JP2004209532A - 圧延機 - 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、増大する圧延トルクと異周速圧延に伴って必要になる付加トルクの合計値に耐え得る駆動機構を提供する。
【解決手段】上下１対のロールの駆動機構をロールを挟んで左右に配置した圧延機において、ロールを軸承する駆動側と反駆動側の軸受け内径に大小の差を設け、それらの内、大内径の軸受けをロールの駆動側に、また小内径の軸受けを反駆動側に配置する。
【選択図】 図２

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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一対の上下２本のロールで圧延材を圧延する圧延機においては、従来からロールを駆動するモーター及び自在接手から成る駆動機構を圧延機の単一側に上下に配置していた。このため、駆動機構の内特にロール側自在接手が互いに干渉するという、物理的なスペース不足に制約されて自在接手を大きく成し得ず、技術の進歩に伴って増大する圧延トルクを伝達するに十分な大きさの自在接手とすることが出来なかった。そこで本発明の発明者は上下の駆動機構をロールを挟んで左右に配置して自在接手を物理的なスペース不足から解放し、十分な大きさのトルク伝達能力のある自在接手を有する圧延機として特開２００２−３０１５８を提案した。しかしながら、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”の内、アルミニュウム系スーパーメタルにおいては、圧延材表層部のみならず厚みの中央部の結晶粒を微細化するために、付加剪断変形を板厚中央部にまで与える上下ロールの異周速圧延も求められるようになった。異周速圧延は、公知の如く、高速側ロールの駆動系に異周速圧延のための付加トルクが加算されるが、特開２００２−３０１５８にて提案した圧延機では圧延に必要なトルクしか伝達出来ないので、トルク不足に陥ってしまうという欠点があった。また、鉄系スーパーメタルに関しても更に大きな伝達能力の自在接手を有する駆動機構が求められている。
【０００３】
図３に示す従来の圧延機では、一対の上下２本のロールの内、直径Ｄの上ロール１０１は駆動側を内径ｄ１’の駆動側軸受け１０３を介して軸箱１０２で、また反駆動側を内径ｄ２’の反駆動側軸受け１０５を介して軸箱１０４で軸承されている。上ロールの駆動側軸端１０１’は直径ｄ３’で、駆動用自在接手の一部を成す外径ｄ４’のカップリング１０７がロール組み替え時に着脱可能な嵌合で組立られている。軸端１０１’は図６に示す如く、外径ｄ３’を幅Ｂ’で削いだ小判型をしており、カップリング１０７のメス型小判穴と嵌り合っている。
【０００４】
上下２本のロールの内、直径Ｄの下ロール２０１は駆動側を内径ｄ１’の駆動側軸受け２０３を介して軸箱２０２で、また反駆動側を内径ｄ２’の反駆動側軸受け２０５を介して軸箱２０４で軸承されている。下ロールの駆動側軸端２０１’は直径ｄ３’で、駆動用自在接手の一部を成す外径ｄ４’のカップリング２０７がロール組み替え時に着脱可能な嵌合で組立られている。軸端２０１’は図６に示す如く、外径ｄ３’を幅Ｂ’で削いだ小判型をしており、カップリング２０７のメス型小判穴と嵌り合っている。そして圧延材２は上下ロール１０１，２０１に挟まれて圧延される。
【０００５】
圧延機では上下ロール１０１，２０１の外径Ｄが摩耗して最小径になり、かつ圧延材２がない時上下ロールが接触出来なければならないという基本的条件があり、この為上下軸箱１０２，２０２または１０４，２０４間に上下ロール接触時でもスキマ１を保つよう軸箱の外形寸法Ｈ１’、Ｈ２’には制限がある。同じ理由から軸受け内径ｄ１’、ｄ２’、ロール軸端外径ｄ３’及びカップリング外径ｄ４’にも寸法制限があり、特にｄ３’、ｄ４’の寸法制限は近年のロール外径Ｄを変えずに圧延トルクを増大させたいとの技術的要求（前述のスーパーメタルなどの）にとって致命的な欠点であった。
【０００６】
そこで本発明の発明者は特開２００２−３０１５８を提案し、問題解決を計った。図４にその概要をしめす。
【０００７】
