(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローリングカットシャーによる金属材料の剪断方法において、
上下刃による金属材料の剪断を複数回繰り返すことにより金属材料をその長手方向で剪断加工する際に、
下記（1）式により、金属材料を１回剪断した時の材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）を求め、
Ｐ（ｘ）＝Ｋｔ２／tanθ（ｘ）    …（1）
但し  Ｐ：剪断荷重（Ｎ）
t：金属材料の板厚（ｍｍ）
Ｋ：金属材料の剪断抵抗（ＭＰａ）
θ（ｘ）：材料剪断方向ｘでの相対レーキ角分布（deg）
金属材料の１回目の剪断時には、前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御し、
前記１回目の剪断時に、材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を測定し、２回目以降の剪断時には、前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御することを特徴とする金属材料の剪断方法。
【請求項２】
材料位置の制御では、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐaの８０％以上となるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御することを特徴とする請求項１に記載の金属材料の剪断方法。
【請求項３】
材料位置の制御では、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐaとなるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御することを特徴とする請求項２に記載の金属材料の剪断方法。
【請求項４】
材料位置の制御では、金属材料の標準材料位置Ｘmに対する位置補正量ΔＸmを求め、この位置補正量ΔＸmから目標材料位置Ｘmaを決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属材料の剪断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローリングカットシャーによる金属材料の剪断方法及び剪断設備に関するもので、特にローリングカットシャーの剪断荷重を低減するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、厚鋼板の製造技術分野では、例えば、ラインパイプ材用にＡＰＩ規格Ｘ１２０鋼の商用試作生産が開始されるなど、鋼材の高強度化が進んでいる。
厚鋼板の製造工程では、所定の厚さに圧延された鋼板の形状を矩形とすべく、幅方向両端部をローリングカット式サイドシャー（ローリングカットシャー）で剪断後、長手方向両端部をダウンカット式クロップシャーで切り落としているが、鋼材の高強度化に伴い、剪断作業への負荷は増大する傾向にあり、シャーの剪断能力の向上が要望されている。
【０００３】
図１７にローリングカットシャーの構造を模式的に示す。このシャーは、被剪断材ｅが通過できるハウジング３の内側に、円弧状の刃先を持つ上刃１と直線状の刃先を持つ下刃２が配置され、下刃２はハウジング側に固定されている。一方、上刃１は、長手方向の前部（材料入側）を２つのリンク５a，５bからなるクランク機構６で、また後部（材料出側）を２つのリンク７a，７bからなるクランク機構８で、それぞれハウジング３に吊持されている。前記リンク５ａ，７ａは、各一端部がハウジング３に設けられた駆動装置の回転軸（図示せず）に支持固定されており、この支持固定部を支点５０，７０として旋回駆動する。したがって、リンク５ａ，７ａとこれを支持する回転軸はクランク軸を構成し、リンク５ａ，７ａはそのクランク腕に相当する。また、リンク５a，リンク７aの各他端部は、下部側のリンク５b，リンク７bの各上端に回動可能に枢着５１，７１されている。また、下部側のリンク５b，リンク７bの各下端は、上刃１に回動可能に枢着５２，７２されている。クランク機構６，８を構成するリンクの長さは、リンク５a＞リンク７a、リンク５b＜リンク７bとなっている。このローリングカットシャーは、クランク軸のクランク腕に相当するリンク５a，リンク７aが駆動装置（図示せず）により図中矢印方向に回転（旋回）するが、前後部のクランク機構６，８を構成するリンクが上記のような長さであるため、上刃１が転動（ローリング）するように押し下げられ、下刃２との間で被剪断材ｅを設備の材料出側方向から材料入側に向けて剪断する。
【０００４】
ローリングカットシャーによる被剪断材（厚鋼板）の剪断手順を図１８（Ａ）〜（Ｈ）（図１８−１〜４）に示す。まず、図１８（Ａ）に示すように、剪断前は上刃１は上方に待機しており、上下刃間のクリアランスは被剪断材ｅの通板を妨げないように確保されている（＝最大板厚＋α）。図１８（Ｂ）に示すように、被剪断材ｅをシャー前後に配置されたピンチロール（図示せず）によって所定位置まで前進、停止させる。次いで、図１８（Ｃ）〜（Ｆ）に示すように、クランク機構６，８を作動させ（リンク５a，リンク７aをクランク腕とするクランク軸を回転させる）、上刃１を転動（ローリング）させるように押し下げて設備の材料出側方向から材料入側に向けて被剪断材ｅを剪断する。図１８（Ｇ）に示すように、クランク機構６，８のリンク５a，リンク７aが１回転し終えることにより上刃１は元の待機位置に復帰し、１回の剪断動作が完了する。次いで、図１８（Ｈ）に示すように、再びピンチロールによって次回剪断のための所定位置まで被剪断材ｅを前進させるとともに、剪断後の屑となるエッジ部を専用のナイフで剪断する（図示せず）。以下、被剪断材全長の剪断が完了するまで、図１８（Ｂ）〜（Ｈ）を繰り返す。
