(57)【要約】【課題】過大な圧延負荷が作用した場合でも圧延部が形成された外周側のリングと内周側のリングのスリップを防止することができ、安定的かつ効率的な圧延加工を行うことが可能な圧延ロールを提供する。【解決手段】ワークを圧延成型するための圧延部が外周面に形成された超硬合金よりなる外層リングと、外層リングの内周に締め代をもって圧着されるとともに接着剤によって接着される内層リング４とを備え、内層リング４の外周面５には、表面粗さがＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３における最大高さ粗さＲｚにおいて８μｍ〜１２μｍの範囲内の粗面部６が形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを圧延成型するための圧延部が外周面に形成された超硬合金よりなる外層リングと、上記外層リングの内周に締め代をもって圧着されるとともに接着剤によって接着される内層リングとを備え、
上記内層リングの外周面には、表面粗さがＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３における最大高さ粗さＲｚにおいて８μｍ〜１２μｍの範囲内の粗面部が形成されていることを特徴とする圧延ロール。
【請求項２】
上記粗面部の面積が、上記内層リングの外周面の面積の３０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の圧延ロール。
【請求項３】
上記粗面部の面積が、上記内層リングの外周面の面積の５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の圧延ロール。
【請求項４】
上記内層リングの外周面の全面が上記粗面部であることを特徴とする請求項１に記載の圧延ロール。
【請求項５】
上記粗面部は、上記内層リングの中心線方向に延びるように該内層リングの外周面に部分的に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の圧延ロール。
【請求項６】
上記粗面部は、上記内層リングの周方向に延びるように該内層リングの外周面に部分的に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の圧延ロール。
【請求項７】
複数の上記粗面部が間隔をあけて形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の圧延ロール。
【請求項８】
上記粗面部は、上記内層リングの外周面のうち該内層リングの中心線方向における両端部には形成されていないことを特徴とする請求項５から請求項７のうちいずれか一項に記載の圧延ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば線材や棒材等のワークの熱間圧延に使用される圧延ロールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような圧延ロールとして、例えば特許文献１には、外周面に圧延部が形成された超硬合金製の圧延リングと、この圧延リングの内周に配設されるリング状の台金とを備え、互いに対向する圧延リングの内周面と台金の外周面は径方向に締め代をもって圧着されるとともに接着剤により接着され、これらの内外周面はテーパ面であって圧延リングに台金が圧入されることにより圧着されたものが記載されている。ここで、台金は例えば鋼材である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５１０９４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、この特許文献１に記載された圧延ロールのようにテーパ面同士の圧入による圧着と接着剤による接着によって圧延リングに台金を取り付けたものでは、圧延加工の際に過大な圧延負荷が圧延リングの周方向に作用すると、圧延リングと台金の内外周面でスリップが発生するおそれがある。そして、このようなスリップが発生すると、ワークの寸法を正確に制御することが困難となり、歩留まりの低下を招いてしまう。