WO2019139064A1 - プレス機械及びプレス加工方法 - Google Patents

Abstract

プレス機械では、偏心軸の回転によってラム（１）が上下動される。プレス機械は、ラム（１）の下部に設けられてラム（１）と共に上下動されるストライカハウジング（９）と、ストライカハウジング（９）に対して上下動可能なストライカ（３）と、ストライカ（３）を上昇位置及び下降位置に保持する保持機能（１１，１３，１５，１９，２１，２５）を備えている。上記プレス機械によれば、偏心軸の往復回動が偏心軸の回転角９０°（又は２７０°）付近で行われる場合でもプレス加工を確実に行うことができる。

Description

プレス機械及びプレス加工方法

　本発明は、プレス機械[press machine]及びプレス加工方法[method for press working]に関する。

　プレス機械では、偏心軸（クランク軸）が回転すると、ラムが上死点から下死点へと下降し、その後、下死点から上死点へと上昇される。上型[upper tool]としてのパンチと下型[lower tool]としてのダイとによって板状のワークをプレス加工（例えば打抜き加工）する場合、回転角９０°～１８０°（又は１８０°～２７０°）内で偏心軸を回転させるのが一般的である（０°は上死点位置）。

日本国特許第３８０２５１３号公報 日本国特開２００７－１８５６６７号公報

　特許文献１又は２に開示されたプレス機械では、駆動源としてサーボモータを用いて偏心軸が正逆回転される[rotated positively and negatively]。偏心軸の正逆回転に伴って、ラムが上下往復動[vertical reciprocating motion]する。ラムを上下動させる際には、偏心軸を一定回転方向に継続回転するのではなく、所定回転角範囲で往復回動[reciprocating rotation]させる。この結果、ラムの上下動の高速化が可能になる。特許文献１は、回転角範囲（往復回動角度：作動角度範囲）が約４０°～６０°で偏心軸を正逆回転させてラムを上下動させることを開示している。

　回転角９０°～１８０°(又は１８０°～２７０°)内で偏心軸を正逆回転させてラムを上下動させる場合、回転角１８０°付近の所定回転角範囲θで偏心軸を正逆回転する際のラムのストローク長[stroke]は、回転角９０°（２７０°）付近の同一回転角範囲θで偏心軸を正逆回転する場合のストローク長よりも小さい。即ち、ラムの上下ストローク長が一定の場合、偏心軸の回転角９０°（２７０°）付近の方が回転角範囲をより小さくでき、高速化を実現できる。しかし、回転角９０°（２７０°）付近の場合のラムのストローク位置は回転角１８０°の場合より高くなるので、打抜き加工が行えないことがある。

　本発明の目的は、偏心軸の往復回動が偏心軸の回転角９０°（又は２７０°）付近で行われる場合でもプレス加工を行うことのできる、プレス機械とプレス加工方法とを提供することである。

　すなわち、本発明の特徴は、偏心軸の回転によってラムが上下動されるプレス機械であって、前記ラムの下部に備えたストライカハウジングに、ストライカを上下動可能に備え、前記ストライカを、上昇位置及び下降位置に固定自在に備えている、プレス機械を提供する。

図１は、プレス機械の偏心軸の回転角とラムの上下ストロークとの関係を示す説明図である。 図２は、実施形態に係るプレス機械におけるラムに取り付けられるストライカアッシーを示す斜視図である（ストライカほぼ上昇位置）。 上記ストライカアッシーの側面図である（ストライカ上昇位置）。 上記ストライカアッシーの側断面図である（ストライカ上昇位置）。 上記ストライカアッシーの平断面図である。（ストライカほぼ上昇位置）。 上記ストライカアッシーの側面図である（ストライカ下降位置）。 上記ストライカアッシーの側断面図である（ストライカ下降位置）。

　プレス機械において、駆動源としてサーボモータを用いて偏心軸（クランク軸）を回転する構成は公知である（例えば、特許文献１及び２参照）。サーボモータを駆動源とするプレス機械では、偏心軸の回転を制御できる。従って、所望の回転角範囲で偏心軸を往復回動することができる。偏心軸の上死点位置を回転角０°とし、下死点位置を回転角１８０°とする。偏心軸は、回転角９０°～１８０°（又は１８０°～２７０°）内で交互に正逆回転（往復回動）される。偏心軸は３６０°回転されないので、高速のプレス加工（例えばニブリング加工）が可能である。

