(57)【要約】本発明に係る圧延機では、油圧シリンダ（１７）（油圧式押圧手段）の油圧給排管（１９）にオリフィス（２０）（縮流部）及びチャンバ（２１）（拡大部）を設け、オリフィス（２０）がチャンバ（２１）よりも油圧シリンダ（１７）側に配置され、オリフィス（２０）の内径を、φ２．５ｍｍ以上、かつ、油圧給排管（１９）の内径に対し１５％〜８５％の大きさとすることにより、ミル振動を抑制することができる。
2016056097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングに支持された、上下一対のワークロールチョックと、
前記上下一対のワークロールチョックにそれぞれ軸支された、互いに対向する上下一対のワークロールと、
前記ワークロールに所定圧力を作用させる圧下手段と、
前記ハウジングにおける圧延方向一方に設けられて前記上下一対のワークロールチョックを支持する上下一対の第１支持手段と、
前記ハウジングにおける圧延方向他方に設けられて前記上下一対のワークロールチョックを支持する上下一対の第２支持手段とを備え、
前記第１支持手段を油圧式押圧手段として、前記上下一対のワークロールチョックを水平方向に押圧可能とすると共に、該油圧式押圧手段のヘッド側の油圧給排管に縮流部及び拡大部を設け、該縮流部が該拡大部よりも該油圧式押圧手段側に配置され、
前記縮流部の内径を、φ２．５ｍｍ以上、かつ、前記油圧給排管の内径に対し１５％〜８５％の大きさとする
ことを特徴とする圧延機。
【請求項２】
前記拡大部の体積を前記油圧式押圧手段の体積に対し７％〜１８０％とする
ことを特徴とする、請求項１に記載の圧延機。
【請求項３】
前記油圧給排管における前記縮流部と前記油圧式押圧手段との間隔を７ｍ以下とする
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧延機。
【請求項４】
前記油圧給排管における前記拡大部と前記縮流部との間隔を３．５ｍ以下とする
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の圧延機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延機、特に熱間圧延機の圧延中に発生する圧延機の振動を抑制する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延は、圧延中にミル振動が発生することがある。ミル振動とは、上下のワークロール（ＷＲ）が逆相にて水平方向（圧延方向）に振動することを指す。なお、逆相とは、上ＷＲが上流側に動けば下ＷＲは下流側に動き、反対に上ＷＲが下流側に動けば下ＷＲは上流側に動くことである。ミル振動は、板厚の変動や圧延機の各種の締結ボルトの緩みや配管振動などの原因となる。【０００３】
従来は、静剛性に着目して振動を抑制していた。すなわち、従来は、圧延機のハウジングとワークロールチョックとの隙間を油圧シリンダで押圧して無くし、水平方向の静剛性を上げるように考えており、さらに、その延長線上で、油圧シリンダの油圧給排管に設けたオリフィス（下記特許文献１参照）の径（オリフィス径）を小さくして静剛性を上げていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１１３３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、従来は静剛性をより上げる手段としてオリフィス径を小さくしていた（約φ２．０ｍｍ又はそれ以下）。しかし、オリフィス径を小さくし過ぎると、ゴミが詰まったり、所定のシリンダ動作速度がでない等のために、オリフィス径を小さくするにも限界があり、実際には十分な振動抑制効果を得ることができないという課題があった。【０００６】
そこで本発明では、オリフィス径を小さくし過ぎることなく、ミル振動を抑制することができる、圧延機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】
【０００７】
上記課題を解決する第１の発明に係る圧延機は、
ハウジングと、
