JP4121050B2

JP4121050B2 - エンボス模様付き金属帯の製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP4121050B2
Application number: JP25024998A
Authority: JP
Inventors: 正仁榊; 健治原
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2018-09-04
Also published as: JP2000079403A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、均一な深さのエンボス模様を付けた金属帯を製造する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンボス模様を付けた金属帯は、意匠性に優れた表面を活かして柱，壁，ドア等の内装材や外装材，家具調度品の表層材，車両の内装材や内装部品として広範な分野で使用されている。この種の金属帯から切り出された鋼板は、エンボス加工された面を外面に使用することから、均一な外観を呈することが要求される。均一な外観を得るためには、ロツト内及びロット間でエンボス深さのバラツキが小さいことが必要である。エンボス深さがロツト内やロットごとに相違すると、濃淡のあるエンボス模様が観察され、商品価値が著しく低下する。
【０００３】
均一な深さでエンボス模様を付けるため、従来から種々の方法が提案されている。
たとえば、特開昭５９−１４１３３９号公報では、クラウンが変更可能なエンボスロールが紹介されている。このエンボスロールは、アーバー外周にスリーブを焼き嵌めし、アーバーとスリーブとの間に圧力室を設けている。圧延時の圧下状態に応じた均等な圧延荷重が得られるように圧力室に供給される圧力流体によってロールクラウンを調整し、エンボス深さの均一化を図っている。
また、特開昭６２−２７９０３８号公報では、ダルロールを用いた加工方法が紹介されている。ダルロールとしては、エンボス模様に応じて表面に凹凸をつけたダルロールが使用され、エンボスロールと対向配置される。加工に際しては、エンボスロール及びダルロールの圧下率をエンボス模様に応じて調整している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
圧力流体によってロールクラウンを変える方式のエンボスロールは、複雑な構造のためロール製作費に多大のコストがかかり、ロール単価が高くなる。しかも、スリーブロールであるためロール剛性が劣り、精度の高いエンボス金属帯の製造に適していない。他方、ダルロールを使用する方法では、エンボス模様の変更ごとに変更後のエンボス模様に適したダルロールに交換する必要があり、ロール組替えの負担が大きい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、金属帯の幅方向端部に非圧下部を設けてエンボス加工するとき、非圧下部の板厚減少からエンボス模様部の伸びが判るとの知見に基づき、非圧下部の板厚に応じて圧下力を調整することにより、均一な深さでエンボス模様を付けた金属帯を製造することを目的とする。
【０００６】
本発明の製造方法は、その目的を達成するため、１対のワークロールの少なくとも一方をエンボス加工部に加えてロール軸方向の一部に凹部が形成されたワークロールとし、ワークロールの間に送り込んだ金属帯にエンボス加工部でエンボス模様部を付けると共に、ワークロールの凹部に対応する非圧下部を形成し、ワークロールの下流側で非圧下部の板厚を連続測定し、板厚の測定値に基づいて金属帯の圧下力を調整することを特徴とする。
【０００７】
この方法で使用する製造装置は、少なくとも一方がエンボス加工部に加えてロール軸方向の一部に凹部が形成された１対のワークロールと、ワークロールの下流側でワークロールの凹部に対応する非圧下部の板厚を連続測定する板厚計と、板厚計で連続測定された非圧下部の板厚が入力され、板厚測定値に応じて必要圧下力を演算する制御装置と、演算結果が入力され、必要圧下力に対応する油圧をワークロールに加える油圧制御系とを備えている。
