JP7013889B2 - プレス機 - Google Patents

Description

本発明は、プレス機に関する。

従来、特許文献１に記載されているように、サーボモータを用いて、荷重に対してフィードバック制御を行い、プレス加工を行うプレス機が知られている。

特許第４１１２５７１号公報

特許文献１の構成のように、検出された荷重に基づいて、荷重をフィードバック制御するとき、応答遅れが生じる。このため、目標荷重に対して、オーバーシュートすることがある。また、応答性が向上するように、ゲインを大きくすると、ハンチング等が生じ、安定性が劣化する虞がある。さらに、安定性が向上するように、微分制御を行うことがある。微分制御を行うとき、安定性が改善されるが、目標荷重との偏差が大きくなることがある。目標荷重との偏差を小さくするために、積分制御を行うことがある。このように、フォードバック制御を行う場合、複雑な制御を行う必要がある。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複雑な制御することなく、負荷する荷重の変動を低減するプレス機を提供することにある。

本発明のプレス機は、モータ（３２）、スライド（３４）、ワーク接触部（２５２）および複数のばね部材（６１、６２、６３、６４）を備える。
モータは、回転可能である。
スライドは、モータに接続されており、モータが回転したとき、並進運動する。
ワーク接触部は、ワーク（５）に対向しており、スライドが並進運動したとき、スライドとともに並進運動し、ワークに接触する。
ばね部材は、スライドが並進運動したとき、弾性変形して復元力（Ｆ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）を発生する。
ばね部材は、スライドに接続される。
スライドは、案内部の形状に対応するスライド板穴（３８１）を含み、ばね部材の一端が接続されており、板状に形成されるスライド板（３８）を有する。
スライドが並進運動したとき、スライド板の内面が案内部の外面に沿って摺動し、複数のばね部材は、スライド板によって、弾性変形する。
スライドは、第１ロッド（３５）、第２ロッド（３６）、第３ロッド（３７）をさらに有し、第１ロッドの径は、第２ロッドおよび第３ロッド３７の径よりも大きくなるように形成され、第２ロッドは第１ロッドおよび第３ロッドの間に設けられており、第２ロッドの径は、第３ロッドの径よりも小さくなるように形成されており、第２ロッドは、天地方向に交差する方向に延びるロッド凸部（３６１）を有し、第３ロッドは、中空となるように形成されており、ロッド凸部に対応するロッド凹部（３７１）を有し、ロッド凸部およびロッド凹部３７１は嵌合しており、第３ロッドは、第１ロッドとで第２ロッドを覆うように形成されている。
また、ばね部材は、ワーク接触部がワークに接触したとき、復元力により、ワーク接触部を介してワークに荷重（Ｗ）をかける。

これにより、スライドが所定のストローク分移動するだけで、プレス機は、荷重を制御できる。このため、フィードバック制御等の複雑な制御を荷重に対して必要がなくなる。また、スライドが所定のストローク分移動したとき、一定の復元力により、ワークに一定の荷重がかかる。スライドが一定のストロークを保持することで、荷重は変動せず、荷重に対する安定性が向上する。したがって、負荷する荷重の変動を低減することができる。

一実施形態によるプレス機の構成図。 図１のＩＩ部拡大図。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線拡大断面図。 一実施形態によるプレス機のスライドが並進運動したときのスプリングを説明するための拡大図。 他の実施形態によるプレス機の構成図。 他の実施形態によるプレス機の構成図。

以下、実施形態によるプレス機を図面に基づいて説明する。複数の実施形態の説明において、実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明する。本実施形態という場合、複数の実施形態を包括する。本実施形態のプレス機は、せん断加工、曲げ加工、絞り加工またはかしめ等のプレス加工をワーク５に行うために、用いられる。

（一実施形態）
図１に示すように、プレス機１１は、ベース板２１、複数の第１支柱４１、駆動部支持板２３、駆動部３０、複数の第２支柱４２、加工治具固定部２４、加工部２５、複数の第３支柱４３、ワーク台２６およびワーク治具２７を備える。

