JPH1052716A

JPH1052716A - 巻取装置

Info

Publication number: JPH1052716A
Application number: JP20961796A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kobayashi; 博幸小林
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】コイルとして巻き取られる条材と、この条材
をコイルに押し付ける押さえロールとの接触状態（接触
圧力の分布）を最適化し、横流れがなく巻き状態の均一
なコイルを得、その品質と生産性を高める巻取装置を提
供する。【解決手段】押さえロールの幅方向における汚れの分
布から、押さえロールと条材との接触状態を判定し、或
いはコイルに生じたクラウンを実測または予測すること
で、押さえロールと条材との間の接触圧力の分布を直接
的または間接的に評価し、その評価結果に従って押さえ
ロールのクラウンまたは曲げ撓み量を調整してコイルと
の接触状態を最適化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば圧延加工さ
れた金属材料等の条材を巻取リールにてコイルとして巻
き取るに際し、所謂コイルの横流れを防止すると共に、
コイルの巻き状態を効果的に均一化することのできる巻
取装置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】例えば圧延加工された金属材料等
の条材は、通常、巻き取りリールにより順に巻き取ら
れ、コイルとして製品化され、或いは次工程に供給され
る。巻き取りリールにより上記条材をコイルとして巻き
取る場合、一般的にはコイルの回転や条材の移動に伴っ
てその周囲の空気に流れが生じ、コイルの最外周面とそ
のコイルに巻き取られつつある条材との間に空気膜が形
成され易い。この空気膜は、コイル外周面と条材との間
の摩擦を小さくし、その間の拘束力を大幅に低減させ
る。するとこれに起因して、所謂条（コイル）の横流れ
が発生し易くなり、その品質や生産性が著しく低下す
る。

【０００３】このような不具合を防止するべく、巻取リ
ールと平行に設けた押さえロールを前記巻取リールによ
る条材の巻き取り部位において該条材に外側から接触さ
せ、これによって条材を前記コイルの最外周面に押し付
けることで、上述した空気膜の形成を阻止することが試
みられている。また同時に上記押さえロールと条材との
接触による摩擦抵抗によって前記条材に対する拘束力を
高め、これによって条材の横流れを防止することも試み
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来の押さえ
ロールは一般的に円筒（円柱）形状をなしている。そし
て押さえロールの条材に対する押し付け力を、その両端
を支持したチョック部分から加えるように構成されてい
る。この為、上記押し付け力を受けた押さえロールに撓
みが生じ易く、条材との接触圧力が押さえロールの両端
に集中する傾向があった。

【０００５】その対策として押さえロールに凸型のクラ
ウン（幅方向における直径差）を付与することで、所謂
太鼓型形状とし、該押さえロールの中央部分での接触圧
力を確保することも試みられている。しかしながら上記
クラウンの量を適切に設定していないと、逆に中央部分
での接触圧力が高くなる虞がある。特にロールのクラウ
ンによって条材の特定部分に集中的な接触圧が作用する
と、例えば条材に擦り傷が生じたり、更には折れ模様が
付いたりする等の不具合が生じ、その品質や生産性の大
幅な劣化の要因となる。しかも特定部分への接触圧の集
中に起因してコイルの巻き状態が、その幅方向で不均一
となる虞もある。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、押さえロールと条材との接触状
態を最適化して、横流れがなく巻き状態の均一なコイル
を得ることができ、ひいてはその品質と生産性を高める
ことのできる巻取装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明は、条材をコイルとして巻き取る巻取リール
と、この巻取リールと平行に配置され、該巻取リールに
よる上記条材の巻き取り部位において該条材に外側から
接触して該条材を前記コイルの最外周面に押し付ける押
さえロールとを具備した巻取装置に係り、特に上記押さ
えロールと条材との間の接触圧力の分布を評価し、これ
に基づいてその接触状態を最適化するべく、前記押さえ
ロールの汚れの程度を検出する汚れ検出手段と、該押さ
えロールの幅方向における汚れの程度の分布から前記押
さえロールと条材との接触状態を判定し、この判定結果
に従って前記押さえロールのクラウンまたは曲げ撓み量
を調整して前記接触状態を最適化する調整手段とを備え
たことを特徴としている。

