JP3136495B2 - 曲げ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パイプや棒などの長
尺のワークを曲げ型と締め型とで挟み、曲げ型を中心に
して締め型を円弧移動させて上記ワークを曲げ加工する
曲げ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】曲げ装置としては従来より次のような構
造のものが知られている。即ち、基枠の前端部に鉛直な
軸が回動自在に備わっている。軸の中間部には曲げアー
ムの元部が固着してある。軸の上端部には曲げ型が取付
けられ、曲げアームの上にはワークを曲げ型にクランプ
する為の締め型が備わっている。軸の下部に取付けられ
たチェーンスプロケットが、電気モータの出力軸に取付
けられたチェーンスプロケットと、チェーンを介して連
繋している。上記電気モータによりチェーンを介して曲
げアームの軸が回されることにより、曲げ型と締め型と
の間に挟まれたワークが曲げ型に倣って曲げられる。こ
の種の曲げ装置としては、例えば米国特許明細書第4,23
6,398 号に示されたものがある。

【０００３】この種の曲げ装置は、汎用されている電力
供給設備を利用して動作を行わせることが出来るので便
利である。しかし上記装置では、曲げ型の下方にあるス
プロケットが、ワークの曲げ加工の邪魔になることがあ
る。例えばワークを３次元的に曲げ加工する場合、即
ち、ワークの複数箇所に夫々異なる方向の曲げを次々と
施していく場合、ワークの先端部がスプロケットに当っ
てしまう場合がある。

【０００４】ワークを３次元的に曲げ加工することが容
易な曲げ装置として次のような構造の曲げ装置がある。
即ち、基枠の前端部に曲げアームが枢着されている。曲
げアームに曲げ型と締め型が備わっている。基枠におけ
る曲げアームの枢着位置よりも後方の位置に駆動アーム
が枢着してある。曲げアームと駆動アームはリンクで結
ばれている。駆動アームには油圧シリンダが連結してあ
る。油圧シリンダが伸長すると、駆動アームが回り、リ
ンクを介して曲げアームが回る。その結果、曲げ型と締
め型との間に挟まれたワークが曲げ型に倣って曲げられ
る。この種の曲げ装置として、例えば米国特許明細書第
4,938,047 号に示されたものがある。このような曲げ装
置は、曲げ型の下方の空間がオープンとなっている為、
ワークの３次元的な曲げ加工を容易に行なえる。

【０００５】しかしこの種の曲げ装置は、油圧シリンダ
を作動させる為に、油圧ポンプや油圧タンク等の大がか
りな付帯設備を必要とする。

【０００６】発明者は、油圧シリンダに代えて電気モー
タによって上記の駆動アームを回すことを試みた。なぜ
なら電気モータはその駆動源として、汎用されている電
力供給設備を利用できるからである。即ち油圧シリンダ
の上記付帯設備に比較して簡単なもので足りるからであ
る。

【０００７】しかし電気モータによって上記駆動アーム
を回すようにしたものは次のような性質がある。即ち、
駆動アームとリンクとのなす角度やリンクと曲げアーム
とのなす角度が、曲げアームのスタート位置からの回動
角度の大きさに応じて変化する。従って、電気モータの
出力軸が一定の速度で回動することによって駆動アーム
が一定の速度で回っても、曲げアームの回動速度は、曲
げアームの回動角度の変化に伴なって変化するという性
質がある。

【０００８】上記の性質はワークの曲げを行なう場合に
後述の問題点を生む。ワークを曲げる為に曲げ装置が動
作する場合、電気モータ、駆動アーム、リンク、曲げア
ーム等は全て慣性を生ずる。従って、ワークを予定の曲
げ角に曲げる場合、曲げアームの回動角度が上記曲げ角
に対応する予定角度に至った点で曲げアームを正確にか
つ衝撃なく停止させる為には、曲げアームが予定角度に
対して一定の角度だけ小さい角度の点まで回ったところ
で電気モータの減速を開始する必要がある。ところが前
記のような性質、即ち曲げアームの回動速度が曲げアー
ムの回動角度の変化に伴なって変化するという性質があ
ると次の問題が生ずる。即ち、上記の予定角度がある特
定の角度のときに曲げアームがその予定角度でぴったり
と止まるように曲げアームの減速速度を定めても、上記
予定角度が上記特定の角度とは異なる他の角度のときに
は、曲げアームの回動速度が異なる為、曲げアームがそ
の予定角度でぴったりと止まらぬ問題点が生ずる。例え
ば、曲げアームの回動速度が大きいと曲げアームは予定
角度をオーバーランする。反対に曲げアームの回動速度
が小さいと曲げアームは予定角度まで至らずに止まって
しまう。これらはいずれもワークの曲げ角の精度を悪く
する。

