JP6063241B2

JP6063241B2 - 曲げ加工装置

Info

Publication number: JP6063241B2
Application number: JP2012273507A
Authority: JP
Inventors: 健一柳; 雅俊關
Original assignee: Kikuchi Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Kikuchi Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: JP2014117719A

Description

本発明は曲げ加工装置、特にパラレルリンク機構により作動される曲げ加工装置の小型化を図る技術に関するものである。

たとえば、パラレルリンク機構を備えた曲げ加工装置において、パラレルリンクステージは、工作機械や曲げ加工装置を初めとして広範な応用分野で使用されている。このようなパラレルリンク機構を備えた装置の例としては、例えば特許文献１に示すものがある。

特許文献１に示された装置は、第１〜第４可動リンクを、一端が２自由度以上の回転が可能な関節を介して、一端がベースプレートに連結され、他端がエンドプレートに連結して構成されている。また、第１及び第２の固定リンクを有し、これらの固定リンクは、一端が１自由度以上の回転が可能な関節を介してベースプレートに連結され、他端が３自由度以上の回転が可能な関節を介してエンドプレートに連結された構造を有している。

特開２０１０−０２３２０１号公報

しかしながら、上記従来の曲げ加工装置では、可動リンク及び固定リンクをベースプレート及びエンドプレートの間に配置するために、ベースプレート及びエンドプレートの間には空間が形成されるため、曲げ加工装置の曲げ加工部分パラレルリンクの部分の構造が大きくなるという不具合があった。このような不具合（課題）は、現在稼働している一般的なパラレルリンク全てが有しているといえる。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、この種の曲げ加工装置において、リンク機構の構成及び配置を独自のものとし、リンク機構自体、及び曲げ加工装置の小型化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、曲げ加工装置として、フレームと、前記フレーム上に基準面Ａを設定し、貫通孔を有する平板部材と、前記フレームの基準面Ａ上に設置された複数の駆動部材と、この駆動部材の上方位置に、基準面Ａとは平行の状態に配置され、前記駆動部材に作動連結された平板状のテーブル部材と、前記フレームの基準面Ａの、前記複数の駆動部材の設置側とは反対側に配設され、前記テーブル部材に向けて基準面Ａに対して垂直方向へ被加工物を送り操作する被加工物送り装置とを備え、前記テーブル部材は、中心部分に第１抜孔が形成されたテーブル本体と、中心部分に第２抜孔が形成され、前記第１抜孔の内部に設置された環状平板構造の第１回転板と、中心部分に被加工物を通す第３抜孔が形成され、前記第２抜孔の内部に設置された環状平板構造の第２回転板とを有し、前記第１回転板と第２回転板とは、それぞれが設置された第１抜孔または第２抜孔内において、基準面Ａとは平行で互いに直交するそれぞれが対応する軸を中心に回転するよう前記テーブル本体に取り付けられてユニバーサルジョイントを構成し、前記テーブル本体は、前記駆動部材に作動連結されて基準面Ａとは平行な面に沿って並進運動可能であることを要旨とする。この構成により、被加工物送り装置により前記フレームの基準面Ａの、前記複数の駆動部材の設置側とは反対側から前記平板部材の貫通孔を通して被加工物をテーブル部材の前記第３抜孔へ送給するのと並行して、テーブル部材を駆動部材により並進運動させて被加工物を曲げ加工することを可能とする。

本発明の一態様として、前記フレームの基準面Ａ上には３個の駆動部材が貫通孔を取り囲む状態で３角形の３辺を形成するように設置され、個々の駆動部材は、直線状の動作出力を得るロッド部材と、このロッド部材に沿って進退運動するスライダ部材と、スライダ部材に設けられた係合突起とを有し、前記係合突起を介して前記テーブル部材に作動連結してもよい。

本発明の別の態様として、前記駆動部材とテーブル部材とは、基準面Ａに対して上下位置関係に隣接しており、両部材間には互いに干渉しない程度のわずかな隙間が空けてもよい。また、前記テーブル部材には、係合突起に対応する部位にガイド部を有する軌道部材を備えており、前記軌道部材はガイド部がテーブル本体の半径方向に延びるように取り付けてもよい。

