JP4802413B2 - 非磁性体材搬送装置および非磁性体材搬送方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ板等非磁性体材の搬送時における振動を抑制しつつ、非磁性体材の搬送状態を矯正する、非磁性体材搬送装置および非磁性体材搬送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、ローラ１０を有する従来の非磁性体材搬送装置１Ｚを示す上面図である。図６には非磁性体材２の表面処理工程も示している。この非磁性体材２の表面処理工程は、非磁性体材２上にメッキや塗装を行う工程（第１工程）と、ドライヤ１１で非磁性体材に圧搾空気を吹きかける等して、第１工程で塗布された余分なメッキや塗装の除去と乾燥を行い、所望の厚さのメッキや塗装を行う工程（第２工程）とからなる。
【０００３】
図７は、複数のローラ１０ａおよび１０ｂを用いて非磁性体材２を搬送する非磁性体材搬送装置１Ｙを示す斜視図である。図８は図７に示される非磁性体材搬送装置１ＹのI−I線における断面図である。図９は図７に示される非磁性体材搬送装置１ＹのII−II線における断面図である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、非磁性体材２は安定に走行しているわけではない。図６において一点破線によって示すように、非磁性体材２は、加振力となるドライヤ１１からの圧搾空気により、走行面（搬送面）に沿って振動しながら走行する。したがって、ドライヤ１１と非磁性体材２との距離の変動により、第１工程におけるメッキや塗装の厚さが均一でなくなり、製品品質が劣化するという問題があった。
【０００５】
また、図７に示すように、複数のローラ１０ａおよび１０ｂを用いて非磁性体材２を搬送する場合には、ローラ１０ａおよび１０ｂにより非磁性体材２に外圧が加わり、図８に示すような反りが発生することがある。くわえて、ローラ１０ａとローラ１０ｂとの間隔が長い場合、非磁性体材２に図９に示すように曲がることもある。このように、非磁性体材２に反りや曲がりが発生すると、第１工程のメッキや塗装にむらが生じる。ここで、ローラ１０ａと１０ｂとの間隔を短く取れば、非磁性体材２に発生する反りや曲がりを防止することもできるが、非磁性体材２の表面処理工程の直後や圧延処理の直後などに非磁性体材２をローラで支持すると、非磁性体材２に傷がつき、製品品質が劣化する。したがって、ローラ１０ａと１０ｂとの間隔を一定以上短くすることはできないという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、非磁性体材の振動を抑制しつつ、非磁性体材の搬送状態を矯正する、非磁性体材搬送装置および非磁性体材搬送方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の非磁性体材搬送装置は、導電性を有する非磁性体材を搬送するものであって、前記非磁性体材を挟んで互いに対向する位置に配置された第１および第２の電磁石と、前記第１および第２の電磁石に各々供給する交流電流の位相差を制御する制御部とを備えることを特徴とする。かかる非磁性体材搬送装置により、搬送される非磁性体材の振動を抑制しつつ、非磁性体材の搬送姿勢を矯正することが可能である。
【０００８】
また、電磁石に供給する交流電流の制御のためには、搬送する非磁性体材の状態を検出する手段が必要となろう。そこで、本発明の非磁性体材搬送装置は、前記第１および第２の電磁石のうちいずれか一方の電磁石と前記非磁性体材との距離を検出し、当該距離を示す距離検出信号を出力する距離検出部を備え、前記制御部は、前記距離検出信号に基づいて前記位相差を制御することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の非磁性体材搬送装置は、導電性を有する非磁性体材を搬送するものであって、前記非磁性体材を挟んで互いに対向する位置に配置された第１および第２の電磁石と、前記第１および第２の電磁石のうちいずれか一方の電磁石と前記非磁性体材との距離を検出し、当該距離を示す距離検出信号を出力する距離検出部と、前記距離検出信号に基づいて直流電流の電流値を制御するとともに、第１交流電流と前記第１交流電流の２倍の周波数を有する第２交流電流との位相差を制御する制御部とを備え、前記第１の電磁石へ前記第１交流電流を供給し、前記第２の電磁石へ前記直流電流に前記第２交流電流を重畳した電流を供給することを特徴とする。かかる非磁性体材搬送装置により、搬送される非磁性体材自体の重量等の要因が加わる場合においても、非磁性体材の振動を抑制しつつ、非磁性体材の搬送姿勢を矯正することが可能である。
【００１０】
また、本発明の非磁性体材搬送方法は、導電性を有する非磁性体材を挟んで対向する位置に配置された第１および第２の電磁石へ交流電流を各々給電して前記非磁性体材を加力するものであって、前記非磁性体に作用する力のうち前記交流電流の周波数の２倍の周波数成分が予め定められた基準値を超えないように、前記第１および第２の電磁石に各々給電する前記交流電流の位相差を制御することを特徴とする。かかる非磁性体材搬送方法により、搬送される非磁性体材に発生する振動を、所望の程度以下に押さえることが可能である。
【００１１】
また、本発明の非磁性体材搬送方法は、導電性を有する非磁性体材を挟んで対向する位置に配置された第１および第２の電磁石を具備するものであって、前記非磁性体材を搬送するものであって、前記第１および第２の電磁石のうちいずれか一方の電磁石と前記非磁性体材との距離を検出し、検出された距離に基づいて直流電流の電流値を制御するとともに、第１交流電流と前記第１交流電流の２倍の周波数を有する第２交流電流との位相差を制御し、前記第１の電磁石へ前記第１交流電流を供給する一方、前記第２の電磁石へ前記直流電流に前記第２交流電流を重畳した電流を供給することを特徴とする。かかる非磁性体材搬送方法により、搬送される非磁性体材自体の重量等の要因が加わる場合においても、非磁性体材の振動を抑制しつつ、非磁性体材の搬送姿勢を矯正することが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
［１． 第１実施形態］
図１は、第１実施形態の非磁性体材搬送装置１Ａの構成を示す正面図である。図１に示すように、非磁性体材搬送装置１Ａは、ローラ１０と、ドライヤ１１と、交流電磁石１２ａおよび１２ｂと、変位センサ１３と、電流コントローラ１４とを備えている。
【００１３】
まず、メッキや塗装などを施された非磁性体材２は、ローラ１０によって、塗装面を側面に向けて搬送される。そして、非磁性体材２は、ドライヤ１１によって塗装面が乾燥され、次工程に供給される。ドライヤ１１は、非磁性体材２上の塗料を速やかに乾燥させるために圧搾空気を噴出しているが、この圧搾空気により、非磁性体材２に振動が発生する場合がある。
【００１４】
そこで、非磁性体材２における振動の発生を抑制するために、非磁性体材搬送装置１Ａは、交流電磁石１２ａおよび１２ｂを利用する。交流電磁石１２ａおよび１２ｂは、非磁性体材２の搬送路における理想的走行面を中心として対向設置されており、交流電流を供給されることにより、交番磁界を発生する。このとき、交番磁界が非磁性体材２に作用すると、非磁性体材２上に渦電流が発生し、交流電磁石１２ａおよび１２ｂの発生する交番磁界と非磁性体材２上に誘起された渦電流とによって、誘導反発力が発生する。非磁性体材搬送装置１Ａは、この誘導反発力を利用して、非磁性体材２が搬送路における理想的走行面を進むように制御している。
【００１５】
ところで、実際の交流電磁石１２ａと１２ｂとの間には、個体差がある。電磁石の個体差とは、例えば、コイルの巻数、コイルの巻き方、コアの形状、および部品構成等の電磁石間の差異のことである。個体差がある場合、交流電磁石１２ａと１２ｂとでは、その抵抗およびインダクタンスが異なる。したがって、電磁石１２ａおよび１２ｂに全く同一の電流を供給したとしても、交流電磁石１２ａによって作用する誘導反発力と、交流電磁石１２ｂによって作用する誘導反発力とは相違する。さらに、誘導反発力の相違に起因して、非磁性体材２は、ある周波数で振動することになる。この理由を以下に説明する。
【００１６】
まず、交流電磁石１２ａの側において、非磁性体材２の表面付近の磁束密度をＢ、渦電流密度をＪｅと定義すると、磁束密度Ｂは式（１）によって表され、渦電流密度Ｊｅは式（２）によって表される。
【００１７】
【数１】
（ただし、Ｂ0は磁束密度Ｂの振幅を示す。）
【００１８】
【数２】
（ただし、Ｊ0は渦電流密度Ｊｅの振幅を示す。また、φ1は磁束密度Ｂと渦電流密度Ｊｅとの時間的な位相差を示す。）
