金属帯の表面処理皮膜付着量の測定装置及び測定方法
【課題】 金属帯の表面に形成されるＰなどの軽元素を含む表面処理皮膜について、該皮膜中に含まれる軽元素の付着量を、蛍光Ｘ線分析装置を用いてオンライン分析できる付着量測定装置および測定方法を提供する。
【解決手段】 表面に皮膜が形成された走行中の金属帯の皮膜付着量測定装置であって、走行中の金属帯に近接して配置され、該金属帯表面にＸ線を照射し、励起・放射される蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線測定ヘッドと、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向に往復動可能に支持する支持装置と、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドの該金属帯走行方向上流に配置され、該金属帯の形状を検出する形状センサと、前記形状センサで検出した金属帯の形状が閾値を超えたときに前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させる退避装置と、を備える。
【解決手段】 表面に皮膜が形成された走行中の金属帯の皮膜付着量測定装置であって、走行中の金属帯に近接して配置され、該金属帯表面にＸ線を照射し、励起・放射される蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線測定ヘッドと、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向に往復動可能に支持する支持装置と、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドの該金属帯走行方向上流に配置され、該金属帯の形状を検出する形状センサと、前記形状センサで検出した金属帯の形状が閾値を超えたときに前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させる退避装置と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛系めっき鋼板などの金属帯に施される化成処理皮膜、有機無機複合皮膜などの表面処理皮膜付着量をオンラインで蛍光Ｘ線分析法により測定する装置及び方法に関する。より具体的には、表面処理皮膜中のＣａより原子番号の小さな元素（以下、軽元素と記載する）をオンラインで蛍光Ｘ線分析法により測定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛系めっき鋼板のクロメート処理は、亜鉛の白錆を抑制する安価な防錆処理方法として幅広く使用され、近年、さらに耐指紋性、溶接性等の特性を付与した高品質のクロメート処理も行われている。クロメート処理のクロム付着量は、めっき鋼板の耐食性、耐指紋性、溶接性等の特性に影響を与える。従って、製品の品質管理上、クロム付着量は、所要の特性を発現できるように所定の範囲内に管理される必要がある。
【０００３】
従来、クロム付着量は、めっき鋼板から試料片を採取し、オフラインで蛍光Ｘ線分析装置を用いて皮膜中のＣｒの蛍光Ｘ線強度を測定したり試料片の皮膜を化学溶解してＣｒを化学分析したりして求められていた。しかし、この方法は、得られる付着量は鋼板全長のごく一部分を代表する値にすぎず、また、分析に長時間を要するため、操業中に、得られた測定結果をフィードバックすることができず、厳密な付着量制御ができないという問題があった。この問題を改善するため、近年、ライン内に蛍光Ｘ線分析装置を配置し、皮膜中のＣｒ付着量はオンラインで直接求められるようになってきた（例えば、特許文献１等参照）。
【０００４】
クロメート処理液は６価クロムが含まれるため、従来から環境対策として、クロメート処理時の完全クローズドシステムによる排水処理の採用や、水洗工程を必要としない塗布型クロメート処理技術の開発が行われている。また、クロメート皮膜が微量に含有する６価クロムについても、クロム溶出を防止した有機複合被覆鋼板の開発、塗布型クロメート皮膜の難溶化の検討などが行われてきた。
【０００５】
一方、環境対策面から、６価クロムを使用しないクロムフリー化成処理鋼板の開発が行われ、例えば、特許文献２、特許文献３は、下層に、クロメート皮膜に代えて、酸化物を含有するリン酸及び／又はリン酸化合物皮膜を形成し、その上層に樹脂皮膜からなる有機複合被覆を形成させる有機複合被覆鋼板を提案している。
【０００６】
特許文献２、特許文献３で提案する有機複合被覆鋼板の下層皮膜はリン酸及び／又はリン酸塩を含み、軽元素のＰ（リン）を皮膜の主要構成元素としている。この提案に係る有機複合被覆鋼板は、従来のクロメート処理鋼板に充分代替出来る特性を有している。皮膜成分分析を迅速に行うことのできる手法として蛍光Ｘ線分析法がある。しかし、Ｐのような軽元素の特性Ｘ線は大気中で減衰されるため、オンラインで蛍光Ｘ線分析することはこれまで行われていない。そのため、Ｐ付着量の分析はオフラインで行わざるを得ず、処理ラインでの分析用サンプル採取時期の制約及び分析結果が得られるまでに時間遅れがあり、厳密な付着量制御ができないという問題がある。
【特許文献１】特開平５−２６４４８１号公報
【特許文献２】特開２００１−１１６４５号公報
【特許文献３】特開２００１−１１６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、亜鉛系めっき鋼板などの金属帯の表面に形成されるＰなどの軽元素を含む表面処理皮膜について、該皮膜中に含まれる軽元素の付着量を、蛍光Ｘ線分析装置を用いてオンライン分析できる付着量測定装置および測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の手段は次の通りである。
【０００９】
第１発明は、その表面に皮膜が形成された走行中の金属帯の皮膜付着量測定装置であって、走行中の金属帯に近接して配置され、該金属帯表面にＸ線を照射し、励起・放射される蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線測定ヘッドと、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向に往復動可能に支持する支持装置と、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドの該金属帯走行方向上流に配置され、該金属帯の形状を検出する形状センサと、前記形状センサで検出した金属帯の形状が閾値を超えたときに前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させる退避装置と、を備えることを特徴とする付着量測定装置である。
【００１０】
第２発明は、第１発明において、前記形状センサは金属帯との接触を検知する接触検知センサであることを特徴する付着量測定装置である。
【００１１】
第３発明は、第１または第２発明において、前記接触検知センサの金属帯との接触検知部は、金属帯と所定間隔を設けて金属帯幅方向に張力を張って配置された線材で構成されていることを特徴する付着量測定装置である。
【００１２】
第４発明は、第１〜第３発明において、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドは金属帯との間隔が１０ｍｍ以下になるように配置することを特徴する付着量測定装置である。
【００１３】
第５発明は、第１〜第４発明において、前記形状の閾値は、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドと金属帯の間隔と同じ値であることを特徴とする付着量測定装置である。
【００１４】
第６発明は、その表面に皮膜が形成された走行中の金属帯の皮膜付着量測定方法であって、走行中の金属帯に近接して、該金属帯表面にＸ線を照射し、励起・放射される蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線測定ヘッドを配置して金属帯表面に形成された表面処理皮膜の元素の蛍光Ｘ線を測定するとともに、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドの該金属帯走行方向上流に配置した形状センサで該金属帯の形状を検出し、検出した該金属帯の形状が閾値を超えたときは、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させることを特徴とする付着量測定方法である。
