JP2014182051A - 金属試験片の製作方法および自動製作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延鋼材などの金属素材から金属試験片を製作する方法、および自動製作装置の提供。
【解決手段】金属片の切断面ｆ１に対し、該切断面ｆ１に直交する方向に沿った被検査面４(ａ)と、該被検査面の両端から同じ向きで且つ直角に延びた一対の側面５とを内面に有し、且つ切断面ｆ１側に開口する異形溝１を形成する第１ステップと、少なくとも上記被検査面４(ａ)を内側に内接する弦とし、且つ一対の側面５と交差する仮想の円形ｈｓ１〜ｈｓ３に沿って、金属片を円柱形状に切り出す第２ステップＳ２と、該第２ステップＳ２により得られた円柱部と、該円柱部における一方の端面の一部から延びた円弧柱部とからなる段付き金属片のうち、該円弧柱部の弦側である平面内の被検査面を含むように円弧柱部を径方向に沿って切断する第３ステップを含む、金属試験片の製作方法。
【選択図】図７

Description

本発明は、金属素材（例えば、圧延鋼材）の金属組織または硬度を検査したり、あるいは、圧延工程後における鋼材の含有成分を分析するために用いる金属試験片の製作方法、および係る製作方法を自動的に行える自動製作装置に関する。

例えば、圧延鋼材の金属組織中における非金属介在物などを検査するミクロ組織試験に用いる試験片（サンプル）を得るには、断面の一辺が約１５０ｍｍ角の長尺な圧延鋼材から、厚みが約３０〜４０ｍｍの板状鋼片を切り出し、該鋼片に対し手動（マニュアル）によるエメリーソーの切断作業を複数回にわたって行うことにより、約２０×１０×１０ｍｍの金属試験片を製作している。
上記手動のエメリーソーを用いる複数回の切断作業は、切断するたびに何回も鋼片を持ち替える煩雑な手間が必要となり、作業者の技量に左右され易いと共に、試験片となる部分をチャッキングして切断しないと、切断作業中に所望の金属試験片を飛散させてしまう、という問題点があった。

一方、前記金属試験片を自動的に製作するため、例えば、マシニングセンターに取り付けたエンドミルによる切削加工の場合、前記鋼材から試験片を切り出すために長時間を要し、且つ大量の切削粉が発生する、という問題点があった。
更に、ワイヤーカット加工機による切断加工の場合にも、前記鋼材から試験片を切り出すために比較的長い時間が必要となる、という問題点があった。
尚、製鋼工程における鋼材の成分を検査する場合、溶鋼から採取して凝固させたテーパ付き円柱形状のサンプルを、径方向に沿って超硬チップを切削刃とした大小２枚の丸鋸による輪切り作業でディスク状サンプルを切り出し、該サンプルを厚み方向に沿って打ち抜き加工してピース状サンプルを得る、という鋼材中元素分析用サンプルの調整方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、上記サンプルの調整方法の場合、前記形状のサンプル採取のための鋳造、切断加工、および打ち抜き加工という互いに異なる複数の工程が必要となり、且つこれらの加工を自動化する場合、設備コストが嵩む、という問題点があった。

特開平５−１４２１１２号公報（第１〜４頁、図１〜６）

本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、例えば、圧延鋼材などの金属素材から所要の被検査面を含む金属試験片を比較的少ないプロセスと時間とにより自動的に製作できる金属試験片の製作方法、およびこれを自動的に行える自動製作装置を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、金属素材から切り出した金属片の平坦な切断面を溝加工して、内面に被検査面を含む異形溝を形成し、該被検査面を含むように上記金属片を円柱形状に切り出し加工した後、得られた段付き金属片から被検査面を含む金属試験片を切除する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による金属試験片の製作方法（請求項１）は、金属片の平坦な切断面に対し、該切断面に直交する方向に沿った被検査面と、該被検査面の両端から同じ向きで直角または斜め対称に延びた一対の側面とを内面に有し、且つ上記切断面側に開口する異形溝を形成する第１ステップと、少なくとも上記被検査面を内側に内接する弦とし、且つ上記一対の側面と交差する仮想の円形に沿って、上記金属片を円柱形状に切り抜く第２ステップと、該第２ステップにより得られた円柱部と、該円柱部における一方の端面の一部から延びた円弧柱部とからなる段付き金属片のうち、該円弧柱部の弦側である平面内の上記被検査面を含むように上記円弧柱部を径方向に沿って切断する第３ステップとを含む、ことを特徴とする。

