JP2005066652A

JP2005066652A - プレス装置

Info

Publication number: JP2005066652A
Application number: JP2003300741A
Authority: JP
Inventors: Shoji Futamura; 昭二二村; Hiromitsu Kaneko; 廣光金子
Original assignee: Institute of Technology Precision Electrical Discharge Works
Current assignee: Institute of Technology Precision Electrical Discharge Works
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: JP4279632B2

Abstract

【課題】数回の成形を行う毎にボールねじ軸のボールとボール溝との相対位置を変え得る差動機構を備えたプレス装置で、その可動体の重量を差動機構を備えていないものと変わらない構造のものを提供する。
【解決手段】主軸モータで可動体を支持板とベースとの間で駆動させて成形を行うプレス装置で、複数回の成形操作毎にねじ軸の停止位置を変えるための差動機構が支持板に取り付けられている。差動機構は、第一のねじを持ち、主軸モータのねじ軸を回転自在に保持している通孔をその第一のねじと同軸に持っている差動円筒と、支持板に設けられていて差動円筒の第一のねじを螺合させて差動円筒を保持している第二のねじとを有し、差動円筒を支持板および前記ねじ軸とに対して回転させるモータが支持板に取り付けられている。このモータの回転によって差動円筒をねじ軸とともに支持板に対して上下に移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば板金加工等に使用されるプレス装置に関するものであり、特に構造が簡単であり正確な位置制御を要する定点加工が可能であるプレス装置に関するものである。

電動プレスによる定点加工は従来から使用されており、騒音の発生を防止する点において有利であることが知られている。

定点加工を行う電動プレスによれば、騒音を発生することなく定点加工を行ない得るのであるが、従来のものにおいては次のような問題点がある。すなわち、スライド板下面に取り付けられた押圧子までの高さ寸法は、定点加工であるため常時一定になるように制御されており、この位置において押圧子を介して被加工物に所定の押圧力を印加するのである。そのために、押圧子および可動体を押し圧するねじ軸とナットとは常に同一の相対位置において、押圧力に相当する反力が作用するのである。

一方、ねじ軸とナットとは、ラム軸および押圧子の位置制御を正確かつ高精度に行なうために、ボールねじ係合としてあり、ボールねじを構成するボールとボール溝とは線接触または点接触で係合している。このため、ボールとボール溝とに同一相対位置において多数回に亘って上記反力が作用すると、ボールおよび／またはボール溝が局部的に摩耗することとなり、組合せ精度が低下すると共に寿命が短いという問題点がある。なおねじ軸とナットとが通常のねじ係合である場合においても、同様の問題点が存在する。

上の問題を解決するために、本出願人はすでに、特許文献１および特許文献２に記載したプレス装置を提案している。

図４は特許文献１に示されたプレス装置の例を示す要部縦断面正面図、図５は図４における５−５線要部断面平面図である。両図において、１０はベースであり、例えば長方形の平板状に形成されており、例えばその四隅には円柱状のガイドバー２０が立設される。このガイドバー２０の上端部には、例えば長方形の平板状に形成された支持板３０が、例えば締結部材３３を介して固定されている。

次に４０はねじ軸であり、支持板３０の中央部に軸受部材３４を介しかつ支持板３０を貫通するように正逆回転可能に支持されている。５０は可動体であり、前記ガイドバー２０と、その軸線方向に移動可能に係合されている。３１は主軸モータであり、支持板３０上に設けられてねじ軸４０を回転して可動体５０を駆動する。６０はナット部材であり、つば部６１を有するナット部６２と中空円筒状に形成された円筒部６３とを一体に結合して形成される。なおナット部６２は前記ねじ軸４０とボールねじ係合により螺合させると共に、円筒部６３の外周面には差動用おねじ６４を設ける。

６５は差動部材であり、中空円筒状に形成し、内周面に前記差動用おねじ６４と螺合する差動用めねじ６６を設ける。６７はウオームホイールであり、前記差動部材６５に一体に固着され、かつウオームギア６８と係合するように形成する。

ウオームギア６８の中心部にウオーム軸が挿通固着されると共に、ウオーム軸はその両端部を可動体５０内に設けられた軸受によって回転可能に支持される。６９はモータであり、ウオーム軸を回転させ得るように設けられる。９１は押圧子であり、前記可動体５０の中央部下面に着脱可能に設けられる。なお、主軸モータ３１およびモータ６９は、図示省略した制御手段を介して所定の信号を印加して制御駆動可能に構成されている。

