JP2003154410A

JP2003154410A - 全長における断面寸法形状および真直性に優れた形鋼の矯正方法および矯正装置

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Publication number: JP2003154410A
Application number: JP2001334677A
Authority: JP
Inventors: Tadatsugu Yoshida; 忠継吉田; Shigeru Ogawa; 茂小川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-27
Anticipated expiration: 2021-10-31
Also published as: JP4191922B2

Abstract

(57)【要約】【課題】全長における断面寸法精度および真直性に優
れ、内部残留応力および局部的材質劣化が少ない形鋼の
矯正方法および矯正装置を提供する。【解決手段】矯正圧延機およびその入側および出側の
うちの何れか一方または両方に配置されたピンチロール
列を用いて形鋼を矯正する方法において、前記ピンチロ
ール列を構成する各ピンチロールの位置を調節すること
により、ピンチロール列における形鋼のパスライン位置
を設定するとともに、前記矯正圧延機で圧下することに
より、形鋼の垂直断面全体を塑性変形させることを特徴
とする、全長における断面寸法形状および真直性に優れ
た形鋼の矯正方法および矯正装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、長尺材の形鋼の矯
正をその全長にわたって高精度かつ高効率に行う方法お
よび装置を提供する。

【０００２】

【従来の技術】軌条やＨ形鋼などの形鋼の製造技術にお
いては、長手方向にわたる各部位の寸法精度および真直
性の確保が重要な課題であり、高い寸法精度および真直
性の形鋼製品を得るためには、熱間圧延のみで製造する
には限界があるため、通常、圧延後に、圧延材をさらに
冷間または温間で矯正することにより形鋼製品の高い寸
法精度および真直性を確保している。

【０００３】従来の形鋼圧延材の矯正方法は、パスライ
ン（形鋼の搬送方向）に沿って上下または左右に千鳥状
に矯正ロールを配設したローラーレベラーを用い、後段
になる程、曲げの曲率が漸減するように各矯正ロールの
パスラインに対する押し込み位置を調節して、被矯正材
（形鋼）の繰り返し曲げをおこなうことにより、矯正を
行う方法が一般的であった。

【０００４】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、また一旦、適正条件に
設定すれば無人運転が可能なため導入しやすい特長があ
るが、以下の問題があった。

【０００５】例えば、軌条（レール）製品においては、
近年鉄道車輌の高速化の指向により、その全長にわたっ
て高い真直性の確保が要求されるが、従来のローラーレ
ベラーによる矯正方法では、原理的に軌条（レール）の
両端部の矯正は不可能であるため、両端部のみ再矯正が
必要であった。この再矯正は、現状、三点曲げや四点曲
げなど間歇的なプレスによる方法が実施されており、生
産性を著しく低下させる一つの原因となっている。

【０００６】また、従来のローラーレベラーによる矯正
方法では、被矯正材に対して弾性域と塑性域が複雑に分
布する繰り返し曲げ応力を付与して矯正を行うため、矯
正後の形鋼製品の内部に大きな残留応力が生じやすく、
形鋼製品を使用する際の切断時に、切断面近傍で製品内
部の残留応力に起因する局部変形が発生しやすい。この
切断面近傍の局部変形は、構造物などに組み立てる際の
継ぎ目に段差を生じさせ、所定の接合が困難になるとい
う問題があった。

【０００７】また、Ｈ形鋼を矯正する場合には、ローラ
ーレベラーによる繰り返し曲げによってウェブ部とフラ
ンジ部の付け根近傍のウェブ側が局部的に圧下され、こ
の部分にせん断変形が生じ、加工硬化およびそれに伴う
割れなどが発生するという材質上の問題があった。

【０００８】このようなローラーレベラーによる矯正方
法に代わる方法として、特公昭５６-４０６４４号公報
にはユニバーサル圧延機を用いて１０％以下の圧下率で
矯正圧延する方法が開示されている。

【０００９】図１３は、この方法を用いてＨ形鋼の左右
曲がりを矯正する方法を示した図であり、左曲がりのＨ
形鋼Ａを矯正する場合は、竪ロール１の圧下量Ｐ1を竪
ロール２の圧下量Ｐ2より大きく（Ｐ1＞Ｐ2）し、逆
に、右曲がりのＨ形鋼Ｂを矯正する場合は、竪ロール２
の圧下量Ｐ2を竪ロール１の圧下量Ｐ1より大きく（Ｐ1
＜Ｐ2）なるように設定し、水平ロール３、４でウエブ
部およびフランジ部内側を拘束しつつ、竪ロール１、２
でフランジ部外側を圧下し、圧下量の大きい方のフラン
ジ部を圧下量の小さい方のフランジ部より長手方向に多
く延伸させることにより左右曲がりを矯正するものであ
る。

【００１０】また、図１４は、Ｈ形鋼の上下曲がりを矯
正する方法を示した図であり、Ｈ形鋼Ｃ、Ｄの曲がり方
向に応じて、上下水平ロール３、４の軸心のオフセット
量δを調節し、δを支点長さとする圧延荷重により生じ
る矯正方向のモーメントを利用して上下曲がりを矯正す
るものである。

【００１１】しかし、このような圧延による延伸差を利
用した矯正のみでは、所要の真直性を得るためには１０
％程度の大圧下率が必要であり、被矯正材の真直性は満
足できても矯正前後の寸法変化、例えば、Ｈ形鋼の左右
曲がりを矯正する場合には、左右フランジ部の厚さの変
化が大きくなり製品の寸法外れが生じやすくなる。

【００１２】特公昭５６-４０６４４号公報は、特に曲
がりが大きい形鋼を矯正する場合には、ユニバーサル圧
延機をタンデムに配置して矯正能力を向上させることを
開示しているが、タンデム圧延による矯正は、矯正設備
の設備コストおよび保守コストを大幅に増加させるとい
う問題が生じる。

【００１３】また、特開平５-１４６８２４号公報に
は、形鋼を多パスリバース圧延するためのユニバーサル
圧延機の前面または後面に、図１５に示すＨ形鋼１０
（フランジ１２、ウエブ１１を有する。）の上下方向の
端曲がりを防止するためのフランジ端拘束ローラー２
０、および図１６に示すＨ形鋼１０の左右の端曲がりを
防止するためのフランジ側部拘束ローラー３０を有する
反り及び曲がり防止装置が開示されている。

【００１４】この装置は、図１７（ａ）（平面図）およ
び（ｂ）（正面図）の配置例に示すように、ユニバーサ
ル圧延機の水平ロール４１および竪ロール４２の出側
に、ストリッパガイド４４を介して、図１５に示される
フランジ端拘束ローラー２０を支持する上下方向反り防
止ローラーガイドスタンド４６、図１６に示されるフラ
ンジ側部拘束ローラー３０を支持する左右方向曲がり防
止ローラーガイドスタンド４７を交互に配置し、それら
の後にサイドガイド４３および搬送テーブルローラ４５
を配置するもので、圧延時にユニバーサル圧延機の出側
において、形鋼の端部近傍をフランジ端拘束ローラー２
０及びフランジ側部拘束ローラー３０で拘束して、上下
及び左右の曲がりの発生を防止し、圧延機への噛み込み
および搬送トラブルを防止するとともに、搬送中のサイ
ドガイド４３での擦り傷を抑制するものである。

【００１５】しかし、この反り及び曲がり防止装置は、
圧延機の出側に配置して熱間圧延中の噛み込み不良や摺
り疵の発生を抑制するためのサイドガイドとして使用す
る場合には有効であるが、これを従来のローラー矯正機
に代替して、圧延後の形鋼を冷間および温間で矯正する
場合には、ロール径が小であるため剛性が小であるこ
と、および熱間に比べて温間、冷間での矯正反力が大で
あることなどからスプリングバックが大きいために、両
端部を含む寸法精度および真直性を確保できず、また、
上述したような矯正後の形鋼製品内部の残留応力の発
生、およびそれに伴う切断時の局部変形、加工硬化およ
びそれに伴う割れ発生などの問題がある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の繰り返し曲げの原理に基づくローラーレベラーによ
る矯正では、１）両端の非定常部の矯正が出来ない、
２）残留応力による切断時の局部変形が避けられない、
３）Ｈ形鋼のウェブ部とフランジ部の付け根近傍の加工
硬化など、不均一変形による局部的な材質劣化の問題が
発生しやすい、などの課題があった。

【００１７】また、特公昭５６-４０６４４号公報に開
示されているようなユニバーサル圧延機を用いた圧延矯
正方法では、真直性は満足できても矯正前後の形鋼の断
面形状変化が大きいため、製品の寸法精度が低下し、寸
法外れが発生しやすいという問題があった。

