(57)【要約】【課題】小径ワークロールを備えた多段圧延機において、圧延直下でのワークロールに作用する圧延荷重やロール変位を精確に測定することが可能となる測定装置及び測定方法を提供すること。【解決手段】圧延材Ｗを圧延する一対のワークロール２，２，と、ワークロール２，２を支持する中間ロール乃至はバックアップロール３，３とを有する多段圧延機１に設けられた測定装置が、ワークロール２，２に接すると共にワークロール２，２に隣接する中間ロール乃至はバックアップロール３，３に接し且つパスラインに沿った上流側と下流側とに配置されたサポートロール１０，１０と、サポートロール１０，１０を支持する一体型のフレーム１１とからなるサポートユニット１２を有する。サポートユニット１２は、一体型のフレーム１１に作用する水平荷重を計測する荷重計１６、及び／又は、ワークロール２，２の変位量を計測する変位計１７を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延材を圧延する一対のワークロールと、前記ワークロールを支持する中間ロール乃至はバックアップロールとを有する多段圧延機に設けられた測定装置であって、
前記ワークロールに接すると共に前記ワークロールに隣接する中間ロール乃至はバックアップロールに接し且つパスラインに沿った上流側と下流側とに配置されたサポートロールと、前記サポートロールを支持する一体型のフレームとからなるサポートユニットを有しており、
前記サポートユニットが、前記一体型のフレームに作用する水平荷重を計測する荷重計、及び／又は、前記ワークロールの変位量を計測する変位計を備えていることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記サポートユニットは、前記ワークロールとは反対側に前記サポートユニットとは非接触に設けられた参照板を有しており、
前記変位計は、前記ワークロールまでの距離を計測すると共に、前記参照板までの距離を計測するように構成されていて、計測されたワークロールまでの距離及び参照板までの距離を基に、ワークロールの変位量を計測するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
圧延材を圧延する一対のワークロールと、前記ワークロールを支持する中間ロール乃至はバックアップロールとを有する多段圧延機に対する測定方法であって、
前記圧延機に対して請求項１又は２の測定装置を配置しておき、
前記荷重計で計測された水平荷重を基に、ワークロールに作用する圧延荷重を測定し、及び又は、変位計で計測された距離を基にワークロールの表面変位を測定することを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段圧延機においてワークロールの撓み及び圧延荷重を測定する測定装置、及びその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の如く、圧延材を圧延する際には、複数のロールを組み合わせた多段圧延機が用いられる。この多段圧延機の一例として、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を有する６段圧延機などがある。
さて、このような多段圧延機において、変形抵抗が大きな圧延材、例えばステンレス、チタン、チタン合金、高強度ハイテンなどを圧延する場合を考える。その場合、圧延時の変形抵抗が大きくなるため、圧延材に対する接触面積が小さい小径のワークロールを用いて圧延荷重を低減するなどの手法が採用される。小径ワークロールで圧延する場合は、ワークロールの軸心間に距離的な余裕がほとんどないため、ユニバーサルスピンドルなどを介してワークロールの軸端に回転駆動力を入力することが構造的に困難になる。それゆえ、小径のワークロールを用いる多段圧延機では、ワークロールよりも軸心間の距離に余裕がある中間ロールにまず回転駆動力を伝え、次に中間ロールからワークロールに回転駆動力を伝えて、ワークロールを駆動する中間ロール駆動方式が採用されることが一般的である。
【０００３】
このように、小径のワークロールは、ワークロールの径が小さいが故に撓み易く、ロール撓みによる板クラウンの変化や板形状不良が問題となることがある。そのため、圧延材の板クラウンや平坦度を精確に計測する必要が生じてくる。板クラウンや平坦度を計測するために、特許文献１、２等に開示の技術が開発されるに至っている。
特許文献１には、サーマルクラウン（ロールの熱膨張）やロールの磨耗を測定する装置が開示され、圧延ロールの側面部から変位計測を行いロールプロファイルを測定する方法が述べられている。
【０００４】
また、特許文献２には、ワークロールを複数の分割されたバックアップロールで保持し、バックアップロールの変位と荷重から数式モデルを用いてワークロールのたわみを推定しながら板平坦度を予測して制御する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２３８１１０号公報
