特表 2024-524175 作業ロールバランス力設定方法、および圧延機の運転方法、圧延機の運転切り替え方法、並びに圧延機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-05

(54)【発明の名称】作業ロールバランス力設定方法、および圧延機の運転方法、圧延機の運転切り替え方法、並びに圧延機

(51)【国際特許分類】

   B21B 31/20 20060101AFI20240628BHJP

【ＦＩ】

B21B31/20 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023578175

(86)(22)【出願日】2021-11-01

(85)【翻訳文提出日】2023-12-19

(86)【国際出願番号】 JP2021040290

(87)【国際公開番号】W WO2023073998

(87)【国際公開日】2023-05-04

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】314017543

【氏名又は名称】Ｐｒｉｍｅｔａｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｊａｐａｎ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】515153152

【氏名又は名称】プライメタルズ・テクノロジーズ・オーストリア・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】堀井 健治

(72)【発明者】

【氏名】杉本 達則

(72)【発明者】

【氏名】村戸 俊介

(72)【発明者】

【氏名】マンフレッド・ハックル

(72)【発明者】

【氏名】アロイス・ザイリンガー

(72)【発明者】

【氏名】ルーカス・ピヒラー

(57)【要約】

【課題】
圧延機の作業ロールバランス力の設定方法で、ミル縦剛性係数Ｋおよび圧延条件を用いて、圧延材５の噛み込み開始時から噛み込み完了までの間で圧延材５の先端位置の作業ロール角度θｘに対する作業ロール６１０，６１１のキスロール荷重Ｐｋ、圧延荷重Ｐｒ、および圧延トルクＴｒを求める。その後、仮定の作業ロールバランス力Ｐｂを付与した状態において、圧延材５の噛み込み開始時から噛み込み完了までのＰｋ、Ｐｒ、Ｐｂの合計ＰとＴｒとから、θｘに対する作業ロール６１０，６１１と中間ロール６２０，６２１との間のトラクション係数μｒｔ、およびμｒｔの最大値μｒｔｍａｘを求める。その後、μｒｔの許容値μｒｔｃｒをμｒｔｍａｘと比較し、μｒｔｃｒがμｒｔｍａｘ以上となる場合に、圧延材５の噛み込み開始時の作業ロールバランス力を、μｒｔの最大値μｒｔｍａｘを示す時の値以上、圧延機の強度上の制約により限界となる値以下の値に設定し直す。
【選択図】 図３２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下一対の作業ロールと、前記作業ロールの圧延材の反対側に設けられた上下一対以上のロールと、を備え、
前記ロールから圧延トルクＴｒを前記作業ロールに供給して前記作業ロールを駆動する圧延機の作業ロールバランス力の設定方法であって、
前記圧延機のミル縦剛性係数Ｋを得る工程と、
得た前記ミル縦剛性係数Ｋおよび圧延条件を用いて、前記圧延材の噛み込み開始時から噛み込み完了までの間で前記圧延材の先端位置の作業ロール角度θｘに対する前記作業ロールのキスロール荷重Ｐｋを求める工程と、
前記圧延材の噛み込み開始時から噛み込み完了までの間で前記圧延材の先端位置の作業ロール角度θｘに対する圧延荷重Ｐｒ、および前記圧延トルクＴｒを求める工程と、
仮定の作業ロールバランス力Ｐｂを付与した状態において、前記圧延材の噛み込み開始時から噛み込み完了までの前記キスロール荷重Ｐｋ、前記圧延荷重Ｐｒ、および前記仮定の作業ロールバランス力Ｐｂの合計Ｐと前記圧延トルクＴｒとから、前記先端位置の作業ロール角度θｘに対する前記作業ロールと前記ロールとの間のトラクション係数μｒｔ、および前記トラクション係数の最大値μｒｔｍａｘを求める工程と、
前記圧延機の持つ前記トラクション係数μｒｔの許容値μｒｔｃｒを得る工程と、
前記トラクション係数μｒｔを求める工程で求められた前記最大値μｒｔｍａｘと前記許容値μｒｔｃｒとを比較する工程と、
前記許容値μｒｔｃｒが前記最大値μｒｔｍａｘ以上となる場合に、前記圧延材の噛み込み開始時の作業ロールバランス力を、前記トラクション係数μｒｔが前記最大値μｒｔｍａｘを示す時の前記作業ロールバランス力以上、前記圧延機の強度上の制約により限界となる前記作業ロールバランス力以下の値に設定し直す工程と、を備える
ことを特徴とする作業ロールバランス力設定方法。

【請求項2】

請求項１に記載の作業ロールバランス力設定方法において、
前記ミル縦剛性係数Ｋを得る工程は、前記圧延機に対して２回以上前記ミル縦剛性係数Ｋが得られている場合は、最新の前記ミル縦剛性係数Ｋを用いる
ことを特徴とする作業ロールバランス力設定方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の作業ロールバランス力設定方法において、
前記トラクション係数μｒｔを求める工程では、前記圧延材の噛み込み開始時から噛み込み完了までの間で前記キスロール荷重Ｐｋが０となる時の前記トラクション係数μｒｔを前記最大値μｒｔｍａｘとする
ことを特徴とする作業ロールバランス力設定方法。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の作業ロールバランス力設定方法を用いて前記作業ロールバランス力を設定する工程と、
前記作業ロールバランス力の設定後に前記圧延機の運転を開始する工程と、
前記圧延材が前記作業ロールに噛み込む前に、前記作業ロールの各々の軸受を前記圧延機のハウジングに押し付ける工程と、を備える
ことを特徴とする圧延機の運転方法。

【請求項5】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の作業ロールバランス力設定方法を用いて前記作業ロールバランス力を設定する工程と、
前記許容値μｒｔｃｒが前記最大値μｒｔｍａｘ以上となるか否かを判定する工程と、
前記許容値μｒｔｃｒが前記最大値μｒｔｍａｘ未満と判定されるときは前記作業ロールよりも径の大きい上下一対の第２作業ロール自身を駆動する直接駆動方式を選択し、前記許容値μｒｔｃｒが前記最大値μｒｔｍａｘ以上と判定されるときは前記ロールから圧延トルクＴｒを前記作業ロールに供給して前記作業ロールを駆動する間接駆動方式を選択する工程と、を備える
ことを特徴とする圧延機の運転切り替え方法。

【請求項6】

上下一対の作業ロールと、前記作業ロールの圧延材の反対側に設けられた上下一対以上のロールと、前記ロールから圧延トルクＴｒを前記作業ロールに供給して前記作業ロールを駆動するよう前記ロールの駆動制御を行う制御装置と、を備える圧延機であって、
前記制御装置は、
前記圧延機のミル縦剛性係数Ｋを得る第１取得部と、
取得した前記ミル縦剛性係数Ｋおよび圧延条件を用いて、前記圧延材の噛み込み開始時から噛み込み完了までの間で前記圧延材の先端位置の作業ロール角度θｘに対する前記作業ロールのキスロール荷重Ｐｋを求める第１計算部と、
前記圧延材の噛み込み開始時から噛み込み完了までの間で前記圧延材の先端位置の作業ロール角度θｘに対する圧延荷重Ｐｒ、および前記圧延トルクＴｒを求める第２計算部と、
仮定の作業ロールバランス力Ｐｂを付与した状態において、前記圧延材の噛み込み開始時から噛み込み完了までの前記キスロール荷重Ｐｋ、前記圧延荷重Ｐｒ、および前記仮定の作業ロールバランス力Ｐｂの合計Ｐと前記圧延トルクＴｒとから、前記先端位置の作業ロール角度θｘに対する前記作業ロールと前記ロールとの間のトラクション係数μｒｔ、および前記トラクション係数の最大値μｒｔｍａｘを求めるトラクション係数計算部と、
前記圧延機の持つ前記トラクション係数μｒｔの許容値μｒｔｃｒを得る第２取得部と、
前記トラクション係数計算部で求められた前記最大値μｒｔｍａｘと前記許容値μｒｔｃｒとを比較する工程比較部と、
前記許容値μｒｔｃｒが前記最大値μｒｔｍａｘ以上となる場合に、前記圧延材の噛み込み開始時の作業ロールバランス力を、前記トラクション係数μｒｔが前記最大値μｒｔｍａｘを示す時の前記作業ロールバランス力以上、前記圧延機の強度上の制約により限界となる前記作業ロールバランス力以下の値に設定し直す設定部と、を有する
ことを特徴とする圧延機。

【請求項7】

請求項６に記載の圧延機において、
前記作業ロールの各々を支持する軸受と、
前記作業ロールと前記軸受とを内部に有するハウジングと、
前記軸受を前記ハウジングに押し付ける押し付け装置と、を更に備え、
前記制御装置は、前記圧延材が前記作業ロールに噛み込む前に、前記軸受を前記ハウジングに押し付ける
ことを特徴とする圧延機。

【請求項8】

請求項６または７に記載の圧延機において、
前記制御装置は、
前記許容値μｒｔｃｒが前記最大値μｒｔｍａｘ以上となるか否かを判定する判定部と、
前記許容値μｒｔｃｒが前記最大値μｒｔｍａｘ未満と判定されるときは前記作業ロールよりも径の大きい上下一対の第２作業ロール自身を駆動する直接駆動方式を選択し、前記許容値μｒｔｃｒが前記最大値μｒｔｍａｘ以上と判定されるときは前記ロールから圧延トルクＴｒを前記作業ロールに供給して前記作業ロールを駆動する間接駆動方式を選択する選択部と、を更に備える
ことを特徴とする圧延機。

【請求項9】

請求項８に記載の圧延機において、
前記ロールまたは前記第２作業ロールの軸端部に連結されるユニバーサルジョイントのロール側カップリングと、
前記第２作業ロールの軸端部よりも外径が小さい前記ロールの軸端部と、を備え、
前記ロール側カップリングと前記ロールの軸端部とがはまり合う部分に着脱可能に構成された空隙埋め込み部材を備える
ことを特徴とする圧延機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業ロールバランス力設定方法、および圧延機の運転方法、圧延機の運転切り替え方法、並びに圧延機に関する。

【背景技術】

【0002】

小径の作業ロールでの板材の噛み込み不良を防止する熱間圧延設備の一例として、特許文献１には、以下のような技術が記載されている。圧延機の入側，出側に熱間板材を作業ロールに案内する入側通板ガイド，出側通板ガイドを配置する。進行してきた熱間板材は反力により上方に撓むので、この板材が浮き上がらないように昇降可能な抑えロールにより板材を抑えることにより、板材は作業ロールより受ける反力よりも大きい押し込み力を有することになり作業ロールでは熱間板材を確実に噛み込む。また、作業ロールに必要なトルクを伝達するために、圧延材を噛み込むときに作業ロールのロールバランス力又はロールベンディング力を制御し、中間ロールとのロール間接触力を大きくする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３０６７５８９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

より薄い板厚に圧延するためには作業ロール半径を小さくすることが有効だが、それに伴い作業ロールの駆動スピンドルの負荷能力が小さくなる。そこで、より負荷能力の大きい中間ロール、又はバックアップロールの駆動スピンドルを用いた中間ロール駆動、又はバックアップロール駆動とすることがある。

【0005】

ここで、中間ロール駆動やバックアップロール駆動の場合、ロール間の接触部で圧延トルクを作業ロールに伝えるため、ロール間で大きな滑りが生じると、必要な圧延トルクを伝えることができなくなる。

