JP3615813B2 - 作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システム - Google Patents
作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は圧延材の板クラウン制御能力に優れた作業ロールクロス圧延機に係わり、特に作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間を潤滑する作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
板材の圧延における最も重要な品質の一つに板幅方向の板厚分布いわゆる板クラウンがある。この板クラウンは、圧延荷重によるロールの撓み、ロールのサーマルクラウン、あるいはロールの摩耗によって変わる。従来、板クラウンに及ぼす上記影響を補正し、所要のものを得るため種々の方策が考えられているが、その一つにロールをクロスさせることにより作業ロール間あるいは作業ロールと補強ロールの間の垂直方向ギャッププロフィールを変える方法がある。
【０００３】
ロールクロスの方法として理論的には下記３方法が存在する。
【０００４】
（１）作業ロールのみをクロスさせる。（文献：Ｍ．Ｄ．Ｓｔｏｎｅ ：Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ａｕｇ． １９６５）
（２）補強ロール（作業ロールを支持しているロールで６段圧延機の場合中間ロールでも可）をクロスさせる。（文献：Ｍ．Ｄ．Ｓｔｏｎｅ ：Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ａｕｇ． １９６５）
（３）作業ロールと補強ロールをペアーにてクロスさせる。（特許公報：特公昭５８−２３１６１号公報）
このうち（１）については河野他（昭和５６年度 塑性加工春季講演会１９８１年５月）、（２）についてはＡ．Ｒ．Ｅ．Ｓｉｎｇｅｒ他（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｄｅｃ． １９６２ ）が実験、検討を試みたが、作業ロールと補強ロール間のクロスにより発生するスラスト力が圧延荷重に対し前者では８−１３％、後者では６．５％と高く実用化できずに終わっている。
【０００５】
このような結果を踏まえ、作業ロールと補強ロールの間にスラスト力を発生させず、作業ロール間プロフィールを変えうるロールクロス方法として考案されたのが（３）項に示す作業ロールと補強ロールをペアーにてクロスさせる方法である。この場合、作業ロールに加わるスラスト力は板材との間に発生するもの故、圧下率が４０％以上と高いところでも高々６％程度であることより、上下相手の作業ロールと補強ロールにより制約されるスペースの中での軸受構造でも支持可能な力となり実用化が可能となった。
【０００６】
しかしながら、この作業ロールと補強ロールをペアーで動かす、通称ペアークロスミルでは、重量の大きい補強ロールを動かさねばならないこと、また、圧延荷重を支える圧下スクリュウーとの水平面内相対位置が変わるため、補強ロールチョックにモーメントが加わり、チョックが傾いたり、またチョックとハウジングが片当りする。これを緩和するため補強ロールチヨックと圧下スクリュウーあるいはハウジングの間にクロスビームが設けられているが、構造が大変複雑になる。さらに作業ロール及び補強ロールを圧延中動かすにはクロスビームと圧下スクリューあるいは相当するハウジングの部分との間に摺動抵抗を減らすための装置、たとえば平面軸受等を設けねばならず、益々複雑となる。
【０００７】
上記問題点を解決し、シンプルで大きなクラウン制御能力を得ることのできる圧延機が特開平５−５０１１０号公報に示されるものである。これは上記（１）項に示す作業ロールクロスミルであるが、作業ロールと補強ロールがクロスして接触することにより発生するスラスト力を鉱油あるいは牛脂をベースにし油分を０−１０％含んだ水との混合液（エマルジョン）の潤滑効果により、スラスト力を圧延荷重の４−１０％に低減したミルである。
【０００８】
なお、注意すべきはこのスラスト力は補強ロールにかかるスラスト力であることである。即ち、作業ロールに加わるスラスト力は作業ロールと板との間で発生し作業ロールにかかるスラスト力が上記補強ロールから作業ロールに加わるスラスト力の方向と全く逆向きであることである。従って、これらは互いに相殺するため作業ロールには０−４％、高々５％のスラスト力しか負荷されない。よって先に述べた相手の作業ロールと補強ロールに挟まれた狭いスペースでも、作業ロールに負荷されるスラスト力を充分支持できる軸受等の構造が可能となるものである。
【０００９】
潤滑油の供給方法については、特開平６−１９０４０９号公報にて潤滑油循環使用が提案されている。また特開平５−１６９１０８にてクロス角あるいはロールに負荷されるスラスト荷重に応じて潤滑剤供給量を増減する供給方法が提案されている。更に、特開平６−３１３１５号公報にて圧延荷重の検出結果に基づき潤滑液の供給量を増減し停止する供給方法が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、特開平５−５０１１０号公報に記載の従来技術により作業ロールと補強ロールの間が適正に潤滑される条件を作ることにより、不可能とされていた作業ロールクロス圧延機が可能となった。しかしながら、本クロスミルがその性能を十分発揮し安定操業を得るためには作業ロールと補強ロールの間の潤滑を確実なものにする必要がある。
【００１１】
特開平６−１９０４０９号公報では、ロールにシール付の潤滑ヘッダーを設け必要な量だけの潤滑油がロール表面に付着するようにすると共に、余分な潤滑油は再びタンクに戻るような潤滑油循環供給方式となっている。これにより一定の濃度と潤滑油性能を維持しながら長期間安定して潤滑油を供給できるとしている。
【００１２】
ところが、実操業では例えば当初０．８μＲａ以下であったロール表面は、圧延の進行にともない摩耗し、例えば０．２〜０．３μＲａとスムーズな面になる場合と、逆に荒らされ焼き付きを発生し５μＲａ以上となる場合もある。このため同じ潤滑油を用いて補強ロールと作業ロール間を潤滑していても、ロール間の摩耗係数、従ってこれに等価なスラスト係数が変化し、スラスト力も増減する。従って、スラスト力を適切な範囲に保つためにはロール間の潤滑状態を考え、所定のスラスト係数が得られるようにすることが望まれる。
【００１３】
特開平５−１６９１０８では作業ロールと補強ロールのクロス角あるいはロールに負荷されるスラスト力に応じて潤滑油の供給量を調整することを提案している。しかし、本願発明者等の検討によれば、まず、ロールクロスにより発生するスラスト力を圧延荷重にて除したスラスト係数（摩擦係数）はほぼ０°から０．５°の範囲のみで変わり、しかもこの変化はロール間のすべり摩擦係数が変わることによるのではなく、ロール間での接触変位が弾性的かあるいはスベリによっているのかと言うことに影響されているものであり、その間でいわゆるすべり摩擦係数が変化しているものではない。加えて０°から０．５°の範囲のスラスト係数は０．５°以上のクロス角でのスラスト係数より小さい。従ってクロス角によって潤滑条件を変えることは大きな意味を持たない。
【００１４】
一方、ロールに負荷されるスラスト力を測定し、これに応じて潤滑油量を変えることはスラスト力を制御するための１つの方法である。しかし、潤滑油の性能はスラスト力そのものを変えるのではなく、スラスト力を接触荷重にて除した値、いわゆる摩擦係数と密接に繋がっているものであり、スラスト力に応じて潤滑油量を変えても摩擦係数（スラスト係数）を制御することはできない。
【００１５】
特開平６−３１３１５号公報では、圧延荷重の検出結果に基づき潤滑液の供給量を増減し停止する供給方法を提案しているが、この方法でも上記従来技術と同様に、圧延荷重に応じて潤滑油量を変えても摩擦係数（スラスト係数）を制御することはできない。
【００１６】
しかも、上記従来技術ではいずれもスラスト力を制御するのに潤滑油の供給量を増減している。しかし、本願発明者等の検討によれば、ニートオイルを用いずエマルジョンタイプの潤滑油を使用する場合、潤滑状態は基本的にエマルジョンのプレートアウト性によって決まり、同じスプレー圧力のもとで潤滑性を変えるために供給流量を増やす方法を採ると、流量が増すとき互いにプレートアウトを邪魔するため流量を増した割に効果が少ない。
【００１７】
ここで、ロール間の潤滑はスラスト力だけでなく他の圧延条件、例えば振動、スリップの発生等についての物理現象も合わせて考慮する必要がある。すなわち、潤滑状態は単にスラスト力を決めるだけでなく、例えば２面間のすべりの状態を決定するのであるから、スティックスリップの発生、更に振動、そしてミルとの共振等を左右する。また、ロール間の潤滑が良すぎると、ロールの円周方向の摩擦係数の低下になり、加減速時にロール間スリップを発生する。この場合必要なものは摩擦係数（スラスト係数）である。
【００１８】
上記従来技術ではスラスト力などを検出して潤滑油量を増減しているが、いずれも摩擦係数（スラスト係数）を制御していない。従って、スラスト力以外の圧延条件をも考慮した適切な潤滑性能を得ることはできず、振動、スリップの発生等を生じる恐れがある。
【００１９】
以上、同じ潤滑油にて圧延条件の変化に対応する上での問題点について述べたが、スプレー圧力や濃度の調整にて変え得る摩擦係数の大きさは高々０．０４％程度である。しかしロール材質をたとえばハイクロムからハイスに変えた場合、スラスト係数は０．０４％以上の差が発生する。この変化に対応するためには潤滑油種あるいは組成を変えた潤滑油を用いなければならず、上記スプレー圧力や濃度のコントロールだけでは対応不可となる。
【００２０】
また、実際の圧延では冷却水のロールへの噴射状況などが上下ロールにて異なるため上作業ロールと補強ロールの間および下作業ロールと補強ロールの間の潤滑条件が必ずしも同一ではない。このためには上下ロールにて別々の独立した潤滑系統が必要になる場合がある。
【００２１】
さらに、例えば当初０．８μＲａ以下であったロール表面は、圧延の進行にともない摩耗し荒らされ、５μＲａ以上となる場合もあると述べたが、特開平６−１９０４０９号公報に記載の潤滑油循環供給方式でこのようにロール表面が荒れると、潤滑ヘッダーのシール面がぴったりとロール表面に接触せず、隙間ができ潤滑油の流出量が増えたり、ロールの冷却水がシールより侵入するため、潤滑油の濃度が変化する。
【００２２】
また、シール部分からのロール冷却水の侵入量は上下ロールを合わせると１８００ｍｍ面長のミルでは３００ｃｃ／ｍｉｎから８００ｃｃ／ｍｉｎとなる。従って、１０００リットル程度のタンクであれば、約４−５ｈｒ位でタンク上面位置に潤滑油レベルが到達し、タンクがオーバーフローして潤滑油の供給を停止せざるを得ない状況を招き、クロス圧延を不可とする。同時に潤滑油濃度は３％から２％程度に低下する。
【００２３】
さらに近年の熱間圧延では、熱間圧延油を使用し、ロールの寿命延長あるいは動力削減を図っている。このため上記潤滑油が熱間圧延油の塗布と２重になり、必要以上の油を塗布する可能性を有する。これは油の原単位を大きくし無駄を重ねることになるため、熱間圧延油と本潤滑油の相互利用が望まれる。
【００２４】
本発明の第１の目的は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際しスラスト係数（摩擦係数）を制御し、振動やスリップの発生を考慮して適切な潤滑性能を得ることのできる作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムを提供することである。
【００２５】
本発明の第２の目的は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際しロール材質が変わってもスラスト係数を適正な範囲に制御できる作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムを提供することである。
【００２６】
本発明の第３の目的は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し上作業ロールと補強ロールの間および下作業ロールと補強ロールの間をそれぞれの潤滑条件に応じて別々に独立して潤滑することのできる作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムを提供することである。
【００２７】
本発明の第４の目的は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し、ロール間を潤滑した余分な潤滑油をタンクに戻し循環供給する方式を採用しかつ潤滑油濃度を目標値に保てる作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムを提供することである。
【００２８】
本発明の第５の目的は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し、ロール間を潤滑した余分な潤滑油をタンクに戻し循環供給する方式を採用しかつ冷却水の侵入があってもタンクがオーバーフローせず潤滑油の供給を連続的に行うことのできる作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムを提供することである。
【００２９】
本発明の第６の目的は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し熱間圧延油と潤滑油の相互利用により油の原単位を下げることができる作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムを提供することである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明によれば、一対の作業ロールと、これら作業ロールをそれぞれ支持する一対の補強ロールとを備え、前記補強ロールは、そのロール軸線が特定角度以外の角度に水平面内で自在に傾斜しないように構成され、前記作業ロールは水平面内でそのロールの軸線が補強ロール軸線に対して交差しかつ相互に交差するように自在に傾斜し得るように構成され、前記作業ロールと補強ロール間を潤滑油により潤滑しロールクロスにより発生するスラスト力を低減する作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、（ａ）前記補強ロール及び作業ロールの少なくとも一方のロール面に潤滑油をスプレーし作業ロールと補強ロール間を潤滑する潤滑油塗布手段と；（ｂ）前記補強ロール及び作業ロールのうち少なくとも補強ロールに負荷されるスラスト力を圧延荷重で除したスラスト係数を求めるスラスト係数演算手段と；（ｃ）前記スラスト係数が所定の値となるように前記潤滑油塗布手段によりロール面に塗布される潤滑油のスプレー圧力及び潤滑油濃度の少なくとも一方を制御し、スラスト係数を制御する潤滑制御手段と；を備える構成にする。
【００３１】
この場合、好ましくは、前記潤滑制御手段は、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油のスプレー圧力が前記所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御する。
【００３２】
また、好ましくは、前記潤滑制御手段は、前記スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えてスプレータイミングを制御することでスラスト係数を制御し、この場合、好ましくは、前記潤滑制御手段は、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油のスプレー圧力が前記所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の下限の限界値にあるときには前記スプレータイミングを制御することによりスラスト係数を制御する。
【００３３】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明は、上記ロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、前記スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えて潤滑油種の切換えを制御することでスラスト係数を制御する構成とする。
【００３４】
この場合、好ましくは、前記潤滑制御手段は、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油のスプレー圧力が前記所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の上限の限界値にあるときには前記潤滑油種の切換えを制御することによりスラスト係数を制御する。
【００３５】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明は、上記ロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、前記スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えてスプレータイミング及び潤滑油種の切換えを制御する構成とする。
【００３６】
この場合、好ましくは、前記潤滑制御手段は、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油のスプレー圧力が前記所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の下限の限界値にあるときには前記スプレータイミングを制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の上限の限界値にあるときには前記潤滑油種の切換えを制御することによりスラスト係数を制御する。
【００３７】
更に、上記第３の目的を達成するために、本発明は、上記ロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、上補強ロール及び作業ロールと下補強ロール及び作業ロールのそれぞれで独立してスラスト係数を制御できるように２系統設けられている構成とする。
【００３８】
以上のロール間潤滑油供給システムにおいて、好ましくは、前記スラスト係数演算手段は、前記補強ロール及び作業ロールのうち少なくとも補強ロールに負荷されるスラスト力を検出する第１の検出手段と、圧延荷重を検出する第２の検出手段と、前記第１及び第２の検出手段で検出されたスラスト力と圧延荷重とからスラスト係数を計算する手段とを有する。
【００３９】
また、上記第４の目的を達成するために、本発明は、上記ロール間潤滑油供給システムにおいて、潤滑油供給タンクと、前記潤滑油供給タンクから潤滑油を前記潤滑油塗布手段に供給する潤滑油供給回路と、前記潤滑油塗布手段からの潤滑油を前記潤滑油供給タンクに戻す潤滑油戻り回路とを更に備え、前記潤滑制御手段は、前記潤滑油供給タンク内の潤滑油の濃度を検出する濃度計と、前記濃度計の検出信号に基づき潤滑油ニートオイル及び希釈用水の追加量を制御し、潤滑油の濃度を目標値に保つ濃度制御手段とを有する構成とする。
【００４０】
更に、上記第５の目的を達成するために、本発明は、上記ロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑油供給タンク内の潤滑油の油面レベルを検出するレベル計と、前記レベル計の検出信号に基づき前記潤滑油供給タンク内の潤滑油の油面レベルが目標値より高いときには潤滑油を排出し油面レベルを目標値に保つ油面レベル制御手段を更に備える構成とする。
【００４１】
またこの場合、好ましくは、上記ロール間潤滑油供給システムは前記油面レベル制御手段により排出された潤滑油を油分濃度の高い潤滑油と油分濃度の低い潤滑油とに分離し、油分濃度の高い潤滑油は前記潤滑油供給タンクに戻し、油分濃度の低い潤滑油のみを外部に排出する余剰潤滑油処理手段を更に備える構成とする。