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたもので、過大な圧延負荷が作用した場合でも圧延部が形成された外周側のリングと内周側のリングのスリップを防止することができ、安定的かつ効率的な圧延加工を行うことが可能な圧延ロールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、ワークを圧延成型するための圧延部が外周面に形成された超硬合金よりなる外層リングと、上記外層リングの内周に締め代をもって圧着されるとともに接着剤によって接着される内層リングとを備え、上記内層リングの外周面には、表面粗さがＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３における最大高さ粗さＲｚにおいて８μｍ〜１２μｍの範囲内の粗面部が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
このように構成された圧延ロールでは、外層リング（特許文献１に記載された圧延ロールにおける圧延リング）が締め代をもって圧着されるとともに接着剤によって接着される内層リング（特許文献１に記載された圧延ロールにおける台金）の外周面に、表面粗さがＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３における最大高さ粗さＲｚにおいて８μｍ〜１２μｍの範囲内の粗面部が形成されており、この粗面部に接着剤をより多く保持することができて、外層リングと内層リングの接着強度を向上させることができる。このため、圧延加工時に過大な圧延負荷が作用しても、外層リングにスリップが発生するのを防ぐことができる。
【０００８】
ここで、粗面部の表面粗さが上記範囲よりも小さいと、粗面部において十分に接着剤を保持することができずに接着強度を向上させることができなくなるおそれがある。その一方で、粗面部の表面粗さが上記範囲よりも大きいと、粗面部において外周側に凸となった部分が外層リングの内周面に当たって外層リングと内層リングとの同軸度が損なわれるおそれがある。
【０００９】
また、十分な接着強度を確保するには、上記粗面部の面積は、内層リングの外周面の面積の３０％以上であることが望ましく、内層リングの外周面の面積の５０％以上であることがより望ましく、さらに接着強度だけを考慮すると内層リングの外周面の全面が上記粗面部であるのが望ましい。ただし、このように内層リングの外周面の全面が粗面部であると、上記と同様に外層リングと内層リングとの同軸度が損なわれる場合もあるので、粗面部の面積は内層リングの外周面の面積の１００％未満であってもよい。
【００１０】
さらに、こうして粗面部の面積を内層リングの外周面の面積の１００％未満として、粗面部を内層リングの外周面に部分的に形成する場合には、粗面部は、上記内層リングの中心線方向に延びるように形成されていてもよい。粗面部が内層リングの中心線方向に延びていれば、外層リングがスリップを生じる周方向に交差する方向に延びることになり、このスリップに対する接着強度を確保することができる。
【００１１】
また、同様に粗面部を内層リングの外周面に部分的に形成する場合に、粗面部は、内層リングの周方向に延びるように形成されていてもよい。粗面部が周方向に延びていれば、粗面部が形成されていない部分に残される平滑部も周方向に延びることになるので、外層リングの内周に締め代をもって内層リングを圧着する際の圧着強度を確保することができるとともに、外層リングと内層リングとの同軸度も向上させることができる。
【００１２】
なお、これらのように、粗面部が、内層リングの中心線方向に延びるように部分的に形成されている場合や、内層リングの周方向に延びるように部分的に形成されている場合でも、複数の粗面部を間隔をあけて形成することにより、これら複数の粗面部に保持された接着剤によって分散して圧延負荷を受け止めることができ、さらに確実に外層リングのスリップを防止することができる。
【００１３】
なお、線材や棒材等のワークの熱間圧延に使用される圧延ロールは、圧延加工時には多量の冷却水が外部から供給されつつワークの圧延を行う。このため、粗面部を部分的に形成する場合には、内層リングの外周面のうち該内層リングの中心線方向における両端部には形成せずに、粗面部が形成されていない平滑部が両端部に位置するようにして、冷却水が粗面部から外層リングと内層リングの間に浸入するのを防ぐことが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、内層リングの外周面に形成された粗面部によって多くの接着剤を保持して外層リングとの接着強度を確保することができ、過大な圧延負荷が作用したときでも外層リングにスリップが生じるのを防いでワークの寸法を正確に制御することにより、安定的かつ効率的な圧延加工を促してワーク歩留まりの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す側断面図である。
