JP3179258B2 - 金属薄板処理ラインのデフレクターロール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属薄板処理ラインに
おいて、金属薄板に当接して金属薄板の進行方向を面外
に変更するために設置されたロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明では、上記のような金属薄板に当
接して金属薄板の進行方向を面外に変更するロールをデ
フレクターロールと総称することにするが、このような
ロールは、圧延工程、酸洗工程、電気清浄工程、連続焼
鈍工程、調質工程、表面処理工程、レベラー工程、トリ
ム工程等、ほとんどすべての金属薄板処理工程に採用さ
れており、金属薄板を所定の方向に滑らかにガイドする
ことの他、金属薄板に加える張力を測定したり、次工程
との金属薄板の長さを調整するためのルーパ機能を与え
ること等がその主要目的となっている。このような目的
を達成するため、デフレクターロールには、その位置の
制御機能や荷重の測定機能等が付加される場合が多い
が、基本的には１本のロールに金属薄板を所定の角度だ
け巻き付けることによって金属薄板の進行方向を面外に
変更する機能を果たしている。

【０００３】特開昭５８−４７５１５号公報には、金属
薄板の進行方向を面外に変更する別の方法として横穴状
態のタイトコイルを縦穴状態のルースコイルにする方法
が開示されているが、この方法は板面のねじりを伴い、
さらに進行方向変更にはかなり大きなスペースが必要と
されるため、その適用は特殊な用途に限定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のデフレクターロ
ールでも、ロール直径に比べて板厚が十分に小さいか、
または金属薄板に負荷される張力が十分に小さい場合
は、金属薄板は弾性変形の範囲で曲げられるのみであり
問題は生じない。しかしながら、ロール直径に比べて板
厚が大きくなり、さらに張力も大きくなった場合では、
金属薄板に発生する曲げ応力が降伏応力を超え、曲げの
塑性変形を受ける。このとき、しばしば曲げの塑性変形
が不均一となり金属薄板にほぼ一定ピッチのうねりを発
生することがある。このような平坦度不良は、砥石をか
けて初めて検出されるような微小なうねりの場合も含め
て金属薄板の重大な品質不良となる場合が多い。特に、
金属薄板が、引張試験時に明瞭な上降伏点と下降伏点を
示しリューダースひずみを生じる性質を有する場合に
は、曲げひずみが局部的に集中し、いわゆる“腰折れ”
という目視観察でも明らかな平坦度不良を発生する場合
が多くなる。

【０００５】このような問題を避けるには、デフレクタ
ーロールの直径をより大きなものに変更するか、金属薄
板に加える張力を小さくして、金属薄板が曲げの塑性変
形を受けないようにすればよいと思われる。しかしなが
ら、一般に一つの薄板処理ラインで処理する金属薄板の
板厚は一種類ではなく、すべての板厚の金属薄板が塑性
変形を生じないような大径のデフレクターロールを選択
することは不経済であり、また設備の設置スペースの関
係上不可能な場合も多い。また、張力についても、あま
りに張力を小さくすると金属薄板の通板トラブルとなる
場合があるので、これによる問題解決にも限度がある。

