(57)【要約】【課題】複雑なクリアランス調整機構を設けずに、また、クリアランスの厳密な管理を必要とせずに鋼板剪断時のカエリを低減することができる鋼板のトリミング装置およびトリミング方法を提供する。【解決手段】回転する一対の丸刃により鋼板を剪断する鋼板のトリミング装置において、前記丸刃に超音波振動を付与することを特徴とする鋼板のトリミング装置。好ましくは、前記丸刃を支持している軸端に超音波振動を与えることにより、該丸刃に前記超音波振動を伝達する。【選択図】　図３
2004106071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する一対の丸刃により鋼板を剪断する鋼板のトリミング装置において、
前記丸刃に超音波振動を付与することを特徴とする鋼板のトリミング装置。
【請求項２】
前記丸刃を支持している軸端に超音波振動を与えることにより、該丸刃に前記超音波振動を伝達することを特徴とする請求項１に記載の鋼板のトリミング装置。
【請求項３】
前記一対の丸刃のうち、片方の丸刃に超音波振動を与えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋼板のトリミング装置。
【請求項４】
前記一対の丸刃のうち、両方の丸刃に超音波振動を与えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋼板のトリミング装置。
【請求項５】
前記一対の丸刃に付与する超音波振動位相をそれぞれ可変とすることを特徴とする請求項４に記載の鋼板のトリミング装置。
【請求項６】
回転する一対の丸刃により鋼板を剪断する鋼板のトリミング方法において、
前記丸刃に超音波振動を付与することにより、一定カエリ量以下に制御するクリアランスの許容範囲を広げることを特徴とする鋼板のトリミング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転する一対の丸刃により鋼板を剪断する鋼板のトリミング装置およびトリミング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板エッジ部を剪断して所望のサイズ（板幅）にするトリミング装置の多くは、上下に丸刃を有し丸刃間で鋼板エッジ部に剪断力を与えて剪断する。
図１は、トリミング装置が鋼板を剪断する様子を示す図である。
図１において、鋼板を剪断する場合、上下刃が鋼板をかみ込んでいくにつれて刃先は板の降伏点に応じて板にくい込んでいく。そしてこのくい込みの応力が限界を超すと、くさびになっている上下の刃先から鋼板に剪断起点となる割れ部が発生する。剪断起点割れが発生すると応力集中効果で割れ部が成長し、遂には上下の割れ部が会合して剪断が完了する。
【０００３】
なお、図１に示すように、上下の丸刃における水平方向の間隙をクリアランスといい、このクリアランスの大きさによって剪断された鋼板の端面が異なる。
図２は、剪断された鋼板の端面を示す図である。
図２において、剪断された鋼板の端面には、剪断面（ａ）、破断面（ｂ）、カエリ（ｃ）が見られる。剪断面（ａ）は大きな剪断ひずみをうけた剪断起点となる割れ部で断面性状は良好である。破断面（ｂ）は上下の剪断起点割れが会合し破断した部分で結晶粒界の微小な凹凸が見られる。カエリ（ｃ）は微小な反り返り部であり切断欠陥である。カエリは一般に剪断に要する応力が少ない方が少ないとされており、上刃と下刃の間隙（クリアランス）と相関がある。
【０００４】
即ち、クリアランスが小さいと、上刃の圧下によって押し出された鋼板破断部が下刃に沿って急峻に反り返り、図２のカエリ（ｃ）のような形状となる。
一方、クリアランスが大きいと、上刃からの応力がクリアランス間で分散するため、鋼板に剪断起点を入れ剪断するためには大きな応力が必要となり刃先を鋼板に大きくくい込ませる必要があり、その結果、カエリ量が大きくなる。
丸刃を用いた鋼板の剪断装置に関しては、例えば、特開平６−１２６５２３号公報に、クリアランス調整機構を設けた剪断装置が開示されている。
【０００５】
しかし、鋼板トリミングの際のカエリは、剪断に要する応力すなわち刃先の材料へのくいこみ量が少ない方が小さくなるので、通常、上刃と下刃のクリアランスを板厚×０．１程度の値に設定している。従ってカエリを抑制するためにはクリアランスを厳密に管理し調整する必要がある。この技術は、クリアランス検出部、計算部、調整部等で構成されているが、装置が非常に複雑で高価であり、また薄鋼板（板厚１ｍｍ以下）の場合にはクリアランスが１００μｍ以下であり制御精度は１００±数μｍ必要であるが、この精度を確保することは非常に困難であった。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１２６５２３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、複雑なクリアランス調整機構を設けずに、また、クリアランスの厳密な管理を必要とせずに鋼板剪断時のカエリを低減することができる鋼板のトリミング装置およびトリミング方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決する手段】
