転がり軸受用試験装置
【課題】試料軸受の外輪を回転させた状態でアキシアル荷重を付与した試験を行うことが可能な転がり軸受用試験装置を提供する。
【解決手段】本発明の転がり軸受用試験装置は、転がり軸受１３の外輪１９を回転させる回転駆動手段１４と、転がり軸受１３の外輪１９の軸方向端面を軸方向に押圧してアキシアル方向の荷重を与えるアキシアル荷重付与ユニット１６とを備える。アキシアル荷重付与ユニット１６は、転がり軸受１３の外輪１９の軸方向端面に当接可能で、外輪１９の回転軸心Ｏ１に対して直交する軸心Ｏ３回りに回転可能な押圧ローラ５２と、押圧ローラ５２を外輪１９の軸方向端面に押し付けるべく外輪１９の回転軸心Ｏ１方向に移動させるアキシアル荷重用油圧シリンダ５３とを備える。
【解決手段】本発明の転がり軸受用試験装置は、転がり軸受１３の外輪１９を回転させる回転駆動手段１４と、転がり軸受１３の外輪１９の軸方向端面を軸方向に押圧してアキシアル方向の荷重を与えるアキシアル荷重付与ユニット１６とを備える。アキシアル荷重付与ユニット１６は、転がり軸受１３の外輪１９の軸方向端面に当接可能で、外輪１９の回転軸心Ｏ１に対して直交する軸心Ｏ３回りに回転可能な押圧ローラ５２と、押圧ローラ５２を外輪１９の軸方向端面に押し付けるべく外輪１９の回転軸心Ｏ１方向に移動させるアキシアル荷重用油圧シリンダ５３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受にアキシアル荷重を付与して性能の評価を行うための転がり軸受用試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
厚板矯正機やセンジミア圧延機等の製鉄設備において、ワークロールを支持するバックアップロールはワークロールからラジアル荷重を受けるため、バックアップロールにはラジアル荷重の負荷能力が高い円筒ころ軸受が内蔵されることが多い。しかし、実際の運転状態では、ワークロールに撓みが生じたりワークが蛇行したりすることによって、ラジアル荷重だけでなくアキシアル荷重もバックアップロールに作用する。このようなアキシアル荷重は、円筒ころ軸受の鍔部のカジリや焼付の原因となり、耐久性に影響する。
【０００３】
円筒ころ軸受の設計段階においては、各種諸元を決定するためにラジアル荷重を付与した状態での性能試験が行われるが、前記バックアップロールのように、使用形態によってはアキシアル荷重が付与される場合もあるため、アキシアル荷重を付与した状態での試験も要求される。そのため、従来は、図６に示される試験装置を用いることによって試料軸受にアキシアル荷重を付与した状態で試験が行われていた。
【０００４】
図６において、試料軸受１０１は、軸体１０２の外周面に嵌合された内輪１０３と、この内輪１０３の径方向外側に配置された外輪１０４と、内輪１０３および外輪１０４の間に転動可能に配置された複数の転動体１０５とを備え、外輪１０４は試験ロール１０６の内周面に嵌合されている。軸体１０２の両端部は保持体１０７によって保持され、保持体１０７には図示しない荷重付与手段によってラジアル荷重Ｆｒが付与される。
試験ロール１０６の外周面は、駆動ロール１０８の外周面に接触されており、図示しないモータを用いて駆動ロール１０８の回転軸１０９を回転させることによって試験ロール１０６をも回転させるように構成されている。
【０００５】
試料軸受１０１に対してアキシアル荷重を付与するため、従来の試験装置は、軸体１０２の回転軸心Ｏ１を駆動ロール１０８の回転軸心Ｏ２に対して平面視で角度θだけ傾けている（図６（ｂ）参照）。これにより、試料軸受１０１には、ラジアル荷重Ｆｒによって試料軸受１０１に作用する摩擦力の分力としてアキシアル荷重Ｆａが付与される。そして、駆動ロール１０８によって試験ロール１０６を回転させながら試料軸受１０１にラジアル荷重Ｆｒおよびアキシアル荷重Ｆａを付与し、内輪１０３の鍔部等の昇温状態やかじり・焼き付きの発生等をモニターすることによって試料軸受の性能の評価を行っていた。
【０００６】
一方、転がり軸受に対してラジアル荷重およびアキシアル荷重を付与することが可能な他の試験装置として、下記特許文献１に開示されたものもある。この試験装置は、試料軸受の内輪を回転軸に嵌合し、この回転軸を回転させることによって内輪を回転させ、その状態で固定状態の外輪の外周面に対してラジアル荷重用油圧ラムによりラジアル荷重を付与するとともに、外輪の軸方向端面にアキシアル荷重用油圧ラムによってアキシアル荷重を付与するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−４７１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図６に示される従来の試験装置では、外部から付与されるラジアル荷重Ｆｒと、このラジアル荷重Ｆｒに基づいて付与されるアキシアル荷重Ｆａとの割合（Ｆａ／Ｆｒ）はほぼ一定となるため、アキシアル荷重Ｆａを変化させるにはラジアル荷重Ｆｒをも変化させる必要がある。そのため、一方の荷重を一定にした状態で他方の荷重を変化させることができず、非常に限られた条件でしか試験を行うことができなかった。
【０００９】