ベース板２１は、板状に形成されており、地面Ｇに設置されている。
第１支柱４１は、棒状に形成されており、天地方向に延びている。第１支柱４１の一端は、ベース板２１に接続されている。第１支柱４１の他端は、駆動部支持板２３に接続されている。第１支柱４１は、駆動部支持板２３を支持している。

駆動部支持板２３は、板状に形成されており、駆動部３０を支持可能である。また、駆動部支持板２３は、駆動部３０のスライド３４が並進運動可能なように、穴２３１が設けられている。駆動部支持板２３の穴２３１を介して、スライド３４は、天地方向に移動する。

駆動部３０は、駆動部支持板２３に支持されており、筐体３１、モータ３２、モータ接続部３３およびスライド３４を有する。駆動部３０は、モータ３２の回転運動をスライド３４の並進運動に変換可能である。

筐体３１は、モータ３２およびモータ接続部３３を収容している。
モータ３２は、電動機であり、回転可能である。モータ３２は、電力が供給されたとき、回転する。モータ３２は、モータ３２の回転数または回転速度がモータ３２に流れる電流に基づいて変化するように、設定されている。電流を制御することにより、モータ３２を制御することが可能である。
モータ接続部３３は、モータ３２およびスライド３４に接続されており、モータ３２の回転力をスライド３４に伝達可能である。

スライド３４は、モータ接続部３３を介してモータ３２に接続されており、モータ３２が回転したとき、天地方向に向かって並進運動する。スライド３４の移動量および移動速度は、モータ３２に流れる電流に基づいて、設定されている。また、スライド３４は、第１ロッド３５、第２ロッド３６、第３ロッド３７およびスライド板３８を有する。

第１ロッド３５は、棒状に形成されており、スライド３４の天側の部位である。天側の第１ロッド３５は、モータ接続部３３に接続されている。また、第１ロッド３５は、第２ロッド３６および第３ロッド３７の径よりも第１ロッド３５の径が大きくなるように、形成されている。

第２ロッド３６は、第１ロッド３５から地方向に延びており、棒状に形成されている。また、第２ロッド３６は、第１ロッド３５および第３ロッド３７の間に設けられている。さらに、第２ロッド３６は、第３ロッド３７の径よりも第２ロッド３６の径が小さくなるように、形成されている。また、第２ロッド３６は、天地方向に交差する方向に延びるロッド凸部３６１を有する。

第３ロッド３７は、第１ロッド３５から地方向に延びており、棒状に形成されている。また、第３ロッド３７は、中空となるように形成されており、ロッド凸部３６１に対応するロッド凹部３７１を有する。ロッド凸部３６１およびロッド凹部３７１は、嵌合している。第３ロッド３７は、第１ロッド３５とで第２ロッド３６を覆うように、形成されている。これにより、スライド３４が並進運動したとき、または、スライド３４に比較的大きな負荷が生じたとき、第１ロッド３５、第２ロッド３６および第３ロッド３７がそれぞれ外れにくくなっている。

スライド板３８は、板状に形成されており、第３ロッド３７に接続されている。スライド板３８は、天地方向に対して交差する方向に延びている。また、スライド板３８は、地面Ｇと平行となるように、形成されている。なお、本明細書中、「平行」は、常識的な誤差範囲を含むものとする。

さらに、スライド板３８は、第１ロッド３５の径よりもスライド板３８の幅が大きくなるように、形成されている。また、スライド板３８は、後述の案内部７１－７４の形状に対応するスライド板穴３８１を含む。スライド板３８は、スライド板３８の内面が案内部７１－７４の外面に沿って摺動可能なように、形成されている。

第２支柱４２は、棒状に形成されており、天地方向に延びている。第２支柱４２の一端は、ベース板２１に接続されている。第２支柱４２の他端は、加工治具固定部２４の軸受部２４２に挿入されている。第２支柱４２は、加工治具固定部２４を支持している。

加工治具固定部２４は、固定板２４１および軸受部２４２を有する。
固定板２４１は、板状に形成されており、加工部２５を固定可能である。また、固定板２４１は、スライド３４が並進運動したとき、スライド３４および軸受部２４２とともに、並進運動する。

