JPWO2016204103A1 - プレス機械のダイナミックバランス装置 - Google Patents

Abstract

プレス機械のダイナミックバランス装置は、スライドの上下動をバランスウエイト７０に伝達してバランスウエイト７０をスライドの上下動と逆方向に動作させるための複数のカム部８０を備え、カム部８０は、スライドの動作方向と略直交する方向に移動自在に設けられ、スライドと一体に設けられスライドともに上下動する部材３０に形成された傾斜面３１の傾斜角度と対応する傾斜角度を有する第１傾斜面８１と、バランスウエイト７０に形成された傾斜面７１の傾斜角度と対応する傾斜角度を有する第２傾斜面８２とを備えて構成される。

Description

本発明は、プレス機械のダイナミックバランス装置に関する。

高速プレス機械には、高速運転時に発生する機械振動を抑制するためのダイナミックバランス装置が設けられる。従来のダイナミックバランス装置では、バランスウエイトを駆動する機構として、クランク機構（クランク、コネクティングロッド）やリンク機構（クランク、レバーによるナックル機構等）を採用していた（特開平１０−６０９５号公報、特開２００２−２０５１９７号公報参照）。

従来のダイナミックバランス装置では、クランク軸の回転運動をスライドの上下動に変換するための機構とは別に、クランク軸の回転運動をバランスウエイトの上下動に変換するためのクランク機構やリンク機構を備えているため、複雑で部品点数の多いプレス機械となり、プレス機械が高価になるといった問題があった。また、支点数が多くなることで各支点の摺動熱による下死点位置の熱変位が問題となっていた。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バランスウエイトの駆動機構を簡素化して製造にかかるコストを低減するとともに、熱変位の影響を最小にして下死点位置の精度向上を図るプレス機械のダイナミックバランス装置を提供することにある。

（１）本発明に係るプレス機械のダイナミックバランス装置は、クランク軸の回転運動をスライドの上下動に変換してプレス加工を行うプレス機械のダイナミックバランス装置であって、前記スライドの上下動をバランスウエイトに伝達して前記バランスウエイトを前記スライドの上下動と逆方向に動作させるための複数のカム部を備え、前記カム部は、前記スライドの動作方向と略直交する方向に移動自在に設けられ、前記スライド又は前記スライドと一体に設けられ前記スライドともに上下動する部材に形成された傾斜面の傾斜角度と対応する傾斜角度を有する第１傾斜面と、前記バランスウエイトに形成された傾斜面の傾斜角度と対応する傾斜角度を有する第２傾斜面とを備えて構成されることを特徴とする。

本発明によれば、スライドの上下動をバランスウエイトに伝達してバランスウエイトをスライドの上下動と逆方向に動作させるための複数のカム部を備えることで、クランク軸の回転運動をバランスウエイトの上下動に変換するためのクランク機構やリンク機構を不要として、バランスウエイトの駆動機構を簡素化することができる。

（２）本発明に係るプレス機械のダイナミックバランス装置では、前記第１傾斜面及び前記第２傾斜面のそれぞれに球面状の凹部が形成され、前記凹部内に、一面が球面状の凸面であり他面が平坦面である凸レンズ状の球面シューが、前記凸面が前記凹部の球面と接触するように揺動自在に収容されていてもよい。

本発明によれば、カム部の傾斜面に収容された球面シューの平坦面とその平坦面が当接している傾斜面（スライド又はスライドと一体に設けられスライドともに上下動する部材に形成された傾斜面、バランスウエイトに形成された傾斜面）との面接触を維持することができ、線接触による摺動面の焼き付きや摩耗を防止することができる。

（３）本発明に係るプレス機械のダイナミックバランス装置では、前記スライドが第１の方向に移動すると、第１の前記カム部が前記第１の方向と略直交する第２の方向に移動するとともに、前記バランスウエイトが前記第１の方向と逆方向の第３の方向に移動し、前記スライドが前記第３の方向に移動すると、第２の前記カム部が前記第２の方向に移動するとともに、前記バランスウエイトが前記第１の方向に移動してもよい。