また、試料軸受１０１の回転軸Ｏ１と駆動ロール１０８の回転軸Ｏ２との相対角度θを調整することによってアキシアル荷重Ｆａを変化させることも考えられるが、この場合、アキシアル荷重Ｆａの制御が非常に困難となるとともに、相対角度θを調整可能とするための軸１０２の支持構造が複雑化し、コスト高となる。また、試験を実施することが可能な両回転軸Ｏ１，Ｏ２の相対角度θの範囲には限界があるため、付与することが可能なアキシアル荷重Ｆａの範囲も限られる。
【００１０】
一方、特許文献１に記載の技術では、ラジアル荷重とアキシアル荷重とを個別に付与することができるため、一方の荷重を一定にして他方の荷重を変化させながら試験を行うことも可能であるが、外輪が固定輪とされているため、バックアップロールのように外輪が回転する条件では各荷重を付与することができず、現実の使用形態に則した試験を行うことはできなかった。
【００１１】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、回転する外輪に対してアキシアル荷重を付与して試験を行うことが可能な転がり軸受用試験装置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】
【００１２】
本発明の転がり軸受用試験装置は、転がり軸受の外輪を回転させる回転駆動手段と、前記転がり軸受の外輪の軸方向端面を軸方向に押圧してアキシアル方向の荷重を与えるアキシアル荷重付与手段とを備えていることを特徴としている。
この構成によれば、回転駆動手段によって転がり軸受の外輪を回転させながら、アキシアル荷重付与手段によって外輪の軸方向端面にアキシアル荷重を付与することができる。したがって、圧延機等のバックアップロールのように外輪が回転する条件を想定して現実の使用形態に則した試験を行うことができる。また、外輪にラジアル荷重を付与するためのラジアル荷重付与手段が別途備えられている場合には、アキシアル荷重およびラジアル荷重の一方を一定にして他方を変化させるといった試験も可能になる。
【００１３】
前記アキシアル荷重付与手段は、前記転がり軸受の外輪の軸方向端面に当接可能であり、かつ外輪の回転軸心に対して直交する軸心周りに回転可能な押圧部材と、この押圧部材を外輪の軸方向端面に押し付けてアキシアル方向の荷重を付与する駆動部とを備えていることが好ましい。この場合、外輪の回転に追従して押圧部材を回転させることができるため、外輪と押圧部材との間の滑りを少なくすることができ、両者の摩耗の発生を抑制できるとともに、押圧部材との接触によって外輪に作用する回転抵抗が小さくなるので、外輪を回転させるための回転駆動手段の駆動力を小さくすることができる。
【００１４】
前記押圧部材の外周面は、前記外輪の軸方向端面に点接触可能な曲面状に形成されていることが好ましい。これによって、外輪と押圧部材とを点接触させて両者の接触面積を極めて小さくし、外輪と押圧部材との間の滑りをより少なくすることが可能となる。したがって、両者の摩耗をより抑制することができるとともに、回転駆動手段の駆動力をより小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転する外輪に対してアキシアル荷重を付与して試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る転がり軸受用試験装置の正面図である。
【図２】同転がり軸受用試験装置の側面図である。
【図３】アキシアル荷重付与ユニットの平面図である。
【図４】転がり軸受用試験装置の要部を簡略化して示す正面図である。
【図５】試料軸受の一部断面正面図である。
【図６】（ａ）は従来技術に係る転がり軸受用試験装置の概略正面図、（ｂ）は同概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る転がり軸受用試験装置の正面図、図２は、同転がり軸受用試験装置の側面図である。なお、以下の説明において、図１の左右方向および図２の紙面貫通方向を左右方向といい、図１の紙面貫通方向および図２の左右方向を前後方向という。
【００１８】
本実施形態の転がり軸受用試験装置１０は、装置の骨格をなすフレーム体１１を備え、このフレーム体１１に、試料軸受１３を回転させるための回転駆動手段１４、試料軸受１３にラジアル荷重を付与するラジアル荷重付与ユニット（ラジアル荷重付与手段）１５、同じくアキシアル荷重を付与するアキシアル荷重付与ユニット（アキシアル荷重付与手段）１６、および各荷重を検出するための荷重検出器等が設けられている。
【００１９】
図５は、試料軸受１３の一部断面正面図である。試料軸受１３は、支軸１８と、この支軸１８の外周側に同心状に配置された外輪１９と、支軸１８の外周面と外輪１９の内周面との間に転動自在に配置された複数の円筒ころ（転動体）２０と、を備えている。本実施形態の円筒ころ２０は、軸方向に４列設けられている。
【００２０】
