(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
形鋼を矯正する矯正方法であって、前記形鋼を長手方向に引っ張り、全断面を降伏状態として、前記形鋼の任意の部分にその長手方向から全断面降伏となる張力を加えながら長手方向に垂直な方向の変位を与えることにより矯正を行うことを特徴とする、形鋼の矯正方法。
【請求項２】
前記形鋼の両端をクランプによって拘束して、前記形鋼を長手方向に引っ張ることを特徴とする、請求項１記載の形鋼の矯正方法。
【請求項３】
前記形鋼の長手方向に移動する単独または複数のロールによって、前記形鋼の長手方向に垂直な方向に変位を与えることを特徴とする、請求項１または２記載の形鋼の矯正方法。
【請求項４】
形鋼を矯正する矯正装置であって、前記形鋼を長手方向に引っ張り、全断面を降伏状態とする引っ張り機構と、前記形鋼の任意の部分に、前記引っ張り機構による全断面降伏状態の上に長手方向に垂直な方向に変位を与える変位付与機構を有することを特徴とする、形鋼の矯正装置。
【請求項５】
前記引っ張り機構は、前記形鋼の両端を拘束するクランプと、前記クランプを介して前記形鋼の長手方向に引っ張り力を付与する動力部を有することを特徴とする、請求項４記載の形鋼の矯正装置。
【請求項６】
前記変位付与機構は、前記形鋼の、長手方向に沿って移動する単独または複数のロールと、前記ロールを介して前記形鋼の長手方向に垂直な方向に変位を与えるロール支持部を有することを特徴とする、請求項４または５記載の形鋼の矯正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形鋼の矯正を高精度かつ高効率に行う方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、Ｈ型鋼等の形鋼には、垂直断面形状の寸法精度確保と同時に、長手方向の真直性の確保が重要である。形鋼の圧延工場では真直性確保のために、圧延工程後の精整工程において形鋼の矯正を行っている。
従来、形鋼の矯正工程としては、ローラーレベラーによる矯正方法が一般的であり、また、冷間ユニバーサル圧延機とその前後のピンチロールを用いる矯正方法（特許文献１）が知られている。
【０００３】
ローラーレベラーによる矯正方法では、形鋼通過ラインの上下または左右に千鳥状に配設された矯正ロールの押込み位置を調節し、後段になるほど曲率が減少していくような適当な繰り返し曲げを付与していき、その際に被矯正材の曲率が０に収束していく性質を用いている。このローラーレベラーによる矯正方法は、比較的コンパクトな設備ですみ、一旦適正条件に設定すれば無人運転が可能であるといった利点があり、広く利用されてきた。
【０００４】
また、冷間ユニバーサル圧延機とその前後のピンチロールを用いる矯正方法においては、圧延機によって被矯正材を圧下し、さらに被矯正材に長手方向の張力と矯正方向の曲げモーメントを与えることで、より高精度かつ高効率に形鋼を矯正できるという利点があった。
【特許文献１】特開２００１−２４６４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、一方で、ローラーレベラーによる矯正方法では、近年の寸法精度および真直性に対する厳しいニーズ全てに対応することが困難であるといった問題点や、形鋼はしばしば所定寸法に切断してから製品として用いられるにもかかわらず、ローラーレベラー矯正では原理的に繰り返し曲げによる残留応力を付与するため、形鋼内部に大きな残留応力があり、切断面近傍でその残留応力が開放されることにより製品の局部変形が顕著に発生するといった問題点がある。
また、冷間ユニバーサル圧延機とその前後のピンチロールを用いる矯正方法においては、被矯正材の断面形状が必ずしも狙い通りの形状ではないため、すべての被矯正材について、圧延により高精度に全断面降伏状態を実現できないといった問題点や、全ての被矯正材が狙い通りの形状であったとしても、少なくとも製品形状(種類)毎にその形状にあった冷間ユニバーサル圧延用ロールが必要になるため設備の増大化や高コストとなるといった問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような問題点に鑑み、形鋼を長手方向に引っ張り、精度よく形鋼の全断面降伏状態を実現するとともに、形鋼の任意の部分に長手方向に垂直な方向の変位を与えることで、形鋼の高精度かつ高効率な矯正が可能な方法および装置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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明者は、矯正材端面を拘束し、鋼材長手方向に引っ張り歪を与え全断面降伏状態としたまま、長手方向に移動するロール等により鋼材長手方向に垂直な方向に鋼材に対して変位を与えることで、変形矯正を高精度かつ高効率に行えるとの知見を得た。
