JP5734554B2 - 成形機械の反作用装置 - Google Patents

Description

本開示は、全体的に成形機械に関し、より詳細には成形機械と共に用いる反作用装置に関する。

ガススプリングは、一般的に降伏力又は復帰力を有して成形型又はワークピースの移動自在なコンポーネント又はサポートを提供するための成形機械の様々な実施の場で用いられている。例えば、バインダーリングの実施において、ガススプリングは成形型のバインダーリングに対して降伏力を提供して、プレスラムがワークピースを形成している間、金属製のワークピースを保持する。ガススプリングは、また、プレスラムが後退する間、一時的にワークピースを保持する。

装置は、ピストンロッドとチャンバを備えたシリンダと、シリンダチャンバと連通した第一チャンバを備えたアキュムレータと、を有し、チャンバにはピストンロッドのチャンバへ入ろうとする動きに抵抗する第一作動流体が収容されており、第一チャンバはピストンロッドがシリンダチャンバへ入ろうとする際に、シリンダチャンバからの流体を収容する。装置は、幾らかの第一作動流体を収容できる流体チャンバと、ピストンロッドがシリンダチャンバに後退する際に流体チャンバの容積を大きくして第一作動流体を収容する総容積を増加させるように動作可能なアクチュエータと、を備えた圧力制御装置も有することができる。流体チャンバの増加した容積は、ピストンロッドの運動によらない組立品内の流体運動を収容できる。

１つの実施例において、成形機械のための反作用装置は、シリンダと、アキュムレータと、圧力制御装置とを備えることができる。シリンダは、一端がシリンダの外側に延びたピストンロッドと、ピストンロッドのチャンバへの移動に抵抗する第一作動流体を収容するチャンバとを備えることができる。アキュムレータは、ピストンロッドがシリンダチャンバへ移動する際にシリンダチャンバからの流体を収容する、シリンダチャンバと連通した第一チャンバと、圧縮性流体を収容する第二チャンバと、第一チャンバと第二チャンバの間に設けられ、一部を画定するピストンとを有することができる。圧力制御装置は、幾らかの第一作動流体が収容された流体チャンバと連通することができ、ピストンロッドがシリンダチャンバへ後退する際に、流体チャンバの第一作動流体の容積を増加させるように動作可能なアクチュエータを有することができる。そこにおいて、流体チャンバはシリンダチャンバと連通しており、流体チャンバはシリンダチャンバからの第一作動流体を収容して、ピストンロッドの移動によらない第一作動流体内の圧力の変化を受け入れて、ピストンロッドの意図しない動作を防止する。

部品を形成する前の位置を示す複数の反作用装置を含む成形機械の一実施例の側面図である。 部品を形成する延長した位置を示す成形機械の側面図である。 部品が形成された後の中間後退位置を示す成形機械の側面図である。 完全に後退した位置を示す成形機械の側面図である。 反作用装置の一例を示す部分断面斜視図である。 図５の反作用装置の第一の状態を示す部分断面側面図である。 図５の反作用装置の第二の状態を示す部分断面側面図である。 図５の反作用装置の第三の状態を示す部分断面側面図である。 図５の反作用装置のアキュムレータの例を示す斜視図である。 圧力制御装置を備えた反作用装置アセンブリの側面図である。 図１０の反作用装置アセンブリの一部を示す側面図である。 図１１の線１２に沿った圧力制御装置の断面図である。 図１２の丸１３で囲んだ部分の拡大断片図である。 圧力サイクルのグラフ表示である。

図１から図４に、部品を成形するためのプレスラム１２と、ベース１４と、移動自在の下部パッド１６と、成形されるブランク２０（「ブランク」とは成形材料である）の周囲を保持するためのクランプリング１８とを備えた成形機械としてのプレス機１０を示す。ガススプリング２２はプレスラム１２によって動かすことができ、クランプリング１８を係合して、プレスラム１２の移動の関数として、クランプリング１８の制御された移動を提供することができる。プレス（例えばベース１４）によって移動される反作用装置２４は、部品成形の間、下部パッドの制御された移動のために下部バッド１６を支持し、成形サイクル終了後のプレス１０からの部品の取り外しを容易にしている。

