(57)【要約】      （修正有）【課題】  熱間圧延材に直接水やオイルミストがかかることなく、セグメントおよびその摺動材を十分に冷却することができる熱間圧延材の高温巻取り装置を提供する。【解決手段】  軸心を中心に回転し半径方向に拡縮可能なマンドレル１０と、マンドレルを回転駆動する駆動軸２０と、駆動軸に連結されたロータリージョイント４０とを有する。マンドレル１０は、その外周部を構成し内部に冷却水路１１を有する半径方向に拡縮可能な複数の分割セグメント１２と、分割セグメントを半径方向に拡縮する拡縮装置１４とを有する。ロータリージョイント４０は、マンドレルの軸心を中心に回転可能なロータリー軸４２と、ロータリー軸を囲んで固定部分に固定された固定ケーシング４４とからなる。駆動軸２０は、ロータリー軸内の冷却水路４３と連通し、マンドレル近傍まで延びる冷却水路２５を有する。【選択図】図２
2006110573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心を中心に回転し半径方向に拡縮可能なマンドレルと、該マンドレルを回転駆動する駆動軸と、該駆動軸に連結されたロータリージョイントとを有し、
前記ロータリージョイントは、マンドレルの軸心を中心に回転可能であり内部に冷却水路を有するロータリー軸と、該ロータリー軸を囲んで固定部分に固定されかつロータリー軸内の冷却水路と液密に連通する冷却水路を有する固定ケーシングとからなり、
前記駆動軸は、ロータリー軸内の冷却水路と連通し、マンドレル近傍まで延びる冷却水路を有し、
前記マンドレルは、その外周部を構成し内部に冷却水路を有する半径方向に拡縮可能な複数の分割セグメントと、該分割セグメントを半径方向に拡縮する拡縮装置とを有し、
更に、前記駆動軸の冷却水路と分割セグメントの冷却水路をマンドレルの拡縮を可能に連通する可撓性の配管を備える、ことを特徴とする熱間圧延材の高温巻取り装置。
【請求項２】
前記分割セグメントは、その内面に軸方向に間隔を隔てた複数のテーパ内面を有し、該テーパ内面は、駆動軸側が軸心に近く反駆動軸側が軸心から遠い軸心に対して一定の角度で傾斜した平面であり、
前記拡縮装置は、分割セグメントの内側に位置し、マンドレルと共に回転し、マンドレルの軸方向に移動可能なウェッジシャフトと、前記駆動軸とロータリージョイントとの間に駆動軸に連結して設けられ、前記ウェッジシャフトを軸方向に移動するウェッジ駆動シリンダとを有し、
前記ウェッジシャフトは、分割セグメントのテーパ内面と摺動する複数のテーパ外面を軸方向に間隔を隔てて有する、ことを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延材の高温巻取り装置。
【請求項３】
前記ウェッジ駆動シリンダは、ウェッジシャフトに連結されこれを拡径位置と最縮径位置との間で移動する主復動シリンダと、該主復動シリンダの拡径位置を最拡径位置又は真円位置に択一的に切り替える補助シリンダとからなる、ことを特徴とする請求項２に記載の熱間圧延材の高温巻取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延材を高温の状態でコイルに巻き取る熱間圧延材の高温巻取り装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板、非鉄金属板、等の熱間圧延材を高温の状態でコイルに巻き取るために、従来からコイラやコイルボックスと呼ばれる種々の熱間巻取り装置が用いられている（例えば非特許文献１、特許文献１、２）。
【０００３】
非特許文献１に開示されている熱間巻取り装置は、図６に示すように、コイルを巻き取る芯となるマンドレルが、拡縮可能な構造となっており、巻き取ったコイルをマンドレルから抜き出すために、マンドレルの外周部を構成するセグメントを半径方向に拡縮し、マンドレル径を変化させることができるようになっている。
またマンドレルの各部分には、熱間圧延材（ストリップ）の先端巻付時の衝撃力、巻取トルク、巻締力、コイル重量、空転時における遠心力、高温コイル巻取りとコイル抜出し後の冷却などによる繰返し熱応力が作用するので、これらに耐える強度が要求され、特に外周部を構成するセグメントは、耐摩耗性、耐熱性が要求される。
そのため、通常、セグメントの温度上昇による変形防止のために水やオイルミストをセグメントに直接噴霧して常時冷却している。
