JP2016524548A - せん断機 - Google Patents

Abstract

第１可動ブレード組立体７と、第２固定ブレード組立体と、前記第１可動ブレード組立体に取り付けられた第１センサ２２と、前記第２固定ブレード組立体に取り付けられた第２センサ２１と、固定基準面２３に対して固定設置された第１センサ参照ブロック２０と、を備えてなるせん断機。

Description

本発明はせん断機、詳細には、特には限定はされないものの、ローリングカット型のせん断機 (rolling cut type shears)及び該せん断機におけるブレードギャップ測定方法に関する。

金属、特に厚目の金属ストリップ及び板においては、ローリングカット型のせん断機がかなり一般的である。このせん断機では、クランク又は液圧シリンダによって作動される一の直線状ブレード及び第２の曲線状ブレードによってローリングタイプの切断が実行される。この型のせん断機、及びロータリーサイドトリムせん断機 (rotary side trim shear)及びすり割りせん断機 (slitting shear) といったその他の型のせん断機では、せん断加工される材料の厚さ及び強度に応じてブレードギャップを調節する必要、並びに、最良の切断品質を得てかつブレード摩耗を最小とするためにブレードギャップを正確にセットする必要がある。

分割せん断におけるブレードギャップを調節する非常に一般的な方法が特許文献１に開示されている。ブレードギャップは、リードネジによって操作される楔を用いて調節され、上刃組立体を、固定下刃に向かうよう、あるいは固定下刃から離れるように動かす。上刃組立体は前記楔に対して摺動する。前記ナイフ組立体の前記楔と反対側にはスライドがある。スライドは、前記上刃組立体を前記楔に押し付けているスプリング又は他の楔によって前記楔に対して保持されている。

英国特許第９９９１８８号公報 米国特許第７５９６８７９号明細書

その他多くのブレードギャップ調節システムが知られており、ブレードギャップ調節のための機構も存在するが、その調節のためにブレードギャップを測定することは難しい。

本発明の第一の観点では、せん断機は、第１可動ブレード組立体と、第２固定ブレード組立体と、前記第１ブレード組立体に取り付けられた第１センサと、前記第２ブレード組立体に取り付けられた第２センサと、固定基準面に対して固定的に設けられた第１センサ参照ブロックと、を備える。

前記参照ブロックを固定基準面に関連した固定箇所に設けることでブレードギャップの正確な測定が可能となる。

好ましくは、各ブレード組立体に２個以上のセンサが設けられている。
好ましくは、２個以上の前記センサは、ブレード組立体における各ブレードのせん断部以外の部位に離れて設けられている。
好ましくは、第１ブレード組立体は、第１ブレード及び第１ブレードホルダを備える。
好ましくは、第２ブレード組立体は、第２ブレード及び第２ブレードホルダを備える。
好ましくは、各センサは前記ブレードホルダに設けられている。
好ましくは、センサは非接触センサである。
好ましくは、センサは、誘導センサ、容量センサ、光学センサの何れかである。

好ましくは、せん断機はさらに、前記センサからの測定値を受領するコントローラを備え、センサは該コントローラに電気的に接続されている。
好ましくは、せん断機はさらに、前記センサのための給電装置を備え、センサは該給電装置に電気的に接続されている。
好ましくは、せん断機は、第１直線状ブレード及び第２曲線状ブレードを備えたローリングカットシャー、あるいはすり割りせん断機である。

本発明の第２の観点では、前記せん断機は、第１可動ブレード組立体と、第２固定ブレード組立体と、前記第１可動ブレード組立体に取り付けられた第１センサと、前記第２ブレード組立体に取り付けられた第２センサと、所定の基準面に対して固定設置された第１センサ参照ブロックと、を備えてなるせん断機のブレードギャップを決定する方法であって、該方法は、前記第２センサの位置のために第１基準面に対して測定された、格納された参照データを提供する工程と、前記第１センサ参照ブロックの位置のために第１基準面に対して測定された、格納された参照データを提供する工程と、前記第１センサの位置のために第２基準面に対する格納された参照データを提供する工程と、切断サイクルの所定の測定時間において、前記第１センサを使用して前記第２ブレード組立体の切断面までの距離を測定し、かつ前記第２センサを使用して前記第１ブレード組立体の切断面までの距離を測定する工程と、前記切断サイクルの別の測定時間において、前記第１センサを使用して前記第１センサ参照ブロックまでの距離を測定する工程と、前記格納された参照データ及び測定された距離からブレードギャップを制御器において計算する工程と、を備える。

