JP2013220474A

JP2013220474A - フォーマー

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Publication number: JP2013220474A
Application number: JP2012107092A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Fujimoto; 明彦藤本; Hiroaki Taniguchi; 博章谷口
Original assignee: SAKAMURA HOT ART CO Ltd
Current assignee: SAKAMURA HOT ART CO Ltd
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2013-10-28
Anticipated expiration: 2032-04-17
Also published as: JP5920776B2

Abstract

【課題】本体フレームとラムの温度差に合わせてリアルタイムで本体フレームとラムとの摺動部分のクリアランスを適正最小クリアランスに保持つ。
【解決手段】本体フレーム１の内側面に設けるクリアランス調整用ライナー２６の内方への突出量を調整する調整機構２０と、本体フレーム１に設ける複数の温度センサーＳ１〜Ｓ９と、ラム２に設ける複数の温度センサーＳ１０〜Ｓ１３と、調整機構２０を自動的に作動させる自動制御手段とからなる最小クリアランス保持装置１０を備える。自動制御手段は、各温度センサーによる検出結果から本体フレーム１の平均温度とラム２の平均温度を算出しその平均温度差と、ラム２の幅と、本体フレーム１とラム２の熱膨張係数とに基づいて適正最小クリアランスを保持するための上記ライナー２６の調整量を演算し、その調整量に基づいて調整機構２０を自動的に作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主としてパンチとそれに対応するダイとで金属素材を圧造成形し、粗から精へと連続多段式にボルトやナットその他の金属パーツ類などを圧造成形するフォーマーに関する。

従来、この種のフォーマーは、ダイを有する本体フレームと、ダイに対応するパンチを有し、本体フレームに摺動自由に嵌合されてクランク運動により往復動するラムとを備え、上記パンチとダイにより金属素材を圧造成形するように構成されている。そして、ラムを本体フレームの内側面に沿って摺動させる場合、本体フレームとラムとの摺動面のクリアランスを小さく抑えてダイとパンチの芯出しが正確に行えるようにすると共に、ラムの本体フレームに対する摺動時に大きな摺動抵抗がかかったり、焼付きなどが発生したりすることなく摺動がスムーズに行えるように適正なクリアランスを確保するようにしている。

ところで、上記したフォーマー、特に熱間フォーマーにあっては、運転開始後、圧造成形時に発生する熱により本体フレームとラムの温度が上昇し、その温度上昇により本体フレームとラムとのクリアランスが変わるといった現象があった。そのクリアランスが変わる傾向は、ラムの方が先に温度上昇が起こり、本体フレーム側の温度との差により、ラムの方がより膨張し、摺動面間のクリアランスが少なくなり、その結果、本体フレームに対するラムの摺動動作に支障をきたすおそれがあった。

そのため、この問題の解決方法として、現在では運転開始前に、予め本体フレームとラムの摺動面間に適正クリアランスよりも大きい初期クリアランスを設けるようにしておき、運転開始後、本体フレームとラムの温度が上昇し、その温度差により本体フレームとラムとの摺動面間におけるクリアランスが変わった時点で適正なクリアランスとなるように初期クリアランスを設定している。

しかし、このクリアランス設定方法では、初期クリアランスを適正なクリアランスよりも大きく取っていることから、運転開始時にあってはラムの本体フレームに対する摺動動作にガタつきが発生したり、ダイとパンチの芯出しにも狂いが生じたりする問題があるし、また、運転開始後、両者の温度差により本体フレームとラムとの摺動面間におけるクリアランスが変わった時点において、その温度差が一定であるとは限らないため、常に適正なクリアランスに保たれるといった保障もなかった。そのため、常に適正なクリアランスであるかどうかの確認を行う必要があり、適正でない場合には、オペレーターがその都度本体フレームの内側面に設けられるライナー部材の内方への突出量を調整して適正なクリアランスへの調整管理を行う必要があった。

