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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-24
(45)【発行日】2023-04-03
(54)【発明の名称】金属ロール端面揃え装置
(51)【国際特許分類】
B21C 47/02 20060101AFI20230327BHJP
【ＦＩ】
B21C47/02 E
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2023001327
(22)【出願日】2023-01-06
【審査請求日】2023-01-18
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】307016180
【氏名又は名称】地方独立行政法人鳥取県産業技術センター
(73)【特許権者】
【識別番号】594001041
【氏名又は名称】株式会社片木アルミニューム製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100116861
【弁理士】
【氏名又は名称】田邊 義博
(72)【発明者】
【氏名】新見 浩司
(72)【発明者】
【氏名】和田 健二
(72)【発明者】
【氏名】片木 威
(72)【発明者】
【氏名】岡田 隆司
(72)【発明者】
【氏名】遠藤 貴浩
(72)【発明者】
【氏名】竹森 大輔
(72)【発明者】
【氏名】永原 巧也
【審査官】岡田 隆介
(56)【参考文献】
【文献】特開平９－２１６０１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１７７１５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平８－１５５５４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平９－２２５５２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２０５１７３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２１Ｃ ４７／０２
Ｂ２１Ｃ ４７／３４
Ｂ２１Ｂ ３９／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
連続的に供給される一定幅の金属薄板の帯を巻きつけ金属ロールを形成する軸棒と、軸棒を回転させ金属薄板の帯を巻き取る回転手段と、
帯の左右にそれぞれ配したローラであって、独立して、帯の左側または右側を押し下げて厚み方向に圧力をかけるローラと、
軸棒に巻き付くより上流の位置にて、送られてくる帯の縁の位置を検知する第一検知手段と、
第一検知手段より上流の位置にて、送られてくる帯の縁の位置ずれの量を検知する第二検知手段と、
第一および第二検知手段によりそれぞれ検知された位置に基づき、巻き取られた金属ロールの帯巾方向の位置ずれであって、金属ロールの端面揃えの基準位置であるとする基準端面位置からのずれ量を算出するずれ量算出手段と、
ずれ量算出手段により算出されたずれ量に基づき、はみ出している側のローラを帯に押し当て、ローラを押し当てる圧力またはローラを押し当てる時間を制御して基準端面位置からのずれ量をなくすローラ制御手段と、
を具備したことを特徴とする金属ロール端面揃え装置。
【請求項2】
第一検知手段は、所定の基準点である第一基準点からの帯巾方向の帯の縁の位置を検知し、第二検知手段は、所定の基準点である第二基準点からの帯巾方向の帯の縁の位置を検知することを特徴とする請求項１に記載の金属ロール端面揃え装置。
【請求項3】
