JP4746241B2 - ダイに用いる圧力作動のピストンとシリンダとのユニット - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術の分野】
本発明はダイブロックと供用される圧力作動のピストンとシリンダとのユニットに関する。このようなユニットは、管を水圧形成(ハイドロフォーミング)する際、穴をあけたり管の側壁にくぼみをつけたりするためのダイ押抜きユニットと供用することができる。
【0002】
【従来技術】
ダイと関連させて押抜きユニットを配置し穴あけを実行することは難しい。特に例えば管の壁部、成形された容器、突き出た輪郭の部材、アクセスできない、つまり手の届きにくい領域を持つダイに包囲された複雑な形のアイテムの穴あけは難しい。そのようなアイテムの孔は多くの場合きりもみできるが、今日では押抜きの方が好ましい。なぜなら市場で入手できるシリンダが押抜きユニットの簡単な組立体の役に立ち、一般に低いコストでの押抜きを可能にするからだ。このような環境において、例えばフックスジュニア(Fuchs,Jr.)に付与された米国特許第3,487,668号及びメイソン(Mason)に付与された同第4,989,482号に記述されるように、ダイは材料の背面と接触して加圧流体と関連して使用できる。これらの水圧形成方式において、ダイ押抜き具は形成用ダイブロック内に収容される要がある。押抜き具が進行し材料の前面と係合するにつれて、工作物の背面は加圧流体により支持される。押抜き具の前縁部により材料に加えられる機械的な力と、加圧流体により工作物の背面に加えられる力とを受けてくぼみが達成される、つまりスラグがはぎ取られる。
【0003】
エルンスト(Ernst)に付与された米国特許第2,173,358号は、往復運動をするピストンを備えた工作物エゼクタ付きプレスを開示する。エルンストはかなり複雑な水圧管方式に言及している。ピストン引出し口はユニットの背面に設置され、対応する水圧ピストンの引込み導管はユニットの前面を巡ってユニットの側部に達する。ピストン引込み口はダイ押抜きユニットの先端部に設置され、対応するピストンの引出し導管はぐるっと巡ってユニットの側部に達する。ユニットはボルトによりユニットの前面で固定される。
【0004】
ランスキー(Lansky)に付与された米国特許第3,027,877号は、ダイに用いる流体圧モータを開示する。ランスキーのユニットは緩衝手段を提供する。これはピストンにその行程の終りで円滑な停止を与え、戻り行程においてピストンを支援する。ランスキーはユニットの背面にあるピストン引出し口及びピストン引込み口と、ユニットに対して直角に伸びる絞り弁とに言及している。ユニットはボルトによりユニットの前面と背面とで固定される。
【0005】
ヘイスティングス(Hastings)に付与された米国特許第3,185,042号及びマンデルコ(Mandelko)に付与された同第3,188,923号は、往復運動するピストンを備えた空気シリンダに言及する。双方ともシリンダの背面に配置されるピストン引出し口と、シリンダの前面に配置されるピストン引込み口とに言及する。ヘイスティングスはシリンダの前面及び背面の両方のボルトを記載するが、マンデルコはシンリンダを他の装置に固着するための装置には言及していない。
【0006】
どの従来技術も、形成用ダイブロックへのユニットの収容を容易にしかつ支援するように構成された、圧力作動のピストンとシリンダとのユニットには言及しない。上述した特許などの周知の設計の構成は多数の部品を有するため組み立てるのが難しく、しかもこれらの部品は破損しがちで、取り付け、修理、交換が困難である。さらに周知の設計は形成用ダイブロックの、多くの場合制限される領域と関連の機械とに首尾よく調和がとれていない。
【0007】
【本発明の概要】
本発明はダイブロックに用いる圧力作動のピストンとシリンダのユニットを提供する。ピストンとシリンダのユニットは、背面を有しかつダイブロックと連通する前面を有する本体と、本体内の孔の中を往復運動するピストンと、ピストン引出し口と流動連通するピストン引出しチャンバと、ピストン引込み口と流動連通するピストン引込みチャンバと、ユニットをダイブロックに固定するためのボルト手段を収容する、ユニットの背面に達するボルト手段容器とを備える。ピストン口はユニットの背面に設置される。
