(57)【要約】【課題】メンテナンス作業の簡素化あるいはメンテナンスフリーを実現する形状検出装置を提供する。【解決手段】支持軸１０８と、支持軸１０８に回転自在に軸支され、支持軸１０８の軸方向に配列された複数の円筒状のロータ１２０と、支持軸１０８の外周面１０８ｄとロータ１２０の内周面１２０ａとの間に作動流体を供給し、複数のロータ１２０それぞれを支持軸１０８に対して浮動させる流体供給部１４０と、支持軸１０８の外周面１０８ｄとロータ１２０の内周面１２０ａとの間の圧力を検出する圧力センサ１３２と、を備える。ロータ１２０の外周面１２０ｂには、支持軸１０８の軸方向に隣接する複数のロータ１２０に跨って、ロータ１２０の外周面１２０ｂを被覆する可撓性の弾性部材で構成された外筒１４４が設けられている。【選択図】図３
2014215089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持軸と、
前記支持軸に回転自在に軸支され、該支持軸の軸方向に配列された複数の円筒状のロータと、
前記支持軸の外周面と前記ロータの内周面との間に作動流体を供給し、該複数のロータそれぞれを該支持軸に対して浮動させる流体供給部と、
前記複数のロータそれぞれに対応して設けられ、前記支持軸の外周面と該ロータの内周面との間の圧力を検出する圧力検出部と、
を備え、
前記ロータの外周面には、前記支持軸の軸方向に隣接する複数のロータに跨って、該ロータの外周面を被覆する可撓性の弾性部材で構成された外筒が設けられていることを特徴とする形状検出装置。
【請求項２】
支持軸と、
前記支持軸に回転自在に軸支され、該支持軸の外周面を被覆する可撓性の弾性部材で構成された外筒と、
前記支持軸の外周面と前記外筒の内周面との間に作動流体を供給し、該外筒を該支持軸に対して浮動させる流体供給部と、
前記支持軸の軸方向位置を異にして複数設けられ、該支持軸の外周面と前記外筒の内周面との間の圧力を検出する圧力検出部と、
を備えたことを特徴とする形状検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート材の形状を検出する形状検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１、２に示されるように、シート材の形状を検出する形状検出装置が知られている。この形状検出装置は、支持軸に複数のロータが回転自在に軸支されており、支持軸の外周とロータの内周との間に作動流体を供給することで、複数のロータそれぞれを支持軸に対して浮動させる。そして、例えば、圧延機等で圧延されたシート材の巻き取り工程で、シート材をロータに対して微小な巻角をもって接触させる。
【０００３】
この場合、シート材によって押圧されたロータが支持軸に対して沈み込み、支持軸の外周とロータの内周との間に形成される隙間は、シート材が接触する接触点側で小さくなり、シート材が接触する接触点から１８０度位相をずらした位置で大きくなる。形状検出装置においては、支持軸の外周とロータの内周との間に形成される隙間のうち、シート材が接触する接触点近傍の圧力と、この接触点から１８０度位相をずらした位置の圧力とを検出し、両者の差圧を算出している。このとき検出される差圧は、シート材がロータを押圧する押圧力、すなわち、ロータの沈み込み量に大凡比例することから、支持軸の軸方向に配列されたロータごとに差圧の検出を行うことで、シート材の形状を検出することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０８２６９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８５２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の形状検出装置においては、支持軸の軸方向に隣接するロータ間に隙間が形成されているため、この隙間に、シート材の製造工程で使用される潤滑液や、大気中の粉塵等が侵入する場合がある。ロータ間の隙間に潤滑液や粉塵等が侵入してこびりつくと、いずれ微小な塊が形成され、この塊が剥離して隙間から飛び出すことで、シート材の表面を傷つけてしまうおそれがある。そこで、ロータの隙間を定期的に清掃する必要があるが、こうしたロータの隙間を清掃するメンテナンス作業は煩雑であることから、メンテナンス作業の簡素化やメンテナンスを不要とする形状検出装置の開発が希求されている。
【０００６】
