KR101696179B1 - 기어 스핀들 및 그것을 구비한 압연기 - Google Patents

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겐지 야마모토
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프리메탈스 테크놀로지스 재팬 가부시키가이샤
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    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B35/00—Drives for metal-rolling mills, e.g. hydraulic drives
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    • F16D3/18—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts the coupling parts (1) having slidably-interengaging teeth
    • F16D3/185—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts the coupling parts (1) having slidably-interengaging teeth radial teeth connecting concentric inner and outer coupling parts

Abstract

일단측에 외치차의 내통 기어부 (40) 를 형성한 스핀들 내통 (10) 과, 상기 내통 기어부 (40) 와 끼워맞추는 내치차의 외통 기어부 (50) 를 형성한 스핀들 외통 (20) 이, 그 축을 0.6 도 내지 1.6 도 경사시켜 이루어지는 기어 스핀들 (3) 에 있어서, 상기 내통 기어부 (40) 에 있어서의 치폭 B 의 티스에, 치폭 방향을 따라서 중앙이 팽창되어 양 치단이 가늘어지는 반경 Cr 의 크라우닝을 형성하고, 상기 치폭 B 와 상기 크라우닝 반경 Cr 을, Cr ＝ 1200 [㎜] 와, Cr ＝ 4000 [㎜] 와, B ＝ 0.0272 × Cr ＋ 28 [㎜] 와, B ＝ 59.04 × exp(0.0005 × Cr) [㎜] 와, B ＝ 32 × Cr0.274 [㎜] 를 그래프화하여 둘러싸서 이루어지는 범위로 설정하여 이루어진다.

Description

기어 스핀들 및 그것을 구비한 압연기{GEAR SPINDLE AND ROLLING MILL PROVIDED WITH SAME}
본 발명은 기어 스핀들 및 그것을 구비한 압연기에 관한 것이다.
압연기의 워크 롤은 전동기에 의해서 회전 구동된다. 전동기에 의한 회전 구동력은 분배 기능을 갖는 변속기, 1 쌍의 스핀들을 개재하여 상하의 1 쌍의 워크 롤에 전달된다.
스핀들은 압연 조건 등의 사용 환경에 따라서 구별하여 사용되고 있다. 예를 들어, 일반적인 경도의 재료를 압연하는 압연기에 있어서는 UJ 스핀들 (Universal Joint, 별칭 : 프로펠러 샤프트) 이 사용되고, 비교적 고경도의 재료 (예를 들어, 40 ％ 압하 변형 저항값이 약 70 [㎏/㎟] 인 재료) 를 압연하는 고경도재 압연용 압연기에 있어서는 기어 스핀들이 사용된다.
자동차 등의 구조체에 있어서의 고강도화나 경량화를 목적으로 하여, 더욱 고경도재인 고항장력강 (별칭 하이텐실 스틸재, 예를 들어, 40 ％ 압하 변형 저항값이 약 130 [㎏/㎟] 인 재료) 가 개발되어 있다. 따라서, 고항장력강을 압연하는 고항장력강 압연용 압연기가 요청되고, 그에 수반하여 고항장력강 압연용 압연기에 제공하는 고성능의 기어 스핀들이 요청되고 있다. 이 고항장력강 압연용 압연기에 제공할 수 있는 고성능의 기어 스핀들에는, 아래에 기재된 (1), (2), (3) 의 조건이 필요로 된다.
(1) 소직경일 것.
고항장력강 압연용 압연기에 있어서는, 압연력의 증대를 억제하기 위해서 통상보다 소직경의 워크 롤을 사용한다. 워크 롤은 상하 1 쌍으로 이루어지고, 각각 독립적으로 기어 스핀들과 연결되고, 기어 스핀들을 개재하여 압연 동력 (회전 동력) 이 전달됨으로써 회전 구동된다. 따라서, 기어 스핀들은 워크 롤과 동일하게 상하 1 쌍으로 이루어지고, 기어 스핀들에 있어서의 워크 롤과의 연결부를, 상하 1 쌍에 설치되는 기어 스핀들끼리가 간섭하지 않도록 워크 롤 직경보다 작은 직경으로 할 필요가 있다.
예를 들어, 고경도재 압연용 압연기에 있어서는, 워크 롤 직경 DW ＝ 330 [㎜], 기어 스핀들 외경 D ＝ 325 [㎜] 인 것에 비해서, 고항장력강 압연용 압연기에 있어서는, 압연력을 제한하기 위해서 워크 롤 직경 DW ＝ 250 [㎜] 가 되고, 기어 스핀들은 상하에서 간섭하지 않도록 기어 스핀들 외경 D ＝ 245 [㎜] 가 요청된다.
여기서, 워크 롤 직경 DW 는 사용 가능 최소 직경이다. 워크 롤은 압연에 제공함에 따라서, 표면이 피압연재와의 접촉으로 마모됨과 함께, 종종 표면을 연마기로 연마하기 때문에 워크 롤 직경 DW 는 사용에 수반하여 서서히 가늘어진다. 이 워크 롤의 최대 직경과 최소 직경의 차는 일반적으로는 약 10 ％ 전후이다.
(2) 큰 토크를 전달할 수 있을 것.
압연기에 있어서의 압연 토크 T 는 피압연재의 변형 저항값 F 와 워크 롤 직경 DW 에 좌우되기 때문에 T ∝ f(F) ＋ f(DW) 가 된다. 전술한 바와 같이, 고항장력강 압연용 압연기에 있어서의 워크 롤 직경 DW 는 고경도재 압연용 압연기에 있어서의 워크 롤 직경 DW 에 비해서 작고, 고항장력강의 변형 저항값은 종래의 고경도재의 변형 저항값에 비해서 현격히 크기 때문에, 고항장력강의 압연에 필요해지는 압연 토크는 종래의 고경도재의 압연에 필요해지는 압연 토크에 비해서 커진다.
예를 들어, 종래의 고경도재 압연용 압연기의 기어 스핀들에 있어서의 허용 전달 토크 Ta 의 강도 지수 T/D3 (T : 기어 스핀들 1 개당의 필요 전달 토크 [ton·m], D : 기어 스핀들 외경 [㎜]) 은 T/D3 ≤ 0.4 [ton/㎡] 인 것에 비해서, 고항장력강 압연용 압연기의 기어 스핀들에 있어서의 허용 전달 토크 Ta 의 강도 지수 T/D3 은 T/D3 ≒ 0.6 ∼ 0.8 [ton/㎡] 이다. 이와 같이, 피압연재의 변형 저항값이 증대되면, 허용 전달 토크 Ta 의 강도 지수 T/D3 도 증대된다. (전달 토크 T 의 강도 지수 T/D3 [ton/㎡] 는 「×109」를 생략한 기재이다. 본래의 기재는 기어 스핀들 외경 D [㎜] 를 기어 스핀들 외경 D × 10-3 [m] 로 단위 환산하여 대입하기 때문에 (T/D3) × 109 [ton/㎡] 가 된다. 이하, 본 명세서에 있어서는, 기어 스핀들 외경 D [㎜] 에 대한 전달 토크 T 의 강도 지수를 상기와 동일하게 생략 기재된 T/D3 [ton/㎡] 로 한다.)
(3) 고속 회전할 수 있을 것.
압연기의 생산 능력은 판두께와 판폭과 압연 속도의 승수로 나타내어진다. 일반적으로 피압연재의 판두께 및 판폭을 일정하게 하여 생산하고, 압연기의 생산 능력은 압연 속도에 의존한다. 압연기의 압연 속도 V 는 워크 롤 직경 DW 와 워크 롤 회전수 N 에 좌우되기 때문에 V ∝ DW × N 이 된다. 전술한 바와 같이, 고항장력강 압연용 압연기에 있어서의 워크 롤 직경 DW 는 고경도재 압연용 압연기에 있어서의 워크 롤 직경 DW 에 비해서 작기 때문에, 동일한 회전수 N 에서는 필연적으로 압연 속도 V 가 저하되어 압연기의 생산 능력도 저하된다. 따라서, 고항장력강 압연용 압연기에 있어서는 고경도재 압연용 압연기와 동등한 생산 능력을 확보하기 위해서, 고경도재 압연용 압연기보다 고속으로 워크 롤을 회전시킬 필요가 있다. 요컨대, 고항장력강 압연용 압연기에 있어서는 고속 회전이 가능한 기어 스핀들이 요청된다.
예를 들어, 워크 롤 직경 DW 330 [㎜] 의 워크 롤을 갖는 종래의 고경도재 압연용 압연기에 있어서는, 압연 속도 2000 [mpm] 의 생산 능력을 얻기 위해서, 기어 스핀들로는 1930 [rpm] 의 회전수에 대응할 수 있는 사양이 요청되었다. 그러나, 소직경화된 워크 롤 직경 DW 250 [㎜] 의 고항장력강 압연용 압연기에 있어서는, 상기와 동등한 압연 속도 2000 [mpm] 의 생산 능력을 얻기 위해서, 기어 스핀들로서는 종래의 약 1.3 배인 2546 [rpm] 의 회전수에 대응할 수 있는 고회전 사양이 요청된다.
일반적으로, 회전체가 고속 회전이 되면 회전체에는 휨 진동·래틀 (rattle) 진동·비틀림 진동 등이 발생되고, 공진 (共振) 등에 의해서 회전체에 큰 영향을 주는 것이 알려져 있다. 압연기에 있어서는, 공진하면 회전체인 기어 스핀들이 파손되기 쉬워질 뿐만 아니라, 공진에 이르지 않아도 진동이 피압연재에 전달되기 때문에, 판두께의 불균일이나 판의 형상 악화 또는 표면 성상 악화로 되어 나타나 피압연재의 품질을 현저하게 손상시키는 원인이 된다. 그래서, 고속 회전에 대응할 수 있는 기어 스핀들로서 진동이 잘 발생되지 않도록 할 필요가 있다. 구체적으로는, 경량이고, 길이가 짧으며, 백래시 등의 갭이 작은 기어 스핀들이 요청된다.
예를 들어, 기어 스핀들 등 회전체가 쉽게 진동되는 것을 나타내는 공진 회전수 Nc 는, 회전체의 외경 D 와 회전체의 길이 L 에 좌우되기 때문에 Nc ∝ f(D)/f(L) 이 된다. 요컨대, 회전체의 외경이 작을수록 공진하기 쉽고, 회전체의 길이가 길수록 공진하기 쉬워진다.
상기 서술한 고항장력강 압연용 기어 스핀들에 요청되는 기능은, 다른 기능을 저해하는 문제를 안고 있다.
기어 스핀들의 허용 전달 토크 Ta 는 기어 스핀들을 사용할 때의 경사각 θ 와 기어 스핀들 외경 D 에 의존한다. 경사각 θ 가 작고 기어 스핀들 외경 D 가 클수록 기어 스핀들의 허용 전달 토크 Ta 는 커지기 때문에 Ta ∝ f(D)/f(θ) 가 된다. 기어 스핀들은 일방이 변속기에 연결되고, 타방이 워크 롤에 연결되어 회전하기 때문에, 워크 롤의 축의 높이와 변속기의 축의 높이가 동일하면, 기어 스핀들의 경사각 θ ＝ 0°가 되어 강도상 최적인 조건이 된다.
그러나, 고항장력강 압연용 압연기의 경우, 워크 롤 직경은 압연 하중의 제한으로 통상보다 가늘게 해야만 하고, 한편, 변속기는 고토크 전달용으로 대형화하지 않을 수 없다. 따라서, 변속기의 축심 높이와 워크 롤 축심 높이의 편차가 종래에 비해서 커지기 때문에, 고항장력강 압연용 기어 스핀들의 경사각 θ 는 통상적인 기어 스핀들에 비해서 커지지 않을 수 없다. 이것은 기어 스핀들의 허용 전달 토크가 통상보다 작아지는 것을 나타낸다.
이를 회피하는, 요컨대, 양 축심 높이 편차 ΔH 가 커도, 기어 스핀들 경사각 θ 를 통상 또는 그 이하로 하기 위해서는 tanθ ＝ ΔH/L 로부터 알 수 있는 바와 같이, 기어 스핀들 길이 L 을 길게 하여, 양 축심 높이 편차 ΔH 의 증대에 의한 기어 스핀들 경사각 θ 의 증대를 억제할 필요가 있다. 그러나, 고항장력강 압연용 기어 스핀들은 외경이 가늘음으로써 진동하기 쉬운 데다가, 기어 스핀들 길이 L 을 길게 하면, 더욱 진동이 발생하기 쉬워진다는 문제에 직면한다. 따라서, 현 상황의 기술에서는 실현 곤란하다고 할 수 있다.