【０００８】つまり押さえロールの汚れの程度が接触圧
に関与していることに着目し、その汚れの分布から押さ
えロールと条材との接触状態を判定し、この判定結果に
従って前記押さえロールのクラウンまたは曲げ撓み量を
最適化調整することを特徴としている。

【０００９】また請求項２に記載の発明は、押さえロー
ルと条材との間の接触圧力の分布を評価するべく、巻き
取りリールによる条材の巻き取りに先立ってコイルに生
じるクラウンを予測し、この予測結果に基づいて前記押
さえロールと前記条材との接触状態を最適化する前記押
さえロールのクラウンまたは曲げ撓み量を、例えば変形
計算によって算出し、この計算結果に従って前記押さえ
ロールのクラウンまたは曲げ撓み量を最適化調整するよ
うにしたものである。つまりコイルに生じるクラウンの
量を予測することで、押さえロールと条材との間の接触
圧力の分布を間接的に評価し、この評価に従って前記押
さえロールのクラウンまたは曲げ撓み量を最適化調整す
ることを特徴としている。

【００１０】更に請求項３に記載の発明は、押さえロー
ルと条材との間の接触圧力の分布を評価するべく、巻取
リールにより巻き取られた条材のコイルに生じたクラウ
ンを実測し、この計測結果に基づいて前記押さえロール
と前記条材との接触状態を評価し、その評価に基づいて
前記押さえロールのクラウンまたは曲げ撓み量を最適化
調整するようにしたものである。つまりコイルのクラウ
ンを実測することで、押さえロールと条材との間の接触
圧力の分布を評価し、その評価に基づいて前記押さえロ
ールのクラウンまたは曲げ撓み量を最適化調整すること
を特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る巻取装置の一実施形態について説明する。この巻取装
置は、例えば図１に示すように圧延機１の後段に設けら
れるもので、供給ロール２から供給されて上記圧延機１
にて圧延加工された金属材料等の条材３を、巻取リール
４にてコイル５として連続的に巻き取る如く構成され
る。この巻取リール４による上記条材３の巻き取り部位
には、該巻取リール５と平行に、且つ条材３の外側に接
触させて押さえロール６が配置されている。この押さえ
ロール６は、上記巻取リール４により巻き取られて形成
されるコイル５の最外周面に、更に巻き取られつつある
条材３にその外側から接触して該条材３を前記コイル５
の最外周面に押し付けるもので、基本的には上記コイル
５と条材３との間の空気膜の形成を防止し、且つ条材３
との接触摩擦によってその横流れを阻止する役割を担
う。

【００１２】この巻取装置について詳しく説明すると、
概略的には図２に示すように構成されている。図２は巻
取装置をその正面から見た状態を示すもので、１１は巻
取リール４の軸である。条材３はこの巻取リール４の軸
１１に填め込まれた円筒状のスプール（図示せず）の外
周に巻き上げられてコイル５を形成する。押さえロール
６は、上記の如く巻き上げられるコイル５の最外周、具
体的にはコイル５として巻き上げられつつある条材３の
外側に接触させて、前記巻取リール４と平行に設けられ
ている。

