JP3334085B2 - 応力測定ロール - Google Patents

応力測定ロール

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JP3334085B2 JP09181993A JP9181993A JP3334085B2 JP 3334085 B2 JP3334085 B2 JP 3334085B2 JP 09181993 A JP09181993 A JP 09181993A JP 9181993 A JP9181993 A JP 9181993A JP 3334085 B2 JP3334085 B2 JP 3334085B2
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    • B21B38/02—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring flatness or profile of strips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/045—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands for measuring the tension across the width of a band-shaped flexible member

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の前提部分に
詳しく記載した種類の応力測定ロールに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】この種の応力測定ロールはさまざまな実
施形態において知られている。その目的は、一般には仕
上げ圧延において形状制御を行うために運転経過につい
て貴重な情報を伝える測定結果の品質を向上することに
ある。
【０００３】ドイツ特許第 29 44 723号明細書に述べら
れているように、締付ボルトにより保持された複数のリ
ングからなる中空円筒構造の測定ロールの場合、ロール
が撓むことにより測定結果が受ける歪みは比較的少な
い。これは、構造を区画化するために複数の独立したリ
ング円板から測定ロールを構成するという応力測定ロー
ルの設計構造により達成されており、このようにして撓
みの範囲に対して設計上最適な適合を得ると共に、付加
的に撓み力に対するロール外周縁部の抵抗作用も向上さ
せている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の応力測定
ロールの場合、曲げ荷重によるロールの弾性変形は僅か
にすぎないが、しかしなお個々のリング内のセンサによ
る測定値を歪めてしまうには十分である。それ自体円形
の横断面を有する応力測定ロールは、荷重が作用すると
断面外形が「卵形」に変形する傾向にあり、この場合、
半径が大きくなった方の部分が曲げ力の作用箇所にくる
ことがある。ロール外周縁部は部分的に曲げ力の方向に
伸長・圧縮し、その結果として力センサに荷重が加えら
れ、センサのカバーを介して付加的にロール径方向の余
分な力とモーメントが力センサに伝達されてしまう。
【０００５】力センサ用のカバーは測定値の精度にかな
りの程度影響する。単なるリング蓋状のカバーの場合、
力センサと個々の測定円板との間に全面的な結合関係が
生じる。焼嵌めリングで結合する場合、すなわちリング
状カバーと測定円板とを固定した場合、この結合は周方
向で有効となり、他方、軸方向ではカバーが間隙によっ
て互いを分離している。正常に得られた測定値に加え
て、前述のように前記カバーにより余分な力とモーメン
トが付加的にセンサに伝達されることとなり、この結
果、径方向の力成分が不要な力として現れる。ロール表
面が圧延帯板により加熱されて温度が変化する場合にも
径方向の力が副次的に障害を引き起こすことがある。こ
の場合、ロール表面はロール芯部よりも膨張の程度が大
きく、このことから熱膨張すなわち応力が生じ、従って
力センサとカバー間に不要な力が生じる。この種の不要
な力は除去するのにきわめてコストがかかり、例えば電
気的に相互接続した正特性及び負特性を有する力センサ
を周面に配設することにより取り除かなければならな
い。不要な信号のレベルが特定の限界を超えるとゼロに
セットされるいわゆるリセット回路も使用されることが
ある。
【０００６】温度変化に伴う測定ロールの変形と並ん
で、ロールに作用する径方向の力が大きくなるとき測定
ロールの曲げ荷重によってもやはり変形が生じる。多く
の場合に適用される補償回路は、冒頭に述べたドイツ特
許明細書に開示された先行技術の場合、例えば各測定円
板で同じ曲げモーメント荷重が起点となるように周方向
で互いに180 度ずれた角度位置の力センサ同士を相互接
続することによって所要の補償を達成しなければなら