【0008】
本発明はまた、一体のシリンダ筐体を備えたシリンダユニットを提供する。本発明はさらに硬化鋼から作られるロッドを備えたピストンとシリンダのユニットを提供する。
【0009】
1実施形態において本発明はさらに、ピストン引込みチャンバと流動連通する、ユニットの背面に達した抽気(ブリーダ)ねじ通路を提供する。好ましい実施形態において、抽気通路は直接ピストン引込みチャンバと連通する。他の好ましい実施形態において、抽気通路は直接ピストン引出しチャンバと連通する。
【0010】
好ましい実施形態において、ピストンとシリンダのユニットは複数のボルト手段容器を備える。さらなる好ましい実施形態において、ボルト手段容器は背面を凹ませて作ってある。さらなる好ましい実施形態において、ダイブロックは水圧形成されるダイブロックである。
【0011】
【実施例】
以下本発明の理解を容易にするため、実施例を説明する。説明は例として与えられ、本発明を制限するものではない。
【0012】
本発明のピストンとシリンダのユニットはダイ押抜き具として用いられ、穴をあけたり、工作物例えば管の側壁にくぼみを作ることができる。その間、加工物は例えば水圧形成においてダイの中に整形される。ピストンとシリンダのユニットはダイの壁部に組み込まれ、一般に2つのそのようなダイがプレスにより共に閉塞されて工作物を閉じ込める間に作動する。さらに思料されるように、本発明のピストンとシリンダのユニットはエゼクタ等として使用され、部品をダイから分離及び/または放出できる。この場合ユニットは通常ダイが開いた状態にある時に作動する。またピストンとシリンダのユニットは、ダイシリンダを必要とするその他任意の目的に使用できる。本発明は特に、限られた空間で多数のシリンダを必要とする場合に有用である。
【0013】
押抜き具など動く部品の摩損や破損のため、ユニットあるいはその部品の保守や交換が周期的に必要となる。図1に示した周知の構成では、入力及び出力導管10はピストンとシリンダのユニット12の側部から軸線「Z」に対して直角に突き出し、ピストンは軸線「Z」に沿ってユニット内を往復運動してダイに至る。この構成は、ユニットを取り付けこれを作動させるためユニットの周りにダイ20に対して広い開口つまりすきまを設けなければならず、水圧の入出力導管10がユニットから突出する余地もなければならない。さらに、ユニットをダイ20に固着するボルト14に手を伸ばすためにもすきまが必要である。
【0014】
図4は本発明によるピストンとシリンダのユニット12の断面図である。図2、3、及び4について説明すると、本発明のピストンとシリンダのユニットは、相対向する平らな側面26aを有する円筒形の本体26を持つ。本体26は好ましくは一枚の鋼から構成される。
【0015】
本体26はロッドを含み、ロッドは3つの連続部分、すなわちロッド先端部40、ロッド中心部41及びロッド基部34から成る。ロッド中心部41とロッド基部34とは円筒形である。ロッド先端部40は相対向する平坦面40aを持つ円筒形である(図3に図示)。ロッド先端部40はそのツール表面52にダイや押抜き具、その他のツールを支持し、工作物に力を加えることができる。
【0016】
ロッドは好ましくは一枚の硬化鋼から構成される。図示したように、ツール表面52は大きな取付け用端部であるのが好ましい。
【0017】
ピストンとシリンダのユニットはダイブロック70に固着される。典型的には、ダイ内に装着された工作物を形成するため、ダイブロックは下方のダイに対して前進するようにされた上方のダイを含む。工作物は一部水圧形成によって成形される管であるのが好ましい。上方または下方のダイ、あるいはその双方は深座ぐりされて本発明のピストンとシリンダのユニット12を収容する。図3について説明すると、前面42に円形断面のプラグ38がロッド中心部41の外径を取り巻いて設けられ、ダイブロックに対して孔48を封止する。
【0018】
ピストンとシリンダのユニット12は押抜きツールを受け入れるように組み立てられ、押抜きツールはロッド先端部40により中心線「Z」に沿って前進し、工作物を突き抜けたり当接したりする。これにつれて上方ダイと下方ダイとの形成動作が完成される。ピストンとシリンダのユニット12は中心線Zと整列したダイの深座ぐりの中に引込み、押抜きツールで工作物を貫いたり凹ませたり、あるいは工作物を放出したり、その他任意の要求された仕事を実行する。