【０００５】
ローリングカットにおける剪断荷重Ｐ（Ｎ）は、一般には下記（i）式で求めることができる。
Ｐ＝Ｋｔ２／tanθ    …（i）
θ＝tan−１（ｔ／Ｌ）    …（ii）
但し  t：被剪断材の板厚（ｍｍ）
Ｋ：被剪断材の剪断抵抗（＝α・σTS）（ＭＰａ）
σTS：被剪断材の引張り強度（ＭＰａ）
θ：相対レーキ角（被剪断材と上刃とのなす角度）（deg）
Ｌ：剪断長（ｍｍ）
ここで、相対レーキ角θとは、図１９に示すように、被剪断材ｅ（金属材料）の剪断方向において、上刃１の円弧状の刃先１００が被剪断材下面と交わる点をｐとした場合、円弧状の刃先１００の点ｐにおける接線ｆと、被剪断材長手方向と平行な直線とがなす角度を指す。
【０００６】
ローリングカットシャーの剪断能力は、上刃１の被剪断材ｅへの押し付け力と上刃１の相対レーキ角θに依存するが、相対レーキ角θはクランク機構による上刃１の移動軌跡と刃形状により決まる。
一般にローリングカットシャーでは、長手方向で均一な剪断能力、剪断品質を保証するため、図１８（Ｆ）に示すように、上刃１の最下点到達時の上下刃ラップ代が長手方向にほぼ０〜１０ｍｍ近傍で一定となるように設計されている（下刃は図示せず）。この場合、一般に上刃（刃先）形状は、曲率半径Ｒ６〜１２ｍ程度の下側に凸の円弧形状であって、相対レーキ角θが上刃長手方向で２．０〜５．０deg程度に構成される。ここで、剪断品質とは、残留応力による被剪断材の力学的特性の変化、曲がりを指す。
【０００７】
難剪断材料（例えば、硬くて厚い材料）を剪断する場合は、押し付け力を増大させるか、相対レーキ角θを大きくする必要がある。しかし、押し付け力の増大は、上刃１の駆動装置の増強やハウジング（門型フレーム）の補強が必要となり、大掛かりな設備工事となるため容易には実施できない。
一方、相対レーキ角θを大きくするには、上刃１の移動軌跡を決定しているクランク機構を改造する方法が考えられるが、これも大掛かりな設備工事となるため容易には実施できない。特許文献１には、ダウンカット方式におけるレーキ角の決定方法が記載されているが、これは、ダウンカット方式においては上下刃のなすレーキ角θが上刃形状に依ってのみ決定されることが前提となっており、本発明が対象とするようなローリングカット式の剪断設備への適用は困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−７８３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって本発明の目的は、ローリングカットシャーによる金属材料の剪断方法及び剪断設備において、特別な設備的負担を要することなく、厚鋼板などの金属材料を小さい剪断荷重で効率的に剪断加工することができ、難剪断材料も容易に剪断加工することができる剪断方法および設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、円弧状の刃先を有する上刃（下向きに凸状の円弧刃）を用い、被剪断材の送りと剪断を連続的に繰り返すローリングカットシャーによる剪断加工では、上刃の円弧状の刃先のうち、円弧極小点よりも材料入側方向では円弧極小点から離れるほど相対レーキ角θが増大し、剪断荷重が小さくなるという事実に着目し、送り量によって決定される被剪断材の長手方向位置を制御することにより、剪断を受け持つ上刃領域での相対レーキ角θを大きくすることができ、所望の剪断荷重で効率的な剪断加工を行うことができる、という着想を得た。
本発明はこのような着想の下になされたもので、以下を要旨とするものである。
【００１１】
［1］ローリングカットシャーによる金属材料の剪断方法において、
上下刃による金属材料の剪断を複数回繰り返すことにより金属材料をその長手方向で剪断加工する際に、
下記（1）式により、金属材料を１回剪断した時の材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）を求め、
Ｐ（ｘ）＝Ｋｔ２／tanθ（ｘ）    …（1）
但し  Ｐ：剪断荷重（Ｎ）
t：金属材料の板厚（ｍｍ）
Ｋ：金属材料の剪断抵抗（ＭＰａ）
θ（ｘ）：材料剪断方向ｘでの相対レーキ角分布（deg）
金属材料の１回目の剪断時には、前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御し、
前記１回目の剪断時に、材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を測定し、２回目以降の剪断時には、前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御することを特徴とする金属材料の剪断方法。
【００１４】
［2］上記［1］の剪断方法において、材料位置の制御では、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐaの８０％以上となるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御することを特徴とする金属材料の剪断方法。