【０００４】
特許文献１の「コイルボックスのマンドレル」は、簡単な構成で粗圧延コイルの内周部の温度降下を防止することを目的とし、図７に示すように、粗圧延された圧延材をコイルＣに巻取るとともに巻戻して仕上圧延機に送るコイルボックスのマンドレル５１において、マンドレルを水冷構造とするとともにその外周面に複数のバーナノズル５７を設けるものである。
【０００５】
特許文献２の「熱間圧延巻取用マンドレル」は、通常温度の巻き取りと高温巻き取りを容易に行えるようにすることを目的とし、図８に示すように、内層を構成する内部スリーブ６１に第１流路６６を設けて内部スリーブ６１を冷却すると共に吐出口６７より冷却水を吐出してセグメント６２を冷却する第１冷却装置を備えたマンドレルについて、内部スリーブ６１に設けられた第２流路６８ａ，６８ｂから冷却水を排出して、内部スリーブ６１を冷却する第２冷却装置が設けられているものである。
【０００６】
【非特許文献１】「熱間圧延」、鉄鋼便覧３（１）圧延基礎  鋼板、Ｐ４１４-４１５、１９９６
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３０００２０号公報、「コイルボックスのマンドレル」
【特許文献２】特開平７−１９５１２０号公報、「熱間圧延巻取用マンドレル」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した非特許文献１に開示されている熱間巻取り装置は、マンドレルの外周部を構成するセグメントが半径方向に拡縮できるが、マンドレル全体を水やオイルミストで外部冷却するので、熱間圧延材に直接水やオイルミストがかかり、熱間圧延材が急冷されその品質が低下するおそれがある。
【０００９】
また、特許文献１の熱間巻取り装置も、内部スリーブの吐出口から噴出した冷却水が拡縮可能なセグメントの隙間から外面まで漏れ出すので、同様に熱間圧延材に直接水やオイルミストがかかり、熱間圧延材が急冷されその品質が低下するおそれがある。
【００１０】
さらに、特許文献２の熱間巻取り装置では、冷却水が外部へ漏れ出すおそれはないが、セグメントが拡縮できないので、巻き取ったコイルをコイル形態のままマンドレルから外すのが困難である問題点がある。
【００１１】
また、拡縮可能な熱間巻取り装置では、マンドレルの外周部を構成するセグメントを半径方向に拡縮させるためにセグメントと内部コアとの摺動面に摺動材を用いるが、この摺動材の耐熱温度が一般に低い（例えば２００℃前後）ため、セグメントを十分に冷却する必要がある。
【００１２】
さらに、拡縮可能なセグメントは、その拡縮により外形断面形状が真円から外れるため、巻取りコイルの品質を高めるため、断面が真円に近い状態で巻き付けを開始し、巻取り中は巻付け時よりも拡径してコイルのゆるみを防ぎ、巻取り後は、巻付け時よりも縮径して巻取りコイルからスムースにマンドレルが外せることが望ましい。
しかし、従来の拡縮可能な熱間巻取り装置では、最拡径位置（最大径）と最縮径位置（最小径）との中間で断面が真円となる位置にセグメントを位置決めすることができない問題点があった。
【００１３】
本発明は、上述した要望を満たし問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、マンドレルの外周部を構成するセグメントを半径方向に拡縮でき、熱間圧延材に直接水やオイルミストがかかることなく、セグメントおよびその摺動材を十分に冷却することができ、さらに最拡径位置（最大径）と最縮径位置（最小径）との中間で断面が真円となる位置にセグメントを位置決めすることができる熱間圧延材の高温巻取り装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、軸心を中心に回転し半径方向に拡縮可能なマンドレルと、該マンドレルを回転駆動する駆動軸と、該駆動軸に連結されたロータリージョイントとを有し、
前記ロータリージョイントは、マンドレルの軸心を中心に回転可能であり内部に冷却水路を有するロータリー軸と、該ロータリー軸を囲んで固定部分に固定されかつロータリー軸内の冷却水路と液密に連通する冷却水路を有する固定ケーシングとからなり、
前記駆動軸は、ロータリー軸内の冷却水路と連通し、マンドレル近傍まで延びる冷却水路を有し、