【0019】
ピストンとシリンダのユニット12は水圧で作動し、弁のマニフォルドを装着してシリンダユニット12のピストン引出し口23とピストン引込み口22とを適当なラインにより連結できる。マニフォルドを急速接続/切断する連結器を設け、ピストン引出し口23とピストン引込み口22とを外部の水圧源に連結できる。このような急速接続連結器方式は水圧や空気圧ラインの連結を可能にする。これらは市場で入手でき、かつ当業において周知である(例えばイリノイ州ナイルズ(Niles)のCejin Industrial Corporationやオハイオ州クリーブランドの Parker Hannifinにより)。
【0020】
ユニット12の詳細は図4を参照することにより明らかとなる。ハウジングシリンダ26には背面24と前面42とがある。ハウジングシリンダ26はロッド中心部41とロッド基部34と水圧作動要素とを囲繞する。
【0021】
ロッド基部34は封止リング50に固着され、封止リング50はロッド基部34の周囲に配設される。封止リング50は固定された関係でピストン58に固着される。ロッド基部34はロッドとピストンとのキー62によりさらにピストン58に固定できる。このようにすることによりロッドはピストン58に固着される。他の実施形態において、ロッド基部34とピストン58は互いに溶接やおすめすのねじばめ、その他当業で周知の適当な手段により固着できる。さらに図4に見られるように、ピストン58はロッド中心部41に対して締りばめされる。他の実施形態において、ピストン58とロッド中心部41とロッド基部34は1つの連続部品とすることができる。
【0022】
このためピストン58が動くと、ピストン58は軸線「Z」に沿ってロッド基部34及びその対応するロッド部分41とロッド先端40とを運搬する。ピストン58の外周と内孔48間に、内孔48を摺動するオーリングによりピストンのシール56が設けられる。本明細書においてピストンシール56はオーリングによりもたらされるとして図示し記述するが、当業において周知の任意適当な封止方式がピストンシール56に使用可能である。
【0023】
ピストンの引出しチャンバ45はピストン58とピストン引出し口23との間の空間である。ピストン引込みチャンバ44は先端嵌合部46とピストン58間の空間であり、ピストン引込み導管25と流動連通する。ピストンシール56とシールリング50は組み合って、ピストン引出しチャンバ45及びピストン引込みチャンバ44を中で発生する圧力に抗して流体耐密にする。このようにすることによりピストン58は軸線「Z」に沿ってロッドとともに移動しながら、ピストン引出しチャンバ45及びピストン引込みチャンバ44に対する流体耐密シールを維持できる。
【0024】
先端嵌合部46はハウジングシリンダ26の前面42近傍で孔48の中に固着される。先端嵌合部46は先端部嵌合キー60によりシリンダ26に対して固着され、嵌合キー60はシリンダ26と先端嵌合部46とに溶接可能である。また、先端嵌合部46は当業で周知の任意の手段、例えば先端嵌合部46のシリンダ26内孔48へのねじ切りによりシリンダ26に固着できる。
【0025】
先端嵌合部46の先端ロッドシール66はオーリングやその他当業において周知の適当なシールを備える。円形の断面を持つ先端ロッドシール66は、軸線Zに沿って先端嵌合部46の内孔とロッド中心部41の外径間を摺動しながら封止を行う。先端嵌合部46は内孔48に対して固定し、このため引込みチャンバ44はシリンダの内孔48及び先端嵌合部46間の連結締りばめと、先端部嵌合キー60と、オーリングまたはその他当業において周知の手段とにより封止される。このようにすることにより先端嵌合部46はロッド中心部41とシリンダ26間の界面シールとして作用し、ピストン引込みチャンバ44の表面に対する封止を作り出す。
【0026】
引出しチャンバの抽気通路27はシリンダを貫通する孔を通って、背面24に挿通される抽気ねじ30からロッドとピストン58とを容れる孔にあるピストン引出しチャンバ45にまで設けられる。抽気通路27を用いて系統を通る幾分抽気(パージ)された流れを確立し、系統の抽気により気泡を除去する必要性、つまり系統の過剰な圧力を放出する必要性を排除できる。同様に引込み抽気通路28もユニット12を直角に貫通する孔として設けられ、引込み導管25を抽気ねじ30に連結し、引込み系統を通る抽気された流れを確立する。引込み抽気通路28は中ぐりされた後、抽気シール36により抽気ねじ30の反対端部にて封止される。
