JP2020189315A - 圧延機、並びに圧延方法及びワークロールの運用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小径のワークロールを高いトルクで駆動させることができ、且つ、コストが抑制された圧延機を提供することにある。【解決手段】通板ラインを挟んで上側と下側に配置された２本のワークロールを備え、前記２本のワークロールのそれぞれに対して少なくとも１本のバックアップロールが設けられた４〜６段の圧延機であって、前記２本のワークロールは、軸方向の長さ及びロールネックの形状が同一で互いに入れ替え可能であり、前記２本のワークロールのうち、一方のワークロールである第１ワークロールが回転駆動されず、他方のワークロールである第２ワークロールが回転駆動されるよう構成されており、前記第１ワークロールの胴長Ｌ１と径Ｄｗ１の比（Ｌ１／Ｄｗ１）が４．０≦Ｌ１／Ｄｗ１≦７．０を満たし、且つ前記第２ワークロールの胴長Ｌ２と径Ｄｗ２の比（Ｌ２／Ｄｗ２）が４．０≦Ｌ２／Ｄｗ２≦７．０を満たすことを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、圧延機、並びに圧延方法及びワークロールの運用方法に関する。

通板ラインを挟んで上側と下側に配置された２本のワークロールを備え、２本のワークロールのそれぞれに対して少なくとも１本のバックアップロールが設けられた４〜６段の圧延機は既に良く知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

そして、近年、自動車等の高強度化や軽量化を目的として、より硬い高張力鋼（引張強さが１３００ＭＰａ以上の高張力鋼など）を圧延できる圧延機が求められている。そのため、従来よりも直径が小さい小径のワークロールを備えることにより、硬い材料をより高い圧下率で圧延することができ、且つ、かかる小径のワークロールを用いても高いトルクに耐えうる駆動装置を持つ圧延機が必要となっている。

特許第３２９０９７５号公報 特許第４９２８６５３号公報

圧延機のワークロール径が小さくなると、ワークロール中心間距離が短くなるので、上下のワークロールの双方を回転駆動させる場合、双方のワークロールに接続するそれぞれのスピンドルの直径を小さくする必要がある。そのため、従来のクロスピンタイプのユニバーサルジョイントをスピンドルとして小径のワークロールに用いた場合、スピンドルの強度を高める（直径を大きくする）のに限界があり、高いトルク駆動に対するスピンドルの強度が確保できなかった。

スピンドルの強度を確保するため、従来のスピンドルよりも強度が高く高価なギヤスピンドルを用いた場合、コストが増大し、且つ、運転時の傾き角が最大１．５°程度（従来は最大８°から１０°程度）しか取れないので、ロール開度を確保するために長さが必要となり、圧延機のコンパクト化を阻害する要因となっていた。さらに重要なことは、ワークロールが小径になるほど回転数が高くなり、スピンドル長さが長いため振動が大きくなって製品精度に影響を及ぼす問題が生ずることである。

また、１台の電動機の動力を分配減速機により分配して双方のワークロールを駆動すると、トルク循環が発生して片側のスピンドルに過大なトルクが集中することがある。これを防ぐためには、厳格なロール径差管理が必要となっていた。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小径のワークロールを用いても高いトルクに耐えうる駆動装置を持ち、より高い圧下率が実現可能、且つ、コストが抑制された圧延機を提供することにある。

上記目的を達成するための主たる発明は、通板ラインを挟んで上側と下側に配置された２本のワークロールを備え、前記２本のワークロールのそれぞれに対して少なくとも１本のバックアップロールが設けられた４〜６段の圧延機であって、前記２本のワークロールは、軸方向の長さ及びロールネックの形状が同一で互いに入れ替え可能であり、前記２本のワークロールのうち、一方のワークロールである第１ワークロールが回転駆動されず、他方のワークロールである第２ワークロールが回転駆動されるよう構成されており、前記第１ワークロールの胴長Ｌ_１と径Ｄ_ｗ１の比（Ｌ_１／Ｄ_ｗ１）が４．０≦Ｌ_１／Ｄ_ｗ１≦７．０を満たし、且つ前記第２ワークロールの胴長Ｌ_２と径Ｄ_ｗ２の比（Ｌ_２／Ｄ_ｗ２）が４．０≦Ｌ_２／Ｄ_ｗ２≦７．０を満たすことを特徴とする圧延機である。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、小径のワークロールを用いても高いトルクに耐えうる駆動装置を持ち、より高い圧下率を実現し、且つ、コストが抑制された圧延機を提供することが可能となる。

第１実施形態に係る圧延機１の側面概略図である。 圧延時のワークロール１０にかかる力を説明するための断面概略図である。 図１のＸ部の拡大図であり、ワークロール１０のロールネックＲｎを示した図である。 圧延設備の最大板幅とワークロール１０の片駆動廃却径及び公称径の関係を示したグラフである。 各設備仕様の最大板幅に基づいて決定されたワークロール新品径Ｄｓ及びワークロール廃却径Ｄｍに対する各パラメータを示した表である。 図４の横軸をワークロール１０の胴長Ｌで表し、図５に示す適用例１〜９のワークロール新品径Ｄｓ（三角点）及びワークロール廃却径Ｄｍ（丸点）、並びに胴長Ｌとワークロールの径の比率Ｌ／Ｄ＝４とＬ／Ｄ＝７をプロットした図である。 第１ワークロール１０aが入側にオフセットされた圧延時の第１ワークロール１０aにかかる力を説明するための断面概略図である。 オフセット装置１００の断面図である。 オフセット制御部１３０を示した図である。 オフセット有り無しの両条件で水平力Ｆ_１及び水平力Ｆ_２を演算した結果である。 ワークロールを軸方向にシフトするタイプの圧延機において、決定されたワークロール新品径Ｄｓ及びワークロール廃却径Ｄｍに対する各パラメータを示した表である。 ワークロールを軸方向にシフトするタイプの圧延機において、横軸をワークロール１０の胴長Ｌで表し、図１１に示す適用例１〜９のワークロール新品径Ｄｓ（三角点）及びワークロール廃却径Ｄｍ（丸点）、並びに胴長とワークロールの径の比率Ｌ／Ｄ＝４とＬ／Ｄ＝７をプロットした図である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

通板ラインを挟んで上側と下側に配置された２本のワークロールを備え、前記２本のワークロールのそれぞれに対して少なくとも１本のバックアップロールが設けられた４〜６段の圧延機であって、前記２本のワークロールは、軸方向の長さ及びロールネックの形状が同一で互いに入れ替え可能であり、前記２本のワークロールのうち、一方のワークロールである第１ワークロールが回転駆動されず、他方のワークロールである第２ワークロールが回転駆動されるよう構成されており、前記第１ワークロールの胴長Ｌ_１と径Ｄ_ｗ１の比（Ｌ_１／Ｄ_ｗ１）が４．０≦Ｌ_１／Ｄ_ｗ１≦７．０を満たし、且つ前記第２ワークロールの胴長Ｌ_２と径Ｄ_ｗ２の比（Ｌ_２／Ｄ_ｗ２）が４．０≦Ｌ_２／Ｄ_ｗ２≦７．０を満たすことを特徴とする圧延機。

このような圧延機によれば、小径のワークロールを用いても高いトルクに耐えうる駆動装置にすることができ、且つ、コストが抑制された圧延機を提供することが可能となる。

かかる圧延機であって、第２ワークロールのみに回転軸が接続された電動機を備えることが望ましい。

このような圧延機によれば、第２ワークロールのみが駆動回転する片側駆動の圧延機を容易に実現することが可能となる。

かかる圧延機であって、前記２本のワークロールの径が、２００ｍｍから４５０ｍｍの範囲内にあることが望ましい。

このような圧延機によれば、ワークロール径が２００ｍｍから４５０ｍｍの間において、小径のワークロールを用いても高いトルクに耐えうる駆動装置を持ち、且つ、コストが抑制された圧延機を提供することが可能となる。

かかる圧延機であって、圧延対象である被圧延材の設計上の最大板幅が、９００ｍｍから２０００ｍｍの範囲内にあることが望ましい。

このような圧延機によれば、ワークロール胴長が９００ｍｍから２０００ｍｍの間において、小径のワークロールを用いても高いトルクに耐えうる駆動装置にすることができ、且つ、コストが抑制された圧延機を提供することが可能となる。

かかる圧延機であって、２本のワークロールのそれぞれの廃却径の公称径に対する比が０．８以上であることが望ましい。

このような圧延機によれば、ワークロールの長寿命化に寄与するとともに片側駆動異径ロール圧延による圧延荷重やトルクの低減効果を高めることが可能となる。

かかる圧延機であって、前記２本のワークロールのうち、前記第１ワークロールのみを前記圧延機の圧延方向における入側に水平方向に所定のオフセット量でオフセットさせることができるよう構成されたロールオフセット装置と、前記所定のオフセット量だけ前記第１ワークロールを前記入側にオフセットさせるように前記ロールオフセット装置を制御するよう構成されたオフセット量制御装置と、をさらに備えることが望ましい。

