JP6307839B2 - コイルサンプル採取方法及びコイルサンプル採取装置 - Google Patents

Description

この発明は、金属コイル製品から、試験サンプルを採取するためのコイルサンプル採取方法及びコイルサンプル採取装置に関する。

従来、金属コイル製品から試験サンプルを採取する場合、人海戦術ですべての作業を行う方法と、金属コイル製品の先端（長手方向の先端部分）をオープニングするためのオープナーを有するコイルサンプル採取装置を用いる方法が一般的である。

このようなコイルサンプル採取装置としては、例えば、金属コイルの内周側に、金属コイル製品を巻き取る際に、ドラムにグリップされる折曲部が形成されており、この折曲部に向かって金属コイルのサイドから仕分治具を挿入してオープニングするものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、例えば、金属コイルの内周又は外周側の端部において、金属コイルのサイドから仕分治具を挿入してオープニングするものが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、上記特許文献１、２に記載された技術は、金属コイルのサイドから仕分治具を挿入することから、金属コイルの先端部分が、幅方向で不均一に変形することから、例えば、図９に示すようなコイルサンプル採取装置１００が実用化されている。

コイルサンプル採取装置１００は、金属コイルＷが載置されるクレイドルロール１０１と、金属コイルＷを外周側から押圧するコイル押え機構１０２と、金属コイルＷの先端部と平行に形成されたオープナーボード１０５と、ガス切断機構１０６と、サンプル受容器１０７を備えている。

コイルサンプル採取装置１００は、コイル押え機構１０２により金属コイルＷの巻き緩みを抑制しながら金属コイルＷを回動させて、オープナーボード１０５により金属コイルＷの先端部をオープニングし、オープニングされた部分をガス切断して試験サンプルＳを採取するようになっている。

特開平８−３０９４３５号公報 特開平４−０７５７１９号公報

しかしながら、コイル押え機構１０２により外周を押圧した金属コイルＷ先端を、オープナーボード１０５によりオープニングする場合、試験サンプルＳの予定部分がオープナーボードに沿って下方に向かって伸延されることから、金属コイルＷの先端部近傍が高い曲げ荷重により塑性変形して元に戻らなくなり、金属コイルＷを製品として結束する際に、口開きが生じて、巻き緩みが発生する可能性があるという問題がある。

また、試験サンプルＳが下方に向かって伸延することに起因して、試験サンプルＳを回収するためのサンプル受容器１０７を床面より下方に形成する必要があり、その結果、サンプル受容器１０７を格納するピットを地下に形成する必要が生じ、コイルサンプル採取装置１００を設置する際の設備投資コストが増大するという問題がある。
一方、試験サンプルＳは、ピット内に格納されたサンプル受容器１０７により取り出す必要があるので、作業時間がかかり、取扱いが難しいという問題がある。

また、サンプリングに際して、ガス切断をした場合、ガス切断時のノロやスパッタ（溶融した金属粒）が金属コイルに付着して、品質上の問題が発生する場合がある。

そこで、金属コイル製品から、試験サンプルを採取する際に、オープニングされた金属コイルに塑性変形が生じるのを抑制することが可能で、ひいては、コイルサンプル採取装置を設置する場合に、設備投資を削減することが可能なコイルサンプル採取技術に対する強い要請がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、金属コイル製品から、試験サンプルを採取する際に、オープニングされた金属コイルに、塑性変形が生じるのを抑制することが可能なコイルサンプル採取方法及びコイルサンプル採取装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、金属コイルから、試験サンプルを採取するためのコイルサンプル採取方法であって、前記金属コイルをクレイドルロールに載置し、前記金属コイルの外周先端にオープニング刃体の先端部を位置させて、前記金属コイルの先端部から前記オープニング刃体を挿入して、前記金属コイルが前記オープニング刃体の外周側と内周側に口開きされる方向に回動させながらオープニングする場合に、前記金属コイルをオープニングする際の曲がり梁における支持点からの角度を梁角度θとし、前記梁角度θにおける前記オープニング刃体の外形形状の前記金属コイルの径方向寸法から前記オープニング刃体の先端部の前記金属コイルの径方向寸法を引いて算出される寸法差を梁角度θにおける寸法差Ｕとしたときに、外周側の金属コイルが前記オープニング刃体と接触して作用点が形成される梁角度Θにおける寸法差Ｕ（Θ）と、下記（１）式により示される数式を満足する前記荷重作用点における前記金属コイルの径方向許容寸法Ｋとが、下記（２）式を満足するように前記金属コイルに前記オープニング刃体を挿入させるとともに、前記曲がり梁の内周側領域に外形形状を収容させることを特徴とする。
Ｋ＝（（Ｆ・Ｒ^３／（Ｅ・Ｉ））・（（０．５）・Θ））−（０．５）・（ｓｉｎΘ）・（ｃｏｓΘ）・・・（１）式
Ｕ（Θ） ≦ Ｋ ・・・（２）式
ここで、
Ｆ：オープニング刃体により前記外周側の金属コイルに作用する荷重（ｋｇｆ）
Ｒ：外周側の金属コイルにより形成される曲がり梁の梁半径（ｍｍ）
Ｅ：金属コイルのヤング率（ｋｇｆ／ｍｍ^２）
Ｉ：金属コイルの断面二次モーメント（ｍｍ^４）
Θ：オープニング刃体挿入により形成される荷重作用点までの曲がり梁の梁角度（ｒａｄ）

