JP2016101601A

JP2016101601A - プレス装置

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Publication number: JP2016101601A
Application number: JP2014241473A
Authority: JP
Inventors: 清之細田; Kiyoyuki Hosoda
Original assignee: HOSODA CREATIVE CO Ltd
Current assignee: HOSODA CREATIVE CO Ltd
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: JP6357087B2

Abstract

【課題】アクチュエータの力を増幅して加圧できるプレス装置を提供する。【解決手段】プレス装置１は、加圧する際に下方に動く第１の部材１１と、第１の部材が前後に移動するように支持するフレーム１９と、伝達機構２０を介して第１の部材を加圧する第２の部材１２と、第２の部材を加圧するアクチュエータ４０とを有する。伝達機構は、フレームの第１の部材の上方の所定の位置に取り付けられた複数の軸２１ａおよび２１ｂと、複数の軸の周りにそれぞれ回転する複数の伝達部材２３ａおよび２３ｂとを含む。複数の伝達部材のそれぞれは、第１の部材の上側の面１１ｂに接しながら移動する第１のカムフォロア２５と、第１のカムフォロアの中心に対し、伝達部材が回転する軸の周りに７０〜９０度離れた位置を中心として回転する第２のカムフォロア２５であって第２の部材の下側の面１２ａに接しながら移動する第２のカムフォロア２６とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、成形型を加圧するためなどに用いられるプレス装置に関するものである。

特許文献１には、アクチュエータの配置自由度及び選択自由度が高く、且つプレス特性の設定が容易なサーボプレスのスライド駆動機構を提供することが記載されている。開示されているサーボプレスのスライド駆動機構におけるトグル機構は、一端同士が軸着された第１リンクおよび第２リンクと、第１リンクに軸着されアクチュエータの駆動力を第１リンクに伝達する駆動リンクとを備えている。第１リンクの他端はサーボプレスのクラウンの一部に軸着されている。第２リンクの他端はスライドに軸着されている。第１リンクは、第２リンクとの軸着点（動力出力点）とは別の部位に駆動リンクとの軸着点（動力入力点）を有している。

特開２００７−２０３３６０号公報

さらに簡易な構成で圧力を増幅できるプレス装置が求められている。

本発明の一態様は、加圧する際に前方に動く第１の部材と、第１の部材が前後に移動するように支持するフレームと、伝達機構を介して第１の部材を加圧する第２の部材と、第２の部材を加圧するアクチュエータとを有するプレス装置である。たとえば、第１の部材は上下のいずれか一方に動いて加圧する部材である。第１の伝達機構は、フレームの第１の部材の後方の所定の位置（たとえば、上方または下方の所定の高さ）に取り付けられた複数の軸と、複数の軸の周りにそれぞれ回転する複数の伝達部材とを含む。複数の伝達部材のそれぞれは、第１の部材の後側の面に接しながら移動する第１のカムフォロアと、第１のカムフォロアの中心に対し、当該伝達部材が回転する軸の周りに角度θが７０〜９０度離れた位置を中心として回転する第２のカムフォロアであって、第２の部材の前側の面に接しながら移動する第２のカムフォロアとを含む。角度θはカムフォロアの径に依存し、角度θは８０〜９０度であってもよく、８２〜８８度であってもよく、８３〜８７度であってもよい。

このプレス装置は、第２のカムフォロアの中心と当該伝達部材が回転する軸とを結ぶ線がほぼ水平になると、第１のカムフォロアの中心と軸とを結ぶ線が鉛直に対し角度βが０〜２０度傾く。角度βは、０〜１０度であってもよく、２〜８度であってもよく、３〜７度であってもよい。角度βが小さい方が高い増幅率を得ることができる。すなわち、第２のカムフォロアの前後の移動量は正弦（ｓｉｎ）関数で変化し、第１のカムフォロアの前後の移動量は余弦（ｃｏｓ）関数で変化する。このため、伝達部材は第２の部材をアクチュエータで加圧する力を倍増して第１の部材に伝達する。複数の伝達部材により第１の部材を加圧することにより第１の部材の姿勢を制御しながら倍増された力で第１の部材を加圧できる。また、第１および第２のカムフォロアと軸との距離が等しい伝達部材を用いても圧力を倍増して第１の部材に伝達できるので、第１の部材のストロークを確保しやすく、簡易な機構で加圧力の大きなプレス装置を提供できる。