【００１９】
したがって、交流電磁石１２ａと非磁性体材２との間に発生する誘導反発力をｆａと定義すると、式（１）および式（２）より、ｆａは式（３）によって表される。
【００２０】
【数３】
【００２１】
ここで、式（３）の第１項は、時間ｔを変数に持たず、固定値である。このように時間ｔに依存しない誘導反発力ｆａの成分を、本実施形態では、静的反発力と称することとする。
【００２２】
また、式（３）の第２項は、交流電磁石１２ａに供給する交流電流の第２次高調波成分に対応している。式（３）の第２項は、交流電磁石１２ａに供給される交流電流の周波数にしたがって、その大きさを変化させる。すなわち、時間ｔを変数に持つということである。このように、時間ｔに依存して変化する誘導反発力ｆａの成分を、本実施形態では、交流加振力と称することとする。
【００２３】
一方、交流電磁石１２ａの場合と同様に、交流電磁石１２ｂの側において非磁性体材２の表面付近の磁束密度をＢ’、渦電流密度をＪｅ’と定義すると、磁束密度Ｂ’は式（４）によって表され、渦電流密度Ｊｅ’は式（５）によって表される。
【００２４】
【数４】
（ただし、φ2は交流電磁石１２ａの発生する磁束と交流電磁石１２ｂの発生する磁束との位相差を示す。）
【００２５】
【数５】
【００２６】
したがって、交流電磁石１２ｂによって非磁性体材２に作用する誘導反発力をｆａ’と定義すると、式（４）および式（５）に基づいて、ｆａ’を式（６）で表すことができる。
【００２７】
【数６】
【００２８】
ここで、式（６）の第１項は、交流電磁石１２ｂによって非磁性体材２に作用する静的反発力に対応し、第２項は、交流電磁石１２ｂによって非磁性体材２に作用する交流加振力に対応している。さらに、この交流加振力は、式（３）におけると同様に、交流電磁石１２ｂに供給される交流電流の第２次高調波成分と対応する。
【００２９】
交流電磁石１２ａによって非磁性体材２に作用する誘導反発力を示す式（３）と、交流電磁石１２ｂによって非磁性体材２に作用する誘導反発力を示す式（６）とから、交流電磁石１２ａと交流電磁石１２ｂとによって非磁性体材２に作用する誘導反発力の合計ｆｄは、次式（７）によって表すことができる。
【００３０】
【数７】
【００３１】
式（７）に表される通り、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに個体差がある場合、二つの電磁石によって発生する交流加振力が相殺し合わず、残存することとなる。これが、非磁性体材２の振動となる。
【００３２】
そこで、本実施形態の非磁性体材搬送装置１Ａでは、交流電磁石１２ａの発生する磁束と交流電磁石１２ｂの発生する磁束の位相とを調整することにより、二つの電磁石の発生する誘導反発力を相殺し、非磁性体材２の振動を抑制する。
【００３３】
非磁性体材２に発生する振動を抑制するためには、まず、非磁性体材２にどの程度の振動が発生しているかを知る必要がある。そのため、変位センサ１３を配設する。変位センサ１３は交流電磁石１２ａの磁極間に設けられており、電磁石１２ａから非磁性体材２までの距離を示す距離検出信号ｄを出力する。
【００３４】
そして、変位センサ１３の出力する距離検出信号ｄは、常時電流コントローラ１４に供給される。電流コントローラ１４は、距離検出信号ｄに基づいて、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給する交流電流の振幅と位相を決定する。
【００３５】
図２は、電流コントローラ１４の電気的構成を示すブロック図である。図２に示すように、電流コントローラ１４は、記憶部１４０と、減算器１４１と、補償器１４２と、反発力コントローラ１４３と、駆動装置１４４ａおよび１４４ｂとを備えている。
【００３６】
記憶部１４０は、非磁性体材２が理想的走行面にあるときに、距離検出信号ｄが指示する値を基準値として記憶している。
【００３７】
減算器１４１は、変位センサ１３より供給される距離検出信号ｄを、記憶部１４０に記憶される基準値から減算する。この減算の結果が、非磁性体材２が搬送されるべき理想的な走行面からの偏差を示す信号として、補償器１４２に出力される。
【００３８】
補償器１４２は、ループフィルタ等から構成され、減算器１４１の出力信号に位相補償を施して、力指令信号ｆを生成する。この力指令信号ｆを供給されると、反発力コントローラ１４３は、補償器１４２からの力指令信号ｆに対応した反発力を発生させるべく、交流電磁石１２ａ、１２ｂのそれぞれに供給する各交流電流の振幅値と位相とを演算し、演算結果に基づいて、電流指令信号Ｉａ、Ｉｂの振幅値を決定する。
【００３９】
次に、反発力コントローラ１４３は、距離検出信号ｄが、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給する交流電流の第２次高調波成分を含んでいるか否かを判別する。そして、距離検出信号ｄが、当該第２次高調波成分を含んでいる場合には、非磁性体材２が振動していると判断し、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給する交流電流の位相を変化させ、交流加振力が相殺されるように制御する。この制御の原理について、以下に説明する。
【００４０】
まず、交流電磁石１２ａおよび１２ｂの交流加振力を相殺するためには、交流電磁石１２ａもしくは１２ｂのどちらか一方に供給する交流電流の位相を基準とし、他方に供給する交流電流の位相を調整すればよい。ここでは、交流電磁石１２ａに供給する交流電流の位相を基準とする。この場合、式（４）〜式（６）を変形して、次の式（８）〜式（１０）が導かれる。
【００４１】
【数８】
【００４２】
【数９】
【００４３】
【数１０】
（ただし、φ3とは、電流コントローラ１４によって制御されている、交流電磁石１２ａに供給される交流電流と交流電磁石１２ｂに供給される交流電流との位相差を示すものである。）
【００４４】
したがって、式（３）および式（１０）より、交流電磁石１２ａおよび１２ｂと非磁性体材２との誘導反発力の合計ｆｄは式（１１）によって表される。
【００４５】
【数１１】
【００４６】
すなわち、φ2＋φ3＝２ｎπ（ｎ＝整数）の関係が成り立っている場合には交流電磁石１２ａと１２ｂとの発生する交流加振力が逆相となり、相殺される。逆に言うと、非磁性体材２が定常状態で搬送されている場合には、必ずφ2＋φ3＝２ｎπという関係が成り立つことになる。
【００４７】
上述の原理により、反発力コントローラ１４３は、距離検出信号ｄの値から非磁性体材２の振動状態を判別し、非磁性体材２が交流加振力によって振動している場合には、交流電磁石１２ｂに供給する交流電流の位相を変化させる。この反発力コントローラ１４３の制御動作について、次に説明する。
【００４８】
図３は、反発力コントローラ１４３の動作を示すフローチャートである。
まず、反発力コントローラ１４３は、補償器１４２からの力指令信号ｆに対応した反発力を発生させるために、交流電磁石２０ａ、２０ｂのそれぞれに供給する交流電流の大きさを演算して、電流指令信号Ｉａ、Ｉｂとして出力する（ステップｓ１０１）。なお、電流指令信号ＩａおよびＩｂの初期値は、位相差がないものとする。
【００４９】
すると、電流指令信号ＩａおよびＩｂにしたがって、交流電磁石１２ａおよび１２ｂがそれぞれ駆動され、それぞれの交流電磁石１２ａおよび１２ｂと非磁性体材２との間に誘導反発力が発生する。ここで、交流電磁石１２ａおよび１２ｂの個体差があると、交番磁界の位相差分だけ、非磁性体材２は振動することとなる。非磁性体材２の搬送状態は、変位センサ１３によって検出され、その検出結果が、距離検出信号ｄとして、反発力コントローラ１４３にフィードバックされる（ステップｓ１０２）。
【００５０】
ここで、反発力コントローラ１４３は、電流指令信号Ｉｂの基本周波数をｆ0とすると、２ｆ0の周波数成分が、距離検出信号ｄ中に含まれているか否かを判別する（ステップｓ１０３）。具体的には、距離検出信号ｄを、中心周波数を２ｆ0とするバンドパスフィルタに供給し、その出力信号を整流して、振動成分の大きさを示す信号を得る。そして、この信号レベルを予め定められた閾値と比較し、信号レベルが閾値を越えた場合には、２ｆ0の周波数成分があると判別する一方、信号レベルが閾値を越えない場合には、２ｆ0の周波数成分がないと判別する。
【００５１】
そして、距離検出信号ｄが、電流指令信号Ｉｂに第２次高調波成分すなわち周波数２ｆ0の成分が含まれる場合には（ステップｓ１０３においてＹｅｓ）、反発力コントローラ１４３は、交流電磁石１２ｂの発生する交番磁界の位相を変化させるべく、電流指令信号Ｉａに対する電流指令信号Ｉｂの位相を変化させる（ステップｓ１０４）。
