JP3593953B2 - ロールチョッククランプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワークロール（作業ロール）、バックアップロール及びワークロールのロールチョック（軸受け箱）を備えた圧延機に関し、特にロールチョックと圧延機のハウジングとの間隙を調整するためのライナーの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間又は冷間で鋼板をロールで圧延する圧延機は、１対のワークロールとそのワークロールを支持して圧下力を伝えるバックアップロールとから構成されている。各ロールはロールチョック（軸受け箱）を介して圧延機のハウジングに支持されているが、ワークロールとハウジングとの間には、ロール交換のためにわずかな隙間（ガタ）が設けられている。この隙間があるために、圧延中にロールが水平方向に動き、上ロールと下ロールとのクロス量が変化したり、ワークロールの水平方向のがたつきでワークロールとバックアップロールとの支持関係がくずれてワークロールの両端での圧下力に差異が生じたりすることがある。そして、これらの挙動が板蛇行の発生や品質劣化の原因となっている。
【０００３】
図９（Ａ）（Ｂ）は圧延機及びそのワークロール周辺の詳細を示した図である。１対のワークロール１０にはバックアップロール１１がそれぞれ設けられており、ワークロール１０の軸はロールチョック１２により支持されている。このロールチョック１２にはチョックライナー１３が取り付けられており、ハウジング１４にはハウジングライナー１５が取り付けられており、これらは対向して配置される。図示のようにハウジングライナー１５とチョックライナー１３との間には圧延方向に１ｍｍ〜２ｍｍ程度の隙間があり、ワークロール１０が圧延方向に移動すると、ワークロール１０に対するバックアップロール１１による拘束がなくなってしまう。
【０００４】
このようなロールのがたつきを解決するべく、ロール交換時にはロールチョックとハウジングとの間に隙間を確保し、圧延中には油圧シリンダなどでロールチョックを機械的に拘束する機構が、例えば特開昭６１−１２９２０８号公報、特開平８−１７４００９号公報等に提案されている。また、実開昭６３−８０００６号公報にはロールチョックに取り付けられたライナーの厚みを油圧で可変させることで、ロールチョックとハウジングとの間の隙間を詰める構造、即ちライナー形のロールチョックの隙間拘束装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
（課題１）
実開昭６３−８０００６号公報にて提案されているライナー形のロールチョックの隙間拘束装置は、薄いライナー内に油圧シリンダとピストンを内蔵した構造となっている。この装置においては、油をポンプによつて供給することによりピストンがせり出すことによってライナーの厚みを変える方式が採用されている。この装置においては、ロールチョックの拘束のため或る程度の拘束力を出力する必要性と薄いライナーの中に油圧シリンダ等が内蔵されることから、油圧シリンダ径に比べてピストンストロークが極端に小さいものとなっている。このような油圧シリンダに油を供給すると、ストロークに比べて極端に大きい直径をもったピストンは均等にせりあがらず、傾きやすいという問題があり（図８（Ｂ）参照）、ピストン部分の油圧シール性が損なわれ易い。
【０００６】
（課題２）
特開昭６１−１２９２０８号公報、特開平８−１７４００９号公報及び実開昭６３−８０００６号公報にて提案されている装置は、圧延時のワークロール等の挙動そのものを拘束するための装置であり、ハウジング側に設けられた油圧シリンダなどでロールチョックを一定圧で押し付けるものである。圧延機は圧延中、板厚が所定の値となるように、ロールの圧下力、板の張力、圧延速度等を常時微妙に制御するＡＧＣ（オートゲインコントロール）システムが作動している。そのため、ワークロール及びワークロールを支持するバックアップロールは垂直方向に常に微妙に上下運動を行っている。このような状況下でロールチョックを油圧シリンダで積極的に押し付けることは、ＡＧＣシステムに対して悪影響を与えることになる。