JP4863041B2

JP4863041B2 - 形状検出装置

Info

Publication number: JP4863041B2
Application number: JP2005022648A
Authority: JP
Inventors: 洋一雲英; 憲二三角
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2025-01-31
Also published as: JP2006208269A

Description

本発明は、鉄、非鉄、樹脂、紙等のシート材を製造する装置（例えば圧延機）において、製造中にシート材の平坦度を測定する形状検出装置に関する。

図５は、従来の形状検出装置を用いた圧延機の一例を示す図であり、図６は、圧延機が形状測定ローラに及ぼす面圧を示す図であり、図７は形状測定ローラで用いられる静圧軸受を示す図である。なお、かかる形状検出装置は、本発明の発明者による［特許文献１］に開示されている。

図５において、薄板や箔であるシート材５１は、圧延ローラ５３で所定の板厚に圧延され、巻取ロール５９で巻き取られる。圧延ローラ５３と巻取ロール５９の間には、シート材５１を案内するガイドローラ５７と、シート材５１の平坦度を測定する形状測定ローラ５５が設けられている。
また図６に示すように、形状測定ローラ５５は、シート材５１の幅方向に複数設けられた回転ロータ５４と、この回転ロータ５４を内側で支持し両端で固定側５８ａ，５８ｂに固定された支持軸５６とからなる。それぞれの回転ロータ５４には、シート材５１の平坦度による張力分布に応じた面圧ｐ_１，ｐ_２，．．．，ｐ_ｎが作用する。
更に、図７に示すように、形状測定ローラ５５には、空気圧検出口６１ａ，６１ｂが支持軸５６の上部と下部に設けられ、回転ロータ５４と支持軸５６との隙間により変化する圧力を検出する。この空気圧検出口６１ａ，６１ｂは、それぞれ圧力センサー６３ａ，６３ｂに接続され、圧力センサー６３ａは演算器６５の−端子に接続され、圧力センサー６３ｂは演算器６５の＋端子に接続されている。

上述した構成により、シート材５１の平坦度は幅方向の張力分布により知ることができる。すなわち、支持軸５６の内部を圧縮空気が流れており、回転ロータ５４のそれぞれに加わる張力分布は面圧ｐ_１，ｐ_２，．．．ｐ_ｎとなっている。この面圧ｐ_１，ｐ_２，．．．ｐ_ｎのうちのある面圧ｐに注目すると、支持軸５６の内部に圧縮空気が吹き込まれることで回転ロータ５４を支持する静圧軸受の回転ロータ５４と支持軸５６との隙間が変化し、回転ロータ５４と上部空気圧検出口６１ａの隙間が小さくなり、回転ロータ５４と下部空気圧検出口６１ｂとの隙間が大きくなり、それぞれの隙間の生じる圧力差ΔＰにより面圧ｐが支持\lochされる。
従って、圧力センサー６３ａ，６３ｂで上下の空気圧を測定し、演算器６５でその差を演算すれば、面圧ｐの大きさに応じた演算結果が得られる。この演算結果は、シート材５１の張力の大きい部分では面圧が大きくなるため大きな値となり、張力の小さい部分では面圧が小さくなるため小さな値となり、この値の変化を圧延ローラ５３ならびに図示していなが、ロール冷却装置等の他のアクチュエータを制御する制御部へフィードバックすることにより、シート材５１の形状をコントロールすることができる。

上述した［特許文献１］の装置では、シート材５１の幅方向端部が回転ロータに作用する幅がロータ幅の半分以下になる場合に、（１）ロータにモーメントが作用して傾き、検出精度が低下すると共に、（２）ロータの内面のエッジが支持軸５６に接触してロータの回転不良を起こし測定不能となる、等の問題点があった。
これらの問題点を解決するために、本発明と同一の発明者は、［特許文献２］の発明を創案しすでに出願している。

［特許文献２］の「形状検出ローラ」は、図８に示すように、水平な支持軸７２と、該支持軸に空気軸受により回転可能に浮動支持され、かつ隣接して配置された回転ロータ７４と、該ロータ内面の空気圧を検出する圧力検出器（図示せず）と、を備えた形状測定ローラにおいて、支持軸７２を軸方向に移動させるシフト装置７６と、シート材５１の両端部がそれぞれ回転ロータ７４に接する幅ｘを算出しシフト装置を制御する演算制御器７８と、を備え、前記接触幅ｘがシート材端部が接する回転ロータの幅Ｂの１／２より小さい場合に、前記支持軸を所定の距離（例えば回転ロータの幅Ｂの略１／２）、軸方向に移動するものである。

