JP6135379B2

JP6135379B2 - 圧延機用スピンドル装置

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Inventors: 米山　展央; 展央米山
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Description

本発明は、圧延機用スピンドル装置に関する。

例えば、鉄鋼用の圧延機は、上下一対のロールと、これらロールを互いに逆方向に回転駆動するための駆動源と、ロールと駆動源との間に設けられたスピンドル装置とを備えている。前記スピンドル装置は、前記駆動源によって回転する上下一対のドライブシャフトと、上下一対のヨークと、各ドライブシャフトと各ロールの回転軸とを前記ヨークを介して連結する一対の十字軸継手とを備えている。前記スピンドル装置は、十字軸継手により圧延中の鋼材に対してロールが上下に動くのを許容した状態で、ドライブシャフトの回転をロールに伝達するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

図９は従来の一対の十字軸継手１００を示す断面図である。また、図１０はその十字軸継手１００を示す分解斜視図である。図９及び図１０に示すように、各十字軸継手１００は、互いに上下方向に近接して配置されており、十字状に配置された四つの軸部１０１ａを有し中心軸２００回りに回転可能な十字軸部材１０１と、四つの軸受１０２とを備えている。軸受１０２は、軸部１０１ａの外周面を転動する転動体である複数の円筒ころ１０３と、これら複数の円筒ころ１０３を介して軸部１０１ａに外嵌された軸受カップ１０４とを有している。軸受カップ１０４には、軸部１０１ａの径方向外方において前記中心軸２００を中心として断面略扇形状に形成された軸受ホルダ１０５が一体に形成されている。

軸受ホルダ１０５にはボルト１０８が挿通される挿通孔１０５ａが形成されている。また、挿通孔１０５ａに挿通されたボルト１０８は、一対のヨーク１０６，１０７の各一端面にそれぞれ形成されたねじ穴１１１にねじ込まれる。その際、十字軸部材１０１の四つの軸部１０１ａのうち、直線上に配置された二本の軸部１０１ａからなる縦軸に配置された一対の軸受ホルダ１０５とヨーク１０６とが連結固定され、直線上に配置された他の二本の軸部１０１ａからなる横軸に配置された軸受ホルダ１０５とヨーク１０７とが連結固定される。各ヨーク１０６，１０７の他端面には、それぞれ断面小判形状の取付孔１１２が形成されており、ヨーク１０６の取付孔１１２には前記ロールの回転軸が圧入され、ヨーク１０７の取付孔１１２には前記ドライブシャフトの一端部が圧入される。これにより、ドライブシャフトからの（回転）トルクは、ヨーク１０７、十字軸継手１００及びヨーク１０６を経てロールに伝達される。

特開２０００−４２６１４号公報

一般に、このような十字軸継手１００の剥離寿命Ｌは、定格トルクＴｒを用いた下記式（１）によって算出される。
Ｌ＝３０００・Ｋｍ・（Ｔｒ・Ｋｓ・Ｋα／Ｔｍ）^2.907 ・・・（１）
ここで、Ｋｍは材料係数、Ｋｓは速度係数、Ｋαは角度係数、Ｔｍは平均トルクである。
したがって、前記剥離寿命Ｌは、定格トルクＴｒを大きくすることで向上させることができる。

前記定格トルクＴｒは、一般に下記式（２）によって算出される。
Ｔｒ＝（ｄ・Ｂ・Ｒ）^0.992／１５４．５・・・（２）
ここで、ｄは十字軸部材１０１の軸部１０１ａの直径（軌道軸径）、Ｂは円筒ころ１０３の有効接触長、Ｒは作用半径（十字軸部材１０１の中心から円筒ころ１０３の軸方向の中心までの距離）である（図９参照）。
上記式（２）より、前記定格トルクＴｒの値を大きくするためには、上下に近接して配置された一対の十字軸継手１００が互いに接触することがないように、軸部１０１ａの直径ｄ、円筒ころ１０３の有効接触長Ｂ及び作用半径Ｒの各値を設定する必要がある。このため、前記定格トルクＴｒの値を大きくすべく軸部１０１ａの直径ｄを大きくする場合、十字軸継手１００の外径Ｄを大きくすることができないため、以下の問題が生じる。

すなわち、軸受ホルダ１０５は軸部１０１ａの径方向外方において断面略扇形状に形成されているため、図１１に示すように、軸部１０１ａの直径ｄを大きくして直径ｄ２とすると、軸受ホルダ１０５の断面積が小さくなる。このため、前記直径ｄ２としたときの円筒ころ１０３の有効接触長Ｂ２は、直径ｄのときの有効接触長Ｂよりも短くなるので、結果的に定格トルクＴｒの値を大きくすることができず、十字軸継手１００の剥離寿命Ｌを向上させることができない。