図４の一対の上下２本のロールの内、直径Ｄの上ロール１０１は駆動側を内径ｄ１’の駆動側軸受け１０３を介して軸箱１０２で、また反駆動側を内径ｄ２’の反駆動側軸受け１０５を介して軸箱１０４で軸承されている。上ロールの駆動側軸端１０１’にはアダプター１０６がトルク伝達に十分な強さで焼嵌めされている。アダプターの軸端部１０６’は外径ｄ３”で、駆動用自在接手の一部を成す外径ｄ４”のカップリング１０７がロール組み替え時に着脱可能な嵌合で組立られている。軸端１０６’は図７に示す如く、外径ｄ３”を幅Ｂ”で削いだ小判型をしており、カップリング１０７のメス型小判穴と嵌り合っている。
【０００８】
上下２本のロールの内、直径Ｄの下ロール２０１は駆動側を内径ｄ１’の駆動側軸受け２０３を介して軸箱２０２で、また反駆動側を内径ｄ２’の反駆動側軸受け２０５を介して軸箱２０４で軸承されている。下ロールの駆動側軸端１０１’にはアダプター２０６がトルク伝達に十分な強さで焼嵌めされている。アダプターの軸端部２０６’は外径ｄ３”で、駆動用自在接手の一部を成す外径ｄ４”のカップリング２０７がロール組み替え時に着脱可能な嵌合で組立られている。軸端２０６’は図７に示す如く、外径ｄ３”を幅Ｂ”で削いだ小判型をしており、カップリング１０７のメス型小判穴と嵌り合っている。そして下ロール２０１は上ロール１０１とは点対称的に駆動側が左右に分かれて配置されており、圧延材２は上下ロール１０１，２０１に挟まれて圧延される。
【０００９】
かかる構成の圧延機においては、図３と比較して、ロール外径Ｄ、軸受け内径ｄ１’・ｄ２’、軸箱外形寸法Ｈ１’・Ｈ２’、スキマ１が同一であっても、カップリング１０７・２０７が離れているため互いに干渉することなく、アダプター軸端部外径ｄ３”とカップリング外径ｄ４”は大きくすることが出来る。この結果ロール外径を従来と同一に保ちながら、伝達トルクの増大に対処出来た。
【００１０】
しかしながら、特開２００２−３０１５８で提案した圧延機ではロール外径Ｄを十分活かしきっていない欠点が見つかった。すなわち、図３，４において、ロールの駆動側及び反駆動側の軸受け内径ｄ１’、ｄ２’は保有予備品の種類を減少させる目的で同一になっている。これは１５５０年にフランスにおいて金貨の厚みを均等化する目的で圧延機が発明された時以来４５０年間、変わらない因習であると思われる。圧延機では圧延材の形状制御のため上下の軸箱間に矢印Ｆで示すロールベンディング力を作用させるが、ロールネックにはこのベンディング力による曲げ応力が付加的に作用する。この為、反駆動側ロールネックはこの曲げ応力に耐えるだけでよいのに対し、駆動側ロールネックには本来伝達されるべきトルクによるねじり応力に曲げ応力が付加されるので、ロールネックの大きさを決定する駆動側軸受け内径ｄ１’は反駆動側軸受け内径ｄ２’より大きくするのが妥当である。しかるに、図４においても因習に従ってｄ１’とｄ２’は同一径にしてしまった。
【００１１】
【本発明が解決しようとする課題】
図３の従来の圧延機では上下の駆動側軸箱１０２，２０２が上下に重なって配置されている為、スキマ１を確保するためには駆動側軸箱とラジアル軸受け１０３，２０３の内径は大きく出来ない。一方、図４の特開２００２−３０１５８で提案した圧延機では上下の駆動側軸箱１０２と２０２とは上下に重ならず、上駆動側軸箱１０２と下反駆動側軸箱２０４が重なるのでスペース的余裕が生じる。この結果、前述した異周速圧延に伴う付加トルクをも伝達可能な駆動機構を提供する手段として、駆動側及び反駆動側軸受け内径ｄ１’、ｄ２’に差を設けることが可能になり、如何なる合理的な差を設けるかが課題になった。また、このことは異周速圧延を行わない圧延機においては圧延トルクの増大に繋がる。
【００１２】
【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、特開２００２−３０１５８で提案した、上下の駆動機構をロールを挟んで左右に配置して自在接手を物理的なスペース不足から解放し、十分な大きさのトルク伝達能力のある自在接手を有する圧延機において、ロールを軸承する駆動側と反駆動側の軸受け内径に大小の差を設け、それらの内、トルク伝達を行うロールの駆動側に大内径の軸受けを、またトルク伝達を行わない反駆動側に小内径の軸受けを配置することを手段としている。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１，２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）上ロール１０１を、内径ｄ１の駆動側ラジアル軸受け１０３を介して軸箱１０２で、また内径ｄ２の反駆動側ラジアル軸受け１０５を介して軸箱１０４で軸承し、且つロール１０１の軸端部１０１’に焼嵌めされたアダプター１０６、同軸端部１０６’に着脱可能に取り付けられた自在接手のカップリング１０７より成る上ロールセット１００。なお、
