(57)【要約】【課題】電磁石の吸引力を損なうことなく応答性を向上させ、優れた振動抑制能力と位置矯正能力を両立して金属帯の振動および位置を制御することができる金属帯の安定装置、およびこれを用いた溶融めっき金属帯の製造方法を提供すること。【解決手段】走行中の金属帯の変位を測定する非接触変位センサと、前記非接触変位センサからの信号を入力して、前記金属帯の振動および位置を制御するための制御信号を出力する制御部と、前記制御部から出力される制御信号に従い磁力を発生する電磁石と、前記電磁石に電流を通電するときの最大電圧を上昇させる昇圧用電源装置と、を備えた金属帯の安定装置。製造ライン通板中の金属帯に溶融金属を付着させる付着工程と、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属をガスワイパによって払拭し溶融金属の付着量を調整する調整工程と、前記安定装置により前記金属帯の振動および位置を非接触で制御する制御工程と、を有する溶融めっき金属帯の製造方法。【選択図】図２
2018024906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行中の金属帯の変位を測定する非接触変位センサと、前記非接触変位センサからの信号を入力して、前記金属帯の振動および位置を制御するための制御信号を出力する制御部と、前記制御部から出力される制御信号に従い磁力を発生する電磁石と、前記電磁石に電流を通電するときの最大電圧を上昇させる昇圧用電源装置と、を備えたことを特徴とする金属帯の安定装置。
【請求項２】
製造ライン通板中の金属帯に溶融金属を付着させる付着工程と、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属をガスワイパによって払拭し溶融金属の付着量を調整する調整工程と、請求項１に記載の金属帯の安定装置により、前記金属帯の振動および位置を非接触で制御する制御工程と、を有することを特徴とする溶融めっき金属帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属帯の安定装置、およびこれを用いた溶融めっき金属帯の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属帯を製造するラインにおいて、金属帯の振動や反りを抑制して金属帯のパスラインを安定に保つことは、金属帯の品質を向上させるばかりでなく、その製造ラインの能率を向上させることにも寄与する。
【０００３】
例えば、溶融めっき金属帯の製造ラインにおいては、金属帯を溶融金属浴中に浸漬しながら通板することにより、金属帯の表面に溶融金属を付着する工程がある。この工程では、溶融金属の付着量のムラが発生することを抑制するため、溶融金属浴後（溶融金属浴の下流）に設けられたガスワイパから噴出するワイピングガスにより金属帯に付着した過剰の溶融金属を払拭し溶融金属の付着量を調整する操作が行われる。
【０００４】
この溶融金属の付着量を調整する操作では、金属帯の表裏に板幅方向に均一に圧力がかかるようにガスワイパからワイピングガスを噴出することが必要である。従って、金属帯が振動している場合、金属帯が反っている場合、あるいは金属帯のパスラインが金属帯の表裏面方向のどちらかに偏っている場合など、ガスワイパと金属帯との距離が一定でないときは、ワイピングガスの圧力が金属帯の板幅方向および通板方向に均一にならない。その結果、金属帯の表裏や板幅方向および通板方向に溶融金属の付着量のムラが発生するという問題が生じる。
【０００５】
このような問題点を解決する方法として、電磁石を用いて金属帯の反りや振動を非接触で抑制し、金属帯のパスラインを安定化する技術が知られている。例えば、金属帯を移動させるべきパスラインに対して一対の電磁石を互いに対向するように配置し、別途設けた位置検出器からの信号に応じて各電磁石の吸引力を相互に切り替えながら金属帯に作用させる方法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−６２３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような電磁石を用いた金属帯の振動抑制には電磁石の応答性を高めることが要求され、金属帯の位置矯正（反り矯正およびパスライン矯正）には電磁石の吸引力を金属帯の反りおよびパスラインを目標位置に矯正できるように大きくすることが要求されるため、金属帯の振動抑制と位置矯正を同時に実現するには電磁石の高い応答性と大きな吸引力という二つの性質が必要となる。しかしながら、電磁石の吸引力を大きくするために電磁石のコイルの巻き数を増やすと電磁石の応答性は悪くなり、一方、電磁石の応答性を良くするために巻き数を少なくすると電磁石の吸引力が小さくなるため、振動抑制能力と位置矯正能力を両立して金属帯の振動および位置を制御することが難しいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電磁石の吸引力を損なうことなく応答性を向上させ、優れた振動抑制能力と位置矯正能力を両立して金属帯の振動および位置を制御することができる金属帯の安定装置、およびこれを用いた溶融めっき金属帯の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような特徴を有している。