本発明の目的は、メンテナンス作業の簡素化あるいはメンテナンスフリーを実現する形状検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の形状検出装置は、支持軸と、支持軸に回転自在に軸支され、該支持軸の軸方向に配列された複数の円筒状のロータと、支持軸の外周面とロータの内周面との間に作動流体を供給し、該複数のロータそれぞれを該支持軸に対して浮動させる流体供給部と、複数のロータそれぞれに対応して設けられ、支持軸の外周面とロータの内周面との間の圧力を検出する圧力検出部と、を備え、ロータの外周面には、支持軸の軸方向に隣接する複数のロータに跨って、該ロータの外周面を被覆する可撓性の弾性部材で構成された外筒が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明の形状検出装置は、支持軸と、支持軸に回転自在に軸支され、該支持軸の外周面を被覆する可撓性の部材で構成された外筒と、支持軸の外周面と外筒の内周面との間に作動流体を供給し、該外筒を該支持軸に対して浮動させる流体供給部と、支持軸の軸方向位置を異にして複数設けられ、該支持軸の外周面と外筒の内周面との間の圧力を検出する圧力検出部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、メンテナンス作業の簡素化あるいはメンテナンスフリーを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】圧延機の概略図である。
【図２】形状検出装置を説明する概念図である。
【図３】（ａ）は形状検出装置における検出領域の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩ（ｂ）−ＩＩＩ（ｂ）線断面図である。
【図４】作動流体の流れを説明する図である。
【図５】ロータの可動態様を説明する図である。
【図６】変形例の形状検出装置を説明する図であり、（ａ）は検出領域の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＶＩ（ｂ）−ＶＩ（ｂ）線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１２】
本実施形態では、形状検出装置を圧延機に適用した場合について説明するが、形状検出装置は圧延機に限らず、他のあらゆる機械装置に適用可能であり、また、形状検出装置を単体で用いることも可能である。
【００１３】
図１は、圧延機１の概略図である。図１に示す圧延機１は、互いの対向距離が可変する一対の圧延ローラ３と、圧延ローラ３によって圧延された鉄、非鉄、樹脂、紙等のシート材Ｗを巻き取る巻取ローラ５と、を備えている。また、圧延ローラ３と巻取ローラ５との間にはガイドローラ７が設けられており、このガイドローラ７と圧延ローラ３との間に、形状検出装置１００が設置されている。
【００１４】
形状検出装置１００は、圧延ローラ３によって圧延されたシート材Ｗが巻取ローラ５に巻き取られる工程において、シート材Ｗに対して微小な巻角をもって接触し、この接触によって圧延後のシート材Ｗの形状を検出する。そして、コントローラＣは、形状検出装置１００から入力される検出信号に基づいて、圧延ローラ３を冷却する冷却スプレー９や、圧延ローラ３の不図示の撓み制御装置を制御する。以下に、形状検出装置１００の構成について詳述する。
【００１５】
図２は、形状検出装置１００を説明する概念図である。図２に示すように、形状検出装置１００は、接地面Ｇに接地した支持フレーム１０２と、この支持フレーム１０２に固定された支持台１０４と、を備えている。支持台１０４には、水平方向に離隔して対向配置された一対の固定部１０６が設けられており、この一対の固定部１０６に、支持軸１０８の両端部がそれぞれ固定されている。つまり、支持軸１０８は、水平方向、すなわち、接地面Ｇと平行な方向に軸心を沿わせた状態で、一対の固定部１０６の間に懸架されることとなる。そして、形状検出装置１００は、一対の固定部１０６間に、シート材Ｗの形状を検出する検出領域１１０が設けられており、この検出領域１１０において巻き取り工程にあるシート材Ｗを接触させることで、当該シート材Ｗの形状を連続的に検出する。
【００１６】
図３（ａ）は、形状検出装置１００における検出領域１１０の断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩ（ｂ）−ＩＩＩ（ｂ）線断面図である。図３に示すように、支持軸１０８は、軸方向に貫通する貫通孔１０８ａを備えた円筒状の部材で構成されており、端部１０８ｂ、１０８ｃ近傍の外周面が、上記一対の固定部１０６にそれぞれ固定される。また、支持軸１０８の端部１０８ｂ、１０８ｃには、それぞれ封止部材１１２、１１４が固定されている。これら封止部材１１２、１１４は、端部１０８ｂ、１０８ｃに形成される貫通孔１０８ａの開口を封止するものであり、これら封止部材１１２、１１４によって、支持軸１０８の内部に供給通路１１６が形成されることとなる。
