JP2007313532A

JP2007313532A - クランクプレスにおける駆動機構

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Publication number: JP2007313532A
Application number: JP2006144936A
Authority: JP
Inventors: Hideji Nishihara; 秀司西原
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Techno Fort Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Techno Fort Co Ltd
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2026-05-25
Also published as: JP4699284B2

Abstract

【課題】プレス構造がコンパクトになるクランクプレスにおける駆動機構を提供する。
【解決手段】クランク軸１０の回転運動をコネクティングロッド２０を介してスライド３０の上下運動に変換すると共にスライド３０を吊上げておく吊上げシリンダ４０を設けたクランクプレスにおける駆動機構であって、クランク軸１０の一端に取付けられた入力ギヤ１８と、プレスフレームに固定されたケーシング５０と、モータで回転されるフライホイール６２と、フライホイール６２の回転トルクを受けて回転する駆動軸６４と、駆動軸６４の出力端に連結された減速機７０と、減速機７０の出力部を入力ギヤ１８に連結するカップリング７７とからなり、フライホイール６２、駆動軸６４および減速機７０は、ケーシング５０に回転自在に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、クランクプレスにおける駆動機構に関する。さらに詳しくは、クランク軸の回転運動をコネクティングロッドを介してスライドの上下運動に変換すると共に前記スライドを吊上げておく吊上げシリンダを備えたクランクプレスにおける駆動機構に関する。

従来のクランクプレスの基本構造を図１０に基づき説明する。クランク軸101を回転させると、その動きがコネクティングロッド102を介してスライド103に伝えられて、スライド103を上下させ、その下端に取付けられた上金型を下降させることにより、ベッド104上の下金型との間の材料を加圧して、成形するようになっている。
そして、スライド103を上下動させるための動力は、モータ110からＶベルト111を介してフライホイール112へ伝えられ、フライホイール112の回転エネルギーはピニオン113と噛み合ったメーンギヤ114を介してクランク軸101に伝えられる。

上記のギヤトレーン構造では、メーンギヤ114がクランク軸101に固定されており、フライホイール112もギヤトレーンを介してクランク軸101に連結されているので、駆動系の重量が相当重いものとなっている（非特許文献１参照）。
したがって、吊上げシリンダを用いてスライド103を上方に付勢しようとすれば、吊上げシリンダ103の吊上げ力を大きくしなければならないため、大形の吊上げシリンダを用いなければならない。このことは、プレスの大形化と重重量化の原因になり、製造コストを高くするものである。

「知りたいプレス機械改訂版」５６，６６頁 2001年10月1日２版発行（株）ジャパンマシニスト社

本発明は上記事情に鑑み、小形の吊上げシリンダを用いることができ、プレス構造がコンパクトになるクランクプレスにおける駆動機構を提供することを目的とする。

第１発明のクランクプレスにおける駆動機構は、クランク軸の回転運動をコネクティングロッドを介してスライドの上下運動に変換すると共に前記スライドを吊上げておく吊上げシリンダを設けたクランクプレスにおける駆動機構であって、前記クランク軸の一端に取付けられた入力ギヤと、プレスフレームに固定されたケーシングと、モータで回転されるフライホイールと、前記フライホイールの回転トルクを受けて回転する駆動軸と、該駆動軸の出力端に連結された減速機と、該減速機の出力部を前記入力ギヤに連結するカップリングとからなり、前記フライホイール、前記駆動軸および前記減速機は、前記ケーシングに回転自在に支持されていることを特徴とする。
第２発明のクランクプレスにおける駆動機構は、第１発明において、前記減速機が遊星歯車減速機であり、太陽歯車が前記駆動軸の出力端に設けられ、内歯車が前記ケーシングの内周に設けられ、遊星歯車が出力部となって、前記カップリングに連結されていることを特徴とする。
第３発明のクランクプレスにおける駆動機構は、第１発明において、前記入力ギヤは、前記クランク軸の一端に摩擦締結されていることを特徴とする。
第４発明のクランクプレスにおける駆動機構は、第１発明において、前記フライホイールと前記駆動軸の入力端との間にクラッチが介装されていることを特徴とする。
第５発明のクランクプレスにおける駆動機構は、第１発明において、前記吊上げシリンダが油圧シリンダであり、該油圧シリンダの油圧回路が、高圧油を供給する高圧油路と、低圧油を供給する低圧油路と、前記高圧油路と前記低圧油路のいずれか一方を選択する制御回路とからなることを特徴とする