これによれば、例えば、圧延鋼材などの金属素材から切り出した金属片の平坦な切断面を溝加工して、内面に被検査面を含む異形溝を形成する第１ステップ、該被検査面を含むように上記金属片を円柱形状に切り抜き加工する第２ステップ、および、得られた段付き金属片から被検査面を含む金属試験片を切除する第３ステップからなる比較的少ないプロセスと短時間とにより、切削粉の発生を抑制しつつ、所要の被検査面を含む金属試験片を確実に且つ精度良く自動的に製作することができる。従って、金属片に対しての各種検査や分析作業に伴って、事前に行うべき金属試験片の製作工程を、精度および効率良く行うことが可能となる。

尚、前記金属片には、例えば、熱間圧延され且つ断面が角形状あるいは円形の鋼材を、その圧延方向と直交する方向に沿って２箇所で平行に切断した板状の形態が含まれ、その厚みは、例えば、２０〜４０ｍｍの範囲が例示される。あるいは、上記同様の圧延鋼材を、その圧延方向と平行な１つの平面および圧延方向と直交する方向に沿って２箇所で平行に切断したブロック状の形態も含まれる。
また、前記被検査面は、例えば、顕微鏡による金属組織の分析を行い得る視野を提供できる平面であり、２０ｍｍ（長辺）×１０ｍｍ（短辺）のサイズが例示される。上記検査の項目には、例えば、非金属介在物の分布程度、含有元素の成分割合（ｖｏｌ％または質量％）、更には、硬度などの物理的特性も含まれる。
更に、前記圧延方向と平行な被検査面による検査には、例えば、金属組織における結晶粒度（ＪＩＳ Ｇ ０５５１）や介在物（ＪＩＳ Ｇ ０５５５）がある。
加えて、前記異形溝には、上記金属片における圧延方向に沿った視角、または圧延方向と直交する視角で、逆チャンネル（Π）形状、水平辺とその両端から斜め下向き且つ対称に拡がる一対の斜辺とからなる台形状、あるいは、水平辺とその両端から斜め下向き且つ対称に接近する一対の斜辺とからなる鳩尾形状を呈する形態なども含まれる。

また、本発明には、前記異形溝を形成する第１ステップと、前記円柱形状に切り抜く第２ステップと、前記円弧柱部を径方向に沿って切断する第３ステップとの間の何れか、あるいは第３ステップの後において、前記被検査面を除く前記金属片の表面に製造履歴情報を刻印する第４ステップを更に有する、金属試験片の製作方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記金属素材固有の製造履歴情報を、該金属素材から切り出して製作された何れかの金属片に正確に刻印できるので、追って行われる検査により得られる検査結果の良否や、検査精度のレベルを容易に保証することができる。
尚、前記製造履歴情報には、例えば、当該金属片が切り出された元の金属素材の製造番号（ロット番号）、あるいは合金記号（鋼種記号）などが含まれる。

更に、本発明には、前記第２ステップは、前記金属片の切断面において、該切断面に形成された前記異形溝の内面に位置する前記被検査面を内側に含むように、該異形溝における左右一対の側面と２箇所で交差する仮想の円形に沿っており、且つ上記異形溝の深さ方向に沿って上記金属片を断面円形に切り抜くものである、金属試験片の製作方法（請求項３）も含まれる。
これによれば、内面に前記被検査面および一対の側面を含む異形溝を、該一対の側面と交差し、且つ上記被検査面と反対側に凸となるアール面を含む断面円形にして切り抜くので、上記被検査面を含む平面を弦側とする円弧柱部を有する前記段付き金属片を、比較的少ない切削粉の発生に抑制しつつ、短時間で且つ効率良く製作することができる。

一方、本発明による金属試験片の自動製作装置（請求項４）は、金属片の平坦な切断面に対し、該切断面と直交する方向に沿った被検査面と、該被検査面の両端から同じ向きで直角または斜め対称に延びた一対の側面とを内面に有し、且つ上記切断面側に開口する異形溝を形成するエンドミルを有する異形溝加工部と、少なくとも上記被検査面を内側に内接する弦とし、且つ上記一対の側面と交差する仮想の円形に沿って、上記金属片を円柱形状に切り抜くホールソーを有する切り抜き加工部と、該切り抜き加工部により得られた円柱部と、該円柱部における一方の端面の一部から軸方向に沿って延びた円弧柱部とからなる段付き金属片のうち、該円弧柱部の弦側である平面内の上記被検査面を含むように上記円弧柱部を径方向に沿って切断するエメリーソーを有する切断加工部と、を平面視で円周状あるいは直線状に配置してなり、上記異形溝加工部、切り抜き加工部、および切断加工部に沿って上記各金属片を搬送する搬送手段を備えている、ことを特徴とする。

