JP3092460B2 - 幅圧縮加工機及び圧延機 - Google Patents

幅圧縮加工機及び圧延機

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、材料の幅若しくは厚さ
を減縮加工することができる装置に係り、更に詳しくは
その加工精度が高く、しかも装置を小型化することがで
きる材料の幅若しくは厚さを減縮加工することができる
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、材料の幅を圧縮加工する装置とし
て、例えば特開昭６１−２６２４０１号公報に記載され
ているものがある。この従来の技術は、材料の幅側部に
これに接する金敷を配置し、この金敷にこの金敷を振動
させながら圧縮方向に力を加える圧縮力付加装置を設け
ており、この圧縮力付加装置により、金敷に振動を加え
て板材料を強制振動させながら、幅圧縮を行うことによ
り、板厚を均一に保ちながら幅圧縮を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術のよう
に、材料を塑性変形させて幅圧縮加工するには極めて大
きな圧縮力と大きな変位量が必要である。一方、材料の
塑性変形を促進させるために加える振動は、推力と変位
量は小さくて良いものの高い振動数で加振する必要があ
り、特に、材料を共振させるためには極めて高い振動数
を要する。例えば、普通鋼を熱間で幅圧縮加工する場
合、数千トンの圧縮加工力と数百ｍｍの変位量を要し、
材料を共振させるためには数ｋＨｚもの高い振動数で加
振する必要がある。
【０００４】しかし、推力と変位量の大きい負荷を加え
る負荷手段は、この負荷手段自身の可動部の質量が大き
いために、高い振動数の加振力を発生することが難し
い。しかも、上記従来技術のように、堅固で質量の大き
い金敷を介して材料を加振することは困難である。
【０００５】特に、負荷手段として流体圧シリンダを用
いた場合、大きな推力を得るために、シリンダの内径を
大きくする必要があり、同時に、大きな変位量を得るた
めに、そのストロークも大きくしなければならない。こ
のため、金敷を含めた可動部の質量が大きいだけでな
く、シリンダ内の作動流体の体積も大きくなるので、作
動流体の圧縮性とシリンダや配管の寸法等によって決ま
る固有振動数が低くなってしまう。この固有振動数を超
える振動数ではシリンダが応答しなくなるから、高い振
動数で加振することができなくなり、特に、材料の共振
点に相当するような高い振動数では加振できなくなって
しまう。
【０００６】すなわち、大きな推力と変位量を要する圧
縮手段の機能と高い振動数を要する加振手段の機能とを
同一の負荷手段で同時に実現することは極めて困難であ
り、しかも、金敷を介して高い振動数で加振することは
不可能なのである。
【０００７】従って、上記の従来技術では、材料の塑性
変形を促進するに充分な振動を与えることができず、特
に、材料を共振させることは事実上不可能であるため、
圧縮量増加と加工に要する力とエネルギーの低減や加工
精度向上の効果が充分に得られないという問題があっ
た。
【０００８】本発明の目的は、上記のような従来技術に
おける問題点を解消し、高い加工精度が得られると共
に、装置の小形化も実現できる材料の幅若しくは厚さを
圧縮加工することができる装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、材料に振動を加えるための加振手段を、
材料に加工力を加える圧縮手段に対して別個に配置構成
したものである。◆本発明の幅圧縮加工機若しくはその
制御方法は、次のいずれかの態様を特徴とする。
【００１０】（１）材料に振動を加えて強制振動させな
がらプレス工具を介して圧縮力を負荷して該材料の幅を
減ずる幅圧縮加工機において、主たる加工力を成す前記
圧縮力を発生する圧縮手段を設けるとともに、前記振動
を加える加振手段を該圧縮手段とは独立に設ける。
【００１１】（２）材料に振動を加えて強制振動させな
がらプレス工具を介して圧縮力を負荷して該材料の幅を
減ずる幅圧縮加工機において、主たる加工力を成す前記
圧縮力は該圧縮力単独では前記材料を所望の寸法まで圧
縮するには不足である大きさの力とし、かつ、前記振動
を加える加振手段を該圧縮手段とは独立に設ける。
【００１２】（３）材料に振動を加えて強制振動させな
がら圧縮力を負荷して該材料の幅を減ずる幅圧縮加工機
において、主たる加工力を成す前記圧縮力を前記プレス
工具を介して前記材料に作用させる圧縮手段を設けると
ともに、前記プレス工具を介さずに前記振動を加える加
振手段を該圧縮手段とは独立に設ける。
【００１３】（４）材料に振動を加えて強制振動させな
がら圧縮力を負荷して該材料の幅を減ずる幅圧縮加工機
において、主たる加工力を成す前記圧縮力を前記プレス
工具を介して前記材料に作用させる圧縮手段を設けると
ともに、前記プレス工具を介して前記振動を加える加振
手段を該圧縮手段とは独立に設ける。
【００１４】（５）上記（１）乃至（４）のいずれかの
制御方法において、前記加振手段の加振振動数を前記材
料の寸法変化に応じて変化させる。◆ （６）上記（１）乃至（５）のいずれかの制御方法にお
いて、前記加振手段は前記材料の共振振動数の近傍の振
動数で加振する。
