JP2703027B2 - ダイスプリングシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プレス加工機等に使用される複数のガス封
入式ダイスプリングを備えたダイスプリングシステムに
関する。

［従来の技術］ プレス加工には様々な種類があるが、例えば周知の深
絞りを例にとると第６図に示されるような工程ａ〜ｅを
経てプレスが遂行される。すなわち工程ａにおいては素
板（ブランク）１がダイ２に乗せられるとともに、ダイ
２の図示上面側に皺押え用の圧力パッド３とポンチ４が
配置される。工程ｂでは圧力パッド３が降下することに
より、素板１の周縁部が押圧される。工程ｃにおいてポ
ンチ４が降下することにより、所望深さまで絞られた製
品１′が得られる。その後、工程ｄでパッド３とポンチ
４が上昇し、工程ｅにおいて製品１′がノックアウト部
材５によってダイ２から取出される。

上記パッド３に加えられる荷重が弱過ぎると加工後の
製品１′に皺が発生する。逆に荷重が強過ぎると、加工
時に素板１が破断するなどの欠陥が生じるため、完全な
製品１′を得るには適切な皺押え力を与える必要があ
る。

この皺押え力を発生させるための機構として、通常の
プレス加工ではダイスプリングが使われている。ダイス
プリングとしては巻ばねが一般的であるが、特に重荷重
が必要な場合には硬質ウレタン等の弾性ブロックが用い
られることもある。しかしながら、特に深絞りのように
加工ストロークの大きなプレス加工機においては、撓み
ストロークの小さい硬質ウレタンを用いることは実際上
不可能である。また、巻ばねを用いる場合はその寸法が
大きくなる等の欠点があった。また、巻ばねおよび硬質
ウレタンはいずれもばね定数が大きくなり、必然的にプ
レス加工機の皺押え力が大きく変化するから、素板１の
破断を引起こしやすい。

そこで、従来の巻ばねや硬質ウレタンに代るものとし
て、ガスばねタイプのダイスプリングが用いられる傾向
がある。例えば第７図に例示されたダイスプリング６
は、シリンダ７の内部に高圧ガスを封入するとともに、
シリンダ７にロッド８を移動自在に挿入しており、シリ
ンダ７内のガスの圧力はロッド８を押出す方向に作用す
る。あるいは第８図に示されるように、シリンダ７の内
部にフリーピストン10を設けることによって、シリンダ
７の内部を気室11と液室12とに仕切ったダイスプリング
も提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ 前述したプレス工程（第６図参照）において、製品
１′によっては圧力パッド３の面圧を均一に保つことが
要求される。ところが従来のガスばね式ダイスプリング
のようにガスがリークしやすい構造であると、複数のダ
イスプリングによって１つのパッド３を押圧している場
合に、各ダイスプリングにおけるガスのリークあるいは
油漏れの程度がばらつくことにより、圧力パッド３に均
一な面圧を与えることにができない。また、複数のダイ
スプリングの各気室をガス通路によって互いに連通させ
ることも考えられるが、その場合、いずれかのダイスプ
リングに漏れが生じたときにシステム全体に影響が及
び、全てのダイスプリングのばね定数が低下してしまう
可能性がある。

従って本発明の目的は、複数のガスばね式ダイスプリ
ングが使用されるものにあって、いずれかのダイスプリ
ングから漏れを生じても、圧力パッドに均一な面圧を与
えることができるようなダイスプリングシステムを提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を果たすために開発された本発明のダイスプ
リングシステムは、複数の中空のシリンダと、各シリン
ダにそれぞれ軸線方向に移動自在に挿入されたロッド
と、各シリンダに対し各ロッドが貫通する箇所に配置さ
れていてロッドの摺動部分をシールする密封手段と、各
シリンダの内部にそれぞれ収容されかつシリンダの軸線
方向に伸縮自在な金属製ベローズボディを有しているベ
ローズと、このベローズによって仕切られるシリンダ内
部の空間のうち上記密封手段が設けられている側にあっ
て液体が満たされる液室と、上記ベローズによって仕切
られるシリンダ内部の空間のうち上記密封手段が設けら
れていない側にあって大気圧以上の圧力のガスが封入さ
れかつガスの圧力が上記ロッドをシリンダから押出す方
向に作用する気室と、これら複数のシリンダの各気室を
相互に連通させるガス通路と、上記複数のシリンダの各
液室にそれぞれ連通する液通路と、上記液通路に接続さ
れて上記液室に上記液体を補給可能な送液手段とを具備
したことを特徴とするものである。

