KR101615271B1 - 아이어닝 장치 - Google Patents

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히데오 마츠무라
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가부시키가이샤 아이에이치아이
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Abstract

압연된 금속박(1)을 권취 롤(3)에 권취할 때, 권취 중의 금속박(1)을 권취 롤(3)에 밀착시키는 아이어닝 장치(10). 권취 중의 금속박(1)을 권취 롤(3)에 밀착시키는 아이어닝 롤(5)과, 아이어닝 롤(5)이 일단측에 장착된 요동체(7)와, 요동체(7)의 타단부가 요동 가능하게 장착된 왕복 운동체(9)와, 권취 롤(3)에 대해 왕복 운동체(9)를 전후로 이동시키는 구동 장치(11)와, 금속박(1)을 권취 롤(3)에 밀착시키는 힘을 발생하는 가압 장치(13)를 구비한다. 가압 장치(13)는 권취 롤 쪽으로 요동체(7)가 요동하도록 요동체(7)에 힘을 작용시킴으로써, 요동체(7)에 장착된 아이어닝 롤(5)을 통해 금속박(1)을 권취 롤(3)에 밀착시킨다.

Description

아이어닝 장치{IRONING APPARATUS}
본 발명은 압연된 금속박을 권취 롤에 권취할 때, 권취 롤에 금속박을 밀착시키는 아이어닝(ironing) 장치에 관한 것이다.
아이어닝 장치는 권취 롤에 권취된 금속박의 품질을 양호하게 유지하기 위해 마련된다. 금속박을 권취 롤에 권취할 때 권취 롤에 금속박을 밀착시키지 않으면, 금속박은 권취 롤과의 사이에 기포가 생긴 상태에서 감기는 경향이 있다. 이와 같이 기포가 발생함으로써, 금속박이 폭 방향으로 어긋날 가능성이 있다. 이 때문에, 아이어닝 장치에 의해 금속박을 권취 롤에 밀착시킴으로써, 권취 롤과의 사이에 기포가 발생하지 않고 금속박을 안정적으로 권취할 수 있다. 그 결과, 권취한 금속박의 품질을 양호하게 유지할 수 있다.
아이어닝 장치의 구성예를 도 1a와 도 1b에 기초하여 설명한다. 도 1a에서, 아이어닝 장치는 실린더 장치(31), 요동 아암(33), 및 아이어닝 롤(35)을 구비한다. 실린더 장치(31)의 신축 동작에 의해, 도면의 화살표 방향으로 요동 아암(33)을 요동시킨다. 요동 아암(33)에는 아이어닝 롤(35)이 장착된다. 아이어닝 롤(35)은 그 중심축이 권취 롤(37)의 중심축과 평행이 되도록 배치된다. 요동 아암(33)의 요동에 의해, 아이어닝 롤(35)이 금속박(1)을 권취 롤(37)에 밀착시킨다.
전술한 바와 같은 아이어닝 장치는, 예를 들면 하기 특허 문헌 1에 기재되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허공개 2004-136302호 공보
코일(1a)의 직경이 커져도 권취된 금속박의 품질을 양호하게 유지할 것이 요구된다.
예를 들면, 권취된 금속박(1)이 형성하는 코일(1a)의 치수(코일 외경)가, 도 1a의 상태에서 도 1b의 상태와 같이 커지면, 아이어닝 롤(35)이 금속박(1)에 접촉하는 위치 a(도면을 참조)와 권취 위치 b(도면을 참조)의 둘레 방향 거리(즉, 권취 롤(37)의 중심축 둘레의 거리)가, 전술한 기포 발생을 방지하는데 바람직한 위치(예를 들면, 20㎜)에서 벗어나게 된다. 그 결과, 권취한 금속박(1)에 의해 형성되는 코일(1a)의 형상이 불안정하게 될 가능성이 있다.
이와 같은 점에서, 코일(1a)의 직경이 커져도, 둘레 방향 거리의 변화를 억제함으로써 코일 형상이 불안정하게 되지 않고, 금속박을 안정적으로 권취함으로써 코일(1a)의 품질을 양호하게 유지할 것이 요구된다.
또한, 다른 예로는, 코일(1a)의 권취량이 많으면 권취 개시시와 권취 종료시의 사이에서 실린더 장치(31)의 방향이 크게 다르다. 그 결과, 실린더 장치(31)에 의한 가압력의 방향이 크게 변동해, 권취 롤(37)에의 금속박(1)의 가압이 불안정하게 될 가능성이 있다.
이와 같은 점에서, 코일(1a)의 직경이 커져도, 실린더 장치(31)에 의한 가압력 방향의 변동을 작게 함으로써 코일 형상이 불안정하게 되지 않고, 이에 따라 코일(1a)의 품질을 양호하게 유지할 것이 요구된다.