【0006】

例えば特許文献１には、噛み込み時にロールバランス力あるいはベンディング力をロールネックの強度が許す範囲で大きくとり、噛み込み不良を防止することが開示されている。

【0007】

しかし、上記の技術では、薄い板厚に圧延する際にキスロールが生じた場合、ロールバランス力が過剰になることが考慮されておらず、改善の余地がある。

【0008】

本発明は、噛み込み時にキスロールが生じても軸受等の部品を破損することなくロール間のスリップを抑制することが可能な作業ロールバランス力設定方法、および圧延機の運転方法、圧延機の運転切り替え方法、並びに圧延機を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、上下一対の作業ロールと、前記作業ロールの圧延材の反対側に設けられた上下一対以上のロールと、を備え、前記ロールから圧延トルクＴｒを前記作業ロールに供給して前記作業ロールを駆動する圧延機の作業ロールバランス力の設定方法であって、前記圧延機のミル縦剛性係数Ｋを得る工程と、得た前記ミル縦剛性係数Ｋおよび圧延条件を用いて、前記圧延材の噛み込み開始時から噛み込み完了までの間で前記圧延材の先端位置の作業ロール角度θｘに対する前記作業ロールのキスロール荷重Ｐｋを求める工程と、前記圧延材の噛み込み開始時から噛み込み完了までの間で前記圧延材の先端位置の作業ロール角度θｘに対する圧延荷重Ｐｒ、および前記圧延トルクＴｒを求める工程と、仮定の作業ロールバランス力Ｐｂを付与した状態において、前記圧延材の噛み込み開始時から噛み込み完了までの前記キスロール荷重Ｐｋ、前記圧延荷重Ｐｒ、および前記仮定の作業ロールバランス力Ｐｂの合計Ｐと前記圧延トルクＴｒとから、前記先端位置の作業ロール角度θｘに対する前記作業ロールと前記ロールとの間のトラクション係数μｒｔ、および前記トラクション係数の最大値μｒｔｍａｘを求める工程と、前記圧延機の持つ前記トラクション係数μｒｔの許容値μｒｔｃｒを得る工程と、前記トラクション係数μｒｔを求める工程で求められた前記最大値μｒｔｍａｘと前記許容値μｒｔｃｒとを比較する工程と、前記許容値μｒｔｃｒが前記最大値μｒｔｍａｘ以上となる場合に、前記圧延材の噛み込み開始時の作業ロールバランス力を、前記トラクション係数μｒｔが最大値μｒｔｍａｘを示す時の前記作業ロールバランス力以上、前記圧延機の強度上の制約により限界となる前記作業ロールバランス力以下の値に設定し直す工程と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、噛み込み時にキスロールが生じても軸受等の部品を破損することなくロール間のスリップを抑制することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】先端噛み込み時のスピンドルトルクの変化の一例を示す図。

【図2】中間ロール駆動において、噛み込み時に各ロールに作用する水平力の一例を示す図。

【図3】中間ロール駆動において、噛み込み時に各ロールに作用する水平力の一例を示す図。

【図4】駆動ロールを変え、トルク増幅率＝３のときの噛み込み時に各ロールに作用する水平力の合計の比較の一例を示す図。

【図5】噛み込み過程における作業ロール間ギャップの変化過程を示す図。

【図6】キスロールの定義を示す図。

【図7】キスロールの定義を示す図。

【図8】圧延開始前に設定されるキスロール荷重の関係を示す図。

【図9】圧延開始前に設定されるキスロール荷重の関係を示す図。

【図10】ロールバイト内の板先端位置と中間ロールと作業ロール間のトラクション係数との関係を示す図。

【図11】ロールバイト内の板先端位置と中間ロールと作業ロール間のトラクション係数との関係を示す図。

【図12】ロールバイト内の板先端位置と中間ロールと作業ロール間の荷重との関係を示す図。

【図13】ロールバイト内の板先端位置と中間ロールと作業ロール間のトラクション係数との関係を示す図。

【図14】ロールバイト内の板先端位置と中間ロールと作業ロール間のトラクション係数の最大値との関係を示す図。

【図15】ロールバイト内の板の出側の厚さと作業ロールバランス力との関係を示す図。

【図16】本発明の圧延機が適用された仕上圧延機の概要を示す図。

【図17】本発明の圧延機が適用された仕上圧延機の他の概要を示す図。

【図18】本発明の圧延機が適用された仕上圧延機の他の概要を示す図。

【図19】本発明の圧延機が適用された仕上圧延機の他の概要を示す図。

【図20】本発明の圧延機の一例の正面図。

【図21】図２０の入側固定部材および出側固定部材の変形例を示す図。

【図22】本発明の圧延機の他の例の正面図。

【図23】図２２の入側固定部材および出側固定部材の変形例を示す図。

【図24】図２０のＡ－Ａ’矢視図。

【図25】図２０のＢ－Ｂ’矢視図。

【図26】図２２のＣ－Ｃ’矢視図。

【図27】図２２のＤ－Ｄ’矢視図。

【図28】本発明の圧延機における駆動スピンドルを共用した状態を示す図。

【図29】本発明の圧延機における駆動スピンドルを共用した状態を示す図。

【図30】本発明の圧延機における駆動スピンドルを共用した状態を示す図。

【図31】本発明の圧延機における駆動スピンドルを共用した状態を示す図。

【図32】本発明の設定作業ロールバランス力Ｐｂａｃｔの決定の流れを示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の作業ロールバランス力設定方法、および圧延機の運転方法、圧延機の運転切り替え方法、並びに圧延機の実施例について図１乃至図３２を用いて説明する。

【0013】

以下、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一、または類似の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

【0014】

まず、本発明における作業ロールバランス力設定方法、および圧延機の運転方法、圧延機の運転切り替え方法、並びに圧延機の構成を導くに至った背景について図１乃至図１５を用いて説明する。

【0015】

図１は、中間軸のある仕上圧延機の先端噛み込み時のスピンドルトルクの変化の実測結果の一例を示す図である。この図１に示すように、スピンドルトルクは、ねじりの固有振動数の周期で変動する。この図１からすると、圧延トルクＴｒの立ち上がり時間Δｔ１は０．０１［ｓｅｃ］程度と予想される。

【0016】

圧延トルクＴｒが立ち上がったΔｔ１において、まだスピンドルトルクはＴｓしか作用していないので、圧延トルクＴｒに対する不足分のＴｒ１はロールの慣性力の変化が供給する。主には、バックアップロールのわずかな減速にともなう慣性変化が圧延トルクＴｒに対する不足分のＴｒ１を供給する。

【0017】

その後、Δｔ２のときに、最大スピンドルトルクが作用している。このときは、圧延トルクＴｒよりもＴｒ２だけ大きなトルクがスピンドルに作用している。Ｔｒ２は、ロールの慣性力の変化に釣り合うもので、主には、バックアップロールのわずかな増速にともなう慣性変化に釣り合う。

【0018】

図２は、中間ロール駆動のとき、噛み込み時に各ロールに作用する水平力の一例を示す図であり、（ａ）は圧延材の噛込み前、（ｂ）はＴｒ１作用時、（ｃ）はＴｒ２作用時、（ｄ）は噛込み初期のスピンドルトルク変動がなくなった通常圧延時とする。図３は、中間ロール駆動のときの、噛み込み時に各ロールに作用する水平力の合計を示す図である。ここで、圧延方向の力を＋、反圧延方向の力を－とする。

【0019】

図２中、δｉｗは中間ロールと作業ロール間のオフセット量、δｂｉはバックアップロールと中間ロール間のオフセット量、Ｆｏｂｉはバックアップロールと中間ロールとの間に作用する圧延荷重Ｐｒのオフセット分力、Ｆｏｉｗは中間ロールと作業ロールとの間に作用する圧延荷重Ｐｒのオフセット分力、Ｆｂｉはバックアップロールと中間ロールとの間に作用する接線力、Ｆｉｗは中間ロールと作業ロールとの間に作用する接線力、Ｆｂｔはバックアップロールに作用する水平力の合計、Ｆｉｔは中間ロールに作用する水平力の合計、Ｆｗｔは作業ロールに作用する水平力の合計、をそれぞれ示すものとする。また、Ｆｒは圧延トルク／作業ロール半径、Ｆｂｂはバックアップロール軸受部の抵抗、Ｆｉｉは中間ロール軸受部の抵抗、Ｆｗｗは作業ロール軸受部の抵抗、Ｆｂｂ，Ｆｉｉ，Ｆｗｗは、Ｆｒに比べて小さい値なので≒０として扱う。

【0020】

また、図３中、通常圧延時のオフセット分力Ｆｏｉｗが駆動接線力Ｆｉｗと等しくなるようにし、ミル空転時のキスロール荷重は圧延荷重Ｐｒ×０．７作用したとし、Ｔｒ１作用時はＴｒ１のタイミングではバックアップロールの慣性変化によって生じる接線力がほとんどを占め、Ｔｒ２作用時はＴｒ２のタイミングで駆動スピンドルに生じるオーバートルク＝（ＴＡＦ－１）Ｔｒは、主にバックアップロールの慣性増加と釣り合う、ものとする。なお、「ＴＡＦ」はトルク増幅率のことを意味し、最大軸トルクと定常圧延トルクの比であり、図１においてＴＡＦは７．５ｋＮｍ／３．３ｋＮｍ＝２．２７として求められる。

【0021】

図２（ａ）と図２（ｂ）、および図３に示すように、圧延材の噛み込み時におけるバックアップロールの慣性の変化が、スピンドルトルクが立ち上がるまでの圧延トルクを補償する。その後、図２（ｃ）に示すように、作業ロールの駆動スピンドルのオーバートルクが、バックアップロールの慣性の変化とバランスを取る。更に、図２（ｄ）に示すように、噛込み初期のスピンドルトルク変動がなくなったときは、ここではバックアップロールの摩擦抵抗を０として取り扱っているためバックアップロールと中間ロールとの間に作用する接線力Ｆｂｉは０となる。中間ロールと作業ロールとの間に作用する接線力ＦｉｗはＦｒとなる。

【0022】

図４は、トルク増幅率＝３のときの噛み込み時に各ロールに作用する水平力の合計の比較の一例を示す図である。この図４では、噛込み初期のスピンドルトルク変動がなくなったとき（（ｄ）通常圧延に相当）、各ロールに作用する水平力の合計（圧延荷重Ｐｒのオフセット分力とロール間接線力の合計）がほぼ０となるようにオフセット分力を調整した条件で、ミル空転から噛込み初期にスピンドルトルクが変動しＴｒ１やＴｒ２が作用した時に各ロールに作用する水平力の合計を示すものとする。

【0023】

図４に示すように、トルク増幅率＝３としたときには、作業ロール駆動ではＴｒ２作用時に中間ロールに作用する水平力の合計Ｆｉｔが－４Ｆｒになり、中間ロールを圧延方向で支持する力が大きくなってしまう問題がある。

【0024】

また、バックアップロール駆動の場合は、キスロール荷重が作用していると、噛込み前のミル空転中に中間ロールに作用する水平力の合計Ｆｉｔが－１．４Ｆｒとなり、やや大きな値となる。なお、Ｔｒ１やＴｒ２のタイミングでは、バックアップロールに作用する水平力の合計Ｆｂｔ，中間ロールに作用する水平力の合計Ｆｉｔ，作業ロールに作用する水平力の合計Ｆｗｔが小さくなる。

【0025】

これに対し、中間ロール駆動のときは、Ｔｒ２作用時の中間ロールに作用する水平力の合計Ｆｉｔは作業ロール駆動のときの半分の－２Ｆｒの水平力が作用する。また、作業ロールに作用する水平力の合計Ｆｗｔは、Ｔｒ１作用時、Ｔｒ２作用時、いずれにおいても作業ロール駆動に比べて小さくなる。