支軸１８の外周面には、各列の円筒ころ２０が転動可能な軌道面２２が形成されており、実質的に支軸１８が内輪部材を構成している。軌道面２２の右側（軸方向一方側）には径方向外側に突出する鍔部２３が形成され、右端の円筒ころ２０の右方向への移動が鍔部２３によって規制されている。軌道面２２の左側（軸方向他方側）には径方向内側へ凹む段差部２４が形成され、この段差部２４には、鍔輪２５が止め輪２６によって抜け止めされた状態で嵌合されている。この鍔輪２５によって左端の円筒ころ２０の左方向への移動が規制されている。支軸１８の軸方向両端部には、軌道面２２よりも小径のネック部２７が一体形成されている。
【００２１】
軌道面２２にはスペーサ２８が外嵌され、このスペーサ２８によって各円筒ころ２０の軸方向の間隔が保持されている。また、各列の円筒ころ２０は、保持器２９によって周方向の間隔が保持されている。
【００２２】
外輪１９の内周面には、円筒ころ２０が転動する軌道面３１が形成されている。さらに軌道面３１の軸方向両側には径方向外側へ凹む段差部３２が形成され、この段差部３２には鍔輪３３が止め輪３４によって抜け止めされた状態で嵌合されている。この両鍔輪３３によって、左右両端の円筒ころ２０の軸方向外方への移動が規制されている。
【００２３】
鍔部２３と鍔輪３３との間、鍔輪２５と鍔輪３３との間にはシール部材３６が設けられ、試料軸受１３内の潤滑剤の漏洩が防止されている。なお、図示は省略しているが、支軸１８には潤滑剤を流通させるための油孔が形成され、この油孔を介して試料軸受１３内に潤滑剤が供給されるようになっている。
上記に説明した試料軸受１３は、軸心Ｏ１を左右方向に向けた状態で後述するラジアル荷重付与ユニット１５の軸支持部材４８によって支持される。
【００２４】
図１および図２に示すように、転がり軸受用試験装置１０のフレーム体１１は、最下部に設けられた左右２枚のベース板３８と、左右の各ベース板３８の前後両端部から上方に延びる計４本の柱部材３９と、４本の柱部材３９の上端部を相互に連結する連結部材４０とを備えている。
各ベース板３８上には、軸受ハウジング４１が固定されており、この軸受ハウジング４１には左右方向の軸心Ｏ２を有する回転軸４２が回転自在に支持されている。両側の軸受ハウジング４１の間には、駆動ロール４３が回転軸４２に一体回転可能に固定されており、この駆動ロール４３の上面に試料軸受１３の下面が接触している。回転軸４２の軸心Ｏ２と、試料軸受１３の軸心Ｏ１とは互いに平行に配置されている。
【００２５】
回転軸４２には電動モータ４５（図４参照）が接続されており、この電動モータ４５によって回転軸４２および駆動ロール４３を回転させると、駆動ロール４３に接している試料軸受１３が軸心Ｏ１回りに回転するようになっている。
【００２６】
図１及び図２に示すように、ラジアル荷重付与ユニット１５は、連結部材４０に固定され、かつ垂直方向に伸縮する２個のラジアル荷重用油圧シリンダ（ラジアル荷重用アクチュエータ）４６と、この２個のラジアル荷重用油圧シリンダ４６からの垂直荷重を受ける受け部材４７と、この受け部材４７の下面に固定された軸支持部材４８とを備えている。ラジアル荷重用油圧シリンダ４６は、そのシリンダチューブ４６ａが連結部材４０に固定され、そのピストンロッド４６ｂが上下方向に進出・後退するように配置されている。連結部材４０は、ピストンロッド４６ｂの伸縮に伴って発生する荷重の反力を受け持つ反力受け部として機能する。
【００２７】
各ラジアル荷重用油圧シリンダ４６のピストンロッド４６ｂの下端部は、ロードセル等のラジアル荷重検出器４９を介して受け部材４７の上面に連結されている。受け部材４７は、前後の柱部材３９に収まる前後幅で、左右の柱部材３９にわたる左右長さを有するブロック形状であり、複数枚の板材を接合することによって形成されている。受け部材４７は、柱部材３９によって上下方向に移動可能に案内されている。
【００２８】
図１に示すように、軸支持部材４８は、上片部５０と、この上片部材の左右両端から下方に延びる側片部５１とから正面視コの字型に形成されており、この側片部５１の下端には試料軸受１３の支軸１８のネック部２７を嵌合させる凹状溝（図示略）が形成されている。
【００２９】
図４は、転がり軸受用試験装置の要部を簡略化して示す正面図である。この図４に示すように、ラジアル荷重用油圧シリンダ４６を伸張すると、受け部材４７および軸支持部材４８を介して下方向へのラジアル荷重が試料軸受１３に付与され、試料軸受１３が駆動ロール４３に押し付けられる。したがって、試料軸受１３には、駆動ロール４３からラジアル方向の反力が付与される。試料軸受１３に付与されるラジアル荷重はラジアル荷重検出器４９によって検出される。
【００３０】
図１及び図２に示すように、アキシアル荷重付与ユニット１６は、試料軸受１３の外輪１９の軸方向端面を押圧する押圧ローラ（押圧部材）５２と、この押圧ローラ５２を外輪１９の軸方向に移動させるアキシアル荷重用油圧シリンダ（駆動部）５３と、アキシアル荷重用油圧シリンダ５３を支持する基体５４とを備えている。図３は、アキシアル荷重付与ユニット１６の平面図であり、基体５４は、平板状の支持板５５と、この支持板５５の前後両端に設けられた取付ブラケット５６とを備えている。支持板５５は、板面が前後方向かつ上下方向に沿うように配置され、この支持板５５にアキシアル荷重用油圧シリンダ５３のシリンダチューブ５３ａが左右方向に貫通し、固定されている。取付ブラケット５６は、柱部材３９の外面に沿うように平面視Ｌ字形状に形成され、柱部材３９にボルト等の固定具を介して固定されている。
