JP2009119506A

JP2009119506A - パンチプレス

Info

Publication number: JP2009119506A
Application number: JP2007298168A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Uozumi; 忠司魚住; Hiroichi Sakamoto; 博一坂本
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-06-04
Also published as: US20090126548A1; DE102008057173A1; CN101434076A

Abstract

【課題】パンチ動作を高速化した場合にも効果的に振動を抑圧することができるパンチプレスを提供する。
【解決手段】本発明に係るパンチプレスは、プレス駆動源と、前記プレス駆動源の動力を伝達する動力伝達機構部と、前記動力伝達機構部に連結されるパンチ工具とを備え、前記動力伝達機構部の少なくとも一部は、炭素繊維素材で構成されることを特徴とする。これにより、動力伝達機構部を軽量化することができるので、パンチ動作を高速化した場合にも、自身の質量移動で発生する慣性力が低減され、効果的に振動を抑圧することができる。このように動力伝達機構部を軽量化した場合は、パンチ動作時の騒音が低減し、また、パンチ動作時に消費する電力量が低減するという効果もある。
【選択図】図２

Description

本発明は、板材に孔開け加工等を行うパンチプレスに関し、特に、パンチ動作を高速化した場合にも効果的に振動を抑圧する技術に関する。

板材に孔開け加工等を行う加工機としてパンチプレスが知られている。
図１０〜図１２は、特許文献１に開示されるパンチプレスの説明図である。図１０に示されるように、プレスフレーム１の側面形状はＣ字形であって、上フレーム部１ａ及び下フレーム１ｂには、上タレット２及び下タレット３が互いに同軸に設置されている。上下のタレット２、３は、複数のパンチ工具４及びダイ工具５を円周方向に並べて設置したものである。プレスフレーム１のスロート部１ｃに設置された割出用モータ３０により、上下のタレット２、３がチェーン機構を介して割出回転させられる。各パンチ工具４は、パンチ位置（ラム位置）Ｐに割り出されたとき、ラム６によって昇降駆動される。

一方、図１１および図１２に示されるように、ワークテーブル１８に載置された板材Ｗは、所望のパンチ位置Ｐに位置決めされ、そのパンチ位置Ｐまでワーク送り機構２０のワークホルダ１７に把持されて送られた後、パンチ工具（図示せず）により加工される。
特許３４６７８６８号公報

ところで、前記のようなパンチ動作時には大荷重が加わるため、動力伝達機構部には鉄鋼（及び鋳物）素材の部材を用いるのが通常である。しかしながら、鉄鋼素材の部材を用いた場合は、パンチ動作を高速化したとき、自身の質量移動で発生する慣性力により生じる振動を抑制することが難しいという問題がある。このような振動抑圧の問題は、パンチ動作の高速化が進むにつれて顕著となっている。

本発明は、前記課題を解決するものであって、パンチ動作を高速化した場合にも効果的に振動を抑圧することができるパンチプレスを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係るパンチプレスは、プレス駆動源と、前記プレス駆動源の動力を伝達する動力伝達機構部と、前記動力伝達機構部に連結されるパンチ工具とを備え、前記動力伝達機構部の少なくとも一部は、炭素繊維素材で構成されることを特徴とする。これにより、動力伝達機構部を軽量化することができるので、パンチ動作を高速化した場合にも、自身の質量移動で発生する慣性力が低減され、効果的に振動を抑圧することができる。このように動力伝達機構部を軽量化した場合は、パンチ動作時の騒音が低減し、また、パンチ動作時に消費する電力量が低減するという効果もある。

ここで、前記炭素繊維素材で構成される部材は、前記動力伝達機構部に含まれる部材のうち、振動抑圧に対する寄与率が最も高い部材であってもよい。一般的に炭素繊維素材の部材は、鉄鋼素材の部材に比べて高価になるため、これにより、振動抑圧に対する寄与率が最も高い部材のみに高価な炭素繊維素材を用いることもできるので、振動抑圧に対する寄与率が低い部材に高価な炭素繊維素材を用いないようにすることもできるので、不要にパンチプレスの価格が上昇することを回避することが可能となる。