【０００９】本願発明は上記従来技術の問題点（技術的
課題）を解決する為になされたものである。

【００１０】本発明の目的は、ワークを３次元的に曲げ
加工することが容易な曲げ装置を提供することである。

【００１１】本発明では、曲げアームはその後方の駆動
アームによりリンクを介して回される構造である。従っ
て曲げ型の下には曲げアームがあるのみで、その下方は
オープンとなっている。そのオープンとなった空間には
ワークの既に曲げられた先端部が自由に位置できる。そ
の結果、ワークを３次元的に曲げ加工することを容易に
行ない得る。

【００１２】本発明のもう一つの目的は、駆動アームの
駆動源として電気モータを用いた曲げ装置を提供するこ
とである。電気モータは汎用の電力供給設備を利用して
容易に作動させることが出来る便利性がある。

【００１３】本発明の他の目的は、駆動源として電気モ
ータを用い、しかもリンクを介して曲げアームを動かす
構造のものであっても、ワークを予定の曲げ角に正確に
曲げることのできる曲げ装置を提供することである。

【００１４】本発明では、電気モータの出力軸と曲げア
ームとの間にリンクが介在していても、上記出力軸の回
動速度が制御されることによって、曲げアームは回動角
度の変化にかかわらず一定の速度で回動する。このこと
は、前述のように電気モータの回動による曲げアームの
回動及び電気モータの減速による曲げアームの減速によ
ってワークを曲げ加工する場合、ワークの予定の曲げ角
がどういう大きさであっても、曲げアームの減速を開始
する点での曲げアームの回動速度は同じであるというこ
とである。従って、ワークの予定の曲げ角がどういう大
きさであっても、曲げアームが所定の速度で減速するよ
うに電気モータを減速させてやることにより、曲げアー
ムを予定角度で正確に止めることができる。即ち、ワー
クを予定の曲げ角に精度良く曲げることができる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本願発明における曲げ装置は、基枠と、上記基枠の
前端部に枢着した曲げアームと、上記曲げアームの回動
中心と芯が揃う状態に配置された曲げ型と、上記曲げア
ームに備えさせた、ワークをクランプする為の締め型
と、上記基枠における上記曲げアームの枢着位置よりも
後方の位置に枢着した駆動アームと、上記曲げアームと
上記駆動アームとを結ぶリンクとを含む曲げ装置におい
て、上記駆動アームにそれを回動させる為の電気モータ
の出力軸を連繋させ、上記電気モータには、その出力軸
の回動速度を、曲げアームの回動速度が一定となるよう
に制御する制御手段を付設したものである。

【００１６】

【作用】電気モータの出力軸の回動により駆動アームが
回動する。その回動はリンクを介して曲げアームに伝え
られ、曲げアームが回動する。その結果、締め型によっ
てクランプされたワークが曲げ型に倣って曲げられる。
上記の場合電気モータの出力軸の回動速度が制御され
て、曲げアームは一定の速度で回動する。

【００１７】

【実施例】図１、２、３において、基枠10は本体11とそ
の前端に備わった支持部12から成る。ワークＷは本体11
の上に設けられた周知のキャリッジ（図示外）によっ
て、図１、２に矢印21で示される供給方向に供給され
る。ワークＷとしてはパイプや棒があり、また断面形状
は丸や角がある。尚この明細書中においては、上記ワー
クＷが供給されていく先の側（図２において右方）を前
と言い、その反対の側を後と言う。支持部12には鉛直な
軸13がテーパローラベアリング14によって回動自在に取
付けてある。軸13の上下の端は支持部12から上下に突出
している。曲げアーム15はその元部が二又状となってお
り、その二又部15a,15ａが上記軸13の突出部に取付けて
ある。曲げアーム15には曲げ型取付用の軸15ｂが上記軸
13と芯を揃えた状態に植設してある。この軸15ｂに対し
曲げ型16は交換の為の着脱を自在に取付けてある。曲げ
型16はワークＷが嵌まる溝17を周囲に備える。ワークＷ
を曲げ型16にクランプする為の締め型18が上記曲げアー
ム15上に曲げアーム15の長手方向に移動自在に設けられ
ている。該締め型18は曲げアーム15内に備えられている
移動機構によって、周知のように曲げ型16に向け遠近移
動される。締め型18は曲げ型16と対向する側にワークＷ
が嵌まる溝19を有する。支持部12には受け型（圧力型と
も呼ばれる）20が備わっている。受け型20はワークＷを
曲げ加工するときのワークＷの反力を受ける。受け型20
は曲げ型16の半径、ワークＷの太さに応じて、ワークＷ
の供給方向とは直角な水平方向に矢印で示されるように
位置替えできるようになっている。

