JP6053799B2 - ロールスタンドロールネックシール - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年９月２８日に出願された「ロールネックシール」と題する同時係属中の米国仮特許出願第６１／５４００１７号明細書の利益を主張し、開示内容を引用例として本明細書に援用する。

背景
１．技術分野
本発明の実施の形態は、概してシール装置に関し、より詳細には、鋼圧延機などの金属圧延機のためのロールスタンドロールネックシールに関する。

２．従来技術の説明
本明細書においてそれぞれの内容が援用される米国特許第５５５７４０５号明細書および米国特許第６１３４９３０号明細書に記載されかつ示されるとおり、単一スタンドブロック型圧延機は、ねじりのないやり方でロッドおよび棒製品を圧延するために、圧延パスラインに沿って連続して配置されている複数対の反対方向に傾斜したワークロールを備えている。各ロールスタンドは、内部が油で潤滑されており、かつ外側は冷却水で冷却されていることが多い。ロールネックシールは、特にロールシャフトが被圧延製品を挟んでいるまたは圧縮しているときに荷重で歪むと思われるときに、圧延ロールハウジングへの水の侵入と圧延ロールハウジングからの油の流出を防ぐために、ロールスタンドによく使用されている。

周知である従来のロールネックシール装置が、米国特許第６１３４９３０号明細書の図３に示されている。環状の断面略Ｃ字状のエラストマシールリング５６が、１対のオイルフリンガにおいて軸方向に制限されている。シールリングおよびフリンガは、ロール４０を囲んでおり、かつリテーナまたはシールプレート５４によって、スタンドハウジングに保持されている。ロールシャフト４０を囲んでいるリテーナプレート５４の内周は、断面Ｃ字状のシールリング５６に保持されている。上述の米国特許第６１３４９３０号明細書に示されているとおり、通常、シールリングが摩耗したら交換する必要がある。シールリングを交換する場合、リテーナシールプレートおよびシールリング部品を分解する必要がある。シールリングの交換頻度を減らすために、ロールネックシールの寿命を延ばすことが望ましい。シールの使用寿命期間中の所望のシール効果を維持することも望ましい。

概要
本発明のロールネックシール装置は、例えば空気などの加圧流体をシールの後ろに導入することによってシールの摩耗を補償し、それによって、シールが、圧延機の運転中、対向する軸方向表面と接触し続ける。シールが軸方向に摩耗すると、シールの残りの無傷の部分が、例えばロールフリンガまたは保持プレートなどの、対応する対向した軸方向表面に圧接される。有利には、シールは、回転フリンガに軸方向に対向した関係にある固定保持プレートに収容されている。

本発明の実施の形態は、周方向長さと軸方向長さとを有しているロールを備えている圧延機ロールネックシール装置を特徴としている。第１の軸方向保持エレメントが、ロールを囲んでおり、かつ第１の軸方向表面を備えている。シールがロールを囲んでおり、かつ第１の軸方向表面と接触している第１の軸方向シール面を有している。シールは、第２の軸方向面も有している。キャビティが、シールと連通しており、次いで、シールの第１の軸方向面を第１の軸方向表面に付勢して接触させている加圧流体源と連通している。

また、本発明の実施の形態は、周方向長さと軸方向長さとを有しているロールを備えている圧延機ロールネックシール装置を特徴としている。第１のフリンガが、ロールを囲んでおり、かつ第１の軸方向表面を有している。保持プレートも、ロールを囲んでおり、かつフリンガの第１の軸方向表面に対向して離隔した関係にある第２の軸方向表面を有している。第１のシールが、ロールを囲んでおり、かつ第１の軸方向表面と第２の軸方向表面との間に配置されている。そのシールは、軸方向表面の一方と接触している第１の軸方向シール面と、第２の軸方向面とを有している。第１のキャビティが、第１のシールの第２の軸方向面と軸方向表面の他方との間に画定されており、第１のシールの第１の軸方向面を軸方向表面の一方に付勢して接触させている加圧流体源と連通している。

本発明の別の実施の形態は、第１のシールを、第１の軸方向表面を有した第１のロールフリンガと、その第１の軸方向表面に対向して離隔した関係にある第２の軸方向表面を有した保持プレートとの間に配置することによって、圧延機ロールネックを封止する方法を特徴としている。第１のシールは、加圧流体源によって軸方向表面の一方に対して付勢されている。