【００１５】（７）上記（１）乃至（４）のいずれかに
おいて、前記プレス工具は金敷とする。◆ （８）上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、前記
プレス工具は回転ロールとする。
【００１６】（９）上記（１）乃至（４）のいずれかの
制御方法において、前記加振手段の加振力は前記材料の
幅圧縮方向と同じ幅方向に作用させる。◆ （１０）上記（１）乃至（４）のいずれかの制御方法に
おいて、前記加振手段の加振力は前記材料の幅圧縮方向
とは異なる方向に作用させる。
【００１７】（１１）上記（１０）の制御方法におい
て、前記加振手段の加振力は前記材料の厚さ方向に作用
させる。◆ （１２）上記（１０）の制御方法において、前記加振手
段の加振力は前記材料の進行方向に作用させる。
【００１８】（１３）材料に振動を加えて強制振動させ
ながらプレス工具を介して圧縮力を負荷して該材料の幅
を減ずる幅圧縮加工機において、主たる加工力を成す前
記圧縮力を発生する圧縮手段を設けるとともに、前記振
動を加える加振手段として流体圧装置を該圧縮手段とは
独立に設ける。
【００１９】（１４）材料に振動を加えて強制振動させ
ながらプレス工具を介して圧縮力を負荷して該材料の幅
を減ずる幅圧縮加工機において、主たる加工力を成す前
記圧縮力を発生する圧縮手段として第一の流体圧装置を
設けるとともに、前記振動を加える加振手段として第二
の流体圧装置を該圧縮手段とは独立に設ける。◆ （１５）上記（１４）において、前記圧縮手段を成す第
一の流体圧装置と前記加振手段を成す第二の流体圧装置
とは異なる作動流体を用いる。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【作用】上記のように、圧縮手段によって材料に加えら
れる加工力である圧縮力や圧延荷重と、加振手段によっ
て材料に加えられる加振力とを、それぞれ独立して材料
に加えることができるので、大きな推力と変位量を要す
る圧縮手段や圧下手段の機能と高い振動数を要する加振
手段の機能とを同時に実現することが可能となる。その
結果、材料を高精度で加工することができる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の装置の一実施例を図１及び図
２を用いて説明する。◆図１において、１は幅を圧縮加
工される材料で、この実施例においては板状のの材料を
示している。２は材料１の側面に加工力を成す圧縮力を
負荷するプレス工具である金敷、３は材料１の板幅を減
ずる圧縮手段で、この圧縮手段３はシリンダ３ａと、こ
のシリンダ３ａ内に設けたピストン３ｂと、金敷２にそ
れぞれ連結されピストンロッド３ｃによって構成されて
いる。金敷２は材料１を挾むように配置され、更にその
外側に圧縮手段３が設けられている。
【００２４】４は材料１の側面に直接振動を加える加振
手段で、この加振手段４は材料１の側面に接するロ−ラ
４ａと、このロ−ラ４ａを支持するピストンロッド４ｂ
と、ピストン４ｃと、そのシリンダ４ｄとで構成されて
いる。この加振手段４におけるロ−ラ４ａは、金敷２に
おける材料１の入口側に前記圧縮手段３とは独立して配
置されている。加振手段４は金敷２の入口側において材
料１を挾むように少なくとも２セット配置されている。
【００２５】圧縮手段３におけるピストン３ｂは制御弁
５によって、加振手段４におけるピストン４ｃは制御弁
６によって夫々制御される。制御弁５，６は作動流体を
供給、排出するパワーユニット７に連結されている。
【００２６】制御弁５，６は夫々コントローラ８，９か
らの制御指令によって駆動される。コントローラ８，９
は上位コントローラ１０によって制御される。図１中に
示すように、圧縮手段３は夫々単調信号によって制御さ
れる制御弁５により駆動される。また、加振手段４は夫
々振動信号によって制御される制御弁６により駆動され
る。
【００２７】例えば、材料１を普通鋼とすれば、これを
熱間で幅圧縮加工するためには、数千トンにおよぶ大き
な圧縮加工力と数百ｍｍの大きな変位量が必要となるか
ら、圧縮手段３におけるシリンダ３ａは内径とストロー
クを大きくする必要がある。
【００２８】一方、材料１に加える振動は力、変位量と
も小さくて良いが、材料を共振させるためには数ｋＨｚ
もの高い振動数を要する。◆上記のように構成したこと
により、要求される特性が全く異なる材料１に対して加
工力となる圧縮力や圧延荷重と、材料１に振動を加える
ための加振力とを、夫々材料１に加えることができる。
【００２９】なぜならば、寸法や仕様はもとより駆動や
制御の方式も夫々の要求性能に最も適した構成にできる
からである。圧縮手段や圧下手段用の流体圧機構と加振
手段用の流体圧機構とを夫々に適した構成に独立して設
計できるし、後述するように、圧縮手段３や圧下手段を
クランクシャフト機構を用いた電動機構とし、加振手段
４をシリンダを用いた流体圧機構とする、また圧縮手段
３や圧下手段を流体圧機構とし、加振手段４をクランク
シャフト機構、カム機構、リンク機構等を用いた電動機
構とする等のように、夫々の要求に最適な方式を組み合
わせることができるのである。
【００３０】例えば、圧縮手段３または圧下手段と加振
手段４とをともに流体圧機構とし、大きな推力と変位量
を要する圧縮手段３や圧下手段は内径とストロークの大
