JP2006055872A - ダイクッション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ダイクッションの種類に関わることなく、ワーク成形の際に発生するサージ圧力を低減し衝撃を緩和する。
【解決手段】
クッションパッドと駆動手段との間に、ワーク成形の際に発生するサージ圧力を低減する程度の弾力を生ずる弾性部材が設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ワーク成形の際に発生するサージ圧力を低減するダイクッション装置に関する。

図１はプレス機械の構成を示す模式図である。
プレス機械においては、上部に位置するスライド２と下部に位置するボルスタ８とが互いに対向するように設けられる。スライド２は上方のスライド駆動機構１から動力を受けて昇降動作する。スライド２の下部には上型３ａが取り付けられる。一方、ボルスタ８はベッド９の上部に固定されており、ボルスタ８の上部には下型３ｂが取り付けられる。ボルスタ８及び下型３ｂには上下方向に貫通する複数の孔が設けられ、この孔にはクッションピン７が挿通される。クッションピン７の上端は下型３ｂの凹部分に設けられたブランクホルダ５の下部に当接し、クッションピン７の下端はベッド９内に設けられたダイクッション１０のクッションパッド１１に当接する。ベッド９の内壁面間にはビーム６が設けられ、ビーム６でダイクッション１０が支持される。

プレス加工の際にはブランクホルダ５上にワーク（ブランク）４が載置される。スライド２と共に上型３ａが下降すると、上型３ａの凸部とワーク４が当接する。上型３ａの凸部とブランクホルダ５でワーク４が狭持されてしわ押さえがなされる。さらにスライド２及び上型３ａが下降すると、ワーク４は上型３ａと下型３ｂによって絞り成形がなされる。この際、クッションパッド１１、クッションピン７及びブランクホルダ５は一体となって上方への付勢力を発生させつつ下降する。

従来は油圧や空気圧を用いてクッションパッドに付勢力すなわちクッション圧を発生させる油圧ダイクッション、空気圧ダイクッションが主流であった。しかし近年は図１で示されるように、電動サーボモータ１２を用いてクッション圧を発生させる電動サーボダイクッションが注目されている。下記特許文献１〜３には電動サーボダイクッションが開示されている。

ところでワーク成形の際に、スライド２が下降して上型３ａとワーク４とが接すると、スライド２の押圧力がブランクホルダ５、クッションピン７を介して一気にクッションパッド１１に伝達される。このとき大重量のスライド２とクッションパッド１１が衝突するような状態となり、クッションパッド１１に瞬間的に大きな荷重が作用するため、プレス機械には大きなサージ圧力が発生する。このサージ圧力の大小がプレス機械に生ずる衝撃の大小に影響する。

サージ圧力が継続して発生すると、金型の摩耗速度が早くなる。またサージ圧力が大きいと、その際に発生する衝撃音が大きくなる。さらに大きなサージ圧力はクッション圧に振動を与える原因となりしわ押さえ力の精度が低下する。これらの問題を回避するために、サージ圧力を極力小さくしたいという要望がある。

サージ圧力を低減し衝撃を緩和するために、制御面ではスライド２の下降動作と同期してクッションパッド１１を下降動作させて、ワーク側（クッションパッド１１）と上型側（スライド２）との相対速度を遅くする所謂予備加速が行われる。しかしこの予備加速には限界があり、例えばスライド２の下降速度が速い場合などはサージ圧力を低減しきれないこともある。そこで制御面だけでなく、ダイクッション１０の構造面での工夫が望まれている。

下記特許文献４には、衝撃を緩和する油圧ダイクッションの構造が開示されている。クッションパッドの昇降動作は油圧室の圧油の制御によってなされる。この油圧室内にはクッションパッドに接続された第１のピストンの受圧部と、バネに接続された第２のピストンの受圧部が設けられる。クッションパッドがスライド側から押圧されると、第１のピストンの受圧部で油圧室の圧油が押圧され、圧油を媒体として第２のピストンの受圧部が押圧される。するとバネが縮退し、サージ圧力が低減される。
特開平６−５４４号公報（図４） 特開平６−５４３号公報（図１、図２） 特開平１０−２０２３２７号公報（図１） 特開平１０−２４４００号公報（図１）

