JP5072878B2 - ダイクッション装置、ダイクッション装置の制御方法及びプレス機械 - Google Patents

Description

本発明は、ダイクッション装置、ダイクッション装置の制御方法及びプレス機械に関する。

一般に、ワークをプレス加工するプレス機械においては、プレス中、ワークに皺が発生しないように、ダイクッション装置が設けられる。かかるダイクッション装置は、プレス時の下方へのプレス力に対応して上方に付勢する力（以下「クッション力」という。）をワークの周縁に付加するものである。

従来、このようなダイクッション装置としては、油圧や空気圧等の流体圧シリンダを用いたものが知られている。
ところが、空気圧を用いた流体圧シリンダは、圧縮率が高く、クッション力を正確に数値制御することが困難であり、一方、油圧を用いた流体圧シリンダは、大型の装置となり、油漏れも生じるので、メンテナンスが困難である。

これに対し、下方よりクッションピンを介して下型を支持するパッドにラックピニオン機構のラック杆を接続し、このラック杆に、サーボモータを、減速ギヤ列を介して接続したサーボダイクッション装置が知られている（例えば、特許文献１又は２参照）。
また、上記ラックピニオン機構の代わりにボールネジを用いたダイクッション装置が知られている（例えば、特許文献３又は４参照）。
これらのダイクッション装置は、サーボモータが備えられているので、クッション力を数値制御することが可能であり、装置も小型化され、メンテナンスが容易である。

特開平６−５４３号公報 特開平６−５４４号公報 特開２００６−９０８号公報 特開２００６−１５４０７号公報

しかしながら、特許文献１〜４に記載のダイクッション装置においては、プレス力に対応するクッション力を発揮させても、運転条件によってはクッション力を所定の値に保つことができず、皺の発生等によるプレス製品の品質低下を招く問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、安定した品質のプレス製品を製造可能なダイクッション装置、ダイクッション装置の制御方法及びプレス機械を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討したところ、クッション力の変化によってプレス製品の品質低下を招くのは、プレス時にダイクッション装置の可動部の直動軸換算質量ｍに基づく慣性力が働くため、プレス力に対応するクッション力のみでは不十分なのではないかと考えた。
そして、本発明者らは、更に検討を重ね、スライドに加速度ａが生じると、Ｃ＝ｍａに相当する力Ｃ（以下「慣性損失」という。）の分だけ、モータートルクが奪われていることを見出した。すなわち、クッションパッドをスライドの動きに追従して運動させるには、ダイクッション力を発生するためのトルクだけでなく、慣性損失を補填するためのトルクも発生させる必要があることを見出した。なお、スライドは上下往復運動を行うため、速度変化に伴う加速度ａが発生する。この加速度ａはスライド速度に依存するため、スライド速度が高いほど、加速度ａも増大し、慣性損失Ｃも顕著となる傾向がある。また、一般にスライドの加速度ａは、ダイクッションが最も押下される、スライド下死点に接近するほど増大する傾向があり、ダイクッションによる成型加工が進行するにつれて、慣性損失Ｃも増加する傾向がある。
そこで、本発明者は、クッション力を付勢するものとして、エアーシリンダ及び上方付勢装置を設け、あえてエアーシリンダを使って慣性損失による目減りを補填させることにより、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、（１）プレス機械でワークをプレスする際のワークに伝わる下方へのプレス力に対応してワークを上方に付勢するクッション力をワークの周縁に付加するダイクッション装置の制御方法であって、該ダイクッション装置が、クッションパッドと、該クッションパッドに連結された支杆に設けられ、該支杆を介してクッションパッドを上方に付勢するエアーシリンダ及び上方付勢装置と、エアーシリンダにエアー管を介してエアーシリンダのシリンダとピストンとにより区画される空間に開放されたエアータンクと、エアー管に設けられたバルブと、上方付勢装置を駆動させるための駆動源と、を備え、バルブの開閉により、エアータンクからエアーシリンダへのエアーの供給が切換可能となっており、ダイクッション装置のプレス速度に基づいて、慣性損失を算出し、下記式を満たす場合にバルブを閉じるダイクッション装置の制御方法に存する。
Ｍｍａｘ＜Ｓ＋Ｃ−Ａ
［式中、Ｍｍａｘは上方付勢装置による最大のクッション力（ｋＮ）を示し、Ｓはクッション力（ｋＮ）を示し、Ｃは慣性損失（ｋＮ）を示し、Ａはエアーシリンダによるクッション力（ｋＮ）を示す。ただし、Ｃは正の値である。］

本発明は、（２）エアーシリンダのクッション力の初期設定が、プレス時に直動運動する部位の質量に対応するように設定されている上記（１）記載のダイクッション装置の制御方法に存する。

本発明は、（３）上方付勢装置が、支杆の下端に接続されたラック杆と、該ラック杆に噛合されるピニオン軸とからなるラックピニオン機構である上記（１）又は（２）に記載のダイクッション装置の制御方法に存する。

