(57)【要約】【課題】生産品質要求を満たすように鉄および鉄鋼ロールを研削する研削砥石であって、その研削加工中に最低限の砥石磨耗補正、プロフィール誤差補正、またはテーパー誤差補正を必要とする研削砥石である。前記研削砥石は、ボンドシステムに含まれる天然ダイアモンド、合成ダイアモンド、立方晶窒化ホウ素、およびそれらの混合物を含む一群から選択される超砥粒材から本質的に成るものであって、より長い砥石寿命を有し、且つ、望ましいロール形状を実現するために前記ロールから削除される金属材料の量を最小限にするものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するロール表面を有する鉄ロールを、回転する研削砥石で研削する方法であって、前記鉄ロールは６５ＳＨＣより高い硬度を有し、その最小直径は少なくとも１０インチで且つその長さは少なくとも２フィートであり、
ａ）機械スピンドルに研削砥石を取り付け、この研削砥石の回転軸とロール回転軸間の角度が約２５度未満となるように設定する工程と、
ｂ）軸のテーパー公差（ＴＴ）の径方向の砥石磨耗補正（ＷＷＣ）に対する比率が１０より大きくなるように維持させながら、回転するロール表面に前記回転する砥石を接触させ、前記ロールの軸方向の全長に亘って前記砥石を移動させる工程と、
ｃ）前記ロール表面にフィードマーク、びびりマーク、および表面不整が実質的に無い状態にしながら、前記ロール表面を５マイクロメートル未満のロール表面粗さＲａに研削する工程と
を有する方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記ロールは３マイクロメートル未満のロール表面粗さＲａに研削されるものである。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記ロールは１．２５マイクロメートル未満のロール表面粗さＲａに研削されるものである。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記鉄ロール表面は前記ロール材料の熱劣化が実質的に無いものである。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、前記ＴＴのＷＷＣに対する比率は、２５より高いものである。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、前記ＴＴのＷＷＣに対する比率は、５０より高いものである。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記鉄ロールは直径が少なくとも１８インチであり、長さが少なくとも２フィートである。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、前記研削砥石はボンドシステム中で、天然ダイアモンド、合成ダイアモンド、立方晶窒化ホウ素、およびそれらの混合物の群から選択される、ヌープ硬度が３０００ＫＨＮより高い超砥粒材料から成る層を含み、ヌープ硬度が３０００ＫＨＮ未満の副研磨材料を有し若しくは有さない、ものであるである。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、前記超砥粒材料は立方晶窒化ホウ素である。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において，前記研削砥石ボンドシステム中の前記立方晶窒化ホウ素の量は、１０〜６０体積％の範囲である。
【請求項１１】
請求項９記載の方法において、前記研削砥石ボンドシステム中の前記立方晶窒化ホウ素の量は、２０〜５０体積％の範囲である。
【請求項１２】
請求項８記載の方法において、前記ボンドシステムは、ａ）粘土、長石、石灰、ホウ砂、ソーダ、ガラスフリット、フリット化された材料、およびそれらの組合せのうち少なくとも１つを有するビトリファイドボンド、およびｂ）フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、およびそれらの混合物のうち少なくとも１つを有する樹脂ボンドシステム、のうち１つを有するものである。
【請求項１３】
請求項１記載の方法において、前記研削砥石は、３６００〜１２０００ｆｐｍで回転するものである。
【請求項１４】
請求項１記載の方法において、前記方法は、１つのパスまたは複数のパスで前記鉄ロールから金属材料を削除する工程をさらに有するものである。
【請求項１５】
請求項１記載の方法において、前記ロールから２ｃｃ／分より大きい率で材料は削除される。
【請求項１６】
請求項１記載の方法において、前記ロールから２０ｃｃ／分より大きい率で材料は削除される。
【請求項１７】
請求項１記載の方法において、前記ロールから３５ｃｃ／分より大きい率で材料は削除される。
【請求項１８】
請求項１記載の方法において、前記研削は、研削比が少なくとも２０で実行されるものである。
【請求項１９】
請求項１記載の方法において、前記研削砥石は、前記ロールの回転軸に実質的に平行な回転軸を有するものである。
【請求項２０】
請求項１記載の方法において、前記鉄ロールは、前記ロール軸沿いの凸クラウン、凹クラウン、連続値プロフィール、および多項式形状の１つから選択される表面形状を有し、研削される形状プロフィール公差が０．０５ｍｍ未満である表面形状を有する回転体である。
【請求項２１】
請求項１記載の方法において、前記研削砥石は、トラバース速度が少なくとも５０ｍｍ／分である。
【請求項２２】
請求項１記載の方法において、前記研削砥石は、最小摩耗ロール直径から約０．２ｍｍ未満の研削金属材料を削除するものである。
【請求項２３】
請求項１記載の方法において、前記研削砥石は、最小摩耗ロール直径から約０．１ｍｍ未満の研削金属材料を削除するものである。
【請求項２４】
請求項１記載の方法において、前記研削砥石は、最小摩耗ロール直径から約０．０５ｍｍ未満の研削金属材料を削除するものである。
【請求項２５】
請求項１記載の方法において、前記研削砥石は、最小摩耗ロール直径から約０．０２５ｍｍ未満の研削金属材料を削除するものである。
【請求項２６】
請求項１記載の方法において、前記研削砥石は、プロフィール誤差補正またはテーパー誤差修正パスと共にまたは無しで、前記鉄ロールの研削を実行する。
【請求項２７】
回転する鉄ロール表面を有する鉄ロールを回転する研削砥石で研削する方法であって、
ａ）機械スピンドルに前記研削砥石を取り付ける工程と、
ｂ）回転するロール表面に前記回転する砥石を接触させ、前記ロールの軸方向の長さ全体に亘って前記砥石を移動させる工程と、
ｃ）前記研削砥石の回転速度と前記ミルロール回転速度のうちの少なくとも１つ若しくは両方が、１〜３０秒間に＋／−１〜４０％の振幅の量で変動するのを維持しながら前記ロール表面を研削する工程と、
を有する方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法において、前記砥石の回転数（ｒｐｍ）は５秒未満の期間内で＋／−２０％の振幅で変動するものである。
【請求項２９】
請求項２７記載の方法において、前記ロールは３マイクロメートル未満の表面粗さＲａで研削されるものである。
【請求項３０】
請求項２７記載の方法において、前記ロール表面は前記ロール材料の熱劣化が実質的に無いものである。
【請求項３１】
請求項２７記載の方法において、前記ＴＴのＷＷＣに対する比率は、２５より高いものである。
【請求項３２】
請求項２７記載の方法において、前記ロールは直径が少なくとも１８インチであり、長さが少なくとも２フィートである。
【請求項３３】
請求項２７記載の方法において、前記研削砥石はボンドシステム中で、天然ダイアモンド、合成ダイアモンド、立方晶窒化ホウ素、およびそれらの混合物の群から選択される、ヌープ硬度が３０００ＫＨＮより高い超砥粒材料から成る層を含み、ヌープ硬度が３０００ＫＨＮ未満の副研磨材料を有し若しくは有さない、研削砥石である。
【請求項３４】
請求項３３記載の方法において、前記超砥粒材料は立方晶窒化ホウ素である。
【請求項３５】
請求項３４記載の方法において，前記研削砥石ボンドシステムの前記立方晶窒化ホウ素の量は、１０〜６０体積％の範囲である。
【請求項３６】
