JP2010089113A - 多段圧延機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ベアリングケースの振動を確実に抑制する。
【解決手段】本発明の多段圧延機１は、ワークロール７をバックアップしつつ回転駆動力を付与する駆動ロール８と、駆動ロール８を回転自在に支持すると共にフレーム側面に沿って摺動自在に取り付けられたベアリングケース１３と、駆動ロール８の軸心と非同軸心回りに回転する入力軸１０の回転駆動力を駆動ロール８に伝達するユニバーサルスピンドル１２と、を備え、さらにベアリングケース１３を駆動軸１１の軸心方向に沿ってフレーム６側に向かって押圧する押圧機構を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動ロールやその近傍で発生する振動を抑制する機構を備えた多段圧延機に関するものである。

一般に、ステンレス鋼などの薄物圧延材の圧延には、圧延材を圧延する上下一対のワークロールとワークロールのそれぞれをバックアップする複数段のバックアップロールとを備えた多段圧延機が用いられる。このような多段圧延機は、複数段のバックアップロールのいずれかが駆動ロールとなっており、駆動ロールの駆動軸にユニバーサルスピンドルを介して駆動力が伝達してワークロールを回転駆動させる構造となっている。
ところで、上述のような多段圧延機においては、各ロールが摩耗し外径が小さくなりロール間に隙間が生じる為に、駆動ロールを径方向に移動させる必要がある。それゆえ、駆動ロールのベアリングケースには、ベアリングケースを駆動ロールの径方向に案内するガイドプレートと、ベアリングケースをガイドプレートに沿って案内する摺動機構とが設けられている。そして、その摺動機構にはベアリングケースをガイドプレートに対して摺動自在とするために、一定の隙間が存在する。それゆえ、圧延速度が大きくなると、ベアリングケースやガイドプレートに振動によるガタツキが発生し、疲労破壊が起こる虞があった。

そこで、特許文献１の多段圧延機では、ベアリングケースをガイドプレートの案内方向に沿って径方向に常時付勢してベアリングケースの振動を抑制するようにした多段圧延機が開示されている。
特開平０５−２５３６０８号公報

ところが、特許文献１の多段圧延機のように、ベアリングケースをガイドプレートに沿って付勢しても、ベアリングケースの振動が十分に抑制されないことが操業実績として分かっている。そのため、圧延速度が大きい場合には、疲労破壊などの危険性を完全になくすことはできなかった。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、駆動ロールやそれを支えるベアリングケースの振動を十分に抑制できる多段圧延機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の多段圧延機は、ワークロールをバックアップしつつ回転駆動力を付与する駆動ロールと、該駆動ロールの駆動軸を回転自在に支持すると共にフレーム側面に沿って摺動自在に取り付けられたベアリングケースと、前記駆動ロールの軸心と非同軸心回りに回転する入力軸の回転駆動力を当該駆動ロールに伝達するユニバーサルスピンドルと、を備えたものであって、
前記ベアリングケースを駆動ロールの軸心方向に沿って前記フレーム側に向かって押圧する押圧機構を備えていることを特徴とする。

発明者らは、まず駆動ロールやベアリングケースの振動の挙動について鋭意研究した。その結果、ユニバーサルジョイントを駆動ロールに角度を持った状態で連結して回転させた際に発生する２次偶力が、駆動ロールやベアリングケースの振動の発生源となっていることを知見した。詳しくは、２次偶力によって振動が発生する際には駆動ロールやベアリングケースがフレーム側面に沿って上下左右に揺動するため、ベアリングケースを駆動ロールの軸方向に沿って拘束することで最も効果的に振動を抑制できる。そこで、駆動ロールを軸方向に拘束する押圧機構を設けてみたところ、実際にベアリングケースの振動が十分に抑制され、ガイドプレートの疲労破壊が防止可能となることを知見し、本発明を完成したのである。

