JP2006192494A - プレス機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 メンテナンスを容易にできるプレス機械を提供すること。
【解決手段】サーボプレス１は、サーボモータ２１と、サーボモータ２１の回転駆動力を減速して伝達する不等速減速機である減速機２３と、減速機２３で減速された回転運動を往復運動に変換する偏心機構２４と、偏心機構２４の往復運動により昇降動するスライド１４とを備えている。サーボモータ２１は、クラウンフレーム１３１外部の上方に配置され、減速機２３は、クラウンフレーム１３１外部のボックス１３４に収納されている。また、偏心機構２４は、クラウンフレーム１３１内に収納されている。サーボモータ２１および減速機２３がクラウンフレーム１３１外部に配置されているので、これらのメンテナンスを行う際には、クラウンフレーム１３１内部にアクセスする必要がなく、メンテナンスを容易にできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スライドの昇降動でワークをプレス加工するプレス機械に関する。

従来プレス機械としては、サーボモータを駆動源として有し、サーボモータからの動力をスライドに伝達してプレス加工を行うサーボプレスが知られている（例えば、特許文献１参照）。このサーボプレスでは、サーボモータおよびギヤが本体フレーム内部に収納されており、サーボモータの駆動力がベルトおよびプーリを介してギヤに伝達され、ギヤで減速された後、回転運動が偏心機構によって往復運動に変換される。この往復運動により、スライドが上下動し、ワークのプレス加工を行う。特許文献１の場合では、偏心機構による往復運動を、トグルリンク機構を介してスライドの上下動に変換している。
また、他のサーボプレスとしては、サーボモータの駆動力がベルトおよびプーリを介してギヤに伝達され、ギヤで減速された後、回転運動が偏心機構によって直接スライドの上下動に変換される構成も考えられる。
さらに、他のプレス機械としては、クラウンフレーム内に、ピニオンおよびギヤを有する減速手段と、大がかりなリンク機構とが設けられたものが挙げられる。このプレス機械では、フライホイール、クラッチ、およびブレーキを備えた従来のリンクプレス機構が採用されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００４−１７１２２号公報（第１図および第２図） 特開２００４−２０９５４５号公報（第１３図）

しかしながら、これらのような構造のプレス機械では、メンテナンスの際には各部品にアクセスするためにプレス機械のクラウンフレーム内部に手を入れなければならず、メンテナンス作業が困難であるという問題がある。特に、プレス機械が大型である場合では、メンテナンスを必要とするギヤなどにアクセスするために、作業員がプレス機械のクラウンフレーム内に立ち入らなければならず、メンテナンス作業が煩雑で困難である。また、リンクプレス機構を用いたプレス機械の場合では、クラウンフレーム内にギヤの他に複数のリンクがさらに設置されるため、メンテナンス作業がますます困難になる。

本発明の目的は、メンテナンスを容易にできるプレス機械を提供することにある。

第１の発明は、昇降動するスライドと、スライドを支持するクラウンフレームと、スライドを駆動する駆動源と、駆動源からの回転運動を減速する減速機と、減速機からの回転運動を往復運動に変換する偏心機構とを備え、減速機は、駆動源からの回転運動を不等速回転運動に変換して減速する不等速減速機であり、駆動源および減速機は、クラウンフレーム外部に配置され、偏心機構は、クラウンフレーム内部に配置されることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明のプレス機械において、駆動源は、等速回転とされ、減速機は、スライドの下死点近傍での下降速度が、等速回転運動を等速回転運動のまま減速する等速減速機を用いた場合の、同一サークルタイムの条件下での下降速度より遅くなるように構成されていることを特徴とする。
第３の発明は、第１の発明または第２の発明のプレス機械において、減速機は、ウィットウォース減速機であることを特徴とする。
第４の発明は、第１の発明から第３の発明のいずれかのプレス機械において、駆動源は、サーボモータであることを特徴とする。

