(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクモーション機構で上下動する荷重とリンクモーション機構で上下動する荷重を有するプレスのダイナミックバランサ装置であって、前記クランクモーション機構で上下動する荷重に対応してクランクモーションで上下動するバランスウェイトを有する第１バランサと、前記リンクモーション機構で上下動する荷重に対応してリンクモーションで上下動するバランスウェイトを有する第２バランサとを備え、前記リンクモーションバランサとクランクモーションバランサとの合成加振力を前記両荷重の変位による加振力にバランスさせるようにしたことを特徴とするダイナミックバランサ装置。
【請求項２】
前記プレス装置がダブルアクションプレス装置であり、クランクモーション機構で上下動する荷重にクランク機構により上下動するクランクモーションラムが含まれ、前記リンクモーション機構で上下動する荷重に前記クランクモーションラムに対向して変位するリンクモーションラムが含まれ、前記クランクモーションラムがアッパーラムであり、前記リンクモーションラムがロワラムである請求項１記載のダイナミックバランサ装置。
【請求項３】
前記クランクモーション機構で上下動する荷重に、さらに前記ロワラムのリンク機構内にクランクモーションをリンクモーションに変換するためのスライダが含まれている請求項２記載のダイナミックバランサ装置。
【請求項４】
前記第２バランサは、一端が前記ロワラムに連結された第１リンクと、該第１リンクの他端に一端が連結され中間部が固定フレームに枢着された第２リンクと、該第２リンクの他端部に一端が連結されている第３リンクと、該第３リンクの他端に支持されているバランスウェイトからなることを特徴とする請求項２又は３記載のダイナミックバランサ装置。
【請求項５】
前記第２バランサは、前記ロワラムの両側に配置されている請求項２、３又は４記載のダイナミックバランサ装置。
【請求項６】
前記第１バランサは、クランク主軸のクランクに連結された連接棒と、該連接棒の他端に連結支持されたバランスウェイトからなる請求項１〜５何れか記載のダイナミックバランサ装置。
【請求項７】
前記第１バランサが、クランク主軸の中央部に設けられている請求項６記載のダイナミックバランサ装置。
【請求項８】
前記第１バランサのバランスウェイトは、クランク主軸が貫通してクランクが回転できる貫通孔が形成され、該貫通孔を前記メインクランク主軸が貫通し、クランク主軸線とバランスウェイト軸線が直交して上下動するように、前記バランスウェイトが垂直方向にカイドされている請求項７記載のダイナミックバランサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス、特にダブルアクションプレスに好適であるダイナミックバランサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、深絞り加工によって薄肉飲料缶等の２ピース缶を成形加工するプレス装置として、ダイが取り付けられているロワラムとパンチが取り付けられているアッパーラムが対向して上下動する所謂対向ラム方式のダブルアクションプレス装置が知られている。近時、缶材のより一層の薄肉化と共に、化学溶剤等の使用の減少を図るプラスチックラミネート缶材を使用した深絞り缶が求められ、長いストロークと高いプレス圧力が要求されると共により一層の高速化が求められている。プレス装置は、往復運動するラムの慣性力等の周期的な不平衡力による加振力によって振動が発生し、その振動が基礎を通じて周囲に伝播して、振動公害を発生させる等、種々の悪影響を及ぼす。特にストロークが長く、しかも高い圧力が要求される上記のようなプレス装置において、高速化した場合強い振動が発生するので、高速運転を可能にするためには、プレス装置自体の振動抑制は避けられない課題である。
【０００３】
一般に機械装置において、周期的な不平衡力の発生を抑制する方策として、該不平衡力に対向するバランスウェイトを逆の位相で変位させて不平衡力を打ち消す方法が知られている。しかしながら、ダブルアクションプレスのように２個のラムが変位する場合は、その加振力の波形が複雑となり、それに対応してバランス質量を変位させるには複雑な機構が必要である。特に、一方のラムがリンク機構によってドウェルを有するような変位をする場合、両ラムによって発生する合成の加振力は、より複雑な波形となり、それに対応する逆位相波形でバランス質量を変位させることは困難である。
