JP3444384B2

JP3444384B2 - ストリップの平面度測定装置

Info

Publication number: JP3444384B2
Application number: JP13206995A
Authority: JP
Inventors: ジー．センジミアーマイクル; ダブリュ．ターリィジョン; ロッキースビグニュー
Original assignee: ティー．センジミア，インコーポレーテッド; 日商岩井株式会社
Priority date: 1994-11-03
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 2003-09-08
Anticipated expiration: 2018-09-08
Also published as: EP0710816A3; US5537878A; EP0710816A2; JPH08136243A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属ストリップが形
状計ロールの上を通過するとき、張力下のストリップの
平面度を測定する形状計に関し、特に、固定軸と外側軸
受を有する種類の形状計に向けられている。この発明
は、特に、固定軸を１自由度しかないブロックに押付
け、ブロックをピボット点周りに回転できるようにする
形状計を開示するものである。この軸には、このブロッ
クに接触する力変換器を装着するための開いた領域を提
供するスロットがあり、装着された力変換器はブロック
の垂直負荷のいくらかを吸収する。このブロックに作用
する力の水平成分は、完全にこのピボット撓み部材が支
持する。この力の垂直成分は、一部このピボット撓み部
材が支持し、一部力変換器が支持する。

【０００２】

【従来の技術】この技術分野では、巻取りおよび巻出す
ストリップに張力を掛けて、ストリップを圧延機で圧延
するとき、ストリップの平面度を測定する最善で、多分
唯一の実際的方法は、ストリップが圧延機から出てコイ
ル巻機若しくは巻取りリール、またはその他の下流の処
理へ移動するとき、ストリップの幅を横切る張力分布を
測定することである。

【０００３】一般的に、もし、ストリップをコイル巻機
から巻出した後に、張力を除いて下に置いたならば、張
力分布の均一なストリップは、水平なテーブル上に平坦
に横たわる。張力分布の均一でないストリップは、一般
的に、平坦には横たわらず、このストリップを低い張力
で圧延した部分は、うねった、または曲がりが生じてい
る。

【０００４】初期の形状または平面度測定装置は、ピア
ソンの英国特許明細書第１，１６０，１１２号およびそ
れに対応する米国特許明細書第３，４９９，３０６号に
開示されている。このピアソンの '３０６号特許の第１
図の装置は商業的に成功しなかったが、第７図の装置は
成功した。この装置およびピアソンの '３０６号特許の
第３図に示すものは、材料を測定ロールの上を通すこと
によって、その張力分布を検知することによって動作し
た。

【０００５】このピアソンの '３０６号特許の測定ロー
ルは、中央、固定（”静”）中央軸と、この軸と同心に
取付けられた一連の軸受から成る。これらの軸受は、こ
のストリップ材料の全幅にわたって並べて配置されてい
る。各軸受位置に変換器が設けられ、これらの軸受上の
半径方向力を測定し、これがこの材料のその軸受の上を
通る部分の張力の尺度である。このピアソンの第７図の
装置は、流体膜軸受を利用し、圧力変換器を使って、半
径方向力の尺度である流体圧を測定した。第３図の装置
は、ローラ軸受を利用し、この軸受の負荷領域内の各軸
受内輪に屈曲部分を備える。変位変換器を使って、この
屈曲部分の撓みを測定し、この撓みが半径方向力尺度で
ある。

【０００６】もう一つの固定軸形状計が、ムールバーグ
（米国特許明細書第３，５５７，６１４号）に開示され
ていて、それは概念がピアソンの '３０６号特許の第３
図の実施例に類似する（しかし、付加的特徴がある）。
ムールバーグの本質的特徴は、共通軸に一連の軸受が取
付けられていて、これらの軸受用に適当なカバーがあ
り、これらの軸受のいくつかまたは全ての下に力検知変
換器が取付けられていて、ストリップが張力を受けてこ
のロールに巻付く結果としてこれらの軸受の上に発生す
る半径方向力を測定する。

【０００７】更に他の固定軸形状計が、フリンス（米国
特許明細書第３，４１３，８４６号）に開示されてい
る。フリンスは、形状計ロールをビリーロール（これ
は、通常この技術分野では、圧延機とコイル巻機の間に
あるロールと理解され、コイル径が大きくなっても（巻
取り）、小さくなっても（巻出し）、圧延機を通る通過
線高さを一定に維持するために使う）として使った。こ
のビリーロールは、中央、固定軸、この軸に回転可能に
取付けられた外枠、およびこの外枠と軸の間の圧力によ
り影響されるように配置された多数の圧力検知手段から
成った。

【０００８】市販の全ての形状計が作動する方法は、ス
トリップが圧延機から次の処理へ移る途中にそれが巻付
くロールを設けることによる。このストリップは、通常
５°から９０°の範囲の角度だけロールに巻付く。ある
用途では、この角度を固定できる。その他、例えばこの
ロールを圧延機とコイル巻取機の間の唯一の偏向ロール
（時々ビリーロールと呼ばれる）として使用する場合に
は、この巻付き角は、圧延が進んで多くのストリップが
このコイルに加わると、コイルの径が増すので変わる。
しかし、何れの場合も、ストリップが張力を受けてロー
ルに巻付く結果として、ロール上に半径方向力が発生
し、形状計は、ロールの面を横切るこの力の分布を測定
することによって作動し、これがこのストリップの幅を
横切る張力の分布の尺度である。