【００４２】
この場合、好ましくは、前記余剰潤滑油処理手段は、仕切板により分けられた少なくとも２つのチャンバを有しその一方のチャンバに前記油面レベル制御手段により排出された潤滑油を一時的に貯蔵し、前記仕切板をオーバーフローした油分濃度の高い潤滑油を他方のチャンバに移す潤滑油一時貯蔵タンクと、前記他方のチャンバ内の油分濃度の高い潤滑油を前記潤滑油供給タンクに戻す潤滑油移送手段と、前記一方のチャンバ内にオーバーフローせずに残った油分濃度の低い潤滑油をタンク底部に近い位置より外部に排出する手段とを有する構成とする。
【００４３】
前記余剰潤滑油処理手段は、前記油面レベル制御手段により排出された潤滑油の油分と水分とを分離するフィルター手段と、前記フィルター手段で分離された油分を一時的に貯蔵する潤滑油一時貯蔵タンクと、前記潤滑油一時貯蔵タンク内の油分を潤滑油として前記潤滑油供給タンクに戻す潤滑油移送手段と、前記フィルター手段で分離された水分を外部に排出する手段とを有する構成であっても良い。
【００４４】
また、上記第６の目的を達成するために、本発明は、一対の作業ロールと、これら作業ロールをそれぞれ支持する一対の補強ロールとを備え、前記補強ロールは、そのロール軸線が特定角度以外の角度に水平面内で自在に傾斜しないように構成され、前記作業ロールは水平面内でそのロールの軸線が補強ロール軸線に対して交差しかつ相互に交差するように自在に傾斜し得るように構成され、前記作業ロールと補強ロール間を潤滑油により潤滑しロールクロスにより発生するスラスト力を低減するとともに、熱間圧延油を使用して圧延を行う作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、（ａ）前記補強ロール及び作業ロールの少なくとも一方のロール面に潤滑油をスプレーし作業ロールと補強ロール間を潤滑する潤滑油塗布手段と；（ｂ）前記補強ロール及び作業ロールの少なくとも一方のロール面に熱間圧延油を塗布する熱間圧延油塗布手段と；（ｃ）圧延材の圧延中は前記熱間圧延油塗布手段に熱間圧延油を供給し、圧延材が通過していない非圧延時は前記熱間圧延油塗布手段への熱間圧延油の供給を停止すると共に、前記熱間圧延油の供給が停止されている間のみ、前記潤滑油塗布手段に潤滑油を供給する潤滑制御手段と；を備える構成とする。
【００４５】
【作用】
本願発明者等は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に関して種々検討した結果、以下の知見を得た。
【００４６】
１．作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し振動やスリップの発生を考慮して潤滑性能を得るには、補強ロールかつ／または作業ロールのスラスト係数（摩擦係数）を制御することが必要である。
【００４７】
２．同じ潤滑油を用いてスラスト係数（摩擦係数）を制御するには、潤滑油のロール表面へのスプレー圧力及び潤滑濃度を制御することが必要である。
【００４８】
３．２種以上の潤滑油を用意し、潤滑油種を切り替えることによってもスラスト係数を制御することができ、この場合は同じ潤滑油による場合以上に大きくスラスト係数を制御することができる。
【００４９】
なお、上記知見についての詳細は後述する。
本発明は以上の３点の知見に基づくものであり、第１の目的に係わる本発明において、スラスト係数演算手段でスラスト計数を求め、潤滑制御手段でスラスト係数が所定の値となるようにロール面に塗布される潤滑油のスプレー圧力及び潤滑油濃度の少なくとも一方を制御することによりスラスト係数を制御することができ（上記知見２）、これにより圧延条件あるいは圧延に伴う摩耗や焼き付きによりロール表面粗度が変化しても摩擦係数が大きくなることを防止し、ロールに負荷されるスラスト力が過大となりロール軸受の破損などトラブルを発生する事態を防止することができる。また、スラスト係数を制御するので、振動やスリップを起こすことなく適切な潤滑性能を得ることができ（上記知見１）、これにより安定した操業が可能となる。
【００５０】
潤滑油のスプレー圧力及び潤滑油濃度でスラスト係数を制御する場合は、これ等を同時に制御してもよい。しかし、本願発明者等の検討によれば、同じ潤滑油を用いる場合は、スプレー圧力及び濃度がそれぞれある値になると効果が飽和してしまうこと、また飽和したときの摩擦係数はスプレー圧力で制御する時よりも潤滑油濃度で制御する時の方が低いことが分かった。従って、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御し、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御することにより、円滑かつ連続的にスラスト係数を制御することができる。
【００５１】
スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えてスプレータイミングを制御することでスラスト係数を制御することにより、スラスト係数が小さくなり過ぎたときには潤滑油の供給を停止し、過度のスラスト係数の低下を防止することができる。
【００５２】
この場合、上記のようにスプレー圧力及び潤滑油濃度でスラスト係数を制御した後、潤滑油の濃度が所定の範囲の下限の限界値にあるときにはスプレータイミングを制御すること、すなわち潤滑油の供給を停止することにより円滑かつ連続的にスラスト係数を制御しかつ過度のスラスト係数の低下を防止することができる。
【００５３】
第２の目的に係わる本発明において、スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えて潤滑油種の切換えを制御することにより、同じ潤滑油による場合よりも大きくスラスト係数を制御することができ、広い範囲にわたってスラスト係数を制御することができる（上記知見３）。
【００５４】
また、上記のように油種を切り替えることによりハイスロール、ハイクロムロール、ニッケルグレインロールなどロールの材質によって大きくかわるロール間のスラスト係数をほぼ０．０７以下の値で一定にし、ロール軸受などのハード機構に影響を与えない範囲のスラスト力に設定可能とする。これにより、圧延上必要なロールを自由に選択しても作業ロールクロス圧延が可能となる。
【００５５】
この場合も、上記のようにスプレー圧力及び潤滑油濃度を制御した後、潤滑油の濃度が所定の範囲の上限の限界値にあるときに潤滑油種の切換えを制御することにより、広い範囲にわたって円滑かつ連続的にスラスト係数を制御することができる。
【００５６】
更に、スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えてスプレータイミング及び潤滑油種の切換えを制御することにより、広い範囲にわたってスラスト係数を制御しかつ過度のスラスト係数の低下を防止することができる。
【００５７】
この場合、上記のようにスプレー圧力及び潤滑油濃度を制御した後、潤滑油の濃度が所定の範囲の下限の限界値にあるときにはスプレータイミングを制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の上限の限界値にあるときには潤滑油種の切換えを制御することにより、広い範囲にわたって円滑かつ連続的にスラスト係数を制御しかつ過度のスラスト係数の低下を防止することができる。
【００５８】
なお、上記第２の目的に係わる油種の切替え制御に関し、これはスプレー圧力及び濃度制御と切り離して単独で実施してもよく、これによっても上記ロール材質の違いによるスラスト係数の変化を少なくし、スラスト力を制御できる。
【００５９】
第３の目的に係わる本発明において、上補強ロール及び作業ロールと下補強ロール及び作業ロールのそれぞれで独立してスラスト係数を制御できるように２系統の潤滑制御手段を設けることにより、上下作業ロールの摩耗状況に応じて上下のスラスト係数を各々の目標値に向かって個別に制御することができ、これにより安定した操業が可能となる。
【００６０】
第４の目的に係わる本発明において、潤滑油塗布手段からの戻り油を再使用する循環供給する潤滑油循環供給手段を採用するに際して、濃度制御手段で濃度計の検出信号に基づき潤滑油ニートオイル及び希釈用水の追加量を制御し、潤滑油の濃度を目標値に保つことにより、上記のように潤滑油濃度を制御してスラスト係数を制御することができる。また、結果として、潤滑ヘッダー部へロール冷却水の混入により潤滑油濃度が低下することを防止し、潤滑油濃度の低下でロール間摩擦係数が大きくなり、ロールに働くスラスト力が大きくなってロール軸受の破損などトラブルを発生する事態を防止できる。
【００６１】
第５の目的に係わる本発明において、油面レベル制御手段でレベル計の検出信号に基づき潤滑油供給タンク内の潤滑油の油面レベルが目標値より高いときには潤滑油を排出し油面レベルを目標値に保つことにより、冷却水の侵入により潤滑油供給タンクがオーバーフローすることを防止し、タンクのオーバーフローにより潤滑油の供給を停止せざるを得なくなり、クロス圧延を不可とする事態を防止できる。
【００６２】
また、油面レベル制御手段で潤滑油を排出する場合、潤滑油を単に捨てるだけであれば簡単であるが、そのまま捨てると油分を多く含み過ぎ環境問題につながる。また、油の原単位が増える。このため余剰潤滑油処理手段で、油面レベル制御手段により排出された潤滑油を油分濃度の高い潤滑油と油分濃度の低い潤滑油とに分離し、油分濃度の高い潤滑油は潤滑油供給タンクに戻し、油分濃度の低い潤滑油のみを外部に排出することにより、環境汚染を無くしかつ油の消費量を削減できる。
【００６３】
なお、上記第５の目的に係わる油面レベル制御及び余剰潤滑処理手段に関し、これはスラスト係数の制御とは切り離して単独で実施しても良く、これによっても上記タンクのオーバーフローの防止、環境汚染の低下等の効果を得ることができる。
【００６４】
第６の目的に係わる本発明において、ホットミルでは通常圧延時は熱間圧延油が使用されている。本発明に係わる潤滑油は基本的にはこの熱間圧延油と同じ系統の油をベースにするもので粘度あるいは鹸化価が異なるものである。従ってこの熱間圧延油が使用されている間はこれを利用し、熱間圧延油の供給が停止されている間のみ、潤滑油塗布手段に潤滑油を供給することにより、トータルとして油の消費量を押さえ油の原単位を下げることができるとともに、排出する油分を少なくし油処理作業を軽減することができる。
【００６５】
【実施例】
本発明に基づく第１の実施例を図１〜図１３により説明する。
図１において、１００は作業ロール１，１′，補強ロール２，２′から成る４段圧延機であり、上補強ロールチョック６１と図示されていないハウジングとの間に圧下スクリュー６２及び油圧シリンダー６３からなる圧下装置を備え、所定の板厚を得ることができる。また、圧延機１００は作業ロールクロス圧延機であり、補強ロール２，２′は３及至４種以下の特定の角度を除きそのロール軸線が水平面内にて自在に傾斜しないように、また作業ロール１，１′はそのロール軸線が補強ロール２，２′の軸線に対して夫々交差すると共に、上下作業ロール１，１′がそのロール軸線を相互に交差するように、水平面内で補強ロール２，２′に対してそのロール軸線が傾斜し得るように構成されている。
【００６６】
このような作業ロールクロス圧延機に作業ロールと補強ロール間を潤滑油により潤滑しロールクロスにより発生するスラスト力を低減する本実施例のロール間潤滑油供給システムが設けられている。このロール間潤滑油供給システムは次のように構成されている。すなわち、ロールクロスに伴い補強ロール２，２′及び作業ロール１，１′に発生するロール軸方向の力即ちスラスト力を検出するスラスト計として、補強ロール２，２′のロールチョックまたはキーパープレート部に設けられ補強ロールに負荷されるスラスト力を測定するロードセル４，４′及び作業ロール１，１′に負荷されるスラスト力をロールシフト用のシリンダーの油圧にて測定するプレッシャーセル５，５′が設けられ、下補強ロールチョック６１′と図示されていないハウジングとの間に圧延荷重を検出する手段として圧延荷重計６０が設けられている。また、補強ロールのロール面に潤滑油をスプレーし作業ロールと補強ロール間を潤滑する潤滑ヘッダー３，３′を含む潤滑油を循環供給する潤滑油循環供給設備１０１と、ロードセルあるいはプレッシャーセル４，４′，５，５′で検出されたスラスト力を圧延荷重計６０で検出された圧延荷重で除したスラスト係数を計算するスラスト係数演算装置６４と、スラスト係数が所定の値となるように潤滑油のロール表面へのスプレー圧力及びスプレータイミング、潤滑油濃度、及び潤滑油種の切換えを所定の態様で制御しスラスト係数を制御する潤滑制御装置１０２とが設けられている。ここで、スラスト係数演算装置６４で計算されるスラスト係数は、補強ロール２，２′については補強ロールと作業ロールとの間の摩擦係数に等しく、作業ロール１，１′については補強ロールと作業ロール間の摩擦係数と作業ロールと板材との間の摩擦係数の代数和に相当する。
【００６７】
潤滑油循環供給設備１０１は潤滑油供給タンク７を有し、潤滑油供給タンク７に蓄えられたエマルジョンタイプの潤滑油はスプレーポンプ８により潤滑油供給回路１０３を介して潤滑ヘッダー３，３’に送られ、補強ロール２，２′のロール表面に噴射される。潤滑ヘッダー３，３′からの潤滑油は潤滑油戻り回路１０４により潤滑油供給タンク７に戻される。潤滑油タンク７内において、潤滑油はアジテータ１４により撹拌され、エマルジョン状態が得られる。
【００６８】
潤滑制御装置１０２はスプレーコントローラ１５、濃度コントローラ１７及び油種切替コントローラ６５を有し、スプレーコントローラ１６により潤滑油のロール表面へのスプレー圧力及びスプレータイミングが制御され、濃度コントローラ１７により潤滑油濃度が制御され、油種切換えコントローラ６５により潤滑油種の切換えが制御される。
【００６９】
スプレーコントローラ１５によるスプレー圧力及びスプレータイミングの制御に関して、スプレー圧力は潤滑油供給回路１０３に設けられた圧力計１０，１０’によりチェックしながら比例減圧弁９，９’により調整される。噴射のオン，オフは電磁ストップバルブ１２，１２’にて切り替えることができる。同時に流量計１１，１１′により流量も計測されるが、この値は潤滑がなされているか否かの検出、インターロックに用いられる。
【００７０】
濃度コントローラ１７による濃度制御に関して、スプレーポンプ８の出口にて余分の潤滑油が分岐されタンクに戻されるバイパス回路に濃度計１６を設け、潤滑油の濃度をチェックしながら潤滑油の濃度を目標値に保つためのニートオイルと水の追加量を算定し、バルブ２１，２３に開閉の信号を送り操作する。ニートオイルと水の実際の追加量はそれぞれ流量計２０，２２にて測定され、濃度コントローラ１７へフィードバックされ、その量が必要十分か否かを判断、処理される。ニートオイルはニートオイルタンク１８内に蓄えられており、ポンプ１９により供給される。水は図示しない水源から供給される。
【００７１】
油種切替コントローラ６５による油種の切換え制御に関して、潤滑油循環供給設備１０１に潤滑油供給タンク７とは別の油種の異なる潤滑油を蓄えた潤滑油供給タンク４３を設け、潤滑油供給回路１０２の３方弁４５から潤滑油戻り回路１０３の３方弁４９までを共通として潤滑ヘッダー３，３′への潤滑油の循環供給を行うようにし、３方弁４５，４９の切換えにより油種の切換えを行う。この潤滑油供給タンク４３にも濃度制御のためのニートオイルタンク４４、バルブ４０，４１等、潤滑油供給タンク７と同様の設備が付属している。
【００７２】
また、図２に示すように、本実施例のロール間潤滑油システムは、潤滑油供給タンク７，４３内の潤滑油の油面レベルを検出するレベル計２４，５０と、レベル計２４，５０の検出信号に基づき潤滑油供給タンク７，４３内の潤滑油の油面レベルが目標値より高いときには潤滑油を排出し油面レベルを目標値に保つ油面レベル制御装置１０５と、油面レベル制御装置１０５により排出された潤滑油を油分濃度の高い潤滑油と油分濃度の低い潤滑油とに分離し、油分濃度の高い潤滑油は潤滑油供給タンク７，４３に戻し、油分濃度の低い潤滑油のみを外部に排出する余剰潤滑油処理設備１０６とを備え、油面レベル制御装置１０５及び余剰潤滑油処理設備１０６はレベルコントローラ２５を含む構成となっている。
【００７３】
レベルコントローラ２５による制御に関し、潤滑油供給タンク７の油面レベルが所定以上の高さになると、潤滑油戻し回路１０４に設けた３方弁２９を切り替え、戻し油を余剰潤滑油処理設備１０６の潤滑油一時貯蔵タンク２６へ一旦戻す。この潤滑油一時貯蔵タンク２６は排出油を一時貯蔵するだけでなく油分と水分を
分離することに用いる。すなわち、潤滑油一時貯蔵タンク２６は仕切板２６ａにより２つのチャンバ２６ｂ，２６ｃに分けられており、一方のチャンバ２６ｂに潤滑油供給タンク７から排出された潤滑油を一時的に貯蔵し、その時浮上した油分を仕切板２６ａをオーバーフローさせ別のチャンバ２６ｃに移すことにより油分を多く含んだ潤滑水を集め、レベル計２７の信号をもとにポンプ２８により再度潤滑油供給タンク７に戻して再利用する。一方、油分を取られた水はタンク下方の排出口よりバルブ３０を通して外部に排出される。潤滑油供給タンク４３に対しても３方弁５４、潤滑油一時貯蔵タンク５１、レベル計５２、ポンプ５３、バルブ５５により同様の油面レベル制御及び余剰潤滑油処理を行う。
【００７４】
次に、本発明のロール間潤滑油供給システムにおける潤滑制御の考え方を説明する。
【００７５】
本発明は以下の３点の知見に基づいている。
１．作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し振動やスリップの発生を考慮して適切な潤滑性能を得るには、補強ロールかつ／または作業ロールのスラスト係数（摩擦係数）を制御することが必要である。
【００７６】
２．同じ潤滑油を用いてスラスト係数（摩擦係数）を制御するには、潤滑油のロール表面へのスプレー圧力及び潤滑濃度を制御することが必要である。
【００７７】
３．２種以上の潤滑油を用意し、潤滑油種を切り替えることによってもスラスト係数を制御することができ、この場合は同じ潤滑油による場合以上に大きくスラスト係数を制御することができる。
【００７８】
まず、上記１の点について説明する。
スラスト力をＦ、圧延荷重をＰ、スラスト係数をμとすると、これらの関係は、
【００７９】
【数１】
Ｆ＝μＰ …（１）
で表わされる。ここで、μはロール間の潤滑状態、すなわち、潤滑油の特性（粘度η、組成ｓ他）、相対２面の粗さＲａ、相対滑り速度Ｖｓやロール径Ｒ等によって変わる。すなわち、
【００８０】
【数２】
μ＝μ（η，ｓ，Ｒａ，Ｖｓ，Ｒ，ｅｔｃ） …（２）
である。スラスト力Ｆの値をほぼ一定にすることは圧延荷重Ｐの変化に対してμを変え調整することになるが、Ｐの変化は熱間圧延機の場合、６００ｔｏｎから４０００ｔｏｎ程度変わる。このため、μの値は例えば０．１から０．０１７へと１／６に小さくする必要がある。この変化の幅は大変大きく、かつ潤滑状態を境界潤滑、混合潤滑、弾性流体潤滑、流体潤滑（図５参照；後述）と性格の異なる状態にする必要がある。
【００８１】
勿論Ｆに変動幅を持たせることにより、μの調整幅を小さくすることができる。例えばスラスト軸受を壊さないためスラスト軸受容量よりスラスト力を大きくしないという制御である。
【００８２】
ここで、ロール間の潤滑は他の圧延条件、例えば振動、スリップの発生等についての物理現象も合わせて考慮する必要がある。すなわち、潤滑状態は単にスラスト力を決めるだけでなく、例えば２面間のすべりの状態を決定するのであるから、スティックスリップの発生、更に振動、そしてミルとの共振等を左右する。また、ロール間の潤滑が良すぎると、ロールの円周方向の摩擦係数の低下になり、加減速時にロール間スリップを発生する。この場合必要なものは摩擦係数（スラスト係数）である。
【００８３】
例えば、振動について考えると、ロール間の振動発生は、潤滑油の金属面への吸着力Ｑと潤滑油自身の剪断力τ、そしてロール表面の弾性率ｋによって決まる。
【００８４】
今相対する２面が互いにすべりを発生し、相対変位ｘが生じたとき、互いの表面には、
【００８５】
【数３】
τｍ ＝ｋ・ｘ …（３）
の力が逆向きに発生する。
【００８６】
