(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
通常、クランクシャフトとコンロッドを用いてスライドを駆動するタイプのプレス機械においては、コンロッドの傾きに起因して、スライドにその運動方向(加圧方向)と直交する方向(スラスト方向)の分力が作用する。その分力が大きくなると、製品精度や金型寿命に悪影響を与える傾向にある。
【0003】
このような背景の元、スラスト方向の分力の低減を図るものとして特許文献1がある。その特許文献1に示すプレス機の駆動装置では、クランク軸14(符号について特許文献1の
図1、2参照)に接続された運動変換機構(コネクション部材)24が、スライド18と連結された連結ロッド20を駆動する。その連結ロッド(プランジャ)20は、上部フレーム12cの軸受け(プランジャガイド)22により、その軸線方向に沿った上下方向への往復運動を案内されている。従って、スライド18にスラスト方向の分力は作用しない。
【0004】
さらに、特許文献2のナッルクルプレスのスライド駆動装置では、横リンク4(符号について特許文献2参照)の上下の揺動により、スライド2に接続された下リンク3を駆動している。その下リンク3の揺動による傾きは、微少に設定されている。これにより、下死点より高い位置から荷重を加えことができ、しかも、前記スライド2に生じるスラスト力を小さくしている。
【0005】
そして、特許文献3には、中心線対称の複数の偏心軸に連結された2ポイントまたは4ポイントのプレッシャロッド形駆動装置が開示されている。前記中心線を挟んだ偏心軸f
(符号について特許文献3の
図3参照)は、互いに反対方向に回転(対向回転)している。このため、左右プレッシャロッドgの傾きは中心線を挟んで対称になる。従って、左右
プレッシャロッドの傾きに起因してスライドeに作用するスラスト力が互いに打消し合い
、スラスト力を小さくしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1の駆動装置では、運動変換機構(コネクション部材)24の高さに連結ロッド20の高さが加わるので、プレス高さが高くなる。そのプレス高さを低く抑えるためにコネクション部材24を短くすると、コネクション部材24の揺動角が大きくなり、クランク軸14のトルクをスライド18の加圧力に変換する効率が低下する。
さらに、特許文献2の機構では、下リンク3の高さに加え、横リンク4を上下に揺動させるための駆動装置を前記リング4の上部に設けなければならない。このため、プレス高さが高くなる。また、その機構が複雑である。
そして、特許文献3は、偏心軸が対向回転する複数ポイントのプレスであり、1ポイントプレスには適用できない。
【0008】
そこで、本発明では、コンパクトで、かつ、加工時におけるスライドのスラスト力を低減するプレス機械のスライド駆動装置およびプレス機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
(1)本発明のプレス機械のスライド駆動装置は、駆動軸の回転によって昇降運動するプレス機械のスライドと、そのスライドに、スライドの運動方向と直交する第1の軸心まわりに回動自在に枢支される円板状の部材と、一端がその円板状の部材に、前記第1の軸心と平行な第2の軸心まわりに回動自在に枢支され、他端が前記駆動軸に回動自在に連結されるコンロッドと、一端が前記円板状の部材に、前記第1の軸心と平行な第3の軸心まわりに回動自在に枢支され、他端がプレス機械のフレームに回動自在に連結されるレバーとを備えており、前記第2および第3の軸心が第1の軸心からほぼ同じ距離にあり、第3の軸心を支点とし、第2の軸心を力点として、第1の軸心を作用点とした倍力機構が形成されており、前記コンロッドおよびレバーのスライドの運動方向に対する傾きが、スライドの下死点付近でスライドの運動方向に対してほぼ対称にされている、ことを特徴とする。
【0010】
(2)このようなプレス機械のスライド駆動装置においては、前記円板状の部材が、向かい合うように平行に配置された二枚の板体に分割されており、それらの板体の間に、前記第2の軸心を有する第2軸部材および前記第3の軸心を有する第3軸部材が設けられているものが好ましい。
