JP3339909B2

JP3339909B2 - 流体浮上装置

Info

Publication number: JP3339909B2
Application number: JP09457793A
Authority: JP
Inventors: 清一丸元
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-04-21
Filing date: 1993-04-21
Publication date: 2002-10-28
Anticipated expiration: 2017-10-28
Also published as: JPH06305526A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の噴出口（または
スリット）、あるいは、少なくとも１本の閉曲線をなす
噴出口（またはスリット）を有し、該噴出口（またはス
リット）から空気や窒素などの圧縮性流体を噴出させ
て、その流体のカーテンシール効果により、浮上物体と
浮上装置の間に静圧を発生させ、物体を浮上させる流体
浮上装置（以後エアーカーテンタイプと称す）、例えば
帯状の鋼板などを浮上させて搬送する流体浮上装置、お
よび、高速機械軸受けなどに使用されていて、噴出口
（またはスリット）と静圧を発生させるポケットとから
成る流体浮上装置（以後ポケットタイプと称す）におけ
るガイド装置に関するもので、このような流体浮上装置
における浮上物体の自励振動の安定性を改善するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】帯状製品の表面品質の高品質要求に伴っ
て、非接触で帯状製品が搬送できる流体浮上装置が注目
され、また、機械の高速回転軸の支持において、精度や
摩擦問題の解決のために静圧軸受けと呼ばれる流体浮上
装置が盛んに用いられてきている。

【０００３】図５は、公知のエアーカーテンタイプの流
体浮上装置の一例を断面図示したもので、図示しない圧
縮性流体の供給源装置からヘッダーＢに送り込まれた圧
縮性流体は、ノズルスリット１ａ，１ｂより噴出し、浮
上物体１０に衝突してその方向を変え、この運動量変化
によってノズルスリット１ａ，１ｂに挟まれた領域Ａ部
に静圧が発生して浮上物体１０を浮上させる。浮上静圧
を発生している部分の釣合は、たとえば、浮上物体１０
が搬送する帯状鋼板などでは張力の変動などの外乱を受
け、また、圧縮性流体の供給源装置も常に微小な圧力変
動は避けられないので、これらの外乱により、自励振動
が生じることがあり、これが生じると正常な搬送が行え
ない。現在はこれの対応策として、浮上条件やラインの
操業条件を経験的に変更したり、帯状鋼板の搬送ライン
の中に振動減衰のための装置を付加して、帯状鋼板の搬
送の障害にならない程度に振動発生を抑制しているのが
実状である。

【０００４】また、図６は、公知のポケットタイプの流
体浮上装置の一例を断面図で示したもので、ポケット部
Ａから外部へ流失する時の抵抗がポケット部Ａに静圧を
発生させ、これにより、浮上物体１０（例えば回転軸）
を浮上支持するものである。本例は日本機械学会論文集
（第３部）３２巻２４４号（昭４１．１２）P.1877〜18
82に示されている森らによる振動安定要素の研究の成果
を折り込んで図示したものである。この文献に示されて
いるように、軸受けポケットＡにつながる部分に、流体
抵抗要素と安定化室Ｄを設けることにより振動の安定化
が図れるが、文献の方法ではエアーカーテンタイプの流
体浮上装置には適用できないし、また、安定化室Ｄの製
作加工も場所的に加工が難しく工夫が必要である。

【０００５】一方、特公平３−２４９４２３号公報、特
公平３−２４９４２４号公報等にみられるように、ポケ
ットタイプの静圧軸受けにおいて、その受圧部の面積を
確保したままポケット体積を小さくすることで、自励振
動の安定性向上ほかの特性改善を図っている発明も見ら
れるが、エアーカーテンタイプの流体浮上装置では、も
ともと浮上高さ相当のポケット体積しかない構造となっ
ているので、これらの方法では安定性の改善代は見込め
ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、圧縮性
流体の供給により、浮上物体と浮上装置の間に静圧を発
生させて物体を浮上させる装置においては、圧縮性流体
による自励振動の抑制が重要な課題である。エアーカー
テンタイプの流体浮上装置にて使用されていた従来の振
動抑制策は、安定操業条件の探索に多大な労力を要する
上に操業制約も生じ、また、圧縮性流体の供給装置の余
裕を大きく取る必要があったため、エネルギーの無駄も
多い。また、搬送ラインの中に振動減衰のための装置を
付加して振動発生を抑える方法は、このための装置を設
ける必要があり、かつ、余分な張力を付加して操業をす
ることになるので、厚みが薄くて幅が広い帯状製品を搬
送する浮上装置としては利用できないという問題があ
る。

