JP2004082200A - 圧延ロールのスラスト軸受機構 - Google Patents

Abstract

【課題】上下のロール径を従来と同一に保つ圧延機でスーパーメタルなどの低温で大歪圧延を必要とする新材料を圧延する際、形状制御に伴って発生し、増大する圧延力に比例して増大するロール軸方向のスラスト力に耐え得るスラスト軸受機構を提供する。
【解決手段】上下１対のロールに、一方向にのみ有効で且つテーパーころの軸芯とロールの軸芯がなす角度αが異なる２個のスラスト軸受を１対で装着した軸箱をロールを挟んで左右に配置し、圧延板材と上下ロール間に形状制御に伴って生じるスラスト力を前記の角度αが大きい方のスラスト軸受を介して一旦圧延機両側のハウジングで受け、両ハウジングを連結するタイバーで相殺する。
【選択図】　　　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属の板材を圧延する圧延機及び圧延板材の形状制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧延板材の形状制御方法に関しては、（１）圧延機を６段式にし、中間ロールの胴部端を圧延板材の幅に応じて変化させる形式（一般にはＨＣミルと呼ばれている）、（２）上下のロール表面にひょうたん型もしくはＳ字型の輪郭を相対して設け、両輪郭が成す空間をロールを軸方向にシフトさせて変化させる形式（同ＣＶＣミル）、（３）作業ロールと支持ロールを１対にして、上下でＸ型にクロス（交叉）させる形式（同ＰＣミル）等が公知である。しかしながら、これらの形式では近年増大してきたロール径を従来の大きさに保ちながら、より大きな圧延力・圧延トルクに耐え、且つ、圧延力増大に比例して増大する形状制御に伴うロールの軸方向スラスト力にも耐えうる圧延機を必要とする技術的要求（例えば平成１３年１２月１８〜１９日に開催された財団法人金属系材料研究開発センター及び次世代金属・複合材料研究開発協会主催の第４回スーパーメタルシンポジウムで発表された低温で大歪圧延を必要とする新材料”スーパーメタル”）に対応し得ない共通の欠点があった。
【０００３】
図１に示す如く、従来の圧延機では、上ロールセット１００は上ロール１０１、駆動側軸箱１０２，反駆動側軸箱１０３、ラジアル軸受１０４、スラスト軸受１０６、半割れリング１０９、スクリュー１１０、ナット１１１、スペーサー１１２より構成されている。駆動側軸箱１０２はラジアル軸受１０４を介して、また反駆動側軸箱１０３はラジアル軸受１０４とスラスト軸受１０６を介してそれぞれロール１０１に装着されている。上ロール１０１と圧延板材２間に生じる形状制御に伴うスラスト力（矢印１１で示す）は上ロールの反駆動側軸端の溝１０８にはまりこむ反割れリング１０９、スクリュー１１０、ナット１１１、スペーサー１１２、スラスト軸受１０６を通って反駆動側軸箱１０３に伝達され、最終的には図１に図示しない圧延機の反駆動側ハウジングに伝達される。
【０００４】
一方、下ロールセット２００は下ロール２０１、駆動側軸箱２０２，反駆動側軸箱２０３、ラジアル軸受２０４、スラスト軸受２０６、半割れリング２０９、スクリュー２１０、ナット２１１、スペーサー２１２より構成されている。駆動側軸箱２０２はラジアル軸受２０４を介して、また反駆動側軸箱２０３はラジアル軸受２０４とスラスト軸受２０６を介してそれぞれロール２０１に装着されている。下ロール２０１と圧延板材２間に生じる形状制御に伴うスラスト力（矢印１２で示す）は矢印１１で示す上ロールのスラスト力の反作用力であり、下ロール肩部２１３からスラスト軸受２０６を通って反駆動側軸箱２０３に伝達され、最終的には図１に図示しない圧延機の反駆動側ハウジングに伝達され、ハウジング内で矢印１１のスラスト力と相殺される。
【０００５】