図１は、第１の実施の形態に係るダイナミックバランス装置を備えたプレス機械の一部を断面で示した正面図である。 図２は、第１の実施の形態に係るダイナミックバランス装置を備えたプレス機械の一部を断面で示した側面図である。 図３は、図１の要部詳細図である。 図４は、図３の要部詳細図である。 図５Ａは、バランスウエイトを上方向に付勢する付勢部材を設け、第２のカム部を省略したダイナミックバランス装置を備えたプレス機械の一部を断面で示した正面図である。 図５Ｂは、バランスウエイトを下方向に付勢する付勢部材を設け、第１のカム部を省略したダイナミックバランス装置を備えたプレス機械の一部を断面で示した正面図である。 図６は、第２の実施の形態に係るダイナミックバランス装置を備えたプレス機械の一部を断面で示した正面図である。 図７は、第３の実施の形態に係るダイナミックバランス装置を備えたプレス機械の一部を断面で示した正面図である。 図８は、第４の実施の形態に係るダイナミックバランス装置を備えたプレス機械の一部を断面で示した正面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るダイナミックバランス装置を備えたプレス機械の一部を断面で示した正面図であり、図２はそのプレス機械の一部を断面で示した側面図である。なお、図１は上死点の状態を示し、図２は下死点の状態を示している。

プレス機械１は、スコッチヨーク機構によってクランク軸２０の回転運動をスライド５０の上下往復運動（上下動）に変換し、スライド５０の上下往復運動を利用してワーク（図示省略）に対してプレス加工を施すことができる。また、プレス機械１は、バランスウエイト７０をスライド５０の上下動と逆方向に動作させて、高速運転（２００〜１０００ｍｉｎ^−１程度）時に発生する機械振動を抑制するためのダイナミックバランス装置を備えている。

プレス機械１は、サーボモータ１０、クランク軸２０、アジャストスクリュー３０、スライダー４０、スライド５０、ボルスタ６０、バランスウエイト７０、複数のカム部８０（８０ａ〜８０ｄ）を有する。

サーボモータ１０には、交流サーボモータ、例えば、本実施形態で採用する永久磁石を用いた同期モータに限らず、誘導モータ、リラクタンスモータ、直流サーボモータなどを採用することができる。また、サーボモータ１０に代えて、モータにより回転駆動されるフライホイールを用いてもよい。

サーボモータ１０の出力軸にはクランク軸２０が接続される。クランク軸２０（偏心部）の外周にはスライダー４０が回転自在に取り付けられている。アジャストスクリュー３０の内部には中空の摺動室４２が形成され、摺動室４２の上下両面には摺動面が形成されている。スライダー４０は、摺動室４２内で上下の摺動面に接し、横方向に摺動自在に挿入されている。アジャストスクリュー３０とウォームホイール５２はアジャスト機構を構成し、アジャストスクリュー３０はウォームホイール５２を介してスライド５０と一体的に設けられている。スライド５０は、スライドガイド５４により上下方向に移動自在にフレーム２に設けられている。クランク軸２０が回転すると、スライダー４０が摺動室４２内を横方向に摺動しながら円運動するため、スライド５０（アジャストスクリュー３０）が上下動する。

バランスウエイト７０は、上下方向に移動（摺動）自在に設けられている。図中左側のバランスウエイト７０と図中右側のバランスウエイト７０は、上方側のバランスウエイト７０によって連結されている。

複数のカム部８０は、横方向（スライド５０の動作方向と略直交する方向）に移動（摺動）自在に設けられ、スライド５０（アジャストスクリュー３０）の上下動をバランスウエイト７０に伝達してバランスウエイト７０をスライド５０の上下動と逆方向に（１８０度の位相差で）動作させる。