金属薄板がアルミ薄板であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属ロール端面揃え装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、帯状の金属薄板を巻き取り、その端面をきれいに揃える金属ロール端面揃え装置に関する。
【背景技術】
【0002】
トランスは一般的に、絶縁シートと導電シートとが交互に巻かれた構成を有する。発電所や変電所には大型のトランスが備わるが、これも原理は同じであり、導電シートには、たとえば、厚みが１ｍｍ～２ｍｍ程度、幅が５００ｍｍ～８００ｍｍ、長さは５００ｍ～１５００ｍの帯状の金属薄板が用いられる。
【0003】
トランスを製造する際には、金属薄板と絶縁シートとを揃えて捲回していくが、このとき、金属薄板の送り出し側に精度が求められ、端面の揃った金属薄板のロールが必要とされる。
【0004】
従来では、本出願人により、端面位置を検知し、はみ出した側にローラを押し当ててずれをなくす技術が簡便且つ高性能であるとして知られていた。
【0005】
しかしながら、近年、要求性能が高まりつつある。
まず、生産性の観点から巻取速度は、８００ｍｍ／ｓｅｃ以上を要求され、５００ｍｍ以上もある巾を１ｍｍ以内のずれで常時収める必要があり、ローラの押し込み自体がずれの原因となってしまう場合があるという問題点があった。また、金属薄板の帯がロール端面に対してわずかに傾いたとしても制御上問題が生じる可能性があった。
まず、生産性の観点から巻取速度は、８００ｍｍ／ｓｅｃ以上を要求され、５００ｍｍ以上もある巾を１ｍｍ以内のずれで常時収める必要があり、ローラの押し込み自体がずれの原因となってしまう場合があるという問題点があった。また、金属薄板の帯がロール端面に対してわずかに傾いたとしても制御上問題が生じる可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１７－１７７１５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、端面の揃った金属ロールを形成可能な装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項１に記載の金属ロール端面揃え装置は、連続的に供給される一定幅の金属薄板の帯を巻きつけ金属ロールを形成する軸棒と、軸棒を回転させ金属薄板の帯を巻き取る回転手段と、帯の左右にそれぞれ配したローラであって、独立して、帯の左側または右側を押し下げて厚み方向に圧力をかけるローラと、軸棒に巻き付くより上流の位置にて、送られてくる帯の縁の位置を検知する第一検知手段と、第一検知手段より上流の位置にて、送られてくる帯の縁の位置ずれの量を検知する第二検知手段と、第一および第二検知手段によりそれぞれ検知された位置に基づき、巻き取られた金属ロールの帯巾方向の位置ずれであって、金属ロールの端面揃えの基準位置であるとする基準端面位置からのずれ量を算出するずれ量算出手段と、ずれ量算出手段により算出されたずれ量に基づき、はみ出している側のローラを帯に押し当て、ローラを押し当てる圧力またはローラを押し当てる時間を制御して基準端面位置からのずれ量をなくすローラ制御手段と、を具備したことを特徴とする。
【0009】
すなわち、請求項１にかかる発明は、二箇所の位置検出をおこなうことにより、帯巾方向の全体的なシフト量といえるずれ（並進ずれ）と、軸棒に対して傾いて巻き取られて生じるずれ（角度ずれ）とを把握し、より正確なずれ補正が可能となり、より整った金属ロールの端面揃えを実現する。
【0010】
なお、軸棒は、金属薄板の湾曲癖が強くでない方が良いので、大径、たとえば、直径３００ｍｍ程度とするのが好ましい。
二つの検知手段と押し当てローラとの位置関係は、基準端面位置におけるずれ補正が叶うのであれば特に限定されないが、ローラを二つの検知手段より上流に配置する例を挙げることができる。