同時に２面間を潤滑する潤滑油内部にも相対変位に対応する剪断力が発生する。この剪断力τは潤滑油の粘度をη、２面間の距離をｈ、そして相対すべり速度をｕとすると、
【００８７】
【数４】
τ＝η・ｕ／ｈ …（４）
であり、これに２面の接触長ｂを乗ずるとスラスト力Ｆ′が求まる。従って潤滑面の摩擦係数をμ、平均垂直圧力をｐｍ とすると、
【００８８】
【数５】
Ｆ′＝τ・ｂ＝η・ｕ／ｈ・ｂ＝μ・ｐｍ …（５）
となる。
【００８９】
従って、この力以上の力は２面間には働かないので、相対２面の変位ｘも、
【００９０】
【数６】
ｘｏ ＝τ／ｋ＝μ・ｐｍ ／ｋ …（６）
に止まる。
【００９１】
一方、金属面と潤滑油の接触点では潤滑油の金属への吸着力Ｑが働き、潤滑面での相対２面の金属接触を防止している。すなわち、
【００９２】
【数７】
Ｑ＞Ｆ′ …（７）
の状態を維持している。
【００９３】
ところが、Ｆ′がＱより大きくなると潤滑油の金属面への吸着が維持できず潤滑切れ、油膜破断を起こす。このため２面は金属接触を発生し、２面の表面は上記（２） 式に基づき大きな変形をする。２面が離れるのは金属接触が断ち切られる時である。この時の剪断力τｍｍは潤滑膜の剪断力に比べ格段に大きく、このため変位ｘｍｍも格段に大きい。すなわち、
【００９４】
【数８】
ｘｍｍ＝τｍｍ／ｋ …（８）
となる。従ってこの金属接触が断ち切られると（８） 式に基づき大きな変位を戻す力が働き、変位を零に戻すだけでなく逆方向に変位させ、振動を発生する。
【００９５】
以上のことよりロール間のスティックスリップの発生限界は、
【００９６】
【数９】
【００９７】
ここに、ｘｃ ：スティックスリップ発生限界表面変位
ｐ：線荷重（Ｋｇ／ｍｍ）
ａ：定数
ＣＬ：定数
と表わされる。図３に上記発生限界のテスト結果を示す。例えば潤滑油ＡではＣＬ＝３であるものが潤滑油Ｂではエステルを増し、脂肪酸を加えることによりＣＬ＝４．５と大きくなり振動限界が増す。
【００９８】
このような場合に、ＣＬは潤滑油種により決まり、ｐｍ は圧延の条件により決まるから、振動を発生させないためにコントロールできるのはロール間μであることが分かる。
【００９９】
さらに、このロール間のスラスト係数μはロール円周方向のロール間摩擦係数μｒ と密接な関係を持つ。ロール間の摩擦係数μｔ は、図４に示すようにμｒ とスラスト係数μの合成であるが、方向は各々の方向のスリップ率で決まる。加減速時、円周方向の摩擦係数が必要なときは、円周方向のスリップ率が増し合成摩擦係数の方向は円周方向を向くが、その最大値は円周方向にスリップがない場合のスラスト係数を越えない。従ってロール間の潤滑が良すぎてスラスト係数が低くなり過ぎると、そのままロールの円周方向の摩擦係数の低下になり加減速時にロール間スリップを発生する。このためスラスト係数をある一定値以上に保つ必要がある。
【０１００】
上記の如き問題を解決するために、本発明ではスラスト係数を制御する。
【０１０１】
次に上記２及び３の点について説明する。
ロール間の潤滑状態は一般には図５に示すようなストライベック曲線によって表わされる。横軸に潤滑油の粘度ηとロールの周速差Ｕ＝Ｕ１ −Ｕ２ の積を荷重Ｐによって除したηＵ／Ｐをとり、ηＵ／Ｐと縦軸に示す摩擦係数μの関係を示したものである。この中で領域Ｉは流体潤滑領域（おおよその油膜厚みｈ＞０．２５μｍ）、領域ＩＩは弾性流体潤滑領域（おおよその油膜厚みｈ＝０．０２５〜２．５μｍ）、さらに領域ＩＩＩ は混合潤滑、領域ＩＶは境界潤滑領域に分けることができる。
【０１０２】
本発明に係るロール間の潤滑は弾性流体潤滑領域及び混合潤滑領域であり、この中で前者は基本的に油膜が形成されている状態である。この領域での摩擦係数μはロール接触によるヘルツ偏平領域幅をｂとすると、
【０１０３】
【数１０】
【０１０４】
ここに、η：潤滑油粘度
ｂ：ヘルツ接触幅
Ｕ１ −Ｕ２ ：ロールの相対滑り速度
ｐ：線圧
ｈ：最小間隙
にて表わされ、しかもこの間隙ｈは弾性流体潤滑理論によれば例えば下式にて表わされる。
【０１０５】
【数１１】
【０１０６】
ここに、Ｒ：等価ロール半径
従って、摩擦係数は（１０）式と（１２）式より下式のごとくなる。
【０１０７】
【数１２】
【０１０８】
ここに、σｍａｘ ：ヘルツ面圧
一方、潤滑油の必要量はこの間隙ｈとロール幅Ｌ、及びロール周速の積に比例し、例えば間隙を１μ、ロール幅を１８００ｍｍ、ロール周速を２５０ｍ／ｍｉｎとすると、（０．０００１×１８０×２５０×１０２ ）／１０３ ＝０．４５（ｌ／ｍｉｎ）もあれば十分であり、潤滑油量を必要以上に増しても効果は変わらない。従ってロールの相対すべり速度Ｕ１ −Ｕ２ 及び等価ロール半径が等しい条件下では、ロールの表面粗さや、接触荷重に対して摩擦係数をコントロールしようとすると、潤滑油の見掛けの粘度あるいは粘性係数ηを変えるしかない。
【０１０９】
従って弾性流体潤滑領域では基本的に（３） 式に示される如くロール間の摩擦係数は潤滑油種の特性により決まり、潤滑油の供給量やスプレー圧力にて摩擦係数が決まるものではない。
【０１１０】
一方、領域ＩＩＩ の混合潤滑領域にては、ロール幅Ｌとヘルツ接触幅ｂの積である接触領域Ｓの中で大部分は油膜が形成されているが、一部分で単分子層に近い油膜が形成されるかあるいは場合によって金属接触が発生している領域と言える。従って充分な油膜が形成されている部分Ｓｏ での摩擦係数をμｏ 、単分子層に近い油膜あるいは金属接触の存在する部分ＳＭ の摩擦係数をμＭ とすると、見掛けのμは、
【０１１１】
【数１３】
【０１１２】
となる。
【０１１３】
従って、この領域で見掛けのμを変えるには、油分の付着領域（油膜形成領域）を増すこと、言い換えると油分の付着効率をアップすることにより達成できる。エマルジョンタイプの潤滑油を用いる場合にはスプレー圧力を高くすることによりオイルのプレートアウトを促進して付着効率を向上させ、単分子層に近い油膜部分を少くし、そして金属接触をなくすことにより見掛けの摩擦係数を下げ得る。また、同じ条件にて潤滑油が供給されるとき噴射される潤滑油の濃度が高くなるとプレートアウトされる油量が増大し、付着効率がアップする。
【０１１４】
図６及び図７に潤滑油のスプレー圧力、濃度及び潤滑油種と摩擦係数と関係について行った実験結果を示す。図６及び図７から、スプレー圧力及び濃度が増加するに従い摩擦係数が下がること、しかし、同じ潤滑油を用いる場合は、スプレー圧力及び濃度がそれぞれ５Ｋｇ／ｃｍ２ あるいは６％を越えると効果が飽和してしまうこと、また飽和したときの摩擦係数はスプレー圧力で制御する時よりも潤滑油濃度で制御する時の方が低いこと、更に潤滑油Ａを潤滑性能のより良い潤滑油Ｂに切り替えれば、更に低い摩擦係数が得られることが分かる。
【０１１５】
以上のように、同じ潤滑油を用いる場合はスプレー圧力及び濃度の少なくとも一方を変えることにより摩擦係数を変えることができ、この場合、スプレー圧力で制御するよりも潤滑油濃度で制御する方が摩擦係数を低くすることができ、また油種を切り替えることにより更に大きく摩擦係数を変えることができる。
【０１１６】
以上では圧延荷重の変化に対応して可能な限り大きく摩擦係数を変化させる観点から油種の切替えの必要性を説明した。しかし、油種の切替えはロール材質の面からも必要であり、以下このことを説明する。
【０１１７】
ロールの軸を互いにθだけ傾け接触させながら、これらを転動させたとき発生する軸方向の力を接触荷重で除したロール間のスラスト係数（摩擦係数）は、まずロールの表面粗度により変化する。例えば図８に示すように相手ロールを補強ロールに見立て鍛鋼ロール、表面粗度０．８μＲａを、また潤滑油として潤滑油Ａを用い、このロールをハイクロムロールと組合せた場合、ロール表面粗度が０．５μＲａ以下の時スラスト係数は０．０４〜０．０６であるが、表面粗度が２μＲａ程度となると０．０６〜０．０８と上昇する。この摩擦係数程度であれば問題ないが、もしこのロールがハイスロールの場合にはスラスト係数は更に０．１〜０．１２と大きくなる。圧延荷重が仮に４０００ｔｏｎとするとスラスト力は４００〜４８０ｔｏｎとなる。これではスラスト力が過大となりスラスト軸受の容量も大変大きなものとならざるを得ず、ミル構造上大変不利となる。従ってこの摩擦係数μ＝０．１〜０．１２を０．０４〜０．０８のレベルに下げたい。このためには更に潤滑性の良い油が必要である。これは潤滑性能の良い潤滑油Ｂを使用することにより達成できる。
【０１１８】
ここで、図９に示す如く、例えば潤滑油の摩擦係数は含まれるエステルの性質と含有比率によって左右される。潤滑油供給タンク７に係わるニートオイルタンク１８には低エステル含有比率のニートオイルが蓄えられており、潤滑油供給タンク４３に係わるニートオイルタンク４４には高エステル配合比率のニートオイルが蓄えられており、ロールの種類、ロールの表面粗度の差による摩擦係数の差を補うため上記のように油種を切り替え使用する。
【０１１９】
本実施例の潤滑制御装置１０２は以上の考えに基づきスラスト係数を制御するものである。
【０１２０】
まず、スラスト係数演算装置６４にてロードセル４，４′及びプレッシャーセル５，５′で検出されたスラスト力を圧延荷重計６０で検出された圧延荷重で除したスラスト係数を計算する。スラスト係数演算装置６４にはこのスラスト係数の目標値または目標範囲として例えば４％±１％が与えられ、運転当初は初期値としてこれに応じた潤滑油、潤滑油濃度あるいはスプレー圧力が選ばれている。しかし、圧延の進行にともないロール表面粗度が変わり摩擦係数が変化し、スラスト係数が目標範囲から逸脱する場合がある。スラスト係数が目標範囲より逸脱した場合、スラスト係数演算装置６４はスプレーコントローラ１５、濃度コントローラ１７及び油種切替コントローラ６５を順次作動させ、スラスト係数が目標範囲に収まるよう潤滑油のスプレー圧力、潤滑油濃度、潤滑油種の選定、さらにはスプレータイミングを調整する。
【０１２１】
図１０に本実施例に係る潤滑制御のシステムダイヤグラムを示す。
まず最初に、目標スラスト係数（相当摩擦係数）μ＊ をインプットする。このスラスト係数μ＊ のインプットに応じスイッチング回路が働き、初期値設定演算回路にてスプレー圧力Ｐｏ 、濃度ｄｏ 及び潤滑油種Ｓｏ が逆算される。これらは図６、図７及び図８に示したスラスト係数とスプレー圧力、濃度及び潤滑油種との関係により求められた関数μ＝ｆｓ （ｓ）・ｆｄ （ｄ）・ｆｐ （ｐ）・ｆｔ （ｔ）から逆算して求められる。この初期設定条件にて決まる潤滑油供給状態に対し、ロール材質、ロール表面粗さ、そして圧延荷重に対応したスラスト力が発生する。このスラスト力Ｆをスラスト計（ロードセル４，４′及びプレッシャーセル５，５′）にて測定し、圧延荷重計６０にて測定された圧延荷重Ｐにて除し、実スラスト係数（相当実摩擦係数）μを算出する。
【０１２２】
この実スラスト係数はフィードバックされ、目標スラスト係数μ＊ と比較され、その偏差Δμを修正する。そして、スプレー圧力による修正、濃度による修正、油種による修正、スプレータイミングによる修正を行う。これは、勿論一度にこれら全てのファクターより最適解を求めても良いが、ここでは先ず、スプレー圧力による修正、濃度による修正、油種による修正、そしてスプレータイミングによる修正を順次行う方法を取る。ただし図６及び図７に示す如く、スプレー圧力及び濃度は各々５Ｋｇ／ｃｍ２ あるいは６％を越えると効果が飽和してしまう。従ってスプレー圧力に関しては、圧力が１＜Ｐ＜５（Ｋｇ／ｃｍ２ ）の範囲であることを確認する。この範囲の中にあればスプレー圧力にて調整する。もしスプレー圧力がＰ＝１Ｋｇ／ｃｍ２ あるいはＰ＝５Ｋｇ／ｃｍ２ という下限あるいは上限にある場合には、濃度を調整する。濃度も同様に１＜ｄ＜６％であれば濃度にて調整し、ｄ＝１％あるいはｄ＝６％の下限あるいは上限である場合には油種を変更する。さらに、スラスト係数が小さくなり過ぎ、スプレー圧力がＰ＜１で濃度がｄ＜１になると、潤滑油の供給を停止し過度のスラスト係数の低下を防止する。
【０１２３】
図１に戻り、潤滑制御装置１０２では図１０に示すシステムダイヤグラムに基づく制御を行う。すなわち、スラスト力計４，４′，５，５′にて得られたスラスト力Ｆと圧延荷重計６０にて得られた荷重Ｐよりスラスト係数演算装置６４にて計算され得られたスラスト係数μが、目標スラスト係数μ＊ と偏差Δμを持つ場合、まずスプレーコントローラ１５にこの偏差が送られる。スプレーコントローラ１５では、現在のスプレー圧力が１＜Ｐ＜５Ｋｇ／ｃｍ２ であるか否かを判定し、もしその範囲内であれば必要調整量を割り出し比例減圧弁９，９′を調整する。もし圧力が上限５Ｋｇ／ｃｍ２ あるいは下限１Ｋｇ／ｃｍ２ にある場合にはさらに濃度コントローラ１７に上記信号が送られる。濃度コントローラ１７では先ず現状の濃度が１＜ｄ＜６％の中にあるか否かを濃度計１６の検出値をもとに判定し、もしその範囲内であるなら、ニートオイル供給バルブ２１あるいは水供給バルブ２３を開き濃度を調整する。実際にロールに噴射される潤滑油の濃度はスプレーポンプ８の出口にて余分の潤滑油が分岐されタンクに戻されるバイパス回路に設けた濃度計１６により測定され、濃度コントローラ１７にフィードバックされる。濃度コントローラ１７は目標濃度に対しての偏差を計算し、ニートオイル、水の量を算定しバルブ２１，２２に開閉の信号を送り操作する。さらに濃度が上限６％あるいは下限１％にある場合には油種切替コントローラ６５に信号が送られる。ここでスラスト係数の偏差に対応し、タンク７の潤滑油かあるいはタンク４３に蓄えられている潤滑油かを選択する。この判断結果は切替バルブ４５，４９に送られ流路を切替えられる。油種を切り替えた後の制御は再びスプレー圧力、濃度の調整制御に戻る。また、スラスト係数が小さくなり過ぎてスプレー圧力がＰ＜１で濃度がｄ＜１になるとスプレーコントローラ１５に信号が送られ、電磁ストップバルブ１２，１２′をＯＦＦするように指示、実行する。
【０１２４】
次に、図２に示した油面レベル制御装置１０５及び余剰潤滑油処理設備１０６の動作について説明する。
【０１２５】
潤滑ヘッダー３，３′は図１０及び図１１に示すように多数のノズル７０を有し、潤滑油のスプレーはこれらノズル７０を用いて行われ、ロールに付着させるべき油以外は再び回収する。この回収のためノズル７０はケーシング７１内に位置し、ケーシング７１のロール側開口部の周りにロール面に接触するシール７２を備え、ロール冷却水の侵入を、またスプレー潤滑油のリークをできるだけ少なくしている。また、ケーシング７１の上下にはローラ７３が設けられ、このローラ７３をロール面に接触させてロール面との位置関係を一定に保っている。従って通常は潤滑ヘッダー３，３′内でのロール冷却水の侵入量とスプレー潤滑油のリーク量はほぼバランスするか、あるいは出て行く方が１〜２（ｌ／ｍｉｎ）多くなっている。このため、タンク内潤滑油面のレベルをレベル計２４または５０の信号をレベルコントローラ２５に送り、バルブ２１，２３または４０，４１を開き水あるいはニートオイルを不足分だけ補うことで潤滑システムのトータル油量を制御する。また、この時の濃度変化は濃度計１６で検出され、上記の濃度コントローラ１７により制御される。
【０１２６】
上記の如くタンク内レベル計２４，５０とレベルコントローラ２５及び濃度計１６と濃度コントローラ１７を用い潤滑油供給タンク７，４３内レベルと濃度はコントロールできるが、時として潤滑ヘッダー入側のシール７２が摩耗し過ぎたり、あるいは、亀裂が入り冷却水が予想以上侵入してくる場合が考えられる。この場合は潤滑油供給タンク７または４３の油面はどんどん上昇しオーバーフローする可能性がある。オーバーフローしても単なる水であれば問題ないが、潤滑油の場合には２〜６％の油分を含んでいるため、そのまま排水できない。もう少し厳密に考えれば潤滑油ヘッダー３、３’からの潤滑油の漏れ量及びロール冷却水の侵入量はロールの表面状態あるいは圧延材によって異なり、必ずしも一定ではない。このため潤滑油供給タンク７，４３の油面レベルは一定に保たれず変動を余儀なくされる。レベルが下がった時はニートオイルあるいは水を追加すれば良いが、レベルが高くなった時はオーバーフローすることも考えられる。このため油面レベルが所定以上の高さになった時は、潤滑油戻し回路１０４に設けた３方弁２９または５４を切り替え、戻し油を潤滑油一時貯蔵タンク２６または５１へ一旦戻す。この潤滑油一時貯蔵タンク２６または５１は排出油を一時貯蔵するだけでなく油分と水分を分離するのにも用いる。すなわち、チャンバ２６ｂまたは５１ｂに潤滑油供給タンク７または４３から排出された潤滑油を一時的に貯蔵し、その時浮上した油分を仕切板２６ａまたは５１ａをオーバーフローさせ別のチャンバ２６ｃまたは５１ｃに移すことにより油分を多く含んだ潤滑水を集め、レベル計２７または５２の信号をもとにポンプ２８または５３により再度潤滑油供給タンク７または４３に戻して再利用する。一方油分を取られた水はタンク下方の排出口よりバルブ３０または５５を通して外部に排出される。
【０１２７】
以上のように構成した本実施例によれば、次の効果が得られる。
【０１２８】
（１）まず、本実施例では、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し潤滑油のスプレー圧力、潤滑油濃度及び潤滑油種の切り替えを制御しスラスト係数を制御するので、圧延条件あるいは圧延に伴う摩耗や焼き付きによりロール表面粗度が変化しても摩擦係数が大きくなることが防止できる。このため、摩擦係数が大きくなることによりロールに負荷されるスラスト力が過大となり、ロール軸受の破損などトラブルを発生する事態を防止できる。
【０１２９】
（２）また、本実施例では、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際しスラスト係数を制御するので、振動やスリップを起こすことなく適切な潤滑性能を得ることができ、安定した操業を維持することができる。このことは、スラスト係数を制御せずにスラスト力を制御する従来の潤滑方法と本質的な違いである。
【０１３０】
すなわち、例えば特開平５−１６９１０８号公報では、クロス角あるいはロールに負荷されるスラスト荷重に応じて潤滑油の供給量を増減しスラスト力を制御している。しかし、まず、ロールクロスにより発生するスラスト力を圧延荷重にて除したスラスト係数（摩擦係数）は図１３に示すごとく０°から０．５°の範囲のみで変わり、しかもこの変化はロール間の摩擦係数が変わることによるのではなく、ロール間での接触変位が弾性的かあるいはスベリによっているのかと言うことに影響されているものであり、その間でいわゆるすべり摩擦係数が変化しているものではない。加えて０°から０．５°の範囲のスラスト係数は０．５°以上のクロス角でのスラスト係数より小さい。従ってクロス角によって潤滑条件を変えることは大きな意味を持たない。
【０１３１】
一方、ロールに負荷されるスラスト力を測定し、これに応じて潤滑油量を変えることはスラスト力を制御するための１つの方法である。しかし、潤滑油の性能はスラスト力そのものを変えるのではなく、スラスト力を接触荷重にて除した値、いわゆる摩擦係数と密接に繋がっているものであり、スラスト力に応じて潤滑油量を変えても摩擦係数（スラスト係数）を制御することはできず、適切な潤滑性能を得ることはできない。
【０１３２】
しかも、上記従来技術ではいずれもスラスト力を制御するのに潤滑油の供給量を増減している。しかし、上述したように、ニートオイルを用いずエマルジョンタイプの潤滑油を使用する場合、潤滑性能は基本的にエマルジョンのプレートアウト性によって決まり、プレートアウトしてロール表面に付着する油分の量、すなわちスラスト係数はスプレー圧力によって変化する。従って潤滑性を調整するためにはスプレー圧力を変えることが重要である。また、同じスプレー圧力の下で潤滑性を変える場合、すなわち潤滑膜の厚みを変える場合、潤滑油の濃度を変えることが効果的である。同じスプレー圧力のもとで潤滑性を変えるために供給流量を増やす方法を採ると、流量が増すとき互いにプレートアウトを邪魔するため流量を増した割に効果が少ない。
【０１３３】
（３）また、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御し、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の下限の限界値にあるときにはスプレータイミングを制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の上限の限界値にあるときには潤滑油種の切換えを制御することにより、広い範囲にわたって円滑かつ連続的にスラスト係数を制御しかつ過度のスラスト係数の低下を防止することができる。
