JP2005059094A - プレス装置とその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で精密なプレス加工を可能にするプレス装置とその駆動方法を提供する。
【解決手段】 上型４０をトグル機構１２，１４と、トグル機構１２，１４を駆動するモータ１６を有する。トグル機構１２，１４のトグルアーム２６，２８の移動に連動するとともに、上型４０の移動に直結した当接部材７４と、当接部材７４の位置を検知するリニア位置センサ７０とを備える。対面位置と待避位置との間を移動可能な下型４４と、下型４４を移動させるリニアスライダ５０と、スライドレール４８を有する。上型４０を下型４４に対して押しつける状態で、上型４０を受ける受け部材５２を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、上下の金型を使用して、所望の材料を打ち抜きまたは塑性加工等するプレス装置とその駆動方法に関する。

従来、比較的小型で構造が簡単なプレス装置としてトグル機構を利用したものが用いられている。このトグル機構を利用したプレス装置は、特許文献１，２に開示されているように、偏心カムを形成する円板の互いに１８０°反対側に設けられたピンに、一対のクランクアームが軸支され、各クランクアームの他端が各々一対のトグルアームの揺動連結ピンに軸支されている。そして、各トグルアームの他端は、一方が固定ピンに軸支され、他方の端部が上下に摺動する連動部材の基端部に軸支されている。各連動部材はその先端部が上型の両側部に連結され、トグルアームの揺動により上型を上下動させるものである。

特開平９−１２２７７０号公報 特開２００１−２３９３９８号公報

上記従来の技術の場合、トグル機構により往復運動する上型の下死点の位置はほぼ一定であるが、上型の取付機構のガタ等により厳密にはばらつきがあり、下死点の位置を機構的に調節することもできないものであった。従って、プレスする被加工物が薄い場合や高精度の加工を要する場合には、下型の位置をネジ機構により調整し、さらに微調整のための薄いスペーサを下型の下に敷いて高さ位置を調節していた。しかし、この調節作業が面倒なものであり、スペーサの厚さ分の段階的な調節しかできないものであった。特に、フィルム状の薄い被加工物をプレスする場合、下型と被加工物の間にも緩衝材を設けて、上型の打ち抜き刃が確実に被加工物を貫通するように調節しなければならず、この緩衝材に上型の刃が食い込むため緩衝材の消耗も早いものであった。

この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑み点されたもので、簡単な構成で精密なプレス加工を可能にするプレス装置とその駆動方法を提供することを目的とする。

この発明は、プレス加工を行う上型を駆動するトグル機構を備えたプレス装置であって、上記トグル機構を駆動する電動モータ等の駆動装置と、上記トグル機構のトグルアームの移動に連動するとともに上記上型の移動に直結した当接部材と、この当接部材の位置を検知するリニア位置センサと、このリニア位置センサにより上記駆動装置を停止させる制御手段とを設けたプレス装置である。さらに、上記上型の上方に上記トグル機構および上記駆動装置を設けたものでも良い。

また、上記上型に対して対面位置と待避位置との間を移動可能な下型と、この下型を移動させるリニアスライダとスライドレールから成るスライド装置と、上記上型を下型に対して押しつける状態で上記上型を受ける受け部材と、上記下型の待避時に上記スライド装置の摺動面を矯正する矯正部材を備えたものである。上記下型のスライド装置は、上記駆動部材のベルトが上記スライド装置の取り付け部の移動用開口部を塞ぐものである。

またこの発明は、プレス加工を行う上型をトグル機構を用いて駆動するプレス装置の駆動方法であって、上記トグル機構のトグルアームの移動に連動するとともに上記上型の移動に直結した当接部材を備え、この当接部材の位置をリニア位置センサにより検知し、この検知した信号による上記当接部材の位置の実測値を基に、上記トグル機構の下死点近傍の所望の位置で上記トグル機構の移動を停止させるプレス装置の駆動方法である。

本発明のプレス装置は、上型の動きに直結された当接部材の位置を、精密なリニア位置センサにより検知し、この検知した信号による上記当接部材の位置、即ち上記上型位置の実測値を測り、これを基に上記トグル機構の下死点近傍の所望の位置で正確に上記トグル機構の移動を停止させることができる。これにより、上型の下死点付近の停止位置を、駆動機構の種々の誤差やがたつき等を吸収した実際の値を基にして、極めて精密に制御することができる。さらに、装置が小型であり小さな動力で動作し、正確に上型の位置を検知して精密なプレス加工を可能にする。しかも、加工に要する動力が小さいので、電動モータを用いることができ、電力消費も少なく、騒音も極めて少ない。また、精密に上型の下端位置を設定可能であるので、下型側の上型受け部材も損傷が少なくなり、寿命が長くなる。