前記マンドレルは、その外周部を構成し内部に冷却水路を有する半径方向に拡縮可能な複数の分割セグメントと、該分割セグメントを半径方向に拡縮する拡縮装置とを有し、
更に、前記駆動軸の冷却水路と分割セグメントの冷却水路をマンドレルの拡縮を可能に連通する可撓性配管を備える、ことを特徴とする熱間圧延材の高温巻取り装置が提供される。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記分割セグメントは、その内面に軸方向に間隔を隔てた複数のテーパ内面を有し、該テーパ内面は、駆動軸側が軸心に近く反駆動軸側が軸心から遠い軸心に対して一定の角度で傾斜した平面であり、
前記拡縮装置は、分割セグメントの内側に位置し、マンドレルと共に回転し、マンドレルの軸方向に移動可能なウェッジシャフトと、前記駆動軸とロータリージョイントとの間に駆動軸に連結して設けられ、前記ウェッジシャフトを軸方向に移動するウェッジ駆動シリンダとを有し、
前記ウェッジシャフトは、分割セグメントのテーパ内面と摺動する複数のテーパ外面を軸方向に間隔を隔てて有する。
【００１６】
また、前記ウェッジ駆動シリンダは、ウェッジシャフトに連結されこれを拡径位置と最縮径位置との間で移動する主復動シリンダと、該主復動シリンダの拡径位置を最拡径位置又は真円位置に択一的に切り替える補助シリンダとからなる。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明の構成によれば、マンドレルの外周部を構成する半径方向に拡縮可能な複数の分割セグメントが、内部に冷却水路を有し、この冷却水路に外部から、ロータリージョイント、駆動軸、及び可撓性配管を介して冷却水を供給し排出できるので、熱間圧延材に直接冷却水がかかることなく、セグメントおよびその摺動材を十分に冷却することができる。
【００１８】
また、ウェッジ駆動シリンダでウェッジシャフトを軸方向に移動することにより、分割セグメントのテーパ内面とウェッジシャフトのテーパ外面との摺動により、分割セグメントを半径方向に拡縮することができる。
【００１９】
さらに、補助シリンダで主復動シリンダの拡径位置を最拡径位置又は真円位置に択一的に切り替えるので、主復動シリンダと補助シリンダの組合せで、ウェッジシャフトを分割セグメントの最拡径位置（最大径）、最縮径位置（最小径）、およびその中間の真円位置に正確に位置決めすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２１】
図１は、本発明の熱間圧延材の高温巻取り装置の全体構成図であり、図２は、図１の断面図である。図１および図２に示すように、本発明の高温巻取り装置は、マンドレル１０、駆動軸２０、ウェッジ駆動シリンダ３０、及びロータリージョイント４０が図で右から左に順に同軸に連結された構成となっている。
【００２２】
熱間圧延材１を高温の状態でコイルに巻き取るマンドレル１０は、その外周部を構成し内部に冷却水路１１を有する半径方向に拡縮可能な複数（この例では４つ）の分割セグメント１２と、分割セグメント１２を半径方向に拡縮する拡縮装置１４とを有し、軸心Ｚ−Ｚを中心に回転し、かつ半径方向に拡縮可能に構成されている。
分割セグメント１２は、その内面に軸方向に間隔を隔てた複数（この例では７つ）のテーパ内面１３を有する。このテーパ内面１３は、駆動軸側（図で左側）が軸心に近く反駆動軸側（図で右側）が軸心から遠く構成され、かつ軸心に対して一定の角度で傾斜した平面である。
【００２３】
拡縮装置１４は、ウェッジシャフト１６とウェッジ駆動シリンダ３０とからなる。
ウェッジシャフト１６は、分割セグメント１２の内側に位置し、マンドレル１０と共に回転し、マンドレルの軸方向Ｚ−Ｚに移動可能に構成されている。また、ウェッジシャフト１６の図で右端部は、軸方向に移動可能な軸受１７で支持されている。
更にウェッジシャフト１６は、分割セグメント１２のテーパ内面１３と摺動する複数（この例では７）のテーパ外面１５を軸方向に間隔を隔てて有する。
【００２４】
駆動軸２０は、マンドレル１０とロータリージョイント４０をウェッジ駆動シリンダ３０を介して連結する中空軸であり、２つの支持軸受２１、２２で水平に回転可能に支持され、その中間に固定された駆動歯車２３を介して図示しない駆動装置で回転駆動されるようになっている。
駆動軸２０とウェッジシャフト１６の間には、滑りキー２４が設けられ、ウェッジシャフト１６が駆動軸２０と同期して回転し、かつウェッジシャフト１６を軸方向Ｚ−Ｚに移動可能にしている。
