JP4783182B2 - プレス機械 - Google Patents

Description

本発明は、スライドの昇降動でワークをプレス加工するプレス機械に関する。

プレス機械は、モータからの動力をスライドに伝達してプレス加工を行うものである。このプレス機械では、モータの駆動力がベルトおよびプーリを介してギヤに伝達され、ギヤで減速された後、回転運動が偏心機構によって往復運動に変換される。この往復運動により、スライドが上下動し、ワークのプレス加工を行う。偏心機構による往復運動は、トグルリンク機構を介してスライドの上下動に変換される。
従来、プレス機械には、クラウンフレーム内に、複数のギヤを有する減速機や大がかりなリンク機構等の部品が設けられたものがある（例えば特許文献１参照）。この減速機にはモータからの回転運動を不等速回転運動に変換して減速する不等速減速機が用いられる。

特開平８−１９７２９０号公報（段落番号「０００８」および第１図参照）

しかしながら、特許文献１のような構造のプレス機械では、メンテナンスの際には各部品にアクセスするためにプレス機械のクラウンフレーム内部に手を入れなければならず、メンテナンス作業が困難であるという問題がある。
この問題を解決するために、駆動源および減速機をクラウンフレームの外部に配置することが考えられる。

この減速機は種類の異なる減速機構、例えば、等速減速機構と不等速減速機構との組み合わせからなることがある。等速減速機構は複数の歯車列から構成され、不等速減速機構は前記歯車列に噛合するギヤが外周部に形成されたリングと、このリングの内部に配置され偏心機構と連結する連動機構とを備えて構成されている。これらの減速機構は安全性の観点から外部へのギヤの露出は避けるためにケースで覆わなければならない。
このような構造の減速機では、減速機を単にクラウンフレームの外部に配置しても、この減速機が異なる種類の複数からなり、それぞれの減速機構が複雑な構造の歯車機構であり、これらの歯車機構がケースの内部に収納される構造であるため、減速機の組立作業やメンテナンス作業の十分な向上が望めない。特に、不等速減速機構のリングは、その外周部にギヤが形成されているため、そのギヤと連結する等速減速機構はリングの径方向、つまり、偏心軸の径方向に展開されることになり、狭いケース内での組立作業やメンテナンス作業が煩雑とならざるを得ない。

本発明の目的は、減速機の組立やメンテナンスを容易にできるプレス機械を提供することにある。

第１の発明は、昇降動するスライドと、このスライドを支持するクラウンフレームと、前記スライドを駆動する駆動源と、前記クラウンフレームの外側に配置され前記駆動源からの回転運動を減速する減速機と、偏心軸を有し前記減速機からの回転運動を往復運動に変換する偏心機構とを備え、前記減速機は前記駆動源側に設けられた第１減速機構と、前記偏心機構側に設けられた第２減速機構とを備え、前記第１減速機構は、前記駆動源からの回転運動を等速回転運動に変換して減速する等速減速機であって、前記駆動源からの回転駆動力が伝達される入力軸と、この入力軸の回転力を伝達する歯車機構と、前記入力軸および前記歯車機構が収納された第１ケースとを備え、前記歯車機構が出力軸を有するユニット化された構造であり、前記第２減速機構は、前記駆動源からの回転運動を不等速回転運動に変換して減速する不等速減速機であって、前記出力軸と側面側が連結されるリングと、このリングの外周部を回転可能に支持し前記クラウンフレームの外部に取り付けられた第２ケースとを備え、前記第２ケースは、前記第２減速機構を収納したユニット化された構造であり、前記クラウンフレームに着脱自在に取り付けられ、前記第１ケースは前記第２ケースに着脱自在に取り付けられ、前記第１減速機構および前記第２減速機構は前記偏心軸の軸線方向に沿って直列配置されたことを特徴とするプレス機械である。