　図１に、プレス機械（図示せず）における上下動自在なラム１と偏心軸（図示せず）の回転角との関係を概略的に示す。回転角１８０°付近（１８０°を含む）では、ラム１のストライカ３で上型としてのパンチ５を打圧して板状ワークＷをパンチング加工（ニブリング加工）するストロークＳには、回転角範囲θ１が必要である。一方、回転角が９０°付近（９０°を含む）では同じストロークＳには、回転角範囲θ２が必要である。ここで、θ１＞θ２である。従って、偏心軸を往復回動（正逆回転）してラム１を高速に往復上下動させて作業能率向上を図るには、回転角９０°（又は２７０°）付近で偏心軸を正逆回転させるのが望ましい。

　しかし、回転角９０°付近では、図１に示されるように、ラム１が高い位置で上下動する。従って、パンチ５を打圧するには、ラム１のストライカ３の長さが長さＬだけ短い。また、回転角９０°（又は２７０°）付近でのストライカ３の打圧力は小さく、打抜き可能なワークＷの板厚は薄い。従って、偏心軸が回転角９０°～１８０°（又は１８０°～２７０°）内の所望回転角範囲で往復回動される場合、ストライカ３は、回転角９０°（２７０°）付近及び１８０°付近の両方の場合に対応できることが望まれる。本実施形態のプレス機械は、上述した両方の場合に対応可能に構成されている。

　本実施形態のプレス機械におけるストライカアッシー（ストライカ３周辺の構成）について、図２～６を参照しつつ説明する。なお、本実施形態のプレス機械は、ストライカアッシー以外の構成は公知のプレス機械全体構成と同じであるため、その詳しい説明は省略する。ストライカアッシー以外の構成は上述した特許文献１及び２に開示されている。即ち、図２～６に示されるストライカアッシーは、ラムガイドに上下動可能に保持されたラム１の下面１Ｌに取り付けられており、ラム１は、コネクティングロッド１Ｃを介して偏心軸１Ｅによって上下に移動される。偏心軸１Ｅは、サーボモータ１Ｓによって往復回動される。

　図２～図５は、ストライカハウジング９に対してストライカ３が上昇した状態のストライカアッシーを示している。図３及び図４では、ストライカ３の上面３Ｕがラム１の下面１Ｌに当接しているのが示されている（上昇位置）。図２及び図５は、ストライカ３がほぼ上昇位置に位置している状態を示している。図６及び図７は、ストライカ３が下降した状態を示している（下降位置）。また、説明の便宜上、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を図中に示されるように定める。さらに、図５は、後述する連動機構[synch-motion mechanism]（リンク機構）１５に関しては連動部材（連動シャフト）３１、（中央）ヒンジピン３７Ａ（３７Ｂ）及び（第２）ヒンジピン４７Ａ（４７Ｂ）を通る断面を示すと共に、後述する作動ロッド（ピストンロッド２１及びスライドロッド２５）に関してはそれらの中心軸を通る断面を示している。

　図３及び４に示されるように、偏心軸の回転によって上下動されるラム１の下面には、Ｙ軸方向に対向する一対のブラケット６が備えられている（図２及び３には一方のブラケット６のみ図示されている）。そして、一対のブラケット６は、Ｙ軸方向の連結部材７によって一体的に連結されている。連結部材７には、箱状のストライカハウジング９が一体的に取付けられている。ストライカハウジング９には、ストライカ３が上下動可能に備えられている。

　図２～図５に示されるように、ストライカ３の上面３Ｕがラム１の下面１Ｌに当接することで、ストライカ３はストライカハウジング９に対して上昇した状態に保持（固定）される。一方、図６及び図７に示されるように、ストライカハウジング９に対してストライカ３が下降されると、Ｘ軸方向に対向する一対の受圧プレート１１及び１３がストライカ３の上面３Ｕとラム１の下面との間に入り込み、ストライカ３は下降した状態に保持（固定）される。

　ストライカ３の上下動、並びに、上面３Ｕと下面１Ｌとの間への受圧プレート１１及び１３の出入動作を連動させるための連動機構１５が設けられている。具体的には、ストライカハウジング９に形成された上下貫通孔１７（図４参照）内にストライカ３が上下動自在に嵌合されている。ストライカハウジング９の一側（Ｘ軸方向の一側）には、連動機構１５を作動するためのアクチュエータ１９が設けられている。本実施形態のアクチュエータ１９はエアシリンダなどの流体圧シリンダであるが、電磁ソレノイド、回転モータ、リニアモータなどの他の種類のアクチュエータで構成されてもよい。

