JPH10146605A - スリーブロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧延用スリーブロールに用いられる硬質ロー
ルリングの割損防止と、シャフト上でのスリップ回転の
防止を両立させることである。 【解決手段】 ロールリング１を固定フランジ３と締付
ナット４との間に挾みつけて摩擦力で固定する加圧機構
と、キー９、キー溝１０、１１とから成るキー嵌合部と
を併用してロールリング１をシャフト２上に固定する。
また、摩擦によるロールリング固定力は圧延トルクを上
回るようにし、キー嵌合溝は計算外のオーバトルク分だ
けを受けもつ構成にしてキー溝１１の部分に生じる応力
を小さく抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超硬合金、セラ
ミックスなどの硬質材料からなる耐摩耗性に優れたロー
ルリングをシャフトの外周に装着して構成される組立式
の圧延ロールに関する。このロールはスリーブロールと
称されているので、ここではその呼称を用いる。

【０００２】

【従来の技術】シャフトの外周に首記した如き硬質材料
からなるロールリングを嵌め、これを適宜の手段で固定
して、そのロールリング表面で圧延を行うスリーブロー
ルには、シャフトからロールリングへのトルク伝達をキ
ーで行うものと、ロールリングの側面もしくは内周面の
摩擦力により行うものがある。前者の例は特開昭４９−
９３２６４号公報、特開昭５９−８２１０７号公報、特
開昭６０−２４２０８号公報、特開昭６０−２４２０９
号公報、実公平２−４２３２２号公報、特開平２−２８
４７１９号公報等に示されており、一方、後者の例は実
公昭５９−４００９６号公報、特公昭６０−２００８４
号公報、実公昭６３−３６９０号公報等に示されてい
る。

【０００３】なお、トルク伝達をキーで行うスリーブロ
ールは、キー嵌合部に応力が集中してロールリングが割
れ易くなるので、ロールリングの割損対策として、次の
ような方法が採用されている。

【０００４】（１）キー及びキー溝の形状、設置数等を
工夫して応力緩和を図る。 （２）ロールリングを径方向に二層構造にして内側の層
を靱性の高い材料で形成し、その部分にキー溝を加工す
る。 （３）ロールリングに隣接するスペーサリングをスチー
ル等の靱性の高い材料で形成してシャフトからのトルク
を一旦キーでスペーサリングに伝達し、ロールリングと
スペーサリングの合わせ面は両者の相対回転が阻止され
る斜面にしてスペーサリングからロールリングにトルク
を伝達する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】キーによるトルク伝達
法のうち、上記の（１）は、超硬合金等の脆性材料で形
成されたロールリングの保護対策としては充分でなく、
割損防止の確実性に欠ける。

【０００６】また、ロールリングを二層構造にする
（２）の方法は、２つの層の一体化法として、楕円や異
形の機械的嵌合や熱拡散接合、鋳込み等が提案されてい
るが、一体化のための機械加工が極めて困難であった
り、接合のための設備投資が必要であったりする。ま
た、２つの層の接合部に応力が残留し、その残留応力で
使用中に硬質材から成る外側の層が割れることもある。

【０００７】（３）の方法も、ロールリングとスペーサ
リングの斜面の合せ面の加工や、ロール組立時の斜面の
正確な突き合わせが難しいのに加えて、キー固定可能な
幅を持つスペーサリングが必須となるため嵌合部のスペ
ースが制限され、また、合わせ面が傾斜して突き出た
分、ロールリング材料も余分に必要になってコスト高に
なる問題がある。

【０００８】一方、摩擦力でトルクを伝達するスリーブ
ロールは、キー方式のものと違って、ロールリングのス
リップ回転を確実に防止するのが難しく、ロールリング
が多少なりともスリップしてからシャフトとの相対回転
が止まる傾向にあるので、そのスリップ回転が問題とな
る用途には向かない。例えば、圧延工程で鉄筋にねじ節
をつけるねじ節鉄筋の圧延用ロールの場合、ロールリン
グのスリップ回転が起こるとねじ節のピッチがずれて鉄
筋が不良品になる。従って、このような用途の圧延用ロ
ールには利用できず、利用範囲が制限される。

