JP2013527397A - 回転運動を異なる運動特性に変換する機構 - Google Patents

回転運動を異なる運動特性に変換する機構 Download PDF

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Abstract

第1駆動源によって回転する外側クランク主軸(20)と、その外側クランク主軸(20)と共に回転し、中心から偏心する側面に形成した内側クランク主軸軸受(41)を有する外側クランク主軸軸受(40)と、第2駆動源によって回転し、連結ロッド(70)をヒンジ結合させる内側クランク主軸(30)とを備え、内側クランク主軸(30)を内側クランク主軸軸受(41)内に固定して組込む構成であり、プレス機で使用する運動変換機構。
【選択図】 図1

Description

本発明は、回転運動を異なる運動特性に変換する機構に関し、特にプレス機で使用され、2つの別個な駆動源から連結ロッドへの独立した動力伝達を実現する運動変換機構に関する。
回転運動を別の異なる種類の運動に変換する必要がある複数の用途が存在する。例えば、エキセンプレスのような機械では、クランク連結ロッド機構を使用して、回転運動を直線運動に変換する。更に詳細には、このプレス機は、電動機によって加速する大型の円形金属(フライホイール)の運動力で動作する。従って、フライホイールは、モータから取る回転運動によって連続的に回転するが、フライホイール軸は回転しない。片体を押圧したい場合、フライホイール軸は、ペダル状のクラッチ制御部によって回転し始める。歯車によって回転数を減少させて、フライホイール軸の回転運動を、クランクとして機能する偏心軸に伝達する。偏心軸の機能は、円運動を直線運動に変換することである。そのため、クランク軸の偏心量と等しい直線運動(関連する技術分野では、プレス移動距離またはストロークと呼ぶ)を、プレス機のクランク主軸に連結するロッドアームに連結する可動ラムに対して実現する。
本技術分野で広く知られているこの実施形態には、いくつかの欠点がある。例えば、概して、これらプレスの移動距離(関連技術分野ではコースと呼ばれる)は一定である。その一方で、プレス工程では、描く深さに関して要求される製造片の移動距離は、変化する。そのため、クランク連結ロッド及びリンク駆動機構のプレス機では、プレス機は、必要な最長移動距離に関して設計され、上記コースを、殆どの場合一巡する必要がなくても、一巡する毎に実現させる。即ち、上型とラム本体に、不必要な運動をさせたり、エネルギを損失させたりする。
移動距離を調節できるプレス機(コースを調節するプレス機)では、この調節工程は、時間がかかり、労力を要する工程である。偏心量は、調節用楔体と呼ばれる片体を使用して、決定され、その楔体の厚さは長さに沿って増大し、その結果プレス移動距離が増減される。この工程中、当然、プレス機は暫く停止され、その結果、プレス機が設置されているラインでの生産も、暫く停止される。この工程は終了するまでに時間がかかるため、量産ラインでの時間と生産量のロスに繋がる。また、トン数が低いプレス機やC型プレス機では、自動コース調節を実現できる。
また、当該技術分野で知られるように、機能的な運動特性を得るには、変位距離を、最大で偏心歯車の半径に限定すべきである。従って、距離が長い程、径がより大きい偏心歯車を製造すべきである。こうした事情により、ネジ山を形成する際に使用するベンチ容量に従い、発生するプレスの移動距離が制限される;従って、より高度な技術が、一定サイズより大きな歯車を加工するのに要求されるため、これでは大幅にコストが上がる。
別の問題は、そうした種類のプレス機では、特定の運動特性を実現できない点である。例えば、プレス用途では、プレス機は、ゆっくりした動きで下方へ移動する必要があり、特定のポイント後に加速する必要があり、一定時間片体にプレスする位置に留まる必要があるかも知れない。その結果、この運動特性を、標準的なクランク連結ロッド機構では実現できない。この動作は、本技術におけるサーボプレスのような高価なシステムによってのみ実現できる。