前記ハウジングに支持された、上下一対のワークロールチョックと、
前記上下一対のワークロールチョックにそれぞれ軸支された、互いに対向する上下一対のワークロールと、
前記ワークロールに所定圧力を作用させる圧下手段と、
前記ハウジングにおける圧延方向一方に設けられて前記上下一対のワークロールチョックを支持する上下一対の第１支持手段と、
前記ハウジングにおける圧延方向他方に設けられて前記上下一対のワークロールチョックを支持する上下一対の第２支持手段とを備え、
前記第１支持手段を油圧式押圧手段として、前記上下一対のワークロールチョックを水平方向に押圧可能とすると共に、該油圧式押圧手段のヘッド側の油圧給排管に縮流部及び拡大部を設け、該縮流部が該拡大部よりも該油圧式押圧手段側に配置され、
前記縮流部の内径を、φ２．５ｍｍ以上、かつ、前記油圧給排管の内径に対し１５％〜８５％の大きさとする
ことを特徴とする。【０００８】
上記課題を解決する第２の発明に係る圧延機は、
上記第１の発明に係る圧延機において、
前記拡大部の体積を、前記油圧式押圧手段の体積に対し７％〜１８０％とする
ことを特徴とする。【０００９】
上記課題を解決する第３の発明に係る圧延機は、
上記第１又は２の発明に係る圧延機において、
前記油圧給排管における前記縮流部と前記油圧式押圧手段との間隔を７ｍ以下とする
ことを特徴とする。【００１０】
上記課題を解決する第４の発明に係る圧延機は、
上記第１から３のいずれか１つの発明に係る圧延機において、
前記油圧給排管における前記拡大部と前記縮流部との間隔を３．５ｍ以下とする
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る圧延機によれば、オリフィス径を小さくし過ぎることなく、ミル振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る圧延機の概略図である。
【図２】従来の圧延機の、オリフィス径と、静剛性、減衰比、動剛性との関係をそれぞれ示すグラフである。
【図３】本発明の実施例１に係る圧延機の、オリフィス径と、静剛性、減衰比、動剛性との関係をそれぞれ示すグラフである。
【図４】本発明の実施例１に係る圧延機の、動剛性に関する解析モデル図である。
【図５】本発明の実施例１に係る圧延機の、加振力及びワークロール変位を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例１に係る圧延機の、加振周波数と動剛性との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例１に係る圧延機の、オリフィス径と動剛性比との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例１に係る圧延機の、チャンバ体積と動剛性比との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例１に係る圧延機の、シリンダ‐オリフィス間距離と、動剛性比との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例１に係る圧延機の、オリフィス‐チャンバ間距離と、動剛性比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る圧延機は、発明者の鋭意検討により、適正なチャンバを設けることにより、減衰比がオリフィス径により変化する特性を見出し、静剛性及び減衰比から求められる動剛性に着目したところ、ミル振動抑制の観点からオリフィス径に適正な範囲があることを見出したものである。また、チャンバ容量においても、適正な範囲があることも見出したものである。以下、本発明に係る圧延機について、実施例にて図面を用いて説明する。
【００１４】
［実施例１］
本発明の実施例１に係る圧延機について、まず、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係る圧延機の概略図である。
【００１５】
