が最大になる深さＺで所定の硬さを有する円筒ころと、所定の成分、上記深さＺまで所定の炭素濃度、並びに上記深さＺで、所定の残留オーステナイト量、所定の平均結晶粒度、及び所定の硬さを有する内輪と、を備える円筒ころ軸受。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
固定軸に固定され、外周面に内輪軌道を有する内輪と、
内周面に外輪軌道を有する外輪と、
前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動可能に配置される複数の円筒ころと、
を備え、
前記円筒ころが、
日本工業規格 Ｇ ４８０５：２０１９ 高炭素クロム軸受鋼鋼材の規格を満たす鋼材を成分として有し、
前記円筒ころの転動面が、軸方向の第一の側から軸方向の第二の側に向けて、第一の面取り、第一のクラウニング、円筒面、第二のクラウニング、第二の面取りを有し、
前記第一の面取りが、前記軸方向の第一の側の第一の端面に繋がり、
前記第二の面取りが、前記軸方向の第二の側の第二の端面に繋がり、
前記第一の面取りの軸方向の長さをＬＣｈａ、前記第一のクラウニングの軸方向の長さをＬＣｒａ、前記円筒面の軸方向の長さをＬＣｙ、前記第二のクラウニングの軸方向の長さをＬＣｒｂ、前記第二の面取りの軸方向の長さをＬＣｈｂとしたとき、
（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／４．８＜ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＜（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／３．２、及び
（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／４．８＜ＬＣｈｂ＋ＬＣｒｂ＜（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／３．２
を満たし、
前記円筒ころの中心軸を含む断面において、前記第一のクラウニングの曲率半径をＲＲａ、前記第二のクラウニングの曲率半径をＲＲｂとしたとき、
９００ｍｍ＜ＲＲａ＜９０００ｍｍ、及び
９００ｍｍ＜ＲＲｂ＜９０００ｍｍ
を満たし、
前記円筒ころの円筒面から、直交せん断応力が最大になる深さＺでの硬さが６８２～８０５ＨＶであり、
前記内輪が、
成分として、
炭素（Ｃ）：０．１２～０．５０ｍａｓｓ％、
マンガン（Ｍｎ）：０．３０～０．９０ｍａｓｓ％、
ケイ素（Ｓｉ）：０．１５～０．３５ｍａｓｓ％、
ニッケル（Ｎｉ）：０．４０～４．５０ｍａｓｓ％、
クロム（Ｃｒ）：０．４０～２．００ｍａｓｓ％、
モリブデン（Ｍｏ）：０．１５～０．９０ｍａｓｓ％、及び
残部に鉄（Ｆｅ）と不可避不純物を有し、
前記内輪軌道の表面から、前記深さＺの位置までの炭素濃度が０．６０～１．３０ｍａｓｓ％であり、
前記内輪軌道の表面から、前記深さＺでの残留オーステナイト量が２５～４５ｖｏｌ％であり、
前記内輪軌道の表面から、前記深さＺでの平均結晶粒度が８～１０番であり、
前記内輪軌道の表面から、前記深さＺでの硬さが６８２～７７０ＨＶである、
円筒ころ軸受。
内周面に外輪軌道を有する外輪と、
前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動可能に配置される複数の円筒ころと、
を備え、
前記円筒ころが、
日本工業規格 Ｇ ４８０５：２０１９ 高炭素クロム軸受鋼鋼材の規格を満たす鋼材を成分として有し、
前記円筒ころの転動面が、軸方向の第一の側から軸方向の第二の側に向けて、第一の面取り、第一のクラウニング、円筒面、第二のクラウニング、第二の面取りを有し、
前記第一の面取りが、前記軸方向の第一の側の第一の端面に繋がり、
前記第二の面取りが、前記軸方向の第二の側の第二の端面に繋がり、
前記第一の面取りの軸方向の長さをＬＣｈａ、前記第一のクラウニングの軸方向の長さをＬＣｒａ、前記円筒面の軸方向の長さをＬＣｙ、前記第二のクラウニングの軸方向の長さをＬＣｒｂ、前記第二の面取りの軸方向の長さをＬＣｈｂとしたとき、
（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／４．８＜ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＜（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／３．２、及び
（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／４．８＜ＬＣｈｂ＋ＬＣｒｂ＜（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／３．２
を満たし、
前記円筒ころの中心軸を含む断面において、前記第一のクラウニングの曲率半径をＲＲａ、前記第二のクラウニングの曲率半径をＲＲｂとしたとき、
９００ｍｍ＜ＲＲａ＜９０００ｍｍ、及び
９００ｍｍ＜ＲＲｂ＜９０００ｍｍ
を満たし、
前記円筒ころの円筒面から、直交せん断応力が最大になる深さＺでの硬さが６８２～８０５ＨＶであり、
前記内輪が、
成分として、
炭素（Ｃ）：０．１２～０．５０ｍａｓｓ％、
マンガン（Ｍｎ）：０．３０～０．９０ｍａｓｓ％、
ケイ素（Ｓｉ）：０．１５～０．３５ｍａｓｓ％、
ニッケル（Ｎｉ）：０．４０～４．５０ｍａｓｓ％、
クロム（Ｃｒ）：０．４０～２．００ｍａｓｓ％、
モリブデン（Ｍｏ）：０．１５～０．９０ｍａｓｓ％、及び
残部に鉄（Ｆｅ）と不可避不純物を有し、
前記内輪軌道の表面から、前記深さＺの位置までの炭素濃度が０．６０～１．３０ｍａｓｓ％であり、
前記内輪軌道の表面から、前記深さＺでの残留オーステナイト量が２５～４５ｖｏｌ％であり、
前記内輪軌道の表面から、前記深さＺでの平均結晶粒度が８～１０番であり、
前記内輪軌道の表面から、前記深さＺでの硬さが６８２～７７０ＨＶである、
円筒ころ軸受。
【請求項2】
前記内輪は、成分として炭素（Ｃ）：０．１２～０．２３ｍａｓｓ％を有する、請求項１に記載の円筒ころ軸受。
【請求項3】
前記外輪の外周面は、円筒部材の外周面を転動する、請求項１又は２に記載の円筒ころ軸受。
【請求項4】
請求項１～３のいずれかに記載の円筒ころ軸受を有する、多段式圧延機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、円筒ころ軸受、及びその円筒ころ軸受を有する多段式圧延機に関する。
【背景技術】
【0002】
圧延機器用軸受の中でも、多段式圧延機は、使用環境が苛酷である。多段式圧延機のバックアップロール軸受は、軸受外径に圧延荷重を受けながら外輪が回転し、内輪が固定輪である。内輪が固定輪のため、内輪の軌道面の負荷圏における、転動疲労による剥離が問題となる。
【0003】
剥離を抑制する手法として、例えば、ころの転動面にクラウニングを設けることが知られている。クラウニングを設けることで、転動面のエッジ応力が低減し、ころの転動面が接触する内輪の軌道面のエッジ剥離が抑制される。しかし、クラウニングを長くすると、ころの転動面中央の接触面圧が増大し、内輪の軌道面の内部起点剥離の発生頻度が高くなる。
【0004】