有利で異なる解決方法として、駆動伝達機構として遊星歯車システムと同様な歯車箱を使用する幾つかのプレス機の実施形態が、開示されている。既知のように、一般に、遊星歯車システムを、歯車箱として回転速度を減速させる、或いはそのシステムを、トルクを増大させる、またはトルクを減少させるために使用できる。従って、リング歯車と、遊星キャリアと、太陽歯車とを同心にすることで、同心の動力伝達を必要とする分野において重要な利点を提供できる。これらの特許の主題である遊星歯車システムは、回転運動の直線運動への変換を実現するため、様々な目的で使用される。
例えば、シナモン切断刃の駆動システムについて説明する特許文献1では、ロッドアームをヒンジ結合させている主遊星歯車を、主遊星歯車の内面に沿って円経路で移動させ、その結果ロッドアームは、直線方向に上下に移動する。この実施形態では、他の遊星歯車及び太陽歯車を機構から取除いているため、開示された機構を、反応力が高くなるトン数が大きな工程では使用できない。実際に、全負荷が、ロッドアームの主遊星歯車のヒンジ点に印加されるため、ここでの連結は、数百トンや数千トンもの力には耐えられない。兎に角、特許文献1の機構は、シナモン切断工程に使用するものであるため、この工程では、高反応力は存在せず、その結果特許文献1は、この方向での解決方法を備えていない。
特許文献2では、高レベルの力に耐えられる点が示唆され、遊星歯車と同様な駆動伝達機構を有するプレス機の実施形態を、開示している。これによると、ロッドアームを偏心的にヒンジ結合させた内歯歯車により、円形歯車の内面に沿って回転運動及び公転運動の両方を実現し、その結果、形成される楕円運動を、直線運動としてロッドアームに伝達する。しかしながら、同特許では、ロッドアームをヒンジ結合させる主遊星歯車に到達する力を分配する効果的な解決方法は、開示されていない。
その一方で、提示したプレス機の実施形態の全てでは、ストローク調節、同調調節、ストローク特性のようなパラメータを調節するために、更なるシステムを、プレス機に適合させなければならない。
その結果、上記欠点のために、新型製品が関連技術分野で求められている。
米国特許第3158057号 米国特許第2338352号
本発明は、上記の欠点を解消して、関連技術分野に新たな利点を奏するために、プレス機で使用する新規な運動伝達機構を提供する。
本発明の目的は、回転運動を異なる運動特性に変換できる運動変換機構を提供することである。
本発明の別の目的は、構造を変化させる必要なしにプレスのコース、同調若しくはストローク特性の調節を実現することを提供し、被成形片に対する上記工程の実現を提供する、運動変換機構を提供することである。
本発明の別の目的は、高レベルの力に対して抵抗力を高めるように、遊星歯車群と同様な歯車箱を有する運動変換機構を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明の運動変換機構は、同時に2つの異なる駆動源によって駆動させ、その機構は、その動力を連結ロッドに伝達する。従って、上記駆動源を適当に電子制御することで、かつ運動変換機構の特定構造で2つの独立した駆動部が取る依存した運動を整えることで、無限の数の異なる運動特性を、出力時に得ることができる。
上記説明及び以下に記述する説明から得られる全ての目的を実現するために、本発明は、プレス機で使用し、独立した動力伝達を、2つの分離した駆動源から連結ロッドに実現できる運動変換機構に関する。上記機構は、第1駆動源によって回転する円歯形を有する外側クランク主軸と、上記外側クランク主軸に固定して連結し、それによりそのクランク主軸と共に回転し、中心から偏心する側面に形成した内側クランク主軸軸受を有する、外側クランク主軸軸受と、第2駆動源によって回転し、連結ロッドをヒンジ結合させる偏心部を有する内側クランク主軸とを含む。これにより、上記機構において、内側クランク主軸を自転させるために、それと同時に内側クランク主軸を外側クランク主軸軸受と共に公転運動させるために、内側クランク主軸を、上記内側クランク主軸軸受内に回転可能に組込む。
本発明の好適実施形態では、上記第1駆動源の運動を外側クランク主軸に伝達するために、第1駆動源と連結した状態の外側クランク主軸駆動歯車を設け、上記外側クランク主軸駆動歯車と連結した状態にあり、外側クランク主軸の外周に形成する歯面を設ける。
