JPH0686040B2 - 油圧式過負荷防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プレスの油圧式過負荷防止装置に関する。特
に設定油圧を一定として任意的プレス荷重で過負荷防止
〔メタルシール部が開放（破断）〕できるように構成し
たものである。

［従来の技術］ プレスでは、クランクシャフトに連通されたコネクティ
ングロッドとスライドとの間に油圧式過負荷防止装置が
設けられている。

かかる油圧式過負荷防止装置の代表的構造として、第３
図に示すメタルシール方式と第５図に示すパッキンシー
ル方式とが公知である。

メタルシール方式は、ポイント部１に連通されたピスト
ン２とこれを被嵌するシリンダ３との間にメタルシール
部４を形成する。そして、ポンプ６でシリンダ室５内に
設定油圧（例えば第４図でPs）を確立しておく。

このとき、ピストン２及びシリンダ３はシリンダ室５の
油圧力により機械的に変形する。ここに第４図で示すよ
うにプレス荷重が増大するとシリンダ室５の油が圧縮さ
れ、シリンダ室５の油圧PsからPoに向かって上昇し、プ
レス荷重がLbになるとシリンダ室５の油圧はPbとなりメ
タルシール部４が開放（破断）し、シリンダ室５内の油
を排油係７を介してタンク８に逃がす。したがって、ピ
ストン２とシリンダ３との相対移動が許容され金型等の
破損を招く過負荷を防止することができる。

一方、パッキンシール方式は、第５図に示される如く、
ピストン２とシリンダ３とは、オーリング等のパッキン
９でシールされ、シリンダ室５内の油圧はPsに設定され
る。このとき、ピストン２及びシリンダ３はメタルシー
ル方式と同様にシリンダ室５の油圧力により機械的に変
形する。プレス荷重の増大に伴い、シリンダ室５の油が
圧縮され油圧が上昇する。プレス荷重が第６図に示す如
くLbとなり、リリーフバルブ10のリリーフ設定油圧Poに
達するとリリーフバルブ10が開放され過負荷が防止でき
る。リリーフ設定油圧Poはバネ11の付勢力の設定により
設定される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記従来構造ではいずれの方式においても次
のような欠点があり、多種少量で各種各様の製品をプレ
ス加工する多様化、高精度化が一層強く望まれる現今要
請を満足できなくなっている。

メタルシール方式 第４図に示す如く、設定過負荷防止荷重〔メタルシール
部が開放（破断）するプレス荷重〕をLbとする場合、破
断油圧Pbに対して設定油圧は、プレス荷重の増大に伴う
シリンダ室５の油圧上昇部ΔＰだけ低いPsとなる。この
ため、使用する金型に応じて破断荷重を例えばLb₁とす
る場合は、設定油圧をPs₁に設定変更する必要がある。

したがって、設定油圧の変更により、シリンダ３とピス
トン２（特に、ボールカップ部）の機械的変形が変化
し、下死点位置が変化する。また、ポイント部１の間隙
を増大させるので加工精度を劣悪化させ、プレスの円滑
な運転を困難にする。これは金型及びプレスの短寿命化
に連る。しかして、設定油圧Psをあまり低くすることが
できず、適用範囲が狭い。

さらに、設定油圧Psの変更で、高圧から低圧に変更する
場合、一度シリンダ室５の油圧をタンク８に抜取る必要
があり、設定作業が煩わしく生産能率を低下させてい
る。

パッキンシール方式 この方式は、リリーフ設定油圧Pbの設定がバネ11の付勢
力P₁（リリーフ開放圧Po）を調整することにより任意か
つ容易であるが、プレス荷重の増大に伴う油圧上昇分Δ
Ｐに関する設定油圧Psとリリーフ油圧Pbとの関係は上記
メタルシール方式と同一である。設定油圧Psを一定とし
た場合、第６図に示すようにリリーフバルブ10のリリー
フ設定油圧Poを設定油圧Psより低く設定することができ
ないから、設定できるリリーフ圧力PoはPbからPsの範囲
となる。設定リリーフ圧力をPo′に設定した場合、プレ
ス荷重がLb′に増大すると、リリーフバルブが開放され
油圧がPb′以上となることを防止するが、バネ11により
油圧がPb″に保持され、ピストン押上げ荷重はLb″とな
り、設定荷重Lb′よりも大きな荷重が金型にかかってし
まう。