【０００８】
そこで、本発明によれば、形鋼を矯正する矯正方法であって、前記形鋼を長手方向に引っ張り、全断面を降伏状態として、前記形鋼の任意の部分にその長手方向から全断面降伏となる張力を加えながら長手方向に垂直な方向の変位を与えることにより矯正を行うことを特徴とする、形鋼の矯正方法が提供される。
【０００９】
また、前記形鋼の両端をクランプによって拘束して、前記形鋼を長手方向に引っ張ることを特徴とする、形鋼の矯正方法が提供される。
【００１０】
さらに、前記形鋼の長手方向に移動する単独または複数のロールによって、前記形鋼の長手方向に垂直な方向に変位を与えることを特徴とする、形鋼の矯正方法が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、形鋼を矯正する矯正装置であって、前記形鋼を長手方向に引っ張り、全断面を降伏状態とする引っ張り機構と、前記形鋼の任意の部分に、前記引っ張り機構による全断面降伏状態の上に長手方向に垂直な方向に変位を与える変位付与機構を有することを特徴とする、形鋼の矯正装置が提供される。
【００１２】
さらに、前記引っ張り機構は、前記形鋼の両端を拘束するクランプと、前記クランプを介して前記形鋼の長手方向に引っ張り力を付与する動力部を有することを特徴とする、形鋼の矯正装置が提供される。
【００１３】
また、前記変位付与機構は、前記形鋼の、長手方向に沿って移動する単独または複数のロールと、前記ロールを介して前記形鋼の長手方向に垂直な方向に変位を与えるロール支持部を有することを特徴とする、形鋼の矯正装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、形鋼に対し、断面形状毎に多くのロール等を必要とすることなく、高精度で全断面降伏状態を実現できるため、残留応力を最大限低減することができ、容易に形鋼の矯正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照にして説明する。なお、形鋼の一例として、Ｌ型断面形状を有する山形鋼を矯正する場合について説明する。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態として、図１および図２を用いて形鋼の両端をクランプによって拘束し、長手方向に引っ張って全断面を降伏状態とし、形鋼の任意の部分に単独のロールによって長手方向に垂直な方向に変位をあたえる矯正装置及び矯正方法を説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態にかかる矯正装置１を斜め上方から見た斜視概観図である。また、図２は、図１の様子を上方から見た概観図である。形鋼２はその両端２ａをクランプ１０によって拘束されている。クランプ１０は、複数のブロック１１を有しており、それらブロック１１の間に形鋼２の両端２ａを挟んで固定している。シリンダー動力部５によって、クランプ１０を介して形鋼２の長手方向に引っ張り力が加えられている。このようにクランプ１０によって拘束されている形鋼２の側方には、形鋼２と平行に軸１５が配置され、この軸１５に沿って移動自在にロール支持部１６が装着されている。また、ロール支持部１６の前面には、押圧機構１７およびアーム２０を介して、ロール１８が回転自在に支持されている。そして、押圧機構１７の稼動により、ロール１８が形鋼２の側面に押し付けられるようになっている。また、ロール支持部１６は軸１５に沿って任意の位置に移動でき、これによって、形鋼２の側面の任意の位置にロール１８が押し付けられる。
【００１７】