ず、かかる措置はかなりの装置組み立てコストを前提と
する必要がある。
【０００７】以上に指摘した従来の技術水準を前提に、
本発明は、発生する不要な力及びモーメントをコストの
増大によってではなく測定ロールの設計上の改良によっ
て低減又は除去することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を特
許請求の範囲に記載された諸提案により解決する。すな
わち、本発明の基本的な特徴によれば、特に薄鋼鈑の冷
間圧延など、圧延中における薄帯板の応力分布を測定す
るために円筒形測定ロール本体の周面に複数の測点を配
置して該測定ロール本体の個々の測点に作用する力の変
化を検出するようにした応力測定ロールは、稼働時にお
いて前記測定ロール本体の表面と前記各測点に配置され
た力センサの外面を個々に覆うカバーの表面とが検出対
象の前記帯板の表面に直接当接することと、前記カバー
が前記測点に設けられた空所内で内壁面との間に全周に
わたる間隙を有し、前記測定ロール本体の径方向に変位
可能であることと、これにより前記カバーが前記帯板か
ら荷重を受けたときに不要な力やモーメントが伝達され
ることなく前記力センサの互いに反対側の２つの端面が
負荷され、前記両端面のうちの一方の端面は前記空所の
載置面で固定され、他方の端面は前記カバーを介して前
記帯板の圧延張力による負荷に曝されて前記荷重を受け
るように構成されていることによって特徴付けられるも
のである。
【０００９】
【作用】本発明の諸特徴によれば、個々の測点の力セン
サに別々に設けられたカバーが帯板からの力の作用で個
々の空所内で案内されて変位し、これにより前記力がセ
ンサの表裏両端面間に働く荷重として空所に固定された
力センサに伝達されるので、不要な力やモーメントがセ
ンサには伝達されず、その結果として圧延帯板の表面形
状の著しい品質向上をもたらすのに寄与するものであ
る。
【００１０】
【実施例】本発明のその他の諸構成と有利な実施態様を
例示のための図面と共に説明すると、図面のうち図９、
図１０、図１１、図１２は本発明の前提となった予備的
な開発技術を示し、図１〜図８は本発明による特徴に係
わる各実施例を示すものである。
【００１１】図９、図１０、図１１、図１２は本発明の
前提となった予備的な開発技術に関するものであり、代
表的となった幾つかの開発例を示している。何れにおい
てもセンサ１は、帯板８用の応力測定ロール本体４の周
面に開口する独立した円形空所２内に配置されている。
図９では、センサ１は周囲に広がりを持った空所２の底
面を構成する載置面１３上にその下端面１４で載置固定
され、空所２の開口には比較的大径の個別の円形蓋状カ
バー３がセンサ１の上端面１２と接するように固定さ
れ、カバー３の撓み変形によってセンサ１が外部からの
力を検出するようになっている。図１０では、従来と同
様にリング状のカバー３がロール本体４に焼き嵌めによ
り固定されている。図１１では、ロール本体４内の表面
近くに閉鎖空所２が設けられ、空所２の外周側の隔壁部
分がカバー３を構成している。
【００１２】これらの形式のカバー３では、図１２に示
すように、測定ロール本体４が回転すると、本来の測定
すべき力３１のほかにカバー３の撓みに由来する余分な
力３２やモーメント３３が反復的に生じ、これらの反復
的な力によってセンサ出力中に正弦波状の不要な信号成
分が生じるので、これを補償しなければならない。この
ため、既に述べたような互いに出力を補償するように相
互接続された二つのセンサを180 度に角度のずれをもっ
て配置するなどの対策が必要となる。
【００１３】図１に示すように、本発明の実施例におけ
る力センサ・カバー構造では、カバー３の周面とロール
本体４側の空所２の内壁面１０との間に全周にわたる間
隙２５が存在している。間隙２５の幅寸法は0.01〜0.05
mmである。間隙幅がこの条件にある場合、測定ロール本
体４上を走行する帯板８の表面９に間隙２５の存在によ
って破損又は痕跡を与えないことが判明している。力セ
ンサ１は互いに反対面となる端面１１と１２を備えた圧
電クリスタル型のものであり、端面１１で載置面１３上
に固定され、端面１２はカバー３の内端面と面接触して
いる。前記測定ロール本体４の構成材料と、その内部に
配置された前記力センサ１のための前記カバー３の構成
材料とは、実質的に同等の強度、同等の弾性、同等の耐
摩耗性、同等の熱膨張率をもつように選定されている。
【００１４】本実施例による応力測定ロールを組立てる
には、カバー周面と空所２の隣接内壁面１０との間の間
隙寸法の正確な設定地0.01〜0.05mmをできるだけ正確に
維持しなければならない。このため本発明では、カバー
３を測定ロール本体４の空所２に挿入する前に加熱し、
例えば図４又は図５の実施例に示すように、ねじボルト
１８または２４によってカバー３をロール本体に締付け
固定する際にカバー３の加熱膨張によってこの間隙寸法
がほぼゼロ値となるようにしてカバー３を空所２に挿入
