JP3428322B2 - 金属板の接合方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数の金属板の接合
方法に係り、特に熱間圧延材を粗圧延機群及び仕上げ圧
延機群にて圧延を行うに際し、短時間で熱間圧延材の接
合を行い連続圧延を可能とする熱間圧延材の接合方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属板の熱間圧延設備で仕上げ圧延を連
続化して生産性の向上，品質の向上及び操業の自動化を
実現しようとする要望は極めて強い。その鍵となる技術
は、熱間圧延材(以下、バー材)の接合である。冷間圧延
材の場合は、圧延材厚さが薄いため、溶接等により十分
な強度を有する接合が可能であることから連続圧延が可
能になっているが、熱間圧延材の場合、厚さが厚く、ま
た圧延材の温度が低下する前に圧延を終了させなければ
ならないため、圧延速度(圧延材の送り速度)が冷間圧延
機に比べ速く、溶接での接合は困難である。

【０００３】従来、バー材の接合方法については、電熱
法，ガス加熱，溶削法及び摩擦法など数多くの方式が提
案されているが、いずれも接合に時間がかかりすぎると
いう欠点を有している。上述したように熱間圧延材の圧
延速度は速いため、接合機を走行式にした場合は、バー
材の接合が短時間に完了しないと接合機の走行距離が長
くなり実現困難となる。また接合機を固定型にした場合
は、バー材の厚みは通常２０〜５０mmと厚いため、この
バー材を蓄積するための巨大なルーパーが必要となる。
従来のバー材接合の場合、接合前準備，押圧によるダ
レ，バリ除去などを含めて最短でも２０〜３０秒を要し
ていた。熱間圧延材の接合時間の短縮のための技術とし
て特開平4−187386 号公報，特開平6−39405号公報に記
載された技術が知られている。

【０００４】これらの技術は、先行圧延材と後行圧延材
の端部を剪断すると同時に摺動させ、更に必要に応じて
圧延材同志を突き合わせることによって、熱間圧延材の
表面にある酸化皮膜を介在させずに新生面同志で直接接
触させ、強固な金属接合が得られるというものである。

【０００５】短時間で接合を完了させるという方法とし
ては、熱間圧延材の接合ではないが、例えばＨ６年度塑
性加工春季講演会予稿集４５５ページに記載のプッシュ
バックブランキング法がある。これは接合する材料同士
を重ね合わせ、ダイスとストリッパーで拘束し、パンチ
で押し込んで材料を接合する方法で、剪断による破断面
同士を瞬時に接合するため、高接合強度が得られる特徴
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、特開平
4−187386 号公報，特開平6−39405号公報に記載された
技術を種々厚さ，材質の熱間圧延材に適用した結果、圧
延材が炭素鋼，ステンレス鋼で、かつ厚い場合、接合強
度が不十分で、圧延中に接合部から破断することがある
ことを見い出した。圧延中の破断は圧延ロール表面を傷
つけると共に、ラインをすべて停止しなくてはならない
ため、非常に効率が悪い。

【０００７】また、プッシュバックブランキング法は、
パンチとダイスを用いた打ち抜き加工の応用であり、本
発明が対象としている金属板材、特に厚さが数十mmある
熱間圧延材の接合には適用できない。

【０００８】本発明の目的は、上記のような従来技術の
欠点を改善し、短時間で十分な接合強度が得られる金属
板、特に熱間圧延材の接合方法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
本発明の第１の発明によれば、複数の金属よりなる板材
同士を接合する接合装置において、前記金属板の接合予
定部を重ね合わせる機構と、該重ね合わせ部を前記金属
板の片側から支持するための少なくとも２つの支持台
と、前記重ね合わせ部を挟んで、前記支持台と対向する
位置に剪断刃とを備え、該剪断刃と前記支持台は前記重
ね合わせ部を間に挟み込むように相対的に移動する機構
を備えることを特徴とする接合装置が提供される。

【００１０】接合予定部を重ね合わせる機構は、例えば
油圧，空気圧，モータ等の動力により、接合予定の金属
板の一方を下から支える台を上下させることにより、上
記可動剪断刃付近で金属板を重ね合わせる機構や、金属
板を搬送するローラ台の高さが接合装置近傍で異なって
おり、接合予定の金属板が接近すると、必然的に金属板
同士が重なるような機構などが挙げられるが、どのよう
な方法であれ、前記可動剪断刃の近傍で、既に接合予定
の金属板が重なっていれば良い。

【００１１】重ね合わせ部を前記金属板の片側から支持
するとは、通常は板材にかかる重力方向、すなわち下側
から支えるが、板材が磁性体であれば電磁石等により上
側から支持することも可能であるし、金属板を地面に対
し垂直方向に立てて、その横側から支持することも可能
である。支持台とは、立方体形状の部材であっても良い
し、三角柱，円柱など金属板の重量及び可動剪断刃が押
し込まれた際にもその位置，形状が変動しないものであ
ればどのようなものであっても良い。

【００１２】上記構成によれば、短時間で十分な強度を
有する金属板の接合が可能になる。特に、それぞれの圧
延速度が異なる粗圧延機と仕上げ圧延機の間に位置する
圧延材（シートバーと称する）の接合に好適な接合装置
を提供することができる。

【００１３】第１の発明において、剪断刃の相対的動作
軌跡の延長線が前記支持台の１つと交叉することが好ま
しい。「動作軌跡の延長線が前記支持台の１つと交叉す
る」とは、例えば、直線的に動く可動剪断刃であれば、
その可動剪断刃を接合される金属板に押し込む方向にそ
のまま動かすと、支持台にぶつかるということである。
換言すれば、接合する金属板の一部が可動剪断刃と支持
台の間に挟まれ圧縮される部分があるということであ
る。可動剪断刃が曲線の軌跡を描いて動く場合は、その
曲線を延長していった線が支持台と交叉するように配置
する。このような配置にすることにより、接合される金
属板の一部が圧縮されながら、圧縮方向と直角方向に引
き延ばされるため、新生面同士が押し付け合わされるこ
とになり、接合強度を向上することができる。

【００１４】第１の発明において、剪断刃は、その動作
軌跡の延長線が支持台に交叉する側の下端部が、他の支
持台に近い側の下端部に比べて前記重ね合わせ部に近い
こと即ち重ね合わせ部に対し距離が近いことが好まし
い。例えば、接合する金属板の長手方向の横側からみた
剪断刃の断面形状が略扇形をしているような場合(図３)
である。

【００１５】このような構成により、接合する金属板の
曲げ角度が小さくなり、接合後の接合部の平坦化がやり
やすくなる。また、可動剪断刃の駆動力も小さくてす
む。

【００１６】第１の発明において、剪断刃が前記支持台
方向に直線的に移動し、かつ前記支持台と前記剪断刃
が、前記剪断刃の動作直線に平行な方向から見てオーバ
ーラップしている部分があることが好ましい。これは、
前記した「動作軌跡の延長線が前記支持台の１つと交叉
する」場合で、かつ可動剪断刃が直線的に動作する場合
を想定したものである。可動剪断刃が直線的に動作する
ので、接合装置の構成が簡単になるという効果がある。

【００１７】上記発明において、オーバーラップ部分が
前記金属板の長手方向に対して最大で０.１mm 以上，１
０mm以下もしくは接合する板厚の２０％以下であること
が好ましい。

【００１８】

【００１９】第１の発明において、剪断刃の動作ストロ
ークが前記金属板の上面に接触後、前記重ね合わせた金
属板の上面の板厚の５０％以上即ち１／２の厚さ以上
で、１５０％以下即ち下面の板厚の１／２の厚さを超え
ないことが好ましい。

【００２０】本発明においては、剪断刃あるいは支持台
を動作させることにより、金属板を変形させると共に、
切断しないで接合する。剪断刃の相対的動作ストローク
は上面の板厚の５０％以上即ち１／２の厚さ以上、１５
０％以下即ち下面の板厚の１／２を超えないことが好ま
しい。この構成により、接合強度が大きく、且つ接合に
要するエネルギーが小さくて済む接合機が提供できる。

【００２１】第１の発明において、接合装置がレール上
を移動できる機構を備えていても良い。粗圧延機と仕上
げ圧延機の間に設置する圧延材の接合機では、熱間圧延
材の送り速度に合わせて、接合機を移動させながら接合
を完了するように構成することにより、圧延材をたわま
せることによって送り速度を調整する、いわゆるルーパ
ーが不要になる。すなわち、連続圧延設備の構成が簡単
になる。

【００２２】第１の発明において、支持台が互いに連結
した凹形状であっても良い。この構成によって、装置の
構成が簡単になり、装置コストが低減される。

【００２３】第１の発明において、金属板が熱間圧延材
であることが好ましい。接合される金属板の温度は、あ
る程度高い方が金属板が容易に変形でき、接合に要する
エネルギーを小さくできる、接合強度を向上できる点で
好ましい。冷間圧延材の場合には接合前に加熱する必要
があるが、熱間圧延材を接合する場合は、加熱機構を不
要、または単純化できる。