第１の発明によれば、偏心機構がクラウンフレーム内部に配置されているので、偏心機構の支持機構が確実となり、スライドの昇降動が安定する。また、駆動源および減速機がクラウンフレーム外部に配置されているので、メンテナンスを必要とする部品がクラウンフレームの外側に配置される。したがって、メンテナンスの際には、作業員がクラウンフレーム内部にアクセスする必要がなく、メンテナンスが容易になる。これは、プレス機械が大型の場合では、作業員がクラウンフレーム内に立ち入る必要がないため、特に有用である。

第２の発明によれば、減速機を不等速減速機とし、スライドの下死点近傍でのスライドの下降速度を、等速減速機を用いた場合の下降速度よりも遅くするので、プレス加工に適したスライドモーションを実現できる。プレス機械では生産性を向上させるために、サイクルタイムを短くする方が好ましいが、プレス加工を行っている場合には、良好な品質を確保するために、スライドの移動速度がゆっくりであるほうが好ましい。また、本発明では、不等速減速機によってスライドモーションの設定がされるため、駆動源の制御が容易になる。

第３の発明によれば、減速機がウィットウォース減速機であるので、減速機全体がコンパクトになる。したがって、減速機のクラウンフレーム外側における占有スペースを最小限に抑制できる。
第４の発明によれば、スライドの１サイクル中にサーボモータの回転速度を変化させることが可能となるので、スライドモーションをより自由に設定できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態にかかるサーボプレス（プレス機械）１の全体を示す図である。ここで、図１は、サーボプレス１の正面図であり、図２は、サーボプレス１の側面図である。これらの図１および図２において、サーボプレス１は、ベッド１１と、ベッド１１上に立設される柱状の４本のアプライト１２と、アプライト１２の上面に設置されるクラウン１３とを備えている。クラウン１３の下方にはスライド１４が設けられており、クラウン１３に支持されるスライド駆動装置２０によって昇降動可能とされている。このスライド１４の下面には上金型１５１が取り付けられている。ベッド１１上において４本のアプライト１２間にはムービングボルスタ１６が設置されており、このムービングボルスタ１６上には、下金型１５２が取り付けられている。スライド駆動装置２０の駆動によってスライド１４が昇降動すると、上金型１５１および下金型１５２の間に載置されたワーク（図示せず）がプレス成形される。

クラウン１３は、クラウンフレーム１３１と、クラウンフレーム１３１の両端部からワーク搬送方向両側に張り出して設けられるサイドフレーム１３２とを備えている。クラウン１３は、サイドフレーム１３２の下面においてアプライト１２の上面と接続されている。クラウンフレーム１３１およびサイドフレーム１３２のさらに外側には、メンテナンスの際に作業者３が立つ作業ステージ３０が設けられている。
なお、ワーク搬送方向とは、プレス機械に対してワークを搬入、搬出する方向をいい、例えば当該プレス機械を複数工程のうちの一工程のプレス加工を行うものとして使用する場合には、前工程または次工程のプレス機械が配置される方向をいう。図１において、ワーク搬送方向とは、サーボプレス１の前後方向となる。

スライド駆動装置２０は、サーボプレス１の前後方向に２つ、および左右方向に２つ、計４つ設けられている。したがって本実施形態のサーボプレス１は、スライド１４を４点で支持し、これら４点を独立したスライド駆動装置２０で駆動する４点独立駆動式となっている。
それぞれのスライド駆動装置２０は、サーボモータ（駆動源）２１と、サーボモータ２１の回転運動を伝達する伝達機構２２と、伝達された回転運動を減速する減速機２３と、減速された回転運動を往復運動に変換する偏心機構２４と、一端がスライド１４に固定されてスライド１４を鉛直方向に昇降動させるプランジャ２５とを備えている。