また、前記動力伝達機構部は、中空の棒材を有し、前記棒材は、炭素繊維素材で構成されてもよい。これにより、中空の棒材という簡単な構成部分に炭素繊維素材を用いることになるので、製造が容易となり量産することが可能となる。また、棒材を中空に形成しているので、棒材の質量を軽量化することができる。

また、前記棒材の両端部は、金属部材と接着剤で接合されてもよい。これにより、棒材の両端部と金属部材とを容易に接合することができる。

また、前記棒材は、炭素繊維素材の層構造からなり、前記層構造の少なくとも一層は、炭素繊維素材が周方向に巻かれていてもよい。その他の大部分の層については、炭素繊維素材を軸方向に巻けば、軸方向の大荷重に耐えることができる。

また、前記棒材の一端部は、前記プレス駆動源に取り付けられたクランクに直接接続されてもよい。これにより、クランクの回転を伝達する部材に炭素繊維素材を用いることができる。

また、前記炭素繊維素材で構成される部材は、前記プレス駆動源に取り付けられたクランクと増力機構との間に渡されている部材であってもよい。これにより、クランクと増力機構との間に渡されている部材に炭素繊維素材を用いることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明に係るパンチプレスによれば、動力伝達機構部を軽量化することができるので、パンチ動作を高速化した場合にも、自身の質量移動で発生する慣性力が低減され、効果的に振動を抑圧することができる。このように動力伝達機構部を軽量化した場合は、パンチ動作時の騒音が低減し、また、パンチ動作時に消費する電力量が低減するという効果もある。しかも、振動抑圧に対する寄与率が低い部材に高価な炭素繊維素材を用いないようにすることもできるので、不要にパンチプレスの価格が上昇することを回避することができる。さらに、中空の棒材という簡単な構成部分に炭素繊維素材を用いることができるので、製造が容易となり、量産にも向いている。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明におけるパンチプレス１００の一例を示す図である。

この図に示されるように、パンチプレス１００は、Ｃ字型又はコの字型と呼ばれる前方開放型のプレスフレーム１１０を備えている。その上下のフレーム部間の空間には、複数の工具を支持した上下のタレット１２０が配置されている。上下のタレット１２０は、複数のパンチ工具及びダイ工具を円周方向に並べて設置したものである。上フレーム部には後述する動力伝達機構部が設置され、タレット１２０の前部の所定位置をパンチ位置として板材のパンチ動作が行われる。すなわち、ワークテーブル１３０に載置された板材は、所望のパンチ位置に位置決めされ、そのパンチ位置までワーク送り機構に把持されて送られた後、パンチ工具により加工される。

なお、ここでは、Ｃ字型又はコの字型と呼ばれるプレスフレーム１１０を例示しているが、プレスフレーム１１０はこれに限定されるものではない。例えば、門型と呼ばれるプレスフレーム１１０を採用することも可能である。

図２は、動力伝達機構部１４０の動作原理の説明図である。
この図に示されるように、動力伝達機構部１４０は、サーボモータ等のプレス駆動源と、クランク１４１と、アーム１４２と、トグル機構１４６と、ラム１４８と、パンチホルダー１４９とを備えている。トグル機構１４６は、上側トグルリンク１４３、ピン１４４、及び下側トグルリンク１４５からなる。パンチホルダー１４９にはパンチ工具（図示せず）が固定されているが、このパンチ工具は動力伝達機構部１４０に含まれないものとする。

このような構成において、まず、サーボモータでクランク１４１を１回転させると、アーム１４２が１往復の進退動作をする。この１往復動作のうち、アーム１４２が左端位置から進退ストロークの中央位置に達する間、トグル機構１４６は左寄りに屈曲した状態から伸長状態へと変化し、これに伴ってラム１４８が上死点から下死点まで降下する。一方、アーム１４２が進退ストロークの中央位置から右端位置に達する間、トグル機構１４６は伸長状態から右寄りに屈曲した状態へと変化し、これに伴ってラム１４８が下死点から上死点まで上昇する。アーム１４２が右端位置から左端位置へ戻るときにも、前記と同様にラム１４８が昇降する。