この構成によれば、回転ロータに作用するシート材の端部の幅ｘがロータ幅Ｂよりも狭い場合で、その比率ｘ／Ｂが１／２以上の場合には、従来同様、その比率ｘ／Ｂによる補正を行えば、高精度に形状検出ができる。また、比率ｘ／Ｂが１／２以下の場合には、支持軸を軸方向に所定の距離（例えばロータ幅Ｂの１／２）シフトすることにより、回転ロータに作用するシート材の両端部の幅ｘ２はｘ＋Ｂ／２となり、比率ｘ２／Ｂは、常に１／２以上となるので、その比率ｘ２／Ｂによる補正を行うことにより、高精度に形状検出ができる。

また、図９は従来型のロータ構造図である。この例において、隣接する回転ロータ７４の間に、ロータ間の隙間から冷却水等が内部に侵入しないようにシールする防滴リング８１とロータ間の隙間を接触しないように保持する緩衝材８２を備え、この防滴リング８１と緩衝材８２が、半径方向の異なる位置に同心に配置されている。

実開平５−７５６０８号公報、「形状検出装置」特開平１０−１１３７８３１号公報、「形状検出ローラ」

上述したように特許文献１の装置には、以下の問題点があった。
（１）ロータ幅が大きく（標準で約５０ｍｍ程度）、そのため、検出ピッチが大きく、検出ピッチより小さな形状変形を正確に検出できない。また、被計測板の幅端部においてロータと被計測板の幅端部の重なりが少ない場合（ロータ幅の１／２以下）に、端部の計測精度が低下する。
（２）ロータ幅を狭くした狭幅ロータの場合、狭幅ロータは耐荷重、特に耐偏心荷重能力が小さく、板幅端部に位置するロータは傾き易く、ロータが傾斜するとロータ内面のエッジ部とシャフトが接触し、ロータの回転が止まり計測不能となる。

これらの問題点を解決するため、検出部をシフトする機構を備えた特許文献２の装置が提案されているが、シフト装置、演算制御器等の機器を必要とするため、装置が大型かつ複雑となり、さらに制御及びメンテナンス等の負担が増大する問題点があった。

また、形状検出装置の回転ロータは、空気圧で支持され、シート材と接触してシート材の送りによりその摩擦力で回転される。従ってシート材送りの加速・減速時にロータの慣性モーメントが大きいとシート材とロータの間で滑りが発生し、材料を傷つけることがある。
そのため、ロータの慣性モーメントを低減することが求められていた。

更に、形状検出装置は、その使用状態において、各回転ロータが隣接する回転ロータに接触することがあり、相対速度による摩擦力により検出精度が低下する。また支持軸の内部に供給した圧縮空気を隣接する回転ロータの隙間から外部に放出する必要があるが、逆にこの隙間から冷却水等が流入すると、空気軸受と圧力検出に悪影響を及ぼす。
従って、ロータ間の接触抵抗を低減し、ロータ間の隙間から外部に空気を放出でき、かつ隙間からの冷却水等の流入を防止する必要があった。
しかし、図９に示す従来の構造では、防滴リング８１と緩衝材８２を、半径方向の異なる位置に同心に配置するため、回転ロータの厚さ（高さ）が大きくなる。

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、本発明の目的は、シフト装置、演算制御器等を用いることなく、（１）回転ロータに作用する圧延板端部の幅が狭い場合でも、ロータの傾きを防止して高い検出精度を保持でき、（２）狭いロータ幅の場合でも回転ロータの傾きを防止し、回転ロータと支持軸との干渉を防止することができ、（３）ロータ間の接触抵抗を低減し、ロータ間の隙間から外部に空気を放出でき、かつ隙間からの冷却水等の流入を防止することができ、（４）回転ロータの慣性モーメントを大幅に低減して加速・減速時の傷の発生を低減することができる形状検出装置を提供することにある。

