(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延材を圧延するワークロールを有するクラスタ型圧延機を用いて、箔材を圧延する圧延方法であって、
前記ワークロールは、その直径が前記箔材の板幅の０．１倍未満とされており、
前記ワークロールがキス状態であるに際し、当該ワークロールの両端部であって前記箔材と非接触なワークロールの非圧延部に対して、前記ワークロールの中央部であって箔材と接触している部分に供給されるクーラントより高温となっているクーラントを供給すると共に箔材を圧延し、当該箔材の圧延形状を制御することを特徴とするキス圧延における形状制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キス圧延における形状制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の如く、箔材などの圧延材を圧延する際には多段圧延機が用いられる。多段圧延機としては、ワークロールを支持する中間ロールと中間ロールを支持するバックアップロールとが葡萄の房のように扇状に広がる「クラスタ型の多段圧延機」などが用いられる。
このような多段圧延機による箔材の圧延では、温度の異なるクーラントを用いた箔材の形状制御が行われている。
【０００３】
特許文献１は、このような技術の典型例であり、圧延ロール出側に板幅方向にｎ個配置された形状検出器の出力信号により該圧延ロール入側に板幅方向にｎ個配置されたロール冷却装置の冷却水流量を調整して圧延材の形状を制御するものにおいて、ｎ個の該ロール冷却装置のうち夫々１個のロール冷却装置を調整した場合に、前記板幅方向各部の板形状に与える影響係数を記憶しておき、前記形状検出器の出力信号と該記憶している影響係数とを用いて前記圧延ロール出側の圧延材板幅方向の形状を良好とするに必要な前記ｎ個のロール冷却装置の冷却水量を夫々演算し、該演算結果に基づき前記冷却装置を制御する技術を開示する。
【０００４】
特許文献２は、圧延材を圧延する作業ロールと、少なくとも圧延材の入側でクーラントを供給するクーラント装置と、圧延後の板形状を測定する形状検出器と、板形状を制御する機械的制御手段とを備え、前記作業ロールの直径を、圧延可能な最大板幅の０．１６倍以上０．３倍未満とし、前記クーラント装置には、複数のノズルを板幅方向に配置したクーラントヘッダー列と、クーラントの流量及び温度を夫々調整する手段を備えた複数の供給系統と、を設置し、該機械的制御手段及び該クーラント装置を、前記形状検出器の検出値に基づき制御する制御装置を備えた圧延機を開示する。この特許文献２によれば、圧延材の幅Ｗとワークロール径Ｄの比Ｄ／Ｗが０．１６〜０．３で効率的にクーラント制御が可能であることがわかる。
【０００５】
また、特許文献３は、圧延機のワ−クロ−ルに向けてク−ラントを噴射することにより圧延薄板の形状制御を行うに際し、ワ−クロ−ルの圧延領域内であつてその所定幅に亘る両端部を除いた領域にワ−クロ−ルの温度より低い温度に設定したク−ラントを噴射せしめる一方、前記両端部と、これに隣接するワ−クロ−ルの非圧延領域であつて前記両端部に隣接する所定幅に亘る領域を除いた領域とにワ−クロ−ルの温度よりも高い温度に設定したク−ラントを噴射せしめる圧延薄板の形状制御方法を開示する。この特許文献４によれば、圧延材の幅より外側にホットクーラントをかけると共に、圧延材の幅方向内側を冷却することにより、過度な耳波を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５５−４２１６１号公報
【特許文献２】特開２００４−６６３１０号公報
【特許文献３】特開平３−２９７５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜特許文献３の技術を小径ワークロールを有する多段圧延機に適用するのは困難であるのが実情である。
まず、圧延機のワークロールは小径で、複数のロールが狭い領域内に配備されているため、クーラントノズルを適切に配置することが困難であるため、特許文献１のように、圧延ロール出側に板幅方向にｎ個の形状検出器を配備し、且つ圧延ロール入側に板幅方向にｎ個のロール冷却装置を配備することは困難を極める。
【０００８】
また、特許文献２の技術は、ワークロール径Ｄ＝３０〜６０φｍｍ、板幅Ｗ＝５００ｍｍのような、Ｄ／Ｗ＜０．１の小径ロールには適用が困難であることが、同文献中に開示されている。
