JP3224635B2

JP3224635B2 - オンラインロール表面研削装置

Info

Publication number: JP3224635B2
Application number: JP12618693A
Authority: JP
Inventors: 茂森
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 2001-11-05
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: JPH06335849A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄板鋼板、紙類等の帯状
材料を連続的に移動させるロールの表面をオンラインで
研削するロール表面研削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄板鋼板を移動させる各種ロールは、設
備のメンテナンス状況により製品品質に大きく影響す
る。ロールの表面状態は製品が直接接触するので小さな
かき疵やロール表面の粗度の悪化でも製品の表面品質に
大きな影響を与える。今まではロールの表面状態を正常
に維持するために、ロール表面に付いた金属の焼き付き
片や疵を作業者が機械の中に入り一個所、一個所ハンド
グラインダーで除去したり、通板部と未通板部との間に
生じる段差やロールの疵付き、表面粗度が悪化するとロ
ールを取外し、オフライングラインダーで研削加工を行
っていた。

【０００３】また、特開昭６３−３１７２０７号公報に
は、多くの回転するロールに角柱ブロック状の砥石を押
しつけ研削するロール研磨装置が提案されている（第１
の従来技術）。

【０００４】また、帯状材料を連続的に移動させるロー
ルに対するものではないが、三菱技法１９８８年Ｖｏ
ｌ．２５Ｎｏ．４「オンラインロールグラインダーの開
発」によれば、１本の圧延ロールに複数個の回転砥石を
配置し、回転砥石を積極的に駆動せず圧延ロールの回転
力により回転砥石を従動的に駆動し、圧延ロールと砥石
間の回転速度差で研削する技術が知られている（第２の
従来技術）。

【０００５】更に、１９９２年度精密工学会春期大会学
術講演会講演論文集、「圧延ロールの機上定圧研削加
工」には、カップ型回転砥石の砥粒層を立方晶窒化ほう
素（ＣＢＮ）砥粒で作り、この回転砥石の回転軸を圧延
ロールに対しほぼ直交するよう配置して圧延ロールの研
削を行なった実験結果が報告されている（以下、第３の
従来技術という）。

【０００６】また、実開昭５８−２８７０６号公報や実
開昭６２−９５８６７号公報の明細書には、圧延ロール
に対しほぼ直交するよう配置したカップ型回転砥石を、
砥石回転軸に対しその軸方向に摺動可能に取付け、かつ
回転砥石の背面を直接又はボスを介して弾性体により軸
方向に支持し、圧延ロール振動を吸収する技術が述べら
れている（以下、第４の従来技術という）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、薄板鋼
板を移動させる各種ロールにおいて、ロール表面の品質
の維持は作業者が機械の中に入り人手で研削するか、ロ
ールを取り外しオフライングラインダーで研削加工する
かして行っていた。しかし、最近はメンテナンスコスト
の上昇により、自動的にこのような疵や表面粗度修正を
オンラインでできる設備が望まれるようになった。

【０００８】第１の従来技術では、砥石が回転していな
いので硬質なロール材質を短時間で求められる表面粗
度、ロール形状に研削することはできない。また、砥石
が回転していないので砥石が研削粉で目詰りしたり、焼
き付いたりしやすく、更に砥石が角柱状であるためにそ
の角部が欠損して寿命が短く、事故を誘発しやすい欠点
を有しており、長時間一定の研削能力を維持することは
できない。

【０００９】第２の従来技術では、ロールの回転力で回
転砥石を駆動し研削するので、回転砥石の最大周速はロ
ールの周速を越えることはできない。したがって、この
従来技術を本発明が係わる移動用のロールの研削に適用
した場合、薄板鋼板や紙類の移動速度は２００ｍ／ｍｉ
ｎ程度であるから、その設備の駆動装置を用いてロール
を回転しても研削に必要な砥石速度にするのが難しい。
このため、研削量に限界があるので、硬質なロール材質
を短時間で求められる表面粗度、ロール形状に研削する
ことはできない。

【００１０】上記第３の従来技術では、砥石が回転して
いるので振動するロールを研削した場合、ロール表面に
ビビリ現象による凸凹が生じてしまう。また、砥石もビ
ビリ現象による衝撃力で著しく消耗し、砥石寿命も短く
なり、頻繁に砥石を交換する必要が生じる。

【００１１】上記第４の従来技術では、上記ロールの振
動を弾性体で吸収しようとしている。しかしこの従来技
術では、砥石台金を含めた砥石全体が弾性体で支持され
前後動するため、砥石の可動部質量、つまり振動に追従
し動く部分の重量が重いことが問題となる。可動部の質
量が重くなると、可動部の固有振動数が低くなる。可動
部の固有振動数が低いと、ロールの持つ振動により弾性
体を含めた可動部が共振し、結局はロール表面にビビリ
マークを生じさせ、かつ砥石の摩滅も早くなる。砥石径
を小さくし可動部質量を小さくすれば、研削能力は大き
く低下する。