［作用］ シリンダ内の気室に封入されたガスの圧力は、金属ベ
ローズを介して液室に作用し、ロッドはシリンダから押
出される方向の荷重を受ける。この荷重は、プレス加工
時において素板を押える力として利用される。プレス加
工時に金型が降下することによって上記ロッドがシリン
ダに押込まれる方向（縮み側）に動くと、シリンダ内へ
のロッドの押込み量の増加に伴い上記気室が更に圧縮さ
れることによりベローズが軸方向に撓む。金型オープン
時において、ロッドがシリンダから突出する方向（伸び
側）に移動する時には、ロッドの移動に伴い上記気室の
容積が拡大する。

各シリンダの気室はガス通路を介して互いに連通し合
っているから、何らかの原因によりいずれかのシリンダ
の液室から液が漏れることにより液量にアンバランスが
生じても、上記ガス通路を介して各シリンダの圧力が同
じに保たれるから、圧力パッド等に均等な面圧を液漏れ
等によりシリンダ内の圧力が低下すると、送液手段と液
通路によってシリンダ内に液が補給されることにより、
ばね定数および設定荷重（皺押え力）の低下が防止され
る。

［実施例］ 第１図に示されたダイスプリングシステム19は、複数
（図示例は２つ）のダイスプリング20,20を備えてい
る。第３図に例示したように、ダイスプリング20,20は
ポンチ４側のホルダに設けられており、ポンチ４が降下
した時に皺押えとしての圧力パッド３をダイ２上の素板
１に向って押圧するようになっている。各ダイスプリン
グ20,20は互いに同一の構成であるから、以下に一方の
ダイスプリング20を代表して説明する。

第２図に拡大して示すように、ダイスプリング20は、
中空のシリンダ21とロッド22を備えている。シリンダ21
の内部には、シリンダ21と同心状に内筒部23が設けられ
ている。内筒部23の図示下端に位置する端部材24に流通
口25が開口している。

ロッド22は、シリンダ21に対してその軸線方向に移動
自在に挿入されており、ロッド22の内端にピストン状の
部分30が設けられている。このピストン部分30は、滑り
軸受31を介して内筒部23の内周面に摺接する。

シリンダ21の図示上端部において、ロッド22が貫通す
る部位の内周部に、滑り軸受34と、ロッド22に対する摺
動部分をシールするための密封手段35が設けられてい
る。この密封手段35は、高圧シール部材36と、このシー
ル部材36よりも低圧側すなわち大気側に設けられている
低圧シール部材37と、ダストシール38などからなる。リ
バウンドストッパ39はウレタンエラストマ等のような弾
性材料からなる。このストッパ39は、ロッド22が伸び側
に移動する際に、この方向へのストローク終端を規定す
る。

シリンダ21の内部に、金属ベローズ45が収容されてい
る。このベローズ45は、シリンダ21の軸線方向に伸縮自
在なベローズボディ46と、このベローズボディ46の一端
を閉塞するベローズキャップ47を備えている。ベローズ
ボディ46は、厚みが0.1ないし0.3mm前後のステンレス鋼
の板からなる。但しステンレス鋼以外の金属が用いられ
てもよいし、上記板厚以外であってもかまわない。ベロ
ーズボディ46の他端48はシリンダ21の端壁49に固定され
ている。

ベローズキャップ47の内面側に弁体50が設けられてい
る。この弁体50はウレタンエラストマあるいはシリコン
樹脂のようにゴム状弾性をもつ材料からなり、前述した
流通口25の周りに形成された環状の弁座51に対向してい
る。これら弁体50と弁座51は、後述するごとく、ベロー
ズ45が所定量以上縮んだ時に内筒部23とベローズボディ
46との間に油を閉込めるための自己シール手段52を構成
する。