請求項３３記載の方法において、前記ボンドシステムは、ａ）粘土、長石、石灰、ホウ砂、ソーダ、ガラスフリット、フリット化された材料、およびそれらの組合せのうち少なくとも１つを有するビトリファイドボンド、およびｂ）フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、およびそれらの混合物のうち少なくとも１つを有する樹脂ボンドシステム、のうち１つを有するものである。
【請求項３７】
請求項２７記載の方法において、前記研削砥石は、３６００〜１２０００ｆｐｍで回転するものである。
【請求項３８】
請求項２７記載の方法において、前記研削は、研削比が少なくとも２０で実行されるものである。
【請求項３９】
請求項２７記載の方法において、前記研削砥石は、前記ロールの回転軸に実質的に平行な回転軸を有するものである。
【請求項４０】
請求項２７記載の方法において、前記研削砥石は、最小摩耗ロール直径から０．２ｍｍ未満の金属材料を削除するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許明細書は、２００３年１２月２３日に申請された米国特許仮出願第６０／５２３，３２１号に対する優先権を主張するものであって、前記仮出願は参照によりここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は、鉄ロール研削用途に用いられる研削砥石と、望ましい形状品質になるまでロールを再研削する方法に関連する。また、本発明は、主研磨材として立方晶窒化ホウ素をボンドシステムに有する研削砥石にも関連する。
【背景技術】
【０００３】
圧延は、様々な厚みのストリップ、プレート、またはシートを生産するために、鉄鋼、アルミニウム、銅、製紙などの産業で用いられる成形加工方法である。ロールは、圧延用途のニーズを満たすよう、特定の幾何公差および表面完全性の規格で様々な形（プロフィール）に形成される。一般に、ロールは、鉄、鉄鋼、超硬合金、花こう岩、またはそれらの複合材料で作られる。圧延動作において、前記ロールにはかなりの磨耗と表面性状の変化が生じるため、機械加工または研削加工、すなわち「ロール研削」によって前記ロールを定期的に再成形することにより、ロール表面からフィードラインやびびりマーク、スクラッチマークおよび／または熱劣化のような表面不整をなくし、必要な幾何公差に修復する必要がある。前記ロールの研削は、前記ロール表面を移動する研削砥石によって行われ、この研削砥石は、専用のロール研削機（オフライン）か、またはストリップ圧延ミルでの場合のように、ミルのロールスタンドに取り付けられたロール研削装置（オンライン）に取り付けられる。
【０００４】
これら双方の方法に共通する問題は、金属材料の削除を最低限に抑えつつ、目に見えるフィードマーク、びびりマーク、または表面不整なしに、前記ロールを正しいプロフィールの形状にいかに修復するかである。フィードラインまたはフィードマークとは、前記ロールの１回転当たりに前記砥石が進む距離に相当する、前記ロール表面上で前記砥石の先端位置に付く跡である。びびりマークとは、前記ロールの円周上に周期的に生じる砥石車加工の接触線であって、その原因は、砥石の振れ誤差（ｒｕｎ  ｏｕｔ  ｅｒｒｏｒ）であるか、または研削砥石の不釣り合い、スピンドル軸受け、機械構造、機械フィード軸、モータードライブ、油圧・電気的衝撃など前記研削システムの複数の振動源から生じる振動であるかのどちらかである。フィードマークとびびりマークは、前記ロールの耐用性に影響を与え、望ましくない表面性状を完成品に与えるので、両方とも前記ロールにとって好ましくないものである。前記ロールの表面不整は、研削後の前記ロール被削面のスクラッチマークおよび／または熱劣化に関連する。スクラッチマークは、前記砥石から外れた研磨粒子または研削切りくずが前記ロールの表面をランダムに削ることによって作られる。用途にもよるが、通常は前記ロールを目視検査してスクラッチマークの有無を判断し、合格または不合格とする。前記ロール表面の熱劣化は、研削加工中の過熱によるもので、研削表面またはその付近のロール材のミクロ構造を変化させる原因であり、ときには前記ロールの亀裂の原因となる。研削後の前記ロールの熱劣化は、渦電流法および超音波検査法によって検出する。
【０００５】
通常、オフラインロール研削法での研削機の装備は、前記研削砥石の回転軸をワークロール回転軸と平行にして、前記回転ロール表面と接触する前記回転砥石が前記ロールの軸に沿って移動して望ましい幾何形状を作り出すように行われる。ロール研削機は、Ｐｏｍｉｎｉ（イタリア、ミラノ）、Ｗａｌｄｒｉｃｈ  Ｓｉｅｇｅｎ（ドイツ）、Ｈｅｒｋｕｌｅｓ（ドイツ）、およびその他供給業者を含め、ロール研削業界に設備を供給する多数の販売業者が市販している。オフラインロール研削に用いられる研削砥石は、通常、１型砥石であって、前記砥石の外径表面によって研削が行われる。
【０００６】
ロール研削業界で鉄および鉄鋼ロール材を研削するために一般的に用いられる研削砥石は、たとえばシェラック樹脂またはフェノール樹脂マトリックスのような有機結合された樹脂のシステムであって、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、またはそれらの混合物のような従来の研磨材と、充填材と、第２の研磨材とを有するものである。また、ロール研削業界では、超硬合金、花こう岩、または非鉄ロール材の研削に、フェノール樹脂ボンドマトリックスで作られた研削砥石の主研磨材としてダイアモンドを用いることも知られている。これまで、無機ボンドまたはビトリファイドまたはセラミックボンドの研磨砥石は、有機樹脂ボンドの砥石に比べてロール研削用途においての有用性が低かったが、これは、前者の砥石の衝撃抵抗とびびり抵抗が後者砥石と比較して低いためである。ロール研削用途においては、前記有機樹脂ボンド砥石の方が有用であることが知られているが、これは、前記砥石のＥモジュラス（ｌＧＰａ−１２ＧＰａ）が無機ビトリファイドボンド砥石に比べて低く、後者のＥモジュラス（１８ＧＰａ−２００ＧＰａ）がより高いためである。前記ビトリファイドボンドの従来の砥石システムに伴うもう１つの問題は、その脆性であり、それによって前記砥石の端が研削加工中に壊れ、ワークロールのスクラッチマークおよび表面不整の原因となることである。
【０００７】
米国特許出願公開第２００３０１９４９５４Ａ１号は、本質的に従来の研磨材から成るロール研削砥石を公開しており、前記砥石は、酸化アルミニウム研磨材または炭化ケイ素研磨材およびそれらの混合物のような従来の研磨材を、選ばれた結合材および充填材とともに凝集して作られたフェノール樹脂ボンドシステムであって、シェラック樹脂ボンドシステムよりも長い研削砥石寿命を有する。前記特許出願の中で例として示された累積研削比Ｇは、１９のロールを研削後に２．０９３であり、シェラック樹脂ボンド砥石のＧの２〜３倍に改良されている。前記研削比Ｇは、磨耗された砥石の体積と、削除されたロール材の体積との比率である。Ｇ値が高いほど、砥石寿命は長い。しかし、このように改良された研削砥石であっても、鉄鋼ロール研削による研削砥石の磨耗速度はかなり高く、前記ロールの幾何テーパー公差（ＴＴ）を維持するために前記研削サイクル中に継続的な径方向の砥石磨耗補正（ＷＷＣ）が使用される。この技術分野において、テーパー公差ＴＴは、前記ロールの一端からもう一方の端までの前記ロールの許容サイズ偏差に相当する。前記砥石の軸移動の機能として、前記研削砥石のフィード軸を前記ロール表面に連続的に移動することによりＷＷＣが行われる。ロール研削においてＷＷＣが必要であれば、精度の高い機械制御が必要となり、且つ、前記研削サイクルがさらに複雑化する。
【０００８】
従来の研磨材を採用した先行技術の研削砥石には、第２の欠点がある。前記ロール研削加工中、前記砥石は急速に磨耗するので、一般に０．０２５ｍｍ未満とされる望ましい許容範囲内のロールプロフィールとテーパーを得るには、複数の研削パスが修正のために必要となる。このような追加的な研削を行うことにより、高価なロール材が削除され、ロールの耐用期間が短縮される。一般に、先行技術において従来の研磨材を使った場合、ロール規格を満たすＴＴ／ＷＷＣの比率は０．５〜５である（ＴＴおよびＷＷＣは一貫した単位で表される）。ＴＴ対ＷＷＣの比率の増加は、ロールの耐用期間を最大限に引き延ばすので、前記ロール研削加工の効率を向上するために特に望ましいことである。
【０００９】