図１に示すように、成形サイクルの初期化に先立って、下部パッド１６が反作用装置２４によってプレスラム１２に向かって延ばされ、ブランク２０が下部パッド１６とベース１４の周辺サポート２６の上に設けられ、プレスラム１２とクランプリング１８とが最初はブランク２０から完全に後退している。次に、ブランク２０を成形するために、プレスラム１２が図２に示す位置にまで進められる。プレスラム１２のこの移動の間、プレスラム１２とクランプリング１８とはブランク２０と係合する。クランプリング１８はブランク２０をその周辺部においてサポート２６に対向して保持し、ラム１２は下部パッド１６に対向してブランク２０を捕捉している。プレスラム１２のさらなる移動が、反作用装置の力に対抗して下部パッド１６を移動させ、ブランク２０を所望の形状に成形する。図３に示すように、ブランク２０が成形された後、この実施例では、プレスラム１２が後退する間に、成形されたブランク２０の位置を保持するために、ガススプリング２２と反作用装置２４は、遅延戻り移動を意図した制御機構を備えている。図４に示すように、プレスラム１２が十分に後退してガススプリング２２と反作用装置２４の移動が終わった時に、プレス１０から成形されたブランク２０を容易に取り外しできるように、成形されたブランク２０は、プレスラム１２の方に持ち上げられる。

図５から図８に、反作用装置アセンブリ３０の一例の少なくとも一部を示す。反作用装置アセンブリは、アキュムレータ３２とスプリングシリンダ３４とを備える。スプリングシリンダ３４は、開放端３８を備えたケース３６と、ケースに対して往復運動するためにケース３６に部分的に収容され、ケース３６の外側に延在する自由端４２を備えたピストンロッド４０とを有する。図１〜図４に示されたプレス１０を用いる際に、ピストンロッド４０の自由端４２が下部パッド１６と係合する。スプリングシリンダ３４の圧力チャンバ４４は、第一作動流体（例えば油圧油）で満たされており、プレスラム１２のストローク中、その圧力はピストンロッド４０がケース３６の方へ移動するにつれて増加する。圧力チャンバ４４は、移送経路４６と呼ばれる第一経路を通ってアキュムレータ３２と連通している。

アキュムレータ３２は、ピストンロッドアセンブリ５０とケース５２とを備えている。ピストンロッドアセンブリ５０は、ピストンロッド５４と、ケース５２に対して共同して往復運動をするピストンロッド５４に接続したピストン５６とを備えている。ピストン５６は、ケース５２に対してシールしてケース内部を2つのチャンバに分割するシール（図示せず）を移動させる。第一チャンバ５８は、スプリングシリンダ３４の圧力チャンバ４４と連通して、油圧油を受け入れている。第二チャンバ６０は、例えば圧力下のガス状窒素のような圧縮性流体を収容し、ピストン５６に作用して、第一チャンバ５８と圧力チャンバ４４の油圧油に力を加えている。チェックバルブ６２が、圧力チャンバ４４と第一チャンバ５８との間に設けられて、流体が圧力チャンバ４４から第一チャンバ５８方向へ流れるのを許容し、反対方向へ流れるのを防止している。第一チャンバ５８は、例えばソレノイドバルブ６６のようなバルブによって選択的に閉じて容易に流量を制御することのできる第二経路６４を通っても、圧力チャンバ４４と連通している。図示のように、第二経路６４は移送経路４６と結合しており、ソレノイドバルブ６６が開放された時に、流体の流れが第二経路を通るようにして、６４チェックバルブ６２の周りにバイパスを提供している。ピストンロッド５４の一部が、ケース５２の外側まで延在し、ピストン５６の与えられた位置における油圧油レベルを示すマークを備えている（例えば、ピストンが完全に後退した場合に、第一チャンバ５８の最大容積を示す）。

アキュムレータ３２は、ケース５２の一部を画定するブロック７０を備える。図９に示すように、ブロック７０は、ソレノイドバルブ６６と、システムに油圧油を追加したり抜いたりする時に用いるフィッティング７２と、圧力計７４、その他の装置やバルブ等を有している。少なくとも移送経路４６の一部７６は、ブロック７０の中に形成されており、移送経路４６の残りの部分は、チューブ、導管、その他のコンポーネントによってスプリングシリンダまで導かれている。