【００５２】
すると、交流電磁石１２ａと交流電磁石１２ｂとが非磁性体材２に加える交流加振力の合計が変化する。その結果、非磁性体材２の搬送状態も変化し、その変化を示す距離検出信号ｄが、変位センサ１３によって出力されることとなる。なお、距離検出信号ｄに電流指令信号Ｉｂの第２次高調波成分が含まれていた場合には、反発力コントローラ１４３は、電流指令信号Ｉｂを再度変更する。
【００５３】
上記制御の結果、距離検出信号ｄから電流指令信号Ｉｂの第２次高調波成分が消失した場合、反発力コントローラ１４３は、非磁性体材２の振動が停止したと判断し、交流電磁石１２ｂに供給する交流電流の振幅値および位相を確定する（ステップｓ１０３においてＮｏ）。
【００５４】
上述の動作によって、非磁性体材搬送装置１Ａは、電磁石１２ａおよび１２ｂが非磁性体材２に加える交流加振力を相殺し、非磁性体材２の振動を停止させることができる。また、第１実施形態においては、反発力コントローラ１４３が図３の手順にしたがって電流指令信号Ｉｂの位相を自動的に調整しているが、これに限らない。すなわち作業員などが図３の手順もしくは、位相変化に対する板の振動・騒音の大きさの変化にしたがって電流指令信号Ｉｂの位相を手動で調整する態様でもよい。この場合、電流コントローラ１４外部より、反発力コントローラ１４３に、交流電流の位相制御信号を入力するインターフェイス部を配設し、このインターフェイス部より、反発力コントローラ１４３の位相制御信号を操作するとよい。
【００５５】
以上、説明したように、本実施形態の非磁性体材搬送装置１Ａによれば、電流コントローラ１４の発する電流指令信号ＩａおよびＩｂによって、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給される交流電流に位相差が生じる。これにより、交流電磁石１２ａおよび１２ｂによって発生される磁束や、当該磁束によって発生される渦電流にも同様の位相差が現れることとなり、交流電磁石１２ａおよび１２ｂによって非磁性体材２に加えられる交流加振力が相殺される。その結果、搬送中の非磁性体材２の振動が抑制され、非磁性体材２の搬送時、騒音防止に優れた効果を発揮する。
【００５６】
［２．第２実施形態］
図４は、第２実施形態の非磁性体材搬送装置１Ｂを示す側面図である。
第２実施形態の非磁性体材搬送装置１Ｂは、第１に、複数のローラ１０ａおよび１０ｂを備えている点、第２に、交流電磁石１２ａおよび１２ｂが上下に対向設置されている点、第３に、電流コントローラ１４に備わる反発力コントローラ１４３の動作が異なる点を除き、第１実施形態の非磁性体材搬送装置１Ａと同様である。煩雑を避けるため、第１実施形態の非磁性体材搬送装置１Ａと重複する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
図４に示すとおり、第２実施形態の非磁性体材搬送装置１Ｂでは、複数のローラ１０ａおよび１０ｂによって、非磁性体材２を水平方向に搬送する。このように非磁性体材２を搬送する場合には、ローラ１０ａおよび１０ｂによって非磁性体材２に外圧が加わり、非磁性体材２に反りや曲がりが生じる。そこで、非磁性体材２の理想的搬送路を中心として、上下に交流電磁石１２ａおよび１２ｂを配設する。非磁性体材搬送装置１Ｂは、交流電磁石１２ａおよび１２ｂによって生ずる誘導反発力を利用して、非磁性体材２の反りや曲がりを矯正する。
【００５８】
しかし、非磁性体材２が水平方向に搬送される場合には、図４に示すように、非磁性体材２自体の重量に起因する力が、図中ａの方向に向かって働くこととなる。（以下、本実施形態では、この力のことを「面外力」と称し、符号Ｗを付す。）
【００５９】
したがって、非磁性体材搬送装置１Ｂに備わる交流電磁石１２ａおよび１２ｂに全く同様の誘導反発力を発生させることができたとしても、面外力Ｗを考慮しない場合には、非磁性体材２の反りや曲がりを完全には矯正できない。そこで、非磁性体材搬送装置１Ｂでは、非磁性体材２の面外力Ｗを考慮して、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給する電力を制御し、非磁性体材２の搬送姿勢を矯正する。以下に、その原理を説明する。
【００６０】
まず、非磁性体材２の下側に設置される交流電磁石１２ｂに供給される交流電流の周波数をｆ0とする。そして、交流電磁石１２ｂの発生する磁束の密度をＢ2、交流電磁石１２ｂの発生する磁束によって非磁性体材２上に誘起される渦電流の密度をＪｅ2とすると、磁束密度Ｂ2は式（１２）によって表すことができ、渦電流密度Ｊｅ2は式（１３）によって表すことができる。
【００６１】
【数１２】
【００６２】
【数１３】
（ただし、φ12は、角速度ω0における磁束と渦電流との位相差。ここで、ω0＝２πｆ0である。）
【００６３】
すると、上記の式（１２）および式（１３）より、交流電磁石１２ｂによって非磁性体材２に作用する誘導反発力ｆａ2は、式（１４）によって表される。
【００６４】
【数１４】
【００６５】
そして、交流電磁石１２ｂに対向設置された交流電磁石１２ａ側に供給する交流電流の周波数を、消去すべき交流加振力の周波数に設定する。ここでは、交流電磁石１２ｂに供給される交流電流の第２次高調波成分に対応する交流加振力を相殺するため、交流電磁石１２ｂには、周波数２ｆ0の交流電流を供給する。さらに、交流電磁石１２ａには、直流電流もあわせて供給する。それによる磁束密度の直流成分をＢ00とする。
【００６６】
上記のように設定した場合、交流電磁石１２ａによって発生する磁束の密度をＢ1と定義し、非磁性体材２上に誘起される渦電流の密度をＪｅ1と定義すると、磁束密度Ｂ1は式（１５）によって表され、渦電流密度Ｊｅ1は式（１６）によって表される。
【００６７】
【数１５】
【００６８】
【数１６】
ここで、φ11は角速度２ω0における磁束から渦電流までの位相差を示しており、φ3は、電流コントローラ１４によって制御される、交流電磁石１２ａに供給される交流電流と交流電磁石１２ｂに供給される交流電流との位相差を示している。
【００６９】
交流電磁石１２ａによって非磁性体材２に作用する誘導反発力をｆａ1と定義すると、誘導反発力ｆａ1は、式（１５）および式（１６）より、式（１７）のように導かれる。
【００７０】
【数１７】
【００７１】
したがって、式（１４）および式（１７）より、交流電磁石１２ａおよび１２ｂと非磁性体材２との誘導反発力の合計ｆｄは式（１８）によって表される。
【００７２】
【数１８】
ここで、式（１８）の第１項は静的反発力を示し、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給する交流電流の周波数に関わらず一定である。一方、式（１８）の第２項は、周波数２ｆ0の交流加振力を示している。
【００７３】
まず、第２項においての交流加振力を「０」とするためには、１／２Ｊ02Ｂ02＝Ｊ01Ｂ00となるように、Ｂ00すなわち直流成分を調整する必要がある。この直流成分は、非磁性体材２の自重Ｗを支持する必要のない側の交流電磁石１２ａに流す直流電流Ｉ00に起因して供給されるものであり、位相には関係がない。したがって、自由に操作することができる。
【００７４】
第２に、ｃｏｓ（２ω0ｔ−φ12）＝ｓｉｎ（２ω0ｔ−φ11−φ3）となるように、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給する交流電流の位相を制御する必要がある。この場合、交流電流の位相差φ3を、φ3＝φ12−φ11＋π／２が成り立つように設定すれば、交流電磁石１２ａと１２ｂとが発生する交番磁界は逆相になり、交流加振力を相殺することができるようになる。ここでは具体的なφ3の設定方法を示す。
【００７５】
まず、板に作用する力の周波数２ω0成分をＦ2 ω 0とすると、
【数１９】
となる。
【００７６】
ここで、Ｆ2 ω 0の振幅｜Ｆ2 ω 0｜は次のように求められる。
【数２０】
【００７７】
そして、｜Ｆ2 ω 0｜はφ3の値により変動し、φ11＋φ3−φ12＝π／２の場合には次式のようになり、最大値をとる。
【数２１】
一方、φ11＋φ3−φ12＝−π／２の場合には、最小値をとることがわかる。
【００７８】
｜Ｆ2 ω 0｜が最大値をとる条件φ11＋φ3−φ12＝π／２は、交流加振力を相殺するためのφ3の必要条件φ3＝φ12−φ11＋π／２に一致する。したがって、φ3は交流加振力の周波数２ω0成分Ｆ2 ω 0を検出し、その値が最大になるように調整すればよいことがわかる。交流加振力の大きさの判断は変位センサ１３の出力する距離検出信号をもって判断することも可能である。φ3の設定は、以上の手順を踏まえて作業員などにより手動で実施してもよいし、反発力コントローラ１４３に、距離検出信号から２ω0の周波数成分のみを抽出させる機能と、φ3と距離検出信号の２ω0の周波数成分の振幅とを関連付けて記憶させる機能と、距離検出信号の２ω0の周波数成分の振幅の最大値を判断させてφ3の最適値を選択する機能とを具備させて、自動的にφ3の設定を行わせてもよい。