きいシリンダを高圧大流量の制御弁で制御する方式を、
高い振動数を要する加振手段４はストロークの小さいシ
リンダを高応答の制御弁で制御する方式を採る場合には
次のように作用する。
【００３１】質量Ｍの負荷を受圧面積Ａのシリンダで加
振する流体圧機構の固有振動数ｆnは、シリンダ内部と
制御弁からシリンダまでの配管内の作動流体の体積の和
をＶ、作動流体の体積弾性係数をＫとすれば、数１で表
され、これを上回る振動数ではシリンダが応答しなくな
るので変位量が減少していく。
【００３２】
【数１】
【００３３】圧縮手段や圧下手段は大きな推力が必要な
ので、受圧面積Ａが大きくなることから、必要な流量も
大きくなり、圧力損失を減らすために配管径も大きくな
るので、制御弁からシリンダまでの配管内の体積が大き
くなる。その上、大きな変位量を得るためにストローク
も大きくなるので、シリンダ内の体積も大きくなり、結
果としてシリンダ内部と制御弁からシリンダまでの配管
内の作動流体の体積の和Ｖが大きくなる上に質量Ｍも大
きいために、流体圧機構の固有振動数ｆnが小さくな
る。
【００３４】これに対し、加振手段４を独立に構成すれ
ば、推力もストロークも小さくて良いので、質量Ｍが小
さい上にシリンダ内部と制御弁からシリンダまでの配管
内の作動流体の体積の和Ｖも小さくなるから、流体圧機
構の固有振動数ｆnを大きくすることができる。従っ
て、材料の共振振動数に匹敵するような極めて高い振動
数で加振できる加振手段を実現することができる。
【００３５】更に、加振手段４を圧縮手段３や圧下手段
とは別個に設けた上で、質量の大きいプレス工具や作業
ロール等を介さずに材料を加振するように構成すれば、
加振手段４の可動部の質量をより小さくできるので、固
有振動数をより高くすることができ、加振振動数の限界
値が一層高まるのでより高い振動数まで加振できるよう
になる。例えば、金敷を用いた幅圧縮加工装置の加振手
段について、必要な推力が前記従来技術における圧縮と
加振を兼ねる手段の１０分の１、ストロークが５０分の
１になるとすれば、受圧面積Ａが１０分の１、シリンダ
内の体積の和Ｖが５００分の１となる。
【００３６】従って、可動部の質量が３０分の１になる
とすれば、数１より、流体圧機構の固有振動数ｆnは約
１２倍に高まる。実際には、必要流量の減少に伴って配
管径が小さくなり、制御弁からシリンダまでの配管内の
体積も減少するので、配管内の作動流体の体積の和Ｖは
さらに小さくなって流体圧機構の固有振動数ｆnはもっ
と大きくなる。従って、流体圧機構の固有振動数ｆnを
十数倍乃至はそれ以上に高めることができ、加振限界振
動数が大幅に高まる。
【００３７】材料のヤング率をＥ、密度をρとすれば、
板幅方向の共振振動数ｆWは数２で表され、例えば、板
幅Ｗ＝１２００ｍｍの熱間材の板幅方向の共振振動数ｆ
Wは約１．６ｋＨｚとなる。従って、従来は１００Ｈｚ
ほどまでだった加振限界振動数が上記のように高まれ
ば、材料を共振させることが可能となる。
【００３８】
【数２】
【００３９】一方、金敷と材料との接触面積Ｓとすれ
ば、板幅Ｗの材料にＰｓｉｎ（２πｆｔ）なる弾性振動
力（ここに、Ｐは弾性振動力の片振幅、ｆは加振振動
数、ｔは時間）を加えた場合の板中央の歪εC及び板端
の歪εEは数３及び数４で表される。
【００４０】
【数３】
【００４１】
【数４】
【００４２】従って、板端の歪εEに対する板中央の歪
εCの比は数５で表され、加振振動数ｆと板幅方向の共
振振動数ｆWの比に対して図２のように変化する。
【００４３】
【数５】
【００４４】すなわち、加振振動数ｆが板幅方向の共振
振動数ｆWに近いほど板端に比して板中央の動的な歪が
大きくなる。動的な歪が大きいほど、圧縮手段からの圧
縮力が作用する際に弾性域を越えやすくなるので、塑性
変形しやすくなる。
【００４５】従って、加振振動数ｆが板幅方向の共振振
動数ｆWに近いほど板中央部の塑性変形がより促進され
て、板端に偏ることなくより均一な塑性変形が得られる
ようになり、幅圧縮加工の加工精度が高まる。
【００４６】その結果、図３に示すように、幅圧縮加工
後に板端の板厚が板中央に比して厚くなってしまうドッ
クボーンＤ等が生じにくくなり、後工程の圧延機Ａでの
圧延で板端の厚い部分が外側に流れて変形して圧延後の
板幅が広くなってしまう幅戻り現象Ｅが起きにくくなる
ので、圧延後の加工精度も向上する。◆また、材料１の
先端や後端に生じていたフィッシュテールＦ等の形状不
良も発生しにくくなるので、クロップロスが減少し歩留
まりが向上する。
【００４７】尚、圧縮手段３や圧下手段と加振手段４と
で異なる作動流体を用いても良いので、加振手段に圧縮
手段や圧下手段よりも作動流体の体積弾性係数Ｋの大き
い作動流体を用いれば、加振手段４の加振限界振動数を
一層高くすることができる。
【００４８】その上、材料がプレス工具や作業ロールに
当たるとき等に衝撃的に発生するサージ圧Δｐを低減す
ることもできる。なぜならば、サージ圧Δｐは数６で表
され、Ｋが大きいほど高くなるので、圧縮手段３や圧下
手段にＫの小さい作動流体を用いれば、サージ圧Δｐを
低減することができるからである。
【００４９】
【数６】
【００５０】よって、本発明によれば、材料１をより高
い振動数で加振できるようになり、材料の共振振動数付
近の極めて高い振動数で加振することも可能となるの
