JP7409358B2 - 駆動力伝達機構、駆動力伝達機構の操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば圧延機のロール駆動部などで使用され、駆動源の動力を、スピンドルを介してワークロールに伝達する駆動力伝達機構、その操業方法に関する。

上下のワークロールを上下の駆動軸によって回転させて圧延材を圧延するロールクロス圧延機では、駆動側折れ角とロール側折れ角との差によって、ワークロールの各位相の回転速度差が発生する。このため、上記各位相の回転速度に差が発生することを防止するために等速性のある駆動力伝達機構（以下、「ギヤスピンドル」ともいう。）が使用される。例えば、特許文献１には、上下ワークロール又は中間ロールを上下の駆動軸によって回転させて圧延材を圧延する圧延機として、ギヤスピンドルが開示されている。

特許文献１に開示されたギヤスピンドルは、ブーツ型シールの内圧が上昇することを防止するためにブーツ型シールと内筒部の外周面で囲まれた閉鎖空間と外部とを連通させるための連通孔を有している。ギヤスピンドルに形成された閉鎖空間の内部で上昇した圧力は、上記連通孔から閉鎖空間内のガスが抜かれることにより下降する。このため、上記ギヤスピンドルは、ブーツ型シールの内圧が必要以上に上昇することを防ぐことができる。

上記連通孔は、内筒ギヤ部の外周面に位置して取付けられている。その理由は、ギヤスピンドルの回転時において摩擦などにより発生する熱によって潤滑油が気化して、閉鎖空間の内圧が上昇することを防止するためである。また、ギヤスピンドルの油室に貯蔵されている潤滑油は、ギヤスピンドルの回転時において発生する遠心力によって外周側に片寄って位置する。このため、ギヤスピンドルは、その回転時において、油室に貯蔵されている潤滑油が連通孔から外部に漏出することを防止することができる。

特開２０１７－２６０４２号公報

しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。ブーツ型シールの内圧が上昇するのは、ギヤスピンドルの回転時に発生する熱により気化した潤滑油よるものだけではない。ブーツ型シールの内圧が上昇するのは、ギヤスピンドルの回転を停止させ、スピンドルに連結されたワークロールまたは中間ロール（以下、「ワークロール等」という。）を組み替える際の軸方向への衝撃によっても発生する。

また、上記ギヤスピンドルの場合には連通孔が内筒部の外周面に設けられている。このため、ギヤスピンドルの回転停止時において、ブーツ型シール内の潤滑油溜まりの位置が連通孔の位置と重なることがある。この場合、ワークロール等の組み換え時の衝撃による油室の内圧上昇によって、潤滑油が連通孔を通り、ブーツ型シールの外部に漏出する可能性がある。ブーツ型シール内の潤滑油が外部に漏出され、潤滑油が所定量を下まわるとギヤ摩滅という大トラブルにつながる危険がある。

本発明は、従来技術が抱えている上述した実情に鑑みて開発されたものであり、その目的とするところは、ワークロール等の組み換え時の衝撃によって油室の内圧が上昇し、油室が破損するような場合に油室内の圧力を一定範囲に収めることで油室の破損を防止することができる駆動力伝達機構、および駆動力伝達機構の操業方法を提案することにある。

本発明者らは、従来技術が抱えている前述した課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、駆動力伝達機構の油室に油室内の内気を油室外に排出する第１の弁と、外気を上記油室内に導入する第２の弁とを備えることによって、ワークロール等の組み換え時の衝撃によって油室内に内圧が掛かった場合でも、油室の破損及び油室内の潤滑油の漏出を防止することができ、かつワークロール等を抜き取る際に油室内の圧力が減圧になった場合でも油室の変形を防止することができることを知見し、本発明を開発した。

本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。すなわち、本発明は以下に掲げる（１）及び（２）を提案する。
（１）駆動源の動力を、スピンドルを介してワークロールに伝達する駆動力伝達機構であって、
上記スピンドルの一端部に設けられた第１ギヤ部と、
上記駆動源又は上記ワークロールに設けられて上記第１ギヤ部と嵌合する第２ギヤ部と、
上記第１ギヤ部及び上記第２ギヤ部に潤滑油を供給する油室と、を備え、
前記油室は油室内の内気を油室外に排出する第１の弁と、外気を前記油室内に導入する第２の弁とを備えることを特徴とする駆動力伝達機構。

