JP2014140886A

JP2014140886A - 圧延ロール

Info

Publication number: JP2014140886A
Application number: JP2013012376A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tanaka; 宏幸田中; Mitsuhiro Takatsuki; 満広高月
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2014-08-07

Abstract

【課題】高負荷領域で使用される場合でもシャフトに対するスリップを十分に防止することが可能な圧延ロールを提供することを目的としている。
【解決手段】シャフト１１の外周部に内周部３が嵌合されて軸線Ｏ回りに回転させられる環状または筒状のロール本体１を備え、このロール本体１の内周部３は、軸線Ｏに直交する断面において、軸線Ｏを中心とする正多角形の各角部が、この角部に交差する正多角形の二つの辺に接する凹曲線によって形成された形状とされて、周方向に隣接する角部における凹曲線の間には正多角形の辺の直線部が残されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸線回りに回転させられるシャフトの外周部に内周部が嵌合されて固定され、熱間圧延等に用いられる圧延ロールに関するものである。

このような圧延ロールとして、本発明の発明者等は、超硬合金からなる外側リング部であって、特許文献１においては内周部の断面形状が略楕円形とされているものを、また特許文献２においては内周面が周方向に沿って滑らかに起伏する凹凸面とされたものを提案している。これらの圧延ロールは、シャフトの外周部にキー嵌合する超硬合金以外の材質からなる内側リングの外周部に嵌合させられて固定され、内周部の断面が非円形状であるのでシャフトに対するスリップを防止できるとされている。

特開昭６０−２４２０８号公報特開昭６０−２４２０９号公報

しかしながら、このような特許文献１、２に記載の圧延ロールでも、低負荷領域で使用される場合にはスリップは防げるものの、高負荷領域で使用される場合にはシャフトに対するスリップを十分に防止することが困難となる。これは、内周部の断面が特許文献１のように楕円形であっても、特許文献２のように滑らかに起伏する凹凸状であっても、曲線だけで構成されているので、内側リングの外周部に十分な接触面積で嵌合させることが困難となって、部分的に線接触に近い状態で嵌合することになるためである。

本発明は、このような背景の下になされたもので、高負荷領域で使用される場合でもシャフトに対するスリップを十分に防止することが可能な圧延ロールを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、シャフトの外周部に内周部が嵌合されて軸線回りに回転させられる環状または筒状のロール本体を備え、このロール本体の上記内周部は、上記軸線に直交する断面において、該軸線を中心とする正多角形の各角部が、この角部に交差する上記正多角形の二つの辺に接する凹曲線によって形成された形状とされて、周方向に隣接する角部における上記凹曲線の間には上記辺の直線部が残されていることを特徴とする。

このように構成された圧延ロールでは、ロール本体の内周部の断面が略正多角形とされて、周方向に隣接する角部における上記凹曲線の間には、正多角形の辺の直線部が残されているので、この直線部を形成する平面によってロール本体の内周部をシャフトの外周部に十分な接触面積の面接触で嵌合させることができる。このため、シャフトに対する嵌合強度の向上を図って、高負荷領域においてもスリップの発生を十分に防ぐことが可能となる。

その一方で、ロール本体内周部の断面がなす正多角形は、その各角部が、この角部に交差する上記正多角形の二つの辺に接する凹曲線によって形成された形状とされているので、シャフトに嵌合した際や圧延加工時にこの角部に応力が集中するのを避けることができる。従って、このような応力集中によって角部からロール本体が割損してしまうのを防ぐこともでき、長期に亙って安定した圧延加工を行うことが可能となる。

ここで、ロール本体の内周部の断面がなす上記正多角形は、正三角形、正方形、正五角形、および正六角形のうちいずれか一つであるのが望ましい。正七角形以上であると、各角部を凹曲線によって結んだときに断面が円形に近くなって、シャフトに対するスリップを十分に防止することができなくなるおそれがあり、また辺の直線部の長さを確保して多角形状を維持するために凹曲線部分を短くすると、割損が生じ易くなるおそれがある。

以上説明したように、本発明によれば、ロール本体の内周部を、接触面積を確保しつつ面接触でシャフト外周部に嵌合させることができ、高負荷領域で圧延加工を行う場合でもシャフトに対するスリップを十分に防止することが可能となる。