特許文献３の技術は、ワ−クロ−ルの圧延領域内の幅方向中央部に低温のク−ラントを噴射し、両端部に高温ク−ラントを噴射するものであり、その温度差や潤滑状態の差により、箔材の幅方向において光沢むらが生じる可能性を否めなかった。加えて、小径ロールに十分な潤滑性を与えるために、ワークロールの圧延材に対応する部分には、多量のクーラントを噴射しており、高温クーラントを噴射しても、多量のクーラントの中で十分サーマルクラウンの制御性が得られないことが現場の実績よりわかっている。加えて、箔材（極薄板）を圧延する場合に、ロールキスと呼ばれる上下ワークロールの接触が発生すると、ワークロールのたわみ変形が抑えられ、圧延板の平坦度の制御が不能となってしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、多段圧延機による箔材の圧延、特にキス圧延状況下での箔材の圧延における形状の制御が確実に行える形状制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係るキス圧延における形状制御方法は、圧延材を圧延するワークロールを有するクラスタ型圧延機を用いて、箔材を圧延する圧延方法であって、前記ワークロールは、その直径が前記箔材の板幅の０．１倍未満とされており、前記ワークロールがキス状態であるに際し、当該ワークロールの両端部であって前記箔材と非接触なワークロールの非圧延部に対して、前記ワークロールの中央部であって箔材と接触している部分に供給されるクーラントより高温となっているクーラントを供給すると共に箔材を圧延し、当該箔材の圧延形状を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の形状制御方法を用いることで、ロールキス圧延下での箔材圧延における形状制御が確実に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】クラスタ型多段圧延機（１２段）を模式的に示した正面図である。
【図２】ワークロールにクーラントを供給している状況を模式的に示したものであり、（ａ）は圧延機入側から見た図で、（ｂ）は圧延機の幅方向側方から見た図である。
【図３】クーラントが供給されるワークロールの端部の状況を模式的に示した図である。
【図４】ワークロールの膨張率と表面温度を示した図である（従来の圧延）。
【図５】ワークロールの膨張率と表面温度を示した図である（本発明に係る圧延）。
【図６】ワークロールに作用する単位幅荷重の分布を示した図である。
【図７】ワークロールに作用する単位幅荷重の分布を示した図である（非圧延部の拡大図）。
【図８】非圧延部に高温クーラントを供給した／供給しないワークロールで圧延を行った際における、圧延材の圧延形状を示した図である。
【図９】非圧延部に高温クーラントを供給した／供給しないワークロールで圧延を行った際における、圧延材の圧延形状を示した図であって、高温クーラントの温度を可変とした場合を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、クラスタ型多段圧延機を例示しつつ、図を基に説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１は、本発明に係るクラスタ型多段圧延機１を示したもので、１２段圧延機となっている。
【００１５】
クラスタ型多段圧延機１は、ステンレス材など圧延材２を箔材（例えば、厚さ３０〜４０μｍ）などの薄板に圧延加工するもので、上下一対に配置されたワークロール３，３を有している。
各ワークロール３は、その径が４０ｍｍ程度で通常の圧延機に比して小径なロールであり、ワークロール径Ｄ／圧延材幅Ｗが略０．１以下となっている。
【００１６】
ワークロール３は、複数（２つ）の中間ロール４で支持され、中間ロール４は、最外側に位置する複数（３つ）のバックアップロール５で支持されている。言い換えるならば、図１に示すように、中間ロール４及びバックアップロール５は、ワークロール３，３を中心として葡萄の房のように扇状に広がった配置（クラスタ型）とされている。
最外側のバックアップロール５は、軸受ベアリング等を内蔵した軸支持部６を介して、ミルハウジング７に回転自在に支持されており、他のロールは遊転状態となっている。なお、本実施形態のクラスタ型多段圧延機１は、ワークロール３に接する中間ロール４を駆動モータ（図示せず）で駆動している。
