JP6369219B2 - 電動式押出プレス - Google Patents

Description

本発明は、押出プレスに係り、特には、アルミニウム合金等をダイスを介して押出成形する押出プレス装置に係わり、電動駆動式を適用した電動式押出プレスに関する。

押出プレスは、アルミサッシ等の金属製品を押出成形するために使用される。従来の押
出プレスにおいては、材料であるビレットを、固定されたコンテナ内に装填し、これをラ
ムシリンダにより駆動される押出ステムによって押出し、コンテナの出口に取付けられたダイスを通過させることによって所定の断面形状に成形するようになっている。このような成形機に装填されるビレットは、ビレットローダにより供給されるようになっており、ビレットローダは、成形機の側方に配置されたビレットキャリアから送られてくるビレットを１本づつ掴み、これをコンテナのビレット装填口に移送し、ビレットと装填口との芯合わせした状態でステムにより送り出してコンテナに装填され、押出加圧して成形されるように構成されている。

押出プレスで押出成形される製品は、アルミサッシ等の長尺ものが少なくないが、長尺
製品の場合、ステムによってビレットを長時間押出すことになり、このためステムを押す
ラムシリンダは、高圧で長ストロークが可能な油圧式となっていた。しかしこの様な従来
の押出プレス装置は、油圧を動力として採用しているため、環境保護（騒音、油漏れなど
）、省エネルギ（ランニングコスト）等において課題を有していた。この課題を解決するために合成樹脂の射出成形機（又は、アルミニウム合金を金型鋳造するダイカストマシン）に採用されている電動駆動の実現が要望されている。電動駆動の場合、一般的に第１段階の駆動装置である、電動モータの回転運動を直進運動又は往復直進運動に変換する必要がある。

しかし、押出プレスに要求される大きな出力容量、例えば３９２００ｋＮ（キロニュートン：４０００ｔｆ）以上を連続して出力することが出来る従来の油圧シリンダ装置に代わる回転運動を直線運動に変換する機構（ボールねじとボールナット等）や、大出力の電動サーボモータは、実現されていない。このために、押出プレスには電動駆動式が適用されていなかった。

従来の押出プレスは、モータとポンプにより、複数の油圧機器を駆動して押出製品を生産する機械である。押出工程中はもとより押出工程以外の工程においても、例えば、ディスカード切断除去、次ビレットの投入などの工程においても同じポンプ・モータを駆動源として使用している。ここで油圧機器を利用した押出用ポンプ・モータおよび補助ポンプ・モータは、装置の動作に直接的に必要でないときも常にアイドリング運転しており電力消費ロスが発生する。

また、マシンユーザーは機械を長年使用する際、維持管理していくために必然的に保守
点検をしていかなければならないが、駆動源が油圧源の場合と電動モータのみの場合では
保守時間に要する時間は、油圧源の場合の方が圧倒的に長いと考えられている。なぜなら
油圧機器を長年使用していく場合、作動油の劣化、バルブの磨耗、配管接続部からの油漏
れなどのトラブルはポンプ、バルブ、マニホールド、配管など多くの部品が関わっており
原因の特定、対策などに時間を多く要する。

このように、従来の油圧駆動式の欠点としては、以下の問題があった。（１）作動油を
媒体としているため、機械的動作のような速度や位置の精度の実現が難しい。（２）エネルギの損失が比較的多く、また、油温の上昇をふせぐのに冷却水を必要とし、ランニングコストがかさむ。（３）回路圧力の高い構成要素が多く、運転時の騒音が高い。（４）作動油を使用するため、作動油の漏洩による保守、環境、コスト上の問題、作動油の廃棄に伴う環境、コスト上の問題が存在する。

国際公開第２０１１／０７４１０６号

上述したように、従来の油圧式押出プレスでは、精度・エネルギ効率の悪さ、環境への悪影響等の問題があるため、これらの問題を解決する電動式押出プレスの必要性があった。本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、電動式押出プレスを提供して、精度に優れ、エネルギ効率が改善され、環境に悪影響を与えず、更に保守性・操作性を向上し、騒音を低減することを目的とする。

