JP5915595B2

JP5915595B2 - 蛇行修正装置および蛇行修正方法

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Publication number: JP5915595B2
Application number: JP2013114264A
Authority: JP
Inventors: 英優児玉
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: JP2014231432A

Description

本発明は、鋼帯等の金属帯に発生する蛇行を修正する蛇行修正装置および蛇行修正方法に関するものである。

従来から、鋼帯の連続処理ラインには、連続処理される鋼帯を適宜蓄積または払い出すルーパが設置されている。一般に、ルーパは、定位置において鋼帯に張力を付与する複数の固定ロールと、これら複数の固定ロールとの間において鋼帯を張架する可動ロールとを有する。鋼帯の連続処理ラインにおいて、ルーパは、鋼帯を連続処理する熱処理炉等の連続処理設備の入側に設置される。また、このルーパの前段には、複数の鋼帯を先尾端部同士の溶接によって一連の鋼帯とする溶接機が設置される。すなわち、この連続処理ライン内の鋼帯は、溶接機によって溶接された後、ルーパを経て連続処理設備に供給される。

このような連続処理ラインにおいて、溶接機が鋼帯の溶接を行っていない期間、鋼帯は、溶接機を通過してルーパに順次供給される。この場合、ルーパは、固定ロールと可動ロールとを最大限に離間した状態にして溶接機から鋼帯を受け入れ、この受け入れた鋼帯を蓄積しつつ、連続処理設備に鋼帯を連続的に供給する。一方、溶接機が各鋼帯の先尾端部同士を溶接している期間、溶接機からルーパへの鋼帯の搬送が停止する。この場合、ルーパは、鋼帯の長手方向に可動ロールを移動させて固定ロールに可動ロールを接近させ、これにより、上述したように蓄積していた鋼帯を連続処理設備の入側に払い出して、連続処理設備に対する鋼帯の連続的な供給を維持する。そして、溶接機による鋼帯の溶接が完了後、ルーパは、固定ロールから離間する方向に可動ロールを移動させて、再び固定ロールと可動ロールとを最大限に離間した状態にし、この状態において溶接機から受け入れた鋼帯を蓄積しつつ、連続処理設備に鋼帯を連続的に供給する。上述したルーパの作用により、連続処理設備は、溶接機が鋼帯の溶接を行っているか否かによらず、いずれの期間においても、ルーパから鋼帯を連続的に受け入れて鋼帯を連続処理することができる。

一方、ルーパが鋼帯を蓄積するために可動ロールを固定ロールから最大限に離間する位置に移動させた場合、固定ロールと可動ロールとの間に張架された鋼帯の長さが増大し、この結果、鋼帯がロール端部側（ロールの回転軸方向）へずれる現象、すなわち、鋼帯の蛇行が発生し易くなる。このような鋼帯の蛇行は、鋼帯の正常な搬送を阻害するのみならず、その蛇行量が一定量を超えて鋼帯が搬送ロールからはみ出す現象（以下、この現象をロールアウトという）が発生した場合、鋼帯の破断等の不具合を招来する。したがって、鋼帯の連続処理ラインにおいては、鋼帯の蛇行を修正する必要がある。

このような鋼帯の蛇行を修正する従来技術として、例えば、入側の固定ロールと２本のステアリングロールを保持する傾動ロールフレームとをロールユニット傾転フレームに配置し、蛇行量検出機によって検出された鋼帯の蛇行方向ならびに蛇行量に応じてロールユニット傾転フレームを傾動させることにより、鋼帯の蛇行を制御するものが開示されている（特許文献１参照）。また、ステアリングロールの上流側に所定距離をおいて２つ以上の蛇行検出器を配設し、蛇行検出器の出力の時間変化および鋼帯の搬送条件から鋼帯の蛇行状況を解析し、その解析値に基づいて鋼帯の蛇行修正を行うものが開示されている（特許文献２参照）。

特開平７−１０２２号公報特開平５−２０８７６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、固定ロール等を配置するロールユニット傾転フレームと、固定ロールの中心点を支点としてロールユニット傾転フレームを傾動する駆動機構とが必要であることから、鋼帯の蛇行を修正するための設備が大掛かりなものとなる。このため、本設備の設置に広大なスペースを要し、この結果、既存のラインに本設備を追加設置することが困難である。また、本設備の投資費用も嵩むという問題がある。一方、特許文献２に記載の従来技術は、ステアリングロールの上流側において鋼帯の蛇行量を測定し、この測定情報を下流のステアリングロールの駆動制御に用いるフィードフォワード制御を行って鋼帯の蛇行を修正するものであるが、このフィードフォワード制御にトラッキングずれ等のトラッキング不良が発生した場合には、不必要にステアリングロールを傾動させることになり、この結果、鋼帯の蛇行トラブルを引き起こす可能性がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、大掛かりな設備改造を必要とすることなく、また、フィードフォワード制御におけるトラッキング不良の問題が生じることなく、鋼帯等の金属帯の蛇行を簡易に修正することが可能な蛇行修正装置および蛇行修正方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる蛇行修正装置は、順次搬送される金属帯の蛇行を修正する蛇行修正装置において、前記金属帯の蛇行量を検出する蛇行量検出部と、円筒形状の外形を有し、前記金属帯に接触しながら前記円筒形状の中心軸を中心に回転して、前記金属帯の搬送方向に前記金属帯を送出するステアリングロールと、前記円筒形状の中心軸を中心に回転可能に前記ステアリングロールを支持し、水平方向に対して前記円筒形状の中心軸が傾斜するように前記ステアリングロールを傾動するロール傾動部と、前記ステアリングロールの傾動角度と前記蛇行量検出部によって検出された前記金属帯の蛇行量とに応じて、前記ステアリングロールに負荷される前記金属帯の張力を制御し、前記金属帯の蛇行が発生した場合、前記金属帯の張力を低減して前記ステアリングロールの傾動による前記金属帯の蛇行修正を促進する制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる蛇行修正装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記金属帯の蛇行が発生した場合、前記ステアリングロールに関して初期設定された前記金属帯の初期設定張力から前記金属帯の蛇行修正に要する前記金属帯の張力低減量を減じて得られる修正張力に、前記ステアリングロールに負荷される前記金属帯の張力を制御することを特徴とする。

