JP2008149378A - 絶縁をもたらしつつ力を伝達するための機械的な接続 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動装置から可動部材への熱の伝達を防止しつつ、大きな力の伝達を可能とする機械的接続装置を提供する。
【解決手段】可動部材（１４）と駆動装置の可動端（２４ｂ）との間の接続装置において、可動部材に接する機械的接続部材（３４）と、駆動装置の可動端との間に熱絶縁部材（３２）介装し、駆動装置によって生み出される熱の伝達を防止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、可動部材と駆動装置の可動端との間の機械的接続装置を提供し、さらに詳しくは、そのような機械的接続装置が、駆動装置から可動部材への熱の伝達を実質的に防止しつつ、大きな力の伝達を可能にするように機能する。さらに本発明は、そのような機械的接続装置を使用する駆動システム、ならびに金属薄板を折り返すためのプレスブレーキであって、そのような駆動システムを備えているプレスブレーキに関する。

比較的高い熱膨張係数を呈する２つの部品を密に接触させ、一方の部品を周囲温度よりも高い温度に接触させたとき、熱が他方の部品へと伝搬して、この他方の部品に熱膨張を生じさせることはよく知られている。

部品が、加熱点を構成する接触面に比べて大きな寸法である場合、部品の全体にわたって各点における温度がばらつき、部品を構成している材料において加熱点を中心として等温線を呈するように分布するようになる。この状況は、接触面を介してのエネルギーの伝達が一定でない場合、周囲の温度が一定でない場合、あるいは一式の接触面を介して放散される熱が加熱面によって伝達される熱よりも小さい場合に、時間とともに変動する可能性がある。

自由な熱膨張が不可能である場合、圧縮および変形の熱応力が、局所的な加熱の部位に局所的に存在するようになり、その大きさは計算可能である。

熱膨張が自由であるか、あるいは内部の熱応力を伴うかにかかわらず、結果は部品の機械的な変形である。

部品の形状および加熱点の位置に鑑み、熱応力が、部品が一様に加熱される場合に生じると考えられる変形よりもはるかに大きい最大の変形を、全体として引き起こす可能性がある。この状況は、たとえ局所的な加熱面の面積がきわめて小さくても、強力であって「てこの腕」（ｌｅｖｅｒ ａｒｍ）システムによって加熱面から遠い領域（たとえそれらの領域そのものはあまり加熱されていなくても）を変形させる局所的な熱応力および変形を生み出すという事実によって、引き起こされる。まさに単一の部品の種々の点の間の温度差が、内部の熱応力の発生なしでは自由な熱膨張を不可能にしている。

本発明の発明者らは、この状況が、これに限られるわけではないが、とくには工作機械の機械的部材の変位の制御において見られ、とくには金属薄板を折り曲げるためのプレスブレーキの制御の場面において見られることを明らかにした。

図１は、フレーム１２と、折り曲げ工具を固定するための固定部材１６を保持している可動の上部金型１４と、Ｖ字２０を保持するための固定部材を保持している下部金型１８とを備えるプレスブレーキ１０の図である。従来からのやり方にて、上部金型１４の平行移動が、２つの油圧ラム２２および２４によって制御される。油圧ラム２２および２４は、フレーム１２へと固定されたシリンダ２２ａ、２４ａを有しており、それらのピストン２２ｂ、２４ｂの端部が可動金型１４の上端へと固定されている。上部金型の寸法は、
長さ：１２００ミリメートル（ｍｍ）〜６０００ｍｍ、
高さ：１０００ｍｍ〜３０００ｍｍ、
厚さ：４０ｍｍ〜１２０ｍｍ、
程度である。

本発明の発明者らが行ったテストによって、油圧ラム２２および２４が、電気機械式ボール‐ねじアクチュエータなどといった他の大部分の力発生器と同様、周囲の温度を摂氏で数度または数十度ほど超える連続動作温度を有することが確認された。この加熱は、さまざまな内部の可動部品と固定部品との間の摩擦源によって生み出され、繰り返しの荷重にさらされる材料のヒステリシスによって生み出され、ラムへと通過してピストンを継続的に加熱する高温の作動油によって生み出される。ラムを通過する作動油は、７０℃に達する可能性があり、ピストンは約６０℃に達しうる。ラムのピストン２２ｂおよび２４ｂにおいて、上部金型１４の作用面２６に近い方の面が約４０℃である一方で、周囲の温度は１７℃にあり、上部金型の中央部は約２０℃にある。図２にさらに明確に見られるように、ラム２４と上部金型１４との間の接触面２６から逃げるこれらの温度は、分布して等温線Ｉを呈する。プレスブレーキの場合には、線Ｊによって表わされるような上部金型の下縁２８の変形のみが重要である。プレスブレーキの性能に関しては、この変形がまさに重要であり、この変形は上述の２つの現象の重ね合わせによってもたらされる。