또한, 향후에는 고항장력강보다 더욱 고경도인 초고항장력강이 개발되고, 초고항장력강을 압연하기 위한 압연기 및 그에 대응할 수 있는 더욱 고성능인 기어 스핀들이 요청될 것으로 생각된다. 요컨대, 상기 (1), (2), (3) 의 조건에 있어서, 종래에 비교하여 더욱 향상된 소직경화, 허용 전달 토크의 증대 및 고속 회전에 대한 대응이 필요해진다.
일본 공개특허공보 평8-21453호
비교적 고경도인 재료를 압연하는 압연기에 있어서의 기어 스핀들로는, 예를 들어 특허문헌 1 이 있다. 이것은 오일실에 윤활유 급유공 및 급유량 검출공을 형성함으로써, 윤활유가 시일 부재를 압박함으로써 시일 부재가 파손되지 않도록 함과 함께, 시일 부재의 파손 지점으로부터 윤활유가 누설될 우려를 없애고, 윤활유의 보급 및 시일 부재의 교환에 의한 작업 시간을 단축할 수 있는 기술이다.
또, 내통에 형성되어 있는 외치가 손상되는 것을 상정하여, 내통을, 외치를 갖는 허브와 기어 스핀들로 분할하고, 그 사이를 스플라인에 의해서 자유롭게 착탈할 수 있는 구조로 하고 있다. 이 분할 구조에 의해서 기어 스핀들 강도가 약간 저하될 가능성이 있지만, 그 디메리트보다 내통 외치의 파손시에 신속하게 교환하는 것을 우선한 것이다.
그러나, 전술한 바와 같이, 초고항장력강의 압연에는 종래에 비해서 더욱 고강도이고 또한 소직경인 기어 스핀들이 요청되기 때문에, 종래의 기어 스핀들로는 대응할 수 없다.
기어 스핀들의 목적의 하나는, 양측 (워크 롤측과 변속기측) 의 높이 방향에 있어서의 축심 편차 (ΔH) 를 허용하여 회전하는 것에 있다. 그 때문에, 외통의 내치는 평치이지만, 내통의 외치에는 티스 (teeth) 의 중앙이 양단에 비해서 두꺼운 크라우닝이 행해져 있다. 이 크라우닝은 축심 편차 (ΔH) 에 의해서 커플링 내통과 외통의 티스가 간섭하여, 커플링이 로크되는 것을 방지한다. 그 때문에, 종래에는, 로크의 여유도를 크게 확보하는 것을 우선하여, 크라우닝 반경은 그다지 크지 않은 편이 좋은 것으로 여겨져 왔었다.
기어 스핀들의 허용 전달 토크를 결정짓는 요인으로서 치면 (齒面) 면압, 치원 (齒元) 굽힘 응력, PV 값을 들 수 있는데, 최근에 있어서의 치면 열처리의 진보, 구체적으로는 조질 (調質) 처리로부터 질화 처리나 고주파 처리 또는 침탄 처리로의 진보에 의해서 치면 면압 강도는 크게 개선되었다. 따라서, 현재의 허용 전달 토크를 결정짓는 요인은 치원 굽힘 응력과 PV 값이고, 이 면에서의 진보가 요청되고 있다.
종래부터, 치원 굽힘 응력 σ 를 결정짓는 주요 파라미터는 토크 T, 경사각 θ, 기어 스핀들 외경 D, 치폭 (齒幅) B 이고, σ ∝ T × f(θ)/(D2 × B) 로 생각되고 있다. 요컨대, 크라우닝 반경은 치원 강도 파라미터로서 간주되지 않았다.
그러나, 기어 커플링 외통의 내치는 평치인 것에 비해서, 내통의 외치에는 치폭 방향으로 크라우닝이 행해져 있기 때문에, 기어 스핀들에 있어서의 치차는 치폭 방향으로 평판과 원주 (圓柱) 를 맞춘 접촉 모델로 되어 있다. 요컨대, 외통과 내통에 있어서의 티스는 헤르츠 편평의 영역에서만 접하고, 치폭 전체에서 부하를 부담하고 있는 것은 아니다. 따라서, 치원 굽힘 응력 σ 는 σ ∝ T × f(θ)/(D2 × Bh) 가 된다. 여기서, Bh 는 유효 치폭 Bh ＝ f(Cr, T) 이고, 크라우닝 반경 Cr 과 부하 토크 T 에 의존한다. 또, 일반적으로는 0 ＜ Bh/B ≪ 1.0 이다.
요컨대, 크라우닝 반경 Cr 은 치원 강도의 중요한 파라미터로서, 크라우닝 반경 Cr 을 크게 하면 티스가 편평해지기 쉬워지고, 티스의 피치 원 직경 상에서의 치폭 방향의 부하 범위가 넓어지고, 나아가서는 치원의 부하 분담 범위가 넓어지기 때문에 치원 강도는 현격히 향상된다.
한편, 크라우닝 반경 Cr 을 불필요할 정도로 크게 하면, 필요 치폭이나 필요 백래시가 커져 고속 회전에 지장이 발생됨과 함께, 기어 스핀들의 티스 이외 부위의 강도 저하를 초래하여 기어 스핀들 전체로서의 능력 저하를 야기하기 때문에, 전술한 바와 같은 고항장력강 압연용 기어 스핀들에 요청되는 조건을 만족시킬 수 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 크라우닝 반경과 치폭의 최적 조합을 선정함으로써, 고속 압연이 가능하고, 또한 치면 면압 강도, 치원 굽힘 강도 및 PV 값을 개선하는 것을 목적으로 한다.
기어 스핀들은 기어의 피치 원 직경에 의해서 강도를 결정하고 있었지만, 본 발명은 기어의 크라우닝 반경을 크게 함으로써 기어의 강도가 높아진다는 지견을 얻고, 종래 고려되지 않았던 백래시량과 치원 굽힘 응력을 동시에 고려한 고속·고강도의 소직경 스핀들을 달성하였다.
상기 과제를 해결하는 제 1 발명에 관련된 기어 스핀들은, 일단측에 외치차의 내통 기어부를 형성한 스핀들 내통과, 상기 내통 기어부와 끼워맞추는 내치차의 외통 기어부를 형성한 스핀들 외통이, 그 축을 0.6 도 내지 1.6 도 경사시켜 이루어지는 기어 스핀들에 있어서, 상기 내통 기어부에 있어서의 치폭 B 의 티스에, 치폭 방향을 따라서 중앙이 팽창되어 양 치단 (齒端) 이 가늘어지는 반경 Cr 의 크라우닝을 형성하고, 상기 치폭 B 와 상기 크라우닝 반경 Cr 을, Cr ＝ 1200 [㎜] 와, Cr ＝ 4000 [㎜] 와, B ＝ 0.0272 × Cr ＋ 28 [㎜] 와, B ＝ 59.04 × exp(0.0005 × Cr) [㎜] 와, B ＝ 32 × Cr0 .247 [㎜] 를 그래프화하여 둘러싸서 이루어지는 범위로 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 2 발명에 관련된 기어 스핀들은, 제 1 발명에 있어서, B ＝ 0.0272 × Cr ＋ 28 [㎜] 는, 0.6 도의 경사각에서의, 임의의 크라우닝 반경 Cr 과, 당해 크라우닝 반경 Cr 에서 상기 내통 스핀들의 티스가 치단 접촉을 일으키지 않는 최소 치폭으로 이루어지는 무수한 교점을 연결하여 이루어지는 직선이고, B ＝ 59.04 × exp(0.0005 × Cr) [㎜] 는 0.6 도 내지 1.6 도의 범위에 있어서의 임의의 경사각에서의, 상기 내통 기어부에 걸리는 치원 굽힘 응력이 허용 최대치가 되는 크라우닝 반경 Cr 과, 당해 크라우닝 반경 Cr 에서 상기 스핀들 내통의 티스가 치단 접촉을 일으키지 않는 최소 치폭에 40 [㎜] 를 더하여 이루어지는 무수한 교점을 연결하여 이루어지는 곡선이고, B ＝ 32 × Cr0 .247 [㎜] 는 0.6 도 내지 1.6 도의 범위에 있어서의 임의의 경사각에서의, 임의의 크라우닝 반경 Cr 과, 당해 크라우닝 반경 Cr 에서 상기 내통 스핀들의 티스가 치단 접촉을 일으키지 않는 최소 치폭에 40 [㎜] 를 더하여 이루어지는 치폭 B 와의 조합에서 필요한 백래시가, 상기 내통 기어부와 상기 외통 기어부에 있어서의 허용 최대 백래시가 되는 무수한 교점을 연결하여 이루어지는 곡선인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 ３ 발명에 관련된 기어 스핀들은, 일단측에 외치차의 내통 기어부를 형성한 스핀들 내통과, 상기 내통 기어부와 끼워맞추는 내치차의 외통 기어부를 형성한 스핀들 외통이, 그 축을 0.6 도 내지 1.6 도 경사시켜 이루어지는 기어 스핀들에 있어서, 상기 내통 기어부에 있어서의 티스에, 치폭 방향을 따라서 중앙이 팽창되어 양 치단이 가늘어지는 반경 Cr 의 크라우닝을 형성하고, 상기 치폭 B 와 상기 크라우닝 반경 Cr 을, Cr ＝ 1200 [㎜] 와, Cr ＝ 4000 [㎜] 와, B ＝ 0.0272 × Cr ＋ 28 [㎜] 와, B ＝ 18 × exp(0.001 × Cr) [㎜] 와, B ＝ 19 × Cr0 .292 [㎜] 를 그래프화하여 둘러싸서 이루어지는 범위로 설정한다.
상기 과제를 해결하는 제 4 발명에 관련된 기어 스핀들은, 제 ３ 발명에 있어서, B ＝ 0.0272 × Cr ＋ 28 [㎜] 는, 0.6 도의 경사각에서의, 임의의 크라우닝 반경 Cr 과, 당해 크라우닝 반경 Cr 에서 상기 내통 스핀들의 티스가 치단 접촉을 일으키지 않는 최소 치폭으로 이루어지는 무수한 교점을 연결하여 이루어지는 직선이고, B ＝ 18 × exp(0.001 × Cr) [㎜] 는 0.6 도 내지 1.6 도의 범위에 있어서의 임의의 경사각에서의, 상기 내통 기어부에 걸리는 치원 굽힘 응력이 허용 최대치가 되는 크라우닝 반경 Cr 과, 당해 크라우닝 반경 Cr 에서 상기 스핀들 내통의 티스가 치단 접촉을 일으키지 않는 최소 치폭으로 이루어지는 무수한 교점을 연결하여 이루어지는 곡선이고, B ＝ 19 × Cr0 .292 [㎜] 는 0.6 도 내지 1.6 도의 범위에 있어서의 임의의 경사각에서의, 임의의 크라우닝 반경 Cr 과, 당해 크라우닝 반경 Cr 에서 상기 내통 스핀들의 티스가 치단 접촉을 일으키지 않는 최소 치폭과의 조합에서 필요한 백래시가, 상기 내통 기어부와 상기 외통 기어부에 있어서의 허용 최대 백래시가 되는 무수한 교점을 연결하여 이루어지는 곡선인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 5 발명에 관련된 기어 스핀들은, 제 1 내지 제 4 중 어느 하나의 발명에 있어서, 치면에 쇼트 블라스트 가공을 행한 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 6 발명에 관련된 기어 스핀들은, 제 1 내지 제 4 중 어느 하나의 발명에 있어서, 치면에 인산망간 피막 처리를 행한 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 7 발명에 관련된 기어 스핀들은, 제 1 내지 제 4 중 어느 하나의 발명에 있어서, 치면에 이황화몰리브덴 피막 처리를 행한 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 8 발명에 관련된 기어 스핀들은, 제 1 내지 제 7 중 어느 하나의 발명에 있어서, 스핀들 외통과 스핀들 내통의 외표면에 냉각용 유체를 분사하여 부착시킴으로써, 치면 윤활제 및 스핀들 외통과 스핀들 내통의 각 치면을 강제 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 9 발명에 관련된 기어 스핀들은, 제 1 내지 제 8 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 내통 기어부에 있어서의 피치 원 직경을 DP [㎜], 기어 압력각을 α [도], 기어 모듈을 Mn [㎜], 크라우닝 반경을 Cr [㎜], 치폭을 B [㎜], 상기 내통 스핀들의 치단부로부터 네크부로 옮겨가는 부위의 최소 직경을 d [㎜], 치선 (齒先) 에 형성한 원호상의 곡률 반경을 R ＝ Cr × tanα [㎜] 로 하고,
Figure 112015054302598-pct00001
로 하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 10 발명에 관련된 압연기는, 피압연재를 압연하기 위한 상하 1 쌍의 워크 롤과, 상하 1 쌍의 워크 롤과 각각 독립적으로 연결되고, 상하 1 쌍의 워크 롤에 각각 독립적으로 회전 동력을 전달하는 상하 1 쌍의 기어 스핀들과, 상하 1 쌍의 기어 스핀들과 연결되는 변속기와, 변속기와 연결되고, 변속기에 회전 동력을 전달하는 기어 커플링과, 기어 커플링과 연결되고, 기어 커플링에 회전 동력을 공급하는 전동기를 구비하는 압연기에 있어서, 상기 기어 스핀들이 제 1 발명 내지 제 9 중 어느 하나의 발명에 관련된 기어 스핀들인 것을 특징으로 한다.