好ましくは、各測定時間は前記第１ブレード組立体の動きに同期している。

好ましくは、算出された前記ブレードギャップは、前記第１基準面から前記第２センサの位置までの距離に、前記第１センサと前記第２ブレードの前記切断面との間の距離と、前記第２センサと前記第１ブレードの前記切断面との距離との和を加算し、前記第１基準面から前記参照ブロックの前記位置までの距離と、前記第１センサから前記第１センサ参照ブロックまでの距離との和を減算したものである。

好ましくは、該方法はさらに、せん断する材料の材料厚さに関する参照データから必要なブレードギャップを決定する工程と、必要なブレードギャップを算出されたブレードギャップと比較する工程と、前記比較の結果が所定の閾値範囲外となった場合にそれに応じて前記ブレードギャップを調節する工程、とを有する。

以下、本発明に係るせん断機及びせん断機のブレードギャップの測定方法の実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。

従来の非直接的なブレードギャップ調節装置を示す全体図である。 センサを備えた従来のブレードギャップ調節装置を示す全体図である。 下位位置にある本発明によるせん断機の一例を示す全体図である。 図３に示したせん断機を上昇位置で示す全体図である。 図３及び図４で示した例による装置のブレードギャップの数値計算について説明する図である。 本発明の方法の一例を示す流れ図である。

従来のブレードギャップ調節装置では、該調節装置の位置を決定するするためにいくつかのセンサが設けられていた。例えば、上記特許文献１におけるネジ式ジャッキを作動する前記シャフト上に設けられたエンコーダのようにである。このシステムが調節装置の位置を計算し、異なる材料に対しても要求通りにブレードギャップを調節する。

しかしながら、これらのタイプのブレードギャップ調節システム、例えば図１に示したようなシステムは直接的なものではなかった。下ブレード１はシム２を介して下ブレードホルダ３内に取り付けられている。上ブレード４は、シム５を介して上ブレードホルダ６内に取り付けられている。上ブレードホルダ６は、せん断時に作動クランク１２に応じて動く上刃ビームに取り付けられている。上刃ビーム７とサポート１６ｂとの間には、ブレードギャップｇの調節をするための楔９がある。これら楔９は、ネジ式ジャッキ１１に設けられたエンコーダ１０及びモータの制御で動く。前記上刃ビーム７は、スライド１３及びスプリング１４によって前記楔に対して押圧保持されている。

このタイプの装置にあっては、前記ブレードギャップは直接的には測定はされず、データ設定に対する前記ギャップ調節システムの動きが測定される。このブレードギャップ調節システムの較正のために、通常、せん断機の設置時あるいはブレード交換後に、実際のブレードギャップを知るため手計測が行われる。この種のシステムにはいくつかの問題がある。まず、前記楔９及び前記スライダ１３が摩耗して、ブレードギャップがもはや正しいものではなくなっている。また、楔面及びスライダの摩滅が正しい較正を妨げる。このため、該ブレードギャップ調節システムを再較正するために、ブレードギャップを手計測することが時々求められる。しかしながら、手計測は難しい作業であり、かつ危険でもある。スクラップが通過している使用時にブレードギャップを測定することは困難である。

第２の問題はブレード交換に関する。ごく最近のものでは、ブレードは、ブレードホルダ３，６内に保持されており、かつ、前記ブレードホルダの後部から前記ブレードの刃口までの正しい寸法を得るためにシム調整２，５されている。ブレード１，４が交換されると、再研磨され、次いで、正しい寸法と平行状態を得るために再度のシム調整を行なう必要がある。ブレード１，４が正しくシム調整されなければブレードギャップは正確なものとならない。

