(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オンライン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、前記金属帯の振動を抑制するための振動抑制信号と前記金属帯の位置を矯正するための位置矯正信号とを出力する制御部と、
前記制御部から出力される振動抑制信号に従い磁力を発生する第１のコイルと、
前記制御部から出力される位置矯正信号に従い磁力を発生する、前記第１のコイルよりも巻数の多い第２のコイルと、
前記第１のコイルと前記第２のコイルとが同心に巻かれ、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルが発生する磁力を前記金属帯へ導くコアと、
前記第２のコイルに給電する電気回路に直列に設けられた第３のコイルと、
を備えることを特徴とする金属帯の安定装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記非接触変位センサから入力された信号と目標値との偏差信号に対して、前記位置矯正信号よりも高周波成分の利得が大きくなるような演算をすることにより前記振動抑制信号を出力し、かつ、前記振動抑制信号よりも低周波成分の利得が大きくなるような演算をすることにより前記位置矯正信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の金属帯の安定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記非接触変位センサから入力された信号と目標値との偏差信号に対して、前記位置矯正信号よりも微分ゲインの設定を大きくしたＰＩＤ制御演算をすることにより前記振動抑制信号を出力し、かつ、前記振動抑制信号よりも積分ゲインの設定を大きくしたＰＩＤ制御演算をすることにより前記位置矯正信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の金属帯の安定装置。
【請求項４】
前記第２のコイルと前記第３のコイルとの直列合成の時定数は、前記第２のコイルの時定数の４倍から１０倍の範囲内となるよう設計されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の金属帯の安定装置。
【請求項５】
前記第２のコイル、および前記第３のコイルが、下式を満たすことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の金属帯の安定装置。
４Ｌ２／Ｒ２  ＜  （Ｌ２＋Ｌ３）／（Ｒ２＋Ｒ３）  ＜  １０Ｌ２／Ｒ２
ここで、Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ前記第２のコイルおよび前記第３のコイルのインダクタンスであり、Ｒ２，Ｒ３は、それぞれ前記第２のコイルおよび前記第３のコイルの抵抗である。
【請求項６】
前記第３のコイルの磁気回路が、閉回路として構成されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の金属帯の安定装置。
【請求項７】
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払拭するガスワイパによって溶融金属の付着量を調整する調整工程と、
請求項１〜６の何れか１項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する調整が行われる。
【０００４】
この溶融金属の調整では、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。したがって、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表裏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）。
【０００６】
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が要求され、反り矯正およびパスライン矯正には電磁石の吸引力が要求される。なお、以後、反り矯正とパスライン矯正を合わせたものを位置矯正と云う。つまり、金属帯の振動抑制と位置矯正を同時に実現するには、応答性と吸引力という相反した性質が必要となる。電磁石の吸引力を大きくするためにコイルの巻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数を少なくすると電磁石の吸引力が小さくなってしまうからである。
【０００７】
そこで、この問題を解決するために、振動抑制用と位置矯正用とのそれぞれ独立した２系統のコイルを有する電磁石を用いる金属帯非接触制御技術が提案されている（特許文献２参照）。この技術によれば、巻数の少ない振動抑制用コイルにより振動制御を行うと共に、巻数の多い位置矯正用コイルにより反り矯正およびパスライン矯正を行うことが可能なため、振動抑制能力と位置矯正能力を両立して制御を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−６２３５５号公報
