JP5122491B2 - 切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、棒材等の素材を切断する切断装置に関する。更に詳しくは、拘束した長尺棒材を剪断力により安定した定寸に短尺切断して、鍛造用等の素材取りを行うための支承装置を有する切断装置に関する。

短尺の鍛造用等の素材取りは、長尺棒材を定寸に切断することにより行われる。鍛造用素材の量産のための切断は、剪断機により長尺棒材に剪断力を作用させ、剪断により定寸、又は短寸に連続的に切断する。例えば、断面形状が丸、又は角型で定尺材と称する長さ５〜６ｍの棒鋼材を、これら棒鋼材の外径に合致させた半円弧の形状の上下２枚の交叉刃物で剪断させ切断する。図６の例は、切断された短尺棒材を示し、図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、つぶれ、傾斜、重量バラツキ等、つぶれによって生じる欠陥形状を示すビレット（棒鋼切断片）の外観図である。即ち、正規の丸材〔図６（ａ）〕のものが、切断の際棒材が傾斜しながらつぶれ、変形を起こし〔図６（ｂ）参照〕、その結果、断面がつぶれた形状〔図６（ｃ）参照〕となっていく形状変化を示している。従来の切断方式で切断されたビレットは、通常、図６に示すように、つぶれ、傾斜、重量バラツキ等が生じ、変形も伴って多くの欠陥を有している。

これらビレットの優劣判断の基準として、「切断精度」というものが用いられている。ビレットの切断精度の表示には３つの要素が知られている。それは生産されたビレットの目標重量（Ｗo）に対する重量誤差（Ｗｅ％）と端面直角度（θＲ、θＬ）と変形度（Ｅ／Ｄｏ）の３つであるが、それぞれは独立しているようであるが、実際は相関関係があり、端面直角度（θＲ，θＬ）が良好であれば、θは限りなく０に近くなる。又、重量誤差（Ｗｅ％）も良好になり、Ｗｅは限りなく０に近くなる。変形度（Ｅ／Ｄｏ）も小さくなり、Ｅ／Ｄｏは０に近いほど良い。以上ビレットの良否を数値的な精度比較で検討し評価できることの説明である。

要するに、本発明のような切断方式で目標とするところは、完全な形状の円柱又は、角柱状のビレットを得ることである。そのような形状のものが得られなくとも、極力それらに近い精度のビレットを安定的に得ることにある。以下、先ず本発明の要旨の理解を容易にするために、従来から行われている切断方法の概要について説明する。本例においては、端面直角度を切断精度の基準にして説明をする。棒鋼材を切断する方法には色々の方法があり、例えばガス切断、鋸切断、砥石切断、レーザービーム切断、プラズマ切断等々あるが、何れの方法も切断された材料端面は軸線方向に対しほぼ直角に切断することが可能である。一方、剪断による切断方法では、刃物に加圧力を与えて、材料にある程度の幅を有して接触させ、材料を強引に押し切り切断する為に、切断されたビレットは、図６に示すようにビレット自体が変形し、種々の欠陥を含んで生産されているのが現状である。

図７の（ａ）〜（ｅ）は、切断時のビレットの変形の進行の経過を模式的に示した説明図である。この変形の最大の要因は、図７の（ａ）〜（ｃ）に示されている。材料である棒材Ｍの切断開始時点、即ち、固定刃物ＦＴに載置された棒材Ｍに可動刃物ＭＴが接触してから、続いて喰い込み、切断を進行させることになる。このときビレットＢを切り離す時点までの間に、切断されるビレットＢと、残り側の棒材Ｍの軸線Ｃが、水平状態を維持できずに傾斜してしまう。変形要因は切断時のこの傾斜に起因している。棒材Ｍの先端が切断開始と共に、その先端が下方に垂れる現象をトップベンド（Ｔｏｐ ｂｅｎｄ）と呼んでいる。トップベンドが発生すると、図７の（ｄ），（ｅ）のように、ビレットＢの軸線は前方下方に傾いたままで切断される結果、ビレットＢの切断端面は、軸線に直角ではなく傾きを有することとなる。

同様に残留している棒材Ｍも、切断時に切断位置から離れた部位が跳ね上がる状態になり、結果的に軸線Ｃは切断位置から離れた部位が上方になって傾斜する。その結果、残留した棒材Ｍの先端面も、軸線Ｃに対しては垂直に切断されてはおらず、傾斜して切断されることになる。なお、図７の（ｃ）〜（ｅ）は、軸線Ｃの傾斜状態を分かり易くするために模式的に表示している。傾斜角（θＲ，θＬ）を大きく図示しているが、実際は最大５°程度の傾斜角が発生している。このような切断方式において、その切断面が直角であり、つぶれの少ないビレットＢを得る為に必要不可欠の切断条件が学術的に明らかになっている。それは切断の開始から終了までの間、ビレットＢの軸線及び残りの棒材Ｍの軸線が、切断開始から終了まで常に完全な水平を保ったままの状態で切断を完了することである。