【００１２】本発明の目的は、ビビリマーク等の研削む
らを生じさせることなくロールが常に求められる表面粗
度、ロール形状に研削可能なコンパクトなオンラインロ
ール表面研削装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、薄板鋼板、紙類等の帯状材料を連続的に
移動させるロールの表面をオンラインで研削する円盤状
の回転砥石、この回転砥石を砥石回転軸により回転させ
る駆動装置、前記ロールに前記回転砥石を押しつける送
り装置、前記回転砥石を前記ロールの軸方向へ移動させ
るトラバース装置を有するオンラインロール表面研削装
置において、前記回転砥石は、前記砥石回転軸に取り付
けられた薄板円盤と、前記薄板円盤の前記ロール表面に
対する側面に固定された砥粒層とを有し、前記薄板円盤
は前記ロールからの振動を吸収するよう１０００Ｋｇｆ
／ｍｍ〜３０Ｋｇｆ／ｍｍのバネ定数の弾性体機能を有
し、前記砥石回転軸は、前記送り装置により前記回転砥
石の一部をロールに押し付けたときに回転砥石が片持ち
梁的に撓むように配置されていることを特徴としてい
る。

【００１４】前記砥粒層は好ましくは立方晶窒化ほう素
砥粒、ダイアモンド砥粒等の超砥粒を含む。また、前記
送り装置は、好ましくは、回転駆動源と、この回転駆動
源の回転を前記回転駆動軸の軸方向の移動に変換し前記
回転砥石をロールに対して進退させるバックラッシュの
小さなボールねじ機構又は歯車機構とを有している。

【００１５】また、上記ロール表面研削装置は、好まし
くは、前記回転砥石と前記ロール間の接触力を測定する
荷重検出手段と、前記荷重検出手段により測定された接
触力を前記送り装置により制御して前記回転砥石による
ロールの研削量を調整し、ロールを所定のプロフィール
に研削する制御手段とを更に有している。

【００１６】上記ロール表面研削装置は、前記回転砥石
を回転させる駆動装置の負荷を測定する負荷検出手段
と、前記負荷検出手段により測定された負荷を前記送り
装置により制御して前記回転砥石によるロールの研削量
を調整し、ロールを所定のプロフィールに研削する制御
手段とを更に有していてもよい。

【００１７】また、上記ロール表面研削装置は、好まし
くは、前記回転砥石と前記ロール間の接触力を測定する
荷重検出手段と、前記回転砥石のロール軸方向の移動量
を測定する移動量検出手段と、前記送り装置の位置を一
定にして前記トラバース装置を駆動し前記荷重検出手段
により測定された接触力と前記移動量検出手段により測
定された移動量とから前記ロールのプロフィールを求め
るプロフィール演算手段を更に有している。

【００１８】上記ロール表面研削装置は、前記回転砥石
と前記ロール間の接触力を測定する荷重検出手段と、前
記送り装置の移動量を測定する第１の移動量検出手段
と、前記回転砥石のロール軸方向の移動量を測定する第
２の移動量検出手段と、前記荷重検出手段により測定さ
れた接触力を一定にして前記トラバース装置を駆動し前
記第１の移動量検出手段により測定された移動量と前記
第２の移動量検出手段により測定された移動量とから前
記ロールのプロフィールを求めるプロフィール演算手段
を更に有していてもよい。

【００１９】また、好ましくは、前記砥粒層は環状をし
ており、前記回転砥石は前記環状の砥粒層に内接する弦
の近傍の一箇所で前記ロールに接するように配置されて
いる

【００２０】

【作用】以上のように構成した本発明においては、円盤
状の回転砥石の一部分である薄板円盤に１０００Ｋｇｆ
／ｍｍ〜３０Ｋｇｆ／ｍｍのバネ定数の弾性体機能を持
たせ、送り装置により回転砥石の一部をロールに押し付
けたときに回転砥石が片持ち梁的に撓むように砥石回転
軸をロールに対して配置することにより、回転砥石はロ
ールの振動によって押されたときに薄板円盤が撓み、ロ
ールからの振動を瞬時に吸収するものとなり、これによ
り砥粒層とロール間の接触力の変動は薄板円盤の撓みで
生ずる弾性力の小さな範囲となり、ビビリ現象をなくす
ことができる。また、回転砥石に特別の弾性手段を付加
するのではなく、砥粒層を支える台金である薄板円盤に
上記の弾性体機能を持たせ、砥粒層と一体化しているた
め、ロールからの振動で可動する質量は砥粒層と薄板円
盤のみとなり、可動部質量が非常に小さくなり、回転砥
石の固有振動数が高くなる。このため、振動するロール
を共振によるビビリ現象も生じさせずに長時間正しく研
削することができる。

【００２１】砥粒層を超砥粒、特に晶窒化ほう素砥粒又
はダイアモンド砥粒で作ることにより、酸化アルミニウ
ム（Ａｌ₂Ｏ₃）又は炭化珪素（ＳｉＣ）系砥粒を用い
た砥石の１００倍以上の研削比が得られ、少ない重量で
長時間の研削が可能となる。このため、回転砥石の可動
部質量が更に小さくなり、研削時の共振の防止に有効で
あると共に、砥石の交換頻度が少なくなり、設備の生産
性が向上する。

【００２２】また、超砥粒は熱伝導性が良く研削熱を逃
がすのに適している。更に研削熱を逃げやすくするのに
超砥粒を支える薄板円板をアルミニウム又はその合金で
作り、かつこの薄板円板に弾性体機能を持たせることに
より、回転砥石がシンプルな構造で多くの機能を果たす
ことができるようになる。

