JP5034737B2 - プレス機 - Google Patents

Description

本発明は、塑性加工を行うプレス機に係り、特に、金属薄板などの板材をストロークやモーションを変更して高速で加工でき、小型化を図ることができるプレス機に関する。

従来から板材の加工に用いられるプレス機には、種々の形式があり、一般的な機械プレスとしては、クランク軸を回転させることでスライドを往復させるクランクプレス、ネジ軸を回転させることでスライドを往復させるネジプレス、カムを回転させることでスライドを往復させるカムプレスなどがある。

クランク機構を用いるクランクプレスでは、ストロークがクランクの半径の２倍と一定であり、ストロークの調整ができず、モーションも正弦運動となり、モーションコントロールができず、しかも高速化や小型化を図ることが構造的に難しい。
これに対し、ボールネジなどのネジ機構を用いるネジプレスでは、ネジ軸を回転することからストロークの調整やモーションコントロールが容易であるが、ネジ軸を回転することから高速化は困難である。

一方、カム機構を用いるカムプレスでは、例えばフレームの上部に水平にカム軸を配置して軸受で回転可能とし、このカム軸の両端部に２個の同一カム形状のカムを、互いに間隔を有して同位相に嵌着し、モータによりフライホイール軸のピニオンと噛み合うギヤを介してカム軸が駆動する。そして、フレームに移動可能に設けられるスライドにカムに当接するカムローラを回転可能に支持し、カム軸を回転させることでカムローラを介してスライドを往復させる（特許文献１参照）。これにより、クランクプレスやネジプレスに比べ、高速化やモーションコントロールも比較的容易となる。
特開平７−２１４３９９号公報

ところが、上記カムプレスでは、スライドに均一にプレス荷重を加えるため水平なカム軸の両端部にそれぞれ同一形状のカムを同位相で取り付ける必要があることやカム軸の駆動をフライホイール軸のピニオンと噛み合うギヤを介して行うことから装置の大型化を招き、小型化を図ることが難しいという問題がある。また、カムは回転中心と重心とが離れているので、このカムを高速回転することで高速化を図ると振動と騒音の問題が生じ、特に振動が大きくなると高精度を維持することが困難になる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造を簡素化し、小型化、高速化を図ることができるプレス機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のプレス機は、フレームに、回転可能な状態で設けられた回転基体と、該回転基体を駆動する駆動源と、前記フレームに、回転基体から回転軸方向へ間隔を空けた対向位置に前記回転基体の軸方向に移動可能な状態で設けられた非回転基体と、前記回転基体に、当該回転基体の回転中心から外れた位置であって非回転基体に対向する部分に設けられ回転側凸部と、前記回転側凸部の頂部が描く円形軌跡に対向する位置の非回転基体に設けられた非回転側凸部と、非回転基体を回転基体側に向けて付勢して非回転側凸部を回転側凸部に圧接させる付勢手段と、を備え、回転基体を回転して回転側凸部と非回転側凸部との当接位置を移動することにより非回転基体を前記回転基体の軸方向に往復移動させて、非回転基体側に取り付けた金型によりプレス加工することを特徴とする。

上記構成によれば、フレームに回転可能に設けられた回転基体を駆動源で回転して回転中心から外れた位置の回転側凸部と、フレームに回転基体の軸方向に移動可能に設けられた非回転基体の非回転側凸部との円周軌跡の当接位置を移動することにより、非回転基体を回転基体の軸方向に往復移動させて、非回転基体側に取り付けた金型によりプレス加工することができる。これにより、間隔を空けて対向するそれぞれ凸部を備えた回転基体と非回転基体でカム機構を構成でき、フレームにコンパクトに設置して小型化を図ることができるとともに、回転基体を直接回転駆動することで高速化を図ることができる。また、回転基体の回転中心と重心とを合わせ易いので、回転時の振動が従来のカム機構に比較して小さく、高い精度を維持し易い。

そして、前記回転側凸部の頂部と非回転側凸部の頂部との当接状態における位置が金型下死点となり、前記回転側凸部の頂部が非回転側凸部の頂部から外れて回転側凸部と非回転側凸部とが最も深く噛み合う状態となる位置が金型上死点となるように構成することが望ましい。この様に構成すると、前記回転側凸部の頂部と非回転側凸部の頂部とが当接する金型下死点と、前記回転側凸部の頂部が非回転側凸部の頂部から外れて最も深く噛み合う金型上死点との離隔距離がストローク長さとなる。

また、上記構成において、前記回転側凸部と非回転側凸部との少なくとも一方が、当接面が曲面で構成されている凸カムであることが望ましい。

この構成によれば、回転側凸部と非回転側凸部との少なくとも一方を当接面が曲面の凸カムで構成することで、この凸カムのプロフィルによるストローク及びモーションでプレス加工を行うことができる。

また、上記構成において、前記回転側凸部と非回転側凸部との少なくとも一方が、前記各基体に対して着脱可能であることが望ましい。

この構成によれば、前記各基体に対して前記回転側凸部と非回転側凸部との少なくとも一方を着脱可能とすることで、各凸部を交換してストロークやモーションの変更を簡単に行うことができる。