し固定する。この場合、カバーの加熱温度は約100 ℃で
充分であり、ねじボルトで締着した後にカバー３が冷え
ると、前記設定値の均一な同心間隙２５が形成される。
【００１５】個々の測点５の分布配置を図２に示す。測
点５は図２に示すように円筒穴28で形成され、それぞれ
にロール径方向の穴29がセンサ１の信号リード線乃至ケ
ーブルの導出通路として設けられている。稼働時におい
て前記測定ロール本体４の表面７と前記各測点５に配置
された力センサ１の外面を個々に覆うカバー３の表面６
とは、図１または図３に示すように検出対象の前記帯板
８の表面９に直接当接し、前記カバー３の外表面６は、
前記力センサ１を配置した状態で前記測定ロール本体４
の表面７に一致した輪郭に形成されている。前記カバー
３は前記測点に設けられた空所２内で前記測定ロール本
体４の径方向に変位可能である。
【００１６】図２と図３に示すように、測定ロール本体
の穴２９、力センサ１及びカバー３は、それらを円形に
形成することでかなり簡素になる。
【００１７】図３の実施例では、カバー３の内端面３０
が環状の力センサ１の端面１１に当接されている。締付
部材１４はカバー３から延在し、センサ１を貫通してい
る。センサ１の信号リード線１９は、空所２の載置面１
３に開口する通路孔を通ってロール本体４内の軸心方向
に導かれている。カバー３の締付け操作は、後述の図４
の場合も同様に、カバー３の図示しないキー面を介して
行われる。カバー３自体がその軸方向に十分な延在寸法
をもってプラグ栓状に構成してあるため、測点の穴２９
の内壁面１０でカバー３の軸方向変位に案内が行われる
ことになる。間隙２５からの異物の侵入に対する密封
は、空所２の内壁面１０に設けられた周溝にＯリング１
６を配置することで保証されている。
【００１８】更に図４の実施例は、力センサ１を貫通す
るボルト１８と、このボルト１８をねじ込んで控えボル
トとするためにロール本体４の空所２の底面（載置面１
３）の中心に穿設された座ぐり雌ねじ孔１５と、力セン
サ１のカバー３の内端面側に穿設された盲ねじ穴３６と
を有している。これにより、0.01〜0.05mmの間隙幅を維
持して図示省略したキー面を利用してカバー３を空所２
の中央に固定された控えボルト１８に螺着することがで
きる。
【００１９】図５の実施例では、前記カバー３の周面に
Ｏリング１６を受容する環状溝が設けられ、該環状溝の
高さ位置に前記カバー３が段差１７を有し、該段差１７
はロール表面側でカバー３の径を拡大することにより形
成されている。特徴的な点として、このようにして段差
１７により格別狭い間隙２５を形成でき、これが空所２
に対する安定な密封とロール表面での実質的な連続面と
を保証する。またこの実施例では、カバー３が拡径され
た頭部２２を有する頭付きボルト２４によって空所２の
中心上にてロール本体４に締着されており、ボルト２４
の頭部２２の外面もロール本体４及びカバー３の表面プ
ロフィルと一致するように成型されている。
【００２０】図６は、図５に符号１９で示したセンサ１
の信号ケーブルのための通路を構成するほぼ径方向の穴
２０による簡単な信号線導出方式の一例を示しており、
この穴２０は空所２の載置面１３からロール本体４の軸
心と同心の中心穴２１に連通している。力センサ１は環
状に形成してあり、円筒頭部２２をもつ締付ねじ２４が
センサ中心を貫通してロール本体４にねじ込まれてい
る。
【００２１】センサからの信号線を導くための別の軸方
向の穴２６について二つの例が図７と図８に示されてい
る。この穴２６は、図７の例では空所２の中心３４に対
して調心された位置で、また図８の例では空所２の中心
３４に対して偏心された位置でロール本体４内に設けら
れており、何れも空所２の載置面１３近傍に開口すると
共に、図６に示したような中心孔２１に達している。信
号線のためにロール径方向の穴２０または２９と軸方向
の穴２６とを併用してケーブル通路を構成するのに利用
すると有利である。
【００２２】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
複数の測点の力センサ毎に独立したカバーが個々に空所
内で変位可能であり、力の伝達に関してカバーがロール
本体から遮断されているので、カバーが不要な力やモー
メントを殆ど発生せず、その結果、圧延帯板の表面形状
の制御に対して品質のよい検出信号を入手することが可
能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に従って測定ロール本体内に
配置され力センサ及びカバー部分を示す要部断面図であ
る。
【図２】本発明の一実施例に従ってセンサ及びカバーを
収容するために測定ロール本体上に設けられた複数の測
点の穴を示す説明図である。
【図３】本発明の別の実施例に係る要部の構成を示す要
部断面図である。
【図４】本発明の更に別の実施例に係る要部の構成を示
す要部断面図である。
【図５】本発明の更に別の実施例に係る要部の構成を示
す要部断面図である。
