JP4962030B2 - モールド幅変更用アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造を行うモールドの幅を変更するためのアクチュエータに関するものである。

連続鋳造を行うモールド（特に、鋼スラブの連続鋳造用のモールド）は、一対の長辺部材と一対の短辺部材とによって構成されているのが一般的である。この種のモールドにおいては、長辺部材に対して短辺部材がスライド可能に配設されているとともに、それぞれの短辺部材にモールド幅変更用アクチュエータが設けられており、モールド幅変更用アクチュエータの駆動によって短辺部材の相互間距離を変更することで鋳造中に鋳片の幅を変更することが可能である。

モールド幅変更用アクチュエータとしては、通常、ステッピングシリンダが用いられている。ステッピングシリンダは、駆動源となるステッピングモータと、ステッピングモータによって回転駆動されるボールネジと、ボールネジの回転変位に応じてピストンロッドが進退移動する油圧シリンダとを備えて構成されたもので、油圧シリンダのアクチュエータ本体がフレーム等の固定体に保持されている一方、ピストンロッドの先端部がモールドの短辺部材に連結されている。

上記のように構成されたモールド幅変更用アクチュエータでは、コントローラからパルス信号が与えられると、パルス信号に応じてステッピングモータが回転し、このステッピングモータによってボールネジが回転駆動される。ボールネジが回転すると、例えばその回転変位に応じて油圧シリンダのピストンロッドに対するスプールの位置が変更されることになり、アクチュエータ本体に対してピストンロッドが進退移動する。この結果、長辺部材に対して短辺部材が移動するため、モールドを通過する鋳片の幅が変更されることになる。

この種のモールド幅変更用アクチュエータにおいては、ステッピングモータに回転検出器が設けられており、この回転検出器の検出結果に基づいてその動作が制御されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−５０６９４号公報

ところで、特許文献１に記載された回転検出器は、パルス信号に対するステッピングモータの回転変位のずれ（脱調）を検出することはできるものの、アクチュエータ本体に対するピストンロッドの進退移動を直接監視するものではない。このため、回転検出器の検出結果に基づいてモールドにおける短辺部材の位置や姿勢を正確に制御するためには、ピストンロッドの実際の位置とステッピングモータの回転変位との調整を頻繁に実施する必要があり、保守作業の煩雑化を招来する虞れがある。

上述した問題を解決するには、例えばアクチュエータ本体の先端部にピストンロッドの変位量を検出する変位センサを設けることが考えられる。しかしながら、モールド幅変更用アクチュエータは、アクチュエータ本体の先端部が高温、かつモールドパウダー等の粉塵に曝された状態となる。このため、アクチュエータ本体の先端部に変位センサを配設した場合には、高温の影響や粉塵の影響に起因して変位センサに故障等のトラブルが多発する虞れがある。

本発明の目的は、上記実情に鑑みて、保守作業の煩雑化やトラブルが頻発する事態を招来することなくモールドにおける短辺部材の移動を正確に制御することのできるモールド幅変更用アクチュエータを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係るモールド幅変更用アクチュエータは、一対の長辺部材と一対の短辺部材とによって構成される連続鋳造用モールドを適用対象とし、ボールネジの回転変位に応じてピストンロッドをアクチュエータ本体の先端部から進退移動させることにより、前記長辺部材に対して前記短辺部材を移動させるモールド幅変更用アクチュエータにおいて、前記ボールネジの回転変位を検出するロータリエンコーダを前記アクチュエータ本体の基端部に配設し、さらに、ステッピングモータ及びロータリエンコーダを個々に支持する軸受を有したカバー部材によってボールネジの従動ギアとロータリエンコーダの入力ギアとの歯合部位を覆うようにしたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係るモールド幅変更用アクチュエータは、上述した請求項１において、前記アクチュエータ本体の基端部にステッピングモータを配設するとともに、前記ボールネジにおいて前記アクチュエータ本体の基端部に対応する端部に従動ギアを固着し、この従動ギアに前記ステッピングモータの駆動ギアを歯合させることによって前記ボールネジを回転させる一方、前記従動ギアを介して前記ロータリエンコーダが前記ボールネジの回転変位を検出することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係るモールド幅変更用アクチュエータは、上述した請求項１において、前記ステッピングモータ及び前記ロータリエンコーダをそれぞれ前記アクチュエータ本体の基端部外表面に配設したことを特徴とする。