また、上記構成において、前記回転側凸部が前記円形軌跡上に複数位相を変えて等間隔に配置され、回転側凸部と同数の非回転側凸部が位相を変えて等間隔に配置されていることが望ましい。

この構成によれば、円形軌跡上に等間隔に各基体の凸部を配置することで、バランスよく力を伝達・支持することができ、回転基体の１回転に対して凸部の数に応じて複数回ストロークさせることができる。

また、上記構成において、回転基体が円盤により構成されていることが望ましい。

この構成によれば、回転基体を円盤とすることで、コンパクトにすることができ、製作が容易となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。
プレス機１０は、図１に示すように、鋼板製門型のフレーム１１を備え、フレーム１１の上部には、垂直に配置された回転軸１２を備えた回転基体１３が図示しないスラスト軸受を介して回転可能な状態で取り付けてある。回転基体１３は、金属製の円盤状とされ、その中心上に回転軸１２が取り付けられ、この回転軸１２には、カップリング（図示せず）を介してフレーム１１の上端部に駆動源として取り付けたサーボモータ１４が連結され、回転基体１３を直結状態で回転駆動するようになっている。

フレーム１１には、回転基体１３と間隔を空けて対向する位置に非回転基体１５が配置され、該非回転基体１５は、フレーム１１の側面のガイド１６に案内された状態で回転基体１３の軸方向である上下方向に移動可能とされ、フレーム１１と非回転基体１５の下面との間に設けた付勢手段１７によって回転基体１３側に向って圧接するよう支持されている。この付勢手段１７としては、コイルスプリングなどのバネや空気圧シリンダなどの流体圧シリンダなどが用いられる。図面の実施形態では、非回転基体１５は、回転基体１３と同一径の金属製円盤状のもので構成してある。

回転基体１３と非回転基体１５との対向面には、図２に示すように、それぞれ回転中心から外れた位置の円周上に回転側凸部１８と非回転側凸部１９とが設けられ、回転側凸部１８の頂部が描く円形軌跡上に非回転側凸部１９が対向して設けてある。これら回転側凸部１８及び非回転側凸部１９は、例えばいずれも同一形状とされ、曲面のひとつである球体の一部で形成された凸カムで構成され、回転基体１３及び非回転基体１５の同一の同心円上に３個ずつ等間隔に（すなわち、１２０度ずつ位相を変えて）設けてある。なお、いずれも同一位相で配置してある。そして、これら回転側凸部１８や非回転側凸部１９は、回転基体１３や非回転基体１５と別体としてネジなどで着脱可能（交換可能）にすることが望ましいが、一体に形成しても良い。

この非回転基体１５の非回転側凸部１９が設けられた面と反対面、すなわち下面には、プレス金型２０が取り付けられて、下向きに突設されたパンチ２１によりプレス加工が行われるようになっている。したがって、非回転基体１５は、プレス機のラムとして機能するものである。

このように構成したプレス機１０では、回転基体１３をサーボモータ１４で回転駆動すると、回転基体１３の各回転側凸部１８が、付勢手段１７で圧接されている非回転基体１５の各非回転側凸部１９に当接位置を移動しながら回転することで、非回転基体１５がフレーム１１のガイド１６に沿って回転基体１３の軸方向に往復移動される。したがって、非回転基体１５は、回転側凸部１８の頂部が描く円形軌跡上で、回転側凸部１８の形状と非回転側凸部１９の形状とによるモーションで往復移動される。すなわち、図２（ａ）に示すように、回転側凸部１８の頂部と非回転側凸部１９の頂部との当接状態における位置が金型２０の下死点となり、図２（ｂ）に示すように、前記回転側凸部１８の頂部が非回転側凸部１９の頂部から外れて回転側凸部１８と非回転側凸部１９とが円周上で交互に配置されて最も深く噛み合う状態となる位置が金型２０の上死点となる。そして、前記回転側凸部１８の頂部と非回転側凸部１９の頂部とが当接する金型下死点と、前記回転側凸部１８の頂部が非回転側凸部１９の頂部から外れて最も深く噛み合う金型上死点との離隔距離がストローク長さＳとなる。図面に示す実施形態では、回転側凸部１８と非回転側凸部１９のそれぞれの高さを加えた値となり、１回転に対して３回ストロークされてプレス加工される。

このプレス機１０は、例えばサーボモータで回転基体１３を毎分１０００回転駆動され、凸カム１８、１９によるストロ−クを２ｍｍとしてパンチ２１により金属薄板にプレス加工による穴加工が毎分３０００回行われる。
したがって、凸カム１８の頂部が描く円形軌跡に対する凸カム１９の形状を適宜設定することで、具体的にはカム表面の曲率を変化させることで、回転基体１３の回転を一定にしながら、非回転基体１５が上死点から下死点へ下降する時間を変えたり、下死点での停留時間を変えたり、さらに上死点から下死点へ昇降する時間を変えることなどが簡単にできる。例えば、パンチ２１が金属薄板に当たるまでは速く下降して、パンチ２１が当たる直前からは少し下降速度を低下し、パンチ２１が下死点に到達した後は早く上昇させることにより、従来に比べてパンチ２１の衝撃付加を軽減しつつ高速化できる。すなわち、パンチ２１の寿命を長く保ちながら高速加工により加工効率を高めることができる。