図３は、図１の要部詳細図である。なお、図３は下死点の状態を示している。アジャストスクリュー３０（スライド５０と一体に設けられスライド５０とともに上下動する部材の一例）には、カム部８０ａ〜８０ｄに対向する４つの傾斜面３１が形成されている。また、図中左側のバランスウエイト７０には、カム部８０ａ、８０ｃに対向する２つの傾斜面７１が形成され、図中右側のバランスウエイト７０には、カム部８０ｂ、８０ｄに対向する２つの傾斜面７１が形成されている。傾斜面３１、７１は、スライド５０の動作方向（上下方向）に対してそれぞれ所定の傾斜角度（ここでは、４５度）をなしている。

各カム部８０には、傾斜面３１と対向し傾斜面３１の傾斜角度と対応する傾斜角度（傾斜面３１の傾斜角度と略同一の傾斜角度）を有する第１傾斜面８１と、傾斜面７１と対向し傾斜面７１の傾斜角度と対応する傾斜角度（傾斜面７１の傾斜角度と略同一の傾斜角度）を有する第２傾斜面８２とが形成されている。

スライド５０（アジャストスクリュー３０）が上方向（第１の方向）に移動すると、カム部８０ａ、８０ｂ（第１のカム部）の第１傾斜面８１が傾斜面３１で加圧され、カム部８０ａ、８０ｂが横方向（第２の方向、カム部８０ａが図中左方向、カム部８０ｂが図中右方向）に移動するとともに、傾斜面７１がカム部８０ａ、８０ｂの第２傾斜面８２で加圧され、バランスウエイト７０が下方向（第３の方向）に移動し、更に、カム部８０ｃ、８０ｄ（第２のカム部）の第２傾斜面８２が傾斜面７１で加圧され、カム部８０ｃ、８０ｄが横方向（第４の方向、カム部８０ｃが図中右方向、カム部８０ｄが図中左方向）に移動する。

また、スライド５０（アジャストスクリュー３０）が下方向（第３の方向）に移動すると、カム部８０ｃ、８０ｄ（第２のカム部）の第１傾斜面８１が傾斜面３１で加圧され、カム部８０ｃ、８０ｄが横方向（第２の方向、カム部８０ｃが図中左方向、カム部８０ｄが図中右方向）に移動するとともに、傾斜面７１がカム部８０ｃ、８０ｄの第２傾斜面８２で加圧され、バランスウエイト７０が上方向（第１の方向）に移動し、更に、カム部８０ａ、８０ｂ（第１のカム部）の第２傾斜面８２が傾斜面７１で加圧され、カム部８０ａ、８０ｂが横方向（第４の方向、カム部８０ａが図中右方向、カム部８０ｂが図中左方向）に移動する。

すなわち、アジャストスクリュー３０に形成された傾斜面３１、バランスウエイト７０に形成された傾斜面７１及び各カム部８０によって、スライド５０（アジャストスクリュー３０）の上下動が当該上下動と逆方向の移動力に変換され、これによりバランスウエイト７０がスライド５０と１８０度位相をずらして上下動する。

このように、本実施形態のダイナミックバランス装置によれば、複数のカム部８０を用いて、スライド５０の上下動をバランスウエイト７０に伝達してバランスウエイト７０をスライド５０の上下動と逆方向に動作させるように構成することで、クランク軸２０の回転運動をバランスウエイト７０の上下動に変換するための機構（クランク機構やリンク機構）を不要として、バランスウエイト７０をスライド５０に対して１８０度の位相差で動作させるための機構を簡素化する（部品を簡素化し、部品点数を削減する）ことができ、製造にかかるコストを低減するとともに、熱変位の影響を最小にして下死点位置の精度向上を図るプレス機械のダイナミックバランス装置を実現することができる。