請求項６に記載の発明は、金属コイルから、試験サンプルを採取するためのコイルサンプル採取装置であって、前記金属コイルを回動可能に支持するクレイドルロールを有するクレイドル機構と、前記金属コイルの先端部が口開きする方向に回動する駆動部と、前記金属コイルの先端部から挿入するオープニング刃体と、を、備え、前記金属コイルをオープニングする際の曲がり梁における支持点からの角度を梁角度θとし、前記梁角度θにおける前記オープニング刃体の外形形状の前記金属コイルの径方向寸法から前記オープニング刃体の先端部の前記金属コイルの径方向寸法を引いて算出される寸法差を梁角度θにおける寸法差Ｕとしたときに、前記オープニング刃体は、外周側の金属コイルが前記オープニング刃体と接触して作用点が形成される梁角度Θにおける寸法差Ｕ（Θ）と、下記（３）式により示される数式を満足する前記作用点における前記金属コイルの径方向許容寸法Ｋとが、下記（４）式を満足するとともに、前記先端部から前記作用点と対応する位置までの前記外形形状が前記曲がり梁の内周側領域に収容されるように形成されていることを特徴とする。
Ｋ＝（（Ｆ・Ｒ^３／（Ｅ・Ｉ））・（（０．５）・Θ））−（０．５）・（ｓｉｎΘ）・（ｃｏｓΘ）・・・（３）式
Ｕ（Θ） ≦ Ｋ ・・・（４）式
ここで、
Ｆ：オープニング刃体により前記外周側の金属コイルに作用する荷重（ｋｇｆ）
Ｒ：外周側の金属コイルにより形成される曲がり梁の梁半径（ｍｍ）
Ｅ：金属コイルのヤング率（ｋｇｆ／ｍｍ^２）
Ｉ：金属コイルの断面二次モーメント（ｍｍ^４）
Θ：オープニング刃体挿入により形成される荷重作用点までの曲がり梁の梁角度（ｒａｄ）

この発明に係るコイルサンプル採取方法及びコイルサンプル採取装置によれば、金属コイルをオープニングする場合に、オープニング刃体の外周側に位置される金属コイルを湾曲させて曲がり梁のままの状態でオープニングすることができるので、金属コイルのオープニングされた外周側の部分に金属コイルの径方向外方の変位が生じるのを抑制することができる。
その結果、金属コイルのオープニングされた外周側部分に生じる変位が弾性変形内とされて、金属コイルの先端に口開きが生じるのを抑制することができる。

また、金属コイルが湾曲されたままで、試験サンプルが採取可能であるので、切断される部分が下方に伸延されるのが抑制され、ひいては、コイルサンプル採取装置の全高を低くすることができ、設備投資コストを抑制することができる。

なお、金属コイルが塑性変形しはじめる限界の曲げモーメントをＭとした場合に、オープニング刃体がオープニング刃体の外周側に位置する金属コイルと接触して形成される作用点に作用する荷重Ｆの最大値は、Ｆ＝Ｍ／（（ｓｉｎ（π／２））×Ｒ）で表すことができる。ここで、曲がり梁の梁半径Ｒは、金属コイルの外径をＤ、金属コイルの板厚をｔとした場合に、Ｒ＝（（Ｄ／２）−（ｔ／２））である。

ここで、オープニング刃体挿入により形成される荷重作用点までの曲がり梁の梁角度Θとは、オープニング刃体を金属コイルの先端とその内周側に位置される部分の外周面に挿入して、金属コイルの先端部側がオープニング刃体挿入によりから浮き上がって、湾曲した曲がり梁が形成される場合に、金属コイルを中心とする上記梁の金属コイルの基端側（内周の端部側）においてもっとも近くに位置される支持点（例えば、金属コイルが外周から押圧される部位等）から上記作用点までの角度をいう。

ここで、梁半径Ｒとは、金属コイルにオープニング刃体が挿入されて、金属コイルの先端部側から浮き上がって、湾曲した曲がり梁が形成される場合に、金属コイルの中心から金属コイルがオープニング刃体によって、径方向外方への荷重を受ける作用点までの距離をいう。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコイルサンプル採取方法であって、前記クレイドルロールと前記オープニング刃体の間に、前記金属コイルを押圧するコイル押え機構が用いられる場合に、前記作用点までの曲がり梁の梁角度Θを前記コイル押え機構による押圧部分から起算することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のコイルサンプル採取装置であって、前記クレイドルロールと前記オープニング刃体の間において、前記金属コイルを押圧するコイル押え機構を備える場合に、前記作用点までの曲がり梁の梁角度Θを前記コイル押え機構による押圧部分から起算することを特徴とする。

この発明に係るコイルサンプル採取方法及びコイルサンプル採取装置によれば、クレイドルロールとオープニング刃体の間に、金属コイルを押圧するコイル押え機構を備える場合に、曲がり梁の作用点における梁角度Θをコイル押え機構による押圧部分から起算するので、オープニング刃体が金属コイルのオープニングされた部分に挿入されることで生じる変位が、金属コイルの弾性変形内とされ、金属コイルに塑性変形させることが抑制される。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のコイルサンプル採取方法であって、前記オープニング刃体を、前記クレイドルロールと平行な軸線周りに回動する回動機構によって、前記金属コイルの外表面に向かって移動させることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６又は請求項７に記載のコイルサンプル採取装置であって、前記オープニング刃体を、前記クレイドルロールと平行な軸線周りに回動して、前記金属コイルに対して移動する回動機構を備えることを特徴とする。

