特開 2023-168878 円錐ころ軸受

(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】P2023168878

(43)【公開日】2023-11-29

(54)【発明の名称】円錐ころ軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 19/38 20060101AFI20231121BHJP

   F16C 33/66 20060101ALI20231121BHJP

   F16C 33/62 20060101ALI20231121BHJP

【ＦＩ】

F16C19/38

F16C33/66 Z

F16C33/62

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022080244

(22)【出願日】2022-05-16

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100177910

【弁理士】

【氏名又は名称】木津 正晴

(72)【発明者】

【氏名】天野 靖

(72)【発明者】

【氏名】野村 剛

【テーマコード（参考）】

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J701AA16

3J701AA25

3J701AA32

3J701AA43

3J701AA54

3J701AA62

3J701BA53

3J701BA57

3J701BA69

3J701BA70

3J701DA05

3J701EA02

3J701EA47

3J701EA78

3J701FA33

3J701FA44

3J701GA36

3J701XB03

3J701XB12

3J701XB33

(57)【要約】

【課題】厳しい使用環境下でも焼付きの発生を抑制することができる円錐ころ軸受を提供する。
【解決手段】円錐ころ軸受１は、内輪２と、外輪４，５と、内輪２と外輪４，５との間に配置された複数の円錐ころ７と、を備える。内輪２の内径は、２００ｍｍ以下である。円錐ころ軸受１は、基本動定格荷重の０．２倍以上の荷重を受けた状態で使用されるように構成されている。内輪２は、複数の円錐ころ７の大径端面７１ａが接触する大鍔面２３ａ，２３ｂを有する。大鍔面２３ａ，２３ｂには被膜３１が形成されており、大径端面７１ａにおける大鍔面２３ａ，２３ｂとの接触領域には被膜３２が形成されている。被膜３１，３２は、内輪２のビッカース硬さ及び円錐ころ７のビッカース硬さよりも大きいビッカース硬さを有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内輪と、
外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の円錐ころと、を備える円錐ころ軸受であって、
前記内輪の内径は、２００ｍｍ以下であり、
前記円錐ころ軸受は、基本動定格荷重の０．２倍以上の荷重を受けた状態で使用されるように構成されており、
前記内輪は、前記複数の円錐ころの大径端面が接触する大鍔面を有し、
前記大鍔面、及び前記大径端面における前記大鍔面との接触領域の少なくとも一方には、前記内輪のビッカース硬さ及び前記円錐ころのビッカース硬さよりも大きなビッカース硬さを有する被膜が形成されている、円錐ころ軸受。

【請求項2】

前記被膜は、ダイヤモンドライクカーボンにより構成されている、請求項１に記載の円錐ころ軸受。

【請求項3】

前記被膜は、前記大径端面の全面にわたって形成されている、請求項１又は２に記載の円錐ころ軸受。

【請求項4】

前記被膜は、前記大鍔面及び前記接触領域の両方に形成されている、請求項１又は２に記載の円錐ころ軸受。

【請求項5】

ラジアル荷重以上のアキシアル荷重を受けた状態で使用されるように構成されている、請求項１又は２に記載の円錐ころ軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、円錐ころ軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に配置された複数の円錐ころとを備える円錐ころ軸受が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１２７８３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

円錐ころ軸受の中には、鉄鋼圧延機のロールを支持するために用いられるものがある。一方、鉄鋼圧延機により、従来より使用されている鋼板よりも硬い圧延材（例えば高張力鋼や電磁鋼板等）を圧延する場合が考えられる。この場合、圧延材の変形抵抗が大きくなるため、圧延材に作用する圧力を増加させる必要がある。これに対し、単に圧延荷重を増加させると、ロールと圧延材との間の接触圧力が高くなることでロールが扁平に変形してしまうおそれがあり、圧延荷重を増加させても狙いの厚さの板材を製造することができない可能性がある。そこで、ロールを小径化し、ロールと圧延材との間の接触面積を減少させて高い面圧を発生させることで、従来と同程度の圧延荷重で硬い圧延材の圧延を実現可能とすることが考えられる。

【0005】

しかし、ロールの小径化に合わせて軸受も小型化する必要があるが、軸受が小型化すると軸受のラジアル荷重及びアキシアル荷重に対する耐性（負荷能力）が低下する。ラジアル荷重に関しては、小径化に伴ってロールが弾性変形しやすくなり、ロールから軸受に作用するラジアル荷重が減少する。そのため、軸受のラジアル荷重に対する耐性が低下したとしても、軸受に作用するラジアル荷重も減少することで互いの影響が相殺され、結果として軸受への影響は小さい。