修正のために行う研削に伴う第３の欠点は、サイクル時間の増長により、前記加工の生産性が下がることである。また、前記有機樹脂ボンド砥石の磨耗が速まることによって必要となる頻繁な砥石交換により、生産時間が失われる。さらに、従来の研磨砥石の第４の欠点は、前記砥石の有効砥石直径が、前記砥石の耐用期間全体を通して一般に３６〜２４インチ（９１４〜６１０ｍｍ）減少することであり、これを補うために、研削軸ヘッドの片持ち梁作用が大きくなることである。片持ち梁作用が継続的に増すと、前記研削システムの剛性が継続的に変化し、前記ロール研削加工の不整合の原因となる。
【００１０】
その他多数の先行技術として、欧州特許ＥＰ０３４４４６１０号、ＥＰ０５７３０３５号、米国特許第５，５６９，０６０号公報、米国特許第６，２２０，９４９号公報は、オンラインロール研削法を開示している。日本国特許ＪＰ０６２２６６０６Ａ号は、オフラインのロール研削アパレータスと操作を開示しており、ロールの研削に平型ディスクフェース砥石（カップ型砥石）６Ａ２型が使用されている。このタイプの研削システムにおける研削砥石軸はワークロール軸に対し垂直であるので、前記砥石軸の側面（作業面）はロールの外周表面と摩擦を生じる滑り接触で一定の力により圧迫される。この設計では、前記砥石スピンドル軸をわずかに傾けることによって、前記ワークロール表面との接触が前記砥石の先行面で起きるようにする。この方法での研削砥石は、前記ワークロールのトルクの作用により受動的に駆動されるか、研削スピンドルモーターによって能動的に駆動される。
【００１１】
別の先行技術を参照すると、欧州特許ＥＰ０３４４６１０号は、オンラインロール研削に用いられる、一体化された２つの環状研磨部材を有するカップ型砥石を開示しており、前記砥石は酸化アルミニウム、炭化ケイ素、ＣＢＮ、またはダイアモンド研磨材を有するものであって、有機または無機のボンドシステムのような２つの異なるボンドシステムを、各々の研磨部材がそれぞれ持つものである。前記ビトリファイドボンド研磨層（より高いＥモジュラス、１９．７−６９ＧＰａを有する）は内側の環状部材であって、外側の環状部材は、前記砥石の欠けおよび亀裂を防ぐよう、有機樹脂ボンドシステム（より低いＥモジュラスであり１−９．８ＧＰａ）で作られている。異なるボンドシステムである前記２つの部材の研削砥石磨耗速度が同一ではないので、前記ロールの研削中に、プロフィール誤差、びびりマーク、スクラッチマークが頻繁に生じる可能性がある。
【００１２】
米国特許第５，５６９，０６０号公報および第６，２２０，９４９号公報は、前記ワークロールを研削中に前記圧延ミルスタンドで発生する激しい振動を吸収するよう、異なる柔軟な砥石本体設計としたカップ型・フェノール樹脂ボンドＣＢＮ砥石を開示している。ここで使用されている柔軟な砥石本体設計では、研削加工中、前記砥石面とロール表面の間の接触力は、前記作業砥石面に沿って均一な接触を実現するよう、典型的に一定の強度（前記研削砥石面の幅１ｍｍ当たり３０〜５０ｋｇｆの間）で制御される。
【００１３】
このタイプの柔軟な砥石設計は、日本国公開特許ＪＰ０６２２６６０６Ａ号に開示されているオフライン研削法にも適用されている。カップ型研削砥石を用いて一定の砥石屈曲または一定の砥石負荷で研削する場合、材料削除率は、前記砥石の鋭度と、被削ロール材のタイプとに依存する。ミル稼動でのワークロールの磨耗は常に均一とは限らないので、前記ワークロールの磨耗が大きい（０．０１０ｍｍより大きい）と、前記カップ砥石面と前記ロール面の間に不均等な接触が生じ、非常に問題となる場合がある。この結果、不均等な砥石磨耗が生じ、その作業面に沿った前記砥石の切削能力または鋭度が影響を受け、その軸方向の長さに沿って前記ワークロールの金属材料が不均等に削除される原因となり、結果的に、加工中にプロフィール誤差とびびりが生じる。
【００１４】
そこで、カップ型ＣＢＮ研削砥石での安定した研削加工を可能にするには、前記ロールの磨耗量が大きくなる前に、前記ロールの研削と前記表面の不整修正が頻繁に行われる。この方法を採ることによって、ＴＴ／ＷＷＣ比は、前記オフライン研削法に用いられる従来の１型研磨砥石と比較して、１０より高くなり得るものと考えられる。しかし、カップ型砥石設計の制限要因は、前記ロール軸沿いの、凸クラウン、凹クラウン、または連続値プロフィールなど様々な形状のロールを研削する場合に、ＴＴ／ＷＷＣ比を１０より高く維持することが非常に困難であることである。
【００１５】
オフラインロール研削法とオンラインロール研削法は、異なる運動配置と研削加工戦略と共に、ワークロールおよびバックアップロールの表面加工のための２つの異なる方法を提供するものである。前記オフライン法で使用される研削物は、その砥石の耐用期間を通し、単一のワークロール材規格の研削に使用されることもあるが、より多くの場合、鉄、高速度鋼（ＨＳＳ）、高クロム合金鋼等、複数のワークロール材規格に使用される。これに対し、前記オンライン砥石は、その砥石の耐用期間を通し、前記オンライン砥石のスタンドで使用される単一のワークロール材規格のみを研削する。このように、カップ型プラーナディスク砥石（６Ａ２型）と１型研削砥石の適用方法は大きく異なるので、カップ型プラーナディスク砥石（６Ａ２型）設計の作成に用いられる研削砥石規格および砥石製造法を、そのまま１型研削砥石に採用することはできない。
【００１６】
前述したように、ミルロールの研削において、びびりマークとフィードマークを残さないように研削することは極めて重要である。日本国特許ＪＰ１１０７７５３２号は、びびりなしにロールを研削するための装置を開示している。この装置の研削スピンドルヘッドとロールスタンドに取り付けられている振動センサーは、研削加工中の振動レベルを常時監視し、研削砥石とロールの回転速度を調整することにより、びびり振動レベルをしきい値未満に抑える。しかしながら、この方法では、前記研削砥石の回転速度と前記ロールの回転速度の速度比を一定に保つことが要求されるので、良質なロールを研削するためには複雑さが増す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
単一の砥石規格を用いて様々なプロフィール形状と鉄材規格のワークロールを研削したときに、ＴＴ／ＷＷＣ比が１０より高くなるような、より優秀で簡易なロール研削法が必要である。また、ロールの質を向上し、それによってロール工場およびストリップミルの総経費を削減するよう、より長い研削砥石寿命を有する研削砥石が必要である。  
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上述の問題の１若しくはそれ以上を解決することを目的とするものである。本発明の実施形態は、ホットストリップミルおよびコールドストリップミルで使用される広範な種類の鉄ロール材（鉄、鋼合金等）およびロール形状を研削するための改良された研削砥石と簡易化された研削法とを含むものである。１つの実施形態において、前記研削砥石は、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）をボンドシステムに有するものであって、より長い研削寿命を有するものであって、ＴＴ／ＷＷＣ比は１０を大きく上回り、且つ前記ロールは目に見えるフィードマークとびびりマークを実質的に有さないものである。別の実施形態において、２ｍｍ未満の最低研削量が磨耗した被削ロール径から削除されるように、前記ＣＢＮ研削砥石を適用する方法を提供することにより、加工後のロールで望ましい形状規格と見た目の規格を実現する。本発明の別の実施形態において、びびりマークおよびフィードマークのないロールを研削するようにＣＢＮ研削砥石を適用する方法により、振動レベルを監視する必要も一定の速度比を維持する必要もなく、研削砥石速度および／またはロール速度を変動させることができる。
【００１９】
１つの実施形態において、本発明は、６５ＳＨＣ（スクレロスコープによるショア硬度）より高い硬度であり少なくとも最小直径１０インチ及び少なくとも長さ２フィートの鉄ロールを研削する方法に関連するものである。この実施形態において、前記方法は次の工程を含む。ａ）機械スピンドルに前記研削砥石を取り付け、前記研削砥石の回転軸とロール回転軸が互いに平行になるか、または２５度未満の傾斜となるように前記研削砥石の回転軸と前記ロール回転軸の間の角度を設定する工程と、ｂ）回転する砥石を、回転するロール表面に接触させ、前記ロールの軸方向の全長に亘って前記砥石を移動させ、ＴＴ／ＷＷＣ比が１０より高くなるようにする工程と、ｃ）前記ロール表面を研削することによって、前記ロールを、目に見えるフィードマークおよびびびりマークが実質的にないものにする工程。