【図２】図１に示す実施形態の内層リングの側面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における内層リングの側面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態における内層リングの側面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態における内層リングの側面図である。
【図６】本発明の第５の実施形態における内層リングの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１および図２は、本発明の第１の実施形態を示すものである。本実施形態において、外層リング１は、超硬合金により中心線Ｏを中心とした円環状に形成され、その外周面にはワークを圧延加工するための溝状の圧延部２が、周方向に環状に形成されている。本実施形態では複数条（４条）の圧延部２が中心線Ｏ方向に間隔をあけて形成されている。また、外層リング１の内周面３は中心線Ｏを中心とした円筒面状であってテーパは付けられていない。
【００１７】
この外層リング１の内周には、内層リング４が締め代をもって圧着されるとともに接着剤によって接着されて配設される。内層リング４は、ステンレス鋼等の鋼材によりやはり中心線Ｏを中心とした円環状に形成され、その外周面５は中心線Ｏを中心とした円筒面状に形成されている。また、内層リング４の内周面も、その両端に面取りが施された以外は中心線Ｏを中心とした円筒面状であるとともに、内層リング４と外層リング１の中心線Ｏ方向の長さは互いに等しく、外層リング１の内周に内層リング４を配設した状態で、互いの中心線Ｏ方向を向く両端面は中心線Ｏに垂直に、面一に連なるようにされている。
【００１８】
上記外層リング１は、焼き嵌めによって内層リング４の外周に圧着される。すなわち、外層リング１の内周に配設される前の内層リング４の外径は、外層リング１の内径よりも僅かに大きくされており、この外層リング１を加熱して内径を拡大させるとともに、内層リング４の外周面５に接着剤を塗布して外層リング１の内周に挿入し、外層リング１を常温に戻すことによって締め代をもって圧着するとともに接着する。このときの締め代は例えば２０μｍ〜４０μｍの範囲内であり、また接着剤としてはメタクリレートエステルを主成分とするメタクリレート系樹脂接着剤が好適に用いられる。
【００１９】
そして、内層リング４の外周面５には、図２にハッチングで示すように、表面粗さがＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３における最大高さ粗さＲｚにおいて８μｍ〜１２μｍの範囲内の粗面部６が形成されている。本実施形態における粗面部６は、内層リング４の中心線Ｏ方向に延びる帯状に部分的に形成されたものであって、特に中心線Ｏに平行であり、その面積が外周面５全体の面積に占める割合は３０％である。
【００２０】
また、本実施形態では、周方向の幅が等しい複数（１６本）の粗面部６が周方向に等間隔に、中心線Ｏ方向には外周面５の両端に達するように形成されている。さらに、外周面５において周方向に隣接する粗面部６の間の部分は粗面部６よりも表面粗さが小さい平滑部７とされており、その表面粗さはＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３における最大高さ粗さＲｚにおいて６．３μｍ以下とされている。従って、本実施形態では、個々の粗面部６の周方向における幅は、個々の平滑部７の周方向における幅よりも小さい。
【００２１】
このような粗面部６は、例えば内層リング４の外周面５全体を平滑部７の表面粗さに仕上げた後、平滑部７を残す部分にマスキングをしてから、外周面５にショットブラストを施すことによってマスキングから露出した部分を面粗しをすることにより形成することができる。なお、この第１の実施形態を初め、後述する第２〜第５の実施形態でも、内層リング４の内周面や両端面は、このようなショットブラストによる面粗しがされておらず、平滑部７と等しい表面粗さとされている。
【００２２】