従って、スラスト軸受１０６と２０６は同じ寸法形状ではあるが、軸受としては双方向のスラスト力を受けることになり、軸受形式としては主として複列円すいコロ軸受が用いられている。しかしこの形式の軸受では上記した技術的要求により増大するスラスト力に対応すべく軸受外径ｄＢを大きくしようにも、上下に隣接する上下ロール１０１，２０１の外径Ｄの制限を受けて不可能である。従って、同じ寸法で基本定格荷重を大きくするには複列円すいコロ軸受のコロの軸芯がロール軸芯と成す角度αを大きくしなければならないが、急勾配型の複列円すいコロ軸受を使用してもα＝３０°程度であって、飛躍的な基本定格荷重の増加には繋がらない。
【０００６】
α≒９０°で双方向用スラスト軸受として複式スラスト円すいコロ軸受があるが、軸受メーカーのカタログ記載のものは、寸法が複列円すいコロ軸受と同程度だと基本定格荷重はむしろ小さくなり、圧延機のロール用としては使えない。
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】
図１の上下ロール１０１，１０２の径Ｄが例えば７５０ｍｍの場合、スラスト軸受１０６，２０６が耐え得るスラスト力は１，０００ｋＮ程度であり、一方前述したスーパーメタルを形状制御しながら圧延する際に発生するスラスト力は３，０００ｋＮ以上である。従って以上考察したように、上下のロール径Ｄを変えずにより大きなスラスト力に耐え得るロールのスラスト軸受機構を得るには、軸受のコロの軸芯がロール軸芯と成す角度αが９０°もしくは９０°に近く従って基本定格荷重が複列円すいコロ軸受より飛躍的に大きい単列のスラスト円すいコロ軸受を使わざるを得なくなるが、この形式の軸受は元来一方向からのスラスト力を軸承するもので、図１に示す双方向のスラスト力には適していない。このことは増大するスラスト力を軸承しなければならないという問題をスラスト軸受と軸箱のみで解決することが困難で、圧延機の駆動装置の構造改革が必要であることを意味し、如何なる構造改革をするかが課題であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述せる実情に鑑みてなしたもので、（１）上下１対のロールに一方向にのみ有効で且つテーパーころの軸芯とロールの軸芯がなす角度αが異なる２個のスラスト軸受を１対で装着した軸箱をロールを挟んで左右に配置し、圧延板材と上下ロール間に形状制御に伴って生ずるスラスト力を前記の角度αが大きい方のスラスト軸受を介して一旦圧延機両側のハウジングで受け、両ハウジングを連結するタイバーで相殺すること、また（２）スラスト力を受けながら形状制御のためのロールの軸方向位置制御を行うため、位置制御機能付きシフトシリンダーを備えた上下のロールシフト装置をそれぞれ両ハウジングに独立して設けることを手段としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１０】
図２において圧延機１は次の構成部品で構成されている。
（１）左右２個のハウジング３，４
（２）図示しない上ロール駆動装置からの圧延トルクを伝達する軸端部１２０を有する上ロール１０１を駆動側軸端で軸承する駆動側軸箱１０２，反駆動側軸端で軸承する反駆動側軸箱１０３より成る上ロールセット１００
（３）図示しない下ロール駆動装置からの圧延トルクを伝達する軸端部２２０を有する下ロール２０１を駆動側軸端で軸承する駆動側軸箱２０２，反駆動側軸端で軸承する反駆動側軸箱２０３より成る下ロールセット２００
（４）上ロール１０１を支える上支持ロール３０１を駆動側軸端で軸承する駆動側軸箱３０２，反駆動側軸端で軸承する反駆動側軸箱３０３より成る上支持ロールセット３００
（５）下ロール２０１を支える下支持ロール４０１を駆動側軸端で軸承する駆動側軸箱４０２，反駆動側軸端で軸承する反駆動側軸箱４０３より成る下支持ロールセット４００
（６）ハウジング３，４にそれぞれ取り付けられた圧下ナット５，５’と螺合する左右の圧下スクリュー６，６’を上下動させる駆動装置７，７’
（７）上支持ロールセット３００を持ち上げ、圧下スクリュー６，６’に接触させるバランスシリンダー装置８。
なお、上下の圧延トルク伝達用ロール軸端１２０，２２０は上下ロール１０１，２０１を挟んで左右に配置されている。
【００１１】