また、一定の押付け力で常に押し付けることで、ロールチョック側のライナーの摩耗を激しくするという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を簡便な方法で解決するためになされたものであり、ＡＧＣシステムに対して影響を与えることなく、ロールチョックを適切にクランプするようにしたロールチョッククランプ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係るロールチョッククランプ装置は、圧延機のハウジング側に設けられる固定プレート及び可動プレートから構成され、これらのプレートにシリンダ及びピストンが形成されたハウジングライナーと、ハウジングライナーの前記シリンダの周辺に周方向に均等に配置され、ピストンに与圧を付与するための与圧機構と、シリンダに液圧を供給してピストンを移動させて、ハウジングライナーがロールチョックに接地し又は所定の幅（厚さ）になった時点で液圧の供給を停止してシリンダ内の液を封止する液圧供給手段とを備えたものである。
【０００９】
本発明においては、シリンダに液圧を供給して可動プレートを移動させる。このとき与圧機構によりピストンの周囲に与圧が均等に付与されて制動力がかかっているので、ピストンは均等にせり上がる。このため、ピストン部分の油圧シール性が損なわれない。そして、可動プレートがロールチョックに接地（接触）した時点（又はハウジングプレートが所定の幅になった時点）で液圧の供給を停止してシリンダ内の液を封止する。このシリンダ内に閉じこめられた液によりハウジングライナーの幅が固定される。この状態においてロールチョックが動こうとしても、ハウジングライナーとの距離は殆ど零（零又はそれに近い状態）なので動くことができない。このため、横剛性の高い圧延機が実現される。更に、ハウジングライナーはロールチョックを積極的に押圧するのではなく、接地（接触）する程度なので、ワークロールのＡＧＣシステムへの影響も最小限に抑えることができる。また、ロールチョック側にライナーが設けられている場合においても、ロールチョックに対して所定の押圧力で押し付けるという機構を採用していないので、ライナーの摩耗を軽減させることができる。
【００１０】
（２）本発明に係るロールチョッククランプ装置は、上記（１）のロールチョッククランプ装置において、ハウジングライナーのシリンダの周辺にその周方向に均等に配置され、シリンダの移動量を規制するストッパー機構を更に備えたものである。本発明においてはストッパー機構によりピストンの動作量を制限するようにしたので、ピストンの移動距離を適宜制限することができ、例えば可動プレートがロールチョックに接地する直前の位置に固定することができる。また、装置全体の熱膨張によりシリンダ内の液圧が上昇して、可動プレートの幅が変化することで不要な押付け力がロールチョックにかかる恐れがある場合においても、ストッパー機構により可動プレートの幅の変化を阻止することが可能になっている。
【００１１】
（３）本発明に係るロールチョッククランプ装置は、上記（１）又は（２）のロールチョッククランプ装置において、油圧供給手段は、シリンダに液圧を供給する液圧ポンプと、可動プレートのロールチョックヘの接地又は可動プレートが所定幅になったことを検出する検出手段と、検出手段による検出によりシリンダ内の液を封止するための切替手段とを備えたものである。本発明においては、液圧ポンプによりシリンダに液圧を供給し、可動プレートのロールチョックヘの接地又はハウジングプレートが所定幅になると、切替手段によりシリンダ内の液を封止する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１に係るロールチョックランプ装置の一部を構成するハウジングライナーの正面図、左側面図及び底面図（一部断面を含む）である。そして、図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそのハウジングライナーを概念的に示した説明図である。ロールチョック装置２０はその幅（厚さ）が調整されるハウジングライナー２１を含んでいる。このハウジングライナー２１は固定プレート２２及び可動プレート２３を備えている。固定プレート２２には油圧シリンダ２４が形成されており、可動プレート２３には油圧シリンダ２４内で移動するピストン２５が形成されている。そして、このピストン２５にはＯリング２６が取り付けられており、油圧シリンダ２４内の油をシールしている。また、固定プレート２２及び可動プレート２３には与圧機構２７及びストッパー機構２８がそれぞれ油圧シリンダ２４の周囲にその周方向に等間隔に配置されている。なお、このハウジングライナー２１及び後述の油圧システム４０は単動型の油圧システムであり、圧延機の板入り側のハウジング１４に取り付けられる。