さらに、トグル機構を用いているので、構造を簡素化・軽量化することができ、動作当初に大きな力を得ることができ、動作途中の移動速度が速く、上型の下死点近傍では大きなプレス力を得ることができる。

また、上型の上方に上記トグル機構および上記駆動装置を設けることにより、部品点数が少なく構成が簡略化され、動作もより正確かつ確実なものとすることができる。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１〜図４はこの発明の第一実施形態を示すものであり、この実施形態のプレス装置１０は、一対のトグル機構１２，１４を用いたプレス装置である。このプレス装置１０の中央部には、プレス動作を行うプレス用電動モータ１６が設けられ、電動のプレス用モータ１６の駆動軸に連動機構１８が接続され、トグル機構１２を動かすために回動する偏心カム２０が、連動機構１８に設けられている。

偏心カム２０は、その円板の互いに１８０°反対側に揺動ピン２１，２２が設けられ、揺動ピン２１，２２には、水平方向に配置された一対のクランクアーム２３，２４の一端部が軸支されている。クランクアーム２３の他端は、トグル機構１２の各トグルアーム２５，２６の揺動連結ピン３１に軸支され、クランクアーム２４の他端は、トグル機構１４の各トグルアーム２７，２８の揺動連結ピン３２に軸支されている。そして、トグルアーム２５，２７の各他端は、プレス装置１０の本体３０に設けられた固定ピン３３，３４に各々軸支されている。また、他方のトグルアーム２６，２８の各他端は、プレス装置１０の本体３０の側方に位置して、連動部材３５，３６の基端部に、揺動連結ピン３７，３８により各々軸支されている。連動部材３５，３６は上下方向に配置され、枠状の本体３０の図示しない固定部材にガイドされて上下に摺動する。

連動部材３５，３６の上端部は、上型４０の取付部材４１の両側部に各々固定されている。上型４０は、ガイド部材４２により上下方向にガイドされ、所定のストロークで往復動する。上型４０は、取付部材４１に対して水平になるように固定され、取付部材４１も正確に水平に位置するように連動部材３５，３６に固定されている。

上型４０の下方の対面する位置には、下型４４が水平方向に進退する固定盤４６が、本体３０に水平に取り付けられている。固定盤４６は、２本のスライドレール４８が互いに平行に、本体３０に対いて前後方向に取り付けられている。スライドレール４８には、各々リニアスライダ５０が摺動自在に取り付けられ、リニアスライダ５０上に下型４４が固定され、上型４０と対向する位置と、固定盤４６の手前側に移動した退避位置との間を往復動可能に設けられている。

固定盤４６のスライドレール４８の両側方には、上型４０の下死点において、下型に４４にかかる上型４０の加重を受ける受け部材５２が固定されている。これにより、上型４０の動作時に、リニアスライダ５０に過度の加重がかからないようにしている。また、受け部材５２の手前側端部には、リニアスライダ５０のスライドレール４８に対する摺動面の位置を矯正するローラ５４が各々設けられている。ローラ５４は、リニアスライダ５０が上型４０により押さえられて摺動位置が下方にずれたものを、上方に上げるように下型４４を僅かにリフトさせる。

さらに、下型４４は、その取付部材の中央部下方に一対の取付部５６が突出し、取付部５６の下端には互いに平行に走行する一対のベルト５８の各々の両端部が連結されている。一対のベルト５８は、各々等しい長さで、各々一対のプーリ６０，６１間に無端ベルト状に掛け渡されている。本体３０の奥の方のプーリ６１は回転軸６２に固定され、回転軸６２の一端部がプーリ６４に固定され、プーリ６４は無端ベルト６６を介して電動の駆動モータ６８側の駆動プーリ６９と連結されている。そして、一対のベルト５８の上側の走行面は、固定盤４６の表面と面一に設けられ、固定盤４６に形成された開口部としての、下型４４を前後動させる駆動伝達部材の走行空間を塞いでいる。

