JPH02303613A - 圧延機の流体圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧延機の流体圧制御装置に係り、特に振動や衝
撃などの外乱に強く、常に安定した圧延性能を得ること
ができる圧延機の流体圧制御装置の構成、特に制御弁の
構造に関する。

〔従来の技術〕

従来、圧延機の流体圧制御装置としては１例えば特公昭
５６−４２７６１号公報に記載されているように、弁体
を直線運動させることによって制御オリフィスの開口面
積を変化させて作動流体の流れを制御するスプール弁を
弁部に用いた制御弁が使用されていた。

特に、圧延機の圧下装置においては、スプール弁のスプ
ールの一部にフォースモータのコイルを一体的に結合し
、このコイル上に発生する電磁力によってスプールを直
接直線運動させ、入力信号に比例した流量を出力するよ
うに構成したフォースモータ式直動形サーボ弁が用いら
れてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、制御弁の弁部が特定の軸上で
直線運動する構造のスプール弁であるため、振動や衝撃
などの機械的な外乱によってスプールの運動の方向に異
常なスラスド力が作用した場合、スプールの位置が変動
し、システムに異常な動作が発生することがあった。ま
た、外乱によってスプールに異常なラジアル力が作用し
た場合、それが摩擦抵抗力を生じさせるためにスプール
の動きが悪くなり、システムの動作性が低下してしまう
こともあった。

特に、圧延機においては、圧延材の先端が上下の作業ロ
ールにかみ込まれる際に非常に大きな衝撃力が発生する
ので上記のような現象が発生しやすく、とりわけ、圧下
装置では、その衝撃力によって圧下ジヤツキの位置が動
いてしまい、圧延製品の板厚や形状が変動して品質が低
下してしまうので、これを抑えるために高応答かつ高剛
性の位置サーボ系を構築しておく必要がある。

ところが、従来のシステムでは制御弁の弁部がスプール
弁であったため、上記のように、衝撃力によるスプール
の位置変動が回避できず、そのために、圧下ジヤツキの
位置変動を充分に抑えることができなかった。

そこで、従来は、制御弁を、スプールの軸が衝撃力の影
響を受けにくい方向に向くようにして取付けるとともに
、制御弁の応答性を高くしてシステム全体の追従性を高
めることによって、上記の問題を解消できるように努力
してきた。しかし、それでも制御弁の弁部がスプール弁
であり、原理的に衝撃力の影響を受けやすい構造である
ため、問題の解決には自ずと限界があり、圧延製品の品
質を向上させる上での障害となっていた。

また、制御弁の取付の方向が限定されてしまうと、機器
の配置上の制約要因が増え、特にマニホールドや配管に
余計な工夫が必要となり、設計、−製作、据付、保守上
の工数が増してしまうという問題もあった。

従って、本発明の目的は、上記のような従来技術におけ
る問題点を解消し、振動や衝撃などの機械的な外乱に強
く、常に安定した圧延性能を得ることができる圧延機の
流体圧制御装置を提供することにあり、特に、それを実
現するに好適な制御弁の構造を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明の特徴は、圧延機の流
体圧制御装置において、制御弁の弁部を、ケーシングと
該ケーシングに対して回動可能に設けられた弁体とを有
し、該弁体が回動し前記ケーシングに対して相対運動す
ることによって制御オリフィスの開口面積を変化させて
作動流体の流れを制御するロータリ弁としたことにある
。

また、特に圧延機の圧下装置において、これに用いるサ
ーボ弁をロータリ・サーボ弁としたことにある。

〔作用〕

本発明の圧延機の流体圧制御装置では、制御弁の弁部を
ロータリ弁としているので、振動や衝撃などの機械的な
外乱が作用しても制御弁弁部の弁体が動きにくい上、動
作性を悪くするような抵抗力も生じにくいため、システ
ムに異常な動作が発生したり、動作性が低下したりする
ことがない。