で、加振による塑性変形促進の効果が高まって材料をよ
り均一に塑性変形させることができるようになる。
【００５１】従って、圧縮量または圧下量が増大すると
ともに加工に要する力とエネルギーも小さくて済むよう
になり、幅圧縮加工機及び圧延機の小形化も図れる上
に、加工精度の向上を実現することができる。
【００５２】流体圧機構の固有振動数ｆnは前出の数１
で表され、これを上回る振動数ではシリンダが応答しな
くなるので変位量が減少していく。圧縮手段３は受圧面
積Ａが大きい上、ストロークも大きいのでシリンダ内の
体積が大きくなる。また、必要な流量も大きいので圧力
損失を減らすために配管径が大きくなるから、制御弁か
らシリンダまでの配管内の体積の和Ｖが極めて大きくな
る。
【００５３】その上、堅固で質量の大きいプレス工具で
ある金敷があるので、質量Ｍも大きい。このため、圧縮
手段３は流体圧機構の固有振動数ｆnが小さくなり、材
料１を共振させ得るような高い振動数で加振することは
できない。
【００５４】しかし、本実施例によれば、加振手段４を
圧縮手段３とは独立に設けた上、金敷２を介さずに振動
を加える構成としているので、加振手段４のシリンダ４
ｄの内径とストロークを小さくでき、制御弁からシリン
ダまでの配管内の体積の和ＶもＭも小さくできるので、
流体圧機構の固有振動数ｆnを大きくすることができ
る。
【００５５】従って、極めて高い振動数で加振でき、材
料１を共振させることも可能となるので、塑性変形が促
進されて材料１が中央部まで均一に変形するようにな
る。◆図４に示すように、加振せずに圧縮した場合には
図中の破線のような特性となるのに対し、材料１を高い
振動数で加振しながら圧縮した場合には図中の実線のよ
うな特性となる。
【００５６】すなわち、材料１を高い振動数で加振しな
がら圧縮すると、同じ圧縮量を得るために必要な圧縮力
が小さくて済む。従って、圧縮量が増加するとともに加
工に要する力とエネルギーを低減でき、従来よりも小形
の幅圧縮加工機を実現することができる上、板幅の加工
精度も向上する。特に、変形が金敷の近傍に集中してこ
の部分だけが厚くなるドックボーンを生ずることなく中
央部まで均一に変形して幅圧縮後の板厚が均一になるの
で、以降の圧延工程で幅戻り現象を生じにくくなり圧延
後の板幅精度も高まる上、材料１の先端と後端に生ずる
フィッシュテール等の形状の良くない部分も短くなるの
で、歩留まりも向上する。
【００５７】図５は、本発明の装置の他の実施例を示す
もので、この図において、図１と同符号のものは同一ま
たは相当する部分である（以下の各実施例図面において
も同様）。この実施例は、一方の金敷２に設けた変位セ
ンサ１１によって材料１の圧縮量を検出し、上位コント
ローラ１０に帰還する。上位コントローラ１０は圧縮量
が増し板幅が狭くなるにつれて振動数が高くなるように
加振手段のコントローラ９及び加振手段４であるピスト
ン４ｃを制御する。
【００５８】材料１の板幅が狭くなるにつれて共振振動
数が高くなるが、本実施例によれば、板幅の変化による
共振振動数の変化に追従して加振振動数を変化させるこ
とができるので、幅圧縮加工中、常に材料を適正な状
態、望ましくは共振の状態に保つことができる。従っ
て、圧縮量増大、加工に要する力とエネルギーの低減及
び加工精度向上等の効果をより大きく得ることができ
る。
【００５９】図６は、本発明の装置の他の実施例を示す
もので、加振手段４のロ−ラ４ａを金敷２における材料
１の供給方向の下流側に設けて構成したものである。こ
の実施例においても、前述した実施例と同様な効果が得
られる。
【００６０】図７は、本発明の装置の更に他の実施例を
示すもので、金敷２の上流側と下流側とに加振手段４を
設けて構成したものである。この実施例においても、前
述した実施例と同様な効果が得られる。
【００６１】図８は、本発明の装置の他の実施例を示す
もので、金敷２の下流側に加振手段４のシリンダ４ｄを
一体的に結合して構成したものである。この実施例にお
いても、前述した実施例と同様な効果が得られる。
【００６２】図９は、本発明の装置のさらに他の実施例
を示すもので、加振手段４を圧縮手段３のピストン３
ｂ，ピストンロッド３ｃに内蔵して構成したものであ
る。この実施例によれば、前述した実施例と同様な効果
が得られると共に、より無駄なく配置できて小形化の効
果が高まる。
【００６３】図１０は、本発明の装置の他の実施例を示
すもので、一方の金敷２を運動可能にし、また他方の金
敷２を固定し、運動可能側の金敷２に圧縮手段３を設
け、固定側の金敷２に加振手段４を設けて構成したもの
である。この実施例においても前述した実施例と同様な
効果が得られる。
【００６４】図１１は、本発明の装置のさらに他の実施
例を示すもので、圧縮手段３用のパワーユニット１２と
加振手段４用のパワーユニット１３を別個に設けて圧縮
手段３と加振手段４を独立の流体圧回路とし、異なる作
動流体を使用すれば次のような効果も得られる。
【００６５】まず、加振手段４に圧縮手段３よりもＫの
大きい作動流体を用いれば、加振手段４の加振限界振動
数を示す固有振動数ｆnを一層高くすることができる。
また、プレス工具２が材料１に当たるとき等に衝撃的に
発生するサージ圧Δｐは前出の数２で表され、Ｋが大き
いほど高くなるから、圧縮手段３にＫの小さい作動流体
を用いれば、プレス工具２が材料１に当たるとき等に衝
