JP2011083782A - プレス機械のダイクッション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃力がエネルギー回生機構に直接作用せず、耐久性及び耐衝撃性が高く、エネルギー効率を高め、かつエネルギーの回生ができるプレス機械のダイクッション装置を提供する。
【解決手段】ブランクホルダ５の下方に位置しブランクホルダと同期して上下動可能なクッションパッド７と、サーボモータ２２とボールねじ２４の組合せにより制動部材２６を所定の直線に沿って駆動可能でありかつ制動部材２６の直線運動からエネルギーを回生可能なリニア駆動装置２０と、クッションパッド７の速度を封入された液圧を介して増速して制動部材２６に伝達し、かつ制動部材２６の速度を封入された液圧を介して減速してクッションパッド７に伝達する液圧式変速装置３０とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、エネルギー効率が高く、かつエネルギーの回生ができるプレス機械のダイクッション装置に関する。

ダイクッション装置は、プレス機械において上金型とブランクホルダの間にワークを挟みワークのしわ押さえ力（クッション力）を発生する装置である。

従来から、プレス機械のダイクッション装置として、種々の方式のものが提案されている（例えば、特許文献１〜３）。

特許文献１は油圧増力リニアモータ式であり、特許文献２、３は、ボールねじ式である。

特許文献１のダイクッション装置は、図１に示すように、本体容器５１と、本体容器５１の内壁に沿って移動可能な可動体５２と、本体容器５１の内部に連通するように接続されたシリンダ５３と、シリンダ５３に設けられた固定子５７と、シリンダ５３の内壁に沿って摺動するピストンヘッド５４と、ピストンヘッド５４に取り付けられたピストンロッド５５と、ピストンロッド５５に接続された移動子５８と、を備え、作動液Ｌが本体容器５１及びシリンダ５３に共通して収容されると共に可動体５２及びピストンヘッド５４により密閉されており、シリンダ５３の断面積が可動体の面積より小さく、且つ固定子５７及び移動子５８でリニアモータを構成し、リニアモータを駆動し、ピストンヘッド５４がピストンロッド５５を介してシリンダ５３内をスライドし、シリンダ５３に収容された作動液Ｌが本体容器５１に流出入して、可動体５２を移動させるものである。

特許文献２のダイクッション装置は、ボールねじをタイミングベルト等の減速機構を介してサーボモータで駆動するものである。

特開２００８−２８０９０７号公報、「リニアモータ式加圧ポンプ及びそれを備えたダイクッション装置」 特開２００６−０００９０８号公報、「ダイクッション装置」 特開２００６−０５５８７２号公報、「ダイクッション装置」

上述した油圧増力リニアモータ式のダイクッション装置（特許文献１）は、リニアモータの効率は回転モータと比較して低く、それ故にエネルギー回生効率の限界が低くなってしまう。換言すればリニアモータは損失が大きく、そのため冷却水等でコイルを強制冷却する場合が多く、装置全体のエネルギー効率が低下し、配管が複雑化してしまう問題点があった。

また、ボールねじ式のダイクッション装置（特許文献２）は、衝撃力がボールねじに直接作用するため駆動機構の強度および耐久性の確保が困難である問題点があった。
そのため、別途、例えば特許文献３に開示された衝撃緩和機構が必要となる問題点があった。

さらに、エアクッションを併用した場合に、従来の油圧増力リニアモータ式のダイクッション装置の場合、クッションパッドの上昇速度が制御できず、かつ任意の位置で位置保持することができない問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。
すなわち、本発明の第１の目的は、衝撃力がエネルギー回生機構に直接作用せず、耐久性及び耐衝撃性が高く、エネルギー効率を高め、かつエネルギーの回生ができるプレス機械のダイクッション装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、エアクッションを併用した場合でも、クッションパッドの上昇速度を制御でき、かつ任意の位置で位置保持することができるプレス機械のダイクッション装置を提供することにある。