【００７９】
上述の原理にしたがって、電流コントローラ１４は、電流指令値ＩａおよびＩｂを出力する。第２実施形態においては、交流電磁石１２ａと１２ｂとで、供給される交流電流の周波数が異なっている。以下に、反発力コントローラ１４３の動作について説明する。
【００８０】
図５は、反発力コントローラ１４３の動作を示すフローチャートである。
ここでは、反発力コントローラ１４３は、交流電磁石１２ｂには周波数ｆ0の交流電流を供給するよう設定されており、この交流電流の第２次高調波成分に基づく交流加振力を相殺するために、交流電磁石１２ａには、周波数２ｆ0の交流電流と直流電流Ｉ00とを重畳した電流が供給されるよう設定されているものとする。
【００８１】
まず、非磁性体材搬送装置１Ｂが動作すると、反発力コントローラ１４３は、非磁性体材２の搬送姿勢を矯正するために、交流電磁石１２ａに電流指令信号Ｉａを、交流電磁石１２ｂに電流指令信号Ｉｂを、それぞれ供給する（ステップｓ２０１）。
【００８２】
すると、交流電磁石１２ａおよび１２ｂによって発生する交番磁界により、非磁性体材２に渦電流が誘起され、誘導反発力が発生する。そして、非磁性体材２には、周波数２ｆ0の交流加振力が作用することとなる。ここで、交流電磁石１２ａによって発生する交番磁界と、交流電磁石１２ｂによって発生する交番磁界とに位相差がある場合、非磁性体材２に作用する交流加振力は、非磁性体材２の振動として現象する。
【００８３】
非磁性体材２の搬送状態は、変位センサ１３によって検知され、距離検出信号ｄとして、反発力コントローラ１４３に供給される（ステップｓ２０２）。そして、反発力コントローラ１４３は、距離検出信号ｄより、非磁性体材２の振動に、周波数２ｆ0の成分が含まれているか判別し、その成分が所定の閾値を超える場合には（ステップｓ２０３においてＹｅｓ）、交流電磁石１２ａに供給する直流電流Ｉ00の値を変化させる（ステップｓ２０４）。
【００８４】
反発力コントローラ１４３が、直流電流Ｉ00の値を変化させると、それに伴って、交流電磁石１２ａの発生する交番磁界が変化し、さらに、非磁性体材２上に誘起される渦電流が変化する。したがって、非磁性体材２に作用する誘導反発力が変化する。その変化は、変位センサ１３によって検知され、距離検出信号ｄによって反発力コントローラ１４３にフィードバックされる。
【００８５】
反発力コントローラ１４３は、直流電流Ｉ00の操作によって変化した距離検出信号ｄより、再度周波数２ｆ0に同期した振動が非磁性体材２に存するか否かを判定する。そして、非磁性体材２の振動における周波数２ｆ0の成分が、閾値以下に収まった場合（ステップｓ２０３においてＮｏ）、直流電流Ｉ00の値を確定する。
【００８６】
なお、式（１８）における第３項は、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給される交流電流の第４次高調波に基づく交流加振力を示しており、非磁性体材２に外乱として作用する。しかし、この交流加振力の振幅は、非磁性体材２の自重Ｗを支える必要のない側、すなわち交流電磁石１２ａ側の静的反発力に比例するため、小さいものとなる。したがって、この高調波が残留したままであったとしても、非磁性体材２の振動および騒音は、小さいものにとどまる。
【００８７】
また、第２実施形態においては、距離検出信号ｄを検出することによって非磁性体材２上の振動の有無を検出し、交流電磁石１２ａに供給される直流電流Ｉ00を制御する態様で説明を行ったが、直流電流Ｉ00の値を手動で操作する態様でもよい。この場合、電流コントローラ１４外部より、反発力コントローラ１４３に、交流電流の位相制御信号を入力するインターフェイス部を配設し、このインターフェイス部より、反発力コントローラ１４３の発生する位相制御信号を操作するとよい。
【００８８】
以上、説明したように、第２実施形態の非磁性体材搬送装置１Ｂでは、交流電磁石１２ｂによって面外力Ｗを支持するとともに、交流電磁石１２ａに供給する交流電流の位相および直流電流を制御し、交流電磁石１２ａの発生する交番磁界を調整することで、交流加振力を相殺する。したがって、振動騒音を押さえつつ、非磁性体材を搬送することが可能である。
【００８９】
［３．変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に述べる変形が可能である。
反発力コントローラ１４３は、位相が異なる電流指令信号ＩａおよびＩｂを生成するが、具体的な態様としては以下のものがある。
【００９０】
第１の態様は、２つの正弦波発振器を設け、各正弦波出力信号間に位相に差をつけるといったものである。この場合、各正弦波出力信号は同期している必要があり、また、外部から制御信号によって位相が調整可能でなければならない。このためには、ＰＬＬ回路を用いることが好ましい。より具体的には、反発力コントローラ１４３は、第１および第２電圧制御正弦波発振器と、正弦波出力信号間の位相差を検出して比較電圧を出力する位相比較回路と、基準位相に応じた基準電圧から比較電圧を減算して誤差電圧を出力する減算回路とを備え、第１電圧制御正弦波発振器には固定の電圧を供給する一方、第２電圧制御正弦波発振器には誤差電圧を供給すればよい。
【００９１】
第２の態様は、１つの正弦波発振器によって電流指令信号Ｉａを生成する一方、電流指令信号Ｉａを可変遅延回路に供給して電流指令信号Ｉｂを得るといったものである。可変遅延回路は、遅延時間を可変できるのであればどのようなものであってもよい。例えば、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、オールパスフィルタによって可変遅延回路を構成する場合には、それらのフィルタを構成する抵抗素子や容量素子の一部に抵抗値を電圧で制御可能なＦＥＴや容量値を電圧で制御可能な可変容量ダイオードを用いればよい。
【００９２】
なお、表裏間での電磁石に個体差があり、さらに面外方向に静的な外力が作用する場合には、第１の態様と第２の態様の組み合わせをすることにより、大きな騒音振動抑制効果を得ることができる。
【００９３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の非磁性体材搬送装置によれば、複数の電磁石の個体差に起因して非磁性体材に作用する交流加振力により振動や騒音といった問題が発生したとしても、個々の電磁石に供給する交流電流に位相差を設けることで交流加振力を相殺し、非磁性体材の振動を抑制することができる。
また、本発明の非磁性体材搬送装置によれば、搬送する非磁性体材が、非磁性体材自体の重量などの要因によって反ったり曲がったりした場合であっても、電磁石に供給する電力のうち、直流成分を制御することで、複数の電磁石の発生する交番磁界の位相を調節し、非磁性体材の振動を抑制しつつ搬送姿勢を矯正することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 非磁性体材搬送装置１Ａの構成を示す正面図である。
【図２】 電流コントローラ１４の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】 第１実施形態における、反発力コントローラ１４３の動作を示すフローチャートである。
【図４】 非磁性体材搬送装置１Ｂを示す側面図である。
【図５】 第２実施形態における、反発力コントローラ１４３の動作を示すフローチャートである。
【図６】 非磁性体材搬送装置１Ｚを示す上面図である。
【図７】 非磁性体材搬送装置１Ｙを示す斜視図である。
【図８】 非磁性体材搬送装置１ＹのI−I線における断面図である。
【図９】 非磁性体材搬送装置１ＹのII−II線における断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ…非磁性体搬送装置、１２ａ，１２ｂ…交流電磁石、１３…変位センサ、１４…電流コントローラ、ｄ…距離検出信号、２…非磁性体材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ板等非磁性体材の搬送時における振動を抑制しつつ、非磁性体材の搬送状態を矯正する、非磁性体材搬送装置および非磁性体材搬送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、ローラ１０を有する従来の非磁性体材搬送装置１Ｚを示す上面図である。図６には非磁性体材２の表面処理工程も示している。この非磁性体材２の表面処理工程は、非磁性体材２上にメッキや塗装を行う工程（第１工程）と、ドライヤ１１で非磁性体材に圧搾空気を吹きかける等して、第１工程で塗布された余分なメッキや塗装の除去と乾燥を行い、所望の厚さのメッキや塗装を行う工程（第２工程）とからなる。
