(57)【要約】【課題】高品質、高強度、高靱性の鉄鋼材料の製造を可能とすることを主目的とし、併せて、設置面積の低減、交換作業の容易化を図る。【解決手段】本発明のバックアップロール駆動式圧延機は、圧延材Ｓを圧延する一対のワークロール１ａ，１ｂと、ワークロール１ａ，１ｂに圧延トルクを伝達する一対のバックアップロール２ａ，２ｂと、バックアップロール２ａ，２ｂに駆動トルクを伝達する駆動モータ３ａ，３ｂと、ワークロール１ａ，１ｂを互いに反対方向かつ軸方向に移動させるロールシフト装置４ａ，４ｂと、を備えている。【選択図】  図１
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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、該ワークロールに圧延トルクを伝達する一対のバックアップロールと、該バックアップロールに駆動トルクを伝達する駆動モータと、前記ワークロールを互いに反対方向かつ軸方向に移動させるロールシフト装置と、を備え、
前記ワークロールは、所定のロールカーブ形状を有し、上下のロールカーブ形状は点対称に成形されている、ことを特徴とするバックアップロール駆動式圧延機。
【請求項２】
前記ロールカーブ形状は、ロールの軸方向中心部から端縁方向に向かってロール径が軸方向の一方から他方に向かって変化していく第１の領域と、第１領域の外側にあってロール径の変化が逆転する第２の領域と、第２領域の外側にあってロール径が第１領域のロール径の変化方向と反対方向に変化する第３の領域と、第３領域の外側にあってロール径の変化が第３領域の変化方向と同じであり、かつその変化勾配が第３領域に比べて緩い第４の領域と、第４領域の外側にあってロール径の変化がほとんど無くロール形状がほぼ円筒状であるか、或いはロール径の変化が再び逆転して第１領域と同じ変化方向を有する第５の領域と、からな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駆動式圧延機。
【請求項３】
前記ロールシフト装置は、前記ワークロールを把持する把持部と、該把持部をワークロールの軸方向に移動させるシフト部と、を備え、
前記把持部は、ワークロールの端部に係合するフック部と、該フック部を駆動するアクチュエータと、からな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駆動式圧延機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大圧下可能かつ幅方向板厚制御可能なバックアップロール駆動式圧延機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料の強度及び靱性は、結晶粒が小さくなるほど向上するため、鉄鋼材料の製造において、結晶粒の微細化は最も重要かつ基本的な組織制御であり、種々の方法が提案されているが、近年では、大歪加工を施して組織を物理的に分断・細分化して超微細化する方法が注目されている（例えば、非特許文献１参照）。
このような加工において圧延力が過大となり、圧延トルクも増加して駆動スピンドルを大きくしても強度が持たないときがある。また圧延スラストも大きくなるためシフト装置も大きくなり、作業ロール駆動スピンドルとシフト装置が共存しにくくなる。また大圧延力のためロールが変形し、幅方向板厚分布が制御しにくくなる。
【０００３】
【非特許文献１】
牧正志著「鉄鋼材料の結晶粒微細化の原理と方法」社団法人日本鉄鋼協会発行、平成１４年１０月、第１７７・１７８回西山記念技術講座ｐ．３−１８
【０００４】
このような大歪加工を施すことができる大圧下圧延機として双方向駆動型圧延機が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に掲載された双方向駆動型圧延機は、金属の板材を圧延し得る一対の上下ワークロールに対し夫々別個に上下駆動モータを備えた圧延機であって、上ワークロールと上駆動モータとの間及び下ワークロールと下駆動モータとの間に大トルク伝達可能なようにロール径より大きい径を有する継手部を夫々備えると共に、一対の上下ワークロールを左右より挟むよう上下駆動モータを配置したものである。このように、上下一対のロールの軸端に継手部を備えると共に上下一対のロールを左右より挟むよう上ロール駆動用モータ及び下ロール駆動用モータを配置したので、上ロールの軸端から上ロール駆動用モータまでの部材と下ロールから下ロール駆動用モータまでの部材とが互いに干渉することがなく、継手部の内部空間とロールの軸端との接続形状、及び継手部の外径を自由に設定することが可能となり、結果的に、継手部の内部空間とロールの軸端との接続形状、及び継手部の外径を大きくしてトルク伝達能力を向上させ、ロール径を細く保ちながら大きな圧延トルクを伝達可能にすることができる。ロール径を細く保つことは圧延接触弧長を小さく保つことを可能にするので、過大になりがちな圧延力を小さめに保つのに有効である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３０１５０８号公報  （第２〜３頁、図１）
