(57)【要約】【課題】従来よりも小型で大出力が得られるプレス装置を提供する。【解決手段】プレス装置１は、第１のレバー４１と第２のレバー４２とを含むリンク機構４０を有する。第１のレバー４１は、支点６０の回りに旋回し、角度θで交差する第１のアーム部４３および第２のアーム部４４を含み、第１のアーム部４３の旋回側４３ａが、ルーフ２５に沿って水平に移動するアクチュエータ３０により垂直方向に駆動される。第２のレバー４２は、一方の端４２ａが第１のレバー４１の第２のアーム部４４の端に旋回可能に接続され、他方の端４２ｂがこのプレス装置本体１０に対して垂直方向に動き、成形型９０ａ〜９０ｃに対して垂直方向の力を加えるスライドベース２４ａ〜２４ｃにつながった上下移動部５２に旋回可能に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータと、
前記アクチュエータを支持するルーフと、
前記ルーフの下に配置され、前記アクチュエータによって動作するリンク機構と、
前記リンク機構により垂直方向に動かされ、成形型に圧力を加える加圧部とを有するプレス装置であって、
前記リンク機構は、
第１の支点の回りに旋回し、前記第１の支点を中心に第１の角度θで互いに交差する第１のアーム部および第２のアーム部を含む第１のレバーと、
前記第２のアーム部の旋回側と前記加圧部とを連結する第２のレバーとを備え、前記第１のアーム部の旋回側が前記アクチュエータにより垂直方向に駆動され、
さらに、前記第１のアーム部の旋回に従って前記アクチュエータを前記ルーフに沿って水平方向にスライドさせる機構を有する、プレス装置。
【請求項２】
請求項１において、前記スライドさせる機構は、前記アクチュエータを、前記第１のレバーが旋回して前記第１のアーム部がほぼ水平になる状態までスライドさせることが可能であり、
前記リンク機構は、前記第１のレバーが旋回して前記第１のアーム部がほぼ水平になると、前記第２のアーム部と前記第２のレバーとの開きがほぼ最大となって前記加圧部を介して前記成形型に成形用の圧力が加わる、プレス装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記第１の角度θは、以下の条件を満たす、プレス装置。
９０°＜θ≦１１０°
【請求項４】
請求項３において、前記第１の角度θは、以下の条件を満たす、プレス装置。
９５°≦θ≦１０５°
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記アクチュエータは、モーターと、このモーターにより動作するボールねじとを含む、プレス装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、積層された複数の前記成形型をさらに有し、前記加圧部は前記積層された複数の成形型を加圧する、プレス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形型に圧力を加えるプレス装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、サーボモーターを駆動源として、クランクシャフトを介して作動するトグル機構によりラムを上下に作動するプレス装置が開示されている。このプレス装置は、ラムの下死点位置を検出するラム下死点位置検出センサーを設け、該センサー検出値に応じてラム下死点位置であるクランクの回転停止位置を制御し、ラムの下死点位置を一定に保つことを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２０２７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トグル機構（トグルリンク機構）は増力機構として適しているが、アクチュエータと連結するためにトグル機構とアクチュエータとが並列に配置されることが多く、トグル機構を採用したプレス装置は大型になり易く、設置面積が大きくなり易い。