特開 2022-88074 金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022088074

(43)【公開日】2022-06-14

(54)【発明の名称】金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 7/10 20060101AFI20220607BHJP

   B23K 10/00 20060101ALI20220607BHJP

   B23K 26/38 20140101ALI20220607BHJP

   B23K 37/04 20060101ALI20220607BHJP

【ＦＩ】

B23K7/10 Z

B23K10/00 501A

B23K26/38 A

B23K37/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020200316

(22)【出願日】2020-12-02

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100184859

【弁理士】

【氏名又は名称】磯村 哲朗

(74)【代理人】

【識別番号】100123386

【弁理士】

【氏名又は名称】熊坂 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100196667

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100130834

【弁理士】

【氏名又は名称】森 和弘

(72)【発明者】

【氏名】石田 匡平

(72)【発明者】

【氏名】徳元 勇太

(72)【発明者】

【氏名】山下 浩二

【テーマコード（参考）】

4E001

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E001AA01

4E001BA04

4E001QA10

4E168AD07

4E168HA00

(57)【要約】

【課題】
金属材の自動切断の効率を高めることができる、金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法を提供する。
【解決手段】
金属材の切断位置を浮かせて前記金属材を支持する支持部材と、前記金属材を切断する切断機と、前記金属材を加振するアクチュエータとを有するように、金属材の切断装置を構成する。前記アクチュエータの加振力の波形が、前記金属材の１次振動モードを励起する周波数成分を含むようにすると好ましい。前記金属材が軟磁性材料である場合は、前記アクチュエータとして電磁石を用いると好ましい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属材の切断位置を浮かせて前記金属材を支持する支持部材と、
前記金属材を切断する切断機と、
前記金属材を加振するアクチュエータと
を有する金属材の切断装置。

【請求項2】

前記切断機は、ガス切断機、プラズマ切断機、レーザー切断機のいずれかである、請求項１に記載の金属材の切断装置。

【請求項3】

前記支持部材は、互いに離れた位置で前記金属材を支持する第一の支持部材と第二の支持部材とを備え、
前記切断位置は、前記第一の支持部材と前記第二の支持部材との間の区間よりも外側に設定され、
前記アクチュエータは、前記第一の支持部材と前記第二の支持部材との間の前記金属体の下方に配置されている、請求項１又は２に記載の金属材の切断装置。

【請求項4】

前記アクチュエータの加振力の波形が、前記金属材の１次振動モードを励起する周波数成分を含む、請求項３に記載の金属材の切断装置。

【請求項5】

前記金属材は軟磁性材料であり、前記アクチュエータは電磁石である、請求項１～４のいずれか一項に記載の金属材の切断装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載の金属材の切断装置を用いて、前記金属材を切断し、さらに前記金属材を加振することにより前記金属材の切片の落下を促進し、該切片を母材から分離させる、金属材の切断方法。

【請求項7】

複数の前記金属材を近接させて並べ、該金属材の各々の前記切断位置を切断する、請求項６に記載の金属材の切断方法。

【請求項8】

前記金属材の切断中に、前記金属材の加振を開始する、請求項６又は７に記載の金属材の切断方法。

【請求項9】

請求項６～８のいずれか一項に記載の金属材の切断方法を用いて、前記金属材を切断し、該金属材の切片を母材から分離させて、金属成形材を製造する、金属成形材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼材等の金属材の切断方法として、ガス切断、プラズマ切断、レーザー切断等の熱切断や、ノコ等を用いた機械式切断等が知られている。例えば、特許文献１には、並べられた複数の鋼片（金属材）を、切断火口（切断機）によって自動でガス切断する切断システムが開示されている。

【0003】

特許文献１に開示されるように、近年では、金属材の切断作業の効率を上げるため、切断作業の機械化やロボット化が進められている。金属材の自動切断では、並べられた金属材に沿って切断機を移動させながら、または、切断機に対して金属材を移動させながら、切断機により金属材を切断する。ここで、金属材から切断された切片が自重で落下することにより母材から分離されることを前提として、切断システムが設計されることが多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１３６７１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような金属材の切断システムでは、金属材から切断された切片が重力方向に落下して母材から分離されることにより、切断作業が完了する。しかし、金属材から切断された切片が母材等に引っ掛かり、うまく落下しないことがあり、金属材の切断作業を機械化、ロボット化しても、自動切断の効率が十分に高められていなかった。

