JPS63171296A - プレス機械の駆動源ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、駆動源として電気・変位変換素子を用いた
プレス機械及びその駆動源ユニットに関する。

（従来の技術） 従来より、プレス機械では、ラムに往復動作を与えるた
めの駆動源として、電気モータや油圧シリンダが使用さ
れている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これら従来よりのプレス機械にあっては
、ラムを電気モータや油圧シリンダで往復動作させるた
め、複雑なりランク機構やシリンダ装置を必要とし、装
置を大がかりなものとしているという問題点がある。

又、従来よりのプレス機械では、前記ラムの往復動作を
クラッチブレーキ装置や油圧サーボ装置でｆｆ１ｌｌ　
ｆｉｌするがため、前者にあっては微細な制御がはと／
Ｖど不可能であり、後者にあってはより微細な制御を行
うことができないという問題点があった。

ｆｉｔ密加工の分野では、前記ラムをより微細に制御す
ることにより、被加工物をより高精度に加工することが
要求されている。

そこで、この発明は、上記問題点を改善し、簡易な構成
で、ラムの動作を微細に制御することができ、被加工物
を高精度に加工することができるプレス機械及びその駆
動源ユニットを提供することを目的とする。

［発明の目的コ （問題点を改善するための手段） 上記目的を達成するためこの発明では、プレス機械のフ
レームにラムを往復動自在に設け、前記ラムと前記フレ
ームとの間に、電気エネルギを与えることにより伸縮動
作を行う適宜数の電気・変位変換素子を直・並列に組み
合わせて成る駆動源を介在させ、前記電気−・変位変換
素子に所定の電気エネルギを与えることにより前記ラム
を往復動作させるようにした。

又、面部を対向させて配設した一対の板部材間に、電気
・変位変換素子を直・並列に組み合わせレス機械の駆動
源ユニットを構成した。

（作用） 上記構成のプレス機械では、ラムを電気・変位変換素子
で往復動作させることができるので、駆動源として電気
モータやクラッチブレーキ装置、クランク機構、シリン
ダ装置及びそのサーボ装置等を必要とせず、プレス機械
を極めて簡易に構成することが可能である。又、電気・
変位変換素子は入力された電気エネルギに対し極めて高
速に変位させることができるので、純電子制御によって
前記ラムをより微細に制御することが可能である。

上記構成の駆動源ユニットは、ユニット化されてプレス
機械に適宜提供することができるので、その取扱いが容
易である。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例に係るプレス機械の側面断
面図、第２図は第１図の■−■矢視線に沿った駆動源ユ
ニットの平断面説明図である。

第１図に示すように、下方のボルスタ１と上方のフレー
ム３との間には、ガイドボスト５が立設され、該ガイド
ボスト５にはボルスタ１との間にはね７を介して上下方
向に往復動自在のラム９が案内されている。ガイドボス
ト５には、ラム９の高さ位置を検出するエンコーダ等の
位置検出器（図示せず）が設けられている。

ボルスタ１の上面には、ボルト１３によってダイ１１が
固定されている。又、ラム９の下面には、パンチホルダ
１７がボルト１５によって固定されている。該パンチホ
ルダ１７には、２種のパンチＴ１及びＴ２が取付けられ
、前記ダイ１１には、前記パンチＴ１に対向して穴１１
ａ、１１ｂが設けられ、前記ボルスタ１には、これらパ
ンチＴ１及びＴ２に対向して、抜きかす排出口１９及び
製品排出口２１が設けられている。

前記ラムス９には、クッション２３及びボルト２５を介
してクッション２３に抗し下方から力を加えた場合には
上方に持ち上げられる態様で仮押え２７が取付けられて
いる。前記パンチＴ２には、ワークピースＷの当接され
る突き当てＧが突設されている。

パンチＴ１は、第２図に２点鎖線で示される位置Ｐ＋、
Ｐ２に配置され、図右方より挿入されワ−クビースＷの
２点に所定の穴明は加工を施すものである。パンチＴ２
は穴明は加工されたワークピースＷの先端を同２点鎖線
で示す位＠Ｐ３で切断し、製品Ｗｅを作るものである。

前記ラム９とフレーム３との間には、該ラム９を往復動
作させるための駆動源ユニット２９が介在されている。

駆動源ユニット２９は、四角形状のフレーム取付板３１
ａに円形容器３１ｂの底面を当て、これにセラミックア
クチュエータ３３を収納してＭ３１Ｃを被せ、該蓋３１
ｃを前記取付板３１ａにばね３１ｄを介してボルト３１
ｅで固定したものである。

