金属帯板の形状測定ロール
【課題】調整が容易で部品の交換だけで長期間使用することができ、金属帯板の幅方向の端部まで精度良く形状を測定することができる金属帯板の形状測定ロールを提供する。
【解決手段】金属帯板が走行するラインに両端が回転自在に支持され前記金属帯板を巻き付けるように設置する金属帯板の形状測定ロール１において、表面に少なくとも１本以上の軸方向溝を形成した内側ロール１０と、内側ロール１０に嵌合する中空円筒２０と、内側ロール１０の軸方向溝４０内に設置され金属帯板の巻付け圧力を測定する複数のセンサセット３０とを備えた。
【解決手段】金属帯板が走行するラインに両端が回転自在に支持され前記金属帯板を巻き付けるように設置する金属帯板の形状測定ロール１において、表面に少なくとも１本以上の軸方向溝を形成した内側ロール１０と、内側ロール１０に嵌合する中空円筒２０と、内側ロール１０の軸方向溝４０内に設置され金属帯板の巻付け圧力を測定する複数のセンサセット３０とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属帯板が走行するライン内に設置される金属帯板の形状測定ロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属帯板の形状測定ロールとして、例えば下記特許文献１に示されるように、回転自在に構成した１本の無垢ロールの表面近傍に軸方向に平行な穴を形成し、この穴の中に金属帯板の巻き付け荷重を測定するセンサを設置することにより構成されるものが知られている。
【０００３】
また、金属帯板の形状測定ロールとして、下記特許文献２に示されるように、ロールの表面のくぼみ内にこのくぼみの壁から離して設置されるセンサを、厚さ２〜５ｍｍの薄いケーシング、例えばローラシェルで覆う構成のものが知られている．
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５１５４５６号公報
【特許文献２】特開２０００−８８５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示される従来の金属帯板の形状測定ロールにおいては、以下の問題点が存在する。
（１） ロールは無垢ロールであり、金属帯板を巻き付け運転するとロールの表面が摩耗したり傷が付き、これが金属帯板の表面の疵に繋がるため、定期的にロールの表面を研磨しなげればならない。このため、ロールに軸方向と平行に形成した穴面とロールの表面との距離は研磨ごとに小さくなる。穴に設置されたセンサは、穴のつぶれ量で荷重を測定しているため、穴面と表面との距離によって感度が大きく変わり、研磨ごとにセンサの感度調整が必要となる。
【０００６】
また、最初に穴面と表面との距離を大きくしすぎるとセンサでの測定が出来なくなってしまうため、最初から穴面と表面との距離を小さくしておかなければならず、必然的に研磨代は小さくなってしまう。したがって、高価なロールをわずか数ミリメートル研磨しただけで廃却しなければならない。
【０００７】
（２） ロールの軸方向に平行に形成したロールを貫通しない穴の先端付近にセンサを設置した場合、センサ位置の穴のつぶれ量は穴がない部分に拘束されて小さくなってしまうため、センサが感知する荷重が小さくなり形状測定精度が悪化する。
【０００８】
（３） ロールの軸方向に平行に形成したロールを貫通する穴の途中にセンサを設置した場合、金属帯板の縁付近の穴のつぶれ量は、金属帯板の縁より外側の部分に拘束されて小さくなってしまうため、最も重要な金属帯板の幅方向の端部付近の形状測定精度が悪化する。
【０００９】
（４） ロールの軸方向と平行に穴を機械加工するには、ドリルによる円形穴が通常であるため、ロールの表面から穴までの距離（最小厚み）を小さくしても、径方向に厚みが急増する形であるため、測定感度を高めることが難しい。
【００１０】
（５） ロールの軸方向と平行に形成した穴に設置する多数のセンサの調整は軸端からしか行えず、また、センサの設置状態を直接確認できないため、センサの調整が難しく多くの労力と熟練が必要となる。
【００１１】
また、上記特許文献２に開示される従来の金属帯板の形状測定ロールにおいては、以下の問題点が存在する。
（１） 金属帯板を巻きつけながらロールを回転させると、耐摩耗性材料を使ったケーシングであってもケーシングの表面に傷が付いてしまうため、ケーシングに付いた傷により金属帯板の縁などは傷が付きやすい。このため、ケーシングの表面を研磨しなければならないが、ケーシングの厚みは好ましくは２〜５ｍｍであるため、ケーシングをわずか数ｍｍ研磨しただけでケーシングを交換しなければならない。
【００１２】
（２） 上記特許文献２に開示される従来の金属帯板の形状測定ロールは、内側ロールのくぼみにセンサを設置したあとにケーシングで覆うため、ケーシングを嵌合したあとはセンサの調整ができなくなる。このため、複数個のセンサのうち一つでも不調になると、ケーシングを取り外さない限り調整は不可能であり、多大な時間を要するだけでなく、不経済でもある。
【００１３】
以上のことから、本発明は、調整が容易で部品の交換だけで長期間使用することができ、金属帯板の幅方向の端部まで精度良く形状を測定することができる金属帯板の形状測定ロール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】
【００１４】
上記の課題を解決する第１の発明に係る金属帯板の形状測定ロールは、
金属帯板が走行するラインに両端が回転自在に支持され前記金属帯板を巻き付けるように設置する金属帯板の形状測定ロールにおいて、
表面に少なくとも１本以上の軸方向溝を形成した内側ロールと、
前記内側ロールに嵌合する中空円筒と、
前記内側ロールの前記軸方向溝内に設置され前記金属帯板の巻付け圧力を測定する複数のセンサと
を備える
ことを特徴とする。
【００１５】
上記の課題を解決する第２の発明に係る金属帯板の形状測定ロールは、第１の発明に係る金属帯板の形状測定ロールにおいて、
前記内側ロールの表面には周方向溝又は周方向から傾斜した方向の連続した螺旋溝を形成する
ことを特徴とする。
【００１６】
上記の課題を解決する第３の発明に係る金属帯板の形状測定ロールは、第２の発明に係る金属帯板の形状測定ロールにおいて、
前記センサは、前記周方向溝又は前記螺旋溝と軸方向溝との交差位置に設置される
ことを特徴とする。
【００１７】
上記の課題を解決する第４の発明に係る金属帯板の形状測定ロールは、第２の発明に係る金属帯板の形状測定ロールにおいて、
前記センサは、前記周方向溝又は前記螺旋溝によって形成されるランドと前記軸方向溝との交差位置に設置される
ことを特徴とする。
【００１８】
上記の課題を解決する第５の発明に係る金属帯板の形状測定ロールは、第１の発明から第４の発明のいずれかひとつに係る金属帯板の形状測定ロールにおいて、
前記センサをそれぞれ固定する保持板と、
該保持板と隣接するスペーサと
を備え、
前記保持板の両端面は、該両端面の延長線が径方向の内部側で交点を持つ方向に傾斜させ、
前記保持板に接する前記スペーサの両端面は、該両端面の延長線が径方向の外部側で交点を持つよう傾斜させ、
前記内側ロールの軸方向から径方向に向かって取った前記保持板及び前記スペーサの両端面の傾斜角度は、前記内側ロールの端部側より内部側に設置される前記保持板及び前記スペーサの方が小さいか又は同じとする
ことを特徴とする。
【００１９】
上記の課題を解決する第６の発明に係る金属帯板の形状測定ロールは、第１の発明から第４の発明のいずれかひとつに係る金属帯板の形状測定ロールにおいて、
前記センサをそれぞれ固定する保持板と、
該保持板と隣接するスペーサと
前記軸方向溝内に設置され前記保持板及び前記スペーサを収容する保持箱と
を備え、
前記保持板の両端面は、該両端面の延長線が径方向の内部側で交点を持つ方向に傾斜させ、
前記保持板に接する前記スペーサの両端面は、該両端面の延長線が径方向の外部側で交点を持つよう傾斜させ、
前記内側ロールの軸方向から径方向に向かって取った前記保持板及び前記スペーサの両端面の傾斜角度は、前記内側ロールの端部側より内部側に設置される前記保持版及び前記スペーサの方が小さいか又は同じとする
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、調整が容易で部品の交換だけで長期間使用することができ、金属帯板の幅方向の端部まで精度良く形状を測定することができる金属帯板の形状測定ロールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールの構成を示した軸方向における透視断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールの構成を示した径方向における断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールの構成を示した軸方向における透視断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールの構成を示した軸方向における透視断面図である。