本発明の曲げ加工装置では、基準面Ａを持つ平板部材上に設置された複数の駆動部材とこの駆動部材の上方位置に配置されたテーブル部材とでリンク機構を構成し、このリンク機構に対して被加工物を送ってテーブル部材を作動させて曲げ加工を施すようにしたため、リンク機構自体、及び曲げ加工装置の小型化を図ることができるという格別な効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係る曲げ加工装置の全体構成を示す正面図である。上記実施の形態に係る曲げ加工装置を図１の右側から見た側面図である。上記実施の形態に係る曲げ加工装置の平面図である。上記実施の形態に係る曲げ加工装置において図３においてテーブルを取り外して見た平面図である。上記実施の形態に係る曲げ加工装置の送り装置を、図２において上方から見た底面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る曲げ加工装置の全体構成を示す正面図であり、図２は同じ曲げ加工装置を図１の右側から見た側面図である。

図１及び図２に示すように、この曲げ加工装置は、土台となるフレーム１と、フレーム１に取り付けられ被加工物４５を送り操作する送り装置２と、フレーム１の上面に載置されたリンク機構３とから構成されている。フレーム１は地面に設置された４個（或いはそれ以上）の基礎部材４に支持され、鉛直方向上方へ延びる複数の柱部材５と、柱部材５の上部、中間部、下部において複数の柱部材５の間に架設された梁部材６（上部梁６ａ、中間部梁６ｂ、下部梁６ｃ）により構成されている。柱部材５と梁部材６との結合部分には補強板７が取り付けられ、フレーム１の剛性を向上させている。また、フレームの上端には天板８が取り付けられてこの曲げ加工装置の基準面（水平面）Ａを形成している。天板８のほぼ中央部には貫通孔８ａが形成されており、当該天板８の上側には上記リンク機構３が設置される。フレーム１には被加工物４５をリンク機構３へ向けて送り動作するための送り装置２が固定取り付けされている。

ここで、リンク機構３の構成について説明する。図３及び図４は、本実施の形態に係る曲げ加工装置の平面図であり、リンク機構３の構成をより詳しく示している。図４は図３の図において、テーブルを取り外して見た平面図である。上述のように、リンク機構３は天板８の上に、且つこの天板８のほぼ中央部分に設置されている。このリンク機構３は、天板８の上に複数個（この実施の形態では３個）設置された駆動部材９と、この駆動部材９の上側に配置されたテーブル部材１０とから構成されている。

駆動部材９についてみると、３個の駆動部材９は、天板２の面を水平な基準面Ａとしてみたとき、当該天板２の上に、貫通孔８ａを取り囲む状態で３角形の底辺（すなわち、３辺）を形成するように設置されている。個々の駆動部材９は、直線状の動作出力を得るための軌道本体１３と、軌道本体１３の内部に装填されたロッド部材１１とから構成される。軌道本体１３は、断面略凹状の直方体構造を有し、凹状の窪み部分１２の両側にガイド壁１３ａが設けられている。ロッド部材１１は丸棒状の構造を有し、窪み部分１２の中に長手方向に延びて配置され、その先端部分において固定部材１４により軌道本体１３に回転可能に取り付けされる一方、その基端部分において固定部材１５により軌道本体１３に回転可能に取り付けされている。またロッド部材１１の外表面には長手方向ほぼ全体にわたってネジ条が形成されており、ロッド部材１１自体はその軸心の周りに回転可能である。またロッド部材１１の基端側に隣接する部位にはロッド駆動機構であるモータ１６が配置されており、ロッド部材１１の基端部はこのモータ１６の出力軸に連結されることにより回転動作するようになっている。

軌道本体１３にはまたスライダ部材１７が取り付けられている。スライダ部材１７はボックス状体から構成され、軌道本体１３のガイド壁１３ａの上に設置され、且つこのガイド壁１３ａに摺動可能に係合されている。よって、ガイド壁１３ａはスライダ部材１７に対して長手方向に延びる軌道（或いはレール）を形成している。スライダ部材１７の上面には、この上面から立ち上がった係合突起１９が設けられる一方、スライダ部材１７の下面には、上記ロッド部材１１に係合するロッド連結部材１８（図２参照）が設けられている。上に述べたように、ロッド部材１１の外表面には長手方向ほぼ全体にわたってネジ条が形成されている（すなわち、おねじ構造である）ため、これに係合するロッド連結部材１８はめねじ構造となっている。以上のようにしてリンク機構３の駆動部材９は構成されている。