第１発明によれば、フライホイールと駆動軸と減速機の３部材は、ケーシングを介してプレスフレームに支持され、それらの重量はクランク軸には加わっていない。このため、吊上げシリンダの吊上げ力は小さくてよく、吊上げシリンダを小形にできる。また、減速機を用いているので入力ギヤを小形にできる。このように吊上げシリンダと入力ギヤを小形化できるので、プレスの構造をコンパクトにできる。
第２発明によれば、遊星歯車減速機を用いたので、減速機自体がコンパクトであることに加え、遊星歯車を出力部とすることで大きな減速比が得られるので、この点からもコンパクトになる。また、内歯車をケーシングの内周に設け、構造的にケーシングが内歯車を兼ねるので、この点からもコンパクトになる。このため、減速機を用いることによる重量増加は小さく、これに加えて入力ギヤを小形化できるので、クランク軸系の重量を大幅に軽減できる。
第３発明によれば、入力ギヤを摩擦締結することで、入力ギヤまわりをコンパクトかつ軽量にできる。
第４発明によれば、フライホイールをケーシングで支持したので、ケーシング内側にクラッチを組み込むことができ、フライホイールまわりをコンパクト化できる。
第５発明によれば、高圧油路を選択しておけば吊上げシリンダは大出力を出せて、重いクランク軸やスライドを吊上げてプレス各部の隙間を無くした状態でプレス動作でき、高い製品精度が得られる。そして、低圧油路を選択しておけば吊上げシリンダは低出力となるので、インチング操作時においても瞬間的なスライド上昇が生じず、インチング操作が容易となる。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の特徴である駆動機構は、吊上げシリンダでクランク軸−スライド系を吊上げるタイプのプレスであれば、どのようなタイプのプレスにも適用できるが、以下では、図３〜図８に示すプレスに適用した実施形態を説明する。
図３は本発明が適用されるクランクプレスの断面側面図である。図４は同クランクプレスにおける図３のIV−IV線断面正面図である。図５は同クランクプレスにおける図４のＶ−Ｖ線断面平面図である。

（基本構造）
まず、本実施形態のクランクプレスの基本構造を説明する。
図３〜図５において、プレスフレームはベース２と、このベース２の左右２辺から立上がる２本のサイドフレーム３と、この２本のサイドフレーム３の上端部同士を連結する連結板４およびタイロッド５とから構成されている。また、２本のサイドフレーム３は、下部のベース２に対しても、タイロッドで連結されている。なお、２本のサイドフレームを用いる代りに、４本のコラムを立て、コラムの上端部をクラウンに結合したタイプのプレスであってもよい。
前記ベース２の上面には、下ダイホルダ６が設けられ、この下ダイホルダ６で下金型Ｍ１を保持するようにしている。
そして、後述するスライド３０の下面には、スライドハードプレート７と上ダイホルダ８が取付けられ、その上ダイホルダ８で上金型Ｍ２を保持するようになっている。

１０はクランク軸で、両端の軸部１１と中央の偏心部１２とからなる。両端の軸部１１は、サイドフレーム３に固定された軸受１３で回転自在に支持されている。そして、偏心部１２には、コネクティングロッド２０を介して、スライド３０が連結されている。このスライド３０は底部の前方と後方からに立上部が立上っている側面視で略Ｕ字状の部材であって、その４隅にはスライダー３１が取付けられ、サイドフレーム３側のスライドガイド３２と摺接して、真直を保持して上下動するようになっている。

そして、前記スライド３０を上方に吊上げておくための吊上げシリンダ４０が４基設けられている。各吊上げシリンダ４０は油圧シリンダで構成され、そのシリンダボディ４１はコラム３側に連結され、ピストンロッド４２はスライド３０にブラケット４３を介して連結されている。
この吊上げシリンダ４０によって、前記スライド３０は常時上方に吊上げ付勢されている。