上型４０や下型４４等の各部材が設けられた固定盤４６は、本体３０の上枠部材３０ａに載置され、上枠部材３０ａの表裏面は位置精度を出しやすいように研磨されている。さらに、上枠部材３０ａの下面と本体３０の各縦枠部材３０ｂとの間には、高さ調整用の調整ブロック７６が差し込まれ、固定盤４６の水平度を調整し正確に下型４４が水平に設置されるようにしている。

本体３０の一方の側面部には、リニア位置センサ７０が設けられている。リニア位置センサ７０は、突出方向上方に付勢されたプローブ７２を有し、プローブ７２の先端は連動部材３５側に固定された当接部材７４に接している。プローブ７２は、連動部材３５の位置を介して上型４０の位置を直接的に検知し、リニア位置センサ７０から電気信号として、上型４０の位置を出力する。

この実施形態のプレス装置１０は、上型４０及び下型４４を取り付ける前に、トグル機構１２，１４を動作させて、取付部材１４の平行度や駆動ストロークを検査する。その上で、調整ブロック７６を取り替えたりして取付精度を出す。またこのとき、取付部材４１等の加工精度のバラツキを調整し、精密なプレスを可能にする。

この実施形態のプレス装置１０の動作は、上型４０を取付部材４１に固定し、所定の被加工物を下型４４にセットする。そして、プレス加工時の上型４０の最下端の位置を、図示しない制御装置により設定する。この最下端の位置は、必ずしもトグル装置１２，１４の下死点ではなく、下死点近傍の手前の位置であり、上型４０のプレス動作に必要な位置の下端で、任意に設定し得る。

被加工物を下型４４にセットしてプレス装置１０を動作させると、駆動モータ６８が動作し、無端ベルト６６を介してプーリ６１を回転させ、一対のベルト５８を回動させる。これにより、下型４４がベルト５８とともに移動し、上型４０との対面位置へ進む。この後、駆動モータ６８が停止する。そして、プレス用モータ１６が作動し、偏心カム２０が一定の角速度で回動する。

偏心カム２０の揺動ピン２１，２２は、上型４０の上死点では、図１に示すように、右側のトグル機構１２につながったクランクアーム２３が軸支された揺動ピン２１が、図面左側に位置し、左側のトグル機構１４につながったクランクアーム２４が軸支された揺動ピン２２が、図面右側に位置する。ここで、上型４０の上死点では、クランクアーム２３，２４が水平になるが、トグル機構の特性として、クランクアーム２３，２４が水平な状態からトグル機構１２，１４を移動させようとすると、クランクアーム２３，２４に過大な力が掛かり、動きもスムーズでなくなる。このため、上型４０の上死点のわずかに手前で上型４０を停止させ、その状態からプレス用モータ１６を、退避方向とは逆回転であるプレス方向に回動させることにより、動き出しがスムーズになり、クランクアーム２３，２４等に無理な力が掛からない。

そして、プレス用モータ１６が回動して揺動ピン２１，２２の位置が移動するとともに、クランクアーム２３，２４の水平方向の位置が徐々に互いに離れる方向に移動する。これとともに、トグル機構１２，１４の一対のトグルアーム２５，２６及びトグルアーム２７，２８が、互いのなす角度を大きくするように揺動し、トグルアーム２６，２８の揺動連結ピン３７，３８が下方に移動し、トグルアーム２５，２６及びトグルアーム２７，２８の揺動連結ピン３３，３７間及び揺動連結ピン３４，３８間の間隔が広がる。

これにより、連動部材３５，３６を介して、上型４０が下方に移動する。これとともに、連動部材３５と一体に移動する当接部材７４が下方に移動し、プローブ７２に当接してプローブ７２を押し下げ、リニア位置センサ７０から位置情報が電気信号として制御装置に出力される。

ここで、このときの連動部材３５，３６の移動速度は、上型４０が上死点にある時の偏心カム２０の角度を０°すると、上型４０の下死点付近ではその角度がほぼ１８０°である。そして、揺動連結ピン３７の移動速度は、クランクアーム２３，２４及びトグルアーム２５，２６，２７，２８の構成により、偏心カム２０の角度のｓｉｎ値のほぼ二乗に比例するため、偏心カム２０の回動角度が１８０°近傍では、偏心カム２０の回動速度に対して連動部材３５，３６は極めて低速で垂直方向に移動していることになる。従って、リニア位置センサ７０により位置を検知してプレス用モータ１６を停止させても、その応答遅れに対する高さ方向の位置のずれがほとんど無く、極めて精密な位置制御が可能となる。そして、上型４０の下死点近傍の手前の設定位置で、制御装置によりプレス用モータ１６を停止させ、逆転させる。これにより、上型４０の下端位置を精密に制御した所定の加工が行われ、上型４０は退避位置に戻る。