【図５】本発明の第４の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールの構成を示した軸方向における透視断面図である。
【図６】本発明の第５の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールのセンサの固定構造を示した軸方向における部分断面図である。
【図７】本発明の第５の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールのセンサの固定構造を示した径方向における部分断面図である。
【図８】本発明の第６の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールのセンサの固定構造を示した軸方向における部分断面図である。
【図９】本発明の第６の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールのセンサの固定構造を示した径方向における部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る金属帯板の形状測定ロールの実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、軸方向とは形状測定ロールにおける軸方向を意味し、径方向とは形状測定ロールにおける径方向を意味するものとする。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１の構成を示した透視断面図である。なお、図１においては形状測定ロール１の片側の部分の構成のみを示しているが、両側とも構成は同じである。また、図１中に一点鎖線で示す形状測定ロール１の中心線より上側には軸方向における形状測定ロール１の断面図を示し、下側には形状内側ロール１の中空円筒２０を透視した透視図を示している。
【００２４】
図１に示すように、形状測定ロール１は、表面に軸方向に貫通する軸方向溝４０を形成した内側ロール１０と、この内側ロール１０に嵌合する中空円筒２０とを備えている。内側ロール１０は、両端を回転自在になるように軸受を内蔵した軸受箱７０を介して支持架台８０で支持している。内側ロール１０の表面に形成した軸方向溝４０には金属帯板の巻き付け荷重を測定するためのセンサセット３０をスペーサ３４を介して複数個設置しており、内側ロール１０及び中空円筒２０の端部には軸方向溝４０の軸方向の開口を塞ぐフランジ９０が設置されている。
【００２５】
図２は、本発明の第１の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールの構成を示した径方向における断面図である。
図２に示すように、センサセット３０は溝４０内に設置され、形状測定ロール１の周方向に配置される。本実施例では、センサセット３０は、形状測定ロール１の周方向に９０°ピッチで配置されており、形状測定ロール１の１回転中に４回ほどセンサで測定することになるが、この回数は１回以上であれば何回でも良く、回数は問わない。
【実施例２】
【００２６】
図３は、本発明の第２の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１の構成を示した軸方向における透視断面図である。なお、図３においては形状測定ロール１の片側の部分の構成のみを示しているが、両側とも構成は同じである。また、図３中に一点鎖線で示す形状測定ロール１の中心線より上側には軸方向における形状測定ロール１の断面図を示し、下側には形状内側ロール１の中空円筒２０を透視した透視図を示している。
【００２７】
図３に示すように、形状測定ロール１の内側ロール１１の表面には、軸方向溝４０とともに、周方向から傾斜した方向の連続した溝５０が形成されている。内側ロール１１と中空円筒２０は、内側ロール１１の表面の軸方向溝４０と、内側ロール１１の表面の周方向から傾斜した方向の連続した溝５０以外の部分であるランド６０で嵌合している。金属帯板の巻きつけ荷重を測定するためのセンサセット３０は、軸方向溝４０と、周方向から傾斜した方向の連続した螺旋溝５０との交差位置に設置されている。なお、そのほかの構成については第１の実施例と同じであるため、ここでの説明は省略する。
【実施例３】
【００２８】
図４は、本発明の第３の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１の構成を示した軸方向における透視断面図である。なお、図４においては形状測定ロール１の片側の部分の構成のみを示しているが、両側とも構成は同じである。また、図４中に一点鎖線で示す形状測定ロール１の中心線より上側には軸方向における形状測定ロール１の断面図を示し、下側には形状内側ロール１の中空円筒２０を透視した透視図を示している。
【００２９】
図４に示すように、形状測定ロール１の内側ロール１２の表面には、軸方向溝４０とともに、周方向溝５１を設けている。金属帯板の巻き付け荷重を測定するためのセンサセット３０は、軸方向溝４０と周方向溝５１との交差位置に設置されている。内側ロール１２と中空円筒２０は、内側ロール１２の表面の軸方向溝４０と周方向溝５１以外の部分であるランド６１で嵌合している。なお、そのほかの構成については第１の実施例と同じであるため、ここでの説明は省略する。
【実施例４】
【００３０】
図５は、本発明の第４の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１の構成を示した軸方向における透視断面図である。なお、図５においては形状測定ロール１の片側の部分の構成のみを示しているが、両側とも構成は同じである。また、図５中に一点鎖線で示す形状測定ロール１の中心線より上側には軸方向における形状測定ロール１の断面図を示し、下側には形状内側ロール１の中空円筒２０を透視した透視図を示している。
【００３１】
図５に示すように、形状測定ロール１の内側ロール１３の表面には、軸方向溝４０とともに、周方向から傾斜した方向の連続した溝５２が形成されている。金属帯板の巻き付け荷重を測定するためのセンサセット３０は、軸方向溝４０と周方向から傾斜した方向の連続する溝５２により構成されるランド６２との交差位置に設置されている。なお、そのほかの構成については第１の実施例と同じであるため、ここでの説明は省略する。
【実施例５】
【００３２】
図６は、本発明の第５の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１のセンサ３２の固定構造を示した軸方向における部分断面図である。なお、図６においては、センサ３２の軸方向溝４０への固定構造を示している。また、図７は、本発明の第５の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１のセンサ３２の固定構造を示した径方向における部分断面図である。
【００３３】
図６に示すように、センサ３２は、センサキャップ３１と保持板３３とにより形状測定ロール１の径方向に挟まれている。また、形状測定ロール１の軸方向にはスペーサ３４０を挟みながら複数個のセンサ３２が設置されている。
【００３４】
センサ３２を固定する保持板３３の両端面は、その両端面の延長線が径方向における内部側で交点を持つ方向に傾斜している。保持板３３に接するスペーサ３４０の両端面は、その両端面の延長線が径方向における外部側で交点を持つよう傾斜している。軸方向から径方向に向かって取った保持板３３及びスペーサ３４０の両端面の傾斜角度は、軸方向の端部側より内部側に設置される保持板３３及びスペーサ３４０の方が小さいか又は同じとする。
【００３５】
すなわち、軸方向の端部側から順に傾斜角度をθ１，θ２，θ３，θ４，θ５，θ６とすると、θ１≧θ２≧θ３≧θ４≧θ５≧θ６となるようにしている。複数個のセンサ３２は、フランジ９００に取り付けたねじ９１０を回して軸方向における内部側に端部側のスペーサ３４１を押すと、楔効果により径方向における外部側に押し上げられ、中空円筒２０の内面にセンサ３２の上部に設置されたキャップ３１が押し付けられて固定される。
【実施例６】
【００３６】
図８は、本発明の第６の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１のセンサ３２の固定構造を示した径方向における部分断面図である。なお、図８においては、センサ３２の軸方向溝４０への固定構造を示している。