本発明の実施例１に係る圧延機は、図１（ａ）に示すように、ハウジング１１、ワークロール１２、ワークロールチョック１３、バックアップロール１４、バックアップロールチョック１５、圧下手段１６、油圧シリンダ１７（油圧式押圧手段、第１支持手段）、ハウジングライナ１８（第２支持手段）、油圧給排管１９、オリフィス２０（縮流部）、チャンバ２１（拡大部）、及び、油圧源２２を備える。
【００１６】
上下一対のワークロールチョック１３は、ハウジング１１に支持されている。
【００１７】
上下一対のワークロール１２は、互いに対向しており、上下一対のワークロールチョック１３にそれぞれ軸支されている。
【００１８】
上下一対のバックアップロール１４は、上下一対のバックアップロールチョック１５にそれぞれ軸支されており、上下一対のワークロール１２にそれぞれ対向している。
【００１９】
圧下手段１６は、バックアップロール１４を介して、ワークロール１２に所定圧力を作用させている。
【００２０】
上下一対の油圧シリンダ１７は、ハウジング１１における圧延方向一方に設けられて上下一対のワークロールチョック１３を支持し、かつ、上下一対のワークロールチョック１３を水平方向に押圧可能とする。
【００２１】
上下一対のハウジングライナ１８は、ハウジング１１における圧延方向他方に設けられて上下一対のワークロールチョック１３を支持している。
【００２２】
オリフィス２０及びチャンバ２１は、油圧シリンダ１７のヘッド側の油圧給排管１９に、オリフィス２０がチャンバ２１よりも油圧シリンダ１７側に配置されるように、設けられている。また、本発明の実施例１に係る圧延機は、図１（ｂ）のように、油圧給排管１９から配管を分岐させてチャンバ２１を配置してもよい。
【００２３】
以下、オリフィス径（オリフィス２０の内径）について説明する。
【００２４】
本発明の実施例１に係る圧延機は、ミル振動の抑制として、圧延機の水平方向の動剛性を上げることに着目したものである。この動剛性（Ｋd）は、２×静剛性（Ｋ）×減衰比（ζ）にて表される。
【００２５】
図２は、従来の圧延機の、静剛性、減衰比、動剛性と、オリフィス径との関係をそれぞれ示すグラフである。図３は、本発明の実施例１に係る圧延機の、静剛性、減衰比、動剛性と、オリフィス径との関係をそれぞれ示すグラフである。図２（ａ）及び図３（ａ）は、静剛性とオリフィス径との関係を示すグラフである。図２（ｂ）及び図３（ｂ）は、減衰比とオリフィス径との関係を示すグラフである。図２（ｃ）及び図３（ｃ）は、動剛性とオリフィス径との関係を示すグラフである。
【００２６】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、従来は、オリフィス径によらず、減衰比は、一定との概念より、静剛性及び動剛性は、オリフィス径を小さくするほど大きくなると考えていた。しかし、発明者の鋭意検討により、図３（ｂ）に示すように適正なチャンバを設けることにより、減衰比がオリフィス径により変化する特性を見出した。
【００２７】
つまり、図３（ａ）（ｂ）に示すように、オリフィス径を小さくすると、静剛性は大きくなるが、油圧給排管１９内の油がオリフィス２０を流れにくくなり減衰比は小さくなる。一方、オリフィス径を大きくすると、静剛性は下がるが、油圧給排管１９内の油がオリフィス２０を流れやすくなり、減衰比は上がる。
【００２８】
そして、図３（ｃ）に示すように、所定の範囲のオリフィス径（後述）に設定すると、動剛性が特に向上することがわかった。
【００２９】
ただし、従来は、油圧給排管１９にオリフィス２０のみを設けた状態では、図２（ａ）（ｂ）に示すように、オリフィス径を拡大しても減衰比は一定となるとの概念により、静剛性のみに着目し、オリフィス径を小さく（約φ２．０ｍｍ又はそれ以下）していた。
【００３０】
しかし、チャンバ２１を設置することで、上述のようにオリフィス径を拡大すると減衰比が向上することがわかった。よって、本実施例では、チャンバ２１を設けた上で、オリフィス径と減衰比、すなわち動剛性に着目し、より振動抑制効果を増大できるオリフィス径の適正な範囲を見出したものである。
【００３１】