この発明に係るコイルサンプル採取方法及びコイルサンプル採取装置によれば、オープニング刃体が、クレイドルロールと平行な軸線周りに回動可能とされた回動機構により、金属コイルの外表面に移動されるので、オープニング刃体を向きを、金属コイルの外表面に対して、所定範囲の角度を維持しながら移動させることが可能となり、金属コイルの先端からオープニング刃体を所定の角度で挿入するとともに、金属コイルの外径により梁半径Ｒが影響されるのを抑制することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコイルサンプル採取方法であって、前記オープニング刃体を保護部材で被覆して、ガス切断、レーザ切断、プラズマ切断のいずれかにより切断することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のコイルサンプル採取装置であって、前記オープニング刃体を被覆する保護部材を備えることを特徴とする。

この発明に係るコイルサンプル採取方法及びコイルサンプル採取装置によれば、オープニング刃体が保護部材により被覆されているので、ガス切断等によって、金属コイルからサンプルを採取する場合に、オープニング刃体が損傷するのが抑制され、効率的にサンプリングすることができる。

また、オープニング刃体が金属コイルを、内方から支持して、切断予定部を安定して切断することが可能であるので、ガス切断時のスパッタ、ノロ等の付着を抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコイルサンプル採取方法であって、前記試験サンプルを下方に落下させて回収することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のコイルサンプル採取装置であって、前記試験サンプルを下方に落下させることを特徴とする。

この発明に係るコイルサンプル採取方法及びコイルサンプル採取装置によれば、切断した試験サンプルを、下方に落下させることにより、容易かつ効率的に回収することができる。

この発明に係るコイルサンプル採取方法及びコイルサンプル採取装置によれば、金属コイルをオープニングする場合に、オープニング刃体の外周側に位置される金属コイルを湾曲させて曲がり梁のままの状態でオープニングすることができるので、金属コイルのオープニングされた外周側の部分に金属コイルの径方向外方の変位が生じるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るコイルサンプル採取装置の概略構成を説明する斜視図である。 一実施形態に係るコイルサンプル採取装置の概略構成を説明する側面図である。 一実施形態に係るコイルサンプル採取装置を構成するオープニング機構の詳細を説明する図である。 一実施形態に係るコイルサンプル採取装置を構成するオープニング機構の詳細を説明する側面図である。 一実施形態に係るコイルサンプル採取装置を構成するオープニング機構の詳細を説明する斜視図であり、（Ａ）は組立てられた状態を、（Ｂ）は分解された状態を示す図である。 一実施形態に係るコイルサンプル採取装置を構成するオープニング刃体の構成を概念的に説明する図であり、（Ａ）はオープニングしている部分の要部を、（Ｂ）は全体の概略構成を説明する図である。 一実施形態に係るコイルサンプル採取装置を構成するオープニング刃体によって金属コイルに生じる曲げモーメントの一例を説明する図である。 一実施形態に係るコイルサンプル採取装置の作用の概略を説明する図であり、金属コイルの外周の端部に対してオープニング機構のピラーを挿入させる状態を示す図である。 一実施形態に係るコイルサンプル採取装置の作用の概略を説明する図であり、金属コイルをオープニング機構によりオープニングしている状態を示す図である。 一実施形態に係るコイルサンプル採取装置の概略構成を説明する図であり、オープニングされたサンプル対象部位を切断する状態を示す図である。 一実施形態に係るコイルサンプル採取装置の概略構成を説明する図であり、切断したサンプリング対象部位を台車により搬出する状態を示す図である。 一実施形態に係るコイルサンプル採取装置の概略構成を説明する図であり、台車により搬出されたサンプリング対象部位をジブクレーンにより取り出す状態を示す図である。 従来のコイルサンプル採取装置の概略を説明する図である。

以下、図１から図８を参照して、本発明の一実施形態に係るコイルサンプル採取装置について説明する。
図１は、一実施形態に係るコイルサンプル採取装置の概略構成を示す図であり、符号１はコイルサンプル採取装置を、符号Ｗは金属コイル、符号３０はオープニング機構を示している。また、図２は、コイルサンプル採取装置１の概略構成を、図３は、オープニング機構３０の要部を示している。

コイルサンプル採取装置１は、図１、図２に示すように、例えば、クレイドル機構１０と、コイル押え機構２０と、オープニング機構３０と、ガス切断機構４０と、取出機構５０と、ジブクレーン６０とを備え、金属コイルＷをオープニングして試験サンプルＳを採取するようになっている。
なお、この実施形態において、金属コイルＷは、例えば、１．２（ｍｍ）〜２５．４（ｍｍ）の薄板鋼板を、コイル外径Ｄ約１０００（ｍｍ）〜２６００（ｍｍ）に巻回されている。

クレイドル機構１０は、例えば、基台１１と、ピローブロック１２と、一対のクレイドルロール（回転支持機構）１５とを備え、一対のクレイドルロール１５は、それぞれの端部がピローブロック１２により回転可能に支持されており、金属コイルＷは、図示しない駆動部により回転するように構成されている。また、ピローブロック１２は、基台１１の上部に配置されている。