しかしながら、特許文献４の技術は油圧ダイクッションを対象としており、電動サーボダイクッションには適用できない。現在電動サーボダイクッションに関しては駆動制御にのみ頼ることなく構造面でもサージ圧力を低減する技術が必要とされている。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、ダイクッションの種類に関わることなく、ワーク成形の際に発生するサージ圧力を低減し衝撃を緩和することを解決課題とするものである。

第１発明は、
クッションパッドと、該クッションパッドを駆動する駆動手段と、前記クッションパッドと前記駆動手段との間に介在され、前記駆動手段の駆動力を前記クッションパッドに伝達する駆動力伝達手段と、を備えたダイクッション装置において、
前記駆動力伝達手段に、前記クッションパッドからの押圧力を受けて該クッションパッドの下降方向と平行する方向に縮退し、ワーク成形の際に発生するサージ圧力を低減する程度の弾力を生ずる弾性部材を備えたこと
を特徴とする。

本発明では、クッションパッドと駆動手段との間に、ワーク成形の際に発生するサージ圧力を低減する程度の弾力を生ずる弾性部材が設けられる。

本発明を電動サーボダイクッションに適用する場合には、駆動手段としては電動サーボモータ及び電動サーボモータの制御機構を想定し、駆動力伝達手段としてはクッションパッドと電動サーボモータの間に介在される機構又は部材を想定する。また本発明を油圧ダイクッションに適用する場合は、駆動手段として油圧室及び油圧室内の圧力制御機構を想定し、駆動力伝達手段としてクッションパッドと油圧室の間に介在される機構又は部材を想定する。また駆動力伝達手段に設けられる弾性部材としては、例えば皿バネ、スプリングバネ、硬質ウレタン材等、ワーク成形の際に発生するサージ圧力を低減できる程度の弾性を有するものを想定する。

ワーク成形の際にスライド下部に固定された上型とクッションパッド上部に載置されたワークとが当接すると、クッションパッドはスライド側からの押圧力を受けて下降する。さらに弾性部材が設けられた駆動力伝達手段もスライド側からの押圧力を受ける。よって弾性部材の上方に位置する構成要素もスライド側からの押圧力を直に受けて下降することになる。このとき弾性部材はスライド側からの押圧力によって縮退しつつ、上方の構成要素の衝撃を緩和する役目を果たす。弾性部材の下方に位置する構成要素はスライド側からの押圧力を弾性部材を介して受けて徐々に下降する。弾性部材がある程度縮退すると、上方の構成要素は下方の構成要素に追いつき、両者は一体となって下降する。弾性部材は上方の構成要素と下方の構成要素の相対速度を小さくする役目も果たす。相対速度をゼロにする弾性部材が理想的である。

第２発明は、第１発明において、
前記弾性部材の一端に接する第１の制限部と、前記弾性部材の他端に接する第２の制限部とからなり、前記弾性部材の縮退量が所定量未満の状態で第１、第２の制限部が互いに離隔し、前記弾性部材の縮退量が所定量に到達した状態で第１、第２の制限部が互いに当接して前記弾性部材の縮退を制限する縮退量制限部を備えたこと
を特徴とする。

縮退量制限部は弾性部材の両端にそれぞれ接する第１、第２の制限部からなる。ここで第１の制限部がクッションパッド側に位置し、第２の制限部が駆動手段側に位置しているとする。クッションパッドがスライド側からの押圧力を受けない状態で弾性部材は伸張し、第１、第２の制限部は離隔する。クッションパッドがスライド側からの押圧力を受けると、弾性部材は第１の制限部を介してその押圧力を受け縮退する。弾性部材の縮退に伴い第１、第２の制限部は接近し、縮退量が所定量に到達した時に第１、第２の制限部は当接する。第１、第２の制限部で挟まれる弾性部材の縮退はそれ以上進まなくなる。そしてクッションパッドと第１、第２の制限部は一体となって下降する。