【０００９】これらの従来の形状計では、この力の分布
を、通常このロールの面を横切る２０−６０ｍｍの範囲
の固定間隔で離して、ロール内に取付けた変換器列によ
って測定する。ストリップの縁での張力は非常に重要な
ので、特にもし、このストリップの縁に亀裂その他の欠
陥があると、この縁に過度の張力が掛かるとストリップ
の破損につながるので、ある形状計は、ストリップの縁
に近いロールの領域では、中間に近い領域より小さな間
隔またはピッチを使用する。個々の変換器に対応するロ
ールの部分は、測定領域として知られ、各変換器は、ロ
ールのその領域の周りを通過するストリップの部分によ
って生ずる半径方向力を測定する。

【００１０】原理的に、上の説明に含まれる形状計には
２種類ある。第１の種類は、軸受に取付けた１本のロー
ルを利用する。変換器は、機械加工してこれらの変換器
を嵌めることができる空洞を作ったロール内に取付け
る。各測定領域、従って各変換器は、薄い鋼リングで覆
われ、そのリング自身もエラストマー材料で覆われても
よい。このロール全体は、圧延されるべきストリップの
最大幅に及ぶに十分な長さの本体と、この本体の両端に
ある一体の首から成る。各首は、固定ハウジング内に軸
受で取付けられている。変換器は、全てこのロールと共
に回転し、従って、それらは、このロールの各回転の僅
かな部分しか負荷を受けない。もし、例えば、このスト
リップの巻付き角が３０°であるなら、変換器は、各回
転の３０°だけ負荷が掛かり、残りの３３０°は負荷が
掛からない。

【００１１】これらの変換器（回転している）から負荷
の電気信号を得るためには、スリップリングまたは、多
チャンネル誘導ピックアップ若しくはＦＭラジオリンク
のような、その他の装置を設けて、これらの信号を固定
位置にあるコンピュータまたはその他の表示装置へ伝達
することが必要である。多数の変換器があり、典型的に
はそれらの信号をサンプリングして組合わせ、一つの全
体として負荷に関連する信号を作るので、現在生きてい
る信号（即ち、最大値の信号）を選ぶために、多重アナ
ログまたはディジタルコンパレータを要する。

【００１２】第２の種類の形状計は、このストリップの
幅をまたぎ、固定支持ブロックで支持される固定（非回
転）軸を利用する。別々の軸受が、各測定領域でこの軸
に取付けられ、この軸受の外側に、普通の、またはウレ
タンで覆われた鋼リングが取付けられ、この領域の全幅
を覆う。各軸受の内側で、固定変換器がこの軸内に取付
けられ、この変換器が軸受上の半径方向力を測定する。
各変換器からの出力信号は、通常このために設けられ
た、この軸を貫通する軸方向孔を通して、固定外部コン
ピュータまたはその他の表示装置に直接結線することが
できる。これらの変換器は、ロールの全３６０°回転中
負荷を受ける。

【００１３】上記の種類の形状計には、各々その利点が
ある。第１の種類は、この軸の直径が有効にロールの全
直径であり、従って、これは第２の種類より、剛性が大
きく、軸の応力および撓みが低いという利点がある。第
２の種類は、スリップリングが必要ないこと、および出
力信号が安定していて、サンプリングする必要がないと
いう利点がある。軸の撓みが大きいことは、張力が高過
ぎず、巻付き角が大き過ぎず、またはロール面の長さが
長過ぎないとき、意味がないかも知れない。この撓み
は、空気膜または油膜軸受のような、断面高さの非常に
小さい軸受を使うことによって、またはロールの直径を
増すことによって減らすこともできる。

【００１４】どの種類の形状計にも関連する問題の一つ
は、各変換器が受ける力の範囲である。全ストリップ張
力は、典型的には２０：１の範囲にわたって変動するか
も知れず、この形状計ロール上の全半径方向力も同じ量
だけ変動するだろうから、各個々の領域の半径方向力
は、この範囲より４倍だけ大きく、即ち、８０：１にも
容易に変動するかも知れない。

【００１５】これは、例えば、このストリップの縁に近
い典型的な測定領域を考え、最初に全張力最大で圧延す
るが、縁の張力は平均張力より２倍ほど高くて（中間の
張力は相応してこの平均張力よりはるかに低い）ストリ
ップを作るときを考えることによって説明できる。ここ
で張力は、ｋｇ／ストリップ幅（ｍｍ）で表され、平均
張力は全張力（ｋｇ）割るストリップ幅（ｍｍ）に等し
いことに注目すべきである。この場合、この測定領域で
の最大張力は、最大平均張力の２倍（即ち、最大全張力
割るストリップ幅、の２倍）に等しい。

【００１６】さて、第２に、同じ測定領域であるが、縁
の張力が平均張力の半分ほど（中間の張力は相応してこ
の平均張力より高い）でストリップを作るときを考え
る。この場合、この測定領域の最小張力は、最小平均張
力の半分（即ち、最小全張力割るストリップ幅、の半
分）に等しい。

【００１７】それで、この領域で測定した張力の範囲
は、２×最大平均張力から１／２×最小平均張力まで
（即ち、４×最大全張力と最小全張力の比）で、従っ
て、もし、全張力の最大と最小の比が２０：１ならば、
この典型的な測定領域で測定した張力の範囲は、８０：
１となろう。

