(57)【要約】【課題】重力を応用してプレス加工を行うことにより、現状では製造不可能とされている超大型プレスの製造を可能とする。又、加圧加工時においては、自重下降を応用することにより動力を必要とせず充分な加圧速度が得られ、更に、従来プレスにおいて宿命的に避けられなかったプレス本体の加圧力に起因する変形（歪）を無くし、高精度なプレス加工を可能とする。【解決手段】重力ブロック１は、その外側をベースフレーム３の上部の枠部内周に設けられた昇降ガイド６に沿って、液圧制御装置と位置検出装置７によってその速度、出力が制御される液圧シリンダ２の作動によって所定の速度で昇降し、重力ブロック１の下面に取り付けられた上金型４とベースフレーム３の作業面上に取り付けられた下金型５との間で重力ブロック１の重力を応用してプレス作業を行う。又、重力ブロック１がウェッジ１０を用いることによって、より小さな力で昇降できる手段もある。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
必要な加圧力を超えた重さを有する一体形或いは複数個に分割して使用できる重力ブロックと、一体形重力ブロックを昇降させるためその下部に配列された複数の液圧シリンダと、或いは複数個に分割された重力ブロックに対しては夫々の重力ブロックが別々に昇降できるように夫々に配列された液圧シリンダと、それらの作動速度を制御する液圧制御装置、及び、位置検出装置、上下金型、重力ブロックを外側から昇降をガイドすると同時にプレス全体の重量を支えるベースフレームと昇降ガイドより構成され、一体形重力ブロックの下面、或いは複数個に分割された重力ブロックにおいては最下部の重力ブロックの下面には上金型が、ベースフレームの作業面には下金型が夫々取り付けられ、重力ブロックと上金型が昇降できるようにし、重力ブロックが下降する時、重力ブロックの重力を応用してプレス加工を行う重力応用特殊プレス。
【請求項２】
必要な加圧力を超えた重さを有する重力ブロックと、それを昇降させるため重力ブロックの下部に配列された複数の液圧シリンダと、その作動速度を制御する液圧制御装置、及び、重力ブロックの位置及び水平度を検出する位置検出装置、上下金型、重力ブロックをプレス中心に保持するセンタリングガイド、プレス全体の重量を支えるベースブロックより構成され、重力ブロックの下面には上金型が、ベースブロックの作業面には下金型がそれぞれ取り付けられ、重力ブロックと上金型が昇降できるようにし、重力ブロックが下降する時、重力ブロックの重力を応用してプレス加工を行う重力応用特殊プレス。
【請求項３】
必要な加圧力を超えた重さを有する重力ブロックと、それを昇降させるため重力ブロックの下側に設置されたウェッジとウェッジを水平方向に押し引きする複数の液圧シリンダと、そのシリンダの作動速度を制御する液圧制御装置、及び、重力ブロックの昇降とウェッジの作動をガイドすると同時にプレス全体の重量を支えるベース枠、又、ウェッジの上下摺動面に装備される静圧軸受装置より構成され、重力ブロックの下面には上金型が、ベース枠の作業面には下金型がそれぞれ取り付けられ、重力ブロックと上金型が昇降できるようにし、重力ブロックが下降する時、重力ブロックの重力を応用してプレス加工を行う重力応用特殊プレス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は従来のプレス機械の上部フレーム、下部フレーム、スライド、支柱、スライド、液圧シリンダ等の加圧力発生装置等よりなる図１４に示すような構成を改め、重力ブロック、ベースフレーム（又は、ベースブロック、ベース枠）や、重力ブロック持上げシリンダ、液圧制御装置等を主たる構成とし、重力ブロックの重力を応用して加圧加工を行うことを特徴とする、重力応用特殊プレスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプレス機械は図１４に示すように、上部フレーム、液圧シリンダ、支柱、上下金型、下部フレーム、スライド、引上げシリンダ等より主として構成されており、その構造或るいは用途面から見ると極めて多くの種類が存在しており、大別すれば加圧力発生装置が液圧シリンダである液圧式プレスと、クランク機構やトッグル機構を加圧力発生装置とする機械式プレスに分けられる。又、大きさから見ると大型、中型、小型プレスと分類され、精度面から見ると高精度、中精度、低精度プレスと分類される。いずれにしても、作る製品に要求される品質を確保できる適正なプレス機械が選定され使用されているが、これ等は、いずれもプレス内部で発生した加圧力は、上下フレーム、スライド等を介して支柱によって支えられ相殺されるという基本構造により成り立っている。