軸受部２４２は、それぞれの第２支柱４２に設けられており、固定板２４１から地方向に延びている。また、軸受部２４２は、第２支柱４２の形状に対応する穴を含む。軸受部２４２は、スライド３４が並進運動したとき、軸受部２４２の内面が第２支柱４２の外面に沿って摺動する。

加工部２５は、固定板２４１の地側で固定されており、スライド３４、固定板２４１および軸受部２４２とともに並進運動可能である。また、加工部２５は、加工治具２５１およびワーク接触部２５２を有し、ワーク５を加工可能である。

加工治具２５１は、固定板２４１の固定されている加工部２５の部位である。加工治具２５１は、ワーク接触部２５２と着脱可能である。加工治具２５１にワーク接触部２５２が取り付けられたとき、加工治具２５１は、ワーク接触部２５２を固定する。

ワーク接触部２５２は、加工治具２５１に固定されており、ワーク５に対向する位置に設けられている。ワーク接触部２５２は、例えば、ダイスやパンチである。ワーク接触部２５２は、スライド３４が並進運動したとき、スライド３４および加工治具２５１とともに並進運動し、ワーク５に接触する。ワーク接触部２５２がワーク５に接触したとき、せん断加工、曲げ加工、絞り加工またはかしめ等のプレス加工が行われる。

第３支柱４３は、棒状に形成されており、天地方向に延びている。第３支柱４３の一端は、ベース板２１に接続されている。第３支柱４３の他端は、ワーク台２６に接続されている。第３支柱４３は、ワーク台２６を支持している。

ワーク台２６は、板状に形成されており、ワーク治具２７を支持している。ワーク治具２７は、ワーク５の形状に対応する凹部を有し、ワーク５と着脱可能である。ワーク治具２７にワーク５を取り付けられたとき、ワーク治具２７は、ワーク５を固定する。

従来、特許文献１に記載されているように、サーボモータを用いて、荷重をフィードバックして、プレスを行うプレス機が知られている。特許文献１の構成のように、検出された荷重に基づいて、荷重をフィードバック制御するとき、応答遅れが生じる。このため、目標荷重に対して、オーバーシュートすることがある。また、応答性が向上するように、ゲインを大きくすると、ハンチング等が生じ、安定性が劣化する虞がある。さらに、安定性が向上するように、微分制御を行うことがある。微分制御を行うとき、安定性が改善されるが、目標荷重との偏差が大きくなることがある。また、目標荷重との偏差を小さくするために、積分制御を行うことがある。このように、フォードバック制御を行う場合、複雑な制御を行う必要がある。本実施形態のプレス機１１では、複雑な制御することなく、負荷する荷重の変動が低減する。

図２に示すように、プレス機１１は、ばね部材としての複数のスプリング６１－６４および複数の案内部７１－７４をさらに備える。一実施形態では、スプリング６１－６４および案内部７１－７４は、それぞれ４つ設けられている。以下、スプリング６１－６４を第１スプリング６１、第２スプリング６２、第３スプリング６３および第４スプリング６４と適宜記載する。また、案内部７１－７４を第１案内部７１、第２案内部７２、第３案内部７３および第４案内部７４と適宜記載する。

スプリング６１－６４は、スライド３４に接続されており、弾性変形可能である。スプリング６１－６４の一端は、スライド板３８に接続されている。スプリング６１－６４の他端は、固定板２４１に接続されている。

図３に示すように、スプリング６１－６４は、同一円周上にそれぞれ設けられている。スプリング６１－６４が有する同一円Ｃに内接する正方形の頂点を第１頂点Ｐ１、第２頂点Ｐ２、第３頂点Ｐ３および第４頂点Ｐ４とする。第１スプリング６１は、第１頂点Ｐ１上に設けられている。第２スプリング６２は、第２頂点Ｐ２上に設けられている。第３スプリング６３は、第３頂点Ｐ３上に設けられている。第４スプリング６４は、第４頂点Ｐ４上に設けられている。スプリング６１－６４は、正多角形の各頂点上にそれぞれ設けられている。

