JP2004243377A

JP2004243377A - プレス機

Info

Publication number: JP2004243377A
Application number: JP2003036095A
Authority: JP
Inventors: Isao Higashida; 功東田; Toto Higashida; 任人東田
Original assignee: FUJI STEEL INDUSTRY CO Ltd; FUJI-STEEL INDUSTRY CO Ltd
Current assignee: FUJI STEEL INDUSTRY CO Ltd; FUJI-STEEL INDUSTRY CO Ltd
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP4578058B2

Abstract

【課題】バックラッシュがなく、且つ、大きな能力のブレーキ装置を必要としない、精度の高いプレス機を提供することを目的とする。
【解決手段】サーボモータＭを原動機とし、該サーボモータＭの回転を遊星歯車機構１８からなる減速歯車機構を用いて減速してラム６を駆動するプレス機Ａであって、遊星歯車機構を構成する遊星歯車１１を、弾性部材からなる歯車によって構成した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板等をプレス成形あるいは裁断等するプレス機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プレス機の原動機として、制御が自在に可能なことから、コンピュータで制御されるサーボモータが使用されて始めた。
【０００３】
またプレス機では、サーボモータからプレス機へは、減速歯車機構を介して、動力を減速して伝達するよう構成している。
【０００４】
そして、前記減速歯車機構として、遊星歯車機構を採用したものもある（特許文献１，特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−５８０９１号公報
【特許文献２】特開２００１−３４７４００号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような減速歯車機構によって構成される減速歯車機構の場合、前記サーボモータの位置決め精度が非常に高いのに対して、歯車のバックラッシュ等の遊びがあるため、プレス機のラムの昇降動作の位置決め精度（および動作速度精度）が低く、従って、プレス機全体として、高い位置決めあるいは動作速度精度を得ることができないのが現状である。
【０００７】
また、前記特許文献１および２に記載のプレス機の場合、いずれも内歯歯車を回転させるよう構成されているため、プレス機の作動時には大きな慣性力が作用する。このため、精度の高い位置決めをしようとすると、その分強力なブレーキ装置を必要とする。
【０００８】
本発明は、このような現況に鑑みておこなわれたもので、バックラッシュがなく、且つ、大きな能力のブレーキ装置を必要としない、精度の高いプレス機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を、以下のような構成からなるプレス機によって解決することができる。即ち、
本発明にかかるプレス機は、サーボモータを原動機とし、該サーボモータの回転を遊星歯車機構からなる減速歯車機構を用いて減速してラムを駆動するプレス機であって、
前記遊星歯車機構を構成する遊星歯車を、弾性部材からなる歯車によって構成したことを特徴とする。
【００１０】
このように構成されたプレス機によれば、遊星歯車が弾性部材からなる歯車によって構成されているため、衝撃の少ない動力の伝達が可能となり、且つ、噛合する各歯車対の該噛合におけるバックラッシュを非常に小さい、実質上「ゼロ」の状態にしても、サーボモータからラムを駆動する主軸側へ円滑に動力を伝達することが可能となる。この結果、位置決め精度と動作速度精度の高いプレス機を実現することができる。また、遊星歯車（中間歯車）を弾性部材からなる歯車によって構成すると、材料的に噛合する一方の歯車（遊星歯車）が弾性材料となり、前述のように衝撃が大幅に緩和されるため、騒音が低い、且つ潤滑の点でも容易なプレス機を実現できる。さらに、遊星歯車が弾性部材からなる歯車で構成されているため、この部分の質量が小さくなり、運転時の慣性力が小さな、プレス機を実現できる。