本発明は、（４）駆動源が、サーボモータである上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のダイクッション装置の制御方法に存する。

本発明は、（５）上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の制御方法によって制御されているダイクッション装置を備えるプレス機械に存する。

なお、本発明の目的に添ったものであれば、上記（１）〜（５）を適宜組み合わせた構成も採用可能である。

本発明のダイクッション装置においては、バルブの開閉により、エアータンクからエアーシリンダへのエアーの供給が切換可能となっているので、バルブを閉めることにより、エアーシリンダのシリンダとピストンとにより区画される空間（以下「下方空間」という。）を密閉状態にすることができる。

例えば、上述した慣性損失が小さい場合、バルブは開かれる。すなわち、エアーシリンダ及び上方付勢装置によるクッション力で慣性損失に対応させる。
この場合、上記ダイクッション装置が、エアーシリンダ及び上方付勢装置を備えているので、エアーシリンダにクッション力の一部（以下便宜的に「シリンダクッション力」という。）を発揮させ、上方付勢装置に残りのクッション力（以下便宜的に「上方付勢クッション力」という。）を負担させることにより、プレス時の下方へのプレス力に対応させることができる。なお、上方付勢クッション力とシリンダクッション力との和が、ダイクッション装置のクッション力となる。
このため、上記ダイクッション装置においては、当然、上方付勢装置に必要な上方付勢クッション力が小さくなるので、十分な上方付勢クッション力を発揮できる。なお、この場合、上方付勢装置や駆動源の小型化が可能となり、メンテナンスも容易となる。

一方、慣性損失が大きい場合、上述した上方付勢クッション力とシリンダクッション力のみでは不十分となるので、バルブが閉じられる。すなわち、エアーシリンダの下方空間を密閉することで、慣性損失に対応させる。
この場合、プレス時に、下方空間が密閉されているので、ダイクッション装置の直動運動する部位が下方に移動するほど、下方空間の空気が圧迫され、シリンダクッション力が徐々に大きくなる。これにより、慣性損失の増加による上方付勢クッション力の目減りをエアーシリンダが補填するようになる。すなわち、上述した上方付勢クッション力に加え、シリンダクッション力が徐々に大きくなることで、プレス力に加え、慣性損失にも対応できるようになる。なお、本明細書において、「直動運動する部位」は、ダイクッション装置の部位を意味し、スライドやその駆動部は含まれない概念である。

これらのことにより、上記ダイクッション装置においては、クッション力を所定の値に保つことができるので、皺の発生等によるプレス製品の品質低下が抑制されるので、プレス製品の安定した製造が可能となる。

また、上記ダイクッション装置においては、エアーシリンダが支杆に設けられているので、シリンダクッション力と上方付勢クッション力とが同一軸上に発生する。
このため、シリンダクッション力及び上方付勢クッション力から実際のプレス時のプレス力を算出することができる。これにより、上記ダイクッション装置においては、正確なフルクローズトループ制御が可能となるので、ダイクッション装置の応答性が向上する。

本発明のダイクッション装置においては、エアーシリンダのクッション力の初期設定が、プレス時に直動運動する部位の質量に対応するように設定されていると、仕事をしていない場合のその部位の質量を保持するためのトルクが不必要になるので、省エネになり、かつ、モータの発熱を抑えることができる。また、モータートルクは最小とすればよい。

本発明のダイクッション装置においては、上方付勢装置が、支杆の下端に接続されたラック杆と、該ラック杆に噛合されるピニオン軸とからなるラックピニオン機構である場合、ボールネジのように軸が回転しないので、回転慣性力が小さくて済み、さらに、加減速性能に優れるので、正確なクッション力を瞬時に発揮できる。なお、支杆と駆動源を兼ねているボールネジとは異なり、支杆と減速機等を分離できるので、各々最適な構造にできるという利点もある。

本発明のダイクッション装置は、駆動源がサーボモータである場合、上方付勢装置の上方付勢クッション力の大きさをコントロールすることが可能となる。すなわち、プレス時の下方へのプレス力を測定し、その測定した値に基づいて、上方付勢装置の上方付勢クッション力の大きさを調整できる。
また、駆動源としてサーボモータを用いる場合、モータ、回転軸、回転−直動変換機構、減速機構等の回転運動する部位が可動部に含まれるので、可動部の直動軸換算質量（ｍ）が大きくなる、このため、駆動源がサーボモータである場合、慣性損失（Ｃ）が大きくなるところ、上記ダイクッション装置によれば、上述したように、慣性損失を十分に対応できるので、皺の発生等によるプレス製品の品質低下を抑制できる。

本発明のダイクッション装置の制御方法は、上述したダイクッション装置におけるプレス速度に基づいて、慣性損失を算出し、上記式を満たす場合にバルブを閉じる。これにより、上述したように、プレス力に加え、慣性損失にも対応するクッション力が確実に発揮される。