［１］走行中の金属帯の変位を測定する非接触変位センサと、前記非接触変位センサからの信号を入力して、前記金属帯の振動および位置を制御するための制御信号を出力する制御部と、前記制御部から出力される制御信号に従い磁力を発生する電磁石と、前記電磁石に電流を通電するときの最大電圧を上昇させる昇圧用電源装置と、を備えたことを特徴とする金属帯の安定装置。
［２］製造ライン通板中の金属帯に溶融金属を付着させる付着工程と、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属をガスワイパによって払拭し溶融金属の付着量を調整する調整工程と、［１］に記載の金属帯の安定装置により、前記金属帯の振動および位置を非接触で制御する制御工程と、を有することを特徴とする溶融めっき金属帯の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る金属帯の安定装置および溶融めっき金属帯の製造方法によれば、電磁石の吸引力を損なうことなく応答性を向上させ、優れた振動抑制能力と位置矯正能力を両立して金属帯の振動および位置を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置における制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】一般的な溶融めっき金属帯の製造ラインの一部を示す概略図である。
【図４】本発明の比較例および実施例における振動抑制能力および位置矯正能力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１の構成を示す概略図である。図１に示されるように、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１は、図中の矢印Ａ方向に走行する金属帯２を挟むように対向して設置される一対の電磁石３ａ，３ｂと、電磁石３ａ，３ｂの近傍に配置される非接触変位センサ４と、非接触変位センサ４からの入力に基づいて電磁石３ａ，３ｂを制御する制御部５とを備える。
【００１４】
電磁石３ａ，３ｂは、対象とする金属帯２の振動周波数（通常は金属帯の曲げや捩れなどの固有振動数）に十分追従できるだけの高い応答性と、金属帯２の反りおよびパスラインを目標位置に矯正できるだけの吸引力が要求される。
【００１５】
以下に、電磁石のコイルの巻き数と、電磁石の応答性および吸引力との関係について説明する。
【００１６】
電磁石の動作は式（１）の方程式で表現される。
【００１７】
ｅ  ＝  Ｌｄｉ／ｄｔ  ＋  Ｒｉ                        ・・・（１）
ここで、ｅは印加電圧であり、ｉはコイルを流れる電流であり、Ｌはコイルのインダクタンスであり、Ｒはコイルの抵抗である。
【００１８】
式（１）で示されるように、コイルを流れる電流ｉは印加電圧ｅに対して一次遅れ系となっており、その時定数Ｔは式（２）で表わされる。
【００１９】
Ｔ  ＝  Ｌ／Ｒ                                      ・・・（２）
ここで、コイルのインダクタンスＬはコイルの巻き数Ｎの２乗に比例し、コイルの抵抗Ｒはコイルの巻き数Ｎに比例する。従って、式（２）により時定数Ｔはコイルの巻き数Ｎに比例することになる。これは、コイルの巻き数を増やせば増やすほど時定数が大きくなり、応答性が悪くなることを意味している。
【００２０】
一方、電磁石の吸引力Ｆは式（３）で表わされるように、コイルの巻き数Ｎの２乗及びコイルを流れる電流ｉの２乗に比例する。
【００２１】
Ｆ  ∝  Ｎ２ｉ２                                      ・・・（３）
従って、同じ電流で大きな吸引力を得るには、コイルの巻き数Ｎを増やす方が有利である。すなわち、巻き数Ｎを増やすと吸引力は大きくなるが応答性は悪くなり、巻き数Ｎを少なくすると応答性は良くなるが吸引力は小さくなる。
【００２２】
次に、電磁石が電流指令値に対して遅れなく制御可能な上限の周波数と電磁石に電流を通電するときの最大電圧の関係について説明する。ここで、振幅がＡ、周波数がｆの周期的な電流を指令値として考えた場合、電流指令値ＩＳＶは式（４）で表される。
