(57)【要約】【課題】形鋼の圧延を行う圧延機に設けられたバックアップロールにおいて、ロール周面の位置による周速度差が存在する場合に、その周速度差を小さくし、周速度差によって生じるロール摩耗を抑制させ、ロールの耐用トン数を増加させる。【解決手段】形鋼用圧延機に備えられ、被圧延材に対し非接触なバックアップロールであって、前記バックアップロールは、ロール幅方向において３以上の複数の小幅ロールに分割され、当該複数の小幅ロールはそれぞれ独立して回転自在に構成される。【選択図】図５
2018094627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形鋼用圧延機に備えられ、被圧延材に対し非接触なバックアップロールであって、
前記バックアップロールは、ロール幅方向において３以上の複数の小幅ロールに分割され、
当該複数の小幅ロールはそれぞれ独立して回転自在に構成されることを特徴とする、バックアップロール。
【請求項２】
前記複数の小幅ロールは、前記バックアップロールのロール軸に対してそれぞれ独立したベアリングを介して設置され、
当該ベアリングの外筒に対して小幅ロールを固定させて構成されることを特徴とする、請求項１に記載のバックアップロール。
【請求項３】
前記バックアップロールは、被圧延材を圧延造形する圧延用ロールに接触して設けられ、
前記複数の小幅ロールの各ロール幅は、前記圧延用ロールと接触する際の前記複数の小幅ロールそれぞれの滑り率が等しくなるように設計されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバックアップロール。
【請求項４】
前記バックアップロールは、軌条の製造に用いられるベースホイール圧延機の上下孔型ロールの側面に接触して設けられるバックアップロールであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバックアップロール。
【請求項５】
前記バックアップロールは、フランジとウェブを有する形鋼の製造に用いられるユニバーサル圧延機の竪ロールに接触するバックアップロールであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバックアップロール。
【請求項６】
前記バックアップロールは、被圧延材を圧延造形する圧延用ロールに接触して設けられ、
前記複数の小幅ロールは２ｍ−１分割され、当該小幅ロールの各ロール幅は、以下の式（Ａ）、（Ｂ）を満たすように設計されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のバックアップロール。
【数５】
2018094627.tif 000007
【数６】
2018094627.tif 000008
ここで、Ｂｎ：バックアップロール幅方向中心からｎ番目の小幅ロールの胴幅、Ｄ：接触する圧延用ロール（水平ロール）のロール径、ＢＢ：バックアップロール全体の胴幅、である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１６年１２月１３日に日本国に出願された特願２０１６−２４１１８９号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【０００２】
本発明は、例えばＨ形鋼や軌条といった形鋼の圧延に用いられる形鋼圧延用のバックアップロールロールに関する。
【背景技術】
【０００３】
例えばＨ形鋼や軌条といった各種形鋼の製造は、一般的に孔型圧延法（カリバー法）やユニバーサル圧延法によって行われることが知られている。特に近年では、均質な変形が期待でき、材質の向上や寸法精度の高精度化が図れるといった観点から、中間ユニバーサル圧延機、エッジャー圧延機、仕上圧延機を備えた圧延機列によってユニバーサル圧延法が行われている。
【０００４】
具体的な軌条の圧延法としては、ベースホイール圧延機やヘッドホイール圧延機を用いて圧延を行い、その後仕上圧延機によって形状を最終製品として整える技術が知られている。なお、ベースホイール圧延機とは、被圧延材のベース側（基台側）を竪ロールによって圧延する圧延機であり、ヘッドホイール圧延機とは、被圧延材のヘッド側（頭側）を竪ロールによって圧延する圧延機である。
【０００５】
また、各種形鋼の圧延技術の１つとして、ベースホイール圧延機やユニバーサル圧延機等の竪ロールにバックアップロールを設ける構成が知られている（特許文献１参照）。竪ロールに大きな負荷（圧延荷重）がかかるような圧延では、竪ロールに撓み等が発生する恐れがあるが、バックアップロールを設けることでこのような問題が回避される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１２４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に代表されるような、竪ロールに対して設けられるバックアップロールにおいては、竪ロールがテーパー形状を有している場合があり、そのような場合には、竪ロールと当該竪ロールに接触するバックアップロールとの間の接触面において、位置によって周速度差が存在する。
