JPH02127997A - 圧電素子を使用したプレス加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ピエゾ効果を有する圧電素子を使用したプレ
ス加工装置に関する。

〔従来の技術〕

従来におけるプレス機械では、一般にプレス型の型上げ
、および型締めにウェッジ式、あるいはトグル式等の型
締機構を採用し、この型締機構を油圧シリンダ、あるい
はエアシリンダ等により駆動操作していた。

また、部品組立専用機の組立治具においても上記と同様
に、治具内に搬入された部品を固定するアクチュエータ
として油圧シリンダ、あるいはエアシリンダが一般に使
用されていた。

一方、第１４図および第１５図に示すように、円筒状の
ケース８内に摺動自由に圧電素子８２を配設し、この圧
電素子８２の端部をプレス用ポンチ８３の背後に直接結
合し、電源８７から繰り返しパルス電圧を圧電素子８２
によってポンチ８３を加振駆動し、これによりダイス８
５で保持された被加工物８６を打ち抜くという構成のプ
レス加工装置が水出願人により提案されている（実願昭
６２−１７３４５１号参照）。

上記提案の装置によれば、アクチュエータとして圧電素
子８２を使用しているので、ポンチ８２の操作ストロー
ク′をμｍオーダで応答性よく可変制御して、被加工物
８６に高速で叩き振動を与えることができ、これにより
切断面への破断、パリの発生を抑えて被加工物８６を精
度よく平滑な剪断面で得られる剪断打抜き加工をするこ
とができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで前述した従来の一般的なプレス機械では、型締
機構が複雑である他に、型締機構が油圧シリンダ、ある
いはエアシリンダで操作される構造であるので、例えば
プレス機械の運転を電気信号でプログラム制御する場合
に、プレス機本体側機構と型締機構との相互連繋を図る
上でのタイミングの取り方が難しいという問題があった
。

また、部品組立専用機の組立治具についても上記と同様
な問題があった。

さらに、水出願人が提案した上述の圧電素子を用いたプ
レス加工装置では次のようなさらに解決すべき課題があ
った。

（１）金型は固定ストリッパ方式であったので、被加工
物の剪断時にソリが発生した。また、圧電素子を使用し
たアクチュエータは圧縮力が働くような使用状態では機
能するが、引張り力が働くと破損してしまい、ダイセッ
トを駆動することができなかった。

（２）積層型圧電素子を用いたアクチュエータでポンチ
を直接駆動する構造であったので、破損・劣下による分
解・交換に多大な時間がかかった。

（３）積層型圧電素子を用いたアクチュエータを金型に
直接取付けていたので、形状の異なる部品を加工する時
は、アクチュエータを別の金型に付は替える必要があっ
た。

（４）圧電素子を使用したアクチュエータや金型は、こ
れらを保持・固定する専用の装置を必要とした。

本発明の第１の目的は上記の点に鑑みなされたものであ
り、構成が簡単、かつ動作の応答が速く、電気信号で直
接に動作のタイミングが取れるようにした材料９部品等
の固定用アクチュエータを提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、上述のような圧電素子を
用いたプレス加工装置の課題を解決し、加工精度、耐久
性等を向上し、分解・交換が容易で、かつ廉価なプレス
加工装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段） かかる本発明の第１の目的を達成するため、本発明の第
１の形態は、プレス型１組立治具等に搬入した材料１部
品を固定するアクチュエータであって、プレス型１組立
治具等に圧電素子を組み込み、圧電素子を駆動源として
そのピエゾ効果による変位を利用して材料１部品を所定
位置に固定することを特徴とする。

また、本発明の第２の目的を達成するため、本発明の第
２の形態は、印加電圧に応じて軸方向に伸縮する圧電素
子を使用した第１のアクチュエータと、第１のアクチュ
エータを加振駆動の駆動源として用いるポンチと、ポン
チが配設されたプレス型内に設けられ、かつ弾性部材の
付勢力により被加工物を剪断加工時に押える可動ストッ
パと、プレス型内に設けられ、かつ可動ストッパを初期
位置に戻すための圧電素子を使用した第２のアクチュエ
ータとを具備したことを特徴とする。

また、本発明の第２の目的を達成するため、本発明の第
３の形態は、第１のアクチュエータとポンチとは接触伝
達で変位の伝達をさせ、ポンチを第１のアクチュエータ
側へ付勢し保持する弾性部材をプレス型内に設けたこと
を特徴とする。

また、本発明の第２の目的を達成するため、本発明の第
４の形態は、第１のアクチュエータを取付けるフレーム
を設け、フレーム内にプレス型を組み込む構成としたこ
とを特徴とする。