図８に示すように、センサ３２は、形状測定ロール１の径方向においてセンサキャップ３１と保持板３３とにより挟まれている。また、形状測定ロール１の軸方向においては、スペーサ３４０を挟みながら１個又は複数個のセンサ３２が保持箱３５０に格納されている。
【００３７】
軸方向溝４０の内部には、４個以内の保持箱３５０，３５１を設置する。軸方向における内部側の保持箱３５０の軸方向における端部側のスペーサ３４２は、軸方向における端部側の保持箱３５１により内部側に押される構造になっている。
【００３８】
さらに、端部側の保持箱３５１は、端部側のフランジ９０１に設けた保持箱押し用ねじ９１１を回すことによって押され、保持箱３５１が内部側の保持箱３５０の軸端スペーサ３４２を押すことにより内部側の保持箱３５０に設置されたセンサ３２が固定される。内部側の保持箱３５０は、軸方向溝４０の内部に設置した位置決め用ブロック３６０で軸方向の移動を拘束されている。
【００３９】
次に、端部側の保持箱３５１に設置したセンサ３２は、保持箱３５１の端部側の端面に設置したスペーサ押し用ねじ９２０を回して端部側スペーサ３４３を押し込むことによって固定される構造となっている。このとき、センサ３２を固定する保持板３３の両端面は、その両端面の延長線が径方向における内部側で交点を持つ方向に傾斜している。保持板に接するスペーサ３４の両端面は、その両端面の延長線が径方向における外部側で交点を持つよう傾斜している。
【００４０】
軸方向から径方向に向かって取った保持板３３及びスペーサ３４の両端面の傾斜角度は、端部側より内部側の保持板３３及びスペーサ３４の方が小さい又は同じとする。すなわち、図８に示す保持箱３５１に示す傾斜角はθ１≧θ２≧θ３≧θ４の関係となるようにする。
【００４１】
図９は、本発明の第６の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールのセンサの固定構造を示した径方向における部分断面図である。
図９に示すように、保持箱３５０の片側の側面には図示していないセンサ３２の信号ケーブルの抜き出し穴３７０を形成し、軸方向溝４０と保持箱３５０との間の隙間から端部側にケーブルを引き出す構造となっている。
【００４２】
〔発明の作用〕
次に、本発明に係る形状測定ロール１の作用について説明する。
形状測定ロール１に張力を付与した金属帯板を巻きつけると、形状測定ロール１の表面にはその部分の張力に比例する巻き付け圧力が働く。その関係は下記式（１）により表すことができる。
【数１】
ここで、ｐは巻付け圧力、σはその位置の金属帯板の単位厚、単位幅あたりの張力、ｈは金属帯板の板厚、Ｒは形状測定ロール１の半径を意味する。
【００４３】
図１，２に示した第１の実施例のように、軸方向溝４０を持つ内側ロール１０に中空円筒２０を嵌合して構成した形状測定ロール１に、張力を付与した金属帯板を巻きつけると、軸方向溝４０の上の部分の中空円筒２０は軸方向溝４０の両側のランドに支えられる状態となる。これは、あたかも軸方向溝４０の幅と同じ長さの短尺の両端が弾性支持された曲がり梁（板）の状態であり、中空円筒２０はその点の圧力に比例して変形する。
【００４４】
軸方向溝４０の中にセンサセット３０を中空円筒２０に押し付けるように設置すると、センサセット３０は変位に比例する荷重を受けることとなる。したがって、金属帯板の板幅の位置ごとにセンサセット３０で荷重を測定すれば、金属帯板の張力分布、すなわち金属帯板の形状を求めることができる。
【００４５】
また、軸方向溝４０は、中空円筒２０と嵌合する前の内側ロール１０の表面に加工する。このため、軸方向溝４０の幅を自由に設定することができるので、センサセット３０の感度を大きく低下させることなく中空円筒２０の厚みを厚くすることもできる。この結果、形状測定ロール１の研磨代を厚く取ることができるため、形状測定ロール１の寿命を長くすることができる。さらに、中空円筒２０を内側ロール１０に嵌合する構造であるため、形状測定ロール１が研磨により廃却径となった場合には、中空円筒２０を交換するだけでよいため経済的である。
【００４６】
それでも、中空円筒２０の変位は肉厚をさらに厚くすると厚さの４乗のオーダで小さくなるため測定精度が悪化する。図３，４に示した第２，３の実施例では、軸方向溝４０の他に、周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１も設け、センサセット３０は軸方向溝４０と周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１との交差位置に設置している。
【００４７】
この位置では、中空円筒２０は軸方向溝４０の両端、すなわち周方向においても支持されないため、金属帯板の巻付け圧力による変位が増幅され測定精度をさらに高めることができる。この効果により、中空円筒２０の肉厚をさらに厚くすることができるため、中空円筒２０の寿命をさらに長くすることが可能となる。
【００４８】
このとき、周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１は深くするべきでない。なぜなら、周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１は、センサセット３０を設置する位置で中空円筒２０が内側ロール１１，１２と周方向においても接触させないためだけのものであるからである。
【００４９】
一方、周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１を深くすると、形状測定ロール１は周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１がある部分の曲げ剛性が極端に小さくなるため、軸方向において周期的に曲げ剛性が大きく変わることになり、センサセット３０に流れ込む荷重に影響を及ぼすため、測定精度を悪化させる。したがって、周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１の深さは１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００５０】
また、センサセット３０は、図４に示した第３の実施例のように、センサセット３０は周方向から傾斜した螺旋溝５２又は周方向溝５１（図５参照）で形成されるランド６２と軸方向溝４０との交差部に設置してもよい。周方向から傾斜した螺旋溝５２又は周方向溝５１を形成すると、周方向から傾斜した螺旋溝５２又は周方向溝５１の上部分の中空円筒２０の表面に働く金属帯板からの巻付け力は、両側のランド６２に流れこむ。
【００５１】
すなわち、ランド６２が受け持つ荷重はランド６２に働く巻付け力にランド６２の両側の周方向から傾斜した螺旋溝５２又は周方向溝５１の上部分の巻付け力の一部を加えたものになり、中空円筒２０の変形に増幅された荷重によるランド６２の圧縮変形が加わるので、これも感度が高まることになる。
【００５２】
特に、高い張力で圧延する設備においては、形状測定ロール１を何度も研磨し、中空円筒２０の肉厚が薄くなると、周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１と軸方向溝４０との交点にセンサセット３０を設置する構造では、大きな荷重がセンサセット３０に働くため予め大きな耐荷重のセンサセット３０を用意しなければならない。
【００５３】
耐荷重が大きいセンサセット３０ほどサイズも大きくなるので、内側ロール１１，１２に設ける軸方向溝４０や周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１や保持部材も大きくなり、コンパクト化の障害になる。すなわち、設備の使用条件によって、第２，３の実施例と、第４の実施例とを使い分けることにより、様々な状況に応じた最適な測定を行うことができる。
【００５４】
しかし、いずれの実施例においても、中空円筒２０の肉厚を厚くすることには限界がある。金属帯板の板幅方向における各位置に作用する金属帯板からの巻き付け荷重が最も近いランド６２へ流れるときに、中空円筒２０の肉厚が厚いと中空円筒２０の剛性によって更に形状測定ロール１の端部側に分散し、センサセット３０近くの巻付け圧力とセンサセット３０の荷重の対応が悪くなり、測定精度が悪化する。
【００５５】
すなわち、下記式（２）により表される中空円筒２０と内側ロール１１，１２，１３の曲げ剛性比ｒは１以下とすることが望ましい。このため、中空円筒２０の肉厚を極端に厚くすることはできず、内側ロール１１，１２，１３の径の１０％以下とすることが望ましい。
【数２】
ここで、Ｄは中空円筒２０の外径、ｄは内側ロール１１，１２，１３の外径であり中空ロール２０の内径とほぼ同じである。
【００５６】
最も多用される形状測定ロール１の直径は３００ｍｍ前後であるが、本発明を用いれば、内側ロール１１，１２，１３の径を２５０ｍｍにし、中空円筒２０の厚みを２０ｍｍ程度まで厚くすることが可能となる。