したがって、トグル機構を用いた加圧能力（出力）の大きなプレス装置であって、コンパクトで設置面積の小さなプレス装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、アクチュエータと、アクチュエータを支持するルーフと、ルーフの下に配置され、アクチュエータによって動作するリンク機構と、リンク機構により垂直方向に動かされ、成形型に圧力を加える加圧部とを有するプレス装置である。リンク機構（トグルリンク機構）は、第１の支点の回りに旋回し、第１の支点を中心に第１の角度θで互いに交差する第１のアーム部および第２のアーム部を含む第１のレバーと、第２のアーム部の旋回側と加圧部とを連結する第２のレバーとを備え、第１のアーム部の旋回側がアクチュエータにより垂直方向に駆動される。このプレス装置は、さらに、第１のアーム部の旋回に従ってアクチュエータをルーフに沿って、水平方向にスライドさせる機構を有する。
【０００６】
この装置においては、ルーフ上のアクチュエータによりリンク機構の第１のアーム部の旋回側を引っ張ることにより、第２のアーム部の旋回側を下側に回転させ、第２のレバーを介して加圧部を下側に押し下げることができる。さらに、アクチュエータは、スライドさせる機構により、第１のアーム部の回転に対応して、ルーフに沿って水平方向に移動し、アクチュエータには上下方向の力が主に働くようになっている。したがって、このプレス装置においては、加圧部により成形型に圧力を加えることができ、さらに、リンク機構の第１のアーム部の回転半径を利用してアクチュエータの力を増力して加圧部に伝達できる。
【０００７】
また、このプレス装置においては、垂直方向に力を与えるアクチュエータが第１のアーム部の旋回に従って水平方向にスライドするため、アクチュエータと第１のレバーとを接続する際に、水平方向の変位（偏差）を吸収するためのリンクなどを省略できる。さらに、ルーフの上のアクチュエータ、ルーフの下のリンク機構、および加圧部が鉛直方向にほぼ直線的に配置され、油圧シリンダーやサーボモーターといったアクチュエータの力を直に成形型に加えるタイプのプレス装置と同様に上下方向にスリムで、設置面積が小さく、さらに、プレス圧のより大きなプレス装置を提供できる。
【０００８】
スライドさせる機構は、アクチュエータを、第１のレバーが旋回して第１のアーム部がほぼ水平になる状態までスライドさせることが可能であることが望ましい。さらに、リンク機構は、第１のレバーが旋回して第１のアーム部がほぼ水平になると、第２のアーム部と第２のレバーとの開きが最大となって加圧部を介して成形型に成形用の圧力（最大圧力、最大負荷）が加わるようになっていることが望ましい。最大負荷を得る状態で、第１のアーム部に対して直交または直交に近い状態でアクチュエータは力を加える（引っ張る）ことが可能となり、アクチュエータの力を効率よく増力し、加圧部に伝達できる。
【０００９】
最大負荷を得る際の第２のアーム部と第２のレバーとの開き角（角度α）は、１４０°程度から１８０°未満、たとえば、１６０°程度の範囲であることが好ましい。さらに、角度αは、１５０°程度から１７０°程度の範囲であることがさらに好ましい。角度αは、理論的には１８０°であることが好ましいが、成形型に力を加えるためには押し代が必要であり、種々の機構的な公差あるいはがたを勘案すると、数度から１０°程度あるいはそれ以上の余裕を見込むことが望ましい。このようにすることにより、加圧部により大きな力を与えることができる。
【００１０】
このプレス装置において、第１のアーム部と第２のアーム部とのなす角度（第１の角度、交差角度）θは、以下の条件式（１）を満たすことが好ましい。
９０°＜θ≦１１０°・・・（１）
【００１１】
好ましくは、第１のアーム部がほぼ水平となったときに加圧部に加える力が最大（最大荷重）となるようにするとよい。第１のアーム部がほぼ水平となったときであっても、第２のアーム部と第２のレバーとの角度αは押し代を含んで１８０°以下となることが望ましい。
【００１２】
さらに、第１のアーム部と第２のアーム部とのなす角度（第１の角度、交差角度）θは、以下の条件式（２）を満たすことが好ましい。
