(57)【要約】【課題】モーターにかかる過負荷を抑えることのできるハイブリッド式走間剪断機を提供する。【解決手段】剪断刃１０、２０と駆動機構部３０を備える走間剪断機において、駆動機構部３０には剪断刃１０、２０を加速、減速する第１駆動源５０がトルクリミッター付きカップリング６０を介して接続されており、剪断刃１０、２０に剪断力を伝える第２駆動源７０がクラッチ８０を介して接続されているハイブリッド式走間剪断機Ａである。クラッチ８０連結時に第１駆動源５０と第２駆動源７０が完全には同調しておらず、第１駆動源５０に過大なトルクが伝わったとしても、過負荷防止装置６０がそのトルクを吸収するため、第１駆動源５０に過負荷がかからず、第１駆動源５０が故障することを防ぐことができる。【選択図】図１
2011025366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
剪断刃と、該剪断刃を駆動する駆動機構部を備える走間剪断機において、
前記駆動機構部には、剪断刃を加速、減速する第１駆動源が過負荷防止装置を介して接続されており、
前記駆動機構部には、剪断刃に剪断力を伝える第２駆動源がクラッチを介して接続されている
ことを特徴とするハイブリッド式走間剪断機。
【請求項２】
前記過負荷防止装置がトルクリミッター付きカップリングである
ことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド式走間剪断機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド式走間剪断機に関する。さらに詳しくは、金属材料の圧延工程において金属材料を止めることなく走間で所定の長さに剪断する走間剪断機であって、複数台のモーターによって駆動されるハイブリッド式走間剪断機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の走間剪断機の駆動方式には大きく二つの方式が採用されている。その一つはクラッチブレーキ方式と称される駆動方式で、あらかじめモーターで剪断速度付近まで加速してあるフライホイールと、剪断刃を取り付けたギヤとをクラッチで連結することにより剪断刃の加速、剪断を行い、その後にクラッチを切り離してブレーキで減速、停止する方式である。もう一つはスタートストップ方式と称される駆動方式で、フライホイールを含め全体をモーターで加速、剪断、減速、停止させる方式である。
クラッチブレーキ方式は、フライホイールにあらかじめ蓄えた回転運動エネルギーを剪断に使え、かつモーターの急速な加減速動作が不要なため、比較的小型のモーターが使用できる。しかし、この方式の場合、加速、減速をクラッチおよびブレーキで行うため、精密な剪断の制御が難しく、また、クラッチやブレーキの摩耗が避けられないため、これらの保守に手間がかかるという問題がある。
一方スタートストップ方式は、加速、減速をモーターで行うので、精密な剪断の制御が可能であり、クラッチやブレーキの摩耗の問題もない。しかし、この方式の場合、フライホイールを含め全体を加速、減速する必要があるため、比較的大型のモーターが必要になるという問題がある。
【０００３】
そこで、クラッチブレーキ方式の利点とスタートストップ方式の利点を併せ持ったハイブリッド方式の走間剪断機が考案されている（特許文献１）。図７に示すように、特許文献１記載のハイブリッド式走間剪断機は、噛合関係にある一対のギヤ111、121と、かかる一対のギヤの回転軸112、122に支持体113、123を介して取付けた一対の剪断刃114、124と、かかる一対のギヤ111、121の駆動系とを備え、駆動系により一対のギヤ111、121を回転させ、これにより一対の剪断刃114、124を回転させて、走行中の被剪断材を剪断するようにした走間剪断機である。起動及び制動用のモーター132をピニオン134に常時接続した第１駆動系131と、モーター142の駆動によるフライホイール144の回転をクラッチ145を介してピニオン146に隨時接続するようにした第２駆動系141とを備え、第１駆動系のピニオン134と第２駆動系のピニオン146とを一対のギヤ111、121に噛合させている。
【０００４】
以上のような構成のハイブリッド式走間剪断機において剪断を行う場合には、あらかじめ第２駆動系141のモーター142を作動させ、フライホイール144を被剪断材の走行速度に同調させた速度で回転させておく。そしてまず、剪断を必要とするタイミングに合わせて第１駆動系131のモーター132を作動させ、ピニオン134を起動させて、同時に上下で一対のギヤ111、121と共に一対の剪断刃114、124を起動させ、その速度をフライホイール144の速度に同調させる。つぎに、一対の剪断刃114、124の速度とフライホイール144の速度とが同調したとき、第２駆動系141のクラッチ145を連結し、一対の剪断刃114、124を走行中の被剪断材に対しその走行速度に同調させた速度で上下から切り込ませて、被剪断材を剪断する。かくして剪断後、第２駆動系141のクラッチ145を切り離し、第１駆動系131のモーター132を停止させる。これにより、ピニオン134を制動し、同時に上下で一対のギヤ111、121と共に一対の剪断刃114、124を制動して、元の待機位置又は剪断開始角度から１回転以内に停止させる。以下は、剪断の都度、この繰り返しである。