【００１５】
第７発明は、第６発明において、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドは金属帯との間隔が１０ｍｍ以下の間隔を設けて配置され、前記形状センサが走行中の金属帯に対して前記所定間隔以上の歪量を検出すると、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させることを特徴とする付着量測定方法である。
【００１６】
第８発明は、第６または第７発明において、前記測定元素は、Ｃａより原子番号の小さな元素（Ｃａを含む）であることを特徴とする付着量測定方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、Ｐ等の軽元素を含む表面処理皮膜の付着量をオンライン分析することが可能になり、得られた測定結果をフィードバックすることで、適切な付着量制御を迅速に行うことができるようになる。また金属帯全長のごく一部分でなく、長手方向の皮膜付着量ばらつき等を容易に把握することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
蛍光Ｘ線分析装置を用いたオンライン分析は、亜鉛系めっき鋼板上に形成されたクロメート処理皮膜中のＣｒ分析等において既に実用化されている。蛍光Ｘ線分析装置を用いた分析では、Ｘ線発生装置からＸ線をめっき鋼板表面に照射し、めっき表面から発生する蛍光Ｘ線を、分光結晶体を介してＸ線検出器で検出する。その際、空気によるＸ線の吸収を防ぐため、雰囲気を真空状態とする。オンライン分析では、鋼板と蛍光Ｘ線測定ヘッドの間隔は３０ｍｍ程度とされる。このようなオンライン分析では、軽元素では発生した蛍光Ｘ線が大気中で減衰されるため、これまでＰのような軽元素のオンライン分析は困難とされていた。
【００１９】
本発明者らは、前述の特許文献２、特許文献３に記載される有機複合被覆鋼板のＰ（リン）を皮膜の主要構成元素とする皮膜について、蛍光Ｘ線分析装置を用いて、Ｐ付着量のオンライン分析の可否、分析精度等を調査した。その結果、蛍光Ｘ線分析装置として、蛍光Ｘ線測定ヘッド内に、めっき鋼板にＸ線を入射するＸ線発生装置および前記めっき鋼板側から出てくるＬ系列およびＫ系列の蛍光Ｘ線強度を測定する半導体検出器を有する光学系とを設けて、前記蛍光Ｘ線測定ヘッド内を含む光学系のＸ線入・出射光路の一部または全部をＸ線吸収の小さいガスで満たすとともに、さらに蛍光Ｘ線測定ヘッドはめっき鋼板との間隔が１０ｍｍ以下の所定間隔を設けて近接配置することで、実操業において操業管理に使用するに十分な分析精度でＰ付着量のオンライン分析が可能になることを見出した。本発明はこの知見に基きなされたものである。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について詳しく説明する。なお、以下の本発明の実施の形態は、金属帯は亜鉛系めっき鋼板を念頭において説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態に係る付着量測定装置を備える鋼板の連続電気めっきラインの要部を示す概略側面図である。本実施の形態では、形状センサは接触式センサが設置され、形状測定ヘッドは鋼板幅方向端部外方に退避させる。
【００２２】
図１において、１は鋼板、２は巻き戻し装置、３は入側ルーパ、４は電気めっきセクション、５は塗装セクション、６は形状検出部（形状センサ）、７は付着量測定部、８は出側ルーパ、９は巻き取り装置である。
【００２３】
電気めっきセクション４は、アルカリ脱脂後酸洗処理を行う前処理部と電気亜鉛めっきを行うめっき部と後処理を行う後処理部を備える。塗装セクション５は、第１塗装部５ａと第２塗装部５ｂを備える。第１塗装部５ａは、鋼板１の表裏面の各々に塗布液を塗布する３ロールタイプのロールコータ２１ａ、２２ａ及び塗布した塗布液を加熱乾燥し、しかる後冷却するオーブン２３ａを備える。第２塗装部５ｂは、鋼板１の表裏面の各々に塗布液を塗布する２ロールタイプのロールコータ２１ｂ、２２ｂ及び塗布した塗布液を加熱乾燥し、しかる後冷却するオーブン２３ｂを備える。
【００２４】
付着量測定部７は、鋼板通板方向に対して、第２塗装部５ｂの下流に配置され、形状検出部６は、第１塗装部５ａと第２塗装部５ｂの間に配置されている。
【００２５】
図２、図３は、付着量測定部７の要部を示す図で、図２は概略側面図、図３は図２のＡ−Ａ矢視図である。
【００２６】
図２に示すように、デフレクターロール３１、３２間の鋼板１を挟む反対側に、サポートロール３３ａ、３３ｂが、鋼板１をパスラインより前方に押し込むように配置されている。サポートロール３３ａ、３３ｂの押し込み量は、当該ロールで鋼板のＣ反りを防止できる適宜の押し込み量とされる。蛍光Ｘ線測定ヘッド（以下、測定ヘッド）３４ａ、３４ｂは、各々サポートロール３３ａ、３３ｂに対して鋼板１を挟んだ反対側に該鋼板１に近接して所定間隔を開けて配置されている。めっき表面に形成された表面処理皮膜中の軽元素から放射される蛍光Ｘ線検出精度を確保する観点から、測定ヘッド３４ａ、３４ｂは鋼板との間隔が１０ｍｍ以下の所定間隔を設けて近接配置される。前記所定間隔は７ｍｍ以下とすることがより好ましい。
【００２７】
測定ヘッド３４ａは、その下部に駆動装置３５ａを有する台車３６ａが設置され、駆動装置３５ａを駆動させることで、鋼板幅方向に設置されたレール３７ａ上を移動自在である。同様に測定ヘッド３４ｂは、その下部に駆動装置３５ｂを有する台車３６ｂが設置され、駆動装置３５ｂを駆動させることで、鋼板幅方向に設置されたレール３７ｂ上を移動自在である。３８ａ、３８ｂはガス供給管及び制御配線用のコンベアであり、その内部にＸ線発生器への信号、Ｘ線検出器からの信号を送信・受信するための配線、駆動機構３５ａ、３５ｂを駆動させるための配線等が配置されている。図３中、二点差線で示される３４ａ′、３４ａ″及び３４ｂ′、３４ｂ″は各々測定ヘッド３４ａ、３４ｂの前進限の位置、後退限の位置を示している。
【００２８】
図４は、前記付着量検出部７の要部を説明する概略図である。蛍光Ｘ線測定ヘッド１１はめっき鋼板１と所要間隔を設けて配置され、該測定ヘッド１１には、ガス供給装置１７から当該ヘッド１１内にヘリウムガスを供給する配管が接続されている。ヘリウムガスは、Ｌ系列蛍光Ｘ線に対して吸収が小さく、光路中のＸ線の減衰が小さい。なお、光路中のＸ線の減衰が小さいものであれば、他のガスであってもよく、例えば窒素ガスであってもよい。
【００２９】
この蛍光Ｘ線測定ヘッド１１は、箱状に形成され、Ｘ線の入射光路およびめっき鋼板１側からの蛍光Ｘ線出射光路となる部分に開口部が形成されている。
【００３０】
前記蛍光Ｘ線測定ヘッド１１内には光学系１２が配置されている。該光学系１２は、Ｘ線発生器１３および半導体検出器１４を有し、さらにＸ線発生器１３から発生するＸ線の入射光路およびこのＸ線の入射によってめっき鋼板側から出てくるＸ線の出射光路の一部または全部をヘリウムガスで満たすようなガス通路１５および１６が設けられ、めっき皮膜２からのＬ系列蛍光Ｘ線およびＫ系列蛍光Ｘ線を半導体検出器１４で測定する。
【００３１】
半導体検出器１４により測定されたＬ系列蛍光Ｘ線強度およびＫ系列蛍光Ｘ線強度はそれぞれ付着量処理演算部５３に送出される。
【００３２】
この付着量処理演算部５３は、Ｌ系列蛍光Ｘ線強度およびＫ系列蛍光Ｘ線強度を取り込み、検量線法に基づいて皮膜付着量を求める。ここで、検量線法とは、予め測定条件とされる所定の入射角でＸ線を入射し、このＸ線入射によって得られる同じく測定条件とされる所定の測定角で測定される分析目的元素のＬ系列の蛍光Ｘ線強度の検量線を、既知のめっき鋼板における皮膜付着量をパラメータとして求めて記憶しておく。Ｋ系列の蛍光Ｘ線強度の検量線についても、同様に測定条件の下に皮膜付着量をパラメータとして求めて記憶しておく。
【００３３】