本発明の別の好適実施形態では、上記第2駆動源の運動を内側クランク主軸に伝達するために、第2駆動源と連結する内側クランク主軸駆動歯車を設け、上記内側クランク主軸駆動歯車と連結し、かつ内側クランク主軸に固定して連結する内側クランク主軸歯車を設ける。
本発明の別の好適実施形態では、内側クランク主軸の軸受を、その内側クランク主軸軸受内にしっかりと備えるために、内側クランク主軸ブッシュを設ける。
本発明の別の好適実施形態では、外側クランク主軸軸受の外周部を形成する着座面上に配置する外側クランク主軸ブッシュを設ける。
本発明の別の好適実施形態では、外側クランク主軸軸受を、プレス機の上側橋体に存在する軸受長孔内に回転可能に配設する。
本発明の別の好適実施形態では、上記内側クランク主軸軸受は、動作中直交して延伸する筒形をしており、従って、外側クランク主軸軸受の側面の中心から偏在して形成される。
本発明の別の好適実施形態では、内側クランク主軸の内側クランク主軸軸受に配置する内側クランク主軸枢着支点と、その内側クランク主軸枢着支点の連続部で延伸する上記偏心部と、その偏心部の連続部で延伸し、連結ロッドを連結するアーム連結枢着支点とを設ける。
本発明の別の好適実施形態では、上記第1駆動源と上記第2駆動源とをそれぞれサーボモータとする。
本発明に関する構造的特徴及び特性及び長所については、以下の図面を参照して記述した詳細な説明によって、一層正確に理解され、以下で説明する詳細な説明及び図面を用いて評価される。
本発明機構の斜視図 本発明機構の分解図 本発明機構の横断面図 (a)〜(d)は本発明機構の動作位置調節についての説明図 本発明機構のコース調節についての説明図 既知のシステムで得られる本発明機構の軌道の説明図 既知のシステムでは得られない、異なる機能を有する軌道についての説明図 既知のシステムでは得られない、異なる機能を有する軌道についての説明図 既知のシステムでは得られない、異なる機能を有する軌道についての説明図 既知のシステムでは得られない、異なる機能を有する軌道についての説明図 既知のシステムでは得られない、異なる機能を有する軌道についての説明図 既知のシステムでは得られない、異なる機能を有する軌道についての説明図 既知のシステムでは得られない、異なる機能を有する軌道についての説明図 既知のシステムでは得られない、異なる機能を有する軌道についての説明図 既知のシステムでは得られない、異なる機能を有する軌道についての説明図 既知のシステムでは得られない、異なる機能を有する軌道についての説明図 本発明機構と既知のエキセンプレス機構との大きさの比較についての説明図
この詳細な説明では、如何なる制限的効果も及ぼすことなく、本発明を一層理解できるようにするために、実施例を用いて本発明機構について説明する。従って、以下の説明において、及び本発明の図面においては、本発明を、プレス機のラムの運動を提供する際に、適用するものと想定する。代替実施形態では、本発明を、回転運動を異なる運動に変換することが要求される如何なる分野でも使用できる。
図1を参照すると、本発明機構を、プレス機の上側橋体(10)に配置しており、以下で詳述するように、連結アーム(70)を移動させるために、歯車箱を実質的に含み、その連結アーム(70)を歯車箱にヒンジ結合させる。その歯車箱は、プレス機の上側橋体(10)の軸受長孔(11)に配設する外側クランク主軸(20)を含む。より詳細には、外側クランク主軸軸受(40)を設け、その軸受(40)を外側クランク主軸(20)に固定して連結し、好適には外側クランク主軸(20)に対して一体とし、その外側クランク主軸軸受(40)を、軸受長孔(11)に配設する。好適には、外側クランク主軸軸受(40)を、円筒形とし、円筒形の基底部径を円筒高より大きくし、それにより、その軸受(40)を、その外周を形成する着座面(42)に係合させる外側クランク主軸ブッシュ(50)を介して、軸受長孔(11)に着座させる。