【００１３】前記押さえロール６としては、この例では
その両端に比較して中央部が膨らんだ、所謂太鼓型の凸
状のクラウンを形成した形状のものが用いられている。
そしてこの押さえロール６の両端にそれぞれ突出した軸
部１２は、該押さえロール６の中心からの距離を異なら
せた左右対称の第１および第２の位置にて各一対の第１
および第２の軸受１３,１４にてそれぞれ回転自在に支
持されている。これらの対をなす各軸受１３,１４は、
互いに独立した押さえシリンダ１５,１６にてそれぞれ
支持されており、各押さえシリンダ１５,１６から前記
軸部１２を図中下向き（巻取リール４側）に偏倚する所
定の押圧力がそれぞれ印加されるようになっている。こ
の押圧力により前記軸部１２を介して押さえロール６が
コイル５に向けて偏倚されて条材３の外側面に圧接さ
れ、該条材３をコイル５の最外周面に押し付けるように
なっている。

【００１４】また上記押さえシリンダ１５,１６による
押圧力を異ならせることにより、図２において二点破線
にて模式的に示すように押さえロール６に曲げモーメン
トによる撓みが付与されるようになっている。この押さ
えロール６の曲げ撓みにより前記コイル５に対する接触
状態（接触圧力の分布）が可変設定されるようになって
いる。

【００１５】尚、ここでは押さえロール６として凸状の
クラウンを形成したものを用い、曲げモーメントを付与
することで押さえロール６を撓ませることでコイル４
（条材３）との接触部位の形状を可変するものとしてい
るが、クラウンの膨らみ形状自体を可変可能な、所謂可
変クラウン構造の押さえロール６を用いることも可能で
ある。

【００１６】一方、前記押さえロール６の近傍には、該
押さえロール６の表面の汚れの状態を検出する汚れ検出
器１７が、レール１８に支持されて上記押さえロール６
の幅方向に移動自在に設けられている。この汚れ検出器
１７は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）を撮像体として
用いた小型のＴＶカメラからなり、押さえロール６の表
面画像を撮像入力するものとなっている。この押さえロ
ール６の表面画像に対して所定の画像処理を施すことに
より、例えばその輝度情報から押さえロール６の表面の
汚れの程度が検出され、押さえロール６の幅方向におけ
る汚れの程度の分布が求められるものとなっている。

【００１７】また前記コイル５の表面近傍には、コイル
５のクラウンを検出する為のクラウン検出器１９が、レ
ール２０に支持されて該コイル５の幅方向に移動自在に
設けられている。このクラウン検出器１９は、例えばレ
ーザ測長器や超音波センサからなり、コイル５の表面と
該クラウン検出器１９との距離をその幅方向に亘る各位
置において検出することで、その距離差からコイル５に
生じたクラウンの量を計測するものとなっている。

【００１８】概略的には上述した如く構成される巻取装
置において、本発明が特徴とするところは、押さえロー
ル６の表面の汚れの程度がコイル５（条材３）と押さえ
ロール６との間の接触圧に大きく関与しており、押さえ
ロール６の幅方向における接触圧力分布形状に応じて、
該押さえロール６の汚れの程度の分布が異なる点に着目
している。

【００１９】即ち、巻取リール４によりコイル５として
巻き上げられる条材３の表面には、例えば圧延加工時に
生じた金属粉等のゴミが付着しており、このゴミは前記
押さえロール６とコイル５（条材３）との接触圧が高い
程、押さえロール６の表面に付着し易く、逆に接触圧が
低い場合には押さえロール６の表面には殆ど付着しない
と言う現象に着目している。そこで本装置では、ゴミの
付着による押さえロール６の表面の汚れの程度を前記汚
れ検出器１７（ＴＶカメラ）にて検出し、その分布状況
に基づいて押さえロール６の幅方向における接触圧力の
分布の具合を判断している。そしてこの判断結果に従
い、押さえロール６の全幅において均一な接触圧力が得
られるように、前記押さえシリンダ１５,１６による押
圧力を可変設定して前記押さえロール６に曲げモーメン
トを付与し、これによって押さえロール６を撓ませるこ
とで、コイル５（条材３）との接触部位の形状を最適化
調整するものとなっている。