このような圧延機によれば、水平力を小さくすることができるので、ワークロールの小径化とより高い圧下率による圧延が可能となる。

かかる圧延機を用いた圧延方法であって、前記第１ワークロールを、前記圧延機の圧延方向における入側に水平方向に前記所定のオフセット量でオフセットさせて圧延を行うことを含むことが望ましい。

このような圧延方法によれば、水平力を小さくすることができるので、ワークロールの小径化とより高い圧下率による圧延が可能となる。

かかる圧延機のワークロールの運用方法であって、２本のワークロールと軸方向の長さ及びロールネックの形状が同一である複数のロール予備品を圧延機で一定期間使用してから取り外して保管することと、
取り外して保管されている複数のロール予備品のうち、公称径に対する径の比が所定の基準値よりも大きなものと小さなものとの２本を取り出すことと、
取り出した２本のロール予備品のうち、径の小さい方を第１ワークロールと交換し、径の大きい方を第２ワークロールと交換することが望ましい。

このような圧延機のワークロールの運用方法によれば、常に異径ロール圧延を行うことができるので、異径ロール圧延による圧延荷重やトルクの低減効果を高めることが可能となる。

かかる圧延機のワークロールの運用方法であって、基準値が０．９であることが望ましい。また、第１ワークロールの径と公称径の比（Ｄ_ｗ１／Ｄ_ｗ１N）が０．８となった時点で第１ワークロールを廃却することが望ましい。

このような圧延機のワークロールの運用方法によれば、ワークロールの小径化に伴う不具合の発生を抑制しつつ、確実に常に異径ロール圧延を行うことができるので、異径ロール圧延による圧延荷重やトルクの低減効果を高めることが可能となるとともに、ワークロールの長期使用（長寿命化）によるコスト抑制の効果を得ることが可能となる。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
第１実施形態に係る圧延機１は、被圧延材３を圧延し、目的の板厚に圧延されたストリップ状（帯状）の被圧延材３を製造する装置である。

図１は、第１実施形態に係る圧延機１の側面概略図である。側面図においては、紙面の横方向（水平方向）を「軸方向」として紙面の左側（右側）を「左（右）」と呼び、紙面の縦方向（鉛直方向）を「上下方向」として紙面の上側（下側）を「上（下）」と呼ぶ。なお、当該図１における「左」は、後述する図９における駆動側に相当し、「右」は操作側に相当する。

圧延機１は、図１に示すように、ワークロール１０と、バックアップロール１２と、スピンドル５と、駆動部７と、ハウジング８と、ネックベアリング（不図示）とを備えている。

また、圧延機１は、４段の圧延機１であって、２本のワークロール１０が通板ラインを挟んで上側と下側に配置されており、２本のワークロール１０のそれぞれに対して１本のバックアップロール１２が設けられている。

２本のワークロール１０は、上下一対の第１ワークロール１０ａと第２ワークロール１０ｂであり、上側に第１ワークロール１０ａ、下側に第２ワークロール１０ｂが設けられている。そして、第１ワークロール１０ａ及び第２ワークロール１０ｂの軸方向の左右両端部には、それぞれネックベアリングが嵌合しており、第１ワークロール１０ａ及び第２ワークロール１０ｂは、ネックベアリングを介して、ハウジング８に設けられたロールチョック（不図示）に回転可能に支持されている。被圧延材３は、この回転可能な第１ワークロール１０ａ及び第２ワークロール１０ｂの隙間を通過して圧延される。

第２ワークロール１０ｂの左側端部には、スピンドル５を介して駆動部７が接続されている。すなわち、第２ワークロール１０ｂのみに電動機７ａの回転軸が接続されている。換言すれば、２本のワークロール１０のうち、一方のワークロール１０である第１ワークロール１０ａが回転駆動されず、他方のワークロール１０である第２ワークロール１０ｂが回転駆動されるよう構成されている。

つまり、圧延時において、第２ワークロール１０ｂは、駆動部７により回転し、被圧延材３を搬送方向の上流側から下流側へ搬送し、第１ワークロール１０ａは、被圧延材３の搬送に伴う連れ回りによって回転する。

かかる作動の違いは、圧延時の第１ワークロール１０ａと第２ワークロール１０ｂの回転数に違いを生じさせる。すなわち、第１ワークロール１０ａの回転数のほうが、第２ワークロール１０ｂの回転数よりも小さくなる。したがって、第１ワークロール１０ａと第２ワークロール１０ｂが仮に同じ直径（同じ状態）で圧延を行う場合でも、上下ワークロールの中立点（ロールと圧延材料の速度が一致する点）位置の違いによって、ロールと材料間の摩擦によるせん断力が上下で相殺される領域があるため、一般的な上下ロール駆動の圧延機に比べて圧延荷重やトルクが減少する特性がある。

第１ワークロール１０ａの胴長Ｌ_１と第２ワークロール１０ｂの胴長Ｌ_２は、同じ寸法であり、左右両端部のネックベアリングが取り付けられるロールネックＲｎの形状（図３参照）も同じである。そのため、第１ワークロール１０ａ（第２ワークロール１０ｂ）を取り外して第２ワークロール１０ｂ（第１ワークロール１０ａ）に取り付けることが可能となっている。すなわち、第１ワークロール１０ａと第２ワークロール１０ｂは、軸方向の長さ及びロールネックＲｎの形状が同一で互いに入れ替え可能となっている。

バックアップロール１２は、第１ワークロール１０ａをバックアップする第１バックアップロール１２ａと、第２ワークロール１０ｂをバックアップする第２バックアップロール１２ｂと、で構成されている。第１バックアップロール１２ａ（第２バックアップロール１２ｂ）は、第１ワークロール１０ａ（第２ワークロール１０ｂ）の上側（下側）に接触し、圧延の際に、第１ワークロール１０ａ（第２ワークロール１０ｂ）が上側（下側）へ撓まないようにするための撓み抑制部材である。

スピンドル５は、駆動部７の回転を第２ワークロール１０ｂへ伝達するための軸部材であり、一般的なクロスピンタイプのユニバーサルジョイント（自在継手）であって、一方の端が駆動部７と接続され、他方の端が第２ワークロール１０ｂと接続されている。

駆動部７は、電動機７ａと、ギヤカップリング７ｂと、減速機７ｃと、を有している。電動機７ａは、電力を回転運動に変換する所謂モータであって、圧延の際に第２ワークロール１０ｂを回転させる動力源である。ギヤカップリング７ｂは、電動機７ａの回転を減速機７ｃに伝達する継手部材であり、減速機７ｃは、電動機７ａの回転速度を減速してトルクを増大させる装置である。

ハウジング８に設けられたロールチョック（不図示）は、ワークロール１０及びバックアップロール１２を支持するための部材であって、上述したように、ネックベアリングを介してワークロール１０を回転可能に支持している。

ネックベアリングは、ワークロール１０を正確かつ滑らかに回転させるための部材であり、ワークロール１０のロールネックＲｎの形状のみが嵌合するように形成されている。

＜＜＜ワークロール１０の使用方法＞＞＞
次に、ワークロール１０の使用方法について説明する。本実施形態においては、第１ワークロール１０ａの胴長Ｌ_１と径Ｄ_ｗ１の比（Ｌ_１／Ｄ_ｗ１）が４．０≦Ｌ_１／Ｄ_ｗ１≦７．０を満たし、且つ、第２ワークロール１０ｂの胴長Ｌ_２と径Ｄ_ｗ２の比（Ｌ_２／Ｄ_ｗ２）が４．０≦Ｌ_２／Ｄ_ｗ２≦７．０を満たすように、第１ワークロール１０ａと第２ワークロール１０ｂを使用する。

前述したように、第１ワークロール１０ａの胴長Ｌ_１及び第２ワークロール１０ｂの胴長Ｌ_２は同じ寸法であり、共に圧延設備の仕様上の最大板幅（その圧延設備で圧延することができる最大板幅のことで、通常、圧延機１で圧延することができる最大板幅と同じとなる）に基づいて決定される。一般的には、最大板幅に１００ｍｍ〜１５０ｍｍ程度加えた値であり、例えば、最大板幅１２５０ｍｍの場合、１５０ｍｍを加えた１４００ｍｍが、胴長Ｌ_１及び胴長Ｌ_２の値となる。

そして、第１ワークロール１０ａの径Ｄ_ｗ１及び第２ワークロール１０ｂの径Ｄ_ｗ２は、圧延時において共に摩耗して小さくなる。つまり、圧延時のＬ_１／Ｄ_ｗ１（Ｌ_２／Ｄ_ｗ２）の値は、胴長Ｌ_１（胴長Ｌ_２）が圧延時に変わらないので、径Ｄ_Ｗ１（径Ｄ_Ｗ２）の変数となり、ワークロール１０の新品時が最小値、ワークロール１０の廃却時（摩耗して径が小さくなり廃棄が必要となった時）が最大値となる。