【００２４】第１の発明において、剪断刃の板の長手方
向の横側からみた押し込む刃物の断面形状が、台形状の
多角形状であり、刃物の板との接触面積が連続的に変化
し、刃物が板に最初に接する部分の板に対する長手方向
の角度が略０度になっていても良い。

【００２５】この部分は直線でもよく、円弧上でも良
い。円弧状の場合には接線の角度が板と０度にすれば良
い。また刃物の板に最初に接触する部分の板に垂直方向
の角度は操業中の刃物寿命に影響するので、９０度以上
であることが望ましい。さらに、最終押し込み時剪断刃
の後端が板の重ね部に食い込む形状とすることが望まし
い。こうすることで下部の板の重ね部の剪断刃後端に対
応する部分が支持台の凹部に食い込み、大きな押し圧力
を発生することができる。

【００２６】支持台の凹部の形状が接合強度に及ぼす影
響も大きい。剪断刃の最初にシートバーに接触する部分
に対向する支持台の形状は、剪断刃の動作軌跡に沿った
形状でも良いが、動作軌跡の延長線上にクロスする形状
がさらに好ましい。例えば剪断刃の相対的動作軌跡がシ
ートバーに対して垂直に直線軌跡となるときは、垂直方
向でなく剪断刃の動作方向に傾いて斜めの形状となって
いること、すなわち剪断刃が始めに板材と接触する側の
支持台の上部のエッジ角度が９０度より小さいこと、凹
部の深くなるほど長手方向の間隔を大きくすることが好
ましい。こうすることで、剪断刃が材料に押し込まれた
際の重ねた材料の下部の材料の変形部を凹部が全面的に
セルフロックして支えることとなり、変形接合時により
大きな押し圧力の負荷が実現できる。また、剪断刃の最
後に材料に接触する部分に対応する支持台は前述した剪
断刃の押し込み最終時に下の板が食い込む形状となるよ
うにすることが望ましい。通常は剪断刃の動作軌跡に沿
った形状でよいが、剪断刃とラップする形状であること
が好ましい。

【００２７】次に剪断刃の動作条件について述べる。本
接合法においては、剪断刃の材料への押し込み速度は接
合強度に大きな影響を及ぼす。低速の場合、スケールの
分断が起こりにくく、母材とともに変形して接合後の接
合面中に広範囲で残存しやすくなり、接合面の清浄度確
保がされにくくなるため、高速のほうが望ましい。５mm
／ｓ以上が好ましく、５０mm／ｓ以上がさらに好まし
い。

【００２８】本発明の接合方法における接合面は、接合
開始時、すなわち剪断刃が材料に押し込まれる直前にお
いては、重ね面の一部であるのでシートバーの長手方向
であるが、剪断刃によって押し込まれて変形し、最終的
にはバーの板厚方向から角度をもった斜め方向となる。
この角度は剪断刃と支持台のラップ量，板への押し込み
ストロークなど接合条件によって変化するが、接合後の
圧延工程において影響を与える。板厚方向からの角度が
大きいほど、すなわち接合面が斜めになるほど圧延時の
接合部破断は防止でき、安定した操業が得られる。

【００２９】接合部の圧延挿入時の強度を確保する方法
の１つには、接合面積を大きくする方法がある。これに
は、剪断刃及び支持台のシートバーの上下方向からみた
断面形状、すなわち、シートバーの板幅方向の形状を波
形形状にすればよい。波形形状の凹凸を例えば角度９０
度の三角形状で形成した場合には直線の場合に比べ１.
４倍、角度６０度の三角形状で形成した場合には直線の
場合に比べ２倍、半円形状で形成した場合には直線の場
合に比べ１.５７倍、矩形形状で形成した場合には凹凸
の深さの総和の長さ分増加した接合面積を得ることがで
きる。この場合、接合部をシートバーの長手方向に短く
しようとすれば、凹凸の深さを小さくし、数を多くすれ
ば良い。

【００３０】シートバーは通常１０００mm以上の板幅を
持っているため、圧延すると特に後端部は板幅の中央部
の伸びが大きくなる。このため接合部は板幅の端の部分
が圧延したときに割れやすくなる。これを防止するため
に、板幅の両端部の接合面が、板幅中央の接合面よりシ
ートバーの進行方向に突き出ている接合面を形成するこ
とが望ましい。すなわち、板の長手方向の上または、下
側からみた剪断刃及び支持台の形状が、シートバーの進
行方向に対して両端部が突き出たＶ字状の形状となって
いることが好ましい。具体的形状としては、進行方向に
対して逆三角形，半円形，楕円形などを適宜選定すると
良い。このＶ字状の形状に前述した波形形状を重畳させ
れば、接合面積の増加効果も増し、さらに高信頼の安定
した操業が得られる。

【００３１】熱間圧延材の接合においては、バーの先端
と後端を接合してつなげ、後工程の仕上げ圧延をスムー
ズに行うことが目的であるので、重ねて接合したあとの
接合部以外の重ね部（以下クロップと称する）は排除す
る必要がある。排除の容易性は剪断刃，支持台の形状に
依存する。また、ラップ量，板への押し込みストローク
など接合条件、特に押し込みストローク量の影響が大き
い。

【００３２】前述したように、本接合方法における接合
面は板厚方向にある角度を持った形状となる。クロップ
は、切断される形となるが、押し込みストローク量によ
ってクロップと接合部との連結部が残る。クロップを分
断する方法としてはクロップを瞬間的に板の長さあるい
は幅方向に押すか、爪のようなものでこじあけるか、適
宜方法を選定すればよいが、分断しやすくするためには
連結残部は板厚方向で５mm以下であるように接合条件を
制御することが好ましい。この観点より、押し込みスト
ロークは少なくとも板厚以上、好ましくは、板厚の１.
２ 倍以上が良い。１.２ 倍以上であれば、連結残厚み
が小さくなると同時に接合部の塑性流動変形率も大きく
なるので接合強度も増加する。また、接合部分だけをデ
スケーリングし、接合部以外の重ね部のスケールをつけ
たままにしておくと、クロップ分断力は小さくなり好適
である。逆にクロップ分断性を高めるために、接合部分
以外の重ね面にセラミックス粉末などの不活性の材料を
接合前にあらかじめ塗布する方法をとっても良い。この
場合には、クロップ分断後接合バーの表面より、塗布し
た材料を除去する工程が必要となる場合がある。

【００３３】クロップ分断は板厚が異なった金属板の接
合、板幅が異なった材料の接合時に特に工夫を要する。
異なった板厚を接合する場合には、押し込みストローク
を厚い側の板厚に合わせて押し込みストロークを設定す
ると良い。薄い板のクロップはこうすることで、連結残
部がほとんどなくなり、接合時に切断された状態とな
る。接合する板厚を検知して、自動的にストロークを調
整できる制御システムがあれば、効率的である。また、
幅の異なる金属板の接合の場合には、重ね後接合までの
過程において幅をシャーにて切り揃える方法、剪断刃，
支持台を幅方向に分割し、幅のはみでた部分に当たる部
分については動作方向にあらかじめ板厚分押し込みスト
ロークを加えておく方法をとる必要がある。

【００３４】上述したように、本発明の接合方法は、金
属板表面のスケールを分断して新生面を出し清浄度を確
保しつつ接合を行うが、分断されたスケールは接合面に
分散して実質の接合面積を減少させる。接合強度を増大
し、接合の成功確率を向上して信頼性の高い操業性を確
保するためには、重ね合わせる前に金属板の表面をデス
ケーリングすることが望ましい。デスケーリングの方法
としては、回転カッターや、ブローチなどの機械的な切
削または研削，高圧水の噴射やアセチレンガスバーナー
の噴射など種々の手段がある。短時間で効率のよい手段
を選定して用いることが好ましい。ここで、デスケーリ
ングは必ずしも重ね面全面をする必要はない。前述した
ようにむしろ変形して接合面となる局所領域に限定して
デスケーリングを施すことが好ましい。具体的な数値と
しては長手方向に１０〜３０mmの領域にデスケーリング
を限定することが最も好ましい。

【００３５】本接合法は基本的に固相接合であり、塑性
流動変形を利用したものである。接合には、温度と清浄
度と押し圧力が重要である。前述したごとく、熱間圧延
材は、８００〜１０００℃の温度になっているが、安定
した接合強度を得るために、加熱機構または温度調節機
構を具備することが好ましい。温度を上げることで接合
強度の向上が図れる。また、温度調節すれば、常に一定
条件での接合が可能となり接合機の信頼性が向上する。