また、この方式でもメタルシール方式と同様に設定圧力
Ps′に変更し、リリーフ設定圧力をPo″に変更すること
によりリリーフ開放後の荷重増加を防止できるが、設定
圧力とリリーフ圧力の両方の調整が必要となる。また、
設定圧力の変更により、メタルシール方式と同様に機械
的変形が変化し、下死点及びポンイト部の間隙が変化す
る欠点がある。

ここに、本発明の目的は、設定油圧を一定として破断油
圧を可変設定でき、適用範囲の拡大化、機械的変形の変
化の軽微化、取扱容易化および小型化を達成できる油圧
式過負荷防止装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、従来メタルシール方式とリリーフバルブを備
えたパッキンシール方式の双方長所を具備した巧みな構
成により、設定油圧に拘らず設定破断油圧を任意に設定
でき、一旦リリーフバルブが開放したときにはシリンダ
室内油圧が設定加圧空気圧力に基づく設定破断油圧以下
に低下するまで再びリリーフバルブが閉鎖しないよう形
成したものである。

すなわち、メタルシール式本体のシリンダ室に連通され
る第１ポートとこの第１ポートに連通可能な排油路の一
部を形成する第２ポートと設定破断油圧を設定する加圧
空気が供給される第３ポートと逆止弁を介して第１ポー
トに接続される第４ポートとを有するシリンダ体と、第
１ポートをシールする弁部と第２ポート内に収容される
中径部と第３ポートに収容されるピストンと第４ポート
に収容される小径部とが一体的に形成されたピストン体
とからなるリリーフバルブを設け、 第１ポートと弁部とのシール面積と第４ポートと小径部
とのシール面積を同一とし、かつ弁部の有効径と中径部
の径との比が、第１ポートと第２ポートとが設定破断油
圧となって一旦連通した後はシリンダ室内油圧が加圧空
気の設定力に基づく当該設置破断油圧よりも小さくなる
まで弁部が第１ポートをシールしないような値に決定さ
れていることを特徴とする。

［作用］ 本発明では、リリーフバルブの第３ポートに加圧空気を
供給し弁部で第１ポートを閉鎖しておき、メタルシール
式本体のシリンダ室内，第１ポート内および第４ポート
内にポンプによって設定油圧を確立しておく。

ここに、第１ポートと弁部とのシール面積と第４ポート
と小径部とのシール面積が同じとされ、かつ第１ポート
と第４ポートとの各室内圧は同じとされているので、第
１ポートを閉鎖するためのピストン体の押圧力は第３ポ
ートの受圧面積と加圧空気の設定圧力で決められる。

そして、プレス荷重が増大するとシリンダ室内油圧は設
定油圧から上昇し始める。このシリンダ室内油圧が所定
の値すなわち設定破断油圧（上記加圧空気の圧力で設定
される。）となると、第１ポート内油圧が高くなるので
加圧空気圧力に基づくピストン体の押圧力に抗し弁部は
第１ポートを開放する。すると、シリンダ室内油圧（第
１ポート内油圧）は、第２ポート，排油路を通した排油
作用により徐々に低下する。

この際、弁部の有効径と中径部の径との比により、第１
ポートが一旦開放するすなわち第１のポートと第２のポ
ートとが一旦連通すると、ハンチング（第１ポートの開
閉繰返し）することなく、シリンダ室内油圧が設定空気
圧力に基づく設定破断油圧以下となるまで第１ポートは
閉鎖されない。

したがって、第４ポート内油圧も、逆止弁，第１ポー
ト，第２ポート等を通し排油されるので低下する。ここ
において、メタルシール部が破れ、たとえその後に第１
ポートが設定空気圧力によって閉鎖しても、シリンダ室
内の油圧は零値となるまで排油系を介しタンクに放出さ
れ過負荷防止される。

よって、第３ポートへの加圧空気の供給圧力を適宜とす
ることにより、設定油圧を一定としたまま、設定油圧と
メタルシール方式の従来破断油圧との間の任意の圧力に
設定破断油圧を決めることができ、設定油圧とその破断
油圧との圧力差が小さく機械的変形も軽微となる。

