JP5401407B2 - プレス機械 - Google Patents

Description

本発明はプレス機械に関する。さらに詳しくは、クランク軸によりスライドを上下動させるプレス機械に関する。

従来の一般的なプレス機械のジャーナル軸受は、滑り軸受のみ、あるいは転がり軸受のみで構成されていた。

滑り軸受と転がり軸受を組み合わせたものとして特許文献１に記載のプレス機械のコンバインド軸受装置（以下、コンバインド軸受）がある。このコンバインド軸受はクランク軸を枢支するものである。そのコンバインド軸受けは、滑り軸受と、その滑り軸受の両側に近接された転がり軸受とからなり、それら３つの軸受で１組とされている。前記転がり軸受はクランク軸の軸心と同軸に配置されているが、滑り軸受は転がり軸受の内径中心と偏心して配置されている。すなわち、転がり軸受はクランク軸の全周方向の移動量を規制している。一方、滑り軸受けは、クランク軸との摺動面がプレス方向（下方）で広く、反対側（上方）で狭くされており、隙間の狭い側にプレス時の反力が加わるようにされている。そのため、前記狭い隙間には少量低圧の潤滑油を供給するだけで耐プレス荷重能力を得ることができる。

実開平４−８３４９７号公報

クランク軸の運動形態が主に一方向の回転運動に限定されている場合は、従来からのすべり軸受や転がり軸受のみによる支持、あるいは特許文献１のようなコンバインド軸受による支持で問題はなかった。しかし、昨今プレス機械のクランク軸がサーボモータにより駆動されるようになり、クランク軸を揺動運動、すなわち一回転させないで、途中で回転を止めて反対方向に回転させるような、正・逆回転を繰り返す場合が多くなっている。なかでも、クランク機構によってスライドを駆動するタイプのプレス機械では、生産性の向上などを目的としてクランク軸を揺動（振り子）運動させている。

しかし、滑り軸受のみの枢支構造あるいは特許文献１のコンバインド軸受では、クランク軸の揺動運動を枢支する摺動面での油膜の形成が困難であった。そのため、油膜切れによる焼き付きや、損傷が発生し易くなるという問題があった。また、転がり軸受のみの構造においても、揺動運動であると、大きな荷重を受ける転動体が限定され、想定寿命よりも早く損傷に至るという問題があった。これら問題が発生し、ジャーナル軸受が損傷した場合、プレス機械が運転不能となるため、生産がストップしてしまうという問題があった。

そこで、本発明はクランク軸に対する軸受けの相対速度を上げることができ、かつ寿命の長い耐久性に優れたプレス機械を提供することを課題としている。

本発明のプレス機械の第１の態様（請求項１）は、スライドを上下させるための偏心部を有するクランク軸を備えたプレス機械であって、外輪がプレス機械のフレームに固定さ
れた転がり軸受と、その転がり軸受の内輪に固定され、前記クランク軸を回動自在に支持する滑り軸受と、その滑り軸受をクランク軸周りに回転させる駆動装置とを備えていることを特徴としている。

本発明の第２の態様（請求項２）は、スライドを上下させるための偏心部を有するクランク軸を備えたプレス機械であって、プレス機械のフレームと前記クランク軸との間に介在された滑り軸受と、その滑り軸受をクランク軸周りに回転させる駆動装置とを備え、前記滑り軸受の内周面がクランク軸との摺動面とされ、外周面がプレス機械のフレームとの摺動面とされていることを特徴としている。

また、前記駆動装置が滑り軸受の回転速度を制御する制御装置を備えているものが好ましい（請求項３）。

本発明のプレス機械の第１の態様（請求項１）は、クランク軸を枢支する滑り軸受が転がり軸受によって枢支され、その上で前記滑り軸受が駆動装置によりクランク軸の周りに回転駆動自在にされている。そのため、滑り軸受とクランク軸との間の油膜切れを防止するとができる。とりわけクランク軸の運動形態が揺動運動である場合、すなわち滑り軸受けがクランク軸の周りを一回転しない場合の油膜切れを防止できる。

本発明のプレス機械の第２の態様（請求項２）は、スライドを上下させるための偏心部を有するクランク軸を備えたプレス機械であって、プレス機械のフレームと前記クランク軸との間に介在された滑り軸受と、その滑り軸受をクランク軸周りに回転させる駆動装置とを備え、前記滑り軸受の内周面がクランク軸との摺動面とされ、外周面が前記フレームとの摺動面とされている。そのため、簡易な構造で、滑り軸受とクランク軸との間の油膜切れを防止することができる。

