JP2013136070A - 多段圧延機の駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】多段圧延機の駆動機構に振動が発生することを抑制する。
【解決手段】本発明の多段圧延機の駆動機構は、回転駆動力が入力されるユニバーサルジョイント９と、このユニバーサルジョイント９に連結されると共にユニバーサルジョイント９の回転駆動力が伝達されるカップリング部材１０と、このカップリング部材１０の回転駆動力をドライブロール７に伝達するドライブシャフト１１と、このドライブシャフト１１を回転自在に支持するシャフト支持部１２とを備えており、軸方向の移動を許容しつつカップリング部材１０の回転駆動力をドライブシャフト７に伝達する動力伝達機構１３が、ユニバーサルジョイント９とドライブロール７との間であってシャフト支持部１２と軸方向に重複し合う位置に設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、多段圧延機の駆動機構に関する。

一般に、ステンレスや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のロールとを備えた多段圧延機（クラスタ型圧延機）が用いられる。このような多段圧延機は、複数のロールのいずれかがドライブロールとなっており、ユニバーサルジョイントを介して回転駆動力を伝達してドライブロールを回転駆動する構成となっている。

例えば、従来の１２段の多段圧延機では、駆動減速機の出力軸で発生した回転駆動力をユニバーサルジョイントに伝達し、ユニバーサルジョイントに伝達された回転駆動力をさらにカップリング部材に伝達している。そして、このようにしてカップリング部材に伝達された回転駆動力をキーやスプラインを介してドライブシャフトに伝達し、ドライブシャフトに伝達された回転駆動力をドライブロールに伝達することにより、ドライブロールを回転駆動させている。

上述した１２段の多段圧延機では、小径のワークロールのすぐ外側に隣接した中間ロールがドライブロールになっており、ドライブロールとして機能する中間ロール同士は左右方向や上下方向に非常に近接した位置に配置されている。そのため、ユニバーサルジョイントに剛性が大きくて大径なものを用いると、ユニバーサルジョイント同士が回転時に物理的に干渉してしまう虞がある。それゆえ、このようなユニバーサルジョイント同士の干渉を避けるために、適用できるユニバーサルジョイントのサイズが限定され、伝達可能な回転駆動力が制限される。ひいては圧下率や生産効率において十分な能力を発揮できなくなったりする。

そこで、特許文献１及び特許文献２の多段圧延機には、このような干渉を避けるためにカップリング部材の軸方向長さを左右方向及び／又は上下方向に隣接する駆動機構の間で互いに異ならせる技術が開示されている。

特開平６−１９８３０６号公報 特開２０１０−８９１１３号公報

ユニバーサルジョイントがドライブシャフトやドライブロールに対して角度を持った状態で連結すると、回転中のユニバーサルジョイントに２次偶力が発生する。このような２次偶力がユニバーサルジョイントに発生すると、ドライブシャフトをこじるような振れが生じ、多段圧延機の駆動機構に振動が発生しやすくなる。
特に、特許文献１及び特許文献２のような多段圧延機では、摩耗によりロール径が小さくなった場合に備えて、ドライブロールを径方向に移動させる機構が設けられていることが多い。このようなドライブロールの移動の機構が設けられた多段圧延機は、上下方向や水平方向への移動をある程度許容しているので、上述した２次偶力が作用すると大きな振動が発生する可能性も大きくなる。