제 1 발명에 관련된 기어 스핀들에 의하면, 1200 [㎜] ≤ Cr ≤ 4000 [㎜] 는 허용 전달 토크의 향상이 예상되고 또한 실용적으로 사용할 수 있는 범위이고, 이 범위 내에서 크라우닝 반경 Cr 을 설정함으로써, 스핀들 내통의 네크부에 있어서 파손될 우려 없이 허용 전달 토크를 향상시킬 수 있다. 크라우닝 반경 Cr 을 크게 하면 치원의 부하 분담 범위가 넓어지기 때문에 치원 강도가 향상된다. 즉, 치원의 부하 분담 범위가 넓어짐으로써 치원 강도가 향상되고, 스핀들 강도 (면압, 굽힘 PV 값) 의 향상에 의해서 스핀들 경사각을 필요 이상으로 작게 할 필요가 없어지고, 스핀들 길이를 짧게 할 수 있기 때문에 소직경, 고속 회전용 스핀들이 가능해진다. 또한, 이 범위를 벗어나 크라우닝 반경 Cr 을 크게 하면, 네크부에 있어서의 네크 직경 d 가 작아지고, 네크부에 있어서의 비틀림 응력이 상승되기 때문에 스핀들 내통의 네크부에 과대한 부하가 걸리게 된다,
제 2 발명에 관련된 기어 스핀들에 의하면, B ≤ 59.04 × exp(0.0005 × Cr) [㎜] 는 치원 굽힘 응력이 허용치를 초과하지 않은 상태이기 때문에, 치원 굽힘 응력에 의해서 티스가 절손되지 않고 큰 토크로 회전 동력을 전달할 수 있다. 또한 B ≤ 32 × Cr0 .247 [㎜] 는 백래시량이 허용치를 초과하지 않은 상태이기 때문에, 백래시량의 과대에 의해서 맞물림이 나빠지지 않고 큰 토크로 회전 동력을 전달할 수 있다.
제 ３ 발명에 관련된 기어 스핀들에 의하면, 1200 [㎜] ≤ Cr ≤ 4000 [㎜] 는 허용 전달 토크의 향상이 예상되고 또한 실용적으로 사용할 수 있는 범위이고, 이 범위 내에서 크라우닝 반경 Cr 을 설정함으로써, 스핀들 내통의 네크부에 있어서 파손될 우려 없이 허용 전달 토크를 향상시킬 수 있다. 또한, 이 범위를 벗어나 크라우닝 반경 Cr 을 크게 하면, 네크부에 있어서의 네크 직경 d 가 작아지고, 네크부에 있어서의 비틀림 응력이 증대되기 때문에 스핀들 내통의 네크부에 있어서 파손될 우려가 있다.
제 4 발명에 관련된 기어 스핀들에 의하면, B ≤ 18 × exp(0.001 × Cr) [㎜] 는 치원 굽힘 응력이 허용치를 초과하지 않은 상태이기 때문에, 티스를 절손 시킬 우려 없이 고속 회전 및 큰 전달 토크에도 대응할 수 있다. 또한 B ≤ 19 × Cr0 .292 [㎜] 는 백래시량이 허용치를 초과하지 않은 상태이기 때문에, 백래시량의 과대에 의해서 맞물림이 나빠지지 않고 고속 회전 및 큰 전달 토크에도 대응할 수 있다. 또, 티스의 허용 전달 토크를 줄이지 않고, 가공 오차나 경년 변화 등의 사용상의 여유를 고려하지 않기 때문에, 추가적인 비용 삭감이나 경량화 및 컴팩트화를 도모할 수 있다.
제 5 발명에 관련된 기어 스핀들에 의하면, 티스 표면에 딤플상의 미세 패임을 생성하고, 그 패임에 오일을 담음으로써 유막 파열을 방지할 수 있고, 내통 기어부 및 외통 기어부에 있어서의 치면의 늘어붙음을 억제할 수 있다. 따라서, 큰 토크를 전달하는 경우에도 치면의 늘어붙음이 일어나지 않기 때문에, 기어 스핀들에 있어서의 허용 전달 토크를 더욱 향상시킬 수 있다.
제 6 발명에 관련된 기어 스핀들에 의하면, 다공질인 결정체이기 때문에 피막에 오일의 유지력이 있음과 함께, 초기 융화성이 양호하기 때문에 마찰열의 발생을 억제할 수 있고, 내통 기어부 및 외통 기어부에 있어서의 치면의 늘어붙음을 억제할 수 있다. 따라서, 큰 토크를 전달하는 경우에도 치면의 늘어붙음이 발생되지 않기 때문에, 기어 스핀들에 있어서의 허용 전달 토크를 더욱 향상시킬 수 있다.
제 7 발명에 관련된 기어 스핀들에 의하면, 티스 표면에 고체 윤활제를 소성함으로써, 만일 오일이 고갈되어도 고체 윤활제로 금속 접촉을 방지할 수 있어 내통 기어부 및 외통 기어부에 있어서의 치면의 늘어붙음을 억제할 수 있다. 따라서, 큰 토크를 전달하는 경우에도 치면의 늘어붙음이 발생되지 않기 때문에, 기어 스핀들에 있어서의 허용 전달 토크를 더욱 향상시킬 수 있다.
제 8 발명에 관련된 기어 스핀들에 의하면, 스핀들 외통의 외표면을 외부 강제 냉각시킴으로써 접촉부의 온도 상승을 억제할 수 있기 때문에, 내늘어붙음 강도가 향상된다.
제 9 발명에 관련된 기어 스핀들에 의하면, 크라우닝 가공에 지장 없이 네크 직경을 크게 함으로써, 네크부에 있어서의 비틀림 강도가 증대되어 네크부에 있어서 파손될 우려를 저감할 수 있다.
제 10 발명에 관련된 압연기에 의하면, 백래시 과대에 의해서 맞물림이 나빠지지 않고, 허용 치원 굽힘 응력을 초과하여 티스를 절손시킬 우려 없이, 고속 회전 및 큰 전달 토크에도 대응할 수 있다. 또, 기어 스핀들의 스핀들 내통의 네크부에 있어서의 비틀림 응력이 저감되기 때문에 티스에 있어서의 파손 우려가 저감되고, 기어 스핀들의 내통 기어부 및 외통 기어부의 치면에 있어서의 면압이 저감되기 때문에 치면에 있어서의 늘어붙음의 우려가 저감된다.
도 1 은 본 발명의 실시예 1 에 관련된 압연기에 있어서의 기어 스핀들과 워크 롤의 연결부를 나타내는 종단면도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예 1 에 관련된 압연기의 구동계 전체를 나타내는 개략도이다.
도 3 은 본 발명의 실시예 1 에 관련된 기어 스핀들에 있어서의 내통 기어부와 외통 기어부의 끼워맞춤부를 나타내는 종단면도이다.
도 4 는 본 발명의 실시예 1 에 관련된 기어 스핀들에 있어서의 내통 기어부와 외통 기어부의 끼워맞춤부를 나타내는 종단면도 (도 3 에 있어서의 IV-IV 화살표에서 바라 본 단면) 이다.
도 5a 는 본 발명의 실시예 1 에 관련된 기어 스핀들에 있어서, 크라우닝 반경이 작고 치폭이 짧은 경우의 내통 기어부와 외통 기어부의 접촉부를 나타내는 설명도이다.
도 5b 는 본 발명의 실시예 1 에 관련된 기어 스핀들에 있어서, 크라우닝 반경이 크고 치폭이 긴 경우의 내통 기어부와 외통 기어부의 접촉부를 나타내는 설명도이다.
도 6 은 본 발명의 실시예 1 에 관련된 기어 스핀들에 있어서의 크라우닝 반경 및 치폭의 설정 범위를 나타내는 그래프이다.
도 7 은 본 발명의 실시예 1 에 관련된 기어 스핀들에 있어서의 크라우닝 반경 및 필요 최저한의 치폭의 설정 범위를 나타내는 그래프이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 관련된 기어 스핀들은, 내통 기어부에 있어서의 치폭 B 의 티스에, 치폭 방향을 따라서 중앙이 팽창되어 양 치단이 가늘어지는 반경 Cr 의 크라우닝을 형성하고, 치폭 B 와 크라우닝 반경 Cr 을, Cr ＝ 1200 [㎜] 와, Cr ＝ 4000 [㎜] 와, B ＝ 0.0272 × Cr ＋ 28 [㎜] 와, B ＝ 59.04 × exp(0.0005 × Cr) [㎜] 와, B ＝ 32 × Cr0 .247 [㎜] 를 그래프화하여 둘러싸서 이루어지는 범위로 설정한다.
요컨대, 기어 스핀들 내통 기어부에 있어서의 형상으로서, 크라우닝 반경 Cr 을 종래보다 극히 큰 1200 [㎜] 내지 4000 [㎜] 로 하고, 크라우닝 반경 Cr 에 적합한 치폭 B 를, 사용 경사각과 치단에 있어서의 편 (片) 접촉의 요소에 기초하는 함수 B ＝ 0.0272 × Cr ＋ 28 [㎜] 와, 치원 굽힘 응력의 요소에 기초하는 함수 B ＝ 59.04 × exp(0.0005 × Cr) [㎜] 와, 백래시량의 요소에 기초하는 함수 B ＝ 32 × Cr0 .247 [㎜] 를 그래프화한 관계로부터 구하도록 하는 것이다.
이하에, 본 발명에 관련된 기어 스핀들 및 그것을 구비한 압연기의 실시예에 대해서 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 물론, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 변경이 가능한 것은 말할 것도 없다.
실시예 1
본 발명의 실시예 1 에 관련된 기어 스핀들 및 그것을 구비한 압연기에 대해서 도 1 내지 도 7 을 참조하여 설명한다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 압연기 (1) 는, 피압연재를 압연하기 위한 상하 1 쌍의 워크 롤 (2) 과, 상하 1 쌍의 워크 롤 (2) 과 각각 독립적으로 연결되고, 상하 1 쌍의 워크 롤 (2) 에 각각 독립적으로 회전 동력을 전달하는 상하 1 쌍의 기어 스핀들 (3) 과, 상하 1 쌍의 기어 스핀들 (3) 과 연결되고, 회전 동력을 소정의 회전수로 변속함과 함께, 변속된 회전 동력을 상하 1 쌍의 기어 스핀들 (3) 에 각각 분배하는 변속기 (4) 와, 변속기 (4) 에 연결되고, 변속기 (4) 에 회전 동력을 전달하는 기어 커플링 (5) 과, 기어 커플링 (5) 에 연결되고, 기어 커플링 (5) 에 회전 동력을 공급하는 전동기 (6) 를 구비한다.
기어 스핀들 (3) 은, 기어 스핀들 (3) 의 중간부에 배치된 중간축 (10) 과, 중간축 (10) 의 일단측에 형성되고 중간축 (10) 과 워크 롤 (2) 을 연결하는 스핀들 내통 (12) 및 스핀들 외통 (20) 과, 중간축 (10) 의 타단측에 형성되고, 중간축 (10) 과 변속기 (4) 를 연결하는 스핀들 내통 (13) 및 스핀들 외통 (30) 으로 이루어진다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 스핀들 내통 (12) 의 일단측에 형성한 내통 기어부 (40) (외치) 와 스핀들 외통 (20) 의 일단측에 형성한 외통 기어부 (50) (내치) 가 끼워맞추어지고, 스핀들 외통 (20) 의 타단측에 형성한 타원 형상의 단면을 갖는 끼워맞춤공 (60) (이하, 타원공 (60) 이라고 한다) 과 워크 롤 (2) 의 단부에 형성한 타원 형상의 단면을 갖는 끼워맞춤 돌기 (70) (이하, 워크 롤 타원부 (70) 라고 한다) 가 끼워맞추어진다.
