JP2018024087A - 歯型ロールの製造方法及び鋼板の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯部の精度を確保しつつ、歯型ロールの製造に要する時間を短縮する。【解決手段】歯型ロールの製造方法は、粗加工工程と、仕上げ加工工程とを備える。粗加工工程では、円柱状の母材４０の外周部の一部に粗加工を施して母材４０の外周部に母材４０の周方向に並ぶ複数の突条の粗加工部４４を形成する。仕上げ加工工程では、複数の粗加工部４４の各々に仕上げ加工を施して複数の粗加工部４４から複数の歯部３２を形成し、複数の歯部３２を有する歯型ロール３０を得る。【選択図】図５

Description

本発明は、鋼板の表面に複数の溝を形成するための歯型ロールの製造方法、及び、この歯型ロールを用いた鋼板の加工方法に関する。

周知のように鋼板は大小様々な用途に用いられており、その加工の態様も多岐にわたる。加工の態様の一例として、鋼板の表面に複数の溝を形成し、例えば、機械製品の一次材料としたり、鋼板自体の特性を最適化したりするといったものが考えられる。

このような鋼板の表面に複数の溝を形成するための技術には、複数の歯部を有する歯型ロールを用いるものがある。この歯型ロールを用いる技術では、歯型ロールを鋼板の表面に押し付けて、複数の歯部により鋼板の表面に複数の溝を形成する（例えば、特許文献１、２参照）。

このような歯型ロールにおいて、複数の歯部は、微細であるため、複数の歯部の加工には、高度な加工技術が要求される。このような複数の歯部の加工については、現在、各種検討がなされている。なお、特許文献３〜５には、歯型ロールではないが、複数の歯部の加工に関する技術が開示されている。すなわち、特許文献３には、エッチングを用いる技術が開示され、特許文献４には溶射及びレーザ加工を用いる技術が開示され、特許文献５には肉盛溶接を用いる技術が開示されている。

特開２００２−２９４４１６号公報 特開昭６２−６７１１４号公報 特開２０１５−１２４４３７号公報 特開平１−３１７６０５号公報 特開２００６−２９１３５８号公報

本発明者は、複数の歯部の加工にレーザ加工を採用することを試みた。その理由は、レーザ加工によれば、歯部の精度を確保できると共に、加工工程を一度確立することでＮＣ制御等により何度でも同じ形状の歯部を作り出すことができるからである。

そして、本発明者は、耐磨耗鋼に対してナノ秒パルスレーザによる切削加工で歯部を形成したサンプルを作製し、そのサンプルについて強度試験を行った。この強度試験は、ナノ秒パルスレーザであっても熱影響がないとは言い切れないため、歯部の強度低下の有無を把握するために行ったものである。

その強度試験の結果、歯部の強度に問題はなかった。したがって、レーザによる切削加工は、歯部を形成するための一つの手段として有効であることが分かった。しかしながら、レーザによる切削加工は、加工時間が長いため、レーザによる切削加工のみで歯部を形成することは可能ではあるものの時間的に現実的でないということも分かった。

また、本発明者は、加工時間を短縮できれば、鋼板の加工に用いる歯型ロールの製造コストを低減することができ、ひいては、鋼板の加工コストを低減できると考えた。

そこで、本発明は、歯部の精度を確保しつつ、歯型ロールの製造に要する時間を短縮することを第一の目的とし、鋼板の加工コストを低減することを第二の目的とする。

上記第一の目的を達成するために、本発明の歯型ロールの製造方法は、円筒状又は円柱状の母材の外周部の一部に粗加工を施して前記母材の外周部に前記母材の周方向に並ぶ複数の突条の粗加工部を形成する粗加工工程と、前記複数の粗加工部の各々に仕上げ加工を施して前記複数の粗加工部から複数の歯部を形成し、前記複数の歯部を有する歯型ロールを得る仕上げ加工工程と、を備える。

また、上記第二の目的を達成するために、本発明の鋼板の加工方法は、本発明の歯型ロールの製造方法により製造された歯型ロールを鋼板の表面に押し付けて前記複数の歯部により前記鋼板の表面に複数の溝を形成する溝形成工程を含む。

本発明の歯型ロールの製造方法によれば、歯部の精度を確保しつつ、歯型ロールの製造に要する時間を短縮することができる。

また、本発明の鋼板の加工方法によれば、鋼板の加工コストを低減することができる。

本発明の鋼板の加工方法の一実施形態を説明する斜視図である。 図１のＦ２−Ｆ２線断面図である。 図１のＦ３−Ｆ３線矢視図である。 図１に示される歯型ロールにおける歯部の周辺部の拡大断面図であり、図４（Ａ）は歯部が等脚台形形状である場合を示し、図４（Ｂ）は歯部が偏った楔形状である場合を示している。 本発明の歯型ロールの製造方法の第一実施形態を説明する図である。 本発明の歯型ロールの製造方法の第二実施形態を説明する図である。 図３に示される歯型ロールの第一変形例を示す平面図である。 図３に示される歯型ロールの第二変形例を示す平面図である。 本発明の歯型ロールの製造方法の第三実施形態における加工工程（粗加工工程及び仕上げ加工工程）を説明する図である。 本発明の歯型ロールの製造方法の第三実施形態における焼嵌め工程を説明する図である。 本発明の歯型ロールの製造方法の第四実施形態を説明する図である。 本発明の歯型ロールの製造方法の第五実施形態における平滑化工程を説明する図である。