【0006】

一方、アキシアル荷重はロールの小径化によって変化しない。そのため、軸受を小型化した場合、アキシアル荷重に対する耐性の低下の影響が問題となり得る。例えば、円錐ころ軸受においては、円錐ころの大径端面と内輪の大鍔面との間の接触面によりアキシアル荷重が受けられる場合がある。この場合において当該接触面に高い荷重（面圧）が作用すると、荷重の増加により接触面に存在する油膜の厚さが減少し、結果として油膜が切れやすくなり、焼付きが発生してしまうおそれがある。

【0007】

そこで、本発明は、厳しい使用環境下でも焼付きの発生を抑制することができる円錐ころ軸受を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の円錐ころ軸受は、［１］「内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の円錐ころと、を備える円錐ころ軸受であって、前記内輪の内径は、２００ｍｍ以下であり、前記円錐ころ軸受は、基本動定格荷重の０．２倍以上の荷重を受けた状態で使用されるように構成されており、前記内輪は、前記複数の円錐ころの大径端面が接触する大鍔面を有し、前記大鍔面、及び前記大径端面における前記大鍔面との接触領域の少なくとも一方には、前記内輪のビッカース硬さ及び前記円錐ころのビッカース硬さよりも大きなビッカース硬さを有する被膜が形成されている、円錐ころ軸受」である。

【0009】

この円錐ころ軸受は、例えば鉄鋼圧延機のロールを支持するために、基本動定格荷重の０．２倍以上の荷重を受けた状態で使用される。また、この円錐ころ軸受では、内輪の内径が２００ｍｍ以下であり、上述したとおり、従来のものよりも小径化された鉄鋼圧延機のロールを支持するために用いられた場合に、円錐ころの大径端面と内輪の大鍔面との間の接触面に高い荷重が作用する。このように、この円錐ころ軸受は、厳しい使用環境下で使用される。この点、この円錐ころ軸受では、内輪の大鍔面、及び円錐ころの大径端面における大鍔面との接触領域の少なくとも一方に、内輪のビッカース硬さ及び円錐ころのビッカース硬さよりも大きなビッカース硬さを有する被膜が形成されている。これにより、大鍔面と大径端面との間での焼付きの発生を抑制することができる。よって、この円錐転がり軸受によれば、厳しい使用環境下でも焼付きの発生を抑制することができる。

【0010】

本発明の円錐ころ軸受は、［２］「前記被膜は、ダイヤモンドライクカーボンにより構成されている、［１］に記載の円錐ころ軸受」であってもよい。この場合、焼付きの発生を一層抑制することができる。

【0011】

本発明の円錐ころ軸受は、［３］「前記被膜は、前記大径端面の全面にわたって形成されている、［１］又は［２］に記載の円錐ころ軸受」であってもよい。この場合、焼付きの発生を一層抑制することができる。

【0012】

本発明の円錐ころ軸受は、［４］「前記被膜は、前記大鍔面及び前記接触領域の両方に形成されている、［１］～［３］のいずれかに記載の円錐ころ軸受」であってもよい。この場合、焼付きの発生を一層抑制することができる。

【0013】

本発明の円錐ころ軸受は、［５］「ラジアル荷重以上のアキシアル荷重を受けた状態で使用されるように構成されている、［１］～［４］のいずれかに記載の円錐ころ軸受」であってもよい。この場合、内輪の大鍔面と円錐ころの大径端面と間の接触面において焼付きが発生しやすくなるが、この円錐ころ軸受によれば、そのような場合でも焼付きの発生を抑制することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、厳しい使用環境下でも焼付きの発生を抑制することができる円錐ころ軸受を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態に係る円錐ころ軸受の周辺部の断面図である。

【図2】円錐ころ軸受の断面図である。

【図3】円錐ころ軸受の一部分の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

【0017】

図１に示される円錐ころ軸受１は、鉄鋼圧延機のロールＲ（例えばワークロール）のネック部Ｎを支持するロールネック軸受として構成されている。円錐ころ軸受１は、圧延機本体に取り付けられた軸箱（チョック）Ｃ内に配置されている。円錐ころ軸受１は、多列円錐ころ軸受であり、ラジアル荷重及びアキシアル荷重の両方を受けることができる。円錐ころ軸受１には、ロールの弾性変形を修正して圧延材の形状制御を行うための径方向のロールベンディングによるラジアル荷重と、軸方向のロールシフトやミスアライメントによるアキシアル荷重とを支持する機能が求められるためである。

