(57)【要約】【課題】簡単な機構で必要なクラッチトルクを安定して精度よく求め、クラッチに過剰とならない適正な流体圧を付与できるようにすることである。【解決手段】ひずみ検出装置３１で検出される両側のサイドフレーム２のひずみを荷重計アンプ３３で実プレス荷重に変換し、この実プレス荷重に対応するクラッチトルクを得るのに必要な流体圧の下限値を求めて、求めた流体圧の下限値に所定の余裕代を持たせて、コントローラ３４からエア圧レギュレータ２３に指示する流体圧の設定値を決定することにより、サイドフレーム２のひずみから、簡単な機構で必要なクラッチトルクを安定して精度よく求め、クラッチ１４に過剰とならない適正な流体圧を付与できるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス本体の両側のサイドフレーム間に差し渡して支持されたクランク軸と、回転するフライホイールとを、流体圧で作動するクラッチで連結し、前記クランク軸にコンロッドで接続されたスライドをプレスサイクル中に所定のストロークで往復動させるクランクプレスにおいて、前記サイドフレームのプレス荷重によるひずみを検出するひずみ検出装置と、この検出されたひずみをプレス荷重に変換する荷重計アンプと、前記クラッチを作動する流体圧を調整する流体圧レギュレータと、この流体圧レギュレータに前記流体圧の設定値を指示するコントローラと、前記ひずみ検出装置で検出されたひずみから変換された実プレス荷重に対応するクラッチトルクを得るのに必要な前記流体圧の下限値を求め、求めた流体圧の下限値に所定の余裕代を持たせて、前記流体圧の設定値を決定する手段とを設けたことを特徴とするクランクプレス。
【請求項２】
前記流体圧の設定値を決定する手段が、プレスサイクル中に逐次変化するスライドの位置と、その時点での前記実プレス荷重を対応付けて、どのスライドの位置においても、その時点の実プレス荷重を発揮するためのクラッチトルクを得るのに必要な前記流体圧の下限値に対して、前記所定の余裕代を確保できるように、前記流体圧の設定値を決定するものである請求項１に記載のクランクプレス。
【請求項３】
前記流体圧の設定値を決定して、この決定した流体圧の設定値を、前記コントローラから前記流体圧レギュレータに指示するタイミングが、最初のプレスサイクルの直後と、その後所定回数のプレスサイクルが経過した後のタイミングである請求項１または２に記載のクランクプレス。
【請求項４】
前記ひずみ検出装置を両側のサイドフレームに設けた請求項１乃至３のいずれかに記載のクランクプレス。
【請求項５】
前記サイドフレームが、前記プレス本体の上部フレームと下部フレームを連結するタイロッドによって、上下方向に予圧されるものである請求項１乃至４のいずれかに記載のクランクプレス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧で作動するクラッチでフライホイールの回転トルクをクランク軸に伝達するクランクプレスに関する。
【背景技術】
【０００２】
フライホイールの回転トルクをクランク軸に伝達するクランクプレスは、空気等の流体圧で作動するクラッチで、同軸上に配置されたクランク軸とフライホイールを連結するようにしたものが多い。クランク軸はプレス本体のサイドフレーム間に差し渡して支持され、その回転に伴って、コンロッドで接続されたスライダが所定のストロークで往復動する。
【０００３】
このように流体圧で作動するクラッチでクランク軸とフライホイールを連結するクランクプレスでは、定格のプレス能力に応じたクラッチトルクが得られるように、流体圧発生装置からクラッチに流体圧を付与している。しかしながら、実際のプレス作業では、定格のプレス能力をフルに使用することは少なく、プレス荷重が定格の半分程度しかかからないことも多い。このため、クラッチに必要以上の流体圧を付与することになり、空気等の流体の消費量が多くなる問題がある。
【０００４】
このような問題に対して、空気クラッチを用いた剪断機のクランクプレスを対象として、クランク軸にひずみ検出装置と、このひずみ検出装置の検出信号を発信する発信装置を取り付けて、クランク軸に負荷される実トルクを検出し、検出された実トルクに応じて、空気クラッチに付与する空気の流体圧を決定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