コイル押え機構２０は、床面から立設された基部２１と、基部２１に対してクレイドルロール１５の回動軸と平行に回動可能に支持されたアーム部２２と、アーム部２２の先端部近傍に回転自在に支持されたコイル押えロール２３とを備え、クレイドル機構１０に載置された金属コイルＷに対して、図示しない駆動部により、アーム部２２を回動させて、コイル押えロール２３を、金属コイルＷの外周に当接して、金属コイルＷを外周から押圧するようになっている。
なお、クレイドルロール１５とオープニング刃体３５の間に、コイル押え機構２０が配置されている場合は、曲がり梁の梁角度θは、コイル押えロール２３による押圧部分から起算する。

オープニング機構３０は、図２に示すように、例えば、オープニング機構基台３１と、ピローブロック３２と、回動軸３３と、オープニング刃体支持部材３４と、オープニング刃体３５と、補強部材３８と、油圧シリンダ３９とを備えており、オープニング機構基台３１の上部に配置されたピローブロック３２に、回動軸３３が回転自在に配置されている。

オープニング刃体支持部材３４は、左右一対に形成された略三角形状の板部材から構成され、一つの頂点の近傍に、左右にわたって、回動軸３３に取付けられている。
なお、この実施形態において、オープニング刃体支持部材３４は、回動軸３３、油圧シリンダ３９、回動軸３３と油圧シリンダ３９とを連結するレバー３４Ａとともに、回動機構を構成しており、また、オープニング刃体支持部材３４は、図示しない駆動部により、回動軸３３の軸線Ｏ１を中心として、矢印Ｔ１及び矢印Ｔ２方向に回動するように構成されている。

また、オープニング機構３０は、図３に示すように、一対のクレイドルロール１５に対して寸法Ｈだけ上下方向にオフセットされ、一対のクレイドルロール１５の中心（金属コイルＷの中心ＯＷ）に対して寸法Ｌだけ水平方向にオフセットされているものの、金属コイルＷがなす円軌跡Ｃ１と、オープニング刃体３５の先端３７Ａ回動された場合に形成する円軌跡Ｃ２は、常に直交するように構成されている。

また、一対のクレイドルロール１５に載置された金属コイルＷを外周側から押圧するように構成されており、コイル押えロール２３を使用しない場合、オープニングされた金属コイルＷは、例えば、右側のクレイドルロール１５を起点とする反時計回りに梁角度θの有する曲がり梁（不図示）を形成することが可能とされている。なお、図３に示す符号Θは、例えば、Ｘ軸線上に荷重作用点がある場合に、曲がり梁に曲げモーメントを発生させる場合の梁角度を示している。

また、オープニング刃体支持部材３４は、図４、図５に示すように、互いに対向する側の面に、上方が開口する凹部３４Ｂを有しており、この凹部３４Ｂにオープニング刃体３５を上方から差し込んで収納し、凹部３４Ｂに形成されたねじ孔３４Ｃを介して、ボルト３４Ｄによりオープニング刃体３５を固定することにより、オープニング刃体３５を支持するようになっている。
オープニング刃体支持部材３４は、回動軸３３、オープニング刃体３５及び補強部材３８により左右間を連結されている。

オープニング刃体３５は、図４、図５に示すように、刃体取付部材３６と、オープニング刃本体３７と、耐熱鋼板からなる保護部材３６Ｅ、保護部材３６Ｆとを備えていて、保護部材３６Ｅ、保護部材３６Ｆは、金属コイルＷとは反対側の面３６Ａに取付けられていて、オープニング刃本体３７を、金属コイルＷから試験サンプルＳをガス切断する際の炎から保護するようになっている。

また、刃体取付部材３６は、幅方向両側端の先端係合部３６Ｂが、凹部３４Ｂに挿入可能とされており、例えば、ボルト等により、オープニング刃体支持部材３４に取付け可能とされている。
オープニング刃本体３７は、金属コイルＷの先端を口開きするための刃先３７Ａが形成されている。

ガス切断機構４０は、ガス切断機構基台４１と、横行ベース４２と、横行駆動部４３と、ガストーチ４４とを備え、横行ベース４２はガス切断機構基台４１上部に設けられていて、横行ベース４２上を、横行駆動部４３がガストーチ４４とともに横行するように構成されている。

取出機構５０は、床面に形成された浅い凹部に設置されたレール５１と、レール５１の上に載置される取出台車５２とを備えており、金属コイルＷを切断して切り出された試験サンプルＳを、取出台車５２で搬出して、床面に近い高さで受けることが可能とされている。

ジブクレーン６０は、床面に鉛直に立設された支柱の上に、水平方向に回動可能に支持されたクレーンアームを備えており、取出台車５２により搬出された試験サンプルＳを、コイルサンプル採取装置１の外部に搬出可能とされている。

以下、図６、図７を参照して、本発明に係るオープニング刃体３５の寸法設定について説明する。
図６は、オープニング刃体３５の構成を概念的に説明する図であり、（Ａ）はオープニングしている部分の要部を、（Ｂ）は全体の概略構成を説明する図であり、図７は、オープニング刃体３５によって金属コイルＷに生じる曲げモーメントを一例を説明する図である。