　アクチュエータ１９は、Ｘ軸方向に往復動自在なピストンロッド２１を備えている。ピストンロッド２１の先端には、連結ネジなどの連結部材２３を介してスライドロッド２５の一端が一体的に連結されている。ピストンロッド２１及びスライドロッド２５によって作動ロッドが構成されている。スライドロッド２５（作動ロッド）は、ストライカ３に上下方向に長く形成された長孔２７を貫通している。長孔２７は、Ｘ軸方向にストライカ３を貫通している。従って、スライドロッド２５はストライカ３に対してＸ軸方向に摺動自在[slidable]であり、かつ、ストライカ３はスライドロッド２５に対してＺ軸方向に摺動自在である。スライドロッド２５の他端は、ストライカハウジング９に形成されたＸ軸方向の貫通孔（第１ガイド孔）２９に摺動自在に支持されている（図４参照）。従って、ストライカ３は、スライドロッド２５の存在に拘わらず、ストライカハウジング９に対して上下動自在である。

　スライドロッド２５の先端部には、ストライカハウジング９をＹ軸方向に貫通する連動部材３１が一体的に取付けられている。ストライカハウジング９には、貫通孔２９に直交する貫通孔３３がＸ軸方向に長く形成されている。貫通孔３３は、Ｙ軸方向にストライカハウジング９を貫通している。連動部材３１は、貫通孔３３内をＸ軸方向に移動自在である。Ｙ軸方向に延びる連動部材３１の両端は、連動リンク３５Ａ及び３５Ｂの一端とそれぞれ枢支連結されている[pivotally coupled with]。連動機構１５の連動リンク３５Ａを含むリンク機構がストライカハウジング９のＹ軸方向の反対側にも（スライドロッド２５の中心軸を含むＸＺ平面に対して）対称に設けられており、反対側のリンク機構が連動リンク３５Ｂを含む。連動機構１５の一対のリンク機構の構成要素をそれぞれ添え字Ａ及びＢで区別し、以下、一方のリンク機構（添え字Ａ）のみを例に説明する。ただし、他方のリンク機構（添え字Ｂ）も対称に構成され、対称に動作する。

　図５に示されるように、ストライカ３のＹ軸方向の片側には、ストライカハウジング９を上下貫通孔１７へとＹ軸方向に貫通する（中央）ヒンジピン３７Ａが配置されている。ヒンジピン３７Ａの先端にはネジが形成されており、上下貫通孔１７内のストライカ３に螺合されている。ヒンジピン３７Ａは、ストライカハウジング９の側面に上下方向に長く形成された貫通孔（第２ガイド孔）３９Ａを貫通しており、貫通孔３９Ａ内で上下動可能である。ヒンジピン３７Ａは、リンク（中央リンク）４１Ａの中央部を回動自在に枢支している。

　リンク４１Ａの一端には（第１）中間リンク４３Ａの一端が（第１）ヒンジピン４５Ａを介して枢支連結されている。中間リンク４３Ａの他端は、（第２）ヒンジピン４７Ａを介して連動リンク３５Ａの他端に枢支連結されている。リンク４１Ａの他端部には（第３）ヒンジピン４９Ａを介して（第１）連結ブラケット５１Ａに枢支連結されている。連結ブラケット５１Ａは、（第１）受圧プレート１１の端部下面に一体的に取付けられている。

　リンク４１ＡのＹ軸方向の内側には、（シザーズ）リンク５３Ａが配置されている。リンク５３Ａの基端は、ヒンジピン３７Ａに枢支されている。リンク５３Ａの先端は、（第４）ヒンジピン５５Ａを介して（第２）連結ブラケット５７Ａに枢支連結されている。連結ブラケット５７Ａは、（第２）受圧プレート１３に一体的に取付けられている。ヒンジピン３７Ａとヒンジピン４５Ａとの軸間距離[axis distance between]、ヒンジピン３７Ａとヒンジピン４９Ａとの軸間距離、及び、ヒンジピン３７Ａとヒンジピン５５Ａとの軸間距離は等しい（図３参照）。

　ヒンジピン４７Ａとヒンジピン５５Ａとの間には、その両端がそれぞれヒンジピン４７Ａ及び５５Ａに枢支連結されている（第２）中間リンク５９Ａが設けられている。ヒンジピン４５Ａとヒンジピン４７Ａとの軸間距離は、ヒンジピン４７Ａとヒンジピン５５Ａとの軸間距離に等しい（図３参照）。

　図３及び図４に示されるように、ストライカ３の上面３Ｕがラム１の下面１Ｌに当接している上昇位置にストライカ３があるときには、一対の受圧プレート１１及び１３は、互いにＸ軸方向に離隔されて、それらの間でストライカ３が上方に突出されている。この状態では、アクチュエータ１９のピストンロッド２１は、図４中右方向に移動されている。即ち、ストライカ３は、連動機構１５のヒンジピン３７Ａ及び３７Ｂを介して上昇されて、その上昇位置に保持されている。