なお、前記押圧機構は、前記ベアリングケースを前記フレーム側に向かって押圧する流体シリンダであっても良い。

本発明の多段圧延機により、ベアリングケースの振動を確実に抑制することができる。

多段圧延機１が設けられた圧延装置２を以下に例示して、本発明の多段圧延機１を詳しく説明する。
図１に示されるように、圧延装置２は、圧延される圧延材３を巻出す巻出部４と圧延された圧延材３を巻取る巻取部５とを有しており、巻出部４と巻取部５との間には圧延材３を圧延する多段圧延機１が設けられている。多段圧延機１は、鋼、ステンレス鋼、銅、銅合金などの金属板やステンレス箔等の金属箔のリバース圧延に用いられる圧延機であり、通板方向（通箔方向）を正逆で切り替え（反転させ）ながら圧延材３を圧延できるようになっている。

図２には本実施形態の多段圧延機１のワークロール７付近の拡大図が示されている。
図２の紙面上での上下を多段圧延機１を説明する際の上下とする。また、図２の紙面上での左右を多段圧延機１を説明する際の左右とする。これらの方向は駆動側（ドライブサイド）から多段圧延機１を見た際の方向と一致する。
本実施形態の多段圧延機１は１２段の多段圧延機であり、１２本のロールを軸承するフレーム６を備えている。このフレーム６には、上下一対のワークロール７と、各ワークロール７をそれぞれ支持する２本の駆動ロール８と、上側又は下側の駆動ロール８をそれぞれバックアップする３本のバックアップロール９と、が配設されている。駆動ロール８とバックアップロール９とは、通板された圧延材３を幅方向に横切るようにフレーム６に架け渡されている。

駆動ロール８は、ワークロール７より大きなロール径を備えたロール本体を有しており、ロール本体の側面でワークロール７に接してワークロール７をバックアップすると共にワークロール７を回転駆動できるようになっている。なお、駆動ロール８を回転駆動させる機構や支承する機構については後述する。
バックアップロール９は、上側の駆動ロール８の上方と、下側の駆動ロール８の下方とに、それぞれ３本ずつ配置されている。バックアップロール９は、駆動ロール８より大きなロール径を備えると共にそのロール表面で駆動ロール８に接しており、駆動ロール８をバックアップできるようになっている。

また、多段圧延機１には、電動モータなどの駆動源（図示略）が備えられ、この駆動源からの回転駆動力がユニバーサルスピンドル１２を介して駆動ロール８へと伝えられる。
以下、駆動ロール８を回転駆動する機構について詳説する。
図３に示すように、前述した駆動ロール８は、ロール本体と同軸状に立設された駆動軸１１を備えており、駆動軸１１はフレーム６の側面から外側に向かって突出状に形成されている。下側の駆動軸１１は上側の駆動軸１１より外側に向かって長く突出形成され、また下側の駆動軸１１の突出部分には小径にえぐれた細首部１５が形成されている。一方、図３の裏側に設けられる駆動軸１１は、図３に示される駆動軸１１とは突出長さの長短や細首部１５の配置が上下で逆になっており、上側の駆動軸１１は下側の駆動軸１１より外側に向かって長く突出形成され、また上側の駆動軸１１の突出部分には小径にえぐれた細首部１５が形成されている。

一方、電動モータからの回転駆動力はピニオンスタンド（図示略）を介して伝達され、入力軸１０に出力される。この入力軸１０は駆動ロール８の側方に離れて設けられており、その軸心は駆動軸１１の軸心と一致せず非同軸心となっている。すなわち、本実施形態では入力軸１０の軸心は駆動軸１１の軸心に対して上下方向に離れた位置に配設され、上側の入力軸１０は上側の駆動軸１１の軸心に対してさらに上方に位置する軸心回りに回転するようになっており、下側の入力軸１０は下側の駆動軸１１の軸心に対してさらに下方に位置する軸心回りに回転するようになっている。