ここで、オープニング刃体３５の形状は、図６（Ａ）に示すように、金属コイルをオープニングする際の曲がり梁の梁角度θにおいてオープニング刃体３５の外形形状を特定する金属コイルＷの径方向寸法からオープニング刃体３５の先端部が位置される金属コイルＷの径方向寸法を引いて算出される寸法差Ｕ（以下、寸法差Ｕという場合がある）により定義することができる。
また、オープニング刃体３５の裏側（外周側）が、例えば、オープニングにより外周側に位置された鋼板（金属コイルＷ）と接触することによって、外周側に位置された金属コイルＷに荷重作用点Ｐが形成される。なお、便宜のため、図６（Ａ）に示すように、荷重作用点ＰをＸ軸上に形成している。

また、薄板鋼板の場合には、例えば、コイル半径ｒ（＝Ｄ／２）とすると、金属コイルＷをオープニングして外側に位置される鋼板が形成する曲がり梁ＷＢの曲率半径に基づいた荷重作用点（作用点）Ｐにおける梁半径Ｒは、例えば、Ｒ＝（コイル半径ｒ＋（荷重作用点Ｐにおけるオープニング刃体３５の寸法差Ｕ（Θ）−（ｔ／２））（ｔ：金属コイルＷの板厚）で表される。ここで、寸法差Ｕ（Θ）は、曲がり梁ＷＢの作用点Ｐの梁角度Θにおける寸法差Ｕを示している。

そこで、荷重作用点Ｐにおけるオープニング刃体３５の寸法差Ｕ（Θ）を、金属コイルＷに塑性変形が生じる限界のモーメントＭが発生する場合の荷重作用点Ｐにおける限界開き量（径方向許容寸法Ｋ）とし、オープニング刃体３５の寸法差Ｕ（Θ）が径方向許容寸法Ｋ以下となるように、オープニング刃体３５の形状を設定した。

すなわち、図６（Ａ）にハッチングを施して示したように、オープニング刃体３５の寸法差Ｕ（Θ）を径方向許容寸法Ｋとして、オープニング刃体３５が、荷重作用点Ｐが径方向許容寸法Ｋとされた曲がり梁ＷＢの内周側領域に収容される場合には、曲がり梁ＷＢに限界のモーメントＭが発生することが抑制される。なお、好適には、曲がり梁ＷＢの梁形状に沿うことが好適であり、そのためには、オープニング刃体３５の形状を、梁角度θにおける寸法差Ｕがオープニング刃体３５の先端側が径方向内方に漸次変位するように設定することが好適である。

その結果、例えば、コイル半径ｒ＝１２００（ｍｍ）では、オープニング刃体３５の寸法差Ｕ（Θ）を、径方向許容寸法Ｋ（＝２８９．７ｍｍ）以下とすることが好適である。
また、オープニング刃体３５の寸法差Ｕ（Θ）を２８９．７ｍｍと設定した場合には、コイル半径ｒが１２００（ｍｍ）より大きい金属コイルＷにも適用することができることとなる。

以下、図６（Ｂ）を参照して、径方向許容寸法Ｋの算出について説明する。
なお、ここで、例えば、
金属コイルＷの外径Ｄ（＝２×金属コイルＷの半径ｒ）：１０００〜２６００（ｍｍ）
板厚ｔ：１．２〜２５．４（ｍｍ）
板幅ｂ：６００〜２１８０（ｍｍ）
降伏強さＹｐ：２４．０（ｋｇｆ／ｍｍ^２）
曲がり梁半径Ｒ：６００〜１２００（ｍｍ）
ヤング率Ｅ：２１０００（ｋｇｆ／ｍｍ^２）
断面二次モーメントＩ：（４ ｂｔ^３／１２）（ｍｍ^４）
断面係数Ｚ：（ｂｔ^２／６）（ｍｍ^３）
であり、コイル半径ｒが１２００（ｍｍ）である場合には、径方向許容寸法Ｋは２８９．７ｍｍである。

オープニング刃体３５の径方向許容寸法Ｋの設定は、以下に示すように、曲がり梁ＷＢをモデル化して、金属コイルＷの外周に発生する曲げモーメント及び応力を算出することにより求めた。
曲がり梁ＷＢは、例えば、図７に示すように、金属コイルＷの中心周りに、荷重作用点Ｐから基端側に向かってα＝９０°（＝π／２）の位置において、最大曲げモーメントが作用して座屈が発生する。

荷重作用点Ｐにおける半径方向外方に作用する荷重Ｆ（ｋｇｆ）と、図６（Ｂ）において右側に示すクレードルロール１５が金属コイルＷを外周側から押圧してクレイドルロール１５が曲がり梁の基端とする場合に、曲がり梁ＷＢにおいてクレイドルロール１５から梁角度θに位置される座標を、荷重作用点Ｐを起点として基端側に向かって角度αに位置される曲がり梁ＷＢ上の座標Ｗα＝（Ｘα、Ｙα）は、
（Ｘα、Ｙα）＝（Ｒｃｏｓα、 Ｒｓｉｎα ）
で表わされる。
（Ｘα、Ｙα）における曲げモーメントMは、
Ｍ＝ Ｆ×Ｒ×ｓｉｎα
で表わされるので、
（Ｘα、Ｙα）における半径方向変位u、円周方向変位vは、下記（５）式、（６）式で示される数式となる。