【００１８】次に上記曲げアーム15を軸13と共に回動さ
せる為の駆動機構22について説明する。駆動用の電気モ
ータ23が本体11に取付けたブラケット24に取付けてあ
る。このモータ23としては例えば減速機付のサーボモー
タが用いられる。モータ23の出力軸25は軸13よりも後方
の位置において鉛直状態となっている。駆動アーム26が
その一端において上記出力軸25にキー25ａによって固着
してある。駆動アーム26の他端は上下に二又状になって
いる。リンク28は駆動アーム26と曲げアーム15とを連結
する。リンク28の一端は駆動アーム26の二又部27, 27の
間に位置しており、二又部27, 27に固定されたピン29に
ベアリング30によって回動自在に連結してある。リンク
28の他端は、曲げアーム15の下面に突設された連結用の
軸片31にベアリング32によって回動自在に連結してあ
る。軸片31に取付けたエンドキャップ33は軸片31からの
リンク28の外れを防止する。

【００１９】図２に示されるように、支持部12の下に曲
げアームの回転角度を検出する為の検出機構35が備わっ
ている。角度検出器として用いられるエンコーダ36が支
持部12にステー37によって取付けてある。エンコーダ36
の回転軸（入力軸）38にタイミングプーリ39が取付けら
れている。曲げアーム15の二又部15ａの下にタイミング
プーリ40が軸13と芯を揃えた状態に取付けてある。両タ
イミングプーリ39, 40にタイミングベルト41が掛け渡さ
れている。

【００２０】次に図３に基づき曲げアーム15、駆動アー
ム26、リンク28等の関係を説明する。これらは、固定リ
ンクとして機能する前記の基枠10及びブラケット24と共
に、４リンク機構を構成している。本例では、各リンク
の長さL1〜L4、即ち、軸13の中心O1と出力軸25の中心O2
との間の距離L1、軸13の中心O1と軸片31の中心Ａとの間
の距離L2、出力軸25の中心O2とピン29の中心Ｂとの間の
距離L3、軸片31の中心Ａとピン29の中心Ｂとの間の距離
L4の関係は、次の数式１のようになっている。

【００２１】

【数１】Ｌ３＞Ｌ４＞Ｌ２＞Ｌ１

【００２２】更に具体的には、L1が62.6mm、L2が70mm、
L3が122mm 、L4が98.7mmである。これにより、駆動アー
ム26の回動角度θが約１００゜のときに、曲げアーム15
の回動角度αが約１８０゜となる。即ち駆動アーム26の
回動角度が拡大されて曲げアーム15が回動する。尚、各
リンクの長さの大小関係は上記数式１の関係に限られる
ものではなく、駆動アーム26の回動角度θに対して、所
望する曲げアーム15の回動角度αが得られるように定め
れば良い。

【００２３】次に図４に基づき、電気モータ23の制御手
段50について説明する。制御手段50は、曲げ角設定手段
51と、比較手段52と、サーボ増幅手段53と、補正手段54
と、駆動増幅手段55と、前記角度検出器36とで構成され
ている。曲げ角設定手段51、比較手段52、サーボ増幅手
段53及び駆動増幅手段55は周知のサーボ制御機構におい
て知られたものと同様のものである。補正手段54はサー
ボ増幅手段53の出力に後述の如き補正を加える為のもの
である。上記符号51〜55で示される各手段は、例えばコ
ンピュータのハードウエアとそれを働かせる為のソフト
ウエアによって構成される。しかしディスクリートな電
気回路によって構成しても良い。その場合、各手段は曲
げ角設定器51、比較器52、サーボ増幅器53、補正回路5
4、駆動増幅器55等と呼ばれる。機能には差異は無い。
前記駆動アーム26、リンク28及び曲げアーム15が被駆動
系56として示されている。