第２の発明は、第１の発明のプレス機械において、前記第２減速機構の前記リングは、前記外周面と略直交する側面に結合される回転部材を備え、この回転部材に、前記第１減速機構の前記出力軸が連結されることを特徴とするプレス機械である。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、前記第２ケースと前記リングとの間には滑り軸受けが設けられていることを特徴とするプレス機械である。

第４の発明は、第１の発明において、前記第２減速機構は、ウィットウォース減速機であることを特徴とするプレス機械である。

第５の発明は、第２の発明において、前記偏心軸は前記クラウンフレームの側面から突出しており、前記クラウンフレームの側面に前記第２ケースを取り付ける際、前記偏心軸は前記第２減速機構に連結し、前記出力軸の軸線は、前記偏心軸の軸線と平行であり、かつ、前記第１ケースの端面から突出しており、前記第１ケースを前記第２ケースに取り付ける際、前記出力軸が前記回転部材に連結することを特徴とするプレス機械である。

第１の発明によれば、減速機を組み立てる際に、ユニット化された第２減速機構をクラウンフレームに取り付け、この第２減速機構にユニット化された第１減速機構を直列状態で取り付ける。減速機をメンテナンスする際には、第１減速機構を第２減速機構から取り外す。
したがって、本発明では、減速機がクラウンフレーム外部に配置されているので、メンテナンスの際には、作業員がクラウンフレーム内部にアクセスする必要がないから、メンテナンス作業が容易となる。
そして、種類の異なる２つの減速機構を予めユニット化しているので、減速機を組立やメンテナンスをする際に、ユニット化された減速機構をクラウンフレーム等に取り付け取り外せばよいから組立・メンテナンス作業が容易となる。特に、第１減速機構と第２減速機構とは偏心軸の軸線方向に沿って直列配置されているので、第１減速機構と第２減速機構とを偏心軸の軸線と直交する方向、換言すれば、クラウンフレームの外面に沿った方向に配列する必要がないので、この点からも減速機の組立・メンテナンス作業を容易にできる。

しかも、第１の発明によれば、第２減速機構では、出力軸に連結されるリングが出力軸の回転運動に伴って回転し、このリングの回転が偏心機構で往復運動に変換される。
ここで、リングは、その外周部がケースの内周部に回転自在に支持されているから、リングの外周部分に連結される歯車を配置する必要がない。そのため、ケースの内部を省スペースとすることができる他、リングの外周部にギヤを形成する必要がないので、減速機の構造を簡易なものにすることができる。

第２の発明によれば、回転部材がリングの側面に結合されているので、出力軸の回転運動が回転部材を介してリングの回転運動に確実に伝達される。そのため、リングの外周部にギヤを形成し、このギヤに第１減速機構の歯車が噛合する場合に比べてバックラッシュの影響がないことから、第１減速機構の駆動力を第２減速機構に確実に伝達することができるので、円滑なプレス作業を行うことができる。

第３の発明によれば、ケースとリングとの間に滑り軸受けが設けられているから、リングの回転を円滑にケースで支持することができる。そのため、リングはケースとの間での摩擦が少ないことから、効率よく駆動源の駆動力を偏心機構の往復運動に伝達することができる。

第４の発明によれば、第２減速機構がウィットウォース減速機であるので、減速機全体がコンパクトになる。
したがって、減速機のクラウンフレーム外側における占有スペースを最小限に抑制できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態にかかるサーボプレス（プレス機械）１の全体を示す図である。ここで、図１は、サーボプレス１の正面図であり、図２は、サーボプレス１の側面図である。
図１および図２において、サーボプレス１は、ベッド１１と、ベッド１１上に立設される柱状の４本のアプライト１２と、アプライト１２の上面に設置されるクラウン１３とを備えている。クラウン１３の下方にはスライド１４が設けられており、クラウン１３に支持されるスライド駆動装置２０によって昇降動可能とされている。このスライド１４の下面には上金型１５１が取り付けられている。
ベッド１１上において４本のアプライト１２間にはムービングボルスタ１６が設置されており、このムービングボルスタ１６上には、下金型１５２が取り付けられている。スライド駆動装置２０の駆動によってスライド１４が昇降動すると、上金型１５１および下金型１５２の間に載置されたワーク（図示せず）がプレス成形される。