また、定格トルクＴｒの値を大きくするために、軸受カップ１０４の外周面を径方向外方に突出させ、有効接触長Ｂを長くすることが考えられる。しかし、図９からも明らかなように、軸受カップ１０４の外周面を径方向外方に突出させると、上下に近接して配置された一対の十字軸継手１００における軸受カップ１０４の外周面同士が干渉するため、有効接触長Ｂを長くすることはできない。

そこで、図１２に示すように、本出願人は、各十字軸継手１００の隣接する軸受カップ１０４の間に窪み部１０９を形成し、一方の十字軸継手１００における軸受カップ１０４の外面を他方の十字軸継手１００の窪み部１０９に入り込ませた圧延機用スピンドル装置を既に提案している（特願２０１３−０５８９９２。以下、「先願発明」という）。この先願発明によれば、一方の十字軸継手１００の軸受カップ１０４を、他方の十字軸継手１００の窪み部１０９に入り込ませるために、一方の十字軸継手１００における軸部１０１ａを、従来の軸部に対して軸心方向に長く形成することができる。これにより、上記式（２）の右辺における直径ｄの値を大きくしなくても、有効接触長Ｂの値を大きくすることができるため、定格トルクＴｒの値を大きくすることができる。その結果、上記式（１）の右辺における定格トルクＴｒを用いた計算値を大きくすることができるため、十字軸継１００の剥離寿命を向上させることができる。

しかし、図１２に示すように、上下一対のロールにそれぞれ接続される一対のヨーク１０６の取付孔１１２は、図中上側の十字軸継手１００における互いに同一軸心上に配置された一対の軸部１０１ａの軸心２０１を鉛直線上に配置した状態で、両取付孔１１２の長手方向の中心線１０６ｃ同士を一致させるように形成されているため、両ヨーク１０６は、そのねじ穴１１１に対して取付孔１１２の形成位置が互いに異なるものとなっている。このため、一対のヨーク１０６を互いに兼用することができないので、取付孔１１２の形成位置が異なる２種類の予備のヨーク１０６を用意しておく必要があり、予備品の購入コストが高くなるという問題がある。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、一対の十字軸継手のうちの一方が他方の窪み部に入り込むように配置された場合であっても、一対のヨークを互いに兼用することができる圧延機用スピンドル装置を提供することを目的とする。

本発明の圧延機用スピンドル装置は、上下一対のロールと、これらロールを互いに逆方向に回転駆動する駆動源との間に設けられた上下一対のドライブシャフトと、前記一対のドライブシャフトの前記ロール側の一対の端部と前記ロールとの間、又は前記一対のドライブシャフトの前記駆動源側の一対の端部と前記駆動源との間に配置された上下一対の十字軸継手と、軸線方向一端部に前記各十字軸継手に接続された接続部を有し、軸線方向他端部に他部材が圧入される断面非真円形状の取付孔が軸線を中心として形成された上下一対の筒状のヨークとを備え、前記十字軸継手は、十字状に配置された四つの軸部を有し前記ヨークの軸線と同軸上に配置された中心軸回りに回転可能な十字軸部材と、前記軸部の外周面を転動する複数の転動体と、前記複数の転動体を介して前記各軸部に外嵌された四つの有底円筒状の軸受カップと、隣接する前記軸受カップの間に配置され且つ前記ヨークの接続部が接続された取付部を有する軸受ホルダとを備え、前記十字軸継手の隣接する前記軸受カップの間には、前記取付部の外面が前記軸受カップの底部の外面よりも前記中心軸側に窪む窪み部が形成されており、前記一対の十字軸継手は、前記中心軸を中心とする回転方向に互いに所定の位相差をもって配置され、且つ一方の十字軸継手における前記軸受カップの前記外面が、他方の十字軸継手の前記窪み部に入り込むように配置されている圧延機用スピンドル装置であって、前記一対のヨークは、互いに前記接続部に対する前記取付孔の形成位置が一致するように形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、上下一対の十字軸継手にそれぞれ接続される一対のヨークは、互いに接続部に対する取付孔の形成位置が一致するように形成されているため、一対のヨークを互いに兼用することができる。これにより、予備のヨークとして用意するのは１種類のみとなるため、従来のように予備のヨークを２種類用意しておく場合に比べて、予備品の購入コストを低減することができる。

前記圧延機用スピンドル装置は、前記一対の十字軸継手のうち一方の十字軸継手における同一軸心上に配置された一対の前記軸部の軸心を鉛直線上に配置した状態で、前記一対のヨークにおける前記各取付孔の所定の中心線が、前記鉛直線に対して互いに逆方向に同一角度傾斜していることが好ましい。
この場合、一対のヨークにおける各取付孔の所定の中心線が、鉛直線に対して互いに逆方向に同一角度傾斜しているため、各ヨークが十字軸継手と共に互いに逆方向に同一角度回転したときに、両取付孔の前記中心線を同一直線上に配置させることができる。したがって、この状態でヨークの回転を停止させることで、一対のロールの各回転停止位置を一致させることができるので、ロールの交換を容易に行うことができる。

