JPH0599760A

JPH0599760A - 帯状体の応力分布付与装置

Info

Publication number: JPH0599760A
Application number: JP26340391A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nakajima; 嶋智中; Yoichi Naganuma; 沼洋一永
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-10-11
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】帯状体の表面および内部に、任意の応力分布
を付与する。【構成】帯状体の長さ方向の２箇所で、これを全幅に
わたり支持するための一対の支持物体と、これらの支持
物体間に配置した、位置固定あるいは帯状体の遠近方向
および長さ方向および幅方向へ移動可能な、単数あるい
は複数の加熱体と、該加熱体に加熱媒体を供給するため
の加熱媒体供給源よりなる。【効果】帯状体の潜在形状に関する測定法開発時の実
験条件作成作業および測定装置校正時の応力分布測定作
業が、温度分布を付与，測定するのみで容易に行なえ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼板などの帯状体にお
いて、帯状体の表面および内部に応力分布を付与する装
置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】鋼板などの帯状体の形状不良とは、例えば
図８に示したいわゆる中のびや、図９に示した耳波と呼
ばれる状態を意味し、帯状体の幅方向に不均一な変形を
受けることによって生じる。そして、例えば鋼板圧延に
おけるコイル巻き取り中などのように、長さ方向にある
程度の張力が印加されると、見かけ上帯状体の形状は平
坦になる。この場合の形状は潜在形状と呼ばれる。しか
し、潜在形状状態では帯状体の表面および内部の幅位置
毎の引張応力の分布は不均一になっている。

【０００３】従来から鋼板など帯状体の潜在形状を測定
することは行なわれており、幅位置毎の長さ方向の応力
分布すなわち印加張力の分布に対応した伸び率を測定す
る装置は、例えば特公昭４８−３７１０２号公報に開示
されている。

【０００４】この装置においては、ストリップと呼ばれ
る鋼板すなわち帯状体を一定の長さとなるよう保持し
て、これを厚み方向に強制的に加振し、発生する強制振
動の振幅を測定することにより、ストリップの潜在形状
に相当する伸び率の測定を行なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし前記従来の装置
を始めとする潜在形状測定装置においては、潜在形状と
振動振幅などの関係を導くために、ストリップすなわち
帯状体の種々の応力分布と振幅分布などのパラメータと
の関係を求めなければならない。しかし、種々の異なる
応力分布を有する帯状体をそのために準備することは事
実上不可能である。また、機械的な張力印加装置などを
用いて、帯状体に応力分布を付与することは、不均一な
応力を加えても応力印加位置からある程度離れた位置で
の応力分布は均一になるというサンブナンの原理によ
り、ある特定の応力分布を除けば難しい。

【０００６】本発明の目的は、帯状体の表面および内部
において、任意の応力分布を付与する装置を提供するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、帯状体に応力
分布を付与する装置において、帯状体の長さ方向に２箇
所で、これを全幅にわたり支持するための一対の支持物
体と、支持物体間の帯状体の長さ方向部位を加熱して帯
状体に熱応力を発生させるために前記支持物体間に配置
した、位置固定あるいは帯状体の遠近方向および長さ方
向および幅方向へ移動可能な、単数あるいは複数の加熱
体と、該加熱体に加熱媒体を供給するための加熱媒体供
給源よりなることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の装置においては、支持物体としてロー
ル状物体，チャッキング装置，堰状物体，などが用いら
れるが、帯状体幅方向の張力の均一化，表面の傷入り防
止，折れ防止などの観点からロール状物体が好ましい。
ロール状物体の材質としては、金属，ナイロン，ゴムな
どかある。また、加熱体としては電気抵抗による加熱を
行なう電熱用合金などの金属発熱体ならびにセラミック
などの非金属発熱体，電磁誘導による加熱を行なうため
の誘導加熱用コイル，燃焼による加熱を行なうバーナ
ー，ドライヤーなどの熱風発生体，熱パイプなど、熱放
射を行なう物体が用いられる。さらに、加熱媒体供給源
としては、電気抵抗加熱用あるいは誘導加熱用あるいは
ドライヤー用などの電気を供給する電源，バーナー用の
可燃性ガスを供給するガスボンベやガスホルダー，ボイ
ラー，熱ポンプなどが用いられる。上記これらの加熱媒
体供給源には、加熱媒体の供給量を制御する機構が付加
されていることが望ましい。