【００５７】
図６に示した第５の実施例では、軸方向溝４０内へのセンサ３０の固定方法を示している。キャップ３１と保持板３３で挟んだセンサ３２とスペーサ３４０を交互に並べて軸方向溝４０内に設置している。
【００５８】
センサ３２を固定する保持板３３の両端面は、その両端面の延長線が径方向における内部側で交点を持つ方向に傾斜している。保持板３３に隣接するスペーサ３４０の両端面は、その両端面の延長線が径方向における外部側で交点を持つよう傾斜している。軸方向から径方向に向かって取った保持版３３及びスペーサ３４０の両端面の傾斜角度は、端部側のより内部側に設置される保持版３３及びスペーサ３４０の方が小さいか又は同じとする。
【００５９】
この理由は、端部側のスペーサ３４１を押し込むとこれに接するセンサ３２の保持板３３は径方向に押し上げられ、センサ３２のキャップ３１は中空円筒２０の内面に押し付けられる。しかし、保持板３３は、軸方向における内部側のスペーサ３４０を押して更に内部側の保持板３３を径方向に押し上げる役目もある。
【００６０】
このとき、スペーサ３４０は、軸方向溝４０の底側に押し付けられるため、センサキャップ３１と中空円筒２０との摩擦力、及び、スペーサ３４０と軸方向溝４０の底との摩擦力によって軸方向における内部側の保持板３３を押す力は減少する。センサキャップ３１の中空円筒２０への押し付け力Ｑは、楔角をθ、摩擦係数をμ、スペーサ押し力をＦとすると、下記式（３）により表すことができる。
【数３】
【００６１】
これは，楔角θを小さくするほど、小さな押し力Ｆで大きな押し付け力Ｑを得ることができることを意味する。この原理に従えば、軸方向における端部側から内部側に向かって楔角θを適正に小さくしておけば、摩擦力があっても端部側のスペーサ３４１を押し込むだけで、内部側のセンサ３２にまで中空円筒２０への押し付け力Ｑを与えて固定することができるのである。
【００６２】
図８に示した本発明の第６の実施例は、図６に示した第５の実施例とは別の構成により軸方向溝４０内へのセンサ３２の固定方法を示している。１つの軸方向溝４０内に多数のセンサ３２を設置しようとすると、スペーサ３４０と保持板３３との楔角θを形状測定ロール１の軸方向における内部側に向かうほど小さくし、端部側からスペーサ３４１を押し込んでも押し込み力はセンサ３２やスペーサ３４０の摩擦力によって減衰してしまうので軸方向における内部側の保持板３４０には押し力が伝わらなくなる場合がある。
【００６３】
このため、センサ３２の保持板３３とスペーサ３４０を１セットにし、１セット以上を保持箱３５０，３５１に入れ、保持箱３５０，３５１を１個以上４個以下として軸方向溝４０内に並べれば、単にセンサ３２の保持板３３とスペーサ３４０を軸方向溝４０内に設置する場合よりも多くのセンサ３２を中空円筒２０に押し付けて固定することができる。
【００６４】
なぜなら、軸方向における内部側の保持箱３５０のセンサ３２は端部側の保持箱３５１を介して押されるので、端部側の保持箱３５１に入れたセンサ３２とは無関係に固定することができるからである。すなわち、保持箱３５０，３５１を４個とし、軸方向における端部側から保持箱３５０，３５１やスペーサ３４３を押してセンサ３２を固定する方法を用いると、単にセンサ３２の保持板３３とスペーサ３４０を軸方向溝４０内に設置する方法の最大２倍の数のセンサ３２を軸方向溝４０内で固定することが可能となる。
【００６５】
したがって、本発明に係る金属帯板の形状測定ロールによれば、以下の効果を得ることができる。
（１） 表面に軸方向溝４０が形成された内側ロール１０に中空円筒２０を嵌合する構造により、金属帯板の巻付け力の測定感度が高まるため、中空円筒２０の肉厚を厚くすることができる。この効果により、形状測定ロール１の研磨代が大きくなるため、形状測定ロール１の寿命を長くすることができる。
【００６６】
（２） 金属帯板の巻き付け力を測定するセンサセット３０を設置する内側ロール１０に中空円筒２０を装着しているため、中空円筒２０を研磨して廃却する状態になっても、中空円筒２０のみを交換すればよいため、経済的であり、常に安定した状態を保つことができる。
【００６７】
（３） 金属帯板の巻き付け荷重を測定するセンサセット３０は、軸方向溝４０は内側ロール１０の表面にあるので、内側ロール１０に中空円筒２０を装着する前にセンサセット３０の装着状況を確認できるため、目で確認しながら事前に細かい調整まで行った後センサセット３０を取り外し、中空円筒２０を嵌合したのち再度センサセット３０を挿入しても調整を容易に行うことができる。このため、設置状態に伴う測定精度の低下が少ない。
【００６８】
また、センサセット３０が不調な場合は、何度でも軸方向溝４０から取り出して交換や調整を簡単に行うことができる。これも、本発明に係る形状測定ロール１の内側ロール１０に設けた軸方向溝４０にセンサセット３０を設置することによって得られる効果である。
【００６９】
（４） センサセット３０は軸方向溝４０に挿入したあと、軸方向の端部側から保持箱３５０，３５１やスペーサ３４３を押すだけで固定できるため、調整作業はさらに簡単になる。
【００７０】
（５） 金属帯板の巻付け荷重の測定感度が高くなるので形状を正確に把握でき、この測定値に基づく形状制御が容易になる。この結果、製品の形状精度が改善され、加工後の矯正工程の省力も可能になり、生産性の向上や省エネルギーに繋がる。これらの効果により、測定精度が大きく向上するとともに、形状測定装置の耐用も大幅に伸びるため、高品質な金属帯板を安定して容易に製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、例えば、金属帯板が走行するライン内に設置される金属帯板の形状測定ロールに利用することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０，１１，１２，１３，１００，１０１ 内側ロール
２０ 中空円筒
３０ センサセット
３１ センサのキャップ
３２ センサ
３３ 保持板
３４，３４０ スペーサ
４０ 軸方向溝
５０，５２ 螺旋溝
５１ 周方向溝
６０，６２ 螺旋溝により作られるランド
６１ 周方向溝により作られるランド
７０ 軸受箱
８０ 架台
９０，９００，９０１ フランジ
３４１，３４２，３４３ 軸方向端部側のスペーサ
３５０，３５１ 保持箱
３６０ 保持箱の位置決め用ブロック
３７０ センサの信号ケーブル抜き出し穴
９１０，９２０ スペーサ押し用ねじ
９１１ 保持箱押し用ねじ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属帯板が走行するライン内に設置される金属帯板の形状測定ロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属帯板の形状測定ロールとして、例えば下記特許文献１に示されるように、回転自在に構成した１本の無垢ロールの表面近傍に軸方向に平行な穴を形成し、この穴の中に金属帯板の巻き付け荷重を測定するセンサを設置することにより構成されるものが知られている。
【０００３】
また、金属帯板の形状測定ロールとして、下記特許文献２に示されるように、ロールの表面のくぼみ内にこのくぼみの壁から離して設置されるセンサを、厚さ２〜５ｍｍの薄いケーシング、例えばローラシェルで覆う構成のものが知られている．
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５１５４５６号公報
【特許文献２】特開２０００−８８５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示される従来の金属帯板の形状測定ロールにおいては、以下の問題点が存在する。
（１） ロールは無垢ロールであり、金属帯板を巻き付け運転するとロールの表面が摩耗したり傷が付き、これが金属帯板の表面の疵に繋がるため、定期的にロールの表面を研磨しなげればならない。このため、ロールに軸方向と平行に形成した穴面とロールの表面との距離は研磨ごとに小さくなる。穴に設置されたセンサは、穴のつぶれ量で荷重を測定しているため、穴面と表面との距離によって感度が大きく変わり、研磨ごとにセンサの感度調整が必要となる。
【０００６】
また、最初に穴面と表面との距離を大きくしすぎるとセンサでの測定が出来なくなってしまうため、最初から穴面と表面との距離を小さくしておかなければならず、必然的に研磨代は小さくなってしまう。したがって、高価なロールをわずか数ミリメートル研磨しただけで廃却しなければならない。
【０００７】
（２） ロールの軸方向に平行に形成したロールを貫通しない穴の先端付近にセンサを設置した場合、センサ位置の穴のつぶれ量は穴がない部分に拘束されて小さくなってしまうため、センサが感知する荷重が小さくなり形状測定精度が悪化する。
【０００８】