上記の構成により、主軸モータ３１に所定の信号を供給して作動させると、ねじ軸４０が回転し、ナット部材６０を備えた可動体５０が下降し、押圧子９１は初期高さＨ₀から定点加工高さＨまで下降し、被加工物Ｗに当接する。これにより押圧子９１を介して予め設定された押圧力で被加工物Ｗに対する定点加工が行なわれる。加工終了後、主軸モータ３１の逆回転により可動体５０が上昇し、押圧子９１は初期高さＨ₀の位置に復帰する。なお上記Ｈ₀，Ｈの値は、図示省略した計測手段により計測され、かつ主軸モータ３１との関係においても制御可能に構成する。

上記の定点加工が予め設定された回数に到達すると、図４に示す位置、すなわち押圧子９１の初期高さＨ₀の位置において主軸モータ３１の作動を停止させ、差動部材６５を回転させるモータ６９に予め設定された信号を供給する。これによりモータ６９が所定角度だけ回転し、ウオームギア６８およびウオームホイール６７を介して差動部材６５が所定角度だけ回動する。この差動部材６５の回動により、ナット部材６０が停止しかつロックされた状態、すなわち停止した差動用おねじ６４に対して差動用めねじ６６が回動するから、可動体５０が変位する。

可動体５０の変位により、押圧子９１の初期高さＨ₀も当然に変化するが、このままねじ軸４０を回転させると、所定の定点加工が実行できない。このため、次に制御された若干の信号を主軸モータ３１に供給してねじ軸４０を微小回動させ、前記の可動体５０および押圧子９１の変位を相殺し、押圧子９１の初期高さＨ₀を一定に保持する操作を行なう。

上記のねじ軸４０の回動により、ねじ軸４０とナット部６２との相対位置が変化する。すなわちボールねじ係合に形成されたボールとボール溝との相対位置を変化させることができ、定点加工を確保しつつ、ボールおよび／またはボール溝の局部的摩耗を防止することができるのである。

図６は特許文献２に記載された別のプレス装置の要部断面正面図であり、同一部分は前記図４および図５と同一の参照符号で示す。図６において、７１はスライドプレートであり、ガイドバー２０と摺動係合し、上下動可能に設けられ、下部に押圧子９１を固着する。９２はテーブルであり、ベース１０上に設けられ、被加工物Ｗが載置されるものである。

次に可動体５０は、この可動体５０の移動方向（図６においては上下方向）と交差する面、例えば水平面で分割され、かつ対向配置された第１の可動体５３と第２の可動体５４とによって形成される。なお第１の可動体５３はボールねじナット５２と、第２の可動体５４はスライドプレート７１と固着されている。７２は差動部材であり、楔状に形成すると共に、前記第１の可動体５３と第２の可動体５４とを連結すると共に、後述するような働きをするものである。

７３はモータ、好ましくはパルスモータであり、スライドプレート７１上に支持部材７４を介して設けられ、前記差動部材７２を前記可動体５０の移動方向と直交する方向（図６においては左右方向）に駆動するためのものである。すなわち、モータ７３の回転軸にはねじ軸７５が連結されると共に、このねじ軸７５は前記差動部材７２内に設けられたナット部材（図示せず）と螺合するように形成されている。７６はガイドプレートであり、例えば第１の可動体５３と第２の可動体５４の両側面に１対設けられ、その下端部は第２の可動体５４に固定され、上端部の近傍は第１の可動体５３と摺動係合可能に形成されている。

上記の構成により、図６において主軸モータ３１に所定の信号を供給して作動させると、ねじ軸４０が回転し、第１の可動体５３、第２の可動体５４およびこれらを連結する差動部材７２等からなる可動体５０が下降し、前記図４に示すものと同様な押圧子９１は初期高さＨ₀から定点加工高さＨまで下降し、被加工物Ｗに対して定点加工が行われ、加工終了後、主軸モータ３１の逆回転により可動体５０が上昇し、押圧子９１は初期高さＨ₀の位置に復帰する。

上記の定点加工が予め設定された回数に到達した場合、または定点加工の都度、押圧子９１の初期高さＨ₀の位置において主軸モータ３１の作動を停止させ、モータ７３に予め設定された信号を供給する。これによりモータ７３が所定角度だけ回転し、ねじ軸７５を介して差動部材７２が水平方向に微小移動する。この差動部材７２の移動により第１の可動体５３と第２の可動体５４とが上下方向に相対移動し、可動体５０の位置が変位する。この変位を相殺するための補正操作は、主軸モータ３１に対する信号の供給によって行い、押圧子９１の初期高さＨ₀を一定に保持するのである。