従来のダイナミックバランス装置を備えたプレス機械では、クランク軸の回転運動を利用してスライドとバランスウエイトの両方を駆動するため、スライドの駆動機構が複雑化すると、スライドと１８０度位相をずらして動作させるバランスウエイトの駆動機構も複雑化してしまう。一方、本実施形態のダイナミックバランス装置では、クランク軸２０の回転運動を利用してスライド５０のみを駆動し、スライド５０の上下動を利用してカム部８０によりバランスウエイト７０を駆動するため、スライド５０の駆動機構が複雑化してもバランスウエイト７０の駆動機構が複雑化することはない。

図４は、図３の要部詳細図である。なお、図４は上死点の状態を示している。各カム部８０の第１傾斜面８１及び第２傾斜面８２のそれぞれには、球面状の凹部８３が形成されており、凹部８３には凸レンズ状の球面シュー９０が収容されている。球面シュー９０は、球面状の凸面９１と平坦面９２とを有し、凸面９１が凹部８３の球面と面接触するように揺動自在に凹部８３に収容されている。球面シュー９０の厚さは凹部８３の深さより厚く、球面シュー９０が凹部８３に収容された状態で、球面シュー９０の平坦面９２は第１傾斜面８１及び第２傾斜面８２より突出している。なお、バランスウエイト７０がフレーム２と接触する摺動面にも、球面シュー９０と同様の球面シューが設けられている。

また、アジャストスクリュー３０の傾斜面３１には、摩擦係数が低く高い面圧に耐えるライナ３２が貼り付けられ、バランスウエイト７０の傾斜面７１にも、同様のライナ７２が貼り付けられている。ライナ３２、７２としては、テフロン（登録商標）系複合材（例えば、テフロン（登録商標）系含浸多孔質バイメタル）を用いることが好ましい。なお、フレーム２と各カム部８０が接触する面であって各カム部８０が摺動する面にも、ライナ３２、７２と同様のライナ３が設けられている。

カム部８０の第１傾斜面８１が傾斜面３１で加圧されることで傾斜面同士の間（傾斜面３１と第１傾斜面８１同士の間、第２傾斜面８２と傾斜面７１同士の間）に微小な角度が生じた場合、或いは、部品公差によって元々傾斜面同士の間に微小な角度がある場合は、球面シュー９０が凹部８３内で回動（搖動）して角度の差を吸収する。

すなわち、本実施形態のダイナミックバランス装置では、傾斜面３１（ライナ３２）と球面シュー９０の平坦面９２とが当接する部分、及び平坦面９２と傾斜面７１（ライナ７２）とが当接する部分において面接触が維持され、線接触（片当たり）による摺動面の焼き付きや摩耗を防止することができる。また、傾斜面３１、７１にライナ３２、７２を用いて摩擦係数を低下させることで、摺動面での発熱を抑えて一層摺動面の焼き付きや摩耗が防止されるとともに、摺動面のクリアランスがゼロの状態でも摺動可能とすることができる。これにより、高速運転時でもスムーズな駆動が可能となる。また、摺動面での発熱を抑えることで下死点位置の熱変位を防止することができる。

本実施形態では、各カム部８０の第１傾斜面８１の傾斜角度θ_１と第２傾斜面８２の傾斜角度θ_２を等しくしている（すなわち、スライド５０とバランスウエイト７０のストローク量を等しくしている）ため、スライド５０の質量Ｍ_ｓ（ここでは、アジャストスクリュー３０とスライド５０の合計質量）とバランスウエイト７０の質量Ｍ_ｗとが等しくなるようにしている。傾斜角度θ_１と傾斜角度θ_２を異なる角度とする場合には、次式の条件を満たすように、θ_１、θ_２、Ｍ_ｓ、Ｍ_ｗを適宜決定すればよい。
ｓｉｎθ_１×Ｍ_ｓ＝ｓｉｎθ_２×Ｍ_ｗ