【０００９】本発明においては、例えば、帯状体の幅中
央を加熱して、幅中央における帯状体長さ方向の引張応
力を幅両端より低い状態にすることにより中のび状態を
有する帯状体を製作したり、幅両端を加熱して、幅両端
における帯状体長さ方向の引張応力を幅中央より低い状
態にすることにより耳波状態を有する帯状体を製作した
りすることができる。すなわち、帯状体の各部位毎の温
度差により生じる熱応力により、帯状体の表面および内
部に均一または不均一な応力分布状態を実現させる。

【００１０】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。

【００１１】〔実施例１〕図１（ａ），（ｂ）は本発明
の一実施例として、帯状体の幅中央部の長さ方向一部を
電熱用合金線により加熱する例を示す概略図であり、図
１（ａ）は正面図，同図（ｂ）は右側面図（ただし必要
部分のみ図示）である。図１（ａ），（ｂ）において、
１は帯状体、２ａ，２ｂは支持ロール、３は電熱用合金
線、４は電圧可変式の電源、５ａ，５ｂは電熱用合金線
３の支持機構、６ａ，６ｂは電源４と電熱用合金線３を
接続する電線である。

【００１２】帯状体１は、長さ方向の２箇所をロール２
ａ，２ｂで支持されており、その両側の長さ方向に全幅
にわたり均一の張力が印加されている。この帯状体の幅
中央を、電熱用合金線３を用いて、帯状体の長さ方向の
支持ロール近傍を除いて支持ロールのある方の面（下
面）から加熱する。電熱用合金線３は、電線６ａ，６ｂ
により電源４に接続され、支持機構５ａ，５ｂに取り付
けられている。この加熱により、帯状体の温度は幅中央
部が高く、両端に近づくにつれて徐々に低くなる。この
とき、帯状体各部には長さ，幅，厚みの各方向に加熱時
の温度と非加熱時の温度差に比例した、下記（１）式で
表わされる熱応力が生じるが、幅方向と厚み方向の変位
は拘束されていないので、結果的には帯状体の長さ方向
の応力のみが発生し、張力の印加方向との関係から、帯
状体は幅中央部の引張応力が幅両端部より低い中のびと
同一の応力分布状態になる。

【００１３】熱応力＝線膨張係数×ヤング率×温度差・・・(1) 図２に、全幅にわたり均一な長さ方向の張力を印加した
鋼板について、図１に示す本発明の装置により、幅中央
部の鋼板直下１５ｍｍの位置に配置した直径１ｍｍの電
熱用合金線３を用いて、例えば加熱部の温度が６０℃に
なるように鋼板１を加熱した場合の、鋼板上表面の温度
分布を赤外線カメラで測定した結果の例を示す。このと
きの鋼板１は、幅１８０ｍｍ，厚さ０．５ｍｍの冷延鋼
板で、支持ロール２ａ，２ｂ間の距離は６００ｍｍであ
り、電熱用合金線３の長さは４００ｍｍで、線端と２本
の支持ロール中心との間には各々１００ｍｍの非加熱帯
が存在する。図２は一方の支持ロールから長さ方向中央
部までの部分を表示しており、長さ方向中央部（図左
端）における幅中央部の白っぽい部分（加熱部分）の温
度は６０℃，幅両端の黒っぽい部分の温度は４８℃であ
る。

【００１４】図３には、図２で測定した温度分布のうち
鋼板の長さ方向中央部における、１３点の幅位置での温
度測定結果から求めた幅中央部との温度差を上記(1)式
に代入し、線膨張係数＝１１×１／１０⁶，ヤング率＝
２０５．８ＧＰａとして引張応力差を計算した結果を示
す。図３から、引張応力の幅方向分布は幅中央を中心と
した線対象で、応力の値がほぼ線形に変化しているこ
と，および幅中央部と両端部との間には約２７ＭＰａの
引張応力差がある（中央部が低い）ことがわかる。以
上のように、本発明の装置によれば、帯状体の幅中央部
を加熱して熱応力を発生させることにより、帯状体に幅
中央部が低く両端部が高い応力分布を精度良く付与する
ことができる。