はじめに、本発明の鋼板の加工方法の一実施形態について説明する。

図１に示されるように、本発明の鋼板の加工方法の一実施形態では、鋼板の加工装置１０が使用される。この鋼板の加工装置１０は、一例として、溝形成装置１４を備える。加工の材料となる鋼板７０は、その長さ方向の一端側から他端側へ順に、上工程１２から溝形成装置１４を経て下工程１６へ、図１中の矢印の向きに送られる。

溝形成装置１４では、溝形成工程が実行され、この溝形成工程では、後に詳述するように、鋼板７０の表面に複数の溝７２が形成される。本発明の鋼板の加工方法の一実施形態では、以上により、鋼板が製造される。

図１、図２に示されるように、溝形成装置１４は、より具体的には、歯型ロール３０及び押付ロール２０を有する。歯型ロール３０の外周部には、複数の突条の歯部３２が形成されている。複数の歯部３２は、歯型ロール３０の周方向に等ピッチで並んでいる。図２、図３に示されるように、複数の歯部３２の各々は、直線状に形成されており、歯型ロール３０の軸方向に対して所定の傾斜角度αで傾斜している。

図４（Ａ）には、歯型ロール３０における歯部３２の周辺部が断面図にて示されている。図４（Ａ）では、便宜上、歯型ロール３０の外周面３４が曲線状ではなく直線状に示されている。歯部３２の歯先幅Ｗは、およそ１０〜１００μｍであり、歯部３２の高さＨは、およそ１０〜５０００μｍであり、歯型ロール３０の径方向に対する歯部３２の側面の傾斜角度βは、およそ１０〜２０°である。また、複数の歯部３２のピッチＰは、およそ２０００〜１００００μｍである。なお、歯部３２は歯型ロール３０の胴長方向で必ずしも一定形状である必要はない。したがって、ピッチＰも、歯型ロール３０の胴長方向で必ずしも一定である必要はなく、例えば、ワークサイド側を小、ドライブサイド側を大のように値を変えても良い。

また、図４（Ａ）では、歯部３２の断面形状として歯部３２が等脚台形形状である場合を例示したが、歯部３２は、必ずしも等脚台形形状である必要はなく、図４（Ｂ）に示すような偏った楔形状でも良い。この場合に、歯部３２の底辺の内角が鈍角である側が先に鋼板に接するように使用すると歯部３２の鋼板への食い込みが良く好適である。また、歯部３２の斜辺は平面的である必要はなく曲面でも良い。

図１、図２に示されるように、歯型ロール３０及び押付ロール２０は、互いに平行に配置されている。押付ロール２０は、歯型ロール３０に近接して配置されている。

そして、溝形成工程では、歯型ロール３０と押付ロール２０との間を鋼板７０が通過する。このとき、押付ロール２０によって鋼板７０が歯型ロール３０の側に押され、鋼板７０の表面に歯型ロール３０が押し付けられる。歯型ロール３０及び押付ロール２０は、鋼板７０との接触に伴い互いに逆方向に回転する。鋼板７０の表面に歯型ロール３０が押し付けられると、歯型ロール３０に形成された複数の歯部３２により鋼板７０の表面に複数の溝７２が形成される。

図３に示されるように、複数の溝７２は、鋼板７０の搬送方向である長さ方向と直交する方向、すなわち、鋼板７０の幅方向に対して所定の傾斜角度γで傾斜している。この傾斜角度γは、複数の歯部３２の傾斜角度αと同一である。

なお、傾斜角度αは、隣り合う一対の歯部３２の間に歯型ロール３０の軸方向（矢印Ｘ方向）に延びる仮想線が存在しないように設定される。つまり、換言すれば、歯型ロール３０の軸方向に延びる仮想線が歯型ロール３０の外周面のどの位置に設定されても、この仮想線がいずれかの歯部３２と必ず交差するように傾斜角度αが設定される。

このように傾斜角度αが設定されると、複数の歯部３２により形成された複数の溝７２のうち隣り合う溝７２の間には、鋼板７０の短手方向（矢印Ｘ方向）に延びる仮想折曲線が存在しない。傾斜角度αを上記設定とするのは、隣り合う溝７２の間に鋼板７０の短手方向に延びる仮想折曲線が存在しないようにすることで、鋼板７０の搬送時や検査時に鋼板７０が折れ曲がらないようにする効果を期待できる。