前記圧延機用スピンドル装置は、前記位相差が４５°に設定され、前記同一角度が２２．５°に設定されていることが好ましい。この場合、各ヨークが十字軸継手と共に互いに逆方向に２２．５°回転したときに、両取付孔の前記中心線を同一直線上に配置させることができる。したがって、この状態でヨークの回転を停止させることで、一対のロールの各回転停止位置を一致させることができるので、ロールの交換を容易に行うことができる。

前記圧延機用スピンドル装置は、前記駆動源から前記十字軸継手に伝達する回転トルクが上限を超えたときに、前記回転トルクの伝達を遮断するトルクリミッタをさらに備えていることが好ましい。
十字軸継手は、隣接する軸受カップの間に窪み部が形成されることによって剛性が低くなる。しかし、本発明では、トルクリミッタにより十字軸継手に過大な回転トルクが伝達されるのを防止することができるため、このような回転トルクに起因する十字軸継手の破損を効果的に防止することができる。

本発明の圧延機用スピンドル装置によれば、一対の十字軸継手のうちの一方が他方の窪み部に入り込むように配置された場合であっても、一対のヨークを互いに兼用することができる。

本発明の一実施形態に係る圧延機用スピンドル装置を備えた圧延機を示す概略側面図である。上記圧延機用スピンドル装置の十字軸継手及びヨークを示す分解斜視図である。一対の上記十字軸継手を示す図１のＡ−Ａ矢視断面図である。上記十字軸継手の軸受を示す拡大断面図である。上記軸受を示す平面図である。図３の状態から一対の上記十字軸継手を互いに逆方向に同一角度回転させた状態を示す断面図である。上記ヨークの取付孔の変形例を示す断面図である。上記圧延機用スピンドル装置のトルクリミッタを示す断面図である。従来の一対の十字軸継手を示す断面図である。従来の十字軸継手及びヨークを示す分解斜視図である。従来の十字軸継手の要部を示す拡大断面図である。先願発明の一対の十字軸継手を示す断面図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る圧延機用スピンドル装置を備えた圧延機を示す概略側面図である。図１において、本実施形態の圧延機１は、例えば、鋼材Ｗを圧延処理する鉄鋼用圧延機からなる。この圧延機１は、上下一対のロール２と、各ロール２を互いに逆方向に回転駆動する駆動源であるモータ３と、モータ３の回転を減速する減速機４と、ロール２と減速機４との間に設けられた圧延機用スピンドル装置５とを備えている。

圧延機用スピンドル装置５は、ロール２が圧延中の鋼材Ｗに対して上下に動くのを許容した状態で、減速機４の出力軸４ａから出力された回転トルクを各ロール２の回転軸２ａに伝達するものである。圧延機用スピンドル装置５は、一対のロール２をそれぞれ回転駆動する一対のドライブシャフト１０を備えている。また、圧延機用スピンドル装置５は、両ドライブシャフト１０のロール２側の一対の端部１０ａとロール２との間に配置された上下一対の一対の第１十字軸継手１１と、両ドライブシャフト１０の減速機４側の一対の端部１０ｂと減速機４との間に配置された上下一対の第２十字軸継手１２とを備えている。

圧延機用スピンドル装置５は、第１十字軸継手１１の軸方向両側にそれぞれ接続された上下一対の第１ヨーク１３及び上下一対の第２ヨーク１４と、第２十字軸継手１２の軸方向両側にそれぞれ接続された上下一対の第３ヨーク１５及び上下一対の第４ヨーク１６とを備えている。第１ヨーク１３は、第１十字軸継手１１とロール２の回転軸２ａとを接続するものであり、第２ヨーク１４は、第１十字軸継手１１とドライブシャフト１０の端部１０ａとを接続するものである。また、第３ヨーク１５は、第２十字軸継手１２とドライブシャフト１０の端部１０ｂとを接続するものであり、第４ヨーク１６は、第２十字軸継手１２と後述するトルクリミッタ１７の連結軸４８とを接続するものである。

これにより、減速機４の出力軸４ａから出力された回転トルクは、第４ヨーク１６、第２十字軸継手１２及び第３ヨーク１５を介してドライブシャフト１０に伝達される。そして、ドライブシャフト１０の回転トルクは、第２ヨーク１４、第１十字軸継手１１及び第１ヨーク１３を介してロール２の回転軸２ａに伝達される。
なお、第１十字軸継手１１と第２十字軸継手１２は同様の構成であり、第１及び第２ヨーク１３，１４と第３及び第４ヨーク１５，1６は同様の構成であるため、本実施形態では、第１十字軸継手１１と第１及び第２ヨーク１３，１４についてのみ説明する。