（３） ロールの軸方向に平行に形成したロールを貫通する穴の途中にセンサを設置した場合、金属帯板の縁付近の穴のつぶれ量は、金属帯板の縁より外側の部分に拘束されて小さくなってしまうため、最も重要な金属帯板の幅方向の端部付近の形状測定精度が悪化する。
【０００９】
（４） ロールの軸方向と平行に穴を機械加工するには、ドリルによる円形穴が通常であるため、ロールの表面から穴までの距離（最小厚み）を小さくしても、径方向に厚みが急増する形であるため、測定感度を高めることが難しい。
【００１０】
（５） ロールの軸方向と平行に形成した穴に設置する多数のセンサの調整は軸端からしか行えず、また、センサの設置状態を直接確認できないため、センサの調整が難しく多くの労力と熟練が必要となる。
【００１１】
また、上記特許文献２に開示される従来の金属帯板の形状測定ロールにおいては、以下の問題点が存在する。
（１） 金属帯板を巻きつけながらロールを回転させると、耐摩耗性材料を使ったケーシングであってもケーシングの表面に傷が付いてしまうため、ケーシングに付いた傷により金属帯板の縁などは傷が付きやすい。このため、ケーシングの表面を研磨しなければならないが、ケーシングの厚みは好ましくは２〜５ｍｍであるため、ケーシングをわずか数ｍｍ研磨しただけでケーシングを交換しなければならない。
【００１２】
（２） 上記特許文献２に開示される従来の金属帯板の形状測定ロールは、内側ロールのくぼみにセンサを設置したあとにケーシングで覆うため、ケーシングを嵌合したあとはセンサの調整ができなくなる。このため、複数個のセンサのうち一つでも不調になると、ケーシングを取り外さない限り調整は不可能であり、多大な時間を要するだけでなく、不経済でもある。
【００１３】
以上のことから、本発明は、調整が容易で部品の交換だけで長期間使用することができ、金属帯板の幅方向の端部まで精度良く形状を測定することができる金属帯板の形状測定ロール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】
【００１４】
上記の課題を解決する第１の発明に係る金属帯板の形状測定ロールは、
金属帯板が走行するラインに両端が回転自在に支持され前記金属帯板を巻き付けるように設置する金属帯板の形状測定ロールにおいて、
表面に少なくとも１本以上の軸方向溝を形成した内側ロールと、
前記内側ロールに嵌合する中空円筒と、
前記内側ロールの前記軸方向溝内に設置され前記金属帯板の巻付け圧力を測定する複数のセンサと
を備える
ことを特徴とする。
【００１５】
上記の課題を解決する第２の発明に係る金属帯板の形状測定ロールは、第１の発明に係る金属帯板の形状測定ロールにおいて、
前記内側ロールの表面には周方向溝又は周方向から傾斜した方向の連続した螺旋溝を形成する
ことを特徴とする。
【００１６】
上記の課題を解決する第３の発明に係る金属帯板の形状測定ロールは、第２の発明に係る金属帯板の形状測定ロールにおいて、
前記センサは、前記周方向溝又は前記螺旋溝と軸方向溝との交差位置に設置される
ことを特徴とする。
【００１７】
上記の課題を解決する第４の発明に係る金属帯板の形状測定ロールは、第２の発明に係る金属帯板の形状測定ロールにおいて、
前記センサは、前記周方向溝又は前記螺旋溝によって形成されるランドと前記軸方向溝との交差位置に設置される
ことを特徴とする。
【００１８】
上記の課題を解決する第５の発明に係る金属帯板の形状測定ロールは、第１の発明から第４の発明のいずれかひとつに係る金属帯板の形状測定ロールにおいて、
前記センサをそれぞれ固定する保持板と、
該保持板と隣接するスペーサと
を備え、
前記保持板の両端面は、該両端面の延長線が径方向の内部側で交点を持つ方向に傾斜させ、
前記保持板に接する前記スペーサの両端面は、該両端面の延長線が径方向の外部側で交点を持つよう傾斜させ、
前記内側ロールの軸方向から径方向に向かって取った前記保持板及び前記スペーサの両端面の傾斜角度は、前記内側ロールの端部側より内部側に設置される前記保持板及び前記スペーサの方が小さいか又は同じとする
ことを特徴とする。
【００１９】
上記の課題を解決する第６の発明に係る金属帯板の形状測定ロールは、第１の発明から第４の発明のいずれかひとつに係る金属帯板の形状測定ロールにおいて、
前記センサをそれぞれ固定する保持板と、
該保持板と隣接するスペーサと
前記軸方向溝内に設置され前記保持板及び前記スペーサを収容する保持箱と
を備え、
前記保持板の両端面は、該両端面の延長線が径方向の内部側で交点を持つ方向に傾斜させ、
前記保持板に接する前記スペーサの両端面は、該両端面の延長線が径方向の外部側で交点を持つよう傾斜させ、
前記内側ロールの軸方向から径方向に向かって取った前記保持板及び前記スペーサの両端面の傾斜角度は、前記内側ロールの端部側より内部側に設置される前記保持版及び前記スペーサの方が小さいか又は同じとする
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、調整が容易で部品の交換だけで長期間使用することができ、金属帯板の幅方向の端部まで精度良く形状を測定することができる金属帯板の形状測定ロールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールの構成を示した軸方向における透視断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールの構成を示した径方向における断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールの構成を示した軸方向における透視断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールの構成を示した軸方向における透視断面図である。
【図５】本発明の第４の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールの構成を示した軸方向における透視断面図である。
【図６】本発明の第５の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールのセンサの固定構造を示した軸方向における部分断面図である。
【図７】本発明の第５の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールのセンサの固定構造を示した径方向における部分断面図である。
【図８】本発明の第６の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールのセンサの固定構造を示した軸方向における部分断面図である。
【図９】本発明の第６の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールのセンサの固定構造を示した径方向における部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る金属帯板の形状測定ロールの実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、軸方向とは形状測定ロールにおける軸方向を意味し、径方向とは形状測定ロールにおける径方向を意味するものとする。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１の構成を示した透視断面図である。なお、図１においては形状測定ロール１の片側の部分の構成のみを示しているが、両側とも構成は同じである。また、図１中に一点鎖線で示す形状測定ロール１の中心線より上側には軸方向における形状測定ロール１の断面図を示し、下側には形状内側ロール１の中空円筒２０を透視した透視図を示している。
【００２４】
図１に示すように、形状測定ロール１は、表面に軸方向に貫通する軸方向溝４０を形成した内側ロール１０と、この内側ロール１０に嵌合する中空円筒２０とを備えている。内側ロール１０は、両端を回転自在になるように軸受を内蔵した軸受箱７０を介して支持架台８０で支持している。内側ロール１０の表面に形成した軸方向溝４０には金属帯板の巻き付け荷重を測定するためのセンサセット３０をスペーサ３４を介して複数個設置しており、内側ロール１０及び中空円筒２０の端部には軸方向溝４０の軸方向の開口を塞ぐフランジ９０が設置されている。
【００２５】
図２は、本発明の第１の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールの構成を示した径方向における断面図である。
図２に示すように、センサセット３０は溝４０内に設置され、形状測定ロール１の周方向に配置される。本実施例では、センサセット３０は、形状測定ロール１の周方向に９０°ピッチで配置されており、形状測定ロール１の１回転中に４回ほどセンサで測定することになるが、この回数は１回以上であれば何回でも良く、回数は問わない。
【実施例２】