【００３１】
アキシアル荷重用油圧シリンダ５３のピストンロッド５３ｂの先端には押圧ローラ５２が回転自在に取り付けられている。具体的には、図４に示すように、ピストンロッド５３ｂの先端にはクレビス型の取付具５８が設けられ、この取付具５８に設けられた取付軸５９に取付軸受６０を介して押圧ローラ５２が回転自在に取り付けられている。この押圧ローラ５２の回転軸心Ｏ３は、試料軸受１３の回転軸心Ｏ１と直交する関係に設定されている。
【００３２】
押圧ローラ５２の外周面は、軸心Ｏ３を通る断面形状が凸円弧状の曲面（球面）に形成され、試料軸受１３の外輪１９の軸方向端面（特に外周面に近い位置）に点接触可能とされている（図５参照）。そして、アキシアル荷重用油圧シリンダ５３を伸張することによって押圧ローラ５２の外周面が外輪１９の軸方向端面に押し付けられ、外輪１９にはアキシアル荷重が付与される。なお、図３に示すように、アキシアル荷重の反力は、取付ブラケット５６の側片５６ａを介して右側の前後柱部材３９によって受け持たれる。
【００３３】
図５に示すように、外輪１９に付与されたアキシアル荷重Ｆａは、鍔輪３３から円筒ころ２０、スペーサ２８、および鍔輪２５を介して支軸１８に伝わる。そして、図１に示すように、支軸１８の左端面には、アキシアル荷重用油圧シリンダ５３から付与されるアキシアル荷重を検出するためのロードセル等のアキシアル荷重検出器６１が当接されている。アキシアル荷重検出器６１は、フレーム体１１における左側の前後柱部材３９に架設された取付板６２に取り付けられている。
【００３４】
また、支軸１８の右端面には、当該支軸１８に付与される回転トルクを検出するためのトルク検出器６５が当接されている。
また、図５に示すように、試料軸受１３の鍔輪３３には、熱電対等の温度検出器６３が設けられ、この温度検出器６３は、鍔輪２５と円筒ころ２０との摺動に伴う鍔輪２５の昇温状態を検出する。温度検出器６３の検出値は、試料軸受１３の性能を評価するための一要素として用いられる。
【００３５】
以上説明した本実施形態では、試料軸受１３の外輪１９に対してラジアル荷重Ｆｒとは別にアキシアル荷重Ｆａを直接付与することができ、一定のラジアル荷重Ｆｒを付与しながら、アキシアル荷重Ｆａを変化させて付与することが可能となる。逆に、一定のアキシアル荷重Ｆａを付与しながらラジアル荷重Ｆｒを変化させて付与することも可能となる。したがって、様々な荷重条件で試料軸受１３の試験を行うことができる。
また、圧延機等のバックアップロールのように外輪が回転する条件でアキシアル荷重を付与した試験を行うことが可能となる。
【００３６】
また、アキシアル荷重Ｆａを付与する押圧ローラ５２は、試料軸受１３の外輪１９の回転軸心Ｏ１に対して直交する軸心Ｏ３回りに回転自在であるので、外輪１９の回転に追従して回転することができ、外輪１９に作用する回転抵抗を小さくすることができる。
【００３７】
本実施形態において、押圧ローラ５２の外周面は断面凸円弧状の曲面に形成されているが、断面略直線状に形成することも可能である。しかし、この場合、押圧ローラ５２の外周面は、外輪１９の径方向に関して、所定の接触幅をもって外輪１９の軸方向端面に線接触することになる。一方、外輪１９は内径側と外径側とでは周速が異なるため、当該接触幅の範囲内において押圧ローラ５２と外輪１９との間には滑りが生じる。そのため、この滑りによる摺動摩擦によって外輪１９に与える回転抵抗が増大したり、押圧ローラ５２の取付軸受６０に負荷がかかったりする可能性がある。
この点において、本実施形態のように押圧ローラ５２を外輪１９に点接触させた場合には両者の接触面積は極めて小さくなり、外輪１９の周速の影響を受けることはほとんどなく、押圧ローラ５２と外輪１９との間の滑りによって大きな摺動摩擦が生じることは無い。
【００３８】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、適宜設計変更可能である。例えば、上記実施形態の試験装置は、ラジアル荷重とアキシアル荷重との双方を付与可能に構成されているが、アキシアル荷重のみを付与可能な装置であってもよい。また、試料軸受は、円筒ころ軸受に限らず、円すいころ軸受や深溝玉軸受等の他の転がり軸受であってもよい。また、押圧ローラを介して外輪にアキシアル荷重を付与するための駆動部として油圧シリンダ以外のアクチュエータや、圧縮コイルバネ等を使用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 転がり軸受用試験装置
１３ 試料軸受
１４ 回転駆動手段
１５ ラジアル荷重付与ユニット（ラジアル荷重付与手段）
１６ アキシアル荷重付与ユニット（アキシアル荷重付与手段）
１９ 外輪
５２ 押圧ローラ（押圧部材）
５３ アキシアル荷重用油圧シリンダ（駆動部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受にアキシアル荷重を付与して性能の評価を行うための転がり軸受用試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