【００１８】この広範囲な信号の測定をする難点は、電
気的ノイズである。なぜなら電気ノイズのレベルが、最
小信号レベルほどの高さがあるかも知れないことであ
る。このノイズは、この測定システムの反応速度を遅く
すれば、ある程度濾過することができる。この測定範囲
の下限は、ここでは最高の性能が要求されるので、通常
最も重要であることに注意すべきである。これは、この
圧延機の最終製品が、ストリップが最も薄肉に圧延され
るところであり、この圧延機作業者の最大関心事は最終
製品の平面度であるからである。初期にこの圧延機を通
してつくられた平面度は、常に後の作業でこの材料が薄
くなるにつれて矯正することができる。

【００１９】従来の形状計での一つの重要な問題は、第
２の種類（即ち、固定軸型）の形状計を可変巻付き角状
態で使うとき、通常更に大きい範囲の信号レベルさえ期
待されることである。もし、このストリップが形状計ロ
ールに巻付くときに、このストリップの張力の半径方向
成分を測定するために、各測定領域にロードセルを使う
なら、与えられたストリップ張力（その領域での）に対
し、半径方向力は、巻付き角で変わるだろう。一般的
に、巻付き角θに対し、半径方向力＝２×ｓｉｎ（θ／
２）である。

【００２０】典型的な圧延機に対し、θは、２０°−６
０°の範囲またはそれ以上に変動するかも知れない。こ
の角度は、コイルが巻かれるマンドレルの直径、コイル
の最大直径、並びに形状計ロールとコイル巻機マンドレ
ルの間の垂直および水平間隔に依る。それで、与えられ
た張力に対する半径方向力は、３対１ほどの範囲がある
かも知れない。信号レベルの範囲が固定巻付き角に対し
て８０：１になる上記の例では、この半径方向力の範囲
は、可変巻付き角の場合、２４０：１に増えるだろう。

【００２１】

【発明の目的】従って、この発明の主な目的は、可変巻
付き角位置でストリップの張力を測定する固定軸形状計
で、この巻付き角が変わるときに、この形状計の力変換
器が検出する力の変動が大きく減少し、この変換器が検
出する力の全範囲が、固定巻付き角形状計が検出する力
の範囲よりあまり大きくない形状計を提供することであ
る。

【００２２】この発明の他の目的は、変換器が検出する
力の範囲を減少しながら、与えられた張力および巻付き
角に対するストリップの張力を測定し、それによって小
さくて安価な変換器を使うことを可能にする固定軸形状
計を提供することである。

【００２３】この発明の更に他の目的は、保守のため
に、このユニットを分解する必要なく、全てのロードセ
ルを出し入れするための手段を備えた固定軸形状計を提
供することである。

【００２４】この発明の更に他の目的は、各測定領域と
その付近の間の最高の隔離を保証するために、柔軟な離
間手段を備えた固定軸形状計を提供することである。

【００２５】この発明の更に他の目的は、圧延油や金属
屑のような異物の侵入を防ぎ、この組立体の中の軸受に
使用する潤滑油の漏れを防ぐためにこの組立体を封止す
るための手段を備えた固定軸形状計を提供することであ
る。

【００２６】この発明の付加的目的、利点およびその他
の特徴は、一部は以下の説明に示し、一部は以下の説明
を吟味すれば当業者には明白になろうし、この発明を実
施すれば知得できるかも知れない。

【００２７】

【発明の概要】上記やその他の目的を達成するために、
およびこの発明の一つの局面によれば、金属ストリップ
が形状計ロールの上を通過するとき、張力を受けている
そのストリップの平面度を測定するための改良された形
状計が提供され、その形状計は、このストリップが容易
に形状計ロールの上を通れるようにする、一組の軸受を
備えた固定軸を含む。この固定軸は、軸受の内輪に接触
しないが、その代わりにこの軸受内輪が、１自由度にだ
け撓む水平および垂直撓み部材を備えるブロックに押し
付けられる。この１自由度は、このブロックを、この撓
み部材の位置によって定められるピボット点の周りに、
横断垂直面でだけ回転できるようにする。この軸には、
スロットがあり、それが開放領域を提供し、その中に力
変換器を支持する箱が取付けられている。各力変換器
（例えば、ロードセル）は、このブロックに接触するス
ラストボタンに取付けられ、それによってこのブロック
の垂直負荷のいくらかを吸収する。

【００２８】このブロック上の力の水平成分は、完全に
このピボット撓み部材が支持する。この力の垂直成分
は、一部このピボット撓み部材が支持し、一部力変換器
が（スラストボタンを介して）支持する。このようにし
て、この力変換器が検出する力の範囲は減少し、それに
よって下限の感度と正確度が高くなりうる。

【００２９】このブロックのピボット点は、この軸の係
合面にねじ込まれたねじによって然るべき位置に保持さ
れる。このピボット点は、これらの軸受の軸線より上
で、その軸線のコイル巻機側にあるのが好ましい。この
ロードセルとスラストボタンの組合せは、その軸線の非
コイル巻機側で、このブロックと接触するのが好まし
い。この構成で、ロードセルが検出する垂直力Ｐは次の
式によって与えられる：

