JP2558508B2

JP2558508B2 - ストリップの流体支持装置

Info

Publication number: JP2558508B2
Application number: JP63191886A
Authority: JP
Inventors: 健益居; 良之綛田; 恭暉山田; 一晃小峰
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd; Daido Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Daido Kogyo Co Ltd
Priority date: 1988-07-30
Filing date: 1988-07-30
Publication date: 1996-11-27
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JPH0243154A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、金属、紙、プラスチップス等のストリップ
状の物体（以下「ストリップ」という）を垂直方向ある
いは水平方向の繰返しパスによって上流より下流に向っ
て搬送する際に、ストリップを物体を用いて非接触状態
で支持する装置に関するものである。

（従来の技術）ストリップを非接触状態で支持する方法として、Jour
nal of the Iron and Steel Institute（May,1963,P401
〜408）に次の二つが代表例として示されている。

空気ベアリングを多数配置するもの第８図に示すように、ドラム１の外周上面に第９図に
示す如き形状の多数のノズル孔２を配置して、これらノ
ズル孔２上にストリップ３を巻掛け、非接触でストリッ
プ３を支持して搬送する方法である。なお第８図中４は
エアー入口配管である。

この方法は、ストリップの張力を高めると非常に大き
なエアー圧力が必要となること、またストリップの揺動
が大きいこと等実用的でない旨記載されている。

しかし、特開昭62−167162号公報に記載されているよ
うに、ストリップの揺動に改善を加えて写真用フィルム
や印画紙、磁気テープ等の軽量物でエアーの噴出圧力の
小さなものには使用されているが、ノズル孔が多すぎる
事、金属ストリップの支持搬送には非常に大きなエアー
の噴出圧力が必要となり不経済である等の問題がある。
これは多数の空気ベアリングからの噴出エネルギーでス
トリップを浮かせようという発想に無理があるからであ
る。

ホーバークラフト原理を応用するもの第10図に示すように支持搬送せんとするストリップ３
の内側に向けてスリットノズル孔２′を配置し、これら
スリットノズル孔２′からの噴流をストリップ３に衝突
させて流れの向きを変え、流体のカーテンによって囲ま
れた領域に発生するクッション圧力を利用するホーバー
クラフト原理を応用する方法である。

この方法も基本的には流体の運動エネルギを静圧又は
動圧に変換してストリップを支持するという考え方であ
るため、ストリップの接触を避けようとして受圧面の流
体圧力すなわちスリットノズル孔２′からの噴射圧力を
上昇させるには噴射流体の流量を増加せざるを得なくな
り、ランニングコストが非常に大きくなってしまう。な
お、ストリップの浮上高さが長手方向で異なるという問
題に対する改善策が、特開昭62−139832号公報、同62−
142728号公報等で開示されているが、基本的に大きな出
力を要し、経済的に無理がある。

（発明が解決しようとする課題）すなわち、前記した従来方法では、流体の運動エネル
ギを圧力に換えてストリップを浮揚させる方法であるた
め、浮揚高さが10〜30mmと大きく、流体消費量が大量で非
効率的である。

これに対し、浮揚高さを小さくすれば効率的と推察で
きるが、この場合には動圧支持で不安定となりストリッ
プの揺動、接触、疵発生がおこる。

特に流体として空気を考えた場合、高温部では密度が
小さいのでストリップを支えようとすれば噴出速度がマ
ッハを越えるとともに大きな騒音をともなう欠点があ
る。なお、常温でも噴出量が多く騒音は無視できない。
またブロアの音も問題である。

ストリップ搬送には蛇行現象を伴うのが通例である
が、従来の方式では蛇行抑止が困難である。

ストリップ幅の変更に対して制限が厳しく、ストリッ
プ寸法が頻繁に変わるラインでは実用的でない。

従来のものは固定式であるため、どの方法でもストリ
ップ先端の通板が非常に困難で、工業的に未完成である
等の欠点を有しているが最大のネックは経済性と通板性
である。

本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、
経済性が高く、コンパクトで安定性があり、更にストリ
ップの蛇行抑止、ストリップ先端部の通板困難、トラブ
ル解消をも図り得るストリップの流体支持装置を提供す
ることを目的としている。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明の第１のストリッ
プの流体支持装置は、中空ロールにストリップを巻掛け
てストリップを搬送しつつ支持する装置であって、ロー
ル軸方向の中央部の表面にのみ、ロール円周方向に少な
くとも１列の流体噴出孔を有すると共に、前記ロールは
正逆回転、及び停止可能に構成しているのである。