また、前記駆動装置が滑り軸受の回転速度を制御する制御装置を備えている場合は（請求項３）、クランク軸の回転方向あるいは回転速度に応じて、油膜形成に最適なクランク軸との相対回転を得ることができる。

本発明のプレス機械の一実施形態を示す正面図である。 図１のＩ−Ｉ線断面図である。 図３は図２の要部拡大図である。

まず、図１および図２を用いて本発明の概略を説明する。図１に示すプレス機械１は、フレーム２と、そのフレーム２の前後にそれぞれ設けられた軸受機構３と、それらの軸受機構３により両端を枢支されたクランク軸４（図２参照）とを備えている。そのクランク軸４の中央付近には偏心部４ａ（図２参照）が設けられており、その偏心部４ａにコネクティングロッド（以下、コンロッド）５の上端が枢支されている。そして、そのコンロッド５の下端にスライド６が設けられている。そのスライド６の下方にはフレーム２に固定されたボルスタ７が設けられている。さらに、プレス機械１には、前記クランク軸４を回転駆動させるプレス駆動装置８（図２参照）が設けられている。

図２に示すように、前記フレーム２にはクランク軸４の両端部を貫通させる開口部２ａ、２ａ形成されている。その開口部２ａには、その内周面の途中から段部２ｂが半径方向内向きに突出し、内側の開口縁まで連続している。その開口部２ａに前記軸受機構３が配置されている。前後の軸受機構３、３は実質的には同一であるので、以下、前側の軸受機
構３を説明して、後側の軸受機構の説明を省略する。

前記軸受機構３は、フレーム２の開口部２ａの内周面に嵌合固定された一対の第１軸受９、９と、その第１軸受９の内面に嵌合固定された軸受ホルダー１０、１０と、その軸受ホルダー１０の内周面に嵌合固定された滑り軸受１１、１１とを備えている。なお、符号２ａはそれらの第１軸受９の外輪を押えるベアリング押さえである。前記軸受ホルダー１０には軸受用ギア１２が固定され一体とされており、前記フレーム２の上方に設けられた駆動装置（軸受用のモータ）１３により回転駆動される。

前記クランク軸４の一端（図では左側の端部）にロータリジョイント４ｂが連結されている。そのロータリジョイント４ｂはクランク軸４の内部を軸方向に延びる油供給路４ｃに連通している。その油供給路４ｃは途中から枝分かれし、半径方向に延び、クランク軸４の周壁に形成された開口へ連通している。前記クランク軸４の周面に形成される油膜は、ロータリジョイント４ｂを介して給油経路から供給される潤滑油を油供給路４ｃを介し周壁に形成された開口４ｄから供給することにより形成されるものである。また、クランク軸４の後端にはクランクギヤ（メインギヤ）４ｅが固定されている（図２参照）。そのクランクギア４ｅは前記プレス駆動装置８の駆動軸８ａに設けられたピニオンギア８ｂと噛み合っており、プレス駆動装置８によって回転駆動されている。

前記コンロッド５、スライド６、ボルスタ７（図１参照）およびプレス駆動装置８は従来公知のものである。なお、前記プレス駆動装置８はスライド６を昇降させるものであり、その駆動源としてサーボモータが用いるのが好ましい。そのサーボモータは制御機構８ｃに記憶されたプログラムに沿って回転を一時停止したり、回転方向、回転速度を変化させたりすることができる。サーボモータを用いた場合には、クランク軸４を正逆回転させる揺動運動を行うことにより、コンロッド５を昇降させることができる。

図３に示すように、前記第１軸受９は転がり軸受あるいは滑り軸受を用いることができる。本実施形態では転がり軸受を用いている。前記第１軸受９は内輪９ａと外輪９ｂと、それらの間に介在されるローラ９ｃ（またはボール）とからなる従来公知のものである。前記外輪９ｂは開口部２ａの内周面に嵌合固定されている。また、前記外輪９ｂは開口部２ａの内部で、段部２ｂにその側面が接するように配置されている。一方、外輪９ｂの反対側の側面は、開口部２ａから外部へ突出しており、その突出した部位が前記ベアリング押え２ｃで押えられている。前記ベアリング押え２ｃはボルトでフレーム２側に締め付け固定されている。そのため、第１軸受９の外輪９ｂは、段部２ｂとベアリング押え２ｃとにより挟持されている。

前記軸受ホルダー１０は、筒状部１０ａと、その筒状部のクランク軸の偏心部４ａ側の端部から半径方向の外向きに延びる鍔部１０ｂとを備えている。前記筒状部１０ａは、その外周面を第１軸受９の内輪９ａに嵌合固定されている。また、鍔部１０ｂは第１軸受９の内側の端面に係止されている。