入力軸１０と駆動軸１１とを連結するため、ユニバーサルスピンドル１２が採用されている。ユニバーサルスピンドル１２は、本実施形態では、互いに軸心が上下に離れた入力軸１０と駆動軸１１とを傾斜状に連結しており、配管などを設置するためのスペースを上下方向に設けつつ、上下に近接した位置に設けられた駆動軸１１に対して回転駆動力を確実に伝達することが可能となっている。
次に、駆動ロール８の支承機構について説明する。
多段圧延機１は、フレーム６の側面に、駆動ロール８を回転自在に支持するベアリングケース１３と、ベアリングケース１３を径方向に摺動自在に案内するガイドプレート１４ａ〜１４ｃとを備えている。多段圧延機１は、ガイドプレート１４ａ〜１４ｃに対してベアリングケース１３を摺動することで、駆動ロール８を上下方向に移動できるようになっている。

ベアリングケース１３は、フレーム６の側面に設けられており、各駆動ロール８の駆動軸１１をそれぞれ支承する箱状に形成されている。ベアリングケース１３は、駆動軸１１から離れた縁側が段差状に形成されており、この段差状の部分に駆動軸１１の軸心に対して垂直且つ平坦な押し付け面１７を備えている。この押し付け面１７に後述する油圧シリンダ１８の押さえ部材１９を押し当て可能となっている。
ベアリングケース１３は、駆動軸１１を挿通可能な軸穴２０を有しており、この軸穴２０の内部には駆動軸１１を軸支するベアリング２１が設けられている。このベアリング２１は、ラジアル方向とスラスト方向とに駆動軸１１を軸受けしており、駆動軸１１をベアリングケース１３に対して軸方向の移動を規制しつつ回転自在に支持している。

ベアリングケース１３の左右の側面には、直線状に且つフレーム６の側面に略平行に伸びる凹溝２２がそれぞれ形成されている。上側のベアリングケース１３は、その凹溝２２が略上下方向を向くように配設されている。下側のベアリングケース１３に関しては、上側のベアリングケース１３と略同形状であり、その配置が上下に反転した向きとなっている。
上下それぞれのベアリングケース１３の凹溝２２には、ガイドプレート１４ａ〜１４ｃの案内突起２３が係合可能となっており、凹溝２２に案内突起２３を係合することで各ベアリングケース１３はフレーム６に対して摺動自在に支持される。

ガイドプレート１４ａ〜１４ｃは、フレーム６の側面に沿ってボルト２４を用いて取り付けられており、上下に１組設けられている。つまり、上右側のベアリングケース１３の右側端部を支持する長方形状のガイドプレート１４ａと、上左側のベアリングケース１３の左側端部を支持する長方形状のガイドプレート１４ｃと、上右側のベアリングケース１３の左側端部と上左側のベアリングケース１３の右側端部とを同時に支持する略三角形状のガイドプレート１４ｂとが設けられている。
ガイドプレート１４ａ〜１４ｃは、いずれもベアリングケース１３の凹溝２２に係合する案内突起２３を備えている。例えば、上側のガイドプレート１４ａ〜１４ｃの場合であれば、右側のガイドプレート１４ａにおける左側端部、左側のガイドプレート１４ｃにおける右側端部、及び中央のガイドプレート１４ｂにおける左右両側の端部に、案内突起２３がそれぞれ設けられている。

案内突起２３は、凹溝２２に対して摺動自在に嵌り込むように形成されており、ベアリングケース１３をスライド自在に案内している。これにより、各ロールが摩耗し、径が小さくなっても駆動ロール８が上下方向に移動し、各ロールを常に接触させることが可能となる。
一方、下側のガイドプレート１４ａ〜１４ｃは、上側のガイドプレート１４ａ〜１４ｃと略同様の形状を有しており、その配置は上下に反転したものとなっている。
ところで、上述のようにユニバーサルスピンドル１２は、駆動軸１１に対して傾斜状に連結されており、駆動ロール８（駆動軸１１）に角度を持った状態で連結されている。それゆえ、ユニバーサルスピンドル１２を回転させると、回転により２次偶力が発生する。この２次偶力は駆動軸１１やベアリングケース１３をフレーム６側面に沿って上下左右に揺動させ、ひいてはベアリングケース１３や駆動ロール８を振動させるようになる。