圧延板材２と上下のロール１０１，２０１間で生ずる圧延力の内上方へ向かう力は上ロール１０１から上支持ロールセット３００，圧下スクリュー６，６’を介して左右のハウジング３、４の上部に伝達される。また下方に向かう力は下ロール２０１から下支持ロールセット４００を介して左右のハウジング３，４の下部に伝達され、ハウジング３，４内で相殺される。
【００１２】
図３は本発明の圧延ロールのスラスト軸受機構を実施する形態の例で、図２の上下のロールセット１００，２００の詳細断面図である。圧延板材２は通常その厚さが板端より板中央の方が厚くなってビヤ樽型になる傾向があり、それを限りなく矩形に近づける技術が圧延板材の形状制御である。本発明ではその形状制御方式を特許「平４−１１２８１号」で公知の方式に準拠し、上下のロール１０１，２０１の表面に２点鎖線で示すひょうたん型もしくはＳ字型の輪郭を相対して設け、両輪郭が成す空間をロールを軸方向にシフトさせて変化させる方式を採用する。
【００１３】
この場合、板材２と上下ロール１０１，２０１間にはスラスト力が発生するが、その大きさは板材２の幅ｂが輪郭を形成する２個の半径Ｒの円の中心距離Ｃに等しい時最大になり、ｂがロール胴長Ｂに等し時またはｂ＝０でゼロになる。実際にはＢ＞ｂ＞０であるから、スラスト力はある大きさを持ち、その方向は矢印１１，１２で示す方向であって、上下ロール１０１，２０１は大きさが同じで方向が逆向きのスラスト力を受ける。
【００１４】
上ロールセット１００は図示しない上ロール駆動装置からの圧延トルクを伝達する軸端部１２０を有する上ロール１０１、駆動側軸箱１０２，反駆動側軸箱１０３、ラジアル軸受１０４、１０５、テーパーころの軸芯と該ロールの軸芯がなす角度αが大きいスラスト軸受１０６、同角度αが小さいスラスト軸受１０７、上ロールの反駆動側軸端の溝１０８にはまりこむ反割れリング１０９、スラスト軸受１０７の台座兼用のスクリュー１１０、ナット１１１、スペーサー１１２，１１３より構成されている。
【００１５】
駆動側軸箱１０２はラジアル軸受１０４、１０５を介して、また反駆動側軸箱１０３はラジアル軸受１０４と台座兼用のスクリュー１１０に装着されたスラスト軸受１０７を介してそれぞれ上ロール１０１に装着されている。なお、図３のスラスト軸受１０７は複列テーパーころ軸受が図示されているが、これはラジアル軸受としての機能を併せ持たせるもので、スラスト軸受１０７のロール胴部側テーパーころ１０７’がスラスト軸受１０６と対になって１組の双方向スラスト軸受を構成している。また、スクリュー１１０とスラスト軸受１０６の軌道輪１０６’間にスペーサー１１３を設け、ナット１１１でスクリュー１１０をねじ込む際、スラスト軸受１０６のアキシャル隙間を確保する。
【００１６】
上ロール１０１と圧延板材２間に生じる形状制御に伴うスラスト力（矢印１１で示す）は上ロールの肩部１１４からスペーサー１１２、スラスト軸受１０６を通って反駆動側軸箱１０３に伝達され、最終的には図２に示す圧延機１の一方の側のハウジング３に伝達される。
【００１７】
一方、下ロールセット２００は図示しない下ロール駆動装置からの圧延トルクを伝達する軸端部２２０を有する下ロール２０１、駆動側軸箱２０２，反駆動側軸箱２０３、ラジアル軸受２０４、２０５、テーパーころの軸芯と該ロールの軸芯がなす角度αが大きいスラスト軸受２０６、同角度αが小さいスラスト軸受２０７、下ロールの反駆動側軸端の溝２０８にはまりこむ反割れリング２０９、スラスト軸受２０７の台座兼用のスクリュー２１０、ナット２１１、スペーサー２１２，２１３より構成されている。
【００１８】
駆動側軸箱２０２はラジアル軸受２０４、２０５を介して、また反駆動側軸箱２０３はラジアル軸受２０４と台座兼用のスクリュー１１０に装着されたスラスト軸受２０７を介してそれぞれ下ロール２０１に装着されている。なお、上ロールと同様にスラスト軸受２０７は複列テーパーころ軸受が図示されているが、これはラジアル軸受としての機能を併せ持たせるもので、スラスト軸受２０７のロール胴部側テーパーころ２０７’がスラスト軸受２０６と対になって１組の双方向スラスト軸受を構成している。