【００２３】回転砥石をロールに押しつける送り装置は
バネ定数の高い機構を用いないとビビリ現象発生の原因
となる。コンパクトで高いバネ定数を持つ送り装置とし
ては、バックラッシュレスタイプの予圧式ボールねじを
電気モータで駆動する機構が最適である。また、この機
構は研削中の回転砥石の位置保持や微小な回転砥石の前
後送りが可能である。

【００２４】ロールと回転砥石間の接触力を常に測定
し、さらにこの接触力を変化させると回転砥石のロール
単位時間当たりの研削量が変化する。この接触力を常に
測定し、接触力を増減するように制御することにより、
ロールを任意のプロフィールに研削することができる。
また、接触力を一定に保つように送り装置を制御するこ
とにより、ロールの円筒部全てに渡り同一寸法だけ研削
することができる。つまり元のプロフィールを維持し、
全長を研削できる。更に、接触力を一定に保つように送
り装置を制御し、回転砥石の軸方向への移動速度を任意
に制御することによってもロールを任意のプロフィール
に研削することができる。

【００２５】更に、ロールと回転砥石間の接触力を測定
せず、回転砥石を回転させる駆動装置の負荷を測定し、
この負荷を増減するように送り装置を制御することによ
り、ロールを任意のプロフィールに研削することができ
る。また、この負荷を一定にするように送り装置を制御
すれば、ロールの全長にわたり同一寸法に研削すること
ができる。更に、負荷を一定に保つように送り装置を制
御し、回転砥石の軸方向への移動速度を任意に制御する
ことによってもロールを任意のプロフィールに研削する
ことができる。

【００２６】また、プロフィール演算手段においては、
回転するロールに回転砥石を送り装置で押しつけ薄板円
盤をある一定量撓ませた後、送り装置を固定し、その時
のロールと回転砥石間の接触力を荷重検出手段で測定す
る。続いて、トラバース装置により回転砥石をロールの
軸方向に移動し、その移動量を移動量検出手段で測定す
ると共に接触力を荷重検出手段で測定する。

【００２７】ここで、回転砥石の砥粒層は弾性体機能を
有する薄板円盤により支持されており、薄板円盤のバネ
定数は一定であるから、薄板円盤の撓み量が増えると接
触力が増加する。逆に撓み量が減ると接触力は減少す
る。一方、回転砥石がロールの軸心と平行に移動すれ
ば、送り装置を固定したときの回転砥石の薄板円盤は、
ロール径が大きくなれば大きく撓み、ロール径が小さく
なれば小さく撓む。

【００２８】したがって、上記荷重検出手段の測定値
（接触力）から薄板円盤の撓み量を求め、この撓み量を
ロール軸方向の各位置に対応付けて整理することによ
り、ロールのプロフィールが求められる。

【００２９】また、もう１つのプロフィール演算手段で
は、回転するロールに回転砥石を送り装置で押しつけ、
薄板円盤をある一定量撓ませた後、撓み量（接触力）が
常に一定となるように送り装置を制御する。回転砥石の
砥石回転軸の軸方向の移動量を第１の移動量検出手段で
測定し、続いてトラバース装置により回転砥石をロール
の軸方向に移動し、その移動量を第２の移動量検出手段
で測定する。第１の移動量検出手段の測定値から回転砥
石の砥石回転軸の軸方向の移動量を求め、この移動量を
ロール軸方向の各位置に対応付けて整理することによ
り、ロールのプロフィールが求められる。

【００３０】砥粒層とロールとの接触線が一箇所になる
ようにロールに対して回転砥石を配置することにより、
ロールへの押し付け力で片持ち梁の形で薄板円盤が撓
み、薄板円盤の弾性体機能が有効に発揮され、ロールか
らの振動を容易に吸収することができる。また、接触線
が砥石中心の片側１箇所に形成されるので、ビビリ現象
が更に抑制されかつ接触力制御が適切に行なえるように
なる。更に、接触線を環状の砥粒層に内接する弦の近傍
に作ることにより、砥粒層の径方向の幅が少なくても長
い接触線が得られ、安定した研削が可能となる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図６により説
明する。図１において、１００は薄板鋼板、紙類等の帯
状製品Ｓ（以下、薄板鋼板で代表する）を搬送させる目
的で設置された４本の金属ロールであり、巻き出し装置
１０１より巻き出された薄板鋼板Ｓはテンションロール
１０２に巻き付けられて薄板鋼板Ｓに張力が付与され、
４本の金属ロール１００にＳ字形に巻き付きロール表面
に密着しながら移動する。この様な金属ロール１００の
各々に本実施例のロール表面研削装置１０３が設けられ
ている。

【００３２】図２において、金属ロール１００は２本の
支柱１０４に軸受を介して支持され、モータ１０５によ
り駆動される。本実施例のロール表面研削装置１０３
は、支柱１０４にアーム１０６を介して取付けられ、金
属ロール１００に平行に差し渡された摺動レール１０７
と、摺動レール１０７上を移動する研削ユニット１０７
とを有している。