【０１３４】
（４）また、油種を切り替えることによりハイスロール、ハイクロムロール、ニッケルグレインロールなどロールの材質によって大きくかわるロール間のスラスト係数をほぼ０．０７以下の値で一定にし、ロール軸受などのハード機構に影響を与えない範囲のスラスト力に設定可能とする。これにより、圧延上必要なロールを自由に選択しても作業ロールクロス圧延が可能となる。
【０１３５】
（５）更に、潤滑ヘッダー部へのロール冷却水の混入により潤滑油濃度が低下することも防止され、潤滑油濃度の低下によりロール間摩擦係数が大きくなり、ロールに働くスラスト力が大きくなってロール軸受の破損などトラブルを発生する事態を防止できる。
【０１３６】
（６）また、冷却水の侵入により潤滑油供給タンクがオーバーフローすることも防止され、タンクのオーバーフローにより潤滑油の供給を停止せざるを得なくなり、クロス圧延を不可とする事態を防止できる。
【０１３７】
（７）更に、油面レベル制御のため潤滑油を排出する場合、排出された潤滑油を油分濃度の高い潤滑油と油分濃度の低い潤滑油とに分離し、油分濃度の高い潤滑油は潤滑油供給タンクに戻し、油分濃度の低い潤滑油のみを外部に排出するので、環境汚染を無くしかつ油の消費量を削減できる。
【０１３８】
なお、上記（４）の効果に関し、潤滑油種の切換えよるスラスト係数の制御は単独で実施しても良く、この場合でもロール材質の変化に対しスラスト係数を適正な範囲に制御できる。
【０１３９】
また、上記（５）〜（７）の効果に関し、上記潤滑油濃度の制御、油面レベルの制御及び余剰潤滑油処理はスラスト係数の制御とは切り離し独立して実施しても良く、この場合でも上記（５）〜（７）の効果は得られる。
【０１４０】
本発明の他の実施例を図１４により説明する。本実施例は簡易的なスラスト制御を行うため油種の切換えは行わず、かつ上作業ロールと上補強ロール間の摩擦係数と下作業ロールと下補強ロールの間の摩擦係数を独立して制御できるようにしたものである。
【０１４１】
すなわち、図１４において、潤滑油供給タンク７、ニートオイルタンク１８及び潤滑油一時貯蔵タンク２６はそれぞれ１つづつ設置されており、潤滑油循環供給設備１０１Ａの潤滑油供給回路１０３Ａ及び潤滑油戻り回路１０４Ａ、潤滑制御装置１０２Ａ、油面レベル制御装置１０５Ａ及び余剰潤滑油処理設備１０６Ａはそれぞれ１種類の潤滑油を取り扱う１系統の構成となっている。
【０１４２】
一方、潤滑油供給回路１０３Ａは上潤滑ヘッダー３用と下潤滑ヘッダー３′用の２系統の独立した回路１０３Ａａ，１０３Ａａ′からなり、スプレーポンプ８，８、スプレー圧力制御のための比例減圧弁１２，１２’、圧力計９，９’、流量計１１，１１’と濃度計１６，１６’も２系統設けられ、さらに濃度制御のためのニートオイルタンク１８よりのニートオイル供給バルブ２１，２１’、流量計２０，２０’、供給ポンプ１９，１９’、さらに希釈のための水供給用バルブ２３，２３’、流量計２２，２２’を各々２系統設けている。
【０１４３】
圧延に伴いロールの肌荒れが激しくなり、しかも冷却条件が必ずしも同じでない上下作業ロールでは表面粗度が大きく異なる場合が出てくる。この場合、上下各々のロール群を同一の潤滑油でかつ同じ条件で潤滑すると、一方のロール群には適当であっても他方のロール群には不適当な場合がでてくる。このような場合、本実施例によれば、上下作業ロールの摩耗状況に応じて上下のスラスト係数を各々の目標値に向かって個別に制御することができ、これにより安定した操業が可能となる。
【０１４４】
本発明のさらに他の実施例を図１５により説明する。本実施例は余剰潤滑油処理手段としてウルトラフィルタを用いたものである。
【０１４５】
すなわち、図１５において、潤滑油供給タンク７、ニートオイルタンク１８及び潤滑油一時貯蔵タンク２６はそれぞれ１つづつ設置されており、潤滑油循環供給設備１０１Ｂの潤滑油供給回路１０３Ｂ及び潤滑油戻り回路１０４ｂ、潤滑制御装置１０２Ｂ、油面レベル制御装置１０５Ｂ及び余剰潤滑油処理設備１０６Ｂはそれぞれ１種類の潤滑油を取り扱う１系統の構成となっている。
【０１４６】
また、余剰潤滑油処理設備１０６Ｂでは、潤滑油ヘッダー３，３’より戻される潤滑油を３方弁２９にて切り替え、潤滑油一時貯蔵タンク２６Ｂへ戻す回路の途中に例えば精密濾過フィルターあるいは限外濾過フィルター３０を設け、油分と水を分離する。フィルター３０で分離された油分は潤滑油一時貯蔵タンク２６ｂに蓄えられ、適当なタイミングでポンプ２８を用い潤滑油供給タンク７へ戻し、濾過された水分は常時システムの外へ排出する。
【０１４７】
潤滑油には２〜６％の油分がエマルジョン状態として含まれており、エマルジョンの大きさは概ね１〜４０μ程度であるため、フィルターのメッシュを適切に選ぶことによりエマルジョンを水から分離できる。なお、エマルジョンの大きさは概ね１μから４０μの大きさであるから、これを通さないフィルターであれば形式は問わない。
【０１４８】
本実施例によっても第１の実施例と同様に余剰潤滑油の処理に際して、排出する油分を少なくし、油の原単位を少なくすることができる。
【０１４９】
本発明のさらに他の実施例を図１６及び図１７により説明する。本実施例は熱間圧延油を潤滑油潤滑油として利用するものである。
【０１５０】
すなわち、図１５において、補強ロール２，２′及び作業ロール１，１′のロール面に熱間圧延油をスプレーする熱間圧延油ヘッダー３１，３１′及び３２，３２′が設けられ、熱間油ヘッダー３１，３１′及び３２，３２′への熱間圧延油の供給、停止はバルブ３３，３３’のオン・オフによって制御される。
【０１５１】
バルブ３３，３３′のオン・オフは潤滑制御装置１０２Ｃのスプレーコントローラ１５Ｃにより制御され、スプレーコントローラ１５Ｃは圧延材の圧延中はバルブ３３，３３′にオン信号を送り、補強ロール２，２′及び作業ロール１，１′に熱間圧延油をスプレーし、圧延材が作業ロール１，１′間を通過していない非圧延時はバルブ３３，３３′にオフ信号を送り、熱間圧延油の供給を停止する。また、スプレーコントローラ１５Ｃは、熱間圧延油を塗布するバルブ３３，３３’のオン信号により潤滑油スプレーを停止すべくバルブ１２，１２’にオフ信号を送り、逆に潤滑油の供給を停止するバルブ３３，３３’のオフ信号によりバルブ１２，１２’にオン信号を送る。場合によっては、オン、オフ信号の代わりに比例減圧弁９，９’の圧力を絞る制御を行っても良い。またそのタイミングは、タイマーを介在させることにより適当にずらすこともスプレーコントローラ１５Ｃにて行われるものである。
【０１５２】
濃度コントローラ１７Ｃはスラスト係数の入力はないが、目標値に一致するよう濃度を制御する点は先の実施例と同じである。また、それ以外の構成歯先の実施例と同じである。
【０１５３】
熱間圧延油の潤滑性能は作業ロールクロスミルのロール間潤滑油としては充分な性能を有する。しかしながら熱間圧延油は粘度を高くしているため高温のバーによっても瞬時には焼き切れずバー先端の噛み込み時スリップすることが懸念され、一般には圧延材が尻抜けする直前に供給をストップし作業ロール何回転かの間にロール表面に付着した油分を焼き切っている。しかしながら補強ロール表面に塗布された油は冷却水により瞬時に落されるのではなく、図１７に示すシミュレーションテストのように数分掛かって冷却水に流し落され、また一部は作業ロールに転写後圧延材との間で焼き切られる。従ってロール間潤滑油の供給が止まっても途端にロール間スラスト力が増大することは無い。よってロールに負荷される荷重の低いバー間では潤滑油が塗布されなくともスラスト力が大巾に増大しトラブルを起こす可能性は少ない。しかし、本実施例では安全を見て熱間圧延油の供給がストップされている間のみ潤滑油をスプレーし、ロールクロスによる作業ロールと補強ロールに働くスラスト力を低減し、ロールクロスによるトラブルを皆無にするとともに、熱間圧延油をロール間潤滑油と併用することにより油の消耗量を削減する。
【０１５４】
本実施例によれば、熱間圧延油との相互利用により油の原単位を下げることができるとともに、排出する油分を少なくし油処理作業を軽減することができる。
【０１５５】
【発明の効果】
（１）本発明によれば、スラスト力が過大となり、ロール軸受の破損などトラブルを発生する事態を防止できる。
【０１５６】
（２）また、スラスト係数を制御することでスラスト力を制御するので、振動やスリップを起こすことなく適切な潤滑性能を得ることができ、これにより板クラウン及び形状の制御に優れた能力を持つ、作業ロールクロス圧延機を潤滑上のトラブルなく安定して操業でき、圧延機の能力を最大に引出し、高品質の製品を得られるとともに、イージーオペレーションと稼働率の向上が達成できる。
【０１５７】
（３）潤滑油のスプレー圧力及び潤滑油濃度、また必要に応じて潤滑油種、スプレータイミングを所定の相関関係をもって制御するので、広い範囲にわたって円滑かつ連続的にスラスト係数を制御しかつ過度のスラスト係数の低下を防止することができる。
【０１５８】
（４）油種を切り替えることによりハイスロール、ハイクロムロール、ニッケルグレインロールなどロールの材質によって大きくかわるロール間のスラスト係数をほぼ０．０７以下の値で一定にし、ロール軸受などのハード機構に影響を与えない範囲のスラスト力に設定可能とする。これにより、圧延上必要なロールを自由に選択しても作業ロールクロス圧延が可能となる。
【０１５９】
（５）上下作業ロール表面性状の差により発生する上下ロール群でのスラスト係数を個別に制御でき、安定した操業を提供することができる。
【０１６０】
（６）潤滑ヘッダー部へのロール冷却水の混入により潤滑油濃度が低下することが防止され、潤滑油濃度の低下でロール間摩擦係数が大きくなり、ロールに働くスラスト力が大きくなりロール軸受の破損などトラブルを発生する事態を防止できる。
【０１６１】
（７）冷却水の侵入により潤滑油供給タンクがオーバーフローすることが防止され、タンクのオーバーフローにより潤滑油の供給を停止せざるを得なくなり、クロス圧延を不可とする事態を防止できる。
【０１６２】
（８）油面レベル制御のため潤滑油の排出に際して油分濃度の低い潤滑油のみを外部に排出するので、環境汚染を無くしかつ油の消費量を削減できる。
【０１６３】
（９）潤滑油と熱間圧延油との相互利用によりトータルとしての油の原単位を下げることができるとともに、排出する油分を少なくし油処理作業を軽減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムの概略図である。
【図２】上記実施例のロール間潤滑油供給システムの油面レベル制御装置及び余剰潤滑油処理設備のみを示す概略図である。
【図３】ロール間潤滑に際しての振動発生限界テストの結果を示す図である。
【図４】ロール間の摩擦係数とスラスト係数とロール円周方向の摩擦係数との関係を示す図である。
【図５】ロール間の潤滑状態を示すストライベック曲線を示す図である。
【図６】潤滑油供給圧力と摩擦係数の関係を示す図である。
【図７】潤滑油濃度と摩擦係数の関係を示す図である。
【図８】ロール材質、粗度とスラスト係数の関係を示す図である。
【図９】エステル配合比率と摩擦係数との関係を示す図である。
【図１０】潤滑制御の一実施例を示すシステムダイヤグラムである。
【図１１】潤滑ヘッダーの側面図である。
【図１２】潤滑ヘッダーの正面図である。
【図１３】クロス角度とスラスト係数の関係を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施例による作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムの概略図である。
【図１５】本発明の更に他の実施例による作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムの概略図である。
【図１６】本発明のまた他の実施例による作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムの概略図である。
【図１７】ロール表面付着油分の除去シミュレーションテスト結果を示す図である。
【符号の説明】
１，１’…作業ロール
２，２’…補強ロール
３，３’…潤滑ヘッダー
４，４’…スラスト計（ロードセル）
５，５’…スラスト計（プレッシャーセル）
６…圧延材
７…潤滑油供給タンク
８…潤滑油スプレーポンプ
９，９’潤滑油スプレー圧力調整比例減圧弁
１０，１０’…圧力計
１１，１１’…流量計
１２，１２’…スプレー開閉バルブ
１３…潤滑油戻り回路３方弁
１４…アジテーター
１５…スプレーコントローラ
１６…濃度計
１７…濃度コントローラ
１８，４４…ニートオイルタンク
１９…ニートオイル供給ポンプ
２０ニートオイル供給流量計
２１，４０…ニートオイル供給バルブ
２２…水供給流量計
２３，４１…水供給バルブ
２４，５０…潤滑油供給タンク油面レベル計
２５…レベルコントローラ
２６，５１…潤滑油一時貯蔵タンク
２７，５２…レベル計
２８，５３…戻しポンプ
２９，５４…３方弁
３０…油水分離フィルター
３１，３１’，３２，３２’…熱間圧延油供給ヘッダー
３３，３３’…熱間圧延油供給バルブ
７，４３…潤滑油供給タンク
４１，４４…ニートオイル供給タンク
４５，４６，４８，４９…３方弁
６４…スラスト係数計算装置
６５…油種切替コントローラ
７０…ノズル
７２…シール
１０１…潤滑油循環供給設備
１０２…潤滑制御装置
１０３…潤滑油供給回路
１０４…潤滑油戻り回路
１０５…油面レベル制御装置
１０６…余剰潤滑油処理設備
【産業上の利用分野】
本発明は圧延材の板クラウン制御能力に優れた作業ロールクロス圧延機に係わり、特に作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間を潤滑する作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
板材の圧延における最も重要な品質の一つに板幅方向の板厚分布いわゆる板クラウンがある。この板クラウンは、圧延荷重によるロールの撓み、ロールのサーマルクラウン、あるいはロールの摩耗によって変わる。従来、板クラウンに及ぼす上記影響を補正し、所要のものを得るため種々の方策が考えられているが、その一つにロールをクロスさせることにより作業ロール間あるいは作業ロールと補強ロールの間の垂直方向ギャッププロフィールを変える方法がある。
【０００３】
ロールクロスの方法として理論的には下記３方法が存在する。
【０００４】
（１）作業ロールのみをクロスさせる。（文献：Ｍ．Ｄ．Ｓｔｏｎｅ ：Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ａｕｇ． １９６５）
（２）補強ロール（作業ロールを支持しているロールで６段圧延機の場合中間ロールでも可）をクロスさせる。（文献：Ｍ．Ｄ．Ｓｔｏｎｅ ：Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ａｕｇ． １９６５）
（３）作業ロールと補強ロールをペアーにてクロスさせる。（特許公報：特公昭５８−２３１６１号公報）
このうち（１）については河野他（昭和５６年度 塑性加工春季講演会１９８１年５月）、（２）についてはＡ．Ｒ．Ｅ．Ｓｉｎｇｅｒ他（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｄｅｃ． １９６２ ）が実験、検討を試みたが、作業ロールと補強ロール間のクロスにより発生するスラスト力が圧延荷重に対し前者では８−１３％、後者では６．５％と高く実用化できずに終わっている。
【０００５】
このような結果を踏まえ、作業ロールと補強ロールの間にスラスト力を発生させず、作業ロール間プロフィールを変えうるロールクロス方法として考案されたのが（３）項に示す作業ロールと補強ロールをペアーにてクロスさせる方法である。この場合、作業ロールに加わるスラスト力は板材との間に発生するもの故、圧下率が４０％以上と高いところでも高々６％程度であることより、上下相手の作業ロールと補強ロールにより制約されるスペースの中での軸受構造でも支持可能な力となり実用化が可能となった。
【０００６】
しかしながら、この作業ロールと補強ロールをペアーで動かす、通称ペアークロスミルでは、重量の大きい補強ロールを動かさねばならないこと、また、圧延荷重を支える圧下スクリュウーとの水平面内相対位置が変わるため、補強ロールチョックにモーメントが加わり、チョックが傾いたり、またチョックとハウジングが片当りする。これを緩和するため補強ロールチヨックと圧下スクリュウーあるいはハウジングの間にクロスビームが設けられているが、構造が大変複雑になる。さらに作業ロール及び補強ロールを圧延中動かすにはクロスビームと圧下スクリューあるいは相当するハウジングの部分との間に摺動抵抗を減らすための装置、たとえば平面軸受等を設けねばならず、益々複雑となる。
【０００７】
上記問題点を解決し、シンプルで大きなクラウン制御能力を得ることのできる圧延機が特開平５−５０１１０号公報に示されるものである。これは上記（１）項に示す作業ロールクロスミルであるが、作業ロールと補強ロールがクロスして接触することにより発生するスラスト力を鉱油あるいは牛脂をベースにし油分を０−１０％含んだ水との混合液（エマルジョン）の潤滑効果により、スラスト力を圧延荷重の４−１０％に低減したミルである。
【０００８】
なお、注意すべきはこのスラスト力は補強ロールにかかるスラスト力であることである。即ち、作業ロールに加わるスラスト力は作業ロールと板との間で発生し作業ロールにかかるスラスト力が上記補強ロールから作業ロールに加わるスラスト力の方向と全く逆向きであることである。従って、これらは互いに相殺するため作業ロールには０−４％、高々５％のスラスト力しか負荷されない。よって先に述べた相手の作業ロールと補強ロールに挟まれた狭いスペースでも、作業ロールに負荷されるスラスト力を充分支持できる軸受等の構造が可能となるものである。
【０００９】
潤滑油の供給方法については、特開平６−１９０４０９号公報にて潤滑油循環使用が提案されている。また特開平５−１６９１０８にてクロス角あるいはロールに負荷されるスラスト荷重に応じて潤滑剤供給量を増減する供給方法が提案されている。更に、特開平６−３１３１５号公報にて圧延荷重の検出結果に基づき潤滑液の供給量を増減し停止する供給方法が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、特開平５−５０１１０号公報に記載の従来技術により作業ロールと補強ロールの間が適正に潤滑される条件を作ることにより、不可能とされていた作業ロールクロス圧延機が可能となった。しかしながら、本クロスミルがその性能を十分発揮し安定操業を得るためには作業ロールと補強ロールの間の潤滑を確実なものにする必要がある。
【００１１】
特開平６−１９０４０９号公報では、ロールにシール付の潤滑ヘッダーを設け必要な量だけの潤滑油がロール表面に付着するようにすると共に、余分な潤滑油は再びタンクに戻るような潤滑油循環供給方式となっている。これにより一定の濃度と潤滑油性能を維持しながら長期間安定して潤滑油を供給できるとしている。
【００１２】
ところが、実操業では例えば当初０．８μＲａ以下であったロール表面は、圧延の進行にともない摩耗し、例えば０．２〜０．３μＲａとスムーズな面になる場合と、逆に荒らされ焼き付きを発生し５μＲａ以上となる場合もある。このため同じ潤滑油を用いて補強ロールと作業ロール間を潤滑していても、ロール間の摩耗係数、従ってこれに等価なスラスト係数が変化し、スラスト力も増減する。従って、スラスト力を適切な範囲に保つためにはロール間の潤滑状態を考え、所定のスラスト係数が得られるようにすることが望まれる。
【００１３】