즉, 코일(1a)의 직경이 커지는 경우에도 대응해, 도 1의 구성을 갖는 아이어닝 장치보다 안정적으로 금속박을 권취할 수 있는 장치가 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 코일의 직경이 커져도 금속박을 안정적으로 권취할 수 있는 아이어닝 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 압연된 금속박을 권취 롤에 권취할 때, 권취 중의 금속박을 권취 롤에 밀착시키는 아이어닝 장치로서, 권취 중의 금속박을 권취 롤에 밀착시키는 아이어닝 롤과, 아이어닝 롤이 일단측에 장착되고, 타단부가 그 요동축 둘레로 요동 가능한 요동체와, 상기 요동체의 타단부가 요동 가능하게 장착되고, 권취 롤에 대해 전후로 이동 가능한 왕복 운동체와, 상기 권취 롤에 대해 상기 왕복 운동체를 전후로 이동시키는 구동 장치와, 금속박을 권취 롤에 밀착시키는 힘을 발생하는 가압 장치를 구비하고, 가압 장치는 권취 롤 쪽으로 요동체가 요동하도록 요동체에 힘을 작용시키고, 이에 따라, 요동체에 장착한 아이어닝 롤을 통해 금속박을 권취 롤에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 아이어닝 장치가 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면, 권취 롤에 감긴 금속박이 형성하는 코일의 치수를 검출하는 치수 센서와, 왕복 운동체의 위치를 검출하는 위치 센서와, 상기 치수 센서의 검출치와, 상기 위치 센서의 검출치와, 미리 설정된 동작 패턴에 기초하여 상기 구동 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 동작 패턴은, 코일의 각 치수에 대해 왕복 운동체의 위치를 정한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면, 상기 가압 장치는 실린더와 피스톤을 갖고, 피스톤의 왕복 운동에 의해 피스톤 로드의 신장 및 축퇴가 가능한 실린더 장치로서, 실린더와 피스톤 로드의 한쪽이 상기 요동체의 일단측에 회전 가능하게 결합되고, 실린더와 피스톤 로드의 다른 쪽이 상기 왕복 운동체에 회전 가능하게 결합됨으로써, 실린더의 로드측 실린더실 및 헤드측 실린더실의 적어도 한쪽에 공급되는 유체압에 의해, 상기 요동체가 권취 롤 쪽으로 요동하는 방향으로 요동체가 가압되고, 상기 동작 패턴은 상기 실린더 장치의 피스톤 로드가 신장하지 않고 계속 축퇴하도록 설정되어 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시 형태에 의하면, 상기 동작 패턴은 아이어닝 롤이 금속박에 접촉하는 위치와 권취 위치의 거리의 변동을 억제하도록 설정되고, 권취 위치는 권취 롤에 이미 감긴 금속박과 지금부터 감기는 금속박의 경계 위치이다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면, 상기 가압 장치가 발생하는 힘을 검출하는 힘 센서(force sensor)를 더 구비하고, 상기 제어 장치는 힘 센서의 검출치와, 상기 치수 센서의 검출치와, 미리 설정한 가압력 패턴에 기초하여 상기 가압 장치를 제어하고, 아이어닝 롤이 금속박에 가압력을 주는 위치에서 권취 롤의 중심축으로 향하는 방향에서의 가압력의 성분을 중심 방향 성분으로 하고, 상기 가압력 패턴은, 상기 중심 방향 성분이 코일의 치수와 관계없이 일정하게 되도록, 상기 가압 장치가 발생하는 힘을 코일의 각 치수에 대해 정한 것이다.
전술한 본 발명에 의하면, 왕복 운동체에 요동체를 요동 가능하게 장착하고, 가압 장치에 의해 요동체를 권취 롤 쪽으로 요동시켜 아이어닝 롤을 권취 롤에 밀착시키므로, 왕복 운동체의 왕복 운동에 의해 아이어닝 롤의 위치 또는 요동체의 요동을 조정할 수 있고, 이에 따라, 코일의 직경이 커져도 금속박을 안정적으로 권취할 수 있다.
예를 들면, 가압 장치가, 권취 롤 쪽으로 요동체가 요동하도록 요동체에 힘을 작용시킴으로써, 아이어닝 롤을 금속박에 밀착시킨다. 이때, 왕복 운동체의 위치에 부합하는 양만큼 요동체가 요동하므로, 왕복 운동체의 위치가 바뀌면, 아이어닝 롤이 금속박에 접촉하는 접촉 위치(금속박으로의 가압 위치)도 바뀐다. 따라서, 접촉 위치의 조절 가능 범위가 넓어진다. 그 결과, 코일의 직경이 커져도, 금속박을 안정적으로 권취할 수 있다.
또한, 다른 예에서는, 왕복 운동체의 위치를 조정해 요동체의 요동각을 조정함으로써, 가압 장치가 발생하는 가압력의 방향 변동을 억제할 수 있게 된다. 그 결과, 코일의 직경이 커져도 금속박을 안정적으로 권취할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의한 효과는 이하에서 분명해진다.
도 1a는 코일 외경이 작은 종래의 아이어닝 장치의 구성예를 나타낸다.
도 1b는 코일 외경이 큰 종래의 아이어닝 장치의 구성예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 아이어닝 장치의 구성예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 아이어닝 장치의 구성예를 나타내는데, 권취 롤이 금속박을 어느 정도 감은 상태를 나타낸다.
도 4는 도 1의 아이어닝 장치의 각 구성 부재의 위치 관계를 나타낸다.
도 5는 도 2의 V-V선을 따라 본 도면이다.
도 6a는 제1 동작 패턴에 의한 유압 실린더 장치(11)의 신장량을 나타내는 그래프이다.
도 6b는 제1 동작 패턴에 의한 유공압 실린더 장치(13)의 신장량을 나타내는 그래프이다.
도 6c는 제1 동작 패턴에 의한 가압 위치 a와 권취 위치 b의 둘레 방향 거리를 나타내는 그래프이다.
도 7은 제1 동작 패턴을 구할 때 사용하는 복수의 축퇴 속도 패턴을 나타낸다.
도 8a는 제2 동작 패턴에 의한 유압 실린더 장치(11)의 신장량을 나타내는 그래프이다.
도 8b는 제2 동작 패턴에 의한 유공압 실린더 장치(13)의 신장량을 나타내는 그래프이다.
도 8c는 제2 동작 패턴에 의한 가압 위치 a와 권취 위치 b의 둘레 방향 거리를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시 형태를 도면에 기초해 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 아이어닝 장치(10)의 구성예이다. 아이어닝 장치(10)는, 압연된 알루미늄 등의 금속박(1)을 권취 롤(3)에 권취할 때, 권취 중의 금속박(1)을 권취 롤(3)에 밀착시키는 장치이다. 도 3도 본 발명의 실시 형태에 따른 아이어닝 장치(10)의 구성도이다. 도 2는 권취 롤(3)에의 금속박(1)의 권취 개시시를 나타내고, 도 3은 권취 롤(3)에 금속박(1)을 어느 정도 감은 상태를 나타낸다. 권취 롤(3)에 권취되는 금속박(1)은, 조(粗)압연기에 의해 압연된 금속박(예를 들면, 두께 0.01㎜~0.5㎜)이나, 마무리 압연기에 의해 압연된 금속박(예를 들면, 두께 0.01㎜~0.03㎜) 등이어도 된다. 한편, 도 2, 도 3에서, 참조 부호 6은 금속박(1)을 지지해 안내하는 안내 롤이다.
