JP2000237837A - 中空ロール用中空円筒の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中空ロールの胴部を形成するための金属製の
中空円筒に熱処理を施し、その際に生じた熱処理歪みに
よる外径差を修正すべく後工程で外周面を機械加工して
除去しても必要な肉厚を確保しうる熱処理方法を提供す
る。 【解決手段】 中空円筒１１を加熱装置１７で局部的に
加熱し、その加熱装置を中空円筒の長手方向に移動させ
ながら加熱部１８の後端部分に冷却媒体２０を吹き付け
て冷却することで連続的に熱処理する方法において、加
熱部１８に圧縮装置１５により圧縮力を作用させて増肉
させるという熱間据込み加工を熱処理と並行して実施
し、後工程での機械加工による削り代を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属製の中空ロー
ルの熱処理方法に関し、特に、中空ロールの胴部を形成
するための金属製の中空円筒を熱処理する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、金属製の中空ロールが各種産
業に使用されている。この中空ロールの一製造方法とし
て、鋼板等の板材をロール状に板巻成形し、端縁同志を
突き合わせて溶接接合し、接合部の後熱処理を行った
後、全体を機械加工して所定形状、サイズの金属製の中
空円筒とし、次いで、その中空円筒全体に焼入、焼戻し
等の熱処理を行い、その後、最終形状に機械加工（切
削、研削加工等）を施し、軸又は軸受を組み込み、中空
ロールを製造するという方法が行われており、その工程
における中空円筒の熱処理方法として、図８（ａ）に示
すように、中空円筒１の長手方向の短区間を誘導コイル
２で局部的に環状に加熱し、その誘導コイル２を中空円
筒１に対して長手方向に移動させると共に加熱された部
分３の後ろ側に誘導コイル２に付設した冷却装置４から
冷却水５を吹き付けて冷却するという連続式熱処理が行
われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、移動式の熱
処理を行うと、中空円筒の熱収縮量が長手方向の位置に
よって異なるため、熱処理前には外径が長手方向に一定
であった中空円筒１が、図８（ｂ）に示す中空円筒１Ａ
のように、中央部の外径が両端に比べて小さくなったつ
づみ形となるとか、つづみ形に似た形状ではあるが両端
部の外径が異なったテーパー形となるという現象があっ
た。なお、図面では、分かりやすくするために歪みを誇
張して示しているが、実際には、外径８００ｍｍ、肉厚
３０ｍｍ、長さ１５００ｍｍ程度の中空円筒において、
熱処理歪みによる外径差は２〜１０ｍｍ程度である。

【０００４】そこで、熱処理により中空円筒に生じた外
径差を無くすために、図８（ｂ）に示すように、熱処理
後の中空円筒１Ａの外周面を、一定外径の外周面１ａを
形成するように機械加工しており（ハッチングで示す領
域を削り取っており）、その後、その中空円筒１Ａに中
空ロール胴部形成に必要な機械加工を施して図８（ｃ）
に示す形状の中空円筒１Ｂとし、それに例えば軸６を組
み込んで中空ロール７を製造していた。

【０００５】このように、従来の方法では、中空円筒１
Ａに生じた熱処理歪みによる外径差が大きいため、その
外径差を無くすための機械加工による加工取代（削り
代）を大きくする必要があり、それに対処するため熱処
理前の中空円筒１の肉厚を、熱処理後の大きい加工取代
を含んだ肉厚としていた。このため、材料使用量が多く
なると共に巻き加工等の加工も困難となり、コスト高と
なるという問題があった。また、熱処理後の機械加工に
おける加工取代が大きくなるため、当然機械加工のコス
トも高くなるという問題もあった。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、中空ロールの胴部を形成するための金属製の中空
円筒として、熱処理前には肉厚の薄いものを用いなが
ら、最終製品には所望の肉厚を確保することを可能とす
るように前記中空円筒を熱処理する方法を提供すること
を目的とする。

【０００７】また、本発明は、中空円筒の熱処理歪みを
小さく抑制しながら熱処理する方法を提供することも目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願第一の発明は、中空
ロールの胴部を形成するための金属製の中空円筒を、熱
処理すると共に熱間据込み加工を施して増肉加工するこ
とを特徴とする。この構成とすると、熱処理後の中空円
筒の肉厚が熱処理前に比べて増大するので、熱処理歪み
を修正するための加工取代を増肉分で確保或いは補うこ
とができ、このため、熱処理前の中空円筒の肉厚を従来
に比べて薄くすることが可能となる。また、増肉加工の
ために通常の熱処理温度よりも高温に加熱することがあ
るが、その場合でも、増肉加工時に圧縮するためか、炭
素鋼の中空円筒においても結晶粒の粗大化が少なく且つ
焼割れも発生しない。更に、焼入を行う場合、増肉加工
のために表面から深い位置まで焼入温度以上に加熱され
るため、通常の焼入時に比べて焼入深さを深くできる
（通常の焼入では３ｍｍ前後、本発明では５ｍｍ前後も
可能）。