【０００８】
また、軌条の圧延技術においては、例えばベースホイール圧延機等において、水平ロールの側面にバックアップロールを接触させる構成が知られている。このような構成では、水平ロールの側面位置に応じて周速が異なることから、バックアップロールの周面での位置によって周速度差が存在する。
【０００９】
このようにバックアップロールの周面において位置によって周速度差が存在すると、当該バックアップロールの側面において摩耗が進行し、ロールの耐用トン数が低下し、ロール寿命の低下が懸念される。
【００１０】
このような事情に鑑み、本発明は、形鋼の圧延を行う圧延機に設けられたバックアップロールロールにおいて、ロール周面の位置による周速度差が存在する場合に、その周速度差を小さくし、周速度差によって生じるロール摩耗を抑制させ、ロールの耐用トン数を増加させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明によれば、形鋼用圧延機に備えられ、被圧延材に対し非接触なバックアップロールであって、前記バックアップロールは、ロール幅方向において３以上の複数の小幅ロールに分割され、当該複数の小幅ロールはそれぞれ独立して回転自在に構成されることを特徴とする、バックアップロールが提供される。
【００１２】
前記複数の小幅ロールは、前記バックアップロールのロール軸に対してそれぞれ独立したベアリングを介して設置され、当該ベアリングの外筒に対して小幅ロールを固定させて構成されても良い。
【００１３】
前記バックアップロールは、被圧延材を圧延造形する圧延用ロールに接触して設けられ、前記複数の小幅ロールの各ロール幅は、前記圧延用ロールと接触する際の前記複数の小幅ロールそれぞれの滑り率が等しくなるように設計されても良い。
【００１４】
前記バックアップロールは、軌条の製造に用いられるベースホイール圧延機の上下孔型ロールの側面に接触して設けられるバックアップロールであっても良い。
【００１５】
前記バックアップロールは、フランジとウェブを有する形鋼の製造に用いられるユニバーサル圧延機の竪ロールに接触するバックアップロールであっても良い。
【００１６】
前記バックアップロールは、被圧延材を圧延造形する圧延用ロールに接触して設けられ、
前記複数の小幅ロールは２ｍ−１分割され、当該小幅ロールの各ロール幅は、以下の式（Ａ）、（Ｂ）を満たすように設計されても良い。
【数１】
2018094627.tif 000003
【数２】
2018094627.tif 000004
ここで、Ｂｎ：バックアップロール幅方向中心からｎ番目の小幅ロールの胴幅、Ｄ：接触する圧延用ロール（水平ロール）のロール径、ＢＢ：バックアップロール全体の胴幅、である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、形鋼の圧延を行う圧延機に設けられたバックアップロールロールにおいて、ロール周面の位置による周速度差が存在する場合に、その周速度差を小さくし、周速度差によって生じるロール摩耗を抑制させ、ロールの耐用トン数を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態にかかる軌条の圧延ラインの概略説明図である。
【図２】従前のベースホイール圧延機の概略説明図である。
【図３】本実施の形態に係るバックアップロールの構成を示す概略説明図である。
【図４】本実施の形態に係る構成のバックアップロールをベースホイール圧延機に適用した場合の概略図である。
【図５】ベースホイール圧延機においてバックアップロールを上記の通り３分割し、３つの小幅ロールとした場合のロール各位置における周速度を概算する際の説明図である。
【図６】バックアップロールを２ｍ−１分割した場合のロール各位置における周速度を概算する際の説明図である。
【図７】ベースホイール圧延機のバックアップロールを複数の小幅ロールに分割し、各ロールの滑り率を等しくした際のロール分割数と滑り率との関係を示すグラフである。
【図８】従前のユニバーサル圧延機についての概略説明図である。
【図９】本発明技術を適用した場合のユニバーサル圧延機の竪ロール及びバックアップロールの周速度に関する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。以下の説明では、各種形鋼の一例として軌条を圧延造形し、製造する場合を図示している。また、圧延ライン全体において圧延される被圧延材を総称して「被圧延材Ａ」と記載・呼称し、その他各圧延工程時の被圧延材Ａについては必要に応じて適宜別名称にて記載・呼称する場合がある。