【００２６】
図３は、本発明の第２の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１の構成を示した軸方向における透視断面図である。なお、図３においては形状測定ロール１の片側の部分の構成のみを示しているが、両側とも構成は同じである。また、図３中に一点鎖線で示す形状測定ロール１の中心線より上側には軸方向における形状測定ロール１の断面図を示し、下側には形状内側ロール１の中空円筒２０を透視した透視図を示している。
【００２７】
図３に示すように、形状測定ロール１の内側ロール１１の表面には、軸方向溝４０とともに、周方向から傾斜した方向の連続した溝５０が形成されている。内側ロール１１と中空円筒２０は、内側ロール１１の表面の軸方向溝４０と、内側ロール１１の表面の周方向から傾斜した方向の連続した溝５０以外の部分であるランド６０で嵌合している。金属帯板の巻きつけ荷重を測定するためのセンサセット３０は、軸方向溝４０と、周方向から傾斜した方向の連続した螺旋溝５０との交差位置に設置されている。なお、そのほかの構成については第１の実施例と同じであるため、ここでの説明は省略する。
【実施例３】
【００２８】
図４は、本発明の第３の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１の構成を示した軸方向における透視断面図である。なお、図４においては形状測定ロール１の片側の部分の構成のみを示しているが、両側とも構成は同じである。また、図４中に一点鎖線で示す形状測定ロール１の中心線より上側には軸方向における形状測定ロール１の断面図を示し、下側には形状内側ロール１の中空円筒２０を透視した透視図を示している。
【００２９】
図４に示すように、形状測定ロール１の内側ロール１２の表面には、軸方向溝４０とともに、周方向溝５１を設けている。金属帯板の巻き付け荷重を測定するためのセンサセット３０は、軸方向溝４０と周方向溝５１との交差位置に設置されている。内側ロール１２と中空円筒２０は、内側ロール１２の表面の軸方向溝４０と周方向溝５１以外の部分であるランド６１で嵌合している。なお、そのほかの構成については第１の実施例と同じであるため、ここでの説明は省略する。
【実施例４】
【００３０】
図５は、本発明の第４の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１の構成を示した軸方向における透視断面図である。なお、図５においては形状測定ロール１の片側の部分の構成のみを示しているが、両側とも構成は同じである。また、図５中に一点鎖線で示す形状測定ロール１の中心線より上側には軸方向における形状測定ロール１の断面図を示し、下側には形状内側ロール１の中空円筒２０を透視した透視図を示している。
【００３１】
図５に示すように、形状測定ロール１の内側ロール１３の表面には、軸方向溝４０とともに、周方向から傾斜した方向の連続した溝５２が形成されている。金属帯板の巻き付け荷重を測定するためのセンサセット３０は、軸方向溝４０と周方向から傾斜した方向の連続する溝５２により構成されるランド６２との交差位置に設置されている。なお、そのほかの構成については第１の実施例と同じであるため、ここでの説明は省略する。
【実施例５】
【００３２】
図６は、本発明の第５の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１のセンサ３２の固定構造を示した軸方向における部分断面図である。なお、図６においては、センサ３２の軸方向溝４０への固定構造を示している。また、図７は、本発明の第５の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１のセンサ３２の固定構造を示した径方向における部分断面図である。
【００３３】
図６に示すように、センサ３２は、センサキャップ３１と保持板３３とにより形状測定ロール１の径方向に挟まれている。また、形状測定ロール１の軸方向にはスペーサ３４０を挟みながら複数個のセンサ３２が設置されている。
【００３４】
センサ３２を固定する保持板３３の両端面は、その両端面の延長線が径方向における内部側で交点を持つ方向に傾斜している。保持板３３に接するスペーサ３４０の両端面は、その両端面の延長線が径方向における外部側で交点を持つよう傾斜している。軸方向から径方向に向かって取った保持板３３及びスペーサ３４０の両端面の傾斜角度は、軸方向の端部側より内部側に設置される保持板３３及びスペーサ３４０の方が小さいか又は同じとする。
【００３５】
すなわち、軸方向の端部側から順に傾斜角度をθ１，θ２，θ３，θ４，θ５，θ６とすると、θ１≧θ２≧θ３≧θ４≧θ５≧θ６となるようにしている。複数個のセンサ３２は、フランジ９００に取り付けたねじ９１０を回して軸方向における内部側に端部側のスペーサ３４１を押すと、楔効果により径方向における外部側に押し上げられ、中空円筒２０の内面にセンサ３２の上部に設置されたキャップ３１が押し付けられて固定される。
【実施例６】
【００３６】
図８は、本発明の第６の実施例に係る金属帯板の形状測定ロール１のセンサ３２の固定構造を示した径方向における部分断面図である。なお、図８においては、センサ３２の軸方向溝４０への固定構造を示している。
図８に示すように、センサ３２は、形状測定ロール１の径方向においてセンサキャップ３１と保持板３３とにより挟まれている。また、形状測定ロール１の軸方向においては、スペーサ３４０を挟みながら１個又は複数個のセンサ３２が保持箱３５０に格納されている。
【００３７】
軸方向溝４０の内部には、４個以内の保持箱３５０，３５１を設置する。軸方向における内部側の保持箱３５０の軸方向における端部側のスペーサ３４２は、軸方向における端部側の保持箱３５１により内部側に押される構造になっている。
【００３８】
さらに、端部側の保持箱３５１は、端部側のフランジ９０１に設けた保持箱押し用ねじ９１１を回すことによって押され、保持箱３５１が内部側の保持箱３５０の軸端スペーサ３４２を押すことにより内部側の保持箱３５０に設置されたセンサ３２が固定される。内部側の保持箱３５０は、軸方向溝４０の内部に設置した位置決め用ブロック３６０で軸方向の移動を拘束されている。
【００３９】
次に、端部側の保持箱３５１に設置したセンサ３２は、保持箱３５１の端部側の端面に設置したスペーサ押し用ねじ９２０を回して端部側スペーサ３４３を押し込むことによって固定される構造となっている。このとき、センサ３２を固定する保持板３３の両端面は、その両端面の延長線が径方向における内部側で交点を持つ方向に傾斜している。保持板に接するスペーサ３４の両端面は、その両端面の延長線が径方向における外部側で交点を持つよう傾斜している。
【００４０】
軸方向から径方向に向かって取った保持板３３及びスペーサ３４の両端面の傾斜角度は、端部側より内部側の保持板３３及びスペーサ３４の方が小さい又は同じとする。すなわち、図８に示す保持箱３５１に示す傾斜角はθ１≧θ２≧θ３≧θ４の関係となるようにする。
【００４１】
図９は、本発明の第６の実施例に係る金属帯板の形状測定ロールのセンサの固定構造を示した径方向における部分断面図である。
図９に示すように、保持箱３５０の片側の側面には図示していないセンサ３２の信号ケーブルの抜き出し穴３７０を形成し、軸方向溝４０と保持箱３５０との間の隙間から端部側にケーブルを引き出す構造となっている。
【００４２】
〔発明の作用〕
次に、本発明に係る形状測定ロール１の作用について説明する。
形状測定ロール１に張力を付与した金属帯板を巻きつけると、形状測定ロール１の表面にはその部分の張力に比例する巻き付け圧力が働く。その関係は下記式（１）により表すことができる。
【数１】
ここで、ｐは巻付け圧力、σはその位置の金属帯板の単位厚、単位幅あたりの張力、ｈは金属帯板の板厚、Ｒは形状測定ロール１の半径を意味する。
【００４３】
図１，２に示した第１の実施例のように、軸方向溝４０を持つ内側ロール１０に中空円筒２０を嵌合して構成した形状測定ロール１に、張力を付与した金属帯板を巻きつけると、軸方向溝４０の上の部分の中空円筒２０は軸方向溝４０の両側のランドに支えられる状態となる。これは、あたかも軸方向溝４０の幅と同じ長さの短尺の両端が弾性支持された曲がり梁（板）の状態であり、中空円筒２０はその点の圧力に比例して変形する。
【００４４】
軸方向溝４０の中にセンサセット３０を中空円筒２０に押し付けるように設置すると、センサセット３０は変位に比例する荷重を受けることとなる。したがって、金属帯板の板幅の位置ごとにセンサセット３０で荷重を測定すれば、金属帯板の張力分布、すなわち金属帯板の形状を求めることができる。
【００４５】
