(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右一対のフランジを中間のウェブによって一体化したＨ形鋼を横型帯鋸盤の鋸刃によって横断方向に切削する切削方法において、
前記帯鋸盤の鋸フレームの片側を持ち上げて前記鋸刃を傾斜させた状態で一方のフランジの上半分を切削する第１過程と、
前記鋸刃が前記一方のフランジの下半分と前記ウェブを同時に切削し、前記鋸刃が前記ウェブの中央部に到達するまでに前記一方のフランジの切断を完了する第２過程と、及び  前記ウェブの残りの部分と他方のフランジを切削する第３過程と、
を有する横型帯鋸盤によるＨ形鋼の切削方法。
【請求項２】
前記第１及び第２過程のフランジの切削を、前記鋸刃の傾斜角を増大させるか、或いは前記鋸刃の傾斜角を維持したまま鋸刃を下降させることによって進めるようにした請求項１の切削方法。
【請求項３】
前記第２過程で前記一方のフランジの切断を完了した後、前記鋸刃の傾斜角を水平に近付けながら前記第３過程を行う請求項１の切削方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項の切削方法を実行するための横型帯鋸盤の制御装置。
【請求項５】
請求項４の制御装置を備えた横型帯鋸盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横型帯鋸盤によりＨ形鋼を、鋸刃狭窄を起こさずに能率的に切削する切削方法、制御装置及び横型帯鋸盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｈ形鋼、特に建築に多く用いられる広幅で長尺のＨ形鋼を、帯鋸盤や丸鋸盤を使用して所定長さの鋼材に切り分ける切削加工においては、鋸刃が形鋼の切削面で挟まれる「鋸刃狭窄」が起きやすい。鋸刃狭窄が起きると鋸刃の走行が妨げられ切削不能となるので、その確実な回避が強く求められる。
【０００３】
鋸刃狭窄は、以下のようにして起きる。すなわち、Ｈ形鋼は、その製造過程において圧延ローラによって加えられる圧力によって強大な内部応力が発生する。この内部応力は、鋸刃による切削加工で図８（Ａ）のように切り溝２２が形成されると、応力解放作用として特にウェブ２０ｂの切削面を膨張させる。この切削面膨張によって切り溝２２の幅が狭まり、その切り溝２２に鋸刃２１の胴部がはさまれる。これが鋸刃狭窄である。
【０００４】
鋸刃狭窄を回避するために、一般に鋸刃２１には、図７（Ｂ）（Ｃ）に示すように、鋸厚よりも切り溝２２を広くすべく、刃Ｌ、Ｒを左右両側に打ち出した「あさり」が形成されている。あさりは、中央の刃Ｃと左右の刃Ｌ、Ｒが鋸刃２１の長手方向に互い違いに配置されている。これにより、多少の切削面の膨張なら鋸刃狭窄には至らない。
【０００５】
鋸刃狭窄が起きやすい代表的な材料として、図１に示すような建築用のＨ形鋼２０がある。建築用のＨ形鋼は、負荷能力を高めるためにウェブ２０ｂの幅をますます大きくする傾向にある。このような広幅のＨ形鋼の切削において、フランジ２０ａの上部分とウェブ２０ｂの右部分の切削では狭窄は起こらないが、フランジ２０ａの下部に未切削部分が残った状態でウェブ２０ｂを切削していくと、圧縮内部応力の高いウェブ２０ｂの中央に近づくにつれて切削面の膨張が大きくなる。そしてこの膨張量があさり分の隙間以上になると、鋸刃２１はその胴部が切削面に挟まれて走行できなくなり、切削不能に陥る。
【０００６】
鋸刃狭窄を防止するために、従来からさまざまな対策が提案されている。例えば特許文献１（特開平１０−４３９３６号公報）に記載の技術は、狭窄が発生しそうになると鋸刃の切込みを停止して鋸刃を所定量だけ上昇させ、再度切込むという制御によって鋸刃狭窄を回避する方法である。鋸刃狭窄が発生しそうかどうかの判定は、鋸刃の駆動ホイールを駆動するモータの電流増大を検知することで行うようにしている。
【０００７】
また、特許文献２（特開平９−７０７１３号公報）に記載の技術は、３つの独立した丸鋸を有するＨ形鋼用切断機であって、Ｈ形鋼の左右のフランジと中央のウェブを各丸鋸により互いに干渉しないよう、かつ狭窄が生じないように連携制御して切削するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−４３９３６号公報