図４に示すように、スライド３４が並進運動したとき、スプリング６１－６４は、弾性変形して復元力Ｆを発生する。復元力Ｆにより、ワーク接触部２５２がワーク５に接触したとき、スプリング６１－６４は、固定板２４１、加工治具２５１およびワーク接触部２５２を介して、ワーク５に荷重Ｗをかける。なお、プレス機１１では、スライド３４が地方向に移動して、スプリング６１－６４は、弾性変形する。

第１スプリング６１の復元力Ｆを第１復元力Ｆ１とする。第２スプリング６２の復元力Ｆを第２復元力Ｆ２とする。第３スプリング６３の復元力Ｆを第３復元力Ｆ３とする。第４スプリング６４の復元力Ｆを第４復元力Ｆ４とする。荷重Ｗは、復元力Ｆに基づき、以下関係式（１）のように、表される。

ｋ１は、第１スプリング６１のばね定数を表す。ｘ１は、スライド３４が並進運動したときの第１スプリング６１の変位量を表す。スライド３４が並進運動する前における初期状態での第１スプリング６１の変位量を第１初期変形量ｘ０１とする。ｋ２は、第２スプリング６２のばね定数を表す。ｘ２は、スライド３４が並進運動したときの第２スプリング６２の変位量を表す。初期状態での第２スプリング６２の変位量を第２初期変形量ｘ０２とする。ｋ３は、第３スプリング６３のばね定数を表す。ｘ３は、スライド３４が並進運動したときの第３スプリング６３の変位量を表す。初期状態での第３スプリング６３の変位量を第３初期変形量ｘ０３とする。ｋ４は、第４スプリング６４のばね定数を表す。ｘ４は、スライド３４が並進運動したときの第４スプリング６４の変位量を表す。初期状態での第４スプリング６４の変位量を第４初期変形量ｘ０４とする。なお、地方向を力の正方向とし、天方向を力の負方向とする。

Ｗ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４
Ｆ１＝ｋ１×（ｘ１－ｘ０１）
Ｆ２＝ｋ２×（ｘ２－ｘ０２）
Ｆ３＝ｋ３×（ｘ３－ｘ０３）
Ｆ４＝ｋ４×（ｘ４－ｘ０４） ・・・（１）

初期状態において、スライド板３８および固定板２４１により、スプリング６１－６４は、予め弾性変形するように、設けられている。スライド板３８および固定板２４１により、初期変形量ｘ０１－ｘ０４は、ゼロより大きい値となるように、設定されている。また、スプリング６１－６４は、スプリング６１－６４のばね定数に初期変形量ｘ０１－ｘ０４を乗算した値が同一の値となるように、設定されている。本明細書中、「同一」は、常識的な誤差範囲を含むものとする。

スプリング６１－６４の数をスプリング数Ｎｐとする。ワーク５を加工するのに必要な荷重Ｗを必要荷重Ｗｎとする。スプリング数Ｎｐは、各スプリング６１－６４のばね定数、必要荷重Ｗｎおよびワーク５の形状に基づいて、設定される。各スプリング６１－６４のばね定数が小さくなるに伴い、スプリング数Ｎｐは、増加する。必要荷重Ｗｎが大きくなるに伴い、スプリング数Ｎｐは、増加する。

スプリング６１－６４のばね定数は、同一であることが好ましい。また、スプリング６１－６４の初期変形量ｘ０１－ｘ０４は、同一であることが好ましい。このとき、荷重Ｗは、関係式（２）のように、表される。関係式（２）において、ｋは、スプリング６１－６４のばね定数を表す。ｘは、スプリング６１－６４の変形量を表す。ｘ０は、スプリング６１－６４の初期変形量を表す。

Ｗ＝ｋ×（ｘ－ｘ０）×Ｎｐ ・・・（２）

案内部７１－７４は、スプリング６１－６４の内側にそれぞれ設けられている。案内部７１－７４の外面は、スプリング６１－６４の内面と接触している。第１案内部７１は、第１スプリング６１の内側に設けられている。第２案内部７２は、第２スプリング６２の内側に設けられている。第３案内部７３は、第３スプリング６３の内側に設けられている。第４案内部７４は、第４スプリング６４の内側に設けられている。