ローラは、車輪様でも円筒様でも球様でもよく、押圧ないし押し込み（押し下げ）できるものであれば特に限定されない。
帯の左右とは、帯の片側ともう一方の側を意味する。
二つの検知手段と押し当てローラとの位置関係は、基準端面位置におけるずれ補正が叶うのであれば特に限定されないが、ローラを二つの検知手段より上流に配置する例を挙げることができる。
ローラは、車輪様でも円筒様でも球様でもよく、押圧ないし押し込み（押し下げ）できるものであれば特に限定されない。
帯の左右とは、帯の片側ともう一方の側を意味する。
【0011】
請求項２に記載の金属ロール端面揃え装置は、請求項１に記載の金属ロール端面揃え装置において、第一検知手段は、所定の基準点である第一基準点からの帯巾方向の帯の縁の位置を検知し、第二検知手段は、所定の基準点である第二基準点からの帯巾方向の帯の縁の位置を検知することを特徴とする。
【0012】
すなわち、請求項２に係る発明は、簡便な計算に基づくローラ制御を実現する。
基準端面位置と第一基準点と第二基準点とが同一直線状であってその方向が軸方向と垂直であるのが好ましい。
所定の基準点である第一基準点（第二基準点）からの帯巾方向の帯の縁の位置を検知する、とは広義であって、３次元の位置情報でなく、平面視における投影面にて把握される縁であれば足りるものとする。
基準端面位置と第一基準点と第二基準点とが同一直線状であってその方向が軸方向と垂直であるのが好ましい。
所定の基準点である第一基準点（第二基準点）からの帯巾方向の帯の縁の位置を検知する、とは広義であって、３次元の位置情報でなく、平面視における投影面にて把握される縁であれば足りるものとする。
【0013】
請求項３に記載の金属ロール端面揃え装置は、請求項１または２に記載の金属ロール端面揃え装置において、金属薄板がアルミ薄板であることを特徴とする。
【0014】
すなわち、請求項３に係る発明は、延性の高いアルミ薄板について、端面の揃ったロールを作出できる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、端面の揃った金属ロールを形成可能な装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】揃え装置の外観構成図である。
【図2】ロールによる押し当ての様子を示した説明図である。
【図3】第一基準点Ｐ１、第二基準点Ｐ２、基準端面位置Ｐ０、基準面ＰＲの関係を示す平面図である。
【図4】ずれ量Ｙの算出を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、上流から送られてくる、切れ目のない巾５００ｍｍ、厚み１．０ｍｍのアルミ薄板Ａの帯を、端面を揃えてロール状に巻き取る例について説明する。なお、以降では、本発明の金属ロール端面揃え装置を、単に揃え装置と称することとする。
図１は、揃え装置の外観構成図である。図２は、ロールによる押し当ての様子を示した説明図である。なお、説明の便宜上、各構成部は必ずしも縮尺を同じとせず描画している。
図１は、揃え装置の外観構成図である。図２は、ロールによる押し当ての様子を示した説明図である。なお、説明の便宜上、各構成部は必ずしも縮尺を同じとせず描画している。
【0018】
揃え装置１は、軸駆動部１０と、センサ部２０と、押圧部３０と、制御部４０と、を有する。
【0019】
軸駆動部１０は、軸棒１１と、駆動部１２と、軸受１３と、により構成される。
軸棒１１は、直径３００ｍｍの円柱であり、ここに薄板Ａを巻き付ける。なお、ロール状に巻き付けると薄板Ａには癖がつきやすくなるが、曲率が小さいほど（直径が大きいほど）癖が残りにくいので、軸棒１１は大径としている。