【０００６】
ところで、上述した双方向駆動型圧延機に限らず、一般的な圧延機はワークロール駆動式であることが多い。これは鋼板に駆動トルクを確実に伝達してスリップを防止する必要があるからであるが、設置面積やワークロール制御のためにバックアップロール駆動式の圧延機も存在している（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に掲載されたバックアップロール駆動式圧延機において、低速回転で高出力の上下駆動モータは、駆動側の上下バックアップロールに連結するように、上下バックアップロールチョックに装着された架台上にそれぞれ配置されている。この圧延機では、上下ワークロールのハウジング内の高さを設定し、上下バックアップロールによって上下ワークロールを圧下し、上下駆動モータによって上下バックアップロールを回転し、上下ワークロールをそれぞれ回転させながらそのロールギャップに圧延材を噛み込ませ、所要の板厚に圧延している。
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−７７１２１号公報  （第３頁、図２）
【０００８】
また、鋼板の品質をより向上させるためには幅方向の板厚制御をする必要があり、圧延材の板幅に応じてロール軸方向に移動可能なロールの両端にベンディングを付与できる圧延機が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。特許文献３に記載された圧延機は、移動ロールと一緒に軸方向に移動する移動部材をコンパクトに組み込み、ロール端部周辺のスペースを確保することを目的とし、図４に示すように、中間ロールを回転駆動させる手段の存在する側のハウジング４１にシフトブロック４２及びシリンダ４３を設けている。
【０００９】
【特許文献３】
特公平１−５３１２４号公報  （第１頁２欄及び第２頁４欄、図２）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した双方向駆動型圧延機では、大圧下圧延が可能となるものの、上下ワークロールを左右より挟むように上下駆動モータを配置したものであるため、設置面積が過大となる、ロール交換作業が難しい、等の問題があった。一般にロールシフト装置は駆動スピンドルの側に設置した方が、ロール交換がしやすい。また、ワークロール駆動式圧延機では、ワークロールに駆動用スピンドルが接続されるために、ロールシフト装置やロールベンド装置を設置するスペースが狭く、大圧下圧延（例えば、圧下率８０％以上）に適した高強度のロールシフト装置を駆動スピンドル側に設置することができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、かかる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、高品質、高強度、高靱性の鉄鋼材料の製造を可能とすることを主目的とし、併せて、設置面積の低減、交換作業の容易化を図ることができるバックアップロール駆動式圧延機を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、圧延材を圧延する一対のワークロールと、該ワークロールに圧延トルクを伝達する一対のバックアップロールと、該バックアップロールに駆動トルクを伝達する駆動モータと、前記ワークロールを互いに反対方向かつ軸方向に移動させるロールシフト装置と、を備え、前記ワークロールは、所定のロールカーブ形状を有し、上下のロールカーブ形状は点対称に成形されている、ことを特徴とするバックアップロール駆動式圧延機が提供される。
【００１３】
上述した本発明によれば、ワークロールの外側に配置されるバックアップロールに駆動トルクを伝達することによって、ワークロールに圧延トルクを伝達するようにしたことから、大歪加工（大圧下圧延）に必要なトルクを伝達する機構を設置するのに十分なスペースを確保することができる。またバックアップロール径は大きいので駆動スピンドルを容易に太くして、大トルク伝達を実現できる。したがって、大圧下圧延を実現することができ、高品質、高強度、高靱性の鉄鋼材料の製造を可能とすることができる。また、駆動装置が圧延機の一方の側にのみ設置されているため、設置面積の低減、ロール交換作業の容易化を図ることができる。また、前記スペースを利用してワークロールを駆動するロールシフト装置を大きく頑丈な機構で容易に駆動スピンドルの側に設置することができ、大圧下圧延に適した高強度のロールシフト装置を設置することができ、ロール交換もしやすく、幅方向板厚制御も実現することができる。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記ロールカーブ形状は、ロールの軸方向中心部から端縁方向に向かってロール径が軸方向の一方から他方に向かって変化していく第１の領域と、第１領域の外側にあってロール径の変化が逆転する第２の領域と、第２領域の外側にあってロール径が第１領域のロール径の変化方向と反対方向に変化する第３の領域と、第３領域の外側にあってロール径の変化が第３領域の変化方向と同じであり、かつその変化勾配が第３領域に比べて緩い第４の領域と、第４領域の外側にあってロール径の変化がほとんど無くロール形状がほぼ円筒状であるか、或いはロール径の変化が再び逆転して第１領域と同じ変化方向を有する第５の領域と、からなる。