また、本発明の第２の目的を達成するため、本発明の第
５の形態は、フレームまたはプレス型の底部に自立用の
脚を取付けたことを特徴とする。

〔作　用〕

本発明は、上記構成により次のような作用を行う。

（１）アクチュエータとして用いる圧電素子は、例えば
チタン酸バリウム磁器等の圧電セラミック板を複数枚積
層して構成したものであり、周知のように圧電素子に電
界を加えることにより、そのピエゾ効果で電界の方向に
対応して圧電素子自身にひずみが発生する。また、ここ
でピエゾ効果によるひずみの方向を圧電セラミックス板
の積層方向に合わせて構成することにより、圧電素子全
体として比較的大きな伸張変位が得られる。従って圧電
素子をアクチュエータとしてプレス型１組立治具等に組
み込み、かつ電気信号により動作させて、例えばプレス
型の型上げ、型締め、および組立治具の締付操作を行う
ことにより、プレス型。

組立治具等にローディングされた材料１部品を型、治具
内で定位値に固定することかできる。しかも、その動作
の応答速度は油圧、エアシリンダ等と比べて格段に速く
、かつ電気信号で直接に動作のタイミングを取ることか
できる。

すなわち、アクチュエータとして圧電素子を渫用し、そ
のピエゾ効果による変位を利用してアクチュエータ動作
を行って材料１部品等を所定位置に固定するようにした
ので、 ■　従来における油圧、エアシリンダ等を使用した機械
的なアクチュエータと比べて構造が簡単、かつ動作の応
答速度も速く、かつ電気信号で直接に動作のタイミング
を取ることができる。

■　特に、プレス型の型締め機構に適用して実施するこ
とにより、型締め機構の構造が大幅に簡略化でき、かつ
プレス本体側機構との間で動作の連繋を図る上で電気信
号によるタイミングが取り易くなる等、実用面での利点
が得られる。

（２）圧電素子使用のアクチュエータをポンチ駆動源と
して使用したプレス加工装置において、剪断加工時に被
加工物を弾性部材を使用して押える可動ストッパを金型
内（プレス型）内に設け、その可動ストッパを初期位置
に戻す圧電素子利用の固定用アクチュエータをポンチ駆
動源とは別に金型内に設けるようにしたので、剪断加工
時に可動ストッパで被加工物を押えて、ポンチで剪断す
るのでそり等の被加工物の変形を小さくすることができ
、またアクチュエータを金型内に組み込むことで、プレ
ス加工装置本体を小型化でき、さらにポンチ駆動源のア
クチュエータをポンチのストローク動作に全て使用でき
て、ダイセットの駆動をする必要がない。

（３）また、圧電素子使用のアクチュエータをポンチ駆
動源として使用したプレス加工装置において、圧電素子
を使用したアクチュエータとポンチを接触伝達にし、ポ
ンチを金型内で弾性部材によりアクチュエータ側に付勢
保持するようにすることにより、アクチュエータと金型
とを容易に分離でき、これによりアクチュエータの破損
や劣化等で交換が必要な時、金型部を分解せずに交換で
き、またポンチの再研磨のときに分解が容易となる。

（４）また、圧電素子使用のアクチエエータをポンチ駆
動源として使用したプレス加工装置において、そのアク
チュエータを取付けるフレームを設け、そのフレーム内
に金型を組み込むようにすることにより、金型交換時に
アクチュエータの取り外しを不要にし、形状の異なる被
加工物の剪断加工作業を容易にすることができる。

（５）また、圧電素子使用のアクチュエータをポンチ駆
動源として使用したプレス加工装置において、フレーム
または金型の底部に自立用の脚を取り付けることにより
、特別な保持固定位置を不要にし、廉価に製作できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

人−１族■ 第１図は、ピエゾ効果を有する圧電素子をアクチュエー
タとして用いたシリンダ装置と、このシリンダ装置を設
置したプレス打ち抜ぎ装置の本発明の第１実施例の全体
の構成を示す。

まず、最初にシリンダ装置１００について説明する。１
は中空筒状のシリンダケース、２はシリンダケース１の
一端部に複数のねし３で固定された蓋、４はピエゾ効果
を有する圧電素子を用いたアクチュエータであり、アク
チュエータは例えばチタン酸バリウム磁器などの圧電セ
ラミックス板を複数枚積層して構成したものであり、ケ
ース１内に収納される。周知のようにアクチュエータ４
の圧電素子に電界を加えることにより、そのピエゾ効果
で電界の方向に対応して圧電素子自身にひずみが発生す
る。またここでピエゾ効果によるひずみの方向を圧電セ
ラミックス板の積層方向に合わせて構成することにより
、圧電素子全体として比較的大きな伸張変位が得られる
。

５はアクチュエータ４の変位を外部へ伝達するためのピ
ストン形状の可動片であり、ケース１に収納されて摺動
し、直線運動をする。６はケース１に収納されて可動片
５をアクチュエータ４に常に密着させるためのスプリン
グ、７は可動片５の軸部（ロッド）を案内する貫通孔を
有する直線運動補助用のガイド板である。