上に挙げた特許文献２には、ロータリーサイドトリムせん断機における切刃ギャップの測定方法が開示されている。当該せん断機の停止中に２つの測定装置が用いられる。装置フレームの固定位置に対する下部ブレードの位置及び上部ブレードの位置とが測定され、大きい方の測定値から小さい方の測定値が減じられ、これにより切刃ギャップが求められる。しかしながら、この例の装置では、ブレードの前記刃口までの距離を実際に測定するのは、前記センサのうち一つのみである。他のセンサはブレードホルダまでの距離を測定する。この方法の利点は、このタイプのロータリーサイドトリムせん断機では、ブレードホルダがブレードの面と面一となるため、ブレードホルダの表面までに対する測定値が該ブレード自体の面の位置の正確な指標となることである。しかしながら、ローリングカットタイプのせん断機においては、ブレードに接触する平坦面に相当する面がない為、上記特許文献２に開示されたシステムを適用することはできない。ローリングカットシャーでは、ブレードホルダを保護するため、ブレード及びブレードホルダは面一にはなっていない。

図２は一構成例を示したもので、一のセンサが、主フレーム等の固定サポート１６ａに取り付けられて上部ブレード４の面１７を望み、かつ、固定サポート１６ｂに取り付けられた一のセンサ１８が、反対方向を向いて下部ブレード２の面１９を望んでいる。これらのセンサは、前記ブレード１，４の機外端、すなわち実際に切断に使用されるブレードの部分の外側に設けられている。しかし実際は、大型板圧延機のためのローリングカット型せん断機においては、この方法を用いて、信頼性が高く便利でかつ正確なブレードギャップ測定値を得ることは極めて難しい。

問題の一つは、装置のサイズが大きいために、二つのセンサ１５，１８のための前記固定サポート１６ａ，１６ｂ間の距離が大きく、このため、該装備の熱膨張及び装備のゆがみによる測定エラーを招くことである。別の問題は、底部センサ１８が、切断作業による金属の破片により傷つき、損傷しやすいことである。また別の問題は、下部センサ１８がブレード交換時に邪魔になることである。ブレード交換時、ブレード組立体は通常、下部ブレードから離れる方向に、つまり下部ブレードセンサに向けて取り外す。従って、センサが十分に離れた位置にない限り（ただし、離れている程正確さは失われる）、底部センサはブレード交換時に移動させなければならない。さらに、図２に示した構成では、センサの修理、交換、又は較正をするのは容易ではない。

本発明は、従来のブレードギャップ測定に係る上述の如き問題を解決するシステムを提供するものである。本発明によるせん断機及び該せん断機の操作方法の一例を図３ないし図６に示す。既に説明したものと同様、図３に示すように、上部ブレード４及び下部ブレード１が、それぞれシム５，２を介してそれぞれブレードホルダ６，３に取り付けられている。これらシムは、ブレードのエッジをブレードホルダの背部に対し正しくセットするのに用いられる。下部ブレード及びブレードホルダは定位置に固定されている。上部ブレードホルダ６は、せん断実行時に作動クランク１２に応じて動く上刃ビーム７に固定されている。上刃ビーム７とサポート１６ｂとの間には、ブレードギャップの調節を可能とする楔９が位置している。ブレードギャップは金属の厚さに応じて設定される。前記楔９は、一つ又は複数のネジ式ジャッキ１１に設けられたモータ及びエンコーダ１０の制御下で動き、切断のために上刃組立体全体の位置を調節する。ネジ式ジャッキが複数ある場合には面が摩耗したときのサイドの設定は複雑となる。前記上刃ビーム７は、スライダ１４及びスプリング１４によって前記楔９に対して押し付けられ、保持されている。楔とスライドとは、ローリングブレードの各端において異なる摩耗を生ずる。というのは、一端は常に負荷が掛かり、他端は、せん断される材料の幅が大きいときのみ負荷が掛かるからである。