これによれば、例えば、圧延鋼材などの金属素材から切り出した前記金属片の平坦な切断面を、前記エンドミルにより深さ方向に切削しつつ該切断面の平面方向に沿って移動する溝掘り加工により前記異形溝を形成し、該異形溝の内面に含まれる被検査面を含む部位を、前記ホールソーにより断面円形で且つ円柱形状に切り抜き加工した後、得られた段付き金属片の円弧柱部を径方向に沿って前記エメリーソーにより切断加工することで、前記被検査面を含む金属試験片を、切削粉の発生を抑制しつつ、自動的且つ正確に製作することが可能となる。
尚、前記ホールソーは、全体が円筒形状を呈し、その先端面に円周方向に沿った複数の切断刃を形成したものであり、円柱形状に切り抜かれた金属片は、一旦その内側に移動する。
また、前記エンドミルを有する異形溝加工部と、ホールソーを有する切り抜き加工部とは、同じマシニングセンター内において併設しても良い。
更に、前記エメリーソーには、周辺が超硬（ＷＣなど）チップの切削刃とした丸鋸の他、超硬の切断刃を含む直線鋸、あるいはバンドソーも含まれる。

また、本発明には、前記異形溝加工部、切り抜き加工部、および切断加工部間における何れかの間に、あるいは切断加工部の下流側に、前記被検査面を除く前記金属片の表面に製造履歴情報を刻印する刻印手段を有する刻印加工部を更に配置してなる、金属試験片の自動製作装置（請求項５）も含まれる。
これによれば、前記異形溝加工部と切り抜き加工部との間、あるいは、切り抜き加工部と切断加工部との間などにおいて、前記金属素材固有の製造履歴情報を、該金属素材から製作された金属片に対し自動的に刻印できるので、追って行われる検査により得られる検査結果の良否や、検査精度を容易に保証し得る。
尚、前記刻印手段には、例えば、マニピュレータまたは流体圧シリンダ（油圧、水圧、あるいはエアシリンダ）と、それらの先端に着脱自在に取り付ける印字凸型とを備え、該印字凸型を着脱自在に装着する多関節ロボットが例示される。
また、本発明には、前記金属試験片ごとの製造履歴情報を正確に刻印するため、該情報を記憶し、且つ個別の金属試験片ごとに対応して出力する情報処理手段（例えば、パソコンなど）を併設した金属試験片の自動製作装置も含まれる。

更に、本発明には、前記搬送手段は、平面視で円周状に沿って配置された前記異形溝加工部、切り抜き加工部、刻印加工部、および切断加工部の中心部に設置した多関節ロボットであるか、あるいは、平面視で直線状に配置された上記異形溝加工部、切り抜き加工部、刻印加工部、および切断加工部に沿って設置されたコンベアまたは移動可能に配置された単数ないし複数の多関節ロボットである、金属試験片の自動製作装置（請求項６）も含まれる。
これによれば、前記異形溝加工部、切り抜き加工部、刻印加工部、および切断加工部にわたって、個々の金属片を自動的に搬送できるので、自動的または最小限の人手により、前記金属試験片を自動的且つ確実に製作することができる。
尚、前記搬送手段である多関節ロボットは、前記各加工部ごとにおいて、各金属片の一部を最先（外）側の関節で保持する機能を併有していても良い。
また、前記製作方法により得られた被検査面を有する金属試験片は、該被検査面を一方の端面付近とする円柱形のいわゆる埋込樹脂に包持され、前記一方の端面側を研磨して上記被検査面が露出する検査用の試験体になる。

断面角形状の金属素材から金属片を切り出す態様を示す概略図。 上記切り出した金属片から製作すべき金属試験片の位置を示す概略図。 断面円形の金属素材から金属片を切り出す態様を示す概略図。 上記切り出した金属片から製作すべき金属試験片の位置を示す概略図。 (Ａ)は本発明の製作方法における第１ステップを示す概略図、(Ｂ)は(Ａ)中のｂ−ｂ線の矢視に沿った断面図。 (Ａ)図５に続く第１ステップを示す概略図、(Ｂ)は(Ａ)中のｂ−ｂ線の矢視に沿った断面図。 (Ａ)，(Ｂ)は、本発明の製作方法における第２ステップを示す概略図。 (Ａ)〜(Ｃ)は、第２ステップにより得られた段付き金属片の斜視図。 (Ａ)〜(Ｃ)は、上記段付き金属片を第３ステップで切断して得られた金属試験片の斜視図。 (Ａ)〜(Ｃ)は、上記金属試験片を含む検査用試験体を示す斜視図。 本発明による金属試験片の自動製作装置の一形態を示す概略図。 異なる形態の金属試験片の自動製作装置の一形態を示す概略図。 更に異なる形態の金属試験片の自動製作装置の一形態を示す概略図。

