JP2653861B2 - ダイスプリング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プレス加工機等に用いるガス封入式のダイ
スプリングに関する。

［従来の技術］ プレス加工には様々な種類があるが、例えば周知の深
絞りを例にとると第３図に示されるような工程ａ〜ｅを
経てプレスが遂行される。すなわち工程ａにおいては素
板（ブランク）１がダイ２に乗せられるとともに、ダイ
２の図示上面側に皺押えパッド３とポンチ４が配置され
る。工程ｂでは皺押えパッド３が降下することにより、
素板１の周縁部が押圧される。工程ｃにおいてポンチ４
が降下することにより、所望深さまで絞られた製品１′
が得られる。その後、工程ｄでパッド３とポンチ４が上
昇され、工程ｅにおいて製品１′がノックアウト部材５
によってダイ２から取出される。

上記皺押えパッド３に加えられる荷重が弱過ぎると加
工後の製品１′に皺が発生する。逆に荷重が強過ぎる
と、加工時に素板１が破断するなどの欠陥が生じるた
め、完全な製品１′を得るには適切な皺押え力を与える
必要がある。

この皺押え力を発生させるための機構として、大型の
プレス加工機では対向液圧プレスのように油圧によって
皺押え力を発生させるものが知られているが、通常のプ
レス加工ではダイスプリングが使われている。ダイスプ
リングとしては巻ばねが一般的であるが、特に重荷重が
必要な場合には硬質ウレタン等の弾性ブロックが用いら
れることもある。しかしながら、特に深絞りのように加
工ストロークの大きなプレス加工機においては、撓みス
トロークの小さい硬質ウレタンを用いることは実際上不
可能である。また、巻ばねを用いる場合はその寸法が大
きくなる等の欠点があった。また、硬質ウレタンおよび
巻ばねのいずれの場合もばね定数が大きくなり、必然的
にプレス加工時の皺押え力が大きく変化するようになる
から、素板１の破断を引起こす可能性が大である。

このような従来のダイスプリングの欠点を解決するも
のとして、第４図に例示したガスばね式のダイスプリン
グ６が提供されている。このダイスプリング６は、シリ
ンダ７の内部に数10気圧以上の高圧窒素ガスを封入する
とともに、シリンダ７に対してロッド８を移動自在に挿
入したものである。シリンダ７内のガスの圧力はロッド
８を押出す方向に作用する。シリンダ７とロッド８との
摺動部分にはシール部９が設けられている。

このガスばね式のダイスプリング６において、プレス
加工初期の皺押え力はシリンダ７内部のガス封入圧力に
応じた大きさに設定することができるとともに、シリン
ダ７の内容積を大きくすることでばね定数を低く設定す
ることが可能である。従って、巻ばね等を用いた場合と
比較して、プレス時の皺押え力の変化を小さくできると
いった利点がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら第４図に示されたダイスプリング６の場
合、シリンダ７内の高圧ガスをロッド８の摺動部分にあ
るシール部９によって直接シールしているため、このシ
ール部９からガスが僅かずつ漏れることが避けられな
い。従って皺押え力（設定荷重）が比較的短期間のうち
に低下するといった欠点がある。

ガスは液体よりも粘性が小さいため、液体をシールす
る場合に比較してガスをシールする場合の方がシールし
にくい。特に、ダイスプリング６のようにロッド８が高
速で往復運動するとともに、シリンダ７の内部に高圧ガ
スが封入されている場合には、一般のシール部９ではど
うしてもガスが漏れてしまう。

そこで、第５図に示されるようにシリンダ７の内部に
フリーピストン10を設けることによって、シリンダ７の
内部を気室11と液室12とに仕切り、液室12側にシール部
９が位置するようにしたものや、第６図に示されるよう
に袋状の仕切膜13によって気室11と液室12を仕切り、液
室12側にシール部９を位置させることが考えられた。仕
切膜13の材料には例えばウレタンエラストマ等の高分子
弾性体が使われる。これらの構造によれば、シール部９
は液体をシールすればよいからガスをシールする場合に
比較してシールが容易になるはずである。