つぎに、コネクティングロッド２０とスライド３０まわりを図６および図７に基づき説明する。図６はコネクティングロッドまわりの拡大側面図である。図７はコネクティングロッドまわりの拡大断面正面図である。

前記コネクティングロッド２０は、大頭部２１と小頭部２４からなるが、小頭部２４は円筒の下半分の形状を有する部材であり、その上面が大頭部２１の下端に一体的に結合した形状となっている。
前記クランク軸１０の偏心部１２の外周には、偏心スリーブ１４が外挿されており、その外周にコネクティングロッド２０の前記大頭部２１が外挿されている。

前記大頭部２１は二つ割に構成されており、上半体２２と下半体２３とからなる。この上半体２２と下半体２３とはタイロッド２５で結合されている。上半体２２は幅が狭く偏心部１２の１／２〜１／３位であるが、下半体２３は幅が広く、ほぼ偏心部１２と同じ幅となっている。下半体２３の下部には前記小頭部２４がボルト２６で結合されている。この小頭部２４の円筒面はコネクティングロッド２０からスライド３０へ加圧力を伝える加圧面となっている。

前記スライド３０は、下端部に立方体状の受圧部３１を有し、その中央上面には半円筒状の凹部３２が形成されている。この凹部３２の内表面は前記コネクティングロッド２０の小頭部２４に加圧力を伝える受圧面となっている。そして、凹部３２の内表面には、銅合金製などのブッシュ３３が設置され、前記小頭部２４との摩擦を軽減するようにしている。

前記スライド３０における受圧部３１の前方と後方の２辺からは、立上部３４が立上っており、それらの上端部同士は連結板３５を介して、タイロッド３６で強固に連結されている。したがって、スライド３０は図６に示すように、側面視で略Ｕ字形となっている。なお、連結板３５と立上部３４の上端部との間にはキー３８が挿入され固定位置が不動に規制されている。
以上のように、前記連結板３５とタイロッド３６は、コネクティングロッド２０の上方を通っているので、スライド３０はコネクティングロッド２０を上下前後から囲った形状となっている。
なお、立上部３４の中央部には、窓３７となる空洞が形成され、後述するシャットハイト調整装置の減速機付モータ１７が上下動可能に遊貫している。

前記偏心スリーブ１４は、クランク軸１０の偏心部１２の中心０_２（図８参照）に対し、若干偏心した中心をもつ公知のスリーブである。この偏心スリーブ１３の中央部外周にはギヤ１５が形成され、このギヤ１５にはウォーム１６が噛み合っている。このウォーム１６を回転させる減速機付モータ１７がコネクティングロッド２０の外周面に固定されている。なお、この減速機付モータ１７はスライド３０の窓３７を遊貫しているので、プレス動作中にスライド３０と干渉することはない。

前記小頭部２４と前記大頭部２１の下半体２３の合せ面には、この合せ面を貫いて連結ピン２７が通されている。この連結ピン２７の両端は、スライド３０に設けられた左右一対の軸受３９で支持されている。ただし、この連結ピン２７は組立て分解時の便宜のためコネクティングロッド２０とスライド３０を連結するもので、プレス稼動時の加圧力を受けるものではない。よって、その寸法は小さくてもよく、またプレス稼動中にせん断力を受けないように軸受３９の内周との間の全周には隙間が形成されている。

つぎに、図８に基づき上記プレスのプレス作用を説明する。
まず、クランク軸１０が、軸部１１の回転中心０_１まわりに回転すると、偏心部１２の回転中心０_２は軸部１１の回転中心０_１より偏心しているので、偏心部１２は回転中心０_１まわりに公転する。このため、偏心部１２に外挿されているコネクティングロッド２０は、符号（１）→（２）→（３）→（４）で示すように位置を連続変化させるよう運動する。すなわち、コネクティングロッド２０が時計回りに９０°回転した状態（２）から180°回転した状態（３）と260°回転した状態（４）を経て再び（１）の状態となる。この（１）〜（４）で示す変位動作を行うことにより、鍛造が行われる。
そして、スライド３０は前記吊上げシリンダ４０（図１参照）で常時上方に付勢されている状態で、クランク軸の回転運動を繰返すことにより、スライド３０は上下運動する。この場合の上下ストロークＬは、回転中心０_１，０_２間の距離の２倍である。