このような内層リング４を外層リング１の内周に上述のように圧着するとともに接着した圧延ロールでは、内層リング４の外周面５に形成された粗面部６に多くの接着剤を厚く保持することができるので、外層リング１との接着強度を向上させて過大な圧延負荷が作用した場合でも外層リング１にスリップが生じるのを防止することができる。このため、外層リング１の外周面に形成された圧延部２により圧延加工されるワークの寸法を確実に制御することができ、精度良い圧延加工を行うことが可能となる。
【００２３】
ここで、粗面部６の表面粗さが上記範囲より小さいと、粗面部６に十分に接着剤を保持することができなくなって接着強度の向上を図ることができなくなるおそれがある。一方、粗面部６の表面粗さが上記範囲よりも大きいと、この粗面部６において外周側に凸となった部分が外層リング１の内周面３に当たってしまい、外層リング１と内層リング４との同軸度が損なわれるおそれがある。
【００２４】
また、本実施形態では、粗面部６の面積が内層リング４の外周面５の面積の３０％であって、粗面部６が外周面５に部分的に形成されており、外周面５の面積の残りの７０％は粗面部６が形成されていない平滑部７とされている。従って、この平滑部７により内層リング４の外周面５が締め代をもって外層リング１に圧着されることによる圧着強度も確保することができ、一層確実に外層リング１のスリップ防止を促すことができる。
【００２５】
さらに、こうして内層リング４の外周面５の部分的に形成された粗面部６が、本実施形態では内層リング４の中心線Ｏ方向に延びるように形成されており、特に中心線Ｏに平行に延びている。すなわち、粗面部６は、外層リング１がスリップする圧延ロールの周方向に交差する方向、特に本実施形態では直交する方向に延びているので、このような外層リング１のスリップを粗面部６に保持された接着剤によってさらに確実に防止することができる。
【００２６】
しかも、本実施形態では、複数のこのような粗面部６が周方向に間隔（等間隔）をあけて形成されている。このため、外層リング１に作用する圧延負荷を、これらの粗面部６に保持された接着剤によって分散して受け止めることができ、外層リング１の周方向におけるいずれの位置において過大な圧延負荷が作用しても、スリップの発生を防止することができる。また、平滑部７も、本実施形態では内層リング４の周方向に間隔をあけて複数形成されることになるので、これらの平滑部７が外層リング１の内周面３に圧着されることにより、外層リング１と内層リング４の同軸度も確保することができる。
【００２７】
次に、図３〜図６は、本発明の第２〜第５の実施形態における内層リング１１〜１４の側面図であり、図２に示した第１の実施形態の内層リング４と共通する部分には同一の符号を配して説明を省略する。このうち、図３に示す第２の実施形態の内層リング１１においては、第１の実施形態における内層リング４の部分的に形成された粗面部６が中心線Ｏ方向に延びていたのに対し、内層リング１１の外周面５に部分的に形成された粗面部６が周方向に延びていることを特徴としている。
【００２８】
すなわち、この第２の実施形態の内層リング１１においては、互いに等しい幅の複数（４本）の粗面部６が中心線Ｏ方向に等間隔をあけて、また内層リング１１の両端面とも間隔をあけて、中心線Ｏ回りに外周面５を周回するように形成されており、従って外周面５の中心線Ｏ方向の両端部には粗面部６は形成されていない。また、粗面部６が内層リング４の外周面５に占める面積の割合は、第１の実施形態と同じく３０％である。
【００２９】
このような内層リング１１を、第１の実施形態と同様の外層リング１の内周に接着剤によって接着するとともに締め代をもって圧着した第２の実施形態の圧延ロールでも、内層リング１１の外周面５に形成された粗面部６に十分に保持された接着剤によって外層リング１との接着強度を向上させることができ、過大な圧延負荷が作用したときでも外層リング１にスリップが発生するのを防止することができる。
【００３０】
また、この第２の実施形態では、内層リング１１の外周面５に部分的に形成された複数の粗面部６が外周面５の周方向に延びているのに伴い、これらの粗面部６の間や中心線Ｏ方向の両端の粗面部６と内層リング１１の両端面との間に残される平滑部７も、外周面５の周方向に延びることになる。そして、この平滑部７が、締め代をもって内層リング１１を外層リング１の内周に圧着する際に、中心線Ｏに対する径方向に等方的かつ均一に外層リング１の内周面３を押圧するので、本実施形態によれば外層リング１と内層リング１１との圧着強度と同軸度を十分に確保することができる。
【００３１】