そこで、本発明は、本体フレームとラムの温度差により、本体フレームとラムとの摺動部分のクリアランスが変化する点に着目し、本体フレームとラムの温度差に合わせてリアルタイムにクリアランス調整を行うことにより本体フレームとラムとの摺動部分のクリアランスを常に適正最小クリアランスに保持できるフォーマーの提供を課題とする。

上記した問題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、ダイを有する本体フレームと、ダイに対応するパンチを有し、本体フレームに摺動自由に嵌合されてクランク運動により往復動するラムとを備え、上記パンチとダイにより金属素材を圧造成形するフォーマーにおいて、本体フレームの内側面に設けるクリアランス調整用ライナーの本体フレームから内方への突出量を調整する調整機構と、本体フレームの平均温度を検出する複数の温度センサーと、ラムの平均温度を検出する複数の温度センサーと、調整機構を自動的に作動させる自動制御手段とからなる最小クリアランス保持装置を備え、自動制御手段は、上記各温度センサーによる検出結果から本体フレームの平均温度とラムの平均温度を算出すると共に、その算出時における両者の平均温度差と、ラムの幅と、本体フレームとラムの熱膨張係数とに基づいて適正最小クリアランスを保持するための上記ライナーの調整量を演算し、かつその調整量に基づいて調整機構を自動的に作動させて上記ライナーの内方への突出量を調整し、本体フレームとラムとの摺動部分のクリアランスが常に適正最小クリアランスとなるように制御することを特徴とする。

本願の請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明における調整機構が、本体フレーム外側面に設けられるサーボモータと、その駆動軸に設けられる駆動ギヤと、駆動ギヤに噛合する従動ギヤをもち本体フレームに回転可能に貫通支持される調整軸と、調整軸の他端に設けられる偏芯支点軸と、本体フレームの内側面に摺動可能に支持されかつ偏芯支点軸に連結されるクリアランス調整用のテーパーライナーを備え、テーパーライナーは、本体フレームの内側面に固定された固定テーパー部材に当接する状態で摺動可能に支持されると共に、偏芯支点軸の回転角度に応じて本体フレームの前後方向に進退動し、かつ、その進退動に伴って本体フレームの内側面から内方への突出量が調整されて、本体フレームとラムとの摺動部分におけるクリアランスが調整されるように構成されていることを特徴とする。

本発明のフォーマーによれば、上記したように最小クリアランス保持装置を備えているから、上記各温度センサーによる検出結果から本体フレームの平均温度とラムの平均温度を算出すると共に、その算出時における両者の平均温度差と、ラムの幅と、本体フレームとラムの熱膨張係数とに基づいて適正最小クリアランスを保持するための上記ライナーの調整量を演算し、かつ、その調整量に基づいて調整機構を自動的に作動させて上記ライナーの内方への突出量を調整することにより、本体フレームとラムとの摺動部分のクリアランスが常に適正最小クリアランスとなるようにリアルタイムで自動制御することができる。その結果、常にダイとパンチの芯出しが正確に行えると共に、ラムの本体フレームに対する摺動時に大きな摺動抵抗がかかったり、焼付きなどが発生したりすることなくスムーズな摺動が行える。

また、調整機構として、本体フレーム外側面に設けられるサーボモータと、その駆動軸に設けられる駆動ギヤと、駆動ギヤに噛合する従動ギヤをもち本体フレームに回転可能に貫通支持される調整軸と、調整軸の他端に設けられる偏芯支点軸と、本体フレームの内側面に摺動可能に支持されかつ偏芯支点軸に連結されるクリアランス調整用のテーパーライナーを備え、テーパーライナーは、本体フレームの内側面に固定された固定テーパー部材に当接する状態で摺動可能に支持されると共に、偏芯支点軸の回転角度に応じて本体フレームの前後方向に進退動し、かつその進退動に伴って本体フレームの内側面から内方への突出量が調整されて、本体フレームとラムとの摺動部分におけるクリアランスが調整される構成とすれば、自動制御手段で求めたクリアランスの調整量に基づいてサーボモータのサーボ駆動にて調整軸、偏芯支点軸を介してテーパーライナーの突出量をリアルタイムでスムーズに調整できる。その結果、本体フレームとラムとの摺動部分のクリアランスがリアルタイムでスムーズに適正最小クリアランスとなるよう自動制御することができる。