【0026】

ここで、トルク増幅率の特徴について説明する。トルク増幅率は、（Ｔｒ２＋Ｔｒ）／Ｔｒと表現されるものであり、圧延トルクＴｒが大きいほど小さくなる傾向がある。また、ピークトルクの最大値は、定格トルクのときに生じる傾向があり、トルク増幅率×定格トルクとなる。この場合、定格トルクのときのトルク増幅率は２．０程度である。更に、圧延トルクＴｒが定格トルクより小さいときは、トルク増幅率は大きな値となる。例えば、圧延トルクＴｒが定格トルクの５０％のときは、トルク増幅率は２．０～４．０程度の値となる。ここで、定格トルクとは駆動モータ出力１００％のときの圧延トルクを意味する。

【0027】

”川崎製鉄技報 Ｖｏｌ． ３３ （２００１） Ｎｏ． １， Ｐ． ３７－４２， 圧延プロセスの非定常負荷発生機構の解明と抑制策”によると、ロールがロール胴部で水平力Ｆを受けロールの軸受箱とハウジングが衝突するとき、該衝突部に圧延方向に作用する合力ＰｔはＰｔ＝水平力Ｆ＋衝撃力Ｐ（＝（２ＫｈＦδ）^０．５）となる。ここで、Ｋｈはハウジングの圧延方向変形の弾性係数、δは水平力Ｆ作用中にロール軸受箱が移動する距離でありロール軸受箱とハウジング間の距離に相当する。Ｆ＝８０トンのときはＰ＝２２０～２８０トンとなり、Ｐｔ＝３００～３６０＝（３．８～４．５）×Ｆ、Ｆ＝２０トンのときはＰ＝９０～１００トンとなるため、Ｐｔ＝１１０～１２０＝（５．５～６．０）×Ｆとなることが報告されている。

【0028】

ロールが圧延方向に動き、軸受箱がハウジングに衝突すると、ハウジングと軸受箱とのギャップにもよるが、ＰｔはＦの３．８～６．０倍もの大きな値となってしまう。

【0029】

がた取りシリンダは、ハウジングと軸受箱とのギャップをなくすことができるので、Ｐを小さくすることができ、ＰｔをＦに近づける効果がある。

【0030】

なお、軸受内部には、軸受そのもののラジアル隙間やロール軸と軸受内径とのわずかなギャップがあるため、軸受箱が動かない場合であっても、わずかな衝撃力は作用する。

【0031】

次いで、中間ロール駆動における中間ロールと作業ロールとの間のトラクション係数μｒｔについて説明する。図５はキスロールがあるときとないときの噛み込み過程の上下作業ロール間ギャップの変化と各部に作用する力を示す。

【0032】

図５に示すように、キスロールがあるときは中間ロールと作業ロールとの間の垂直方向の押し力Ｐは圧延荷重Ｐｒ＋キスロール荷重Ｐｋ＋作業ロールバランス力Ｐｂ、キスロールがないときは中間ロールと作業ロールとの間の垂直方向の押し力ＰはＰｒ＋Ｐｂとなる。

【0033】

ここで、トラクション係数μｒｔは、作業ロールと中間ロールとの間の必要摩擦係数を意味し、必要摩擦係数が小さいということは大きな滑りを生じにくくすることを意味する。トラクション係数μｒｔ＝Ｆ／Ｐと表されるため、Ｐが大ならばトラクション係数μｒｔは小さくなる。キスロールがあるときは、キスロールがないときに比べて、Ｐがキスロール荷重Ｐｋ分大きくなるのでトラクション係数μｒｔは小さくなる。

【0034】

図５中、角度θｉは噛み込み角、角度θｘは圧延材の先端位置の角度、角度θｎは中立点の角度、出側板厚ｈｏａは噛み込み時の上下作業ロール間間隙であり、キスロールがあるときは０とする。ｈｉは入側板厚、ｈｏは出側板厚、μｍは噛込み過程の作業ロールと板の間の摩擦係数とすると、角度θｎの位置では、圧延材の進行速度とロールの周速が等しい。また、角度θｉ～θｎの範囲では、板の進行速度がロール周速よりも遅く、角度θｎ～θｘの範囲では、板の進行速度がロール周速よりも速い。

【0035】

図６はキスロールがあるとき、図７はキスロールがないときの噛み込み過程の作業ロール間ギャップの変化と各部に作用する力を示している。

【0036】

通常、ロールギャップは通板前にあらかじめ希望の板厚より圧延荷重Ｐｒによる弾性変形分だけ締め込まれる。そして板を噛み込むことにより、ロール荷重が発生し、ロールギャップを拡大させ、希望の板厚を得ることができる。

【0037】

Ｐｒは圧延荷重、Ｋは圧延機のバネ常数であり、以後はミル縦剛性係数Ｋとし、Ｒは作業ロール半径とする。

【0038】

Ｐｒ／Ｋは、圧延荷重Ｐｒの弾性変形分だけ締めこむ量に相当する。ここで、最大圧下量が負になってしまうときは、通板前に上下作業ロールが接触した状態になることを意味し、この状態をキスロールと表現する。キスロールのときの上下作業ロール間に作用する荷重をキスロール荷重とする。

【0039】

板厚をｈ、圧延前のロール間隙をｈｏｇ、Ｍを塑性係数とすると、弾性特性曲線を直線で近似するとＰｒ＝Ｋ（出側板厚ｈｏ－ｈｏｇ）、材料の塑性特性曲線を直線で近似するとＰｒ＝Ｍ（ｈｏ－入側板厚ｈｉ）と表せる。

【0040】

ここで、圧延前のロール間隙ｈｏｇは、上下の作業ロールがちょうど接触を開始し、まだキスロール荷重Ｐｋが０であって弾性変形が生じていないときの状態から、さらに押し込んでキスロール荷重Ｐｋが作用したときの圧延機の弾性変形量を、差し引いたときの値を示す。なお、上下作業ロールはそれぞれが弾性変形して軸心が近づいているが、上下作業ロール間のギャップは０のまま（噛み込み時の上下作業ロール間間隙ｈｏａ＝０）であり、マイナスの値となっているわけではない。

【0041】

図５および図６に示すように、キスロールがあるときは、噛み込み開始時、中間ロールと作業ロールとの間の垂直方向の押し力ＰはＰｒ＋Ｐｋ＋Ｐｂとなる。噛み込み開始とともに、Ｐｒは上昇してＰｋは減少していき、上下作業ロール間にギャップが生じたときにＰｋは０となる。θｘ＝０となるときは噛み込み完了を意味し、板先端の板厚は出側板厚ｈｏとなる。

【0042】

これに対し、図５および図７に示すように、キスロールがないときは、噛み込み開始時、噛み込み途中、噛み込み完了、のいずれもＰ＝Ｐｒ＋Ｐｂであり、Ｐｒは噛み込み完了のときに最大となる。

【0043】

図８および図９に圧延開始前に設定される、仕上圧延機の最終スタンドの仕上がり板厚と単位幅キスロール荷重との関係を示す。図８はミル縦剛性係数Ｋが４０００［ｋＮ／ｍｍ］、図９はミル縦剛性係数Ｋが６０００［ｋＮ／ｍｍ］のときであり、図８および図９内の数字は板幅［ｍｍ］を示しており、当該仕上圧延機で想定されたいくつかの圧延条件のもとで単位幅キスロール荷重を求めたものである。

【0044】

図８および図９に示すように、単位幅キスロール荷重は、想定された入側板厚と出側板厚や圧延材の幅や硬さなどの圧延条件によって変化するので、ある範囲に分布する。

【0045】

また、図８に示すようにミル縦剛性係数Ｋが相対的に小さいときは、図９の大きいときに比べて単位幅キスロール荷重が大きな値となる。また、ミル縦剛性係数Ｋが４０００［ｋＮ／ｍｍ］のときは仕上がり出側板厚ｈｏが２．６［ｍｍ］くらいからＰｋが発生するのに対して、図９に示すようにミル縦剛性係数Ｋが６０００［ｋＮ／ｍｍ］のときは出側板厚ｈｏが２．２［ｍｍ］くらいからＰｋが発生するので、ミル縦剛性係数Ｋが小さいほど、出側板厚ｈｏが厚いときからキスロール荷重Ｐｋが発生する傾向がある。

【0046】

このように、ミル縦剛性係数Ｋが変わると任意の圧延における圧延開始前のキスロールの状態が変わる。すなわち、ミル縦剛性係数Ｋの値によって変わる圧延開始前のキスロールの状態と作業ロールバランス力Ｐｂによって、トラクション係数μｒｔ（必要とするロール間の摩擦係数）が変わる、ということである。

【0047】

図１０は、ロールバイト内の圧延材の先端位置の作業ロール角度θｘと中間ロールと作業ロール間のトラクション係数μｒｔとの関係を示す図であり、出側板厚１．２［ｍｍ］×幅１３００［ｍｍ］の条件で、ロールに潤滑油がなく、ロールに冷却水がかかった状態でシミュレーションしたものである。図１０中、△はミル縦剛性係数Ｋ＝６０００［ｋＮ／ｍｍ］、◇はミル縦剛性係数Ｋ＝４０００［ｋＮ／ｍｍ］、○はミル縦剛性係数Ｋ＝３０００［ｋＮ／ｍｍ］のときを示す。

【0048】

図１０では、θｘ＝０．１１［ラジアン］あたりが板先端が噛み込むときの角度に相当し、これは噛み込み角θｉに相当する。θｘ＝０．００［ラジアン］は板先端が作業ロール出口に至ったときを示す。

【0049】

図１０に示すように、噛み込み初期からθｘ＝０．０２０～０．０４０［ラジアン］あたりまではキスロール荷重が存在し、トラクション係数μｒｔはキスロール荷重の存在によって低い値に抑えられている。

【0050】

また、板先端が噛み込まれたあとに作業ロール出側まで進む過程でトラクション係数μｒｔは変化していくが、板先端がロールバイト内にあるときのトラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘは、ミル縦剛性係数Ｋ＝６０００［ｋＮ／ｍｍ］のときは０．０７０程度、ミル縦剛性係数Ｋ＝４０００［ｋＮ／ｍｍ］のときは０．０６０程度、ミル縦剛性係数Ｋ＝３０００［ｋＮ／ｍｍ］のときは０．０６０程度となる。

【0051】

そして、作業ロールバランス力Ｐｂが大きくなるとトラクション係数μｒｔは小さくなる傾向を示しているが、図１０の条件である出側板厚ｈｏ＝１．２［ｍｍ］のときは作業ロールバランス力Ｐｂの最大値μｒｔｍａｘへの影響は小さい。

【0052】

図１１は、ロールバイト内の圧延材の先端位置の作業ロール角度θｘと中間ロールと作業ロール間のトラクション係数μｒｔとの関係を示す図であり、出側板厚２．０［ｍｍ］×幅１２５０［ｍｍ］の条件とした図である。図１１では、θｘ＝０．１３５［ラジアン］あたりが噛み込み角θｉに相当する。

【0053】

図１１に示すように、ミル縦剛性係数Ｋ＝６０００［ｋＮ／ｍｍ］のときは、噛み込み初期からθｘ＝０．１２０［ラジアン］あたりまではキスロール荷重が存在するが，トラクション係数μｒｔは急増し、キスロール荷重がなくなるθｘ＝０．１２０［ラジアン］あたりで最大値μｒｔｍａｘは０．１２０程度をしめす。

【0054】

また、ミル縦剛性係数Ｋ＝４０００［ｋＮ／ｍｍ］のときは、噛み込み初期からθｘ＝０．０８０［ラジアン］あたりまではキスロール荷重が存在し、このキスロール荷重の存在によってトラクション係数μｒｔは低い値に抑えられている。トラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘは０．１０５程度であり、θｘ＝０．０８０［ラジアン］あたりで生じている。