４つのサーボモータ２１は、クラウンフレーム１３１の上方（外部）に取り付けられ、出力軸２１１がサーボプレス１の前後方向に沿って互いに平行に配置されている。これらのサーボモータ２１は、サーボプレス１の前後方向の寸法が短くなるように、左右方向に４つ並んで配置されている。そして、これらのサーボモータ２１は、互いに干渉しないように、出力軸２１１の先端の向きがサーボプレス１の前後方向にそれぞれ互い違いに配置されている。このような配置により４つのサーボモータ２１の出力軸２１１のうち、２つの出力軸２１１は、サーボプレス１の前方向に突出し、残りの２つの出力軸２１１は後方向に突出して配置される。

図３には、伝達機構２２および減速機２３の拡大平面図が示されている。また図４には、伝達機構２２および減速機２３の拡大側断面図が示されている。これらの図３および図４にも示されるように、伝達機構２２は、サーボモータ２１の出力軸２１１に固定される小プーリ２２１と、プランジャ２５の鉛直方向上方に配置される大プーリ２２２と、小プーリ２２１および大プーリ２２２に掛け回されるベルト２２３と、大プーリ２２２に一体的に設けられた第１ピニオン２２６に噛み合う第１ギヤ２２４と、第１ギヤ２２４に一体的に設けられた第２ピニオン２２７に噛み合う第２ギヤ２２５と、第２ギヤ２２５に一体的に設けられた第３ピニオン２２８とを備えている。第３ピニオン２２８は、減速機２３の外周ギヤ２２９に噛み合っている。伝達機構２２および減速機２３の各部品は、ベルト２２３の一部および小プーリ２２１を除いて、ボックス１３４に収納されている。ここで、ボックス１３４は、クラウン１３の外部側面に設置されている。

減速機２３は、回転運動を、一回転の回転速度が不等速となるように減速して偏心機構２４のエキセン軸（偏心軸）２４１に伝達するいわゆるウィットウォース減速機（不等速減速機）であり、その外周部に外周ギヤ２２９が設けられているリング２３１と、エキセン軸２４１に固定されるクランク部材２３２と、リング２３１とクランク部材２３２とを接続する連結部材２３３とを備えている。
リング２３１は、クラウンフレーム１３１から突出して設けられるエキセン軸２４１に対して支持部材２３４を介して回転可能に支持されており、リング２３１の回転中心は、エキセン軸２４１の軸心に対して鉛直方向上側に配置されている。

連結部材２３３は、平面形状略円弧状の棒状部材で、その一端がリング２３１の内周の所定の位置に回動可能に支持され、他端がクランク部材２３２に回動可能に支持されている。この連結部材２３３は、リング２３１およびクランク部材２３２において、厚み方向（図４の左右方向）略中央に取り付けられている。
前述のように、減速機２３は、ボックス１３４に収納されており、ボックス１３４は、クラウン１３の外部側面に設置されている。エキセン軸２４１は、クラウンフレーム１３１から突出して設けられており、クラウンフレーム１３１外部で減速機２３に接続されている。

ここで、サーボモータ２１がクラウンフレーム１３１の外部の上方に配置されているので、サーボモータ２１のメンテナンスを行う際に、作業者３がサーボプレス１内、つまりクラウンフレーム１３１内に立ち入る必要がないため、メンテナンス作業を簡便にできる。また、サーボプレス１が大型化したり、大荷重に対応するものとして設計される場合には、サーボモータ２１の容量もこれに伴って大型化する。この時サーボモータ２１の発熱量も大きくなるが、サーボモータ２１がクラウンフレーム１３１の外側に配置されることにより、サーボモータ２１の蓄熱量を抑制できる。
また、減速機２３もクラウン１３の外部のボックス１３４内に配置されているので、メンテナンス時に作業者３がクラウン１３内に立ち入る必要がなく、メンテナンス時の作業を簡便にできる。