以上のような理由から切断されるビレットＢの変形を少なくする目的で、種々の拘束切断方式が提案されている。これは棒材Ｍを切断する直前、又は、同時進行で、水平を保つための姿勢制御ともいうべき、種々の付加的拘束を棒材に与えつつ切断する方法である。一例として、図８に示すように２個のローラー間に挟んだ棒材Ｍをその中心軸線方向に送り、その先端面をストッパである定寸器Ｓに加圧した状態で、２枚の切断刃による剪断で切断する軸方向拘束型切断方式が知られている。

この軸方向拘束切断方式は、原理的には棒材Ｍが水平を保ちつつ切断される。しかし、この方式では硬い材質の材料（硬質材）では予測通りの切断が達成されるが、軟質材の場合は材料に変形が発生する。図８は、軸方向拘束切断方式のときに予測されるビレットの変形を模式的に示す説明図である。図８に示すようにビレットＢが、可動刃物ＭＴの切断の開始と同時に、それ自体がトップベンドしようとする強大な力によって、先端部分の一部が潰れて陥没する。結果としてビレットの軸線は傾斜してしまうという不都合が発生する。これを防ぐために、図９に示すように内部に棒材Ｍを貫通させて材料の下部を保持する貫通孔を備えた可動刃、固定刃が共に丸刃を使用する拘束切断方式のものがある（例えば、特許文献１参照）。

又、本出願人も、変形量が少なく高品質のビレットを得るための切断装置を提案している（特許文献２参照）。この切断装置の支承装置が本発明に関わるもので、この装置は、素材の軸線方向に圧縮応力を付加して、剪断によりこの素材を切断する切断装置において、可動側切断刃が駆動され素材を切断するとき、素材のつぶれからクラックが発生する間、可動側切断刃の押圧力に比例した支承力で支承するものである。この支承力は２つのカムによる相対すべり動作によって、カム斜面を押圧する摩擦力としている。

さらに、切断装置の支承装置に関連し、円筒形をなす下刃に被切断材を差し通し、この被切断材の先端をストッパーに当接し切断長さを設定するとともに、下刃とストッパーで被切断材を拘束し、上刃を下降させることにより切断する際、この拘束に加えて、上下方向に油圧により拘束を与える構造のものが知られている（例えば、特許文献３参照）。又、プレス機械ではあるが、支持機構に関わり、楔体をバネ力によりくさび動作で押圧し金型支持体を上下方向に移動させ保持する構造のものがある（例えば、特許文献４参照）。

特開平０８−３１８４２４号公報 ＷＯ２００５−１２０７５７Ａ１号公報 特開昭５９−８８２１４号公報 特開平０７−６８３２１号公報

図９に示すように可動刃、固定刃とも丸刃とする、いわゆる丸刃−丸刃による拘束切断方式と呼ばれる形式では、２枚の刃物の中央部に材料の直径と略同寸法の貫通孔を設け、その中に材料を通して切断する為、材料は大きくトップベンドする事ができない。図９は、丸刃−丸刃による拘束切断方式のビレットＢの変形を模式的に示す説明図である。この丸刃−丸刃による拘束切断方式は、図９に示す如く、外径Ｄｏの材料（棒材）Ｍの先端をスムーズに通過させる為に、固定側切断刃Ｅの貫通孔の内径Ｄｅは材料Ｍの外径Ｄｏよりも少し大きくしておく必要がある。さらに可動側切断刃Ａの貫通孔の内径Ｄａは、その繰り返し停止位置精度のバラツキの関係で、内径Ｄｅよりも大きな直径を有する内孔にしないと、棒材Ｍの先端がスムーズに通過できない。

このために可動側切断刃Ａの内径Ｄａは、材料Ｍの外径Ｄｏよりもかなり大きくなってしまう。その結果、材料Ｍと可動側切断刃Ａの貫通孔に隙間Ｋが発生することになる。このため、切断開始と共に材料Ｍは隙間Ｋの範囲内で、ビレットＢ先端部には傾斜を発生させてしまうので、拘束の効果は減じてしまう。又、アップホールディング方式（ｕｐ ｈｏｌｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）と称する方式では、上刃直下で直截的に切断時のトップベンドを避けるため、その下部をエアシリンダ又は油圧シリンダで切断方向と逆方向の力で材料を支えるものが知られている。この方式は、切断直前まで材料の下方をエアシリンダ、油圧シリンダ等の流体圧力で支えつつ、可動切断刃が材料の切断を開始すると、可動切断刃の加圧降下と共に、材料と流体圧力支持部も一体となって降下切断するものである。

