JP4842219B2 - 圧力発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば閉塞鍛造装置において上型と下型とを閉塞するための圧力を発生させたり、プレス機のダイクッション装置として圧力を発生する装置に関する。

従来、上記の圧力発生装置としては、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。特許文献１の技術によれば、圧力発生装置のシリンダの内部が、ピストンによって上室と中室とに区画され、上室は、上型を支持する上ダイセットの圧力室と、下型を支持する下ダイセットの圧力室とに接続されている。上ダイセットは、スライドに取り付けられている。シリンダは、中室の下方に中室と区画壁によって区画された下室を有し、中室は、区画壁に形成された孔を介してシリンダの下室に接続されている。下室には蓄圧器が接続されている。上ダイセット及び下ダイセットのピストンが上限及び下限位置にあるとき、蓄圧器の圧力によってピストンはシリンダの上部に移動している。この状態において、スライドを下降させると、上型が下型に当接して閉塞され、更にスライドが下降すると、上ダイセット及び下ダイセットの圧力室が加圧され、その加圧油がシリンダの上室に流入し、ピストンを押し下げる。これに伴い中室内の油が下室から蓄圧器に流入して蓄圧される。ピストンがストロークエンドに達してピストンが停止する。その後、更にスライドが下降するこよによって上型と下型内で閉塞鍛造が行われる。

実開平４−３３４３９号公報

上記のような構成では、上下ダイセットの圧力室から加圧油がシリンダの上室に流入する際に、ピストンの受ける衝撃が大きく、サージ圧が発生する。そのため、圧力発生装置には耐圧性の高いものを使用しなければ、安全性及び耐久性が悪くなる。

本発明は、加圧流体がシリンダに流入する際に、サージ圧の発生を防止した圧力発生装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の圧力発生装置は、シリンダ本体を有し、このシリンダ本体内にピストンが収容されている。ピストンは、シリンダ本体の一端部側から他端部側まで摺動可能である。ピストンの一端部から他端部への摺動に従って容積が増加する第１室が、シリンダ本体の一端側に形成されている。ピストンの一端側から他端側への摺動に従って容積が減少する第２室が、シリンダ本体の他端側に形成されている。第１室は、可変圧力源に接続されている。可変圧力源としては、例えば閉塞鍛造装置の上型及び下型ダイセットの圧力流体室を使用することができる。可変圧力源の圧力は、小さい圧力から大きい圧力に変化する。第２室は蓄圧手段に接続されている。従って、第２室の圧力は一定である。ピストンは、第１及び第２のピストン部材からなり、第１のピストン部材は、シリンダ本体の一端側に位置し、第２のピストン部材は、シリンダ本体の他端側に位置している。第１のピストン部材は、第１室側に前記可変圧力源の圧力を受ける第１受圧部を有し、第２のピストン部材側に第１受圧部よりも受圧面積の小さい第２受圧部を有している。第２のピストン部材は、第２室側に第２室の圧力を受ける第３受圧部を有すると共に、第２室から第１のピストン部材側に貫通し、第２受圧部に第２室の圧力を印加する貫通孔を有している。可変圧力源の圧力が最小の状態で、第２室の圧力が第２受圧部に印加されて第１室の容積を最小とするように第１のピストン部材に印加され、第２室の圧力が第３受圧部に印加された状態で、第１のピストン部材と第２のピストン部材との間に隙間が形成されている。なお、第２室の圧力によって第２のピストン部材が所定位置よりも上昇して、第１及び第２のピストン部材間に所定の間隙が形成されなくなることを防止するために、第２のピストン部材に対してシリンダ本体の一端部側への移動を拘束する拘束手段を設けることが望ましい。可変圧力源の圧力上昇に伴い第１のピストン部材が第２のピストン部材側に前記隙間だけ第２のピストン部材側に移動し、その後に第１及び第２のピストン部材が共に移動する。

このように構成された圧力発生装置では、第１受圧部の受圧面積が第２受圧面積よりも大きいので、可変圧力源の圧力がわずかに上昇しただけで、第１のピストン部材が第２のピストン部材側に移動して、第１及び第２のピストン部材が接触し、両者が第２室側に移動を開始する。その後、可変圧力源の圧力が更に上昇して、第１受圧部に大きな力が印加されたときには、第１及び第２のピストン部材は既に移動を開始しているので、円滑に第１及び第２のピストン部材は移動する。従って、発生するサージ圧はごく僅かである。よって、この圧力発生装置をサージ圧に耐えるような耐久性の大きいものにする必要がない。また、サージ圧が殆ど発生しないので、例えば閉塞鍛造装置にこの圧力発生装置を使用した場合には、上型と下型とが接触する際に、これらが損傷することや大きな音が発生することもない。