【００２０】
別の実施形態において、本発明は、６５ＳＨＣ（スクレロスコープによるショア硬度）より高い硬度の鉄ロールを研削する方法に関連するものであって、前記方法は、天然ダイアモンド、合成ダイアモンド、立方晶窒化ホウ素、または他の材料であって、ヌープ硬度が３０００ＫＨＮより高い材料から成る一群から選択される超砥粒材である主研磨材と、ヌープ硬度が３０００ＫＨＮ未満である副研磨材とから成る、無機ビトリファイドボンドシステムまたは樹脂ボンドシステムの研削砥石を用いて前記ロールを研削する工程を含むものであって、前記工程における研削は、１．２５ミクロメートル未満であるロール表面粗さＲａに対しＴＴ／ＷＷＣ比を１０より高く維持することによって行われる。
【００２１】
本発明の１つの実施形態において、その主研磨材は、ビトリファイドボンドシステムまたは樹脂ボンドシステムにおける、１５〜５０体積％の立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）である。
【００２２】
１つの実施形態において、本発明は、目に見えるびびりマークおよびフィードマークのないロールを研削するための方法に関連するものであって、前記研削砥石の回転速度と前記ロール回転速度のうちの少なくとも１つは、１〜３０秒間に振幅において１〜４０％の量で変動する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
簡潔にわかりやすく例示するために、本発明の１実施形態を参照することによって本発明の要旨を説明する。加えて、以下の説明には、本発明を完全に理解するための数多くの具体的な詳細が含まれている。ただし、当業者であれば、これらの具体的な詳細に限定されずに本発明が実行可能であることを理解するあろう。その他の例においては、本発明を不必要に難解にしないために、周知の方法および構造についての詳細な説明は割愛した。
【００２４】
本明細書および添付の請求項に用いられる単数形の「１」、「ある」、「前記」は複数形の参照も包含するが、それが用いられている文脈からそれが複数を参照しないことが明らかである場合は、この限りではない。特に否定しない限り、本明細書に用いられている全ての技術用語および科学用語は、当業者が一般に理解するものと同じ意味を有する。本明細書で説明されているものと類似若しくは同等の任意の方法を、本発明の実施形態の実施または試験に用いることが可能であるが、以下に、本発明の好ましい方法について説明する。本明細書にて言及される全ての出版物および参照文献は、参照によりここに組み込まれる。本明細書に含まれる何ものも、先行発明によるそのような開示を先行する権利が本発明にないと認めるものと解釈されるべきではない。
【００２５】
本明細書に含まれる使用方法は、既存の状況の改善のための予防的使用と修正的使用を意図するものである。本明細書において、「約」という用語は、それが用いられている数字を挟んで前後１０％を意味する。したがって、約５０％という場合、４５％〜５５％の範囲を意味する。本明細書に説明する本発明をよりよく理解するために、以下にその詳細な説明を記す。
【００２６】
本発明の１つの実施形態において、ロール研削用途のための改良研削砥石は、たとえばビトリファイドまたはセラミックボンドシステムのような無機ボンドの研削砥石を含むものであって、その主研磨材として、たとえば立方晶窒化ホウ素のような超砥粒材を使用するものである。
【００２７】
ビトリファイドボンドシステム    本発明の一部の実施形態に使用されるビトリファイドボンドシステムとしては、たとえば、当業者には周知の改良機械強度を特徴とする、従来の溶融酸化アルミニウムまたはＭＣＡ（焼結ゾルゲル・アルファ・アルミナとも呼ばれる）研磨グリットとともに用いられるボンドが含まれ、それらは、たとえば、米国特許第５，２０３，８８６号公報、第５，４０１，２８４号公報、第５，８６３，３０８号公報、第５，５３６，２８３号公報に記述されているようなものであり、これらは参照によりここに組み込まれる。
【００２８】
本発明の１つの実施形態において、前記ビトリファイドボンドシステムは、本質的に無機材料から成るものであって、前記無機材料としては、粘土、カオリン、ケイ酸ナトリウム、アルミナ、炭酸リチウム、五水ホウ砂、十水ホウ砂またはホウ酸、ソーダ灰、フリント、ウォラストナイト、長石、リン酸ナトリウム、リン酸カルシウム、および無機ビトリファイドボンドの製造に使用されたことのあるその他の材料が含まれるが、これらに限定されない。
【００２９】
別の実施形態では、フリットを前記ガラス質ボンド原材料と組み合わせて用いるか、または前記原材料の代わりに用いる。第２の実施形態では、前述の組み合わせのボンド材料は、次に挙げる酸化物を含む。Ｓｉ０２、Ａ１２０３、Ｎａ２０、Ｐ２０５、Ｌｉ２０、Ｋ２０、Ｂ２０３。別の実施形態では、それらは、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ等アルカリ土類酸化物、およびＺｎＯ、Ｚｒ０２、Ｆ、ＣｏＯ、Ｍｎ０２、Ｔｉ０２、Ｆｅ２０３、Ｂｉ２０３、および／またはそれらの組み合わせを含む。さらにまた別の実施形態において、前記ボンドシステムは、アルカリホウケイ酸ガラスを有する。
【００３０】
本発明の１つの実施形態において、前記ボンドシステムは、酸化リン、酸化ホウ素、シリカ、アルカリ、酸化アルカリ、アルカリ土類酸化物、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸塩水和物、アルミン酸塩、酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、酸炭化物、および／またはそれらの組み合わせおよび／またはそれらの誘導体の最適化された内容物を含むことができるものであって、酸化物の適正な比率を維持することによって、強度の高い強靭な（たとえば亀裂の広がりに対する抵抗力がある）低温ボンドとなる。
【００３１】
別の実施形態において、前記ボンドシステムは前記ＣＢＮ砥粒を用いた少なくとも２つの非晶質ガラス相を有するものであり、それによって、前記ボンドベースの機械強度は向上する。本発明の別の実施形態において、前記超砥粒砥石は、たとえばホウケイ酸塩ガラス、長石、その他のガラス組成物等であるガラスフリットのような無機材料を約１０〜４０体積％有する。
【００３２】
適切なガラスボンドの組成は、オハイオ州クリーブランド市のＦｅｒｒｏＣｏｒｐなどが市販している。
【００３３】
超砥粒成分    前記超砥粒材料としては、当業者に既知の適切な任意の超砥粒材料を選ぶことができる。超砥粒材料とは、最低限約３０００ｋｇ／ｍｍ２、好ましくは最低限約４２００ｋｇ／ｍｍ２のヌープ硬度を有するものである。そのような材料としては、合成ダイアモンド、天然ダイアモンド、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、およびそれらの混合物が含まれる。選択的に、前記超砥粒材料に、ニッケル、銅、チタニウム、または他の任意の磨耗抵抗性または伝導性金属であって前記超砥粒結晶に沈着可能なコーティングを施すことができる。コーティングされた超砥粒ＣＢＮ材料は、様々な業者から市販されており、たとえばオハイオ州Ｗｏｒｔｈｉｎｇｔｏｎ市のＤｉａｍｏｎｄ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．（商標名  Ｂｏｒａｚｏｎ  ＣＢＮ）、Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｓｉｘ（商標名  ＡＢＮ）、昭和電工（商標名  ＳＢＮ）などが市販している。
【００３４】
１つの実施形態において、前記超砥粒材料は単結晶またはミクロ結晶のＣＢＮ粒子であるか、または前記２つのタイプのＣＢＮまたは異なる強靭性のＣＢＮの組み合わせである（たとえば、国際公開特許第ＷＯ０３／０４３７８４Ａ１号公報を参照）。本発明の１つの実施形態において、前記超砥粒材料は、グリットサイズが約６０／８０メッシュサイズ〜約４００／５００メッシュサイズのＣＢＮを含む。さらに別の実施形態において、前記超砥粒成分は、グリットサイズが約８０／１００メッシュサイズから約２２〜３６ミクロンのサイズ（７００／８００メッシュサイズと同等）までの範囲のＣＢＮまたはダイアモンドを有する。