上記の補正に伴うねじ軸４０の回動により、ねじ軸４０とボールねじナット５２との相対位置が変化し、ボールねじ係合に形成されたボールとボール溝との相対位置を変化させることができるから、定点加工を確保しつつ、ボールおよび／またはボール溝の局部的摩耗を防止することができるのであり、以後継続して定点加工を行うことができる。
特開２０００−２１８３９５号公報特開２００２−１４４０９８号公報

特許文献１および特許文献２に記載されたプレス装置は上に説明したように、数回の成形加工を行う度にボールねじ係合しているボールとボール溝との相対位置を変えることができるので、ボールとボール溝との局部的な摩耗を防ぐことができる。しかし、特許文献１に示されているプレス装置では、差動部材６５と差動部材を動かすモータ６９およびその駆動機構が可動体内に設けられているために、可動体が重く大きなものとなっている。更に特許文献２に示されたプレス装置では可動体が第１と第２に分かれている上にそれらとガイドプレートとが一体となった差動機構となっているために、可動体全体が同様に大きなものとなっている。可動体がこのように大きく重くなっているために、可動体を駆動するモータに不要な負荷がかかるとともに、可動体を引き上げる際にもボールねじに負荷が掛かるものとなっていた。また可動体が重く慣性が大きいために、可動体を動かして位置を制御する際に、大きなトルクを必要としまた時間的なロスも生じるものであった。

また、差動機構を動かすモータの回転角度を正確に制御するためにモータにはエンコーダなどが取り付けられているが、エンコーダは振動などの影響を受けやすいものなので、可動体の様な動く部分に取り付けることを避けなければならないものである。

そこで、本発明の目的とするところは、数回の成形加工を行う毎にねじ軸のボールねじ係合しているボールとボール溝との相対位置を変えることができる差動機構を備えたプレス装置で、その可動体の重量を差動機構を持っていないものと変わらないものを提供するものである。

また、本発明の他の目的とするところは、可動体すなわちスライドプレートが駆動させられて成形操作を行うときに生じる振動が差動機構に影響を与えない構造を持ったプレス装置を提供するものである。

本発明のプレス装置は、ベースと、
ベースに対してほぼ平行に保持されている支持板と、
ベースと支持板との間で上下動することができる可動体と、
支持板に取り付けられた主軸モータと、
主軸モータの回転軸に取り付けられているとともに主軸モータの回転によって可動体をベースに対して駆動させるねじ軸とを有するものにおいて、
第一のねじを外面に持つとともに前記ねじ軸を回転自在に保持している通孔を前記第一のねじと同軸に持っている差動円筒と、
支持板に設けられているとともに差動円筒の前記第一のねじを螺合させて差動円筒を保持している第二のねじと、
支持板に取り付けられていて、差動円筒を支持板およびねじ軸とに対して回転させるモータとを有し、
そのモータの回転によって差動円筒をねじ軸とともに支持板に対して上下移動させる差動機構を備えていることを特徴とする。

前記差動機構は更に、前記差動円筒と一体になった歯車と、モータの回転軸に取り付けられたウオームギアと、そのウオームギアと差動円筒の歯車との間で動力を伝達させる手段とを有することができる。

前記プレス装置は更に、差動機構の制御手段を持つことができ、その制御手段はベースと支持板との間における可動体の動きに従って差動機構の差動円筒を支持板に対して所定量移動させる制御を行う。

このように本発明のプレス装置では、固定された支持板に可動体の加工ストロークを変える差動機構が取り付けられている構造としているので、可動体の構造を差動機構を持たない可動体と同じものとすることができた。そのために可動体の重量を軽くすることができるので、その慣性を小さくすることができた。また、差動機構に振動が作用しない構造としているので、動作誤差を小さくすることができ、寿命の長い構造とすることができた。