９５°≦θ≦１０５°・・・（２）
【００１３】
アクチュエータは、リンク機構の第１のアーム部の旋回側に対して垂直方向の力を効率よく伝達できるものであることが望ましい。そのようなアクチュエータの一例は、モーターとこのモーターにより動作するボールねじとを備えるものである。アクチュエータは油圧シリンダーや空気シリンダーであってもよい。
【００１４】
プレス装置は、成形型を含んでもよい。成形型は、典型的には、成型するワークなどによって変更される。このプレス装置において、加圧部は、１つの成形型を加圧するものであってもよいが、積層された複数の成形型を有し、加圧部によりそれら積層された複数の成形型を加圧するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態にかかるプレス装置を示す正面図。
【図２】図１のプレス装置を示す左側面図。
【図３】図１のプレス装置において加圧部に加える力が最大となったときの状態を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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および図２は、本発明の一実施形態のプレス装置の概略構成を示している。このプレス装置１は、金属板などのワークを成形型（プレス型）で所定の形状に成型するためのシステムである。プレス装置１は、プレス装置本体１０と、プレス装置本体１０にセットされた複数の成形型９０ａ〜９０ｃとを備えている。本例のプレス装置１では、プレス装置本体１０に３つの成形型９０ａ、９０ｂおよび９０ｃが上下に積層された状態でセットされており、成形型９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、それぞれ、上型９１と下型９２とを備えている。
【００１７】
プレス装置本体１０は、床２の上に設置可能なスタンドアロンタイプであり、全体を支持する枠組み（フレーム）２０を備えている。フレーム２０は、成形型９０ａ〜９０ｃを支持するための平面四角形状の固定ベース２１と、固定ベース２１の下面の四隅に設けられた４つの脚部２２と、固定ベース２１の四隅から上方に延びる４本の支柱２３と、４本の支柱２３に沿って上下にスライドする平面四角形状の３つのスライドベース２４ａ、２４ｂ、２４ｃと、４本の支柱２３の上端部に固定されたルーフ２５とを備えている。スライドベース２４ａおよび固定ベース２１は、成形型９０ａ〜９０ｃをセットするための部材であり、成形型９０ａ〜９０ｃのそれぞれに成形用の圧力を加える機能を果たし、加圧部として機能する。１番上のスライドベース２４ａと上から２番目のスライドベース２４ｂとの間、上から２番目のスライドベース２４ｂと上から３番目のスライドベース２４ｃとの間、３番目のスライドベース２４ｃと固定ベース２１との間に、成形型９０ａ、９０ｂ、９０ｃがそれぞれセットされる。
【００１８】
具体的には、１番上のスライドベース２４ａの下側に成形型９０ａの上型９１が取り付けられ、上から２番目のスライドベース２４ｂの上側に成形型９０ａの下型９２が取り付けられる。２番目のスライドベース２４ｂの下側に成形型９０ｂの上型９１が取り付けられ、上から３番目のスライドベース２４ｃの上側に成形型９０ｂの下型９２が取り付けられる。３番目のスライドベース２４ｃの下側に成形型９０ｃの上型９１が取り付けられ、固定ベース２１の上側に成形型９０ｃの下型９２が取り付けられる。
【００１９】