本発明のプレス機械は、上述したダイクッション装置を備えるので、皺の発生等によるプレス製品の品質低下が抑制され、プレス製品の安定した製造が可能となる。

図１は、本発明のダイクッション装置の第１実施形態を概略的に示した正面図である。 図２は、ダイクッション装置におけるクッション力の変化を示すグラフである。 図３の（ａ）は、本実施形態に係るダイクッション装置においてバルブを閉めない状態のクッション力の変化を示すグラフであり、（ｂ）は、バルブを閉めた状態のクッション力の変化を示すグラフである。 図４は、本実施形態に係るダイクッション装置の制御方法のフローチャートである。 図５の（ａ）は、本実施形態に係るダイクッション装置の制御方法において式（１）を満たさない場合のクッション力の変化を示すグラフであり、（ｂ）は、式（２）を満たさない場合のクッション力の変化を示すグラフである。 図６は、本実施形態に係るプレス機械の一例を示す部分断面図である。 図７は、本発明のダイクッション装置の第２実施形態を概略的に示した正面図である。 図８は、本実施形態に係るプレス機械の一例を示す部分断面図である。 図９の（ａ）及び（ｂ）は、他の実施形態に係るダイクッション装置のエアータンクの例を示す正面図である。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

［第１実施形態］
まず、本発明のダイクッション装置の第１実施形態について説明する。
本発明のダイクッション装置は、プレス機械でワークをプレスする際のワークに伝わる下方へのプレス力に対応してワークを上方に付勢するクッション力をワークの周縁に付加するために用いられる。

図１は、本発明のダイクッション装置の第１実施形態を概略的に示した正面図である。
図１に示すように、本実施形態に係るダイクッション装置１００は、クッションパッド１１と、該クッションパッド１１に連結された支杆１２に設けられ、該支杆１２を介してクッションパッド１１を上方に付勢するエアーシリンダ１３及び上方付勢装置であるラックピニオン機構１４と、エアーシリンダ１３にエアー管８を介してエアーシリンダ１３のシリンダとピストンとにより区画される空間に開放されたエアータンク１９と、エアー管８に設けられたバルブ９と、ラックピニオン機構１４を駆動させるための駆動源であるサーボモータ１７と、を備える。

ここで、本発明において、「プレス力」とは、プレス機械でワークをプレスする際のワークに伝わる下方への力を意味する。なお、プレス力はワークの形状、プレスの速さによって適宜決定される。
また、「クッション力」とは、プレス機械でワークをプレスする際のワークに伝わる下方へのプレス力に対抗してワークを上方に付勢する力を意味する。

上記ダイクッション装置１００においては、クッションパッド１１の下面に、油室１６が設けられている。すなわち、上記ダイクッション装置１００においては、クッションパッド１１と支杆１２との間に、油が充填された油室１６が設けられている。
かかる油室１６は、下方に開放された中空円筒状の油室用シリンダ１５ａと、油室用シリンダ１５ａ内を摺動可能となるように支杆１２の上端に設けられている油室用ピストン１５ｂと、を備える。

上記ダイクッション装置１００においては、油圧室１６が設けられており、更に、支杆１２の上端の形状が球面座であるので、クッションパッド１１と支杆１２との動きの自由度が担保され、プレス時の下方へのプレス力が支杆１２に正確に伝達される。このため、エアーシリンダ１３及びラックピニオン機構１４によるクッション力がより確実に発揮される。
また、油が緩衝材としても機能するので、上方付勢装置の慣性によるプレス時（タッチ時）の衝撃力が緩和され、衝撃力によるクッション力の変動が抑制されるので圧力精度が向上し、ひいては金型や機械の破損が抑制される。
さらに、支杆１２の上端の形状が球面座であるので、金型の偏心配置などによりクッションパッド１１に傾きが生じた場合でも問題なく支杆１２の軸方向にプレス力を伝達することができる。

上記エアーシリンダ１３は、クッションパッド１１とラックピニオン機構１４との間の支杆１２の中腹に設けられている。
かかるエアーシリンダ１３は、支杆１２が軸中心となるように設けられた有底中空円筒状のエアーシリンダ用シリンダ１３ａと、エアーシリンダ用シリンダ１３ａ内を摺動可能となるように設けられた円盤状のエアーシリンダ用ピストンヘッド１３ｂと、該エアーシリンダ用ピストンヘッド１３ｂが固定された支杆１２と、により形成されている。すなわち、エアーシリンダ１３においては、支杆１２がエアーシリンダ用シリンダ１３ａに対するピストンの働きを担っている。

エアーシリンダ用シリンダ１３ａとエアーシリンダ用ピストンヘッド１３ｂとにより区画されて密閉された下方空間１３ｃは、エアー管８を介してエアータンク１９と連通されており、エアータンク１９からエアーの流出入が可能となっている。ここで、かかるエアータンク１９には、エアー圧を調整可能なエアー圧調整装置１９ａが取り付けられている。
かかるエアー管８には、バルブ９が取り付けられており、該バルブ９の開閉により、エアータンク１９からエアーシリンダ１３の下方空間１３ｃへのエアーの供給が切換できるようになっている。