【０００９】本願第二の発明は、中空ロールの胴部を形
成するための金属製の中空円筒内に、該中空円筒の内面
を規制する歪み防止治具を挿入した状態で熱処理を施す
ことを特徴とする。この構成とすると、熱処理のために
加熱された中空円筒が冷却して収縮しようとした際に、
内部に挿入している歪み防止治具で拘束され、その状態
で冷却、固化し、このため、熱処理歪みがきわめて小さ
くなり、熱処理後の中空円筒外周面の加工取代を小さく
でき、熱処理前の中空円筒の肉厚を従来に比べて薄くす
ることが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明において熱処理の対象とす
る金属製の中空円筒は、中空ロールの胴部を形成するた
めの金属製のもので且つ熱処理の必要なものであれば、
その材質、製造方法等は任意である。中空円筒の代表的
な材質としては、普通鋼、特殊鋼等の鋼を挙げることが
できる。また、中空円筒の製造方法としては、金属板を
筒状に曲げ加工し、会合した端部同志を溶接、ろう付
け、拡散接合等によって冶金的に接合する板巻き法、リ
ング鍛造法、遠心鋳造法、削り出し等を挙げることがで
き、中でも、板巻き法がコスト的に有利で、好ましい。
熱処理の対象とする中空円筒には、本発明による熱処理
を施すに先立って、必要に応じ機械加工を施し、形状を
整えておくことが推奨される。また、溶接等の接合部を
持った中空円筒では、接合部に後熱処理を施しておいて
もよい。

【００１１】本願第一の発明は中空円筒に熱間据込み加
工を施して増肉加工しながら熱処理を行うことを特徴と
する。ここで、上記熱間据込み加工は、中空円筒の増肉
加工すべき領域を塑性変形容易な温度、例えば赤熱状態
に加熱し且つ長手方向（軸線方向）の圧縮力を加えて増
肉させる加工方法を意味している。従って、熱間据込み
加工の際に中空円筒を加熱するので、その加熱温度並び
にその後の冷却速度をコントロールすることで同時に所
望の熱処理を行うことができる。熱間据込み加工の具体
的方法の代表例としては、次の３つの方法を挙げること
ができる。 （１）中空円筒の長手方向に圧縮力を加えた状態で長手
方向の短区間を環状に赤熱させて増肉させ、増肉部を直
後に冷却する操作を筒状中空円筒の所望長さに亘り移動
方式で適用して行う連続移動方法。 （２）中空円筒の長手方向の短区間を環状に赤熱させ、
長手方向に圧縮力を付与して赤熱した短区間を増肉さ
せ、その後、増肉部を冷却し、次いで隣接した短区間に
同様の操作を繰り返し適用して逐次増肉を行ってゆく逐
次移動方法。 （３）増肉加工すべき領域全体を赤熱状態とし、その状
態で長手方向の圧縮力を加えて全体に一度に増肉を生じ
させる方法。

【００１２】これらの方法のうち、（１）、（２）の連
続的に或いは逐次に増肉を行う方法は、短区間を対象と
した小規模な設備により、また、中空円筒の内外面を規
制する型具を用いることなく、安定して均一な増肉を行
うことができ、しかも、冷却する操作を含んでいるの
で、その冷却操作時の冷却速度をコントロールすること
で、同時に熱処理を行うこともできる利点がある。特
に、（１）の連続式では、増肉加工及び冷却操作が連続
的に実施されるので、熱処理を中空円筒の軸線方向に均
一に実施することが容易であり、又、（２）の逐次式と
同様に増肉量を長手方向に随意に調整できるので好まし
い。一方、（３）の一度に増肉させる方法は、中空円筒
をフリーな状態で圧縮しただけでは座屈等の好ましくな
い変形を生じやすいので、中空円筒の内面及び／又は外
面を規制して座屈等の好ましくない変形を防止するため
の型具を用いることが必要となるが、加工時間が短くて
良いという利点がある。なお、この場合にも、増肉加工
後に中空円筒を所望の冷却速度で冷却することで熱処理
を施すことができる。また、内面を型具で規制した場合
には、増肉加工後の冷却時にもその型具を中空円筒内に
挿入させておくことで、中空円筒の熱収縮量を規制で
き、熱処理歪みによって中空円筒に生じる外径の変動を
抑制できる利点も得られる。