【００１９】
下ロール２０１と圧延板材２間に生じる形状制御に伴うスラスト力（矢印１２で示す）は下ロールの肩部２１４からスペーサー２１２、スラスト軸受２０６を通って反駆動側軸箱２０３に伝達されるが、下ロールの反駆動側軸箱２０３は上ロールの反駆動側軸箱１０３とロールを挟んで左右に配置されているので、矢印１２で示すスラスト力は最終的には図２に示す圧延機１の他の側のハウジング４に伝達される。
【００２０】
圧延機は条件により圧延板材２の形状制御をしない場合があり、図３の上下のロール１０１，２０１の表面に２点鎖線で示すひょうたん型もしくはＳ字型の輪郭を設けず、平坦な胴部のロールで板材を圧延することがある。この場合、理論的にはスラスト力は発生しないが、上下ロールの僅かな平行度の狂いや板材が最初から持つ上下面の平行度の違いなどによりスラスト力が発生し、その方向はランダムに変わる。もしこのスラスト力が形状制御に伴うスラスト力と同一方向なら上下ロールの軸箱内のスラスト軸受１０６または２０６で、逆方向ならスラスト軸受１０７，２０７のロール胴部側テーパーころ１０７’、２０７’で軸承する。
【００２１】
次に、上下の反駆動側軸箱１０３，２０３から圧延機１の両側のハウジング３，４にスラスト力を伝達するロールシフト装置を説明する。
【００２２】
図４において、ロールシフト装置５００はピボット軸５０１、レバー５０２、キーパープレート５０３、ボルト・ナット５０４、開閉シリンダー５０５，ライナー５０６，５０７より構成されている。キーパープレート５０３はボルト・ナット５０４でレバー５０２に摺動可能なスキマを保持して取り付けられている。
【００２３】
キーパープレート５０３の先端には半径Ｒ１の円筒内面があり、同じ半径Ｒ１の円筒外面を持ったライナー５０６が円筒面の中心点Ｐを回転中心にして揺動可能なように取り付いている。また、レバー５０２の先端には上記の中心点Ｐを共通点とする半径Ｒ２の円筒内面があり、同じ半径Ｒ２の円筒外面を持ったライナー５０７が円筒面の中心点Ｐを回転中心にして揺動可能なように取り付いている。
【００２４】
ライナー５０６，５０７は上ロール反駆動側軸箱１０３から一体的に突き出したＬ字型突起１０３’を挟み込んでいて、前記したロール１０１から軸箱１０３に伝達される形状制御時のスラスト力（矢印１１で示す）をライナー５０６で、または形状制御をしない時にランダムに発生し矢印１１とは逆方向のスラスト力をライナー５０７で支える。
【００２５】
ハウジング３に一体的に設けられた突起３１にはロールシフト装置５００のピボット軸５０１が取り付けられ、ロールシフト装置５００はピボット軸を回転中心として揺動する。またハウジング３に取り付けられた台２１のピン２２を回転中心として揺動する位置制御機能を持ったシフトシリンダー２３の先端にはピン２４があり、ロールシフト装置５００とピン結合されている。
【００２６】
かくして、図３の矢印１１で示す形状制御時に圧延板材２と上ロール１０１間に生じるスラスト力または非形状制御時にランダムに生じる矢印１１と逆方向のスラスト力はスラスト軸受１０６または１０７を介して反駆動側軸箱１０３に伝達され、Ｌ字型突起１０３’、ライナー５０６，５０７、上ロールシフト装置５００、シフトシリンダー２３を介してハウジング３に伝達され且つ支えられる。
【００２７】
形状制御する際の上ロールセットの軸方向位置制御は位置制御機能を持ったシフトシリンダー２３を位置制御することにより行われる。なお、ロールシフト装置５００は上ロールセット１００に対し２組で１対の装置を構成している。
【００２８】
下ロールセット２００のロールシフト装置は上ロールセットと同じ方式で、外見上大きく異なる点は、図５を参照して、下ロール用ロールシフト装置５００が上ロール用とは逆のハウジング４に取り付けられていること及びハウジング３，４を連結するタイバー１０が下ロールセット２００近辺にあることである。その他の構成部品は上ロールセット用と同じで、主なる構成部品番号を挙げれば、上ロールセット１００、上ロール１０１，反駆動側軸箱１０３，Ｌ字型突起１０３’はそれぞれ２００、２０１，２０３，２０３’で示した。またハウジング３の突起３１はハウジング４の突起４１で示した。