【００２０】
図１は本実施の形態にかかる軌条の製造方法を実施する圧延ラインＬの概略説明図である。図１に示すように、圧延ラインＬには圧延上流側から順に粗圧延機列１０、中間圧延機列２０、仕上圧延機３０が配置されている。また、図示していないが、粗圧延機列１０の上流にはスラブ等の矩形鋼片を加熱する加熱炉等の設備が設けられている。なお、これら加熱炉等の設備は従来から公知のものであり、本明細書では説明を省略する。また、図１の圧延ラインＬは、軌条製品の頭部が上となるような向きを想定しており、圧延される被圧延材の向きを示すために、軌条製品の概略断面図を図示している。
【００２１】
粗圧延機列１０は複数の粗圧延機（圧延スタンド）から構成されており、例えば図１に示すように２基のスタンド１０ａ、１０ｂによって構成されている。これら２基のスタンド１０ａ、１０ｂにおいて、１スタンドに複数の孔型が配置され、リバース圧延が行われる。なお、粗圧延機列１０は、被圧延材Ａを略Ｈ形状の粗圧延材（いわゆるドッグボーン形状の鋼材）に孔型圧延によって造形するものである。このようにすることで、特許文献２に開示された技術と同様に、Ｈ形鋼を製造するラインと同一のライン構成にて軌条を製造することができ、また、Ｈ形鋼と同一の素材を被圧延材の素形材として用いることができる。よって、粗圧延機列の装置構成や孔型構成はＨ形鋼を製造する場合と同様であり従来から公知であるため、ここでの説明は省略する。
【００２２】
また、中間圧延機列２０には複数の中間圧延機と複数のエッジャー圧延機がそれぞれ備えられている。具体的には、例えば図１に示すように２基の中間圧延機２０ａ、２０ｂと２基のエッジャー圧延機２１ａ、２１ｂが備えられている。また、エッジャー圧延機は各中間圧延機の下流側に一基ずつ配置される構成となっており、中間圧延機２０ａの下流側にエッジャー圧延機２１ａが位置し、中間圧延機２０ｂの下流側にエッジャー圧延機２１ｂが位置している。
【００２３】
また、中間圧延機列２０の下流には仕上圧延機３０が備えられている。仕上圧延機３０は被圧延材Ａを略最終製品形状に造形するものであり、図１に示すように、通常、１スタンド（１基の圧延機）で構成される。
【００２４】
以上、図１を参照して説明される構成の圧延ラインＬにおいては、スラブ等の素材から略Ｈ型形状の粗圧延材（いわゆるドッグボーン形状の鋼材）を経由し、最終的には軌条製品が製造される。
【００２５】
ここで、中間圧延機２０ａ、２０ｂに代表されるベースホイール圧延機では、上下水平ロールの側面に当接するバックアップロールが設けられている。以下、これら中間圧延機２０ａ、２０ｂに代表されるベースホイール圧延機１００のロール構成について図２を参照して説明する。なお、図２では被圧延材Ａを斜線で図示している。また、ベースホイール圧延機１００において圧延造形される被圧延材Ａは、最終製品の軌条において土台（ベース）となる足部４０と、軌条において頭（ヘッド）となる頭部４２と、これら足部４０と頭部４２を連結する柱部４５から構成されているものとして説明する。
【００２６】
（従前のベースホイール圧延機及びバックアップロール）
図２は、従前のベースホイール圧延機１００の概略説明図である。ベースホイール圧延機１００は、足部４０を側方から圧下する竪ロール５０と、頭部４２及び柱部４５を上下から圧下する上下孔型ロール５２、５３を備えている。上下孔型ロール５２、５３によって構成される孔型は、略軌条製品形状である。また、上下孔型ロール５２、５３の頭側側面には、当該側面に接触するバックアップロール６０が設けられている。
【００２７】
図２に示すように構成されるベースホイール圧延機１００では、上下孔型ロール５２、５３には図示しないモーター等の駆動機構が備えられ、当該駆動機構の駆動によって上下孔型ロール５２、５３は駆動する。
一方、竪ロール５０及びバックアップロール６０はいわゆる無駆動ロール（従動ロール）であり、モーター等の駆動機構は備えられていない。即ち、竪ロール５０は、上下孔型ロール５２、５３によって圧延造形されている被圧延材Ａ（特に足部４０）の回転に伴い回転する構成となっている。また、バックアップロール６０は、上下孔型ロール５２、５３の回転に伴い回転する構成となっている。
【００２８】
このようなバックアップロール６０の構成においては、上下孔型ロール５２、５３回転時の周速度が、当該上下孔型ロール５２、５３の径方向において分布を有しており、バックアップロール６０の幅方向に関し周速度差が生じている。図２に示すように、上下孔型ロール５２、５３のロール径をＤ、回転数をＮとし、バックアップロール６０の胴幅をＢとした場合、バックアップロール６０の幅方向中央部の周速度Ｖｍａｘは以下の式（１）で示され、バックアップロール６０の幅方向端部の周速度Ｖｍｉｎは以下の式（２）で示される。
