JP2014200844A - 汎用プレス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧駆動に替わるモータ駆動方式のプレス装置にあって、消費電力を大幅に減少できる省電力型でしかも多種サイズのワーク加工に対応できる汎用プレス装置を提供する。【解決手段】ラム板４の上下動ストロークＳはＳ１とＳ２の和である。ストロークＳ１は倍力機構１０によってラム板押圧ロッド５が押し下げられる距離であり、ワークに押圧力を加えて折り曲げの仕事を行うときである。ストロークＳ２を加えた距離だけ長くすることで多種サイズのワークの加工に対応できる。ストロークＳ２は実際に仕事をしていないときのラム板４と上型の上下動作である。そうした非仕事中のラム板４と上型のストロークＳ２の距離をクランク機構２０でラム板４と上型を原位置に高速で短時間に復帰移動させる。【選択図】図２

Description

本発明は、薄板鋼板など金属製パネルを折り曲げ加工するプレスブレーキやパネルベンダーなどの鍛圧機械に関し、さらに詳しくは、受電容量を低減できかつ多種サイズのワークの折り曲げ加工に対応できる省電力型の汎用プレス装置に関する。

ワーク（被加工材）である薄板鋼板等のパネル材を所要の形状に折り曲げ加工する通称パネルベンダーの駆動方式は、近年、それまでの油圧駆動に変えてＡＣサーボモータなどの電動機を用いたモータ駆動、あるいは油圧駆動とモータ駆動を切り換えて両用するいわゆるハイブリッド型駆動方式が主流になってきている。その場合に駆動力源としてサーボモータを使用した構造の多くは、モータ出力軸の回転を長尺のボールネジに伝え、このボールネジの回転をラムの上下方向への昇降動作に、つまり加圧時の下降動と非加圧時の上昇動に伝達する。

そうしたサーボモータ駆動方式にあっては、それまでの油圧駆動と比べて駆動精度が格段に高められ、油の汚れなどといった不具合は解消される。ところがその一方で、省エネ、省資源といった潮流のなかで電力消費量をいかに低減させるかという問題が課題になっている。たとえば、加圧力５０トン（４９０ＫＮ）タイプのパネルベンダーの場合、各メーカーの間での共通認識として受電容量が６ＫＶＡ〜１５ＫＶＡといったように、消費電力が大きくランニングコストが高価につくという問題がある。

かかる問題の解消にむけて提案されたものに、特開２００３−２３０９９８号公報（以下、特許文献１という）で開示されたプレス機械のエネルギー蓄積装置がある。この特許文献１によると、フライホイールに蓄積された回転エネルギーを利用して電気エネルギーに変換し、発生させた電気を蓄電システムに蓄電して駆動モータに対し放出しようという技術である。

特開２００３−２３０９９８号公報

しかしながら、上記特許文献１にあっては、省エネという観点からの費用対効果を考慮する蓄電システムを設ける分だけ製造コストが高騰して価格に反映する。しかも、同一機械で多種サイズのワーク加工に対応しづらいといった問題がある。

したがって、上記問題点を解消するために、本発明の目的は、油圧駆動に替わるモータ駆動方式のプレス装置にあって、消費電力を大幅に減少できる省電力型でしかも多種サイズのワーク加工に対応できる汎用プレス装置を提供することにある。
加えて、

上記目的を達成するために、本発明に係る代表的な汎用プレス装置は、加圧力発生源の回転トルクを出力する駆動源モータと、
前記駆動源モータの回転トルクを往復動方向への数倍の加圧力に変換する倍力機構と、
前記倍力機構で発生させた前記加圧力によってストロークＳ１の距離内で被加工物であるワークを押圧するラム機構と、
前記ラム機構の移動が、前記ワークの数種のサイズに対応するためのストロークＳ２を前記ストロークＳ１に加算した距離Ｓであるとき、前記ストロークＳ２の距離を高速で前記ラム機構を移動させるためのクランク機構と、
を備え、前記クランク機構が、
クランクシャフトと、
前記クランクシャフトに回転動力を出力するクランク作動モータと、
前記クランクシャフトと同軸上に連結されたオフセットロッドと、
前記オフセットロッドの中心軸から距離ｄだけ偏心した位置に前記ラム機構に備わるラム板押圧ロッドが連結され、前記ラム板押圧ロッドを前記偏心距離ｄの２倍に相当する前記ストロークＳ２の距離だけ高速移動させるためのオフセット板と、を有することを特徴とする。