【特許文献２】特開２００４−１２４１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の独立した２系統のコイルを有する電磁石を用いる金属帯非接触制御技術では、振動抑制用コイルと位置矯正用コイルとの間の相互誘導によって、振動抑制用コイルの電流変化が位置矯正用コイルの電流に影響を与え、逆に、位置矯正用コイルの電流変化が振動抑制用コイルの電流に影響を与えてしまう。この結果、上記制御技術には、制御信号が要求する吸引力とは異なる吸引力を発生してしまうという問題があった。すなわち、振動抑制用と位置矯正用とのそれぞれ独立した２系統のコイルを有する電磁石を用いる金属帯の安定装置は、振動抑制能力と位置矯正能力とを両立して制御を行うことができるが、振動抑制用コイルと位置矯正用コイルとの間の相互誘導によって、振動抑制能力が低下するという問題点があった。
【００１０】
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、振動抑制用コイルと位置矯正用コイルとの間の誘導電流による振動抑制能力の低下を回避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】
【００１１】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る金属帯の安定装置は、オンライン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、前記金属帯の振動を抑制するための振動抑制信号と前記金属帯の位置を矯正するための位置矯正信号とを出力する制御部と、前記制御部から出力される振動抑制信号に従い磁力を発生する第１のコイルと、前記制御部から出力される位置矯正信号に従い磁力を発生する、前記第１のコイルよりも巻数の多い第２のコイルと、前記第１のコイルと前記第２のコイルとが同心に巻かれ、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルが発生する磁力を前記金属帯へ導くコアと、前記第２のコイルに給電する電気回路に直列に設けられた第３のコイルとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
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、振動抑制用コイルと位置矯正用コイルとの間の誘導電流による振動抑制能力の低下を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、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】図２は、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置に用いる電磁石の例を示す概略図である。
【図３】図３は、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４】図４は、操作量演算装置の構成例を説明するブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置における電磁石の電気回路を示す概略図である。
【図６】図６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７】図７は、溶融めっき金属帯の製造ラインのガスワイパ近傍の拡大図である。
【図８】図８は、比較例の金属帯の安定装置による測定データを示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置による測定データを示すグラフである。
【図１０】図１０は、図８に示される測定データと図９に示される測定データとに含まれるノイズの大きさを比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１に用いる電磁石３ａの例を示す概略図である。なお、ここでは金属帯２の表面用の電磁石３ａのみに対する説明を行うが、以下の説明は、金属帯２の裏面用の電磁石３ｂについても成立する。図２に示される電磁石３ａは、一つのコア６に２つの巻き線を同心に巻いて構成したコイル７ａとコイル７ｂとからなる同心コイルにより構成されている。２つのコイル７ａ，７ｂは、巻き数を変えて構成され、２つのコイル７ａ，７ｂのうち巻き数の少ない方のコイルが振動抑制用コイル７ａであり、巻き数の多い方のコイルが位置矯正用コイル７ｂである。
【００１７】
振動抑制用コイル７ａ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が要求されるが、金属帯の固有周波数の振動を抑えるためには、大きな吸引力を必要としない。したがって、振動抑制用コイル７ａの巻き数は、位置矯正用コイル７ｂよりも少なく構成されている。
【００１８】