【００１３】本発明において、熱間据込みを行う際の加
熱温度は、中空円筒が容易に塑性変形しうる温度とする
ものであり、昇温に要するエネルギーや昇温時間、塑性
変形抵抗等を考慮して適宜設定すればよく、例えば、鋼
材に対しては、９００〜１３００°Ｃ程度に設定するこ
とが好ましい。熱間据込みによる増肉を生じた後は、冷
却時の冷却速度をコントロールすることで所望の熱処
理、例えば、焼入れ、焼戻し、焼ならし等を行う。冷却
速度のコントロールは、冷却のために吹き付ける冷却媒
体の種類、流量等によって行うことができ、例えば、急
速な冷却を行うには、冷却媒体として水、油等の液体を
使用し、ゆっくりした冷却を行うには、冷却媒体とし
て、気体或いはミストを用いることが好ましい。また、
必要な熱処理の内容によっては熱間据込みを、その熱処
理に好都合な加熱温度で行うことも有効である。

【００１４】中空円筒の熱処理前の肉厚及びその中空円
筒に対する熱間据込み加工による増肉量は、熱処理後に
中空円筒外周面を全長に亘って機械加工し、熱処理歪み
によって生じた外径差を無くすと共に中空円筒外径を所
望サイズに整形した後においても所望の肉厚が確保でき
るように定めればよく、例えば、中空円筒の熱処理前の
肉厚を薄く選定し、熱間据込み加工による増肉量を多く
選定することで、最終製品に所望の肉厚を確保してもよ
いし、逆に、中空円筒の熱処理前の肉厚を厚く選定し、
熱間据込み加工による増肉量を少なく選定することで、
最終製品に所望の肉厚を確保してもよい。一般に、熱処
理前の中空円筒の肉厚は薄い方が製造コストの点で有利
であり、また、増肉量は少ない方が熱間据込み加工のコ
ストの点で有利であるので、熱処理前の中空円筒の肉厚
と増肉量との関係はこれらを考慮して定めればよい。一
般に、大径のロール用の中空円筒を板巻き法で製造する
場合、歪量が大きいので、中空円筒を製造した後、かな
りの厚み分を削り取って所定の真円度を確保しており、
このため、仕込み肉厚を大きく取っている。このため、
材料費が高くなるのみならず、巻加工のコストがきわめ
て高くなっている。従って、このような場合には、熱間
据込み加工による増肉量を多くして、仕込み肉厚を小さ
くすることが得策となる。

【００１５】熱間据込み加工による増肉量を設定する一
つの目安としては、その増肉量を、熱処理歪によって生
じる外径差の１／２以上とすればよい。このように増肉
量を設定すると、熱処理歪みによって生じた外径差を無
くすように機械加工した時に、最も肉厚の薄い部分に
も、元の肉厚以上の肉厚を確保できる。このため、中空
円筒を製造する際の肉厚選定に際しては、熱処理歪みを
修正するための加工取代を考慮することなく、中空ロー
ルに必要とされる肉厚を基準として肉厚選定すればよ
い。なお、中空円筒を熱処理した時の熱処理歪みによる
外径差は、多くの場合、肉厚の０．１〜０．３倍程度で
あるので、増肉量としては、肉厚の０．０５〜０．１５
倍程度以上とすればよく、従って、０．２倍程度に設定
すれば大抵の場合に対応できる。この程度の増肉加工は
容易に実施可能である。

【００１６】前記した連続式或いは逐次式の熱間据込み
加工を施す場合に、中空円筒内に、該中空円筒の内面を
規制する歪み防止治具を挿入した状態で熱間据込み加工
及び熱処理を施すことも可能である。この構成とする
と、熱間据込み加工及び熱処理のために加熱された中空
円筒が冷却して収縮しようとした際に、内部に挿入して
いる歪み防止治具で拘束され、その状態で冷却、固化す
るため、熱処理歪みをきわめて小さくでき、従って熱処
理後の加工取代を小さくでき、機械加工の工数を削減で
きる。