また、図５に示すように、従来の多段圧延機では、ドライブシャフト２１１を回転自在に支持するシャフト支持部２１２に、軸方向に隣り合うように減速機側にキーやスプライン等の動力伝達機構２１３が並んで配備されており、シャフト支持部２１２からユニバーサルジョイントのジョイント部２０９までの駆動機構の長さは軸方向に長くなっている。
特に、左右方向及び／又は上下方向に隣接するカップリング部材同士の干渉を避けるため、カップリング部材の軸方向長さを左右方向及び／又は上下方向に隣接する駆動機構の間で互いに異ならせる上述の技術を採用した場合、一方のカップリング部材に比べ、隣接するもう一方のカップリング部材の長さは軸方向に長くなっている。
そのため、支点から作用点までの距離が長くなる（レバー比が大きくなる）分、駆動機構２００に発生する振動も非常に大きなものとなりやすい。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、装置サイズを小型にでき、駆動機構に振動が発生することを抑制することができる多段圧延機の駆動機構を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため以下の技術的手段を講じた。
本発明の多段圧延機の駆動機構では、回転駆動力が入力されるユニバーサルジョイントと、前記ユニバーサルジョイントに連結されると共に前記ユニバーサルジョイントの回転駆動力が伝達されるカップリング部材と、該カップリング部材の回転駆動力をドライブロールに伝達するドライブシャフトと、前記ドライブシャフトを回転自在に支持するシャフト支持部とを備えており、軸方向の移動を許容しつつ前記カップリング部材の回転駆動力を前記ドライブシャフトに伝達する動力伝達機構が、前記ユニバーサルジョイントと前記ドライブロールとの間であって前記シャフト支持部と軸方向に重複し合う位置に設けられていることを特徴とするものである。

なお、前記シャフト支持部で支持されたドライブシャフトの内側に、前記動力伝達機構が配備されているものが好ましい。
また、前記シャフト支持部で支持されたカップリング部材の内側に、前記動力伝達機構が配備されているものも好ましい。
さらに、本発明の多段圧延機の駆動機構としては、左右方向及び／又は上下方向に並んで隣接するドライブロールを複数備えていると共に、該ドライブロールに回転駆動力を伝えるカップリング部材が各々設けられていて、隣接する前記カップリング部材の軸方向長さが互いに異なるものとされているものが好ましい。

本発明の多段圧延機の駆動機構によれば、装置サイズを小型にできることに加えて、駆動機構に振動が発生することを抑制することができる。

本発明の駆動機構が設けられた多段圧延機の概略図である。 本発明の駆動機構の概略図である。 駆動機構を拡大して示した図である。 図３のＡ部分をさらに拡大して示した図である。 従来の駆動機構の概略図である。

以下、本発明の多段圧延機１が設けられる圧延設備の実施の形態を、図面に基づき説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
図１は、本発明の多段圧延機１が設けられる圧延設備を示したものである。この圧延設備の中央には、水平方向の一方側から供給された圧延材Ｗを圧延して他方側に送り出す１２段の多段圧延機１（クラスタ型の圧延機）が設けられている。

多段圧延機１の一方側（図中の左方）には圧延材Ｗを巻き出す巻出リール３が配備されており、また多段圧延機１の他方側（図中の右方）には圧延材Ｗを巻き取る巻取リール４が配備されている。この多段圧延機１は、圧延材Ｗを右向き（図中の矢印の方向）に送りつつ最初の圧延を行い、圧延方向を左向き（図中の矢印とは逆の方向）に切り替えて次の圧延を行うというように、圧延方向を左向きと右向きとに交互に切り替えながらリバース圧延できるようになっている。

さらに、多段圧延機１と巻出リール３との間、多段圧延機１と巻取リール４との間には、圧延材Ｗの送り方向を変化させるデフレクタロール５がそれぞれ設けられている。
多段圧延機１は、ステンレス材などの硬質な材料で形成された箔材や薄板などを圧延加工することに用いられるものである。本実施形態の多段圧延機１は、圧延材Ｗの上側と下側とに配置された２本のワークロール６、２本のワークロール６の外側に各一対ずつ配備された４本のドライブロール７（中間ロール）、これらのドライブロール７のさらに外側に各３本ずつ配備された６本のバックアップロール８を有するものであり、全部で１２本のロールから構成されている。