【0006】

特にガス切断では、金属材を溶融させながら切断するため、切断直後の切断面付近には、ノロやスラグと呼ばれる溶融金属が付着している。このため、金属材から切断された切片が、何らかの原因により母材から離れずに接触した状態が継続すると、ノロやスラグによって、切断面において切片が母材に再溶着してしまう虞がある。

【0007】

例えば、金属材の自動切断の効率を高めるべく、複数の金属材を近接させて並べ、これらの金属材を順に切断していくことが行われる。この場合、金属材から切断された切片が、隣接する他の金属材との間で引っ掛かって落下が妨げられると、母材から離れずに接触した状態が継続することがある。あるいは、金属材の切断面が広い場合には、この切断面の切断が完了した頃には、切断開始部分においてノロにより切片が母材に再溶着してしまうことがある。

【0008】

このように、金属材から切断された切片が引っ掛かって落下が妨げられたり、金属材の切断面が広いこと等により、再溶着が発生したりすると、従来は、切断システムを一時停止させる必要があった。そして、ノロが完全に凝固する前に、作業者がバール等の治具を切断面に差し込んで切片を母材から分離させたり、切片を母材からたたき落としたりする作業が発生するため、金属材の切断作業を機械化、ロボット化しても、自動切断の効率が十分に高められていなかった。

【0009】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、金属材の自動切断の効率を高めることができる、金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］ 金属材の切断位置を浮かせて前記金属材を支持する支持部材と、前記金属材を切断する切断機と、前記金属材を加振するアクチュエータとを有する金属材の切断装置。
［２］ 前記切断機は、ガス切断機、プラズマ切断機、レーザー切断機のいずれかである、［１］に記載の金属材の切断装置。
［３］ 前記支持部材は、互いに離れた位置で前記金属材を支持する第一の支持部材と第二の支持部材とを備え、前記切断位置は、前記第一の支持部材と前記第二の支持部材との間の区間よりも外側に設定され、前記アクチュエータは、前記第一の支持部材と前記第二の支持部材との間の前記金属体の下方に配置されている、［１］又は［２］に記載の金属材の切断装置。
［４］ 前記アクチュエータの加振力の波形が、前記金属材の１次振動モードを励起する周波数成分を含む、［１］に記載の金属材の切断装置。
［５］ 前記金属材は軟磁性材料であり、前記アクチュエータは電磁石である、［１］～［４］のいずれかに記載の金属材の切断装置。
［６］ ［１］～［５］のいずれかに記載の金属材の切断装置を用いて、前記金属材を切断し、さらに前記金属材を加振することにより前記金属材の切片の落下を促進し、該切片を母材から分離させる、金属材の切断方法。
［７］ 複数の前記金属材を近接させて並べ、該金属材の各々の前記切断位置を順に切断する、［６］に記載の金属材の切断方法。
［８］ 前記金属材の切断中に、前記金属材の加振を開始する、［６］又は［７］に記載の金属材の切断方法。
［９］ ［６］～［８］のいずれかに記載の金属材の切断方法を用いて、前記金属材を切断し、該金属材の切片を母材から分離させて、金属成形材を製造する、金属成形材の製造方法。

【発明の効果】

【0011】

本発明の金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法によれば、金属材の切断位置を浮かせて支持部材により支持された金属材を、切断機で切断し、さらにアクチュエータで加振することにより、金属材の切片の落下が促進され、切片を母材から容易かつ確実に分離できる。よって、切片を母材から分離させる作業が発生しないので、金属材の自動切断の効率を高めることができる。そして、短時間で、切断面の性状に優れた金属成形材を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法の一例を示す側面図である。

【図2】図２は、本発明の金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法の一例の平面図である。

【図3】図３は、本発明の金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法の他の一例を示す側面図である。

【図4】図４は、本発明の金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法における、金属材の切断及び切片の落下の状況の一例を示す図である。

【図5】図５は、本発明の金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法における、金属材の加振及び切片の落下の状況の一例を示す図である。

【図6】図６は、本発明の金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法における、金属材の切断、金属材の加振及び切片の落下の状況の他の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法の実施形態について、具体的に説明する。
＜金属材の切断装置＞
本実施形態の金属材の切断装置１は、互いに隙間なく接するように、あるいは互いに近接するようにして配列された複数の金属材を順に切断して、金属成形材を製造する場合や、一つの金属材の端部を切断（耳切り）して金属成形材を製造する場合等に用いることができる。