【００３３】研削ユニット１０８は、図２及び図３に示
すように、金属ロール１００を研削する円盤状の回転砥
石２０、この回転砥石２０を砥石回転軸２１により回転
させる駆動装置２２、金属ロール１００に回転砥石２０
を押しつける送り装置２３、回転砥石２０を金属ロール
１００の軸方向に移動させるトラバース装置２４を備え
ている。

【００３４】回転砥石２０は、図４に拡大して示すよう
に、ボス５２ａを有する薄板円盤５２と、薄板円盤５２
の反ボス側、すなわちロール側の側面に固定された環状
の砥粒層５１とを有し、薄板円盤５２はボス５２ａの部
分で砥石回転軸２１に取付けられている。また、薄板円
盤５２は作業ロールからの振動を吸収するための弾性体
機能を有しており、金属ロール１００と砥粒層５１間の
接触力により撓み量が変わる構造となっている。薄板円
盤５２はその弾性体機能のため好ましくは１０００Ｋｇ
ｆ／ｍｍ〜３０Ｋｇｆ／ｍｍのバネ定数、より好ましく
は５００Ｋｇｆ／ｍｍ〜５０Ｋｇｆ／ｍｍのバネ定数を
有している。砥粒層５１は接着剤により薄板円盤５２と
一体構造とされ、振動する金属ロール１００に安定密着
ができるようにしてある。

【００３５】砥粒層５１は超砥粒である立方晶窒化ほう
素砥粒（一般的にはＣＢＮと呼ばれている）又はダイア
モンド砥粒から作られており、レジンボンドを結合材に
用いて固められている。また、薄板円盤５２の材質は砥
粒層５１の超砥粒からの研削熱を容易に放熱する目的と
可動部質量を少なくする目的のため、アルミ材又はアル
ミ合金で作られている。

【００３６】砥石回転軸２１は金属ロール１００の軸線
にほぼ直角をなし、かつ図５に示すように回転砥石２０
が環状の砥粒層５１に内接する弦ＡＢの近傍の一箇所で
ロール１００に接するように配置されている。このよう
な回転砥石２０の配置により薄板円盤５２はビビリ現象
を起こさずに弾性体機能を有効に発揮することができる
とともに、接触線ＡＢが長くなり安定した研削が可能と
なる。。

【００３７】駆動装置２２は、図３に示すように、回転
砥石２０を所定の砥石周速になるよう回転駆動する駆動
モータ５４と、駆動モータ５４の出力軸５４ａ回転を回
転砥石２０に伝える上記の砥石回転軸２１と、砥石回転
軸２１をラジアル軸受２１ａ，２１ｂを介して回転自在
に支持するボデー５９と、駆動モーター５４の負荷（回
転トルク）を検出する電流計５４ａとを有している。ボ
デー５９はスライドベアリング２５ａを介してベース２
５上に砥石回転軸２１の軸方向に移動可能に搭載されて
いる。また、ボデー２５の後部には金属ロール１００の
表面と回転砥石２０との接触力を測定するロードセル５
３が装着されている。

【００３８】送り装置２３は、ベース２５に取り付けら
れた送りモータ５７と、送りモータ５７の回転でボデー
５９を金属ロール１００の接離方向に移動させ、回転砥
石２０、砥石回転軸２１及びロードセル５３を一緒に前
後送りするバックラッシュレスタイプの予圧式ボールね
じ機構５６と、送りモータ５７の回転角度を検出するエ
ンコーダ５７ａとを有している。予圧式ボールねじ機構
５６の代わりにバックラッシュレスタイプの歯車機構を
用いてもよい。

【００３９】トラバース装置２４は、ベース２５に取り
付けられたトラバースモータ５８と、トラバースモータ
５８の回転軸に装着され、ラック１４と噛み合うピニオ
ン５８ａと、ベース２５を摺動レール１０７上に走行可
能とするスライドベアリング２６と、トラバースモータ
５８の回転数を検出するエンコーダ５８ｂとを有してい
る。ラック１４は摺動レール１０７の反ロール側の側面
に形成されている。このように研削ユニット１０８は、
スライドベアリング２６を介して摺動レール１０７に支
えられながら、トラバースモータ５８の回転とピニオン
５８ａとラック１４の噛合いによりスムーズにロール軸
心方向に移動可能としてある。

【００４０】駆動装置２２の駆動モータ５４、送り装置
２２の送りモータ５７、トラバース装置２４のトラバー
スモータ５８は図６に示すように制御装置７により制御
される。また、ロードセル５３、電流計５４ａ、エンコ
ーダ５７ａ、エンコーダ５８ｂの検出信号は情報処理装
置８に送られ処理される。また、電流計５４ａ、エンコ
ーダ５７ａ、エンコーダ５８ｂの検出信号は制御装置７
に送られ、フィードバック制御に使用される。

【００４１】次に、本実施例のロール表面研削装置１０
３の動作を説明する。金属ロール１００と薄板鋼板Ｓや
紙類との接触部は長期間使用するうちに疵付きや肌荒れ
が発生したりする。このような金属ロール１００の表面
を常に平坦にしかつロール表面粗度を一定に保つため
に、回転砥石２０を駆動モーター５４で回転させ、回転
する金属ロール１００に回転砥石２１を送りモータ５
７、ボールねじ機構６を用いて押し付け、薄板円盤５２
を一定量たわませながら、回転砥石２０をトラバースモ
ータ５８を用いてロール軸線に平行に移動させロール表
面を研削する。