カイト板７は上記の可動片、スプリング６および後述の
可動片位置調整部材をケースｌ内に収納した後、ケース
ｌの機構部取付側端部に形成した凹部に嵌着され、複数
のねじで固定される。これにより、取付は対象の機構部
（例えば、プレス装置）に対して別個の完全に独立した
シリンダ装置１００が得られ、このシリンダ装置１００
はアクチュエータ４をケースｌに内蔵したまま機構部に
取付けることができるので、アクチュエータ４が破損し
たり、可動片５の摩耗による交換の必要が生じたときに
、簡単にかつ迅速に交換できる。９はシリンダ装置１０
０を機構部（本例では、プレス打ち抜き装置のフレーム
８）に固定する複数のねじであり、ケース１の機構部取
付側端部のフランジ部分に取付けられる。

１０は上述のアクチュエータ４にパルス電圧を印加する
電源ユニットであり、電源ユニットｌＯからリード線１
１を通じてパルス電圧をアクチュエータ４に印加すると
、アクチュエータ４は圧電素子のピエゾ効果によりケー
ス１の軸方向に伸縮し、これによりアクチュエータ４の
伸びとともに可動片５が押されてプレス打ち抜き装置の
機構受動端！２を押し下げる。アクチュエータ４が縮む
時はスプリング６の付勢により可動片５はアクチュエー
タ４に追従して戻り、アクチュエー４の変位を機構部に
正確に伝達する。

また、２０は可動片５の直線運動の変位を外部へ取り出
して測定するための板状の変位伝達片であり、その後端
がケース１の筒部に開口する長溝状の貫通孔を貫通して
可動片５の頭部または軸部にほぼ水平に固定される。２
１は変位伝達片２０を介して可動片５の穆動位誼を測定
する変位測定器であり、ケース１の外壁に固定された固
定腕２２に取付けられる。変位測定器２１としては変位
伝達片２１の先端と接触する触針を有する通常の機械式
あるいは電気式のマイクロメータの他に、非接触のエア
マイクロメータ、レーザ測定器なども用いることが可能
である。このように、ケース１の外部で可動片５の動作
ストローク５が直接筒車に測定できるので、作業時にシ
リンダ装置１００が適切に動作しているか否かが常に確
認できるとともに、可動片５の動作を確認しながら、そ
の位置調整を精密に行うことが可能となる。

第２図は、第１図のシリンダ装置１００の可動片５の初
期位置を調整する調整機構を拡大して示したものである
。第２図において、１３はケースｌに収納され、アクチ
ュエータ４の頭部上に配置される平板状のスペーサであ
り、種々の板厚のものが必要に応じて用意される。この
スペーサ１３の板厚を変えることにより、ケース１の機
構部取付側フランジ面からの可動片５の初期突き出し量
を調整する。１４はケース１の端部に固定した蓋２の中
心部に貫通する雌ねじと螺合する調整ねじ、１５は調整
ねじ１４に組付けられた回り止めナツトである。

１６は断面台形のテーパ面を有する楔、１７は楔１６の
テーパ面（斜面）の傾斜角度と同一角度のテーパ面を有
し、ケース１の直径よりも長く形成したＬ字形のテーパ
駒である。、１８はテーパ駒１７の直立する頭部を貫通
して、リング１９およびノックビン２０を介して固定さ
れる調整ねしであり、調整ねじ１８の先端の雄ねじ部分
と楔１６に水平方向に形成した雌ねじとが螺合し、調整
ねじ１８の回転操作によりテーパ駒１７の挿入位置を調
整する。

すなわち、調整ねじ１８を時計回りに正回転すると、調
整ねじ１８は楔１６の雌ねじのなかに深く挿入するので
、テーパ駒１７は図面の右側方向に移動し、逆に調整ね
じ１８を反時計回りに逆回転すると、テーパ駒１７は図
面の左側方向に移動する。このとき、楔１６とテーパ駒
１７の互いの接触面は傾斜面となっているので、テーパ
駒１７の挿入位置に対応してテーパ駒１７の底面の位置
がケース１の軸方向に変位し、スペーサ１３および圧電
素子のアクチュエータ４とを介して可動片５の初期突き
出し量が微調整される。

実際に、アクチュエータ４および可動片５の位置決めを
行うときには、まず粗調整として調整ねじ１４を回転し
て位置設定を行ったあと、ナツト１５により調整ねじＩ
４をＭ２に固定する。次に、さらに微調整が必要な時に
は、楔１６に調整ねじ１８をねじ込むことにより、テー
パ駒１７をスライドさせて位置決めを行ったあと、リン
グ１９の穴にノックビン２０を挿入して調整ねじ１８を
固定する、このように可動片５の取付は寸法位置を、粗
調整または微調整、あるいはその両方を用いて自在に調
整できるので、シリンダ装置１００の汎用性が向上する
とともに、保守管理作業が容易となり、高精度の加工等
が常に得られる。