本発明は、前述の課題を解決するために丸刃に超音波を付与することを想到し、１）丸刃を支持している軸端に超音波振動を与え、２）上刃と下刃の振動の位相を可変とすることによりカエリを低減できることを見出したものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）回転する一対の丸刃により鋼板を剪断する鋼板のトリミング装置において、前記丸刃に超音波振動を付与することを特徴とする鋼板のトリミング装置。
この超音波振動の周波数は２０ｋＨｚ以上が望ましいが、１５ｋＨｚ以上でもよい。
（２）前記丸刃を支持している軸端に超音波振動を与えることにより、該丸刃に前記超音波振動を伝達することを特徴とする（１）に記載の鋼板のトリミング装置。
【０００９】
（３）前記一対の丸刃のうち、片方の丸刃に超音波振動を与えることを特徴とする（１）または（２）に記載の鋼板のトリミング装置。
（４）前記一対の丸刃のうち、両方の丸刃に超音波振動を与えることを特徴とする（１）または（２）に記載の鋼板のトリミング装置。
（５）前記一対の丸刃に付与する超音波振動位相をそれぞれ可変とすることを特徴とする（４）に記載の鋼板のトリミング装置。
上刃と下刃との超音波振動の位相のずれは１８０度が望ましいが、９０度以上２７０度以下でもよい。
（６）回転する一対の丸刃により鋼板を剪断する鋼板のトリミング方法において、
前記丸刃に超音波振動を付与することにより、一定カエリ量以下に制御するクリアランスの許容範囲を広げることを特徴とする鋼板のトリミング方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図３および図４を用いて詳細に説明する。
図３は、本発明における鋼板のトリミング装置の実施形態を示す図である。
図３において、鋼板１をトリミングする上下の丸刃３は、ボルト９により刃台７に取り付けられている。
この丸刃３は、一般に用いられている超硬合金製のもので何ら差し支えない。また、刃台７は軸２に固定されており、軸２の回転に合わせて刃台７および丸刃３が回転する構造となっている。
軸２の外周には、固定支持部１１により、外筒１０が取り付けられており、この外筒１０が、歯車８を介して駆動モータ１２に接続されており、駆動モータ１２によって、歯車８を介して、外筒１０、固定支持部１１、振動子４、ホーン５、丸刃３、刃台７、歯車８、ボルト９、が一体ものとして回転する。
軸２の片方の端部には、振動子４が設置されており、図３に示すように、この振動子４が発生する縦波が、ホーン５を介して軸２に伝わり、丸刃３に横振動を与えることができる。
【００１１】
このホーン５は、振動子の振幅を増幅させる役割をもっている。振動子は疲労を避けるため振幅を抑えているので、このホーン５で所定の振幅に増幅させている。
振動子としては、ジルコチタン酸鉛振動子（ＰＺＴ）などが代表として挙げられるが、これに限定されるものではない。
また、上下の振動子４は、位相可変ＡＭＰ６に接続されており、上下の振動子４の位相を変えることができるようになっている。
図３における軸２の長さＬおよび節Ｍの決定方法を以下に示す。
軸２の長さＬは、下記の式により決定する。
Ｌ＝波長λ／２×ｎ（ｎ：整数、図３の場合はｎ＝３の場合を示す。）
ここで、波長λ（ｍｍ）とは、
λ（ｍｍ）＝軸中の音速ｖ（ｍ／ｓ）／超音波周波数ｆ（ｋＨｚ）
固定支持部１１の間隔（節）Ｍについては、下記の式により決定する。
Ｍ＝λ／２×ｎ（図３の場合はｎ＝１の場合を示す。）
【００１２】
上記の波の原理を利用した決定方法に基づけば、ホーン５側の軸端は振幅最大箇所（腹）となるので、軸長を波長／２の整数倍とする事で、もう一方の軸端でも腹で反射する。これにより、振幅最大の定在波が生じ、軸２がよく振れる効果を得ることができる。
さらに、固定支持部１１の節Ｍは、固定支持部１１が振動の節（振幅ゼロの点）となるので、固定支持部１１を通して軸２の振動が外筒に伝わることがなく、軸振動が固定支持部１１で減衰しない効果を得ることができる。
図３において、振動子から発生する超音波振動は縦波としてホーンを通して軸に伝達される。丸刃は軸と一体となっている刃台にボルト止めされており、刃台を通して丸刃へ振動（横振動）が伝達される。上刃および／または下刃が振動することで上下刃間のクリアランスがミクロに変化し、クリアランスが小さくなるところで鋼板に横方向の衝撃力が加わる。そのため、振動を付与しない場合に比べ上刃の鋼板へのくい込み量が小さくても大きな剪断起点割れが生じて剪断できる。
また、くい込み量が小さい、つまり剪断に要する応力が小さいので、カエリも少ない。
【００１３】
さらに、剪断起点割れが大きいので、図５（ｂ）に示すように剪断面が大きくなる。
振動子には位相可変アンプを設け、上刃と下刃の振動の位相を変えることができる。上下刃ともに振動を与えた場合は、上下刃の振動の位相をずらすことで、片方の丸刃を振動させた場合に比べクリアランスが小さくなるため、より一層の横方向の衝撃力が鋼板に加わる。