しかしながらこれらのものも、下記の点において改善
の余地があった。

すなわち第５図に示されたダイスプリングにおいて、
気室11内の高圧ガスはフリーピストン10の摺動部分に設
けられたシール部14を通じて徐々に液室12内の油に溶け
込んでゆき、更にこの液室12内の油に溶け込んだガスは
シール部９を通じてシリンダ７の外に出てゆく。このた
め、最終的には気室11内のガスが大気に逃げることにな
る。

一方、第６図に示されたダイスプリングの場合、気室
11内の高圧ガスは、高分子弾性体の仕切膜13を透過して
徐々に液室12内の油に溶け込んでゆき、油に溶け込んだ
ガスはシール部９を通じて結局は大気中に逃げてしま
う。

従って本発明の目的は、シリンダ内部のガスが大気中
に逃げることを完全に防止でき、長寿命なダイスプリン
グを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を果たすために開発された本発明のダイスプ
リングは、中空のシリンダと、このシリンダに軸線方向
に移動自在に挿入されたロッドと、上記シリンダに対し
てロッドが貫通する箇所の内周部に配置されていてロッ
ドに対する摺動部分をシールする密封手段と、上記シリ
ンダの内部に収容されていてしかもシリンダの軸線方向
に伸縮自在な金属製ベローズボディを有しているベロー
ズと、このベローズによって仕切られるシリンダ内部の
空間のうち上記密封手段が設けられている側にあって液
体が満たされる液室と、上記ベローズによって仕切られ
るシリンダ内部の空間のうち上記密封手段が設けられて
いない側にあって大気圧以上の圧力のガスが封入される
気室と、を備えている。

［作用］ 上記シリンダ内の気室に封入されたガスの圧力は、金
属ベローズを介して液室内の液に作用するため、ロッド
はシリンダから押出される方向の荷重を受ける。この荷
重は、プレス加工時における素板の皺押え力に利用され
る。プレス加工時の金型の降下によって上記ロッドがシ
リンダに対して押込まれる方向に動くと、シリンダ内へ
のロッドの押込み量の増加に伴い上記気室が更に圧縮さ
れることによりベローズが軸方向に撓む。このため気室
内のガスの反発力が高まる。金型のオープン時におい
て、ロッドがシリンダに対して抜ける方向に移動する時
には、ロッドの移動に伴い上記気室の容積が拡大するこ
とにより、ベローズが上記とは逆方向に撓む。

気室内のガスの圧力は液室にも作用するから、ガスの
圧力は液体を介してシリンダとロッドとの摺動部分に作
用する。この摺動部分に設けられている密封手段は液室
内の液をシールすればよいから、高圧ガスを直接シール
する場合に比較して確実にシールすることができる。気
室と液室とは金属ベローズによって完全に仕切られてい
るから、気室内の高圧ガスが液室内の液体に漏れ出るこ
とはない。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例について、第１図と第２図を
参照して説明する。第１図に示されたダイスプリングは
20は、中空のシリンダ21とロッド22を備えている。シリ
ンダ21の内部には、シリンダ21と同心状に内筒部23が設
けられている。内筒部23の図示下端に位置する端部材24
に流通口25が開口している。

ロッド22は、シリンダ21に対してその軸線方向に移動
自在に挿入されており、ロッド22の内端にピストン状の
部分30が設けられている。このピストン部分30は、滑り
軸受31を介して内筒部23の内周面に摺接する。

シリンダ21の図示上端部において、ロッド22が貫通す
る部位の内周部に、滑り軸受34と、ロッド22に対する摺
動部分をシールするための密封手段35が設けられてい
る。この密封手段35は、高圧シール部材36と、このシー
ル部材36よりも低圧側すなわち大気側に設けられている
低圧シール部材37と、ダストシール38などからなる。リ
バウンドストッパ39はウレタンエタストマ等のような弾
性材料からなる。このストッパ39は、ロッド22がシリン
ダ21から突出する方向に移動する際に、この方向へのス
トローク終端を規定する。

シリンダ21の内部に、金属ベローズ45が収容されてい
る。このベローズ45は、シリンダ21の軸線方向に伸縮自
在なベローズボディ46と、このベローズボディ46の一端
を閉塞するベローズキャップ47を備えている。ベローズ
ボディ46は、厚みが0.1ないし0.3mm前後のステンレス鋼
の板からなる。但しステンレス鋼以外の金属が用いられ
てもよい。ベローズボディ46の他端48はシリンダ21の端
壁49に固定されている。