勿論、本発明にかかるプレス機は、遊星歯車機構を減速歯車機構として採用しているため、各歯車の支持軸を両持ち式にすることが容易となり、減速歯車機構全体としての剛性を向上させることができ、この点においても、高い精度を得る上で有利な構成となる。
また、プレス機としても、大きな減速比が減速歯車機構に必要な場合でも、全体としてコンパクトに構成することができる。
【００１１】
また、前記プレス機において、前記遊星歯車機構が、内歯歯車と、この内歯と同芯状にその中心軸上に配置された外歯歯車からなる太陽歯車と、この太陽歯車と内歯歯車との間に該太陽歯車の周囲に均等間隔で配置された少なくとも３つの外歯歯車からなる遊星歯車とを具備し、この遊星歯車を、樹脂製部材からなる歯車によって構成すると、衝撃の少ない動力の伝達が可能となり、且つ、歯車対の噛合におけるバックラッシュを可及的にゼロに近づけることができ、さらに、騒音が低く、また潤滑の点でも容易なプレス機を実現できる。また、このような遊星歯車機構は、駆動力の伝達経路が複数の歯車対を介して並列的におこなわれるため、歯車の「ゼロ」に近いバックラッシュに起因する微小な遊びをさらにゼロに近づけることが可能となる。
【００１２】
また、前記プレス機において、前記遊星歯車機構が、内歯歯車と、この内歯歯車と同芯状にその中心軸上に配置された外歯歯車からなる太陽歯車と、この太陽歯車と内歯歯車との間に該太陽歯車の周囲に均等間隔で配置された少なくとも３つの外歯歯車からなる遊星歯車とを具備し、前記太陽歯車が前記サーボモータの回転軸側に連結されるとともに、前記遊星歯車がラムを駆動するクランク軸側に配置され、且つ前記内歯歯車が固定されていると、質量的に大きな内歯歯車が固定されるため、回転している各歯車は質量が小さく、しかも、クランク軸芯から遠い位置で公転する遊星歯車は弾性部材によって構成されているため質量が小さく、従って、慣性力が非常に小さなプレス機となる。よって、大きな能力のブレーキ装置を具備させなくとも、位置決め精度と動作速度精度の高いプレス機を実現できる。
【００１３】
また、前記プレス機において、前記遊星歯車が、ナイロン樹脂（ポリアミド樹脂）製の歯車であると、耐衝撃性に優れた、且つ、強度の高い、しかも金属製の歯車に対して摩擦係数の低い歯車となる。従って、衝撃力が小さい、騒音の小さい、歯車対間のバックラッシュを実質上ゼロにした噛合が可能な、遊星歯車機構を具備したプレス機となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかるプレス機の一つの実施形態について、図面を参照しながら、具体的に説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態にかかるプレス機の要部の構成を示すクランク軸の上方から見た図、図２は図１に示す減速歯車機構の構成を示す図１のＩＩ−ＩＩ矢視図、図３は図１，図２に示す動力伝達機構を具備したプレス機全体の正面図、図４は同じく側面図である。
【００１６】
以下、本実施形態にかかるプレス機Ａについて、まず全体の概略の構成について説明し、次にプレス機Ａの遊星歯車機構を含む動力伝達機構の説明をおこなう。
【００１７】
図３，図４に図示するように、回転自在に横設されているプレス機Ａの主軸１の偏芯軸部１Ａには、ラム（昇降動部材）６の上端に設けられた連接部６Ａが回転方向に摺動自在に配設され、この主軸１の回転によって、昇降動方向にのみ自由度を有するラム６を、昇降動作させることができるよう構成されている。
【００１８】
そして、このラム６は、本体（ラム本体）６Ｂとこの本体６Ｂに対してネジ機構によって上下調整自在になった可動部６Ｃを具備し、この可動部６Ｃの下端に上金型（図示せず）が取着される。また、前記可動部６Ｃは、前記本体６Ｂに螺着させるための上端におねじが形成された螺合部６ａと、この螺合部６ａに対して球面継手６ｂによって接続されている金型取着部６ｃを有する。
また、このプレス機ＡのフレームＦは、図３，図４に図示するように、加工空間２０を中心にその四隅に、縦部材２が配設され、加工空間２０周辺の剛性を高めた構成となっている。
【００１９】
そして、前記主軸１は、該主軸１の回転中心と同じ回転中心となる回転軸１３Ａ（図１参照）を備えたサーボモータＭによって、駆動させられる。
このサーボモータＭから、前記主軸１には、これらの間に設けられた遊星歯車機構１８を介して、減速して動力が伝達されるように構成されている。
また、このサーボモータＭは、制御ボックス１６内に設けられた制御装置（この実施形態ではマイクロコンピュータ）１４によって、動作制御可能に構成されている。