【００１７】以下、図面を参照して好適な実施形態を説
明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態による熱処
理方法を実施する装置の１例を示す概略断面図であり、
１１は熱処理を施すべき金属製の中空円筒である。１３
は中空円筒１１の一端を固定、保持する固定装置、１４
は中空円筒１１の反対端を保持してその中空円筒１１の
長手方向（軸線方向）に移動可能な可動保持部材、１５
はその可動保持部材１５を押圧して中空円筒１１に長手
方向の圧縮力を作用させる油圧シリンダ等の圧縮装置、
１７は、中空円筒１１の長手方向の短区間を環状に加熱
して赤熱状態の加熱部１８とすることの可能な環状の加
熱装置であり、ここでは誘導コイルが使用されている。
この加熱装置１７は、中空円筒１１に沿って矢印Ａ方向
に移動する際に冷却水等の冷却媒体２０を加熱部１８の
移動方向に関して後側となる部分に吹き付ける冷却装置
２１を備えている。２３は加熱装置１７及び冷却装置２
１を中空円筒１１に沿って所望の速度で移動させる移動
装置である。なお、移動装置２３として、図面ではモー
タと送りねじを用いたものを示しているが、これに限ら
ず、モータと送り用チェーンを用いたもの、油圧シリン
ダを用いたもの等、公知の任意のものを使用可能であ
る。

【００１８】次に、熱間据込み加工及び熱処理を並行し
て行う方法を説明する。熱処理すべき中空円筒１１を図
１（ａ）に示すように、その一端を固定装置１３に固
定、保持させると共に、その反対端を可動保持部材１４
に保持させる。次いで、圧縮装置１５で可動保持部材１
４を押圧して中空円筒１１に圧縮力を作用させる。この
状態で、加熱装置１７によって中空円筒１１の長手方向
の短区間を環状に加熱して、塑性変形容易な赤熱状態の
加熱部１８とし、その加熱部１８に圧縮力による増肉を
生じさせながら、その加熱装置１７を中空円筒１１に沿
って矢印Ａ方向に移動させ、同時に冷却装置２１から冷
却媒体２０を加熱部１８の後端部分に吹き付けて増肉直
後の部分を冷却、固化する。これにより中空円筒１１が
長手方向に連続的に増肉させられてゆき、同時に加熱さ
れ、増肉した部分が冷却媒体２０で冷却されることで熱
処理されてゆく。かくして、この操作を中空円筒１１の
一端から他端まで実施することで、中空円筒１１はその
ほぼ全長に渡って増肉されると共に熱処理される。この
加工の際の加熱温度並びに冷却速度を所望の熱処理が行
われるように設定することで、所望の熱処理が行われ
る。

【００１９】以上の熱間据込み加工及び熱処理を行った
後の中空円筒１１は、熱処理時の冷却による収縮量が中
空円筒１１の長手方向一で不均一に生じるため、図１
（ｂ）に誇張して示すように、熱間据込み加工及び熱処
理を終わって冷却した中空円筒１１Ａは、端部外径に比
べて中央部の外径が小さくなって全体がつづみ形となっ
ている。図２に拡大して示すように、中空円筒１１Ａの
最小外径をｄ₁ 、最大外径をｄ₂ とすると、両者間には
大きい外径差Δｄ（＝ｄ₂ −ｄ₁ ）が生じている。そこ
で、この中空円筒１１の外周面を、少なくとも最小外径
に等しい外径となるように（新たな外周面が二点鎖線１
１ａで示す位置となるように）機械加工して、外径の大
きい領域（ハッチングで示す領域）を削り取り、必要に
応じ、外周面全体を所望の外径、表面粗度となるように
更に機械加工する。その後、この中空円筒１１Ａの端面
や内面を中空ロールの胴部を形成するのに必要な形状に
機械加工して図１（ｃ）に示す中空円筒１１Ｂとし、例
えば、その両端に軸２５を組み込んで中空ロール２６を
製造する。なお、この中空円筒１１Ｂから製造する中空
ロールの構造は図示のものに限らず、適宜変更可能であ
る。