伝達部材の典型的な形状は、第１のコーナーの近傍を軸が貫通する略三角形であって、第２のコーナーに第１のカムフォロアが取り付けられ、第３のコーナーに第２のカムフォロアが取り付けられているものである。

プレス装置は、第１の部材の左右一方の側の後方に配置された第１の軸と、第１の部材の左右他方の側の後方に配置された第２の軸と、第１の軸に対し第２の軸の側に第１のカムフォロアおよび第２のカムフォロアが向くように取り付けられた第１の伝達部材と、第２の軸に対し第１の軸の側に第１のカムフォロアおよび第２のカムフォロアが向くように取り付けられた第２の伝達部材とを有し、第２の部材は、第１の軸と第２の軸との間を前後に移動するものであってもよい。プレス装置は、第１の軸の周りに回転する複数セットの第１のカムフォロアおよび第２のカムフォロアと、第２の軸の周りに回転する複数セットの第１のカムフォロアおよび第２のカムフォロアとを有していてもよい。

プレス装置は、さらに、第２のカムフォロアの前側に接し、第２の部材とともに移動するガイド板を含んでもよい。第２のカムフォロアを前後でガイドして安定することにより複数の伝達部材の移動量を同期して制御しやすく、第１の部材に精度よく増幅された圧力を伝達できる。

プレス装置は、第１の部材を後方に加圧する弾性部材を有していてもよい。第１の部材により成形型を加圧する際などに、型を開放する時間を短縮できる。

プレス装置の一例の概略構成を示す正面図。プレス装置の伝達機構を上方から示す図。伝達機構の伝達部材を抜き出して示す図であり、図３（ａ）は圧力を加えていない状態を示し、図３（ｂ）は圧力を増幅して加える状態を示す。

図１にプレス装置の一例を示している。このプレス装置１は、成形型３を用いて製品（部品、ワーク）をプレス成型する成形装置である。成形型３は上型３ｂと下型３ａとを有し、このプレス装置１は、固定された下型３ａに対して上型３ｂを上方から下方に動かして加圧することによりワークを成形する。したがって、このプレス装置１は、下方９ａを前方として平板状の第１の部材１１を動かして加圧するプレス装置である。プレス装置は、第１の部材を上方あるいは水平方向に動かして加圧する装置であってもよい。

このプレス装置１は、装置全体を支持するフレーム（シャーシ）１９と、上型３ｂを支持する支持部材１８と、支持部材１８と第１の連結部材１７で接続され、フレーム１９内を上下に動く第１の部材１１と、伝達機構２０を介して第１の部材１１を加圧する平板状の第２の部材１２と、第２の部材１２を第２の連結部材１６を介して加圧するアクチュエータ４０とを含む。アクチュエータ４０の典型的なものは油圧アクチュエータ（油圧シリンダ）または空気圧アクチュエータ（エアーシリンダ）である。

伝達機構２０は、フレーム１９の第１の部材１１の後方、すなわち本例では上方９ｂの所定の位置（高さ）に取り付けられた複数の軸２１ａおよび２１ｂと、複数の軸２１ａおよび２１ｂの周りにそれぞれ回転する複数の伝達部材（カム）２３ａおよび２３ｂとを含む。複数の伝達部材２３ａおよび２３ｂは、それぞれ、第１の部材１１の後側の面（上側の面）１１ｂに接しながら移動する第１のカムフォロア２５と、第２の部材１２の前側の面（下側の面）１２ａに接しながら移動する第２のカムフォロア２６とを含む。