【００２０】尚、上記押さえロール６に付与する曲げモ
ーメントについては、例えば前記クラウン検出器１９に
よって実測されるコイル５に生じたクラウンの量に基づ
いても制御可能に構成されている。つまり前述した押さ
えロール６の汚れの状態とは別に、コイル５に生じたク
ラウンの実測値に基づいて前記押さえロール６に付与す
る曲げモーメントを調整し、これによってコイル５に対
する接触状態の最適化を図り得るようにも構成されてい
る。

【００２１】更には巻取リール４に条材３を巻き取った
とき、そのコイル５には必ずといって良いほどクラウン
が生じるので、その巻き取りに先立って、例えば条材３
の仕様（材料，板厚，板幅等）やその巻き取り条件（巻
き取り時の張力，温度等）に従ってクラウンの量を予測
し、その予測結果に従って前記押さえロール６に付与す
る曲げモーメントを調整し、その接触圧力分布の最適化
を図るようにしても良い。この予測については、例えば
予め収集されている過去の実績値に基づいて行うように
すれば良い。

【００２２】図３は上述した押さえロール６への曲げモ
ーメントの付与による撓みの制御により、押さえロール
６とコイル５（条材３）との接触状態を最適化する為の
概略的な制御手順の一例を示すものである。この処理手
順は、先ずどの様なモードで上記押さえロール６への曲
げモーメントの付与による撓みの制御を実行するかを設
定することから開始される［ステップＳ１］。

【００２３】例えば条材３の巻き取り開始前であれば、
コイル５に生じるクラウンを予測して押さえロール６を
制御するモード（mode 3）が設定され、また条材３の巻
き取り開始後においては、コイル５に生じたクラウンを
実測して前記押さえロール６を制御するモード（mode
2）、或いは前記押さえロール６の汚れの程度に基づい
て該押さえロール６を制御するモード（mode 1）が設定
される。これらの各モードは、その信頼性等に応じて使
い分けられる。また複数のモードを併用し、各モードに
おける検出結果や予測・判断結果を重み付け加算して押
さえロール６を制御するように設定することも可能であ
る。

【００２４】しかして制御モードの設定がなされると次
にその設定モードを判定し［ステップＳ２］、設定され
たモードに応じて押さえロール６の汚れの検出処理［ス
テップＳ３］，コイル５に生じたクラウン量の実測処理
［ステップＳ４］，或いはコイル５に生じるクラウンの
量の予測処理［ステップＳ５］を実行する。そしてこれ
らの処理結果に基づいて前記押さえロール６によるコイ
ル５（条材３）への押さえ圧力（接触圧力）の分布を推
定し［ステップＳ６］、その推定された圧力分布と目標
とする圧力分布とが等しいか、より具体的にはこれらの
圧力分布の差が所定の誤差範囲内にあるか否かを判定す
る［ステップＳ７］。

【００２５】この判定処理にて圧力分布差がない（小さ
い）と判定された場合には、押さえロール６とコイル５
（条材３）との接触状態が最適化されていることが示さ
れるので、前記押さえシリンダ１５,１６の動作状態を
そのまま維持し、つまり押さえロール６に付与している
曲げモーメント、および押さえロール６によるコイル５
（条材３）の押圧力を維持しながら前記ステップＳ２か
らの処理に戻る。

【００２６】これに対して前記圧力分布差が大きい場合
には、その圧力分布差を零[０]とするべく前記押さえロ
ール６に付与すべき最適な押付ロールモーメント（曲げ
モーメント）を計算する［ステップＳ８］。そして計算
された最適押付ロールモーメントに従って押さえシリン
ダ１５,１６の押圧力をそれぞれ調整し［ステップＳ
９］、押さえロール６に対する曲げモーメントを調整し
てその接触圧力分布を最適化する。