【０００３】
図７は、複数のローラ１０ａおよび１０ｂを用いて非磁性体材２を搬送する非磁性体材搬送装置１Ｙを示す斜視図である。図８は図７に示される非磁性体材搬送装置１ＹのI−I線における断面図である。図９は図７に示される非磁性体材搬送装置１ＹのII−II線における断面図である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、非磁性体材２は安定に走行しているわけではない。図６において一点破線によって示すように、非磁性体材２は、加振力となるドライヤ１１からの圧搾空気により、走行面（搬送面）に沿って振動しながら走行する。したがって、ドライヤ１１と非磁性体材２との距離の変動により、第１工程におけるメッキや塗装の厚さが均一でなくなり、製品品質が劣化するという問題があった。
【０００５】
また、図７に示すように、複数のローラ１０ａおよび１０ｂを用いて非磁性体材２を搬送する場合には、ローラ１０ａおよび１０ｂにより非磁性体材２に外圧が加わり、図８に示すような反りが発生することがある。くわえて、ローラ１０ａとローラ１０ｂとの間隔が長い場合、非磁性体材２に図９に示すように曲がることもある。このように、非磁性体材２に反りや曲がりが発生すると、第１工程のメッキや塗装にむらが生じる。ここで、ローラ１０ａと１０ｂとの間隔を短く取れば、非磁性体材２に発生する反りや曲がりを防止することもできるが、非磁性体材２の表面処理工程の直後や圧延処理の直後などに非磁性体材２をローラで支持すると、非磁性体材２に傷がつき、製品品質が劣化する。したがって、ローラ１０ａと１０ｂとの間隔を一定以上短くすることはできないという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、非磁性体材の振動を抑制しつつ、非磁性体材の搬送状態を矯正する、非磁性体材搬送装置および非磁性体材搬送方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の非磁性体材搬送装置は、導電性を有する非磁性体材を搬送するものであって、前記非磁性体材を挟んで互いに対向する位置に配置された第１および第２の電磁石と、前記第１および第２の電磁石に各々供給する交流電流の位相差を制御する制御部とを備えることを特徴とする。かかる非磁性体材搬送装置により、搬送される非磁性体材の振動を抑制しつつ、非磁性体材の搬送姿勢を矯正することが可能である。
【０００８】
また、電磁石に供給する交流電流の制御のためには、搬送する非磁性体材の状態を検出する手段が必要となろう。そこで、本発明の非磁性体材搬送装置は、前記第１および第２の電磁石のうちいずれか一方の電磁石と前記非磁性体材との距離を検出し、当該距離を示す距離検出信号を出力する距離検出部を備え、前記制御部は、前記距離検出信号に基づいて前記位相差を制御することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の非磁性体材搬送装置は、導電性を有する非磁性体材を搬送するものであって、前記非磁性体材を挟んで互いに対向する位置に配置された第１および第２の電磁石と、前記第１および第２の電磁石のうちいずれか一方の電磁石と前記非磁性体材との距離を検出し、当該距離を示す距離検出信号を出力する距離検出部と、前記距離検出信号に基づいて直流電流の電流値を制御するとともに、第１交流電流と前記第１交流電流の２倍の周波数を有する第２交流電流との位相差を制御する制御部とを備え、前記第１の電磁石へ前記第１交流電流を供給し、前記第２の電磁石へ前記直流電流に前記第２交流電流を重畳した電流を供給することを特徴とする。かかる非磁性体材搬送装置により、搬送される非磁性体材自体の重量等の要因が加わる場合においても、非磁性体材の振動を抑制しつつ、非磁性体材の搬送姿勢を矯正することが可能である。
【００１０】
また、本発明の非磁性体材搬送方法は、導電性を有する非磁性体材を挟んで対向する位置に配置された第１および第２の電磁石へ交流電流を各々給電して前記非磁性体材を加力するものであって、前記非磁性体に作用する力のうち前記交流電流の周波数の２倍の周波数成分が予め定められた基準値を超えないように、前記第１および第２の電磁石に各々給電する前記交流電流の位相差を制御することを特徴とする。かかる非磁性体材搬送方法により、搬送される非磁性体材に発生する振動を、所望の程度以下に押さえることが可能である。
【００１１】
また、本発明の非磁性体材搬送方法は、導電性を有する非磁性体材を挟んで対向する位置に配置された第１および第２の電磁石を具備するものであって、前記非磁性体材を搬送するものであって、前記第１および第２の電磁石のうちいずれか一方の電磁石と前記非磁性体材との距離を検出し、検出された距離に基づいて直流電流の電流値を制御するとともに、第１交流電流と前記第１交流電流の２倍の周波数を有する第２交流電流との位相差を制御し、前記第１の電磁石へ前記第１交流電流を供給する一方、前記第２の電磁石へ前記直流電流に前記第２交流電流を重畳した電流を供給することを特徴とする。かかる非磁性体材搬送方法により、搬送される非磁性体材自体の重量等の要因が加わる場合においても、非磁性体材の振動を抑制しつつ、非磁性体材の搬送姿勢を矯正することが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
［１． 第１実施形態］
図１は、第１実施形態の非磁性体材搬送装置１Ａの構成を示す正面図である。図１に示すように、非磁性体材搬送装置１Ａは、ローラ１０と、ドライヤ１１と、交流電磁石１２ａおよび１２ｂと、変位センサ１３と、電流コントローラ１４とを備えている。
【００１３】
まず、メッキや塗装などを施された非磁性体材２は、ローラ１０によって、塗装面を側面に向けて搬送される。そして、非磁性体材２は、ドライヤ１１によって塗装面が乾燥され、次工程に供給される。ドライヤ１１は、非磁性体材２上の塗料を速やかに乾燥させるために圧搾空気を噴出しているが、この圧搾空気により、非磁性体材２に振動が発生する場合がある。
【００１４】
そこで、非磁性体材２における振動の発生を抑制するために、非磁性体材搬送装置１Ａは、交流電磁石１２ａおよび１２ｂを利用する。交流電磁石１２ａおよび１２ｂは、非磁性体材２の搬送路における理想的走行面を中心として対向設置されており、交流電流を供給されることにより、交番磁界を発生する。このとき、交番磁界が非磁性体材２に作用すると、非磁性体材２上に渦電流が発生し、交流電磁石１２ａおよび１２ｂの発生する交番磁界と非磁性体材２上に誘起された渦電流とによって、誘導反発力が発生する。非磁性体材搬送装置１Ａは、この誘導反発力を利用して、非磁性体材２が搬送路における理想的走行面を進むように制御している。
【００１５】
ところで、実際の交流電磁石１２ａと１２ｂとの間には、個体差がある。電磁石の個体差とは、例えば、コイルの巻数、コイルの巻き方、コアの形状、および部品構成等の電磁石間の差異のことである。個体差がある場合、交流電磁石１２ａと１２ｂとでは、その抵抗およびインダクタンスが異なる。したがって、電磁石１２ａおよび１２ｂに全く同一の電流を供給したとしても、交流電磁石１２ａによって作用する誘導反発力と、交流電磁石１２ｂによって作用する誘導反発力とは相違する。さらに、誘導反発力の相違に起因して、非磁性体材２は、ある周波数で振動することになる。この理由を以下に説明する。
【００１６】
まず、交流電磁石１２ａの側において、非磁性体材２の表面付近の磁束密度をＢ、渦電流密度をＪｅと定義すると、磁束密度Ｂは式（１）によって表され、渦電流密度Ｊｅは式（２）によって表される。
【００１７】
【数１】
【００１８】
【数２】
【００１９】
したがって、交流電磁石１２ａと非磁性体材２との間に発生する誘導反発力をｆａと定義すると、式（１）および式（２）より、ｆａは式（３）によって表される。
【００２０】
【数３】
ここで、式（３）の第１項は、時間ｔを変数に持たず、固定値である。このように時間ｔに依存しない誘導反発力ｆａの成分を、本実施形態では、静的反発力と称することとする。
【００２２】