【0055】

ミル縦剛性係数Ｋ＝３０００［ｋＮ／ｍｍ］のときは、噛み込み初期からθｘ＝０．０５０［ラジアン］あたりまではキスロール荷重が存在し、このキスロール荷重の存在によってトラクション係数μｒｔは低い値に抑えられている。トラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘは０．０９０程度であり、θｘ＝０．０５０［ラジアン］あたりで生じている。

【0056】

このように、ミル縦剛性係数Ｋが小さいほどキスロール荷重が存在する範囲が広くなる。また、作業ロールバランス力Ｐｂによって最大値μｒｔｍａｘを小さくすることが可能であり、出側板厚ｈｏ＝１．２［ｍｍ］に比べて出側板厚ｈｏ＝２．０［ｍｍ］の場合は作業ロールバランス力Ｐｂの影響が大きくなっていることが判る。

【0057】

図１２は、θｘと各荷重との関係を示す図であり、圧延材の厚さ２．０［ｍｍ］×幅１２５０［ｍｍ］、ミル縦剛性係数Ｋ＝４０００［ｋＮ／ｍｍ］の条件とし、作業ロールバランス力Ｐｂは０［ｋＮ／ロール］としたものである。

【0058】

図１２に示すように、キスロールが存在する場合は、板先端が作業ロールに噛み込んだときにすでにキスロ－ル荷重が作用しており、そのキスロール荷重は板先端がロールバイトに侵入していくと小さくなっていく。一方、圧延荷重Ｐｒは板先端がロールバイトに侵入していくと徐々に増加していく。

【0059】

従って、キスロール荷重作用範囲では、圧延荷重Ｐｒが比較的小さな値であっても、中間ロールと作業ロールとの間の荷重Ｐ（≒Ｐｒ＋Ｐｋ＋Ｐｂ）を高い状態で維持できるので、トラクション係数μｒｔを小さくすることが可能となることが判る。

【0060】

図１３は、ロールバイト内の圧延材の先端位置の作業ロール角度θｘと中間ロールと作業ロール間のトラクション係数μｒｔとの関係を示す図であり、出側板厚３．０［ｍｍ］×幅１６００［ｍｍ］の条件とした図である。

【0061】

図１３に示すように、ミル縦剛性係数Ｋ＝６０００［ｋＮ／ｍｍ］のときは、θｘ＝０．１３３［ラジアン］あたりが噛み込み角θｉに相当する。キスロール荷重は噛み込み初期から存在しない。トラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘは０．１３０程度であり、噛み込みのθｘ＝０．１３３［ラジアン］あたりで生じている。

【0062】

また、ミル縦剛性係数Ｋ＝４０００［ｋＮ／ｍｍ］のときは、θｘ＝０．１５５［［ラジアン］］あたりが噛み込み角θｉに相当する。キスロール荷重は噛み込み初期にのみわずかに存在し、トラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘは０．１５０程度であり、噛み込みのθｘ＝０．１５１［ラジアン］あたりで生じている。

【0063】

ミル縦剛性係数Ｋ＝３０００［ｋＮ／ｍｍ］のときθｘ＝０．１５５［ラジアン］あたりが噛み込み角に相当する。θｘ＝０．０９０［ラジアン］あたりまではキスロール荷重が存在し、トラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘは０．１１０程度であり、噛み込みのθｘ＝０．０９０［ラジアン］あたりで生じている。

【0064】

また、作業ロールバランス力Ｐｂによって最大値μｒｔｍａｘを小さくすることが可能である。出側板厚ｈｏ＝３．０［ｍｍ］の場合は出側板厚ｈｏ＝１．２［ｍｍ］や出側板厚ｈｏ＝２．０［ｍｍ］に比べて作業ロールバランス力Ｐｂの影響がより大きくなっている。

【0065】

図１４は作業ロールバランス力Ｐｂと中間ロールと作業ロールとの間のトラクション係数の最大値μｒｔｍａｘとの関係を示す図である。この図１４に示すように、作業ロールバランス力Ｐｂの最大値μｒｔｍａｘへの影響は次のようになる。

【0066】

出側板厚ｈｏが厚い３．０［ｍｍ］のときは、作業ロールバランス力Ｐｂを大きくすると最大値μｒｔｍａｘをより下げることが可能となる。一方で、出側板厚ｈｏが薄い１．２［ｍｍ］のときは、作業ロールバランス力Ｐｂの最大値μｒｔｍａｘへの影響は小さい。

【0067】

また、ミル縦剛性係数Ｋの最大値μｒｔｍａｘへの影響は次のようになる。出側板厚ｈｏによりミル縦剛性係数Ｋの最大値μｒｔｍａｘへの影響具合いが異なり、出側板厚ｈｏが薄い１．２［ｍｍ］のときはミル縦剛性係数Ｋが小さいほど最大値μｒｔｍａｘは小さくなるが、出側板厚ｈｏが厚い３．０［ｍｍ］のときはミル縦剛性係数Ｋと最大値μｒｔｍａｘの関係は複雑になる。

【0068】

このように、作業ロールバランス力Ｐｂとミル縦剛性係数Ｋの両方が最大値μｒｔｍａｘに対し影響し合うことが判る。

【0069】

ここで、最大値μｒｔｍａｘの限界値μｒｔｃｒは、接する２つのロール間の状態によって異なる。トラクション係数μｒｔが０．１０以下であれば大きな滑りをともなわない場合がほとんどと考えられる。ここで、最大値μｒｔｍａｘのときの作業ロールバランス力をＰｂｃｒ１とする。最大値μｒｔｍａｘの限界値μｒｔｃｒを０．１０とすると、最大値μｒｔｍａｘが限界値μｒｔｃｒ０．１０となるときの作業ロールバランス力をＰｂｃｒ１ｃｒとする。Ｐｂｃｒ１ｃｒを必要とする限界作業ロールバランス力とする。Ｐｂｃｒ１をＰｂｃｒ１ｃｒ以上とすることで最大値μｒｔｍａｘは限界値μｒｔｃｒ０．１０以下となる。

【0070】

図１５は、出側板厚ｈｏと必要とする限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒとの関係を示す図であり、最大値μｒｔｍａｘの限界値μｒｔｃｒが０．１０となるときの限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒを示す。Ｐｂｃｒ１ｃｒよりも大きな作業ロールバランス力Ｐｂとすることで最大値μｒｔｍａｘ≦限界値μｒｔｃｒとなり、大きな滑りを生じることなく圧延を継続できる。

【0071】

図１５に示すように、出側板厚ｈｏと限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒとの関係は、ミル縦剛性係数Ｋによって傾向が異なり、限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒはミル縦剛性係数Ｋの影響を受ける。

【0072】

例えば、ミル縦剛性係数Ｋが３０００［ｋＮ／ｍｍ］のときは、出側板厚ｈｏが１．２［ｍｍ］から２．０［ｍｍ］では限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒは０［ｋＮ／ロール］であるが、出側板厚ｈｏが２．０［ｍｍ］から３．０［ｍｍ］へ増加したときに限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒが急激に上昇する。

【0073】

また、ミル縦剛性係数Ｋが４０００［ｋＮ／ｍｍ］のときは、出側板厚ｈｏが１．２［ｍｍ］から２．０［ｍｍ］に変化したときでは限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒが徐々に上昇するのに対し、出側板厚ｈｏが２．０［ｍｍ］から３．０［ｍｍ］へ増加したとき限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒが急激に上昇する。

【0074】

更に、ミル縦剛性係数Ｋが６０００［ｋＮ／ｍｍ］のときは、出側板厚ｈｏが２．０［ｍｍ］から３．０［ｍｍ］へ増加したときに限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒが横ばいとなる。

【0075】

限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒの他に作業ロールバランス力の限界が存在する。作業ロール径が小さいときは軸受やロールネックの強度から作業ロールバランス力Ｐｂを大きくすることができないため、該強度上の制約による限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ２が存在する。

【0076】

必要とする限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒが強度上の制約による限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ２よりも大きな値となる場合は、比較的大径の作業ロールで作業ロール駆動の状態とすることが好ましい。

【0077】

これに対し、比較的大径の作業ロールとし該作業ロールを直接駆動する場合は大きな圧延トルクＴｒを伝達可能である。例えば、出側板厚ｈｏが３．０［ｍｍ］以上では、Ｋが３０００［ｋＮ／ｍｍ］や４０００［ｋＮ／ｍｍ］では必要とする限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒが大きくなっていくが、比較的大径の作業ロールとして作業ロール駆動の条件とすることでロール間の圧延トルクＴｒ伝達がなくなるのでトラクション係数μｒｔおよび最大値μｒｔｍａｘの制約をなくすことができる。

【0078】

ここで、ミル縦剛性係数Ｋについて説明する。ミル縦剛性係数Ｋは、圧延荷重ＰｒをＰ、Ｐが作用したときの圧延機の各部位の弾性変形量δとしたときに、Ｐ／δと表現される。

【0079】

このミル縦剛性係数Ｋは、圧延機を構成しているロール群、ハウジングや圧下装置や各ロールの軸受箱などの剛性によって決まる。稼働初期のミル縦剛性係数Ｋは任意の値であり、使用していくとミル縦剛性係数Ｋは下がっていく。これは、使用していく過程でハウジングや圧下装置や軸受箱などの装置が摩耗し、各部位の当接具合いに変化が生じ、ミル縦剛性係数Ｋが下がっていくためと考えられている。

【0080】

ミル縦剛性係数Ｋが下がると同時に作業側と駆動側との弾性変形量に差が生じてきて圧延が不安定になるため補修が行われる。この補修によって、稼働初期のミル縦剛性係数Ｋに近い値に復帰する。ただし、稼働初期のミル縦剛性係数Ｋまでに復旧することはない。

【0081】

このように、ミル縦剛性係数Ｋは使用とともに変化するものであり、安定した圧延を継続するためにミル縦剛性係数Ｋを所定の間隔ごとに監視し、状況によって補修が行われている。なお、ミル縦剛性係数Ｋは一般的には調整できるものではない。

【0082】

また、ミル縦剛性係数Ｋは設備によって異なる。例えば、４段圧延機のミル縦剛性係数Ｋは６段圧延機のミル縦剛性係数Ｋよりも大きな値となり、ロールの本数が多いとミル縦剛性係数Ｋは小さな値になる。

【0083】

一方で、中間ロール駆動やバックアップロール駆動としたときは、ミル縦剛性係数Ｋによって最大値μｒｔｍａｘが変化する。最大値μｒｔｍａｘが限界値μｒｔｃｒを超え大きくなってしまいロール間で大きな滑りを生じてしまう場合は、圧延を継続できなくなる。

【0084】

そこで、本発明者らは、ミル縦剛性係数Ｋを確認して、ミル縦剛性係数Ｋと圧延条件から必要とする限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒを求めて、作業ロールバランス力ＰｂをＰｂｃｒ１ｃｒ以上に設定して板先端の噛み込みを行うようにして、ロール間の大きな滑りを抑制することが可能となることを発想した。これによって、作業ロールを小径にして、作業ロールそれ自体を駆動ロールにできない場合であっても、中間ロール駆動あるいはバックアップロール駆動で圧延が可能となることを発想した。

【0085】

本発明はこのような知見により成されたものである。

【0086】

次いで、本実施例の圧延機を備えた圧延設備の概要について図１６乃至図１９を用いて説明する。図１６乃至図１９は、本発明の圧延機が適用された仕上圧延機の概要を示す図である。

【0087】

図１６に示す圧延設備１は、圧延材５をストリップに熱間圧延する圧延機を複数備えており、制御装置８０と、圧延材５の入側から、Ｆ１スタンド１０、Ｆ２スタンド２０、Ｆ３スタンド３０、Ｆ４スタンド４０、Ｆ５スタンド５０、Ｆ６スタンド６０の６つのスタンドと、を有している。