【0027】
抽気通路28を通って液体や気体を放出するのに必要な圧力、つまり抽気系統を通る実際の液体や気体の放出は抽気ねじ30の調節により制御できる。記述した好ましい実施形態において抽気の圧力は抽気ねじ30により制御されるが、その他当業において周知の圧力弁など制御された圧力放出手段も使用可能である。
【0028】
図2は本発明の圧力作動のピストンとシリンダのユニット本体12の背面斜視図を示す。ピストン引込み口22、ピストン引出し口23、抽気ねじ30、及びボルト容器32は全てシリンダ26の背面24に配設される。したがって、ユニットの修理交換のため手の届く必要のある全ての要素は背面24に配置される。このため、修理や組立、分解のためユニットとダイの間に少しのすきまも必要としない。ピストン引出し口23、ピストン引込み口22、抽気ねじ30、及びボルト容器32は全てユニット12の背面24に配設されるため、導管は引込みの軸線「Z」に平行である。図4について説明すると、ピストン引込み口22の背面に面した配置は、部分的に引込み通路25をシリンダ本体26内に引込みの軸線「Z」に平行に配置することで可能となる。通路25は軸線Zに沿ってシリンダ26を中ぐりされる。
【0029】
また組立と分解を容易にし押抜き具に手を伸ばして修理できるようにするため、ユニットにボルト容器32を配設し、ボルトの頭がユニットの背面に配置されるようにしてアクセスが容易にできるようにする。全体のユニットはダイの狭い凹部にぴったり装着できる。記述した好ましい実施形態においてユニットはボルトによりダイに固着されるが、その他当業において周知の固定手段も使用可能である。さらにアクセスを容易にするため、ボルト容器32を凹ませてボルト用凹部33とする。このため、ボルトの頭(図示せず)は適所にある際、背面24での操作を妨害しない。
【0030】
実用に際して、ピストン58は前進復帰行程を実行しながら、シリンダ26内を往復運動し工作物に対して接近離反する。第1と第2の対向領域はシリンダ孔にピストン引出しチャンバ45とピストン引込みチャンバ44とを画定する。ポンプ装置(図示せず)は以下に述べる方法により液体や気体を変換方式で供給する。変換供給は外部の制御装置からの、つまりピストン58の位置や変位に反応するセンサからの制御信号に反応して電気水力学的に作動させることができる。
【0031】
強力な力が必要な時、例えば押抜き動作中工作物を貫く時には第1の圧力が作動する。第1の圧力はピストン引出し口23を介してピストン引出しチャンバ45に供給される。ピストン58への強力な圧力と、ピストン58及びロッド基部34間のロックばめとにより、ロッドはシリンダ26から外へ押しやられる。電気水力学的制御装置はピストン引込みチャンバへ圧力を切り換えることができるが、供給圧力によりピストン引込みチャンバの連続的維持も可能である。いずれの場合も押抜き行程の後、制御装置はピストン引出しチャンバ45への圧力を弱める。そしてピストン引出しチャンバ45とピストン引込みチャンバ44間の圧力差がピストンに正味の復帰力を与え、ピストンとロッドとの戻り行程を実行させる。与えられた当座の仕事の要求通りに、工作物が貫かれたり押し下げられたり凹まされた後に、ポンプ装置は切り替えられ圧力は元に戻る。
【0032】
周知の従来技術とは異なり、本ユニットはダイを中ぐりされた円筒形のポケットに嵌合でき、一体の本体から組み立てられ構成される。このため全体のユニットはダイの狭い凹部にぴったりと取りつけることができる。さらに、一体設計によりユニットの構造は簡易化される。一体の本体を有することの他の顕著な利益は、ユニット全体を従来技術の該当ユニットより小型かつ簡潔に製造できることである。その原因は一つには、一体構造により従来技術に比してシリンダ26の構造的保全性が強化されるからである。
【0033】
本発明の他の特徴は抽気通路と抽気ねじとの配置である。従来技術において、一般に抽気通路と抽気ねじにはシリンダの側部から手を届かせる(上述のランスキーへの米国特許を参照)。これは時として抽気通路にダイを貫通して伸長することを要請し、このことはもちろん実際のダイの精密な穴あけを必要とする。
