JP4626358B2 - ハット型鋼矢板の爪曲げ装置 - Google Patents

Description

本発明は、左右で形状が異なる継手部を有するハット型鋼矢板の継手部を仕上げ圧延機出側に配置したローラ群により熱間で成形する装置に関する。

鋼矢板は河川護岸やビル建設などの土木工事に大量に使用される部材で、用途に応じて種々の断面形状のものが開発されている。左右の継手部の形状が異なる鋼矢板は、壁体を形成する際に隣り合う鋼矢板を逆転させることなく打設することができるので施工時に必要とされる空間を小さくし、非回転打設による自動打設化を可能とするもので主に中低層ビルの建設に用いられている。

鋼矢板の製造において、継手部の形状が左右で同じ場合、Ｕ形、直線形などの主要部を圧延後、左右の継手部の形状が刻設された左右対称な１〜２組のロール孔型を用いて１〜２パスで仕上げる方法が一般的であるが、左右で異なる形状の場合、上下１組のロール孔型を用いて１パスで仕上げる方法の他に幾つかの成形方法が提案されている。

図５はハット型鋼矢板に左右で異なる形状の継手部を水平ロール孔型で成形する方法を模式的に示す図で、ハット型鋼矢板３９０は成形ウエブ８０Ａと両側のフランジ４０からなるＵ字型とその左右に、先端部に継手部５０Ａ、５０Ｂを有する腕部６０を配し、継手部５０Ａ、５０Ｂは水平ロール孔型で１〜２パスで爪曲げ成形する。

水平ロール孔型による成形方法の場合、ハット型鋼矢板３９０は、水平ロール孔型による拘束が十分でない状態で、一方の継手部５０Ａで爪７０Ａが、水平ロール孔型の上ロール３４０の傾斜部５１０Ａと最初に接触し、同時に他方の継手部５０Ｂで爪７０Ｂが水平ロール孔型の下ロール３５０の傾斜部５１０Ｂと最初に接触するので、水平ロール孔型による圧下力（図中矢印で示す）がハット型鋼矢板３９０に偶力として作用し、噛み込み不良や捩れが発生することが指摘されている。

図６は継手部５５が水平ロール孔型の圧下により変形する様子を示し、圧下開始時点でのロール側壁５１は、圧下量５６の圧下により新たにロール側壁５２を形成するので、爪部には内側に曲げる力５０が働き、圧下開始時点で外側に開いた爪部５３は、圧下終了後、内側に曲げられ爪部５４を形成する。

上述した問題点を解決するため、特許文献１は、上下１組の水平ロール孔型により左右で形状が異なる継手部を成形する際、鋼矢板と水平ロール孔型の圧延開始点が左右対称となるように、左右の継手部の爪に先立って左右のフランジ部の下部を水平ロール孔型に接触させることを提案している。

また、特許文献２は、左右で形状が異なる継手部を成形する際、左右の形状が片側ずつそれぞれに刻設された２組の孔型ロールを用いて、順次、左右の継手を成形することにより、両端部の継手部の成形を１本の水平ロール孔型により同時に行った場合に発生する圧下力による偶力を抑制することを提案している。

更に、特許文献３は、上下１組の水平ロール孔型を有する仕上げ圧延機による継手部の屈曲成形において、仕上げ圧延の開始時点における被圧延材の全幅を仕上げ孔型幅以下、且つ継手部先端外側面の傾斜角度を仕上げ孔型の継手曲げ傾斜部の傾斜角度より大きくし、仕上げ孔型に継手部を継手先端基部から外側面へと順次接触させ、本来の曲げ方向と反対方向に圧下力が作用することを防止して安定した曲げ成形を行うことを提案している。

特開平８−１１７８０１号公報 特開平１０−７１４０１号公報 特開２００１−１０５００２号公報

しかしながら、水平ロール孔型と被圧延材の寸法関係を調整して、継手部の曲げ成形を開始する時点において被圧延材を拘束状態とする方法や左右の継手部に懸る圧下力を偶力でなく本来の爪曲げ方向に作用させる方法は、水平ロール孔型に刻設する継手部の形状や、フランジ幅角度を高精度に維持する必要があり操業上の負担が大きく、被圧延材で継手部以外の個所が大きく形状変化することが必要で割れなどの発生も懸念される。