このため、大型プレスに関しては、プレスを構成する夫々の部品の大きさに製造上の限界があるため、現在世界に存在が確認されているものでは加圧力７万トン程度が最大級とされている。一方、最近では航空機部品や難加工部材の大型化に伴って更に大きなプレスの製造が熱望されている状況にあるが、それ以上の規模のプレス機械は現状の構成、構造のままでは製造は極めて困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプレス機械は図１４に示すように上部フレーム、下部フレーム、支柱、スライド、引上げシリンダ等より主として構成され、その内部に液圧シリンダやクランク機構等の加圧力発生装置を装備した構造となっており、内部で発生した加圧力は上下フレームを介して支柱により支えられている。従って、この様な基本構造を有するが故に加圧力の大型化、加圧速度の高速化、高精度化といった性能上の要求に対しては自ずから致命的な限界が存在している。即ち、加圧力の大型化を図ろうとするとプレスを構成する各部品の製造、輸送、組立、据付工事等の面での制約があり現状では１０万トンを超える加圧力を持つプレス機械の製造は不可能とされている。又、加圧速度の高速化に付いては液圧ポンプの高圧・大容量化に限界があり大型プレスにおいては要望する加圧速度は実現されていない。更に、上下フレーム、支柱、金型等プレス機械の各構成部材に発生する加圧力に起因する変形（歪）の問題は、図１４に示すδ１、δ２、δ３となって発生する。δ１は上下フレームの曲げ及びせん断歪による撓み量であり、δ２は支柱の上下フレームから伝達される曲げモーメントによる撓み量であり、δ３は支柱の伸び量である。これらはいずれも加圧力がプレス中心に集中荷重として掛かった場合のものであり左右対称の形態をとるが、荷重中心がいずれかの方向へ偏心した場合はさらに複雑な変形状態となる。このような変形の発生は従来プレスにおいては避けられない宿命であり、プレス加工製品の寸法精度に大きな影響を及ぼし、製品の高精度化を図るための障害となっている。この変形（歪）問題を解決する施策は、従来プレスの場合は、各部材の剛性を高める以外に有効な手段は期待できず、結局、高精度製品を得るためにはプレス本体の重量を増し、製造コストも割高なものとせざるを得ない。
【０００４】
本発明は上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、必要とされる加圧力以上の重量を有する重力ブロックの重力を応用してプレス加工を行うという、従来のプレスに無い新しい発想、構想に基ずく重力応用特殊プレスを提供することにある。これによって、大型化、加工速度の高速化、製品の高精度化に対するプレス業界の要求は、限界を打ち破って容易に達成できることとなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、必要な加圧力を超えた重さを有し一体形或いは複数個に分割して使用できる重力ブロックと、一体形重力ブロックを昇降させるためその下部に配列された複数の液圧シリンダと、或いは複数個に分割された重力ブロックに対しては夫々の重力ブロックが別々に昇降できるように夫々に配列された液圧シリンダと、それらの作動速度を制御する液圧制御装置、及び、位置検出装置、上下金型、重力ブロックを外側から昇降をガイドすると同時にプレス全体の重量を支えるベースフレームと昇降ガイドより構成され、一体形重力ブロックの下面、或いは複数個に分割された重力ブロックにおいては最下部の重力ブロックの下面には上金型が、ベースフレームの作業面には下金型が夫々取り付けられ、重力ブロックと上金型が昇降できるようにし、重力ブロックが下降する時、重力ブロックの重力を応用してプレス加工を行う手段よりなるものである。
【０００６】
また、請求項２の発明は、必要な加圧力を超えた重さを有する重力ブロックと、それを昇降させるため重力ブロックの下部に配列された複数の液圧シリンダと、その作動速度を制御する液圧制御装置、及び、重力ブロックの位置及び水平度を検出する位置検出装置、上下金型、重力ブロックをプレス中心に保持するセンタリングガイド、プレス全体の重量を支えるベースブロックより構成され、重力ブロックの下面には上金型が、ベースブロックの作業面には下金型がそれぞれ取り付けられ、重力ブロックと上金型が昇降できるようにし、重力ブロックが下降する時、重力ブロックの重力を応用してプレス加工を行う手段よりなるものである。
【０００７】
また、請求項３の発明は、必要な加圧力を超えた重さを有する重力ブロックと、それを昇降させるウェッジとウェッジを水平方向に押し引きする液圧シリンダと、そのシリンダの作動速度を制御することで重力ブロックの昇降速度即ちプレス昇降速度を制御する液圧制御装置、及び、重力ブロックの昇降とウェッジの動きをガイドすると同時にプレス全体の重量を支えるベース枠、又、ウェッジの上下摺動面に装備される静圧軸受装置より構成され、重力ブロックの下面に取り付けられた上金型と、ベース枠の作業面に取り付けられた下金型との間で、重力ブロックが下降する時、重力ブロックの重力を応用してプレス加工を行う手段よりなるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に記載の発明の実施の形態に基いて、本発明をより具体的に説明する。
