(57)【要約】      （修正有）【課題】線材に付与する張力を適正化して寸法精度などの安定化が確実に図れる線材圧延における張力制御方法およびこれに用いる制御装置を提供する。【解決手段】第１のロール組Ｒ１と第２のロール組Ｒ２との間で走行する線材Ｗ２の断面積Ｓ１および走行速度Ｖ１の積と、第２のロール組Ｒ２の下流側で走行する線材Ｗ３の断面積Ｓ２および走行速度Ｖ２の積とを、数式１に示すように可及的に等しくするように、上記第２のロール組Ｒ２における各ロールｒの回転数および圧下量の少なくとも一方を制御する、線材圧延における張力制御方法。Ｓ１・Ｖ１≒Ｓ２・Ｖ２      （１）【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材の圧延方向に沿って配置された第１のロール組と第２のロール組との間で線材に張力を与えつつ圧延するに際し、
上記第１のロール組と第２のロール組との間で走行する線材の断面積Ｓ１および走行速度Ｖ１の積と、第２のロール組の下流側で走行する線材の断面積Ｓ２および走行速度Ｖ２の積とを、数式１に示すように可及的に等しくするように、上記第２のロール組における各ロールの回転数および圧下量の少なくとも一方を制御する、
ことを特徴とする線材圧延における張力制御方法。
（数１）      Ｓ１・Ｖ１≒Ｓ２・Ｖ２
【請求項２】
前記断面積Ｓ１および走行速度Ｖ１の積と、前記断面積Ｓ２および走行速度Ｖ２の積との差は、何れか一方の積の２％以下とされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の線材圧延における張力制御方法。
【請求項３】
線材の圧延方向に沿って配置された第１のロール組および第２のロール組と、
上記第１のロール組と第２のロール組との間、および第２のロール組の下流側に、それぞれ配置された少なくとも一つのプロフィルメータおよびレーザドップラー速度計と、
上記一対のプロフィルメータにより測定された上記第１のロール組と第２のロール組との間を走行する線材の断面積Ｓ１および第２のロール組の下流側で走行する線材の断面積Ｓ２と、上記一対のレーザドップラー速度計により測定された上記第１のロール組と第２のロール組との間を走行する線材の走行速度Ｖ１および第２のロール組の下流側で走行する線材の走行速度Ｖ２とを、下記数式２に算入し、これを満たすように、上記第２のロール組における各ロールの回転数および圧下量の少なくとも一方を制御する制御手段と、を含む、
ことを特徴とする線材圧延における張力制御装置。
（数２）      Ｓ１・Ｖ１≒Ｓ２・Ｖ２
【請求項４】
前記線材は、直径４ｍｍ以上であり、且つその走行速度は、２０〜１５０ｍ／秒である、
ことを特徴とする請求項３に記載の線材圧延における張力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、孔型付きロール間で圧下ししつ縮径して所定径の金属製線材に圧延するに際して、係る線材に付与する張力を適正化して寸法精度などの安定化が図れる線材圧延における張力制御方法およびこれに用いる制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材などの線材の圧延は、線材に対して、張力（テンション）を付与する速度制御を行うことが一般的である。特に、近年における高速線材圧延の後工程に精密圧延を行う圧延機を配設する場合、その速度制御は、張力圧延により行われる。
しかし、上記張力圧延は、線材に張力を付与ししつ圧延するため、圧延後の線材の寸法が変動し易く、特に最終仕上圧延機の直前における寸法変動は、最終仕上寸法の精度に大きく影響する。しかも、線材に付与する張力の定量的な把握が困難であるため、例えば線材に過剰な張力が付与された場合、圧延された線材をコイルに巻くと、その巻姿が不均一な形状となったり、当該線材圧延に用いる溝（孔型）付きロールのロール肌を劣化させる、といった問題がある。
【０００３】