なお、本発明にかかる駆動力伝達機構は、
（ａ）上記第１の弁は前記油室の径方向において、上記第１ギヤ部及び上前記第２ギヤ部よりも外周方向に位置すること、
（ｂ）上記第１の弁の位置を検知する近接センサと、上記第１の弁が前記スピンドルの回転軸に対して上方に位置するように上記駆動源の駆動を停止させる制御部と、を備えることなどがより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。

（２）本発明にかかる駆動力伝達機構の操業方法は、上記駆動力伝達機構の操業方法であって、
上記第１の弁の位置を検知するステップと、
上記第１の弁が上記スピンドルの回転軸に対して上方に位置するように上記動力源の駆動を停止するステップと、を含む。

本発明の駆動力伝達機構は、油室内の内気を油室外に排出する第１の弁と、外気を油室内に導入する第２の弁とを備えている。従って、本発明によれば、ワークロール等の組み替え時の衝撃によって油室内に内圧が掛かった場合でも油室内の潤滑油の漏出を防止することができ、かつワークロール等の抜き取りの際に油室内の圧力が減圧になった場合でも油室の変形を防止することができる。

本発明の実施形態にかかる駆動力伝達機構の全体構造を示した断面図である。 本発明の実施形態にかかる駆動力伝達機構の要部を示した断面図である。 本発明の実施形態にかかる駆動力伝達機構が備えている第１の弁及び第２の弁の配置を示す概略図であって、（ａ）正面図、（ｂ）側断面図、（ｃ）背面図である。

［第１実施形態］
本実施形態にかかる駆動力伝達機構を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態にかかる駆動力伝達機構１の全体構造を示した断面図である。図１に示されるように、本実施形態にかかる駆動力伝達機構１は、外筒部５の内周面に設けられた第２ギヤ部６および内筒部３の外周面に設けられた第１ギヤ部４を噛み合わせるとともに外筒部５の軸心と内筒部３の軸心が回転するものであり、基本的な構造は一般的な駆動力伝達機構と同様である。駆動力伝達機構１を駆動する駆動源の動力により、減速機出力軸Ｏを介してスピンドル２が回転軸Ｘを回転軸として回転すると、スピンドル２の回転が内筒部３に伝達する。さらに内筒部３の回転が第１ギヤ部４から第２ギヤ部６に伝達され、ワークロールＲに伝達される。このように、駆動源の動力は、スピンドル２を介してワークロールＲに伝達される。

また、本実施形態にかかる駆動力伝達機構１は、第１ギヤ部４及び第２ギヤ部６に潤滑油を供給する油室７と油室７の潤滑油が外部に漏れ出すのを防止するために外筒部５の端部と内筒部３の外周面との間に設けられたブーツ型シール８とを備えている。ブーツ型シール８は、油室７と油室内を形成する。外筒部５には、油室７に連通する給油孔１２が設けられている。給油孔１２から潤滑油が供給され、油室７に貯蔵される。

さらに、本実施形態にかかる駆動力伝達機構１が備えているブーツ型シール８は、外筒部５の端部に設けられた通気用リング９の下端部に設けられていてもよい。駆動力伝達機構１は、ブーツ型シール８と内筒部３の外周面とで囲まれて形成された油室内の圧力が上昇した場合に油室内の内気を油室外に排出するための第１の弁１０と、油室内の圧力が下降した場合に外気を導入することによって油室内の圧力を上昇させるための第２の弁１１とを備えている。すなわち、本実施形態にかかる駆動力伝達機構１の技術的特徴は、油室内の圧力を一定範囲に調整するための第１の弁１０、および第２の弁１１にある。以下、本実施形態に係る駆動力伝達機構１が備えているこれらの構成部材について説明する。