このように、第１駆動系131のモーター132は、剪断時にギヤ111、121および剪断刃114、124を加速し、剪断完了後に減速、停止をさせるスタートストップ方式の役割を担い、第２駆動系141のモーター142は常時回転してフライホイール144に回転運動エネルギーを蓄積し、剪断時にその蓄積した回転エネルギーをギヤ111、121および剪断刃114、124に伝達するクラッチブレーキ方式の役割を担う。
そのため、ハイブリッド方式では、クラッチブレーキ方式に比べ、精密な剪断の制御が可能であり、またスタートストップ方式に比べ、小型のモーターが使用できる。
【０００５】
しかるに、第２駆動系141にはフライホイール144が接続されているが、第１駆動系131には接続されていないので、第１駆動系131と第２駆動系141の慣性力は大きく異なっている。モーター回転数が同調した後に第１駆動系131と第２駆動系141をクラッチ145で連結するが、モーター132、142の回転数が完全には同調しておらず回転数に差がある時にクラッチ145を連結した場合に、第２駆動系141の慣性力の方が大きいため、第２駆動系141から第１駆動系131のモーター132へとトルクが伝達されることとなる。この場合、モーター132は第２駆動系141からのトルク流入のため制御が効かず、結果として過負荷になるという問題がある。また、剪断には大きな力が必要であるので、剪断時にもモーター132に過負荷がかかるという問題がある。
なお、この問題をモーター制御系だけで解決することも考えられるが、現実的には非常に困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２４５２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑み、モーターにかかる過負荷を抑えることのできるハイブリッド式走間剪断機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明のハイブリッド式走間剪断機は、剪断刃と、該剪断刃を駆動する駆動機構部を備える走間剪断機において、前記駆動機構部には、剪断刃を加速、減速する第１駆動源が過負荷防止装置を介して接続されており前記駆動機構部には、剪断刃に剪断力を伝える第２駆動源がクラッチを介して接続されていることを特徴とする。
第２発明のハイブリッド式走間剪断機は、第１発明において、前記過負荷防止装置がトルクリミッター付きカップリングであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明によれば、第１駆動源が過負荷防止装置を介して駆動機構部に接続されているので、クラッチ連結時に第１駆動源と第２駆動源が完全には同調しておらず、第１駆動源に過大なトルクが伝わったとしても、過負荷防止装置がそのトルクを吸収するため、第１駆動源に過負荷がかからず、第１駆動源が故障することを防ぐことができる。また、剪断時に第１駆動源に過大なトルクが伝わったとしても、過負荷防止装置がそのトルクを吸収するため、第１駆動源に過負荷がかからず、第１駆動源が故障することを防ぐことができる。
第２発明によれば、トルクリミッター付きカップリングが滑ることで、クラッチ連結時および剪断時に発生する第１駆動源に伝わる過大なトルクを吸収するため、第１駆動源に過負荷がかからず、第１駆動源が故障することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るハイブリッド式走間剪断機の平面図である。
【図２】同ハイブリッド式走間剪断機の正面図である。
【図３】同ハイブリッド式走間剪断機の側面図である。
【図４】図２におけるIV‐IV線矢視断面図である。
【図５】図２におけるＶ‐Ｖ線矢視断面図である。
【図６】フライホイールモーターおよび加速モーターの回転速度変化を示す説明図である。
【図７】従来技術のハイブリッド式走間剪断機の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１、図２、図３に示すように、本発明の一実施形態に係るハイブリッド式走間剪断機Ａは、主に上下一対の剪断刃１０、２０と、その剪断刃１０、２０を駆動する駆動機構部３０と、その駆動機構部３０に接続された第１駆動源５０および第２駆動源７０からなる。第１駆動源５０と駆動機構部３０とは過負荷防止装置であるトルクリミッター付きカップリング６０を介して接続されており、第２駆動源７０と駆動機構部３０とはクラッチ８０を介して接続されている。
なお、図２においては第１駆動源５０および第２駆動源７０を、図３においては第２駆動源７０を省略してある。
【００１２】
前記トルクリミッター付きカップリング６０は、二つの軸をつなぐカップリングにトルクリミッター機構を組み合わせたものである。トルクリミッター機構は定格値以下のトルクは伝達し、定格値以上のトルクは滑ることによって力伝達を遮断する摩擦滑り板などで構成されている。
