(57)【要約】【課題】複雑な形状の板金製品を逐次成形する装置に適した駆動装置を提供する。【解決手段】本発明の逐次成形用駆動装置（Ｄ１）は、被加工材を塑性加工する加工具を第一軸方向に駆動する第一駆動手段（１）と、加工具を第二軸方向に駆動する第二駆動手段（２）を備える。第一駆動手段は、第一軸方向で進退動し得ると共に加工具に連結され得る加工軸部と、第一軸方向に延在する第一送りねじ軸と第一送りねじ軸に螺合して加工軸部を第一軸方向に進退動させる第一スライダとからなる第一送りねじ機構部と、第一送りねじ軸を回転させる第一回転駆動部とからなる。第二駆動手段は、少なくとも第二軸方向に関して第一駆動手段と一体的に変位する連結体と、第二軸方向に延在する第二送りねじ軸と第二送りねじ軸に螺合して連結体を第二軸方向に変位させる第二スライダとからなる第二送りねじ機構部と、第二送りねじ軸を回転させる第二回転駆動部とからなる。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材を塑性加工する加工具を第一軸方向に駆動する第一駆動手段と、
該加工具を第二軸方向に駆動する第二駆動手段と、
該第一駆動手段および第二駆動手段を支持する筐体とを備え、
該第一軸と該第二軸により構成される主平面上で該加工具を二次元的に移動させることにより該筐体に対して相対移動する該被加工材へ三次元的形状を付与する逐次成形用駆動装置であって、
前記第一駆動手段は、
前記第一軸方向で進退動し得ると共に前記加工具に連結され得る加工軸部と、
該第一軸方向に延在する第一送りねじ軸と該第一送りねじ軸に螺合して該加工軸部を該第一軸方向に進退動させる第一スライダとからなる第一送りねじ機構部と、
該第一送りねじ軸を回転させる第一回転駆動部とからなり、
前記第二駆動手段は、
少なくとも該第二軸方向に関して該第一駆動手段と一体的に変位する連結体と、
該第二軸方向に延在する第二送りねじ軸と該第二送りねじ軸に螺合して該連結体を該第二軸方向に変位させる第二スライダとからなる第二送りねじ機構部と、
該第二送りねじ軸を回転させる第二回転駆動部とからなることを特徴とする逐次成形用駆動装置。
【請求項２】
さらに、前記加工軸部と共に回転する従動ピニオンと、
該従動ピニオンに噛合し前記第二軸方向に延在するラックと、
該ラックに噛合し該ラックを該第二軸方向に進退動させる駆動ピニオンと、
該駆動ピニオンを回転させる第三回転駆動部とを有する第三駆動手段を備える請求項１に記載の逐次成形用駆動装置。
【請求項３】
前記駆動ピニオンおよび前記第三回転駆動部は、前記第二スライダまたは前記連結体と連動する請求項２に記載の逐次成形用駆動装置。
【請求項４】
前記第一回転駆動部は、前記筐体の前記第一軸方向の端部に配設され、
前記第二回転駆動部は、該筐体の前記第二軸方向の端部に配設される請求項１に記載の逐次成形用駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の逐次成形用駆動装置を同一筐体内に複数配設したことを特徴とする逐次成形用駆動ユニット。
【請求項６】
請求項１〜４に記載の逐次成形用駆動装置または請求項５に記載の逐次成形用駆動ユニットを、前記被加工材の相対移動方向へ複数配設したことを特徴とする逐次成形用駆動ユニット群。
【請求項７】
請求項１〜４に記載の逐次成形用駆動装置、請求項５に記載の逐次成形用駆動ユニットまたは請求項６に記載の逐次成形用駆動ユニット群と、
前記被加工材を塑性加工する加工具と、
前記筐体に対して該被加工材を相対移動させる相対移動手段と、
を備えることを特徴とする逐次成形装置。
【請求項８】