【００３０】

【数２】但し：Ｔ＝ストリップの張力； θ＝形状計ロールでのストリップの巻付き角；ｘ＝軸受軸線とピボット点の間の水平距離ｙ＝軸受軸線とピボット点の間の垂直距離ｚ＝軸受軸線とロードセルを通る垂直線との間の水平距
離； α＝ｚ／ｘ；および θｍ＝ａｒｃｔａｎ（ｘ／ｙ）。

【００３１】この距離ｚは、ゼロにできるが、ｚを正の
数にすることによって、力のレベルを小さくすることが
できる。

【００３２】この発明の更に他の目的は、この発明を実
施することを意図した最善の態様の一つでこの発明の好
ましい実施例を説明し、図示する、以下の説明および図
面から当業者には明白となろう。十分理解されるよう
に、この発明は、他の異なる実施例が可能であり、その
詳細の幾つかは、種々の、明白な局面で、全てこの発明
から逸脱することなく、修正が可能である。従って、こ
の図面および説明は、性質が例示的と見做され、限定的
と見做すべきではない。

【００３３】この明細書に組込まれ、その一部を形成す
る添付の図面は、この発明の幾つかの局面を図示し、こ
の説明および請求の範囲と共に、この発明の原理を説明
するために役立つ。

【００３４】

【実施例】さて、添付の図面に示されている、この発明
の好ましい実施例の一つを詳細に参照する。それらの図
面で、類似の番号は、全図を通じて同じ要素を示す。

【００３５】さて、図面を参照するに、図１は、全体を
参照番号１０で指す、形状計ロールの断面端面図を示
す。図１で、軸１１の軸線を文字”Ｏ”で指す。この軸
１１は、このストリップの全幅にわたって伸び、幾つか
の測定領域にまたがるが、各測定領域は、図１に示し、
以下に説明するものと同じである。軸１１は、図２に示
すように、作動位置にあるとき、その両端で支持フレー
ム６０に支持される。

【００３６】各測定領域に対し、撓み要素２０および２
１を含む屈曲ブロック１２が、ねじ１９によって軸１１
に取付けられている。全体を参照番号４０で指し、内輪
１３、ローラまたはボール１６、保持器１７および外輪
１５から成り、カバー１８を備える軸受が次のように取
付けられている：即ち、軸受内輪１３は、屈曲ブロック
１２に取付けられ、ピン１４によってピン止めされ、内
輪１３の回転を防ぐ。内輪１３は、軸１１のポケット３
１に取付けたばね３０によって予荷重を与えられ、内輪
１３と屈曲ブロック１２の間がしっかり接触することを
保証する。屈曲ブロック１２の外面３２は、その中心が
Ｏにある半径に機械加工されていて、それで軸受内輪１
３の軸線がゼロにあり（従って回転しない）、保持器１
７、外輪１５、およびカバー１８が全て中心Ｏの周りに
回転する。軸受ローラまたはボール１６も、中心がＯに
ある円形通路に従う。焼入鋼のレストボタン３５が、各
屈曲ブロックの底に設けられている。

【００３７】ストリップ３６は、圧延機またはその他の
処理からコイル巻機へ（両方向に）進む通路で形状計ロ
ール１０の上を通過し、図示のように各測定領域の外カ
バー１８と接触する。この外カバーは、焼入鋼またはウ
レタンその他の、摩耗しにくい、ストリップ３６を傷付
けない、適当な材料でできていてもよい。通常、ストリ
ップ３６は、この形状計の片側（この処理側）で固定水
平路を、そして形状計の他の側（コイル巻機側）では可
変傾斜路をたどり、このストリップの傾斜（このロール
周りのストリップの巻付き角の正接に等しい）は、コイ
ル径が巻取りまたは巻出し中に変わるので、その径と共
に変わる。図１では、この処理側が左にあり、コイル巻
機側が右にある。処理側が右にあり、コイル巻機側が左
にある場合には、機器の配置は、単純に図１の配置の鏡
像である。

【００３８】スロット３３が軸１１に設けられていて、
上記スロットは、ストリップ３６の全幅にわたる。スロ
ット３３内に、箱２８があり、一組のねじ３４によって
ふた２９が固定されている。この箱の中に、各測定領域
毎に一つずつ、一組のロードセル２２が取付けられてい
る。これらは、レベア社およびインタフェース社のよう
な会社が作る種類の、市販の歪み計ロードセルで、上に
取付けねじ２５を、下に２６を備える。各ロードセル２
２は、このセルを抑えつけるためにナット２７を使って
箱２８の中に取付けられ、各ロードセル２２は、ねじ２
５によってこのロードセルの頂部にねじ込まれたスラス
トボタン２３を使って屈曲ブロック１２の一つを支持す
る。このスラストボタンは、ふた２９の孔を貫通し、シ
ール２４で密封され、屈曲ブロック１２のレストボタン
３５と接触する。

【００３９】軸受内輪１３は、屈曲ブロック１２によっ
て完全に支持され、このブロックに対してそれがばね３
０によって予荷重を与えることに注意すべきである。ど
の点ででも、この軸受内輪１３は軸１１と接触しない。
外カバー１８の周りを通るストリップ３６のために、軸
受４０の上に発生する半径方向力は、全て屈曲ブロック
１２に直接加えられる。屈曲ブロック１２は、この半径
方向力を次のように軸１１に伝達する：即ち、水平力成
分は、撓み要素２０を介して（圧縮で）伝達され、垂直
力成分は、一部撓み要素２１を介し（圧縮で）、一部は
レストボタン３５、スラストボタン２３、ロードセル２
２および箱２８の組合せを介して伝達される。