【００２０】
そして、前記制御装置１４は、制御ボックス１６の前方位置に配置された、操作パネル１４ｐによって、前記ラム６のストローク量（昇降距離：上端と下端の停止位置）や、単位時間当たりの昇降動作回数や、該昇降動作における各ポイントにおける動作速度等を設定できるよう構成されている。
例えば、薄板をパンチング加工（打ち抜き加工）するような場合、前記ラム６のストローク量は極く小さく設定され、動作速度は比較的大きく設定される。一方、深絞り成形をするような場合には、前記ラム６のストローク量はその絞り深さに対応して大きく設定され、また、動作速度は被加工材料に当接するまでは比較的速い速度（大きな速度）で動作させ被加工材料に当接して絞り加工をおこなう領域（工程）ではその金属の種類および絞り形状に合わせた比較的ゆっくりした速度で動作させ、絞り加工が完了する下端位置に近づくと滑らかな負の加速度をもって減速し、下端位置で停止する際に衝撃が発生しないように制御されるように設定される。また、このプレス機Ａの場合、原動機としてサーボモータＭを使用していることから、前述のように主軸１は必ずしも一方向に回転させることはなく、例えば、回転角度においてゼロ点から７０度正方向（例えば、時計回り方向）に回転させ、続いて、ゼロ点まで反転するような反転動作制御もおこなうことが可能となっている。
従って、このようなプレス機Ａの場合には、動作部分の慣性力が小さい程、前記反転動作が容易となり、また、高い位置決め精度と高い動作速度制御を得易い構成となる。
このため、本プレス機Ａの場合、主軸１にサーボモータＭからの動力を伝達する減速歯車機構として以下のような遊星歯車機構１８を備えた動力伝達機構を具備している。
【００２１】
図１に図示するように、本プレス機Ａの主軸（クランク軸）１は、偏芯軸部（クランク部）１Ａの両側で回転自在に二つのベアリング２Ａ，２Ｂによって回転自在に保持されている。そして、前記主軸１の、ベアリング２Ｂから横方向（図１において右方向）に突出した一端部にフランジ部１Ｆが一体に形成されている。この実施形態の場合、このフランジ部１Ｆは主軸１を機械加工される際に、一体に機械加工によって形成されている。
前記フランジ部１Ｆは、円板状の形状をしており、この円板状の中心、つまり前記主軸１の回転中心Ｏ１から均等の距離、即ち回転中心Ｏ１から所定の半径上に、１２０度の等しい間隔をもって、３本の支持軸１Ｃが横方向（主軸１の軸長手方向と平行な方向）へ突設されている。そして、これらの各支持軸１Ｃには、遊星歯車１１を構成する、弾性部材である樹脂製部材（例えば、ナイロン樹脂製、この実施例ではＭＣナイロン（日本ポリペンコ（株）の登録商標）製）からなる外歯車が、それぞれ回転自在に配設されている。また、この支持軸１Ｃは、前記フランジ部１Ｆの反対側で該フランジ部１Ｆと同じ形状の円板状の支持部材９によって、支持されている。つまり、この支持軸１Ｃは、一方をフランジ部１Ｆで他方を支持部材９によって支持された所謂「両持ち支持構造」によって支持されている。
そして、これらの各遊星歯車１１の中心（遊星歯車１１が公転する際の中心）には、該中心と回転軸１３Ａが一致するように太陽歯車１３が配設されている。一方、前記３個の遊星歯車１１を外周方から囲むように、且つ、各遊星歯車１１の外歯と内歯が噛合するように、内歯歯車１２が配設されている。この実施形態では、この内歯歯車１２の外周は、全体がリング状の形状をしており、該リング状の内周面に前記内歯が形成されている。そして、この内歯歯車１２のリング状の中心は、前記回転軸１３Ａの回転軸と一致している。つまり、内歯歯車１２の中心と回転軸１３Ａの回転軸とは、同芯状になっている。
また、前記内歯歯車１２は、プレス機ＡのフレームＦ側に固定されている。
【００２２】
ところで、前記太陽歯車１３の回転軸１３Ａの回転中心は、前記主軸１の回転中心Ｏ１と同芯状に配設されている。
そして、この回転軸１３Ａは、この実施形態では、このプレス機Ａの原動機であるサーボモータＭの回転軸によって構成されている。つまり、前記太陽歯車１３は、サーボモータＭの回転軸に一体に回転するよう固着されている。具体的には、この太陽歯車１３は、キー溝あるいはスプライン結合によって、サーボモータＭの回転軸１３Ａに固着されている。
そして、この実施形態では、前記内歯歯車１２と太陽歯車１３は、金属製の歯車によって構成されている。しかし、前記歯車１２，１３は、金属製以外の歯車、例えば、樹脂製あるいはセラミック製の歯車であってもよい。