아이어닝 장치(10)는 아이어닝 롤(5), 요동체(7), 왕복 운동체(9), 구동 장치(11), 가압 장치(13), 치수 센서(15), 위치 센서(17), 제어 장치(19), 및 힘 센서(21)를 구비한다.
아이어닝 롤(5)은 권취 롤(3)에 권취 중인 금속박(1)을 권취 롤(3)에 밀착시킨다. 아이어닝 롤(5)은 그 중심축(Cr)이 권취 롤(3)의 중심축(C1)과 평행하게 배치된다. 아이어닝 롤(5)은 권취 롤(3)에 권취되는 금속박(1)을 권취 롤(3)에 밀착시킴으로써, 금속박(1)의 기포 발생을 방지해 금속박(1)의 권취를 안정시킨다. 한편, 도 2에서 각 축 C1, C2, C3, C4, Cr은 지면에 수직인 방향으로 연장되어 있다.
요동체(7)의 일단측에는 아이어닝 롤(5)이 장착된다. 아이어닝 롤(5)은 요동체(7)에 장착된 상태에서, 그 중심축(Cr) 둘레로 회전 가능하게 되어 있다.
왕복 운동체(9)에는, 요동체(7)의 타단부가 요동축(C2) 둘레로 요동 가능하게 장착된다. 바람직하게는, 왕복 운동체(9)는 가이드 레일(12)에 왕복 운동 가능하게 지지됨과 동시에, 그 왕복 운동이 가이드 레일(12)을 따라 안내된다.
구동 장치(11)는 권취 롤(3)에 대해 왕복 운동체(9)를 전후로 이동시킨다. 여기에서 전방이란 권취 롤(3)과 가까워지는 위치이고, 후방이란 권취 롤(3)로부터 멀어지는 위치이다.
이 전후 이동은, 도 2의 예에서는 가이드 레일(12)에 따른 방향이다. 구동 장치(11)는, 이 예에서는 실린더(11a)와 피스톤(11f)을 갖고, 피스톤(11f)의 왕복 운동에 의해 피스톤 로드(11d)의 신장 및 축퇴가 가능한 실린더 장치이다. 이 경우, 실린더(11a) 및 피스톤 로드(11d)의 한쪽(도 2의 예에서는, 후술하는 피스톤 로드(11d)의 선단부)이 왕복 운동체(9)에 결합되고, 실린더(11a) 및 피스톤 로드(11d)의 다른 쪽(도 2의 예에서는, 실린더(11a))이 기준체(23)에 고정된다.
기준체(23)는 정지(靜止)한 지지 구조체이다. 이 구성에서, 실린더(11a)의 로드측 실린더실(11a-2) 및 헤드측 실린더실(11a-1)의 적어도 한쪽에 공급되는 유체압(유압 등의 액압 또는 공압. 이하 동일)에 의해 실린더 장치(11)를 신축시켜, 권취 롤(3)에 대해 왕복 운동체(9)를 전후로 이동시킨다. 구동 장치(11)는, 바람직하게는, 도 2의 예나 후술하는 실시예와 같이, 유압 실린더 장치이다. 유압 실린더 장치에 대해서는, 후술하는 실시예에서 자세하게 설명한다.
가압 장치(13)는 금속박(1)을 권취 롤(3)에 밀착시키는 힘을 발생한다. 가압 장치(13)는 요동체(7)가 권취 롤(3) 쪽으로 요동하는 방향으로 요동체(7)에 힘을 작용시키고, 이에 따라, 요동체(7)에 장착한 아이어닝 롤(5)을 통해 금속박(1)을 권취 롤(3)에 밀착시킨다.
가압 장치(13)는, 이 예에서는 실린더(13a)와 피스톤(14)을 갖고, 피스톤(14)의 왕복 운동에 의해 피스톤 로드(13g)의 신장 및 축퇴가 가능한 실린더 장치이다. 이 경우, 실린더(13a) 및 피스톤 로드(13g)의 한쪽(도 2의 예에서는, 피스톤 로드(13g)의 선단부)이 요동체(7)의 타단 측에 회전축(C3) 둘레로 회전 가능하게 결합되고, 실린더(13a) 및 피스톤 로드(13g)의 다른 쪽(도 2의 예에서는, 실린더(13a))이 왕복 운동체(9)에 회전축(C4) 둘레로 회전 가능하게 결합된다. 이 구성에서, 실린더(13a)의 로드측 실린더실(13a-2) 및 헤드측 실린더실(13a-1)의 적어도 한쪽에 공급되는 유체압(유압 등의 액압 또는 공압. 이하 동일)에 의해, 요동체(7)가 권취 롤(3) 쪽으로 요동하는 방향으로 요동체(7)가 가압된다.
가압 장치(13)는, 바람직하게는, 도 2의 예나 후술하는 실시예와 같이, 유공압 실린더 장치이다. 유공압 실린더 장치에 대해서는, 후술하는 실시예에서 자세하게 설명한다.
치수 센서(15)는, 권취 롤(3)에 감긴 금속박(1)이 형성하는 코일(1a)의 치수를 검출한다.