【００１８】これらの従来の矯正方法における問題点に
鑑みて、本発明は、従来のローラーレベラーのみによる
矯正方法の欠点である不均一変形による形鋼内部の残留
応力発生、および局部的材質劣化、従来の矯正方法の欠
点である寸法精度の低下などをともに抑制でき、全長に
おける断面寸法精度および真直性に優れ、内部残留応力
および局部的材質劣化が少ない形鋼の矯正方法および矯
正装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するものであり、その発明の要旨とするところは、
以下の通りである。（１）矯正圧延機とその入側および
出側の何れか一方または両方に配置されたピンチロール
列とを用いて形鋼を矯正する方法において、前記ピンチ
ロール列を構成する各ピンチロールの位置を調節するこ
とにより、ピンチロール列における形鋼のパスライン位
置を設定するとともに、前記矯正圧延機で圧下すること
により、形鋼の垂直断面全体を塑性変形させることを特
徴とする、全長における断面寸法形状および真直性に優
れた形鋼の矯正方法。（２）矯正圧延機とその入側およ
び出側の何れか一方または両方に配置されたピンチロー
ル列とを用いて形鋼を矯正する方法において、前記ピン
チロール列を構成する各ピンチロールの回転軸の水平方
向に対する傾き角度を調節することにより、ピンチロー
ル列における形鋼の捻れに対するパスラインの捻れを設
定するとともに、前記矯正圧延機で圧下することによ
り、形鋼の垂直断面全体を塑性変形させることを特徴と
する、全長における断面寸法形状および真直性に優れた
形鋼の矯正方法。（３）さらに、前記ピンチロール列を
構成する各ピンチロール間の相対位置を調節することに
より、ピンチロール列における形鋼の姿勢を調整するこ
とを特徴とする、上記（１）または（２）の何れかに記
載の全長における断面寸法形状および真直性に優れた形
鋼の矯正方法。（４）さらに、前記ピンチロール列を構
成する各ピンチロールの回転速度を調節することによ
り、前記矯正圧延機と該ピンチロール列の間において形
鋼の長手方向に引張り張力を付与することを特徴とす
る、上記（１）から（３）の何れか１項に記載の全長に
おける断面寸法形状および真直性に優れた形鋼の矯正方
法。（５）前記矯正圧延機で圧下率が１０％未満として
圧下することを特徴とする、上記（１）から（４）の何
れか１項に記載の全長における断面寸法形状および真直
性に優れた形鋼の矯正方法。（６）形鋼の垂直断面全体
を塑性変形させるための矯正圧延機と、該矯正圧延機の
入側および出側のうちの何れか一方または両方に設置さ
れ、形鋼を把持して上下および左右方向に移動すること
が可能な複数のピンチロールで構成されたピンチロール
列を有することを特徴とする、全長における断面寸法形
状および真直性に優れた形鋼の矯正装置。（７）さら
に、前記ピンチロール列を構成する複数のピンチロール
が、さらに、形鋼を把持してパスラインの回りに回転す
ることが可能であることを特徴とする、上記（６）に記
載の全長における断面寸法形状および真直性に優れた形
鋼の矯正装置。（８）前記ピンチロール列を構成する各
ピンチロールは、個別に上下および左右方向に移動可能
であり、かつ各ピンチロール間の上下および左右方向の
相対位置が調節可能であることを特徴とする、上記
（６）または（７）の何れかに記載の全長における断面
寸法形状および真直性に優れた形鋼の矯正装置。（９）
前記ピンチロール列を構成する各ピンチロールの少くと
も一対のピンチロールは、回転速度を調節可能であるこ
とを特徴とする、（６）から（８）の何れか１項に記載
の全長における断面寸法形状および真直性に優れた形鋼
の矯正装置。（１０）前記矯正圧延機の各圧延ロールお
よび前記ピンチロール列の各ピンチロールに設けられた
ロール位置、ロール反力、ロール回転速度を測定するセ
ンサーと、該センサーからの前記矯正圧延機のロール位
置、反力、回転速度、および、前記各ピンチロール列の
ピンチロールの位置、回転速度、反力の各計測信号に基
づいて、前記矯正圧延機において形鋼に作用する圧下率
と、曲げモーメント、捩れモーメント、曲げモーメント
および引っ張り張力のうちの１種または２種以上を演算
するとともに、形鋼の全長を所定の寸法形状に矯正する
ための、前記矯正圧延機のロール位置と、前記ピンチロ
ール列の各ピンチロールの位置、開度及び回転速度のう
ち１種または２種以上とを決定して制御信号とする演算
制御手段と、該制御信号に基づいて、前記矯正圧延機の
圧延ロールおよび前記ピンチロール列のピンチロールを
制御する制御盤またはアクチュエーター手段とからなる
制御手段を備えることを特徴とする（６）から（９）の
いづれか１つに記載の全長における断面寸法形状及び真
直性に優れた形鋼の矯正装置。（１１）矯正圧延機の各
圧延ロールおよびピンチロール列の各ピンチロールに設
けられたロール位置、ロール反力、ロール回転速度を測
定するセンサー、及びピンチロール列の各ピンチロール
に設けられたピンチロールの回転軸の傾きを測定するセ
ンサーと、該センサーからの前記矯正圧延機のロール位
置、回転速度、ならびに、ピンチロール列の各ピンチロ
ールの位置、回転速度、反力、および回転軸の傾きの各
計測信号に基づいて、前記矯正圧延機において形鋼に作
用する圧下率と、曲げモーメント、捩れモーメント、曲
げモーメントおよび引っ張り張力のうちの１種または２
種以上を演算するとともに、形鋼の全長を所定の寸法形
状に矯正するための、前記矯正圧延機の圧延ロール位置
と、前記ピンチロール列の各ピンチロールの位置、開
度、回転速度およびロール回転軸の傾きのうち１種また
は２種以上とを決定して制御信号とする演算制御手段
と、該制御信号に基づいて、前記矯正圧延機の圧延ロー
ルおよび前記ピンチロール列のピンチロールを制御する
制御盤またはアクチュエーター手段とからなる制御装置
を備えることを特徴とする（７）から（９）のいづれか
１つに記載の全長における断面寸法形状及び真直性に優
れた形鋼の矯正装置。（１２）形鋼の垂直断面全体を塑
性変形させるための矯正圧延機と、該矯正圧延機の入側
および出側のうちの何れか一方または両方に設置され、
該形鋼を把持して該形鋼を上下方向または左右方向また
は回転方向の何れか一方または複数の方向に変位するこ
とが可能な１対または複数対のピンチロールと，該矯正
圧延機の圧延ロールおよび該ピンチロールの位置センサ
ーおよび荷重センサーを有し，該荷重センサーの計測信
号を入力して該矯正圧延機のロールバイトと該ピンチロ
ール間の形鋼に生じる弾性たわみを演算する変形モデル
と，該位置センサーの計測信号を入力して該形鋼のパス
ラインを演算して目標のパスラインからの偏差変位を演
算するパスラインモデルと，該偏差変位に該形鋼の弾性
たわみによる偏差角度を加算して実効偏差角度を推定す
る偏差変位モデルと、該実効偏差角度が零になるように
該ピンチロール位置を調節する信号を演算して出力する
制御装置と，該矯正圧延機の圧延ロールの位置センサー
および荷重センサーの計測信号を入力して目標の圧延ひ
ずみを形鋼に付与するように圧延ロールの開度を調節す
る信号を演算して出力する圧延制御装置と、該ピンチロ
ールおよび該圧延ロールの位置を該制御装置の指令位置
に変位する駆動装置および制御盤を有することを特徴と
する全長における断面寸法形状及び真直性に優れた形鋼
の矯正装置。（１３）前記圧延機がユニバーサル圧延機
であることを特徴とする請求項６から請求項１２の何れ
か１項に記載の全長における断面寸法形状および真直性
に優れた形鋼の矯正装置。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明について、以下に詳細に説
明する。

【００２１】本発明者らは、従来のローラーレベラーの
みによる矯正方法の欠点である不均一変形による形鋼内
部の残留応力発生および局部的材質劣化、従来の矯正方
法の欠点である寸法精度の低下、などを抑制するため
に、圧延機による圧延矯正とローラーレベラーに代表さ
れる曲げ矯正の長所と短所を鋭意比較検討した結果、そ
れぞれ単独で用いる場合の圧延矯正機構と曲げ矯正機構
に対して、それぞれの特徴を組み合わせることによる相
互作用で、従来にない高機能の軽圧下矯正機構が得ら
れ、これらの機構により、全長における高断面寸法精度
および真直性に優れ、内部残留応力および局部的材質劣
化が少ない形鋼の矯正が可能となることを知見した。