【0011】
(3)そして、前記スライドに、前記円板状の部材を枢支するケースが設けられているものが好ましい。
【0012】
(4)本発明のプレス機械は、上述のスライド駆動装置を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【0013】
(1)本発明のプレス機械のスライド駆動装置は、円板状の部材にコンロッドおよびレバーを回動自在に設け、前記第2および第3の軸心が第1の軸心からほぼ同じ距離にあり、第3の軸心を支点とし、第2の軸心を力点として、第1の軸心を作用点とした倍力機構を形成している。その上で、レバーおよびコンロッドのスライドの運動方向に対する傾きを、スライドの下死点付近で、スライドの運動方向に対してほぼ対称にしている。これにより、倍力機構を備えた上で、レバーおよびコンロッドから円板状の部材に伝達されるスラスト力を円板状の部材の内部応力として相殺し、スライドに生じるスラスト力を低減できる。
そして、コンロッドとレバーをほぼ向かい合わせに配置し、それぞれの下方の部位を円板状の部材を介してスライドに連結しているから、高さ方向に省スペースとなり、プレス高さを抑えることができる。
【0014】
(2)このようなプレス機械のスライド駆動装置において、前記円板状の部材が、向かい合うように平行に配置された二枚の板体に分割されており、それらの板体の間に、前記第2の軸心を有する第2軸部材および前記第3の軸心を有する第3軸部材が設けられている場合は、第2軸部材および第3軸部材を両持ち支持するので、円板状の部材の回動が安定し、かつ軽量である。
【0015】
(3)さらに、前記スライドに、前記円板状の部材を枢支するケースが設けられている場合は、簡易な構造で、円板状の部材の回動が一層安定する。
【0016】
(4)本発明のプレス機械は、コンロッドとレバーをそれぞれ円板状の部材を介してスライドに連結した倍力機構を備えているから、下死点上の高い位置から高い加圧力を生じ、1ポイントプレスでありながらスラスト荷重を相殺でき、高さ方向に省スペースとなり、プレス高さを低くすることができる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
[プレス機械の概略説明]
始めに、
図2を用いて本発明のプレス機械の一例を説明する。そのプレス機械11は、本発明のプレス機械のスライド駆動装置(以下、単にスライド駆動装置という)を備えている。図では、金型を開いた状態を示している。
図2に示すプレス機械11は、いわゆる一体型のストレートサイドタイプのフレーム12を備えている。そのフレーム12としては、例えばベッド13と、そのベッド13の左右から立ち上がるサイド壁14と、それらのサイド壁14の上端に設けられる上部15とを一体に形成したリングフレームが挙げられる。そのベッド13の上面には、ボルスタ17が設けられている。
なお、サイドフレームとしては、ストレートサイドタイプのフレームの他に、C形のサイドフレームを用いてもよい。
【0019】
前記上部15には、プレス駆動用のモータ18が設けられている。そのモータ18の駆動軸にプーリ18aが取り付けられている。また上部15に軸受(
図1bの符号12b)を設け、その軸受によって偏心部19aを持つ駆動軸19が回転自在に支持されている。その偏心部19aを含む駆動軸19が回転すると、偏心部19aに連結された前記スライド駆動装置1のコンロッド4が昇降駆動する。
【0020】
前記駆動軸19およびフレーム12に本発明のスライド駆動装置1が連結されている。そのスライド駆動装置1のスライド2の下面には上型20aが取付けられており、前記ボルスタ17の上面には下型20bが取り付けられている。さらに、前記スライド2にはガイド部2c(
図4参照)が設けられている。そのガイド部2cは、前記フレーム12に設けたスライドガイド12a(
図3参照)によって昇降方向にガイドされている。そのスライドガイド12aはスライド2に加わるスラスト力を支える。
【0021】