예를 들면, 치수 센서(15)는 코일(1a)의 외표면의 위치(이하, 외표면 위치라고 한다)를 검출하는 공지의 센서(예를 들면, 코일(1a)의 외표면을 비접촉으로 광학적으로 검출하는 센서)라도 된다. 이 경우, 검출한 외표면 위치를 코일(1a)의 치수 검출치로서 제어 장치(19)에 출력해도 되고, 또는, 검출한 외표면 위치를 코일(1a)의 중심(즉, 권취 롤(3)의 중심축(C1))으로부터 코일(1a) 외표면까지의 거리(이하, 반경 치수라고 한다)로 변환해, 반경 치수를 코일(1a)의 치수 검출치로서 제어 장치(19)에 출력해도 된다.
다른 예로서 치수 센서(15)는, 권취 롤(3)에 의한 금속박(1)의 권취 개시시부터, 권취 롤(3)의 회전수를 계측해도 된다. 이 경우, 치수 센서(15)는 권취 롤(3)의 회전수와, 기지의 금속박(1) 두께와, 기지의 권취 롤(3) 치수에 기초해 외표면 위치 또는 반경 치수를 산출하고, 이 산출치를 코일(1a)의 치수 검출치로서 제어 장치(19)에 출력해도 된다.
위치 센서(17)는 왕복 운동체(9)의 위치를 검출한다. 위치 센서(17)는, 도 2의 예에서는, 광학식의 리니어 스케일(linear scale)이지만, 다른 적절한 수단이라도 무방하다.
제어 장치(19)는, 치수 센서(15)의 검출치(즉, 치수 검출치)와, 위치 센서(17)의 검출치(즉, 왕복 운동체(9)의 위치)와, 미리 설정된 동작 패턴에 기초해 구동 장치(11)를 제어한다. 이 동작 패턴은, 코일(1a)의 각 치수에 대해 왕복 운동체(9)의 위치를 정한 것이다. 이에 따라, 제어 장치(19)는 왕복 운동체(9)의 동작이 동작 패턴(후술한다)을 따르도록 구동 장치(11)를 제어한다.
전술한 동작 패턴으로서, 이하의 제1 또는 제2 동작 패턴을 사용하는 것이 좋다.
제1 동작 패턴은, 왕복 운동체(9)가 권취 롤(3)에 의한 금속박(1)의 권취 개시시부터 권취 종료시까지, 가압 장치(13)(즉, 실린더 장치)의 피스톤 로드(13g)가 신장하지 않고 계속 축퇴하도록 설정되어 있다. 제1 동작 패턴에 기초해, 제어 장치(19)가 구동 장치(11)를 제어함으로써, 가압 장치(13)의 피스톤 로드(13g)는 권취 개시시부터 권취 종료시까지 항상 계속해서 축퇴한다.
이에 따라, 다음과 같이, 아이어닝 롤(5)에 의한 금속박(1)으로의 가압력의 변동을 억제할 수 있다. 코일 치수의 증가에 수반해 가압 장치(13)의 피스톤 로드(13g)가 항상 계속해서 축퇴하도록 할 수 있다. 따라서, 가압 장치(13)의 피스톤 로드(13g)의 동작 방향이 일시적으로 역전하는 일이 없어진다. 그 결과, 가압 장치(13)가 발생하는 가압력이나, 가압 장치(13)의 기계적 마찰력의 방향이 역전해 변동하는 일도 없어진다. 따라서, 이와 같은 가압력이나 마찰력의 변동에 의해, 아이어닝 롤(5)의 금속박(1)에 대한 가압력이 변동하는 것을 억제할 수 있다.
제2 동작 패턴은, 아이어닝 롤(5)이 금속박(1)에 접촉하는 위치 a(도 3을 참조)와 권취 위치 b(도 3을 참조)의, 코일(1a) 외표면을 따른 둘레 방향 거리(즉, 권취 롤(3)의 중심축(C1) 둘레의 거리)가, 권취 개시시부터 권취 종료시까지에서 변동하는 것을 억제하도록 설정되어 있다. 바람직하게는, 권취 롤(3)에 의한 권취 개시시부터 권취 종료시까지 둘레 방향 거리가 일정하게 되도록, 또는, 둘레 방향 거리가 가능한 한 일정하게 되도록 제2 동작 패턴을 설정한다. 예를 들면, 권취 개시시부터 권취 종료시까지 둘레 방향 거리가 0~20㎜의 범위 내가 되도록 제2 동작 패턴을 설정한다.
한편, 권취 위치 b는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 권취 롤(3)에 이미 감긴 금속박(1)과 지금부터 감기는 금속박(1)의 경계 위치이다.
제2 동작 패턴에 기초해 제어 장치(19)가 구동 장치(11)를 제어함으로써, 둘레 방향 거리는 권취 개시시부터 권취 종료시까지 변동이 억제된다. 바람직하게는, 둘레 방향 거리는 권취 개시시부터 권취 종료시까지 거의 일정하게 유지되거나, 또는, 최소한의 변동 범위 내에서 변화한다.
이에 따라, 금속박(1)에 대한 아이어닝 롤(5)의 가압 위치(즉, 도 3의 위치 a)를 바람직한 범위(예를 들면, 둘레 방향 거리가 0~20㎜가 되는 범위)로 유지할 수 있다. 만일, 이 가압 위치가 권취 위치 b에서 크게 벗어나면, 금속박(1)에 기포가 발생하는 것을 방지할 수 없게 된다. 이 때문에, 권취 개시시부터 권취 종료시에 걸쳐 코일(1a) 치수가 크게 증가하는 경우라도, 아이어닝 롤(5)의 가압 위치를 제2 동작 패턴에 의해 기포 발생 방지에 바람직한 범위로 유지할 수 있게 되어, 금속박(1)의 기포 발생을 방지해 안정적인 권취를 실현할 수 있다.
한편, 제1 및 제2 동작 패턴은 양립시킬 수 없다. 둘레 방향 거리가 일정하게 되도록 제어하면, 귄취 도중에 가압 장치(13)의 동작 방향을 역전시키게 된다. 이 때문에, 제1 및 제2 동작 패턴을 양립시킬 수 없기 때문에, 이들 중 어느 한쪽을 선택한다.
