(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール用架台を収容し案内するためのハウジングウィンドウの境界を定める垂直ハウジング部材を備え、垂直ハウジング部材が、互いに平行な内面と、前記垂直ハウジング部材を接続する上部水平ハウジング部材と下部水平ハウジング部材とを備えた、閉鎖形フレーム構造のロールハウジングにおいて、
垂直ハウジング部材（２，３）に形成され前記ハウジングウィンドウ（６）と反対側に位置する外面（１０）が、垂直ハウジング部材（２，３）の横断面積を減少するように水平ハウジング部材（４，５）から出発して前記ハウジングウィンドウ（６）へ向かってへこみ、垂直ハウジング部材の最小の横断面積が、上部水平ハウジング部材（４）と下部水平ハウジング部材（５）との間の中央領域（１１）の中に位置し、
各垂直ハウジング部材（２，３）の外面（１０）が、長手方向に凹状に、かつ円弧状に延在する輪郭を有することを特徴とする閉鎖形フレーム構造のロールハウジング。
【請求項２】
ロール用架台を収容し案内するためのハウジングウィンドウの境界を定める垂直ハウジング部材を備え、垂直ハウジング部材が、互いに平行な内面と、前記垂直ハウジング部材を接続する上部水平ハウジング部材と下部水平ハウジング部材とを備えた、閉鎖形フレーム構造のロールハウジングにおいて、
垂直ハウジング部材（２，３）に形成され前記ハウジングウィンドウ（６）と反対側に位置する外面（１０）が、垂直ハウジング部材（２，３）の横断面積を減少するように水平ハウジング部材（４，５）から出発して前記ハウジングウィンドウ（６）へ向かってへこみ、垂直ハウジング部材の最小の横断面積が、上部水平ハウジング部材（４）と下部水平ハウジング部材（５）との間の中央領域（１１）の中に位置し、
上記各垂直ハウジング部材（２，３）の外面（１０）が、長手方向に凹状に、かつ放物線状に延在する輪郭を有することを特徴とする閉鎖形フレーム構造のロールハウジング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロール用架台を収容及び案内するハウジングウィンドウの境界を定める垂直ハウジング部材を備え、垂直ハウジング部材が、互いに平行な内面と、前記垂直ハウジング部材を接続する上部水平ハウジング部材及び下部水平ハウジング部材とを有する、閉鎖形フレーム構造のロールハウジング、特に金属板材及び帯材を圧延する重いロールスタンド等のためのものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧延機は基本的に、２つの垂直ハウジング部材を備え、これらの垂直ハウジング部材の中に、支承素子（軸受等）によってロールが収容されている。垂直ハウジング部材は、上部及び下部で互いに接続されている。水平ハウジング部材及び垂直ハウジング部材は、ロールハウジングを形成する。垂直ハウジング部材は、ロールスタンドの担持構造部品として、圧延工程で発生するすべての力を受止める。
【０００３】
従って垂直ハウジング部材は、僅かな変形しかしない高い強度を有しなければならず、同時に、ロールハウジングのすべての構成要素が適切に配置されることを可能にしなければならない。重い圧延機の場合、閉鎖形フレーム構造でロールハウジングを一体的に形成することが、求められている。
【０００４】
前述のように、垂直ハウジング部材の間に形成されるハウジングウィンドウは、ロールの軸受のための架台を収容し、それに対応するガイドが設けられ、このガイドに沿って架台はスライド可能でなければならない。このためには、ハウジングウィンドウの互いに対向して位置する内面が、小さい公差で正確に平行であることを必要とする。何故ならば架台と垂直ハウジング部材との間の動きの遊びを可及的に小さくすると、圧延製品の誤差が小さくなるからである。
【０００５】