駆動部１２は、軸棒１１を一方向に回転し軸棒１１による薄板Ａの巻き取りをおこなう。最終的に外径約７００ｍｍのロールを形成していくが（内径は３００ｍｍ）、薄板Ａが軸棒１１に巻き付くにしたがってロールが太くなるため、アルミ薄板Ａの移送速度（巻き取り速度）が８００ｍｍ／ｓｅｃとなるように駆動部１２はその回転速度を調整するようにしている。なお、駆動に際しては、モータを介したギヤドライブ方式を採用している。
軸受１３は、大重量となるロールを、軸棒１１による片支えとならないように、軸棒１１の他端を受けて、安定的な回転を実現する。
軸棒１１は、直径３００ｍｍの円柱であり、ここに薄板Ａを巻き付ける。なお、ロール状に巻き付けると薄板Ａには癖がつきやすくなるが、曲率が小さいほど（直径が大きいほど）癖が残りにくいので、軸棒１１は大径としている。
駆動部１２は、軸棒１１を一方向に回転し軸棒１１による薄板Ａの巻き取りをおこなう。最終的に外径約７００ｍｍのロールを形成していくが（内径は３００ｍｍ）、薄板Ａが軸棒１１に巻き付くにしたがってロールが太くなるため、アルミ薄板Ａの移送速度（巻き取り速度）が８００ｍｍ／ｓｅｃとなるように駆動部１２はその回転速度を調整するようにしている。なお、駆動に際しては、モータを介したギヤドライブ方式を採用している。
軸受１３は、大重量となるロールを、軸棒１１による片支えとならないように、軸棒１１の他端を受けて、安定的な回転を実現する。
【0020】
センサ部２０は、下流センサ２１と、上流センサ２２と、により構成される。これらのセンサはアルミ薄板Ａに対して同じ側に設置する。位置関係としては、下流センサ２１は、軸棒１１の軸中心から４００ｍｍの位置に設け、上流センサ２２は、下流センサ２１より上流で、軸棒１１の軸中心から７００ｍｍの位置（下流センサ２１より３００ｍｍ上流の位置）に設ける。
また、センサは、アルミ薄板Ａの端面へ向けてレーザ光を照射し、透過したか否かで境界（縁）を検出し、平面視において、基準位置からどれだけの距離、帯巾方向にずれているか（はみ出しているか、引っ込んでいるか）を検知する透過型レーザセンサを採用している。サンプリングは０．０１秒ごととしている。
なお、下流センサ２１のセンシングにおける基準位置を第一基準点Ｐ１、上流センサ２２のセンシングにおける基準位置を第二基準点Ｐ２とする。また、形成されるロールの端面の、目標とする揃え位置を基準端面位置Ｐ０とし、これを平面視において軸棒１１の軸中心上にとる。三点の位置関係次のとおりとする。まず、三点は、所定高さの水平面上にあるものとする（当該水平面は図示せず）。そして、理想のロールの端面がのる平面を基準面ＰＲとする。上記の水平面と、基準面ＰＲとは直交するが、この交線上にＰ０、Ｐ１、Ｐ２があるものとする。図３に、各点と基準面との、平面視における位置関係を示した説明図を示す。なお、基準面ＰＲは、図面に対して垂直の位置関係にあるので、図では線として表れている。
また、センサは、アルミ薄板Ａの端面へ向けてレーザ光を照射し、透過したか否かで境界（縁）を検出し、平面視において、基準位置からどれだけの距離、帯巾方向にずれているか（はみ出しているか、引っ込んでいるか）を検知する透過型レーザセンサを採用している。サンプリングは０．０１秒ごととしている。
なお、下流センサ２１のセンシングにおける基準位置を第一基準点Ｐ１、上流センサ２２のセンシングにおける基準位置を第二基準点Ｐ２とする。また、形成されるロールの端面の、目標とする揃え位置を基準端面位置Ｐ０とし、これを平面視において軸棒１１の軸中心上にとる。三点の位置関係次のとおりとする。まず、三点は、所定高さの水平面上にあるものとする（当該水平面は図示せず）。そして、理想のロールの端面がのる平面を基準面ＰＲとする。上記の水平面と、基準面ＰＲとは直交するが、この交線上にＰ０、Ｐ１、Ｐ２があるものとする。図３に、各点と基準面との、平面視における位置関係を示した説明図を示す。なお、基準面ＰＲは、図面に対して垂直の位置関係にあるので、図では線として表れている。
【0021】