또한, 제1 및 제2 동작 패턴의 어떤 경우에도, 가압 장치(13)가 발생하는 가압력(후술하는 힘(F1))의 방향의 변동을 도 1의 경우보다 억제할 수 있다.
힘 센서(21)는 가압 장치(13)가 발생하는 힘(이 예에서는, 가압 장치(13)가 요동체(7)를 가압하는 힘 F1(도 4를 참조))을 검출한다. 이 경우, 제어 장치(19)는, 바람직하게는, 힘 센서(21)의 검출치(예를 들면 F1)와, 치수 센서(15)의 검출치와, 미리 설정한 가압력 패턴에 기초하여 가압 장치(13)를 제어한다. 가압력 패턴은, 도 4에 나타내는 중심 방향 성분 F2에 기초해 정해진다. 이 중심 방향 성분 F2은 아이어닝 롤(5)이 금속박(1)에 가압력 F3을 주는 위치로부터 권취 롤(3)의 중심축(C1)으로 향하는 방향에서의 가압력 F3의 성분이다. 가압력 패턴은 중심 방향 성분 F2가 코일(1a)의 치수와 관계없이 일정하게 되도록, 가압 장치(13)가 발생하는 힘(이 예에서는, 가압 장치(13)가 요동체(7)를 가압하는 힘 F1)을 코일(1a)의 각 치수에 대해 정한 것이다.
즉, 각 시점에서의 코일(1a)의 치수 및 동작 패턴으로부터, 요동축(C2)의 위치, 및, 아이어닝 롤(5)과 코일(1a)의 접선의 위치 a(도 3, 도 4를 참조)가 정해지고, 이들 위치로부터 F1와 F2의 관계가 하기 수학식 1에 의해 정해진다. 따라서, F2의 크기를 소정치로 설정하고, 이 소정치가 코일(1a)의 치수와 관계없이 일정하게 되도록, 코일(1a)의 치수마다 동작 패턴과 수학식 1에 의해 F1의 크기를 계산해 둔다. 이와 같이, 코일(1a)의 치수마다 계산된 F1의 크기를 가압력 패턴으로 할 수 있다.
이에 따라, 제어 장치(19)는 가압 장치(13)에 의한 가압력 F1이 가압력 패턴을 따르도록 가압 장치(13)를 제어한다.
Figure 112013061738261-pct00001
수학식 1에서의 각 기호를, 도 4에 기초해 다음과 같이 정의한다. 도 4에서, 각 부재를 가는 파선으로 나타내고 있다.
F1은 가압 장치(13)가 요동체(7)에 작용시키는 힘이다. F1은 도 4에서 벡터로 나타내지고, 그 시작점은 회전축(C3)이다.
F2는 아이어닝 롤(5)이 금속박(1)에 가압력 F3을 부여하는 위치로부터 권취 롤(3)의 중심축(C1)을 향하는 방향에서의 가압력 F3의 성분이다. F2는 도 4에서 벡터로 나타내지고, 그 시작점은 위치 a이다. F3은 도 4에서 벡터로 나타내지고, 그 시작점은 위치 a이다.
L1은 평면 P1과 평면 P2의 거리이다. 평면 P1은 도 4에서 굵은 파선으로 나타내지고, 가압 장치(13)가 요동체(7)에 작용시키는 힘의 벡터 F1을 포함하면서, 권취 롤(3)의 중심축(C1)과 평행한 평면이다. 평면 P2는 도 4에서 굵은 파선으로 나타내지고, 평면 P1과 평행이면서 요동축(C2)을 포함하는 평면이다.
L2는 평면 P3과 평면 P2의 거리이다. 평면 P3은 평면 P1과 평행이면서, 아이어닝 롤(5)과 금속박(1)의 접촉선 a(즉, 도 2, 도 4의 위치 a)를 포함하는 평면이다. 접촉선 a는 도 4의 지면과 수직인 방향으로 연장되고, 전술한 바와 같이, 아이어닝 롤(5)이 금속박(1)에 힘 F3을 작용시키는 위치에 상당한다.
W는 아이어닝 롤(5) 및 요동체(7)을 합친 물체의 무게 중심(G)을 시작점으로 하는, 아이어닝 롤(5) 및 요동체(7)의 중량 벡터의, 평면 P1과 평행한 방향에서의 성분이다. W는 도 4에서 벡터로 나타내지고, 그 시작점은 무게 중심 G이다.
L3은 평면 P2와 평면 P4의 거리이다. 평면 P4는 벡터 W를 포함하면서, 평면 P1과 평행이다.
α는 벡터 F2와 벡터 F3이 이루는 각도이며, 권취 롤(3)의 중심축(C1)과 접선 a를 포함하는 평면과 전술한 평면 P3이 이루는 각도이기도 하다.
도 5는 도 2의 V-V선을 따라 본 도면이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 요동체(7) 및 가압 장치(13)는 아이어닝 롤(5)의 축 방향 양측에 마련된다. 따라서, 제어 장치(19)는 1대의 가압 장치(13)을 서로 동기시켜 전술한 바와 같이 제어한다.
전술한 아이어닝 장치(10)에 의하면, 다음과 같이, 아이어닝 롤(5)이 금속박(1)에 접촉하는 위치 a의 조절 가능 범위를 넓힘으로써, 코일(1a)의 직경이 커져도 금속박(1)을 안정적으로 권취할 수 있다. 가압 장치(13)가 권취 롤(3) 쪽으로 요동체(7)가 요동하도록 요동체(7)에 힘을 작용시킴으로써, 아이어닝 롤(5)을 금속박(1)에 밀착시킨다. 이때, 왕복 운동체(9)의 위치에 부합하는 양만큼 요동체(7)가 요동하므로, 왕복 운동체(9)의 위치가 바뀌면, 아이어닝 롤(5)이 금속박(1)에 접촉하는 접촉 위치 a(금속박(1)으로의 가압 위치)도 바뀐다. 따라서, 접촉 위치 a의 조절 가능 범위가 넓어진다. 그 결과, 코일(1a)의 직경이 커져도, 금속박(1)을 안정적으로 권취할 수 있게 된다.