【００３６】また、本発明の第２の発明によれば、熱間
圧延設備において、金属板を巻取る中間コイラー，該中
間コイラーから出てくる金属板を平坦化するレベラー，
該レベラーから出てきた金属板を重ね合わせ接合する接
合機，接合時に生じたクロップを分断するクロップ処理
装置，金属板の表面を平滑にする仕上げミルからなり、
前記接合機が請求項１に記載の接合装置であることを特
徴とする熱間圧延設備が提供される。本発明の第１の発
明は上記のような構成の熱間圧延設備の接合機に適用す
ることにより、接合に要する時間が短いので、圧延設備
の全長を短くできる。ルーパーを省略できる。十分な接
合強度を得ることができるので、圧延中に接合部が破断
し、圧延ロール表面を傷つけることがない。などの効果
を得ることができる。

【００３７】本発明の第３の発明によれば、少なくとも
二枚の金属板を重ね合わせた後、該金属板の該重ね合わ
せ部分の少なくとも一部に該金属板の板厚方向に剪断力
を加え、該重ね合わせ部分の剪断面に、剪断面同士を互
いに押し付け合うような押圧力を発生させながら前記金
属板を接合することを特徴とする金属板の接合方法が提
供される。接合する金属板を長手方向に伸展させる方法
としては、単純には長手方向に引っ張り応力を加えれば
良いが、応力を加える作用点が離れ過ぎていると大きな
変形率が得られないため、なるべく作用点間の距離を短
くし、変形率を大きくするようにすることが好ましい。
長手方向とは厚さ方向に対する言葉として用いている。
すなわち、長手方向に平行に伸展している必要はなく、
伸びの方向が厚さ方向（被接合金属板の上下方向）にず
れていても良い。被接合金属板を同時に伸展させるとと
もに、その伸展部分を伸展方向に対してほぼ垂直方向に
押し付け合わせることにより、強固な接合ができる。変
形率が大きいほど接合面の清浄度が高くなり接合強度が
大きくなる。必要とされる接合強度の絶対値により変形
率の大きさを制御すれば良い。熱間圧延材の接合におい
ては、接合面の清浄度が重要である。本発明のように被
接合金属板を非常に大きな変形率を有するように伸展さ
せることにより、熱間圧延材の表面に形成されている酸
化物が分断され剥離し、清浄な新生面が現れる。この新
生面同志を互いに挟み込むように押し付け合うことによ
り強固な金属接合が得られる。生成した清浄面も、大気
中では短時間に酸化膜に被われてしまうため、金属板を
伸展させると同時に挟み込むように押し付け合う力をか
け密着させることによって、生成した新生面が大気に触
れないようにすることが最も望ましい。この被接合金属
の伸展のさせ方、伸展した部分を挟み込むように押し付
け合う力のかけ方により、具体的な接合方法に多くのバ
リエーションが存在する。以下に、本発明のバリエーシ
ョンを示す。

【００３８】二枚の金属板を重ね合わせた後、重ね合わ
せ部分の金属板を金属板の長手方向に移動しないように
拘束しながら、金属板の重ね合わせ部分の上下方向から
金属板の厚さ方向に対しほぼ平行に重ね合わせた部分の
すべての金属板の一部に同時に挟み込む圧力を加えるこ
とにより接合する方法。

【００３９】この場合、挟み込む圧力を加えられた重ね
合わせた金属板の一部は伸展しようとして金属板の長手
方向に移動する力が発生する。一方、金属板は長手方向
に移動しないように拘束されているため、金属板の長手
方向に平行な圧力が発生する。発生した金属板の長手方
向に平行な圧力が上記本発明の原理における伸展した部
分を挟み込むように押し付け合う力になる。つまり、金
属板の重ね合わせ部分を挟み込む圧力を加えるという一
動作により被接合金属板を伸展させると共に、伸展させ
た部分を挟み込む圧力を加えることが同時に達成でき
る。「金属板の重ね合わせ部分の上下方向から金属板の
厚さ方向に対しほぼ平行に重ね合わせた部分の金属板の
一部に挟み込む圧力」のかけ方としては、相対するプレ
ス機械のような物でも良いがこの場合は金属板の伸展の
程度をそれほど大きくできないので、好ましくははさみ
のように、互い違いに切断刃を相対させ、切断刃を接近
させることがよい。非常に弾性の大きなゴム製シートを
はさみで切る場合を想像すると良くわかる。はさみの切
断刃が接近してゴムを切ろうとしても、ゴムは弾性が高
いため、伸びるだけで、良く切れない。同様に、互い違
いの剪断刃により金属板の重ね合わせ部分の一部を上下
方向から押圧すると、金属板は塑性流動を起こし、変形
率の大きな伸展を起こす。どのような形状の剪断刃を用
いて金属板の重ね合わせ部分を挟み込み押圧するかは、
かけられる圧力の大きさ，要求される接合強度により調
整される。金属板の長手方向に移動しないように拘束す
る手段としては、最も単純にはクランプを用いて摩擦力
により機械的に拘束する方法があるが、拘束できさえす
れば、本発明の効果を奏するので、例えば電磁力を用い
たりすることもできる。

【００４０】上記構成の一般的な例として、「拘束する
手段が前記金属板を上下方向から挟み込む少なくとも二
対のクランプであり、かつ前記挟み込む圧力を加える手
段が前記金属板の降伏応力以上の圧力を加える前記金属
板を挟んで対向する一対の剪断刃である」ことになる。

【００４１】上記の一対の剪断刃は一方が固定刃，他方
が可動刃であり、前記二対のクランプのうちの前記可動
刃に対向するクランプの１つを前記固定刃と兼用するこ
とにより構造が単純になる。

【００４２】上記の構成においては、接合強度の絶対値
を決定する最も大きなファクターは、金属板の伸展の程
度である。すなわち、剪断刃の動作ストロークが大きい
ほど伸展の程度が大きい。鉄系材料を接合する場合は、
一般的に必要とされる接合強度を得るためには、前記金
属板の上面に接触後、前記金属板の板厚の５０％以上の
ストロークを有することが好ましい。

【００４３】さらに、接合強度を向上させるためには、
前記一対の剪断刃の動作軌跡の延長線の一部がオーバー
ラップしていることが好ましい。オーバーラップとは例
えば、上剪断刃の真上から見て下剪断刃の一部に重なる
部分があるということである。このような構成により、
金属板を伸展する際に生ずる接合面への押圧力が大きく
なり、結果的に接合強度が大きくなる。鉄系材料を接合
する場合は、一般的に必要とされる接合強度を得るため
には、オーバーラップ部分が被接合金属板の長手方向に
対して最大で０.１mm 以上であることが望ましい。但
し、１０mmより大きくなると金属板が圧延されることに
より金属板端部に割れが生じる可能性が高くなる。上記
数値はオーバーラップ部分の大きさを決める上での基準
となり、これを基に最も好ましいオーバーラップ部分の
大きさを実験的に決定すれば良い。剪断刃と称している
が、必ずしも刃である必要はなく加圧治具という表現を
用いてもよい。

【００４４】接合装置においても、前記一対の加圧治具
の一方が固定され、他方が可動する構造であり、前記二
対のクランプのうちの前記可動する加圧治具に対向する
クランプの１つを前記固定刃と兼用することができる。

【００４５】上記構成においては、前記可動する加圧治
具の形状は直方体形状でも、接合するという観点からは
問題がない。但し、接合後の接合部の平坦化を考えた場
合、加圧治具の形状は、上側の被接合金属板の接合部に
近い部分の高さが最も低く、上側の被接合金属板の接合
部より遠い部分は、高い方が良い。すなわち、加圧治具
の短手方向から見た形状は、扇形，台形形状などが好ま
しく、上記両角部を結ぶ辺は滑らかな曲線であることが
好ましい。

【００４６】また、上記金属板の重ね合わされた部分
は、単に接合する金属板を積み重ねたものでなく、二枚
の金属板を突き合わせた上に第３の金属板を該突合せ部
にのせたもので構成しても良い。この方法では、接合工
程は上記に比べ煩雑になるものの、接合後の平坦化工程
が省略できる、接合時に発生する端材（クロップ）量が
少なくなるなどのメリットがある。

【００４７】また、接合装置のバリエーションとして前
記二対のクランプを前記一対の加圧治具と兼用するよう
に、前記金属板の上と下に配されたクランプをそれぞれ
リンクさせ、二対のクランプを平行に移動するように配
することもできる。本発明の基本構成は二対のクランプ
と一対の剪断刃の計６つの治具よりなるが、それぞれの
治具につき機能を兼用することができる。この場合は計
４つの治具により本発明の効果を得ることができる方法
である。特徴としては上と下に配されたクランプをそれ
ぞれリンクさせ、接合時に上下のクランプを同時に、か
つ平行に動作させることにより被接合金属を伸展，挟み
込み押圧する動作をさせることができることにある。た
だし、リンク機構に大きな応力がかかるため充分な強度
のリンク棒及びリンク棒と各クランプをつなぐピボット
部に工夫が必要なことから、被接合金属としては降伏応
力の小さいアルミニウム，銅などに適していると考えら
れる。