ベローズボディ46の外周部に、ベローズガイド部材5
5,56が設けられている。これらのガイド部材55,56は、
ベローズボディ46とシリンダ21との間に所定のクリアラ
ンスを確保するためと、ベローズボディ46とシリンダ21
との間の摺動抵抗を減らすために使われる。

上記ベローズ45によって仕切られるシリンダ21の内部
空間のうち、上記密封手段35が設けられている側、すな
わちベローズ45の内面側に液室60が規定されている。こ
の液室60には液体の例として油が満たされる。液室60の
上部に、ボール61とねじ62によって閉塞可能な孔63が設
けられている。

上記液室60は、前述したピストン部分30によって、図
示上側の第１液室60aと図示下側の第２液室60bとに仕切
られている。

そして上記ピストン部分30に、減衰力発生手段70とし
ての、第１オリフィス71と第２オリフィス72と第３オリ
フィス73が設けられている。第１オリフィス71はピスト
ン部分30の軸線方向に貫通していて、第１液室60aと第
２液室60bとに連通している。第２オリフィス72は、ロ
ッド22の径方向に貫通しており、第１液室60aに連通し
ている。

第３オリフィス73は、ポペット弁タイプの一方向弁75
によって開閉させられるようになっている。すなわち、
この一方向弁75は、第２オリフィス72側つまり第１液室
60aと連通する側に収容されていて、圧縮ばね76によっ
て第３オリフィス73を閉じる方向に付勢されている。そ
してこの一方向弁75は、第２液室60bの圧力が第１液室6
0aの圧力よりも一定値以上大きくなった時に、ばね76の
反力に抗して開弁するようになっている。

なお、減衰力発生手段70はピストン部分に設ける代り
に、例えば端部材24の流通口25に設けてもよく、要する
にロッド22が相対移動する際に液室60内の液が流動する
箇所に設けられていればよい。また、減衰力発生手段70
はロッド22の伸び側の減衰力を２段階以上に調整できる
ようにしたり、あるいは伸び側の減衰力を無段階に連続
的に調整できるようにしてあってもよい。また、減衰力
発生手段70は本実施例のようなポペット弁タイプに限ら
ず、例えば複数のプレート弁を組み合わせることによっ
て、ロッド22の伸び側の減衰力を縮み側よりも大きくす
るように構成されていてもよい。

シリンダ21の内部空間のうち上記密封手段35が設けら
れていない側、すなわちベローズ45の外面とシリンダ21
の内面壁とによって囲まれる側に、気室80が設けられて
いる。この気室80には、例えば窒素などの不活性ガスが
封入されている。ガスの封入圧力はこのダイスプリング
20に必要とされる皺押え力に応じて決定されるが、例え
ば数10kg/cm²以上の高い圧力で封入される。このガスの
圧力は、ベローズ45を縮める方向、すなわちロッド22を
シリンダ21から押出す方向に作用する。シリンダ21の端
壁81に設けられたガス供給口82は、栓83によって閉塞可
能である。なお、本実施例のダイスプリング20の適当な
位置に、気室80の圧力が所定値以上に上昇した時に開弁
する安全弁が設けられている。

以上のごとく構成された複数のダイスプリング20,20
の気室80,80は、ガス通路95によって相互に連通させら
れている。ガス通路95の端95a側は閉塞されている。但
し、必要に応じてガス通路95に他のシリンダやアキュム
レータ，あるいは別のガス供給口等を持続するようにし
てもよい。

気室80にガスを供給する工程は次の通りである。

ガスを供給する際に、予め液室60に油を満たしてお
く。孔63は開口させておく。ガス供給口82を通じて加圧
ガス供給源を持続し、気室80内にガスを供給する。気室
80内のガスの量が増えるにつれて、ベローズボディ46が
軸線方向に縮んでゆく。従って、液室60内の油の一部が
孔63を通って外部に排出される。ガスは二段階に分けて
封入される。すなわち、最初は上記ガスが低圧で気室80
に供給される。ベローズ45が所定のストロークまで撓む
と、自己シール手段52の弁体50が弁座51に密接すること
により流通口25が閉塞される。このため、ベローズボデ
ィ46は軸方向にそれ以上撓めなくなる。こうして弁体50
が弁座51に密接したのち、孔63がボール61およびねじ62
によって閉じられることにより、内筒部23の外周面とベ
ローズボディ46の内面との間の隙間92に油が閉込められ
る。そののち高圧のガスが気室80に供給される。