【0014】

図１及び図２に、本実施形態の金属材の切断装置１を示す。また、図３に、本実施形態の変形例の金属材の切断装置２を示す。本実施形態では、切断対象とする金属材として、角形断面を有する長尺の鋼材Ｗを取り上げる。具体的には、鋼材Ｗを圧延する時の噛み込み確保等の目的で、図４～図６に示すように、長尺状の鋼材Ｗの端面の四辺側をガス切断機１３により面取りして角錐状に加工する例について説明する。

【0015】

本実施形態の金属材の切断装置１による鋼材Ｗの切断面は、鋼材Ｗの長さ方向と垂直な向きに限られず、図４～図６に示すように、鋼材Ｗの長さ方向に対して種々の方向に角度を付けた向きに切断する場合も含まれる。

【0016】

図１及び図２に示すように、本実施形態の金属材の切断装置１は、互いに平行に近接させて（例えば、３ｍｍ以下の間隔で）並べられた、複数の長尺の鋼材（金属材）Ｗの各々の切断位置Ｗｃを浮かせて、鋼材Ｗを支持する第一の支持部材１１及び第二の支持部材１２と、鋼材Ｗをガス切断する切断機１３と、鋼材Ｗを加振するアクチュエータ１４とを有している。第一の支持部材１１及び第二の支持部材１２としては、例えば、マンボウやスツール等と呼ばれる治具を使用でき、第一の支持部材１１及び第二の支持部材１２は、その上に鋼材Ｗが載置されることにより、鋼材Ｗを支持する。第一の支持部材１１及び第二の支持部材１２により、鋼材Ｗの切断位置Ｗｃを浮かせて鋼材Ｗを支持することで、鋼材Ｗから切断された切片を母材から分離するように落下させることができる。

【0017】

図１及び図２に示すように、本実施形態では、鋼材Ｗを支持する支持部材として、長尺の鋼材Ｗの両端に近い位置を、支持間隔Ｌが例えば１０ｍ程度となるように支持する、第一の支持部材１１と第二の支持部材１２とを備えている。つまり、鋼材Ｗは、第一の支持部材１１と第二の支持部材１２とにより、両端がはね出した両端支持梁状に支持される。鋼材Ｗの長さに対する支持間隔Ｌの比率が大きくなると、鋼材Ｗが自重により弓なりに湾曲して中央部が下がった状態になるが、この湾曲を抑えるべく、第一の支持部材１１と第二の支持部材１２の間に他の支持部材を追加して、支持部材の数を３以上に増やしても良い。

【0018】

図１及び図２に示すように、鋼材Ｗの切断位置Ｗｃは、第一の支持部材１１と第二の支持部材１２との間の区間よりも外側に設定されている。

【0019】

アクチュエータ１４は、第一の支持部材１１と第二の支持部材１２との間の、鋼材Ｗの下方に配置され、第一の支持部材１１および第二の支持部材１２による二つの支持点が振動の節となるように、鋼材Ｗを加振する。このように鋼材Ｗが加振されると、鋼材Ｗのうち第一の支持部材１１と第二の支持部材１２との間の区間よりも外側は、第一の支持部材１１と第二の支持部材１２との間の区間とは逆の位相で振動することとなる。

【0020】

図１及び図２に示すように、アクチュエータ１４を、第一の支持部材１１と第二の支持部材１２との間の中央位置付近に配置して、上記振動の腹となる位置を加振するようにすると、鋼材Ｗをより効果的に加振できるので好ましい。

【0021】

図２に示すように、本実施形態の金属材の切断装置１では、複数の長尺の鋼材Ｗの各々の下方に、アクチュエータ１４が一つずつ設けられている。

【0022】

ここで、鋼材Ｗの切断位置Ｗｃは必ず浮かせて支持部材で支持する必要があるが、図３に示す変形例の金属材の切断装置２のように、鋼材Ｗの切断位置Ｗｃと反対側の端部を床上に直接載置しても良い。このようにすることで、一つの支持部材１１と床とにより、互いに離れた２つの位置で鋼材Ｗを支持でき、支持部材の数を減らすことができる。

【0023】

鋼材Ｗの切断位置Ｗｃは、近接する支持部材（第一の支持部材１１）から、支持間隔Ｌに応じて所定距離以上（支持間隔Ｌが１０ｍ程度の場合は、所定距離として例えば５００ｍｍ以上）離れるようにすると、鋼材Ｗの中央部を加振することにより、図１及び図３に示すように、鋼材Ｗの切断位置Ｗｃも効果的に加振されるので、後述のふるい落し効果を得る上で好ましい。