【００３５】
本発明の１つの実施形態において、前記超砥粒材料は、最低限３０のもろさ指数を有する。第２の実施形態において、前記超砥粒材料は、最低限４５のもろさ指数を有する。第３の実施形態において、前記超砥粒材料は、最低限６５のもろさ指数を有する。前記もろさ指数とは、強靭性の尺度であって、研削中のグリットの破砕抵抗を決定するために有用である。前記もろさ指数値は、もろさ試験の後にスクリーンに残されたグリットの百分率である。この手順は、高頻度、低負荷の衝撃試験を含むもので、超砥粒グリットの製造業者は、前記グリットの強靭性を測るためにこの手順を用いている。値が大きいほど強靭性は高い。
【００３６】
本発明の１つの実施形態において、前記研削砥石は、約１０〜約６０体積％の超砥粒材料を有するものである。第２の実施形態において、その主研磨材は、ビトリファイドボンドシステムまたは樹脂ボンドシステムにおける、約２０〜約４０体積％の立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）である。
【００３７】
本発明の超砥粒成分として使用可能な材料としては、たとえば米国オハイオ州Ｗｏｒｔｈｉｎｇｔｏｎ市のＤｉａｍｏｎｄ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃが市販するＢＯＲＡＺＯＮ（登録商標）ＣＢＮ  １型のグレード１０００、４００、５００、５５０が含まれるが、これらに限定されない。
【００３８】
多孔性成分    本発明の一部の実施形態における前記研削砥石の組成は、約１０〜約７０体積％の多孔性を含むものである。１つの実施形態において、多孔性は約１５〜約６０体積％である。別の実施形態において、多孔性は約２０〜約５０体積％である。
【００３９】
前記多孔性は、前記材料の天然のパッキング密度が与える天然の間隔と、たとえば空洞ガラスビーズ、胡桃の殻を摩砕したもの、プラスチック材料または有機化合物のビーズ、気泡ガラス粒子とバブルアルミナ、細長い砥粒、繊維、およびそれらの組み合わせなど従来の孔誘発媒体との両方によって形成される。
【００４０】
その他の成分    本発明の１つの実施形態では、第２の研磨砥粒を用いることによって約０．１〜約４０体積％の多孔性を提供し、第２の実施形態では最高３５体積％を実現する。使用する第２の研磨砥粒としては、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、フリント、ガーネット砥粒、および／またはそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。
【００４１】
これらのボンドを含む研削砥石の製造では、フリットまたは生の粉末結合成分に、少量の有機結合剤を成形または加工助剤として追加する場合がある。これらの結合剤は、デキストリンおよびその他のタイプの接着剤、水またはエチレングリコールのような液体成分、粘度調整剤またはＰＨ調整剤、混合助剤を含むことができる。結合剤の使用は、前記研削砥石の均一性を向上し、焼成前またはグリーンプレス後の砥石および焼成後の砥石の構造的な質を向上する。前記結合剤は、ほとんど全てが焼成中に燃え尽きるので、仕上がり後のボンドまたは研磨ツールの一部とはならない。
【００４２】
超砥粒砥石本体の作成プロセス    ガラスボンド砥石の製作プロセスは当業者には周知のものである。本発明の１つの実施形態において、前記ガラスボンドＣＢＮ研磨層の製造は、セラミック支持層を使う場合も使わない場合もあり、コールドプレス焼結法か、またはホットプレス焼結法のいずれかによって行われる。
【００４３】
前記コールドプレス法の１つの実施形態では、前記ガラスボンド砥石混合物を鋳型でコールドプレスして前記砥石の形にした後、前記成形品をキルンまたは炉で焼成してガラスを完全に焼結する。
【００４４】
前記ホットプレス法の１つの実施形態では、前記ガラスボンド砥石混合物を鋳型に入れ、圧力と温度の両方を同時に加えることによって、焼結砥石を生産する。１つの例では、成形のためのプレスにかかる負荷は、約２５トン〜約１５０トンである。前記焼結条件は、前記ガラスフリットの化学、前記研磨層の幾何、前記砥石の望ましい硬度に依存し、約６００℃〜約１１００℃である。前記ビトリファイドボンドＣＢＮ研磨層は、砥石本体のコアに結合または接着された連続リムまたは断片リム製品とすることができる。
【００４５】
前記砥石のコアの材料としては、金属（たとえばアルミニウム合金、鉄鋼）または非金属（たとえばセラミック、有機樹脂ボンドまたは複合材料）が可能であって、前記材料に、活性または機能的ガラスボンドＣＢＮ研磨層リムまたは断片をエポキシ接着剤で取り付けるか、または接着する。前記コアの材料の選択は、ＡＮＳＩコードＳ２．１９の最低グレードＧ−１を満たすよう、研削機スピンドルに使用可能な最大砥石重量、最大稼動砥石速度、びびりなしの研削に適した最大砥石硬度、砥石バランスの要求を考慮して行う。
【００４６】
使用される典型的な金属材料は、中炭素合金鋼またはアルミニウム合金である。径方向および軸方向の振れが０．０００５"未満（<０．０１２５ｍｍ）となるように前記金属製コア本体を機械加工し、前記本体を十分に洗浄することにより、前記ビトリファイドボンドＣＢＮ研磨層を前記本体に結合または接着させる。
【００４７】
非金属の砥石本体材料は、高分子材料で孔を処置した酸化アルミニウムおよび／または炭化ケイ素研磨材を含む有機樹脂ボンドまたは無機ガラスボンドを有することによって、前記コアが水または研磨冷却剤を吸収しないための抵抗性を有することができる。前記非金属のコア材料は、有機樹脂ボンド研削砥石または無機ガラスボンド研削砥石と同じ方法で製造することができるが、研削砥石表面としては適用されない点がそれらと異なる。
【００４８】
前記ガラスボンドＣＢＮ研磨層を、エポキシ接着剤を用いて前記非金属コアに取り付けた後、前記研削砥石をその用途に適した正しい幾何とサイズに仕上げることができる。１つの例では、前記のように製作された砥石を砥石の設計サイズに仕上げ、６０ｍ／秒までの速度試験を行い、ＡＮＳＩのＳ２．１９コードのＧ−１若しくはそれ以上となるよう動的に釣合わせた。次に、本発明の研削砥石を使い、Ｗａｌｄｒｉｃｈ  Ｓｉｅｇｅｎ、Ｐｏｍｉｎｉ、Ｈｅｒｋｕｌｅｓ等が製造するようなロール研削機でのオフライン研削法により研削を行った。
【００４９】
この例では、前記ビトリファイドＣＢＮ研削砥石は、砥石アダプタに取り付けられ、前記研削スピンドルに固定される。次に、前記砥石を回転ダイアモンドディスクでツルーイングし、前記砥石の径方向の振れが０．００５ｍｍ未満となるようにした。次に、４５ｍ／秒という最大稼動速度にて前記機械スピンドル上で前記研削砥石の動的釣り合いをとり、不釣り合い振幅が０．５μｍ未満となるようにした。前記研削砥石の不釣り合い振幅は、０．３μｍ未満が好ましい。
【００５０】
超砥粒研削砥石    本発明の１つの実施形態では、前記研削砥石研磨層は図１が示すような設定で用いられており、前記図は砥石の断面図を示しており、その環状外周（リング形）はビトリファイドボンドシステムを有するものであって、単一の部材を形成するよう、その支持層として、たとえば、ビトリファイド酸化アルミニウムまたは非セラミック材料のような無機基材に焼結されたＣＢＮ研磨材のような超砥粒組成を有するものである。
【００５１】
前記支持層１２を無機材料または有機材料で作られた別の部材とし、そこに前記ＣＢＮ研磨層を接着剤で固定することもできる。前記ＣＢＮ層自体、または１２と前記ＣＢＮ層は、断片として設計することも、連続リム部材とすることも可能であり、接着層１３によって前記砥石コア（１４）に結合される。本発明の１つの実施形態では、断片から作られた研磨層砥石設計を用いている。
【００５２】
前記砥石コア１４は金属または高分子材料を有するものであって、前記接着性結合層１３は有機または無機結合材料を有するものである。別の実施形態において、前記支持層１２のない前記研削砥石を作ることができる。
【００５３】
