JP3488009B2 - 腰折れ防止機能を有する金属薄板連続処理ラインのデフレクターロール設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、腰折れ防止機能を
有する金属薄板連続処理ラインのデフレクターロール設
備に関し、特に、金属薄板に所定の張力をかけながら通
板して所定の処理を連続的に施す金属薄板連続処理ライ
ンにおける、金属薄板が塑性曲げ変形を受けて腰折れが
発生し得るような相対的に直径の小さいロールを用い
た、腰折れ防止機能を有する金属薄板連続処理ラインの
デフレクターロール設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明では、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、金
属薄板の冷間圧延工程、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搬送することの
他、金属薄板に張力を付与・測定することや、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
こと等の種々の目的に使用されている。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、基本的には一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】このようなデフレクターロールを配備した
プロセスにおいて、製品となる金属薄板に発生しがちな
最も重大な品質問題として腰折れと呼ばれる平坦度不良
がある。このような腰折れを防止するには、デフレクタ
ーロールのロール直径を十分大きくし金属薄板の曲げ曲
率を小さくして、デフレクターロールによる曲げによっ
て金属薄板が塑性変形領域に入らないような配慮をする
のが最も有効とされている。しかしながら、設備レイア
ウトによっては、デフレクターロール直径をそのように
十分大きくすることが不可能な場合もある。そのような
場合の腰折れ防止技術としては、特開平７−０６０３３
０号公報や特開平７−０９６３１８号公報のようにデフ
レクターロール出側に押さえロールを配備する技術が提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したデフレクター
ロール出側に押さえロールを配備する従来技術では、デ
フレクターロールによって塑性曲げを受けた金属薄板が
デフレクターロール出側において曲げ戻しをうけるとき
の非定常変形すなわち腰折れを出側の押さえロールによ
って防止することはできても、デフレクターロール入側
において発生する腰折れを防止することはできない。

【０００５】本発明の目的は、金属薄板が塑性曲げを受
けるような相対的に直径の小さいデフレクターロールを
用いた場合に、デフレクターロール入側において発生す
る腰折れを防止する設備を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】デフレクターロール入側
において、腰折れ、すなわち非定常曲げ変形が発生する
原因については従来明確に解明されていなかったが、本
発明者らの研究によって次のようなメカニズムでデフレ
クターロール入側に腰折れが発生することが明らかにな
った。

【０００７】一般に、金属薄板は曲げ変形を受けていな
い平坦な状態でデフレクターロールに搬送されてくる
が、デフレクターロールに接触した後は、当然のことな
がら、デフレクターロール表面の曲率半径に沿って曲げ
変形を受けた状態になる。このとき、デフレクターロー
ルの直径が金属薄板の板厚に比べて十分大きくない場合
は、金属薄板は塑性曲げを受けた状態でデフレクターロ
ールに巻き付く。このような曲げ変形は、金属薄板がデ
フレクターロールに接触し始める位置か、その位置より
も上流側で生じる。何故ならば、金属薄板がデフレクタ
ーロールに接触した後は、デフレクターロール表面の曲
率が一定であるため新たな曲げ変形を受けることがない
からである。デフレクターロール入側の金属薄板の形状
は、一般に図９のような理想的な形にはならない。図９
のように金属薄板が真直にデフレクターロールに進入し
てきた場合、デフレクターロールに接触し始める点Ａ
で、一瞬のうちにデフレクターロール表面の曲率に沿っ
た曲げ変形を受けなければならないが、そのような曲げ
変形を生じせしめる曲げモーメントが、図９のような金
属薄板の形状、すなわち入側の張力の作用方向がデフレ
クターロールとの接触開始点Ａにおけるデフレクターロ
ールの接線方向に一致する形状では生じ得ないのであ
る。これは入側の金属薄板に作用している張力の作用線
は、接触開始点Ａ上の金属薄板の板厚中心を通っている
ため入側張力によるモーメントアームが零であり、さら
に出側張力によるモーメントは金属薄板とデフレクター
ロールとの接触面圧によって打ち消されているため、接
触開始点Ａにおける曲げモーメントが零になるからであ
る。したがって、図９のような入側形状、すなわち金属
薄板の形状がデフレクターロールの接線に一致するの
は、金属薄板の曲げ剛性を零と見なし得る仮想的状態で
あることがわかる。

