(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送給される帯状体を複数のロールで折り曲げながら貯留するルーパにあって、このうち、何れかのロールに駆動ロールを配置するにあたり、前記帯状体の加減速時に発生する各ロール前後の張力変動を求め、それを入側又は出側の何れか一方から累積した累積値が、少なくとも帯状体とロールとの間にスリップを発生させない所定の許容限界値を超えるか又はその近傍となる位置のロールに駆動ロールを配置すると共に、ルーパの入側及び出側のうち、帯状体の加減速率の小さい側の駆動ロールの設置間隔を、加減速率の大きい側の駆動ロールの設置間隔より大きくしたことを特徴とする帯状体のルーパの駆動ロール配置方法。
【請求項２】
送給される帯状体を複数のロールで折り曲げながら貯留し、そのうちの幾つかのロールに駆動ロールを用いた、帯状体のルーパであって、前記帯状体の加減速時に発生する各ロール前後の張力変動を、入側又は出側の何れか一方から累積した累積値が、少なくとも帯状体とロールとの間にスリップを発生させない所定の許容限界値を超えるか又はその近傍となる位置のロールに駆動ロールが配置され、入側及び出側のうち、帯状体の加減速率の小さい側の駆動ロールの設置間隔が、加減速率の大きい側の駆動ロールの設置間隔より大きいことを特徴とする帯状体のルーパ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼帯（以下、ストリップとも記す）や紙等の帯状体を貯留するルーパに関するものであり、特にストランドを形成するために必要なロールを駆動する場合に、駆動するロールの数を低減してコストダウンを図るのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばストリップの連続処理設備では、例えばライン入側で鋼板を接合したりライン出側で切断したりする必要性等から、ストリップを複数のロールで折り曲げながら貯留するルーパが、ライン中央の処理設備の前後に設けられている。このようなルーパの中には、全てのロールを全く回転駆動しないものもあったが、ストリップの送給速度の加減速時には、ロールの慣性モーメントによってロールの前後でストリップに張力変動が生じてしまう。こうしたストリップの張力変動は、例えばストリップとロールとの間に滑りを発生させて疵をつけたり、絞りの原因となったりし、特に連続焼鈍炉にあってはその傾向が顕著になる。そこで、ロールの慣性モーメントによる張力変動の影響を減少させるために、ルーパの複数のロールの一部に電動機を設け、その電動機の速度制御或いは電流制御を行う方法が、例えば特開平１−２３７０１８号公報や特開平２−３０７６１６号公報に記載されている。しかしながら、これらの方法では、何れもその電動機の発生すべきトルクを、単に電動機につながっている駆動ロールの慣性モーメント、メカニカルロス、ストリップのベンディングロス分だけを補うものにしかしていないので、駆動されるロールの前後では帯状体に張力変動がなくなるものの、駆動されていない部分ではやはり張力変動が発生する。
【０００３】
そこで、本出願人は、先に特開平８−１５７１１９号公報に記載されるルーパのロールの駆動制御方法を提案している。このロールの駆動制御方法は、駆動されていないロール（以下、単に非駆動ロールとも記す）の慣性モーメントや例えばストリップ等の処理材料の慣性モーメントも補償し、非駆動ロールの前後で発生した張力変動を、駆動ロールの部分で吸収できるようにしたものである。これにより、例えばストリップのルーパにあっては、ストリップに発生する張力変動が許容値を超えることがなくなり、例えばスリップによる疵の発生や絞り等の問題が抑制防止されるようになった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平８−１５７１１９号公報に記載されるロールの駆動制御方法を簡潔に示すと、凡そ以下のようである。即ち、ルーパの入側と出側とでは帯状体の送給速度の加減速レート（単位時間当たりの速度の増減量）が異なるのが一般的である。この加減速レートが、例えばロールの角速度の時間微分値で表される場合、ロールの前後で発生する張力変化は、この加減速レートに比例するから、張力変化を駆動ロールの駆動力で過不足なく吸収するためには、加減速レートの大きい部位の駆動ロールでは駆動トルクを大きく、加減速レートの小さい部位の駆動ロールでは同トルクを小さくする必要がある。