【０００４】
本出願人は、上記問題点を解決する方策として、プレス装置のクランク主軸とギア伝動により回転するサブクランク軸に連接棒を介してバランスウェイトを懸垂して設け、ギア伝動の噛み合い比及びサブクランク軸のクランクレバーと連接棒長さ比を適宜選択することによってバランスウェイトの振動位相を調節できるようにして、アッパーラムとロワラムの加振力とバランスする加振力を発生するようにしたダイナミックバランサ装置を先に提供した（特開平４−１０７３４２号公報）。また、他の手段として、対向して変位する二つのスライドに別々にバランサを設けてプレス慣性をバランスさせるようにしたものが提案されている（特開平９−２８５８９７号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記提案されている従来技術は、周期的に複雑な波形で変動する加振力に対して近似的にバランスさせることができるが、対向動するラムによって発生する複雑な加振力を完全に打ち消すまでに到ってなく、不平衡力が残留し高速運転に制限を受けている。また、バランサ機構が前者は歯車機構を採用しているため構造が複雑である。後者は何れのバランスウェイトもリンクモーションで変位するがリンクモーションを得るためのクランクモーション部の加振力に対してバランスがとれてなく、しかもリンク機構が複雑な構造となっている等の問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上下動するアッパーラムとロワラムを有するダブルアクションプレス等、クランクモーション機構で上下動する荷重とリンクモーション機構で上下動する荷重を有するプレス装置において、周期的に複雑な波形で変動する加振力であっても、極めて簡単な機構によって効果的に抑制することができ、しかも位相や加振力の大きさを簡単に調節することができ、従来と比べて飛躍的に高速運転が可能であり、さらに構造が簡単で省スペースを図ることができるプレスのダイナミックバランサ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成する本発明のプレスのダイナミックバランサ装置は、クランクモーション機構で上下動する荷重とリンクモーション機構で上下動する荷重を有するプレス装置のダイナミックバランサであって、前記クランクモーション機構で上下動する荷重に対応してクランクモーションで上下動するバランスウェイトを有する第１バランサと、前記リンクモーション機構で上下動する荷重に対応してリンクモーションで上下動するバランスウェイトを有する第２バランサとを備え、前記リンクモーションバランサとクランクモーションバランサとの合成加振力を前記両荷重の変位による加振力にバランスさせるようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】
前記プレスがダブルアクションプレスである場合、クランクモーション機構で上下動する荷重にクランク機構により上下動するクランクモーションラムを含み、前記リンクモーション機構で上下動する荷重に前記クランクモーションラムに対向して変位するリンクモーションラムを含むようにし、アッパーラムに前記クランクモーションラムを採用し、且つロワラムに前記リンクモーションラムを採用するのが望ましい。さらに、前記クランクモーション機構で上下動する荷重に、さらに前記ロワラムのリンク機構内にクランクモーションをリンクモーションに変換するためのスライダも含めることによって、リンクモーションを得るためのクランクモーション部の加振力に対しても良好にバランスをとることができる。
【０００９】
前記第２バランサは、一端がロワラムに連結された第１リンクと、該第１リンクの他端に一端が連結され中間部が固定フレームに枢着された第２リンクと、該第２リンクの他端部に一端が連結されている第３リンクと、該第３リンクの他端に支持されているバランスウェイトで構成することによって、簡単なリンク機構でラムの加振力と逆位相で変位させることができる。第２バランサは、前記ロワラムの両側に対向して配置することによって、水平方向の加振力を発生させることなく、垂直方向の加振力のみを効果的に発生させることができ、望ましい。