【０００７】一方、ポケットタイプの浮上装置における
振動抑制策は、エアーカーテンタイプの流体浮上装置に
は利用できず、加工も難しく、また、浮上対象物が機械
加工品でなく鋼板のように大きくて、浮上隙間寸法精度
の悪いものには適用効果が不十分であった。

【０００８】本発明は、浮上物体両端外側にガイドを有
する流体浮上装置に着目し、自励振動の発生を抑制して
流体浮上安定性を改善した流体浮上装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は、流
体浮上装置の流体的なバランスと振動特性を解析すると
共に、実験的に振動特性を解明することにより以下のこ
とを見いだした。本発明は圧縮性流体の供給源に通じた
複数の噴出口（またはスリット）、あるいは、少なくと
も１本の閉曲線をなす噴出口（またはスリット）を有
し、該噴出口（またはスリット）から流体を噴出させ
て、流体が噴出する一対の噴出口（またはスリット）に
挟まれた領域、あるいは閉曲線をなす噴出口（またはス
リット）に囲まれた領域にて、浮上物体との間に静圧を
発生させて物体を浮上させると共に、浮上物体両端外側
にあるガイドにより浮上物体の横ぶれを抑制する流体浮
上装置において、前記ガイド内に圧力蓄積室を設けると
共に、該ガイドに該蓄積室から浮上物体側に導通する圧
力導通孔またはスリットを設けたことを特徴とする。

【００１０】また、圧縮性流体の供給源に通じた、噴出
口または噴出スリットと、その流体噴出位置にあって、
噴出する流体により静圧を発生するポケットとから成
り、浮上物体との間に静圧を発生させて該物体を浮上さ
せると共に、浮上物体両端外側に位置するガイドにより
浮上物体の横ぶれを抑制する流体浮上装置においても同
様である。すなわち、浮上隙間部に静圧を発生せしめる
エアーカーテンタイプの流体浮上装置の噴出スリット、
または、ポケットタイプの流体浮上装置の静圧を作り出
しているポケット端より浮上物体のガイドを設け、この
ガイド内に圧力導通孔を通して浮上隙間部を流れる流体
と連通した蓄積室を設けることにより、流体浮上装置に
おける振動の安定性が増すことを利用して振動抑制を行
うものである。ここにいう圧縮性流体とは例えば空気等
のガス体が相当する。

【００１１】

【作用】上述のように構成される本発明の浮上装置で
は、何らかの外乱で浮上物体の浮上量が変動した場合、
浮上隙間部を流れる流量変化を、蓄積室に蓄えている流
体質量が補償することができる。つまり、浮上隙間部の
流量につながる蓄積室があることは、高さ変化に対し、
流量の変化の積分（蓄積）効果が大きく現れることにな
るが、これは、高さ変動に対する一次遅れ要素が大きい
ことを意味し、一般の振動の運動方程式ｍ（ｄｘ²／ｄｔ²）＋ｃ（ｄｘ／ｄｔ）＋ｋｘ＝Ｆただし、ｍ：振動質量ｃ：粘性減衰係数ｋ：バネ定
数Ｆ：外乱ｘ：振動変位の粘性減数項ｃが大きいこ
とと等価であり、振動に対する安定性が増す。