本発明によれば、プレス機械の上金型とブランクホルダの間にワークを挟み、該ブランクホルダにクッションパッドを介して上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるプレス機械のダイクッション装置であって、
サーボモータとボールねじの組合せにより制動部材を所定の直線に沿って駆動可能でありかつ該制動部材の直線運動からエネルギーを回生可能なリニア駆動装置と、
前記クッションパッドの速度を封入された液圧を介して増速して前記制動部材に伝達し、かつ前記制動部材の速度を前記液圧を介して減速してクッションパッドに伝達する液圧式変速装置と、を備えたことを特徴とするプレス機械のダイクッション装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記液圧式変速装置は、前記クッションパッドの下方に位置しブランクホルダと共に上下動可能な大径ピストンと、
前記制動部材に連結されこれと共に直線運動しかつ前記大径ピストンより直径が小さい小径ピストンと、
前記大径ピストン及び小径ピストンをそれぞれ独立して軸方向に移動可能に案内し、その間に非圧縮性の第１作動液が封入されたパスカルシリンダと、を有する。

また、前記パスカルシリンダは、大径ピストンのロッド側を液密にシールする上室と、小径ピストンのロッド側を液密にシールする下室と、大径ピストンと小径ピストンの間を液密にシールする中室と、を有し、
前記上室と下室は、非圧縮性の第２作動液が封入され、かつ上下流通配管で連通されている。

さらに、前記上下流通配管に設けられ前記上室と下室を連通する連通位置と、上室から下室への第２作動液の逆流を阻止する逆止位置とに切り替え可能な上室閉鎖弁と、
該上室閉鎖弁を前記連通位置又は逆止位置に切り替える閉鎖弁制御器とを備える。

上記本発明の構成によれば、液圧式変速装置を備え、衝撃力が作用するクッションパッドの上下動を封入された液圧を介してパスカルの原理によりリニア駆動装置の制動部材に増速して伝達するので、エネルギー回生機構（リニア駆動装置）に作用する衝撃力を緩和し、耐久性及び耐衝撃性を高めることができ、かつ増速した制動部材により高い効率でエネルギーの回生ができる。

また、この液圧式変速装置は、リニア駆動装置の制動部材の直線運動を封入された液圧を介してクッションパッドの上下動に減速するので、回生したエネルギーを再利用することができ、全体のエネルギー効率を高めることができる。

特にエネルギーを回生可能なリニア駆動装置が、サーボモータとボールねじの組合せであるので、この組合せにより効率が高い装置を実現できる。

さらに、非圧縮性の第２作動液が封入されかつ上下流通配管で連通された上室及び下室と、上室閉鎖弁、及び閉鎖弁制御器を備えることにより、エアクッションを併用した場合でも、クッションパッドの上昇速度を制御でき、かつ任意の位置で位置保持することができる。

特許文献１のダイクッション装置の構成図である。 本発明による第１実施形態のダイクッション装置を備えたプレス装置の全体構成図である。 本発明による第２実施形態のダイクッション装置を備えたプレス装置の全体構成図である。 本発明による第３実施形態のダイクッション装置を備えたプレス装置の全体構成図である。 本発明による第４実施形態のダイクッション装置を備えたプレス装置の全体構成図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図２は、本発明による第１実施形態のダイクッション装置を備えたプレス装置の全体構成図である。
この図において、プレス装置は、ボルスタ１の上面に固定された下金型２に対し、上下動するスライド３の下面に固定された上金型４を下降させ、下金型２と上金型４との間で図示しないワーク（被加工材：ブランクとも呼ぶ）を加圧して所定の形状にプレス成形するようになっている。
この場合、下金型２は、ボルスタ１に支持され、ボルスタ１はムービングボルスタ８を介してベッド９によって支持され、ベッド９がプレス成形荷重を受ける。