【００１０】
また、前記第１バランサは、クランク主軸のクランクに連結された連接棒により上下動するバランスウェイトで構成することによって、単純なクランク機構によってバランスウェイトを変位させてラム及びスライダの加振力にバランスさせることができる。そして、該第１バランサをクランク主軸の中央部に設けることによって、単一のバランサで効果的に加振力を抑制することができる。そしてより望ましくは、第１バランサのバランスウェイトは、クランク主軸が貫通してクランクが回転できる貫通孔が形成され、該貫通孔を該クランク主軸が貫通し、クランク主軸線とバランスウェイト軸線が直交して上下動するように、前記バランスウェイトが垂直方向にガイドされていることである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１〜図５は対向ラムダブルアクションプレスに本発明のダイナミックバランサ装置を適用した場合の実施形態を示し、図１は要部を示す正面図であり、図２〜図３はラムの駆動部を示す側面図であり、図４〜図５はダイナミックバランサ装置部を示す斜視図である。
【００１２】
本実施形態におけるダブルアクションプレス１は、アッパーラム２とロワラム３とが互いに対向して上下動するように、本体フレームに配置されている。本体フレームは、ベース４から立設された支柱５にベッド６、クラウン９及び適宜の支持パネル等を固定して構成されている。該本体フレームにクランク主軸７が幅方向に中間部を貫通して回転駆動可能に支持されている。クランク主軸７は、図示しない動力源により適宜の伝動機構を介して回転駆動される。該クランク主軸７には、図５に示すように、左右一対のアッパーラム駆動用クランク１３、左右一対のロワラム駆動用クランク１５、そして中央部に後述する第１バランサ駆動用クランク３０からなる、合計５個のクランクを有している。前記アッパーラム駆動用クランク１３とロワラム駆動用クランク１５は異なった位相となっており、また前記アッパーラム駆動用クランク１３と第１バランサ駆動用クランク３０は略逆位相に形成されている。
【００１３】
アッパーラム２はクランク機構によって上下動され、その駆動機構が図２に明示されている。アッパーラム２は４隅を本体フレームに固定されたガイドブッシュ８に上下動自在に嵌合しているポスト１０の上端に固定されている。該ポスト１０の下端は２本づつクロスヘッド１１で連結され、該クロスヘッドの中間部が、クランク主軸７のアッパーラム駆動用クランク１３に連接棒１２を介して連結され、アッパーラム２の駆動機構を構成している。従って、アッパーラムは、クランク主軸の回転により、図６の変位曲線ａに示すように、クランクモーションにより上下に正弦運動を行う。
【００１４】
一方、ロワラム３は、リンク機構によって上下動され、その詳細が図３に示されている。図中、２０が前記クランク主軸７のロワラム駆動用クランク１５に連接棒２１を介して連接されたスライダであり、本体フレームに固定されたスライダガイド２２に案内されてクランク主軸７の回転に伴って上下動する。該スライダ２０に左右対称に第１アーム２３の基端が回動自在に軸着され、該第１アーム２３の他端に中間が本体フレームに突設されたピポットピン２４に回動自在に軸着された第２アーム２５、他端が前記ロワラム１５に連結された第３アーム２６が順次回動自在に連結されて、リンク機構を構成している。
【００１５】
従って、ロワラムはトグル機構となっており、クランク主軸７が回転して第２アーム２５がピポットピンを中心に回転することにより、ロワラムに大荷重が作用してもピポットピンで力を受けるので、上死点で高負荷状態を維持することができる。即ち、駆動系のトルク負担を少なくして、大荷重に耐えることができる。また、ロワラムの変位は上記のようなリンク機構を採用することにより、図６に変位曲線ｂ示すように、上死点で適宜時間幅のドウェルがとれる。
【００１６】
そして、各アームの長さ及び配置の組合せにより、ロワラムの変位カーブを最適に選定することができる。また、スライダ２０には左右対称に第１アーム〜第３アームからなるリンク機構を設けてあるので、該リンク機構による水平方向は互いに逆向きになって相殺されるので、水平方向の加振力は発生せず、垂直方向の加振力のみが発生する。
【００１７】