この方式の欠点は、流体圧力により材料に下方より拘束力を与えているため、流体圧の性質上拘束力が最大に要求される瞬間、即ち切断開始から終了の短い時間(又はピストンが負荷重降下する短い距離)に、シリンダ容量の最大能力負荷を発生させることが出来ない点にある。むしろ切断が既に終了し、可動切断刃が下至点に近づくほど（液体が圧縮されて）ピストンシリンダの抗力が増大するという、不合理な現象が生じている。

その結果、後述する理由により、この部分に用いる流体圧シリンダは、かなり容量の大きい流体圧シリンダを必要としているにもかかわらず、切断当初においてはピストンの力は最大限に発揮出来ぬ状態で支持部を支えきれず、材料にトップベンド状態を与えてしまう弱点があった。

何故、ピストンによる支持力を当初より最大限に設定出来ないかの理由は、当初から流体圧シリンダ内の流体を最大圧力にした場合、高圧高速で降下してくる可動切断刃がビレットＢを介して、ピストン軸を降下させる際ビレットＢに当接するのでその瞬間シリンダ内の圧力が急激に上昇し、非常に危険な状態となる。この為に前記流体圧シリンダの容量は、拘束力に必要な圧力に余裕を持たせた容量の流体圧シリンダを用いると共に、拘束力を維持した瞬間に、それを超えた圧力にならないように、急速排圧弁等を用いて、以後の流体圧シリンダ内の圧力の上昇を防ぐ等のことを行っている。しかし、本来、このような衝撃を伴う高圧力で高速、しかも長いストロークの負荷に対して、流体圧シリンダを用いることは不適当であり、装置の寿命も短くし、関連の機器の故障にもつながり、危険な事故が発生するおそれがあった。

このような前述の従来の問題点を解決するために、本出願人は、特許文献２に示す切断技術とその装置を提案したが、さらに改良の余地があることを見出し新たな提案を行うものである。この特許文献２に示す切断装置、特に支承装置は、カム式で支承動作を行うものであるが、このカムは凹凸形状をなす２つのカムの摩擦の伴う相対動作で係合離脱を行わせるものであった。しかし、このカム構成の係合離脱動作は、常に摩擦を伴うものである。このためこのカムを保持している支承軸を高速で連続的に上下動作を繰り返し切断動作を行うと、カム面の磨耗量が大きく、不具合が生じていた。本発明は、特にこの欠点を解消するために開発されたものである。

以上、棒材切断機に関する拘束装置の方式と問題点を説明したが、本発明に係る拘束切断装置は、前述したアップホールディング方式に分類されるもので、上述のような技術背景のもとになされたものであり、前述のように特に特許文献２に示す技術の改良技術として開発されたもので、下記の目的を達成する。

本発明の目的は、高品質のビレット又はブランクを安定的に得ることができる切断装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、変形量が少なく形状精度の高いビレット又はブランクを安定的に得ることができる切断装置を提供することにある。
その特徴は、支承装置において、棒材の切断開始時点より、切断終了時点まで、棒材に対して抗圧力を与え、切断終了時点以後は抗圧力が激減する機能を安定的に与えるようにしたことにある。

本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明１の切断装置は、切断のために素材に押し当てて駆動される可動側切断刃と、前記切断時に前記素材を支承するための固定側切断刃と、前記可動側切断刃の移動方向に前記素材を挟んで配置され、前記素材を支承するための支承装置とを備え、前記素材の軸線方向に圧縮応力を付加して、剪断により前記素材を切断する切断装置において、前記支承装置にあって、前記素材を支承するためのシュウ支持軸と、前記シュウ支持軸に設けられ、Ｖ字形状の凹部を有する係合溝部材と、前記係合溝部材の前記Ｖ字形状の凹部に押圧係合し相対的に移動可能な円柱状係合体と、前記円柱状係合体を、前記係合溝部材の前記Ｖ字形状の凹部と係合させる方向に押圧するための押圧手段とからなり、前記押圧手段は、前記円柱状係合体を自転自在に支承して前記係合溝部材の前記Ｖ字形状の凹部へ押圧するための押圧体と、この押圧体を押圧するためのシリンダ又は圧力発生機構とからなり、自転自在な前記円柱状係合体と前記係合溝部材の前記Ｖ字形状の凹部とを係合させて前記素材を支承し、前記素材の切断を行うことを特徴とする。