なぜならば、ロータリ弁は弁体に回動中心軸まわりのね
じりモーメントを作用させることによって弁体を回動さ
せて作動流体の流れを制御するものであるが、上記のよ
うな外乱に起因する力は軸受部を介してケーシングから
弁体に伝わるので。

弁体の回動中心軸に作用し、大きなねじりモーメントと
はならないので弁体の位置を変動させる要因にはなりに
くいからである。また、たとえその力に起因する摩擦抵
抗力などが生じたとしても、駆動力のモーメントに比べ
ればこの抵抗力のモーメントは小さいので駆動力に対す
る抵抗力にもなりにくいからである。

従って、本発明によれば、振動や衝撃などのような機械
的な外乱が作用しても、制御弁の弁体の位置が変動しに
＜＜、また、駆動力に対する抵抗力が発生したとしても
その影響が小さいので、外乱に強く、常に安定した動作
性を保つことができるようになる。

また、制御弁が振動や衝撃などの機械的な外乱の影響を
受けにくいため、制御弁の取付の方向が限定されないか
ら機器の配置が容易になり、設計から保守までの広い範
囲にわたって工数の削減を図ることができる。

従って、本発明によれば、振動や衝撃などの機械的な外
乱の影響を受けにくく、常に安定した圧延性能を保つこ
とのできる圧延機の流体圧制御装置を実現することがで
きる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図ないし第５図を用いて
説明する。本実施例は、本発明による圧延機の流体圧制
御装置における制御弁の弁部の一例を示すロータリ弁の
一実施例である。

まず、第１図を用いて本実施例の制御弁の構造を説明す
る。

弁体ｌはケーシング２および３によってスペーサ４とと
もにはさまれるように設けられており、スペーサ４の厚
さは弁体１の軸方向の厚さよりも所定の厚み差だけ厚く
成形されている。また、弁体１の端面からは軸５，６が
突出しており、ケーシング２，３に設けた軸穴７，８と
の間でラジアル軸受を構成している。従って、弁体１は
、ケーシング２，３およびスペーサ４に対して回動中心
軸９を中心として回動可能に設けられている。そして、
弁体１には、回動中心軸９と平行な円筒穴１０よび貫通
部１１．１２が設けられている。一方、ケーシング２お
よび３には、弁体１の円筒穴１０の内径と同等の外径に
成形されたスリーブ１３および１４と、スリーブ１３お
よび１４によって互いに分層されるように構成された流
路１５゜１６および１７，１８がそれぞれ設けられてお
り、ケーシング２において、スリーブ１３の内径部には
制御ポート１９が、流路１５には供給ポート２０が、ま
た流路１６には排出ポート２１がそれぞれ接続されてい
る。また、流路１５と１７は貫通部１１を介して、流路
１６と１８は貫通部１２を介してそれぞれ連通するよう
に構成されている。

さらに、弁体１の両面にはポケット２２および２３がそ
れぞれ設けられ、ポケット２２．２３にはそれぞれ絞り
２４および２５を介して供給ポート２０に連通ずる貫通
部１１から高圧が導かれており、ケーシング２，３の端
面との間でスラスト静圧軸受を構成している。

次に、第２図ないし第５図を用いて本実施例の制御弁の
作用を説明する。

第２図および第３図は中立状態、すなわち弁が閉じてお
り作動流体の流れが停止している状態を示す。この状態
では、円筒穴１０の内縁がスリーブ１３および１４の外
縁と一致しているため、制御ポート１９は供給ポート２
０、排出ポート２１のいずれとも隔てられており、作動
流体の流れは停止している。