また、上金型４および下金型２によりワークをプレス成形する際に、ワークを保持するブランクホルダ５がクッションピン６を介してクッションパッド７により支持される。
ブランクホルダ５は、ワークのプレス成形時に上金型２との間でワークを保持するものであり、ワーク下面の周縁部を支持してワークのしわ押さえを行う。
クッションピン６は、ボルスタ１を貫通して上下に延びる昇降移動可能な棒状の部品である。
クッションパッド７は、上面でクッションピン６を支持している。クッションパッド７は、ブランクホルダ５の下方に位置し、ブランクホルダ５と同期して上下動する。
上述した構成によりブランクホルダ５、クッションピン６、及びクッションパッド７は、全体として一体となって上下動する。

本発明のダイクッション装置１０は、プレス装置の上金型４とブランクホルダ５の間にワーク（被加工材）を挟み、ブランクホルダ５にクッションピン６とクッションパッド７を介して上向きのクッション力Ｆを付加しながらこれらを上下動させる装置である。

図２において、本発明のダイクッション装置１０は、リニア駆動装置２０と液圧式変速装置３０とを備える。この図において、リニア駆動装置２０と液圧式変速装置３０は、左右に２組を示しているが、クッションパッド７が水平に保持される限りで、１組でも３組以上でもよい。

リニア駆動装置２０は、サーボモータ２２とボールねじ２４の組合せにより制動部材２６を所定の直線に沿って駆動可能であり、かつ制動部材２６の直線運動からエネルギーを回生可能に構成されている。

この例では、リニア駆動装置２０は、サーボモータ２２、ボールねじ２４、及び制動部材２６からなり、制動部材２６の上下動によりこれと螺合するボールねじ２４が回転し、サーボモータ２２を回転駆動して、エネルギーを回生する。回生されたエネルギーは、電力として蓄電し或いは外部に供給される。
また、逆にサーボモータ２２の回転駆動により、ボールねじ２４を回転駆動し、これと螺合する制動部材２６を上下動させるようになっている。

液圧式変速装置３０は、クッションパッド７の上下動を封入された液圧を介してリニア駆動装置２０の制動部材２６の直線運動に増速し、かつ制動部材２６の直線運動を前記液圧を介してクッションパッド７の上下動に減速するようになっている。

液圧式変速装置３０は、大径ピストン３２、小径ピストン３４、及びパスカルシリンダ３６を有する。

大径ピストン３２は、クッションパッド７の下方に位置し、ブランクホルダ５と共に上下動可能に構成されている。すなわち、この例では、ピストンロッド３３が大径ピストン３２の上面に連結され、かつ軸方向上方に延び、その上端がクッションパッド７とクッションピン６を介してブランクホルダ５に常に上向きのクッション力Ｆを付加し、これらが常に一体となって上下動するようになっている。
大径ピストン３２は、円筒形の外周面を有し、その外周面に図示しない液密シール（例えばパッキンまたはピストンシール）を有し、パスカルシリンダ３６のシリンダ内において、液密を保持しながら軸方向（すなわち上下方向）に自由に移動できるようになっている。

小径ピストン３４は、リニア駆動装置２０の制動部材２６に連結され、これと共に直線運動する。
小径ピストン３４は、大径ピストン３２より直径が小さく（例えば１／２）、大径ピストン３２と同様に円筒形の外周面を有し、その外周面に図示しない液密シール（例えばパッキンまたはピストンシール）を有し、パスカルシリンダ３６のシリンダ内において、液密を保持しながら軸方向（この例では上下方向）に自由に移動できるようになっている。
この例において、小径ピストン３４及びそのシリンダの軸線は鉛直であり、かつ大径ピストン３２及びそのシリンダと同軸にその下方に位置する。

パスカルシリンダ３６は、大径ピストン３２及び小径ピストン３４をそれぞれ独立して軸方向に移動可能に案内し、その間に非圧縮性の第１作動液Ｌ１が封入されている。
第１作動液Ｌ１は例えば油圧装置用の作動油であるのがよい。
非圧縮性の第１作動液Ｌ１が封入されている大径ピストン３２と小径ピストン３４の間を、以下「中室３５」と呼ぶ。