特許文献１には、内外両輪及び転動体の硬さ及び残留オーステナイト量等を特徴とする、寿命を向上した転がり軸受が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００３－１７２３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、このような状況のもと、内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離の抑制を同時に達成し、寿命向上を図ることができる円筒ころ軸受を提供することを目的する。
また、本発明は、軸受交換頻度の低減により、メンテナンス周期及び稼働率の向上を図ることができる、多段式圧延機を提供することを目的する。
また、本発明は、軸受交換頻度の低減により、メンテナンス周期及び稼働率の向上を図ることができる、多段式圧延機を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の円筒ころ軸受は、
固定軸に固定され、外周面に内輪軌道を有する内輪と、
内周面に外輪軌道を有する外輪と、
上記内輪軌道と上記外輪軌道との間に転動可能に配置される複数の円筒ころと、
を備え、
上記円筒ころが、
日本工業規格 Ｇ ４８０５：２０１９ 高炭素クロム軸受鋼鋼材の規格を満たす鋼材を成分として有し、
上記円筒ころの転動面が、軸方向の第一の側から軸方向の第二の側に向けて、第一の面取り、第一のクラウニング、円筒面、第二のクラウニング、第二の面取りを有し、
上記第一の面取りが、上記軸方向の第一の側の第一の端面に繋がり、
上記第二の面取りが、上記軸方向の第二の側の第二の端面に繋がり、
上記第一の面取りの軸方向の長さをＬＣｈａ、上記第一のクラウニングの軸方向の長さをＬＣｒａ、上記円筒面の軸方向の長さをＬＣｙ、上記第二のクラウニングの軸方向の長さをＬＣｒｂ、上記第二の面取りの軸方向の長さをＬＣｈｂとしたとき、
（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／４．８＜ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＜（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／３．２、及び
（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／４．８＜ＬＣｈｂ＋ＬＣｒｂ＜（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／３．２
を満たし、
上記円筒ころの中心軸を含む断面において、上記第一のクラウニングの曲率半径をＲＲａ、上記第二のクラウニングの曲率半径をＲＲｂとしたとき、
９００ｍｍ＜ＲＲａ＜９０００ｍｍ、及び
９００ｍｍ＜ＲＲｂ＜９０００ｍｍ
を満たし、
上記円筒ころの円筒面から、直交せん断応力が最大になる深さＺでの硬さが６８２～８０５ＨＶであり、
上記内輪が、
成分として、
炭素（Ｃ）：０．１２～０．５０ｍａｓｓ％、
マンガン（Ｍｎ）：０．３０～０．９０ｍａｓｓ％、
ケイ素（Ｓｉ）：０．１５～０．３５ｍａｓｓ％、
ニッケル（Ｎｉ）：０．４０～４．５０ｍａｓｓ％、
クロム（Ｃｒ）：０．４０～２．００ｍａｓｓ％、
モリブデン（Ｍｏ）：０．１５～０．９０ｍａｓｓ％、及び
残部に鉄（Ｆｅ）と不可避不純物を有し、
上記内輪軌道の表面から、上記深さＺの位置までの炭素濃度が０．６０～１．３０ｍａｓｓ％であり、
上記内輪軌道の表面から、上記深さＺでの残留オーステナイト量が２５～４５ｖｏｌ％であり、
上記内輪軌道の表面から、上記深さＺでの平均結晶粒度が８～１０番であり、
上記内輪軌道の表面から、上記深さＺでの硬さが６８２～７７０ＨＶである。
固定軸に固定され、外周面に内輪軌道を有する内輪と、
内周面に外輪軌道を有する外輪と、
上記内輪軌道と上記外輪軌道との間に転動可能に配置される複数の円筒ころと、
を備え、
上記円筒ころが、
日本工業規格 Ｇ ４８０５：２０１９ 高炭素クロム軸受鋼鋼材の規格を満たす鋼材を成分として有し、
上記円筒ころの転動面が、軸方向の第一の側から軸方向の第二の側に向けて、第一の面取り、第一のクラウニング、円筒面、第二のクラウニング、第二の面取りを有し、
上記第一の面取りが、上記軸方向の第一の側の第一の端面に繋がり、
上記第二の面取りが、上記軸方向の第二の側の第二の端面に繋がり、
上記第一の面取りの軸方向の長さをＬＣｈａ、上記第一のクラウニングの軸方向の長さをＬＣｒａ、上記円筒面の軸方向の長さをＬＣｙ、上記第二のクラウニングの軸方向の長さをＬＣｒｂ、上記第二の面取りの軸方向の長さをＬＣｈｂとしたとき、
（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／４．８＜ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＜（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／３．２、及び
（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／４．８＜ＬＣｈｂ＋ＬＣｒｂ＜（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／３．２
を満たし、
上記円筒ころの中心軸を含む断面において、上記第一のクラウニングの曲率半径をＲＲａ、上記第二のクラウニングの曲率半径をＲＲｂとしたとき、
９００ｍｍ＜ＲＲａ＜９０００ｍｍ、及び
９００ｍｍ＜ＲＲｂ＜９０００ｍｍ
を満たし、
上記円筒ころの円筒面から、直交せん断応力が最大になる深さＺでの硬さが６８２～８０５ＨＶであり、
上記内輪が、
成分として、
炭素（Ｃ）：０．１２～０．５０ｍａｓｓ％、
マンガン（Ｍｎ）：０．３０～０．９０ｍａｓｓ％、
ケイ素（Ｓｉ）：０．１５～０．３５ｍａｓｓ％、
ニッケル（Ｎｉ）：０．４０～４．５０ｍａｓｓ％、
クロム（Ｃｒ）：０．４０～２．００ｍａｓｓ％、
モリブデン（Ｍｏ）：０．１５～０．９０ｍａｓｓ％、及び
残部に鉄（Ｆｅ）と不可避不純物を有し、
上記内輪軌道の表面から、上記深さＺの位置までの炭素濃度が０．６０～１．３０ｍａｓｓ％であり、
上記内輪軌道の表面から、上記深さＺでの残留オーステナイト量が２５～４５ｖｏｌ％であり、
上記内輪軌道の表面から、上記深さＺでの平均結晶粒度が８～１０番であり、
上記内輪軌道の表面から、上記深さＺでの硬さが６８２～７７０ＨＶである。
【0008】
本発明の円筒ころ軸受は、
高炭素クロム軸受鋼鋼材の日本工業規格を満たす鋼材を成分として有し、クラウニングと面取りとの軸方向の所定の長さ、クラウニングの所定の曲率半径、及び上記深さＺで所定の硬さを有する円筒ころと、
所定の成分、上記深さＺまで所定の炭素濃度、並びに上記深さＺで、所定の残留オーステナイト量、所定の平均結晶粒度、及び所定の硬さを有する内輪と、を備える。
そのため、本発明の円筒ころ軸受は、内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離の抑制を同時に達成し、寿命向上を図ることができる。
この理由は、以下のように考えている。
上記円筒ころ軸受の上記円筒ころは、軸方向の所定の形状を有するクラウニング及び面取りを備えている。そのため、内輪軌道のエッジ応力は、低減される。その結果、上記内輪のエッジ剥離は、抑制される。