次にリンク機構３を構成するもう１つの部材であるテーブル部材１０について説明する。テーブル部材１０は、図３に示されているように、全体としては円形に成形された平板構造を有しており、駆動部材９の上方位置において、天板８に対して平行な状態で（したがって、基準面Ａに対して平行に）、３個の駆動材９に被さるように配置されている。駆動部材９とテーブル部材１０とは、基準面Ａに対して上下位置関係に隣接しており、両部材間には互いに干渉しない程度のわずかな隙間が空けられている。テーブル部材１０の円形形状の中心を通る軸（すなわち、中心軸）を図中ではＳで表す。このテーブル部材１０は、中心部分に略円形の孔（これを第１抜孔とする）２１が形成されたテーブル本体２０と、その他の機能部材とから構成されている。装置の規模を理解するために、一例として、この実施の形態におけるテーブル本体２０の直径は５５ｃｍ（センチメートル）、第１抜孔２１の直径は２０ｃｍといった関係にある。この第１抜孔２１の中には第１回転板２２が装填されている。第１回転板２２は第２抜孔２３を有する円形リング状の平面形状を持つ平板構造に成形されており、その外径は第１抜孔２１の直径よりもわずかに小さく設定されて、第１抜孔２１の中に緩く嵌合されている。この第１回転板２２は、第１抜孔２１の中に緩く嵌合された状態で軸受部材２４，２５によりテーブル本体２０に取り付け支持されている。軸受部材２４と軸受部材２５は、第１回転板２２の直径方向に対向する位置に設置されている。軸受部材２４は、テーブル本体２０と第１回転板２２との境界部分において、テーブル本体２０上に取り付けられた外側支持体２４ａと、第１回転板２２上に取り付けられた内側支持体２４ｂと、これら外側支持体２４ａと内側支持体２４ｂの間に回転動作可能に架け渡されたシャフト２４ｃとから構成されている。また軸受部材２５は、テーブル本体２０と第１回転板２２との境界部分において、テーブル本体２０上に取り付けられた外側支持体２５ａと、第１回転板２２上に取り付けられた内側支持体２５ｂと、これら外側支持体２５ａと内側支持体２５ｂの間に回転動作可能に架け渡されたシャフト２５ｃとから構成されている。以上の構成から、第１回転板２２は、第１抜孔２１の中でテーブル本体２０に対してシャフト２４ｃ、２５ｃとともに回転可能である。

第１回転板２２には、上述した通り、第２抜孔２３を有する。この第２抜孔２３の中には、それよりもさらに小径の第２回転板２７が装填されている。第２回転板２７の外径は第２抜孔２３の直径よりもわずかに小さく設定されて、第２抜孔２３の中に緩く嵌合されている。この第２回転板２７は、第２抜孔２３の中に緩く嵌合された状態で軸受部材２８，２９により第１回転板２２に取り付け支持されている。軸受部材２８と軸受部材２９は、第２回転板２７の直径方向に対向する位置に設置され、且つこの対向する直径は、軸受部材２４と軸受部材２５が対向する直径とは９０度（直角）の関係にある。すなわち、軸受部材２４及び軸受部材２５により設定される軸心（Ｐ１とする）と、軸受部材２８及び軸受部材２９により設定される軸心（Ｐ２とする）とはいずれも基準面Ａに対して平行であり、且つ互いに９０度（直角）の関係にある。