［3］上記［2］の剪断方法において、材料位置の制御では、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐaとなるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御することを特徴とする金属材料の剪断方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの剪断方法において、材料位置の制御では、金属材料の標準材料位置Ｘmに対する位置補正量ΔＸmを求め、この位置補正量ΔＸmから目標材料位置Ｘmaを決定することを特徴とする金属材料の剪断方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ローリングカットシャーによる金属材料の剪断加工において、特別な設備的負担を要することなく、金属材料を小さい剪断荷重で効率的に剪断することができる。このため、剪断時にハウジングや刃先に作用する反力が低下し、設備寿命と上刃寿命を延ばすことができるとともに、難剪断材料であっても容易に剪断加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ローリングカットシャーによる１回の剪断での剪断初期において、材料剪断方向での相対レーキ角θ分布（ｘ）を示すグラフ
【図２】ローリングカットシャーによる１回の剪断での剪断後期において、材料剪断方向での相対レーキ角θ分布（ｘ）を示すグラフ
【図３】被剪断材料をローリングカットシャーで剪断する際に、測定手段により実測された材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）と、（1）式で計算された材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）を示すグラフ
【図４】鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）の測定手段を構成する検出器（剪断時に上刃が受ける反力を検出する検出器）の一設置例であって、検出器として歪みゲージを用いた場合を示す説明図
【図５】図４の実施形態において、歪みゲージによる鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）の測定原理を示す説明図
【図６】図４の実施形態において、入側位置及び出側位置の歪みゲージの出力チャートの一例と、それから求められる鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を示すグラフ
【図７】鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）の測定手段を構成する検出器（剪断時に上刃が受ける反力を検出する検出器）の他の設置例であって、検出器としてロードセルを用いた場合を示す説明図
【図８】図７の実施形態において、ロードセルによる鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）の測定原理を示す説明図
【図９】図７の実施形態おけるロードセルの設置例を示す説明図
【図１０】図７の実施形態において、入側位置及び出側位置のロードセルの出力チャートの一例と、それから求められる鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を示すグラフ
【図１１】剪断時の鉛直方向剪断荷重Ｐの実測値に基づいて材料の位置制御を行う本発明法の実施に供される設備と制御フローを示す説明図
【図１２】剪断時の鉛直方向剪断荷重Ｐの計算値に基づいて材料の位置制御を行う本発明法の実施に供される設備と制御フローを示す説明図
【図１３】金属材料の１回目の剪断時には、従来法通りに標準材料位置Ｘmで剪断するとともに、２回目以降の剪断時には、１回目の剪断時に測定された鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）に基づき材料位置を制御した場合における、材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布Ｐ（ｘ）を示すグラフ
【図１４】剪断時の鉛直方向剪断荷重Ｐの実測値と計算値に基づいて材料の位置制御を行う本発明法の実施に供される設備と制御フローを示す説明図
【図１５】実施例において、厚鋼板の高強度材を剪断加工した際の１回目及び２回目の剪断時の鉛直方向剪断荷重分布Ｐ（ｘ）を示すグラフ
【図１６】実施例において、厚鋼板の低強度材を剪断加工した際の１回目及び２回目の剪断時の鉛直方向剪断荷重分布Ｐ（ｘ）を示すグラフ
【図１７】ローリングカットシャーの構造を模式的に示す説明図
【図１８−１】ローリングカットシャーによる被剪断材の剪断手順を示す説明図
【図１８−２】ローリングカットシャーによる被剪断材の剪断手順を示す説明図
【図１８−３】ローリングカットシャーによる被剪断材の剪断手順を示す説明図
【図１８−４】ローリングカットシャーによる被剪断材の剪断手順を示す説明図
【図１９】相対レーキ角θの定義を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１と図２は、ローリングカットシャーによる被剪断材（金属材料）の１回の剪断での剪断初期と剪断後期において、材料剪断方向（上刃長手方向）での相対レーキ角θ分布（ｘ）を示したものである。円弧状の刃先を有する上刃（下向きに凸状の円弧刃）を用いるローリングカットシャーによる剪断加工では、上刃１を転動（ローリング）させるように押し下げて設備の材料出側方向から材料入側に向けて剪断するため、ローリング過程の中で、上刃１の円弧極小点ｋよりも材料出側の上刃領域で剪断する場合（図１に示す剪断初期）に較べ、円弧極小点ｋよりも材料入側の上刃領域で剪断する場合（図２に示す剪断後期）の方が相対レーキ角θは大きくなる。