また、本発明の第２はロールのストリップ巻掛面と反
対面のロール表面に対向させた補助流体室を有し、ロー
ルとの対向面の表面に少なくとも１個の流体噴出孔を有
することとしているのである。

更に、本発明の第３は、補助流体室のストリップに対
向するストリップの流入側又は流出側、あるいは流入側
と流出側の両方の面に、少なくとも１個の流体噴出孔を
設けたこととしているのである。

また更に、本発明の第４は、前記したストリップの流
体支持装置において、ストリップのロールへの流入側又
はロールからの流出側、あるいは流入側と流出側の両方
で、ストリップに対向させたストリップの調芯用及び揺
動防止用の流体噴出ノズルを具備すべく構成しているの
である。

つまり本発明は、従来法の様に流体をストリップに衝
突させてストリップを浮揚させるのではなく、粘性流体
薄膜の圧力によりストリップを浮揚させるものなのであ
る。

すなわち、第４図に示すごとく圧力Poの圧力室22中央
部の噴出口23より流体が押出され（圧力Pc）、ストリッ
プ12の両端部に向けて流れた流体は圧損を生じ、端部か
ら大気圧Paで放出される。

粘性流体が固体表面に沿って流れる場合、固体表面と
流体間には流体の速度勾配に比例する摩擦力が生じる。

その結果、圧力勾配（Pc−Pa）／（W/2）が生じ（Ｗ
はストリップ12の幅）、高圧側から低圧側に向かって流
体が圧損を生じながら流れるわけであるが、この流れに
沿った圧力を積分すればストリップの浮揚力となり、張
力下のストリップをも容易に浮揚させうるという基本原
理に本発明は基づいているのである。従って、浮揚高さ
ｈは従来法よりはるかに小さく流量もわずかである。

（作用）本発明は上記した構成であるため、わずかな流量の流
体でストリップを非接触で支持できる。

また、ストリップの流入側又は流出側、あるいは流入
側と流出側の両方で、かつロールのストリップを挟む対
向側に設けた流体噴出ノズルは、ストリップが蛇行する
のを防止し、かつストリップが揺動するのを防止すべく
働く。

（実施例）以下本発明を第１図〜第３図及び第５図〜第７図に示
す実施例に基づいて説明する。

第１図及び第２図は本発明に係るストリップの流体支
持装置の第１実施例を示すものであり、図中11はロー
ル、12はこのロール11に巻掛けられて支持されるストリ
ップを示している。

しかして、前記ロール11の軸方向の胴部中央部の円周
方向には、流体噴出孔13が略等ピッチで少なくとも１列
開設されており、また、ロール11のストリップ12との巻
掛面と反対側には補助流体室14がロール11に近接して設
けられている。

そして、この補助流体室14のロール11との相対面の略
中央部にも流体噴出孔15が少なくとも一つ開設されてい
る。

なお、流体噴出孔はロール軸方向の胴部中央部に設け
るのであるが、これはストリップを支持した場合にスト
リップ幅方向の中央部がロールの中央部を通過するため
である。即ち、ストリップ支持状態でストリップの幅中
央に対応するロールの表面に噴出孔があればよいのであ
る。

かかる構成の流体支持装置にあっては、ロール11の軸
端部にロータリージョイント16を設け、外部からこのロ
ータリージョイント16を介して前記流体噴出孔13に流体
を供給し、ここから圧力P₁で第１図に示す如く流体を噴
出するのである。一方、補助流体室14にも外部から流体
を圧力P₂で供給し、流体噴出孔15から該流体を噴出させ
るのである。

なお、ストリップ12は張力Ｔでロール11に巻掛けられ
ている。この巻掛け角は本実施例では180°のものを示
しているがこれに限定されないことは言うまでもない。

ここで前記流体噴出孔15、13から噴出する流体の圧力
P₂とP₁にはP₁＞P₂なる条件を満たす必要がある。こうす
ることによりストリップ12の非巻掛け部では流体の噴出
はおきないからである。

ところで、本発明では上部においてロール11より噴出
した流体は、ストリップ12に沿って降下してくるが、補
助流体室14との隙間より上部に向かって噴出される流体
により上方に戻されるのでロール巻掛け部の圧力が保持
でき、ストリップ12を浮揚できることになる。