弁体50が弁座51に密接したのちも気室80にガスが供給
され続けるから、気室80の圧力は次第に高くなってゆ
く。油は実質的に非圧縮性である。従って、ベローズボ
ディ46の内面は、上記隙間92に閉込められた油によって
全面が均等に支えられる。このため、高い圧力でガスが
供給され続けても、ベローズ45が過度に撓むおそれがな
い。気室80の圧力が所定の値に達したところで、ガスの
供給がストップされ、供給口82が栓83によって塞がれ
る。また、孔63がねじ62によって塞がれる。

上記のようにして気室80に所定圧力のガスが封入され
たダイスプリング20,20は、プレス加工機の圧力パッド
３を押圧可能な位置に組付けられる。プレス加工時に、
ポンチ４が降下することに伴い、ロッド22がシリンダ21
に押込まれる方向に移動する。この時には、シリンダ21
に対するロッド22の挿入量が増大する。このためロッド
22が移動した分だけ気室80が圧縮され、ベローズ45が伸
びるとともに、気室80の圧力が増大する。

このようにロッド22が縮み側に移動する時には、第２
液室60bの圧力が第１液室60aの圧力よりも高くなるか
ら、第４図に示されるように一方向弁75が開弁すること
により第２液室60b内の油の一部が第２オリフィス72と
第３オリフィス73を通って第１液室60a側に流れる。こ
れと同時に、第２液室60b内の油の一部が第１オリフィ
ス71を通って第１液室60aに流れ込む。このようにロッ
ド22の縮み側には流路数が多くなるため比較的小さな減
衰力を生じる。従って適正な皺押え力が発揮される。

プレスが終ってダイがオープン方向に駆動されると、
シリンダ21に対してロッド22が伸び側に移動する。この
時には、第１液室60aの圧力が第２液室60bよりも高くな
るため、一方向弁75が閉じる。従って第１オリフィス71
のみを通じて油が流れるようになり、大きな減衰力が生
じる。こうしてロッド22の伸び側の速度が低く押えられ
るから、圧力パッド３が急速に上昇してしまうようなこ
とがなくなり、プレス後の製品を一定時間押えておくこ
とができる。ロッド22が伸び側に移動する時には、ロッ
ド22が移動した分だけ気室80の容積が増加するため、ベ
ローズ45が元の撓みに戻る。

気室80内のガスは、金属ベローズ45によって液室60内
の油と完全に仕切られている。金属ベローズ45はその板
厚が薄くてもきわめて良好なガスバリヤ性を発揮する。
このため、気室80内のガスが液室60の油に溶け込むこと
はない。気室80には大気側に通じるような摺動部分が存
在しないから、高速でロッド22の往復運動が繰返されて
も、ロッド22の摺動部を通じて気室80内のガスが大気側
に直接逃げることは有りえない。ロッド22の摺動部分を
封じる密封手段35は液室60側に設けられているから、こ
の密閉手段35は油をシールできればよい。ガスに比べて
粘性の大きい油をシールすることは比較的容易である。

もし、何らかの原因によって密封手段35から油が漏れ
た場合、液室60の液量が減ることにより、相対的に気室
80の容積が増大する。本実施例のダイスプリング20,20
の気室80,80は、ガス通路95によって互いに連通し合っ
ているから、一方のダイスプリング20から油が漏れた
り、各スプリング20,20の油漏れの量にばらつきがあっ
ても、気室80,80間の圧力が等しくなる。このため、常
に均等な面圧で圧力パッド３を押圧できる。

また本実施例のダイスプリング20は、ベローズ45の撓
みが所定のストロークを越えた時にベローズボディ46の
内面側に油を閉込める自己シール手段52を備えている。
このため、万一何らかの原因によって液室60内の油が抜
けてしまうことによって高圧ガスの圧力がベローズ45を
撓ませる方向に作用しても、弁体50が弁座51に密接する
位置までベローズ45が撓むことで隙間92に油が閉込めら
れる。そしてこの油によってベローズボディ46を内面側
から均等に支えることができるようになる。このためベ
ローズボディ46が過度に撓むことを防止でき、ベローズ
45を保護する上で有効である。