これに対し、位置矯正用コイル７ｂは、高い応答性は不要であるが、小さな電流で大きな吸引力を発生できる方が望ましい。したがって、位置矯正用コイル７ｂの巻き数は、電磁石３ａのサイズおよび電気抵抗の値が大きくなり過ぎない範囲で多い方が好ましい。
【００１９】
以下に、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。
【００２０】
電磁石の動作は式（１）の方程式で表現される。
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。
【００２１】
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。
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、即応性が低くなることを意味している。
【００２２】
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。
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。
【００２３】
以上を整理すると、コイルの巻き数Ｎは応答性を高めるには少ない方が良いが、吸引力を強めるためには多い方が良いことがわかる。したがって、本発明の実施形態に係る電磁石３ａでは、大きな吸引力は不要であるが高い応答性を必要とする振動抑制用コイル７ａの巻き数を位置矯正用コイル７ｂの巻き数よりも小さく構成する。一方、高い応答性は不要であるが大きな吸引力を必要とする位置矯正用コイル７ｂの巻き数を振動抑制用コイル７ａの巻き数よりも大きく構成する。
【００２４】
図３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３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８と、表裏分配装置９ａ，９ｂと、アンプ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと、インダクタ１１ａ，１１ｂと、を備える。
【００２５】
操作量演算装置８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１２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、振動抑制信号と位置矯正信号とを出力する。図４は、操作量演算装置８の構成例を説明するブロック図である。
【００２６】
図４に示されるように、操作量演算装置８は、振動抑制用のＰＩＤ制御部８ａと位置矯正用のＰＩＤ制御部８ｂとを備える。振動抑制用のＰＩＤ制御部８ａは、金属帯の変位の測定値と目標値との偏差信号を入力し、振動抑制信号を出力する演算手段であり、位置矯正用のＰＩＤ制御部８ｂは、金属帯の変位の測定値と目標値との偏差信号を入力し、位置矯正信号を出力する演算手段である。
【００２７】
ここで、振動抑制用のＰＩＤ制御部８ａの演算は、応答性を重視した演算とし、位置矯正用のＰＩＤ制御部８ｂの演算は、静的な吸引力を重視した演算とする。すなわち、振動抑制用のＰＩＤ制御部８ａの演算は、入力信号に含まれる高周波成分の利得が大きくなるように設定され、位置矯正用のＰＩＤ制御部８ｂの演算は、入力信号に含まれる低周波成分の利得が大きくなるように設定される。例えば、振動抑制用のＰＩＤ制御部８ａでは微分ゲインの設定を大きくし、位置矯正用のＰＩＤ制御部８ｂでは積分ゲインの設定を大きくすることにより、上記設定が実現される。
【００２８】
なお、ここで云う高周波および低周波とは、振動抑制用のＰＩＤ制御部８ａと位置矯正用のＰＩＤ制御部８ｂとの比較においての高低を意味する。また、上記構成によれば、振動抑制信号は高周波成分を多く含んだ信号となり、位置矯正信号は低周波成分を多く含んだ信号となるが、これは振動抑制信号の周波数成分の平均値は位置矯正信号の周波数成分の平均値よりも高いということを意味し、振動抑制信号の周波数分布と位置矯正信号の周波数分布との間に重複部分が存在することを許容する。
【００２９】
以上のように操作量演算装置８を構成することにより、操作量演算装置８は、非接触変位センサ４による金属帯の変位の測定値から振動抑制に使用する成分と位置矯正に使用する成分とが分離し、振動抑制信号と位置矯正信号とをそれぞれ振動抑制用の表裏分配装置９ａと位置矯正用の表裏分配装置９ｂとに送信する。
【００３０】
図３の参照に戻る。表裏分配装置９ａ，９ｂは、操作量演算装置８により演算された振動抑制信号と位置矯正信号とを、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。アンプ１０ａは、表裏分配装置９ａにより分配された表面用の振動抑制信号に従い、電磁石３ａの振動抑制用コイルに給電し、アンプ１０ｂは、表裏分配装置９ｂにより分配された表面用の位置矯正信号に従い、電磁石３ａの位置矯正用コイルに給電する。一方、アンプ１０ｃは、表裏分配装置９ａにより分配された裏面用の振動抑制信号に従い、電磁石３ｂの振動抑制用コイルに給電し、アンプ１０ｄは、表裏分配装置９ｂにより分配された裏面用の位置矯正信号に従い、電磁石３ｂの位置矯正用コイルに給電する。