本実施形態ではこのダブルアクションプレスを、深絞り加工によって薄肉缶を成形加工する薄肉缶成形加工プレスに適用する場合を示し、アッパーラム２には、図示してないが、深絞り用のパンチが取付けられ、ロワラム３には深絞り加工用のダイが取付けられている。また、本体フレームの上部部分には、アッパーダイシューが固定され、前記パンチが貫通する位置に対応して、その下端でダイ上面との間で被成形品を狭持するリドロースリーブ、該リドロースリーブのフランジ上面を加圧するしわ押え用シリンダ等が固定されている。さらに、本体フレームの下方部には、ロワラムに取り付けられているダイを貫通できるようにノックアウトピンが固定されている。
【００１８】
以上がダブルアクションプレスの基本構成であるが、ロワラムの上下動機構としてリンク機構を採用しているためリンク機構固有の複雑な加振力カーブがプレスに発生し、高速運転した場合、振動が大きくなる問題点があるが、本発明では以下に述べるようなバランサー機構によって、装置本来の加振力をバランスウェイトの加振力で略完全に打ち消し、高速化に対応できるようになっている。
【００１９】
本実施形態のダイナミックバランサは、クランクモーション機構で上下動する荷重であるアッパーラム２及びスライダ２０により発生する合成加振力と同じ大きさの逆位相の加振力を発生する第１バランサ１７と、リンクモーション機構で上下動する荷重であるロワラム３により発生する加振力と同じ大きさの逆位相の加振力を発生する第２バランサ１８とから構成されている。第１バランサ１７は、図４に示すように、クランク主軸７の中央部の第１バランサ駆動用のクランク３０に連接棒３２を介して、第１バランスウェイト３３、３４が設けられて構成されている。第１バランスウェイト３３には、クランク主軸７が貫通して前記クランク３０が回転できる貫通孔１９が形成され、該貫通孔１９を前記クランク主軸７が貫通している。第１バランスウェイト３３、３４は、クランク主軸の回転軸心とバランスウェイトの上下動軸心が直交して垂直に上下動するように、本体フレームに設けられた図示してないガイドにより案内されている。
【００２０】
従って、クランクの回転軸心とバランスウェイトのスライド軸心のオフセットがないので、バランスウェイトに水平分力を発生させることなく、正確に垂直に変位させることができ、アッパラムの上下動と正確にバランスが取れる。第１バランサ駆動用のクランク３０とアッパーラム駆動用のクランク１３とは略逆位相になっているため、アッパーラム２と第１バランスウェイト３３は略逆位相で変位するようになっている。
【００２１】
第２バランサ１８は、図５に明示されているように、ロワラム３の左右両側に設けられ、本体フレームに固定されたブラケット３５に枢着された第２リンク（中間リンク）３６の両端に第１リンク３７、第３リンク３８が夫々枢着され、第１リンク３７がロワラムの下端に枢着され、第３リンク３８の他端に第２バランスウェイト３９が支持されている。該第２バランスウェイトは、図示してないが適宜手段により、本体フレームに設けられたガイドにより、垂直に上下動するように案内されている。従って、ロワラム３が上下動することによって、第１リンク〜第３リンクを介して、第２バランスウェイト３９が逆位相で上下に変位するようになっている。
【００２２】
本実施形態のバランサ装置を有するダブルアクションプレスは、以上のように構成され、アッパーラム２及びロワラム３は、クランク主軸が回転することによって、アッパーラム２は、図６の（ａ）曲線で示すように単純なクランクモーションでサイン曲線で変位し、ロワラム３はクランクとリンク機構の組合せによって、（ｂ）曲線で示すように上死点近傍ではドウェルを有し、下死点ではサイン曲線形に変位する。なお、図６において縦軸の変位０の位置が缶フィード基準線である。
【００２３】
缶の深絞り成形は、前工程で予め浅く絞られた被成形物（セル）はフィード基準線レベルに配置されたコンベヤでダイの位置まで搬送され、ダイの上昇径路に供給される。そのときアッパーラム２は上死点から下降を開始している位置に、ロワラム３は下死点から上死点に向けて上昇中である。クランク主軸７の回転でリンク機構によりロワラム３がさらに上昇し、それに伴ってダイの上端が被成形物の下面を支持して上昇させ、その底壁内面をほぼドウェル開始位置付近で、リロドースリーブの下端に圧接させ、ダイとリドロースリーブとによって被成形物の底壁内周部を押圧狭持してしわ押えを行ない、以後成形終了までしわ押えを持続する。