【００２９】
図５に示すように、圧延機１の両側のハウジング３，４はタイバー１０で連結されており、形状制御により発生したスラスト力は、上下のスラスト軸受１０６，１０７，２０６，２０７、反駆動側軸箱１０３，２０３のＬ字型突起１０３’、２０３’、ロールシフト装置５００、両側のハウジング３，４を介してタイバー１０に伝達され、最終的にはタイバー１０内で引張力となって相殺される。また、図３の上下ロール間中心距離Ｌをモーメントアームとするスラスト力による偶力はハウジング３，４の剛性で相殺する。
【００３０】
図３における上下のロール１０１，２０１の表面に２点鎖線で示すひょうたん型もしくはＳ字型の輪郭を相対して設けることによって生じるスラスト力は、図３のモーメントアームをＬとする反時計方向の偶力を生じ、タイバー１０に引張力を生じるが、ひょうたん型もしくはＳ字型の輪郭を図３と勝手反対に設ければ偶力は時計方向になり、タイバー内に生じる力は圧縮力になる。
【００３１】
なお、本発明の圧延ロールのスラスト軸受機構は上述した実施の形態にのみ限定されるものではなく、例えばタイバー内に圧縮力を生ぜしめる機構にするなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の圧延機の圧延ロールのスラスト軸受機構によれば、下記の如き種々な優れた効果を奏し得る。
【００３３】
上下１対のロールに一方向にのみ有効で且つテーパーころの軸芯とロールの軸芯がなす角度αが異なる２個のスラスト軸受を１対で装着した軸箱をロールを挟んで左右に配置し、圧延板材と上下ロール間に形状制御に伴って生じるスラスト力を前記の角度αが大きい方のスラスト軸受を介して一旦圧延機両側のハウジングで受け、両ハウジングを連結するタイバーで相殺すること、また、スラスト力を受けながら形状制御のためのロールの軸方向位置制御を行うための位置制御機能付きシフトシリンダーを備えた上下のロールシフト装置をそれぞれ両ハウジングに独立して設けることにより、ロール径を同一に保ちながら大きなスラスト力に耐え得る圧延ロールのスラスト軸受機構が製作可能になった。この結果、スーパーメタルなどの低温で大歪圧延を必要とする新材料の形状制御が可能になり、その経済的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の圧延機のロールのスラスト機構を示す断面図である。
【図２】本発明のロールのスラスト軸受機構を備える圧延機を実施する形態の例を示す側面図である。
【図３】図２の主要部の拡大図で、本発明のロールのスラスト軸受機構を実施する形態の例を示す断面図である。
【図４】図２のＩ−Ｉ方向矢視図である。
【図５】図２のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。
【符号の説明】
１　　　圧延機
２　　　圧延板材
３　　　ハウジング
４　　　ハウジング
１０　　タイバー
２３　　位置制御機能付きシフトシリンダー
３１　　突起
４１　　突起
１００　上ロールセット
１０６　スラスト軸受
２００　下ロールセット
２０６　スラスト軸受
５００　ロールシフト装置

Claims (1)

1. 上下１対のロールのそれぞれの反駆動側軸端に、一方向にのみ有効で且つテーパーころの軸芯と該ロールの軸芯がなす角度が異なる２個のスラスト軸受を１対で装着した軸箱を設け、該上下１対の軸箱を該上下のロールを挟んで左右に配置し、圧延板材を形状制御する際該上下のロールと該圧延板材間に生じる左右逆方向のスラスト力を前記１対のスラスト軸受の内テーパーころの軸芯と該ロールの軸芯がなす角度が大きい方のスラスト軸受で軸承し、該軸箱から圧延機の左右２個のハウジングにそれぞれ伝達し、該ハウジングを連結するタイバーで相殺することを特徴とする圧延ロールのスラスト軸受機構。

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