【0034】
対照的に、図4に示した本発明においては抽気通路28は直接引込み通路25と連通する。抽気通路28は軸線「Z」に対して直角である一方、抽気ねじ30は軸線「Z」と平行に配置され、抽気ねじ30の頭はシリンダ26の背面24から突出する。このようにすることにより抽気ねじ30に容易に手が届き、ユニットがダイ構造体の窮屈な領域に配置されてもねじ30にアクセスすることができる。この配置によりさらに抽気ねじ30の組立体は、従来の技術において必要とされたダイの精密な中ぐりなしに、抽気通路と抽気ねじとの開口を作ることができる。
【0035】
したがって本発明は、シリンダの背面にのみ配設されるシリンダ取付けボルトとシリンダの背面に配設される抽気ねじとを備えるピストンとシリンダとのユニットを提供する。この設計は、従来技術のピストンとシリンダのユニットであれば収容され得ないダイ構造体の窮屈な領域に、ユニットを配置させることができる。窮屈な領域に配置可能なシリンダを有することは、ダイとユニットとの組み立て/分解を許容し、押抜きユニットをより精密に設置することができる。このため工作物に押し抜きされる穴の数及び該当位置を超える柔軟性が増強される。同様に、本発明によりユニットのダイへの載置を可能にするため、従来技術でできる以上に工作物の割り線近くで穴を押し抜きできる。シリンダユニットがより接近できることはさらに、一連の次々と付勢されるシリンダに本発明のユニットを使用することができる。
【0036】
ピストンとシリンダのユニットのコンパクトなサイズはまた、ユニットの取付けに必要とされるダイの加工を減らし、このため加工されたダイの強度を増強しかつ、シリンダユニット及びシリンダユニットの取り付けに掛る総コストを減少させる。
【0037】
さらに、ボルトを用いてユニットの背面でだけユニットをダイブロックに固定することと、ユニットの背面にだけ配設されるピストン口とにより、従来の技術で利用できるプラグより小型の、円形断面プラグ38にすることができる。このことは、ダイとユニットとのしまりばめを確立するのに必要な加工労力を減少させ、保守、取り外し、交換を容易にし、ユニットをダイの他の部位により近く、また特にダイ及び周囲の構造体の到達困難な領域に対して配置できる。したがって本発明は複動プレスの複数のダイセットツーリングを迅速に変更する装置を提供し、従来技術と比してより確実にユニットをダイに装着する。さらに、図3の円形断面プラグ38の領域を円形に組み立てることにより、ダイとユニットの間で封止する要のある範囲の全領域は他の形状と比して小さくなり、したがって容易に向上したはめ合いが得られる。
【0038】
さらに、(a)一体構造と、(b)ピストンとシリンダのユニットの背面にある抽気ねじと、(c)押抜き具を支持し、かつ市場で入手できるユニットと比してシリンダ本体26の長さを短縮可能にする利点に寄与する要素としても働く硬化鋼のピストンと、を有することにより、ピストンとシリンダのユニット本体を簡潔にすることができ、これにより取扱いと保守とが容易になる。
【0039】
本発明の他の利益は、本発明のユニットを図1の従来の技術と対照することにより実証できる。図1に示すように、押抜き具の支持体16がピストン18と押抜き部片15の間に挿入される。押抜き具支持体16は硬化鋼の部品であって、穴あけ動作中に押抜き部片15を介して伝達される衝撃を支えることによりピストン18を支援する。押抜き具支持体16は、押抜き具が軟質の金属から作られる工作物には穴あけを行わずくぼみを作りがちであることに対処する必要がある。
【0040】
本発明の設計は小型で簡潔なユニットを組立てるため、ロッド先端部40は硬化された腐食に強い鋼から構築でき、押抜き具が工作物を貫く際、直接これを支持できる。したがって、第2の、特別な押抜き具支持体のダイ部品は最早必要とされず、硬化鋼のピストンにすることによりロッドと押抜き具間に特別なダイ部品を使用することは免除される。
【0041】
本発明に対してなすことのできる様々な変更や修正があることは当業者には明らかであろう。これらの変更や修正はこの開示で言及したことに含まれ、本発明は添付したクレームの範囲によってのみ限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来技術による圧力作動のピストンとシリンダのユニットの断面図である。