第５図に示すように本発明では各スプリング20,20の
液室60,60に、液通路100を介して送液手段の一例として
の油圧回路101が接続されている。この油圧回路101は、
第１の圧力調整弁102と、第２の圧力調整弁103と、アキ
ュムレータ104と、逆止弁105と、送油ポンプ106と、油
タンク107などからなる。ポンプ106から第１の圧力調整
弁102までの管路の油圧は、第２の圧力調整弁103の作用
によって一定に保たれる。また、ガス通路95にバルブ10
8と圧力計109が設けられている。ガス通路95には、他の
シリンダあるいはアキュムレータ，ガス供給源等が接続
されてもよい。

この実施例（第５図）において、密封手段35のところ
で液室60内の油が漏れてシリンダ21内の圧力が低下する
と、圧力調整弁102が作動することによって一定の圧力
になるまで油が液室60に送り込まれる。そしてシリンダ
21内の圧力が設定値に達すると、圧力調整弁102が閉じ
る。このため油漏れによるばね定数および設定荷重（皺
押え力）の低下が防止され、常に一定のばね定数が確保
される。ポンプ106は電動モータによって駆動してもよ
いが、密封手段35からの油漏れはきわめて僅かであるか
ら、小容量の手動ポンプでも充分間にあう。

［発明の効果］ 本発明によれば、複数のガスばね式ダイスプリングが
用いられている場合に、いずれかのスプリングに液漏れ
を生じたり、あるいは各スプリングごとの漏れ量にばら
つきがあっても、常に均等な面圧を発生させることがで
きる。本発明のダイスプリングはシリンダとロッドとの
摺動部（密封手段）側に液室があり、液体はガスに比べ
ると摺動部において漏れにくく、しかも、いずれかのダ
イスプリングの液漏れ等によりシリンダ内の圧力が低下
したときには送液手段とを液通路によってシリンダ内に
液を補給できるようにしている。このため、ばね定数お
よび設定荷重の低下を防止でき、システム全体のダイス
プリングに均等でかつ適正な皺押え力を維持させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は複数のダイスプリングを備えたダイスプリング
システムの縦断面図、第２図は第１図に示されたダイス
プリングシステムにおける一方のスプリングの断面図、
第３図はダイスプリングの使用態様の一例を示すプレス
加工機の側面図、第４図は第１図中の一方向弁が開弁し
た状態を示す拡大図、第５図は本発明の実施例を示すダ
イスプリングシステムの断面図、第６図は深絞りの工程
説明図、第７図および第８図はそれぞれ従来のダイスプ
リングを示す縦断面図である。 20……ダイスプリング、21……シリンダ、22……ロッ
ド、35……密封手段、45……金属ベローズ、46……ベロ
ーズボディ、60……液室、70……減衰力発生手段、80…
…気室、95……ガス通路、100……液通路、101……送液
手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の中空のシリンダと、 各シリンダにそれぞれ軸線方向に移動自在に挿入された
   ロッドと、 上記各シリンダに対し各ロッドが貫通する箇所に配置さ
   れていてロッドの摺動部分をシールする密封手段と、 各シリンダの内部にそれぞれ収容されかつシリンダの軸
   線方向に伸縮自在な金属製ベローズボディを有している
   ベローズと、 このベローズによって仕切られるシリンダ内部の空間の
   うち上記密封手段が設けられている側にあって液体が満
   たされる液室と、 上記ベローズによって仕切られるシリンダ内部の空間の
   うち上記密封手段が設けられていない側にあって大気圧
   以上の圧力のガスが封入されかつガスの圧力が上記ロッ
   ドをシリンダから押出す方向に作用する気室と、 これら複数のシリンダの各気室を相互に連通させるガス
   通路と、 上記複数のシリンダの各液室にそれぞれ連通する液通路
   と、 上記液通路に接続されて上記液室に上記液体を補給可能
   な送液手段と、 を具備したことを特徴とするダイスプリングシステム。