この状態において半導体検出器１４からのＬ系列蛍光Ｘ線強度およびＫ系列蛍光Ｘ線強度を取り込み、取り込んだＸ線強度と前記検量線に基き、被測定対象の皮膜中の軽元素の付着量を求める。
【００３４】
図５は、図４の分析装置を用いて、めっき表面にリン酸含有皮膜を有する亜鉛めっき鋼板について、該分析装置がオンラインで使用されるのと同じ条件で、実施例１で皮膜形成するリン酸含有皮膜のＰ付着量とＰの蛍光Ｘ線強度（Ｌ系列）の関係を調査した結果を示す。蛍光Ｘ線測定ヘッドとめっき鋼板の間隔は５ｍｍである。Ｐ付着量とＰ強度との間によい相関関係が認められる。Ｐ付着量をｘ（ｍｎ／ｍ2）、半導体検出装置で検出するＰの蛍光Ｘ線強度をｙ（ｋｃｐｓ）とすると、両者の関係式は、ｙ＝０．００９ｘ＋０．２７８５で表される。この関係を用いて、オンラインでＰ強度を測定してＰ付着量を求めることができる。
【００３５】
図６は、図４の分析装置を用いて、前記と同様にして、めっき表面にＳｉ含有皮膜を形成した亜鉛めっき鋼板について、Ｓｉ付着量とＳｉの蛍光Ｘ線強度（Ｌ系列）の関係を調査した結果を示す。Ｓｉ付着量とＳｉ強度の間にもよい相関関係が認められる。Ｓｉ付着量ｘ（ｍｇ／ｍ2）、半導体検出装置で検出するＳｉの蛍光Ｘ線強度をｙ（ｋｃｐｓ）とすると、両者の関係式は、ｙ＝０．２６０７ｘ＋０．０２１２で表される。この関係を用いて、オンラインでＳｉ強度を測定してＳｉ付着量を求めることができる。
【００３６】
皮膜が複層構造皮膜で、その１の層の付着量分析を行うときは、複層構造皮膜の鋼板において、その１の層について分析対象元素について前記のような関係を求めればよい。
【００３７】
本発明では、測定ヘッド１１を鋼板１との間隔が１０ｍｍ以下、より好ましくは７ｍｍ以下となる所定間隔を設けて近接配置する。走行中の鋼板形状は常時安定して平坦とは云えず、局部的に、中伸び、耳波等の鋼板形状の値が前記所定間隔以上となる場合がある。このような形状の劣る鋼板が付着量検出部７を通過すると、測定ヘッド１１と接触して損傷させる恐れがある。従って、鋼板形状が劣る部分があるときは、該部分が付着量検出部を通過する前に測定ヘッド１１を鋼板通板部分の外に確実に退避させて装置の損傷を防止することが不可欠である。本発明では、係る観点から、付着量検出部７の上流に鋼板形状を検出する形状センサと、測定ヘッド１１を鋼板通板部分の外側に退避させる退避手段を備える。形状センサは鋼板形状が予め定めた閾値以上であることを検知すると、退避手段で測定ヘッド１１を鋼板通板部分の外側に退避させる。このような装置を備えることで、初めて軽元素のオンライン分析を安定して行うことができる。
【００３８】
鋼板形状を検出する形状センサは、センサと鋼板とを非接触で鋼板形状を検知する非接触式形状センサ、センサと鋼板を接触させて鋼板形状を検知する接触式形状センサを採用することができる。形状センサは鋼板幅方向の形状の最大値（最大歪）を検出できるものが好ましい。
【００３９】
本実施の形態では、図１には、鋼板幅方向の歪の最大値を検知できる非接触式形状センサが設置されている。図７は、形状検出部（接触式形状センサ）６の要部を示す概略図である。形状センサは、めっき鋼板１がデフレクターロール４１に巻きかけられている位置で、該デフレクターロール４１の軸方向に延在し、鋼板面と平行で、該鋼板面と所定間隔をあけて、めっき鋼板の一方の端部外側から他方の端部外側に張られて配置されたワイヤ４３と、該ワイヤ４３に通電する電源装置４４と、該ワイヤ４３に流れる電流を計測する電流計４５とを備える。ワイヤ４３とめっき鋼板１の間隔は、測定ヘッド３４ａ、３４ｂとめっき鋼板１の間隔と同じ間隔にされている。ワイヤ４３とめっき鋼板１が接触すると、電流計４５で検出する電流値が変化する。電流の変化量がある閾値以上になると鋼板形状不良と判断する。
【００４０】
図８は、本発明の実施の形態に係る付着量測定装置の制御系統を説明するフロー図である。図８中、５１は形状演算部、５２は駆動装置制御部、５３は付着量処理演算部、５４は集中制御盤、５５は警報装置である。
【００４１】
付着量処理演算部５３には、第１塗装部で塗布形成する表面処理皮膜について、予め調査して求めた測定対象の軽元素の蛍光Ｘ線強度と皮膜付着量との関係、例えば、測定対象の軽元素がＰである場合、図５に示すごときＰの強度と付着量の関係が入力されて記憶されている。また、必要に応じて付着量の上限又は下限の閾値が設定されている。測定ヘッド３４ａ、３４ｂでは、Ｘ線発生器１３からＸ線をめっき鋼板に照射し、発生した蛍光Ｘ線強度を半導体検出器１４で検出する。検出したＸ線強度を付着量処理演算部５３に送る。
【００４２】
測定ヘッド３４ａ、３４ｂは鋼板幅方向に走行自在である。通常、測定ヘッド３４ａ、３４ｂを鋼板幅方向の全幅に渡り一定速度で横行を繰り返し、鋼板幅方向の付着量を測定する方法、測定ヘッド３４ａ、３４ｂを横行させて鋼板幅方向の３箇所（中央部及び各々の端部近傍部分）で所定時間停止して当該３箇所の付着量を測定する方法、測定ヘッド３４ａ、３４ｂを鋼板幅方向中央に配置して当該位置の付着量を測定する方法のいずれかの測定を行う。
【００４３】
付着量処理演算部５３は、測定ヘッド３４ａ、３４ｂから送られてきたＸ線強度信号を処理し、記憶されているＸ線強度と付着量との関係に基き、皮膜付着量を演算して求める。求めた付着量は、集中制御盤５４に出力して表示する。また、求めた付着量が上限閾値又は下限閾値を外れた場合は警報装置５５に信号を送り、付着量が閾値範囲を外れたことを音声及び／又は表示灯で操作員に知らしめる。
【００４４】
形状センサ６の電流計４５で計測した電流値は形状演算部５１に送られる。形状演算部５１は、電流値が予め定めた閾値以上であるか否かを判定し、電流値が閾値を下回るとワイヤ４３と鋼板１が接触したと判定し、判定結果を駆動装置制御部５２に出力する。駆動装置制御部５２は駆動装置３５ａ、３５ｂを駆動させて測定ヘッド３４ａ、３４ｂを鋼板端部外方の後退限３４ａ″、３４ｂ″まで移動させる。測定ヘッド３４ａ、３４ｂを退避させる鋼板形状の閾値は、鋼板と測定ヘッドの間隔と同じ値に設定する。また、警報装置５５に信号を送り、測定ヘッド３４ａ、３４ｂの退避限への退避を音声及び／又は表示灯で操作員に知らしめる。形状センサと鋼板が接触していないことを確認したら捜査員が付着量測定を再開する。
【００４５】
なお、形状センサ６と付着量測定部７の鋼板通板方向の間隔は、駆動装置３５ａ、３５ｂが測定ヘッド３４ａ、３４ｂを各々の退避限３４ａ″、３４ｂ″まで移動させるのに要する応答時間と、鋼板走行速度とを考慮して、形状センサ６で検知した形状不良部位が付着量測定部７に到達する前に、測定ヘッド３４ａ、３４ｂが退避限３４ａ″、３４ｂ″に移動可能な適宜間隔に設定される。鋼板走行速度はめっきセクションの処理能力、塗装セクションの処理能力に対応して変化するので、形状不良部位の走行位置のトラッキングを行い、そのトラッキング情報に基づき測定ヘッド３４ａ、３４ｂを退避させるタイミングを決定することが有利である。上記条件が満たされ、また、形状検出部６通過後に鋼板形状不良を発生させることがなれば、形状検出部６の配置場所は特に限定されない。前述の実施の形態では、形状センサ６は第２塗装部の上流に設けたが、第２塗装部の下流に設けてもよい。
【００４６】
以上説明した発明の実施の形態では、形状センサは接触式センサであったが、形状センサは非接触式センサであってもよい。非接触式形状センサとしては、鋼板がデフレクターロールに巻きかけられている位置で、鋼板の一方の端部外側に、鋼板に近接させて鋼板面に平行に鋼板の他方の端部側に向かってレーザ光を照射する投光器と、鋼板の他方の端部外側にレーザ光を受光するＣＣＤカメラを用いた受光器とを配置し、受光器で受光する受光量に基き、鋼板形状（基準パスラインからの鋼板の変位量）を計測することができる。
【００４７】
また、測定ヘッドは鋼板幅方向端部の外側に退避させたが、測定ヘッドを、鋼板面と直角方向、または鋼板面に対して鋼板走行方向の斜め上方、または斜め下方に、板面から離れる方向に移動させる退避方式であってもよい。
【００４８】