【０００８】そこで、実際のデフレクターロール入側の
金属薄板の形状は図１０（ａ）に示すようにデフレクタ
ーロールとの接触点の上流側で次第に弾性的な曲げ変形
を受ける形となる。このような形になることによって初
めて、遠方に作用する張力Ｔに対して、例えば、Ｐ点で
はモーメントアームｄを生じ、デフレクターロール表面
に沿う方向の曲げモーメントＭ＝Ｔ・ｄを生じる。この
モーメントアームｄは、図１０（ａ）から分かるように
金属薄板がデフレクターロールに近づくほど大きくなる
ため、金属薄板に作用する曲げモーメントおよび曲げ曲
率もデフレクターロールとの接点に近づくほど大きくな
り、図１０（ａ）の入側の金属薄板形状に対応する曲げ
変形を受けることになる。このような状況下で、デフレ
クターロールの直径が金属薄板の板厚に対して相対的に
小さく、張力Ｔが大きい場合は、上記曲げモーメントに
よって金属薄板に発生する曲げ応力が、デフレクターロ
ールとの接点か、またはそれより上流側で、金属薄板の
降伏応力を越えることになる。このとき金属薄板が上降
伏点、下降伏点を示すような材料の場合、曲げ応力が上
降伏点に達した場所で局部的に降伏応力が下降伏点まで
低下するため、局部的にデフレクターロールの曲率より
も大きな曲率で曲げ変形を受け、図１０（ｂ）のように
腰折れを発生することになる。図１０（ｂ）のように一
旦腰折れが発生すると、金属薄板とデフレクターロール
との接触開始点は上流側に移動し入側の金属薄板の形状
はデフレクターロールに近づく方向に変化する。その結
果、張力Ｔの作用線もデフレクターロール表面に近づい
てモーメントアームそして曲げモーメントも小さくな
る。さらに金属薄板が進行すると、金属薄板が塑性変形
を受けないままデフレクターロールに巻き込まれて行く
ので、図１０（ｃ）に示すようにデフレクターロールと
の接点が下流側に移動し、入側の金属薄板形状が再び図
１０（ａ）の状態に近くなる。この結果、金属薄板に作
用する曲げモーメントがデフレクターロールとの接点近
傍で再び高くなって図１０（ｄ）に示すように再び腰折
れを生じる。以上説明したような過程を繰り返すことに
よって一定間隔で腰折れが発生することになる。

【０００９】上記したようなデフレクターロール入側に
おける腰折れ発生過程に関する考察から、入側で腰折れ
が発生する場合は、デフレクターロールと金属薄板との
接触開始点が周期的に移動していることがわかる。すな
わち、入側で発生する腰折れを防止するためには、デフ
レクターロールと金属薄板との接触開始点の移動を防止
する対策が有効であることがわかる。