また、軸方向溝４０は、中空円筒２０と嵌合する前の内側ロール１０の表面に加工する。このため、軸方向溝４０の幅を自由に設定することができるので、センサセット３０の感度を大きく低下させることなく中空円筒２０の厚みを厚くすることもできる。この結果、形状測定ロール１の研磨代を厚く取ることができるため、形状測定ロール１の寿命を長くすることができる。さらに、中空円筒２０を内側ロール１０に嵌合する構造であるため、形状測定ロール１が研磨により廃却径となった場合には、中空円筒２０を交換するだけでよいため経済的である。
【００４６】
それでも、中空円筒２０の変位は肉厚をさらに厚くすると厚さの４乗のオーダで小さくなるため測定精度が悪化する。図３，４に示した第２，３の実施例では、軸方向溝４０の他に、周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１も設け、センサセット３０は軸方向溝４０と周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１との交差位置に設置している。
【００４７】
この位置では、中空円筒２０は軸方向溝４０の両端、すなわち周方向においても支持されないため、金属帯板の巻付け圧力による変位が増幅され測定精度をさらに高めることができる。この効果により、中空円筒２０の肉厚をさらに厚くすることができるため、中空円筒２０の寿命をさらに長くすることが可能となる。
【００４８】
このとき、周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１は深くするべきでない。なぜなら、周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１は、センサセット３０を設置する位置で中空円筒２０が内側ロール１１，１２と周方向においても接触させないためだけのものであるからである。
【００４９】
一方、周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１を深くすると、形状測定ロール１は周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１がある部分の曲げ剛性が極端に小さくなるため、軸方向において周期的に曲げ剛性が大きく変わることになり、センサセット３０に流れ込む荷重に影響を及ぼすため、測定精度を悪化させる。したがって、周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１の深さは１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００５０】
また、センサセット３０は、図４に示した第３の実施例のように、センサセット３０は周方向から傾斜した螺旋溝５２又は周方向溝５１（図５参照）で形成されるランド６２と軸方向溝４０との交差部に設置してもよい。周方向から傾斜した螺旋溝５２又は周方向溝５１を形成すると、周方向から傾斜した螺旋溝５２又は周方向溝５１の上部分の中空円筒２０の表面に働く金属帯板からの巻付け力は、両側のランド６２に流れこむ。
【００５１】
すなわち、ランド６２が受け持つ荷重はランド６２に働く巻付け力にランド６２の両側の周方向から傾斜した螺旋溝５２又は周方向溝５１の上部分の巻付け力の一部を加えたものになり、中空円筒２０の変形に増幅された荷重によるランド６２の圧縮変形が加わるので、これも感度が高まることになる。
【００５２】
特に、高い張力で圧延する設備においては、形状測定ロール１を何度も研磨し、中空円筒２０の肉厚が薄くなると、周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１と軸方向溝４０との交点にセンサセット３０を設置する構造では、大きな荷重がセンサセット３０に働くため予め大きな耐荷重のセンサセット３０を用意しなければならない。
【００５３】
耐荷重が大きいセンサセット３０ほどサイズも大きくなるので、内側ロール１１，１２に設ける軸方向溝４０や周方向から傾斜した螺旋溝５０又は周方向溝５１や保持部材も大きくなり、コンパクト化の障害になる。すなわち、設備の使用条件によって、第２，３の実施例と、第４の実施例とを使い分けることにより、様々な状況に応じた最適な測定を行うことができる。
【００５４】
しかし、いずれの実施例においても、中空円筒２０の肉厚を厚くすることには限界がある。金属帯板の板幅方向における各位置に作用する金属帯板からの巻き付け荷重が最も近いランド６２へ流れるときに、中空円筒２０の肉厚が厚いと中空円筒２０の剛性によって更に形状測定ロール１の端部側に分散し、センサセット３０近くの巻付け圧力とセンサセット３０の荷重の対応が悪くなり、測定精度が悪化する。
【００５５】
すなわち、下記式（２）により表される中空円筒２０と内側ロール１１，１２，１３の曲げ剛性比ｒは１以下とすることが望ましい。このため、中空円筒２０の肉厚を極端に厚くすることはできず、内側ロール１１，１２，１３の径の１０％以下とすることが望ましい。
【数２】
ここで、Ｄは中空円筒２０の外径、ｄは内側ロール１１，１２，１３の外径であり中空ロール２０の内径とほぼ同じである。
【００５６】
最も多用される形状測定ロール１の直径は３００ｍｍ前後であるが、本発明を用いれば、内側ロール１１，１２，１３の径を２５０ｍｍにし、中空円筒２０の厚みを２０ｍｍ程度まで厚くすることが可能となる。
【００５７】
図６に示した第５の実施例では、軸方向溝４０内へのセンサ３０の固定方法を示している。キャップ３１と保持板３３で挟んだセンサ３２とスペーサ３４０を交互に並べて軸方向溝４０内に設置している。
【００５８】
センサ３２を固定する保持板３３の両端面は、その両端面の延長線が径方向における内部側で交点を持つ方向に傾斜している。保持板３３に隣接するスペーサ３４０の両端面は、その両端面の延長線が径方向における外部側で交点を持つよう傾斜している。軸方向から径方向に向かって取った保持版３３及びスペーサ３４０の両端面の傾斜角度は、端部側のより内部側に設置される保持版３３及びスペーサ３４０の方が小さいか又は同じとする。
【００５９】
この理由は、端部側のスペーサ３４１を押し込むとこれに接するセンサ３２の保持板３３は径方向に押し上げられ、センサ３２のキャップ３１は中空円筒２０の内面に押し付けられる。しかし、保持板３３は、軸方向における内部側のスペーサ３４０を押して更に内部側の保持板３３を径方向に押し上げる役目もある。
【００６０】
このとき、スペーサ３４０は、軸方向溝４０の底側に押し付けられるため、センサキャップ３１と中空円筒２０との摩擦力、及び、スペーサ３４０と軸方向溝４０の底との摩擦力によって軸方向における内部側の保持板３３を押す力は減少する。センサキャップ３１の中空円筒２０への押し付け力Ｑは、楔角をθ、摩擦係数をμ、スペーサ押し力をＦとすると、下記式（３）により表すことができる。
【数３】
【００６１】
これは，楔角θを小さくするほど、小さな押し力Ｆで大きな押し付け力Ｑを得ることができることを意味する。この原理に従えば、軸方向における端部側から内部側に向かって楔角θを適正に小さくしておけば、摩擦力があっても端部側のスペーサ３４１を押し込むだけで、内部側のセンサ３２にまで中空円筒２０への押し付け力Ｑを与えて固定することができるのである。
【００６２】
図８に示した本発明の第６の実施例は、図６に示した第５の実施例とは別の構成により軸方向溝４０内へのセンサ３２の固定方法を示している。１つの軸方向溝４０内に多数のセンサ３２を設置しようとすると、スペーサ３４０と保持板３３との楔角θを形状測定ロール１の軸方向における内部側に向かうほど小さくし、端部側からスペーサ３４１を押し込んでも押し込み力はセンサ３２やスペーサ３４０の摩擦力によって減衰してしまうので軸方向における内部側の保持板３４０には押し力が伝わらなくなる場合がある。
【００６３】
このため、センサ３２の保持板３３とスペーサ３４０を１セットにし、１セット以上を保持箱３５０，３５１に入れ、保持箱３５０，３５１を１個以上４個以下として軸方向溝４０内に並べれば、単にセンサ３２の保持板３３とスペーサ３４０を軸方向溝４０内に設置する場合よりも多くのセンサ３２を中空円筒２０に押し付けて固定することができる。
【００６４】
なぜなら、軸方向における内部側の保持箱３５０のセンサ３２は端部側の保持箱３５１を介して押されるので、端部側の保持箱３５１に入れたセンサ３２とは無関係に固定することができるからである。すなわち、保持箱３５０，３５１を４個とし、軸方向における端部側から保持箱３５０，３５１やスペーサ３４３を押してセンサ３２を固定する方法を用いると、単にセンサ３２の保持板３３とスペーサ３４０を軸方向溝４０内に設置する方法の最大２倍の数のセンサ３２を軸方向溝４０内で固定することが可能となる。
【００６５】
したがって、本発明に係る金属帯板の形状測定ロールによれば、以下の効果を得ることができる。