本発明の代表的な請求項１記載の汎用プレス装置によれば以下の効果が得られる。上型に加圧力を付与する駆動源には、主動力のサーボモータと、クランク機構を作動させる副動力のサーボモータのみであり、それら２つの主副サーボモータの受電容量はいずれも小さく消費電力は少ない。これは他の同型スペックの機種と比較して数分の１であり、最小の電力エネルギーでもって最大の加圧力トルクを発生させることができる。

また、他の同型スペックの機種と比較して、ストロークＳは数倍も長く、それだけ多種サイズのワークの折り曲げ加工に対応できる汎用性の高い利点がある。ストロークＳが大きくなればなるほどラムと上型の移動距離が長くなり、その分仕事をしない時間をロスするといった課題がある。その課題もクイックリターン機能を設けることで、ストロークＳの一部である非仕事区間であるストロークＳ２の区間を迅速かつ高速に原位置に復帰動作させることで作業効率を高め、時間的ロスを解消して克服している。

以下、本発明による省電力型の汎用プレス装置の好適な実施形態について主に図１および図２を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明は好適な一実施形態であるが、本発明の思想を満足する範囲内であればかかる一実施形態に限定されることなく他の実施形態も可能である。

図１は、ＡＣサーボドライブパネルベンダーに応用した本実施形態の機体１を正面からみたその要部を示す。また、図２はその機体１を側面から見た図である。機体１の本体を構成する筺体は、たとえば左右両側の側板プレート２，２と、それら側板プレート２，２間を補強プレート、天井プレートそして背板プレートでつないで一体化したものである。つなぎの方法は筺体の剛性を高めて歪や撓みを精度内に収めるために溶接による一体構造とすることができる。筺体前面の下部にはベッド３が側板プレート２，２間の幅方向一杯の長さと大きさで設けられている。このベッド３のヘッド部３ａに下型（図示省略）が着脱自在に取り付けられる。ベッド３はボルト結合などによって交換可能な構造とすることもできる。

ベッド３の真上に対向する位置には、ラム機構の本体をなすラム板４が側板フレーム２，２間のほぼ機体幅の横長さと縦長さの大きさを有し、図の上下方向つまり天地方向でいう上下往復動が可能に取り付けられている。このラム板４の左右両端にはリニアガイド７，７が設けられ、案内されて左右の側板フレーム２，２間を上下動する。リニアガイド７，７にはそれぞれ位置検出センサ（図示省略）が取り付けられ、ラム板４の位置を常時検出し、その検出信号は制御部に送られ、適正位置となるようフィードバックによる電子制御が行われるようになっている。ラム板４を上下動させる部材は、ラム板４の左右両端側の上端部に連結されたラム板押圧ロッド５，５である。このラム板押圧ロッド５の下端部は球体部５ａとなっており、この球体部５に係合する球面凹部を設けた球体軸受部６を介してラム板４の上端部に連結されている。

ここで、前述のように、ラム板４の両側上端でラム板押圧ロッド５を連結する部分を球体部５と球面の球体軸受部６による連結構造とした理由は、ワークを加圧中のラム板４には強大な撓み力などが作用する。そうしたラム板４とラム板押圧ロッド５の連結部を一体化した「剛体」とすると、ラム板４の撓みによる歪がそのままラム板押圧ロッド５に伝播され、応力などによって構造劣化につながる。それを防止するために、球体継手で連結することにより、ラム板４の位置ずれや歪を柔軟に吸収している。ラム板押圧ロッド５には次に説明する倍力機構１０によって加圧力が付与される。