図２は、圧延機用スピンドル装置５の第１十字軸継手１１と第１及び第２ヨーク１３，１４との接続構造を示す分解斜視図である。また、図３は、一対の第１十字軸継手１１を示す図１のＡ−Ａ矢視断面図である。図２及び図３において、第１十字軸継手１１は、十字状に配置された四つの軸部２１ｂを有する十字軸部材２１と、各軸部２１ｂに取り付けられた四つの軸受２２とを備えている。十字軸部材２１は、中心に配置された本体部２１ａと、この本体部２１ａから互いに直交する四方向に延びる前記四つの軸部２１ｂとを有し、本体部２１ａの中心を通過する中心軸Ｃ回りに回転可能である。

図４は、第１十字軸継手１１の軸受２２を示す拡大断面図である。また、図５は、その軸受２２を示す平面図である。図４及び図５において、軸受２２は、複数の円筒ころ（転動体）２３と、四つの軸受カップ２４と、四つの軸受ホルダ２５とを備えている。円筒ころ２３は、軸部２１ｂの外周面２１ｂ１に転動可能に配置されている。軸受カップ２４は、有底円筒形状に形成されており、円筒部２４ａと、この円筒部２４ａの軸方向一端部を閉塞する底部２４ｂとを有している。

軸受カップ２４の円筒部２４ａは、円筒ころ２３を介して軸部２１ｂの外周面２１ｂ１に嵌合している。したがって、円筒ころ２３は、円筒部２４ａの内周面２４ａ１を外輪軌道部、軸部２１ｂの外周面２１ｂ１を内輪軌道部として転動し、これによって軸受カップ２４が軸部２１ｂの軸心Ｘ回りに回動可能とされている。図２に示すように、円筒ころ２３の軸方向一方側には、スラストワッシャ２６が配設されている。また、円筒ころ２３の軸方向他方側には、ころガイド２７、オイルシール２８及びスリンガ２９がこの順に配設されている。なお、図３及び図４では、スラストワッシャ２６、ころガイド２７、オイルシール２８及びスリンガ２９の図示を省略している。

図２に示すように、軸受カップ２４の円筒部２４ａの周方向の一部には、凸部２４ｃが一体に突設されている。図４に示すように、軸受カップ２４の底部２４ｂの内面２４ｂ１は、軸部２１ｂの端面２１ｂ２に対向している。底部２４ｂの外面２４ｂ２は、十字軸部材２１の中心軸Ｃを中心として円弧状に形成されている。

図２及び図３において、軸受２２の四つの軸受ホルダ２５は、各々直線的に配列された二つの軸部２１ｂからなる十字軸部材２１の横軸及び縦軸に、それぞれ第１ヨーク１３及び第２ヨーク１４を連結するものである。図４及び図５において、本実施形態の軸受ホルダ２５は、平面視において軸受カップ２４を挟んで直線状に配置された一対の取付部２５ａによって構成されている。軸受ホルダ２５の各取付部２５ａは、図３に示すように、当該軸受ホルダ２５と隣接する他の軸受ホルダ２５の一方の取付部２５ａとともに、隣接する軸受カップ２４の間に配置されている。

図４及び図５において、各取付部２５ａには、ボルト３１（図２参照）を挿通するための挿通孔２５ｂが厚さ方向に貫通して形成されている。取付部２５ａは、円筒部２４ａの外周に一体に形成されており、十字軸部材２１の中心軸Ｃを中心として断面略扇形状に形成されている。具体的には、取付部２５ａは、円筒部２４ａの外周から、中心軸Ｃを中心として軸部２１ｂの軸心Ｘに対して４５°傾斜した仮想線Ｋまでの角度範囲内において、断面略扇形状に形成されている。

取付部２５ａには、中心軸Ｃを中心とする円弧状の外面２５ａ１が形成されている。この外面２５ａ１は、軸受カップ２４の底部２４ｂの外面２４ｂ２よりも中心軸Ｃ側に窪んで形成されている。これにより、図３に示すように、隣接する軸受カップ２４の間には、二つの取付部２５ａの外面２５ａ１と、これら軸受カップ２４の各円筒部２４ａの外周面２４ａ２とによって窪み部３０が形成されている。
なお、本実施形態における軸受ホルダ２５は、軸受カップ２４の円筒部２４ａの外周に一体に形成されているが、軸受カップ２４と別体に設けられていても良い。

図３に示すように、一対の第１十字軸継手１１は、中心軸Ｃを中心とする回転方向に互いに所定の位相差（ここでは４５°）をもって配置されている。ここで、「位相差」とは、一対の第１十字軸継手１１の十字軸部材２１の中心軸Ｃ同士を同軸上に一致させた状態で、一方の十字軸部材２１の十字方向と、他方の十字軸部材２１の十字方向との中心軸Ｃ回りの角度差をいう。