【００１７】
また、支持軸１０８の外周には、円筒状のロータ１２０が複数（本実施形態では８つ）、所定の幅にて設けられている。各ロータ１２０は、支持軸１０８に回転自在に軸支され、支持軸１０８の軸方向に隣接して配列されている。このロータ１２０には、図示のように支持軸１０８が挿通されるが、このとき、ロータ１２０は、その内周面１２０ａと、支持軸１０８の外周面１０８ｄとの間に、間隙１２２が形成される寸法関係となっている。
【００１８】
そして、支持軸１０８には、図３（ｂ）に示すように、貫通孔１０８ａから外周面１０８ｄまで径方向に延在する噴出孔１２４ａが形成されている。この噴出孔１２４ａは、支持軸１０８における所定の軸方向位置において、周方向に等間隔で複数（本実施形態では８つ）形成されており、これら軸方向位置を等しくする複数（８つ）の噴出孔１２４ａによって噴出孔群１２４が構成される。この噴出孔群１２４は、１つのロータ１２０に対して複数（本実施形態では２つ）設けられている。より具体的には、図３（ａ）に示すように、噴出孔群１２４は、支持軸１０８のうち、１つのロータ１２０によって外周面１０８ｄが被覆される範囲内に２つずつ設けられている。したがって、本実施形態では、ロータ１２０が８つ設けられていることから、噴出孔群１２４は、支持軸１０８において、軸方向位置を異にする１６か所に形成されることとなる。
【００１９】
また、支持軸１０８には、貫通孔１０８ａと外周面１０８ｄとの略中間位置において、軸方向に貫通する貫通孔からなる排出通路１２６が形成されている。この排出通路１２６は、周方向に等間隔で複数（本実施形態では１６個）形成されている。さらに、支持軸１０８には、外周面１０８ｄから排出通路１２６まで径方向に延在する戻り孔１２８ａが形成されている。この戻り孔１２８ａは、支持軸１０８における所定の軸方向位置において、周方向に複数（本実施形態では１６個）形成されており、これら軸方向位置を等しくする複数（１６個）の戻り孔１２８ａによって戻り孔群１２８が構成される。この戻り孔群１２８は、図３（ａ）に示すように、支持軸１０８の軸方向位置が、隣接する２つのロータ１２０の境界面１２０ｘの内側となるように形成されている。したがって、本実施形態では、ロータ１２０が８つ設けられていることから、戻り孔群１２８は、支持軸１０８において、軸方向位置を異にする７か所に形成されることとなる。
【００２０】
また、支持軸１０８の外周面１０８ｄには、第１圧力検出穴１３０ａおよび第２圧力検出穴１３０ｂが形成されている。第１圧力検出穴１３０ａは、形状検出装置１００の設置状態において、支持軸１０８のうち、鉛直上方に開口する周方向位置に形成されており、第２圧力検出穴１３０ｂは、形状検出装置１００の設置状態において、支持軸１０８のうち、鉛直下方に開口する周方向位置に形成されている。つまり、第１圧力検出穴１３０ａは、検出領域１１０においてシート材Ｗが接触する接触点側に位置し、第２圧力検出穴１３０ｂは、第１圧力検出穴１３０ａから１８０度位相をずらして位置している。
【００２１】
そして、支持軸１０８の軸方向位置が等しく、互いに１８０度位相をずらして形成される第１圧力検出穴１３０ａおよび第２圧力検出穴１３０ｂによって圧力検出穴群１３０が構成されるとした場合、圧力検出穴群１３０は、それぞれ１つのロータ１２０に対して１つずつ設けられることとなる。このとき、第１圧力検出穴１３０ａおよび第２圧力検出穴１３０ｂは、各ロータ１２０の内周面１２０ａのうち、軸方向中央部分に臨む位置に形成されている。
【００２２】
また、第１圧力検出穴１３０ａおよび第２圧力検出穴１３０ｂには、圧力検出部としての圧力センサ１３２（図３（ａ）では図示を省略。図３（ｂ）中、黒の塗りつぶしで示す）が配される。そのため、支持軸１０８には、第１圧力検出穴１３０ａまたは第２圧力検出穴１３０ｂと貫通孔１０８ａとを連通させる配線孔１３４が形成されている。各配線孔１３４には、圧力センサ１３２に接続されたケーブル１３６が挿通されており、このケーブル１３６を介して、圧力センサ１３２の圧力検出信号がコントローラＣに出力されることとなる。
【００２３】