図９は、測定ヘッド１１を、鋼板面に対して直角方向に退避させる装置の構成例である。台車３６上に、測定ヘッド１１を鋼板面と直角方向にスライド可能に保持する摺動部材６１と、測定ヘッド１１を鋼板面と直角方向に前進または後退させるモータとギア機構を内蔵する駆動装置６２が配置されている。測定ヘッド１１の前進位置は、皮膜分析を行うための所定位置である。測定ヘッド１１の後退位置は、鋼板の形状不良の際に測定ヘッド１１と鋼板との接触を回避できる適宜の位置である。皮膜付着量分析の際は、測定ヘッド１１は前進位置に配置され、形状センサ６が鋼板の形状不良を検知すると、駆動装置制御部からの指令に基き、駆動装置６２を駆動して、測定ヘッド１１に連結されている軸６３を後退させ、測定ヘッド１１を後退位置に移動する。本装置では、測定ヘッド１１を退避させる時間、または退避させ測定ヘッド１１を測定位置に復帰させるための時間を短縮でき、したがって、皮膜付着量分析を行えない鋼板長を短くできる利点がある。必要に応じて、測定ヘッドを該めっき鋼板幅方向端部外方に対比させる方式と板面から離れる方向に退避させる方式を併用してよい。
【００４９】
本発明によれば、Ｐ、Ｓｉなどの軽元素を含む皮膜の付着量を、蛍光Ｘ線分析装置を用いてオンライン分析が可能になる。鋼板を走行させながら付着量測定を迅速に行うことができ、測定結果を塗装工程にフィードバックすることで、従来に比べて厳密かつ迅速な付着量制御が可能になる。
【００５０】
塗装速度を高めると付着量ばらつきが大きくなる傾向がある。そのため、これまで、付着量範囲外れの発生を防止する観点から塗装速度は低めに設定して操業していたが、本発明によれば、厳密な付着量制御が可能になるので、塗装速度を高めることが可能になり、生産性の向上にも寄与する。
【実施例１】
【００５１】
本発明の実施例について説明する。図１の電気亜鉛めっきラインで、厚さ０．４〜２．３ｍｍ×幅９１０〜１８８０ｍｍの範囲内にある鋼板に電気亜鉛めっきを施し、次いで第１塗装部で、第一リン酸：０．０１ｍｏｌ／ｌ、コロイダルシリカ：０．０１ｍｏｌ／ｌ、及びＭｇ：０．０１ｍｏｌ／ｌを含有する、ｐＨ３の処理液を塗布し、しかる後に焼き付け処理を行い、Ｐ付着量の目標範囲が４５〜６５ｍｇ／ｍ2であるリン酸含有皮膜を有する表面処理鋼板を製造し、オフラインの蛍光Ｘ線分析装置で形成された皮膜のＰ付着量を測定した。
【００５２】
本発明法では、オンライン分析装置の測定ヘッド１１、形状センサ６のワイヤ４３は、各々最大装入厚さの鋼板（板厚２．３ｍｍ）に対する間隔が５ｍｍとなる位置に配置し、ライン内に配置された分析装置で検出されるＰ付着量に基き、該Ｐ付着量が４５〜６５ｍｇ／ｍ2の範囲内となるように各ロールの回転数、塗液濃度等の塗布条件を調整した。Ｐの蛍光Ｘ線強度とＰ付着量の関係は、図１に示した関係を用いた。
【００５３】
オフラインの蛍光Ｘ線分析装置でのＰ付着量の測定結果に基きＰ付着量を調整した従来法ではＰ付着量の目標範囲外れの発生割合は０．５％であったが、本発明法ではＰ付着量の目標範囲外れは発生しなかった。また、本発明法では、鋼板の形状不良部分があっても、形状センサ６が鋼板の形状不良を検知し、測定ヘッド１１を鋼板端部の外側に退避させたので測定ヘッド１１損傷のトラブルは発生しなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、Ｐ、Ｓｉなどの軽元素を含む皮膜の付着量を、蛍光Ｘ線分析装置を用いてオンライン分析するための装置、オンライン分析する方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態に係る付着量測定装置を備える鋼板の連続電気めっきラインの要部を示す概略側面図である。
【図２】付着量測定部の要部を概略側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る付着量測定装置の付着量検出部７の要部を説明する概略図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の蛍光Ｘ線測定ヘッドとめっき鋼板の間隔を５ｍｍとしたときのＰ付着量と蛍光Ｘ線強度の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の蛍光Ｘ線測定ヘッドとめっき鋼板の間隔を５ｍｍとしたときのＳｉ付着量と蛍光Ｘ線強度の関係を示す図である。
【図７】形状検出部の要部を示す概略図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る付着量測定装置の制御方法を説明するフロー図である。
【図９】測定ヘッドを、鋼板面の直角方向に退避させる装置の要部構成例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 鋼板（めっき鋼板）
２ 巻き戻し装置
３ 入側ルーパ
４ 電気めっき部
５ 塗装部
６ 形状検出部（形状センサ）
７ 付着量測定部
８ 出側ルーパ
９ 巻き取り装置
１１ 蛍光Ｘ線測定ヘッド（測定ヘッド）
１２ 光学系
１３ Ｘ線発生器
１４ 半導体検出器
１５、１６ ガス通路
１７ ガス供給装置
３１、３２ デフレクターロール
３３ａ、３３ｂ サポートロール
３４ａ、３４ｂ 蛍光Ｘ線測定ヘッド
３５ａ、３５ｂ 駆動装置
３６ａ、３６ｂ 台車
３７ａ、３７ｂ レール
３８ａ、３８ｂ コンベア
４１ デフレクターロール
４２ 支持装置
４３ ワイヤ
４４ 電源装置
４５ 電流計
４６ 線材の固定装置
５１ 形状演算
５２ 駆動装置制御部
５３ 付着量処理演算部（信号処理・解析装置）
５４ 集中制御盤
５５ 警報装置
６１ 摺動部材
６２ 駆動装置
６３ 軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛系めっき鋼板などの金属帯に施される化成処理皮膜、有機無機複合皮膜などの表面処理皮膜付着量をオンラインで蛍光Ｘ線分析法により測定する装置及び方法に関する。より具体的には、表面処理皮膜中のＣａより原子番号の小さな元素（以下、軽元素と記載する）をオンラインで蛍光Ｘ線分析法により測定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛系めっき鋼板のクロメート処理は、亜鉛の白錆を抑制する安価な防錆処理方法として幅広く使用され、近年、さらに耐指紋性、溶接性等の特性を付与した高品質のクロメート処理も行われている。クロメート処理のクロム付着量は、めっき鋼板の耐食性、耐指紋性、溶接性等の特性に影響を与える。従って、製品の品質管理上、クロム付着量は、所要の特性を発現できるように所定の範囲内に管理される必要がある。
【０００３】
従来、クロム付着量は、めっき鋼板から試料片を採取し、オフラインで蛍光Ｘ線分析装置を用いて皮膜中のＣｒの蛍光Ｘ線強度を測定したり試料片の皮膜を化学溶解してＣｒを化学分析したりして求められていた。しかし、この方法は、得られる付着量は鋼板全長のごく一部分を代表する値にすぎず、また、分析に長時間を要するため、操業中に、得られた測定結果をフィードバックすることができず、厳密な付着量制御ができないという問題があった。この問題を改善するため、近年、ライン内に蛍光Ｘ線分析装置を配置し、皮膜中のＣｒ付着量はオンラインで直接求められるようになってきた（例えば、特許文献１等参照）。
【０００４】
クロメート処理液は６価クロムが含まれるため、従来から環境対策として、クロメート処理時の完全クローズドシステムによる排水処理の採用や、水洗工程を必要としない塗布型クロメート処理技術の開発が行われている。また、クロメート皮膜が微量に含有する６価クロムについても、クロム溶出を防止した有機複合被覆鋼板の開発、塗布型クロメート皮膜の難溶化の検討などが行われてきた。
【０００５】
一方、環境対策面から、６価クロムを使用しないクロムフリー化成処理鋼板の開発が行われ、例えば、特許文献２、特許文献３は、下層に、クロメート皮膜に代えて、酸化物を含有するリン酸及び／又はリン酸化合物皮膜を形成し、その上層に樹脂皮膜からなる有機複合被覆を形成させる有機複合被覆鋼板を提案している。
【０００６】
特許文献２、特許文献３で提案する有機複合被覆鋼板の下層皮膜はリン酸及び／又はリン酸塩を含み、軽元素のＰ（リン）を皮膜の主要構成元素としている。この提案に係る有機複合被覆鋼板は、従来のクロメート処理鋼板に充分代替出来る特性を有している。皮膜成分分析を迅速に行うことのできる手法として蛍光Ｘ線分析法がある。しかし、Ｐのような軽元素の特性Ｘ線は大気中で減衰されるため、オンラインで蛍光Ｘ線分析することはこれまで行われていない。そのため、Ｐ付着量の分析はオフラインで行わざるを得ず、処理ラインでの分析用サンプル採取時期の制約及び分析結果が得られるまでに時間遅れがあり、厳密な付着量制御ができないという問題がある。