図２は、上述した多段圧延機１をドライブロール７の軸心に沿って上下に切断した場合の断面図であり、ドライブロール７とこのドライブロール７を駆動させる駆動機構２とを拡大して示した図である。この駆動機構２は、ドライブロール７を回転させる回転駆動力が図示しない減速機構から入力されているユニバーサルジョイント９と、このユニバーサルジョイント９に連結されると共にユニバーサルジョイント９の回転駆動力が伝達されるカップリング部材１０と、このカップリング部材１０の回転駆動力をドライブロール７に伝達するドライブシャフト１１と、このドライブシャフト１１を回転自在に支持するシャフト支持部１２とを備えている。

図３に示すように、カップリング部材１０とドライブシャフト１１との間には回転駆動力を伝達する動力伝達機構（以降、第１の動力伝達機構１３という）が設けられ、ドライブシャフト１１とドライブロール７との間には別の動力伝達機構（以降、第２の動力伝達機構１４という）が設けられている。
つまり、この駆動機構２では、駆動減速機の出力軸で発生した回転駆動力を、ユニバーサルジョイント９→カップリング部材１０→ドライブシャフト１１→ドライブロール７の順に伝達して、伝達された回転駆動力を用いて、多段圧延機１内に配備されたドライブロール７を回転駆動させる構成となっている。

次に、図２及び図３を用いて、上述した多段圧延機１の駆動機構２を構成するユニバーサルジョイント９、カップリング部材１０、ドライブシャフト１１、ドライブロール７について詳しく説明する。
ユニバーサルジョイント９は、長尺棒状に形成されたシャフト部１６と、このシャフト部１６の両端に取り付けられた２つのジョイント部１５で構成されている。つまり、本実施形態のユニバーサルジョイント９にもドライブロール側と反ドライブロール側との２つのジョイント部１５があるが、反ドライブロール側のジョイント部１５の方は、本発明の内容には直接関係しないので、以降の説明ではドライブロール側のジョイント部１５（以降、単にジョイント部１５という）についてのみ説明する。

ジョイント部１５は、シャフト部１６の端部に設けられた第１ヨーク１７と、カップリング部材１０側に設けられた第２ヨーク１８と、これら第１ヨーク１７と第２ヨーク１８との間に設けられて両ヨークを連結するクロス部１９とを有している。第１ヨーク１７と第２ヨーク１８とは、いずれも先端が二股状に分岐した（略Ｕ字状の）部材である。第１ヨーク１７と第２ヨーク１８とは、この分岐した先端を互いに交差状に噛み合わせるようにして配備されている。

クロス部１９は、第１ヨーク１７と第２ヨーク１８との間に配備された略十字状の連結部材であり、第１ヨーク１７の分岐した先端に対して揺動自在に連結する揺動軸と、第２ヨーク１８の分岐した先端に対して揺動自在に連結する揺動軸との２本の揺動軸を交差状に備えている。つまり、ジョイント部１５では、クロス部１９に対して第１ヨーク１７と第２ヨーク１８とがそれぞれ異なる方向を向く揺動軸回りに揺動するので、シャフト部１６（第１ヨーク１７）から入力された回転駆動力をこのシャフト部１６とは異なる方向を向く軸（非同軸状の軸）回りに回転するカップリング部材１０（第２ヨーク１８）に伝達可能となっている。

図３、図４に詳しく示すように、カップリング部材１０は、上述したユニバーサルジョイント９とドライブシャフト１１との間を連結するものであり、ユニバーサルジョイント９から入力された回転駆動力をドライブシャフト１１に出力している。カップリング部材１０は、水平方向に向かって長尺に形成された円筒状の部材であって、一方（反ドライブロール側）の端部は、ジョイント部１５の第２ヨーク１８にボルトを用いて固定されている。また、カップリング部材１０の他方（ドライブロール側）の端部は、反ドライブロール側に比べて小径な円筒状とされていて、ドライブシャフト１１の内部に挿入されている。