この実施形態のプレス装置１０によれば、トグル機構１２，１４を利用した簡単な駆動機構と、トグル機構１２，１４の特性を利用して、リニア位置センサ７０により極めて精密に位置を検知して高さ方向の位置を制御しているので、簡単な装置であっても高い位置制御が可能となり、薄い被加工物の打ち抜きや精度の高いプレス加工等を行うことができる。特に、上型４０を駆動するトグルアーム２６に連結されて設けられた当接部材７４の位置を、精密なリニア位置センサ７０により検知し、この検知した信号による当接部材７４の位置、即ち上型４０の位置の実測値を基に、トグル機構１２，１４の下死点近傍の所望の位置でトグル機構１２，１４の移動を停止させるので、上型４０の下死点付近の停止位置を種々の誤差やがたつき等を吸収した実測値として精密に調整することができる。

さらに、一対のトグル機構１２，１４を互いに対称に配置して、クランクアーム２３，２４の水平方向の力を互いに打ち消すように構成されているので、クランクアーム２３，２４の受け構造等が不要であり、本体３０等の構造を簡素化・軽量化することができる。さらに、トグル機構１２，１４を用いてクランクアーム２３，２４を駆動し上型４０を作動させているので、動作当初に大きな力を得ることができ、動作途中の移動速度が速く、プレス時の上型の下死点近傍では大きなプレス力を得ることができる。

また、トグル機構１２，１４の一対のトグルアーム２５，２７が固定の揺動連結ピン３３，３４を中心に揺動するとともに、トグルアーム２６，２８が揺動連結ピン３１，３２を中心に揺動して、揺動連結ピン３７，３８に連結された連動部材３５，３６を垂直方向に摺動させるので、小さい力で大きなプレス力を得ることができる。すなわち、上型４０のストロークに対して、クランクアーム２３，２４のストロークは約２倍となるが、同じ条件で直接上型を駆動する場合と比較して、この実施形態の場合モータ出力が約１／２で良い。

次にこの発明のプレス装置の第二実施形態について、図５，図６を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の部材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態のプレス装置８０は、トグル機構１２，１４を、上型４０の上方に配置し、トグル機構１２，１４を駆動する連動機構１８、及びプレス用モータ１６もトグル機構１２，１４の上方に配置したものである。

この実施形態のトグルアーム２５，２７の各他端は、プレス装置１０の本体３０の上面部材８２の裏面に突設された垂下部材８３，８４に設けられた固定ピン３３，３４に各々軸支されている。また、他方のトグルアーム２６，２８の各他端は、プレス装置８０の本体３０の側方に位置して、上型４０の取付部材４１の軸支部材８５，８６に揺動連結ピン３７，３８により各々軸支されている。上型４０は、ガイド部材４２により上下方向にガイドされ、所定のストロークで往復動する。上型４０は、取付部材４１に対して水平になるように固定され、取付部材４１も正確に水平に位置するようにトグルアーム２６，２８の各他端に固定されている。

プレス装置１０の本体３０の上面部材８２と垂下部材８３，８４の互いに接触する表面、及び上型４０の取付部材４１と軸支部材８５，８６の互いに接触する表面は、位置精度を出しやすいように研磨されている。さらに、上面部材８２と垂下部材８３，８４の取付面の間には、高さ方向の位置精度を出すためのスペーサ部材８７が設けられている。そして、垂下部材８３，８４は、上面部材８２に対してボルト８８により引き付けられて固定されているとともに、ボルト８９により下方に押されて、ガタつきなく強固に固定されている。

この実施形態のリニア位置センサ７０は、上型４０の取付部材４１の側方に位置し、取付部材４１に固定された当接部材９０に、プローブ７２が当接している。

この実施形態のプレス装置８０によれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、トグル機構１２，１４と上型４０との間の機構において、上記実施形態の連動機構３５，３６をなくし、トグルアーム２６，２８の各他端が軸支部材８５，８６を介して上型４０の取付部材４１に直接各々軸支されているので、部品点数が少なく構成が簡略化され、動作もより確実なものとすることができる。さらに、上面部材８２と垂下部材８３，８４の互いに接触する表面、及び上型４０の取付部材４１と軸支部材８５，８６の取付面は、位置精度を出しやすいように研磨され、その間にトグル機構１２，１４が取り付けられているので、上型４０の取付精度をより高いものとすることができる。