【００１５】
上述した本発明の好ましい実施形態によれば、ワークロールの中央部で変曲点の間隔を近づけたロールカーブ形状を採用することにより、中幅又は狭幅の被圧延材のロールシフトによる板クラウン変化能力を大きくすることができる。したがって、かかるワークロールを用いることによって、大圧下圧延においても容易に幅方向板厚を制御することができる。
【００１６】
また、本発明の別の実施形態によれば、前記ロールシフト装置は、前記ワークロールを把持する把持部と、該把持部をワークロールの軸方向に移動させるシフト部と、を備え、前記把持部は、ワークロールの端部に係合するフック部と、該フック部を駆動するアクチュエータと、からなる
【００１７】
上述した本発明の実施形態によれば、バックアップロール駆動式としたことによってできたスペースを利用して高強度かつ簡便な機構のロールシフト装置を容易に設置することができ、大圧下圧延においても容易に幅方向板厚を制御することができる。しかも反駆動スピンドルの側は大きなスペースがあり、ロール交換が容易である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図１乃至図３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、重複した説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明のバックアップロール駆動式圧延機を示す正面図であり、図２は、本発明で用いるワークロールのロールカーブ形状を示す図であり、図３は、本発明で用いるロールシフト装置の断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明のバックアップロール駆動式圧延機は、圧延材Ｓを圧延する一対のワークロール１ａ，１ｂと、ワークロール１ａ，１ｂに圧延トルクを伝達する一対のバックアップロール２ａ，２ｂと、バックアップロール２ａ，２ｂに駆動トルクを伝達する駆動モータ３ａ，３ｂと、ワークロール１ａ，１ｂを互いに反対方向かつ軸方向に移動させるロールシフト装置４ａ，４ｂと、を備えている。
【００２１】
本発明の特徴の１つは、ワークロール駆動式ではなく、バックアップロール駆動式を採用したことにある。駆動モータ３ａ，３ｂの駆動力は、駆動用スピンドル６を介してバックアップロール２ａ，２ｂに伝達される。このとき、駆動モータ３ａ，３ｂ、駆動用スピンドル６及びバックアップロール２ａ，２ｂは、それぞれユニバーサルジョイント７により連結される。さらに、バックアップロール２ａ，２ｂとユニバーサルジョイント７とは、トルク伝達可能かつロール着脱可能なカップリング継手８により連結されている。
【００２２】
かかる駆動方式を採用したことにより、駆動伝達系に空間的なゆとりが生まれ、駆動モータ３ａ，３ｂの駆動トルクをバックアップロール２ａ，２ｂに伝達するカップリング継手８の径を、結晶粒の微細化に必要な大歪加工を可能とするのに必要な太さにまで拡径することができる。また、従来の圧延機と同様に、駆動モータが圧延ラインの一方の側にのみ据え付けられているため、ワークロールの点検や交換により組替える際に同時に移動させることができる。さらに、ワークロール１ａ，１ｂを互いに反対方向かつ軸方向に移動させるロールシフト装置４ａ，４ｂを設置するスペースも確保することができ、大圧下圧延に適した頑強な構造のロールシフト装置４ａ，４ｂを設置することができる。
【００２３】
ロールをシフトして幅方向板厚分布を制御するためには、シフトロールの形状に特別な凹凸を付けることが効果的であることが知られている。圧延力の大きい圧延においてはこの必要性が特に大きい。
前記ワークロール１ａ，１ｂのロールカーブ形状は、図２に示すように、第１領域２１から第５領域２５までの５つの領域からなり、上下のロールカーブ形状は点対称に成形されている。第１領域２１は、ロールの軸方向中心部においてロール径が軸方向の一方から他方に向かって変化している。第２領域２２は、第１領域２１の外側にあり、ロール径の変化が逆転する。第３領域２３は、第２領域２２の外側にあってロール径が第１領域２１のロール径の変化方向と反対方向に変化する。第４領域２４は、第３領域２３の外側にあってロール径の変化が第３領域２３の変化方向と同じであり、かつその変化勾配が第３領域２３に比べて緩い。第５領域２５は、第４領域２４の外側にあってロール径の変化がほとんど無くロール形状がほぼ円筒状であるか、或いは図に破線で示すように、ロール径の変化が再び逆転して第１領域２１と同じ変化方向を有する。なお、このワークロール１ａ，１ｂのロールカーブ形状は、本発明の発明者らが創案した特開平８−２４９１９号に記載された発明を利用したものである。