したがって、４．０≦Ｌ_１／Ｄ_ｗ１≦７．０及び４．０≦Ｌ_２／Ｄ_ｗ２≦７．０を満たすように第１ワークロール１０ａと第２ワークロール１０ｂを使用するとは、ワークロール１０の新品時から廃却時までのＬ_１／Ｄ_ｗ１（Ｌ_２／Ｄ_ｗ２）が上記範囲内（すなわち、４．０以上７．０以下）となるようにワークロール１０を使用することである。以下では、かかる事項について、具体的に説明する。

＜ワークロール１０にかかる力＞
ワークロール１０の最弱部における応力の計算をするため、先ずは、圧延時のワークロール１０にかかる力を算出する。図２は、圧延時のワークロール１０にかかる力を説明するための断面概略図である。断面図においては、紙面の横方向（水平方向）を「搬送方向」とし、その一方側（他方側）を「上流（下流）」又は「入側（出側）」と呼び、紙面の縦方向（鉛直方向）を「上下方向」とし、その上側（下側）を「上（下）」と呼ぶ。

本実施形態においては、第２ワークロール１０ｂのみを駆動させ、第１ワークロール１０ａは無駆動なので、第１ワークロール１０ａには圧延反力によるトルクが発生しない。つまり、第１ワークロール１０ａの圧延反力Ｐｒは、図２に示すように、ワークロール接触弧長Ｌｐの中央から第１ワークロール１０ａの回転中心の方向へ働く。

この第１ワークロール１０ａの圧延反力Ｐｒの垂直成分は、第１バックアップロール１２ａに支えられ、圧延反力Ｐｒの水平成分である水平力Ｐｈは、ネックベアリングを介してワークロールチョックで支えられることになる。

なお、駆動回転するワークロール１０には、圧延反力によるトルクが発生するので、図２の第２ワークロール１０ｂに示す圧延反力（図２の下矢印）のように、ワークロール接触弧長Ｌｐの中央と接触弧長出口間のある地点から上下方向にのみ圧延反力が働く。

したがって、第１ワークロール１０ａ及び第２ワークロール１０ｂが共に回転駆動する場合、上記した水平力Ｐｈは発生しない。すなわち、上下のワークロール１０が共に駆動する一般的な圧延機による圧延の場合に比べて、本実施形態のような片側駆動の圧延においては、水平力Ｐｈの発生がワークロール１０の小径化の障壁となる。

そのため、ワークロール１０が片側のみ駆動する場合、ワークロール１０の径を設計する際の目安として、圧延反力Ｐｒの水平力Ｐｈが用いられる。そして、圧延反力Ｐｒの水平力Ｐｈは、ワークロール接触弧長Ｌｐ及び圧延反力Ｐｒから次式で表すことができる。

ワークロール接触弧長：Ｌｐ
Ｌｐ＝√（（Ｄ_Ｗ１＋Ｄ_ｗ２）／２／２・ΔＨ）
＝１／２・√（（Ｄ_Ｗ１＋Ｄ_ｗ２）・ΔＨ）
ΔＨ：１パスあたりの圧下量。入側板厚Ｈ１−出側板厚Ｈ２の値。

圧延反力：Ｐｒ
Ｐｒ＝Ｃ・ｋｍ・ｂ・√（１／２・Ｄ_Ｗ１・ΔＨ）
Ｃ：摩擦係数、張力等による圧下力係数
ｋｍ：被圧延材３の平均変形抵抗
ｂ：被圧延材３の板幅（軸方向の寸法）
圧延反力Ｐｒの水平力：Ｐｈ
Ｐｈ＝１／２・Ｌｐ／Ｄ_Ｗ１・２・Ｐｒ
＝１／２・√（（Ｄ_Ｗ１＋Ｄ_ｗ２）・ΔＨ）／Ｄ_Ｗ１・Ｐｒ
＝１／２・√（（Ｄ_Ｗ１＋Ｄ_ｗ２）・ΔＨ）／Ｄ_Ｗ１・Ｃ・ｋｍ・
ｂ・√（１／２・Ｄ_Ｗ１・ΔＨ）
第１ワークロール１０ａと第２ワークロール１０ｂの直径を同じ寸法（Ｄ_ｗ１＝Ｄ_Ｗ２）とすると、圧延反力Ｐｒの水平力Ｐｈは次式で表すことができる。

Ｐｈ＝１／２・Ｃ・ｋｍ・ｂ・ΔＨ ・・・（１）
上記（１）式に示すように、圧延反力Ｐｒの水平力Ｐｈは、簡易的にはワークロール１０の径によらず、圧下力係数Ｃ、平均変形抵抗ｋｍ、板幅ｂ、及び圧下量ΔＨを用いて表すことができる。

＜ワークロール１０の最弱部における応力＞
次に、ワークロール１０の最弱部の応力を求める。ここでいう最弱部とは、圧延時のワークロール１０において、最も亀裂等の不具合が発生しやすい部分のことである。

図３は、図１のＸ部の拡大図であり、ワークロール１０のロールネックＲｎを示した図である。ワークロール１０の最弱部は、ロールネックＲｎに存在し、ネックベアリングの軸方向における中心（図３のＺ）から最弱部までの距離Ｌｎだけ内側に離れた段付き肩丸み部（図３のＹ）となる。

そして、ワークロール１０が片側のみ駆動する場合、水平力Ｐｈの半分（ワークロール１０が左右のロールチョックで支持されているので半分となる）と、最大ベンディング力Ｆｂ（ワークロール１０の圧延時の撓みを抑制するためにかけられる力）の合力Ｆｃがワークロール１０の最弱部に作用する。

ロールチョックに作用する最大ベンディング力Ｆｂは、経験値から次式で表すことができる。

Ｆｂ＝１／４・Ｄ_ｗ１ ^２ ・・・（２）
ロールチョックに作用する合力Ｆｃは、次式で表すことができる。

Ｆｃ＝√（（Ｐｈ／２）^２＋Ｆｂ^２） ・・・（２−１）
＝√（（Ｐｈ／２）^２＋（１／４・Ｄ_ｗ１ ^２）^２）
ワークロール１０の最弱部に作用する応力σ_ｎは、次式で表すことができる。

σ_ｎ＝α・Ｆｃ・Ｌｎ／Ｚｎ
＝α・√（（Ｐｈ／２）^２＋（１／４・Ｄ_ｗ１ ^２）^２）・Ｌｎ／
（π／３２・（ｋｎ・Ｄ_ｗ１）^３） ・・・（３）
α：最弱部の応力集中係数
Ｚｎ：最弱部の断面係数
ｋｎ：ワークロール新品時の径（公称径）Ｄ_ｗ１Ｎに対する最弱部の直径の比
＜片駆動廃却径及び公称径の算出＞
次に、ワークロール１０の径の設計において、ワークロール１０の径の目安となる片駆動廃却径と公称径を求める。本明細書においては、ワークロールの公称径とは、使用前の新品時のワークロールの径を意味し、ワークロールの廃却径とは、使用することで摩耗したワークロールを廃却する際のワークロールの径を意味している。

片駆動廃却径は、片側駆動の際に生じる水平力Ｐｈに焦点を当て、最大ベンディング力Ｆｂをゼロとして（（３）式の合力Ｆｃの代わりに片側駆動時の水平力Ｐｈを用いて）演算したワークロール１０の廃却径であり、これに対応する公称径は、片駆動廃却径から演算したワークロール１０の新品径である。すなわち、片駆動廃却径は、最大ベンディング力Ｆｂが存在しないものとして片側駆動時に発生する水平力Ｐｈのみにより計算されたものであるので、ここでは、便宜上「片駆動」廃却径と呼び、後述するワークロール廃却径Ｄｍ（この廃却径は、最大ベンディング力Ｆｂも考慮されたものである）とは区別している。

（３）式の合力Ｆｃの代わりに水平力Ｐｈを用いると次式となる。

σ_ｎ＝α・Ｐｈ／２・Ｌｎ／（π／３２・（ｋｎ・Ｄ_ｗ１）^３）
＝α・１／４・Ｃ・ｋｍ・ｂ・ΔＨ・Ｌｎ／
（π／３２・（ｋｎ・Ｄ_ｗ１）^３） ・・・（４）
そうしたら、（４）式を用いて、基準の圧延設備のσ_ｎと、ある圧延設備のσ_ｎと、が同じ値となるときの、基準の圧延設備のワークロール１０の片駆動廃却径と、ある圧延設備のワークロール１０の片駆動廃却径と、の関係性を導き出す（係数として算出する）。