例えば、線材などを張力圧延する際の張力制御方法として、２つのロールスタンド間の線材の寸法と下流側のロールスタンドを出た線材の寸法とを、専用のプロフィルメータで測定し、非拘束部寸法の変動から上記ロールスタンド間の張力量を検知し、係る張力量により２つのロールスタンドの制御系を制御装置にてフィードバック制御して、上記ロールスタンド間の張力を制御することで、圧延する線材の寸法変動を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、隣接配置した２つのスタンドにて上流側のスタンド出側と下流側のスタンドの入側との圧延材速度を検出する手段（ドップラー速度計）と、上流側のスタンド出側の圧延材板厚を検出する手段と、検出した上記圧延材速度および圧延材板厚に基づき上記スタンド間のマスフローを演算する手段と、演算されたマスフロー誤差を零にするよう上記何れかのスタンドの圧延機速度を補正する手段と、を備えたタンデム式圧延機のマスフロー制御装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３２０２２号公報（第１〜５頁、図１，２）
【特許文献２】特開平４−１９７５１１号公報（第１〜６頁、第１，２図）
【０００５】
しかしながら、前記線材などの張力制御方法では、前述したフィードバック制御している間における線材の寸法変動には対応できないため、厳密な寸法精度が求められる精密圧延には、不都合であった。
また、前記タンデム式圧延機のマスフロー制御装置も、隣接配置された２つのスタンド間におけるマスフロー誤差を修正するに留まるため、最終仕上寸法の精度を高めるためには、不十分であつた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述した背景技術における問題点を解決し、金属線材に付与する張力を適正化して寸法精度などの安定化が確実に図れる線材圧延における張力制御方法およびこれに用いる制御装置を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決すため、発明者らによる鋭意研究および調査に基づき、隣接して配置された２つのロール組の出側における線材の各圧延速度（実測値）および線材の各断面積（実測値）が、一定の範囲内に入るように張力制御する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の線材圧延における張力制御方法（請求項１）は、線材の圧延方向に沿って配置された第１のロール組と第２のロール組との間で線材に張力を与えつつ圧延するに際し、上記第１のロール組と第２のロール組との間で走行する線材の断面積Ｓ１および走行速度Ｖ１の積と、第２のロール組の下流側で走行する線材の断面積Ｓ２および走行速度Ｖ２の積とを、数式３に示すように可及的に等しくするように、上記第２のロール組における各ロールの回転数および圧下量の少なくとも一方を制御する、ことを特徴とする。
【０００８】
（数３）      Ｓ１・Ｖ１≒Ｓ２・Ｖ２
【０００９】
これによれば、数式３の関係をマスフローとして複数のロール組を制御することにより、線材に適正な張力を付与しつつ所定の圧下量による線材圧延を安定して行うことが可能となる。また、各種の線材に対して、適正張力圧延を精度良くコントロールして施すことも可能となる。
尚、前記ロール組とは、ロールの周面に沿って成形用の溝（孔型）を有するロールを一対または３個以上配置したものを指す。また、第１および第２のロール組は、互いに隣接配置したロール組同士を指すと共に、圧延方向に沿って配置する２つのロール組の相対的な呼称でもある。
【００１０】
また、本発明には、前記断面積Ｓ１および走行速度Ｖ１の積と、前記断面積Ｓ２および走行速度Ｖ２の積との差は、何れか一方の積の２％以下とされる、線材圧延における張力制御方法（請求項２）も含まれる。これによれば、前述した適正張力による線材圧延を一層精度良く安定して施せると共に、線材の寸法精度を安定させることも可能となる。
尚、上記差は、上記積の１％以下が望ましい。また、前記数式３中の「≒」は、上記２％以下の差を許容することを示す。
【００１１】
一方、本発明の線材圧延における張力制御装置（請求項３）は、線材の圧延方向に沿って配置された第１のロール組および第２のロール組と、係る第１のロール組と第２のロール組との間、および第２のロール組の下流側に、それぞれ配置された少なくとも一つのプロフィルメータおよびレーザドップラー速度計と、前記一対のプロフィルメータにより測定された上記第１のロール組と第２のロール組との間を走行する線材の断面積Ｓ１および第２のロール組の下流側で走行する線材の断面積Ｓ２と、上記一対のレーザドップラー速度計により測定された上記第１のロール組と第２のロール組との間を走行する線材の走行速度Ｖ１および第２のロール組の下流側で走行する線材の走行速度Ｖ２とを、下記数式４に算入し、これを満たすように、上記第２のロール組における各ロールの回転数および圧下量の少なくとも一方を制御する制御手段と、を含む、ことを特徴とする。