また、油圧シリンダ１７からバルブスタンドまで距離があり、さらにオリフィス２０により径が絞られているため、オリフィス２０だけを設けたとしても、油圧給排管１９内の油が流れにくい状況となり、減衰比が上がらなくなる。
【００３２】
しかし、本発明の実施例１に係る圧延機では、油圧給排管１９において、チャンバをオリフィス２０の出側に設置していることで、圧力差を発生させ、オリフィス２０に油を流すことで、減衰比を向上することができる。
【００３３】
また、チャンバ２１においても、動剛性の観点から、所定の範囲の容量（後述）に設定すると、動剛性が特に向上することが見出された。
【００３４】
以下、動剛性が特に向上するオリフィス径の範囲を求める。
【００３５】
図４は、動剛性のシミュレーションモデル図である。図４中のＡはオリフィス２０、Ｂは油圧給排管１９、Ｋ１はハウジングのばね定数、Ｋはモデル全体における静剛性、ｃは構造物の減衰係数、Ｄはハウジング１１、Ｅはワークロール１２とワークロールチョック１３、Ｆは油圧シリンダ１７、Ｐは油圧ポンプを、それぞれモデル化したものである。ワークロール１２とワークロールチョック１３の運動方程式、そして、オリフィス２０には圧力差で流量が決まる特性を組み入れた。
【００３６】
図４より、運動方程式は下記式（１）（２）で表される。
【００３７】
【数１】
2016056097.tif 000003
【００３８】
【数２】
2016056097.tif 000004
【００３９】
さらに、動剛性Ｋdは下記式（３）で表される。
【００４０】
【数３】
2016056097.tif 000005
【００４１】
上記式（１）より、加振力ｆ0とワークロール変位Ｘとの関係は、図５のグラフに示すようになる。
【００４２】
そして、加振周波数ωごとのワークロール変位Ｘを計算し、加振力ｆ0とワークロール変位Ｘとの比を算出（上記式（３））する。ただし、この比の値は、図６に示すように加振周波数ωの値により変化する。
【００４３】
そこで、加振周波数ωの値により変化する加振力ｆ0とワークロール変位Ｘとの比の中の最小値を、動剛性Ｋdとして求める。すなわち、動剛性Ｋdは、加振周波数ωごとに加振力ｆ0を与え、加振力ｆ0とワークロール変位Ｘとの比の最小値として表され、振動時の動きを決める値となる。
【００４４】
上述のようにしてオリフィス径ごとに動剛性Ｋdを求めたところ、図７（ａ）（ｂ）に示す結果となった。
【００４５】
図７（ａ）は、オリフィス径と動剛性比との関係を示すグラフであり、図７（ｂ）は、オリフィス径の油圧給排管１９内径に対する比（オリフィス径の配管内径比）と、動剛性比との関係を示すグラフである。なお、図７（ａ）は、油圧給排管１９の内径（配管内径）がφ１８ｍｍの場合である。また、動剛性比とは、オリフィス径が０、すなわち油圧シリンダ封じきり状態の場合の動剛性に対する比を指す（図８〜９も同様）。
【００４６】
図７（ａ）（ｂ）に示すように、従来は約φ２．０ｍｍ以下に設計していたオリフィス径を、逆に大きく設計することで、動剛性比がより向上することを見出した。特に、図７（ａ）では、オリフィス径２．５ｍｍ及び１５ｍｍに変曲点を有し、２．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下では、動剛性比が急上昇しており、図７（ｂ）では、オリフィス径の配管内径比が０．１５（１５％）及び０．８５（８５％）に変曲点を有し、１５％以上８５％以下では、動剛性比が急上昇している。
【００４７】
また、オリフィス径φ２．５ｍｍ以上とすれば、従来の問題点であったゴミ詰まりも発生し難くなる。
【００４８】
したがって、本発明の実施例１に係る圧延機では、オリフィス径を、φ２．５ｍｍ以上、かつ、配管内径比１５％〜８５％の大きさとする。なお、このとき、動剛性比は１．２以上に向上する。
【００４９】
また、チャンバ２１の容量についても、動剛性比との関係を求めた結果、図８（ａ）（ｂ）に示すようになることを見出した。
【００５０】
図８（ａ）は、チャンバ２１の容量（チャンバ体積）と動剛性比との関係を示すグラフであり、図８（ｂ）は、チャンバ体積の油圧シリンダ１７体積に対する比（チャンバ体積のシリンダ体積比）と、動剛性比との関係を示すグラフである。