そこで、本発明の多段圧延機１は、駆動軸１１を軸方向に拘束して振動を効果的に抑制できるように、ベアリングケース１３を駆動軸１１の軸心方向に沿ってフレーム６側に向かって押圧する押圧機構を備えている。本実施形態の押圧機構は、ベアリングケース１３を駆動軸１１の軸心方向に沿って押圧する油圧シリンダ１８（流体シリンダ）を備えており、また油圧シリンダ１８を支持する支持部材２５と、支持部材２５をフレーム６側に固定する固定部材２６とを有している。
また、本実施形態では、下側に設けられたベアリングケース１３に関しては、押圧機構に加え、ベアリングケース１３を下方から上方（径方向）に沿って押圧して、ベアリングケース１３（駆動軸１１）をフレーム６に対して拘束する付勢機構２７が設けられている。

油圧シリンダ１８は、ベアリングケース１３に対応してベアリングケース１３ごとに設けられており、それぞれのベアリングケース１３を駆動軸１１の軸心方向に沿ってフレーム６側に向かって押圧している。
油圧シリンダ１８は、シリンダ本体２８と、シリンダ本体２８に収容されたロッド２９と、ロッド２９をシリンダ本体２８に対して前進又は後退させる油圧回路（図示略）とを備えている。油圧シリンダ１８は、油圧回路を用いてロッド２９をシリンダ本体２８に対して任意の突出量や縮退量で前進又は後退させられるようになっている。また、圧力調整弁を備えているので、圧延材３の種類や圧延条件に合わせてベアリングケース１３の拘束力を任意に調整できるからである。

ロッド２９の先端には、ベアリングケース１３の押し付け面１７に接してベアリングケース１３を駆動軸１１の軸心方向に沿って押圧する押さえ部材１９が設けられている。この押さえ部材１９は、摩耗時に取り替えが可能となるようにロッド２９に対してねじ込みなどで取り付けられており、またベアリングケース１３を傷つけないようにベアリングケース１３を構成する材料より柔らかい材料を用いて形成されている。
油圧シリンダ１８のシリンダ本体２８には外周に雄ネジ部が形成されており、ロックナットを用いて支持部材２５に固定可能となっている。

支持部材は、上側のベアリングケース１３の上方で正面視でベアリングケース１３と重なるように設けられた支持部材２５ａを有する。さらに、下側のベアリングケース１３の下方で正面視でベアリングケース１３と重なるように設けられた支持部材２５ｂを有する。上側の支持部材２５ａは上側の２本の油圧シリンダ１８をまとめて支持しており、下側の支持部材２５ｂは下側の２本の油圧シリンダ１８をそれぞれ個別に支持している。
上側の支持部材２５ａは、図２に示すように略逆Ｔ字状の板体でありフレーム６側面と平行に配備されていて、上端と左右方向の両端とに設けられた３本の固定部材２６によりフレーム６に固定されている。上側の支持部材２５には、油圧シリンダ１８を挿通可能なシリンダ固定孔が左右に並んで２つ形成されている。このシリンダ固定孔は、内周側にシリンダ本体２８のネジ部と螺合可能な雌ねじ部が形成されており、油圧シリンダ１８のシリンダ本体２８をロックナットを用いて支持部材２５に固定可能となっている。

下側の支持部材２５ｂは、図２に示すように上方に向かって略三角形状に形成された板体でありフレーム６側面と平行に配備されていて、下部の両側にそれぞれ設けられた２本の固定部材２６によりフレーム６に固定されている。下側の支持部材２５ｂには、油圧シリンダ１８を挿通可能なシリンダ固定孔がそれぞれ上側に１つずつ形成されている。このシリンダ固定孔も、上側の支持部材２５ａのシリンダ固定孔と同様に、内周側にシリンダ本体２８のネジ部と螺合可能な雌ねじ部が形成されており、油圧シリンダ１８のシリンダ本体２８を固定可能となっている。