また、案内部７１－７４は、スライド３４が並進運動する方向に延びている。一実施形態のプレス機１１では、案内部７１－７４は、天地方向に延びている。スライド３４が並進運動したとき、案内部７１－７４の外面がスライド３４の内面に沿って摺動する。このとき、スプリング６１－６４の内面が案内部７１－７４の外面に沿って摺動し、スプリング６１－６４は、案内部７１－７４が延びている方向に沿って、弾性変形する。

［１］スプリング６１－６４は、スライド３４が並進運動したとき、弾性変形して復元力Ｆを発生する。復元力Ｆにより、ワーク５に荷重Ｗをかける。これにより、スライド３４が所定のストローク分移動するだけで、プレス機１１は、荷重Ｗを制御できる。このため、フィードバック制御等の複雑な制御を荷重Ｗに対して必要がなくなる。

また、スライド３４が所定のストローク分移動したとき、一定の復元力Ｆにより、ワーク５に一定の荷重Ｗがかかる。スライド３４が一定のストロークを保持することで、荷重Ｗは変動せず、荷重Ｗに対する安定性が向上する。したがって、負荷する荷重Ｗの変動を低減することができる。また、スライド３４の移動速度を速くすることにより、荷重Ｗの目標値との偏差を高速で小さくできる。これにより、荷重Ｗに対する応答性が向上する。

［２］スプリング６１－６４は、スライド３４に直接設けられている。これにより、スライド３４のストロークからスプリング６１－６４の弾性変形量が直接測定できる。このため、スプリング６１－６４の弾性変形量の管理がしやすくなり、荷重Ｗの管理がしやすくなる。

［３］案内部７１－７４は、スプリング６１－６４に設けられており、スライド３４が並進運動する方向に延びている。スプリング６１－６４は、案内部７１－７４が延びている方向に沿って、弾性変形する。これにより、スプリング６１－６４が並進運動する方向に沿って弾性変形しやすくなる。このため、スライド３４が並進運動したとき、スプリング６１－６４の弾性変形量のズレが小さくなりやすくなり、荷重Ｗに対する応答性および安定性がより向上する。

［４］スライド３４は、スライド板穴３８１を含むスライド板３８を有する。スライド３４が並進運動したとき、スライド板３８の内面が案内部７１－７４の外面に沿って摺動する。スライド板３８により、スプリング６１－６４が弾性変形する。これにより、スプリング６１－６４が並進運動する方向に沿って、弾性変形しやすくなる。上記［３］と同様の効果を奏する。

［５］スプリング６１－６４は、初期状態において、予め弾性変形している。これにより、複数のスプリング６１－６４のばね定数のバラツキにより生じる復元力Ｆのバラツキを小さくできる。復元力Ｆのバラツキを小さくできるため、荷重Ｗのバラツキが小さくでき、荷重Ｗに対する安定性がより向上する。

［６］スプリング６１－６４は、同一円周上に設けられている、または、正多角形の頂点上に設けられている。これにより、圧力が偏ることを防止でき、ワーク接触部２５２の圧力分布のバラツキが小さくなる。このため、荷重Ｗのバラツキが小さくなり、荷重Ｗに対する安定性がより向上する。

（他の実施形態）
［ｉ］図５に示すように、案内部７１－７４は、筒状に形成されており、スプリング６１－６４の外側に設けられてもよい。案内部７１－７４の内面とスプリング６１－６４の外面とが摺動して、スプリング６１－６４は、案内部７１－７４により、案内されてもよい。なお、スライド板３８は、スライド板穴３８１の形状が案内部７１－７４の形状に対応するように、形成されている。

［ｉｉ］図６に示すように、スプリング６１－６４は、ベース板２１およびワーク台２６の間に設けられてもよい。このとき、スプリング６１－６４の一端は、ベース板２１に接続されている。スプリング６１－６４の他端は、ワーク台２６に接続されている。ワーク台２６は、ワーク側軸受部２６１およびワーク台穴２６２を有する。