ベローズキャップ47の内面側に弁体50が設けられてい
る。この弁体50はウレタンエラストマあるいはシリコン
樹脂のようにゴム状弾性をもつ材料からなり、前述した
流通口25の周りに形成された環状の弁座51に対向してい
る。これら弁体50と弁座51は、後述するごとく、ベロー
ズ45が所定量以上縮んだ時に内筒部23とベローズボデ46
との間に油を閉込めるための自己シール手段52を構成す
る。

ベローズボディ46の外周部に、ベローズガイド部材5
5,56が設けられている。これらのガイド部材55,56は、
ベローズボディ46とシリンダ21との間に所定のクリアラ
ンスを確保するためと、ベローズボディ46とシリンダ21
との間に摺動抵抗を減らすために使われる。

上記ベローズ45によって仕切られるシリンダ21の内部
空間のうち、上記密封手段35が設けられている側、すな
わちベローズ45の内面側に液室60が規定されている。こ
の液室60には液体の例として油が満たされる。液室60の
上部に、ボール61とねじ62によって閉塞可能な孔63が設
けられている。

シリンダ21の内部空間のうち上記密封手段35が設けら
れていない側、すなわちベローズ45の外面とシリンダ21
の内面壁とによって規定される側に、気室65が設けられ
ている。この気室65には、例えば窒素などの不活性ガス
が封入されている。ガスの封入圧力はこのダイスプリン
グ20に必要とされる皺押え力に応じて決定されるが、例
えば数10kg/cm²以上の高い圧力で封入される。このガス
の圧力は、ベローズ45を縮める方向、すなわちロッド22
をシリンダ21から押出す方向に作用する。シリンダ21の
端壁66に設けられたガス供給口67は、栓68によって閉塞
可能である。なお、本実施例のダイスプリング20の適当
な位置に、気室65の圧力が所定値以上に上昇した時に開
弁する安全弁が設けられている。

気室65にガスを供給する工程は次の通りである。

ガスを供給する際に、予め液室60に油を満たしてお
く。第２図に示されるように、ガス供給口67に加圧ガス
供給源70が接続される。供給源70と供給口67との間にバ
ルブ71がある。バルブ71を開けることによって気室65内
にガスが供給される。気室65内のガスの量が増えるにつ
れて、ベローズボディ46が軸線方向に縮んでゆく。従っ
て、液室60内の油が孔63を通って外部に排出される。

ガスは二段階に分けて封入される。すなわち、最初は
上記ガスが低圧で気室65に供給される。ベローズ45が所
定のストロークまで撓むと、自己シール手段52の弁体50
が弁座51に密接することにより流通口25が閉塞される。
このため、ベローズボディ46は軸方向にそれ以上撓めな
くなる。こうして弁体50が弁座51に密接したのち、孔63
がボール61およびねじ62によって閉じられることによ
り、内筒部23の外周面とベローズボディ46の内面との間
の隙間に72に油が閉込められる。そののち高圧のガスが
気室65に供給される。

弁体50が弁座51に密接したのちも気室65にガスが供給
され続けるから、気室65の圧力は次第に高くなってゆ
く。油は実質的に非圧縮性である。従って、ベローズボ
ディ46の内面は、上記隙間72に閉込められた油によって
全面が均等に支えられる。このため、高い圧力でガスが
供給され続けても、ベローズ45が過度に撓むおそれがな
い。気室65の圧力が所定の値に達したところで、ガスの
供給がストップされ、供給口67が栓68によって塞がれ
る。

上記のようにして気室65に所定圧力のガスが封入され
たダイスプリング20は、図示しないプレス加工機の皺押
えパッドを押圧可能な位置に組付けられる。そしてプレ
ス時に、ロッド22がシリンダ21に押込まれる方向に移動
する。この時には、シリンダ21に対するロッド22の挿入
量が増大する。このため、ロッド22が移動した分だけ気
室65が圧縮され、ベローズ45が伸びるとともに、気室65
の圧力が増大する。プレスが終ってダイが開放される
と、シリンダ21に対してロッド22が突出する方向に移動
する。この時には、ロッド22が移動した分だけ気室65の
容積が増加するため、ベローズ45が元の撓みに戻る。こ
のように、シリンダ21に対するロッド22の相対運動に伴
ってベローズ45が伸縮を繰返すとともに、ベローズ45の
伸縮運動に伴って流通口25に油が出入りする。