【００２０】以上の工程において、図２に示す熱処理後
の中空円筒１１Ａの外周面を機械加工して、外径が最小
外径ｄ₁ に等しくなるように、外径の大きい領域（ハッ
チングで示す領域）を削り取った際、中空円筒１１Ａの
端部では加工取代が大きいため、肉厚が大きく減少す
る。すなわち、中空円筒１１Ａの中央部では増肉後の肉
厚に等しい肉厚ｔ₁ であるが、最大外径ｄ₂ であった端
部ではそれよりもかなり小さい肉厚ｔ₂ （＝ｔ₁ −Δｄ
／２）となる。しかしながら、図２に示す中空円筒１１
Ａの肉厚ｔ₁ は、図１（ａ）に示す熱処理前の中空円筒
１１の肉厚ｔ₀ に比べると、増肉によって厚くなってい
るため、端部の肉厚ｔ₂ は、単に肉厚ｔ₀の中空円筒を
増肉加工しないで熱処理し、外周面を最小外径に等しく
なるように機械加工した場合に比べるとかなり厚くなっ
ている。かくして、比較的薄い中空円筒１１を用いなが
ら、中空ロール２６の胴部に必要な肉厚を確保すること
が可能となる。

【００２１】ここで、前記したように、熱処理前の中空
円筒１１の肉厚ｔ₀ 及びその中空円筒１１に対する熱間
据込み加工による増肉量Δｔ（＝ｔ₁ −ｔ₀ ）は、熱処
理後に中空円筒外周面を機械加工し、熱処理歪みによっ
て生じた外径差を無くすと共に中空円筒外径を所望サイ
ズに整形した後においても所望の肉厚が確保できるよう
に定めればよいものであり、例えば、増肉量Δｔを、熱
処理によって生じる外径差Δｄ（＝ｄ₂ −ｄ₁ ）の１／
２以上と設定することが好ましい。増肉量Δｔをこのよ
うに設定すると、熱処理歪みによって生じた外径差を無
くすために機械加工した後の最小肉厚ｔ₂ は、 ｔ₂ ＝ｔ₁ −Δｄ／２ ＝（ｔ₀ ＋Δｔ）−Δｄ／２≧
（ｔ₀ ＋Δｄ／２）−Δｄ／２＝ｔ₀ となる。すなわち、最小肉厚ｔ₂ が元の肉厚ｔ₀ 以上と
なり、元の肉厚ｔ₀ を確保できる。

【００２２】ところで、図１（ａ）で示した連続式の増
肉加工において、増肉比η〔＝ｔ₁／ｔ₀ ＝（ｔ₀ ＋Δ
ｔ）／ｔ₀ 〕は、加熱部１８の中空円筒１１に対する移
動速度及びその加熱部１８に向かって押し込まれる中空
円筒１１の未増肉部分の速度によって決まる。いま、図
１（ａ）において、加熱部１８の後ろに位置する増肉終
了部１１ｂを基準とした加熱部１８の移動速度をＷ、加
熱部１８の前の未増肉部分１１ｃの移動速度（押込み速
度）をＶとすると、増肉比ηは、 η＝（Ｖ＋Ｗ）／Ｗ で表される。この実施形態では、増肉終了部１１ｂは固
定装置１３によって移動しないように保持されているた
め、上記した加熱部１８の移動速度Ｗは、加熱装置１７
の移動速度に等しく、また、未増肉部分１１ｃの移動速
度Ｖは圧縮装置１５が中空円筒１ｌの端部を押し込む速
度に等しくなっている。従って、例えば、加熱装置１７
の移動速度Ｗを一定に保ち且つ圧縮装置１５による押し
込み速度Ｖを一定に保つなどして、加熱装置１７の移動
速度Ｗと圧縮装置１５による押し込み速度Ｖの比を一定
に保つことにより、増肉比ηを一定に保つことができ、
中空円筒１１を一定肉厚に増肉加工を行うことができ
る。なお、圧縮装置１５による押し込み速度を一定に保
つには、圧縮装置１５による圧縮力を一定に保ち且つ加
熱部１８の温度を一定に保つ（これにより加熱部１８の
平均変形抵抗を一定に保つ）方法、圧縮装置１５として
押し込み速度を制御可能なもの（例えば、油圧シリンダ
とサーボ機構等を備えたもの）を用い、圧縮装置１５の
制御により一定の押し込み速度に保持する方法等を用い
ることができる。

【００２３】なお、上記の実施形態では、熱処理を施す
べき金属製の中空円筒１１を、外径が一定のものとして
いるが、増肉加工及び熱処理後の歪み発生を見越して、
中空円筒の端部を予め径が小さくなるように削り取って
おいても良い。このようにしておくと、その中空円筒を
増肉加工し且つ熱処理した後における端部と中央部との
外径差がきわめて小さくなるので、熱処理後の削り代を
小さくできる。