【００１０】本発明の、金属薄板に所定の張力をかけな
がら通板して所定の処理を連続的に施す金属薄板連続処
理ラインにおける、金属薄板が塑性曲げ変形を受けて腰
折れが発生し得るような相対的に直径の小さいロールを
用いたデフレクターロール設備では、金属薄板の曲げ剛
性を零と仮定した場合に幾何学的に一意に決められる入
側パスライン、すなわち金属薄板の入側形状がデフレク
ターロールの接線に一致する場合の入側パスライン、と
デフレクターロール表面との仮想的接点に、金属薄板を
デフレクターロールとの間で挟圧するための押さえロー
ルを主要な構成として有する。この押さえロールの存在
によって、デフレクターロールと金属薄板との接触開始
点が強制的に固定されることになり腰折れ発生を防止す
ることができる。このように接触開始点を固定すると、
デフレクターロールの表面曲率に沿った曲げ変形を金属
薄板に与えるのは接触開始点より下流側になる。本第一
の発明では、通板中に押さえロールをデフレクターロー
ル表面に沿って移動可能に構成することによって作業開
始時等の非定常作業時を含めて腰折れを防止する。さら
に本第二の発明では、接触開始点から下流側において金
属薄板とデフレクターロール表面の間に隙間ができない
ように押さえロールを複数個設け、本第三の発明では、
デフレクターロールによる曲げ変形を安定的かつ定常的
に与えるため、押さえロールをデフレクターロールより
も偏平しやすい構造または材質とし、本第四の発明で
は、押さえロールに制動機構を付与している。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面を参照して本発
明の構成を詳細に説明する。図１は、本発明に基づくデ
フレクターロール設備であり、安定した張力Ｔで通板中
の状況を示している。デフレクターロール１に金属薄板
２が巻き付き、金属薄板は矢印３の方向に進行してい
る。押さえロール４は金属薄板の曲げ剛性を零と仮定し
た場合に幾何学的に一意に決められる入側パスライン、
すなわち金属薄板の入側形状がデフレクターロールの接
線に一致する場合の入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において、デフレクターロール
１との間で金属薄板２を挟圧している。このような構成
とすることによって図１０に示したような金属薄板とデ
フレクターロールとの接触点位置の変動を防止し腰折れ
発生を防止することができる。すなわち、上記仮想的接
点において金属薄板２を挟圧してその通板位置を強制的
に決めることにより、押さえロール４までの入側の金属
薄板の形状はほぼ直線形状となり、図１０（ａ）に示し
たモーメントアームはほぼ零となる。したがって、デフ
レクターロールに接触する以前に金属薄板が降伏する現
象を避けることができ、金属薄板２は、押さえロール４
とデフレクターロール１との接触開始点以降において、
デフレクターロール表面形状に沿って塑性曲げを受ける
ため上降伏点・下降伏点を明瞭に示す材料であっても腰
折れを発生することはない。なお、本発明の図面では、
説明を簡単にするために金属薄板のデフレクターロール
への巻き付け角度は約９０°としているが、本発明は如
何なる巻き付け角のデフレクターロール設備に対しても
適用できることは言うまでもない。

【００１２】図２は、押さえロール４の位置を、図１の
場合よりも金属薄板の通板方向３の下流側にやや移動し
た例を示している。図２に示すように、図１０（ａ）の
押さえロールのない場合よりも、張力Ｔによるモーメン
トアームが小さくなり入側の金属薄板に発生する曲げ応
力が金属薄板の上降伏応力よりも低いレベルに留まる範
囲であれば、押さえロール位置を上記仮想的接点よりも
多少移動しても差し支えない。また金属薄板が塑性変形
を生じない範囲であれば上流側にやや移動することも差
し支えない。この許容範囲は、金属薄板の降伏応力、板
厚、デフレクターロール直径、押さえロール直径および
張力によって大幅に変動するが、少なくとも押さえロー
ル４を配備することによって、入側の金属薄板形状が図
１０（ａ）の押さえロールのない場合の形状よりも変化
し、押さえロールよりも上流側で金属薄板が曲げの塑性
変形を生じない範囲に配備されれば本発明の対象とな
る。

【００１３】図３には、押さえロール４をデフレクター
ロールよりも偏平しやすい構造・材質を採用した場合の
例を示す。この場合、図示しているように押さえロール
４はデフレクターロール表面の形状に沿って偏平し、金
属薄板との通板方向の接触範囲も長くなるので、押さえ
ロール４と金属薄板２との接触弧長内で金属薄板２にデ
フレクターロールに沿う曲率の曲げ変形を安定的に与え
ることが可能となり、例えば上降伏応力と下降伏応力と
の差異の大きい腰折れが非常に発生しやすい金属薄板に
対しても腰折れ発生を完全に防止することが可能とな
る。なお、この場合の押さえロール４の具体的な構造と
しては、例えば、押さえロール表面にゴムやプラスチッ
ク等の樹脂系の素材を採用したり、押さえロール表面近
傍にハニカム構造等を採用する。

【００１４】本発明において、押さえロールには、上下
に昇降可能な装置を設け、昇降によって仮想接点近傍に
おいて所要の押さえ力を与えるようにする。また、押さ
えロールはライン方向に沿って移動可能な構造として、
仮想接点の移動に対して追従できるようにすることが好
ましい。なお、押さえロールは、無駆動とし、圧下力に
よって鋼板の搬送速度に追従させても良いが、押さえロ
ールにも駆動装置を設け、ロールの回転を制御し、鋼板
の搬送速度と同期するようにしても良い。