また、シリンダ室内油圧を設定油圧以下にまで低下させ
ることができるから、低圧設定が可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

本プレスの油圧過負荷防止装置は、第１図に示される如
く、本体は前出第３図に示す従来のメタルシール方式と
同じであり、そのシリンダ室５には特殊構造のリリーフ
バルブ20が連通されている。

ここに、リリーフバルブ20は、加圧空気圧を調整するこ
とにより設定破断油圧（破断荷重）を設定し、その設定
破断油圧となって一旦開放するとシリンダ室５内油圧が
設定空気圧力に基づく当該設定破断油圧以下に低下しな
い限り再び閉鎖しないように形成されている。

このリリーフバルブ20は、第１ポート22,第２ポート23,
第３ポート24,第４ポート25を有するシリンダ体21と、
第１図で左側から第１ポート22をシールする弁部32,第
２ポート23内に収容される中径部33,第３ポート24内に
収容れるピストン34,第４ポート25内に収容される小径
部35がこの順で一体配設されたピストン体31とからな
る。

まず、第１ポート22と弁部32とのシール面積A₁は、第１
ポート22（シリンダ室５）内の油圧との積である第１図
の矢印X₁方向の押圧力とピストン34の受圧面積と第３ポ
ート24内への加圧空気圧力との積である第１図の矢印X₂
方向の押圧力とのバランスをとるものとして決められ
る。

シール面積A₁は、弁部32の有効径d₁により定まる。した
がって、ピストン体31が矢印X₁方向に移動して第１ポー
ト22を開放するときのシリンダ室５内油圧の値をいくつ
にするかは、第３ポート24へ供給する加圧空気の圧力に
よって設定できる。つまり、設定破断油圧（Pb）は供給
空気圧力を設定することにより任意に設定できる。

しかして、この構造では、一般的空気源42（例えば２〜
5Kg/cm²）に対して破断油圧が200〜300Kg/cm²となるこ
とから、ピストン34を過大直径としなければならず実用
化が極めて困難である。

ここに、本発明では、ピストン体31の弁部32と反対側に
第４ポート25に嵌挿する小径部35を設けかつ第４ポート
25のシール面積を第１ポート22のシール面積と同じA₁と
しているのである。つまり、弁部32の有効径と小径部35
の径とは同じd₁とされている。

したがって、ポンプ６によりシリンダ室５内，第１ポー
ト22内および第４ポート25内に第２図に示す設定油圧Ps
を確立しておけば、プレス荷重増大とともにシリンダ室
５（第１ポート22）内の油圧が高まり、矢印X₁方向の押
圧力が加圧空気圧力に基づく矢印X₂方向の押圧力に打勝
ったときに、弁部32が第１図で矢印X₁方向に移動し第１
ポート22が開放される。すると、シリンダ室５内油圧は
第１ポート22と排油路27（第２ポート23も排油路の一部
を形成する。）とを通しタンク８に逃される。

しかし、この構造では、従来のリリーフバルブ10と同様
にシリンダ室５内の油圧を設定油圧Ps以下に低下させる
ことができない。また、メタルシール方式の破断特性を
有効に発揮できない。しかも、加圧空気の圧力によって
弁部32は短時間の内に再び第１ポート22を閉鎖し開閉ハ
ンチングを引起こすことになる。

ここに、本発明の最も特徴とするところは、第１ポート
22が一旦開放したときには、シリンダ室５内の油圧が設
定加圧空気圧力に基づく設定破断油圧よりも適当値だけ
低くならなければ第１ポート22が再び閉鎖されないよう
に、つまりシリンダ室５内圧力を破断圧力以下にするこ
とができるように、弁部32の有効径d₁よりも大きな径d₂
とされた中径部33とこれを収容するところの第１ポート
22よりも大径の第２ポート23とを設けているのである。
すなわち、一旦第１ポート22が開放すると、第１ポート
22内油圧と径d₂の中径部33の断面積A₂との積として求ま
る矢印X₁方向の押圧力が発生するように形成している。
したがって、加圧空気の設定圧力とピストン34の受圧面
との積たる矢印X₂方向の押圧力に抗し第１ポート22を開
放し続けることができる。径d₁とd₂との比は、メタルシ
ール部４の構造等や応答性等を勘案して任意に選択でき
る。