以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、断面が角形形状の長尺な圧延鋼材（金属素材）Ｋ１から鋼片（金属片）Ｐ１，Ｐ１ｘを切り出す態様を示す概略図である。
図１に示すように、熱間圧延された長尺な鋼材（金属素材）Ｋ１は、一辺が約１５０ｍｍで且つ四隅にアールが付された角形状の断面を有している。該鋼材Ｋ１を径方向に沿って２箇所で切断することにより、図１の左下に示すように、厚みが約３０〜４０ｍｍで且つ平行な一対の切断面ｆ１，ｆ２を有する板状の鋼片（金属片）Ｐ１が得られる。該鋼片Ｐ１は、次述するように、圧延方向と平行な被検査面（ａ）を含む金属試験片（Ｐ３）の製作に用いられる。
一方、上記鋼材Ｋ１を断面の中心部を含む軸方向と、径方向に沿った２箇所とで切断することにより、図１の右下に示すように、上面に切断面ｆ１を有するブロック形状の鋼片（金属片）Ｐ１ｘが得られる。該鋼片Ｐ１ｘは、圧延方向と直交する被検査面（ａ）を含む金属試験片の製作に用いられる。
上記被検査面（ａ）を圧延方向と平行にするか、直交にするかは、目的とする検査（分析を含む）項目により定められる。以下では、上記鋼材Ｐ１を用いた金属試験片の製作方法について説明するが、上記鋼材Ｐ１ｘについても同様である。

図２に示すように、前記鋼片Ｐ１の切断面ｆ１において、その中心Ｃを通る横縦の仮想線Ｌ１，Ｌ２を設定した場合、平坦な被検査面ａを有する金属試験片Ｐ３は、例えば、上記中心Ｃに被検査面ａの中央が位置し、左右一対の側面ｅと、下向きに凸の円弧面ｒとを有する位置の他、被検査面ａが横線Ｌ１の外周側となる位置、あるいは、被検査面ａが上記中心Ｃと横線Ｌ１の外周側との中間となる位置から個別に切り出される。但し、検査目的によっては他の位置にしても良い。
図３は、熱間圧延され、且つ断面が円形で直径が約１５０ｍｍの長尺な円柱形の鋼材（金属素材）Ｋ２から、前記同様にして、鋼片（金属片）Ｐ１′，Ｐ１′ｘを切り出す態様を示す。また、該鋼片Ｐ１′の切断面ｆ１についても、図４に示すように、中心Ｃ付近、外周側、およびこれらの中間の位置から個別に切り出されるが、検査項目によっては他の位置としても良い。
以下においては、鋼片Ｐ１，Ｐ１′に関し、前記切断面ｆ１の中心Ｃ付近の位置を例として、本発明の金属試験片の製作方法の各ステップＳ１〜Ｓ４を説明する。

図５，図６は、本発明による金属試験片の製作方法における第１ステップＳ１を示す。
先ず、図５（Ａ）中で一部の実線と破線とで示すように、前記鋼片Ｐ１，Ｐ１′の切断面ｆ１の中心Ｃ付近において、該中心Ｃに被検査面ａの中央が位置するように、エンドミルｅｍを用いて、図示でほぼ逆チャンネル（Π）形状を呈する異形溝１を形成する。例えば、図５（Ａ）中で左下の位置に高速回転するエンドミルｅｍを挿入した後、該エンドミルｅｍを回転させつつ上側に移動させる。その結果、図５（Ａ），（Ｂ）中の実線で示すように、深さ約１５〜２０ｍｍの縦溝３が形成される。図５（Ａ）中の矢印で示すように、上記エンドミルｅｍを回転させつつ上向きから横（右側）向きに移動させると共に、更にジグザグ状に徐々に下側に移動させる。この際、右端の位置では、仮想線Ｌ１の下側にも移動させる。
その結果、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、ほぼ長方形の横長溝２と、その底面４の両端から下側へ直角に垂下した左右一対の縦溝３とからなるほぼΠ形状の異形溝１が形成される。該異形溝１の内面には、追って被検査面ａとなる部分を含む横長溝２の底面４と、上記縦溝３ごとの（内）側面５とが含まれている。

次いで、前記異形溝１が形成された鋼片Ｐ１，Ｐ１′に対し、図７で示す第２ステップＳ２が施される。
図７（Ａ）に示すように、異形溝１における横長溝２の内面を構成し且つ被検査面ａを含む底面４を、少なくとも内側に内接する弦とし、左右一対の縦溝３の側面５，５と左右対称に交差する仮想の円形ｈｓ１，ｈｓ２，ｈｓ３の何れかに沿って、図７（Ｂ）で断面を示すホールソーｈｓを高速回転させつつ鋼片Ｐ１，Ｐ１′の厚み方向に沿って貫通させる（第２ステップＳ２）。
尚、上記ホールソーｈｓは、図７（Ｂ）に示すように、例えば、工具鋼からなる円筒形の本体６と、その先端に配設された超硬チップを付着させた鋸刃８とからなり、上記本体６の内側には、円柱形の凹部７が位置している。