［第一実施形態］
次に、本発明の歯型ロールの製造方法の第一実施形態について説明する。

本発明の歯型ロールの製造方法の第一実施形態は、粗加工工程と、仕上げ加工工程とを備える。図５には、本発明の歯型ロールの製造方法の第一実施形態が要部拡大断面図にて示されている。図５では、便宜上、歯型ロール３０自体の地金である母材４０の外周部が、曲線状ではなく直線状に示されている。

図５の（Ａ）から（Ｂ）に示されるように、粗加工工程では、円柱状の母材４０の外周部の一部に粗加工が施される。この粗加工は、機械切削、ワイヤ放電、及び、エッチングのいずれかを用いた除去加工である。そして、この粗加工により、想像線（二点鎖線）で示される除去部分４２が母材４０の外周部から除去され、母材４０の外周部には、この母材４０の周方向に並ぶ複数の突条の粗加工部４４が形成される。この粗加工部４４は、後述する歯部３２と同じ高さに形成される。

続いて、図５の（Ｃ）から（Ｄ）に示されるように、仕上げ加工が行われる。仕上げ加工工程では、機械切削やレーザ加工のような公知の加工法（レーザ加工等）を用いることができるが、以下ではレーザ加工を用いた場合について説明を行う。

仕上げ加工工程では、複数の粗加工部４４の各々にレーザ加工による仕上げ加工が施される。このレーザ加工には、レーザ光６２を照射する照射部６４を備えるレーザ加工装置６０が使用される。このレーザ加工装置６０では、例えば渦流電流センサなどの精度の高いセンサを用いて照射部６４と母材４０との間の距離が精密に制御される。

そして、この仕上げ加工により、粗加工部４４から想像線（二点鎖線）で示される除去部分４６が除去され、複数の粗加工部４４から複数の突条の歯部３２が形成される。本発明の歯型ロールの製造方法の第一実施形態では、以上の要領により、複数の歯部３２を有する歯型ロール３０が得られる。

なお、図５では、粗加工において歯部３２の高さを最適値に合わせており、レーザ加工による仕上げ加工では、歯部３２の斜面部分だけを加工する例を示しているが、これに限るものではなく、粗加工で歯部３２の高さを高目に加工しておき、歯部３２の頂部についてもレーザ加工を行うようにしても良い。特に、ワイヤ放電の場合は表層に白層と呼ばれる熱影響層や微細なクラックが発生する場合があるので、目標形状よりも大きめに加工しておき、レーザ加工によって仕上げを行うことが有効である。

次に、本発明の第一実施形態の作用及び効果について説明する。

以上詳述したように、本発明の歯型ロールの製造方法の第一実施形態によれば、円柱状の母材４０の外周部の一部に除去加工である粗加工を施して複数の粗加工部４４を形成する。そして、複数の粗加工部４４の各々にレーザ加工等による仕上げ加工を施して複数の粗加工部４４から複数の歯部３２を形成する。

したがって、円柱状の母材４０の外周部に初めから仕上げ加工を施して複数の歯部３２を形成する場合に比して、歯型ロール３０の外周のうち一部分だけに対して、粗加工すなわちワイヤ放電又はエッチングによる除去加工を施す分、歯型ロール３０の製造に要する時間を短縮することができる。しかも、粗加工を施した後には、レーザ加工等による仕上げ加工を施すので、歯部３２の精度も確保することができる。

また、粗加工は、機械切削、ワイヤ放電、及び、エッチングのいずれかを用いた除去加工である。この除去加工によれば、レーザ加工に比して短時間で除去部分４２を除去できるので、粗加工工程における加工時間を確実に短縮することができる。これにより、歯型ロール３０の製造コストを低減することができる。なお、機械切削としては、例えば、エンドミルによる切削加工が考えられる。

さらに、本発明の歯型ロールの製造方法の第一実施形態により製造された歯型ロール３０を鋼板の加工方法の溝形成工程に用いた場合には、歯型ロール３０の製造コストが低減される分、鋼板の加工コストを低減することができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の歯型ロールの製造方法の第二実施形態について説明する。

図６には、本発明の歯型ロールの製造方法の第二実施形態が要部拡大断面図にて示されている。図６では、便宜上、歯型ロール３０自体の地金である母材５０の外周部が、曲線状ではなく直線状に示されている。

図６の（Ａ）から（Ｂ）に示されるように、粗加工工程では、円柱状の母材５０の外周部の一部に粗加工が施される。この粗加工は、溶射及び肉盛溶接のいずれかを用いた付加加工である。そして、この粗加工により、母材５０の外周部には、想像線（二点鎖線）で示される付加部分５２が付加され、この母材５０の周方向に並ぶ複数の突条の粗加工部５４が形成される。この粗加工部５４は、後述する歯部３２よりも高く形成される。なお、肉盛による付加部分５２の素材は、母材５０の素材と必ずしも同一である必要はなく、別素材とすることも可能である。

続いて、図６の（Ｃ）から（Ｄ）に示されるように、仕上げ加工が行われる。仕上げ加工工程では、機械切削やレーザ加工のような公知の加工法（レーザ加工等）を用いることができるが、以下ではレーザ加工を用いた場合について説明を行う。