シャフトに取り付けられた本発明の第１、第２の実施形態のロール本体の軸線に沿った断面図である。本発明の第１の実施形態を示す、図１におけるＺＺ断面図（ロール本体の軸線に直交する断面図）である。本発明の第２の実施形態を示す、図１におけるＺＺ断面図（ロール本体の軸線に直交する断面図）である。

図１および図２は本発明の第１の実施形態を示すものであり、また図１は図３とともに本発明の第２の実施形態を示すものでもあり、これら第１、第２の実施形態において共通する部分には同一の符号を配してある。第１、第２の実施形態においてロール本体１は、超硬合金等の硬質材料により環状または筒状に形成され、その外周部は軸線Ｏを中心とした円筒面状とされるとともに、異形棒鋼を圧延加工する場合など必要に応じて凹溝状のカリバー部２が外周部を軸線Ｏ回りに周回するように形成される。

このような第１、第２の実施形態の圧延ロールは、図１に示すように圧延装置のシャフト１１に同軸に取り付けられて軸線Ｏ回りに回転させられることにより、ロール本体１の外周部によって圧延加工を行う。シャフト１１は、鋼材等のロール本体１よりは低硬度の金属材料により形成されて、一端部（図１において左側の端部）に円板状のフランジ部１２が一体に形成されるとともに、他端部（図１において右側の端部）には雄ネジ部１３が形成されている。第１、第２の実施形態のロール本体１は、その内周部３がシャフト１１に嵌合させられた上で、上記雄ネジ部１３にナット１４がねじ込まれることによりフランジ部１２との間に挟み込まれて固定される。

そして、このロール本体１の内周部３は、軸線Ｏに直交する断面において図２および図３に示すように、軸線Ｏを中心とした正多角形の各角部が、この角部に交差する上記正多角形の二つの辺に接する凹曲線によって形成された形状とされて、周方向に隣接する角部における上記凹曲線の間には上記辺の直線部が残されている。

ここで、図２に示す第１の実施形態では、内周部３は、正方形の４つの角部が、これらの角部に交差する二辺に接する凹曲線によって形成された断面形状とされている。また、図３に示す第２の実施形態では、内周部３は、正六角形の６つの角部が、これらの角部に交差する二辺に接する凹曲線によって形成された形状とされている。

これら第１、第２の実施形態において、上記角部に交差する二つの辺に接する凹曲線は円弧であり、その半径Ｒは、第１、第２の実施形態それぞれにおいて等しくされている。さらに、この円弧の半径Ｒは、上記正多角形に内接する円の直径Ｄに対して０．０５×Ｄ≦Ｒ≦０．１５×Ｄの範囲とされている。このため、例えば第１の実施形態では、内周部３がなす正方形の辺の部分に、長さＬが０．７×Ｄ≦Ｌ≦０．９×Ｄの範囲の直線部が残されることになる。

このようなロール本体１の内周部３が嵌合するシャフト１１の外周部は、軸線Ｏに直交する断面において、軸線Ｏを中心とした正多角形の各角部が、この角部に交差する正多角形の二つの辺に接する凸曲線によって形成された形状とされて、周方向に隣接する角部における凸曲線の間には上記辺の直線部が残されたものとされている。第１、第２の実施形態のロール本体１の内周部３は、このようなシャフト１１の外周部に直接嵌合させられている。

従って、第１の実施形態のロール本体１が嵌合するシャフト１１の断面は、正方形の各角部が円弧等の凸曲線で形成された形状とされる。また、第２の実施形態のロール本体１が嵌合するシャフト１１の断面は、正六角形の各角部が円弧等の凸曲線で形成された形状とされる。なお、ロール本体１の内周部３とシャフト１１の外周部とのクリアランスは５μｍ以下とされている。

このように構成された圧延ロールにおいては、ロール本体１の内周部３が軸線Ｏに直交する断面において、正多角形の辺の部分に直線部が残されるように角部が凹曲線で形成されているので、上記直線部を形成する平面が内周部３に形成されることになり、このロール本体１が嵌合するシャフト１１にも同様の平面が形成されて、これらの平面同士の面接触によってロール本体１がシャフト１１に固定される。このため、ロール本体１の内周部３のシャフト１１外周部への接触面積を大きく確保してシャフト１１に対する嵌合強度を向上させることができ、高負荷領域で圧延加工を行う場合でもスリップの発生を十分に防止することができる。