【００４０】撓み要素２０および２１は、比較的長く、
薄いので、それらの曲げ剛性は、それらの軸方向剛性に
比べて低い。撓み要素２０および２１の中立軸の交点に
ある点Ｏ’は、屈曲ブロック１２が自由に回転する、有
効ピボット点となる。事実、そのような回転を妨げるの
は、このロードセルによる支持だけである。与えられた
張力Ｔおよび巻付き角θに対して、ロードセル上に発生
する力Ｔは、次のように計算することができる：水平成分，Ｈ＝Ｔ（１−ｃｏｓθ） ………（式１）；垂直成分，Ｐ＋Ｖ＝Ｔｓｉｎθ ……………（式２）；Ｏ周りのモーメント，Ｖｘ−Ｐｚ＝Ｈｙ ………………（式３）；但し、ｘ、ｙおよびｚは図１に与えられる寸法、並びにＰ＝ロードセル２２によって与えられる垂直支持力；Ｖ＝ピボット（点Ｏ’）で与えられる垂直支持力；Ｈ＝ピボット（点Ｏ’）で与えられる水平支持力；もし、θｍを θｍ＝ａｒｃｔａｎ（ｘ／ｙ） ………………………（式４）；と定義し、αを α＝（ｚ／ｘ） ………………………………………（式５）；と定義するならば、次の式が誘導できる：

【００４１】

【数３】

【００４２】例として、θｍ＝４０°で、α＝０（即
ち、ｚ＝０）の場合を考え、表１に示すように、Ｐの値
を半径方向力（２Ｔｓｉｎ（θ／２））の値と、力の垂
直成分（Ｔｓｉｎθ）を種々の値の巻付き角θでのＴと
比較する：

【００４３】

【表１】

【００４４】上の表から、Ｐ／Ｔの値が０．２７０から
０．３６３の範囲内でだけばらつき、これが、巻付き角
θが２０°から６０°まで変化するとき、約１：１．３
４の範囲の作動比を与えることが分かる。同時に、（半
径方向力／Ｔの値が０．３４７から１．００まで（作動
比範囲１：２．８８）変化し、（垂直成分）／Ｔの値が
０．３４２から０．８６６まで（作動比範囲１：２．５
３）変化する。

【００４５】このようにして、上記のような旋回屈曲ブ
ロック構造を使うことによって、この発明において、信
号レベルの変動を、半径方向力または垂直成分を直接測
定することから生ずる信号レベルの変動に比べて、約２
倍だけ小さくできる。

【００４６】この発明の屈曲ブロック構造の更なる利点
は、ロードセル上の最大力Ｐが０．３６３×張力Ｔ（こ
の例では、巻付き角４０°で起きる）に過ぎないことで
ある。比較すると、最大半径方向力は、１．００×Ｔ
で、最大垂直成分は、０．８６６×Ｔであり、共に巻付
き角４０°で起きる。事実、Ｐの最大値は、ロードセル
２２を図１で左に動かすことによって（即ち、αの値を
増すことによって）、更に減ずることさえ可能である。
例えば、もしｚを０．２５×に設定すると、α＝ｚ／ｘ
＝０．２５で、Ｐの値は、１：１．２５倍だけ、即ち、
２０％だけ減少する。

【００４７】上の表で、もしθｍを最大巻付き角と最小
巻付き角の中間の値に設定するならば、与えられた範囲
の巻付き角に対して、Ｐ／Ｔの変動が最小になることも
観察できる。それで、もしθｍｉｎ＝２０°、θｍａｘ
＝５０°で、θｍ＝４０°ならば、Ｐ／Ｔの値は、０．
２７０から０．３６３に及ぶ、即ち、巻付き角範囲（θ
ｍａｘ−θｍｉｎ）３０°に対して、Ｐ／Ｔの作動比範
囲は、１：１．３４だけ変動する。

【００４８】しかし、もしθｍｉｎ＝２５°、θｍａｘ
＝５５°で、θｍ＝４０°（これは（θｍｉｎ＋θｍａ
ｘ）／２に等しい）ならば、Ｐ／Ｔの値は、０．３１１
から０．３６３に及び、同じ３０°の範囲に対して、Ｐ
／Ｔの作動比の範囲は、１：１．１７だけ変動するに過
ぎない。

【００４９】屈曲ブロック１２のピボット中心Ｏ’の位
置を定めるｘとｙの値を、θｍの値が最大巻付き角と最
小巻付き角θの中間になるように選ぶのが望ましいこと
を示したが、これを達成することが不可能かも知れな
い。しかし、θｍをできるだけこの値に近く設定するな
らば、巻付き角θが変動するときの信号Ｐ／Ｔの変動範
囲は、最小になるだろう。重要な要因は、（ａ）ピボッ
ト中心Ｏ’が、軸１１および軸受の軸線に対して、コイ
ル巻機側で上方に位置すべきこと、（ｂ）それは、スト
リップ張力の合成力が常にこのピボット中心の上を通
り、力Ｐが常に正で、ロードセルがいつも圧縮を受けて
いるように（そうすれば、式（６）の第２項が常に第１
項より小さい）位置すべきこと、および（ｃ）θｍを、
最大巻付き角と最小巻付き角θの中間の値にできるだけ
近く設定すべきことである。

