(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本のロールを上下に千鳥状に配置し、そのロール間に被矯正材を通して繰り返し曲げを与えることによって、被矯正材の反りを平坦化するローラレベラのロール位置の設定方法において、
ローラレベラのある入側ロール押し込み量ｓｉｎについて、出側ロール押し込み量ｓｏｕｔと被矯正材の残留反り高さｈｒｅｓとの関係を予め求めておき、前記入側押し込み量ｓｉｎを固定し、その後、式（１）を満たす最大の出側ロール押し込み量をｓ０ｏｕｔとするとき、ｓｏｕｔ＜ｓ０ｏｕｔ、かつｈｒｅｓ＝０を満たす出側ロール押し込み量ｓｏｕｔにロール位置を設定することを特徴とするローラレベラのロール位置の設定方法。
ｄｈｒｅｓ／ｄｓｏｕｔ＝０・・・・・・・・・・・・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数本のロールを上下に千鳥状に配置し、そのロール間に被矯正材を通して繰り返し曲げを与えることによって、被矯正材の反りを平坦化するローラレベラのロール位置の設定方法に関するものである。
なお、本発明の明細書で単にロールという場合は、被矯正材に直接接触して、これに曲げを加える「ワークロール」を意味し、ワークロールを支持するバックアップロールと区別するときのみワークロールと呼ぶことにする。
【０００２】
【従来の技術】
板材、形材、管材、線材等の圧延や冷却過程などで発生した反りを平坦化するために、複数本のロールを上下に千鳥状に配置したローラレベラが用いられる。ローラレベラによる矯正作用は、被矯正材に繰り返し曲げを与えることによって、被矯正材の反りを平坦化するものである。
【０００３】
一般に、ローラレベラは、上下一方のロール群の位置が固定され、他方のロール群を傾動して各ロールにより被矯正材に押し込みを与える機構のものが多い。このような機構を持つローラレベラでは、可動のロール群の入側および出側のロール位置を設定して操業する。この入出側のロール位置は、一般には、入側のロール位置は被矯正材の寸法、材料定数、反りやローラレベラの剛性などを考慮して、被矯正材の反りを平坦化するために必要なロール押し込み量となるように設定されるものの、出側のロール位置は、最終段から２番目のロールにおけるロール押し込み量がゼロとなるように決定されている。ここで、ロール押し込み量とは、該ロールの頂点と、該ロールの前後ロールの頂点を結ぶ直線との距離から被矯正材の厚みを差し引いたものであり、以下では、該ロールの前後ロールの頂点を結ぶ直線との距離が被矯正材の厚みよりも短くなる場合を正として説明する。
【０００４】
特開昭５３−８７９６２号公報には、入側最大加工度、出側加工度と板厚・板幅・降伏点応力とから上ロール群の入側押し込み量と出側押し込み量とを決定する方法が示されており、特に入側最大加工度は３以上、出側加工度は１をとればよいとしている。なお、加工度とは矯正中に被矯正材に与えられる曲率を被矯正材の弾性限曲率で除したものである。
【０００５】
ローラレベラのロール位置と被矯正材の曲率との関係は、種々の実験式や理論計算方法が示されており、例えば、実験式については、「塑性と加工」第３１巻第３４９号（１９９０）第２０８頁〜第２１２頁に、被矯正材の曲率とローラレベラのロールピッチとロール押し込み量とを比例定数により関係付けた式が提案されており、理論計算方法については、「昭和４８年度春季塑性加工講演会論文集」（１９７３）第１４３頁〜第１４６頁に梁の曲げ理論に基づいた方法が提案されている。
【０００６】
このようにして、被矯正材に与えるべき曲率が得られるロール位置を求め、さらに必要に応じてこのロール設定を用いて矯正を行ったときの矯正反力を求めて、矯正反力によるローラレベラの変形を加味してロール位置を設定し、矯正を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ローラレベラのロール位置のゼロ点が正確に調整されていなければ、設定したロール押し込み量と実際のロール押し込み量とが異なり、被矯正材に与えられる曲率も予測したものとは異なってくる。
実開昭６１−５３０１４号公報に上下ロール間に表裏面を導電体で構成した治具を挟み、上下ロールと該治具とが接触するとハウジングを介して電気回路が形成され、電球が点灯することによりローラレベラのロール設定位置のゼロ点を求める技術が示されている。しかし、この技術では少なくとも上ロールについては、荷重を要しない変位、つまりがたを測定することはできない。また、ローラレベラのロール設定位置のゼロ点は、ロールやロールベアリングなどの磨耗により経時的に変化すると考えられるので、ローラレベラのロール設定位置のゼロ点の変化を加味してロール位置を設定する場合には、随時、ローラレベラのロール設定位置のゼロ点を測定し、把握する必要がある。ところが、現在のところ、簡潔に、しかも精度良くローラレベラのロール設定位置のゼロ点を把握する方法は見当たらず、ローラレベラのロール設定位置のゼロ点にある範囲内のばらつきが存在することは避けられない。
【０００８】