【００２２】本発明の矯正装置は、矯正圧延機と、この
矯正圧延機の入側および出側のうちの何れか一方または
両方に設置されたピンチロール列により構成される。

【００２３】図１は、本発明の矯正装置の一例として、
ユニバーサル圧延機５１とその入側および出側にそれぞ
れ入側ピンチロール列５２および出側ピンチロール列５
３を配置する矯正装置を示す。

【００２４】形鋼５０は、矯正圧延機であるユニバーサ
ル圧延機５１の上下および左右にそれぞれ配置された水
平ロール５４、５４’および竪ロール５５、５５’によ
り挟み込まれて同時に所定の圧下率で圧下されることに
より、垂直断面全体に均一な塑性変形が付与され、形鋼
５０の各部位の形状が所定の寸法に調整される。

【００２５】なお、本発明において、断面、垂直断面と
は、いづれも形鋼の長手方向に直角な断面を指すものと
する。

【００２６】本発明の矯正圧延機としては、形状が複雑
な形鋼の垂直断面全体を圧延により均一に塑性変形させ
る必要があり、形鋼の周囲全体に接触させて均一に圧下
することが可能であれば、いかなる形態の圧延機、たと
えば孔型ロールを有する圧延機、ユニバーサル圧延機な
どを用いることができるが、被矯正材への汎用性の点か
らユニバーサル圧延機を用いることが好ましい。

【００２７】一般に、ユニバーサル圧延機は高価である
が、本発明の軽圧下圧延矯正条件であれば、加工仕事量
が小さく比較的コンパクトで安価な設備で実現できる。

【００２８】ユニバーサル圧延機５１の入側および出側
には、パスライン（形鋼の搬送方向）に沿って上下およ
び左右に一対づつ配設された複数のピンチロール（５
６、５６’、５７、５７’、５８、５８’、５９、５
９’）で構成された入側ピンチロール列５２および出側
ピンチロール列５３が配置されており、形鋼５０に対し
て所要の曲げ応力を付与するとともに、好ましくは、ピ
ンチロールに回転駆動装置（図示せず）を設け、回転駆
動装置により各ピンチロール（５６、５６’、５７、５
７’、５８、５８’、５９、５９’）を所定の回転速度
に調節すること、たとえば、ユニバーサル圧延機の圧延
速度に比して入側ピンチロール列のピンチロールの回転
速度を遅く、出側ピンチロール列のピンチロールの回転
速度を速くするなど、により、ユニバーサル圧延機５１
と入側ピンチロール列５３または出側ピンチロール列５
２との間で、形鋼５０の長手方向に引張り張力を付与す
る。

【００２９】なお、ピンチロールに設ける回転駆動装置
は、各ピンチロール列内の各ピンチロールに設けてもよ
いが、各ピンチロール列内で、少くとも１対のピンチロ
ール（たとえば、５７、５７’および５９、５９’）に
設けてあれば良い。なお、入側のピンチロールによる張
力付与に関しては、ピンチロールにブレーキを設けるこ
とにより、モーターによるロール回転駆動方式を、回転
制動方式に代替することも可能である。前述のように入
側または出側の回転駆動装置を備えたピンチロールによ
りロールバイト内の材料に張力を付与することにより、
圧下で生じた塑性変形域をより一層均一に保つことが出
来るので、矯正後の形鋼の残留応力を理論的にはほぼ０
まで低減することが可能である。また、本発明の矯正装
置の入側および出側ピンチロール列５２、５３には、そ
れぞれアクチュエータ（図示せず）が設けられており、
これにより各ピンチロール（５６、５６’、５７、５
７’、５８、５８’、５９、５９’）を上下または左右
方向に移動させ、形鋼５０の所定のパスライン位置を設
定することができる。

【００３０】圧延時に反りや曲がりが生じた形鋼５０を
矯正する際には、ユニバーサル圧延機５１の各ロール
（５４、５４’５５、５５’）、および入側および出側
ピンチロール列５２、５３の各ピンチロール（５６、５
６’、５７、５７’、５８、５８’、５９、５９’）に
は、形鋼５０の反りや曲がりによる所定パスラインから
の幾何学的な位置偏差に起因して押付力が負荷され、そ
れらの反力によってユニバーサル圧延機５１の入側およ
び出側近傍の形鋼５０に曲げモーメントが発生し、形鋼
５０を所定パスラインへ矯正する機構が働く。

【００３１】また、上記の上下および左右方向に移動さ
せることができる複数のピンチロールには、好ましくは
さらに、アクチュエーター（図示せず）を設けて、複数
のピンチロールの回転軸をパスラインの周りに回転させ
ることを可能とする機能を備えさせる。すなわち、これ
によって、圧延時に捻れ変形が生じた形鋼５０を矯正す
る際には、形鋼５０の捻れ変形（捻れ角度）に応じて、
入側ピンチロール列５２の各ピンチロール（５６、５
６’、５７、５７’）の回転軸に対して、出側ピンチロ
ール列５３の各ピンチロール（５８、５８’、５９、５
９’）の回転軸を、上記のアクチュエーターにより、パ
スラインの周りに回転させ、パスラインを中心に形鋼の
捻れ角度を相殺するように傾けた位置に設定する。これ
により、形鋼５０の捻れ変形に起因して入側および出側
ピンチロール列５２、５３に発生する反力によって、ユ
ニバーサル圧延機５１の入側および出側近傍の形鋼５０
に捻れモーメントが発生し、形鋼５０の捻れを矯正する
機構が働く。

【００３２】また、圧延時に反りや曲がりが生じた形鋼
５０、または捻れ変形が生じた形鋼５０を矯正する際に
は、上述のように、同時にユニバーサル圧延機５１と入
側および出側ピンチロール列５２、５３との間には、形
鋼５０の長手方向に対して引張り張力を付与することが
できるため、入側および出側ピンチロール列５２、５３
の反力に起因する曲げモーメントまたは捻れモーメント
と長手方向の引張り張力との重畳作用により、形鋼５０
は、ユニバーサル圧延機５１による低い圧下率によって
容易に垂直断面全体に均一な塑性変形が可能となり、全
長にわたって垂直断面の寸法精度および真直性に優れた
矯正が可能となる。

【００３３】短尺の形鋼５０を矯正する場合は、形鋼５
０の自重による入側および出側ピンチロール列５２、５
３の各ピンチロール（５６、５６’、５７、５７’、５
８、５８’、５９、５９’）の拘束力への影響が少ない
ため、各ピンチロール（５６、５６’、５７、５７’、
５８、５８’、５９、５９’）の位置を形鋼の目標パス
ライン位置に設定することにより、形鋼５０を容易に矯
正することができるが、長尺の形鋼５０を矯正する場合
は、形鋼５０の自重によるピンチロールの拘束力への影
響が大きくなるため、各ピンチロール（５６、５６’、
５７、５７’、５８、５８’、５９、５９’）の相対位
置を以下のように調整する必要がある。

【００３４】つまり、長尺の形鋼５０を矯正する場合
は、ユニバーサル圧延機５１の入側または出側のローラ
ーテーブル上に被矯正材の形鋼５０が連続して存在し、
それらの自重により各ピンチロール（５６、５６’、５
７、５７’、５８、５８’、５９、５９’）の拘束力を
妨げる方向に横荷重や曲げモーメントが作用するため、
入側および出側ピンチロール列５２、５３における材料
の把持姿勢（パスラインに対する傾き）の変動、および
それに起因したユニバーサル圧延機５１における塑性変
形中の材料に作用する圧延荷重や曲げモーメントの変動
が避けられず、矯正における寸法精度が大幅に低下する
という問題が生じる。