特開平５−１６９１０８では作業ロールと補強ロールのクロス角あるいはロールに負荷されるスラスト力に応じて潤滑油の供給量を調整することを提案している。しかし、本願発明者等の検討によれば、まず、ロールクロスにより発生するスラスト力を圧延荷重にて除したスラスト係数（摩擦係数）はほぼ０°から０．５°の範囲のみで変わり、しかもこの変化はロール間のすべり摩擦係数が変わることによるのではなく、ロール間での接触変位が弾性的かあるいはスベリによっているのかと言うことに影響されているものであり、その間でいわゆるすべり摩擦係数が変化しているものではない。加えて０°から０．５°の範囲のスラスト係数は０．５°以上のクロス角でのスラスト係数より小さい。従ってクロス角によって潤滑条件を変えることは大きな意味を持たない。
【００１４】
一方、ロールに負荷されるスラスト力を測定し、これに応じて潤滑油量を変えることはスラスト力を制御するための１つの方法である。しかし、潤滑油の性能はスラスト力そのものを変えるのではなく、スラスト力を接触荷重にて除した値、いわゆる摩擦係数と密接に繋がっているものであり、スラスト力に応じて潤滑油量を変えても摩擦係数（スラスト係数）を制御することはできない。
【００１５】
特開平６−３１３１５号公報では、圧延荷重の検出結果に基づき潤滑液の供給量を増減し停止する供給方法を提案しているが、この方法でも上記従来技術と同様に、圧延荷重に応じて潤滑油量を変えても摩擦係数（スラスト係数）を制御することはできない。
【００１６】
しかも、上記従来技術ではいずれもスラスト力を制御するのに潤滑油の供給量を増減している。しかし、本願発明者等の検討によれば、ニートオイルを用いずエマルジョンタイプの潤滑油を使用する場合、潤滑状態は基本的にエマルジョンのプレートアウト性によって決まり、同じスプレー圧力のもとで潤滑性を変えるために供給流量を増やす方法を採ると、流量が増すとき互いにプレートアウトを邪魔するため流量を増した割に効果が少ない。
【００１７】
ここで、ロール間の潤滑はスラスト力だけでなく他の圧延条件、例えば振動、スリップの発生等についての物理現象も合わせて考慮する必要がある。すなわち、潤滑状態は単にスラスト力を決めるだけでなく、例えば２面間のすべりの状態を決定するのであるから、スティックスリップの発生、更に振動、そしてミルとの共振等を左右する。また、ロール間の潤滑が良すぎると、ロールの円周方向の摩擦係数の低下になり、加減速時にロール間スリップを発生する。この場合必要なものは摩擦係数（スラスト係数）である。
【００１８】
上記従来技術ではスラスト力などを検出して潤滑油量を増減しているが、いずれも摩擦係数（スラスト係数）を制御していない。従って、スラスト力以外の圧延条件をも考慮した適切な潤滑性能を得ることはできず、振動、スリップの発生等を生じる恐れがある。
【００１９】
以上、同じ潤滑油にて圧延条件の変化に対応する上での問題点について述べたが、スプレー圧力や濃度の調整にて変え得る摩擦係数の大きさは高々０．０４％程度である。しかしロール材質をたとえばハイクロムからハイスに変えた場合、スラスト係数は０．０４％以上の差が発生する。この変化に対応するためには潤滑油種あるいは組成を変えた潤滑油を用いなければならず、上記スプレー圧力や濃度のコントロールだけでは対応不可となる。
【００２０】
また、実際の圧延では冷却水のロールへの噴射状況などが上下ロールにて異なるため上作業ロールと補強ロールの間および下作業ロールと補強ロールの間の潤滑条件が必ずしも同一ではない。このためには上下ロールにて別々の独立した潤滑系統が必要になる場合がある。
【００２１】
さらに、例えば当初０．８μＲａ以下であったロール表面は、圧延の進行にともない摩耗し荒らされ、５μＲａ以上となる場合もあると述べたが、特開平６−１９０４０９号公報に記載の潤滑油循環供給方式でこのようにロール表面が荒れると、潤滑ヘッダーのシール面がぴったりとロール表面に接触せず、隙間ができ潤滑油の流出量が増えたり、ロールの冷却水がシールより侵入するため、潤滑油の濃度が変化する。
【００２２】
また、シール部分からのロール冷却水の侵入量は上下ロールを合わせると１８００ｍｍ面長のミルでは３００ｃｃ／ｍｉｎから８００ｃｃ／ｍｉｎとなる。従って、１０００リットル程度のタンクであれば、約４−５ｈｒ位でタンク上面位置に潤滑油レベルが到達し、タンクがオーバーフローして潤滑油の供給を停止せざるを得ない状況を招き、クロス圧延を不可とする。同時に潤滑油濃度は３％から２％程度に低下する。
【００２３】
さらに近年の熱間圧延では、熱間圧延油を使用し、ロールの寿命延長あるいは動力削減を図っている。このため上記潤滑油が熱間圧延油の塗布と２重になり、必要以上の油を塗布する可能性を有する。これは油の原単位を大きくし無駄を重ねることになるため、熱間圧延油と本潤滑油の相互利用が望まれる。
【００２４】
本発明の第１の目的は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際しスラスト係数（摩擦係数）を制御し、振動やスリップの発生を考慮して適切な潤滑性能を得ることのできる作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムを提供することである。
【００２５】
本発明の第２の目的は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際しロール材質が変わってもスラスト係数を適正な範囲に制御できる作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムを提供することである。
【００２６】
本発明の第３の目的は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し上作業ロールと補強ロールの間および下作業ロールと補強ロールの間をそれぞれの潤滑条件に応じて別々に独立して潤滑することのできる作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムを提供することである。
【００２７】
本発明の第４の目的は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し、ロール間を潤滑した余分な潤滑油をタンクに戻し循環供給する方式を採用しかつ潤滑油濃度を目標値に保てる作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムを提供することである。
【００２８】
本発明の第５の目的は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し、ロール間を潤滑した余分な潤滑油をタンクに戻し循環供給する方式を採用しかつ冷却水の侵入があってもタンクがオーバーフローせず潤滑油の供給を連続的に行うことのできる作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムを提供することである。
【００２９】
本発明の第６の目的は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し熱間圧延油と潤滑油の相互利用により油の原単位を下げることができる作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムを提供することである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明によれば、一対の作業ロールと、これら作業ロールをそれぞれ支持する一対の補強ロールとを備え、前記補強ロールは、そのロール軸線が特定角度以外の角度に水平面内で自在に傾斜しないように構成され、前記作業ロールは水平面内でそのロールの軸線が補強ロール軸線に対して交差しかつ相互に交差するように自在に傾斜し得るように構成され、前記作業ロールと補強ロール間を潤滑油により潤滑しロールクロスにより発生するスラスト力を低減する作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、（ａ）前記補強ロール及び作業ロールの少なくとも一方のロール面に潤滑油をスプレーし作業ロールと補強ロール間を潤滑する潤滑油塗布手段と；（ｂ）前記補強ロール及び作業ロールのうち少なくとも補強ロールに負荷されるスラスト力を圧延荷重で除したスラスト係数を求めるスラスト係数演算手段と；（ｃ）前記スラスト係数が所定の値となるように前記潤滑油塗布手段によりロール面に塗布される潤滑油のスプレー圧力及び潤滑油濃度の少なくとも一方を制御し、スラスト係数を制御する潤滑制御手段と；を備える構成にする。
【００３１】
この場合、好ましくは、前記潤滑制御手段は、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油のスプレー圧力が前記所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御する。
【００３２】
また、好ましくは、前記潤滑制御手段は、前記スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えてスプレータイミングを制御することでスラスト係数を制御し、この場合、好ましくは、前記潤滑制御手段は、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油のスプレー圧力が前記所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の下限の限界値にあるときには前記スプレータイミングを制御することによりスラスト係数を制御する。
【００３３】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明は、上記ロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、前記スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えて潤滑油種の切換えを制御することでスラスト係数を制御する構成とする。
【００３４】
この場合、好ましくは、前記潤滑制御手段は、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油のスプレー圧力が前記所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の上限の限界値にあるときには前記潤滑油種の切換えを制御することによりスラスト係数を制御する。
【００３５】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明は、上記ロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、前記スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えてスプレータイミング及び潤滑油種の切換えを制御する構成とする。
【００３６】
この場合、好ましくは、前記潤滑制御手段は、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油のスプレー圧力が前記所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の下限の限界値にあるときには前記スプレータイミングを制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の上限の限界値にあるときには前記潤滑油種の切換えを制御することによりスラスト係数を制御する。
【００３７】
更に、上記第３の目的を達成するために、本発明は、上記ロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、上補強ロール及び作業ロールと下補強ロール及び作業ロールのそれぞれで独立してスラスト係数を制御できるように２系統設けられている構成とする。
【００３８】
以上のロール間潤滑油供給システムにおいて、好ましくは、前記スラスト係数演算手段は、前記補強ロール及び作業ロールのうち少なくとも補強ロールに負荷されるスラスト力を検出する第１の検出手段と、圧延荷重を検出する第２の検出手段と、前記第１及び第２の検出手段で検出されたスラスト力と圧延荷重とからスラスト係数を計算する手段とを有する。
【００３９】
また、上記第４の目的を達成するために、本発明は、上記ロール間潤滑油供給システムにおいて、潤滑油供給タンクと、前記潤滑油供給タンクから潤滑油を前記潤滑油塗布手段に供給する潤滑油供給回路と、前記潤滑油塗布手段からの潤滑油を前記潤滑油供給タンクに戻す潤滑油戻り回路とを更に備え、前記潤滑制御手段は、前記潤滑油供給タンク内の潤滑油の濃度を検出する濃度計と、前記濃度計の検出信号に基づき潤滑油ニートオイル及び希釈用水の追加量を制御し、潤滑油の濃度を目標値に保つ濃度制御手段とを有する構成とする。
【００４０】
更に、上記第５の目的を達成するために、本発明は、上記ロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑油供給タンク内の潤滑油の油面レベルを検出するレベル計と、前記レベル計の検出信号に基づき前記潤滑油供給タンク内の潤滑油の油面レベルが目標値より高いときには潤滑油を排出し油面レベルを目標値に保つ油面レベル制御手段を更に備える構成とする。
【００４１】
またこの場合、好ましくは、上記ロール間潤滑油供給システムは前記油面レベル制御手段により排出された潤滑油を油分濃度の高い潤滑油と油分濃度の低い潤滑油とに分離し、油分濃度の高い潤滑油は前記潤滑油供給タンクに戻し、油分濃度の低い潤滑油のみを外部に排出する余剰潤滑油処理手段を更に備える構成とする。
【００４２】
この場合、好ましくは、前記余剰潤滑油処理手段は、仕切板により分けられた少なくとも２つのチャンバを有しその一方のチャンバに前記油面レベル制御手段により排出された潤滑油を一時的に貯蔵し、前記仕切板をオーバーフローした油分濃度の高い潤滑油を他方のチャンバに移す潤滑油一時貯蔵タンクと、前記他方のチャンバ内の油分濃度の高い潤滑油を前記潤滑油供給タンクに戻す潤滑油移送手段と、前記一方のチャンバ内にオーバーフローせずに残った油分濃度の低い潤滑油をタンク底部に近い位置より外部に排出する手段とを有する構成とする。
【００４３】
前記余剰潤滑油処理手段は、前記油面レベル制御手段により排出された潤滑油の油分と水分とを分離するフィルター手段と、前記フィルター手段で分離された油分を一時的に貯蔵する潤滑油一時貯蔵タンクと、前記潤滑油一時貯蔵タンク内の油分を潤滑油として前記潤滑油供給タンクに戻す潤滑油移送手段と、前記フィルター手段で分離された水分を外部に排出する手段とを有する構成であっても良い。
【００４４】
また、上記第６の目的を達成するために、本発明は、一対の作業ロールと、これら作業ロールをそれぞれ支持する一対の補強ロールとを備え、前記補強ロールは、そのロール軸線が特定角度以外の角度に水平面内で自在に傾斜しないように構成され、前記作業ロールは水平面内でそのロールの軸線が補強ロール軸線に対して交差しかつ相互に交差するように自在に傾斜し得るように構成され、前記作業ロールと補強ロール間を潤滑油により潤滑しロールクロスにより発生するスラスト力を低減するとともに、熱間圧延油を使用して圧延を行う作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、（ａ）前記補強ロール及び作業ロールの少なくとも一方のロール面に潤滑油をスプレーし作業ロールと補強ロール間を潤滑する潤滑油塗布手段と；（ｂ）前記補強ロール及び作業ロールの少なくとも一方のロール面に熱間圧延油を塗布する熱間圧延油塗布手段と；（ｃ）圧延材の圧延中は前記熱間圧延油塗布手段に熱間圧延油を供給し、圧延材が通過していない非圧延時は前記熱間圧延油塗布手段への熱間圧延油の供給を停止すると共に、前記熱間圧延油の供給が停止されている間のみ、前記潤滑油塗布手段に潤滑油を供給する潤滑制御手段と；を備える構成とする。
【００４５】
【作用】
本願発明者等は、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に関して種々検討した結果、以下の知見を得た。
【００４６】
１．作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し振動やスリップの発生を考慮して潤滑性能を得るには、補強ロールかつ／または作業ロールのスラスト係数（摩擦係数）を制御することが必要である。
【００４７】
２．同じ潤滑油を用いてスラスト係数（摩擦係数）を制御するには、潤滑油のロール表面へのスプレー圧力及び潤滑濃度を制御することが必要である。
【００４８】
３．２種以上の潤滑油を用意し、潤滑油種を切り替えることによってもスラスト係数を制御することができ、この場合は同じ潤滑油による場合以上に大きくスラスト係数を制御することができる。
【００４９】
なお、上記知見についての詳細は後述する。
本発明は以上の３点の知見に基づくものであり、第１の目的に係わる本発明において、スラスト係数演算手段でスラスト計数を求め、潤滑制御手段でスラスト係数が所定の値となるようにロール面に塗布される潤滑油のスプレー圧力及び潤滑油濃度の少なくとも一方を制御することによりスラスト係数を制御することができ（上記知見２）、これにより圧延条件あるいは圧延に伴う摩耗や焼き付きによりロール表面粗度が変化しても摩擦係数が大きくなることを防止し、ロールに負荷されるスラスト力が過大となりロール軸受の破損などトラブルを発生する事態を防止することができる。また、スラスト係数を制御するので、振動やスリップを起こすことなく適切な潤滑性能を得ることができ（上記知見１）、これにより安定した操業が可能となる。
【００５０】
潤滑油のスプレー圧力及び潤滑油濃度でスラスト係数を制御する場合は、これ等を同時に制御してもよい。しかし、本願発明者等の検討によれば、同じ潤滑油を用いる場合は、スプレー圧力及び濃度がそれぞれある値になると効果が飽和してしまうこと、また飽和したときの摩擦係数はスプレー圧力で制御する時よりも潤滑油濃度で制御する時の方が低いことが分かった。従って、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御し、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御することにより、円滑かつ連続的にスラスト係数を制御することができる。
【００５１】
スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えてスプレータイミングを制御することでスラスト係数を制御することにより、スラスト係数が小さくなり過ぎたときには潤滑油の供給を停止し、過度のスラスト係数の低下を防止することができる。
【００５２】
この場合、上記のようにスプレー圧力及び潤滑油濃度でスラスト係数を制御した後、潤滑油の濃度が所定の範囲の下限の限界値にあるときにはスプレータイミングを制御すること、すなわち潤滑油の供給を停止することにより円滑かつ連続的にスラスト係数を制御しかつ過度のスラスト係数の低下を防止することができる。
【００５３】
第２の目的に係わる本発明において、スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えて潤滑油種の切換えを制御することにより、同じ潤滑油による場合よりも大きくスラスト係数を制御することができ、広い範囲にわたってスラスト係数を制御することができる（上記知見３）。
【００５４】
また、上記のように油種を切り替えることによりハイスロール、ハイクロムロール、ニッケルグレインロールなどロールの材質によって大きくかわるロール間のスラスト係数をほぼ０．０７以下の値で一定にし、ロール軸受などのハード機構に影響を与えない範囲のスラスト力に設定可能とする。これにより、圧延上必要なロールを自由に選択しても作業ロールクロス圧延が可能となる。
【００５５】
この場合も、上記のようにスプレー圧力及び潤滑油濃度を制御した後、潤滑油の濃度が所定の範囲の上限の限界値にあるときに潤滑油種の切換えを制御することにより、広い範囲にわたって円滑かつ連続的にスラスト係数を制御することができる。
【００５６】
更に、スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えてスプレータイミング及び潤滑油種の切換えを制御することにより、広い範囲にわたってスラスト係数を制御しかつ過度のスラスト係数の低下を防止することができる。