クラウン１３は、クラウンフレーム１３１と、クラウンフレーム１３１の両端部からワーク搬送方向両側に張り出して設けられるサイドフレーム１３２とを備えている。クラウン１３は、サイドフレーム１３２の下面においてアプライト１２の上面と接続されている。クラウンフレーム１３１およびサイドフレーム１３２のさらに外側には、メンテナンスの際に作業者３が立つ作業ステージ３０が設けられている。
なお、ワーク搬送方向とは、プレス機械に対してワークを搬入、搬出する方向をいい、例えば当該プレス機械を複数工程のうちの一工程のプレス加工を行うものとして使用する場合には、前工程または次工程のプレス機械が配置される方向をいう。図１において、ワーク搬送方向とは、サーボプレス１の前後方向となる。

スライド駆動装置２０は、サーボプレス１の前後方向に２つ、および左右方向に２つ、計４つ設けられている。したがって本実施形態のサーボプレス１は、スライド１４を４点で支持し、これら４点を独立したスライド駆動装置２０で駆動する４点独立駆動式となっている。
それぞれのスライド駆動装置２０は、駆動源としてのサーボモータ２１と、サーボモータ２１の回転運動を等速回転運動に変換して減速する第１減速機構２２と、この第１減速機構２２で伝達された回転運動を減速して伝達する第２減速機構２３と、第２減速機構２３で減速された回転運動を往復運動に変換する偏心機構２４と、一端がスライド１４に固定されてスライド１４を鉛直方向に昇降動させるプランジャ２５とを備えている。
第１減速機構２２は等速減速機構であり、第２減速機構２３は不等速減速機構（ウィットウォース減速機）であり、これらの減速機構から本実施形態の減速機が構成される。

偏心機構２４は、偏心軸であるエキセン軸２４１と、エキセン軸２４１に一体的に形成されるエキセンドラム２４２と、エキセンドラム２４２に接続されるコンロッド２４３とを備えている。
４つのエキセン軸２４１は、サーボプレス１の前後方向に沿って配置され、２本ずつのエキセン軸２４１が同軸上に配置されている。これらのエキセン軸２４１は、それぞれエキセンドラム２４２両側でクラウンフレーム１３１に軸支されている。ここで、同軸上に配置された２本のエキセン軸２４１の互いに対向する端部は、共通のクラウンフレーム１３１に軸支されている。
エキセンドラム２４２は、エキセン軸２４１に対して偏心した円盤状に形成されている。エキセンドラム２４２は、クラウンフレーム１３１内に配置され、エキセン軸２４１の回転とともに偏心回転する。

コンロッド２４３は、上方に形成されるリング状部２４３Ａと、リング状部２４３Ａの外周から径方向外側に向かって突出する棒状部２４３Ｂとを備えている。リング状部２４３Ａはエキセンドラム２４２の外周側に配置され、リング状部２４３Ａの内周がエキセンドラム２４２の外周に対して摺動可能となっている。棒状部２４３Ｂはクラウンフレーム１３１の下方に突出し、先端側がプランジャ２５に接続されている。
プランジャ２５は、クラウンフレーム１３１に取り付けられたガイドフレーム１３３によって鉛直上下方向に移動可能となっている。
以上のような構成により、スライド１４は、コンロッド２４３に吊り下げられ、コンロッド２４３はエキセン軸２４１に保持され、そして、エキセン軸２４１はクラウンフレーム１３１に軸支されている。したがって、偏心機構２４およびスライド１４は、クラウンフレーム１３１に支持され、吊り下げられている。