【0088】

このうち、Ｆ１スタンド１０、Ｆ２スタンド２０、Ｆ３スタンド３０、Ｆ４スタンド４０、Ｆ５スタンド５０、Ｆ６スタンド６０の各々と、制御装置８０のうち各スタンドを制御する部分と、が本発明でいう圧延機に相当するが、ここでは上述の知見が適用されているのはＦ６スタンド６０のみとしている。

【0089】

図１６では、Ｆ１スタンド１０、Ｆ２スタンド２０、Ｆ３スタンド３０、Ｆ４スタンド４０、およびＦ５スタンド５０は４段の圧延機であり、最終段のＦ６スタンド６０のみが、小径の作業ロールが装着された６段の圧延機となっている。

【0090】

図１７に示す圧延設備１Ａは、Ｆ１スタンド１０、Ｆ２スタンド２０、Ｆ３スタンド３０、Ｆ４スタンド４０、およびＦ５スタンド５０に加えて、大径の作業ロールを装着したＦ６スタンド６０Ａも４段の圧延機となっている。

【0091】

更に、図１８に示す圧延設備１Ｂは、Ｆ１スタンド１０、Ｆ２スタンド２０、Ｆ３スタンド３０、Ｆ４スタンド４０、およびＦ５スタンド５０は４段の圧延機であり、最終段のＦ６スタンド６０Ｂのみが、大径の作業ロールが装着された６段の圧延機となっている。この図１８では、Ｆ６スタンド６０Ｂに上述の知見が適用されている。

【0092】

図１９に示す圧延設備１Ｃでは、Ｆ１スタンド１０、Ｆ２スタンド２０、Ｆ３スタンド３０、およびＦ４スタンド４０は４段の圧延機であるのに対し、Ｆ５スタンド５０Ｃ、およびＦ６スタンド６０Ｃの２スタンドが小径の作業ロールが装着された６段の圧延機となっている。この図１９では、Ｆ５スタンド５０ＣおよびＦ６スタンド６０Ｃに上述の知見が適用されている。

【0093】

なお、圧延設備１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃについては、図１６乃至図１９に示すような６スタンドに限られず、最低２スタンド以上からなるものとすることができる。

【0094】

また、上述の図１６乃至図１９では、作業ロールの圧延材の反対側に設けられた上下一対以上のロールとして後述するバックアップロールのみが用いられる４段圧延機、あるいは中間ロールおよびバックアップロールが用いられる６段圧延機の場合を説明したが、本発明の作業ロールバランス力設定方法、および圧延機の運転方法、圧延機の運転切り替え方法が対象とする圧延機は、上述のような４段圧延機あるいは６段圧延機に限定されず、直接作業ロールに接する、サイドサポートロールを備えた圧延機なども、好適な適用対象である。

【0095】

また、実施例では、噛み込み工程のある熱間圧延機を例に説明するが、これに限定されるものではない。

【0096】

次に、本発明の圧延機の概要について図２０乃至図２９を用いて説明する。図２０は図１６に示した圧延設備中の圧延機の一例の正面図、図２１は図２０の入側固定部材および出側固定部材の変形例を示す図、図２２は図１７に示した圧延設備中の圧延機の他の例の正面図、図２３は図２２の入側固定部材および出側固定部材の変形例を示す図、図２４は図２０のＡ－Ａ’矢視図、図２５は図２０のＢ－Ｂ’矢視図、図２６は図２２のＣ－Ｃ’矢視図、図２７は図２２のＤ－Ｄ’矢視図である。図２８および図２９は駆動スピンドルを共用した状態を示す図である。

【0097】

なお、図２０乃至図２９では、図１６に示した圧延設備１、あるいは図１７に示した圧延設備１Ａのうち、Ｆ６スタンド６０，６０Ａを例に説明するが、本発明の圧延機は、図１６等に示すＦ１スタンド１０や、Ｆ２スタンド２０、Ｆ３スタンド３０、Ｆ４スタンド４０、Ｆ５スタンド５０，５０Ｃ、Ｆ６スタンド６０Ｂ，６０Ｃのうちいずれのスタンド、更には他のスタンドにも適用することができる。

【0098】

また、中間ロール駆動の場合について説明するが、本発明はバックアップロール駆動に対しても適用できる。

【0099】

図２０および図２１に示すように、本実施例の圧延機の一例であるＦ６スタンド６０は、圧延材５を圧延する６段の圧延機であって、ハウジング６００と、制御装置８０と、図示はされていないが油圧装置９０とを有している。

【0100】

ハウジング６００は、上下一対の上作業ロール６１０および下作業ロール６１１、これら上作業ロール６１０および下作業ロール６１１の圧延材５の反対側に設けられており、それぞれ接触することで支持する上下一対の上中間ロール６２０，下中間ロール６２１を備えている。更に、上中間ロール６２０、下中間ロール６２１にそれぞれ接触することで支持する上下一対の上バックアップロール６３０、下バックアップロール６３１を備えている。

【0101】

これに対し、図２２および図２３に示す本実施例の圧延機の他の一例であるＦ６スタンド６０Ａでは、圧延材５を圧延する４段の圧延機である。

【0102】

図２２に示すように、Ｆ６スタンド６０Ａでは、作業ロール６１０，６１１よりも径の大きい、上下一対の上作業ロール６１０Ａおよび下作業ロール６１１Ａ、これら上作業ロール６１０Ａおよび下作業ロール６１１Ａの圧延材５の反対側に設けられており、それぞれ接触することで支持する上下一対の上バックアップロール６３０，下バックアップロール６３１を備えている。

【0103】

作業ロール６１０，６１１および中間ロール６２０，６２１と、作業ロール６１０Ａ，６１１Ａとは、入れ替え可能に構成されており、図２０の作業ロール６１０，６１１および中間ロール６２０，６２１と関連する機器を作業ロール６１０Ａ，６１１Ａと関連する機器に入れ替えると図２２に示すＦ６スタンド６０Ａになり、図２２の作業ロール６１０Ａ，６１１Ａと関連する機器を作業ロール６１０，６１１および中間ロール６２０，６２１と関連する機器に入れ替えると図２０に示すＦ６スタンド６０となる。

【0104】

図２２に示すＦ６スタンド６０Ａでは、作業ロール６１０Ａ，６１１Ａ自身を駆動する直接駆動方式が好適に用いられ、図２０に示すＦ６スタンド６０では、上中間ロール６２０、下中間ロール６２１の圧延トルクＴｒを上作業ロール６１０、下作業ロール６１１に供給して上作業ロール６１０、下作業ロール６１１を駆動する間接駆動方式が好適に用いられるため、運転切り替えの際には、入れ替えが行われる。

【0105】

これによって、上バックアップロール６３０や下バックアップロール６３１の位置は上下方向に大きな移動をともなわないので、上バックアップロール６３０や下バックアップロール６３１の上下にある油圧圧下装置やパスライン調整装置などを変更することなしに小径の作業ロール６１０，６１１と大径の作業ロール６１０Ａ，６１１Ａとを切替可能としている。

【0106】

図２０に戻り、各ロールのうち、上作業ロール６１０の軸方向の端部の操作側には、上作業ロール６１０と共にロールの軸方向にシフトし、ロールからの荷重を受ける軸受６１０Ａ１（図２５参照）が設けられており、これら軸受６１０Ａ１を作業側の上作業ロール軸受箱６１２により支持している。同様に、駆動側にも、上作業ロール６１０と共にロールの軸方向にシフトし、ロールからの荷重を受ける軸受６１０Ａ１（図２５参照）が設けられており、この軸受６１０Ａ１を駆動側の上作業ロール軸受箱６１２により支持している。

【0107】

下作業ロール６１１も、同様に、軸方向の端部に軸受６１１Ａ１が駆動側および操作側のいずれにも設けられており、これらの軸受を作業側および駆動側の下作業ロール軸受箱６１３によりそれぞれ支持している。

【0108】

本実施例では、上作業ロール６１０は、操作側の上作業ロール軸受箱６１２を介して、図２５に示すようなシフトシリンダ６１５によりロール軸方向にシフト可能に構成されている。同様に、下作業ロール６１１も、操作側の下作業ロール軸受箱６１３Ａを介して、図２５に示すようなシフトシリンダ６１６によりロール軸方向にシフト可能に構成されている。

【0109】

また、図２４および図２５に示すように、上中間ロール６２０では駆動側の端部に、下中間ロール６２１では操作側の端部に先細り部が設けられており、上中間ロール６２０と下中間ロール６２１とで上下で点対称になっている。また、上中間ロール６２０は図２５に示すようなシフトシリンダ６１７により、下中間ロール６２１は図２５に示すようなシフトシリンダ６１８により、ロール軸方向にシフト可能に構成されている。

【0110】

図２０に戻り、出側固定部材６０２は圧延材５の出側のハウジング６００に固定されている。圧延材５の入側のハウジング６００には、この出側固定部材６０２に対向するように入側固定部材６０３が固定されている。

【0111】

Ｆ６スタンド６０では、図２０および図２４に示すように、操作側および駆動側のいずれにおいても、出側固定部材６０２のロールの軸方向に２つ設けられた上作業ロールベンディングシリンダ６４０と、入側固定部材６０３のロールの軸方向に２つ設けられた上作業ロールベンディングシリンダ６４１とにより上作業ロール軸受箱６１２を支持している。適宜これらのシリンダを駆動することで上作業ロール６１０の軸受６１０Ａ１に対して鉛直方向にベンディング力を与えるようになっている。

【0112】

同様に、操作側および駆動側のいずれにおいても、出側固定部材６０２に設けられた下作業ロールベンディングシリンダ６４４と入側固定部材６０３に設けられた下作業ロールベンディングシリンダ６４５とにより下作業ロール軸受箱６１３を支持しており、適宜これらのシリンダを駆動することで下作業ロール６１１の軸受に対して鉛直方向にベンディング力を与えるようになっている。

【0113】

更に、図２０および図２４に示すように、がた取りを目的として、圧延材５の入側の入側固定部材６０３に、上作業ロール軸受箱６１２のライナ（図示省略）を介して上作業ロール６１０に水平方向の力、具体的には圧延方向に押圧力を加えて軸受６１０Ａ１をハウジング６００に押し付ける上作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６６０がロールの軸方向に１台設けられている。

【0114】

同様に、入側固定部材６０３には、下作業ロール軸受箱６１３のライナを介して下作業ロール６１１に圧延方向に押圧力を加えて軸受６１１Ａ１をハウジング６００に押し付ける下作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６６２が１台設けられている。

【0115】

これらのシリンダにより、ロール軸方向に対して直交する方向で上作業ロール６１０等に所望の力を加えることができる。

【0116】

図２０、図２４、および図２５に示すように、上中間ロール６２０の軸方向の端部に軸受６２０Ａ１が駆動側および操作側のいずれにも設けられており、これらの軸受を上中間ロール軸受箱６２２により支持している。下中間ロール６２１も、同様に、軸方向の端部に軸受６２１Ａ１が駆動側および操作側のいずれにも設けられており、これらの軸受を下中間ロール軸受箱６２３により支持している。

【0117】

上中間ロール６２０は、操作側および駆動側のいずれにおいても、出側固定部材６０２に設けられた上中間ロールベンディングシリンダ６５０と入側固定部材６０３に設けられた上中間ロールベンディングシリンダ６５１とにより上中間ロール軸受箱６２２を支持しており、適宜これらのシリンダを駆動することで軸受に対して鉛直方向インクリース側にベンディング力を与えるようになっている。