また、上記円筒ころ軸受の上記内輪は、上記深さＺで、所定の残留オーステナイト量、所定の平均結晶粒度、及び所定の硬さを有している。そのため、内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離は、抑制される。さらに、上記円筒ころの円筒面の接触面圧により、上記内輪の上記残留オーステナイトは、上記円筒ころ軸受の使用中に、マルテンサイトに加工誘起変態する。そのため、上記内輪のミクロ組織は、強化される。その結果、上記内輪の内部起点剥離は、抑制される。
よって、上記円筒ころ軸受は、上記内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離の抑制を同時に達成し、寿命向上を図ることができる。
高炭素クロム軸受鋼鋼材の日本工業規格を満たす鋼材を成分として有し、クラウニングと面取りとの軸方向の所定の長さ、クラウニングの所定の曲率半径、及び上記深さＺで所定の硬さを有する円筒ころと、
所定の成分、上記深さＺまで所定の炭素濃度、並びに上記深さＺで、所定の残留オーステナイト量、所定の平均結晶粒度、及び所定の硬さを有する内輪と、を備える。
そのため、本発明の円筒ころ軸受は、内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離の抑制を同時に達成し、寿命向上を図ることができる。
この理由は、以下のように考えている。
上記円筒ころ軸受の上記円筒ころは、軸方向の所定の形状を有するクラウニング及び面取りを備えている。そのため、内輪軌道のエッジ応力は、低減される。その結果、上記内輪のエッジ剥離は、抑制される。
また、上記円筒ころ軸受の上記内輪は、上記深さＺで、所定の残留オーステナイト量、所定の平均結晶粒度、及び所定の硬さを有している。そのため、内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離は、抑制される。さらに、上記円筒ころの円筒面の接触面圧により、上記内輪の上記残留オーステナイトは、上記円筒ころ軸受の使用中に、マルテンサイトに加工誘起変態する。そのため、上記内輪のミクロ組織は、強化される。その結果、上記内輪の内部起点剥離は、抑制される。
よって、上記円筒ころ軸受は、上記内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離の抑制を同時に達成し、寿命向上を図ることができる。
【0009】
上記円筒ころ軸受において、上記内輪は、成分として炭素（Ｃ）：０．１２～０．２３ｍａｓｓ％を有することが好ましい。
これにより、内輪の靭性を高めることができるため、上記内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離に伴って引き起こされる割損を抑制することができる。その結果、上記円筒ころ軸受のさらなる寿命向上を図ることができる。
これにより、内輪の靭性を高めることができるため、上記内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離に伴って引き起こされる割損を抑制することができる。その結果、上記円筒ころ軸受のさらなる寿命向上を図ることができる。
【0010】
上記円筒ころ軸受において、上記外輪の外周面は、円筒部材の外周面を転動することが好ましい。
上記円筒ころ軸受は、上記内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離の抑制を同時に達成し、寿命が向上している。そのため、上記円筒ころ軸受の上記外輪の外周面は、圧延機のワークロールやバックアップロール等の円筒部材の外周面を、長時間転動することができる。
上記円筒ころ軸受は、上記内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離の抑制を同時に達成し、寿命が向上している。そのため、上記円筒ころ軸受の上記外輪の外周面は、圧延機のワークロールやバックアップロール等の円筒部材の外周面を、長時間転動することができる。
【0011】
また、本発明の多段式圧延機は、上記円筒ころ軸受を有する。
上記円筒ころ軸受を有する上記多段式圧延機は、軸受交換頻度の低減により、メンテナンス周期及び稼働率の向上を図ることができる。
上記円筒ころ軸受を有する上記多段式圧延機は、軸受交換頻度の低減により、メンテナンス周期及び稼働率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明の円筒ころ軸受によれば、内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離の抑制は、同時に達成される。そのため、円筒ころ軸受の寿命は、向上する。
また、本発明の多段式圧延機によれば、軸受交換頻度の低減により、多段式圧延機のメンテナンス周期及び稼働率は、向上する。
また、本発明の多段式圧延機によれば、軸受交換頻度の低減により、多段式圧延機のメンテナンス周期及び稼働率は、向上する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施形態にかかる多段式圧延機の概略側面図である。
【図5】実施例及び比較例において、寿命比の測定に使用した転動疲労寿命試験機の概略側面図である。
【図6】実施例及び比較例において、寿命比の測定に使用した転動疲労寿命試験機の正面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の第一の実施形態にかかる円筒ころ軸受について、図面を参照しながら詳述する。
図１は、本実施形態にかかる多段式圧延機の概略側面図である。この圧延機１０は、１－２－３－４ロール配列を有する２０段クラスタ圧延機である。薄板材などの被圧延材ＲＭは、上下一対のワークロール１１の間を図１の左右方向に通され、圧延される。上下一対のワークロール１１は、４本（上下各２本）の第一中間ロール１２によって支持されている。４本の第一中間ロール１２は、６本（上下各３本）の第二中間ロール１３によって支持されている。そして、６本の第二中間ロール１３は、８本（上下各４本）のバックアップロール１４によって支持されている。
図１は、本実施形態にかかる多段式圧延機の概略側面図である。この圧延機１０は、１－２－３－４ロール配列を有する２０段クラスタ圧延機である。薄板材などの被圧延材ＲＭは、上下一対のワークロール１１の間を図１の左右方向に通され、圧延される。上下一対のワークロール１１は、４本（上下各２本）の第一中間ロール１２によって支持されている。４本の第一中間ロール１２は、６本（上下各３本）の第二中間ロール１３によって支持されている。そして、６本の第二中間ロール１３は、８本（上下各４本）のバックアップロール１４によって支持されている。
【0015】
図２は、バックアップロール１４を示す概略正面図である。バックアップロール１４は、軸方向に６個の分割ロール１５を有している。各分割ロール１５は、シャフト１６に同心状で且つ回転可能に取り付けられている。シャフト１６は、図１に示すように、圧延機１０のハウジング１７に支持されたサドル１８によって支持されている。
【0016】