前記異形溝１内の底面４（ａ）と左右一対の側面５との交点を通過する仮想円ｈｓ１に沿って、回転する前記ホールソーｈｓを貫通させると、図８（Ａ）に示すように、円柱部１０と、その一方の端面１１ａの一部から軸方向に沿って延び且つ被検査面ａを含む平面１４および円弧形状の端面１３ａを含む円弧柱部１２とからなる段付き鋼片（段付き金属片）Ｐ２ａが切り抜かれる（第２ステップＳ２）。
また、前記異形溝１内における一対の側面５に左右対称に交差する仮想円ｈｓ２，ｈｓ３に沿って、回転する前記ホールソーｈｓを貫通させると、図８（Ｂ），（Ｃ）に示すように、円柱部１０と、その一方の端面１１ｂ，１１ｃの一部から軸方向に沿って延び、且つ被検査面ａを含む平面１４、円弧形状の端面１３ｂ，１３ｃ、および左右一対の側面１５を含む円弧柱部１２とからなる段付き鋼片（段付き金属片）Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃが切り抜かれる（第２ステップＳ２）。
以上のような段付き鋼片Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃは、後述するように、追って合成樹脂にモールドする際の該樹脂内に挿入する深さに応じて適宜選択される。

更に、図８（Ａ）で例示するように、段付き鋼片Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃごとの円弧柱部１２における平面１４ごとの径方向に沿った仮想の破線ｚに沿って、高速回転するエメリーソーｅｓを通過させる（第３ステップＳ３）。この際、前記円柱部１０が、図示しない切断装置のチャックにより径方向から拘束される。
その結果、図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、平坦な被検査面ａと円弧形状の端面１３ａ〜１３ｃと湾曲面１２とを含む金属試験片Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，Ｐ３ｃが得られる。上記被検査面ａは、例えば、長さＬが２０ｍｍで且つ幅Ｗが１０ｍｍの長方形である。また、上記金属試験片Ｐ３ｂ，Ｐ３ｃは、上記に加えて、左右一対の側面ｅを更に有している。

尚、前記図８（Ａ）〜（Ｃ）中で示すように、第２ステップＳ２により得られた前記段付き鋼片Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃの端面１３ａ，１３ｂ，１３ｃに対して、前記鋼材Ｋ１，Ｋ２の製造履歴情報「ＤＡＸ０１（例）」１６を刻印する第４ステップＳ４を行っても良い。
あるいは、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第３ステップＳ３により得られた前記金属試験片Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，Ｐ３ｃの端面１３ａ，１３ｂ，１３ｃに対し、上記製造履歴情報１６を刻印する第４ステップＳ４を行っても良い。
更には、前記鋼片Ｐ１，Ｐ１′の切断面ｆ１に設けた異形溝１内の底面４に隣接する該切断面ｆ１に対し、上記製造履歴情報１６を刻印しても良い。
即ち、第４ステップＳ４は、前記第１ステップＳ１〜第３ステップＳ３の間、あるいは、第３ステップＳ３の後の何れにおいても行うことも可能である。

そして、前記製造履歴情報１６を有する金属試験片Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，Ｐ３ｃを、それらの被検査面ａが一方の端面の中央付近に位置するように、例えば、フェノール、アクリル、エポキシ、ジアニルフタレートなどの熱硬化性樹脂、あるいは、ポリエステルなどの常温硬化樹脂からなり、円柱形を呈するいわゆる埋込樹脂内にモールドして包持した後、上記被検査面ａが該埋込樹脂の表面と面一に露出するように、該被検査面ａおよびこれと連続する上記埋込樹脂の表面（端面）を鏡面状に研磨する。
その結果、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、円柱形の本体１８と、被検査面ａが中央部に径方向に沿って露出する一方の丸い端面１９とを有する検査用の試験体Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が得られる。前記埋込樹脂が、例えば、アクリルのような透明あるいは半透明である場合には、上記端面１９あるいは本体１８の周面からは、前記製造履歴情報１６を視覚により容易に視認することが可能である。
尚、透明ないし半透明の前記埋込樹脂を用いることで、前記被検査面ａ内に空隙などの欠陥がある場合において、更に前記研磨を続行しながら、健全な被検査面ａが出現する位置に達したか否かを観察するのにも有効である。
また、前記試験体Ｔ１〜Ｔ３は、例えば、その金属組織を顕微鏡観察することにより、前記鋼片Ｐ１，Ｐ１′（鋼材Ｋ１，Ｋ２）中における非金属介在物の分布割合などが保証の範囲内にあるか否かを検査したり、あるいはマイクロビッカース硬度計によって、硬度が所定の範囲内にあるか否かを検査するのに活用される。