【００２７】尚、前記計算については、分布荷重が加わ
る場合の円形断面のはりの変形を (１) 曲げ変形による撓み量ｄ⁴ｙb(ｘ)／ｄｘ⁴ ＝ｕ(ｘ)／ＥＩｕ(ｘ)；単位長当たりの荷重Ｉ；断面二次モーメント，Ｅ；ヤング率 (２) せん断変形による撓み量ｄ²ｙs(ｘ)／ｄｘ² ＝ −４ｕ(ｘ)／３ＧＡＧ；剛性率，Ａ；断面積とする理論式、また平行無限長２円柱の接触による扁平
変形量を (３) 軸接近量 ξ ＝ (２(１−ν²)／πＥ)・ｑ×[２／３＋ln{πＥ(Ｄ
1＋Ｄ2)／４(１−ν²)ｑ}] ｑ；単位長当たりの接触荷重， ν；ポアソン比Ｄ1,Ｄ2；２円柱の直径とする基礎理論式に基づいて実行するようにすれば良
い。

【００２８】ちなみに図４に示す如きコイル５および押
さえロール６の諸元の下で、次表に示すサンプルでの接
触圧力分布を計算したところ、図５に示す如き結果が得
られた。

【００２９】

【表１】

【００３０】この図５に示す計算結果に示されるよう
に、押さえロール６の幅方向におけるコイル５に対する
接触圧力の分布は、コイル５および押さえロール６のク
ラウンの形状によって変化する。具体的にはサンプルN
o.１とNo.８とを対比すれば明らかなように、コイル５
および押さえロール６にクラウンがない場合であって
も、押さえロール６の両端の軸部１２に印加される押し
付け力が大きい程、押さえロール６の両端に加わる荷重
が、その中央部より大きくなることが分かる。またサン
プルNo.１，No.２を対比すれば明らかなように、コイル
クラウンがない場合、押さえロール６に凸状のクラウン
があればこれによって中央部の接触圧力が高まることが
示される。またサンプルNo.３，No.４を対比すれば、コ
イルクラウンが凹状である場合、押さえロール６にクラ
ウンを付けても、その両端に集中している接触圧力が殆
ど変化しないことが示される。

【００３１】更にサンプルNo.２，No.４，No.５を対比
すれば、凸状のクラウンを持つ押さえロール６の場合、
コイル５のクラウン形状によってその圧力分布が大幅に
変化し、クラウンの凹凸によって分布特性が逆になるこ
とが示される。またサンプルNo.４，No.６，No.７を対
比すれば、コイル５の外径が大きくなるに従って、その
クラウンの比率が等しい場合であっても、押さえロール
６の両端部における接触圧力が高くなることが示され
る。そして全体的にはコイル５および押さえロール６の
クラウン形状が相補的に等しい関係にあれば、ロール６
の幅方向における接触圧力分布が均一となることが分か
る。

【００３２】従って前述した如く押さえロール６のクラ
ウン形状を最適化調整すれば、特にこの例では押さえロ
ール６に与える曲げモーメントにより該押さえロール６
を撓ませることで、コイル５との接触部位の形状を変え
て等価的にクラウンを与え、これによってコイル５との
接触状態を最適化するものであれば、押さえロール６の
幅方向における接触圧力の分布を均一化することが可能
となる。この結果、コイル５の横流れを効果的に防止
し、巻き状態が均一で安定したコイル５を得ることがで
き、ひいてはその品質と生産性を高めることが可能とな
る。

【００３３】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。ここではコイル５を形成する条材３の
材質（力学的特性）は変化しないものとして考えたが、
例えば巻き張力の変化により上記条材３の材質が変化す
るので、実際的には押さえシリンダ１５,１６の押圧力
を制御するに際して、上記巻き張力を制御パラメータの
１つとして組み込むようにすれば良い。またコイル５の
巻き取り時に押さえロール６の撓み量を自動制御するこ
とのみならず、例えば圧延休止時等の条材３の巻き取り
を中断している期間を利用して、例えば押さえロール６
のクラウンを修正したり、押さえロール６自体の材質や
構造（力学的特性）を修正することも可能である。具体
的にはクラウン形状や、材質，構造の異なる別の押さえ
ロール６に交換するようにすれば良い。その他、本発明
はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施するこ
とができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、押
さえロールの表面の汚れを検出し、その汚れの分布から
上記押さえロールとコイル（条材）との接触圧力の分布
を求めて、或いはコイルに生じたクラウンを実測して、
更にはコイルに生じるクラウンを予測することで、その
接触圧力の分布を直接的或いは間接的に評価し、この評
価に従って前記押さえロールのクラウンまたは曲げ撓み
量を最適化調整するものとなっている。