【0118】

下中間ロール６２１も、操作側および駆動側のいずれにおいても、出側固定部材６０２に設けられた下中間ロールベンディングシリンダ６５２と入側固定部材６０３に設けられた下中間ロールベンディングシリンダ６５３とにより下中間ロール軸受箱６２３を支持しており、適宜これらのシリンダを駆動することで軸受に対して鉛直方向インクリース側にベンディング力を与えるようになっている。

【0119】

これらの各ベンディングシリンダ６４０，６４１，６４４，６４５により、作業ロール６１０，６１１へ作業ロールバランス力Ｐｂが印加される。

【0120】

また、図２０および図２４に示すように、入側固定部材６０３に、上中間ロール軸受箱６２２を介して上中間ロール６２０に水平方向の力を加えるように上中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７２が、出側固定部材６０２に、上中間ロール軸受箱６２２を介して上中間ロール６２０に水平方向の力を加えるように上中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７１が、それぞれ設けられている。

【0121】

同様に、入側固定部材６０３に、下中間ロール軸受箱６２３を介して下中間ロール６２１に水平方向の力を加えるように下中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７４が、出側固定部材６０２に、下中間ロール軸受箱６２３を介して下中間ロール６２１に水平方向の力を加えるように下中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７３が、それぞれ設けられている。

【0122】

ここで、中間ロール６２０，６２１を駆動する間接駆動では、中間ロール６２０，６２１に対しオーバトルク作用時に入側方向に最大の荷重が作用する。そのときは、ハウジング６００の入側でその荷重を受けて、出側の上中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７１、下中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７３にトルク増幅率の過負荷が作用しないようにしている。図２０では、上中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７２と下中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７４は使っていないが、上中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７２や下中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７４を上中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７１や下中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７３のかわりに用いることもできる。図４はトルク増幅率が３のときについて述べたがトルク増幅率が２以下のときは（ｂ）Ｔｒ１作用時の水平力の合計が（ｃ）Ｔｒ２作用時の水平力の合計よりも大きくなることがあり、そのような場合は、上中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７２や下中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７４を用いることで中間ロール軸受箱がた取りシリンダの出力をより小さくすることが可能となるので、Ｔｒ１やＴｒ２の大小を考慮して上中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７１と下中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７３を用いるか上中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７２と下中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７４を用いるかいずれかを選択することも可能なようになっている。

【0123】

また、小径の作業ロール６１０，６１１のそれぞれの軸受箱６１２，６１３を上作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６６０、下作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６６２が押すように作用し、小径の作業ロール６１０，６１１が圧延方向に動かないように支えている。図４では（ｄ）通常圧延のときに圧延荷重Ｐｒのオフセット分力とロール間接線力の合計（水平力の合計）がほぼ０になるようにオフセット量を設定した条件で（ｂ）Ｔｒ１作用時（ｃ）Ｔｒ２作用時の各ロールに作用する水平力の合計を示している。中間ロール駆動のときは作業ロールに作用する水平力の合計は（ｂ）（ｃ）（ｄ）はいずれも０となっているが、オフセット分力とロール間接線力を全て同じにすることは実際の操業および設備では困難であり、また、トルク増幅率も圧延条件によってある範囲で変動することから水平力の合計は０ではない値となる。このように圧延条件の変化などで生じる水平力の合計が作用したときでも小径の作業ロール６１０，６１１が圧延方向に動かないようにすることができる。なお、ここでは、上作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６６０、下作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６６２を圧延方向の入側に設置したが、出側に設置することも可能である。さらに、入側の中間ロール軸受箱がた取りシリンダ６７２，６７４は、上作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６６０や下作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６６２とともに、大径作業ロール軸受箱がた取りシリンダとして大径の作業ロール６１０Ａ，６１１Ａ用として用いることもできる。

【0124】

大径の作業ロール６１０Ａ，６１１Ａでは、圧延トルクＴｒが小径の作業ロール６１０，６１１の時よりも大きくなることがあり、また、図４に示すように作業ロール駆動では（ｂ）Ｔｒ１作用時（ｃ）Ｔｒ２作用時の水平力の合計が中間ロール駆動のときに比べて大きくなることもあるため、小径用のがた取りシリンダより大きながた取りシリンダの出力を必要とする場合がある。また、がた取りシリンダは上下方向のロール中心近くを支えることが好ましい。そこで、作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６６０や下作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６６２では支えきれないときのために、上中間ロール軸受箱がた取りシリンダ（上大径作業ロール軸受箱がた取りシリンダ）６７２、下中間ロール軸受箱がた取りシリンダ（下大径作業ロール軸受箱がた取りシリンダ）６７４についても、大径の作業ロール６１０Ａ，６１１Ａ用のがた取りシリンダとして用いることができる。さらに、図１８に示す圧延設備１Ｂで大径の作業ロールが装着された６段の圧延機が示されているが、その場合も図２０に示す中間ロール軸受箱がた取りシリンダおよび作業ロール軸受箱がた取りシリンダを用いることが可能であり、小径の作業ロールと大径の作業ロールの両方に使える設備としてある。

【0125】

更に、上バックアップロール６３０の軸方向の端部に軸受（図示省略）が駆動側および操作側のいずれにも設けられており、これらの軸受を上バックアップロール軸受箱６３２により支持している。下バックアップロール６３１も、同様に、軸方向の端部に軸受（図示省略）が駆動側および操作側のいずれにも設けられており、これらの軸受を下バックアップロール軸受箱６３３により支持している。

【0126】

また、図２０に示すように、出側のハウジング６００に、上バックアップロール軸受箱６３２を介して上バックアップロール６３０に水平方向の力を加えるように上バックアップロール軸受箱がた取りシリンダ６８０が設けられている。同様に、出側のハウジング６００には、下バックアップロール軸受箱６３３を介して下バックアップロール６３１に水平方向の力を加えるように下バックアップロール軸受箱がた取りシリンダ６８２が設けられている。

【0127】

油圧装置９０は、上述した各ベンディングシリンダやがた取りシリンダ、シフトシリンダ６１５，６１７、あるいは圧延材５を圧延するための圧下力を上作業ロール６１０および下作業ロール６１１に加える圧下装置（図示省略）等の各油圧シリンダに接続されており、この油圧装置９０は制御装置８０に接続されている。

【0128】

これに対し、図２２に示す４段圧延機では、各ロールのうち、上作業ロール６１０Ａの軸方向の端部の操作側には、上作業ロール６１０Ａと共にロールの軸方向にシフトし、ロールからの荷重を受ける軸受６１０Ａ２（図２７参照）が設けられており、これら軸受６１０Ａ２を作業側の上作業ロール軸受箱６１２Ａにより支持している。同様に、駆動側にも、上作業ロール６１０Ａと共にロールの軸方向にシフトし、ロールからの荷重を受ける軸受６１０Ａ２（図２７参照）が設けられており、この軸受６１０Ａ２を駆動側の上作業ロール軸受箱６１２Ａにより支持している。

【0129】

下作業ロール６１１Ａも、同様に、軸方向の端部に軸受６１１Ａ２が駆動側および操作側のいずれにも設けられており、これらの軸受を作業側および駆動側の下作業ロール軸受箱６１３Ａによりそれぞれ支持している。

【0130】

本実施例では、上作業ロール６１０Ａは、操作側の上作業ロール軸受箱６１２Ａを介して、図２７に示すようなシフトシリンダ６１５によりロール軸方向にシフト可能に構成されている。同様に、下作業ロール６１１Ａも、操作側の下作業ロール軸受箱６１３Ａを介して、図２７に示すようなシフトシリンダ６１６によりロール軸方向にシフト可能に構成されている。

【0131】

Ｆ６スタンド６０Ａでは、図２２および図２６に示すように、操作側および駆動側のいずれにおいても、出側固定部材６０２のロールの軸方向に２つ設けられた上中間ロールベンディングシリンダ６５０と、入側固定部材６０３のロールの軸方向に２つ設けられた上中間ロールベンディングシリンダ６５１とにより上作業ロール軸受箱６１２Ａを支持している。適宜これらのシリンダを駆動することで上作業ロール６１０Ａの軸受６１０Ａ２に対して鉛直方向にベンディング力を与えるようになっている。

【0132】

同様に、操作側および駆動側のいずれにおいても、出側固定部材６０２に設けられた下中間ロールベンディングシリンダ６５２と入側固定部材６０３に設けられた下中間ロールベンディングシリンダ６５３とにより下作業ロール軸受箱６１３Ａを支持しており、適宜これらのシリンダを駆動することで下作業ロール６１１Ａの軸受に対して鉛直方向にベンディング力を与えるようになっている。

【0133】

これらの各ベンディングシリンダ６５０，６５１，６５２，６５３により、作業ロール６１０Ａ，６１１Ａへロールバランス力が印加される。

【0134】

更に、図２２および図２６に示すように、がた取りを目的として、上作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６６０および上大径作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６７２により、上作業ロール軸受箱６１２Ａのライナ（図示省略）を介して上作業ロール６１０Ａに水平方向の力、具体的には圧延方向に押圧力を加えて軸受６１０Ａ２をハウジング６００に押し付けるようになっている。

【0135】

同様に、下作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６６２および下大径作業ロール軸受箱がた取りシリンダ６７４により、下作業ロール軸受箱６１３Ａのライナを介して下作業ロール６１１Ａに圧延方向に押圧力を加えて軸受６１１Ａ２をハウジング６００に押し付けるようになっている。

【0136】

また、本実施例の圧延機では、図２８および図２９に示すように、大径の作業ロール６１０Ａ，６１１Ａの作業ロール駆動と小径の作業ロール６１０，６１１の駆動用の中間ロール６２０，６２１駆動の駆動スピンドルとを共用することが望ましい。

【0137】

図２８に示すように、駆動スピンドルは、中間ロール６２０，６２１と連結し、中間ロール６２０，６２１駆動とする。このように中間ロール６２０，６２１駆動とすることで、駆動スピンドルの直径を中間ロール６２０，６２１径よりも大径にすることもできるので、中間ロール６２０，６２１が小径であっても強度の大きな駆動スピンドルを用いることができる。

【0138】

特に、仕上圧延機の後段では圧延速度が速くなり、ロールの回転数が大きくなる。駆動スピンドルの直径を大きくすることができると、駆動スピンドルのたわみ振動の固有振動数を大きくすることができ、ロールの回転数が大きくなったとしても該ロールの回転数よりもたわみ振動の固有振動数を大きくすることができ、たわみ振動との共振を抑制できる。

【0139】

また、図２９に示すように、駆動スピンドルを大径の作業ロール６１０Ａ，６１１Ａと連結し、作業ロール６１０Ａ，６１１Ａ駆動も可能としている。大径の作業ロール６１０Ａ，６１１Ａの場合、駆動スピンドルの直径も大径にすることができ、負荷能力が高い。中間ロール６２０，６２１駆動ではロール間スリップの懸念がある場合は、作業ロール６１０Ａ，６１１Ａ駆動とすることでより大きな圧延トルクＴｒで圧延が可能となる。

【0140】

ここで、大径の作業ロール６１０Ａ，６１１Ａの４段圧延機と、小径の作業ロール６１０，６１１＋中間ロール６２０，６２１の６段圧延機と、を切替可能とするとき、中間ロール６２０，６２１の直径Ｄｉ２は、作業ロール６１０，６１１の直径Ｄｗ２よりも大きくなるようにすることが望ましい。

【0141】

中間ロール６２０，６２１に作用する水平力は作業ロール６１０，６１１に作用する水平力よりも大きくなる。この水平力によってロールが水平方向にたわんでしまい、初期に設定したロール間のオフセット量がたわみによって大きくなり、さらに水平力が増して圧延荷重Ｐｒのオフセット分力と水平力の合力がロールに作用し強度上の問題が生じることを避けるためである。