【特許文献２】特開平９−７０７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の技術は、鋸刃狭窄が発生しそうな切削位置と当該切削位置を切削するときの鋸ホイール駆動モータの電流値を予め設定記憶しておき、当該記憶値と鋸刃の実際の切削位置及び駆動モータの電流値とを比較判定する。そして狭窄が発生しそうであると判定すると、鋸刃の切込みを中止して鋸刃を所定量だけ上昇させてから、再度切り込むことによって切り溝を切削して広げ、鋸刃狭窄を回避する。この特許文献１の技術は鋸刃狭窄を根本的に解決するものではなく、鋸刃の無駄な上下動作の反復によって鋸刃狭窄を回避するので、切削能率は当然低下する。また、電流値は不安定なため誤検知により狭窄に至り、鋸刃を損傷させることも往々にして起きる。
【００１０】
一方、特許文献２の技術は複数の丸鋸を使用するので、切削順序によって鋸刃狭窄を防止することは可能であるが、１つの切削面に沿って３つの丸鋸を同時に移動させるので、機械構造とその制御が複雑化し、また消耗品である刃物の価格が高いという問題がある。
以上のようなことから、鋸刃狭窄の抜本的な解決は未だなされていないのが現状である。
【００１１】
本発明は、横型帯鋸盤によりＨ形鋼を、鋸刃狭窄を起こすことなく能率的に切削する切削方法、制御装置及び横型帯鋸盤に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下、本発明による前記課題の解決手段について説明する。
周知のように、図１に模式図で示すＨ形鋼２０は、左右一対のフランジ２０ａを中間のウェブ２０ｂで一体化した形状を有する鋼材である。このＨ形鋼２０は、素材一次形状のインゴットを複数段の圧延ロールにより順次圧延して成形することによって製造する。このときＨ形鋼２０には、圧延により強大な内部応力が発生する。
【００１３】
図２は、Ｈ形鋼の内部応力分布を示したものである。図から分かるように、内部応力は、ウェブ２０ｂとフランジ２０ａの各中央部付近では２００Ｎ／ｍｍ2またはそれ以上になることがあり、ウェブ２０ｂ、フランジ２０ａとも中央部で高く、両側にいくにつれて低くなる。各内部応力は、ウェブ２０ｂは圧縮応力、フランジ２０ａは引張応力である。一般に、圧縮内部応力が２００Ｎ／ｍｍ2以上になると鋸刃狭窄が起きるとされており、広幅のＨ形鋼の場合、鋸刃狭窄が起きるのはウェブ２０ｂの中央約１／３の区間である。フランジ２０ａは引張応力であるから鋸刃狭窄は起こらない。
【００１４】
図９に示すように、Ｈ形鋼２０を切削する従来の横型帯鋸盤では、鋸刃２１は水平に対し６〜１０度程度の一定の傾斜角θを有している。そして、この一定の傾斜角θを維持した状態で鋸フレーム７を昇降させるようにしている。鋸刃２１を水平又は水平に近付けないで「一定の傾斜角θ」にしているのは、鋸刃２１が水平に近いと、フランジ２０ａを切削するときの鋸刃２１の切削長（切削関与部位の長さ）と、ウェブ２０ｂを切削するときの鋸刃２１の切削長の差が大きくなり過ぎるため、切削に無理が多く、切削能率が悪いからである。
【００１５】
前記のように６〜１０度の「一定の傾斜角θ」にするのは、切削長を極力平準化するための工夫である。傾斜角θは大きい方が望ましいが、ベッド３の高さｈは作業性や汎用性のうえであまり高くすることができない。すなわち、傾斜角θを大きくし過ぎると切断完了前に図９で鋸フレーム２０の右端部が地面につかえてしまう。このため、傾斜角θは１０度程度に抑えられている。
【００１６】
ここで、図３のように、たとえば鋸刃２１の傾斜角θを１０度程度で一定にした横型帯鋸盤を使用してＨ形鋼２０を切削していくと、鋸刃２１の胴部がウェブ２０ｂの中央部付近に到達する前の低内部応力区間（右側のＷ／３）では鋸刃狭窄は起きない。ところが、高内部応力区間、すなわち内部応力が２００Ｎ／ｍｍ2以上ある中央部付近（中央のＷ／３）まで鋸刃２１の胴部が進んだところで鋸刃狭窄が起きることになる（図３の２点鎖線の位置）。
【００１７】