【００１２】
（数４）      Ｓ１・Ｖ１≒Ｓ２・Ｖ２
【００１３】
これによれば、第１および第２のロール組間の線材の断面積Ｓ１および走行速度Ｖ２と、第２のロール組の下流側で走行する線材の断面積Ｓ２および走行速度Ｖ２との実測値を、正確に検出できると共に、それらの変化を検出して、数式４の関係または何れかの積の２％以下の差に自動的に制御することが可能となる。この結果、各種の線材に対して、適正張力圧延を精度良くコントロールして施すことが可能となる。
尚、プロフィルメータとレーザドップラー速度計とは、第１および第２のロール組間と第２のロール組とに少なくとも１個ずつ配置するが、線材の線径などに応じて上記各位置に２個以上配置することも可能である。
【００１４】
また、本発明には、前記線材は、直径４ｍｍ以上であり、且つその走行速度は、２０〜１５０ｍ／秒である、線材圧延における張力制御装置（請求項４）も含まれる。
これによれば、前記プロフィルメータによる線材の断面積や、前記レーザドップラー速度計による線材の走行速度の実測値を精度良く測定することが可能となる。尚、線材の線径が４ｍｍ未満になったり、走行速度が上記範囲を外れると、前記レーザドップラー速度計による線材の走行速度の検出精度が低下するため、係る範囲を除いたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の線材圧延における制御装置１を示す概略図である。
線材圧延は、図１に示すように、例えば、ステンレス鋼などからなる線材Ｗ１を第１のロール組Ｒ１で圧延して比較的小径の線材Ｗ２とし、更に係る線材Ｗ２を第２のロール組Ｒ２で圧延して細径の線材Ｗ３とする連続した圧延工程からなる形態が一般的である。
第１のロール組Ｒ１は、図２で例示するように、周面ｓの中央に断面ほぼ半円形の溝（孔型：カリバー）ｇを有し且つ円柱形を呈する一対の溝ｇ付きロールｒ，ｒの複数組を、前後方向（線材Ｗ１の搬送方向）に沿って配置すると共に、図１に示すように、隣接する溝ｇ付きロールｒ，ｒの組同士を９０度ずつ交互に角度をずらしたものである。
【００１６】
尚、第２のロール組Ｒ２についても、ロールｒのサイズや溝ｇの深さが異なる点以外は、図２に示す形態と同様である。
尚また、第１のロール組Ｒ１のロールｒ群は、例えばブロックミル（ＢＭ）と称されるものであり、第２のロール組Ｒ２のロールｒ群は、例えばコンパクトサイジングミル（ＣＳＭ）と称されるものである。
【００１７】
図１に示すように、第１のロール組Ｒ１と第２のロール組Ｒ２との間には、第１プロフィルメータＰ１と、第１レーザドップラー速度計Ｄ１とが配置され、且つ第２のロール組Ｒ２の下流側には、第２プロフィルメータＰ２と、第２レーザドップラー速度計Ｄ２とが配置されて、本発明の線材圧延における張力制御装置１を構成している。
また、図１に示すように、第１・第２プロフィルメータＰ１，Ｐ２は、ケーブルｋ１を介して、本発明の制御手段Ｃであるコンピュータｃに接続され、第１・第２レーザドップラー速度計Ｄ１，Ｄ２は、ケーブルｋ２を介してコンピュータｃに接続されている。
【００１８】
第１プロフィルメータＰ１は、図３で例示するように、前記第１のロール組Ｒ１で圧延された線材Ｗ２の半径方向に沿って配置した光源２、平行光線形成用の凸レンズ３、直線孔付きフィルタ４、集光用の凸レンズ６、および光線検出素子８を備えている。そして、係る第１プロフィルメータＰ１は、図３中の太いカーブした矢印で示すように、線材Ｗ２を中心とし且つその円周方向に沿って、図示しない駆動機構などにより高速回転（約１２００ｒｐｍ）が可能とされている。
【００１９】
図３中で垂直姿勢にある第１プロフィルメータＰ１で示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）の光源２から照射された光Ｌは、凸レンズ３で平行光線とされ、フィルタ４で所定の直線形の断面形状とされた後、走行する線材Ｗと交差する。この結果、線材Ｗの直径相当分７を遮蔽された光Ｌは、凸レンズ６で集光され、ＣＣＤラインセンサである光線検出素子８に照射された際、２分割された光Ｌ，Ｌ間の距離から線材Ｗの直径を検出する。検出された線材Ｗの直径は、ケーブルｋ１を介してコンピュータｃに送信され、線材Ｗ２の断面積Ｓ１が算出される。