この際、ストリップ12の搬送速度υが大きくなると主
としてロール11の入側部で流体膜切れが発生することも
あるが、この時には第３図に示すごとく補助流体室14の
側面にも流体噴出孔17を開設し、ここからも流体を噴出
して膜切れを防止すれば良い。なお、この流体噴出孔17
はストリップ12の入側だけでも良いが本実施例の如く両
方に設けて流体を噴出しても良い。

またストリップ12がキャンパーを有する場合には蛇行
が発生するので、同じく第３図に示す如くストリップ12
の幅中央部に向かって噴出する例えばエアーノズル18を
例えば入側に設置して蛇行を防止すればよい。このエア
ーノズル18によってストリップ12の揺動も同時に防止で
きる。なお、このエアーノズル18は本実施例の如く入側
に設置したものに限らず、出側又は両方に設置しても良
い。また、ストリップ12の蛇行と揺動を防止できるもの
であればエアーノズル18に代えて電磁的又は機械的なも
のを採用しても良い。

次に本発明装置を用いて実験した結果を述べる。

その１）流体として気体（エアー）を用いた場合第５図に示すストリップ12の通板ラインにて本願の流
体支持装置のテストを行った。

すなわち、第５図のＡロールの位置に第１図及び第２
図に示す流体支持装置を取付けた。このとき、ロール11
は外径φ100mm×胴部長さ300mmであり、胴部の中央部に
は１列、φ0.3mmの流体噴出口13を約6mmのピッチで円周
方向に略均等に配列加工したものを使用した。また該ロ
ール11の下部には補助空気室14を設け、ロール11面との
間隔を約0.3mmにセットして第２図に示すごとく対面配
置した。そして、補助空気室14のロール11と対向する面
の中央にはφ3mmの流体噴出口15を一つ設けた。なお、
ロール11はバリアブル可変インバータにより回転速度と
方向は自在に選べ、また非回転にも出来る。

このような本発明流体支持装置に、流体としてエアー
を用いて第６図に示すような試験装置とした。なお、第
６図中19は流量調節弁、20は減圧弁、21は圧力計を示
す。

使用したストリップ12は厚さ1.0mm×幅250mmの冷延鋼
板であり、張力はσ_T＝0.1〜5kg/mm²まで可変とした。
また速度も10〜200m/minで可変である。先行の厚さ0.15
mm×幅230mmのコイルに厚さ0.1mm×幅250mmのコイルを
接続し、コイルヘッドがリールに巻取られた段階でスト
リップ張力をσ_T＝1kg/mm²、Ｖ＝50mpm一定としてロー
ル11と補助空気室14からP₁＝1.2kg/cm²、P₂＝1.4kg/cm²
でエアーを噴出したところ、変位計22でストリップ12が
平均0.5mm浮揚していることを確認した。次いでロール1
1を非回転にしたところ浮揚高さは0.55mmと若干増えた
が搬送現象に大差は見られなかった。この時P₁を大きく
すると浮揚高さが大きくなること、張力を高めると浮揚
高さが小さくなること等も観測された。上記基準から速
度υを大きくしてゆくとロール11の入側のストリップ両
端部で浮揚高さｈが小さくなりストリップ12とロール11
との接触が発生することが判明した。

そこで第３図のごとく補助空気室14側面からP₃＝1.4k
g/cm²でエアーを噴出したところロール11の入側の非接
触が確保された。なお、ストリップ12のキャンバ部では
ストリップ12の左右蛇行が発生するので第７図に示すエ
アーノズル18を第６図に示すごとく配備して風量３m³/m
in、吹出し速度20m/sec使用したところ、キャンバ部の
蛇行量が1/3〜1/4に減少し、安定通板が可能であった。

なお、前記実験で平均圧力を1.25〜1.5kg/cm²とし、
平均浮揚高さを0.5mmとして平均流速を計算すると、υ
＝7.1〜21.2m/secとなる。

この状態から流量調節弁19を加減してストリップ12の
送行状態を観察したところ、ある平均流速以上ではスト
リップ12に高周波の振動が発生することを知見した。こ
の時のデータより平均浮揚高さを0.5mmとして平均流速
を算出すると、υ＝50〜59m/secとなる。