基準の圧延設備の仕様上の最大板幅ｂ_０のときの片駆動廃却径をＤｍｉｎ_０とすると、ワークロール１０の最弱部に作用する応力σ_ｎ０は、次式で表すことができる。

σ_ｎ０＝α・１／４・Ｃ・ｋｍ・ｂ_０・ΔＨ・Ｌｎ_０／
（π／３２・（ｋ_０・Ｄｍｉｎ_０）^３） ・・・（５）
ｋ_０：Ｄｍｉｎ_０に対する最弱部の直径の比
ある圧延設備の仕様上の最大板幅ｂ_ｘのときの片駆動廃却径をＤｍｉｎ_ｘとすると、ワークロール１０の最弱部に作用する応力σ_ｎｘは、次式で表すことができる。

σ_ｎｘ＝α・１／４・Ｃ・ｋｍ・ｂ_ｘ・ΔＨ・Ｌｎ_ｘ／
（π／３２・（ｋ_０・Ｄｍｉｎ_ｘ）^３）
ここで、β＝ｂ_ｘ／ｂ_０＝Ｌｎ_ｘ／Ｌｎ_０、γ＝Ｄｍｉｎ_ｘ／Ｄｍｉｎ_０とすると、応力σ_ｎｘをｂ_０、Ｌｎ_０、及びＤｍｉｎ_０を用いて次式で表すことができる。

σ_ｎｘ＝α・１／４・Ｃ・ｋｍ・βｂ_０・ΔＨ・βＬｎ_０／
（π／３２・（ｋ_０・γＤｍｉｎ_０）^３）・・・（６）
そして、次式が成り立つとき、（５）式と（６）式が同一となる。すなわち、基準の圧延設備のワークロール１０とある圧延設備のワークロール１０の強度（ワークロール１０の最弱部の応力）が等しくなる。

β^２＝γ^３
γ＝β^２／３＝（ｂ_ｘ／ｂ_０）^２／３ ・・・（７）
そうすると、既知の値である、基準の圧延設備の片駆動廃却径Ｄｍｉｎ_０と、基準の圧延設備の最大板幅ｂ_０と、ある圧延設備の最大板幅ｂ_ｘと、γ＝Ｄｍｉｎ_ｘ／Ｄｍｉｎ_０の関係式と、（７）式とから、ある圧延設備におけるワークロール１０の片駆動廃却径Ｄｍｉｎ_ｘ（基準の圧延設備の片駆動廃却径Ｄｍｉｎ_０と同等の強度を有する片駆動廃却径Ｄｍｉｎ_ｘ）を算出することができる。換言すれば、片駆動方式の各設備仕様のワークロール廃却径は、それぞれの最大板幅比の2/3乗で決定すれば、ワークロールの基本的な強度を確保できることが分かる。

具体的な数値としては、基準の圧延設備の最大板幅ｂ_０＝１２５０ｍｍとし、硬質材主体のパススケジュール(パス回数及び各パスでの圧延条件等)に対して一般的な鍛鋼ロールの許容応力を２２ｋｇｆ／ｍｍ^２（２１６ＭＰａ）として、限界設計により基準の圧延設備の廃却径Ｄｍｉｎ_０を求めると２５０ｍｍとなる。そして、これを基準として各圧延設備の片駆動廃却径Ｄｍｉｎ_ｘを各圧延設備の最大板幅ｂ_ｘより求めたものを図４に示す。

図４は、圧延設備の最大板幅とワークロール１０の片駆動廃却径及び公称径の関係を示したグラフである。横軸に圧延設備の最大板幅、縦軸にワークロール１０の径を取った場合の片駆動廃却径と公称径について、片駆動廃却径を実線、公称径を破線で示している。

なお、本発明が適用される被圧延材３の最大板幅（圧延設備の仕様上の最大板幅）は、最小で９００ｍｍ、最大で２０００ｍｍとなるので、図４にはかかる範囲の片駆動廃却径と公称径を算出して示している。すなわち、圧延対象である被圧延材３の設計上の最大板幅が、９００ｍｍから２０００ｍｍの範囲内にある。

また、本実施形態においては、ワークロール１０の廃却径（最小径）と新品径（最大径）の比を、近年のワークロール表面硬度深さ特性の改善成果から従来の０．９以上から０．８以上に変更しているので、片駆動廃却径と公称径の比にも、変更後の０．８を適用している。すなわち、ワークロール１０の公称径は、先に求めたワークロール１０の片駆動廃却径の値を０．８で割ることで算出し、かかる算出結果が図４に破線として示されている。

そして、このようにワークロール１０の廃却径と新品径の比を変更することで、従来に比べて、ワークロール原単位の向上（ワークロール１０の長寿命化によるコストの抑制）の効果と、片駆動異径ロール圧延による圧延荷重やトルクの低減効果（上下のワークロール１０の直径が異なる状態で圧延することを異径ロール圧延といい、片駆動異径ロール圧延は、同径ロール圧延に比べて、同じ圧下量ΔＨに対してワークロール１０の圧延荷重やトルクが低くなる）と、を得ることが可能となる。

＜ワークロール１０の径の決定＞
次に、ワークロール１０の最弱部の応力σ_ｎとワークロール１０の安全率からワークロール廃却径Ｄｍ及びワークロール新品径Ｄｓを決定する。具体的には、各圧延設備の硬質材主体のパススケジュールに対して、一般的な鍛鋼ロールの許容応力を２２ｋｇｆ／ｍｍ^２（２１６ＭＰａ）とし、（３）式から合力Ｆｃに対するワークロール１０の最弱部の応力σ_ｎを求め、安全率が所定の値以上（本実施形態では１．３以上）になるように、ワークロール廃却径Ｄｍ及びワークロール新品径Ｄｓを決定する。

図５は、各設備仕様の最大板幅に基づいて決定されたワークロール新品径Ｄｓ及びワークロール廃却径Ｄｍに対する各パラメータを示した表である。図５の表では、適用例として１〜９の９件の例を記載しており、適用例１が仕様上の最大板幅１０５０ｍｍの圧延設備、適用例２〜４が仕様上の最大板幅１２５０ｍｍの圧延設備、適用例５〜７が仕様上の最大板幅１６００ｍｍの圧延設備、適用例８と９が仕様上の最大板幅１８５０ｍｍの圧延設備である。以下では、適用例１を例に挙げて、ワークロール廃却径Ｄｍ及びワークロール新品径Ｄｓを決定する手順を説明する。

先ず、ワークロール１０の片駆動廃却径を確認する。適用例１の圧延設備において圧延できる被圧延材３の最大板幅は１０５０ｍｍなので、図４の横軸が１０５０ｍｍの位置における実線の縦軸の値（ワークロール１０の片駆動廃却径）を見ると２２０ｍｍ程度であることが分かる。ワークロール廃却径Ｄｍは、これを目安として下回らないように決定すれば良いので、ワークロール廃却径Ｄｍを２２５ｍｍと仮決定する。そうしたら、ワークロール廃却径Ｄｍを０．８で割って、ワークロール新品径Ｄｓを２８０ｍｍと仮決定する。

次に、板幅ｂ（実際に圧延する被圧延材３の板幅ｂ）、圧下量ΔＨ等のパラメータと、（１）式、（２）式、（２−１）式より合力Ｆｃを算出し、（３）式を用いてワークロール１０の最弱部の応力σ_ｎを算出する。そして、ワークロール１０の最弱部の応力σ_ｎが一般的な鍛鋼ロールの許容応力を２２ｋｇｆ／ｍｍ^２（２１６ＭＰａ）に対して安全率が所定の値以上であるかを確認し、安全率が所定の値以上であれば、仮決定したワークロール新品径Ｄｓ及びワークロール廃却径Ｄｍは、強度的には問題が無いといえる。

かかる手順で各圧延設備のワークロール新品径Ｄｓ及びワークロール廃却径Ｄｍを決定すると、図５の適用例１〜９に示すようにワークロール１０の径は２００ｍｍから４５０ｍｍの範囲に収まる。すなわち、２本のワークロール１０の径が、２００ｍｍから４５０ｍｍの範囲内にある。

また、各圧延設備の胴長Ｌ（本発明の胴長Ｌ_１と胴長Ｌ_２は同じ寸法となるので、以下、胴長Ｌ_１及び胴長Ｌ_２を胴長Ｌともいう）とワークロール新品径Ｄｓとの比率Ｌ／Ｄｓと、各圧延設備の胴長Ｌとワークロール廃却径Ｄｍとの比率Ｌ／Ｄｍを算出すると、図５に示す表の右側の２列に示す数値となる。なお、胴長Ｌとワークロール１０の径の比率Ｌ／Ｄは、Ｌ／Ｄｓが最小値、Ｌ／Ｄｍが最大値であり、圧延時において、Ｌ／ＤｓとＬ／Ｄｍの範囲内にある。

図６は、図４の横軸をワークロール１０の胴長Ｌで表し、図５に示す適用例１〜９のワークロール新品径Ｄｓ（三角点）及びワークロール廃却径Ｄｍ（丸点）、並びに胴長Ｌとワークロールの径の比率Ｌ／Ｄ＝４とＬ／Ｄ＝７をプロットした図である。