ところで、このような圧延ロールは、線材や棒材等のワークの熱間圧延に使用される際には多量の冷却水が外部から供給されるが、内層リング１１の外周面５の両端部に粗面部６が形成されていると、表面粗さが粗い粗面部６から外層リング１の内周面３と内層リング１１の外周面５の間に冷却水が浸入して接着強度を低下させたり、スリップを発生し易くしたりする。これに対して、この第２の実施形態では、内層リング１１の外周面５のうち中心線Ｏ方向の両端部には粗面部６は形成されておらず、平滑部７が残されて内層リング１１の両端面に交差するようにされているので、このような冷却水の浸入も確実に防止することができる。
【００３２】
次に、図４に示す第３の実施形態の内層リング１２は、図２に示した第１の実施形態の内層リング４における中心線Ｏ方向に延びる複数の粗面部６の面積が外周面５の面積の３０％であったものを５０％としたものである。また、図５に示す第４の実施形態の内層リング１３は図３に示した第２の実施形態の内層リング１１における周方向に延びる複数の粗面部６の面積が外周面５の面積の３０％であったものを５０％としたものである。
【００３３】
ここで、第３の実施形態では、内層リング１２の外周面５における複数の粗面部６の数を３２本と第１の実施形態よりも増やすとともに、個々の粗面部６の周方向の幅は第１の実施形態よりも僅かに小さくすることにより、外周面５に占める粗面部６の面積の割合を５０％と大きくしている。この第３の実施形態においても、複数の粗面部６の周方向の幅は互いに等しく、従ってこれらの粗面部６の間に残される平滑部７の周方向の幅も互いに等しく、かつ粗面部６の幅とも等しくなる。
【００３４】
また、第４の実施形態では、内層リング１３の中心線Ｏ方向における粗面部６の幅を第２の実施形態よりも大きくすることにより、外周面５に示す粗面部６の面積の割合を５０％としており、外周面５の中心線Ｏ方向の両端部には平滑部７が残されている。この両端部に残された平滑部７の中心線Ｏ方向の幅は、個々の粗面部６の中心線Ｏ方向の幅の１／２であり、個々の粗面部６の中心線Ｏ方向の幅と、該粗面部６の間に残される平滑部７の中心線Ｏ方向の幅は互いに等しい。
【００３５】
したがって、このような第３、第４の実施形態では、接着剤を保持する粗面部６の面積が第１、第２の実施形態よりも大きいため、外層リング１と内層リング１２、１３との接着強度をさらに強くすることができ、外層リング１のスリップをより一層確実に防止することができる。また、特に周方向に等間隔に形成される複数の粗面部６の数を増やした第３の実施形態においては、より多くの粗面部６に保持された接着剤によって分散して圧延負荷を受け止めることができるので、外層リング１のスリップをさらに確実に防ぐことが可能となる。
【００３６】
さらに、図６に示す本発明の第５の実施形態における内層リング１４では、その外周面５の全面が粗面部６とされており、平滑部７は残されていない。従って、この第５の実施形態では、内層リング１４の外周面５全面に接着剤を保持して外層リング１の内周に接着されるとともに締め代をもって圧着されることになり、接着強度を最大とすることができるので、外層リング１のスリップを最も確実に防止することが可能となる。また、内層リング１４の外周面５にマスキングを施す必要もないので、この外周面５に面粗しを施すのも容易となる。
【００３７】
ただし、このように内層リング１４の外周面５の全面が粗面部６であって、すなわち粗面部６が外周面５に占める面積の割合が１００％であると、内層リング１４を圧着する際に粗面部６において外周側に凸となった部分が外層リング１の内周面３に当たってしまうため、圧着強度は低下するおそれがあるとともに、粗面部６の表面粗さに偏りがあるような場合には外層リング１と内層リング１４との同軸度が損なわれるおそれがある。また、外周面５の中心線Ｏ方向両端部も粗面部６となるため、外層リング１と内層リング１４の内外周面３、５の間への冷却水の浸入のおそれもある。
【００３８】
そこで、このようなおそれを払拭するには、粗面部６が外周面５に占める面積の割合を１００％未満として、例えば内層リングの外周面５において中心線Ｏ方向の両端部には粗面部６を形成せずに、中心線Ｏ方向に僅かな幅の平滑部７が残されるようにしてもよい。また、中心線Ｏ方向に延びる粗面部６が内層リング４、１２の両端面に達している第１、第３の実施形態でも冷却水の浸入のおそれがあるので、これら第１、第３の実施形態においても、粗面部６は内層リング４、１２の両端面に達しないようにして、外周面５の両端部には全周に亙って平滑部７が残されるようにしてもよい。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明の実施例を挙げて、本発明の効果について実証する。本実施例では、図２〜図６に示した第１〜第５の実施形態と同様に、内層リング４、１１〜１４の外周面５に上述したようにショットブラストによって所定の面積割合の粗面部６を形成し、これらをそれぞれ外層リング１の内周に締め代をもって圧着するとともに接着剤により接着して５種の圧延ロールを製造した。これらを順に実施例１〜５とする。