前記滑り軸受１１は、筒状部１１ａと、その筒状部１１ａのクランク軸の偏心部４ａ側（中央側）の端部から半径方向の外向きに延びる鍔部１１ｂとを備えている。前記筒状部１１ａは軸受ホルダー１０の内周面に嵌合固定（冷やし嵌め）されている。一方、滑り軸受の筒状部１１ａの内面はクランク軸４の周面と摺接している。前述した潤滑油はクランク軸４の滑り軸受１１が摺接している部分の前記開口４ｄから供給される。また、前記鍔部１１ｂは前記軸受ホルダーの鍔部１０ｂの底面と接している。なお、前記滑り軸受１１を転がり軸受（軸受のタイプの変更）に代えてもよい。しかし、一般的に同じ軸径であれば、転がり軸受に比べて耐荷重能力に優れる滑り軸受を用いるのがよい。また、本実施形態では、外側に第１軸受９（転がり軸受）を配置し、内側に滑り軸受１１を配置している
。これは、上述したように滑り軸受の耐荷重性能が優れていることに加え、滑り軸受がコンパクトであるので内側に設置しやく、かつ回転運動部の運動エネルギーを小さくすることができる（コンパクトであるので直径が小さいから）からである。なお、負荷容量的に満足できるなら、内側に転がり軸受を用いてもよい。

前記軸受用ギア１２は、クランク軸４が貫通する開口を有する筒状のボス１２ａを有している。そのボス１２ａは、前記軸受ホルダー１０の先端にボルトなどの締結具で接続されて一体にされている。その軸受用ギア１２は、そのボス１２ａの端部を軸受ホルダー１０の筒状部１０ａの端面および第１軸受９の内輪９ａの側面と接触させた状態で固定されている。そのため、前記ボルトを締め付けることにより軸受用ギア１２が軸受ホルダー１０側に押し付けられ、軸受用ギア１２、軸受ホルダー１０および内輪９ａが一体に固定される。一方、前記軸受用ギア１２の軸受ホルダー１０と反対側の端部は、軸受２ｄを介してフレーム２により支持されている。その軸受２ｄの外輪はフレーム２に嵌合固定され、軸受用ギアのボス１２ａは軸受２ｄの内輪に嵌合固定されている。前記軸受用ギア１２および軸受２ｄはその外側の面から押さえプレート１２ｂをかぶせ、ボルトにより固定されている。なお、後側の軸受用ギア１２も前側のものと同様である。

図２に戻って、前記軸受用モータ１３は従来公知のモータを用いることができる。そのモータ１３は、その駆動軸１３ａの回転方向や回転速度を変化させる制御機構１３ｂを備えている。特に、エンコーダやレゾルバ等の高精度な検出器を有したものが好ましい。そのようなモータとして、サーボモータを用いてもよい。また、制御機構１３ｂによる制御は、プレス駆動装置８のクランク軸４の回転数、スライド位置あるいは成形荷重を制御機構１３ｂの入力因子とし、クランク軸４の回転運動に対して所定の相対的な回転運動がモータ１３の出力として得られるようにしてもよい。例えば、クランク軸４の正方向の回転数に対し、滑り軸受１１を逆方向で、かつクランク軸４と所定の相対回転速度が保つように制御することが考えられる。なお、前記モータの駆動軸１３ａの先端にはカップリング１３ｃが接続され、後述するドライブシャフト１５ａの一端が連結されている。

前記モータ１３による回転運動はフレーム２に枢支された歯車列１４によって軸受用ギア１２へ伝達される。前記歯車列１４は、ドライブシャフト１５ａに固定されたドライブピニオンギア１５（以下、ドライブピニオン）と、そのドライブピニオン１５と噛み合って回転運動が伝達される中間ピニオンギア１６（以下、中間ピニオン）とからなり、その中間ピニオン１６から軸受用ギア１２へ回転運動が伝達される。それらドライブピニオン１５および中間ピニオン１６はそれぞれドライブシャフト１５ａおよび中間シャフト１６ａを有しており、それらシャフトがそれぞれフレーム２に枢支されている。

前記フレーム２には、それらシャフトをそれぞれ枢支するための複数の嵌合孔２ｅが形成されている。それら嵌合孔２ｅには軸受２ｆが設けられている。その軸受２ｆは、その外輪を嵌合孔２ｅに嵌合固定されている。一方、それぞれのシャフトは軸受２ｆの内輪に嵌合固定されている。なお、それら嵌合孔２ｅ、２ｅはカバー１７、１７（図１参照）により閉じられている。それらカバー１７は軸受２ｆの外輪を押えるようにフレーム２に固定されている。

