JP6078567B2 - スライド駆動機構およびそれを用いたプレス装置 - Google Patents

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Description

本発明はプレス装置のスライドを駆動させる機構およびその機構を用いたプレス装置に関する。さらに詳しくは、スライドを長いストロークで昇降させるスライド駆動機構およびそれを用いたプレス装置に関する。
特許文献1には、遊星歯車機構を用いたクランク装置が開示されている。このクランク装置に用いられる遊星歯車機構の遊星歯車は、その外径が固定内歯歯車の内径の1/2にされている。その遊星歯車の回転中心には、クランク軸のクランクピンが枢支されている。その遊星歯車の外周部分には、連接棒(ピストンロッド)の端部が回動自在に枢支されている。この機構により、連接棒の往復直線運動が、クランク軸の回転運動に変換される。
さらに、特許文献2には、ギヤレシプロ機構が開示されている。このギヤレシプロ機構は、上述した特許文献1とほぼ同じ機構が用いられており、クランクの回転運動をピストンアームの往復直線運動に変換している。
図8はクランクレスタイプのプレス装置が作動する様子を示す概略工程図である。その図に示すプレス装置100は、例えばモータの回転力が伝達されるギヤ101と、そのギヤに噛合する主歯車と一体になった偏心板102と、その偏心板102の偏心位置に上端が枢支されるコンロッド103と、そのコンロッドの下端に取り付けられるスライド104とからなる。
そのコンロッド103は偏心板102の回転により上端が図の左右に振られる。このため、前記スライド104を上下に直線運動させるべく、プレス装置のフレームにスライドギブ105が設けられている。これによりスライド104は左右方向の移動が規制され、上下に直線運動することができる。
特開平7−305601号公報 特開平2−107853号公報
長いストロークを有するプレス装置をクランク機構または図8の主歯車と一体になった偏心板を用いたクランクレス機構で実現すると、その偏心量が大きいことから、クラウンを含む装置の全高が大きくなり、装置が大型化する傾向にある。
さらに、ロングストロークのプレス装置、例えばストローク長さが1000mm以上のプレス装置では、コンロッドの傾きを考慮してスライドとクラウンの間に余裕を持たせるべく、下死点時にストロークの長さ(図8の符号X参照)以上の空間(図8の符号Y)が必要とされる。それが装置を一層大きくさせている。
さらに、コンロッドが傾くことによりスライドへの側面分力の影響が、高精度加工を妨げる要因となり得る。
さらに、コンロッドの傾きは、クランク、コンロッドなどによるアンバランスモーメントを増大させる。このため、高速運転時は、機械振動を抑制させる手段、例えばダイナミックバランスや回転バランスなどで抑制させる手段を設ける必要性が生じる。
このように、ストロークが長くなればなるほど、プレス装置は大型化すると共に、アン
バランスモーメントが大きくなる傾向にある。
一方で、ストロークが長ければ長いほど、大きな絞り加工を滑らかに行え、さらに一回のストロークで多種の加工が複合的に行えるなどメリットがある。
すなわち、プレス装置において、ストロークを長くすることと、装置の大型化を抑制すると共に、アンバランスモーメントの発生を防ぐこととは、普通は技術的に相反する傾向にあった。
そこで、本発明はストロークの長いプレス装置において、プレス装置の大型化を抑制し、その上でアンバランスモーメントの発生を防ぐスライド駆動機構およびそれを用いたプレス装置を提供することを課題とする。
(1)本発明のスライド駆動機構は、プレス装置に用いるスライド駆動機構であって、前記プレス装置のフレームに互いに間隔を空けて同心状に設けられる左右一対の内歯歯車と、前記フレームに内歯歯車と同心状に枢支されると共に、そのプレス装置の駆動装置により同調して回転駆動される左右の遊星キャリアと、それぞれの遊星キャリアに枢支される内歯歯車に噛合する左右の遊星歯車と、それぞれの遊星歯車に設けられる左右のレバーと、それら左右のレバーの間で、それらレバーに回動自在に支持されるスライド側の部材とからなり、前記遊星キャリアの回転中心と遊星歯車の回転中心の距離と、遊星歯車の回転中心とスライド側の部材の回動中心との距離とが同じにされており、前記遊星歯車と内歯歯車のギヤ比が1:2にされている、ことを特徴とする。