アダプターの１０６の軸端部１０６’は図５に示す如く、外径ｄ３を幅Ｂで削いだ小判型をしており、カップリング１０７のメス型小判穴と嵌り合っている。
（３）下ロール２０１を、内径ｄ１の駆動側ラジアル軸受け２０３を介して軸箱２０２で、また内径ｄ２の反駆動側ラジアル軸受け２０５を介して軸箱２０４で軸承し、且つロール２０１の軸端部２０１’に焼嵌めされたアダプター２０６、同軸端部２０６’に着脱可能に取り付けられた自在接手のカップリング２０７より成る下ロールセット２００。なお、
アダプターの２０６の軸端部２０６’は図５に示す如く、外径ｄ３を幅Ｂで削いだ小判型をしており、カップリング２０７のメス型小判穴と嵌り合っている。
（４）上ロール駆動モーター１１からの圧延トルクを上ロールセット１００に伝達するモーター側自在接手１２、スピンドル１３，ロール側自在接手１４より成る上ロール駆動機構１０。なお、図２のカップリング１０７は図１のロール側自在接手１４の一部である。
（５）下ロール駆動モーター２１からの圧延トルクを下ロールセット２００に伝達するモーター側自在接手２２、スピンドル２３，ロール側自在接手２４より成る下ロール駆動機構２０。なお、図２のカップリング２０７は図１のロール側自在接手２４の一部である。
（６）上ロール１０１を支える上支持ロール３０１を上ロール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。
（７）下ロール２０１を支える下支持ロール４０１を下ロール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。
（８）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’。
（９）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、上下ロールの駆動機構１０，２０は上下ロールセット１００，２００を挟んで左右に配置されている。更に、上下のロール軸端部１０１’、２０１’に取り付けられた上下のアダプター１０６，２０６は圧延トルクを伝達可能な強さで焼嵌めで、また上下のアダプター軸端部１０６’、２０６’に取り付けられたカップリング１０７，１０８は図５の小判型軸接手で、それぞれ上下の駆動モーターからのトルクを伝達する。
【００１５】
圧延材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。
【００１６】
図２において、圧延材の形状制御のため上下の軸箱間に矢印Ｆで示すロールベンディング力を作用させると、ロールネックにはこのベンディング力による曲げ応力が付加的に作用する。この為、反駆動側ロールネックはこの曲げ応力に耐えるだけでよいのに対し、駆動側ロールネックには本来伝達されるべきトルクによるねじり応力に曲げ応力が付加されるので、前述した駆動・反駆動側の軸受けは同一内径でなければならないとする４５０年来の悪しき因習をブレークスルーして、それぞれのロールネックの強さを妥当に設計すれば、圧延機のトルク伝達能力の大きさを支配する駆動側軸受け内径ｄ１を従来技術の圧延機より大きくすることが出来る。
【００１７】
上ロール駆動側軸箱１０２の外形寸法Ｈ１は図３の従来の圧延機または図４の特開２００２−３０１５８で提案した圧延機の駆動側軸箱の外形寸法Ｈ１’より、軸受け内径がｄ１’からｄ１に大きくなった分大きくなる。一方、上ロール駆動側軸箱１０２に相対する下ロール反駆動側軸箱２０４の外形寸法Ｈ２は、反駆動側ロールネックがトルク伝達をしない理由で軸受け内径がｄ２’からｄ２に小さくなった分Ｈ２’より小さくなる。この結果、ロール径Ｄ最小時で圧延材２がない状態でも、上下ロールが接触出来なければならないという圧延機としての基本的条件を損なうことなく、両軸箱間のスキマ１を従来技術の圧延機と同一に保つことが出来る。
【００１８】