本発明のその他の実施形態では、前記超砥粒砥石部材を、図２Ａ〜２Ｆが示すように、角を丸めたもの、角をクラウンにしたもの（凸クラウンまたは凹クラウン）、円筒状砥石またはテーパー砥石等、異なる砥石設定で作ることができる。これらの設定は、ツルーイングか、または前記研磨断片を表１が示すようなサイズの望ましい形状に成形することによって実現することができる。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
本発明の１つの実施形態において、前記研削砥石ＣＢＮ研磨部材は、図３が示すような設定とし、無機ビトリファイドボンドシステムまたは有機樹脂ボンドシステムの研磨層に異なる超砥粒組成を有する、マルチセクション砥石を使用することができる。マルチセクション砥石の使用は、前記砥石の複数のセクション１１１、１１２、１１３により示されており、異なる幅のセクションを使用することもできる。前記セクションの幅は、砥石の全幅（Ｗ）の２％から最高４０％までが可能である。
【００５６】
研削性能を最大限にするよう、その他の実施形態において、前記砥石設定（図２Ａ〜２Ｆが示す設定）の組み合わせを、異なるメッシュサイズまたはもろさ指数の超砥粒組成など、最適化された様々な変数を有するマルチセクション砥石と組み合わせることができる。
【００５７】
前記メッシュサイズおよび研磨剤濃度の変化は、前記砥石の異なるセクションの相対弾性モジュラスに影響を与える。したがって、一部の用途においては、異なるメッシュサイズのＣＢＮ、前記砥石の外側セクションの濃度、異なるセクション幅の使用を最適化する、および／またはそれらのバランスをとることによって、びびりマーク、フィードマーク、および／または複雑な外形を研削する能力という点で最良の性能を実現することができる。本発明の１つの実施形態において、より高いＣＢＮまたはダイアモンドの濃度を有する研削砥石の使用は、より優れた表面仕上げとより長い寿命を提供するが、びびりマークを起こしやすくする場合がある。
【００５８】
本発明の研削砥石の適用    本発明の１つの実施形態において、ＣＢＮ砥石を用い、ＴＴ／ＷＷＣ比が１０より高くなるよう、ＣＮＣ駆動の研削機で、クラウンロールプロフィール、または前記ロールの軸沿いに異なる振幅と周期を持つ連続値プロフィール等、異なるロールプロフィール形状のロールを研削する。
【００５９】
ＣＢＮ砥石を使用する本発明の方法と原則を、たとえば樹脂ボンドＣＢＮ砥石など無機ビトリファイドボンド以外のボンドシステムに適用し、同様のロール研削を結果として実現することもできるものと理解されるべきである。
【００６０】
別の実施形態において、先行技術の研削砥石と同一の砥石規格および砥石幾何を有するビトリファイドＣＢＮ砥石を用い、先行技術の同等の研削砥石での場合と同様に、ロール材の変化またはロールプロフィール形状の変化に合わせて前記砥石をツルーイングする必要なしに、異なるプロフィール形状を有する異なるワークロール材（鉄ロール、高クロム鋼ロール、鍛造ＨＳＳロール、鋳造ＨＳＳロール材等）をランダムに研削する。
【００６１】
本発明の実施例の研削砥石は、ストリップミルのワークロールの研削に使用可能であって、一般に前記ワークロールは６１０ｍｍより長く、直径は少なくとも２５０ｍｍである。前記ワークロールには様々な形状があり、たとえば、直円筒、クラウン外形、およびその他の、前記ロール軸沿いの複雑な多項式外形などである。前記ワークロールの研削には、一般に、０．０２５ｍｍ未満の形状プロフィール公差、長さ１ｍｍ当たり１５ナノメートルのテーパー公差、０．００６ｍｍ未満の真円度誤差といった厳しい公差が要求され、１．２５ミクロン未満の表面仕上げＲａであること、目に見えるびびりマーク、フィードマーク、前記ロール材の熱劣化がないこと、前記ロール表面にスクラッチマークやヒートクラックのようなその他の表面不整がないことが要求される。第２の実施形態において、前記表面仕上げＲａは、５ミクロン未満である。第３の実施形態において、前記表面仕上げＲａは、３ミクロン未満である。
【００６２】
さらに別の実施形態では、ビトリファイドボンドＣＢＮ砥石を用いて、識別可能なびびりマークおよびフィードマークがないようにワークロール材を研削する。びびりの抑制は、前記機械内で前記砥石の動的釣り合いをとることによって、および研削中に前記システムにおいて共鳴周波数と調波が生成されないように研削パラメータを選択することによって行われる。前記ロール表面のフィードマークの削除は、各研削パスで前記研削砥石のトラバース速度を変動させることによって、および／または各研削パスの材料削除速度を変動させることによって行われる。
【００６３】
別の実施形態において、前記ロールびびりの抑制は、研削加工中の前記ビトリファイドボンドＣＢＮ砥石および／またはワークロールの回転速度の振幅と周期に、制御された変動を生じさせることによって行われるものであって、この場合の前記研削砥石速度と前記ロール速度の比率は一定ではない。
【００６４】
図４Ａおよび４Ｂは、各々、有機樹脂ボンドシステムにおいて従来の酸化アルミニウムおよび／または炭化ケイ素を有する先行技術の砥石と、本発明の実施形態のＣＢＮボンド研削砥石との研削サイクルの相違を示す。
【００６５】
図４Ａが示すように、ポジションＡ１で前記ロール表面Ｒに接触する研削砥石Ｗは、Ａ２の深さまで進み（砥石径方向末端のインフィードＥＩ＝Ａ１−Ａ２に相当する）、前記ロールの軸沿いに横断し、前記ロールのもう一方の端にあるポジションＢ１へ進む。同等の先行技術の砥石はＡ２からＢ１へ進む間に継続的に磨耗するので、砥石磨耗補正（ＷＷＣ）を前記研削砥石ヘッドスライドに加えることによって砥石半径の減少を補うものであるが、前記ワークロール沿いに削除される金属材料の正味量は前記末端インフィード量ＥＩと同等になる。ツールパスＴ１は、適用される前記砥石磨耗補正を図示しており、その強度はＡ２−Ｂ２と等しい。ポジションＢ１に到達すると、前記研削砥石はツールパスＴ２沿いに砥石磨耗補正を得て、さらにポジションＢ２へ進み、ポジションＡ３へと横断する。このように、前記砥石は、前記ワークロールが最終的な幾何公差に仕上がるまで往復する。先行技術のロール研削では、ロールテーパー公差を０．０２５ｍｍとするためのＴＴ／ＷＷＣ比は、一般に０．２５〜５である。
【００６６】
図４Ｂは、ビトリファイドボンドＣＢＮ砥石を使用する本発明の１つの実施形態であり、砥石磨耗補正はゼロまたは最小、すなわち前記ロールの長さ１ｍｍ当たり１ナノメートル未満である。前記ロール表面Ｒと接触する研削砥石Ｗは、末端インフィード量ＥＩ＝Ａ１−Ａ２を与えられ、前記ロールの軸沿いに横断してポジションＢ１へ進む。図が示すように、本発明の研削砥石は、前記ワークロールの軸沿いの金属材料を、前記末端インフィード量ＥＩに相当する量だけ均一に削除するので、ツールパスＴ１は直線であり、砥石磨耗補正は必要ないか、必要であってもごくわずかである。砥石ポジションＢ１にて、前記研削砥石はさらに前記ロール表面へ入り、ポジションＢ２へ進み、前記ロールを横断してポジションＡ３へ進む。ツールパスＴ２はＴ１と平行であって、砥石磨耗補正は行われない。このプロセスは、前記ワークロールの磨耗量が削除され、望ましいワークロール形状が達成されるまで繰り返される。この実施形態におけるＴＴ／ＷＷＣ比は１０より高い。
【００６７】
ロールテーパー公差を０．０２５ｍｍとするための本発明の１つの実施形態において、ＴＴ／ＷＷＣ比は１０より高い（米国公開特許第２００３０１９４９５４号に開示されているような３未満という比率との比較）。本発明の第２の実施形態では、ＴＴ／ＷＷＣ比は２５より高い。さらに本発明の第３の実施形態において、ＴＴ／ＷＷＣ比は５０より高い。
【００６８】
ロール研削作業の１つの実施形態において、前記研削機スピンドル上の前記研削砥石を、動作速度０．５μｍ未満の不釣り合い振幅と動的に釣り合わせる。前記動作速度は２０ｍ／秒〜６０ｍ／秒である。本発明の超砥粒砥石は、鉄鋼、アルミニウム、銅、製紙工業で使用されるような６５ＳＨＣを越す硬度の鉄および鉄鋼（鉄材一般）ロールのホットまたはコールドロール研削に選択的に使用可能である。前記研削砥石の回転軸と前記ロールの回転軸とが成す角度は、好ましくは約２５度以下であって、選択的にほぼ０度とするが、他の角度も可能である。前記砥石を、直線ロール、クラウンロール、連続値プロフィールロールなど異なる外形の研削ロールに使用し、幾何公差およびサイズ公差を満たしてＴＴ／ＷＷＣ比を１０より高くすることが可能である。
【００６９】