【特許文献１】特開平５−２６４４８１号公報
【特許文献２】特開２００１−１１６４５号公報
【特許文献３】特開２００１−１１６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、亜鉛系めっき鋼板などの金属帯の表面に形成されるＰなどの軽元素を含む表面処理皮膜について、該皮膜中に含まれる軽元素の付着量を、蛍光Ｘ線分析装置を用いてオンライン分析できる付着量測定装置および測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の手段は次の通りである。
【０００９】
第１発明は、その表面に皮膜が形成された走行中の金属帯の皮膜付着量測定装置であって、走行中の金属帯に近接して配置され、該金属帯表面にＸ線を照射し、励起・放射される蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線測定ヘッドと、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向に往復動可能に支持する支持装置と、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドの該金属帯走行方向上流に配置され、該金属帯の形状を検出する形状センサと、前記形状センサで検出した金属帯の形状が閾値を超えたときに前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させる退避装置と、を備えることを特徴とする付着量測定装置である。
【００１０】
第２発明は、第１発明において、前記形状センサは金属帯との接触を検知する接触検知センサであることを特徴する付着量測定装置である。
【００１１】
第３発明は、第１または第２発明において、前記接触検知センサの金属帯との接触検知部は、金属帯と所定間隔を設けて金属帯幅方向に張力を張って配置された線材で構成されていることを特徴する付着量測定装置である。
【００１２】
第４発明は、第１〜第３発明において、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドは金属帯との間隔が１０ｍｍ以下になるように配置することを特徴する付着量測定装置である。
【００１３】
第５発明は、第１〜第４発明において、前記形状の閾値は、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドと金属帯の間隔と同じ値であることを特徴とする付着量測定装置である。
【００１４】
第６発明は、その表面に皮膜が形成された走行中の金属帯の皮膜付着量測定方法であって、走行中の金属帯に近接して、該金属帯表面にＸ線を照射し、励起・放射される蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線測定ヘッドを配置して金属帯表面に形成された表面処理皮膜の元素の蛍光Ｘ線を測定するとともに、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドの該金属帯走行方向上流に配置した形状センサで該金属帯の形状を検出し、検出した該金属帯の形状が閾値を超えたときは、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させることを特徴とする付着量測定方法である。
【００１５】
第７発明は、第６発明において、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドは金属帯との間隔が１０ｍｍ以下の間隔を設けて配置され、前記形状センサが走行中の金属帯に対して前記所定間隔以上の歪量を検出すると、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させることを特徴とする付着量測定方法である。
【００１６】
第８発明は、第６または第７発明において、前記測定元素は、Ｃａより原子番号の小さな元素（Ｃａを含む）であることを特徴とする付着量測定方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、Ｐ等の軽元素を含む表面処理皮膜の付着量をオンライン分析することが可能になり、得られた測定結果をフィードバックすることで、適切な付着量制御を迅速に行うことができるようになる。また金属帯全長のごく一部分でなく、長手方向の皮膜付着量ばらつき等を容易に把握することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
蛍光Ｘ線分析装置を用いたオンライン分析は、亜鉛系めっき鋼板上に形成されたクロメート処理皮膜中のＣｒ分析等において既に実用化されている。蛍光Ｘ線分析装置を用いた分析では、Ｘ線発生装置からＸ線をめっき鋼板表面に照射し、めっき表面から発生する蛍光Ｘ線を、分光結晶体を介してＸ線検出器で検出する。その際、空気によるＸ線の吸収を防ぐため、雰囲気を真空状態とする。オンライン分析では、鋼板と蛍光Ｘ線測定ヘッドの間隔は３０ｍｍ程度とされる。このようなオンライン分析では、軽元素では発生した蛍光Ｘ線が大気中で減衰されるため、これまでＰのような軽元素のオンライン分析は困難とされていた。
【００１９】
本発明者らは、前述の特許文献２、特許文献３に記載される有機複合被覆鋼板のＰ（リン）を皮膜の主要構成元素とする皮膜について、蛍光Ｘ線分析装置を用いて、Ｐ付着量のオンライン分析の可否、分析精度等を調査した。その結果、蛍光Ｘ線分析装置として、蛍光Ｘ線測定ヘッド内に、めっき鋼板にＸ線を入射するＸ線発生装置および前記めっき鋼板側から出てくるＬ系列およびＫ系列の蛍光Ｘ線強度を測定する半導体検出器を有する光学系とを設けて、前記蛍光Ｘ線測定ヘッド内を含む光学系のＸ線入・出射光路の一部または全部をＸ線吸収の小さいガスで満たすとともに、さらに蛍光Ｘ線測定ヘッドはめっき鋼板との間隔が１０ｍｍ以下の所定間隔を設けて近接配置することで、実操業において操業管理に使用するに十分な分析精度でＰ付着量のオンライン分析が可能になることを見出した。本発明はこの知見に基きなされたものである。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について詳しく説明する。なお、以下の本発明の実施の形態は、金属帯は亜鉛系めっき鋼板を念頭において説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態に係る付着量測定装置を備える鋼板の連続電気めっきラインの要部を示す概略側面図である。本実施の形態では、形状センサは接触式センサが設置され、形状測定ヘッドは鋼板幅方向端部外方に退避させる。
【００２２】
図１において、１は鋼板、２は巻き戻し装置、３は入側ルーパ、４は電気めっきセクション、５は塗装セクション、６は形状検出部（形状センサ）、７は付着量測定部、８は出側ルーパ、９は巻き取り装置である。
【００２３】
電気めっきセクション４は、アルカリ脱脂後酸洗処理を行う前処理部と電気亜鉛めっきを行うめっき部と後処理を行う後処理部を備える。塗装セクション５は、第１塗装部５ａと第２塗装部５ｂを備える。第１塗装部５ａは、鋼板１の表裏面の各々に塗布液を塗布する３ロールタイプのロールコータ２１ａ、２２ａ及び塗布した塗布液を加熱乾燥し、しかる後冷却するオーブン２３ａを備える。第２塗装部５ｂは、鋼板１の表裏面の各々に塗布液を塗布する２ロールタイプのロールコータ２１ｂ、２２ｂ及び塗布した塗布液を加熱乾燥し、しかる後冷却するオーブン２３ｂを備える。
【００２４】
付着量測定部７は、鋼板通板方向に対して、第２塗装部５ｂの下流に配置され、形状検出部６は、第１塗装部５ａと第２塗装部５ｂの間に配置されている。
【００２５】
図２、図３は、付着量測定部７の要部を示す図で、図２は概略側面図、図３は図２のＡ−Ａ矢視図である。
【００２６】