前記駆動軸19の一端には、フライホイール21が設けられており、そのフライホイール21と前記プーリ18aとの間にベルト21aが掛けられている。そのフライホイール21はその内部にクラッチ・ブレーキ21bを備えており、これが駆動軸19の回転駆動を入り切りする。
なお、図では、駆動軸19として偏心ピンを備えたクランク軸を示しているが、エキセン部を備えたエキセン軸やエキセンシーブを一体に設けたメインギヤでもよい。
【0022】
[スライド駆動装置]
次に、
図1を用いてスライド駆動装置を説明する。図に示すスライド駆動装置1は、スライド2を備えている。そのスライド2には、円板状の部材3がスライド2の上下の運動方向と直交する(紙面と直交する方向)第1の軸心3aまわりに回動自在に支持されている。この円板状の部材3は、大径の支持軸として作用し、スライド2の重量を支持すると共に、加工時に加工反力を支持する。
【0023】
その円板状の部材3には、コンロッド4の下部が回動自在に連結されている。すなわち
コンロッド4の下部4bは、前記第1の軸心と平行な第2の軸心4aまわりに回動するように第2軸部材7によって円板状の部材3に回動自在に枢支されている。そのコンロッド4の上部4cは、前記駆動軸19の偏心部19aに回動自在に連結されている。
【0024】
さらに、前記円板状の部材3には、レバー5の下部が回動自在に連結されている。すなわち、レバー5の下部5bは、前記第1の軸心3aと平行な第3の軸心5aまわりに回動するように第3軸部材8によって円板状の部材3に支持されている。そのレバー5の上方の部位5cは、フレーム12などの静止部材に設けられたピン部材16に回動自在に支持されている。したがって、スライド2は、円板状の部材3、コンロッド4およびレバー5からなる4点リンク機構で吊られており、スライドガイド12aと合わせてその位置が定まる。
【0025】
前記円板状の部材3において、第3の軸心5aを支点とし、第2の軸心4aを力点として、第1の軸心3aを作用点とした倍力機構6が形成されている(
図7参照)。そして、前記作用点(3a)からそれぞれ力点(4a)、支点(5a)までの距離が同じにされている。さらに、前記力点4aおよび支点5aは、作用点3aに対し対称な位置に配置されている。
【0026】
そして、それら前記コンロッド4およびレバー5のスライド2の運動方向に対するそれぞれの長手方向の軸の傾きが、スライド2の下死点付近で、スライド2の運動方向に対してほぼ対称にされている(
図5のS3参照)。
【0027】
図3に示すように、前記円板状の部材3は、向かい合うように平行に配置された二枚の円形の板体3b、3bに分割されている。そして、それらの板体3b、3bの間には、前記第2の軸心4aを有する円柱状の第2軸部材7および前記第3の軸心5aを有する円柱状の第3軸部材8が設けられている。それら第2軸部材7および第3軸部材8は、前記板体3b、3bにそれぞれの両端が支持されている。
【0028】
次に、ケース9の一例を説明する。
図4に示すように、前記スライド2の上方には、前記円板状の部材3を枢支するケース9が設けられている。そのケース9は、スライド2の本体側に設けられ、前記板体3bの下面側と摺動する下部9aと、板体3bの上面側と摺動する上部9bとに分割されている。それら下部9aおよび上部9bはボルトなどの締結具によって一体にされる。その下部9aはカップ状にされ、潤滑油を入れることができる。
【0029】
前記ケース9の下部9aの内周面の中ほどには、段部9cが形成されている。その段部9cの内端からは、前記板体3bの周面と摺動する半周の内面を有する膨大部9dが設けられている。さらに、前記段部9cの外端付近からは垂壁9eが立設されている。
一方、上部9bは、円板状の部材3の上側の周面と摺動する半周の摺動面を有するアーチ部9fを有している。その上部9bの両端付近には、前記段部9cおよび垂壁9eに嵌合する固定部9gが設けられている。その固定部9gには締結部材のための図示しない貫通孔が形成されており、下方の段部9cに締結され、一体とされる。
このように一体にされることで、前記アーチ部9fの半周の内面と、膨大部9dの半周の内面とが連続し、板体3aの周面を摺動自在に囲んでいる。