尚、図３中のカッコ（）書きで示すように、第２プロフィルメータＰ２も、前述した第１プロフィルメータＰ１と同様の構造からなり、且つ線材Ｗ３に対して同様の作用を行い、線材Ｗ３の断面積Ｓ２の算出に利用される。
【００２０】
第１レーザドップラー速度計Ｄ１は、図４に示すように、前記第１のロール組Ｒ１で圧延された線材Ｗ２のほぼ半径方向に沿って配置したレーザ光源１０、一対のミラー１２，１４、集光レンズ１５、受光検出器（ＡＤＤ）１６、およびアンプ１７を備えている。
レーザ光源１０は、線材Ｗ２の径方向に対して若干傾斜した姿勢で配置され、波長が約８００ｎｍのレーザ光を傾斜したミラー１２に対し照射する。係るミラー１２を透過したレーザ光ｂ１は、図４中の矢印で示すように、線材Ｗ２の表面で反射して、集光レンズ１５に受光される。一方、ミラー１２で分光されたレーザ光ｂ２は、他方のミラー１４に反射し、更に線材Ｗ２の表面で反射して、集光レンズ１５に受光される。尚、レーザ光ｂ１，ｂ２の反射角θは、同じである。
【００２１】
線材Ｗ２の表面で反射したレーザ光（散乱光）ｂ１，ｂ２は、集光レンズ１５を経た後、受光検出器１６において電気信号に変換され、且つ両者の周波数の差から、ドップラー周波数を検出し且つ所定の計算式により、線材Ｗ２の走行速度Ｖ１が算出される。係る走行速度Ｖ１は、アンプ１７で増幅され、コントローラ１８およびケーブルｋ２を介して、前記コンピュータｃに送信される。
尚、図４中のカッコ（）書きで示すように、第２レーザドップラー速度計Ｄ２も、前述した第１レーザドップラー速度計Ｄ１と同様の構造からなり、且つ線材Ｗ３に対して同様の作用を行い、線材Ｗ３の走行速度Ｖ２の検出に利用される。
【００２２】
図５は、前記張力制御装置１を用いた適正張力圧延の状態を示す。即ち、前記第１・第２プロフィルメータＰ１，Ｐ２から検出された線材Ｗ２，Ｗ３の断面積Ｓ１，Ｓ２と、前記第１・第２レーザドップラー速度計Ｄ１，Ｄ２により測定された線材Ｗ２，Ｗ３の走行速度Ｖ１，Ｖ２とは、ケーブルｋ１，ｋ２を介して、前記コンピュータｃに送信される。この際、コンピュータｃでは、断面積Ｓ１と走行速度Ｖ１との掛け算と、断面積Ｓ２と走行速度Ｖ２との掛け算とが行われると共に、両者の積（値）が等しいか、または何れか一方の積が他方の積の２％以下の状態となっている。換言すると、下記数式５の関係が成り立つように、第１のロール組Ｒ１のロールｒの回転数ｎ０と、第２のロール組Ｒ２の各ロールｒの回転数ｎ１，ｎ２とが設定されることにより、線材Ｗ２に適正な張力を付与しつつこれを走行させている。
尚、前記コンピュータｃでは、線材Ｗの種類ごとや圧延工程ごとにおける適正な走行速度Ｖ１，Ｖ２や断面積Ｓ１，Ｓ２がＲＡＭに記録されており、プロフィルメータＰ１，Ｐ２からの実測断面積やレーザドップラー速度計Ｄ１，Ｄ２からの実測走行速度との比較をＣＰＵなどで行うようにしてある。
【００２３】
（数５）      Ｓ１・Ｖ１≒Ｓ２・Ｖ２
【００２４】
図６は、適正張力圧延の場合における第２のロール組Ｒ２のロールｒの回転数ｎ１，ｎ２に対し、第２のロール組Ｒ２の各ロールｒの回転数ｎ１′，ｎ２′が約４％高く（ｎ１，ｎ２≪ｎ１′，ｎ２′）なり、これらの間で張力を受ける線材Ｗ２に過剰な張力が加わった場合を示す。
係る過剰張力圧延の場合、第２のロール組Ｒ２の各ロールｒは、図７中の左下のブロック内に示すように、圧延すべき線材Ｗ２との間でスリップを生じるか、あるいは、図７中の右下のブロック内に示すように、各ロールｒの溝ｇと線材Ｗ２の表面とが固着しつつ圧延することになる。
【００２５】
前記スリップ圧延する場合、図７中の左下のブロック内の下段に示すように、左辺のうち、線材Ｗ２の断面積Ｓ１が減少し、且つ線材Ｗ２の走行速度Ｖ１が増加することで、前記数式５の関係を保とうとする。
また、前記固着圧延する場合、図７中の右下のブロック内の下段に示すように、左辺のうち、線材Ｗ２の断面積Ｓ１が減少し、且つ線材Ｗ２の走行速度Ｖ１が増加すると共に、右辺のうち、線材Ｗ３の断面積Ｓ２が減少し、且つ線材Ｗ３の走行速度Ｖ２が増加することで、前記数式５の関係を保とうとする。
【００２６】