【００２４】
同時にアッパーラム２は、クランクモーションによりクロスヘッド１１介してポスト１０が下降することにより下降し、アッパーラム２に取り付けられたパンチが下降してダイ上面に保持された被成形物の成形を行なう。その際、ロワラムとアッパーラムが両方とも移動して互いに接近するので、その成形速度も一方向複動ラムの場合と比べて、極めて高速で成形が行なわれる。クランク主軸７が略９０°から１８０°回転するまでの間に深絞りが行なわれて所定の深さの絞りと薄肉化を完了する。絞り深さの調節は、ノックアウトの先端ヘッド部材、パンチヘッド部材、及びリドロースリーブを適宜長さのものに選定して取り代えることにより適宜調節できる。従って、同一駆動によって絞り深さが順次増すように複数組のダイ及びパンチをセットしてトランスファーすることにより、一連の工程が一台の装置により自動的に行なわれる。
【００２５】
成形が終了してクランクの回転が復行程に移るとロワラムは下降し、アッパーラムは同時に上昇するので、成形済みの被成形物は、ダイ、リドロースリーブ及びパンチヘツドから離れ、空間部にその底壁をノックアウトに支持される状態になる。その状態でトランスファーフィンガードライブ軸が揺動してトランスファーフィンガーにより被成形物をノックアウトから取出し、次行程に搬送する。
【００２６】
上記のダブルアクションプレスにおいて、アッパーラム２及びロワラム３及びスライダ２０が上下動することによって、それに対応して図７に示すような波形（ｃ）（ｄ）（ｅ）の加振力がそれぞれ発生する。図７に示す加振力は本実施形態装置を１５０ストローク／分で稼動した場合である。バランサが無い場合のプレスの加振力はこれらの合成加振力となり、太曲線（ｆ）に示すように複雑な波形となる。そのため、このような複雑な加振曲線を有する加振力に見合うカウンターバランスを従来のバランサ装置で得ることは困難であったが、本発明はリンクモーションで変位するバランスウェイトとクランクモーションで変位するバランスウェイトとを組合せることによって、前記複雑な加振曲線を有する加振力に略完全に一致するカウンターバランスを発生させることができ、ダブルアクションプレスの振動を従来比べて特段に低減することができたものである。なお、該線図において縦軸はの加振力０の位置から上方は下向きの加振力を下方は上向きの加振力を表している。
【００２７】
上記加振力に対するカウンターバランスを発生させる本実施形態のバランサ機構によって発生する加振力曲線が図８に示されている。図において、曲線ｇが第１バランサ１７による加振力のプレス角度（クランク主軸回転角度）に対する変化を示し、同じく曲線ｈが第２バランサ１８による加振力の変化を示している。そして、曲線ｉがそれらの合成加振力、すなわち本実施形態のバランサ機構による加振力を表している。そして、図９は図７に示すバランサ無しの合成加振力曲線ｆと図８に示すバランサ合成加振力曲線ｉとを示したものであり、該図から明らかなように、２つの加振力曲線は略完全に同じ大きさで逆位相となって、バランスしている。従って、その２つの加振力の合成加振力であるプレス装置全体の加振力は、加振力線ｊで示すように加振力が略０のまま変化する直線となっており、プレス行程中加振力を殆ど発生させないことができる。
【００２８】
以上のように、本発明によれば第１バランサと第２バランサ装置を組み合わせることによって、複雑な加振力を発生させるダブルアクションプレスであっても、上記バランサ機構によるダイナミック荷重によって略完全にバランスさせることができ、振動の発生を略完全に抑えることができた。従って、プレスの高速運転が可能となり、毎分１５０ストローク以上の高速運転してもほとんど振動が発生しなかった。
【００２９】
上記第２バランサ及び第１バランサ共に構造が非常に単純であるので、ダイナミックバランサの位相や質量をプレスに発生する加振力に合わせて簡単に調整することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のダイナミックバランサ装置は、以上のように構成され、次のような格別な効果を奏する。
クランクモーション機構で上下動する荷重とリンクモーション機構で上下動する荷重を有するプレス、特に上下動するアッパーラムとロワラムを有するダブルアクションプレスにおけるような周期的に複雑な波形で変動する加振力に対して、極めて簡単な機構によってそれとバランスする逆位相の加振力を発生させることができ、効果的に振動を抑制することができ、従来と比べてプレスを飛躍的に高速運転することが可能となった。