図６に示すように、前述した手順でワークロール廃却径Ｄｍを決定し、ワークロール廃却径Ｄｍとワークロール新品径Ｄｓの比が０．８以上になるようにワークロール新品径Ｄｓを決定すると、全てのワークロール新品径Ｄｓ（三角点）及びワークロール廃却径Ｄｍ（丸点）がＬ／Ｄ＝４〜７の範囲内（Ｌ／Ｄ＝４とＬ／Ｄ＝７のグラフの間）に収まる。

このように、４．０≦Ｌ_１／Ｄ_ｗ１≦７．０及び４．０≦Ｌ_２／Ｄ_ｗ２≦７．０を満たすように第１ワークロール１０ａと第２ワークロール１０ｂが使用され、かかる使用によりワークロール１０の強度が確保される。

＜＜＜ワークロール１０の運用方法＞＞＞
次に、ワークロール１０の運用方法について説明する。第１実施形態においては、第１ワークロール１０ａと第２ワークロール１０ｂが同じ仕様（少なくとも胴長の寸法及びロールネックＲｎの形状が同じ）であって入れ替え可能であるので、以下に示すワークロール１０の運用方法を適用することができる。

圧延機のワークロールは、使用して摩耗が進むと表面が荒れてくるため、一定期間使用する毎に表面を研磨する必要がある。そのため、通常、圧延工場ではワークロールの予備品が多く用意され、それらはロール毎に番号が付与されてロールショップ設備で管理される。

新品のワークロールを第１ワークロール１０ａと第２ワークロール１０ｂとして取り付けて圧延を開始した後、ある使用時間を経た時点では、ワークロールの摩耗度の違いによりロール径にバラつきが生ずる。ワークロールは、使用時間に比例してどの程度摩耗して径が減少するかが経験値として知られているため、各ワークロール（ロール予備品）の番号と使用時間が関連付けされてデータベース化され、これによって各ワークロール（ロール予備品）の径が管理されている。

操業期間を経て新品から廃却径近くのロールまで広く分布した時点では、複数のロール予備品のうち、公称径に対する径の比が所定の基準値よりも大きなものと小さなものとの２本を取り出し、取り出した２本のロール予備品のうち、径の小さい方を第１ワークロール１０ａと交換し、径の大きい方を第２ワークロール１０ｂと交換する。かかる基準値は、０．９程度とすることが好ましい。

また、第１ワークロール１０ａの径Ｄ_ｗ１と公称径Ｄ_ｗ１Ｎとの比（Ｄ_ｗ１／Ｄ_ｗ１N）が０．８となった時点で当該第１ワークロールを廃却することが好ましい。第１、第２ワークロール及びロール予備品を含む各ロールの径は、使用時間と摩耗の度合いとの関係（経験値）に基づいて計算することが、設備の複雑化を避けられるため好ましい。但し、本発明はこの方法に限られず、第１ワークロールの径を直接測定して径Ｄ_ｗ１と公称径Ｄ_ｗ１Ｎとの比（Ｄ_ｗ１／Ｄ_ｗ１N）が０．８となったことを判断してもよい。

＝＝＝第１実施形態の有効性について＝＝＝
上述したとおり、第１実施形態に係る圧延機１は、通板ラインを挟んで上側と下側に配置された２本のワークロール１０を備え、２本のワークロール１０のそれぞれに対して１本のバックアップロール１２が設けられた４段の圧延機１であって、２本のワークロール１０は、軸方向の長さ及びロールネックＲｎの形状が同一で互いに入れ替え可能であり、２本のワークロール１０のうち、一方のワークロール１０である第１ワークロール１０ａが回転駆動されず、他方のワークロール１０である第２ワークロール１０ｂが回転駆動されるよう構成されており、第１ワークロール１０ａの胴長Ｌ_１と径Ｄ_ｗ１の比（Ｌ_１／Ｄ_ｗ１）が４．０≦Ｌ_１／Ｄ_ｗ１≦７．０を満たし、且つ、第２ワークロール１０ｂの胴長Ｌ_２と径Ｄ_ｗ２の比（Ｌ_２／Ｄ_ｗ２）が４．０≦Ｌ_２／Ｄ_ｗ２≦７．０を満たすことを特徴とする。そのため、小径のワークロール１０を用いても高いトルクに耐えうる駆動装置にすることができ、且つ、コストが抑制された圧延機１を提供することが可能となる。

近年、自動車等の高強度化や軽量化を目的として、従来よりも直径が小さい小径のワークロール１０を高いトルクでも駆動させることができる圧延機が求められている。しかしながら、従来の方法では、スピンドルの強度不足、圧延機の大型化、高速圧延時の振動、トルク循環の問題等が発生していた。

これに対し、第１実施形態に係る圧延機１においては、第一に、一般的には上下のワークロール１０の両方を駆動回転させるところ、ワークロール１０の片側（第２ワークロール１０ｂ）のみを駆動回転させることとした。これにより、上下でのスピンドル同士の干渉が無くなるので、スピンドル直径を大きくするスペースが生まれ、直径を大きくしてスピンドル強度を高めることが可能となり、大トルクに耐えられ、且つ、高速回転可能なスピンドルとすることが可能となる。

また、スピンドルの強度を確保するための高価な特殊ギヤスピンドルタイプではなく、低廉な一般のクロスピンタイプのユニバーサルジョイントを用いることができるので、コストを抑制することが可能となる。

また、ユニバーサルジョイントの傾き角は、最大８°〜１０°程度とギヤスピンドル（傾き角最大１．５°程度）に比べて大きいので、ロール開度を確保するためにギヤスピンドルのような長いスピンドルが必要なくなり、圧延機の大型化を抑制することが可能となる。

また、第２ワークロール１０ｂのみを駆動させて圧延するので、トルク循環が発生せず、厳格な上下ワークロールの径差管理が不要となる。

第二に、第１ワークロール１０ａ及び第２ワークロール１０ｂを同じ仕様のワークロール１０とした。つまり、同じ仕様（直径）でも、上下のワークロール１０の摩耗量が異なるので、上述した異径ロール圧延の効果を得ることが可能となる。そして、同じ仕様なので、特許文献１（特許第３２９０９７５号公報）に示されている一般的な異径ロール圧延機（上下のワークロールの仕様が異なる）よりも、ワークロール、ネックベアリング、ネックシール等の操業予備品（消耗品）の種類と個数を減らすことができる。

第三に、ワークロール１０を４．０≦Ｌ_１／Ｄ_ｗ１≦７．０及び４．０≦Ｌ_２／Ｄ_ｗ２≦７．０の範囲で使用することとした。第１実施形態に係る圧延機１のように、第２ワークロール１０ｂのみを駆動させて圧延すると、大きな水平力Ｐｈが発生してワークロール１０の強度不足が問題となるが、ワークロール１０を４．０≦Ｌ_１／Ｄ_ｗ１≦７．０及び４．０≦Ｌ_２／Ｄ_ｗ２≦７．０を満たすようにして使用することにより、どの圧延設備においてもワークロール１０に十分な強度を確保することが可能となる。

また、第１実施形態においては、それぞれのワークロールの廃却径（最小径）の公称径（最大径、新品径）に対する比を０．８以上とした。

つまり、ワークロールの長寿命化に寄与するとともに片側駆動異径ロール圧延による圧延荷重やトルクの低減効果を高めることが可能となる。

また、第１実施形態においては、２本のワークロール１０の径が、２００ｍｍから４５０ｍｍの範囲内にあることとした。

つまり、ワークロール１０の径が２００ｍｍから４５０ｍｍの範囲内において、小径のワークロール１０を用いても高いトルクに耐えうる駆動装置にすることができ、且つ、コストが抑制された圧延機１を提供することが可能となる。

また、第１実施形態においては、圧延対象である被圧延材３の設計上の最大板幅が、９００ｍｍから２０００ｍｍの範囲内にあることとした。

つまり、被圧延材３の最大板幅が９００ｍｍから２０００ｍｍの範囲内で圧延設備が設計されるので、かかる範囲内において、小径のワークロール１０を用いても高いトルクに耐えうる駆動装置にすることができ、且つ、コストが抑制された圧延機１を提供することが可能となる。

