JP5552043B2 - 軽量溝形鋼の切断方法および切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷間ロールフォーミングにより形成された軽量溝形鋼の切断方法および切断装置に関する。

溝形鋼は、ウェブと一対のフランジという複数の面要素を集合して形成されているので、垂直または水平方向から切断することが困難である。従って、切断刃を斜め方向から溝形鋼に係合させて、切断するようにしている。
通例、切断装置では、溝形鋼が貫通できる孔型をそれぞれ設けた固定刃および移動刃を用いて切断している（いわゆるシャー切断）。各孔型と溝形鋼との間には、通材性を良くするために、所定量の隙間（ギャップ）が設けられている。しかし、上記の隙間があるため、溝形鋼を切断するときに、切断に伴う変形が生ずる。

一方、特許文献１では、一般的な溝形鋼（重量溝形鋼）を切断する技術において、固定刃および移動刃に関して、フランジ方向への両刃の相対移動を、ウェブ方向への両刃の相対移動よりも先行させることにより、フランジの剪断の始まりをウェブの剪断の始まりに合わせるか、或いは、それよりも早める技術が提案されている。

特開平１０−４３９２９号公報

特許文献１は、ウェブよりも厚肉のフランジを有することを前提としており、適用範囲が狭い。また、特許文献１では、冷間ロールフォーミングにより形成された軽量溝形鋼（軽溝形鋼、リップ溝形鋼）の切断に適用した場合、フランジの拡がりを防止できない。
すなわち、冷間ロールフォーミングにより形成された軽量溝形鋼（軽溝形鋼、リップ溝形鋼）の場合、薄い鋼板を冷間で折り曲げて形成するため、流れ方向の後端側（上流側）にいくほど折り曲げ時の残留応力が大きい。その残留応力が切断時に開放されることにより、ウェブに対してフランジが拡がるという問題がある。切断後に、フランジの拡がりを二次加工により矯正することが行われているが、手間と時間がかかり、製造コストが高くなる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、適用範囲が広く、しかも冷間ロールフォーミング時の残留応力の影響による、切断時の各フランジの拡開を安価に且つ確実に防止することができる軽量溝形鋼の切断方法および切断装置を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、冷間ロールフォーミングにより形成された軽量溝形鋼（５０）が挿通される溝形のキャビティ（７，９）をそれぞれ有する固定刃ブロック（３）および移動刃ブロック（４）を用い、移動刃ブロックを斜め方向（Ｙ１）に移動させて上記軽量溝形鋼を切断する軽量溝形鋼の切断方法において、上記軽量溝形鋼の各フランジ（５２，５３）の外側面にそれぞれ対向して移動刃ブロックのキャビティの一部を区画する第１および第２の矯正金型（１５，１６；１１５，１１６）を、それぞれ対応するフランジの拡開矯正方向（Ｚ１，Ｚ２）に移動させて、両フランジの拡開を矯正しつつ両フランジを半剪断する半剪断工程と、両フランジの拡開を矯正した状態の両矯正金型を含む移動刃ブロックを、上記斜め方向に一体移動させて、軽量溝形鋼を全剪断する全剪断工程と、を含む軽量溝形鋼の切断方法を提供する。

本切断方法によれば、両矯正金型によって両フランジの拡開を矯正しつつ両フランジを半剪断した後、両フランジの拡開を矯正した状態の両矯正金型を含む移動刃ブロックの全体を一体移動させて、両フランジの拡開を矯正した状態で軽量溝形鋼を全剪断する。したがって、軽量溝型鋼の切断端部において、冷間ロールフォーミング工程での折り曲げ時の残留応力が切断時に開放されてフランジが拡開することを確実に防止することができる。切断後に、拡開矯正のための二次加工が不要であり、製造コストを安くすることができる。また、フランジとウェブの肉厚の相違に拘らず適用可能であり、適用範囲が広い。