図８において実線図示の（１）の状態では、コネクティングロッド２０とスライド３０が下死点にある状態を示している。この状態で上下金型Ｍ１，Ｍ２（図１参照）が接触し、鍛造作用が行われる。スライド３０からコネクティングロッド２０に伝えられる加圧力は、小頭部２４の外周面と受圧部３２の内周面で行われるが、いずれも半円筒状の広い面積を有するので、面圧は低く変形等が生ずることはない。
よって、コネクティングロッド２０の小頭部２４やスライド３０を小形化できる。また、大径のリストピンを用いる必要がないので、この点からも小形化ができる。

（駆動機構）
つぎに、本発明の第１の特徴である駆動機構の詳細を、図１および図２に基づき説明する。
前記クランク軸１０の両端の軸部１１（図１〜２では片側のみ図示）は軸受１３で支持されているが、軸部１１と軸受１３の間には若干の隙間Ｃがある。加圧時にこの隙間Ｃによる衝撃の発生を低減するのが、前記吊上げシリンダ４０の役目である。
上記の一方の軸部１１には、入力ギヤ１８が取付けられており、この入力ギヤ１８は公知のシュリングディスク１９等で摩擦締結されている。このように、摩擦締結することにより、組立作業が容易化され、軸部１１の軸方向長さを短くすることができる。
本発明の駆動機構において、クランク軸１０に取付けるのは上記入力ギヤ１８だけであり、その余の部材は別付けとしてプレスフレーム（例えば、サイドフレーム３）に支持されるようになっている。

本実施形態のプレスの片側のサイドフレーム３には、ケーシング５０が取付けられている。このケーシング５０はサイドフレーム３側の第１ケーシング５１と先端側の第２ケーシング５２とからなる。そして、第２ケーシング５２には、フライホイール支持用の環状ボス５３が形成されている。
前記環状ボス５３の外周には、ベアリング６１を介して、フライホイール６２が回転自在に支持されている。なお、このフライホイール６２は図示しないモータとの間にＶベルト等が掛け廻されており、そのモータによって回転され、運動エネルギーを貯えると共に後述する駆動軸６４に動力を伝えるようになっている。

また、前記ケーシング５２の中心部の開口にはベアリング６３が取付けられ、そのベアリング６３によって駆動軸６４が回転自在に支持されている。
一方、フライホイール６２の側面からは半径方向内側に向かって複数本のステー６５が延びており、その内端にはベアリング６６が取付けられている。このベアリング６６と前記ベアリング６３によって前記駆動軸６４が両端で支持され、駆動軸６４は軸心を安定的に保持して回転するようになっている。
また、前記各ステー６５の内端と駆動軸６４の間には、クラッチ６７が取付けられ、フライホイール６２から駆動軸６４への動力の接続切断を制御できるようになっている。

前記駆動軸６４の出力端、すなわち前記クランク軸１０の軸部１１に向き合う一端部には、減速機７０が取付けられている。この減速機７０は、遊星歯車減速機で構成されており、中心の太陽歯車７１と遊星歯車７２と外周の内歯車７３を備えている。太陽歯車７１は駆動軸６４の出力端と同心に取付けられ、その外周を公転するように複数個の遊星歯車７２が配置され、最外周に内歯車７３が設けられている。この内歯車７３は前記第１ケーシング５１の内周に形成されている。
そして、前記遊星歯車７２は回転プレート７４に支持されており、この回転プレート７４はベアリング７５で前記駆動軸６４の最内端部またはケーシングに回転自在に支持されている。

前記回転プレート７４には出力ギヤ７６が形成されている。この出力ギヤ７６は前記入力ギヤ１８と同じ、同心・同径の歯車である。そして、この出力ギヤ７６と入力ギヤ１８の外周には、カップリング７７が嵌められている。このため、遊星歯車７２の回転トルクがカップリング７７を介して入力ギヤ１８に伝えられるようになっている。