Ｖｍａｘ＝ＤπＮ  ・・・（１）
Ｖｍｉｎ＝（Ｄ−Ｂ）πＮ  ・・・（２）
そして、バックアップロール６０の回転速度は、これらＶｍａｘ、Ｖｍｉｎの平均速度で回転すると仮定すると、当該平均速度Ｖｖは以下の式（３）で示される。
Ｖｖ＝（Ｄ−０．５Ｂ）πＮ  ・・・（３）
即ち、バックアップロール６０の幅方向中央部と、幅方向端部における周速度差は、±０．５ＢπＮとなることが上記式（１）〜（３）から分かる。周速度差を比率で表したいわゆる滑り率は、以下の式（４）で示される。
±０．５ＢπＮ／（Ｄ−０．５Ｂ）πＮ＝±０．５Ｂ／（Ｄ−０．５Ｂ）  ・・・（４）
例えばＤが１２００ｍｍ、Ｂが３００ｍｍである場合には、±１４％の滑り率となる。
【００２９】
以上説明したように、バックアップロール６０の幅方向において周速度差が生じると、当該周速度差によってロール摩耗が進行しロールの耐用トン数の低下や、ロール寿命の低下が懸念される。
【００３０】
このような課題に対し本発明者らは、駆動ロールである上下孔型ロール５２、５３の側面に接触した場合であっても、ロール幅方向において生じる周速度差、滑り率をできるだけ小さくし、ロール摩耗の進行を抑制させることができるようなロール構成を創案すべく、鋭意検討を行った。以下、図面等を参照して、本検討について説明する。
【００３１】
本発明者らは、図２を参照して上述した課題は、無駆動ロールであるバックアップロール６０の回転数は幅方向に変化させられないことに起因していると考え、無駆動ロールの構造について検討を行った。その結果、上記課題を解決するため、ベースホイール圧延機１００において、無駆動ロールであるバックアップロール６０を分割式とし、それぞれが独立して回転自在である複数の小幅ロールを連ねた構成とする技術を創案した。
【００３２】
（本実施の形態に係るバックアップロール）
図３は本実施の形態に係るバックアップロール８０の構成を示す概略説明図である。なお、ここでは、バックアップロール８０の構成として、小幅ロール８０ａ〜８０ｃの３つのロールに分割された構成について図示・説明するが、図示の構成は本発明の一例であり、バックアップロール８０は任意の複数の小幅ロールに分割し構成させることが可能である。
【００３３】
バックアップロール８０のロール軸８１は固定端としてのチョック外面８２に固定され、回転しない。ロール軸８１の外面にはベアリング８６が設置されており、このベアリング８６は、ベアリング内筒８４とベアリング外筒８５から構成されている。ベアリング内筒８４は第１のベアリング押さえ８８によってロール軸８１に固定され、また、第２のベアリング押さえ８９によりベアリング外筒８５と小幅ロール８０ａの内面が固定されている。なお、第２のベアリング押さえ８９は第１のベアリング押さえ８８に保持された構成となっている。
そして、図３に示す通り、このような構成の小幅ロール８０ａと同様の構成の小幅ロール８０ｂ、８０ｃが連なって設けられ、バックアップロール８０を構成している。これら各小幅ロール８０ａ〜８０ｃはそれぞれ独立して回転自在に構成される。
【００３４】
また、図４は、本実施の形態に係る構成のバックアップロール８０をベースホイール圧延機１００に適用した場合の概略図である。図４において上記従前のベースホイール圧延機１００（図２参照）と同様の機能構成を有する構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
本実施の形態では、図４に示すように、従前のバックアップロール６０に代えて、３つの小幅ロール８０ａ〜８０ｃからなるバックアップロール８０を上下孔型ロール５２、５３の頭側側面に接触させるような構成としている。これら小幅ロール８０ａ〜８０ｃはそれぞれ独立して回転することができるため、上下孔型ロール５２、５３の径方向における周速度差に対し、複数の小幅ロール８０ａ〜８０ｃのそれぞれで周速度が異なって回転することになる。また、各小幅ロール８０ａ〜８０ｃそれぞれにおいては、幅方向に関する周速度差が生じるものの、小幅であるために大きな周速度差は生じない。従って、図４のように構成されたベースホイール圧延機では、従前のバックアップロール６０において生じていたような周速度差によるロール摩耗の進行が抑制され、その結果、バックアップロール８０全体としての耐用トン数も増加することになる。
【００３６】
図５は、ベースホイール圧延機においてバックアップロールを上記の通り３分割し、３つの小幅ロール８０ａ〜８０ｃとした場合のロール各位置における周速度を概算する際の説明図である。計算上、図５に示すように、上下孔型ロール５２、５３のロール径をＤ、回転数をＮとし、各小幅ロール８０ａ〜８０ｃの幅をＢｓ、Ｂｃ、Ｂｓとした。また、小幅ロール８０ａと８０ｃは上下対称なロールであり、各位置の周速度は同じになるためここでの説明は小幅ロール８０ａを代表して記載する。また、図５中の各構成要素は図４に準じて記載し、同一の機能構成を有する構成要素には同一の符号を付している。