【0024】

アクチュエータ１４の加振力の波形は、長尺の鋼材Ｗの１次振動モードを励起する周波数成分を含むように設定されていると好ましい。

【0025】

第一の支持部材１１と第二の支持部材１２の間の支持間隔をＬ（ｍ）とし、鋼材Ｗの断面積をＳ（ｍ^２）、鋼材Ｗの単位体積当たりの質量をρ（ｋｇ／ｍ^３）、鋼材Ｗの断面２次モーメントをＩ（ｍ^４）、鋼材Ｗのヤング率をＥ（Ｎ／ｍ^２）とすると、図１～図３に示すような鋼材Ｗの両端支持梁モデルの１次固有振動数ω_１（Ｈｚ）、２次固有振動数ω_２（Ｈｚ）、３次固有振動数ω_３（Ｈｚ）、…はそれぞれ、式（１）のように表される。

【0026】

【数1】

【0027】

鋼材Ｗの振動の振幅が大きいほど、鋼材Ｗから切断された切片のふるい落し効果も大きくなる。長尺の鋼材Ｗのような単純な形状では、低次の振動モードほど、振動の振幅が大きくなる。したがって、鋼材Ｗの１次固有振動数の周波数成分を含む波形を有する加振力をアクチュエータ１４から発生させ、鋼材Ｗに１次振動モードを励起させることが好ましい。

【0028】

具体的には、アクチュエータ１４の加振力の波形が、例えば鋼材Ｗの１次固有振動数の０．８倍～１．２倍の範囲の周波数成分を含むようにすると、鋼材Ｗが共振して、より少ない加振力で鋼材Ｗを大きく加振できる。

【0029】

また、２次以上の振動モードでも、鋼材Ｗの振動により切片のふるい落し効果が得られるので、切断対象とする金属材の種類、サイズ、形状等に応じて、アクチュエータ１４から発生させる加振力の周波数成分を選んでも良い。

【0030】

また、上記の振動モード以外の振動数であっても、少なからず鋼材Ｗを振動させることができ、鋼材Ｗから切断された切片のふるい落し効果は得られる。

【0031】

なお、鋼材Ｗは下面側のみ第一の支持部材１１と第二の支持部材１２で支持され、上面側は拘束されていない。このため、第一の支持部材１１と第二の支持部材１２との間に他の支持部材を追加して、支持部材の数を３以上に増やした場合であっても、鋼材Ｗは１次振動モードで振動する。よって、この場合は、第一の支持部材１１と第二の支持部材１２との間隔を支持間隔Ｌとして、式（１）により１次固有振動数ω_１（Ｈｚ）を求めることができる。

【0032】

鋼材Ｗに周期的な加振力を与えるアクチュエータ１４としては、例えば、電磁石、油圧シリンダ、空圧シリンダ等を使用できる。油圧シリンダや空圧シリンダを使用する場合は、第一の支持部材１１と第二の支持部材１２との間で、油圧シリンダまたは空圧シリンダのピストンロッドを周期的に上下させ、ピストンロッドの先端で鋼材Ｗの下面を押し上げることで、鋼材Ｗを加振させる。

【0033】

本実施形態では、鋼材Ｗは軟磁性材料であるので、図１～図３に示すように、アクチュエータ１４として電磁石を使用している。アクチュエータ１４には、信号発生器１５により発生され、増幅器１６で増幅された信号が入力され、これにより周期的に変化する磁力が発生し、この磁力により鋼材Ｗが加振される。

【0034】

電磁石により構成されるアクチュエータ１４の上面側がＮ極となる時とＳ極となる時の両方で、磁力により鋼材Ｗが引き付けられるので、アクチュエータ１４の加振力の波形の周波数は、信号発生器１５により発生された信号の周波数の２倍となる。つまり、アクチュエータ１４の加振力の波形が、鋼材Ｗの１次固有振動数の０．８倍～１．２倍の範囲の周波数成分を含むようにするには、信号発生器１５により発生される信号の周波数を、鋼材Ｗの１次固有振動数の０．４倍～０．６倍の範囲に設定すれば良い。

【0035】

このように、アクチュエータ１４として電磁石を用いることにより、油圧シリンダや空圧シリンダを用いる場合に比べて、鋼材Ｗに直接接触することなく離れたところから鋼材Ｗを加振でき、アクチュエータ１４により鋼材Ｗに疵がつくことを防止できる。