【０００８】
【実施の形態】
金属帯をエンボス加工する場合、図１に示すようにペイオフリール１から払い出した金属帯Ｓ₀ をデフレクタロール２を経て圧延スタンド３に送り込む。圧延スタンドは複数段配置されているが、図面を簡単にするため、図１では２段配列の圧延スタンドのうち、エンボスロールをワークロールに使用する圧延スタンドだけを図示している。
圧延スタンド３に組み込まれている上ロール４，下ロール５の何れか一方又は双方に、目標エンボス模様に対応した凹凸を周面に設けたエンボスロールを使用する。上ロール４，下ロール５の何れか一方がエンボスロールのときには片面エンボス，双方共にエンボスロールのときには両面エンボスの製品が得られる。圧延スタンド３でエンボス模様がつけられた金属帯Ｓ₁ は、デフレクタロール６を経てテンションリール７に巻き取られる。
【０００９】
本発明では、エンボス加工部のロール軸方向端部に凹部が形成されたワークロールを上ロール４，下ロール５の少なくとも一方に使用する。すなわち、本発明に従ったワークロール１０（上ロール）は、図２に示すように多数の凹凸からなるエンボス加工部１１がロール軸方向中央部のロール周面に形成されており、エンボス加工部１１のロール軸方向外側に凹部１２が形成されている。図２の例では、他方のワークロール２０（下ロール）にも同様なエンボス加工部２１，凹部２２が形成されているが、片面エンボスの場合にはフラットロールを使用しても良い。
ワークロール１０，２０により圧下された金属帯Ｓ₀ には、図３に示すようにエンボス加工部１１，２１に対応したエンボス模様部Ｓ₂ が付けられる。ワークロール１０，２０の凹部１２，２２を通過した個所は、エンボス模様部Ｓ₂ の幅方向外側に位置する非圧下部Ｓ₃ となる。
【００１０】
非圧下部Ｓ₃ の板厚ｔ₁ は、ワークロール１０，２０の下流側に配置した板厚計３１で連続測定される。また、ワークロール１０，２０の荷重Ｐ₀ は、荷重計３２で測定される。
エンボス模様部Ｓ₂ は圧延によって伸びるが、非圧下部Ｓ₃ は、ワークロール１０，２０による圧下を受けないので伸びることはない。しかし、エンボス模様部Ｓ₂ の伸びによって引張り応力が非圧下部Ｓ₃ に働くため、非圧下部Ｓ₃ の板厚ｔ₁ は圧延前の板厚ｔ₀ よりも減少する。
【００１１】
非圧下部Ｓ₃ の板厚減少はエンボス模様部Ｓ₂ の伸びに起因するものであるが、本発明者等の調査・研究によるとき、エンボス模様部Ｓ₂ の圧下率と非圧下部Ｓ₃ の板厚減少分Δｔ（＝ｔ₀ −ｔ₁ ）との間に比例関係が成立していることが判った。そこで、この比例関係を基にして、非圧下部Ｓ₃ の板厚減少分Δｔ（＝ｔ₀ −ｔ₁ ）からエンボス模様部Ｓ₂ の圧下率を演算し、演算結果に基づいて圧下力を調整するとき、エンボス模様部Ｓ₂ の圧下率が一定化され、ひいては均一な深さでエンボス模様がつけられた金属帯製品が得られる。
非圧下部Ｓ₃ の板厚減少は、エンボス模様部Ｓ₂ の板厚を直接測定するよりも、エンボス模様部Ｓ₂ の圧下率を正確に表わす指標として使用される。具体的には、エンボス模様部Ｓ₂ に形成される凹部Ｓ_B の圧下率ｒは、図４に示すように非圧下部Ｓ₃ の板厚減少率αと比例関係にある。なお、凹部Ｓ_B の圧下率ｒ及び非圧下部Ｓ₃ の板厚減少率αは、それぞれ式（１），（２）に従って求めた。
【００１２】
ｒ＝（ｔ₀ −ｔ₂ ）／ｔ₀ ×１００（％）・・・・（１）
α＝（ｔ₀ −ｔ₁ ）／ｔ₀ ×１００（％）・・・・（２）
ただし、ｔ₀ ：金属帯Ｓ₀ の圧延前板厚
ｔ₁ ：非圧下部Ｓ₃ の板厚
ｔ₂ ：エンボス模様部Ｓ₂ に形成された凹部Ｓ_B の板厚