そして、形状検出装置１００は、エアポンプで構成される流体供給部１４０を備えており、この流体供給部１４０に、流体供給管１４２の一端が接続されている。この流体供給管１４２の他端は、封止部材１１２に接続されており、流体供給部１４０を駆動すると、流体供給部１４０から、流体供給管１４２、および、封止部材１１２に形成された不図示の流体供給孔を介して、図３（ａ）中、白抜き矢印で示すように、上記の供給通路１１６に作動流体であるエアが供給される。なお、ここでは、作動流体としてエアを用いる場合について説明するが、作動流体はエアに限らず、不活性ガスをはじめとする種々のガスや、さらには液体を用いることも可能である。
【００２４】
また、本実施形態においては、ロータ１２０の外周面１２０ｂを被覆する円筒状の外筒１４４が設けられている。この外筒１４４は、例えば樹脂等、可撓性の弾性部材で構成されており、支持軸１０８の軸方向に隣接する複数（本実施形態では８つ）のロータ１２０に跨って、各ロータ１２０の外周面１２０ｂを密着状態で被覆するものである。つまり、この外筒１４４によれば、各ロータ１２０の外周面１２０ｂの全周を被覆するとともに、隣接するロータ１２０間に形成される境界面１２０ｘの対向間隔、換言すれば、隣接するロータ１２０の間に形成される隙間を、大気から遮断することとなる。
【００２５】
なお、ロータ１２０の境界面１２０ｘには切り欠き部１２０ｃが形成されており、この切り欠き部１２０ｃに不図示のスラストパッドが設けられる。また、支持軸１０８には、ロータ１２０および外筒１４４の軸方向の移動を規制するための規制部材１４６が設けられている。以下に、上記の構成からなる形状検出装置１００の作用について説明する。
【００２６】
図４は、作動流体の流れを説明する図であり、図４（ａ）は、形状検出装置１００の検出領域１１０における鉛直断面を部分的に示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶ（ｂ）−ＩＶ（ｂ）線断面を示している。また、図５は、ロータ１２０の可動態様を説明する図である。上記したように、流体供給部１４０を駆動すると、供給通路１１６にエアが供給される。流体供給部１４０によって供給通路１１６に供給されたエアは、図中実線矢印で示すように、噴出孔１２４ａを介して、支持軸１０８の外周面１０８ｄと、ロータ１２０の内周面１２０ａとの間に形成される間隙１２２に導かれ、その後、戻り孔１２８ａおよび排出通路１２６を介して外部へと排出される。このように、間隙１２２に対して、支持軸１０８の周方向の複数個所でエアが噴出するため、複数のロータ１２０それぞれが独立して、支持軸１０８に対して浮動する。なお、「浮動」とは、ロータ１２０に外力が作用していない状態において、ロータ１２０が、エア（作動流体）によって支持軸１０８に対して非接触状態で回転自在に支持された状態をいう。
【００２７】
この状態で、シート材Ｗの巻き取り工程において、微小な巻角をもって、シート材Ｗをロータ１２０および外筒１４４の鉛直上方から接触させ、シート材Ｗによって、ロータ１２０および外筒１４４を鉛直下方に押圧する押圧力を作用させる。これにより、外筒１４４は、シート材Ｗとの摩擦接触により、回転しながら鉛直下方に沈み込むように押圧される。このようにして外筒１４４が回転しながら押圧されると、外筒１４４との摩擦接触により、ロータ１２０も外筒１４４と一体となって回転しながら、鉛直下方に押圧される。その結果、支持軸１０８の外周面１０８ｄと、ロータ１２０の内周面１２０ａとの間の間隙１２２は、鉛直上方に位置する第１圧力検出穴１３０ａの開口近傍が狭くなり、鉛直下方に位置する第２圧力検出穴１３０ｂの開口近傍が広くなる。これにより、第１圧力検出穴１３０ａの圧力が高くなり、第２圧力検出穴１３０ｂの圧力が低くなり、１つの圧力検出穴群１３０における差圧が大きくなる。
【００２８】
形状検出装置１００においては、第１圧力検出穴１３０ａおよび第２圧力検出穴１３０ｂに設けられたそれぞれの圧力センサ１３２から、コントローラＣに圧力検出信号が常時出力されている。コントローラＣは、圧力センサ１３２から入力された圧力検出信号に基づいて、第１圧力検出穴１３０ａと第２圧力検出穴１３０ｂとの差圧を、圧力検出穴群１３０ごとに算出する。
【００２９】
このとき、シート材Ｗが平面状に形成されていれば、図５（ａ）に示すように、各ロータ１２０に対して均等に力が作用するため、各ロータ１２０の沈み込み量はほぼ等しくなり、第１圧力検出穴１３０ａと第２圧力検出穴１３０ｂとの差圧も、各圧力検出穴群１３０でほぼ等しくなる。一方、シート材Ｗが部分的に歪んでいる場合には、図５（ｂ）に示すように、各ロータ１２０に対して作用する力が異なるため、各ロータ１２０の沈み込み量に差異が生じる。このとき、シート材Ｗから受ける力は、外筒１４４を介してロータ１２０に作用するが、上記したように、外筒１４４は可撓性を有する弾性部材で構成されているため、シート材Ｗの形状に倣って外筒１４４が変形可能となっている。