図３は、図２の分割ロール１５の、シャフト１６の中心を通る軸方向の概略断面図である。各分割ロール１５は、シャフト１６の外周面に嵌合された内輪２０と、内輪２０の径方向外側に配置された外輪２１と、内輪２０及び外輪２１の間に配置された３つの円筒ころ２２と、３つの円筒ころ２２を保持する保持器２３とを備えた、円筒ころ軸受である。
【0017】
内輪２０は、シャフト１６と固定される（図示せず）。そのため、内輪２０の内周面２０ａとシャフト１６の相対回転は、阻止されている。内輪２０の外周面２０ｂは、円筒ころ２２が転動するための内輪軌道を有している。外輪２１の内周面２１ａは、円筒ころ２２が転動するための外輪軌道を有している。外輪２１の外周面２１ｂは、図１に示すように、第二中間ロール１３の外周面と接触している。第二中間ロール１３の外周面の回転に応じ、外周面２１ｂは、第二中間ロール１３の外周面を転動する。
【0018】
本発明の実施形態に係る円筒ころ軸受の寸法は、円筒ころ軸受を適用する装置に合わせ適宜設定すればよく、特に制限されない。本実施形態の分割ロール１５に示される円筒ころ軸受の寸法は、例えば、外輪２１の幅Ｗが、２０～２５０ｍｍ、内輪２０の幅Ｔが、２０～２５０ｍｍ、内輪２０の内周面２０ａの直径ｄが、３０～２００ｍｍ、及び外輪２１の外周面２１ｂの直径Ｄ１が、６０～５００ｍｍである。
【0019】
図４は、図３の分割ロール１５の概略断面図における、円筒ころ２２の概略断面図である。円筒ころ２２は、日本工業規格 Ｇ ４８０５：２０１９ 高炭素クロム軸受鋼鋼材の規格を満たす鋼材を、成分として有している。日本工業規格 Ｇ ４８０５：２０１９ 高炭素クロム軸受鋼鋼材の規格を満たす鋼材としては、例えば、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４及びＳＵＪ５等が、挙げられる。
円筒ころ２２は、転動面２２ａ、図４の軸方向の左側の端面２２ｂ、及び右側の端面２２ｃを有している。転動面２２ａは、端面２２ｂから端面２２ｃに向けて、第一の面取りＣｈａ、第一のクラウニングＣｒａ、円筒面Ｃｙ、第二のクラウニングＣｒｂ、及び第二の面取りＣｈｂを有している。円筒ころ２２の、端面２２ｂから端面２２ｃまでの長さＬは、第一の面取りＣｈａの軸方向の長さＬＣｈａ、第一のクラウニングＣｒａの軸方向の長さＬＣｒａ、円筒面Ｃｙの軸方向の長さＬＣｙ、第二のクラウニングＣｒｂの軸方向の長さＬＣｒｂ、及び第二の面取りＣｈｂの軸方向の長さＬＣｈｂの合計となる。
長さＬは、上述の円筒ころ軸受の寸法に合わせて適宜設定すればよく、特に制限されない。本実施形態の円筒ころ２２の長さＬは、例えば、１９～５９ｍｍである。
円筒ころ２２は、転動面２２ａ、図４の軸方向の左側の端面２２ｂ、及び右側の端面２２ｃを有している。転動面２２ａは、端面２２ｂから端面２２ｃに向けて、第一の面取りＣｈａ、第一のクラウニングＣｒａ、円筒面Ｃｙ、第二のクラウニングＣｒｂ、及び第二の面取りＣｈｂを有している。円筒ころ２２の、端面２２ｂから端面２２ｃまでの長さＬは、第一の面取りＣｈａの軸方向の長さＬＣｈａ、第一のクラウニングＣｒａの軸方向の長さＬＣｒａ、円筒面Ｃｙの軸方向の長さＬＣｙ、第二のクラウニングＣｒｂの軸方向の長さＬＣｒｂ、及び第二の面取りＣｈｂの軸方向の長さＬＣｈｂの合計となる。
長さＬは、上述の円筒ころ軸受の寸法に合わせて適宜設定すればよく、特に制限されない。本実施形態の円筒ころ２２の長さＬは、例えば、１９～５９ｍｍである。
【0020】
長さＬＣｈａ及び長さＬＣｒａの合計は、長さＬの１／４．８を超え、長さＬの１／３．２未満の長さである。また、長さＬＣｈｂ及び長さＬＣｒｂの合計も、長さＬの１／４．８を超え、長さＬの１／３．２未満の長さである。すなわち、円筒ころ２２の面取り部分及びクラウニング部分の長さは、以下の式１及び式２を満たす。
（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／４．８＜ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＜（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／３．２ ・・・ 式１
（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／４．８＜ＬＣｈｂ＋ＬＣｒｂ＜（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／３．２ ・・・ 式２
長さＬＣｈａ及び長さＬＣｒａの合計、並びに長さＬＣｈｂ及び長さＬＣｒｂの合計が、長さＬの１／４．８を超える長さであれば、円筒ころ２２の軌道におけるエッジ応力が、低減される。そのため、内輪２０の外周面２０ｂ及び外輪２１の内周面２１ａにおけるエッジ剥離は、抑制される。また、長さＬＣｈａ及び長さＬＣｒａの合計、並びに長さＬＣｈｂ及び長さＬＣｒｂの合計が、長さＬの１／３．２未満の長さであれば、転動面２２ａの円筒面Ｃｙによる、内輪２０の外周面２０ｂにおける内輪軌道及び外輪２１の内周面２１ａにおける外輪軌道への接触面圧が、低減される。そのため、内輪２０の外周面２０ｂ及び外輪２１の内周面２１ａにおける、内部起点剥離の発生頻度は、抑制される。
本実施形態の円筒ころ２２において、長さＬＣｈａと長さＬＣｈｂは、実質的に同じ長さである。また、長さＬＣｒａと長さＬＣｒｂも、実質的に同じ長さである。これにより、円筒ころ２２の転動面２２ａからの、上記内輪軌道及び上記外輪軌道に対する接触面圧の偏りは、低減される。そのため、内輪２０の外周面２０ｂ及び外輪２１の内周面２１ａにおける、エッジ剥離及び内部起点剥離は、より抑制される。ここで、実質的に同じとは、例えば、一方の長さが、他方の長さの、５５％～１７５％であることを示す。
なお、本実施形態の円筒ころ２２の長さＬＣｈａ及び長さＬＣｈｂは、それぞれ０．５～２．５ｍｍである。本実施形態の円筒ころ２２の長さＬＣｒａ及び長さＬＣｒｂは、それぞれ１．０～２１．５ｍｍである。
（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／４．８＜ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＜（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／３．２ ・・・ 式１
（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／４．８＜ＬＣｈｂ＋ＬＣｒｂ＜（ＬＣｈａ＋ＬＣｒａ＋ＬＣｙ＋ＬＣｒｂ＋ＬＣｈｂ）／３．２ ・・・ 式２
長さＬＣｈａ及び長さＬＣｒａの合計、並びに長さＬＣｈｂ及び長さＬＣｒｂの合計が、長さＬの１／４．８を超える長さであれば、円筒ころ２２の軌道におけるエッジ応力が、低減される。そのため、内輪２０の外周面２０ｂ及び外輪２１の内周面２１ａにおけるエッジ剥離は、抑制される。また、長さＬＣｈａ及び長さＬＣｒａの合計、並びに長さＬＣｈｂ及び長さＬＣｒｂの合計が、長さＬの１／３．２未満の長さであれば、転動面２２ａの円筒面Ｃｙによる、内輪２０の外周面２０ｂにおける内輪軌道及び外輪２１の内周面２１ａにおける外輪軌道への接触面圧が、低減される。そのため、内輪２０の外周面２０ｂ及び外輪２１の内周面２１ａにおける、内部起点剥離の発生頻度は、抑制される。