【００１５】これまでに説明した実施形態は、デフレク
ターロール１と押さえロール２が駆動されているかどう
かにかかわらず適用できるものであったが、図４では、
デフレクターロール１に金属薄板２を通板方向３に搬送
するための図示しない駆動装置が、押さえロール４には
図示しない制動装置が配備されている例を示す。この場
合、デフレクターロールから作用するトルクは矢印９の
方向で、押さえロールからは矢印１０の方向のトルクが
作用する。その結果、図示しているように、金属薄板２
に作用する張力は、押さえロール４近傍の下流側の張力
Ｔ₁ が最大となり、この部分での金属薄板２のデフレク
ターロール１からの浮き上がりを防止して、滑らかに、
かつ安定的に曲げ変形を与えることが可能となる。本発
明のデフレクターロール設備の場合、金属薄板２に曲げ
の塑性変形を与えるのは押さえロール４近傍の下流側で
ある。もし、この下流側において金属薄板２に与える張
力が小さい場合は金属薄板２がデフレクターロールから
浮き上がって腰折れ発生の原因となり得るが、これに対
して本発明の図４のようにデフレクターロール１に図示
しない駆動装置を、押さえロール４には図示しない制動
装置を設ける構成とし、押さえロール４近傍の下流側の
張力を増大することは極めて有効な腰折れ防止手段とな
る。

【００１６】図５には、押さえロール４とデフレクター
ロール１による挟圧点の位置が、金属薄板２の曲げ剛性
を零と仮定した場合に幾何学的に一意に決められる入側
パスラインとデフレクターロールとの仮想的接点を含
み、少なくとも下流側に連続的に変更可能となるよう
に、押さえロール４をデフレクターロール１の表面に沿
って移動可能に構成した例を示す。このデフレクターロ
ール設備では、例えば、当初のラインスタート時には押
さえロール４をＢの位置、すなわち上記仮想的接点Ａよ
りも通板方向の下流側に位置させ、張力が十分に上昇し
てから上記仮想的接点Ａに挟圧点を近づけるべく、押さ
えロール４をＡの位置まで次第に移動する。通常、ライ
ンスタート時には張力が十分安定していないため、張力
が大幅に低下する場合がある。そのような時、押さえロ
ールの下流側で金属薄板２がデフレクターロール１から
浮き上がり腰折れが発生する可能性があるが、このよう
な場合には、押さえロールを十分下流側に位置させてお
くことにより金属薄板２のデフレクターロール１からの
浮き上がりを防止することができ、張力が安定してか
ら、仮想的接点Ａに押さえロール４を移動させることに
よって、張力が不安定なラインスタート時を含めて腰折
れを完全に防止することができる。また、ラインスター
ト時以外でも張力制御精度不良等の何らかの原因で押さ
えロール４の下流側において金属薄板２がデフレクター
ロール１から浮き上がり腰折れが発生する可能性もある
が、そのような場合でも、一旦、押さえロールを下流側
に移動して金属薄板のたるみを除去した後、押さえロー
ルを元の位置に戻すという操作をすることによって、ラ
インを止めることなく腰折れを除去することが可能とな
る。また、このような押さえロール４に図３のようなデ
フレクターロールよりも偏平しやすい構造・材質を採用
したり、図４のようにデフレクターロール１に駆動装
置、押さえロール４に制動装置を配備することによっ
て、さらに腰折れ防止効果を高めることも可能である。

【００１７】図６には、入側の仮想的接点に位置する押
さえロールの他に、デフレクターロール１と金属薄板２
との接触弧ＡＣ内に別の押さえロールを配備した例を示
す。このようにデフレクターロール１と金属薄板２との
接触弧内で、さらに金属薄板２をデフレクターロールに
押しつけることによってデフレクターロール１と金属薄
板２との間にスリップが発生することを防止することが
でき、その結果、押さえロール４の下流側の金属薄板が
塑性曲げを受け始める場所において、金属薄板２がデフ
レクターロール１から浮き上がるのを防ぎ、腰折れの発
生を防止することが可能となる。さらに、図６の押さえ
ロール４に図３のようなデフレクターロールよりも偏平
しやすい構造・材質を採用したり、図４のようにデフレ
クターロール１に駆動装置、押さえロール４に制動装置
を配備することによって、さらに腰折れ防止効果を高め
ることも可能である。