機体側面を示す図２で明らかなように、倍力機構１０はいわゆる梃子の原理を応用したトグルリンク構造を主体に構成されている。すなわち、主部材であるリンク部材１１の長手方向に一端側から力点部１２、支点部１３、そして作用点部１４が設けられている。力点部１２は加圧力発生源の回転トルクを出力する駆動源装置１５の往復ロッド１５ａに軸支されている。往復ロッド１５ａには棒状のボールネジなどを用いることができ、その往復動で力点部１２を介してリンク部材１１を梃子のごとき揺動させる。往復ロッド１５ａの往復動は駆動源のサーボモータ１５ｂによるモータ回転出力をラック＆ピニオン機構などによって変換することで可能となる。力点部１２に加えられた加圧力は支点部１３を介して作用点部１４に作用する。この作用点部１４に上記ラム板押圧ロッド５の上端部が回動可能に連結され、力点部１２に加えられた加圧力を数倍にして作用点部１４に付与し、その数倍に増力された力がラム板押圧ロッド５を介してラム板４に加圧力として伝達される。そのラム板４による押圧力で薄板鋼板など被加工材のワークを折り曲げる。本実施形態においては、一例としてリンク部材１１における力点部１２と支点部１３と作用点部１４の３つの部間の距離による梃子比でＬ：３Ｌ＝１：３としており、３倍の加圧力をラム板押圧ロッド５を介してラム板４に付与できるようにしている。

ところで、プレス装置を呼称する場合は通常、プレス能力が「５０トンプレスの機械」とか「１００トンプレスの機械」と呼んで機体のスペックや大きさを知ることができるのが一般である。それによってラム板４の上下動ストロークＳ（ｍｍ）がたとえば１５０ｍｍもしくはその前後といったように決まり、プレス機械の各メーカーにおいてもそうした仕様はほぼ共通している。

同型スペックの機種で一般にいう上下動ストロークＳが例えば１５０ｍｍとすると、本実施形態装置はその２倍の上下動ストロークＳを設定している。上下動ストロークＳが距離的に長くなって増せば増すほど多種サイズのワークの折り曲げ加工に対応できる利点がある。しかし半面、仕事するときと仕事をしないときのラム板４と上型の一体の無駄な上下動距離が増え、無駄な仕事量が増える不具合がある。本実施形態の装置はそうした上下動ストロークＳを２倍に長くしたことでの利点と、長くなることでの不具合を以下の構造で解決している。

図２に示すように、上下動ストロークＳは一般の同型機種のスペックのたとえば２倍に設定してある。その上下動ストロークＳがＳ１とＳ２の和からなっているとする。そのうちのストロークＳ１は倍力機構１０によって作用点部１４に加えられる力でラム板押圧ロッド５が押し下げられる距離である。すなわち、そのストロークＳ１はラム板４と上型によってワークに押圧力を加えて折り曲げの仕事を行うときである。ストロークＳ２を加えた距離だけ長くすることで多種サイズのワークの加工に対応できる。しかし、ストロークＳ２は実際に仕事をしていないときのラム板４と上型の上下動作である。そうした非仕事中のラム板４と上型のストロークＳ２の距離は可能な限り短時間かつ「高速」で移動することが好ましい。そこで、以下の機構が構成されている。

作用点部１４の軸線は加圧力駆動源軸となるが、この駆動源軸とは別軸のクランク機構２０が設けられている。図１で明らかなように、クランクシャフト２１が機体幅の左右方向に延び、シャフト中央部でサーボモータ２２の回転動力を受けて回転する。クランクシャフト２１の両端部は継手のカップリング２３，２３でオフセットロッド２４，２４が連結されている。

かかるオフセットロッド２４は図３（ａ），（ｂ）に示すように、クランクシャフト２１に同軸上でカップリング２３で連結される部分のロッド部２４ａを有している。また、オフセット板である円板部２４ｂを有し、このオブセット円板部２４ｂの中心軸から距離ｄだけ偏心した位置にロッド部２４ａが結合されている。したがって、ロッド部２４ａが１８０°半回転すると偏心量ｄの２倍、２ｄの長さ距離だけラム板押圧ロッド５を急速に上下動させる。このラム板押圧ロッド５を通してラム板４を未加工距離の仕事をしない距離を迅速かつ高速上下動させて無駄な時間を省く区間が上記ストロークＳ２である。

再び図１において、倍力機構１０のリンク部材１１によって駆動源サーボモータ１５ｂの回転トルクを３倍に倍力してラム板押圧ロッド５に付与して下降動作させ、その下降動作がラム板４に伝達される。ラム板４および上型（図示略）は下降動してその加圧力でワークを折り曲げ加工する。折り曲げ加工を終えたラム板４およびラム板押圧ロッド５は上昇動して原位置に復帰するのであるが、仕事を終えた後の原位置への復帰動作は作業効率を考慮すると迅速であることが好ましい。したがって、そのラム板押圧ロッド５の原位置復帰動作も上記クランク機構２０によって迅速かつ高速に原位置に移動して戻ることができる。