【００２３】
ＩＳＶ  ＝  Ａｓｉｎ（２πｆｔ）                        ・・・（４）
よって、電流指令値の最大の変化速度は２πｆＡで表される。
【００２４】
一方、コイルを流れる電流は印加電圧に対して一次遅れ系となっているため、一定電圧Ｖｃｏｎｓｔが印加された場合、コイルに流れる電流実績値ＩＰＶは指数関数を用いた式（５）で表される。
【００２５】
ＩＰＶ  ＝  {１−ｅｘｐ（−Ｒｔ／Ｌ）}・Ｖｃｏｎｓｔ／Ｒ    ・・・（５）
よって、コイルを流れる電流実績値の最大の変化速度はＶｃｏｎｓｔ／Ｌで表され、電磁石に電流を通電するときの電圧が大きければ大きいほど電流の変化速度を大きくできる。しかしながら、電磁石に電流を通電するときの電圧を無限に大きくすることはできず、印加電圧は電源供給系統の最大電圧によって制約される。従って電源供給系統の最大電圧をＶｍａｘとすると、コイルを流れる電流実績値の最大の変化速度はＶｍａｘ／Ｌと表される。
【００２６】
電磁石の制御に遅れが発生しないためには、電流指令値の変化速度より電流実績値の変化速度のほうが大きい必要があるため、電流指令値および電流実績値の最大の変化速度より制御限界周波数ｆｃは式（６）で表される。
【００２７】
ｆｃ  ＝  Ｖｍａｘ／（２πＬＡ）                          ・・・（６）
従って、制御限界周波数は電源供給系統の最大電圧に比例し、電磁石に電流を通電するときの電圧を大きくすることで制御限界周波数を大きく、すなわち応答性を良くすることができる。
【００２８】
図２は、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１における制御部５の構成を示すブロック図である。図２に示されるように本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１の制御部５は、操作量演算装置６と、表裏分配装置７ａ，７ｂと、アンプ８ａ，８ｂと、昇圧用電源装置９と、を備える。
【００２９】
操作量演算装置６は、非接触変位センサ４による金属帯の変位の測定値と入力手段１０により設定した目標値との偏差信号に対して、比例、微分、および積分などのいわゆるＰＩＤ制御を行い、制御信号を出力する．
表裏分配装置７ａ，７ｂは、操作量演算装置６により演算された制御信号を、金属帯２の表面用の電磁石３ａおよび裏面用の電磁石３ｂに用いるために分配する。
【００３０】
アンプ８ａは、表裏分配装置７ａにより分配された表面用の制御信号に従い、電磁石３ａに給電し、アンプ８ｂは、表裏分配装置７ｂにより分配された表面用の制御信号に従い、電磁石３ｂに給電する。この際、前記電磁石３ａ，３ｂに給電するときの最大電圧は、電源供給系統の最大電圧によって制約される。
【００３１】
本実施形態においては、昇圧用電源装置９がアンプ８ａ，８ｂに接続され、当該昇圧用電源装置９は、アンプ８ａ，８ｂが電磁石３ａ，３ｂに給電するときの最大電圧を上昇させる。その結果、電磁石の応答性が良くなり、振動抑制能力が向上する。ここで昇圧用電源装置９は、二つのアンプ８ａ，８ｂに対して一つだけ配置されているが、アンプそれぞれに対して個別に設けられても良いし、アンプと一体の構造とされても良い。また、制御部の内側ではなく、制御部の外側に昇圧用電源装置９が設けられても良い。昇圧用電源装置９としては、特に制限されず、前記電磁石３ａ，３ｂに給電するときの最大電圧を上昇できるものであればよい。昇圧用電源装置９としては、特に制限されないが、電磁石の応答性をより高め、振動抑制能力をより向上させる点から、電磁石３ａ，３ｂに給電するときの最大電圧を、昇圧用電源装置９を設けない場合と比較して、１．１倍以上に昇圧するものが好ましく、１．３倍以上に昇圧するものがより好ましく、１．５倍以上に昇圧するものがさらに好ましい。また、特に制限されないが、電磁石の絶縁破壊特性の点からは、昇圧用電源装置９による前記最大電圧の昇圧は２０倍以下が好ましく、１０倍以下がより好ましい。
【００３２】
次に、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１を、溶融めっき金属帯の製造ラインに配置する構成例について説明する。
【００３３】
図３は、一般的な溶融めっき金属帯の製造ラインの一部を示す概略図である。図３に示される溶融めっき金属帯の製造ラインにおいて、金属帯２は、冷間圧延プロセスなどの前工程から運搬され、無酸化性あるいは還元性の雰囲気に保たれた焼鈍炉１１において焼鈍処理をされた後、溶融金属の温度とほぼ同程度まで冷却されて溶融金属浴１２内に導かれる。
【００３４】
溶融金属浴１２内において、金属帯２は、溶融金属中を浸漬しながら通板し、その表面に溶融金属が付着する。その後、溶融金属浴１２から引き出された金属帯２は、ガスワイパ１３から噴出されるガスにより過剰な溶融金属が払拭され、溶融金属の付着量の調整が行われる。