【００３１】
特に、ダイナミックバランサ装置がクランクモーションで駆動するバランサとリンクモーションで駆動するバランサの組合せであるから、リンクモーションで変位するロワラムとクランクモーションで変位するアッパーラムに別々に独立してバランスさせることができるので、ラムの加振力に正確にバランスさせることができる。そして、位相及び加振力の大きさの調節も別々に簡単にできる。また、クランクモーションで上下動する第１バランサは、アッパーラム荷重ばかりでなく、ロワラムのリンク機構内にクランクモーションをリンクモーションに変換するためのスライダ荷重ともバランスをとるようにすることによって、より完全に振動を抑制することができる。
【００３２】
また、ダイナミックバランサの駆動機構が歯車機構等を用いず、単純なリンク機構やクランクモーションのみであるから、従来のバランサ機構と比べて構造が非常に簡単であり、設備コストの低減化を図ることができると共にその調整や保守も容易である。
【００３３】
前記第２バランサは、一端がロワラムに連結された第１リンクと、該第１リンクの他端に一端が連結され中間部が固定フレームに枢着された第２リンクと、該第２リンクの他端部に一端が連結されている第３リンクと、該第３リンクの他端に支持されているバランスウェイトで構成することによって、簡単なリンク機構でラムの加振力と容易に逆位相で変位させることができる。第２バランサは、前記アッパーラムの両側に対向して配置することによって、水平方向の加振力を発生させることなく、垂直方向の加振力のみを効果的に発生させることができる。
【００３４】
前記第１バランサは、クランク主軸のクランクに連結された連接棒により上下動するバランスウェイトで構成することによって、単純なクラン機構によってバランスウェイトを変位させてラム及びスライダの加振力にバランスさせることができる。また、第１バランサをクランク主軸の中央部に設けることによって、単一のバランサで効果的に加振力抑制することができる。さらに、請求項８によれば、常にクランク主軸線とバランスウェイト軸線が直交して上下動するから、より確実にアッパーラムの加振力にバランスする垂直方向の加振力を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るダブルアクションバランサの要部を示す正面概略図である。
【図２】アッパーラムの駆動機構を示す側部断面概略図である。
【図３】ロワラムの駆動機構を示す側部断面概略図である。
【図４】アッパーラム駆動機構、スライダ及び第１バランサ装置の要部を示す正面断面概略図である。
【図５】ロワラム駆動機構及びロワラム装置の要部を示す正面断面図である。
【図６】アッパーラムとロワラムの変位曲線図である
【図７】ラムの発生加振力線図である。
【図８】バランサの加振力線図である。
【図９】プレス加振力線図である。
【符号の説明】
１  ダブルアクションプレス            ２  アッパーラム
３  ロワラム                          ４  ベース
５  支柱                              ６  ベッド
７  クランク主軸                    １０  ポスト
１２、２１、３２  連接棒
１３  アッパーラム駆動用クランク
１５  ロワラム駆動用クランク          １７  第１バランサ
１８  第２バランサ                    ２０  スライダ
２２  スライダガイド                  ２３  第１アーム
２５  第２アーム                      ２６  第３アーム
３０  第１バランサ駆動用クランク      ３３  第１バランスウェイト
３６  第２リンク                      ３７  第１リンク
３８  第３リンク                      ３９  第２バランスウェイト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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