〈실시예〉
이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명하는데, 이하에서 설명하지 않는 점은 전술한 실시 형태와 동일해도 무방하다.
실시예에서, 구동 장치(11)는 유압 실린더 장치이다. 이 경우, 유압 실린더 장치(11)는, 다음과 같은 구성을 갖고, 다음과 같이 제어 장치(19)에 의해 제어된다.
유압 실린더 장치(11)는, 도 2와 같이, 실린더(11a), 유압원(11b), 서보 밸브(11c) 및 피스톤 로드(11d)를 갖는다. 실린더(11a)의 내부에는, 헤드측 실린더실(11a-1) 및 로드측 실린더실(11a-2)이 형성되어 있다. 유압원(11b)은, 도 2와 같이, 유압 공급관(11e)에 의해 헤드측 실린더실(11a-1) 및 로드측 실린더실(11a-2)에 접속된다. 서보 밸브(11c)는 유압 공급관(11e)에 마련되어, 헤드측 실린더실(11a-1) 및 로드측 실린더실(11a-2)에 대해 유압원(11b)으로부터 공급하는 유압을 조정한다. 피스톤 로드(11d)는 헤드측 실린더실(11a-1) 및 로드측 실린더실(11a-2)로의 공급 유압에 의해, 권취 롤(3)에 대해 전후로 왕복 운동한다. 여기에서 전방이란 권취 롤(3)에 가까워지는 위치이고, 후방이란 권취 롤(3)로부터 멀어지는 위치이다. 피스톤 로드(11d)의 선단은 왕복 운동체(9)에 결합되어, 이에 따라, 왕복 운동체(9)는 피스톤 로드(11d)와 일체적으로 왕복 운동한다.
제어 장치(19)는 치수 센서(15)의 검출치와, 위치 센서(17)의 검출치와, 미리 설정된 동작 패턴(바람직하게는 전술한 제1 또는 제2 동작 패턴)에 기초해, 유압 실린더 장치(11)를 제어한다. 구체적으로 제어 장치(19)는, 서보 밸브(11c)를 제어함으로써, 동작 패턴에서 치수 센서(15)의 검출치마다 치수 센서(15)의 검출치에 대해 정해져 있는 왕복 운동체(9)의 위치에 왕복 운동체(9)가 위치하도록 제어한다.
가압 장치(13)는 유공압 실린더 장치이다. 이 경우, 유공압 실린더 장치(13)는 다음과 같은 구성을 갖고, 다음과 같이 제어 장치(19)에 의해 제어된다.
유공압 실린더 장치(13)는 실린더(13a), 공압원(13b), 서보 밸브(13c, 13d), 제1 에어 하이드로 컨버터(13e), 제2 에어 하이드로 컨버터(13f), 로드(피스톤)(13g)를 갖는다.
실린더(13a)는 왕복 운동체(9)에 회전축(C4) 둘레로 회전 가능하게 장착된다.
공압원(13b)은, 예를 들면, 컴프레서이며, 도 2와 같이, 공압 공급관(13h)에 의해 제1 및 제2 에어 하이드로 컨버터(13e, 13f)의 공기실(13e-1, 13f-1)에 접속된다.
서보 밸브(13c)는 제1 및 제2 에어 하이드로 컨버터(13e, 13f)에 대해 공압원(13b)으로부터 공급하는 공압을 조정한다.
서보 밸브(13d)는 제1 에어 하이드로 컨버터(13e)에 대해 공압원(13b)으로부터 공급하는 공압을 조정한다.
제1 에어 하이드로 컨버터(13e)의 유실(13e-2)은 실린더(13a)의 로드측 실린더실(13a-2)에 접속되고, 제2 에어 하이드로 컨버터(13f)의 유실(13f-2)은 실린더(13a)의 헤드측 실린더실(13a-1)에 접속된다.
서보 밸브(13c, 13d)에 의해 제1 및 제2 에어 하이드로 컨버터(13e, 13f) 내의 공기실(13e-1, 13f-1)로의 공급 공압을 조정함으로써, 실린더(13a)의 헤드측 실린더실(13a-1) 및 로드측 실린더실(13a-2)로의 공급 유압을 조정한다. 이에 따라, 요동체(7)에 회전축(C3) 둘레로 회전 가능하게 장착된 로드(13g)는, 요동체(7)가 권취 롤(3) 쪽으로 요동하는 방향으로 요동체(7)에 힘을 작용시키고, 그 결과, 요동체(7)에 장착한 아이어닝 롤(5)을 통해 금속박(1)을 권취 롤(3)에 밀착시킨다.
또한, 유공압 실린더 장치(13)는 에어 하이드로 컨버터(13e, 13f)를 갖고 있으므로, 아이어닝 롤(5) 및 요동체(7)를 통해 금속박(1)으로부터 충격을 받아도, 그 충격을 에어 하이드로 컨버터(13e, 13f)의 공압에 의해 흡수할 수 있다. 따라서, 권취 롤(3)의 권취 속도의 고속화에 의해 진동이 발생해 아이어닝 롤(5)이 충격을 받아도 이를 흡수할 수 있다.
한편, 도 2에서 참조 부호 13e-3, 13f-3은 각각 에어 하이드로 컨버터(13e, 13f)의 피스톤을 나타낸다.
제어 장치(19)는 힘 센서(21)의 검출치와, 치수 센서(15)의 검출치와, 미리 설정한 가압력 패턴에 기초해 유공압 실린더 장치(13)를 제어한다. 구체적으로는, 가압력 패턴에서 치수 센서(15)의 검출치마다 검출치에 대해 정해져 있는, 로드(13g)가 요동체(7)를 가압하는 힘 F1로 로드(13g)가 요동체(7)를 누르도록, 제어 장치(19)는 서보 밸브(13e, 13f)를 제어한다.