本発明２の切断装置は、本発明１において、前記押圧体は、前記支承装置に設けられた支軸を中心に揺動して前記円柱状係合体を押圧する揺動部材であって、断面形状が円形状の凹部を有し、前記円柱状係合体は、高硬度の部材であって、前記押圧体の前記円形状の凹部に自転自在にはめ込まれていることを特徴とする。

本発明３の切断装置は、本発明１又は２において、前記係合溝部材は、前記Ｖ字形状の凹部を有して前記シュウ支持軸に設けられ、高硬度の材質で構成されているものであることを特徴とする。

本発明４の切断装置は、本発明１又は２において、前記シュウ支持軸は、このシュウ支持軸を挟んで対向する２つのシリンダにより上下方向へ移動できる構成になっていることを特徴とする。

本発明５の切断装置は、本発明１又は２において、前記シュウ支持軸は、前記支承装置の基体に案内部材を介して規制され案内される構成になっていることを特徴とする。

本発明６の切断装置は、本発明１又は２において、前記係合溝部材及び前記円柱状係合体の係合部位は、磨耗防止のために油浸漬されていることを特徴とする。

本発明７の切断装置は、本発明１から６において、前記支承装置は、楔体を介して前記切断装置の本体に固定されていることを特徴とする。

本発明の切断装置は、特に支承装置において、棒材の切断開始時点より、切断終了時点まで、棒材に対して抗圧力を与え、切断終了時点以後は抗圧力が激減する機能を安定的に与えるようにしたものである。その結果、この切断装置では、高品質で変形量が少なく高精度のビレット又はブランクが生産できるようになった。

又、この切断装置は、支承軸を高速で連続的に上下動作を繰り返し切断動作を行っても、係合溝部材、円柱状係合体の磨耗量をたいへん少なくすることができ、切断装置に問題を発生させることがなく、メンテナンスを容易にすることができた。

図１は、切断装置の切断構造の部分を断面で示す正面図である。 図２は、図１の右側面図である。 図３は、支承装置の全体構成を断面で示す正面図である。 図４は、図３をＡ−Ａ線で切断した断面図である。 図５は、図３をＢ−Ｂ線で切断した断面図である。 図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、つぶれ、傾斜、重量バラツキ等の欠陥形状を示すビレット（又はブランク）の外観図である。 図７（ａ）〜（ｅ）は、切断時のビレットの変形の進行の経過を模式的に示した説明図である。 図８は、軸方向拘束切断方式のときに発生するビレットの変形を模式的に示した説明図である。 図９は、丸刃−丸刃による拘束切断方式のビレットの変形を模式的に示した説明図である。 図１０（ａ），図１０（ｂ）は、棒材と角材の破断面を示す説明図である。 図１１は、棒材を切断したときの可動刃物移動ストロークとその刃物負荷量（機械負荷量）の関係を示す線図である。

［切断の原理］
本発明の実施の形態の前提となる切断の原理について説明する。本実施の形態に関わる切断装置の加工対象材は断面形状が丸、正方形、場合によっては異形の棒状材で、材質は鉄、銅、アルミニウムの他、チタン、ニッケル等の特殊金属、又はこれらの合金等である。実際に多く使用されているものは鉄（鋼）及び鉄合金であり、その形状は円形断面が主である。従って、ここでは一般に使用例の多い断面形状が円形状の棒鋼材を前提に説明する。図１０（ａ），図１０（ｂ）は、棒材と角材の破断面を示す説明図である。円形又は四角材の鋼材を素材の形状に合わせた切断刃で切断すると、図１０（ａ），図１０（ｂ）に示すようにその形状は、各々剪断面１０１、１０１ａと破断面１０２、１０２ａとで形成される。

ここで、剪断面１０１は、素材面に接する刃物のエッジで押圧されて剪断成形された部分を称し、一方、破断面１０２は文字通り切断素材である棒材又は角材にクラックが走り、分離現象が生じた面である。棒材、又は角材の前述した切断は、「切断開始」や「切断終了」を物理的な現象で説明すると前述の剪断成形で実質的な切断となるので、「切断開始」はこの剪断面１０１の上端から始まることであり、「切断終了」はこの剪断面１０１の下端で終了することである。