以上において説明した本発明による金属試験片の製作方法によれば、前記第１〜第３ステップＳ１〜Ｓ３、あるいは第１〜第４ステップＳ１〜Ｓ４からなる比較的少ないプロセスと短時間とにより、切削粉の発生を抑制して、所要の被検査面ａを含む金属試験片Ｐ３ａ〜Ｐ３ｃを確実に且つ精度良く自動的に製作できる。従って、前記鋼片Ｐ１，Ｐ１′などの金属片に関する各種の検査や分析作業に伴って、事前に行うべき金属試験片の製作を、効率良く行うことが可能となる。
尚、鋼片Ｐ１，Ｐ１ｘ，Ｐ１′，Ｐ１′ｘは、前記圧延鋼材Ｋ１，Ｋ２に限らず、例えば、チタンやアルミニウムなどの圧延材や鍛造材を切断したものでも良い。

次に、前記製作方法を自動的に行うための自動製作装置について説明する。
図１１は、本発明による一形態の自動製作装置２０の概略を示す平面図である。
この自動製作装置２０は、図１１の平面図で示すように、仮想の円周Ｙ付近に沿って、前記鋼片Ｐ１（Ｐ１′）の給材部２１、マシニングセンター２４、刻印部２７、切断機３０、および排出部３１を配置し、且つこれらの中心部に鋼片Ｐ１〜Ｐ３を順次搬送する多関節ロボット（搬送手段）２２を配設したものである。
上記マシニングセンター２４は、前記エンドミルｅｍとホールソーｈｓを交換可能に併有する自動工具交換装置（ＡＴＣ）２５を内設し、前記異形溝１を形成する異形溝加工部と、前記切り抜き加工部とを兼ねている。
また、上記刻印部２７は、多数の印字用凸型のステーション２８と、該ステーション２８から指示された印字用凸型を先端のマニピュレータに把持し且つ当該刻印部２７にセットされた段付き鋼片Ｐ２に押印する刻印用ロボット２９と、を併有している。更に、上記切断装置（切断加工部）３０は、エメリーソーｅｓと図示しないチャックとを有している。

以下において、前記自動製作装置２０の使用方法を、鋼片Ｐ１を例に説明する。
予め、用意された鋼片Ｐ１を給材部２１に送給すると、該鋼片Ｐ１は、図１１に示すように、多関節ロボット２２における最先（外）側の関節の先端に取り付けた複数の爪部２３間に把持され、且つ図１１中の矢印で示すように、水平方向に沿って回転されて、前記マシニングセンター２４の搬出入ローラＲ上に載置された後、内部のＸ−Ｙテーブル２６上にセットされ且つ拘束される。
次に、図１１中の（Ｖ視角）の部分図で示すように、前記ＡＴＣ２５の最底部から垂下したエンドミルｅｍを高速回転させつつ上記Ｘ−Ｙテーブル２６上に拘束された鋼片Ｐ１の前記切断面ｆ１に挿入し、且つ水平方向に沿って順次移動させることで、一定の深さの前記異形溝１を形成する。次いで、上記ＡＴＣ２５を９０°回転して最底部に移動したホールソーｈｓを回転させつつ前述した仮想円ｈｓ１〜ｈｓ３の何れかに沿って上記切断面ｆ１から反対側の切断面ｆ２にまで貫通させる。その結果、前記段付き鋼片Ｐ２（Ｐ２ａ〜Ｐ２ｃ）が切り抜かれる。

上記段付き鋼片Ｐ２は、搬出入ローラＲ上に戻され、多関節ロボット２２により前記同様にして刻印部２７に搬送される。係る刻印部２７では、刻印用ロボット２９がステーション２８から予め指示された印字用凸型を把持した後、係る凸型を段付き鋼片Ｐ２の端面１３（１３ａ〜１３ｃ）に押印する。その結果、個々の段付き鋼片Ｐ２には、個別の前記製造履歴情報１６が刻印される。尚、上記印字用凸型は、例えば、工具鋼などの比較的硬質の金属材料からなり、一方の端面に数字やアルファベットなどの印字が型彫りされている。
更に、上記情報１６が刻印された段付き鋼片Ｐ２は、多関節ロボット２２により前記同様にして切断装置３０に搬送され、前記図８（Ａ）で例示したように、その前記円柱部１０をチャッキングされた状態で、回転で回転するエメリーソーｅｓが円弧柱部１２（１２ａ〜１２ｃ）の平面１４を径方向に通過することにより、前記金属試験片Ｐ３（Ｐ３ａ〜Ｐ３ｃ）となる。
そして、得られた上記金属試験片Ｐ３は、前記同様に多関節ロボット２２によって排出部３１に搬送され、外部から取り出し可能とされる。
尚、上記切断装置３０と排出部３１との間において、金属試験片Ｐ３を図示しない鋳型のキャビティ内に挿入し、前記埋込樹脂を注入・固化して前記試験体Ｔ１〜Ｔ３を製作するようにしても良い。