プレス装置本体１０は、さらに、ルーフ２５の上にスライド機構７０を介して搭載（支持）されたアクチュエータ３０と、アクチュエータ３０を水平方向にスライドさせる機構（以下、スライド機構という）７０と、ルーフ２５の下側に配置され、アクチュエータ３０によって動作するリンク機構（トグルリンク機構、トツグル機構、増力装置）４０と、リンク機構４０とスライドベース２４ａ〜２４ｃとを繋いで、成形型９０ａ〜９０ｃに圧力を加えるための連結部５０とを備えている。連結部５０は、成形型９０ａ、９０ｂ、９０ｃのそれぞれに対して垂直方向の力が加わるように動き、そのため、連結部５０は、フレーム２０に固定されたガイド５１と、ガイド５１に沿って垂直方向（上下）にスライドし、スライドベース２４ａ〜２４ｃに垂直方向の力を伝達する上下移動部５２とを備えている。上下移動部５２は一番上のスライドベース２４ａに固定されており、スライドベース２４ａを下側に加圧することにより、スライドベース２４ａ〜２４ｃに取り付けられた成形型９０ａ〜９０ｃが加圧されるようになっている。
【００２０】
上下移動部５２は、増力装置であるリンク機構４０を介してアクチュエータ３０の力が伝達される。本例のアクチュエータ３０は、サーボモーター３１と、このモーター３１により動作する（回転する）ボールねじ３２とを含む。ボールねじ３２は、後述するリンク機構４０の第１のアーム部４３の先端（旋回側）に設けられたナット部材４９に係合（螺合）しており、不図示の電源および制御ユニットよりサーボモーター３１に電源を供給し、ボールねじ３２を回転駆動すると、リンク機構４０の第１のアーム部４３を上下に駆動できる。
【００２１】
アクチュエータ３０のサーボモーター３１をルーフ２５の上で水平方向にスライドするように支持する機構（スライド機構）７０は、ルーフ２５の上にほぼ水平に、スライド方向（本例では図１の左右方向）に設置された２本のレール７１と、レール７１の上でサーボモーター３１をスライド可能に支持するモーターフレーム７２とを含む。スライド機構７０は、サーボモーター３１により高い荷重が加わる条件でサーボモーター３１を水平方向にスムーズに移動させる軌道ガイドとしての機能が要求される。このような高剛性の軌道ガイドの一例はＴＨＫ社製のＬＭガイドであり、直線運動をボールベアリングにより支持する機構が採用されている。ルーフ２５のこれらのレール７１に挟まれた領域はボールねじ３２を通すための貫通孔２５ｈとなっており、サーボモーター３１とともにボールねじ３２もルーフ２５を貫通した状態で水平方向に移動できるようになっている。
【００２２】
ボールねじ３２により駆動されるリンク機構４０は、プレス装置本体１０のフレーム２０に固定された支点、本例では、ルーフ２５の下側に固定された支点６０の回りに旋回する第１のレバー４１と、この第１のレバー４１と上下移動部５２とを連結する第２のレバー４２とを含む。第１のレバー４１は、支点６０を中心に角度（第１の角度、交差角度）θで互いに交差する第１のアーム部４３と第２のアーム部４４とを含んでいる。本例では、第１のアーム部４３と第２のアーム部４４とのなす角度θは約１００°に固定されており、第１のアーム部４３と第２のアーム部４４は、角度θを維持した状態で支点６０を中心に旋回する。第１のアーム部４３の支点６０とは反対側の旋回側の端４３ａがナット部材４９を介してボールねじ３２と螺合しており、アクチュエータ３０により垂直方向に駆動される。
【００２３】
第１のレバー４１の第２のアーム部４４の支点６０とは反対側の旋回側の端４４ａは、第２のレバー４２の一方の端４２ａと旋回可能に接続されている。第２のレバー４２の他方の端４２ｂは、上下移動部５２と旋回可能に接続されている。したがって、図３に示すように、リンク機構４０の第１のレバー４１の第１のアーム部４３の端４３ａがナット部材４９およびボールねじ３２を介してサーボモーター３１により引き上げられると、第２のアーム部４４が支点６０の回りに第１のアーム部４３と角度θを維持するように旋回する。第２のアーム部４４が旋回すると、第２のアーム部４４の端４４ａと回転可能に連結された第２のレバー４２と第２のアーム部４４とのなす角度αが広がり、支点６０に対して上下移動部５２が押し下げられる。
【００２４】
