JP6106481B2 - 冷間ロール成形機及び冷間ロール成形法 - Google Patents

Description

この発明は、被成形材である金属板材を通過させつつ曲げ力を加えて曲げ成形加工を冷間で行う冷間ロール成形機及び冷間ロール成形法の技術分野に属し、更に言えば、既存の冷間ロール成形機を、高強度、高剛性の高張力鋼板やステンレス鋼板等をも確実に曲げ成形加工できるように成形能力を高める改造を行った冷間ロール成形機及び冷間ロール成形法に関する。

図６に示した従来一般に知られている冷間ロール成形機１は、図５に示した成形スタンド１０を成形機ベッド１２上の長手方向に複数段（例えば１８段程度）をタンデムに配列して設置し、各成形スタンド１０で順次曲げ成形加工を行う構成である。前記成形スタンド１０は、成形機ベッド１２上の幅方向左右の位置に例えば０．５〜１．８ｍ程度の間隔をあけて設置したスタンドフレーム１１、１１間に、複数のロールコマ２０…をロールシャフト２１へ通して構成した凹型用及び凸型用の成形ロール２及び２’の対を上下に例えば０．８〜２．３ｍｍ程度のロールクリアランスで相対峙させた構成である。
冷間ロール成形法は、前記成形スタンド１０を構成する上下の成形ロール２、２’の間に例えばコイル材、フープ材或いは切板などの金属板材７を通し、平坦な金属板材７を、目的とする形鋼や管材、サッシ材などに成形する方法である。

冷間ロール成形機は、通常、金属板材７の通過前の初期設定段階で、上下の成形ロール２、２’間の隙間（ロールクリアランス）を軸方向に沿って同一寸法に調整している。
しかし、高強度で高剛性の高張力鋼板やステンレス鋼板等の金属板材７の曲げ成形加工を行う場合に、同金属板材７を上下の成形ロール２、２’の間に噛み込ませて通過させると、該金属板材７の曲げコーナー部近傍を中心として発生する大きな成形反力を受けてロールシャフト２１の方が中央部で撓んでしまう。これは既存の冷間ロール成形機のロールシャフト２１が成形対象の金属板材７の成形応力に従い細径としていることにも起因する。前記現象のため成形ロール間のクリアランスは、成形ロールの中央部で最大となり、左右の端部へ向かって次第に小さくなり、その影響で成形精度が悪くなる。

既存の冷間ロール成形機のロールシャフト２１の剛性が不足し、ロールシャフトが撓んでしまうと、それにより、中央部近傍では、金属板材７と成形ロール２、２’とが当たらず曲げ加工ができなくなることもあった。或いは、金属板材７が中反りや縁反り等の形状不良を起こしてしまい、目的とする曲げ成形加工が正確に行われなかったり、成形品の断面形状がシャープ性に欠け、平坦度、コーナー或いは幅方向クラウン等が規格外れとなったりと、成形品の成形精度の問題が発生する。
更に、操業上の問題としては、ロールシャフト２１の撓みにより、ロール調整の再設定作業が繰り返し必要となり生産性が向上せず、成形加工の再現性、安定性がない。

ところで、冷間ロール成形機の剛性を高めてロールシャフトの撓みを防止する方法として、ロールシャフトの径を太径に改造することが考えられるが、軸方向にある程度の長さ（例えば１．３ｍ〜１．８ｍ程度）を有するロールシャフトを太径にするには製造上限界がある。また、大掛かりな取り替え作業が必要な場合もあり、膨大なコストがかかるため、実施化は困難である。
そこで、例えば下記特許文献１及び２にロール成形機の剛性を効果的に高める発明が開示されている。

下記特許文献１は、圧延ロール成形機であるものの、異形ワークロール（上側に配置した成形ロール）の左右両端域の胴部周面に当接する異形バックアップロールを前記異形ワークロールの直上位置に設け、フラットワークロール（下側に配置した成形ロール）の胴部周面に当接するフラットバックアップロールを前記フラットワークロールの直下位置に設けた構成が開示されている。異形バックアップロール及びフラットバックアップロールで、異形ワークロール及びフラットワークロールへ圧延荷重を加えて被圧延材のロール成形を行うことにより、前記バックアップロールを介して押圧力が加えられる構成である。