第１のピストン部材は、第２のピストン部材側に突出した突部を有するものとすることができる。この場合、突出部の先端が第２受圧部とされ、突出部は、貫通孔に挿通されている。突部は、第１のピストン部材とは別個に形成して、第１のピストン部材に結合することもできるし、第１のピストン部材と一体に形成することもできる。

このように構成すると、突部が挿入部内に挿通されているので、第２受圧部である突部の先端に第２室の圧力が確実に印加される。また、第１のピストン部材が第２のピストン部材側に移動する際に、挿入部が案内としても機能する。

第１室を、第１室側のみに加圧流体が供給される方向性の逆止弁を介して前記加圧流体源に接続すると共に、絞り弁を介して前記可変圧力源に接続することができる。

このように構成すると、可変圧力源の圧力が最小の状態に戻る際に、第１室を最小容積に、第２室を最大容積とする状態に第１及び第２のピストン部材が復帰するが、この際に、第１室の加圧流体は絞り弁を介して可変圧力源に戻るので、ゆっくりと戻る。従って、例えば閉塞鍛造装置の場合には、上型と下型とが接触する際に、これらが損傷することや大きな音が発生することもない。

以上のように、本発明による圧力発生装置によれば、シリンダ本体の第１室への圧力流体の流入時に、大きなサージ圧が発生することがなく、この圧力発生装置の耐圧性を極端に高める必要がない。

本発明の１実施形態の圧力発生装置は、閉塞鍛造装置用の圧力発生装置であって、図１に示すように、シリンダ本体２を有している。シリンダ本体２は、その両端部が開口しており、その一方の端部がシリンダキャップ４によって閉じられ、他方の端部がシリンダヘッド６によって閉じられている。シリンダ本体２の長さ方向の中間には、シリンダ本体２の内径を狭めるように中間リング８が嵌められている。

シリンダ本体２内にピストン１０が設けられている。このピストン１０は、シリンダキャップ４側に位置する第１のピストン部材１２と、シリンダヘッド６側に位置する第２のピストン部材１４とからなる。

第１のピストン部材１２は、シリンダ本体２の内径に等しい直径の円板状に形成され、シリンダ本体２内をその長さ方向に沿って正逆に摺動可能に構成されている。第１のピストン部材１２のシリンダキャップ４側の面とシリンダキャップ４との間に第１室、例えば部屋１６が形成されている。この部屋１６は、第１のピストン部材１２がシリンダキャップ４側に最も移動しているとき、図１に示すように最も容積が小さい。第１のピストン部材１２がシリンダキャップ４側からシリンダヘッド６側に摺動すると、部屋１６の容積が増加する。

第１のピストン部材１２は、それの第２のピストン部材１４側の面の中央に、シリンダヘッド６側に突出した突出部、例えばピストンロッド１８を有している。このピストンロッド１８は、例えば円柱状で、第１のピストン部材１２とは別個に形成され、第１のピストン部材１２に結合されている。ピストンロッド１８の直径は、第１のピストン部材１２の直径よりもかなり小さい。

第２のピストン部材１４は、第１のピストン部材１２よりもシリンダヘッド６側に寄った位置に配置され、シリンダ本体２の内径に等しい直径の円板状部１４ａを有している。円板状部１４ａは、中間リング８よりもシリンダヘッド６側に寄った位置に配置されている。円板状１４ａのシリンダヘッド６と反対側の面の中央に、円板状部１４ａよりも小径の円筒状部１４ｂが中間リング８の内部を通って第１のピストン部材１２側に向かって突出するように円板状部１４ａと一体に形成されている。円筒状部１４ｂの直径は、中間リング８の内径にほぼ等しく、ピストンロッド１８の直径よりも大きい。第２のピストン部材１４もシリンダ本体２内をその長さ方向に沿って正逆に摺動可能である。但し、円板状部１４aが中間リンク８のシリンダヘッド６側の面と接触すると、それ以上のシリンダキャップ４側への第２のピストン部材１４の移動が阻止される。従って、中間リンク８は阻止手段として機能する。

