JP2011088189A - 圧延材張力制御装置および圧延材張力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延材のロール巻付け角および圧延材の荷重変動という過渡的状態で検出する場合の問題を解決し、測定精度が向上することによって精度の高い所望の一定張力制御を行う。
【解決手段】圧延材の板長さが変化すると、揺動角度の変化に対応することによって圧延材のたるみの大きさが首振りダンサーによって測定され、たるみ値を制御信号として導入した速度制御用の駆動機の駆動力によって圧延材の板長さが制御され、回転軸を介して一対のダンサーロール回転軸を中心としての揺動運動が制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧延材を圧延する時に用いる圧延材張力制御装置および圧延材張力制御方法に関する。

冷間の圧延システムでは、圧延機を挟んで圧延機の入口側および出口側に電動、電気又は油圧で駆動されるルーパと呼ばれる圧延材張力制御装置が備えられる。

熱間の連続式圧延システムでは、圧延スタンドと圧延スタンドとの間に圧延材張力制御装置が備えられる。

これらの圧延材張力制御装置を備えることによって圧延材に所望の張力が常に付与されると共に、圧延機の速度を一定に保つ制御が行われている。

これらの圧延材張力制御装置では、通過する圧延材の張力を張力測定装置に測定し、その張力値に基づいて圧延材の張力を調整することが行われる。

特許文献１には、定置された軸受を中心に揺動可能である片腕状支持レバーの自由端に測定ローラを支承した張力測定装置が記載されている。

特許文献２には、張力測定装置が、圧延材に当接させる当接ローラと、この当接ローラに圧延材に加わる荷重を検出する荷重センサと、当接ローラを上下動させる昇降手段によって構成された例が記載されている。

特許文献３には、圧延材を一対の固定ローラと可動ローラを用いて、帯片貯蔵および駆動手段を用いて緊張増加することが記載されている。

特許文献４には、２つの固定ロールと、１つの可動ロールとを備えた張力調整装置が記載されている。

特公平７−６３７４６号公報 特開平６−１１４４２５号公報 特開２００４−３４４９７４号公報 特開２００９−９５８４８号公報

従来の張力測定装置にあっては、圧延材には、揺動もしくは上下方向に直動する一つの当接ローラが圧延材に当接する構成が採用されている。

当接ローラを上下方向に直動させる当接ローラ採用の場合には、当接ローラの上下動に伴って圧延材のロール巻付角が連続的に変動するため、その巻付角の変動による補正を張力検出値に対して必要がある上に、このような過渡的状態で検出する張力検出値には精度的にも問題がある。

一方、一つの当接ローラが揺動して圧延材に当接する場合には、圧延材のロール巻付け角による補正という問題は解消されるものの、当接ローラに圧延材の重量が荷重としてかかり、荷重変動による補正を張力検出値に対して行う必要がある上に、このような過渡的状態で検出する張力検出値には精度的にも問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みて圧延材のロール巻付け角および圧延材の荷重変動という過渡的状態で検出する場合の問題を解決し、測定精度を向上させることによって精度の高い所望の一定張力制御を行うことを目的とする。

本発明は、圧延スタンドの入口側、または圧延スタンドの出口側に配設され、圧延材の張力値に基づく駆動機による圧延材の速度制御を行うことにより、圧延材の張力制御を行う圧延材張力制御装置において、
圧延材の速度制御用の駆動機と、
他の駆動機に連結されて回転される回転軸と、
該回転軸に固定され、該回転軸を中心にして対称形状をなして該回転軸を中心として揺動運動するダンサーアームおよび同一形状をなして、前記回転軸を中心として前記ダンサーアームの対称位置にあるそれぞれの自由端部に配設され、圧延材がＳ字状もしくは逆Ｓ字状に巻き掛けられる一対のダンサーロールを備えた首振りダンサーと、
前記回転軸に取り付けられた揺動角度測定手段、とからなり、
圧延材の板長さが変化すると、揺動角度の変化に対応することによって圧延材のたるみの大きさが測定され、たるみの大きさに対応した前記速度制御用の駆動機の駆動力によって圧延材の板長さが制御され、前記首振りダンサーの前記回転軸を中心としての揺動運動が制御されること
を特徴とする圧延材張力制御装置を提供する。