【００２４】また、上記の実施形態では、中空円筒１１
を全長に亘って一定肉厚に増肉させる場合を示したが、
加熱装置１７の移動速度Ｗ及び／又は圧縮装置１５によ
る押し込み速度Ｖを中空円筒１１の長手方向位置に応じ
て変化させることにより、中空円筒１１の長手方向位置
によって増肉率を変えることも可能である。このため、
他の実施形態として、図１（ａ）に示す装置による熱間
据込み加工に際し、増肉率として、熱収縮による縮径量
の大きい中央部分ではその縮径量を肉厚を厚くして補う
ような増肉率パターンを採ることができる。このような
増肉率パターンを実現するような熱間据込み加工を施し
且つ熱処理すると、図３に示すような断面形状の中空円
筒１１Ｃが得られる。すなわち、この中空円筒１１Ｃで
は、熱処理後の縮径量の大きい中央部分では増肉率が大
きくて増肉による拡径量が大きいため、外径は中空円筒
全長に亘ってほぼ一定となり、内径のみが中央部で小さ
くなっている。このため、この中空円筒１１Ｃから中空
ロールを製造する際には、外周面端部の大きな加工取代
が不要になり、従って、外周面の機械加工工数を削減で
きる。また、平均増肉率を、図１（ｂ）に示すように、
一定肉厚に増肉する場合に比べて小さくできる。

【００２５】更に、図１（ａ）に示す装置による熱間据
込み加工に際し、増肉率として上記の実施形態とは逆
に、両端部の肉厚が中央部分よりも厚くなるような増肉
率パターンを採ることも可能である。このような増肉率
パターンを採用すると、端部の外径は中央部よりかなり
大きくなり、外周面の削り代は多く必要となるが、端部
の肉厚を大きくできる。一般に、中空ロールに使用する
中空円筒は端部の内面を機械加工して軸受に支持させた
り軸に取り付けたりするため、或る程度の肉厚を必要と
し、この肉厚を確保するため、中空円筒全体の肉厚を大
きく設定する場合が多いが、端部の増肉量を大きく設定
することで、このような肉厚設定が不要となり、仕込み
肉厚を薄くできる。

【００２６】図４は更に他の実施形態を示すものであ
り、この実施形態では、中空円筒１１に対して熱間据込
み加工を施すと共に熱処理するに際し、その中空円筒１
１内に歪み防止治具３１を挿入し、内面位置を規制した
状態で熱間据込み加工及び熱処理を行っている。ここ
で、歪み防止治具３１は、中空円筒１１の増肉加工を施
した領域がその後の冷却で縮径しようとした時に、その
内面を規制して縮径を抑制しうる内面規制部材３２を備
えたものであればよく、その内面規制部材３２の半径方
向位置は、図５（ａ）に示すように、中空円筒１１を増
肉加工した際に中空円筒１１の内面側の増肉後の寸法
を、内面側への増肉への干渉代を最小限に留めて規制す
る位置としてもよいし、図５（ｂ）に示すように、中空
円筒１１を増肉加工した際に中空円筒１１の内面側への
増肉を高度に規制するような位置としてもよい。いずれ
の場合であっても、中空円筒１１の増肉加工を終了した
部分では、その内面にほぼ接触して或いは強く接触して
歪み防止治具３１が位置するため、冷却時の熱収縮が規
制され、増肉加工された中空円筒１１は、その全長に渡
って内面を規制された状態で冷却、固化する。このた
め、図１（ｂ）に示す中空円筒１１Ａに見られるような
外径差がほとんど生じることがなく、外径差のきわめて
小さい中空円筒を形成でき、その中空円筒から中空ロー
ルを製造する際には、外周面の加工取代を小さくでき、
従って、外周面の機械加工工数を削減でき、また、増肉
率も小さくできる。