また、請求項２の発明は、冷間ロールフォーミングにより形成された軽量溝形鋼（５０）が挿通される溝形のキャビティ（７，９）をそれぞれ有する固定刃ブロック（３）および移動刃ブロック（４）を用い、移動刃ブロックを斜め方向（Ｙ１）に移動させて上記軽量溝形鋼を切断する軽量溝形鋼の切断装置（１）において、上記移動刃ブロックを固定刃ブロックに対して上記斜め方向に案内する案内機構（５，６）を備え、上記移動刃ブロックは、上記案内機構によって上記斜め方向に案内される本体（１０；１１０）と、軽量溝形鋼の各フランジ（５２，５３）の外側面にそれぞれ対向してキャビティの一部を区画し、上記本体によってそれぞれ対応するフランジの拡開矯正方向（Ｚ１，Ｚ２）に移動可能に支持された第１および第２の矯正金型（１５，１６；１１５，１１６）と、上記第１および第２の矯正金型をそれぞれ対応する拡開矯正方向に駆動する第１および第２の駆動機構（１７，１８）と、を含む軽量溝形鋼の切断装置を提供する。

本発明の切断装置によれば、各矯正金型を各フランジのスプリングバックによる拡開を矯正する拡開矯正方向へ移動させて、拡開を矯正しつつ各フランジを半剪断した後、拡開矯正を維持した状態の矯正金型を含む移動刃ブロックの全体を上記斜め方向に一体移動させることにより、軽量溝形鋼を全剪断することができる。したがって、軽量溝型鋼の切断端部において、冷間ロールフォーミング工程での折り曲げ時の残留応力が切断時に開放されてフランジが拡開することを確実に防止することができる。切断後に、拡開矯正のための二次加工が不要であり、製造コストを安くすることができる。また、フランジとウェブの肉厚の相違に拘らず適用可能であり、適用範囲が広い。

また、請求項３のように、上記第１および第２の駆動機構は、軽量溝形鋼のウェブと直交するプレス荷重を受けてプレス方向（Ｘ１）に移動可能に上記本体によって支持された受圧部材（２１）の移動に伴って、第１および第２の矯正金型をそれぞれ対応する拡開矯正方向に駆動する第１および第２のカム機構（２２，２３）をそれぞれ含む場合がある。この場合、プレス荷重を受けた受圧部材がプレス方向に移動するのに伴って、各矯正金型を、それぞれ対応するフランジの拡開矯正方向に駆動することができる。その結果、各フランジの拡開を確実に矯正することができる。

また、請求項４のように、上記第１および第２のカム機構のそれぞれは、上記受圧部材と上記プレス方向に一体移動可能なカム（２６，２９）に設けられたカム面（２４，２７）と、カムフォロワとしての対応する矯正金型に設けられたカムフォロワ面（２５，２８）と、を含む場合がある。この場合、受圧部材と上記プレス方向に一体移動可能なカムを設け、各矯正金型にカムフォロア面を設ける簡単な構成によって、フランジの拡開を確実に矯正することができる。

また、請求項５のように、上記受圧部材が上記本体の所定部（１４ａ）と当接することにより、上記本体が上記案内機構によって案内されて、移動刃ブロックが、上記斜め方向に駆動されるように構成され、上記受圧部材および上記本体の上記所定部を互いに離隔する方向に付勢する付勢部材（３０）を備える場合がある。この場合、プレス荷重を受圧部材に負荷すると、付勢部材に抗して、受圧部材が上記本体の上記所定部に当接し、その結果、移動刃ブロックを上記斜め方向に駆動することができる。プレス荷重を取り除くと、付勢部材によって、受圧部材と上記本体の上記所定部とが離隔し、自動的に次の切断の準備がされることになる。したがって、効率良く切断を繰り返すことができる。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施の形態の軽量溝形鋼の切断装置の概略構成を示す一部破断正面図である。 固定刃ブロックの正面図である。 各カムと対応する矯正金型の係合状態を示す概略図である。 （ａ）〜（ｃ）は軽量溝形鋼の切断方法の工程を順次に示す概略図である。 半剪断工程でのフランジと矯正面との関係を示す概略図である。 本発明の別の実施の形態の軽量溝形鋼の切断装置の概略構成を示す一部破断正面図である。

