JP2013119115A - プレス機械のガード板用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温のワークを扱う場合に，ガード板の温度上昇による作動不良を防止する。
【解決手段】プレス機械におけるガード式安全装置のフレームに取り付けられたガイドレールに沿って上下動して開閉する上下ガード板３ａに向けて圧縮空気を噴射するスプレーノズル７を設ける。スプレーノズルは、コアンダ効果を利用してスリットから出た圧縮空気を前記上下ガード板に沿うように流すものであることが望ましい。また、圧縮空気の噴射は、ガード板が閉じ始めてから開き終わるまで行うこととすれば、エアを無駄に消費することを抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレス機械におけるガード式安全装置のフレームに取り付けられたガイドレールに沿って上下動して開閉するガード板を冷却することにより、そのガード板の熱変形を抑制して作動不良を防止するプレス機械のガード板用冷却装置に関する。

プレス機械の操作中の人身事故を防止するため、プレス機械におけるガード式安全装置のフレームの内側に取り付けられたガイドレールに沿って上下動して開閉するガード板を設けることが特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された装置は、ガード式安全装置のフレームの内側にガイドレールを設け、上下に２分割したガード板をこのガイドレールに沿って上下動させ、スライドの作動中はガード板が閉じて作業者の身体が危険区域に入らないように構成されている。

このガード式安全装置は、通常の室温下におけるプレス作業では特に問題はなかったが、近年、被加工物（ワーク）を例えば１０００〜１２５０℃に加熱して行う熱間鍛造や、５００〜８５０℃に加熱して行う温間プレス成形などが行われると、上下金型間にこのような高温のワークが持ち込まれ、金型自身の温度も１５０〜４００℃に達し、樹脂板である前記ガード板が熱により変形して円滑に上下しないというトラブルが発生するようになった。

特許第３３１９７２５号公報

本発明は、ガード板を冷却することにより熱による変形を抑制し、本来の動作を行わせることにより、熱間あるいは温間でのプレス成形時における作業者の安全を確保することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、プレス機械におけるガード式安全装置のフレームに取り付けられたガイドレールに沿って上下動して開閉する透明または半透明の上下ガード板に向けて、フレーム上部内側（内側とは作業者から見てガード板の裏側）から前記上下ガード板の面に沿う方向に圧縮空気を噴射する噴射手段を設けたことを特徴とするプレス機械のガード板用冷却装置である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１の発明において、前記噴射手段は、スリットから出た圧縮空気をコアンダ効果を利用して前記上下ガード板に沿って流すよう構成されたプレス機械のガード板用冷却装置である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または２の発明において、前記噴射手段は、前記上下ガード板の上下動の制御機構に連動して開閉する空気制御弁を備え、前記ガード板が閉じ始める状態から前記空気制御弁が開動作して前記圧縮空気の噴射を開始し、前記ガード板が開き終わる状態で前記空気制御弁が閉動作して前記圧縮空気の噴射を停止するように構成されていることを特徴とするプレス機械のガード板用冷却装置である。

請求項１に記載の本発明によれば、ガード板が輻射熱を受けるとしてもその熱を圧縮空気が運び去り、またプレス機械の内部に高温空気が滞留しているとしてもその高温空気がガード板に接することを前記圧縮空気が遮断するので、ガード板の温度上昇を抑制することができる。その結果、ガード板の熱変形を抑制できるので、ガード板の円滑な上下動を維持し、本来のガード機能を発揮して熱間プレス成形あるいは温間プレス成形における作業者の安全を確保することができる。

さらに請求項２に記載の本発明によれば、コアンダ効果によりノズルから噴出する空気量を節減しても十分な冷却効果が得られるので経済的である。

また請求項３に記載の本発明によれば、必要なタイミングで空気の噴射がおこなわれるので空気量の無駄がなく、一層経済的である。さらに、被加工物を冷却してしまう不都合を防止できる。

本発明の実施例におけるエアノズル付近の状況を説明する説明図である。 本発明の実施例における空気配管の系統図である。 本発明で対象とすることのできるプレス機およびガード式安全装置の斜視図である。 本発明で対象とすることのできるガード式安全装置の正面図である。 本発明で対象とすることのできるプレス機の要部の側面図である。 本発明で対象とすることのできるプレス機の要部の平面図である。 本発明を適用した場合のガード板周辺の温度測定位置を示す説明図である。 本発明で利用するコアンダ効果を有するエアノズルの断面図である。

まず本発明に係わるガード式安全装置について説明する。図３はこの安全装置を備える縦型プレス機の斜視図である。符号１はガード式安全装置のフレーム、符号２０は金型をセットするボルスタで、３ａ，３ｂはその前面に設けられた上下２枚のガード板、符号４はガード板３ａ３ｂを駆動するエアシリンダ、符号２４は作業者が両手でプレス機を操作する両手操作式の操作ボタン（リセットボタン）をそれぞれ示す。作業者はこの図３の右側、すなわちプレス機の前方に立ち、ボルスタ２０上の金型に被加工物（ワーク）をセットし、両手で操作ボタン２４を押してプレス機を作動させる。ガード板３ａ，３ｂが上下から閉まり、プレス機のスライドが下降して被加工物の加工を行うが、この間、ガード板３ａ，３ｂは閉じたままであるから作業者が手などを金型付近に近づけることが防止され、安全が保証される。