また、第１実施形態においては、第１ワークロール１０ａの径Ｄ_ｗ１は、第２ワークロールの径Ｄ_ｗ２より小径で圧延することと、第２ワークロール１０ｂの径Ｄ_ｗ２は、第２ワークロール１０ｂの公称径（新品径）Ｄ_ｗ２Ｎとの比（Ｄ_ｗ２／Ｄ_ｗ２N）が基準値以上で第２ワークロール位置で使用し、第１ワークロール１０aの径Ｄ_ｗ１は第１ワークロール１０aの公称径（新品径）Ｄ_ｗ１Ｎとの比（Ｄ_ｗ１／Ｄ_ｗ１N）が基準値未満で第１ワークロール位置で廃却径まで使用するワークロールの運用方法とした。基準値は０．８５〜０．９５程度の値で適宜設定すればよいが、公称径に対する径の比が０．９程度となった時点で廃却していた従来の方法と比較してより長くロールを使用する観点から、基準値を０．９で設定し、これよりも小さい径まで摩耗したロール予備品も使用するようにすることが好ましい。
かかるワークロール１０の運用方法によると、常に第１ワークロール１０ａの方が第２ワークロール１０ｂよりも直径が小さい状態（異径ロール圧延状態）で圧延が行われる。
つまり、本実施形態に係るワークロール１０の運用方法によると、常に片駆動異径ロール圧延を行うことができるので、片駆動異径ロール圧延による圧延荷重の低減効果を高めることが可能となる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第１実施形態においては、オフセット無し（ワークロール１０の回転中心とバックアップロール１２の回転中心の搬送方向における位置が同じ位置。図２に示す位置関係）であったが、第２実施形態においては、図７に示すように、オフセット有り（第１ワークロール１０ａの回転中心及び第２ワークロール１０ｂの回転中心の少なくとも一方がバックアップロール１２の回転中心の搬送方向における位置と異なる位置）で圧延が行われる。

図７は、図２に対応する図であり、オフセットされた圧延時のワークロール１０にかかる力を説明するための断面概略図である。なお、詳細は計算式を用いて後述するが、ワークロール１０がオフセットされた状態で圧延が行われることにより、ワークロール１０に生じる水平力を低減させることが可能となる。

第２実施形態に係る圧延機１５０は、各板幅における軟質材から硬質材まで多岐に渡るパススケジュールに対して、安定して最適な水平力をワークロール１０に生じさせるため、オフセット量を変更することができるオフセット装置１００（ロールオフセット装置に相当）及びオフセット制御部１３０（オフセット量制御装置に相当）が、圧延機１の非駆動の第１ワークロール１０ａに設けられている。

つまり、圧延機１５０は、圧延機１に加えて、２本のワークロール１０のうち、第１ワークロール１０ａのみを圧延機１の圧延方向における入側に水平方向に所定のオフセット量でオフセットさせることができるよう構成されたロールオフセット装置（オフセット装置１００）と、所定のオフセット量だけ第１ワークロール１０ａを入側にオフセットさせるようにロールオフセット装置（オフセット装置１００）を制御するよう構成されたオフセット量制御装置（オフセット制御部１３０）と、をさらに備えている。

図８は、オフセット装置１００の断面図であり、図９は、オフセット制御部１３０を示した図である。また、図９においては、軸方向の一方側を駆動側と呼び、他方側を操作側と呼ぶ。

オフセット装置１００は、図９に示すように、第１ワークロール１０ａの出側操作側に第１オフセット装置１００ａ、入側操作側に第２オフセット装置１００ｂ、出側駆動側に第３オフセット装置１００ｃ、入側駆動側に第４オフセット装置１００ｄを有している。そして、第１オフセット装置１００ａ乃至第４オフセット装置１００ｄは同種の装置である。

したがって、以下では、第１オフセット装置１００ａ乃至第４オフセット装置１００ｄの説明が重複する場合、第１オフセット装置１００ａについて説明し、他の装置の説明は省略する（図面の符号についても省略する）。なお、図８は、操作側からみたオフセット装置１００であり、オフセット装置１００のうち、第１オフセット装置１００ａと第２オフセット装置１００ｂが示されている。

第１オフセット装置１００ａは、第１位置調整シリンダ１０２ａと、第１位置検出センサ１０４ａと、第１上側ベンディングブロック１０６ａと、第１プロジェクトブロック１０８ａと、第１ベンディングシリンダ１１０ａと、第１下側ベンディングブロック１１２ａと、を有している。

第１位置調整シリンダ１０２ａは、第１シリンダ先端１０２ａｅで圧延機１のロールチョック９を押し込むことにより、ロールチョック９に支持された第１ワークロール１０ａを搬送方向の入側に移動させる（オフセットさせる）。また、第１位置調整シリンダ１０２ａは、第１上側ベンディングブロック１０６ａ内に設けられており（第１プロジェクトブロック１０８ａ内に設けられていても良い）、第１シリンダ先端１０２ａｅの反対側には、第１位置検出センサ１０４ａが設けられている。

第１位置検出センサ１０４ａは、第１位置調整シリンダ１０２ａの位置を検出するためのセンサであり、第１シリンダ先端１０２ａｅの搬送方向における位置を制御するために用いられる。

第１上側ベンディングブロック１０６ａは、第１プロジェクトブロック１０８ａに上下方向に移動可能に設けられている。そして、第１上側ベンディングブロック１０６ａのロールチョック９側は、凹み形状をしており、対向するロールチョック９の凸形状と嵌め合わされている。つまり、第１上側ベンディングブロック１０６ａは、ロールチョック９を上下方向に拘束しており、第１上側ベンディングブロック１０６ａが上下方向に移動すると、ロールチョック９を介して第１ワークロール１０ａが上下方向に移動する。

また、第１上側ベンディングブロック１０６ａは、第１下側ベンディングブロック１１２ａ内に設けられた第１ベンディングシリンダ１１０ａと接続されており、第１ベンディングシリンダ１１０ａは、第１下側ベンディングブロック１１２ａ内において、上下方向に移動可能である。

つまり、第１ベンディングシリンダ１１０ａが上下方向に移動すると、第１上側ベンディングブロック１０６ａ及びロールチョック９を介して第１ワークロール１０ａが上下方向に移動する。

そして、圧延時において、第１ベンディングシリンダ１１０ａは、ワークロール１０の撓みに対抗するようにワークロール１０を移動させる。そのため、ワークロール１０には、上記した最大ベンディング力Ｆｂが発生する。

次に、図７を用いてオフセット有り圧延における水平力の低減効果について説明する。図７に示すように、第２実施形態においては、非駆動の第１ワークロール１０ａの回転中心が接触するロールの回転中心（第１バックアップロール１２ａ及び第２ワークロール１０ｂの回転中心）に対して入側へオフセットした状態で圧延が行われる。

そして、オフセットにより発生する第１ワークロール１０ａの水平力Ｆｈ_１は、次式で表すことができる。

Ｆｈ_１＝Ｐｒ・（２・ｅ１／（Ｄｂ_１＋Ｄ_ｗ１）
−２・ｅ２／（Ｄ_ｗ１＋Ｄ_ｗ２）） ・・・（８）
Ｄｂ_１：第１バックアップロール１２ａの直径
ｅ１：第１ワークロール１０ａと第１バックアップロール１２ａのオフセット量
ｅ２：第１ワークロール１０ａと第２ワークロール１０ｂのオフセット量
ワークロール１０には、張力、接触するロールからの慣性力や摩擦力等も働くが、前述した圧延反力Ｐｒの水平力Ｐｈとオフセットによる水平力Ｆｈ_１が主に働くので、第１ワークロール１０ａに作用する水平力Ｆ_１は、（１）式と（８）式を合計して次式で表すことができる。

Ｆ_１＝Ｐｈ＋Ｆｈ_１
＝１／２・Ｃ・ｋｍ・ｂ・ΔＨ＋Ｐｒ・（２・ｅ１／（Ｄｂ_１＋Ｄ_ｗ１）
−２・ｅ２／（Ｄ_ｗ１＋Ｄ_ｗ２）） ・・・（９）
また、オフセットにより発生する第２ワークロール１０ｂの水平力Ｆｈ_２は、次式で表すことができる。

Ｆｈ_２＝Ｐｒ・（２・（ｅ１＋ｅ２）／（Ｄｂ_２＋Ｄ_ｗ２）
＋２・ｅ２／（Ｄ_ｗ１＋Ｄ_ｗ２）） ・・・（１０）
Ｄｂ_２：第２バックアップロール１２ｂの直径
第２ワークロール１０ｂにおいても、水平力Ｐｈと水平力Ｆｈ_２が主に働く力となるので、第２ワークロール１０ｂに作用する水平力Ｆ_２は、（１）式と（１０）式を合計して次式で表すことができる。

Ｆ_２＝-Ｐｈ＋Ｆｈ_２
＝-１／２・Ｃ・ｋｍ・ｂ・ΔＨ＋Ｐｒ・（２・（ｅ１＋ｅ２）／
（Ｄｂ_２＋Ｄ_ｗ２）＋２・ｅ２／（Ｄ_ｗ１＋Ｄ_ｗ２）） ・・・（１１）
図１０は、上式を用いて、オフセット有り無しの両条件で水平力Ｆ_１及び水平力Ｆ_２を演算した結果である。図１０の左表が、オフセット無しの条件で演算した結果であり、図１０の右表が、オフセット有りの条件で演算した結果である。なお、図１０は、冷間可逆式圧延機（入側から出側に圧延したら、次のパスの圧延は、出側から入側に圧延する圧延機）を用いた例である。

図１０の左表に示すように、オフセット無しの条件においては、奇数パス（入側から出側へ圧延する）、偶数パス（出側から入側へ圧延する）で正負が逆転する大きな水平力が発生している。