【００１３】
図３は与圧機構２７の説明図であり、図１（Ｃ）の与圧機構２７を拡大して図示している。この与圧機構２７として、固定プレート２２は凹部３０が形成され、更にその凹部３０の底部には貫通孔３１が形成されている。この凹部３０及び貫通孔３１には弾性体３２を介して特殊ボルト３３が配置されており、そして、特殊ボルト３３の先端部はＴ字状になっており可動プレート２３に係合している。初期状態においては、弾性体３２に若干力が加わっている状態になっていて幾分縮んだ状態になっている。次いで、ピストン２５が固定プレート２２から離れる方向に移動してせり出すと特殊ボルト３３の頭部もそれに伴って凹部３０内を移動することとなり、弾性体３２が特殊ボルト３３により更に圧縮されることになる。このため、弾性体３２は更に縮むことになり、油圧シリンダ２４に油が供給されるときは制動力として作用することとなり、そして、油圧シリンダ２４に油がない状態では（ピストンが開放される状態）、ピストン２５を初期状態に戻そうとする力が生まれる。
【００１４】
図４はストッパー機構の説明図であり、図１（Ｃ）のストッパー機構２８を拡大して図示している。このストッパー機構２８として、可動プレート２３には凹部３５が設けられ、更にその凹部３５の底部には貫通孔３６が設けられている。この凹部３５及び貫通孔３６には特殊ボルト３７が配置されており、特殊ボルト３７の先端部は固定プレート２２に固定されている。そして、初期状態において、特殊ボルト３７の頭部は固定プレート２２から最も遠い位置にある。次いで、ピストン２５が固定プレート２２から離れる方向に移動してせり出した時には、特殊ボルト３７が凹部３５内をその軸方向に相対的に移動することとなり、凹部３５の底部に特殊ボルト３７の頭部がくると、ピストン２５の動作に規制が加わり、ピストン２５の移動が制限されることとなる。なお、図４ではピストン２５の移動が制限されている状態が図示されている。
【００１５】
図５はロールチョッククランプ装置２０の全体の構成を示した図である。このロールチョッククランプ装置２０は、上記のハウジングライナー２１の他に、ピストン２５を制御するとともに油圧シリンダ２４内の油を封止するための油圧システム４０を備えている。この油圧システム４０は、油圧を供給する油圧ポンプ４１と、油圧供給管４２を締め切るためのシート形２ポジション３ポート電磁切替弁（以下電磁切替弁という）４３と、油圧シリンダ２４への油圧供給管４２の経路上に設けられ経路内で電磁切替弁４３の２次側の圧力を計測する圧力センサ４４及び圧力スイッチ付きセンサ４５と、油圧シリンダ２４への油の供給量を任意に設定するための流量調整弁４６と、油圧供給管４２の経路内の圧力上昇を所定圧以上に上昇させないためのリリーフ弁４７とから構成されている。
【００１６】
なお、圧延機のロールチョック１２とハウジング１４との隙間は片側で０．５ｍｍ〜２ｍｍである。定常的な圧延中には、ワークロール１０が圧延機の出側の方向に寄っているとすると、最大隙間で４ｍｍと考えられる。但し、ワークロール１０は一定生産量毎に組み替えられるため、隙間はロール毎に変わり常に同じ値とは限らない。
【００１７】
ところで、ハウジングライナーは熱延では一般的に２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の厚みしかないが、ロールチョックのガタ（隙間）は上記に示すように２ｍｍ程度であるので、必要とされるピストンのせり出し量を小さくすることができる。そのため、構造的に油圧シリンダとピストンとからなるロールチョッククランプ機構をハウジングライナー内に集約することができる。このライナー形のロールチョッククランプ装置２０を用いると、ロールチョッククランプ装置が無い既存の圧延機にも、現状で使用されているライナーと入れ替えるだけで容易にロールチョック装置を組み込むことができる。ただ、ロールチョッククランプカは数トン以上を確保する必要性から、ピストン径／ピストンせり出し量は５０倍以上となる。このため、油圧シリンダヘの油の供給方法を均等にしないと大径の油圧シリンダ内で圧力分布が不均一になり、ピストンを平行にせり上げることは難しかったが、本実施形態においては上述の与圧機構２７及びストッパー機構２８によりそのような不都合に対処している。