【００２２】
被剪断材ｅの剪断前にあたる「送り」過程においては、上刃１は上方に待機しており、上下刃間のクリアランスは被剪断材ｅの通板を妨げないように確保されているため、ローリングカット式との呼称ではあるが、厳密には上刃１の鉛直方向の上下動を伴う。このため、上刃１の上下動を伴わない理想的なローリングカット（図示）に対し、上刃１の円弧状の刃先のうち、円弧極小点ｋよりも材料出側方向では、円弧極小点ｋから離れるほど相対レーキ角θが小さくなり、一方、円弧極小点ｋよりも材料入側方向では、円弧極小点ｋから離れるほど相対レーキ角θが大きくなる。ここで、円弧極小点とは、上刃が水平な状態で、円弧状の刃先の曲率中心からの鉛直線と刃先が交わる点のことである。また、上刃が水平な状態とは、上刃の上面が水平な状態を指す。
【００２３】
図３に、ある被剪断材をローリングカットシャーで剪断する際に、測定手段により実測された材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）と、下記（1）式により計算された材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）の例を示す。
Ｐ（ｘ）＝Ｋｔ２／tanθ（ｘ）    …（1）
但し  Ｐ：剪断荷重（Ｎ）
t：金属材料の板厚（ｍｍ）
Ｋ：金属材料の剪断抵抗（ＭＰａ）
θ（ｘ）：材料剪断方向ｘでの相対レーキ角分布（deg）
図３によれば、材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布Ｐ（ｘ）は、実測値ＰＪＩ（ｘ）と計算値ＰＳＵ（ｘ）とがよい一致を示しており、材料剪断方向ｘでの相対レーキ角分布θ（ｘ）にしたがい、上刃１の円弧状の刃先のうち円弧極小点ｋよりも材料入側方向では、円弧極小点ｋから離れるほど鉛直方向剪断荷重Ｐは減少している。
【００２４】
一般のローリングカットシャーは、被剪断材を剪断位置に順次送るための送り装置を有するとともに、材料位置の制御機構を有している。そこで本発明は、（i）被剪断材の長手方向位置を制御することにより、剪断を受け持つ上刃領域を選択する、（ii）その際、剪断時における材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布の実測値又は計算値、すなわち、鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）又は鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるよう（好ましくは目標剪断荷重Ｐaの８０％以上となるよう、特に好ましくは目標剪断荷重Ｐaとなるよう）、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御する、という方法を採るものである。
【００２５】
目標剪断荷重Ｐaは、主に設備強度の面から設備に過剰な負担をかけない剪断荷重の上限値などを基準に設定される。したがって、本発明によれば、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるよう（好ましくは目標剪断荷重Ｐaの８０％以上となるよう、特に好ましくは目標剪断荷重Ｐaとなるよう）、剪断時の材料位置が選択されることにより、設備に過剰な負担をかけない最大限の剪断荷重で効率的な剪断を行うことができる。そして、被剪断材が難剪断性のものであるほど、相対レーキ角θが大きい上刃領域で剪断が行われることになり、被剪断材の難剪断性の度合いに応じて最も効率的な剪断加工を行うことができる。
【００２６】
以下、本発明の剪断方法及び設備の詳細を説明する。
本発明による剪断方法の１つは、剪断時における鉛直方向剪断荷重Ｐの実測値、すなわち材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるよう（好ましくは目標剪断荷重Ｐaの８０％以上となるよう、特に好ましくは目標剪断荷重Ｐaとなるよう）、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御する方法である。すなわち、この剪断方法では、上下刃による金属材料（被剪断材）の剪断を複数回繰り返すことにより金属材料をその長手方向で剪断加工する際に、金属材料の１回目の剪断時に、材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を測定し、２回目以降の剪断時には、前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御する。
【００２７】
図４及び図７は、上記鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）の測定手段を構成する検出器（剪断時に上刃１が受ける反力を検出する検出器）の設置例を示すものである。
