JP2011088196A - エンボス鋼板の製造方法およびそのためのワークロール - Google Patents

Abstract

【課題】圧延法により鋼板表面にエンボス模様を付与するに当たり、上下ロール表面に形成した凹凸の位置合わせを容易にして、凹凸高低差の大きいエンボス模様の付与が可能な圧延エンボス加工方法を提供する。
【解決手段】被加工鋼板を、表面に凹凸模様を形成した一対のワークロールの内の少なくとも一方のロールを中空のリング形状とし、ロール軸外周に当該ロール軸とは同期しない構造で任意に回転可能に装着した状態で、前記一対のワークロール間を通す。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧延加工によって鋼板に一定形状のエンボス模様を付与する方法およびそのためのワークロールに関する。

従来より、鋼板の表裏面に一定の凹凸形状を有したエンボス鋼板が知られている。例えばキッチンカウンターには、表面に傷が付きにくいように、付いた傷が目立ちにくいように、形状、模様、深さ等が調整されたエンボス模様を付与したステンレス鋼板が多用されている。また、表面に焦げ付きにくいように、形状、深さ等が調整されたエンボス模様を付与した鋼板が調理器具に使用されている。

鋼板にエンボス模様を付与する方法としては、表面に凹凸形状を有するロールで圧延する方法や、表面に凹凸形状を形成した金型を用いてプレス加工する方法が一般的である。
これらの製造方法は主としてエンボス模様の凹凸の高低差によって使い分けられている。比較的凹凸の高低差が小さい場合には生産性に優れた圧延加工が主流である。圧延加工の場合、ロールの凹部に材料を流入させて板厚の厚い部分と薄い部分が断続的に形成された状態、すなわち板厚差を設けることでエンボス模様が形成される。

しかしながら圧延による方法ではエンボス模様の凹凸高低差が大きいものは、圧延荷重や塑性流動の面から製造が困難であり、また板厚の薄い材料に板厚以上の高低差を設けることは物理的に不可能であった。
これに対しプレス加工では上型と下型とに凹凸一対となった形状を設け、両者で材料を挟んで板を折り曲げるようにしてエンボス模様を付与する方法となる。そのため、圧延加工に比べると生産性は低いものの、加工負荷は小さく板厚の薄い材料に大きな高低差を付与しやすいという利点がある。

そこで、一対のワークロールの上ロールと下ロールとに一対となった凹凸形状を設け、圧延時に両者で材料を挟んで板を折り曲げるような変形をさせてエンボス模様を付与する方法も採用されるようになった。
このような圧延加工によるエンボス模様の付与方法も種々の問題点を有しており、その一つを解決するべく、例えば特許文献１で見られるような技術も提案されている。
しかしながら、上ロールと下ロールとに一対となった凹凸形状を設けたワークロールによる圧延エンボス加工の最も大きな問題点は、凹凸状の表面が互いに整合するように一対のロールを位置合わせすることが困難な点である。

特許第３４７５２９５号公報

例えば単純に上ロール側を凸タイプ、下ロール側を凹タイプとした圧延だけでは、エンボス模様の付与に対しては困難である。本方式の場合、常に上ロールの凸部を下ロールの凹部に精度良く合わせ、圧延中もこれを保持することが重要であるが、単に凹凸形状を有した上下ロールによる方法では、圧延機にロールをセットした状態での凹凸の位置決めが困難である。上下ロール自体の加工精度や、局部たわみ、あるいは扁平等に起因した、上下ロールのわずかな外径差による周速差で生じる凹凸位置のずれに対応できない。
このように、本方式の場合、圧延開始前の凹凸位置の合わせ込みと圧延中の位置変動にいかに対応するかが大きな課題である。

本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、圧延法により鋼板表面にエンボス模様を付与するに当たり、上下ロール表面に形成した凹凸の位置合わせを容易にして、凹凸高低差の大きいエンボス模様の付与が可能な圧延エンボス加工方法を提供することを目的とする。

本発明のエンボス鋼板の製造方法は、その目的を達成するため、被加工鋼板を、表面に凹凸模様を形成した一対のワークロールの内の少なくとも一方のロールを中空のリング形状とし、ロール軸外周に当該ロール軸とは同期しない構造で任意に回転可能に装着した状態で、前記一対のワークロール間を通すことを特徴とする。
また、本発明のエンボス鋼板の製造方法に用いるワークロールは、表面に凹凸模様が形成された一対のワークロールであって、その内の少なくとも一方のロールが、中空のリングと、当該リングを回転自在、かつ着脱可能に保持するロール胴部から構成されていることを特徴とする。
中空のリングは、それを保持するロール胴部との間に軸受けが介されて保持されていることが好ましい。