ワーク側軸受部２６１は、それぞれの第３支柱４３に設けられており、ワーク台２６から地方向に延びている。また、ワーク側軸受部２６１は、第３支柱４３の形状に対応する穴を含む。第３支柱４３の一端は、ベース板２１に接続されており、第３支柱４３の他端は、ワーク側軸受部２６１に挿入されている。ワーク側軸受部２６１は、ワーク側軸受部２６１の内面が第３支柱４３の外面に沿って摺動可能なように、形成されている。

ワーク台穴２６２は、案内部７１－７４の形状に対応している。スライド３４が並進運動したとき、ワーク台２６の内面が案内部７１－７４の外面に沿って摺動する。ワーク台２６により、スプリング６１－６４が弾性変形する。このとき、スプリング６１－６４は、復元力Ｆを発生する。ワーク接触部２５２がワーク５に接触したとき、復元力Ｆにより、スプリング６１－６４は、ワーク台２６、ワーク治具２７およびワーク接触部２５２を介して、ワーク５に荷重Ｗをかける。このような構成においても、上記［１］と同様の効果を奏する。

［ｉｉｉ］第３ロッド３７とスライド板３８との間に、荷重を検出可能なロードセルが設けられてもよい。このロードセルは、フィードバック制御に用いられるわけではなく、荷重Ｗの管理に用いられる。ロードセルを設けることにより、スプリング６１－６４の復元力Ｆが管理しやすくなる。したがって、荷重Ｗの管理がしやすくなる。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

５ ・・・ワーク、
３２ ・・・モータ、
３４ ・・・スライド、
６１、６２、６３、６４ ・・・ばね部材（スプリング）、
２５２ ・・・ワーク接触部、
Ｆ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４ ・・・復元力、
Ｗ ・・・荷重。

Claims (4)

1. 回転可能なモータ（３２）と、
   前記モータに接続されており、前記モータが回転したとき、並進運動するスライド（３４）と、
   ワーク（５）に対向しており、前記スライドが並進運動したとき、前記スライドとともに並進運動し、前記ワークに接触するワーク接触部（２５２）と、
   前記スライドが並進運動したとき、弾性変形して復元力（Ｆ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）を発生する複数のばね部材（６１、６２、６３、６４）と、
   を備え、
   前記ばね部材は、前記スライドに接続され、
   前記スライドは、前記案内部の形状に対応するスライド板穴（３８１）を含み、前記ばね部材の一端が接続されており、板状に形成されるスライド板（３８）を有し、
   前記スライドが並進運動したとき、前記スライド板の内面が前記案内部の外面に沿って摺動し、複数の前記ばね部材は、前記スライド板によって、弾性変形し、
   前記スライドは、第１ロッド（３５）、第２ロッド（３６）、第３ロッド（３７）をさらに有し、前記第１ロッド３５の径は、前記第２ロッド３６および前記第３ロッド３７の径よりも大きくなるように形成され、前記第２ロッドは前記第１ロッドおよび前記第３ロッドの間に設けられており、前記第２ロッドの径は、前記第３ロッドの径よりも小さくなるように形成されており、前記第２ロッドは、天地方向に交差する方向に延びるロッド凸部（３６１）を有し、前記第３ロッドは、中空となるように形成されており、前記ロッド凸部に対応するロッド凹部（３７１）を有し、前記ロッド凸部および前記ロッド凹部３７１は嵌合しており、前記第３ロッドは、前記第１ロッドとで前記第２ロッドを覆うように形成されており、
   前記ばね部材は、前記ワーク接触部が前記ワークに接触したとき、前記復元力により、前記ワーク接触部を介して前記ワークに荷重（Ｗ）をかけるプレス機。
2. 前記ばね部材にそれぞれ設けられており、前記スライドが並進運動する方向に延びている案内部（７１、７２、７３、７４）をさらに備え、
   前記ばね部材は、前記スライドが並進運動したとき、前記案内部が延びている方向に沿って、弾性変形する請求項１に記載のプレス機。
3. 前記ばね部材は、前記スライドが並進運動する前の初期状態において、予め弾性変形している請求項１または２に記載のプレス機。
4. ３つ以上の前記ばね部材を備えており、
   前記ばね部材は、正多角形の頂点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）上に設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載のプレス機。

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