図１中の符号８，８は、機体１の左右両側に対照に設けられた空圧式のエアバランサであり、ラム板４による強大な加圧力による機体全体に作用する応力などを平衡化する機構である。

以上から明らかなように、本発明の汎用プレス装置に係る上記実施形態によれば、駆動源は、倍力機構１０を作動させてラム板４に加圧力を付与するためのサーボモータ１５ｂが主動力である。加えて、クランク機構２０を作動させるサーボモータ２２が副動力である。それら２つの主副サーボモータ１５ｂ，２２の受電容量はいずれもわずか１．２ｋｗといったように消費電力は少ない。これは他の同型スペックの機種と比較して３分の１であり、最小の電力エネルギーでもって最大の加圧力トルクを倍力機構１０で発生させることができる。

また、他の同型スペックの機種と比較して、ストロークＳは２倍ほども長く、それだけ多種サイズのワークの折り曲げ加工に対応できる汎用性の高い利点がある。ストロークＳが大きくなればなるほどラム板４の移動距離が長くなり、その分仕事をしない時間をロスするといった課題がある。その課題をも、クランク機構２０によるクイックリターン機能（早戻り機構）を採用することで、ストロークＳの一部である非仕事区間であるストロークＳ２はラム板４と上型を迅速かつ高速に原位置に復帰動作させることで作業効率を高め、時間的ロスを解消して克服している。

なお、本発明の思想や主旨を逸脱しない範囲内でその他の実施形態、応用例、変形例、そしてそれらの組み合わせも可能である。

本発明に係る好適な汎用プレス装置の機体正面図。 機体の側面図。 同図（ａ），（ｂ）はクランク機構要部の部材を示す正面図と側面図。

１・・・機体
２・・・側板プレート
３・・・ベッド
４・・・ラム板
５・・・ラム板押圧ロッド
５ａ・・・球体部
６・・・球面軸受部
８・・・エアバランサ
１０・・・倍力機構
１１・・・リンク部材
１２・・・力点部
１３・・・支点部
１４・・・作用点部
１５・・・駆動源装置
１５ｂ・・・サーボモータ（駆動源モータ）
２０・・・クランク機構
２１・・・クランクシャフト
２２・・・サーボモータ（クランク作動モータ）
２４・・・オフセットロッド
２４ａ・・・ロッド部
２４ｂ・・・オフセット板
Ｓ・・・ラム板（および上型）の上下往復動ストローク
Ｓ１・・・加圧時のストローク
Ｓ２・・・非加圧時のストローク

Claims (2)

1. 加圧力発生源の回転トルクを出力する駆動源モータと、
   前記駆動源モータの回転トルクを往復動方向への数倍の加圧力に変換する倍力機構と、
   前記倍力機構で発生させた前記加圧力によってストロークＳ１の距離内で被加工物であるワークを押圧するラム機構と、
   前記ラム機構の移動が、前記ワークの数種のサイズに対応するためのストロークＳ２を前記ストロークＳ１に加算した距離Ｓであるとき、前記ストロークＳ２の距離を高速で前記ラム機構を移動させるためのクランク機構と、
   を備え、前記クランク機構が、
   クランクシャフトと、
   前記クランクシャフトに回転動力を出力するクランク作動モータと、
   前記クランクシャフトと同軸上に連結されたオフセットロッドと、
   前記オフセットロッドの中心軸から距離ｄだけ偏心した位置に前記ラム機構に備わるラム板押圧ロッドが連結され、前記ラム板押圧ロッドを前記偏心距離ｄの２倍に相当する前記ストロークＳ２の距離だけ高速移動させるためのオフセット板と、を有することを特徴とする汎用プレス装置。
2. 前記ラム機構が、前記ラム板押圧ロッドの一端部に形成された球体部を有し、該球体部を支持する球状凹面による球体軸受部を介して連結され、前記ラム板押圧ロッドに付与された加圧力で前記ワークを押圧するラム板を有することを特徴とする請求項１記載の汎用プレス装置。

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