本発明の好ましい態様を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の軽量溝形鋼の切断装置の概略図である。図１に示すように、切断装置１は、ハウジング２内に収容された固定刃ブロック３および移動刃ブロック４を備えている。固定刃ブロック３はハウジング２に固定されている。移動刃ブロック４は、プレス方向Ｘ１にプレス荷重を受けたときに、そのプレス方向Ｘ１に対して傾斜した斜め方向Ｙ１に移動できるように、固定刃ブロック３に設けられた案内機構としての第１および第２の案内ブロック５，６によって支持されている。

図２に示すように、固定刃ブロック２は、図４（ａ）に示すような軽量溝形鋼５０が挿通される溝形のキャビティ７が形成された矩形板８を有している。第１および第２の案内ブロック５，６は、矩形板８の相対向する角部に形成され、矩形板８の一の面から突出する一対の三角形状のブロックである。第１および第２の案内ブロック５，６の対向面が、移動刃ブロック３を斜め方向Ｙ１に案内する互いに平行な第１および第２の案内面５ａ，６ａを構成している。

図１に示すように、移動刃ブロック４は、図４（ａ）に示すような軽量溝形鋼５０が挿通される溝形のキャビティ９を有している。具体的には、移動刃ブロック４は、本体１０を有している。本体１０の相対向する一対の角部には、第１および第２の案内面５ａ，６ａにそれぞれ沿う第１および第２の被案内面１１，１２が設けられている。
本実施の形態では、軽量溝形鋼５０がリップ溝形鋼である場合に則して説明するが、リップのない軽溝形鋼にも本発明を適用できることは言うまでもない。

本体１０は、キャビティ９内に挿入された軽量溝形鋼５０のウェブ５１の内面および両フランジ５２，５３（本実施の形態ではリップ付きフランジ）の内側面に対向する内型部１３と、キャビティ９内に挿入された軽量溝形鋼５０のウェブ５１の外面に対向する外型部１４とを単一の材料で一体に形成している。
移動刃ブロック４は、キャビティ９内に挿入された軽量溝形鋼５０の各フランジ５２，５３の外側面にそれぞれ対向してキャビティ９の一部を区画する第１および第２の矯正金型１５，１６と、第１および第２の矯正金型１５，１６をそれぞれ対応するフランジ５２，５３の拡開を矯正する拡開矯正方向Ｚ１，Ｚ２に駆動する第１および第２の駆動機構１７，１８とを備えている。

また、本体１０には、内向き傾斜状の一対の第１溝部１９，２０が形成されており、各矯正金型１５，１６は、それぞれ対応する第１溝部１９，２０によって、それぞれ対応する拡開矯正方向Ｚ１，Ｚ２へ移動可能に支持されている。第１および第２の矯正金型１５，１６は、それぞれ、内型部１３に対向する第１および第２の矯正面１５ａ，１６ａを有している。

第１の駆動機構１７は、プレス荷重Ｗを受けてプレス方向Ｘ１に移動可能に本体１０によって支持された板状の受圧部材２１と、受圧部材２１のプレス方向Ｘ１への移動に伴って、第１の矯正金型１５を対応する拡開矯正方向Ｚ１に駆動する第１のカム機構２２とを備えている。
第２の駆動機構１８は、上記受圧部材２１と、受圧部材２１のプレス方向Ｘ１への移動に伴って、第２の矯正金型１６を対応する拡開矯正方向Ｚ２に駆動する第２のカム機構２３とを備えている。このように、第１および第２の駆動機構１７，１８は、共通の受圧部材２１を有している。

第１のカム機構２２は、互いに沿わされた第１カム面２４および第１カムフォロア面２５を有している。第１カム面２４は、受圧部材２１とプレス方向Ｘ１に一体移動可能な第１カム２６にそれぞれ設けられており、プレス方向Ｘ１に対して傾斜している。第１カムフォロワ面２５は、カムフォロアとしての第１の矯正金型１５に設けられている。
第２のカム機構２３は、互いに沿わされた第２カム面２７および第２カムフォロア面２８を有している。第２カム面２７は、受圧部材２１とプレス方向Ｘ１に一体移動可能な第２カム２９にそれぞれ設けられており、プレス方向Ｘ１に対して傾斜している。第２カムフォロワ面２８は、カムフォロアとしての第２の矯正金型１６に設けられている。