【０００６】特開昭６１−１９９５１６号公報には、図
８に示すような矯正ロール１６を用いてステンレス鋼帯
７に０．５％以上の伸びを与えて形状矯正を実施する方
法が開示されているが、これはその前工程である圧延時
に発生した形状不良を矯正する手法であり、本発明で問
題としているような、デフレクターロールで発生する平
坦度不良の発生を未然に防止するものではない。さら
に、たとえ図８の入側デフレクターロール１で発生した
平坦度不良が矯正ロール１６で矯正されたとしても、出
側デフレクターロールで再度平坦度不良が発生する可能
性が高く、本発明で問題としているデフレクターロール
近傍で発生する平坦度不良の根本的解決策とはなり得な
い。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は従来
のデフレクターロールの以上のような問題を解決するも
のであり、その第一の要旨は、金属薄板に曲げ変形を与
え、その進行方向を面外に変える機能を有するデフレク
ターロールであって、金属薄板の曲げ剛性を無視して幾
何学的に一意に決められる出側パスラインと該デフレク
ターロール表面との仮想的接点よりも出側に位置し、出
側パスラインを該デフレクターロール側に押し込む位置
に設定された少なくとも２本の押さえロールを有し、か
つ該２本の押さえロールは、金属薄板の進行方向に別個
の位置で該金属薄板に接触することを特徴とする金属薄
板処理ラインのデフレクターロールであり、第二の要旨
は、金属薄板に曲げ変形を与え、その進行方向を面外に
変える機能を有するデフレクターロールであって、金属
薄板の曲げ剛性を無視して幾何学的に一意に決められた
出側パスラインと該デフレクターロール表面との仮想的
接点よりも出側に位置し、かつ金属薄板に接触して出側
パスラインを該デフレクターロール側に押し込む位置に
設定された少なくとも３本の押さえロールを出側に有
し、その内側の押さえロールが、外側の押さえロールに
対して相対的に、出側パスラインに垂直な方向の位置を
変更できるように構成されたことを特徴とする金属薄板
処理ラインのデフレクターロールにある。

【０００８】以上の本発明の作用について説明する前
に、上記のデフレクターロールで金属薄板が曲げの塑性
変形を受ける場合、何故、塑性変形の不均一を生じ、う
ねりや“腰折れ”等の品質不良を起こすのかについて考
察する。

【０００９】まず板材が曲げの塑性変形を受けない場
合、板材の変形は、図５に示すようにデフレクターロー
ル１前後で、ほぼ対称となり、入側、出側共に板に加わ
る張力８，９とデフレクターロールからの反力によっ
て、デフレクターロール曲率に沿う方向の曲げモーメン
ト１３，１４と曲げ変形を受ける。この場合の板に作用
する曲げモーメントは、デフレクターロールから十分離
れた位置においては零であるから、十分遠方の位置で作
用している張力の作用線１０，１１と板材の中立面との
距離をレバーアームとして算定することができる。

【００１０】さて、デフレクターロールの曲率半径に比
べて材料の板厚が相対的に大きくなってきた場合、材料
が曲げによる塑性変形を受けることになる。この場合、
図５のような形状で材料が通板することはあり得ない。
何故ならば、入側でデフレクターロールの曲率に沿って
塑性変形を受けた材料は出側で曲げ戻されなければなら
ず、図５のような出側の通板形状では曲げ戻し方向のモ
ーメントを受けることができないからである。さらに、
図６のように出側でデフレクターロールの接線方向に直
線的に板材が出て行くこともあり得ない。すなわち、こ
の場合は、出側の板材とデフレクターロール表面との接
点において入側で受けた曲げの塑性変形が一気に曲げ戻
されなければならないが、当該位置で板材に作用する曲
げモーメントはほぼ零となり、曲げ戻し変形を起こすこ
とは不可能であるからである。

【００１１】そこで実際に起こる現象を時系列的に考察
するため、例えば、当初非常に小さい張力で通板してお
り塑性変形を受けていなかった板材に十分な張力を負荷
してデフレクターロール部入側で曲げの塑性変形を生じ
るようになった状態を仮想的に考える。

【００１２】板材のうち曲げの塑性変形を受けた部分
がデフレクターロール出側に達しても曲げ戻しのモーメ
ントは作用しないから、図７（ａ）に示すように曲げひ
ずみを残したまま出て行くことになる。

【００１３】板材の出側遠方の到達点は実質的に不変
であるから、の結果、張力の作用線１１が図７（ａ）
のように変化し、出側の板材は曲げ戻しモーメントを受
けるようになる。この曲げ戻しモーメントはデフレクタ
ーロールとの接点近傍で最大となり、これが逆降伏を生
じるまでになった時点で曲げ戻しの塑性変形を受けるこ
とになる。

【００１４】曲げ戻しの塑性変形を受けるのはデフレ
クターロールの接点近傍であり、既に出てしまった部分
は曲げモーメントが小さく曲げ戻しの塑性変形を受ける
ことがないため、当初の曲げの塑性ひずみはその部分で
残ったままとなる。

