JP7419052B2 - 成形装置、成形装置のクラッチ又はブレーキ - Google Patents

Description

本発明は、成形装置、成形装置のクラッチ又はブレーキに関する。

従来、クラッチ機構によりエキセン軸の回転駆動を行う鍛造プレス装置などの成形装置が知られている。
例えば特許文献１に記載の鍛造プレス装置では、クラッチ機構により摩擦板（ライニング）全面をシリンダにて均一圧力で加圧して、外部回転力（モータ駆動のフライホイール回転力など）を伝えている。

特開２０１７－１４０６２７号公報

ところで、クラッチ機構において、接続時にライニングに与えられる単位面積あたりの伝達エネルギーはＰ・Ｖ（Ｐ：面圧、Ｖ：周速）で表される。したがって、面圧Ｐが均一である場合、ライニングの外周側の周速（周方向速度）が内周側の周速よりも大きいため、外周側の伝達エネルギーは内周側の伝達エネルギーよりも大きくなる。
その結果、ライニングは外周側の方が内周側よりも早く・大きく摩耗し、外周側が早期劣化（摩耗、割れ、欠けなど）を起こしやすい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来に比べ、ディスク（ライニング）の摩耗を均一化することを目的とする。

本発明に係る成形装置は、
回転に伴ってスライドを進退させる回転軸と、
前記回転軸に連結された一方のディスクと、これに対向する他方のディスクとを接離させ、前記回転軸を回転駆動又は制動するクラッチ又はブレーキと、
前記ディスクの外周側の摩耗を抑制する摩耗抑制部と、を備え、
前記摩耗抑制部は、前記一方のディスクと前記他方のディスクとが接触したときの面圧を、外周側の方が内周側よりも小さくなるようにするように構成される。

本発明に係る成形装置のクラッチ又はブレーキは、
回転に伴ってスライドを進退させる回転軸と、
前記回転軸に連結された一方のディスクと、これに対向する他方のディスクとを接離させ、前記回転軸を回転駆動又は制動するクラッチ又はブレーキとを備えた成形装置のクラッチ又はブレーキであって、
前記ディスクの外周側の摩耗を抑制する摩耗抑制部を備え、
前記摩耗抑制部は、前記一方のディスクと前記他方のディスクとが接触したときの面圧を、外周側の方が内周側よりも小さくなるようにするように構成される。

本発明によれば、従来に比べてディスク（ライニング）の摩耗を均一化することができる。

本実施形態に係る鍛造プレス装置を示す図である。 本実施形態に係るクラッチ周辺部の断面図である。 本実施形態に係るクラッチを構成するディスクの正面図である。 本実施形態に係るクラッチを構成するプレートを示す図である。 図４のプレートの変形例を示す図である。 図４のプレートの変形例を示す図である。 図４のプレートの変形例を示す図である。 図４のプレートの変形例を示す図である。 図４のプレートの変形例を示す図である。 中抜き部をピストンに設けた場合のクラッチ周辺部の断面図である。 図１０のピストンを示す図である。 図１１のピストンの変形例を示す図である。 図１１のピストンの変形例を示す図である。 図１１のピストンの変形例を示す図である。 本実施形態の効果を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［プレス装置の全体構成］
図１は、本実施形態に係る鍛造プレス装置１を示す図である。
この図に示すように、本実施形態に係る鍛造プレス装置１は、鍛造成形を行う成形装置であり、ベッド２３、アップライト２２、クラウン２１、ボルスタ２４、スライド１８、駆動部１０を備える。

ベッド２３、アップライト２２及びクラウン２１は、鍛造プレス装置１のフレーム部を構成する。これらベッド２３、アップライト２２及びクラウン２１は、その内部にタイロッド２５ａが挿入され、タイロッドナット２５ｂにより締め付けられることで、互いに締結される。

ボルスタ２４は、ベッド２３上に固定され、その上部には下金型２７が固定される。
スライド１８は、アップライト２２に設けられたガイド１９により、上下方向に進退可能に支持される。スライド１８の下部には上金型２６が固定される。スライド１８が下降することで、上金型２６と下金型２７とが近接し、これらの間で被成形物が鍛造成形される。なお、スライド１８が進退する方向（プレス方向）は特に制限されない。

駆動部１０は、スライド１８を進退させるための構成であり、モータ１１、フライホイール１２、クラッチ３０、伝動軸１４、減速機１５、エキセン軸１６及びコネクティングロッド（コンロッド）１７を備えて構成される。このうち、伝動軸１４（後述の駆動軸３１を含む）及びエキセン軸１６が、本発明に係る回転軸の一例に相当する。

