JP2014008509A - 圧延ロールおよびそれを用いた圧延機 - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性を向上させる要求に応える圧延ロールおよびそれを用いた圧延機を提供する。
【解決手段】 本発明の一形態における圧延ロール３は、一方端１０側から他方端１１側に向かって径が小さくなるテーパー部９を有する、金属からなるシャフト４と、テーパー部９に対応した形状である貫通孔Ｐが形成されており、貫通孔Ｐにてテーパー部９に嵌め合わされた、セラミックスからなるリング５と、リング５から他方端１１側に離れた位置でシャフト４に固定されたフランジ６と、フランジ６とリング５との間に配された皿ばね７とを備える。その結果、皿ばね７によってリング５をテーパー部９に押圧することができるため、リング５の空回りを抑制し、圧延ロール３の信頼性を高めることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子機器（例えば各種オーディオビジュアル機器、家電機器、通信機器、コンピュータ機器およびその周辺機器）や輸送機器（例えば自動車）に使用される線材を圧延するために用いられる、圧延ロールおよびそれを用いた圧延機に関する。

従来、電子機器や輸送機器に使用されるフレキシブル基板などには、銅、アルミニウムまたはステンレスなどの金属からなる線材が用いられている。このような線材としては、圧延ロールを備えた圧延機によって、圧延して薄くしたものが用いられている。

特許文献１の図５には、テーパー部を有するシャフト（ロール軸９）と、このシャフトのテーパー部に嵌め合わされたリングとを備えた圧延ロール（圧延ロール８）が記載されている。この圧延ロールにおいては、シャフトを周方向に回転させて、シャフトのテーパー部に嵌め合わされたリングを周方向に回転させることによって、リングで線材（線材２）を圧延することができる。

ところで、圧延ロールを用いて線材を圧延する際には、加熱して線材を柔らかくする必要があるため、圧延ロールの作動中には圧延ロールの温度が上昇し、圧延ロールを停止させると圧延ロールの温度が低下する。このため、圧延ロールの作動と停止を繰り返すと、圧延ロールに熱サイクルが生じるため、リングおよびシャフトがそれぞれ熱膨張および収縮を繰り返す。

したがって、特許文献１の圧延ロールにおいて、例えばセラミックスからなるリングと金属からなるシャフトとを用いる場合のように、互いに異種材であるリングとシャフトとを用いると、上述した熱サイクルによって、シャフトのテーパー部に嵌め合わされたリングが緩みやすくなる。このようにリングが緩むと、圧延ロールを作動させた際にリングが空回りするため、線材の加工精度が低下し、さらには線材の圧延が困難となる。このため、圧延ロールの信頼性が低下しやすい。

特開平６−２９４８５０号公報

本発明は、信頼性を向上させる要求に応える圧延ロールおよびそれを用いた圧延機を提供するものである。

本発明の一形態における圧延ロールは、一方端側から他方端側に向かって径が小さくなるテーパー部を有する、金属からなるシャフトと、前記テーパー部に対応した形状である貫通孔が形成されており、該貫通孔にて前記テーパー部に嵌め合わされた、セラミックスからなるリングと、前記リングから前記他方端側に離れた位置で前記シャフトに固定されたフランジと、前記フランジと前記リングとの間に配された皿ばねとを備える。

本発明の一形態における圧延機は、上記圧延ロールと、該圧延ロールの前記シャフトを周方向に回転させる駆動部とを備える。

本発明の一形態における圧延ロールによれば、金属からなるシャフトのテーパー部に、セラミックスからなるリングが嵌め合わされており、シャフトに固定されたフランジとリングとの間に皿ばねが配されているため、皿ばねによってリングをテーパー部に押圧することができる。したがって、リングの緩みを抑制することができるため、圧延ロールの信頼性を高めることができる。

本発明の一形態における圧延機によれば、上記圧延ロールを有するため、圧延機の信頼性を高めることができる。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る圧延機１の正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した圧延機１の側面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）に示した圧延機１によって圧延される前の線材２の長手方向に垂直な断面図であり、図１（ｄ）は、図１（ａ）に示した圧延機１によって圧延された後の線材２の長手方向に垂直な断面図である。 図２は、図１に示した圧延ロール３の軸方向に沿った断面図である。 図３（ａ）は、図２に示した皿ばね７の上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示した外周部２０の部分拡大図である。