以下図面を参照しながら本発明を実施例について詳しく説明する。図１は本発明の実施例によるプレス装置を一部断面を用いて示す正面図であり、図２に図１の２−２線要部断面平面図を示している。これらの図で、図４〜６と同じ部分には同じ参照符号を用いて示している。プレス装置はほぼ長方形をしたベース１０と、ベースの４隅に立てられたガイドバー２０と、ベース１０にほぼ平行にガイドバーによって支えられている支持板３０とを有し、ベース１０と支持板３０との間に可動体５０（ここでは可動体はスライドプレートでもある）がガイドバー２０に沿って上下動することができるように設けられている。支持板３０には主軸モータ３１が取り付けられており、主軸モータの回転軸から延びたプレス装置のねじ軸４０が支持板３０を通って下方に突出している。ねじ軸４０の先端にはボールねじ４１が設けられている。可動体５０のほぼ中央に通孔５１が開けられているとともに、通孔５１とほぼ同心にボールねじナット５２が可動体５０に固定して設けられている。ねじ軸４０のボールねじ４１が可動体に設けられたボールねじナット５２と係合しており、主軸モータ３１の回転によって可動体が上下動して、可動体に付けられた押圧子９１あるいは金型によって成形加工が行われる。

ボールねじナットが取り付けられている可動体５０にはボールねじナット５２とほぼ同軸に通孔５１が開けられているので、ねじ軸４０のボールねじ４１がボールねじナット５２に深くねじ込まれてボールねじナット５２の底からボールねじ先端が突出することができる。

主軸モータ３１から延びたプレス装置のねじ軸４０は、支持板３０にねじ軸４０と同軸に開けられた通孔に取り付けられた差動円筒８１によって回転自在に保持されている。差動円筒８１の通孔にはスラスト軸受け８２が取り付けられており、ねじ軸４０を回転自在に保持している。差動円筒８１の外面にはその通孔と同軸に第一のねじ８３（例えば、おねじ）が設けられており、その第一のねじ８３は支持板３０に開けられた通孔に設けられた第二のねじ３２（例えば、めねじ）に螺合して、差動円筒８１を支持板３０の第二のねじ３２に保持している。差動円筒８１をその軸の周りに回すことで支持板に対して差動円筒をねじ軸４０とともに上下に移動できるようになっている。

ねじ軸４０の上端を主軸モータ３１の回転軸と接続しているカップリング４２の所で、ねじ軸４０の上端はスプライン４３となっている。スプラインのカップリングでねじ軸４０を主軸モータ３１の回転軸と接続しているので、主軸モータ３１の回転がねじ軸４０に伝わり、可動体５０を駆動することができる。しかし、差動円筒８１を支持板３０に対して回転させてねじ軸４０が上下に移動させられても、その移動はスプライン４３とカップリング４２とで吸収されるので主軸モータ３１には影響がなく、差動円筒８１を回してねじ軸４０を上下に移動させることができる。

本発明では差動円筒８１を回転させるためのモータ８４が支持板３０に取り付けられている。このモータ８４は、所定の信号が入力されたときに所定角度だけ回るものが好ましいので、パルスモータが適当である。図１、図２に示している実施例ではモータ８４の回転軸にウオームギア８５が取り付けられていて、その回転を中間歯車８６を介して、差動円筒と一体となった歯車８７に伝えている。モータ８４と、ウオームギア８５と、中間歯車８６と、差動円筒８１とで差動機構８０を構成しており、差動機構８０が支持板３０に取り付けられている。

プレス装置の可動体５０とベース１０との間に成形加工を行うための押圧子９１あるいは金型が取り付けられて、押圧子あるいは金型によって被加工物Ｗが成形加工される。主軸モータに制御手段１００から駆動信号が印加されると、主軸モータ３１が回転してねじ軸４０が回転して、ねじ軸４０に設けられたボールねじ４１と係合しているボールねじナット５２を介して可動体５０が下降する。可動体に取り付けられた押圧子９１が初期高さＨ₀から定点加工高さＨまで下降して、被加工物Ｗに当接する。これにより押圧子９１を介して予め設定された押し圧力で被加工物Ｗに対する定点加工が行われる。加工終了後、主軸モータ３１を逆回転させると可動体５０が上昇し、押圧子９１は初期高さＨ₀に復帰する。

予め設定された回数Ｎの成形加工が行われると、制御手段１００から差動機構８０のモータ８４に予め設定された数のパルス信号を印加する。このパルス信号によってモータ８４が所定角度だけ回転して、ウオームギア８５、中間歯車８６、差動円筒の歯車８７を介して差動円筒８１が所定角度回転する。その回転で、差動円筒８１は支持板３０に対して上あるいは下に所定の距離だけ移動して、可動体５０がそれに伴い同じだけ上または下に移動する。