도 2의 예에서 힘 센서(21)는, 헤드측 실린더실(13a-1) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(21a)와, 로드측 실린더실(13a-2) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(21b)로 이루어진다. 제어 장치(19)는 압력 센서(21a, 21b)의 검출치에 기초해 서보 밸브(13c, 13d)를 제어함으로써, 전술한 가압력 F1이 가압력 패턴을 따르도록 한다.
여기에서 제어 장치(19)는, 압력 센서(21b)의 검출치에 기초해 로드측 실린더실(13a-2) 내의 유압이 일정한 설정치로 유지되도록 서보 밸브(13d)를 제어함과 동시에, 압력 센서(21a)의 검출치에 기초해 헤드측 실린더실(13a-1) 내의 유압이 가압력 패턴에 따르도록 서보 밸브(13c)를 제어한다. 이 경우, 가압력 패턴은 하기 수학식 2로 표시되고, 제어 장치(19)는 압력 센서(21b)의 검출치에 기초해 서보 밸브(13c)를 제어함으로써, 헤드측 실린더실(13a-1) 내의 유압이 수학식 2를 변형시킨 수학시 3의 Ph가 되도록 제어한다.
Figure 112013061738261-pct00002
Figure 112013061738261-pct00003
수학식 2, 3에서, 수학식 1과 동일한 기호의 정의는 수학식 1과 같다. 수학식 2, 3에서의 새로운 기호의 정의는 다음과 같다.
Ph는 실린더(13a)의 헤드측 실린더실(13a-1) 내의 압력이다.
Pr은 실린더(13a)의 로드측 실린더실(13a-2) 내의 압력이며, 전술한 바과 같이 일정한 설정치이다.
Ah는 피스톤(13g)이 헤드측 실린더실(13a-1) 내의 압유로부터 그 신장 방향으로 압력을 받는 면적이다.
Ar은 피스톤(13g)이 로드측 실린더실(13a-2) 내의 압유로부터 그 축퇴 방향으로 압력을 받는 면적이다.
한편, 수학식 2, 3에서, 숫자 '2'는, 도 5와 같이, 유공압 실린더 장치(13)가 2개 마련되어 있는 것을 고려한 것이다.
도 6a 내지 도 6c는 제1 동작 패턴에 의한 제어를 나타내는 그래프이다. 도 6a는 제1 동작 패턴을 나타내고, 도 6b, 도 6c는 도 6a의 제1 동작 패턴에 따른 경우의 결과를 나타낸다.
도 6a에서, 횡축은 코일의 치수를 나타내고, 종축은 왕복 운동체(9)의 위치로서 유압 실린더 장치(11)의 신장량(피스톤 로드(11d)의 스트로크 위치)을 나타낸다.
도 6b에서, Q는 유공압 실린더 장치(13)의 신장량(로드(13g)의 스트로크 위치)을 나타내고, R은 유공압 실린더 장치(13)의 최대 신장량(로드(13g)의 최대 스트로크 위치)을 나타낸다. 도 6b에서, 횡축은 코일의 치수를 나타내고, 종축은 유공압 실린더 장치(13)의 신장량을 나타낸다.
도 6c는 가압 위치 a와 권취 위치 b의 전술한 둘레 방향 거리를 나타낸다. 도 6c에서, 횡축은 코일의 치수를 나타내고, 종축은 가압 위치 a와 권취 위치 b의 둘레 방향 거리를 나타낸다.
제1 동작 패턴은, 예를 들면, 다음 (1) 내지 (5)의 순서에 의해 미리 구할 수 있다.
(1) 유압 실린더 장치(11)의 축퇴 속도 패턴을 복수 개 설정한다. 도 7에 나타내는 축퇴 속도 패턴 A1, A2, A3을 설정한다.
도 7에서, 곡선 B1은 기지의 코일 치수 증가 속도 패턴을 나타낸다. 코일 치수의 증가 속도는 코일 치수가 클수록 작아진다.
축퇴 속도 패턴 A1, A2, A3을, 도 7에서 패턴 B1로부터 그다지 떨어지지 않도록 설정한다. 축퇴 속도 패턴 A1, A2, A3을, 도 7에서 꺾인 선 그래프로서 설정하고 있는 것은, 설정을 간단하게 하기 위함이다.
도 7에서는 3개의 축퇴 속도 패턴을 설정하고 있지만, 실제로는 다수의 축퇴 속도 패턴을 설정할 수 있다.
(2) 각 축퇴 속도 패턴 A1, A2, A3에 대해, 축퇴 속도 패턴으로 유압 실린더 장치(11)를 축퇴시킨 경우에, 유공압 실린더 장치(13)의 신장량과 코일 치수의 관계(이하, 유공압 실린더 장치(13)의 신축 패턴이라고 한다)를, 시뮬레이션에 의해 구한다. 이 시뮬레이션은 축퇴 속도 패턴, 기지의 각 시점의 코일 치수 및 아이어닝 장치(10)의 기하학적인 형상과 치수에 기초해 행해진다.
(3) 전술한 (2)에서 각 축퇴 속도 패턴마다 구한 유공압 실린더 장치(13)의 신축 패턴 중에서, 코일 치수의 증가에 수반해 유공압 실린더 장치(13)가 항상 계속해서 축퇴하는 신축 패턴을 선택한다.
(4) 선택한 신축 패턴에 대응하는 도 7의 꺾인 선 그래프(축퇴 속도 패턴)를 곡선으로 근사한다. 이에 따라, 축퇴 속도 패턴에 의한 유압 실린더 장치(11)의 동작을 매끄럽게 한다.
(5) 전술한 (4)에서 근사한 곡선에 의한 축퇴 속도 패턴과, 아이어닝 장치(10)의 기하학적인 형상과 치수에 기초해, 도 6a에 나타내는 제1 동작 패턴을 구한다.