前記ドライブピニオン１５は一端をカップリング１３ｃに連結されたドライブシャフト１５ａを備えている。また、前記中間ピニオン１６はクランク軸４の両端付近に設けられている。それら中間ピニオン１６、１６（図２参照）はそれぞれ中間シャフト１６ａ、１６ａに固定されている。それら中間シャフト１６ａ、１６ａはクランク軸４の両端付近でそれぞれフレーム２に枢支されている。そして、それら中間シャフト１６ａ、１６ａ同士はカップリング１６ｂで連結されている。そのため、モータの駆動軸１３ａの回転運動は一方の（図では左側の）中間ピニオン１６からカップリング１６ｂを介して他方の（右側
の）中間ピニオン１６（図２参照）に伝達される。それにより両方の中間ピニオン１６ギアがひいては両方の第１軸受け９が回転駆動される。

なお、前記第１軸受９を用いないで、滑り軸受１１の内周面をクランク軸４との摺動面とし、外周面をプレス機械のフレーム２との摺動面としてもよい。この場合は、構造が簡単である。

本プレス機械１によるとクランク軸４を枢支する滑り軸受１１が転がり軸受（第１軸受）９によって枢支され、その上で前記滑り軸受１１がモータ１３によりクランク軸４の周りに回転駆動されている。そのため、両方の滑り軸受１１とクランク軸４との間の油膜切れを防止することができる。とりわけクランク軸４の運動形態が揺動運動である、すなわち滑り軸受１１がクランク軸４の周りを一回転しない場合に、クランク軸４の周面に形成される油膜切れを効率よく防止できる。また、クランク軸４自体の回転によりその外周に油膜を十分に形成することができる場合でも（滑り軸受１１を回転させて油膜を形成する必要がない場合）、滑り軸受１１をゆっくりでも回転させておくのがよい。第１軸受９の同じローラ９ｃのみに荷重が加わらないようにするためである。なお、クランク軸４の回転数が早く、発熱する可能性がある場合には、滑り軸受１１をクランク軸４と同じ方向に回転させることにより相対速度を下げ、発熱を軽減させることもできる。

また、前記モータ１３が滑り軸受１１の回転速度を制御する制御装置１３ｂを備えているので、クランク軸４の回転方向あるいは回転速度に応じて、油膜形成に最適なクランク軸４との相対回転を得ることができる。

１ プレス機械
２ フレーム
２ａ 開口部
２ｂ 段部
２ｃ ベアリング押え
２ｄ 軸受
２ｅ 嵌合孔
２ｆ 軸受
３ 軸受機構
４ クランク軸
４ａ 偏心部
４ｂ ロータリジョイント
４ｃ 油供給路
４ｄ 開口
４ｅ クランクシャフト
５ コネクティングロッド（コンロッド）
６ スライド
７ ボルスタ
８ プレス駆動装置
８ａ 駆動軸
８ｂ ピニオンギア
８ｃ 制御機構
９ 第１軸受
９ａ 内輪
９ｂ 外輪
９ｃ ローラ
１０ 軸受ホルダー
１０ａ 筒状部
１０ｂ 鍔部
１１ 滑り軸受
１１ａ 筒状部
１１ｂ 鍔部
１２ 軸受用ギア
１２ａ プレート
１２ｂ ボス
１３ 駆動装置（軸受用モータ）
１３ａ 駆動軸
１３ｂ 制御機構
１３ｃ カップリング
１４ 歯車列
１５ ドライブピニオンギア（ドライブピニオン）
１５ａ ドライブシャフト
１６ 中間ピニオンギア（中間ピニオン）
１６ａ 中間シャフト
１６ｂ カップリング
１７ カバー

Claims (3)

1. スライドを上下させるための偏心部を有するクランク軸を備えたプレス機械であって、
   外輪がプレス機械のフレームに固定された転がり軸受と、
   その転がり軸受の内輪に固定され、前記クランク軸を回動自在に支持する滑り軸受と、
   その滑り軸受をクランク軸周りに回転させる駆動装置とを備えているプレス機械。
2. スライドを上下させるための偏心部を有するクランク軸を備えたプレス機械であって、
   プレス機械のフレームと前記クランク軸との間に介在された滑り軸受と、
   その滑り軸受をクランク軸周りに回転させる駆動装置とを備え、
   前記滑り軸受の内周面がクランク軸との摺動面とされ、外周面が前記フレームとの摺動面とされているプレス機械。
3. 前記駆動装置が滑り軸受の回転速度を制御する制御装置を備えている請求項１あるいは２のいずれかに記載のプレス機械。

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