図示のように、距離センサ２２，２１が、上部ブレードホルダ６及び下部ブレードホルダ３に設けられている。これらセンサは、上部ブレードホルダ及び下部ブレードホルダの機外端に設けられ、せん断が実際に行われるブレードの主部には掛からないようになっている。ブレードホルダは保守の際、せん断機から取り外される為、センサをブレードホルダに設けることにより保守は容易となる。上部ブレードホルダ及び下部ブレードホルダのそれぞれに一つのみのセンサを設けること、あるいは複数のセンサを設けることが可能である。各ブレードホルダの各端部に一つずつ、すなわち二つのセンサを設けることにより、ブレード１，４の両端におけるブレードギャップの測定が可能となる。センサをブレードの両端に配置すると、平均ギャップを計算でき、かつセンサがブレードのずれに関する情報を提供するため好ましい。センサの型は限定されないが、誘導型、容量型、あるいは光学（レーザ）型センサといった非接触タイプが好ましい。その方が、保守又はブレード交換時に便利である。

図３の例は、圧延切断中においてブレード１，４同士が最も近接する位置となる瞬間を、該せん断機の図示側において示したものである。この瞬間及びその前後の僅かな時間、上部ブレードホルダ６に設けられた前記位置センサ２２が下部ブレードまでの距離‘ｂ’を測定する。同時に、下部ブレードホルダ３に取り付けられた位置センサ２１が上部ブレードまでの距離‘ａ’を測定する。これら二つの測定値‘ａ’及び‘ｂ’はブレードギャップを決定するには不十分なものであるが、図４に示すように上部ブレード４が前記作動クランクによってより高い位置に動かされた場合、上部ブレードホルダ６に取り付けられたセンサ２２は、固定された参照ブロック２０までの第２の測定値‘ｃ’を得ることができる。参照ブロック２０は、前記サポート１６ａ，１６ｂと同じせん断機構造体の一部であるサポート１６ｃに設けられている。これらのセンサ、特に下部センサは、ブレード交換の際の障害にならない。何故なら、これらはブレードホルダに取り付けられており、ブレード交換作業の一部として取り外されるからである。

距離 ‘ａ’，‘ｂ’及び‘ｃ’の測定は、移動する前記ブレード組立体の動きと同期した時間中になされる。これら測定値‘ａ’，‘ｂ’及び‘ｃ’からのブレードギャップの算出に関しては図５に示してある。距離Ａ，Ｂ及びＣは一定と考えてよい。これらの値は測定により得られるものであり、かつ、ブレードギャップの次の更正のための参照データとして格納される。Ｃは、せん断が最初に行われ際に較正されるべき、基準面２３と第１センサ参照ブロックと間の固定オフセットである。Ａは前記第２位置センサから前記第１基準面２３までの距離、またＢは前記第１位置センサから第２基準面２４までの距離である。これらの測定値は、距離センサ２１，２２を各ブレードホルダ３，６の背面に対して較正することにより確立するのに必要であり、これにより測定値Ｂ＋ｂ及びＡ＋ａの精度が確保される。これは保守の間に最も簡単になされることである。何故なら、こられの距離センサはブレードホルダに取り付けられており、そのため、これら距離センサは、ブレードの交換時にせん断機から取り外されるからである。新たなシステムについては、距離センサの較正は、そのシステムが最初に設置される前に行ってもよい。

図５において未知の距離は、第２ブレードホルダの背面から該第２ブレードホルダの前面までの距離ｘ，第１ブレードホルダの背面から該ブレードホルダの前面までの距離ｙ，及びブレードギャップｇである。これらの距離は、上述の３つの測定値ａ，ｂ，ｃと、格納された既知の距離Ａ，Ｂ，及びＣとから簡単に算出できる。