【0036】

また、アクチュエータ１４を鋼材Ｗの下方に設置して鋼材Ｗを加振することにより、鋼材Ｗを上下方向、すなわち鋼材Ｗから切断された切片の落下方向に振動させることができるため、鋼材Ｗを水平方向に振動させる場合よりも、鋼材Ｗから切断された切片の落下をより効果的に促進できる。

【0037】

本実施形態では、長尺状の鋼材Ｗの端面の四辺側をガス切断により面取りして角錐状に加工するため、まず図４に示すように、鋼材Ｗの端面の左右の辺側を面取りする。このとき、鋼材Ｗから切断された切片Ｗ１が、隣接する他の鋼材Ｗとの間で引っ掛かって落下が妨げられる場合がある。

【0038】

このとき、図５に示すように、アクチュエータ１４により鋼材Ｗを加振することにより、切片Ｗ１の落下が促進され、切片Ｗ１を母材Ｗ０から容易かつ確実に分離できる。

【0039】

さらに、図６に示すように、鋼材Ｗの端面の上の辺側を面取りするときは、鋼材Ｗから切断された切片Ｗ２が、自重により切断面に生じる摩擦力で、母材０上に引っ掛かって落下が妨げられる場合がある。この場合においても、アクチュエータ１４により鋼材Ｗを加振することにより、切片Ｗ２の落下が促進され、切片Ｗ２を母材Ｗ０から容易かつ確実に分離できる。
＜金属材の切断方法、金属成形材の製造方法＞
本実施形態の金属材の切断方法は、上述の金属材の切断装置１、２を用いて、鋼材Ｗを切断し、さらに鋼材Ｗを加振することにより鋼材Ｗの切片の落下を促進し、該切片を母材から分離させるものである。

【0040】

また、本実施形態の金属成形材の製造方法は、上記の金属材の切断方法を用いて、鋼材Ｗを切断し、鋼材Ｗの切片Ｗ１、Ｗ２を母材Ｗ０から分離させて、金属成形材を製造するものである。

【0041】

本実施形態の金属材の切断方法、金属成形材の製造方法は、具体的には、例えば次の手順で行われる。

【0042】

まず、第一の支持部材１１及び第二の支持部材１２の上に、複数の鋼材Ｗを、互いに平行に近接させて並べる。次に、切断機１３によって、鋼材Ｗの各々の切断位置Ｗｃを順に切断する。さらに、アクチュエータ１４によって鋼材Ｗを加振して、鋼材Ｗから切断された切片をふるい落とすことで、鋼材Ｗから金属成形材を製造する。

【0043】

アクチュエータ１４により鋼材Ｗの加振を開始するタイミングは、切断機１３による鋼材Ｗの切断開始前、切断中、切断終了後のいずれでも良い。ただし、切断開始前に鋼材Ｗを振動させると、切断位置Ｗｃがずれて、切断の精度が下がる場合がある。また、切断終了後に鋼材Ｗを振動させると、切断面のノロやスラグの凝固が始まってしまい、切片が母材に再溶着してしまう場合がある。

【0044】

これを防ぐため、鋼材Ｗの切断中、すなわち切断開始後から切断終了前までの間に、鋼材Ｗの加振を開始することが好ましく、特に、鋼材Ｗの切断終了直前に鋼材Ｗの加振を開始することが、さらに好ましい。このようにすると、切断開始前に鋼材Ｗの加振を開始する場合に比べて、加振によって切断位置Ｗｃがずれることを防止でき、切断終了後に加振を開始する場合と比べて、切片が母材に再溶着してしまうことを防止できる。

【0045】

本実施形態では、上述のとおり、複数の長尺の鋼材Ｗの各々の下方に、アクチュエータ１４が一つずつ設けられている。これにより、各アクチュエータ１４による加振タイミングをずらして、各鋼材Ｗの切断が行われるタイミングに合うように、先に切断が行われる鋼材Ｗの下方に配置されるアクチュエータ１４から順に（図２では上側のアクチュエータ１４から順に）加振を開始することで、各鋼材Ｗの切断終了直前に鋼材Ｗの加振を開始できる。

【0046】

このように、鋼材Ｗを加振して、鋼材Ｗから切断された切片の落下を促進させることで、切片を母材から確実かつ容易に分離でき、自動切断作業の効率を高めることができる。特に、本実施形態のように、複数の鋼材Ｗを互いに隙間なく接するように、あるいは互いに近接するようにして配列して、順に切断する場合には、切片が母材に再溶着しやすいので、本発明の効果が発揮される。