駆動源ユニット２９は、ラム９を下方に押し下げた状態
でフレーム３とラム９との間に挿入され、ボルト３５で
前記フレーム３の下面に固定されるようになっている。

又、前記容器３１ｂと蓋３１Ｃとは上下方向に摺動可能
となっており、セラミックアクチュエータ３３が伸張し
た場合には、セラミックアクチュエータ３３の下面で蓋
３１ｃを下方に押圧し、ばね７に抗してラム９を下方に
押し下げることが可能である。

セラミックアクチュエータ３３は、圧電素子を積層して
構成され、積層された圧電素子のほとんどは電気−変位
変換索子３３ａとして利用され、内一枚は圧力検出素子
３３ｂとして利用されるようになっている。

駆動源ユニット２９の圧電素子の積層枚数は、ラム９の
最大往復動作長（ストローク）に応じて調整され、又、
並列数（本例では９）はブレストン数に応じて調整され
るものである。

セラミックアクチュエータの例としては、例えば日本電
装株式会社が開発した「圧電式アクチュエータ」の例が
ある。

本アクチュエータによれば、Ｑ、５＋ｎ＋ｎの厚みのＰ
ＺＴ系圧電素子に３００〜４００ボルトの電圧を印加す
ると、ｍ５ｅｃ単位の超スピードで変位２０〜３０μ、
力８００　ｋａを出力することができるので、積層数５
０〜１００、並列数９で変位１〜３ＩｌｌＩ１１１カフ
、２トンを出力すことができる。

従って、例えば、抗張力３２、厚み０．６ｍｍの鋼板を
、巾５０１１１１１１で切断すると共に直径８ｍｍの穴
２個を穴明は加工する例では、ストローク約１１１１ｆ
ｆ１１荷重１９２４ｋｇが必要とされるので、積層数５
０、並列数９（ストローク長１　ｍｓ、最大荷重７．２
トン）のユニット２９で事足りることになる。　駆動源
ユニット２９は、積層数、並列数の異なる各種のものを
準備しておき、作業に応じて使い分ければ良い。

上記構成のプレス機械において、図右方から挿入された
ワークピースＷの先端をパンチＴ２の突き当てＧに突き
当てた状態でラム９が下降され、位置Ｐ＋　、Ｐ２に所
定のパンチ加工が行われると共に、位２ｔ　Ｐ　３で製
品Ｗｅが切断されることになる。送材とラム９の下降は
同期信号によって制御され、穴明は加工された製品Ｗｅ
が次々と制作される。

第３図は制御装置のブロック図である。第４図は第３図
に示すマイクロプロセッサ３５の機能を示すブロック図
である。

制御装置は、マイクロプロセッサ３５を有して構成され
ている。マイクロプロセッサ３５には、入出力インタフ
エイス３７．ＲＯＭ３９．ＲＡＭ４１　、Ｄ／Ａコンバ
ータ４３．Ａ／Ｄコンバータ４５が接続されている。

前記Ｄ／Ａコンバータ４３には、電圧増幅器４７を介し
て前記セラミックアクチュエータ３３の電気・変位変換
素子３３ａが接続されている。又、前記Ａ／Ｄコンバー
タ４５には、前記圧力検出器３３ｂと、位置検出器４９
が接続されている。

第４図に示すように、前記マイクロプロセッサ３５は、
機能的には、加工条件入力部３５ａと、加エバターン生
成部３５ｂと、比較・出力演算部３５ｃを有している。

加工条件入力部３５ａはワークピースＷの材質、板厚、
加工形状等のキー人力等により、各種加工条件を入力設
定するものである。

加エバターン生成部３５ｂは、第５図に示した剪断特性
図に基いて、前記入力条件に応じて最適の加エバターン
を生成するものである。即ち、板金等の板材の剪断では
、図示の如く変位に対して降伏点Ｐａ１破断点ｐｂを有
するので、ここで、剪断精度が最良となるよう変位−速
度、又は、変位−圧力の最適加エバターンを設定する。

加エバターンは時間−速度で設定されることもある。

比較・出力演算部３５０は、前記圧力検出器３３ｂ及び
位置検出器４９の検出値と設定値とを比較することによ
り、前記セラミックアクチュエータ３３に最適制御値（
電圧）を出力するものである。