【００３５】そこで、本発明では、好ましくは入側およ
び出側ピンチロール列５２、５３を構成する各ピンチロ
ール（５６、５６’、５７、５７’、５８、５８’、５
９、５９’）に、それらの相対位置をアクチェータによ
り個別に調整することが可能な機構を設け、圧延中の材
料に負荷すべき最適な曲げモーメントに対して外乱とな
るローラーテーブル上の形鋼５０の自重により各ピンチ
ロールに生じる余分な横荷重や曲げモーメントを相殺す
るように各ピンチロールの相対位置を個別に調節し、形
鋼５０の姿勢を調整できるようにする。これによりユニ
バーサル圧延機５１における塑性変形中の材料に作用す
る圧延荷重や曲げモーメントの変動を抑制することがで
き、長尺の形鋼５０を矯正する場合でも、短尺材の矯正
と同様に、全長にわたって垂直断面の寸法精度および真
直性に優れた矯正が可能となる。また、図１では、入
側、出側にそれぞれ４つのピンチロール対（８個のピン
チロール）からなるピンチロール列を示しているが、上
記観点からさらに多くのピンチロール対からなるピンチ
ロール列としてもよいことは明らかである。なお、矯正
に必要な拘束力を維持できるものであれば１対のピンチ
ロール（ピンチロール２個）からなるピンチロール列を
構成しても良いことは言うまでもない。

【００３６】また、曲りが大きい形鋼５０を矯正する場
合にも、入側ピンチロール列５２または出側ピンチロー
ル列５３が形鋼５０の先端と干渉しないような上下また
は左右位置に予め開いておき、形鋼５０の先端が通過す
る際に、これらのピンチロールを閉じて形鋼５０に対し
て所要の圧下を付与することによって、曲りが大きい形
鋼５０による搬送トラブルを回避することができる。

【００３７】上述の通り、本発明の圧延矯正装置におい
ては、ピンチロール列の各ピンチロールは、上下、左右
に移動可能であり、また、好ましくは、ピンチロールの
回転軸の傾きを変更可能とする。これによって各ピンチ
ロールの上下、左右位置を変更し、或いは好ましくは、
さらに、ピンチロールの回転軸の傾きを変更して、パス
ラインの上下、左右位置、および好ましくは、さらにパ
スラインの捻れを調整するものである。上述のように、
ピンチロール列の各ピンチロールの各々にアクチュエー
タを設け、各ピンチロール毎に位置を調整することもで
きるが、上下、或いは左右のピンチロール対単位にアク
チュエータを設け、ピンチロール列毎に上下、左右位
置、或いは好ましくは、さらに回転軸の傾きを調整し
て、上述のようにパスラインの位置、捻りなどの調整を
するようにしても良い。また、好ましくは、ピンチロー
ル列、たとえば、複数個のピンチロールで形成されるピ
ンチロール列単位にアクチュエーターを設け、ピンチロ
ール列単位に、上下、左右移動させ、あるいは好ましく
は、さらにその回転軸を傾斜させて、パスラインの上
下、左右位置、好ましくは、さらに捻れを調整しても良
い。

【００３８】この場合、たとえば、上下、左右に移動可
能な台車上にピンチロールを搭載したピンチロール対あ
るいは列を構成し、この台車をアクチュエーターにより
上下、左右に移動させ、或いは好ましくは、さらにアク
チュエータによって台車を傾斜させて、パスラインの調
整を行うことができる。

【００３９】また、本発明においては、上述のように、
長尺の形鋼を矯正するような場合、好ましくは、長尺材
の自重によるピンチロール拘束力への影響を緩和するた
め、被矯正材の姿勢（パスラインに対する傾き）を制御
する。このためには、ピンチロール列内における各ピン
チロールの相対位置を調整する必要がある。この場合
は、ピンチロールを個別に位置変更する必要があるの
で、ピンチロール毎に、あるいはピンチロール対毎に相
対位置を変更可能とするアクチュエーターを設けた構成
とすることが好ましい。

【００４０】また、相対位置とは、ピンチロール列で形
成されるパスラインに対する各ピンチロールの位置のこ
とであり、通常この位置は、パスラインと一致する。し
かしながら、上述のように長尺材の場合は、ピンチロー
ル列内のいくつかのピンチロールの位置を、パスライン
からずらすことによって、すなわち相対位置を調整する
ことによって、形鋼の姿勢を制御するものである。な
お、矯正圧延機の入側および出側のいずれか一方または
双方に、複数のピンチロール列を備える場合は、ピンチ
ロール列間の相対位置を調整することにより、長尺材の
姿勢を調節することもできるので、ピンチロール列単位
にアクチュエータを設ける構成も好適である。アクチュ
エータとしては油圧式、電動式のものなど公知の装置を
利用できる。

【００４１】なお、矯正圧延機の入側及び出側の双方に
ピンチロール列を備えた図１の装置に基づいて説明した
が、ピンチロール列は、入側または出側のいずれか一方
の側にのみ備えたものでもよいし、また、図１の例で
は、それぞれ８個のピンチロールから構成されるピンチ
ロール列を示しているが、姿勢制御などの観点からさら
に多くのピンチロールからなるピンチロール列としても
良く、いずれも本発明の効果を発揮できることは言うま
でもない。

【００４２】図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の矯正方法
（図２（ｂ））とローラーレベラーのみによる従来の矯
正方法（図２（ａ））における被矯正材である形鋼５０
の変形特性を比較するための矯正モデルを示した図であ
る。

【００４３】図２（ａ）に示すローラーレベラーのみに
よる従来の矯正方法においては、ローラーレベラーの矯
正ロール７３の形鋼５０との接触部Ｂ点の位置を、矯正
ロール７２の形鋼５０との接触部Ｂ’点の位置に対する
相対移動量、つまり押し込み量をΔだけ上方（図２
（ａ）の上方）に押し込む位置に設定し、矯正ロール７
１の形鋼５０との接触部Ａ点を支点として形鋼５０を上
の方向（図２（ａ）で下に凸の形状）に曲げる矯正力を
負荷した例であり、この場合、矯正中の形鋼の接触点Ｂ
点には矯正力に対する下向き（図２（ａ）で下向き）の
反力が発生する。

【００４４】一方、図２（ｂ）に示す本発明の矯正方法
において、ユニバーサル圧延機のロール５５、５５’の
出側ピンチロール５９、５９’のロール５９’と形鋼５
０との接触部Ｂ点の位置を、ユニバーサル圧延機のロー
ル５５、５５’の入側ピンチロール５７、５７’のロー
ル５７’と形鋼５０との接触部Ｂ点の位置に対して、図
２（ａ）と同じ押し込み量Δだけ上方（図２（ｂ）で上
方）に押し込む位置に設定した場合、矯正中の形鋼５０
の接触点Ｂ点には、同様に矯正力に対する下向き（図２
（ｂ）で下向き）の反力が発生するが、矯正中の形鋼５
０には、同時にユニバーサル圧延機のロール５５、５
５’による圧延により、塑性加工域で圧下量ｕが負荷さ
れており、その圧下量ｕにより矯正中の形鋼５０の接触
部Ｂ点の反力は軽減される。また、好ましくは、ユニバ
ーサル圧延機のロール５５、５５’と入側ピンチロール
５７、５７’および出側ピンチロール５９、５９’の間
に引張り張力（図２（ｂ）の左右の矢印の方向）が付与
された状態で、ユニバーサル圧延機のロール５５、５
５’による圧延により、塑性加工域で圧下量ｕが負荷さ
れるため、矯正中の形鋼５０の変形特性は変化し、それ
に伴ってＢ点の反力も変化する。

【００４５】すなわち、図３は、図２の本発明法（図２
（ｂ））と従来法（図２（ａ））の矯正モデルにおい
て、矯正中の形鋼５０の接触部Ｂ点の矯正反力を弾塑性
有限要素解析により計算し、比較した結果を示したもの
である。ここで、本発明法の矯正モデルにおけるユニバ
ーサル圧延機のロール５５、５５’の圧下率と矯正中の
形鋼５０とピンチロール５９’との接触部Ｂ点の矯正反
力との関係を知るために、図３の横軸は図２の形鋼５０
と圧延機のロール５５、５５’との接触部ＡおよびＡ’
点における圧延の圧下率（％）とした。

【００４６】図３から明らかなように、本発明のユニバ
ーサル圧延機のロール５５、５５’と入側および出側ピ
ンチロール５７、５７’、５９、５９’による矯正は、
従来のローラーレベラー７１、７２、７３のみの矯正に
比べて、矯正中の形鋼５０とロールとの接触点Ｂ点での
矯正反力を低下させることができ、その矯正反力は、ユ
ニバーサル圧延機のロール５５、５５’による圧延時に
圧下率（％）の増加により、低下させることができる。
また、ユニバーサル圧延機のロールと、入側および出側
のピンチロールにより、形鋼に引張り張力が付与される
と、さらに矯正反力を低下させることができることがわ
かる。