【0142】

また過渡期に水平力の方向が変化しロールが圧延方向に動くことで、作業ロール６１０，６１１と中間ロール６２０，６２１との間で局部的な滑りが生じてロールを痛める問題が生じる。

【0143】

そこで、中間ロール６２０，６２１の直径Ｄｉ２を作業ロール６１０，６１１の直径Ｄｗ２よりも大きくして、中間ロール６２０，６２１のたわみを小さくすることが望ましい。

【0144】

図２８や図２９に示す駆動スピンドルはユニバーサルジョイント７６０を有している。一般的な作業ロール駆動のときは使用する作業ロール自身の径変化に対応してユニバーサルジョイント７６０の角度が変化するが、本実施例のように大径の作業ロール６１０Ａ，６１１Ａの作業ロール駆動と小径の作業ロール６１０，６１１の中間ロール６２０，６２１駆動とで、ユニバーサルジョイント７６０を共用するときも、ユニバーサルジョイント７６０の角度を変更する。

【0145】

ユニバーサルジョイント７６０の角度としては３°以下が好ましい。２か所のユニバーサルジョイント７６０間の距離をＬ１とすると、Ｄｉ２ｍａｘ＝２（２Ｌ１ｍｉｎ×ｔａｎ３°＋Ｄｗ１ｍｉｎ／２－Ｄｗ２ｍａｘ））の関係が成立する。ここで、Ｌ１ｍｉｎはＬ１として取り得る最小値とする。

【0146】

中間ロール６２０，６２１の直径Ｄｉ２が中間ロール６２０，６２１の取りうる最大直径Ｄｉ２ｍａｘを超えない設定とする場合は、大径の作業ロール６１０Ａ，６１１Ａを駆動するスピンドルと小径の作業ロール６１０，６１１のときに中間ロール６２０，６２１を駆動するスピンドルとのユニバーサルジョイント７６０の角度を駆動スピンドルの反ロール側の位置をずらすことなく、３°以内にすることができ、シンプルな駆動装置７５０を実現できる。

【0147】

なお、中間ロール６２０，６２１の直径Ｄｉ２が中間ロール６２０，６２１の取りうる最大直径Ｄｉ２ｍａｘを超える設定とする場合は、駆動スピンドルの反ロール側の上下方向位置をずらすことでユニバーサルジョイント７６０の角度を３°以下にすることが可能となる。この場合、駆動装置７５０の構造がやや複雑になるが駆動スピンドルを共用できる。

【0148】

ユニバーサルジョイント７６０はクロスピン方式やギヤ方式などその種類を限定するものではない。

【0149】

ロール軸端部の外径は、軸受箱と軸受が一緒にロールに組込みできるように少なくとも軸受内径よりも小さくなっている。

【0150】

図２８、図２９のようにユニバーサルジョイント７６０のロール側カップリングに連結されるロール軸端部の内径は、上中間ロール６２０、下中間ロール６２１が上作業ロール６１０Ａ、下作業ロール６１１Ａよりも径小である場合は上中間ロール６２０、下中間ロール６２１のロール軸端部の外径によって決まる。上中間ロール６２０、下中間ロール６２１のロール軸端部外径を極力大きくしたとしても、上作業ロール６１０Ａ、下作業ロール６１１Ａのロール軸端部の外径は該上下作業ロールの軸受内径に比べて小さな径となってしまう。そのため、作業ロール駆動としたときに伝達できる圧延トルクが強度の低いロール軸端部の制約を受ける。

【0151】

これを解決するため、図３１では、上作業ロール６１０Ａ’、下作業ロール６１１Ａ’のロール軸端部の外径を該軸受の内径よりも小さくなる範囲で図２９よりも大きくした。これによって、駆動装置７５１に連結されるユニバーサルジョイント７６１、ロール側カップリング７６１ａおよび駆動装置側カップリング７６１ｂの径を大きくすることができ、伝達できる圧延トルクを大きくすることができる。

【0152】

図３０は、上中間ロール６２０’、下中間ロール６２１’が図３１の上作業ロール６１０Ａ’、下作業ロール６１１Ａ’よりも径が小さい場合を示すもので、上中間ロール６２０’、下中間ロール６２１’のロール軸端部の外径は上作業ロール６１０Ａ’、下作業ロール６１１Ａ’のロール軸端部の外径よりも径小となっているが、図３０では、上中間ロール６２０’、下中間ロール６２１’の軸端部がロール側カップリング７６１ａとはまり合う部分に、着脱可能な空隙埋め込み部材８００を設けることで、図３１のユニバーサルジョイント７６１を兼用できるようにしている。

【0153】

作業ロール駆動のとき、ユニバーサルジョイント７６１のロール側カップリング７６１ａの外径は、上下の干渉を避けるため作業ロール胴部の直径よりも大きくすることはできない。一方、中間ロール駆動のときは、ユニバーサルジョイント７６１のロール側カップリング７６１ａの外径は中間ロール胴部の直径よりも大きくすることが可能であることから、中間ロール胴部の直径がユニバーサルジョイント７６１のロール側カップリング７６１ａの外径を制約することはない。

【0154】

空隙埋め込み部材８００は、軸受箱と軸受が一緒にロールに組込まれたあとに上中間ロール６２０’、下中間ロール６２１’のロール軸端部に装着される。図３１の圧延から図３０の圧延に切り替えるときは、上作業ロール６１０Ａ’、下作業ロール６１１Ａ’を圧延機外に引き出したあと空隙埋め込み部材８００が装着された上中間ロール６２０’、下中間ロール６２１’と上作業ロール６１０、下作業ロール６１１が圧延機に挿入される。ロール側カップリング７６１ａを変更することなく大径の上作業ロール６１０Ａ’、下作業ロール６１１Ａ’の駆動と小径の上中間ロール６２０’、下中間ロール６２１’の切替を可能とすることができる。

【0155】

ここで、空隙埋め込み部材８００をロール側カップリング７６１ａ側に取り付けることも可能であり、同様の効果を有する。圧延機内で、空隙埋め込み部材８００をロール側カップリング７６１ａ側に取り付けることが比較的容易な場合はこの方式を選択することも可能である。

【0156】

図３０の圧延から図３１の圧延に切り替えるときは、上中間ロール６２０’、下中間ロール６２１’と上作業ロール６１０、下作業ロール６１１を圧延機外に引き出したあと、空隙埋め込み部材８００がロール側カップリング７６１ａ側に取り付けられている場合は、空隙埋め込み部材８００を取り外してから上作業ロール６１０Ａ’、下作業ロール６１１Ａ’が圧延機に挿入される。

【0157】

制御装置８０は、圧延設備１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ内の各機器の動作を制御する装置であり、好適には、ＣＰＵや記憶媒体、表示装置などを備えたコンピュータなどで構成される。

【0158】

例えば、制御装置８０は、油圧装置９０を作動制御して、上述した各ベンディングシリンダ等に圧油を給排することでそれらの各シリンダを駆動制御している。

【0159】

また、制御装置８０は、直接駆動時には、上作業ロール６１０Ａ、下作業ロール６１１Ａの駆動制御を行い、間接駆動時には、上中間ロール６２０、下中間ロール６２１の駆動トルクＴｒを上作業ロール６１０、下作業ロール６１１に供給して上作業ロール６１０、下作業ロール６１１を駆動するよう上中間ロール６２０、下中間ロール６２１の駆動制御を行う。

【0160】

この制御装置８０は、図１６に示すように、第１取得部８０ａ、第１計算部８０ｂ、第２計算部８０ｃ、トラクション係数計算部８０ｄ、第２取得部８０ｅ、工程比較部８０ｆ、設定部８０ｇ、記憶部８０ｈなどを有している。

【0161】

第１取得部８０ａは、圧延機のミル縦剛性係数Ｋを得る部分であり、好適には、記憶部８０ｈ等に予め記録されている該当の圧延機のミル縦剛性係数Ｋのうち、最新の値を取得する部分である。

【0162】

第１計算部８０ｂは、取得したミル縦剛性係数Ｋおよび圧延条件を用いて、圧延材５の噛み込み開始時から噛み込み完了までの間で圧延材５の先端位置の上作業ロール６１０、下作業ロール６１１の角度θｘにおける上作業ロール６１０、下作業ロール６１１のキスロール荷重Ｐｋを求める部分である。

【0163】

第２計算部８０ｃは、圧延材５の噛み込み開始時から噛み込み完了までの間で圧延材５の先端位置の上作業ロール６１０、下作業ロール６１１角度θｘに対する圧延荷重Ｐｒ、および駆動トルクＴｒを求める部分である。

【0164】

トラクション係数計算部８０ｄは、仮定の作業ロールバランス力Ｐｂを付与した状態において、圧延材５の噛み込み開始時から噛み込み完了までのキスロール荷重Ｐｋ、圧延荷重Ｐｒ、および仮定の作業ロールバランス力Ｐｂの合計Ｐと駆動トルクＴｒとから、先端位置の上作業ロール６１０、下作業ロール６１１角度θｘに対する上作業ロール６１０、下作業ロール６１１と上中間ロール６２０、下中間ロール６２１との間のトラクション係数μｒｔを求める部分である。

【0165】

第２取得部８０ｅは、圧延機の持つトラクション係数μｒｔの許容値μｒｔｃｒを得る部分である。

【0166】

ここで、許容値μｒｔｃｒは、トラクション係数μｒｔの許容最大値であり、この値以上のトラクション係数を必要とするときは中間ロールと作業ロールとの間で大きな滑りをともなうことになり、圧延が難しくなる値のこととする。

【0167】

工程比較部８０ｆは、トラクション係数計算部８０ｄで求められたトラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘとトラクション係数μｒｔの許容値μｒｔｃｒとを比較する部分である。

【0168】

設定部８０ｇは、トラクション係数μｒｔの許容値μｒｔｃｒがトラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘ以上となる場合に、圧延材５の噛み込み開始時の作業ロールバランス力を、トラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘを示す時の必要とする限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１ｃｒ以上、圧延機の強度上の制約による限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ２以下の値に設定し直す部分である。

【0169】

記憶部８０ｈは、制御装置８０を構成するコンピュータの記憶装置であり、好適にはＳＳＤやＨＤＤで構成される。

【0170】

制御装置８０による各機器の動作の制御や、第１取得部８０ａ、第１計算部８０ｂ、第２計算部８０ｃ、トラクション係数計算部８０ｄ、第２取得部８０ｅ、工程比較部８０ｆ、設定部８０ｇ等の動作の制御は、記憶部８０ｈに記録された各種プログラムに基づき実行される。

【0171】

なお、制御装置８０で実行される動作の制御処理は、１つのプログラムにまとめられていても、それぞれが複数のプログラムに別れていてもよく、それらの組み合わせでもよい。また、プログラムの一部または全ては専用ハードウェアで実現してもよく、モジュール化されていても良い。

【0172】

次いで、本実施例に係る圧延機の作業ロールバランス力の設定方法や圧延機の運転切り替え方法について図３２を参照して説明する。図３２は設定作業ロールバランス力Ｐｂａｃｔの決定の流れを示すフローチャートである。

【0173】

まず、図３２に示すように、ミル縦剛性係数Ｋを継続的に監視し、当該圧延におけるミル縦剛性係数Ｋを特定する（ステップＳ１０１）。このステップＳ１０１が、ミル縦剛性係数Ｋを得る工程に相当する。

【0174】

より具体的には、作業ロールバランス力設定のために計算しても、記憶部８０ｈ等に記録されている既存の数値（圧延機納入時の値、稼働後何年後の値等）を読み込んでもよい。既存の数値は、圧延機を実際に稼働させているメーカーが圧延機の管理のために、圧延機納入時、１年後、２年後・・・等のように所定のタイミング毎に測定、演算しているものをそのまま使用することができる。