【００３１】
図５は、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１における電磁石３ａの電気回路を示す概略図である。ここでは、紙面の都合上、金属帯２の表面用の電磁石３ａに対する電気回路のみを概略的に示している。
【００３２】
図５に示されるように、振動抑制用コイル７ａおよび位置矯正用コイル７ｂには、それぞれ振動抑制用のアンプ１０ａおよび位置矯正用のアンプ１０ｂが接続されている。振動抑制用のアンプ１０ａは、入力された振動抑制信号に従い、電気回路を介して振動抑制用コイル７ａに給電する。位置矯正用のアンプ１０ｂは、入力された位置矯正信号に従い、電気回路を介して位置矯正用コイル７ｂに給電する。
【００３３】
さらに、位置矯正用コイル７ｂと位置矯正用のアンプ１０ｂを含む電気回路は、インダクタ１１ａとして、コイル１３ａを直列に備える。以下、これを誘導電流対策用コイル１３ａと云う。図５に示される誘導電流対策用コイル１３ａの例では、磁気回路１３ｂを閉回路で構成したコイルの例を図示している。なお、磁気回路１３ｂが閉回路で構成されたコイルはトロイダルコイルとも呼ばれる。誘導電流対策用コイル１３ａの磁気回路１３ｂは開回路でも効果を得ることはできるが、磁束の漏れなどによる環境変化の影響を受けにくいように、誘導電流対策用コイル１３ａの磁気回路１３ｂを閉回路として構成することが望ましい。
【００３４】
上記のように構成した誘導電流対策用コイル１３ａは、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１において以下のように作用する。
【００３５】
振動抑制用コイル７ａには、金属帯２の振動周波数に応じて高い周波数の電流が流れることになる。そして、振動抑制用コイル７ａと位置矯正用コイル７ｂが同心コイルとして構成されているため、相互誘導により位置矯正用コイル７ｂに高い周波数の起電力が発生する。
【００３６】
従来技術の金属帯の安定装置では、相互誘導の起電力により位置矯正用コイル７ｂの電流が変動して、位置矯正用コイル７ｂの吸引力が変動して振動制御に悪影響を及ぼしていた。しかし、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１では、位置矯正用コイル７ｂの電気回路に誘導電流対策用コイル１３ａを接続しているため、誘導電流対策用コイル１３ａのインダクタンスによって位置矯正用コイル７ｂの電気回路の電流変化を抑制することができる。以下、誘導電流対策用コイル１３ａにより位置矯正用コイル７ｂの電気回路の電流変動を抑制する仕組みについて説明する。
【００３７】
振動抑制用コイル７ａに流れる電流をｉ１とし、位置矯正用コイル７ｂに流れる電流をｉ２としたとき、振動抑制用コイル７ａに発生する誘導起電力ｅ１、および位置矯正用コイル７ｂに発生する誘導起電力ｅ２は、次式で表現される。
【００３８】
ｅ１  ＝  −Ｍｄｉ２／ｄｔ      ・・・（４）
ｅ２  ＝  −Ｍｄｉ１／ｄｔ      ・・・（５）
ここで、Ｍは振動抑制用コイル７ａと位置矯正用コイル７ｂとの相互インダクタンスであり、次式で表現される。
Ｍ  ＝  ｋ  ×  √（Ｌ１×Ｌ２）      ・・・（６）
ここで、ｋはコイルの形状や相互位置で決まる係数であり、Ｌ１は振動抑制用コイル７ａのインダクタンス、Ｌ２は位置矯正用コイル７ｂのインダクタンスである。
【００３９】
位置矯正用コイル７ｂには、位置矯正を行うための静的な電流が流れることになり、電流の時間変化ｄｉ２／ｄｔがほぼゼロとなる。したがって、上記式（４）から解るように、振動抑制用コイル７ａにはほとんど誘導起電力ｅ１が発生しない。すなわち、位置矯正用コイル７ｂに流れる位置矯正用の電流は、振動抑制用コイル７ａによる振動抑制制御にほとんど影響を与えない。
【００４０】
一方、振動抑制用コイル７ａは、振動抑制を行うための動的な電流が流れることになり、電流の時間変化ｄｉ１／ｄｔが大きい。したがって、上記式（５）から解るように、位置矯正用コイル７ｂには大きな誘導起電力ｅ２が発生する。
【００４１】
しかしながら、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１では、位置矯正用コイル７ｂの電気回路に誘導電流対策用コイル１３ａが接続されているので、誘導起電力により発生する電流は、位置矯正用コイル７ｂと誘導電流対策用コイル１３ａとの合成インダクタンスにより抑制される。
【００４２】
図５を参照して説明したように、位置矯正用コイル７ｂと誘導電流対策用コイル１３ａとが直列に接続されているので、位置矯正用コイル７ｂと誘導電流対策用コイル１３ａとの合成インダクタンスＬは次式で表現される。
Ｌ  ＝  Ｌ２  ＋  Ｌ３      ・・・（７）
ここで、Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ位置矯正用コイル７ｂおよび誘導電流対策用コイル１３ａのインダクタンスである。
【００４３】