ここで、駆動装置は、実質的に遊星キャリアを回転駆動するものを含む概念であり、実施形態ではモータ、軸受、伝達軸およびフライホイールなどが該当する。
そして、スライド側の部材とは、スライドそのもの、さらにはスライドを固定しているものを含む概念であり、図1の実施形態ではプッシュロッド6およびスライド7が該当し、図6の実施形態ではスライド7が該当する。
(2)このようなスライド駆動機構において、前記遊星キャリアが円盤部を有しており、その円盤部の周面でフレームに枢支されており、その円盤部の内側の端面に前記遊星歯車が枢支されており、前記円盤部の外側の端面に前記駆動装置に噛合して回転を伝達するメインギヤが設けられているのが好ましい。
(3)さらに、前記遊星キャリアが前記駆動装置に噛合して回転を伝達するメインギヤを兼ねており、そのメインギヤの一方の面に前記遊星歯車が枢支されており、前記遊星キャリアのメインギヤを挟んで遊星歯車と反対側の面に、フレームに枢支される軸部が設けられているのが好ましい。
(4)このようなプレス装置は、そのフレームに設けられる上述のスライド駆動機構と、そのスライド駆動機構の遊星キャリアを回転駆動させる駆動装置とを備えたことを特徴とする。
(1)本発明のスライド駆動機構およびプレス装置は、遊星歯車機構を用いてスライド側部材を直線的に往復運動させて動かしているので、アンバランスモーメントの発生を防ぐことができ、そのためバランス装置などを必要としない。
さらに、スライド側部材をその両側から一対の遊星キャリアを介してフレームで支持しており、ギヤで支持していない。このため支持が確実である。そしてスライド側部材は、スライドの上死点において左右の遊星キャリアの間に収納されるので、省スペースである。そしてスライド側部材のプッシュロッドが揺動しないので、その揺動を考慮した空間(
図8の符号Y参照)を必要としない。
(2)このようなスライド駆動機構が、前記遊星キャリアが円盤部を有しており、その円盤部の周面でフレームに枢支されており、その円盤部の内側の端面に前記遊星歯車が枢支されており、前記円盤部の外側の端面に前記駆動装置に噛合して回転を伝達するメインギヤが設けられている場合は、大径の軸部でフレームに枢支され、その上で、遊星歯車と内歯歯車との噛合っている部位と、円盤部がフレームに枢支されている部位との距離が短く、かつ、上下方向に並んでいるので、噛合いの精度が高まる。例えば、クランク軸のウェッブ部(例えば図3bの符号25参照)があると、剛性が低くなり、噛合い精度が低下する。
(3)さらに、前記遊星キャリアが前記駆動装置に噛合して回転を伝達するメインギヤを兼ねており、そのメインギヤの一方の面に前記遊星歯車が枢支されており、前記遊星キャリアのメインギヤを挟んで遊星歯車と反対側の面に、フレームに枢支される軸部が設けられている場合は、メインギヤに遊星歯車が枢支されているので、機構全体を薄くすることができ、左右の遊星キャリアの間にピストンロッド、さらにはスライドが上下動するためのスペースを確保できる。
(4)プレス装置において、上述のスライド駆動機構を用いているから、長いストロークでありながら、装置を小型化でき、その上でアンバランスモーメントの発生を防止する手段を必要としない。
その結果として、本実施形態のプレス装置において、例えば1000mmストロークで60spmの高速運転ができた。
図1は本発明のスライド駆動機構を含むプレス装置の一実施形態を示す部分断面図である。 図2は本発明のスライド駆動機構を用いたプレス装置の一実施形態を示す概略正面図である。 図3aは図1のスライド駆動機構の作動する様子を示す概略図、図3bは図3aの遊星キャリアを簡略化した機構を示す概略図である。 図4は図3bの機構が作動する様子を示す概略工程図である。 図5は図1のスライド駆動機構が上死点および下死点にあるときのそれぞれを比較するための概略断面図である。 図6は本発明のスライド駆動機構を用いたプレス装置の他の実施形態を示す部分断面図である。 図7は本発明のスライド駆動機構を用いたさらに他の実施形態および比較例としてのクランクレスタイプのプレス装置を示す正面図である。 図8はクランクレスタイプのプレス装置が作動する様子を示す概略工程図である。