また、下記特許文献２に開示されたロール成形機は、左右一対の下ロールと回転駆動・支持軸を共通軸とする割り型のセンターロールを、前記下ロールの中間部の直下に設けた構成である。センターロールの外周面は上ロールと係合して被成形鋼管の中央部を成形する。前記センターロールは、内部に設けられた空間部にベアリングが配置されており、該ベアリングと一体的に構成され、かつ外周中央部に間隙を通ってベアリングケースが内蔵されている。このベアリングケースは基台に設けた昇降装置に固定されたベアリングケース支持台に連結されている。被成形鋼管の成形時に上ロールを経て付加される強大な成形荷重をセンターロール内部および外部に設けたベアリングケース支持台で十分吸収することができる。

特開平１１−１２３４８８号公報 特開平９−１７４１６５号公報

上記特許文献１に開示されたロール成形機は、異形ワークロールの左右両端域の胴部周面に当接する位置に異形バックアップロールを設置した構成なので、ロールシャフトの中央部に発生する撓みを防止する構成ではない。また、フラットバックアップロールはフラットワークロールの直下位置に設置された構成であるから、ロールシャフトの横断面の方向に見て、成形荷重を左右方向へ分散してしまい十分な押圧力を加えることはできないし、フラットワークロールと成形機ベッドとの間に十分なスペースがない場合には後付による設置が困難である。

下記特許文献２に開示されたロール成形機は、下ロールと回転駆動・支持軸を共通軸とするセンターロールを、既存の冷間ロール成形機へ後付により昇降装置へ支持させて設置することは困難である。また、構造が複雑であるため設置に多大な費用が必要である。

本発明の目的は、既存の冷間ロール成形機について、その成形スタンドを構成する成形ロールへ後付したサポートロール機構で反力を受け止める構成とすることにより、高強度、高剛性の高張力鋼板やステンレス鋼板等の金属板材についても、その曲げ成形加工を行える構成とした冷間ロール成形機及び冷間ロール成形法を提供することである。
本発明の次の目的は、成形ロールの直上位置及び／又は直下位置に、サポートロール機構を容易に設置できる構成とした冷間ロール成形機及び冷間ロール成形法を提供する。

上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る冷間ロール成形機は、
金属板材７を通過させて曲げ成形加工を行う冷間ロール成形機において、
その成形スタンド１０を構成する上側及び／又は下側の成形ロール２、２’に対し、同成形ロール２及び／又は２’へ常時接触して成形反力を受け止めるサポートロール機構３及び／又は４の対が、ロールシャフト２の横断面の方向に見て前記金属板材７の入側Ａと出側Ｂに、上側の成形ロール２に対してはその上側からハの字状配置で、且つ凹凸を有する凸部へ接し、下側の成形ロール２’に対してはその下側から逆ハの字状配置で、且つ凹凸を有する凸部へ接する配置でそれぞれ設置されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した冷間ロール成形機において、
上側のサポートロール機構３は、上下の成形ロール２、２’夫々のロールシャフト２１、２１を支持する左右のスタンドフレーム１１、１１間へ、上側の成形ロール２よりも上側位置に掛け渡された連結バー５に設置されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１に記載した冷間ロール成形機において、
下側のサポートロール機構４は、冷間ロール成形機１のベッド１２上に設置されていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、上記請求項１〜３のいずれか一に記載した冷間ロール成形機において、
サポートロール機構３及び４は、ロールシャフト２１を正面方向に見て、中央部の成形ロール２及び２’に対してその反力を受け止めるハの字状で、且つ凹凸を有する凸部へ接する配置に設置されていることを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載した冷間ロール成形機において、
サポートロール機構３及び／又は４は、成形ロール２及び／又は２’と常時接触する補助ローラ３１及び／又は４１がロールホルダー３０及び／又は４０に支持されており、該ロールホルダー３０及び／又は４０の左右両側面に保持部３２及び／又は４２が設けられ、該保持部３２及び／又は４２へ突き当たって同ロールホルダー３０及び／又は４０を上下方向へ移動させるネジジャッキ３４及び／又は４４を組み込んだブロック体３３及び／又は４３が前記保持部３２及び／又は４２内で保持された構成であり、
前記ブロック体３３及び／又は４３は左右のスタンドフレーム１１、１１に掛け渡された連結バー５へ固定され、又は冷間ロール成形機１のベッド１２上へ固定して前記サポートロール機構３及び／又は４が設置されることを特徴とする。