中室３５は、小径ピストン３４と同一またはこれより断面積の大きい連通流路であり、中室３５を流れる第１作動液Ｌ１に生じるエネルギー損失を小さくしている。なお、エネルギー損失が許容できる限りで、中室３５の断面積を小径ピストン３４より小さくしてもよい。
中室３５は、大径ピストン用シリンダと小径ピストンシリンダが交差する段付部を有する。この段付部には円弧面またはテーパ面を設け、断面の拡大縮小によるエネルギー損失を小さくするのがよい。

上述した液圧式変速装置３０の構成により、第１作動液Ｌ１に発生する液圧は大径ピストン３２と小径ピストン３４の両方に作用するので、パスカルの原理によって、大径ピストン３２に対して小径ピストン３４の移動速度を増速（例えば４倍）し、小径ピストン３４の必要推力を大幅に低減（例えば１／４倍）できる。すなわち、液圧式変速装置３０は、大径ピストン３２の運動を小径ピストン３４に増速して伝達する増速装置として機能する。
また、逆に、液圧式変速装置３０は、制動部材２６の直線運動を第１作動液Ｌ１に発生する液圧を介してクッションパッド７の上下動に減速して伝達する減速装置としても機能する。この場合、パスカルの原理によって、小径ピストン３４に対して大径ピストン３２の移動速度を減速（例えば１／４倍）し、大径ピストン３２の推力を大幅に増力（例えば４倍）できる。

この例において、パスカルシリンダ３６は、中室３５の他に、上室３７ａと下室３７ｂを有する。また上室３７ａと下室３７ｂは、非圧縮性の第２作動液Ｌ２が封入され、かつ上下流通配管３８で連通されている。
第２作動液Ｌ２は、好ましくは第１作動液Ｌ１と同一の作動油であるが、相違してもよい。
上室３７ａは、大径ピストン３２のロッド側を液密にシールする。下室３７ｂは、小径ピストン３４のロッド側を液密にシールする。またこの例において、上室３７ａ、下室３７ｂ、及び中室３５は一体に成形されている。

上下流通配管３８は、上室３７ａと下室３７ｂを連通する第２作動液Ｌ２に生じるエネルギー損失をできるだけ小さくするように、損失の少ない配管であるのがよい。

図２において、本発明のダイクッション装置１０は、さらに、上室閉鎖弁３９と閉鎖弁制御器４０を備える。

上室閉鎖弁３９は、上下流通配管３８の途中に設けられた例えばパイロット逆止弁である。上室閉鎖弁３９は、上室３７ａと下室３７ｂを小さいエネルギー損失で連通する「連通位置」と、上室３７ａから下室３７ｂへの第２作動液Ｌ２の逆流を阻止する「逆止位置」とに、例えばパイロット逆止弁のパイロット圧により切り替え可能に構成されている。
閉鎖弁制御器４０は、例えばパイロット逆止弁のパイロット圧をＯＮ／ＯＦＦして、上室閉鎖弁３９を連通位置又は逆止位置に切り替えるようになっている。

この例において、本発明のダイクッション装置１０は、さらに、エアクッション４２およびアジャスト装置４４を備える。

エアクッション４２は、この例では、上下に互いに連通するエアクッション室４２ａ，４２ｂを有し、各エアクッション室４２ａ，４２ｂは図示しない外部の空圧タンクに連通しており、空気圧によりクッションパッド７に対して常時上向きのクッション力を付加するようになっている。
このエアクッション４２を備えることにより、リニア駆動装置２０及び液圧式変速装置３０の必要出力を低減することができる。

なお、エアクッション４２を備える場合には、上述した大径ピストン３２のピストンロッド３３の上端をクッションパッド７に機械的に連結し、大径ピストン３２からクッションパッド７に上向き及び下向きの力を付加できるようになっている。

アジャスト装置４４は、この例では、クッションパッド７と共に上下動するアジャストロッド４４ａと、アジャストロッド４４ａの下端に上下位置を調整可能に取付けられたストッパ４４ｂを有し、クッションパッド７の上限位置を微調整できるようになっている。
なお、この場合、アジャストロッド４４ａの上端は、クッションパッド７に機械的に連結しており、クッションパッド７が上限位置以上に上昇できないようになっている。