図２は、本実施形態にかかる駆動力伝達機構１の要部構造を示した断面図である。図２に示されるように、本実施形態にかかる駆動力伝達機構１には、外筒部５の端部と内筒部３の外周面の間に全周にわたってブーツ型シール８が設けられている。外筒部５の端部と内筒部３の外周面とブーツ型シール８は、油室７と油室内を形成している。ブーツ型シール８は、外筒部５と内筒部３の傾斜角度が変化した場合であっても、これらの変化に追従できるような機能を有している。ブーツ型シール８の構造は、外筒部５と内筒部３の傾斜角度の変化に対応することができる構造であればよく、例えば蛇腹構造、山折りと谷折りとから構成される折り紙構造であってもよい。また、ブーツ型シール８には、油室内が加圧状態、又は減圧状態となった場合であっても破損することがない耐圧性に優れた材料を採用することが好ましい。ブーツ型シール８の両端は、ブーツバンド等によって外筒部５の端部に設けられた通気用リング９の下端部および内筒部３の外周に固定されている。

（第１の弁）
図３は、本発明の実施形態にかかる駆動力伝達機構が備えている第１の弁の配置を示した概略図である。第１の弁１０は、油室内の内圧を調整する部材である。第１の弁１０は、油室７の径方向において、第１ギヤ部４及び第２ギヤ部６よりも外周方向に位置している。第１の弁１０は、油室７の径方向において、第１ギヤ部４及び第２ギヤ部６よりも外周方向に位置していればよく、例えば、外筒部５の端部に設けられた通気用リング９に設けられていてもよい。第１の弁１０は、逆止弁である。なお、第１の弁１０の仕様は、駆動力伝達機構１の使用条件、駆動力伝達機構１に形成されている油室内の内圧に応じて適宜定めることができる。例えば、第１の弁１０の仕様として、使用圧力をゲージ圧で真空～２０ＭＰａ、クラッキング圧力１０～５０ＫＰａと定めることができる。

駆動力伝達機構１を長時間使用した後、現在使用されているワークロールＲを他の新しいワークロールＲ’に組み替える必要がある。ワークロールＲを組み替える場合には、駆動源の駆動を停止することによって駆動力伝達機構１の回転を停止し、現在使用されているワークロールＲを抜き出した後、他の新しいワークロールＲ’を駆動力伝達機構１に挿入する。駆動力伝達機構１へのワークロールＲ’の挿入時には、駆動力伝達機構１に対してワークロールＲ’が押し込まれる。駆動力伝達機構１に対してワークロールＲ’が押し込まれることにより発生する衝撃により、油室内が圧縮され、油室内の内圧が上昇する。その際に、油室内の内圧がある一定圧以上の圧力となった場合に油室内の内気を油室外に排出することが必要となる。そこで、本実施形態の駆動力伝達機構１には、油室内の内気を油室外に排出するための逆止弁として、第１の弁１０が設けられている。第１の弁１０は、油室内の内気を油室外に排出することによって、上記油室内の内圧を下降させて、一定範囲内にするための部材である。

また、第１の弁１０は、駆動力伝達機構１の稼働時において、気化した潤滑油が上記油室内に排出されることにより油室内の内圧がある一定圧以上の圧力となった場合にも上記油室内の内気を油室外に排出することができる。

（第２の弁）
図３は、本発明の実施形態にかかる駆動力伝達機構１が備えている第２の弁１１の配置を示した概略図である。第２の弁１１は、油室内の内圧を一定範囲内にするための部材である。第２の弁１１は、油室７の径方向において、第１ギヤ部４及び第２ギヤ部６よりも外周方向に位置していればよく、例えば、外筒部５の端部に設けられた通気用リング９に設けられていてもよいし、第１の弁１０と対向する位置に設けられていてもよい。第２の弁１１は、逆止弁である。第２の弁１１の仕様は、駆動力伝達機構１の使用条件、駆動力伝達機構１に形成されている油室内の内圧に応じて適宜定めることができる。例えば、第２の弁１１の仕様として、使用圧力をゲージ圧で真空～２０ＭＰａ、クラッキング圧力０．１～１．０ＫＰａと定めることができる。