可動体５０がこのように上下移動した後に、成形加工するまでの押圧子９１の移動距離は、差動円筒８１の移動した距離だけ変わるので、主軸モータ３１によってボールねじ４１を回して成形加工をすると、加工位置におけるねじとナットとの相対位置が可動体の上下移動する前とは変化している。

あるいは可動体５０が上のように上下移動した後に、その上下移動を打ち消すように主軸モータ３１を回して、押圧子９１の初期高さＨ₀の位置に復帰させる。その後成形加工をすると、成形加工するまでの押圧子９１の移動距離は当初のものと同じであるが、押圧子９１を初期高さＨ₀の位置に復帰させるのにねじ軸４０を回転しているので、加工位置におけるねじとナットとの相対位置が可動体５０の上下移動する前とは変化している。このようにしてボールとボール溝の局部的な摩耗を防止することができる。

差動機構８０の働きを図３のフローチャートに示している。制御手段１００には成形加工回数のカウンターＣと、差動機構のモータ駆動回数のカウンターＫとを備えておき、成形操作前にはこれらのカウンターＣとＫとをリセットしておく（ステップ１０１）。成形指示（ステップ１０２）によって成形加工（ステップ１０３）するたびにカウンターＣで成形回数を数え（ステップ１０４）、Ｎ回の成形加工を行うたび（ステップ１０５）に、差動機構を働かせる。予め設定された数のパルス信号を差動機構のモータ８４に供給（ステップ１０６）して例えば差動円筒８１を上に所定量だけ動かす。差動円筒８１を上に動かす量として、ねじ軸４０のボールねじ４１に用いられている各ボールを数度の角度だけ回転させる量などとすることができる。差動円筒８１を上に移動させる毎にカウンターＫでその移動回数を数え（ステップ１０７）、Ａ回移動をしてボールが１回転すれば（ステップ１０８）、モータを逆転させる（ステップ１０９）ことができる。そしてステップ１１０と１１１とでそれぞれカウンターＫとＣとをリセットしてその操作を繰り返すことができる。

本発明の実施例によるプレス装置を一部断面を用いて示す正面図である。図１の２−２線要部断面平面図である。本発明の実施例によるプレス装置に備えられた差動機構の働きを説明するフローチャートである。特許文献１に示されたプレス装置の例を示す要部縦断面正面図である。図４における５−５線要部断面平面図である。特許文献２に記載された別のプレス装置の要部断面正面図である。

符号の説明

１０ベース
２０ガイドバー
３０支持板
３１主軸モータ
３２第二のねじ（めねじ）
３３締結部材
３４軸受部材
４０ねじ軸
４１ボールねじ
４２カップリング
４３スプライン
５０可動体
５１通孔
５２ボールねじナット
５３第１の可動体
５４第２の可動体
６０ナット部材
６１つば部
６２ナット部
６３円筒部
６４差動用おねじ
６５、７２差動部材
６６差動用めねじ
６７ウオームホイール
６８、８５ウオームギア
６９、７３，８４モータ
７１スライドプレート
７４支持部材
７５ねじ軸
７６ガイドプレート
８０差動機構
８１差動円筒
８２スラスト軸受け
８３第一のねじ（おねじ）
８６中間歯車
８７歯車
９１押圧子
９２テーブル
１００制御手段

Claims

ベースと、
ベースに対してほぼ平行に保持されている支持板と、
ベースと支持板との間で上下動することができる可動体と、
支持板に取り付けられた主軸モータと、
主軸モータの回転軸に取り付けられているとともに主軸モータの回転によって可動体をベースに対して駆動させるねじ軸とを有するプレス装置において、
第一のねじを外面に持つとともに前記ねじ軸を回転自在に保持している通孔を前記第一のねじと同軸に持っている差動円筒と、
支持板に設けられているとともに差動円筒の前記第一のねじを螺合させて差動円筒を保持している第二のねじと、
支持板に取り付けられていて、差動円筒を支持板およびねじ軸とに対して回転させるモータとを有し、
そのモータの回転によって差動円筒をねじ軸とともに支持板に対して上下移動させる差動機構を備えていることを特徴とするプレス装置。
前記差動機構は更に、前記差動円筒と一体になった歯車と、モータの回転軸に取り付けられたウオームギアと、そのウオームギアと差動円筒の歯車との間で動力を伝達させる手段とを有することを特徴とする請求項１記載のプレス装置。
ベースと支持板との間における可動体の動きに従って前記差動機構の差動円筒を支持板に対して所定量移動させる制御手段を更に有していることを特徴とする請求項１あるいは２記載のプレス装置。