【００１５】デフレクターロールの接点近傍の板材が
曲げ戻しの塑性変形を受けると、図７（ｂ）のように、
張力の作用線１１が変化し、さらには出側板材長さの変
化によって張力そのものが低下するので、出側張力によ
る曲げモーメントは低下し、曲げ応力は降伏応力以下と
なり、再び入側で受けた曲げひずみを残したまま板材が
出て行き、に戻る。以下、この繰り返しにより板材に
うねりあるいは腰折れという平坦度不良が発生すること
になる。

【００１６】上記の状態で、デフレクターロール部出
側の接点近傍において、丁度よい曲げ戻しひずみを受け
ることができれば、この曲げ戻し過程が連続的に生じ板
材にうねりを生じなくなる可能性もあるが、曲げ戻しの
過程は、入側の曲げ過程のようにロール半径によって拘
束された変位既定の変化ではなく、張力と出側の板材流
線形状という不安定なものに依存した応力既定の変形で
あるため、丁度よい曲げ戻しひずみを与えることは非常
に困難である。

【００１７】例えば、今曲げ戻しひずみが最適値（出側
で真直状態よりも曲げ戻しひずみがやや大きい状態）と
なっており、連続的に長手方向に均一な曲げ戻しひずみ
を受けているものとする。この状態から少しでも張力が
変動すると曲げ戻しモーメントが変動し、これによって
曲げ戻しひずみは最適値から離れ次のような変化をもた
らす。

【００１８】ｉ）張力が大きくなった場合、一時的・局
部的に曲げ戻しひずみが大きくなり、その結果、曲げ戻
しのモーメントアームが短くなり、また出側板材の長さ
の変化によって張力そのものが低下し、曲げ戻しモーメ
ントが小さくなって降伏曲げモーメント以下となり、図
７（ａ）のように曲げ戻しを受けないまま板材が出て行
くことになる。

【００１９】ii）張力が小さくなった場合、一時的・局
部的に曲げ戻しひずみが小さくなるか、あるいは曲げ戻
しを生じないまま板材が出て行き、その結果、曲げ戻し
のモーメントアームが長くなり、また出側板材の長さの
変化によって張力そのものが増大し、曲げ戻しモーメン
トが大きくなって降伏曲げモーメントに達して曲げ戻し
を受ける。

【００２０】以上の何れの場合においても、僅かな張力
変動によって、曲げ戻しひずみの程度の異なった部位が
交互に排出されて行くという、上記〜の繰り返しの
プロセスに移行する可能性が高い。

【００２１】ところでデフレクターロール入側の曲げ過
程でこのような非連続的な変形を生じず、出側の曲げ戻
し過程で発生する根本原因としては、上記した変位既
定、応力既定の問題の他に次のような要因もある。

【００２２】入側では板材が進行するにつれて曲げモー
メントが大きくなるようになっており、ロールに接触し
てから変位既定となることもあって、初期の曲げひずみ
に多少不均一があっても、板材が進むにつれてその同一
点の曲げひずみを修正するメカニズムが作用する。

【００２３】これに対して出側では、曲げ戻しひずみの
最大値はデフレクターロールとの出側接点近傍に作用
し、その後は板材の進行につれて曲げ戻しモーメントは
低下する一方であるので、デフレクターロール出側接点
近傍のみが曲げ戻しの塑性ひずみを与え得る場所とな
り、ここで適正な曲げ戻しひずみを受けなかった場合、
その同一点の曲げ戻しひずみを修正するメカニズムは存
在しない。

【００２４】なお、もし板材が明瞭な上降伏点、下降伏
点を示す材料であれば、デフレクターロール出側接点近
傍で上降伏点に対応する降伏曲げモーメントを受けた場
合、曲げ戻しの塑性変形を受け、その部分の降伏応力が
瞬時に下降伏点にまで低下するから、過大な曲げ戻しを
集中的に受けることになると考えられ、板材のうねりが
激しくなり、いわゆる“腰折れ”を生じることになる。