図１および図２に戻って、偏心機構２４は、エキセン軸２４１と、エキセン軸２４１に一体的に形成されるエキセンドラム２４２と、エキセンドラム２４２に接続されるコンロッド（運動変換部材）２４３とを備えている。
４つのエキセン軸２４１は、サーボプレス１の前後方向に沿って配置され、２本ずつのエキセン軸２４１が同軸上に配置されている。これらのエキセン軸２４１は、それぞれエキセンドラム２４２両側でクラウンフレーム１３１に軸支されている。ここで、同軸上に配置された２本のエキセン軸２４１の互いに対向する端部は、共通のクラウンフレーム１３１に軸支されている。
エキセンドラム２４２は、エキセン軸２４１に対して偏心した円盤状に形成されている。エキセンドラム２４２は、クラウンフレーム１３１内に配置され、エキセン軸２４１の回転とともに偏心回転する。

コンロッド２４３は、上方に形成されるリング状部２４３Ａと、リング状部２４３Ａの外周から径方向外側に向かって突出する棒状部２４３Ｂとを備えている。リング状部２４３Ａはエキセンドラム２４２の外周側に配置され、リング状部２４３Ａの内周がエキセンドラム２４２の外周に対して摺動可能となっている。棒状部２４３Ｂはクラウンフレーム１３１の下方に突出し、先端側がプランジャ２５に接続されている。
プランジャ２５は、クラウンフレーム１３１に取り付けられたガイドフレーム１３３によって鉛直上下方向に移動可能となっている。
以上のような構成により、スライド１４は、コンロッド２４３に吊り下げられ、コンロッド２４３はエキセン軸２４１に保持され、そして、エキセン軸２４１はクラウンフレーム１３１に軸支されている。したがって、偏心機構２４およびスライド１４は、クラウンフレーム１３１に支持され、吊り下げられている。

このような構造のサーボプレス１では、サーボモータ２１が回転すると、サーボモータ２１の回転運動は、ベルト２２３によって小プーリ２２１から大プーリ２２２に伝達され、第２ピニオン２２６、第１ギヤ２２４、第２ピニオン２２７、第２ギヤ２２５、および第３ピニオン２２８を介して減速機２３に伝達される。
減速機２３では、第３ピニオン２２８からの回転運動が外周ギヤ２２９を介してリング２３１に伝達されると、リング２３１が支持部材２３４に対して回転する。連結部材２３３は、リング２３１の回転に伴って移動し、クランク部材２３２を介してエキセン軸２４１を回転させる。この時、リング２３１はエキセン軸２４１に対して偏心しているため、リング２３１とクランク部材２３２との間の距離が変化する。これにより、連結部材２３３の移動によるクランク部材２３２（エキセン軸２４１）の回転が不等速となる。つまり、リング２３１の内周とエキセン軸２４１の外周との距離が小さくなる方向に変化するとこの変化量に伴ってエキセン軸２４１の回転は遅くなり、リング２３１の内周とエキセン軸２４１の外周との距離が大きくなる方向に変化するとこの変化量に伴ってエキセン軸２４１の回転は速くなる。

エキセン軸２４１が回転するとエキセンドラム２４２が一体的に回転する。エキセンドラム２４２の回転によってコンロッド２４３が揺動し、プランジャ２５を上下運動させる。これによってエキセン軸２４１の回転運動がプランジャ２５の往復運動に変換される。
プランジャ２５の往復運動によって、スライド１４が昇降動し、上金型１５１と下金型１５２との間に介装されたワークがプレス加工される。
ここで、減速機２３として不等速減速機を用いたので、スライド１４は、上金型１５１がワーク近傍に位置するまでは速く移動し、ワークをプレス加工している間は、ゆっくりと移動し、そしてワークから離間する時には再び速く移動する。したがってプレス加工に必要な動作の部分の速度のみを遅くできるので、プレス成形の品質を良好に確保しながらプレス加工のサイクルタイムを短縮できる。