また、ロール本体１の内周部３の断面がなす正多角形は、その各角部が、該角部に交差する正多角形の二つの辺に接する凹曲線によって形成された形状とされており、角部がそのままとされている場合のように上記二つの辺が角度をもって交差することはない。従って、ロール本体１をシャフト１１に嵌合して固定する際や圧延加工中に、このような断面で二つの辺が角度をもって交差した角部に応力集中が生じることもなく、ロール本体１が超硬合金のような硬くて脆い材質であっても、角部からロール本体１に割損が生じるのを防ぐことができる。

さらに、ロール本体１の内周部３の断面がなす正多角形が、第１の実施形態では正方形とされ、第２の実施形態では正六角形とされていて、正七角形未満の正多角形とされている。このため、角部を上記二つの辺に接する凹曲線で結んだときに内周部３の断面が円形に近くなってしまうのを防いで、シャフト１１に対するスリップを一層確実に防止することができる。

ただし、このロール本体１の内周部３の断面がなす正多角形が正三角形であると、凹曲線によって結ばれていても正三角形の各角部の位置と各辺の中点の位置とでロール本体１の内周部３と外周部との間の肉厚が大きく異なってしまい、ロール本体１の剛性が部分的に変化して安定した圧延加工を行うことができなくなったり、各角部が鋭角であるために割損が生じ易くなったりするおそれがある。このため、ロール本体１の内周部３の断面がなす正多角形は、第１の実施形態のような正方形、または第２の実施形態のような正六角形、あるいは正五角形とされるのがより望ましい。

さらにまた、上記第１、第２の実施形態では、ロール本体１の内周部３の断面がなす正多角形の各角部において上記二つの辺に接する凹曲線は円弧とされており、この円弧の半径Ｒが、上記正多角形に内接する円の直径Ｄに対して０．０５×Ｄ≦Ｒ≦０．１５×Ｄの範囲とされている。このため、一層確実にロール本体１の割損を防ぎつつシャフト１１との接触面積を確保してスリップを防止するとともに、安定した圧延加工を行うことが可能となる。

すなわち、上記円弧の半径Ｒが上記正多角形の内接円の直径Ｄに対して０．０５×Ｄ未満と小さくなると、角部に過度の応力集中が発生してロール本体１の割損を招きやすくなるおそれが生じる。その一方で、半径Ｒが上記内接円の直径Ｄに対して０．１５×Ｄを上回るほど大きいと、直線部が短くなって断面が円形に近づいてスリップを十分に防止することができなくなったり、シャフト１１からロール本体１に回転トルクを確実に伝達することができなくなったりするおそれが生じる。

なお、これら第１、第２の実施形態ではこのように上記凹曲線が円弧とされているが、例えば楕円弧のような曲率半径が変化する凹曲線であってもよい。ただし、その場合でも曲率半径は上述の範囲であるのが望ましい。

また、シャフト１１は、第１、第２の実施形態のロール本体１の内周部３の断面と上記クリアランスの範囲で略等しい断面形状とされているが、例えば角部の部分は、内周部３の断面がなす角部の円弧の半径Ｒよりもやや大きな半径とされていてもよく、場合によっては面取りされていてもよい。

１ロール本体
３ロール本体１の内周部
１１シャフト
Ｏロール本体１の軸線
Ｒ凹曲線（円弧）の半径
Ｄ正多角形に内接する円の直径
Ｌ直線部の長さ

Claims

シャフトの外周部に内周部が嵌合されて軸線回りに回転させられる環状または筒状のロール本体を備え、このロール本体の上記内周部は、上記軸線に直交する断面において、該軸線を中心とする正多角形の各角部を、この角部に交差する上記正多角形の二つの辺に接する凹曲線によって結んだ形状とされて、周方向に隣接する角部における上記凹曲線の間には上記辺の直線部が残されていることを特徴とする圧延ロール。
上記正多角形は、正三角形、正方形、正五角形、および正六角形のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の圧延ロール。