いま、弁体１に駆動力のモーメントが作用し、弁体１が
矢印２６の向きに回動したとすれば、弁部は第４図およ
び第５図に示す状態となり、弁体１の両側に、円筒穴１
０の内縁とスリーブ１３および１４の外縁、および流路
１５と１７の内外縁によって囲まれる開口部２７．２８
が現れ、これらが制御オリフィスとなる。従って、制御
ポート１９は制御オリフィス２７．２８を介して供給ボ
ート２０と接続され、作動流体は図中の矢印で示すよう
に供給ボート２０から制御ポート１９へと流れる。また
、逆方向の駆動力のモーメントが作用し弁体１が矢印２
６と反対の向きに回動したとすれば、制御ポート１９は
排出ポート２１と接続され、作動流体は制御ポート１９
から排出ポート２１へ流れる。そして、制御オリフィス
の開口面積は弁体１の角変位量に比例し、この開口面積
に比例して出力流量が決まるから、正逆連続可変の３方
弁として機能する。

さて、いま、この制御弁を用いた圧延機において、振動
や衝撃などの機械的な外乱が発生し、この外乱に起因す
る異常な力が制御弁に作用したとすると、制御弁の内部
ではケーシング２，３から弁体１へと力が伝わる。その
際、まず、軸穴７゜８から軸５，６へ伝わる力は、回動
中心軸９を通るラジアル力となるので弁体１の位置を動
かせるような大きな力のモーメントとはならず、また。

この力によってラジアル軸受部での摩擦抵抗が増すが、
軸５，６の半径が小さいのでこの摩擦抵抗力のモーメン
トは駆動力のモーメントに比べれば小さなものであり、
制御弁の動作性を悪化させるほどの悪影響は生じない。

一方、ケーシング２あるいは３から弁体１の端面へ外乱
に起因するスラスト力も伝わるが、本実施例においては
、弁体１の両面にポケット２１．２２と絞り２３．２４
で構成されるスラスト静圧軸受が設けられているので、
スラスト力が作用しても静圧軸受の剛性によって弁体１
とケーシング２，３の間には流体の膜が保たれ、弁体１
の動作性を悪化させるような大きな摩擦抵抗を生ずるこ
とはない。

従って、本実施例によれば、振動や衝撃などの機械的な
外乱の影響を受けにくい制御弁を得ることができるので
、これを圧延機の流体圧制御装置に用いれば、制御弁の
取付の方向が限定されない上、外乱に強く、常に安定し
た圧延状態を保つことができるようになる。

次に、本発明の他の実施例を第６図ないし第９図を用い
て説明する。本実施例は、第１図ないし第５図に示した
実施例のロータリ弁を弁部に用いた直動形ロータリ・サ
ーボ弁を使用して圧延機の圧下装置を構成した一実施例
である。

直動形ロータリ・サーボ弁の弁部の基本的な構造および
作用は第１図ないし第５図に示した実施例と同様である
。ただし、本実施例では、弁体１の形状を、排出ポート
２１に連通する流路１６および１８に対向する部分を取
り除き、供給ボート２０に連通する流路１５，１７と、
制御ポート１９に連通ずるスリーブ１３．１４とを覆う
形状とすることによって、弁体１の低慣性化を図ってい
る点が異なる。

そして、弁体１の軸６には円板状の可動子３０が一体的
に結合されており、可動子３０はヨークを兼ねるケーシ
ング３とケーシング３に固定された磁石３１によって所
定の間隙を持って回動可能に挟設されている。第８図に
示すように、可動手３０上には角度α毎に円周方向に交
互に巻方向が替わるように構成された複数の巻線３２が
設けられており、これと同様に磁石３１の各種の極性も
角度α毎に円周方向に交互に替わるように構成されてい
る。そして、弁体１と可動子３０とは、弁部の中立状態
において、巻線３２の各種の境目と磁石３１の各種の境
目とが互いに角度α／２だけずれるように結合されてい
る。

従って、巻線３２に電流を流したときに発生する電磁力
はすべて同じ向きのモーメントを生ずるように作用し、
この駆動力のモーメントによって弁体１を直接回動させ
て制御オリフィスの開口面積を変化させ、弁体１の角変
位量に比例した流量を出力するように構成されている。