【0018】

図１及び図２に示されるように、円錐ころ軸受１は、一対の内輪２と、第１外輪４と、一対の第２外輪５と、複数の円錐ころ７と、複数の保持器８と、一対のシールユニット１０と、を備えている。円錐ころ軸受１は、例えば、軸方向Ａにおける円錐ころ軸受１の中心を通り且つ軸方向Ａに垂直な面（一対の内輪２の間の境界面）に関して面対称に構成されている。

【0019】

一対の内輪２は、軸方向Ａに沿って並ぶように配置されており、互いに接触している。内輪２は、軌道面２１及び内面２２を有している。内面２２は、ネック部Ｎと嵌め合わされる。一対の内輪２の内面２２の間の境界部には円筒状の中間シール９１が配置されており、中間シール９１により内面２２同士の間が封止されている。各内面２２には溝部２２ａが形成されており、中間シール９１は溝部２２ａ内に配置されている。

【0020】

内輪２には、大鍔部２３、第１小鍔部２４及び第２小鍔部２５が設けられている。大鍔部２３は、軸方向Ａにおける一方側を向いた第１大鍔面２３ａと、軸方向Ａにおける他方側を向いた第２大鍔面２３ｂと、を有している。第１大鍔面２３ａ及び第２大鍔面２３ｂは、円環状に形成されており、軌道面２１に連続している。第１大鍔面２３ａ及び第２大鍔面２３ｂには、後述する円錐ころ７の大径端面７１ａが接触する。

【0021】

第１小鍔部２４は第１小鍔面２４ａを有しており、第２小鍔部２５は第２小鍔面２５ａを有している。第１小鍔面２４ａ及び第２小鍔面２５ａは、円環状に形成されており、大鍔部２３とは反対側において軌道面２１に連続している。第１小鍔面２４ａ及び第２小鍔面２５ａには、後述する円錐ころ７の小径端面７２ａが接触する。

【0022】

内輪２の内径は、２００ｍｍ以下である。内輪２の内径とは、軸方向Ａから見た場合における内面２２同士の間の距離（直径）である。内輪２の内径は、１５０ｍｍ以下であってもよいし、１００ｍｍ以下であってもよい。

【0023】

一対の第２外輪５は、軸方向Ａにおいて第１外輪４を挟むように配置されている。第１外輪４は、一対の内輪２における中央側の部分と径方向において向かい合っている。第２外輪５は、一対の内輪２における端部側の部分と径方向において向かい合っている。

【0024】

第１外輪４は、軌道面４１及び外面４２を有している。第２外輪５は、軌道面５１及び外面５２を有している。外面４２，５２は、軸箱Ｃの内面Ｃａ（図１）と嵌め合わされる。第１外輪４と第２外輪５との間には円筒状の間座９２が介在している。外面５２には溝部５２ａが形成されており、溝部５２ａには円環状のＯリング９４が配置されている。Ｏリング９４により外面５２と軸箱Ｃの内面Ｃａとの間が封止されている。

【0025】

複数の円錐ころ７は、複数の第１円錐ころ７Ａと、複数の第２円錐ころ７Ｂと、を含んでいる。第１円錐ころ７Ａは、内輪２の軌道面２１と第２外輪５の軌道面５１との間に配置されている。第１円錐ころ７Ａは、転動時に外周面（転動面）において軌道面２１，５１と転がり接触する。第２円錐ころ７Ｂは、内輪２の軌道面２１と第１外輪４の軌道面４１との間に配置されている。第２円錐ころ７Ｂは、転動時に外周面（転動面）において軌道面２１，４１と転がり接触する。複数の円錐ころ７は、複数列（この例では４列）に配置されている。

【0026】

各円錐ころ７は、円錐状（円錐台状）に形成されており、大径側の頭部７１と、小径側の尾部７２と、を有している。頭部７１側における円錐ころ７の端面は、円形状の大径端面７１ａとなっており、尾部７２側における円錐ころ７の端面は、円形状の小径端面７２ａとなっている。大径端面７１ａの直径は、小径端面７２ａの直径よりも大きい。

【0027】

第１円錐ころ７Ａは、大径端面７１ａが軸方向Ａにおける中央側を向くように配置されており、第２円錐ころ７Ｂは、大径端面７１ａが軸方向Ａにおける端部側を向くように配置されている。複数の第１円錐ころ７Ａ及び複数の第２円錐ころ７Ｂは、軌道面２１と軌道面４１又は軌道面５１との間において一定の間隔で回転可能となるように、保持器８によって保持されている。