また、軸は外筒で支持されており外筒には歯車が連結されている。歯車は駆動モータと連結されており、モータが駆動することで軸及び丸刃が回転する機構となっている。ここで軸を外筒で支持する位置は、振動の発生しない節部とし、支持点で超音波振動が減衰することを防止している。
【００１４】
図４は、上刃と下刃の振動の位相差を示す図である。
図４（ａ）は、上刃と下刃の振動の位相が１８０度ずれている場合を示す。
上刃と下刃の位相が１８０度ずれているので、クリアランスが周期的に大きく変化し、クリアランスが小さいときに衝撃力が鋼板に加わる。
図４（ｂ）は、上刃と下刃の振動の位相が同じ場合を示す。
上刃と下刃の位相が同じなので、クリアランスは常時一定であり、鋼板に衝撃力は加わらない。
【００１５】
図４（ｃ）は、上刃と下刃の振動の位相が９０度ずれている場合を示す。
上刃と下刃の位相が９０度ずれているので、クリアランスが周期的に変化し、クリアランスが小さいときに衝撃力が鋼板に加わるが、クリアランスの変化は位相が１８０度ずれている場合に比べて小さい。
図４（ｄ）は、上刃のみ振動させた場合を示す。
上刃の振動に応じてクリアランスが周期的に変化し、クリアランスが小さいときに衝撃力が鋼板に加わるが、クリアランスの変化は位相が９０度ずれている場合に比べて小さい。
前述のように、位相のずれ量は９０度より１８０度の方が、クリアランスが小さくなる分大きな衝撃力が得られる。上刃と下刃の振動の位相が同じ場合はクリアランスが一定のため、超音波振動を与えない場合と同等の切れ味でカエリ低減の効果は少ない。
【００１６】
【実施例】
本発明における鋼板のトリミング装置を、以下の実験条件にて実際の鋼板製造ラインに適用した実験結果を以下に示す。
１）切断鋼板サイズ　　　：厚み０．１８ｍｍ　　幅３８０ｍｍ
２）切断スピード　　　　　：２ｍｐｍ
３）丸刃サイズ　　　　　　　：上下刃ともに厚み１０ｍｍ、直径１００ｍｍ
４）超音波振動周波数　：上下丸刃共に２０ｋＨｚ
５）測定ケース
（１）超音波振動を与えないケース
（２）上刃のみ超音波振動を与えたケース
（３）上下丸刃ともに超音波振動を与えたケース（位相ずらし量９０度の時）
（４）上下丸刃ともに超音波振動を与えたケース（位相ずらし量１８０度の時）
以上の４ケースについて上刃と下刃のクリアランスと鋼板カエリ量の関係を比較した。
【００１７】
図５は、本発明における鋼板のトリミング装置を実際の鋼板製造ラインに適用した実験結果を示す図である。
図５の横軸は、クリアランス（μｍ）、縦軸はカエリ量（μｍ）を示す。
図５に示すように、カエリ量を１５μｍ以下にする場合、超音波振動を付与しない場合はクリアランスを２０μｍ程度に厳密に管理しなければならないのに対して、超音波振動を付与した（上下刃の位相ずれ１８０度の時）場合のクリアランスは１４〜３４μｍ程度まで許容範囲が広がった。
また、図５（ｂ）のように鋼板断面も超音波振動を与えた場合の方が、断面性状が良好な剪断面が大きくなった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、上下丸刃に位相をずらした超音波振動を付与し、丸刃間のクリアランスがミクロに変化することで横方向の衝撃力が鋼板に加わるので、上刃の鋼板へのくい込み量が小さくても鋼板に大きな剪断起点となる割れ部を生じさせることができ、カエリが少ないトリミングができる。
つまり、本発明により複雑なクリアランス調整機構を設けず、また上下刃のクリアランスを厳密に管理することなく鋼板剪断後のカエリを低減することができ、断面の品質を向上させることができる。
また、物質に超音波振動を与えると物質表面で発生する放射圧によって、物質と物質との摩擦抵抗を大幅に軽減する特徴がある。本発明の場合は丸刃と鋼板との摩擦低減が期待でき、丸刃寿命の延長ができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】トリミング装置が鋼板を剪断する様子を示す図である。
【図２】剪断された鋼板の端面を示す図である。
【図３】本発明における鋼板のトリミング装置の実施形態を示す図である。
【図４】上刃と下刃の振動の位相差を示す図である。
【図５】本発明における鋼板のトリミング装置を実際の鋼板製造ラインに適用した実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１：鋼板、
２：軸（２ａ：上軸、２ｂ：下軸）、３：丸刃（３ａ：上丸刃、３ｂ：下丸刃）、４：振動子（４ａ：上振動子、４ｂ：下振動子）、５：ホーン、６：位相可変ＡＭＰ、７：刃台（７ａ：上刃台、７ｂ：下刃台）、８：歯車（８ａ：上歯車、８ｂ：下歯車）、９：ボルト、１０：外筒（１０ａ：上外筒、１０ｂ：下外筒）、１１：固定支持部（１１ａ：上固定支持部、１１ｂ：下固定支持部）、１２：駆動モータ
【図１】
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【図２】
2004106071.tif 000004
【図３】
2004106071.tif 000005
【図４】
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【図５】
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