【００１５】〔実施例２〕図４（ａ），（ｂ）は本発明
の他の実施例として、帯状体７の幅両端部の全長を電熱
用合金帯９ａ，９ｂにより加熱する例を示す概略図であ
り、図４（ａ）は正面図，同図（ｂ）は右側面図（ただ
し必要部分のみ図示）である。図４（ａ），（ｂ）にお
いて、８ａ，８ｂは支持ロール、１０は電圧可変式の電
源、１１ａ，１１ｂは電熱用合金帯９ａ，９ｂの支持機
構、１２ａ，１２ｂは電源１０と電熱用合金帯９ａ，９
ｂを接続する電線である。帯状体７は長さ方向の２箇所
をロール８ａ，８ｂで支持されており、その両側の長さ
方向に全幅にわたり均一の張力が印加されている。この
帯状体の幅両端を、電熱用合金帯９ａ，９ｂを用いて、
帯状体の全長を支持ロールのない方の面（上面）から加
熱する。電熱用合金帯９ａ，９ｂは、電線１２ａ，１２
ｂにより電源１０に接続され、支持機構１１ａ，１１ｂ
に取り付けられている。この加熱により、帯状体の温度
は全長にわたり幅両端部が高く、中央に近づくにつれて
徐々に低くなる。このとき、帯状体各部には長さ，幅，
厚みの各方向に加熱時の温度と非加熱時の温度差に比例
した上記(1)式で表される熱応力が生じるが、幅方向と
厚み方向の変位は拘束されていないので、結果的には帯
状体の長さ方向の応力のみが発生し、張力の印加方向と
の関係から、帯状体は幅両端部の引張応力が中央部より
低い耳波と同一の応力分布状態になる。

【００１６】全幅にわたり均一な長さ方向の張力を印加
した実施例１と同一材質の別の鋼板７について、図４に
示す本発明の装置により、幅両端部の鋼板直上２０ｍｍ
の位置に配置した幅５０ｍｍ，厚さ２．５ｍｍの２本の
電熱用合金帯９ａ，９ｂを用いて、例えば加熱部の温度
が３００℃になるように鋼板７を全長にわたり加熱した
場合に、鋼板に生じる引張応力分布を上記(1)式を用い
て計算した。その結果を図５に、図形化して示す。この
ときの鋼板７の寸法は、幅１．８ｍ，厚さ２．５ｍｍ
で、支持ロール間の距離は６ｍである。図５において、
鋼板７の幅両端部の白っぽい部分の応力は低く、中央部
の黒っぽい部分にいくほど応力が高くなっている。幅両
端部の温度は３００℃、中央部の温度は２５０℃であ
り、したがって幅両端部と中央部の応力差は約１１３Ｍ
Ｐａ（両端部が低い）である。また、鋼板全体としての
引張応力分布は、温度分布と高低を逆にした分布となっ
ていることが理解できる。

【００１７】以上のように、図４に示す本発明の装置に
よれば、大きな帯状体を高温に加熱させても、熱応力に
より帯状体に応力分布を精度良く付与することができ、
また帯状体の幅両端部を加熱することにより、中央部を
加熱した場合と異なった応力分布を付与することができ
る。

【００１８】〔実施例３〕図６（ａ），（ｂ）は本発明
のまた別の実施例として、帯状体１３の幅両端部の全長
さ方向一部を、帯状体１３の遠近（厚み）方向，長さ方
向および幅方向へ移動可能な炭化けい素発熱体１５ａ，
１５ｂにより加熱する例を示す概略図であり、図６
（ａ）は正面図、同図（ｂ）は右側面図（ただし必要部
分のみ図示）である。図６（ａ），（ｂ）において、１
４ａ，１４ｂは支持ロール，１６は電圧可変式の電源，
１７は炭化けい素発熱帯１５ａ，１５ｂの支持機構，１
８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは電源１６と炭化けい素
発熱帯１５ａ，１５ｂを接続する電線である。帯状体１
３は長さ方向の２箇所をロール１４ａ，１４ｂで支持さ
れており、その両側の長さ方向に全幅にわたり均一の張
力が印加されている。この帯状体１３において、幅両端
を、炭化けい素発熱帯１５ａ，１５ｂを用いて、帯状体
の長さ方向に一部を支持ロールのある方の面（下面）か
ら加熱する。炭化けい素発熱帯１５ａ，１５ｂは、電線
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄにより電源１６に接続
され、支持機構１７に取り付けられている。この加熱に
より、帯状体１３は、幅両端部の引張応力が中央部より
低い耳波と同一の応力分布状態になる。支持機構１７
は、例えば昇降機構およびスライド機構などにより手動
あるいは自動で帯状体１３の遠近（厚み）方向，長さ方
向および幅方向へ移動できるようになっているので、炭
化けい素発熱帯１５ａ，１５ｂの位置を自由に変更する
ことができる。