本発明に係るフォーマーの概略平面図である。同要部の拡大平面図である。クリアランス調整用のテーパーライナーの正面図である。同クリアランス調整用のテーパーライナーの動作説明図である。自動制御機構のブロック図である。

以下本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は、金属素材を粗から精へと連続的に圧造成形する熱間フォーマーにおける本体フレーム１と、ラム２を平面から見た図を示す。本体フレーム１の所定位置には、ダイブロック３が配設されており、ダイブロック３には、粗から精にいたる複数のダイ４…４が一定間隔で並設されている。また、本体フレーム１におけるダイ４…４の前方には、ラム２が摺動可能に嵌合されている。ラム２の前面には、ダイ４…４と同数のパンチ５…５が各ダイ４…４とそれぞれ対向するように保持されていると共に、ラム２の後端が駆動用モータ（図示せず）により回転されるフライホイールと一体のクランク軸６に連結部材７を介して連結されている。これにより、ラム２はクランク軸６の回転によるクランク運動によりダイブロック３に向かって往復動するようになされている。

なお、ダイブロック３の側部には、本体フレーム１の一側部後方より導入される線材Ａを供給するための供給用クイル８がダイ４…４と並設して設けられていると共に、このクイル８より供給された加熱線材Ａを一定長さに切断するカッター９が設けられている。

そして、多段式フォーマーには、本体フレームとラムとの摺動部のクリアランスを常に最適な最小クリアランス状態に保つように調整する最小クリアランス保持装置１０が備えられる。

最小クリアランス保持装置１０は、本体フレーム１の内側面に設けるクリアランス調整用のライナー２６の本体フレーム１から内方への突出量を調整する調整機構２０と、本体フレーム１の平均温度を検出するために図１に示されるように本体フレーム１の所定位置に分散して配置される複数（図では９個）の温度センサーＳ１〜Ｓ９と、ラム２の平均温度を検出するためにラム２の所定位置に分散して配置される複数（図では５個）の温度センサーＳ１０〜Ｓ１３と、調整機構２０を自動的に作動させるコンピューターなどの自動制御手段３０とからなる。

調整機構２０は、図２に示されているように本体フレーム１の最終工程側外側面に設けられるサーボモータ２１と、その駆動軸に設けられる駆動ギヤ２２と、駆動ギヤ２２に噛合する従動ギヤ２３をもち本体フレーム１に回転可能に貫通支持される調整軸２４と、調整軸２４の他端に設けられる偏芯支点軸２５と、本体フレーム１の最終工程側内側面に摺動可能に支持されかつ偏芯支点軸２５に連結されるクリアランス調整用のテーパーライナー２６を備えている。テーパーライナー２６は本体フレーム１の最終工程側内側面に固定された固定テーパー部材２７に当接する状態で摺動可能に支持されると共に、偏芯支点軸２５の回転角度に応じて本体フレーム１の前後方向に進退動し、かつ、その進退動に伴って本体フレーム１の内側面から内方への突出量が変更され、本体フレーム１とラム２との摺動部分におけるクリアランスが調整されるように構成されている。なお、偏芯支点軸２５とテーパーライナー２６の連結部分は、図３及び図４に示されているようにテーパーライナー２６の基端部に形成された長孔２８に、偏芯支点軸２５の外周に回転自由に装着された軸受部材２９を介して連結支持されている。