上述した第１実施形態のダイクッション装置１０によれば、液圧式変速装置３０を備え、衝撃力が作用するクッションパッド７の上下動を封入された液圧を介してパスカルの原理によりリニア駆動装置２０の受動部材２６に増速して伝達するので、エネルギー回生機構（リニア駆動装置）に作用する衝撃力を緩和し、耐久性及び耐衝撃性を高めることができ、かつ増速した受動部材２６により高い効率でエネルギーの回生ができる。

また、この液圧式変速装置３０は、リニア駆動装置２０の受動部材２６の直線運動を封入された液圧を介してクッションパッド７の上下動に減速するので、回生したエネルギーを再利用することができ、全体のエネルギー効率を高めることができる。

さらに、エネルギーを回生可能なリニア駆動装置２０が、サーボモータ２２とボールねじ２４の組合せであるので、この組合せにより効率が高い装置を実現できる。

また、第１実施形態のダイクッション装置１０によれば、クッション能力をエアクッション４２とパスカルシリンダ３６の双方により発生させることにより、サーボモータ２２の最大出力をサイズダウンし、ダイクッション装置１０全体のコストダウンを図ることができる。

また、プレスが下死点を通過した後、エアクッション４２に蓄えられたエア圧力によりクッションパッド７が上昇する際、小径ピストン３４に下向きの推力をサーボモータ２２およびボールねじ２４により発生させることにより、下室３７ｂから上下流通配管２１を通じて上室３７ａの圧力が上昇するので、大径ピストン３２に下向きの推力を発生させ、クッションパッド７の上昇速度を一定に保ち、或いはクッションパッド７を上昇端近傍で減速させることができる。

すなわち、クッションパッド６には常時エアクッション４２による上方向への推力が発生しているため、通常運転時および停電時にクッションパッドの上昇抑止・位置保持をする場合は、パイロット逆止弁４０により上室閉鎖弁３９を逆止位置に切り替え、上室３７ａ内の第２作動液Ｌ２を封じ込めることができる。

図３は、本発明による第２実施形態のダイクッション装置を備えたプレス装置の全体構成図である。
この例において、パスカルシリンダ３６は、第１実施形態における上室３７ａと下室３７ｂを備えず、大径ピストン３２のロッド側と小径ピストン３４のロッド側は開放されている。また、第１実施形態における上下流通配管３８、上室閉鎖弁３９及び閉鎖弁制御器４０も省略されている。
さらに、この例において、第１実施形態におけるエアクッション４２およびアジャスト装置４４も省略されている。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

上述した第２実施形態のダイクッション装置１０によっても、第１実施形態と同様の液圧式変速装置３０を備えるので、エネルギー回生機構（リニア駆動装置）に作用する衝撃力を緩和し、耐久性及び耐衝撃性を高めることができ、かつ増速した受動部材により高い効率でエネルギーの回生ができる。
また、同様に、回生したエネルギーを再利用することができ、全体のエネルギー効率を高めることができ、効率が高い装置を実現できる。

図４は、本発明による第３実施形態のダイクッション装置を備えたプレス装置の全体構成図である。
この例において、パスカルシリンダ３６は、小径ピストン３４を水平方向に直線運動させるようになっている。小径ピストン３４の移動方向は、水平以外、例えば傾斜させてもよい。
その他の構成は、第２実施形態と同様である。なお、この例において、第１実施形態と同様に、上室３７ａ、下室３７ｂ、上下流通配管３８、上室閉鎖弁３９、閉鎖弁制御器４０、エアクッション４２およびアジャスト装置４４を備えてもよい。

この構成により、設置スペースを有効に活用することができる。また、第１実施形態と同様の液圧式変速装置３０を備えるので、エネルギー回生機構（リニア駆動装置）に作用する衝撃力を緩和し、耐久性及び耐衝撃性を高めることができ、かつ増速した受動部材により高い効率でエネルギーの回生ができる。また、同様に、回生したエネルギーを再利用することができ、全体のエネルギー効率を高めることができ、効率が高い装置を実現できる。