【００２７】中空円筒１１内に挿入して使用する歪み防
止治具３１としては、中空円筒１１の内面を真円状に規
制することのできる円筒状の且つ一体構造の内面規制部
材を備えたものを用いてもよいが、そのような構成の歪
み防止治具は中空円筒１１からの抜き取りに大きい力を
必要とする。そこで、抜き取り作業を容易とする上か
ら、歪み防止治具３１として、内面規制部材３２の外径
を拡縮可能な構成のもの、或いは分解可能な構成のもの
を用いることが好ましい。外径を拡縮可能とした構成の
歪み防止治具３１の具体的な構造例としては、図６
（ａ）、（ｂ）に示すように、円周方向に複数に分割し
た構成のセグメント３２ａで内面規制部材３２を構成
し、そのセグメント３２ａの管軸方向の複数個所に傾斜
したあり溝３３ａを形成し、中心に支持軸３４を配置す
ると共にその支持軸３４に取り付けたあり３３ｂをあり
溝３３ａに係合させることで、各セグメント３２ａを支
持軸３４に保持させ、支持軸３４を各セグメント３２ａ
に対して軸線方向に相対的に移動させることで各セグメ
ント３２ａを半径方向に移動させる構成とすればよい。
なお、この構成では、複数のセグメント３２ａを拡径さ
せて、中空円筒内面を規制する状態とした時には、各セ
グメント３２ａ間に小さい隙間３５が生じ、その部分で
は中空円筒内面を規制できないが、この隙間３５の大き
さが、中空円筒の肉厚の０．５倍程度以内であれば、中
空円筒内面に型具マークがほとんど出ず、支障はない。
このため、セグメント個数を４〜８個とすることで、隙
間３５を小さくし、且つ抜きクリアランスを確保でき
る。また、複数のセグメント３２ａを取り囲んで、拡縮
可能なスリーブ（例えば、複数本の偏平な板材を筒状に
並べると共にらせん状に巻いてスリーブ状としたもの。
ねじりで拡縮できる）をかぶせ、セグメント間の隙間を
なくす構成としてもよい。なお、歪み防止治具３１を熱
処理後の中空円筒から抜き取らず、そのまま埋め殺しに
しても良い。その場合には、歪み防止治具３１が中空ロ
ールの一部を構成するような構造、例えば、ロールの軸
を一体に備えた構造或いは軸取付部を備えた構造等とし
てもよい。

【００２８】次に、図７に示す実施形態を説明する。こ
の実施形態では、熱処理されるべき中空円筒１１内に、
該中空円筒１１の内面を規制する歪み防止治具３１を挿
入し、その歪み防止治具３１によって中空円筒１１を保
持した状態で、加熱装置１７によって中空円筒１１の長
手方向の短区間を環状に且つ熱処理に必要な温度に加熱
しながら、その加熱装置１７を移動装置２３によって中
空円筒１１に沿って矢印Ａ方向に移動させ、同時に冷却
装置２１から冷却媒体２０を加熱された部分の後端部分
に吹き付けて冷却し、熱処理する。そしてこの操作を、
中空円筒１１の一端から他端まで実施することで、中空
円筒１１をそのほぼ全長に亘って増肉させることなく熱
処理する。熱処理した後は、その中空円筒１１を中空ロ
ールに必要な形状に機械加工し、軸或いは軸受けを組み
込んで中空ロールを製造する。この熱処理方法では、加
熱された中空円筒１１が冷却して収縮しようとした際
に、内部に挿入している歪み防止治具３１で拘束され、
拘束された状態で冷却、固化するため、熱処理歪みがき
わめて小さくなっている。このため、熱処理後の中空円
筒外周面の加工取代を小さくでき、外周面の機械加工工
数を削減することができると共に、熱処理前の中空円筒
の肉厚を従来に比べて薄くすることができる。

【００２９】なお、図７に示す実施形態で使用する歪み
防止治具３１も、図６で説明したものと同様なものを使
用でき、また、抜き取らず、埋め殺しにしてもよい。加
熱装置１７、冷却装置２１、移動装置２３等も図１に示
す実施形態で使用したものと同様なものを使用できる。

【００３０】

【実施例】厚み３５ｍｍの炭素鋼板（Ｓ４５Ｃ）及びマ
ルテンサイト系ステンレス鋼板（ＳＵＳ４２０）をそれ
ぞれロール状に板巻成形し、端縁同志を突き合わせて溶
接接合した後、外径８００ｍｍ、長さ１５００ｍｍ、肉
厚２５ｍｍの最終製品が得られる寸法（表２、表３の焼
入前の欄に記載の寸法）に機械加工した中空円筒Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄを作成した。実施例１、２として、その中空
円筒Ａ、Ｂを表１に示す加工条件で増肉加工及び熱処理
（焼入）を行い、また、比較例１、２として、中空円筒
Ｃ、Ｄを表１に示す加工条件で熱処理（焼入）した。そ
して、上記した増肉加工及び熱処理を行って得た中空円
筒の寸法及び物性を測定し、表２、表３に示す結果を得
た。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】表２、表３の結果から明らかなように、実
施例１、２では、増肉と熱処理が行われており、熱処理
のみを行った比較例１、２よりも表面硬度が若干優れて
いた。また、実施例１、２では、増肉加工によって肉厚
が増加しているため、元の肉厚を比較例１、２に比べて
薄くしていても、処理後はほぼ等しい肉厚を確保できて
おり、比較例１、２の中空円筒から形成する最終製品と
同一サイズの最終製品を得ることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本願第一の発明は、中空ロ
ールの胴部を形成するための金属製の中空円筒を、熱処
理すると共に熱間据込み加工を施して増肉加工する構成
としたことにより、熱処理後の中空円筒の肉厚が熱処理
前に比べて増大するので、熱処理歪みを修正するために
中空円筒外周面を機械加工しても、その加工取代を増肉
分で確保或いは補うことができ、このため、熱処理前の
中空円筒の肉厚を従来に比べて薄くすることが可能とな
り、中空円筒の製造に使用する材料を削減できると共に
製造を容易としてコストを低減できるという効果を有し
ている。