本発明によれば、水平な支持軸と、該支持軸に空気軸受により回転可能に浮動支持され、かつ隣接して配置された複数の回転ロータと、該回転ロータの内面の空気圧を検出する複数の圧力検出器とを備えた形状検出装置において、
前記隣接する回転ロータの間に、該ロータ間の隙間と回転ロータと支持軸の隙間を接触しないように保持する緩衝部材を備え、
前記回転ロータは、その軸方向端面にロータと同心の環状溝を有し、
前記緩衝部材は、前記環状溝内に半径方向に隙間をもって嵌合するロータと同心の環状部材であり、環状溝の底辺に接触しうる一端が摩擦係数の小さい部材で構成され、かつ環状溝内のみに半径方向に貫通する通気口を有する、ことを特徴とする形状検出装置が提供される。

前記緩衝部材は、回転ロータの端面に設けられた第２の環状溝に嵌め込まれ、隣接する環状溝内に延びる低摩擦樹脂からなる一体環状部材、または銅合金の表面に低摩擦処理をした一体環状部材である、ことが好ましい。

また前記緩衝部材は、回転ロータと一体成形され隣接する環状溝内に延びる環状突起部と、該環状突起部の先端に取付けられた低摩擦部材とからなる、ことが好ましい。

上記本発明の構成によれば、前記隣接する回転ロータの間に緩衝部材を備え、かつ回転ロータの幅Ｂと厚さｈの比率Ｂ／ｈを従来と同等以上の２．２７以上にしたので、回転ロータの幅を大幅に低減しても、回転ロータに作用する傾斜モーメントが小さくなり、耐傾斜力すなわち耐偏心荷重能力が向上する。従って、（１）回転ロータに作用する圧延板端部の幅が狭い場合でも、ロータの傾きを防止して高い検出精度を保持でき、（２）狭いロータ幅の場合でも回転ロータの傾きを防止し、回転ロータと支持軸との干渉を防止することができる。

また、緩衝部材が各回転ロータの環状溝内に半径方向に隙間をもって嵌合し、環状溝の底辺に接触しうる一端が摩擦係数の小さい部材で構成されており、かつ環状溝内のみに半径方向に貫通する通気口を有するので、（３）ロータ間の接触抵抗を低減し、ロータ間の隙間から外部に空気を放出でき、かつ隙間からの冷却水等の流入を防止することができる。

さらにこれらの構成により、外径を維持したまま内径を大きくできるので、（４）回転ロータの慣性モーメントを従来と比較して大幅に低減でき、これによりシート材の加速・減速時の傷の発生を低減することができる。

従って、本発明により、ロータの狭幅化により計測板の計測精度が向上する。特に形状悪化の集中する板端部の計測精度が向上し製品歩留まりも向上する。また、製品板幅の種類の増加が可能となる。

以下、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、本発明に形状検出装置の全体構成図である。この図において、本発明の形状検出装置１０は、水平な支持軸１２と、支持軸１２に空気軸受により回転可能に浮動支持され、かつ隣接して配置された複数の回転ロータ１４と、ロータ内面の空気圧を検出する複数の圧力検出器１６とを備えている。各回転ロータ１４は、支持軸１２との間の空気圧で支持され、シート材１と接触してシート材の送りによりその摩擦力で回転される。また、複数の回転ロータ１４の両端部は、支持軸１２に固定された１対の鍔部材１３で軸方向に挟持され、各ロータ間の隙間が所定の最大値ΔＢを超えないように設定されている。
なおこの図において、１は鉄、非鉄、樹脂、紙等のシート材、２０は支持軸１２の両端を支持する支持フレーム、２２は、固定架台である。

図２は、本発明の形状検出装置の第１実施形態図である。この図に示すように、各回転ロータ１４は、断面がほぼ矩形のリング状部材である。各回転ロータ１４の内面には、銅または銅合金の内輪が嵌め込まれ、或いは低摩擦材がコーティングされ、支持軸１２の外面と仮に接触しても損の発生等を防止するようになっている。
また、回転ロータに作用する傾斜モーメントを小さくするために、回転ロータ１４の幅Ｂと厚さｈの比率Ｂ／ｈは２．２７以上であるのが好ましい。

また支持軸１２には、各回転ロータ１４に対応して、少なくとも１つの圧力検出口１６ａと、その軸方向両端部に少なくとも１対のノズル１７が設けられ、ノズル１７から支持軸１２と各回転ロータ１４の間に圧縮空気を供給して空気軸受により回転ロータ１４を回転可能に浮動支持し、同時に圧力検出口１６ａからその間の圧力を外部の圧力検出器１６に伝達し、各回転ロータ１４の支持圧を検出する。
上述した構成により、従来と同様に、各回転ロータ１４に作用する張力を空気圧から算出し、形状検出を高精度に行うことができる。