【００３０】
つまり、外筒１４４は、シート材Ｗの形状に追従して変形することから、シート材Ｗとロータ１２０との間に外筒１４４が介在したとしても、ロータ１２０は、シート材Ｗの形状に応じて可動することとなる。したがって、図５（ｂ）に示すように、シート材Ｗが歪んでいる場合には、第１圧力検出穴１３０ａと第２圧力検出穴１３０ｂとの差圧が、圧力検出穴群１３０ごとに異なり、こうして算出される圧力検出穴群１３０ごとの差圧によって、シート材Ｗの形状を検出することができる。
【００３１】
そして、本実施形態の形状検出装置１００によれば、外筒１４４によってロータ１２０の外周面１２０ｂの全周が被覆されており、隣接するロータ１２０の間に形成される隙間が大気から遮断されている。そのため、ロータ１２０が大気中に晒される従来の形状検出装置のように、隣接するロータ１２０の間の隙間に、シート材Ｗの製造工程で使用される潤滑液や、大気中の粉塵等が侵入することがない。したがって、本実施形態の形状検出装置１００によれば、隣接するロータ１２０間に形成される隙間を清掃する必要がなくなり、メンテナンス作業の簡素化、あるいはメンテナンスフリーを実現することができる。
【００３２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３３】
上記実施形態においては、支持軸１０８の外周にロータ１２０を設け、このロータ１２０の外周面１２０ｂを外筒１４４で被覆することとしたが、ロータ１２０は必須の構成ではない。図６に示す変形例の形状検出装置２００によれば、上記実施形態のロータ１２０をなくし、可撓性の弾性部材で構成された外筒２０２を、支持軸１０８に、直接、回転自在に軸支させている。したがって、この変形例の形状検出装置２００によれば、外筒２０２によって、支持軸１０８の外周面１０８ｄが被覆されることとなる。なお、外筒２０２の内周面２０２ａと、支持軸１０８の外周面１０８ｄとの間には、間隙２０４が形成されている。
【００３４】
そして、流体供給部１４０を駆動すると、供給通路１１６にエアが供給される。流体供給部１４０によって供給通路１１６に供給されたエアは、噴出孔１２４ａを介して、支持軸１０８の外周面１０８ｄと、外筒２０２の内周面２０２ａとの間に位置する間隙２０４に導かれ、その後、戻り孔１２８ａおよび排出通路１２６を介して外部へと排出される。このように、間隙２０４に対して、支持軸１０８の周方向の複数個所でエアが噴出するため、支持軸１０８に対して外筒２０２が浮動する。この状態で、上記実施形態と同様に、シート材Ｗを外筒２０２に接触させれば、シート材Ｗの形状に応じて外筒２０２が変形する。支持軸１０８の外周面１０８ｄと外筒２０２の内周面２０２ａとの間の圧力を検出する圧力センサ１３２は、支持軸１０８の軸方向位置を異にして複数設けられており、この圧力センサ１３２によって検出される第１圧力検出穴１３０ａおよび第２圧力検出穴１３０ｂの差圧に応じて、シート材Ｗの形状を検出することができる。
【００３５】
そして、この変形例の形状検出装置２００によれば、そもそも潤滑油や粉塵等が侵入する隙間を形成してしまう複数のロータが存在することなく、また、支持軸１０８に形成される噴出孔１２４ａや戻り孔１２８ａ等が外部に露出することもないため、上記実施形態と同様、メンテナンス作業の簡素化あるいはメンテナンスフリーを実現することができる。
【００３６】
なお、外筒２０２の内周面２０２ａには、環状の切り欠き部２０６が形成されている。この切り欠き部２０６は、支持軸１０８の軸方向に所定の間隔を維持して複数形成されている。このように切り欠き部２０６を設けることで、支持軸１０８の軸方向において、外筒２０２が部分的に形状変化することができ、シート材Ｗの形状の検出精度をより向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、シート材の形状を検出する形状検出装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１００、２００  形状検出装置
１０８  支持軸
１０８ｄ、１２０ｂ  外周面
１２０  ロータ
１２０ａ、２０２ａ  内周面
１２２、２０４  間隙
１３２  圧力センサ
１４０  流体供給部
１４４、２０２  外筒
【図１】
2014215089.tif 000003
【図２】
2014215089.tif 000004
【図３】
2014215089.tif 000005
【図４】
2014215089.tif 000006
【図５】
2014215089.tif 000007
【図６】
2014215089.tif 000008