例えば前述の閉鎖形フレーム構造のロールハウジングの場合、圧延の際に圧延荷重による作用力はほぼ垂直方向（上下方向）に向いており、従って全システムに互いに反対の方向を有する２つの力が作用し、これにより水平ハウジング部材は互いに遠ざかるように押圧される。
【０００６】
閉鎖形フレーム構造のロールハウジングは、計算の上では弾性フレームと見なすことができ、この弾性フレームにおいて、例えば垂直ハウジング部材の横断面には垂直方向に、例えば圧延荷重の１／２の引張り力が作用し、ロールハウジングの隅（図２）に曲げモーメントも作用する。
【０００７】
垂直ハウジング部材に固定接続されている水平ハウジング部材には、曲げモーメントのみが印加される。ロールハウジングの中の最大応力は、垂直ハウジング部材におけるハウジングウィンドウ面に発生すると仮定できる。何故ならば引張り力と共に垂直ハウジング部材は、曲げモーメントによりハウジングウィンドウへ向かって湾曲させられるからである。ハウジングウィンドウは、せまくなる。すなわち垂直ハウジング部材の内面の間の内法間隔は、圧延荷重により小さくなる。
【０００８】
ロールハウジングの必要な剛性は保証しなければならないので、各メーカの課題は、ハウジングウィンドウへ向かって垂直ハウジング部材が湾曲すること、すなわち、いわゆるロールハウジングの変形をできるだけ小さく保持することにある。
【０００９】
ロールハウジングの変形が強すぎると、架台が挟まれて、架台の調整が妨げられることは、容易に分かる。架台と、ハウジングウィンドウの内面との間の遊びを大きくすることは不可能である。何故ならばそのようにすると、架台の案内の安定性が損なわれ、これにより圧延製品の寸法の誤差が発生するからである。またロールハウジングの変形により、ハウジングウィンドウの修正処理が必要となり、これには、時間及びコストがかかる。
【００１０】
ロールハウジングの変形を小さく保持するために種々の解決法が提案されたが、実際上、制限された効果しかなかった。例えば、水平ハウジング部材を大きくすることにより、垂直ハウジング部材を湾曲させる曲げモーメントを低減する試みが行われた。垂直ハウジング部材自身を大きくして、これにより、垂直ハウジング部材の湾曲に抗する断面係数を大きくする試みも行われた。どちらの試みでも、大量の材料が必要であり、非常に重くなり、大きいコストがかかった。
【００１１】
ハウジングウィンドウの隅領域内の形状を異なった形状にすることにより、ハウジングフレームの剛性を低減し、実際上、水平ハウジング部材と垂直ハウジング部材とを“関節接続”するロールハウジングについて試験も行われた。しかし、このようにハウジングウィンドウの隅領域内の形状を異なって形成すると、これらの領域内でのロールハウジングの安定性が、大幅に低下し、望んだ成果を収めることはできなかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ロールハウジングの中の応力の集中を回避しながら、圧延荷重に起因する垂直ハウジング部材の間のハウジングウィンドウの変形を最小化するような閉鎖形フレーム構造のロールハウジングを形成することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、垂直ハウジング部材に形成されたハウジングウィンドウと反対側の垂直ハウジング部材外面に、その横断面積を減少するように水平ハウジング部材から出発してハウジングウィンドウへ向かってへこみを形成し、垂直ハウジング部材の横断面積が、上部水平ハウジング部材と下部水平ハウジング部材との間の中央領域の中で、最小になるようにすることにより解決される。
【００１４】
調査の結果、垂直ハウジング部材の外面を構造的にへこませることにより、ハウジングウィンドウへ向かっての垂直ハウジング部材の変形を大幅に低減できることが分かった。垂直ハウジング部材横断面を大きくすることによりロールハウジングの安定性を高めることができるとの従来の定説に反して、垂直ハウジング部材横断面を小さくし、この垂直ハウジング部材横断面の減少を、垂直ハウジング部材の外面の領域内、すなわち垂直ハウジング部材に形成されハウジングウィンドウの背面に位置する側面の領域内で行うと、ロールハウジングの安定性が高まることが分かった。