本発明は、また、前記圧延材の速度制御用の電動機が、圧延材の巻出し速度あるいは巻取り速度、あるいは圧延速度を制御することを特徴とする圧延材張力制御装置を提供する。

本発明は、また、前記圧延材張力制御装置が、圧延スタンドの入口側と圧延機巻出機の間、および圧延スタンドの出口側と圧延材巻取機との間に、あるいは圧延スタンド間に配設されることを特徴とする圧延機システムを提供する。

本発明は、圧延スタンドの入口側と圧延材巻出機との間、または圧延スタンドの出口側と圧延材巻取機との間に配設され、電動機に対する速度制御を行うことにより、圧延材の張力制御を行うものであって、
圧延材の速度制御用の電動機と
他の電動機に連結されて回転される回転軸と、
該回転軸に固定され、該回転軸を中心にして対称形状をなして該回転軸を中心として揺動運動するダンサーアームおよび同一形状をなして、前記回転軸を中心として前記ダンサーアームのそれぞれの端部に配設され、圧延材がＳ字状もしくは逆Ｓ字状に巻き掛けられる一対のダンサーロールを備えた首振りダンサーと、からなる圧延材張力制御装置による圧延材張力制御方法において、
圧延材の板長さに変化すると、揺動角度の変化に対応することによって圧延材のたるみの大きさが測定され、たるみの大きさに対応した駆動力が前記速度制御用の電動機に与えられて、該電動機が圧延材の速度制御を行うことによって、圧延材の張力一定制御が行われ、前記首振りダンサーの前記回転軸を中心としての揺動運動が制御されること、
を特徴とする圧延材張力制御方法を提供する。

以上のように、本発明は、同一形状をなして、前記回転軸を中心として前記支持部材の対象位置にあるそれぞれの自由端にロールを設けて、圧延材がＳ字状もしくは逆Ｓ字状に巻き掛けられるようにした首振りダンサーを用いているので、圧延材のロール巻付け角度および圧延材の荷重変動という過渡的状態で検出する場合の問題が解決され、圧延材の長さの変動、すなわち張力についての測定精度が向上することによって精度の高い所望の一定張力制御を行うことのできる圧延材張力制御装置および圧延材張力制御方法を提供することができる。

本発明の実施例である圧延機システムの概略を示す図。 本発明の実施例である圧延材張力制御装置の構成を示す図。 図の側面図。 揺動状態を示す図。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例である圧延機システムの概略構成を示す。

図１において、圧延機システムは、圧延機１、圧延前の圧延材の巻出機２、圧延後の圧延材の巻取機３、圧延機１の入口側、例えば圧延機１と巻出機２との間に配設され、圧延材の長さが長くなって発生したたるみの大きさに対応して首振り揺動する首振りダンサー４と、圧延機１の出口側、例えば圧延機１と巻取機３との間に配設される圧延材の首振りダンサー４Ａと、を備えた圧延機張力制御装置１００から構成され、巻出機２から巻出された圧延材５は圧延機１を通過し、所望の形状に圧延され、最終的に巻取機３によって巻取られる。巻出機２と巻取機３との間には適宜、案内ロール６が設けられる。なお、巻戻しするリバース圧延の時には、巻出機が巻取機に、巻取機が巻出機になる。巻取機、巻出機は巻戻機と呼ばれる場合もある。巻出機２および巻取機３にはそれぞれ速度制御用の駆動機（例えば、電動、空気又は油圧で駆動される駆動機。本例の場合、電動機。以下、電動機を例にとって説明する。）が接続される。

巻出機２と圧延機１との間を搬送される圧延材５の板長さ変動は首振りダンサー４が備える後に詳述するたるみ計測手段７によって計測され、たるみの大きさに対応して電動機である電動機８が速度制御される。従って、たるみの大きさ計測と圧延材の長さ変動計測とは同義である。電動機８の速度制御に伴って圧延材の速度が制御されて、圧延材の速度制御がなされて、これによって入口側および出口側の双方で圧延材の張力一定制御がなされることになる。電動機８によるたるみ制御すなわち、圧延機の長さ制御に加えて、得られたたるみ信号に対応させて圧延機に連結した電動機１２、１３による速度制御を行うようにしてもよい。