また、式（３）の第２項は、交流電磁石１２ａに供給する交流電流の第２次高調波成分に対応している。式（３）の第２項は、交流電磁石１２ａに供給される交流電流の周波数にしたがって、その大きさを変化させる。すなわち、時間ｔを変数に持つということである。このように、時間ｔに依存して変化する誘導反発力ｆａの成分を、本実施形態では、交流加振力と称することとする。
【００２３】
一方、交流電磁石１２ａの場合と同様に、交流電磁石１２ｂの側において非磁性体材２の表面付近の磁束密度をＢ’、渦電流密度をＪｅ’と定義すると、磁束密度Ｂ’は式（４）によって表され、渦電流密度Ｊｅ’は式（５）によって表される。
【００２４】
【数４】
【００２５】
【数５】
したがって、交流電磁石１２ｂによって非磁性体材２に作用する誘導反発力をｆａ’と定義すると、式（４）および式（５）に基づいて、ｆａ’を式（６）で表すことができる。
【００２７】
【数６】
ここで、式（６）の第１項は、交流電磁石１２ｂによって非磁性体材２に作用する静的反発力に対応し、第２項は、交流電磁石１２ｂによって非磁性体材２に作用する交流加振力に対応している。さらに、この交流加振力は、式（３）におけると同様に、交流電磁石１２ｂに供給される交流電流の第２次高調波成分と対応する。
【００２９】
交流電磁石１２ａによって非磁性体材２に作用する誘導反発力を示す式（３）と、交流電磁石１２ｂによって非磁性体材２に作用する誘導反発力を示す式（６）とから、交流電磁石１２ａと交流電磁石１２ｂとによって非磁性体材２に作用する誘導反発力の合計ｆｄは、次式（７）によって表すことができる。
【００３０】
【数７】
式（７）に表される通り、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに個体差がある場合、二つの電磁石によって発生する交流加振力が相殺し合わず、残存することとなる。これが、非磁性体材２の振動となる。
【００３２】
そこで、本実施形態の非磁性体材搬送装置１Ａでは、交流電磁石１２ａの発生する磁束と交流電磁石１２ｂの発生する磁束の位相とを調整することにより、二つの電磁石の発生する誘導反発力を相殺し、非磁性体材２の振動を抑制する。
【００３３】
非磁性体材２に発生する振動を抑制するためには、まず、非磁性体材２にどの程度の振動が発生しているかを知る必要がある。そのため、変位センサ１３を配設する。変位センサ１３は交流電磁石１２ａの磁極間に設けられており、電磁石１２ａから非磁性体材２までの距離を示す距離検出信号ｄを出力する。
【００３４】
そして、変位センサ１３の出力する距離検出信号ｄは、常時電流コントローラ１４に供給される。電流コントローラ１４は、距離検出信号ｄに基づいて、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給する交流電流の振幅と位相を決定する。
【００３５】
図２は、電流コントローラ１４の電気的構成を示すブロック図である。図２に示すように、電流コントローラ１４は、記憶部１４０と、減算器１４１と、補償器１４２と、反発力コントローラ１４３と、駆動装置１４４ａおよび１４４ｂとを備えている。
【００３６】
記憶部１４０は、非磁性体材２が理想的走行面にあるときに、距離検出信号ｄが指示する値を基準値として記憶している。
【００３７】
減算器１４１は、変位センサ１３より供給される距離検出信号ｄを、記憶部１４０に記憶される基準値から減算する。この減算の結果が、非磁性体材２が搬送されるべき理想的な走行面からの偏差を示す信号として、補償器１４２に出力される。
【００３８】
補償器１４２は、ループフィルタ等から構成され、減算器１４１の出力信号に位相補償を施して、力指令信号ｆを生成する。この力指令信号ｆを供給されると、反発力コントローラ１４３は、補償器１４２からの力指令信号ｆに対応した反発力を発生させるべく、交流電磁石１２ａ、１２ｂのそれぞれに供給する各交流電流の振幅値と位相とを演算し、演算結果に基づいて、電流指令信号Ｉａ、Ｉｂの振幅値を決定する。
【００３９】
次に、反発力コントローラ１４３は、距離検出信号ｄが、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給する交流電流の第２次高調波成分を含んでいるか否かを判別する。そして、距離検出信号ｄが、当該第２次高調波成分を含んでいる場合には、非磁性体材２が振動していると判断し、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給する交流電流の位相を変化させ、交流加振力が相殺されるように制御する。この制御の原理について、以下に説明する。
【００４０】
まず、交流電磁石１２ａおよび１２ｂの交流加振力を相殺するためには、交流電磁石１２ａもしくは１２ｂのどちらか一方に供給する交流電流の位相を基準とし、他方に供給する交流電流の位相を調整すればよい。ここでは、交流電磁石１２ａに供給する交流電流の位相を基準とする。この場合、式（４）〜式（６）を変形して、次の式（８）〜式（１０）が導かれる。
【００４１】
【数８】
【数９】
【数１０】
【００４４】
したがって、式（３）および式（１０）より、交流電磁石１２ａおよび１２ｂと非磁性体材２との誘導反発力の合計ｆｄは式（１１）によって表される。
【００４５】
【数１１】
すなわち、φ2＋φ3＝２ｎπ（ｎ＝整数）の関係が成り立っている場合には交流電磁石１２ａと１２ｂとの発生する交流加振力が逆相となり、相殺される。逆に言うと、非磁性体材２が定常状態で搬送されている場合には、必ずφ2＋φ3＝２ｎπという関係が成り立つことになる。
【００４７】
上述の原理により、反発力コントローラ１４３は、距離検出信号ｄの値から非磁性体材２の振動状態を判別し、非磁性体材２が交流加振力によって振動している場合には、交流電磁石１２ｂに供給する交流電流の位相を変化させる。この反発力コントローラ１４３の制御動作について、次に説明する。
【００４８】
図３は、反発力コントローラ１４３の動作を示すフローチャートである。
まず、反発力コントローラ１４３は、補償器１４２からの力指令信号ｆに対応した反発力を発生させるために、交流電磁石２０ａ、２０ｂのそれぞれに供給する交流電流の大きさを演算して、電流指令信号Ｉａ、Ｉｂとして出力する（ステップｓ１０１）。なお、電流指令信号ＩａおよびＩｂの初期値は、位相差がないものとする。
【００４９】
すると、電流指令信号ＩａおよびＩｂにしたがって、交流電磁石１２ａおよび１２ｂがそれぞれ駆動され、それぞれの交流電磁石１２ａおよび１２ｂと非磁性体材２との間に誘導反発力が発生する。ここで、交流電磁石１２ａおよび１２ｂの個体差があると、交番磁界の位相差分だけ、非磁性体材２は振動することとなる。非磁性体材２の搬送状態は、変位センサ１３によって検出され、その検出結果が、距離検出信号ｄとして、反発力コントローラ１４３にフィードバックされる（ステップｓ１０２）。
【００５０】
ここで、反発力コントローラ１４３は、電流指令信号Ｉｂの基本周波数をｆ0とすると、２ｆ0の周波数成分が、距離検出信号ｄ中に含まれているか否かを判別する（ステップｓ１０３）。具体的には、距離検出信号ｄを、中心周波数を２ｆ0とするバンドパスフィルタに供給し、その出力信号を整流して、振動成分の大きさを示す信号を得る。そして、この信号レベルを予め定められた閾値と比較し、信号レベルが閾値を越えた場合には、２ｆ0の周波数成分があると判別する一方、信号レベルが閾値を越えない場合には、２ｆ0の周波数成分がないと判別する。
【００５１】
そして、距離検出信号ｄが、電流指令信号Ｉｂに第２次高調波成分すなわち周波数２ｆ0の成分が含まれる場合には（ステップｓ１０３においてＹｅｓ）、反発力コントローラ１４３は、交流電磁石１２ｂの発生する交番磁界の位相を変化させるべく、電流指令信号Ｉａに対する電流指令信号Ｉｂの位相を変化させる（ステップｓ１０４）。
【００５２】
すると、交流電磁石１２ａと交流電磁石１２ｂとが非磁性体材２に加える交流加振力の合計が変化する。その結果、非磁性体材２の搬送状態も変化し、その変化を示す距離検出信号ｄが、変位センサ１３によって出力されることとなる。なお、距離検出信号ｄに電流指令信号Ｉｂの第２次高調波成分が含まれていた場合には、反発力コントローラ１４３は、電流指令信号Ｉｂを再度変更する。
【００５３】
上記制御の結果、距離検出信号ｄから電流指令信号Ｉｂの第２次高調波成分が消失した場合、反発力コントローラ１４３は、非磁性体材２の振動が停止したと判断し、交流電磁石１２ｂに供給する交流電流の振幅値および位相を確定する（ステップｓ１０３においてＮｏ）。
【００５４】