【０００９】この発明は、これ等の不具合を解消するこ
とを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明のスリーブロー
ルは、上記の課題を解決するため、ロールリングをシャ
フト軸方向に加圧し、固定フランジと締付ナットとの間
に挾みつけて摩擦力で固定する加圧機構と、シャフトと
ロールリングとの間に設けるロールリングのスリップ回
転防止用キー嵌合部とを併用してシャフトに対するロー
ルリングの固定を行う。また、加圧機構によるロールリ
ング固定力が圧延トルクを上回り、キー嵌合部を介して
のトルク伝達は補助的に行われるようにする。

【００１１】なお、この発明を適用するスリーブロール
が、ひとつのシャフト上に複数個のロールリングを並列
に装着するロールの場合には、キー嵌合部を構成するシ
ャフト側のキー溝を、ロールリング嵌合部の一端から他
端に至る連続溝として施し、その溝を共用溝にしてこの
溝に各ロールリングへのトルク伝達キーを嵌合させるの
が望ましい。この構造の場合、キーも共用キーにするこ
とができる。

【００１２】また、キーを、剛性率が０．８ＧＰａ以
上、８０ＧＰａ以下の材料で形成するのも望ましい。

【００１３】

【作用】この発明のスリーブロールは、加圧機構で加圧
して発生させる摩擦力によって、圧延トルク以上のロー
ルリング固定力を得るようにしてあるので、計算外の圧
延トルクが作用しても、キー嵌合部を介して伝達される
トルクは摩擦力でまかないきれないオーバトルク分だけ
となり、従って、キー嵌合部に加わる応力は小さく、ロ
ールリングの割損に至らない。また、摩擦によるロール
リング固定力が不足したときに不足分をキー嵌合部が補
うので、ロールリングのスリップ回転も起こらない。

【００１４】さらに、摩擦力のみでトルク伝達を行うス
リーブロールにキー嵌合部を追加するだけであるので、
ロールの製造、組立が困難になることもなく、コストア
ップも小さく抑えられる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１に、この発明のスリーブロー
ルの第１の実施形態を示す。このスリーブロールは、硬
質材料で作られた４個のロールリング１をシャフト２上
に嵌合させ、シャフト２の一端側と他端側に対向配置す
る固定フランジ３と締付ナット４の間に両側から間接的
に挾みつけて固定している。

【００１６】５は、各ロールリングの端面に密着させる
スペーサリング、６は弾性部材、７は保護スペーサリン
グである。また、８は、締付ナット４と片端のスペーサ
リング５との間に設ける油圧アクチュエータである。こ
の油圧アクチュエータ８は、シャフト２に螺合させる内
ナット８ａと、その内ナット８ａの上に嵌めた摺動リン
グ８ｂとで構成されており、内部に油圧を導入すると摺
動リング８ｂが前進してロールリング１をシャフト軸方
向に加圧する。その加圧により、弾性部材６が圧縮され
て反発力を蓄える。そこで、締付ナット４を締付けてそ
のナットで摺動リング８ｂの戻りを止め、以後のロール
リング加圧力を弾性部材６の反発力によって維持する。

【００１７】９は、シャフト２とロールリング１間に介
在するキーである、このキー９は、シャフト２の外周に
設けたキー溝１０と、ロールリング１の内周に設けたキ
ー溝１１に各々嵌合している。このキー９とキー溝１
０、１１は、ここでは各ロール毎に独立させて設けてい
る。

【００１８】このように構成した図１のスリーブロール
の組立は、先ず、シャフト２の外周に保護スペーサリン
グ７、弾性部材６、１個目のスペーサリング５をセット
する。そしてシャフト２の１番目（図中右端）のキー溝
１０にキー９を嵌め、キー９と、キー溝１１の位置合わ
せを行って１個目のロールリング１をセットする。次
に、２個目のスペーサリング５を嵌め、さらに２番目の
キー溝１０にキー９を嵌めて２個目のロールリング１を
上記と同様にセットする。これを繰り返し、最後のスペ
ーサリング５を装着したらシャフト２上に油圧アクチュ
エータ８を装着し、このアクチュエータ８でシャフト軸
方向の加圧を行う。そして、締付ナット４を締付けて最
後のスペーサリング５を加圧終点に保持し、締付ナット
４側のフィレットリング１２を装着してロールの組立を
終了する。