본 실시예의 기어 스핀들 (3) 은 초고항장력강을 압연할 수 있도록, 최적 조건 하에서 허용 전달 토크 Ta 의 강도 지수로서,
T/D3 ≤ 0.8 ∼ 1.0 [ton/㎡]
를 달성하는, 종래 (T/D3 ≤ 0.4 [ton/㎡]) 보다 우수한 약 2 배의 강도를 갖는다. 여기서, T 는 기어 스핀들 (3) 을 개재하여 워크 롤 (2) 에 전달하는 전달 토크 [ton·m], D 는 스핀들 외통 (20) 에 있어서의 기어 스핀들 외경 [㎜] 이다.
기어 스핀들 (3) 의 허용 전달 토크 Ta 는, 기어 스핀들 외경 D 뿐만 아니고, 후술하는 경사각 θ 또는 크라우닝 반경 Cr 및 치폭 B 등에 따라서 상이하기도 하나. 경사각 θ 와 기어 스핀들 외경 D 는 타요소에 의해서 결정할 수 있는 수치로서, 그 설정에 있어서의 자유도는 낮다. 한편, 크라우닝 반경 Cr 및 치폭 B 는 설계에 의해서 결정할 수 있는 수치로서, 그 설정에 있어서의 자유도는 높다. 따라서, 본 실시예에서는 이하에 나타내는 수치 설정 하에서, 후술하는 크라우닝 반경 Cr 과 치폭 B 를 최적으로 설정함으로써 기어 스핀들 (3) 의 허용 전달 토크 Ta 를 종래보다 향상시킨다.
먼저, 본 실시예의 기어 스핀들 (3) 및 그것을 구비한 압연기 (1) 에 대하여 설명한다.
워크 롤 (2) 에 연결되는 상하 1 쌍의 기어 스핀들 (3) 에 있어서, 상하의 스핀들 외통 (20) 이 서로 간섭하지 않도록, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 기어 스핀들 외경 D 를 워크 롤 직경 DW 보다 미세하게 소직경으로 한다. 소직경화된 워크 롤 (2) 을 갖는 본 실시예의 압연기 (1) 에서는, 기어 스핀들 외경 D 를 D ＝ 225 [㎜] ∼ 340 [㎜] 로 한다.
회전하는 구조체의, 전체 길이가 긴 것은 전체 길이의 짧은 것과 비교하여 진동을 일으키기 쉽고, 또, 외경이 가는 것은 외경이 굵은 것과 비교하여 진동을 일으키기 쉬운 것이 알려져 있다. 한편, 고항장력강 압연용 압연기에서는, 기어 스핀들을 소직경화하여 고속으로 회전 구동하기 때문에, 직경면에서도 회전수면에서도 기어 스핀들은 진동을 일으키기 쉬워진다. 따라서, 본 실시예에서는 기어 스핀들 (3) 의 전체 길이 L1 (도 2) 을 최대한 짧게 할 필요가 있다.
스핀들 외통 (20) 과 워크 롤 (2) 의 끼워맞춤에 있어서는, 장착/분리 작업을 가능하게 하기 위해서 워크 롤 타원부 (70) 와 스핀들 외통 (20) 의 타원공 (60) 사이에 미세한 간극을 형성하고 있다. 반면, 이 간극에 의해서, 기어 스핀들 (3) 에 래틀 진동이 발생되는 경우가 있다. 워크 롤 타원부 (70) 와 타원공 (60) 의 끼워맞춤 길이 L2 에 대해서, 타원공 (60) 의 개방 단부 (61) 로부터 내통 기어부 (40) 의 치폭 중심 (41) 까지의 거리인 중심 거리 L3 이 어느 정도 이상 지나치게 긴 경우, 스핀들 외통 (20) 과 워크 롤 (2) 의 래틀 진동이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 진동 예방면에서 L2/L3 은 최대한 큰 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 끼워맞춤 길이 L2 및 중심 거리 L3 을 (L2/L3) ≥ 0.65 로 한다.
또한, 끼워맞춤 길이 L2 를 필요 이상으로 길게 하는 것은, 워크 롤 (2) 과 기어 스핀들 (3) 의 쌍방의 길이를 길게 하는 것이 되어 진동면에서 불리해지기 때문에, 끼워맞춤 길이 L2 는 필요 최소한으로 설정할 것이 요청된다. 따라서, 끼워맞춤 길이 L2 가 일정할 경우, 중심 거리 L3 은 짧은 것이 좋다고 말할 수 있다.
여기서, 스핀들 외통 (20) 의 타원공 (60) 과 외통 기어부 (50) 를 격리하는 격벽 (62) 의 두께를 L62, 외통 기어부 (50) 및 내통 기어부 (40) 에 윤활유를 공급하기 위해서 형성한 윤활유실 (63) 의 폭을 L63, 내통 기어부 (40) 의 치폭을 B 로 하면, L3 ＝ L2 ＋ L62 ＋ L63 ＋ B/2 가 된다. 치폭 B 를 최대한 넓게 확보하면서 L3 을 작게 유지하려면, L62 와 L63 을 최소로 할 필요가 있다.
물론, 격벽 (62) 은, 타원공 (60) 이 압연 토크에 의해서 타원으로 변형되는 것에 대해서, 외통 기어부 (50) 가 타원으로 왜곡되지 않도록 스핀들 외통 (20) 전체를 지지하고 있는 벽으로서, 어느 정도 이상의 두께 L62 는 필요하다. 또, 본 실시예의 스핀들 (3) 은 고토크이고 또한 고회전수이기 때문에 치부에서의 발열이 크다. 그러나, 소직경화된 스핀들 (3) 이기 때문에 윤활유를 봉입하는 윤활유실 (63) 의 내경이 작은 점에서, 윤활유실 (63) 내에 윤활유량을 확보할 때에는 어느 정도의 길이 L63 은 필요하다.
이상으로부터, 치폭 B 는 기어 스핀들의 강도를 확보하는 데 있어서 중요한 치수이지만, 그 범위에서 좁은 것이 좋다. 본 실시예에서는 치폭 B ≤ 250 [㎜] 로 한다.
상하의 워크 롤 (2) 에 있어서의 워크 롤 타원부 (70) 의 상하 롤 축간 거리 L4 (도 2 참조) 는, 워크 롤 (2) 의 사용 최소 직경 DW 에 의해서 정해진다. 고항장력강은 변형 저항이 크기 때문에 워크 롤 (2) 을 소직경화하고 있다. 그 때문에, 상하의 워크 롤 (2) 에 있어서의 워크 롤 타원부 (70) 의 상하 롤 축간 거리 L4 (도 2 참조) 는 작게 되어 있다.
또, 피압연재인 고항장력강을 압연할 때, 워크 롤 (2) 의 회전 구동에 필요해지는 필요 전달 토크 Tr 은 크기 때문에 변속기 (4) 의 도시되지 않은 변속 분배 치차를 대직경화하고 있다. 그 때문에, 상하의 변속 분배 치차에 있어서의 변속 분배 치차축 (80) 의 상하 출력 축간 거리 L5 (도 2 참조) 는 크게 되어 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 기어 스핀들 (3) 은 변속기 (4) 의 변속 분배 치차축 (80) 과 워크 롤 (2) 의 워크 롤 타원부 (70) 를 연결하도록 설치되고, 스핀들 내통 (12) 이 스핀들 외통 (20) 및 워크 롤 타원부 (70) 에 대하여 경사각 θ 만큼 경사진 상태에서 사용된다.
그런데, 이 경사각 θ 를 일으키는 변속기 (4) 의 상하 출력 축간 거리 L5 (도 2) 는 필요 전달 토크 Tr 과 그 밖의 조건에 의해서 결정되는 것으로서, 설비에 따라서 상이하다. 또, 상하 워크 롤 (2) 의 타원부 (70) 의 상하 롤 축간 거리 L4 는 피압연재의 설정 판두께 등의 압연 조건 또는 워크 롤 (2) 의 사용에 수반되는 마모나 연마 등에 따라서 변화된다.
따라서, 기어 스핀들 (3) 의 경사각 θ 는 설비의 사양에 따라서 상이함과 함께 사용 중에도 변화되기 때문에, 기어 스핀들 (3) 로서는 이것들을 감안한 후, 어느 정도 범위의 경사각 θ 가 허용될 필요가 있다. 본 실시예에서는, 스핀들 내통 (12) 과 스핀들 외통 (20) 사이의 경사각 θ 를 0.6°≤ θ ≤ 1.6°로 하고 있다.
경사각 θ 를 갖는 기어 스핀들 (3) 에 있어서의 허용 전달 토크 Ta 는, 항상 내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 에 있어서의 모든 티스가 접하여 전달되는 것이 아니고, 순간마다는 내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 에 있어서의 일정 비율의 티스만이 접하여 전달된다. 경사각 θ 가 크면 순간마다 전달 토크 T 의 전달에 기여하는 티스의 수는 더욱 적어진다.
본 실시예와 같은 고항장력강 압연용 기어 스핀들은 필요 전달 토크 Tr 이 매우 큰 점에서, 최대한 많은 티스에서 부하를 분담할 필요가 있기 때문에 경사각 θ 는 작은 편이 바람직하다. 그러나, 고항장력강 압연용 압연기의 경우, 롤 직경은 압연 하중의 제한에 의해서 통상보다 가늘어지고, 한편, 변속기는 고토크 전달용으로 대형화되기 때문에, 상승 효과로서 변속기의 축심 높이인 상하 출력 축간 거리 L5 와 롤 축심 높이인 상하 롤 축간 거리 L4 의 차 (L5 - L4) 가 커지는 경향이 있다. 또한, 소직경 워크 롤이고 생산성을 높이기 위해서 고속 회전하는 점에서, 스핀들 (3) 의 길이 L1 을 최대한 짧게 할 필요가 있다. 이들 2 가지의 이유에 의해서, tanθ ≒ (L5 - L4)/L1 로 나타내는 압연기 (1) 에 있어서의 기어 스핀들 (3) 의 경사각 θ 는 어느 정도 커지지 않을 수 없다.
이와 같은 배경에 기초하여, 최근, 전술한 압연 설비의 구동기 (특허) 와 같이, 변속기 (4) 의 상하 출력 축간 거리 L5 를 작게 하는 개발이 행해져온 결과, 고항장력강 압연용 기어 스핀들의 사용 조건으로서 경사각 θ 를 θ ≤ 1.6°로 할 수 있게 되었다. 경사각 θ 의 하한에 대해서는, 변속기의 사양이 설비에 따라서 상이한 것 또는 롤 직경이 사용 중에 변화되는 것을 가미해도 0.6°≤ θ 로 하면 충분하다. 따라서, 고항장력강 압연용 기어 스핀들의 경사각 θ 의 범위는 0.6°≤ θ ≤ 1.6°가 타당하다.
스핀들 내통 (12) 과 스핀들 외통 (20) 의 경사각 θ 를 허용하도록, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 내통 기어부 (40) 의 치선 (43) 을 피치 원에 있어서 곡률 반경 R 이 되도록 치폭 방향을 따라서 만곡하는 원호상을 설정함과 함께, 또한 도 4 에 나타내는 바와 같이, 내통 기어부 (40) 에 있어서의 치단 (44) 의 치면과 외통 기어부 (50) 의 치면 (51) 의 편 접촉을 피하기 위해서, 내통 기어부 (40) 의 티스에 치폭 방향을 따라서 중앙이 팽창되어 양 치단 (44) 이 가늘어지도록 곡률 반경 Cr 의 크라우닝을 설정한다. 치선 반경 R 과 크라우닝 반경 Cr 은 아래의 관계에 있다.
R ＝ Cr × tanα [㎜] … (1)
여기서 α 는 내통 기어부 (40) 에 있어서의 압력각으로서, 본 실시예에서는 압력각 α ＝ 25°로 하고 있다.
또, 본 실시예에서는, 내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 에 있어서의 티스의 크기를 나타내는 모듈 Mn 을 모듈 Mn ＝ 5 [㎜] ∼ 10 [㎜] 로 한다.