固定部材２６は、駆動軸１１の軸心方向に沿って長尺に形成された棒材であり、内部には長尺ボルト３１が貫通状に設けられている。固定部材２６は、フレーム６の側面に且つベアリングケース１３の近傍に立設していて、内部に設けられた長尺ボルト３１を用いて支持部材２５ａ，２５ｂをフレーム６から浮き上がった状態で固定できるようになっている。
付勢機構２７は、下側のベアリングケース１３の下方に設けられた弾性部材３２を備えており、この弾性部材３２の下端側は係止具３３を用いてフレーム６に固定されている。弾性部材３２の上端側はベアリングケース１３の下側側面を下方から押圧している。そのため、弾性部材３２は、ガイドプレート１４ａ〜１４ｃに対するベアリングケース１３の案内方向に沿って押し上げられるようになっている。

このような付勢機構２７を設けることで、ベアリングケース１３や駆動軸１１を軸方向のみならず径方向にも拘束することが可能となり、振動抑制効果をさらに高めることが可能となる。
本発明の多段圧延機１では、上述のようにユニバーサルスピンドル１２は駆動軸１１に対して斜め上方や下方に傾斜状に連結されており、駆動ロール８（駆動軸１１）に角度を持った状態で連結されている。それゆえ、ユニバーサルスピンドル１２の回転により２次偶力が発生すると、２次偶力は駆動軸１１やベアリングケース１３をフレーム６側面に沿って上下左右に揺動させる方向に作用し、振動の発生源となる。

ところが、上述のようにベアリングケース１３を駆動軸１１の軸心方向に沿って押圧する押圧機構を設けると、駆動軸１１を軸方向に拘束して振動を効果的に抑制することができる。
上述の押圧機構により駆動軸１１を軸方向に拘束する際には、圧延に先立ってベアリングケース１３をガイドプレート１４ａ〜１４ｃに沿って案内しつつ駆動ロール８をワークロール７に当接状態とする。そして、油圧回路を用いて油圧シリンダ１８のロッド２９をシリンダ本体２８に対して伸長させ、ロッド２９の先端に設けられた押さえ部材１９でベアリングケース１３を駆動軸１１の軸方向に押圧する。

このようにすれば、油圧シリンダ１８により、ベアリングケース１３がフレーム６に対して駆動軸１１の軸方向に付勢され、駆動軸１１が軸方向に拘束されて振動が効果的に抑制される。
一方、ワークロール７の交換の場合などのように上述の押圧機構による駆動軸１１の拘束を解除する際には、油圧回路を用いて油圧シリンダ１８のロッド２９をシリンダ本体２８に対して縮退させ、ロッド２９の先端に設けられた押さえ部材１９をベアリングケース１３から離間するようにする。このようにすることで、ベアリングケース１３をガイドプレート１４ａ〜１４ｃに沿って案内して駆動ロール８をワークロール７から離すことが可能となり、ワークロール７を多段圧延機１から抜き取ってメンテナンス等を行うことができる。

次に、１２段の多段圧延機１で実際に圧延を行った際に発生する振動の測定結果を用いて本発明の多段圧延機１について詳しく説明する。
圧延に用いた圧延材３は材料強度が異なるＳＵＳ３０４及びＳＵＳ３０１である。振動の測定は、これらの圧延材３に対して所定の圧下率で圧延を行った際に、ベアリングケース１３に軸方向に沿って取り付けられた振動計を用いて、圧延機に発生する振動の振幅を測定することで行った。なお、振幅は、押圧手段を備えていない場合の振幅を１００％としたときの値で示した。振動の測定結果を表１に示す。

表１においてＳＵＳ３０４を圧延材３として圧延した実験Ｎｏ．１〜実験Ｎｏ．４の間で比較すると、材料強度が５８８Ｎ／ｍｍ²〜１３７３Ｎ／ｍｍ²と変化しても、押圧機構による押付がある場合の振幅が、ない場合より２２〜５９％小さくなっており、押圧機構による押付を行うことで振動が抑制されたことが分かる。また、実験Ｎｏ．１〜実験Ｎｏ．４の間では、圧下率が１％〜２７％と変化しても、或いは通板速度が１００ｍｐｍ〜２８０ｍｐｍで変化しても、押圧機構による押付を行うことで振動が抑制されている。
これらのことから、材料強度、圧下率、又は通板速度が変化しても、押圧機構によって振動が抑制されることが期待できる。