【００１９】油圧アクチュエータ８による加圧は、弾性
部材６に蓄積される反発力で必要な加圧力が持続される
ように行う。ここでいう必要な加圧力とは、ロールリン
グ１の端面に生じた摩擦力で圧延トルクを上回る計算上
のロールリング固定力が得られる大きさの圧力である。
この発明では、この加圧力を維持して計算上はキー９が
無くてもロールリング１のスリップ回転が防止されるよ
うにし、キー９は、あくまでも予備的要素として働き、
計算外の圧延トルクが作用したときにオーバトルク分の
みを受け持つ構成にしている。

【００２０】これであれば、いざのときには摩擦による
ロールリング固定力の不足分がキー９によって補われ、
ロールリングのスリップ回転が確実に阻止される。ま
た、キー９は全圧延トルクのうち、異常トルク発生時の
オーバトルク分のみを受け持つことになるので、キー嵌
合部に生じる応力も小さくてこの応力によるロールリン
グの割損も防止される。

【００２１】なお、例示のスリーブロールでは、ロール
リング１を摩擦力で固定するための加圧機構が、固定フ
ランジ３、締付ナット４、弾性部材６、油圧アクチュエ
ータ８の各要素によって構成されているが、この加圧機
構はロールリング１をシャフト軸方向に必要な力で加圧
して固定できるものであればよく、種々の構造のものを
自由に選んで採用することができる。例えば、実公昭６
３−３６９０号公報や、特公昭６０−２００８４号公報
に示されるようなものであってもよい。

【００２２】また、スペーサリング５、弾性部材６、保
護スペーサリング７は必須の要素ではなく、これ等を省
いたスリーブロールもある。

【００２３】図２は、第２の実施形態である。このスリ
ーブロールは、シャフト２側のキー溝１０を各ロールリ
ング毎に独立した溝ではなく、シャフト軸方向に連続し
た溝として施し、同一溝に各ロールリングの回り止め用
キー９を嵌めるようにしている。この構成は、キー溝１
０に対するキー９の嵌合位置をシャフト軸方向にずらす
ことができるので、圧延操業形態の変更等でロールリン
グ１の固定位置をずらすときの対応が、スペーサリング
５の厚み変更（これは、リングの交換や追加によって行
える）のみで済む利点がある。

【００２４】図３は、第３の実施形態である。このスリ
ーブロールは、シャフト側のキー溝１０だけでなく、キ
ー９も共用キーとして同一キーで各ロールリングを一括
して回り止めするようにしている。この場合、組付け順
番が２個目以降のスペーサリング５にもキー溝１３を設
ける必要がある。

【００２５】１個目のスペーサリング５は、キー溝１０
にキー９を嵌める前にシャフト上にセットすればキー溝
がなくても組付けができるが、ここではこの１個目のス
ペーサリング５にもキー溝１３を設け、キー９で各スペ
ーサリング５も併せて回り止めするようにしている。こ
の構成にすると、ロールリング１を交換する際にキー９
を外す必要がなく、作業時間の短縮が図れる。また、ロ
ールリング１の位置をずらす場合やロールリング１をシ
ャフト軸方向サイズの異なるものと取替える場合にも、
スペーサリング５を変更後のスペースに合致するものと
交換する（追加して厚みを変えることも可）だけで対応
可能となる。さらに、キー９によってスペーサリング５
も回り止めされているので、摩擦力によるロールリング
固定の信頼性も高い。

【００２６】次に、この発明のスリーブロールに採用す
るキー９（図１、２、３参照）は、従来用いられている
Ｓ４５Ｃ等の鋼材製のキーよりも剛性率の低い材料、例
えば銅合金、アルミ合金、チタン合金などで形成された
ものが望ましい。

【００２７】一般に、キーとキー溝の間には隙間がある
ことが多く、この隙間によるバックラッシュによりキー
がキー溝に衝突し、キー溝部に衝撃力が作用する。

【００２８】銅合金、アルミ合金、チタン合金等で形成
されたキーは、鋼製キーに比べて弾性変形し易く、この
変形による緩衝作用が得られる。従って、前述の衝撃力
が緩和され、キーの衝突によってキー溝部に加わる応力
が小さくなる。