今、仮に直径Ｄｏが１００ｍｍの鉄鋼材を切断する場合、可動側切断刃と固定側切断刃に挟まれた切断素材（以下「材料」と称す。）は、可動側切断刃により圧力を加えられ、それに従って、切断される鋼材がつぶれ、変形を生じる。例えば、図６に示す如く直径寸法１００ｍｍから９８ｍｍにまでつぶれ、鋼材の上端部分が部分的に変形する。そのつぶれ変形に続いて可動側切断刃、及び固定側切断刃のエッジが材料の側面に徐々に喰い込み（切断あるいは剪断と呼ぶ現象）を始める。その後、引き続き材料の上端部から側面部にかけて喰い込み状態が進行し、可動側切断刃、固定側切断刃の刃物のエッジがさらに喰い込んでいく。このように喰い込みが進行すると、ついには、喰い込み付近より材料に突然クラックが発生する。

これら材料のつぶれから、クラック発生に至る一連の現象は、材料を狭搾加圧している上下両刃物のエッジから発生して、上下方向から同時に走るクラックが合致した時点で、材料と棒鋼切断片であるビレット（又はブランク。以下ビレットと記載する。）との分離が完了する現象をいう。この様な現象の結果、切断されたビレットに生じた切断面は図１０に示すものとなる。図１０において、徐々につぶれていきながら剪断面１０１（１０１ａ）を形成するために、切断装置が作動している時が切断装置に負荷がかかっている時であるが、破断面１０２（１０２ａ）の形成時には切断装置には負荷はほとんど生じていないのである。

図１１は、材料を切断したときの可動側切断刃の移動ストローク（可動刃物ストローク）と、その刃物の負荷量との関係を示す線図である。材料を切断する過程において、刃物負荷量（加圧力）が最大になるのは、前述例でいうと、可動側切断刃が材料に約２ｍｍに至るつぶれ変形を与えつつ喰い込みが始まり、最後に、クラックが発生する直前までの間にあると推定される。

すなわち、図１１の可動刃物ストロークの０からつぶれの生じているＳｆ（Ｄｆ）の位置までの間、刃物負荷量は増加し、Ｓｆ（Ｄｆ）の位置で最大値Ｐｍになる。可動側切断刃と固定側切断刃の双方の刃物がお互いに材料に喰い込み始めて５ｍｍも進むと、あとはクラックによる破断が発生して、その後は切断装置の可動側切断刃、固定側切断刃には負荷は加わらない。すなわち、クラック直前のＳｆ（Ｄｆ）の位置から完全分離するＳｅ（Ｄｅ）の位置までの間、負荷はほとんど生じない。

トップベンドの現象は、切断刃が材料に接触し、負荷が加わり、材料につぶれが発生した時点から開始し、材料のクラックが発生する直前まで、即ち刃物が材料に接触して喰い込み量が（２＋５）ｍｍ位喰い込む間に継続して発生すると考えられる。従って、理想的なアップホールディング式拘束切断機の作動は、上述の時間帯、言い換えれば可動側切断刃が約７ｍｍ降下する時間と距離分だけ強力な、例えば、切断荷重の３０％以上の支持力で材料を常にアップホールドしておき、その後は可動側切断刃のストロークに合わせてアップホルダーが無負荷で降下するようにすれば理想的であり、本発明はそのような技術的課題を解決したものである。

［切断装置の構成］
本発明は、特に支持機構部に関わるものであるが、棒材を支持して切断する構造は、従来例の公知の機構が適用できる。本実施の形態においては、特許文献２に示す切断装置の構造を適用するものとする。以下、先ず切断刃の構成に関わる切断構成部分について説明する。なお、切断機構は特許文献２に記載されているので、その詳細な説明は省略するが、次に切断機構に関わる概要としてその実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、切断装置の切断構造の部分を断面で示す正面図であり、図２は、図１の右側面図である。切断装置の切断機本体１には、上下駆動されるラム２が配置されている。ラム２の駆動機構については、クランク機構、レバー機構、トッグル機構、油圧機構等が知られており、周知の技術であり、かつ本発明の要旨でもないのでその説明は省略する。ラム２の下端には、刃物保持具３が配置されている。刃物保持具３は、切断機本体１の機体１０に搭載されている。

この刃物保持具３内には、可動側切断刃４が上下方向に摺動自在に搭載されている。可動側切断刃４の上部は、ラム２の下端に固定されており、ラム２により上下駆動される。可動側切断刃４は、概略すると矩形の板状のものであり、下端部が半円弧に形成された切刃５が形成されている。刃物保持具３には、固定側切断刃６が固定されている。固定側切断刃６には、断面形状が円形の円形刃７が形成されている。固定側切断刃６は、着脱自在にボルト（図示せず）で刃物保持具３に固定されている。可動側切断刃４は半円弧形刃の切刃５、及び固定側切断刃６は円形刃７としており、切断素材である断面形状が円形の棒材を剪断作用で切断するためのものである。