以下に、本発明の一実施形態における圧延ロールを用いた圧延機について、図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ）および（ｂ）に示した圧延機１は、電子機器（たとえば各種オーディオビジュアル機器、家電機器、通信機器、コンピュータ機器およびその周辺機器）や輸送機器（例えば自動車）に使用される線材２を圧延するために用いられるものである。圧延機１は、線材２を圧延することによって、線材２を薄くすることができる。このように圧延を行なうと、図１（ｃ）および（ｄ）に示すように、線材２は丸材から角材となる。

圧延機１によって圧延される線材２は、銅、アルミニウムまたはステンレスなどの金属からなるものを用いることができる。線材２における圧延後の厚さは、例えば数μｍ〜数十μｍ程度である。

また、圧延機１は、一対の圧延ロール３と、この一対の圧延ロール３それぞれを周方向に回転させる駆動部（図示せず）とを備えている。図１（ａ）および（ｂ）に示すように、この駆動部で一対の圧延ロール３をそれぞれの回転方向Ｄ１、Ｄ２を反対にすることによって、線材２が一対の圧延ロール３の間を一方向（線材２の進行方向Ｄ３）に進むとともに、線材２が一対の圧延ロール３によって圧延される。

圧延ロール３は、図２に示すように、円筒状の軸部材であるシャフト４と、シャフト４に取り付けられた円筒状の環状部材であるリング５と、リング５から離れた位置でシャフト４に固定された環状部材であるフランジ６と、フランジ６とリング５との間に配された環状部材である皿ばね７とを備えている。

シャフト４は、駆動部によって周方向に回転する部材である。このシャフト４は、駆動部の回転部材（図示せず）が配される中空部８を有しており、この中空部８に配された回転部材によって、シャフト４が周方向に回転する。なお、シャフト４は、中空部８を有し
ていなくてもよく、その端部に回転部材が接続することによって、周方向に回転しても構わない。

また、シャフト４は、シャフト４の一方端１０側から他方端１１側に向かって径が小さくなるテーパー部９を有している。このテーパー部９は、シャフト４の他の部位と比較して径が大きくなっている。その結果、テーパー部９に嵌め合わされるリング５の内径を大きくして、リング５の厚み（ＹＺ平面方向）を小さくすることができるため、セラミックスからなるリング５を容易に作製することができる。このようにテーパー部９の径が大きいため、テーパー部９は、シャフト４の一方端１０側に配された一端面１２と、シャフト４の他方端１１側に配された他端面１３とを有している。また、シャフト４は、テーパー部９から他方端１１側に離れた位置において、外周面にらせん状の溝が設けられたおねじ部１４を有している。

このシャフト４は、金属からなる。その結果、シャフト４がセラミックスからなる場合と比較して、複雑な形状のシャフト４を容易に形成できるとともに、シャフト４を回転させる際の破損を低減できる。このシャフト４を構成する金属は、例えば鋼または鉄などを用いることができる。

リング５は、シャフト４とともに周方向に回転することによって、外周面１５で線材２を圧延する部材である。このリング５は、厚さ方向（Ｘ方向）に沿って貫通するとともにテーパー部９に対応した形状である貫通孔Ｐが形成されており、この貫通孔Ｐにてテーパー部９に嵌め合わされ、内周面１６がテーパー部９に当接することによって、シャフト４に取り付けられている。このようにリング５はシャフト４に取り付けられているため、シャフト４を周方向に回転させることによって、リング５を周方向に回転させることができる。また、リング５は、シャフト４の他方端１１側に配され、フランジ６に対向する主面１７を有している。

このリング５は、セラミックスからなる。その結果、リング５が金属からなる場合と比較して、リング５の外周面１５における耐摩耗性を高めることができる。したがって、圧延ロール３の使用に伴うリング５の外周面１５における摩耗を低減し、線材２の圧延を長期に渡って安定して行なうことができる。このリング５を構成するセラミックスとしては、ジルコニア質焼結体または窒化ケイ素質焼結体を用いることが望ましい。その結果、リング５の耐摩耗性をさらに高めることができる。