【0028】

転動時には、各第１円錐ころ７Ａの大径端面７１ａが内輪２の第１大鍔面２３ａと滑り接触し、各第１円錐ころ７Ａの小径端面７２ａが内輪２の第１小鍔面２４ａと滑り接触する。また、各第２円錐ころ７Ｂの大径端面７１ａが内輪２の第２大鍔面２３ｂと滑り接触し、各第２円錐ころ７Ｂの小径端面７２ａが内輪２の第２小鍔面２５ａと滑り接触する。円錐ころ軸受１に作用するアキシアル荷重は、主に、大径端面７１ａと第１大鍔面２３ａ及び第２大鍔面２３ｂとの間の接触面により受けられる。

【0029】

一対のシールユニット１０は、軸方向Ａにおける第２外輪５の両端部にそれぞれ取り付けられ、内輪２と第２外輪５との間を封止している。図２及び図３に示されるように、シールユニット１０は、シールド部材１１と、シールド部材１１に取り付けられた接触部材１２と、を有している。シールド部材１１は、例えば鋼等の金属材料により円環状に形成されており、底壁部１３と、内側壁部１４と、外側壁部１５と、を有している。シールド部材１１は、外側壁部１５が第２外輪５の内面５３と嵌め合わされることにより、第２外輪５の端部に固定されている。接触部材１２は、例えばゴム等の弾性材料により円環状に形成されている。接触部材１２は、シールド部材１１の内側壁部１４と嵌め合わされることにより、シールド部材１１に固定されている。接触部材１２の先端部は、内輪２の外面２７に接触している。

【0030】

円錐ころ軸受１は、基本動定格荷重（Ｃｒ）の０．２倍以上の荷重を受けた状態で使用されるように軸箱に設置される。すなわち、円錐ころ軸受１は、そのような荷重を受けた状態で使用されるように構成されている。鉄鋼圧延機においてロールＲを支持するために用いられる場合、円錐ころ軸受１には、基本動定格荷重の０．２倍以上の極めて大きな荷重が作用する（鉄鋼圧延機のベンダー荷重）。基本動定格荷重とは、軸受が１００万回転の基本定格寿命（９０％寿命）に耐えられるように設定された一定の大きさの静止荷重である。また、円錐ころ軸受１は、ラジアル荷重以上のアキシアル荷重を受けた状態で使用されるように構成されている。すなわち、使用時に円錐ころ軸受１に作用するアキシアル荷重は、使用時に円錐ころ軸受１に作用するラジアル荷重以上である。円錐ころ軸受１は、基本動定格荷重の０．３倍以上、０．４倍以上又は０．５倍以上の荷重を受けた状態で使用されるように構成されていてもよい。

【0031】

円錐ころ軸受１では、各内輪２の第１大鍔面２３ａ及び第２大鍔面２３ｂ上に、被膜３１が形成されている。また、各円錐ころ７の大径端面７１ａ上に、被膜３２が形成されている。この例では、被膜３１は、第１大鍔面２３ａの全面及び第２大鍔面２３ｂの全面にわたって形成されており、被膜３２は、大径端面７１ａの全面にわたって形成されている。円錐ころ７の小径端面７２ａ、並びに内輪２の第１小鍔面２４ａ及び第２小鍔面２５ａ上には被膜は形成されていない。円錐ころ軸受１では、大径端面７１ａは、被膜３１及び被膜３２を介して第１大鍔面２３ａ又は第２大鍔面２３ｂと滑り接触する。

【0032】

被膜３１，３２は、内輪２のビッカース硬さ及び円錐ころ７のビッカース硬さよりも大きなビッカース硬さを有する硬質被膜である。ビッカース硬さは、例えばＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｚ ２２４４－１：２０２０、ＪＩＳ Ｚ ２２４４－２：２０２０）により規定されたビッカース硬さ試験により測定され得る。被膜３１，３２は、例えば非金属材料により形成されている。この例では、被膜３１，３２は、ダイヤモンドライクカーボン（Diamond-Like Carbon）により構成された硬質炭素膜であり、３０００ＨＶ程度のビッカース硬さを有している。一例として、内輪２の材料が浸炭炭素鋼である場合、内輪２のビッカース硬さは例えば６５０ＨＶ～７５０ＨＶ程度であり、円錐ころ７の材料が浸炭炭素鋼である場合、円錐ころ７のビッカース硬さは例えば６７０ＨＶ～７７０ＨＶ程度である。被膜３１，３２は、第１大鍔面２３ａ又は第２大鍔面２３ｂと大径端面７１ａとの間に介在し、第１大鍔面２３ａ又は第２大鍔面２３ｂと大径端面７１ａとの間の金属接触を抑制する。被膜３１，３２は、第１大鍔面２３ａ又は第２大鍔面２３ｂと大径端面７１ａとの間の接触面における摩擦（摩耗）を抑制する機能を有する。被膜３１，３２はダイヤモンドライクカーボンに限定されず、例えばクロムめっきにより構成されてもよい。この場合、被膜３１，３２のビッカース硬さは例えば７００ＨＶ～１０００ＨＶ程度である。被膜３１,３２は、互いに異なる種類の被膜により構成されていてもよい。
［作用及び効果］