仕上げ加工工程では、複数の粗加工部５４の各々にレーザ加工による仕上げ加工が施される。このレーザ加工には、第一実施形態と同様に、レーザ光６２を照射する照射部６４を備えるレーザ加工装置６０が使用される。

そして、この仕上げ加工により、粗加工部５４から想像線（二点鎖線）で示される除去部分５６が除去され、複数の粗加工部５４から複数の突条の歯部３２が形成される。本発明の歯型ロールの製造方法の第二実施形態では、以上の要領により、複数の歯部３２を有する歯型ロール３０が得られる。

なお、図６では、粗加工において付加部分５２の高さを最終的な歯部３２の高さより高くしており、レーザ加工による仕上げ加工では、歯部３２の頂部を含む加工を行う例を示しているが、これに限るものではなく、粗加工において付加部分５２の高さを最終的な歯部３２の高さに合わせておき、歯部３２の斜面部分のみにレーザ加工を行うようにしても良い。また、粗加工において付加部分５２を形成する際に、セラミックス等の型枠を用いても良い。

さらに、図６では、粗加工において付加部分５２を離散的に付加する場合を示したが、連続させても良い。また、付加部分５２を多層に形成するようにしても良い。例えば、母材５０上に形成する第１層をＡ材で全面的に付加しておき、第１層の上に形成する第２層をＢ材で離散的に付加するといったように、多層構造化しても良い。このようにすれば、母材５０との親和性は良くないが、耐摩耗性に優れるＢ材を、母材５０と親和性が良いＡ材を介して用いることも可能となる。Ａ材としては、溶射または肉盛をする際に、母材５０の予熱を要するような素材を用いることもできる。また、第１層を全面形成する場合、メッキによって形成しても良い。

次に、本発明の第二実施形態の作用及び効果について説明する。

以上詳述したように、本発明の歯型ロールの製造方法の第二実施形態によれば、円柱状の母材５０の外周部の一部に付加加工である粗加工を施して複数の粗加工部５４を形成する。そして、複数の粗加工部５４の各々にレーザ加工等による仕上げ加工を施して複数の粗加工部５４から複数の歯部３２を形成する。

したがって、円柱状の母材５０の外周部に初めから仕上げ加工を施して複数の歯部３２を形成する場合に比して、歯型ロール３０の外周のうち一部分だけに対して、粗加工すなわち溶射又は肉盛溶接による付加加工を施す分、歯型ロール３０の製造に要する時間を短縮することができる。しかも、粗加工を施した後には、レーザ加工等による仕上げ加工を施すので、歯部３２の精度も確保することができる。

また、粗加工は、溶射及び肉盛溶接のいずれかを用いた付加加工である。この付加加工によれば、例えばレーザ加工による除去加工で粗加工部５４を形成する場合に比して短時間で粗加工部５４を形成できるので、粗加工工程における加工時間を確実に短縮することができる。これにより、歯型ロール３０の製造コストを低減することができる。

さらに、本発明の歯型ロールの製造方法の第二実施形態により製造された歯型ロール３０を鋼板の加工方法の溝形成工程に用いた場合には、歯型ロール３０の製造コストが低減される分、鋼板の加工コストを低減することができる。

次に、上記第一及び第二実施形態に共通の変形例について説明する。

上記第一及び第二実施形態では、新品の歯型ロール３０が製造される。しかしながら、複数の歯部３２が使用に伴い摩耗した歯型ロール３０に対し、粗加工工程及び仕上げ加工工程を実行して歯型ロール３０を再生し、新品と同様の歯型ロール３０が製造されても良い。この場合は、疲労層を除去するため、歯型ロール３０の表層を、一旦、ロールグラインダ等で所定の深さまで全面研削して平滑な円筒面とし、その後に歯型ロール３０を再生することもできる。

なお、歯型ロール３０を再生する場合に、図５に示される第一実施形態のように、粗加工工程における粗加工として除去加工を用いると、この除去工程において母材４０の外周部の表層部が除去されるため、歯型ロール３０の外径が小さくなる。一方、歯型ロール３０を再生する場合に、図６に示される第二実施形態のように、粗加工工程における粗加工として付加加工を用いると、この付加工程において母材５０の外周部が肉盛りされるため、歯型ロール３０の外径の減少を最小限とすることができる。

また、上記第一及び第二実施形態において、複数の歯部３２の各々は、その長さ方向の全長に亘って直線状に形成される。しかしながら、例えば、図７に示されるように、歯型ロール３０には、複数の歯部３２の各々の長さ方向の一部に湾曲部からなる識別部転写部３６が形成されても良い。

このように、複数の歯部３２に識別部転写部３６が形成されていると、識別部転写部３６が鋼板７０の表面に押し付けられることにより、鋼板７０の表面に識別部転写部３６の形状が転写した識別部７６を形成することができる。これにより、鋼板７０に識別性を付与することができる。