本実施形態の円筒ころ２２において、長さＬＣｈａと長さＬＣｈｂは、実質的に同じ長さである。また、長さＬＣｒａと長さＬＣｒｂも、実質的に同じ長さである。これにより、円筒ころ２２の転動面２２ａからの、上記内輪軌道及び上記外輪軌道に対する接触面圧の偏りは、低減される。そのため、内輪２０の外周面２０ｂ及び外輪２１の内周面２１ａにおける、エッジ剥離及び内部起点剥離は、より抑制される。ここで、実質的に同じとは、例えば、一方の長さが、他方の長さの、５５％～１７５％であることを示す。
なお、本実施形態の円筒ころ２２の長さＬＣｈａ及び長さＬＣｈｂは、それぞれ０．５～２．５ｍｍである。本実施形態の円筒ころ２２の長さＬＣｒａ及び長さＬＣｒｂは、それぞれ１．０～２１．５ｍｍである。
【0021】
第一のクラウニングＣｒａ及び第二のクラウニングＣｒｂは、それぞれ曲率半径ＲＲａ及び曲率半径ＲＲｂを有する。ここで、曲率半径ＲＲａ及び曲率半径ＲＲｂは、それぞれ以下の式３及び式４を満たす。
９００ｍｍ＜ＲＲａ＜９０００ｍｍ ・・・ 式３
９００ｍｍ＜ＲＲｂ＜９０００ｍｍ ・・・ 式４
曲率半径ＲＲａ及び曲率半径ＲＲｂが、９００ｍｍを超える長さであれば、Ｃｒａ部およびＣｒｂ部に発生する応力を緩和できる。曲率半径ＲＲａ及び曲率半径ＲＲｂが、９０００ｍｍ未満の長さであれば、Ｃｙ部に発生する応力を緩和できる。
また、本実施形態の第一のクラウニングＣｒａ及び第二のクラウニングＣｒｂは、実質的に同じ曲率半径である。これにより、円筒ころ２２の転動面２２ａからの、上記内輪軌道及び上記外輪軌道に対する接触面圧の偏りが低減される。そのため、内輪２０の外周面２０ｂ及び外輪２１の内周面２１ａにおける、エッジ剥離がより抑制される。ここで、実質的に同じとは、例えば、一方の曲率半径が、他方の曲率半径の、７０％～１４０％であることを示す。
９００ｍｍ＜ＲＲａ＜９０００ｍｍ ・・・ 式３
９００ｍｍ＜ＲＲｂ＜９０００ｍｍ ・・・ 式４
曲率半径ＲＲａ及び曲率半径ＲＲｂが、９００ｍｍを超える長さであれば、Ｃｒａ部およびＣｒｂ部に発生する応力を緩和できる。曲率半径ＲＲａ及び曲率半径ＲＲｂが、９０００ｍｍ未満の長さであれば、Ｃｙ部に発生する応力を緩和できる。
また、本実施形態の第一のクラウニングＣｒａ及び第二のクラウニングＣｒｂは、実質的に同じ曲率半径である。これにより、円筒ころ２２の転動面２２ａからの、上記内輪軌道及び上記外輪軌道に対する接触面圧の偏りが低減される。そのため、内輪２０の外周面２０ｂ及び外輪２１の内周面２１ａにおける、エッジ剥離がより抑制される。ここで、実質的に同じとは、例えば、一方の曲率半径が、他方の曲率半径の、７０％～１４０％であることを示す。
【0022】
第一の面取りＣｈａ及び第二の面取りＣｈｂは、９００ｍｍ以下の曲率半径を有する。
【0023】
円筒面Ｃｙは、９０００ｍｍ以上の曲率半径を有する。なお、９０００ｍｍ以上の曲率半径は、軸方向と平行な直線（曲率半径が無限大）を含む概念である。
【0024】
円筒ころ２２の円筒面Ｃｙから、直交せん断応力が最大になる深さＺでの硬さは、６８２～８０５ＨＶである。ここで、直交せん断応力は、円筒ころ２２の円筒面Ｃｙに平行な面内のせん断応力を示す。
ここで、深さＺは、円筒ころ２２と内輪２０の接触荷重及び円筒ころ２２の形状等に基づき、公知の手法で求めることができる。本実施形態の円筒ころ２２の円筒面Ｃｙからの深さＺは、円筒面Ｃｙから、円筒ころ２２の直径Ｄ２の０．２～２．５％の深さに位置している。
直径Ｄ２は、上述の円筒ころ軸受の寸法に合わせて適宜設定すればよく、特に制限されない。本実施形態の円筒ころ２２の直径Ｄ２は、例えば９．５～５５ｍｍである。
円筒ころ２２の円筒面Ｃｙから深さＺでの硬さが、６８２～８０５ＨＶであれば、円筒ころ２２の転動面２２ａの強度が、確保できる。そのため、円筒ころ２２の転動面２２ａにおける剥離が、抑制される。なお、ビッカース硬さは、日本工業規格 ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９に準拠した方法で測定すれば良い。
クラウニングの長さが長くなることで、円筒面Ｃｙの軸方向長さＬＣｙは短くなり、円筒面Ｃｙが内輪２０に与える接触面圧が増大し、内部起点剥離の発生頻度が高くなる。このため、内輪は以下の材料と熱処理を用いる。
ここで、深さＺは、円筒ころ２２と内輪２０の接触荷重及び円筒ころ２２の形状等に基づき、公知の手法で求めることができる。本実施形態の円筒ころ２２の円筒面Ｃｙからの深さＺは、円筒面Ｃｙから、円筒ころ２２の直径Ｄ２の０．２～２．５％の深さに位置している。
直径Ｄ２は、上述の円筒ころ軸受の寸法に合わせて適宜設定すればよく、特に制限されない。本実施形態の円筒ころ２２の直径Ｄ２は、例えば９．５～５５ｍｍである。
円筒ころ２２の円筒面Ｃｙから深さＺでの硬さが、６８２～８０５ＨＶであれば、円筒ころ２２の転動面２２ａの強度が、確保できる。そのため、円筒ころ２２の転動面２２ａにおける剥離が、抑制される。なお、ビッカース硬さは、日本工業規格 ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９に準拠した方法で測定すれば良い。
クラウニングの長さが長くなることで、円筒面Ｃｙの軸方向長さＬＣｙは短くなり、円筒面Ｃｙが内輪２０に与える接触面圧が増大し、内部起点剥離の発生頻度が高くなる。このため、内輪は以下の材料と熱処理を用いる。
【0025】
内輪２０は、成分として、炭素（Ｃ）：０．１２～０．５０ｍａｓｓ％、マンガン（Ｍｎ）：０．３０～０．９０ｍａｓｓ％、ケイ素（Ｓｉ）：０．１５～０．３５ｍａｓｓ％、ニッケル（Ｎｉ）：０．４０～４．５０ｍａｓｓ％、クロム（Ｃｒ）：０．４０～２．００ｍａｓｓ％、モリブデン（Ｍｏ）：０．１５～０．９０ｍａｓｓ％、及び残部に鉄（Ｆｅ）と不可避不純物を有している。なお、内輪２０は、クロム（Ｃｒ）：０．４０～１．００ｍａｓｓ％、モリブデン（Ｍｏ）：０．１５～０．３５ｍａｓｓ％を、成分として有するものが、好ましい。
ここで、上記の各成分の含有量を満たす、日本工業規格、国際規格、及びその他の国の規格で定められたニッケルクロムモリブデン鋼鋼材は、内輪２０の成分として用いることができる。内輪２０に用いることができる、具体的なニッケルクロムモリブデン鋼鋼材としては、ＳＮＣＭ２２０、ＳＮＣＭ４２０、ＳＮＣＭ８１５、ＳＮＣＭ４１５、ＳＮＣＭ４４７、ＳＮＣＭ８１５、ＳＡＥ８６２０、ＳＡＥ４３２０、ＳＡＥ８７２０、及びＳＡＥ４３２２Ｓ等が、挙げられる。
上記成分を有する内輪２０は、内輪２０の外周面２０ｂにおける、エッジ剥離及び内部起点剥離が、抑制される。そのため、分割ロール１５に示される円筒ころ軸受の寿命は、向上する。
ここで、上記の各成分の含有量を満たす、日本工業規格、国際規格、及びその他の国の規格で定められたニッケルクロムモリブデン鋼鋼材は、内輪２０の成分として用いることができる。内輪２０に用いることができる、具体的なニッケルクロムモリブデン鋼鋼材としては、ＳＮＣＭ２２０、ＳＮＣＭ４２０、ＳＮＣＭ８１５、ＳＮＣＭ４１５、ＳＮＣＭ４４７、ＳＮＣＭ８１５、ＳＡＥ８６２０、ＳＡＥ４３２０、ＳＡＥ８７２０、及びＳＡＥ４３２２Ｓ等が、挙げられる。
上記成分を有する内輪２０は、内輪２０の外周面２０ｂにおける、エッジ剥離及び内部起点剥離が、抑制される。そのため、分割ロール１５に示される円筒ころ軸受の寿命は、向上する。