図４は、検出器としてハウジング３の入側位置と出側位置に歪みゲージ２０Ａ，２０Ｂを貼り付け、剪断時に上刃１が受ける反力を簡易的に検出できるようにしたものである。図５は、歪みゲージ２０Ａ，２０Ｂによる鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）の測定原理を示す説明図である。上刃１と被剪断材ｅとの間に発生する鉛直方向剪断荷重Ｐは、最終的にはハウジング３の入側位置と出側位置の各部分でその反力を受け持つことになる。図に示すように、入側反力Ｐen及び出側反力Ｐdeと、鉛直方向剪断荷重Ｐの作用点から入側及び出側のハウジング部分までの距離Ｌen、Ｌdeの間にはモーメントの釣り合い式が成り立つ。図６に、歪みゲージ２０Ａ（入側位置）と歪みゲージ２０Ｂ（出側位置）の各出力チャートの一例と、それから求められる鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を示す。これによれば、剪断初期はＬde＜ＬenであるためＰde＞Ｐenとなり、剪断中期はＰde≒Ｐen、剪断後期はＰde＜Ｐenとなる。そして、鉛直方向剪断荷重Ｐは、鉛直方向荷重の釣り合い式よりＰ＝Ｐen＋Ｐdeにより得られるので、Ｐen，Ｐdeに基づき図６に示すような鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）が得られる。
【００２８】
また、図７は、検出器として入側位置及び出側位置のクランク機構６，８とハウジング３の間にロードセル２１Ａ，２１Ｂを設けたものである。図８は、ロードセル２１Ａ，２１Ｂによる鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）の測定原理を示す説明図である。この場合には、モーメント釣り合い及び鉛直方向荷重の釣り合い式（前出の図５の説明を参照）に基づき、入側及び出側のクランク機構６，８の支点部に作用する入側反力Ｐen及び出側反力Ｐdeを求めるものである。
図９は、図７のような実施形態におけるロードセル２１Ａ，２１Ｂの設置例を示す説明図であり、クランク機構６，８の支点部となる各ハウジング部分には、クランク支持用ブロック２２が設置され、これら各クランク支持用ブロック２２に、リンク５ａ，７ａの各一端部が支持固定される回転軸（図示せず）が配置され、リンク５ａ，７ａの支点５０，７０が設けられる。各クランク支持用ブロック２２は、ハウジング３に設けられた保持用の空間２４内に上下スライド可能に保持され（図中の２５は、クランク支持用ブロック２２のスライド面）、その下面とハウジング部分との間にプリロード用スプリング２３が設けられるとともに、上面とハウジング部分との間にロードセル２１（２１Ａ，２１Ｂ）が配置され、プリロード用スプリング２３はクランク支持用ブロック２２を上方に付勢し、ロードセル２１に押しつけている。ここで、ロードセル２１Ａ，２１Ｂでは、剪断荷重に基づく入側反力Ｐen及び出側反力Ｐdeとプリロード用スプリング２３による押し付け力Ｐpre（プリロード荷重）の和が、入側反力Ｐen´と出側反力Ｐde´として検出される。したがって、入側反力Ｐenと出側反力Ｐdeは、Ｐen＝Ｐen´−Ｐpre、Ｐde＝Ｐde´−Ｐpreで求められる。
【００２９】
図１０に、ロードセル２１Ａ（入側位置）とロードセル２１Ｂ（出側位置）の各出力チャートの一例と、それから求められる鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を示す。これによれば、図６と同様、剪断初期はＬde＜ＬenであるためＰde＞Ｐenとなり、剪断中期はＰde≒Ｐen、剪断後期はＰde＜Ｐenとなる。そして、鉛直方向剪断荷重Ｐは、鉛直方向荷重の釣り合い式よりＰ＝Ｐen＋Ｐdeにより得られるので、Ｐen，Ｐdeに基づき図１０に示されるような鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）が得られる。
図４及び図７のいずれの場合においても、アンプを介して増幅させた信号について、入側と出側の出力値の和を演算することで、剪断時における上刃１と被剪断材ｅとの接触反力に応じた鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を測定することができる。
【００３０】
図１１は、剪断時の鉛直方向剪断荷重Ｐの実測値に基づいて材料の位置制御を行う方法の実施に供される設備と制御フローを示すものである。この設備は、被剪断材ｅの剪断時に上刃が受ける反力を検出し、この検出値から材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を求める剪断荷重測定段10と、前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるような、被剪断材ｅの標準材料位置Ｘmに対する位置補正量ΔＸmを求める演算手段12Bと、前記位置補正量ΔＸmから被剪断材ｅの目標材料位置Ｘmaを決定し、材料送り装置14を制御する制御手段13を有する。
【００３１】
前記剪断荷重測定段10では、例えば、図４や図７に示すような入側及び出側の検出器（歪みゲージ、ロードセルなど）の出力値の和を演算することで、剪断時における上刃１と被剪断材ｅとの接触反力に応じた鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を測定する。前記演算手段12Bでは、予め鉛直方向目標剪断荷重Ｐaが設定されており、剪断荷重測定段10で測定された鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）中の最大剪断荷重ＰＪＩmaxと目標剪断荷重Ｐaを差分演算し、その差分に制御ゲインを乗じて被剪断材ｅの標準材料位置Ｘmに対する位置補正量ΔＸm、すなわち鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるような位置補正量ΔＸmを求める。前記制御手段13は、標準材料位置Ｘmと前記位置補正量ΔＸmを和演算して目標材料位置Ｘmaを決定し、被剪断材ｅが目標材料位置Ｘmaに送られるように材料送り装置14（モータ）を制御する。
