JP3734299B2 - ロールコータのニップ圧制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、シート状の金属板等にロールにより塗料等を連続的に塗布するロールコータのニップ圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄メーカ、アルミメーカ、特殊鋼メーカ等において、圧延された金属板の表面に塗装や表面処理を施すために、図３に模式的に示すロールコータ(Roll Coater) が従来から用いられている。この図に示すように、ロールコータは、数本のロールからなり、各ロール間及びロールと金属板間の押付け圧（以下、ニップ圧と呼ぶ）を制御することによって、金属板に塗布する塗料等の膜厚を最適なものとすることができる。なお、金属板の材質，塗料の種類等によって、ロール数やニップ圧は様々であり、ロール間に隙間を設ける場合もある。
【０００３】
図４は、従来のロールコータの一例であり、ピックアップロール１、アプリケータロール２、バックアップロール３の３本のロールを回転可能に接触させたものであり、シート状の金属板４をアプリケータロール２とバックアップロール３の間を通して一定速度で送るとともに、ピックアップロール１で受皿５から塗料をすくい上げてアプリケータロール２に均一の厚さに転写し、アプリケータロール２から金属板４に塗布するようにしたものである。この場合、塗膜の厚さは主にピックアップロール１とアプリケータロール２との押圧力で調節でき、押圧力を大きくすれば膜厚は薄くなり、押圧力を小さくすれば膜厚は厚くなる。
【０００４】
しかし、図４に示した従来のロールコータでは、溶剤蒸気の雰囲気中で操作員がハンドルを操作して膜厚を調節するため、作業環境が悪く、かつ塗膜の膜厚精度が低い問題点があり、この問題点を解決するために、本願発明の出願人は、先に、膜厚を自動制御できる装置を創案し出願した（「ロールコータにおける塗膜厚制御装置」、特公昭６３−４５８６３号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５は、特公昭６３−４５８６３号に基づくロールコータを更に発展させた、６軸を制御するロールコータ（以下、６軸型ロールコータ）の模式図である。この図において、６軸型ロールコータは、図４に示したピックアップロール１とアプリケータロール２の間に更にトランスファロール６を備えると共に、各ロール１，２，６の両端部をそれぞれ駆動する６台（図では片側分を示す）の駆動モータ（ステッピングモータ）７を備えている。場合によってはトランスファーロール６が備えられていないロールコータやトランスファーロール６の位置にピックアップロール、ピックアップロール１の位置にミータリングロールが備えられているロールコータもあるが、以下一括して６軸型ロールコータと呼ぶことにする。この６軸型ロールコータは、膜厚を高精度で自動制御できるため、広く用いられており、例えば、色の異なるカラー鉄板を製造するラインでは、６軸型ロールコータを複数段備え、金属板４の送りを継続したままで、適用する６軸型ロールコータを切り換えるだけで、色の変更ができ、高い生産性を維持できるようになっている。
【０００６】
しかし、上述した６軸型ロールコータには、以下のような問題点があった。
▲１▼ ６軸型ロールコータを複数台使用する場合に、制御軸が多軸（例えば、８軸〜２４軸程度）となり、各軸の駆動モータ（ステッピングモータ）の台数分の制御回路が必要であり、制御装置が大規模になる。
▲２▼ 最大ニップ圧を加えるのに必要な駆動モータの出力トルクを一定値にして駆動するため、ロール接触位置及びロール後退限において過負荷が作用する場合がある。
▲３▼ トルクセンサによりフィードバック信号として、駆動モータ軸にかかるトルクを取り込む場合、駆動モータの自励振動や機械系の振動，バックラッシュ，メカロス等が電気信号に大きく重畳してしまい、ニップ圧の制御が困難であった。
▲４▼ 駆動モータへの電流を遮断すると、出力トルクが０となり、ロールの位置保持ができなくなる。
【０００７】