このため、エアータンク１９内のエアー圧をエアー圧調整装置１９ａで高め、その後、バルブ９を開くことにより、下方空間１３ｃのエアー圧をエアータンク１９内のエアー圧と同圧とすることができる。そして、バルブ９を閉じることにより、下方空間１３ｃはそのときのエアー圧を維持した状態で密閉される。すなわち、エアータンク１９内のエアー圧をエアー圧調整装置１９ａで調整し、その後、バルブ９を開閉することにより、下方空間１３ｃのエアー圧を容易に調整できる。

また、上述したように、バルブ９の開閉により、エアータンク１９と下方空間１３ｃとを分離したり連結したりすることができるので、ロット毎に、下方空間１３ｃの容量、エアータンク１９及び下方空間１３ｃの容量、に切換ることも可能である。

上記ダイクッション装置１００においては、支杆１２の下端に、上方付勢装置であるラックピニオン機構１４が接続されている。
かかるラックピニオン機構１４は、ラック杆１４ａと、該ラック杆１４ａに噛合されるピニオン軸１４ｂとからなる。

ラック杆１４ａは、支杆１２の下端に接続されており、支杆１２と共に上下移動するようになっている。
一方、ピニオン軸１４ｂは、ラック杆１４ａに噛合されると共に、サーボモータ１７に接続されている。すなわち、ラックピニオン機構１４は、サーボモータ１７により駆動される。

上記ダイクッション装置１００においては、上方付勢装置として、ラックピニオン機構１４を用いるので、ボールネジのように大型の軸が高速回転せず、回転慣性力が小さくて済み、さらに、加減速性能に優れるので、正確なクッション力を瞬時に発揮できる。なお、支杆と駆動源を兼ねているボールネジとは異なり、支杆と減速機等を分離できるので、各々最適な構造にできるという利点もある。

また、上記ダイクッション装置１００においては、エアーシリンダ１３を備えているので、ラックピニオン機構１４のラック杆１４ａとピニオン軸１４ｂとの噛み合わせ位置に加わるプレス力が小さくなる。このため、歯間の伝達力が少なくなり、ラックピニオン機構１４の寿命が長くなる。

上記ダイクッション装置１００においては、ラックピニオン機構１４の駆動源としてサーボモータ１７が用いられる。このため、上記ダイクッション装置１００によれば、設計段階において、プレス時の下方へのプレス力を測定し、その測定した値に基づいて、ラックピニオン機構１４の上方付勢クッション力をコントロールできるので、高精度に制御することが可能となる。
例えば、本実施形態に係るダイクッション装置１００においては、油室１６の油圧を測定し、その測定値に基づけば、サーボモータ１７によりラックピニオン機構１４及び／又はエアーシリンダ１３のクッション力をコントロールできる。

また、駆動源としてサーボモータ１７を用いる場合、モータ、回転軸、回転−直動変換機構、減速機１８等の回転運動する部位が可動部に含まれるので、可動部の直動軸換算質量（ｍ）が大きくなる、このため、慣性損失（Ｃ）が大きくなるところ、上記ダイクッション装置１００によれば、慣性損失を十分に対応できるので、皺の発生等によるプレス製品の品質低下が抑制できる。

ここで、「可動部」とは、プレス時にダイクッション装置の直動運動及び回転運動する部位を示し、「直動軸換算質量」とは、その質量、すなわち、ダイクッション装置の直動運動する部位の質量と、回転運動する部位の慣性質量を直動質量に換算した質量と、の合計を意味する。なお、本実施形態に係るダイクッション装置１００においては、クッションパット１１、支杆１２、エアーシリンダ１３、ラック杆１４ａ（、及び油室１６）が直動運動する部位に相当し、ピニオン軸１４ｂ、サーボモータ１７、減速機１８が回転運動する部位に相当する。

上記ダイクッション装置１００において、サーボモータ１７には、減速機１８が取り付けられている。このため、サーボモータ１７の回転速度または回転トルクをダイクッションにとって必要な範囲に入るように変換することができる。
また、減速比を適切に選択することで、モータ軸トルクを変換することができるので、特殊な高トルクあるいは高回転サーボモータを必要としない。

本実施形態に係るダイクッション装置１００においては、まず、図示しないワークがプレスされる。
その時のプレス力がダイクッション装置１００に伝わると、ダイクッション装置の直動運動する部位が下方に移動しようとする。
このとき、クッションパッド１１と支杆１２との間には、油が充填された油室１６が設けられているので、上記プレス力は、クッションパッド１１から油室１６内の油に伝わり、油圧に変換され、次いで、この油圧が支杆１２に伝わることになる。なお、かかる油圧を測定することにより、プレス力を求めることが可能である。