さらに、この実施例では、この際の矢印X₂方向の押圧力
を小さくするため、第４ポート25内の油は逆止弁26を通
し、第１および第２ポート22,23、排油路27の経路でタ
ンク８に逃すものとされている。

なお、40は加圧空気の圧力設定手段であり、空気源42,
圧力調整弁41等から形成されている。また、51はピスト
ン体31を初期位置にセットするためのスプリングであ
る。このため、設定破断圧力を設定するためには、第３
ポート24への設定空気圧力をこのスプリング51の付勢力
分だけ少々高くすることが必要である。但し、このスプ
リング51は除外してもよい。

次に、作用を説明する。

（設定油圧のセット） まず、圧力調整弁41によって第３ポート24へ小さな空気
圧力を供給し、第１ポート22を弁部32で閉鎖させてお
く。

そして、ポンプ６を起動して、本体のシリンダ室5,リリ
ーフバルブ20の第１ポート22及び第４ポート25に第２図
の設定油圧Psを設定する。

ここに、ピストン体31には第１ポート22,第４ポート25
から同圧かつ逆方向の押圧力が加わり力学的にバランス
している。

そこで、再び圧力調整弁41を操作して、第２図の設定破
断油圧Pb（破断荷重Lb）となったときに、第１ポート22
が開放するような圧力Paの設定加圧空気を第３ポート24
に加える。

すなわち、第３ポートへの加圧空気の圧力を第２図のPa
とセットすることにより、設定油圧Psと従来破断圧力Po
との間の任意の圧力において設定破断油圧Pb（破断荷重
Lb）を設定できることが理解される。

（通常プレス運転） シリンダ室５内油圧はプレス荷重の増大につれて上昇す
るが、設定破断油圧Pbまでには至らないのでリリーフバ
ルブ20が開放することはない。

（準過負荷発生） 金型噛込等により、プレス荷重が増大して準過負荷とな
る。つまり、シリンダ室５（第１ポート22）内の油圧が
第２図に示す如く、設定破断油圧Pbとなると、ピストン
体31には設定空気圧力Paに基づく矢印X₂方向の押圧力よ
りも第１ポート22内油圧と弁部32のシール面積A₁（有効
径d₁による）との積による矢印X₁方向の押圧力が大きく
なるので、第１ポート22は開放する。

開放すると同時に、第１ポート22と第２ポート23とが連
通するのでピストン体31には、第２ポート23（第１ポー
ト22）内油圧と中径部33の断面積A₂（径d₂による）との
積に基づく矢印X₁方向の大きな押圧力が生じるので、第
３ポート24内の設定空気圧力Paがほぼ一定であっても、
シリンダ室５内油圧がやや低下しても、第１ポート22は
閉鎖されることはない。

したがって、シリンダ室５内の油は、第１及び第２ポー
ト22,23、排油路27を通しタンク８に逃される。このた
め、シリンダ室５内の油圧は、第２図で矢印Ｘに示すよ
うに、Pb′まで低下する。この際、第４ポート25の油も
逆止弁26等を通しタンク８に逃される。

そして、シリンダ室５内油圧が、プレス荷重がLb（破断
荷重）のもとにPb′に低下するとメタルシール部４が破
断し、シリンダ室５内の油は排油系７を通して急速にタ
ンク８に戻される。

ここに、プレス荷重が設定した破断荷重Lb以上に大きく
なることなく、過負荷防止される。

この段階においては、シリンダ室5,第１ポート22,第４
ポート25内の油圧は零となるから、設定加圧空気Paによ
る矢印X₂方向の押圧力により第１ポート22は閉鎖され
る。すなわちリリーフバルブ20は初期状態に戻る。

（設定変更） 第２図において、破断荷重をLb₂とするには、供給加圧
空気の圧力をPa₂にセットすればよい。

すると、第１ポート22内油圧が設定破断油圧Pb₂におい
て第１ポート22は開放する。油圧はPb₂′まで低下しメ
タルシール部４が破られる。

一方、精巧かつ比較的強度の小さい金型を用いる場合等
において、破断荷重をLb₁とするときには、加圧空気圧
力をPa₁にセットすればよい。

すると、リリーフバルブ20は、設定破断油圧Pb₁で開放
し、設定油圧Psよりも低い油圧Pb₁′まで低下し、プレ
ス荷重（Lb₁）においてメタルシール部４は破断する。