可動側切断刃４の下部には、ビレット支承シュウ１５が配置されている。ビレット支承シュウ１５は、切断時に素材から切り離されたビレットを下から支承するためのものである。ビレット支承シュウ１５は、ボルト１６によりシュウ支持軸１７の上端に固定されている。シュウ支持軸１７は、軸受１８に上下方向に摺動自在に支持されている。軸受１８は、支持台１９に搭載されている。支持台１９は、機体１０の下面にボルト２０により固定されている。

［支承装置の構成］
次に、本発明の実施の形態の主要部をなす支承装置２１を図３から図５に従い説明する。図３は、支承装置２１の全体構成を断面で示す正面図で、図４は、図３をＡ−Ａ線で切断した断面図で、図５は、図３をＢ−Ｂ線で切断した断面図である。シュウ支持軸１７の下部が支承装置２１となっている。この支承装置２１の基体２２は、シュウ支持軸１７の上下動の案内を行う案内装置ともなっていて、案内室２３を構成している。

シュウ支持軸１７の下部は、案内体２４を形成している。この案内体２４は、断面が略四角形状体であり案内室２３内で上下往復移動するように設けられている。この案内室２３の形状はその断面が長方形状をなし、長尺側の一端に案内体２４が挿入されており、この案内体２４は案内室２３の壁に対向してボルト２６で固定された２つの案内部材２５に挟持され規制されながら上下方向に案内されている。この案内部材２５はコ字状の凹部を有し、この凹部に案内体２４の凸部がはめ込まれた状態で規制され案内される構成である。

又、同様に２つの案内部材２５の間の位置で、後述する係合溝部材２９側と反対側の案内室２３の側壁にボルト２８で固定された案内板２７に、案内体２４は接触しながら上下方向に案内されている。このように案内体２４は、周囲３箇所を規制された状態で、係合溝部材２９側からの押圧力に抗して安定的に案内できる構成になっている。図５に示すように、この案内体２４には、案内板２７側の反対側（後述する流体圧シリンダ３３側）の位置に係合溝部材２９が設けられている。この係合溝部材２９は焼き入れ処理された高硬度の部材で、Ｖ字形状の凹部を有していて、案内体２４に固定されている。

又、案内室２３の案内体２４と相対する他端側には、押圧部材である揺動部材３０が案内室２３の下部に設けられた支軸３１を介して揺動自在に設けられている。この支軸３１は、案内室２３にボルトで固定された両支持部材４８に跨って設けられ、この支持部材４８間に揺動部材３０が支軸３１を介して支持されている。この揺動部材３０は案内体２４側が係合溝部材２９に面しており、一部に断面形状が円形状の凹部を有していてこの凹部に焼き入れ処理された高硬度の部材であるコロ部材（円柱状係合体）３２が回転方向に移動（自転）自在にはめ込まれている。

このコロ部材３２は常に係合溝部材２９に当接した状態を維持している。又、この揺動部材３０の係合溝部材２９と反対側の基体２２の側壁に、流体圧シリンダ３３が固定されている。この流体圧シリンダ３３のピストン３４の一端は、外方に張り出し圧力流体の供給により往復移動可能となっている。圧力流体は流体圧シリンダ３３後部のポート４９からシリンダ室５０に供給され、ピストン３４を駆動する。このピストン３４の押圧面積は、切断構成の切断能力に対応して、適宜な値の押圧面積に決定される。又、圧力流体の圧力も適宜な値に調整され設定される。ピストン３４を戻す場合は、ポート５１に圧力流体を供給する。

このピストン３４の端部が揺動部材３０とローラ材３５を介して当接している。従って、揺動部材３０は、支軸３１を中心に揺動して流体圧シリンダ３３のピストン３４により係合溝部材２９側にコロ部材３２を押圧していることになる。案内室２３は、以上のように、案内体２４、係合溝部材２９、コロ部材３２、揺動部材３０、ピストン３３の端部が組み込まれた空間になっているが、この案内室２３内には潤滑油３６が浸漬されている。

これは、相対的に擦り合う部材があるためであって、磨耗防止のためである。潤滑油３６は、切断動作の度に攪拌され案内室２３全体に浸透するようになっている。案内体２４には、この潤滑油３６が循環するように通し穴３７が複数個設けられている。又、図示していないが案内室２３の上方には空気抜き用の穴も設けられている。この案内室２３には、潤滑油３６が外部に漏れないように、その周囲にオイルシール５３が設けられている。従って案内室２３は密封された空間となっている。