本発明によれば、ピストンロッドの進退移動の基準となるボールネジの回転変位を検出する回転変位検出手段を設けているため、この回転変位検出手段の検出結果に基づいてピストンロッドを進退移動させれば、モールドにおける短辺部材の位置や姿勢をより正確に制御することが可能となる。しかも、モールドから離隔したアクチュエータ本体の基端部に回転変位検出手段を配設しているため、高温の影響やモールドパウダー等の粉塵の影響によるトラブルの発生を可及的に減少させることができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るモールド幅変更用アクチュエータの好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態であるモールド幅変更用アクチュエータを示したものである。ここで例示するモールド幅変更用アクチュエータ１０は、図２及び図３に示すように、一対の長辺部材ＬＭと一対の短辺部材ＳＭとによって構成される連続鋳造用のモールドＭを適用対象とし、モールドＭの長辺部材ＬＭに対して短辺部材ＳＭを移動させるためのものである。

図１に示すように、モールド幅変更用アクチュエータ１０は、いわゆる直動型と称されるものであり、アクチュエータ本体２０及びピストンロッド３０を備えている。

アクチュエータ本体２０は、モールド幅変更用アクチュエータ１０のベースとなるもので、その内部にシリンダ室２１を有している。アクチュエータ本体２０のシリンダ室２１は、横断面が一様な円形となる円柱状に形成したもので、その基端部がアクチュエータ本体２０の基端壁２２によって閉塞され、かつその先端部がアクチュエータ本体２０の先端壁２３に形成したロッド摺動孔２３ａを介して外部に開口している。ロッド摺動孔２３ａは、シリンダ室２１よりも細径に形成した円形の開口であり、その中心をシリンダ室２１の軸心Ｃに合致させる位置に設けてある。

ピストンロッド３０は、ピストン部３１と作動ロッド部３２とを一体に構成したものである。ピストン部３１は、アクチュエータ本体２０のシリンダ室２１に嵌合する外径を有した円柱状を成しており、シリンダ室２１に摺動可能に嵌合することにより、シリンダ室２１にロッド側油室２１ａ及びヘッド側油室２１ｂを画成している。作動ロッド部３２は、アクチュエータ本体２０のロッド摺動孔２３ａに嵌合する外径を有した円柱状を成すもので、ピストン部３１におけるロッド側油室２１ａに位置する端面から互いの軸心Ｃを合致させた状態で設けてある。この作動ロッド部３２は、アクチュエータ本体２０に対してピストンロッド３０を最も縮退した位置に配置した場合にも、アクチュエータ本体２０の先端壁２３から外部に突出するに十分な長さに構成してあり、その先端部が連結ピンＰを介してモールドＭの短辺部材ＳＭに揺動可能に連結してある。図２及び図３に示すように、本実施の形態では、短辺部材ＳＭの上方となる部位及び下方となる部位にそれぞれモールド幅変更用アクチュエータ１０を連結することにより、連続鋳造用モールドＭの鋳片幅変更装置を構成している。それぞれのモールド幅変更用アクチュエータ１０は、連結ピンＰが水平方向に延在するように設けてあり、短辺部材ＳＭに対して各連結ピンＰの軸心回りに相対的に揺動することが可能である。

また、ピストンロッド３０には、図１に示すように、スリーブ３３及びネジ収容部３４が設けてある。スリーブ３３は、ピストン部３１においてヘッド側油室２１ｂに対向する端面からピストンロッド３０の軸心Ｃを中心として形成した比較的太径となる円柱状の孔であり、その内端部がピストンロッド３０の内部で閉塞している。このスリーブ３３には、その内部にスプール４０が収容してある。スプール４０は、円柱状を成す基部４１の両端にそれぞれ太径の円柱状を成すバルブ部４２を有したもので、バルブ部４２をスリーブ３３の内周面に嵌合させた状態でスリーブ３３の軸心Ｃに沿って移動可能、かつピストンロッド３０に対して軸心回りの回転が規制された状態で配設してある。