【００１８】
次に、本実施形態のロールチョッククランプ装置２０の動作について説明する。
（１）動作開始前では、ピストン２５は油圧シリンダ２４内にあり、図６（Ａ）に示されるように、ハウジングライナー２１とロールチョック１２との間に隙間が存在している。
（２）外部からの油圧供給開始指令の制御信号で油圧ポンプ４１が起動し、電磁切替弁４３が油圧シリンダ２４側に切り替わり、流量調整弁４６で予め設定した流量で油圧シリンダ２４に油を供給する。このとき、油圧シリンダ２４の周辺に設けられた与圧機構２７によって、ピストン２５の動作に対してその周囲に均等な制動力が発生して、油圧シリンダ２４内の圧力分布と与圧機構２７によるピストン２５の荷重とがバランスするようになる。
【００１９】
（３）なお、この時の流量は４リットル／ｍｉｎ以下程度に設定しておく。これぐらいの供給量であると油圧供給管４２の経路内の圧力とハウジングライナー２１の油圧シリンダ２４内の圧力は同じ値を示すとともに、与圧機構２７と油圧シリンダ２４内圧力がバランスしながらピストン２５が均等にせりあがることができる。
【００２０】
図７は油圧シリンダ２４内の圧力分布を示したものである。但し、この分布はは、油が流路２４ａを経由して油圧シリンダ２４内に入って来たときの初期の段階の状態を示しており、所定の時間が経過すると圧力分布は均一になる。本実施形態においては上述のように与圧機構２７を設けたので、ピストン２５にはその周囲に均等に与圧が加わっており制動力が発生するので、図８（Ａ）に示されるように、ピストン２５が均等にせりあがる。これに対して、与圧機構２７を設けなかった場合には、図８（Ｂ）に示されるように、ピストン２５が傾斜して移動するおそれがある。
【００２１】
（４）油が油圧シリンダ２４内に供給されはじめると、ピストン２５が油圧で押されることにより可動プレート２３が少しずつせり出すことで、ハウジングライナー２１の幅（厚み）が厚くなる。図６（Ｂ）はこのときの状態を示したものである。
（５）このとき、与圧機構２７の弾性体（ウレタンゴム、皿バネ）３２は、可動プレート２３が固定プレート２２から離されるときに更に圧縮されることとなる。
（６）可動プレート２３がロールチョック１２に接地（接触）すると、油圧シリンダ２４内の圧力が上昇する。但し、供給量をの少ない量に設定しておくと、接地した時点でも急に圧力は上昇しない。
【００２２】
（７）油の供給抵抗プラス０．１ＭＰａ程度の圧力に油圧供給管４２の油圧がなった時点で、圧力センサ４４（又は圧力スイッチ４５）からの信号で、電磁切替弁３２を締め切り、油圧ポンプ４１を停止させる。
（８）このとき、可動プレート２３はロールチョック１２に接触している程度で、積極的に一定圧でロールチョック１２を押しているものではない。
（９）油圧シリンダ２４内に封じ込められて油でピストン２５を支える。つまり、締め切られているので油の供給はなくなるが、ピストン２５の位置は固定される。この場合、封じ込められた油の圧力は一定に保たれるとは限らない。
（１０）この状態でロールチョック１２が動こうとしても、このときの可動プレート２３とロールチョック１２との間の隙間は限りなくゼロになっているので、動くことができない。
【００２３】
（１１）ロールチョック１２が可動プレート２３を押した場合には、油が封じ込められているので、油圧シリンダ２４内の圧力が上昇する。油圧システム４０側のリリーフ弁４７の設定圧までは圧力が上昇するのみで可動プレート２３の位置は固定される。リリーフ弁４７の設定圧以上になった場合には、安全のため油圧シリンダ２４内の油をリリーフ弁４７を介して油圧ポンプ４１のタンク４８ヘ逃がすことで、ピストン２５の位置は、油ががリリーフ弁４７から抜けた分だけ縮む。
（１２）また、油も圧縮性があり、ロールチョック１２によって押された場合には、この圧縮性によって縮むこととなるが、油圧供給管４２の経路内の空気抜きを充分にすることと、油の体積弾性係数と油圧シリンダ２４内の油量から計算される圧縮性による縮みしろが無視できるぐらいに、油圧シリンダ２４の面積を設定することで、油の圧縮性の影響を小さくすることができる。
【００２４】