図１２は、異なる形態の自動製作装置２０ａを示す前記同様の平面図である。
該自動製作装置２０ａは、図１２に示すように、前記同様のマシニングセンター（異形溝加工部・切り抜き加工部）２４、前記ロボット２９およびステーション２８を併有した刻印部（刻印手段）２７、および前記切断装置（切断加工部）３０を直線状に配置し、これらと平行に敷設したガイドレール２２ａ上を移動可能に多関節ロボット２２を配置すると共に、上記ガイドレール２２ａの両端に給材部２１と排出部３１とを設置したものである。
上記自動製作装置２０ａによれば、前記鋼片Ｐ１は、ほぼ直線状に搬送される間に、前記同様の異形溝１の加工、切り抜き加工、刻印加工、および切断加工を順次施されることで、所要の金属試験片Ｐ３が自動的に製作される。尚、前記多関節ロボット２２は、ガイドレール２２ａ上に複数個を配置しても良い。

図１３は、更に異なる形態の自動製作装置２０ｂを示す前記同様の平面図である。該自動製作装置２０ｂは、図１３に示すように、前記同様のマシニングセンター２４、刻印部２７、切断装置３０を直線状に配置し、これらと平行に搬送用のコンベア３２を併設すると共に、上記マシニングセンター２４の搬出入ローラＲ付近と、切断装置３０の付近とにもそれぞれ専用の搬送用ロボット２９を個別に配設したものである。上記自動製作装置２０ｂによっても、前記自動製作装置２０ａと同様に、前記鋼片Ｐ１は、ほぼ直線状に搬送される間に、前記同様の異形溝１の溝彫り加工、切り抜き加工、刻印加工、および切断加工を順次施すことで、所要の金属試験片Ｐ３が自動的に製作することができる。
尚、以上の自動製作装置２０，２０ａ，２０ｂにおいて、前記ロボット２９およびステーション２８を併有した刻印部（刻印手段）２７を、切断装置３０の下流側に配置しても良い。
また、前記マシニングセンター２４に替えて、前記エンドミルｅｍのみを有する専用の異形溝加工部と、前記ホールソーｈｓのみを有する専用の切り抜き加工部とに分離した形態としても良い。この場合、係る異形溝加工部と切り出し加工部との間に、前記刻印部２７を配置することも可能である。

以上のような自動製作装置２０，２０ａ，２０ｂによれば、前記鋼材Ｋ１，Ｋ２から切り出した前記金属片Ｐ１，Ｐ１ｘの平坦な切断面ｆ１を、前記エンドミルｅｍにより深さ方向に切削しつつ平面方向に沿って移動する溝彫り加工により前記異形溝１を形成し、該異形溝１の内面に含まれる被検査面ａを含む部位を、前記ホールソーｈｓにより断面円形にして円柱形状に切り抜き加工した後、得られた段付き金属片Ｐ２の円弧柱部１２を径方向に沿って前記エメリーソーｅｓにより切断加工することで、前記被検査面ａを含む金属試験片Ｐ３ａ〜Ｐ３ｃを自動的且つ正確に製作することが可能となる。
尚、自動製作装置２０，２０ａ，２０ｂにおいて、前記切断装置３０による段付き鋼片Ｐ２の切断作業のみを、人手による手作業にすることも可能である。

本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記金属片の材料は、前記鋼の他、鋳鉄、チタンやその合金、銅やその合金、または、アルミニウムやその合金などからなるものでも良く、それらの形態も少なくとも１つの所要の広さを有する切断面を含むものであれば、各種の熱間または冷間圧延材、あるいは鍛造材などから切り出したものでも良い。
また、前記前記切断面ｆ１において、金属試験片Ｐ３を切り出す位置は、検査すべき目的（項目）に応じて、前述した部位以外の任意の位置としても良い。
更に、前記異形溝１は、横長溝２と、その底面４（ａ）の両端から斜め下向きで且つ左右対称に拡がる一対の傾斜した縦溝（３）、あるいは、上記同様に下向きで且つ左右対称に接近する一対の傾斜した縦溝（３）とからなるものでも良い。
加えて、前記自動製作装置における搬送手段は、平面視で円形状あるいは直線状のガイドレール上を走行し、ＣＣＤカメラなどを有するマニピュレータやアクチュエータなどにしても良い。