【００５７】
この場合、上記のようにスプレー圧力及び潤滑油濃度を制御した後、潤滑油の濃度が所定の範囲の下限の限界値にあるときにはスプレータイミングを制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の上限の限界値にあるときには潤滑油種の切換えを制御することにより、広い範囲にわたって円滑かつ連続的にスラスト係数を制御しかつ過度のスラスト係数の低下を防止することができる。
【００５８】
なお、上記第２の目的に係わる油種の切替え制御に関し、これはスプレー圧力及び濃度制御と切り離して単独で実施してもよく、これによっても上記ロール材質の違いによるスラスト係数の変化を少なくし、スラスト力を制御できる。
【００５９】
第３の目的に係わる本発明において、上補強ロール及び作業ロールと下補強ロール及び作業ロールのそれぞれで独立してスラスト係数を制御できるように２系統の潤滑制御手段を設けることにより、上下作業ロールの摩耗状況に応じて上下のスラスト係数を各々の目標値に向かって個別に制御することができ、これにより安定した操業が可能となる。
【００６０】
第４の目的に係わる本発明において、潤滑油塗布手段からの戻り油を再使用する循環供給する潤滑油循環供給手段を採用するに際して、濃度制御手段で濃度計の検出信号に基づき潤滑油ニートオイル及び希釈用水の追加量を制御し、潤滑油の濃度を目標値に保つことにより、上記のように潤滑油濃度を制御してスラスト係数を制御することができる。また、結果として、潤滑ヘッダー部へロール冷却水の混入により潤滑油濃度が低下することを防止し、潤滑油濃度の低下でロール間摩擦係数が大きくなり、ロールに働くスラスト力が大きくなってロール軸受の破損などトラブルを発生する事態を防止できる。
【００６１】
第５の目的に係わる本発明において、油面レベル制御手段でレベル計の検出信号に基づき潤滑油供給タンク内の潤滑油の油面レベルが目標値より高いときには潤滑油を排出し油面レベルを目標値に保つことにより、冷却水の侵入により潤滑油供給タンクがオーバーフローすることを防止し、タンクのオーバーフローにより潤滑油の供給を停止せざるを得なくなり、クロス圧延を不可とする事態を防止できる。
【００６２】
また、油面レベル制御手段で潤滑油を排出する場合、潤滑油を単に捨てるだけであれば簡単であるが、そのまま捨てると油分を多く含み過ぎ環境問題につながる。また、油の原単位が増える。このため余剰潤滑油処理手段で、油面レベル制御手段により排出された潤滑油を油分濃度の高い潤滑油と油分濃度の低い潤滑油とに分離し、油分濃度の高い潤滑油は潤滑油供給タンクに戻し、油分濃度の低い潤滑油のみを外部に排出することにより、環境汚染を無くしかつ油の消費量を削減できる。
【００６３】
なお、上記第５の目的に係わる油面レベル制御及び余剰潤滑処理手段に関し、これはスラスト係数の制御とは切り離して単独で実施しても良く、これによっても上記タンクのオーバーフローの防止、環境汚染の低下等の効果を得ることができる。
【００６４】
第６の目的に係わる本発明において、ホットミルでは通常圧延時は熱間圧延油が使用されている。本発明に係わる潤滑油は基本的にはこの熱間圧延油と同じ系統の油をベースにするもので粘度あるいは鹸化価が異なるものである。従ってこの熱間圧延油が使用されている間はこれを利用し、熱間圧延油の供給が停止されている間のみ、潤滑油塗布手段に潤滑油を供給することにより、トータルとして油の消費量を押さえ油の原単位を下げることができるとともに、排出する油分を少なくし油処理作業を軽減することができる。
【００６５】
【実施例】
本発明に基づく第１の実施例を図１〜図１３により説明する。
図１において、１００は作業ロール１，１′，補強ロール２，２′から成る４段圧延機であり、上補強ロールチョック６１と図示されていないハウジングとの間に圧下スクリュー６２及び油圧シリンダー６３からなる圧下装置を備え、所定の板厚を得ることができる。また、圧延機１００は作業ロールクロス圧延機であり、補強ロール２，２′は３及至４種以下の特定の角度を除きそのロール軸線が水平面内にて自在に傾斜しないように、また作業ロール１，１′はそのロール軸線が補強ロール２，２′の軸線に対して夫々交差すると共に、上下作業ロール１，１′がそのロール軸線を相互に交差するように、水平面内で補強ロール２，２′に対してそのロール軸線が傾斜し得るように構成されている。
【００６６】
このような作業ロールクロス圧延機に作業ロールと補強ロール間を潤滑油により潤滑しロールクロスにより発生するスラスト力を低減する本実施例のロール間潤滑油供給システムが設けられている。このロール間潤滑油供給システムは次のように構成されている。すなわち、ロールクロスに伴い補強ロール２，２′及び作業ロール１，１′に発生するロール軸方向の力即ちスラスト力を検出するスラスト計として、補強ロール２，２′のロールチョックまたはキーパープレート部に設けられ補強ロールに負荷されるスラスト力を測定するロードセル４，４′及び作業ロール１，１′に負荷されるスラスト力をロールシフト用のシリンダーの油圧にて測定するプレッシャーセル５，５′が設けられ、下補強ロールチョック６１′と図示されていないハウジングとの間に圧延荷重を検出する手段として圧延荷重計６０が設けられている。また、補強ロールのロール面に潤滑油をスプレーし作業ロールと補強ロール間を潤滑する潤滑ヘッダー３，３′を含む潤滑油を循環供給する潤滑油循環供給設備１０１と、ロードセルあるいはプレッシャーセル４，４′，５，５′で検出されたスラスト力を圧延荷重計６０で検出された圧延荷重で除したスラスト係数を計算するスラスト係数演算装置６４と、スラスト係数が所定の値となるように潤滑油のロール表面へのスプレー圧力及びスプレータイミング、潤滑油濃度、及び潤滑油種の切換えを所定の態様で制御しスラスト係数を制御する潤滑制御装置１０２とが設けられている。ここで、スラスト係数演算装置６４で計算されるスラスト係数は、補強ロール２，２′については補強ロールと作業ロールとの間の摩擦係数に等しく、作業ロール１，１′については補強ロールと作業ロール間の摩擦係数と作業ロールと板材との間の摩擦係数の代数和に相当する。
【００６７】
潤滑油循環供給設備１０１は潤滑油供給タンク７を有し、潤滑油供給タンク７に蓄えられたエマルジョンタイプの潤滑油はスプレーポンプ８により潤滑油供給回路１０３を介して潤滑ヘッダー３，３’に送られ、補強ロール２，２′のロール表面に噴射される。潤滑ヘッダー３，３′からの潤滑油は潤滑油戻り回路１０４により潤滑油供給タンク７に戻される。潤滑油タンク７内において、潤滑油はアジテータ１４により撹拌され、エマルジョン状態が得られる。
【００６８】
潤滑制御装置１０２はスプレーコントローラ１５、濃度コントローラ１７及び油種切替コントローラ６５を有し、スプレーコントローラ１６により潤滑油のロール表面へのスプレー圧力及びスプレータイミングが制御され、濃度コントローラ１７により潤滑油濃度が制御され、油種切換えコントローラ６５により潤滑油種の切換えが制御される。
【００６９】
スプレーコントローラ１５によるスプレー圧力及びスプレータイミングの制御に関して、スプレー圧力は潤滑油供給回路１０３に設けられた圧力計１０，１０’によりチェックしながら比例減圧弁９，９’により調整される。噴射のオン，オフは電磁ストップバルブ１２，１２’にて切り替えることができる。同時に流量計１１，１１′により流量も計測されるが、この値は潤滑がなされているか否かの検出、インターロックに用いられる。
【００７０】
濃度コントローラ１７による濃度制御に関して、スプレーポンプ８の出口にて余分の潤滑油が分岐されタンクに戻されるバイパス回路に濃度計１６を設け、潤滑油の濃度をチェックしながら潤滑油の濃度を目標値に保つためのニートオイルと水の追加量を算定し、バルブ２１，２３に開閉の信号を送り操作する。ニートオイルと水の実際の追加量はそれぞれ流量計２０，２２にて測定され、濃度コントローラ１７へフィードバックされ、その量が必要十分か否かを判断、処理される。ニートオイルはニートオイルタンク１８内に蓄えられており、ポンプ１９により供給される。水は図示しない水源から供給される。
【００７１】
油種切替コントローラ６５による油種の切換え制御に関して、潤滑油循環供給設備１０１に潤滑油供給タンク７とは別の油種の異なる潤滑油を蓄えた潤滑油供給タンク４３を設け、潤滑油供給回路１０２の３方弁４５から潤滑油戻り回路１０３の３方弁４９までを共通として潤滑ヘッダー３，３′への潤滑油の循環供給を行うようにし、３方弁４５，４９の切換えにより油種の切換えを行う。この潤滑油供給タンク４３にも濃度制御のためのニートオイルタンク４４、バルブ４０，４１等、潤滑油供給タンク７と同様の設備が付属している。
【００７２】
また、図２に示すように、本実施例のロール間潤滑油システムは、潤滑油供給タンク７，４３内の潤滑油の油面レベルを検出するレベル計２４，５０と、レベル計２４，５０の検出信号に基づき潤滑油供給タンク７，４３内の潤滑油の油面レベルが目標値より高いときには潤滑油を排出し油面レベルを目標値に保つ油面レベル制御装置１０５と、油面レベル制御装置１０５により排出された潤滑油を油分濃度の高い潤滑油と油分濃度の低い潤滑油とに分離し、油分濃度の高い潤滑油は潤滑油供給タンク７，４３に戻し、油分濃度の低い潤滑油のみを外部に排出する余剰潤滑油処理設備１０６とを備え、油面レベル制御装置１０５及び余剰潤滑油処理設備１０６はレベルコントローラ２５を含む構成となっている。
【００７３】
レベルコントローラ２５による制御に関し、潤滑油供給タンク７の油面レベルが所定以上の高さになると、潤滑油戻し回路１０４に設けた３方弁２９を切り替え、戻し油を余剰潤滑油処理設備１０６の潤滑油一時貯蔵タンク２６へ一旦戻す。この潤滑油一時貯蔵タンク２６は排出油を一時貯蔵するだけでなく油分と水分を
分離することに用いる。すなわち、潤滑油一時貯蔵タンク２６は仕切板２６ａにより２つのチャンバ２６ｂ，２６ｃに分けられており、一方のチャンバ２６ｂに潤滑油供給タンク７から排出された潤滑油を一時的に貯蔵し、その時浮上した油分を仕切板２６ａをオーバーフローさせ別のチャンバ２６ｃに移すことにより油分を多く含んだ潤滑水を集め、レベル計２７の信号をもとにポンプ２８により再度潤滑油供給タンク７に戻して再利用する。一方、油分を取られた水はタンク下方の排出口よりバルブ３０を通して外部に排出される。潤滑油供給タンク４３に対しても３方弁５４、潤滑油一時貯蔵タンク５１、レベル計５２、ポンプ５３、バルブ５５により同様の油面レベル制御及び余剰潤滑油処理を行う。
【００７４】
次に、本発明のロール間潤滑油供給システムにおける潤滑制御の考え方を説明する。
【００７５】
本発明は以下の３点の知見に基づいている。
１．作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し振動やスリップの発生を考慮して適切な潤滑性能を得るには、補強ロールかつ／または作業ロールのスラスト係数（摩擦係数）を制御することが必要である。
【００７６】
２．同じ潤滑油を用いてスラスト係数（摩擦係数）を制御するには、潤滑油のロール表面へのスプレー圧力及び潤滑濃度を制御することが必要である。
【００７７】
３．２種以上の潤滑油を用意し、潤滑油種を切り替えることによってもスラスト係数を制御することができ、この場合は同じ潤滑油による場合以上に大きくスラスト係数を制御することができる。
【００７８】
まず、上記１の点について説明する。
スラスト力をＦ、圧延荷重をＰ、スラスト係数をμとすると、これらの関係は、
【００７９】
【数１】
Ｆ＝μＰ …（１）
で表わされる。ここで、μはロール間の潤滑状態、すなわち、潤滑油の特性（粘度η、組成ｓ他）、相対２面の粗さＲａ、相対滑り速度Ｖｓやロール径Ｒ等によって変わる。すなわち、
【００８０】
【数２】
μ＝μ（η，ｓ，Ｒａ，Ｖｓ，Ｒ，ｅｔｃ） …（２）
である。スラスト力Ｆの値をほぼ一定にすることは圧延荷重Ｐの変化に対してμを変え調整することになるが、Ｐの変化は熱間圧延機の場合、６００ｔｏｎから４０００ｔｏｎ程度変わる。このため、μの値は例えば０．１から０．０１７へと１／６に小さくする必要がある。この変化の幅は大変大きく、かつ潤滑状態を境界潤滑、混合潤滑、弾性流体潤滑、流体潤滑（図５参照；後述）と性格の異なる状態にする必要がある。
【００８１】
勿論Ｆに変動幅を持たせることにより、μの調整幅を小さくすることができる。例えばスラスト軸受を壊さないためスラスト軸受容量よりスラスト力を大きくしないという制御である。
【００８２】
ここで、ロール間の潤滑は他の圧延条件、例えば振動、スリップの発生等についての物理現象も合わせて考慮する必要がある。すなわち、潤滑状態は単にスラスト力を決めるだけでなく、例えば２面間のすべりの状態を決定するのであるから、スティックスリップの発生、更に振動、そしてミルとの共振等を左右する。また、ロール間の潤滑が良すぎると、ロールの円周方向の摩擦係数の低下になり、加減速時にロール間スリップを発生する。この場合必要なものは摩擦係数（スラスト係数）である。
【００８３】
例えば、振動について考えると、ロール間の振動発生は、潤滑油の金属面への吸着力Ｑと潤滑油自身の剪断力τ、そしてロール表面の弾性率ｋによって決まる。
【００８４】
今相対する２面が互いにすべりを発生し、相対変位ｘが生じたとき、互いの表面には、
【００８５】
【数３】
τｍ ＝ｋ・ｘ …（３）
の力が逆向きに発生する。
【００８６】
同時に２面間を潤滑する潤滑油内部にも相対変位に対応する剪断力が発生する。この剪断力τは潤滑油の粘度をη、２面間の距離をｈ、そして相対すべり速度をｕとすると、
【００８７】
【数４】
τ＝η・ｕ／ｈ …（４）
であり、これに２面の接触長ｂを乗ずるとスラスト力Ｆ′が求まる。従って潤滑面の摩擦係数をμ、平均垂直圧力をｐｍ とすると、
【００８８】
【数５】
Ｆ′＝τ・ｂ＝η・ｕ／ｈ・ｂ＝μ・ｐｍ …（５）
となる。
【００８９】
従って、この力以上の力は２面間には働かないので、相対２面の変位ｘも、
【００９０】
【数６】
ｘｏ ＝τ／ｋ＝μ・ｐｍ ／ｋ …（６）
に止まる。
【００９１】
一方、金属面と潤滑油の接触点では潤滑油の金属への吸着力Ｑが働き、潤滑面での相対２面の金属接触を防止している。すなわち、
【００９２】
【数７】
Ｑ＞Ｆ′ …（７）
の状態を維持している。
【００９３】
ところが、Ｆ′がＱより大きくなると潤滑油の金属面への吸着が維持できず潤滑切れ、油膜破断を起こす。このため２面は金属接触を発生し、２面の表面は上記（２） 式に基づき大きな変形をする。２面が離れるのは金属接触が断ち切られる時である。この時の剪断力τｍｍは潤滑膜の剪断力に比べ格段に大きく、このため変位ｘｍｍも格段に大きい。すなわち、
【００９４】
【数８】
ｘｍｍ＝τｍｍ／ｋ …（８）
となる。従ってこの金属接触が断ち切られると（８） 式に基づき大きな変位を戻す力が働き、変位を零に戻すだけでなく逆方向に変位させ、振動を発生する。
【００９５】
以上のことよりロール間のスティックスリップの発生限界は、
【００９６】
【数９】
ここに、ｘｃ ：スティックスリップ発生限界表面変位
ｐ：線荷重（Ｋｇ／ｍｍ）
ａ：定数
ＣＬ：定数
と表わされる。図３に上記発生限界のテスト結果を示す。例えば潤滑油ＡではＣＬ＝３であるものが潤滑油Ｂではエステルを増し、脂肪酸を加えることによりＣＬ＝４．５と大きくなり振動限界が増す。
【００９８】
このような場合に、ＣＬは潤滑油種により決まり、ｐｍ は圧延の条件により決まるから、振動を発生させないためにコントロールできるのはロール間μであることが分かる。
【００９９】
さらに、このロール間のスラスト係数μはロール円周方向のロール間摩擦係数μｒ と密接な関係を持つ。ロール間の摩擦係数μｔ は、図４に示すようにμｒ とスラスト係数μの合成であるが、方向は各々の方向のスリップ率で決まる。加減速時、円周方向の摩擦係数が必要なときは、円周方向のスリップ率が増し合成摩擦係数の方向は円周方向を向くが、その最大値は円周方向にスリップがない場合のスラスト係数を越えない。従ってロール間の潤滑が良すぎてスラスト係数が低くなり過ぎると、そのままロールの円周方向の摩擦係数の低下になり加減速時にロール間スリップを発生する。このためスラスト係数をある一定値以上に保つ必要がある。
【０１００】
上記の如き問題を解決するために、本発明ではスラスト係数を制御する。
【０１０１】
次に上記２及び３の点について説明する。
ロール間の潤滑状態は一般には図５に示すようなストライベック曲線によって表わされる。横軸に潤滑油の粘度ηとロールの周速差Ｕ＝Ｕ１ −Ｕ２ の積を荷重Ｐによって除したηＵ／Ｐをとり、ηＵ／Ｐと縦軸に示す摩擦係数μの関係を示したものである。この中で領域Ｉは流体潤滑領域（おおよその油膜厚みｈ＞０．２５μｍ）、領域ＩＩは弾性流体潤滑領域（おおよその油膜厚みｈ＝０．０２５〜２．５μｍ）、さらに領域ＩＩＩ は混合潤滑、領域ＩＶは境界潤滑領域に分けることができる。
【０１０２】
本発明に係るロール間の潤滑は弾性流体潤滑領域及び混合潤滑領域であり、この中で前者は基本的に油膜が形成されている状態である。この領域での摩擦係数μはロール接触によるヘルツ偏平領域幅をｂとすると、
【０１０３】
【数１０】
ここに、η：潤滑油粘度
ｂ：ヘルツ接触幅
Ｕ１ −Ｕ２ ：ロールの相対滑り速度
ｐ：線圧
ｈ：最小間隙
にて表わされ、しかもこの間隙ｈは弾性流体潤滑理論によれば例えば下式にて表わされる。
【０１０５】
【数１１】
ここに、Ｒ：等価ロール半径
従って、摩擦係数は（１０）式と（１２）式より下式のごとくなる。
【０１０７】
【数１２】
ここに、σｍａｘ ：ヘルツ面圧
一方、潤滑油の必要量はこの間隙ｈとロール幅Ｌ、及びロール周速の積に比例し、例えば間隙を１μ、ロール幅を１８００ｍｍ、ロール周速を２５０ｍ／ｍｉｎとすると、（０．０００１×１８０×２５０×１０２ ）／１０３ ＝０．４５（ｌ／ｍｉｎ）もあれば十分であり、潤滑油量を必要以上に増しても効果は変わらない。従ってロールの相対すべり速度Ｕ１ −Ｕ２ 及び等価ロール半径が等しい条件下では、ロールの表面粗さや、接触荷重に対して摩擦係数をコントロールしようとすると、潤滑油の見掛けの粘度あるいは粘性係数ηを変えるしかない。
【０１０９】
従って弾性流体潤滑領域では基本的に（３） 式に示される如くロール間の摩擦係数は潤滑油種の特性により決まり、潤滑油の供給量やスプレー圧力にて摩擦係数が決まるものではない。
【０１１０】
一方、領域ＩＩＩ の混合潤滑領域にては、ロール幅Ｌとヘルツ接触幅ｂの積である接触領域Ｓの中で大部分は油膜が形成されているが、一部分で単分子層に近い油膜が形成されるかあるいは場合によって金属接触が発生している領域と言える。従って充分な油膜が形成されている部分Ｓｏ での摩擦係数をμｏ 、単分子層に近い油膜あるいは金属接触の存在する部分ＳＭ の摩擦係数をμＭ とすると、見掛けのμは、
【０１１１】
【数１３】
となる。
【０１１３】
従って、この領域で見掛けのμを変えるには、油分の付着領域（油膜形成領域）を増すこと、言い換えると油分の付着効率をアップすることにより達成できる。エマルジョンタイプの潤滑油を用いる場合にはスプレー圧力を高くすることによりオイルのプレートアウトを促進して付着効率を向上させ、単分子層に近い油膜部分を少くし、そして金属接触をなくすことにより見掛けの摩擦係数を下げ得る。また、同じ条件にて潤滑油が供給されるとき噴射される潤滑油の濃度が高くなるとプレートアウトされる油量が増大し、付着効率がアップする。
【０１１４】
図６及び図７に潤滑油のスプレー圧力、濃度及び潤滑油種と摩擦係数と関係について行った実験結果を示す。図６及び図７から、スプレー圧力及び濃度が増加するに従い摩擦係数が下がること、しかし、同じ潤滑油を用いる場合は、スプレー圧力及び濃度がそれぞれ５Ｋｇ／ｃｍ２ あるいは６％を越えると効果が飽和してしまうこと、また飽和したときの摩擦係数はスプレー圧力で制御する時よりも潤滑油濃度で制御する時の方が低いこと、更に潤滑油Ａを潤滑性能のより良い潤滑油Ｂに切り替えれば、更に低い摩擦係数が得られることが分かる。
【０１１５】
以上のように、同じ潤滑油を用いる場合はスプレー圧力及び濃度の少なくとも一方を変えることにより摩擦係数を変えることができ、この場合、スプレー圧力で制御するよりも潤滑油濃度で制御する方が摩擦係数を低くすることができ、また油種を切り替えることにより更に大きく摩擦係数を変えることができる。