（１３）再度、ロールチョック１２と可動プレート２３との隙間をあけるためには電磁切替弁３を動作させて、ロールチョッククランプ装置２０の油圧シリンダ２４内の油を大気庄であるタンク４８に開放する。
（１４）油圧シリンダ２４内の油圧は瞬時に大気開放となるが、可動プレート２３は油圧シリンダ２４内の圧を抜いただけではもとに戻らない。
（１５）ここで、可動プレート２３がせり出すときに圧縮した与圧機構２７の弾性体３２が、油圧シリンダ２４内の油圧が大気開放となったことで、元に戻ろうとする力で、可動プレート２３が元に戻り、ハウジングライナー２１の厚みもまた戻って、ロールチョック１２とハウジングライナー２１との間に隙間ができることとになる。このとき、弾性体３２は初期状態に戻るだけである。
【００２５】
（１６）また、ロールチョック１１に可動プレート２３が接地した時は接触程度の力であっても、装置全体の熱膨張により油圧シリンダ２４内への油圧が上昇して、不要な押付け力がロールチョック１２にかかる恐れがある場合には、可動プレート２３をロールチョック１２に直接接触させることなく、可動プレート２３と固定プレート２２とに設けたストッパー機構２８でピストン２５せり出し量を制限することで、ＡＧＣシステムへの影響を最小限に押さえることもできる。
（１７）また、偏荷重がかかったときには、可動プレート２３が傾こうとうするが、このストッパー機構２８が傾きをキャンセルする方向に働き、油圧シリンダ２４内のピストン２５の傾きを防ぐことができる。
【００２６】
なお、ストッパー機構２８によりピストン２５がロールチョック１２に接地する手前でピストン２５を止めるようにした場合には、ストッパー機構２８が機能したことを検出して、電磁切替弁４３の切替や油圧ポンプ４１の停止を行う。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るロールチョッククランプ装置の一部を構成するハウジングライナーの正面図、左側面図及び底面図である。
【図２】図１のハウジングライナーを概念的に示した説明図である。
【図３】図１の与圧機構の説明図である。
【図４】図１のストッパー機構の説明図である。
【図５】本実施形態１に係るロールチョッククランプ装置の全体の構成を示した図である。
【図６】本実施形態１に係るハウジングライナーとロールチョックとの関係を示した図である。
【図７】図１の固定プレートの油圧シリンダ内の圧力分布の説明図である。
【図８】ハウジングライナーの動作を示した説明図である。
【図９】圧延機及びそのワークロールの説明図である。
【符号の説明】
１０ ワークロール
１１ バックアップロール
２０ ロールチョッククランプ装置
２１ ハウジングライナー
２２ 固定プレート
２３ 可動プレート
２４ 油圧シリンダ
２５ ピストン
２７ 与圧機構
２８ ストッパー機構
４０ 油圧システム

Claims (3)

1. ワークロール、バックアップロール及びワークロールのロールチョックを備えた圧延機のロールチョッククランプ装置であって、
   前記圧延機のハウジング側に設けられる固定プレート及び可動プレートから構成され、これらのプレートにシリンダ及びピストンが形成されたハウジングライナーと、
   前記ハウジングライナーの前記シリンダの周辺に周方向に均等に配置され、前記ピストンに与圧を付与するための与圧機構と、
   前記シリンダに液圧を供給して前記ピストンを移動させて、前記ハウジングライナーが前記ロールチョックに接地し又は所定幅になった時点で液圧の供給を停止して前記シリンダ内の液を封止する液圧供給手段と
   を備えたことを特徴とするロールチョッククランプ装置。
2. 前記ハウジングライナーの前記シリンダの周辺にその周方向に均等に配置され、シリンダの移動量を規制するストッパー機構を、更に備えたことを特徴とするロールチョッククランプ装置。
3. 前記油圧供給手段は、前記シリンダに液圧を供給する液圧ポンプと、前記ピストンのロールチョックヘの接地又は可動プレートが所定幅になったことを検出する検出手段と、該検出手段による検出により前記シリンダ内の液を封止するための切替手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のロールチョッククランプ装置。

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