本発明によれば、凹凸部の位置調整は、ロール軸とは同期していない任意に回転可能なリング形式により行うことが可能である。リング形式を採用することによって圧延開始時の初期設定や圧延中のロール周速差を吸収することができるため、生産性に優れた圧延加工でロール耐久性を低下させることなく板厚の薄い材料に凹凸差の大きいエンボス模様を安定的に形成することが可能となる。
また回転リングを装着したエンボス付与ロールの前記回転リングは着脱可能であるため、凹凸模様に応じて回転リングのみを用意・交換すれば良く、模様ごとにワークロールから作製する必要がなく、結果的にコストの低減化にも寄与する。

本発明ワークロール構造を説明する図 本発明の回転リングを装着する過程を説明する図 凹凸模様を付与した本発明ワークロールの構造を説明する図 本発明ワークロールを配した製造装置の全体を概略的に説明する図 本発明方法において圧延中の材料の変形状態を示す図 本発明に基づいて製造したエンボス鋼板の概略を示す図

前記したように、圧延法により鋼板表面にエンボス模様を付与するに当たり、例えば単純に上ロール側を凸タイプ、下ロール側を凹タイプとした圧延だけでは、エンボス模様の付与に対しては困難である。圧延機にロールをセットした状態での凹凸の位置決めが困難である。また、上下ロール自体の加工精度や、局部たわみ、あるいは扁平等に起因した、上下ロールのわずかな外径差による周速差で生じる凹凸位置のずれに対応できない。
そこで、本発明者らは、圧延開始前の凹凸位置の合わせ込みと圧延中の位置変動にいかに対応するかについて鋭意検討を重ねてきた。
その過程で、表面に凹凸模様を形成した一対のワークロールの内の少なくとも一方のロールをロール軸に対して任意に回転自在とすれば、圧延開始前の凹凸位置の合わせ込みと圧延中の位置変動に対応可能であることに到達した。
以下に、その詳細を説明する。

まず、本発明方法に用いるワークロール、およびそのワークロールを組み込んだ圧延機について説明する。
本発明で使用するワークロールは図１に示すように、ワークロール８の胴部２に回転リング１が軸受け７を介して取り付けており、ガイド板６でワークロール８の胴長方向位置を拘束している。
回転リング１と胴部２との間には、ラジアル方向およびスラスト方向の荷重を受けるベアリング７をつけておくのが好ましい。ベアリング７をつけておくことにより、凹凸段差が大きい場合や、素材板厚が厚い場合などのように比較的圧延荷重が大きくなる条件であっても、回転リング１をスムーズに回転させることが可能となる。

回転リング１は胴部２に対して、着脱自在とすることが好ましい。
例えば図2に示すように、胴部２に装着した回転リング１を、シム板１１を介してガイド板６で締め付ける態様を採用することにより、回転リング１は着脱自在とすることが可能となる。なお、図２中、１０はガイド板６を固定するために、胴部２の端に設けられたガイド板固定ねじである。
回転リング１の胴部２に対する取り付けは、まずロール胴部２の外側に軸受け７を挿入する。次いで軸受け７の外側に回転リング１を挿入する。シム板１１を挿入した後、胴部２の端に設けられたガイド板固定ねじ１０にガイド板６をねじ込み固定する。
外す場合は、逆の手順となる。

一対のワークロール表面には、図３に示すように、それぞれ凸部３と凹部４を施している。なお、図３では、一対のワークロールの内の、凹部を形成した下側のワークロールのみを、リング形式としている。
凹形状は、素材の板厚分と凸形状を合わせた形状よりも略大きな形状を有しており、凹凸形状両者の刻印ピッチは同一である。このような凹凸形状を有した大略同一外径の上下ワークロール８を２段圧延機にセットする。

バックアップロールなどを配した３段以上の圧延機では、圧延負荷が作用すると凹凸を有したワークロールにバックアップロールが接触した状態となるため、バックアップロールが回転リングの回転を拘束する状態となり圧延中のロール周速差を吸収することができなくなる。また３段以上の圧延機では、特に凸形状を有したワークロールとバックアップロールが接触した状態で負荷がかかるとワークロールの凸部の磨耗が進んだり、バックアップロールが損傷したりする恐れがある。これらの理由から、圧延形式としては、２段圧延機が望ましい。