(第1実施形態)
まず、図2を用いて本発明のプレス装置の概略を説明する。そのプレス装置1には、本発明のスライド駆動機構20が用いられている。図では、スライドが上死点にある状態を示している。
図2に示すプレス装置1は、いわゆるストレートサイド型のフレーム2を有するプレス装置である。そのフレーム2としては、例えばベッド3と、そのベッド3の左右から立ち上がる側壁4と、それらの側壁4の上端に設けられる上部5とを一体に形成したリングフレームが挙げられる。前記ベッド3の上面には、ボルスタ3aが設けられている。前記プ
ッシュロッド6およびスライド7はスライド側部材を構成する。
なお、フレームとして、C型のフレームなどを用いてもよい。
前記プレス装置1の上部5には、前記スライド駆動機構20およびそれにより昇降されるプッシュロッド6が設けられている。そのプッシュロッド6を介してスライド7は上下動する。そのスライド7は、前記フレーム2に設けられたスライドギブ8により上下動がガイドされる。そのスライドギブ8はスライド7に加わるスラスト力を支える。
そして、前記スライド7の下面には上型9が取り付けられ、前記ボルスタ3aの上面には下型10が取り付けられている。その下型10の上方には加工すべきワークWを下型の所定の位置に載置するためのワーク投入部11が設けられている。一方、下型10の下端付近には、加工されたワークを取り出すための製品取出部12が設けられている。
また、前記上部5の外壁には、ブラケットを介してプレス駆動用のモータ13が設けられている。そのモータ13の駆動軸にはプーリ13aが取り付けられている。
なお、この実施形態では上型9のパンチと下型10の多段ダイスとでカップ状のワークWをしごき加工する。
図1に示すように、フレームの上部5の側壁にはフライホイール16が設けられており、その回転力が伝達軸15に伝達される。その伝達軸15の他端は、左方の側壁(フライホイール16と反対側)に設けられた軸受14により、回転自在に支持されている。その伝達軸15の両端付近には、それぞれ外歯ギヤ15a、15aが設けられている。
図2に戻って、前記フライホイール16と前記プーリ13aとの間にはベルト17が掛けられている。そのフライホイール16はその内部にクラッチ・ブレーキ16aを備えており、これが伝達軸15の回転駆動を入り切りする。
本実施形態においては、これらモータ13、軸受14、伝達軸15およびフライホイール16は、プレス装置1の駆動装置を構成している。
なお、前記モータ13としてサーボモータを用いてもよい。その場合にはフライホイールやベルトを用いなくてもよい。
(スライド駆動機構)
図1にスライド駆動機構20を示す。そのスライド駆動機構20は、前記フレームに設けられた内歯歯車26と、前記プレス装置のフレーム2にそれぞれ枢支される左右の遊星キャリア21、21と、それぞれの遊星キャリアに枢支され、前記内歯歯車26に噛合する外歯をそれぞれ有する左右の遊星歯車22と、それぞれの遊星歯車に設けられる左右のレバー23、23と、それら左右のレバーの間で、それらレバーに回動自在に支持されるプッシュロッド6と、そのプッシュロッドに設けられるスライド7とからなる。
前記フレームの上部5には、例えば、その内部に左右一対の金属製で略筒状のブラケット5a、5aが設けられている。前記ブラケットは、後述する軸受5bおよび内歯歯車26の台座となるものである。
ここから、各部材について詳述する。左右一対のものについては、片方の説明をして、他方には同じ符号を付してその説明を省略し、必要に応じて左右の部材について説明する。
前記ブラケット5aの内面には断面形状が略I字状で環状の軸受5bが設けられている。その軸受5bは、内周面により、前記遊星キャリア21を回動自在に支持している。
前記ブラケット5aの内面には、内歯歯車26が設けられている。この実施形態では、内歯歯車26は軸受5bに隣接するようにその内側に設けられている。その内歯歯車26は遊星歯車22と噛合する。