これに対し、図１０の右表に示すように、第１ワークロール１０ａのオフセット量をパス毎に変化させたオフセット有りの条件においては、オフセット無しに比べて、水平力Ｆ_１、Ｆ_２が半分以下に低減している。

つまり、各パスの圧延で第１ワークロール１０ａを入側の適切な位置にオフセットさせることにより、オフセットさせない場合に比べて、水平力Ｆ_１、Ｆ_２を半分以下にすることができる。そして、（２）式に示す最大ベンディング力Ｆｂ＝２６．４トン（２５９ｋＮ）との合力Ｆｃは、（２−１）式より、√（２６．４^２＋（１１．０/２）^２）＝２７．０トン（２６５ｋＮ）となり、合力Ｆｃの増加を最大ベンディング力Ｆｂの２％程度の増加にまで抑制することが可能となる。

換言すると、ワークロール１０のうちの非駆動側のワークロール１０（第１ワークロール１０ａ）に、オフセット量を変更することのできるオフセット装置１００を設け、非駆動のワークロール１０（第１ワークロール１０ａ）の回転中心を接触するロールの回転中心（本実施形態では第１バックアップロール１２ａと第２ワークロール１０ｂの回転中心）に対して入側の適切な位置にオフセットさせて圧延することにより、各パスにおいてワークロール１０の外力を抑制することができ、安定した圧延が可能となる。

また、水平力Ｆ_１が小さくなれば、１パス当たりの圧下量ΔＨを大きくすることができる。すなわち、片側駆動の圧延においては、オフセットすることにより、圧下率（圧下量ΔＨ／入側板厚Ｈ１）を大きくすることができる。

なお、オフセット量ｅ１＝−４．５ｍｍ、ｅ２＝４．５ｍｍは、第１ワークロール１０ａのみを入側へ４．５ｍｍ移動させ、第２ワークロール１０ｂは、バックアップロール１２と搬送方向において回転中心が同じ位置にあること（オフセットしていない）を示している。

次に、図８、図９を用いてオフセット有り圧延の圧延方法（圧延制御）について説明する。具体的には、圧延機１５０を用いて、第１ワークロール１０ａを圧延機１の圧延方向における入側に水平方向に所定のオフセット量でオフセットさせて圧延を行う圧延方法（圧延制御）について説明する。以下の説明においては、図８、図９に示す入側（左側）から出側（右側）へ向けて被圧延材３が搬送されて圧延することとする。

オフセット制御部１３０は、第１オフセット装置１００ａ乃至第４オフセット装置１００ｄのそれぞれに対応した、オフセット位置制御盤１３２に設けられたＰＩコントローラと、制御弁と、シリンダ圧力検出センサと、を有しており、第１オフセット装置１００ａ乃至第４オフセット装置１００ｄに対してそれぞれ同様な制御を行う。したがって、以下では、第１オフセット装置１００ａ乃至第４オフセット装置１００ｄの説明が重複する場合、第１オフセット装置１００ａのみについて説明し、他の装置の説明は省略する（図面の符号についても省略する）。

先ず、圧延開始前に、出側操作側の第１オフセット装置１００ａの第１位置調整シリンダ１０２ａと、出側駆動側の第３オフセット装置１００ｃの第３位置調整シリンダ１０２ｃとが、第１ワークロール１０ａを入側へ押し込んで、バックアップロール１２の回転中心より入側の所定の位置となるように、第１ワークロール１０ａをオフセット（移動）させる。

そうしたら、入側操作側の第２オフセット装置１００ｂの第２位置調整シリンダ１０２ｂとロールチョック９との隙間（図８に示すＧａｐ）と、入側駆動側の第４オフセット装置１００ｄの第４位置調整シリンダ１０２ｄとロールチョック９との隙間が設定される。かかる隙間は、圧延時において、オフセット装置１００が圧延機１を過度に拘束しないように設けられるので、例えば、配管系統の圧力検出センサ１２２aの信号に基づいて、一定の軽微な力でロールチョック９に接触していてもよい。

そして、上記の設定後には圧延が開始され、圧延時においては、第１ワークロール１０ａのオフセット量が一定値になるように制御される。具体的には、オフセット位置制御盤１３２に設けられた第１ＰＩコントローラ１３４ａが、第１位置調整シリンダ１０２ａに対応した第１位置検出センサ１０４ａから検出された位置実績値（オフセット位置）と、パススケジュールから予め決められているオフセット指令値とを比較し、オフセット位置がオフセット指令値からずれていないか演算する。

オフセット位置がオフセット指令値からずれていた場合、第１ＰＩコントローラ１３４ａは、オフセット指令値と位置実績値との偏差がゼロとなるよう第１制御弁１２０ａを介して第１位置調整シリンダ１０２ａの位置がオフセット指令値になるように制御する。圧力検出センサ１２２aは、前もって演算した水平力が正しいかどうか監視するためのモニターとして機能しオフセット指令値の補正に役立てる。

なお、オフセット指令値は、圧延荷重、水平力Ｆ_１、Ｆ_２だけではなく、入側と出側の被圧延材３の張力の差、バックアップロール１２の軸受摩擦トルクからの伝達力、加速減速時のバックアップロール１２の慣性力等を考慮して決定される。

＝＝＝第２実施形態の有効性について＝＝＝
上述したとおり、第２実施形態に係る圧延機１５０は、２本のワークロール１０のうち、第１ワークロール１０ａのみを圧延機１の圧延方向における入側に水平方向に所定のオフセット量でオフセットさせることができるよう構成されたロールオフセット装置（オフセット装置１００）と、所定のオフセット量だけ第１ワークロール１０ａを入側にオフセットさせるようにロールオフセット装置（オフセット装置１００）を制御するよう構成されたオフセット量制御装置（オフセット制御部１３０）と、をさらに備えることとし、第１ワークロール１０ａを、圧延機１の圧延方向における入側に水平方向に所定のオフセット量でオフセットさせて圧延を行うこととした。

そのため、第１ワークロール１０ａのオフセット量を変更して圧延することができるようになり、水平力Ｆ_１、Ｆ_２を小さくすることができるので、撓みが抑制されワークロール１０を小径化することが可能となる。また、（９）式、（１１）式から分かるように、水平力Ｆ_１、Ｆ_２が小さくなれば、１パス当たりの圧下量ΔＨを大きくすることができる。すなわち、片側駆動の圧延においては、所定のオフセット量だけ第１ワークロール１０ａを入側にオフセットすることにより、圧下率（圧下量ΔＨ／入側板厚Ｈ１）を大きくすることができる。

冷間圧延、特にタンデムミルにおいては、被圧延材３の材質、板厚、板幅ｂにより多岐に渡るパススケジュールで圧延され、更に、パス数が少ないので、ワークロールを小径化して１パスあたりの圧下量ΔＨを大きくする必要がある。つまり、従来においては、ワークロール１０の片側のみを駆動させて圧延すると、ワークロール１０に大きな水平力Ｐｈが発生するので、ワークロール１０の小径化が困難であった。

これに対し、圧延機１５０は、オフセット装置１００とオフセット制御部１３０により、第１ワークロール１０ａを圧延方向と逆側（入側）にオフセットさせて圧延することができるので、水平力Ｆ_１、Ｆ_２を小さくすることができ、ワークロール１０を小径化することが可能となる。さらにより高い圧下率で圧延することが可能となる。

更に、かかるオフセット量を変更可能とすることにより、第１ワークロール１０ａを各パススケジュールに応じた適切なオフセット位置に調整できるので、更に水平力Ｆ_１、Ｆ_２を小さくすることができ、ワークロール１０をより一層小径化すること、より高い圧下率で圧延することが可能となる。

また、水平力Ｆ_１、Ｆ_２を小さくすることにより、ワークロール１０の強度、ネックベアリングの強度等を相対的に高めることになるので、ワークロール１０とネックベアリングの長寿命化も期待することができる。

また、第２実施形態のように第２ワークロール１０ｂのみが駆動する片側駆動の圧延機１５０においては、第１ワークロール１０ａに圧延方向と同じ方向に水平力Ｐｈが働き、第２ワークロール１０ｂに圧延方向とは逆向きの水平力Ｐｈが働くので、第１ワークロール１０ａのみ圧延方向とは逆向き（入側）にオフセットすることが有効である。

例えば、第１ワークロール１０ａと第２ワークロール１０ｂを同時にオフセットした場合には、第１ワークロール１０ａと第２ワークロール１０ｂとのオフセット量ｅ２がゼロとなるので、水平力Ｆ_１、Ｆ_２の低減効果が少なく、第２ワークロール１０ｂの水平力Ｆ_２は増加してしまう。

また、第１ワークロール１０ａを圧延方向と逆側（入側）に第２ワークロール１０ｂを圧延方向（出側）にオフセットした場合には、水平力Ｆ_１、Ｆ_２の低減効果は高いが、第２ワークロール１０ｂ側にもオフセット装置を設ける必要があるので、設備費とかかる設備のメンテナンス費が増加し、オフセット装置の制御システムも複雑化してしまう。