【００３５】
続くプロセスでは、用途に応じて、例えばその金属帯２が自動車用外板として使用される場合には、合金化炉１４を使用して金属帯を再加熱し均質な合金層を作り出す合金化処理を施す場合がある。金属帯２は冷却帯１５を通過した後、化成処理部１６で特殊の防錆、耐食処理が施され、コイルに巻き取られて出荷される。
【００３６】
本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１の電磁石３ａ，３ｂおよび非接触変位センサ４は、ガスワイパ１３の直上のパスラインに配置され、金属帯の振動および位置を制御する。当該配置により、ガスワイパ１３と金属帯２との距離が一定となる結果、ワイピングガスの圧力が均一になり、金属帯２に対する溶融金属の付着量のムラを抑えることができる。
【実施例】
【００３７】
本発明の効果を確認するために、溶融めっき金属帯の製造ラインにおいて本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置を用いて検証実験を行った。ここで、金属帯の安定装置の電源供給系統の最大電圧は一定である。
【００３８】
まず、比較例１として、昇圧用電源装置のない従来の金属帯の安定装置を用いて制御を行い、振動抑制能力と位置矯正能力を評価した。次に、比較例２として、振動抑制能力を向上させるべく比較例１に対して電磁石のコイルの巻き数を０．７倍に変更した装置を用いて制御を行い、振動抑制能力と位置矯正能力を評価した。ここで、昇圧用電源装置がないのは比較例１と同じである。
【００３９】
そして、本発明例として、金属帯の安定装置の制御部に昇圧用電源装置を設け、電磁石に通電するときの最大電圧を比較例１に対して２倍に変更して制御を行い、振動抑制能力と位置矯正能力を評価した。ここで、電磁石のコイルの巻き数は比較例１と同じである。
【００４０】
各例について振動抑制能力と位置矯正能力を比較した結果を図４に示す。ここでは、比較例１の能力を１と規格化している。比較例２では電磁石のコイルの巻き数を少なくしたことから応答性が良くなり、振動抑制能力が向上しているが、電磁石の吸引力が小さくなるため位置矯正に必要な力を発揮することができずに位置矯正能力が低下している。つまり、電磁石のコイルの巻き数の変更によって振動抑制能力を向上させようとしても、位置矯正能力と両立して振動抑制能力を向上させることが困難である。これに対して本発明例では、昇圧用電源装置を用いることで電磁石に通電するときの最大電圧を大きくすることで振動抑制能力を向上させるとともに、電磁石のコイルの巻き数が比較例１と同じであることから比較例１と同等の位置矯正能力を実現できている。
【００４１】
このように昇圧用電源装置を用いることで電磁石に通電するときの最大電圧を大きくして位置矯正能力を損なうことなく振動抑制能力を向上させ、優れた振動抑制能力と位置矯正能力を両立しながら走行中の金属帯の振動および位置を制御できることがわかった。
【００４２】
さらに、本発明の実施形態に係る溶融めっき金属帯の製造方法は、製造ライン通板中の金属帯２に溶融金属を付着させる付着工程と、金属帯２に付着した過剰の溶融金属をガスワイパ１３によって払拭し溶融金属の付着量を調整する調整工程と、上記金属帯の安定装置１により、金属帯２の振動および位置を非接触で制御する制御工程とを有するので、ワイピングガスの圧力が金属帯の裏表、板幅方向および通板方向に均一になり、金属帯２に対する溶融金属の付着量のムラを抑えることができる。
【００４３】
また、本発明の実施形態に係る金属帯は、上記製造方法により製造されるので、溶融金属の付着量のムラが抑えられる。
【００４４】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により、本発明は限定されることはない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、金属帯を製造するラインに有用であり、特に溶融めっき金属帯の製造ラインに適している。
【符号の説明】
【００４６】
１  金属帯の安定装置
２  金属帯
３ａ，３ｂ  電磁石
４  非接触変位センサ
５  制御部
６  操作量演算装置
７ａ，７ｂ  表裏分配装置
８ａ，８ｂ  アンプ
９  昇圧用電源装置
１０  入力手段
１１  焼鈍炉
１２  溶融金属浴
１３  ガスワイパ
１４  合金化炉
１５  冷却帯
１６  化成処理部
Ａ  金属帯の進行方向
【図１】
2018024906.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018024906.tif 000005
【図４】
2018024906.tif 000006