本発明において、各回転ロータ１４は、その軸方向端面にロータと同心の環状溝１５を有する。この環状溝１５は、その底面（軸方向端面）がロータの回転軸に垂直な平面であり、その断面形状が矩形であるのが好ましい。

更に本発明の形状検出装置は、隣接する回転ロータ１４の間に、環状溝１５内に半径方向に隙間をもって嵌合する緩衝部材１８を備える。この緩衝部材１８は、ロータ間の隙間と回転ロータと支持軸の隙間を接触しないように保持する機能を有する。

緩衝部材１８は、環状溝１５内に半径方向に隙間をもって嵌合するロータと同心の環状部材である。半径方向の隙間の大きさは、シート材１と接触した状態の各回転ロータ１４が隣接するロータに影響を与えることなく独立して回転できるよう十分大きく設定する。
この緩衝部材１８は、少なくとも環状溝１５の底辺に接触しうる一端が摩擦係数μの小さい部材で構成されている。摩擦係数μの小さい部材は、緩衝部材１８の一部または全部を低摩擦樹脂又は低摩擦コーティングで構成してもよい。
また緩衝部材１８の軸方向長さは、各ロータ間の隙間が所定の最大値ΔＢよりも狭くなった場合、その先端が隣接するロータの環状溝１５の底辺に接触し、その他の部分が相互に接触しない長さに設定されている。
この先端部に摩擦係数の小さい部材を設けることにより、隣接する回転ロータ１４が互いに接触して軸方向にＲの力を及ぼしても、摺動方向に生じる抵抗μＲを十分小さくでき、検出精度への影響を最小限にできる。

緩衝部材１８はさらに、環状溝１５内のみに半径方向に貫通する通気口１８ａを有する。この通気口１８ａは、貫通孔でもスリット溝でもよく、ロータ間の最大隙間ΔＢよりも環状溝１５内に位置する部分、或いは環状溝１５の底辺に接触しうる一端（先端部）に設けられる。
また、この通気口１８ａの大きさは、回転ロータ１４と支持軸１２との間の空気圧を保持しながら外部に排気できるように設定する。
かかる通気口１８ａを設けることにより、通気口１８ａを介してロータ間の隙間から外部に空気を放出でき、かつ隙間からの冷却水等の流入を防止することができる。

図２の例において、緩衝部材１８は、耐摩耗性が高く摩擦係数の小さい低摩擦樹脂（例えば、「ＭＣナイロン」（登録商標））からなる一体環状部材である。または、接触面に低摩擦材（例えば、テフロン（登録商標）材）をコーティング、あるいは浸浸した銅合金からなる一体環状部材である。
各回転ロータ１４は、環状溝１５に対し反対側の軸方向端面にロータと同心の第２環状溝１４ａを有し、この第２環状溝１４ａに緩衝部材１８の一端が嵌め込まれて固定され、他端が隣接する環状溝内に延びる構成となっている。
なお、低摩擦樹脂からなる一体環状部材の一部に切り欠き（スリット）を設け、回転ロータとの熱膨張差を吸収するのが好ましい。

図３は、本発明の形状検出装置の第２実施形態図である。この例において、緩衝部材１８は、回転ロータ１４と一体に連結され隣接する環状溝内に延びる環状突起部１９ａと、環状突起部１９ａの先端（図で右端部）に取付けられた低摩擦部材１９ｂとからなる。
環状突起部１９ａは、回転ロータ１４と同一材料で一体成形するのが好ましいが、異なる部材で別個に取り付けてもよい。また低摩擦部材１９ｂは、低摩擦樹脂又は金属板に低摩擦樹脂をコーティングした部材であるのがよい。低摩擦部材１９ｂの取り付け手段は、環状突起部１９ａの一部に溝を設けて嵌め込んでもよく、或いは接着、コーティングでもよい。
その他の構成は、図２と同様である。

図４は、本発明の原理図である。この図において、（Ａ）は、従来型のロータにおいて、図で左端部のみにシート材の張力が作用する場合、（Ｂ）は本発明のロータにおける同様の図である。