受圧部材２１は、本体１０の外型部１４の対向面１４ａ（所定部に相当）とプレス方向Ｘ１に対向している。受圧部材１８と上記対向面１４ａとの間には、両者を離隔する方向に付勢する例えば圧縮コイルばねからなる複数の付勢部材３０が、介在している。各付勢部材３０は、受圧部材２１または外型部１４に形成された対応する収容孔に、一部または全部が収容されるようになっている。受圧部材２１が対向面１４ａに当接したときには、各付勢部材３０の全部が対応する収容孔に収容される。

受圧部材２１と各カム２６，２９とは、凹凸係合を用いて、プレス方向Ｘ１に一体移動可能に連結されている。また、本体１０には、プレス方向Ｘ１に延びる一対の第２溝部３１，３２が形成されており、各カム２６，２９は、それぞれ対応する第２溝部３１，３２によりプレス方向Ｘ１に移動可能に支持されている。受圧部材２１は、ハウジング２に形成された開口３３に臨んでいる。受圧部材１８に対して開口３３を通してプレス荷重Ｗを負荷できるようになっている。

ハウジング２は、移動刃ブロック４の斜め方向Ｙ１への移動に伴って、プレス方向Ｘ１とは直交するスライド方向Ｗ１に移動する、ノック用のスライドブロック３４を保持している。スライドブロック３４は、移動刃ブロック４の本体１０の傾斜状の被駆動面３５に沿う傾斜状の駆動面３６を有する三角形状のブロックである。傾斜状の被駆動面３５および駆動面３６は、斜め方向Ｙ１に対して直交する面である。

スライドブロック３４は、例えば圧縮コイルばねからなる付勢部材３７によって、スライド方向Ｗ１に付勢されることにより、移動刃ブロック４をプレス方向Ｘ１の反対方向Ｘ２にノックアウトする機能を果たす。
図３に示すように、第１の矯正金型１５に設けられたスライダ３８が、第１カム２６に設けられたスライド溝３９に、スライド可能に係合している。これにより、第１カム面２４と第１カムフォロワ面２５の摺接が可能とされている。また、付勢部材３０が、受圧部材２１を介して、第１カム２６をプレス方向Ｘ１の反対方向Ｙ２へ駆動するときに、これに連動して、第１の矯正金型１５が、対応する拡開矯正方向Ｚ１の反対方向へスライドされるようになっている。

また、第２の矯正金型１６に設けられたスライダ４０が、第２カム２９に設けられたスライド溝４１に、スライド可能に係合している。これにより、第１カム面２４と第１カムフォロワ面２５の摺接が可能とされている。また、付勢部材３０が、受圧部材２１を介して、第２カム２９をプレス方向Ｘ１の反対方向Ｙ２へ駆動するときに、これに連動して、第２の矯正金型１６が、対応する拡開矯正方向Ｚ２の反対方向へスライドされるようになっている。

次いで、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して、切断装置１を用いた軽量溝形鋼５０の切断方法を説明する。
図４（ａ）に示すように、冷間ロールフォーミング工程の送り方向に沿って送られてきた軽量溝形鋼５０が、切断装置１の固定刃ブロック３のキャビティ７〔図４（ａ）では示されていない〕を介して、移動刃ブロック４のキャビティ９内に挿入され、さらに、所定長さ送られた後、停止する。

次いで、図４（ｂ）に示す半剪断工程では、受圧部材２１にプレス荷重Ｗを付与し、付勢部材３０を縮めさせて、受圧部材２１をプレス方向Ｘ１に所定量変位させる。これに伴って、各カム２６，２９がプレス方向Ｘ１に同行移動するので、各カム機構２２，２３の働きで、各矯正金型１５，１６が、各フランジ５２，５３の拡開方向とは反対方向である拡開矯正方向Ｚ１，Ｚ２にそれぞれ駆動される。その結果、各フランジ５２，５３の拡開を矯正しつつ各フランジ５２，５３を半剪断することができる。