【００４７】これは、本発明では、ユニバーサル圧延機
のロール５５、５５’の圧延により既に降伏状態にある
ロールバイト内、つまり図２（ｂ）の形鋼と圧延機のロ
ールとの接触部Ａ点およびＡ’点の近傍の垂直断面に対
して、出側ピンチロール５９、５９’の形鋼との接触部
Ｂ点の押し込み量Δに起因する曲げ応力と、ユニバーサ
ル圧延機のロール５５、５５’と入側および出側ピンチ
ロール５７、５７’および５９、５９’（図１では、入
側および出側ピンチロール列５２、５３に相当）との間
の引張り張力とが重畳して作用し、ユニバーサル圧延機
のロール５５、５５’の圧下率および引張り張力の増大
により形鋼５０は降伏しやすくなるため、形鋼５０とピ
ンチロール５９’との接触部Ｂ点の矯正反力が減少する
ものと考えられる。

【００４８】図４は、図２の本発明法（図２（ｂ））と
従来法（図２（ａ））の矯正モデルにおける矯正中の形
鋼５０とローラーレベラーのロール又はピンチロールと
の接触部Ｂ点の矯正反力と矯正後のスプリングバック量
（形鋼が矯正機から外れた際に内部応力の解放により変
形する現象）との関係を示す図である。矯正後のスプリ
ングバック量は矯正反力（ローラーレベラーによる矯正
反力Ｐ（ａ）、本発明の方法による矯正反力Ｐ（ｂ））
が大きいほど、大きくなることがわかる。

【００４９】このように図３および図４から本発明の矯
正法は、従来の矯正方法に比べて矯正後のスプリングバ
ック量、つまり矯正後の形状凍結性に優れ、寸法精度お
よび真直性の高い矯正が可能であることがわかる。

【００５０】図５（ａ）（ｂ）は、図２の本発明法（図
２（ｂ））と従来法（図２（ａ））の矯正モデルにおけ
る矯正時の残留応力の変化を示す図である。

【００５１】図５の材料表面に平行で、厚さ方向にほぼ
等間隔に示した線は、材料厚さ方向の残留応力の分布を
示したもので、線の長さがその大きさを示している。

【００５２】図５（ａ）は、ローラーレベラーのみによ
る従来の曲げ矯正後の残留応力分布であり、開放される
応力が開放すべき残留応力に対して小さく、残留応力が
蓄積され、かつ厚さ方向に不均一な分布となっている。
一方、図５（ｂ）は、本発明の矯正方法で、ロールでの
圧下前後の残留応力の分布を示しており、圧延による塑
性変形が加えられた結果、開放すべき残留応力が大幅に
減少しており、また、板厚方向に均一な分布となってい
ることがわかる。

【００５３】従来法（図２（ａ））であるローラーレベ
ラーのみによる矯正方法では曲げ応力により形鋼５０内
部に残留応力が蓄積されるが、本発明法（図２（ｂ））
であるユニバーサル圧延機とピンチロールによる矯正方
法では、原理的に残留応力を零にまで低減することが可
能であり、従来法では、矯正後の形鋼を切断する際に内
部の残留応力に起因して切断面近傍に局部変形が発生し
やすいのに対して、本発明法では、原理的にそれらの問
題を低減できる。

【００５４】図６に、ねじれ変形が生じている形鋼（図
６（ｂ））および矯正する方法の原理図（図６（ａ））
を示す。

【００５５】一般に圧延後の形鋼を矯正する場合、形鋼
圧延によって生じた上下または左右の曲がりや反りのほ
かに、捻れによる変形の矯正を考慮する必要がある。

【００５６】本発明において、捻れによる変形を生じた
形鋼を矯正する場合は、例えば、図６（ａ）に示すよう
に、形鋼の捻れ変形（捻れ角度：α）に応じて、入側ピ
ンチロール列５２の各ピンチロール（図１の５６、５
６’、５７、５７’）の回転軸に対して、出側ピンチロ
ール列５３の各ピンチロール（図１の５８、５８’、５
９、５９’）の回転軸をアクチュエーターにより、パス
ラインの回りに回転させ、パスラインを中心に形鋼の捻
れ角度：αを相殺するように傾けた位置に設定する。

【００５７】本発明では、このように捻れによる変形を
生じた形鋼を矯正する場合には、上述のようにユニバー
サル圧延機５１の圧延により既に降伏状態にある形鋼５
０に、入側および出側ピンチロール列５２、５３による
捻り応力と、ユニバーサル圧延機のロール５５、５５’
（図１）と入側および出側ピンチロール列５２、５３の
間との引張り張力とが重畳して作用することとなるが、
上述のように、ユニバーサル圧延機のロール５５、５
５’（図１）の圧下率および引張り張力の増大により、
形鋼５０は降伏しやすくなり、形鋼５０との接触部Ｂ点
の矯正反力およびそれに起因するスプリングバックは減
少し、全長にわたって垂直断面の寸法精度および真直性
に優れた矯正が可能となる。

【００５８】以上のように、本発明における矯正におい
ては、矯正すべき形鋼の曲がりや捩れなど変形の程度に
応じて、更には、付与される引張り張力に応じて、矯正
圧延機における圧下率、入側および出側でのピンチロー
ルの位置、或いはピンチロールの回転軸の傾き等を調整
するが、矯正圧延機における圧下率は１０％未満の軽圧
下とすることが好ましい。これは、圧下率が１０％を超
えると、形鋼の寸法精度が低下し、また、そのような圧
下を加えようとすると圧延設備を大型化せざるを得ず、
設備費用が増大するからである。本発明では、張力付与
と組み合わせることによって、圧下率を低く、すなわち
軽圧下に調整することが可能である。

【００５９】また、先に述べたように、ピンチロールの
回転速度を制御することによって塑性変形中の形鋼に対
して、引張張力を負荷することができる。負荷する張力
は、大きい程スプリングバック低減効果があるので好ま
しいが、過度に大きな張力負荷は、ピンチロールの設備
コストの増加を招くので、その費用対効果を考慮して設
定する必要がある。一般に形鋼の変形抵抗の１０％程度
の張力を負荷できれば、顕著な効果が認められる。な
お、ピンチロールの圧下力を大きくしたり、回転速度制
御するピンチロールの数を増やしたりして、ピンチロー
ルと形鋼との摩擦力を確保することにより、負荷する張
力を調整することも好ましい。

【００６０】図７は本発明の形鋼の矯正システムに関す
る実施形態の一例として、ユニバーサル圧延機５１とそ
の入側および出側のピンチロール列５２、５３で構成さ
れた矯正装置（図１に同じ）およびその制御システムの
概念図を示す．また，図８はこの制御システムによる制
御の流れを示す。

【００６１】なお、図７には図示していないが、入側お
よび出側ピンチロール列５２、５３の各ピンチロール列
の中で、少なくとも１対以上のピンチロールには回転駆
動装置が設けられており、回転速度を調整可能としてい
る。