【００４２】金属ロール１００を研削しようとすると金
属ロール１００を支える軸受箱やベアリングの有する隙
間のため、微小振動が生ずる。しかし、ロール表面をビ
ビリ現象を起こさず正しく研削するためには、ロール表
面と砥石間の接触圧力もある一定範囲内に保たれなけれ
ばならない。

【００４３】本実施例では、回転砥石２０の一部である
薄板円盤５２に弾性体機能を持たせることで砥石自体に
弾性体機能を持たせ、この回転砥石２０を回転させなが
ら回転する金属ロール１００の表面に押しつけ撓ませ
る。このとき、金属ロール１００からの振動によって回
転砥石２０は押されるが、図４に示すように薄板円盤５
２が撓み、金属ロール１００からの振動を瞬時に吸収す
る。これにより、砥粒層５１と金属ロール１００間の接
触力の変動は薄板円盤５２の撓みで生ずる弾性力の小さ
な範囲となり、ビビリ現象をなくすことができる。

【００４４】また、砥石自体に弾性体機能を持たせる場
合、円筒型砥石では金属ロールと砥石回転軸とが平行に
並んでいるので、砥石自体に弾性体機能を持たせること
が難しい。しかし、円盤状砥石の場合、金属ロールと砥
石回転軸とがほぼ直角をなすので、砥石自体に弾性体機
能を持たせることが容易となる。よって、振動する金属
ロールを研削するには円盤状砥石を用いるのが有効とな
る。

【００４５】即ち、本実施例では、砥粒層５１の台金で
ある薄板円盤５２に弾性体機能を持たせている。また、
その弾性体機能を有効に発揮させるために、図４に示す
ように砥粒層５１と金属ロール１００との接触線を内接
する弦ＡＢ付近の一箇所とし、砥石回転軸２１の軸心に
対してオフセットさせている。このようにすれば、金属
ロール１００への押し付け力で片持ち梁の形で薄板円盤
５２が撓み、薄板円盤５２の弾性体機能を有効に発揮さ
せることができる。

【００４６】以上のように薄板円盤５２に弾性体機能を
発揮させる場合、金属ロール１００の振動を吸収し、接
触圧力の変化範囲を小さくするするためには薄板円盤５
２のバネ定数を適切に選ばなければならない。また、こ
のような条件の中で金属ロールが振動しても接触力が許
容変化範囲内に適正に保たれかつ砥石が共振しないため
には、以下述べるような条件が必要となる。

【００４７】Ｆ≧Ｋ×ＡｍａｘＦ：接触力の許容変化範囲Ａｍａｘ：金属ロール片振幅Ｋ：弾性体のバネ定数即ち、Ｋ≦Ｆ／Ａｍａｘとなり、砥石自体の弾性体のバネ定数が砥石の接触力の
許容変化範囲Ｆと金属ロール片振幅Ａｍａｘより求めら
れるこのバネ定数Ｋより小さければ、砥石は常に金属ロ
ールに追従して研削できる。

【００４８】一方、砥石の固有振動数が金属ロールの振
動数と一致すると砥石が共振し、正確な研削ができなく
なる。よって、砥石の固有振動数は金属ロールの振動数
からできるだけ離れた所に設定したほうが良い。

【００４９】Ｆｎ＞ＦｒｍａｘＦｎ：砥石の固有振動数Ｆｒｍａｘ：金属ロール最大振動数ところで、砥石の固有振動数は以下の式で表わされる。

【００５０】

【数１】

【００５１】Ｍ：弾性体を含む砥石の質量（可動部質
量）したがって、砥石の固有振動数を大きくする場合、弾性
体のバネ定数Ｋ大きくするか、弾性体を含む砥石質量Ｍ
を小さくしなければならない。弾性体のバネ定数は先に
述べたようにある値（Ｆ／Ａｍａｘ）より大きくできな
い。砥石の固有振動数を大きくするには弾性体を含む砥
石質量を小さくしなければならない。

【００５２】砥石として一般的に用いられている酸化ア
ルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）又は炭化珪素（ＳｉＣ）系砥
粒を用いた砥石の場合、砥石質量を小さくすれば砥石は
すぐ消耗してしまい、１日に何回も砥石を交換すること
が必要となり、設備の生産性が大きく損なわれる。

【００５３】この問題を解決するためには、研削比（工
作物の減少体積／砥石減少体積）の高い砥石を使用する
必要がある。

【００５４】金属ロール１００の材質は摩耗を減らすた
めに硬い材質や、硬質鍍金処理された状態にあるため、
研削しにくい。酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）又は炭
化珪素（ＳｉＣ）系砥粒を用いたと意思では、硬質ロー
ルを研削すると、研削比を５０ｃｃ／ｃｃ以上にあげる
ことは困難である。

【００５５】しかし、一般的に超砥粒と呼ばれている晶
窒化ほう素（ＣＢＮ）砥粒又はダイアモンド砥粒を用い
て作られた本実施例の回転砥石２０は金属ロール１００
を研削しても研削比が５００ｃｃ／ｃｃを越え、酸化ア
ルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）又は炭化珪素（ＳｉＣ）系砥
粒を用いた砥石の１００倍以上の研削比を有する。超砥
粒のこの高い研削比を生かし、この砥粒をオンラインロ
ール研削装置の砥石として用いることにより、少ない重
量で長時間の研削が可能となる。