このとき、受圧部材２１は、移動刃ブロック４の対向面１４ａに近接するか、ちょうど当接する状態になるが、移動刃ブロック４の本体１０は、まだ斜め方向Ｙ１へは変位していない。
次いで、図４（ｃ）に示す全剪断工程では、受圧部材２１をさらにプレス方向Ｘ１に押圧する。受圧部材２１が移動刃ブロック４の本体１０の対向面１４ａに当接し、その結果、移動刃ブロック４全体が、案内ブロック５，６の働きで、一体的に斜め方向Ｙ１に移動し、軽量溝形鋼５０の全体を切断することができる。移動刃ブロック４の全体が斜め方向Ｙ１に移動するときに、両矯正金型１５，１６は拡開矯正位置に保持された状態にある。したがって、各フランジ５２，５３の拡開を矯正した状態で軽量溝形鋼５０を全切断することができる。

本実施の形態の切断方法および切断装置１によれば、両矯正金型１５，１６によって両フランジ５２，５３の拡開を矯正しつつ両フランジ５２，５３を半剪断した後、両フランジ５２，５３の拡開を矯正した状態の両矯正金型１５，１６を含む移動刃ブロック４の全体を一体移動させて、両フランジ５２，５３の拡開を矯正した状態で軽量溝形鋼５０を全剪断する。したがって、軽量溝型鋼５０の切断端部において、冷間ロールフォーミング工程での折り曲げ時の残留応力が切断時に開放されてフランジ５２，５３が拡開することを確実に防止することができる。切断後に、拡開矯正のための二次加工が不要であり、製造コストを安くすることができる。また、フランジ５２，５３とウェブ５１の肉厚の相違に拘らず適用可能であり、適用範囲が広い。

また、図５に示すように、プレス成形される軽量溝形鋼５０では、各フランジ５２，５３の先端５２ａ，５３ａ側ほど拡がり量が大きくなる傾向にある。したがって、半剪断工程において、各矯正面１５ａ，１６ａと対応するフランジ５２，５３の関係においては、フランジ５２，５３の先端５２ａ，５３ａに向かうにしたがって半剪断量ＣＡを大きくなることになる。これにより、各フランジ５２，５３の拡開をより確実に矯正することができる。

また、各駆動機構１７，１８が、プレス方向Ｘ１に移動可能な受圧部材２１の移動に伴って、各矯正金型１５，１６をそれぞれ対応する拡開矯正方向Ｚ１，Ｚ２に駆動するカム機構２２，２３をそれぞれ含む。したがって、カム機構２２，２３を用いた簡単な構造で、各フランジ５２，５３の拡開を確実に矯正することができる。
また、各カム機構２２，２３が、受圧部材２１とプレス方向Ｘ１に一体移動可能なカム２６，２９に設けられカム面２４，２７と、カムフォロワとしての各矯正金型１５，１６に設けられたカムフォロア面２５，２８とを設ける簡単な構成である。このような簡単な構成のカム機構２２，２３によって、フランジ５２，５３の拡開を確実に矯正することができる。

また、受圧部材２１が、本体１０の対向部１４ａと当接することにより、本体１０が案内ブロック５，６によって案内されて、移動刃ブロック４が斜め方向Ｙ１に駆動されるように構成されている。また、受圧部材２１および本体１０の対向部１４ａを互いに離隔する方向に付勢する付勢部材３０が設けられている。したがって、プレス荷重を受圧部材２１に負荷すると、付勢部材３０に抗して、受圧部材２１が本体１０の対向部１４ａに当接し、その結果、移動刃ブロック４の全体を斜め方向Ｙ１に駆動することができる。一方、プレス荷重を取り除くと、付勢部材３０によって、受圧部材２１と本体１０の対向部１４ａとが離隔し、自動的に次の切断の準備がされることになる。したがって、効率良く切断を繰り返すことができる。