本発明は、上記のように、ウェブ２０ｂの中央部付近より外方の低内部応力区間では鋸刃狭窄は起きないという点に着目してなされたもので、その原理を以下に示す。
１．ウェブ２０ｂの切削が、中央部付近の高内部応力区間よりも手前、つまり、鋸刃狭窄の起きない低内部応力区間を切削中に、切削開始側の片方のフランジを下まで完全に切断する。
２．すると、ウェブ２０ｂの内部応力解放作用によって、図８（Ｂ）のように切り溝２２が広がり、それによりウェブ２０ｂの中央部付近の高内部応力が解放される。
３．以後は、切り溝２２の広がった状態、すなわち、鋸刃狭窄のおそれのない状態で切削を行い、切断を完了する。
というものである。
【００１８】
この原理を実際の横型帯鋸盤に適用するための方案を以下に示す。
図４Ｂに示すように、鋸フレーム７の一方を大きく持ち上げて鋸刃２１に急傾斜（例えば２０°〜３０°）を与え、その状態でまず片側のフランジを下端まで完全に切断する。この過程でウェブも一部切削することになるが、低内部応力区間なので鋸刃狭窄は起きない。片側のフランジを下まで完全に切断すると、鋸刃２１の胴部を挟み付けようとするウェブの内部応力が開放され、図８（Ｂ）のように、切り溝２２の溝幅がｂからｃに広がる。そこで、その時点から鋸フレーム７を緩傾斜（例えば１０°〜５°）に戻しつつ、残りのウェブ２０ｂ及びフランジ２０ａを切削する。その過程ではウェブ２０ｂの内部応力は開放されているため鋸刃狭窄が生じることなく切断が完了する。
【発明の効果】
【００１９】
以上の方法をとることにより、従来の方法とは異なり、鋸刃狭窄を確実に回避しつつきわめて能率よくＨ形鋼を切削することができる。また、Ｈ形鋼断面に対する鋸刃の切削長がより平準化するため、鋸刃の切削能率がさらに高まるとともに、鋸刃先の発熱が低減するため、鋸刃寿命も大きく伸びる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】切削中のＨ形鋼の斜視図である。
【図２】内部応力分布の実測値を付したＨ形鋼の断面図である。
【図３】横型帯鋸盤による切削時のＨ形鋼の断面図である。
【図４Ａ】本発明に係る横型帯鋸盤の概略斜視図である。
【図４Ｂ】本発明に係る横型帯鋸盤の正面図である。
【図５】本発明に係る横型帯鋸盤による切削過程を順番に示す、Ｈ形鋼の断面図である。
【図６】本発明に係る横型帯鋸盤による切削方法を示すフローチャートである。
【図７】（Ａ）は鋸刃の側面図、（Ｂ）は鋸刃の刃先の下面図、（Ｃ）は（Ａ）の鋸刃のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）は、Ｈ形鋼の切削途次において鋸刃を除いたときの切り溝を示す平面図で、（Ａ）は右フランジが下まで切断完了していないとき、（Ｂ）は右フランジが下まで切断完了しているときを示す。
【図９】従来の、一定傾斜角度を有する横型帯鋸盤の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る横型帯鋸盤と当該横型帯鋸盤による切削方法及び制御装置の各実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２２】
図４Ａ、図４Ｂに示すように、横型帯鋸盤１のベース２上に被削材としてのＨ形鋼２０を載せるための水平なベッド３が設けられ、このベッド３上に、Ｈ形鋼２０を左右方向から挟んでクランプする固定バイスジョー４と可動バイスジョー５が配設されている。
【００２３】
また、ベース２上には門型を構成する２本の案内柱１４、１５が左右に配置され、各案内柱１４，１５の内側面に沿って、それぞれリニアレール１４ａ、１５ａが設けられている。リニアレール１４ａ、１５ａには、それぞれ左昇降板１６、右昇降板１７が、図示しないリニアブロックを介して係合され、これら昇降板１６、１７が、案内柱１４、１５に沿って立設された昇降アクチュエータとしての左右の油圧シリンダ１８、１９のロッド１８ａ、１９ａの先端で支持されている。
【００２４】
右昇降板１７の前面には右支点軸１７ａが図面に対して垂直に植設され、この右支点軸１７ａに、横長の鋸フレーム７の右下部に設けられたメタル１７ｂが嵌合することにより、鋸フレーム７を上下方向にスイング動可能に支持している。
【００２５】