図５は、駆動軸の回転角度（クランク角度）に対するスライド位置を示すモーション線図である。線図Ａ（実線で図示）は、本実施形態のサーボプレス１のモーション線図であり、線図Ｂは、等速回転運動を等速回転運動として減速する等速減速機を備えたエキセンプレスのモーション線図である。なお、比較しやすいように、両線図の下死点を一致させるようにしている。
この図５に示されるように、不等速減速機を用いた本実施形態のサーボプレス１の場合、エキセンプレスに対し、下死点到着直前の線図Ａの傾きがなだらかであり、下死点近傍のスライド下降速度がエキセンプレスの下降速度より遅いことが分かる。このことによってプレス加工中のスライド下降速度を落とすことができ、プレス成形の品質を良好にすることができる。
なお、本実施形態のサーボプレス１では、下死点を通過するとほどなく、スライド上昇速度がエキセンプレスに対し速くなり、エキセンプレスよりも早く上死点に達する。

また、駆動源をサーボモータ２１としたサーボプレス１の場合、スライド１４の１サイクル中にサーボモータ２１の回転速度を変化させることで、スライドモーションを自由に設定できることが利点である。反面、サーボモータ２１といえども、回転速度を始終大きく変化させていては駆動効率が落ちる。そこで、プレス成形に適したスライドモーションをある程度減速機２３で設定することにより、サーボモータ２１の回転速度の変化が抑えられ、駆動効率よくサーボプレス１の運転が行える。また、サーボモータ２１の回転制御が容易になる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、偏心機構として、本実施形態ではエキセンドラムを備えたエキセン方式を用いているが、クランク軸を備えたクランク方式を採用してもよい。また、偏心機構は、これらの構成のものに限らず、任意の構成を採用できる。
減速機は、前記実施形態に用いられたものに限らず、任意の形式のものを採用できる。
駆動源は、サーボモータに限らず、任意の形式のものを採用できる。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明は、単独のプレス機械として利用できる他、複数のプレス機械を連続配置するタンデムプレスにも利用することができる。

本発明の一実施形態に係るプレス機械の正面図。 本発明の一実施形態に係るプレス機械の側面図。 本発明の一実施形態に係る減速機を示す平面図。 本発明の一実施形態に係る減速機を示す側断面図。 本発明の一実施形態に係るスライドモーションを示すモーション線図。

符号の説明

１…サーボプレス（プレス機械）、１３…クラウン、１４…スライド、２１…サーボモータ（駆動源）、２３…減速機、２４…偏心機構、１３１…クラウンフレーム、２４１…エキセン軸、２４３…コンロッド。

Claims (4)

1. 昇降動するスライド(１４)と、前記スライド(１４)を支持するクラウンフレーム(１３１)と、前記スライド(１４)を駆動する駆動源(２１)と、前記駆動源(２１)からの回転運動を減速する減速機(２３)と、前記減速機(２３)からの回転運動を往復運動に変換する偏心機構(２４)とを備え、
   前記減速機(２３)は、前記駆動源(２１)からの回転運動を不等速回転運動に変換して減速する不等速減速機であり、
   前記駆動源(２１)および前記減速機(２３)は、前記クラウンフレーム(１３１)外部に配置され、
   前記偏心機構(２４)は、前記クラウンフレーム(１３１)内部に配置される
   ことを特徴とするプレス機械(１)。
2. 請求項１に記載のプレス機械(１)において、
   前記駆動源(２１)は、等速回転とされ、
   前記減速機(２３)は、前記スライド(１４)の下死点近傍での下降速度が、等速回転運動を等速回転運動のまま減速する等速減速機を用いた場合の、同一サークルタイムの条件下での下降速度より遅くなるように構成されている
   ことを特徴とするプレス機械(１)。
3. 請求項１または請求項２に記載のプレス機械(１)において、
   前記減速機(２３)は、ウィットウォース減速機である
   ことを特徴とするプレス機械(１)。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のプレス機械(１)において、
   前記駆動源(２１)は、サーボモータである
   ことを特徴とするプレス機械(１)。

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