当業者は、本発明の対象としている特徴を、共同的または個別的に、任意の組み合わせまたは部分的な組み合わせで適用することできる。

本発明の教示は、添付の図面とともに、以下の詳細な説明を考慮することによって容易に理解することができる。

本発明のロールネックシールの実施の形態をそれぞれ含んだ、複数対の対向したネック付ロールを有した複数のシングルストランド金属ロッド仕上げスタンドを備えている、圧延機ラインの模式的な平面図である。 本発明のロールネックシールの実施の形態を含んだ、図１の金属ロッド仕上げスタンドの立面図である。 本発明のロールネックシールの実施の形態を含んだ、図１の金属ロッド仕上げスタンドのハウジングの頂面図である。 本発明のロールネックシールの実施の形態を含んだ高速ロッド仕上げブロックのロールスタンドの上部の、図３の４−４線に沿った立断面図である。 本発明のロールネックの実施の形態の詳細な立断面図である。 本発明のロールネックシールの実施の形態の軸方向断面図である。 本発明のロールネックシールの実施の形態の分解組立図である。

理解しやすくするために、可能な場合、同一の参照番号を使用して、図面に共通している同一の要素を指定している。

詳細な説明
本発明の実施の形態、原理および特徴を理解しやすくするために、それらを例示的な実施の形態における実施を参照にして以下で説明する。特に、圧延機スタンドおよび関連するシステムのためのロールネックシール装置に関連して説明する。ただし、本発明の実施の形態は、説明されるシステムでの使用に限定されない。

例示的な実施の形態において、例えば圧縮空気などの加圧流体媒体を使用することによって、２つのシールリングを、フリンガ壁の内側に付勢することで、両方の軸方向において封止することができる。空気圧は、一定であることができ、かつ１対のシングルストランド製品用圧延機スタンドローラにおいてシールを保持するために使用される例えば８の字プレートなどのシール保持プレートに関して、フリンガがロール端部の任意の歪みによって動く場合に、ばねのように作用することができる。シール装置アセンブリが回転すると、シールリングで摩耗が発生することがある（おそらく発生する）。しかし、シールリングは一定の長さを有しており、かつ圧力を受けているので、周知の非加圧圧延ネックシールに比べて、より長い時間にわたって供給される。本発明の態様の結果として、シールの寿命は長くなり、こうして、通常のシール装置よりもはるかに長くなる。というのも、シールがそれ自体を連続的に補充するからである。従って、本発明のシール装置のシール信頼性および使用寿命は、従来の非加圧シールに比べて長くなっている。シールには、軸方向通路または外部軸方向面の表面溝が形成されており、それによって、空気を、シールから外側のフリンガに向けて排出することができる。フリンガおよびスタンドハウジングに出て行くシール装置内部からの正圧は、冷却水がシール領域に侵入するのを防ぐことを助けることもできる。

図１および図２は、上述した米国特許第６１３４９３０号明細書に図示されかつ記載されている一般的な構造および作用を有している、シングルストランド金属製品Ｐを圧延するための圧延機仕上げブロックまたはライン１０を示している。仕上げブロック１０は、増速器１２および駆動モータ１４により駆動している。ロールスタンド１６は、片持ちされた、複数対のワークロール１８を備えている。複数対のワークロール１８は、交互にずれており、かつ互いに対して９０度の角度で互い違いになっている。ロールスタンド１６は、ラインシャフト部分２０とカップリング２２とによって、増速器１２に連結している。

図３および図４を参照すると、各ロールスタンド１６は、ハウジングカバーまたはフロントプレート２６を備えている。ロールネックシールを付勢している加圧流体源２８は、両方のワークロール１８を囲んでいるシールプレート３０と連通している。シールプレート３０は、１対のワークロール１８がスタンド１６から突出するときに通る１対の位置合わせされた孔に由来して、「８の字プレート」と呼ばれることが多い。ワークロール１８はそれぞれ、複数のラインシャフト部分２０のうちの１つにより駆動している各ロールシャフト４０に連結されている。各ロールシャフト４０は、シールプレート３０と軸方向に位置合わせされているシャフトネック４２を備えている。