また、上下それぞれのロール群が一体となっているようなローラレベラの多くは、個々のロール位置を調整する機構を持たないので、精度良くローラレベラのロール設定位置のゼロ点を把握する方法があったとしても、ローラレベラのロール設定位置のゼロ点を正確に調整することはできない。このようなローラレベラのロール設定位置のゼロ点の調整方法として、例えば、ある厚さの鋼板を介して上ロール群を押し込み、ローラレベラの合計４ヶ所のハウジングポストに設けられたロードセルによる荷重値がそれぞれ所定の値となった位置をロール設定位置のゼロ点とする方法が用いられている。しかし、上記した方法では、ロール設定位置のゼロ点が大きく狂うことは防止できると考えられるものの、正確にロール設定位置のゼロ点を調整することは不可能であり、場合によってはロール設定位置のゼロ点調整の実施が逆にロール設定位置のゼロ点を狂わせることも考えられる。
【０００９】
本発明は、ローラレベラのロール位置のゼロ点のばらつきが矯正効果に及ぼす影響を小さくするためのローラレベラのロール位置の設定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ローラレベラのロール設定位置のゼロ点のばらつきが矯正効果に及ぼす影響を小さくするために、ローラレベラのある入側ロール押し込み量ｓｉｎについて、出側ロール押し込み量ｓｏｕｔと被矯正材の残留反り高さｈｒｅｓとの関係を予め求めておき、前記入側押し込み量ｓｉｎを固定し、その後、式（１）を満たす最大の出側ロール押し込み量をｓ０ｏｕｔとするとき、ｓｏｕｔ＜ｓ０ｏｕｔ、かつｈｒｅｓ＝０を満たす出側ロール押し込み量ｓｏｕｔにロール位置を設定することを特徴とする。
ｄｈｒｅｓ／ｄｓｏｕｔ＝０・・・・・・・・・・・・・・（１）
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、数多くの理論検討および実験検討を行った結果、以下の知見を得た。
ローラレベラのロール設定位置のゼロ点を高精度に調整することは困難であり、一般に用いられているロール設定位置のゼロ点調整方法に基づいてロール設定位置のゼロ点を調整しても、ある範囲内のロール設定位置のゼロ点のばらつきは存在する。このロール設定位置のゼロ点のばらつきにより、特に設定したロール押し込み量よりも実際のロール押し込み量が大きくなった場合には、被矯正材に与えられる曲率は設定した曲率に対して過大となり、このような現象が特に後段で発生すると、被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反りは設定した残留反りに対して大きくなり、被矯正材の反りを平坦化することが困難となる。そのため、本方法では、ローラレベラのロール設定位置のゼロ点調整が正確に行われていたと仮定して、ローラレベラの最終段ロール、または後段の複数本のロールが被矯正材に塑性曲げを与えないように、ローラレベラのロール位置の設定条件を決定する。本方法により決定されたロール位置の設定条件では、ロール設定位置のゼロ点調整が正確に行われていたときには、ローラレベラの最終段ロール、または後段の複数本のロールと被矯正材とは接触しないか、または接触してもこれらのロールは被矯正材に塑性曲げを与えない。つまり、このとき、当該ロールが存在した場合と、当該ロールが存在しなかった場合とで被矯正材の残留反りは変化しない。
【００１２】
一方、ロール設定位置のゼロ点のばらつきが存在し、設定したロール押し込み量よりも実際のロール押し込み量が大きくなった場合には、被矯正材に過大な曲率が与えられることにより、はじめて最終段ロール、もしくは後段の複数本のロールが被矯正材に塑性曲げを与える。ここで、最終段ロール、もしくは後段の複数本のロールが被矯正材の塑性曲げに寄与するということは、当該ロールが存在した場合と、当該ロールが存在しなかった場合とで被矯正材の残留反りが変化する場合を言うこととする。しかもこのとき、最終段ロール、もしくは後段の複数本のロールによって被矯正材に与えられる塑性曲げにより、被矯正材の残留反りを小さくするように働くので、被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反りの設定と実際との差を小さくすることが可能となる。このように、ローラレベラの最終段ロール、もしくは後段の複数本のロールを積極的に使用しないことにより、ローラレベラのロール設定位置のゼロ点のばらつきが被矯正材の矯正効果に及ぼす影響を小さくすることができる。
【００１３】
ローラレベラの最終段ロール、もしくは後段の複数本のロールが被矯正材に塑性曲げを与えないようにローラレベラのロール位置の設定条件を決定するには、被矯正材の寸法、材料定数、反りやローラレベラの剛性などを考慮して、被矯正材の反りを平坦化するために必要な入側ロール押し込み量ｓinに対して、出側ロール押し込み量ｓout と被矯正材の残留反り高さｈres との関係を実験的、または理論的に求める。ここで、残留反り高さｈres についてはその反りの向きを正負の符号により表現する。出側ロール押し込み量ｓout と被矯正材の残留反り高さｈres との関係の一例を図１に示す。このとき、下記式（１）を満たす最大の出側ロール押し込み量をｓ0 out とするとき、ｓout ＜ｓ0 out 、かつｈres ＝０を満たす出側ロール押し込み量ｓout となるようにロール位置の設定条件を決定する。