モータ１１は、クラウン２１などのフレーム部に固定される。モータ１１の動力はベルト１１ａを介してフライホイール１２に伝達され、フライホイール１２を回転させる。
フライホイール１２は、回転可能に支持され、回転エネルギーを蓄積する。
クラッチ３０は、伝動軸１４の軸方向の一端部に配置され、フライホイール１２と伝動軸１４との連結を制御して伝動軸１４の回転駆動を行う。クラッチ３０の具体構成については後述する。
伝動軸１４は、フライホイール１２の回転運動を減速機１５に伝達する。
減速機１５は、伝動軸１４の回転運動を減速してエキセン軸１６に伝達する。
エキセン軸１６は、軸受４１を介してクラウン２１又はアップライト２２などのフレーム部に回転可能に支持される。エキセン軸１６は、回転中心軸Ａｘに沿って貫通する中空部を有し、この中空部内に伝動軸１４が当該エキセン軸１６と相対回転可能に配置される。
コンロッド１７は、エキセン軸１６とスライド１８とを連結し、エキセン軸１６の回転運動を直線運動に変換してスライド１８に伝達する。

［クラッチの構成］
図２は、クラッチ３０周辺部の断面図であり、図３は、クラッチ３０を構成するディスク３２の正面図である。図４は、クラッチ３０を構成するプレート３４を示す図であり、図５～図９は、プレート３４の変形例を示す図である。図４～図９では、（ａ）が回転中心軸Ａｘに沿ったプレート３４の断面を示し、（ｂ）が（ａ）の矢印線におけるプレート３４の断面を示す。なお、クラッチ３０は伝動軸１４（エキセン軸１６）の回転中心軸Ａｘに対してほぼ軸対称形状であるため、図２では回転中心軸Ａｘから下側半部の図示を省略している。
また、以下の説明では、特に断りのない限り、回転中心軸Ａｘに沿った方向を「軸方向」、回転中心軸Ａｘに垂直な方向を「径方向」、回転中心軸Ａｘを中心とする回転方向を「周方向」という。「内径」、「外径」、「内周」、「外周」の語も、回転中心軸Ａｘに対する位置、方向等を指す。

クラッチ３０は、伝動軸１４の同軸上に固定された駆動軸３１とフライホイール１２との連結を断続でき、フライホイール１２から伝動軸１４（エキセン軸１６）への動力の接続と切断とを切り替える機能を有する。
具体的には、図２に示すように、クラッチ３０は、駆動軸３１に連結されて連動回転するディスク３２と、ピストン３３と、フライホイール１２に連結されて連動回転するプレート３４とを備えている。このうち、ピストン３３及びプレート３４は、本発明に係る他方のディスクの一例に相当する。

ディスク３２は、円環板状に形成され、ボス３１１を介して駆動軸３１に同心状に固定されている。ディスク３２の両主面の各々には、複数のライニング３２１が取り付けられている。複数のライニング３２１は、図３に示すように、ディスク３２の各主面に、内周部半径Ｒ１、外周部半径Ｒ２の略円環状に配置されている。

ピストン３３は、図２に示すように、ディスク３２の軸方向の一方側（図２の右側）に対向配置され、シリンダ３３１に駆動されて当該一方側からディスク３２（ライニング３２１）と接離する。ピストン３３は、ライニング３２１の内周部半径Ｒ１よりも小さい内径と外周部半径Ｒ２よりも大きい外径を有する円環板状に形成されている。シリンダ３３１は、支持シャフト３３２を介してフライホイール１２に固定され、ピストン３３を軸方向に移動可能に支持している。シリンダ３３１は、図示しないエア配管が連通された圧力室３３１ａを有している。圧力室３３１ａには、図示しないロータリジョイントを介して圧力源から高圧エアが供給可能となっている。
ピストン３３は、圧力室３３１ａへのエア供給が制御されることにより、動作制御される。すなわち、圧力室３３１ａに作動空気が供給されると、ピストン３３が軸方向他方側に移動してディスク３２（ライニング３２１）と接触し、さらにディスク３２をプレート３４に押し付ける。こうして、ディスク３２両面のライニング３２１が、フライホイール１２と一体回転するピストン３３及びプレート３４と摩擦接触状態となって互いに連結され、フライホイール１２から駆動軸３１（伝動軸１４）への動力伝達が可能な接続状態となる。また、圧力室３３１ａ内の作動空気が解放されると、ピストン３３及びプレート３４とディスク３２とが離間して、フライホイール１２から駆動軸３１への動力伝達が切断される。なお、シリンダ３３１は空圧式でなく油圧式であってもよい。