【００４０】
なお、外層リング１の外径は８０ｍｍ、内径は６０ｍｍ、内層リング４、１１〜１４の内径は４０ｍｍ、締め代は４０μｍであり、ショットブラストにより形成された粗面部６の表面粗さはＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３における最大高さ粗さＲｚにおいて１０μｍであるとともに、実施例１〜４において内層リング４、１１〜１３の外周面５に粗面部６が形成されずに残された平滑部７の表面粗さは同じくＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３における最大高さ粗さＲｚにおいて５μｍであった。また、接着剤としては、メタクリレート系樹脂接着剤であるヘンケルジャパン社製の商品名ロックタイト（登録商標）６４０を使用した。
【００４１】
また、これら実施例１〜５に対する比較例として、粗面部が形成されずに外周面全体が実施例１〜４の平滑部７と等しい表面粗さとされた内層リングを製造し、これを実施例１〜５と同様の外層リングの内周に実施例１〜５と同じ条件で圧着するとともに接着した圧延ロールも製造した。そして、これら実施例１〜５と比較例とで、外層リング１と内層リング４、１１〜１４に中心線Ｏ方向に相対的に荷重を与えて外層リング１から内層リング４、１１〜１４が抜け出たときの荷重を抜き力として２回測定した。この結果を次表１に示す。なお、表１において抜き力理論値とは、内層リングの外周面の表面積と接着剤のせん断強度の積であり、表１にはこの抜き力理論値に対する実際の抜き力実験値の割合である対理論値抜き力も記載する。
【００４２】
【表１】
2017164769.tif 000003
【００４３】
この表１の結果より、内層リングの外周面に粗面部が形成されていない比較例では、１回目、２回目の実験値がともに７８．４ｋＮ程度で対理論値抜き力は６２％と十分なものではなかった。これに対して、外周面５に粗面部６を形成した実施例１〜５では、外周面５に占める粗面部６の面積の割合が３０％の実施例１、２でも抜き力実験値が８２．２〜８８．２ｋＮ、対理論値抜き力でも６８〜６９％と、比較例に対して１割以上の抜き力に対する強度の向上が認められた。
【００４４】
また、外周面５に占める粗面部６の面積の割合を５０％とした実施例３、４では、抜き力実験値が９４．１〜１０４．９ｋＮ、対理論値抜き力が７４〜８２％と７０％を越えて、実施例１、２に対しても略１割程度の強度の向上が認められた。特に、複数の粗面部６が内層リング１２の中心線Ｏ方向に延びている実施例３では、対理論値抜き力が８０％以上であり、同じ面積割合でも複数の粗面部６が内層リング１３の周方向に延びている実施例４よりも強度が高かった。
【００４５】
さらに、内層リング１４の外周面５の全面を粗面部６とした実施例５では、抜き力実験値が１１７．６ｋＮを越えて抜き力理論値に略近い結果となり、これに伴い対理論値抜き力も２回の実験で９５％以上と最も強度が高い結果となった。これは、粗面部６を外周面５の全体に形成したことによる圧着強度の低下を、粗面部６に保持された接着剤による接着強度の向上が上回ったためであると考えられる。
【符号の説明】
【００４６】
１  外層リング
２  圧延部
３  外層リング１の内周面
４、１１〜１４  内層リング
５  内層リング４、１１〜１４の外周面
６  粗面部
７  平滑部
Ｏ  内層リング４、１１〜１４の中心線
【図１】
2017164769.tif 000004
【図２】
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【図３】
2017164769.tif 000006
【図４】
2017164769.tif 000007
【図５】
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【図６】
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