このように、クランク１４１が１回転する間にアーム１４２が１往復の進退動作をする。これにより、ラム１４８が２回昇降動作し、パンチホルダー１４９に固定されているパンチ工具によるパンチ動作が２回行われることになる。このような動力伝達機構部１４０によれば、増力機構であるトグル機構１４６によりサーボモータの力を増幅し、大きな打抜き力に変化させ、かつ、エネルギー消費を抑えることができる。

ところで、パンチ動作時には大荷重が加わるため、従来、動力伝達機構部１４０には鉄鋼素材の部材を用いるのが通常であった。しかしながら、鉄鋼素材の部材を用いた場合は、パンチ動作を高速化したとき、自身の質量移動で発生する慣性力により生じる振動を抑制することが難しいという問題がある。そこで、このような振動抑圧の問題を解決するために、本発明では以下の手法を採用している。

すなわち、本発明は、動力伝達機構部１４０の少なくとも一部をＣＦＲＰなどの炭素繊維素材で構成することを特徴とする。ＣＦＲＰ（ＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）は、炭素繊維で強化されたプラスティックであり、弾性が強く軽量である。したがって、動力伝達機構部１４０の少なくとも一部をＣＦＲＰで構成すれば、動力伝達機構部１４０を軽量化することができるので、パンチ動作を高速化した場合にも、自身の質量移動で発生する慣性力が低減され、効果的に振動を抑圧することができる。このように動力伝達機構部１４０を軽量化した場合は、パンチ動作時の騒音が低減し、また、パンチ動作時に消費する電力量が低減するという効果もある。

以下、ＣＦＲＰの用い方について更に詳しく説明する。
図３は、アーム１４２の一例を示す図である。

この図に示されるように、アーム１４２は、２つの金属部材１４２ａ及び１４２ｃと、一本の棒材１４２ｂとからなる。金属部材１４２ａ及び１４２ｃは、鉄鋼（及び鋳物）素材の部材である。金属部材１４２ａの一方端は棒材１４２ｂに接合され、他方端はクランク１４１に接続される。この他方端の形状は、クランク１４１に接続されるに適した形状であればよく特に限定されるものではない。また、金属部材１４２ｃの一方端は棒材１４２ｂに接合され、他方端はトグル機構１４６に接続される。この他方端の形状は、トグル機構１４６に接続されるに適した形状であればよく特に限定されるものではない。

棒材１４２ｂは、ＣＦＲＰで構成される部材であって、金属部材１４２ａ及び１４２ｃを介してクランク１４１からトグル機構１４６まで渡される。これにより、サーボモータでクランク１４１を１回転させると、アーム１４２が１往復の進退動作をすることになり、回転運動が直線運動に変換されることになる。

棒材１４２ｂの大きさは他の部材との関係で決まることになるが、本実施の形態では、長さ１．２ｍ程度とする。このような棒材１４２ｂをＣＦＲＰで構成した場合、アーム１４２全体の質量は約１６ｋｇとなる。棒材１４２ｂを鉄鋼素材で構成した場合、アーム１４２全体の質量は約３０ｋｇであるので、本発明によれば、アーム１４２全体の質量を従来の半分近くにまで軽量化することが可能である。

図４は、棒材１４２ｂと金属部材１４２ａ及び１４２ｃとの接合例を示す図である。
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。棒材１４２ｂは、後述する手法で例えば円筒状に形成されている。また、金属部材１４２ａ及び１４２ｃの一方端の内周面はテーパ状に形成され、このテーパ部１４２ａ１及び１４２ｃ１の外周にエポキシなどの接着剤を塗って棒材１４２ｂに嵌め込んで接合する。このように金属部材１４２ａ及び１４２ｃの一方端をテーパ状に形成すれば、金属部材１４２ａ及び１４２ｃの質量を軽量化することができる。