【００２４】次に上記曲げ装置によるワークＷの曲げ加
工を説明する。曲げアーム15が図１に、又図３において
は実線で夫々示されるスタート位置（この例ではワーク
Ｗの供給方向21と直交する状態となる位置）にある状態
において、ワークＷは矢印21方向に供給され、曲げ加工
すべき箇所が曲げ型16と締め型18との間に位置される。
そしてその箇所が締め型18によって曲げ型16にクランプ
される。又、受け型20が矢印方向に適宜移動されてワー
クＷに当接させられる。次に制御手段50による制御によ
って電気モータ23が駆動される。電気モータ23の出力軸
25の回動により駆動アーム26が図３において時計回りに
回動する。その回動力はリンク28を介して曲げアーム15
に伝えられ、曲げアーム15が時計方向に回動する。曲げ
アーム15上の曲げ型16と締め型18はワークＷを挟んだま
ま曲げ型16の中心の回りに回動し、ワークＷは曲げ型16
に倣って曲げられる。曲げアーム15の回動はワークＷの
予定の曲げ角と対応する予定角度（ワークＷの予定の曲
げ角にワークＷのスプリングバックを加えた角度）まで
行なわれる。予定角度までの曲げアーム15の回動が完了
すると、次に締め型18によるワークＷのクランプが解か
れ、電気モータ23の出力軸25の逆転によって曲げアーム
15が元のスタート位置まで戻される。これによって上記
箇所でのワークＷの曲げ加工が完了する。

【００２５】上記のような動作によるワークＷの曲げ
が、ワークＷにおいて夫々曲げを施すべき箇所に対して
次々と繰り返されて、ワークＷは所定の３次元形状に加
工される。

【００２６】次に上記ワークＷの曲げ加工の場合におけ
る制御手段50による電気モータ23の制御について説明す
る。曲げ角設定手段51には曲げアーム15を回動させる予
定角度が設定されている。一方曲げアーム15のスタート
位置からの回動角度は角度検出器36によって検出され
る。比較手段52は角度設定手段51から与えられる予定角
度の信号と角度検出器36から与えられる回動角度の信号
を比較し、両者の角度の差に応じた信号を出力する。サ
ーボ増幅手段53はその信号を受けて、電気モータ23の出
力軸25を回動させるべき速度に対応した信号（例えば電
圧信号）を出力する。この場合、補正手段54は角度検出
器36からの角度の信号を受けて、その角度に対応する補
正値（出力軸25の回動速度の補正値）をサーボ増幅手段
53に与える。従って、サーボ増幅手段53からの出力信号
は、その補正値による補正が加えられた信号となってい
る。駆動増幅手段55はサーボ増幅手段53からの信号を受
け、それに対応した電力を電気モータ23に供給する。そ
の電力によって電気モータ23の出力軸25が回動し、被駆
動系56が駆動される。

【００２７】ここで上記補正手段54による補正について
説明する。上記被駆動系56では、上記電気モータ23によ
る駆動アーム26の回動がリンク28を介して曲げアーム15
に伝えられ、曲げアーム15が回動する。この場合、駆動
アーム26とリンク28とのなす角度やリンク28と曲げアー
ム15とのなす角度が、曲げアーム15のスタート位置から
の回動角度の大きさに応じて変化する。この為、曲げア
ーム15の回動角度と、その回動角度での曲げアーム15の
一定の動作角度（例えば１°）に対する電気モータ23の
出力軸25の動作角度との関係は、例えば後に示す表１の
（ａ）欄と（ｂ）欄に示されるようになる。即ち図５に
示されるようなカーブを描く関係になる。そこで補正手
段54には、電気モータ23の出力軸25の回動速度を、曲げ
アーム15の回動角度の変化に伴ない上記図５のカーブと
同じカーブを描いて変化させるよう、表１の（ｃ）欄に
示されるような補正値が予め記憶されている。この
（ｃ）欄の補正値は、一例として曲げアーム15の回動角
度が51°〜60°の場合における（ｂ）欄の値を基準値と
して、種々の角度における（ｂ）欄の各値をその基準値
で除して得られた値である。

【００２８】

【表１】

【００２９】上記のような補正値が補正手段54からサー
ボ増幅手段53に与えられて、サーボ増幅手段53は電気モ
ータ23の出力軸25を、比較手段52からの信号によって定
まる回動速度に補正値の倍率を乗じた速度で回動させる
為の信号を出力する。

【００３０】上記のような補正が加えられて電気モータ
23の回動が制御される結果、電気モータ23の出力軸25の
回動速度は、曲げアーム15の回動角度の変化に伴ない図
５のカーブと同じカーブを描いて変化する。その結果、
曲げアーム15は回動角度の変化にかかわらず一定の回動
速度で回動する。