このスプール４０は、ピストンロッド３０に対する占位位置を変更することにより、スリーブ３３に開口した３つのポート３５ａ，３５ｂ，３５ｃの接続態様を切り替えるためのものである。３つのポート３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、スリーブ３３の軸心方向に沿って互いに異なる位置に開口したもので、ピストンロッド３０の先端部側に位置するものから第１ポート３５ａ、第２ポート３５ｂ、第３ポート３５ｃとして順次形成してある。第１ポート３５ａは、ロッド側油室２１ａとの間を連通する第１油路３６ａのスリーブ側開口端であり、第２ポート３５ｂは、ヘッド側油室２１ｂとの間を連通する第２油路３６ｂのスリーブ側開口端である。第３ポート３５ｃは、ピストン部３１の外周面に形成したドレン室３７との間を連通する第３油路３６ｃのスリーブ側開口端となる。

これら３つのポート３５ａ，３５ｂ，３５ｃに対してスプール４０は、常態位置に占位した場合にバルブ部４２によって第１ポート３５ａ及び第３ポート３５ｃを共に閉塞するとともに、第２ポート３５ｂを開放した状態に維持する。この常態位置からスプール４０を先端部側に移動させると、第３ポート３５ｃが閉塞された状態で第１ポート３５ａが第２ポート３５ｂと連通した状態に切り替わり、ロッド側油室２１ａとヘッド側油室２１ｂとが互いに連通した状態となる。一方、常態位置からスプール４０を基端部側に移動させると、第１ポート３５ａが閉塞された状態で第３ポート３５ｃが第２ポート３５ｂと連通した状態に切り替わり、ヘッド側油室２１ｂとドレン室３７とが連通した状態となる。図には明示していないが、スプール４０には、その中心部に軸心Ｃに沿って雌ネジ孔が形成してある。

ネジ収容部３４は、スリーブ３３の内端面からピストンロッド３０の軸心Ｃを中心として形成した比較的細径となる円柱状の孔であり、その内端がピストンロッド３０の内部で閉塞している。このネジ収容部３４には、その内部にボールネジ５０が収容してある。ボールネジ５０は、ネジ収容部３４に収容することのできる外径を有した長尺の円柱状部材であり、その外周面にネジ溝５０ａを有し、かつその基端部に従動ギア５１を有している。

このボールネジ５０は、その先端部がネジ収容部３４に収容され、かつその中間部がネジ溝５０ａを介してスプール４０の雌ネジ孔（図示せず）に螺合し、さらに従動ギア５１を備えた基端部がアクチュエータ本体２０の基端壁２２に形成した挿通孔２２ａを介してアクチュエータ本体２０の外部に突出している。図からも明らかなように、ボールネジ５０とスリーブ３３の基端開口との間には、ボールネジ５０を自身の軸心Ｃ回りの回転を許容するとともに、ヘッド側油室２１ｂからスリーブ３３への圧油の浸入を阻止するスリーブ側シール部材５２が設けてある。また、アクチュエータ本体２０の基端壁２２とボールネジ５０との間には、ボールネジ５０を自身の軸心Ｃ回りの回転を許容するとともに、挿通孔２２ａを介してヘッド側油室２１ｂの圧油が外部に漏出するのを阻止する本体側シール部材５３が設けてある。

一方、モールド幅変更用アクチュエータ１０には、アクチュエータ本体２０の基端面にカバー部材６０を介してステッピングモータ７０及びロータリエンコーダ（回転変位検出手段）８０が配設してある。ステッピングモータ７０は、パルス信号が与えられた場合にこのパルス信号に応じて段階的に回転変位するもので、その出力軸に固着した駆動ギア７１を介してボールネジ５０の従動ギア５１に歯合している。ロータリエンコーダ８０は、入力ギア８１が回転した場合にその回転変位に応じた検出信号を出力するもので、入力ギア８１を介してボールネジ５０の従動ギア５１に歯合している。カバー部材６０は、ボールネジ５０の従動ギア５１、ステッピングモータ７０の駆動ギア７１及びロータリエンコーダ８０の入力ギア８１の周囲を囲繞するカバーとして機能するとともに、ステッピングモータ７０及びロータリエンコーダ８０をアクチュエータ本体２０の基端面に保持させるためのブラケットとして機能するものである。