ｘ ＝ Ｃ ＋ ｃ − ｂ
ｙ ＝ Ｃ ＋ ｃ ＋ Ｂ − (Ａ＋ａ)
ｇ ＝ Ｃ ＋ ｃ ＋ Ｂ −（ｘ＋ｙ）＝ Ａ − Ｃ ＋ ａ ＋ ｂ − ｃ

測定値ａ，ｂ，及びｃは良好な解決と精度を有しているため、一般に、固定基準面ブロック２０の位置は、距離Ａ−Ｃが比較的小さく、かつそのためにブレードギャップ‘ｇ’の計算の精度が従来の方法よりも増加するような位置である。測定精度は、図２に示したシステムよりも高いものとなる。何故なら、センサはブレードの刃口に接近しており、その距離の小ささ故に、測定の際の温度変化によるずれが生じ難いからである。Ａ−Ｃは比較的小さく、比較的小さい距離を加算又は減算してブレードギャップが計算される。ブレード組立体が保守の間該せん断機から取り外されたときには、Ａ及びＢを正確に測定しかつ較正することができるが、せん断機を最初に設置する際には距離Ｃは較正する必要がある。保守の間、ブレードが再研磨される際、距離ｘ及びｙが同じとなるようにシムの交換をすることは不要である。ブレードはせん断機に容易に再装着され、ブレードギャップを決定すべく、ブレードギャップ測定システムが使用することが可能となる。ギャップ調節システムと共に、ギャップを正しくセットすることができる。

前記センサ２１，２２は電源を必要とし、かつ、せん断機制御システム（図示せず）に送信されなければならない。プラグとソケット及び配線の使用は、各センサを各ブレード交換毎に切り離しかつ再接続することを伴う。好ましい実施形態では、センサは、周知の誘導接続手段を介して電源供給を受け、かつ信号を前記せん断制御システムに送信する。誘導接続により、ブレード交換時に配線を接続したり切り離したりする必要はなく、配線はホルダ内に存在したまま、センサの取り外しができる。前記ブレード、ブレードホルダ、及びセンサは、ブレード交換のため前記サポート１６ａ，１６ｂ及び上刃ビーム７から取り外され、前記ブレードホルダに取り付けられた前記センサ２１，２２は、ブレード交換時に、容易にチェック、再較正、又は修理することが可能である。

ブレード交換時に、前記ブレードホルダ及びブレードと一緒にせん断機からセンサを取り外すので、必要に応じセンサをチェックすること、再較正すること、及び修理することが容易となる。前記ギャップ調節システムにおける前記楔９及びスライダ１３の摩耗については、このブレードギャップ測定システムを使用し、前記ブレードギャップ調節システムへのフィードバックを提供することによって自動的に補償される。

図６は、本発明に係る方法の一例を示す流れ図である。距離Ａ，Ｂ，及びＣに関する参照データが決定され、かつ、後にせん断機制御システムが使用するために格納される（ステップ３０）。切断工程が開始され（ステップ３１）、かつ、移動ブレード組立体に取り付けられた一つ以上のセンサが配置され（ステップ３２）、切断サイクルのある一定区間の間に、少なくとも一つのセンサが固定ブレードの切断面までの距離を測定する。同時に、第２センサが配置され（ステップ３３）、前記第１ブレードの前記面までの距離を測定する。切断サイクルの他の部分では、移動ブレード組立体が動き、その結果前記第１センサは第２位置にあり、そこにおいて該第１センサが、固定基準面すなわち前記センサ参照ブロック２０までの距離を測定する。測定が行われる際の時間区間は前記ブレード組立体の動きと同期される。上述したように、格納データ及び測定データから、ブレードギャップが計算される（ステップ３５）。ブレードギャップが計算されると、これに基づき、何らかのブレードギャップ調節が必要かが制御器によって決定される。この場合、計算されたブレードギャップが、せん断すべき材料の特定な厚さのために必要な既知のブレードギャップと比較される（ステップ３６）。比較の結果、算出されたブレードギャップが許容公差範囲から外れていた場合には、ブレードギャップは調節される（ステップ４０）。算出されたブレードギャップが求められる数値に充分近いものであれば、ブレード調節はなされず、次の切断サイクルを開始する（ステップ３１）。

１ 下ブレード
２ シム
３ 下ブレードホルダ
４ 上ブレード
５ シム
６ 上ブレードホルダ
７ 上刃ビーム
９ 楔
１３ スライド
１４ スプリング
１５ センサ
１６ａ 固定サポート
１６ｂ 固定サポート
１６ｃ サポート
１８ センサ
２１ 距離センサ
２２ 距離センサ
ａ，ｂ，ｃ 距離

Claims (15)