これに対し、ダイクッション装置１００は、エアーシリンダ１３及びラックピニオン機構１４により、ワークを上方に付勢するクッション力を発揮させる。すなわち、エアーシリンダ１３においては、可動部の直動軸換算質量に対応する上向きのシリンダクッション力が働き、ラックピニオン機構１４においては、油圧の測定値に基づいて、サーボモータ１７がピニオン軸１４ｂ及びラック杆１４ａを駆動させることにより、上向きの上方付勢クッション力が働く。なお、サーボモータ１７が、ラックピニオン機構１４を駆動させるときの上方付勢クッション力の設定は、油圧の測定値から導かれるプレス力に対応するクッション力から、エアーシリンダ１３のシリンダクッション力の値を引いた値である。

ここで、シリンダクッション力の初期値は、ダイクッション装置の直動運動する部位の質量に対応するように設定されていることが好ましい。具体的には、下方空間のエアー圧によるシリンダクッション力の初期値がダイクッション装置の直動運動する部位の質量以下であることが好ましい。

図２は、ダイクッション装置におけるクッション力の変化を示すグラフである。なお、図２中、ａは理想値を示し、ｂは慣性損失によりクッション力が制御できなくなった状態の実測値を示す。
図２に示すように、クッション力の実測値ｂは、理想値ａに対し、経時的に低下することになる。すなわち、初期の段階で、理想値どおりのクッション力を発生することができていても、徐々に慣性損失が増大するので、クッション力を発生するために必要なサーボモータトルクが経時的に増加し、ついにはモータの最大トルクを超えてしまう。この場合、さらに増大する慣性損失を補填するトルクが得られないため、クッション力は目減りしていくことになる。

図３の（ａ）は、本実施形態に係るダイクッション装置においてバルブを閉めない状態のクッション力の変化を示すグラフであり、（ｂ）は、バルブを閉めた状態のクッション力の変化を示すグラフである。
図３の（ａ）及び（ｂ）に示すグラフは、縦軸がクッション力、横軸が時間の経過を示す。また、Ｓのラインがクッション力を示し、Ｃのラインが慣性損失を示す。さらに、Ｍの領域が上方付勢クッション力を示し、Ａの領域がシリンダクッション力を示す。

図３の（ａ）に示すように、バルブを閉めない状態においては、エアーシリンダによるシリンダクッション力Ａは一定である。一方、ラックピニオン機構による上方付勢クッション力Ｍは、サーボモータが慣性損失Ｃを補填するために、トルクを増大させるので徐々に大きくなる。
ところが、サーボモータのトルクが最大値に到達すると、すなわち、上方付勢クッション力が最大の上方付勢クッション力Ｍｍａｘに到達すると、これ以上慣性損失が補填されないので、クッション力の目減りＬが生じる。なお、サーボモータのトルクが最大値に到達しない場合、慣性損失Ｃが小さいものとする。

これに対し、図３の（ｂ）に示すように、バルブを閉めた状態においては、エアーシリンダ用シリンダの下方空間がエアー管のバルブを閉めることにより、密閉されているので、ダイクッション装置の直動運動する部位が下方に移動する程、下方空間の空気が圧迫され、エアーシリンダによるシリンダクッション力Ａが大きくなる。これにより、シリンダクッション力Ａが徐々に増大する。
換言すると、上記ダイクッション装置１００においては、エアーシリンダによるシリンダクッション力Ａが慣性損失Ｃを補填するため、上方付勢クッション力Ｍとシリンダクッション力Ａとにより、プレス力及び慣性損失Ｃに対応させることが可能となる。

以上より、本実施形態に係るダイクッション装置１００においては、慣性損失が小さい場合、エアーシリンダ及び上方付勢装置によるクッション力で慣性損失に対応させ、慣性損失が大きい場合、図３の（ｂ）に示すような経時変化に基づいて、バルブを閉じエアーシリンダの下方空間が密閉されたエアーシリンダ及び上方付勢装置によるクッション力で慣性損失に対応させる。
これにより、皺の発生等によるプレス製品の品質低下が抑制され、ひいては、生産性の著しい低下が抑制される。なお、本発明を用いないで慣性損失を抑制するためにはスライド速度を低下させる必要がある。この場合、必要な成型速度が得られず、品質変化を招いたり、加工速度が下がることによる生産性の著しい低下が生じる。

次に、上記ダイクッション装置１００の制御方法について説明する。
本実施形態に係るダイクッション装置の制御方法は、上述したダイクッション装置におけるプレス速度に基づいて、慣性損失を算出し、所定の式を満たす場合にバルブを閉じる。これにより、上述した効果が得られ、ワーク毎に必要とされるクッション力が確実に発揮される。

以下、更に詳細に説明する。
図４は、本実施形態に係るダイクッション装置の制御方法のフローチャートである。
図４に示すように、本実施形態に係るダイクッション装置の制御方法は、コントローラーにより行われる。

制御方法を述べると、まず、データ入力手段Ｓ１において、ダイクッション装置１００のストロークＨと、クッション力Ｓと、プレス機械のスライドの速度Ｖを入力する。そうするとこれらの値に基づいて、慣性損失Ｃが算出される。