一方、ＳＵＳ３０４を圧延材３として圧延した実験Ｎｏ．１〜実験Ｎｏ．４と、ＳＵＳ３０１を圧延材３として圧延した実験Ｎｏ．５〜実験Ｎｏ．８との比較から、圧延材３の材質が変化しても、押圧機構による押付がある場合の方がない場合より振幅が２０％〜４３％小さくなっており、良好な振動抑制効果を奏していると判断される。
これらのことから、押圧機構による押付を行うことで、ベアリングケース１３及び駆動ロール８の振動が抑制されることがわかる。また、発生する振動の振幅が低減されることから、ベアリングケース１３やガイドプレート１４ａ〜１４ｃ、或いは駆動ロール８の疲労破壊も防止可能となる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
なお、上記実施形態では、油圧シリンダ１８でベアリングケース１３を押圧することにより駆動軸１１を軸方向に拘束する押圧機構を用いていたが、例えば油圧シリンダ１８に代えてバネなどを用いて駆動軸１１を軸方向に拘束する押圧機構を用いることもできる。
上記実施形態では、多段圧延機１に備えられた全ての駆動ロール８に押圧機構を設けたものを例示したが、押圧機構は例えば上側や下側の駆動ロールだけに設けることもできる。

上記実施形態では、下側のベアリングケース１３にのみ付勢機構２７を設けていたが、付勢機構２７は上側のベアリングケース１３に設けることもできる。
上記実施形態は１２段の多段圧延機１についてのものであったが、本発明の押圧機構は１２段以外の多段圧延機（例えば、２０段圧延機）の駆動ロール８に設けることもできる。
上記実施形態では、同じ方向を向いた入力軸１０と駆動軸１１とをユニバーサルスピンドル１２が連結する多段圧延機１を例示したが、本発明の押圧機構は、例えば異なる方向を向いた入力軸１０と駆動軸１１とをユニバーサルスピンドル１２が連結する多段圧延機１に対しても設けることができる。すなわち、本発明の押圧機構は、入力軸１０と駆動軸１１とが同軸でない回転駆動機構を備える多段圧延機１に対して有効である。

多段圧延装置の断面図である。 多段圧延装置の圧延部を圧延材の側方かつ駆動側から見た場合の拡大図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１ 多段圧延機
２ 圧延装置
３ 圧延材
４ 巻出部
５ 巻取部
６ フレーム
７ ワークロール
８ 駆動ロール
９ バックアップロール
１０ 入力軸
１１ 駆動軸
１２ ユニバーサルスピンドル
１３ ベアリングケース
１４ａ〜１４ｃ ガイドプレート
１５ 細首部
１７ 押し付け面
１８ 油圧シリンダ
１９ 押さえ部材
２０ 軸穴
２１ ベアリング
２２ 凹溝
２３ 案内突起
２４ ボルト
２５ 支持部材
２６ 固定部材
２７ 付勢機構
２８ シリンダ本体
２９ ロッド
３１ 長尺ボルト
３２ 弾性部材
３３ 係止具

Claims (2)

1. ワークロールをバックアップしつつ回転駆動力を付与する駆動ロールと、該駆動ロールを回転自在に支持すると共にフレーム側面に沿って摺動自在に取り付けられたベアリングケースと、前記駆動ロールの軸心と非同軸心回りに回転する入力軸の回転駆動力を当該駆動ロールに伝達するユニバーサルスピンドルと、を備えた多段圧延機であって、
   前記ベアリングケースを駆動ロールの軸心方向に沿って前記フレーム側に向かって押圧する押圧機構を備えていることを特徴とする多段圧延機。
2. 前記押圧機構は、前記フレームに固定され且つベアリングケースを前記フレーム側に向かって押圧する流体シリンダであることを特徴とする請求項１に記載の多段圧延機。

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