【００５１】
ここで、シリンダ体積とは、シリンダ径とストロークで決まる容量で定義した。具体例としては、油圧シリンダサイズがＤ２５０ｍｍ（ヘッド径）／ｄ２３０ｍｍ（ロッド径）×９０ｍｍストロークの場合、シリンダ体積Ｖｃ＝（π／４）×２５2×９（ｃｍ3）となり、約４．４リットルとなる。したがって、後述の如く、チャンバ体積が０．３リットル〜８．０リットルでは、チャンバ体積のシリンダ体積比が０．０７〜１．８となる。
【００５２】
図８（ａ）に示すように、チャンバ体積０．３リットル以上で、動剛性比が１．２以上、最大３．０程度まで向上する。すなわち、図８（ｂ）に示すように、チャンバ体積のシリンダ体積比０．０７以上で、動剛性比が１．２以上、最大３．０程度まで向上する。
【００５３】
なお、図８（ａ）におけるチャンバ体積が８．０リットルより大きい値、すなわち、図８（ｂ）におけるチャンバ体積のシリンダ体積比が１．８より大きい値については、グラフが飽和状態となり、動剛性比は殆ど向上しなくなるため、それ以上チャンバ体積を大きくしても大幅な効果の増大にはならないことを見出した。
【００５４】
したがって、本発明の実施例１に係る圧延機では、チャンバ体積のシリンダ体積比を、０．０７以上１．８以下（すなわち、７％以上１８０％以下）とする。なお、このとき、動剛性比は１．２以上となる。
【００５５】
また、油圧シリンダ１７とオリフィス２０との間の距離（シリンダ‐オリフィス間距離）についても動剛性比との関係について追究した結果、図９のグラフに示すように、シリンダ‐オリフィス間距離が７．０ｍ以下であると、動剛性比は１．２以上となることを見出した。
【００５６】
したがって、本発明の実施例１に係る圧延機では、シリンダ‐オリフィス間距離を７．０ｍ以下とする。
【００５７】
さらに、オリフィス２０とチャンバ２１との間の距離（オリフィス‐チャンバ間距離）についても動剛性比との関係についても追究した結果、図１０のグラフに示すように、オリフィス‐チャンバ間距離が３．５ｍ以下であると、動剛性比は１．２以上となることを見出した。
【００５８】
したがって、本発明の実施例１に係る圧延機では、オリフィス‐チャンバ間距離を３．５ｍ以下とする。
【００５９】
以上、本発明の実施例１に係る圧延機について説明した。本発明の実施例１に係る圧延機は、図１，２においてはオリフィス２０及びチャンバ２１を油圧給排管１９のヘッド側のみに設けるようにしたが、さらにロッド側にもオリフィス及びチャンバを設けてもよい。また、油圧給排管１９ロッド側には、オリフィスのみを設けてチャンバは設けないようにしてもよい。いずれにしてもオリフィス２０及びチャンバ２１の効果は変わらない。
【００６０】
本発明の実施例１に係る圧延機は、上述の構成とすることで、オリフィス径を小さくし過ぎることなく、ミル振動を抑制することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、圧延機、特に熱間圧延機の圧延中に発生する圧延機の振動を抑制する装置として好適である。
【符号の説明】
【００６２】
１１  ハウジング
１２  ワークロール
１３  ワークロールチョック
１４  バックアップロール
１５  バックアップロールチョック
１６  圧下手段
１７  油圧シリンダ
１８  ハウジングライナ
１９  油圧給排管
２０  オリフィス
２１  チャンバ
２２  油圧源
【図１】
2016056097.tif 000006
【図２】
2016056097.tif 000007
【図３】
2016056097.tif 000008
【図４】
2016056097.tif 000009
【図５】
2016056097.tif 000010
【図６】
2016056097.tif 000011
【図７】
2016056097.tif 000012
【図８】
2016056097.tif 000013
【図９】
2016056097.tif 000014
【図１０】
2016056097.tif 000015
【国際調査報告】
2016056097.tif 000016
2016056097.tif 000017