【特許文献２】特開平５−６９０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧延機における板クラウンや平坦度の計測では、板クラウン計や平坦度計などのセンサが用いられており、ワークロール直下（圧延直下）での計測が理想である。しかし、これらセンサは、ワークロール周辺のスペース的な問題等により、圧延機の外側乃至はワークロールから離れた位置に設置されることが常である。このように、ワークロール直下（圧延直下）での計測は困難を極めており、圧延直下での計測の実現は技術的な課題となっていた。しかしながら、特許文献１，２に開示された技術は、この課題を解決するための指針を与えるものとはなっていない。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みて為されたものであって、小径ワークロールを備えた多段圧延機において、圧延直下でのワークロールに作用する圧延荷重やロール変位を測定することができるワークロールの撓み及び圧延荷重の測定装置及びその測定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】
【０００８】
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。
本発明に係るワークロールの撓み及び圧延荷重の測定装置は、圧延材を圧延する一対のワークロールと、前記ワークロールを支持する中間ロール乃至はバックアップロールとを有する多段圧延機に設けられた測定装置であって、前記ワークロールに接すると共に前記ワークロールに隣接する中間ロール乃至はバックアップロールに接し且つパスラインに沿った上流側と下流側とに配置されたサポートロールと、前記サポートロールを支持する一体型のフレームとからなるサポートユニットを有しており、前記サポートユニットが、前記一体型のフレームに作用する水平荷重を計測する荷重計、及び／又は、前記ワークロールの変位量を計測する変位計を備えていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記サポートユニットは、前記ワークロールとは反対側に前記サポートユニットとは非接触に設けられた参照板を有しており、前記変位計は、前記ワークロールまでの距離を計測すると共に、前記参照板までの距離を計測するように構成されていて、計測されたワークロールまでの距離及び参照板までの距離を基に、ワークロールの変位量を計測するように構成されているとよい。
【００１０】
本発明に係るワークロールの撓み及び圧延荷重の測定方法は、圧延材を圧延する一対のワークロールと、前記ワークロールを支持する中間ロール乃至はバックアップロールとを有する多段圧延機に対する測定方法であって、前記圧延機に対して上述の測定装置を配置しておき、前記荷重計で計測された水平荷重を基に、ワークロールに作用する圧延荷重を測定し、及び又は、変位計で計測された距離を基にワークロールの表面変位を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る測定装置及び測定方法によれば、小径ワークロールを備えた多段圧延機において、圧延直下でのワークロールに作用する圧延荷重やロール変位を精確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の多段圧延機を模式的に示した図である。
【図２】（ａ）はサポートユニットの正面図であり、（ｂ）はサポートユニットの側面図である。
【図３】ワークロール、サポートロール、及びバックアップロールに作用する力を示した図である。
【図４】本発明の多段圧延機による圧延を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付している。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、本発明の実施形態による多段圧延機１を示したものである。なお、図１の多段圧延機１は４段型であるが、本発明が適用される多段圧延機１の段数は４段に限定されない。６段、１２段、２０段などの多段圧延機でもよい。
【００１４】
多段圧延機１は、ステンレス材や特殊鋼などの金属材料からなる圧延材Ｗを板材などに圧延するもので、上下に配置された一対のワークロール２，２を有している。各ワークロール２は、バックアップロール３で支持されている。
バックアップロール３は、軸受ベアリング等を内蔵した軸支持部を介して、ミルハウジングに回転自在に支持されている。このバックアップロール３には、モータ等からなる駆動機構が接続されており、ワークロール２に回転力を伝達する。
【００１５】