【0026】
内輪２０は、成分として炭素を０．１２～０．２３ｍａｓｓ％を有することが、好ましい。これにより、内輪２０の外周面２０ｂにおける、エッジ剥離及び内部起点剥離に伴って引き起こされる割損を抑制することができる。
【0027】
内輪２０の外周面２０ｂの内輪軌道の表面から、上記深さＺの位置までの炭素濃度は、０．６０～１．３０ｍａｓｓ％である。
本実施形態の内輪２０の外周面２０ｂの内輪軌道の表面からの深さＺは、外周面２０ｂの内輪軌道の表面から、円筒ころ２２の直径Ｄ２の０．２～２．５％の深さに位置している。
炭素濃度の測定は、日本工業規格 Ｇ １２５３：２０１３に準拠した方法で測定すればよい。
ここで、上記深さＺの位置までの炭素濃度が、０．６０ｍａｓｓ％以上であれば、内輪２０の外周面２０ｂの強度と所定の残留オーステナイト量が、確保できる。上記深さＺの位置までの炭素濃度が、１．３０ｍａｓｓ％以下であれば、後述する上記深さＺでの過剰な残留オーステナイトの生成を抑制し、必要な硬さが確保される。そのため、分割ロール１５の使用中に、上記残留オーステナイトが、マルテンサイトに加工誘起変態し、上記内輪のミクロ組織が、強化される。その結果、内輪２０の外周面２０ｂにおける内部起点剥離が抑制される。
本実施形態の内輪２０の外周面２０ｂの内輪軌道の表面からの深さＺは、外周面２０ｂの内輪軌道の表面から、円筒ころ２２の直径Ｄ２の０．２～２．５％の深さに位置している。
炭素濃度の測定は、日本工業規格 Ｇ １２５３：２０１３に準拠した方法で測定すればよい。
ここで、上記深さＺの位置までの炭素濃度が、０．６０ｍａｓｓ％以上であれば、内輪２０の外周面２０ｂの強度と所定の残留オーステナイト量が、確保できる。上記深さＺの位置までの炭素濃度が、１．３０ｍａｓｓ％以下であれば、後述する上記深さＺでの過剰な残留オーステナイトの生成を抑制し、必要な硬さが確保される。そのため、分割ロール１５の使用中に、上記残留オーステナイトが、マルテンサイトに加工誘起変態し、上記内輪のミクロ組織が、強化される。その結果、内輪２０の外周面２０ｂにおける内部起点剥離が抑制される。
【0028】
内輪２０の外周面２０ｂの内輪軌道の表面から、上記深さＺの位置までの炭素濃度が、０．６０～１．３０ｍａｓｓ％である内輪２０は、浸炭処理により表面から炭素を侵入させ、焼入れ処理、及び焼戻し処理により表面層を硬化させる、一連の熱処理により取得できる。上記熱処理は、内輪２０の外周面２０ｂの内輪軌道の表面から上記深さＺの位置までの炭素濃度を、０．６０～１．３０ｍａｓｓ％にできれば、特に制限されない。例えば、浸炭焼入れ焼戻し処理は、日本工業規格 Ｂ ６９１４：２００２に準拠した処理法を使用できる。また、上記一連の熱処理は、焼入れ後、直ちに０℃以下の低温度に冷却するサブゼロ処理を含むこともできる。
より具体的な浸炭処理としては、カーボンポテンシャル（ＣＰ）値 １．１ｍａｓｓ％を有する雰囲気中、温度９６０℃、２６時間処理するガス浸炭が、挙げられる。焼入れ処理としては、７８０～８７０℃で７０分間処理する手法が、挙げられる。焼戻し処理としては、１８０℃で２時間処理する手法が、が挙げられる。サブゼロ処理としては、－２０℃の雰囲気下で１時間処理する手法が、挙げられる。
より具体的な浸炭処理としては、カーボンポテンシャル（ＣＰ）値 １．１ｍａｓｓ％を有する雰囲気中、温度９６０℃、２６時間処理するガス浸炭が、挙げられる。焼入れ処理としては、７８０～８７０℃で７０分間処理する手法が、挙げられる。焼戻し処理としては、１８０℃で２時間処理する手法が、が挙げられる。サブゼロ処理としては、－２０℃の雰囲気下で１時間処理する手法が、挙げられる。
【0029】
内輪２０の外周面２０ｂの内輪軌道の表面から上記深さＺでの残留オーステナイト量は、２５～４５ｖｏｌ％である。上記深さＺでの残留オーステナイト量が、２５ｖｏｌ％以上であれば、内輪２０のミクロ組織を強化するための残留オーステナイトが、確保できる。上記深さＺでの残留オーステナイト量が、４５ｖｏｌ％以下であれば、内輪２０の外周面２０ｂの硬さが、確保できる。そのため、内輪２０の外周面２０ｂにおける、エッジ剥離及び内部起点剥離は、抑制される。
なお、上記深さＺでの残留オーステナイト量は、電解研磨法により、表面から径方向に上記深さＺまで研磨し、Ｘ線回折法により、電解研磨で露出した表面のα相（マルテンサイト）とγ相（オーステナイト）との比を算出して求める値である。
なお、上記深さＺでの残留オーステナイト量は、電解研磨法により、表面から径方向に上記深さＺまで研磨し、Ｘ線回折法により、電解研磨で露出した表面のα相（マルテンサイト）とγ相（オーステナイト）との比を算出して求める値である。
【0030】
内輪２０の外周面２０ｂの内輪軌道の表面から、上記深さＺでの平均結晶粒度は、８～１０番であり、好ましくは９～１０番である。
平均結晶粒度は、日本工業規格 Ｇ ０５５１：２０１３に準拠した準拠した方法で測定すればよい。
ここで、上記深さＺでの平均結晶粒度が、８番以上であれば、内輪２０の外周面２０ｂの内輪軌道の強度が、確保できる。上記深さＺでの平均結晶粒度が、１０番以下であれば、上記深さＺでの残留オーステナイト量が、確保できる。そのため、内輪２０の外周面２０ｂにおける、エッジ剥離及び内部起点剥離は、抑制される。
平均結晶粒度は、日本工業規格 Ｇ ０５５１：２０１３に準拠した準拠した方法で測定すればよい。
ここで、上記深さＺでの平均結晶粒度が、８番以上であれば、内輪２０の外周面２０ｂの内輪軌道の強度が、確保できる。上記深さＺでの平均結晶粒度が、１０番以下であれば、上記深さＺでの残留オーステナイト量が、確保できる。そのため、内輪２０の外周面２０ｂにおける、エッジ剥離及び内部起点剥離は、抑制される。
【0031】
内輪２０の外周面２０ｂの内輪軌道の表面から上記深さＺでの硬さは、６８２～７７０ＨＶである。上記深さＺでの硬さが、６８２ＨＶ以上であれば、内輪２０の外周面２０ｂの内輪軌道の強度が、確保できる。上記深さＺでの硬さが、７７０ＨＶ以下であれば、上記深さＺでの残留オーステナイト量が、確保できる。そのため、内輪２０の外周面２０ｂにおける、エッジ剥離及び内部起点剥離は、抑制される。
【0032】
本実施形態の分割ロール１５に示される円筒ころ軸受は、内輪２０の外周面２０ｂにおけるエッジ剥離及び内部起点剥離の抑制が、同時に達成されている。そのため、分割ロール１５の寿命は、向上している。その結果、分割ロール１５を有するバックアップロール１４を備える圧延機１０は、軸受交換頻度の低減により、メンテナンス周期及び稼働率の向上を図ることができる。
【0033】
（他の実施形態）
第一の本実施形態では、内輪２０及び外輪２１の間に配置された３列の円筒ころ２２を有する円筒ころ軸受を示したが、円筒ころの列数はこれに限定されない。本発明の実施形態に係る円筒ころ軸受は、円筒ころを複数列有するものであればよい。多段式圧延機に適用する円筒ころ軸受としては、円筒ころを２列又は３列有する円筒ころ軸受が好ましい。
第一の実施形態では、バックアップロール１４が、分割ロール１５に示される本発明の円筒ころ軸受を備えている。本発明の円筒ころ軸受を採用するバックアップロールの数が、増えれば、圧延機１０のメンテナンス周期及び稼働率が、さらに向上する。