反駆動側軸受け内径ｄ２の大きさを決定する他の要因として、上下ロールと圧延材間に生じ、ロールの軸方向に作用するスラスト力がある。このスラスト力は上下ロール１０１，２０１の反駆動側軸端に取り付けられたスラスト軸受け１０８，２０８を介して、反駆動側軸箱１０４、２０４で軸承されているが、その影響は反駆動側軸受け１０５，２０５を駆動側軸受けと同一にしなければならない程に大きくはない。
【００１９】
図１に示す如く、上下の駆動機構１０，２０がロールを挟んで左右に配置された圧延機においては、上下のロール側自在接手１４，２４（図２，５におけるカップリング１０７，２０７はそれらの一部）の外径寸法ｄ４は自由に設計出来るから、異周速圧延に伴う付加トルクを伝達するのに十分な大きさに成し得る。
【００２０】
以上述べたように、駆動側軸受け内径を従来技術による圧延機より大きくすることが達成され、異周速圧延に伴う付加トルクを十分伝達可能な駆動機構を有する圧延機が製作可能になり、また異周速圧延しない圧延機においては付加トルクを圧延トルクとして流用できるので圧延機の大型化に繋がる。
【００２１】
ロール外径Ｄを同一の７５０ｍｍにして試設計した結果、図３の従来型、図４の特開２００２−３０１５８型及び本発明による圧延機の駆動系伝達可能トルクは順に８００，２４００，３２００ｋＮ−ｍになると見積もられ、従来型を１として特開２００２−３０１５８型は３倍、また本発明型は４倍と伝達能力の大幅な上昇を成し得た。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の圧延機によれば、下記の如き種々な優れた効果を発揮し得る。
【００２３】
上下１対のロールの駆動機構をロールを挟んで左右に配置した圧延機において、ロールを軸承する駆動側と反駆動側の軸受け内径に大小の差を設け、それらの内、大内径の軸受けをロールの駆動側に、また小内径の軸受けを反駆動側に配置したので、従来技術による圧延機に比べ、飛躍的に大きな圧延トルクを伝達可能な圧延機とすることが出来る。この結果、
（１）異周速圧延に伴う付加トルクを伝達可能になり、現在我が国の国家プロジェクトとして産学公が連携して共同で開発・研究を進めている、アルムニュウム系スーパーメタル圧延の実用化を加速するであろう。
（２）鉄系スーパーメタルの圧延においてはより大きな圧延トルクを実現し、その実用化を加速させるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧延機を実施する形態の例を示す側面図である。
【図２】本発明の圧延機を実施する形態の例を示す図１の主要部の拡大断面図である。
【図３】従来の圧延機の主要部を示す断面図である。
【図４】特開２００２−３０１５８で提案した圧延機の主要部を示す断面図である。
【図５】図２のＩ−Ｉ断面図である。
【図６】図３のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図７】図４のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【符号の説明】
１ 圧延機
２ 圧延材
３ ハウジング
４ ハウジング
１０ 上ロール駆動機構
２０ 下ロール駆動機構
１００ 上ロールセット
１０１ 上ロール
１０２ 駆動側軸箱
１０３ 駆動側軸受け
１０４ 反駆動側軸箱
１０５ 反駆動側軸受け
１０６ アダプター
１０７ カップリング
２００ 下ロールセット
２０１ 下ロール
２０２ 駆動側軸箱
２０３ 駆動側軸受け
２０４ 反駆動側軸箱
２０５ 反駆動側軸受け
２０６ アダプター
２０７ カップリング
３００ 上支持ロールセット
４００ 下支持ロールセット
Ｄ ロール外径
ｄ１ 駆動側軸受け内径
ｄ２ 反駆動側軸受け内径
ｄ３ アダプター軸端部外径
ｄ４ カップリング外径
Ｂ 小判幅
Ｆ ベンディング力
Ｈ１ 駆動側軸箱外形寸法
Ｈ２ 反駆動側軸箱外形寸法
スキマ１ 軸箱間スキマ

Claims (1)

1. 上下１対のロールの駆動機構をロールを挟んで左右に配置した圧延機において、該ロールを軸承する駆動側と反駆動側の軸受け内径に大小の差を設け、それらの内、大内径の軸受けを該ロールの駆動側に、また小内径の軸受けを反駆動側に配置することを特徴とする圧延機。

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