【0033】

円錐ころ軸受１は、例えば鉄鋼圧延機のロールを支持するために、基本動定格荷重の０．２倍以上の荷重を受けた状態で使用される。また、円錐ころ軸受１では、内輪２の内径が２００ｍｍ以下であり、上述したとおり、従来のものよりも小径化された鉄鋼圧延機のロールを支持するために用いられた場合に、円錐ころ７の大径端面７１ａと内輪２の大鍔面２３ａ，２３ｂとの間の接触面に高い荷重が作用する。このように、円錐ころ軸受１は、厳しい使用環境下で使用される。この点、円錐ころ軸受１では、内輪２の第１大鍔面２３ａ及び第２大鍔面２３ｂに被膜３１が形成されていると共に、円錐ころ７の大径端面７１ａに被膜３２が形成されている。被膜３１，３２は、内輪２のビッカース硬さ及び円錐ころ７のビッカース硬さよりも大きなビッカース硬さを有している。これにより、大鍔面２３ａ，２３ｂと大径端面７１ａとの間での焼付きの発生を抑制することができる。よって、円錐ころ軸受１によれば、耐アキシアル性能を高めることができ、厳しい使用環境下でも焼付きの発生を抑制することができる。

【0034】

被膜３１，３２が、ダイヤモンドライクカーボンにより構成されている。これにより、焼付きの発生を一層抑制することができる。

【0035】

被膜３２が、大径端面７１ａの全面にわたって形成されている。これにより、焼付きの発生を一層抑制することができる。

【0036】

被膜３１，３２が、大鍔面２３ａ，２３ｂ及び大径端面７１ａにそれぞれ形成されている。これにより、焼付きの発生を一層抑制することができる。

【0037】

円錐ころ軸受１が、ラジアル荷重以上のアキシアル荷重を受けた状態で使用されるように構成されている。この場合、内輪２の第１大鍔面２３ａ及び第２大鍔面２３ｂと円錐ころ７の大径端面７１ａとの間の接触面において焼付きが発生しやすくなるが、円錐ころ軸受１によれば、そのような場合でも焼付きの発生を抑制することができる。

【0038】

本発明は、上記実施形態及び変形例に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。上記実施形態では円錐ころ軸受１が密封されていたが、円錐ころ軸受１は密封されていなくてもよい。円錐ころ軸受１内には潤滑剤（潤滑油）が存在していてもよい。潤滑剤が存在している場合、仮に被膜３１，３２が摩耗等により無くなってしまった場合でも、被膜３１，３２の代わりに油膜が形成されて大鍔面２３ａ，２３ｂが保護され得る。

【0039】

上記実施形態では被膜３２が大径端面７１ａの全面にわたって形成されていたが、被膜３２は、大径端面７１ａにおける大鍔面２３ａ，２３ｂとの接触領域（大径端面７１ａにおける外周に沿った縁部）のみに形成されていてもよい。この場合にも、上記実施形態と同様に、焼付きの発生を抑制することができる。また、被膜３２が形成される領域を小さくすることで、生産性を高めて低コスト化を図ることができる。大径端面７１ａの中央に逃がし部（凹部）が形成されている場合、大径端面７１ａにおいて逃がし部が形成されていない領域のみに被膜３２が形成されていてもよい。

【0040】

上記実施形態では第１大鍔面２３ａ及び第２大鍔面２３ｂに被膜３１が形成されていると共に大径端面７１ａに被膜３２が形成されていたが、被膜３１，３２はは、大鍔面２３ａ，２３ｂ及び大径端面７１ａの少なくとも一方に形成されていればよく、大鍔面２３ａ，２３ｂのみに形成されていてもよいし、大径端面７１ａのみに形成されていてもよい。すなわち、被膜３１，３２の一方が省略されてもよい。この場合にも、上記実施形態と同様に、焼付きの発生を抑制することができる。

【符号の説明】

【0041】

１…円錐ころ軸受、２…内輪、４…第１外輪、５…第２外輪、２３ａ…第１大鍔面、２３ｂ…第２大鍔面、７１ａ…大径端面、３１…被膜、３２…被膜。

【図1】

【図2】

【図3】