【００２５】
ロータリージョイント４０は、ロータリー軸４２と固定ケーシング４４からなる。
ロータリー軸４２は、マンドレルの軸心を中心に回転可能であり内部に少なくとも２本の冷却水路４３を有する。固定ケーシング４４は、ロータリー軸４２を囲んで外部の固定部分２に固定され、かつロータリー軸内の冷却水路４３と液密に連通する少なくとも２本の冷却水路４５を有する。冷却水３は、この冷却水路４５を介して外部から供給し外部に排出される。
【００２６】
駆動軸２０は、ロータリー軸４２内の冷却水路４３と連通し、マンドレル近傍まで延びる少なくとも２本の冷却水路２５を有する。
更に、本発明の高温巻取り装置は、駆動軸２０の冷却水路４３と分割セグメント１２の冷却水路１１を連通する可撓性配管１８を備える。この可撓性配管１８は、例えばホース又はチューブであり、マンドレルの拡縮を妨げないように十分な可撓性を有し、ロータリージョイント４０から供給された冷却水３を駆動軸２０から分割セグメント１２に供給し排出できるようになっている。
【００２７】
ウェッジ駆動シリンダ３０は、駆動軸２０とロータリージョイント４０との間に駆動軸に連結して設けられ、ウェッジシャフト１６を軸方向に移動する機能を有する。また、ウェッジ駆動シリンダ３０は、ロータリー軸４２内の冷却水路４３と駆動軸２０の冷却水路２５を液密に連通する少なくとも２本の冷却水路３１を有し、冷却水をロータリージョイント４０から駆動軸２０に供給し排出できるようになっている。
【００２８】
図３は、図２のＦ部拡大図である。この図において、ウェッジ駆動シリンダ３０は、主復動シリンダ３２と補助シリンダ３４とからなる。
【００２９】
主復動シリンダ３２は、ウェッジシャフト１４の図で左端に連結されたピストン３３を有する液圧シリンダであり、ピストン３３を図で左方に移動するとウェッジシャフト１６と係合した分割セグメント１２が拡径位置となり、逆に右方に移動すると分割セグメント１２は最縮径位置（最小径）に移動する。
また、ピストン３３の右側と左側は独立して、ロータリージョイント４０のＡポートとＢポートに液密に連通しており、外部から図示しない液圧装置により、Ａポートから圧油を供給し、Ｂポートから排出すると、ピストン３３が図で左方（Ａ方向）に移動して分割セグメント１２が拡径位置となり、逆にＡポートから圧油を排出し、Ｂポートから供給すると、ピストン３３が図で右方（Ｂ方向）に移動し分割セグメント１２は最縮径位置（最小径）に移動することができる。
【００３０】
補助シリンダ３４は、主復動シリンダ３２の図で左側に位置し、ピストン３５を有する液圧シリンダであり、ピストン３５を図で左方に移動すると、主復動シリンダ３２のピストン３３の最拡径位置（最大径）となり、逆に右方に移動するとピストン３３の真円位置となる。
また、ピストン３５の右側と左側は独立して、ロータリージョイント４０のＢポートとＣポートに液密に連通しており、外部から図示しない液圧装置により、Ｂポートから圧油を供給し、Ｃポートから排出すると、ピストン３５が図で左方（Ｂ方向）に移動してピストン３５が最拡径位置（最大径）となり、逆にＢポートから圧油を排出し、Ｃポートから供給すると、ピストン３５が図で右方（Ｃ方向）に移動しピストン３５は真円位置に移動することができる。
【００３１】
従って、補助シリンダ３４で主復動シリンダ３２の拡径位置を最拡径位置（最大径）又は真円位置に択一的に切り替えることができ、主復動シリンダ３２と補助シリンダ３４の組合せで、ウェッジシャフト１６を分割セグメント１２の最拡径位置（最大径）、最縮径位置（最小径）、およびその中間の真円位置に正確に位置決めすることができる。
【００３２】
図４は、図２のＧ部拡大図であり、図５は、図４のＨ-Ｈ断面図である。また図５において、（Ｉ）は分割セグメント１２の最拡径位置（最大径）、（Ｊ）は真円位置を示している。
分割セグメント１２は、この例で、軸心に対して点対称に４分割された４つのセグメントからなる。また、分割セグメント１２の駆動軸側端部にはフランジ状の拡径部１２ａが設けられ、この拡径部１２ａを駆動軸２０の張出部２６が半径方向に摺動可能に挟持し、分割セグメント１２が軸方向に移動しないように保持している。