　図３及び図４に示されたストライカ３の上昇状態から、アクチュエータ１９のピストンロッド２１が突出されて図７に示されるように左方に移動されると、連動部材３１も一体的に左方に移動される。連動部材３１が左方に移動されると、連動リンク３５Ａが、図３に示される位置から図６に示される位置へと左方に移動される。これに伴って、リンク４１Ａは、中間リンク４３Ａを介して，ヒンジピン３７Ａを中心として時計回りに回動される。その結果、受圧プレート１１は、右方に移動される。このとき、ストライカハウジング９の上面及びラム１の下面１Ｌによって、受圧プレート１１の上下方向への変位は規制されている。

　また、受圧プレート１１が右方に移動されるとき、同時に、ヒンジピン３７Ａは上下方向に延びる貫通孔３９Ａに案内されて下降する。ヒンジピン３７Ａはストライカ３に固定されているので、ストライカ３も下降する（図４→図７）。ヒンジピン３７Ａが下降されると、受圧プレート１３は、リンク５３Ａ及び中間リンク５９Ａを介して、左方に移動される。

　即ち、一対の受圧プレート１１及び１３は、Ｘ軸方向の両側から互いに接近するように移動して連動機構１５によって下降されたストライカ３の上方に位置し、ストライカ３の上面３Ｕと当接する。即ち、一対の受圧プレート１１及び１３は、ラム１の下面１Ｌとストライカ３の上面３Ｕとの間に対向する両側から進入可能である。なお、受圧プレート１１及び１３の移動時にストライカ３と接触しても、受圧プレート１１及び１３の移動及びストライカ３の下降を補助するために、ストライカ３の上部には一対の傾斜面３Ｓが形成されている。このようにして、ストライカ３の上方に受圧プレート１１及び１３を迅速に位置決めすることができる。一対の受圧プレート１１及び１３は、ストライカ３の上面３Ｕとラム１の下面１Ｌとの間に位置して、ストライカ３を下降した状態に保持する。

　図６及び図７に示されるストライカ３の下降状態から、ピストンロッド２１が引き込まれて図４に示されるように右方に移動されると、ヒンジピン３７Ａは上下方向に延びる貫通孔３９Ａに案内されて上昇する。ヒンジピン３７Ａはストライカ３に固定されているので、ストライカ３も上昇する（図７→図４）。同時に、一対の受圧プレート１１及び１３も、連動機構１５によって互いに離間するように移動される。即ち、一対の受圧プレート１１及び１３は、ラム１の下面１Ｌとストライカ３の上面３Ｕとの間から、対向する両側へと退出可能である。この結果、図３及び図４に示される元の状態に復帰する。

　リンク４１Ａ及びリンク５３Ａは一種のクロスリンクを構成し、ヒンジピン３７Ａを中心として互に逆方向に回動する。この回動により、一対の受圧プレート１１及び１３は、互に接近又は互いに離反するように連動して移動する。連動リンク３５Ａ、中間リンク４３Ａ及び５９Ａなど（連動部材３１及びヒンジピンも含む）は、作動ロッド（ピストンロッド２１及びスライドロッド２５）のストローク（往復動）をクロスリンク（リンク４１Ａ及び５３Ａ並びにヒンジピン３７Ａ）に伝導する伝導リンクを構成する。

　ラム１のストライカ３は、ストライカハウジング９に対して上昇した位置と下降した位置との二つの位置に位置決めされ得る。これらの上昇位置と下降位置との高さの差が受圧プレート１１及び１３の高さによって実現され、この差が図１における長さＬに相当する。なお、プレス加工機の仕様、又は、加工対象ワークの打ち抜き力に応じて長さＬは適宜設定される。従って、回転角９０°～１８０°（又は１８０°～２７０°）内で偏心軸を正逆回転するプレス加工に対応できる。また、回転角９０°（又は２７０°）付近に設定された回転角範囲（９０°（又は２７０°）を含む）で偏心軸を正逆回転するプレス加工に対応できる。

　なお、上述した一対の受圧プレート１１及び１３と、当該受圧プレート１１及び１３をストライカ３に連動させる連動機構１５と、アクチュエータ１９と、作動ロッド（ピストンロッド２１及びスライドロッド２５）とで、ストライカ３を上述した上昇位置及び下降位置に保持するする保持機構が構築されている。なお、本実施形態では、連動機構１５は一対のリンク機構で構成されたが、動作上問題なければ、単一のリンク機構のみが設けられてもよい。