図４に示すように、この多段圧延機１の左側には圧延材Ｗを巻き出す巻出リール４が配置され、多段圧延機１の右側には圧延を巻き取る巻取リール５が配置されている。巻出リール４、巻取リール５に対して、圧延材Ｗは上側巻き出し、上側巻き取りとなっている。
この多段圧延機１は、圧延材Ｗを右向きに送りつつ圧延を行なった後、圧延方向を左向きに切り替えて次の圧延を行うというように、圧延方向を正逆交互に切り替えながらリバース圧延できるようになっている。
【００１６】
巻出リール４及び巻取リール５は、巻き出し・巻き取り速度を調整することで、圧延材Ｗに対して張力を付与できるようになっている。すなわち、テンションリールとしての機能を有している。
また、多段圧延機１と巻出リール４との間には、巻出リール４から巻き出された圧延材Ｗの搬送方向を変更しつつ圧延材Ｗをワークロール２に送る巻出側のデフレクタロール６が設けられている。さらに、多段圧延機１と巻取リール５との間には、ワークロール２から巻き出された圧延材Ｗの搬送方向を変更しつつ圧延材Ｗを巻取リール５に送る巻取側のデフレクタロール６が設けられている。
【００１７】
ところで、本発明の多段圧延機１には、ワークロール２に接すると共に、バックアップロール３にも接するサポートロール１０が備えられている。このサポートロール１０は一体型のフレーム（一体型フレーム）１１に回転自在に取り付けられており、サポートロール１０と一体型フレーム１１とでサポートユニット１２を構成している。
サポートロール１０は、その軸心方向に沿って並べられた複数の分割ロール（短尺ロール）１４からなり、サポートユニット１２の一体型フレーム１１は、多段圧延機１に対して支持されていない状態（非支持状態）となっている。
【００１８】
詳しくは、図２（ａ）に示すように、基本例となるサポートユニット１２に設けられた一体型フレーム１１は、矩形乃至は長方形のブロックから構成されており、高強度鋼等で構成されている。なお、サポートユニット１２を説明するに際しては、図２（ａ）に示した方向を用いて説明を進める。図２（ａ）に示すサポートユニット１２において、前後方向とは、パスラインに沿った方向であり、左右方向（幅方向）とは、パスラインに直交する方向である。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、サポートロール１０は、その軸心方向に並ぶ複数の短尺ロール１４からなり、サポートユニット１２の一体型フレーム１１は、多段圧延機１に対して非支持状態となっている。
上述のとおり、一体型フレーム１１は矩形乃至は長方形のブロックから構成されており、高強度鋼等で構成されている。一体型フレーム１１には、前側部（前後方向の一方端側）から後側部（前後方向の他方端側）に亘る長方形状の開口１３が形成されている。この開口１３は、一体型フレーム１１の幅方向に３つ（複数）形成されている。
【００２０】
それぞれの開口１３の前側部（前後方向の一方端側）には、短尺ロール１４が軸心方向を幅方向に向けて嵌り込んで（遊嵌して）いる。この開口１３内において、短尺ロール１４は幅方向を向く軸心回りに回転自在となっている。同様に、それぞれの開口１３の後側部（前後方向の他方端側）にも、短尺ロール１４が嵌り込んで（遊嵌して）いる。この開口１３内において、全ての短尺ロール１４は幅方向を向く軸心回りに回転自在である。
【００２１】
各開口１３の前側部に位置する短尺ロール１４のそれぞれは、互いに同軸となるように並べて配置され、３つの短尺ロール１４が連なることで、１つのサポートロール１０（前側のサポートロール１０）が形成されている。同様に、各開口１３の後側部に位置する短尺ロール１４も、それぞれ同軸となるように並べて配置され、３つの短尺ロール１４が連なることで、１つのサポートロール１０（後側のサポートロール１０）が形成されている。図２（ａ）に示すサポートロール１０は、３つの短尺ロール（分割ロール）１４で構成されていることになる。各短尺ロール１４は、同径であり、軸心方向の長さは略同じとなっている。
【００２２】
図２（ｂ）は、サポートユニット１２を幅方向における側面から見たときの、サポートユニット１２及びワークロール２の状態を示している。
この図に示すように、サポートロール１０（言い換えれば、短尺ロール１４の各々）は、一体型フレーム１１の厚み方向略中央で回転自在に枢支されており、サポートロール１０の上部分は、一体型フレーム１１の上面より突出状に張り出しており、サポートロール１０の下部分は、一体型フレーム１１の下面より突出状に張り出している。
【００２３】
この構成により、サポートロール１０の上部分がバックアップロール３に接触し、サポートロール１０の下部分がワークロール２に接触するように、サポートユニット１２が配置されたとしても、一体型フレーム１１がバックアップロール３及びワークロール２に接することはなく、圧延に伴う各ロールの回転を阻害することはない。