상기 서술한 설정에 더하여, 본 실시예의 압연기 (1) 에 구비하는 기어 스핀들 (3) 에 있어서의 내통 기어부 (40) 의 크라우닝 반경 Cr 과 치폭 B 의 설정에 대하여 아래에 설명한다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 내통 기어부 (40) 의 티스에 크라우닝을 설정함으로써, 내통 기어부 (40) 는 외통 기어부 (50) 의 치면 (51) 에 대하여 치단부 (44) 에 있어서 편 접촉 없이, 치면 (42) 에 있어서 탄성 변형을 수반하여 접촉한다. 또, 내통 기어부 (40) 와 외통 기어부 (50) 는 기어 스핀들 (3) 의 회전 중에, 항상 동일한 지점에서 접촉하고 있는 것은 아니고, 접촉하는 지점을 이동시키면서 접촉하고 있다. 요컨대, 내통 기어부 (40) 와 외통 기어부 (50) 의 접촉부는 순간마다 상이한 위치에 있다.
도 5a 및 도 5b 에 나타내는 바와 같이, 순간의 접촉부가 일단측에 가장 가까워지는 접촉부 (90a) (이하, 최단 접촉부 (90a) 라고 한다) 와 순간의 접촉부가 타단측에 가장 가까워지는 접촉부 (90b) (이하, 최단 접촉부 (90b) 라고 한다) 사이를, 1 회전에 1 왕복 주기로 접촉부를 이동시키면서 내통 기어부 (40) 와 외통 기어부 (50) 는 접촉한다. 단, 내통 기어부 (40) 와 외통 기어부 (50) 의 접촉부가 치폭 중심 (41) 에 가까워지면, 내통 기어부 (40) 의 치면 (42) 과 외통 기어부 (50) 의 치면 (51) 이 떨어져 접촉하지 않는 경우도 있다.
크라우닝 반경 Cr 이 작은 경우에는, 도 5a 에 나타내는 바와 같이, 최단 접촉부 (90a 와 90b) 사이의 거리 S1 은 짧고, 내통 기어부 (40) 의 치면 (42) 과 외통 기어부 (50) 의 치면 (51) 이 접촉할 수 있는 범위 (이하, 접촉 범위 S 라고 한다) 는 좁다. 또, 순간마다의 접촉부 (도 5a 에 있어서는 90 a) 의 면적은 작기 때문에, 순간마다의 접촉부에 있어서의 면압 P 는 크다.
한편, 크라우닝 반경 Cr 이 큰 경우에는, 도 5b 에 나타내는 바와 같이, 최단 접촉부 (90a 와 90b) 사이의 거리 S1 은 길고, 접촉 범위 S 는 넓다. 또, 순간마다의 접촉부 (도 5b 에 있어서는 90a) 의 면적은 크기 때문에, 순간마다의 접촉부에 있어서의 면압 P 는 작다.
요컨대, 크라우닝 반경 Cr 을 작게 설정하면, 접촉 범위 S 는 좁아지기 때문에 치폭 B 를 작게 설정할 수 있고, 크라우닝 반경 Cr 을 크게 설정하면 접촉 범위 S 는 넓어지기 때문에 치폭 B 를 크게 설정해야만 한다. 내통 기어부 (40) 에 있어서 큰 크라우닝 반경 Cr 에 비하여 치폭 B 를 작게 설정하고 있는 경우에는, 치단 (44) 이 접촉 범위 S 내가 되어, 치단 (44) 과 편 접촉을 일으키는 것에 의한 티스의 절손 우려가 있다. 그래서, 접촉 범위 S 가 치단 (44) 에 미치지 않도록, 크라우닝 반경 Cr 에 대한 필요 최저한의 치폭 B (이 경우의 치폭을 B1 로 나타낸다) 를 하기 식 (2) 에 기초하여 설정한다.
B1 ＝ 0.0272 × Cr ＋ 28 [㎜] … (2)
이 식 (2) 는 경사각 θ 등에 따라서 상이한데, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 전술한 수치 설정 (경사각 θ ＝ 0.6°∼ 1.6°) 의 범위에 있어서 크라우닝 반경 Cr 에 대해서, 치단 (44) 에 있어서의 편 접촉을 일으킬 우려가 없는 필요 최저한의 치폭 B 를 플롯하여 근사시킨 식 (기어 스핀들 (3) 의 수치 설정으로서 경사각 θ ＝ 0.6°의 경우에 상당한다) 이다.
크라우닝 반경 Cr 에 대한 치폭 B 를 식 (2) 보다 작게 설정하면, 치단 (44) 과 편 접촉을 일으켜 티스에 절손의 우려가 발생된다. 따라서, 치단 (44) 과 편 접촉을 일으키는 것에 의한 티스의 절손 우려를 없애기 위해서, 크라우닝 반경 Cr 에 대한 치폭 B 를 식 (2) 보다 크게 설정한다. 요컨대, 크라우닝 반경 Cr 에 대한 치폭 B 를 B ≥ 0.0272 × Cr ＋ 28 [㎜] 로 한다.
크라우닝 반경 Cr 을 크게 하면, 접촉부 (90a) 의 형상은 치폭 방향으로 연장되고 길어진다. 접촉부 (90a) 에 작용하는 작용력을 치면 (42) 으로부터 치저 (齒底) (45) 를 거쳐 다른 곳으로 전달하는 힘의 경로가 되는 치원에 있어서의 유효 치폭 Bh 도 길어지기 때문에, 치원 굽힘 응력 σ 는 작아진다.
또, 구조상, 외치인 내통 기어부 (40) 의 치원으로 비해서 내치인 외통 기어부 (50) 의 치원은 두껍기 때문에, 외통 기어부 (50) 는 내통 기어부 (40) 보다 강하다. 따라서, 기어 스핀들의 치원 굽힘 강도로서 약한 쪽의 내통 기어부 (40) 의 강도로 나타낸다.
본 실시예에서는, 내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 에 있어서의 티스가 파손될 우려가 없는 허용치로서, 허용 치원 굽힘 응력 σa 를 σa ＝ 39 [㎏/㎟] 로 설정하고, 크라우닝 반경 Cr 에 대해서, 허용 치원 굽힘 응력 σa 가 되는 치폭 B (이 경우의 치폭을 B2 로 나타낸다) 를 하기 식 (3) 에 기초하여 설정한다.
B2 ＝ 59.04 × exp(0.0005 × Cr) [㎜] … (3)
이 식 (3) 은 전술한 수치 설정의 범위에 있어서, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 임의의 경사각 θ 에 대하여 치원 굽힘 응력 σ 가 σ ＝ 39 [㎏/㎟] 가 되는 크라우닝 반경 Cr 과, 그 조건에 있어서 치단 (44) 과 편 접촉을 발생시킬 우려가 없는 치폭 B 를 플롯하여 근사시킨 식이다.
치원 굽힘 응력 σ 를 결정하는 주요 파라미터는 토크 T, 경사각 θ, 기어 스핀들 외경 D, 유효 치폭 Bh 로서, 하기 식 (4) 로 생각할 수 있다.
σ ∝ T × f(θ)/(D2 × Bh) … (4)
여기서, Bh 는 유효 치폭 Bh ＝ f(Cr, T) 이고, 크라우닝 반경 Cr 과 부하 토크 T 에 의존한다.
외적 요인에 의해서 결정되는 임의의 경사각 θ 가 주어졌을 때, 식 (4) 에 의해서 치원 굽힘 응력 σ 를 허용치 σa 이하로 유지하는 허용 최소한의 크라우닝 반경 Cr 이 정해지고, 아울러 식 (3) 에 의해서 허용 최소한의 크라우닝 반경 Cr 에 최적인 최소한의 치폭 B 가 정해진다. 여기서, 크라우닝 반경 Cr 을 필요 최소한 이하의 값으로 설정한 경우, 이를 보완하기 위해서 치폭 B 를 최적의 값보다 큰 값으로 설정해도 강도에 기여하는 경우는 없고, 치원 굽힘 응력 σ 는 허용치 σa 를 초과하여 티스는 절손의 우려가 있다.
경사각 θ 가 주어졌을 때, 식 (3) 의 조건에 있어서, 크라우닝 반경 Cr 과 치폭 B 의 조합을 선정하면, 허용 최소한의 크라우닝 반경 Cr 과 최소한의 치폭 B 를 얻을 수 있다. 따라서, 크라우닝 반경 Cr 을 허용 최소한의 값 이상으로 설정하고, 치폭 B 를 크라우닝 반경 Cr 이 주어졌을 때 편 접촉을 일으키지 않는 최소한의 값으로 설정한다. 이것을 수식에서 나타내면 하기의 식이 된다.
B ≤ 59.04 × exp(0.0005 × Cr) [㎜]
또한, 식 (3) 은, 치단 (44) 과 편 접촉을 일으키는 것에 의한 티스의 절손 우려가 없는 최소한의 치폭 B 에 운전시의 돌발적 최대 부하 등을 고려한 설정 (최소한의 치폭 B 에 있어서의 양 치단 (44) 으로부터 각 20 [㎜] 를 확보한 설정) 으로 산출하여 이루어진다.
또, 내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 에 있어서의 접촉부의 면압 P 는, 내통 기어부 (40) 의 치면 (42) 및 외통 기어부 (50) 의 치면 (51) 에 있어서의 늘어붙음에 크게 영향을 준다. 면압 P 가 큰 경우에는 늘어붙음의 우려가 증대되고, 면압 P 가 작은 경우에는 늘어붙음의 우려가 저감된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 크라우닝 반경 Cr 을 크게 하면 접촉부의 면압 P 는 작아지기 때문에, 내통 기어부 (40) 의 치면 (42) 및 외통 기어부 (50) 의 치면 (51) 에 있어서의 늘어붙음의 우려를 저감시킬 수 있다.
또한, 초고항장력강 압연용 기어 스핀들에 요구되는 고전달 토크 용량, 특히 T/D3 ≤ 0.8 ∼ 1.0 [ton/㎡] 를 만족하기에는, 크라우닝 반경 Cr 이 어느 일정 이상의 값이 아니면 성립되지 않는다. 따라서, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 하한치로서 최소 크라우닝 반경 Cr1 을 Cr1 ＝ 1200 [㎜] 로 설정한다.
크라우닝 반경 Cr 을 최소 크라우닝 반경 Cr1 보다 작게 설정하면, 기어 스핀들 (3) 은 경사각 θ 가 작고, 또한 필요 전달 토크 Tr 이 작은 경우밖에 대응할 수 없게 된다. 따라서, 경사각 θ 가 큰 경우나 필요 전달 토크 Tr 이 큰 경우에도 대응할 수 있도록 크라우닝 반경 Cr 을 Cr1 보다 크게 설정한다. 요컨대, 크라우닝 반경 Cr 을 Cr ≥ 1200 [㎜] 로 한다.
기어 스핀들 (3) 은 내통 기어부 (40) 와 외통 기어부 (50) 가 서로 맞물려 회전하지만, 기어 스핀들 (3) 을 경사각 θ ＝ 0.6°∼ 1.6°에서 양 티스가 서로 간섭하지 않고 원활히 회전하려면, 크라우닝을 설정함과 함께 티스의 간극인 백래시를 설정한다. 백래시량 BL 이 극단적으로 많은 경우에는 티스의 클리어런스가 많아져 진동의 원인이 된다.
본 실시예에서는, 유해한 진동을 일으키지 않기 위한 허용 최대 백래시량 BL 로서 모듈 Mn 에 의존하는 허용치를 하기 식 (4) 에 기초하여 설정한다. 단, 설명을 용이하게 하기 위해서, 여기서는 가공 오차나 경년 변화에 의한 백래시 변동은 고려하지 않는다.
BL ≤ (1 ＋ 0.1 × Mn) [㎜] … (5)
또, 전술한 수치 설정은 경사각 θ ＝ 0.6°∼ 1.6°이기 때문에, 원활히 회전하기 위해서 필요한 백래시량 BL 은 기어 스핀들 (3) 의 경사각 θ 및 크라우닝 반경 Cr 에 따라서도 상이하다. 경사각 θ 가 큰 경우에는 큰 백래시량 BL 이 필요하고, 크라우닝 반경 Cr 이 큰 경우에도 큰 백래시량 BL 이 필요하다. 또, 크라우닝 반경 Cr 이 커지면 필요 치폭 B 도 커진다. 그래서, 크라우닝 반경 Cr 에 대해서 백래시량 BL 이 식 (5) 에 의한 허용치가 되는 치폭 B (이 경우의 치폭을 B3 으로 나타낸다) 를 하기 식 (6) 에 기초하여 설정한다.
B3 ＝ 32 × Cr0 .247 [㎜] … (6)
이 식 (6) 은 전술한 수치 설정의 범위에 있어서, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 임의의 경사각 θ 에 대하여 백래시량 BL 이 식 (5) 에 의한 허용치가 되는 크라우닝 반경 Cr 과, 그 조건에 있어서 치단과 편 접촉을 일으킬 우려가 없는 치폭 B 를 플롯하여 근사시킨 식이다.