フランジ６は、リング５から他方端１１側に離れた位置でシャフト４に固定されており、皿ばね７を介してリング５を押圧する部材である。このフランジ６の内周面にはらせん状の溝が設けられている。このため、フランジ６がめねじとしてシャフト４のおねじ部１４に締結されることによって、フランジ６はシャフト４に固定されている。さらに、フランジ６は、この締結に加えて、フランジ６を径方向（ＹＺ平面方向）に貫通する止めネジ（図示せず）によって、シャフト４に強固に固定されている。また、フランジ６は、一方端１０側に配されているとともにリング５の主面１７と対向する対向面１８を有している。このフランジ６は、例えば鋼または鉄などの金属からなる。

皿ばね７は、荷重が加わって、たわんだ状態でフランジ６とリング５との間に配されている。この皿ばね７は、シャフト４の他方端１１側の端部（内周部１９）がフランジ６に固定されていることによって、シャフト４の一方端１０側の端部（外周部２０）でリング５をシャフト４の一方端１０側に押圧する部材である。

また、皿ばね７は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、中央に穴Ｈが形成された円錐状の部材である。この皿ばねは、穴Ｈを取り囲む内周部１９と外縁をなす外周部２０と
を有する。また、皿ばね７の内周部１９は、フランジ６に当接しており、皿ばね７の外周部２０は、リング５に当接している。

この皿ばね７は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属からなる。その結果、皿ばね７を弾性変形するばねとして機能させることができる。圧延ロール３の停止時における皿ばね７のたわみ比（たわみ量／全たわみ量）は、例えば０．８以下に設定されている。なお、皿ばね７におけるたわみ比の定義は、ＪＩＳＢ２７０６：２００１に準拠する。

本実施形態の圧延ロール３においては、上述した如く、皿ばね７がフランジ６とリング５との間に配されている。その結果、皿ばね７がテーパー部９に嵌め合わされたリング５をシャフト４の一方端１０側に押圧することによって、リング５がシャフト４に固定されている。したがって、圧延ロール３の作動および停止に伴い熱サイクルが発生しても、リング５やシャフト４の膨張や収縮に応じて皿ばね７が弾性変形して、皿ばね７がリング５をテーパー部９に押し付けるため、シャフト４のテーパー部９におけるリング５の緩みを抑制することができる。それ故、圧延ロール３を作動させる際にリング５の空回りを抑制することができるため、圧延ロール３の信頼性を高めることができる。

また、皿ばね７の内周部１９がフランジ６の対向面１８に当接し、皿ばね７の外周部２０がリング５の主面１７に当接している。その結果、皿ばね７の内周部１９よりも径の大きい外周部２０によって、他の部位に比べて径の大きいテーパー部９に嵌め合わされたリング５をより確実に押圧することができる。

また、皿ばね７の外周部２０は、図２ないし図３（ｃ）に示すように、リング５の主面１７に当接した第１角部２１を有しており、この第１角部２１は、Ｃ面取りされている。その結果、リング５の主面１７に当接する角部１９をＣ面取りすることによって、角部１９とリング５の主面１７との接触面積を増加させて、リング５の主面１７に当接する皿ばね７の滑りを低減し、皿ばね７によるリング５の押圧を良好に維持することができる。特に、Ｒ面取りした場合と比較して、角部１９をリング５の主面１７に面接触させて、接触面積を増加させることができるため、皿ばね７によるリング５の押圧を良好に維持することができる。なお、この第１角部２１は、例えば０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の面取りがされている。

また、皿ばね７の外周部２０は、第１角部２１よりもフランジ６側に位置する第２角部２２を有している。この第２角部２２は、Ｃ面取りされていても構わない。

また、リング５のフランジ６に対向する主面１７の算術平均粗さ（Ｒａ）は、リング５の内周面１６の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも大きい。その結果、リング５の主面１７においては、算術平均粗さ（Ｒａ）を大きくすることによって、主面１７に当接する皿ばね７の滑りを低減し、皿ばね７によるリング５の押圧を良好に維持することができる。また、リング５の内周面１６においては、算術平均粗さ（Ｒａ）を小さくすることによって、シャフト４とリング５との密着性を向上させ、リング５の緩みを抑制することができる。