ところで図２（ｂ）に示すように、本実施形態の場合、フレーム１１において、前側のサポートロール１０と後側のサポートロール１０との間の部分（梁部）の上下縁は、円弧状に切り欠いてあるものとされている。この切り欠かれた梁部である切り欠き部１５により、サポートロール１０に接するワークロール２とサポートユニット１２（一体型フレーム１１）との干渉を防ぐことが可能となっている。
【００２４】
ところで、上述の構成を有するサポートユニット１２は、ワークロール２の撓み及び圧下時の圧延荷重を、直接測定する測定装置の機能を有するものとなっている。
すなわち、サポートユニット１２の切り欠き部（梁部）１５には、荷重計１６が取り付けられている。荷重計１６は歪みゲージから構成されており、梁部１５の水平方向（パスラインに沿った前後方向）に沿った歪み量を計測可能とされている。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、荷重計１６は、一体型フレーム１１の幅方向に３つ形成された各開口１３の幅方向両側であって、パスラインに沿った略中央部にそれぞれ配置されている。言い換えれば、本実施形態の場合、一体型フレーム１１に備えられた４つの梁部１５のそれぞれに荷重計（ｉ＝１〜４）が配置されることとなっている。
歪みゲージからなる荷重計１６で計測された歪み量と梁部１５の形状（断面積など）を基にすれば、４つの梁部１５のそれぞれに作用する水平荷重Ｆを求めることが可能となる。
【００２６】
具体的には、図３に示すように、水平荷重Ｆは、ワークロール２とサポートロール１０の間に作用する力Ｑ１と、サポートロール１０とバックアップロール３の間に作用する力Ｑ２とから決まる。多段圧延機１において力Ｑ１及び力Ｑ２は垂直方向に釣り合っているので、ワークロール２、サポートロール１０及びバックアップロール３の幾何学的な関係から、サポートユニット１２のパスラインに沿った水平荷重Ｆは決定される。つまり、水平荷重Ｆから力Ｑ１及び力Ｑ２を求めることができるので、荷重計１６により水平荷重Ｆを測定すれば、力Ｑ１、力Ｑ２が求まる。前側のサポートロール１０と後側のサポートロール１０に関する力Ｑ１が求まれば、両サポートロール１０から作用する垂直方向の力（荷重計１６が設置された場所での垂直方向の力Ｑｉ）が求められる。
【００２７】
荷重計１６が設置された場所Ｙｉにおける垂直方向の力Ｑｉが求まると、求めたい荷重分布Ｐｉは、分布荷重を持つ梁のたわみ式から、式（１）となり、
（Ｙｉ）＝（αij）×（Ｐｊ−Ｑｊ）    ・・・（１）
この式（１）を逆に解くと、式（２）が得られるので、
Ｐｉ＝Ｑｉ＋（αij）−１×（Ｙｊ）    ・・・（２）
圧延荷重分布Ｐｉが求まる。
【００２８】
また、サポートユニット１２には、ワークロール２の撓み量を計測可能とするために撓み測定計が設けられている。
この撓み測定計は、一体型フレーム１１の梁部１５に設けられた変位計１７と、一体型フレーム１１外に設けられた参照板１８とから構成されている。本実施形態の場合、変位計１７は、各開口１３の幅方向略中央であってパスラインに沿った略中央部、言い換えれば、パスラインに沿ってサポートロール１０間に配置されている。本実施形態では、開口１３は幅方向に３つ設けられている故、撓み測定計である変位計１７は、幅方向に３つ存在することになる。本実施形態では、潤滑油等の環境を考慮して静電容量タイプの変位計１７を採用している。
【００２９】
さらに、本実施形態によるサポートユニット１２に設けられた撓み測定計は参照板１８を有している。参照板１８は、一体型フレーム１１の梁部１５の上方に非接触且つ隣接するように配置されている。参照板１８は、略長方形の板状の部材であり、サポートユニット１２の幅方向に亘って配置されている。この参照板１８は、圧延時の振動が伝播しない部位（例えば、バックアップロール３のチョック部など）に取り付けられるようになっており、参照板１８自体は振動しないようになっている。
【００３０】
本実施形態の場合、参照板１８は、変位計１７の略直上に設けられるように配置されており、変位計１７は、当該変位計１７とワークロール２の最上面との間の距離（変位計１７からの下方距離）を計測すると共に、参照板１８との間の距離（変位計１７からの上方距離）も計測可能とされている。
このように、変位計１７は上方距離と下方距離を測定するものとなっており、変位計１７から得られた上方距離と下方距離との合算距離をもって、ワークロール２の撓み量を計測するようにしている。つまり、非圧延時の合算距離と、圧延時の合算距離との差をもって、ワークロール２の撓み量を求めるようにしている。
【００３１】
このように、変位計１７から得られる合算距離を用いることで、振動の影響を受けずにワークロール２の撓み量を計測可能となる。例えば、圧延中に振動が発生し、変位計１７が下方に移動して下方距離がΔｚだけ縮まった（−Δｚ）としても、参照板１８は非振動である故、変位計１７から得られる上方距離はΔｚだけ増える（＋Δｚ）こととなり、上方距離と下方距離との合算距離は変動しない。すなわち、振動が発生していたとしても、上方距離と下方距離との合算距離を用いることで、振動の影響がキャンセルされることとなる。