一方、鋸フレーム７の左部後面にはリニアレール７ａが略左右方向に設けられ、リニアレール７ａには鋸フレーム支持板１６ａが、図示しないリニアブロックを介して係合されている。鋸フレーム支持板１６ａの後面には左支点軸１６ｂが図面に対して垂直に植設され、左支点軸１６ｂは左昇降板１６に嵌合している。これにより鋸フレーム７の左部を上下方向にスイング動可能に支持し、かつ、鋸フレーム７の前後振れを防止している。
【００２６】
鋸フレーム７内の右部には駆動鋸ホイール１０が、左部には従動鋸ホイール１１が配設されている。そしてこれら２つの鋸ホイール１０、１１にエンドレスの鋸刃（帯鋸）２１が掛け回され、駆動鋸ホイール１０の回転軸に連結された、図示しない駆動モータを駆動することによって図４Ｂの矢印方向に鋸刃２１が走行するようになっている。
【００２７】
鋸フレーム７右部の、固定バイスジョー４の上方位置には固定鋸ガイド１２が配設されている。また、鋸フレーム７の、移動バイスジョー５の上方位置には下方に伸びた可動鋸ガイド１３が、鋸フレーム７の中央下部において左右方向に設けられたレール７ｂに沿って移動可能に取り付けられている。そして、これら固定と可動の２つの鋸ガイド１２、１３によって、鋸刃２１がその刃先を下向きにした状態で走行自在に支持されている。
【００２８】
本発明の横型帯鋸盤１は概略以上のように構成され、この横型帯鋸盤１を使用したＨ形鋼の切削方法を図５（Ａ）〜（Ｆ）により順を追って説明する。
【００２９】
切削に先立ち、図４Ｂのように、Ｈ形鋼２０をベッド３上で左右からバイスジョー４、５で挟んで固定しておき、図５（Ａ）→（Ｂ）に示すようにＨ形鋼２０の右フランジ２０ａの上半分を切削する。このときは、左昇降板１６は一定高さで止めたままにし、右昇降板１７のみを降ろしていく。すなわち、鋸刃２１を備えた鋸フレーム７は、左昇降板１６に嵌合する左支点軸１６ｂを中心にスイング動をしながら下降し、右フランジ２０ａの上半分を切削する（第１過程）。
【００３０】
右フランジ２０ａの上半分の切削に続いて、図５（Ｂ）→（Ｃ）に示すように、右フランジ２０ａの下半分とウェブ２０ｂの右部の切削に入る。このときも、引き続き左昇降板１６は一定高さでとめたまま右昇降板１７のみを降ろしていく。これにより、右フランジ２０ａ切断完了寸前における鋸刃２１の傾斜角はきわめて大きくなり、そのときまでに切削されたウェブ２０ｂの右部は低内部応力区間内にあるため、鋸刃狭窄は起きない（第２過程）。
【００３１】
右フランジ２０ａを図５（Ｃ）のように下まで完全に切断すると同時に、ウェブ２０ｂの内部応力が開放され、図８（Ｂ）の矢印のように切り溝２２の溝幅が広がる。その時点から鋸フレーム７を緩傾斜に戻すことにより残りのウェブ２０ｂ及び左フランジ２０ａを、鋸刃狭窄のおそれなく切削する。このときは、右昇降板１７を止め、左昇降板１６のみを降ろしていく。鋸刃２１を備えた鋸フレーム７は、右昇降板１７の前面に植設された右支点軸１７ａを中心にスイング動をしながら、図５（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）のように下降してＨ形鋼２０の切断を完了する（第３過程）。
【００３２】
図５で示した切削過程は、詳しくは図６のフローチャートのステップＳ１〜Ｓ１６によって実行される。このフローチャートは、図４Ａの横型帯鋸盤１の制御装置２５内にコンピュータプログラムの形で格納されており、まず、ステップＳ１でワークとしてのＨ形鋼の材質、形状、寸法が、図４Ａの横型帯鋸盤１の制御装置２５に入力される。制御装置２５には、予めＨ形鋼の材質、形状、寸法に対応して左右の油圧シリンダ１８、１９や駆動鋸ホイール１０の制御パラメータが格納されており、入力された情報に基づいてステップＳ２で最適な切削条件が検索される。
【００３３】
次に、ステップＳ３で変化する鋸刃先の位置に対応する鋸刃２１の切削長が演算された後、ステップＳ４で鋸フレーム７の右スイング動が開始され、ステップＳ５で右油圧シリンダ１９の下降（短縮）制御が開始される。そしてステップＳ６で鋸刃２１の刃先位置が検出され、ステップＳ７で右フランジ２０ａの切削に入り右フランジ２０ａの上半分を切削（第１過程）、引き続き右フランジ２０ａの下半分を切削、途中からウェブ２０ｂの切削が加わる。