しかして、この実施例によれば、第１〜第４ポート22〜
25を有するシリンダ体21と弁部等32〜35を一体的に設け
たピストン体31とからなるリリーフバルブ20を本体シリ
ンダ室５に連通させ、かつ弁部32の有効径d₁と中径部33
の径d₂との比を第１ポート22と第２ポート23とが一旦連
通した後はシリンダ室５内油圧が加圧空気の設定圧力
（Pa）に基づく設定破断油圧（Pb）よりも小さな値とな
るまで弁部32が第１ポート22を閉鎖しないすなわちシー
ルしない値に決定された構成であるから、設定油圧（P
s）と従来メタルシール方式による破断油圧（Po）との
間において設定破断油圧（Pb）を設定でき、低圧設定が
可能となりポイント部の隙間一定によりダイハイトを一
定としつつ高精度プレス加工ができる。よって、多様化
にも応じられる。

また、設定破断油圧（Pb）は、第３ポート24への加圧空
気圧力（Pa）を設定するだけでよいから、設定作業を設
定変更が極めて容易で適用性の広いものとなる。ととも
に、第１ポート22に対抗力をもたせる第４ポート25が設
けられこれらのシール面積が同一（A₁）とされているの
でピストン34（リリーフバルブ20）を小型化できる。

さらに、リリーフバルブ（20）型としながら、シリンダ
室５内の油圧を破断油圧以下にすることができるので、
メタルシール方式の特性を十二分に発揮させることがで
きる。

さらにまた、第３ポート24への加圧空気圧力は、プレス
負荷時の油圧上昇分ΔＰの押圧力があればよいので、シ
リンダ体21の直径を特に大きくする必要はなく容易に装
置小型化を図ることができる。

［発明の効果］ 本発明は、以上の説明から明らかの通り、複数ポートを
有するシリンダ体と弁部等が一体のピストン体とからな
るリリーフバルブを本体シリンダ室内に連通させ、シー
ル面積同一によりピストン体に油圧をバランス作用させ
るとともに一旦リリーフバルブが開放した後は設定空気
圧に基づく設定破断油圧よりも小さな値とならない限り
再びリリーフバルブが閉鎖しないようした構成であるか
ら、設定油圧を一定として設定破断油圧を可変設定で
き、適用範囲の拡大化、機械的変形の変化の軽微化、取
扱容易化、小型化を達成できる油圧式過負荷防止装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
同じく動作を説明するための図、第３図〜第６図は従来
の油圧式過負荷防止装置を示し、第３図はメタルシール
方式の概略図、第４図はメチルシール方式の動作を説明
するための図、第５図はパッキンシール方式の概略図及
び第６図はパッキンシール方式の動作を説明するための
図である。 １……本体のピストン、 ３……本体のシリンダ、 ５……シリンダ室、 ６……ポンプ、 20……リリーフバルブ、 21……シリンダ体、 22……第１ポート、 23……第２ポート、 24……第３ポート、 25……第４ポート、 26……逆止弁、 27……排油路、 31……ピストン体、 32……弁部、 33……中径部、 34……ピストン、 35……小径部、 40……加圧空気の圧力設定手段、 41……圧力調整弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】メタルシール式本体のシリンダ室に連通さ
   れる第１ポートとこの第１ポートに連通可能な排油路の
   一部を形成する第２ポートと設定破断油圧を設定する加
   圧空気が供給される第３ポートと逆止弁を介して第１ポ
   ートに接続される第４ポートとを有するシリンダ体と、
   第１ポートをシールする弁部と第２ポート内に収容され
   る中径部と第３ポートに収容されるピストンと第４ポー
   トに収容される小径部とが一体的に形成されたピストン
   体とからなるリリーフバルブを設け、 第１ポートと弁部とのシール面積と第４ポートと小径部
   とのシール面積を同一とし、 弁部の有効径と中径部の径との比が、第１ポートと第２
   ポートとが設定破断油圧となって一旦連通した後はシリ
   ンダ室内油圧が前記加圧空気の設定圧力 に基づく当該設定破断油圧よりも小さくなるまで弁部が
   第１ポートをシールしないような値に決定されているこ
   とを特徴とする油圧式過負荷防止装置。