【００３２】
本発明による剪断方法の他の１つは、剪断時における鉛直方向剪断荷重Ｐの計算値、すなわち材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるよう（好ましくは目標剪断荷重Ｐaの８０％以上となるよう、特に好ましくは目標剪断荷重Ｐaとなるよう）、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御する方法である。すなわち、この剪断方法では、上下刃による金属材料（被剪断材）の剪断を複数回繰り返すことにより金属材料をその長手方向で剪断加工する際に、下記（1）式により、金属材料を１回剪断した時の材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）を求め、
Ｐ（ｘ）＝Ｋｔ２／tanθ（ｘ）    …（1）
但し  Ｐ：剪断荷重（Ｎ）
t：金属材料の板厚（ｍｍ）
Ｋ：金属材料の剪断抵抗（ＭＰａ）
θ（ｘ）：材料剪断方向ｘでの相対レーキ角分布（deg）
前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御する。
【００３３】
図１２は、このような剪断時の鉛直方向剪断荷重Ｐの計算値に基づいて材料の位置制御を行う方法の実施に供される設備と制御フローを示すものである。この設備は、上記（1）式により、被剪断材ｅを１回剪断した時の材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）を求める演算手段11と、前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるような、被剪断材ｅの標準材料位置Ｘmに対する位置補正量ΔＸmを求める演算手段12Cと、前記位置補正量ΔＸmから被剪断材ｅの目標材料位置Ｘmaを決定し、材料送り装置14を制御する制御手段13を有する。
【００３４】
前記演算手段11では、被剪断材ｅの板厚ｔ、被剪断材ｅの剪断抵抗Ｋ、材料剪断方向ｘでの相対レーキ角分布θ（ｘ）が与えられ、上記（1）式により、被剪断材ｅを１回剪断した時の材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）が求められる。前記演算手段12Cでは、予め鉛直方向目標剪断荷重Ｐaが設定されており、演算手段11で計算された鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）中の最大剪断荷重ＰＳＵmaxと目標剪断荷重Ｐaを差分演算し、その差分に制御ゲインを乗じて被剪断材ｅの標準材料位置Ｘmに対する位置補正量ΔＸm、すなわち鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるような位置補正量ΔＸmを求める。前記制御手段13は、標準材料位置Ｘmと前記位置補正量ΔＸmを和演算して目標材料位置Ｘmaを決定し、被剪断材ｅが目標材料位置Ｘmaに送られるように材料送り装置14（モータ）を制御する。
【００３５】
さきに述べたように、目標剪断荷重Ｐaは、主に設備強度の面から設備に過剰な負担をかけない剪断荷重の上限値などを基準に設定されるが、設備に過剰な負担をかけない最大限の剪断荷重Ｐで剪断を行うことが生産性の面から最も効率的であり、したがって、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐaとなるよう上記位置補正量ΔＸmを求め、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御することが特に好ましい。
また、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐaとならなくても、概ね鉛直方向目標剪断荷重Ｐaの８０％以上（好ましくは９０％以上）であれば、生産性の面から一応効率的であると言えるので、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐaの８０％以上（好ましくは９０％以上）となるよう、上記位置補正量ΔＸmを求め、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御してもよい。
【００３６】
本発明の剪断方法のなかで、剪断時における鉛直方向剪断荷重Ｐの実測値に基づいて材料位置を制御する方法は、複数回繰り返される剪断のうち２回目以降の剪断時に適用することができる。
図１３に、被剪断材ｅの１回目の剪断時には、従来法通りに標準材料位置Ｘmで剪断するとともに、この１回目の剪断時に、材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を測定し、２回目以降の剪断時には、前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐaとなるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御した場合における、鉛直方向剪断荷重分布Ｐ（ｘ）の一例を示す。図中に示すように、被剪断材ｅを目標材料位置Ｘmaに位置制御することにより、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxを鉛直方向目標剪断荷重Ｐaとすることができている（図中、計算値ＰＳＵ（ｘ）は参考として示したものである）。
【００３７】