図１０に最も良く示されているように、移送経路４６は圧力制御装置８０とも連通している。図１１及び／又は図１２に示すように、圧力制御装置８０は開放端を有するシリンダ８２と、ブロックにシリンダの一端として設けられたベース８４と、シリンダ８２の他端としてのヘッド８６とを備えている。ベース８４内の穴８８が、流体チャンバを形成しており、アクチュエータ９０が流体チャンバに対して移動自在で、流体チャンバの容積を変化させる。アクチュエータ９０は、スライド自在にシリンダ８２に収容されたピストン９２を有するピストンアセンブリと、ピストン９２から延在し、ベアリングとシールアセンブリ９６を通って穴８８に収容されるロッド９４とを備える。図１３に最も良く示されているように、ベアリングとシールアセンブリ９６は、ロッド９４を取り囲み、放射線状に内向きに延在したフランジ１０２でバックアップされた環状ロッドシール１００を有するリテーナカートリッジ９８を備えている。ベアリング１０４は、リテーナカートリッジ９８に設けられて、ロッド９４の往復運動をガイドする。ピストン９２にはシール及び／又はベアリング１０７が設けられて、その往復運動をガイドする。シール１０７は、好ましくはピストン９２の上に作動チャンバ１０６を画定し（図１２の上側に示す）、ピストン９２の周りから作動チャンバ１０６とロッドシール１００との間に設けられた第二チャンバ１０８へのリークを防いでいる。第二チャンバ１０８は、大気と通気して、ピストンの往復運動中に真空が形成されるのを防いでいる。又は、第二チャンバ１０８に加えられている圧力源と共にシステムが二重に動作して、圧力源の力が、作動チャンバ１０６にある流体の力に対抗するようにすることができる。流体は制御バルブ１０９を通って動作チャンバ１０６に入ったり出たりして、作動チャンバ１０６内の圧力を変化させる。流体は圧縮性である。

図１０に示すように、移送経路４６は穴８８と連通しており、一方、加圧された第二作動流体は、作動チャンバ１０６へ導くヘッド８６内の適切な経路１１０（図１２）を通ってピストン９２と連通している。第二作動流体が動作するピストン９２の第一表面は、油圧油が動作するロッド９４で画定された第二表面より面積が大きいので、第二作動流体の与えられた圧力は、油圧油の比較的高い圧力をオフセットすることができる。第一表面の面積は、第二表面よりかなり大きく、例えば１５〜６０倍大きい。一つの実施例において、ピストンの表面積はロッド９４の対向する面積の３９倍大きく、第二作動流体は第二作動流体圧力より３９倍大きい油圧油圧力に対向して、ピストンアセンブリを所定の位置に保持することができる。もちろん、要望に応じて他のサイズも用いることができる。

使用に当たっては、第二作動流体（例えば圧縮空気のような加圧ガス）が、作動チャンバ１０６に導入されて、穴８８の幾らか又は実質的に全容積を占めるようにロッド９４を備えたピストンアセンブリが進入する。この位置において、油圧油の圧力がピストンアセンブリを移動させるほどに十分高くない限りにおいて、油圧油を収容できる穴８８の容積は小さい。次に、システムは基本的に圧力制御装置８０が存在しないかのように振舞う。しかし、作動チャンバ１０６内の圧力が減少した場合（又は、例えば第二チャンバ１０８内からピストンに作用する力によって、もしピストン９２が反対方向に駆動された場合）、ピストン９２は穴８８内の油圧油によって移動させられ、ロッド９４は穴８８から引き出されて、油圧油を収容する穴の容積が増加する。この場合において、第一作動流体を収容するコンポーネント（例えば圧力チャンバ４４、移送経路４６と穴８８）の総容積は、穴８８の容積が増加すれば、増加する。この状況における第一作動流体を収容可能なコンポーネントの容積増加は、ピストンロッド４０に作用する油圧油の制御された圧力低下をもたらし、例えば意図しない圧力サージがピストンロッド４０を移動させるのを防止する。この一例を、図１〜４に示すプレス１０の成形サイクルを参照して、以下に記載する。