【００１８】本発明は、デフレクターロール入側におい
て腰折れが発生するのを防止する技術に関するが、既に
公知のデフレクターロール出側における腰折れ防止技術
を組み合わせることによって総合的な腰折れ防止技術と
することもできる。例えば、図７には、特開平７−０６
０３３０号公報に開示されているデフレクターロール出
側に押さえロール７を設ける技術と本発明の組み合わ
せ、図８には、特開平７−０９６３１８号公報に開示さ
れているデフレクターロール出側に複数の押さえロール
からなる押さえロール設備８を設ける技術と本発明を組
み合わせた例を示す。すなわち図７の設備では、本発明
の入側の押さえロール４の作用によって入側で発生する
腰折れを防止し、出側の押さえロール７の作用によって
出側で発生する腰折れを防止する。図８の設備では、本
発明の入側の押さえロール４の作用によって入側で発生
する腰折れを防止し、出側の押さえロール設備８の作用
によって出側で発生する腰折れを防止する。

【００１９】

【発明の効果】本発明のデフレクターロール設備を用い
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】本発明のデフレクターロール設備の好ましい実
施形態を示す図。

【図２】本発明の押さえロール位置の許容範囲を説明す
る図。

【図３】本発明のデフレクターロール設備の他の好まし
い実施形態を示す図。

【図４】本発明のデフレクターロール設備の他の好まし
い実施形態を示す図。

【図５】本発明の押さえロールの作用効果を説明する
図。

【図６】本発明のデフレクターロール設備の他の好まし
い実施形態を示す図。

【図７】本発明のデフレクターロール設備と、公知のデ
フレクターロール出側で発生する腰折れを防止する設備
を組み合わせた実施形態を示す図。

【図８】本発明のデフレクターロール設備と、公知のデ
フレクターロール出側で発生する腰折れを防止する設備
を組み合わせた実施形態を示す図。

【図９】デフレクターロール部を通過する金属薄板の仮
想的形状を示す図。

【図１０】デフレクターロール入側における腰折れ発生
メカニズムを示す図であり、（ａ）はデフレクターロー
ル入側で金属薄板に作用する曲げモーメントの状況を示
し、（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれデフレクターロ
ール接触部において、金属薄板に発生する腰折れ発生状
況を示す図である。

【符号の説明】

１…デフレクターロール ２…金属薄板 ３…金属薄板進行方向 ４…押さえロール ５…押さえロールの仮想位置 ６…押さえロール ７…出側押さえロール ８…出側押さえロール設備 ９…デフレクターロール駆動方向（トルク作用方向） １０…押さえロールからのトルク作用方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−141322（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−89135（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−55208（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−98306（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 39/20 B21C 45/00 - 49/00 C21D 9/56

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属薄板に所定の張力をかけながら通板
   して所定の処理を連続的に施す金属薄板連続処理ライン
   における、金属薄板が塑性曲げ変形を受けて腰折れが発
   生し得るような相対的に直径の小さいロールを用いたデ
   フレクターロール設備において、該金属薄板をデフレク
   ターロールとの間で挟圧する押さえロールを有し、該挟
   圧点の位置が、金属薄板の曲げ剛性を零と仮定した場合
   に幾何学的に一意に決められる入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を含み、少なくとも
   下流側に通板中に連続的に変更可能となるように、該押
   さえロールを該デフレクターロール表面に沿って通板中
   に移動可能になるように構成してなる腰折れ防止機能を
   有する金属薄板連続処理ラインのデフレクターロール設
   備。
2. 【請求項２】 前記押さえロールと、さらにその下流側
   に位置し、金属薄板とデフレクターロールの接触弧内で
   該金属薄板を挟圧するための少なくとも１本の押さえロ
   ールとを有することを特徴とする請求項１に記載の腰折
   れ防止機能を有する金属薄板連続処理ラインのデフレク
   ターロール設備。
3. 【請求項３】 金属薄板をデフレクターロールとの間で
   挟圧する押さえロール表面が、デフレクターロールより
   も偏平しやすい構造・材質で該押さえロールを構成して
   なる請求項１または２に記載の腰折れ防止機能を有する
   金属薄板連続処理ラインのデフレクターロール設備。
4. 【請求項４】 デフレクターロールには金属薄板を進行
   方向に搬送するための駆動装置を有し、該デフレクター
   ロールとの間で金属薄板を挟圧する押さえロールに制動
   機構を有することを特徴とする請求項１または２に記載
   の腰折れ防止機能を有する金属薄板連続処理ラインのデ
   フレクターロール設備。