【００６２】ユニバーサル圧延機５１と、入側および出
側ピンチロール列５２、５３とには、それぞれ各ロール
の位置、および好ましくは、ピンチロールの回転軸の傾
き、を変えるためのアクチュエータ（図示せず）および
その制御盤６０、６１、６２と、それぞれ各ロールの回
転速度、ロール位置およびロール反力、および好ましく
は、ピンチロールの回転軸の傾きなど、を測定するため
のセンサー６３、６４および６５が設けられており、こ
れらは記録装置６７を有する演算制御装置６６と信号線
で連結されている。演算制御装置６６は主にピンチロー
ル制御に関係する変形モデル８１、パスラインモデル８
２、偏差変位モデル８３、制御装置８４と主に圧延制御
に関係する圧延制御装置８５から構成される。変形モデ
ル８１はピンチロールに設置された荷重センサー６４お
よび６５の計測信号を入力してロールバイトと該ピンチ
ロール間の形鋼に生じる弾性たわみを演算する。形鋼を
梁と見なすことにより、材料力学の梁の曲げ変形の公式
が適用できる。即ち、ロールバイトからピンチロールの
間の形鋼をロールバイト側が固定端でピンチロール側が
着力端である片持ち梁と見なせば、ピンチロール荷重や
ねじりモーメントなどの負荷が着力することにより、形
鋼にたわみやねじれなどの弾性変形が生じる。弾性変形
は負荷中に生じ、除荷によって消失する性質がある。そ
のため、矯正中の負荷で発生した弾性たわみや弾性ねじ
れは矯正後にスプリングバックと呼ばれるもどり変形で
消失するので、スプリングバックを補正しないと矯正効
果が不足し形状凍結性が悪化する原因となる。パスライ
ンモデル８２はピンチロールに設置された位置センサー
６４および６５と矯正圧延機に設置された位置センサー
６３の計測信号を入力して形鋼のパスラインを演算して
目標のパスラインからの偏差変位を演算する。通常形鋼
の圧延では形鋼が入り側の搬送テーブルから圧延機で圧
延されて出側の搬送テーブルに送られる。その際、形鋼
が通過する軌跡を連ねた曲線がパスラインであり、定常
圧延状態では１本の曲線に収斂する。通常このパスライ
ンが目標の形鋼の形状に一致するように圧延を行う。目
標パスラインと実測のパスラインの差を偏差角度として
求め、これが零になるように制御すれば所望の形状の形
鋼が得られる。但し、各ロールの位置から算出された矯
正中の形鋼のパスラインは弾性変形を含むため矯正後に
スプリングバックを生じるので、前述のように精度の高
い矯正を行うためにはその補正が必要である。偏差変位
モデル８３は偏差角度に形鋼の弾性たわみによる偏差角
度を加算して実効偏差角度を推定する。即ち、矯正後の
スプリングバックにより不足する矯正量を弾性たわみの
分補正することにより、矯正効果の不足を補う。これに
より、矯正の高精度化がはじめて可能となる。制御装置
８４は実効偏差角度の分だけ該ピンチロール位置を調節
する信号を演算して出力する。圧延制御装置８５は矯正
圧延機の圧延ロールの位置センサーおよび荷重センサー
６３の計測信号を入力して目標の圧延ひずみを形鋼に付
与するように圧延ロールの開度を調節する信号を演算し
て出力する。圧延矯正では圧下が小であり形鋼の断面全
体に出来るだけ均一なひずみを付与するために、圧延ロ
ールに作用する荷重が適正範囲内を保持するようにロー
ルの開度を調節して目標の圧延ひずみを得る。入側およ
び出側ピンチロール列５２、５３に設けられたアクチュ
エータは、制御装置の指令に従って各ピンチロールを上
下および左右方向に移動させることで形鋼のパスライン
位置を変更するとともに、好ましくは、各ピンチロール
の回転軸を傾斜させることによりパスラインの捻れを変
更することができる。

【００６３】形鋼５０を矯正する際には、ユニバーサル
圧延機５１の各ロールの回転速度、各ロールの位置と各
ロール反力をセンサー６３により測定し、これらの計測
信号を制御装置６６に取り込んで演算することにより、
ユニバーサル圧延機５１での狙いの圧下率を得るための
適正ロール位置（開度）を決定するとともに、その制御
信号をユニバーサル圧延機５１の制御盤６０に送信し、
アクチュエータを介して、ロール位置（開度）を調整
し、圧延の圧下率を狙い値に制御する。これより形鋼５
０の垂直断面形状を狙い値に保つとともに、ロールバイ
ト内の形鋼５０を塑性変形状態に保持し、入側および出
側ピンチロール列５２、５３の矯正負荷を低減する。

【００６４】一方、入側および出側ピンチロール列５
２、５３においては、各ロールの回転速度、各ロール位
置および各ロール反力、好ましくはさらにロール回転軸
の傾きを、センサー６４および６５で検出し、その計測
信号を演算制御装置６６に取り込んで演算することによ
り、形鋼５０の形状を推定し、形鋼の形状不良を矯正す
るために最適な入側および出側ピンチロール列５２、５
３の各ロール位置、開度および各ロール回転速度、好ま
しくはさらに、ロール回転軸の傾きなど、を決定すると
ともに、その制御信号を入側および出側ピンチロール列
５２、５３の制御盤６１、６２に送信し、アクチュエー
タを介して各ピンチロールの位置、開度、および回転速
度、好ましくはさらにロール回転軸の傾きなど、を調整
し矯正後の形鋼の形状を狙い値になるように制御する。

【００６５】また、入側および出側ピンチロール列５
２、５３の各ロールに取り付けられた各ロール位置およ
び各ロール反力のセンサー６４、６５により、各ロール
位置および各ロール反力の上下および左右方向の成分を
計測する。この計測値により、矯正中に形鋼５０に負荷
される上下および左右方向の荷重、およびピンチロール
の上下および左右位置を検出して、入側および出側ピン
チロール列５２、５３で把持される形鋼に作用する負荷
（横荷重および曲げモーメント）と、この負荷による形
鋼の弾性変形量とを、次いで、各ロール位置および該形
鋼の弾性変形量から形鋼の曲り量を演算制御装置６６の
演算機能を用いて推定するとともに、該形鋼の曲り量を
相殺するような形鋼５０の把持姿勢を演算し、それに応
じた各ピンチロールの最適位置の制御信号を入側および
出側ピンチロール列５２、５３の制御盤６１、６２に送
信し、アクチュエータを介して好適に設けた個別に位置
調整が可能な機構によって各ピンチロールの相対位置を
調整し、形鋼の把持姿勢が狙い値になるように制御す
る。

【００６６】圧延後の形鋼には、全長にわたる曲がりや
捻れ変形の他に、端部など局部的な曲がりや捻れ変形が
生じる場合があるが、このような場合には、好ましく
は、ユニバーサル圧延機５１と入側および出側のピンチ
ロール列の各ロールに荷重計、望ましくは荷重計および
変位計を設け、荷重計、荷重計および変位計による計測
信号をもとに、ユニバーサル圧延機５１のロール位置
（開度）および入側、出側のピンチロール列５２、５３
の各ロール位置および各ロール回転速度を制御すること
により、短尺および長尺に関わらず形鋼５０の全長およ
び局部に生じている上下左右の曲がりや捻れ変形の矯正
を制御することができる。

【００６７】通常の形鋼を矯正する場合は、ユニバーサ
ル圧延機５１および入側および出側のピンチロール列５
２、５３のパスラインを一致させて、一定に固定した条
件で形鋼の矯正を行うことにより、形鋼の左右曲がり、
上下曲がりおよび捻れ変形を矯正して、全長にわたって
形鋼の各部位の寸法が目標公差内に入る寸法精度と真直
性に優れた形鋼を得ることができる。また、この際、更
に形鋼の矯正効果を高め、寸法精度と真直性を向上させ
るためには、入側または出側のピンチロール列５２、５
３のピンチロールの回転速度の制御をおこなって、ユニ
バーサル圧延機５１と入側または出側のピンチロール列
５２、５３との間で形鋼に引張り張力を付与する。

【００６８】一方、非常に厳しい寸法精度および内部材
質（残留応力、加工硬化が小さい）が要求される形鋼の
矯正の場合には、図９〜図１１に示すように左右曲が
り、上下曲がりおよびねじれ変形の形鋼の形状不良の状
態に応じて、入側および出側のピンチロール列５２、５
３の各ピンチロール位置を制御する必要がある。

【００６９】つまり、図９に示すように左右曲がりが生
じた形鋼を矯正する場合には、入側および出側のピンチ
ロール列５２、５３の何れか一方の各ピンチロール位置
を、ユニバーサル圧延機５１のパスライン位置に対して
左曲がりの形鋼（ａ）の場合は右側に、右曲がりの形鋼
（ｂ）の場合は左側に、それぞれ移動させた位置に設定
する。

【００７０】図１０に示すように上下曲がりが生じた形
鋼を矯正する場合には、入側および出側のピンチロール
列５２、５３の何れか一方の各ピンチロール位置を、ユ
ニバーサル圧延機５１のパスライン位置に対して上曲が
りの形鋼（ａ）の場合は下側に、下曲がりの形鋼（ｂ）
の場合は上側に、それぞれ移動させた位置に設定する。

【００７１】また、図１１に示すように捻れが生じた形
鋼を矯正する場合には、入側および出側のピンチロール
列５２、５３の何れか一方の各ピンチロールの回転軸
を、ユニバーサル圧延機５１のパスラインを中心に右捻
れ変形の形鋼（ａ）の場合は左回りに、左捻れ変形の形
鋼（ｂ）の場合は右回りにそれぞれ回転させて、そのピ
ンチロールの回転軸が水平面から傾いた位置に設定す
る。

【００７２】図９〜図１１では、便宜上、左右曲がり、
上下曲がりおよび捻れ変形のそれぞれの形状不良が単独
で生じた形鋼を矯正する場合の矯正制御ロジックについ
て説明したが、実際のこれらの形状不良が複合して生じ
た形鋼を矯正する場合は、適宜、これらのピンチロール
位置の設定方法を任意に組み合わせて矯正を行うことは
言うまでもない。また、矯正を行なうに際してのパスラ
イン位置、パスラインの捻りなどの設定は、手動設定と
しても良いし、上述の制御システムを適用して自動的に
設定制御してもよい。その設定は、上述のようにパスラ
インを一定として固定する方法、あるいは矯正制御ロジ
ックを適用する方法などいづれも選択できる。尚、本発
明の圧延矯正ではピンチロールを矯正圧延機の入り側と
出側に設置するが、ピンチロールを１台だけ設置する場
合は、圧延機の出側に設置する方が入り側に設置する場
合に比べて大きな矯正効果が得られる。そこで、設備コ
ストや設置スペースの制限からピンチロールを１台にす
る場合は矯正圧延機の出側にピンチロールを設置して矯
正を行うことが好ましい。