駆動力伝達機構１を長時間使用した後、現在使用されているワークロールＲを新しいワークロールＲ’に組み替える必要がある。ワークロールＲを組み替える場合には、駆動源の駆動を停止することによって駆動力伝達機構１の回転を停止し、現在使用されているワークロールＲを抜き取る。ワークロールＲの抜き取り時には、ワークロールＲが瞬間的に回転軸Ｘの方向に引っ張られるため、油室内の内圧が減圧になることがある。その際に、油室内の内圧がある一定圧以下の圧力となった場合に外気を油室内に導入する逆止弁として、第２の弁１１が設けられている。第２の弁１１は、油室内に外気を導入することによって、上記油室内の内圧を上昇させて、上記油室内の内圧を一定範囲内にするための部材である。

また、第２の弁１１は、駆動力伝達機構の回転停止後において、気化した潤滑油が液体となることにより、油室内の内圧がある一定圧以下の圧力となった場合にも上記油室内に外気を導入することによって、上記油室内の内圧を上昇させることができる。なお、油室内の内圧は、油室内に設置された圧力測定器等により測定される。

このように、本実施形態の駆動力伝達機構は、ワークロール等の組み替え時の衝撃の度合い（油室内の内圧上昇又は内圧下降）を考慮して逆止弁である第１の弁及び第２の弁の設定圧力を変えることで、様々な条件下に合わせて油室の破損を防ぐことが可能である。なお、本実施形態の駆動力伝達機構では、ワークロール等の組み換え時等の衝撃により油室内の内圧が上昇、又は下降した場合を説明したが、これに限定されるものではない。本実施形態の駆動力伝達機構は、駆動力伝達機構の操業時から停止時までの操作において、何等かの他の要因によって駆動力伝達機構に形成された油室内の内圧が上昇又は下降した場合であっても、油室内の内圧を一定の圧力に保持することができる。

以上、第１実施形態の駆動力伝達機構によれば、簡易な構造で油室の破損を防止することができる。なお、本件発明者は、実機において上記逆止弁を設けて稼働させたところ、ワークロール等の組み替え時等の衝撃を受けた後であっても、油室の破損によるトラブルが無くなったことを確認している。

［第２実施形態］
さらに、本発明の第２実施形態に係る駆動力伝達機構について説明する。この実施形態に係る駆動力伝達機構１は、上記実施形態の駆動力伝達機構において、第１の弁１０の位置を検知する近接センサと、第１の弁１０がスピンドル２の回転軸Ｘに対して上方に位置するように上記駆動源の駆動を停止させる制御部とを備える点に技術的特徴を有している。

（近接センサ）
第２実施形態に係る駆動力伝達機構１は、第１の弁１０の位置を検知する近接センサを備えている。近接センサは、検出対象となる第１の弁１０に接触することなく、第１の弁１０の位置を検出することができる。近接センサとしては、ＰＸセンサ、誘導型近接センサ、静電容量型近接センサ、磁気近接センサ等を例示することができる。近接センサは、駆動源が駆動することによって第１の弁１０が第１ギヤ部４及び第２ギヤ部６の外周を回転している間、特定時刻における第１の弁１０の位置を検知する。近接センサが検知した第１の弁１０の位置は、位置情報として、電気信号等により、以下の制御部に伝達される。

（制御部）
第２実施形態にかかる駆動力伝達機構１は、第１の弁１０がスピンドル２の回転軸Ｘに対して上方に位置するように動力源の駆動を停止させる制御部を備えている。制御部は、近接センサから伝達された第１の弁１０の位置情報に基づき動力源の駆動を制御することによって、駆動力伝達機構１の回転を制御する。制御部は、近接センサが検知した第１の弁１０の位置情報に基づいて、スピンドル２の回転軸Ｘに対する第１の弁１０の位置を認識する。さらに、制御部は、駆動力伝達機構１の回転が停止した時点において、第１の弁１０がスピンドル２の回転軸Ｘに対して常時上方に位置するように駆動力伝達機構１の回転速度を減速させる。最終的に、制御部は、駆動源の駆動を停止し、駆動力伝達機構１の回転が停止した時点の第１の弁１０の位置をスピンドル２の回転軸Ｘに対して常時上方に位置するように制御する。