図４はこのガード式安全装置の作動機構を説明する正面図である。なお、ここに示す構成およびその作用は、前掲の特許文献１に記載されているものと同様である。これを簡単に説明すると、符号５ａは切換弁を示し、エアシリンダ４に対するエアの供給および排出を制御するように構成されており、初期状態では切換弁５ａは通電されておらず、エアシリンダ４のピストンは後退端にあり、引張りスプリング９の力でガード板３ａ，３ｂは閉状態となっている。操作ボタン（リセットボタン）２４を押すことにより切換弁５ａを通電状態にすると、エアシリンダ４にエアが供給されてピストンが前進し、そのピストンに連結されたリンク機構６を介してヨーク８が押し下げられ、これに直結している下ガード板３ｂが下降する。同時にリンク機構６を介して運動方向が逆転して、上ガード板３ａが上昇するのでガード板３ａ，３ｂは上下に開く。

つぎに、被加工物を金型にセットしたのち、操作ボタン２４を押すことにより切換弁５ａの通電を切ると、エアシリンダ４のエアが解放され、スプリング９の力で下ガード板３ｂが引き上げられ、同時にリンク機構６を介して上ガード板３ａが下降するのでガード板３ａ，３ｂは閉じる。閉じると同時にプレス機のスライドが下降し、下死点を通過するとガード板３ａ，３ｂが再び開く。

図５はプレス機の被加工物Ｗとガード板３ａ，３ｂとの位置関係を示すプレス機の要部の側面図、図６は同じく平面図である。ボルスタ２０上の下型２１上に被加工物Ｗをセットし、上型２２を下降させて所定の加工を行うのであるが、被加工物Ｗとガード板３ａ，３ｂとの最短距離をＤとするとき、上ガード板３ａの下端でしかも中央部分、下ガード板３ｂの上端で中央部分がもっとも距離が短いことになる。なお、符号２はガード板３ａ，３ｂのスライドするガイドレールであり、フレーム１の内側（作業者から見てガード板３ａ，３ｂの裏側）に設けられている。

ガード板３ａ，３ｂは、閉じた状態でも被加工物Ｗがよく見えること、軽量で円滑に作動することなどの条件から、ポリカーボネイト等の透明もしくは半透明な樹脂板が用いられる。これらの樹脂の常温付近での線膨張係数は１℃あたり６９×１０−6であり、幅１ｍ、温度上昇６０℃とした場合の伸び量は４．１４ｍｍに達する。常温での操業を前提にカード板３ａ，３ｂとガイドレール２との隙間は両側合わせて２ｍｍ程度としているので、熱間操業の場合、作業開始から３０分程度経過するとガード板３ａ，３ｂの作動不良が発生する。

図７は、ガード板３ａ，３ｂをプレス機の正面から見た説明図であり、丸で囲んだ数字「１」から「１４」は温度の測定位置を示す。なお、図および表において丸で囲んで記してある数字は、以下の説明では、“１”のようにダブルクォーテンションマークを付して記述する。

熱源として電気ヒータを被加工物Ｗの位置に置き、時間の経過毎に各測定点の温度を記録した結果を表１および表２に示す。いずれも縦方向は図７に示した測定位置、横方向は電気ヒータのスイッチを入れてからの経過時間（分）である。したがって０分のデータは当日のプレス機周辺の室温であり、表２では表１と同様であるから測定を省略した。なお、表１は電気ヒータのスイッチを６８０Ｗにセットした場合、表２は１．０２ｋＷとした場合である。また、表１および表２における空欄は、問題となるほどに高温にならなかったために具体的な温度の記載を省略したことによる空欄である。

表１および表２とも、被加工物Ｗに最も近い上ガード板３ａ下端中央の“５”の位置と、下ガード板３ｂの上端中央の“８”の位置が最も温度上昇が大きく、他の位置ではスタート前温度である室温から数度しか上昇しないのに対し、これら２点では温度が７０〜９０℃に達し、５０℃近い温度上昇が認められた。参考値として測定したガード板外側のフレーム部分である“１３”、“１４”の各位置は、ほぼ室温のままであった。

そこで以後の温度測定はこの“５”の位置および“８”の位置の２点のみとし、作業者から見て表面および裏面の両面を測定するとともに、温度測定の都度、ガード板３ａ，３ｂを開閉させて開閉状況を観察した結果を示したのが表３である。以下、表５までは、縦方向が経過時間（分）、横方向は測定位置“５”および“８”の裏側（熱源側）、表側（作業者側）の測定値、さらにその時点におけるガード板３ａ，３ｂの開閉作動状況を示す。なお、電気ヒータは１．０２ｋＷである。