また、本発明にかかる蛇行修正装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記金属帯の蛇行修正が可能な前記ステアリングロールの傾動角度および前記金属帯の張力を加味して設定される定数と前記金属帯の蛇行量とを乗じて、前記張力低減量を算出することを特徴とする。

また、本発明にかかる蛇行修正方法は、順次搬送される金属帯に接触しながら回転して前記金属帯の搬送方向に前記金属帯を送出するステアリングロールを水平方向に対し傾動させて前記金属帯の蛇行を修正する蛇行修正方法において、前記金属帯の蛇行量を検出する検出ステップと、前記金属帯の蛇行が発生した場合、前記金属帯の蛇行を修正する方向に前記ステアリングロールを水平方向に対し傾動させるとともに、前記ステアリングロールの傾動角度と前記検出ステップによって検出した前記金属帯の蛇行量とに応じ、前記ステアリングロールに負荷される前記金属帯の張力を低減する制御ステップと、を含み、前記金属帯の張力低減によって前記ステアリングロールの傾動による前記金属帯の蛇行修正を促進することを特徴とする。

また、本発明にかかる蛇行修正方法は、上記の発明において、前記制御ステップは、前記ステアリングロールに関して初期設定された前記金属帯の初期設定張力から前記金属帯の蛇行修正に要する前記金属帯の張力低減量を減じて得られる修正張力に、前記ステアリングロールに負荷される前記金属帯の張力を制御することを特徴とする。

また、本発明にかかる蛇行修正方法は、上記の発明において、前記制御ステップは、前記金属帯の蛇行修正が可能な前記ステアリングロールの傾動角度および前記金属帯の張力を加味して設定される定数と前記金属帯の蛇行量とを乗じて、前記張力低減量を算出することを特徴とする。

本発明によれば、大掛かりな設備改造を必要とすることなく、また、フィードフォワード制御におけるトラッキング不良の問題が生じることなく、金属帯の蛇行を簡易に修正することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる蛇行修正装置を適用した連続処理ラインの一構成例を示す図である。図２は、鋼帯に作用する蛇行修正力を説明するための図である。図３は、ステアリングロールの負荷張力に起因して鋼帯に作用する垂直抗力を説明するための図である。図４は、ステアリングロールの外周方向の任意位置において鋼帯に作用する張力起因の垂直抗力を説明するための図である。図５は、本発明の実施の形態にかかる蛇行修正方法の一例を示すフローチャートである。

以下に、添付図面を参照して、本発明にかかる蛇行修正装置および蛇行修正方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下では、処理対象の金属帯の一例として鋼帯を例示し、鋼帯の連続処理ラインに本発明を適用した場合を説明するが、本実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

(実施の形態)
まず、本発明の実施の形態にかかる蛇行修正装置の構成と、この蛇行修正装置を適用した鋼帯の連続処理ラインの構成とについて説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる蛇行修正装置を適用した連続処理ラインの一構成例を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態における連続処理ライン１には、鋼帯１５の搬送経路に沿って、鋼材を払い出すペイオフリール２と、鋼材の端部同士を溶接する溶接機３と、鋼帯１５を蓄積または払い出すためのルーパ４と、鋼帯１５を連続処理する連続処理設備９とが設置される。また、この連続処理ライン１内の各装置の間には、鋼材を搬送する搬送ロールが必要な箇所に配置される。本実施の形態にかかる蛇行修正装置１０は、この連続処理ライン１において、ルーパ４内に組み込まれている。

ペイオフリール２は、その回転によって、コイル１６から鋼材（鋼帯、鋼板等）を連続処理ライン１内へ払い出す。コイル１６は、鋼材をコイル状に巻いたものであり、図１に示すように、ペイオフリール２に取り付けられている。ペイオフリール２から払い出された鋼材は、溶接機３に供給される。

溶接機３は、順次搬送される複数の鋼材を先尾端部同士の溶接によって一連の鋼帯１５とするものである。具体的には、溶接機３は、ペイオフリール２から払い出された各鋼材を順次受け入れ、搬送方向に先行する鋼材の尾端部と、この鋼材に後続する後行の鋼材の先端部とを溶接する。これによって、ペイオフリール２からの複数の鋼材は一連の鋼帯１５となる。このように溶接機３によって形成された鋼帯１５は、ルーパ４、蛇行修正装置１０、および搬送ロール等を経て、連続処理設備９に供給される。

ルーパ４は、連続処理される鋼帯１５を適宜蓄積または払い出すための設備である。具体的には、図１に示すように、ルーパ４は、複数の固定ロール５ａ〜５ｃと、固定ロール５ａ〜５ｃを各々回転する駆動部６ａ〜６ｃと、鋼帯１５の長手方向に移動可能な複数の可動ロール７ａ，７ｂと、鋼帯１５の長手方向に可動ロール７ａ,７ｂを移動させるループカー８とを備える。また、ルーパ４には、蛇行修正装置１０のステアリングロール１２がルーパ４内の搬送ロールの一つとして配置されている。このようなルーパ４において、図１に示すように、可動ロール７ａ、固定ロール５ａ、可動ロール７ｂ、固定ロール５ｂ、ステアリングロール１２、および固定ロール５ｃは、この順に鋼帯１５の搬送経路に沿って配置されている。