前記加工具は、前記第一軸方向に直交する回転軸を有する成形ロールである請求項７に記載の逐次成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型によるプレス成形に依らずに複雑な曲面をも成形し得る逐次成形に好適な逐次成形用駆動装置、逐次成形用駆動ユニットまたは逐次成形用駆動ユニット群と、それらを用いた逐次成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複雑な曲面を有する板金製品は、従来、所望形状に製作された成形用の金型で素材である板材をプレスして成形していた。しかし、その金型は製作に長時間を要すると共に高価であるため、製造数の少ない板金製品にプレス成形は不向きであった。
【０００３】
そこで複雑な曲面を有する板金製品を少数でも効率的に製造できる方法として、下記の特許文献にあるようなロール成形法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２４０７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献にあるロール成形法では、個別に駆動制御された複数のロールで板材を押圧することにより、複雑な三次元形状の板金製品を製作している。もっとも、その特許文献中には、各ロールがサーボーモータで駆動される旨の記載があるだけであり、複数のロールを駆動させる駆動装置に関して、詳しい記載はされていない。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、上述したようなロール成形等により、被加工材を複雑な形状に順次成形（逐次成形）する装置に適した逐次成形用駆動装置、逐次成形用駆動ユニットまたは逐次成形用駆動ユニット群を提供することを目的とする。併せて、それらを備えた逐次成形装置も提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、逐次成形する複数の加工具を、相当な可動範囲を確保しつつ狭い領域内に近接して配置可能とする駆動機構を思いついた。この着想を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
【０００８】
《逐次成形用駆動装置》
（１）本発明の逐次成形用駆動装置は、被加工材を塑性加工する加工具を第一軸方向に駆動する第一駆動手段と、該加工具を第二軸方向に駆動する第二駆動手段と、該第一駆動手段および第二駆動手段を支持する筐体とを備え、該第一軸と該第二軸により構成される主平面上で該加工具を二次元的に移動させることにより該筐体に対して相対移動する該被加工材へ三次元的形状を付与する逐次成形用駆動装置であって、
前記第一駆動手段は、前記第一軸方向で進退動し得ると共に前記加工具に連結され得る加工軸部と、該第一軸方向に延在する第一送りねじ軸と該第一送りねじ軸に螺合して該加工軸部を該第一軸方向に進退動させる第一スライダとからなる第一送りねじ機構部と、該第一送りねじ軸を回転させる第一回転駆動部とからなり、
前記第二駆動手段は、少なくとも該第二軸方向に関して該第一駆動手段と一体的に変位する連結体と、該第二軸方向に延在する第二送りねじ軸と該第二送りねじ軸に螺合して該連結体を該第二軸方向に変位させる第二スライダとからなる第二送りねじ機構部と、該第二送りねじ軸を回転させる第二回転駆動部とからなることを特徴とする。
【０００９】
（２）本発明の逐次成形用駆動装置（以下、適宜「駆動装置」という。）では、被加工材の相対的な移動方向とは異なる第一軸方向および第二軸方向へ、送りねじ機構を利用して加工具を移動させている。このため、送りねじ軸の長さや配置等を調整することにより、加工具から離れた位置に、嵩張るモーター等の駆動部を配置でき、第一軸と第二軸により構成される主平面上（所定の平面間である場合を含む）に駆動装置を配置する際の自由度を大きくすることができる。
【００１０】
従って本発明によれば、加工具と共に駆動装置が複数（さらには多数）になっても、加工具の可動範囲を確保しつつ、上記の主平面上に複数の駆動装置を効率的に配列でき、主平面上に複数の駆動装置をコンパクトに配置した駆動ユニットの形成も容易となる。