【００４８】上記接合装置を熱間圧延設備に適用し、金
属板を巻取る中間コイラー，該中間コイラーから出てく
る金属板を平坦化するレベラー，該レベラーから出てき
た金属板を重ね合わせ接合する接合機，接合時に生じた
クロップを分断するクロップ処理装置，金属板の表面を
平滑にする仕上げミルからなる熱間圧延設備として用い
ることが最も望ましい。

【００４９】本発明をさらに詳細に述べれば、熱間圧延
設備のラインで先行バー材と後行バー材を重ね合わせ
て、その重ね合わせ部分の一部が十分に塑性流動変形で
きるだけ応力を剪断刃のラップ量を特定値に設定して、
上下剪断刃を配置して、上または下剪断刃の少なくとも
一方を上から下又は下から上へ板厚方向に押し込むこと
によって二枚のバー材を塑性流動変形させて上部のバー
材と下部のバー材表面を圧着するものである。図３に示
す剪断刃の配置は上剪断刃を押し込む場合の例を示して
いる。ここで、剪断刃の押し込み深さ（Ｄ）を板厚以上
に設定すれば圧着に寄与しない残材部分を変形過程で切
り離す（クロップ分断）ことが可能で、クロップ分断の
ための設備を必ずしも導入する必要はない。接合雰囲気
は大気中及び真空などの非酸化性雰囲気いずれでも良
い。接合のメカニズムを考えれば非酸化性雰囲気で本発
明が実施できればより良い接合結果が得られることは明
確である。

【００５０】シートバー材の接合において実用化の鍵と
なっているのは短時間での接合の可否であり、接合強度
は次の圧延工程で破断しない強さを確保すればよい点に
着目し、本発明は不要な工程を省略することにより実現
したものである。すなわち、前記したように本発明は先
行バー材と後行バー材を重ね合わせてその重ね合わせ部
分が剪断刃によって押し込まれて塑性流動変形が十分起
こるように設定されたラップを有する上下の剪断刃間に
配置させ、さらにクランプして金属板を拘束し、上また
は下剪断刃の少なくとも一方を上から下又は下から上へ
板厚方向に移動させて少なくとも二枚のバー材を変形さ
せて、さらに密着し上部のバー材と下部のバー材表面を
圧着するものである。ここで接合されるか否かは金属板
に塑性流動変形が十分与えられるかどうかと密着化に必
要な押圧力が与えられるかどうかが鍵となる。すなわち
塑性流動変形が起こることによってバー材表面の酸化皮
膜はその変形に耐えることができず分離及び金属板表面
から剥離することになるため接合面の清浄化が促進さ
れ、しかも清浄化しつつ押圧されるため強固に接合され
るのである。さらにバー材表面同志は変形過程で摺動さ
れると、接合表面の活性化がより進み接合強度の向上に
寄与するのである。通常、大気中であっても剪断刃の押
し込み速度は１mm／ｓ程度で十分圧延に耐えられる接合
が達成できることを確認しているが、バー材（軟鋼）の
温度が８００℃の場合、押し込み速度を５００mm／ｓ以
上と高速変形させると前記した摺動作用により両バー材
の表面が溶融あるいは半溶融状態になるほどの摩擦熱が
発生して、表面の酸化皮膜の分散が促進されるなどによ
り接合性能がさらに向上する。押し込み速度の高速化
は、接合面が溶融に至らなくても接合面の活性化を促す
ため、接合強度の向上に対しては非常に有効である。

【００５１】圧延に耐える接合部とするためには塑性流
動変形と接合過程で十分な押圧力を作用させて密着化を
図る必要がある。発明者らは、図１８の接合方式で種々
実験した結果、図２２に示すように下剪断刃の位置を上
剪断刃の移動領域の内側に設定することで押し込みによ
る塑性流動変形と塑性流動変形にしたがってバー材の接
合面間に押圧力が発生し、より密着化が進むことを発見
した。すなわち上と下剪断刃の位置を調整することによ
って塑性流動変形と共に押圧力が発生し、接合部は圧延
に耐える接合強度を有するようになる。

【００５２】また、剪断刃を押し込む過程でより大きな
押圧力を発生させるためには剪断刃形状が重要である。
例えば図２２に示す形状で先端の半径をＲ２４０mmとす
れば大きな押圧力が発生できる。これに対して先端形状
が図１５の場合のように１２度とした場合は図２２に示
す形状に比べ押圧力が小さい。押圧力は、接合する金属
板の材質により変化させる必要があるが、このように剪
断刃形状を変えることにより押圧力を変化させることが
できる。さらに板幅方向の剪断刃形状も重要である。図
１６に示すようにストレート形状とすれば全幅に渡って
接合可能であるが大きな押し込み力が必要とされる。経
験上板のエッジ部が強接合されていれば圧延に耐えるこ
とができるため必ずしも全幅に渡って接合する必要がな
い。

【００５３】以上のように接合過程を詳細に観察するこ
とにより本発明がなされたのである。

【００５４】本発明によりバー材の先端と後端を接合す
ることができるからバー材の連続化が可能となる。しか
も新たに加熱エネルギーを必要としない非常にシンプル
な方法であるため、設備の保守性にも優れた方法であ
る。さらに、本接合方法は基本的には固相拡散接合であ
るため接合部にバリなどの発生もないため、接合時間は
基本的には押し込み速度の大小に左右される。例えば１
００mm／ｓなどの速度を考えれば本発明によって短時間
接合が可能な方法であることが理解できる。さらに、押
し込み深さはバー材の板厚の０.７ｔ 以上とすることで
強固な接合ができることを確認しているが、残材のクロ
ップ分断を接合と同時に行うためには押し込み深さを板
厚以上とするとよい。この場合はクロップ分断のための
設備を必ずしも必要としないものである。したがってバ
ー材の連続化のための接合方法として本発明は最適な方
法である。

【００５５】

【発明の実施の形態】図２に、本発明の原理図を示す。
この図は、板材を横方向から見た図である。接合する二
枚の板材の端部を重ね合わせる。板材の重ね合わせ部分
を上下方向から固定するためにクランプする。その後、
上方向から剪断刃を降ろしていく。剪断刃の動作軌跡の
延長領域と下側のクランプ（これを下側剪断刃と呼ぶこ
ともできる）にはハッチングで示すラップ部分がある。
本発明では、これを挟み込み押圧する部分と呼ぶ。この
部分は、上下方向より押圧されるが、クランプの間に位
置する被接合金属板は拘束されているので、圧力の逃げ
場は横方向しかなく、剪断刃が下に降りていくに従い圧
力が高まる。この圧力により、押圧部分の金属は、金属
板の長手方向に押し出される。これにより、押圧部の金
属は塑性変形流動を起こす。この場合、押圧部の圧力に
より、金属板は分離することなしに、大きな塑性変形を
起こす。この時の塑性変形率はストローク／ラップ×１
００で表され、剪断刃のラップ量によるが、ラップ量を
２mmとすれば板厚２０mmの場合、２０mm以上／２mm×１
００により１０００％以上の部分（例えば上剪断刃と上
部金属板の最初の接点付近）が生じる。通常の加工では
このような高変形率を得ることは困難であり、本発明の
挟み込み押圧によって初めて可能とすることができる。
剪断刃を上板材と下板材の上下面が一致するまで降ろし
た後、停止する。この段階でもクロップと呼ばれる切断
端材と接合する板材とは分離していない。本発明では、
このように上下金属板材の塑性変形流動した部分同志を
押し付け合うことで強固な接合を得ることができる。塑
性変形流動している部分の表面は非常に活性であり、わ
ずかの押圧力（この場合は金属板材の長手方向に平行な
応力のこと）により強固な金属結合が得られるためであ
ると考えられる。

【００５６】一方、従来方法では金属板を剪断すること
を主眼としているため本発明のようなラップ部分がな
い。これは金属板等を剪断するためのシャーと同じ剪断
刃の配置である。この場合は、金属板に挟み込まれた部
分がないため、十分な圧力が発生しない。すなわち、こ
の構成では本発明のような十分な塑性流動変形が生じな
いため、接合強度が弱いという問題がある。また、塑性
流動変形が生じないため、クロップと接合する金属板
は、接合時に切断分離する場合が多い。

【００５７】この原理に基づいた本発明の実施例を以下
に示す。

【００５８】（実施例１）図１に、この発明を実施する
ために好適な設備の基本構成を示す。１は先行バー材、
２は後行バー材である。先行バー材に後行バー材を重ね
るための装置３を備えている。重ねは４の昇降機を操作
することによって後行バー材を先行バー材上に重ね合わ
せ接合機５に組み込まれた位置調整機６により合わせ量
とともに上下の剪断刃位置に設定される。上下の剪断刃
間は十分なる塑性流動変形を与えるために必要なラップ
を有している。次にクランプ機構７により両圧延材がク
ランプされた後、上剪断刃８を下剪断刃９に向かってバ
ー材の板厚の２／３以上を押し込み、塑性流動変形を与
え接合すると共にクロップ分断機１０にてクロップ分断
して、さらにレベリングロール１１にてバー材は平坦化
され一連の接合過程が終了する。接合終了と同時にバー
材は仕上げ圧延機に搬送されるものである。ここで接合
前にバー材表面の酸化皮膜を除去する工程１４をいれれ
ばより安定した接合が可能となる。