撃的に発生するサージ圧Δｐを低減することができ、装
置の寿命を伸ばすことができる。
【００６６】尚、以上の実施例における加振手段４の構
成は、全てパワーユニットからシリンダへ供給或いは排
出する作動流体を制御弁で調節して金敷の運動を制御す
る構成としたが、このパワーユニットと制御弁に代え
て、電動機等の回転駆動源の機械的な運動によって作動
流体の吸込と吐出を交互に繰返すポンプのような振動流
体圧発生源としても良い。また、制御弁または振動流体
圧発生源は加振手段４用シリンダ４ｄの両方にそれぞれ
設ける構成としても良い。或いはまた、加振手段４用の
シリンダは４ｄのうちのいずれか一方としても良い。
【００６７】図１２は、本発明の装置の他の実施例を示
すもので、加振手段４におけるロ−ラ４ａを駆動させる
機構として、材料１を挾むように配置したロ−ラ４ａの
支持体４ｅ，この夫々の支持体４ｅの案内手段４ｆ，ク
ランクシャフト機構１４ａ，その駆動モ−タ１４ｂ等に
よって構成したものである。この実施例においても、前
述した実施例と同様な効果が得られる。
【００６８】図１３は、本発明の装置の更に他の実施例
を示すもので、両側の圧縮手段３を、夫々クランクシャ
フト機構１５等としている。また、図１４に示すよう
に、圧縮手段、加振手段ともクランクシャフト機構１４
や他の機構としても良い。このような機構を用いても、
加振手段を圧縮手段と独立に設けて小推力、小ストロー
ク用の構成とすれば、加振手段の加振限界振動数を高く
できるので、塑性変形が一層促進され、圧縮量増大、加
工に要する力とエネルギーの低減、装置の小形化、及び
加工精度向上等の効果を同様に得ることができる。
【００６９】或いは図１５に示すように、加振手段１６
を材料の進行方向に加振するように設けても、金敷２の
傾斜部で幅方向の加振力成分が加わるので、上記の実施
例と同様の効果が得られる。また、本図のように、加振
力は金敷２を介して加えても良い。材料１の板幅が比較
的大きい場合には共振振動数が比較的低いので、金敷２
を一緒に加振しても塑性加工の促進による上記の効果を
同様に得ることができる。
【００７０】更にまた、図１６に示すように、加振手段
１７を材料の厚さ方向に加振するように設けても、材料
内部では振動が様々な方向に伝播して幅方向の振動成分
が生ずるので、同様の効果を得ることができる。本例に
おいては加振手段１７を材料１の上下両面に設置し、金
敷２及びその外側の圧縮手段３は材料１の両側面を挾む
ように配置している。
【００７１】次に、本発明の幅圧縮加工機の他の実施例
を図１７に示す。◆本例は材料１を幅圧縮加工するプレ
ス工具を回転ロール３１とした例であり、材料１を回転
ロール３１で挾むようにし、その他の部分は図３に示し
た実施例と同じである。すなわち、圧縮手段を成すシリ
ンダ３２が発生する力を回転ロール３１を介して材料１
の幅方向に負荷しながら回転駆動装置３３によって回転
駆動する幅圧延機である。
【００７２】また、これらの圧縮手段とは別に、回転ロ
ール３１を介さずに振動を加える加振手段としてシリン
ダ３４を備えており、シリンダ３２は制御弁３５によっ
て、シリンダ３４は制御弁３６によって夫々制御され
る。
【００７３】制御弁３５，３６に対して作動流体を供
給、排出するためにパワーユニット３７が設けてある。
制御弁３５，３６は夫々コントローラ３８，３９からの
制御指令によって駆動され、コントローラ３８，３９は
上位コントローラ４０によって制御される。図１７中に
示すように、圧縮手段であるシリンダ３２には単調信号
を与え、加振手段であるシリンダ３４には振動信号を与
える。
【００７４】本実施例においても、前述の金敷を用いた
実施例と同様に、加振手段を圧縮手段とは独立に構成で
きるので高い振動数まで加振でき、材料を共振させるこ
ともできるようになる。従って、加振によって塑性変形
が促進されて、圧縮量の増加、加工に要する力とエネル
ギーの低減、装置の小形化、及び加工精度の向上等を実
現することが可能となる。
【００７５】特に、従来は、プレス工具として回転ロー
ルを用いたのでは大きな圧縮量がとれない上、ドッグボ
ーンが発生し易く、これを圧延すると大きな幅戻りやフ
ィッシュテールが生ずるという問題点があったが、本実
施例によれば、高い振動数で加振することによって塑性
変形が促進されて均一かつ大きく圧縮することができる
ので、このような問題を解消することができる。
【００７６】尚、図１８に示すように、圧縮手段は回転
ロール３１を支持台４１に固定し、支持台からの反力に
よって圧縮する構成としても良い。夫々の回転ロール３
１には回転駆動装置３３が付設されている点、図１７と
同様である（以下の各例において同じ。）。◆また、加
振手段のシリンダ３４は、図１９に示すように圧縮手段
である回転ロール３１の下流側に設けても良く、或いは
また、図２０に示すように上流側と合わせて下流側にも
加振手段のシリンダ３４’を設ける構成としても良い。
【００７７】また、図２１に示すように、加振手段のシ
リンダ４２を材料の進行方向に加振するように設けても
良いし、或いは図２２に示すように、加振手段のシリン
ダ４３を材料の厚さ方向に加振するように設けても良
い。◆これらのように構成しても、金敷を用いたときと
同様に上記の効果を得ることができる。
【００７８】次に、本発明の圧延機の一実施例を図２３