よって気体の場合の平均流速は60m/sec以下とする必
要がある。

その２）電気めっき用液中ロールに使用した場合第３図に示した構成の本発明装置でロール径φ800mm
の電気めっき用液中ロールを介して幅1850mmのストリッ
プ12を支持した。

この時、ロール11の回転数は、周速が通板速度の約1/
2とし、ロール11の張力は片側5000kgfで、かつロール軸
部の水圧は1.5〜3kgf/cm²、流量が100〜200l/minとした
条件で浮上高さを仮定すると流速は次のように計算され
る。

ロール11のストリップ接触長さ（周方向）は、 φ0.8m×3.14/2＝1.26m 液流量は、0.20m³/min＝3.33×10^-3m³/sec（両側） 0.10m³/min＝1.67×10^-3m³/sec（両側）よって、浮上高さが1mm（10^-3ｍ）の場合、液流速は1.3
2〜0.66m/sec、また浮上高さが0.5mm（0.5×10^-3ｍ）の
場合液流速は、2.65〜1.32m/sec、また浮上高さが0.25m
m（0.25×10^-3ｍ）の場合液流速は、15.29〜2.65m/sec
となる。

次に、ポンプを変更して流量を増加して、500l/min、
３〜4kgf/cm²としたところ、高い摩擦音の発生と共に、
ストリップに振動を生じた。

このとき、浮揚高さは0.5mmに対して平均計算流速
は、6.6m/secである。よって限界を7m/secとする必要が
ある。

なお従来の液中ロール法（シンクロールと呼ばれる）
の場合には、シンクロールにクラウンがあるため、ストリップ12が
完全に平面にならず板ぞりを発生して、電極間際を狭く
できない。

シンクロールの回転速度が早くなると、ストリップ12
に引きつられてメッキ液が不規則にストリップ12とシン
クロール間に流れ込んでクラウン効果が消滅し蛇行の原
因となり、電極−ストリップ12の相対位置が不安定にな
る。

という問題がある。これに対し、本発明の流体支持装置
では上記問題点は解決でき、電極−ストリップ間を狭く
して電力原単位を大幅に低減できる。

（発明の効果）以上説明したように本発明は、ストリップの蛇行を防
止できると共にストリップ先端部の通板を容易に行え、
しかもコンパクトで安定してストリップの非接触支持が
行えるという、従来の問題点を全て解決できるという大
なる効果を有する発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面図、第２図は同じく
斜視図、第３図は第２実施例の第１図と同様の図面、第
４図は本発明の原理の説明図、第５図は本発明の試験時
における設置位置説明図、第６図は試験装置の説明図、
第７図はエアーノズルの説明図で（イ）は正面図、
（ロ）は側面図、第８図〜第10図は従来の説明で、第８
図はノズル孔の説明図、第９図は全体の斜視図、第10図
はノズル孔の他の説明図である。 11はロール、12はストリップ、13、15は流体噴出孔、14
は補助流体室、18は調芯、揺動防止用エアーノズル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田恭暉東京都千代田区大手町１丁目１番３号住友金属工業株式会社内 (72)発明者小峰一晃東京都千代田区大手町１丁目１番３号住友金属工業株式会社内 (56)参考文献特開昭63−258354（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】中空ロールにストリップを巻掛けてストリ
ップを搬送しつつ支持する装置であって、ロール軸方向
の中央部の表面にのみ、ロール円周方向に少なくとも１
列の流体噴出孔を有すると共に、前記ロールは正逆回
転、及び停止可能であることを特徴とするストリップの
流体支持装置。
【請求項２】ロールのストリップ巻掛面と反対面のロー
ル表面に対向させた補助流体室を有し、ロールとの対向
面の表面に少なくとも１個の流体噴出孔を有することを
特徴とする請求項１記載のストリップの流体支持装置。
【請求項３】補助流体室のストリップに対向するストリ
ップの流入側又は流出側、あるいは流入側と流出側の両
方の面に、少なくとも１個の流体噴出孔を設けたことを
特徴とする請求項２記載のストリップの流体支持装置。
【請求項４】請求項１ないし３記載のストリップの流体
支持装置において、ストリップのロールへの流入側又は
ロールからの流出側、あるいは流入側と流出側の両方
で、ストリップに対向させたストリップの調芯用及び揺
動防止用の流体噴出ノズルを具備することを特徴とする
ストリップの流体支持装置。