なお、カップリング部材１０の他方の端部には、この端部に取り付けられてドライブシャフト１１の内周面に当接することでドライブシャフト１１に対するカップリング部材１０の挿し込み位置を位置決めする位置決め部材２０が設けられている。
ドライブシャフト１１は、反ドライブロール側とドライブロール側とで外径が異なる大小２種類の円筒を軸方向に組み合わせたような形状とされている。ドライブシャフト１１の反ドライブロール側はドライブロール側に比べて小径な円筒状とされており、この小径な反ドライブロール側の円筒部分はシャフト支持部１２により回転自在に支持されている。

一方、ドライブシャフト１１の内側には、このドライブシャフト１１を軸方向に貫通する貫通孔２１が形成されている。この貫通孔２１も、ドライブシャフト１１の外径に対応してドライブロール側と反ドライブロール側とで異なる内径の円孔状とされている。つまり、ドライブロール側に比べて反ドライブロール側の方が小さな内径とされており、内径が小さな反ドライブロール側にカップリング部材１０が内挿され、内径が大きなドライブロール側に後述するドライブロール７が内挿されている。

そして、ドライブシャフト１１とこのドライブシャフト１１に挿し込まれたカップリング部材１０との間には第１の動力伝達機構１３が、またドライブシャフト１１とこのドライブシャフト１１に挿し込まれたドライブロール７（多段圧延機１の中間ロール）との間には第２の動力伝達機構１４が設けられている。
図４に拡大して示すように、第１の動力伝達機構１３は、カップリング部材１０側（図４においてカップリング部材１０の右側）に設けられた雄スプライン２２と、ドライブシャト側（図４においてドライブシャトの左側）に形成される雌スプライン２３とを有しており、雌雄スプライン２２、２３を噛み合わせることで動力伝達を行うものである。雄スプライン２２はカップリング部材１０の外周面に形成された複数のスプライン溝から構成されており、また雌スプライン２３はドライブシャフト１１の反ドライブロール側の内周面に形成された複数のスプライン溝から構成されていて、それぞれのスプライン溝同士を噛み合わせることで、軸方向にスライド可能でありながら、回転駆動力を伝達可能となっている。

第２の動力伝達機構１４は、ドライブロール側（図３においてドライブロール７の左側）に設けられた雄スプライン２４と、ドライブシャフト側（図３においてドライブシャフトの右側）に形成される雌スプライン２５とを有しており、これら雌雄スプライン２４、２５を噛み合わせることで動力伝達を行うものである。
第１の動力伝達機構１３と同様に、雄スプライン２４はドライブロール７の外周面に複数のスプライン溝を有しており、また雌スプライン２５はドライブシャフト１１のドライブロール側の内周面に複数のスプライン溝を有していて、それぞれのスプライン溝同士を内外に噛み合わせることにより、水平方向の移動を許容しながら、回転駆動力を伝達可能となっている。

シャフト支持部１２は、ドライブシャフト１１の外周面に取り付けられたベアリングによって、ドライブシャフト１１の小径円筒部（ドライブシャフト１１の左側）を水平方向の軸回りに回転自在に支持している。シャフト支持部１２は、軸方向に沿って並んで設けられる２つのラジアル軸受２６と、これらの両側に設けられるスラスト軸受２７とを組み合わせたものであり、ラジアル方向に作用する荷重とスラスト方向に作用する荷重との双方の荷重を受けることができるようになっている。このシャフト支持部１２は軸方向の両端側にスペーサ部材２８を嵌め込むことで、ドライブシャフト１１の外周面に取り付けられている。

また、シャフト支持部１２に設けられるラジアル軸受２６は、ラジアル方向に転動可能な複数のころ２９と、これら複数のころ２９を外周側から支持する外輪体３０とを備えており、内輪体は備えていない。それ故、シャフト支持部１２で支持されるドライブシャフト１１の外径を大きくして、シャフト支持部１２の内周側に第１の動力伝達機構１３を設置するスペースを十分に確保できるようになっている。