【００１９】以上のように、図６に示す本発明の装置に
よれば、加熱の部位および強弱を変えることにより、帯
状体に自由な応力分布を付与することができる。

【００２０】〔実施例４〕図７（ａ），（ｂ）は本発明
のさらに別の実施例として、帯状体１９の幅両端方向３
箇所の全長を、帯状体１９の遠近（厚み）方向，長さ方
向および幅方向へ移動可能なセラミック発熱体２１ａ，
２１ｂ，２１ｃにより加熱する例を示す概略図であり、
図７（ａ）は正面図，同図（ｂ）は右側面図（ただし必
要部分のみ図示）である。図７（ａ），（ｂ）におい
て、２０ａ，２０ｂは支持ロール、２２ａ，２２ｂ，２
２ｃは電圧可変式の電源、２３はセラミック発熱体２１
ａ，２１ｂ，２１ｃの支持機構、２４ａ，２４ｂ，２４
ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆは電源２２ａ，２２ｂ，２
２ｃとセラミック発熱体２１ａ，２１ｂ，２１ｃを接続
する電線、２５ａ，２５ｂ，２５ｃは各々電線２４ａ，
２４ｂ，２４ｃと電源の間に介挿されたスイッチであ
る。帯状体１９は長さ方向の２箇所をロール２０ａ，２
０ｂで支持されており、その両側の長さ方向に全幅にわ
たり均一の張力が印加されている。この帯状体１９の幅
両端を、セラミック発熱体２１ａ，２１ｂ，２１ｃを用
いて、帯状体の全長を支持ロールのない方の面（上面）
から加熱する。セラミック発熱体２１ａ，２１ｂ，２１
ｃは、それぞれ電線２４ａおよび２４ｄ，２４ｂおよび
２４ｅ，２４ｃおよび２４ｆにより電源２２ａ，２２
ｂ，２２ｃに接続され、図示しない天井などに据え付け
られた支持機構２３に取り付けられている。この加熱に
より、帯状体１９は、加熱部が高くその他の部分が低い
応力分布状態になる。支持機構２３は、例えば昇降機構
およびスライド機構などにより手動あるいは自動で帯状
体の遠近（厚み）方向，長さ方向および幅方向へ移動で
きるようになっているので、セラミック発熱体２１ａ，
２１ｂ，２１ｃの位置を自由に変更することができる。
また、スイッチ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを入り切りする
ことにより、配置したセラミック発熱体すなわち加熱体
による加熱の入り切りを行なうことができる。

【００２１】以上のように、図７に示す本発明の装置に
よれば、加熱の部位および強弱を変えることにより、ま
た加熱の入り切りを行なうことにより、帯状体にさらに
自由な応力分布を付与することができる。

【００２２】なお、上記４つの実施例の他、誘導加熱，
熱風，熱パイプなどによる加熱によっても応力分布を付
与することができるが、鋭い応力分布を付与するには電
熱用合金線が、広い幅にわたり同一の応力を付与するに
はセラミック発熱体あるいは誘導加熱が適している。

【００２３】また、上述の各実施例では、あらかじめ帯
状体に印加する張力は全幅にわたり均一としたが、印加
した張力の分布が既知ならばたとえそれが不均一分布で
あっても熱応力に換算できるので、本発明の装置による
応力分布付与の妨げとはならない。

【００２４】さらに、数値例では帯状体の例として鋼板
を用いた例を示したが、その他のもの、例えばフィル
ム，紙などの場合は、それぞれの線膨張係数，ヤング率
が異なるので、同一の温度分布であっても、鋼板とは異
なった応力分布となる。しかし、本発明の装置を用いる
ことによって、これらの帯状体にも精度良く応力分布を
付与することができる。

【００２５】

【効果】以上の説明から明らかなように本発明の装置を
用いれば、熱応力を利用して帯状体に種々の応力分布を
精度良く付与できる。本発明を利用すれば、帯状体の潜
在形状に関する測定法開発時の実験条件作成作業および
測定装置校正時の応力分布測定作業が、温度分布を付
与，測定するのみで容易に行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す概要図であり、（ａ）
は正面図、（ｂ）は右側面図である。