図１に示すコントローラ９０は、アクチュエータ本体２０に対してピストンロッド３０を進退移動させる場合に、その目標移動量に応じたパルス信号を与えるとともに、ロータリエンコーダ８０から出力される検出信号に基づいてアクチュエータ本体２０に対するピストンロッド３０の移動量を演算し、この演算した移動量と目標移動量との偏差がゼロとなるように、次に与えるパルス信号を決定するものである。

以下、上述したモールド幅変更用アクチュエータ１０の動作について説明する。尚、以下においては、図１に示すように、モールド幅変更用アクチュエータ１０のロッド側油室２１ａに油圧ポンプ１００が接続してあるとともに、ドレン室３７がドレンタンク１０１に接続してあるものとする。

いま、コントローラ９０からピストンロッド３０を進出移動させるためのパルス信号をステッピングモータ７０に与えると、このパルス信号に応じてステッピングモータ７０が所定の方向に回転する。ステッピングモータ７０が回転すると、駆動ギア７１及び従動ギア５１を介してボールネジ５０が回転し、このボールネジ５０の回転変位に応じてスプール４０がピストンロッド３０に対して先端部側に移動する。この結果、ロッド側油室２１ａとヘッド側油室２１ｂとが互いに連通するため、それぞれの油室２１ａ，２１ｂに油圧ポンプ１００からの油圧が作用することになり、両者の受圧面積の相違からアクチュエータ本体２０に対してピストンロッド３０が進出移動することになる。ピストンロッド３０が進出移動すると、相対的にスプール４０が基端部側に移動して常態位置に復帰することになるため、その位置を保持する。以降、ステッピングモータ７０に対してパルス信号の出力を継続することにより、アクチュエータ本体２０に対してピストンロッド３０が順次進出移動することになる。

一方、コントローラ９０からピストンロッド３０を縮退移動させるためのパルス信号をステッピングモータ７０に与えると、このパルス信号に応じてステッピングモータ７０が先とは逆方向に回転する。ステッピングモータ７０が逆方向に回転すると、駆動ギア７１及び従動ギア５１を介してボールネジ５０が先とは逆方向に回転し、このボールネジ５０の回転変位に応じてスプール４０がピストンロッド３０に対して基端部側に移動する。この結果、ヘッド側油室２１ｂとドレン室３７とが連通するため、ロッド側油室２１ａにのみ油圧ポンプ１００からの油圧が作用することになり、アクチュエータ本体２０に対してピストンロッド３０が縮退移動することになる。ピストンロッド３０が縮退移動すると、相対的にスプール４０が先端部側に移動して常態位置に復帰することになるため、その位置を保持する。以降、ステッピングモータ７０に対してパルス信号の出力を継続することにより、アクチュエータ本体２０に対してピストンロッド３０が順次縮退移動することになる。

これらの動作の間、モールド幅変更用アクチュエータ１０のロータリエンコーダ８０からコントローラ９０に対して検出信号が与えられ、この検出信号に基づいてアクチュエータ本体２０に対するピストンロッド３０の移動量が演算されている。さらにコントローラ９０は、演算した移動量と目標移動量との偏差がゼロとなるように次に与えるパルス信号を決定し、決定したパルス信号をモールド幅変更用アクチュエータ１０のステッピングモータ７０に出力している。