また、左右の継手部を、その形状を片側ずつ刻設した２組の水平ロール孔型により順次成形する方法でも、被圧延材に対して圧下力は非対称に発生し、ねじれを十分防止することはできない。

そこで本発明は、構造上爪曲げ用の孔型を必要とせず、水平方向の力の効率が高くねじれが生じにくい、水平ローラと竪ローラによるローラ群を複数用いて左右異なる形状の継手部を成形する装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の手段により課題を達成する。
１．仕上げ圧延機の出側近傍に配置して、熱間で継手部の爪曲げを行う、腕部の左右両端に異なる形状の継手部を有するハット型鋼矢板の爪曲げ装置であって、
前記爪曲げ装置は、仕上げ圧延機出側の下流方向に沿って配置した少なくとも２群のローラ群を有し、前記ローラ群の各々は、ハット型鋼矢板の中央ウエブの上面側で前記中央ウエブの変形を拘束するように配置される水平ロールと、継手部の一部を含む腕部端部の上下で対向するように配置され、上下方向の姿勢を維持する水平ロールと腕部の水平方向の姿勢を維持するように配置される竪ロールと、前記竪ロールに対向し、継手部に外側から加圧力を付与するように配置される竪ロールを有し、
仕上げ圧延機出側に少なくとも２群を配置する前記ローラ群は仕上げ圧延機出側の下流方向に、前記加圧力を付与する竪ロールにおける加圧力を漸次増大させ、最下流となるローラ群において継手部に所望の形状を形成することを特徴とする腕部の左右両端に異なる形状の継手部を有するハット型鋼矢板の爪曲げ装置。

２．仕上げ圧延機出側に少なくとも２群を配置する前記ローラ群は仕上げ圧延機出側の下流方向に、前記加圧力を付与する竪ロールの径方向断面を漸次増大させて、継手部への加圧力を増大させることを特徴とする１記載の腕部の左右両端に異なる形状の継手部を有するハット型鋼矢板の爪曲げ装置。

３．仕上げ圧延機出側に少なくとも２群を配置する前記ローラ群は仕上げ圧延機出側の下流方向に、前記加圧力を付与する竪ロールと対向する竪ロールの中心軸間距離を漸次短くして、継手部への加圧力を増大させることを特徴とする１記載の腕部の左右両端に異なる形状の継手部を有するハット型鋼矢板の爪曲げ装置。

４．前記少なくとも２群のローラ群の連続配置において仕上げ圧延機出側に対して最下流に配置されるローラ群のロール中心が仕上げ圧延機の圧延ロール中心から１．５ｍ以内に配置されることを特徴とする２または３記載の腕部の左右両端に異なる形状の継手部を有するハット型鋼矢板の爪曲げ装置。

本発明によれば仕上げ圧延機出側の下流側に、被圧延材の姿勢を維持するローラと爪曲げを行うローラを有するローラ群を間隔を設けて複数配置するので、継手部の形状精度とねじれの熱間矯正に優れた左右で異なる形状を有する継手部の成形が可能となる。

また、仕上げ圧延機出口近傍の、被圧延材が比較的高温な状態で継手部の成形が行われるので、割れなどの発生防止に優れる。また、１パスで継手部の整形と爪曲げが行えるので生産能率が向上する。

本発明は左右で異なる形状の継手部を有するハット型鋼矢板の継手部を、仕上げ圧延機出側で、下流方向に少なくとも２群を配置した複数のローラ群により成形する。本発明で左右で異なる形状の継手部とはその形状が左右で点対称となる継手部を意味し、ローラ群とは左右両方の継手部の成形に必要な複数のローラ全てを総称する。

複数に配置したローラ群は、仕上げ圧延機出側の下流方向に、継手部の爪を内側に曲げつつ成形を行い、左右の継手部での成形開始、終了時間は同時とする。尚、本発明で仕上げ圧延機とはハット型鋼矢板のウエブおよびフランジの仕上げ圧延機を指す。