また、自動制御装置３０は、上記各温度センサーＳ１〜Ｓ９，Ｓ１０〜Ｓ１３による検出結果から本体フレーム１の平均温度とラム２の平均温度を算出すると共に、その算出時における両者の平均温度差と、ラム２の幅と、本体フレーム１とラム２の熱膨張係数とに基づいて適正最小クリアランスＤを保持するように上記テーパーライナーの調整量Ｃを演算し、かつ、その調整量Ｃに基づいて調整機構２０のサーボモータ２１を自動的に作動させて上記ライナーの内方への突出量を調整し、本体フレーム１とラム２との摺動部分のクリアランスが常に適正最小クリアランスとなるように制御する。

つまり、調整量Ｃについては、次の計算式にて求める。
調整量Ｃ＝（Ｔ２−Ｔ１）×Ｓ×１１．７×１０^−６
この計算式において、
温度センサーＳ１〜Ｓ９の平均温度＝Ｔ１（本体フレーム）
温度センサーＳ１０〜Ｓ１３の平均温度＝Ｔ２（ラム）
※機械初期停止時：Ｔ１＝Ｔ２
本体フレーム（ＳＣ４５０）の熱膨張係数＝１１．７×１０^−６［Ｃ・ｍｍ］
ラム（ＳＣ４５０）の熱膨張係数＝１１．７×１０^−６［Ｃ・ｍｍ］
ラム幅＝Ｓ
である。
そして、上記調整量Ｃに基づき、次の計算式にて調整軸２４の回転角Ｒ°を求め、調整軸２４の回転角がＲ°となるよう調整機構２０のサーボモータ２１を自動制御するのであり、このサーボコントロールをリアルタイムで連続的に行うのである。
その時のサーボ回転角Ｒ°の計算式は、次の計算式にて求める。
回転角Ｒ°＝ｓｉｎ^−１（Ｃ／１０・ｔａｎ２°）

次に、上記した最小クリアランス保持装置１０を備えた熱間フォーマーの作用について説明する。

まず、機械運転開始前には、本体フレーム１とラム２とのクリアランスを適正な最小クリアランスＤにセットしておく。そして、機械運転開始後、本体フレーム１とラム２の温度上昇に差が生し、その差により本体フレーム１とラム２との摺動部分のクリアランスが変わる。その傾向は、ラム２の方が先に温度上昇が起こり、本体フレーム１の温度との差により、ラム２が膨張し、摺動部分のクリアランスが少なくなる。その温度上昇の状態を本体フレーム１とラム２の各部に取り付けた温度センサーＳ１〜Ｓ９，Ｓ１０〜Ｓ１３にて検出する。そして、自動制御手段３０は、上記各温度センサーＳ１〜Ｓ９，Ｓ１０〜Ｓ１３による検出結果から本体フレーム１の平均温度とラム２の平均温度を算出すると共に、その算出時における両者の平均温度差Ｔ２−Ｔ１と、ラム２の幅Ｓと、本体フレーム１とラム２の熱膨張係数１１．７×１０^−６とに基づいて適正最小クリアランスＤを保持するための上記テーパーライナー２６の調整量Ｃを演算する。そして、その算出した調整量Ｃに基づいてそのときのサーボモータ２１による調整軸２４の回転角Ｒ°を求め、調整機構２０の調整軸２４が回転角Ｒ°だけ回転するようにサーボモータ２１を自動的に作動させる。これにより、サーボモータ２１が作動され、その駆動軸に設けられる駆動ギヤ２２から従動ギヤ２３を介して調整軸２４が回転され、調整軸２４に設けられる偏芯支点軸２５を回転角Ｒ°だけ回転させて、テーパーライナー２６をたとえばダイ４から離れる方向に後退動させ、その後退動に伴って本体フレーム１の内側面から内方への突出量が少なくなるよう変更される。また、上記温度差により調整量Ｃが減る場合には、テーパーライナー２６をダイ４に近づく方向に前進させ、その前進動作に伴って本体フレーム１の内側面から内方への突出量が大きくなるよう変更される。これにより、本体フレーム１とラム２との適正な最小クリアランスＤが常に保持されるように調整される。