軸受部材２８は、第１回転板２２と第２回転板２７との境界部分において、第１回転板２２上に取り付けられた外側支持体２８ａと、第２回転板２７上に取り付けられた内側支持体２８ｂと、これら外側支持体２８ａと内側支持体２８ｂの間に回転動作可能に架け渡されたシャフト２８ｃとから構成されている。また軸受部材２９は、第１回転板２２と第２回転板２７との境界部分において、第１回転板２２上に取り付けられた外側支持体２９ａと、第２回転板２７上に取り付けられた内側支持体２９ｂと、これら外側支持体２９ａと内側支持体２９ｂの間に回転動作可能に架け渡されたシャフト２９ｃとから構成されている。以上の構成から、第２回転板２７は、第２抜孔２３の中で第１回転板２２に対してシャフト２８ｃ、２９ｃとともに回転可能である。また、軸受部材２４及び軸受部材２５により設定される軸心Ｐ１と、軸受部材２８及び軸受部材２９により設定される軸心Ｐ２とは互いに９０度の関係にあるから、第１回転板２２と第２回転板２７とを複合して構成される回転機構は、テーブル本体２０に対して一種のユニバーサルジョイントを構成する。なお、第２回転板２７の中心部分には第３抜孔３１が形成されている。この第３抜孔３１は、曲げ加工される被加工物４５が基準面Ａに対して垂直方向（この実施の形態では、図３の紙面に対して裏側から表側の方向）へ送られて到達し、曲げ加工時に確実に保持されるための孔である。したがって、第３抜孔３１は天板８の貫通孔８ａとは上下方向に位置が整合している。また、天板８の貫通孔８ａの中心軸及び第３抜孔３１の中心軸はテーブル本体２０の中心軸Ｓに一致する。

さらにテーブル本体２０の裏面の構成について説明する。テーブル本体２０の裏面には３箇所に軌道部材３５が設けられている。これらの３個の軌道部材３５は上記３個の駆動部材９に対応して、テーブル本体２０の中心軸Ｓに対して略１２０度の等角度間隔で設けられている（図４参照）。軌道部材３５は、駆動部材９による直線状の動作出力を受け入れ、これにしたがってテーブル部材１０を動作させる構造を有する。そのため、軌道部材３５は、断面略凹状の直方体構造を有し、凹状の窪み部分が長手方向に延びてガイド部３６となっている。さらに３個の軌道部材３５は、上記３個の駆動部材９に対応する部位においてガイド部３６がテーブル本体２０の半径方向に延びるように取り付けられている。この軌道部材３５の取り付け方向は、駆動部材９及びロッド部材１１の長手方向に対して直角の方向である。また、各軌道部材３５のガイド部３６には各駆動部材９に設けられた係合突起１９（３個）が、１対１の関係でガイド部３６に沿って移動可能に係合し、テーブル部材１０を３箇所で支持するとともに、当該テーブル部材１０に作動連結している。さらに、軌道部材３５のガイド部３６の長さ寸法は、係合突起１９がガイド部３６に沿って移動する際に当該ガイド部３６から抜け外れないような十分な長さ（すなわち、軌道部材３５のガイド部３６の長さ寸法は係合突起１９の最大ストロークよりも長い寸法）に設定されている。

次に、本実施の形態に係る曲げ加工装置の送り装置２について図１及び図２を参照して説明する。送り装置２は、曲げ加工される被加工物４５を、天板８の下方から天板８の上方にあるリンク機構３へ向けて送り動作するための装置である。この送り装置２は、平板構造を有し、フレーム１を構成する梁部材６のうち上部梁６ａから下部梁６ｃにかけて垂直方向に延びて固定取り付けされた支持板３７と、支持板３７の表面に取り付けられた昇降ガイド３４と、昇降ガイド３４に設けられた駆動ロッド３８と、昇降ガイド３４に装填され且つ駆動ロッド３８に作動連結されたリフト部材３９と、駆動ロッド３８に連結されてこの駆動ロッド３８を回転動作させる昇降駆動モータ４０とから成る。昇降ガイド３４は、一対のレール３３を有し、長手方向（上下方向）に延びる軌道を形成している。駆動ロッド３８は丸棒状の構造を有し、昇降ガイド３４の一対のレール３３の間に長手方向に延びて配置され、その先端部分（図１、図２で上端部分）において固定部材４１により昇降ガイド３４に回転可能に取り付けされる一方、その基端部分において固定部材４２により昇降ガイド３４に回転可能に取り付けされている。また駆動ロッド３８の外表面には長手方向ほぼ全体にわたってネジ条が形成されており、駆動ロッド３８自体はその軸心の周りに回転可能である。駆動ロッド３８の基端側に隣接する部位にはロッド駆動機構である昇降駆動モータ４０が配置されており、駆動ロッド３８の基端部はこの昇降駆動モータ４０の出力軸に連結されることにより回転動作するようになっている。