【００３４】
ステップＳ８で右フランジ２０ａの切断が完了したかどうかが判定され、「切断完了」と判定されるとステップＳ９で右油圧シリンダ１９の下降制御が停止される（第２過程）。そしてステップＳ１０で鋸フレーム７の左スイング動が開始され、ステップＳ１１で左油圧シリンダ１８の下降（短縮）制御が始まる。
【００３５】
次にステップＳ１２で鋸刃２１の刃先位置が検出され、ステップＳ１３でウェブ２０ｂの切削が引き続き行われ、途中から左フランジ２０ａの切削が加わる。そしてステップＳ１４で左フランジ２０ａの切断が完了したかどうかが判定され、「切断完了」と判定されるとステップＳ１５で左油圧シリンダ１８の下降制御が停止され（第３過程）、ステップＳ１６で左右の油圧シリンダ１８、１９の元の位置への復帰動作が行われる。
【００３６】
従来の切削方法では、一般に、鋸刃２１の傾斜角を最初から最後まで１０度以下の一定角にした状態か、あるいは鋸フレーム７の一端をヒンジ軸で支持してスイング動により鋸刃２１を切り込むが、いずれの方法でも、Ｈ形鋼の片側フランジ２０ａを切断完了する前に鋸刃２１の胴部がウェブ２０ｂの中央部付近まで到達してしまうため、鋸刃狭窄が起きる可能性が高い。また、傾斜角１０度以下では、フランジ２０ａの切削長が短くウェブ２０ｂの切削長が長いので切削能率がよくない。
【００３７】
本発明によれば、鋸刃２１の傾斜角を十分大きくすることができるから、鋸刃２１の胴部がウェブ２０ｂの内部応力の大きい中央部付近に到達するまでにフランジ２０ａの切断を完了し、鋸刃狭窄を完全に回避することができる。また、鋸刃２１の傾斜角を大きくすることで、フランジ２０ａの切削長を伸ばしウェブ２０ｂの切削長を縮める、すなわち、切削長の平準化の度合があがるので、切削能率が向上し、鋸刃２１の寿命も伸びる。
【００３８】
右フランジ２０ａを切り終わったときの鋸刃２１の傾斜角（最大傾斜角）は、望ましくは３０度以上に大きくするとよいが、何度にするかはＨ形鋼の大きさに応じて適宜変更することができる。
【００３９】
なお、上述のように、右フランジ２０ａを切り終わった時点で右昇降板１７を止め、左昇降板１６を下降させることにより鋸フレーム７をスイング動させて残りの切削を行なうので、ベッド３の高さは従来のままで収まる。これにより作業性や汎用性も確保される。
【００４０】
また、本実施形態では、右フランジ２０ａを切削する過程では鋸フレーム７の左部の下降は止め、右部を降ろしていく「スイング動」としているが、これを、初めから傾斜角を右フランジ２０ａ切断完了時と同じ角度に保った状態で鋸フレーム７を降ろしていく「一定傾斜角度動」としてもよいことは自明である。
【００４１】
また、本実施形態では、左右の昇降板１６、１７を昇降させるアクチュエータとして油圧シリンダを用いているが、油圧シリンダに限ることなく、ボールスクリューなど、昇降板１６、１７を昇降可能なアクチュエータであればよいことは勿論である。
【００４２】
なおここで、上述の文中における用語を解説する。ウェブ２０ｂの「中央部」とは、ウェブ２０ｂの全幅の二分の一の分割点が該当することは勿論であるが、この二分の一の分割点の両側にある程度広がった部分も含み、最大は図３の中央のＷ／３の区間をいう。この中央のＷ／３の区間は内部圧縮応力が高く、鋸刃狭窄が起こりやすい部分である。
【００４３】
本発明の横型帯鋸盤は、前述したように鋸刃狭窄が起こる可能性を根本的に排除した切削方法であるから、従来よりも切削速度を２倍程度に引き上げることが可能である。また、この方法によれば、鋸刃に急傾斜を与えることにより、Ｈ形鋼断面に対する鋸刃先の切削作用長さがより平準化されるため、鋸刃の切削能率がさらに高まるとともに鋸刃先の発熱が抑えられ、鋸刃の長寿命化が図られる。
【符号の説明】
【００４４】
１：横型帯鋸盤
７：鋸フレーム
１６：左昇降板
１７：右昇降板
２０：Ｈ形鋼
２１：鋸刃
２５：制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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