【００１５】
本発明の１つの実施例では、各垂直ハウジング部材の外面が、長手方向に凹状に延在する輪郭を有し、従って垂直ハウジング部材の横断面領域が、水平ハウジング部材から出発して連続的に垂直ハウジング部材の中央領域まで減少する。
【００１６】
本発明の別の実施例では、各垂直ハウジング部材の外面が、長手方向に円弧状に延在する輪郭を有する。輪郭を描く円弧の円の中心は、垂直ハウジング部材の外部の中央領域内に位置する。
【００１７】
本発明のさらに別の実施例では、各垂直ハウジング部材の外面が、長手方向に放物線状に延在する輪郭を有する。
【００１８】
本発明のさらに別の実施例では、各垂直ハウジング部材の外面が、長手方向に多角形状の輪郭を有し、極端な場合、多角形は、３つの点から形成される。
【００１９】
本発明により垂直ハウジング部材を形成することにより、従来のロールハウジングに比して重要な利点が得られる。垂直ハウジング部材中央の領域内での垂直ハウジング部材の変形は、零近くに低減でき、従ってロールハウジングを大きいコストをかけて後処理することは、不要となる。これにより、時間とコストとを低減でき、ロールハウジングひいてはロールスタンドを長く使用でき、コスト及び時間を低減できる。ロール軸受等の架台は、ハウジングウィンドウの中を非常に小さい公差で案内でき、これにより、架台の案内が改善され、軸受の走行が静かになり、圧延製品の寸法誤差が大幅に小さくなる。ロール軸受の軸方向負荷は、ロールの交差の程度が低いので低減される。本発明の手段は、簡単であり、その上、ロールハウジング自身の材料コストが低減する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に本発明を実施例に基づき図を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図１には、従来技術として記載した閉鎖形フレーム構造の、基本的に３次元構造を有するロールハウジングが非常に簡単化されて示している。
【００２２】
ロールハウジング１は、２つの垂直ハウジング部材２及び３を有し、両部材２及び３は、上部水平ハウジング部材４及び下部水平ハウジング部材５を介して互いに接続されている。
【００２３】
このハウジング構造により形成された閉鎖形フレームの内部にはハウジングウィンドウ６が残されており、ハウジングウィンドウ６の内面７は、垂直ハウジング部材２及び３に対して平行な平面に形成されている。
【００２４】
上部水平ハウジング部材４は、本発明にとって重要でないねじ締めナットのための孔を有する。
【００２５】
垂直ハウジング部材２及び３は、上部水平ハウジング部材４と下部水平ハウジング部材５との間において同一の寸法の横断面を有する。
【００２６】
図２には、垂直方向の圧延荷重Ｙ及びＹａを示し、これによってロールハウジング１の上部水平ハウジング部材４及び下部水平ハウジング部材５が互いに離れる方向に湾曲し、ロールハウジング１が変形することを示す。
【００２７】
この場合、垂直ハウジング部材２及び３は、破線８により示すように内方へ湾曲し、ハウジングウィンドウ６の内側寸法が縮小する。ハウジングウィンドウのこの構造的な変形の程度は、作用力Ｙ及びＹａと、水平ハウジング部材４及び５の寸法Ｌ１及び高さＬ２と、垂直ハウジング部材２及び３と、垂直ハウジング部材２及び３の断面２次モーメントＪ１に依存する。
【００２８】
本発明により、図３に示すように、垂直ハウジング部材２及び３の巾をハウジングウィンドウ６へ向かって薄くすると、垂直ハウジング部材２，３の湾曲すなわち変形の程度が大幅に低下し、ひいては零にできることが分かった。
【００２９】
例えば垂直ハウジング部材２，３の外側面を、半径Ｒの円弧により描くことができる輪郭に形成する。ただし半径Ｒの円の中心は、ロールハウジング１の中央１１を通過する仮想水平線にあり、かつロールハウジング１の外部に位置するものとする。