昇降ガイド３４にはまたリフト部材３９が取り付けられている。リフト部材３９は板状体から構成され、昇降ガイド３４のレール３３の上に設置され、且つこのレール３３に対して摺動可能に係合されている。リフト部材３９の上面（レール３３側とは反対側の面）には、ホルダ部材４３が設けられる一方、リフト部材３９の下面には、上記駆動ロッド３８に係合する駆動連結部材４４（図２参照）が設けられている。上に述べたように、駆動ロッド３８の外表面には長手方向ほぼ全体にわたってネジ条が形成されている（すなわち、おねじ構造である）ため、これに係合する駆動連結部材４４はめねじ構造となっている。ホルダ部材４３はリフト部材３９上に被加工物４５を支持する役割を持つ。被加工物４５はパイプ部品であり、その長手方向中間の部位において上下方向に延びた状態でホルダ部材４３に把持されている。以上のようにして送り装置２は構成されている。なお、被加工物４５はパイプ部品に限られるものではなく、中実の金属棒材或いは針金材であってもよい。

なお、上記構成を有する曲げ加工装置において、リンク機構３に設けられたモータ１６及び送り装置２に設けられた昇降駆動モータ４０は、電力供給用の電源に接続されるとともにコントローラ（図示していない）に接続され、このコントローラによりモータ１６及び昇降駆動モータ４０の動作が制御されることにより、各ロッド部材１１及び駆動ロッド３８の回転量及び回転速度が調整されるようになっている。

上述の構成を有する曲げ加工装置について、以下、曲げ加工動作を説明する。この説明では、一例として、被加工物４５は上述したようなパイプ部品であるものとする。曲げ加工動作が開始されると、送り装置２の昇降駆動モータ４０が作動し駆動ロッド３８をリフト上昇方向へ回転させる。これにより、リフト部材３９が上昇し被加工物４５を天板８の下側から上方へと送り、被加工物４５の先端が天板８の貫通孔８ａを通過してリンク機構３のテーブル部材１０へ到達するとともに、テーブル部材１０に設置された第２回転板２７の第３抜孔３１内に進入する。この段階で各駆動部材９が作動しそれぞれのロッド部材１１を回転させると、当該ロッド部材１１とロッド連結部材１８との間でねじ送り作用が生じ、それぞれの駆動部材９に設けられたスライダ部材１７がガイド壁１３ａに案内されてロッド部材１１の長手方向に進退運動する。

この進退運動は係合突起１９を介してテーブル部材１０に設けられた軌道部材３５のガイド部３６に伝達される。これによりテーブル部材１０は係合突起１９に支持されつつ、スライダ部材１７の進退運動を受けて従動運動し、基準面Ａと平行な方向へ運動する。ここで、先に述べた軸受部材２４及び軸受部材２５により設定される軸心Ｐ１をＸ軸とし、軸受部材２８及び軸受部材２９により設定される軸心Ｐ２をＹ軸とすると、テーブル部材１０は駆動部材９の作動を受けてＸＹ方向に一定の範囲で移動（並進運動）する。このテーブル部材１０の並進運動により被加工物４５は曲げ作用を受ける。また、テーブル部材１０の中心軸ＳをＺ軸とすると、曲げ加工動作におけるＸＹＺ３次元直交座標系が構成される。ちなみに、上記被加工物４５はＺ軸の方向に送られる。被加工物４５は上記テーブル部材によりＸＹ方向に曲げ作用を受けつつ、自身はＺ方向へ送られるから、当該被加工物４５は先端部から基端部へかけての各部位において種々の方向へ曲げられることになり、複雑な構造を持った製品が作製可能である。曲げられた被加工物４５は基準面Ａに対して傾斜した方向を向く（Ｚ軸からずれる）が、この傾斜は、第１回転板２２及び第３抜孔３１を有する第２回転板２７（ユニバーサルジョイントを構成する）が基準面Ａに対して傾斜することにより追随する。