【0175】

ここで、ミル縦剛性係数Ｋを得る工程では、圧延機に対して２回以上ミル縦剛性係数Ｋが得られている場合は、最新のミル縦剛性係数Ｋを用いることが望ましい。

【0176】

次いで、圧延条件から圧延荷重Ｐｒと圧延トルクＴｒを計算する（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２が、圧延荷重Ｐｒ、および圧延トルクＴｒを求める工程に相当する。

【0177】

本工程では、噛み込む瞬間とは開始直前であり噛み込み開始時を意味し、噛み込み完了とは、先端位置の角度θｘ＝０となるときのこととする。開始前と開始直前でキスロール荷重Ｐｋが変わるような場合もあり得るため、少なくとも噛み込む瞬間からのキスロール荷重Ｐｋのデータがあればよく、圧延材がロールから離れている「開始前」のキスロール荷重Ｐｋを用いる必要は小さいため、噛み込み開始時からの圧延荷重Ｐｒ、および圧延トルクＴｒを求めるものとすることが望ましい。

【0178】

ここで、圧延条件とは、該当圧延機での入側厚さ、出側厚さ、圧延材幅、圧延材硬さ等の情報とし、圧延トルクについては公知の演算方法を用いて求めるものとする。

【0179】

次いで、ロールバイトでの板先端位置における圧延荷重Ｐｒ、キスロール荷重をミル縦剛性係数Ｋを用いて計算する（ステップＳ１０３）。このステップＳ１０３が、キスロール荷重Ｐｋを求める工程に相当する。

【0180】

次いで、作業ロールバランス力Ｐｂ＝上限作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ２と仮定したときの最大値μｒｔｍａｘを求め、最大値μｒｔｍａｘと許容値μｒｔｃｒを比較する（ステップＳ１０４）。この工程が、トラクション係数μｒｔ、およびトラクション係数の最大値μｒｔｍａｘを求める工程や、圧延機の持つトラクション係数μｒｔの許容値μｒｔｃｒを得る工程、最大値μｒｔｍａｘと許容値μｒｔｃｒとを比較する工程に相当する。

【0181】

ここで、仮定の作業ロールバランス力を付与した状態、例えば作業ロールバランス力Ｐｂ＝０，３５０，７００［ｋＮ／ロール］とし、トラクション係数の許容値μｒｔｃｒは計測しにくいことから、冷却材として水を用いる場合は０．１５、オイルを用いる場合は０．１０等の定数を使うこととする。

【0182】

また、このステップＳ１０４では、圧延材５の噛み込み開始時から噛み込み完了までの間でキスロール荷重Ｐｋが０となる時、すなわち図１０、図１１、および図１３に示す極大値のトラクション係数μｒｔをトラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘとする。

【0183】

次いで、先のステップＳ１０４において最大値μｒｔｍａｘ≦許容値μｒｔｃｒであったと判定されたときは、最大値μｒｔｍａｘとなる作業ロールバランス力Ｐｂを求める。この作業ロールバランス力Ｐｂを下限作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１と設定する（ステップＳ１０５）。

【0184】

ここで、下限作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１は、スリップしないための作業ロールバランス力Ｐｂの下限値であり、作業ロールバランス力Ｐｂが下限作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１以上であれば、最大値μｒｔｍａｘは許容値μｒｔｃｒを超えることはないので、中間ロールと作業ロールとの間で大きな滑りが生じることなく圧延を継続できる。

【0185】

その後、設定作業ロールバランス力Ｐｂａｃｔを下限作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１≦設定作業ロールバランス力Ｐｂａｃｔ≦上限作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ２の条件を満たす範囲の値に設定する（ステップＳ１０６）。このステップＳ１０６が、トラクション係数μｒｔの許容値μｒｔｃｒがトラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘ以上となる（すなわち、間接駆動方式が選択される）場合に、圧延材５の噛み込み開始時の作業ロールバランス力を、トラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘを示す時の作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１以上、圧延機の強度上の制約による限界作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ２以下の値に設定し直す工程に相当する。

【0186】

ここで、上限作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ２は、圧延機の強度上の制約による限界作業ロールバランス力であり、部品破損させないためにこれ以上に大きくできない作業ロールバランス力Ｐｂの最大値とする。この上限作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ２は、基本的には、作業ロール軸受強度や作業ロールネック強度により定まる。

【0187】

設定作業ロールバランス力Ｐｂａｃｔは、実際に圧延時に設定する作業ロールバランス力Ｐｂの値であり、下限作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ１と上限作業ロールバランス力Ｐｂｃｒ２の間の任意の設定値とし、他の要因も考慮されるものとする。

【0188】

これに対し、先のステップＳ１０４において最大値μｒｔｍａｘ＞許容値μｒｔｃｒであったと判定されたときは、大径の作業ロール６１０Ａ，６１１Ａを用い、且つ作業ロール６１０Ａ，６１１Ａ駆動での圧延に切り替える（ステップＳ１０７）。

【0189】

圧延機の運転方法では、上述の図３２に示した各フローにより作業ロールバランス力が設定された後、作業ロールバランス力の設定後に圧延機の運転を開始する。その後、圧延材５が上作業ロール６１０、下作業ロール６１１に噛み込む前に、制御装置８０は、上作業ロール６１０、下作業ロール６１１の各々の軸受６１０Ａ１，６１１Ａ１を圧延機のハウジング６００に押し付ける。なお、上作業ロール６１０、下作業ロール６１１の各々の軸受６１０Ａ１，６１１Ａ１を圧延機のハウジング６００に押し付け始めるタイミングは、ミル空転の前（図２中（ａ）より前）とすることが望ましい。

【0190】

次に、本実施例の効果について説明する。

【0191】

上述した本実施例の圧延機の作業ロールバランス力の設定方法によれば、キスロール荷重Ｐｋも考慮して作業ロールバランス力Ｐｂを設定するため、噛み込み時にキスロールが生じても、軸受等の部品を破損することなく、ロール間のスリップを防止することができる。

【0192】

更に、圧延機の運転切り替え方法では、トラクション係数μｒｔの許容値μｒｔｃｒがトラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘ未満と判定されるときは直接駆動方式を選択し、トラクション係数μｒｔの許容値μｒｔｃｒがトラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘ以上と判定されるときは間接駆動方式を選択することで、キスロール荷重も考慮して作業ロールバランス力Ｐｂを設定するため、軸受等の部品を破損することなく、ロール間のスリップを防止することができる。また、トラクション係数が大きすぎる場合は、間接駆動ではなく直接駆動に切り替えることで、トルク伝達の問題を解消することができる。なお、μｒｔｍａｘがμｒｔｃｒよりも大きいか、あるいは、小さいかにかかわらず、大径作業ロールで圧延できる場合は、大径作業ロール直接駆動方式を選択することは可能である。

【0193】

また、ミル縦剛性係数Ｋを得る工程は、圧延機に対して２回以上ミル縦剛性係数Ｋが得られている場合は、最新のミル縦剛性係数Ｋを用いる。圧延機を使用していく過程でミル縦剛性係数Ｋは小さくなり、これによりキスロール荷重が大きくなる傾向にあるため、経時変化によるミル縦剛性係数Ｋの影響が最も小さい最新のミル縦剛性係数Ｋの値を用いることで、キスロール荷重もより精度良く求められ、作業ロールバランス力も精度良く求めることができる。

【0194】

更に、トラクション係数μｒｔを求める工程では、圧延材５の噛み込み開始時から噛み込み完了までの間でキスロール荷重Ｐｋが０となる時のトラクション係数μｒｔをトラクション係数μｒｔの最大値μｒｔｍａｘとする。トラクション係数μｒｔ＝Ｆ／Ｐ＝Ｆ／（Ｐｒ＋Ｐｋ＋Ｐｂ）なので、Ｐｋ＝０のときのトラクション係数μｒｔを最大値μｒｔｍａｘとすることで最大値μｒｔｍａｘの導出を簡素にすることができる。

【0195】

また、圧延機の運転方法では、作業ロールバランス力を設定した後に、作業ロールバランス力の設定後に圧延機の運転を開始する工程と、圧延材５が上作業ロール６１０、下作業ロール６１１に噛み込む前に、上作業ロール６１０、下作業ロール６１１の各々の軸受６１０Ａ１，６１１Ａ１を圧延機のハウジング６００に押し付ける工程と、を備える。ロールの軸心が本来の軸方向に対し傾斜している状態でキスロール荷重が作用すると、例えば上作業ロール６１０と上中間ロール６２０間、上下の作業ロール６１０，６１１間等にスラスト力が発生し、小径の作業ロールの場合は軸受等が破損するおそれがある。しかし、このように作業ロール６１０，６１１の軸受６１０Ａ１，６１１Ａ１をハウジング６００に押し付け、軸心を傾斜させないことで、スラスト力を発生しにくくすることができ、作業ロール６１０，６１１間にキスロール荷重が生じても軸受等を破損しにくくすることができる。

【0196】

＜その他＞
なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。

【符号の説明】

【0197】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…圧延設備
５…圧延材
１０…Ｆ１スタンド（圧延機）
２０…Ｆ２スタンド（圧延機）
３０…Ｆ３スタンド（圧延機）
４０…Ｆ４スタンド（圧延機）
５０，５０Ｃ…Ｆ５スタンド（圧延機）
６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ…Ｆ６スタンド（圧延機）
８０…制御装置
８０ａ…第１取得部
８０ｂ…第１計算部
８０ｃ…第２計算部
８０ｄ…トラクション係数計算部
８０ｅ…第２取得部
８０ｆ…工程比較部
８０ｇ…設定部
８０ｈ…記憶部
９０…油圧装置
６００…ハウジング
６０２…出側固定部材
６０３…入側固定部材
６１０…上作業ロール（第１作業ロール）
６１０Ａ，６１０Ａ’…上作業ロール（第２作業ロール）
６１０Ａ１，６１０Ａ２，６１１Ａ１，６１１Ａ２，６２０Ａ１，６２１Ａ１…軸受
６１１…下作業ロール（第１作業ロール）
６１１Ａ，６１１Ａ’…下作業ロール（第２作業ロール）
６１２，６１２Ａ…上作業ロール軸受箱
６１３，６１３Ａ…下作業ロール軸受箱
６１５，６１６，６１７，６１８…シフトシリンダ
６２０，６２０’…上中間ロール
６２１，６２１’…下中間ロール
６２２…上中間ロール軸受箱
６２３…下中間ロール軸受箱
６３０…上バックアップロール
６３１…下バックアップロール
６３２…上バックアップロール軸受箱
６３３…下バックアップロール軸受箱
６４０，６４１…上作業ロールベンディングシリンダ
６４４，６４５…下作業ロールベンディングシリンダ
６５０，６５１…上中間ロールベンディングシリンダ
６５２，６５３…下中間ロールベンディングシリンダ
６６０…上作業ロール軸受箱がた取りシリンダ（押し付け装置）
６６２…下作業ロール軸受箱がた取りシリンダ（押し付け装置）
６７１…上中間ロール軸受箱がた取りシリンダ（押し付け装置）
６７２…上中間ロール軸受箱がた取りシリンダ（上大径作業ロール軸受箱がた取りシリンダ、押し付け装置）
６７３…下中間ロール軸受箱がた取りシリンダ（押し付け装置）
６７４…下中間ロール軸受箱がた取りシリンダ（下大径作業ロール軸受箱がた取りシリンダ、押し付け装置）
６８０…上バックアップロール軸受箱がた取りシリンダ
６８２…下バックアップロール軸受箱がた取りシリンダ
７５０，７５１…駆動装置
７６０，７６１…ユニバーサルジョイント
７６１ａ…ロール側カップリング
７６１ｂ…駆動装置側カップリング
８００…空隙埋め込み部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【国際調査報告】