【００３７】
上下孔型ロール５２、５３の最大径の位置における周速度Ｖｃは以下の式（５）で示される。
Ｖｃ＝ＤπＮ  ・・・（５）
また、３つの小幅ロール８０ａ〜８０ｃの中央に位置する小幅ロール８０ｂの幅方向端部位置における周速度Ｖ１は以下の式（６）で示され、小幅ロール８０ａ（ないし８０ｃ）の幅方向端部位置における周速度Ｖ２は以下の式（７）で示される。
Ｖ１＝（Ｄ−Ｂｃ）πＮ  ・・・（６）
Ｖ２＝（Ｄ−Ｂｃ−２Ｂｓ）πＮ  ・・・（７）
各小幅ロール８０ａ〜８０ｃは接触する上下孔型ロール５２、５３側面の平均速度で回転することから、小幅ロール８０ａの平均速度Ｖｎ１、小幅ロール８０ｂの平均速度Ｖｎｃは以下の式（８）、式（９）で示される。
Ｖｎ１＝０．５（Ｖ１＋Ｖ２）  ・・・（８）
Ｖｎｃ＝０．５（Ｖｃ＋Ｖ１）  ・・・（９）
【００３８】
上記の式（５）〜（９）に基づき、小幅ロール８０ｂの滑り率は以下の式（１０）によって示され、小幅ロール８０ａ（ないし８０ｃ）の滑り率は以下の式（１１）によって示される。
（Ｖｃ−Ｖｎｃ）／Ｖｎｃ＝０．５（Ｖｃ−Ｖ１）／０．５（Ｖｃ＋Ｖ１）＝Ｂｃ／（２Ｄ−Ｂｃ）  ・・・（１０）
（Ｖ１−Ｖｎ１）／Ｖｎ１＝（Ｖ１−０．５（Ｖ１＋Ｖ２））／０．５（Ｖ１＋Ｖ２）＝（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）＝Ｂｓ／（Ｄ−Ｂｃ−Ｂｓ）  ・・・（１１）
【００３９】
以上説明したように、式（１０）、（１１）に示すように小幅ロール８０ａ〜８０ｃの滑り率が定められる。ここで、各小幅ロール８０ａ〜８０ｃそれぞれの上下孔型ロール５２、５３に対する滑り率を等しくすることで、各小幅ロール間での周速度差を小さくすることができ、ロール面圧が均一な場合には、各小幅ロール間の摩耗の進行を等しくすることが期待できる。
そこで、以下では、各小幅ロール８０ａ〜８０ｃそれぞれの上下孔型ロール５２、５３に対する滑り率を等しくするための条件について説明する。
【００４０】
各小幅ロール８０ａ〜８０ｃそれぞれの上下孔型ロール５２、５３に対する滑り率を等しくするためには、以下の式（１２）、（１３）を満たす必要がある。
Ｂｓ／（Ｄ−Ｂｃ−Ｂｓ）＝Ｂｃ／（２Ｄ−Ｂｃ）  ・・・（１２）
Ｂｓ（２Ｄ−Ｂｃ）＝Ｂｃ（Ｄ−Ｂｃ−Ｂｓ）  ・・・（１３）
ここで、小幅ロール８０ａ〜８０ｃの全体の幅長さをＢｂとすると、Ｂｓ＝０．５（Ｂｂ−Ｂｃ）であるので、
上記式（１２）、（１３）に基づき、滑り率を等しくする条件として、Ｂｃを以下の式（１４）として規定することができる。
Ｂｃ＝Ｄ−（Ｄ２−ＤＢｂ）０．５  ・・・（１４）
例えばＤが１２００ｍｍ、Ｂが３００ｍｍである場合には、Ｂｃ＝１６０．８ｍｍ、Ｂｓ＝６９．６ｍｍとすると、各小幅ロール８０ａ〜８０ｃそれぞれの上下孔型ロール５２、５３に対する滑り率を等しくすることができる。この時、上記式（６）〜（９）で定まる速度を上記式（１０）、（１１）に代入することで、滑り率は±７．１８％であることが分かり、従前のバックアップロールの滑り率±１４％の１／２に低減できる。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態においては、ベースホイール圧延機１００のバックアップロール８０として用いられるような無駆動ロールにおいて、当該バックアップロール８０を分割式（３分割）とし、それぞれが独立して回転自在である複数の小幅ロール８０ａ〜８０ｃを連ねた構成としている。このような構成により、従前のバックアップロール６０での幅方向において周速度差が生じるといった課題が解消され、当該周速度差によるロール摩耗を抑制させることができる。
【００４２】
また、バックアップロール８０を分割式（３分割）とし、それぞれが独立して回転自在である複数の小幅ロール８０ａ〜８０ｃを連ねた構成とした場合に、それぞれの小幅ロールの滑り率が等しくなるようなロール設計を採ることで、各小幅ロールの滑り率を等しくことができ、より効率的にロール摩耗を抑制させることができる。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４４】
上記実施の形態において説明した本発明技術の適用範囲は、ベースホイール圧延機のバックアップロール８０であるとして説明しているが、ベースホイール圧延機として代表的なものとして、例えば中間圧延機列２０を構成するベースホイール圧延機（中間圧延機２０ａ、２０ｂ）が挙げられる。本発明技術は種々のベースホイール圧延機に対して適用可能であり、例えば軌条の製造における仕上圧延機３０がベースホイール圧延機である場合には、当該仕上圧延機３０が備えるバックアップロールに対しても当然適用することができる。
【００４５】