第３図および第４図は、第１図の絶縁筒２３の詳細を示
す。この絶縁筒２３はある程度の剛性を有する適切な絶
縁材料で形成され、ケース１の内壁とアクチュエータ４
間の間隙に収縮され、アクチュエータ４とケース１どの
絶縁、および収縮作動時のアクチュエータ４の位置決め
とストッパの役割を行う。アクチュエータ４は例えば上
下の２個の圧電素子１３５，１３６からなり、各素子に
リード線１３７〜１４０が接続されている場合に、絶縁
筒２３は、例えば第４図に示すように、その内側にリー
ド線１３８，１３９が通る溝ａと、リート線１３７，１
４０が通る溝すと、Ｍ２の方でこれらのリード線を外部
に引き出すための切欠溝Ｃと、リード線を引ぎ回して収
納する溝ｄとが形成された形状のものが用いられる。こ
のようにケース１とアクチュエータ４間に絶縁筒２３を
介装しているので、絶縁破壊時のケース１との電気的短
絡が防止され、感電する危険が解消され、さらに絶縁筒
２３の軸方向の長さを伸張時のアクチュエータ４よりも
短く、収縮時のアクチュエータ４よりも短くない適切な
寸法に設定することにより、アクチュエータ４の位置決
めとストッパ動作が得られ、スプリング６による急な戻
り動作等によってアクチュエータ４が破壊されるおそれ
を無くすることができる。

第５図は第１図のシリンダケース１の詳細を示す。第５
図に示すように、ケース１は上部ケース３４と下部ケー
ス３３の連結体であり、一方のケース３３は圧電素子の
アクチュエータ４よりも熱膨張率の大きい材料、例えば
鉄系統の材料で作られており、他方のケース３４はアク
チュエータ４よりも熱膨張率の小さい材料、例えばアン
バー合金（鉄ニツケル合金）で作られている。これによ
り、使用環境の温度変化によるケース１の伸びをアクチ
ュエータ４とほぼ同じにして、可動片５の取付面からの
初期突出量の変化をほとんど無視できるほど小さくし、
ねじ１４，１８による調整をほぼ不要にすることができ
る。ケース３３とケース３４はねじで締結するか、接層
により接合すればよい。また、ケース３４をアンバー合
金の代りに、セラミックス製として縦弾性率を金属製よ
りも高くすることにより、アクチュエータ４の動作時の
荷重によるケース１の伸びを小さくして、アクチュエー
タ４の動作ストロークが小さくなるのを防止し、アクチ
ュエータ４の小型化を実現できる。なお、セラミックス
製の場合は、防錆のための表面処理が不要となる利点も
ある。

さらにまた、可動片５を鉄鋼材料よりも高縦弾性の材料
、例えば、超硬合金またはセラミックスを用いて形成し
ているので、アクチュエータ４の動作時の荷重による可
動片５の圧縮歪みを小さくでき、その有効動作ストロー
クが小さくなるのか防止できる。

次に、第１図のプレス機構部について説明する。

箱型中空のフレーム８の中に金型部を組み込み、このフ
レーム８の下部に自立用の脚３４を取付け、このフレー
ム８の上方と下方から上述の一対のシリンダ装置１００
をねじ９により取付け、各々の可動片５の先端部分を垂
直に貫通させて金型部に到達させ、アクチュエータ４の
変位を伝達する。従って、上記脚３４により、加工装置
を保持・固定する特別の装置が不要となり、そのままプ
レス機械として使用できる。また、フレーム８に金型部
を組込んでいるので、金型交換時にシリンダ装置１００
の取外しが不要となる。

金型部には被加工物２４を挟んで保持する上ダイス２５
と、下ダイス２６と剪断加工する機構部受動端としての
上ポンチ１２と下ポンチ２７とがある＝各ポンチ１２．
２７　と各ダイス２５．２６との間に設けた空室にスプ
リング２８をそれぞれ介装し、このスプリング２８によ
りポンチ１２．２７は可動片５側に付勢されて可動片５
と常時接触し、またダイス２５．２６は被加工物２４側
に付勢されて弾性的に保持される。このとき、ポンチ１
２．２７の外周に設けたフランジ（鍔）がダイス２５．
２６の段部と接するストッパの役割をする。このように
ポンチ１２．２７を金型内でスプリングで保持する構造
であって、かつ可動片５とポンチ１２．２７は接触伝達
により運動伝達を行うので、アクチュエータの破損や劣
化等によるシリンダ装置１００の交換やポンチ１２．２
７の再研磨の際の分解・組立が容易となり、迅速に交換
作業ができる。