また、一対の第１十字軸継手１１は、一方の第１十字軸継手１１における軸受カップ２４の底部２４の外面２４ｂ２が、他方の第１十字軸継手１１の窪み部３０に入り込むように配置されている。本実施形態では、一対の第１十字軸継手１１の中心軸Ｃ間の距離Ｌｃを、従来の中心軸間の距離Ｌ_２００に対して短くすることで、一方の第１十字軸継手１１の底部２４の外面２４ｂ２を、他方の第１十字軸継手１１の窪み部３０に入り込ませている。

以上の構成により、本実施形態の圧延機用スピンドル装置５は、一対の第１十字軸継手１１を、従来の一対の十字軸継手に比べて、互いに近づけて配置することができるため、一対の第１十字軸継手１１を省スペースで設置することができる。また、前記位相差を４５°に設定しているため、一対の第１十字軸継手１１を互いに干渉することなく安定した状態で回転させることができる。

なお、本実施形態では、一方の第１十字軸継手１１の底部２４の外面２４ｂ２を、他方の第１十字軸継手１１の窪み部３０に入り込ませることで、中心軸Ｃ間の距離Ｌｃを短くしているが、この距離Ｌｃを変更しないようにすることもできる。すなわち、一方の第１十字軸継手１１における十字軸部材２１の軸部２１ｂを、従来の軸部に比べて軸心Ｘ方向に長く形成する。これにより、一方の第１十字軸継手１１の底部２４の外面２４ｂ２を、他方の第１十字軸継手１１の窪み部３０に入り込ませることができる。
この場合には、従来のように軸部２１ｂの直径を変更させることなく、円筒ころ２３の有効接触長を長くすることができる。その結果、定格トルクを大きくすることができるため、第１十字軸継手１１の剥離寿命を向上させることができる。

図２において、第１ヨーク１３は、第１十字軸継手１１の直線上に配置された二本の軸部２１ｂからなる縦軸に配置された一対の軸受ホルダ２５に接続されるものである。また、第２ヨーク１４は、第１十字軸継手１１の直線上に配置された他の二本の軸部２１ｂからなる横軸に配置された一対の軸受ホルダ２５に接続されるものである。第１及び第２ヨーク１３，１４は、有底円筒状に形成されており、これらの軸線Ｙは第１十字軸継手１１の十字軸部材２１の中心軸Ｃと同軸上に配置されている。

第１及び第２ヨーク１３，１４には、軸線Ｙ方向一端面（第１十字軸継手１１側の端面）に第１十字軸継手１１の軸受ホルダ２５にそれぞれ接続される接続部１８が一体に突設されている。接続部１８は略Ｈ字形状に形成されており、その端面には中心部を挟んで二つの凹部１８ａが形成されている。各凹部１８ａは、軸受カップ２４の凸部２４ｃが嵌め合わされる大きさに形成されている。また、接続部１８には、軸受ホルダ２５の取付部２５ａの挿通孔２５ｂに挿通されたボルト３１がねじ込まれるねじ穴１８ｂが各凹部１８ａの周方向両側に二つ（合計四つ）形成されている。

第１及び第２ヨーク１３，１４の軸線Ｙ方向他端部（第１十字軸継手１１と反対側の端面）には、それぞれ取付孔１９が形成されている。各取付孔１９は、軸線Ｙを中心として断面小判形状に形成されることで、断面非真円形状とされている。第１ヨーク１３の取付孔１９には他部材であるロール２の回転軸２ａが圧入され、第２ヨーク１４の取付孔１９には他部材であるドライブシャフト１０の端部１０ａが圧入される。これにより、第１及び第２ヨーク１３，１４は、ドライブシャフト１０の回転に伴って第１十字軸継手１１と共に中心軸Ｃ（軸線Ｙ）回りに回転することで、ロール２に回転トルクを伝達するようになっている。

図３に示すように、上下一対の第１ヨーク１３は、互いに接続部１８のねじ穴１８ｂに対する取付孔１９の形成位置が一致するように形成されている。具体的には、各第１ヨーク１３の取付孔１９は、その長手方向の中心線１９ａ（所定の中心線）が、各第１ヨーク１３を接続する一対の軸受ホルダ２５が配置される二本の軸部２１ｂの軸心ｘ１に対して、中心軸Ｃを中心として同一方向（ここでは図中の時計回り方向）に同一角度θ傾斜して形成されている。この同一角度θは、例えば２２．５°に設定されている。