ドライブロール７は、軸方向の端部に中途部に比べて小径な軸部３１を有している。この軸部のうちユニバーサルジョイント９側に向かって伸びる軸部３１は、ドライブシャフト１１の貫通孔２１に挿し込まれており、上述した第２の動力伝達機構１４を介してドライブロール７はドライブシャフト１１に連結されている。
以上述べた如く、本発明の多段圧延機１の駆動機構２では、このシャフト支持部１２と軸方向に重複し合う位置に上述した第１の動力伝達機構１３が設けられている、言い換えれば第１の動力伝達機構１３がユニバーサルジョイント９とドライブロール７との間であってシャフト支持部１２と軸方向に重複し合う位置に設けられていて、シャフト支持部１２からスピンドルジョイントまでの駆動機構２の長さを短くして、駆動機構２に振動が発生することを抑制できる構成とされている。

具体的には、シャフト支持部１２はドライブシャフト１１を外周側から支持する構成とされており、ドライブシャフト１１はシャフト支持部１２に比べてより内周側（径内側）に位置している。そして、第１の動力伝達機構１３を構成する雌雄スプラインは、このドライブシャフト１１の内周側に位置していて、シャフト支持部１２と雌雄スプラインとは径方向に干渉し合わない位置に配備されている。

なお、本実施形態の雌雄スプライン２２、２３は、カップリング部材１０に雄スプライン２２を設け、ドライブシャト１１に雌スプライン２３を設けているが、雄雌反対にしてもよい。
さらに、上述した実施形態では、筒状のドライブシャフト１１の内側にカップリング部材１０が挿入されるようになっているが、これに代えて、筒状のカップリング部材１０の内側にドライブシャフト１１が挿入されるようにしてもよい。この場合、カップリング部材１０の内側に雌スプライン２３を設け、ドライブシャフト１１に雄スプライン２２を設ければよいし、雄雌反対にしてもよい。さらに、雌雄スプラインに代えて、キーによる動力伝達機構を採用してもよい。

このように、本実施形態の駆動機構２では、第１の動力伝達機構１３をシャフト支持部１２とは径方向に干渉し合わない内周側に配備した上で、第１の動力伝達機構１３をシャフト支持部１２と軸方向に重複し合う位置に配備しているのである。
なお、本実施形態の駆動機構２では、第１の動力伝達機構１３をシャフト支持部１２と軸方向に重複し合う位置に配備しているが、これに代えて、第２の動力伝達機構１４をシャフト支持部１２と軸方向に重複し合う位置に配備してもよい。

ここで、この第１の動力伝達機構１３がシャフト支持部１２と軸方向に重複し合うとは、図示するように第１の動力伝達機構１３の雌雄スプラインとシャフト支持部１２とが軸方向の同じ位置に位置している場合だけでなく、両者の軸方向の少なくとも一部同士が軸方向の同じ位置にある場合も含む。このように第１の動力伝達機構１３がシャフト支持部１２と軸方向に重複し合っていれば、重複した分だけシャフト支持部１２からスピンドルジョイントまでの駆動機構２の長さ（図中のＬ）が短くなる。

その結果、シャフト支持部１２と重複する第１の動力伝達機構１３の長さの分だけ、シャフト支持部１２からジョイント部１５のクロス部１９までの長さが短くなる。言い換えれば、このシャフト支持部１２からジョイント部１５までの長さは、駆動機構２の振動モードを考えた場合に支点から作用点までの距離に相当する。それゆえ、この支点から作用点までの距離をクロス径で除したレバー比を小さくすれば駆動機構２の振動を抑制することが可能となる。

具体的には、図５に示す従来の駆動機構２００ではシャフト支持部２１２からジョイント部２０９までの駆動機構２００の長さはＬ_０であるが、本発明の駆動機構２では、シャフト支持部１２からスピンドルジョイント９までの駆動機構２の長さＬを前述のＬ_０より短くとすることができて、第１の動力伝達機構１３とシャフト支持部１２とが軸方向に重複し合っている分だけ従来の駆動機構２００に比べて上述したレバー比を１５％程度小さくすることが可能となる。それゆえ、本発明の駆動機構２では駆動機構２の振動を効果的に抑制することができる。