【００２９】キーが吸収するエネルギーは次式で示され
る（図４を同時参照）。

【００３０】

【数１】

【００３１】

【数２】

【００３２】吸収するエネルギーは等しいのでＵは一定
であるとする。Ｗ、Ｌ、Ｈは形状寸法に関するものであ
るのでこれも一定であるとする。すると変数はＰとＧだ
けとなり、Ｐは√Ｇに比例することになる。キー溝部に
作用する応力はＰに比例するので結果的に√Ｇに比例す
ることになる。実際にどの程度応力緩和が可能になるか
算出してみる。

【００３３】 スチール（Ｓ４５Ｃ） ：Ｇ＝81（ＧＰａ） 銅合金（黄銅） ：Ｇ＝37（ＧＰａ） アルミ合金（ジュラルミン）：Ｇ＝27（ＧＰａ） チタン合金（Ti-6AI-4V ） ：Ｇ＝44（ＧＰａ） 銅合金 ：対スチール応力比 0.68（32％の応力緩和） アルミ合金 ：対スチール応力比 0.58（42％の応力緩和） チタン合金 ：対スチール応力比 0.74（26％の応力緩和） なお、ここに例示した材料以外にも例えば剛性率の低い
材料としては、弾性ゴム（Ｇ＝５〜１５×１０^-5Ｐａ）
等も考えられるが、これは剛性率が低過ぎてロールリン
グのシャフトに対する相対すべり量が大きくなり過ぎる
のでキーとしては使用できない。衝撃エネルギーを吸収
する際のキーの変位量は、ロールリングの使用上差し支
えない相対すべり量から判断して、スチール製キー使用
時の１０倍が限度である。従って剛性率Ｇは０．８ＧＰ
ａ以上は必要である。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、この発明のスリーブ
ロールは、摩擦力によるトルク伝達と、キーによるトル
ク伝達を併用してロールリングスリップ回転防止の確実
性を高め、また、正常な圧延トルクの伝達は摩擦力で受
け持つようにしてキー嵌合部に無理な応力が働かないよ
うにしたものであるから、脆性の高いロールリングの割
損、そのロールリングの圧延中のスリップ回転が起こら
ず、信頼性の向上と用途拡大が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のスリーブロールの断面図

【図２】第２実施形態のスリーブロールの断面図

【図３】第３実用新案形態のスリーブロールの断面図

【図４】応力緩和計算の説明図

【符号の説明】

１ ロールリング ２ シャフト ３ 固定フランジ ４ 締付ナット ５ スペーサリング ６ 弾性部材 ７ 保護スペーサリング ８ 油圧アクチュエータ ９ キー １０、１１、１３ キー溝 １２ フィレットリング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャフトの外周に、硬質材料で形成され
   たロールリングを嵌合固定して成るスリーブロールであ
   って、シャフトに対するロールリングの固定が、ロール
   リングをシャフト軸方向に加圧し、固定フランジと締付
   ナットとの間に挾みつけて摩擦力で固定する加圧機構
   と、シャフトとロールリングとの間に設けるロールリン
   グのスリップ回転防止用キー嵌合部とを併用して行わ
   れ、前記加圧機構によるロールリング固定力が圧延トル
   クを上回り、キー嵌合部を介してのトルク伝達は補助的
   に行われるようにしたことを特徴とするスリーブロー
   ル。
2. 【請求項２】 前記スリーブロールが、ひとつのシャフ
   ト上に複数個のロールリングを並列に装着するロールで
   あり、前記キー嵌合部を構成するシャフト側のキー溝
   を、ロールリング嵌合部の一端から他端に至る連続溝と
   して施し、その溝を共用溝にしてこの溝に各ロールリン
   グへのトルク伝達キーを嵌合させることを特徴とする請
   求項１記載のスリーブロール。
3. 【請求項３】 キー嵌合部のキーを、シャフト側のキー
   溝に対応した長さにして共用キーとし、複数個のロール
   リングに対するシャフトからのトルク伝達をその共用キ
   ーを介して行うことを特徴とする請求項２記載のスリー
   ブロール。
4. 【請求項４】 前記キーを、剛性率が０．８ＧＰａ以
   上、８０ＧＰａ以下の材料で形成したことを特徴とする
   請求項１乃至３のいずれかに記載のスリーブロール。