上記慣性損失Ｃは、下記式で算出される。
Ｃ＝ｍａ
ここで、ｍはダイクッション可動部の直動軸換算質量であり、ａはスライド速度Ｖによって決まる加速度である。
このように、慣性損失Ｃは、可動部の直動軸換算質量ｍと加速度ａとの積で求められる。すなわち、ロット毎に、可動部の直動軸換算質量ｍ又はプレス速度Ｖが変わる場合、上述した慣性損失の大きさも変わることになる。この場合、上述したバルブで下方空間の空気の量を調整して、慣性損失の補填に対応させる。

次に、第１演算手段Ｓ２において、下記式（１）を満たすかどうかの判定がなされる。
Ｍｍａｘ＜Ｓ＋Ｃ−Ａ ・・・（１）
式（１）中、Ｍｍａｘは上方付勢装置による最大のクッション力（ｋＮ）を示し、Ｓはクッション力（ｋＮ）を示し、Ｃは慣性損失（ｋＮ）を示し、Ａはエアーシリンダによるクッション力（ｋＮ）を示す。但し、Ｃは正の値である。

図５の（ａ）は、本実施形態に係るダイクッション装置の制御方法において式（１）を満たさない場合のクッション力の変化を示すグラフであり、（ｂ）は、式（２）を満たさない場合のクッション力の変化を示すグラフである。
図５の（ａ）に示すように、第１演算手段Ｓ２において、式（１）を満たさない場合、ラックピニオン機構による上方付勢クッション力Ｍを増大させることによって慣性損失が補填される。
したがって、この場合は、バルブを閉めなくてよい。

式（１）を満たす場合、第２演算手段Ｓ３において、下記式（２）を満たすかどうかの判定がなされる。
Ｍｍａｘ＋Ａｍａｘ＞Ｓ＋Ｃ ・・・（２）
式（２）中、Ａｍａｘは最大のシリンダクッション力（ｋＮ）を示す。

式（２）を満たさない場合、図５の（ｂ）に示すように、最大の上方付勢クッション力Ｍｍａｘ、及び、最大のシリンダクッション力Ａｍａｘでは慣性損失を補填できないので、プレス機械のスライドの速度Ｖを遅らせる。そうすると、加工速度が落ちる欠点があるものの、慣性損失が低下するため、十分なクッション力を発揮できるようになる。
一方、式（２）を満たす場合、バルブを閉めることにより、図３の（ｂ）に示すように、プレス力及び慣性損失に対応したクッション力を発揮できる。
このような制御によって、ダイクッション装置が運転される。

次に、上記ダイクッション装置１００を備えるプレス機械１０１について説明する。なお、ダイクッション装置１００は、プレス機械１０１の下側に配置されている。
図６は、本実施形態に係るプレス機械の一例を示す部分断面図である。
図６に示すように、本実施形態に係るプレス機械１０１は、上述したダイクッション装置１００と、該ダイクッション装置１００のクッションパッド１１の上にクッションピン４を介して設けられたブランクホルダ３と、クッションパッド１１の上にライナ２６を介して固定されたボルスタ２７と、ボルスタ２７上に載置された下型２２と、該下型２２に対応する形状を有する上型２１と、上型２１が支持されたスライド２４とを備える。なお、上述したクッションピン４は、ボルスタ２７の内部を貫通している。

上記プレス機械１０１においては、下型２２上にワークＷが載置され、プレス加工が行われる。
このとき、ダイクッション装置１００は、ワークＷの周縁部にブランクホルダ３が接するように配置される。

そして、ワークＷが上型２１と下型２２との間でプレスされると、プレス力がダイクッション装置１００に伝達し、ダイクッション装置１００は、上述したようにそのプレス力に対して、上方に付勢するクッション力を発揮する。

本実施形態に係るプレス機械１０１は、上述したダイクッション装置１００を備えるので、プレス製品の安定した製造が可能となる。なお、かかるプレス機械１０１においては、ダイクッション装置の直動運動する部位であるクッションパット１１、支杆１２、エアーシリンダ１３、ラック杆１４ａ（、及び油室１６）に、ダイクッション装置に搭載される搭載物を加えて、直動運動する部位とすることが好ましい。すなわち、ブランクホルダ３やクッションピン４等の搭載物を加えて、直動運動する部位の質量及び可動部の直動軸換算質量を算出することが好ましい。

［第２実施形態］
次に、本発明のダイクッション装置の第２実施形態について説明する。
図７は、本発明のダイクッション装置の第２実施形態を概略的に示した正面図である。
図７に示すように、本実施形態に係るダイクッション装置２００は、クッションパッド１１と、クッションパッド１１の下面に取り付けられた２つの上方付勢機構１０とを備える。なお、２つの上方付勢機構１０は、クッションパッド１１の中心線に対して、左右対称に同じものが取り付けられている。