固定ロール５ａ〜５ｃの各々は、円筒形状の外形を有する搬送ロールである。ルーパ４内において、固定ロール５ａ〜５ｃの各位置は固定されている。固定ロール５ａ〜５ｃは、各々、鋼帯１５を巻き掛けられる等によって鋼帯１５に接触しながら、駆動部６ａ〜６ｃの作用によって回転する。これにより、固定ロール５ａ〜５ｃは、鋼帯１５をその搬送経路に沿って搬送するとともに、定位置において鋼帯１５に張力を付与する。駆動部６ａ〜６ｃは、各々、固定ロール５ａ〜５ｃをその円筒形状の中心軸を中心に回転可能に軸支して、固定ロール５ａ〜５ｃの各円筒形状の中心軸周りの回転力を固定ロール５ａ〜５ｃに各々付与する。

可動ロール７ａ，７ｂは、各々、円筒形状の外形を有する搬送ロールであり、ループカー８の作用によって鋼帯１５の長手方向に移動可能である。可動ロール７ａは、鋼帯１５を巻き掛けられる等によって鋼帯１５に接触しながら、その円筒形状の中心軸を中心に回転する。これにより、可動ロール７ａは、固定ロール５ａ等との間において鋼帯１５を張架するとともに、鋼帯１５をその搬送方向に送出する。可動ロール７ｂは、可動ロール７ａと同様に鋼帯１５に接触しながら、その円筒形状の中心軸を中心に回転する。これにより、可動ロール７ｂは、固定ロール５ａ，５ｂとの間において鋼帯１５を張架するとともに、鋼帯１５をその搬送方向に送出する。ループカー８は、可動ロール７ａ，７ｂと接続され、鋼帯１５の長手方向（図１に示す太線両側矢印参照）に可動ロール７ａ，７ｂを移動させる。これにより、ループカー８は、ルーパ４内における鋼帯１５の蓄積量を調整する。

上述したような構成を有するルーパ４は、図１に示すように、連続処理設備９の入側に設置され、連続処理設備９に対する鋼帯１５の連続的な搬送（供給）を維持するために、鋼帯１５を蓄積または払い出しする。具体的には、連続処理ライン１において、溶接機３が鋼帯１５の溶接を行っていない期間、鋼帯１５は、溶接機３を通過してルーパ４に順次供給される。この場合、ルーパ４は、溶接機３から鋼帯１５を受け入れつつ、ループカー８によって可動ロール７ａ，７ｂを固定ロール５ａ，５ｂから離間する方向に移動させる。これにより、ルーパ４は、固定ロール５ａ，５ｂと可動ロール７ａ，７ｂとを最大限に離間した状態にして、溶接機３からの鋼帯１５を蓄積しつつ、連続処理設備９に鋼帯１５を連続的に供給する。一方、溶接機３が各鋼材の先尾端部同士を溶接している期間、溶接機３からルーパ４への鋼帯１５の搬送が停止する。この場合、ルーパ４は、ループカー８によって可動ロール７ａ，７ｂを固定ロール５ａ，５ｂに接近する方向に移動させる。これにより、ルーパ４は、上述したように蓄積していた鋼帯１５を連続処理設備９の入側に払い出して、連続処理設備９に対する鋼帯１５の連続的な供給を維持する。ルーパ４は、溶接機３による鋼帯１５の溶接が完了後、再び、ループカー８によって可動ロール７ａ，７ｂを固定ロール５ａ，５ｂから離間する方向に移動させて固定ロール５ａ，５ｂと可動ロール７ａ，７ｂとを最大限に離間した状態にする。ルーパ４は、この状態において溶接機３から受け入れた鋼帯１５を蓄積しつつ、連続処理設備９に鋼帯１５を連続的に供給する。

連続処理設備９は、連続処理ライン１において鋼帯１５を連続処理する設備であり、図１に示すように、ルーパ４の後段に設置される。連続処理設備９には、上述したルーパ４の作用によって、鋼帯１５が連続的に供給される。すなわち、溶接機３が鋼帯１５の溶接を行っているか否かによらず、いずれの期間においても、鋼帯１５は、ルーパ４内の可動ロール７ａ、固定ロール５ａ、可動ロール７ｂ、固定ロール５ｂ、ステアリングロール１２、および固定ロール５ｃをこの順に経て、連続処理設備９に連続的に供給される。これにより、連続処理設備９は、鋼帯１５の連続処理が必要な期間、常に、ルーパ４から鋼帯１５を連続的に受け入れて鋼帯１５を連続処理することができる。連続処理設備９によって処理された鋼帯１５は、連続処理設備９の出側に搬送され、その後、連続処理設備９の下流側に搬送されつつ、連続処理ライン１の各種設備（図示）によって必要な処理を施される。なお、このような連続処理設備９として、例えば、熱処理炉、圧延機、酸洗処理設備等の鋼帯１５に対する連続的な処理を行う設備が挙げられる。

蛇行修正装置１０は、連続処理ライン１において順次搬送される鋼帯１５の蛇行を修正するものである。図１に示すように、蛇行修正装置１０は、板位置検出装置１１と、ステアリングロール１２と、ロール傾動部１３と、制御部１４とを備え、例えば、上述したルーパ４内の後半側に組み込まれる。

板位置検出装置１１は、鋼帯１５の蛇行量を検出する蛇行量検出部として機能する。具体的には、板位置検出装置１１は、鋼帯１５の搬送経路上のうちのステアリングロール１２の出側近傍に設置される。板位置検出装置１１は、ステアリングロール１２から固定ロール５ｃに向かって搬送される鋼帯１５の板幅方向の位置を検出し、この位置検出情報をもとに、鋼帯１５の板幅方向の中央位置と鋼帯１５の搬送経路の中央位置とのずれ量およびずれ方向を、鋼帯１５の蛇行量および蛇行方向として検出する。この際、板位置検出装置１１は、鋼帯１５の搬送経路の中央位置として、例えば、ステアリングロール１２のロール幅方向の中央位置を採用する。板位置検出装置１１は、連続的または所定の時間毎に鋼帯１５の蛇行量および蛇行方向を検出し、得られた蛇行量および蛇行方向の各情報を制御部１４に送信する。