以上の構成の駆動機構により、モータによりフライホイール６２を回転させると、その回転トルクがクラッチ６７→駆動軸６４→遊星歯車減速機７０の遊星歯車７２→回転プレート７４→出力ギヤ７６→カップリング７７→入力ギヤ１８と伝わり、クランク軸１０が回転されるようになっている。

上記実施形態によれば、フライホイール６２と駆動軸６４と遊星歯車減速機７０の３部材は、ケーシング５０を介してサイドフレーム３に支持され、それらの重量はクランク軸１０には加わらない。このため、吊上げシリンダ４０の吊上げ力は小さくてよく、吊上げシリンダ４０を小形にできる。また、遊星歯車減速機７０を用いて減速されたトルクはギヤ全体の歯でトルクを伝えるので入力ギヤ１８を小形にできる。このように吊上げシリンダ４０と入力ギヤ１８を小形化できるので、プレスの構造をコンパクトにできる。
また、遊星歯車減速機７０を用いたので、減速機自体がコンパクトであることに加え、遊星歯車７２を出力部とすることで大きな減速比が得られるので、この点からもコンパクトになる。さらに、内歯車７３が第１ケーシング５１の内周に形成され、構造的にケーシングが内歯車７３を兼ねるので、この点からもコンパクトになる。
このため、遊星歯車減速機７０を用いることによる重量増加は小さく、これに加えて入力ギヤ１８を小形化できるので、クランク軸系の重量を大幅に軽減できる。

また、入力ギヤ１８を摩擦締結することで、入力ギヤ１８まわりをコンパクトかつ軽量にできる。
さらに、フライホイール６２をケーシング５０で支持したので、ケーシング内側にクラッチ６７を組み込むことができ、フライホイール６２まわりをコンパクト化できる。

（吊上げシリンダ４０の油圧回路）
つぎに、本発明の第２の特徴である吊上げシリンダ４０の油圧回路を説明する。
既述のごとく吊上げシリンダ４０には油圧シリンダを用い、スライド系とクランク軸系全体の重量を吊上げるに足る大きな出力を確保しているのであるが、吊上げ力が大きくなると、インチング操作時においてクラッチが外れた瞬間にスライド３０が押し上げられる現象が生じ、インチング操作性が悪化する。このため、インチング操作時は通常時より吊上げ圧力を落とすように油圧回路を構成している。

上記油圧回路を図９に基づき説明する。図９は１本の吊上げシリンダ４０についての回路であるが、４本の吊上げシリンダ４０のそれぞれに同じ油圧回路が設けられているので、以下では図示の油圧回路を代表させて説明する。４４は油ポンプ等の油圧源であり、この油圧源４４には、高圧油路４５と低圧油路４６の２つの油路が並列に接続され、さらにこの２本の油路４５，４６は１本の供給油路４７にまとめられて、吊上げシリンダ４０のピストン側油室に接続されている。
これらの油路によって、高圧油あるいは低圧油が吊上げシリンダ４０に供給されると、吊上げシリンダ４０は大出力あるいは低出力で吊上げ動作を行うことができる。

前記高圧油路４５と前記低圧油路４６のそれぞれには、ロジック弁４８，４９が介装されている。このロジック弁４８，４９は、いずれか一方の油路４５，４６を選択して使用するための制御弁である。また、前記低圧油路４６には低圧に設定する圧力制御弁８１が介装されており、低圧油路で供給される作動油の圧力を下げるようにしている。
８２はパイロット制御弁で、電磁操作式の２位方向制御弁が用いられている。８３はパイロット圧取出路で、パイロット圧を油圧源４４から取り出し、パイロット制御弁８２に供給している。８４，８５はパイロット圧供給路で、前記パイロット制御弁８２から前記２個のロジック弁４８，４９にそれぞれ接続されている。
なお、８６はドレン回路，８７はカウンターバランス用のアキュムレータ、８８はリリーフ弁である。