通常、圧延法により鋼板表面にエンボス模様を付与するに当たっては、図３に示すように、コイル状に巻かれた鋼帯がペイオフリールから巻き戻され、テンションリールで再びコイル状に巻き取られる途中で、圧延機により成形加工が行われている。
そこで、上記圧延機として、表面に凹凸模様が形成された一対のワークロールの内の少なくとも一方のロールが、中空のリング１と、当該リングを回転自在、かつ着脱可能に保持するロール胴部２から構成されているワークロールを組み込んだものを用いれば、本発明方法を実施することができる。

図４に示す態様では、一対のワークロールの内の上ロール側にリング形式を採用しているので、下ロール側を駆動ロールとする。
テンションリールの駆動力を大きくして鋼帯を引っ張る形態とすれば、図４における圧延機を駆動力なしの形態としてもよい。テンションリールの駆動力を大きくした場合には、上ロール側だけではなく、下ロール側もリング形式に、すなわち一対のワークロールの上下のロール共にリング形式を採用してもよい。
なお、被加工鋼板が、コイル状に巻かれた鋼帯ではなく切り板である場合には、上下のロールを共にリング形式にすることはできず、一対のワークロールの内の一方のロールのみをリング形式とせざるを得ないことは記載するまでもない。

次に、上記のようなワークロールを備えた圧延機を用いて鋼板表面にエンボス模様を付与する手順を説明する。
被加工鋼板を圧延機に通す前の段階で、凹凸形状の回転方向の位置関係を目視で合わせておく。この段階では厳密に凹凸形状のセンターが合っている必要はなく、凸部３が凹部４に概ね入る程度の位置調整をしておけば良い。この後、被加工鋼板をセットし所定の凹凸高さが出るまで上下ワークロール８を調整し、圧延を開始する。
圧延中に上下ワークロール８の周速差などによる凹凸形状の位置変動が生じる状況となった場合には、回転リング１がワークロール８の回転に同期しないで自由な回転をするため、それを相殺する状態となり、凹凸形状の位置関係は、圧延中ほぼ一定に保たれる。

圧延中は、図５に示すように、上下のワークロール８の間に挿入された素材５が、凸部３と凹部４の間で曲げ加工を受けて変形する。このような圧延を施すことにより図６に示すエンボス板が作製され、図中のＡ−Ａ’断面のように板厚全体で凹凸模様を形成することができる。
なお素材の強度レベルが高いほど、また板厚が厚いほど圧延荷重が高くなって大きな凹凸差を付与することが困難となるが、本発明では素材の鋼種や板厚は特に限定しない。

供試材として、板厚が１ｍｍのフェライト系ステンレス鋼を用いた。そして、上側のワークロールをリング形式とした。
上ワークロール８は直径５０ｍｍの胴部２の外側に厚み２５ｍｍの回転リング１をセットした。上ワークロール８に取り付ける上回転リング１には直径２ｍｍで高さ１ｍｍ、ピッチ８ｍｍの円形凸部３を設けた。下ワークロール８には直径１００ｍｍのロール自身に、直径５ｍｍ、深さ３ｍｍ、ピッチ８ｍｍの円形凹部４を設けた。

これらの上下ワークロール８を圧延能力９８ｋＮの２段圧延機にセットした。凹凸形状の円周方向位置は目視で調整した。上下ワークロール８間にフェライト系ステンレス鋼板の素材５を通し、上回転リング１の凸部３先端が下回転リング１の凹部４に約１ｍｍ進入する状態となるようにワークロール８の圧下を調整した。
下ワークロール８を駆動して各種圧延荷重で圧延を行ったところ、表１に示す凹凸高さのエンボス鋼板９を製造することができた。なお、エンボス模様はいずれも底辺部で直径約５ｍｍ、ピッチ８ｍｍであった。

１：中空の回転リング ２：ロール胴部
３：凸部 ４：凹部
５：素材 ６：ガイド板
７：軸受け ８：ワークロール
９：エンボス板 １０：ガイド板固定ねじ
１１：シム板

Claims (3)

1. 被加工鋼板を、表面に凹凸模様を形成した一対のワークロールの内の少なくとも一方のロールを中空のリング形状とし、ロール軸外周に当該ロール軸とは同期しない構造で任意に回転可能に装着した状態で、前記一対のワークロール間を通すことを特徴とするエンボス鋼板の製造方法。
2. 表面に凹凸模様が形成された一対のワークロールであって、その内の少なくとも一方のロールが、中空のリングと、当該リングを回転自在、かつ着脱可能に保持するロール胴部から構成されていることを特徴とするワークロール。
3. 中空のリングがロール胴部との間に軸受けを介して保持されている請求項２に記載のワークロール。

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