また、第１のカム部（カム部８０ａ、８０ｂ）と第２のカム部（カム部８０ｃ、８０ｄ）のいずれか一方を省略した構成としてもよい。カム部８０ａ、８０ｂを省略する場合には、バランスウエイト７０を下方向に付勢するガススプリング等の付勢部材を設け、カム部８０ｃ、８０ｄを省略する場合には、バランスウエイト７０を上方向に付勢する付勢部材を設ければよい。図５Ａは、左右のバランスウエイト７０を上方向に付勢するガススプリング２００ａ、２００ｂをフレーム２に設け、図１におけるカム部８０ｃ、８０ｄを省略したダイナミックバランス装置を備えたプレス機械の一部を断面で示した正面図である。図５Ａに示す例では、スライド５０が上方向（第１の方向）に移動すると、カム部８０ａ、８０ｂによってバランスウエイト７０が下方向（第３の方向）に移動し、スライド５０が下方向（第３の方向）に移動すると、ガススプリング２００ａ、２００ｂによって付勢されたバランスウエイト７０が上方向（第１の方向）に移動する。あるいは、図５Ｂに示すように、左右のバランスウエイト７０を下方向に付勢するガススプリング２００ｃ、２００ｄをフレーム２に設け、図１におけるカム部８０ａ、８０ｂを省略したダイナミックバランス装置を備えた構成とすることも可能である。図５Ｂは、図５Ａと同様、プレス機械の一部を断面で示した正面図であり、この場合、スライド５０が下方向（第３の方向）に移動すると、カム部８０ｃ、８０ｄによってバランスウエイト７０が上方向（第１の方向）に移動し、スライド５０が上方向（第１の方向）に移動すると、ガススプリング２００ｃ、２００ｄによって付勢されたバランスウエイト７０が下方向（第３の方向）に移動する。

（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態に係るダイナミックバランス装置を備えたプレス機械の一部を断面で示した正面図である。図６において、図１の構成と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。なお、図６は上死点の状態を示している。

この実施の形態は、基本的な構成・機能が第１の実施の形態の場合と同様とされているが、第１の実施の形態とは異なり、２ポイント構造のプレス機械とされており、サーボモータ１０、クランク軸２０、スライダー４０、アジャストスクリュー３０、カム部８０ａ〜８０ｄ（第１及び第２のカム部）が横方向に離間して配設された１対からなる。

図中左側のバランスウエイト７０と中央のバランスウエイト７０と図中右側のバランスウエイト７０は、上方側のバランスウエイト７０によって連結されている。中央のバランスウエイト７０には、図中左側のカム部８０ｂと、図中右側のカム部８０ａと、図中左側のカム部８０ｄと、図中右側のカム部８０ｃに対向する４つの傾斜面７１が形成されている。

一対のサーボモータ１０は、一対のクランク軸２０が同期して互いに逆方向に回転するように制御され、一対のスライダー４０は同期して互いに逆方向に円運動する。これにより、一対のアジャストスクリュー３０は同期して上下動する。

なお、一対のサーボモータ１０に代えて一対のフライホイールを用いる場合には、一対のクランク軸２０を同期して回転させるための機構（ギヤ、タイミングベルト、プーリ等）を設ける。本実施形態のプレス機械１では、プレス機械の運転中においては、一対のアジャストスクリュー３０は中央のバランスウエイト７０を介して同期運動することが可能である。従って、上下死点からの起動時のみ一対のクランク軸２０の回転を同期させればよいため、一対のクランク軸２０を同期して回転させるための機構を小型化することができる。

（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態に係るダイナミックバランス装置を備えたプレス機械の一部を断面で示した正面図である。図７において、図１の構成と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。なお、図７は上死点の状態を示している。

この実施の形態は、基本的な構成・機能が第１の実施の形態の場合と同様とされているが、第１の実施の形態とは異なり、各カム部８０に対向する傾斜面がスライド５０に形成されている。