【００５０】図２は、この形状計ロールの縦断面図で、
種々の測定領域（この例では１０領域）が軸１１に沿っ
て配列されているかの態様を示す。軸１１は、その両端
が支持フレーム６０に取付けられている。軸受外輪１５
は、Ｏリング４２によって互いから離され、両端が回転
スペーサリング４４によって然るべき位置に保持され、
そのスペーサリングの各は、Ｏリング４２の一つによっ
て隣接する外輪１５から離されている。回転スペーサリ
ング４４は、スラスト軸受４５と固定スペーサリング４
６を使って軸１１に取付けられ、スペーサリング４６
は、上記軸の両端に取付けられ、全ての外輪に軸方向予
荷重を与えるために、軸１１にねじ込んだナット４７を
使って、それぞれの隣接するスラスト軸受に対して締付
けられている。

【００５１】カバー１８の幅は、外輪に所望の予荷重が
与えられたとき、各カバー１８とその隣のものとの間、
および端カバー１８と回転スペーサリング４４との間に
まだ隙間４３を保ちながら、Ｏリング４２が所望の軸方
向力を得るために十分圧縮するように作られていること
に注意すべきである。これらの部品は、精密に作られ、
隙間４３が全て０．００５ｍｍから０．１３ｍｍの範囲
にあり、それによってストリップ３６がこのロールの上
を通過するとき、それを傷つける機会を最少にする。こ
のようにして、Ｏリング４２は、弾性離間手段を形成
し、汚染物質の侵入および軸受潤滑油の漏れに対して密
封もする。

【００５２】Ｏリング４２は、更に他の機能も有する。
この種の形状計に関するものの一つは、ロードセルの読
みの誤差の原因となり、一つの測定領域から隣接する測
定領域へ伝達される半径方向負荷が最少に（望ましくは
無視できるほどに）なるように、各測定領域を孤立させ
ていることである。もし、半径方向負荷が一つの領域に
だけ加えられたなら（例えば、ストリップ３６の幅がそ
の一つの領域に比べて等しい場合）、負荷力がこの特定
の領域のロードセルにだけ直接伝達されて、隣接する領
域のロードセルには伝達されないことが重要である。実
際は、各ロードセルは、全負荷を受けて約０．００５ｍ
ｍ撓み、その結果生ずる隣接Ｏリング４２の剪断作用が
その負荷のいくらかの部分を隣接するロードセル２２へ
伝達させられるので、多少の伝達は不可避である。これ
らの部品を高精度に作り、Ｏリングに軟らかい材料と特
別な断面形状を使うことによって、この負荷伝達を約１
％から２％に減じることができ、この値は全ての測定領
域に対し一致したものであることが証明されている。こ
の負荷伝達の影響は、表示装置を駆動するために使うコ
ンピュータソフトウェアで補正することもできる。この
ようにして、Ｏリング４２は、カバー１８を分離し、外
輪１５間の隙間を密封し、そして、剪断が十分弱い、一
つの測定領域から次へ伝達される半径方向負荷を最小に
する弾性離間手段も提供することができる。

【００５３】この形状計ロールは、その周りを通過する
ストリップ３６によって駆動（即ち、回転）され、この
ストリップの幅は、図２に示す幅の半分程に小さくでき
るので、それでもこれらのＯリング４２は、シール４８
を滑らすことなくまた力にもうち勝って、このストリッ
プと接触していない全ての外輪を駆動し、回転スペーサ
リング４４および軸受４５も回転するために、十分なト
ルクを伝達できなければならないことも理解すべきであ
る。これが、軸受外輪１５の軸方向予荷重が必要な理由
である。図示の実施例で、Ｏリング、即ち円形断面のエ
ラストマーリングを使うことを説明したが、これらのリ
ングを、十分に柔軟な良好シールを与える弾性材料で作
るならば、正方形断面、ｘ断面、またはその他の特別な
断面を使うことが可能であることが理解されよう。

【００５４】ロードセル２２は、軸１１のスロット３３
（図１参照）内に嵌まるような適当な長さに作られた、
一つの箱２８の中に全て取付けるのが好ましい。軸１１
の一端に孔４１が設けられていて、それを通して箱２８
を挿入しおよび引出すことができる。この箱を軸方向に
位置付けるために、スペーサ管４９を使い、その一端が
この箱にねじ込まれ、他端がねじ５１によって取付けフ
ランジ５０に取付けられている。フランジ５０は、ねじ
５２によって軸１１に取付けられ、この組立体を軸内に
位置付ける。ロードセルへの電力供給および信号ケーブ
ル（図示せず）は、スペーサ管４９とフランジ５０に通
される。フランジ５０にめねじ６１が設けられて、上記
フランジに電気導管を取付けられるようにする。これら
のロードセル電気ケーブル（図示せず）が、この導管の
他端で、負荷信号の増幅および表示用の装置および／ま
たはコンピュータ装置に接続される。

【００５５】ロードセル２２が入った箱２８を設置しま
たは取出すためには、ばね３０によって与えられ、各屈
曲ブロック１２をそのそれぞれのロードセルに押付けて
いる半径方向予荷重力を除去することが必要である。全
ての軸受４０の外輪１５を押して、上記軸受をばね３０
に抗して押上げ、それによって上記半径方向予荷重力を
軽減することによって半径方向予荷重力を除去できる。
全ての半径方向予荷重（各測定領域に対して一つ）が軽
減されるように、全ての軸受４０を持ち上げることを保
証することが必要である。