本発明によれば、弾性部材によってワーク成形の際に発生するサージ圧力が低減される。サージ圧力が低減するとプレス機械に発生する衝撃は緩和する。
また第２発明によれば、弾性部材の縮退が所定量で制限された後は駆動手段の駆動力が直接クッションパッドに伝達される。したがって弾性部材の存在によって制御精度が低下することを防止できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図２は第１の実施形態に係るダイクッションの構成を示す模式図である。
プレス機械の全体の構成については図１を用いて説明したため、ここではそのうちのダイクッションについてを説明する。以下の説明で使用される“上下”とは、図１及び図２における上下方向すなわちクッションパッドの昇降方向と同一であるとする。

図２で示されるように、クッションパッド１１の下方にはバネ下部材１３が配置される。クッションパッド１１とバネ下部材１３との間には一以上のバネ１２が介在される。クッションパッド１１の下面１１ａにはバネ１２の上端が接する。バネ下部材１３の上面１３ａには所定深さのバネ穴１３ｂが設けられる。バネ穴１３ｂにはバネ１２の下部が挿入され、バネ穴１３ｂの底面１３ｃにはバネ１２の下端が接する。クッションパッド１１からの押圧力によってバネ１２は下方に縮退する。その縮退量がバネ穴１３ａの所定深さに達すると、クッションパッド１１の下面１１ａとバネ下部材１３の上面１３ａが当接する。またバネ下部材１３の内部には油圧室１４が設けられる。油圧室１４にはピストン部材１５がクッションパッド１１の昇降方向に摺動自在にして設けられる。

なおここではクッションパッド１１とバネ下部材１３との間にバネ１２が介在されているが、クッションパッド１１の下面１１ａ側にバネ上部材を設け、バネ上部材とバネ下部材１３との間にバネ１２が介在されるようにしてもよい。

バネ下部材１３の下方にはボールネジ１６が配置される。ボールネジ１６は大きくは螺合されるスクリュー部１６ａとナット部１６ｂとからなる。スクリュー部１６ａの上部はピストン部材１５の下部に接合される。ナット部１６ｂはベッド９の内壁面間に設けられた図示しないビームにベアリングを介して回転自在に支持され、さらにタイミングベルト１７を介して電動サーボモータ１８の回転軸に連結される。

電動サーボモータ１８は図示しないコントローラによって制御される。コントローラは、クッションパッド１１の位置に応じて電動サーボモータ１８を制御する位置制御又はクッションパッド１１に作用する圧力に応じて電動サーボモータ１８を制御する圧力制御を行う。

油圧室１４はリリーフ弁２１の入力ポートと管路を介して連通し、リリーフ弁２１の出力ポートはタンク２２と管路を介して連通する。クッションパッド１１がスライド側から押圧され、油圧室１５の圧力がリリーフ弁２１の設定値を超えるとリリーフ弁２１が開放状態となり、油圧室１４の圧油がタンク２２に排出される。また油圧室１４とリリーフ弁２１を連通する管路には圧力センサ２３が設けられる。

電動サーボモータ１８の回転軸が一方向に回転するとナット部１６ｂは同方向に回転し、スクリュー部１６ａは上昇動作する。スクリュー部１６ａの上昇動作はピストン部材１５、油圧室１４、バネ下部材１３、バネ１２を介してクッションパッド１１に伝達される。よってクッションパッド１１は上昇動作する。電動サーボモータ１８の回転軸が他方向に回転するとナット部１６ｂは同方向に回転し、スクリュー部１６ａは下降動作する。スクリュー部１６ａの下降動作はピストン部材１５、油圧室１４、バネ下部材１３、バネ１２を介してクッションパッド１１に伝達される。よってクッションパッド１１は下降動作する。

次にバネ１２の上方に位置する構成要素（クッションパッド１１等）と下方に位置する構成要素（バネ下部材１３等）及びスライドの動作について、図３を用いて説明する。
図３はプレス機械の各部の速度を時間経過と共に示す図である。図３において、曲線Ａはバネ１２の上方の構成要素すなわち本実施形態でいえばクッションパッド１１の速度を示し、曲線Ｂはバネ１２の下方の構成要素すなわち本実施形態でいえばバネ下部材１３の速度を示し、直線Ｃはスライドの速度を示す。