すなわち、直動形の３方弁を構成している。

さらに、磁石３１の背面には角変位検出器３３が設けら
れており、その検出軸は弁体１および可動子３０に結合
されている。従って、可動子３゜上の巻線３２に発生し
た電磁力によって弁体１および可動子３０が回動すると
角変位検出器３３によって可動部の角変位量が検出され
角変位信号３４が出力される。そして、この角変位信号
を制御装置にフィードバックして電気的に弁体１の位置
決めを行なうようにし、サーボ弁として機能するように
構成されている。

さて、圧延機４ｏには、圧延材４１に圧延荷重を与え、
かつ、作業ロール４２ａ、４２ｂの位置を制御するため
の手段として圧下ジヤツキ４３が設けられており、高圧
の作動流体を供給する液圧源４４と圧下ジヤツキ４３の
闇には第６図ないし第８図に示した直動形ロータリ・サ
ーボ弁４５が設けられている。また、圧下ジヤツキ４３
には変位検出器４６が設けられており、その出力変位信
号４７は主フイードバツク信号として制御装置４８にフ
ィードバックされている。そして、制御装置４８は、変
位信号４７と目標値４９とを比較してその椰差を増幅し
、制御指令５０を直動形ロータリ・サーボ弁の可動子３
ｏ上の巻線３２に与えるように構成されている。さらに
、制御装置４８には、直動形ロータリ・サーボ弁４５の
角変位検出器３３が出力したサーボ弁可動部の角変位信
号３４もフィードバックされており、この角変位信号３
４は制御装置４８の手前で分岐して、一方はそのまま角
変位信号としてフィードバックされて弁体１の位置決め
を行うために用いられ、また、他方は微分器５１によっ
て微分されてサーボ弁可動部の角速度信号としてフィー
ドバックされ、速度帰還を行うことによってサーボ弁可
動部の運動に適度な減衰を与えて安定化するために用い
られている。

従って、本実施例によれば、前述の実施例に示したロー
タリ弁と同様に、圧延材かみ込み時のような衝撃力や振
動などの機械的な外乱が作用し、この外乱に起因する異
常な力が発生したとしても、直動形ロータリ・サーボ弁
４５の弁体１の位置が変動したり、大きな摩擦抵抗が生
じて動作性が低下したりするような悪影響がなく、常に
安定した制御性能が保たれるので、常に良好な圧延状態
を保つことができるようになる。

その上、サーボ弁が外乱に強いので取付の方向が限定さ
れないから、機器の配置が容易になり、特に、マニホー
ルドや配管の形状が簡単になるため、設計、農作、据付
、保守が容易になる。

尚、以上示した実施例の制御弁の弁部は３方弁の例であ
るが、４方弁の一方の制御ポートのみを用いる構成とし
ても良く、あるいは、半径流式など他の形式のロータリ
弁でも良い。

また、制御弁の能動部に円筒状や円錐状の可動子を用い
る構造の直動形ロータリ・サーボ弁としても良く、ある
いは、パイロット弁を用いる多段サーボ弁としても良い
。

さらに、制御弁の減衰付与方法は、速度検出器を設けて
その出力信号によって速度帰還を行う方法でも良く、ま
た、可動子のまわりの空間に粘性流体を満たしてその粘
性抵抗を利用する方法や、あるいは、それらを組み合わ
せて用いる方法でも良い。

また、以上示した実施例は本発明を圧延機の圧下装置に
適用した例であるが、圧延機本体中の他の流体圧制御装
置に適用しても良く、あるいは、圧延機の前後設備など
他の圧延設備機器に適用しても良い。

これらのようにしても、以上示した実施例と同様の効果
を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の圧延機の流体圧制御装置
によれば、制御弁をロータリ弁としているので、振動や
衝撃などの機械的な外乱が作用しても制御弁弁部の弁体
の位置が変動しにくい上、動作性を悪くするような抵抗
力も生じ（こくいため、システムに異常な動作が発生し
たり、動作性が低下したりすることがなくなり、外乱に
強く、常に良好かつ安定した圧延状態を保つことができ
るようになる。従って、常に良質の圧延製品を得ること
ができ、品質が向上する、歩留まりが向上するなどの効
果も得られる。