【００１３】
駆動機構部３０は筐体３１と、筐体３１内の複数のギヤで構成されている。図４に示すように、筐体３１の下部には、第１ピニオンギヤ３２、フリーギヤ３３、下剪断刃ギヤ３４、フリーギヤ３５、第２ピニオンギヤ３６が隣接するギヤが噛合うようにこの順番で水平に配置されている。さらに図５に示すように、下剪断刃ギヤ３４の上方には、フリーギヤ３７、フリーギヤ３８、上剪断刃ギヤ３９が隣接するギヤが噛合うように下から上へとこの順番で垂直に配置されている。すなわち、図２に示すように、ギヤ３２〜３９は正面視逆Ｔ字となるように筐体３１内に配置されている。したがって、第１ピニオンギヤ３２もしくは第２ピニオンギヤ３６を回転させることによって、下剪断刃ギヤ３４および上剪断刃ギヤ３９を回転させることができる。
【００１４】
図２および図５に示すように、上剪断刃ギヤ３９のシャフト４９の正面側の一端にはリンク１１が接合されており、このリンク１１の先端には上剪断刃取付部材１２が揺動自在に取り付けられている。また、この上剪断刃取付部材１２もリンクとなっており、その先端は筐体３１に揺動自在に取り付けられたリンク１３の先端と連結されている。同様に、下剪断刃ギヤ３４のシャフト４４の正面側の一端にはリンク２１が接合されており、このリンク２１の先端には下剪断刃取付部材２２が揺動自在に取り付けられている。この下剪断刃取付部材２２もリンクとなっており、その先端は筐体３１に揺動自在に取り付けられたリンク２３の先端と連結されている。さらに、上剪断刃取付部材１２の下方に上剪断刃１０が、下剪断刃取付部材１２の上方に下剪断刃２０が、被剪断材が流れるパスラインＰ上で噛合うように取り付けられている。
【００１５】
このような構成とすることで、上剪断刃ギヤ３９および下剪断刃ギヤ３４が回転すると、上剪断刃１０および下剪断刃２０がパスラインＰ上を被剪断材と供に走行しながら、被剪断材を上下から挟んで、剪断することができる。また、リンク１１〜１３および２１〜２３により、上剪断刃１０および下剪断刃２０がパスラインＰ上を走行しながら、その角度を変え、パスラインＰに対して垂直に上下運動をすることができ、上剪断刃１０および下剪断刃２０が噛み合わさって剪断することができる。
【００１６】
図４に示すように、第１ピニオンギヤ３２のシャフト４２の背面側の一端には、トルクリミッター付きカップリング６０を介して第１駆動源５０が接続されている。第１駆動源５０は加速モーター５１と図示しない制御装置からなる。制御装置は剪断時における加速モーター５１の加速、減速を制御するものである。シャフト４２と加速モーター５１のモーターシャフトとの間はトルクリミッター付きカップリング６０のみで直接接続されている。
【００１７】
一方、第２ピニオンギヤ３６のシャフト４６の背面側の一端には、クラッチ８０を介して第２駆動源７０が接続されている。図１に示すように、第２駆動源７０はフライホイールモーター７１（以下「ＦＷモーター」という。）と、フライホイール７２と、ＦＷモーター７１およびフライホイール７２が接続され、その回転を出力する出力シャフト７３が接続されている第２駆動源機構部７４からなる。出力シャフト７３がクラッチ８０を介してシャフト４６に接続されている。また、ＦＷモーター７１とクラッチ８０を制御する図示しない制御装置も設けられている。
なお、第２駆動源機構部７４は複数のギヤなどからなり、ＦＷモーター７１の回転をフライホイール７２に伝達しフライホイール７２に回転運動エネルギーを蓄え、フライホイール７２の回転運動エネルギーを出力シャフト７３に伝達する機構を備えている。
【００１８】
つぎに、ハイブリッド式走間剪断機Ａの剪断動作について図６に基づき説明する。なお、説明のため図６はトルクリミッター付きカップリング６０の効果を考慮に入れておらず、また図中の（１）〜（５）は、以下の説明中の数字と対応する。
【００１９】
（１）剪断前から、ＦＷモーター７１はパスラインＰ上の被剪断材の速度に同調した回転速度で定常運転しており、フライホイール７２に回転運動エネルギーを蓄えている。この時クラッチ８０は切り離された状態であり、加速モーター５１は回転していない。剪断刃１０、２０は被剪断材に影響しない待機位置に静止している。
【００２０】
（２）剪断時には、まず制御装置より加速指令が加速モーター５１に伝達され、加速モーター５１は、被剪断材の速度と同調した回転速度まで加速する。すなわち、加速モーター５１は、慣性力の小さい剪断刃１０、２０および駆動機構部３０を加速させ、剪断刃１０、２０の速度を被剪断材の速度と同調させる。
【００２１】