【００１２】さらに、この作用による振動安定は、浮上
隙間部を流れる流量変化を補償する方法なので、エアー
カーテンタイプの流体浮上装置にも、ポケットタイプの
流体浮上装置にも適用が可能であり、また、粘性減衰項
相当の係数を大きくするので振動安定効果が大きく、容
積を設定することでその量的選択も容易である。

【００１３】

【実施例】以下図を用いて詳細な説明を行う。なお、振
動抑制の構成は、エアーカーテンタイプの流体浮上装置
もポケットタイプの流体浮上装置も同じなので、説明を
容易にするため、エアーカーテンタイプによる流体浮上
装置を主体に説明をすすめる。

【００１４】図１は本発明の流体浮上装置の第１の実施
例断面図である。図示していない圧縮性流体供給源から
送られてきた流体は、ヘッダー室Ｂに入り、噴出スリッ
ト１ａ及び１ｂより噴出し、Ａ部に静圧を発生させて隙
間部から外に流出する。この流出部の圧力を導通スリッ
ト（または孔）２ａ，２ｂによりガイド１２ａ，１２ｂ
に設けられた蓄積室Ｃａ，Ｃｂに導き、バランス圧が蓄
積室に蓄えられる。蓄積室Ｃａ，Ｃｂと外部を繋ぐ導通
孔３ａ，３ｂは必ずしも必要ではないが、蓄積室Ｃａ，
Ｃｂのバランス圧の制御が必要な場合にはこれを設ける
ことも有効である。

【００１５】このような釣合状態から何らかの外乱で浮
上物体１０の浮上量、つまり浮上隙間が変動すると、浮
上隙間部の流れ状態が変わり、これに伴って蓄積室Ｃの
気体質量により流量の吸収、放出が導通孔２ａ，２ｂを
経由して行われて、浮上量変動に対する減衰効果が生じ
る。なお、図１では浮上物体１０の寸法変化に対応し
て、ガイド１２ａ，１２ｂが図示されていない駆動装置
により移動できる構造となっており、右半分は浮上物体
１０−１が大きい場合、左半分は浮上物体１０−２が小
さい場合を示す。

【００１６】図２は、本発明の流体浮上装置の第２の実
施例断面図で、浮上隙間が小さい場合に使用されてい
る、一般のポケットタイプの静圧軸受けに本発明を適用
したものである。Ａ部に静圧を発生させるために、入口
を絞ったポケットを用いている他は第１の実施例と同じ
で、振動のため導通孔スリット２ａ，２ｂや蓄積室Ｃ
ａ，Ｃｂも第１の実施例と同様に設ける。

【００１７】本発明の効果を実験調査した結果を図３に
示す。板幅１ｍ、負荷６０Kgを１．２ｍ半径で図７に示
す１８０度ターンする浮上装置に載せて調べた実験結果
であるが、本発明の蓄積室がない図３（ａ）図に比べ、
約０．３ｍ³の本発明の蓄積室Ｃを設けた図３（ｂ）図
では、気流に伴う若干の圧力変動以外には、振動が殆ど
生じておらず、また、少し生じてもすぐ減衰しているこ
とが分かる。

【００１８】また、図４は本発明の蓄積室Ｃの容積によ
る振動抑制効果の変化を示したもので、上記１８０度タ
ーンの浮上装置の板幅１ｍ、負荷１３０Kgでの計算結果
である。このような大きな負荷においても、蓄積室Ｃの
容積を０．３ｍ³程度にすれば振動発生領域から逃れる
ことができ、さらにこれを大きな容積とすれば、振動発
生に対する余裕を急激に大きくできることが分かる。な
お、図２のようなタイプの浮上装置においても、ガイド
内に設けた蓄積室の振動抑制効果は図３と同様の傾向が
見られる。また、振動抑制の意味では非対称に蓄積室Ｃ
を設けても良いが、蓄積室Ｃを設けることにより浮上特
性が若干変わるので、対称に蓄積室Ｃを設けることが一
般的には好ましい。