を用いて説明する。◆圧延機５１には上下の作業ロール
５２と補強ロール５３を介して主たる加工力を成す圧延
荷重を材料５４に負荷するための圧下手段としてシリン
ダ５５が設けてあり、パワーユニット５６から圧下手段
のシリンダ５５に供給或いは排出する作動流体の流れを
制御するための制御弁５７、及び制御弁５７に制御指令
を与えるためのコントローラ５８が設けてある。
【００７９】また、圧延機５１の上流側には材料５４に
振動を加えるための加振手段としてシリンダ５９が設け
てあり、シリンダ５９に供給或いは排出する作動流体の
流れを制御するための制御弁６０、及び制御弁６０に制
御指令を与えるためのコントローラ６１が設けてある。
【００８０】圧下手段のシリンダ５５には変位量センサ
６２が設けてあり、その出力信号をコントローラ５８に
帰還してシリンダ５５を位置決めすることにより板を挾
む上下の作業ロール５２間の隙間を制御する。圧下手段
のシリンダ５５、制御弁５７、コントローラ５８、及び
変位量センサ６２は圧延機５１の操作側と駆動側とに夫
々一組ずつ一対設けてあり、操作側及び駆動側の両圧下
手段用コントローラ５８と加振手段用コントローラ６１
とを上位コントローラ６３で制御することによって圧延
製品の板厚を所望の寸法まで減厚圧延する。
【００８１】本実施例によれば、前述の幅圧縮加工機の
実施例と同様に、加振手段を圧下手段とは独立に構成で
きるので高い振動数まで加振できるようになる。材料の
板厚は板幅に比べて寸法が小さいので板厚方向の共振振
動数は非常に高いが、本実施例の加振手段を用いれば、
従来よりも共振振動数により近い振動数で加振できるの
で、加振による塑性変形促進の効果が高まる。従って、
圧下量の増大、圧延荷重とエネルギーの低減、装置の小
形化、及び板厚精度の向上等を実現することができる。
【００８２】また、従来、圧下量を大きくするためには
作業ロールの直径を小さくしなければならなかったた
め、作業ロールが水平方向に撓み易くなって性能低下を
来すという問題があったが、本実施例の圧延機によれば
従来よりも直径の大きな作業ロールを用いても圧下量を
大きくとれるようになるので、作業ロールの撓みによる
品質低下を解消できるという効果もある。
【００８３】尚、加振手段のシリンダ５９は圧延機５１
の下流側に設けても良く、或いは、上流側と下流側の両
方に設けても良い。このようにしても同様の効果を得る
ことができる。
【００８４】次に、本発明の圧延設備の一実施例を図２
４を用いて説明する。◆連続鋳造機１０１によって連続
的に生産されたスラブ１０２ａは加熱保温装置１０３で
熱間塑性加工に適した状態に整えられて幅圧縮加工機１
０４に送られ、ここで減幅調整されてスラブ１０２ａよ
りも板幅の狭いスラブ１０２ｂとなる。次に、スラブ１
０２ｂは粗圧延機１０５によって大幅に減厚圧延された
後、仕上圧延機１０６で最終板厚まで圧延されてストリ
ップ１０２ｃとなる。
【００８５】更に、ストリップ１０２ｃは冷却装置１０
７で冷却された後にダウンコイラー１０８によってコイ
ル状に巻取られ、切断機１０９によって適当な長さに切
断されて製品となる。幅圧縮加工機１０４は図３に示し
た実施例の幅圧縮加工機と同じであり、主たる加工力を
負荷する圧縮手段とは独立に、材料に振動を加えるため
の加振手段１１０を上流側に備えている。
【００８６】本実施例によれば、加振手段１１０による
加振の効果で幅圧縮加工機１０４におけるスラブの塑性
変形が促進されて中央部まで均一に変形させることがで
きるので、ドッグボーン等が発生しにくくなり、圧延し
ても幅戻りやフィッシュテール等が生じにくくなるか
ら、圧延製品の精度や品質、及び歩留まりが向上する。
【００８７】また、幅圧縮加工機１０４は圧縮量を大き
くとれるので、所望の板幅まで加工するに要する時間が
短くなり、圧延設備全体の生産能力が向上する。更に、
幅圧縮加工機１０４は板幅調整範囲が大きいので連続鋳
造機１０１の鋳型交換回数を減らすことができ、設備の
稼働率も向上する。その上、幅圧縮加工機１０４は加工
に要するエネルギーも小さいので稼働コストも低減でき
る。また、幅圧縮加工機１０４が小形なので、設備の長
さも短縮でき、設備投資の費用も低減できる。
【００８８】最後に、本発明の圧延設備の他の実施例を
図２５に示す。◆本実施例は、連続鋳造−加熱保温−幅
圧縮−粗圧延−仕上圧延−冷却−切断−巻取という生産
工程の順序は図２４に示した圧延設備の実施例と同じで
ある。但し、本実施例の圧延設備は、幅圧縮加工機を回
転ロールを用いて板幅を減幅調整するエッヂャー１５０
とし、その上流側に加振手段１５１を設けている点、及
び２台の粗圧延機１０５の中間に加振手段１５２を設け
ている点が異なる。
【００８９】本実施例によれば、加振手段１５１による
加振の効果でエッヂャー１５０における塑性変形が促進
されるので、図２４に示した実施例と同様の効果が得ら
れる。その上、加振手段１５２による加振の効果で粗圧
延機１０５における塑性変形も促進されて、粗圧延時の
圧下量を大きくでき、精度も向上するので、圧延荷重や
エネルギーの低減、粗圧延機の小形化等が実現できるだ
けでなく、仕上圧延機１０６の台数が少なくて済む。従
って、生産設備の長さを短縮することができ、設備投資
の費用も少なくできるという効果も得られる。
【００９０】更に、仕上圧延機にも加振手段を設ける構