また、上記実施の形態では、図３〜５を参照してバックアップロール８０を３つの小幅ロール８０ａ〜８０ｃによって構成される場合を例示して説明したが、バックアップロール８０の幅方向における周速度差を小さくするといった観点からは、バックアップロール８０は任意の複数の小幅ロールに分割し構成させることが可能であり、本発明技術における小幅ロールの数は任意に設計可能である。
【００４６】
バックアップロール８０を複数の小幅ロールに分割して構成させる際には、ロール幅方向における周速度差を低減させるとの観点から、小幅ロールの数は３以上であることが好ましい。更には、形鋼の圧延においては、ロール構成が上下対称となるような構造にすることが必要であることから、小幅ロールの数が奇数の場合と偶数の場合とでは、奇数の場合の方が有効である。例えばバックアップロールが３分割された場合と４分割された場合とでは、ロール幅方向中央に位置する小幅ロールと、ロール幅方向端部に位置する小幅ロールとの間の周速度差は概ね同じ値となることから、設備コスト等の面で３分割とすることが好ましい。
【００４７】
（本発明の第１の他の実施形態）
上記実施の形態では、ベースホイール圧延機のバックアップロール８０を複数の小幅ロールに分割して構成させる際に、それぞれの小幅ロールの滑り率が等しくなるようなロール設計を行うことが好ましい旨の説明を行った。本発明者らは、そのようなロール設計を行う際に、分割された各小幅ロールの胴幅をどのような値に設計することが好ましいかについて検討し、個々の小幅ロールの滑り率を等しくし、ロール摩耗が均等となるような胴幅の定め方について以下の知見を得た。本知見について図６、７を参照して説明する。
【００４８】
図６は、バックアップロール８０を２ｍ−１分割した場合のロール各位置における周速度を概算する際の説明図である（ｍ：１、２、３・・・といった任意の整数）。図６に示すように、本形態では、ベースホイール圧延機のバックアップロール８０を複数の小幅ロールに分割して構成させる場合の分割数を２ｍ−１分割とし、バックアップロール幅方向中央の竪ロールを１番目のロールとし、その胴幅をＢ１、中央からｎ番目の竪ロールの胴幅をＢｎとしている。図６中の各構成要素は図４に準じて記載し、同一の機能構成を有する構成要素には同一の符号を付している。また、計算上、上下孔型ロール５２、５３のロール径をＤ、回転数をＮとした。
【００４９】
図６に示すように、ｎ番目の竪ロールの上下端それぞれに対応する水平ロールの周速度は、上端ＶＵが以下の式（１５）、下端ＶＬが以下の式（１６）で示される。
ＶＵ＝（Ｄ−Ｂ１−２（Ｂ２＋Ｂ３＋・・・・・・・＋Ｂｎ））πＮ  ・・・（１５）
ＶＬ＝（Ｄ−Ｂ１−２（Ｂ２＋Ｂ３＋・・・＋Ｂｎ−１））πＮ  ・・・（１６）
上記式（１５）、（１６）に基づき、ｎ番目の竪ロールの滑り率ｒｎは、以下の式（１７）で示される。
ｒｎ＝｛ＶＬ−０．５（ＶＬ＋ＶＵ）｝／０．５（ＶＬ＋ＶＵ）＝（ＶＬ−ＶＵ）／（ＶＬ＋ＶＵ）＝Ｂｎ／（Ｄ−Ｂ１−２（Ｂ２＋Ｂ３＋・・・＋Ｂｎ−１）−Ｂｎ）  ・・・（１７）
一方、１番目の竪ロールの滑り率は以下の式（１８）で示される。
ｒ１＝Ｂ１／（２Ｄ−Ｂ１）  ・・・（１８）
上記式（１７）及び式（１８）に基づき、１番目の竪ロールの滑り率ｒ１とｎ番目の竪ロールの滑り率ｒｎを等しくする（即ち、ｒ１＝ｒｎ）ためには、以下の式（Ａ）を満たすことが求められる。
Ｂｎ＝Ｂ１（Ｄ−Ｂ１−２（Ｂ２＋Ｂ３＋・・・＋Ｂｎ−１））／２Ｄ  ・・・（Ａ）
これをｉを変数とする総和記号Σを用いて書き替えると、
【数３】
2018094627.tif 000005
となる。
ここで、図６に示すように、竪ロール全胴幅をＢＢとすると、以下の式（Ｂ）に示す関係が成り立つ。
ＢＢ＝Ｂ１＋２（Ｂ２＋Ｂ３＋・・・・＋Ｂｍ）  ・・・（Ｂ）
これをｉを変数とする総和記号Σを用いて書き替えると、
【数４】
2018094627.tif 000006
となる。
【００５０】
上記式（Ａ）、（Ｂ）を解くことで、滑り率を均等にするための個々の小幅ロールの胴幅（即ち、ｎ番目の竪ロールの胴幅）を算出することができる。また、その時の滑り率ｒｎは上記式（１７）により求めることができる。
例えば、Ｄが１２００ｍｍ、Ｂが３００ｍｍであり、ｍ＝２（即ち、竪ロール３分割構成）である場合、Ｂ１＝１６０．８ｍｍ、Ｂ２＝６９．６ｍｍ、ｒ＝±７．１８％となる。また、Ｄが１２００ｍｍ、Ｂが３００ｍｍ、ｍ＝３（即ち、竪ロール５分割構成）である場合、Ｂ１＝１０９．７ｍｍ、Ｂ２＝４９．８ｍｍ、Ｂ３＝４５．３ｍｍ、ｒ＝±４．８％となる。
【００５１】
上記従来の構成のバックアップロール（図２参照）では、Ｄが１２００ｍｍ、Ｂが３００ｍｍである場合には、±１４％の滑り率である。よって、ｍ＝２、ｍ＝３の場合を一例として分かるように、バックアップロールを２ｍ−１分割することで、滑り率の低減が実現され、バックアップロールの幅方向での周速度差によるロール摩耗を抑えることが可能となる。