プレート３４は、ディスク３２の軸方向の他方側（図２の左側）に対向配置されて、当該他方側においてディスク３２（ライニング３２１）と接離する。プレート３４は、ライニング３２１の内周部半径Ｒ１よりも小さい内径と外周部半径Ｒ２よりも大きい外径を有する円環板状に形成され、フライホイール１２に固定されている。フライホイール１２は、軸受１２１を介して、鍛造プレス装置１のフレーム部に固定された支持部材３５に支持されている。支持部材３５は、駆動軸３１を支持する軸受部３５１を有している。

また、プレート３４は、中抜き部３４ａを有している。中抜き部３４ａは、プレート３４のうち、ディスク３２と接触する軸方向一方側の接触部３４ｂの軸方向への撓みを制御する。この中抜き部３４ａは、ディスク３２とプレート３４の外周側の摩耗を抑制するためのものであり、本発明に係る摩耗抑制部の一例に相当する。
具体的には、図４に示すように、中抜き部３４ａは、プレート３４の中程の軸方向位置において、外周面に開口する凹状に形成され、周方向に複数設けられている。中抜き部３４ａの内周部は、ライニング３２１の内周部半径Ｒ１の位置にほぼ対応する。周方向に隣り合う２つの中抜き部３４ａ間のリブ３４ｃは、本実施形態では、内周部における周方向の内周部幅ａ１と、外周部における周方向の外周部幅ａ２との比が、ライニング３２１の外周部半径Ｒ２と内周部半径Ｒ１との比に対応している（すなわち、ａ１：ａ２＝Ｒ２：Ｒ１）。なお、外周部幅ａ２を有するリブ３４ｃの外周部は、ライニング３２１の外周部半径Ｒ２の位置にほぼ対応する。また、リブ３４ｃの周方向の幅は、外周側に位置するに連れて次第に小さくなる。ただし、内周部幅ａ１及び外周部幅ａ２は、少なくともａ１＞ａ２であればよい。

このような中抜き部３４ａが設けられていることにより、当該中抜き部３４ａの軸方向一方側に隣接する接触部３４ｂは、ディスク３２（ライニング３２１）と接触したときに、外周側の方が内周側よりも軸方向に大きく撓みやすい。そのため、図１５（ａ）に示すように、接触時に接触部３４ｂとライニング３２１の間で生じる面圧Ｐは、外周側の方が内周側よりも小さくなるように分布する。
これにより、面圧Ｐとディスク３２の周速Ｖとの積で表される単位面積あたりの伝達エネルギーは、面圧Ｐが均一であった従来に比べ、外周側と内周側とでより均一化される。すなわち、従来に比べてライニング３２１の摩耗が均一化される。ひいては、図１５（ｂ）に示すように、従来においては外周側が早く摩耗するために内周側に余裕があるにも関わらずライニング３２１の交換を要したところ、本実施形態によれば、図１５（ｃ）に示すように、ライニング３２１の摩耗が外周側と内周側とでより均一化される結果、摩耗限界までのライニング３２１の寿命を延ばすことができる。またこの場合、中抜き部３４３ａを有するプレート３４の摩耗も、外周側と内周側とでより均一化される。

なお、中抜き部３４ａは、ライニング３２１の内周部と外周部とで、周速Ｖと面圧Ｐとの積で表される伝達エネルギーが互いにほぼ等しく（例えば、その差が外周部の伝達エネルギーの１割以内に）なるように設けられるのが好ましい。すなわち、ライニング３２１の内周部の周速Ｖ１（＝Ｒ１・２πＮ／６０）、外周部の周速Ｖ２（＝Ｒ２・２πＮ／６０）、内周部の面圧Ｐ１、外周部の面圧Ｐ２として、Ｐ１・Ｖ１≒Ｐ２・Ｖ２となるのが好ましい。ただし、Ｎはディスク３２の回転数（プレート３４との相対回転）［rpm］である。

また、中抜き部３４ａは、その軸方向一方側の接触部３４ｂを、内周側よりも外周側において軸方向に撓みやすくするものであれば、その形状は特に限定されない。
例えば図５に示すように、中抜き部３４ａをプレート３４の全周に亘って１つに繋がる形状とし、プレート３４にリブ３４ｃを設けなくともよい。リブ３４ｃを排することにより、接触部３４ｂをより軸方向に撓みやすくできる。