【００１７】
前述した一対のワークロール３，３間を上流側（図１の左側）から下流側（図１の右側）に向けて圧延材(箔材)２が通過しその厚み方向に圧延される。ワークロール３の入側及び出側のそれぞれに、圧延パスラインに沿って圧延材２を円滑に案内するためのストリップガイド機構８が設けられている。
このようなクラスタ型多段圧延機１を用いて、ステンレス材のような高強度の箔材２を圧延する場合、ワークロール３，３がロールキス状態（非圧延部分でワークロール３が接触している）となり、通常のクラウン制御が困難な状況となる。加えて、ワークロール３が小径であるため、サーマル膨張量が少なくクーラント制御（クーラントの幅方向の温度分布を与えることにより、幅方向にロール膨張量に差を与える）は不向きとされている。
【００１８】
さらに、ステンレス箔のように表面光沢の厳しい材料でク−ラント制御を行うと高温のクーラントが供給された部分で箔材表面性状が変化し、製品として使えないため、クーラント制御が適用できない場合があった。
そこで、本願発明者らは鋭意研究を重ね、箔材２が存在しない所へ高温クーラントＨを噴射すれば、箔材２に対する高温クーラントＨの影響を排除できると共に、キス荷重（キス部分に作用するロール反力）を変えることができることを知見した。すなわち、箔材２が存在しない所へ高温クーラントＨを供給すれば、非圧延部３Ｂでのキス荷重分布を変化させることができ、その結果、ワークロール３の曲げ状態を可変とし、圧延材２のクラウン制御が可能となるとの知見に至った。
【００１９】
係る知見を基に、クラスタ型多段圧延機１を用いて箔材２をキス圧延するに際しては、ワークロール３の両端部であって箔材２と非接触なワークロール３の非圧延部３Ｂに対し、所定の温度より高温となっているクーラントＨを供給しつつ箔材２を圧延する箔材２の圧延方法に想到した。この圧延方法を用いることで、箔材２の圧延形状を確実に制御することが可能となる。
【００２０】
以下、上記したクラスタ型多段圧延機１に採用可能な「キス圧延における形状制御方法」の詳細について述べる。
図２に示すように、クラスタ型多段圧延機１においては、ワークロール３の入側及び出側のそれぞれに設けられたストリップガイド機構８の先端から、ワークロール３の圧延部３Ａ（圧延材２と接触しているワークロール３の部分）に対しては、冷却クーラントＣ（約３０〜５０℃（使用するクーラントにより差異はある））を噴射してロール冷却と潤滑油の供給を行う。
【００２１】
さらに、図２，図３に示す如く、ワークロール３の非圧延部３Ｂ（ワークロール３の両端部であって箔材２と非接触な部分）に対しては、冷却クーラントＣに比して高温（＋５℃以上）のクーラント（高温クーラントＨ）を供給する。
この高温クーラントＨは、非圧延部３Ｂ（すなわち、圧延材２の幅方向外側）においてワークロール３に吹きつけられると共に、圧延部３Ａに供給される多量の冷却クーラントＣにより圧延材２の幅方向外側へ押し出される。そのため、高温クーラントＨが箔材２に達することはなく、箔材２の表面性状への影響は殆ど無い。
【００２２】
図３に模式的に示しているように、この高温クーラントＨの供給により、ワークロール３の非圧延部３Ｂにはロール膨張が起こる。通常の圧延では、このようなロール膨張が起こっても、圧延材２と接触しないため圧延形状への影響は無い。しかしながら、ロールキス圧延のように、ワークロール３の端部同士が接触している部位で係るロール膨張が起こると、ロール膨張が起こった部位の接触荷重が局所的に増加する。この局所荷重によりワークロール３に対する曲げモーメント状況が異なり、ワークロール３のたわみ量が変化する。その結果、箔材２の形状クラウンをコントロールすることが可能となる。
【００２３】
換言すれば、箔材２の圧延形状を所望のものとするためには、所定のロール曲げ形状とする必要があるが、そのためにはワークロール３に作用する曲げ力を変化させる必要がある。係る曲げ力を変化させるためには、キス状態にあるワークロール３の非圧延部３Ｂに対して、高温クーラントＨを吹きつけるとよい。
図４は、通常圧延におけるワークロール３のサーマル膨張量とロール表面温度である。圧延部分では、加工発熱によりロール温度が上昇し、その分、サーマルクラウンが成長していることがわかる。
【００２４】