ここで、上記上方付勢機構１０は、クッションパッド１１に連結された支杆１２と、該支杆１２に設けられ、該支杆１２を介してクッションパッド１１を上方に付勢するエアーシリンダ１３及び上方付勢装置であるラックピニオン機構１４と、エアーシリンダ１３にエアー管８を介して連結されたエアータンク１９と、エアー管８に設けられたバルブ９と、ラックピニオン機構１４を駆動させるための駆動源であるサーボモータ１７と、を備える。すなわち、上記ダイクッション装置２００は、上方付勢機構１０を２つ備える点で、第１実施形態に係るダイクッション装置１００と異なる。

ダイクッション装置２００においては、上方付勢機構１０を備えるので、上述した第１実施形態に係るダイクッション装置１００と同様に、プレス製品の安定した製造が可能となる。
また、上記ダイクッション装置２００は、上方付勢機構１０がクッションパッド１１の中心線に対して、左右対称に設けられているので、上述した第１実施形態に係るダイクッション装置１００の場合よりも、バランスよく上方に付勢することができ、更には大きなクッション力を発揮することができる。

次に、上記ダイクッション装置２００を備えるプレス機械２０１について説明する。
図８は、本実施形態に係るプレス機械の一例を示す部分断面図である。
図８に示すように、本実施形態に係るプレス機械２０１は、上述したダイクッション装置２００と、該ダイクッション装置１００のクッションパッド１１の上にクッションピン４を介して設けられたブランクホルダ３と、クッションパッド１１上にライナ２６を介して固定されたボルスタ２７と、ボルスタ２７上に載置された下型２２と、該下型２２に対応する形状を有する上型２１と、上型２１が支持されたスライド２４とを備える。なお、上述したクッションピン４は、ボルスタ２７の内部を貫通している。

上記プレス機械２０１においては、下型２２上にワークＷが載置され、プレス加工が行われる。
このとき、ダイクッション装置２００は、ワークＷの周縁部にブランクホルダ３が接するように配置される。

そして、ワークＷが上型２１と下型２２との間でプレスされると、プレス力がダイクッション装置２００に伝達し、ダイクッション装置２００は、上述したようにそのプレス力に対して、上方に付勢するクッション力を発揮する。

本実施形態に係るプレス機械２０１は、上述したダイクッション装置２００を備えるので、プレス製品の安定した製造が可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、第１及び第２実施形態に係るダイクッション装置１００，２００においては、クッションパッド１１と支杆１２との間に、油室１６が設けられているが、油室１６は必ずしも設ける必要がない。なお、プレス力の測定は、ひずみセンサー等の圧力センサーが用いられる。

第１及び第２実施形態に係るダイクッション装置１００，２００のエアーシリンダ１３においては、支杆１２がエアーシリンダ用シリンダ１３ａに対するピストンの働きを担っているが、別にピストンを設け、これを支杆１２に接続させてもよい。

第１及び第２実施形態に係るダイクッション装置１００，２００においては、上方付勢装置として、ラックピニオン機構１４を用いているが、ボールネジやリニアモータ等であってもよい。

第１及び第２実施形態に係るダイクッション装置１００，２００においては、１つの下方空間に対して、１つのエアータンクが設けられているが、１つの下方空間に対して、複数個のエアータンクが設けられていてもよい。なお、設け方は直列であっても、並列であってもよい。

ここで、エアータンクの接続方法の例を示す。
図９の（ａ）及び（ｂ）は、他の実施形態に係るダイクッション装置のエアータンクの例を示す正面図である。

図９の（ａ）に示すように、ダイクッション装置においては、下方空間にエアーを供給する複数のエアータンク２０ａ，２０ｂが並列に接続されていてもよい。
この場合、バルブ９ａ，９ｂを切り換えることにより、エアーシリンダの下方空間の容量を、（１）下方空間のみ、（２）下方空間及びエアータンク２０ａ、（３）下方空間及びエアータンク２０ｂ、並びに、（４）下方空間、エアータンク２０ａ及びエアータンク２０ｂ、の４段階に切り換えることが可能となる。

また、図９の（ｂ）に示すように、ダイクッション装置においては、下方空間にエアーを供給する複数のエアータンク２０ｃ，２０ｄが直列に接続されていてもよい。
この場合、バルブ９ｃを切り換えることにより、エアーシリンダの下方空間の容量を、（１）下方空間のみ、（２）下方空間及びエアータンク２０ｂの２段階に切り換えることができ、さらにバルブ９ｄを切り換えることにより、エアーシリンダの下方空間の容量を、（３）下方空間、エアータンク２０ｃ及びエアータンク２０ｄとすることができるので、合計３段階に切り換えることが可能となる。

これらの場合、ロット毎、ワークの種類や加工速度の変化に適宜対応することが可能となる。なお、エアータンクは２個に限定されないのは言うまでもない。

第１及び第２実施形態に係るダイクッション装置１００，２００においては、駆動源として、サーボモータ１７を用いているが、ＤＣモータ、ＡＣインバータモータ又は油圧モータ等であってもよい。