【００５９】図１に示す設備にて幅１２００mm，厚さ２
０mmなるバー材（軟鋼）の連続熱間圧延を行うべく、１
０００℃の先行と後行バー材を重ね合わせ、バー材をク
ランプした後で、図４に示す形状の上剪断刃を板厚の方
向に１００mm／ｓの押し込み速度で先行と後行バー材を
塑性流動変形させて接合を完了させ、次にクロップ分断
を行い、さらに変形で曲がったバー材を平坦化するため
レベリングロールを通過させて接合を終了した。上剪断
刃と下剪断刃間のラップは１.５mm である。また押し込
み深さは２２mmとした。ここでのラップ量の表示は上剪
断刃と下剪断刃の位置が図３に示す関係にあることを示
している。すなわち、上剪断刃の移動位置内に下剪断刃
があることを示している。次に、実施例に係る接合機５
による接合原理を図４と図５により説明する。図４は接
合プロセスを図５に塑性流動変形時の圧着過程の詳細を
示す。記号Ｌｇは上下剪断刃間のラップである。上剪断
刃と下剪断刃間に先行バー材と後行バー材の重ね部分を
配置し両材が塑性流動変形過程で移動しないようにクラ
ンプした後、上剪断刃（機構によっては下剪断刃）を押
し込み先行と後行のバー材を変形させる。変形過程で酸
化被膜の分断と剥離が起こる。さらに変形過程で押圧力
が接合面間で作用し密着されると共に残材１２と１３は
クロップ分断された。したがって本実施例ではクロップ
分断機は動作させずにレベリングロールに搬送して平坦
化処理を行った。

【００６０】図６は接合機５による接合作業順序と経過
時間の一例を示す。重ね合わせ，クランプ閉，上下剪断
刃閉，塑性流動変形（接合），クランプ開・剪断刃開・
クロップ分断及び平坦化処理の順序で、接合に要した合
計時間は３秒であった。正味の接合時間すなわち塑性流
動変形に要する時間は本実施例の場合０.２ 秒であり、
実用化の鍵となっている接合時間の短縮化には本発明は
最適な方法と言える。酸化皮膜の分断と剥離及び接合面
に押圧力を作用させるためには上剪断刃と下剪断刃間の
ラップと上下剪断刃の位置関係が重要であることを述べ
てきたが、これについて図７を用いてさらに説明する。
図７はバー材の板厚とラップと上下の剪断刃の位置関係
と接合強さの関係を示す図である。接合雰囲気は大気で
バー材の温度は約１０００℃である。ここで接合強さは
引張試験後試験片の破断面から接合面積を求めて、破断
荷重を接合面積で除した値である。押し込み速度は０.
１ｍ／ｓである。押し込み深さは板厚分とした。ラップ
量に付記したプラスとマイナスは前記したように上，下
剪断刃の位置関係を示している。マイナスは、上剪断刃
の移動方向の外側に下剪断刃があることを示している。
接合強さが大きいのはプラスラップの場合で板厚２０mm
の場合０.１mm以上で、３０mmの場合０.３mm以上で耐圧
延強さ以上となった。板厚２０mmの場合は−３mm，３０
mmの場合−６mmで最大強さを示した。板厚によって適正
ラップ量は変わるが適用バー材の板厚範囲内では０.５
から１５mmの範囲に抑えれば圧延に耐える接合強さが得
られることが判明した。

【００６１】図８は押し込み率と接合強さの関係を示
す。板厚２０mmの場合である。ラップは５mmである。押
し込み速度は０.１ｍ／ｓ である。板厚の約２／３以上
とすれば耐圧延強さである２５０ＭＰａ以上の強さが得
られることを示している。なお、板厚を３０mmとした場
合も同じ傾向を示した。ここでの耐圧延強さは、接合部
の強さと圧延性の関係を調べた結果明らかになった値で
ある。

【００６２】図９は接合強さと押し込み速度の関係を示
す。ラップは５mm一定とし板厚は２０と３０mmである。
実験範囲内では０.００１から０.４ｍ／ｓまで接合強さ
は速度の増加と共に増える傾向にある。０.５ｍ／ｓ 以
上となると強さの増加が明確に認められるようになっ
た。この増加の原因は塑性流動変形過程での摺動作用に
よって接合面が溶融するからである。すなわち酸化皮膜
の分散と液相介在による接合率の向上が影響している。

【００６３】しかし、圧延に耐える強さを得るための押
し込み速度は必ずしも高速化しなくてもよいことを図９
は示しており、接合時間や装置化上の制約内で適正な押
し込み速度を選択すればよい。

【００６４】図１０はバー材温度と変形速度（Ｖａ）及
び接合面の溶融ありとなしの関係を示す図である。図１
０からバー材温度８００℃では変形速度０.５ｍ／ｓ 以
上とすれば接合面が溶融しバー材温度が高いほど溶融開
始の変形速度は低速側に移行しバー材温度１２００℃で
は０.４ｍ／ｓ となっている。この結果はバー材の溶融
開始温度が１４００℃以上のバー材に共通の結果となっ
ているがバー材の溶融開始温度が低いほど溶融深さは大
きく、溶融割合も多くなる傾向を示した。なお、図１０
の溶融ありとなしの判定はバー材の板厚中央面で６０％
以上溶融しているかどうかで行っている。溶融深さは断
面を研磨後腐食して金属組織から判定された値であり、
溶融割合の判定も同様に金属組織から判定されている。

【００６５】なお、溶融部が存在するような押し込み速
度で接合を行っても溶融量は少ないのでバリを発生させ
ないで確実に接合することができる。

【００６６】以上説明したように本実施例によれば、先
行バー材と後行バー材を重ね合わせ、クランプ後、上剪
断刃と下剪断刃とのラップを調整し、板厚の２／３以上
塑性流動変形させることで強接合ができ、押し込み深さ
によっては塑性流動過程でクロップ分断も可能であり不
要な残材も一気に処理でき熱間圧延設備で仕上圧延を連
続化して生産性及び歩留まりの向上及び操業の自動化を
実現できる。

【００６７】本発明は鉄系の材料を主体としたものにな
っているが適用材料が変わっても応用展開が可能であ
る。例えばアルミニウム合金など強固な酸化皮膜に覆わ
れた材料でも本発明の適用が可能である。変形性能，酸
化皮膜の性質など鉄系と異なるためラップ量を鉄系より
小さく抑え、鉄系の材料より大きな塑性流動変形を起こ
させることで強固な接合が達成されることを確認してい
る。以上のように非鉄ラインへの展開も可能である。

【００６８】本発明でのラップ量が大きくなることは、
剪断された上板材の端部が下板材に押し付けられ変形す
ることを意味する。すなわち、このラップ部分の長さが
大きいほど、上板材と下板材の摺動時の押圧力が大き
く、両板材の塑性変形量が大きい。ラップが正の値を持
つ場合は、剪断時に上板材と下板材の剪断面端部が多少
摺動し、両者の新生面が接触して、接合されるが押圧
力，塑性変形量が少なく、結果として不十分な接合強度
しか得られない。ラップの必要量は接合する板材の種
類，板厚により異なる。

【００６９】また図２での特徴は上剪断刃の形状であ
る。上剪断刃は剪断面を摺動させれば十分であり、その
他の部分を変形させるのはエネルギーのロスとなる。従
来は、上板材の高さを下方向へずらして上板材と下板材
の高さを同一面にする方法を用いていた。本発明では、
上下板材のクランプ位置を変化させずに、剪断刃の形状
を横方向からみて斜め、すなわち上板材の接合面では上
板材と下板材の高さを同一面にし、上板材のクランプ部
分では、板材の保持位置は変わらないような形状の剪断
刃を用いる。これにより上板材の取付け位置を変化させ
るのに比べ、接合機の構造が簡単になると共にエネルギ
ーロスを少なくすることもできる。

【００７０】（実施例２）実施例１と同様の設備の基本
構成で剪断刃およびクランプの形状を図１１に示すよう
な構成とした。クランプ機構７と下剪断刃９を平行に傾
斜させたものであり、この構成により剪断刃８を金属板
２の上から押し込む過程で接合面に大きな押圧力が発生
するようにクランプ機構７と下剪断刃９を平行に傾斜さ
せた。この場合でも上剪断刃８と下剪断刃９にはラップ
部分を設け、挟み込み圧力が発生するようにしている。
接合面で大きな押圧力が発生するため接合強度が大きく
なり、しかも接合後の接合部形状は平坦化されるので、
接合後のレベリング工程も省略できるという効果が得ら
れる。