【０００５】
ところで、前述のようなロールの駆動制御方法を適用する場合でも、駆動ロールは、一般に二本おきとか、四本おきといったように一定の間隔で配置されている。このこと自体は、帯状体に発生する張力変動抑制効果そのものに影響を及ぼすものではない。一方、保守等の面からは、各駆動ロールに用いられる電動機等の駆動源は、同じ仕様、同じ定格のものとしたい。
【０００６】
すると、加減速レートの大きい部位に合わせた大きな駆動トルクを定格とする電動機が、加減速レートの小さい部位にも用いられることになるから、駆動トルクの制御そのものは前述の駆動制御方法に従えばよいが、その部位における電動機の定格は必要最小限のものより大き過ぎることになり、着眼を変えれば使用数が多過ぎることにもなる。もとより、駆動ロールの数を低減してコストを低廉化したいという要求のあるなかで、このことはコストを引き上げる大きな要因になってしまう。
【０００７】
本発明はこれらの諸問題に鑑みて開発されたものであり、駆動ロールの数を可及的に低減してコストダウンを可能とする帯状体のルーパ及びその駆動ロール配置方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明のうち請求項１に係る帯状体のルーパの駆動ロール配置方法は、送給される帯状体を複数のロールで折り曲げながら貯留するルーパにあって、このうち、何れかのロールに駆動ロールを配置するにあたり、前記帯状体の加減速時に発生する各ロール前後の張力変動を求め、それを入側又は出側の何れか一方から累積した累積値が、少なくとも帯状体とロールとの間にスリップを発生させない所定の許容限界値を超えるか又はその近傍となる位置のロールに駆動ロールを配置すると共に、ルーパの入側及び出側のうち、帯状体の加減速率の小さい側の駆動ロールの設置間隔を、加減速率の大きい側の駆動ロールの設置間隔より大きくしたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のうち請求項２に係る帯状体のルーパは、送給される帯状体を複数のロールで折り曲げながら貯留し、そのうちの幾つかのロールに駆動ロールを用いた、帯状体のルーパであって、前記帯状体の加減速時に発生する各ロール前後の張力変動を、入側又は出側の何れか一方から累積した累積値が、少なくとも帯状体とロールとの間にスリップを発生させない所定の許容限界値を超えるか又はその近傍となる位置のロールに駆動ロールが配置され、入側及び出側のうち、帯状体の加減速率の小さい側の駆動ロールの設置間隔が、加減速率の大きい側の駆動ロールの設置間隔より大きいことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明に係る帯状体のルーパ及びその駆動ロール配置方法を、ストリップのルーパに展開した一実施形態について図面を用いながら説明する。
【００１２】
まず、図１に示す本実施形態のルーパのうち、上段に配設された各ロールＲ２ｎ−１（ｎは整数）は、二つのキャリッジで上下方向に移動される可動側ロール群である。一方、下段に配設された各ロールＲ２ｎは固定側ロールである。ちなみに、各ロールの符号は、処理設備の入側から出側に向けて、Ｒ０，Ｒ１…の順に附してある。そして、この実施形態では、入側から７番目の固定側ロールＲ６，１３番目の固定側ロールＲ１４，２１番目の固定側ロールＲ２０，２７番目の固定側ロールＲ２６のように、一定でない間隔で駆動ロールを配置している。なお、図１では、駆動ロールを黒丸で、駆動しない非駆動ロールを白丸で表している。
【００１３】