また、図６及び図７に示すように、接触部３４ｂは外周側ほどその軸方向厚さが薄くなるように、中抜き部３４ａの軸方向一方側の面をテーパー面（又は湾曲面など）としてもよい。これにより、接触部３４ｂを内周側よりも外周側においてより軸方向に撓みやすくできる。ひいては、接触時の面圧Ｐを、より外周側の方が内周側よりも小さくなるように分布させることができる。

また、図８及び図９に示すように、中抜き部３４ａと、プレート３４の内周面よりも内周側の空間とが、複数の連通孔３４ｄで連通されていてもよい。つまり、プレート３４が、その内周側の空間と中抜き部３４ａとを連通する複数の連通孔３４ｄを有していてもよい。これにより、プレート３４の回転に伴って、その内周側の空気を連通孔３４ｄを通じて中抜き部３４ａ内に導入でき、この空気により接触部３４ｂを冷却できる。したがって、冷却液（水や油など）を用いる冷却機構に比べて簡便な構成で接触部３４ｂを好適に冷却でき、ひいてはライニング３２１の摩耗・劣化を抑制できる。

［本実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態によれば、ディスク３２とプレート３４の外周側の摩耗を抑制する摩耗抑制部としての中抜き部３４ａが設けられているので、内周側よりも外周側の方が早く・大きく摩耗していた従来に比べ、ディスク３２（ライニング３２１）やプレート３４の摩耗を均一化できる。ひいては、ライニング３２１の摩耗限界までの寿命を延ばすことができる。

また、本実施形態によれば、摩耗抑制部としての中抜き部３４ａは、ディスク３２とプレート３４とが接触したときの面圧Ｐを、外周側の方が内周側よりも小さくなるようにする。これにより、外周側と内周側とで面圧Ｐが略均一の場合に比べ、周速Ｖと面圧Ｐとの積で表される伝達エネルギーを外周側と内周側とでより均一化できる。ひいては、従来に比べてライニング３２１の摩耗を好適に均一化できる。
さらに、ライニング３２１の内周部と外周部とで、周速Ｖと面圧Ｐとの積で表される伝達エネルギーを互いにほぼ等しくすることにより、より確実にライニング３２１の摩耗を均一化できる。

また、中抜き部３４ａにより、接触部３４ｂが外周側ほどその軸方向厚さが薄くなるように形成された場合には、接触部３４ｂを内周側よりも外周側においてより軸方向に撓みやすくできる。ひいては、接触時の面圧Ｐを、より外周側の方が内周側よりも小さくなるように分布させることができる。

また、プレート３４に中抜き部３４ａと内周側の空間とを連通する連通孔３４ｄが設けられた場合には、プレート３４の回転に伴って、その内周側の空気を連通孔３４ｄから中抜き部３４ａ内に導入し、接触部３４ｂを冷却できる。したがって、冷却液（水や油など）を用いる冷却機構に比べて簡便な構成で接触部３４ｂを好適に冷却でき、ひいてはライニング３２１の摩耗・劣化を抑制できる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。
例えば、上記実施形態では、摩耗抑制部としての中抜き部をプレート３４に設ける場合について説明したが、当該中抜き部はピストン３３に設けられてもよい。この場合、摩耗抑制部としての中抜き部は、ディスク３２とピストン３３の外周側の摩耗を抑制する。
具体的には、図１０に示すように、上述したプレート３４の中抜き部３４ａと同様に、ピストン３３に中抜き部３３ａを設ければよい。これにより、ピストン３３のうち、ディスク３２と接触する軸方向他方側の接触部３４ｂを、内周側よりも外周側において軸方向に撓みやすくできる。この場合、中抜き部３３ａは、図１１に示すように、周方向にリブ３３ｃを挟んで複数設けてもよいし、図１２に示すように、リブ３３ｃを設けずにピストン３３の全周に亘って１つに繋げてもよい。また、中抜き部３３ａは、図１３に示すように、接触部３３ｂが外周側ほどその軸方向厚さが薄くなるように軸方向他方側の面をテーパー面（又は湾曲面など）としてもよいし、図１４に示すように、当該中抜き部３３ａとピストン３３の内周側の空間とを連通孔３３ｄで連通してもよい。このように、上記実施形態においてプレート３４に設けた中抜き部３４ａと同様に、中抜き部３３ａをピストン３３に設けることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、摩耗抑制部は、プレート３４及びピストン３３のうちの少なくとも一方に設けられていればよく、プレート３４及びピストン３３の双方に設けられていてもよい。
さらに言えば、摩耗抑制部はディスク３２に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、摩耗抑制部としての中抜き部をクラッチ３０に設ける場合について説明したが、当該中抜き部はブレーキに設けられてもよい。
この場合のブレーキは、鍛造プレス装置（成形装置）に設けられ、回転軸（上記実施形態のエキセン軸１６等に対応）に連結された一方のディスク（上記実施形態のディスク３２に対応）に他方のディスク（上記実施形態のプレート３４及びピストン３３に対応）を接離させて回転軸を制動する。この場合にも、上記実施形態やその変形例と同様に、中抜き部を他方のディスク等に設けることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、中抜き部は、クラッチとブレーキの同時に備えるクラッチブレーキに設けられてもよい。