【００５６】フレーム６０に取付けた油圧シリンダ５７
を使って、軸受４０を上に押す揚力を加える。Ｕリンク
５８によってシリンダ５７に取付けられ、フレーム６０
に取付けられた案内５９によってその端が案内される、
剛性ビーム５３を使って、負荷をこのロール全体に広げ
る。ビーム５３の撓みの影響を克服するため、一組のば
ね５５が、ビーム５３を、これもその端が案内５９によ
って案内される上ビーム５４に結合して、この上ビーム
５４上の上向き力をばね間にほぼ均等に分割し、それに
よって上記上ビーム５４の不均一な撓みを最小にする。
最後に、ビーム５４の上部に接着した、ポリウレタンの
ような軟らかいエラストマー材料の被覆５６で更に均一
な負荷分布が保証され、揚力が加えられたときに、カバ
ー１８の損傷を避ける。キー６２を使って、軸受を、ピ
ン１４が内輪１３から外れるまで揚げないことを保証す
る。この形状計の通常の動作中は、油圧シリンダ５７を
引っ込め、被覆５６がカバー１８から十分離れているこ
とを保証する。

【００５７】全てのロードセルが入っている箱２８を取
出すためには、この処理を止め、ストリップ３６を外
す。シリンダ５７を伸ばし、十分な圧力で軸受４０をキ
ー６２に当接するまで持ち上げる。次に、フランジ５０
を軸１１に取付けているねじ５２を外す。箱２８、ロー
ドセル２２、スペーサ管４９およびフランジ５０等から
成る全組立体を、孔４１を通してこの軸１１から抜き出
すことができる。もし、予備の組立体があるならば、そ
れを然るべき位置にはめ込み、ネジ５２を締めることが
できる。シリンダ５７を引っ込め、形状計１０を直ちに
作動するようにできる。

【００５８】もし、予備の組立体がないなら、この箱、
ロードセル、スペーサ管およびフランジから成る組立体
と同じ取付け寸法のむくの鋼棒で作った”ダミー”の組
立体を然るべき位置にはめ込み、ネジ５２を締めること
ができる。次に、シリンダ５７を引っ込め、この圧延そ
の他の処理を再開することができるが、この形状計から
の表示は何もない。これは、ロードセルを修理しなが
ら、この方法で生産を続けられるようにする。この修理
が終わるとすぐ、この”ダミー”の組立体を外し、箱、
ロードセル、スペーサ管およびフランジから成る元の組
立体を、同じ手順を使って、然るべき位置にはめ込むこ
とができる。

【００５９】この発明の好ましい実施例の上記の説明
は、例示と説明を目的に提示した。開示した厳密な形が
網羅的であることも、この発明をそれに限定することも
意図しない。上記の教示に照らせば、明白な修正または
変形が可能である。この発明の原理とその実際的適用を
最も良く示すために、この実施例を選び、説明し、それ
によってこの技術の分野の通常の知識を有する者が、こ
の発明を種々の実施例で、および意図する特定の用途に
適した種々の修正を加えて、最も良く利用できるように
した。この発明の範囲は、前記の請求項で定義すること
を意図する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の原理によって構成した形状計の一つ
の測定領域の断面立面図。