図５は、棒材１４２ｂの形成手法の一例を示す図である。
まず、図５（Ａ）に示されるように、例えば円筒状或いは円柱状の芯材Ｂに炭素繊維素材Ａを巻きつける。一回のプロセスで炭素繊維素材Ａが巻かれた一層が形成される。ある層では、炭素繊維素材Ａを周方向に巻きつける。周方向とは、芯材Ｂの軸方向を０°、芯材Ｂの周方向を９０°とすれば、４５°以上９０°以下の方向をいう。

別の層では、図５（Ｂ）に示されるように、軸方向に炭素繊維素材Ａを巻きつける。軸方向とは、芯材Ｂの軸方向を０°、芯材Ｂの周方向を９０°とすれば、０°以上４５°未満の方向をいう。

このような要領で、図５（Ｃ）に示されるように、周方向または軸方向に炭素繊維素材Ａを巻きつけて複数の層を形成する。

最後に、図５（Ｄ）に示されるように、芯材Ｂを抜く。
以上の形成手法により、層構造の棒材１４２ｂが形成されることになる。

図６は、棒材１４２ｂの断面の一例を示す図である。
この図に示されるように、炭素繊維素材が周方向に巻かれた層Ａ１と、炭素繊維素材が軸方向に巻かれた層Ａ２の少なくとも２種類の層がある。炭素繊維素材が軸方向に巻かれた層Ａ２の厚さは、層全体の厚さの所定％以上である。

なお、ここでは、円筒状の棒材１４２ｂを例示したが、棒材１４２ｂの形状は特に限定されるものではない。すなわち、棒材１４２ｂの形状は筒状（中空）でなくてもよい。もちろん、中空に形成すれば、棒材１４２ｂの質量を軽量化することができる。また、棒材１４２ｂの断面形状は円でなくてもよい。例えば、断面形状を真円ではなく楕円または長円に形成すれば、力を受けやすい方向に楕円の長軸方向を配置することで曲げに強くなる。

ところで、パンチプレスを軽量化するという観点からは、棒材１４２ｂだけでなく金属部材１４２ａ及び１４２ｃ、トグル機構１４６、さらにはラム１４８などもＣＦＲＰで構成するのが好ましい。しかしながら、ＣＦＲＰは高価であるため、あらゆる部材をＣＦＲＰで構成するのは価格面から現実的でない。そこで、本発明では以下の手法を採用している。

図７は、パンチプレス１００の要部を模式的に表した図である。
ここでは、パンチプレス１００を側面から見た状態を示している。図中の「ＳＶＭ」はサーボモータに相当する。「Ｎｏ．１＿ＬＩＮＫ」は金属部材１４２ａに相当する。「Ｎｏ．３＿ＬＩＮＫ」及び「Ｎｏ．４＿ＬＩＮＫ」は棒材１４２ｂに相当する。「Ｎｏ．５＿ＬＩＮＫ」は金属部材１４２ｃに相当する。「Ｎｏ．７＿ＬＩＮＫ」はトグル機構１４６に相当する。「Ｒａｍ＿ＬＩＮＫ」はラム１４８に相当する。本発明では、これら部位により、振動抑圧に対する寄与率が異なることに着目した。

図８は、振動抑圧に対する寄与率の一例を示す図である。
この図に示されるように、例えば「Ｎｏ．３＿ＬＩＮＫ」及び「Ｎｏ．４＿ＬＩＮＫ」が高い寄与率である場合は、「Ｎｏ．３＿ＬＩＮＫ」及び「Ｎｏ．４＿ＬＩＮＫ」に相当する棒材１４２ｂのみに高価な炭素繊維素材を用いるようにしてもよい。このようにすれば、振動抑圧に対する寄与率が低い部材に高価な炭素繊維素材を用いないことになるので、不要にパンチプレスの価格が上昇することを回避することができる。