ステアリングロール１２は、円筒形状の外形を有し、順次搬送される鋼帯１５の蛇行を自身の傾動によって修正する傾動可能なロール体である。具体的には、図１に示すように、ステアリングロール１２は、ルーパ４内において、固定ロール５ｂよりも鋼帯１５の搬送経路の下流側であり且つ固定ロール５ｃよりも鋼帯１５の搬送経路の上流側に配置される。なお、固定ロール５ｂは、固定ロール５ｃよりも鋼帯１５の搬送経路の上流側に配置された搬送ロールである。ステアリングロール１２は、鋼帯１５を巻き掛けられる等によって鋼帯１５に接触しながら、その円筒形状の中心軸を中心に回転する。これにより、ステアリングロール１２は、固定ロール５ｂ，５ｃとの間において鋼帯１５を張架するとともに、鋼帯１５をその搬送方向に送出する。すなわち、ステアリングロール１２は、固定ロール５ｂから搬送された鋼帯１５を下流側の固定ロール５ｃに向けて送出する。また、ステアリングロール１２は、その円筒形状の中心軸を水平方向に対して傾斜するように傾動して、鋼帯１５の蛇行方向と反対方向に下る傾斜を形成する。これにより、ステアリングロール１２は、鋼帯１５の蛇行を修正する。

ロール傾動部１３は、ステアリングロール１２の円筒形状の中心軸（以下、中心軸と略す）を中心に回転可能にステアリングロール１２を支持する。また、ロール傾動部１３は、鋼帯１５の蛇行が発生している場合、水平方向に対してステアリングロール１２の中心軸が傾斜するように、ステアリングロール１２を傾動する。これによって、ロール傾動部１３は、鋼帯１５の蛇行方向と反対方向に下るように、ステアリングロール１２の外周面を傾斜させる。一方、鋼帯１５の蛇行が発生していない場合、ロール傾動部１３は、水平方向に対してステアリングロール１２の中心軸を略平行（望ましくは水平方向に対して平行）にする。このように、ロール傾動部１３は、鋼帯１５の蛇行発生状況に応じて、水平方向に対するステアリングロール１２の傾動角度を調整する。

制御部１４は、板位置検出装置１１の動作を制御して、鋼帯１５の蛇行量および蛇行方向の各情報を板位置検出装置１１から取得する。また、制御部１４は、板位置検出装置１１から取得した各情報をもとにロール傾動部１３の動作を制御し、このロール傾動部１３の制御を通してステアリングロール１２の傾動角度および傾動方向を制御する。さらに、制御部１４は、ロール傾動部１３によるステアリングロール１２の傾動角度と、板位置検出装置１１によって検出された鋼帯１５の蛇行量とに応じて、ステアリングロール１２に負荷される鋼帯１５の張力（以下、ステアリングロール１２の負荷張力と適宜略す）を制御する。具体的には、制御部１４は、ルーパ４における固定ロール５ｂの駆動部６ｂと固定ロール５ｃの駆動部６ｃとを制御し、これによって、固定ロール５ｂ，５ｃの各回転速度を制御する。制御部１４は、固定ロール５ｂ，５ｃの各回転速度の制御を通して、ステアリングロール１２の負荷張力を制御する。特に、鋼帯１５の蛇行が発生した場合、制御部１４は、駆動部６ｂ，６ｃの制御を通して固定ロール５ｂ，５ｃとステアリングロール１２との間における鋼帯１５の張力を低減する。これによって、制御部１４は、上述したステアリングロール１２の傾動による鋼帯１５の蛇行修正を促進する。

つぎに、本発明の実施の形態にかかる蛇行修正装置１０によって鋼帯１５の蛇行を修正する際に鋼帯１５に作用する修正力（以下、蛇行修正力という）について説明する。図２は、鋼帯に作用する蛇行修正力を説明するための図である。図３は、ステアリングロールの負荷張力に起因して鋼帯に作用する垂直抗力を説明するための図である。図４は、ステアリングロールの外周方向の任意位置において鋼帯に作用する張力起因の垂直抗力を説明するための図である。

本実施の形態にかかる蛇行修正装置１０は、上述したように、鋼帯１５の蛇行を修正するために、水平方向に対してステアリングロール１２を傾動する。この際、ステアリングロール１２には、図１に示したように、鋼帯１５が巻き掛けられている。具体的には、図３に示すように、ステアリングロール１２の外周面のうち、外周方向に沿って１８０°の角度範囲の領域が鋼帯１５と接触している。このステアリングロール１２と鋼帯１５との接触領域について、ステアリングロール１２の外周方向に任意の位置ｉを設定する。ステアリングロール１２が水平方向に対して傾斜した場合、ステアリングロール１２上の位置ｉにおいて、鋼帯１５の蛇行修正力Ｆ_aiが発生する。

詳細には、図２に示すように、蛇行修正力Ｆ_aiは、水平方向に対して傾動したステアリングロール１２の中心軸１２ａの方向に沿った下向き（以下、傾斜下降方向という）の力であり、ステアリングロール１２上の位置ｉにおいて鋼帯１５に作用する。この蛇行修正力Ｆ_aiは、位置ｉにおいて鋼帯１５に掛かる重力ｍｇ_iの傾斜下降方向の成分である。すなわち、蛇行修正力Ｆ_aiは、鋼帯１５に掛かる重力ｍｇ_iと、水平方向に対するステアリングロール１２の傾動角度θとを用い、次式（１）によって表される。なお、この傾動角度θは、ステアリングロール１２の中心軸１２ａと水平方向とのなす角度に等しい。