上述の動作によって、非磁性体材搬送装置１Ａは、電磁石１２ａおよび１２ｂが非磁性体材２に加える交流加振力を相殺し、非磁性体材２の振動を停止させることができる。また、第１実施形態においては、反発力コントローラ１４３が図３の手順にしたがって電流指令信号Ｉｂの位相を自動的に調整しているが、これに限らない。すなわち作業員などが図３の手順もしくは、位相変化に対する板の振動・騒音の大きさの変化にしたがって電流指令信号Ｉｂの位相を手動で調整する態様でもよい。この場合、電流コントローラ１４外部より、反発力コントローラ１４３に、交流電流の位相制御信号を入力するインターフェイス部を配設し、このインターフェイス部より、反発力コントローラ１４３の位相制御信号を操作するとよい。
【００５５】
以上、説明したように、本実施形態の非磁性体材搬送装置１Ａによれば、電流コントローラ１４の発する電流指令信号ＩａおよびＩｂによって、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給される交流電流に位相差が生じる。これにより、交流電磁石１２ａおよび１２ｂによって発生される磁束や、当該磁束によって発生される渦電流にも同様の位相差が現れることとなり、交流電磁石１２ａおよび１２ｂによって非磁性体材２に加えられる交流加振力が相殺される。その結果、搬送中の非磁性体材２の振動が抑制され、非磁性体材２の搬送時、騒音防止に優れた効果を発揮する。
【００５６】
［２．第２実施形態］
図４は、第２実施形態の非磁性体材搬送装置１Ｂを示す側面図である。
第２実施形態の非磁性体材搬送装置１Ｂは、第１に、複数のローラ１０ａおよび１０ｂを備えている点、第２に、交流電磁石１２ａおよび１２ｂが上下に対向設置されている点、第３に、電流コントローラ１４に備わる反発力コントローラ１４３の動作が異なる点を除き、第１実施形態の非磁性体材搬送装置１Ａと同様である。煩雑を避けるため、第１実施形態の非磁性体材搬送装置１Ａと重複する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
図４に示すとおり、第２実施形態の非磁性体材搬送装置１Ｂでは、複数のローラ１０ａおよび１０ｂによって、非磁性体材２を水平方向に搬送する。このように非磁性体材２を搬送する場合には、ローラ１０ａおよび１０ｂによって非磁性体材２に外圧が加わり、非磁性体材２に反りや曲がりが生じる。そこで、非磁性体材２の理想的搬送路を中心として、上下に交流電磁石１２ａおよび１２ｂを配設する。非磁性体材搬送装置１Ｂは、交流電磁石１２ａおよび１２ｂによって生ずる誘導反発力を利用して、非磁性体材２の反りや曲がりを矯正する。
【００５８】
しかし、非磁性体材２が水平方向に搬送される場合には、図４に示すように、非磁性体材２自体の重量に起因する力が、図中ａの方向に向かって働くこととなる。（以下、本実施形態では、この力のことを「面外力」と称し、符号Ｗを付す。）
【００５９】
したがって、非磁性体材搬送装置１Ｂに備わる交流電磁石１２ａおよび１２ｂに全く同様の誘導反発力を発生させることができたとしても、面外力Ｗを考慮しない場合には、非磁性体材２の反りや曲がりを完全には矯正できない。そこで、非磁性体材搬送装置１Ｂでは、非磁性体材２の面外力Ｗを考慮して、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給する電力を制御し、非磁性体材２の搬送姿勢を矯正する。以下に、その原理を説明する。
【００６０】
まず、非磁性体材２の下側に設置される交流電磁石１２ｂに供給される交流電流の周波数をｆ0とする。そして、交流電磁石１２ｂの発生する磁束の密度をＢ2、交流電磁石１２ｂの発生する磁束によって非磁性体材２上に誘起される渦電流の密度をＪｅ2とすると、磁束密度Ｂ2は式（１２）によって表すことができ、渦電流密度Ｊｅ2は式（１３）によって表すことができる。
【００６１】
【数１２】
【数１３】
【００６３】
すると、上記の式（１２）および式（１３）より、交流電磁石１２ｂによって非磁性体材２に作用する誘導反発力ｆａ2は、式（１４）によって表される。
【００６４】
【数１４】
そして、交流電磁石１２ｂに対向設置された交流電磁石１２ａ側に供給する交流電流の周波数を、消去すべき交流加振力の周波数に設定する。ここでは、交流電磁石１２ｂに供給される交流電流の第２次高調波成分に対応する交流加振力を相殺するため、交流電磁石１２ｂには、周波数２ｆ0の交流電流を供給する。さらに、交流電磁石１２ａには、直流電流もあわせて供給する。それによる磁束密度の直流成分をＢ00とする。
【００６６】
上記のように設定した場合、交流電磁石１２ａによって発生する磁束の密度をＢ1と定義し、非磁性体材２上に誘起される渦電流の密度をＪｅ1と定義すると、磁束密度Ｂ1は式（１５）によって表され、渦電流密度Ｊｅ1は式（１６）によって表される。
【００６７】
【数１５】
【数１６】
【００６９】
交流電磁石１２ａによって非磁性体材２に作用する誘導反発力をｆａ1と定義すると、誘導反発力ｆａ1は、式（１５）および式（１６）より、式（１７）のように導かれる。
【００７０】
【数１７】
したがって、式（１４）および式（１７）より、交流電磁石１２ａおよび１２ｂと非磁性体材２との誘導反発力の合計ｆｄは式（１８）によって表される。
【００７２】
【数１８】
【００７３】
まず、第２項においての交流加振力を「０」とするためには、１／２Ｊ02Ｂ02＝Ｊ01Ｂ00となるように、Ｂ00すなわち直流成分を調整する必要がある。この直流成分は、非磁性体材２の自重Ｗを支持する必要のない側の交流電磁石１２ａに流す直流電流Ｉ00に起因して供給されるものであり、位相には関係がない。したがって、自由に操作することができる。
【００７４】
第２に、ｃｏｓ（２ω0ｔ−φ12）＝ｓｉｎ（２ω0ｔ−φ11−φ3）となるように、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給する交流電流の位相を制御する必要がある。この場合、交流電流の位相差φ3を、φ3＝φ12−φ11＋π／２が成り立つように設定すれば、交流電磁石１２ａと１２ｂとが発生する交番磁界は逆相になり、交流加振力を相殺することができるようになる。ここでは具体的なφ3の設定方法を示す。
【００７５】
まず、板に作用する力の周波数２ω0成分をＦ2 ω 0とすると、
【数１９】
【００７６】
ここで、Ｆ2 ω 0の振幅｜Ｆ2 ω 0｜は次のように求められる。
【数２０】
そして、｜Ｆ2 ω 0｜はφ3の値により変動し、φ11＋φ3−φ12＝π／２の場合には次式のようになり、最大値をとる。
【数２１】
【００７８】
｜Ｆ2 ω 0｜が最大値をとる条件φ11＋φ3−φ12＝π／２は、交流加振力を相殺するためのφ3の必要条件φ3＝φ12−φ11＋π／２に一致する。したがって、φ3は交流加振力の周波数２ω0成分Ｆ2 ω 0を検出し、その値が最大になるように調整すればよいことがわかる。交流加振力の大きさの判断は変位センサ１３の出力する距離検出信号をもって判断することも可能である。φ3の設定は、以上の手順を踏まえて作業員などにより手動で実施してもよいし、反発力コントローラ１４３に、距離検出信号から２ω0の周波数成分のみを抽出させる機能と、φ3と距離検出信号の２ω0の周波数成分の振幅とを関連付けて記憶させる機能と、距離検出信号の２ω0の周波数成分の振幅の最大値を判断させてφ3の最適値を選択する機能とを具備させて、自動的にφ3の設定を行わせてもよい。
【００７９】
上述の原理にしたがって、電流コントローラ１４は、電流指令値ＩａおよびＩｂを出力する。第２実施形態においては、交流電磁石１２ａと１２ｂとで、供給される交流電流の周波数が異なっている。以下に、反発力コントローラ１４３の動作について説明する。
【００８０】
図５は、反発力コントローラ１４３の動作を示すフローチャートである。
ここでは、反発力コントローラ１４３は、交流電磁石１２ｂには周波数ｆ0の交流電流を供給するよう設定されており、この交流電流の第２次高調波成分に基づく交流加振力を相殺するために、交流電磁石１２ａには、周波数２ｆ0の交流電流と直流電流Ｉ00とを重畳した電流が供給されるよう設定されているものとする。
【００８１】
まず、非磁性体材搬送装置１Ｂが動作すると、反発力コントローラ１４３は、非磁性体材２の搬送姿勢を矯正するために、交流電磁石１２ａに電流指令信号Ｉａを、交流電磁石１２ｂに電流指令信号Ｉｂを、それぞれ供給する（ステップｓ２０１）。
【００８２】
すると、交流電磁石１２ａおよび１２ｂによって発生する交番磁界により、非磁性体材２に渦電流が誘起され、誘導反発力が発生する。そして、非磁性体材２には、周波数２ｆ0の交流加振力が作用することとなる。ここで、交流電磁石１２ａによって発生する交番磁界と、交流電磁石１２ｂによって発生する交番磁界とに位相差がある場合、非磁性体材２に作用する交流加振力は、非磁性体材２の振動として現象する。
【００８３】