図２に示すように、デフレクターロール３１、３２間の鋼板１を挟む反対側に、サポートロール３３ａ、３３ｂが、鋼板１をパスラインより前方に押し込むように配置されている。サポートロール３３ａ、３３ｂの押し込み量は、当該ロールで鋼板のＣ反りを防止できる適宜の押し込み量とされる。蛍光Ｘ線測定ヘッド（以下、測定ヘッド）３４ａ、３４ｂは、各々サポートロール３３ａ、３３ｂに対して鋼板１を挟んだ反対側に該鋼板１に近接して所定間隔を開けて配置されている。めっき表面に形成された表面処理皮膜中の軽元素から放射される蛍光Ｘ線検出精度を確保する観点から、測定ヘッド３４ａ、３４ｂは鋼板との間隔が１０ｍｍ以下の所定間隔を設けて近接配置される。前記所定間隔は７ｍｍ以下とすることがより好ましい。
【００２７】
測定ヘッド３４ａは、その下部に駆動装置３５ａを有する台車３６ａが設置され、駆動装置３５ａを駆動させることで、鋼板幅方向に設置されたレール３７ａ上を移動自在である。同様に測定ヘッド３４ｂは、その下部に駆動装置３５ｂを有する台車３６ｂが設置され、駆動装置３５ｂを駆動させることで、鋼板幅方向に設置されたレール３７ｂ上を移動自在である。３８ａ、３８ｂはガス供給管及び制御配線用のコンベアであり、その内部にＸ線発生器への信号、Ｘ線検出器からの信号を送信・受信するための配線、駆動機構３５ａ、３５ｂを駆動させるための配線等が配置されている。図３中、二点差線で示される３４ａ′、３４ａ″及び３４ｂ′、３４ｂ″は各々測定ヘッド３４ａ、３４ｂの前進限の位置、後退限の位置を示している。
【００２８】
図４は、前記付着量検出部７の要部を説明する概略図である。蛍光Ｘ線測定ヘッド１１はめっき鋼板１と所要間隔を設けて配置され、該測定ヘッド１１には、ガス供給装置１７から当該ヘッド１１内にヘリウムガスを供給する配管が接続されている。ヘリウムガスは、Ｌ系列蛍光Ｘ線に対して吸収が小さく、光路中のＸ線の減衰が小さい。なお、光路中のＸ線の減衰が小さいものであれば、他のガスであってもよく、例えば窒素ガスであってもよい。
【００２９】
この蛍光Ｘ線測定ヘッド１１は、箱状に形成され、Ｘ線の入射光路およびめっき鋼板１側からの蛍光Ｘ線出射光路となる部分に開口部が形成されている。
【００３０】
前記蛍光Ｘ線測定ヘッド１１内には光学系１２が配置されている。該光学系１２は、Ｘ線発生器１３および半導体検出器１４を有し、さらにＸ線発生器１３から発生するＸ線の入射光路およびこのＸ線の入射によってめっき鋼板側から出てくるＸ線の出射光路の一部または全部をヘリウムガスで満たすようなガス通路１５および１６が設けられ、めっき皮膜２からのＬ系列蛍光Ｘ線およびＫ系列蛍光Ｘ線を半導体検出器１４で測定する。
【００３１】
半導体検出器１４により測定されたＬ系列蛍光Ｘ線強度およびＫ系列蛍光Ｘ線強度はそれぞれ付着量処理演算部５３に送出される。
【００３２】
この付着量処理演算部５３は、Ｌ系列蛍光Ｘ線強度およびＫ系列蛍光Ｘ線強度を取り込み、検量線法に基づいて皮膜付着量を求める。ここで、検量線法とは、予め測定条件とされる所定の入射角でＸ線を入射し、このＸ線入射によって得られる同じく測定条件とされる所定の測定角で測定される分析目的元素のＬ系列の蛍光Ｘ線強度の検量線を、既知のめっき鋼板における皮膜付着量をパラメータとして求めて記憶しておく。Ｋ系列の蛍光Ｘ線強度の検量線についても、同様に測定条件の下に皮膜付着量をパラメータとして求めて記憶しておく。
【００３３】
この状態において半導体検出器１４からのＬ系列蛍光Ｘ線強度およびＫ系列蛍光Ｘ線強度を取り込み、取り込んだＸ線強度と前記検量線に基き、被測定対象の皮膜中の軽元素の付着量を求める。
【００３４】
図５は、図４の分析装置を用いて、めっき表面にリン酸含有皮膜を有する亜鉛めっき鋼板について、該分析装置がオンラインで使用されるのと同じ条件で、実施例１で皮膜形成するリン酸含有皮膜のＰ付着量とＰの蛍光Ｘ線強度（Ｌ系列）の関係を調査した結果を示す。蛍光Ｘ線測定ヘッドとめっき鋼板の間隔は５ｍｍである。Ｐ付着量とＰ強度との間によい相関関係が認められる。Ｐ付着量をｘ（ｍｎ／ｍ2）、半導体検出装置で検出するＰの蛍光Ｘ線強度をｙ（ｋｃｐｓ）とすると、両者の関係式は、ｙ＝０．００９ｘ＋０．２７８５で表される。この関係を用いて、オンラインでＰ強度を測定してＰ付着量を求めることができる。
【００３５】
図６は、図４の分析装置を用いて、前記と同様にして、めっき表面にＳｉ含有皮膜を形成した亜鉛めっき鋼板について、Ｓｉ付着量とＳｉの蛍光Ｘ線強度（Ｌ系列）の関係を調査した結果を示す。Ｓｉ付着量とＳｉ強度の間にもよい相関関係が認められる。Ｓｉ付着量ｘ（ｍｇ／ｍ2）、半導体検出装置で検出するＳｉの蛍光Ｘ線強度をｙ（ｋｃｐｓ）とすると、両者の関係式は、ｙ＝０．２６０７ｘ＋０．０２１２で表される。この関係を用いて、オンラインでＳｉ強度を測定してＳｉ付着量を求めることができる。
【００３６】
皮膜が複層構造皮膜で、その１の層の付着量分析を行うときは、複層構造皮膜の鋼板において、その１の層について分析対象元素について前記のような関係を求めればよい。
【００３７】
本発明では、測定ヘッド１１を鋼板１との間隔が１０ｍｍ以下、より好ましくは７ｍｍ以下となる所定間隔を設けて近接配置する。走行中の鋼板形状は常時安定して平坦とは云えず、局部的に、中伸び、耳波等の鋼板形状の値が前記所定間隔以上となる場合がある。このような形状の劣る鋼板が付着量検出部７を通過すると、測定ヘッド１１と接触して損傷させる恐れがある。従って、鋼板形状が劣る部分があるときは、該部分が付着量検出部を通過する前に測定ヘッド１１を鋼板通板部分の外に確実に退避させて装置の損傷を防止することが不可欠である。本発明では、係る観点から、付着量検出部７の上流に鋼板形状を検出する形状センサと、測定ヘッド１１を鋼板通板部分の外側に退避させる退避手段を備える。形状センサは鋼板形状が予め定めた閾値以上であることを検知すると、退避手段で測定ヘッド１１を鋼板通板部分の外側に退避させる。このような装置を備えることで、初めて軽元素のオンライン分析を安定して行うことができる。
【００３８】
鋼板形状を検出する形状センサは、センサと鋼板とを非接触で鋼板形状を検知する非接触式形状センサ、センサと鋼板を接触させて鋼板形状を検知する接触式形状センサを採用することができる。形状センサは鋼板幅方向の形状の最大値（最大歪）を検出できるものが好ましい。
【００３９】
本実施の形態では、図１には、鋼板幅方向の歪の最大値を検知できる非接触式形状センサが設置されている。図７は、形状検出部（接触式形状センサ）６の要部を示す概略図である。形状センサは、めっき鋼板１がデフレクターロール４１に巻きかけられている位置で、該デフレクターロール４１の軸方向に延在し、鋼板面と平行で、該鋼板面と所定間隔をあけて、めっき鋼板の一方の端部外側から他方の端部外側に張られて配置されたワイヤ４３と、該ワイヤ４３に通電する電源装置４４と、該ワイヤ４３に流れる電流を計測する電流計４５とを備える。ワイヤ４３とめっき鋼板１の間隔は、測定ヘッド３４ａ、３４ｂとめっき鋼板１の間隔と同じ間隔にされている。ワイヤ４３とめっき鋼板１が接触すると、電流計４５で検出する電流値が変化する。電流の変化量がある閾値以上になると鋼板形状不良と判断する。
【００４０】
図８は、本発明の実施の形態に係る付着量測定装置の制御系統を説明するフロー図である。図８中、５１は形状演算部、５２は駆動装置制御部、５３は付着量処理演算部、５４は集中制御盤、５５は警報装置である。
【００４１】
付着量処理演算部５３には、第１塗装部で塗布形成する表面処理皮膜について、予め調査して求めた測定対象の軽元素の蛍光Ｘ線強度と皮膜付着量との関係、例えば、測定対象の軽元素がＰである場合、図５に示すごときＰの強度と付着量の関係が入力されて記憶されている。また、必要に応じて付着量の上限又は下限の閾値が設定されている。測定ヘッド３４ａ、３４ｂでは、Ｘ線発生器１３からＸ線をめっき鋼板に照射し、発生した蛍光Ｘ線強度を半導体検出器１４で検出する。検出したＸ線強度を付着量処理演算部５３に送る。
【００４２】
測定ヘッド３４ａ、３４ｂは鋼板幅方向に走行自在である。通常、測定ヘッド３４ａ、３４ｂを鋼板幅方向の全幅に渡り一定速度で横行を繰り返し、鋼板幅方向の付着量を測定する方法、測定ヘッド３４ａ、３４ｂを横行させて鋼板幅方向の３箇所（中央部及び各々の端部近傍部分）で所定時間停止して当該３箇所の付着量を測定する方法、測定ヘッド３４ａ、３４ｂを鋼板幅方向中央に配置して当該位置の付着量を測定する方法のいずれかの測定を行う。