【００２３】
そして、前記太陽歯車１３がサーボモータＭによって回転させられると、前記遊星歯車１１がその支持軸１Ｃを中心に自転（回転）するとともに、内歯歯車１２の内周方を、前記回転軸１３Ａを中心に公転する。
【００２４】
この結果、この遊星歯車１１の公転作用によって、前記支持軸１Ｃを固定しているフランジ部１Ｆ、即ち前記主軸１が回転することになる。
このため、このプレス機Ａの主軸１は、前記遊星歯車機構を介して、サーボモータＭによって回転させられることになる。
【００２５】
そして、このプレス機Ａでは、前記遊星歯車１１と太陽歯車１３の間の噛合は、実質上、バックラッシュのない状態となるよう、これらの歯車の各歯形およびその寸法が形成されている。また、同様に、前記遊星歯車１１と内歯歯車１１の間の噛合も、実質上、バックラッシュのない状態となるよう、これらの歯車の各歯形およびその寸法が形成されている。つまり、通常互いに噛合する歯車対の各歯形は、噛合に際し、円滑に噛合させるため多少の「遊び」が生じるように寸法的に定められるが、本プレス機Ａの場合、実質上「遊び」がゼロの状態で接触するよう寸法的に定められている。
このように実質上、バックラッシュのない状態での噛合がおこなわれるよう各歯車の歯形およびその寸法が定められているが、前記遊星歯車１１が上述のように弾性部材（例えば、ＭＣナイロン等の樹脂製部材）の歯車であることから、噛合に際し、ミクロ的に見ると、極く僅か動作するのに必要な程度内で弾性変形して、きっちり密接した状態で、しかも円滑に噛合することが可能となっている。
このように本プレス機Ａが、実質上バックラッシュのない遊星歯車機構によって減速されるよう構成されているため、且つ、前述のように３個の均等に配設された遊星歯車１１によって複数の伝達経路によって動力が伝達されるため、サーボモータＭは制御装置であるマイクロコンピュータによって、高い分解能で、具体的には、回転角度的に１／１０度〜１／２０度（あるいは１／３０度）程度の分解能で回転および位置決め制御されても、それに対応した、精度の高い状態で、主軸１を駆動することが可能となる。また、回転開始時あるいは回転停止時にも、前記遊星歯車１１が弾性部材（例えば、樹脂製部材）であるため、この部分でそのとき生じる衝撃が有効に吸収される。従って、衝撃を伴うことなく、円滑に且つ静粛に、運転の開始および停止、あるいは反転をおこなうことが可能となる。しかも、前記弾性部材（例えば、樹脂製部材）の歯車のミクロ的な必要な弾性変形は、前記サーボモータＭの分解能に影響を及ぼす程のレベルの高いものではない。しかも、前記遊星歯車１１は、弾性部材（例えば、樹脂製部材）であることに起因して、その僅かな弾性変形によって各遊星歯車１１毎に極く小さな遊びが生じたとしても、太陽歯車１３の周囲に複数個（この実施形態では３個）設けられ、太陽歯車１３の周囲の均等な位置で並列的に伝達されるため、全体的に見れば、「遊び」のない状態で、サーボモータＭから主軸１に動力が伝達される。前記遊星歯車１１は、３個に限定されるものでなく、４個あるいはそれ以上であってもよい。
そして、前記構成からなる遊星歯車機構によれば、質量的に最も大きい内歯歯車１２がフレームＦ側に固定されているため、また、次に容積的に大きく且つ位置的に大きな慣性力を生じさせる要因となる遊星歯車１１が、質量の小さい弾性部材（例えば、樹脂製部材）であるため、回転部分の慣性力を極めて小さくすることができる。
【００２６】
このため、プレス機Ａの停止位置精度、および動作速度精度が、極めて高くなる。
【００２７】
従って、このプレス機Ａを成形プレスとして使用した場合、ラム６の下端に配設された上金型を、材料に当接するまでは極めて速い速度でもって主軸１を回転させ、且つ材料に当接したら、塑性変形させようとする金属の性質に合わせて、ゆっくりした速度で変形させることができ、また、最下端まで金型が加工したら衝撃を伴うことなく滑らかな負の加速度でもって停止させ、次に、速い速度でもって速やかに上昇させることが可能となる。
【００２８】
このような上金型の下降動作や停止および上昇動作に際し、このプレス機Ａの場合には、遊星歯車機構の可動部分の慣性力が極めて小さいことから、ブレーキ装置を別段設けることなく、サーボモータＭの駆動力（あるいはブレーキ力）によって、正確に且つ速やかに動作させることが可能となる。また、ブレーキ装置を設ける場合にも、能力の低いもので十分となる。この結果、構造的に極めてシンプルな構成となり、信頼性の高いプレス機を実現できる。