本発明は、上述した種々の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の主目的は、制御軸が多軸（例えば、８軸〜２４軸程度）の場合でも、小型で安価な制御装置で各軸を制御できるロールコータのニップ圧制御装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、最大ニップ圧を加えるに際して、機械に過負荷が作用せず、ニップ圧を正確に検出でき、かつステッピングモータへの電流を遮断してもロールの位置保持ができるロールコータのニップ圧制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の駆動モータにより複数のニップ圧をそれぞれ制御し、ロールコータのロールを複数台制御するニップ圧制御装置において、ロールコータの各ロールの両端部を駆動する２台の駆動モータを同時に制御できる２軸制御回路と、単一の２軸パルス発振回路と、２軸パルス発振回路で発生したパルス信号を複数のロールコータの各ロールの２台の駆動モータに分配する分配回路とを備え、前記２軸制御回路は、各ロールごとに時間を区切って、前記２軸パルス発振回路と分配回路とを経由して各ロールの２台の駆動モータを時分割制御することで、複数のロールを制御することを特徴とするロールコータのニップ圧制御装置が提供される。
【０００９】
上記、本発明の構成によれば、２軸パルス発振回路と駆動モータの駆動装置との間のパルス信号を分配回路により時分割し、２台の駆動モータを同時に制御できる２軸制御回路により複数のロールコータの４台以上の多くの駆動モータを同時に制御することができる。従って、制御軸数が増加しても制御回路を相応には増加させる必要がなく、システムが大規模にならない。また、従来の制御装置に比べてコンパクトで安価にでき、かつ制御性及び信頼性の向上を図ることができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、ロール位置情報を制御装置が得る前においては、駆動モータの駆動電流を低減し、駆動モータの出力トルクを低下させる。この構成により、ロール接触位置及びロール後退限に到達又は通過する可能性のあるオープン位置決め機能を実施する際、ロールコータの各部に過負荷が作用することがなく、装置の信頼性を高めることができる。
【００１１】
また、ニップ圧検出信号を移動平均処理することが好ましい。この移動平均処理を行うことにより、ニップ圧検出信号の機械的外乱及び電気的ノイズによる悪影響を大幅に低減することができる。
【００１２】
また、ニップ圧を発生するロールと該ロールを駆動する駆動モータとの間に挟持されたロードセルを備え、該ロードセルにより駆動モータの出力を検出することが好ましい。
上記本発明の構成によれば、ニップ圧を発生するロールと該ロールを駆動するモータとの間に挟持されたロードセルによりモータの出力を直接検出することができ、従来のトルクセンサによるトルク検出に比較して、外乱が少なくニップ圧の制御が容易となる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記モータは、ハイブリットステッピングモータである、ことが好ましい。この構成により、ハイブリットステッピングモータの自己保持機能により、電流を遮断してもロール位置を保持することきができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
図１は、本発明によるロールコータの全体構成図である。この図において、ロールコータ１０は、複数（この図では片側３台計６台）の駆動モータ、例えばステッピングモータ７により複数（この図では３か所センサ６台）のニップ圧をそれぞれ制御するようになっている。また、ロールコータ１０は、ニップ圧を発生するロール１，２，６とこれらのロールを駆動するステッピングモータ７との間に挟持されたロードセル１２を備えている。このロードセル１２は、ステッピングモータ７の出力軸と同軸上または、ギヤを介した軸上に設置され、ステッピングモータ７の出力をそのまま（等価に）検出するようになっている。この構成により、従来のトルクセンサによるトルク検出に比較して、外乱が少なく主成分（ニップ圧）の制御を容易にすることができる。
【００１５】
図１において、ロールコータ１０は、更に、複数のステッピングモータ７とステッピングモータ７により駆動される複数のロール１，２，６の全体を支持する支持台１４と、支持台１４をバックアップロール３に向けて移動させる直動シリンダ１６とを備える。この直動シリンダ１６は油圧シリンダでも空圧シリンダでもよい。また、後述する制御装置により、被処理材４（金属板）の板継ぎ部の通過時に、直動シリンダ１６により支持台１４を高速で移動させて、アプリケータロール２とバックアップロール３の間を高速で開閉させるようになっている。この構成により、ステッピングモータ７による金属板溶接点の待機動作に比べて、短時間で待機動作を完了でき、溶接点付近の未塗布長を短くすることができる。
【００１６】
また、各ステッピングモータ７には、ハイブリットステッピングモータを用いることが好ましい。ハイブリットステッピングモータは、ロータを直交するＮＳ極それぞれ１対の突起で形成し、ステータに４相又は５相の電磁石を配置したものであり、励磁しない状態でも一定の位置を保持しようとするディテントトルクが大きい特徴がある。従って、ハイブリットステッピングモータを用いることにより、その自己保持機能により、電流を遮断してもロール位置を保持することきができる。