押出能力が大きな電動式押出プレスを構成する場合、例えば一般的な、小型クラスである押出プレスの駆動ユニットでさえ、特許文献１のように駆動ユニットを４ユニット程度で構成するには物理的に限界があるので、押出能力の大きくなった押出プレスに対応することはコスト的にも、汎用品がないという観点からも困難である。

本発明は、全電動化された能力の大きな押出プレスを提供することを目的とする。

押出駆動装置が、回動自在に設けられた１つ又は複数のワイヤドラムを具備しており、１つ又は複数本のワイヤの一方の端部が前記ワイヤドラムに固着されるとともに、前記ワイヤのもう一方の端部がクロスヘッドと機械的に接続しており、前記ワイヤドラムを回転させて前記ワイヤを巻き取ることにより、前記クロスヘッド及び押出ステムは、前進駆動させられる電動式押出プレスにおいて、
前記押出駆動装置は、一端が前記クロスヘッド側に連結され、他端に、前記ワイヤの前記もう一方の端部が固着される押出部材を具備する押出移動部品と、
前記押出移動部品を、前記クロスヘッド側で、押出方向に摺動可能に支持する固定プラテンと、を備え、
前記押出駆動装置を前記固定プラテンと共に押出方向に直列に複数配置し、押出力を伝える前記押出移動部品を複数の前記固定プラテンにより支持すると共に、前記固定プラテン間を、押出力の反作用を受ける連結ロッドを介して連結し、
前記クロスヘッドから離れていくにつれて、複数の前記押出駆動装置の各前記押出移動部品が、前記クロスヘッド側の前記押出駆動装置の前記押出移動部品よりも細く構成されるとした。

前記押出駆動装置は押出用電動モータ、減速機、ワイヤドラム、ワイヤ、ワイヤ高
速巻き取り機構、エンドプラテン、前記固定プラテン、前記押出移動部品、前記連結ロッドからなり、各々の前記押出駆動装置はボルトまたは相当品で機械的に連結されるようにした。

前記固定プラテン間が、前記連結ロッドにより、前記固定プラテンの略中央部の上下２個所で連結されるようにした。

最後尾の前記押出駆動装置には前記クロスヘッドが高速で前進・後退可能な駆動ユニットが装着されるようにした。

本発明の押出プレスは、電動モータ駆動式であるので、油圧式のようなアイドリング運
転が必要なく、個別の要素装置も作動させることが必要な時のみに、モータを運転するこ
とが出来るため電力削減効果が期待できる。
電動モータを駆動源としているので、駆動そのものが電動モータであり電動モータその
ものの保守をしていればよく、保守する部品も油圧源のものと比較すれば多岐に渡らない
ため保守管理のための時間、費用とも少なくなる。
作動油の漏洩が生じず、騒音の低減が可能であるので、作業環境の改善が実現する。
更に、位置制御等の制御性及び操作性に優れている。

本発明の押出プレスでは、完全に電動化された押出プレスであっても、大口径のビレットあるいは、ビレットサイズが変わっても、複数の押出駆動装置を直列に配置して連結することにより様々な押出力を出せるような電動化された押出プレスを提供することができる。
さらに大口径のビレットを押出すのに大きな押出プレス機の駆動装置が必要でなくなりコンパクトになる。

油圧装置を一切使用せず電動駆動式にすることにより、メンテナンス性向上、省エネが図られるため稼動およびマシン効率性のより良い機械となり、また騒音源がメインポンプからメインモータとなり騒音低減ができるため作業環境が改善され操作性のより良い機械となるため、押出成形品の生産性向上に寄与する。また、電動式の押出駆動装置を押出方向に直列に複数配置し連結することで、押出能力がより大きなものを要求される場合においても、押出駆動装置単体を大きくする必要がなく実現が可能になる。