【００１１】
また、そのような駆動ユニットは、第一軸方向および第二軸方向に直交する方向や被加工材が相対移動する方向（以下、適宜「主方向」という。）などへ積層状に配置し易く、複数の駆動ユニットからなる駆動ユニット群の形成も容易となる。よって、本発明の駆動装置を用いれば、複数の加工具が集約的に配設された逐次成形装置を容易に実現できるようになる。
【００１２】
《逐次成形用駆動ユニットおよび逐次成形用駆動ユニット群》
上述したことからもわかるように、本発明は単に逐次成形用の駆動装置としてのみならず、それを同一筐体内に複数配設した逐次成形用駆動ユニット（以下、適宜「駆動ユニット」という。）としても、さらには、その駆動装置または駆動ユニットを主方向へ複数配設した逐次成形用駆動ユニット群（以下、適宜「駆動ユニット群」という。）としても把握できる。
【００１３】
そして本発明は、逐次成形用加工具の駆動機構としてのみならず、上述した駆動装置等を備えた逐次成形装置としても把握できる。すなわち本発明は、上述した逐次成形用駆動装置、逐次成形用駆動ユニットまたは逐次成形用駆動ユニット群と、前記被加工材を塑性加工する加工具と、前記筐体に対して該被加工材を相対移動させる相対移動手段と、を備えることを特徴とする逐次成形装置（以下、適宜「成形装置」という。）としても把握できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】成形ロール（加工具）が複数配設された成形装置の様子を示す模式図である。
【図１Ｂ】その成形装置により薄板（被加工材）が成形される様子を正面から見た断面模式図である。
【図１Ｃ】その成形装置により薄板（被加工材）が成形される様子を示す平面模式図である。
【図２Ａ】本実施例に係る成形装置の正面図である。
【図２Ｂ】その成形装置の平面図である。
【図３Ａ】本実施例に係る駆動装置の一例を正面から見た要部断面図である。
【図３Ｂ】その駆動装置の右側面図である。
【図４Ａ】本実施例に係る駆動装置の他例を正面から見た要部断面図である。
【図４Ｂ】その駆動装置の右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書で説明する内容は、上述したいずれの本発明にも適宜該当し得る。従って、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を、上述した各本発明のそれぞれの構成要素に付加し得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、加工対象、加工形状、要求仕様等によって異なる。
【００１６】
《被加工材》
本発明に係る被加工材は、塑性加工が可能であれば、その形態や材質は問わない。通常、被加工材は金属板、特に低炭素鋼板や高張力鋼板などである。
【００１７】
本発明の成形装置は、複雑な形状の板金製品を少数成形する場合に好適であるが、本発明では成形形状や製作数等を問わない。
【００１８】
《加工具》
本発明に係る加工具は、成形可能ならその種類や形態（材質を含む）を問わない。加工具には、例えば、ロール、ボール、へら等があるが、特に上述した第一軸方向に直交する回転軸を有する成形ロールであると好ましい。
【００１９】
いずれの加工具も、相対移動する被加工材上を押圧しつつ転動または摺動することにより、被加工材を所望形状に成形する。加工具には、基本的な転動方向または摺動方向が特定されるものもあるが、その支持軸を回転させれば、加工具を種々の方向へ移動させつつ被加工材を成形することが可能となる。
【００２０】
《駆動装置》
本発明の駆動装置は、被加工材の相対的な移動方向である主方向と異なる少なくとも二方向（第一軸方向と第二軸方向）へ加工具を駆動する第一駆動手段と第二駆動手段を備える。さらには、それらいずれの方向とも異なる第三方向へ加工具を駆動する第三駆動手段を備えると、加工具の可動できる自由度が高まり、より複雑な成形が可能となって好ましい。