また、制御弁の取付の方向が限定されないので機器の配
置が容易になり、設計から保守に至るまで広い範囲にわ
たって工数を削減することができる。

このように１本発明によれば、技術上の効果だけでなく
、経済上も大きな効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による圧延機の流体圧制御装置における
制御弁の弁部の一実施例を示すロータリ弁の斜視図、第
２図は第１図の中立状態を示すＡ−Ａ線矢視図、第３図
は第２図のＢ−Ｂ線において展開した展開断面図、第４
図は第１図の開口状態を示すＡ−Ａ線矢視図、第５図は
第４図のＣ−Ｃ線において展開した展開断面図、第６図
は本発明による圧延機の圧下装置における直動形ロータ
リ・サーボ弁の構成を示す斜視図、第７図は第６図を組
立だ状態を示すＤ−Ｄ線断面図、第８図は第６図の駆動
部の構成を示す図、第９図は第６図の直動形ロータリ・
サーボ弁を用いた圧延機の圧下装置の一実施例を示す図
である。 １・・・弁体、２，３・・・ケーシング、３０・・・可
動子、４０・・・圧延機、４１・・・圧延材、４２ａ、
４２ｂ・・・作業ロール、４３・・・圧下ジヤツキ、４
４・・・液圧隷、４５・・・直動形ロータリ・サーボ弁
、４８・・・制御装瑞　１　　記 ｖｌ１２　　凹 ／ｑ ￥Ｊ　３　Ｅ 第　４−　圀 第　、５″　国 塙　７　ロ 第　′１　　己

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧延機の流体圧シリンダと、該流体圧シリンダの運
   動を制御する制御弁と、該制御弁に高圧の作動流体を供
   給する液圧源と、前記制御弁に制御指令を与える制御装
   置とを備えた圧延機の流体圧制御装置において、前記制
   御弁は、ケーシングと、該ケーシング内に回動可能に設
   けられた弁体とを有し、前記ケーシングと前記弁体との
   相対運動によって作動流体の流れを制御するロータリ弁
   であることを特徴とする圧延機の流体圧制御装置。 ２、請求項１記載の圧延機の流体圧制御装置において、
   前記ロータリ弁はロータリ・サーボ弁であることを特徴
   とする圧延機の流体圧制御装置。 ３、請求項１または請求項２記載の圧延機の流体圧制御
   装置において、前記ロータリ弁は、前記ケーシングに固
   定された固定子と、前記弁体の一部に一体的に結合され
   た可動子を有する駆動手段を備え、該可動子上に発生す
   る電磁力によって弁体を直接駆動する直動形ロータリ・
   サーボ弁であることを特徴とする圧延機の流体圧制御装
   置。 ４、作業ロールを介して圧延材に圧延荷重を与えるとと
   もに該作業ロールの位置を制御する圧下ジャッキと、該
   圧下ジャッキの運動を制御するサーボ弁と、該サーボ弁
   に高圧の作動流体を供給する液圧源と、前記サーボ弁に
   制御指令を与える制御装置とを備えた圧延機の圧下装置
   において、前記サーボ弁は、ケーシングと、該ケーシン
   グ内に回動可能に設けられた弁体とを有し、前記ケーシ
   ングと前記弁体との相対運動によって作動流体の流れを
   制御するロータリ・サーボ弁であることを特徴とする圧
   延機の圧下装置。 ５、請求項４記載の圧延機の圧下装置において、前記ロ
   ータリ・サーボ弁は、前記ケーシングに固定された固定
   子と、前記弁体の一部に一体的に結合された可動子を有
   する駆動手段を備え、該可動子上に発生する電磁力によ
   って弁体を直接騒動する直動形ロータリ・サーボ弁であ
   ることを特徴とする圧延機の圧下装置。