“たるみ”は張力の大きさとなって現われる。従って、ここではたるみは張力と読み替えることができ、たるみの大きさ測定は、張力測定と同義となる。また、ここで計測することは、計測値として数値に現わす場合と、数値化しない場合であって、物理的、機械的位置に対応することの双方が含まれる。

圧延システムを構成する圧延機１の出口側に配設される首振りダンサー４Ａは、首振りダンサー４と同一の構成で、同一の作用をなすので、以下首振りダンサー４について説明し、首振りダンサー４Ａについてはその説明を援用するものとし、必要に応じ首振りダンサー４Ａに言及する。なお、首振りダンサー４Ａの各構成については首振りダンサー４の構成に対応して“Ａ”を付ける。

圧延システムを構成する圧延機１は、通常よく知られているように、一対の圧延ロール９とこれを収納する圧延スタンド１０および駆動装置（図示せず）から構成される。圧延ロール９には、中間ロール、更には補強ロール等のバックアップロールが設けられる場合があるが、圧延機１の構成についてはよく知られており、これ以上言及しない。

図２および図３は、首振りダンサー４の詳細を示し、図２はその正面図、図３は側面図を示す。

これらの図において、首振りダンサー４は、上述したように、ポテンショメータで構成されるたるみに対応して揺動し、首振りするたるみ揺動装置７（以下、ポテンショメータ７として説明する場合がある。）に連結される。また、首振りダンサー４は、電動機１１に直結される。

首振りダンサー４は、回転軸１５と、この回転軸１５の両側に固定され、この回転軸１５を中心にして対称形状をなして回転軸１５を中心として、一定範囲における回転、すなわち揺動運動するダンサーアーム（支持部材）１８、１９と、同一形状をなして、固定軸である回転軸１５を中心としてダンサーアーム１８、１９の対称位置にあるそれぞれの自由端部２０、２１に配設された一対のダンサーロール１６、１７を備える。首振りダンサー４は、この中心部を中心としての回転運動によって振動し、首振りをして、いかにもダンスをしているような挙動を呈することになる。ダンサーアーム１８、１９は図に示すように自由端部狭小とされた菱形形状をなす。ダンサーアーム１８，１８Ａの形状は菱形に限定されず、矩形状その他の形状であってもよく、一対のダンサーロールを固着する形状であり、中央部で回転可能な形状であれば足りる。ここでは、中心軸を中心として上下で対称に揺動する。そして、この揺動が、回転軸１５を中心として上下で対称に揺動するという特徴がある。なお、ダンサーアームおよびダンサーロールをそれぞれ揺動アームおよび揺動ロールと読み替えることができる。

圧延材５は、一対のダンサーロール１６、１７に、たすけ掛けにＳ字状もしくは逆Ｓ字状に巻き掛けられる。

圧延建屋（図示せず）には、架台２１が設けられ、この架台２１の左側には、先端ブラケット２２が、そして右側には駆動部架台２３が載置される。先端ブラケット２２には支持部材２４が取付けられ、駆動部架台２３の上には他の支持部材２５が取り付けられる。

回転軸１５は、軸受（図示せず）を介在して支持部材２４、２５に取付けられ、保持される。従って、ダンサーアーム１８、１９は回転軸１５の双方両側のそれぞれにおいて、回転軸１５の主要構成部と支持部材２４、２５との間に介在することになる。

ダンサーアーム１８、１９はその中央部を回転軸１５に固定され、自由端部２０、２１にダンサーロール１６、１７を軸受（図示せず）を介して支持する構成であるので、回転軸１５を中心としてダンサーロール１６、１７の長手方向に対して直角方向に上下対称に揺動することができる。すなわち、首振りダンサー４は回転軸を中心として揺動する。