【００７１】（実施例３）図１２に示すように、上剪断
刃８と下剪断刃９を平行リンクとした。この構成では上
剪断刃８を降下させることにより下剪断刃との間で金属
板１，２を挟み込む力が発生する。挟み込みにより塑性
流動が起こり、実施例１と同様の原理で接合することが
できる。この構成でも接合後の金属板は平坦化するため
接合後のレベリング工程が省略できる。

【００７２】（実施例４）図１３に示すように上剪断刃
８を金属板に対して斜めに押し込むことによっても金属
板を挟み込む力が発生し、塑性流動を起こすことができ
る。この構成によっても接合後の金属板は平坦化する。

【００７３】（実施例５）図１４に示すように接合すべ
き二枚の金属板が突き合わされ接合ができるように端部
をそれぞれ切断した後に突き合わせ、さらに突き合わせ
部の金属板の上面または下面に先に切断した高温の金属
板または予め準備された金属板２′をのせて上面または
下面より剪断刃を押し込み接合する。クロップ処理，突
き合わせのための切断等の前処理が増えるもののレベリ
ング工程は省略できる。この場合は、上剪断刃８と下剪
断刃９とのラップ部分はなくとも楔効果により金属板に
高圧力が発生し十分な塑性流動変形が起こる。また、三
枚の金属板を使うのではなく、二枚の金属板を重ね合わ
せることによっても接合ができる。

【００７４】すなわち、本発明は剪断刃の配置によらず
接合する金属板のごく一部分に挟み込み圧力（閉じ込め
圧力といっても良い）を加えることによって、金属板を
通常の塑性変形率以上の変形を起こさせることにより強
固な接合強度を得るものである。

【００７５】（実施例６） 図１７に本発明の熱間圧延装置の全体図を示す。接合機
以降の仕上げミルの速度は、連続鋳造器の速度に比べて
大きいので、ラインの速度を合わせるため、連続鋳造器
から出た圧延材の粗圧延機２０と接合機の間には中間コ
イラー１５と呼ばれる金属板の巻取り速度を調節する装
置が必要である。その後、中間コイラーにより金属板に
ついた巻ぐせをレベラー１６により平坦化した後、接合
機で接合する。接合機はレール上を走行しながら接合を
行う構造となっている。本発明の接合機を用いた場合は
クロップと呼ばれる切断端材が出るので、クロップを取
り除くクロップ処理１７を行い、仕上げミル１８，１９
を通して製品とする。本発明の接合機は接合速度が３秒
以下であるため、接合機の走行距離を短くできる。これ
により中間コイラーと仕上げミルの間の距離を６５ｍ以
下とすることができる。これにより、連続熱間圧延設備
を非常にコンパクトにすることができる。

【００７６】（実施例７）図１８に本発明の接合機の基
本構成を示す。２１は上剪断刃、２５は下剪断刃、２５
の下剪断刃は２２の材料支持側下剪断刃と２４の材料支
持下剪断刃とに分割され、２３のラップ調節機構で連結
される。２７は先行シートバー、２６は後行シートバー
である。図１９は、本発明の接合機を熱間圧延の連続設
備に適用したときの基本構成の一例である。２７は先行
シートバー、２６は後行シートバーである。デスケーラ
ー３１を用い重ね合わせ前にバー材表面の酸化皮膜を除
去する。先行バー材に後行バー材を重ねるための昇降装
置３２を備えている。重ね合わせた後、加熱機構３３で
所定の温度まで加熱される。接合機２８の下の剪断刃２
５の凹部の間隔は、十分なる塑性流動変形を与えるため
に上剪断刃２１と必要なラップを有している。バー材の
板厚以上に押し込み、塑性流動変形を与え接合すると共
にクロップ処理装置３４にてクロップ分断して、仕上げ
圧延機３５に搬送されるものである。

【００７７】図１９に示す設備にて幅１５００mm，厚さ
３０mmなるバー材（軟鋼）の連続熱間圧延を行った。１
０００℃の先行と９００℃の後行バー材を高圧水噴射に
よる部分デスケーリング後重ね合わせ、重ね合わせ部を
９５０℃に加熱温度調整した後、接合機に送り込んだ。
接合機の構成は図１８の通りである。ここで、上剪断刃
と接合面側下剪断刃、材料支持下剪断刃との各々のラッ
プ量はそれぞれ３mm，０mmに調整した。上剪断刃は図１
８に示したような円弧状で円弧部はＲ２４０とした。バ
ーの長手方向の刃物長は１００mmであり、刃物幅は１６
００mmである。下剪断刃の凹部は両方ともバー材に対し
て垂直である。上剪断刃を板厚の方向に３００mm／ｓの
押し込み速度でバーの厚みの１.２ 倍すなわち３６mm押
し込み、先行と後行バー材を塑性流動変形させて接合を
完了させた。このとき、下のバー材の上刃の最終接触部
に対応する部分は材料支持下剪断刃に５mmほど食い込む
形状となった。次に爪をクロップに押し込んでかき上げ
てクロップ分断を行い、接合を完了した。これを仕上げ
圧延機に送り込んだところ、圧延時の接合部の破断もな
く連続圧延をすることができた。上記の工程を工程ごと
に図示したものが図２０である。本実施例において、図
２０の部分デスケーリング３１からクロップ分断３４ま
で要した時間は５秒であった。また、模擬バー材の接合
試験を図２０の工程でクロップ分断終了まで実施し、接
合部より試験片を切り出して引っ張り試験を行ったとこ
ろ、母材と同等の強度が得られた。

【００７８】（実施例８） 実施例７の接合装置を用いて、上剪断刃と接合面側下剪
断刃，材料支持下剪断刃との各々のラップ量はそれぞれ
１.５mmと０mm，０.５mmと０mm，５mmと０mmに調整して
接合実験をした。いずれも良好な接合強度が得られた。
また、上剪断刃と接合面側下剪断刃とのラップ量を３mm
に固定し、材料支持下剪断刃とのラップ量を−３mm，−
１.５mm，１.５mmと変化させて接合実験をした。いずれ
も良好な接合強度が得られた。

【００７９】また、上剪断刃と接合面側下剪断刃，材料
支持下剪断刃との各々のラップ量を３mm，０mmとし、上
剪断刃の押し込み速度を５mm／ｓ，１０mm／ｓ，５０mm
／ｓ，１００mm／ｓ，５００mm／ｓに変化させて、接合
実験をした。いずれも良好な接合強度が得られたが、接
合強度は押し込み速度が高速になるほど大きくなった。

【００８０】また、実施例７と同じ条件で、下剪断刃を
上方に３６mm押し込み接合実験をした。実施例７と同じ
接合強度が得られた。

【００８１】（実施例９）実施例７の接合装置の接合面
側下剪断刃の形状を、図２１に示すように上剪断刃側に
傾けた形状とした。角度は鉛直方向から５度とした。こ
の接合機を用いて、３０ｔの軟鋼模擬バー材の接合試験
をした。ラップ量，押し込みストローク，押し込み速度
は実施例７と同条件とした。接合部の強度は３５０ＭＰ
ａで、実施例７よりも高い強度が得られた。また、接合
面側下剪断刃の角度を１０，１５，２０度と変えて接合
実験を行ったが、角度が大きいほど接合強度が上昇する
傾向がみられた。

【００８２】（実施例１０）実施例７の接合装置の上剪
断刃の形状を図２２に示すように、接合面側下剪断刃側
に傾けた形状とした。角度は鉛直方向から１５度とし
た。この接合機を用いて、３０ｔの軟鋼模擬バー材の接
合試験をした。ラップ量，押し込みストローク，押し込
み速度は実施例７と同条件とした。実施例７より高い接
合強度が得られた。

【００８３】（実施例１１） 実施例７の接合装置において、下剪断刃の形状を図２３
に示すように、斜めに傾けた形状とした。角度はバーの
進行方向から１５度とした。上剪断刃は、鉛直方向から
１５度傾いた線が円弧の起点となり、円弧の起点での接
線がバーと０度になる形状とした。この接合機を用い
て、３０ｔの軟鋼模擬バー材の接合試験をした。押し込
みストローク３８mm，押し込み速度３００mm／ｓとし
た。圧延に耐えるのに十分な接合強度が得られた。

【００８４】（実施例１２）実施例７の接合装置の上剪
断刃を図２４に示すように、接合部側を中心に円弧軌道
を描くようにした。この接合機を用いて、３０ｔの軟鋼
模擬バー材の接合試験をした。ラップ量，押し込みスト
ローク（鉛直方向），押し込み速度は実施例７と同条件
とした。実施例７と同様の接合強度が得られた。