ｄｈres ／ｄｓout ＝０・・・・・・・・・・・・・・（１）
【００１４】
本方法に基づいて、実験的にローラレベラのロール位置の設定条件を決定するには、例えば、ローラレベラのロール設定位置のゼロ点を調整した後、入側押し込み量を固定したまま、様々な出側押し込み量に設定して被矯正材を通板し、出側押し込み量と被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反りとの関係を測定する。このように測定された出側押し込み量と被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反りとの関係から、被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反りをゼロとする出側押し込み量を求める。ここで求められた被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反りをゼロとする出側押し込み量のうち、これらの最大値を最適ロール位置として設定するのではなく、例えば２番目に大きい出側押し込み量を最適ロール位置として設定する。また、理論的にローラレベラのロール位置の設定条件を決定するには、例えば、ローラレベラのロール設定位置のゼロ点調整が正確に行われていたと仮定して、最終段、もしくは後段の複数本のロールを解析対象から除いて計算を行い、被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反りをゼロとする出側押し込み量を求めてこれを最適ロール位置として設定する。
【００１５】
【実施例】
［実施例１］
以下、本発明をその一実施例を示す図面に基づいて説明する。
本実施例は、最適なロール設定条件を実験的に検討した一例である。
本実施例に用いたローラレベラは、図２にその概念側面図を示すように、合計１１本のロール１からなるローラレベラであり、５本の上ロールと６本の下ロールとがそれぞれ等間隔に、千鳥状に配置されている。６本の下ロールからなる下ロール群２は、その位置が不動である固定ロール群であり、一方、５本の上ロールからなる上ロール群３は、ハウジング６と上ロール群３との間にある入側押し込み装置４と出側押し込み装置５とを用いて、下ロール群２に対して傾動押し込みを行うことが可能となっている。
【００１６】
被矯正材として板厚５mm、板幅４０００mm、温度７００℃の熱間鋼板を用いた。まず、所望の入側最大加工度を与える入側押し込み量としてｓin＝５．８mmを選択した。次に、入側押し込み量ｓin＝５．８mmに固定したままで、被矯正材を平坦化する出側押し込み量ｓout を探索した。図３にその例を示すように、出側ロール押し込み量の変化に応じて被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反り高さが変化する。ここで、図３において反り高さは上反りを正とした。出側押し込み量が過大の場合、被矯正材には上反りが残り、出側押し込み量の減少に伴って、被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反り高さが減少し、やがてゼロとなる（ｓout ＝０．３mm）。さらに、出側押し込み量を減少させると、被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反りの方向が逆転し、反り高さの絶対値は増加していくが、さらに出側押し込み量を減少させるとある点で反り高さが極値をとり（ｓout ＝−０．２mm）、この点を超えると被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反り高さの絶対値が減少し、再びゼロとなる（ｓout ＝−０．６mm）。本実施例の場合、式（１）を満たす最大の出側ロール押し込み量ｓ0 out ＝−０．２mmであった。
【００１７】
このように、被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反り高さをゼロとする出側押し込み量が複数存在するが、本発明ではｓout ＜ｓ0 out を満たすｓout ＝−０．６mmを最適出側ロール押し込み量と設定する。本条件（ｓin＝５．８mm、ｓout ＝−０．６mm）により矯正作業を実施した場合の被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反り高さのばらつきを図４に示す。なお、従来例として、被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反り高さをゼロとする出側押し込み量の最大値（ｓin＝５．８mm、ｓout ＝０．３mm）を用いて矯正作業を実施した場合の結果もあわせて示す。従来例に比べて、本発明では被矯正材の残留反り高さのばらつきを狭い範囲に収めることが可能となり、ロール設定位置のゼロ点のばらつきが被矯正材の矯正効果に及ぼす影響を小さくすることが可能となった。