第１に、線形な熱膨張は自由であり、垂直方向には熱応力が存在しない。４００ｍｍの高さを有するこの領域の平均の温度上昇が１０°であるとすると、よく知られた公式を適用し、理論的には４８マイクロメートル（μｍ）の線膨張が生じ、この変形は、実際の機械において測定できる変形に一致する。

第２に、上部金型の中央部の変形は、ラムの作用点の下方および近傍の材料の加熱に関係する熱応力によって生み出される。

現在のプレスブレーキにおいては、制御ラムの位置を、１μｍ〜２μｍの精度で定めることができる。したがって、４８μｍに達しうる上部金型１４の下縁２８の変形は、容認することができない。

本発明の第１の目的は、可動部材と温度上昇の原因である駆動装置の可動端との間の機械的接続装置であって、可動部材への熱の伝達をなくすことができ、あるいはきわめて大きく減らすことができ、同時に駆動装置と可動部材との間で大きな力を伝達できる装置を提供することにある。

本発明によれば、この目的が、可動部材と、可動端を有し、前記可動部材を動かすために適しており、加熱をもたらす原因でもある駆動装置との間の接続装置であって、
前記可動部材に接する機械的接続部材と、
前記機械的接続部材と駆動装置の前記端部との間に介装されることで、前記駆動装置によって生み出される熱が実質的に前記可動部材へと伝達されない熱絶縁部材と、
を備えることを特徴とする接続装置によって達成される。

接続装置において駆動装置の可動端と可動部材との間に熱絶縁部材を介装することで、駆動装置と可動部材との間を流れる熱流束をきわめて大きく低減でき、可動部材の熱膨張の現象をきわめて大きく軽減できることを、理解できるであろう。

好ましくは、接続装置が、駆動装置の可動端を可動部材へと接続するための固定部材をさらに備えており、第２の熱絶縁部材が、前記固定部材と前記可動部材との間に介装されていることを特徴とする。

この配置によって、「高温の」駆動装置と可動部材との間のきわめて良好な熱絶縁を保ちつつ、駆動装置の端部と可動部材との間に効果的な双方向の接続がもたらされることが保証されることを、理解できるであろう。

好ましくは、熱絶縁装置が、５０メガパスカル（ＭＰａ）以上の静の弾性応力限界および１ミリケルビン当たり０．５ワット（Ｗ／ｍＫ）未満の熱伝導率係数を有する熱絶縁材料を好ましくは有する合成複合材料で作られる。

本発明の第２の目的は、このような機械的接続装置を使用する駆動システムであって、金属薄板を折り曲げるためのプレスブレーキの可動金型の変位を制御するために熱流束の伝達を防止する駆動システムを提供することにある。

上述の形式の接続装置を使用する駆動システムが、前記駆動装置の前記可動端が、前記可動部材の表面に作用するラムのピストンの端部であり、前記接続部材が、前記表面に押し付けられるプレートであり、前記熱絶縁部材が、前記ピストンの端部に形成された第２のボールジョイント面と協働するために適した第１のボールジョイント面を有していることを特徴とする。

本発明の第３の目的は、上述した形式の２つの駆動システムを使用するプレスブレーキを提供することにある。

本発明の他の特徴および利点は、本発明を限定するものではない例によって提示される本発明の実施の形態についての以下の説明を検討することによって、さらに明らかになる。説明においては、添付の図面を参照する。

ここで図３および４を参照し、上述した形式のプレスブレーキについて、油圧ラムのピストンの端部と上部金型との間の機械的な接続の好ましい実施の形態を、以下で説明する。当然ながら、この説明は、どのように本発明の機械的接続装置を使用できるのかについての一例を構成するにすぎず、多数の他の用途を思い描くことが可能である。

図３において、図１および２のプレスブレーキの上部金型１４の一部分を、アクチュエータ２４のピストン２４ｂ、ならびに上部金型のうちのラムのピストンによって力が加えられる面２６とともに、見て取ることができる。この実施の形態においては、ピストン２４ｂの端部が、部分的に、ボールジョイント面を構成する凹形の球状キャップ３０の形態である。ラム２４ｂのピストンの端部と面２６との間には、第１に絶縁部材３２が介装され、第２に金属部材３４が介装されている。絶縁部材３２は、凸形の球状キャップの形態であって、凹形の球状キャップ３０の形態であるアクチュエータのピストンの端部と協働する上面３２ａを有するとともに、実質的に平面であって、金属部材３４へと押し当てられる第２の面３２ｂをさらに呈している。したがって、アクチュエータのピストン２４ｂと上部ラム１４との間の熱橋が、きわめて高い熱伝導抵抗を呈する絶縁部材３２を経由せずには存在しないことを、理解できるであろう。