シール装置部品を、図５〜図７においてより詳細に示す。シールプレート３０は、加圧流体源２８に連結されている取付具３２を備えている。取付具３２は、通路３４と、シールプレートの軸方向表面の両側に形成されている環状のキャビティとに連通しており、ロールシャフト４０およびそのシャフトネック４２を囲んでいる。１対の片持ちされたロールシャフト４０を備えた図４の実施の形態のロールスタンドにおいて、各ロールシャフトネック４２を囲んでいる８の字シールプレート３０の各部分は、加圧流体連通キャビティ３６と、通路３４と、加圧流体源（例えば、圧縮空気）に連結された取付具３２とを備えている。あるいは、各シール装置に、別個のキャビティまたは共通のキャビティの組み合わせを介して加圧流体を供給してよい。

ロールネックシール装置は、ロールネック４２を囲み、かつロール４０とともに回転することを意図した、１対の環状ブシュフリンガ５２，５４も備えている。シャフトネック４２の外径と各フリンガ５２，５４の内径との間の環状の隙間は、１対のＯリング６０によって封止されている。１対のＯリング６０は、各フリンガの内径により画定されているスロットに半径方向および軸方向に保持されている。フリンガ５２，５４は、対向した軸方向表面を備えており、その対向した軸方向表面は、シールプレート３０の各軸方向表面に対向した関係で軸方向に離隔されてもいる。１対の略環状のリングシール６２，６４は、シールプレート３０の各軸方向表面に画定されている各シールプレートキャビティ３６に保持されており、これによって、ロール４０／ロールネック４２を囲んでいる。リングシール６２，６４はそれぞれ、対応するフリンガ５２，５４の軸方向表面と軸方向に接触している第１の軸方向シール面を備えている。これによって、各フリンガ５２，５４とシールプレート３０との間の環状隙間の軸方向および半径方向の寸法は、各リングシール６２，６４によって効果的に封止されている。リングシール６２，６４は、ワークロール１８に加わる荷重が変化することによって生じる、ロール４０とシールプレート３０との間の軸方向および／または半径方向の隙間の局所的な変化に対応するように曲がる、例えばエラストマー材料などの弾性材料で構成されている。各リングシール６２，６４の第２の軸方向面に作用する、各プレートキャビティ３６の加圧流体によって、各リングシールは、対応するフリンガの軸方向表面に向かって軸方向外向きに付勢されている。各リングシール６２，６４が、それらの対応する回転フリンガ５２，５４との接触によって不可避的に摩耗すると、キャビティ３６の加圧流体は、シールとフリンガとの間の軸方向圧力を維持する。

圧延機においてロールスタンド１６の内部をその外部環境から分離するために、リングシール６２，６４には、シールプレート３０内からネックシール装置の外側の周囲領域に加圧流体を正圧流出するための、軸方向に配向した通路を形成することができる。例示的な軸方向放出通路の１つのタイプとして、外部ハウジング側のリングシール６２の外径の周囲に軸方向溝６６を形成するものがある。正圧流出によって、冷却水（および金属圧延時に発生する破片）がスタンド１６に侵入する可能性が減少する。

本明細書に示されている例示的な実施の形態では、リングシール６２，６４を１対の両側のフリンガ５２，５４に対して軸方向に付勢するための加圧流体キャビティ３６を有した、固定シールプレート３０を備えているが、本発明を具体化するときに、圧力付勢されるシールを含んだ別のシール形状を使用してもよい。例えば、１対の対向した軸方向面を備えた１つの回転フリンガの軸方向両側に、リングシールをフリンガの軸方向表面に向けて軸方向内向きに付勢する加圧キャビティを備えた１対の離隔した固定シールプレートを配置してもよい。あるいは、本発明を具体化するときに、１つのフリンガ／リングシール／シールプレート装置を、複数対のリングシールと置き換えてもよい。