たとえばＣＢＮである前記超砥粒材料の極めて高い磨耗抵抗は、削除される金属材料の量を、確実に（応用）理論上の金属材料の削除量と非常に近いものとする。したがって、本発明の１つの実施形態において、ＣＢＮ研削砥石を使用したロール研削で削除される金属材料の量の設定は、失われるロール材を最低限にしつつ、同時にそのロールプロフィール公差を実現するように行われる。これを実現するには、削除される前記ロール金属材料を、前記ロールの初期磨耗プロフィールと前記ロールの径方向の振れに基づいて設定する。
【００７０】
１つの実施形態において、前記ロール研削加工は、可能な最高の研削砥石速度で稼動しつつ、粗圧延と仕上げの両方のパスの間に不利な砥石の不釣り合いを引き起こさないように設定されるものであって、たとえば、最高直径３０"のＣＢＮ砥石では、１８ｍ／秒〜６０ｍ／秒の研削砥石速度である。３０"〜４０"の直径を有するＣＢＮ研削砥石の別の実施形態では、前記ロール研削機の機械設計および安全制限に基づき、研削砥石速度は４５ｍ／秒に制限される。３０"を越す直径のＣＢＮ研削砥石を用いるロール研削機のさらに別の実施形態では、研削速度は４５ｍ／秒より高く設定される。その作業（ロール）速度は、トラバース速度が最大限となるように選択される。仕上げパスで前記研削砥石速度とトラバース速度を下げることによって、フィードマークおよびびびりマークがなく表面粗度の要求を満たすロール表面を実現することができる。
【００７１】
１つの実施形態において、前記超砥粒砥石を使用したロール研削に使用される作業速度は、１８ｍ／分から最高２００ｍ／分である。無機ビトリファイドボンドシステムにＣＢＮを有する研削砥石の別の実施形態では、研削比（Ｇ）に関する砥石性能は、チルド鋳鉄から高速度鋼ロールまでのロール材の組み合わせの研削では３５〜１２００である。これを、酸化アルミニウムを用いる先行技術の典型的な研削比（Ｇ）である０．５〜２．０９３と比較する。前記ロール研削加工は、前記ロールを高速で複数パスを使って横断する（トラバース研削）か、または遅いトラバース速度を使う深い切り込みの単一パス（クリープフィード研削）によって行われる。ロール研削にクリープフィード研削法を用いることにより、サイクル時間を大幅に短縮することができる。
【００７２】
前記ロール研削作業の１つの実施形態において、磨耗した前記ロールを正しい外形幾何にするために前記ワークロールから削除される金属材料の量は最小限であり、前記ロール直径で削除される金属材料は約０．２ｍｍ未満（これにロール磨耗が加わる）であって、これに対し、有機樹脂ボンドで酸化アルミニウムを用いる先行技術の砥石では、０．２５ｍｍ（これにロール磨耗が加わる）以上が削除される。好ましくは、金属材料の削除は約０．１ｍｍ未満、約０．０５ｍｍ未満、さらにより好ましくは約０．０２５ｍｍ未満である。これにより、ホットストリップミルで新しいロールと交換する前に使用可能な有効ロールが少なくとも２０％増すことになる。
【００７３】
本発明の別の実施形態において、表面の質の向上を実現することが可能であって、これは、研削加工中に、前記研削砥石回転数振幅および周期を制御することによってびびりマークおよび／またはフィードマークをなくすことによって、および／または前記ワークロール回転数振幅および周期を制御することによって達成される。
【００７４】
本発明のさらに別の実施形態では、本発明のビトリファイドＣＢＮ研削砥石を使用するロール研削作業を、最小限のプロフィール誤差補正およびテーパー補正で、若しくはそれらをなしに実行することができる。補正が必要な場合は、プロフィール誤差補正およびテーパー補正は、前記機械のロール不整合または前記機械システムの温度変化または前記機械に取り付けたときの軸方向および径方向の振れなどその他のロール誤差を補正するためだけに適用される。
【００７５】
実施例    次に、本発明を例証するために実施例を提供するが、これらは本発明の範囲を制限するものではない。一部の実施例において、本発明の無機ビトリファイドボンドＣＢＮの１つの実施形態の研削性能を、生産ロール研削工場で使用される従来の研磨材（酸化アルミニウム、または酸化アルミニウムと炭化ケイ素の混合物を主研磨材とするもの）の研削砥石の中でも最新技術を採用している代表的な市販のものと比較する。
【００７６】
試験砥石のデータ：実施例１および２では、比較用砥石Ｃ１は１Ａ１型砥石であって、直径３２"、幅４"、穴１２"である。なお、従来の研磨材のロール研削砥石の有効最小直径は、一般に、２４"である。
【００７７】
この実施例の砥石は奥行き３０"、幅３．４"、高さ１２"であって、１／８"厚の有効ＣＢＮ層を有するものであり、アルミニウムのコアにＣＢＮ研磨層の断片を結合する設計である。オハイオ州Ｗｏｒｔｈｉｎｇｔｏｎ市のＤｉａｍｏｎｄ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．の配合仕様に合わせて作られた３つの市販ビトリファイドＣＢＮ研削砥石を、この実施例の砥石の評価に用いた。
【００７８】
ＣＮＢ−１：Ｂｏｒａｚｏｎ  ＣＢＮ１型、低濃度、中ボンド硬度
ＣＢＮ−２：Ｂｏｒａｚｏｎ  ＣＢＮ１型、高濃度、高ボンド硬度
ＣＢＮ−３：Ｂｏｒａｚｏｎ  ＣＢＮ１型、高濃度、高ボンド硬度
前記実施例のビトリファイドＣＢＮ砥石を、ロータリーダイアモンドディスクでツルーイングし、次の条件下で、径方向の振れを０．００２ｍｍ未満（一部では０．００１ｍｍ未満）とした。
【００７９】
装置：１／２ＨＰロータリー駆動ドレッサー
砥石の種類：１Ａ１型金属ボンドダイアモンド砥石
ダイアモンドの種類：オハイオ州Ｗｏｒｔｈｉｎｇｔｏｎ市のＤｉａｍｏｎｄＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ製ＭＢＳ−９５０
砥石の種類：６．０"（ＯＤ）ｘ０．１"（幅）
砥石速度：>１８ｍ／秒
ドレス速度比：１方向０．５
リード／回転：０．１２７ｍｍ／回転
インフィード／パス：０．００２ｍｍ／パス
ツルーイング後、前記ビトリファイドＣＢＮ砥石を、４５ｍ／秒の砥石速度、０．５μｍ（好ましくは０．３μｍ未満）の不釣り合い振幅にて、研削スピンドル上で動的に釣り合わせる。
【００８０】
前記比較用砥石Ｃ−１は、業界の標準的な方法に従い、シングルポイント・ダイアモンドツールでツルーイングする。前記比較用砥石も、本発明の試験用前記ビトリファイドＣＢＮ砥石と同一に釣り合わせる。
【００８１】
実施例１−鉄ロールの研削性能：本実施例では、ロール研削比較試験は、１００ＨＰのＷａｌｄｒｉｃｈ  Ｓｉｅｇｅｎ  ＣＮＣロール研削機を用い、研削砥石回転軸がロール回転軸に対して本質的に平行となり、その角度が約２５度未満となるようにして行われる。前記鉄ロールのサイズは奥行き７６０ｍｍ、長さ１８５０ｍｍである。研削中、５体積％の濃度の水溶性合成冷却剤を適用する。前記冷却剤の流速および圧力の条件は、本評価に使用する前記従来の砥石と前記ビトリファイドＣＢＮ砥石とに同一の条件とする。前記硬化鉄ロールは、０．２３ｍｍの径方向磨耗量を有するものであって、これを、研削作業によって、そのテーパー公差が０．０２５ｍｍ未満となり、外形公差が０．０２５ｍｍとなるように修正する必要がある。前記比較用従来の砥石と前記ビトリファイドＣＢＮの研削条件は、砥石速度、トラバース速度、作業速度、パス当たりの切り込みにおいてほぼ同等である。その研削結果を、下記表２にまとめる。
【００８２】
【表２】
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【００８３】
前記表が示すように、この実施例の研削砥石であるＣＢＮ−１、ＣＢＮ−２、ＣＢＮ−３の研削比Ｇは、先行技術の前記比較用砥石Ｃ−１の３８倍から３８１倍という、非常に高いものである。また、前記ロールを規格に合わせて研削する場合、ＣＢＮ研削砥石のＴＴ／ＷＷＣ比は、前記比較用砥石のそれの４００倍である。
【００８４】
また、前記表が示すように、ＣＢＮ砥石の砥石幅単位当たりの最大研削力は、前記比較用砥石より３５％低い。また、前記結果は、前記ロールを望ましい幾何形状に修正するために前記ＣＢＮ砥石を使用した場合に削除する必要のある金属材料が、前記先行技術の比較用砥石に比べて５０％少ないことを示している。このように、削除される金属材料が減少すると、前記鉄ロールの有効耐用期間が５０％増し、前記ロールミルにとっての大幅なコスト節減となる。
【００８５】
実施例２−鍛造ＨＳＳロールの研削性能：この実施例では、実施例１の砥石と同一の砥石を用いて、前記ロールの軸沿いに複雑な多項式外形を有する鍛造ＨＳＳワークロールを研削する。