【００３１】上記のように曲げアーム15が定速回動し
て、それが予定角度に対して予め定められた一定の角度
例えば10°だけ小さい角度の点（以下減速開始角度と呼
ぶ）まで至ると、次のようにして電気モータ23の減速が
行なわれる。即ち、比較部52からの信号が上記一定の角
度の信号となると、サーボ増幅手段53はその出力を減ず
る。それにより駆動増幅手段55の出力も減じて電気モー
タ23の出力軸25の回動速度が減速する。この場合、曲げ
アーム15の回動角度が一定値例えば１°進む毎にその曲
げアーム15の回動速度が予め定めた値例えば前記曲げア
ーム15の回動速度（定速）を上記一定の角度で除した値
ずつ減少するよう、比較手段52からの信号に基づいてサ
ーボ増幅手段53はその出力を減ずる。その結果、曲げア
ーム15は円滑に減速し、予定角度で正しく停止する。

【００３２】次に種々の実施態様を説明する。支持部12
の先端部と曲げアーム15の元部との位置関係が、前者が
上側に位置する関係に構成される場合、曲げ型16は曲げ
アーム15の回動中心と芯が揃う状態で支持部12に回動自
在に取付けてもよい。この場合、曲げアーム15の回動に
よりワークＷは前記の場合と同様に曲げられる。一方上
記の場合、曲げ型16を支持部12に固定的に取付けてもよ
い。この場合は、曲げアーム15の回動により締め型18は
曲げ型16の回りを公転する。その結果、ワークＷは順々
に先の部分に向かって締め型18により曲げ型16に押し付
けられて行き、曲げ型16に倣って曲げられる。また他の
例として、曲げ型としては相互に曲げ半径の異なる二つ
の溝を上下に備えるものを用い、締め型としても各々に
対応する溝を上下に備えるものを用いてもよい。更に
又、前記４リンクの長さL1〜L4を適宜選択することによ
り、駆動アーム26の回動角度θが縮小されて曲げアーム
15が回動するようにしても良い。即ち、電気モータ23の
出力軸25の回動トルクに比べて、曲げアーム15が大きい
曲げトルクを発生できるようにしても良い。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本願発明にあっては、前記
目的を達成して、ワークを容易に３次元的に曲げ加工で
き、しかも汎用の電力供給設備を利用して作動させるこ
とが出来、その上、ワークを予定の曲げ角に精度良く曲
げることの出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】曲げ装置の一部破断斜視図。

【図２】曲げ装置の側面図。

【図３】曲げアームの駆動機構の平面図。

【図４】制御手段のブロック図。

【図５】曲げアームの回動角度と、その回動角度での曲
げアームの動作角度１°に対する電気モータの出力軸の
動作角度との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

10 基枠 15 曲げアーム 16 曲げ型 18 締め型 23 電気モータ 25 出力軸 26 駆動アーム 28 リンク 50 制御手段

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基枠と、上記基枠の前端部に枢着した曲
   げアームと、上記曲げアームの回動中心と芯が揃う状態
   に配置された曲げ型と、上記曲げアームに備えさせた、
   ワークをクランプする為の締め型と、上記基枠における
   上記曲げアームの枢着位置よりも後方の位置に枢着した
   駆動アームと、上記曲げアームと上記駆動アームとを結
   ぶリンクとを含む曲げ装置において、上記駆動アームに
   それを回動させる為の電気モータの出力軸を連繋させ、
   上記電気モータには、その出力軸の回動速度を、曲げア
   ームの回動速度が一定となるように制御する制御手段を
   付設したことを特徴とする曲げ装置。
2. 【請求項２】 駆動アームの回動中心から駆動アームに
   対するリンクの連結位置までの距離が、曲げアームの回
   動中心から曲げアームに対するリンクの連結位置までの
   距離よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の曲げ
   装置。
3. 【請求項３】 制御手段が、曲げアームの回動角度を検
   出する為の角度検出器と、上記曲げアームを回動させる
   予定角度を設定する為の曲げ角設定手段と、上記曲げ角
   設定手段からの予定角度の信号と、上記角度検出器から
   の回動角度の信号とを受けて、両角度の差に対応する信
   号を出力する比較手段と、上記角度検出器からの回動角
   度の信号を受けてその回動角度に対応する補正値を出力
   する補正手段と、上記比較手段からの信号と上記補正手
   段からの補正値とを受けて、比較手段からの信号によっ
   て定まる電気モータの回動速度に上記補正値による補正
   を加えた速度で電気モータを回動させるための信号を出
   力するサーボ増幅手段と、上記サーボ増幅手段の出力を
   受けて電気モータを駆動する駆動増幅手段とを含むこと
   を特徴とする請求項１記載の曲げ装置。