また、本発明に係る摩耗抑制部は、ディスクの外周側の摩耗を抑制するものであればよく、上記実施形態における中抜き部に限定されない。また、当該摩耗抑制部は、ディスクとの接触部やリブを含むものであってもよい。
また、上記実施形態では、本発明に係る成形装置の一例として鍛造プレス装置を挙げて説明したが、本発明は、回転軸とそれを回転駆動又は制動するクラッチ又はブレーキとを備えるものであれば、鍛造プレス装置以外の成形装置にも好適に適用できる。
その他、上記実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 鍛造プレス装置（成形装置）
１２ フライホイール
１６ エキセン軸
１８ スライド
３０ クラッチ
３１ 駆動軸
３２ ディスク（一方のディスク）
３３ ピストン（他方のディスク）
３３ａ 中抜き部
３３ｂ 接触部
３３ｃ リブ
３３ｄ 連通孔
３４ プレート（他方のディスク）
３４ａ 中抜き部
３４ｂ 接触部
３４ｃ リブ
３４ｄ 連通孔
３５ 支持部材
３２１ ライニング
３３１ シリンダ
ａ１ リブの内周部幅
ａ２ リブの外周部幅
Ａｘ 回転中心軸
Ｒ１ ライニングの内周部半径
Ｒ２ ライニングの外周部半径
Ｐ 面圧
Ｐ１ ライニング内周部の面圧
Ｐ２ ライニング外周部の面圧
Ｖ 周速
Ｖ１ ライニング内周部の周速
Ｖ２ ライニング外周部の周速

Claims (8)

1. 回転に伴ってスライドを進退させる回転軸と、
   前記回転軸に連結された一方のディスクと、これに対向する他方のディスクとを接離させ、前記回転軸を回転駆動又は制動するクラッチ又はブレーキと、
   前記ディスクの外周側の摩耗を抑制する摩耗抑制部と、を備え、
   前記摩耗抑制部は、前記一方のディスクと前記他方のディスクとが接触したときの面圧を、外周側の方が内周側よりも小さくなるようにする、
   成形装置。
2. 前記一方のディスクはライニングを有し、
   前記ライニングの内周部と外周部とで、前記他方のディスクとの接触時の面圧と周速との積で表される伝達エネルギーが互いにほぼ等しい、
   請求項１に記載の成形装置。
3. 前記他方のディスクは、前記一方のディスクと接触する接触部を有し、
   前記摩耗抑制部は、前記接触部が外周側ほど軸方向に大きく撓むように、前記他方のディスクに設けられた中抜き部である、
   請求項１又は請求項２に記載の成形装置。
4. 前記中抜き部は、前記他方のディスクの外周面に開口する凹状に形成され、周方向に複数設けられ、
   周方向に隣り合う２つの中抜き部の間の各リブは、内周部の周方向幅が外周部の周方向幅よりも大きい、
   請求項３に記載の成形装置。
5. 前記接触部は、外周側ほど軸方向厚さが薄くなるように形成されている、
   請求項３又は請求項４に記載の成形装置。
6. 前記中抜き部は、前記他方のディスクの外周面に開口する凹状に形成され、
   前記他方のディスクは、当該他方のディスクの内周側の空間と前記中抜き部とを連通する連通孔を有する、
   請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の成形装置。
7. 前記他方のディスクは、前記一方のディスクの軸方向の両側に２つ配置され、
   前記摩耗抑制部は、２つの前記他方のディスクのうちの少なくとも一方に設けられる、
   請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の成形装置。
8. 回転に伴ってスライドを進退させる回転軸と、
   前記回転軸に連結された一方のディスクと、これに対向する他方のディスクとを接離させ、前記回転軸を回転駆動又は制動するクラッチ又はブレーキとを備えた成形装置のクラッチ又はブレーキであって、
   前記ディスクの外周側の摩耗を抑制する摩耗抑制部を備え、
   前記摩耗抑制部は、前記一方のディスクと前記他方のディスクとが接触したときの面圧を、外周側の方が内周側よりも小さくなるようにする、
   成形装置のクラッチ又はブレーキ。

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