気室65内のガスは、金属ベローズ45によって液室60内
の油と仕切られている。金属ベローズ45はその板厚が薄
くてもきわめて良好なガスバリヤ性を発揮する。このた
め、気室65内のガスが液室60の油に溶け込むことはな
い。気室65には大気側に通じるような摺動部分が存在し
ないから、高速でロッド22の往復運動が繰返されても、
ロッド22の摺動部を通じて気室65内のガスが大気側に直
接逃げることは有りえない。ロッド22の摺動部分を封じ
る密封手段35は液室65側に設けられているから、この密
閉手段35は油をシールできればよい。ガスに比べて粘性
の大きい油をシールすることは比較的容易である。

気室65にはガス供給口67が存在するが、この供給口67
は摺動を生じる箇所ではないから、通常のＯリング等の
固定シール部材73によって容易にシールすることができ
る。この供給口67のシール性を更に完璧なものにするた
めに、気室65の内部に若干量の油を入れておくのも有効
である。

また本実施例のダイスプリング20は、ベローズ45の撓
みが所定のストロークを越えた時にベローズボディ46の
内面側に油を閉込める自己シール手段52を備えている。
このため、万一何らかの原因によって液室60内の油が抜
けてしまうことによって高圧ガスの圧力がベローズ50を
撓ませる方向に作用しても、弁体50が弁座51に密接する
位置までベローズ45が撓むことで隙間72に油が閉込めら
れる。そしてこの油によってベローズボディ46を内面側
から均等に支えることができるようになる。このためベ
ローズボディ46が過度に撓むことを防止でき、ベローズ
45を保護する上で有効である ［発明の効果］ 本発明によれば、気室内のガスがシリンダとロッドと
の摺動部を通じて大気側に抜けてしまうことがなくなる
から、いわゆるメインテナンスフリーのガスばね式ダイ
スプリンクが得られる。そしてシリンダとロッドとの摺
動部はガスをシールする場合に比較してシールの容易な
液体をシールすればよいから、この摺動部からの漏れを
きわめて小さく押えることができることにより、このダ
イスプリングのばね定数および設定荷重を長期間にわた
って同一に維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すダイスプリングの縦断
面図、第２図は第１図に示されたダイスプリングのガス
供給時の様子を示す断面図、第３図は深絞りの工程説明
図、第４図ないし第６図はそれぞれ従来のダイスプリン
グを示す縦断面図である。 20……ダイスプリング、21……シリンダ、22……ロッ
ド、25……流通口、35……密封手段、45……金属ベロー
ズ、46……ベローズボディ、50……弁体、51……弁座、
52……自己シール手段、60……液室、65……気室、67…
…ガス供給口。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空のシリンダと、このシリンダに軸線方
   向に移動自在に挿入されたロッドと、上記シリンダに対
   してロッドが貫通する箇所の内周部に配置されていてロ
   ッドに対する摺動部分をシールする密封手段と、上記シ
   リンダの内部に収容されていてしかもシリンダの軸線方
   向に伸縮自在な金属製ベローズボディを有しているベロ
   ーズと、このベローズによって仕切られるシリンダ内部
   の空間のうち上記密封手段が設けられている側にあって
   液体が満たされる液室と、上記ベローズによって仕切ら
   れるシリンダ内部の空間のうち上記密封手段が設けられ
   ていない側にあって大気圧以上の圧力のガスが封入され
   る気室と、を具備したことを特徴とするダイスプリン
   グ。
2. 【請求項２】上記シリンダの内部には上記ベローズが伸
   縮する際に上記液室内の液が出入りする流通口が設けら
   ており、しかもこのシリンダ内には上記ベローズが所定
   のストローク以上軸方向に撓んだ状態においてこのベロ
   ーズの端面が突き当ることによってベローズがそれ以上
   撓むことを阻止するとともに上記流通口を塞ぐことによ
   りベローズボディとの間に液の一部を閉込める自己シー
   ル手段が設けられている請求項１記載のダイスプリン
   グ。