【図2】 本発明のピストンとシリンダのユニットの背面斜視図である。
【図3】 図2のピストンとシリンダのユニットの正面斜視図である。
【図4】 図2のピストンとシリンダのユニットの断面図である。
【符号の説明】
12 ピストンとシリンダとのユニット
22 ピストン引込み口
23 ピストン引出し口
24 背面
25 ピストン引込み導管
26 ハウジングシリンダ
27 引出しチャンバ抽気通路
28 引込み抽気通路
30 抽気ねじ
32 ボルト容器
33 ボルト用凹部
34 ロッド基部
36 抽気シール
38 円形断面プラグ
40 ロッド先端部
41 ロッド中心部
42 前面
44 ピストン引込みチャンバ
45 ピストン引出しチャンバ
46 先端嵌合部
48 内孔
50 シールリング
52 ツール表面
56 ピストンシール
58 ピストン
60 先端部はめ合いキー
62 ロッドとピストンとのキー
66 先端ロッドシール
70 ダイブロック

Claims (11)

  1. ダイブロックに用いる圧力作動のピストンとシリンダとのユニットであって、
    背面を有し、かつ前記ダイブロックと連通する前面を有する本体と、
    前記本体内の前記ピストンの軸線であるZ軸に沿った孔の中を往復運動する前記ピストンと、
    ピストン引出し口と流動連通するピストン引出しチャンバ及びピストン引込み口と流動連通するピストン引込みチャンバと、
    前記本体の前記背面と前記ピストン引出しチャンバ及びピストン引込みチャンバの少なくとも一方との間に延在する抽気通路と、
    前記ピストンに固着されたロッドと、
    前記ユニットを前記ダイブロックに固定するボルトを収容し、前記前面より延在して前記本体の背面に達するボルト容器であって、前記ボルトは前記ボルト容器を介して前記ダイブロックに至ることで前記ユニットを前記ダイブロックに固定すると共に該固定の際に前記ボルトの頂部が前記本体の前記背面に位置するように構成されたボルト容器と、を備える圧力作動のピストンとシリンダとのユニットにおいて、
    前記ピストンの前記引出し口及び前記引込み口は前記本体の背面に配設されることを特徴とする圧力作動のピストンとシリンダとのユニット。
  2. 請求項1に記載のピストンとシリンダとのユニットにおいて、前記本体は一体であることを特徴とするピストンとシリンダとのユニット。
  3. 請求項1に記載のピストンとシリンダとのユニットにおいて、前記ロッドは硬化鋼であることを特徴とするピストンとシリンダとのユニット。
  4. 請求項1に記載のピストンとシリンダとのユニットにおいて、前記前面は円形であることを特徴とするピストンとシリンダとのユニット。
  5. さらに複数の前記ボルト容器を備えることを特徴とする請求項1に記載のピストンとシリンダとのユニット。
  6. 請求項1に記載のピストンとシリンダとのユニットにおいて、前記ボルト容器は前記背面を凹ませて作られることを特徴とするピストンとシリンダとのユニット。
  7. 請求項1に記載のピストンとシリンダとのユニットにおいて、前記ピストン引込み口は引込み導管を介して前記ピストン引込みチャンバと連通し、前記引込み導管は前記ロッドと平行に前記ピストンとシリンダとのユニットの中を伸長することを特徴とするピストンとシリンダとのユニット。
  8. 請求項1に記載のピストンとシリンダとのユニットにおいて、前記ダイブロックは水圧形成されるダイブロックであることを特徴とするピストンとシリンダとのユニット。
  9. 請求項に記載のピストンとシリンダとのユニットにおいて、前記抽気通路は前記ピストン引出しチャンバと直接連通することを特徴とするピストンとシリンダとのユニット。
  10. 請求項に記載のピストンとシリンダとのユニットにおいて、前記抽気通路は前記ピストン引込みチャンバと直接連通することを特徴とするピストンとシリンダとのユニット。
  11. 請求項1に記載のピストンとシリンダとのユニットにおいて、前記ユニットは円筒形であることを特徴とするピストンとシリンダとのユニット。
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