【図６】図５の実施例に係る要部の構成を示す測定ロー
ル本体の横断面図である。
【図７】空所における信号線導出通路の構成例を示す横
断面及び平面図である。
【図８】信号線導出通路の別の構成例を示す横断面及び
平面図である。
【図９】固定蓋形式の力センサーカバーの横断面及び平
面図である。
【図１０】焼嵌めリング方式の力センサーカバーの横断
面を示す説明図である。
【図１１】隔壁方式の力センサーカバーの横断面を示す
説明図である。
【図１２】図９、１０、１１の方式でカバーを固定した
場合に力センサに作用する諸力を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 力センサ ２ 空所 ３ カバー ４ 測定ロール本体 ５ 測点 ６ カバーの表面 ７ ロールの表面 ８ 帯板 １３ 載置面 ２５ 間隙
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルト・ミュッケ ドイツ連邦共和国、4010 ヒルデン、ヘ ルデアシュトラーセ 114 (72)発明者 ヘルムート・ティース ドイツ連邦共和国、4044 カールスト ２、ヴァーグナーシュトラーセ 17 (72)発明者 エーベルハルト・ノイシュッツ ドイツ連邦共和国、4030 ラティンゲン １、ハインリッヒ・ヘルツ・シュトラ ーセ 28 審査官 福田 裕司 (56)参考文献 特開 昭62−47529（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−237335（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−59430（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−47530（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−132944（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−123535（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 5/04 - 5/10

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 特に薄鋼鈑の冷間圧延など、圧延中にお
    ける薄帯板（８）の応力分布を測定するために円筒形測
    定ロール本体（４）の周面に複数の測点（５）を配置し
    て該測定ロール本体（４）の個々の測点（５）に作用す
    る力の変化を検出するようにした応力測定ロールにおい
    て、 稼働時において前記測定ロール本体（４）の表面（７）
    と前記各測点に配置された力センサ（１）の外面を個々
    に覆うカバー（３）の表面（６）とが検出対象の前記帯
    板（８）の表面（９）に直接当接し、 前記カバー（３）が前記測点に設けられた空所（２）内
    で内壁面（１０）との間に全周にわたる間隙（２５）を
    有し、前記測定ロール本体（４）の径方向に変位可能で
    あり、 これにより前記カバー（３）が前記帯板（８）から荷重
    を受けたときに不要な力やモーメントが伝達されること
    なく前記力センサ（１）の互いに反対側の２つの端面
    （１１，１２）が負荷され、前記両端面のうちの一方の
    端面（１１）は前記空所（２）の載置面（１３）で固定
    され、他方の端面（１２）は前記カバー（３）を介して
    圧延張力による負荷に曝されて前記荷重を受けるように
    構成されていることを特徴とする応力測定ロール。
  2. 【請求項２】 前記カバー(3) が前記空所(2) の内周壁
    (10)で案内されていることを特徴とする請求項１に記載
    の応力測定ロール。
  3. 【請求項３】 前記カバー(3) の外表面(6) が、前記力
    センサ(1) を配置した状態で前記測定ロール本体の表面
    (7) に一致した輪郭に形成されていることを特徴とする
    請求項１または２に記載の応力測定ロール。
  4. 【請求項４】 前記カバー(3) が自身の案内のために栓
    状に構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何
    れか１項に記載の応力測定ロール。
  5. 【請求項５】 前記測定ロール本体(4) の構成材料と、
    その内部に配置された前記力センサ(1) のための前記カ
    バーの構成材料とが、実質的に同等の強度、同等の弾
    性、同等の耐摩耗性、同等の熱膨張率をもつように選定
    されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項
    に記載の応力測定ロール。
  6. 【請求項６】 前記測定ロール本体(4) が前記力センサ