このように、本実施形態の駆動力伝達機構１は、第１の弁１０を設け、第１の弁の停止位置をＰＸセンサ等により制御して第１の弁１０をスピンドル２の回転軸Ｘに対して上方に停止させる。すなわち、本実施形態の駆動力伝達機構１は、駆動力伝達機構１の回転が停止した時点において、第１の弁１０の位置をスピンドル２の回転軸Ｘに対して、常時上方に位置することができる。その結果、本実施形態の駆動力伝達機構は、ワークロール等の挿入時に油室内に圧力が掛かった後に第１の弁１０から油室内の内気を油室外に排出しても、潤滑油は油室内の下部から中部に溜まっているため、油室内から潤滑油がその内圧により勢いよく噴出することがない。

以上、第２実施形態の駆動力伝達機構によれば、駆動力伝達機構１の回転が停止した時点において、第１の弁１０をスピンドル２の回転軸Ｘに対して、常時上方に位置するように制御することにより、簡易な構造で第１の弁１０から潤滑油が漏出することを防止することができる。つまり、第２実施形態の駆動力伝達機構によれば、ワークロール等の組み替え時等の衝撃の度合い（油室内の内圧上昇又は内圧下降）を考慮して、第１の弁及び第２の弁のクラッキング圧等の設定圧力を変えることにより、様々な条件下に合わせて油室の破損を防ぐことが可能である。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態は、上記駆動力伝達機構の操業方法である。すなわち、本実施形態の駆動力伝達機構の操業方法は、上記実施形態の駆動力伝達機構の操業方法であって、上記第１の弁の位置を検知するステップと、記上記第１の弁が上記スピンドルの回転軸に対して上方に位置するように前記動力源の駆動を停止するステップと、を含む。以下、本実施形態の駆動力伝達機構の操業方法の各ステップについて説明する。

（第１の弁の位置を検知するステップ）
本実施形態の駆動力伝達機構の操業方法は、駆動力伝達機構１が備えている第１の弁１０の位置を検知するステップを含む。第１の弁１０の位置は、例えば、ＰＸセンサ、誘導型近接センサ、静電容量型近接センサ、磁気近接センサ等の近接センサにより検知してもよい。近接センサは、駆動力伝達機構１回転時からワークロールＲの組み替え時等の駆動力伝達機構１の回転停止時における第１の弁１０の位置を検知する。かかるステップにより、駆動力伝達機構１の回転時から停止時に至るまでのスピンドル２の回転軸Ｘに対する第１の弁１０の位置を特定することができる。

（駆動源の駆動を停止するステップ）
本実施形態の駆動力伝達機構の操業方法は、スピンドル２の回転軸Ｘに対して第１の弁１０が上方に位置するように動力源の駆動を停止するステップを含む。 駆動力伝達機構１に連結されているワークロールＲを新たなワークロールＲ’に組み替える際には、駆動源の駆動を停止し、駆動力伝達機構１の回転を停止する必要がある。駆動力伝達機構１の回転が停止すると、第１の弁１０はスピンドル２の回転軸Ｘに対して上方に位置して停止するか、対向して位置して停止するか、又は下方に位置して停止する。ここで、第１の弁１０がスピンドル２の回転軸Ｘに対して、下方に位置して停止する場合には、油室内の潤滑油が第１の弁１０を通過して外部に漏れ出してしまう。そこで、駆動源の駆動を停止するステップでは、第１の弁１０がスピンドル２の回転軸Ｘに対して上方に位置して停止するように制御することにより、潤滑油が外部に漏れ出すことを防止している。