これにより、上下一対の第１ヨーク１３を同一形状にすることができるため、一対の第１ヨーク１３を互いに兼用することができる。これにより、予備の第１ヨーク１３として用意するのは１種類のみとなるため、従来のように予備のヨークを２種類用意しておく場合に比べて、予備品の購入コストを低減することができる。
なお、同一角度θは、２２．５°に限定されるものではく、任意の角度に設定されていれば良い。ただし、後述するように両取付孔１９の中心線１９ａ同士を鉛直線Ｚ上に配置させる場合は、２２．５°、６７．５°、１１２．５°及び１５７．５°のいずれかの角度に設定されているのが好ましい。また、取付孔１９の中心線１９ａは、軸心ｘ１に対して図中の時計回り方向に傾斜しているが、図中の反時計回り方向に傾斜していても良い。また、取付孔１９の所定の中心線として、長手方向の中心線１９ａを用いているが、短手方向の中心線を用いても良い。

また、図６に示すように、上下一対の第１ヨーク１３は、図中上側の第１十字軸継手１１の前記軸心ｘ１を鉛直線Ｚ上に配置した状態で、各取付孔１９の中心線１９ａが鉛直線Ｚに対して、中心軸Ｃを中心として互いに逆方向に同一角度α傾斜するように配置されている。ここでは、図中上側の第１ヨーク１３の取付孔１９の中心線１９ａは図中の時計回り方向に同一角度α傾斜し、図中下側の第１ヨーク１３の取付孔１９の中心線１９ａは図中の反時計回り方向に同一角度α傾斜している。前記同一角度αは、例えば２２．５°に設定されている。

これにより、図３の状態から、上下一対の第１十字軸継手１１を第１ヨーク１３と共に互いに逆方向に前記同一角度α回転させると、図６に示す状態となる。すなわち、図３の状態から、図中上側の第１ヨーク１３が反時計回り方向に同一角度α回転し、且つ図中下側の第１ヨーク１３が図中の反時計回り方向に同一角度α回転すると、図６に示すように、両取付孔１９の中心線１９ａが鉛直線Ｚ上に配置された状態となる。したがって、この状態で上下一対の第１ヨーク１３の回転を停止させることで、一対のロール２の各回転停止位置を一致させることができるので、ロール２の交換を容易に行うことができる。

なお、同一角度αは、２２．５°に限定されるものではなく、両取付孔１９の中心線１９ａ同士を鉛直線Ｚ上に配置させることができれば、６７．５°、１１２．５°又は１５７．５°などの他の角度に設定されていても良い。
また、図３において、図中上側の取付孔１９の中心線１９ａは、鉛直線Ｚに対して図中の時計回り方向に傾斜しているが、図中の反時計回り方向に傾斜していても良い。この場合、図中下側の取付孔１９の中心線１９ａは、図中の時計回り方向に傾斜させればよい。

また、図３では、図中上側の第１十字軸継手１１の軸心ｘ１を鉛直線Ｚ上に配置した状態で両取付孔１９の中心線１９ａを逆方向に傾斜させているが、図中下側の第１十字軸継手１１の軸心ｘ１を鉛直線Ｚ上に配置した状態で両取付孔１９の中心線１９ａを逆方向に傾斜させるようにしてもよい。
また、図３では、第１ヨーク１３を接続する一対の軸受ホルダ２５が配置される二本の軸部２１ｂの軸心ｘ１を鉛直線Ｚ上に配置した状態で両取付孔１９の中心線１９ａを逆方向に傾斜させているが、他の二本の軸部２１ｂの軸線を鉛直線Ｚ上に配置した状態で両取付孔１９の中心線１９ａを逆方向に傾斜させてもよい。

図７は、第１ヨーク１３の取付孔１９の変形例を示す断面図である。図７に示すように、この取付孔１９は、軸線Ｙを中心とする円弧部１９ｂとキー溝部１９ｃとによって断面非真円形状に形成されている。上下一対の第１ヨーク１３の各取付孔１９は、そのキー溝１９ｃの中心及び軸線Ｙを通過する中心線１９ｄ（所定の中心線）が、軸心ｘ１に対して中心軸Ｃを中心として同一方向（ここでは図中の時計回り方向）に同一角度θ傾斜して形成されている。この同一角度θは、例えば図３の取付孔１９と同様に２２．５°に設定されている。したがって、この変形例でも一対の第１ヨーク１３を互いに兼用することができる。

また、上下一対の第１ヨーク１３は、図中上側の第１十字軸継手１１の前記軸心ｘ１を鉛直線Ｚ上に配置した状態で、各取付孔１９の中心線１９ｄが鉛直線Ｚに対して、中心軸Ｃを中心として互いに逆方向に同一角度α傾斜するように配置されている。ここでは、図中上側の第１ヨーク１３の取付孔１９の中心線１９ｄは図中の時計回り方向に同一角度α傾斜し、図中下側の第１ヨーク１３の取付孔１９の中心線１９ｄは図中の反時計回り方向に同一角度α傾斜している。また、同一角度αは、例えば図３の取付孔１９と同様に２２．５°に設定されている。これにより、この変形例においても、上下一対の第１十字軸継手１１を第１ヨーク１３と共に互いに逆方向に前記同一角度α回転させることで、両取付孔１９の中心線１９ｄが鉛直線Ｚ上に配置させることができる。