このプレス装置１では、第１の部材１１の左右一方の側（この例では右側）の後方（上方）９ｂに第１の軸２１ａが配置され、第１の部材１１の左側の上方９ｂに第２の軸２１ｂが配置されている。第１の軸２１ａには、第１の伝達部材２３ａがブッシングにより回転可能に取り付けられており、第１の伝達部材２３ａは、第２の軸２１ｂ、すなわち左側に向いて取り付けられた第１のカムフォロア２５および第２のカムフォロア２６を含む。第２の軸２１ｂには、第２の伝達部材２３ｂがブッシングにより回転可能に取り付けられており、第２の伝達部材２３ｂは、第１の軸２１ａ、すなわち右側に向いて取り付けられた第１のカムフォロア２５および第２のカムフォロア２６を含む。カムフォロア２５および２６は、内部にニードルベアリングなどの軸受けが内蔵された（組み込まれた）、コンパクトで剛性の高いシャフト付きベアリングまたはローラー（回転部材）を示す。

プレス装置１は、さらに、第２のカムフォロア２６の前側（下側）に接し、第２の部材１２と連結部材１６で繋がり、第２の部材１２とともに移動するガイド板１３を含む。また、プレス装置１は、第１の部材１１を後方（上側）９ｂに加圧する弾性部材（コイルバネ）１５を有する。

図２に、伝達機構２０を上方から見た様子を示している。図２は、第２の部材１２の下側から、ガイド板１３を省いて伝達機構２０を上側から見た状態を示す。フレーム１９に取り付けられた左右の軸２１ａおよび２１ｂに左右の伝達部材２３ａおよび２３ｂが回転可能に取り付けられており、それぞれの伝達部材２３ａおよび２３ｂには、前後に複数セットの第１のカムフォロア２５および第２のカムフォロア２６が取り付けられている。したがって、前後左右４か所に設けられた第１のカムフォロア２５が平板状の第１の部材１１の平坦な上面（後側の面）１１ｂに接し、伝達部材２３ａおよび２３ｂが回転すると４つの第１のカムフォロア２５が上面１１ｂに接して（沿って）転がりながら第１の部材１１を下方（前方）９ａに移動する。

また、前後左右４か所に設けられた第２のカムフォロア２６が平板状の第２の部材１２の平坦な下面（前側の面）１２ａに接し、第２の部材１２が下方（前方）９ａに移動すると、４つの第２のカムフォロア２６が下面１２ａに接して（沿って）転がりながら伝達部材２３ａおよび２３ｂを下側に向けて回転する。第２の部材１２は、左右の軸２１ａおよび２１ｂの間で、これらの軸２１ａおよび２１ｂと干渉せずに上下できる寸法（幅）で形成されており、それぞれの伝達部材２３ａおよび２３ｂの第２のカムフォロア２６を、軸２１ａおよび２１ｂの中心と同じ高さになるまで下側に移動することができる。

図３（ａ）および（ｂ）に伝達機構２０の右側の伝達部材２３ａを拡大して示している。図３（ａ）は第１の部材１１および第２の部材１２が上方９ｂにあり、成形型３が開いた状態を示している。図３（ｂ）は第２の部材１２が下方９ａに移動し、伝達機構２０を介して第１の部材１１を下方（前方）９ａに押して成形型３に圧力を加えている状態を示している。

伝達部材２３ａは断面がほぼ三角形であり、第１のコーナーの近傍を軸２１ａが貫通し、第２のコーナーに第１のカムフォロア２５が取り付けられ、第３のコーナーに第２のカムフォロア２６が取り付けられている。第１のカムフォロア２５の中心２５ｃに対し、第２のカムフォロア２６の中心２６ｃは、当該伝達部材２３ａが回転する軸２１ａの周りに角度θが７０〜９０度離れた位置にある。すなわち、第１のカムフォロア２５の中心２５ｃと軸２１ａの中心２１ｃとを結ぶ線２７と、第２のカムフォロア２６の中心２６ｃと軸２１ａの中心２１ｃとを結ぶ線２８とのなす角度θは７０〜９０度であり、このプレス装置１では、角度θは８５度である。また、第２のカムフォロア２６の中心２６ｃと伝達部材２３ａが回転する軸２１ａの中心２１ｃとの距離Ｌ２と、第１のカムフォロア２５の中心２５ｃと軸２１ａの中心２１ｃとの距離Ｌ１とが等しい。