前記遊星キャリア21は円盤部21aを有している。その円盤部21aの外周面がプレス装置のフレームの軸受5bの内周面に摺接しており、これにより遊星キャリア21がフレームの軸受5bに枢支される。本実施形態では、その軸受5bの内周面には、例えば耐摩耗性を有する金属製のスリーブ21cが嵌着されており、そのスリーブの内周面と円盤部21aの外周面とが摺動する。遊星キャリア21は、円盤部21aを大径の支持軸として作用させることにより、スライド7の重量を支持すると共に、加工時の加工反力を軸受5bに伝達する。なお、図中の符号Aは、遊星キャリア21の回転の中心軸を示している。
前記遊星歯車22は軸部22aと、前記フレームに設けられた内歯歯車26と噛合する外歯を有するギヤ部22bとからなる。前記軸部は遊星キャリア21の円盤部21aに枢支され、ギヤ部22b側が前記円盤部21aの内側に配置されている。なお、図中の符号Bは、遊星歯車22の回動の中心軸を示している。
前記遊星キャリア21の円盤部21aの遊星歯車22と反対側の面には、メインギヤ21bが固設されている。そのメインギヤ21bは、円盤部を超える大径であり、前記伝達軸15の両端に固着した外歯ギヤ15aと噛合する。
前記レバー23は、遊星歯車22の遊星キャリアと反対側の面上に固定されており、半径方向の外向きに延びている。それら左右のレバーの先端側には、ピン24が渡されている。なお、ピンと遊星歯車22とは一体に成形されたものでもよい。図中の符号Cは、ピン24の中心軸を示している。
前記プッシュロッド6は、例えばI型断面を有する上下に細長い部材であり、その上端が左右のレバー23、23の間に渡されるピン24周りに回動自在に吊り支持されている。なお、そのピン24をプッシュロッド6と一体に固定し、ピン24をレバー23に対して回動自在に設けてもよい。
前記遊星キャリアの回転中心Aから遊星歯車の回転中心Bまでの距離L1と、遊星歯車の回転中心Bからプッシュロッドが枢支されている部位Cまでの距離L2とは、同じにされている。すなわち、L1=L2である。そして、前記遊星歯車22と前記内歯歯車26のギヤ比は1:2にされている。これにより、プッシュロッド6を上下方向に直線運動させることができる。
前記プッシュロッド6の動作について、図3aおよび図3bを用いてさらに詳述する。位相0°(符号Pで示す位置)において、レバー23はピン24が設けられている部位を上方に向けており、スライド7(図1参照)は上死点にある。そして、位相180°(符号Qで示す位置)において、ピン24が設けられている部位を下方に向けており、スライド7は下死点にある。さらに位相270°(符号Rで示す位置)において、レバー22の先端は右方を向いている。
図に示すように、どの状態においても、ピン24の位置は一直線上にあることが分かる。
図3bは図3aの構成を簡素化して図示したものであり、図3aの遊星キャリア21をクランクレバー25に代えたものである。具体的には、そのクランクレバー25は、クランクレバーの基端側を回転中心Aとし、他端側を遊星歯車の回転中心Bとしている。このクランクレバー25の基端側には、図示しない回転駆動力を得る機構およびこのクランクレバー25を枢支する機構が配置されており、例えば本実施形態では、遊星キャリア21のメインギヤ21bおよび円盤部21aの側周面を枢支するフレームの軸受5bがそれぞ
れ対応する。
なお、図中のx−y座標は中心Aを座標(0、0)とした際の静止座標を示している。
(作動する様子)
次に図4を用いて、クランクレバー25の作動する様子を説明する。
(状態S1)位相0°において、クランクレバー25およびレバー23は上向きに一直線上に延びている。このときスライド7は上死点にある。そして、中心A、B、Cは一直線上にある。
(状態S2)位相45°において、クランクレバー25は右周りに45°回動しており、遊星歯車22はクランクレバー25に対して−90°回動している。静止座標では−45°である。
すなわち、図3bに示すように、遊星キャリア21がθ回動すると、遊星キャリア21の点Bは、点A(図のx−y静止座標の原点)に対して、x座標としてL1sinθ移動する。
一方、レバー23はクランクレバーに対しては−2θ°回動するが、静止座標上では−θ°回動している。このため、クランクレバーのピン24(中心C)は、x座標としてL2sin(−θ)移動する。