上記のように構成された矯正装置１において、両端２ａをクランプ１０によって拘束され、シリンダー動力部５によって形鋼２の長手方向に引っ張り力が加えられ、形鋼２の長手方向に対する垂直な断面の全体に降伏応力が加えられる。こうして、形鋼２は全断面降伏状態にされる。そして、ロール支持部１６が任意の位置に移動し、押圧機構１７の稼動により、ロール１８を介して形鋼２の長手方向に垂直な方向に変位が与えられる。また、押圧機構１７を稼働させた状態でロール支持部１６を形鋼２の長手方向に移動することにより形鋼２の長手方向に連続して長手方向に垂直の任意の変位をあたえることもできる。このように、全断面降伏状態となった形鋼２の任意の位置において、側方から変位が加えられることにより、極めて容易に形鋼２の矯正が可能となる。また、クランプ１０を介して形鋼２の長手方向に降伏応力を加えるだけで全断面降伏状態とすることができ、断面形状毎のロールを用意する必要もない。
【００１８】
また、ローラーレベラーを用いた変形矯正方法等では、変形矯正を行った後の形鋼の内部には残留応力が残っていたが、本発明の形鋼の矯正装置では形鋼を全断面降伏状態とすることが前提となっており、その後に外力を加えて変形矯正をするため、形鋼内部に残留応力が残ることはなく、さらに、変形矯正前の形鋼の冷却段階において発生して残っていた残留応力をなくすことも可能となる。
つまり、本発明によれば、高精度かつ高効率に形鋼を変形矯正することができ、さらに、残留応力が残ることもないため、製品化等に非常に有益であるといえる。
【００１９】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態として、図３および図４を用いて形鋼の両端をクランプによって拘束し、長手方向に引っ張って全断面を降伏状態とし、形鋼の任意の部分に複数のロールによって長手方向に垂直な方向に変位をあたえる矯正装置及び矯正方法を説明する。
図３は本発明の第２の実施の形態にかかる複数のロールを有する矯正機１９を備えた矯正装置１’を斜め上方から見た斜視概観図である。また、図４は、図３の様子を上方から見た場合の矯正機１９の内部構造を表す説明図である。矯正装置１’の形鋼２拘束部の主な構成は上記第１の実施の形態と同様であるため省略する。形鋼２の両側の側方には形鋼２に平行に軸１５がそれぞれ配置され、各軸１５に沿って移動自在に矯正機１９が備えられている。矯正機１９の内部側面（形鋼２の側面に対面している側の面）には、押圧機構１７および６本のアーム２０a、２０ｂ、２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆを介して、６つのロール１８a、１８b、１８c，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆが、回転自在にそれぞれ支持されている。そして、押圧機構１７の稼動により、形鋼２の各両側において６つのロール１８a、１８b、１８c，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆが形鋼２の両側面に押し付けられるようになっている。ただし、一方側のロール１８a、１８b、１８cと他方側のロール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆとは対向しておらず、一方側のロール１８a、１８bの間に他方側のロール１８ｄが配置され、一方側のロール１８b、１８ｃの間に他方側のロール１８ｅが配置されているというように、一方側のロール１８a、１８b、１８cと他方側のロール１８ｄ、１８ｅ、１８ｆは互いに千鳥状に配置されている。また、矯正機１９は軸１５に沿って任意の位置に移動でき、これによって、形鋼２の側面の任意の位置に各ロール１８a、１８b、１８c、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆが両側から押し付けられる。なお、各ロールは１８ｃ、１８ｆ、１８ｂ、１８ｅ、１８ａ、１８ｄの順により強い押し付けから弱い押し付けへと並べられる。形鋼２に加えられる長手方向に垂直な変位は１８ｃ、１８ｆ、１８ｂ、１８ｅ、１８ａ、１８ｄの順により大きな変位から小さな変位に並べられると言い換えることもできる。但し、この場合、１８ａ、１８ｂ、１８ｃと１８ｄ，１８ｅ，１８ｆでは変位の方向は反対となる。これは従来技術であるローラーレベラーでのロールの配置と基本的な考え方として等しい。なお、形鋼２がよりなめらかに変形できるように、１８ｃ、１８ｆ、１８ｂ、１８ｅ、１８ａ、１８ｄと並んだロールのうち中間のいずれかのロール、たとえば１８ｂの変位を最大とし、１８ｆ、１８ｃの順に変位が小さくなり、また１８ｅ，１８ａ、１８ｄの順に変位が小さくなるように各ロールを設定することもある。これもローラーレベラーでのロール配置の場合の考え方と同じである。