となる。但し（ｘ１、ｙ１）は、Ｘ軸上に形成された荷重作用点Ｐの座標（Ｒ、０）である。

次に、（ｘ１,ｙ１）＝（Ｒ、０）を代入して、（５）式、（６）式を展開すると、半径方向変位ｕ及び円周方向変位ｖは、下記（７）式、（８）式となる。ここで、便宜上、荷重作用点Ｐの座標は（Ｒ、０）とした。
ここで、θは梁角度であり、図６（Ｂ）に示すように、金属コイルＷにオープニング刃体３５が挿入されて、オープニング刃体３５の先端部３７Ａから金属コイルＷがオープニングされて曲がり梁ＷＢが形成される場合に、金属コイルＷを中心とする曲がり梁ＷＢにおいて、金属コイルＷのもっとも近くに位置される支持点からの角度をいう。

で表わされる。

次いで、金属コイルＷが塑性変形しはじめる限界の曲げモーメントＭを算出する。
限界の曲げモーメントＭは、材料の降伏応力Ｙｐと断面係数Ｚを用いて、
限界の曲げモーメントＭ＝ Ｙｐ×Ｚ・・・（９）式
で表される。

また、曲がり梁ＷＢにおいて曲げモーメントが最大となるのは、塑性変形箇所は荷重作用点Ｐから９０°、２７０°の位置であるので、
限界の曲げモーメントＭ＝Ｙｐ×Ｚ＝Ｆ×Ｒ×ｓｉｎ９０°＝Ｆ×Ｒ×ｓｉｎ（π／２）
となる。Ｙｐ、Ｚ、Ｒは、定数である。
よって、
Ｆ＝（（Ｙｐ×Ｚ）／（Ｒ×ｓｉｎ９０°）） ・・・（１０）式
が導かれる。
ここで、θ＝２７０°の位置では荷重Ｆの符号は−となり、逆方向に折れ曲がるのでθ＝９０°である。

上記計算式より、金属コイルＷにおいて塑性変形が発生する際の荷重作用点Ｐにおいて半径方向外方に作用する荷重Ｆが算出される。
上記（１０）式で得られた荷重Ｆを、上記（７）式、（８）式に代入することで、限界開き量、すなわち径方向許容寸法Ｋを算出することが可能となる。
梁角度θは０〜３６０°の範囲であり、算出した限界開き量を形成する空間領域が、試験サンプルＳを採取するための切断予定部と金属コイルＷの外周面に挿入することが可能なオープニング刃体３５の最大形状を構成することとなる。

したがって、金属コイルＷをオープニングする際の曲がり梁の梁角度θにおけるオープニング刃体３５の外形形状の金属コイルＷの径方向寸法からオープニング刃体３５の先端部の径方向寸法を引いて算出される寸法差をＵとしたときに、梁角度Θの作用点Ｐにおけるオープニング刃体３５の寸法差Ｕ（Θ）と、（１１）式により示される数式を満足する荷重作用点Ｐにおける金属コイルＷの径方向許容寸法Ｋとが、下記（１２）式を満足するようにオープニング刃体３５を挿入することにより、オープニング刃体３５の外周側に位置される金属コイルＷに径方向外方の変位が生じるのを抑制することができる。
Ｋ＝（（Ｆ・Ｒ^３／（Ｅ・Ｉ））・（（０．５）・Θ））−（０．５）・（ｓｉｎΘ）・（ｃｏｓΘ）・・・（１１）式
Ｕ（Θ） ≦ Ｋ ・・・（１２）式
ここで、
Ｆ：オープニング刃体３５により外周側の金属コイルＷに作用する荷重（ｋｇｆ）
Ｒ：外周側の金属コイルＷにより形成される曲がり梁ＷＢの梁半径（ｍｍ）
Ｅ：金属コイルＷのヤング率（ｋｇｆ／ｍｍ^２）
Ｉ：金属コイルＷの断面二次モーメント（ｍｍ^４）
Θ：オープニング刃体３５挿入により形成される荷重作用点Ｐまでの曲がり梁ＷＢの梁角度（ｒａｄ）
である。

次に、図８Ａ〜図８Ｅを参照して、コイルサンプル採取装置１の作用について説明する。
（１）まず、図８Ａに示すように、金属コイルＷを、クレイドル機構１０のクレイドルロール１５に載置する。
そして、オープニング機構３０を矢印Ｔ１方向に回動して、オープニング刃体３５を金属コイルＷ側に移動させるとともに、オープニング刃体３５の先端部３５Ａを金属コイルＷの先端部Ｗｔに位置させる。
（２）次に、図８Ｂに示すように、図示しない駆動部により金属コイルＷを矢印Ｓ１方向に回動させる。金属コイルＷを矢印Ｓ１方向に回動させることにより、オープニング刃体３５の先端部３５Ａにより金属コイルＷの先端部Ｗｔが口開きし、金属コイルＷのオープニングが開始される。
（３）次いで、図８Ｃに示すように、オープニング刃体３５が金属コイルＷに挿入されて、金属コイルＷが所定の長さまでオープニングされたら、ガス切断機構４０のガストーチ４４が横行して、金属コイルＷを所定位置で切断する。
（４）次に、図８Ｄに示すように、ガス切断機構４０により切断された試験サンプルＳは、取出台車５２により落下し、取出台車５２に載置された状態で矢印Ｖ１方向に移動されて取り出される。
（５）次いで、図８Ｅに示すように、取出台車５２により取り出された試験サンプルＳは、例えば、ジブクレーン６０を用いて取出台車５２から上方に移動されるとともに矢印Ｖ２方向に移動されて、試験サンプルバケット６２に搬入される。