しかし、上記各増加値や各減少値は、適正張力圧延時の各値Ｓ１，Ｓ２，Ｖ１，Ｖ２に比較すると、差が生じる。このため、前記第１・第２プロフィルメータＰ１，Ｐ２と、前記第１・第２レーザドップラー速度計Ｄ１，Ｄ２とによって、ケーブルｋ１，ｋ２を介してコンピュータｃに送信され、過剰張力圧延時の線材Ｗ２，Ｗ３の断面積Ｓ１，Ｓ２および走行速度Ｖ１，Ｖ２が適正張力圧延時の値と比較され、これらの値の変化が検出される。
そして、上記コンピュータｃでは、適正張力圧延時の各値Ｓ１，Ｓ２，Ｖ１，Ｖ２に戻るように、第２コール組Ｒ２の各ロールｒの駆動モータ（図示せず）に対し、回転数の変更を指示する。あるいは、第２コール組Ｒ２の圧下装置（図示せず）に対し、ロールｒ，ｒ間の圧下量の変更を指示する。この結果、過剰張力圧延を前記数式５に近似した適正張力圧延に自動的に復帰させることができる。
【００２７】
図８，図９は、前記制御装置１の応用形態である線材圧延における制御装置１ａ，１ｂを示す概略図である。
上記制御装置１ａは、図８に示すように、前記同様の第１・第２のロール組Ｒ１，Ｒ２と、これらの間に配置した第１プロフィルメータＰ１および第２のロール組Ｒ２の下流側に配置した第２プロフィルメータＰ２と、第２のロール組Ｒ２の下流側に配置した第２レーザドップラー速度計Ｄ２とを備えている。
図８に示すように、第１・第２のロール組Ｒ１，Ｒ２間に配置する第１レーザドップラー速度計Ｄ１は、走行する線材Ｗ２の走行方向に沿って、上流側の速度計Ｄ１ａと下流側の速度計Ｄ１ｂとの２個からなる。
これによれば、第１・第２のロール組Ｒ１，Ｒ２間を走行する線材Ｗ２の線径が約２ｍｍと細径で且つ振動などによる触れを伴う場合でも、何れか一方の速度計Ｄ１ａ，Ｄ１ｂにより、線材Ｗ２の走行速度（実測値）を前記図４に示した方法で、確実に測定することが可能となる。
【００２８】
また、制御装置１ｂは、図９に示すように、前記制御装置１ａに対して、第２のロール組Ｒ２の下流側に配置した第２レーザドップラー速度計Ｄ２を、走行する線材Ｗ３の走行方向に沿って、上流側の速度計Ｄ２ａと下流側の速度計Ｄ２ｂとの２個としている。これより、線材Ｗ２，Ｗ３の走行速度（実測値）を一層確実に測定することが可能となる。
尚、上記速度計Ｄ１ａ，Ｄ１ｂや速度計Ｄ２ａ，Ｄ２ｂは、走行する線材Ｗ２，Ｗ３に対して、前記レーザ光を同じ角度で照射しても良いし、あるいは、それぞれ互いに極く僅かの角度の相違をもってレーザ光を照射するようにしても良い。
【００２９】
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、３組以上のロール組の間およびこのうちで最下流のロール組の下流に、少なくとも１つずつのプロフィルメータとレーザドップラー速度計とを配置する形態とすることも可能である。
また、圧延すべき線材は、直径が４ｍｍ以上であれば、各種の鋼線、ステンレス鋼線、チタン合金線材、またはアルミニウム合金線材であっても良い。
更に、制御手段は、前記コンピュータｃに限らず、コントローラなどの制御機器を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の線材圧延における制御装置を示す概略図。
【図２】上記線材圧延に用いるロール組を示す斜視図。
【図３】上記制御装置を構成するプロフィルメータを示す概略図。
【図４】上記制御装置を構成するレーザドップラー速度計を示す概略図。
【図５】適正張力圧延の状態を示す概略図。
【図６】過剰張力圧延の状態を示す概略図。
【図７】過剰張力圧延時の線材の断面積と走行速度との関係を示すブロック図。
【図８】前記制御装置の応用形態を示す概略図。
【図９】上記制御装置の応用形態を示す概略図。
【符号の説明】
【００３１】
１,１ａ,１ｂ…制御装置
Ｗ１〜Ｗ３……線材
Ｒ１，Ｒ２……ロール組
Ｐ１，Ｐ２……プロフィルメータ
Ｄ１，Ｄ２……レーザドップラー速度計
Ｃ，ｃ…………コンピュータ（制御手段）
【図１】
2006068769.tif 000003
【図２】
2006068769.tif 000004
【図３】
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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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