図１は、本発明の押出プレスの概略的な構成を示す側面図である。 図２は、図１の装置を上から見た平面図である。 図３は、図１の装置を後から見た後面図である。 図４は、図１の装置を前から見たＡ−Ａ断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の押出プレスを詳細に説明する。図１、図２、図３及び図４は、本発明に係る押出プレスの実施の形態（ステムスライド式押出プレス）を図解的に示しており、図１は、第１の実施の形態の押出プレスの概略的な構成を示す側面図であり、図２は図１の装置を上から見た平面図、図３は図１の装置を後から見た後面図、図４は図１の装置の後から見たＡ−Ａ断面図を示す。本発明の押出プレスは、回転運動を直線運動に変換する電動式押出駆動装置（機構）による押出力によって押出ステムを押すことにより、一般的に約４００〜５００℃のビレットを加圧してダイスを介して所定の製品を押出成形する。

まず図１及び２を参照すると、本発明の実施の形態の押出プレス１０は、前端部に位置するエンドプラテン１と、装置の中央付近に位置する固定プラテンＡ６１とを具備する。エンドプラテン１には、ビレット８がダイス２０を介して押出されて所定の形状に成形される、製品を通過させる貫通孔９がその中央に設けられる。本実施の形態において、エンドプラテン１と固定プラテンＡ６１は、図４で良く分かるように、４隅に配置された４本のタイロッド４により連結されている。エンドプラテン１と固定プラテンＡ６１の間において、エンドプラテン１付近には、ビレット８が装填されるコンテナ３が、コンテナホルダ（図示されない）により支持されるように配置されており、固定プラテンＡ６１側には、クロスヘッド７が４本のタイロッド４により支持されるように配置される。タイロッド４は、クロスヘッド７の４隅をそれぞれ配備されている。エンドプラテン１とコンテナ３との間には、ダイス２０が配置される。コンテナ３は、コンテナ動作用モータ１７を具備するコンテナ動作装置１４により駆動されて前後に移動する。

クロスヘッド７のコンテナ側の中心に押出ステム１３が取り付けられる。本実施の形態の押出プレス１０は、ステムスライド式であり、押出ステム１３は、ステムスライド用モータ１２を具備するステムスライダ１１により上下に移動可能である。
本実施の形態において、押出ステム１３は、ステムスライド用モータ１２により駆動されるが、ステムスライド用モータ１２は、速度可変なインバータモータ又はＡＣサーボモータであることが好ましい。

クロスヘッド７の固定プラテン側には、中空円筒状（多角形状等の別の形状で、中実であっても良い）の押出移動部品１５が連結されており、押出移動部品１５は、固定プラテンＡ６１の中央を貫通しながら、固定プラテンＡ６１により摺動可能に支持される。押出移動部品１５の他方の第１の端部には、図１に示すように、翼型（他の形状でも良い）の押出部品Ａ６５が取り付けられている。

本実施の形態において、図１及び２に示されるように、上下左右に配置されていて回転自在な４基のワイヤドラム（又は、ドラム）３１が固定プラテンＡ６１、固定プラテンＢ６２の反押出ステム側に配置される。ワイヤドラム３１には、複数本（本実施の形態では１０本）のワイヤ３２が一方の端部でそれぞれ固着され巻きかけられており、ワイヤ３２の他方の端部はそれぞれ、押出部品Ａ６５と押出部品Ｂ６６に連結する。本実施の形態においては、複数本のワイヤ３２がドラム３１に巻き取られることにより回転運動を直線運動に変換する（ドラム３１等を含む押出駆動装置は、油圧駆動式の場合のメインシリンダ部分に相当する）。ワイヤドラム３１は、ワイヤ３２を介し、更に押出移動部品１５、クロスヘッド７を介して押出ステム１３を前進させる。ワイヤドラム３１は、装置（押出プレス１０）の容量に基づいて１基又は複数基が搭載されてもよく、各ワイヤドラム３１におけるワイヤ３２の本数についても、装置の容量に基づいて１本又は複数本であって良い。各ワイヤドラム３１は、減速機３６、クラッチカップリング３８を介して、ＡＣサーボモータが好ましい電動式押出用メインモータ３９により駆動される。押出駆動装置において、ワイヤドラム３１は、減速機３６の出力軸に連結され、減速機３６の入力軸は、クラッチカップリング３８を介して押出用メインモータ３９の出力軸に接続する。減速機３６、クラッチカップリング３８は、別の動力伝達構成要素であっても良い。