請求項６に記載した発明に係る冷間ロール成形法は、
金属板材７を上側及び下側の成形ロール２、２’間へ通して曲げ成形加工を行う冷間ロール成形法において、
冷間ロール成形機１の成形スタンド１０を構成する上側及び／又は下側の成形ロール２、２’に対し、同成形ロール２、２’へ常時接触するサポートロール機構３及び／又は４を、ロールシャフト２１の横断面の方向に見て、上位のサポートロール機構３は上位の成形ロール２に対してハの字状配置で、且つ凹凸を有する凸部へ接し、下位のサポートロール機構３は下位の成形ロール２’に対して逆ハの字状配置で、且つ凹凸を有する凸部へ接する構成として、前記成形ロール２及び／又は２’が受ける成形時の反力を受け止めつつ成形を進めることを特徴とする。

本発明に係る冷間ロール成形機及び冷間ロール成形法によれば、既存の冷間ロール成形機１の成形スタンド１０を構成する上下の成形ロール２及び／又は２’に対して、同成形ロール２、２’へ常時接触するサポートロール機構３及び／又は４を、ロールシャフト２１の横断面の方向に見て、逆ハの字状又はハの字状に、金属板材７の入側Ａと出側Ｂに、それぞれ配置した左右一対の構成で設置して、前記成形ロール２及び／又は２’が受ける成形時の反力を受け止め支持するので、前記ロールシャフト２１の剛性を確実に効果的に高めることができる。
したがって、既存の冷間ロール成形機１であっても高強度、高剛性の高張力鋼板やステンレス鋼板等の曲げ成形加工に際してロールシャフト２１の撓みを確実に防止することができ、成形精度の高い製品を製造できる。
また、ロールシャフト２１の撓みを確実に防止できるので、冷間ロール成形の精度が高まり、ロール精度調整の再設定作業が不要となり、成形加工の再現性が向上し、生産の安定化を図ることができる。
また、本発明は、前記サポートロール機構３及び／又は４を、ハの字状配置及び／又は逆ハの字状配置として、且つ凹凸を有する同ロールの凸部へ接する配置で金属板材７の入側Ａと出側Ｂにそれぞれ設置するだけであるから、成形ロール２、２’の直上位置又は直下位置に十分なスペースがない既存の冷間ロール成形機１であっても容易に設置して実施することができる。
更に、本発明は、前記サポートロール機構３、４は、補助ローラ３１及び／又は４１がロールホルダー３０及び／又は４０に支持され、ロールホルダー３０及び／又は４０の左右両側面に設けられた保持部３２及び／又は４２へネジジャッキ３４及び／又は４４を組み込んだブロック体３３及び／又は４３が保持されただけの非常に簡易な構造であり、ブロック体３３及び／又は４３を左右のスタンドフレーム１１、１１に掛け渡された連結バー５へ固定し、又は冷間ロール成形機１のベッド１２上に固定するだけで簡単に設置できるから、既存の冷間ロール成形機１を安価な費用で改造して実施することができる。

本発明に係る冷間ロール成形機の成形スタンドを示した正面図である。 図１で指示したＡ−Ａ線矢視を拡大して示した断面図である。 サポートロール機構の具体的な構成を分解して示した斜視図である。 サポートロール機構を左右方向へ移動させる構成を示した説明図である。 従来の冷間ロール成形機の成形スタンドを示した正面図である。 冷間ロール成形機の概要を一部省略して示した側面図である。