図１において、本実施形態の圧延機用スピンドル装置５は、減速機４と一対の第４ヨーク１６との間にそれぞれ設けられた一対のトルクリミッタ１７をさらに備えている。このトルクリミッタ１７は、モータ３から第１十字軸継手１１及び第２十字軸継手１２に伝達する回転トルクが上限を超えたときに、その回転トルクの伝達を遮断するものである。以下、このトルクリミッタ１７について説明する。

図８は、トルクリミッタ１７を示す断面図である。図８に示すように、トルクリミッタ１７は、軸部材４１と、軸部材４１に外嵌された筒部材４２と、筒部材４２に取り付けられたシャーバルブ４３と、軸部材４１と筒部材４２との間に配置された第１転がり軸受４４及び第２転がり軸受４５とを備えている。

軸部材４１は、円柱状に形成された軸本体部４１ａと、軸本体部４１ａに外嵌された断面略Ｌ字形状の係止部４１ｂとを有している。軸本体部４１ａの外周には、周方向に螺旋状に形成された油封止防止用の螺旋溝４１ａ２が形成されている。軸本体部４１ａの軸方向一端部には、減速機４の出力軸４ａに一体回転可能に接続されるフランジ４１ａ３が形成されている。係止部４１ｂは、軸本体部４１ａに外嵌された第１円筒部４１ｂ１と、第１円筒部４１ｂ１の軸方向一端部から径方向外方に延びる環状部４１ｂ２と、環状部４１ｂ２の径方向外端部から軸方向に延びる第２円筒部４１ｂ３とを有している。

筒部材４２は、軸本体部４１ａに外嵌された第１筒部材４６と、第１筒部材４６に外嵌された第２筒部材４７とを有している。第１筒部材４６の内周面４６ａと軸本体部４１ａの外周面４１ａ１との間には、焼付き防止用の潤滑油が塗布されている。第１筒部材４６の軸方向一端部には、連結軸４８（図１参照）の一端部が一体回転可能に接続されるフランジ４６ｂが形成されている。前記連結軸４８の他端部は、第４ヨーク１６の図示しない取付孔に圧入されている。第２筒部材４７の軸方向一端部は、係止部４１ｂの第２円筒部４１ｂ３に内嵌されており、その軸方向一端部側の端面は、係止部４１ｂの環状部４１ｂ２の軸方向一側面に対向して配置されている。

第１転がり軸受４４は、例えば玉軸受からなり、軸本体部４１ａに外嵌固定された内輪４４ａと、第１筒部材４６に内嵌固定された外輪４４ｂと、内輪４４ａの外周と外輪４４ｂの内周との間に配置された玉４４ｃとを有している。第２転がり軸受４５は、例えば玉軸受からなり、軸本体部４１ａに外嵌固定された内輪４５ａと、第２筒部材４７に内嵌固定された外輪４５ｂと、内輪４５ａの外周と外輪４５ｂの内周との間に配置された玉４５ｃとを有している。第１及び第２転がり軸受４４，４５は、軸部材４１が筒部材４２に対して相対回転しているとき、軸部材４１を筒部材４２に対して回転自在に支持するようになっている。

第２筒部材４７の内部の内周面側には、軸方向の略全長に亘って延びる油圧拡張室（流体圧拡張室）４７ａが形成されており、油圧拡張室４７ａには、図示しない油圧カプラから油が封入されるようになっている。また、第２筒部材４７には、外周側に開口するシャーバルブ取付穴４７ｂが形成されている。このシャーバルブ取付穴４７ｂは、周方向に所定間隔をあけて複数形成されている。

シャーバルブ取付穴４７ｂには、シャーバルブ４３が嵌合されており、シャーバルブ４３の一端部は、第２筒部材４７の外周面よりも径方向外方に突出し、係止部４１ｂの第２円筒部４１ｂ３に係止されている。シャーバルブ４３は、その軸線に沿って延びるチューブ４３ａを有している。このチューブ４３ａの一端部は、閉鎖されており、第２筒部材４７の外周面よりも径方向外方に突出している。また、チューブ４３ａの他端部は、開口しており、油圧拡張室４７ａの軸方向一端部に連通されている。

以上の構成により、油圧カプラからシャーバルブ取付穴４７ｂを介して油圧拡張室４７ａに油を封入し、油圧拡張室４７ａ内を加圧することで、油圧拡張室４７ａを径方向に拡張させることができる。これにより、軸部材４１の外周面４１ａ１と筒部材４２の内周面４６ａとが摩擦結合し、これら軸部材４１と筒部材４２との間で回転トルクを伝達することができる。