なお、熱間鍛造等に用いられる大容量のクランクプレスは、上部フレームと下部フレームを連結するタイロッドを設け、サイドフレームを上下方向に予圧して、プレス荷重がタイロッドに負荷されるようにしたものが多い。このようなクランクプレスでは、タイロッドにプレス荷重が負荷されると、タイロッドの伸びに伴って、予圧により長手方向に縮んでいたサイドフレームのひずみが減少するように変化する。一方、剪断や冷間鍛造等に用いられる小容量のクランクプレスは、タイロッドを設けることなく、プレス荷重が直接サイドフレームに負荷されるようにしたものが多い。このクランクプレスの場合は、プレス荷重が負荷されると、サイドフレームに長手方向に伸びるひずみが発生する。したがって、いずれのクランクプレスの場合も、プレス荷重によるサイドフレームのひずみは、相対的に長手方向へ伸びる側へ変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平６−６１４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された、クランク軸にひずみ検出装置と、その検出信号の発信装置を取り付けたクランクプレスは、クランク軸に負荷される実トルクを検出することにより、必要なクラッチトルクを求めて、クラッチに過剰とならない適正な流体圧を付与することができる。しかしながら、回転するクランク軸に取り付けたひずみ検出装置の検出信号は、同じくクランク軸に取り付けた無線の発信装置か、またはクランク軸に取り付けたスリップリングと接触ブラシを用いて取り出す必要があり、検出信号の取り出し機構が複雑になる問題がある。無線の発信装置を用いる場合は、バッテリまたは電波による電力供給手段も必要とし、さらに、検出信号の取り出し機構が複雑になるとともに、発信装置がクランク軸に付与される衝撃によって故障する恐れもある。スリップリングと接触ブラシを用いる場合は、クランク軸の振動等に伴って、スリップリングと接触ブラシの接触が不安定となる恐れがある。
【０００８】
また、サイドフレーム間に差し渡して支持されたクランク軸には、プレス加工時に振動のほかに撓みも生じるので、この撓みによるクランク軸のひずみが検出出力にノイズとして付加され、実トルクの検出精度が低下する問題もある。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、簡単な機構で必要なクラッチトルクを安定して精度よく求め、クラッチに過剰とならない適正な流体圧を付与できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明は、プレス本体の両側のサイドフレーム間に差し渡して支持されたクランク軸と、回転するフライホイールとを、流体圧で作動するクラッチで連結し、前記クランク軸にコンロッドで接続されたスライドをプレスサイクル中に所定のストロークで往復動させるクランクプレスにおいて、前記サイドフレームのプレス荷重によるひずみを検出するひずみ検出装置と、この検出されたひずみをプレス荷重に変換する荷重計アンプと、前記クラッチを作動する流体圧を調整する流体圧レギュレータと、この流体圧レギュレータに前記流体圧の設定値を指示するコントローラと、前記ひずみ検出装置で検出されたひずみから変換された実プレス荷重に対応するクラッチトルクを得るのに必要な前記流体圧の下限値を求め、求めた流体圧の下限値に所定の余裕代を持たせて、前記流体圧の設定値を決定する手段とを設けた構成を採用した。
【００１１】
すなわち、ひずみ検出装置で検出されるサイドフレームのひずみを荷重計アンプで実プレス荷重に変換し、この実プレス荷重に対応するクラッチトルクを得るのに必要な流体圧の下限値を求めて、求めた流体圧の下限値に所定の余裕代を持たせて、コントローラから流体圧レギュレータに指示する流体圧の設定値を決定することにより、サイドフレームのひずみから簡単な機構で必要なクラッチトルクを安定して精度よく求め、クラッチに過剰とならない適正な流体圧を付与できるようにした。
【００１２】