【００２５】以上が本発明で解明したデフレクターロー
ルによる金属薄板のうねりあるいは“腰折れ”の発生原
因であるが、この発生原因の考え方に基づいて本発明の
作用について説明する。図７で説明した金属薄板のうね
りあるいは“腰折れ”の発生原因から考えると、これを
防止するには次の２点が基本となることがわかる。

【００２６】（１）金属薄板にうねりあるいは“腰折
れ”が発生する場合は、図７のように出側で板材が周期
的に上下動するのでこれを抑えることが有効。 （２）デフレクターロール出側接点近傍のみが曲げ戻し
の塑性ひずみを受けるような構成を改める。

【００２７】本発明でこの問題の解決法として挙げてい
る押さえロールは、上記２点を何れも考慮した解決法で
ある。つまり、図１に示すように、金属薄板７の曲げ剛
性を無視して幾何学的に一意に決められた出側パスライ
ン１５と該デフレクターロール表面との仮想的接点より
も出側に位置し、かつ出側パスラインを該デフレクター
ロール側に押し込む位置に押さえロール２を設定した場
合、図７（ａ），（ｂ）で示されたような金属薄板の周
期的な上下動を生じる自由度を抑えることができ、さら
に、押さえロールから金属薄板に与えられる力の成分
は、押さえロールからデフレクターロール側に行くにつ
れて曲げ戻しモーメントを緩和する方向に作用するた
め、デフレクターロールの出側接点のみに曲げ戻しモー
メントが集中する現象を緩和することができる。さら
に、図１に示す例では押さえロールを２本（２−１，２
−２）配置しているが、この２本の押さえロール位置
を、通板する金属薄板の板厚、降伏応力および負荷する
張力値に応じて適正に設定することにより、デフレクタ
ーロール出側接点位置と当該２本の押さえロールとの接
点位置の合計３点によって、適正な曲げ戻し塑性ひずみ
を与えることが可能な構造となっている。

【００２８】また、図２の例では図１と同じく押さえロ
ールを２本（２−１，２−２）配置しているが、２本目
のロール２−２はデフレクターロール１側から金属薄板
７を押さえる構造としており、これによって、より確実
に曲げ戻しモーメントを与えることが可能となってい
る。

【００２９】図３の例では押さえロールを３本（２−
１，２−２，２−３）配置しており、これらのうち中央
の押さえロール２−２の位置については、両側の押さえ
ロール２−１，２−３に比べてパスライン１５に対して
垂直方向の位置変化を押さえロール位置制御装置６によ
って与えることができるようになっている。この中央ロ
ールの位置制御により、通板する金属薄板の板厚、降伏
応力および負荷する張力値に応じて適正な曲げ戻しモー
メントを与えることが可能となる。なお、図３の例で
は、パスライン１５に対する押さえロールハウジング３
の角度を押さえロールアセンブリ支持機構５−１，５−
２の位置制御によって自由に制御することができる構造
となっているが、図４の例では、入側押さえロール２−
１と出側押さえロール２−３の負荷がほぼ等しくなるよ
うに、押さえロールアセンブリ全体を１個のヒンジ４を
介して押さえロールアセンブリ支持機構５に連結した構
造としており、より簡便な構造としている。

【００３０】なお、押さえロールを４本以上として、よ
りフレキシブルな出側パスライン制御を実施し、長手方
向均一な曲げ戻し変形を与えて上記平坦度不良の発生を
防止することも、本発明の範囲に含まれることは言うま
でもない。

【００３１】

【実施例】

実施例１ 板厚ｈ＝１mm、降伏応力Ｙ＝３０kgf/mm² の薄鋼板を、
連続焼鈍および調質圧延終了後、半径Ｒ＝３００mmのデ
フレクターロール部経由で張力Ｔ＝２．０kgf/mm² で通
板して捲き取ったところ、製品に高さ１μｍ程度のうね
りを生じた。これに対して、半径５０mmの押さえロール
２本を図１に示すように配置して常に適正な曲げ戻しモ
ーメントを与えるようにしたところ、うねりは解消され
た。