本発明において特に好ましい剪断方法は、剪断時における鉛直方向剪断荷重Ｐの実測値と計算値、すなわち、材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）と鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）を利用して、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるよう（好ましくは目標剪断荷重Ｐaの８０％以上となるよう、特に好ましくは目標剪断荷重Ｐaとなるよう）、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御する方法である。すなわち、この剪断方法では、上下刃による金属材料（被剪断材）の剪断を複数回繰り返すことにより金属材料をその長手方向で剪断加工する際に、下記（1）式により、金属材料を１回剪断した時の材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）を求め、
Ｐ（ｘ）＝Ｋｔ２／tanθ（ｘ）    …（1）
但し  Ｐ：剪断荷重（Ｎ）
t：金属材料の板厚（ｍｍ）
Ｋ：金属材料の剪断抵抗（ＭＰａ）
θ（ｘ）：材料剪断方向ｘでの相対レーキ角分布（deg）
金属材料の１回目の剪断時には、前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御し、前記１回目の剪断時に、材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を測定し、２回目以降の剪断時には、前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御する。
【００３８】
図１４は、このような剪断時の鉛直方向剪断荷重Ｐの実測値と計算値に基づいて材料の位置制御を行う方法の実施に供される設備と制御フローを示すものである。この設備は、被剪断材ｅの剪断時に上刃が受ける反力を検出し、この検出値から材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を求める剪断荷重測定手段10と、上記（1）式により、被剪断材ｅを１回剪断した時の材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）を求める演算手段11と、前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）又はＰＳＵ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるような、被剪断材ｅの標準材料位置Ｘmに対する位置補正量ΔＸmを求める演算手段12Aと、前記位置補正量ΔＸmから被剪断材ｅの目標材料位置Ｘmaを決定し、材料送り装置14を制御する制御手段13を有する。
【００３９】
図１２の設備と同様、前記演算手段11では、被剪断材ｅの板厚ｔ、被剪断材ｅの剪断抵抗Ｋ、材料剪断方向ｘでの相対レーキ角分布θ（ｘ）が与えられ、上記（1）式により、被剪断材ｅを１回剪断した時の材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）が求められる。また、図１１の設備と同様、前記剪断荷重測定段10では、例えば、図４や図７に示すような入側及び出側の検出器（歪みゲージ、ロードセルなど）の出力値の和を演算することで、剪断時における上刃１と被剪断材ｅとの接触反力に応じた鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を測定する。前記演算手段12Aでは、予め鉛直方向目標剪断荷重Ｐaが設定されており、「剪断荷重測定段10で測定された鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）中の最大剪断荷重ＰＪＩmax」又は「演算手段11で計算された鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）中の最大剪断荷重ＰＳＵmax」と目標剪断荷重Ｐaを差分演算し、その差分に制御ゲインを乗じて被剪断材ｅの標準材料位置Ｘmに対する位置補正量ΔＸm、すなわち鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐa以下となるような位置補正量ΔＸmを求める。前記制御手段13は、標準材料位置Ｘmと前記位置補正量ΔＸmを和演算して目標材料位置Ｘmaを決定し、被剪断材ｅが目標材料位置Ｘmaに送られるように材料送り装置14（モータ）を制御する。
【００４０】
そして、この設備で行われる剪断方法では、１回目の剪断時には、演算手段11で計算された鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）に基づき演算手段12Aで位置補正量ΔＸmが求められ、この位置補正量ΔＸmに基づき制御手段13による位置制御がなされ、２回目以降の剪断時には、１回目の剪断において剪断荷重測定段10で測定された鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）に基づき演算手段12Aで位置補正量ΔＸmが求められ、この位置補正量ΔＸmに基づき制御手段13による位置制御がなされる。
【００４１】