一実施形態に係るコイルサンプル採取装置１によれば、金属コイルＷをオープニングする場合に、オープニング刃体３５の外周側に位置される金属コイルＷを湾曲させて曲がり梁ＷＢのままの状態でオープニングすることができるので、金属コイルＷのオープニングされた外周側の部分に金属コイルＷの径方向外方の変位が生じるのを抑制することができる。
その結果、金属コイルＷのオープニングされた外周側部分に生じる変位を、容易に弾性変形内として、金属コイルＷに塑性変形が生じるのを抑制することができ、金属コイルに有害な口開きが発生するのを抑制することができる。

また、金属コイルＷが湾曲されたままで、試験サンプルＳが採取可能であるので、切断される部分が下方に伸延されるのが抑制されて、金属コイルＷから切断した試験サンプルＳを、床面上又は床面に形成した浅い溝の中に落下させることが可能となる。
その結果、コイルサンプル採取装置１を設置する際の設備投資コストを抑制することが可能となる。
また、試験サンプルＳを容易かつ効率的に回収することが可能となり、取扱いにおけるランニングコストを削減することができる。

また、コイルサンプル採取装置１によれば、クレイドルロール１５と平行に形成された軸線周りに回動可能とされた回動機構により、オープニング刃体３５を、金属コイルＷの外表面に対して所定範囲の角度を維持しながら移動させることが可能となり、金属コイルＷの先端からオープニング刃体３５を所定の角度で挿入するとともに、金属コイルＷの外径によって梁半径Ｒが影響されるのを抑制することができる。

また、コイルサンプル採取装置１によれば、オープニング刃体が保護部材により被覆されているので、ガス切断等によって、金属コイルからサンプルを採取する場合に、オープニング刃体が損傷するのが抑制され、効率的にサンプリングすることができる。

また、オープニング刃体３５が、金属コイルＷを内方から支持して、切断予定部を安定して切断することが可能であるので、ガス切断時のスパッタ、ノロ等の付着を抑制することができる。

なお、本発明は、上記一実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、コイルサンプル採取装置１が、刃体取付部材３６と、オープニング刃本体３７と、保護部材３６Ｅ、保護部材３６Ｆを有するオープニング機構３０を備える場合について説明したが、オープニング機構３０におけるオープニング刃体３５の材質、形状、位置、配置等は、本発明の趣旨の範囲内で任意に設定することができる。

また、上記実施の形態においては、オープニング刃体３５と外周側の金属コイルＷが形成する荷重作用点Ｐが、Ｘ軸線上に形成される場合について説明したが、荷重作用点Ｐを形成させる位置は任意に設定することができる。

また、上記実施の形態においては、コイルサンプル採取装置１を構成するオープニング機構３０が回動機構を備える場合について説明したが、回動機構に代えて、例えば、直交座標系によりオープニング刃体３５を移動するように構成してもよい。

また、上記実施の形態においては、コイルサンプル採取装置１が、金属コイルＷから試験サンプルＳを切断するためのガス切断機構４０を備える場合について説明したが、例えば、ガス切断機構４０に代えて、プラズマ切断装置、レーザ切断装置等を備える構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、オープニング刃体３５が、ガス切断機構４０が切断する際に、刃体取付部材３６及びオープニング刃本体３７を被覆して、ガストーチ４４の火炎から保護するための保護部材３６Ｅ、３６Ｆを備える場合について説明したが、保護部材３６Ｅ、３６Ｆを備えるかどうか、又は保護部材３６Ｅ、３６Ｆに代えて、例えば、溶射被膜等を設けるかどうかは、任意に設定することができる。

また、上記実施の形態においては、コイルサンプル採取装置１が、金属コイルＷを押圧するコイル押え機構２０と、ガス切断機構４０と、取出機構５０と、ジブクレーン６０を備える場合について説明したが、コイル押え機構２０、取出機構５０、ジブクレーン６０を備えるかどうか、又は、これらをどのような構成とするかは、任意に設定することができる。

また、上記実施の形態においては、金属コイルＷが、１．２（ｍｍ）〜２５．４（ｍｍ）の薄板鋼板がコイル外径１０００（ｍｍ）〜２６００（ｍｍ）に巻回されている場合について説明したが、薄板鋼板に代えて、例えば、銅やアルミニウム等、弾性変形域と塑性変形域を有する種々の金属に適用してもよく、金属板の幅、厚さ、コイル半径については任意に設定することができる。

この発明に係るコイルサンプル採取方法、コイルサンプル採取装置によれば、金属コイル製品から試験サンプルを採取する際に、オープニングされた端部に塑性変形が生じるのを抑制しつつ、効率的にコイルサンプルを採取することができるので産業上利用可能である。

Ｗ 金属コイル
ＷＢ 曲がり梁
Ｗｔ （金属コイルの）先端部
Ｓ 試験サンプル
１ コイルサンプル採取装置
１０ クレイドル機構
２０ コイル押え機構
３０ オープニング機構
４０ ガス切断機構
５０ 取出機構
６０ ジブクレーン

Claims (10)