（３）つぎに、制御装置より連結指令がクラッチ８０に伝達され、クラッチ８０が連結する。このとき、ＦＷモーター７１の回転速度と加速モーター５１の回転速度は、共に被剪断材の速度に同調しているため、理想的にはクラッチ８０を連結しても両モーター７１、５１の回転速度は変わらない。しかし、制御装置の誤差などによりモーター７１、５１の回転速度が完全には同調していない場合にクラッチ８０を連結すると、慣性力の小さい第１駆動源５０の加速モーター５１の回転速度が慣性力の大きい第２駆動源７０のＦＷモーター７１の回転速度に引きずられ変化する。これは、第２駆動源７０の慣性力の方が大きいため、クラッチ８０連結時の慣性力の変動に伴い、第２駆動源７０から第１駆動源５０の加速モーター５１へとトルクが伝達されるためである。例えば、クラッチ８０連結前の加速モーター５１の回転速度がＦＷモーター７１の回転速度よりも速い場合は、クラッチ８０連結後の加速モーター５１は回転速度が遅くなる。すなわち、加速モーター５１に過負荷がかかるということになる（３ａ）。逆に、クラッチ８０連結前の加速モーター５１の回転速度がＦＷモーター７１の回転速度よりも遅い場合は、クラッチ８０連結後の加速モーター５１は回転速度が速くなる。加速モーター５１が設定回転速度よりも早く回転させられると、制御装置は加速モーター５１の回転速度を設定値に戻そうと制御するので、加速モーター５１に電力を供給する回路側に過大な電流が流れるという負荷がかかる（図示せず）。なおこれら場合、ＦＷモーター７１も回転速度が若干変動するが、第２駆動源７０は慣性力が大きいためほとんど影響がない。
【００２２】
（４）つぎに、剪断刃１０、２０が剪断位置に到達すると、被剪断材に対し上下から切り込んで被剪断材を剪断する。この際には、第２駆動源７０のフライホイール７２に蓄えられた回転運動エネルギーが剪断に使用される。剪断には大きな力が必要であるので、ＦＷモーター７１も加速モーター５１も回転速度が低下する。すなわち、この時にもまた、加速モーター５１に対して過負荷がかかる（４ａ）。
【００２３】
（５）剪断終了後、制御装置より切り離し指令がクラッチ８０に伝達され、クラッチ８０が切り離される。ＦＷモーター７１はふたたび、フライホイール７２に回転運動エネルギーを蓄えて、つぎの剪断に備え定常運転に戻る。一方、加速モーター５１は制御装置より制動指令が伝達され、回転速度を減速し、剪断刃１０、２０を待機位置まで移動させた後静止する。以降、（１）から（５）の動作を繰り返し、剪断を継続する。
【００２４】
以上の通り、加速モーター５１には（３ａ）および（４ａ）において過負荷がかかるが、第１駆動源５０がトルクリミッター付きカップリング６０を介して駆動機構部３０に接続されているので、トルクリミッター付きカップリング６０が滑ることで第１駆動源５０に伝わる過大なトルクを吸収するため、加速モーター５１に過負荷がかからず、加速モーター５１が故障することを防ぐことができる。もちろん（３ａ）において加速モーター５１が設定回転速度よりも早く回転させられる場合においても、そのトルクを吸収することができる。
トルクリミッター付きカップリング６０が滑ると、図６に示すような加速モーター５１の急激な速度変化を防ぐことができる。
【００２５】
なお、駆動機構部３０は本実施形態のようなギヤの構成とする必要はなく、クランク式やロータリー式などの限定もない。剪断刃に対して上記の第１駆動源および第２駆動源に相当する駆動源が接続されている構成であればよい。また、第１駆動源、第２駆動源の数もそれぞれ１つに限られず、その数を増やした実施形態でもよい。
【符号の説明】
【００２６】
Ａ                      ハイブリッド式走間剪断機
１０                    上剪断刃
１１、１３、２１、２３  リンク
１２                    上剪断刃取付部材
２０                    下剪断刃
２２                    下剪断刃取付部材
３０                    駆動機構部
３１                    筐体
３２                    第１ピニオンギヤ
３３、３５、３７、３８  フリーギヤ
３４                    下剪断刃ギヤ
３６                    第２ピニオンギヤ
３９                    上剪断刃ギヤ
４２、４６、４４、４９  シャフト
５０                    第１駆動源
５１                    加速モーター
６０                    トルクリミッター付きカップリング
７０                    第２駆動源
７１                    フライホイールモーター
７２                    フライホイール
７３                    出力シャフト
７４                    第２駆動機構部
８０                    クラッチ
Ｐ                      パスライン
【図１】
2011025366.tif 000003
【図２】
2011025366.tif 000004
【図３】
2011025366.tif 000005
【図４】
2011025366.tif 000006
【図５】
2011025366.tif 000007
【図６】
2011025366.tif 000008
【図７】
2011025366.tif 000009