成形サイクルにおいて、プレスラム１２が図１に示す後退位置、図１４のT.D.C.点（上死点）から、図２に示す完全に進んだ位置、図１４のC点まで移動する。図１４のT.D.C.点とC点の間のA点は、ピストンロッド４０との初期接触を示す。プレスラム１２のこの移動の間、下部パッド１６が、反作用装置アセンブリ３０のピストンロッド４０と同様に移動する。ピストンロッド４０がさらにそのケースの方に移動するにつれて、油圧油が圧力チャンバ４４から移送経路４６とチェックバルブ６２を通って第一チャンバ５８の方へ移動する。このストロークの間に、ソレノイドバルブ６６が閉じられて（図１４のB点として示す）、流体が第二経路６４を通って第一チャンバへ流れるのを防止する。チェックバルブ６２を通って第一チャンバ５８へ流入した流体は、ピストンロッドアセンブリ５０を移動させて、アキュムレータ３２の第二チャンバ６０内の圧力を増加させる。ソレノイドバルブ６６が閉じることと共に、第二チャンバ６０内の圧力がチェックバルブ６２によって圧力チャンバ４４から隔離され、図３に示し、図１４のＣ１点で示すようにプレスラム１２がその後退位置へ戻り始めても、ピストンロッド４０は、その後退位置を維持する。図示例のプレス１０において、ガススプリング２２は、初期的にはプレスラム１２と共に後退せず、クランプリング１８を成形したブランク２０に向けて下方に保持する。従って、クランプリング１８が動くことを許容される前にピストンロッド４０が動くことによって、成形されたブランク２０の形状が改変され、又は損傷を受け、特に成形されたブランク２０の材料が薄い場合に は、又は成形プロセスにおいて高精度が要求される場合には、比較的小さな範囲で成形される（例えば浅絞り）。

このようなプレス１０において、ピストンロッド４０の移動は「スプリングバック」によって生じる。「スプリングバック」は、反作用装置アセンブリ３０の残留圧力によって生じ、例えば高圧力ストロークの間にホースやチューブや金属コンポーネント等が膨張して、元の形状に戻ろうとする際に、システムに圧力を与えてピストンロッド４０を動かす。スプリングバックは、非圧縮性であると見なされる油圧油が、高圧下で実際にはわずかな量（一般的には数パーセント以下、代表的なバルブで０．５パーセント）圧縮されて、復元することによってももたらされる。スプリングバックを生じさせる追加的な原因としては、システム３０における空気や、シールのような他の弾性コンポーネントの圧縮がある。少なくとも幾つかのシステムにおいて、スプリングバックの総量は、圧力チャンバ４４と移送経路４６とにある油圧油（即ち、チェックバルブ６２とソレノイドバルブ６６によって第一チャンバ５８から隔離された流体）の体積の１パーセントから５パーセントのオーダーである。

この点を考慮して、圧力制御装置８０の作動チャンバ１０６は、ガス（例えば空気）によって加圧されて、穴８８内のピストンロッド９４を駆動し保持して、穴８８の最小容積は、油圧油を収容するために利用可能となる。ピストンロッド４０がその底又は完全に後退した位置に達すると、圧力制御装置８０の作動チャンバ１０６内のガス圧は例えば開放バルブ１０９によって減少して、第二作動流体の幾らかが作動チャンバ１０６から出て行くことが可能になり、ピストンロッド９４は少なくとも部分的に穴８８から引き出される。ピストンロッド９４が引き出された後の穴８８の容積は、油圧油を収容するために利用可能となり、システムのスプリングバック圧力は、流体を、圧力チャンバ４４ではなく、単に穴８８に移動させる。これにより、圧力チャンバ４４内の圧力をゼロにする又はわずかに負にして、ピストンロッド４０をさらに後退させることができる。

スプリングバックの全ての除去を望む場合、コンポーネントの耐性等を考慮して、圧力制御装置８０が穴８８内に十分な容積を有して、システム内のスプリングバック流体容積移動より少なくとも幾らかは大きな量を取り扱うようにシステムを設計することが望ましい（上述の流体容積移動とは、膨張した状態から戻るコンポーネント、又は圧縮状態から膨張する流体に由来している）。こうすることによって、ピストンロッド９４が穴８８から後退する際に、圧力チャンバ４４内の圧力が僅かにゼロ以下になる。このように、ピストンロッド４０はスプリングバック圧力によって進むことがなくなる（即ち、流体移動と残留圧力増加が、さもなければ圧力チャンバ４４に生じる。）。

ピストンロッド４０がその後退位置（図３参照）からその延長位置（図４参照）に向かって移動できるように、ソレノイドバルブ６６が開放されて（図１４のＤ点で示す）、第一チャンバ５８の加圧流体が第二経路６４とソレノイドバルブ６６と移送経路４６とを通って圧力チャンバ４４まで流れ込むようにする。流体の流量は、少なくとも第二経路６４の一部又はソレノイドバルブ６６を通る流路に比較的小さな流量範囲を設けることによって制御可能であって、ピストンロッド４０の戻り速度を制御する。ピストンロッド４０が延びた位置の時、ソレノイドバルブ６６を閉じることができ、（圧力を作動チャンバ１０６に導入することによって）圧力制御装置８０のロッドを進めることができるので、反作用装置アセンブリは次の成形サイクルの準備ができた状態にある。