図１は本発明の実施に用いる爪曲げ装置の一例を示す正面図で、図において１は継手部５Ａ（５Ｂ）の爪７A（７B）を外側から曲げる竪ロール、２は竪ロール１に対向して配置される、被圧延材（ハット型鋼矢板）３９の腕部６のフランジ４側端部の下面を拘束する竪ロール、３は継手部５Ａ（５Ｂ）の一部と腕部６を上下面から拘束する水平ロールで、上面側に配置される場合は、ロール軸が架台１１に弾性体１３を介して取り付けられ、腕部６の上下方向の厚みに追従する水平ロール、４は被圧延材３９のフランジ、８は被圧延材３９のウエブ８Ａの上面を拘束する上押さえロール、９はウエブガイド、１０は継手部成形装置本体、１２は爪７A（７B）を所望の形状に外側から内側に向けて曲げる際、曲げ量を調整すべく、竪ロール１の中心軸を移動させる移動機構を示す。

継手部成形装置本体１０は継手部成形機能と姿勢維持機能を有し、継手部を成形中に、被圧延材３９の姿勢を維持するため、ウエブ８Ａ、フランジ４から腕部６にかけての屈曲部および継手部５Ａ（５Ｂ）を水平ロールや竪ロールにより拘束する。

本発明においてローラ群は、被圧延材３９の姿勢維持と左右の継手部の成形に必要な２個の竪ロール１、竪ロール２、４個の水平ロール３および１個の上押さえロール８を備えた複数ローラにより構成される。

ローラ群において、ウエブ８Ａの拘束は、ウエブ８Ａの上面側となる位置に水平ロール８をウエブガイド９に対向して配置して行い、フランジ４から腕部６にかけての屈曲部の拘束は、屈曲部の下面側に該屈曲部の形状を刻設した竪ロール２を配置して行う。

ローラ群では、継手部５Ａ（５Ｂ）の拘束は、継手部５Ａ（５Ｂ）の一部と腕部６の先端を下面から拘束する水平ロール３と上面から拘束する水平ロール３により行う。

上方に配置される水平ロール３のロール軸は、腕部６の上下方向の厚みが変化した際、上面の拘束が可能なように架台１１に弾性体１３を介して取り付けられる。

上下に配置される水平ロール３のローラ面には継手部側に、継手部の成形に必要な形状を刻設するが、継手部５A側に配置する上下の水平ロール３には継手部５Aの形状を、継手部５B側に配置する上下の水平ロール３には継手部５Bの形状を刻設する。

継手部の成形において、爪７Ａ（７Ｂ）を外側から内側に曲げる加工は、竪ローラ２に対向し、爪７Ａ（７Ｂ）の外側に、中心軸が位置し、継手部に外側から加圧力を付与するように配置される竪ローラ１により行い、竪ローラ１はそのローラ面に爪を所望の形状に曲げるのに必要な形状を刻設する。

図２は、継手部５Ａの爪７Ａを内側に曲げる状況を説明する図で、腕部６の屈曲部を拘束する竪ロール２と、腕部６の水平部の上下を拘束する水平ロール３により腕部６の姿勢を維持した状態で、竪ロール１により爪７Ａを外側から内側に曲げ加工する。

また、腕部６の水平部の上下を拘束する水平ロール３のロール面には、継手部５Ａの成形に必要な形状を刻設する。

竪ロール１、竪ロール２および水平ロール３は腕部６と継手部５Ａが水平となるように配置し、腕部６の上下の水平ロール３のローラ間隔は腕部６の上下方向の厚みとする。竪ロール１は、爪に所望する曲げ加工を施せるように中心軸を水平方向に移動可能とする。

尚、継手部５Ｂの爪７Ｂを内側に曲げる竪ロール１のロール面には、図２に示した竪ロール１のロール面形状の上下を逆にして刻設する。

爪７Ｂを内側に曲げる際、継手部５Ｂに対しては上方に曲げる力が働くため、継手部５Ｂに配置される上下の水平ロール３のロール面には、継手部５Ａの成形に必要な形状の上下を逆にして刻設する。

本発明では上流から下流側にかけて少なくとも２群配置されるローラ群において、継手部に対して外側から加圧力を付与する竪ロール１の加圧力を下流方向に漸次増大させ、継手部５Ａ（５B）を最終形状に成形する。加圧力の調整は、竪ロール１と竪ロール２の中心軸間距離を漸次短くしたり、竪ロール１のロール径を漸次増大して行う。