【００８５】（実施例１３）実施例７の接合装置の上剪
断刃を図２５に示すように、接合部と反対側を中心に円
弧軌道を描くようにした。この場合、下剪断刃は実施例
７と同様とした。この接合機を用いて、３０ｔの軟鋼模
擬バー材の接合試験をした。ラップ量，押し込みストロ
ーク（鉛直方向），押し込み速度は実施例１と同条件と
した。実施例７と同様の接合強度が得られた。

【００８６】（実施例１４）実施例７の接合装置におい
て、図２６に示すように、板幅方向に上剪断刃を３分割
し、両端の剪断刃が中央部よりも下に突き出すことがで
きる機構を加えた。両端部の各１００mm，中央部は１４
００mmの幅とした。この装置を用いて、板幅１４００mm
と１５００mmの板を接合した。板厚は３０mmである。突
き出し高さはあらかじめ３０mmに調整し、押し込みスト
ロークは３つの部分で同じ３６mmとした。十分な接合強
度が得られるとともにクロップも実施例７と同様に容易
にとることができた。

【００８７】（実施例１５）実施例７の接合装置を用い
て、板厚２０mmと３０mmのシートバーの接合をした。板
幅は両方とも１５００mmである。ラップ量は実施例７と
同様とした。押し込みストロークは３６mm、すなわち、
厚い板厚の１.２ 倍のストロークに設定した。実施例７
と同様の接合強度が得られた。

【００８８】（実施例１６）実施例７の接合装置の上剪
断刃の形状を図２７に示すように、刃物のシートバー長
手方向の長さの１／３がシートバーと水平な直線、それ
に続く部分をシートバーから１０度の角度を持った直線
とし、最終接触部分をＲ３０の円弧で形成した。この接
合機を用いて、３０ｔの軟鋼模擬バー材の接合試験をし
た。ラップ量，押し込みストローク，押し込み速度は実
施例７と同条件とした。実施例７より高い接合強度が得
られた。

【００８９】（実施例１７）実施例７の接合装置の上剪
断刃の形状を図２８に示すように、刃物のシートバー長
手方向の形状を多段円弧形状とした。図中Ｒ１をＲ３６
０，Ｒ２をＲ１２０，Ｒ３をＲ８０，Ｒ４をＲ３０と
し、滑らかな曲線となる形状とした。この接合機を用い
て、３０ｔの軟鋼模擬バー材の接合試験をした。ラップ
量，押し込みストローク，押し込み速度は実施例７と同
条件とした。実施例７より高い接合強度が得られた。

【００９０】（実施例１８）実施例７の接合装置の上剪
断刃の形状を図２９に示すように、シートバーとの接触
開始部分が接合部ではなく、シートバーの進行方向後部
にずらした形状とした。上刃物下部は円弧形状であり、
Ｒ２４０mmとした。円弧はバーの垂直方向より１０度傾
いた線を起点とした。この接合機を用いて、３０ｔの軟
鋼模擬バー材の接合試験をした。押し込みストロークを
４０mm，その他の接合条件は実施例７と同条件とした。
実施例７と同等の高い接合強度が得られた。

【００９１】（実施例１９）実施例７の接合装置の上剪
断刃のシートバーの上面方向からみた形状を図３０に示
すように三角形状で構成される波形形状とした。バーの
横方向からみたバー側の形状は、波形に相当する部分を
バーに平行な直線とし、その他の部分は円弧で形成し
た。下剪断刃のバーの上方向からみた形状は上刃と同じ
波形状である。この接合機を用いて、実施例７と同様な
シートバーの接合をした。ストローク，ラップ量などの
接合条件は実施例７の場合と同じである。実施例７より
も高い接合強度が得られた。

【００９２】（実施例２０） 実施例７の接合装置の上剪断刃のシートバーの上面方向
からみた形状を図３１，図３２に示すように曲線形状，
矩形形状で構成される波形形状とした。バーの横方向か
らみたバー側の形状は、波形に相当する部分をバーに平
行な直線とし、その他の部分は円弧で形成した。下剪断
刃のバーの上方向からみた形状は上刃と同じ波形状であ
る。この接合機を用いて、実施例７と同様なシートバー
の接合をした。ストローク，ラップ量などの接合条件は
実施例７の場合と同じである。実施例７よりも高い接合
強度が得られた。

【００９３】（実施例２１）実施例７の接合装置の上剪
断刃のシートバーの上面方向からみた形状を図３３に示
すようにバーの進行方向に端部が突き出たＶ字形状とし
た。バーの横方向からみたバー側の形状は、Ｖ字の底部
に相当する部分までをバーに平行な直線とし、その他の
部分は円弧で形成した。下刃の形状は上刃に合わせた形
状とした。この接合機を用いて実施例７と同じシートバ
ーを実施例７と同じ接合条件で接合した。その後仕上げ
圧延をしたところ、実施例７の場合より圧延後の端割れ
部が小さくなった。

【００９４】（実施例２２）実施例７の接合装置の上剪
断刃のシートバーの上面方向からみた形状を図３４に示
すようにバーの進行方向に端部が突き出たＶ字形状に三
角形状で構成される波形を重畳下形状とした。バーの横
方向からみたバー側の形状は、Ｖ字の底部に相当する部
分までをバーに平行な直線とし、その他の部分は円弧で
形成した。下刃の形状は、上刃と合わせた形状とした。
この接合機を用いて実施例７と同じシートバーを実施例
７と同じ接合条件で接合した。実施例７よりも高い接合
強度が得られるとともに、仕上げ圧延後の端割れもほと
んどみられなくなった。

【００９５】（実施例２３）実施例１の接合機におい
て、図３の剪断刃（上剪断刃）８と支持台(下剪断刃)９
を同時に、接合する金属板に近づく方向に移動させて剪
断刃８をバー材の重ね合わせ部に押し込む方式とした。
上下の剪断刃の形状、及び押し込み速度，押し込み深
さ，ラップ量は実施例１と同様である。ここで、接合機
は固定式（すなわちバー材の移動に合わせて接合機本体
が移動しない方式）とし、走行中のバー材に対して上下
の剪断刃が垂直に動作するような、ペンジュラム型の接
合機とした。

【００９６】すなわち、剪断刃８及び支持台９をクラン
クを用いた速度同調装置を用いてバー材の走行方向に移
動（バー材の移動速度に同調させる）させながら、同時
に剪断刃，支持台をバー材に垂直に動作させて接合を行
う。本実施例においても、バー材の接合強度は実施例１
と同程度のものが得られた。

【００９７】

【発明の効果】本発明の第１の発明によれば、短時間で
十分な強度を有する金属板の接合が可能になる。特に、
熱間圧延機と冷間圧延機の間に位置し、それぞれの圧延
機の圧延速度が異なることから必要となる、圧延材（シ
ートバーと称する）の接合装置に好適な接合装置を提供
することができる。

【００９８】また、本発明の第２の発明によれば、接合
に要する時間が短いので、圧延設備の全長を短くでき
る。ルーパーを省略できる。十分な接合強度を得ること
ができるので、圧延中に接合部が破断し、圧延ロール表
面を傷つけることがない。などの効果を得ることができ
る。

【００９９】本発明の第３の発明によれば、強固な金属
板同士の接合を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による熱間圧延材の接合機の基
本構成を示す図。