第一の実施形態では、軸方向に６個の分割ロール１５を有するバックアップロール１４を示したが、バックアップロールが有する分割ロールの個数は、これに限定されない。本発明の実施形態に係るバックアップロールは、分割ロールを複数有するものであればよい。多段式圧延機に適用するバックアップロールとしては、分割ロールを４～８個有するバックアップロールが好ましい。
多段式圧延機は、圧延機１０の２０段クラスタ圧延機に限られない。多段式圧延機としては、例えば、６段クラスタ圧延機や１２段クラスタ圧延機等のその他の多段式圧延機も、含まれる。
本発明の実施形態に係る円筒ころ軸受は、バックアップロールへの適用に限定されず、例えば、風力発電装置のナセルや超大型ダンプトラックのホイール等への適用も可能である。
第一の本実施形態では、内輪２０及び外輪２１の間に配置された３列の円筒ころ２２を有する円筒ころ軸受を示したが、円筒ころの列数はこれに限定されない。本発明の実施形態に係る円筒ころ軸受は、円筒ころを複数列有するものであればよい。多段式圧延機に適用する円筒ころ軸受としては、円筒ころを２列又は３列有する円筒ころ軸受が好ましい。
第一の実施形態では、バックアップロール１４が、分割ロール１５に示される本発明の円筒ころ軸受を備えている。本発明の円筒ころ軸受を採用するバックアップロールの数が、増えれば、圧延機１０のメンテナンス周期及び稼働率が、さらに向上する。
第一の実施形態では、軸方向に６個の分割ロール１５を有するバックアップロール１４を示したが、バックアップロールが有する分割ロールの個数は、これに限定されない。本発明の実施形態に係るバックアップロールは、分割ロールを複数有するものであればよい。多段式圧延機に適用するバックアップロールとしては、分割ロールを４～８個有するバックアップロールが好ましい。
多段式圧延機は、圧延機１０の２０段クラスタ圧延機に限られない。多段式圧延機としては、例えば、６段クラスタ圧延機や１２段クラスタ圧延機等のその他の多段式圧延機も、含まれる。
本発明の実施形態に係る円筒ころ軸受は、バックアップロールへの適用に限定されず、例えば、風力発電装置のナセルや超大型ダンプトラックのホイール等への適用も可能である。
【実施例0034】
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の実施形態は、以下の実施例に限定されるものではない。
実施例及び比較例の円筒ころ試験体の材料の成分を、表１に示す。
実施例及び比較例の円筒ころ試験体の材料の成分を、表１に示す。
【0035】
【表1】
【0036】
実施例及び比較例の円筒ころ試験体の寸法は、いずれも直径Ｄ２が２０ｍｍ、長さが３６ｍｍである。
【0037】
上述の材料で作製された円筒ころを、表２に示す条件の熱処理を行うことで、実施例及び比較例の円筒ころ試験体を作製した。
なお、浸炭焼入れ焼戻し処理は、日本工業規格 Ｂ ６９１４：２００２に準拠したガス浸炭焼入れ焼戻しにより行った。また、焼入れ処理及び焼戻し処理は、日本工業規格 Ｂ ６９１３：１９９９に準拠した処理法で行った。なお、焼入れ処理は、表２に記載の温度及び時間で処理後、速やかに油温８０℃の焼入油中に浸漬して行なった。
サブゼロ処理は、焼入れ処理を行った部品を、表２に示される温度の雰囲気下に置くことで行なった。
なお、浸炭焼入れ焼戻し処理は、日本工業規格 Ｂ ６９１４：２００２に準拠したガス浸炭焼入れ焼戻しにより行った。また、焼入れ処理及び焼戻し処理は、日本工業規格 Ｂ ６９１３：１９９９に準拠した処理法で行った。なお、焼入れ処理は、表２に記載の温度及び時間で処理後、速やかに油温８０℃の焼入油中に浸漬して行なった。
サブゼロ処理は、焼入れ処理を行った部品を、表２に示される温度の雰囲気下に置くことで行なった。
【0038】
【表2】
【0039】
実施例及び比較例で作製した、円筒ころ試験体を使って下記の評価を行った。
（１）ビッカース硬さ：
ビッカース硬さは、以下の手順で測定した。まず、円筒ころ試験体を、軸方向に垂直な平面で切断した。次に、切断された円筒ころ試験体の切断面をバフ研磨した。バフ研磨後、円筒ころ試験体の外周面から径方向に０．２４ｍｍの深さで、ビッカース硬さ計を用いて、試験荷重２．９４Ｎを負荷し、日本工業規格 Ｚ ２２４４：２００９に準拠した方法で、ビッカース硬さを測定した。
なお、深さ０．２４ｍｍは、後述の転動疲労寿命試験機４０において、実施例及び比較例の円筒ころ試験体４４を使用したと想定される円筒ころ軸受における、直交せん断応力が最大になる深さである。この深さは、上述の実施例及び比較例の円筒ころ試験体の寸法に基づき、後述の転動疲労寿命試験機４０の試験条件を調整することで設定した。
（１）ビッカース硬さ：
ビッカース硬さは、以下の手順で測定した。まず、円筒ころ試験体を、軸方向に垂直な平面で切断した。次に、切断された円筒ころ試験体の切断面をバフ研磨した。バフ研磨後、円筒ころ試験体の外周面から径方向に０．２４ｍｍの深さで、ビッカース硬さ計を用いて、試験荷重２．９４Ｎを負荷し、日本工業規格 Ｚ ２２４４：２００９に準拠した方法で、ビッカース硬さを測定した。
なお、深さ０．２４ｍｍは、後述の転動疲労寿命試験機４０において、実施例及び比較例の円筒ころ試験体４４を使用したと想定される円筒ころ軸受における、直交せん断応力が最大になる深さである。この深さは、上述の実施例及び比較例の円筒ころ試験体の寸法に基づき、後述の転動疲労寿命試験機４０の試験条件を調整することで設定した。
【0040】
（２）残留オーステナイト量：
電解研磨法により円筒ころ試験体の外周面から径方向に０．２４ｍｍの深さまで研磨した。電解研磨で露出した表面を、Ｘ線回折法により、α相（マルテンサイト）とγ相（オーステナイト）の、それぞれの回折Ｘ線強度を測定した。α相とγ相の回折Ｘ線強度の比から残留オーステナイト量を算出した。
電解研磨法により円筒ころ試験体の外周面から径方向に０．２４ｍｍの深さまで研磨した。電解研磨で露出した表面を、Ｘ線回折法により、α相（マルテンサイト）とγ相（オーステナイト）の、それぞれの回折Ｘ線強度を測定した。α相とγ相の回折Ｘ線強度の比から残留オーステナイト量を算出した。
【0041】
（３）平均結晶粒度：
平均結晶粒度は、以下の手順で測定した。まず、円筒ころ試験体を、軸方向に垂直な平面で切断した。次に、切断された円筒ころ試験体の切断面をバフ研磨した。バフ研磨された平面を、ＡＧＳエッチング液（ピクリン酸，ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム，塩化ナトリウム，硫酸ナトリウムを混合した水溶液）で腐食して、旧オーステナイト粒界を現出させた。旧オーステナイト粒界の現出後、円筒ころ試験体の外周面から径方向に０．２４ｍｍの深さの位置の組織を、光学顕微鏡で観察した。光学顕微鏡による観察後、日本工業規格 Ｇ ０５５１：２０１３に準拠した方法で、平均結晶粒度を算出した。
平均結晶粒度は、以下の手順で測定した。まず、円筒ころ試験体を、軸方向に垂直な平面で切断した。次に、切断された円筒ころ試験体の切断面をバフ研磨した。バフ研磨された平面を、ＡＧＳエッチング液（ピクリン酸，ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム，塩化ナトリウム，硫酸ナトリウムを混合した水溶液）で腐食して、旧オーステナイト粒界を現出させた。旧オーステナイト粒界の現出後、円筒ころ試験体の外周面から径方向に０．２４ｍｍの深さの位置の組織を、光学顕微鏡で観察した。光学顕微鏡による観察後、日本工業規格 Ｇ ０５５１：２０１３に準拠した方法で、平均結晶粒度を算出した。