非磁性体材２の搬送状態は、変位センサ１３によって検知され、距離検出信号ｄとして、反発力コントローラ１４３に供給される（ステップｓ２０２）。そして、反発力コントローラ１４３は、距離検出信号ｄより、非磁性体材２の振動に、周波数２ｆ0の成分が含まれているか判別し、その成分が所定の閾値を超える場合には（ステップｓ２０３においてＹｅｓ）、交流電磁石１２ａに供給する直流電流Ｉ00の値を変化させる（ステップｓ２０４）。
【００８４】
反発力コントローラ１４３が、直流電流Ｉ00の値を変化させると、それに伴って、交流電磁石１２ａの発生する交番磁界が変化し、さらに、非磁性体材２上に誘起される渦電流が変化する。したがって、非磁性体材２に作用する誘導反発力が変化する。その変化は、変位センサ１３によって検知され、距離検出信号ｄによって反発力コントローラ１４３にフィードバックされる。
【００８５】
反発力コントローラ１４３は、直流電流Ｉ00の操作によって変化した距離検出信号ｄより、再度周波数２ｆ0に同期した振動が非磁性体材２に存するか否かを判定する。そして、非磁性体材２の振動における周波数２ｆ0の成分が、閾値以下に収まった場合（ステップｓ２０３においてＮｏ）、直流電流Ｉ00の値を確定する。
【００８６】
なお、式（１８）における第３項は、交流電磁石１２ａおよび１２ｂに供給される交流電流の第４次高調波に基づく交流加振力を示しており、非磁性体材２に外乱として作用する。しかし、この交流加振力の振幅は、非磁性体材２の自重Ｗを支える必要のない側、すなわち交流電磁石１２ａ側の静的反発力に比例するため、小さいものとなる。したがって、この高調波が残留したままであったとしても、非磁性体材２の振動および騒音は、小さいものにとどまる。
【００８７】
また、第２実施形態においては、距離検出信号ｄを検出することによって非磁性体材２上の振動の有無を検出し、交流電磁石１２ａに供給される直流電流Ｉ00を制御する態様で説明を行ったが、直流電流Ｉ00の値を手動で操作する態様でもよい。この場合、電流コントローラ１４外部より、反発力コントローラ１４３に、交流電流の位相制御信号を入力するインターフェイス部を配設し、このインターフェイス部より、反発力コントローラ１４３の発生する位相制御信号を操作するとよい。
【００８８】
以上、説明したように、第２実施形態の非磁性体材搬送装置１Ｂでは、交流電磁石１２ｂによって面外力Ｗを支持するとともに、交流電磁石１２ａに供給する交流電流の位相および直流電流を制御し、交流電磁石１２ａの発生する交番磁界を調整することで、交流加振力を相殺する。したがって、振動騒音を押さえつつ、非磁性体材を搬送することが可能である。
【００８９】
［３．変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に述べる変形が可能である。
反発力コントローラ１４３は、位相が異なる電流指令信号ＩａおよびＩｂを生成するが、具体的な態様としては以下のものがある。
【００９０】
第１の態様は、２つの正弦波発振器を設け、各正弦波出力信号間に位相に差をつけるといったものである。この場合、各正弦波出力信号は同期している必要があり、また、外部から制御信号によって位相が調整可能でなければならない。このためには、ＰＬＬ回路を用いることが好ましい。より具体的には、反発力コントローラ１４３は、第１および第２電圧制御正弦波発振器と、正弦波出力信号間の位相差を検出して比較電圧を出力する位相比較回路と、基準位相に応じた基準電圧から比較電圧を減算して誤差電圧を出力する減算回路とを備え、第１電圧制御正弦波発振器には固定の電圧を供給する一方、第２電圧制御正弦波発振器には誤差電圧を供給すればよい。
【００９１】
第２の態様は、１つの正弦波発振器によって電流指令信号Ｉａを生成する一方、電流指令信号Ｉａを可変遅延回路に供給して電流指令信号Ｉｂを得るといったものである。可変遅延回路は、遅延時間を可変できるのであればどのようなものであってもよい。例えば、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、オールパスフィルタによって可変遅延回路を構成する場合には、それらのフィルタを構成する抵抗素子や容量素子の一部に抵抗値を電圧で制御可能なＦＥＴや容量値を電圧で制御可能な可変容量ダイオードを用いればよい。
【００９２】
なお、表裏間での電磁石に個体差があり、さらに面外方向に静的な外力が作用する場合には、第１の態様と第２の態様の組み合わせをすることにより、大きな騒音振動抑制効果を得ることができる。
【００９３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の非磁性体材搬送装置によれば、複数の電磁石の個体差に起因して非磁性体材に作用する交流加振力により振動や騒音といった問題が発生したとしても、個々の電磁石に供給する交流電流に位相差を設けることで交流加振力を相殺し、非磁性体材の振動を抑制することができる。
また、本発明の非磁性体材搬送装置によれば、搬送する非磁性体材が、非磁性体材自体の重量などの要因によって反ったり曲がったりした場合であっても、電磁石に供給する電力のうち、直流成分を制御することで、複数の電磁石の発生する交番磁界の位相を調節し、非磁性体材の振動を抑制しつつ搬送姿勢を矯正することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 非磁性体材搬送装置１Ａの構成を示す正面図である。
【図２】 電流コントローラ１４の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】 第１実施形態における、反発力コントローラ１４３の動作を示すフローチャートである。
【図４】 非磁性体材搬送装置１Ｂを示す側面図である。
【図５】 第２実施形態における、反発力コントローラ１４３の動作を示すフローチャートである。
【図６】 非磁性体材搬送装置１Ｚを示す上面図である。
【図７】 非磁性体材搬送装置１Ｙを示す斜視図である。
【図８】 非磁性体材搬送装置１ＹのI−I線における断面図である。
【図９】 非磁性体材搬送装置１ＹのII−II線における断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ…非磁性体搬送装置、１２ａ，１２ｂ…交流電磁石、１３…変位センサ、１４…電流コントローラ、ｄ…距離検出信号、２…非磁性体材。
Claims (4)
- 導電性を有する非磁性体材を搬送する非磁性体材搬送装置であって、
前記非磁性体材を挟んで互いに対向する位置に配置された第１および第２の電磁石と、
前記第１および第２の電磁石に各々供給する交流電流の位相差を制御し、前記第１の電磁石によって前記非磁性体材に作用する交流加振力と、前記第２の電磁石によって前記非磁性体材に作用する交流加振力とが相殺されるようにこれらを作用させることで、前記第１および第２の電磁石の各々によって作用する誘導反発力の相違に起因する、前記非磁性体材を搬送する際の振動を抑制する制御部と
を備えることを特徴とする非磁性体材搬送装置。 - 前記制御部は、
前記第１および第２の電磁石に各々供給する交流電流の位相差と直流電流の電流値とを制御するとともに、前記第１の電磁石へ第１の交流電流を供給し、前記第２の電磁石へ前記第１の交流電流の２倍の周波数を有する第２の交流電流に直流電流を重畳した電流を供給することにより、前記第１の電磁石によって前記非磁性体材に作用する交流加振力と、前記第２の電磁石によって前記非磁性体材に作用する交流加振力とが相殺されるようにこれらを作用させる
ことを特徴とする請求項１に記載の非磁性体材搬送装置。 - 導電性を有する非磁性体材を搬送する非磁性体材搬送方法において、
前記非磁性体材を挟んで互いに対向する位置に配置された第１および第２の電磁石に各々供給する交流電流の位相差を制御し、前記第１の電磁石によって前記非磁性体材に作用する交流加振力と、前記第２の電磁石によって前記非磁性体材に作用する交流加振力とが相殺されるようにこれらを作用させることで、前記第１および第２の電磁石の各々によって作用する誘導反発力の相違に起因する、前記非磁性体材を搬送する際の振動を抑制する
ことを特徴とする非磁性体材搬送方法。 - 導電性を有する非磁性体材を挟んで対向する位置に配置された第１および第２の電磁石へ交流電流を各々給電して前記非磁性体材を加力する非磁性体材搬送方法において、
前記非磁性体材に作用する力のうち前記交流電流の周波数の２倍の周波数成分が予め定められた基準値を超えないように、前記第１および第２の電磁石に各々給電する前記交流電流の位相差を制御する
ことを特徴とする非磁性体材搬送方法。
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