次に、この発明のプレス装置の第三実施形態について、図７を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の部材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態のプレス装置１００は、上記第二実施形態と同様に、トグル機構１２，１４を、上型４０の上方に配置し、トグル機構１２，１４を駆動する連動機構１８、及びプレス用モータ１６もトグル機構１２，１４の上方に配置したものである。さらに、上記第一実施形態と同様に、固定盤４６に２本のスライドレール４８が互いに平行に取り付けられている。スライドレール４８には、各々リニアスライダ５０が摺動自在に取り付けられ、リニアスライダ５０上に下型４４が固定され、上型４０と対向する位置と、固定盤４６の手前側に移動した退避位置との間を往復動可能に設けられている。

さらに、下型４４は、その取付部材が一対のベルト５８の各々の両端部が連結され、一対のベルト５８は、各々等しい長さで、各々一対のプーリ６０，６１間に無端ベルト状に掛け渡されている。そして、この実施形態においても、一対のベルト５８の上側の走行面は、固定盤４６の表面と面一に設けられ、固定盤４６に形成された駆動伝達部材の図示しない走行空間を塞いでいる。

この実施形態のプレス装置１００は、設置面から下型４４までの間隔が極めて小さく、図７に示すように、作業現場の卓上に配置して駆動することができ、よりコンパクトな装置として種々の用途に使用可能なものである。

この発明の第一実施形態のプレス装置の正面方向の概略縦断面図である。 この実施形態のプレス装置の側面方向の縦断面図である。 この実施形態のプレス装置の固定盤の平面図である。 この実施形態のプレス装置のリニア位置センサ取付部の拡大側面図である。 この発明の第二実施形態のプレス装置の正面方向の概略縦断面図である。 この実施形態のプレス装置の側面方向の縦断面図である。 この発明の第三実施形態のプレス装置の部分破断側面図である。

符号の説明

１０ プレス装置
１２，１４ トグル機構
１６ プレス用モータ
２０ 偏心カム
２１，２２ 揺動ピン
２３，２４ クランクアーム
２５，２６，２７，２８ トグルアーム
３０ 本体
３１，３２，３７，３８ 揺動連結ピン
３３，３４ 固定ピン
３５，３６ 連動部材
４０ 上型
４４ 下型
４６ 固定盤
４８ スライドレール
５０ リニアスライダ
５２ 受け部材
５４ ローラ
５８ ベルト
６０，６１，６４，６９ プーリ
７０ リニア位置センサ
７２ プローブ
７４ 当接部材

Claims (5)

1. プレス加工を行う上型を駆動するトグル機構を備えたプレス装置において、上記トグル機構を駆動する駆動装置と、上記トグル機構のトグルアームの移動に連動するとともに上記上型の移動に直結した当接部材と、この当接部材の位置を検知するリニア位置センサと、このリニア位置センサにより上記駆動装置を停止させる制御手段とを設けたことを特徴とするプレス装置。
2. 上記上型の上方に上記トグル機構および上記駆動装置を設けたことを特徴とする請求項１記載のプレス装置。
3. 上記上型に対して対面位置と待避位置との間を移動可能な下型と、この下型を移動させるリニアスライダとスライドレールから成るスライド装置と、上記上型を下型に対して押しつける状態で上記上型を受ける受け部材と、上記下型の待避時に上記スライド装置の摺動面を矯正する矯正部材を備えたことを特徴とする請求項１記載のプレス装置。
4. 上記下型のスライド装置は、上記駆動部材のベルトが上記スライド装置の取り付け部の移動用開口部を塞ぐものであることを特徴とする請求項３記載のプレス装置。
5. プレス加工を行う上型をトグル機構を用いて駆動するプレス装置の駆動方法において、上記トグル機構のトグルアームの移動に連動するとともに上記上型の移動に直結した当接部材を備え、この当接部材の位置をリニア位置センサにより検知し、この検知した信号による上記当接部材の位置の実測値を基に、上記トグル機構の下死点近傍の所望の位置で上記トグル機構の移動を停止させることを特徴とするプレス装置の駆動方法。
   

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