【０１１６】
以上では圧延荷重の変化に対応して可能な限り大きく摩擦係数を変化させる観点から油種の切替えの必要性を説明した。しかし、油種の切替えはロール材質の面からも必要であり、以下このことを説明する。
【０１１７】
ロールの軸を互いにθだけ傾け接触させながら、これらを転動させたとき発生する軸方向の力を接触荷重で除したロール間のスラスト係数（摩擦係数）は、まずロールの表面粗度により変化する。例えば図８に示すように相手ロールを補強ロールに見立て鍛鋼ロール、表面粗度０．８μＲａを、また潤滑油として潤滑油Ａを用い、このロールをハイクロムロールと組合せた場合、ロール表面粗度が０．５μＲａ以下の時スラスト係数は０．０４〜０．０６であるが、表面粗度が２μＲａ程度となると０．０６〜０．０８と上昇する。この摩擦係数程度であれば問題ないが、もしこのロールがハイスロールの場合にはスラスト係数は更に０．１〜０．１２と大きくなる。圧延荷重が仮に４０００ｔｏｎとするとスラスト力は４００〜４８０ｔｏｎとなる。これではスラスト力が過大となりスラスト軸受の容量も大変大きなものとならざるを得ず、ミル構造上大変不利となる。従ってこの摩擦係数μ＝０．１〜０．１２を０．０４〜０．０８のレベルに下げたい。このためには更に潤滑性の良い油が必要である。これは潤滑性能の良い潤滑油Ｂを使用することにより達成できる。
【０１１８】
ここで、図９に示す如く、例えば潤滑油の摩擦係数は含まれるエステルの性質と含有比率によって左右される。潤滑油供給タンク７に係わるニートオイルタンク１８には低エステル含有比率のニートオイルが蓄えられており、潤滑油供給タンク４３に係わるニートオイルタンク４４には高エステル配合比率のニートオイルが蓄えられており、ロールの種類、ロールの表面粗度の差による摩擦係数の差を補うため上記のように油種を切り替え使用する。
【０１１９】
本実施例の潤滑制御装置１０２は以上の考えに基づきスラスト係数を制御するものである。
【０１２０】
まず、スラスト係数演算装置６４にてロードセル４，４′及びプレッシャーセル５，５′で検出されたスラスト力を圧延荷重計６０で検出された圧延荷重で除したスラスト係数を計算する。スラスト係数演算装置６４にはこのスラスト係数の目標値または目標範囲として例えば４％±１％が与えられ、運転当初は初期値としてこれに応じた潤滑油、潤滑油濃度あるいはスプレー圧力が選ばれている。しかし、圧延の進行にともないロール表面粗度が変わり摩擦係数が変化し、スラスト係数が目標範囲から逸脱する場合がある。スラスト係数が目標範囲より逸脱した場合、スラスト係数演算装置６４はスプレーコントローラ１５、濃度コントローラ１７及び油種切替コントローラ６５を順次作動させ、スラスト係数が目標範囲に収まるよう潤滑油のスプレー圧力、潤滑油濃度、潤滑油種の選定、さらにはスプレータイミングを調整する。
【０１２１】
図１０に本実施例に係る潤滑制御のシステムダイヤグラムを示す。
まず最初に、目標スラスト係数（相当摩擦係数）μ＊ をインプットする。このスラスト係数μ＊ のインプットに応じスイッチング回路が働き、初期値設定演算回路にてスプレー圧力Ｐｏ 、濃度ｄｏ 及び潤滑油種Ｓｏ が逆算される。これらは図６、図７及び図８に示したスラスト係数とスプレー圧力、濃度及び潤滑油種との関係により求められた関数μ＝ｆｓ （ｓ）・ｆｄ （ｄ）・ｆｐ （ｐ）・ｆｔ （ｔ）から逆算して求められる。この初期設定条件にて決まる潤滑油供給状態に対し、ロール材質、ロール表面粗さ、そして圧延荷重に対応したスラスト力が発生する。このスラスト力Ｆをスラスト計（ロードセル４，４′及びプレッシャーセル５，５′）にて測定し、圧延荷重計６０にて測定された圧延荷重Ｐにて除し、実スラスト係数（相当実摩擦係数）μを算出する。
【０１２２】
この実スラスト係数はフィードバックされ、目標スラスト係数μ＊ と比較され、その偏差Δμを修正する。そして、スプレー圧力による修正、濃度による修正、油種による修正、スプレータイミングによる修正を行う。これは、勿論一度にこれら全てのファクターより最適解を求めても良いが、ここでは先ず、スプレー圧力による修正、濃度による修正、油種による修正、そしてスプレータイミングによる修正を順次行う方法を取る。ただし図６及び図７に示す如く、スプレー圧力及び濃度は各々５Ｋｇ／ｃｍ２ あるいは６％を越えると効果が飽和してしまう。従ってスプレー圧力に関しては、圧力が１＜Ｐ＜５（Ｋｇ／ｃｍ２ ）の範囲であることを確認する。この範囲の中にあればスプレー圧力にて調整する。もしスプレー圧力がＰ＝１Ｋｇ／ｃｍ２ あるいはＰ＝５Ｋｇ／ｃｍ２ という下限あるいは上限にある場合には、濃度を調整する。濃度も同様に１＜ｄ＜６％であれば濃度にて調整し、ｄ＝１％あるいはｄ＝６％の下限あるいは上限である場合には油種を変更する。さらに、スラスト係数が小さくなり過ぎ、スプレー圧力がＰ＜１で濃度がｄ＜１になると、潤滑油の供給を停止し過度のスラスト係数の低下を防止する。
【０１２３】
図１に戻り、潤滑制御装置１０２では図１０に示すシステムダイヤグラムに基づく制御を行う。すなわち、スラスト力計４，４′，５，５′にて得られたスラスト力Ｆと圧延荷重計６０にて得られた荷重Ｐよりスラスト係数演算装置６４にて計算され得られたスラスト係数μが、目標スラスト係数μ＊ と偏差Δμを持つ場合、まずスプレーコントローラ１５にこの偏差が送られる。スプレーコントローラ１５では、現在のスプレー圧力が１＜Ｐ＜５Ｋｇ／ｃｍ２ であるか否かを判定し、もしその範囲内であれば必要調整量を割り出し比例減圧弁９，９′を調整する。もし圧力が上限５Ｋｇ／ｃｍ２ あるいは下限１Ｋｇ／ｃｍ２ にある場合にはさらに濃度コントローラ１７に上記信号が送られる。濃度コントローラ１７では先ず現状の濃度が１＜ｄ＜６％の中にあるか否かを濃度計１６の検出値をもとに判定し、もしその範囲内であるなら、ニートオイル供給バルブ２１あるいは水供給バルブ２３を開き濃度を調整する。実際にロールに噴射される潤滑油の濃度はスプレーポンプ８の出口にて余分の潤滑油が分岐されタンクに戻されるバイパス回路に設けた濃度計１６により測定され、濃度コントローラ１７にフィードバックされる。濃度コントローラ１７は目標濃度に対しての偏差を計算し、ニートオイル、水の量を算定しバルブ２１，２２に開閉の信号を送り操作する。さらに濃度が上限６％あるいは下限１％にある場合には油種切替コントローラ６５に信号が送られる。ここでスラスト係数の偏差に対応し、タンク７の潤滑油かあるいはタンク４３に蓄えられている潤滑油かを選択する。この判断結果は切替バルブ４５，４９に送られ流路を切替えられる。油種を切り替えた後の制御は再びスプレー圧力、濃度の調整制御に戻る。また、スラスト係数が小さくなり過ぎてスプレー圧力がＰ＜１で濃度がｄ＜１になるとスプレーコントローラ１５に信号が送られ、電磁ストップバルブ１２，１２′をＯＦＦするように指示、実行する。
【０１２４】
次に、図２に示した油面レベル制御装置１０５及び余剰潤滑油処理設備１０６の動作について説明する。
【０１２５】
潤滑ヘッダー３，３′は図１０及び図１１に示すように多数のノズル７０を有し、潤滑油のスプレーはこれらノズル７０を用いて行われ、ロールに付着させるべき油以外は再び回収する。この回収のためノズル７０はケーシング７１内に位置し、ケーシング７１のロール側開口部の周りにロール面に接触するシール７２を備え、ロール冷却水の侵入を、またスプレー潤滑油のリークをできるだけ少なくしている。また、ケーシング７１の上下にはローラ７３が設けられ、このローラ７３をロール面に接触させてロール面との位置関係を一定に保っている。従って通常は潤滑ヘッダー３，３′内でのロール冷却水の侵入量とスプレー潤滑油のリーク量はほぼバランスするか、あるいは出て行く方が１〜２（ｌ／ｍｉｎ）多くなっている。このため、タンク内潤滑油面のレベルをレベル計２４または５０の信号をレベルコントローラ２５に送り、バルブ２１，２３または４０，４１を開き水あるいはニートオイルを不足分だけ補うことで潤滑システムのトータル油量を制御する。また、この時の濃度変化は濃度計１６で検出され、上記の濃度コントローラ１７により制御される。
【０１２６】
上記の如くタンク内レベル計２４，５０とレベルコントローラ２５及び濃度計１６と濃度コントローラ１７を用い潤滑油供給タンク７，４３内レベルと濃度はコントロールできるが、時として潤滑ヘッダー入側のシール７２が摩耗し過ぎたり、あるいは、亀裂が入り冷却水が予想以上侵入してくる場合が考えられる。この場合は潤滑油供給タンク７または４３の油面はどんどん上昇しオーバーフローする可能性がある。オーバーフローしても単なる水であれば問題ないが、潤滑油の場合には２〜６％の油分を含んでいるため、そのまま排水できない。もう少し厳密に考えれば潤滑油ヘッダー３、３’からの潤滑油の漏れ量及びロール冷却水の侵入量はロールの表面状態あるいは圧延材によって異なり、必ずしも一定ではない。このため潤滑油供給タンク７，４３の油面レベルは一定に保たれず変動を余儀なくされる。レベルが下がった時はニートオイルあるいは水を追加すれば良いが、レベルが高くなった時はオーバーフローすることも考えられる。このため油面レベルが所定以上の高さになった時は、潤滑油戻し回路１０４に設けた３方弁２９または５４を切り替え、戻し油を潤滑油一時貯蔵タンク２６または５１へ一旦戻す。この潤滑油一時貯蔵タンク２６または５１は排出油を一時貯蔵するだけでなく油分と水分を分離するのにも用いる。すなわち、チャンバ２６ｂまたは５１ｂに潤滑油供給タンク７または４３から排出された潤滑油を一時的に貯蔵し、その時浮上した油分を仕切板２６ａまたは５１ａをオーバーフローさせ別のチャンバ２６ｃまたは５１ｃに移すことにより油分を多く含んだ潤滑水を集め、レベル計２７または５２の信号をもとにポンプ２８または５３により再度潤滑油供給タンク７または４３に戻して再利用する。一方油分を取られた水はタンク下方の排出口よりバルブ３０または５５を通して外部に排出される。
【０１２７】
以上のように構成した本実施例によれば、次の効果が得られる。
【０１２８】
（１）まず、本実施例では、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際し潤滑油のスプレー圧力、潤滑油濃度及び潤滑油種の切り替えを制御しスラスト係数を制御するので、圧延条件あるいは圧延に伴う摩耗や焼き付きによりロール表面粗度が変化しても摩擦係数が大きくなることが防止できる。このため、摩擦係数が大きくなることによりロールに負荷されるスラスト力が過大となり、ロール軸受の破損などトラブルを発生する事態を防止できる。
【０１２９】
（２）また、本実施例では、作業ロールクロス圧延機の補強ロールと作業ロール間の潤滑に際しスラスト係数を制御するので、振動やスリップを起こすことなく適切な潤滑性能を得ることができ、安定した操業を維持することができる。このことは、スラスト係数を制御せずにスラスト力を制御する従来の潤滑方法と本質的な違いである。
【０１３０】
すなわち、例えば特開平５−１６９１０８号公報では、クロス角あるいはロールに負荷されるスラスト荷重に応じて潤滑油の供給量を増減しスラスト力を制御している。しかし、まず、ロールクロスにより発生するスラスト力を圧延荷重にて除したスラスト係数（摩擦係数）は図１３に示すごとく０°から０．５°の範囲のみで変わり、しかもこの変化はロール間の摩擦係数が変わることによるのではなく、ロール間での接触変位が弾性的かあるいはスベリによっているのかと言うことに影響されているものであり、その間でいわゆるすべり摩擦係数が変化しているものではない。加えて０°から０．５°の範囲のスラスト係数は０．５°以上のクロス角でのスラスト係数より小さい。従ってクロス角によって潤滑条件を変えることは大きな意味を持たない。
【０１３１】
一方、ロールに負荷されるスラスト力を測定し、これに応じて潤滑油量を変えることはスラスト力を制御するための１つの方法である。しかし、潤滑油の性能はスラスト力そのものを変えるのではなく、スラスト力を接触荷重にて除した値、いわゆる摩擦係数と密接に繋がっているものであり、スラスト力に応じて潤滑油量を変えても摩擦係数（スラスト係数）を制御することはできず、適切な潤滑性能を得ることはできない。
【０１３２】
しかも、上記従来技術ではいずれもスラスト力を制御するのに潤滑油の供給量を増減している。しかし、上述したように、ニートオイルを用いずエマルジョンタイプの潤滑油を使用する場合、潤滑性能は基本的にエマルジョンのプレートアウト性によって決まり、プレートアウトしてロール表面に付着する油分の量、すなわちスラスト係数はスプレー圧力によって変化する。従って潤滑性を調整するためにはスプレー圧力を変えることが重要である。また、同じスプレー圧力の下で潤滑性を変える場合、すなわち潤滑膜の厚みを変える場合、潤滑油の濃度を変えることが効果的である。同じスプレー圧力のもとで潤滑性を変えるために供給流量を増やす方法を採ると、流量が増すとき互いにプレートアウトを邪魔するため流量を増した割に効果が少ない。
【０１３３】
（３）また、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御し、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の下限の限界値にあるときにはスプレータイミングを制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の上限の限界値にあるときには潤滑油種の切換えを制御することにより、広い範囲にわたって円滑かつ連続的にスラスト係数を制御しかつ過度のスラスト係数の低下を防止することができる。
【０１３４】
（４）また、油種を切り替えることによりハイスロール、ハイクロムロール、ニッケルグレインロールなどロールの材質によって大きくかわるロール間のスラスト係数をほぼ０．０７以下の値で一定にし、ロール軸受などのハード機構に影響を与えない範囲のスラスト力に設定可能とする。これにより、圧延上必要なロールを自由に選択しても作業ロールクロス圧延が可能となる。
【０１３５】
（５）更に、潤滑ヘッダー部へのロール冷却水の混入により潤滑油濃度が低下することも防止され、潤滑油濃度の低下によりロール間摩擦係数が大きくなり、ロールに働くスラスト力が大きくなってロール軸受の破損などトラブルを発生する事態を防止できる。
【０１３６】
（６）また、冷却水の侵入により潤滑油供給タンクがオーバーフローすることも防止され、タンクのオーバーフローにより潤滑油の供給を停止せざるを得なくなり、クロス圧延を不可とする事態を防止できる。
【０１３７】
（７）更に、油面レベル制御のため潤滑油を排出する場合、排出された潤滑油を油分濃度の高い潤滑油と油分濃度の低い潤滑油とに分離し、油分濃度の高い潤滑油は潤滑油供給タンクに戻し、油分濃度の低い潤滑油のみを外部に排出するので、環境汚染を無くしかつ油の消費量を削減できる。
【０１３８】
なお、上記（４）の効果に関し、潤滑油種の切換えよるスラスト係数の制御は単独で実施しても良く、この場合でもロール材質の変化に対しスラスト係数を適正な範囲に制御できる。
【０１３９】
また、上記（５）〜（７）の効果に関し、上記潤滑油濃度の制御、油面レベルの制御及び余剰潤滑油処理はスラスト係数の制御とは切り離し独立して実施しても良く、この場合でも上記（５）〜（７）の効果は得られる。
【０１４０】
本発明の他の実施例を図１４により説明する。本実施例は簡易的なスラスト制御を行うため油種の切換えは行わず、かつ上作業ロールと上補強ロール間の摩擦係数と下作業ロールと下補強ロールの間の摩擦係数を独立して制御できるようにしたものである。
【０１４１】
すなわち、図１４において、潤滑油供給タンク７、ニートオイルタンク１８及び潤滑油一時貯蔵タンク２６はそれぞれ１つづつ設置されており、潤滑油循環供給設備１０１Ａの潤滑油供給回路１０３Ａ及び潤滑油戻り回路１０４Ａ、潤滑制御装置１０２Ａ、油面レベル制御装置１０５Ａ及び余剰潤滑油処理設備１０６Ａはそれぞれ１種類の潤滑油を取り扱う１系統の構成となっている。
【０１４２】
一方、潤滑油供給回路１０３Ａは上潤滑ヘッダー３用と下潤滑ヘッダー３′用の２系統の独立した回路１０３Ａａ，１０３Ａａ′からなり、スプレーポンプ８，８、スプレー圧力制御のための比例減圧弁１２，１２’、圧力計９，９’、流量計１１，１１’と濃度計１６，１６’も２系統設けられ、さらに濃度制御のためのニートオイルタンク１８よりのニートオイル供給バルブ２１，２１’、流量計２０，２０’、供給ポンプ１９，１９’、さらに希釈のための水供給用バルブ２３，２３’、流量計２２，２２’を各々２系統設けている。
【０１４３】
圧延に伴いロールの肌荒れが激しくなり、しかも冷却条件が必ずしも同じでない上下作業ロールでは表面粗度が大きく異なる場合が出てくる。この場合、上下各々のロール群を同一の潤滑油でかつ同じ条件で潤滑すると、一方のロール群には適当であっても他方のロール群には不適当な場合がでてくる。このような場合、本実施例によれば、上下作業ロールの摩耗状況に応じて上下のスラスト係数を各々の目標値に向かって個別に制御することができ、これにより安定した操業が可能となる。
【０１４４】
本発明のさらに他の実施例を図１５により説明する。本実施例は余剰潤滑油処理手段としてウルトラフィルタを用いたものである。
【０１４５】
すなわち、図１５において、潤滑油供給タンク７、ニートオイルタンク１８及び潤滑油一時貯蔵タンク２６はそれぞれ１つづつ設置されており、潤滑油循環供給設備１０１Ｂの潤滑油供給回路１０３Ｂ及び潤滑油戻り回路１０４ｂ、潤滑制御装置１０２Ｂ、油面レベル制御装置１０５Ｂ及び余剰潤滑油処理設備１０６Ｂはそれぞれ１種類の潤滑油を取り扱う１系統の構成となっている。
【０１４６】
また、余剰潤滑油処理設備１０６Ｂでは、潤滑油ヘッダー３，３’より戻される潤滑油を３方弁２９にて切り替え、潤滑油一時貯蔵タンク２６Ｂへ戻す回路の途中に例えば精密濾過フィルターあるいは限外濾過フィルター３０を設け、油分と水を分離する。フィルター３０で分離された油分は潤滑油一時貯蔵タンク２６ｂに蓄えられ、適当なタイミングでポンプ２８を用い潤滑油供給タンク７へ戻し、濾過された水分は常時システムの外へ排出する。
【０１４７】
潤滑油には２〜６％の油分がエマルジョン状態として含まれており、エマルジョンの大きさは概ね１〜４０μ程度であるため、フィルターのメッシュを適切に選ぶことによりエマルジョンを水から分離できる。なお、エマルジョンの大きさは概ね１μから４０μの大きさであるから、これを通さないフィルターであれば形式は問わない。
【０１４８】
本実施例によっても第１の実施例と同様に余剰潤滑油の処理に際して、排出する油分を少なくし、油の原単位を少なくすることができる。
【０１４９】
本発明のさらに他の実施例を図１６及び図１７により説明する。本実施例は熱間圧延油を潤滑油潤滑油として利用するものである。
【０１５０】
すなわち、図１５において、補強ロール２，２′及び作業ロール１，１′のロール面に熱間圧延油をスプレーする熱間圧延油ヘッダー３１，３１′及び３２，３２′が設けられ、熱間油ヘッダー３１，３１′及び３２，３２′への熱間圧延油の供給、停止はバルブ３３，３３’のオン・オフによって制御される。
【０１５１】
バルブ３３，３３′のオン・オフは潤滑制御装置１０２Ｃのスプレーコントローラ１５Ｃにより制御され、スプレーコントローラ１５Ｃは圧延材の圧延中はバルブ３３，３３′にオン信号を送り、補強ロール２，２′及び作業ロール１，１′に熱間圧延油をスプレーし、圧延材が作業ロール１，１′間を通過していない非圧延時はバルブ３３，３３′にオフ信号を送り、熱間圧延油の供給を停止する。また、スプレーコントローラ１５Ｃは、熱間圧延油を塗布するバルブ３３，３３’のオン信号により潤滑油スプレーを停止すべくバルブ１２，１２’にオフ信号を送り、逆に潤滑油の供給を停止するバルブ３３，３３’のオフ信号によりバルブ１２，１２’にオン信号を送る。場合によっては、オン、オフ信号の代わりに比例減圧弁９，９’の圧力を絞る制御を行っても良い。またそのタイミングは、タイマーを介在させることにより適当にずらすこともスプレーコントローラ１５Ｃにて行われるものである。
【０１５２】
濃度コントローラ１７Ｃはスラスト係数の入力はないが、目標値に一致するよう濃度を制御する点は先の実施例と同じである。また、それ以外の構成歯先の実施例と同じである。
【０１５３】