なお、図７に示される変形例では、一例として、識別部転写部３６の全体が湾曲部により形成されているが、識別部転写部３６は、屈曲部により形成されていても良く、また、屈曲部及び湾曲部が組み合わされた形状で形成されていても良い。また、識別部転写部３６は、その一部に湾曲部及び屈曲部の少なくとも一方を含んで形成されていても良い。

この識別部転写部３６は、例えば、社名、ロゴ、商品名、標章、及び、ロット番号等の少なくともいずれかに対応する形状であると、鋼板７０の識別性が増すので好適である。ただし、例えば、鋼板７０に互いに平行な複数の溝７２を形成する場合には、複数の溝７２の各々に形成される識別部７６は、互いに平行な形状であることが望ましい。したがって、この識別部７６を形成するための複数の識別部転写部３６も、互いに平行な形状であることが望ましい。

また、上記第一及び第二実施形態では、上述のように、複数の歯部３２の各々が長さ方向の全長に亘って直線状に形成される。しかしながら、例えば、図８に示されるように、複数の歯部３２の各々は、湾曲形状を成していても良い。この図８に示される例において、複数の歯部３２の各々は、より具体的には、湾曲形状の一例として、Ｓ字状を成している。

このように、複数の歯部３２の各々が湾曲形状を成していると、鋼板７０の表面に湾曲形状を成す複数の溝７２を形成することができる。これにより、複数の溝７２に意匠性を付与することができ、ひいては、鋼板７０に識別性を付与することができる。

また、複数の歯部３２の各々が湾曲形状を成していると、複数の歯部３２の各々が直線形状を成す場合に比して、鋼板７０の曲げ剛性及びねじり剛性を向上させることができる。

なお、図８に示される変形例では、一例として、複数の歯部３２の各々が湾曲形状を成しているが、複数の歯部３２の各々は、屈曲形状を成していても良く、また、湾曲形状及び屈曲形状が組み合わされた形状を成していても良い。ただし、鋼板７０に互いに平行な複数の溝７２を形成する場合には、この複数の溝７２を形成するための複数の歯部３２も、互いに平行な形状であることが望ましい。

［第三実施形態］
次に、本発明の歯型ロールの製造方法の第三実施形態について説明する。

図９、図１０には、本発明の歯型ロールの製造方法の第三実施形態が示されている。第三実施形態では、図１に示される歯型ロール３０に適用可能な歯型ロール８０（図１０参照）を製造する。この歯型ロール８０を製造するために、第三実施形態では、図９に示される加工工程（粗加工工程及び仕上げ加工工程）が実行され、その後に、図１０に示される焼嵌め工程が実行される。

また、第三実施形態では、母材として耐摩耗鋼で形成された円筒状のスリーブ８２が用いられる。この場合の耐摩耗鋼とは、摩擦や衝撃による磨耗や割れ、凹みに強い鋼材である。このような耐摩耗鋼には、例えば、高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＳＵＪ）がある。以下、加工工程及び焼嵌め工程について順に説明する。

先ず、図９に示されるように、加工工程では、芯材８４が用いられる。芯材８４は、例えば、機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）で形成される。芯材８４は、円柱状の本体部８６と、この本体部８６から軸方向両側に突出する一対の軸部８８とを有する。芯材８４の本体部８６は、スリーブ８２の内側に嵌入される。そして、加工工程では、スリーブ８２の内側に芯材８４の本体部８６が嵌入された状態で、スリーブ８２の外周部に対して皮むき加工が施され、その後、スリーブ８２に対して粗加工及び仕上げ加工が施される。

この粗加工及び仕上げ加工には、例えば、上述の第二実施形態（図６参照）における粗加工、つまり溶射及び肉盛溶接のいずれかを用いた付加加工、及び、その後のレーザ加工等による仕上げ加工が適用される。付加加工である粗加工によりスリーブ８２の外周部に肉盛される材料には、例えば、スリーブ８２の材料と同じ高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＳＵＪ）等が用いられる。

そして、このようにスリーブ８２に対して粗加工及び仕上げ加工が施されることにより、スリーブ８２の外周部に複数の歯部３２が形成される。芯材８４は、スリーブ８２に対して粗加工及び仕上げ加工が施された後、スリーブ８２から抜去される。

ところで、上述の加工工程では、後述するロール芯９０（図１０参照）の代わりに、ロール芯９０よりも軸長Ｌが短い芯材８４が用いられる。その理由は、後述するロール芯９０には一般に軸長Ｌが長いものが使用されるため、小型の汎用加工機にはロール芯９０をセットできない場合があるからである。芯材８４にロール芯９０よりも軸長Ｌが短いものを使用することで、小型の汎用加工機での加工が可能になる。

なお、上述の皮むき加工、粗加工、及び仕上げ加工は、スリーブ８２を旋盤式回転装置に保持して行うことになる。保持の手段として、芯材８４を用いることができる他に、スリーブ８２自体をチャックの爪により保持することも可能である。その場合は、芯材８４を不要とすることもできる。