図３には、第１減速機構２２および第２減速機構２３の斜視図が示され、図４には、第１減速機構２２および第２減速機構２３の拡大断面図が示されている。
図３および図４に示されるように、第１減速機構２２は、サーボモータ２１からの回転駆動力がベルト２２２を介して伝達される入力軸２２３と、この入力軸２２３の回転力を伝達する歯車機構２２４と、入力軸２２３および歯車機構２２４が収納された第１ケース２２５とを備えたユニット化された構造である。第１減速機構２２がユニット化されているため、減速機の組立やメンテナンスが容易に行える。
ここで、符号２２６は機械式ブレーキを示すものであり、機械式ブレーキ２２６は入力軸２２３の回転を確実にロックする機能を有する。

歯車機構２２４は、入力軸２２３に連結された歯車群（図示せず）と、この歯車群に連結されたピニオン２２４１と、このピニオン２２４１に噛合される遊星ギヤ２２４２と、この遊星ギヤ２２４２が連結される円筒ギヤ２２４３と、この円筒ギヤ２２４３の端面に接合される端面部材２２４４と、この端面部材２２４４から突出したスプライン軸２２４５とを備えている。
第１ケース２２５は円筒ギヤ２２４３が固着されている円筒部２２５１と、この円筒部２２５１の先端面に設けられ歯車群を収納する扇状部２２５２と、この扇状部２２５２の端部側に取り付けられ入力軸２２３を収納する円筒部２２５３と、円筒部２２５１の基端側に取り付けられたフランジ部２２５４とを備えている。このフランジ部２２５４の内周部では端面部材２２４４が軸受けで回転自在に支持されている。

第２減速機構２３は、回転運動を、一回転の回転速度が不等速となるように減速して偏心機構２４のエキセン軸２４１に伝達するいわゆるウィットウォース減速機（不等速減速機）であり、その外周部に外周ギヤ２２９が設けられているリング２３１と、エキセン軸２４１に固定されるクランク部材２３２と、リング２３１とクランク部材２３２とを接続する連結部材２３３とを備えている。
リング２３１は、クラウンフレーム１３１から突出して設けられるエキセン軸２４１に対して支持部材２３４を介して回転可能に支持されており、リング２３１の回転中心は、エキセン軸２４１の軸心に対して鉛直方向上側に配置されている。
連結部材２３３は、平面形状略円弧状の棒状部材であり、その一旦がリング２３１の内周の所定位置に回動自在に支持され、その他端がクランク部材２３２において厚み方向（図４の左右方向）略中央に取り付けられている。
前述のように、第２減速機２３は、ボックス１３４に収納されており、ボックス１３４は、クラウン１３の外部側面に配置されている。エキセン軸２４１は、クラウンフレーム１３１から突出して設けられており、クラウンフレーム１３１外部で第２減速機２３に接続されている。
第２ケース２３４の上にサーボモータ２１が設置されている（図２参照）。第１減速機構２２および第２減速機構２３は、偏心軸２４１の軸線方向に沿って直列配置されている。そのため、減速機の組立やメンテナンスが容易となる。
連結部材２３３は、平面形状略円弧状の棒状部材で、その一端がリング２３１の内周の所定位置に回動可能に支持され、他端がクランク部材２３２に回動可能に支持されている。

エキセン軸２４１は、クラウンフレーム１３１から突出して設けられており、第２ケース２３４の内部で第２減速機構２３に連結されている。
リング２３１は、その外周面が平滑に形成されており、第２ケース２３４の内周面に設けられた滑り軸受け２３５を介して回転自在に支持されている。そのため、リング２３１の外周部分に連結される歯車を省略することができるので、第２ケース２３４を小型化することができる。リング２３１の外周面と直交する側面に回転部材２３１１の外周部が図示しないボルトなどで結合されている。回転部材２３１１の中央部にはスプライン穴が穿っていて、第１減速機２２の端面部材２２４４から突出したスプライン軸２２４５が噛合している。そのため、第１減速機構２２の駆動力を第２減速機構２３に確実に伝達することができる。
滑り軸受け２３５は、リング２３１の両側外周縁部をそれぞれ回転自在に支持する２個のリング状部材であり、内部に潤滑油が含浸された金属などから形成される。
第２ケース２３４はクラウンフレーム１３１にボルトで着脱自在に取り付けられている。第１ケース２２５は第２ケース２３４にボルトで着脱自在に取り付けられている。