押圧部３０は、ローラ３１と、昇降部３２と、により構成され、上流センサ２２の３００ｍｍ程度上流の薄板Ａの左右に配されている（以降では、軸棒１１を背にして右側をローラ３１Ｒ、左側をローラ３１Ｌと称することとする）。
ローラ３１は、直径４０ｍｍ長さ９０ｍｍの円筒ローラであって、軸ホルダ３３により自由に回転する。
昇降部３２は、この軸ホルダ３３を昇降させローラ３１の薄板Ａへの押し当てまたは引き戻しをおこなう。駆動には、ここではＡＣサーボシリンダを用いている。図２に、非作動時の状態（ａ）と、作動時（降下時）の状態（ｂ）を示した。ローラ３１が押しあたると、移送されてくる薄板Ａは他方のローラ３１側へ少しずつ移動していく。すなわち、薄板Ａは、ローラ３１Ｒが下がるとローラ３１Ｌ側寄りとなり、ローラ３１Ｌが下がるとローラ３１Ｒ側寄りとなる。なお、移動量はローラ３１が押しあたる強さまたは時間に依存する。
ローラ３１は、直径４０ｍｍ長さ９０ｍｍの円筒ローラであって、軸ホルダ３３により自由に回転する。
昇降部３２は、この軸ホルダ３３を昇降させローラ３１の薄板Ａへの押し当てまたは引き戻しをおこなう。駆動には、ここではＡＣサーボシリンダを用いている。図２に、非作動時の状態（ａ）と、作動時（降下時）の状態（ｂ）を示した。ローラ３１が押しあたると、移送されてくる薄板Ａは他方のローラ３１側へ少しずつ移動していく。すなわち、薄板Ａは、ローラ３１Ｒが下がるとローラ３１Ｌ側寄りとなり、ローラ３１Ｌが下がるとローラ３１Ｒ側寄りとなる。なお、移動量はローラ３１が押しあたる強さまたは時間に依存する。
【0022】
制御部４０は、センサ部２０からずれ量を入力し、基準端面位置Ｐ０から帯巾方向へのずれ量Ｙを算出し、ずれ量Ｙが０．５ｍｍプラス、または０．５ｍｍマイナスを超えた場合、はみ出している側のローラ３１を降下させるべく昇降部３２に降下信号を送出する。
【0023】
ずれ量Ｙの算出について説明する。
図４は、ずれ量Ｙの算出を説明する説明図である（図３のずれとは異なる）。下流センサ２１の縁の検出位置をＳ１、上流センサ２２の縁の検出位置をＳ２、Ｐ０－Ｐ１間の距離をＬ、Ｐ１－Ｐ２間の距離をｌ、とすると、ずれ量Ｙは下式（１）により算出される。
Ｙ＝（Ｓ１－Ｐ１）＋（Ｌ／ｌ）・（（Ｓ１－Ｐ１）－（Ｓ２－Ｐ２））・・・（１）
右辺第一項は、並進ずれ（帯巾方向の全体的なシフト量）であり、第二項は、角度ずれ（軸棒に対して傾いて巻き取られることにより生じるずれ）である。
図４は、ずれ量Ｙの算出を説明する説明図である（図３のずれとは異なる）。下流センサ２１の縁の検出位置をＳ１、上流センサ２２の縁の検出位置をＳ２、Ｐ０－Ｐ１間の距離をＬ、Ｐ１－Ｐ２間の距離をｌ、とすると、ずれ量Ｙは下式（１）により算出される。
Ｙ＝（Ｓ１－Ｐ１）＋（Ｌ／ｌ）・（（Ｓ１－Ｐ１）－（Ｓ２－Ｐ２））・・・（１）
右辺第一項は、並進ずれ（帯巾方向の全体的なシフト量）であり、第二項は、角度ずれ（軸棒に対して傾いて巻き取られることにより生じるずれ）である。
【0024】
なお、制御部４０は、設定値以内に収まったら上昇信号を送信する。なお、それまでのはみ出し量の推移から、はみ出し速度やはみ出し加速度を算出し、それに基づいて押し当て時間や押し当て強さ（降下深さ）を調整するようにしても良い。
また、アルミ薄板Ａは薄手であって、そもそもアルミは延性があるので、制御部４０に基づく押圧部３０のローラ３１の押し込みは、トルク制御すなわち、押圧力が所定値以下になるようにするのが好ましい。
また、アルミ薄板Ａは薄手であって、そもそもアルミは延性があるので、制御部４０に基づく押圧部３０のローラ３１の押し込みは、トルク制御すなわち、押圧力が所定値以下になるようにするのが好ましい。
【0025】
揃え装置１の構成は、以上であるので、並進ずれと角度ずれとを把握してより正確な補正を実現し、端面の揃った金属ロールを形成することができる。軸棒１１はただ回転するだけであり、軸棒１１自体の移動が不要であり、装置構成を大がかりとすることなく、効率的かつ経済的な端面揃えが可能となる。