また、被加工物２４の送りが必要な時には、上ダイス２
５をフレーム８の下側に取付けられた一対の下部アクチ
ュエータ装置２９で押し上げる。この装置２９としては
圧電素子を使用する。次に、被加工物２４が移動し終フ
て、その固定が必要なときには、下部アクチュエータ装
置２９の可動片が引っ込んで元の位置に戻り、ナツト３
１によりフレーム８に取付けられた一対の可動の調整ね
じ３ｏを介してスプリング３２により上ダイス２５が下
方へ付勢されて元の位置に戻り被加工物２４が固定され
る。このように、剪断加工時にスプリング３２により被
加工物２４を弾性的に押え、ポンチ１２．２７で剪断す
るので、被加工物２４のそり等の変形を小さくすること
ができ、また、下部アクチュエータ装置２９をフレーム
８に組込んでいるので、シリンダ装置１００によるダイ
セット駆動は不要となり、シリンダ装置１００をポンチ
駆動専用に簡素化できる。

第６図は第１図の一対のシリンダ装置１００のアクチュ
エータ４へ加えるパルス電圧の波形の一例を示す。被加
工物２４をダイス２５．２６にセットし、上下のアクチ
ュエータ４に第６図に示すように、電瀞ｌＯからリード
線１１を通じて互いに１８０度の位相差を与えつつ、か
つ上部のアクチュエータ４には印加電圧を初期電圧から
徐々に高めるとともに、下部のアクチュエータ４へは逆
に印加電圧を徐々に低めるように、例えば商用周波数程
度の繰り返しパルス電圧を印加する。これによりアクチ
ュエータ４が伸縮振動してポンチ１２．２７に加振力が
加わり、被加工物２４に対しその上下両側からポンチ１
２．２７が交互に叩き振動を与えつつ、上から下に向う
ストロークが次第に深まるようになる。

この結果、被加工物２４に対して破断現象を生じること
なく剪断加工が進行し、最終的にダイス２５．２６の下
方へ打抜かれ、しかも加工後の切断面にはほとんどパリ
、破断面が現われずに平滑な切断面と高い加工精度でプ
レス加工されるようになる。

また、ポンチ１２．２７の操作ストロークは圧電素子の
アクチュエータ４に印加するパルス電圧を制御すること
によりμｍオーダで、容易かつ応答性よく制御すること
ができる。

Ｂ、第２実施例 第７図は本発明の第２実施例の全体の構成を示す。第７
図において、３３は板状の可動ストッパであり、フレー
ム８に内蔵の上ダイス２５と下ダイス２６間の空所に配
置され、中心に上ポンチ１２の先端が貫通する貫通孔を
有し、中央のばね２８と上ダイス２５の凹部に介装され
た上部の一対のスプリング３２により下方に付勢され、
被加工物２４を下ダイス２６とで挟んで保持する。２９
は可動ストッパ３３を変位させる積層型の圧電素子を用
いた一対のアクチュエータであり、下ダイス２６の溝内
に装着されて可動ストッパ３３を下側から保持する。調
整ねじ３゜はナツト３１によりフレーム８に固定されて
、上下ダイス２５．２８の位置を規制する。シリンダ装
置１００を含めて、その他の構成は第１図の実施例と同
様なので、その詳細な説明は省略する。

このように本例の金型部は可動ストッパ方式のものであ
り、被加工物２４の送りが必要な時には、金型に内蔵さ
れた圧電素子を用いたアクチュエータ２９で可動ストッ
パ３３を押し上げる。そして、剪断加工時にはアクチュ
エータ２９を元の位置に引き戻してスプリング３２で付
勢された可動ストッパ３３により被加工物２４を押える
ので、ポンチ１２．２７で剪断することによる被加工物
の変形を小さくすることができ、また、アクチュエータ
２９を金型内に組込んでいるので、プレス装置本体を小
型にかっ簡素化できる。

第８図（Ａ）　、　（Ｂ）は第７図の側面構造を示す。

本図に示すように、被加工材料をループ状態にして、プ
ーリ６３の位置に取付ける。この被加工材料は、フレー
ム８内に取付けられたポンチ１２．２７の先端位置に送
られて加工され、モータードライバ５９により駆動され
るモータ６０に直結した一対の送りローラ６１，６２に
よりプレス加工された加工物２４が巻き取られる。

第９図は第７図の変形例を示し、特にフレーム８に組込
まれた金型の詳細な構成を拡大して示す。

ここで、４２．５３はポンチホルダであり、第１図また
は第７図に示すようなシリンダ装置１００の可動片１０
０と接触し、上ポンチ４ｏおよび下ポンチ５゜にアクチ
ュエータ４の変位を伝達する。上型バッキングプレート
３６は、上型ダイセット３７に固定されており、一対の
ストッパスプリング３８と１つの上型ポンチホルダ４２
のストッパとなっている。上型バッギングプレート３６
と上型ダイセット３７は−体部量でもよいが、ストリッ
パーとなる面の加工精度を高くするためには互いに分離
して研磨加工ができるように構成するのが好ましい。ポ
ンチホルダ４２には上ポンチ４０がポンチ押え４１によ
り固定され、ポンチホルダ４２はポンチ押え４１を介し
てボンデスプリング３９により弾性的に保持されている
。