本発明に係る冷間ロール成形機は、その成形スタンド１０を構成する上側及び／又は下側の成形ロール２、２’に対し、同成形ロール２、２’へ常時接触して反力を受け止めるサポートロール機構３、４が、ロールシャフト２１の横断面の方向に見て、ハの字状及び逆ハの字状に、金属板材７の入側Ａと出側Ｂの位置に、それぞれ左右一対の構成で設置されている。
また、本発明に係る冷間ロール成形法は、冷間ロール成形機１の成形スタンド１０を構成する上側及び／又は下側の成形ロール２、２’に対し、同成形ロール２、２’へ常時接触するサポートロール機構３、４を、ロールシャフト２１の横断面の方向に見て、ハの字状及び逆ハの字状に、金属板材７の入側Ａと出側Ｂとにそれぞれ配置した左右一対の構成で設置して、成形ロール２、２’の成形時反力を受け止める。

以下に、本発明に係る冷間ロール成形機及び冷間ロール成形法を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係る冷間ロール成形機１の成形スタンド１０を正面方向から見た状態を示し、図２は図１で指示したＡ−Ａ線矢視断面の方向から見た状態を示している。
図１及び図２に示した本発明に係る冷間ロール成形機１も、図６に示したように、成形スタンド１０を成形機ベッド１２上の長手方向に複数段（例えば１８段程度）をタンデムに配列して設置した構成であり、前記成形スタンド１０の大部分は図５で示した従来の冷間ロール成形機１とほぼ同じ構成である。即ち、前記成形スタンド１０は、成形機ベッド１２上の幅方向左右の位置に間隔（例えば０．５〜１．８ｍ程度）をあけて設置したスタンドフレーム１１、１１の間に、複数のロールコマ２０…をロールシャフト２１へ通して構成した凹型用及び凸型用の成形ロール２、２’を上下に相対峙させた構成である。前記上下の成形ロール２、２’の間隔は、例えば０．８〜２．３ｍｍ程度であるが、金属板材７の厚さを考慮して、適宜変更可能である。
なお、詳細に図示することは省略したが、前記ロールシャフト２１の一方の端部（図１では右側）であって、スタンドフレーム１１から突き出た位置に、前記成形ロール２、２’を所定の回転速度で回転させる駆動機構が設置されている。

本発明に係る冷間ロール成形機１の特徴は、既存の冷間ロール成形機１の成形スタンド１０を構成する上側及び下側の成形ロール２、２’に対し、各成形ロール２、２’へ常時接触して反力を受け止めるサポートロール機構３、４を、ロールシャフト２１の横断面の方向に見て、ハの字状及び逆ハの字状の配置に、前記金属板材７の入側Ａと出側Ｂに、それぞれ左右一対の構成で設置し、高強度、高剛性の高張力鋼板やステンレス鋼板等を曲げ成形加工できるように成形能力を高める改造を行ったことである。

上記サポートロール機構３（４）は、図３に分解した状態を拡大して示したように、成形ロール２と常時接触する補助ローラ３１（４１）が、中空の角材で成るロールホルダー３０（４０）内へ嵌め込まれており、同補助ローラ３１（４１）の軸部がロールホルダー３０（４０）の内側面で支持されている。前記ロールホルダー３０（４０）の左右の外側面には、門形状の保持部３２（４２）が設けられており、該保持部３２（４２）の内部には、同保持部３２（４２）の内側上面へ突き当たって前記ロールホルダー３０（４０）を補助ローラ３１（４１）と共に上下方向へ移動させるネジジャッキ３４（４４）を組み込んだブロック体３３（４３）が、それぞれ設置されている。前記ブロック体３３（４３）の底面は、前記サポートロール機構３（４）が成形ロール２（２’）へ向かって傾くようにテーパ形状に形成されている。
前記ネジジャッキ３４（４４）は、前記ブロック体３３（４３）の上面に形成された円柱状の凹部内へ挿入されて同ブロック体３３（４３）へ一体状態に組み込まれている。前記ネジジャッキ３４のネジ軸側は、保持部３２（４２）に対して回転はするが不利一体の構造である。前記ネジジャッキ３４（４４）は、頭部の縁部に沿って複数の孔３４ａ（４４ａ）…が設けられており、該孔３４ａ（４４ａ）…へ棒材を突き刺し回転させることで頭部上面の高さを調整することができる。
なお、図３に示したサポートロール機構３（４）は一例を示したに過ぎず、成形ロール２（２’）と常時接触する補助ローラ３１（４１）を備えた構成であれば、他の構成であっても同様に実施することができる。