【００２９】
ところで、前記遊星歯車機構を内蔵した減速機のサーボモータＭ側の側面は、図１に図示するように、金属製の平板からなる円板状の側板２１で蓋されている。そして、この側板２１のサーボモータＭの回転軸１３Ａが通過する部分にはシール部材（図示せず）が介装されている。また、反サーボモータＭ側の側面は、前記内歯歯車１２と一体になった側板部分１２ｃによって蓋されている。そして、この側板部分１２ｃの前記主軸１の通過する部分にはシール部材（図示せず）が介装されている。
前記側板２１は、別の実施形態として、図５，図６に図示するように、同芯円状の波型が複数形成された如き蛇腹部分２１ａを具備した金属製の薄板からなる側板２１を用いるのが好ましい。かかる構成の場合、前記蛇腹部分２１ａによって、プレス機Ａのラム等の動作によるフレームＦ側からの振動を、前記サーボモータＭ側に伝達しないような構成が実現でき、より精度の高いプレス機Ａを実現できる。なお、図６において、２１ｂは、サーボモータＭの回転軸１３Ａが通過する穴部分である。
【００３０】
また、前記減速機部分を、上述のように側板２１および側板部分１２ｃで蓋することによって、且つ回転する軸部分をシール構造にすることによって、内部を密閉空間とし、この空間内に配置される前記遊星歯車機構１８をオイルバス式にすることが望ましい。かかるオイルバス式にすると、より静粛に運転可能となるとともに、各歯車の磨耗を防止できる。
【００３１】
また、前記遊星歯車１１としては、この実施例で使用しているＭＣナイロン樹脂に代えて、他のエンジニアリングプラスチック、例えば、他のナイロン樹脂、フェノール樹脂、ＡＢＳ、あるいは前記樹脂あるいはその他の樹脂に強化繊維（ガラス繊維あるいは炭素繊維等）を混入したものを使用してもよい。あるいは樹脂製部材以外に他の弾性部材を使用してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明にかかるプレス機によれば、バックラッシュがなく、且つ、大きな能力のブレーキ装置を必要としない、精度の高いプレス機を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるプレス機の要部の構成を示すクランク軸の上方から見た図である。
【図２】図１に示す減速歯車機構の構成を示す図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図３】図１，図２に示す動力伝達機構を具備したプレス機全体の正面図である。
【図４】図１，図２に示す動力伝達機構を具備したプレス機全体の側面図である。
【図５】減速機の側板部分の構成を示す図である。
【図６】図５の側板を示す該側板を正面から見た図である。
【符号の説明】
Ａ……プレス機
Ｍ……サーボモータ
６……ラム
１１……遊星歯車
１８……遊星歯車機構

Claims

サーボモータを原動機とし、該サーボモータの回転を遊星歯車機構からなる減速歯車機構を用いて減速してラムを駆動するプレス機であって、
前記遊星歯車機構を構成する遊星歯車を、弾性部材からなる歯車によって構成したことを特徴とするプレス機。
前記遊星歯車機構が、内歯歯車と、この内歯歯車と同芯状にその中心軸上に配置された外歯歯車からなる太陽歯車と、この太陽歯車と内歯歯車との間に該太陽歯車の周囲に均等間隔で配置された少なくとも３つの外歯歯車からなる遊星歯車とを具備し、この遊星歯車を、樹脂製部材からなる歯車によって構成したことを特徴とする請求項１記載のプレス機。
前記遊星歯車機構が、内歯歯車と、この内歯歯車と同芯状にその中心軸上に配置された外歯歯車からなる太陽歯車と、この太陽歯車と内歯歯車との間に該太陽歯車の周囲に均等間隔で配置された少なくとも３つの外歯歯車からなる遊星歯車とを具備し、前記太陽歯車が前記サーボモータの回転軸側に連結されるとともに、前記遊星歯車がラムを駆動するクランク軸側に配置され、且つ前記内歯歯車が固定されていることを特徴とする請求項１記載のプレス機。
前記遊星歯車が、ナイロン樹脂製の歯車であり、前記内歯歯車および太陽歯車が金属製の歯車であることを特徴とする請求項２又は３記載のプレス機。
前記遊星歯車と太陽歯車、および、該遊星歯車と内歯歯車との、各歯車間の噛合が、実質上、遊び「ゼロ」の状態で噛合するよう、該遊星歯車と太陽歯車、および、該遊星歯車と内歯歯車が構成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１の項に記載のプレス機。