【００４３】
付着量処理演算部５３は、測定ヘッド３４ａ、３４ｂから送られてきたＸ線強度信号を処理し、記憶されているＸ線強度と付着量との関係に基き、皮膜付着量を演算して求める。求めた付着量は、集中制御盤５４に出力して表示する。また、求めた付着量が上限閾値又は下限閾値を外れた場合は警報装置５５に信号を送り、付着量が閾値範囲を外れたことを音声及び／又は表示灯で操作員に知らしめる。
【００４４】
形状センサ６の電流計４５で計測した電流値は形状演算部５１に送られる。形状演算部５１は、電流値が予め定めた閾値以上であるか否かを判定し、電流値が閾値を下回るとワイヤ４３と鋼板１が接触したと判定し、判定結果を駆動装置制御部５２に出力する。駆動装置制御部５２は駆動装置３５ａ、３５ｂを駆動させて測定ヘッド３４ａ、３４ｂを鋼板端部外方の後退限３４ａ″、３４ｂ″まで移動させる。測定ヘッド３４ａ、３４ｂを退避させる鋼板形状の閾値は、鋼板と測定ヘッドの間隔と同じ値に設定する。また、警報装置５５に信号を送り、測定ヘッド３４ａ、３４ｂの退避限への退避を音声及び／又は表示灯で操作員に知らしめる。形状センサと鋼板が接触していないことを確認したら捜査員が付着量測定を再開する。
【００４５】
なお、形状センサ６と付着量測定部７の鋼板通板方向の間隔は、駆動装置３５ａ、３５ｂが測定ヘッド３４ａ、３４ｂを各々の退避限３４ａ″、３４ｂ″まで移動させるのに要する応答時間と、鋼板走行速度とを考慮して、形状センサ６で検知した形状不良部位が付着量測定部７に到達する前に、測定ヘッド３４ａ、３４ｂが退避限３４ａ″、３４ｂ″に移動可能な適宜間隔に設定される。鋼板走行速度はめっきセクションの処理能力、塗装セクションの処理能力に対応して変化するので、形状不良部位の走行位置のトラッキングを行い、そのトラッキング情報に基づき測定ヘッド３４ａ、３４ｂを退避させるタイミングを決定することが有利である。上記条件が満たされ、また、形状検出部６通過後に鋼板形状不良を発生させることがなれば、形状検出部６の配置場所は特に限定されない。前述の実施の形態では、形状センサ６は第２塗装部の上流に設けたが、第２塗装部の下流に設けてもよい。
【００４６】
以上説明した発明の実施の形態では、形状センサは接触式センサであったが、形状センサは非接触式センサであってもよい。非接触式形状センサとしては、鋼板がデフレクターロールに巻きかけられている位置で、鋼板の一方の端部外側に、鋼板に近接させて鋼板面に平行に鋼板の他方の端部側に向かってレーザ光を照射する投光器と、鋼板の他方の端部外側にレーザ光を受光するＣＣＤカメラを用いた受光器とを配置し、受光器で受光する受光量に基き、鋼板形状（基準パスラインからの鋼板の変位量）を計測することができる。
【００４７】
また、測定ヘッドは鋼板幅方向端部の外側に退避させたが、測定ヘッドを、鋼板面と直角方向、または鋼板面に対して鋼板走行方向の斜め上方、または斜め下方に、板面から離れる方向に移動させる退避方式であってもよい。
【００４８】
図９は、測定ヘッド１１を、鋼板面に対して直角方向に退避させる装置の構成例である。台車３６上に、測定ヘッド１１を鋼板面と直角方向にスライド可能に保持する摺動部材６１と、測定ヘッド１１を鋼板面と直角方向に前進または後退させるモータとギア機構を内蔵する駆動装置６２が配置されている。測定ヘッド１１の前進位置は、皮膜分析を行うための所定位置である。測定ヘッド１１の後退位置は、鋼板の形状不良の際に測定ヘッド１１と鋼板との接触を回避できる適宜の位置である。皮膜付着量分析の際は、測定ヘッド１１は前進位置に配置され、形状センサ６が鋼板の形状不良を検知すると、駆動装置制御部からの指令に基き、駆動装置６２を駆動して、測定ヘッド１１に連結されている軸６３を後退させ、測定ヘッド１１を後退位置に移動する。本装置では、測定ヘッド１１を退避させる時間、または退避させ測定ヘッド１１を測定位置に復帰させるための時間を短縮でき、したがって、皮膜付着量分析を行えない鋼板長を短くできる利点がある。必要に応じて、測定ヘッドを該めっき鋼板幅方向端部外方に対比させる方式と板面から離れる方向に退避させる方式を併用してよい。
【００４９】
本発明によれば、Ｐ、Ｓｉなどの軽元素を含む皮膜の付着量を、蛍光Ｘ線分析装置を用いてオンライン分析が可能になる。鋼板を走行させながら付着量測定を迅速に行うことができ、測定結果を塗装工程にフィードバックすることで、従来に比べて厳密かつ迅速な付着量制御が可能になる。
【００５０】
塗装速度を高めると付着量ばらつきが大きくなる傾向がある。そのため、これまで、付着量範囲外れの発生を防止する観点から塗装速度は低めに設定して操業していたが、本発明によれば、厳密な付着量制御が可能になるので、塗装速度を高めることが可能になり、生産性の向上にも寄与する。
【実施例１】
【００５１】
本発明の実施例について説明する。図１の電気亜鉛めっきラインで、厚さ０．４〜２．３ｍｍ×幅９１０〜１８８０ｍｍの範囲内にある鋼板に電気亜鉛めっきを施し、次いで第１塗装部で、第一リン酸：０．０１ｍｏｌ／ｌ、コロイダルシリカ：０．０１ｍｏｌ／ｌ、及びＭｇ：０．０１ｍｏｌ／ｌを含有する、ｐＨ３の処理液を塗布し、しかる後に焼き付け処理を行い、Ｐ付着量の目標範囲が４５〜６５ｍｇ／ｍ2であるリン酸含有皮膜を有する表面処理鋼板を製造し、オフラインの蛍光Ｘ線分析装置で形成された皮膜のＰ付着量を測定した。
【００５２】
本発明法では、オンライン分析装置の測定ヘッド１１、形状センサ６のワイヤ４３は、各々最大装入厚さの鋼板（板厚２．３ｍｍ）に対する間隔が５ｍｍとなる位置に配置し、ライン内に配置された分析装置で検出されるＰ付着量に基き、該Ｐ付着量が４５〜６５ｍｇ／ｍ2の範囲内となるように各ロールの回転数、塗液濃度等の塗布条件を調整した。Ｐの蛍光Ｘ線強度とＰ付着量の関係は、図１に示した関係を用いた。
【００５３】
オフラインの蛍光Ｘ線分析装置でのＰ付着量の測定結果に基きＰ付着量を調整した従来法ではＰ付着量の目標範囲外れの発生割合は０．５％であったが、本発明法ではＰ付着量の目標範囲外れは発生しなかった。また、本発明法では、鋼板の形状不良部分があっても、形状センサ６が鋼板の形状不良を検知し、測定ヘッド１１を鋼板端部の外側に退避させたので測定ヘッド１１損傷のトラブルは発生しなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、Ｐ、Ｓｉなどの軽元素を含む皮膜の付着量を、蛍光Ｘ線分析装置を用いてオンライン分析するための装置、オンライン分析する方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態に係る付着量測定装置を備える鋼板の連続電気めっきラインの要部を示す概略側面図である。
【図２】付着量測定部の要部を概略側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る付着量測定装置の付着量検出部７の要部を説明する概略図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の蛍光Ｘ線測定ヘッドとめっき鋼板の間隔を５ｍｍとしたときのＰ付着量と蛍光Ｘ線強度の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る蛍光Ｘ線分析装置の蛍光Ｘ線測定ヘッドとめっき鋼板の間隔を５ｍｍとしたときのＳｉ付着量と蛍光Ｘ線強度の関係を示す図である。
【図７】形状検出部の要部を示す概略図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る付着量測定装置の制御方法を説明するフロー図である。
【図９】測定ヘッドを、鋼板面の直角方向に退避させる装置の要部構成例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 鋼板（めっき鋼板）
２ 巻き戻し装置
３ 入側ルーパ
４ 電気めっき部
５ 塗装部
６ 形状検出部（形状センサ）
７ 付着量測定部
８ 出側ルーパ
９ 巻き取り装置
１１ 蛍光Ｘ線測定ヘッド（測定ヘッド）
１２ 光学系
１３ Ｘ線発生器
１４ 半導体検出器
１５、１６ ガス通路
１７ ガス供給装置