前記流体圧の設定値を決定する手段は、プレスサイクル中に逐次変化するスライドの位置と、その時点での前記実プレス荷重を対応付けて、どのスライドの位置においても、その時点の実プレス荷重を発揮するためのクラッチトルクを得るのに必要な前記流体圧の下限値に対して、前記所定の余裕代を確保できるように、前記流体圧の設定値を決定するものとするとよい。
【００１３】
前記流体圧の設定値を決定して、この決定した流体圧の設定値を、前記コントローラから前記流体圧レギュレータに指示するタイミングを、最初のプレスサイクルの直後と、その後所定回数のプレスサイクルが経過した後のタイミングとすることにより、ロット毎にプレス荷重が異なるプレス加工に対して、最初のプレスサイクルの実プレス荷重から、その後のロット内でのプレス加工でクラッチに適正な流体圧を付与できるとともに、ロット内のプレス加工で金型の温度変化等によってプレス荷重が変化しても、この変化に対応させて、クラッチに最適な流体圧を付与することができる。
【００１４】
前記ひずみ検出装置を両側のサイドフレームに設けることにより、プレス荷重が一方のサイドフレームに偏って作用しても、実プレス荷重を精度よく求めることができる。
【００１５】
上述した各クランクプレスは、前記サイドフレームが、前記プレス本体の上部フレームと下部フレームを連結するタイロッドによって、上下方向に予圧されるものに好適である。すなわち、サイドフレームをタイロッドで予圧するクランクプレスは、プレス荷重がタイロッドに負荷され、サイドフレームにはプレス荷重によるひずみが均等に生じやすいので、プレス荷重によるサイドフレームのひずみをより安定して精度よく検出することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るクランクプレスは、ひずみ検出装置で検出されるサイドフレームのひずみを荷重計アンプで実プレス荷重に変換し、この実プレス荷重に対応するクラッチトルクを得るのに必要な流体圧の下限値を求めて、求めた流体圧の下限値に所定の余裕代を持たせて、コントローラから流体圧レギュレータに指示する流体圧の設定値を決定するようにしたので、簡単な機構で必要なクラッチトルクを安定して精度よく求めて、クラッチに過剰とならない適正な流体圧を付与することができ、空気等の流体の消費量を節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】クランクプレスの実施形態を示す全体構成図
【図２】図１のクランクプレスの本体部を示す正面図
【図３】図１のクランクプレスのクランク機構を示す模式図
【図４】図１のクラッチに付与する流体圧の設定値を決定する手段を説明するグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係るクランクプレスの全体構成図である。このクランクプレスは、プレス本体１の両側のサイドフレーム２間に差し渡して支持されたクランク軸３と、回転するフライホイール１１を同軸上に配置し、クランク軸３とフライホイール１１をクラッチ１４で連結するものであり、クラッチ１４は、エア圧供給装置２０から供給される流体圧としてのエア圧で作動するようになっている。
【００１９】
前記エア圧供給装置２０は、エア源２１からクラッチ１４へのエアの供給経路２２ａに、エア圧を調整するエア圧レギュレータ２３と、調整されたエア圧でエアを貯留するエアタンク２４と、電磁弁２５で作動される圧力弁２６を順に配置したものであり、後述するコントローラ３４からの指示によって、エア圧レギュレータ２３でエアタンク２４のエア圧を調整し、エアタンク２４のエア圧を、圧力弁２６を介してクラッチ１４に供給する。電磁弁２５と圧力弁２６は、故障時の安全のために、２つずつ並列に設けられ、各圧力弁２６は、エア源２１からバイパス経路２２ｂで供給されるエアを用いて、各電磁弁２５で個別に作動される。また、エア圧レギュレータ２３の出口側の供給経路２２ａには圧力計２７が取り付けられ、エアタンク２４には安全弁２８が取り付けられており、各圧力弁２６にはサイレンサ２９が接続されている。
【００２０】