【００７３】

【実施例】以下に本発明の実施例を用いてその効果を説
明する。

【００７４】図１２に示す一般的な形鋼の圧延工程にお
いて、本発明の矯正装置と従来のローラーレベラー矯正
機をそれぞれ用いて、矯正後の形鋼の寸法精度および真
直性を比較した。

【００７５】本発明の矯正装置は、上述の図７に示した
本発明の実施形態の一例である、ユニバーサル圧延機５
１とその入側および出側のピンチロール列５２、５３と
から構成された矯正装置および制御システムを用いた。
実施例１：ピンチロール列の位置の手動設定の場合本発
明の図７の矯正機を、図１２に示す一般的な形鋼の圧延
工程に設けられたローラーレベラー矯正機とリプレース
し、ピンチロール列の位置を手動設定して形鋼を矯正
し、両者の能力を比較した。

【００７６】先ず、ローラーレベラーではロールの押し
込み量を入側で大きく、出側にいくに従って小さくする
基本設定様式で、形鋼の定常部の曲がりを矯正出来る条
件を見つけ矯正することが出来た。しかし、形鋼の端部
に関しては、公差を外れる場合がかなりの頻度で見られ
た。これらの公差外れの形鋼は、生産性の極めて低いプ
レス装置で矯正するか、歩留落ちを前提に端部を切断除
去することで対処せざるを得なかった。また、ローラー
レベラー矯正後の形鋼の全長、特にプレス矯正を施した
部位は、形鋼を切断した際に切断面近傍で垂直断面形状
が変化して、公差から外れる場合が多く観察された。

【００７７】一方、本発明の方法でピンチロール列をパ
スラインに一致させた設定では形鋼の両端部を含めてほ
ぼ目標公差に入れることができた。また、形鋼の端部を
含めて何れの場所で切断しても垂直断面形状の大きな変
化は見られなかった。

【００７８】以上の結果から、本発明の方法が従来のロ
ーラーレベラーを完全に代替出来ることが判明した。ま
た、ローラーレベラーでは矯正しにくい図１１のような
ねじれを有する形鋼に関しても、同様に矯正出来ること
が確認された。更に、短尺材と長尺材とで矯正の精度を
比較したが、ピンチロール列の各ピンチロールの相対位
置を最適に設定することにより両者とも高精度に矯正可
能であることが確認出来た。

【００７９】但し、このピンチロール列を手動設定する
方法では、ピンチロールの弾性変形や形鋼のスプリング
バックの影響で、若干の形状不良が製品に残留すること
が判明した。そこで、この残留形状不良を除去するため
に実施した例を以下に示す。実施例２：ピンチロール列
の位置を自動制御する場合実施例１で用いた図７の矯正
装置の制御装置６６に、図９〜図１１に示す矯正原理に
基づく制御ロジックを適用した。そして、図１２に示す
一般的な形鋼の圧延工程に設けられたローラーレベラー
矯正機とリプレースし、上記の制御ロジックを自動設定
するようにして、形鋼を矯正しその効果を検討した。

【００８０】先ず、図９に示す左右曲がりの形鋼に関し
て、センサー６３、６４および６５で取り込んだ計測信
号から演算して曲がりの方向を推定するとともに、図９
のように最適ピンチロール列の位置を演算して、制御盤
６０、６１および６２に制御信号を送信し、アクチュエ
ーターを介して、狙いのピンチロール列の位置に制御し
た。同様に、長尺材の矯正の場合には、上記の位置制御
に加えて、ローラーテーブル上の材料からピンチロール
列で把持される材料に作用する負荷を測定して、これの
影響をキャンセルするようにピンチロールの相対位置を
制御した。これにより、短尺材と同様の高精度の矯正が
可能であった。また、各ピンチロール列の位置を測定す
ることにより、該ピンチロール列で把持する材料の曲が
りを演算し、真直になるようにピンチロールの相対位置
を制御した。この場合も短尺材と同様の高精度の矯正が
実現された。

【００８１】更に、圧延機およびピンチロールのロール
回転数から形鋼に作用する張力を演算し、この張力を矯
正に適するようにピンチロールの回転速度を制御した。
なお、このとき、形鋼５０の変形抵抗に対して、１０％
の引張張力が発生するよう複数のピンチロールの回転速
度を制御して矯正した。その結果、ピンチロールの矯正
反力が１０％程度低下し、スプリングバックが減少し
た。この方法により、形鋼の全長でほぼ１００％真直な
矯正が再現された。また、同様な結果が図１０の上下曲
がりの場合や図１１のねじれ不良に関しても確認され
た。

【００８２】更に、人工的に左右曲がり、上下曲がりお
よび軸方向のねじれが複雑に分布した形鋼を作成して本
発明の手法を適用したところ、形鋼の全長でほぼ１００
％真直な矯正が再現された。

【００８３】以上は、図１２の形鋼の圧延工程の一環と
して組込んだ冷間での矯正の場合であるが、本発明の技
術は熱間矯正、温間矯正、など幅広い工程に適用可能で
ある。

【００８４】

【発明の効果】本発明は、均一変形性に優れた圧延矯正
方法と不均一変形ではあるが形状制御性の良い曲げ矯正
方法を適切に組み合わせて、両者の欠点を補うとともに
その長所を十分発揮させるように工夫したことにより、
従来の矯正方法では達成が極めて困難な長尺の形鋼を真
直に矯正することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の矯正方法における装置の基本構成を示
す図である。

【図２】従来技術と本発明の技術の矯正特性を比較する
モデルを示す図であり、図２（ａ）はローラーレベラー
の、図２（ｂ）は本発明の、それぞれ技術におけるモデ
ルを示す。

【図３】図２のモデルにより求めた矯正反力と圧延圧下
率との関係を示す図である。

【図４】図２のモデルにより求めたスプリングバックと
矯正反力の関係を示す図である。

【図５】従来技術と本発明の矯正技術における残留応力
分布を模式的に示した図であり、図５（ａ）はローラー
レベラーの場合、図５（ｂ）は本発明の場合をそれぞれ
示す。

【図６】本発明の技術によるねじれ変形の矯正原理を示
す図であり、図６（ａ）は、矯正装置の状況を、図６
（ｂ）はＨ形鋼のねじれ変形の一例をそれぞれ示す図で
ある。

【図７】本発明の形鋼の矯正システムの一実施例を示す
図である。

【図８】本発明の形鋼の矯正システムにおける制御の流
れを示す図である。

【図９】本発明の技術による形鋼の左右曲がりの矯正原
理を示す図であり、図９（ａ）は、左曲りの形鋼、図９
（ｂ）は右曲りの形鋼の場合をそれぞれ示す。

【図１０】本発明の技術による形鋼の上下曲がりの矯正
原理を示す図であり、図１０（ａ）は、上曲りの形鋼、
図１０（ｂ）は下曲りの形鋼の場合をそれぞれ示す。

【図１１】本発明の技術による形鋼のねじれの矯正原理
を示す図であり、図１１（ａ）は右捻れの形鋼、図１１
（ｂ）は左捻れの形鋼の場合をそれぞれ示す。

【図１２】形鋼の圧延、矯正工程を示す図である。

【図１３】従来の矯正技術を示す図である。

【図１４】従来の矯正技術を示す図である。

【図１５】従来の矯正技術を示す図である。

【図１６】従来の矯正技術を示す図である。

【図１７】従来の矯正技術を示す図である。

【符号の説明】

１、２…竪ロール３、４…水平ロール１０…Ｈ形鋼１１…Ｈ形鋼のウエブ１２…Ｈ形鋼のフランジ２０…フランジ端拘束ローラー３０…フランジ側部拘束ローラー４１…ユニバーサル圧延機の水平ロール４２…ユニバーサル圧延機の竪ロール４３…サイドガイド４４…ストリッパガイド４５…搬送テーブルローラー４６…上下方向反り防止ローラーガイドスタンド４７…左右方向曲がり防止ローラーガイドスタンド５０…形鋼５１…ユニバーサル圧延機５２…入側ピンチロール列５３…出側ピンチロール列５４、５４’…ユニバーサル圧延機の水平ロール５５、５５’…ユニバーサル圧延機の竪ロール５６、５６’…入側ピンチロール列の水平ピンチロール５７、５７’…入側ピンチロール列の竪ピンチロール５８、５８’…出側ピンチロール列の水平ピンチロール５９、５９’…出側ピンチロール列の竪ピンチロール６０…ユニバーサル圧延機の制御盤とアクチュエータ６１…入側ピンチロールの制御盤とアクチュエータ６２…出側ピンチロールの制御盤とアクチュエータ６３…ユニバーサル圧延機のセンサー６４…入側ピンチロール列のセンサー６５…出側ピンチロール列のセンサー６６…演算制御装置６７…記録装置７１、７２、７３…ローラーレベラーのロール８１…変形モデル８２…パスラインモデル８３…偏差変位モデル８４…制御装置８５…圧延制御装置 Δ…曲げ矯正量ｕ…圧延圧下量Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…Ｈ形鋼