【0030】
次に、
図5を用いてスライド駆動装置1が作動する様子を説明する。状態S1において、スライド2は上死点にあり、このときの駆動軸19の位相は0°である。すなわち後述する状態S4から、コンロッド4は全体として上方に移動している。そして、円板状の部材3は、その第1の軸心3aを中心として、コンロッド4の第2の軸心4aを上方に、レバー5の第3の軸心5aを相対的に下方に移動させるべく、ケース9内で図の反時計方向に回動している。
【0031】
次いで、状態S2において、駆動軸19は反時計方向に回転し、その位相は90°である。コンロッド4とレバー5が略平行になるように、コンロッド4の上端が左下方向に移動して、前記第2の軸心4aが時計方向に移動する。
また、加工していない状態ではスライド2は、コンロッド4、レバー5によって吊られている。すなわち、スライド2および上型の重量は、スライド2の上部9bが円板体3bの上面に支持されて、円板状の部材3はケース状の部材9内で図の時計方向に回動している。
【0032】
そして、状態S3において、駆動軸19はさらに反時計方向に回転し、その位相は180°である。すなわち状態S2から前記第2の軸心4aがさらに下方に移動し、円板状の部材3はケース9内で図の時計方向に回動しながら下降し、スライド2が下死点にくる。この実施形態では、第1の軸心3aは、第2の軸心4aが下がる量のほぼ1/2の量だけ下がる。そして、このときのコンロッド4の長手方向に延びている軸線4dとスライド2の運動方向に平行な軸線Oとの角度ζが、レバー5の長手方向に延びている軸線5dとスライド2の運動方向に平行な軸線Oとの角度κとほぼ同じ角度になる。
【0033】
次いで、状態S4において、駆動軸19の位相は270°である。すなわち状態S3から前記第2の軸心4aが上方に移動し、円板状の部材3はケース9内で反時計方向に回動しながら上昇して、円板状の部材3の第1の軸心3aがさらに上昇し、スライド2が上昇する。最後に、駆動軸19の位相が360°のとき、スライド2は上死点に戻る(状態S1)。
上記のように、駆動軸19が1回転することにより、円板状の部材3は第3の軸心5aまわりに往復回動する。
【0034】
[実施例]
図6に、スライド駆動装置1の実施例を示す。
その
図6には、位相が90°から180°までの実施例1のスライド駆動装置1が作動する様子を10°刻みで示している。状態R1(S2)は位相90°のときの状態を示しており、そこから、10°刻みに状態R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9となり、そして、位相180°の状態R10に至る。図中のコンロッド4およびレバー5の上方に記載されている数字は、それらのスライド2の運動方向(
図5の軸線O)とのなす角度であり、それぞれ
図5のζ、κに相当する。
状態R9(位相170°)および状態R10(位相180°)において、角度ζおよび
κに注目すると、位相が170°と180°の間でζ=κになる。すなわち、下死点の到達する直前にコンロッド4およびレバー5の軸線Oに対する角度が同じになり、スラスト方向の分力が相殺されている。加工は下死点よりいくらか上から、下死点になる前に行われているため、これらの間で相殺するようにするためである。
【0035】
図7は、実施例の装置の力の流れを示す模式図である。この図では、
図6の状態R8(位相160°)付近における実施例1の装置の様子を示している。図中の符号19bは駆動軸19の軸心を示し、符号19cは偏心部19aの軸心を示している。図中の符号Fは、プレス加工状態におけるレバー5およびコンロッド4から円板状の部材3に垂直方向に加わる力であり、その大きさは、約4000kNである。これは、プレス荷重に相当する。図の右上方の一点鎖線の円は、偏心部の軸心19cの軌跡である。その円の半径、すなわち偏心量は200mmである。そして、スライドストロークは199.5mmである。