次に、シュウ支持軸１７の上下動作のための構成を説明する。図４に示すように、基体２２には、シュウ支持軸１７の軸線に沿って平行に、且つ対向して２つのシュウ昇降用シリンダ３８が設けられている。シュウ昇降用シリンダ３８は、シリンダ部分３９が基体２２に固定され、ピストン体４０が上下方向に往復移動自在となっている。このピストン体４０の上端には、シュウ支持軸１７と連結するステー部材４１が固定されている。２つのピストン体４０は、各々、ステー部材４１の両端側の位置に設けられている。このステー部材４１の中央部はシュウ支持軸１７に固定されている。

シュウ支持軸１７の段差部に、外方から分割されテーパ面を有する２つの連結部材４２がはめ込まれ、この連結部材４２を囲う形で押圧固定部材４３がテーパ面を介して連結部材４２にボルトにより押し込まれている。この押し込みにより押圧固定部材４３は連結部材４２を介してシュウ支持軸１７と一体化される。シュウ昇降用シリンダ３８のポート４４に圧力流体がもたらされると、圧力流体はシリンダ室４５を満たしピストン体４０を上方へ持ち上げる。逆にポート４４への圧力流体の供給を遮断するとピストン体４０は下降する構成になっている。シリンダ室４５には、ピストン体４０を案内する案内部材４６が設けられている。

又、連結部材４２の下部を抑える形で支持板材４７がはめ込まれており、この支持板材４７を押圧固定部材４３とステー部材４１で挟み押圧固定している。従って、ステー部材４１は、支持板材４７、押圧固定部材４３、連結部材４２を介してシュウ支持軸１７と一体化している。前述したように、支持板材４７が連結部材４２の下部に跨って支持構成を形成している。このため、シュウ支持軸１７が切断に伴い繰り返し過酷で振動の多い上下動作であってもステー部材４１は、シュウ支持軸１７と離脱することがない構成となっている。さらに、支承装置２１は、基体２２部分がテーパ面を有する楔体５２を介してボルトで切断装置の本体に押し込まれて固定される構成になっている（図３参照）。このため支承装置２１は、楔効果により上下方向及び水平方向を規制し堅固な形で切断装置の本体に固定される。

［切断装置の動作］
次に、本実施の形態の切断装置の動作を説明する。素材が送りローラ（図示せず）に挟まれて送られ、固定側切断刃６の円形刃７に挿入されてくると、その先端がストッパである定寸装置（図示せず）に当接する。この当接しているとき、材料はその軸線方向に加圧された状態である（本実施の形態では拘束切断）。切断装置のラム２が下降を開始し、これと一体の可動側切断刃４も下降する。材料が例えば１００ｍｍ直径の鋼材の素材であると、可動側切断刃４が約２ｍｍに至るつぶれ変形を素材に与えつつ喰い込みが始まる。

このとき、ビレット支承シュウ１５は、ビレットを下方向から支承した状態となっているので、ラム２の下降による加圧でビレット支承シュウ１５が移動することはない。更にラム２が下降すると、このラム２の加圧力により、シュウ支持軸１７も下る。即ち、このシュウ支持軸１７の案内体２４の側面に設けられた係合溝部材２９のＶ字凹部に係合していたコロ部材３２が外れ、流体圧シリンダ３３の押圧力に抗してこのコロ部材３２をＶ字形状に沿って押し上げ、揺動部材３０を揺動させながら係合溝部材２９の平坦部分に乗り上げる。

このときの押圧力関係は、シュウ支持軸１７の軸線方向の支持力（支承力）をＰとし、流体圧シリンダ３３を介してのコロ部材３２の係合溝部材２９方向への押圧力をＷとし、係合溝部材２９のＶ字凹部の斜面の角度をαとし、摩擦係数をμとすると、Ｐ＝Ｗｔａｎ（α＋ρ）となる。ただし、μ＝ｔａｎρとする。本実施の形態の場合、係合溝部材２９に対応させる相手部材をコロ部材３２としたので、この摩擦係数μは極めて小さいものとなる。

このように、シュウ支持軸１７の軸線方向の支持力Ｐは、押圧力Ｗ、摩擦係数μ、角度αで決まる。摩擦係数μ、及び角度αは、静止摩擦係数を除けば一定の値であり、押圧力Ｗはコロ部材３２の移動量に比例して増加する。前述したように、可動側切断刃４が材料に最初につぶれ変形を与えつつ喰い込みが始まり、最後にクラックが発生して破断して切断されるが、ビレット支承シュウ１５に対してこの破断直前で最も大きな支持力が要求される。