シフトロールに単純な凹凸よりもこのような起伏のある凹凸を付けることにより、大きい圧延荷重のもとでロール弾性変形のもとで板厚制御が可能となる。
【００２４】
かかる構成のワークロール１ａ，１ｂにより、中幅又は狭幅の被圧延材のロールシフトによる板クラウン変化能力が大きく構成されており、かつロールシフトとロールベンドの併用により、ワークロールの輪郭形状と、ロールベンドによるロール撓み変位とが重畳されて、ワークロールの外表面が被圧延材と接する側のロールの幅方向変位はなだらかな変化形状となる。すなわち、ワークロール１ａ，１ｂの形状を図２のような起伏の多い型にしているのは、ロールシフトそのものによる形状変位と、ロール撓みによる変位とを合成した結果をなだらかな変位とし、しかも中幅の被圧延材ではロールシフトによる板クラウンの変化を大きくしようとしているので、このような起伏の多い形状となっている。なお、図１乃至図３において、ワークロール１ａ，１ｂに曲げ力を付与するロールベンド装置の図については省略してある。
【００２５】
前記ロールシフト装置４ａ，４ｂは、図３に示すように、ワークロール１ａ（１ｂ）を把持する把持部３１と、該把持部３１をワークロール１ａ（１ｂ）の軸方向に移動させるシフト部３２と、を備える。なお、図３において、圧延機スタンドのハウジング等の支持部材の図は省略してある。
【００２６】
前記把持部３１は、ワークロール１ａ（１ｂ）の端部に係合するフック部３３と、該フック部３３を駆動するアクチュエータ３４，３４と、からなる。前記フック部３３は、中間部で回転可能に連結された２本のリンク３３ａ，３３ｂからなり、その一端は鉤状に形成され、他端はアクチュエータ３４，３４に枢支されている。この把持部３１は、ハウジング３５内にワークロール１ａ（１ｂ）の軸方向に移動可能に格納されている。すなわち、アクチュエータ３４，３４は支持台３６上に互いに対峙するように固定され、ハウジング３５内を支持台３６ごと摺動する。
【００２７】
前記シフト部３２は、ハウジング３５外に設置されたシフト用アクチュエータ３７，３７を備え、その先端は支持台３６，３６に固定された側壁３８に設けられたフランジに接続されている。なお、ワークロール１ａ（１ｂ）の端部にはフック部３３の先端が係合できるような溝３９が形成されている。
【００２８】
前記ロールシフト装置４において、対峙するアクチュエータ３４，３４を互いの先端部が離間する方向に駆動させると、リンク３３ａ，３３ｂが連結部で回動し、鉤状のフック部３３先端が、ワークロール端部の溝３９に係合することになる。この状態で、シフト用アクチュエータ３７，３７を駆動させれば、ワークロール１ａ（１ｂ）は支持台３６とともに軸方向に移動することになる。本発明では、バックアップロール駆動式を採用したことにより、ワークロールの端部近傍に空間的な制限が少なく、簡便かつ大圧下圧延に耐えうる強度のロールシフト装置を設置することができる。
【００２９】
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限りで種々に変更できることは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、バックアップロール駆動式を採用したことにより、小径作業ロールにより圧延力過大を防止しつつ、それでも大きい圧延力を伴う大圧下圧延に必要な大駆動トルクを伝達することができ、大歪加工が可能となり、結晶粒の微細化を図ることができ、高強度かつ高靱性の高品質な鉄鋼材料を製造することができる。また、駆動装置が圧延機の一方の側にのみ設置されているため、交換作業の容易化を図ることができる。また、前記スペースを利用してワークロールを駆動するロールシフト装置を大きく頑丈な機構で容易に設置することができ、大圧下圧延に適した高強度のロールシフト装置を設置することができ、凹凸ロールを使った幅方向板厚制御も実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバックアップロール駆動式圧延機を示す正面図である。
【図２】本発明で用いるワークロールのロールカーブ形状を示す図である。
【図３】本発明で用いるロールシフト装置の断面図である。
【図４】特公平１−５３１２４号公報に記載された圧延機を示す図である。
【符号の説明】
Ｓ  圧延材
１ａ，１ｂ  ワークロール
２ａ，２ｂ  バックアップロール
３ａ，３ｂ  駆動モータ
４ａ，４ｂ  ロールシフト装置
５  駆動用スピンドル
６  ユニバーサルジョイント
７  カップリング継手
２１  第１領域
２２  第２領域
２３  第３領域
２４  第４領域
２５  第５領域
３１  把持部
３２  シフト部
３３  フック部
３３ａ，３３ｂ  リンク
３４  アクチュエータ
３５  ハウジング
３６  支持台
３７  シフト用アクチュエータ
３８  側壁
３９  溝
４１  ハウジング
４２  シフトブロック
４３  シリンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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