　例えば、必要な打ち抜き力が小さな薄い板材を打抜き加工する場合、回転角９０°（又は２７０°）付近に設定された回転角範囲で偏心軸を正逆回転し、高速にプレス加工（打ち抜き加工）することができる。一方、必要な打ち抜き力が大きな厚い板材を打抜き加工する場合、回転角１８０°付近に設定された回転角範囲（１８０°を含む）で偏心軸を正逆回転し、厚い板材を確実にプレス加工（打ち抜き加工）することができる。即ち、ストライカ３をストライカハウジング９に対する上昇位置又は下降位置に保持することができるため、回転角９０°（又は２７０°）付近に回転角範囲を設定する高速加工、及び、回転角１８０°付近に回転角範囲を設定する高打抜力加工の何れの加工にも対応が可能となる。

　本発明は以下のように定義することもできる。
１．偏心軸の回転によってラムが上下動されるプレス機械であって、
　前記ラムの下部に設けられて前記ラムと共に上下動されるストライカハウジングと、
　前記ストライカハウジングに設けられた、前記ストライカハウジングに対して上下動可能なストライカと、
　前記ストライカを、前記ストライカハウジングに対して上昇位置及び下降位置に保持する保持機構と、を備えている、プレス機械。
２．上記１に記載のプレス機械であって、
　前記保持機構が、前記ラムの下面と前記ストライカの上面との間に対向する両側から進入可能で、かつ、前記ラムの下面と前記ストライカの上面との間から対向する両側へと退出可能な一対の受圧プレートを備えている、プレス機械。
３．上記２に記載のプレス機械であって、
　前記保持機構が、一対の前記受圧プレートの進入動作及び退出動作と前記ストライカハウジングに対する前記ストライカの上下動とを連動させる連動機構を備えている、プレス機械。
４．上記３に記載のプレス機械であって、
　前記連動機構が、
　前記ストライカに形成された上下方向に長い長孔を、前記ストライカの径方向に往復動自在に貫通する作動ロッドと、
　前記作動ロッドをストロークさせるアクチュエータと、
　前記受圧プレートの前記進入動作及び前記退出動作のために、一対の前記受圧プレートに一端がそれぞれ枢支連結されているクロスリンクと、
　前記作動ロッドのストロークを前記クロスリンクに伝達する伝達リンクと、を備えている、プレス機械。
５．上記１～４の何れか一項に記載のプレス機械を用いたプレス加工方法であって、
　前記偏心軸が上死点のときの回転角を０°とした場合に、回転角９０°又は２７０°付近に前記偏心軸の回転角度範囲を設定し、
　前記回転角度範囲で前記偏心軸を往復回動させて前記ラムを往復上下動させ、
　前記ラムの前記往復上下動によって前記プレス機械の前記ストライカの打圧を繰り返す、プレス加工方法。

　日本国特許出願第２０１８－２４７１号（２０１８年１月１１日出願）の全ての内容は、ここに参照されることで本明細書に援用される。本発明の実施形態を参照することで上述のように本発明が説明されたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲に照らして決定される。

Claims (5)

1. 　偏心軸の回転によってラムが上下動されるプレス機械であって、
   　前記ラムの下部に備えたストライカハウジングに、ストライカを上下動可能に備え、前記ストライカを、上昇位置及び下降位置に固定自在に備えている、プレス機械。
2. 　請求項１に記載のプレス機械であって、
   　前記ラムの下面と前記ストライカの上面との間へ対向する両側から出入自在な一対の受圧プレートを備えている、プレス機械。
3. 　請求項２に記載のプレス機械であって、
   　前記受圧プレートの出入動作と前記ストライカハウジングに対するストライカの上下動とを連動するための連動機構を備えている、プレス機械。
4. 　請求項３に記載のプレス機械であって、
   　前記連動機構は、前記ストライカに備えた上下方向の長孔内をストライカの径方向に往復動自在に貫通した作動ロッドと、この作動ロッドを往復動するためのアクチュエータと、前記ラムの下面とストライカの上面との間へ対向する両側から一対の受圧プレートを出入するために、一対の受圧プレートに一端側を枢支連結したクロスリンクと、前記作動ロッドの往復動を前記クロスリンクに伝達するための伝達リンクと、を備えている、プレス機械。
5. 　請求項１～４の何れか一項に記載のプレス機械によるプレス加工方法であって、
   　前記偏心軸の回転位置が９０°付近又は２７０°付近において前記偏心軸を、予め設定した角度範囲において正回転、逆回転を繰り返して、前記ラムの上下動を繰り返し、このラムの上下動によってプレス機械に備えたパンチの打圧を繰り返すことを特徴とするプレス加工方法。

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