円板状部１４ａとシリンダヘッド６との間に第２室、例えば部屋２０が形成されている。部屋２０は、第２のピストン部材１４がシリンダキャップ４側に最も寄った位置にあるとき、図１に示すように容積が最も大きくなり、シリンダヘッド６側に移動することによって容積が小さくなる。

円筒状部１４ｂの先端部中央から円板状部１４ａ側に向かって途中まで、挿入部、例えば挿入孔２２が形成されている。挿入孔２２は、ピストンロッド１８の直径と同じ径である。この挿入孔２２の長さ寸法は、ピストンロッド１８の長さ寸法以上、例えば長く形成されている。この挿入孔２２の円板状部１４ａ側の端部から、部屋２０に連通する連通孔２４が形成されている。この連通孔２４と挿入孔２２とが貫通孔を構成し、部屋２０は、第１のピストン部材１２側に連通している。

部屋１６は、可変圧力源、例えば図示していない閉塞鍛造装置の上型を支持する上ダイセットの圧力室と、下型を支持する下ダイセットの圧力室（図示せず）とに、シリンダキャップ４に形成された通路２６と逆止弁（図示せず）を介して接続されている。逆止弁は、部屋１６側に圧力室から圧力流体、例えば圧油が流れる方向に接続されている。この部屋１６は、シリンダキャップ４に設けた絞り弁２８が中途に介在する通路３０を介しても上記圧力室に接続されている。

圧力室の圧力は、上ダイセットが取り付けられているスライドが上昇していて、上型と下型とが非接触状態のとき、最も低く、スライドが降下して、上型が下型に接触すると、圧力室の圧力は上昇する。この圧力室の圧力が、第１のピストン部材１２のシリンダキャップ４側の面である第１受圧部に印加される。

部屋２０は、シリンダヘッド６に形成された通路３２を介して蓄圧手段、例えば蓄圧器（図示せず）に接続されている。この蓄圧器からの圧力が、連通孔２４を介してピストンロッド１８の先端である第２受圧部に印加され、かつピストン部材１４の円板状部１４ａのシリンダヘッド６側の面である第３受圧部に印加される。

スライドが上昇して、上型と下型とが離れている状態では、上ダイセット及び下ダイセットの圧力室の圧力は低く、第１のピストン部材１２のシリンダキャップ側の面に印加されている力よりも、ピストンロッド１８の先端である第２受圧部に印加されている力が大きい。その結果、図１に示すように、第１のピストン部材１２がシリンダキャップ４側に最も移動している。

第２のピストン部材１４は、第２のピストン部材１４の円板状部１４ａのシリンダヘッド６側の面に印加された力によってシリンダキャップ４側に移動しているが、第２のピストン部材１４の円板状部１４ａが中間リング８に接触して、それ以上の移動を拘束して、第２のピストン部材１４の円筒状部１４ｂと第１のピストン部材１２とはストロークｓ１だけ離れている。

この状態において、上ダイセットが取り付けられているスライドが降下して上型が下型に接触を開始すると、上ダイセット及び下ダイセットの圧力室の圧力が上昇を開始する。第１のピストン部材１２のシリンダキャップ４側の面の面積は、ピストンロッド１８の先端の面積よりも大きいので、上記圧力上昇に伴って、第１のピストン部材１２のシリンダキャップ４側の面に印加されている力が、ピストンロッド１８の先端に印加されている力よりも大きくなる。これによって第１のピストン部材１２が第２のピストン部材１４側に移動を開始し、第１のピストン部材１２がストロークｓ１だけ移動し、その後に、第１及び第２のピストン部材１２、１４が共に移動する。スライドの移動に従って上型が下型に完全に接触して、閉塞鍛造が行われる。これに伴って圧力室の圧力がさらに上昇し、第１及び第２のピストン部材１２、１４がシリンダヘッド６側に移動する。