次に、前述のように駆動ロールを配置する方法の具体的な手法について説明する。まず、図２に示すように、駆動されるロールに、適当な減速機を介して電動機が接続されている構成において、フライホイールエフェクトと称される慣性モーメントの指標を求める。ちなみに、フライホイールエフェクトとは、重量Ｇ，直径Ｄの弾み車の慣性モーメントを示していて、一般にＧＤ２  と表され、物理学で与えられる慣性モーメントＪに対して、ＧＤ２  ＝４Ｊなる相関がある。
【００１４】
この実施形態では、
ＧＤｍ  ：電動機のフライホイールエフェクト（ｋｇ・ｍ２  ）
ＧＤａ  ：機械系（略ロール）のフライホイールエフェクト（ｋｇ・ｍ２  ）
ＧＤＳ  ：ストリップのフライホイールエフェクト（ｋｇ・ｍ２  ）
としたとき、図２に一点鎖線で囲まれた一つのストランドと一つの駆動ロールからなる系のトータルな系全体の電動機軸に換算したフライホイールエフェクトＧＤｔ  （ｋｇ・ｍ２  ）は下記１式で与えられる。
【００１５】
0003584676.tif 000002
但し、
ｒ：減速機の減速比（無次元）
ｄ：ロールの直径（ｍｍ）
Ａ：ストリップの断面積（ｍｍ２  ）
Ｌ：系内のストリップの長さ（ｍ）
ρ：ストリップの密度（ｋｇ／ｍ３  ）
を表す。
【００１６】
次に、
αｅ  ：ルーパ入側における加減速レート（ｍｐｍ／ｓｅｃ．）
αｄ  ：ルーパ出側における加減速レート（ｍｐｍ／ｓｅｃ．）
ｎ  ：全ストランドの数（無次元）
としたとき、ｉ番目のロールの加減速率（加減速レート）αｉ  は下記２式で与えられる。
【００１７】
αｉ  ＝αｅ  ＋（αｄ  −αｅ  ）×ｉ／ｎ                        ………  （２）
従って、前記１式の系全体のフライホイールエフェクトＧＤｔ  を加減速レートαｉ  で加減速するのに必要なトルクτｉ  （ｋｇｆ・ｍ）は、
Ｎ：電動機の回転速度（ｒｐｍ）
としたとき、下記３式で与えられる。
【００１８】
0003584676.tif 000003
但し、式中の（ｄＮ／ｄｔ）は電動機の回転速度の時間微分値である。
【００１９】
従って、ストリップの加減速時には、ロールの前後張力にトルクτを発生させるための張力段差が生じる。この張力段差Ｔｉ  （ｋｇｆ）は、下記４式で求められる。
【００２０】
Ｔｉ  ＝τｉ  ／（ｄ／２）                                    ………  （４）
次に、ルーパ内で許容される張力変動の許容限界値を設定する。まず、炉セクションでのバックリング発生や絞り発生等を考慮して定められるストリップ変形に対する張力変動許容値をＴａ  とする。このストリップ変形に対する張力変動許容値Ｔａ  （ｋｇｆ）は、ここでは単純に設定できない。つまり、駆動用電動機の容量や設備構造等に応じて、周知の手法を用いて適宜設定されるものである。なお、全ての駆動ロールにおいて、ストリップ変形に対する張力変動許容値Ｔａ  は一定値になると考えてよい。
【００２１】
次に、ロールとストリップとの間にスリップを発生させないスリップに対する張力変動許容値Ｔｂ  （ｋｇｆ）を設定する。ストリップがスリップしないための条件は、
Ｕ：ストリップの単位断面積当たりの張力設定値（ライン全体の安定通板を確保するための設定値）（ｋｇｆ／ｍｍ２  ）
θ：ストリップのロールに対する巻付角（ｒａｄ）
μ：ロールとストリップとの間の静止摩擦係数（無次元）
とすると、下記５式で表され、これを変形して下記６式を得る。
【００２２】
（Ｕ・Ａ＋Ｔｂ  ）／（Ｕ・Ａ）＜  ｅｘｐ（μ・θ）              ………  （５）
Ｔｂ  ＜Ｕ・Ａ・（  ｅｘｐ（μ・θ）−１）                      ………  （６）