続いて、図１０に示されるように、焼嵌め工程では、ロール芯９０が用いられる。ロール芯９０も、上述の芯材８４と同様に、円柱状の本体部９２と、この本体部９２から軸方向両側に突出する一対の軸部９４とを有する。このロール芯９０は、例えば工具鋼で形成されており、一般に耐摩耗鋼よりも安価とされる。ロール芯９０は、例えば、機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）で形成される。

そして、焼嵌め工程では、焼嵌めによりスリーブ８２の内側にロール芯９０の本体部９２が嵌入される。つまり、スリーブ８２を加熱して熱膨張した状態とし、この状態でスリーブ８２の内側にロール芯９０の本体部９２を挿入し、スリーブ８２を冷却して熱収縮させ、スリーブ８２の内側にロール芯９０の本体部９２を嵌合させる。このように焼嵌めによってスリーブ８２の内側にロール芯９０の本体部９２が嵌入されることにより、スリーブ８２及びロール芯９０を有する歯型ロール８０が得られる。

なお、焼嵌め後、歯型ロール８０の芯出しのために、スリーブ８２の表面が研磨されても良い。歯型ロール８０の芯振れは、例えば数百μｍ程度に及ぶ場合もあり、研磨量は、それ以上あると好適である。

また、上記製造方法は、新品の歯型ロール８０を製造する場合についての説明であるが、複数の歯部３２が使用に伴い摩耗した場合、又は、芯振れ等によって歯部３２の形状に不均一が生じた場合には、焼外しによりスリーブ８２をロール芯９０から取り外し、再度、上述の加工工程及び焼嵌め工程を実行して歯型ロール８０を再生し、新品と同様の歯型ロール８０を得ても良い。

また、２回目以降の再生加工である場合には、肉盛された部分の一部を残して歯型ロール８０の表面を研削することで、必要な肉盛の回数を削減しても良い。

次に、本発明の第三実施形態の作用及び効果について説明する。

以上詳述したように、本発明の歯型ロールの製造方法の第三実施形態によれば、耐摩耗鋼で形成されたスリーブ８２の内側に芯材８４の本体部８６を嵌入した状態で、スリーブ８２に対して、溶射及び肉盛溶接のいずれかを用いた付加加工である粗加工、及び、レーザ加工等による仕上げ加工を施して、スリーブ８２の外周部に複数の歯部３２を形成する。そして、スリーブ８２から芯材８４を抜去した後、焼嵌めによりスリーブ８２の内側にロール芯９０を嵌入することにより、スリーブ８２及びロール芯９０を有する歯型ロール８０を得る。

したがって、例えば、全体が耐摩耗鋼で形成された円柱状の母材に対して粗加工及び仕上げ加工を施して歯型ロール８０を得る場合に比して、歯型ロール８０の一部に安価な工具鋼で形成されたロール芯９０を用いる分、歯型ロール８０の製造コストを低減することができる。

また、加工工程では、小型の汎用加工機での加工を可能にするために、芯材８４には、ロール芯９０よりも軸長Ｌが短く、小型の汎用加工機にセット可能であるものが使用される。これにより、ロール芯９０を収容し得るような大型で特注の加工機を使用しなくて済むので、小型の汎用加工機を用いる分、歯型ロール８０の製造コストをより一層低減することができる。

ところで、スリーブ８２の外周部に複数の歯部３２を形成する方法としては、上述の粗加工及び仕上げ加工に、例えば、上述の第一実施形態（図５参照）における粗加工、つまり機械切削、ワイヤ放電、及び、エッチングのいずれかを用いた除去加工、及び、その後のレーザ加工等による仕上げ加工を適用することが考えられる。

しかしながら、粗加工としての除去加工をスリーブ８２の外周部に対して適用する場合には、次の不都合がある。すなわち、複数の歯部３２が使用に伴い摩耗した歯型ロール８０を再生するために、粗加工を繰り返し行うと、スリーブ８２の外径が徐々に縮小する。ここで、複数の歯部３２のピッチを不変とするためには、複数の歯部３２の本数を減らす必要がある。しかしながら、複数の歯部３２の本数を減らすと、鋼板に溝を転写する際に、所望の本数の溝を得ることができなくなる。一方、複数の歯部３２の本数を不変のままピッチを短くすることも考えられるが、そのようにすると、複数の歯部３２によって転写される複数の溝の本来の機能が得られなくなる。

これに対し、本発明の歯型ロールの製造方法の第三実施形態によれば、粗加工として、溶射及び肉盛溶接のいずれかを用いた付加加工が適用される。したがって、歯型ロール８０の再生のための加工を繰り返し行っても、スリーブ８２の外径が縮小することを抑制することができるので、複数の歯部３２のピッチ及び本数を維持することができる。

次に、本発明の第三実施形態の変形例について説明する。

上記第三実施形態の加工工程では、ロール芯９０の軸長Ｌが長く、このロール芯９０を小型の汎用加工機にセットできないという理由から、ロール芯９０の代わりに、ロール芯９０よりも軸長Ｌが短い芯材８４が用いられている。しかしながら、例えば、ロール芯９０をセット可能な汎用加工機がある場合、又は、ロール芯９０の軸長Ｌが汎用加工機にセット可能な寸法である場合には、加工工程の段階からロール芯９０が用いられても良い。