【００８６】
前記砥石のツルーイングは行わず、同一の研削機で前記硬化鉄ロールを研削後、前記砥石を同じ条件で引き続き用いる。前記ＨＳＳワークロールは０．０３０ｍｍの初期径方向磨耗を有するものであって、前記ロールを、テーパー公差および形状プロフィール公差が０．０２５ｍｍ未満となるように研削する必要がある。前記比較用砥石と前記ビトリファイドＣＢＮ砥石の両方とも、砥石速度、作業速度、トラバース速度、切り込みの深さに関して同等の研削条件である。使用されるＨＳＳロールのサイズは、奥行き７６０．５ｍｍ、長さ１８５０ｍｍである。
【００８７】
研削条件および結果を下記表３に示す。
【００８８】
【表３】
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【００８９】
前記ＨＳＳロールの研削では、ＣＢＮ−１、ＣＢＮ−２、ＣＢＮ−３砥石の研削比Ｇは、有機樹脂ボンドの従来の研磨材を使用する前記比較用砥石Ｃ−１のそれの２７倍から７８７倍である。規格内に前記ロールを研削するためのＣＢＮ研削砥石のＴＴ／ＷＷＣ比は、前記比較用砥石のそれの少なくとも４００倍である。３つの全てのＣＢＮ砥石の砥石幅単位あたりの最大研削力は、前記比較用砥石Ｃ−１より３０％低い。また、前記ビトリファイドＣＢＮ砥石では、磨耗した前記ワークロールを最終的に望ましい形状に仕上げるために必要とされる金属材料の削除が少ないことも示されている。したがって、前記ＨＳＳロール寿命を少なくともさらに３５％延長することが可能であって、前記ロールミルおよび前記ロール工場にとってはロールコストの大幅な節減となる。
【００９０】
この実施例が示すように、本発明の前記無機ビトリファイドボンドＣＢＮ砥石を用いると、複数のロール材を効率的に研削することが可能であって、砥石の主研磨材として従来の研磨材を含む有機樹脂ボンド砥石を用いる先行技術のものに比べ、２倍以上の砥石寿命が提供される。
【００９１】
実施例３―ビトリファイドＣＢＮ砥石でのびびり抑制法：この実施例では、研削加工中の前記ビトリファイドボンドＣＢＮ砥石に、砥石回転速度の変動が与えるびびり抑制効果が示される。前記無機ビトリファイドボンドＣＢＮシステムは、一般に、先行技術の有機樹脂ボンド砥石（Ｅモジュラスは１〜１０ＧＰａ）に比べて高いＥモジュラス（１０〜２００ＧＰａ）を有し、且つ本発明のＣＢＮ砥石の磨耗速度はかなり低いので、研削中の自己励起振動による機械の調波は、前記機械システムの明確な調波周波数におけるびびりマークとして前記ロールに容易に観察される。
【００９２】
図５Ａ〜５Ｃが示すように、出願者らは、調波振幅を一部の周波数に集中させる代わりに、より広域の周波数スペクトルの範囲に分散することによって、識別可能なびびりマークを回避できることを驚くべきことに発見した。
【００９３】
１つの実施例において、圧電型加速度計を、覆いのある研削機スピンドルに取り付け、研削中に生成される振動を監視する。図５Ａは、本発明のビトリファイドＣＢＮ砥石を用いて、砥石速度９４２ｒｐｍにてワークロールを研削したときの前記振動速度振幅と周波数を示す。前記振動振幅は、１分当たり３０８４、４０８４、５１０３サイクルに集中している。前記振動速度強度は、４０８４ｃｐｍにて最大の０．００２ｉｐｓである。
【００９４】
図５Ｂにおいて、前記研削砥石スピンドルのｒｐｍ振幅は、５秒間に１０％変動している。前記図において、前記振動速度はわずかに低下し、集中せずにより広域の周波数に分散されている。
【００９５】
図５Ｃにおいて、前記スピンドルのｒｐｍは、５秒間に２０％の振幅で変動している。前記図では、前記振動速度振幅はさらに低下して０．００１ｉｐｓ未満になり、より広域の周波数範囲に分散されており、明確な調波は見られない。
【００９６】
本発明の方法の１つの実施形態では、びびりを抑制するために、このスピンドル速度変動法を前記ビトリファイドボンドＣＢＮ砥石とともに採用している。前記スピンドル速度変動法は、前記研削加工中に、１〜３０秒間に１〜４０％の速度変動振幅にて適用される。前記速度変動は、前記研削砥石回転速度、前記ワークロール速度、あるいはそれら両方の速度でもって行うことができる。１つの実施例において、前記技法は、５秒間に＋／−２０％の振幅にての砥石回転数（ｒｐｍ）変動で適用される。
【００９７】
別の実施形態において、びびり抑制は、前記ワークロール速度を独立に変動させるか、またはそれを前記研削砥石速度変動と同時に行うことによって達成される。第３の実施形態では、驚くべきことに、びびり抑制は、前記スピンドル速度変動法を前記先行技術の従来の研削砥石、すなわち従来の研磨材を主に使用した研削砥石に用いることによって達成される。
【００９８】
表４は、典型的な生産環境において本発明の砥石の１つの実施形態であるＣＢＮ−２を用いて行った様々な種類のロール材（鉄ロール８、鍛造ＨＳＳロール４、鋳造ＨＳＳロール４）の研削で得られた結果をまとめたものである。
【００９９】
【表４】
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【０１００】
表４が示す結果は、この実施例における前記ＣＢＮ砥石が、先行技術の前記比較用砥石よりもはるかに効率的な方法で広範な種類のロール材を研削することができる性能を持つものであることを示している。前記結果は、ＣＢＮ−２を用いて前記ロールを完成ロールの規格に研削可能であること、比較用砥石Ｃ−１に比べ、研削力が３０％低減され、平均的に削除される金属材料が４０％以上削減されることを示している。加えて、ＣＢＮ−２の研削比Ｇは、前記比較用砥石Ｃ−１のそれの少なくとも１５０倍である。
【０１０１】
本発明について、好ましい実施形態を参照して説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の要素の様々な変更が可能であること、および同等のものでそれらを置換可能であることを理解するであろう。本発明は、本発明を実行するための最良の形態として開示された具体的な実施形態に限定されるものではなく、添付の請求項の範囲に含まれる全ての実施形態を包含するものである。
【０１０２】
本明細書にて参照した全ての引用は、参照によりここに明確に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】図１は、ロール研削作業に用いられる、本発明の超砥粒砥石の１つの実施形態の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａ〜２Ｄは、砥石設定の異なる本発明の実施形態の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａ〜２Ｄは、砥石設定の異なる本発明の実施形態の断面図である。
【図２Ｃ】図２Ａ〜２Ｄは、砥石設定の異なる本発明の実施形態の断面図である。
【図２Ｄ】図２Ａ〜２Ｄは、砥石設定の異なる本発明の実施形態の断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅ〜２Ｆは、図２Ａ〜２Ｄに適用可能なその他の変更を示す。
【図２Ｆ】図２Ｅ〜２Ｆは、図２Ａ〜２Ｄに適用可能なその他の変更を示す。
【図３】図３は、複数のセクションを有する超砥粒砥石を示す、本発明の１つの実施形態の断面図である。
【図４Ａ】図４Ａおよび４Ｂは、有機樹脂ボンドにおいて従来の酸化アルミニウムおよび／または炭化ケイ素を採用した先行技術の研削砥石と、ビトリファイドボンドまたは樹脂ボンドＣＢＮ砥石を採用した本発明の１つの実施形態の研削サイクルとの相違を示す。
【図４Ｂ】図４Ａおよび４Ｂは、有機樹脂ボンドにおいて従来の酸化アルミニウムおよび／または炭化ケイ素を採用した先行技術の研削砥石と、ビトリファイドボンドまたは樹脂ボンドＣＢＮ砥石を採用した本発明の１つの実施形態の研削サイクルとの相違を示す。
【図５Ａ】図５Ａ〜５Ｃは、ロール研削作業における振動速度振幅と周波数の対比を示す。
【図５Ｂ】図５Ａ〜５Ｃは、ロール研削作業における振動速度振幅と周波数の対比を示す。
【図５Ｃ】図５Ａ〜５Ｃは、ロール研削作業における振動速度振幅と周波数の対比を示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【国際調査報告】
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