ここで、ロータリエンコーダ８０の出力する検出信号は、ステッピングモータ７０自体の回転変位に基づくものではなく、ボールネジ５０の基端部に固着した従動ギア５１の回転変位に基づくものである。つまり、ロータリエンコーダ８０は、ピストンロッド３０の進退移動の基準となるボールネジ５０の回転変位を検出し、この回転変位に応じた検出信号を出力するものである。従って、上記モールド幅変更用アクチュエータ１０によれば、頻繁に調整作業を行わずとも、アクチュエータ本体２０に対するピストンロッド３０の進退移動をより正確に制御することが可能となる。これにより、図２に示すように、モールドＭにおいては、長辺部材ＬＭに対して短辺部材ＳＭを正確に移動させることが可能となり、例えば、連続鋳造中においてモールドＭを通過する鋳片ＳＧの幅を正確に制御することができるようになる。

しかも、ロータリエンコーダ８０の配設位置は、高温、かつモールドパウダー等の粉塵に曝されるモールドＭから最も離隔したアクチュエータ本体２０の基端側に位置する基端壁２２の外表面であり、さらにボールネジ５０の従動ギア５１とロータリエンコーダ８０の入力ギア８１との歯合部位に関しては、これをカバー部材６０によって覆うようにしたものである。従って、ロータリエンコーダ８０の構成部品に対する高温の影響や粉塵の影響を可及的に低減することができ、これらの影響に起因した故障等のトラブルが多発する事態を防止することが可能となるため、これらのトラブルに対応するための保守作業も著しく減少することになる。

尚、上述した実施の形態では、ボールネジを駆動するための駆動源としてステッピングモータを適用したものを例示しているが、必ずしもステッピングモータを適用する必要はなく、指令信号に応じて回転駆動するものであれば、その他の回転型駆動源を適用しても構わない。

また、上述した実施の形態では、ボールネジの回転変位をピストンロッドの進退移動に変換させる手段として、このボールネジに螺合するスプールを直動させ、ピストンロッドに形成した油路の接続態様を切り替えるものを例示しているが、これらの構成はあくまでも例示のためであって、その他の手段を適用してボールネジの回転変位をピストンロッドの進退移動に変換させても良い。

本発明の実施の形態であるモールド幅変更用アクチュエータの構造を概念的に示す断面側面図である。 図１に示したモールド幅変更用アクチュエータを適用した連続鋳造用モールドの鋳片幅変更装置を示す概念図である。 図２に示した鋳片幅変更装置の平面図である。

符号の説明

１０ モールド幅変更用アクチュエータ
２０ アクチュエータ本体
２１ シリンダ室
２２ 基端壁
２３ 先端壁
３０ ピストンロッド
３１ ピストン部
３２ 作動ロッド部
３３ スリーブ
３４ ネジ収容部
４０ スプール
５０ ボールネジ
５０ａ ネジ溝
５１ 従動ギア
７０ ステッピングモータ
７１ 駆動ギア
８０ ロータリエンコーダ
８１ 入力ギア
９０ コントローラ

Claims (3)

1. 一対の長辺部材と一対の短辺部材とによって構成される連続鋳造用モールドを適用対象とし、ボールネジの回転変位に応じてピストンロッドをアクチュエータ本体の先端部から進退移動させることにより、前記長辺部材に対して前記短辺部材を移動させるモールド幅変更用アクチュエータにおいて、
   前記ボールネジの回転変位を検出するロータリエンコーダを前記アクチュエータ本体の基端部に配設し、さらに、ステッピングモータ及びロータリエンコーダを個々に支持する軸受を有したカバー部材によってボールネジの従動ギアとロータリエンコーダの入力ギアとの歯合部位を覆うようにしたことを特徴とするモールド幅変更用アクチュエータ。
2. 前記アクチュエータ本体の基端部にステッピングモータを配設するとともに、前記ボールネジにおいて前記アクチュエータ本体の基端部に対応する端部に従動ギアを固着し、この従動ギアに前記ステッピングモータの駆動ギアを歯合させることによって前記ボールネジを回転させる一方、前記従動ギアを介して前記ロータリエンコーダが前記ボールネジの回転変位を検出することを特徴とする請求項１に記載のモールド幅変更用アクチュエータ。
3. 前記ステッピングモータ及び前記ロータリエンコーダをそれぞれ前記アクチュエータ本体の基端部外表面に配設したことを特徴とする請求項１に記載のモールド幅変更用アクチュエータ。

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