駆動部架台２３の上側には上述の支持部材２５に加えて、一対のクラッチブラケット２７および電動機架台２８が載置、取り付けてある。電動機架台２８の上に電動機８が取り付けられる。電動機８の回転軸は一方向に一定速度で回転する。回転軸１５の右側で支持部材２５の右側において、回転軸１５の延長部３１にはポテンショメータ７を取り付けるポテンショメータ取り付け２９が取り付けてある。このように、ポテンショメータ７は、たるみ揺動装置としての首振りダンサー４に回転軸１５を介して取り付けられ、ダンサーロール１６、１７の揺動角度に対応した回転動作することができ、一種の揺動角度測定手段（揺動角度検出器）として機能する。ポテンショメータ７によって揺動角度が揺動角度信号として取り出される。

圧延材５は、上述したように一対のダンサーロール１６、１７にたすけ掛けにＳ字状もしくは逆Ｓ字状に巻き掛けられているために、圧延材５に作用する圧延材の質量に伴う重量作用は中央の中心軸を中心にして回転する上下の配置の一対のダンサーロール１６、１７によって相殺され、重量作用を排除した揺動角度がポテンショメータ７によって測定される。そして、このＳ字状もしくは逆Ｓ字状の巻き掛けによって圧延材のロール巻付け角はほぼ一定となり、巻付け角の変動に伴う補正を行なうことを特に要しないことになる。

一対のクラッチブラケット２７の間で回転軸１５の延長部３１にクラッチ３０が取付けられる。このクラッチ３０は、首振りダンサー４の回転トルクを制御する張力を発生させる。この制御によって巻取り張力が設定される。クラッチとしてパウダクラッチを使用することによって１００％スリップさせることが可能になる。回転軸１５の延長部３１と電動機１１の回転軸３２とはカップリング３３によって結合される。電動機１１の回転力によって圧延材５には引っぱり力が付与され、回転軸１５の揺動に伴う揺動がダンサーアーム１８、１８Ａの揺動角度として現われることになる。

以上に説明した構成において、圧延機１に圧延に基因してあるいは巻出機２、巻取機３その他の原因に基因して圧延材５の板長さに変動が生じると、変動板長さに対応するために、図４に示すように一対のダンサーロール１６、１７は一定回転の電動機１１の作用によって回転軸１５を中心として時計回り方向、反時計回り方向に回転、揺動する。

本実施例の場合、最大揺動角度は±４０°に設定される。この揺動角度に対応してポテンショメータ７は回転軸１５と共に回転、揺動し、揺動角度に対応した精度のよい角度信号を生成する。この角度信号はたるみ張力値と対応づけてあり、角度信号はたるみ値、たるみ信号として出力される。最大揺動角度は、４０°近辺で適宜、定めることができる。首振りダンサー４Ａについても同様である。

検出されたたるみ大きさ信号は、電動機８の回転制御装置（図示せず）に制御信号とし、この制御信号に対応して電動機８の駆動力が巻出機２あるいは／および巻取機３にそれぞれ与えられ、巻出し速度、巻取り速度が制御される。これによって、たるみおよび首振りダンサー４、４Ａの揺動運動が制御される。

例えば、張力が所定の張力より小さくなって、たるみが大きく発生して、図３において、時計方向すなわち巻取機３の方向に揺動したとすると、たるみを減少させ、張力を強める方向、すなわち反時計方向に電動機８の回転制御によって、一対のダンサーロール１６、１７を揺動させると圧延材５のたるみは減少し、一対のダンサーロール１６、１７は回転軸１５を中心として反時計方向に回転し、初期の正立した位置すなわち中立点に戻り、張力一定制御がなされる。たるみが所定のたるみよりも大きくなった場合には、上述と逆の作用とされ、首振りダンサー４、４Ａは正立した位置に戻される。

図３において、Ｘ−Ｙ間の圧延材が緩んだとき、ダンサーローラー１６、１７はＢの方に回転する。

この時、電動機１１は一定で回転している。パウダークラッチ３０は張力を発生させ、必要以上のトルクはスリップさせる。このとき張力は変化しない。

ポテンショメータ７により、角度変化信号は巻取機３に送られ巻取機３の回転速度をあげ、ダンサーローラー１６、１７が中立に来るようにさせる。

Ｘ−Ｙ間の圧延機が張ったとき、ダンサーローラー１６、１７はＡの方に倒れる。

電動機１１の回転は変化しない。パウダークラッチ３０のスリップ量が増え、張力は変化しない。ポテンショメータ７の角度変化指令により、巻取機３のモーター回転数を減じ、ダンサーローラー１６、１７を中立点に戻すことがなされる。