各ローラ群を構成する複数のローラはいずれも自由回転状態に支持され、被圧延材３９は仕上げ圧延機で後端部を圧延中にその先端がローラ群に進入し、後端部が仕上げ圧延された後は、慣性エネルギーとテーブルローラの搬送力によりローラ群を通材する。

図３に継手部成形装置１０の平面図を示す。継手部成形装置１０は仕上げ圧延機の仕上げ圧延ロール２０において、継手部成形を最後に行う形状が刻設されたロール面の下流側に配置し、少なくとも２つのローラ群を下流方向に順次配置する（図は２群のローラ群が配置されている状態を示す）。

継手部は爪部の温度が６００℃以上の状態において成形されることが望ましく、最上流に配置されるローラ群と仕上げ圧延ロール２０の中心軸間の距離Ｌ１を７５０ｍｍ以内、最下流に配置されるローラ群と仕上げ圧延ロール２０の中心軸間の距離Ｌ２を１５００ｍｍ以内とすることが望ましい。

また、継手部の成形中にねじれなどが発生した場合、下流側のローラ群による熱間矯正が可能なように各ローラ群は間隔を設けて配置することが望ましく、Ｌ１、Ｌ２の中心軸間距離で５００ｍｍ程度とすることが望ましい。尚、通材性を重視する場合は、複数のローラ群を間隔を設けずに連続して配置する。

各ローラ群は、種々の寸法形状の被圧延材３９について姿勢の維持が可能なように、それぞれのロールのロール軸は、取り付け位置調整可能な機構（図では省略）を用いて架台１１に取り付ける。

尚、本発明で姿勢の維持とは架台１１に対してウエブ、フランジ等被圧延材各部の座標軸上の位置が変化しないことを指し、例えば図１（ａ）（ｂ）の架台１１の正面図における被圧延材断面の位置および形状自体（継手部を除く）が変化しないことを指し、拘束とは、被圧延材の板厚やフランジから腕部にかかる屈曲部などの形状がローラ通過前後において変化しない状態を指す。

扁平スラブを粗圧延、中間圧延、仕上げ圧延後、仕上げ圧延機出側に配置した継手部製造装置を用いて継手部を成形し、有効幅９００ｍｍの左右で異なる形状の継手部を有するハット型鋼矢板を製造した。

図４に本実施例に用いた製造ラインと各圧延機による圧延形状を示す。１０は爪曲げ装置、３０は粗圧延機、３１、３２は中間圧延機、３３は仕上げ圧延機、３６は加熱炉を示す。

扁平スラブは厚み：２２０ｍｍ、幅：１０００ｍｍで、１２５０〜１３００℃に加熱後、粗圧延機３０のＢＯＸ孔型で幅調整した後、Ｋ８、Ｋ７の形状の孔型で各々４〜５パスの圧延を施し、ハット型の粗形断面に成形した。

その後、タンデム配置した中間圧延機３１、３２により第１パスは孔型Ｋ５、Ｋ６の順に、第２パスは孔型Ｋ６、Ｋ５の順に圧延した後、第３パスを圧延するために被圧延材を孔型Ｋ４の入り側に移動させ、孔型Ｋ４、Ｋ３により圧延した。

被圧延材は、中間圧延機３１、３２による中間圧延後、比較的高温な状態で仕上げ圧延機３３の孔型Ｋ２により仕上げ圧延され、仕上げ圧延機３３の孔型Ｋ２の出側に配置された爪曲げ装置１０により継手部の爪曲げを行う。

仕上げ圧延機３３の孔型Ｋ２による圧延速度は、被圧延材の先端が爪曲げ装置１０の第２ロール群を通過するまでは１．０〜２．０ｍ／ｓとし、４．０〜６．０ｍ／ｓに加速後、仕上げ圧延機３３からの蹴りだしを３．０〜５．０ｍ／ｓとして、被圧延材の尾端が爪曲げ装置１０内において詰まって残ることを防止する。

爪曲げ装置１０は２群のロール群を備え、仕上げ圧延機の孔型K２が刻設された圧延ロールの中心軸から第一のロール群の中心軸までを７５０ｍｍ、圧延ロール中心から第二のロール群の中心軸までを１２５０ｍｍとし、３．０ｍ／ｓで圧延して爪曲げ装置１０内において尾端を詰まらせることなく継手部の爪曲げを完了した。