この伝達部材２３ａが第２の部材１２により下方９ａに移動され（押され）、第２のカムフォロア２６の中心２６ｃと伝達部材２３ａが回転する軸２１ａの中心２１ｃとを結ぶ線２８が水平になると、第１のカムフォロア２５の中心２５ｃと軸２１ａの中心２１ｃとを結ぶ線２７が鉛直２９に対して傾く角度βは０〜２０度となる。このプレス装置１では角度βは５度である。伝達部材２３ａが、線分２８が水平になるまで回転すると、微小角Δαだけ伝達部材２３ａが回転したときの第２のカムフォロア２６の中心位置２６ｃの上下方向の移動距離は正弦関数（ｓｉｎ関数）で表され、第１のカムフォロア２５の中心位置の上下方向の移動距離は余弦関数（ｃｏｓ関数）で表される。距離Ｌ１と距離Ｌ２とが等しいので、伝達部材２３ａによる圧力の増幅率ｒは概略以下の式で表される。
ｒ＝ｓｉｎ（Δα）／（ｃｏｓ（β）−ｃｏｓ（β＋Δα））・・・（１）

このプレス装置１では、角度θが８５度、角度βが５度であり、増幅率ｒは約１１．４倍になる。角度θが７０度、角度βが２０度であれば、増幅率ｒは約２．９倍であり、角度θが８７度、角度βが３度であれば、増幅率ｒは約１８．８倍であり、角度βが小さくなればなるほど増幅率ｒは大きくなる。角度βが０度に近くなれば増幅率ｒは１０００倍を超えるが、伝達部材２３ａを所定の方向に戻すことが難しくなり、第２の部材１２を介して第１の部材１１を繰り返し動作させることが難しくなる。このため、角度θは８０〜９０度の範囲であることが好ましく、８２〜８８度の範囲であることがさらに好ましく、８３〜８７度の範囲であることがさらに好ましい。また、角度βは０〜１０度の範囲であることが好ましく、２〜８度の範囲であることがさらに好ましく、３〜７度の範囲であることがいっそう好ましい。

このプレス装置１は、第２の部材１２を加圧する力を約１１倍に増幅して第１の部材１１に伝達できる。アクチュエータ４０が径１００φのエアーシリンダであり５ｋｇ／ｃｍ^２の圧縮空気が供給されるとすると、第２の部材１２を加圧する力は約３９２ｋｇとなり、第１の部材１１で４トン以上の圧力を得ることができる。また、プレス装置１では、距離Ｌ１と距離Ｌ２とが同じであるが上記のような増幅率が得られる。このため、第１の部材１１のストローク（上下移動距離）を、第２の部材１２のストロークと同程度に確保できる。したがって、軸２１ａおよび２１ｂをフレーム１９に固定した状態で、上型３ｂと下型３ａとを分離してワークを装着するために十分な第１の部材１１のストロークを確保でき、簡易な構成で十分な圧力とストロークとを備えたプレス装置を提供できる。

第２のカムフォロア２６の中心２６ｃと伝達部材２３ａが回転する軸２１ａの中心２１ｃとの距離Ｌ２は、第１のカムフォロア２５の中心２５ｃと軸２１ａの中心２１ｃとの距離Ｌ１と同一でなくてもよく、距離Ｌ２を距離Ｌ１に対して長くすることにより、てこの原理を含めて増幅率ｒをさらに向上できる。一方、第２の部材１２のストロークに対して第１の部材１１のストロークが小さくなり、上型３ｂおよび下型３ａの開く幅が小さくなる。

また、このプレス装置１は、第２のカムフォロア２６を挟んで第２の部材１２とともに上下に移動するガイド板１３と、第１の部材１１を上方（方向）９ｂに押すコイルばね１５とを備えている。したがって、アクチュエータ４０を上方（後方）９ｂに動かすことにより、伝達部材２３ａおよび２３ｂを上方に回転することができ、第１のカムフォロア２５による第１の部材１１への圧力を開放できる。これにより、コイルばね１５が第１の部材１１を上方に押し上げて型３が開くようにしている。