成としても良い。このようにすればより大きな効果が得
られる。
【００９１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の幅圧縮加
工機及び圧延機を用いれば、材料をより高い振動数で加
振することができるので、材料の共振振動数に相当する
極めて高い振動数で加振することも可能となり、材料の
塑性変形が一層促進されて中央部までより均一に変形す
るようになる。
【００９２】従って、幅圧縮加工の圧縮能力や圧延機の
圧下能力が大きくなるので加工に要する力とエネルギー
が小さくて済み、生産能力向上と生産コスト低減を実現
することができる。また、加工精度が高まるので製品の
品質と歩留まりが向上する。
【００９３】更に、幅圧縮加工機や圧延機を従来よりも
小形化することができるので、生産設備のスペースと設
備投資の費用も少なくできる。このように本発明によれ
ば、技術上も経済上も大きな効果を得ることが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の幅圧縮加工機において金敷を用いた一
実施例を示す構成図である。
【図２】加振振動数による板中央と板端の動的歪の比の
変化を示す特性図である。
【図３】金敷を用いた幅圧縮加工機における本発明の作
用を示す説明図である。
【図４】図３の幅圧縮加工機における圧縮量と圧縮力の
関係を示す特性図である。
【図５】本発明の幅圧縮加工機において金敷を用いた他
の実施例を示す構成図である。
【図６】本発明の幅圧縮加工機において金敷を用いた更
に他の実施例を示す構成図である。
【図７】本発明の幅圧縮加工機において金敷を用いた更
に他の実施例を示す構成図である。
【図８】本発明の幅圧縮加工機において金敷を用いた更
に他の実施例を示す構成図である。
【図９】本発明の幅圧縮加工機において金敷を用いた更
に他の実施例を示す構成図である。
【図１０】本発明の幅圧縮加工機において一方の金敷だ
けが運動する実施例を示す構成図である。
【図１１】本発明の幅圧縮加工機において金敷を用いた
更に他の実施例を示す構成図である。
【図１２】本発明の幅圧縮加工機において金敷を用いた
更に他の実施例を示す構成図である。
【図１３】本発明の幅圧縮加工機において金敷を用いた
更に他の実施例を示す構成図である。
【図１４】本発明の幅圧縮加工機において金敷を用いた
更に他の実施例を示す構成図である。
【図１５】本発明の幅圧縮加工機において金敷を用いた
加振方法例を示す構成図である。
【図１６】本発明の幅圧縮加工機において金敷を用いた
他の加振方法例を示す構成図である。
【図１７】本発明の幅圧縮加工機において回転ロールを
用いた一実施例を示す構成図である。
【図１８】本発明の幅圧縮加工機において回転ロールを
用いた他の実施例を示す構成図である。
【図１９】本発明の幅圧縮加工機において回転ロールを
用いた更に他の実施例を示す構成図である。
【図２０】本発明の幅圧縮加工機において回転ロールを
用いた更に他の実施例を示す構成図である。
【図２１】本発明の幅圧縮加工機において回転ロールを
用いた更に他の実施例を示す構成図である。
【図２２】本発明の幅圧縮加工機において回転ロールを
用いた更に他の実施例を示す構成図である。
【図２３】本発明の圧延機の一実施例を示す構成図であ
る。
【図２４】本発明の圧延設備の一実施例を示す構成図で
ある。
【図２５】本発明の圧延設備の他の実施例を示す構成図
である。
【符号の説明】
１，５４…材料、２…金敷、３…圧縮手段，４，１６，
１７，１１０，１５１，１５２…加振手段、５，６，３
５，３６，５７，６０…制御弁、７，１２，１３，３
７，５６…パワーユニット、８，９，３８，３９，５
８，６１…コントローラ、１０，６３…上位コントロー
ラ、１１…変位センサ、１４…加振手段のクランクシャ
フト機構、１５…圧縮手段のクランクシャフト機構、３
１…回転ロール、３２，３４，３４’，４２，４３，５
５，５９…シリンダ、３３…回転駆動装置、４０…上位
コントローラ、４１…圧縮手段の支持台、５１，１０
５，１０６…圧延機、５２…作業ロール、５３…補強ロ
ール、６２…変位量センサ、１０４，１５０…幅圧縮加
工機。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 貞森 博之 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 安田 健一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 成田 健次郎 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 堀井 健治 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 下釜 宏徳 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭60−115302（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−7038（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−262401（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−339505（ＪＰ，Ａ) 特公 昭36−24212（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B21B 15/00 B21B 1/02 B21B 11/00 B21J 5/00