図中のFL1は、レバー5から円板状の部材3に伝達される力である。FL1Hはその水平方向成分である。Fcrankは、クランクの接線方向の力である。FL3は、コンロッド4から円板状の部材3に伝達される力である。FL3Hは、その水平方向成分である。さらに、符号A、B、C、Dからなる補助線は、水平線であり、軸線Oに直交している。そして、符号β、ν、η、λ、γ、ζ、θは、その符号が付された部分の角度を示している。そして、この図において、角度ζは5.129°であり、κは7.816°である。
そして、前記FL3HとFL1Hの差は、1/2(tanκ−tanζ)×Fで表される。この差が円板状の部材3の受けるスラスト力である。
ここで、そのスラスト力をプレス荷重Fで除した値をスラスト割合とする。さらに詳細には、そのスラスト割合とは、プレス加工を行う際にコンロッドの傾きに起因してスライドに発生するスラスト力(水平分力)とプレス荷重の比のことである。すなわち、スラスト割合=スラスト力(水平分力)/プレス荷重である。この
図7においては、1/2(tanκ−tanζ)がスラスト割合となる。
【0036】
[比較例]
図8は、比較のために用いるプレス機械のスライド機構(比較例)における力の伝達を示す模式図である。なお、
図7と同じ機構を示す部分については、同じ符号を付してその説明を省略する。
このものは、クランク軸の偏心部にコンロッド4の上端を取り付け、そのコンロッド4の下端にスライド2を取り付けている。この比較例の機構22の偏心量は100mmで、そのスライドストロークは200.0mmである。
図中のFcon.は、コンロッド4に軸方向に伝達される力であり、クランク接線方向力/sinδで表される。そして、Fはスライドに加えられる荷重である。さらに、Fxは、Fのスラスト力である。
そして、符号α、β、γ、δは、それらの符号が付された部分の角度を示している。さらに、符号Y1、Y2、xは指示されている部分の長さを示している。なお、それら符号の近傍には、この駆動状態におけるそれらの部分の計算値が付されている。その単位は、「mm」あるいは「°」である。
【0037】
[実施例と比較例の検証]
図9は、ストローク比率に対するスラスト割合を示す図である。横軸はストローク比率(%)を示し、縦軸はスラスト割合(−)を示している。そのストローク比率とは、スライドの下死点からの距離のスライドの上死点から下死点までの距離に対する比率である。すなわち、ストローク比率=(スライドの下死点からの距離/スライドの全ストローク)×100である。
図の実線が実施例を示し、破線が比較例を示している。図に示すように、プレス加工が行われるスライドストロークの下半分の領域において、実施例のスラスト割合は比較例の
スラスト割合より小さい。
【0038】
図10は、ストローク比率に対して、比較例のスラスト割合に対する実施例のスラスト割合の比を示したグラフである。
そのグラフの横軸は、ストローク比率(%)である。そのグラフの縦軸は、前記比較例の機構22(
図8参照)におけるスラスト割合に対する実施例1の装置(
図7参照)のスラスト割合の比(−)である。スライド2が、その下死点からの高さがストロークの約5%になるまで下降すると、実施例は比較例に比べて、スラスト割合が大きく減少し始める。特に、下死点に近づくにつれて急速に減少している。これから本発明のスライド駆動装置の効果が理解できる。
【0039】
前記円板状の部材3は、2枚の板体3b、3bからなるが、板体と同径の1本の円柱状の軸としてもよい。さらに、板体が1枚であってもよい。その場合には、板体をいくらか肉厚にするのが好ましい。このとき、第2軸部材7、第3軸部材8は片持ち支持となる。
さらに、第2軸部材7は、コンロッド4側に固定されていてもよいし、円板状の部材3側に固定されていてもよい。そして、第3軸部材8についても、レバー5側に固定されていてもよいし、円板状の部材3側に固定されていてもよい。
さらに、前記倍力機構のレバー比は、0.5であるのが好ましいが、それより大きくしたり、小さくしてもよい。
さらに、このスライド駆動装置1を2つ用いて、1つのスライド2を駆動させてもよい。
さらに、レバー5の上端を円板状の部材3に枢支し、下端をその円板状の部材3より下方にあるフレーム12に枢支してもよい。