上記外側クランク主軸(20)の外周を歯付き形状にし、それにより、サーボモータ(図示せず)で駆動する外側クランク主軸駆動歯車(100)を、その歯車に含む歯部(101)を介して上記歯面(21)に連結する。従って、外側クランク主軸(20)と、その外側クランク主軸(20)に連結する外側クランク主軸軸受(40)を、上記サーボモータによって制御可能に回転できる。また、本発明の代替実施形態では、外側クランク主軸を、フライホイールを介して駆動できるが、その場合、任意には、非同期モータを、サーボの代わりに第1駆動源として使用できる。このシステムにおける、非同期モータの特性に応じて、クラッチブレーキ機構をプレス機に適合させる必要があるかも知れない。
その一方で、外側クランク主軸軸受(40)の側面に、中心から偏在させて形成する内側クランク主軸軸受(41)を設け、連結アーム(70)を連結する内側クランク主軸(30)を、上記内側クランク主軸軸受(41)の内側に回転可能に組込み、その結果、好適にはサーボモータとする別の駆動源によって、内側クランク主軸軸受(41)の内側で自転させることができる。その軸受を安定して稼動させるために、内側クランク主軸軸受(41)の内側に内側クランク主軸ブッシュ(60)を設ける。
より詳細には、内側クランク主軸(30)は、延伸部を備える内側クランク主軸枢着支点(33)を有し、その延伸部に、内側クランク主軸歯車(80)を配設するが、その延伸部を、内側クランク主軸軸受(41)内に配設しておく。その内側クランク主軸枢着支点(33)の連続部に、偏心部(31)を形成する。偏心部(31)の連続部に、アーム連結枢着支点(32)を設けて、そのアーム連結枢着支点(32)に連結アーム(70)を配設する。それにより、内側クランク主軸歯車(80)を、内側クランク主軸枢着支点(33)の歯車軸受(331)に固定する。図1を参照すると、内側クランク主軸歯車(80)は、外方に向いた外側クランク主軸軸受(40)の側面から外方に延伸するように、位置し、内側クランク主軸歯車(80)を、サーボモータによって回転する内側クランク主軸駆動歯車(90)と連結状態にする。これにより、駆動歯車(90)が回転するに従い、内側クランク主軸(30)は自転する。それに応じて、偏心部(31)にヒンジ結合した連結アーム(70)は、内側クランク主軸(30)の偏心径(Rinner)と等距離で移動する。
その結果、本発明で提供する入れ子状に組込んだ設計(nested bed design)により、内側クランク主軸(30)を、外側クランク主軸軸受(40)の外側クランク主軸(20)内に組込める。それと同時に、外側クランク主軸(20)と内側クランク主軸(30)を、両主軸を駆動させる関連サーボモータによって、互いに無関係に、各主軸自体の周りに制御可能に回転できる。それにより、外側クランク主軸(20)と内側クランク主軸(30)を、同方向にまたは反対方向に異なる速度で互いに無関係に回転できる。よって、外側及び内側クランク主軸(20、30)が、片方が他方内になるように互いに組込むという、この新規な構造によって、歯車箱の自由度は、2になる。それと同時に、本システムでは、片方のサーボモータの制動抵抗によって、自由度を1まで減少できる。本システムの別の特性は、入れ子式軸受により、剛構造となり、高押圧に対応できる点である。連結アーム(70)を介して内側クランク主軸(30)に伝達される力は、内側クランク主軸軸受(41)を通り、及びその内側クランク主軸軸受から、より剛構造の外側クランク主軸軸受(40)に伝達されるため、その力は、軸受長孔(11)を介して、遥かに剛性構造を持つプレス機の上側橋体(10)に伝達される。
本発明では、外側クランク主軸駆動歯車(100)に接して、サーボモータによって回転する外側クランク主軸(20)の角運動によって、連結アーム(70)を、様々な位置で動作させることができる。この動作形態の実施例を、図4a及び図4cで示す。図4a及び図4cでは、外側クランク主軸の偏心径(Router)によって、上述した調節を、回転中心での円運動によって、外側クランク主軸のコース(b)と等距離内で提供できる。この特性によって、代替解決方法を、古典的なプレス機の螺子方式で実現する同調距離調節機構に対して、提供する。しかしながら、この調節範囲では、同方式が、内側クランク主軸の偏心径(Rinner)と等しい円運動を実現できるため、片体を成形するのに必要なコース量が、内側クランク主軸のコース(a)までに限られる。