このようにして、リンク機構４０を介してサーボモーター３１の力が加圧部であるスライドベース２４ａ〜２４ｃに伝達され、成形型９０ａ〜９０ｃを加圧する。さらに、第２のアーム部４４と第２のレバー４２との開きが最大になりスライドベース２４ａ〜２４ｃに最大荷重が加わる状態では、第２のアーム部４４と第２のレバー４２とのなす角度αはほぼ１８０度に近く第２のアーム部４４はほぼ鉛直方向に延び、これに対し第１のアーム部４３は水平方向に延びる。したがって、最大荷重が加わる近傍の状態における第１のアーム部４３および第２のアーム部４４の角度の変位をωとすれば、第１のアーム部４３の旋回側の端４３ａは上下方向にサイン関数（ＳＩＮω（ω≒０））で変位し、第２のアーム部４４の旋回側の端４４ａは上下方向にコサイン関数（ＣＯＳω）で変位する。このため、第１のアーム部４３の旋回側の端４３ａの変位量に対して第２のアーム部４４の旋回側の端４４ａの変位量は小さく、てこの原理によりサーボモーター３１の出力は増力されて上下移動部５２に伝達される。したがって、リンク機構４０は増力機構（トグル機構、トグルリンク機構）として機能する。
【００２５】
さらに、サーボモーター３１は、ルーフ２５の上をスライド機構７０により水平方向にスライドする。したがって、サーボモーター３１がボールねじ３２を駆動して第１のアーム部４３を、支点６０を中心として旋回させると、サーボモーター３１は、その水平方向の位置が、第１のアーム部４３の旋回側の端４３ａ、すなわち、ナット部材４９の直上（鉛直方向上側）になるようにスライドする。ナット部材４９は、第１のアーム部４３の旋回側の端４３ａに回転可能に取り付けられており、ボールねじ３２は常に鉛直方向に延びた状態で回転する。したがって、サーボモーター３１には、鉛直方向以外の負荷はほぼ加わらず、クランクシャフトのような偏心機構は不要であり、簡易な機構で、効率よくサーボモーター３１の出力をリンク機構４０に伝達できる。
【００２６】
さらに、サーボモーター３１がルーフ２５の上をスライドするので、最大荷重が加わる近傍では、第１のアーム部４３とボールねじ３２とがほぼ直交し、第１のアーム部４３の長さを有効活用した状態で、てこの原理を利用できる。すなわち、第１のアーム部４３とボールねじ３２とがほぼ直交した状態で力を加えることにより、第１のアーム部４３の支点６０回りのモーメントを最大にできる。このため、サーボモーター３１により第１のアーム部４３に加わる力をさらに効率よく増力し、上下移動部５２に伝達できる。したがって、このプレス装置１においては、たとえば、リンク機構４０により１０倍程度の増力が可能であり、５トン程度の出力のサーボモーター３１を用いて５０トンプレス相当の能力を備えたプレス装置１を提供できる。
【００２７】
さらに、このプレス装置１においては、リンク機構４０の第１のレバー４１の第１のアーム部４３と第２のアーム部４４とのなす角度θを１００°とし、図３に示した最大荷重が加わる状態で、第２のアーム部４４と第２のレバー４２との開き角（角度α）がほぼ１６０°になるようにしている。なお、角度（交差角）θは９０°〜１１０°の範囲が好ましく、９５°〜１０５°の範囲がさらに好ましい。また、角度（開き角）αは、１８０°未満、たとえば、１４０°〜１８０°、さらには、１５０°〜１７０°程度であることがさらに好ましい。
【００２８】
このプレス装置１のリンク機構４０の理想的な状態（力学的に）は、第１のレバー４１の第１のアーム部４３と第２のアーム部４４とのなす角度θが９０°で、最大荷重が加わる状態の第２のアーム部４４と第２のレバー４２との開き角（角度α）が１８０°である。第１のアーム部４３の旋回側４３ａの移動距離（変位）に対して、第２のアーム部４４の旋回側４４ａの移動距離（変位）が最少になるので、最大の増力効果が得られる。しかしながら、最大荷重が加わる状態で第２のアーム部４４と第２のレバー４２との開き角（角度α）が１８０°であると、上下移動部５２はそれ以上下方に移動しない点（下死点）に達しており、リンク機構４０、スライドベース２４ａ〜２４ｃ、成形型９０ａ〜９０ｃなどに少しでも公差やがたがあると上下移動部５２により成形型９０ａ〜９０ｃに所定の圧力を加えることができない。
【００２９】