Ｆ_ai＝ｍｇ_iｓｉｎθ ・・・（１）

また、この蛇行修正力Ｆ_aiは、ステアリングロール１２と鋼帯１５との接触領域の全域に亘って鋼帯１５に作用する。したがって、ステアリングロール１２の傾動による鋼帯１５の総合的な蛇行修正力Ｆ_aは、次式（２）によって表される。なお、式（２）において、整数ｎは、ステアリングロール１２の外周方向の位置ｉを特定する正数である。

一方、図２に示すように水平方向に対して傾斜したステアリングロール１２上の位置ｉにおいては、鋼帯１５の蛇行修正力Ｆ_aiの反力として、摩擦抵抗Ｆ_riが作用する。この摩擦抵抗Ｆ_riは、鋼帯１５の自重に起因してステアリングロール１２から鋼帯１５に作用する垂直抗力（以下、自重起因の垂直抗力という）と、上述したステアリングロール１２の負荷張力に起因して鋼帯１５に作用する垂直抗力（以下、張力起因の垂直抗力という）とを用いて導出される。

位置ｉにおける鋼帯１５の自重起因の垂直抗力は、鋼帯１５に掛かる重力ｍｇ_iに起因してステアリングロール１２から鋼帯１５に作用する垂直抗力のロール径方向成分である。なお、このロール径方向は、ステアリングロール１２の径方向、すなわち、ステアリングロール１２の中心軸１２ａに対して垂直な方向である。したがって、この位置ｉにおける自重起因の垂直抗力は、図２に示すように、鋼帯１５に掛かる重力ｍｇ_iと、ステアリングロール１２の傾動角度θを加味したｃｏｓθとの積（＝ｍｇ_iｃｏｓθ）によって表される。

また、位置ｉにおける鋼帯１５の張力起因の垂直抗力は、鋼帯１５に作用する垂直抗力Ｎ_iのロール径方向成分である。なお、垂直抗力Ｎ_iは、ステアリングロール１２が水平方向に対して平行である場合にステアリングロール１２の負荷張力に起因して鋼帯１５に作用する垂直抗力である。したがって、この位置ｉにおける張力起因の垂直抗力は、鋼帯１５に掛かる垂直抗力Ｎ_iと、ステアリングロール１２の傾動角度θを加味したｃｏｓθとの積（＝Ｎ_iｃｏｓθ）によって表される。

図２に示す摩擦抵抗Ｆ_riは、上述した自重起因の垂直抗力（＝ｍｇ_iｃｏｓθ）による摩擦抵抗と、張力起因の垂直抗力（＝Ｎ_iｃｏｓθ）による摩擦抵抗とを加算したものである。すなわち、摩擦抵抗Ｆ_riは、自重起因の垂直抗力ｍｇ_iｃｏｓθと、張力起因の垂直抗力Ｎ_iｃｏｓθと、ステアリングロール１２の摩擦係数μとを用い、次式（３）によって表される。

Ｆ_ri＝μ×（ｍｇ_iｃｏｓθ＋Ｎ_iｃｏｓθ）・・・（３）

ここで、鋼帯１５に作用する垂直抗力Ｎ_iは、図４に示すように、位置ｉにおけるステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_ai，Ｔ_biに起因する力（＝−Ｎ_i）の反力である。なお、負荷張力Ｔ_aiは、ステアリングロール１２の下流側（図１に示した固定ロール５ｃ側）からステアリングロール１２上の位置ｉに負荷される鋼帯１５の張力である。負荷張力Ｔ_biは、ステアリングロール１２の上流側（図１に示した固定ロール５ｂ側）からステアリングロール１２上の位置ｉに負荷される鋼帯１５の張力である。図３に示すように、この垂直抗力Ｎ_i（ｉ＝１，２，３，・・・，ｎ−１，ｎ）は、ステアリングロール１２と鋼帯１５との接触領域の全域に亘って鋼帯１５に作用する。このような接触領域の全域に亘る総合的な垂直抗力（＝Ｎ₁＋Ｎ₂＋Ｎ₃＋，・・・，＋Ｎ_n-1＋Ｎ_n）は、固定ロール５ｃ側から受けるステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_aと、固定ロール５ｂ側から受けるステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_bとを加算したものに等しい。

以上より、ステアリングロール１２と鋼帯１５との接触領域の全域に亘って鋼帯１５に作用する総合的な摩擦抵抗Ｆ_rは、上式（２）によって示される鋼帯１５の蛇行修正力Ｆ_aの反力であり、自重起因の垂直抗力ｍｇ_iｃｏｓθと、張力起因の垂直抗力Ｎ_iｃｏｓθと、ステアリングロール１２の摩擦係数μと、を用い、次式（４）によって表される。なお、式（４）において、ステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bの加算値（＝Ｔ_a＋Ｔ_b）は、上述したように垂直抗力Ｎ_iの総和に等しい。

本実施の形態にかかる蛇行修正装置１０は、鋼帯１５の蛇行を修正する際、蛇行修正力Ｆ_aが摩擦抵抗Ｆ_rに比して大きくなるように、ステアリングロール１２を水平方向に対して傾斜させ且つステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bを制御する。

つぎに、本実施の形態にかかる蛇行修正装置１０が鋼帯１５の蛇行を修正する際の張力制御について説明する。鋼帯１５の蛇行修正力Ｆ_aは、式（２）に示されるように、鋼帯１５の自重に起因する力である。一方、この蛇行修正力Ｆ_aの反力である摩擦抵抗Ｆ_rは、式（４）に示されるように、鋼帯１５の自重に起因する摩擦抵抗とステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bに起因する摩擦抵抗との和である。したがって、ステアリングロール１２の傾動による鋼帯１５の蛇行修正の効果を高めるためには、ステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bを低減することが有効である。