また、図6aを参照すると、内側クランク主軸の偏心径(Rinner)と外側クランク主軸の偏心径(Router)に応じて、外側クランク主軸(20)と内側クランク主軸(30)を、同方向にまたは異なる方向に異なる角速度で回転でき、運動特性を、他のシステムでも提供できる軌道(1、2、3、4)の範囲内で得ることができる。それと同時に、本発明機構の自由度は2となるので、既知のシステムで得られない複数の機能を、本実施形態によって得ることができる。例えば、図6bでは、内側クランク主軸の偏心径(Rinner)を、番号5を付したアームで説明し、外側クランク主軸の偏心径(Router)を、番号6を付したアームで説明している。図6bで説明する軌道(7)を得るために、番号5及び番号6を付したアームの運動形態を説明している。連結アームブッシュ(73)軸は、図6bで説明した軌道(7)で移動し、図6cではルート時間図を示すが、同ルート時間図を、図6bの番号8で説明する連結アーム(70)の下側軸によって作成している。図7aの軌道(7)を得るために、ルート時間図を、図7bで説明するが、同図は、番号5及び6を付したアームの運動によって、及び番号8で説明した連結アーム(70)の下側軸によって作成している。
図6b及び図7aでは、互いに繰返す運動の実施例を示している。これらとは別に、本システムによって、2ストロークに一回それら自体を繰返すまたは繰返さない運動を、提供できる。図8aの軌道(1)を移動する連結アームのブッシュ(73)軸によって作成され、図8aの番号4で説明する連結アーム(70)の下側軸によって作成される、ルート時間図を、図8bで説明している。そのルート時間図には、2往復に一度それ自体を繰返す軌道の実施例を示している。それら自体を繰返さない軌道の実施例と、ラムテーブルのルート時間図の実施例を、図8c、図8d、図8e、図8fに示している。
その一方で、本システム及びラムテーブルのルート時間図に関して得られる軌道については、本明細書で示した実施例によって限定されないものとする。図5では、番号3で示した網掛領域内に留まる軌道の全てを、最短コース(Hmin)と最長コース(Hmax)となる1と2とで番号付けした両円間で得られ、これにより、プレス機のラムテーブルに関する所望のルート速度パラメータを、片体の特性に応じて調節するようになるため、片体の成形工程を、遥かに簡単な方法で実現できるようになる。
従って、上記網掛領域が限界となるような本発明により、所望するコース調節、同調調節、ストローク特性を、全く片体を変化させる必要なく、かつプレス機を停止させずに、ソフトウェアによって実現できる。この調節工程で使用するパラメータは、以下のパラメータである:外側クランク主軸を駆動するサーボモータの速度、動力、駆動特性;内側クランク主軸を駆動するサーボモータの速度、動力、駆動特性;内側クランク主軸の偏心径(Rinner);外側クランク主軸の偏心径(Router)。Rinner及びRouterパラメータによって、図5に示した円がカバーする領域を増減でき、他のパラメータによって、ストローク特性を、電子的に制御して所望に応じて決定できる。また、サーボモータで実現する電子トルク制御によって、本発明を使用するプレス機では、オーバーロード機構の必要が無くなる。
その一方で、図9に示すように、入れ子式軸受システムを有する本発明機構によって、同じコースを有する既知の状態の技術に属するエキセンプレスの機構を、見ることができる。図面から分かるように、本システムは、現システムと比べると、寸法的に小さい。そのため、他のシステムと比べると、有意な量の物質的利益を得られる。
上記の詳細に加えて、好適には、連結アーム(70)は、下部連結アーム(71)と、下部連結アーム(71)の上部に組付ける連結アームキャップ(72)とを含む。それにより、偏心部のアーム連結枢着支点(32)が、下部連結アーム(71)の上部と連結アームブッシュ(73)との間の空間に入り、連結アーム(70)を、連結アームブッシュ(73)を介してアーム連結枢着支点(32)内に可動に配設する。