도 8a 내지 도 8c는 제2 동작 패턴에 의한 제어를 나타내는 그래프이다. 도 8a는 제2 동작 패턴을 나타내고, 도 8b, 도 8c는 각각 도 8a의 제2 동작 패턴에 따른 경우의 결과를 나타낸다.
도 8a에서, 횡축은 코일의 치수를 나타내고, 종축은 왕복 운동체(9)의 위치로서 유압 실린더 장치(11)의 신장량(피스톤 로드(11d)의 스트로크 위치)을 나타낸다.
도 8b에서, Q는 유공압 실린더 장치(13)의 신장량(로드(13g)의 스트로크 위치)을 나타내고, R은 유공압 실린더 장치(13)의 최대 신장량(로드(13g)의 최대 스트로크 위치)을 나타낸다. 도 8b에서, 횡축은 코일의 치수를 나타내고, 종축은 유공압 실린더 장치(13)의 신장량을 나타낸다.
도 8c는 가압 위치 a와 권취 위치 b의 전술한 둘레 방향 거리를 나타낸다. 도 8c에서, 횡축은 코일의 치수를 나타내고, 종축은 가압 위치 a와 권취 위치 b의 둘레 방향 거리를 나타낸다.
제2 동작 패턴은, 예를 들면, 다음 (1) 내지 (3)의 순서에 의해 미리 구할 수 있다.
(1) 가압 위치 a와 권취 위치 b의 전술한 일정한 둘레 방향 거리를 설정한다.
(2) 설정한 둘레 방향 거리에 기초해, 코일의 각 치수마다 아이어닝 롤(5)의 위치를 구한다.
(3) 코일의 각 치수에 관해 아이어닝 롤(5)의 위치가 구해지면, 이 위치와 아이어닝 장치(10)의 기하학적인 형상 및 치수로부터 유압 실린더 장치(11)의 신축량이 구해진다. 즉, 제2 동작 패턴이 구해진다.
한편, 도 8a는 이와 같이 구한 제2 동작 패턴을 다항식으로 근사한 것이므로, 도 8c에서는 둘레 방향 거리가 일정치로부터 약간 변동하고 있다. 단, 둘레 방향 거리를 일정치로 하기 위해, 제2 동작 패턴을 다항식으로 근사하지 않아도 된다.
본 발명은 전술한 실시의 형태로 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경을 가할 수 있는 물론이다.
1 금속박
1a 코일
3 권취 롤
5 아이어닝 롤
7 요동체
9 왕복 운동체
10 아이어닝 장치
11 구동 장치(유압 실린더 장치)
11a, 13a 실린더
11b 유압원
11c, 13c, 13d 서보 밸브
11d, 13g 피스톤 로드
11e 유압 공급관,
11f, 14 피스톤
12 가이드 레일
13 가압 장치(유공압 실린더 장치)
13b 공압원
13e 제1 에어 하이드로 컨버터
13f 제2 에어 하이드로 컨버터
15 치수 센서
17 위치 센서
19 제어 장치
21 힘 센서
23 기준체

Claims (5)

  1. 압연된 금속박을 권취 롤에 권취할 때, 권취 중의 금속박을 권취 롤에 밀착시키는 아이어닝 장치로서,
    권취 중의 금속박을 권취 롤에 밀착시키는 아이어닝 롤과,
    아이어닝 롤이 일단측에 장착되고, 타단부가 그 요동축 둘레로 요동 가능한 요동체와,
    상기 요동체의 타단부가 요동 가능하게 장착되고, 권취 롤에 대해 전후로 이동 가능한 왕복 운동체와,
    상기 권취 롤에 대해 상기 왕복 운동체를 전후로 이동시키는 구동 장치와,
    금속박을 권취 롤에 밀착시키는 힘을 발생하는 가압 장치를 구비하고,
    상기 가압 장치는, 권취 롤 쪽으로 요동체가 요동하도록 요동체에 힘을 작용시키고, 이에 따라, 요동체에 장착한 아이어닝 롤을 통해 금속박을 권취 롤에 밀착시키며,
    상기 권취 롤에 감긴 금속박이 형성하는 코일의 치수를 검출하는 치수 센서와,
    상기 왕복 운동체의 위치를 검출하는 위치 센서와,
    상기 치수 센서의 검출치와, 상기 위치 센서의 검출치와, 미리 설정된 동작 패턴에 기초하여 상기 구동 장치를 제어하는 제어 장치를 더 구비하고,
    상기 가압 장치는 실린더와 피스톤을 갖고, 피스톤의 왕복 운동에 의해 피스톤 로드의 신장 및 축퇴가 가능한 실린더 장치로서,
    상기 실린더와 피스톤 로드의 한쪽이 상기 요동체의 일단측에 회전 가능하게 결합되고, 상기 실린더와 피스톤 로드의 다른 쪽이 상기 왕복 운동체에 회전 가능하게 결합됨으로써, 상기 실린더의 로드측 실린더실 및 헤드측 실린더실의 적어도 한쪽에 공급되는 유체압에 의해, 상기 요동체가 권취 롤 쪽으로 요동하는 방향으로 요동체가 가압되고,
    상기 동작 패턴은 상기 실린더 장치의 피스톤 로드가 신장하지 않고 계속 축퇴하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 아이어닝 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가압 장치가 발생하는 힘을 검출하는 힘 센서를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 힘 센서의 검출치와, 상기 치수 센서의 검출치와, 미리 설정한 가압력 패턴에 기초해 상기 가압 장치를 제어하고,
    아이어닝 롤이 금속박에 가압력을 주는 위치에서 권취 롤의 중심축으로 향하는 방향에서의 가압력의 성분을 중심 방향 성분으로 하고,
    상기 가압력 패턴은, 상기 중심 방향 성분이 코일의 치수와 관계없이 일정하게 되도록 상기 가압 장치가 발생하는 힘을 코일의 각 치수에 대해 정한 것인 것을 특징으로 하는 아이어닝 장치.
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