反作用装置アセンブリの現在の好ましき実施例をこのように記載したので、種々の変形や変更は当業者によってなされるであろう。この変形や変更は、添付請求項で定義された本発明の範囲内である。例えば、反作用装置アセンブリは、上記以外の用途にも用いることができる。油圧油や他の加圧流体源は、アキュムレータや圧力制御装置において加圧ガスに置き換えることができる。そして、もちろん、他の変形、置換、実施も行なうことができる。さらにまた、上述のプレスシステムと反作用装置アセンブリの動作の記載において、単一のシリンダとアキュムレータ３２と圧力制御装置８０が用いられていたが、これらの複数のコンポーネントを用いることもできる。１つの例として、１つのアキュムレータ３２と１つの圧力制御装置８０を、１つ以上のシリンダに対して、マニホールド又は他の配置によって、用いることができる。また、圧力制御装置８０は、穴８８に関して実際に流体チャンバ自身を備えるよりむしろ、幾らかの第一作動流体が収容された流体チャンバと連通することができる。流体チャンバは圧力チャンバ４４と連通することができ、流体チャンバは圧力チャンバ４４からの第一作動流体を収容して、ピストンロッド４０の移動に起因しない第一作動流体内の圧力変化に適応して、ピストンロッド４０の意図しない移動を防止する。この点において、圧力制御装置８０は、ピストンロッド４０が完全に後退するまで流体チャンバへの流れを防止し、その後開放して、幾らかの第一作動流体が流体チャンバへ流入することを許容するバルブを備えてもよい。これ以外の変形やアレンジも可能である。

Claims (9)

1. ピストンロッドと前記ピストンロッドがシリンダチャンバへ入ろうとする動きに抵抗する作動流体が収容された前記シリンダチャンバが設けられたシリンダと、
   前記シリンダチャンバと連通し、前記ピストンロッドが前記シリンダチャンバへ入ろうとする際に、前記シリンダチャンバからの流体を収容する第一チャンバが設けられたアキュムレータと、
   幾らかの前記作動流体を収容でき、前記シリンダチャンバと常時連通した流体チャンバと、前記ピストンロッドが前記シリンダチャンバの方へ後退する際に前記流体チャンバの容積を大きくして前記作動流体を収容する総容積を増加させるように動作可能なアクチュエータと、が設けられた圧力制御装置と、が備えられている装置であって、
   前記流体チャンバの増加した容積が、前記ピストンロッドの運動によらないアセンブリ内の流体運動を受け入れ、
   前記圧力制御装置には、圧縮性ガスを収容する作動チャンバが設けられ、
   前記アクチュエータには、前記ガスによって動作する第一表面と、前記流体チャンバ内の前記作動流体によって動作する第二表面とを有するピストンが設けられ、
   前記ピストンロッドが前記シリンダチャンバの方へ後退する間、前記第一表面に作用する前記ガスの圧力が前記第二表面に作用する前記作動流体の圧力に抗してピストンを保持するのに十分で、そして前記ピストンの移動が、少なくとも部分的に前記第一表面に作用する前記ガスの圧力が減少することによって生じることを特徴とする装置。
2. 前記第一表面が、前記第二表面より面積が大きいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記作動チャンバと連通して、前記作動チャンバ内の前記ガスの圧力の減少を選択的に許容する制御バルブがさらに備えられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記第二表面が、前記ピストンによって移動される前記ピストンより小さな径を有するロッドの端面によって画定されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記ピストンロッドが前記シリンダチャンバへ移動される間、前記制御バルブが閉じられて、前記作動チャンバ内の圧力が維持され、
   前記ピストンロッドが前記シリンダチャンバの最も遠い位置である完全に後退した位置に達した時に、前記制御バルブが開放されて、前記作動チャンバ内の圧力が減少する
   ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記ガスが圧縮空気であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記装置には、前記作動チャンバと前記流体チャンバの間に設けられた第二チャンバも備えられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記第二チャンバが大気と通気していることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記第二チャンバが、前記作動チャンバ内の前記ガスの力に対抗する加圧流体を収容するように設けられていることを特徴とする請求項７に記載の装置。

Images