【００３２】実施例２ 板厚ｈ＝１mm、降伏応力Ｙ＝３０kgf/mm² の薄鋼板を、
連続焼鈍終了後、ロール半径Ｒ＝２００mmのデフレクタ
ーロール部経由で張力Ｔ＝２．０kgf/mm² で通板して捲
き取ったところ、製品に腰折れを生じた。これに対し
て、半径５０mmの押さえロール３本を図４に示すように
配置して常に適正な曲げ戻しモーメントを与えるように
したところ、腰折れは解消された。

【００３３】

【発明の効果】本発明のデフレクターロールを用いるこ
とにより、比較的小さい直径のデフレクターロールを用
いて金属薄板を通板しても、金属薄板にうねりや腰折れ
が発生することを防止することが可能であり、新規設備
の場合には、非常にコンパクトな安価な設備とすること
が可能となり、また、既存設備については、品質不良を
起こさずに通板可能な板厚の最大値を飛躍的に上げるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２本の押さえロールを有する本発明のデフレク
ターロールの好ましい実施例を示す図。

【図２】２本の押さえロールを有する本発明のデフレク
ターロールの他の好ましい実施例を示す図。

【図３】３本の押さえロールを有する本発明のデフレク
ターロールの好ましい実施例を示す図。

【図４】３本の押さえロールを有する本発明のデフレク
ターロールの他の好ましい実施例を示す図。

【図５】金属薄板が弾性変形のみで曲げられている場合
のデフレクターロール部近傍の金属薄板の状態を示す
図。

【図６】デフレクターロールと金属薄板の出側接点にお
いて、金属薄板が完全な曲げ戻し変形を受けているとい
う仮想状態を示す図。

【図７】従来のデフレクターロール近傍で生じるうねり
あるいは腰折れの発生メカニズムの説明図。

【図８】圧延時に発生する形状不良を矯正するための矯
正ロールを配置した従来法の図。

【符号の説明】

１ デフレクターロール ２ 押さえロール ３ 押さえロールハウジング ４ 押さえロールハウジング支持ヒンジ ５ 押さえロールアセンブリ支持機構 ６ 押さえロール位置制御装置 ７ 金属薄板 ８ 入側張力ベクトル ９ 出側張力ベクトル １０ 入側張力の作用線 １１ 出側張力の作用線 １２ 金属薄板進行方向 １３ 入側で金属薄板に作用する曲げモーメント １４ 出側で金属薄板に作用する曲げモーメント １５ 金属薄板の曲げ剛性を無視して幾何学的に一意に
決められる仮想的出側パスライン １６ 形状矯正に関する従来法で用いられている矯正ロ
ール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 薫 千葉県君津市君津１番地 新日本製鐵株 式会社 君津製鐵所内 (56)参考文献 特開 平５−104143（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 41/10 B21C 47/34

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属薄板に曲げ変形を与え、その進行方
   向を面外に変える機能を有するデフレクターロールであ
   って、金属薄板の曲げ剛性を無視して幾何学的に一意に
   決められる出側パスラインと該デフレクターロール表面
   との仮想的接点よりも出側に位置し、出側パスラインを
   該デフレクターロール側に押し込む位置に設定された少
   なくとも２本の押さえロールを有し、かつ該２本の押さ
   えロールは、金属薄板の進行方向に別個の位置で該金属
   薄板に接触することを特徴とする金属薄板処理ラインの
   デフレクターロール。
2. 【請求項２】 金属薄板に曲げ変形を与え、その進行方
   向を面外に変える機能を有するデフレクターロールであ
   って、金属薄板の曲げ剛性を無視して幾何学的に一意に
   決められた出側パスラインと該デフレクターロール表面
   との仮想的接点よりも出側に位置し、かつ金属薄板に接
   触して出側パスラインを該デフレクターロール側に押し
   込む位置に設定された少なくとも３本の押さえロールを
   出側に有し、その内側の押さえロールが、外側の押さえ
   ロールに対して相対的に、出側パスラインに垂直な方向
   の位置を変更できるように構成されたことを特徴とする
   金属薄板処理ラインのデフレクターロール。