なお、プレス装置１は、左右一対の伝達部材（カム）２３ａおよび２３ｂを備えているが、左右それぞれ２つ以上の数の伝達部材を備えていてもよい。また、一対の伝達部材２３ａおよび２３ｂをカムフォロア２５および２６が対面するように配置しているが、カムフォロア２５および２６が逆方向を向いて回転するように配置することも可能である。また、このプレス装置１は、下側９ａを前方として第１の部材１１を動かして型３を加圧するが、下側にアクチュエータ４０を配置して、上側９ｂを前方として第１の部材１１を動かして型３を加圧してもよい。第１の部材１１を水平方向の左右いずれか一方に動かして加圧するプレス装置であってもよい。

１プレス装置
１１第１の部材、１２第２の部材
２０伝達機構、２１ａ、２１ｂ軸、２３ａ、２３ｂ伝達部材
２５、２６カムフォロア

Claims

加圧する際に前方に動く第１の部材と、
前記第１の部材が前後に移動するように支持するフレームと、
伝達機構を介して前記第１の部材を加圧する第２の部材と、
前記第２の部材を加圧するアクチュエータとを有し、
前記伝達機構は、前記フレームの前記第１の部材の後方の所定の位置に取り付けられた複数の軸と、
前記複数の軸の周りにそれぞれ回転する複数の伝達部材とを含み、
前記複数の伝達部材のそれぞれは、
前記第１の部材の後側の面に接しながら移動する第１のカムフォロアと、
前記第１のカムフォロアの中心に対し、当該伝達部材が回転する軸の周りに７０〜９０度離れた位置を中心として回転する第２のカムフォロアであって、前記第２の部材の前側の面に接しながら移動する第２のカムフォロアとを含む、プレス装置。
加圧する際に上下のいずれか一方を前方として動く第１の部材と、
前記第１の部材が前後に移動するように支持するフレームと、
伝達機構を介して前記第１の部材を加圧する第２の部材と、
前記第２の部材を加圧するアクチュエータとを有し、
前記伝達機構は、前記フレームの前記第１の部材の後方の所定の位置に取り付けられた複数の軸と、
前記複数の軸の周りにそれぞれ回転する複数の伝達部材とを含み、
前記複数の伝達部材のそれぞれは、
前記第１の部材の後側の面に接しながら移動する第１のカムフォロアと、
前記第２の部材の前側の面に接しながら移動する第２のカムフォロアとを含み、前記第２のカムフォロアの中心と当該伝達部材が回転する軸とを結ぶ線がほぼ水平になると、前記第１のカムフォロアの中心と前記軸とを結ぶ線が鉛直に対し０〜２０度傾く、プレス装置。
請求項１または２において、前記第１のカムフォロアと前記軸との距離と、前記第２のカムフォロアと前記軸との距離とがほぼ等しい、プレス装置。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記伝達部材は、第１のコーナーの近傍を前記軸が貫通する略三角形であって、第２のコーナーに前記第１のカムフォロアが取り付けられ、第３のコーナーに前記第２のカムフォロアが取り付けられている、プレス装置。
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記第１の部材の左右一方の側の後方に配置された第１の前記軸と、
前記第１の部材の左右他方の側の後方に配置された第２の前記軸と、
前記第１の軸に対し前記第２の軸の側に前記第１のカムフォロアおよび前記第２のカムフォロアが向くように取り付けられた第１の伝達部材と、
前記第２の軸に対し前記第１の軸の側に前記第１のカムフォロアおよび前記第２のカムフォロアが向くように取り付けられた第２の伝達部材とを有し、
前記第２の部材は、前記第１の軸と前記第２の軸との間を前後に移動する、プレス装置。
請求項５において、前記第１の軸の周りに回転する複数セットの前記第１のカムフォロアおよび前記第２のカムフォロアと、前記第２の軸の周りに回転する複数セットの前記第１のカムフォロアおよび前記第２のカムフォロアとを有する、プレス装置。
請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記第２のカムフォロアの前側に接し、前記第２の部材とともに移動するガイド板を含む、プレス装置。
請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記第１の部材を後方に加圧する弾性部材を有する、プレス装置。