３１、３２ デフレクターロール
３３ａ、３３ｂ サポートロール
３４ａ、３４ｂ 蛍光Ｘ線測定ヘッド
３５ａ、３５ｂ 駆動装置
３６ａ、３６ｂ 台車
３７ａ、３７ｂ レール
３８ａ、３８ｂ コンベア
４１ デフレクターロール
４２ 支持装置
４３ ワイヤ
４４ 電源装置
４５ 電流計
４６ 線材の固定装置
５１ 形状演算
５２ 駆動装置制御部
５３ 付着量処理演算部（信号処理・解析装置）
５４ 集中制御盤
５５ 警報装置
６１ 摺動部材
６２ 駆動装置
６３ 軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その表面に皮膜が形成された走行中の金属帯の皮膜付着量測定装置であって、走行中の金属帯に近接して配置され、該金属帯表面にＸ線を照射し、励起・放射される蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線測定ヘッドと、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向に往復動可能に支持する支持装置と、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドの該金属帯走行方向上流に配置され、該金属帯の形状を検出する形状センサと、前記形状センサで検出した金属帯の形状が閾値を超えたときに前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させる退避装置と、を備えることを特徴とする付着量測定装置。
【請求項２】
前記形状センサは金属帯との接触を検知する接触検知センサであることを特徴する請求項１記載の付着量測定装置。
【請求項３】
前記接触検知センサの金属帯との接触検知部は、金属帯と所定間隔を設けて金属帯幅方向に張力を張って配置された線材で構成されていることを特徴する請求項１または請求項２記載の付着量測定装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３において、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドは金属帯との間隔が１０ｍｍ以下になるように配置することを特徴する付着量測定装置。
【請求項５】
前記形状の閾値は、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドと金属帯の間隔と同じ値であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの項記載の付着量測定装置。
【請求項６】
その表面に皮膜が形成された走行中の金属帯の皮膜付着量測定方法であって、走行中の金属帯に近接して、該金属帯表面にＸ線を照射し、励起・放射される蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線測定ヘッドを配置して金属帯表面に形成された表面処理皮膜の元素の蛍光Ｘ線を測定するとともに、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドの該金属帯走行方向上流に配置した形状センサで該金属帯の形状を検出し、検出した該金属帯の形状が閾値を超えたときは、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させることを特徴とする付着量測定方法。
【請求項７】
請求項６において、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドは金属帯との間隔が１０ｍｍ以下の間隔を設けて配置され、前記形状センサが走行中の金属帯に対して前記所定間隔以上の歪量を検出すると、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させることを特徴とする付着量測定方法。
【請求項８】
前記測定元素は、Ｃａより原子番号の小さな元素（Ｃａを含む）であることを特徴とする請求項６または請求項７記載の付着量測定方法。
【請求項１】
その表面に皮膜が形成された走行中の金属帯の皮膜付着量測定装置であって、走行中の金属帯に近接して配置され、該金属帯表面にＸ線を照射し、励起・放射される蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線測定ヘッドと、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向に往復動可能に支持する支持装置と、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドの該金属帯走行方向上流に配置され、該金属帯の形状を検出する形状センサと、前記形状センサで検出した金属帯の形状が閾値を超えたときに前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させる退避装置と、を備えることを特徴とする付着量測定装置。
【請求項２】
前記形状センサは金属帯との接触を検知する接触検知センサであることを特徴する請求項１記載の付着量測定装置。
【請求項３】
前記接触検知センサの金属帯との接触検知部は、金属帯と所定間隔を設けて金属帯幅方向に張力を張って配置された線材で構成されていることを特徴する請求項１または請求項２記載の付着量測定装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３において、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドは金属帯との間隔が１０ｍｍ以下になるように配置することを特徴する付着量測定装置。
【請求項５】
前記形状の閾値は、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドと金属帯の間隔と同じ値であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの項記載の付着量測定装置。
【請求項６】
その表面に皮膜が形成された走行中の金属帯の皮膜付着量測定方法であって、走行中の金属帯に近接して、該金属帯表面にＸ線を照射し、励起・放射される蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線測定ヘッドを配置して金属帯表面に形成された表面処理皮膜の元素の蛍光Ｘ線を測定するとともに、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドの該金属帯走行方向上流に配置した形状センサで該金属帯の形状を検出し、検出した該金属帯の形状が閾値を超えたときは、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させることを特徴とする付着量測定方法。
【請求項７】
請求項６において、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドは金属帯との間隔が１０ｍｍ以下の間隔を設けて配置され、前記形状センサが走行中の金属帯に対して前記所定間隔以上の歪量を検出すると、前記蛍光Ｘ線測定ヘッドを該金属帯幅方向端部外方または板面から離れる方向に退避させることを特徴とする付着量測定方法。
【請求項８】
前記測定元素は、Ｃａより原子番号の小さな元素（Ｃａを含む）であることを特徴とする請求項６または請求項７記載の付着量測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２０８０１３（Ｐ２００６−２０８０１３Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６４１２（Ｐ２００５−１６４１２）
【出願日】平成１７年１月２５日（２００５．１．２５）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２５日（２００５．１．２５）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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