厚板矯正機やセンジミア圧延機等の製鉄設備において、ワークロールを支持するバックアップロールはワークロールからラジアル荷重を受けるため、バックアップロールにはラジアル荷重の負荷能力が高い円筒ころ軸受が内蔵されることが多い。しかし、実際の運転状態では、ワークロールに撓みが生じたりワークが蛇行したりすることによって、ラジアル荷重だけでなくアキシアル荷重もバックアップロールに作用する。このようなアキシアル荷重は、円筒ころ軸受の鍔部のカジリや焼付の原因となり、耐久性に影響する。
【０００３】
円筒ころ軸受の設計段階においては、各種諸元を決定するためにラジアル荷重を付与した状態での性能試験が行われるが、前記バックアップロールのように、使用形態によってはアキシアル荷重が付与される場合もあるため、アキシアル荷重を付与した状態での試験も要求される。そのため、従来は、図６に示される試験装置を用いることによって試料軸受にアキシアル荷重を付与した状態で試験が行われていた。
【０００４】
図６において、試料軸受１０１は、軸体１０２の外周面に嵌合された内輪１０３と、この内輪１０３の径方向外側に配置された外輪１０４と、内輪１０３および外輪１０４の間に転動可能に配置された複数の転動体１０５とを備え、外輪１０４は試験ロール１０６の内周面に嵌合されている。軸体１０２の両端部は保持体１０７によって保持され、保持体１０７には図示しない荷重付与手段によってラジアル荷重Ｆｒが付与される。
試験ロール１０６の外周面は、駆動ロール１０８の外周面に接触されており、図示しないモータを用いて駆動ロール１０８の回転軸１０９を回転させることによって試験ロール１０６をも回転させるように構成されている。
【０００５】
試料軸受１０１に対してアキシアル荷重を付与するため、従来の試験装置は、軸体１０２の回転軸心Ｏ１を駆動ロール１０８の回転軸心Ｏ２に対して平面視で角度θだけ傾けている（図６（ｂ）参照）。これにより、試料軸受１０１には、ラジアル荷重Ｆｒによって試料軸受１０１に作用する摩擦力の分力としてアキシアル荷重Ｆａが付与される。そして、駆動ロール１０８によって試験ロール１０６を回転させながら試料軸受１０１にラジアル荷重Ｆｒおよびアキシアル荷重Ｆａを付与し、内輪１０３の鍔部等の昇温状態やかじり・焼き付きの発生等をモニターすることによって試料軸受の性能の評価を行っていた。
【０００６】
一方、転がり軸受に対してラジアル荷重およびアキシアル荷重を付与することが可能な他の試験装置として、下記特許文献１に開示されたものもある。この試験装置は、試料軸受の内輪を回転軸に嵌合し、この回転軸を回転させることによって内輪を回転させ、その状態で固定状態の外輪の外周面に対してラジアル荷重用油圧ラムによりラジアル荷重を付与するとともに、外輪の軸方向端面にアキシアル荷重用油圧ラムによってアキシアル荷重を付与するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−４７１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図６に示される従来の試験装置では、外部から付与されるラジアル荷重Ｆｒと、このラジアル荷重Ｆｒに基づいて付与されるアキシアル荷重Ｆａとの割合（Ｆａ／Ｆｒ）はほぼ一定となるため、アキシアル荷重Ｆａを変化させるにはラジアル荷重Ｆｒをも変化させる必要がある。そのため、一方の荷重を一定にした状態で他方の荷重を変化させることができず、非常に限られた条件でしか試験を行うことができなかった。
【０００９】
また、試料軸受１０１の回転軸Ｏ１と駆動ロール１０８の回転軸Ｏ２との相対角度θを調整することによってアキシアル荷重Ｆａを変化させることも考えられるが、この場合、アキシアル荷重Ｆａの制御が非常に困難となるとともに、相対角度θを調整可能とするための軸１０２の支持構造が複雑化し、コスト高となる。また、試験を実施することが可能な両回転軸Ｏ１，Ｏ２の相対角度θの範囲には限界があるため、付与することが可能なアキシアル荷重Ｆａの範囲も限られる。
【００１０】
一方、特許文献１に記載の技術では、ラジアル荷重とアキシアル荷重とを個別に付与することができるため、一方の荷重を一定にして他方の荷重を変化させながら試験を行うことも可能であるが、外輪が固定輪とされているため、バックアップロールのように外輪が回転する条件では各荷重を付与することができず、現実の使用形態に則した試験を行うことはできなかった。
【００１１】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、回転する外輪に対してアキシアル荷重を付与して試験を行うことが可能な転がり軸受用試験装置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】
【００１２】
本発明の転がり軸受用試験装置は、転がり軸受の外輪を回転させる回転駆動手段と、前記転がり軸受の外輪の軸方向端面を軸方向に押圧してアキシアル方向の荷重を与えるアキシアル荷重付与手段とを備えていることを特徴としている。