【００２１】
具体的にいうと、本発明の駆動装置は、さらに、加工軸部と共に回転する従動ピニオンと、従動ピニオンに噛合し第二軸方向に延在するラックと、ラックに噛合しラックを第二軸方向に進退動させる駆動ピニオンと、駆動ピニオンを回転させる第三回転駆動部とを有する第三駆動手段を備えると好適である。ちなみに、その駆動ピニオンおよび第三回転駆動部は、第二スライダまたは連結体と連動していると、第三駆動手段単独による制御が可能となり、駆動ユニットのコンパクト化が図れて好ましい。
【００２２】
なお、本発明に係る座標系は特に限定されないが、通常は、各座標軸が直交するデカルト座標系である。そこで、本明細書では、適宜、主方向をＸ軸方向、第一軸方向（加工軸方向）をＺ軸方向、第二軸方向をＹ軸方向といい、加工具を第一軸（加工軸）回りに回転させる方向をθ方向という。
【００２３】
また本発明の成形装置が複数の加工具を備える場合、通常、各加工具毎に駆動装置が必要となり、本発明の駆動装置は前述した駆動ユニットや駆動ユニット群へ発展する。この際、第一回転駆動部は、筐体の第一軸方向の端部に配設され、第二回転駆動部は、筐体の第二軸方向の端部に配設されていると、駆動ユニットさらには駆動ユニット群のコンパクト化を図れて好ましい。
【実施例】
【００２４】
《実施例１》
本発明の逐次成形装置に係る一実施例である成形装置Ｓの要部を図１Ａに示した。また、成形装置Ｓにより薄い鋼板からなるワークＷ（被加工材）が成形ロールＲ（加工具）により曲面状に成形される様子を図１Ｂおよび図１Ｃに示した。なお、便宜上、図１Ｂおよび図１Ｃには、ワークＷの上面側で一列に配置された３つの成形ロールＲ（ユニットＵ）により成形される様子だけを示した。
【００２５】
ワークＷは、その外周囲を強く挟持する治具Ｊによって保持されている。この治具Ｊは水平なレールＬ上を送りねじ機構（図略）により所定速度で移動し、これによりワークＷが成形ロールＲに対して図中に示すＸ軸方向（主方向）へ相対移動する。
【００２６】
成形ロールＲは、図中に示すＺ軸方向（第一軸方向）に直交する枢軸（回転軸）を有する短い円柱状部材であり、ワークＷの上面側および下面側にそれぞれ、４行３列状態で配設されている。つまり、成形ロールＲは図中に示すＹ軸方向（第二軸方向）に一列あたり４つ配設されて、一層のユニットＵ（逐次成形用駆動ユニット）が構成され、そのユニットＵがＸ軸方向に順次三層配列されて、ユニット群Ｇ（逐次成形用駆動ユニット群）が構成される。そして成形装置Ｓは、そのようなユニット群ＧがワークＷの上下面側に設けられてなる。
【００２７】
各成形ロールＲは、アームＲａと、その下端部または上端部に軸支された円筒状のロールＲｒとからなる。この成形ロールＲは、後述する駆動装置により、図中に示すＺ軸方向（第一軸方向）へ移動する共に、そのＺ軸方向まわり（図中に示すθ方向）に回転し得る。
【００２８】
《実施例２》
上述した成形装置Ｓの一部を変更し、より具体化した成形装置Ｓ１の正面図を図２Ａに、その平面図を図２Ｂに示した。実施例１と同様な部材には同じ符号を付してその説明を省略した（以下同様）。
【００２９】
成形装置Ｓ１は、ワークＷの上面側および下面側のそれぞれで、三つのユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３（適宜、単に「ユニットＵ」という。）を有し、これらによりユニット群Ｇ１が構成される。ユニットＵ１には成形ロールＲおよびその駆動装置Ｄ（逐次成形用駆動装置）が３つ配置されており、ユニットＵ２には成形ロールＲおよびその駆動装置Ｄ（逐次成形用駆動装置）が４つ配置されており、ユニットＵ３には成形ロールＲおよびその駆動装置Ｄ（逐次成形用駆動装置）が２つ配置されている。
【００３０】