本実施の形態において、蛇行修正装置１０の制御部１４（図１参照）は、初期設定張力Ｔおよび定数ｋを予め有する。初期設定張力Ｔは、ステアリングロール１２に関して初期設定された鋼帯１５の張力である。例えば、初期設定張力Ｔは、鋼帯１５の蛇行が発生していない場合にステアリングロール１２に負荷される鋼帯１５の張力である。この初期設定張力Ｔが固定ロール５ｂ，５ｃからステアリングロール１２に負荷されることにより、固定ロール５ｂ，５ｃとステアリングロール１２との間において鋼帯１５に過度な撓みを起こすことなく正常に鋼帯１５を搬送することが可能となる。一方、定数ｋは、鋼帯１５の蛇行修正が可能となるステアリングロール１２の傾動角度θおよび鋼帯１５の張力を加味して設定される。すなわち、定数ｋは、鋼帯１５の蛇行修正力Ｆ_a（式（２）参照）がその反力である摩擦抵抗Ｆ_r（式（４）参照）に比して大きいという条件（Ｆ_a＞Ｆ_r）を満足するように設定される。

鋼帯１５の蛇行が発生した場合、制御部１４は、予め設定された次式（５）に基づいて、ステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bを低減する。

Ｔ’＝Ｔ−ｋ△Ｌ・・・（５）

すなわち、制御部１４は、上述した初期設定張力Ｔから、鋼帯１５の蛇行修正に要する鋼帯１５の張力低減量ｋ△Ｌを減じて得られる修正張力Ｔ’に、ステアリングロール１２に負荷される鋼帯１５の張力を制御する。この張力制御において、制御部１４は、予め設定された定数ｋと、板位置検出装置１１によって検出された鋼帯１５の蛇行量△Ｌとを乗じ、これにより、張力低減量ｋ△Ｌを算出する。このような張力低減量ｋ△Ｌは、蛇行量△Ｌの鋼帯１５の蛇行を修正可能とするために低減すべき負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bの低減量に相当する。

上述したように、制御部１４は、ステアリングロール１２に負荷される鋼帯１５の張力、すなわち、負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bを、その初期設定張力Ｔから修正張力Ｔ’に低減する。これにより、制御部１４は、鋼帯１５の蛇行修正力Ｆ_aの反力である摩擦抵抗Ｆ_rを、撓み等によって鋼帯１５の搬送に支障を来たすことなく、蛇行修正力Ｆ_a未満に低減する。このような張力制御により、蛇行量△Ｌの鋼帯１５の蛇行に対し、その蛇行修正効果が生じ始める。

つぎに、本発明の実施の形態にかかる蛇行修正方法について説明する。図５は、本発明の実施の形態にかかる蛇行修正方法の一例を示すフローチャートである。本実施の形態にかかる蛇行修正方法では、図１に示した蛇行修正装置１０を用い、順次搬送される鋼帯１５に接触しながら回転して鋼帯１５をその搬送方向に送出するステアリングロール１２の傾動と、このステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bの低減とを行って、鋼帯１５の蛇行を修正する。

すなわち図５に示すように、本実施の形態にかかる蛇行修正方法において、蛇行修正装置１０は、まず、鋼帯１５の蛇行量を検出する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１において、板位置検出装置１１は、ステアリングロール１２からルーパ４の固定ロール５ｃに向かって順次搬送される鋼帯１５の蛇行量△Ｌおよび蛇行方向を検出する。板位置検出装置１１は、検出した蛇行量△Ｌおよび蛇行方向の各情報を制御部１４に送信する。

つぎに、蛇行修正装置１０は、鋼帯１５の蛇行が発生したか否かを判断する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において、制御部１４は、板位置検出装置１１から取得した鋼帯１５の蛇行量△Ｌおよび蛇行方向をもとに、鋼帯１５に蛇行が発生したか否かを判断する。例えば、制御部１４は、蛇行方向に対応して予め設定された鋼帯１５の蛇行許容範囲と蛇行量△Ｌとを比較し、蛇行量△Ｌが蛇行許容範囲から外れる場合、鋼帯１５の蛇行が発生したと判断する。蛇行量△Ｌが蛇行許容範囲内である場合、制御部１４は、鋼帯１５の蛇行が発生していないと判断する。

鋼帯１５の蛇行が発生した場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、蛇行修正装置１０は、ステアリングロール１２を傾動するとともに、このステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bを低減し（ステップＳ１０３）、これにより、鋼帯１５の蛇行を修正する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０３において、制御部１４は、ロール傾動部１３を制御することにより、鋼帯１５の蛇行を修正する方向にステアリングロール１２を水平方向に対し傾動させて、ステアリングロール１２を鋼帯１５の蛇行方向と反対方向に下るように傾斜させる。これとともに、制御部１４は、ステアリングロール１２の傾動角度θとステップＳ１０１によって検出した鋼帯１５の蛇行量△Ｌとに応じ、ステアリングロール１２に負荷される鋼帯１５の張力を低減する。この張力制御において、制御部１４は、上述した式（５）に基づきステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bを制御する。すなわち、制御部１４は、定数ｋと鋼帯１５の蛇行量△Ｌとを乗じて張力低減量ｋ△Ｌを算出し、鋼帯１５の初期設定張力Ｔから張力低減量ｋ△Ｌを減じることにより、修正張力Ｔ’を算出する。制御部１４は、ステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bを、この算出した修正張力Ｔ’に制御する。ここで、初期設定張力Ｔは、ステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bの初期設定値である。例えば、負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bが互いに等しい場合、負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bの和（Ｔ_a＋Ｔ_b）は、初期設定張力Ｔの２倍（＝２Ｔ）となる。制御部１４は、このような負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bを初期設定張力Ｔから修正張力Ｔ’に低減し、これにより、負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bの和（Ｔ_a＋Ｔ_b）を低減して、鋼帯１５の蛇行修正力Ｆ_aを、その反力である摩擦抵抗Ｆ_rに比して大きくする。本実施の形態において、制御部１４は、負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bの低減のために、例えば、ステアリングロール１２よりも上流側の固定ロール５ｂの回転速度を上げるように駆動部６ｂを制御し、且つ、ステアリングロール１２よりも下流側の固定ロール５ｃの回転速度を下げるように駆動部６ｃを制御する。制御部１４は、上述したような鋼帯１５の張力低減によって、ステアリングロール１２の傾動による鋼帯１５の蛇行修正を促進する。