このような構造のサーボプレス１では、サーボモータ２１が回転すると、サーボモータ２１の回転運動は、ベルト２２２によって歯車機構２２４に伝達され、この歯車機構２２４の出力軸であるスプライン軸２２４５に連結された回転部材２２４６を介して第２減速機構２３のリング２３１に伝達される。
すると、第２減速機構２３では、リング２３１が第２ケース２３４の内周部に設けられた滑り軸受け２３５で支持されながら回転し、このリング２３１の回転に伴って、クランク部材２３２を介してエキセン軸２４１が回転する。

エキセン軸２４１が回転するとエキセンドラム２４２が一体的に回転する。エキセンドラム２４２の回転によってコンロッド２４３が揺動し、プランジャ２５を上下運動させる。これによってエキセン軸２４１の回転運動がプランジャ２５の往復運動に変換される。
プランジャ２５の往復運動によって、スライド１４が昇降動し、上金型１５１と下金型１５２との間に介装されたワークがプレス加工される。
ここで、第２減速機構２３として不等速減速機を用いたので、スライド１４は、上金型１５１がワーク近傍に位置するまでは速く移動し、ワークをプレス加工している間は、ゆっくりと移動し、そしてワークから離間する時には再び速く移動する。したがってプレス加工に必要な動作の部分の速度のみを遅くできるので、プレス成形の品質を良好に確保しながらプレス加工のサイクルタイムを短縮できる。

図５は、駆動軸の回転角度（クランク角度）に対するスライド位置を示すモーション線図であり、線図Ａ（実線で図示）は、本実施形態のサーボプレス１のモーション線図であり、線図Ｂ（一点鎖線で図示）は、等速回転運動を等速回転運動として減速する等速減速機を備えたエキセンプレスのモーション線図である。なお、比較しやすいように、両線図の下死点を一致させるようにしている。
図５に示される通り、不等速減速機を用いた本実施形態のサーボプレス１の場合、エキセンプレスに対し、下死点到着直前の線図Ａの傾きがなだらかであり、下死点近傍のスライド下降速度がエキセンプレスの下降速度より遅いことがわかる。このことによって、プレス加工中のスライド下降速度を落とすことができ、プレス成形の品質を良好にすることができる。
なお、本実施形態のサーボプレス１では、下死点を通過するとほどなく、スライド上昇速度がエキセンプレスに対して速くなり、エキセンプレスよりも速く上死点に達する。
また、駆動源をサーボモータ２１としたサーボプレス１の場合、スライド１４の１サイクル中にサーボモータ２１の回転速度を変化させることで、スライドモーションを自由に設定できることが利点である。反面、サーボモータ２１といえども、回転速度を終始大きく変化させていては駆動効率が落ちる。そこで、プレス成形に適したスライドモーションをある程度、第２減速機２３で設定することにより、サーボモータ２１の回転速度の変化が抑えられ、駆動効率よくサーボプレス１の運転が行える。また、サーボモータ２１の回転制御が容易になる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、偏心機構として、本実施形態ではエキセンドラムを備えたエキセン方式を用いているが、クランク軸を備えたクランク方式を採用してもよい。また、偏心機構は、これらの構成のものに限らず、任意の構成を採用できる。
減速機は、前記実施形態に用いられたものに限らず、任意の形式のものを採用できる。
駆動源は、サーボモータに限らず、任意の形式のものを採用できる。
また、本発明では、４つのサーボモータ２１は、クラウンフレーム１３１の上方に取り付けらるものであってもよい。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明は、単独のプレス機械として利用できる他、複数のプレス機械を連続配置するタンデムプレスにも利用することができる。