その際、軸部材４１と筒部材４２との間で伝達される回転トルクが上限を超えると、軸部材４１の外周面４１ａ１が、第１筒部材４６の内周面４６ａに対してスリップして、軸部材４１に対する筒部材４２の軸回りの位置が変化する。この位置変化により、第２円筒部４１ｂ３がシャーバルブ４３のチューブ４３ａの径方向外端を切断し、油圧拡張室４７ａ内の油がシャーバルブ４３を介して外部に排出される。これにより、軸部材４１の外周面４１ａ１に対する第１筒部材４６の内周面４６ａの押圧力が無くなるため、軸部材４１と筒部材４２との摩擦結合が解除され、前記回転トルクの伝達が遮断される。

第１及び第２十字軸継手１１，１２は、上述のように隣接する軸受カップ２４の間に窪み部３０が形成されているため、その分だけ挿通孔２５ｂの直径を小さくする必要がある。このため、挿通孔２５ｂに挿通されるボルト３１の直径も小さくなるため、第１十字軸継手１１と第１及び第２ヨーク１３，１４との接続部分や，第２十字軸継手１２と第３及び第４ヨーク１５，１６との接続部分の剛性が低くなる。また、ボルト３１自体の剛性も低くなる。しかし、本実施形態では、トルクリミッタ１７により減速機４と第４ヨーク１６との間で過大な回転トルクが伝達されるのを防止することができるため、このような回転トルクに起因する第１及び第２十字軸継手１１，１２の破損を効果的に防止することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、一対の第１十字軸継手１１の位相差は４５°に設定されているが、第１十字軸継手１１同士が互いに回転中に干渉しなければ、４５°以外の角度に設定されていてもよい。また、本発明は、第１ヨーク１３に適用する場合について説明したが、第２ヨーク１４、第３ヨーク１５、又は第４ヨーク１６に適用することも可能である。

２：ロール、３：モータ（駆動源）、５：圧延機用スピンドル装置、１０：ドライブシャフト、１１：第１十字軸継手（十字軸継手）、１３：第１ヨーク（ヨーク）、１７：トルクリミッタ、１８：接続部、１９：取付孔、１９ａ：中心線、２１：十字軸部材、２１ｂ：軸部、２１ｂ１：外周面、２３：円筒ころ（転動体）、２４：軸受カップ、２４ｂ：底部、２４ｂ２：外面、２５：軸受ホルダ、２５ａ：取付部、２５ａ１：外面、３０：窪み部、Ｃ：中心軸、Ｘ：軸心、Ｙ：軸線、Ｚ：鉛直線、α：同一角度

Claims

上下一対のロールと、これらロールを互いに逆方向に回転駆動する駆動源との間に設けられた上下一対のドライブシャフトと、
前記一対のドライブシャフトの前記ロール側の一対の端部と前記ロールとの間、又は前記一対のドライブシャフトの前記駆動源側の一対の端部と前記駆動源との間に配置された上下一対の十字軸継手と、
軸線方向一端部に前記各十字軸継手に接続された接続部を有し、軸線方向他端部に他部材が圧入される断面非真円形状の取付孔が軸線を中心として形成された上下一対の筒状のヨークとを備え、
前記十字軸継手は、十字状に配置された四つの軸部を有し前記ヨークの軸線と同軸上に配置された中心軸回りに回転可能な十字軸部材と、前記軸部の外周面を転動する複数の転動体と、前記複数の転動体を介して前記各軸部に外嵌された四つの有底円筒状の軸受カップと、
隣接する前記軸受カップの間に配置され且つ前記ヨークの接続部が接続された取付部を有する軸受ホルダとを備え、
前記十字軸継手の隣接する前記軸受カップの間には、前記取付部の外面が前記軸受カップの底部の外面よりも前記中心軸側に窪む窪み部が形成されており、
前記一対の十字軸継手は、前記中心軸を中心とする回転方向に互いに所定の位相差をもって配置され、且つ一方の十字軸継手における前記軸受カップの前記外面が、他方の十字軸継手の前記窪み部に入り込むように配置されている圧延機用スピンドル装置であって、
前記一対のヨークは、互いに前記接続部に対する前記取付孔の形成位置が一致するように形成されていることを特徴とする圧延機用スピンドル装置。
前記一対の十字軸継手のうち一方の十字軸継手における同一軸心上に配置された一対の前記軸部の軸心を鉛直線上に配置した状態で、前記一対のヨークにおける前記各取付孔の所定の中心線が、前記鉛直線に対して互いに逆方向に同一角度傾斜している請求項１に記載の圧延機用スピンドル装置。
前記位相差が４５°に設定され、前記同一角度が２２．５°に設定されている請求項２に記載の圧延機用スピンドル装置。
前記駆動源から前記十字軸継手に伝達する回転トルクが上限を超えたときに、前記回転トルクの伝達を遮断するトルクリミッタをさらに備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧延機用スピンドル装置。