【0042】
（４）寿命比：
図５は、寿命比の評価で用いた転動疲労寿命試験機４０の概略側面図である。図６は、転動疲労寿命試験機４０の正面模式図である。転動疲労寿命試験機４０は、１つのドライブロール４１、２つのボール４２及び３つのガイドロール４３を備えている。円筒ころ試験体４４は、ドライブロール４１、及び２つのボール４２によって支持される。２つのボール４２は、３つのガイドロール４３によって支持される。ドライブロール４１は、ドライブロール４１を回転するための駆動部に接続されている（図示せず）。ドライブロール４１は、外周面の軸方向の中央に矩形状の溝が形成されている。円筒ころ試験体４４は、両端面が矩形状の溝に案内されて回転する。３つのガイドロール４３は、外周面の軸方向の中央に環状の溝が形成されている。２つのボール４２は、それぞれ２つのガイドロール４３の環状の溝に案内されて回転する。また、ドライブロール４１は、ドライブロール４１から、円筒ころ試験体４４への負荷を設定するための、荷重設定部に接続されている（図示せず）。円筒ころ試験体４４は、２つのボール４２に支持され、ドライブロール４１から荷重を負荷されながら、回転する。さらに、転動疲労寿命試験機４０は、試験体４４の振動を検知するセンサー、及びセンサーからの振動検知の信号を受け、上記駆動部を停止させるとともに、試験開始から振動検知の信号を受けるまでの寿命時間を記録する制御部を備えている（図示せず）。
図５は、寿命比の評価で用いた転動疲労寿命試験機４０の概略側面図である。図６は、転動疲労寿命試験機４０の正面模式図である。転動疲労寿命試験機４０は、１つのドライブロール４１、２つのボール４２及び３つのガイドロール４３を備えている。円筒ころ試験体４４は、ドライブロール４１、及び２つのボール４２によって支持される。２つのボール４２は、３つのガイドロール４３によって支持される。ドライブロール４１は、ドライブロール４１を回転するための駆動部に接続されている（図示せず）。ドライブロール４１は、外周面の軸方向の中央に矩形状の溝が形成されている。円筒ころ試験体４４は、両端面が矩形状の溝に案内されて回転する。３つのガイドロール４３は、外周面の軸方向の中央に環状の溝が形成されている。２つのボール４２は、それぞれ２つのガイドロール４３の環状の溝に案内されて回転する。また、ドライブロール４１は、ドライブロール４１から、円筒ころ試験体４４への負荷を設定するための、荷重設定部に接続されている（図示せず）。円筒ころ試験体４４は、２つのボール４２に支持され、ドライブロール４１から荷重を負荷されながら、回転する。さらに、転動疲労寿命試験機４０は、試験体４４の振動を検知するセンサー、及びセンサーからの振動検知の信号を受け、上記駆動部を停止させるとともに、試験開始から振動検知の信号を受けるまでの寿命時間を記録する制御部を備えている（図示せず）。
【0043】
寿命時間の測定は、実施例及び比較例の円筒ころ試験体４４を用いて行った。寿命比は、実施例及び比較例の円筒ころ試験体４４の寿命時間を、比較例１０の円筒ころ試験体４４の寿命時間で除した値の小数点以下を四捨五入した値である。このとき、試験条件としては、
ヘルツの最大接触面圧：５．８ＧＰａ
最大直交せん断応力（発生深さ）：１．４ＧＰａ（０．２４ｍｍ)
応力繰り返し速度：２８５Ｈｚ
潤滑油（油温）：ＩＳＯ－ＶＧ１００(６０±５℃)
を採用した。
ヘルツの最大接触面圧：５．８ＧＰａ
最大直交せん断応力（発生深さ）：１．４ＧＰａ（０．２４ｍｍ)
応力繰り返し速度：２８５Ｈｚ
潤滑油（油温）：ＩＳＯ－ＶＧ１００(６０±５℃)
を採用した。
【0044】
表３に、実施例及び比較例における、円筒ころ試験体４４のビッカース硬さ、残留オーステナイト量及び平均結晶粒度、並びに円筒ころ試験体４４の寿命比を示す。
【表3】
【0045】
表３から、ビッカース硬さが６８２～７７０ＨＶ、残留オーステナイト量が２６～４５ｖｏｌ％、及び平均結晶粒度が９又は１０の実施例１～８の円筒ころ試験体４４は、比較例１０の円筒ころ試験体４４に比べ、６倍以上の寿命比を有することが分かる。
ビッカース硬さが６８２ＨＶ未満または７７０ＨＶを超える、比較例１～９、１１及び１２は、寿命比が、比較例１０の５倍以下である。また、残留オーステナイト量が２５ｖｏｌ％未満または４５ｖｏｌ％を超える、比較例１～３、５～８及び１０～１２は、寿命比が、比較例１０の５倍以下である。さらに、平均結晶粒度が８番未満又は１０番を超える、比較例９～１２は、寿命比が、比較例１０の３倍以下である。
このことから、実施例１～８の円筒ころ試験体４４の材料と熱処理とを用いた内輪が、内輪の軌道の外周面から、直交せん断応力が最大になる深さでの、残留オーステナイト量が、２５～４５ｖｏｌ％であり、平均結晶粒度が、８～１０番であり、及びビッカース硬さが、６８２～７７０ＨＶである、円筒ころ軸受は、寿命比が、向上することが分かる。
ビッカース硬さが６８２ＨＶ未満または７７０ＨＶを超える、比較例１～９、１１及び１２は、寿命比が、比較例１０の５倍以下である。また、残留オーステナイト量が２５ｖｏｌ％未満または４５ｖｏｌ％を超える、比較例１～３、５～８及び１０～１２は、寿命比が、比較例１０の５倍以下である。さらに、平均結晶粒度が８番未満又は１０番を超える、比較例９～１２は、寿命比が、比較例１０の３倍以下である。
このことから、実施例１～８の円筒ころ試験体４４の材料と熱処理とを用いた内輪が、内輪の軌道の外周面から、直交せん断応力が最大になる深さでの、残留オーステナイト量が、２５～４５ｖｏｌ％であり、平均結晶粒度が、８～１０番であり、及びビッカース硬さが、６８２～７７０ＨＶである、円筒ころ軸受は、寿命比が、向上することが分かる。
【0046】
これらの評価により、本発明の実施形態に係る材料と熱処理を用いた円筒ころ軸受は、内輪のエッジ剥離及び内部起点剥離の抑制を同時に達成し、寿命向上を図ることができることが、明らかとなった。
【符号の説明】
【0047】
１０：圧延機、１１：ワークロール、１２：第一中間ロール、１３：第二中間ロール、１４：バックアップロール、１５：分割ロール、１６：シャフト、１７：ハウジング、１８：サドル、２０：内輪、２１：外輪、２２：円筒ころ、２０ａ：内輪の内周面、２０ｂ：内輪の外周面、２１ａ：外輪の内周面、２１ｂ：外輪の外周面、２２ａ：転動面、２２ｂ：左側端面、２２ｃ：右側端面、４０：転動疲労寿命試験機、４１：ドライブロール、４２：ボール、４３：ガイドロール、４４：円筒ころ試験体、ＲＭ：被圧延材、Ｗ：外輪の幅、Ｔ：内輪の幅、ｄ：内周面の直径、Ｄ１：外周面の直径、Ｃｈａ：第一の面取り、Ｃｈｂ：第二の面取り、Ｃｒａ：第一のクラウニング、Ｃｒｂ：第二のクラウニング、Ｃｙ：円筒面、ＬＣｈａ：第一の面取りの軸方向の長さ、ＬＣｈｂ：第二の面取りの軸方向の長さ、ＬＣｒａ：第一のクラウニングの軸方向の長さ、ＬＣｒｂ：第二のクラウニングの軸方向の長さ、ＬＣｙ：円筒面の軸方向の長さ、Ｌ：円筒ころの軸方向の長さ、ＲＲａ：第一のクラウニングの曲率半径、ＲＲｂ：第二のクラウニングの曲率半径、Ｚ：直交せん断応力が、最大値になる深さ、Ｄ２：円筒ころの直径
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】