本発明の一実施形態に係るプレス機械の正面図。 本発明の一実施形態に係るプレス機械の側面図。 第１減速機構および第２減速機構の斜視図。 第１減速機構および第２減速機構の拡大断面図。 本発明の一実施形態にかかるスライドモーションを示すモーション線図。

符号の説明

１…サーボプレス（プレス機械）、１３…クラウン、１４…スライド、２１…サーボモータ（駆動源）、２２…第１減速機構（減速機）２３…第２減速機構（減速機）、２４…偏心機構、１３１…クラウンフレーム、２２５…第１ケース、２３４…第２ケース、２３５…滑り軸受け、２４１…エキセン軸（偏心軸）

Claims (5)

1. 昇降動するスライド(１４)と、
   このスライド(１４)を支持するクラウンフレーム(１３１)と、
   前記スライド(１４)を駆動する駆動源(２１)と、
   前記クラウンフレーム（１３１）の外側に配置され前記駆動源（２１）からの回転運動を減速する減速機と、
   偏心軸（２４１）を有し前記減速機からの回転運動を往復運動に変換する偏心機構(２４)とを備え、
   前記減速機は前記駆動源（２１）側に設けられた第１減速機構（２２）と、前記偏心機構（２４）側に設けられた第２減速機構（２３）とを備え、
   前記第１減速機構（２２）は、前記駆動源(２１)からの回転運動を等速回転運動に変換して減速する等速減速機であって、前記駆動源（２１）からの回転駆動力が伝達される入力軸（２２３）と、この入力軸（２２３）の回転力を伝達する歯車機構（２２４）と、前記入力軸（２２３）および前記歯車機構（２２４）が収納された第１ケース（２２５）とを備え、前記歯車機構（２２４）が出力軸（２２４５）を有するユニット化された構造であり、
   前記第２減速機構（２３）は、前記駆動源(２１)からの回転運動を不等速回転運動に変換して減速する不等速減速機であって、前記出力軸（２２４５）と側面側が連結されるリング（２３１）と、このリング（２３１）の外周部を回転可能に支持し前記クラウンフレーム(１３１)の外部に取り付けられた第２ケース（２３４）とを備え、
   前記第２ケース（２３４）は、前記第２減速機構（２３）を収納したユニット化された構造であり、前記クラウンフレーム（１３１）に着脱自在に取り付けられ、
   前記第１ケース（２２５）は前記第２ケース（２３４）に着脱自在に取り付けられ、
   前記第１減速機構（２２）および前記第２減速機構（２３）は前記偏心軸（２４１）の軸線方向に沿って直列配置された
   ことを特徴とするプレス機械(１)。
2. 請求項１に記載のプレス機械(１)において、
   前記第２減速機構（２３）の前記リング（２３１）は、前記外周面と略直交する側面に結合される回転部材（２３１１）を備え、この回転部材（２３１１）に、前記第１減速機構（２２）の前記出力軸（２２４５）が連結される
   ことを特徴とするプレス機械(１)。
3. 請求項１または請求項２に記載のプレス機械（１）において、
   前記第２ケース（２３４）と前記リング（２３１）との間には滑り軸受け（２３５）が設けられている
   ことを特徴とするプレス機械（１）。
4. 請求項１に記載のプレス機械(１)において、
   前記第２減速機構（２３）は、ウィットウォース減速機である
   ことを特徴とするプレス機械(１)。
5. 請求項２に記載のプレス機械（１）において、
   前記偏心軸（２４１）は前記クラウンフレーム（１３１）の側面から突出しており、前記クラウンフレーム（１３１）の側面に前記第２ケース（２３４）を取り付ける際、前記偏心軸（２４１）は前記第２減速機構（２３）に連結し、前記出力軸（２２４５）の軸線は、前記偏心軸（２４１）の軸線と平行であり、かつ、前記第１ケース（２２５）の端面から突出しており、
   前記第１ケース（２２５）を前記第２ケース（２３４）に取り付ける際、前記出力軸（２２４５）が前記回転部材（２３１１）に連結する
   ことを特徴とするプレス機械（１）。

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