1. 金属コイルから、試験サンプルを採取するためのコイルサンプル採取方法であって、
   前記金属コイルをクレイドルロールに載置し、
   前記金属コイルの外周先端にオープニング刃体の先端部を位置させて、
   前記金属コイルの先端部から前記オープニング刃体を挿入して、前記金属コイルが前記オープニング刃体の外周側と内周側に口開きされる方向に回動させながらオープニングする場合に、
   前記金属コイルをオープニングする際の曲がり梁における支持点からの角度を梁角度θとし、前記梁角度θにおける前記オープニング刃体の外形形状の前記金属コイルの径方向寸法から前記オープニング刃体の先端部の前記金属コイルの径方向寸法を引いて算出される寸法差を梁角度θにおける寸法差Ｕとしたときに、外周側の金属コイルが前記オープニング刃体と接触して作用点が形成される梁角度Θにおける寸法差Ｕ（Θ）と、
   下記（１）式により示される数式を満足する前記荷重作用点における前記金属コイルの径方向許容寸法Ｋとが、
   下記（２）式を満足するように前記金属コイルに前記オープニング刃体を挿入させるとともに、前記曲がり梁の内周側領域に外形形状を収容させることを特徴とするコイルサンプル採取方法。
   Ｋ＝（（Ｆ・Ｒ^３／（Ｅ・Ｉ））・（（０．５）・Θ））−（０．５）・（ｓｉｎΘ）・（ｃｏｓΘ）・・・（１）式
   Ｕ（Θ） ≦ Ｋ ・・・（２）式
   ここで、
   Ｆ：オープニング刃体により前記外周側の金属コイルに作用する荷重（ｋｇｆ）
   Ｒ：外周側の金属コイルにより形成される曲がり梁の梁半径（ｍｍ）
   Ｅ：金属コイルのヤング率（ｋｇｆ／ｍｍ^２）
   Ｉ：金属コイルの断面二次モーメント（ｍｍ^４）
   Θ：オープニング刃体挿入により形成される荷重作用点までの曲がり梁の梁角度（ｒａｄ）
2. 請求項１に記載のコイルサンプル採取方法であって、
   前記クレイドルロールと前記オープニング刃体の間に、前記金属コイルを押圧するコイル押え機構が用いられる場合に、
   前記作用点までの曲がり梁の梁角度Θを、前記コイル押え機構による押圧部分から起算することを特徴とするコイルサンプル採取方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のコイルサンプル採取方法であって、
   前記オープニング刃体を、前記クレイドルロールと平行な軸線周りに回動する回動機構によって、前記金属コイルの外表面に向かって移動させることを特徴とするコイルサンプル採取方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコイルサンプル採取方法であって、
   前記オープニング刃体を保護部材で被覆して、ガス切断、レーザ切断、プラズマ切断のいずれかにより切断することを特徴とするコイルサンプル採取方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコイルサンプル採取方法であって、
   前記試験サンプルを下方に落下させて回収することを特徴とするコイルサンプル採取方法。
6. 金属コイルから、試験サンプルを採取するためのコイルサンプル採取装置であって、
   前記金属コイルを回動可能に支持するクレイドルロールを有するクレイドル機構と、
   前記金属コイルの先端部が口開きする方向に回動する駆動部と、
   前記金属コイルの先端部から挿入するオープニング刃体と、
   を、備え、
   前記金属コイルをオープニングする際の曲がり梁における支持点からの角度を梁角度θとし、前記梁角度θにおける前記オープニング刃体の外形形状の前記金属コイルの径方向寸法から前記オープニング刃体の先端部の前記金属コイルの径方向寸法を引いて算出される寸法差を梁角度θにおける寸法差Ｕとしたときに、
   前記オープニング刃体は、
   外周側の金属コイルが前記オープニング刃体と接触して作用点が形成される梁角度Θにおける寸法差Ｕ（Θ）と、
   下記（３）式により示される数式を満足する前記作用点における前記金属コイルの径方向許容寸法Ｋとが、
   下記（４）式を満足するとともに、前記先端部から前記作用点と対応する位置までの前記外形形状が前記曲がり梁の内周側領域に収容されるように形成されていることを特徴とするコイルサンプル採取装置。
   Ｋ＝（（Ｆ・Ｒ^３／（Ｅ・Ｉ））・（（０．５）・Θ））−（０．５）・（ｓｉｎΘ）・（ｃｏｓΘ）・・・（３）式
   Ｕ（Θ） ≦ Ｋ ・・・（４）式
   ここで、
   Ｆ：オープニング刃体により前記外周側の金属コイルに作用する荷重（ｋｇｆ）
   Ｒ：外周側の金属コイルにより形成される曲がり梁の梁半径（ｍｍ）
   Ｅ：金属コイルのヤング率（ｋｇｆ／ｍｍ^２）
   Ｉ：金属コイルの断面二次モーメント（ｍｍ^４）
   Θ：オープニング刃体挿入により形成される荷重作用点までの曲がり梁の梁角度（ｒａｄ）
7. 請求項６に記載のコイルサンプル採取装置であって、
   前記クレイドルロールと前記オープニング刃体の間において、前記金属コイルを押圧するコイル押え機構を備える場合に、
   前記作用点までの曲がり梁の梁角度Θを前記コイル押え機構による押圧部分から起算することを特徴とするコイルサンプル採取装置。
8. 請求項６又は請求項７に記載のコイルサンプル採取装置であって、
   前記オープニング刃体を、前記クレイドルロールと平行な軸線周りに回動して、前記金属コイルに対して移動する回動機構を備えることを特徴とするコイルサンプル採取装置。
9. 請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のコイルサンプル採取装置であって、
   前記オープニング刃体を被覆する保護部材を備えることを特徴とするコイルサンプル採取装置。
10. 請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のコイルサンプル採取装置であって、
    前記試験サンプルを下方に落下させることを特徴とするコイルサンプル採取装置。

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