表３には記号で示したが、加熱を開始して２７分経過するまでは正常に作動した。しかし、３１分経過した時点で閉じ速度が遅くなり、３５分経過してからは開閉ともにタイミング遅れが発生し、５９分経過した時点では辛うじて閉じたものの６８分経過した以降は作動しなくなってしまった。温度で見ると７０℃台であればほぼ正常に作動するが、８０℃を超えると作動不良が発生するようであった。ガード板３ａ，３ｂとガイドレール２との隙間はスタート前には２．２ｍｍあったが、３１分程度経過してからは０．４ｍｍ以下となっていた。

そこで本発明者らはガード板３ａ，３ｂの熱膨張を抑止するため、ガード板３ａ，３ｂを裏側からエアで冷却することとした。

エア冷却は工場の圧縮空気をノズルからガード板に向けて噴射すればよい。単なる孔開きノズルからの噴射でもよいが、コアンダ効果を利用したノズルを使用することにより、エアの消費量を節減できる。

コアンダ効果とは、流体の流れが壁面に沿って向きを変える現象である。図８によりこれを簡単に説明する。図８は細長い棒状のノズルの断面図である。

ノズルヘッダ７の本体７１には、長手方向にエアの供給される空気通路７２が設けてあり、蓋７３との間の隙間で形成されるスリット７４から帯状の気流が噴出する構造となっている。蓋７３は本体７１にボルト締めで固定されているので、合わせ面のシール材の厚みによりスリットの幅を調整できる。黒線で示したスリットから噴出した気流は直進せず、コアンダ効果により本体７１の外面に沿って流れる。このとき白抜きの矢印で示した周囲の空気を誘引する現象が知られており、空気流は増幅されて大きな気流となる。

図１はコアンダ効果を利用したノズルを使用する本発明に係る実施例の説明図である。スプレーノズル７は上ガード板３ａの裏面側（内側あるいは熱源側）で、ガード式安全装置の開口部上部に水平方向に取り付けられる。矢印ａで示した噴射気流は矢印ｂで示した周囲の誘引気流をあわせて矢印ｃで示す大きな気流となって上ガード板３ａの裏側に向い、そのままガード板３ａを冷却しながらこれに沿って下方に向い、さらに下方の下ガード板３ｂを冷却する。スプレーノズル７の長さは吹き出し幅、すなわち冷却しようとするガード板の横幅に見合うものとしている。

図２は空気配管の要部を示す系統図である。減圧弁、流量調整弁、フィルタ等の説明に必要ない機器は図示を省略している。符号５ａはガード板３ａ，３ｂそのものを作動させる切換弁で、前記したように操作ボタン２４からの電気信号によりエアシリンダ４を作動させる。符号５ｂは冷却用スプレーノズル７の空気をオン・オフする切換弁で、切換弁５ａの出側の空気圧をパイロット圧として作動し、ガード板３ａ，３ｂが閉じ始める時点から開動作してエアの噴射を開始し、開き終わる時点で閉動作してエアの噴射を停止する。エアシリンダ４が後退しているタイミングでのみ、エアが噴出するから、ガード板３ａ，３ｂが開いている状態ではエアは噴射されず、無駄にエアが消費されることはない。

エアによる冷却の効果を確認するため、エア冷却を行いながら表３に対応する温度を測定した。結果を表４および表５に示す。

表４はエア圧力を０．４ＭＰａとしたとき、表５は０．３ＭＰａとしたときの測定結果であり、電気ヒータはどちらも１．０２ｋＷである。いずれの場合も、スタート前温度、すなわち室温が２１〜２４℃において、電気ヒータでの加熱、ならびにエアによる冷却開始後のガード板３ａ，３ｂの温度は４０℃台であり、約１時間経過後も作動は順調で、冷却能力が熱源に見合っているため、時間経過による温度変化は認められなかった。仮に冷却能力が不足していると感じられた場合は、圧縮空気の圧力を上げて風量を増加させればよい。さらに、本発明に係る実施例では通常の工場エアを圧力のみ調整して使用しているが、冷却手段により常温よりも低温としたエアを使用すれば一層冷却効果が上がることはいうまでもない。

１…フレーム、 ２…ガイドレール、 ３ａ，３ｂ…ガード板、 ４…エアシリンダ、 ５ａ，５ｂ…切換弁、 ６…リンク機構、 ７…スプレーノズル、 ２０…ボルスタ、 ２１…下型、 ２２…上型、 ２４…操作ボタン、 ７１…（ノズルの）本体、 ７２…空気通路、 ７３…蓋、 ７４…スリット。

Claims (3)

1. プレス機械におけるガード式安全装置のフレームに取り付けられたガイドレールに沿って上下動して開閉する透明又は半透明の上下ガード板に向けて、フレーム上部内側から前記上下ガード板の面に沿う方向に圧縮空気を噴射する噴射手段を設けたことを特徴とするプレス機械のガード板用冷却装置。
2. 前記噴射手段が、コアンダ効果を利用してスリットから出た圧縮空気を前記上下ガード板に沿うように流すものである請求項１に記載のプレス機械のガード板用冷却装置。
3. 前記噴射手段が、前記上下ガード板の上下動の制御機構に連動する空気制御弁により、閉じ始める状態から噴射を開始し、開き終わる状態で噴射を停止するものである請求項１または２に記載のプレス機械のガード板用冷却装置。

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