図５は、本発明による第４実施形態のダイクッション装置を備えたプレス装置の全体構成図である。
この例において、第１実施形態におけるリニア駆動装置２０のボールねじ２４と制動部材２６を、ピニオン２７とラック２８に置き換えている。ピニオン２７とラック２８は、複数のリニア駆動装置２０のうち、一部のボールねじ２４と制動部材２６をピニオン２７とラック２８に置き換えてもよく、全部を置き換えてもよい。
その他の構成は、第２実施形態と同様である。なお、この例において、第１実施形態と同様に、上室３７ａ、下室３７ｂ、上下流通配管３８、上室閉鎖弁３９、閉鎖弁制御器４０、エアクッション４２およびアジャスト装置４４を備えてもよい。

この構成により、リニアモータと比して高効率な装置とできる。また、第１実施形態と同様の液圧式変速装置３０を備えるので、エネルギー回生機構（リニア駆動装置）に作用する衝撃力を緩和し、耐久性及び耐衝撃性を高めることができ、かつ増速した受動部材により高い効率でエネルギーの回生ができる。また、同様に、回生したエネルギーを再利用することができ、全体のエネルギー効率を高めることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ ボルスタ、２ 下金型、３ スライド、４ 上金型、
５ ブランクホルダ、６ クッションピン、７ クッションパッド、
８ ムービングボルスタ、９ ベッド、
１０ ダイクッション装置、
２０ リニア駆動装置、２２ サーボモータ、
２４ ボールねじ、２６ 制動部材、
２７ ピニオン、２８ ラック、
３０ 液圧式変速装置、
３２ 大径ピストン、３３ ピストンロッド、
３４ 小径ピストン、３５ 中室、
３６ パスカルシリンダ、３７ａ 上室、３７ｂ 下室、
３８ 上下流通配管、３９ 上室閉鎖弁（パイロット逆止弁）、
４０ 閉鎖弁制御器、４２ エアクッション、
４２ａ，４２ｂ エアクッション室、
４４ アジャスト装置、４４ａ アジャストロッド、
４４ｂ ストッパ

Claims (4)

1. プレス機械の上金型とブランクホルダの間にワークを挟み、該ブランクホルダにクッションパッドを介して上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるプレス機械のダイクッション装置であって、
   サーボモータとボールねじの組合せにより制動部材を所定の直線に沿って駆動可能でありかつ該制動部材の直線運動からエネルギーを回生可能なリニア駆動装置と、
   前記クッションパッドの速度を封入された液圧を介して増速して前記制動部材に伝達し、かつ前記制動部材の速度を前記液圧を介して減速してクッションパッドに伝達する液圧式変速装置と、を備えたことを特徴とするプレス機械のダイクッション装置。
2. 前記液圧式変速装置は、前記クッションパッドの下方に位置しブランクホルダと共に上下動可能な大径ピストンと、
   前記制動部材に連結されこれと共に直線運動しかつ前記大径ピストンより直径が小さい小径ピストンと、
   前記大径ピストン及び小径ピストンをそれぞれ独立して軸方向に移動可能に案内し、その間に非圧縮性の第１作動液が封入されたパスカルシリンダと、を有することを特徴とする請求項１に記載のダイクッション装置。
3. 前記パスカルシリンダは、大径ピストンのロッド側を液密にシールする上室と、小径ピストンのロッド側を液密にシールする下室と、大径ピストンと小径ピストンの間を液密にシールする中室と、を有し、
   前記上室と下室は、非圧縮性の第２作動液が封入され、かつ上下流通配管で連通されている、ことを特徴とする請求項２に記載のダイクッション装置。
4. 前記上下流通配管に設けられ前記上室と下室を連通する連通位置と、上室から下室への第２作動液の逆流を阻止する逆止位置とに切り替え可能な上室閉鎖弁と、
   該上室閉鎖弁を前記連通位置又は逆止位置に切り替える閉鎖弁制御器とを備える、ことを特徴とする請求項３に記載のダイクッション装置。

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