【００５６】また、本実施例では、砥粒層５１を付けた
台金を薄板円盤５２としてこの薄板円盤５２に弾性体機
能を持たせ、砥粒層５１と弾性体機能部材とを一体化し
ている。このため、金属ロール１００からの振動で可動
する質量は砥粒層５１と薄板円盤５２のみとなり、可動
部質量を非常に小さくでき、回転砥石２０の固有振動数
を高くすることができる。

【００５７】このように本実施例では、可動部質量を小
さくするために研削比の高い（重量が軽くかつ砥石寿命
の長い）超砥粒を砥粒層５１に用い、適当なバネ定数を
持った薄板円盤５２と一体化させた回転砥石２０を回転
させながら、金属ロール１００に押し付けるので、振動
する金属ロールを共振によるビビリ現象も生じさせずに
長時間正しく研削することができる。

【００５８】また、超砥粒は熱伝導性が良く研削熱を逃
がすのに適している。更に研削熱を逃げやすくするのに
超砥粒を支える薄板円板５２をアルミニウム又はその合
金で作り、かつこのアルミニウム又は合金で作られた薄
板円板５２に弾性体機能を持たせることにより、回転砥
石２０がシンプルな構造で多くの機能を果たすことがで
きるようになる。

【００５９】また、回転砥石２０の配置に関し、砥粒層
５２と金属ロール１００との接触線が内接する弦ＡＢの
近傍に位置させることにより薄板円盤５２が弾性体機能
を有効に発揮することは前述した。ところで、砥粒層５
１は環状をしているため、もし接触線が砥石回転軸２１
の軸心と一致するように回転砥石２０を配置した場合、
砥粒層５１と金属ロール１００との接触線は砥石中央の
両側に２箇所形成される。このように接触力が２箇所に
形成されると、その２箇所で同時に研削が行われるた
め、金属ロール１００に段差が有ると２箇所の研削面が
互いに干渉し合いビビリ現象が生じ、また２箇所で接触
しているので回転砥石と金属ロール間の接触力制御が難
しい。本実施例のように回転砥石２０を配置することに
より接触線は砥石中心の片側一箇所に形成されるので、
ビビリ現象が防止されかつ接触力制御が適切に行なえ
る。

【００６０】更に、砥粒層５１と金属ロール１００との
接触線を内接する弦ＡＢの近傍に設定することにより、
図５に示すように砥粒層５１の径方向の砥石幅ＧＬを少
なくしても、長い接触線Ｗを得ることができる。長い接
触線Ｗにより、安定した研削が可能となる。

【００６１】次に、本実施例の接触力制御及び負荷制御
によるロールプロフィール研削制御機能及びロールプロ
フィール測定機能を説明する。

【００６２】金属ロール１００の研削中、回転砥石２０
と金属ロール１００の接触力はロードセル５３で測定さ
れ、駆動モーター５４の負荷は電流系５４ａで測定さ
れ、送りモータ５７の送り量（回転砥石２０の送り位
置）はエンコーダ５７ａで測定され、回転砥石２０のロ
ール軸方向位置はエンコーダ５８ｂで測定され、それぞ
れの信号は情報処理装置８に伝えられる。

【００６３】演算処理装置８は、予め記憶してある接触
力Ｆと研削量Ｑとの関係に基づき、ロードセル５３で検
出した接触力を送りモータ５７により制御して目的の研
削量になるよう送りモータ５７で薄板円盤５２の撓み量
を変え接触力Ｆを制御する。これにより研削量が制御さ
れ、金属ロール１００を所定のプロフィールに研削する
ことができる。

【００６４】また、砥粒層２０ａと金属ロール１００と
の接触力を一定に保つように送りモータ５７を制御する
ことにより、金属ロールの円筒部全てにわたり同一寸法
だけ研削することができる。つまり、元のプロフィール
を維持し、全長を研削できる。更に、接触力を一定に制
御し、砥粒層２０ａのロール軸方向への移動速度（トラ
バース速度）を変えると、研削量が変わる。砥粒層２０
ａを速く動かせば、同じ位置での砥粒接触時間が短くな
り、研削量は減る。遅く動かせばその逆で研削量は増え
る。したがって、負荷を一定にしてトラバースモータ５
８で砥粒層２０ａのトラバース速度を制御することによ
っても金属ロール１００の研削量を調整し、所望のロー
ルプロフィールに研削することができる。

【００６５】更に、接触力Ｆと回転砥石２０を回転させ
る駆動モータ５４の負荷は一定の関係にあるので、接触
力Ｆを検出する代わりに駆動モータ５４の負荷を検出
し、この負荷を制御しても研削量Ｑを変えることができ
る。具体的には、電流計５４ａで駆動モータ５４の電流
値を検出し、多く研削するときにはこの電流値が大きく
なるように送り装置２３で電流値を制御して研削量を調
整する。また、電流値を一定に保つように送りモータ５
７を制御することにより、金属ロールの円筒部全てにわ
たり同一寸法だけ研削することができる。つまり、元の
プロフィールを維持し、全長を研削できる。更に、駆動
モータ５４の電流値を一定に制御し、砥粒層２０ａのロ
ール軸方向への移動速度（トラバース速度）を変える
と、研削量が変わる。砥粒層２０ａを速く動かせば、同
じ位置での砥粒接触時間が短くなり、研削量は減る。遅
く動かせばその逆で研削量は増える。したがって、負荷
を一定にしてトラバースモータ５８で砥粒層２０ａのト
ラバース速度を制御することによっても金属ロール１０
０の研削量を調整し、所望のロールプロフィールに研削
することができる。