時刻ｔ0から時刻ｔ1の範囲ではスライドは下降しているが上型とワークが当接していない。したがってクッションパッド１１、バネ下部材１３は停止している。

時刻ｔ1で上型とワークとが当接する。するとクッションパッド１１はスライド側からの押圧力を受け急激に加速される。このとき衝突による衝撃力とバネ１２の復元力によってクッションパッド１１の速度は変動するが、すぐにスライドの速度と等しくなる。クッションパッド１１は比較的軽量なので衝撃力は小さい。バネ下部材１３はバネ１２を介してスライド側からの押圧力を受け徐々に加速される。バネ１２が硬過ぎると、この時刻ｔ1で大きなサージ圧力が発生する。図３で示されるように、クッションパッド１１の速度がすぐにスライド速度と等しくなるということは、バネ１２がクッション装置として機能していると考えられる。

時刻ｔ1から時刻ｔ2の範囲ではスライド及びクッションパッド１１の速度にバネ下部材１３の速度が徐々に近づく。これはバネ１２の縮退量が徐々に大きくなり、バネ下部材１３が受けるスライド側からの押圧力が徐々に大きくなることにより、バネ下部材１３が徐々に加速されるためである。

時刻ｔ2でバネ１２の縮退量が所定値に達する。つまりクッションパッド１１がバネ下部材１３に追いつき、クッションパッド１１の下面１１ａとバネ下部材１３の上面１３ａとが当接する。このときの両者の相対速度Ｖrが小さいほど（理想的にはゼロ）クッションパッド１１とバネ下部材１３の当接によって発生するサージ圧力が小さくなる。バネ１２が軟らか過ぎると、この時刻ｔ2で大きなサージ圧力が発生する。

次にバネ１２について説明する。
本実施形態ではワーク成形の際に発生するサージ圧力を低減できる程度の弾性を有するものとしてバネを想定している。例えばバネには皿バネやスプリングバネ等が考えられる。なおバネでなく硬質ウレタン材のような弾力を有するものであってもよい。上型とワークとが当接すると、バネ１２はスライド側からの押圧力を受けてクッションパッド１１の下降方向と平行する方向に縮退する。バネ１２にはサージ圧力を低減する程度のバネ定数が必要である。

図４は油圧室に発生する力を時間経過と共に示す図である。図４における横軸の起点は上型とワークの当接時である。図４において、曲線Ｄはバネが硬い（バネ定数大）場合を示し、曲線Ｅはバネが軟らかい（バネ定数小）場合を示し、曲線Ｆはバネが最適又は最適に近い場合を示す。

曲線Ｄでは大きなサージ圧力が発生している。このサージ圧力はクッションパッド１１とバネ下部材１３とが接した直後に発生するものである。曲線Ｄからは、硬すぎるバネ１２は殆ど縮退しないためクッションパッド１１のクッション装置としてあまり機能しないことが判る。
曲線Ｅでは曲線Ｄよりも遅れて大きなサージ圧力が発生している。このサージ圧力はバネ１２が縮退し、クッションパッド１１の下面１１ａとバネ下部材１３の上面１３ａとが当接したときに発生するものである。曲線Ｅからは、軟らかすぎるバネ１２は縮退が早いためクッションパッド１１のクッション装置としてあまり機能しないことが判る。
曲線Ｆでは曲線Ｅよりも若干遅れて小さなサージ圧力が発生している。このサージ圧力はバネ１２が縮退し、クッションパッド１１の下面１１ａとバネ下部材１３の上面１３ａとが当接したときに発生するものである。曲線Ｆからは、硬すぎも軟らかすぎもしない適正なバネ１２は適度に縮退してクッションパッド１１とバネ下部材１３の相対速度を小さくするためクッションパッド１１のクッション装置として機能することが判る。

図５はクッションパッドとバネ下部材が当接した時に発生する力とバネ定数との関係を示す図である。図５において、曲線Ｇは油圧室１４に発生する力とバネ定数との関係を示し、曲線Ｈはバネ１２に発生する力とバネ定数との関係を示す。図５で示されている油圧室１４に発生する力はサージ圧力に相当すると考えられるため、ここでは曲線Ｇに注目する。