【００３５】従って本発明によれば、条材の巻き取りに
伴ってそのコイルにクラウンが生じても、そのクラウン
形状に応じて押さえロールの上記コイルとの接触部の形
状が変えられて、その幅方向における接触圧力の分布が
均一となるように最適化調整されるので、条材に擦り傷
や折れ模様が付くことを未然に防ぎ、更にはコイルの横
流れを防止し、コイル巻き状態の均一化を図って、その
品質と生産性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る巻取装置が組み込まれる圧延シス
テムの概略的な構成図。

【図２】本発明の一実施形態に係る巻取装置の概略構成
を示す正面図。

【図３】実施例装置における制御処理手順の一例を示す
図。

【図４】コイルと押さえロールとの間の諸元を示す図。

【図５】クラウン状態の異なる複数のサンプルについて
の、押さえロールの幅方向における接触圧力分布の計算
結果を示す図。

【符号の説明】

３条材４巻取リール５コイル６押さえロール１１巻取リールの軸１２押さえロールの軸部１３,１４軸受１５,１６押さえシリンダ１７汚れ検出器（ＴＶカメラ）１９クラウン検出器（レーザ測長器，超音波センサ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】条材をコイルとして巻き取る巻取リール
と、この巻取リールと平行に配置され、該巻取リールに
よる上記条材の巻き取り部位において該条材に外側から
接触して該条材を前記コイルの最外周面に押し付ける押
さえロールと、この押さえロールの汚れの程度を検出す
る汚れ検出手段と、この汚れ検出手段にて求められた前
記押さえロールの幅方向における汚れの程度の分布から
前記押さえロールと前記条材との接触状態を判定する判
定手段と、この判定結果に従って前記押さえロールのク
ラウンまたは曲げ撓み量を調整して前記押さえロールと
条材との接触状態を最適化する調整手段とを具備したこ
とを特徴とする巻取装置。
【請求項２】条材をコイルとして巻き取る巻取リール
と、この巻取リールと平行に配置され、該巻取リールに
よる上記条材の巻き取り部位において該条材に外側から
接触して該条材を前記コイルの最外周面に押し付ける押
さえロールと、前記巻き取りリールによる前記条材の巻
き取りに先立って前記コイルに生じるクラウンを予測す
る予測手段と、この予測結果に基づいて前記押さえロー
ルと前記条材との接触状態を最適化する前記押さえロー
ルのクラウンまたは曲げ撓み量を算出する計算手段と、
この計算結果に従って前記押さえロールのクラウンまた
は曲げ撓み量を調整する調整手段とを具備したことを特
徴とする巻取装置。
【請求項３】条材をコイルとして巻き取る巻取リール
と、この巻取リールと平行に配置され、該巻取リールに
よる上記条材の巻き取り部位において該条材に外側から
接触して該条材を前記コイルの最外周面に押し付ける押
さえロールと、前記巻取リールにより巻き取られた前記
条材のコイルに生じたクラウンを計測する計測手段と、
この計測結果に基づいて前記押さえロールと前記条材と
の接触状態を最適化する前記押さえロールのクラウンま
たは曲げ撓み量を算出する計算手段と、この計算結果に
従って前記押さえロールのクラウンまたは曲げ撓み量を
調整する調整手段とを具備したことを特徴とする巻取装
置。