上側に設置される上記構成のサポートロール機構３は、図１に示したように、成形ロール２の上方で左右のスタンドフレーム１１、１１における上側の成形ロール２よりも上側位置に掛け渡されて固定された連結バー５へ、補助ローラ３１が下側へ向くように上記ブロック体３３を成形ロール２へ向かって傾く配置に固定して設置されている。前記上側のサポートロール機構３は、図２に示したように、ロールシャフト２１の横断面の方向に見た場合、ハの字状配置とした左右一対の構成で設置されている。
また、図１に示したように、正面方向から見た場合では、成形荷重が最も作用する成形ロール２の中央部に、前記ロールシャフト２１の軸線方向に沿って左右に２個設置されている。但し、ロールシャフト２１の軸線方向に沿って設置する個数は、図示した個数に限定されず、発生する成形荷重の大きさに応じて１個又は３個以上設けた構成で実施することもできる。

一方、下側に設置されたサポートロール機構４は、成形機ベッド１２上へ補助ローラ４１が上側へ向くようにブロック体４３を成形ロール２’へ向かって傾く配置に固定して設置されている。前記下側のサポートロール機構４は、図２に示したように、ロールシャフト２１の横断面の方向に見た場合、逆ハの字状配置とした左右一対の構成で設置されている。また、図１に示したように、正面方向から見た場合では、成形荷重が最も作用する成形ロール２’の中央部に１個だけ設置した構成である。但し、成形荷重の大きさに応じて２個以上設けた構成で実施することもできる。

上記上側及び下側に設置されるサポートロール機構３、４は、補助ローラ３１、４１を成形ロール２、２’へ接触させて設置した構成について説明したが、初期値として一定の大きさの補助力を加えた状態に接触させて設置しても良い。
また前記上下のサポートロール機構３、４の補助ローラ３１、４１は、成形ロール２、２’の凹凸部のうち、凸部へ接触させることが好ましい。前記補助ローラ３１、４１を成形ロール２、２’の凹部へ接触させるにはストロークが大きいからである。
なお、詳細に図示することは省略したが、前記上下のサポートロール機構３、４は、上側のみ又は下側のみ設置した構成で実施することもできる。

因みに、上記サポートロール機構３、４は、図４に示したように、中央部を境に逆ねじで構成したボールねじを利用して、左右方向へスライド移動させて位置決めできる機構６を備えた構成で実施することもできる。

上記構成の冷間ロール成形機１は、図２に示したように、既存の冷間ロール成形機１の成形スタンド１０における上下の成形ロール２、２’に対し、逆ハの字状又はハの字状に、金属板材７の入側Ａと出側Ｂに、それぞれ配置した左右一対の構成で設置したサポートロール機構３、４で反力を受け止める（又は与える）ので、前記ロールシャフト２１の剛性を確実に効果的に 補完して高めることができる。
よって、既存の冷間ロール成形機１で、高強度、高剛性の高張力鋼板やステンレス鋼板等を曲げ成形加工を行っても、前記ロールシャフト２１の撓みを確実に防止することができるから、成形精度の高い製品を製造できる。また、ロール調整の再設定作業が不要となり、成形加工の再現性が向上し、生産の安定化を図ることができる。
前記サポートロール機構３、４は、成形ロール２、２’の直上位置又は直下位置ではなく、その回転方向の前後に跨るハの字状又は逆ハの字状の配置として、金属板材７の入側Ａと出側Ｂにそれぞれ配置した構成なので、成形ロール２と成形機ベッド１２との間に狭小のスペースしか確保できなくても十分に設置することができる。
また、金属板材７は初期通板する際に、正転と逆転を繰り返すが、その正転運転と逆転運転に対応して作用・反作用を受ける構造となる。
更に、上記サポートロール機構３、４は、非常に簡易な構造であり、ブロック体３３（４３）を左右のスタンドフレーム１１、１１に掛け渡された連結バー５へ固定し、又は冷間ロール成形機１のベッド１２上に固定するだけで容易に設置できるから、既存の冷間ロール成形機１を安価な費用で改造することができる。