この構成によれば、回転駆動手段によって転がり軸受の外輪を回転させながら、アキシアル荷重付与手段によって外輪の軸方向端面にアキシアル荷重を付与することができる。したがって、圧延機等のバックアップロールのように外輪が回転する条件を想定して現実の使用形態に則した試験を行うことができる。また、外輪にラジアル荷重を付与するためのラジアル荷重付与手段が別途備えられている場合には、アキシアル荷重およびラジアル荷重の一方を一定にして他方を変化させるといった試験も可能になる。
【００１３】
前記アキシアル荷重付与手段は、前記転がり軸受の外輪の軸方向端面に当接可能であり、かつ外輪の回転軸心に対して直交する軸心周りに回転可能な押圧部材と、この押圧部材を外輪の軸方向端面に押し付けてアキシアル方向の荷重を付与する駆動部とを備えていることが好ましい。この場合、外輪の回転に追従して押圧部材を回転させることができるため、外輪と押圧部材との間の滑りを少なくすることができ、両者の摩耗の発生を抑制できるとともに、押圧部材との接触によって外輪に作用する回転抵抗が小さくなるので、外輪を回転させるための回転駆動手段の駆動力を小さくすることができる。
【００１４】
前記押圧部材の外周面は、前記外輪の軸方向端面に点接触可能な曲面状に形成されていることが好ましい。これによって、外輪と押圧部材とを点接触させて両者の接触面積を極めて小さくし、外輪と押圧部材との間の滑りをより少なくすることが可能となる。したがって、両者の摩耗をより抑制することができるとともに、回転駆動手段の駆動力をより小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転する外輪に対してアキシアル荷重を付与して試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る転がり軸受用試験装置の正面図である。
【図２】同転がり軸受用試験装置の側面図である。
【図３】アキシアル荷重付与ユニットの平面図である。
【図４】転がり軸受用試験装置の要部を簡略化して示す正面図である。
【図５】試料軸受の一部断面正面図である。
【図６】（ａ）は従来技術に係る転がり軸受用試験装置の概略正面図、（ｂ）は同概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る転がり軸受用試験装置の正面図、図２は、同転がり軸受用試験装置の側面図である。なお、以下の説明において、図１の左右方向および図２の紙面貫通方向を左右方向といい、図１の紙面貫通方向および図２の左右方向を前後方向という。
【００１８】
本実施形態の転がり軸受用試験装置１０は、装置の骨格をなすフレーム体１１を備え、このフレーム体１１に、試料軸受１３を回転させるための回転駆動手段１４、試料軸受１３にラジアル荷重を付与するラジアル荷重付与ユニット（ラジアル荷重付与手段）１５、同じくアキシアル荷重を付与するアキシアル荷重付与ユニット（アキシアル荷重付与手段）１６、および各荷重を検出するための荷重検出器等が設けられている。
【００１９】
図５は、試料軸受１３の一部断面正面図である。試料軸受１３は、支軸１８と、この支軸１８の外周側に同心状に配置された外輪１９と、支軸１８の外周面と外輪１９の内周面との間に転動自在に配置された複数の円筒ころ（転動体）２０と、を備えている。本実施形態の円筒ころ２０は、軸方向に４列設けられている。
【００２０】
支軸１８の外周面には、各列の円筒ころ２０が転動可能な軌道面２２が形成されており、実質的に支軸１８が内輪部材を構成している。軌道面２２の右側（軸方向一方側）には径方向外側に突出する鍔部２３が形成され、右端の円筒ころ２０の右方向への移動が鍔部２３によって規制されている。軌道面２２の左側（軸方向他方側）には径方向内側へ凹む段差部２４が形成され、この段差部２４には、鍔輪２５が止め輪２６によって抜け止めされた状態で嵌合されている。この鍔輪２５によって左端の円筒ころ２０の左方向への移動が規制されている。支軸１８の軸方向両端部には、軌道面２２よりも小径のネック部２７が一体形成されている。
【００２１】
軌道面２２にはスペーサ２８が外嵌され、このスペーサ２８によって各円筒ころ２０の軸方向の間隔が保持されている。また、各列の円筒ころ２０は、保持器２９によって周方向の間隔が保持されている。
【００２２】
外輪１９の内周面には、円筒ころ２０が転動する軌道面３１が形成されている。さらに軌道面３１の軸方向両側には径方向外側へ凹む段差部３２が形成され、この段差部３２には鍔輪３３が止め輪３４によって抜け止めされた状態で嵌合されている。この両鍔輪３３によって、左右両端の円筒ころ２０の軸方向外方への移動が規制されている。
【００２３】
鍔部２３と鍔輪３３との間、鍔輪２５と鍔輪３３との間にはシール部材３６が設けられ、試料軸受１３内の潤滑剤の漏洩が防止されている。なお、図示は省略しているが、支軸１８には潤滑剤を流通させるための油孔が形成され、この油孔を介して試料軸受１３内に潤滑剤が供給されるようになっている。
上記に説明した試料軸受１３は、軸心Ｏ１を左右方向に向けた状態で後述するラジアル荷重付与ユニット１５の軸支持部材４８によって支持される。
【００２４】
図１および図２に示すように、転がり軸受用試験装置１０のフレーム体１１は、最下部に設けられた左右２枚のベース板３８と、左右の各ベース板３８の前後両端部から上方に延びる計４本の柱部材３９と、４本の柱部材３９の上端部を相互に連結する連結部材４０とを備えている。