【0047】

以上、本発明の金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。

【0048】

例えば、上記実施形態では、二つの支持部材（第一の支持部材１１、第二の支持部材１２）によって両端部が支持された鋼材Ｗの下方にアクチュエータ１４を配置して、鋼材Ｗを上下方向に振動させている。これに代えて、例えば、一つのテーブル状の支持部材上に、鋼材を、切断位置をはみ出させることで浮かせて載置し、この支持部材を水平方向に振動させる構成としても良い。このような構成でも、支持部材上に載置された鋼材Ｗを水平方向に加振して、鋼材から切断された切片をふるい落とすことができる。

【0049】

また、上記実施形態では、鋼材Ｗをガス切断する例について説明したが、これに代えて、プラズマ切断機やレーザー切断機等による熱切断を行う場合も、切片の母材への再溶着が生じやすく、本発明の効果が発揮される。さらに、機械式切断を行う場合も、切断後の切片が隣接する他の鋼材との間で引っ掛かって落下が妨げられることがあり、本発明を適用することにより、鋼材から切断された切片をふるい落とすことができる。

【0050】

また、上記実施形態では、アクチュエータ１４が、第一の支持部材１１と第二の支持部材１２との間の中央位置付近の下方に配置される例について説明したが、アクチュエータ１４が配置される位置は、アクチュエータの加振力が鋼材に届く範囲であればどこでも良い。

【実施例0051】

本発明の金属材の切断装置及び金属材の切断方法、並びに金属成形材の製造方法に従って鋼材Ｗの切断試験を行い、本発明の効果を検証したので、その結果について説明する。

【0052】

切断対象とした鋼材Ｗは、長さ１２ｍ、１６０ｍｍ角の角型ビレット鋼（断面積Ｓ：２．５６×１０^－２ｍ^２、単位体積あたりの質量ρ：７８５０ｋｇ／ｍ^３、ヤング率Ｅ：２１１．４ＧＰａ）である。

【0053】

図１及び図２に示すように、第一の支持部材１１及び第二の支持部材１２上に、２０本の鋼材Ｗを、互いに平行に近接させて並べ、支持間隔Ｌを１０ｍとして支持させた。隣接する鋼材Ｗ間の隙間の大きさは、３ｍｍとなるようにした。鋼材の切断位置Ｗｃは、第一の支持部材１１による支持位置よりも５００ｍｍ外側に設定した。

【0054】

また、図３に示すように、鋼材Ｗの切断位置Ｗｃと反対側の端部を床上に直接載置する例についても、支持間隔Ｌを１０ｍとし、支持部材１１の高さを５００ｍｍとし、他は上記と同じ条件で、切断試験を行った。

【0055】

上述の鋼材Ｗの両端支持梁モデルの１次固有振動数ω_１は、上述の式（１）から、２３．４ｒａｄ／ｓ＝３．８Ｈｚと算出される。

【0056】

第一の支持部材１１と第二の支持部材１２との間の中央地点において、各鋼材Ｗの下方に、鋼材Ｗの下面との間隔が５０ｍｍとなるように、アクチュエータ１４を計２０個設置した。アクチュエータ１４としては、２００ターン、コア断面形状：１００ｍｍ×１００ｍｍ、巻き線径：２ｍｍの電磁石を使用した。

【0057】

切断機１３によるガス切断開始時は電磁石をＯＦＦのままとし、ガス切断の終了直前に電磁石をＯＮにして、鋼材Ｗの加振を開始した。信号発生器１５から増幅器１６を経て、３．８Ｈｚのｓｉｎ波を、最大電流値１０Ａで供給し、加振力として周期的に変化する磁力を発生させた。

【0058】

この結果、図１及び図２に示す例と、図３に示す例の両方において、鋼材Ｗの１次振動モードが励起されて鋼材Ｗが振動し、切断機１３による鋼材Ｗの切断終了後に、切片が母材に引っ掛かることなく落下した。これにより、作業者が切片を母材から分離させたり、切片を母材からたたき落としたりする作業が発生せず、鋼材の切断作業の完全な自動化を達成できることが確認された。

【符号の説明】

【0059】

１、２ 金属材の切断装置
１１ 第一の支持部材
１２ 第二の支持部材
１３ 切断機（ガス切断機）
１４ アクチュエータ（電磁石）
１５ 信号発生器
１６ 増幅器
Ｌ 支持間隔
Ｗ 金属材（鋼材）
Ｗｃ 切断位置
Ｗ０ 母材
Ｗ１、Ｗ２ 切片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】