ところで、コイルを流れる交流電流のリアクタンスは、交流電流の周波数とインダクタンスに比例する。一方、先述したように、振動抑制信号は高周波成分を多く含んだ信号であり、位置矯正信号は低周波成分を多く含んだ信号である。したがって、振動抑制用コイル７ａから位置矯正用コイル７ｂへ誘導された電流は、高周波成分を多く含んだ電流であり、合成インダクタンスＬの大きさの影響を大きく受けて抑制される。一方、位置矯正用コイル７ｂに流れる電流は、合成インダクタンスＬの大きさの影響を大きく受けることがない。しかも、式（７）から解るように、誘導電流対策用コイル１３ａが接続されて合成インダクタンスＬが大きくなったとしても、位置矯正用コイル７ｂのインダクタンスＬ２の大きさは変わらないので、位置矯正用コイル７ｂによる電磁石としての特性は変わらない。
【００４４】
電磁石の動作は先述の通り一次遅れ系となり、その時定数は、式（２）によって与えられる。したがって、合成インダクタンスＬが大きいほど時定数が大きくなり、電流変動を抑制することが可能となる。一方、誘導電流対策用コイル１３ａの巻数を大きくすることにより、合成インダクタンスＬを大きくすることができるが、巻数が多い場合、誘導電流対策用コイル１３ａの寸法が大きくなり設置スペースが多く必要となるとともに、回路全体の抵抗が大きくなるため、アンプの負荷が大きくなるというデメリットがある。
【００４５】
そこで、振動制御性能と上記デメリットを考慮して誘導電流対策用コイルのインダクタンスを決める必要がある。後述する本発明の実施形態の効果の実証実験にしたがえば、位置矯正用コイル７ｂと誘導電流対策用コイル１３ａとの直列合成の時定数を、位置矯正用コイル７ｂの４倍から１０倍の範囲内にすること好ましい。式（２）の関係より本条件を表現しなおすと、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１は、振動抑制用コイル７ａ、位置矯正用コイル７ｂ、および電流対策用コイル１３ａが下式の範囲となるよう設計されることが好ましい。
４Ｌ２／Ｒ２  ＜  （Ｌ２＋Ｌ３）／（Ｒ２＋Ｒ３）  ＜  １０Ｌ２／Ｒ２  ・・・（８）
ここで、Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ位置矯正用コイル７ｂおよび誘導電流対策用コイル１３ａのインダクタンスであり、Ｒ２，Ｒ３は、それぞれ位置矯正用コイル７ｂおよび誘導電流対策用コイル１３ａの抵抗である。
【００４６】
なお、誘導電流対策用コイル１３ａを設けることは、位置矯正用コイル７ｂの応答性を故意に悪化させることになる。しかし、先述のように、位置矯正用コイル７ｂには応答性が要求されないので、金属帯の位置矯正に影響はない。結果として、振動抑制用コイル７ａと位置矯正用コイル７ｂとの相互誘導電流を抑制して振動制御への悪影響を回避し、振動抑制用コイル７ａの応答性、位置矯正用コイル７ｂの吸引力を両立することが可能となる。
【００４７】
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。
【００４８】
図６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６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１４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１５内に導かれる。
【００４９】
溶融金属浴１５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１５から引き出された金属帯２は、ガスワイパ１６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。
【００５０】
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１７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１８を通過した後、化成処理部１９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。
【００５１】
図７は、溶融めっき金属帯の製造ラインのガスワイパの近傍（図６中の破線領域）の拡大図である。図７に示されるように、溶融めっき金属帯の製造ラインのガスワイパ１６の近傍では、引き込みローラー２０が金属帯２を溶融金属浴１５中に引き込み、溶融金属浴１５中で金属帯２に溶融金属を付着させ、引き上げローラー２１が金属帯２を溶融金属浴１５外に引き上げる。ガスワイパ１６は、引き上げローラー２１が金属帯２を引き上げる途中のパスラインに配置され、金属帯２に付着した過剰の溶融金属を払拭することによって溶融金属の付着量を調整する。
【００５２】
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１６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１６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。