図５から分かるように、［バネ定数］≦［第１の閾値］の場合は、バネ定数の増加に伴い油圧室１４に発生する力は減少する。しかし［第１の閾値］＜［バネ定数］≦［第２の閾値］の場合は、バネ定数の増加に伴い油圧室１４に発生する力も増加する。そして［第２の閾値］＜［バネ定数］の場合は、油圧室１４に発生する力はバネを設けない場合とほぼ同等になる。この結果から、バネ定数が第１の閾値又は第１の閾値に近い値であることが望ましいといえる。

図４、図５からは、サージ圧力を低減するためには最適なバネ定数が存在するということが判る。バネ定数が小さすぎると、バネは簡単に縮退してしまいバネ下部材を加速する弾力が発生しない。よってバネはサージ圧力を低減する役目を果たさない。逆にバネ定数が大きすぎると、バネは縮退せずスライド側からの押圧力を直に下方の機構に伝達する。よってバネはサージ圧力を低減する役目を果たさない。

図６はクッションパッドとバネ下部材が当接した時の両者の相対速度とバネ定数との関係を示す図である。図６において、曲線Ｉはスライドの速度を１００％出した場合のバネ定数と相対速度との関係を示し、曲線Ｊはスライドの速度を５０％出した場合のバネ定数と相対速度との関係を示し、曲線Ｋはスライドの速度を３０％出した場合のバネ定数と相対速度との関係を示す。

図６からはスライド速度が速いほど相対速度は大きくなることが判る。またバネ定数が大きいほど相対速度が小さくなることが判る。但し図６では示されていないが、曲線Ｉ〜Ｋはあるバネ定数で相対速度がゼロになり、そのバネ定数以上の範囲ではクッションパッドとバネ下部材が当接しなくなる。相対速度がゼロになるバネ定数は図５で示される第１の閾値と等しくなる。

最適なバネ定数すなわち図５で示される第１の閾値はダイクッションの容量やスライドの速度等に応じて異なる。このためプレス機械の仕様や使用状態に応じて適宜決定する必要がある。しかしながらバネ定数が極端に大きすぎたり小さすぎたりしない限り、ある程度の衝撃緩衝効果は期待できる。

また本実施形態では、バネ穴１３ｂの存在によって、バネ１２の縮退量が所定量に到達するとクッションパッド１１の下面１１ａとバネ下部材１３の上面１３ａとが当接してバネ１２の縮退が制限される。このようにバネ１２の縮退量を制限しているのは、コントローラによる圧力制御をし易くするためである。サージ圧力は瞬間的にインパルス状に発生するので、バネ力はサージ圧力が発生する時にのみあればよい。その後のワークの絞り成形の段階ではクッションパッド１１の圧力制御が行われるが、このときにはバネ力は不要である。圧力制御時にバネ１２のような弾力を有する部材が存在すると、制御精度が低下する。バネ穴１３ｂの存在によって、こうした制御精度の低下が抑制される。

なおバネ穴１３ｂを設ける代わりに、所定の厚みを有する部材をクッションパッド１１の下面１１ａ又はバネ下部材１３の上面１３ａに設けるようにしてもよい。

図７は第２の実施形態に係るダイクッションの構成を示す模式図である。
本実施形態のダイクッションは、第１の実施形態において油圧室１４が無いものである。この場合はバネ下部材１３の下部とボールネジ１６のスクリュー部１６ａの上部が直接接続しており、両者は一体となって動作する。その他の構成は第１の実施形態と同じである。

図８は第３の実施形態に係るダイクッションの構成を示す模式図である。
第１、第２の実施形態が電動サーボモータを備えたダイクッションであるのに対し、本実施形態のダイクッションは油圧サーボダイクッションである。図８において図２と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