また、バックアップロールを２ｍ−１分割した構成とした場合において、上記式（Ａ）、（Ｂ）に基づき個々の小幅ロールの胴幅を算出し、算出された胴幅により竪ロールを構成することで、２ｍ−１分割された複数の小幅ロールの全ての滑り率が均等となり、より効率的にロール摩耗を抑制させることができる。
【００５２】
ここで本発明者らは、バックアップロールを２ｍ−１分割し、上記式（Ａ）、（Ｂ）に基づき胴幅を設計した場合において、ロールの分割数（２ｍ−１）と、分割された小幅ロールの滑り率との関係について更に調査を行った。図７は、ベースホイール圧延機のバックアップロールを複数の小幅ロールに分割して構成し、上述したように各ロールの滑り率を等しくした際の分割数と滑り率との関係を示すグラフである。
【００５３】
図７や上記式（１７）等を参照しても分かるように、ロール分割数を増やすに従い、滑り率は小さくなる傾向にある。即ち、ロール分割数を増やす程、滑り率が小さくなり、バックアップロール幅方向における周速度差によるロール摩耗の低減を図ることができる。一方で、ロール分割数を増やすことで、バックアップロールのロール構成の煩雑化、設備コストの増大といった課題も顕在化するため、ロール摩耗の低減効果と、設備コストやロール構成の煩雑化とのバランスを考慮した上でロール分割数を決定することが望ましい。一例としては、例えば３〜５分割程度が望ましい。
【００５４】
（本発明の第２の他の実施形態）
また、本発明技術の適用範囲は、軌条の製造に用いられるベースホイール圧延機に限られるものではない。具体的には、Ｈ形鋼の製造に用いられるユニバーサル圧延機に設けられるバックアップロールに対しても適用可能である。そこで、以下ではユニバーサル圧延機のバックアップロールに対して本発明技術が適用される場合を本発明の第２の他の実施形態として図面等を参照して説明する。
【００５５】
図８は、Ｈ形鋼の中間圧延等において用いられる従前のユニバーサル圧延機２００についての概略説明図である。図８に示すように、Ｈ形形状の被圧延材Ａ１を圧延するユニバーサル圧延機２００には、上下水平ロール２０２、２０３と、左右の竪ロール２１８、２１９が備えられている。ここでは、説明のために、主に一方の竪ロール２１９に着目して説明する。
【００５６】
図示の通り、ユニバーサル圧延時には、被圧延材Ａ１のフランジ部外面は傾斜を有した形状となっていることから、竪ロール２１９の周面は所定のテーパー角を有したテーパー形状となっている。即ち、竪ロール２１９は幅中心から幅方向端部にいく程ロール径が小径化するようなテーパー形状である。また、竪ロール２１９に接触するように、当該ロールのロール負荷を低減させるためのバックアップロール２２０が設けられている。このバックアップロール２２０の形状は、竪ロール２１９のテーパー形状に沿った形状となっているため、幅中心から幅方向端部にいく程ロール径が大径化するようなテーパー形状を有している。
【００５７】
このような構成のユニバーサル圧延機２００において、上下水平ロール２０２、２０３には図示しないモーター等の駆動機構が備えられているのに対し、竪ロール２１８、２１９、バックアップロール２２０は無駆動ロールとなっている。即ち、竪ロール２１９は被圧延材Ａ１の回転に伴って回転する構成であり、バックアップロール２２０は、竪ロール２１９の回転に伴って回転する構成となっている。
【００５８】
このようなバックアップロール２２０の構成においては、竪ロール２１９の周速度はロール幅方向において分布を有しており、それに伴い、バックアップロール２２０の幅方向に関し周速度差が生じている。図８に示すように、竪ロール２１９の最大ロール径をＤｗ、胴幅をＢ１、回転数をＮとした場合、竪ロール２１９の幅方向中央部の周速度Ｖｍａｘは以下の式（１９）で示され、竪ロール２１９の幅方向端部の周速度Ｖｍｉｎは以下の式（２０）で示される。
Ｖｍａｘ＝ＤｗπＮ  ・・・（１９）
Ｖｍｉｎ＝（Ｄｗ−Ｂ１ｔａｎη）πＮ  ・・・（２０）
【００５９】
また、バックアップロール２２０の最大ロール径をＤｂ、回転数をＮ’とすると、バックアップロール２２０の幅方向端部の周速度Ｖｍａｘは以下の式（２１）で示され、バックアップロール２２０の幅方向中央部の周速度Ｖｍｉｎは以下の式（２２）で示される。
Ｖｍａｘ＝ＤｂπＮ’  ・・・（２１）
Ｖｍｉｎ＝（Ｄｂ−Ｂ１ｔａｎη）πＮ’  ・・・（２２）
竪ロール２１９とバックアップロール２２０との平均速度が等しくなるような回転数Ｎ、Ｎ’の関係を定めると以下の式（２３）のようになる。
Ｎ’＝Ｎ（Ｄｗ−０．５Ｂ１ｔａｎη）／（Ｄｂ−０．５Ｂ１ｔａｎη）  ・・・（２３）
竪ロール２１９とバックアップロール２２０では、周速度の最大位置、最小位置が逆になるため、周速度差ΔＶは以下の式（２４）で示される。