［第四実施形態］
次に、本発明の歯型ロールの製造方法の第四実施形態について説明する。

図１１には、本発明の歯型ロールの製造方法の第四実施形態が示されている。第四実施形態では、図１に示される歯型ロール３０に適用可能な歯型ロール１００を製造する。この第四実施形態では、母材として工具鋼で形成された円柱状のロール材１０２が用いられる。この場合の工具鋼とは、強度と耐衝撃性、耐摩耗性に優れた鋼材である。このような工具鋼には、例えば、機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）がある。ロール材１０２には、軸方向両側に突出する一対の軸部１０４が形成されている。

そして、第四実施形態では、ロール材１０２に対して粗加工及び仕上げ加工が施される。この粗加工及び仕上げ加工には、例えば、上述の第二実施形態における粗加工、つまり溶射及び肉盛溶接のいずれかを用いた付加加工、及び、その後のレーザ加工による仕上げ加工が適用される。付加加工である粗加工によりロール材１０２の外周部に肉盛される材料には、例えば、コバルト系軸受鋼鋼材（ステライト（登録商標））等が用いられる。このようにロール材１０２に対して粗加工及び仕上げ加工が施されることにより、複数の歯部３２が形成された歯型ロール１００が得られる。

なお、上記製造方法は、新品の歯型ロール１００を製造する場合についての説明であるが、複数の歯部３２が使用に伴い摩耗した場合には、歯型ロール１００に皮むき加工を施してロール材１０２の状態に戻し、再度、上述の粗加工工程及び仕上げ加工工程を実行して歯型ロール１００を再生し、新品と同様の歯型ロール１００を得ても良い。

次に、本発明の第四実施形態の作用及び効果について説明する。

以上詳述したように、本発明の歯型ロールの製造方法の第四実施形態によれば、工具鋼で形成されたロール材１０２に対して、溶射及び肉盛溶接のいずれかを用いた付加加工である粗加工、及び、レーザ加工等による仕上げ加工を施して、ロール材１０２の外周部に複数の歯部３２を形成し、歯型ロール１００を得る。したがって、例えば、母材であるロール材１０２が耐摩耗鋼で形成される場合に比して、ロール材１０２が安価な工具鋼で形成される分、歯型ロール１００の製造コストを低減することができる。

ところで、ロール材１０２の外周部に複数の歯部３２を形成する方法としては、上述の粗加工及び仕上げ加工に、例えば、上述の第一実施形態（図５参照）における粗加工、つまり機械切削、ワイヤ放電、及び、エッチングのいずれかを用いた除去加工、及び、その後のレーザ加工等による仕上げ加工を適用することが考えられる。

しかしながら、粗加工としての除去加工をロール材１０２の外周部に対して適用する場合には、次の不都合がある。すなわち、複数の歯部３２が使用に伴い摩耗した歯型ロール１００を再生するために、粗加工を繰り返し行うと、ロール材１０２の外径が徐々に縮小する。ここで、複数の歯部３２のピッチを不変とするためには、複数の歯部３２の本数を減らす必要がある。しかしながら、複数の歯部３２の本数を減らすと、鋼板に溝を転写する際に、所望の本数の溝を得ることができなくなる。一方、複数の歯部３２の本数を不変のままピッチを短くすることも考えられるが、そのようにすると、複数の歯部３２によって転写される複数の溝の本来の機能が得られなくなる。

これに対し、本発明の歯型ロールの製造方法の第四実施形態によれば、粗加工として、溶射及び肉盛溶接のいずれかを用いた付加加工が適用される。したがって、歯型ロール１００の再生のための加工を繰り返し行っても、歯型ロール１００の外径が縮小することを抑制することができるので、複数の歯部３２のピッチ及び本数を維持することができる。

［第五実施形態］
次に、本発明の歯型ロールの製造方法の第五実施形態について説明する。

例えば、上述の第三及び第四実施形態における粗加工に、肉盛溶接の一例であるレーザ肉盛溶接を用いた付加加工が適用される場合、この付加加工では、母材にレーザ光を照射して溶融させた部分に金属粉末を投入して金属粉末を溶解させ、その溶解した部分を凝固させることにより肉盛部が形成される。このレーザ肉盛溶接では、投入された金属粉末の全てが溶解するわけではなく、一部は半溶解状態のまま未溶解粉末として飛散する。

このような未溶解粉末は、溶解した金属粉末が凝固して形成された凝固部に固定される場合がある。未溶解粉末の大きさは、例えば１００μｍ弱のため、未溶解粉末が固定された部位（未溶解部）が歯部３２の先端部に一致すると、歯部３２の加工の際に、未溶解部が歯部３２から剥がれ落ち、歯こぼれになる虞がある。

そこで、本発明の歯型ロールの製造方法の第五実施形態では、粗加工としてレーザ肉盛溶接による付加加工が施された場合、レーザ加工や機械切削による仕上げ加工工程の後に、レーザを用いた平滑化工程（追加処理工程）を実行する。