図示しないロータの全幅にシート材の張力Ｔが作用する場合には、支持軸１２と回転ロータ１４の間に発生する圧力Ｐはほぼ一定圧となり、隣接する回転ロータから軸方向に受ける力Ｒはほとんど０となる。従って、この状態において、圧力検出口１６ａからその間の圧力を外部の圧力検出器１６に伝達し、各回転ロータ１４の支持圧を検出することにより、回転ロータ１４に作用する張力を空気圧から算出し、形状検出を高精度に行うことができる。
この場合、ロータ間の隙間は、最大値ΔＢより小さく平均値に近い値となり、ロータ間はほとんど接触しないか、緩衝部材１８の先端部がかすかに接触する状態となる。

図４Ａ及び図４Ｂにおいて、シート材の張力Ｔが図で左端部のみに作用する場合には、支持軸１２と回転ロータ１４の間に発生する圧力Ｐは傾斜分布となり、回転ロータ１４はわずかに傾動し、傾斜モーメントＴ・ｓｉｎθ・ｈが発生する。
本発明のロータでは、ロータ高さｈ２を従来のｈ１の６９％と低くしたことで、耐傾斜力すなわち耐偏心荷重能力が向上する。

図２及び図３に示した第１、第２実施形態に相当する２種の構成の装置を製作した。
回転ロータの外径１６０ｍｍを維持したまま、その幅を従来の５０ｍｍから２５ｍｍに１／２とし、同時にその内径を従来の１２８ｍｍから１３８ｍｍに拡大した。この結果、回転ロータの幅Ｂは２５ｍｍ、厚さｈは１１ｍｍとなり、その比率Ｂ／ｈを２．２７とした。
また、緩衝部材１８として、上述した２種の構成とした。

上述した構成により、シート材の最大張力Ｔが同一であれば、従来のロータより幅狭で軽量のロータの製作が可能となった。

また、幅を１／２としても、内径を拡大しその比率Ｂ／ｈを２．２７以上にしたため、受圧面積は従来の２０１．１ｃｍ^２から２×１０８．４ｃｍ^２＝２１６．８ｃｍ^２となり、耐荷重が約１．０８倍となった。

さらに、単一ローラの重量は、従来の約２．８４ｋｇから約１．０１ｋｇに低減され、その結果、回転ロータの慣性モーメントを従来と比較して６０％に低減でき、これによりシート材の加速・減速時の傷の発生を低減することができることが確認された。
また板幅方向の最小測定ピッチが５０ｍｍから２５ｍｍに半減し、測定点の増加により、計測精度の向上した。

なお、本発明は上述した実施例及び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。

本発明による形状検出装置の全体構成図である。本発明の形状検出装置の第１実施形態図である。本発明の形状検出装置の第２実施形態図である。本発明の原理図である。従来の形状測定ローラを用いた圧延機の構成図である。圧延機が形状測定ローラに及ぼす面圧を示す図である。形状測定ローラで用いられる静圧軸受の図である。［特許文献２］の「形状検出ローラ」の構成図である。従来型のロータ構造図である。

符号の説明

１シート材、１０検出装置、１２支持軸、１３鍔部材、
１４回転ロータ、１４ａ第２環状溝、１５環状溝、
１６圧力検出器、１６ａ圧力検出口、
１７ノズル、１８緩衝部材、１８ａ通気口、
１９ａ環状突起部、１９ｂ低摩擦部材、
２０支持フレーム、２２固定架台

Claims

水平な支持軸と、該支持軸に空気軸受により回転可能に浮動支持され、かつ隣接して配置された複数の回転ロータと、該回転ロータの内面の空気圧を検出する複数の圧力検出器とを備えた形状検出装置において、
前記隣接する回転ロータの間に、該ロータ間の隙間と回転ロータと支持軸の隙間を接触しないように保持する緩衝部材を備え、
前記回転ロータは、その軸方向端面にロータと同心の環状溝を有し、
前記緩衝部材は、前記環状溝内に半径方向に隙間をもって嵌合するロータと同心の環状部材であり、環状溝の底辺に接触しうる一端が摩擦係数の小さい部材で構成され、かつ環状溝内のみに半径方向に貫通する通気口を有する、ことを特徴とする形状検出装置。
前記緩衝部材は、回転ロータの端面に設けられた第２環状溝に嵌め込まれ、隣接する環状溝内に延びる低摩擦樹脂からなる一体環状部材、または銅合金の表面に低摩擦処理をした一体環状部材である、ことを特徴とする請求項１に記載の形状検出装置。
前記緩衝部材は、回転ロータと一体成形され隣接する環状溝内に延びる環状突起部と、該環状突起部の先端に取付けられた低摩擦部材とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の形状検出装置。