【図２】図１に示す形状計の、線２−２による縦断面
図。

【符号の説明】

１０形状計ロール１１軸１２ブロック１５外輪２０水平撓み部材２１垂直撓み部材２２力変換器（ロードセル）２３スラストボタン２８箱３０ばね３３スロット３６ストリップ４０軸受４２Ｏリング θ 巻付き角Ｏ軸受の軸線Ｏ’ ピボット点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マイクルジー．センジミアーアメリカ合衆国コネチカット州ウッドベリィ，イーストヒルロード（番地なし) (72)発明者ジョンダブリュ．ターリィアメリカ合衆国コネチカット州オックスフォード，パインストリート 14 (72)発明者スビグニューロッキーアメリカ合衆国コネチカット州メリデン，オールドファームロード 158 (56)参考文献特開平５−228534（ＪＰ，Ａ) 特開平６−34465（ＪＰ，Ａ) 特開平３−246433（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−90550（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−7014（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 21/20 G01B 7/28 B21B 37/16 G01L 5/04 - 5/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属ストリップ（３６）が形状計ロール
（１０）の上を通過するとき、そのストリップの幅を横
切る張力分布を測定することによって、張力を受けてい
るストリップの平面度を測定するために使用し、上記金
属ストリップが上記形状計ロールに巻付く角（θ）が変
動する形状計ロールにおいて、形状計が、共通固定軸
（１１）に同軸に取付けられた一組の軸受（４０）、力
変換器（２２）、およびピボット支持体（１９，２０，
２１）を含み、上記軸は、上記各軸受内に、上記各軸受
と上記軸の間に上記軸受と軸との共通軸線が水平で且つ
ストリップの移動方向を横切るように取付けられたブロ
ック（１２）を有し、そこで、上記金属ストリップが上
記軸受の組の上を通過するとき、この金属ストリップの
上記巻付き角が、上記形状計に対して上流位置および下
流位置のいずれかにあるコイルの巻取りまたは巻出しに
よって変化し、上記変換器は、上記ブロックと上記軸の
間に取付けられ、上記金属ストリップが上記軸受の上を
通過するとき、上記張力を受けている金属ストリップに
よって上記ブロック上に取付けられた上記軸受の上に加
えられる半径方向力の結果として生ずる、上記ブロック
上の垂直方向力の一部を検知するために使われ、上記ピ
ボット支持体は、上記ブロック中にあって、上記ブロッ
クを上記軸上に水平方向および垂直方向に一つの自由度
を有して固定して、それによって上記ブロックが上記ピ
ボット支持体周りに上記軸の軸線を横切る垂直平面内で
回転可能であり、上記ブロック上の上記半径方向力の水
平成分が、上記ピボット支持体によって支持され、およ
び上記ブロック上の上記半径方向力の垂直成分は、一部
上記ピボット支持体によって支持され、そして一部上記
力変換器によって支持される形状計。
【請求項２】請求項１に記載する形状計において、上
記ピボット支持体は、撓みピボットの変形であり、上記
ピボット支持体が上記ブロックの中に機械加工されたス
ロットを含み、それによってこのブロックの一体部分と
して垂直および水平屈曲部材（２１，２０）を形成する
形状計。
【請求項３】請求項１に記載する形状計において、上
記ピボット支持体のピボット点（０’）が上記軸受と上
記軸の軸線（Ｏ）の上方にあり、かつ上記軸線のコイル
巻機側にある形状計。
【請求項４】請求項２に記載する形状計において、上
記ピボット支持体のピボット点（０’）が上記軸受と上
記軸の軸線（Ｏ）の上方にあり、かつ上記軸線のコイル
巻機側にある形状計。
【請求項５】請求項３に記載する形状計において、上
記ピボット点（Ｏ’）が上記軸線より上方のｙの垂直距
離で、上記軸線の横にｘの水平距離にあり、このｘとｙ
の比は、この金属ストリップの平均巻付き角の正接とほ
ぼ等しいようになっている形状計。
【請求項６】請求項４に記載する形状計において、上
記ピボット点（Ｏ’）が上記軸線より上方のｙの垂直距
離で、上記軸線の横にｘの水平距離にあり、このｘとｙ
の比は、この金属ストリップの平均巻付き角の正接にほ
ぼ等しいようになっている形状計。
【請求項７】請求項１に記載する形状計であって、更
に、通常の動作中上記軸と上記ブロックを互いに押付け
るばね（３０）を含む形状計。
【請求項８】請求項１に記載する形状計において、上
記軸が開いたスロット（３３）を含み、それによって上
記力変換器の装着に適した領域を提供し、上記力変換器
が、上記ブロックと上記力変換器の間に配置されたスラ
ストボタン（２３）を介して、上記ブロック上の上記力
の上記部分垂直成分を受ける形状計。
【請求項９】請求項１に記載する形状計において、上
記力変換器がロードセル（２２）を含む形状計。
【請求項１０】請求項２に記載する形状計において、
上記ピボット支持体が上記軸の垂直面および上記軸の水
平面を含み、上記両面が上記垂直および水平屈曲部材
（２１，２０）に隣接する上記ブロックの垂直および水
平面と当接する形状計。
【請求項１１】請求項５に記載する形状計において、
上記力変換器（２２）に対する垂直力Ｐが次の式で決ま
る形状計：【数１】但し：Ｔ＝上記金属ストリップの張力； θ＝上記形状計ロールのまわりの金属ストリップの巻付
き角；ｚ＝上記軸線と上記力変換器を通る垂直線との間の水平
距離； α＝ｚ／ｘ；および θｍ＝ａｒｃｔａｎ（ｘ／ｙ）。
【請求項１２】金属ストリップ（３６）が形状計ロー
ル（１０）の上を通過するとき、そのストリップの幅を
横切る張力分布を測定することによって、張力を受けて
いるストリップの平面度を測定するために使用し、上記
金属ストリップが上記形状計ロールのうえを通過すると
き上記形状計ロールに巻付く角（θ）を形成する形状計
ロールにおいて、形状計が、共通固定軸（１１）に同軸
に取付けられた一組の軸受（４０）、力変換器（２
２）、およびピボット支持体（１９，２０，２１）を含
み、上記軸は、上記各軸受内に、上記各軸受と上記軸の
間に上記軸受と軸との共通軸線が水平で且つストリップ
の移動方向を横切るように取付けられたブロック（１
２）を有し、上記変換器は、上記ブロックと上記軸の間
に取付けられ、上記金属ストリップが少なくとも一つの
上記軸受の上を通過するとき、上記張力を受けている金
属ストリップによって上記少なくとも一つの軸受の上に
加えられる半径方向力の結果として生ずる、上記ブロッ
ク上の垂直方向力の一部を検知するために使われ、上記
ピボット支持体は、上記ブロック中にあって、上記ブロ
ックを上記軸上に水平方向および垂直方向に一つの自由
度を有して固定し、それによって上記ブロックが上記ピ
ボット支持体周りに上記軸の軸線を横切る垂直平面内で
回転可能であり、上記ブロック上の上記半径方向力の水
平成分が、上記ピボット支持体によって支持され、およ
び上記ブロック上の上記半径方向力の垂直成分は、一部
上記ピボット支持体によって支持され、そして一部上記
力変換器によって支持される形状計。