【００１８】
なお、本実施例ではｓout ＜ｓ0 out を満たし、かつ被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反り高さをゼロとする出側押し込み量ｓout のうち、最大値を最適ロール位置と設定し、これに基づいて操業を行うことにより、安定的な矯正効果が得られたが、さらに安定的な矯正効果を得るためには、ｓout ＜ｓ0 out を満たし、かつ被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反り高さをゼロとする出側押し込み量のうち、２番目以降に大きい値を最適ロール位置として設定すればよい。
【００１９】
［実施例２］
本実施例は、最適なロール設定条件を理論的に検討した一例である。
本実施例に用いたローラレベラは、実施例１で用いたものと同一である。また、被矯正材も実施例１と同様に板厚５mm、板幅４０００mm、温度７００℃の熱間鋼板を用いるので、材料定数として弾性係数Ｅ＝１５，６７０kgf/mm2 、降伏応力σY ＝９．０kgf/mm2 を用いた。
理論計算は、「昭和４８年度春季塑性加工講演会論文集」（１９７３）第１４３頁〜第１４６頁に示されている梁の曲げ理論に基づいた方法に、矯正反力によるローラレベラの弾性変形を考慮したものを用いて行った。
【００２０】
まず、各ロール設定位置のゼロ点が正確に調整できていると仮定した上で、最終段ロールを除く１０本のロールだけを考えて、被矯正材の反りを平坦化するために最適な入出側押し込み量を理論的に求めた。この入出側押し込み量（ｓin＝５．８mm、ｓout ＝−０．６mm）に基づいて操業した場合の被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反り高さのばらつきを図５に示す。なお、従来例として１１本全てのロールを考慮して、被矯正材の反りを平坦化するために最適な入出側押し込み量を理論的に決定して操業した場合（ｓin＝５．８mm、ｓout ＝０．３mm）の結果もあわせて示す。本測定結果の採取中には、ロールやベアリングの磨耗の進行が考えられ、さらに、前記した従来法によるロール設定位置のゼロ点調整を実施したため、ロール設定位置のゼロ点の変更などもあったが、従来例に比べて、本発明では被矯正材の残留反り高さのばらつきを狭い範囲に収めることが可能となり、ロール設定位置のゼロ点のばらつきが被矯正材の矯正効果に及ぼす影響を小さくすることが可能となった。
【００２１】
なお、本実施例ではローラレベラの最終段ロールを解析対象から除いて計算を行うことによりロール位置の設定条件を決定し、これに基づいて操業を行うことにより、安定的な矯正効果が得られたが、さらに安定的な矯正効果を得るためには、ローラレベラの最終段ロールのみならず、後段の複数本のロールを解析対象から除いて計算を行うことによりロール位置の設定条件を決定すればよい。
【００２２】
【発明の効果】
ローラレベラのある入側ロール押し込み量ｓinについて、出側ロール押し込み量ｓout と被矯正材の残留反り高さｈres との関係を予め求めておき、式（１）を満たす最大の出側ロール押し込み量をｓ0 out とするとき、ｓout ＜ｓ0 out 、かつｈres ＝０を満たす出側ロール押し込み量ｓout にロール位置を設定して操業を行うことにより、ローラレベラのロールやベアリングの磨耗の進行や、ロール位置のゼロ点調整の実施などにより、ロール設定位置のゼロ点が変動した場合でも安定的に矯正効果を得ることが可能となる。また、ローラレベラのロール位置のゼロ点調整を頻繁に行う必要もなくなるので、ローラレベラのロール位置のゼロ点調整作業による時間ロスも省くことが可能となり、より高効率に矯正作業を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】出側押し込み量ｓout と被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反り高さｈres との関係を示す概略図。
【図２】本発明の実施例に用いたローラレベラの概要を示す側面図。
【図３】本発明の実施例１で得られた出側押し込み量ｓout と被矯正材のローラレベラによる矯正後の残留反り高さｈres との関係を示す図。
【図４】本発明の実施例１と従来例との被矯正材の残留反り高さのばらつきを比較した図。
【図５】本発明の実施例２と従来例との被矯正材の残留反り高さのばらつきを比較した図。
【符号の説明】
１  ワークロール
２  下ロール群
３  上ロール群
４  入側押し込み装置
５  出側押し込み装置
６  ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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