【００６６】次に、上記のように送り装置２３で砥粒層
２０ａと金属ロール１００との接触力を制御するとき、
砥石回転軸２１の軸方向にガタがあると、金属ロール１
００の振動で前後動する可動質量が一気に増える。この
時、回転砥石２０と金属ロール１００の接触力の変化は
Ｆ＝ｍ×αとなり、加速度αが同じであれば、可動部質
量ｍが大きいほど接触力の変化も大きくなる。このよう
に接触力の変化が大きくなると送り装置２３で接触力ま
たは負荷を制御することが困難となり、また接触力の変
化は砥粒層２０ａに生じる衝撃力となり、砥粒層２０ａ
の摩耗を急速に早めたり、ビビリマークの原因となる。
本実施例では、そのガタを可能な限り小さくするため、
送り装置２３にバックラッシュレスタイプの予圧式ボー
ルねじ５６を使用し、それ以外の摺動部も隙間の小さい
部品を用いる。また、ボールねじ５６を駆動する送りモ
ータ５７は電気モータとする。これにより、送り装置２
３での接触力の制御が容易になり、研削中の回転砥石２
０の位置保持や回転砥石２０の微小な前後送りが可能と
なる。また、振動により影響を受ける回転砥石以外の可
動部質量を０にすることができ、回転砥石２０に生じる
衝撃力を小さくすることができる。

【００６７】この金属ロール１００のロールプロフィー
ルを測定する方法は、回転する金属ロール１００に回転
砥石２０を送りモータ５７、ボールねじ機構５６を用い
て押し付け、薄板円盤５２をある一定量撓ませた後、送
りモータ５７の駆動を止めて送り装置２３を固定し、回
転砥石２０と金属ロール１００間の接触力をロードセル
５３で測定し、その測定値を情報処理装置８に記憶させ
る。

【００６８】続いてトラバースモータ５８により回転砥
石２０を金属ロール１００の軸方向に移動し、その移動
量をエンーコダー５８ａで測定すると共に、回転砥石２
０と金属ロール１００間の接触力の変化をロードセル５
３で測定し、これらの測定値を情報処理装置８に記憶す
る。

【００６９】ここで、薄板円盤５２のバネ定数Ｋは既に
分かっているので、上記で求めた接触力Ｆ１から下記式
で薄板円盤５２の撓み量δ１を求める。

【００７０】 δ１（ｍｍ）＝Ｆ１（Ｋｇ）÷Ｋ（Ｋｇ／ｍｍ）回転砥石２０を移動させると、連続的に接触力（Ｆ）が
求まるので、 δｎ（ｍｍ）＝Ｆｎ（Ｋｇ）÷Ｋ（Ｋｇ／ｍｍ）とな
る。

【００７１】δｎを金属ロール１００の軸方向移動位置
との関係でプロットすれば、それは金属ロール１００の
プロフィールとなる。焼き付き片による異常な凹凸も接
触力の変化として表れるので、プロフィールを測定する
中で見つけることができる。

【００７２】他の方法では、回転砥石２０と金属ロール
１００間の接触力が一定になるよう送りモータ２７を制
御しながら、金属ロール１００の軸方向に回転砥石２０
を移動させる。この時のエンコーダー５７ａの情報から
回転砥石２０の送り方向の移動量を求め、この移動量Ｓ
ｎを金属ロール１００の軸方向移動位置との関係でプロ
ットすれば、それは金属ロール１００のプロフィールと
なる。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、ロールの振動を回転砥
石の薄板円盤の弾性体機能で吸収してしまうので、ビビ
リ現象及び共振を生じさせないでロールをオンラインで
研削することができる。このため、鋼板や紙類等の帯状
製品を搬送させるロールの疵付きやロール表面の粗度を
均一にし、常にロール表面を最適な状態に維持できる。
これにより薄板鋼板や紙類の表面に表面疵を与えたり、
紙類の表面光沢に影響を与えることなく搬送することが
でき、製品品質が向上する。

【００７４】また、回転砥石の砥粒層に超砥粒を用いる
ので、砥石可動部の軽量化が可能となり、共振を更に効
果的に防止できる。また、回転砥石の寿命も長くなり、
設備の生産性を向上することができる。

【００７５】また、送り装置にバックラッシュの小さな
ボールねじ機構又は歯車機構を用いるので、送り機構の
バネ定数が高くなり、送り機構のガタに起因するビビリ
現象を防止することができる。