【００３０】
本実施例での半径Ｒの選択は、次のように行われる。すなわち、双方の垂直ハウジング部材２及び３の外側部のへこみ程度を、図１のへこんでいない垂直ハウジング部材の約３０％であるようにする。この場合、１４９００ｍｍの全体の高さと９６０ｍｍの厚さをもつ垂直ハウジング部材を基礎にした。上部水平ハウジング部材４と下部水平ハウジング部材５との巾は、２３００ｍｍと仮定した。
【００３１】
各垂直ハウジング部材の外側面のへこみの程度は、中央で、第１例では２４０ｍｍ、第２例では２９５ｍｍとした。ただし、両方とも、垂直ハウジング部材２及び３の厚さが９６０ｍｍであるとの前提のもとに、図１に記載のロールハウジング１の垂直ハウジング部材２及び３を基にして計算した。
【００３２】
図４には、ハウジングの高さ（ｍｍ）を変数として垂直ハウジング部材の水平方向の変形（ｍｍ）の程度が、線図に示されている。実線は、従来技術のロールハウジングの変形を示し、線が長い破線により示されている例１は、２５０ｍｍのへこみに対応するものを示し、線が短い破線により示されている例２は、２９５ｍｍのへこみに対応するものを示す。
【００３３】
線図から、従来のものは、垂直ハウジング部材の水平方向の変形が、ロールハウジング中央ではほぼ２ｍｍとなることが予測される。本発明の２つの例では、ハウジング高さの全長にわたり変形が大幅に低減している。例２の場合、すなわち、２９５ｍｍのへこみの場合、高さ７０００ｍｍのハウジング中央での変形は、１００％の圧延荷重の場合、零になる。
【００３４】
図５の棒グラフは、前述の内容を確認したものである。本発明のロールハウジングの構造によると、従来技術（オリジナル）における７２．６Ｎ／ｍｍ2 の応力が、例２では６７．８Ｎ／ｍｍ2 に低減することが分かる。その際、水平ハウジング部材の間隔の増大（ｍｍ）が、作用力Ｙ及びＹａの方向に２．１３ｍｍから２．３９ｍｍに増加する。しかし、この程度のロールハウジングの垂直方向（上下方向）での拡大は、ハウジングウィンドウの内面の内側に向かう変形に比して害がなく、無視できる。
【００３５】
図６には、本発明のロールハウジングにおける水平方向での変形が、３次元線図で示され、圧延荷重の％の関数として示されている。この場合にも、圧延荷重の１００％の場合でさえもハウジングの中央領域内で変形が、大幅に低減して零に近づいているのが分かる。本発明のロールハウジングによれば、前記の課題を容易に解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    基本的に３次元構造を有する閉鎖形フレーム構造の従来技術のロールハウジングの簡単化された図である。
【図２】  圧延荷重が印加されることによって従来技術によるハウジングウィンドウの予期される変形及び湾曲を示す概念図である。
【図３】  本発明のロールハウジングの概念図である。
【図４】  従来技術と本発明とのロールハウジングの水平方向での変形を示す線図である。
【図５】  従来技術と本発明とのロールハウジングの最大比較応力と水平ハウジング部材の間隔の増大とを示す柱状図である。
【図６】  ロールハウジングの高さと０〜１００％の圧延荷重を変数とする本発明のロールハウジングの変形の３次元線図である。
【符号の説明】
１  ロールハウジング
２，３  垂直ハウジング部材
４  上部水平ハウジング部材
５  下部水平ハウジング部材
６  ハウジングウィンドウ
７  内面
Ｌ１，Ｌ２  水平ハウジング部材４及び５の寸法
Ｙ，Ｙａ  作用力
【図１】
0003841850.tif 000002
【図２】
0003841850.tif 000003
【図３】
0003841850.tif 000004
【図４】
0003841850.tif 000005
【図５】
0003841850.tif 000006
【図６】
0003841850.tif 000007