このようにして、圧延材５の板長さが変化すると、測定精度のよい揺動角度の測定によって圧延材のたるみの大きさが測定され、このたるみ値を制御信号として導入した速度制御用の電動機８によって回転軸１５を介して一対のダンサーロール１６、１７の回転軸１５を中心として精確に揺動運動が制御させて、以って圧延材の張力一定制御が行われることになる。

そして、圧延材５のたるみが計測されてたるみの大きさが変化すると張力値が測定され、張力信号が速度制御用の電動機８に与えられて、この電動機８が速度制御を行うことによって、一対のロール１６、１７の回転軸１５を中心としての揺動運動が制御され、圧延材の張力一定制御が行われることになる。

１…圧延機、２…巻出機、３…巻取機、４…首振りダンサー、５…圧延材、６…案内ローン、７…ポテンショメータ（揺動角度測定手段、張力測定手段）、８…速度制御用の電動機（駆動機）、１１…他の電動機、１５…回転軸、１６，１７…ダンサーロール、１８、１９…ダンサーアーム、３０…クラッチ（パウダークラッチ）、１００…張力制御装置。

Claims (4)

1. 圧延スタンドの入口側、または圧延スタンドの出口側に配設され、圧延材の張力値に基づく駆動機による圧延材の速度制御を行うことにより、圧延材の張力制御を行う圧延材張力制御装置において、
   圧延材の速度制御用の駆動機と、
   他の駆動機に連結されて回転される回転軸と、
   該回転軸に固定され、該回転軸を中心にして対称形状をなして該回転軸を中心として揺動運動するダンサーアームおよび同一形状をなして、前記回転軸を中心として前記ダンサーアームの対称位置にあるそれぞれの自由端部に配設され、圧延材がＳ字状もしくは逆Ｓ字状に巻き掛けられる一対のダンサーロールを備えた首振りダンサーと、
   前記回転軸に取り付けられた揺動角度測定手段、とからなり、
   圧延材の板長さが変化すると、揺動角度の変化に対応することによって圧延材のたるみの大きさが測定され、たるみの大きさに対応した前記速度制御用の駆動機の駆動力によって圧延材の板長さが制御され、前記首振りダンサーの前記回転軸を中心としての揺動運動が制御されること
   を特徴とする圧延材張力制御装置。
2. 請求項１において、前記圧延材の速度制御用の電動機が、圧延材の巻出し速度あるいは巻取り速度、あるいは圧延速度を制御することを特徴とする圧延材張力制御装置。
3. 請求項１に記載した圧延材張力制御装置が、圧延スタンドの入口側と圧延機巻出機の間、および圧延スタンドの出口側と圧延材巻取機との間に、あるいは圧延スタンド間に配設されることを特徴とする圧延機システム。
4. 圧延スタンドの入口側と圧延材巻出機との間、または圧延スタンドの出口側と圧延材巻取機との間に配設され、電動機に対する速度制御を行うことにより、圧延材の張力制御を行うものであって、
   圧延材の速度制御用の電動機と
   他の電動機に連結されて回転される回転軸と、
   該回転軸に固定され、該回転軸を中心にして対称形状をなして該回転軸を中心として揺動運動するダンサーアームおよび同一形状をなして、前記回転軸を中心として前記ダンサーアームのそれぞれの端部に配設され、圧延材がＳ字状もしくは逆Ｓ字状に巻き掛けられる一対のダンサーロールを備えた首振りダンサーと、からなる圧延材張力制御装置による圧延材張力制御方法において、
   圧延材の板長さに変化すると、揺動角度の変化に対応することによって圧延材のたるみの大きさが測定され、たるみの大きさに対応した駆動力が前記速度制御用の電動機に与えられて、該電動機が圧延材の速度制御を行うことによって、圧延材の張力一定制御が行われ、前記首振りダンサーの前記回転軸を中心としての揺動運動が制御されること、
   を特徴とする圧延材張力制御方法。

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