【００２０】
上記のように構成された矯正装置１’において、両端２ａをクランプ１０によって拘束され、シリンダー動力部５によって形鋼２の長手方向に引っ張り力が加えられ、形鋼２の長手方向に対する垂直な断面の全体に降伏応力が加えられる。こうして、形鋼２は全断面降伏状態にされる。その状態で、矯正機１９を図４の左から右に向かって移動させると、１８ｃ，１８ｆ，１８ｂ，１８ｅ，１８ａ、１８ｄの順で上下交互に各ロールが形鋼２に対して垂直方向の変位を与え、またその変位量が順次小さくなっていく。つまり、従来技術であるローラーレベラーでは固定配置されたロールの間を鋼材が移動することにより鋼材の矯正を実施するのに対し、本方法では固定した鋼材に対して配置されたロールが移動することによりローラーレベラーと同様の繰り返し曲げの原理により鋼材の矯正をおこなうことができる。但し、本方法ではシリンダー動力部５による引っ張り力にて形鋼２はすでに全断面降伏状態となっているため、各ロールによって与えられる垂直方向の変位およびロールを形鋼２に押し付けることで発生する力は、従来技術であるローラーレベラーに対して圧倒的に小さく、また同じく全断面降伏状態となっているため矯正後の残留応力を０に近づけることが可能である。さらに、本方法では鋼材の長手方向の任意の位置について矯正を実施することが可能である。  なお、本実施の形態では、ロールの数を６つとし、それぞれのロールにより形鋼２の長手方向に垂直な方向に加える変位を変えることとしているが、本発明において、これらロールの数および変位設定量は、形鋼２の変形状態に応じて適宜変更することが望ましい。
【００２１】
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明は上記の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００２２】
例えば、形鋼２に長手方向の引っ張り力を付与する動力部５はシリンダーでなくモーター等を用いた動力部でもよい。また、形鋼２にロール１８を押し付けて変位を与える位置を、形鋼２の長手方向で変形の大きな位置を選ぶことも可能であり、あるいは形鋼２の長手方向のどの位置でも変形量がほぼ等しい場合には、形鋼２の全長にわたってロール１８を押し付けてもよい。さらに、形鋼２の長手方向と垂直な方向に変位を与えるロール１８を形鋼２の両側に任意の複数配置することもできる。また、その場合、例えば各ロール１８の押し付け力が任意の関係を持つように設定した上で、長手方向のいずれかの方向に全体のロール１８群を移動させるといった構成をとってもよい。なお、ロール１８の形状・材質等も、当然、適宜有用なものを用いればよい。
また、本実施の形態では山形鋼を例にして説明したが、本発明は、その他の形鋼、例えばみぞ形鋼、Ｉ形鋼、Ｈ形鋼およびＺ形鋼等についても適応可能である。
【実施例】
【００２３】
図５は変形した形鋼２の長手方向に引っ張り力を加え、降伏状態とする際の様子を表した概略図である。そして、図５(a)に示すように初期変形した形鋼２に引っ張り力を加えて図５(b)のように変形矯正する場合の形鋼２の変形部上部および変形部下部の各点αおよび点βにかかる応力と歪の大きさをグラフにしたものを図６に示す。なお、点αは初期変形によって縮んでいる部分であり、点βは初期変形によって伸びている部分である。図６において、応力がかかっていない状態での点αと点βでの歪の大きさの差１００は初期歪を表し、応力を加えていくとともにα→βの順で歪が加わっていく。
【００２４】
図６に示される各点αおよび点βにかかる応力と歪の大きさの関係を示す曲線は、形鋼２の材質により一様に決まり、共に同一の曲線であり、両曲線は歪の大きさが大きくなるにつれて一定値に収束していく。また、例えばＡ点において、形鋼２への引っ張り力を除荷した際に、形鋼２は材質によってきまるヤング率に応じて引っ張り力を加えていた方向と逆方向に戻る。そのため点αと点βの歪差１０１が残る。前記歪差１０１が形鋼２に対してＡ点まで引っ張り矯正を行ったときの矯正しきれない歪であるが、例えば、Ｂ点まで引っ張り矯正を行った場合には図６からわかるように点αと点βでの歪差はほぼ残らないことになる。つまり、Ｂ点まで引っ張ることにより、理論上は引っ張り矯正のみによって、ほぼ完全な矯正ができることとなる。