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】矯正圧延機と、その入側および出側のう
ちの何れか一方または両方に配置されたピンチロール列
とを用いて形鋼を矯正する方法において、前記ピンチロ
ール列を構成する各ピンチロールの位置を調節すること
により、ピンチロール列における形鋼のパスライン位置
を設定するとともに、前記矯正圧延機で圧下することに
より、形鋼の垂直断面全体を塑性変形させることを特徴
とする、全長における断面寸法形状および真直性に優れ
た形鋼の矯正方法。
【請求項２】矯正圧延機とその入側および出側のうち
の何れか一方または両方に配置されたピンチロール列と
を用いて形鋼を矯正する方法において、前記ピンチロー
ル列を構成する各ピンチロールの回転軸の水平方向に対
する傾き角度を調節することにより、ピンチロール列に
おける形鋼の捻れに対するパスラインの捻れを設定する
とともに、前記矯正圧延機で圧下することにより、形鋼
の垂直断面全体を塑性変形させることを特徴とする、全
長における断面寸法形状および真直性に優れた形鋼の矯
正方法。
【請求項３】さらに、前記ピンチロール列を構成する
各ピンチロール間の相対位置を調節することにより、ピ
ンチロール列における形鋼の姿勢を調整することを特徴
とする、請求項１または請求項２の何れかに記載の全長
における断面寸法形状および真直性に優れた形鋼の矯正
方法。
【請求項４】さらに、前記ピンチロール列を構成する
各ピンチロールの回転速度を調節することにより、前記
矯正圧延機と該ピンチロール列との間において、形鋼の
長手方向に引張り張力を付与することを特徴とする、請
求項１から請求項３の何れか１項に記載の全長における
断面寸法形状および真直性に優れた形鋼の矯正方法。
【請求項５】前記矯正圧延機の圧下率を１０％未満と
して圧下することを特徴とする、請求項１から請求項４
の何れか１項に記載の全長における断面寸法形状および
真直性に優れた形鋼の矯正方法。
【請求項６】形鋼の垂直断面全体を塑性変形させるた
めの矯正圧延機と、該矯正圧延機の入側および出側の何
れか一方または両方に設置され、形鋼を把持して上下お
よび左右方向に移動することが可能な複数のピンチロー
ルで構成されたピンチロール列を有することを特徴とす
る、全長における断面寸法形状および真直性に優れた形
鋼の矯正装置。
【請求項７】前記ピンチロール列を構成する複数のピ
ンチロールが、さらに、形鋼を把持してパスラインの回
りに回転することが可能であることを特徴とする、請求
項６に記載の全長における断面寸法形状および真直性に
優れた形鋼の矯正装置。
【請求項８】前記ピンチロール列を構成する各ピンチ
ロールは、形鋼を把持して、個別に上下および左右方向
に移動可能であり、かつ各ピンチロール間の上下および
左右方向の相対位置が調節可能であることを特徴とす
る、請求項６または請求項７の何れかに記載の全長にお
ける断面寸法形状および真直性に優れた形鋼の矯正装
置。
【請求項９】前記ピンチロール列を構成する各ピンチ
ロールの少くとも一対のピンチロールは、回転速度を調
節可能であることを特徴とする、請求項６から請求項８
のうちの何れか１項に記載の全長における断面寸法形状
および真直性に優れた形鋼の矯正装置。
【請求項１０】前記矯正圧延機の各圧延ロールおよび
前記ピンチロール列の各ピンチロールに設けられたロー
ル位置、ロール反力、ロール回転速度を測定するセンサ
ーと、該センサーからの前記矯正圧延機のロール位置、
反力、回転速度、および、前記各ピンチロール列のピン
チロールの位置、回転速度、反力の各計測信号に基づい
て、前記矯正圧延機において形鋼に作用する圧下率と、
曲げモーメント、捩れモーメント、曲げモーメントおよ
び引っ張り張力のうちの１種または２種以上を演算する
とともに、形鋼の全長を所定の寸法形状に矯正するため
の、前記矯正圧延機のロール位置と、前記ピンチロール
列の各ピンチロールの位置、開度及び回転速度のうち１
種または２種以上とを決定して制御信号とする演算制御
手段と、該制御信号に基づいて、前記矯正圧延機の圧延
ロールおよび前記ピンチロール列のピンチロールを制御
する制御盤またはアクチュエーターとからなる制御手段
を備えることを特徴とする請求項６から請求項９のいづ
れか１項に記載の全長における断面寸法形状及び真直性
に優れた形鋼の矯正装置。
【請求項１１】矯正圧延機の各圧延ロールおよびピン
チロール列の各ピンチロールに設けられたロール位置、
ロール反力、ロール回転速度を測定するセンサー、及び
ピンチロール列の各ピンチロールに設けられたピンチロ
ールの回転軸の傾きを測定するセンサーと、該センサー
からの前記矯正圧延機のロール位置、回転速度、ならび
に、ピンチロール列の各ピンチロールの位置、回転速
度、反力、および回転軸の傾きの各計測信号に基づい
て、前記矯正圧延機において形鋼に作用する圧下率と、
曲げモーメント、捩れモーメント、曲げモーメントおよ
び引っ張り張力のうちの１種または２種以上を演算する
とともに、形鋼の全長を所定の寸法形状に矯正するため
の、前記矯正圧延機の圧延ロール位置と、前記ピンチロ
ール列の各ピンチロールの位置、開度、回転速度および
ロール回転軸の傾きのうち１種または２種以上とを決定
して制御信号とする演算制御手段と、該制御信号に基づ
いて、前記矯正圧延機の圧延ロールおよび前記ピンチロ
ール列のピンチロールを制御する制御盤またはアクチュ
エーターとからなる制御装置を備えることを特徴とする
請求項７から請求項９のいづれか１項に記載の全長にお
ける断面寸法形状及び真直性に優れた形鋼の矯正装置。
【請求項１２】形鋼の垂直断面全体を塑性変形させる
ための矯正圧延機と、該矯正圧延機の入側および出側の
うちの何れか一方または両方に設置され、該形鋼を把持
して該形鋼を上下方向または左右方向または回転方向の
何れか一方または複数の方向に変位することが可能な１
対または複数対のピンチロールと，該矯正圧延機の圧延
ロールおよび該ピンチロールの位置センサ−および荷重
センサーを有し，該荷重センサーの計測信号を入力して
該矯正圧延機のロールバイトと該ピンチロール間の形鋼
に生じる弾性たわみを演算する変形モデルと，該位置セ
ンサーの計測信号を入力して該形鋼のパスラインを演算
して目標のパスラインからの偏差変位を演算するパスラ
インモデルと，該偏差変位に該形鋼の弾性たわみによる
偏差角度を加算して実効偏差角度を推定する偏差変位モ
デルと、該実効偏差角度が零になるように該ピンチロー
ル位置を調節する信号を演算して出力する制御装置と，
該矯正圧延機の圧延ロールの位置センサーおよび荷重セ
ンサーの計測信号を入力して目標の圧延ひずみを形鋼に
付与するように圧延ロールの開度を調節する信号を演算
して出力する圧延制御装置と、該ピンチロールおよび該
圧延ロールの位置を該制御装置の指令位置に変位する駆
動装置および制御盤を有することを特徴とする全長にお
ける断面寸法形状及び真直性に優れた形鋼の矯正装置。
【請求項１３】前記矯正圧延機がユニバーサル圧延機
であることを特徴とする請求項６から請求項１２の何れ
か１項に記載の全長における断面寸法形状および真直性
に優れた形鋼の矯正装置。