【００１７】
図２は、本発明によるロールコータのニップ圧制御装置２０の全体構成図である。この図に示すように、ニップ圧制御装置２０は、複数（この図では６台）のステッピングモータ７により複数（この図では３ヶ所）のニップ圧をそれぞれ制御するロールコータ１０のロールを複数台制御する制御装置であり、ロールコータ１０の各ロールの両端部を駆動する２台のステッピングモータ７を同時に制御できる２軸制御回路２２と、単一の２軸パルス発振回路２４と、パルス発振回路２４で発生したパルス信号を複数のロールコータ１０の各ロールの２台のステッピングモータ７に分配する分配回路２６と、を備えている。なお、この図で１２ａはロードセル１２用のアンプである。
【００１８】
図１，図２を用いて、ピックアップロール１，アプリケータロール２，トランスファーロール６の３つのロールの時分割制御を例にして詳述する。ピックアップロール用ロードセルを１２−１１，１２−１２、ピックアップロール用ステッピングモータを７−１１，７−１２、アプリケータロール用ロードセルを１２−２１，１２−２２、アプリケータロール用ステッピングモータを７−２１，７−２２、トランスファーロール用ロードセルを１２−３１，１２−３２、トランスファーロール用ステッピングモータを７−３１，７−３２としたとき、ニップ圧制御の設定値は、例えば上位ＣＰＵからの信号によって各ロール毎に決定される。ロジック制御部２２ａでは、ニップ圧制御や塗装開始時、塗装終了時あるいは継ぎ目通過時等の定寸送りなどの動作ロジックの制御を３ロール分制御し、演算制御部２２ｂでは、ロジック制御部２２ａで決定したニップ圧設定値や定寸送り時の動作量などを３ロール分演算する。
【００１９】
次に、圧力・位置制御回路２２ｃでは、演算制御部２２ｂからのニップ圧設定値や動作量指令をピックアップロール１，アプリケータロール２，トランスファーロール６の３ロール分順番に受信し、上記３ロールを順に制御する。
例えば、▲１▼まず、ピックアップロール１のニップ圧設定値を受信し、同時にピックアップロール用ロードセル１２−１１，１２−１２からのニップ圧測定値と比較し、その結果によって、パルス発振回路２４、分配回路２６を経由して、ピックアップロール用ステッピングモータ７−１１，７−１２を動作させ、▲２▼ついで、アプリケータロール２のニップ圧設定値を受信し、同時にアプリケータロール用ロードセル１２−２１，１２−２２からのニップ圧測定値と比較し、その結果によって、パルス発信回路２４、分配回路２６を経由して、アプリケータロール用ステッピングモータ７−２１，７−２２を動作させ、▲３▼ついで、トランスファーロール６のニップ圧設定値を受信し、同時にトランスファーロール用ロードセル１２−３１，１２−３２からのニップ圧測定値と比較し、その結果によって、パルス発振回路２４、分配回路２６を経由して、トランスファーロール用ステッピングモータ７−３１，７−３２を動作させることによって、ピックアップロール１，アプリケータロール２，トランスファーロール６の一連の制御を順番に実施する。さらにトランスファーロール６の動作が終了すれば、再びピックアップロール１の動作に移行する。
【００２０】
このように、一つの圧力・位置制御回路２２ｃおよび２軸パルス発振回路２４を使用時間を区切って、つまり時間を分割することによって多数のロールを制御する方式を採用しており、これを時分割制御と称している。この構成により、２軸パルス発振回路２４とステッピングモータ７のドライバ７ａとの間のパルス信号を分配回路２６により時分割し、２台のステッピングモータ７を同時に制御できる２軸制御回路２２により複数のロールコータ１０のステッピングモータ７を時分割により制御することができる。従って、制御軸数が増加しても制御回路を相応に増加させる必要がなく、システムが大規模にならない。また、従来の制御装置に比べてコンパクトで安価にでき、かつ制御性及び信頼性の向上を図ることができる。
【００２１】
ニップ圧制御装置２０による時分割制御の分割割合は、定常時にはロールコータの性能をより大きく左右するロールの分割範囲を大きくとった所定の定常時用分割割合であるが、▲１▼継目接近から塗布開始後の一定時間後まではアプリケータロール以外のロールのニップ圧の変化はほとんどないが、アプリケータロールのニップ圧は大きく変化し、かつ板厚みの変化の影響も受けるため、アプリケータロールの制御状態を早期に安定させるために、アプリケータロールへの分割割合を大きくし、▲２▼同時に設定値（ニップ圧）の変更時は設定値の変更されたロールの制御状態を早期に安定させるために、設定値の変更されたロールへの分割割合を大きくし、▲３▼定寸移動時はロールコータの操業中ではないため他のロールへの制御は中断し、監視のみ行い、定寸移動対象ロールを集中的に動作させることにより、定寸移動等を円滑に終了させることを目的として定寸移動対象ロールへの分割割合を大きくし、という具合に制御の必要性に応じて分割割合を自動調整し、時分割対象各ロールの制御・監視を常時適切に行いつつ、特に早急に動作させる必要のある特定のロールに対しては、早期に必要に応じて時分割割合を大きくし、常にロールコータのニップ圧制御を円滑に行うことができるようになっている。