図１４のような剪断方法及び設備は、１回目の剪断時には、鉛直方向剪断荷重Ｐの実測値に基づく位置制御ができないため、鉛直方向剪断荷重Ｐの計算値に基づく位置制御を行い、２回目以降の剪断時には、鉛直方向剪断荷重Ｐの実測値に基づくより高精度な位置制御（上刃損耗などのような設備的要因により剪断荷重が変化する場合があり、このような変化は鉛直方向剪断荷重Ｐの計算値には十分に反映できない）を行うことができる。すなわち、剪断時の鉛直方向剪断荷重Ｐの実測値に基づく位置制御と、剪断時の鉛直方向剪断荷重Ｐの計算値に基づく位置制御とが互いの不利を補いあうことで、より高精度な位置制御が可能となる。
【００４２】
本発明を適用できる金属材料に特別な制限はないが、特に厚鋼板の剪断に好適である。
また、本発明が対象とするローリングカットシャーは、実施形態に示したようなクランク機構により上刃を吊持・駆動する方式のものに限定されるものではなく、上刃が同じような態様の動きをするものであれば、例えば、油圧シリンダ或いは油圧シリンダと他の機械要素を組み合わせた機構により上刃を吊持・駆動する方式、スキッドとローラ機構を組み合わせた機構により上刃を吊持・駆動する方式など、種々の方式のものを対象とすることができる。
本発明によれば、既存設備に対して大幅な設備改造を行うことなく、剪断能力を大きく向上させることができる。例えば、既存設備の剪断能力では剪断困難であった高強度材についても剪断可能となり、大きな設備改造を伴うことなく、ラインパイプ材用にＡＰＩ規格Ｘ１２０鋼などの高強度材の安定生産が達成できるようになる。さらに、比較的低強度の被剪断材において、既存設備の剪断能力に余力が生ずる場合には、１回当たりの剪断量を増加させることが可能となり、設備的な負荷を増大させることなく、剪断能率を向上させることができる。
【実施例】
【００４３】
図１４に示す設備を用い、剪断時の鉛直方向剪断荷重Ｐの測定手段を構成する検出器として、図４に示すように、ハウジング３の入側位置と出側位置に歪みゲージ２０Ａ，２０Ｂを貼り付け、剪断時に上刃が受ける反力を簡易的に検出できるようにした。
本発明の好ましい実施形態である、剪断時における鉛直方向剪断荷重Ｐの実測値と計算値を利用した被剪断材の位置制御を行った。すなわち、（1）式により、被剪断材を１回剪断した時の材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）を求め、被剪断材の１回目の剪断時には、前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＳＵ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐaとなるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御し、前記１回目の剪断時に、材料剪断方向ｘでの鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）を測定し、２回目以降の剪断時には、前記鉛直方向剪断荷重分布ＰＪＩ（ｘ）に基づき、鉛直方向最大剪断荷重Ｐmaxが鉛直方向目標剪断荷重Ｐaとなるよう、剪断時における材料送り方向での材料位置を制御した。
【００４４】
図１５に、厚鋼板の高強度材（高張力鋼板、板厚３０ｍｍ、引張強さ７８０ＭＰａ）を剪断加工した際の１回目及び２回目の剪断時の鉛直方向剪断荷重分布Ｐ（ｘ）を示すが、１回目の剪断から目標剪断荷重Ｐaでの剪断が実施できたことが判る。
また、図１６に、厚鋼板の低強度材（汎用鋼板、板厚３０ｍｍ、引張強さ５４０ＭＰａ）を剪断加工した際の１回目及び２回目の剪断時の鉛直方向剪断荷重分布Ｐ（ｘ）を示すが、高強度材の実施例と同様に、１回目の剪断から目標剪断荷重Ｐaでの剪断が実施できたことが判る。
【符号の説明】
【００４５】
１  上刃
２  下刃
３  ハウジング
５a，５b，７a，７b  リンク
６，８  クランク機構
１０  剪断荷重測定段
１１  演算手段
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ  演算手段
１３  制御手段
１４  材料送り装置
２０Ａ，２０Ｂ  歪みゲージ
２１Ａ，２１Ｂ  ロードセル
２２  クランク支持用ブロック
２３  プリロード用スプリング
２４  空間
２５  スライド面
５１，５２，７１，７２  枢着部
５０，７０  支点
１００  刃先
ｅ  被剪断材
【図１】
0005617629.tif 000002
【図２】
0005617629.tif 000003
【図３】
0005617629.tif 000004
【図４】
0005617629.tif 000005
【図５】
0005617629.tif 000006
【図６】
0005617629.tif 000007
【図７】
0005617629.tif 000008
【図８】
0005617629.tif 000009
【図９】
0005617629.tif 000010
【図１０】
0005617629.tif 000011
【図１１】
0005617629.tif 000012
【図１２】
0005617629.tif 000013
【図１３】
0005617629.tif 000014
【図１４】
0005617629.tif 000015
【図１５】
0005617629.tif 000016
【図１６】
0005617629.tif 000017
【図１７】
0005617629.tif 000018
【図１８−１】
0005617629.tif 000019
【図１８−２】
0005617629.tif 000020
【図１８−３】
0005617629.tif 000021
【図１８−４】
0005617629.tif 000022
【図１９】
0005617629.tif 000023