前記両側のサイドフレーム２には、ひずみを検出するひずみ検出装置３１が取り付けられ、各ひずみ検出装置３１は信号ケーブル３２ａで荷重計アンプ３３に接続されており、検出されたひずみがプレス荷重に変換される。したがって、無線の発信装置やスリップリングと接触ブラシを用いることなく、信号ケーブル３２ａのみを用いて、サイドフレーム２のひずみを荷重計アンプ３３に簡単な構成で取り出すことができる。なお、ひずみ検出装置３１は、サイドフレーム２の長手方向に向けて貼付した４枚のひずみゲージでブリッジ回路を組んだものであり、プレス荷重によるサイドフレーム２のひずみを検出する。ひずみゲージは２枚としてもよい。
【００２１】
また、前記荷重計アンプ３３は信号ケーブル３２ｂでコントローラ３４に接続され、コントローラ３４は信号ケーブル３２ｃでエア圧供給装置２０のエア圧レギュレータ２３に接続されている。コントローラ３４は、後述するように、荷重計アンプ３３で変換された実プレス荷重に基づいて、エア圧レギュレータ２３に指示するエア圧の設定値を決定する。
【００２２】
図２は、前記クランクプレスの本体部を示す。このクランクプレスは熱間鍛造用の大容量のものであり、プレス本体１の上部フレーム４と下部フレーム５がタイロッド６で連結され、両側のサイドフレーム２が、タイロッド６のナット７による締め付けで、上下方向に予圧されている。したがって、鍛造のプレス荷重はタイロッド６に負荷され、このプレス荷重に伴うタイロッド６の伸びによって、予圧で長手方向に縮んでいたサイドフレーム２のひずみが減少するように変化する。
【００２３】
また、前記サイドフレーム２間に差し渡されたクランク軸３には、スライド８がコンロッド９で接続され、下部フレーム５にはボルスタ１０が固定されている。スライド８とボルスタ１０には上下の金型（図示省略）が取り付けられる。図３に模式的に示すように、クランク軸３の回転に伴ってスライド８が上下にストロークｄで往復動し、スライド８とボルスタ１０に取り付けられる上下の金型によって、ワークが熱間鍛造される。
【００２４】
このクランクプレスは、コンロッド９の長さａとストロークｄの半分ｄ／２の比、すなわち連桿比がλとされ、クランク角度がα０、コンロッド９の傾き角度がθ０、スライド８の下死点を原点０とした移動位置ｙがｙ０のときに、最大プレス荷重Ｗ０が発揮可能とされている。発揮可能な最大プレス荷重Ｗ０は、クランク軸３にクラッチ１４で伝達されるクラッチトルクＴを用いて、つぎの（１）式で表される。
【数１】
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また、スライド８の移動位置ｙによって変化する発揮可能なプレス荷重Ｗは、最大プレス荷重Ｗ０を用いて、つぎの（２）式で表される。
【数２】
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【００２５】
図１に示したように、前記フライホイール１１は、モータ１２とベルト１３で回転駆動される。また、前記クラッチ１４は、エア圧供給装置２０からエア圧Ｐが付与されるピストン式のシリンダ１４ａと、クランク軸３に取り付けられた摩擦プレート１４ｂからなり、シリンダ１４ａによってフライホイール１１と摩擦プレート１４ｂを押し付けて、フライホイール１１の回転トルクをクランク軸３に伝達する。シリンダ１４ａの断面積はＳとされ、摩擦プレート１４ｂのフライホイール１１と接触する部分のピッチ円直径はＬ、摩擦係数はμとされており、クランク軸３に伝達されるクラッチトルクＴは、つぎの（３）式で表される。シリンダ１４ａはダイヤフラム式のものとしてもよい。
【数３】
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【００２６】
前記クラッチトルクＴはスライド８の移動位置ｙによっては変化しないので、（１）式と（３）式を（２）式に代入することにより、エア圧Ｐをパラメータとして発揮可能なプレス荷重Ｗを算出するつぎの（４）式が得られる。
【数４】
2012006057.tif 000006
【００２７】