上記の油圧回路では、パイロット制御弁８２を図示のＩ位置に切換えているときは、パイロット圧が低圧側のロジック弁４９に印加され、高圧側のロジック弁４８はパイロット圧が失われるので、高圧側のロジック弁４９が閉じて低圧油路４６は遮断され、高圧側のロジック弁４８が開いて高圧油路４５が連通状態となっている。したがって、油圧源４４が吐出する高圧油がそのまま吊上げシリンダ４０に供給されるので、吊上げシリンダ４０は大出力を発揮できる。したがって、通常のプレス動作の間は、この状態で使えばよい。

つぎに、インチング操作するときは、パイロット制御弁８２をII位置に切換える。この場合、パイロット圧は高圧側のロジック弁４８に印加され、低圧側のロジック弁４９はパイロット圧が失われるので、高圧油路４５は遮断され、低圧油路４６が連通状態となる。
この状態では、油圧源４４の吐出した作動油がリリーフ弁８８で減圧され、圧力制御弁８１で低圧に維持されたうえで、供給油路４７を介して吊上げシリンダ４０に供給されることになる。
このため吊上げシリンダ４０の吊上げ力は小さくなるので、インチング操作時に、スライド３０が瞬間的に上昇する現象は生じなくなり、オペレータの思いどおりにスライド３０を微動させうるので、インチング操作性が非常に良くなる。

（本発明の他の実施形態）
本発明の上記駆動機構は、前記実施形態に限ることなく、クランク軸−スライド系が従来タイプのクランク軸およびコネクティングロッドを用いたプレスにも適用可能である。
要するに吊上げシリンダでクランク軸−スライド系を吊上げるタイプであれば、どのような構造のプレスにも本発明の駆動機構を適用することができる。

本発明の一実施形態に係るクランクプレスにおける駆動機構の正面図である。同駆動機構の平面図である。本発明が適用されるクランクプレスの断面側面図である。同クランクプレスにおける図３のIV−IV線断面正面図である。同クランクプレスにおける図４のＶ−Ｖ線断面平面図である。コネクティングロッドまわりの拡大側面図である。コネクティングロッドまわりの拡大断面正面図である。本発明のクランクプレスの作用説明図である。吊上げシリンダの油圧回路である。従来のクランクプレスの全体図と駆動機構の説明図である。

符号の説明

１０クランク軸
１８入力ギヤ
２０コネクティングロッド
３０スライド
４０吊上げシリンダ
４５高圧油路
４６低圧油路
５０ケーシング
６２フライホイール
６４駆動軸
７０遊星歯車減速機
７７カップリング
８１圧力制御弁
８２パイロット制御弁
８８リリーフ弁

Claims

クランク軸の回転運動をコネクティングロッドを介してスライドの上下運動に変換すると共に前記スライドを吊上げておく吊上げシリンダを設けたクランクプレスにおける駆動機構であって、
前記クランク軸の一端に取付けられた入力ギヤと、プレスフレームに固定されたケーシングと、モータで回転されるフライホイールと、前記フライホイールの回転トルクを受けて回転する駆動軸と、該駆動軸の出力端に連結された減速機と、該減速機の出力部を前記入力ギヤに連結するカップリングとからなり、
前記フライホイール、前記駆動軸および前記減速機は、前記ケーシングに回転自在に支持されている
ことを特徴とするクランクプレスにおける駆動機構。
前記減速機が遊星歯車減速機であり、太陽歯車が前記駆動軸の出力端に設けられ、内歯車が前記ケーシングの内周に設けられ、遊星歯車が出力部となって、前記カップリングに連結されている
ことを特徴とする請求項１記載のクランクプレスにおける駆動機構。
前記入力ギヤは、前記クランク軸の一端に摩擦締結されている
ことを特徴とする請求項１記載のクランクプレスにおける駆動機構。
前記フライホイールと前記駆動軸の入力端との間にクラッチが介装されている
ことを特徴とする請求項１記載のクランクプレスにおける駆動機構。
前記吊上げシリンダが、油圧シリンダであり、
該油圧シリンダの油圧回路が、高圧油を供給する高圧油路と、低圧油を供給する低圧油路と、前記高圧油路と前記低圧油路のいずれか一方を選択する制御回路とからなる
ことを特徴とする請求項１記載のクランクプレスにおける駆動機構。