金属部材３４は、あくまで随意であり、曲げ力を絶縁ボールジョイント部材３２の全体にわたって分散させるように機能する。

ラム２４ａのピストンと金型１４との間に両方向の機械的接続をもたらすために、この機械的接続システムは、好ましくは、以下の構成要素に組み合わせられている。金属ロッド３６が、ラムのピストン２４ｂの軸に沿って延び、ラムのピストン２４ｂの下端を超えて突き出している。金型１４の本体に、金型の前面に直交する方向の凹所が形成されており、この凹所が、参照番号３８で指し示されている。この凹所３８は、半円柱形の上壁部分４０を有している。機械的な接続が、半円形の熱絶縁部材４４および弾性変形可能なワッシャ４７を介してロッド３６のねじ山付きの端部と協働するナット４２によって仕上げられている。さらに、ロッド３６の挿入を可能にすべく金型に形成される通路４８の直径が、ロッドと金型との間のいかなる接触も避けるために、ロッドの外径よりも大きいことを付け加えておかねばならない。さらに、絶縁部材３２およびワッシャ４７に形成される円形の開口５０は、ロッド３６と部材３４との間の非接触が保証されるように充分に大きい。

したがって、ラムのピストン２４ｂおよびロッド３６によって構成される熱源が、熱絶縁部材３２および４４の存在によって金型１４から完全に熱的に絶縁されていることを、理解できるであろう。一方で、この接続の形態は、ラムのピストンと金型１４との間で大きな力の伝達を可能にしている。

熱絶縁部材３２および４４は、好ましくは、エポキシに浸され、その後に乾燥させられた綿布から製作できる合成複合材料を使用して構成される。熱絶縁部材の製作に適すると考えられる特定のセラミックも存在する。これらの熱絶縁部材は、きわめて小さく、典型的には０．２９Ｗ／ｍＫ程度であり、いかなる場合でも０．５Ｗ／ｍｋ未満である熱伝導率係数を呈する。さらに、この熱絶縁材料は、きわめて高く、５０メガパスカル（ＭＰａ）を超え、好ましくは１００ＭＰａ程度である静の弾性応力限界を呈する。

本発明に従ってラムのピストンと上部金型との間の接続がなされているプレスブレーキについて測定を行ったところ、ラムのピストンの端部の下方の平均温度上昇が約１℃であり、熱膨張が、プレスブレーキの上部金型１４の下縁２８において５μｍ未満であることが明らかになった。

プレスブレーキの側面図である。 プレスブレーキの上部金型の半分を示しており、上部金型に等温線が示されている。 プレスブレーキの制御ラムのピストンと可動上部金型との間の機械的な接続の実施の形態を示している。 熱絶縁部材の部分切断の斜視図である。

Claims (8)

1. 可動部材と、可動端を有し、前記可動部材を動かすために適しており、加熱をもたらす原因でもある駆動装置との間の接続装置であって、
   前記可動部材に接する機械的接続部材と、
   前記機械的接続部材と前記駆動装置の前記端部との間に介装されることで、前記駆動装置によって生み出される熱が実質的に前記可動部材へと伝達されない熱絶縁部材と、
   を備えることを特徴とする接続装置。
2. 前記駆動装置の前記可動端を前記可動部材へと接続するための固定部材をさらに備えており、
   第２の熱絶縁部材が、前記固定部材と前記可動部材との間に介装されていることを特徴とする請求項１に記載の接続装置。
3. 前記熱絶縁装置が、合成複合材料で作られていることを特徴とする請求項１または２に記載の接続装置。
4. 前記熱絶縁材料が、５０ＭＰａ以上の静の弾性応力限界、および０．５Ｗ／ｍＫ未満の熱伝導率係数を有していることを特徴とする請求項３に記載の接続装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の接続装置を使用する駆動システムであって、
   前記駆動装置の前記可動端が、前記可動部材の表面に作用するラムのピストンの端部であり、前記接続部材が、前記表面に押し付けられるプレートであり、前記熱絶縁部材が、前記ピストンの端部に形成された第２のボールジョイント面と協働するために適した第１のボールジョイント面を有していることを特徴とする駆動システム。
6. 前記固定部材が、前記ピストンの端部へと固定されたロッドと、前記ロッドと協働する拘束部材とを備えており、
   前記第２の熱絶縁部材が、前記可動部材の第２の表面と前記拘束部材との間に配置され、前記ロッドが前記可動部材および前記接続部材との接触を有していないことを特徴とする請求項２および５に記載の駆動システム。
7. 前記第２の表面が、ボールジョイント面であり、前記第２の表面へと押し当てられる前記第２の熱絶縁部材の面が、相補的なボールジョイント面であることを特徴とする請求項６に記載の駆動システム。
8. フレームと、可動金型と、フレームに固定された２つの駆動システムとを備えるプレスブレーキであって、
   それぞれの駆動装置が、請求項５から７のいずれか一項によるものであり、それぞれのラムのピストンの端部が、可動部材を構成している前記可動金型の一端へと接続されていることを特徴とするプレスブレーキ。

Images