（１） 表面に軸方向溝４０が形成された内側ロール１０に中空円筒２０を嵌合する構造により、金属帯板の巻付け力の測定感度が高まるため、中空円筒２０の肉厚を厚くすることができる。この効果により、形状測定ロール１の研磨代が大きくなるため、形状測定ロール１の寿命を長くすることができる。
【００６６】
（２） 金属帯板の巻き付け力を測定するセンサセット３０を設置する内側ロール１０に中空円筒２０を装着しているため、中空円筒２０を研磨して廃却する状態になっても、中空円筒２０のみを交換すればよいため、経済的であり、常に安定した状態を保つことができる。
【００６７】
（３） 金属帯板の巻き付け荷重を測定するセンサセット３０は、軸方向溝４０は内側ロール１０の表面にあるので、内側ロール１０に中空円筒２０を装着する前にセンサセット３０の装着状況を確認できるため、目で確認しながら事前に細かい調整まで行った後センサセット３０を取り外し、中空円筒２０を嵌合したのち再度センサセット３０を挿入しても調整を容易に行うことができる。このため、設置状態に伴う測定精度の低下が少ない。
【００６８】
また、センサセット３０が不調な場合は、何度でも軸方向溝４０から取り出して交換や調整を簡単に行うことができる。これも、本発明に係る形状測定ロール１の内側ロール１０に設けた軸方向溝４０にセンサセット３０を設置することによって得られる効果である。
【００６９】
（４） センサセット３０は軸方向溝４０に挿入したあと、軸方向の端部側から保持箱３５０，３５１やスペーサ３４３を押すだけで固定できるため、調整作業はさらに簡単になる。
【００７０】
（５） 金属帯板の巻付け荷重の測定感度が高くなるので形状を正確に把握でき、この測定値に基づく形状制御が容易になる。この結果、製品の形状精度が改善され、加工後の矯正工程の省力も可能になり、生産性の向上や省エネルギーに繋がる。これらの効果により、測定精度が大きく向上するとともに、形状測定装置の耐用も大幅に伸びるため、高品質な金属帯板を安定して容易に製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、例えば、金属帯板が走行するライン内に設置される金属帯板の形状測定ロールに利用することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０，１１，１２，１３，１００，１０１ 内側ロール
２０ 中空円筒
３０ センサセット
３１ センサのキャップ
３２ センサ
３３ 保持板
３４，３４０ スペーサ
４０ 軸方向溝
５０，５２ 螺旋溝
５１ 周方向溝
６０，６２ 螺旋溝により作られるランド
６１ 周方向溝により作られるランド
７０ 軸受箱
８０ 架台
９０，９００，９０１ フランジ
３４１，３４２，３４３ 軸方向端部側のスペーサ
３５０，３５１ 保持箱
３６０ 保持箱の位置決め用ブロック
３７０ センサの信号ケーブル抜き出し穴
９１０，９２０ スペーサ押し用ねじ
９１１ 保持箱押し用ねじ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属帯板が走行するラインに両端が回転自在に支持され前記金属帯板を巻き付けるように設置する金属帯板の形状測定ロールにおいて、
表面に少なくとも１本以上の軸方向溝を形成した内側ロールと、
前記内側ロールに嵌合する中空円筒と、
前記内側ロールの前記軸方向溝内に設置され前記金属帯板の巻付け圧力を測定する複数のセンサと
を備える
ことを特徴とする金属帯板の形状測定ロール。
【請求項２】
前記内側ロールの表面には周方向溝又は周方向から傾斜した方向の連続した螺旋溝を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の金属帯板の形状測定ロール。
【請求項３】
前記センサは、前記周方向溝又は前記螺旋溝と軸方向溝との交差位置に設置される
ことを特徴とする請求項２に記載の金属帯板の形状測定ロール。
【請求項４】
前記センサは、前記周方向溝又は前記螺旋溝によって形成されるランドと前記軸方向溝との交差位置に設置される
ことを特徴とする請求項２に記載の金属帯板の形状測定ロール。
【請求項５】
前記センサをそれぞれ固定する保持板と、
該保持板と隣接するスペーサと
を備え、
前記保持板の両端面は、該両端面の延長線が径方向の内部側で交点を持つ方向に傾斜させ、
前記保持板に接する前記スペーサの両端面は、該両端面の延長線が径方向の外部側で交点を持つよう傾斜させ、
前記内側ロールの軸方向から径方向に向かって取った前記保持板及び前記スペーサの両端面の傾斜角度は、前記内側ロールの端部側より内部側に設置される前記保持板及び前記スペーサの方が小さいか又は同じとする
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属帯板の形状測定ロール。
【請求項６】
前記センサをそれぞれ固定する保持板と、
該保持板と隣接するスペーサと
前記軸方向溝内に設置され前記保持板及び前記スペーサを収容する保持箱と
を備え、
前記保持板の両端面は、該両端面の延長線が径方向の内部側で交点を持つ方向に傾斜させ、
前記保持板に接する前記スペーサの両端面は、該両端面の延長線が径方向の外部側で交点を持つよう傾斜させ、
前記内側ロールの軸方向から径方向に向かって取った前記保持板及び前記スペーサの両端面の傾斜角度は、前記内側ロールの端部側より内部側に設置される前記保持版及び前記スペーサの方が小さいか又は同じとする
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属帯板の形状測定ロール。
【請求項１】
金属帯板が走行するラインに両端が回転自在に支持され前記金属帯板を巻き付けるように設置する金属帯板の形状測定ロールにおいて、
表面に少なくとも１本以上の軸方向溝を形成した内側ロールと、
前記内側ロールに嵌合する中空円筒と、
前記内側ロールの前記軸方向溝内に設置され前記金属帯板の巻付け圧力を測定する複数のセンサと
を備える
ことを特徴とする金属帯板の形状測定ロール。
【請求項２】
前記内側ロールの表面には周方向溝又は周方向から傾斜した方向の連続した螺旋溝を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の金属帯板の形状測定ロール。
【請求項３】
前記センサは、前記周方向溝又は前記螺旋溝と軸方向溝との交差位置に設置される
ことを特徴とする請求項２に記載の金属帯板の形状測定ロール。
【請求項４】
前記センサは、前記周方向溝又は前記螺旋溝によって形成されるランドと前記軸方向溝との交差位置に設置される
ことを特徴とする請求項２に記載の金属帯板の形状測定ロール。
【請求項５】
前記センサをそれぞれ固定する保持板と、
該保持板と隣接するスペーサと
を備え、
前記保持板の両端面は、該両端面の延長線が径方向の内部側で交点を持つ方向に傾斜させ、
前記保持板に接する前記スペーサの両端面は、該両端面の延長線が径方向の外部側で交点を持つよう傾斜させ、
前記内側ロールの軸方向から径方向に向かって取った前記保持板及び前記スペーサの両端面の傾斜角度は、前記内側ロールの端部側より内部側に設置される前記保持板及び前記スペーサの方が小さいか又は同じとする
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属帯板の形状測定ロール。
【請求項６】
前記センサをそれぞれ固定する保持板と、
該保持板と隣接するスペーサと
前記軸方向溝内に設置され前記保持板及び前記スペーサを収容する保持箱と
を備え、
前記保持板の両端面は、該両端面の延長線が径方向の内部側で交点を持つ方向に傾斜させ、
前記保持板に接する前記スペーサの両端面は、該両端面の延長線が径方向の外部側で交点を持つよう傾斜させ、
前記内側ロールの軸方向から径方向に向かって取った前記保持板及び前記スペーサの両端面の傾斜角度は、前記内側ロールの端部側より内部側に設置される前記保持版及び前記スペーサの方が小さいか又は同じとする
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属帯板の形状測定ロール。
【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２０１０−２０３８６９（Ｐ２０１０−２０３８６９Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４８７３９（Ｐ２００９−４８７３９）
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（５０２２５１７８４）三菱日立製鉄機械株式会社 (130)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（５０２２５１７８４）三菱日立製鉄機械株式会社 (130)
【Ｆターム（参考）】
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