以下に、図４のグラフに基づいて、前記コントローラ３４で、エア圧レギュレータ２３に指示するエア圧Ｐの設定値を決定する手順を説明する。コントローラ３４には、（４）式と、クランクプレス固有の最大能力を発揮するために必要な最大エア圧ＰＭが前以って入力されており、エア圧Ｐを最大エア圧ＰＭとして、スライド８の移動位置ｙと発揮可能なプレス荷重Ｗとの関係を（４）式で求めたものが、最大計算荷重−ストローク曲線ＣＭとして、予め記憶されている。
【００２８】
新たなロットの鍛造を開始するときに、最初のプレスサイクルでは、エア圧Ｐを最大エア圧ＰＭに設定してワークを鍛造する。このとき、コントローラ３４は、前記ひずみ検出装置３１と荷重計アンプ３３によってサイドフレーム２のひずみから検出される実プレス荷重と、スライド８の実際の移動位置とから、実荷重−ストローク曲線Ａを求める。つぎに、移動位置ｙの原点０（ｙ＝０）から予め設定された任意の間隔、例えば、１ｍｍ、１０ｍｍ等の間隔をおいた各点をｙ１、ｙ２、・・・ｙｎとし、これらの各点ｙｉ（ｉ＝１〜ｎ）での実プレス荷重をＷｉ（ｉ＝１〜ｎ）、予め設定した余裕代をδＡとして、（４）式を用いて、各点ｙｉでのＷ＝Ｗｉ＋δＡに対するエア圧Ｐｉ（ｉ＝１〜ｎ）を求め、これらの求められたエア圧Ｐｉのうちの最も大きなエア圧ＰＡをエア圧Ｐの設定値として決定し、エア圧レギュレータ２３に指示する。すなわち、図４に併せて表示するように、予め記憶している最大計算荷重−ストローク曲線ＣＭから、エア圧Ｐをスライド８の全ての移動位置ｙで余裕代δＡを確保できるように、最小の適正エア圧ＰＡとされた計算荷重−ストローク曲線ＣＡに適正化することができる。
【００２９】
前記エア圧レギュレータ２３は、流体圧Ｐをコントローラ３４から指示された設定値の流体圧ＰＡに調整し、以降のプレスサイクルでの鍛造が開始される。また、コントローラ３４は、ロット内で例えば５０回等の所定回数のプレスサイクルが経過した後のタイミングでも、その時点で求められた実荷重−ストローク曲線に基づいてエア圧Ｐの設定値を決定するようになっており、ロット内のプレス加工で金型の温度変化等によってプレス荷重が変化しても、この変化に対応させて、クラッチ１４に最適なエア圧Ｐを付与することができる。
【００３０】
なお、前記コントローラ３４は、求めた実荷重−ストローク曲線Ａも記憶部に記憶するようになっており、つぎに同じロットを鍛造するときは、記憶部に記憶した実荷重−ストローク曲線Ａを、同じく記憶部に記憶している最大計算荷重−ストローク曲線ＣＭと対比して、最初のプレスサイクルからエア圧Ｐの設定値を決定することができる。
【００３１】
上述した実施形態では、コントローラで計算荷重−ストローク曲線と実荷重−ストローク曲線を対比して、流体圧の設定値を決定するようにしたが、この作業は、別のコンピュータで行うこともできる。図４に示したようなグラフを作図して、計算荷重−ストローク曲線と実荷重−ストローク曲線を対比し、決定した流体圧の設定値をコントローラに入力することもできる。
【００３２】
また、上述した実施形態では、サイドフレームをタイロッドで予圧する熱間鍛造用のクランクプレスとしたが、本発明に係るクランクプレスは、サイドフレームを予圧するタイロッドがなく、プレス荷重がサイドフレームに直接負荷されるものであってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  プレス本体
２  サイドフレーム
３  クランク軸
４  上部フレーム
５  下部フレーム
６  タイロッド
７  ナット
８  スライド
９  コンロッド
１０  ボルスタ
１１  フライホイール
１２  モータ
１３  ベルト
１４  クラッチ
１４ａ  シリンダ
１４ｂ  摩擦プレート
２０  エア圧供給装置
２１  エア源
２２ａ  供給経路
２２ｂ  バイパス経路
２３  エア圧レギュレータ
２４  エアタンク
２５  電磁弁
２６  圧力弁
２７  圧力計
２８  安全弁
２９  サイレンサ
３１  ひずみ検出装置
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ  信号ケーブル
３３  荷重計アンプ
３４  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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