コロ部材３２は流体圧シリンダ３３の押圧力に影響され、流体圧シリンダ３３の流体力はコロ部材３２の移動量に比例する。従って、ビレットの剪断力に比例して破断する直前まで、前述した理由により支持力Ｐで支承することになる。ビレットの破断が終了すると、コロ部材３２は係合溝部材２９のＶ字斜面を滑り、係合溝部材２９の平坦面に乗り上げることになる。これによりシュウ支持軸１７は下方向に移動することになり、これに伴い、ビレット支承シュウ１５は、ビレットが落下できるように待避する。

以上のように、ビレットの剪断力に比例して破断する直前まで、前述した理由により支持力Ｐで支承することができるので、ビレットの断面形状は、所望の正確な形状となる。次の切断が開始され、素材が再び送られると、シュウ昇降用シリンダ３８のポート４４に圧力流体が導入されシリンダ室４５を満たして、２つのピストン体４０を同時に上方へもたらす。これに伴い案内体２４はステー部材４１を介して上方に移動してシュウ支持軸１７を切断位置に戻す。

このように本実施の形態の機構によれば、シュウの押し下げに伴う流体圧シリンダ内への流体の戻り量が少ないので、例えば前述の特許文献３に示されるシリンダ直結型では不可能とされていた高圧力の流体を駆動源の流体圧シリンダに供給することが可能となる。又、繰り返し動作による発熱量も少なく、省エネルギーの効果も大きく期待できる。さらに、切断ストロークの高速化や長大化も可能とする。なお、実施の形態において、押圧シリンダを流体圧シリンダとして説明したが、他の手段例えば皿ばね、ゴム等高圧力を発生させることのできる圧力発生機構のものであってもよい。

以上、本発明の実施の形態の説明を行ったが、本発明は、この実施の形態に限定されない。本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。

１…切断機本体
２…ラム
３…刃物保持具
４…可動側切断刃
６…固定側切断刃
１０…機体
１５…ビレット支承シュウ
１７…シュウ支持軸
２１…支承装置
２２…基体
２３…案内室
２４…案内体
２９…係合溝部材
３０…揺動部材
３２…コロ部材（円柱状係合体）
３３…流体圧シリンダ
３８…シュウ昇降用シリンダ

Claims (7)

1. 切断のために素材に押し当てて駆動される可動側切断刃と、
   前記切断時に前記素材を支承するための固定側切断刃と、
   前記可動側切断刃の移動方向に前記素材を挟んで配置され、前記素材を支承するための支承装置とを備え、
   前記素材の軸線方向に圧縮応力を付加して、剪断により前記素材を切断する切断装置において、
   前記支承装置にあって、前記素材を支承するためのシュウ支持軸と、
   前記シュウ支持軸に設けられ、Ｖ字形状の凹部を有する係合溝部材と、
   前記係合溝部材の前記Ｖ字形状の凹部に押圧係合し相対的に移動可能な円柱状係合体と、
   前記円柱状係合体を、前記係合溝部材の前記Ｖ字形状の凹部と係合させる方向に押圧するための押圧手段とからなり、
   前記押圧手段は、前記円柱状係合体を自転自在に支承して前記係合溝部材の前記Ｖ字形状の凹部へ押圧するための押圧体と、この押圧体を押圧するためのシリンダ又は圧力発生機構とからなり、
   自転自在な前記円柱状係合体と前記係合溝部材の前記Ｖ字形状の凹部とを係合させて前記素材を支承し、前記素材の切断を行う
   ことを特徴とする切断装置。
2. 請求項１において、
   前記押圧体は、前記支承装置に設けられた支軸を中心に揺動して前記円柱状係合体を押圧する揺動部材であって、断面形状が円形状の凹部を有し、
   前記円柱状係合体は、高硬度の部材であって、前記押圧体の前記円形状の凹部に自転自在にはめ込まれている
   ことを特徴とする切断装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記係合溝部材は、前記Ｖ字形状の凹部を有して前記シュウ支持軸に設けられ、高硬度の材質で構成されているものである
   ことを特徴とする切断装置。
4. 請求項１又は２において、
   前記シュウ支持軸は、このシュウ支持軸を挟んで対向する２つのシリンダにより上下方向へ移動できる構成になっている
   ことを特徴とする切断装置。
5. 請求項１又は２において、
   前記シュウ支持軸は、前記支承装置の基体に案内部材を介して規制され案内される構成になっている
   ことを特徴とする切断装置。
6. 請求項１又は２において、
   前記係合溝部材及び前記円柱状係合体の係合部位は、磨耗防止のために油浸漬されている
   ことを特徴とする切断装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項において、
   前記支承装置は、楔体を介して前記切断装置の本体に固定されている
   ことを特徴とする切断装置。
   

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