そして、L1=L2であるから、L1sinθ=L2sin(−θ)である。このため、クランクレバーのピン24(中心C)は、x軸方向の移動量は0であり、y軸上を下方に移動する。
図4に戻って、(状態S3)位相90°において、クランクレバー25は中心Aに対し右周りに90°回動し、遊星歯車22はクランクレバー25に対して−180°回動している。静止座標では−90°である。このため、遊星キャリア21の軸22a(中心B)は、レバー23の先端にあるピン24(中心C)と重なっている。
(状態S4)位相135°において、クランクレバー25はさらに右周りに135°回動しており、遊星歯車22はクランクレバー25に対して−270°回動している。静止座標では−135°である。
(状態S5)位相180°において、クランクレバー25はさらに右周りに180°回動しており、遊星歯車22はクランクレバー25に対して−360°回動している。静止座標では−180°である。このため、中心A、B、Cは一直線上に並ぶ。
(状態S6、7、8)位相225°、270°および345°において、レバー23およびクランクレバー25は、それぞれ前記状態S4、3、2の配置とy軸に対して対称な位置にある。そして再び状態S1に戻る。
図5は、プレス装置1のスライド7がそれぞれ上死点および下死点にある状態を示している。左方の図の上死点の状態から分かるように、プッシュロッド6は左右の遊星キャリア21、21、遊星歯車22、22などの間に設けられた空間U(右方の図参照)に入り込む。その空間Uの長さはストロークの長さとほぼ同じである。
このように、遊星キャリア21などの遊星歯車機構を左右一対で設けることにより、左右の力のバランスをとることができ、その間のスペースUを有効に活用することができる。
なお、遊星歯車機構は内歯歯車26、遊星キャリア21および遊星歯車22を含む。
(第2実施形態)
次に、図6に本発明の第2実施形態の断面図を示す。図6に示すスライド駆動機構30
は、プッシュロッドを有しない点を除いて図1に示すスライド駆動機構20とほとんど同じであるから、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。図の左方の装置はスライド7が上死点にあり、右方の装置はスライド7が下死点にある様子を示している。
図に示すスライド駆動機構30は、遊星キャリアに特徴がある。その遊星キャリア31は、軸部31aと、その軸部を回転中心とするメインギヤ31bとを備えている。前記軸部31aはフレーム5に設けられた小径の軸受32に枢支されている。そして、メインギヤ31bは、前記駆動装置の伝達軸15の外歯ギヤ15aに噛合する。
そのため、遊星キャリアなどの遊星歯車機構が薄くなり、それらの間のスペースにプッシュロッドを介在させず、スライド7の上部を直接ピン24で吊り下げている。
(他の実施形態)
図7を用いて、さらに他の実施形態を説明する。図7の左方プレス装置40は、図1のプレス装置と共通する部分が多いので、共通する部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
図7に示すプレス装置40は、例えばベッド3と、そのベッドの前後左右から立設される4本のコラム41、41、41、41と、それらのコラムの上部に設けられるクラウン42とから構成される枠状のフレームを備えている。
このプレス装置40では、クラウン42の左右にスライドの駆動機構20、20(またはスライド駆動機構30、30)をそれぞれ備えている。それらのスライド駆動機構20、20は、左右の駆動装置をそれぞれ備えている。その駆動装置は、サーボモータ43と、そのサーボモータに連結される減速機44とからなる。左右のサーボモータ43は電気的に同調制御する。それらの左右の駆動装置は、左右のコラムの間で、クラウン内に配置されている。このため、プレス装置の全高を低くすることができる。
なお、それらの駆動装置をコラムの上に設けてもよい。駆動装置などの重量物がコラムの上に配置されると、プレス加工時のバランスが向上するからである。
(比較例)
図7の右方には、比較例としてのプレス装置を示す。図に示すプレス装置50はクランクレスタイプの装置であり、前述のプレス装置40とほぼ同じプレス荷重を与えることができ、プレス荷重およびスライドストロークに関して同程度の性能を有している。なお、そのクランクレスタイプのプレス装置50において、前述のプレス装置40と共通する部分には、同じ符号を付してその説明を省略する。