【００５３】
最後に、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１の効果の検証実験について説明する。図８は、比較例の金属帯の安定装置による測定データを示すグラフであり、図９は、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１による測定データを示すグラフである。また、図１０は、図８に示される測定データと図９に示される測定データとに含まれるノイズの大きさを比較するグラフである。
【００５４】
図８に示されるグラフは、誘導電流対策用コイル１３ａを用いない金属帯の安定装置において、振動抑制用コイル７ａに電流３Ａかつ周波数１０Ｈｚの振動制御指令を与え、位置矯正用コイル７ｂに電流０Ａとなる一定電流の制御指令を与えた場合の電流実績値をプロットしたものである。なお、図８に示されるグラフには、振動制御指令の電流値も併せて記載されている。
【００５５】
図８に示されるグラフから理解されるように、比較例においては、位置矯正用コイル７ｂにて電流０Ａの一定電流が流れるはずだが、実績値としては電流が検出されてしまっている。この位置矯正用コイル７ｂに流れる電流は、振動抑制用コイル７ａに流れる振動制御用の電流の変動が電磁誘導により位置矯正用コイル７ｂ側に発生してしまった誘導電流である。さらに、図８に示されるグラフによれば、位置矯正用コイル７ｂに流れた誘導電流が変動することにより、振動抑制用コイル７ａ側にも誘導電流が流れ、振動制御の電流実績にも外乱が発生してしまっている。
【００５６】
図９に示されるグラフは、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１において、振動抑制用コイル７ａに電流３Ａかつ周波数１０Ｈｚの振動制御指令を与え、位置矯正用コイル７ｂに電流０Ａとなる一定電流の制御指令を与えた場合の電流実績値をプロットしたものである。なお、この検証実験における誘導電流対策用コイル１３ａのインダクタンスは、位置矯正用コイル７ｂと誘導電流対策用コイル１３ａとの直列合成の時定数が、位置矯正用コイル７ｂの５倍となるように設計されている。
【００５７】
図９に示されるグラフから理解されるように、本発明の実施形態に係る振動抑制用コイル７ａおよび位置矯正用コイル７ｂでは、誘導電流による影響がほとんどなく、制御指令に正確に追従した制御が実現されている。また、図８と図９に示されるグラフを比較すると解るように、比較例における振動抑制用コイル７ａおよび位置矯正用コイル７ｂでは、位置矯正用コイル７ｂに誘導された誘導電流の変動がさらに振動抑制用コイル７ａにまで影響するという悪循環が発生していたが、本発明の実施形態に係る振動抑制用コイル７ａおよび位置矯正用コイル７ｂでは、この悪循環が発生していない。また、図１０に示されるグラフから理解されるように、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１によれば、振動制御を妨げる誘導電流を１／１１倍に小さくすることが可能である。すなわち、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１は、振動抑制用コイルと位置矯正用コイルとの間の誘導電流による振動抑制能力の低下を回避することができる。
【００５８】
以上より、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１は、オンライン走行中の金属帯２の変位を測定する非接触変位センサ４と、非接触変位センサ４からの信号を入力して、金属帯２の振動を抑制するための振動抑制信号と金属帯２の位置を矯正するための位置矯正信号とを出力する制御部５と、制御部５から出力される振動抑制信号に従い磁力を発生する振動抑制用コイル７ａと、制御部５から出力される位置矯正信号に従い磁力を発生する、振動抑制用コイル７ａよりも巻数の多い位置矯正用コイル７ｂと、振動抑制用コイル７ａと位置矯正用コイル７ｂとが同心に巻かれ、振動抑制用コイル７ａおよび位置矯正用コイル７ｂが発生する磁力を金属帯２へ導くコア６と、位置矯正用コイル７ｂに給電する電気回路に直列に設けられた誘導電流対策用コイル１３ａとを備えるので、振動抑制用コイル７ａと位置矯正用コイル７ｂとの間の誘導電流による振動抑制能力の低下を回避することができる。
【００５９】
ここで、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、非接触変位センサ４から入力された信号と目標値との偏差信号に対して、位置矯正信号よりも高周波成分の利得が大きくなるような演算をすることにより振動抑制信号を出力し、かつ、振動抑制信号よりも低周波成分の利得が大きくなるような演算をすることにより位置矯正信号を出力するので、測定された変位量から振動抑制に用いる適切な信号と位置矯正に用いる適切な信号とを分配することができる。また、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、非接触変位センサ４から入力された信号と目標値との偏差信号に対して、位置矯正信号よりも微分ゲインの設定を大きくしたＰＩＤ制御演算をすることにより振動抑制信号を出力し、振動抑制信号よりも積分ゲインの設定を大きくしたＰＩＤ制御演算をすることにより位置矯正信号を出力することが好ましい。