本発明の教示を含んだ様々な実施の形態が、本明細書において詳細に図示されかつ記載されているが、当業者は、それらの教示を含んだ多くの様々な別の実施の形態を容易に考案することができる。本発明の教示を含んだ様々な実施の形態が、本明細書において詳細に図示されかつ記載されているが、当業者は、それらの教示を含んだ多くの様々な別の実施の形態を容易に考案することができる。本発明は、その用途として、詳細な説明に記載されている、または図面に示されている詳細な構成および部品の配置に関する例示的な実施の形態に限定されていない。本発明は、別の実施の形態であることができ、かつ様々な形で具体化または実施することができる。また、本明細書において使用されている表現および用語は、説明を目的とするものであって、限定的に解釈されないことが理解されよう。「含む」、「備える」または「有する」およびその変形の使用は、本明細書において、後に挙げられる要素およびその均等物、ならびに追加的な要素を含むものとして理解される。特に別の特定または限定がない限り、「取り付けられる」、「接続される」、「支持される」および「連結される」という用語ならびにそれらの変形は、広く使用され、直接的および間接的な取り付け、接続、支持、および連結を含む。さらに、「接続される」および「連結される」という用語は、物理的または機械的な接続または連結に限定されない。

Claims (6)

1. 回転可能なロールシャフト（４０）のためのシール装置であって、
   前記ロールシャフト（４０）を囲んでいるシールプレート（３０）と、
   前記ロールシャフト（４０）上に取り付けられ、かつ、前記ロールシャフト（４０）と共に回転するように構成された、半径方向に突出した１対の環状フリンガ（５２，５４）であって、前記１対の環状フリンガ（５２，５４）は、前記シールプレート（３０）に跨がるように配置されており、かつ、内部シール面を有しており、前記１対の環状フリンガ（５２，５４）の内部シール面の各々が、前記シールプレート（３０）の、対応する対向した軸方向表面から軸方向に離隔するように配置されている、１対の環状フリンガ（５２，５４）と、
   前記シールプレート（３０）の軸方向表面の両側に画定された環状のキャビティ（３６）と、
   前記環状のキャビティ（３６）内に保持され、かつ、当該環状のキャビティ（３６）から軸方向に突出しているリングシール（６２，６４）と、
   を備えており、
   前記シールプレート（３０）内には、加圧流体源から加圧流体を前記環状のキャビティ（３６）に供給するための通路（３４）が設けられており、前記加圧流体が前記環状のキャビティ（３６）に供給されることにより、前記リングシール（６２，６４）を、前記１対の環状フリンガ（５２，５４）の各内部シール面に接触させるように軸方向に付勢しており、
   前記リングシール（６２，６４）は、前記シールプレート（３０）からの前記加圧流体を、前記シール装置の外側の周囲領域に放出するための軸方向溝（６６）を有している、
   ことを特徴とする、シール装置。
2. 前記１対の環状フリンガ（５２，５４）は、第１の軸方向保持エレメントおよび第２の軸方向保持エレメントからなる、請求項１記載の装置。
3. 前記加圧流体源は、圧縮空気を含んでいる、請求項１記載の装置。
4. 前記リングシール（６２，６４）は、前記第１の軸方向保持エレメントと前記第２の軸方向保持エレメントとの間に配置されている、請求項２記載の装置。
5. 製品を圧延するための、請求項１から４までのいずれか１項記載のシール装置を有するハウジングを備えることを特徴とする、圧延機スタンド。
6. 回転可能なロールシャフト（４０）を封止する方法であって、
   前記ロールシャフト（４０）上に、半径方向に突出した１対の環状フリンガ（５２，５４）と、前記ロールシャフト（４０）を囲むシールプレート（３０）とを取り付けるステップであって、前記１対の環状フリンガ（５２，５４）は、前記ロールシャフト（４０）と共に回転するように構成され、前記シールプレート（３０）に跨がるように配置され、かつ、内部シール面を有しており、前記１対の環状フリンガ（５２，５４）の内部シール面の各々が、前記シールプレート（３０）の、対応する対向した軸方向表面から軸方向に離隔するように配置され、前記シールプレート（３０）の軸方向表面の両側には、環状のキャビティ（３６）が画定されている、ステップと、
   前記１対の環状フリンガ（５２，５４）と、前記シールプレート（３０）との間に、リングシール（６２，６４）を配置するステップと、
   前記シールプレート（３０）内に設けられている、加圧流体源から加圧流体を前記環状のキャビティ（３６）に供給するための通路（３４）に、加圧流体を供給するステップであって、前記環状のキャビティ（３６）に前記加圧流体を供給することにより、前記リングシール（６２，６４）を軸方向に付勢して、前記１対の環状フリンガ（５２，５４）の各内部シール面に接触させる、ステップと
   を含むことを特徴とする、方法。

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