【００２２】
更にニップ圧制御装置２０は、ロール位置情報を制御装置が得る前においては、ステッピングモータの駆動電流を低減し、ステッピングモータの出力トルクを低下させるようになっている。この構成により、ロール接触位置及びロール後退限において、ロールコータの各部に過負荷が作用することがなく、装置の信頼性を高めることができる。
【００２３】
また、ニップ圧制御装置２０により、ロードセル１２からのニップ圧検出信号を移動平均処理する。この構成により、ロードセル１２によりステッピングモータ７の出力をそのまま（等価に）検出するとともに、移動平均処理により、ニップ圧検出信号の機械的外乱及び電気的ノイズによる悪影響を大幅に低減することができる。
【００２４】
図２において、２軸制御回路２２は、ロジック制御部２２ａ、演算制御部２２ｂ、圧力・位置制御回路２２ｃ、等からなり、ロジック制御部２２ａは更に上位ＣＰＵとメンテナンスパソコンに連結されている。
この構成により、制御ロジックやアルゴリズム，シーケンス等のソフト面でも多くの軸分の機能を共通化・集約化することができる。また、上位ＣＰＵ等との通信をシリアル回線にて一括伝送したり、１つの画面入力表示装置により全体を操作することができ、製鉄プラント，製造ラインにおいて広範囲の運転や状況監視が集中管理できる。
【００２５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように、本発明のロールコータのニップ圧制御装置は、制御軸が多軸（例えば、８軸〜２４軸程度）の場合でも、小型で安価な制御装置で各軸を制御でき、最大ニップ圧を加える際して、機械に過負荷が作用せず、ニップ圧を正確に検出でき、かつステッピングモータへの電流を遮断してもロールの位置保持ができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるロールコータの全体構成図である。
【図２】本発明によるロールコータのニップ圧制御装置の全体構成図である。
【図３】従来のロールコータの模式図である。
【図４】従来のロールコータの一例を示す構成図である。
【図５】従来の６軸型ロールコータの模式図である。
【符号の説明】
１ ピックアップロール
２ アプリケータロール
３ バックアップロール
４ 金属板（被処理材）
５ 受皿
６ トランスファロール
７ ステッピングモータ
７ａ ドライバ
１０ ロールコータ
１２ ロードセル
１２ａ アンプ
１４ 支持台
１６ 直動シリンダ
２０ ニップ圧制御装置
２２ ２軸制御回路
２２ａ ロジック制御部
２２ｂ 演算制御部
２２ｃ 圧力・位置制御回路
２４ パルス発振回路
２６ 分配回路

Claims (5)

1. 複数の駆動モータにより複数のニップ圧をそれぞれ制御し、ロールコータのロールを複数台制御するニップ圧制御装置において、
   ロールコータの各ロールの両端部を駆動する２台の駆動モータを同時に制御できる２軸制御回路と、単一の２軸パルス発振回路と、２軸パルス発振回路で発生したパルス信号を複数のロールコータの各ロールの２台の駆動モータに分配する分配回路とを備え、
   前記２軸制御回路は、各ロールごとに時間を区切って、前記２軸パルス発振回路と分配回路とを経由して各ロールの２台の駆動モータを時分割制御することで、複数のロールを制御することを特徴とするロールコータのニップ圧制御装置。
2. ロール位置情報を制御装置が得る前においては、駆動モータの駆動電流を低減し、駆動モータの出力トルクを低下させることを特徴とする請求項１に記載のロールコータのニップ圧制御装置。
3. ニップ圧検出信号を移動平均処理することを特徴とする請求項１に記載のロールコータのニップ圧制御装置。
4. ニップ圧を発生するロールと該ロールを駆動する駆動モータとの間に挟持されたロードセルを備え、該ロードセルにより駆動モータの出力を検出することを特徴とする請求項１又は２のロールコータのニップ圧制御装置。
5. 前記駆動モータは、ハイブリットステッピングモータであることを特徴とする請求項１，２，３に記載のロールコータのニップ圧制御装置。

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