【００６０】
また、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１の位置矯正用コイル７ｂと誘導電流対策用コイル１３ａとの直列合成の時定数は、位置矯正用コイル７ｂの４倍から１０倍の範囲内となるよう設計されていることが好ましい。あるいは、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１の位置矯正用コイル７ｂ、および誘導電流対策用コイル１３ａは、下式を満たすことがこのましい。
４Ｌ２／Ｒ２  ＜  （Ｌ２＋Ｌ３）／（Ｒ２＋Ｒ３）  ＜  １０Ｌ２／Ｒ２
ここで、Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ位置矯正用コイル７ｂおよび誘導電流対策用コイル１３ａのインダクタンスであり、Ｒ２，Ｒ３は、それぞれ位置矯正用コイル７ｂおよび誘導電流対策用コイル１３ａの抵抗である。
【００６１】
また、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１は、振動抑制用コイル７ａ、位置矯正用コイル７ｂ、およびコア６を、金属帯２の表面および裏面に、表面用の振動抑制用コイル７ａ、位置矯正用コイル７ｂ、およびコア６、ならびに、裏面用の振動抑制用コイル７ａ、位置矯正用コイル７ｂ、およびコア６としてそれぞれに設けているので、金属帯２の表面側および裏面側への振動および変位を抑制することができる。
【００６２】
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、非接触変位センサ４からの信号を入力して、金属帯２の振動を抑制するための振動抑制信号と金属帯２の位置を矯正するための位置矯正信号とを出力する操作量演算装置８と、操作量演算装置８から出力される振動抑制信号を表面用の振動抑制用コイル７ａと裏面用の振動抑制用コイル７ａとへ分配する表裏分配装置９ａと、操作量演算装置８から出力される位置矯正信号を表面用の位置矯正用コイル７ｂと裏面用の位置矯正用コイル７ｂとへ分配する表裏分配装置９ｂと、表裏分配装置９ａにより分配された表面用の振動抑制信号に従い、表面用の振動抑制用コイル７ａに給電するアンプ１０ａと、表裏分配装置９ｂにより分配された表面用の位置矯正信号に従い、表面用の位置矯正用コイル７ｂに給電するアンプ１０ｂと、表裏分配装置９ａにより分配された裏面用の振動抑制信号に従い、裏面用の振動抑制用コイル７ａに給電するアンプ１０ｃと、表裏分配装置９ｂにより分配された裏面用の位置矯正信号に従い、裏面用の位置矯正用コイル７ｂに給電するアンプ１０ｄとを備え、誘導電流対策用コイル１３ａが、アンプ１０ｂと表面用の位置矯正用コイル７ｂとの間、および、アンプ１０ｄと裏面用の位置矯正用コイル７ｂとの間の電気回路のそれぞれに設けられているので、金属帯２の表面側および裏面側への振動および変位のそれぞれを抑制することができる。
【００６３】
また、本発明の実施形態に係る金属帯の安定装置１は、誘導電流対策用コイル１３ａの磁気回路１３ｂが閉回路として構成されるので、磁束の漏れなどによる環境変化の影響を受けにくい。
【００６４】
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払拭するガスワイパ１６によって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。
【００６５】
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するので、溶融金属の付着量のムラを抑えることができる。
【００６６】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明の実施においては、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】
【００６７】
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】
【００６８】
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  コア
７ａ  振動抑制用コイル
７ｂ  位置矯正用コイル
８  操作量演算装置
９ａ，９ｂ  表裏分配装置
１０ａ〜ｄ  アンプ
１１ａ，１１ｂ  インダクタ
１２  入力手段
１３ａ  誘導電流対策用コイル
１３ｂ  磁気回路
１４  焼鈍炉
１５  溶融金属浴
１６  ガスワイパ
１７  合金化炉
１８  冷却帯
１９  化成処理部
２０  引き込みローラー
２１  引き上げローラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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