【００３６】また、本願第二の発明は、中空ロールの胴
部を形成するための金属製の中空円筒内に、該中空円筒
の内面を規制する歪み防止治具を挿入した状態で熱処理
を施す構成としたことにより、加熱された中空円筒の内
面を歪み防止治具で拘束した状態で中空円筒を冷却、固
化することができ、このため熱処理歪みがきわめて小さ
くなり、熱処理後の中空円筒外周面の加工取代を小さく
できる。従って、機械加工工数を削減でき、しかも、熱
処理前の中空円筒の肉厚を従来に比べて薄くすることが
可能となり、中空円筒の製造に使用する材料を削減し且
つ軽量化できると共に製造を容易としてコストを低減で
きるという効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施形態に用いる装置の１例
並びにその装置により熱間据込み及び熱処理を行う状態
を示す概略断面図 （ｂ）は熱間据込み及び熱処理後の中空円筒を示す概略
断面図 （ｃ）はその中空円筒から製造した中空ロールの１例を
示す概略断面図

【図２】図１（ｂ）に示す中空円筒の一部の拡大断面図

【図３】本発明の他の実施形態での処理後の中空円筒を
示す概略断面図

【図４】本発明の更に他の実施形態において熱間据込み
及び熱処理を行う状態を示す概略断面図

【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図４に示す実施形
態における中空円筒内面と内面規制部材との関係を示す
概略断面図

【図６】（ａ）は歪み防止治具の１例を示す概略断面図 （ｂ）はそのＣ−Ｃ矢視概略断面図

【図７】本発明の更に他の実施形態を示す概略断面図

【図８】（ａ）は従来の装置で熱処理を行う状態を示す
概略断面図 （ｂ）は熱処理後の中空円筒を示す概略断面図 （ｃ）はその中空円筒から製造した中空ロールの１例を
示す概略断面図

【符号の説明】

１１ 中空円筒 １１Ａ 熱処理後の中空円筒 １１Ｂ 中空ロールに組み込んだ中空円筒 １３ 固定装置 １４ 可動保持部材 １５ 圧縮装置 １７ 加熱装置 １８ 加熱部 ２０ 冷却媒体 ２１ 冷却装置 ２３ 移動装置 ２５ 軸 ２６ 中空ロール ３１ 歪み防止治具 ３２ 内面規制部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空ロールを形成するための金属製の中
   空円筒に熱間据込み加工を施して増肉加工しながら熱処
   理を行うことを特徴とする中空ロール用中空円筒の熱処
   理方法。
2. 【請求項２】 前記熱間据込み加工を、前記金属製の中
   空円筒の長手方向に圧縮力を加えた状態で長手方向の短
   区間を環状に赤熱させて増肉させ、増肉部を直後に冷却
   する操作を前記中空円筒の全長に亘り移動方式で適用し
   て行う、請求項１記載の中空ロール用中空円筒の熱処理
   方法。
3. 【請求項３】 前記中空円筒の熱間据込み加工による増
   肉量を、熱処理歪によって生じる外径差の１／２以上と
   することを特徴とする請求項１又は２記載の中空ロール
   用中空円筒の熱処理方法。
4. 【請求項４】 前記中空円筒内に、該中空円筒の内面を
   規制する歪み防止治具を挿入した状態で熱間据込み加工
   及び熱処理を施すことを特徴とする請求項１、２又は３
   記載の中空ロール用中空円筒の熱処理方法。
5. 【請求項５】 中空ロールを形成するための金属製の中
   空円筒内に、該中空円筒の内面を規制する歪み防止治具
   を挿入した状態で熱処理を施すことを特徴とする中空ロ
   ール用中空円筒の熱処理方法。