【００１９】また、図７の例のように帯状物の搬送装置
に用いられている流体浮上装置などでは、ガイドを全周
に設けず、幅方向のみ、あるいは、その一部にガイドを
設けて本発明を適用しても効果がある。さらに、蓄積室
の導通路２ａ，２ｂはノズルスリット１ａ，１ｂの流出
側、つまり、浮上物体１０の外端側に設けたガイド内に
あれば、これに沿って流れる浮上隙間部の流量変化を補
償でき振動抑制の効果を発揮するので、蓄積室の導通路
２ａ，２ｂの配置（高さなど）は目的とする浮上高さな
どで適宜定め、必ずしも下端に限定されるものではない
し、本発明が対称とする浮上物体としては、鋼板や機械
軸の他にアルミ板などでもその作用は変わらない。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように本発明を用いれば、エ
アーカーテンタイプの流体浮上装置でも、ポケットタイ
プの流体浮上装置でも、圧縮性流体供給源の大きなエネ
ルギー余裕を持たずに、浮上物体の寸法が変化する場合
の対応が容易で、加工も容易な圧縮性流体による自励振
動の発生し難い安定した流体浮上装置を達成でき、ま
た、既存の流体浮上装置において大きな改造をしないで
その振動安定を図ることも可能であり、その適用効果は
非常に大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】エアーカーテンタイプの流体浮上装置での本発
明の第一の実施例図である。

【図２】ポケットタイプの流体浮上装置での本発明の第
二の実施例図である。

【図３】本発明の有無による振動波形の実測結果比較図
である。

【図４】本発明の蓄積室の容積と振動安定効果を示す図
である。

【図５】従来の流体浮上装置の断面図である。

【図６】従来の他の流体浮上装置の断面図である。

【図７】帯状物の搬送に用いられている１８０度ターン
の流体浮上装置の状況を示す鳥瞰図である。

【符号の説明】

Ａ静圧発生部Ｂヘッダー室Ｃａ，Ｃｂ蓄積室１ａ，１ｂ噴出スリット２ａ，２ｂ蓄積室導通路１０浮上物体１１流体浮上装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−178510（ＪＰ，Ａ) 特開平４−89754（ＪＰ，Ａ) 特開平４−7251（ＪＰ，Ａ) 特開平３−249424（ＪＰ，Ａ) 特開平３−249423（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−229750（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−7106（ＪＰ，Ａ) 実開平３−122039（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−66507（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−161212（ＪＰ，Ｕ) 実開昭50−111888（ＪＰ，Ｕ) 特公昭48−9649（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B65G 7/06 B65H 5/22 B65H 20/10 B65H 20/14 B65H 23/32 B65H 29/24 C21D 9/63 F16C 32/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮性流体の供給源に通じた複数の噴出
口（またはスリット）、あるいは、少なくとも１本の閉
曲線をなす噴出口（またはスリット）を有し、該噴出口
（またはスリット）から流体を噴出させて流体が噴出す
る一対の噴出口（またはスリット）に挟まれた領域、あ
るいは閉曲線をなす噴出口（またはスリット）に囲まれ
た領域にて、浮上物体との間に静圧を発生させて物体を
浮上させると共に、浮上物体両端外側に位置するガイド
により浮上物体の横ぶれを抑制する流体浮上装置におい
て、前記ガイド内に圧力蓄積室を設けると共に、該ガイ
ドに蓄積室から浮上物体側に導通する圧力導通孔または
スリットを設けたことを特徴とする流体浮上装置。
【請求項２】圧縮性流体の供給源に通じた噴出口また
は噴出スリットと、その流体噴出位置にあって、噴出す
る流体により静圧を発生するポケットとから成り、浮上
物体との間に静圧を発生させて該物体を浮上させると共
に、浮上物体両端外側に位置するガイドにより浮上物体
の横ぶれを抑制する流体浮上装置において、前記ガイド
内に圧力蓄積室を設けると共に、該ガイドに該蓄積室か
ら浮上物体側に導通する圧力導通孔またはスリットを設
けたことを特徴とする流体浮上装置。