本実施形態に係るプレス機械では、アジャスト機構がボルスタ―６０の内部に設けられているため、アジャストスクリュー３０が省略されている。そのため、摺動室４２はスライド５０の内部に形成されている。また、スライド５０には、各カム部８０（８０ａ〜８０ｄ）の第１傾斜面８１と対応する傾斜角度を有する傾斜面５１が形成されており、スライド５０に形成された傾斜面５１、バランスウエイト７０に形成された傾斜面７１及び各カム部８０によって、スライド５０の上下動が当該上下動と逆方向の移動力に変換され、これによりバランスウエイト７０がスライド５０と１８０度位相をずらして上下動する。第３の実施の形態のように構成しても、第１の実施の形態と同様の技術的効果を奏する。

（第４の実施の形態）
図８は、第４の実施の形態に係るダイナミックバランス装置を備えたプレス機械の一部を断面で示した正面図である。図８において、図１の構成と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。なお、図８は下死点の状態を示している。

この実施の形態は、基本的な構成・機能が第１の実施の形態の場合と同様とされているが、第１の実施の形態とは異なり、コネクティングロッド１００（クランク機構）によってクランク軸２０の回転運動をスライド５０の上下動に変換する。

クランク軸２０の外周にはコネクティングロッド１００の一端部が回動自在に取り付けられ、コネクティングロッド１００の他端部はスライド５０に回動自在に連結されている。また、第３の実施の形態と同様に、スライド５０には、各カム部８０（８０ａ〜８０ｄ）の第１傾斜面８１と対応する傾斜角度を有する傾斜面５１が形成されており、スライド５０に形成された傾斜面５１、バランスウエイト７０に形成された傾斜面７１及び各カム部８０によって、スライド５０の上下動が当該上下動と逆方向の移動力に変換され、これによりバランスウエイト７０がスライド５０と１８０度位相をずらして上下動する。第４の実施の形態のように構成しても、第１の実施の形態と同様の技術的効果を奏する。

なお、上記のように本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。

１ プレス機械、２ フレーム、３ ライナ、１０ サーボモータ、２０ クランク軸、３０ アジャストスクリュー、３１ 傾斜面、３２ ライナ、４０ スライダー、４２ 摺動室、５０ スライド、５１ 傾斜面、５２ ウォームホイール、５４ スライドガイド、６０ ボルスタ、７０ バランスウエイト、７１ 傾斜面、７２ ライナ、８０ カム部、８１ 第１傾斜面、８２ 第２傾斜面、８３ 凹部、９０ 球面シュー、９１ 凸面、９２ 平坦面、１００ コネクティングロッド、２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ ガススプリング

Claims (3)

1. クランク軸の回転運動をスライドの上下動に変換してプレス加工を行うプレス機械のダイナミックバランス装置であって、
   前記スライドの上下動をバランスウエイトに伝達して前記バランスウエイトを前記スライドの上下動と逆方向に動作させるための複数のカム部を備え、
   前記カム部は、
   前記スライドの動作方向と略直交する方向に移動自在に設けられ、前記スライド又は前記スライドと一体に設けられ前記スライドともに上下動する部材に形成された傾斜面の傾斜角度と対応する傾斜角度を有する第１傾斜面と、前記バランスウエイトに形成された傾斜面の傾斜角度と対応する傾斜角度を有する第２傾斜面とを備えて構成される、プレス機械のダイナミックバランス装置。
2. 請求項１において、
   前記第１傾斜面及び前記第２傾斜面のそれぞれに球面状の凹部が形成され、
   前記凹部内に、一面が球面状の凸面であり他面が平坦面である凸レンズ状の球面シューが、前記凸面が前記凹部の球面と接触するように揺動自在に収容されている、プレス機械のダイナミックバランス装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記スライドが第１の方向に移動すると、第１の前記カム部が前記第１の方向と略直交する第２の方向に移動するとともに、前記バランスウエイトが前記第１の方向と逆方向の第３の方向に移動し、
   前記スライドが前記第３の方向に移動すると、第２の前記カム部が前記第２の方向に移動するとともに、前記バランスウエイトが前記第１の方向に移動する、プレス機械のダイナミックバランス装置。

Images