本発明によれば、各種の金属素材から所要の被検査面を含む金属試験片を比較的少ないプロセスと時間により自動的に製作できる金属試験片の製作方法、およびこれを自動的に行える自動製作装置を確実に提供することが可能となる。

１…………………………………異形溝
４…………………………………底面（被検査面）
５…………………………………側面
１０………………………………円柱部
１２………………………………円弧柱部
１４………………………………平面
１６………………………………製造履歴情報
２０，２０ａ，２０ｂ…………自動製作装置
２２………………………………多関節ロボット（搬送手段）
２４……………………マシニングセンター（異形溝加工部・切り抜き加工部）
２７………………………………刻印加工部
３０………………………………切断加工部
３２………………………………コンベア
Ｓ１〜Ｓ４………………………第１〜第４ステップ
Ｐ１，Ｐ１ｘ，Ｐ１′，Ｐ１′ｘ…鋼片（金属片）
Ｐ２ａ〜Ｐ２ｃ…………………鋼片（金属片）
Ｐ３ａ〜Ｐ３ｃ…………………金属試験片
ｆ１………………………………切断面
ａ…………………………………被検査面
ｈｓ１〜ｈｓ３…………………仮想円
ｅｍ………………………………エンドミル
ｈｓ………………………………ホールソー
ｅｓ………………………………エメリーソー

Claims (6)

1. 金属片の平坦な切断面に対し、該切断面に直交する方向に沿った被検査面と、該被検査面の両端から同じ向きで直角または斜め対称に延びた一対の側面とを内面に有し、且つ上記切断面側に開口する異形溝を形成する第１ステップと、
   少なくとも上記被検査面を内側に内接する弦とし、且つ上記一対の側面と交差する仮想の円形に沿って、上記金属片を円柱形状に切り抜く第２ステップと、
   上記第２ステップにより得られた円柱部と、該円柱部における一方の端面の一部から延びた円弧柱部とからなる段付き金属片のうち、該円弧柱部の弦側である平面内の上記被検査面を含むように上記円弧柱部を径方向に沿って切断する第３ステップとを含む、
   ことを特徴とする金属試験片の製作方法。
2. 前記異形溝を形成する第１ステップと、前記円柱形状に切り抜く第２ステップと、前記円弧柱部を径方向に沿って切断する第３ステップとの何れかの間、あるいは第３ステップの後において、前記被検査面を除く前記金属片の表面に製造履歴情報を刻印する第４ステップを更に有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の金属試験片の製作方法。
3. 前記第２ステップは、前記金属片の切断面において、該切断面に形成された前記異形溝の内面に位置する前記被検査面を内側に含むように、該異形溝における一対の側面と交差する仮想の円形に沿っており、且つ上記異形溝の深さ方向に沿って上記金属片を断面円形に切り抜くものである、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の金属試験片の製作方法。
4. 金属片の平坦な切断面に対し、該切断面と直交する方向に沿った被検査面と、該被検査面の両端から同じ向きで直角または斜め対称に延びた一対の側面とを内面に有し、且つ上記切断面側に開口する異形溝を形成するエンドミルを有する異形溝加工部と、
   少なくとも上記被検査面を内側に内接する弦とし、且つ上記一対の側面と交差する仮想の円形に沿って、上記金属片を円柱形状に切り出すホールソーを有する切り抜き加工部と、
   上記切り出し加工部により得られた円柱部と、該円柱部における一方の端面の一部から軸方向に沿って延びた円弧柱部とからなる段付き金属片のうち、該円弧柱部の弦側である平面内の上記被検査面を含むように上記円弧柱部を径方向に沿って切断するエメリーソーを有する切断加工部と、を平面視で円周状あるいは直線状に配置してなり、
   上記異形溝加工部、切り抜き加工部、および切断加工部に沿って上記各金属片を搬送する搬送手段を備えている、
   ことを特徴とする金属試験片の自動製作装置。
5. 前記異形溝加工部、切り抜き加工部、および切断加工部の間における何れか、あるいは、該切断加工部の下流側に、前記被検査面を除く前記金属片の表面に製造履歴情報を刻印する刻印手段を有する刻印加工部を更に配置してなる、
   ことを特徴とする請求項４に記載の金属試験片の自動製作装置。
6. 前記搬送手段は、平面視で円周状に沿って配置された前記異形溝加工部、切り抜き加工部、刻印加工部、および切断加工部の中心部に設置した多関節ロボットであるか、あるいは、平面視で直線状に配置された上記異形溝加工部、切り抜き加工部、刻印加工部、および切断加工部に沿って設置されたコンベアまたは移動可能に配置された単数ないし複数の多関節ロボットである、
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の金属試験片の自動製作装置。

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