ワイヤドラム３１により押出ステム１３を移動させる場合の速度は、減速機３６で大幅
に減速されているため低速である。しかし、押出ステム１３をビレット８に接触させるま
では、高速で動かして作動時間を短縮することが好ましい。更に、ワイヤドラム３１によ
る押出ステム１３の移動方向は、押出（前進）方向のみであるので、押出ステム１３の引
き戻し（後退）方向の移動も必要である。このためにクロスヘッド高速移動用機構４０が
設けられる。本実施の形態においては、クロスヘッド高速移動用機構４０は、ＡＣサーボ
モータ又はインバータモータであることが好ましいクロスヘッド高速移動用モータ３５と
、ボールナット３４と、ボールねじ３３等を具備しており、ボールねじ３３は、一方でクロ
スヘッド高速移動用モータ３５に連結し、他方で押出部品Ｂ６６に連結する。本実施の形態においては、クロスヘッド高速移動用モータ３５の回転運動を直線運動に変換させる機構は、ボールねじ式であるが、ラック／ピニオン式等の既知の機構であっても良い。本実施の形態において、クロスヘッド高速移動用機構４０は、図２に示すように、４本の支柱４１を介して固定プラテンＢ６２に固定されて支持されるが、別の支持方法で支持されても良い。更に、クロスヘッド高速移動用機構４０により押出ステム１３を高速で動かす場合、ワイヤ３２は弛んでしまうので、この際ワイヤ３２を弛ませないために、図１に示すように、各ワイヤドラム３１に対してワイヤ巻取り装置４２が装備され、ワイヤ巻取り装置４２のワイヤ巻取り用モータ４３は、チェーン等を介してワイヤドラム３１に接続する。ワイヤ巻取り用モータ４３は、クロスヘッド高速移動用モータ３５の作動時に、同時に作動させられてワイヤ３２が弛まないように、ワイヤドラム３１を駆動する。

押出プレス１０は、マシンベース６を具備し、マシンベース６上に、エンドプラテン１、固定プラテンＡ６１、固定プラテンＢ６２、ワイヤドラム３１、減速機３６、押出用メインモータ３９等が据え付けられ、固定されている。押出プレス１０に中心には、図１及び２に示すように、中心軸線Ｃが長手方向に伸張しており、押出プレス１０は、中心軸線に対して概略左右対称な構成となっている。また押出成形段階において、エンドプラエテン１、固定プラテンＡ６１、固定プラテンＢ６２、コンテナ３、押出ステム１３、クロスヘッド７、押出移動部品１５は、それぞれの中心軸が中心軸線Ｃと一致するように配置される。

更に押出プレス１０は、ビレット８をコンテナ３と押出ステム１３間に供給するための
ビレットローダ（図示されない）と、ビレット８の押出成形後の製品の端部の不要部であ
るディスカードを切断するためのシャー装置２７（エンドプラテン１上に搭載される）と
、ダイスを移動させるための図示しないダイスライド装置等を具備する。

ダイスライド装置の用途・目的は、ダイス２０を中心軸線（Ｃ）に対して直角に横方向へ移動させること及び押出終了時にエンドプラテン後方へ押出された製品をダイス２０から切断分離することである。実際の動作としては前方の設備側でエンドプラテン１前方に設置された図示しないプラテンソーを使用し、押出終了時に製品を切断する。その後、製品は前方の設備の駆動装置で前方テーブルへ送られる。
この時、まだ製品の残材がダイスで成形されたままエンドプラテン１内に残っている。この残材は、ダイス２０を交換するために、ダイス２０をダイスライド装置でダイス交換位置まで移動させる際にエンドプラテン前面とダイス２０の前面の切断面で製品の残材をダイスタックから切断分離する。
尚、ダイスタック内にある残材は、ダイスタックを機外に搬出した後、他の切断装置または手動操作でダイス２０から切断分離される。