上記の実施の形態では、軽量溝形鋼５０のフランジ５２，５３がプレス方向に延びていたが、これに限らず、図６に示すように、切断装置１００において、軽量溝形鋼５０のフランジ５２，５３がプレス方向Ｘ１の反対方向Ｙ２に延びるように、キャビティ１０９を設けてもよい。本体１１０において、プレス方向Ｘ１の反対側に内型部１１３が設けられ、プレス方向Ｘ１側に外型部１１４が設けられる。また、第１の矯正金型１１５と第２の矯正金型１１６が設けられ、各矯正金型１１５，１１６の矯正面１１５ａ，１１６ｂが内型部１１３に対向することになる。本実施の形態においても、図１の実施の形態と同じ効果を奏することができる。

その他、本発明は、請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１；１００…切断装置、２…ハウジング、３…固定刃ブロック、４…移動刃ブロック、５，６…案内ブロック、７，９；１０９…キャビティ、１０；１１０…本体、１５；１１５…第１の矯正金型、１６；１１６…第２の矯正金型、１７…第１の駆動機構、１８…第２の駆動機構、２１…受圧部材、２２…第１のカム機構、２３…第２のカム機構、２４…第１カム面、２５…第１カムフォロワ面、２６…第１カム、２７…第２カム面、２８…第２カムフォロワ面、２９…第２カム、３０…付勢部材、５０…軽量溝形鋼、５１…ウェブ、５２，５３…フランジ、５２ａ，５３ａ…先端、ＣＡ…半剪断量、Ｘ１…プレス方向、Ｙ１…斜め方向、Ｚ１，Ｚ２…拡開矯正方向、Ｚ１…スライド方向

Claims (5)

1. 冷間ロールフォーミングにより形成された軽量溝形鋼が挿通される溝形のキャビティをそれぞれ有する固定刃ブロックおよび移動刃ブロックを用い、移動刃ブロックを斜め方向に移動させて上記溝形鋼を切断する軽量溝形鋼の切断方法において、
   上記軽量溝形鋼の各フランジの外側面にそれぞれ対向して移動刃ブロックのキャビティの一部を区画する第１および第２の矯正金型を、それぞれ対応するフランジの拡開矯正方向に移動させて、両フランジの拡開を矯正しつつ両フランジを半剪断する半剪断工程と、 両フランジの拡開を矯正した状態の両矯正金型を含む移動刃ブロックを、上記斜め方向に一体移動させて、軽量溝形鋼を全剪断する全剪断工程と、を含む軽量溝形鋼の切断方法。
2. 冷間ロールフォーミングにより形成された軽量溝形鋼が挿通される溝形のキャビティをそれぞれ有する固定刃ブロックおよび移動刃ブロックを用い、移動刃ブロックを斜め方向に移動させて上記軽量溝形鋼を切断する軽量溝形鋼の切断装置において、
   上記移動刃ブロックを固定刃ブロックに対して上記斜め方向に案内する案内機構を備え、
   上記移動刃ブロックは、上記案内機構によって上記斜め方向に案内される本体と、軽量溝形鋼の各フランジの外側面にそれぞれ対向してキャビティの一部を区画し、上記本体によってそれぞれ対応するフランジの拡開矯正方向に移動可能に支持された第１および第２の矯正金型と、上記第１および第２の矯正金型をそれぞれ対応する拡開矯正方向に駆動する第１および第２の駆動機構と、を含む軽量溝形鋼の切断装置。
3. 請求項２において、上記第１および第２の駆動機構は、軽量溝形鋼のウェブと直交するプレス荷重を受けてプレス方向に移動可能に上記本体によって支持された受圧部材の移動に伴って、第１および第２の矯正金型をそれぞれ対応する拡開矯正方向に駆動する第１および第２のカム機構をそれぞれ含む軽量溝形鋼の切断装置。
4. 請求項３において、上記第１および第２のカム機構のそれぞれは、上記受圧部材と上記プレス方向に一体移動可能なカムに設けられたカム面と、カムフォロワとしての対応する矯正金型に設けられたカムフォロワ面と、を含む軽量溝形鋼の切断装置。
5. 請求項４において、上記受圧部材が上記本体の所定部と当接することにより、上記本体が上記案内機構によって案内されて、移動刃ブロックが、上記斜め方向に駆動されるように構成され、
   上記受圧部材および上記本体の上記所定部を互いに離隔する方向に付勢する付勢部材を備える軽量溝形鋼の切断装置。

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