下型バッキングプレート４９は下型ダイセット４８に固
定されており、圧電素子を用いた一対のアクチュエータ
４５と１つの下側ポンチホルダ５３のストッパとなって
いる。下型バッキングプレート４９と下型ダイセット４
８は一体部品でもよいが、上記上型の場合と同じ理由で
、分離可能にした方が精度よくできる。また、下型ダイ
セシト４８には、その垂直溝に一対のガイドピン４４が
固定されて立設されており、ストリッパー４３がこのガ
イドビン４４で案内される。さらに、下型ダイセット４
Ｂには、下ダイ４７が固定されていて、ストリッパー４
３には上ダイ４６が固定されている。

ストリッパー４３はストリッパースプリング３８により
押し下げられていて、上ダイ４６と下ダイ４７の間に被
加工物５１を通し、ストリッパースプリング３８の力で
その被加工物５１を固定している。ポンチホルダー４２
または５３を前述の可動片５で押すことにより、被加工
物５１を上ダイ４６または下ダイ４７で剪断加工する。

この上ダイ４６と下ダイ４７はまた上ポンチ４０と下ポ
ンチ５０のガイドを兼ねる。被加工物５１の剪断加工を
終了し、次の剪断加工位置へ被加工物５１を移動する場
合には、アクチュエータ４５に外部からパルス電圧を印
加して伸張させ、ストリッパー４３を押し上げ、被加工
物５１をフリー状態にして外部の材料送り装置によって
被加工物５１を移動する。

第１Ｏ図は従来の単抜き工程と、本発明実施例で実行す
る平押し工程の相違を表わしたものである。

単抜き工程は、第１Ｏ図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ
）　に示すように、従来の打ち抜き方法であり、この方
法では、打ち抜きパリが発生してしまう。そこで、打ち
抜きパリを出さないために半抜き状態で材料を送り、金
型内で可動ストリッパーが材料を押える時に、平押しす
ることでワンパンチの打ち抜ぎと同じ時間でパリ無し打
ち抜きを行うようにしたのが、平押し法である。

平押し工程において、第１Ｏ図（Ｄ）に示すように上ポ
ンチ４０によりまず被加工物５１は半抜きされる。次に
、第１Ｏ図（Ｅ）に示すように、上ポンチ４゜と上ダイ
４６、そして下ポンチ５０とが上昇し、被加工物５１が
移動できるように、下ダイ４７で押し出す。その後、被
加工物は外部材料送り装置により次の剪断加工位置に送
られる。次に、第１θ図（Ｆ）に示すように、上ダイ４
６が下降して被加工物の半抜き部を押し潰し、剪断を完
了していない部分にクラックを発生させると共に、抜き
カスを被加工物ヘプッシュパックすることで剪断を完了
させ、第１Ｏ図（Ｄ）の工程に戻り、このサイクルを繰
り返す。これにより、上下抜きをすることなく、パリ無
し剪断加工ができ、下ポンチを省くこともできるし、ま
た、単抜きと同じ加ニスピードが得られる。

Ｃ１第３実施例 第１１図、第１２図および第１３図はそれぞれ本発明の
第３実施例を示し、特に材料９部品などを組立治具体の
定位値に挟持固定するアクチュエータの配置構成の種々
の態様を示す。

まず、第１１図の例では、型上げ用アクチュエータ、お
よび型締め用アクチュエータとして下型６６には圧電素
子７０が、上型６５には圧電素子６９がそれぞれ組み込
まれ、かつ各圧電素子８９．７０がコントローラ７１の
出力端子に接続されている。

かかる構成によるプレス動作は次のようにして行われる
。すなわち、コントローラ７１ヘプレス動作の指令を与
えると、まず下型６６に組み込んだ圧電素子７０に電源
７２からコントローラ７１を介して電圧が印加される。

これにより圧電素子７０はビエソ効果により破線矢印の
方向に伸張変位し、その駆動力で上型６５を押し上げる
ように型上げ操作を行う。

ここで、下型６６と上型６５との間にローディング（搬
入）された材料６８のノツチ送りが済むと、次に圧電素
子７０への電圧印加を停止するとともに、同時に上型６
５に組み込まれた圧電素子６９に電圧が印加される。こ
れにより、圧電素子６９が破線矢印方向に変位動作し、
その駆動力で材料６８を下型６６と上型６５との間に挟
持固定するよう型締め操作を行う。

次に、この型締め状態でポンチ６７を矢印方向にストロ
ーク操作して材料６８を打ち抜いた後、圧電素子６９の
電圧印加が停止され、これで１サイクルのプレス動作が
終了する。以下同様な操作を繰り返し行うことで、材料
６８が連続的にプレスされるようになる。