ステップＳ１０４の後、蛇行修正装置１０は、上述したステップＳ１０１に戻り、このステップＳ１０１以降の処理手順を適宜繰り返す。すなわち、蛇行修正装置１０は、鋼帯１５の蛇行量△Ｌが蛇行許容範囲内になるまで、上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理を繰り返し行って、鋼帯１５の蛇行を修正する。

一方、上述したステップＳ１０２において、鋼帯１５の蛇行が発生していない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、蛇行修正装置１０は、ステアリングロール１２の傾動角度θおよび負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bを通常状態に制御する（ステップＳ１０５）。その後、蛇行修正装置１０は、上述したステップＳ１０１に戻り、このステップＳ１０１以降の処理手順を適宜繰り返す。

ステップＳ１０５において、制御部１４は、ステアリングロール１２の中心軸１２ａ（図２参照）が水平方向に対して平行となるようにロール傾動部１３を制御し、これにより、ステアリングロール１２の傾動角度θを略零（望ましくは零）にする。また、制御部１４は、ステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bが初期設定張力Ｔと同程度となるように駆動部６ｂ，６ｃを制御する。ここで、鋼帯１５に蛇行が発生しておらず、鋼帯１５がステアリングロール１２のロール幅方向の中心位置上を走っている場合、鋼帯１５の搬送経路の中心またはその近傍の位置に鋼帯１５の板幅方向の中心を留めるという観点から、ステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bは可能な限り高い方が望ましい。したがって、制御部１４は、このステップＳ１０５において、例えば駆動部６ｂ，６ｃの制御（ステップＳ１０３と逆の張力制御）を行うことにより、ステアリングロール１２の負荷張力Ｔ_a，Ｔ_bを適度に高めるよう固定ロール５ｂ，５ｃの回転速度を制御してもよい。

以上、説明したように、本発明の実施の形態では、順次搬送される鋼帯の蛇行量を検出し、鋼帯の蛇行が発生した場合、この鋼帯の蛇行を修正する方向にステアリングロールを水平方向に対し傾動させるとともに、このステアリングロールの傾動角度と、検出した鋼帯の蛇行量とに応じ、このステアリングロールに負荷される鋼帯の張力を低減して、この鋼帯の蛇行を修正している。このため、ステアリングロールの傾動による鋼帯の蛇行修正力を発生させるとともに、この蛇行修正力の反力として鋼帯に作用する摩擦抵抗を、簡易な装置構成によるステアリングロールの負荷張力の低減に伴って応答性良く蛇行修正力未満に制御することができる。したがって、鋼帯の蛇行修正機能の実現に大掛かりな設備改造を必要とせず、また、フィードフォワード制御に起こり得るトラッキング不良に起因して鋼帯の蛇行を誤修正する懸念もなく、簡易な設備構成によって鋼帯の蛇行をその発生時に応答性良く修正することができる。

本発明の実施の形態にかかる蛇行修正装置および蛇行修正方法を鋼帯の連続処理ライン（例えば酸洗処理ライン）のルーパ内に適用することにより、鋼帯の蛇行によるロールアウトに起因して鋼帯のエッジ部に疵等の欠陥が発生するコイル数を従来技術に比して低減することができた。例えば、コイル全長に対して１４．５％の鋼帯長さの部分に欠陥が発生した従来技術に比して、本発明によれば、鋼帯の欠陥発生を、コイル全長の２．０％の鋼帯長さ分にまで低減できた。

なお、上述した実施の形態では、ルーパ４内における鋼帯１５の搬送経路の後半側にステアリングロール１２をルーパ４の一搬送ロールとして配置していたが、ステアリングロール１２は、ルーパ４内において鋼帯１５の搬送経路の前半に配置されてもよいし、中央に配置されてもよい。すなわち、ルーパ４内におけるステアリングロール１２の位置は、本発明において特に問われない。

また、上述した実施の形態では、横方向（例えば鉛直方向に対して垂直な方向）に可動ロールを移動させて鋼帯を蓄積または払い出す横型のルーパに本発明にかかる蛇行修正装置を組み合わせていたが、これに限らず、縦方向（例えば鉛直方向）に可動ロールを移動させて鋼帯を蓄積または払い出す縦型のルーパに本発明にかかる蛇行修正装置を組み合わせてもよい。すなわち、本発明において、本実施の形態にかかる蛇行修正装置が適用されるルーパのタイプは特に問われない。また、ルーパを構成する固定ロールおよび可動ロールの各配置数は、２つまたは３つに限定されず、１つ以上であればよい。さらには、本発明にかかる蛇行修正装置は、鋼帯の連続処理ラインにおける連続処理設備の入側のルーパに限らず、出側のルーパに適用されてもよいし、入側および出側の双方のルーパに適用されてもよい。

さらに、上述した実施の形態では、本発明にかかる蛇行修正装置を連続処理ラインのルーパに適用していたが、これに限らず、連続処理ライン内のルーパ以外の設備、例えば鋼帯の搬送ロールまたは連続処理設備に、本発明にかかる蛇行修正装置を適用してもよい。また、本発明にかかる蛇行修正装置は、鋼帯の連続処理ライン以外、例えば、鋼帯の蛇行が発生し得る搬送系を備えるラインに配置されてもよい。