ΔＶ＝πＮ｛Ｄｗ−（Ｄｂ−Ｂ１ｔａｎη）×（Ｄｗ−０．５Ｂ１ｔａｎη）／（Ｄｂ−０．５Ｂ１ｔａｎη）｝  ・・・（２４）
平均速度に対する比は、以下の式（２５）のようになる。
｛Ｄｗ−（Ｄｂ−Ｂ１ｔａｎη）×（Ｄｗ−０．５Ｂ１ｔａｎη）｝／（Ｄｂ−０．５Ｂ１ｔａｎη）×（Ｄｗ−０．５Ｂ１ｔａｎη）  ・・・（２５）
例えばＤｗ＝３００ｍｍ、Ｄｂ＝６００ｍｍ、Ｂ１＝４８０ｍｍ、η＝１０°の条件下では、±２４％の滑り率となる。
【００６０】
以上図８を参照して説明したように、バックアップロール２２０の幅方向において周速度差が生じ、当該周速度差によってロール摩耗が進行しロールの耐用トン数の低下や、ロール寿命の低下が懸念される。このような課題に対し、本発明者らは、上記実施の形態と同様のロール分割技術を適用することで、バックアップロール２２０のロール幅方向において生じる周速度差、滑り率をできるだけ小さくし、ロール摩耗の進行を抑制させることができると考え、バックアップロール２２０を上記実施の形態と同様の３つの独立した小幅ロールに代えた場合の小幅ロール各位置での周速度を求め、竪ロール２１９と各小幅ロールとの間の滑り率について検討した。
【００６１】
図９は、本発明技術を適用した場合のユニバーサル圧延機２００ａの竪ロール及びバックアップロールの周速度に関する説明図であり、以下に説明する条件での各位置の周速度を記載した図である。ここで、バックアップロールは３つの小幅ロールに分割された構成であり、ロール幅は、中央の小幅ロールがＢｃ、両端の小幅ロールがＢｓであるとした。また、竪ロールの最大ロール径をＤｗ、胴幅をＢＢ、回転数をＮとし、バックアップロールの最大ロール径をＤｂとした。
また、竪ロール２１９の回転数をＮ、３つの小幅ロールのうちの中央の小幅ロールの回転数をＮ’、両端の小幅ロールの回転数をＮ’’とした。図９中のＶｗは竪ロール２１９の周速度、Ｖｂはそれぞれの小幅ロールの周速度を表し、Ｖｂに係る添え字ｃ、１、２、３は、図中鉛直方向（竪ロール幅方向）における位置を表したものである。
【００６２】
図９に示すように求められた各位置での周速度に基づき、各小幅ロールと竪ロールとの間での滑り率が算出される。例えば、図８を参照して説明した従前のユニバーサル圧延機２００と比較するため、Ｄｗ＝３００ｍｍ、Ｄｂ＝６００ｍｍ、ＢＢ＝４８０ｍｍ、ψ＝１０°とし、中央の小幅ロールの幅Ｂｃ＝２５０ｍｍ、両端の小幅ロールの幅Ｂｓ＝１１５ｍｍとし図９を参照して計算を行うと、竪ロールと中央の小幅ロールとの間の滑り率、竪ロールと両端の小幅ロールとの間の滑り率は、共に±１２％となる。
【００６３】
図８を参照して上述した従前のユニバーサル圧延機２００では、竪ロールとバックアップロールとの間の滑り率が±２４％であったのに対し、図９を参照して説明した本発明を適用したユニバーサル圧延機２００ａでは、滑り率が±１２％まで縮小されている。即ち、Ｈ形鋼の製造に用いられるユニバーサル圧延機に設けられるバックアップロールに対しても本発明技術は適用可能であり、ロール摩耗の抑制を図ることができる。なお、ここでは図８、図９を参照してＨ形鋼の製造に用いられるユニバーサル圧延機に本発明技術を適用する場合を説明したが、溝型鋼等のフランジとウェブを有する形鋼の製造に用いられるユニバーサル圧延機等についても同様に本発明技術を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、例えばＨ形鋼や軌条といった形鋼の圧延に用いられる形鋼圧延用のバックアップロールに適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１０…粗圧延機列
２０…中間圧延機列
３０…仕上圧延機
４０…足部
４２…頭部
４５…柱部
５０…竪ロール
５２…上孔型ロール
５３…下孔型ロール
６０…（従前の）バックアップロール
８０…バックアップロール
８０ａ〜８０ｃ…小幅ロール
１００…ベースホイール圧延機
２００、２００ａ…ユニバーサル圧延機
２０２…上水平ロール
２０３…下水平ロール
２１８、２１９…竪ロール
２２０…バックアップロール
Ａ、Ａ１…被圧延材
Ｌ…圧延ライン
【図１】
2018094627.tif 000009
【図２】
2018094627.tif 000010
【図３】
2018094627.tif 000011
【図４】
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【図５】
2018094627.tif 000013
【図６】
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【図７】
2018094627.tif 000015
【図８】
2018094627.tif 000016
【図９】
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