なお、冷間ロール成形機１は、図６に示しように、成形スタンド１０を成形機ベッド１２上の長手方向に複数段（例えば１８段程度）をタンデムに配列して設置した構成であり、前記成形スタンド１０で順次曲げ成形を行う。そこで、上記したサポートロール機構３、３（４、４）は、複数段設置された成形スタンド１０のうち、部分的でも構わないが成形品の最終形状を決める複数段、或いは冷間ロール成形の後段など成形荷重が大きく加わる成形スタンド１０に設置することが好ましい。具体的には、例えばデッキプレートの３山を成形する場合、先ず１山の成形を完成し、２山、３山と完成させながら曲げ成形を行う。その際、１山の成形形状を決める６段目、２山を決める１２段目、３山を決める１８段目の３段にサポートロール機構３、４を設置することが好ましい。なお、図６中の符号８は矯正機を示している。

以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、本発明は実施例の限りではない。本発明の目的及び趣旨を逸脱しない範囲で、当業者が行う設計変更や変形・応用の範囲で更に多様な態様で実施することができる。

１ 冷間ロール成形機
１０ 成形スタンド
１１ スタンドフレーム
１２ 成形機ベッド
２、２’ 成形ロール
２１ ロールシャフト
３、４ サポートロール機構
３０、４０ ロールホルダー
３１、４１ 補助ローラ
３２、４２ 保持部
３３、４３ ブロック体
３４ ４４ ネジジャッキ
５ 連結バー
７ 金属板材

Claims (6)

1. 金属板材を通過させて曲げ成形加工を行う冷間ロール成形機において、
   その成形スタンドを構成する上側及び／又は下側の成形ロールに対し、同成形ロールへ常時接触して成形反力を受け止めるサポートロール機構が、ロールシャフト２の横断面の方向に見て前記金属板材７の入側Ａと出側Ｂに、上側の成形ロールに対してはその上側からハの字状配置に接し、下側の成形に対してはその下側から逆ハの字状に接する配置で、且つ凹凸を有する同成形ロールの凸部へ接する配置でそれぞれ設置されていることを特徴とする、冷間ロール成形機。
2. 上側のサポートロール機構は、上下の成形ロール夫々のロールシャフトを支持する左右のスタンドフレーム間へ、上側の成形ロールよりも上側位置に掛け渡された連結バーに設置されていることを特徴とする、請求項１に記載した冷間ロール成形機
3. 下側のサポートロール機構は、冷間ロール成形機のベッド上に設置されていることを特徴とする、請求項１に記載した冷間ロール成形機。
4. サポートロール機構は、ロールシャフトを正面方向に見て、中央部の成形ロールに対してその反力を受け止める配置で設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載した冷間ロール成形機。
5. サポートロール機構は、成形ロールと常時接触する補助ローラがロールホルダーに支持されており、該ロールホルダーの左右両側面に保持部が設けられ、該保持部へ突き当たって同ロールホルダーを上下方向へ移動させるネジジャッキを組み込んだブロック体が前記保持部内で保持された構成であり、
   前記ブロック体は左右のスタンドフレームに掛け渡された連結バーへ固定され、又は冷間ロール成形機のベッド上へ固定して前記サポートロール機構が設置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載した冷間ロール成形機。
6. 金属板材を上側及び下側の成形ロール間へ通して曲げ成形加工を行う冷間ロール成形法において、
   冷間ロール成形機の成形スタンドを構成する上側及び／又は下側の成形ロールに対し、同成形ロールへ常時接触するサポートロール機構を、ロールシャフトの横断面の方向に見て、上位のサポートロール機構は凹凸を有する上位の成形ロールの凸部に対してハの字状に接し、下位のサポートロール機構は凹凸を有する下位の成形ロールの凸部に対して逆ハの字状に接する構成に設置して、前記成形ロールが受ける成形時の反力を受け止めつつ成形を進めることを特徴とする、冷間ロール成形法。

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