また、第１２図、第１３図は第１１図の変形例を示すも
のであり、このうち第１２図の例では、第１図。

第７図、第９図の実施例と同様に型上げ用のアクチュエ
ータとして下型６６に圧電素子７０を組み込み、型締め
には上型６５に組み込んだばね部材７３が使用されてい
る。これに対して、第３図の例では型締め用アクチュエ
ータとして上型６５に圧電素子６９を組み込み、型上げ
には下型６６に組み込んだばね部材７４が使用されてい
る。

上記した第１２図、第１３図の例も、第１１図の例と同
様に圧電素子８９．７０をアクチュエータとして使用し
てプレス型の型上げ、ないし型締め操作を行うようにし
ており、かつこれら圧電素子のアクチュエータは外部か
ら電圧を印加するだけで瞬時に応答動作するので、プレ
ス本体側機構との連繋動作面で電気信号によるタイミン
グが取り易い等の制御上での利点が得られる。

なお、図示の実施例はプレス型を対象にした例を示した
が、部品組立専用機の組立治具についても、本実施例と
同様に治具のアクチュエータとして圧電素子を組み込む
ことにより、同様な効果を奏することができる。

このように、アクチュエータとして圧電素子を採用し、
そのピエゾ効果による変位を利用してアクチュエータ動
作を行って材料１部品等を所定位置に固定するようにし
たので、従来における油圧シリンダ、エアシリンダ等を
使用した機械的なアクチュエータと比べて、構造が簡単
、かつ動作の応答速度も速く、かつ電気信号で直接に動
作のタイミングを取ることができ、また特にプレス型の
型締め機構に適用して実施することにより、型締め機構
の構造が大幅に簡略化でき、かつプレス本体側機構との
間で動作の連繋を図る上で電気信号によるタイミングが
取り易くなる等、実用面での効果が得られる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、以下の効果が得
られる。

（１）　アクチュエータとして用いる圧電素子は、例え
ばチタン酸バリウム磁器等の圧電セラミック板を複数枚
積層して構成したものであり、周知のように圧電素子に
電界を加えることにより、そのピエゾ効果で電界の方向
に対応して圧電素子自身にひずみが発生する。また、こ
こでピエゾ効果によるひずみの方向を圧電セラミックス
板の積層方向に合わせて構成することにより、圧電素子
全体として比較的大きな伸張変位が得られる。従って圧
電素子をアクチュエータとしてプレス型１組立冶具等に
組み込み、かつ電気信号により動作させて、例えばプレ
ス型の型上げ、型締め、および組立治具の締付操作を行
うことにより、プレス型。

組立治具等にローディングされた材料１部品を型、治具
内で定位値に固定することができる。しかも、その動作
の応答速度は油圧、エアシリンダ等と比べて格段に速く
、かつ電気信号で直接に動作のタイミングを取ることが
できる。

すなわち、アクチュエータとして圧電素子を採用し、そ
のピエゾ効果による変位を利用してアクチュエータ動作
を行って材料１部品等を所定位置に固定するようにした
ので、 ■　従来における油圧、エアシリンダ等を使用した機械
的なアクチュエータと比べて構造が簡単、かつ動作の応
答速度も速く、かつ電気信号で直接に動作゛のタイミン
グを取ることができる。

■　特に、プレス型の型締め機構に通用して実施するこ
とにより、型締め機構の構造が大幅に簡略化でき、かつ
プレス本体側機構との間で動作の連繋を°図る上で電気
信号によるタイミングが取り易くなる等、実用面での利
点が得られる。

（２）圧電素子使用のアクチュエータをポンチ駆動源と
して使用したプレス加工装置において、剪断加工時に被
加工物を弾性部材を使用して押える可動ストッパを金型
内（プレス型）内に設け、その可動ストッパを初期位置
に戻す圧電素子利用の固定用アクチュエータをポンチ駆
動源とは別に金型内に設けるようにしたので、剪断加工
時に可動ストッパで被加工物を押えて、ポンチで剪断す
るのでそり等の被加工物の変形を小さくすることができ
、またアクチュエータを金型内に組み込むことで、プレ
ス加工装置本体を小型化でき、さらにポンチ駆動源のア
クチュエータをポンチのストローク動作に全て使用でき
て、ダイセットの駆動をする必要がない。

（３）また、圧電素子使用のアクチュエータをポンチ駆
動源として使用したプレス加工装置において、圧電素子
を使用したアクチュエータとポンチを接触伝達にし、ポ
ンチを金型内で弾性部材によりアクチュエータ側に付勢
保持するようにすることにより、アクチュエータと金型
とを容易に分離でき、これによりアクチュエータの破損
や劣化等で交換が必要な時、金型部を分解せずに交換で
き、またポンチの再研磨のときに分解が容易となる。