次に、駆動ロールの配置位置を設定する。ここで、駆動ロールは、自身のロールを加減速させるだけでなく、一つ上流側の駆動ロール出側からのストリップと、その間の非駆動ロールとを加減速させるときに発生する全ての張力変動を補償するだけのトルクを発生させるように制御する。つまり、一つ上流側の駆動ロールより更に上流側の張力変動は、当該一つ上流側の駆動ロールまでで補償されており、当該一つ上流側の駆動ロールから自身までの張力変動，つまりその間のストリップ及び非駆動ロールの張力変動と自身で発生する張力変動との全てを補償するように制御する。従って、前記ｉ番目の非駆動ロールの次のロールであるｊ番目のロールを駆動ロールとし、且つ一つ上流側の駆動ロールがｆ番目のロールであるとき、前記ｊ番目の駆動ロールに必要な張力段差Ｔは前記４式で求められる各ロールの張力段差を用いて、下記７式で与えられる。
【００２３】
0003584676.tif 000004
また、この累積される張力段差Ｔが、送給される全てのストリップの断面積に対して、前記ストリップ変形に対する張力変動許容値Ｔａ  とスリップに対する張力変動許容値Ｔｂ  との何れもを越えてはならないからこれにより下記８式の限定が与えられる。
【００２４】
Ｔ＜Ｔａ  ，Ｔ＜Ｔｂ                                          ………  （８）
次に、本実施形態で前記図１のように駆動ロールを配置した実施例を説明する。まず、このルーパでは下記の諸元が与えられる。
【００２５】
ルーパ入側加減速レート：αｅ  ＝２２．５ｍｐｍ／ｓｅｃ．（通常操業に用いられる固定値）
ルーパ出側加減速レート：αｄ  ＝５０ｍｐｍ／ｓｅｃ．  （通常操業に用いられる固定値）
ストリップ最小断面積：ＡＭＩＮ  ＝０．１５ｍｍ×６００ｍｍ＝９０ｍｍ２  
ストリップ最大断面積：ＡＭＡＸ  ＝０．６０ｍｍ×１３００ｍｍ＝７８０ｍｍ２  
単位断面積張力設定値：Ｕ＝１．７０ｋｇｆ／ｍｍ２  
ストランド長：１５０００ｍｍ
ストランド数：８０
キャリッジ数：２
ロールの直径：ｄ＝３１０ｍｍ
減速比：ｒ＝１．０
ロールのフライホイールエフェクト：ＧＤａ  ＝１６．５ｋｇ・ｍ２  
電動機のフライホイールエフェクト：ＧＤｍ  ＝２．０ｋｇ・ｍ２  
ロールの静止摩擦係数：μ＝０．１０
ストリップの巻付角：θ＝πｒａｄ．＝１８０ｄｅｇ．
このような諸元が与えられ、ストリップの断面積が最小であるとき、スリップに対する張力変動許容値Ｔｂ  は５６ｋｇｆ，変形に対する張力変動許容値Ｔａ  は７０ｋｇｆであるから、両者の最小値からなる張力段差Ｔは５６ｋｇｆに設定される。そして、各ロール毎の張力段差を入側（上流側）から累積していって、その累積値が張力段差Ｔ，つまり許容限界値を越えるか、若しくはその近傍になるロールの位置に駆動ロールを配置し、その駆動ロールには前記７式で与えられる張力段差Ｔを発生する駆動トルクを付与することで、各駆動ロール間の張力変動を許容値以下に治めながら、駆動ロールの数，つまり電動機の数を少なくする。これを表に纏めたのが表１であり、入側からの張力変動の累積値を図示したのが図３である。
【００２６】
【表１】
0003584676.tif 000005
【００２７】
一方、これと同じことをストリップの断面積が最大であるときにも実施する。このストリップの断面積が最大であるとき、スリップに対する張力変動許容値Ｔｂ  は４８９ｋｇｆ，変形に対する張力変動許容値Ｔａ  は７０ｋｇｆであるから、両者の最小値からなる張力段差Ｔは７０ｋｇｆに設定される。そして、このときも各ロール毎の張力段差を入側（上流側）から累積していって、その累積値が張力段差Ｔ，つまり許容限界値を越えるか、若しくはその近傍になるロールの位置に駆動ロールを配置し、その駆動ロールには前記７式で与えられる張力段差Ｔを発生する駆動トルクを付与することで、各駆動ロール間の張力変動を許容値以下に治めながら、駆動ロールの数，つまり電動機の数を少なくする。これを表に纏めたのが表２であり、入側からの張力変動の累積値を図示したのが図４である。但し、実際には駆動ロールの位置を各ストリップ毎に変化させることは困難であるから、断面積最小時から断面積最大時まで全てのストリップ断面積で、この条件を満足するように駆動ロールを配置しなければならない。
【００２８】
【表２】
0003584676.tif 000006
【００２９】