第１及び第２実施形態に係るダイクッション装置１００，２００においては、サーボモータ１７に減速機１８が取り付けられているが、モータ軸のトルクを増幅するため、モータ軸上に保持用ブレーキを備えていてもよい。
この場合、質量の大きいダイクッション装置の可動部を安全に保持する力を得るのに、一般的なトルクのブレーキを用いることができる。

また、減速機１８の代わりに、変速機が取り付けられていても良い。この場合、プレス時の下方へのプレス力の大きさが変わる場合であっても、変速機の変速比を切り替えることにより、上方付勢クッション力を該プレス力に対応した大きさにすることができる。

第２実施形態に係るダイクッション装置２００においては、２つの上方付勢機構１０を備えているが、４つの上方付勢機構を備えていてもよい。
この場合、よりクッション力が大きくなり、クッション力が発揮されるバランスにも特に優れる。

第１及び第２実施形態に係るダイクッション装置１００，２００において、予め、エアーシリンダ１３に、必要なクッション力よりも大きなクッション力を付加させ、且つ、ラックピニオン機構１４に支杆１２を引き下げる方向に力を発生させておいてもよい。
この場合、必要なクッション力を得ることができるのみならず、ラックピニオン機構１４にはバックラッシュは一切発生せず、更に超寿命化が可能となる。また、ダイクッション装置が上昇する過程で電力回生を行うことができる。

３・・・ブランクホルダ
４・・・クッションピン
８・・・エアー管
９，９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ・・・バルブ
１０・・・上方付勢機構
１１・・・クッションパッド
１２・・・支杆
１３・・・エアーシリンダ
１３ａ・・・エアーシリンダ用シリンダ
１３ｂ・・・エアーシリンダ用ピストンヘッド
１３ｃ・・・下方空間
１４・・・ラックピニオン機構
１４ａ・・・ラック杆
１４ｂ・・・ピニオン軸
１５ａ・・・油室用シリンダ
１５ｂ・・・油室用ピストン
１６・・・油室
１７・・・サーボモータ
１８・・・減速機
１９，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ・・・エアータンク
１９ａ・・・エアー圧調整装置
２１・・・上型
２２・・・下型
２４・・・スライド
２６・・・ライナ
２７・・・ボルスタ
１００，２００・・・ダイクッション装置
１０１，２０１・・・プレス機械
Ａ・・・シリンダクッション力
Ａｍａｘ・・・最大のシリンダクッション力
Ｃ・・・慣性損失
Ｈ・・・ストローク
Ｌ・・・目減り
Ｍ・・・上方付勢クッション力
Ｍｍａｘ・・・最大の上方付勢クッション力
Ｓ・・・クッション力
Ｓ１・・・データ入力手段
Ｓ２・・・第１演算手段
Ｓ３・・・第２演算手段
Ｖ・・・速度
Ｗ・・・ワーク

Claims (5)

1. プレス機械でワークをプレスする際の前記ワークに伝わる下方へのプレス力に対応して前記ワークを上方に付勢するクッション力を前記ワークの周縁に付加するダイクッション装置の制御方法であって、
   該ダイクッション装置が、
   クッションパッドと、該クッションパッドに連結された支杆に設けられ、該支杆を介して前記クッションパッドを上方に付勢するエアーシリンダ及び上方付勢装置と、前記エアーシリンダにエアー管を介して前記エアーシリンダのシリンダとピストンとにより区画される空間に開放されたエアータンクと、前記エアー管に設けられたバルブと、前記上方付勢装置を駆動させるための駆動源と、を備え、
   前記バルブの開閉により、前記エアータンクから前記エアーシリンダへのエアーの供給が切換可能となっており、
   前記ダイクッション装置のプレス速度に基づいて、慣性損失を算出し、下記式を満たす場合に前記バルブを閉じるダイクッション装置の制御方法。
   Ｍｍａｘ＜Ｓ＋Ｃ−Ａ
   ［式中、Ｍｍａｘは上方付勢装置による最大のクッション力（ｋＮ）を示し、Ｓはクッション力（ｋＮ）を示し、Ｃは慣性損失（ｋＮ）を示し、Ａはエアーシリンダによるクッション力（ｋＮ）を示す。ただし、Ｃは正の値である。］
2. 前記エアーシリンダのクッション力の初期設定が、プレス時に直動運動する部位の質量に対応するように設定されている請求項１記載のダイクッション装置の制御方法。
3. 前記上方付勢装置が、支杆の下端に接続されたラック杆と、該ラック杆に噛合されるピニオン軸とからなるラックピニオン機構である請求項１又は２に記載のダイクッション装置の制御方法。
4. 前記駆動源が、サーボモータである請求項１〜３のいずれか一項に記載のダイクッション装置の制御方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御方法によって制御されているダイクッション装置を備えるプレス機械。

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