（４）また、圧電素子使用のアクチエエータをポンチ駆
動源として使用したプレス加工装置において、そのアク
チュエータを取付けるフレームを設け、そのフレーム内
に金型を組み込むようにすることにより、金型交換時に
アクチュエータの取り外しを不要にし、形状の異なる被
加工物の剪断加工作業を容易にすることができる。

（５）また、圧電素子使用のアクチュエータをポンチ駆
動源として使用したプレス加工装置において、フレーム
または金型の底部に自立用の脚を取り付けることにより
、特別な保持固定位置を不要にし、庶価に製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の全体の構成を示す縦断面
図、 第２図は第１図のシリンダ装置の可動片の位置決め調整
機構を詳細に示す拡大断面図、第３図は第１図のシリン
ダ装置の絶縁筒の収納状態を示す概略断面図、 第４図は第３図の絶縁筒の外観の一例を示す斜視図、 第５図は第１図のシリンダ装置のケースの組付り構成例
を示す概略断面図、 第６図は第１図のアクチュエータに印加する電圧のパル
ス波形の一例を示す波形図、 第７図は本発明の第２実施例の全体の構成を示す縦断面
図、 第８図（八）および（Ｂ）は第７図の装置の側面構造を
示す側断面図、 第９図は本発明の第２実施例の変形例のプレス機構部分
の詳細な構成を示す縦断面図、第１０図（Ａ）　、　（
Ｂ）　、　（Ｃ）は従来の単抜き工程を示す断面図、 第１Ｏ図（Ｄ）　、　（Ｅ）　、　（Ｆ）は本発明実施
例で実行する平押し工程を示す断面図、 第１１図は本発明の第３実施例の構成を示す縦断面図、 第１２図および第１３図はそれぞれ第１１図の変形例を
示す縦断面図、 第１４図および第１５図はそれぞれ従来例の装置の構成
を示す縦断面図である。 １・・・ケース、 ２・・・蓋、 ３・・・アクチュエータ、 ５・・・可動片、 ６・・・スプリング、 ７・・・ガイド、 ８・・・フレーム、 １０．７２・・・電源、 １２．４０．４７・・・上ポンチ（機構受動部）１３・
・・スペーサ、 １４．１８．３０・・・調整ねし、 １６・・・楔、 １７・・・テーバ駒、 ２０・・・変位伝達片、 ２１・・・変位測定器、 ２３・・・絶縁筒、 ２４．５１．６８・・・被加工物、 ２６．４７．６６・・・下ダイス、 ２７．５０・・・下ポンチ、 ２８．３２・・・スプリング、 ２９・・−アクチュエータ、 ３３・・・可動ストリッパ、 ３４・・・自立用脚、 ３６．４９・・・バッキングプレート、３７．４８・・
・ダイセット、 ３８・・・ストリッパスプリング、 ３９・・・ポンチスプリング、 ４１．５２・・・ポンチ押え、 ４２．５３・・・ポンチホルダ、 ４３・・・ストリッパ、 ４５．７０ ・・・アクチュエータ、 ・・・シリンダ装置。 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 （Ａ） （Ｄ） （Ｅ） 第１０ 図 （Ｃ） （Ｆ） ６７オ・０ンナ 第 図 第 １４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）プレス型、組立治具等に搬入した材料、部品を固定
   するアクチュエータであって、 前記プレス型、組立治具等に圧電素子を組み込み、該圧
   電素子を駆動源としてそのピエゾ効果による変位を利用
   して前記材料、部品を所定位置に固定することを特徴と
   する圧電素子を使用した固定用アクチュエータ。 ２）印加電圧に応じて軸方向に伸縮する圧電素子を使用
   した第１のアクチュエータと、 該第１のアクチュエータを加振駆動の駆動源として用い
   るポンチと、 該ポンチが配設されたプレス型内に設けられ、かつ弾性
   部材の付勢力により被加工物を剪断加工時に押える可動
   ストッパと、 前記プレス型内に設けられ、かつ前記可動ストッパを初
   期位置に戻すための圧電素子を使用した第２のアクチュ
   エータと を具備したことを特徴とする圧電素子を使用したプレス
   加工装置。 ３）前記第１のアクチュエータと前記ポンチとは接触伝
   達で変位の伝達をさせ、 該ポンチを前記第１のアクチュエータ側へ付勢し保持す
   る弾性部材を前記プレス型内に設けたことを特徴とする
   請求項２に記載の圧電素子を使用したプレス加工装置。 ４）前記第１のアクチュエータを取付けるフレームを設
   け、該フレーム内に前記プレス型を組み込む構成とした
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の圧電素子を
   使用したプレス加工装置。 ５）前記フレームまたは前記プレス型の底部に自立用の
   脚を取付けたことを特徴とする請求項２または４に記載
   の圧電素子を使用したプレス加工装置。