【図２】帯状体の温度分布を示す平面図である。

【図３】帯状体に生じる引張応力差の計算結果の一例を
示すグラフである。

【図４】本発明の実施例２を示す概要図であり、（ａ）
は正面図、（ｂ）は右側面図である。

【図５】帯状体の引張応力分布を示す斜視図である。

【図６】本発明の実施例３を示す概要図であり、（ａ）
は正面図，（ｂ）は右側面図である。

【図７】本発明の実施例４を示す概要図であり、（ａ）
は正面図，（ｂ）は右側面図である。

【図８】帯状体の形状不良の形態の一例を示す斜視図で
ある。

【図９】帯状体の形状不良の形態の一例を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】１：帯状体２ａ，２ｂ：支持ロール３：電熱用合金線４：電源５ａ，５ｂ：支持機構６ａ，６ｂ：電線７：帯状体８ａ，８ｂ：支持ロール９ａ，９ｂ：電熱用合金帯１０：電源１１ａ，１１ｂ：支持機構１２ａ，１２ｂ：電線１３：帯状体１４ａ，１４ｂ：支持ロール１５ａ，１５ｂ：炭化けい素発熱体１６：電源１７：支持機構１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８
ｄ：電線１９：帯状体２０ａ，２０ｂ：支持ロール２１ａ，２１ｂ，２１ｃ：セラミック発熱体２２ａ，２２ｂ，２２ｃ：電源２３：支持
機構２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ：電
線２５ａ，２５ｂ，２５ｃ：スイッチ

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【手続補正書】

【提出日】平成３年１２月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】図３には、図２で測定した温度分布のうち
鋼板の長さ方向中央部における、１３点の幅位置での温
度測定結果から求めた幅中央部との温度差を上記(1)式
に代入し、線膨張係数＝１１×１／１０⁶，ヤング率＝
２０５．８ＧＰａとして引張応力差を計算した結果を示
す。図３から、引張応力の幅方向分布は幅中央を中心と
した線対称で、応力の値がほぼ線形に変化しているこ
と，および幅中央部と両端部との間には約２７ＭＰａの
引張応力差がある（中央部が低い）ことがわかる。以
上のように、本発明の装置によれば、帯状体の幅中央部
を加熱して熱応力を発生させることにより、帯状体に幅
中央部が低く両端部が高い応力分布を精度良く付与する
ことができる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】〔実施例３〕図６（ａ），（ｂ）は本発明
のまた別の実施例として、帯状体１３の幅両端部の全長
さ方向一部を、帯状体１３の遠近（厚み）方向，長さ方
向および幅方向へ移動可能な炭化けい素発熱体１５ａ，
１５ｂにより加熱する例を示す概略図であり、図６
（ａ）は正面図、同図（ｂ）は右側面図（ただし必要部
分のみ図示）である。図６（ａ），（ｂ）において、１
４ａ，１４ｂは支持ロール，１６は電圧可変式の電源，
１７は炭化けい素発熱体１５ａ，１５ｂの支持機構，１
８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは電源１６と炭化けい素
発熱体１５ａ，１５ｂを接続する電線である。帯状体１
３は長さ方向の２箇所をロール１４ａ，１４ｂで支持さ
れており、その両側の長さ方向に全幅にわたり均一の張
力が印加されている。この帯状体１３において、幅両端
を、炭化けい素発熱体１５ａ，１５ｂを用いて、帯状体
の長さ方向に一部を支持ロールのある方の面（下面）か
ら加熱する。炭化けい素発熱体１５ａ，１５ｂは、電線
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄにより電源１６に接続
され、支持機構１７に取り付けられている。この加熱に
より、帯状体１３は、幅両端部の引張応力が中央部より
低い耳波と同一の応力分布状態になる。支持機構１７
は、例えば昇降機構およびスライド機構などにより手動
あるいは自動で帯状体１３の遠近（厚み）方向，長さ方
向および幅方向へ移動できるようになっているので、炭
化けい素発熱体１５ａ，１５ｂの位置を自由に変更する
ことができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状体に応力分布を付与する装置におい
て、帯状体の長さ方向の２箇所で、これを全幅にわたり
支持するための一対の支持物体と、支持物体間の帯状体
の長さ方向部位を加熱して帯状体に熱応力を発生させる
ために前記支持物体間に配置した、位置固定あるいは帯
状体の遠近方向および長さ方向および幅方向へ移動可能
な、単数あるいは複数の加熱体と、該加熱体に加熱媒体
を供給するための加熱媒体供給源よりなることを特徴と
する帯状体の応力分布付与装置。