熱間圧延油の潤滑性能は作業ロールクロスミルのロール間潤滑油としては充分な性能を有する。しかしながら熱間圧延油は粘度を高くしているため高温のバーによっても瞬時には焼き切れずバー先端の噛み込み時スリップすることが懸念され、一般には圧延材が尻抜けする直前に供給をストップし作業ロール何回転かの間にロール表面に付着した油分を焼き切っている。しかしながら補強ロール表面に塗布された油は冷却水により瞬時に落されるのではなく、図１７に示すシミュレーションテストのように数分掛かって冷却水に流し落され、また一部は作業ロールに転写後圧延材との間で焼き切られる。従ってロール間潤滑油の供給が止まっても途端にロール間スラスト力が増大することは無い。よってロールに負荷される荷重の低いバー間では潤滑油が塗布されなくともスラスト力が大巾に増大しトラブルを起こす可能性は少ない。しかし、本実施例では安全を見て熱間圧延油の供給がストップされている間のみ潤滑油をスプレーし、ロールクロスによる作業ロールと補強ロールに働くスラスト力を低減し、ロールクロスによるトラブルを皆無にするとともに、熱間圧延油をロール間潤滑油と併用することにより油の消耗量を削減する。
【０１５４】
本実施例によれば、熱間圧延油との相互利用により油の原単位を下げることができるとともに、排出する油分を少なくし油処理作業を軽減することができる。
【０１５５】
【発明の効果】
（１）本発明によれば、スラスト力が過大となり、ロール軸受の破損などトラブルを発生する事態を防止できる。
【０１５６】
（２）また、スラスト係数を制御することでスラスト力を制御するので、振動やスリップを起こすことなく適切な潤滑性能を得ることができ、これにより板クラウン及び形状の制御に優れた能力を持つ、作業ロールクロス圧延機を潤滑上のトラブルなく安定して操業でき、圧延機の能力を最大に引出し、高品質の製品を得られるとともに、イージーオペレーションと稼働率の向上が達成できる。
【０１５７】
（３）潤滑油のスプレー圧力及び潤滑油濃度、また必要に応じて潤滑油種、スプレータイミングを所定の相関関係をもって制御するので、広い範囲にわたって円滑かつ連続的にスラスト係数を制御しかつ過度のスラスト係数の低下を防止することができる。
【０１５８】
（４）油種を切り替えることによりハイスロール、ハイクロムロール、ニッケルグレインロールなどロールの材質によって大きくかわるロール間のスラスト係数をほぼ０．０７以下の値で一定にし、ロール軸受などのハード機構に影響を与えない範囲のスラスト力に設定可能とする。これにより、圧延上必要なロールを自由に選択しても作業ロールクロス圧延が可能となる。
【０１５９】
（５）上下作業ロール表面性状の差により発生する上下ロール群でのスラスト係数を個別に制御でき、安定した操業を提供することができる。
【０１６０】
（６）潤滑ヘッダー部へのロール冷却水の混入により潤滑油濃度が低下することが防止され、潤滑油濃度の低下でロール間摩擦係数が大きくなり、ロールに働くスラスト力が大きくなりロール軸受の破損などトラブルを発生する事態を防止できる。
【０１６１】
（７）冷却水の侵入により潤滑油供給タンクがオーバーフローすることが防止され、タンクのオーバーフローにより潤滑油の供給を停止せざるを得なくなり、クロス圧延を不可とする事態を防止できる。
【０１６２】
（８）油面レベル制御のため潤滑油の排出に際して油分濃度の低い潤滑油のみを外部に排出するので、環境汚染を無くしかつ油の消費量を削減できる。
【０１６３】
（９）潤滑油と熱間圧延油との相互利用によりトータルとしての油の原単位を下げることができるとともに、排出する油分を少なくし油処理作業を軽減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムの概略図である。
【図２】上記実施例のロール間潤滑油供給システムの油面レベル制御装置及び余剰潤滑油処理設備のみを示す概略図である。
【図３】ロール間潤滑に際しての振動発生限界テストの結果を示す図である。
【図４】ロール間の摩擦係数とスラスト係数とロール円周方向の摩擦係数との関係を示す図である。
【図５】ロール間の潤滑状態を示すストライベック曲線を示す図である。
【図６】潤滑油供給圧力と摩擦係数の関係を示す図である。
【図７】潤滑油濃度と摩擦係数の関係を示す図である。
【図８】ロール材質、粗度とスラスト係数の関係を示す図である。
【図９】エステル配合比率と摩擦係数との関係を示す図である。
【図１０】潤滑制御の一実施例を示すシステムダイヤグラムである。
【図１１】潤滑ヘッダーの側面図である。
【図１２】潤滑ヘッダーの正面図である。
【図１３】クロス角度とスラスト係数の関係を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施例による作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムの概略図である。
【図１５】本発明の更に他の実施例による作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムの概略図である。
【図１６】本発明のまた他の実施例による作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムの概略図である。
【図１７】ロール表面付着油分の除去シミュレーションテスト結果を示す図である。
【符号の説明】
１，１’…作業ロール
２，２’…補強ロール
３，３’…潤滑ヘッダー
４，４’…スラスト計（ロードセル）
５，５’…スラスト計（プレッシャーセル）
６…圧延材
７…潤滑油供給タンク
８…潤滑油スプレーポンプ
９，９’潤滑油スプレー圧力調整比例減圧弁
１０，１０’…圧力計
１１，１１’…流量計
１２，１２’…スプレー開閉バルブ
１３…潤滑油戻り回路３方弁
１４…アジテーター
１５…スプレーコントローラ
１６…濃度計
１７…濃度コントローラ
１８，４４…ニートオイルタンク
１９…ニートオイル供給ポンプ
２０ニートオイル供給流量計
２１，４０…ニートオイル供給バルブ
２２…水供給流量計
２３，４１…水供給バルブ
２４，５０…潤滑油供給タンク油面レベル計
２５…レベルコントローラ
２６，５１…潤滑油一時貯蔵タンク
２７，５２…レベル計
２８，５３…戻しポンプ
２９，５４…３方弁
３０…油水分離フィルター
３１，３１’，３２，３２’…熱間圧延油供給ヘッダー
３３，３３’…熱間圧延油供給バルブ
７，４３…潤滑油供給タンク
４１，４４…ニートオイル供給タンク
４５，４６，４８，４９…３方弁
６４…スラスト係数計算装置
６５…油種切替コントローラ
７０…ノズル
７２…シール
１０１…潤滑油循環供給設備
１０２…潤滑制御装置
１０３…潤滑油供給回路
１０４…潤滑油戻り回路
１０５…油面レベル制御装置
１０６…余剰潤滑油処理設備
Claims (19)
- 一対の作業ロールと、これら作業ロールをそれぞれ支持する一対の補強ロールとを備え、前記補強ロールは、そのロール軸線が特定角度以外の角度に水平面内で自在に傾斜しないように構成され、前記作業ロールは水平面内でそのロールの軸線が補強ロール軸線に対して交差しかつ相互に交差するように自在に傾斜し得るように構成され、前記作業ロールと補強ロール間を潤滑油により潤滑しロールクロスにより発生するスラスト力を低減する作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、
（ａ）前記補強ロール及び作業ロールの少なくとも一方のロール面に潤滑油をスプレーし作業ロールと補強ロール間を潤滑する潤滑油塗布手段と；
（ｂ）前記補強ロール及び作業ロールのうち少なくとも補強ロールに負荷されるスラスト力を圧延荷重で除したスラスト係数を求めるスラスト係数演算手段と；
（ｃ）前記スラスト係数が所定の値となるように前記潤滑油塗布手段によりロール面に塗布される潤滑油のスプレー圧力及び潤滑油濃度の少なくとも一方を制御し、スラスト係数を制御する潤滑制御手段と；を備えることを特徴とするロール間潤滑油供給システム。 - 請求項１記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油のスプレー圧力が前記所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御することによりスラスト係数を制御することを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 請求項１記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、前記スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えてスプレータイミングを制御することでスラスト係数を制御することを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 請求項３記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油のスプレー圧力が前記所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の下限の限界値にあるときには前記スプレータイミングを制御することによりスラスト係数を制御することを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 請求項１記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、前記スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えて潤滑油種の切換えを制御することでスラスト係数を制御することを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 請求項５記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油のスプレー圧力が前記所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の上限の限界値にあるときには前記潤滑油種の切換えを制御することによりスラスト係数を制御することを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 請求項１記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、前記スプレー圧力及び潤滑油濃度に加えてスプレータイミング及び潤滑油種の切換えを制御することでスラスト係数を制御することを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 請求項７記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、潤滑油のスプレー圧力が所定の範囲内にあるときにはまずスプレー圧力を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油のスプレー圧力が前記所定の範囲の限界値にあるときには潤滑油濃度を制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の下限の限界値にあるときには前記スプレータイミングを制御することによりスラスト係数を制御し、潤滑油の濃度が所定の範囲の上限の限界値にあるときには前記潤滑油種の切換えを制御することによりスラスト係数を制御することを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 請求項１記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑制御手段は、上補強ロール及び作業ロールと下補強ロール及び作業ロールのそれぞれで独立してスラスト係数を制御できるように２系統設けられていることを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 請求項１記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記スラスト係数演算手段は、前記補強ロール及び作業ロールのうち少なくとも補強ロールに負荷されるスラスト力を検出する第１の検出手段と、圧延荷重を検出する第２の検出手段と、前記第１及び第２の検出手段で検出されたスラスト力と圧延荷重とからスラスト係数を計算する手段とを有することを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 請求項１記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、潤滑油供給タンクと、前記潤滑油供給タンクから潤滑油を前記潤滑油塗布手段に供給する潤滑油供給回路と、前記潤滑油塗布手段からの潤滑油を前記潤滑油供給タンクに戻す潤滑油戻り回路とを更に備え、前記潤滑制御手段は、前記潤滑油供給タンク内の潤滑油の濃度を検出する濃度計と、前記濃度計の検出信号に基づき潤滑油ニートオイル及び希釈用水の追加量を制御し、潤滑油の濃度を目標値に保つ濃度制御手段とを有することを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 請求項１１記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記潤滑油供給タンク内の潤滑油の油面レベルを検出するレベル計と、前記レベル計の検出信号に基づき前記潤滑油供給タンク内の潤滑油の油面レベルが目標値より高いときには潤滑油を排出し油面レベルを目標値に保つ油面レベル制御手段を更に備えることを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 請求項１２記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記油面レベル制御手段により排出された潤滑油を油分濃度の高い潤滑油と油分濃度の低い潤滑油とに分離し、油分濃度の高い潤滑油は前記潤滑油供給タンクに戻し、油分濃度の低い潤滑油のみを外部に排出する余剰潤滑油処理手段を更に備えることを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 請求項１３記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記余剰潤滑油処理手段は、仕切板により分けられた少なくとも２つのチャンバを有しその一方のチャンバに前記油面レベル制御手段により排出された潤滑油を一時的に貯蔵し、前記仕切板をオーバーフローした油分濃度の高い潤滑油を他方のチャンバに移す潤滑油一時貯蔵タンクと、前記他方のチャンバ内の油分濃度の高い潤滑油を前記潤滑油供給タンクに戻す潤滑油移送手段と、前記一方のチャンバ内にオーバーフローせずに残った油分濃度の低い潤滑油をタンク底部に近い位置より外部に排出する手段とを有することを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 請求項１３記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記余剰潤滑油処理手段は、前記油面レベル制御手段により排出された潤滑油の油分と水分とを分離するフィルター手段と、前記フィルター手段で分離された油分を一時的に貯蔵する潤滑油一時貯蔵タンクと、前記潤滑油一時貯蔵タンク内の油分を潤滑油として前記潤滑油供給タンクに戻す潤滑油移送手段と、前記フィルター手段で分離された水分を外部に排出する手段とを有することを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 一対の作業ロールと、これら作業ロールをそれぞれ支持する一対の補強ロールとを備え、前記補強ロールは、そのロール軸線が特定角度以外の角度に水平面内で自在に傾斜しないように構成され、前記作業ロールは水平面内でそのロールの軸線が補強ロール軸線に対して交差しかつ相互に交差するように自在に傾斜し得るように構成され、前記作業ロールと補強ロール間を潤滑油により潤滑しロールクロスにより発生するスラスト力を低減する作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、
（ａ）前記補強ロール及び作業ロールの少なくとも一方のロール面に潤滑油をスプレーし作業ロールと補強ロール間を潤滑する潤滑油塗布手段と；
（ｂ）前記補強ロール及び作業ロールのうち少なくとも補強ロールに負荷されるスラスト力を圧延荷重で除したスラスト係数を求めるスラスト係数演算手段と；
（ｃ）前記スラスト係数が所定の値となるように前記潤滑油塗布手段によりロール面に塗布される潤滑油の油種を切換えてスラスト係数を制御する潤滑制御手段と；を備えることを特徴とするロール間潤滑油供給システム。 - 一対の作業ロールと、これら作業ロールをそれぞれ支持する一対の補強ロールとを備え、前記補強ロールは、そのロール軸線が特定角度以外の角度に水平面内で自在に傾斜しないように構成され、前記作業ロールは水平面内でそのロールの軸線が補強ロール軸線に対して交差しかつ相互に交差するように自在に傾斜し得るように構成され、前記作業ロールと補強ロール間を潤滑油により潤滑しロールクロスにより発生するスラスト力を低減する作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、
（ａ）前記補強ロール及び作業ロールの少なくとも一方のロール面に潤滑油を スプレーし作業ロールと補強ロール間を潤滑する潤滑油塗布手段と；
（ｂ）潤滑油供給タンク、前記潤滑油供給タンクから潤滑油を前記潤滑油塗布 手段に供給する潤滑油供給回路、前記潤滑油塗布手段からの潤滑油を前記潤滑油供給タンクに戻す潤滑油戻り回路を含む潤滑油循環供給手段と；
（ｃ）前記潤滑油供給タンク内の潤滑油の濃度を検出する濃度計と；
（ｄ）前記濃度計の検出信号に基づき潤滑油ニートオイル及び希釈用水の追加 量を制御し、潤滑油の濃度を目標値に保つ濃度制御手段；とを備え、
更に、前記潤滑油供給タンク内の潤滑油の油面レベルを検出するレベル計と、前記レベル計の検出信号に基づき前記潤滑油供給タンク内の潤滑油の油面レベルが目標値より高いときには潤滑油を排出し油面レベルを目標値に保つ油面レベル制御手段とを備えることを特徴とするロール間潤滑油供給システム。 - 請求項１７記載の作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、前記油面レベル制御手段により排出された潤滑油を油分濃度の高い潤滑油と油分濃度の低い潤滑油とに分離し、油分濃度の高い潤滑油は前記潤滑油供給タンクに戻し、油分濃度の低い潤滑油のみを外部に排出する余剰潤滑油処理手段を更に備えることを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
- 一対の作業ロールと、これら作業ロールをそれぞれ支持する一対の補強ロールとを備え、前記補強ロールは、そのロール軸線が特定角度以外の角度に水平面内で自在に傾斜しないように構成され、前記作業ロールは水平面内でそのロールの軸線が補強ロール軸線に対して交差しかつ相互に交差するように自在に傾斜し得るように構成され、前記作業ロールと補強ロール間を潤滑油により潤滑しロールクロスにより発生するスラスト力を低減するとともに、熱間圧延油を使用して圧延を行う作業ロールクロス圧延機のロール間潤滑油供給システムにおいて、
（ａ）前記補強ロール及び作業ロールの少なくとも一方のロール面に潤滑油をスプレーし作業ロールと補強ロール間を潤滑する潤滑油塗布手段と；
（ｂ）前記補強ロール及び作業ロールの少なくとも一方のロール面に熱間圧延油を塗布する熱間圧延油塗布手段と；
（ｃ）圧延材の圧延中は前記熱間圧延油塗布手段に熱間圧延油を供給し、圧延材が通過していない非圧延時は前記熱間圧延油塗布手段への熱間圧延油の供給を停止すると共に、前記熱間圧延油の供給が停止されている間のみ、前記潤滑油塗布手段に潤滑油を供給する潤滑制御手段と；を備えることを特徴とするロール間潤滑油供給システム。
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