コンテナ３は、インバータモータ又はＡＣサーボモータであることが好ましいコンテナ
動作用モータ１７により、ボールねじ及びボールナットで構成される回転運動を直線運動
に変換する機構を介して往復直線（進退）移動させられる。なお、フロントローディング
式の場合は、固定プラテンの反押出ステム側にコンテナ動作用モータ１７等のコンテナ動作装置１４を設ける。これはコンテナの移動ストロークが大きい事に起因する。シャー装置２７においては、電動モータを動力源とし、チェーン等の巻き掛け駆動機構を介して回転運動を直線運動に変換する。ダイスライド装置は、電動モータを動力源とし、ボールねじ及びボールナットで構成される動力伝達機構を介して回転運動を直線運動に変換する。ステムスライダも、電動モータを動力源とし、ボールねじ及びボールナットで構成される動力伝達機構を介して回転運動を直線運動に変換する機構を用いる。ダイを交換するためのダイチェンジャー及びビレットローダについても電動モータを動力源とする。これらの構成により、押出プレスを全電動化することが出来る。

本発明の実施形態について図１と図２を用いて説明する。本図では押出駆動装置が２台の場合を説明する。
従来の電動式押出プレスの押出駆動装置Ａ５５に押出駆動装置Ｂ５６が直列的に配置され連結されている。押出駆動装置Ａ５５の固定プラテンＡ６１と押出駆動装置Ｂ５６の固定プラテンＢ６２が２本の連結ロッド５１で連結されている。本図では、連結ロッド５１は２本であるが、本数は多くても構わない。
また、押出移動部品１５は一方の端がクロスヘッド７で、もう一方の端が押出駆動装置Ｂ５６の押出部品Ｂ６６に固着されている。そして押出プレスは、押出移動部品１５を前後に往復動させることができる。押出移動部品１５は中空円筒状（多角形状等の別の形状で、中実であっても良い）であって、一定の太さであってもよいが、望ましくは押出駆動装置Ａ５５の部分が太く、押出駆動装置Ｂ５６の部分がやや細くてもよい。これは、押出力が押出駆動装置Ａ５５の部分では２倍かかるためである。

クロスヘッド高速移動用機構４０と、押出駆動装置Ｂ５６とは別に、ワイヤドラム３１を正逆回転させて、ワイヤドラム３１にワイヤ３２を巻き取り及び繰り出すことが出来るワイヤ巻き取り装置４２とを一番後端の押出駆動装置Ｂ６２に更に具備する。
押出成形工程の開始時においてビレットが前進してダイスに当接するまでで押出ステム１３に押出成形の負荷が作用していない段階において、及び押出ステム１３の後退時において、押出ステム１３を高速で前後進させる際に、クロスヘッド高速移動用機構４０により押出移動部品１５を介して押出ステムを高速で駆動するとともに、ワイヤ巻き取り装置４２を作動させてワイヤ３２の巻き取り及び繰り出しを行う。

駆動ユニット同志を機械的に連結しているので、各モータの速度制御により同調させることで駆動ユニットの数量分の複合的な押出荷重は伝達できる。

以上の場合は押出駆動装置が２台の場合について説明したが、押出駆動装置が複数台ある場合でも構成は同じである。

本実施の形態の押出プレス１０は、ショートストローク式のリアローディング式に属す
るステムスライド式押出プレスを例として説明されたが、本発明が、ショートストローク
式のフロントローディング式や、ステムスライダを装備しない従来式に適用できることは
、当業者には容易に理解できるはずである。また、本発明の構成は、上記のごとく、直接
式押出プレスを例にして説明されたが、当業者には、本発明を間接式押出プレスに同様に
適用可能であることも容易に理解できるはずである。

本発明は、以上の構成であるから以下の効果が得られる。
本発明の押出プレスは、電動モータ駆動式であるので、油圧式のようなアイドリング運
転が必要なく、個別の要素装置も作動させることが必要な時のみに、モータを運転するこ
とが出来るため電力削減効果が期待できる。
電動モータを駆動源としているので、駆動そのものが電動モータであり電動モータその
ものの保守をしていればよく、保守する部品も油圧源のものと比較すれば多岐に渡らない
ため保守管理のための時間、費用とも少なくなる。
作動油の漏洩が生じず、騒音の低減が可能であるので、作業環境の改善が実現する。
更に、位置制御等の制御性及び操作性に優れている。