以上のように、最小クリアランス保持装置１０を備えた本発明のフォーマーによれば、本体フレーム１とラム２の温度上昇の状態を本体フレーム１とラム２に設けた各温度センサーＳ１〜Ｓ９，Ｓ１０〜Ｓ１３にて認識し、その温度差によるクリアランスの変動量、つまり調整量Ｃを演算して、その調整量Ｃに合わせてリアルタイムにクリアランス調整を自動制御にて行うことができる。これにより、本体フレーム１とラム２との摺動部分のクリアランスを常に適正な最小クリアランスＤに保持することができる。その結果、ダイ４…４とパンチ５…５の芯出しが正確に行えると共に、ラムの本体フレームに対する摺動時に大きな摺動抵抗がかかったり、焼付きなどが発生したりすることなく常にスムーズな摺動が行える。

なお、以上の実施の形態では、最小クリアランス保持装置１０を本体フレーム１の最終工程側に設けたものについて説明したが、何らこの位置に限定されるものではなく、たとえば本体フレーム１の第１工程側に設けてもよい。さらには、最小クリアランス保持装置１０を本体フレーム１の第１工程側と最終工程側の両方に設けて、本体フレーム１とラム２における両方の摺動部分のクリアランスを同時的に行うようにしてもよい。また、以上の実施の形態では、熱間フォーマーについて説明したけれども、熱間フォーマーに限定されるものではなく、冷間や温間で使用するフォーマーにおける本体フレームとラムとの摺動部分の最小クリアランスを保持するに際しても広く適用できること勿論である。

１本体フレーム
２ラム
３ダイブロック
４ダイ４
５パンチ
６クランク軸
７連結部材
８供給用クイル
１０最小クリアランス保持装置
２０調整機構
２１サーボモータ
２２駆動ギヤ
２３従動ギヤ
２４調整軸
２５偏芯支点軸
２６テーパーライナー
３０自動制御手段
Ｓ１〜Ｓ９温度センサー
Ｓ１０〜Ｓ１３温度センサー

Claims

ダイを有する本体フレームと、ダイに対応するパンチを有し、本体フレームに摺動自由に嵌合されてクランク運動により往復動するラムとを備え、上記パンチとダイにより金属素材を圧造成形するフォーマーにおいて、本体フレームの内側面に設けるクリアランス調整用ライナーの本体フレームから内方への突出量を調整する調整機構と、本体フレームの平均温度を検出する複数の温度センサーと、ラムの平均温度を検出する複数の温度センサーと、調整機構を自動的に作動させる自動制御手段とからなる最小クリアランス保持装置を備え、自動制御手段は、上記各温度センサーによる検出結果から本体フレームの平均温度とラムの平均温度を算出すると共に、その算出時における両者の平均温度差と、ラムの幅と、本体フレームとラムの熱膨張係数とに基づいて適正最小クリアランスを保持するための上記ライナーの調整量を演算し、かつその調整量に基づいて調整機構を自動的に作動させて上記ライナーの内方への突出量を調整し、本体フレームとラムとの摺動部分のクリアランスが常に適正最小クリアランスとなるように制御することを特徴とするフォーマー。
調整機構が、本体フレーム外側面に設けられるサーボモータと、その駆動軸に設けられる駆動ギヤと、駆動ギヤに噛合する従動ギヤをもち本体フレームに回転可能に貫通支持される調整軸と、調整軸の他端に設けられる偏芯支点軸と、本体フレームの内側面に摺動可能に支持されかつ偏芯支点軸に連結されるクリアランス調整用のテーパーライナーを備え、テーパーライナーは、本体フレームの内側面に固定された固定テーパー部材に当接する状態で摺動可能に支持されると共に、偏芯支点軸の回転角度に応じて本体フレームの前後方向に進退動し、かつ、その進退動に伴って本体フレームの内側面から内方への突出量が調整されて、本体フレームとラムとの摺動部分におけるクリアランスが調整されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のフォーマー。