各ベース板３８上には、軸受ハウジング４１が固定されており、この軸受ハウジング４１には左右方向の軸心Ｏ２を有する回転軸４２が回転自在に支持されている。両側の軸受ハウジング４１の間には、駆動ロール４３が回転軸４２に一体回転可能に固定されており、この駆動ロール４３の上面に試料軸受１３の下面が接触している。回転軸４２の軸心Ｏ２と、試料軸受１３の軸心Ｏ１とは互いに平行に配置されている。
【００２５】
回転軸４２には電動モータ４５（図４参照）が接続されており、この電動モータ４５によって回転軸４２および駆動ロール４３を回転させると、駆動ロール４３に接している試料軸受１３が軸心Ｏ１回りに回転するようになっている。
【００２６】
図１及び図２に示すように、ラジアル荷重付与ユニット１５は、連結部材４０に固定され、かつ垂直方向に伸縮する２個のラジアル荷重用油圧シリンダ（ラジアル荷重用アクチュエータ）４６と、この２個のラジアル荷重用油圧シリンダ４６からの垂直荷重を受ける受け部材４７と、この受け部材４７の下面に固定された軸支持部材４８とを備えている。ラジアル荷重用油圧シリンダ４６は、そのシリンダチューブ４６ａが連結部材４０に固定され、そのピストンロッド４６ｂが上下方向に進出・後退するように配置されている。連結部材４０は、ピストンロッド４６ｂの伸縮に伴って発生する荷重の反力を受け持つ反力受け部として機能する。
【００２７】
各ラジアル荷重用油圧シリンダ４６のピストンロッド４６ｂの下端部は、ロードセル等のラジアル荷重検出器４９を介して受け部材４７の上面に連結されている。受け部材４７は、前後の柱部材３９に収まる前後幅で、左右の柱部材３９にわたる左右長さを有するブロック形状であり、複数枚の板材を接合することによって形成されている。受け部材４７は、柱部材３９によって上下方向に移動可能に案内されている。
【００２８】
図１に示すように、軸支持部材４８は、上片部５０と、この上片部材の左右両端から下方に延びる側片部５１とから正面視コの字型に形成されており、この側片部５１の下端には試料軸受１３の支軸１８のネック部２７を嵌合させる凹状溝（図示略）が形成されている。
【００２９】
図４は、転がり軸受用試験装置の要部を簡略化して示す正面図である。この図４に示すように、ラジアル荷重用油圧シリンダ４６を伸張すると、受け部材４７および軸支持部材４８を介して下方向へのラジアル荷重が試料軸受１３に付与され、試料軸受１３が駆動ロール４３に押し付けられる。したがって、試料軸受１３には、駆動ロール４３からラジアル方向の反力が付与される。試料軸受１３に付与されるラジアル荷重はラジアル荷重検出器４９によって検出される。
【００３０】
図１及び図２に示すように、アキシアル荷重付与ユニット１６は、試料軸受１３の外輪１９の軸方向端面を押圧する押圧ローラ（押圧部材）５２と、この押圧ローラ５２を外輪１９の軸方向に移動させるアキシアル荷重用油圧シリンダ（駆動部）５３と、アキシアル荷重用油圧シリンダ５３を支持する基体５４とを備えている。図３は、アキシアル荷重付与ユニット１６の平面図であり、基体５４は、平板状の支持板５５と、この支持板５５の前後両端に設けられた取付ブラケット５６とを備えている。支持板５５は、板面が前後方向かつ上下方向に沿うように配置され、この支持板５５にアキシアル荷重用油圧シリンダ５３のシリンダチューブ５３ａが左右方向に貫通し、固定されている。取付ブラケット５６は、柱部材３９の外面に沿うように平面視Ｌ字形状に形成され、柱部材３９にボルト等の固定具を介して固定されている。
【００３１】
アキシアル荷重用油圧シリンダ５３のピストンロッド５３ｂの先端には押圧ローラ５２が回転自在に取り付けられている。具体的には、図４に示すように、ピストンロッド５３ｂの先端にはクレビス型の取付具５８が設けられ、この取付具５８に設けられた取付軸５９に取付軸受６０を介して押圧ローラ５２が回転自在に取り付けられている。この押圧ローラ５２の回転軸心Ｏ３は、試料軸受１３の回転軸心Ｏ１と直交する関係に設定されている。
【００３２】
押圧ローラ５２の外周面は、軸心Ｏ３を通る断面形状が凸円弧状の曲面（球面）に形成され、試料軸受１３の外輪１９の軸方向端面（特に外周面に近い位置）に点接触可能とされている（図５参照）。そして、アキシアル荷重用油圧シリンダ５３を伸張することによって押圧ローラ５２の外周面が外輪１９の軸方向端面に押し付けられ、外輪１９にはアキシアル荷重が付与される。なお、図３に示すように、アキシアル荷重の反力は、取付ブラケット５６の側片５６ａを介して右側の前後柱部材３９によって受け持たれる。
【００３３】
図５に示すように、外輪１９に付与されたアキシアル荷重Ｆａは、鍔輪３３から円筒ころ２０、スペーサ２８、および鍔輪２５を介して支軸１８に伝わる。そして、図１に示すように、支軸１８の左端面には、アキシアル荷重用油圧シリンダ５３から付与されるアキシアル荷重を検出するためのロードセル等のアキシアル荷重検出器６１が当接されている。アキシアル荷重検出器６１は、フレーム体１１における左側の前後柱部材３９に架設された取付板６２に取り付けられている。
【００３４】
また、支軸１８の右端面には、当該支軸１８に付与される回転トルクを検出するためのトルク検出器６５が当接されている。