第１の弁１０は、油室内の内圧が上昇した場合にその内圧を減少させるために設置されている。ここで、第１の弁１０がスピンドル２の回転軸Ｘに対して下方に位置する場合には、油室内の内気を油室外に排出すると同時に潤滑油が油室内の内圧により、勢いよく油室外に噴出される可能性がある。そこで、駆動源の駆動を停止するステップにおいて、第１の弁１０をスピンドル２の回転軸Ｘに対して常時上方に位置するように制御することによって、油室内の潤滑油が油室外に噴出することを防止している。なお、スピンドル２の回転駆動源の駆動を停止するステップは、近接センサから受信した第１の弁１０の位置情報に基づいて制御部によって行われる。このステップにおいて、制御部は、駆動力伝達機構１の回転停止時に第１の弁１０がスピンドル２の回転軸Ｘに対して常時上方に位置するように、特定時刻における第１の弁１０の位置、駆動力伝達機構１が完全に停止するまでの時間、特定時刻にスピンドル２の回転速度、加速度等を勘案して駆動源の駆動を停止する。

このように、本実施形態の駆動力伝達機構の操業方法は、第１の弁１０の位置を検知し、第１の弁１０の位置情報に基づいて駆動源の駆動を停止することにより、駆動力伝達機構１の回転停止時において、第１の弁１０をスピンドル２の回転軸Ｘに対して常時上方に位置するように停止することができる。

以上、第３実施形態の駆動力伝達機構の操業方法によれば、第１の弁をスピンドルの回転軸に対して、常時上方に位置して停止することにより、潤滑油が油室外に漏れ出すことを防止することができる。さらに、第３実施形態の駆動力伝達機構の操業方法によれば、油室内の内圧が上昇した場合において、第１の弁１０によって油室内の内気を油室外に排出する際にも潤滑油が油室外に勢いよく噴出することを防止することができる。

［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術的範囲で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本発明の駆動力伝達機構はワークロールの組み替え時等の衝撃によってブーツ型シール油室内に内圧が掛かった場合でも油室から潤滑油が漏出することを防止し、かつワークロール抜き取りの際に油室内の圧力が減圧になった場合でも油室の変形を防止することができる。このため、本発明の駆動力伝達機構は、圧延鋼材等の鉄鋼製品を製造する際にきわめて有用であり、製鉄業、素材産業、環境事業等の産業の発達に寄与することができるので産業上有用である。

１ 駆動力伝達機構
２ スピンドル
３ 内筒部
４ 第１ギヤ部
５ 外筒部
６ 第２ギヤ部
７ 油室
８ ブーツ型シール
９ 通気用リング
１０ 第１の弁
１１ 第２の弁
１２ 給油孔
Ｘ スピンドル回転軸
Ｒ ワークロール
Ｏ 減速機出力軸

Claims (3)

1. 駆動源の動力を、スピンドルを介してワークロールに伝達する駆動力伝達機構であって、
   前記スピンドルの一端部の内筒部の外周面に設けられた第１ギヤ部と、
   前記駆動源又は前記ワークロールの外筒部の内周面に設けられて前記第１ギヤ部と嵌合する第２ギヤ部と、
   前記第１ギヤ部及び前記第２ギヤ部に潤滑油を供給する油室と、を備え、
   前記第１ギヤ部と前記第２ギヤ部とが等速性をもって嵌合し、
   前記油室は油室内の内気を油室外に排出する第１の弁と、外気を前記油室内に導入する第２の弁と、
   前記第１の弁の位置を検知する近接センサと、
   前記第１の弁が前記スピンドルの回転軸に対して上方に位置するように前記駆動源の駆動を停止させる制御部を備えることを特徴とする駆動力伝達機構。
2. 前記第１の弁は前記油室の径方向において、前記第１ギヤ部及び前記第２ギヤ部よりも外周方向に位置することを特徴とする請求項１に記載の駆動力伝達機構。
3. 請求項１又は２に記載の駆動力伝達機構の操業方法であって、
   前記第１の弁の位置を検知するステップと、
   前記第１の弁が前記スピンドルの回転軸に対して上方に位置するように前記駆動源の駆動を停止するステップと、を含むことを特徴とする駆動力伝達機構の操業方法。

Images