또한, 식 (6) 은, 치단 (44) 과 편 접촉을 일으키는 것에 의한 티스의 파손의 우려가 없는 최소한의 치폭 B 에 운전시의 돌발적 최대 부하 등을 고려한 설정 (최소한의 치폭 B 에 있어서의 양 치단 (44) 으로부터 각 20 [㎜] 를 확보한 설정) 으로 산출하여 이루어진다.
외적 요인에 의해서 결정되는 임의의 경사각 θ 가 주어졌을 때 크라우닝 반경 Cr 을 크게 하면, 편 접촉을 방지하기 위해서 필요한 치폭 B 가 커짐과 함께 백래시량 BL 도 커진다.
경사각 θ 가 주어졌을 때, 식 (6) 의 조건에 있어서 크라우닝 반경 Cr 과 치폭 B 의 조합을 선정하면, 허용 최대의 크라우닝 반경 Cr 과 최소 치폭 B 를 얻을 수 있다. 따라서, 크라우닝 반경 Cr 을 허용 최대의 값 이하로 설정하고, 치폭 B 를 크라우닝 반경 Cr 이 주어졌을 때 편 접촉을 일으키지 않는 최소의 값으로 설정한다. 이것을 수식에서 나타내면 하기 식이 된다.
B ≤ 32 × Cr0 .247 [㎜]
다음으로, 크라우닝 반경 Cr 을 크게 하는 것의 디메리트에 대하여 설명한다.
내통 기어부 (40) 에 있어서의 치선 (43) 을 치폭 방향을 따라서 원호상으로 하고 있기 때문에, 치저 (45) 에 있어서의 치저 원의 크기 (이하, 치저 원 직경 DB 라고 한다) 는 치폭 방향을 따라서 변화되고, 치폭 중심 (41) 으로부터 치단 (44) 으로 향함에 따라서 작아진다. 치선 반경 R 과 크라우닝 반경 Cr 은 전술한 식 (1) 의 관계에 있기 때문에, 크라우닝 반경 Cr 이 작은 경우에는 치선 반경 R 은 작고, 크라우닝 반경 Cr 이 큰 경우에는 치선 반경 R 은 크다. 따라서, 동일한 치폭 B 에 있어서는, 크라우닝 반경 Cr 을 크게 하면 치선 반경 R 은 커지기 때문에 치단 (44) 에 있어서의 치저 직경 DB 는 커진다.
한편, 크라우닝 반경 Cr 을 크게 하기에는, 전술한 바와 같이 치단 (44) 에 있어서의 편 접촉을 일으킬 우려가 없는 치폭 B 를 확보하기 위해서 치폭 B 를 크게 할 필요가 있고, 동일한 크라우닝 반경 Cr 및 동일한 치선 반경 R 에 있어서는, 치폭 B 를 크게 하면 치단 (44) 에 있어서의 치저 직경 DB 는 작아진다.
이와 같이, 크라우닝 반경 Cr 을 크게 하면 치저 직경 DB 가 커지는 인자와 작아지는 인자가 있는데, 결과적으로는 치저 직경 DB 가 작아진다. 또, 스핀들 내통 (12) 의 네크부 (11) 에 있어서의 네크 직경 d 는 제작 가공상의 문제로 치저 직경 DB 보다 작게 할 필요가 있다. 요컨대, 크라우닝 반경 Cr 을 크게 하면, 네크부 (11) 에 있어서의 네크 직경 d 가 작아져 네크부 (11) 에 있어서의 비틀림 응력이 상승한다.
또 하나의 디메리트는 스핀들 내통 (12) 의 네크부 (11) 에 있어서의 굽힘 응력의 상승이다.
요컨대, 스핀들 회전 토크에 의해서 스핀들 (3) 에 있어서의 내통 기어부 (40) 의 치면 (42) 에 작용하는 회전력 F 는, 크라우닝 반경 Cr 의 대소에 관계 없이 일정한다. 한편, 내통 기어부 (40) 에는 많은 티스가 형성되어 있는데, 도 5a 및 도 5b 에 나타내는 바와 같이, 회전력 F 를 최단 접촉부 (90a) 에서 받고 있는 티스의 대략 180°반대측의 티스는 최단 접촉부 (90b) 에서 회전력 F 를 받고 있기 때문에, 이 회전력 F 가 스핀들 내통 (12) 의 네크부 (11) 에는 굽힘 모멘트로서 작용한다.
여기서, 최단 접촉부 (90a, 90b) 의 거리 S1 이 굽힘 모멘트 길이이고, 크라우닝 반경 Cr 이 작은 경우보다 크라우닝 반경 Cr 이 큰 편이, 최단 접촉부 (90a, 90b) 의 거리 S1 는 길다. 따라서, 스핀들 내통 (12) 의 네크부 (11) 에는 굽힘 모멘트를 M 으로 했을 때 M ≒ F × S1 이 작용한다. 요컨대, 크라우닝 반경 Cr 을 크게 하면, 네크부 (11) 에 있어서의 굽힘 모멘트 M 이 커져 네크부 (11) 에 있어서의 굽힘 응력이 상승한다.
이상의 2 점에 의해서, 크라우닝 반경 Cr 의 과도한 증대에 의해서 네크부 (11) 의 휨과 비틀림의 합성 응력이 커지고, 스핀들 (3) 의 강도 저하를 일으키지 않도록, 도 6 에 나타내는 바와 같이 상한치로서 최대 크라우닝 반경 Cr2 를 Cr2 ＝ 4000 [㎜] 로 설정한다.
크라우닝 반경 Cr 을 최대 크라우닝 반경 Cr2 보다 크게 설정하면, 네크부 (11) 에 있어서의 비틀림 응력과 굽힘 응력이 함께 상승하기 때문에, 스핀들 내통 (12) 의 네크부 (11) 에 있어서 파손될 우려가 발생된다. 따라서, 네크부 (11) 에 있어서의 비틀림 응력과 굽힘 응력의 합력에 의한 응력의 과대에 의한 네크부 (11) 의 파손 우려를 없애기 위해서, 크라우닝 반경 C 를 최대 크라우닝 반경 Cr2 보다 작게 설정한다. 요컨대, 크라우닝 반경 Cr 을 Cr ≤ 4000 [㎜] 로 한다.
다음으로, 상기 서술한 바와 같이 크라우닝 반경 Cr 및 치폭 B 가 설정된 기어 스핀들 (3) 에는, 추가로 이하의 처리가 행해지고, 또한 형상이 특정된다. 이로써, 내통 기어부 (40) 의 치면 (42) 및 외통 기어부 (50) 의 치면 (51) 에 있어서의 늘어붙음의 우려가 보다 저감되어 스핀들 내통 (12) 의 강도가 높아지기 때문에, 기어 스핀들 (3) 은 큰 전달 토크 T 를 보다 안정적으로 전달하는 것이 가능해진다.
본 실시예의 기어 스핀들 (3) 에 대한 필요 전달 토크 Tr 이 큰 경우에는, 내통 기어부 (40) 의 치면 (42) 및 외통 기어부 (50) 의 치면 (51) 에 걸리는 면압 P 는 크고, 치면 (42, 51) 에 있어서의 열량은 많다. 또, 워크 롤 (2) 의 소직경화에 수반하는 기어 스핀들 (3) 의 소직경화에 의해서, 기어 스핀들 (3) 에 있어서의 내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 에 봉입할 수 있는 윤활유는 적다. 따라서, 내통 기어부 (40) 의 치면 (42) 및 외통 기어부 (50) 의 치면 (51) 이 늘어붙을 우려를 더욱 저감시키기 위해서, 마찰열에 의한 승온을 억제하는 효과가 있는 처리를 행하는 것이 바람직하다.
치면 (42, 51) 이 늘어붙는 원인은 치면 (42, 51) 이 유막 파열을 일으키고, 금속에 접촉하는 것에 의한 발열과 그 발열의 냉각 부족하다. 이 발열의 대책으로는, 면압 P 의 저감, 미끄러짐 속도 V 의 저하, 유막 유지 능력의 증강, 고체 윤활제의 설정 등을 들 수 있고, 냉각력의 대책으로는, 외부 강제 냉각 등을 들 수 있다. 면압 P 의 저감에 대해서는 전술한 크라우닝의 설정에 의한 효과가 기대된다. 미끄러짐 속도 V 의 저하에 대해서는 압연 속도나 경사각 등 압연 조건에 의존하기 때문에 설정 자유도가 낮다. 그래서, 유막 유지 능력의 증강 및 고체 윤활제의 설정에 의해서, 내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 에 있어서의 마찰열의 발생을 억제함과 함께, 외부 강제 냉각에 의해서 스핀들 내통 (12) 및 스핀들 외통 (20) 의 냉각을 촉진하여 치면 (42, 51) 의 승온을 억제한다.
먼저, 내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 의 치면 (42, 51) 에 쇼트 블라스트 가공을 행한다. 쇼트 블라스트 가공은 치면 (42, 51) 에 딤플상의 미세 패임을 생성하고, 그 패임에 오일을 담음으로써 유막 파열을 방지하는 효과가 있다.
다음으로, 내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 의 치면 (42, 51) 에 인산망간 피막 처리를 행한다. 인산망간 피막은 다공질의 결정체이기 때문에 피막에 오일의 유지력이 있음과 함께, 초기 융화성이 양호하기 때문에 마찰열의 발생을 억제하는 효과가 있다.
다음으로, 내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 의 치면 (42, 51) 에 이황화몰리브덴 소성을 행한다. 이황화몰리브덴 소성은 치면 (42, 51) 에 고체 윤활제를 소성함으로써, 만일 오일이 고갈되어도 고체 윤활제에 의해서 금속 접촉을 방지하는 효과가 있다.
다음으로, 워크 롤 (2) 측의 스핀들 외통 (20) 및 변속기 (4) 측의 스핀들 외통 (30) 에 냉각용 유체를 분사하여 부착시키고, 스핀들 외통 (20, 30) 및 스핀들 내통 (12, 13) 의 각 치면 그리고 치면 간의 윤활유를 강제 냉각시킨다.
내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 에 형성한 윤활유실 (63) 은 시일 부재 (64) 에 의해서 외부와 격리되고, 고점도의 윤활유가 봉입되어 있다. 그러나, 윤활유는 고온이 됨에 따라서 점도가 저하되어, 내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 에 있어서 유막 파열이 쉽게 발생되게 된다. 또, 기어 스핀들 (3) 을 고온 상태에서 장기간 사용하면 윤활유의 열화에 의해서 윤활성이 저하된다. 따라서, 외부로부터 기어 스핀들 (3) 을 강제 냉각시키는 것은 유막 파열 방지 및 윤활유의 열화 방지에 매우 효과가 있다.
냉각용 유체로는 압연용 롤 쿨런트나 변속기 윤활용 기어 오일 등을 들 수 있다. 양 유체 모두 냉각 효과는 충분하지만, 기어 스핀들 (3) 에 사용하는 고점도의 윤활유에 비해서 유막 강도가 극히 약하기 때문에 내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 에 있어서의 치면의 윤활제로는 적합하지 않다. 따라서, 상기 서술한 바와 같이, 윤활유실 (63) 을 시일 부재 (64) 에 의해서 외부와 격리함으로써, 냉각용 유체의 윤활유실 (63) 내로의 혼입을 방지함과 함께, 윤활유의 외부로의 유출을 방지하고 있다.
압연용 롤 쿨런트는 피압연재와 워크 롤 (2) 사이의 마찰 계수의 저하나 워크 롤 (2) 의 냉각을 목적으로 하여, 워크 롤 (2) 근방에 다량으로 분사되고 있다. 또, 변속기 윤활용 기어 오일은 변속기 (4) 의 치차나 베어링의 마찰 계수의 저하 또는 냉각을 목적으로, 변속기 (4) 의 내부에 다량으로 분사되고 있다. 따라서, 이들 유체를 기어 스핀들 (3) 의 냉각에 채용하는 것은 비교적 용이함과 함께, 큰 효과를 기대할 수 있다.
기어 스핀들의 최약부는 내통 기어부이기 때문에, 전술한 바와 같이, 내통 기어부 (40) 에 있어서의 크라우닝 반경 Cr 및 치폭 B 를 최적으로 설정함으로써, 내통 기어부 (40) 의 강도를 향상시키고, 기어 스핀들 (3) 로서의 허용 전달 토크 Ta 을 향상시켰다.