第６図は第３図に示した制御装置の作用を示すフローチ
ャートである。

ステップ６０１では、加工条件を設定する。

ステップ６０２では、変位（位置）に対する加工速度、
加圧力等の加エバターンを生成する。即ち、第５図にお
いて、降伏点ｐａまでは変位量に対する反力が大きいが
、降伏点ｐｂを越えると変位量に比して反力が小さくな
る。つまり、加工の初期段階では、単位変位量に対して
大きな力の変化がいるが、後段階では単位変位量に対し
ほぼ一定の力で良い事になる。そこで、高精度の剪断を
行うべく、位置、速度、圧力に対する最適パターンを設
定する。

ステップ６０３では、ステップ６０２で設定された加エ
バターンに応じてセラミックアクチュエータ３３に所定
電圧を与えるためのパラメータを演算する。このパラメ
ータはユニット２９に応じて設定される。

ステップ６０４では、パラメータによりセラミックアク
チュエータ３３を駆動し、試し加工を行う。

ステップ６０５，６０６では加エバターンと実加工との
比較をし、両者の差が大きければ再度パラメータを修正
する。

ステップ６０７では、修正パターンによって次の加工を
する。加工中に加エバターンに異常な変化が生じたとき
は、金型破損や２枚重ね打ち等を判断して異常処理を実
行する。

以上の通り、本例によれば、パンチＴ＋　、Ｔ２を加工
条件に応じて最適パターンで純電子的に制御することが
できるので、ファインパンチ、ファインブランキングが
可能となり、ワークピースＷから精度良好な製品Ｗｅを
製作することができる。

又、本例では、セラミックアクチュエータ３３内に圧力
検出器３３ｄを介在させたので、圧力検出を容易に行え
て、圧力のフィードバック制御によりパンチＴＩ　、Ｔ
２を所定の加エバターンで制御可能である。

更に、本例では、設定された加エバターンと実際の加エ
バターンとを比較する演算部３５ｃを設けたので、異常
検出が容易に行えて、不良を発生したり、金型を損傷し
たりする機会が減少する。

又、更に、駆動源ユニット２９を機械本体に対し着脱容
易としたので、ユニット２９が容易に交換でき、加工条
件に応じて最適制御をすることが可能である。

なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではな
く、適宜の設計的変更を行うことにより、他の態様でも
実施し得るものである。

［発明の効果］ 以上の通り、この発明に係るプレス機械によれば、プレ
ス機械の駆動源として電気・変位変換素子を用いたので
、プレス機械の構成を簡易とし加工制御を高速、正確に
行える。

又、この発明に係る駆動源ユニットによれば、適宜数の
電゛気・変位変換素子を直・並列接続して構成している
ので、プレスの加工条件に応じて所望のユニットを選択
することができ、被加工物を最適パターンで加工するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るプレス機械御装置の
ブロック図、第５図は塑性材料の変位−力の特性図、第
６図は上記制御装置の作用を示すフローチャートである
。 ９・・・ラム １１・・・ダイ ２９・・・駆動源ユニット ３３・・・セラミックアクチュエータ Ｗ・・・ワークピース Ｗｅ・・・製品 Ｔ＋　、Ｔ２・・・パンチ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）プレス機械のフレームにラムを往復動自在に設け
   、前記ラムと前記フレームとの間に、電気エネルギを与
   えることにより伸縮動作を行う適宜数の電気・変位変換
   素子を直・並列に組み合わせて成る駆動源を介在させ、
   前記電気・変位変換素子に所定の電気エネルギを与える
   ことにより前記ラムを往復動作させるようにしたことを
   特徴とする駆動源として電気・変位変換素子を用いたプ
   レス機械。
2. （２）前記電気エネルギは、被加工物の材質、厚み、加
   工種に応じ、変位の関数としてパターン設定されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の駆動源として
   電気・変位変換素子を用いたプレス機械。
3. （３）前記電気・変位変換素子には、圧力−電気変換素
   子が直列に添設されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電気・変位変換素子を備えたプレス機械。
4. （４）面部を対向させて配設した一対の板部材間に、電
   気・変位変換素子を直・並列に組み合わせて成る素子群
   を介在させ、該素子群を前記一対の板部材間で圧縮付勢
   して固定する圧縮固定手段を設けて構成したことを特徴
   とするプレス機械の駆動源ユニット。
5. （５）前記電気・変位変換素子には、圧力−電気変換素
   子が直列に添設されることを特徴とする特許請求の範囲
   第４項記載のプレス機械の駆動源ユニット。