【００２５】
しかし、実際に形鋼２をＢ点まで引っ張り矯正を行うと、例えば被矯正材の長手方向に寸法変動があった場合に、応力集中によって形鋼２が破断する恐れがある。
【００２６】
そこで、発明者は、形鋼２に例えばＡ点まで引っ張り力を加え引っ張り矯正を行い、さらに形鋼２をＡ点で引っ張った状態において、例えば点βに変位を加えることで、引っ張り力除荷後の点αと点βの歪差をほぼ残らないようにする本発明を創案した。
【００２７】
そして、形鋼２の両端を拘束し、シリンダー動力部５により、形鋼２に破断しない程度の一定の引っ張り力を与え、全断面降伏状態にすると共に、ロール１８によって形鋼２の長手方向に垂直な方向に変位を与えることで、高精度かつ高効率に形鋼２の変形矯正を行うことができた。
【００２８】
また、図７は、通常製品等として利用されるＴ型鋼を、Ｈ型鋼の切断によって作る際の様子を表したものである。従来の技術により変形矯正した、Ｈ型鋼３０をＴ型鋼３１とするために、図７(a)のように、長手方向に切断面２１を入れて切断すると、各部分の厚みの違い等により形鋼内部発生している残留応力により図７(b)のように変形が発生する。しかし、本発明をこのような場合に適応すると、Ｈ型鋼３０を引っ張り力によって全断面降伏状態とするため、Ｈ型鋼３０内の残留応力は最大限低減されており、製品等として一部切断した場合の変形はほぼ起こらなかった。
【００２９】
また、図８は長尺な形鋼の変形の様子を表したものである。長尺な形鋼４０では熱された状態から常温に冷却される段階においての変形は、図８のように両端部４１のみが変形する。これは長尺な形鋼４０が冷却所等におかれた場合、真ん中部分４２は自重により冷却時に応力がかかった場合も曲がらないことが要因である。しかし長尺な形鋼４０の両端部４１が図８のように変形していることから、冷却時には長尺な形鋼４０全体に応力がかかっており、曲がらない真ん中部分２２には内部に残留応力が発生していることがわかる。
このような長尺な形鋼４０に本発明を適応する際の、長尺な形鋼４０の長手方向と垂直な方向に与える変位量は、両端部４１の変形の曲率から導ける内部の残留応力によって定まるものと考えられる。そして、その定められた変位量をもとに長尺な形鋼４０の残留応力を取り除く程度の変位を本発明のローラーによって与えることで、残留応力を取り除くことができ、かつ高精度な変形矯正を行うことができた。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、形鋼の矯正を高精度かつ高効率に行う方法および装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】形鋼の矯正装置を斜め上方から見た斜視概観図である。
【図２】図１の様子を上方から見た概観図である。
【図３】３つのロールを備えた矯正装置１’を斜め上方から見た斜視概観図である。
【図４】図３の様子を上方から見た場合の矯正機１９の内部構造を表す説明図である。
【図５】変形した形鋼に引っ張り力を加え、降伏状態とする際の様子を表した概略図である。
【図６】変形矯正する場合の形鋼の上部および下部の各点αおよびβにかかる応力と歪の大きさをグラフにしたものである。
【図７】Ｔ型鋼を、Ｈ型鋼の切断によって作る際の様子を表したものである。
【図８】長尺な形鋼の変形の様子を表したものである。
【符号の説明】
【００３２】
１…矯正装置
１’…複数のロールを備えた矯正装置
２…形鋼
２ａ…クロップ部
５…シリンダー動力部
１０…クランプ
１１…ブロック
１５…軸
１６…ロール支持部
１７…押圧機構
１８…ロール
１９…矯正機
２０…アーム
２１…切断面
３０…Ｈ型鋼
３１…Ｔ型鋼
４０…長尺な形鋼
４１…長尺な形鋼の両端部
４２…長尺な形鋼の真ん中部分
１００…初期歪
１０１…Ａ点まで引っ張り矯正を行ったときの矯正しきれない歪
【図１】
0005206082.tif 000002
【図２】
0005206082.tif 000003
【図３】
0005206082.tif 000004
【図４】
0005206082.tif 000005
【図５】
0005206082.tif 000006
【図６】
0005206082.tif 000007
【図７】
0005206082.tif 000008
【図８】
0005206082.tif 000009