【００３２】
また、一体型フレームに取り付けられた距離計は、圧延荷重により一体型フレームが弾性変形を生じた場合に、ワークロールのたわみを正確に測定できない。このような場合にも参照板からの合算距離を用いることにより、一体型フレームのたわみの影響を排除（キャンセル）して正確な測定が可能である。
以上述べたように、サポートユニット１２の梁部１５に荷重計１７を設けると共に、撓み測定計を設けることで、当該サポートユニット１２は、ワークロール２の撓み量とワークロール２に作用する圧延荷重とを直接的に計測することが可能となる。
【００３３】
多段圧延機１において、変形抵抗の大きな圧延材Ｗを圧延する際には、小径のワークロール２を使用することとなる。小径ワークロール２には、スピンドル機構を設けることができず、駆動機構側からの駆動力を伝達することができない。それ故、駆動機構側からの駆動力をバックアップロール３へ入力し、バックアップロール３を回転駆動させるようにする。バックアップロール３の回転駆動力は、サポートユニット１２のサポートロール１０へ伝えられ、サポートロール１０に伝えられた回転駆動力をワークロール２へと伝達するようにしている。
【００３４】
小径ワークロール２は、チョック部で支持されているものの、力学的には無支持の状況下（フリーロール）にある。そのため、圧延時にワークロール２が前後に移動したりする可能性があり、この移動は圧延にとっては好ましくないものとなる。しかしながら、ワークロール２は、サポートユニット１２に支持されると共にバックアップロール３に接するサポートロール１０によってパスラインに沿って前後から支持される構造となっているため、前後方向の移動が抑制されるようになっている。
【００３５】
特に、サポートユニット１２のサポートロール１０に作用する水平荷重は、前側に位置するサポートロール１０の場合、パスラインに沿った上流側を向く水平荷重となり、後側に位置するサポートロール１０の場合、パスラインに沿った下流側を向く水平荷重となって、両荷重は略等しいものとなる。それ故、サポートユニット１２は、上流側乃至は下流側に一方的に移動することが無く、自立的にワークロール２の略直上に位置することとなる（自動位置調整機能）。このため、サポートロール１０によるワークロール２の支持、位置固定は確実なものとなる。なお、サポートユニット１２は、前述した自動位置調整機能を有するため、サポートユニット１２を圧延機のフレーム１１やチョック部に固定する必要が無くなる。とはいえ、安全性を考えた場合、サポートユニット１２のフレーム１１の一部を圧延機のフレーム１１やチョック部にボルトなどの締結具で固定することは、非常に好ましい。
【００３６】
さらに、本実施形態によるサポートユニット１２は、測定機能を有しているために、ワークロール２の撓み量と圧延荷重とを直接的に計測できる。
具体的には、圧延中において、サポートユニット１２に設けられた荷重計１６により、水平荷重Ｆを求め、求められた水平荷重Ｆから、荷重計１６が設置された場所Ｙｉにおける垂直方向の力Ｑｉを求めることで、上記式（２）により、圧延荷重の分布Ｐｉを知ることが可能となる。
【００３７】
加えて、撓み測定計により、上方距離と下方距離を測定し、得られた上方距離と下方距離との合算距離をもって、ワークロール２の撓み量を計測する。
このようにすることで、圧延中であっても、サポートユニット１２（測定装置）により、ワークロール２の撓み（表面変位）量と圧延荷重とを瞬時に且つ直接的に計測できるようになる。また、得られたワークロール２の撓み量の分布と圧延荷重の分布とから、ワークロール直下（圧延直下）における圧延材の板形状や板クラウンを計測することが可能となる。
【００３８】
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。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００３９】
１    多段圧延機
２    ワークロール
３    バックアップロール
４    巻出リール
５    巻取リール
６    デフレクタロール
１０  サポートロール
１１  一体型フレーム
１２  サポートユニット
１３  開口
１４  分割ロール（短尺ロール）
１５  切り欠き部（梁部）
１６  荷重計
１７  変位計
１８  参照板
Ｗ    圧延材
【図３】
2014233744.tif 000003
【図１】
2014233744.tif 000004
【図２】
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【図４】
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