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
以上、上記実施形態に基づき本発明に係る圧延機１及び圧延機１５０を説明したが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

上記実施形態では、非駆動のワークロール１０aを上ロール、駆動するワークロール１０ｂを下ロールで示したが、非駆動のワークロール１０aを下ロール、駆動するワークロール１０ｂを上ロールとしてもよい。また、圧延機１は４段の構成であったが、これに限るものではなく、例えば、ワークロール１０とバックアップロール１２との間に中間ロールを設けた６段の圧延機であってもよい。かかる場合のオフセット量は、ワークロール１０とバックアップロール１２ではなく、ワークロール１０と中間ロールとのオフセット量を演算すればよい。

また、上記実施形態では、被圧延材３が１台の圧延機により圧延される圧延設備を説明したが、これに限るものではなく、１又は複数スタンドからなる逆転式圧延設備、１又は複数スタンドからなる非逆転式圧延設備、及び１又は複数スタンドからなるタンデム式圧延設備のいずれにも適用可能である。

また、上記実施形態では、圧延機１のワークロール１０が軸方向にシフトしないタイプの圧延機であったが、ワークロール１０が軸方向にシフトするシフトタイプの圧延機でもよい。

図１１は、図５に対応する図であり、シフトタイプの圧延機において、決定されたワークロール新品径Ｄｓ及びワークロール廃却径Ｄｍに対する各パラメータを示した表であり、図１２は、図６に対応する図であり、シフトタイプの圧延機において、横軸をワークロール１０の胴長Ｌで表し、図１１に示す適用例１〜９のワークロール新品径Ｄｓ（三角点）及びワークロール廃却径Ｄｍ（丸点）、並びに胴長とワークロールの径の比率Ｌ／Ｄ＝４とＬ／Ｄ＝７をプロットした図である。なお、シフトタイプの圧延機において、ワークロール１０の胴長Ｌは、最大板幅に（最大板幅×０．１２〜０．１４）程度を加えた値（図１１に示す表の右から３列目のシフト量）となる。

シフトタイプの圧延機においても、上記実施形態と同様にワークロール廃却径Ｄｍを決定し、ワークロール廃却径Ｄｍとワークロール新品径Ｄｓの比が０．８以上になるようにワークロール新品径Ｄｓを決定する。そうすると、シフトタイプの圧延機においても、図１２に示すように、ワークロール廃却径Ｄｍ及びワークロール新品径Ｄｓが、胴長とワークロールの径の比率Ｌ／Ｄ＝４〜７の範囲内に収まることとなる。

１ 圧延機
３ 被圧延材
５ スピンドル
７ 駆動部
７ａ 電動機
７ｂ ギヤカップリング
７ｃ 減速機
８ ハウジング
９ ロールチョック
１０ ワークロール
１０ａ 第１ワークロール
１０ｂ 第２ワークロール
１２ バックアップロール
１２ａ 第１バックアップロール
１２ｂ 第２バックアップロール
Ｄ_ｗ１ 第１ワークロールの径
Ｄ_ｗ２ 第２ワークロールの径
Ｄｓ（Ｄ_ｗ１N） ワークロール新品径
Ｄｍ ワークロール廃却径
Ｌ ワークロールの胴長
Ｌ_１ 第１ワークロールの胴長
Ｌ_２ 第２ワークロールの胴長
Ｌｐ ワークロール接触弧長
ｂ 板幅
ｋｍ 平均変形抵抗
Ｆｂ 最大ベンディング力（ベンド力）
Ｆｃ 合力
σ_ｎ 最弱部の応力
Ｌ／Ｄ 胴長と径の比
Ｌ／Ｄｓ 胴長と径の比の最小値
Ｌ／Ｄｍ 胴長と径の比の最大値
Ｄｂ_１ 第１バックアップロールの径
Ｄｂ_２ 第２バックアップロールの径
Ｈ１ 入側板厚
Ｈ２ 出側板厚
ΔＨ 圧下量
Ｐｒ 圧延反力
Ｐｈ 片駆動方式による水平力
Ｆｈ_１ 第１ワークロールに作用するオフセットによる水平力
Ｆｈ_２ 第２ワークロールに作用するオフセットによる水平力
Ｆ_１ 第１ワークロールに作用する水平力
Ｆ_２ 第２ワークロールに作用する水平力
Ｌｎ ロールネックベアリング中心から最弱部までの距離
ｋｎ ワークロール新品時の直径（公称径）に対する最弱部の直径の比
Ｒｎ ロールネック
ｅ１ 第１ワークロールと第１バックアップロールのオフセット量
ｅ２ 第２ワークロールと第２バックアップロールのオフセット量
１００ オフセット装置（ロールオフセット装置）
１００ａ 第１オフセット装置
１００ｂ 第２オフセット装置
１００ｃ 第３オフセット装置
１００ｄ 第４オフセット装置
１０２ａ 第１位置調整シリンダ
１０２ｂ 第２位置調整シリンダ
１０２ｃ 第３位置調整シリンダ
１０２ｄ 第４位置調整シリンダ
１０２ａｅ 第１シリンダ先端
１０４ａ 第１位置検出センサ
１０６ａ 第１上側ベンディングブロック
１０８ａ 第１プロジェクトブロック
１１０ａ 第１ベンディングシリンダ
１１２ａ 第１下側ベンディングブロック
１２０ａ 第１制御弁
１２２ａ 第１シリンダ圧力検出センサ
１３０ オフセット制御部（オフセット量制御装置）
１３２ オフセット位置制御盤
１３４ａ 第１ＰＩコントローラ
１５０ 圧延機

Claims (10)

1. 通板ラインを挟んで上側と下側に配置された２本のワークロールを備え、前記２本のワークロールのそれぞれに対して少なくとも１本のバックアップロールが設けられた４〜６段の圧延機であって、
   前記２本のワークロールは、軸方向の長さ及びロールネックの形状が同一で互いに入れ替え可能であり、
   前記２本のワークロールのうち、一方のワークロールである第１ワークロールが回転駆動されず、他方のワークロールである第２ワークロールが回転駆動されるよう構成されており、
   前記第１ワークロールの胴長Ｌ_１と径Ｄ_ｗ１の比（Ｌ_１／Ｄ_ｗ１）が４．０≦Ｌ_１／Ｄ_ｗ１≦７．０を満たし、且つ前記第２ワークロールの胴長Ｌ_２と径Ｄ_ｗ２の比（Ｌ_２／Ｄ_ｗ２）が４．０≦Ｌ_２／Ｄ_ｗ２≦７．０を満たすことを特徴とする圧延機。
2. 請求項１に記載の圧延機であって、
   前記第２ワークロールのみに回転軸が接続された電動機を備えることを特徴とする圧延機。
3. 請求項１又は２に記載の圧延機であって、
   前記２本のワークロールの径が、２００ｍｍから４５０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする圧延機。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧延機であって、
   圧延対象である被圧延材の設計上の最大板幅が、９００ｍｍから２０００ｍｍの範囲内にあることを特徴とする圧延機。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧延機であって、
   前記２本のワークロールのそれぞれの廃却径の公称径に対する比が０．８以上であることを特徴とする圧延機。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧延機であって、
   前記２本のワークロールのうち、前記第１ワークロールのみを前記圧延機の圧延方向における入側に水平方向に所定のオフセット量でオフセットさせることができるよう構成されたロールオフセット装置と、
   前記所定のオフセット量だけ前記第１ワークロールを前記入側にオフセットさせるように前記ロールオフセット装置を制御するよう構成されたオフセット量制御装置と、
   をさらに備えることを特徴とする圧延機。
7. 請求項６に記載の圧延機を用いた圧延方法であって、
   前記第１ワークロールを、前記圧延機の圧延方向における入側に水平方向に前記所定のオフセット量でオフセットさせて圧延を行うことを含むことを特徴とする圧延方法。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧延機のワークロールの運用方法であって、
   前記２本のワークロールと軸方向の長さ及びロールネックの形状が同一である複数のロール予備品を前記圧延機で一定期間使用してから取り外して保管することと、
   前記取り外して保管されている前記複数のロール予備品のうち、公称径に対する径の比が所定の基準値よりも大きなものと小さなものとの２本を取り出すことと、
   前記取り出した２本の前記ロール予備品のうち、径の小さい方を前記第１ワークロールと交換し、径の大きい方を前記第２ワークロールと交換することと、
   を含むワークロールの運用方法。
9. 請求項８に記載のワークロールの運用方法であって、
   前記所定の基準値が０．９であることを特徴とするワークロールの運用方法。
10. 請求項８又は９に記載のワークロールの運用方法であって、
    前記第１ワークロールの径と公称径の比（Ｄ_ｗ１／Ｄ_ｗ１N）が０．８となった時点で当該第１ワークロールを廃却すること、を更に含むことを特徴とするワークロールの運用方法。

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