    (1) と一緒に仕上げ加工されており、これにより両者の
    表面が互いに一致した表面レリーフを形成していること
    を特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の応力測
    定ロール。
  7. 【請求項７】 前記力センサ(1) とそれを受容する空所
    (2) とが円形横断面形状に形成されていることを特徴と
    する請求項１〜６の何れか１項に記載の応力測定ロー
    ル。
  8. 【請求項８】 前記力センサ(1) がリング状に形成され
    ていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記
    載の応力測定ロール。
  9. 【請求項９】 前記力センサ(1) を前記空所(2) 内で密
    封するためにセンサ又は空所の周壁に周溝が設けられて
    おり、この周溝にＯリング(16)が受容されていることを
    特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の応力測定
    ロール。
  10. 【請求項１０】 前記案内のために前記カバーと内周壁
    (10,3)が0.01〜0.05mmの嵌合い間隙で組み立てられてい
    ることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の
    応力測定ロール。
  11. 【請求項１１】 前記カバーの周面にＯリング(16)を受
    容する環状溝が設けられ、該環状溝の高さ位置に前記カ
    バーが段差(17)を有し、該段差はロール表面側でカバー
    (3) の径を拡大することにより形成されていることを特
    徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の応力測定
    ロール。
  12. 【請求項１２】 前記カバー(3) を約100 ℃に加熱する
    ことにより最終的に該カバーが0.01〜0.05mmの嵌合い間
    隙で前記空所(2) 内に調心されるように構成されている
    ことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の
    応力測定ロール。
  13. 【請求項１３】 前記カバー(3) が環状の力センサ(1)
    に挿通された控えボルト(18)により測定ロール本体(4)
    の空所(2) の載置面(13)上に固定されていることを特徴
    とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の応力測定ロ
    ール。
  14. 【請求項１４】 前記力センサ（１）の中心にねじボル
    トが貫通され、該ねじボルトによって前記センサが前記
    載置面上に固定されていることを特徴とする請求項１〜
    １３の何れか１項に記載の応力測定ロール。
  15. 【請求項１５】 前記載置面(13)の底部に開口する通路
    にセンサの信号リード線が挿通され、該通路が測定ロー
    ル(4) の軸心に沿った長手穴に連通されていることを特
    徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載の応力測定
    ロール。
  16. 【請求項１６】 前記力センサ(1) が圧電クリスタルを
    備えたことを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に
    記載の応力測定ロール。
  17. 【請求項１７】 前記信号リード線(23)のために前記測
    定ロール本体(4) に軸方向の穴が設けられていることを
    特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の応力測
    定ロール。
  18. 【請求項１８】 前記信号リード線（２３）を導くため
    の別の軸方向の穴（２６）が、前記空所（２）の中心
    （３４）に対して調心された位置で前記測定ロール本体
    （４）内に設けられ、前記空所（２）の載置面（１３）
    近傍に開口すると共に前記軸方向の穴（２１）に達して
    いることを特徴とする請求項１７に記載の応力測定ロー
    ル。
  19. 【請求項１９】 前記信号リード線（２３）を導くため
    の別の軸方向の穴（２６）が、前記空所（２）の中心
    （３４）に対して偏心された位置で前記測定ロール本体
    （４）内に設けられ、前記空所（２）の載置面（１３）
    近傍に開口すると共に前記軸方向の穴（２１）に達して
    いることを特徴とする請求項１７に記載の応力測定ロー
    ル。
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