また、図５に示すように、試料軸受１３の鍔輪３３には、熱電対等の温度検出器６３が設けられ、この温度検出器６３は、鍔輪２５と円筒ころ２０との摺動に伴う鍔輪２５の昇温状態を検出する。温度検出器６３の検出値は、試料軸受１３の性能を評価するための一要素として用いられる。
【００３５】
以上説明した本実施形態では、試料軸受１３の外輪１９に対してラジアル荷重Ｆｒとは別にアキシアル荷重Ｆａを直接付与することができ、一定のラジアル荷重Ｆｒを付与しながら、アキシアル荷重Ｆａを変化させて付与することが可能となる。逆に、一定のアキシアル荷重Ｆａを付与しながらラジアル荷重Ｆｒを変化させて付与することも可能となる。したがって、様々な荷重条件で試料軸受１３の試験を行うことができる。
また、圧延機等のバックアップロールのように外輪が回転する条件でアキシアル荷重を付与した試験を行うことが可能となる。
【００３６】
また、アキシアル荷重Ｆａを付与する押圧ローラ５２は、試料軸受１３の外輪１９の回転軸心Ｏ１に対して直交する軸心Ｏ３回りに回転自在であるので、外輪１９の回転に追従して回転することができ、外輪１９に作用する回転抵抗を小さくすることができる。
【００３７】
本実施形態において、押圧ローラ５２の外周面は断面凸円弧状の曲面に形成されているが、断面略直線状に形成することも可能である。しかし、この場合、押圧ローラ５２の外周面は、外輪１９の径方向に関して、所定の接触幅をもって外輪１９の軸方向端面に線接触することになる。一方、外輪１９は内径側と外径側とでは周速が異なるため、当該接触幅の範囲内において押圧ローラ５２と外輪１９との間には滑りが生じる。そのため、この滑りによる摺動摩擦によって外輪１９に与える回転抵抗が増大したり、押圧ローラ５２の取付軸受６０に負荷がかかったりする可能性がある。
この点において、本実施形態のように押圧ローラ５２を外輪１９に点接触させた場合には両者の接触面積は極めて小さくなり、外輪１９の周速の影響を受けることはほとんどなく、押圧ローラ５２と外輪１９との間の滑りによって大きな摺動摩擦が生じることは無い。
【００３８】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、適宜設計変更可能である。例えば、上記実施形態の試験装置は、ラジアル荷重とアキシアル荷重との双方を付与可能に構成されているが、アキシアル荷重のみを付与可能な装置であってもよい。また、試料軸受は、円筒ころ軸受に限らず、円すいころ軸受や深溝玉軸受等の他の転がり軸受であってもよい。また、押圧ローラを介して外輪にアキシアル荷重を付与するための駆動部として油圧シリンダ以外のアクチュエータや、圧縮コイルバネ等を使用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 転がり軸受用試験装置
１３ 試料軸受
１４ 回転駆動手段
１５ ラジアル荷重付与ユニット（ラジアル荷重付与手段）
１６ アキシアル荷重付与ユニット（アキシアル荷重付与手段）
１９ 外輪
５２ 押圧ローラ（押圧部材）
５３ アキシアル荷重用油圧シリンダ（駆動部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の外輪を回転させる回転駆動手段と、前記転がり軸受の外輪の軸方向端面を軸方向に押圧してアキシアル方向の荷重を付与するアキシアル荷重付与手段とを備えていることを特徴とする転がり軸受用試験装置。
【請求項２】
前記アキシアル荷重付与手段が、前記転がり軸受の外輪の軸方向端面に当接可能であり、かつ当該外輪の回転軸心に対して直交する軸心回りに回転可能な押圧部材と、この押圧部材を前記外輪の軸方向端面に押し付けてアキシアル方向の荷重を付与する駆動部とを備えている請求項１に記載の転がり軸受用試験装置。
【請求項３】
前記押圧部材の外周面が、前記外輪の軸方向端面に点接触可能な曲面に形成されている請求項１又は２に記載の転がり軸受用試験装置。
【請求項１】
転がり軸受の外輪を回転させる回転駆動手段と、前記転がり軸受の外輪の軸方向端面を軸方向に押圧してアキシアル方向の荷重を付与するアキシアル荷重付与手段とを備えていることを特徴とする転がり軸受用試験装置。
【請求項２】
前記アキシアル荷重付与手段が、前記転がり軸受の外輪の軸方向端面に当接可能であり、かつ当該外輪の回転軸心に対して直交する軸心回りに回転可能な押圧部材と、この押圧部材を前記外輪の軸方向端面に押し付けてアキシアル方向の荷重を付与する駆動部とを備えている請求項１に記載の転がり軸受用試験装置。
【請求項３】
前記押圧部材の外周面が、前記外輪の軸方向端面に点接触可能な曲面に形成されている請求項１又は２に記載の転がり軸受用試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１８１３２９（Ｐ２０１０−１８１３２９Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６１５６（Ｐ２００９−２６１５６）
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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