前記プレス装置50は、モータの回転をスライドの往復運動に変換する機構にクランクを用いず、歯車と一体となった偏心板を用いている。その偏心板51を回転させるモータ52および複数段からなる減速機53は、クラウン42の上部からその上面に設けられている。
前記プレス装置50では、大径の偏心板51が配置されているので、クラウン42の中央付近にモータ52および減速機53を配置するスペースを確保するのが難しい。さらにクラウン42が前後に厚い。そのため、モータ52および減速機53をクラウン42の上面に配置している。
本発明のプレス装置40と比較例のプレス装置50のスライド7のストローク長さが共に750〜1000mm程度である場合、図の符号Hで示すように、本発明のプレス装置40は、比較例のプレス装置50に比べて、その全高が1500〜2000mm低い。
(さらに他の実施形態)
前記スライド駆動機構を複数個設ける場合には、1つのモータを用いて、各スライド駆動機構に回転力を伝達するようにしてもよい。
さらに、前記スライド駆動機構を左右(例えば図8の図面の左右方向)に配置しているが、図を貫く方向、すなわち前後方向に配置してもよい。
前述のプレス装置では、上下方向にプッシュロッド6やスライド7を運動させていたが、左右方向に運動させてもよい。
さらに、図示していないが、固定された太陽ギヤを設けて、遊星歯車22と噛合させ、内歯歯車26を伝達軸の駆動力で回転させてもよい。この場合、メインギヤは不要である。
1 プレス装置
2 フレーム
3 ベッド
3a ボルスタ
4 側壁
5 上部
5a ブラケット
5b 軸受
6 プッシュロッド
7 スライド
8 スライドギブ
9 上型
10 下型
11 ワーク投入部
12 製品取出部
13 モータ
13a プーリ
14 軸受
15 伝達軸
15a 外歯ギヤ
16 フライホイール
16a クラッチ・ブレーキ
17 ベルト
20 スライド駆動機構
21 遊星キャリア
21a 円盤部
21b メインギヤ
21c スリーブ
22 遊星歯車
23 レバー
24 ピン
25 クランクレバー
26 内歯歯車
30 スライド駆動機構
31 遊星キャリア
31a 軸部
31b メインギヤ
32 軸受
40 プレス装置
41 コラム
42 クラウン
43 サーボモータ
44 減速機
50 プレス装置
51 偏心板
W ワーク

Claims (3)

  1. プレス装置に用いるスライド駆動機構であって、
    前記プレス装置のフレームに互いに間隔を空けて同心状に設けられる左右一対の内歯歯車と、
    前記フレームに内歯歯車と同心状に枢支されると共に、そのプレス装置の駆動装置により同調して回転駆動される左右の遊星キャリアと、
    それぞれの遊星キャリアに枢支される内歯歯車に噛合する左右の遊星歯車と、
    それぞれの遊星歯車に設けられる左右のレバーと、
    それら左右のレバーの間で、それらレバーに回動自在に支持されるスライド側の部材とからなり、
    前記遊星キャリアの回転中心と遊星歯車の回転中心の距離と、遊星歯車の回転中心とスライド側の部材の回動中心との距離とが同じにされており、
    前記遊星歯車と内歯歯車のギヤ比が1:2にされており、
    前記遊星キャリアが円盤部を有しており、その円盤部の周面でフレームに枢支されており、
    その円盤部の内側の端面に前記遊星歯車が枢支されており、
    前記円盤部の外側の端面に前記駆動装置に噛合して回転を伝達するメインギヤが設けられている、スライド駆動機構。
  2. フレームと、
    そのフレームに設けられる請求項1に記載のスライド駆動機構と、
    そのスライド駆動機構の遊星キャリアを回転駆動させる駆動装置とを備えたプレス装置。
  3. フレーム内に、複数個の前記スライド駆動機構と、それらのスライド駆動機構の遊星キャリアを回転駆動させる複数個の駆動装置とを備えた請求項2記載のプレス装置。
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