もし、上ダイセット及び下ダイセットの圧力室の圧力がかなり上昇して始めて、第１及び第２のピストン部材１２、１４が移動を開始するのであれば、大きなサージ圧が発生する。しかし、この圧力発生装置では、わずかに圧力が上昇した時点で第１のピストン部材１２が移動を開始している。従って、上型と下型とが本格的に接触して、圧力室の圧力が大きくなった時点では、第１及び第２のピストン部材１２、１４が既に移動を開始しており、殆どサージ圧は発生しない。従って、シリンダ本体２やピストン１０の耐久性を非常に大きくしておく必要は無い。

このようにして、スライドの移動に従って上型が下型に接触して、閉塞鍛造が終了し、スライドが上昇を開始する。このとき、部屋１６の圧油は、圧力室に戻り、第１及び第２のピストン部材１２、１４は、図１に示す状態に戻る。但し、通路２６には逆止弁が設けられているので、圧油は絞り２８を介して戻る。従って、部屋１６の圧力は徐々に低下するので、第１及び第２のピストン１２、１４も低速で戻り、サージ圧は発生しないし、第１のピストン部材１２がシリンダキャップ４に急速に衝突することがなく、第１のピストン部材１２や、シリンダ本体２の耐久性を非常に大きくしておく必要がないし、大きな衝撃音が発生することもない。

図２は、この圧力発生装置における部屋１６の密閉鍛造開始時から終了時までの圧力変化を示したもので、鍛造の開始時にごくわずかなサージが発生しているだけであり、鍛造中にはほぼ一定の圧力を維持している。

上記の実施形態では、ピストン部材１４は、円板状部１４ａと円筒状部１４ｂとから構成したが、これに限ったものではなく、挿入孔２２を形成できれば、円板状部１４ａのみによって構成することもできる。但し、この場合、ピストンロッド１８が挿通され、部屋２０側から第１のピストン部材１２側に貫通した貫通孔を円板状部１４ａに形成する。また、上記の実施形態では、この圧力発生装置を閉塞鍛造装置に実施したが、これに限ったものではなく、例えばプレス機のダイクッション発生装置に実施することもできる。

本発明の１実施形態の圧力発生装置の縦断面図である。 図１の圧力発生装置の圧力図である。

符号の説明

２ シリンダ本体
１０ ピストン
１２ 第１のピストン部材
１４ 第２のピストン部材

Claims (3)

1. シリンダ本体と、このシリンダ本体内に収容され、前記シリンダ本体の一端部側から他端部側まで摺動可能なピストンとを、有し、
   前記ピストンの前記シリンダ本体の一端側から他端側に摺動するに従って容積が増加する第１室が、前記シリンダ本体の一端側に形成され、前記ピストンの前記シリンダの一端側から他端側に摺動するに従って容積が減少する第２室が、前記シリンダ本体の他端側に形成され、第１室は、圧力が変化する可変圧力源に接続され、第２室は蓄圧手段に接続され、
   前記ピストンは、第１及び第２のピストン部材からなり、第１のピストン部材は、前記シリンダ本体の第１室側に位置し、第２のピストン部材は、前記シリンダ本体の第２室側に位置し、
   第１のピストン部材は、第１室側に前記可変圧力源の圧力を受ける第１受圧部を有し、第２のピストン部材側に第１受圧部よりも受圧面積の小さい第２受圧部を有し、
   第２のピストン部材は、第２室側に第２室の圧力を受ける第３受圧部を有すると共に、第２室から第１のピストン部材側に貫通し、第２受圧部に第２室の圧力を印加する貫通孔を有し、
   前記可変圧力源の圧力が最小の状態で、第２室の圧力が第２受圧部に印加されて第１室の容積を最小とするように第１のピストン部材に印加され、第２室の圧力が第３受圧部に印加されている状態において、第１及び第２のピストン部材との間に隙間が形成され、前記可変圧力源の圧力上昇に伴い第１のピストン部材が第２のピストン部材側に前記隙間だけ第２のピストン部材側に移動し、その後に第１及び第２のピストン部材が共に移動する
   圧力発生装置。
2. 請求項１記載の圧力発生装置において、第１のピストン部材は、第２のピストン部材側に突出した突部を有し、その突部の先端部が第２受圧部とされ、前記突部が前記貫通孔に挿通されている圧力発生装置。
3. 請求項１記載の圧力発生装置において、第１室は、第１室側に前記可変圧力源から圧力流体が流れる方向に接続された逆止弁を介して前記可変圧力源に接続されると共に、絞り弁を介して前記可変圧力源に接続されている圧力発生装置。

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