各駆動部材９のスライダ部材１７の進退運動をテーブル部材１０へ伝達するに際しての両部材間の相対運動は、係合突起１９と軌道部材３５のガイド部３６との係合部分において、ガイド部３６がテーブル本体２０の半径方向に延びるように取り付けられていることによる相対運動により実現される。そして、各ロッド部材１１及び駆動ロッド３８の回転量及び回転速度はコントローラにより制御され、被加工物４５の曲げの程度が調整される。

なおこの実施の形態では曲げ加工装置の基準面Ａを水平面としたが、必ずしも基準面を水平にする必要はなく垂直面であっても、水平面に対して傾斜した面であってもよい。基準面を垂直面にしたときは、曲げ加工装置全体は本実施の形態に対して横倒しした構成となり、被加工物は水平方向へ送られる形になるが、このような構成であっても十分に実現可能である。

本発明の曲げ加工装置では、基準面Ａ上に設置された複数の駆動部材とこの駆動部材の上方位置に配置されたテーブル部材とでリンク機構を構成し、このリンク機構に対して被加工物を送ってテーブル部材を作動させて曲げ加工を施すようにしたため、リンク機構自体、及び曲げ加工装置の小型化を図ることができるという利点がある。

１フレーム
２送り装置
３リンク機構
８天板
８ａ貫通孔
９駆動部材
１０
１１ロッド部材
１２窪み部分
１３軌道本体
１４，１５，２８，２９固定部材
１６モータ
１７スライダ部材
１８ロッド連結部材
１９係合突起
２０テーブル本体
２１、２３、３１抜孔
２２、２７回転板
２４、２５、２８，２９軸受部材
３３レール
３５軌道部材
３６ガイド部
３８駆動ロッド
３９リフト部材
４４駆動連結部材
４５被加工物

Claims

フレームと、前記フレーム上に基準面Ａを設定し、貫通孔を有する平板部材と、前記フレームの基準面Ａ上に設置された複数の駆動部材と、この駆動部材の上方位置に、基準面Ａとは平行の状態に配置され、前記駆動部材に作動連結された平板状のテーブル部材と、前記フレームの基準面Ａの、前記複数の駆動部材の設置側とは反対側に配設され、前記テーブル部材に向けて基準面Ａに対して垂直方向へ被加工物を送り操作する被加工物送り装置と、を備え、前記テーブル部材は、中心部分に第１抜孔が形成されたテーブル本体と、中心部分に第２抜孔が形成され、前記第１抜孔の内部に設置された環状平板構造の第１回転板と、中心部分に被加工物を通す第３抜孔が形成され、前記第２抜孔の内部に設置された環状平板構造の第２回転板とを有し、前記第１回転板と第２回転板とは、それぞれが設置された第１抜孔または第２抜孔内において、基準面Ａとは平行で互いに直交するそれぞれが対応する軸を中心に回転するよう前記テーブル本体に取り付けられてユニバーサルジョイントを構成し、前記テーブル本体は、前記駆動部材に作動連結されて基準面Ａとは平行な面に沿って並進運動可能であり、被加工物送り装置により前記フレームの基準面Ａの、前記複数の駆動部材の設置側とは反対側から前記平板部材の貫通孔を通して被加工物をテーブル部材の前記第３抜孔へ送給するのと並行して、テーブル部材を駆動部材により並進運動させて被加工物を曲げ加工する、ことを特徴とする曲げ加工装置。
前記フレームの基準面Ａ上には３個の駆動部材が貫通孔を取り囲む状態で３角形の３辺を形成するように設置され、個々の駆動部材は、直線状の動作出力を得るロッド部材と、このロッド部材に沿って進退運動するスライダ部材と、スライダ部材に設けられた係合突起とを有し、前記係合突起を介して前記テーブル部材に作動連結されていることを特徴とする請求項１記載の曲げ加工装置。
前記駆動部材とテーブル部材とは、基準面Ａに対して上下位置関係に隣接しており、両部材間には互いに干渉しない程度のわずかな隙間が空けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の曲げ加工装置。
前記テーブル部材には、係合突起に対応する部位にガイド部を有する軌道部材を備えており、前記軌道部材はガイド部がテーブル本体の半径方向に延びるように取り付けられていることを特徴とする請求項２又は３記載の曲げ加工装置。