このため、このプレス装置１では、最大荷重が加わる状態で第２のアーム部４４と第２のレバー４２との開き角（角度α）を１８０°未満とし、最大荷重（最大負荷）を得るための上下移動部５２の位置を下死点の手前になるように設定している。さらに、最大荷重を得るときに第１のアーム部４３とボールねじ３２とが直交する、または直交に近い状態になるように角度θを９０°より大きく設定している。このため、プレス装置１は、種々の機構的な公差あるいはがたを勘案した適度な押し代を備えており、第２のアーム部４４と第２のレバー４２とが延び切らない状態で成形型９０ａ〜９０ｃに成形に要する十分な圧力を確実に加えることができる。
【００３０】
さらに、このプレス装置１においては、アクチュエータ３０（サーボモーター３１）がルーフ２５上をスライドするため、この最大荷重を得たい状態において、アクチュエータ３０の発生する力の方向と、それを伝達する第１のアーム部４３とが直交もしくは直交に近い状態になり、アクチュエータ３０の能力を最大限に活かし、コンパクトで高出力のプレス装置１を提供できる。
【００３１】
また、このプレス装置１においては、第１のアーム部４３の旋回に従ってアクチュエータ３０が水平方向にスライドし、第１のアーム部４３のコサイン方向（投影方向）に自動的に移動する。このため、アクチュエータ３０と第１のレバー４１とを接続する際に、水平方向の変位（偏差）を吸収するためのリンクあるいは偏心軸、偏心カムあるいは偏心歯車といった部材を介さないで接続できる。したがって、プレス装置１の構造を簡易にすることができるとともに、アクチュエータ３０をルーフ２５上に配置できる。このため、アクチュエータ３０とリンク機構４０とをルーフ２５を挟んで上下方向に配置でき、成形型９０ａ〜９０ｃを含め、上下方向（鉛直方向）にプレスのための主な要素が配置されたプレス装置１を提供できる。このようなプレス装置１は、配置に要する床２の面積（設置面積）を小さくすることができ、占有スペースが小さく、設置効率の良いプレス装置１を提供できる。
【００３２】
また、スライド機構７０により、アクチュエータ３０は、自律的に、常にリンク機構４０に対して鉛直方向に力を加える状態となる。したがって、アクチュエータ３０には鉛直方向に対して斜めから力（負荷）がほとんど加わらないため、アクチュエータ３０の機械的強度に対する影響も小さくできる。
【００３３】
このプレス装置１のアクチュエータ３０は、サーボモーター３１とこのモーター３１により動作するボールねじ３２とを備え、ボールねじ３２によりナット部材４９を上下に動かしてリンク機構４０を駆動するものであり、モーター３１の回転力を上下運動に効率よく変換できる機構の一例である。アクチュエータ３０は、これに限定されるものではなく、油圧シリンダーや空気シリンダーなどを備えた駆動機構であってリンク機構４０の第１のアーム部４３を上下に駆動できるものであればよい。たとえば、アクチュエータ３０が油圧シリンダーである場合、油圧シリンダーのシャフトを下側に向けてスライド機構７０によりスライドさせるような構成を採用できる。
【００３４】
なお、このプレス装置１においては、第１のレバー４１の支点６０がルーフ２５に取り付けられているが、支点（支点となる部材）とアクチュエータを支持するルーフとは別であってもよい。また、このプレス装置１においては、第１のレバー４１は、略Ｌ字型であるが、第１のレバーの形状はこれに限定されるものではない。第１のレバーは、例えば、扇型のような第１のアーム部および第２のアーム部とを一体化した部材で構成することも可能である。また、プレス装置１にセットされる成形型は３つに限らず４つ以上であってもよく、２つ以下であってもよく、さらに多段プレスであっても一段プレスであってもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  プレス装置
２５  ルーフ、  ３０  アクチュエータ
４０  リンク機構、  ４１  第１のレバー、  ４２  第２のレバー
４３  第１のアーム部、  ４４  第２のアーム部
６０  支点
９０ａ、９０ｂ、９０ｃ  成形型
【図１】
2011050973.tif 000003
【図２】
2011050973.tif 000004
【図３】
2011050973.tif 000005