これに対して、図５は、ワークロール３の非圧延部３Ｂ（ワークロール３の端部５０ｍｍ）に高温クーラントＨ（冷却クーラントＣの温度４２℃より＋８℃）を噴射した場合のロール表面温度とサーマルクラウン分布である。この図から、高温クーラントＨを噴射した部分がロールが膨張していることがわかる。
また、図４と図５を比較すると、圧延されている部分のロール表面温度は変化が殆ど無く、潤滑性への影響が無いことから表面性状への影響も無いことがわかる。
【００２５】
図６に、図５の状況下におけるワークロール３の面圧分布を示す。高温クーラントＨを噴射しない場合でも、非圧延部３Ｂにおいても荷重が発生しており、キス圧延状態となっていることがわかる。これに対して、高温クーラントＨを噴射することにより、キス荷重分布が変化し、これに伴うロールたわみ変化から圧延部分でも荷重が変化していることがわかる。
【００２６】
図７に、図５の状況下におけるワークロール３の非圧延部３Ｂの面圧分布（荷重分布）を示す。高温クーラントＨなしの場合は、ロールキス部にサーマルクラウンが存在しないため板端（中心から１５０ｍｍ）から少し離れた部分から均一な接触荷重となっている。これに対して、高温クーラントＨを噴射するとサーマルクラウンにより非圧延部３Ｂでの面圧が局所化され板端に近いところに高い面圧が作用し、板端から遠いところは逆に荷重なくなっている（非接触）ことがわかる。
【００２７】
すなわち、ワークロール３の非圧延部３Ｂにおいてサーマル膨張による局所的な面圧増加（面圧分布の変化）が起こると、ワークロール３に加わる曲げモーメントが変化してロールたわみが変化する。それに伴い、サーマル膨張量の大きいロール端部でワークロール３が接触しない領域が発生する。なお、通常の大径ロールでは、このような非圧延部３Ｂの荷重（キス荷重）の微妙な違いによるロールたわみ変形への影響は少ないが、小径ロールではこのような変化が顕著である。
【００２８】
図８は、高温クーラントＨの有無による「圧延材２の出側形状」の変化を示したものである。高温クーラントＨをワークロール３の非圧延部３Ｂに供給することにより、ワークロール３に加わる曲げモーメントが変化してワークロール３のたわみが変化し、その結果、圧延材２の端部形状が変化していることがわかる。
図９には、高温クーラントＨの温度を変化させた場合における圧延材２の出側形状の変化を示す。
【００２９】
この図における圧延条件は、入側板厚２５μｍ、出側板厚２１．５μｍ、板幅３００ｍｍのステンレス箔である。またワークロール径はφ４６ｍｍとし、ロールバレル長は６００ｍｍである。この揚合の、高温クーラントＨの噴射位置は、ロール端から５０ｍｍ（圧延材２の端から１００ｍｍ位置）からロール縁端にかけて５０ｍｍの区間を均等に噴射している。
【００３０】
図９からわかるように、より温度の高い高温クーラントＨをワークロール３の非圧延部３Ｂに供給することにより、ワークロール３の曲げ形状を大きく変化させることができ、圧延材２の端部形状を大きく変えることができる。
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３１】
例えば、本願発明は、ワークロール３の非圧延部３Ｂに対して高温クーラントＨを供給するものであるが、その供給形態は連続的でもよく間欠的でもよい。高温クーラントＨを常に噴射しつつ圧延を行ってもよく、必要に応じて間欠的に高温クーラントＨを噴射し圧延を行ってもよい。
また、本願発明においては、ワークロール３の非圧延部３Ｂに高温クーラントＨを供給するための具体的な装置構成は、如何なるものであってもよく、限定されるものではない。ストリップガイド機構８に既設のクーラント供給手段を用いてもよく、新たにクーラント供給ノズルを設けてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１    クラスタ型多段圧延機
２    圧延材(箔材）
３    ワークロール
３Ａ  ワークロールの圧延部
３Ｂ  ワークロールの非圧延部
４    中間ロール
５    バックアップロール
６    軸支持部
７    ミルハウジング
８    ストリップガイド装置
Ｈ    高温クーラント
Ｃ    冷却クーラント
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図２】
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【図３】
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