基準端面位置Ｐ０が平面視において軸棒１１の中心軸上にあり、Ｐ１，Ｐ２，Ｓ１，Ｓ２が平面視において位置が把握（縁が検出）されるので、ロールが実太りしていっても、ずれ量Ｙの算出が適正におこなわれ、正確な端面揃えが実現される。
基準端面位置Ｐ０が平面視において軸棒１１の中心軸上にあり、Ｐ１，Ｐ２，Ｓ１，Ｓ２が平面視において位置が把握（縁が検出）されるので、ロールが実太りしていっても、ずれ量Ｙの算出が適正におこなわれ、正確な端面揃えが実現される。
【0026】
なお、揃え装置は上記の態様に限定されない。
たとえば、上流から供給される幅広のアルミ薄板Ａを中途で分割し、それぞれに対して、センサと押圧部と制御部とを有し、軸棒一つで複数の金属ロールを形成することもできる。
たとえば、上流から供給される幅広のアルミ薄板Ａを中途で分割し、それぞれに対して、センサと押圧部と制御部とを有し、軸棒一つで複数の金属ロールを形成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【0027】
以上の説明ではアルミ薄板を対象としたが、これに限らず、他の金属薄板でもよく、更には、ローラの当接によりヨレが生じない、ある程度の厚みがある、または、ある程度の剛性があるシート状素材であれば、同様に端面の揃ったロールを形成することが可能である。
【符号の説明】
【0028】
１ 揃え装置
１０ 軸駆動部
１１ 軸棒
１２ 駆動部
１３ 軸受
２０ センサ部
２１ 下流センサ
２２ 上流センサ
３０ 押圧部
３１ ローラ
３２ 昇降部
３３ 軸ホルダ
４０ 制御部
Ａ アルミ薄板
Ｐ０ 基準端面位置
Ｐ１ 一基準点
Ｐ２ 二基準点
ＰＲ 基準面
Ｓ１ 下流センサによるアルミ薄板の縁の検出位置
Ｓ１ 上流センサによるアルミ薄板の縁の検出位置
Ｙ 基準端面位置からのずれ量
１０ 軸駆動部
１１ 軸棒
１２ 駆動部
１３ 軸受
２０ センサ部
２１ 下流センサ
２２ 上流センサ
３０ 押圧部
３１ ローラ
３２ 昇降部
３３ 軸ホルダ
４０ 制御部
Ａ アルミ薄板
Ｐ０ 基準端面位置
Ｐ１ 一基準点
Ｐ２ 二基準点
ＰＲ 基準面
Ｓ１ 下流センサによるアルミ薄板の縁の検出位置
Ｓ１ 上流センサによるアルミ薄板の縁の検出位置
Ｙ 基準端面位置からのずれ量
【要約】
【課題】端面の揃った金属ロールを形成可能な装置を提供すること。
【解決手段】 連続的に供給される一定幅の金属薄板Ａの帯を巻きつけ金属ロールを形成する軸棒１１と、帯の左右にそれぞれ配したローラであって、独立して、帯の左側または右側を押し下げて厚み方向に圧力をかけるローラ３１と、軸棒１１より上流にて、送られてくる帯の縁の位置を検知する下流センサ２１と、さらに上流の上流センサ２２と、それぞれ検知された位置に基づき、巻き取られた金属ロールの帯巾方向の位置ずれであって、金属ロールの端面揃えの基準位置であるとする基準端面位置Ｐ０からのずれ量を算出し、はみ出している側のローラ３１を帯に押し当て、Ｐ０からのずれ量をなくす制御部４０と、を具備したことを特徴とする揃え装置１。
【選択図】図１
【解決手段】 連続的に供給される一定幅の金属薄板Ａの帯を巻きつけ金属ロールを形成する軸棒１１と、帯の左右にそれぞれ配したローラであって、独立して、帯の左側または右側を押し下げて厚み方向に圧力をかけるローラ３１と、軸棒１１より上流にて、送られてくる帯の縁の位置を検知する下流センサ２１と、さらに上流の上流センサ２２と、それぞれ検知された位置に基づき、巻き取られた金属ロールの帯巾方向の位置ずれであって、金属ロールの端面揃えの基準位置であるとする基準端面位置Ｐ０からのずれ量を算出し、はみ出している側のローラ３１を帯に押し当て、Ｐ０からのずれ量をなくす制御部４０と、を具備したことを特徴とする揃え装置１。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