非圧下部Ｓ₃ とエンボス模様凹部Ｓ_B との間に成立する比例関係は、エンボス模様凹部Ｓ_B の伸びによって非圧下部Ｓ₃ が引っ張られるために生じることから、エンボス模様凹部Ｓ_B の面積率によって非圧下部Ｓ₃ の板厚ｔ₁ が変化することを意味する。すなわち、エンボス模様を表わす凹部Ｓ_B の面積率が大きいほど、非圧下部Ｓ₃ の板厚減少率αが大きくなる。他方、エンボス模様凸部Ｓ_T は、ワークロール１０，２０の周面にあるエンボス加工部１１，２１の谷部で成形されたものであるから、圧延されず伸びを生じていない。したがって、非圧下部Ｓ₃ の板厚減少率αからエンボス模様凹部Ｓ_B の深さが判る。
【００１３】
非圧下部Ｓ₃ の板厚減少率αと凹部Ｓ_B の圧下率ｒとの間に比例関係が成立しているので、凹部Ｓ_B の圧下率ｒは、式（３）に従って非圧下部Ｓ₃ の板厚減少率αから求められる。ただし、ｋは、金属帯Ｓ₀ の全幅に対する未圧下部Ｓ₃ の幅比率，エンボス模様部Ｓ₂ の面積率，圧延張力等に応じて変化する係数であり、一つの金属帯Ｓ₀ に同じエンボス模様を付ける製造工程では一定値となる。
ｒ＝α／ｋ・・・・（３）
したがって、エンボス模様凹部Ｓ_B の板厚ｔ₂ は、式（４）により求められる。
ｔ₂ ＝ｔ₀ −（ｔ₀ −ｔ₁ ）／ｋ・・・・（４）
以上のことから、非圧下部Ｓ₃ の板厚減少分Δｔ（＝ｔ₀ −ｔ₁ ）を制御因子として圧下力Ｐ₁ を制御するとき、エンボス模様凹部Ｓ_B の板厚ｔ₂ が適正に制御され、コイル全長にわたってエンボス深さのバラツキが抑えられる。
【００１４】
板厚ｔ₂ を制御するため、ワークロール１０，２０の下流側位置に配置された板厚計３１で検出された非圧下部Ｓ₃ の板厚ｔ₁ を測定し、圧延中のロール荷重を荷重計３２で測定する。測定された板厚ｔ₁ 及びロール荷重Ｐ₀ は、制御装置３３に入力される。
制御装置３３は、予め入力されている金属帯Ｓ₀ の圧延前板厚ｔ₀ と板厚計３１からの測定板厚ｔ₁ とを比較して板厚減少分Δｔ（＝ｔ₀ −ｔ₁ ）を算出し、板厚減少分Δｔ（＝ｔ₀ −ｔ₁ ）からエンボス模様部Ｓ₂ の圧下率ｒを演算する。演算結果を設定圧下率と比較し、圧下率差に対応するロール圧下量ΔＰを求める。荷重計３２から入力された圧延荷重Ｐ₀ にロール圧下量ΔＰを加算し、設定圧下率に対応するロール圧下量Ｐ₁ を求める。
【００１５】
演算結果は、制御信号ａとして制御装置３３から制御弁３４に出力される。制御弁３４は、制御信号ａに応じて開度を調節し、油圧シリンダ３５に送り込む或いは油圧シリンダ３５から抜き取る圧油量を調整する。このようにして、エンボス模様部Ｓ₂ の設定圧下率に適した圧下量Ｐ₁ がワークロール１０，２０に加えられる。なお、油圧シリンダ３５から抜き取られるも圧油は、ポンプ３６を介してオイルピット３７に回収される。
【００１６】
なお、本発明に従ったエンボス加工は、４段の圧延スタンドを用いて実施することも可能である。４段の圧延スタンドによる場合、小径のワークロールが使用可能なため、より段差のあるエンボス模様を金属帯に付けることができる。金属帯Ｓ₀ に形成される非圧下部Ｓ₃ は、金属帯Ｓ₀ の幅方向何れの位置に形成しても良いが、エンボス模様付き金属帯Ｓ₁ の製品歩留を考慮したとき板幅方向端部に非圧下部Ｓ₃ を設けることが好ましい。また、図２に示すように板幅方向両端部に非圧下部Ｓ₃ を形成し、非圧下部Ｓ₃ それぞれの板厚ｔ₁ を検出するとき、より精度の高い制御が可能になる。
【００１７】
【実施例】
外径４００ｍｍ，胴長３００ｍｍのロール周面に、直径４ｍｍ，高さ０．１５ｍｍの円筒状凸部を０．４ｍｍ間隔又は０．２ｍｍ間隔で千鳥配置した幅２００ｍｍのエンボス加工部１１，２１を形成し、エンボス加工部１１，２１の両側に幅１５ｍｍ，深さ０．１５ｍｍの凹部１２，２２を及び凹部１１，２１を形成したワークロール１０，２０を作製した。このワークロール１０，２０を圧延スタンド３（図１）に組み込み、板厚０．８８ｍｍ，板幅２２０ｍｍの炭素工具鋼帯板を金属帯Ｓ₀ として両面エンボス加工した。
深さ０．３０ｍｍ（片側０．１５ｍｍ）のエンボス模様部Ｓ₂ が形成されるように圧下率を３４％に設定し、非圧下部Ｓ₃ の板厚ｔ₁ を連続測定しながら、式（３）で得られる圧下率αが設定圧下率３４％となるようにワークロール１０，２０に加える圧下力Ｐ₁ を制御した。
【００１８】