【図２】本発明の接合原理を示す図。

【図３】上剪断刃を押し込む場合の上と下剪断刃との位
置関係を示す図。

【図４】本発明の接合プロセスの概要を示す図。

【図５】本発明の接合原理を示す図で、塑性流動変形時
の圧着過程を示す図。

【図６】本発明による接合作業順序と経過時間の一例を
示す図。

【図７】本発明によるバー材の板厚とラップ量の関係を
示す図。

【図８】本発明によるバー材への押し込み率と接合強さ
との関係を示す図。

【図９】本発明による押し込み速度と接合強さの関係を
示す図。

【図１０】本発明によるバー材温度と押し込み速度及び
接合面の溶融ありなしの関係を示す図。

【図１１】本発明の接合機の一例の断面図。

【図１２】本発明の接合機の一例の断面図。

【図１３】本発明の接合機の一例の断面図。

【図１４】本発明の接合機の一例の断面図。

【図１５】本発明の接合機の剪断刃形状の一例の断面
図。

【図１６】本発明の接合機の剪断刃形状の一例の板幅方
向から見た断面図。

【図１７】本発明の圧延設備の全体図を示す図。

【図１８】本発明の実施例による熱間圧延材の接合機の
基本構成を示す図。

【図１９】本発明の接合機を熱間圧延設備に組み込んだ
構成を示す図。

【図２０】本発明の接合プロセスの概要を示す図。

【図２１】本発明の接合機の一例のシートバーの横方向
からみた断面図。

【図２２】本発明の接合機の一例のシートバーの横方向
からみた断面図。

【図２３】本発明の接合機の一例のシートバーの横方向
からみた断面図。

【図２４】本発明の接合機の一例のシートバーの横方向
からみた断面図。

【図２５】本発明の接合機の一例のシートバーの横方向
からみた断面図。

【図２６】本発明の接合機の一例のシートバーの進行方
向からみた断面図。

【図２７】本発明の接合機の一例のシートバーの横方向
からみた断面図。

【図２８】本発明の接合機の一例のシートバーの横方向
からみた断面図。

【図２９】本発明の接合機の一例のシートバーの横方向
からみた断面図。

【図３０】本発明の接合機の一例のシートバーの上方向
からみた断面図。

【図３１】本発明の接合機の一例のシートバーの上方向
からみた断面図。

【図３２】本発明の接合機の一例のシートバーの上方向
からみた断面図。

【図３３】本発明の接合機の一例のシートバーの上方向
からみた断面図。

【図３４】本発明の接合機の一例のシートバーの上方向
からみた断面図。

【符号の説明】

１…金属板、３…バー材重ね装置、４…バー材昇降機、
５…接合機、６…位置調整機、７…クランプ機構、８，
２１，３８，３９，４２，４４，４７，４８，４９，５
０，５２，５４，５６，５８…上剪断刃、９，２５，３
７，５１，５３，５５，５７，５９…下剪断刃、１０…
クロップ分断機、１１…レベリングロール、１２，１３
…残材、１４…酸化皮膜除去装置、１５…中間コイラ
ー、１６…レベラー、１７…クロップ処理、１８，１９
…仕上げミル、２２，４１…材料支持側下剪断刃、２３
…ラップ調節機構、２４，３６，４０…接合面側下剪断
刃、２６…後行シートバー、２７…先行シートバー、２
８…接合機、２９…先行バーデスケーリング機構、３０
…後行バーデスケーリング機構、３１…デスケーラー、
３２…重ね昇降装置、３３…加熱機構、３４…クロップ
処理装置、３５…仕上げ圧延機、４３…上刃回転動作機
構、４５…***剪断刃、４６…独立ストローク調整機
能付き端部上剪断刃。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 益子 隆 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 西野 忠 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 二瓶 充雄 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (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 芳村 泰嗣 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 梶原 利幸 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社 日立製作所内 (72)発明者 安田 健一 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (72)発明者 高倉 芳生 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 平５−245507（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159205（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−178416（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−144285（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−286004（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−89120（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 15/00 B21B 1/26 B21D 39/03 B23K 20/00 - 20/04 B23K 37/04

Claims (23)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の金属板を重ね合わせて接合する接合
   装置において、 前記金属板の重ね合わせ部を前記金属板の片側から支持
   するための少なくとも２つの支持台と、前記支持台と一
   対になって前記金属板を長手方向に移動しないように拘
   束するクランプ機構と、前記金属板を挟んで対向する一
   対の剪断刃と、一対の前記剪断刃を前記金属板が間に挟
   みこまれるように相対的に移動する剪断刃移動機構を備
   え、 前記支持台は、一対の前記剪断刃の一方を兼用すること
   ができ、 一対の前記剪断刃は、それらの動作軌跡の延長線が交叉
   するようにオーバラップして設けられ、 前記剪断刃移動機構は、前記金属板の板厚の５０％以上
   の深さで且つ前記重ね合わせ部が切断しないように剪断
   刃を移動することを特徴とする金属板の 接合装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記支持台の１つが剪
   断刃を兼用し、剪断刃を兼ねる該支持台と前記金属板を
   挟んで対向する位置に他方の剪断刃を有し、該他方の剪
   断刃の動作軌跡の延長線が前記剪断刃を兼ねる該支持台
   に交叉することを特徴とする金属板の接合装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の他方の剪断刃は、その動作
   軌跡が支持台に交叉する側の下端部が、他の支持台に近
   い側の下端部に比べて前記重ね合わせ部に距離が近いこ
   とを特徴とする金属板の接合装置。
4. 【請求項４】請求項１記載のオーバラップ部分が前記金
   属板の長手方向に対して０.１mm以上であることを特徴
   とする金属板の接合装置。
5. 【請求項５】請求項４記載のオーバラップ部分が前記金
   属板の長手方向に対して最大で１０mm以下であることを
   特徴とする金属板の接合装置。
6. 【請求項６】請求項１において、一対の剪断刃の動作ス
   トロークが一方の金属板の板厚以上であることを特徴と
   する金属板の接合装置。
7. 【請求項７】請求項１記載の接合装置がレール上を移動
   できる機構を備えていることを特徴とする金属板の接合
   装置。
8. 【請求項８】請求項１記載の支持台が互いに連結した凹
   形状であることを特徴とする金属板の接合装置。
9. 【請求項９】請求項１記載の金属板が熱間圧延材である
   ことを特徴とする金属板の接合装置。
10. 【請求項１０】請求項１記載の剪断刃は、金属板の長手
    方向の横側からみた断面形状が、台形状の多角形状であ
    り、刃物の板との接触面積が連続的に変化し、刃物が板
    に最初に接する部分の板に対する長手方向の角度が略０
    度になっていることを特徴とする金属板の接合装置。
11. 【請求項１１】請求項１記載の剪断刃は、金属板の長手
    方向の横側からみた断面形状が、板幅方向に異なること
    を特徴とする金属板の接合装置。
12. 【請求項１２】請求項１記載の剪断刃は、金属板の長手
    方向の上または、下側からみた形状が、直線あるいは曲
    線で構成される波型形状を有することを特徴とする金属
    板の接合装置。
13. 【請求項１３】請求項１記載の剪断刃は、金属板の長手
    方向の上または、下側からみた形状が、シートバーの進
    行方向に対して両端部が突き出たＶ字状の形状となって
    いることを特徴とする金属板の接合装置。
14. 【請求項１４】請求項８記載の凹形状の支持台は、接合
    する金属板長手方向の間隔が剪断刃側ほど小さくなって
    いることを特徴とする金属板の接合装置。
15. 【請求項１５】請求項１記載の接合装置において、重ね
    合わせる金属板の重ね合わせる部分の少なくとも一部を
    デスケーリングしてから重ね合わせる機構を備えている
    ことを特徴とする金属板の接合装置。
16. 【請求項１６】請求項８記載の凹形状の支持台は、その
    へこんでいる部分入口の金属板長手方向における長さ
    が、金属板を挟んで対向する剪断刃の金属板長手方向に
    おける長さよりも短いことを特徴とする金属板の接合装
    置。
17. 【請求項１７】請求項１記載の接合装置において、接合
    する前に接合する金属板の温度を調整する機構を備えて
    いることを特徴とする金属板の接合装置。
18. 【請求項１８】請求項１記載の接合装置において、前記
    剪断刃、あるいは支持台の接合する金属板への押し込み
    速度が５mm／ｓ以上であることを特徴とする金属板の接
    合装置。
19. 【請求項１９】熱間圧延設備において、金属板を巻取る
    中間コイラー、該中間コイラーから出てくる金属板を平
    坦化するレベラー、該レベラーから出てきた金属板を重
    ね合わせ接合する接合機、接合時に生じたクロップを分
    断するクロップ処理装置、仕上げミルからなり、前記接
    合機が請求項１に記載の接合装置であることを特徴とす
    る熱間圧延設備。
20. 【請求項２０】少なくとも二枚の金属板を重ね合わせた
    後、重ね合わせ部分の少なくとも二箇所を該金属板が長
    手方向に移動しないように両側から拘束し、 拘束された二箇所の間に前記金属板を挟むように一対の
    剪断刃を配置し、一対の該剪断刃はそれらの動作軌跡の
    延長線が交叉するようにオーバラップさせ、 前記剪断刃を前記金属板の厚さ方向に該金属板の厚さの
    ５０％以上で且つ重ね 合わせ部分が切断されないように
    相対的に移動し、これにより 該金属板の板厚方向に剪断
    力を加え、該重ね合わせ部分の剪断面に、剪断面同士を
    互いに押し付け合うような押圧力を発生させながら前記
    金属板を固相接合することを特徴とする金属板の接合方
    法。
21. 【請求項２１】請求項２０において、一対の前記剪断刃
    の前記オーバラップしている部分の長さは、０.１mm 〜
    １０mmの範囲内であることを特徴とする金属板の接合方
    法。
22. 【請求項２２】請求項２０記載の金属板の接合方法にお
    いて、前記金属板を重ねる前に、金属板の少なくとも一
    部の表面の酸化スケールを除去することを特徴とする金
    属板の接合方法。
23. 【請求項２３】二枚の金属板の端部を突き合わせ、その
    突き合わせ部の上面又は下面に他の金属板を重ね、重ね
    合わせ部の二箇所を金属板が長手方向に移動しないよう
    に両側から拘束し、拘束された二箇所の間で前記他の金
    属板の上方から剪断刃を押し込み、前記他の金属板を前
    記突き合わせた二枚の金属板の位置まで押し下げ、これ
    により前記突き合わせた二枚の金属板を前記他の金属板
    を間に介して接合することを特徴とする金属板の接合方
    法。