1. 可動の第１ブレード組立体と、固定の第２ブレード組立体と、前記第１ブレード組立体に取り付けられた第１距離センサと、前記第２ブレード組立体に取り付けられた第２距離センサと、所定の基準面に対して固定設置された第１センサ参照ブロックと、を備えてなるせん断機。
2. 請求項１記載のせん断機において、各ブレード組立体に対し２つ以上のセンサが設けられてなるせん断機。
3. 請求項２記載のせん断機において、２以上の前記センサは、前記ブレード組立体上であって、各ブレードのせん断部の外側に、互いに離れて設けられているせん断機。
4. 請求項１ないし３の何れか一項記載のせん断機において、前記第１ブレード組立体が第１ブレード及び第１ブレードホルダを備えてなるせん断機。
5. 請求項１ないし４の何れか一項記載のせん断機において、前記第２ブレード組立体が第２ブレード及び第２ブレードホルダを備えてなるせん断機。
6. 請求項１ないし５の何れか一項記載のせん断機において、１つは２以上の前記センサは前記ブレードホルダに設けられているせん断機。
7. 請求項１ないし６の何れか一項記載のせん断機において、前記センサが非接触型センサであるせん断機。
8. 請求項１ないし７の何れか一項記載のせん断機において、前記センサが、誘導型、容量型、又は光学型のセンサであるせん断機。
9. 請求項１ないし８の何れか一項記載のせん断機において、前記センサからの測定値を受領する制御器を備え、前記センサが該制御器に誘導的に接続されてなるせん断機。
10. 請求項１ないし９の何れか一項記載のせん断機において、前記センサのための電源供給手段を備え、前記センサが該電源供給手段に誘導的に接続されてなるせん断機。
11. 請求項１ないし１０の何れか一項記載のせん断機において、該せん断機が、第１直線状ブレード及び第２曲線状ブレードを有したローリングカットシャー、又はすり割りせん断機であるせん断機。
12. せん断機のブレードギャップを計測する方法であって、
    前記せん断機は、可動の第１ブレード組立体と、固定の第２ブレード組立体と、前記第１ブレード組立体に取り付けられた第１距離センサと、前記第２ブレード組立体に取り付けられた第２距離センサと、所定の基準面に対して固定設置された第１センサ参照ブロックと、を備えてなり、
    該方法は、
    前記第２センサの位置のために第１基準面に対して測定された、格納された参照データを提供する工程と、
    前記第１センサ参照ブロックの位置のために第１基準面に対して測定された、格納された参照データを提供する工程と、
    前記第１センサの位置のために第２基準面に対する格納された参照データを提供する工程と、
    切断サイクルの所定の測定時間において、前記第１センサを使用して前記第２ブレード組立体の切断面までの距離を測定し、かつ前記第２センサを使用して前記第１ブレード組立体の切断面までの距離を測定する工程と、
    前記切断サイクルの別の測定時間において、前記第１センサを使用して前記第１センサ参照ブロックまでの距離を測定する工程と、
    前記格納された参照データ及び測定された距離からブレードギャップを制御器において計算する工程と、
    を備える、せん断機のブレードギャップを決定する方法。
13. 請求項１２記載の方法において、各測定時間は前記第１ブレード組立体の動きと同期している方法。
14. 請求項１２又は１３項記載の方法において、算出された前記ブレードギャップは、
    前記第１基準面から前記第２センサの位置までの距離に、前記第１センサと前記第２ブレードの前記切断面との間の距離と、前記第２センサと前記第１ブレードの前記切断面との距離との和を加算し、前記第１基準面から前記第１センサ参照ブロックの前記位置までの距離と、前記第１センサから前記第１センサ参照ブロックまでの距離との和を減算したものである方法。
15. 請求項１２ないし１４の何れか一項記載の方法において、さらに、せん断する材料のための材料厚さに関する参照データから必要なブレードギャップを決定する工程と、必要なブレードギャップを算出されたブレードギャップと比較する工程と、前記比較の結果が所定の閾値範囲外となった場合に、それに応じて前記ブレードギャップを調節する工程、とを有する方法。

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