エンボス加工された金属帯Ｓ₁ に形成されているエンボス模様部Ｓ₂ を観察し、エンボス模様凸部Ｓ_T 及びエンボス模様凹部Ｓ_B の分布，高さ，深さ等を調査した。調査結果から、エンボス加工部１１，２１に設けた円筒状凸部が０．４ｍｍ間隔又は０．２ｍｍ間隔の何れであっても、コイルトップからコイルエンドにかけてエンボス模様凸部Ｓ_T 及びエンボス模様凹部Ｓ_B 共に径は４ｍｍ±１５μｍ，間隔は±１５μｍの範囲で安定した形状をもっており、エンボス模様凹部Ｓ_B の板厚ｔ₂ も０．５８ｍｍ±１０μｍの範囲で安定していることが判った。そのため、エンボス模様付き金属帯Ｓ₁ は、極めて均一な外観をもつものであった。
【００１９】
比較のため、同じエンボス加工部１１，２１を付けたワークロール１０，２０を使用し、エンボス模様凹部Ｓ_B の板厚が目標値０．５８ｍｍとなる圧下率までロールギャップを調整し、板厚制御することなく金属帯Ｓ₀ を圧延した。
得られた金属帯Ｓ₁ を観察すると、エンボス模様凹部Ｓ_B の板厚ｔ₁ がコイルエンド側に向かって小さくなっており、１コイル中において±４０μｍと大きな板厚変動が発生していた。エンボス模様凸部Ｓ_T 及びエンボス模様凹部Ｓ_B も、コイルトップからコイルエンドにかけて形状が変化していた。エンボス模様凸部Ｓ_T 及びエンボス模様凹部Ｓ_B 及び板厚ｔ₁ のバラツキが大きいことから、金属帯Ｓ₁ に付けられたエンボス模様に濃淡が生じていた。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、エンボス加工部に加えて凹部を形成したワークロールを用いて金属帯を圧延し、凹部に対応する個所の非圧下部の板厚を制御因子としてエンボス模様部の圧下率が一定になるようにロール圧下力を制御している。このようにして金属帯に付けられるエンボス模様は、コイルトップからコイルエンドにかけて一定した深さをもつものとなる。そのため、得られたエンボス模様付き金属帯は、均一な外観をもち、各種建材，内装材，表層材等の分野で高品質材料として使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンボス金属帯の製造装置の概略
【図２】本発明に従った制御方式で金属帯を圧延している状態
【図３】エンボス加工された金属帯の一部断面
【図４】非圧下部の板厚とエンボス模様部の圧下率との間に比例関係があることを示すグラフ
【符号の説明】
１：ペイオフリール２，６：デフレクタロール３：圧延スタンド
４：上ロール（ワークロール）５：下ロール（ワークロール）
７：テンションリール
１０：ワークロール（上ロール）２０：ワークロール（下ロール）
１１，２１：エンボス加工部１２，２２：凹部
３１：板厚計３２：荷重計３３：制御装置３４：制御弁
３５：油圧シリンダ３６：ポンプ３７：オイルピット
Ｓ₀ ：金属帯（原板）Ｓ₁ ：エンボス模様付き金属帯Ｓ₂ ：エンボス模様部Ｓ₃ ：非圧下部Ｓ_T ：エンボス模様凸部Ｓ_B ：エンボス模様凹部
ｔ₁ ：非圧下部の板厚ｔ₂ ：エンボス模様凹部の板厚
Ｐ₀ ：圧延荷重Ｐ₁ ：圧下力ａ：制御信号

Claims

１対のワークロールの少なくとも一方を凹凸のあるエンボス加工部に加えてロール軸方向の一部に凹部が形成されたワークロールとし、ワークロールの間に送り込んだ金属帯にエンボス加工部でエンボス模様部を付けると共に、ワークロールの凹部に対応する非圧下部を形成し、ワークロールの下流側で非圧下部の板厚を連続測定し、板厚の測定値に基づいて金属帯の圧下力を調整することを特徴とするエンボス金属帯の製造方法。
少なくとも一方が凹凸のあるエンボス加工部に加えてロール軸方向の一部に凹部が形成された１対のワークロールと、ワークロールの下流側でワークロールの凹部に対応する非圧下部の板厚を連続測定する板厚計と、板厚計で連続測定された非圧下部の板厚が入力され、板厚測定値に応じて必要圧下力を演算する制御装置と、演算結果が入力され、必要圧下力に対応する油圧をワークロールに加える油圧制御系とを備えているエンボス金属帯の製造装置。