本発明の押出プレスでは、完全に電動化された押出プレスであっても、大口径のビレットあるいは、ビレットサイズが変わっても、複数の押出駆動装置を直列に配置して連結することにより様々な押出力を出せるような電動化された押出プレスを提供することができる。
さらに大口径のビレットを押出すのに大きな押出プレス機の駆動装置が必要でなくなりコンパクトになる。

油圧装置を一切使用せず電動駆動式にすることにより、メンテナンス性向上、省エネが図られるため稼動およびマシン効率性のより良い機械となり、また騒音源がメインポンプからメインモータとなり騒音低減ができるため作業環境が改善され操作性のより良い機械となるため、押出成形品の生産性向上に寄与する。また、電動式の押出駆動装置を押出方向に直列に複数配置し連結することで、押出能力がより大きなものを要求される場合においても、押出駆動装置単体を大きくする必要がなく実現が可能になる。

１ エンドプラテン
３ コンテナ
４ タイロッド
６ マシンベース
７ クロスヘッド
８ ビレット
９ 貫通孔
１０ 押出プレス
１１ ステムスライダ
１２ ステムスライド用モータ
１３ 押出ステム
１４ コンテナ動作装置
１５ 押出移動部品
１７ コンテナ動作用モータ
２０ ダイス
２７ シャー装置
３１ ワイヤドラム
３２ ワイヤ
３３ ボールねじ
３４ ボールナット
３５ クロスヘッド高速移動用モータ
３６ 減速機
３８ クラッチカップリング
３９ 押出用メインモータ
４０ クロスヘッド高速移動用機構
４１ ボールねじサポート
４２ ワイヤ巻取り装置
５１ 連結ロッド
５５ 押出駆動装置Ａ
５６ 押出駆動装置Ｂ
６１ 固定プラテンＡ
６２ 固定プラテンＢ
６５ 押出部品Ａ
６６ 押出部品Ｂ

Claims (4)

1. 押出駆動装置が、回動自在に設けられた１つ又は複数のワイヤドラムを具備しており、１つ又は複数本のワイヤの一方の端部が前記ワイヤドラムに固着されるとともに、前記ワイヤのもう一方の端部がクロスヘッドと機械的に接続しており、前記ワイヤドラムを回転させて前記ワイヤを巻き取ることにより、前記クロスヘッド及び押出ステムは、前進駆動させられる電動式押出プレスにおいて、
   前記押出駆動装置は、一端が前記クロスヘッド側に連結され、他端に、前記ワイヤの前記もう一方の端部が固着される押出部材を具備する押出移動部品と、
   前記押出移動部品を、前記クロスヘッド側で、押出方向に摺動可能に支持する固定プラテンと、を備え、
   前記押出駆動装置を前記固定プラテンと共に押出方向に直列に複数配置し、押出力を伝える前記押出移動部品を複数の前記固定プラテンにより支持すると共に、前記固定プラテン間を、押出力の反作用を受ける連結ロッドを介して連結し、
   前記クロスヘッドから離れていくにつれて、複数の前記押出駆動装置の各前記押出移動部品が、前記クロスヘッド側の前記押出駆動装置の前記押出移動部品よりも細く構成されることを特徴とする電動式押出プレス。
2. 前記押出駆動装置は押出用電動モータ、減速機、ワイヤドラム、ワイヤ、ワイヤ高速巻き取り機構、エンドプラテン、前記固定プラテン、前記押出移動部品、前記連結ロッドからなり、各々の前記押出駆動装置はボルトまたは相当品で機械的に連結されることを特徴とする請求項１に記載の電動式押出プレス。
3. 前記固定プラテン間が、前記連結ロッドにより、前記固定プラテンの略中央部の上下２個所で連結されることを特徴とする請求項１に記載の電動式押出プレス。
4. 最後尾の前記押出駆動装置には前記クロスヘッドが高速で前進・後退可能な高速移動機構が装着されることを特徴とする請求項１に記載の電動式押出プレス。

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