各駆動装置Ｄは、制御装置（図略）の指令に基づき、所定の可動範囲内で各成形ロールＲを独立して、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向およびθ方向に移動させる。なお、各ユニットＵは、二枚の平行な金属板からなるフレームＦ（筐体）によりそれぞれ支持および保持されている。
【００３１】
治具Ｊは、油圧シリンダＪａにより駆動され、ワークＷの把持または解放を行う。この治具Ｊは、モーターＭｍおよび送りねじ機構部Ｍｓからなる駆動装置Ｍ（相対移動手段）に駆動されて、ベースＢ上に設けられたレールＬ上を移動する。これにより、治具Ｊに把持されたワークＷが、成形ロールＲを伴うユニット群Ｇ（またはフレームＦ）に対してＸ軸方向へ相対移動することとなる。
【００３２】
《実施例３》
本発明の逐次成形用駆動装置および逐次成形用駆動ユニットに係る一実施例であって、上述した駆動装置Ｄをより具体化した駆動装置Ｄ１の要部（断面を含む）を示す正面図を図３Ａに、その右側面図を図３Ｂに示した。なお、説明の便宜上、図３Ａおよび図３Ｂには、ワークＷの上面側に配設される１つのユニットＵ内に１つの成形ロールＲおよび駆動装置Ｄ１が配置される場合を示した。また、図３Ａには、金属板５０、６０により構成されるフレームＦから、一方の金属板５０を取り除いた状態を示した。
【００３３】
駆動装置Ｄ１は、成形ロールＲを取り付ける工具取付け台４０と一体化されて図上方へ延在する工具駆動軸４１（加工軸部）をＺ軸方向へ移動させるＺ軸駆動機構１（第一駆動手段）と、工具駆動軸４１をＹ軸方向へ移動させるＹ軸駆動機構２（第二駆動手段）と、工具駆動軸４１をＺ軸回りに回転させるθ駆動機構３（第三駆動手段）とからなる。
【００３４】
なお、工具駆動軸４１は、ケース１２内に嵌挿された工具駆動軸ホルダ４２とボールスプライン４３を介して係合しつつ、工具駆動軸ホルダ４２内を貫通している。このため工具駆動軸４１は、Ｚ軸回り（θ方向）に関して工具駆動軸ホルダ４２と一体的に回転する一方、Ｚ軸方向に関しては工具駆動軸ホルダ４２に拘束されず自在に進退し得る。
【００３５】
Ｚ軸駆動機構１は、フレームＦの上端側に配置されたモーター１０および減速機１１（第一回転駆動部）と、それらの下方に連なる略角筒状のケース１２と、ケース１２内で減速機１１の出力軸に継手１３を介して連結されると共に各種の軸受（ボール軸受、スラスト軸受）により支承されて回転するボールネジ軸１４（第一送りねじ軸）と、ボールネジ軸１４の回転により工具駆動軸４１と一体的にＺ軸方向へ移動するスライダ１５（第一スライダ）とからなる。
【００３６】
なお、スライダ１５は外形が矩形状であって矩形内形を有するケース１２に収容されるため、ボールネジ軸１４が回転しても、自身は回転せずＺ軸方向へ直線運動のみを行う。ちなみに、ボールネジ軸１４およびスライダ１５が本発明でいう第一送りねじ機構部に相当する。
【００３７】
Ｙ軸駆動機構２は、フレームＦの左端側に固定されたモーター２０（第二回転駆動部）と、その右方（Ｙ軸方向）に連なるボールネジ軸２４（第二送りねじ軸）と、ボールネジ軸２４の回転によりＹ軸方向へ移動するナット２３と、ナット２３と一体的にＹ軸方向へ移動するスライダ２５（第二スライダ）とからなる。なお、スライダ２５は、Ｙ軸方向に平行な２枚の連結板２２（連結体）によりＺ軸駆動機構１のケース１２と強固に連結されており、両者はＹ軸方向へ一体的に移動する。また、金属板５０、６０の内面側に介在するケース１２は、Ｙ軸方向へ延在する直動軸受に支承されて、フレームＦに対してＹ軸方向へ移動する。ちなみに、ボールネジ軸２４およびスライダ２５（またはナット２３）が本発明でいう第二送りねじ機構部に相当する。
【００３８】