本発明の権利範囲は、請求項に記載され、詳細な説明にある上述した例示的な開示に制限されない。前述した開示を踏まえて、本発明の趣旨から逸脱することなく、当事者が明らかに同様な実施形態を作製できる。
10 プレス機の上側橋体
11 軸受長孔
20 外側クランク主軸
21 歯面
30 内側クランク主軸
31 偏心部
32 アーム連結枢着支点
33 内側クランク主軸枢着支点
331 歯車軸受
40 外側クランク主軸軸受
41 内側クランク主軸軸受
42 着座面
50 外側クランク主軸ブッシュ
60 内側クランク主軸ブッシュ
70 連結アーム
71 下部連結アーム
72 連結アームキャップ
73 連結アームブッシュ
80 内側クランク主軸歯車
90 内側クランク主軸駆動歯車
100 外側クランク主軸駆動歯車
101 歯部
inner 内側クランク主軸偏心径
outer 外側クランク主軸偏心径
a 内側クランク主軸コース
b 外側クランク主軸コース
min 最短コース
max 最長コース

Claims (9)

  1. プレス機で使用でき、独立した動力伝達を、2つの分離した駆動源から連結ロッド(70)に実現できる運動変換機構であって、
    第1駆動源によって回転する円歯形を有する外側クランク主軸(20)と、
    外側クランク主軸(20)に固定して連結し、それによりクランク主軸(20)と共に回転し、中心から偏心する側面に形成した内側クランク主軸軸受(41)を有する外側クランク主軸軸受(40)と、
    第2駆動源によって回転し、連結ロッド(70)をヒンジ結合させる偏心部を有する内側クランク主軸(30)とを備え、
    また、内側クランク主軸(30)を自転させるために、それと同時に内側クランク主軸(30)を外側クランク主軸軸受(40)と共に公転運動させるために、内側クランク主軸(30)を内側クランク主軸軸受(41)内に回転可能に組込んだ
    ことを特徴とする運動変換機構。
  2. 第1駆動源と連結した状態の外側クランク主軸駆動歯車(100)を備え、
    外側クランク主軸駆動歯車(100)と連結した状態にあり、第1駆動源の運動を外側クランク主軸(20)に伝達するために、外側クランク主軸(20)の外周に形成する歯面(21)を備える
    請求項1に記載の運動変換機構。
  3. 第2駆動源と連結した状態の内側クランク主軸駆動歯車(90)を備え、
    内側クランク主軸駆動歯車(90)と連結させ、第2駆動源の運動を内側クランク主軸(30)に伝達するために、内側クランク主軸(30)に固定して連結させる内側クランク主軸歯車(80)を備える
    請求項1に記載の運動変換機構。
  4. 内側クランク主軸(30)の軸受を内側クランク主軸軸受(41)内に備えるために、内側クランク主軸ブッシュ(60)を備える
    請求項1または3に記載の運動変換機構。
  5. 外側クランク主軸軸受(40)の外周部を形成する着座面(42)上に外側クランク主軸ブッシュ(50)を備える
    請求項1または2に記載の運動変換機構。
  6. 外側クランク主軸軸受(40)を、プレス機の上側橋体に存在する軸受長孔(11)内に回転可能に備える
    請求項1ないし5のいずれかに記載の運動変換機構。
  7. 内側クランク主軸軸受(41)が、動作中直交して延伸する筒形であり、外側クランク主軸軸受(40)の側面の中心から離れて形成される
    請求項1ないし6のいずれかに記載の運動変換機構。
  8. 内側クランク主軸(30)の内側クランク主軸軸受(41)に配設する内側クランク主軸枢着支点(33)と、
    内側クランク主軸枢着支点(33)の連続部で延伸する偏心部(31)と、
    偏心部(31)の連続部で延伸し、連結ロッド(70)を連結するアーム連結枢着支点(32)とを備える
    請求項1ないし7のいずれかに記載の運動変換機構。
  9. 第1駆動源と第2駆動源とをそれぞれサーボモータとする
    請求項1ないし8のいずれかに記載の運動変換機構。
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