この構成により、ウェッジシャフト１６を図で左方（Ａ方向）に移動すると分割セグメント１２が拡径位置となり、逆にウェッジシャフト１６を図で右方（Ｂ方向）に移動し分割セグメント１２を最縮径位置（最小径）に移動することができる。
【００３３】
図４及び図５において、ウェッジシャフト１６の断面は略矩形であり、その表面に摩擦抵抗の小さい摺動部材１６ａ（ライナ）が貼り付けられている。この構成により、分割セグメント１２のテーパ内面１３とウェッジシャフト１６のテーパ外面１５との摺動抵抗を小さくすることができる。
【００３４】
また、分割セグメント１２には、アリ溝が設けられ、このアリ溝と摺動可能に嵌合するＴ型部材１８が、ウェッジシャフト１６の表面に取り付けられている。この構成により、ウェッジシャフト１６をＢ方向に移動することにより、テーパ内面１３とテーパ外面１５との間に隙間が発生することなく、スムースに分割セグメント１２を最縮径位置（最小径）に移動することができる。
【００３５】
上述したように、本発明の高温巻取り装置は、拡縮用の分割セグメント１２を持つ熱間巻取り機であり、分割セグメントの内部に水冷用の穴（冷却水路１１）を設け、この水冷穴１１を可撓性配管１８、駆動軸２０、ロータリージョイント４０を介して外部の固定された冷却水供給装置に連結した設備である。
【００３６】
すなわち、本発明の装置では、マンドレル１０を分割セグメント１２と拡縮装置１４（ウェッジシャフト１６を有する）で構成し、分割セグメントの内部に水冷用の穴（冷却水路１１）を設け、分割セグメントの水冷穴の入出口に可撓性のホース１８を連結し、配管１８の穴をロータリー軸４２に設けた穴４３に連結し、その他端にロータリージョイント４０に連結する。
【００３７】
この構成により、熱間圧延材に水がかからないので、熱間圧延材の過冷却を防止することができ、分割セグメント１２の耐久性が増し、これにより連続鋳造ラインであっても２台のコイラー（高温巻取り装置）で交互に巻く必要性が減り、１台のコイラーで連続運転が可能となる。
【００３８】
また、本発明の装置では、最拡径位置（最大径）と最縮径位置（最小径）との中間で断面が真円となる位置にセグメントを位置決めすることができるので、  巻取りコイルの品質を高めるため、断面が真円に近い状態で巻き付けを開始し、巻取り中は巻付け時よりも拡径してコイルのゆるみを防ぎ、巻取り後は、巻付け時よりも縮径して巻取りコイルからスムースにマンドレルを外すことができる。
【００３９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の熱間圧延材の高温巻取り装置の全体構成図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】図２のＦ部拡大図である。
【図４】図２のＧ部拡大図である。
【図５】図４のＨ-Ｈ断面図である。
【図６】非特許文献１の熱間巻取り装置の構成図である。
【図７】特許文献１の「コイルボックスのマンドレル」の構成図である。
【図８】特許文献２の「熱間圧延巻取用マンドレル」の構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  熱間圧延材、２  固定部分、３  冷却水、
１０  マンドレル、１１  冷却水路、
１２  分割セグメント、１３  テーパ内面、
１４  拡縮装置、１５  テーパ外面、
１６  ウェッジシャフト、１６ａ  摺動部材、
１７  軸受、１８  可撓性配管（ホース又はチューブ）、
２０  駆動軸、２１、２２  支持軸受、２３  駆動歯車、
２４  滑りキー、２５  冷却水路、
３０  ウェッジ駆動シリンダ、
３２  主復動シリンダ、３３  ピストン、
３４  補助シリンダ、３５  ピストン、
４０  ロータリージョイント、４２  ロータリー軸、
４３  冷却水路、４４  固定ケーシング、４５  冷却水路
【図１】
2006110573.tif 000003
【図２】
2006110573.tif 000004
【図３】
2006110573.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006110573.tif 000007
【図６】
2006110573.tif 000008
【図７】
2006110573.tif 000009
【図８】
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