つまり、このようにして設定された本実施形態の駆動ロールの配置形態は、入側或いは出側のうち、帯状体であるストリップの加減速率の小さい側では、同じくストリップの加減速率の大きい側よりも、駆動ロールの設置間隔が大きく設定されていることになる。
【００３０】
これに対して、従来技術として図５に示すように、固定側ロールの一個おきに駆動ロールを配置した場合、前記ストリップの断面積が最大であるときと同じ条件で張力段差を入側（上流側）から累積していった累積値の状態を表３及び図６に示す。
【００３１】
【表３】
0003584676.tif 000007
【００３２】
これらから明らかなように、従来の駆動ロールの配置の仕方では、あらゆるストランドで張力変動の累積値が前記許容値（７０ｋｇｆ）に遠く及ばない。つまり、安全率は高いが、電動機の定格トルクは大き過ぎる，つまりオーバースペックであり、結果的に駆動ロールの数が多過ぎるという評価が与えられる。従って、本実施形態では、駆動ロールの数を必要最小限まで低減してコストダウンを図ることができる。
【００３３】
なお、ペアロールについても通常のロールと同じ方法でフライホイールエフェクト他の計算が可能である。但し、１本から２本といったように余分な本数のロールに帯状体を通さなければならないから、このペアロールで必要とされる張力は大きめになる。ちなみに、キャリッジが複数の場合には、その連結部がペアロールになる（図１のロールＲ４０に相当）。この場合も、ペアロールを含む各ロール前後の張力変動の累積値が、所定の許容限界値を超えるか又はその近傍となる位置に駆動ロールを配置すれば、スリップも絞りも発生することはない。
【００３４】
また、駆動ロールは、ルーパの上下のロール群のうち、何れか動かない方に纏めて配置するほうがコスト的に有利であり、よって通常は偶数個おきに配置される。
【００３５】
また、前述の実施例では、張力変動の許容限界値よりも低い値で、余裕を見込んで駆動ロールを配置しているが、実際には例えばストリップ等の場合には計算値よりも緩やかな張力カーブを描くことから余裕があり、この余裕分だけ、計算値ぎりぎりに駆動ロールを配置するようにしても問題はない。
【００３６】
また、上記実施形態では、ストリップのルーパについてのみ詳述しているが、ルーパに貯留される帯状体はこれに限定されるものではなく、例えばその他の金属帯や紙等にも適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の帯状体のルーパ及びその駆動ロール配置方法によれば、入側及び出側のうち、帯状体の加減速率の小さい側の駆動ロールの設置間隔を、加減速率の大きい側の駆動ロールの設置間隔より大きく設定するなどして、張力変動の累積値が、少なくともスリップを発生させない許容限界値を超えるか又はその近傍の値となるロール位置に駆動ロールを配置することにより、当該駆動ロールに、隣接する駆動ロールまでの間の張力変動を吸収する駆動トルクを与えるようにすることで、各駆動ロールを駆動する電動機を定格一杯まで使用でき、またその分だけ電動機，即ち駆動ロールの数を低減してコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯状体のルーパ及びその駆動ロール配置方法の一実施形態を示すストリップ用ルーパの概略全体図である。
【図２】慣性モーメントを考える系の説明図である。
【図３】図１のルーパにおいて、最小断面積のストリップを送給したときの張力変動の説明図である。
【図４】図１のルーパにおいて、最大断面積のストリップを送給したときの張力変動の説明図である。
【図５】従来のストリップ用ルーパの概略全体図である。
【図６】図５のルーパにおいて、最大断面積のストリップを送給したときの張力変動の説明図である。
【符号の説明】
Ｒ０〜Ｒ８０はロール
【図１】
0003584676.tif 000008
【図２】
0003584676.tif 000009
【図３】
0003584676.tif 000010
【図４】
0003584676.tif 000011
【図５】
0003584676.tif 000012
【図６】
0003584676.tif 000013