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】材料に振動を加えて強制振動させながらプ
    レス工具を介して圧縮力を負荷して該材料の幅を減ずる
    幅圧縮加工機において、主たる加工力を成す前記圧縮力
    を発生する圧縮手段を設けるとともに、前記振動を加え
    る加振手段を該圧縮手段とは独立に設けたことを特徴と
    する幅圧縮加工機。
  2. 【請求項２】材料に振動を加えて強制振動させながらプ
    レス工具を介して圧縮力を負荷して該材料の幅を減ずる
    幅圧縮加工機において、主たる加工力を成す前記圧縮力
    は該圧縮力単独では前記材料を所望の寸法まで圧縮する
    には不足である大きさの力とし、かつ、前記振動を加え
    る加振手段を該圧縮手段とは独立に設けたことを特徴と
    する幅圧縮加工機。
  3. 【請求項３】材料に振動を加えて強制振動させながら圧
    縮力を負荷して該材料の幅を減ずる幅圧縮加工機におい
    て、主たる加工力を成す前記圧縮力を前記プレス工具を
    介して前記材料に作用させる圧縮手段を設けるととも
    に、前記プレス工具を介さずに前記振動を加える加振手
    段を該圧縮手段とは独立に設けたことを特徴とする幅圧
    縮加工機。
  4. 【請求項４】材料に振動を加えて強制振動させながら圧
    縮力を負荷して該材料の幅を減ずる幅圧縮加工機におい
    て、主たる加工力を成す前記圧縮力を前記プレス工具を
    介して前記材料に作用させる圧縮手段を設けるととも
    に、前記プレス工具を介して前記振動を加える加振手段
    を該圧縮手段とは独立に設けたことを特徴とする幅圧縮
    加工機。
  5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の幅圧縮
    加工機の制御方法において、前記加振手段の加振振動数
    を前記材料の寸法変化に応じて変化させることを特徴と
    する幅圧縮加工機の制御方法。
  6. 【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の幅圧縮
    加工機の制御方法において、前記加振手段は前記材料の
    共振振動数の近傍の振動数で加振することを特徴とする
    幅圧縮加工機の制御方法。
  7. 【請求項７】請求項１乃至４のいずれかに記載の幅圧縮
    加工機において、前記プレス工具は金敷としたことを特
    徴とする幅圧縮加工機。
  8. 【請求項８】請求項１乃至４のいずれかに記載の幅圧縮
    加工機において、前記プレス工具は回転ロールとしたこ
    とを特徴とする幅圧縮加工機。
  9. 【請求項９】請求項１乃至４のいずれかに記載の幅圧縮
    加工機の制御方法において、前記加振手段の加振力は前
    記材料の幅圧縮方向と同じ幅方向に作用させることを特
    徴とする幅圧縮加工機の制御方法。
  10. 【請求項１０】請求項１乃至４のいずれかに記載の幅圧
    縮加工機の制御方法において、前記加振手段の加振力は
    前記材料の幅圧縮方向とは異なる方向に作用させること
    を特徴とする幅圧縮加工機の制御方法。
  11. 【請求項１１】請求項１０記載の幅圧縮加工機の制御方
    法において、前記加振手段の加振力は前記材料の厚さ方
    向に作用させることを特徴とする幅圧縮加工機の制御方
    法。
  12. 【請求項１２】請求項１０記載の幅圧縮加工機の制御方
    法において、前記加振手段の加振力は前記材料の進行方
    向に作用させることを特徴とする幅圧縮加工機の制御方
    法。
  13. 【請求項１３】材料に振動を加えて強制振動させながら
    プレス工具を介して圧縮力を負荷して該材料の幅を減ず
    る幅圧縮加工機において、主たる加工力を成す前記圧縮
    力を発生する圧縮手段を設けるとともに、前記振動を加
    える加振手段として流体圧装置を該圧縮手段とは独立に
    設けたことを特徴とする幅圧縮加工機。
  14. 【請求項１４】材料に振動を加えて強制振動させながら
    プレス工具を介して圧縮力を負荷して該材料の幅を減ず
    る幅圧縮加工機において、主たる加工力を成す前記圧縮
    力を発生する圧縮手段として第一の流体圧装置を設ける
    とともに、前記振動を加える加振手段として第二の流体
    圧装置を該圧縮手段とは独立に設けたことを特徴とする
    幅圧縮加工機。
  15. 【請求項１５】請求項１４記載の幅圧縮加工機におい
    て、前記圧縮手段を成す第一の流体圧装置と前記加振手
    段を成す第二の流体圧装置とは異なる作動流体を用いる
    ことを特徴とする幅圧縮加工機。
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