このプレス機１０によれば、回転基体１３及び非回転基体１５に円周等間隔にそれぞれ３個の回転側凸部１８と非回転側凸部１９を設けたので、回転軸１２に均一にプレス荷重が加わり、安定した状態でサーボモータ１４で回転駆動してプレス加工を行うことができるとともに、フレーム１１に回転基体１３の大きさに応じた平面スペースを確保することで構成することができ、小型化を図ることができる。また、回転基体１３の一回転に対して３回分ストロークさせることができるため、サーボモータ１４の発熱を抑え、高速化を図ることができるとともに、回転側凸部１８と非回転側凸部１９の数を増加することで、一層高速化を図ることが可能となる。また、サーボモータ１４で回転基体１３を回転駆動することで、高応答性、低速トルクの向上、送り装置などとの連動・追従性を向上することもできる。さらに、回転基体１３と回転側凸部１８が回転したときの回転中心に重心を合わせ易いので、高速回転した時の振動を、従来のカム式プレス機のカムに比較して、抑制することができる。このため、高速化が容易であり、振動の低減により高精度を維持でき、精密加工に好適である。

また、このプレス機１０によれば、回転側凸部１８と非回転側凸部１９の形状を変えることで、プレスストロークの変更やモーションコントロールが簡単にでき、特に、回転基体１３や非回転基体１５と別体として着脱できるようにすれば、一層簡単に種々のプレス加工に対応することができる。また、カップリングを介して回転軸１２と連結されているサーボモータ１４を交換することで、プレス能力（出力）を簡単に変えることができ、プレス加工の汎用性を拡大することができる。

なお、上記実施の形態では、回転側凸部や非回転側凸部を球体の一部で構成する場合を例に説明したが、これに限らず他の形状としても良く、少なくとも一方は、頂部が描く円形軌跡部分が円筒カム状の凸形状であれば、他方は一定高さのローラやピンで構成しても良い。また、非回転基体を円盤により構成した場合で説明したが、軸方向に移動可能であれば良く、矩形や多角形など他の形状であっても良い。また、駆動源としてサーボモータを用いる場合で説明したが、他のモータで駆動するようにしても良く、必要なプレス能力や制御性などを考慮して適宜設定すれば良い。

（ａ）は本発明のプレス機の下死点状態の正面図、（ｂ）はその上死点状態の正面図である。 （ａ）は下死点状態における回転側凸部と非回転側凸部との関係を示すの説明図、（ｂ）は上死点状態における回転側凸部と非回転側凸部との関係を示すの説明図である。

符号の説明

１０…プレス機。、１１… フレーム、１２…回転軸、１３…回転基体、１４…サーボモータ、１５…非回転基体、１６…ガイド、１７…付勢手段、１８…回転側凸部、１９…非回転側凸部、２０…プレス金型

Claims (7)

1. フレームに、回転可能な状態で設けられた回転基体と、
   該回転基体を駆動する駆動源と、
   前記フレームに、回転基体から回転軸方向へ間隔を空けた対向位置に前記回転基体の軸方向に移動可能な状態で設けられた非回転基体と、
   前記回転基体に、当該回転基体の回転中心から外れた位置であって非回転基体に対向する部分に設けられ回転側凸部と、
   前記回転側凸部の頂部が描く円形軌跡に対向する位置の非回転基体に設けられた非回転側凸部と、
   非回転基体を回転基体側に向けて付勢して非回転側凸部を回転側凸部に圧接させる付勢手段と、
   を備え、
   回転基体を回転して回転側凸部と非回転側凸部との当接位置を移動することにより非回転基体を前記回転基体の軸方向に往復移動させて、非回転基体側に取り付けた金型によりプレス加工することを特徴とするプレス機。
2. 前記回転側凸部の頂部と非回転側凸部の頂部との当接状態における位置が金型下死点となり、前記回転側凸部の頂部が非回転側凸部の頂部から外れて回転側凸部と非回転側凸部とが最も深く噛み合う状態となる位置が金型上死点となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のプレス機。
3. 前記回転側凸部の頂部と非回転側凸部の頂部とが当接する金型下死点と、前記回転側凸部の頂部が非回転側凸部の頂部から外れて最も深く噛み合う金型上死点との離隔距離がストローク長さであることを特徴とする請求項２に記載のプレス機。
4. 前記回転側凸部と非回転側凸部との少なくとも一方が、当接面が曲面で構成されている凸カムであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプレス機。
5. 前記回転側凸部と非回転側凸部との少なくとも一方が、前記各基体に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプレス機。
6. 前記回転側凸部が前記円形軌跡上に複数位相を変えて等間隔に配置され、回転側凸部と同数の非回転側凸部が位相を変えて等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のプレス機。
7. 回転基体が円盤により構成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のプレス機。

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