θ駆動機構３は、フレームＦの下端側に配置されたモーター３０（第三回転駆動部）と、その上方（Ｚ軸方向）へ延在する駆動軸に固定された駆動ピニオン３１と、駆動ピニオン３１を両側から挟むように駆動ピニオン３１と噛合してＹ軸方向へ延在する平行に配置された２本のラック３２と、ケース１２内に収容され、それらラック３２に挟まれるように噛合して工具駆動軸ホルダ４２と一体的に回転する従動ピニオン３３とからなる。なお、モーター３０は、スライダ２５に連結されているため、モーター３０および駆動ピニオン３１は、Ｙ軸駆動機構２によって連結板２２およびスライダ２５と共にＹ軸方向へ移動する。
【００３９】
駆動装置Ｄ１は、上記のような構成により、次のように作動する。先ず、モーター１０を駆動させると、減速機１１によって所定回転数に減速されてボールネジ軸１４が回転する。このボールネジ軸１４の回転量に応じてスライダ１５がＺ軸方向へ直線駆動され、工具駆動軸４１を介して工具取付け台４０に取り付けられた成形ロールＲが所望量だけＺ軸方向に進退動する。
【００４０】
また、モーター２０を駆動させると、ボールネジ軸２４が回転し、その回転量に応じてスライダ２５がＹ軸方向に直線駆動される。このスライダ２５の移動量に応じて、連結板２２に固定されたケース１２（ひいては成形ロールＲ）がＹ軸方向に進退動する。この際、スライダ２５に固定されたθ駆動機構３も、スライダ２５と一体的にＹ軸方向に移動する。
【００４１】
さらにモーター３０を駆動させると、駆動ピニオン３１が回転駆動され、それに噛合している一対のラック３２が駆動ピニオン３１の回転量に応じてフレームＦ内をＹ軸方向へ進退動する。そしてラック３２の移動量に応じて従動ピニオン３３および工具駆動軸ホルダ４２も回転する。この工具駆動軸ホルダ４２の回転と共に、ボールスプライン４３を介して係合している工具駆動軸４１も回転し、ひいては成形ロールＲも回転してその姿勢を変化させる。なお、当然、ボールスプライン４３を介しているため、工具駆動軸４１のθ方向の回転とＺ軸方向の進退動とは相互に干渉しない。
【００４２】
《実施例４》
実施例した駆動装置Ｄ１を一部変更した駆動装置Ｄ２および駆動装置Ｄ３を金属板５１、６１からなるフレームＦ内に収納したユニットＵ４の要部（断面図を含む）を示す正面図を図４Ａに、その右側面図を図４Ｂに示した。なお、説明の便宜上、図４Ａには、金属板５１を取り除いた状態を示した。
【００４３】
駆動装置Ｄ２および駆動装置Ｄ３も、基本的に駆動装置Ｄ１と同様な構成を有する。但し、各駆動装置のＹ軸方向に延在するボールネジ軸、連結板およびラックなどが重なる部分は、貫通または跨乗することにより、相互の干渉が回避されている。従って、駆動装置Ｄ２および駆動装置Ｄ３は、相互に干渉しないそれぞれの可動範囲内で駆動装置Ｄ１と同様に作動する。なお、駆動装置Ｄ２と駆動装置Ｄ３のそれぞれの可動範囲は、単独で配置した駆動装置Ｄ１の可動範囲よりも当然に狭くなるが、一ユニット内の駆動装置が増えることにより、より複雑な形状の板金製品を高精度にかつ効率的に成形可能となる。
【００４４】
また、上述したような駆動装置によれば、嵩張るモータをフレームの端部へ集積させることが可能となり、ユニット自体のコンパクト化や複数のユニットを積層したユニット群の形成が容易となる。
【符号の説明】
【００４５】
Ｗ  ワーク（被加工材）
Ｒ  成形ロール（加工具）
Ｆ  フレーム（筐体）
１  Ｚ軸駆動機構（第一駆動手段）
２  Ｙ軸駆動機構（第二駆動手段）
３  θ駆動機構（第三駆動手段）
【図１Ａ】
2014087820.tif 000003
【図１Ｂ】
2014087820.tif 000004
【図１Ｃ】
2014087820.tif 000005
【図２Ａ】
2014087820.tif 000006
【図２Ｂ】
2014087820.tif 000007
【図３Ａ】
2014087820.tif 000008
【図３Ｂ】
2014087820.tif 000009
【図４Ａ】
2014087820.tif 000010
【図４Ｂ】
2014087820.tif 000011