すなわち、機械切削で歯部形状の加工を行う場合や、レーザ加工で歯部形状の加工を行ったとしても歯部３２へ加わる熱量が少ない場合には、前述の未溶解部が歯部３２に生成されて歯こぼれの虞があるが、レーザを用いることで、未溶解部に適切な熱量を加えて溶解させ、歯部３２自体と同化させることで平滑化し、歯こぼれを抑制することが可能となる。

図１２には、本発明の歯型ロールの製造方法の第五実施形態における平滑化工程が示されている。図１２では、一例として、レーザ肉盛溶接によって歯型ロール３０に凝固部１０８が形成され、さらに、この凝固部１０８に形成された歯部３２の先端側に未溶解部１１０が形成されている。なお、図１２では、便宜上、歯型ロール３０の外周面３４が曲線状ではなく直線状に示されている。

そして、第五実施形態における平滑化工程では、図１２の上図に示されるように、照射部６４からレーザ光６２が歯部３２の未溶解部１１０に照射される。これにより、図１２の下図に示されるように、未溶解部１１０が溶解され、歯部３２の表面（傾斜面）が平滑化される。

このように、第五実施形態では、歯部３２の未溶解部１１０を溶解させて歯部３２の表面を平滑化するので、歯こぼれを抑制することができる。

なお、第五実施形態では、レーザ光６２を歯部３２に照射して焼入れを行い、歯部３２の表層部を硬化させても良い。

また、上記第三乃至第五実施形態には、上述の図７、図８に示される変形例が適用されても良い。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０ 鋼板の加工装置
１４ 溝形成装置
３０ 歯型ロール
３２ 歯部
３６ 識別部転写部
４０、５０ 母材
４４、５４ 粗加工部
７０ 鋼板
７２ 溝
７６ 識別部
８０ 歯型ロール
８２ スリーブ（母材の一例）
８４ 芯材
９０ ロール芯
１００ 歯型ロール
１０２ ロール材（母材の一例）
１１０ 未溶解部

Claims (10)

1. 円筒状又は円柱状の母材の外周部の一部に粗加工を施して前記母材の外周部に前記母材の周方向に並ぶ複数の突条の粗加工部を形成する粗加工工程と、
   前記複数の粗加工部の各々に仕上げ加工を施して前記複数の粗加工部から複数の歯部を形成し、前記複数の歯部を有する歯型ロールを得る仕上げ加工工程と、
   を備える歯型ロールの製造方法。
2. 前記仕上げ加工は、レーザ加工である、請求項１に記載の歯型ロールの製造方法。
3. 前記粗加工は、機械切削、ワイヤ放電、及び、エッチングのいずれかを用いた除去加工である、
   請求項１又は請求項２に記載の歯型ロールの製造方法。
4. 前記粗加工は、溶射及び肉盛溶接のいずれかを用いた付加加工である、
   請求項１又は請求項２に記載の歯型ロールの製造方法。
5. 前記複数の歯部が使用に伴い摩耗した前記歯型ロールに対し、前記粗加工工程及び前記仕上げ加工工程を実行して、前記歯型ロールを再生する、
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の歯型ロールの製造方法。
6. 前記複数の歯部の各々の長さ方向の一部に湾曲部及び屈曲部の少なくとも一方を含む識別部転写部を有する前記歯型ロールを製造する、
   請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の歯型ロールの製造方法。
7. 円筒状の前記母材として耐摩耗鋼で形成されたスリーブを用い、
   前記スリーブの内側に芯材を嵌入した状態で、前記スリーブに対して、溶射及び肉盛溶接のいずれかを用いた付加加工である前記粗加工、及び、前記仕上げ加工を施して、前記スリーブの外周部に前記複数の歯部を形成し、
   前記スリーブから前記芯材を抜去した後、焼嵌めにより前記スリーブの内側にロール芯を嵌入して、前記スリーブ及び前記ロール芯を有する前記歯型ロールを得る、
   請求項１又は請求項２に記載の歯型ロールの製造方法。
8. 円柱状の前記母材として工具鋼で形成されたロール材を用い、
   前記ロール材に対して、溶射及び肉盛溶接のいずれかを用いた付加加工である前記粗加工、及び、前記仕上げ加工を施して、前記ロール材の外周部に前記複数の歯部を形成し、前記歯型ロールを得る、
   請求項１又は請求項２に記載の歯型ロールの製造方法。
9. 前記粗加工は、肉盛溶接を用いた付加加工であり、
   前記仕上げ加工工程の後に、前記歯部の未溶解部にレーザ光を照射することで前記未溶解部を溶解させて前記歯部の表面を平滑化する、
   請求項１又は請求項２に記載の歯型ロールの製造方法。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の歯型ロールの製造方法により製造された歯型ロールを鋼板の表面に押し付けて前記複数の歯部により前記鋼板の表面に複数の溝を形成する溝形成工程を含む、
    鋼板の加工方法。