그러나, 본 발명에 의해서 내통 기어부 (40) 의 강도가 향상되면, 내통 기어부 (40) 가 기어 스핀들 (3) 의 최약부는 아니게 될 가능성이 있다. 요컨대, 내통 기어부 (40) 의 강도를 향상시켜도 내통 기어부 (40) 이외 부분의 강도가 불충분하면, 기어 스핀들 (3) 의 허용 전달 토크 Ta 를 충분히 크게 할 수는 없다. 따라서, 기어 스핀들 (3) 로서의 허용 전달 토크 Ta 의 향상에는, 그 밖의 부위를 포함하여 전체적인 강도를 향상시키는 것이 불가결하다.
내통 기어부 (40) 를 제외한 기어 스핀들 (3) 의 강도는, 외경이 기어 스핀들 (3) 중에서 최소경이 되는 네크부 (11) 에 있어서의 네크 직경 d 에 의존한다. 네크 직경 d 가 크면 허용 전달 토크 Ta 는 커지고, 네크 직경 d 가 작으면 허용 전달 토크 Ta 는 작아진다.
스핀들 내통 (12) 의 네크부 (11) 에 있어서의 네크 직경 d 는 제작 가공상의 제약에 의해서 치저 직경 DB 보다 작을 필요가 있다. 네크 직경 d 를 크게 하여 네크부 (11) 에 있어서의 파손 우려를 없애기 위해서는, 치저 직경 DB 와 네크 직경 d 의 단차를 제작 가공에 지장이 없는 범위에서 최대한 작게 하는 것이 효과적이다. 본 실시예에서는 크라우닝 등의 가공에 지장이 없는 기어 스핀들 (3) 에 있어서의 네크 직경 d 의 하한치를 하기 식 (7) 에 기초하여 설정한다.
Figure 112015054302598-pct00002
종래의 기어 스핀들 (예를 들어, 특허문헌 1) 에서는 네크 직경/피치 원 직경 ＝ d/DP ≒ 0.78 인 것에 비해서, 본 실시예의 기어 스핀들 (3) 에서는 네크 직경 d 를 식 (7) 에 있어서의 하한치로 설정함으로써 네크 직경/피치 원 직경 ＝ d/DP ≒ 0.89 가 된다. 비틀림 강도나 굽힘 강도는 직경의 3 제곱에 비례하기 때문에, 본 실시예의 기어 스핀들 (3) 에 있어서의 강도는 종래의 기어 스핀들에 있어서의 강도에 비해서,
(0.89)3/(0.78)3 ＝ 1.49 ≒ 150 ％
가 된다. 요컨대, 기어 스핀들 (3) 에 있어서의 네크 직경 d 를 식 (7) 의 범위에서 설정함으로써, 네크부 (11) 에 있어서의 비틀림 강도를 종래에 비해서 150 ％ 정도 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 기어 스핀들 (3) 에는, 네크부 (11) 의 기계적 강도를 향상시키기 위해서, 스핀들 내통 (12) 에 있어서의 네크 직경 d 가 되는 범위로 침탄 ??칭 처리를 행하고 있다. 침탄 처리는 표준 열처리인 조질 처리에 비해서 강도가 약 150 ％ 정도 향상된다. 이 침탄 처리와, 전술한 네크 직경 d 의 식 (7) 에 기초하는 형상의 특정을 합치면, 네크부 (11) 에 있어서의 비틀림 강도나 굽힘 강도가 150 ％ × 150 ％ ＝ 225 ％ 가 되어 종래에 비해서 2 배 이상으로 향상시킬 수 있다.
다음으로, 기어 스핀들 (3) 의 크라우닝 반경 Cr 및 치폭 B 의 설정 및 작용에 대해서 구체예를 사용하여 상세하게 설명한다. 또한, 수치 설정 A 로서 모듈 Mn ＝ 10 [㎜], 경사각 θ ＝ 1.2°로 한다.
수치 설정 A 에 있어서, 크라우닝 반경 Cr 에 대해서 치단 (44) 에 있어서의 편 접촉을 일으킬 우려가 없는 치폭 B 는 치폭 B4 (도 6) 이다. 크라우닝 반경 Cr 에 대한 치폭 B 를 B4 선보다 작게 설정하면, 치단 (44) 과 편 접촉을 일으키는 것에 의한 티스의 절손의 우려가 발생된다. 따라서, 크라우닝 반경 Cr 에 대한 치폭 B 를 B4 선 이상 (도 6 중의 B4 선으로부터 상부) 에서 설정한다.
크라우닝 반경 Cr 에 대한 치폭 B 가 B4 선 이상이 되는 점 Q1 과 점 Q2 의 설정을 비교한다. 점 Q1 은 B4 선 상의 점 Q2 에 대해서, 크라우닝 반경 Cr 을 유지한 상태에서 치폭 B 만을 확대한 설정이다. 점 Q1 과 점 Q2 의 설정에 있어서는, 크라우닝 반경 Cr 의 설정이 동일한 값이기 때문에, 유효 치폭 Bh ＝ f(Cr, T) 도 동등하다. 따라서, 점 Q1 의 설정은 점 Q2 의 설정에 비해서 치원 굽힘 강도는 향상되지 않고, 네크 직경 d 는 치폭 B 를 확대한 분만큼 가늘어지기 때문에 강도가 저하된다. 요컨대, 치폭 B 를 B4 선보다 상측에 설정해도 치원 굽힘 강도에 기여하지는 않고, 기어 스핀들 (3) 로서는 네크부 (11) 의 강도 저하나 제조 비용 등의 관점에서 치폭 B 를 필요 최소로 하는 B4 선 상에서 설정하는 것이 바람직하다.
다음으로, 크라우닝 반경 Cr 에 대하여 허용 치원 굽힘 응력 σ ＝ 39 [㎏/㎟] 가 되는 것은 치폭 B2 이다. B4 선 상에 있어서 크라우닝 반경 Cr 이 B2 선보다 밑도는 점 Q3 에 설정하면 치원 강도는 부족하다. 그래서, 크라우닝 반경 부족을 보충하는 목적에서 치폭 B 를 증대시켜 점 Q4 에 설정해도 치폭 B 의 증대는 강도에 기여하지는 않고, 역으로 약간이라도 네크 직경 강도가 저하된다. 따라서, 점 Q3 과 점 Q4 양방 모두 치원 강도는 부족하고, 내통 기어부 (40) 및 외통 기어부 (50) 에 있어서의 티스에 절손의 우려가 있다. 따라서, 크라우닝 반경 Cr 에 대한 치폭 B 를, B2 선과 B4 선이 교차하는 점 Q5 보다 큰 크라우닝 반경 Cr 및 치폭 B (도 6 중의 점 Q5 로부터 우측) 에 설정한다.
다음으로, 크라우닝 반경 Cr 에 대하여 백래시량 BL 이 최대치 (수치 설정 A 에 있어서는, BL ＝ 1 ＋ 0.1 × Mn ＝ 2 [㎜]) 가 되는 것은 치폭 B3 이다. 크라우닝 반경 Cr 에 대한 치폭 B 를, B3 선과 B4 선이 교차하는 점 Q6 보다 작은 크라우닝 반경 Cr 및 치폭 B (도 6 중의 점 Q6 으로부터 좌측) 에 설정한다. 크라우닝 반경 Cr 에 대한 치폭 B 를 B3 선보다 크게 설정하면 (예를 들어, 점 Q7 로 하면), 백래시량 BL 의 과대에 의해서 기어 스핀들 (3) 의 진동이 커져, 피압연재의 판두께 변동이나 평탄도 악화 등 압연 성능의 악화를 초래할 우려가 있다.
이상과 같이, 크라우닝 반경 Cr 및 치폭 B 를 B4 선 상에 있어서의 점 Q5 로부터 점 Q6 까지의 사이에 설정함으로써, 기어 스핀들 (3) 을 백래시 과대에 의해서 진동이 발생되지도 않고, 게다가 허용 치원 굽힘 응력 σa 를 초과하여 티스를 절손시키지도 않아 종래보다 고속 회전이고 또한 큰 전달 토크 T 에 대응할 수 있다.
또한, 크라우닝 반경 Cr 및 치폭 B 를 B4 선 상에 있어서의 점 Q5 에 가까운 설정으로 한 경우에는, BL 양이 작아 래틀이 작기 때문에 보다 고속 회전에 대응할 수 있다. 또, 크라우닝 반경 Cr 및 치폭 B 를 B4 선 상에 있어서의 점 Q6 에 가까운 설정으로 한 경우에는, 크라우닝 반경 Cr 이 크기 때문에 면압 P 가 작고 치원 굽힘 응력 σ 도 작아져 보다 큰 전달 토크에 대응할 수 있다. 또한, 도 6 에 나타내는 바와 같이, B4 선 상에 있어서의 점 Q5 와 점 Q6 사이에서의 설정은 최대 크라우닝 반경 Cr2 보다 작은 설정이기 때문에, 네크부 (11) 의 비틀림 응력과 굽힘 응력의 합력에 의해서 기어 스핀들 (3) 이 파손되는 경우는 없다.
본 실시예에서는 설명의 편의상, 기어 스핀들 외경 D, 허용 전달 토크 Ta 의 강도 지수 T/D3, 치폭 B, 경사각 θ, 모듈 Mn 으로서 개별 수치를 사용하여 설명했지만, 본 발명은 이들 각 수치에 한정되지 않는다. 도 6 에 나타내는 곡선과 직선 Cr1 , B2, B3, Cr2, B1 에 둘러싸인 영역의 크라우닝 반경 Cr 과 치폭 B 의 조합이라는 특징을 살리고, 기어 스핀들의 강도를 향상시킴으로써 종래보다 더욱 워크 롤 및 기어 스핀들을 소직경화할 수 있다.
또, 주로 고항장력강 압연에 적합한 기어 스핀들로서 소개했는데, 본 실시예에 관련된 기어 스핀들 및 그것을 구비하는 압연기는 허용 전달 토크 성능을 향상시키고 있어 적용 범위가 넓다. 따라서, 고항장력강보다 경도가 낮은 압연재나 비교적 고경도인 압연재의 압연에도 적합하다.
실시예 2
본 실시예에 있어서는, 크라우닝 반경 Cr 에 대한 치폭 B 의 설정 범위인 치폭 B2 의 식 (3) 및 치폭 B3 의 식 (6) 은, 치단 (44) 과 편 접촉을 일으키는 것에 의한 티스의 절손의 우려가 없는 필요 최소한의 치폭 B 에 운전시의 돌발적 최대 부하 등을 고려하지 않은 설정 (필요 최소한의 치폭 B 에 있어서의 양 치단 (44) 으로부터 각 20 [㎜] 를 확보하지 않은 설정) 으로 산출하여 이루어진다.
이 운전시의 돌발적 최대 부하는 피압연재의 사양, 운전 조건 등에 의존하는 것으로서, 모두 일률적인 것은 아니다. 즉, 돌발적 최대 부하를 상정할 필요가 없는 경우에는 치폭 B 를 필요 최소한까지 더욱 좁일 수 있다.
그래서, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 치단 (44) 과 편 접촉을 일으키는 것에 의한 티스의 파손의 우려가 없는 필요 최소한의 치폭 B 로서, 치폭 B2 대신에 치폭 B20 을 하기 식 (8) 에 기초하여 설정한다.
B20 ＝ 18 × exp(0.001 × Cr) [㎜] … (8)
이 식 (8) 은 전술한 수치 설정의 범위에 있어서 상기 조건을 가미하여, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 임의의 경사각 θ 에 대하여 치원 굽힘 응력 σ 가 허용 치원 굽힘 응력 σa (＝ 39 [㎏/㎟]) 가 되는 크라우닝 반경 Cr 과, 그 조건에 있어서 치단과 편 접촉을 일으킬 우려가 없는 치폭 B 를 플롯하여 근사시킨 식이다.
외적 요인에 의해서 결정되는 임의의 경사각 θ 가 주어졌을 때, 식 (4) 에 의해서 치원 굽힘 응력 σ 를 허용 치원 굽힘 응력 σa 이하로 유지하는 필요 최소한의 크라우닝 반경 Cr 이 정해지고, 아울러 식 (7) 에 의해서 허용 최소한의 크라우닝 반경 Cr 에 최적인 최소한의 치폭 B 도 정해진다. 여기서, 크라우닝 반경 Cr 을 필요 최소한 이하의 값으로 설정한 경우, 이를 보완하기 위해서 치폭 B 를 최적인 값보다 큰 값으로 설정해도 강도에 기여하지는 않고, 치원 굽힘 응력 σ 는 허용 치원 굽힘 응력 σa 를 초과하여 티스는 절손의 우려가 있다.