バネ下部材１３の下部とロッド３１の上部は接続しており、両者は一体となって動作する。ロッド３１の下部は油圧シリンダ３２内を摺動自在であるピストン３３と接続する。油圧シリンダ３２内にはピストン３３で仕切られる上部油圧室３４と下部油圧室３５が形成される。ロッド３３は上部油圧室３４を経由してピストン３３と接続する。上部油圧室３４と下部油圧率３５は管路を介してサーボバルブ３６に連通する。またサーボバルブ３６には油圧ポンプ３７も連通する。サーボバルブ３６の切換によって油圧ポンプ３７と上部油圧室３４が連通し又は油圧ポンプ３７と下部油圧室３５が連通する。

サーボバルブ３７は図示しないコントローラによって制御される。コントローラは、クッションパッド１１の位置に応じてサーボバルブ３７を制御する位置制御又はクッションパッド１１に作用する圧力に応じてサーボバルブ３７を制御する圧力制御を行う。

サーボバルブ３７によって油圧ポンプ３７と下部油圧室３５とが連通すると上部油圧室３４よりも下部油圧室３５が高圧になり、ピストン３３は上昇動作する。ピストン３３の上昇動作はロッド３２を介してクッションパッド１１に伝達される。よってクッションパッド１１も上昇動作する。サーボバルブ３７によって油圧ポンプ３７と上部油圧室３４とが連通すると下部油圧室３５よりも上部油圧室３４が高圧になり、ピストン３３は下降動作する。ピストン３３の下降動作はロッド３２を介してクッションパッド１１に伝達される。よってクッションパッド１１も下降動作する。

第３の実施形態においても第１の実施形態と同様にバネ１２の他に弾性を有する部材を用いることが可能である。

ここまで説明した第１〜第３の実施形態では電動サーボダイクッションや油圧ダイクッションに弾性部材を適用した実施例を説明した。しかし本発明は電動サーボダイクッションや油圧ダイクッションだけでなく空気圧ダイクッションに適用することも可能である。

第１〜第３の実施形態によれば、ワーク成形の際に発生するサージ圧力が低減される。サージ圧力が低減するとプレス機械に発生する衝撃は緩和する。
また弾性部材の縮退が所定量で制限された後は電動サーボモータや油圧シリンダの駆動力が直接クッションパッドに伝達される。したがって弾性部材の存在によって制御精度が低下することを防止できる。

図１はプレス機械の構成を示す模式図である。 図２は第１の実施形態に係るダイクッションの構成を示す模式図である。 図３はプレス機械の各部の速度を時間経過と共に示す図である。 図４は油圧室に発生する力を時間経過と共に示す図である。 図５はクッションパッドとバネ下部材が当接した時に発生する力とバネ定数との関係を示す図である。 図６はクッションパッドとバネ下部材が当接した時の両者の相対速度とバネ定数との関係を示す図である。 図７は第２の実施形態に係るダイクッションの構成を示す模式図である。 図８は第３の実施形態に係るダイクッションの構成を示す模式図である。

符号の説明

１０…ダイクッション
１１…クッションパッド
１１ａ…下面
１２…バネ
１３…バネ下部材
１３ａ…上面
１３ｂ…バネ穴
１３ｃ…底面
１４…油圧室
１５…ピストン部材
１６…ボールネジ
１６ａ…スクリュー部
１６ｂ…ナット部
１７…タイミングベルト
１８…電動サーボモータ

Claims (2)

1. クッションパッドと、該クッションパッドを駆動する駆動手段と、前記クッションパッドと前記駆動手段との間に介在され、前記駆動手段の駆動力を前記クッションパッドに伝達する駆動力伝達手段と、を備えたダイクッション装置において、
   前記駆動力伝達手段に、前記クッションパッドからの押圧力を受けて該クッションパッドの下降方向と平行する方向に縮退し、ワーク成形の際に発生するサージ圧力を低減する程度の弾力を生ずる弾性部材を備えたこと
   を特徴とするダイクッション装置。
2. 前記弾性部材の一端に接する第１の制限部と、前記弾性部材の他端に接する第２の制限部とからなり、前記弾性部材の縮退量が所定量未満の状態で第１、第２の制限部が互いに離隔し、前記弾性部材の縮退量が所定量に到達した状態で第１、第２の制限部が互いに当接して前記弾性部材の縮退を制限する縮退量制限部を備えたこと
   を特徴とする請求項１記載のダイクッション装置。

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