また、上述の駆動機構２を備えた多段圧延機１では、本発明の駆動機構２を採用することで振動が起きにくくなるので、カップリング部材１０の軸方向位置を左右や上下で重ならないようにずらした機構を利用したまま、スイング径の大きなカップリング部材１０を用いることができるので、スピンドルの許容トルク（圧延トルク）の増大、生産効率の向上といった作用効果を発揮させることも可能となる。

上述した実施形態では、１２段の多段圧延機１に設けられる４本のドライブロール７の全てに本発明の駆動機構２を採用していたが、駆動機構２をすべてのドライブロール７に設ける必要はない。例えば、複数のドライブロール７のうちの一部のみに駆動機構２を採用してもよい。
また、ユニバーサルジョイント９の干渉を避けるためにカップリング部材１０の長さを長短で異ならせている場合には、４本のドライブロール７のうち、特に振動が発生しやすい２本の長尺のカップリング部材１０のみに本発明の駆動機構２を採用することもできる。

さらに、上記実施形態では１２段圧延機に本発明の駆動機構２を適用する例を挙げたが、駆動機構２を設ける多段圧延機１は１２段圧延機に限定されない。例えば、２０段圧延機にも適用できる。さらに、１４段圧延機ほかの多段圧延機や、圧延材に対して上下非対称なロール構成を持つ多段圧延機にも適用できる。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ 多段圧延機
２ 駆動機構
３ 巻出リール
４ 巻取リール
５ デフレクタロール
６ ワークロール
７ ドライブロール
８ バックアップロール
９ ユニバーサルジョイント
１０ カップリング部材
１１ ドライブシャフト
１２ シャフト支持部
１３ 第１の動力伝達機構
１４ 第２の動力伝達機構
１５ ジョイント部
１６ シャフト部
１７ 第１ヨーク
１８ 第２ヨーク
１９ クロス部
２０ 位置決め部材
２１ 貫通孔
２２ 雄スプライン（第１の動力伝達機構）
２３ 雌スプライン（第１の動力伝達機構）
２４ 雄スプライン（第２の動力伝達機構）
２５ 雌スプライン（第２の動力伝達機構）
２６ ラジアル軸受
２７ スラスト軸受
２８ スペーサ部材
２９ ころ
３０ 外輪体
３１ 軸部
Ｗ 圧延材

Claims (4)

1. 回転駆動力が入力されるユニバーサルジョイントと、前記ユニバーサルジョイントに連結されると共に前記ユニバーサルジョイントの回転駆動力が伝達されるカップリング部材と、該カップリング部材の回転駆動力をドライブロールに伝達するドライブシャフトと、前記ドライブシャフトを回転自在に支持するシャフト支持部とを備えた多段圧延機の駆動機構であって、
   軸方向の移動を許容しつつ前記カップリング部材の回転駆動力を前記ドライブシャフトに伝達する動力伝達機構が、前記ユニバーサルジョイントと前記ドライブロールとの間であって前記シャフト支持部と軸方向に重複し合う位置に設けられていることを特徴とする多段圧延機の駆動機構。
2. 前記シャフト支持部で支持された前記ドライブシャフトの内側に、前記動力伝達機構が配備されていることを特徴とする請求項１に記載の多段圧延機の駆動機構。
3. 前記シャフト支持部で支持されたカップリング部材の内側に、前記動力伝達機構が配備されていることを特徴とする請求項１に記載の多段圧延機の駆動機構。
4. 前記多段圧延機は、左右方向及び／又は上下方向に並んで隣接するドライブロールを複数備えていると共に、該ドライブロールに回転駆動力を伝えるカップリング部材が各々設けられていて、隣接する前記カップリング部材の軸方向長さが互いに異なるものとされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多段圧延機の駆動機構。

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