【００７６】また、圧延ロールと回転砥石間の接触力ま
たは駆動装置の負荷を変化させて研削量を変化させるの
で、ロールを任意のプロフィールに研削することができ
る。

【００７７】更に、ロールプロフィールを測定できるの
で、設備を管理するためのモニターとして有効に活用で
きる。

【００７８】また、環状の砥粒層に内接する弦の近傍の
一箇所でロールに接するように回転砥石を配置するの
で、薄板円盤の弾性体機能が有効に発揮される。また、
砥粒層とロールとの接触線が一箇所になるのでビビリ現
象が更に抑制され、かつ長い接触線が得られるので、安
定した研削が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるロール表面研削装置を
備えた設備の概略図である。

【図２】本実施例のロール表面研削装置の上面図であ
る。

【図３】本実施例のロール表面研削装置の要部の断面側
面図である。

【図４】回転砥石の配置及び構造とその振動吸収作用を
示す図である。

【図５】回転砥石と金属ロールとの接触線を説明する図
である。

【図６】本実施例のロール表面研削装置の制御システム
を説明する図である。

【符号の説明】

７：制御装置８：情報処理装置１４：ラック２０：回転砥石２１：砥石回転軸２２：駆動装置２３：送り装置２４：トラバース装置５１：砥粒層５２：薄板円盤５３：ロードセル５４：駆動モータ５４ａ：電流計５６ボールねじ機構５７：送りモータ５７ａ：エンコーダ５８：トラバース用モータ５８ｂ：エンコーダ１００金属ロール１０１巻出し装置１０３ロール表面研削装置１０７摺動レール１０８研削ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 5/37 B21B 28/04 B24B 49/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】薄板鋼板、紙類等の帯状材料を連続的に移
動させるロールの表面をオンラインで研削する円盤状の
回転砥石、この回転砥石を砥石回転軸により回転させる
駆動装置、前記ロールに前記回転砥石を押しつける送り
装置、前記回転砥石を前記ロールの軸方向へ移動させる
トラバース装置を有するオンラインロール表面研削装置
において、前記回転砥石は、前記砥石回転軸に取り付けられた薄板
円盤と、前記薄板円盤の前記ロール表面に対する側面に
固定された砥粒層とを有し、前記薄板円盤は前記ロール
からの振動を吸収するよう１０００Ｋｇｆ／ｍｍ〜３０
Ｋｇｆ／ｍｍのバネ定数の弾性体機能を有し、前記砥石
回転軸は、前記送り装置により前記回転砥石の一部をロ
ールに押し付けたときに回転砥石が片持ち梁的に撓むよ
うに配置されていることを特徴とするオンラインロール
表面研削装置。
【請求項２】請求項１記載のオンラインロール表面研削
装置において、前記砥粒層が立方晶窒化ほう素砥粒、ダ
イアモンド砥粒等の超砥粒を含むことを特徴とするオン
ラインロール表面研削装置。
【請求項３】請求項１記載のオンラインロール表面研削
装置において、前記送り装置は、回転駆動源と、この回
転駆動源の回転を前記回転駆動軸の軸方向の移動に変換
し前記回転砥石をロールに対して進退させるバックラッ
シュの小さなボールねじ機構又は歯車機構とを有するこ
とを特徴とするオンラインロール表面研削装置。
【請求項４】請求項１記載のオンラインロール表面研削
装置において、前記回転砥石と前記ロール間の接触力を
測定する荷重検出手段と、前記荷重検出手段により測定
された接触力を前記送り装置により制御して前記回転砥
石によるロールの研削量を調整し、ロールを所定のプロ
フィールに研削する制御手段とを更に有することを特徴
とするオンラインロール表面研削装置。
【請求項５】請求項１記載のオンラインロール表面研削
装置において、前記回転砥石を回転させる駆動装置の負
荷を測定する負荷検出手段と、前記負荷検出手段により
測定された負荷を前記送り装置により制御して前記回転
砥石によるロールの研削量を調整し、ロールを所定のプ
ロフィールに研削する制御手段とを更に有することを特
徴とするオンラインロール表面研削装置。
【請求項６】請求項１記載のオンラインロール表面研削
装置において、前記回転砥石と前記ロール間の接触力を
測定する荷重検出手段と、前記回転砥石のロール軸方向
の移動量を測定する移動量検出手段と、前記送り装置の
位置を一定にして前記トラバース装置を駆動し前記荷重
検出手段により測定された接触力と前記移動量検出手段
により測定された移動量とから前記ロールのプロフィー
ルを求めるプロフィール演算手段を更に有することを特
徴とするオンラインロール表面研削装置。
【請求項７】請求項１記載のオンラインロール表面研削
装置において、前記回転砥石と前記ロール間の接触力を
測定する荷重検出手段と、前記送り装置の移動量を測定
する第１の移動量検出手段と、前記回転砥石のロール軸
方向の移動量を測定する第２の移動量検出手段と、前記
荷重検出手段により測定された接触力を一定にして前記
トラバース装置を駆動し前記第１の移動量検出手段によ
り測定された移動量と前記第２の移動量検出手段により
測定された移動量とから前記ロールのプロフィールを求
めるプロフィール演算手段を更に有することを特徴とす
るオンラインロール表面研削装置。
【請求項８】請求項１記載のオンラインロール表面研削
装置において、前記砥粒層は環状をしており、前記回転
砥石は前記環状の砥粒層に内接する弦の近傍の一箇所で
前記ロールに接するように配置されていることを特徴と
するオンラインロール表面研削装置。