경사각 θ 가 주어졌을 때, 식 (8) 의 조건에 있어서, 크라우닝 반경 Cr 과 치폭 B 의 조합을 선정하면, 허용 최소한의 크라우닝 반경 Cr 과 최소한의 치폭 B 를 얻을 수 있다. 따라서, 크라우닝 반경 Cr 을 허용 최소한의 값 이상으로 설정하고, 치폭 B 를 크라우닝 반경 Cr 이 주어졌을 때, 편 접촉을 일으키지 않는 최소한의 값으로 설정한다. 이것을 수식에서 나타내면 하기 식이 된다.
B ≤ 18 × exp(0.001 × Cr) [㎜]
요컨대, 티스의 허용 전달 토크 Ta 를 저감하지 않고, 허용 치원 굽힘 응력 σa (＝ 39 [㎏/㎟]) 를 초과하지 않고, 또한 식 (3) 에 의한 치폭 B2 보다 좁은 치폭 B20 을 설정할 수 있다.
이와 같이 치폭 B 를 보다 좁게 설정함으로써, 추가적인 비용 삭감이나 경량화 및 컴팩트화를 도모할 수 있다. 또, 기어 스핀들 (3) 의 중심 거리 L3 (도 1) 및 전체 길이 L1 (도 2) 가 작아지기 때문에, 기어 스핀들 (3) 을 보다 진동이 잘 발생되지 않는 것으로 할 수 있다.
또, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 크라우닝 반경 Cr 에 대해서 백래시량 BL 이 식 (5) 에 의한 허용치가 되는 치폭 B 로서, 치폭 B3 대신에 치폭 B30 을 하기 식 (9) 에 기초하여 설정한다.
B30 ＝ 19 × Cr0 .292 [㎜] … (9)
이 식 (9) 은 전술한 수치 설정의 범위에 있어서 상기 조건을 가미하고, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 임의의 경사각 θ 에 대해서 백래시량 BL 이 식 (5) 에 의한 허용치가 되는 크라우닝 반경 Cr 과, 그 조건에 있어서 치단과 편 접촉을 일으킬 우려가 없는 치폭 B 를 플롯한 근사식이다.
외적 요인에 의해서 결정되는 임의의 경사각 θ 가 주어졌을 때, 크라우닝 반경 Cr 을 크게 하면 편 접촉을 방지하기 위해서 필요한 치폭 B 가 확대됨과 함께 백래시량 BL 을 크게 한다.
경사각 θ 가 주어졌을 때, 식 (9) 의 조건에 있어서, 크라우닝 반경 Cr 과 치폭 B 의 조합을 선정하면 허용 최대한의 크라우닝 반경 Cr 과 최소한의 치폭 B 를 얻을 수 있다. 따라서, 크라우닝 반경 Cr 을 허용 최대한의 값 이하로 설정하고, 치폭 B 를 크라우닝 반경 Cr 이 주어졌을 때 편 접촉을 일으키지 않는 최소한의 값으로 설정한다. 이것을 수식에서 나타내면 하기 식이 된다.
B ≤ 18 × exp(0.001 × Cr) [㎜]
본 실시예에서는 설명의 편의상, 기어 스핀들 외경 D, 허용 전달 토크 Ta 의 강도 지수 T/D3, 치폭 B, 경사각 θ, 모듈 Mn 로서 개별 수치를 사용하여 설명했지만, 본 발명은 이들 각 수치에 한정되지 않는다. 도 7 에 나타내는 곡선과 직선 Cr1, B20, B30, Cr2, B1 에 둘러싸인 영역의 크라우닝 반경 Cr 과 치폭 B 의 조합이라는 특징을 살리고, 기어 스핀들의 강도를 향상시킴으로써 종래보다 더욱 워크 롤 및 기어 스핀들을 소직경화할 수 있다.
또, 주로 고항장력강 압연에 적합한 기어 스핀들로서 소개했는데, 본 실시예에 관련된 기어 스핀들 및 그것을 구비하는 압연기는 허용 전달 토크 성능이 향상되어 있어 적용 범위가 넓다. 따라서, 고항장력강보다 경도가 낮은 압연재나 비교적 고경도인 압연재의 압연에도 적합하다.
물론, 워크 롤 및 기어 스핀들의 추가적인 소직경화를 수반하지 않고, 압연기로서 초고항장력강을 압연하기 위한 충분한 압연 하중을 걸 수 있는 경우에는, 본 실시예에 관련된 기어 스핀들 및 그것을 구비하는 압연기는 허용 전달 토크 성능을 향상시키고 있기 때문에 초고항장력강을 압연할 수 있다.
1 : 압연기
2 : 워크 롤
3 : 기어 스핀들
4 : 변속기
5 : 기어 커플링
6 : 전동기
10 : 중간축
11 : 스핀들 내통의 네크부
12 : 스핀들 내통 (워크 롤측)
13 : 스핀들 내통 (변속기측)
20 : 스핀들 외통 (워크 롤측)
30 : 스핀들 외통 (변속기측)
40 : 내통 기어부
41 : 치폭 중심
42 : 치면
43 : 치선
44 : 치단
45 : 치저
50 : 외통 기어부
51 : 치면
60 : 타원공
61 : 타원공의 개방 단부
62 : 격벽
63 : 윤활유실
64 : 시일 부재
70 : 워크 롤 타원부
80 : 변속 분배 치차축
90 : 접촉부
B : 치폭
Cr : 크라우닝 반경
R : 치선 반경
BL : 백래시량
D : 기어 스핀들 외경
DP : 피치 원 직경
DB : 치저 직경
DW : 워크 롤 직경
d : 네크부 직경

Claims (10)

  1. 일단측에 외치차의 내통 기어부를 형성한 스핀들 내통과, 상기 내통 기어부와 끼워맞추는 내치차의 외통 기어부를 형성한 스핀들 외통이, 그 축을 0.6 도 내지 1.6 도 경사시켜 이루어지는 기어 스핀들에 있어서,
    상기 내통 기어부에 있어서의 치폭 B 의 티스에, 치폭 방향을 따라서 중앙이 팽창되어 양 치단이 가늘어지는 반경 Cr 의 크라우닝을 형성하고,
    상기 치폭 B 와 상기 크라우닝 반경 Cr 을,
    Cr ＝ 1200 [㎜] 와,
    Cr ＝ 4000 [㎜] 와,
    B ＝ 0.0272 × Cr ＋ 28 [㎜] 와,
    B ＝ 59.04 × exp(0.0005 × Cr) [㎜] 와,
    B ＝ 32 × Cr0 .247 [㎜] 를 그래프화하여 둘러싸서 이루어지는 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
  2. 제 1 항에 있어서,
    B ＝ 0.0272 × Cr ＋ 28 [㎜] 는,
    0.6 도의 경사각에서의, 임의의 크라우닝 반경 Cr 과, 당해 크라우닝 반경 Cr 에서 상기 내통 스핀들의 티스가 치단 접촉을 일으키지 않는 최소 치폭으로 이루어지는 무수한 교점을 연결하여 이루어지는 직선이고,
    B ＝ 59.04 × exp(0.0005 × Cr) [㎜] 는,
    0.6 도 내지 1.6 도의 범위에 있어서의 임의의 경사각에서의, 상기 내통 기어부에 걸리는 치원 굽힘 응력이 허용 최대치가 되는 크라우닝 반경 Cr 과, 당해 크라우닝 반경 Cr 에서 상기 스핀들 내통의 티스가 치단 접촉을 일으키지 않는 최소 치폭에 40 [㎜] 를 더하여 이루어지는 무수한 교점을 연결하여 이루어지는 곡선이고,
    B ＝ 32 × Cr0 .247 [㎜] 는,
    0.6 도 내지 1.6 도의 범위에 있어서의 임의의 경사각에서의, 임의의 크라우닝 반경 Cr 과, 당해 크라우닝 반경 Cr 에서 상기 내통 스핀들의 티스가 치단 접촉을 일으키지 않는 최소 치폭에 40 [㎜] 를 더하여 이루어지는 치폭 B 와의 조합에서 필요한 백래시가, 상기 내통 기어부와 상기 외통 기어부에 있어서의 허용 최대 백래시가 되는 무수한 교점을 연결하여 이루어지는 곡선인 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
  3. 일단측에 외치차의 내통 기어부를 형성한 스핀들 내통과, 상기 내통 기어부와 끼워맞추는 내치차의 외통 기어부를 형성한 스핀들 외통이, 그 축을 0.6 도 내지 1.6 도 경사시켜 이루어지는 기어 스핀들에 있어서,
    상기 내통 기어부에 있어서의 티스에, 치폭 방향을 따라서 중앙이 팽창되어 양 치단이 가늘어지는 반경 Cr 의 크라우닝을 형성하고,
    상기 치폭 B 와 상기 크라우닝 반경 Cr 을,
    Cr ＝ 1200 [㎜] 와,
    Cr ＝ 4000 [㎜] 와,
    B ＝ 0.0272 × Cr ＋ 28 [㎜] 와,
    B ＝ 18 × exp(0.001 × Cr) [㎜] 와,
    B ＝ 19 × Cr0 .292 [㎜] 를 그래프화하여 둘러싸서 이루어지는 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
  4. 제 3 항에 있어서,
    B ＝ 0.0272 × Cr ＋ 28 [㎜] 는,
    0.6 도의 경사각에서의, 임의의 크라우닝 반경 Cr 과, 당해 크라우닝 반경 Cr 에서 상기 내통 스핀들의 티스가 치단 접촉을 일으키지 않는 최소 치폭으로 이루어지는 무수한 교점을 연결하여 이루어지는 직선이고,
    B ＝ 18 × exp(0.001 × Cr) [㎜] 는,
    0.6 도 내지 1.6 도의 범위에 있어서의 임의의 경사각에서의, 상기 내통 기어부에 걸리는 치원 굽힘 응력이 허용 최대치가 되는 크라우닝 반경 Cr 과, 당해 크라우닝 반경 Cr 에서 상기 스핀들 내통의 티스가 치단 접촉을 일으키지 않는 최소 치폭으로 이루어지는 무수한 교점을 연결하여 이루어지는 곡선이고,
    B ＝ 19 × Cr0 .292 [㎜] 는,
    0.6 도 내지 1.6 도의 범위에 있어서의 임의의 경사각에서의, 임의의 크라우닝 반경 Cr 과, 당해 크라우닝 반경 Cr 에서 상기 내통 스핀들의 티스가 치단 접촉을 일으키지 않는 최소 치폭과의 조합에서 필요한 백래시가, 상기 내통 기어부와 상기 외통 기어부에 있어서의 허용 최대 백래시가 되는 무수한 교점을 연결하여 이루어지는 곡선인 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
  5. 제 1 항에 있어서,
    치면에 쇼트 블라스트 가공을 행한 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
  6. 제 1 항에 있어서,
    치면에 인산망간 피막 처리를 행한 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
  7. 제 1 항에 있어서,
    치면에 이황화몰리브덴 피막 처리를 행한 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
  8. 제 1 항에 있어서,
    스핀들 외통과 스핀들 내통의 외표면에 냉각용 유체를 분사하여 부착시킴으로써, 치면 윤활제 및 스핀들 외통과 스핀들 내통의 각 치면을 강제 냉각시키는 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 내통 기어부에 있어서의 피치 원 직경을 DP [㎜],
    기어 압력각을 α [도],
    기어 모듈을 Mn [㎜],
    크라우닝 반경을 Cr [㎜],
    치폭을 B [㎜],
    상기 내통 스핀들의 치단부로부터 네크부로 옮겨가는 부위의 최소 직경을 d [㎜],
    치선에 형성한 원호상의 곡률 반경을 R ＝ Cr × tanα [㎜] 로 하고,
    [수학식 1]
    Figure 112015054302598-pct00003

    로 하는 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
  10. 피압연재를 압연하기 위한 상하 1 쌍의 워크 롤과, 상하 1 쌍의 워크 롤과 각각 독립적으로 연결되고, 상하 1 쌍의 워크 롤에 각각 독립적으로 회전 동력을 전달하는 상하 1 쌍의 기어 스핀들과, 상하 1 쌍의 기어 스핀들과 연결되는 변속기와, 변속기와 연결되고, 변속기에 회전 동력을 전달하는 기어 커플링과, 기어 커플링과 연결되고, 기어 커플링에 회전 동력을 공급하는 전동기를 구비하는 압연기에 있어서,
    상기 기어 스핀들이 제 1 항에 기재된 기어 스핀들인 것을 특징으로 하는 압연기.
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