なお、前記の説明では、１ピースのアーム１４２を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、１ピースのアーム１４２にすれば、棒材１４２ｂを容易に製造することができるので、量産に向いている。しかし、振動を抑圧するという目的を達成することだけを考えれば、アーム１４２が軽量化されていればよく、他の構成のアーム１４２を採用してもかまわない。例えば、３ピースのアーム１４２を採用するようにしても、そのアーム１４２にＣＦＲＰを用いれば、振動を抑圧するという目的を達成することが可能である。

また、前記の説明では、プレス駆動源としてサーボモータを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、油圧シリンダ或いはリニアモータをプレス駆動源として採用しても、同様の効果を得ることができる。油圧シリンダなどの往復運動部をＣＦＲＰで構成するようにするのも効果的である。

また、前記の説明では、パンチプレス１００は板材を加工すると説明したが、加工する部材の形状及び材質は特に限定されるものではない。

また、前記の説明では、トグル機構１４６を備えた構成を例示したが、トグル機構１４６を備えているか否かは特に限定されるものではない。すなわち、動力伝達機構部１４０の少なくとも一部が炭素繊維素材で構成されている以上、他の部分に異なる部分があったとしても、本発明の適用範囲に含まれる。

また、前記の説明では、金属部材１４２ａ及び１４２ｃを棒材１４２ｂに嵌め込む構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、図９（Ａ）に示されるように、金属部材１４２ａ及び１４２ｃを棒材１４２ｂに嵌め込むのではなく、図９（Ｂ）に示されるように、金属部材１４２ａ及び１４２ｃが棒材１４２ｂを挟むようにしてもよい。

本発明は、パンチ動作を高速化した場合にも効果的に振動を抑圧することが必要なパンチプレスの用途に適用することができる。

本発明におけるパンチプレスの一例を示す図である。本発明における動力伝達機構部の動作原理の説明図である。本発明における１ピースのアームの一例を示す図である。本発明における棒材と金属部材及びとの接合例を示す図である。本発明における棒材の形成手法の一例を示す図である。本発明における棒材の断面の一例を示す図である。本発明におけるパンチプレスの要部を模式的に表した図である。本発明における振動抑圧に対する寄与率の一例を示す図である。本発明における棒材と金属部材及びとの接合例を示す図である。特許文献１に開示されるパンチプレスの説明図である。特許文献１に開示されるパンチプレスの説明図である。特許文献１に開示されるパンチプレスの説明図である。

符号の説明

１００パンチプレス
１１０プレスフレーム
１２０タレット
１３０ワークテーブル
１４０動力伝達機構部
１４１クランク
１４２アーム
１４２ａ金属部材
１４２ｂ棒材
１４２ｃ金属部材
１４３上側トグルリンク
１４４ピン
１４５下側トグルリンク
１４６トグル機構
１４８ラム
１４９パンチホルダー

Claims

プレス駆動源と、
前記プレス駆動源の動力を伝達する動力伝達機構部と、
前記動力伝達機構部に連結されるパンチ工具とを備え、
前記動力伝達機構部の少なくとも一部は、炭素繊維素材で構成される
ことを特徴とするパンチプレス。
前記炭素繊維素材で構成される部材は、前記動力伝達機構部に含まれる部材のうち、振動抑圧に対する寄与率が最も高い部材である
ことを特徴とする請求項１記載のパンチプレス。
前記動力伝達機構部は、中空の棒材を有し、
前記棒材は、炭素繊維素材で構成される
ことを特徴とする請求項１記載のパンチプレス。
前記棒材の両端部は、金属部材と接着剤で接合される
ことを特徴とする請求項３記載のパンチプレス。
前記棒材は、炭素繊維素材の層構造からなり、
前記層構造の少なくとも一層は、炭素繊維素材が周方向に巻かれている
ことを特徴とする請求項３記載のパンチプレス。
前記棒材の一端部は、前記プレス駆動源に取り付けられたクランクに直接接続される
ことを特徴とする請求項３記載のパンチプレス。
前記炭素繊維素材で構成される部材は、前記プレス駆動源に取り付けられたクランクと増力機構との間に渡されている部材である
ことを特徴とする請求項１記載のパンチプレス。