尚、この際、爪部温度は６００℃以上であり、第一のロール群にたいして第二のロール群を中心軸間距離で５００ｍｍ離すことによる、ねじれに対する熱間矯正機能が認められた。

また、圧延ロールの中心軸から第一のロール群の中心軸までを１０００ｍｍ以内、圧延ロール中心から第二のロール群の中心軸までを１５００ｍｍ以内とすれば、３．０ｍ／ｓで圧延して爪曲げ装置１０内において尾端を詰まらせることなく継手部の爪曲げが可能なことを確認した。内側への爪曲げを殆ど完了した圧延材は最終の孔型Ｋ１で仕上げ圧延され、所定の寸法形状の精度とされる。

本発明の一実施形態にかかる爪曲げ装置の正面図。 本発明による爪曲げ加工の要部を示す図。 本発明の一実施形態にかかる爪曲げ装置の上面図。 実施例に用いた製造ラインを示す図。 従来例。 従来例。

符号の説明

１、２ 竪ロール
３ 水平ロール
４ フランジ
５Ａ、５Ｂ 継手部
６ 腕部
７A、７Ｂ 爪
８ 上押さえロール
８Ａ ウエブ
９ ウエブガイド
１０ 爪曲げ装置本体
１１ 架台
１２ 移動機構
１３ 弾性体
３０ 粗圧延機
３１、３２ 中間圧延機
３３ 仕上げ圧延機
３６ 加熱炉
３９ 被圧延材
４０ フランジ
５０ 曲げ力
５０Ａ、５０Ｂ 継手部
５１、５２ ロール側壁
５３、５４ 爪部
５５ 継手部
５６ 圧下量
６０ 腕部
８０Ａ 成形ウエブ
３４０ 上ロール
３５０ 下ロール
３９０ ハット型鋼矢板
５１０Ａ、５１０Ｂ 傾斜部

Claims (4)

1. 仕上げ圧延機の出側近傍に配置して、熱間で継手部の爪曲げを行う、腕部の左右両端に異なる形状の継手部を有するハット型鋼矢板の爪曲げ装置であって、
   前記爪曲げ装置は、仕上げ圧延機出側の下流方向に沿って配置した少なくとも２群のローラ群を有し、
   前記ローラ群の各々は、ハット型鋼矢板の中央ウエブの上面側で前記中央ウエブの変形を拘束するように配置される水平ロールと、継手部の一部を含む腕部端部の上下で対向するように配置され、上下方向の姿勢を維持する水平ロールと腕部の水平方向の姿勢を維持するように配置される竪ロールと、前記竪ロールに対向し、継手部に外側から加圧力を付与するように配置される竪ロールを有し、
   仕上げ圧延機出側に少なくとも２群を配置する前記ローラ群は仕上げ圧延機出側の下流方向に、前記加圧力を付与する竪ロールにおける加圧力を漸次増大させ、最下流となるローラ群において継手部に所望の形状を形成することを特徴とする腕部の左右両端に異なる形状の継手部を有するハット型鋼矢板の爪曲げ装置。
2. 仕上げ圧延機出側に少なくとも２群を配置する前記ローラ群は仕上げ圧延機出側の下流方向に、前記加圧力を付与する竪ロールの径方向断面を漸次増大させて、継手部への加圧力を増大させることを特徴とする請求項１記載の腕部の左右両端に異なる形状の継手部を有するハット型鋼矢板の爪曲げ装置。
3. 仕上げ圧延機出側に少なくとも２群を配置する前記ローラ群は仕上げ圧延機出側の下流方向に、前記加圧力を付与する竪ロールと対向する竪ロールの中心軸間距離を漸次短くして、継手部への加圧力を増大させることを特徴とする請求項１記載の腕部の左右両端に異なる形状の継手部を有するハット型鋼矢板の爪曲げ装置。
4. 前記少なくとも２群のローラ群の連続配置において仕上げ圧延機出側に対して最下流に配置されるローラ群のロール中心が仕上げ圧延機の圧延ロール中心から１．５ｍ以内に配置されることを特徴とする請求項２または３記載の腕部の左右両端に異なる形状の継手部を有するハット型鋼矢板の爪曲げ装置。

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