また、上述した実施の形態では、ステアリングロール１２に負荷される鋼帯１５の張力を固定ロール５ｂ，５ｃの回転速度によって制御していたが、これに限らず、回転速度による張力制御以外、例えば、固定ロール５ｂ，５ｃに対して離間する方向または接近する方向にステアリングロール１２を移動させることにより、ステアリングロール１２の負荷張力を増減させてもよい。

さらに、上述した実施の形態では、ステアリングロール１２に比して鋼帯１５の搬送経路の下流側であってステアリングロール１２の近傍に板位置検出装置１１を配置していたが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、板位置検出装置１１は、ステアリングロール１２と下流側の固定ロール５ｃとの間における所望の位置（例えば固定ロール５ｃの近傍等）に配置されてもよいし、ステアリングロール１２に比して鋼帯１５の搬送経路の上流側における所望の位置（例えばステアリングロール１２の上流側の近傍）に配置されてもよい。

また、上述した実施の形態では、単一のステアリングロール１２を備えた蛇行修正装置１０を例示したが、これに限らず、本発明にかかる蛇行修正装置１０は、複数のステアリングロール１２を備えていてもよい。この場合、複数のステアリングロール１２は、単一のロール傾動部１３によって回転可能に支持されてもよいし、複数のロール傾動部１３の各々に回転可能に支持されてもよい。

さらに、上述した実施の形態では、鋼帯１５の蛇行を修正していたが、これに限らず、本発明にかかる蛇行修正装置および蛇行修正方法によって蛇行修正される金属帯は、鋼以外の鉄鋼材の帯体であってもよいし、銅またはアルミニウム等の鉄鋼材以外の帯体であってもよい。すなわち、本発明において、蛇行処理対象の金属帯は、鋼帯、鋼帯以外の鉄合金帯、鉄合金帯以外の金属帯のいずれであってもよく、また、鋼種等の金属帯の種類（例えば強度や組成等）も特に問われない。

また、上述した実施の形態により本発明が限定されるものではなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上述した実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明に含まれる。

１連続処理ライン
２ペイオフリール
３溶接機
４ルーパ
５ａ，５ｂ，５ｃ固定ロール
６ａ，６ｂ，６ｃ駆動部
７ａ，７ｂ可動ロール
８ループカー
９連続処理設備
１０蛇行修正装置
１１板位置検出装置
１２ステアリングロール
１２ａ中心軸
１３ロール傾動部
１４制御部
１５鋼帯
１６コイル

Claims

順次搬送される金属帯の蛇行を修正する蛇行修正装置において、
前記金属帯の蛇行量を検出する蛇行量検出部と、
円筒形状の外形を有し、前記金属帯に接触しながら前記円筒形状の中心軸を中心に回転して、前記金属帯の搬送方向に前記金属帯を送出するステアリングロールと、
前記円筒形状の中心軸を中心に回転可能に前記ステアリングロールを支持し、水平方向に対して前記円筒形状の中心軸が傾斜するように前記ステアリングロールを傾動するロール傾動部と、
前記ステアリングロールの傾動角度と前記蛇行量検出部によって検出された前記金属帯の蛇行量とに応じて、前記ステアリングロールに負荷される前記金属帯の張力である負荷張力を制御し、前記金属帯の蛇行が発生した場合、前記負荷張力を低減して前記ステアリングロールの傾動による前記金属帯の蛇行修正を促進する制御部と、
を備えたことを特徴とする蛇行修正装置。
前記制御部は、前記金属帯の蛇行が発生した場合、前記ステアリングロールに関して初期設定された前記金属帯の初期設定張力から前記金属帯の蛇行修正に要する前記金属帯の張力低減量を減じて得られる修正張力に、前記負荷張力を制御することを特徴とする請求項１に記載の蛇行修正装置。
前記制御部は、前記ステアリングロールの傾動による前記金属帯の蛇行修正力が前記ステアリングロールと前記金属帯との摩擦抵抗に比して大きいという条件を満足する際の前記負荷張力の低減量と前記蛇行修正力によって修正可能な前記金属帯の蛇行量との相関に基づいて予め設定された定数と、前記蛇行量検出部によって検出された前記金属帯の蛇行量とを乗じて、前記張力低減量を算出することを特徴とする請求項２に記載の蛇行修正装置。
順次搬送される金属帯に接触しながら回転して前記金属帯の搬送方向に前記金属帯を送出するステアリングロールを水平方向に対し傾動させて前記金属帯の蛇行を修正する蛇行修正方法において、
前記金属帯の蛇行量を検出する検出ステップと、
前記金属帯の蛇行が発生した場合、前記金属帯の蛇行を修正する方向に前記ステアリングロールを水平方向に対し傾動させるとともに、前記ステアリングロールの傾動角度と前記検出ステップによって検出した前記金属帯の蛇行量とに応じ、前記ステアリングロールに負荷される前記金属帯の張力である負荷張力を低減する制御ステップと、
を含み、前記金属帯の張力低減によって前記ステアリングロールの傾動による前記金属帯の蛇行修正を促進することを特徴とする蛇行修正方法。
前記制御ステップは、前記ステアリングロールに関して初期設定された前記金属帯の初期設定張力から前記金属帯の蛇行修正に要する前記金属帯の張力低減量を減じて得られる修正張力に、前記負荷張力を制御することを特徴とする請求項４に記載の蛇行修正方法。
前記制御ステップは、前記ステアリングロールの傾動による前記金属帯の蛇行修正力が前記ステアリングロールと前記金属帯との摩擦抵抗に比して大きいという条件を満足する際の前記負荷張力の低減量と前記蛇行修正力によって修正可能な前記金属帯の蛇行量との相関に基づいて予め設定された定数と、前記検出ステップによって検出した前記金属帯の蛇行量とを乗じて、前記張力低減量を算出することを特徴とする請求項５に記載の蛇行修正方法。