リング５のフランジ６に対向する主面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば１．６μｍ以上６．３μｍ以下に設定されている。また、リング５の内周面１６の算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば１μｍ以下に設定されている。また、リング５の外周面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば０．０５μｍ以下に設定されている。なお、算術平均粗さ（Ｒａ）の定義は、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に準拠する。

上述した圧延ロール３は、以下のように動作する。まず、駆動部がシャフト４を周方向に回転させることによって、圧延ロール３全体が周方向に回転する。その結果、リング５
が周方向に回転するため、このリング５の外周面１５によって線材２が圧延される。また、フランジ６および皿ばね７によってリング５がシャフト４のテーパー部９に固定されているため、リング５の緩みを抑制することができ、リング５の空回りを抑制することができる。

次に、上述した圧延ロール３の製造方法を説明する。

まず、金属に旋盤加工などを行なうことによって、シャフト４、フランジ６および皿ばね７を作製する。また、セラミック粉末を種々の成形方法を用いて成形し、所望の形状に切削加工した後、焼成して研削加工を行なうことによって、リング５を作製する。なお、リング５を研削加工する際に、外周面１５を鏡面加工し、内周面１６を円筒研削し、主面１７を平面研削することによって、上述した算術平均粗さ（Ｒａ）の外周面１５、内周面１６および主面１７が得られる。

次に、シャフト４の他方端１１側から、リング５、皿ばね７、フランジ６を順次シャフト４に取り付けていき、フランジ６で皿ばね７をリング５に向かって押圧して皿ばね７をたわませつつ、フランジ６をシャフト４のおねじ部１４に固定する。

以上のようにして、圧延ロール３を作製することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せなどが可能である。

例えば、上述した実施形態においては、フランジ６とリング５との間に皿ばね７が１つ配された構成を例に説明したが、皿ばね７は複数配されていても構わない。

また、上述した実施形態においては、皿ばね７の内周部１９がフランジ６に当接し、皿ばね７の外周部２０がリング５に当接した構成を例に説明したが、皿ばね７の外周部２０がフランジ６に当接し、皿ばね７の内周部１９がリング５に当接していても構わない。

１ 圧延機
２ 線材
３ 圧延ロール
４ シャフト
５ リング
６ フランジ
７ 皿ばね
８ 中空部
９ テーパー部
１０ シャフトの一方端
１１ シャフトの他方端
１２ テーパー部の一端面
１３ テーパー部の他端面
１４ おねじ部
１５ リングの外周面
１６ リングの内周面
１７ リングの主面
１８ フランジの対向面
１９ 皿ばねの内周部
２０ 皿ばねの外周部
２１ 皿ばねの第１角部
２２ 皿ばねの第２角部
Ｄ１、Ｄ２ 圧延ロールの回転方向
Ｄ３ 線材の進行方向
Ｐ 貫通孔
Ｈ 穴

Claims (6)

1. 一方端側から他方端側に向かって径が小さくなるテーパー部を有する、金属からなるシャフトと、
   前記テーパー部に対応した形状である貫通孔が形成されており、該貫通孔にて前記テーパー部に嵌め合わされた、セラミックスからなるリングと、
   前記リングから前記他方端側に離れた位置で前記シャフトに固定されたフランジと、
   前記フランジと前記リングとの間に配された皿ばねとを備えたことを特徴とする圧延ロール。
2. 請求項１に記載された圧延ロールにおいて、
   前記皿ばねは、前記シャフトを取り囲むとともに前記フランジに当接した内周部と、前記リングに当接した外周部とを有することを特徴とする圧延ロール。
3. 請求項２に記載された圧延ロールにおいて、
   前記皿ばねの外周部は、前記リングに当接した角部を有しており、
   該角部は、Ｃ面取りされていることを特徴とする圧延ロール。
4. 請求項１に記載された圧延ロールにおいて、
   前記リングの前記フランジに対向する主面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、前記リングの内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも大きいことを特徴とする圧延ロール。
5. 請求項１に記載された圧延ロールにおいて、
   前記リングを構成するセラミックスは、ジルコニア質焼結体または窒化ケイ素質焼結体であることを特徴とする圧延ロール。
6. 請求項１に記載された圧延ロールと、該圧延ロールの前記シャフトを周方向に回転させる駆動部とを備えたことを特徴とする圧延機。

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