ここで、図１〜図４は重力ブロックを一体形とした重力応用特殊プレスの要部構成図、図５〜図８は重力ブロックを上下２分割とした重力応用特殊プレスの要部構成図、図９〜図１１は重力ブロックが一体形であり、その外側がガイドされていない方式の重力応用特殊プレスの要部構成図、図１２〜図１３は重力ブロックが一体形であり、ウェッジにより昇降する方式の重力応用特殊プレスの要部構成図ある。
【０００９】
図１〜図４の形態においては、一体形の重力ブロック１は液圧シリンダ２によってプレスストローク上限まで持ち上げられた状態にあり、その重量は２列に配列された複数の液圧シリンダ２を介してベースフレーム３の下金型５が設置されている作業フロア面に伝達されている。この時、重力ブロックは前後左右方向に対しては昇降ガイド６によりプレス中心に保持されている。
又、加圧加工時に加工素材の凹凸や重心位置の偏心に起因して発生する偏心荷重もこの昇降ガイド６によって支持される。
【００１０】
この状態から重力ブロック１を下降（加圧）させる場合は液圧シリンダ２の作動液をタンクへ戻すことにより行うが、流量制御弁や両傾転ポンプを装備した液圧制御装置により作動液がタンクへ戻る速度を制御することによって重力ブロック１の下降（加圧）速度を任意に決定できる。又、下降（加圧）速度は最大で自重落下速度まで上げることができ、然も、この下降（加圧）作動をおこなう時は、重力を応用しているため動力を必要としないという大きな利点がある。
【００１１】
重力ブロックの上昇は液圧ポンプの高圧作動液を液圧シリンダ２へ導入することでおこなう。又、重力ブロック１の荷重は加圧時のみ上下金型４，５のあるプレス中心に集中するが、それ以外の上下作動時および停止時にはいずれの場合も２列の多数の液圧シリンダ２の位置に分散している。プレス加工時にプレス中心へ集中した重力ブロックの荷重、即ち、加圧力を分散するために、金型取り付け直下突出部側面には適切な傾斜がつけられている。又、上下金型や素材、加工製品のプレス内への搬入、搬出はプレス前方から後方へ向かって行い、設備保全作業は左右方向からもできるよう左右壁面にも開口部を設けている。
【００１２】
つぎに、図５〜図８の形態においては、重力ブロックを上下に２分割し、上部重力ブロック１ａ、下部重力ブロック１ｂとし、上部重力ブロック１ａを囲むベースフレーム３の前後左右に切明部を設けそこに上部重力ブロック昇降用の液圧シリンダ２を配列し、又、下部重力ブロック１ｂの下側作業スペースにおいては素材や金型類が前後方向に搬入、搬出できるよう液圧シリンダ２を左右２列に分けて配列し、上下の重力ブロックを夫々単独で昇降動作を可能としたもので、これ等の図は夫々の重力ブロック１ａ、１ｂが共にストローク上限にある状態を示す。この時、夫々の重力ブロック１ａ、１ｂは前後左右方向に対しては昇降ガイド６によりプレス中心に保持されている。
【００１３】
これ等の上下重力ブロックを作動させる場合、上部重力ブロック１ａを上限に保持したまま、下部重力ブロック１ｂのみを単独で昇降させる場合と、上下重力ブロックを一体化させ同時に昇降させる場合の二通りの方法がありいずれかを選択して運転ができる。所要加圧力が比較的小さい場合は下部重力ブロック１ｂのみの単独運転とし、所要加圧力が比較的大きい場合は上下重力ブロックを合体させ同時運転とする。この時、液圧シリンダ２は、上下重力ブロックの同時運転の場合はすべての液圧シリンダ２を導通して作動させ、下部重力ブロック１ｂのみの単独運転の場合は上部重力ブロック１ａ駆動用の液圧シリンダ２を固定し、下部重力ブロック１ｂ駆動用の液圧シリンダ２のみを作動させる。これによって、下部重力ブロック１ｂのみの単独運転の場合は、上昇速度は上下同時運転時の２倍となる。
【００１４】
これ以外の下降速度制御法、集中荷重や偏心荷重への対策、素材等のプレス内への搬入、搬出、保全に対する配慮等は図１〜図４における形態の場合と同様である。
【００１５】
図９〜図１１の形態においては、重力ブロック１の自重は左右２列に配列された液圧シリンダ２を介してベースブロック８に伝達され、昇降動作はこの液圧シリンダ２によって行われる。液圧シリンダ２は前後左右４グループに区分され夫々独立して位置制御を可能とし、重力ブロック１の外側角部４箇所に設置された位置検出装置７によって検出された値を基に、加圧加工時に発生する偏心荷重による重力ブロック１の傾きや昇降動作中及び停止中に発生する重力ブロック１の傾きを補正し、常に、重力ブロック１を正確に水平保持する。又、重力ブロック１はセンタリングガイド９により常にプレス中心に保持され、その下部には上金型４が取り付けられる。
上下金型や素材、加工製品類の搬入、搬出は、ベースブロック８を前後に貫通し中央部に下金型５が取り付けられている、充分な広さを持った貫通スペースに沿って行う。
【００１６】
図１２、図１３に示す形態においては、重力ブロック１の昇降は加工用スペースを確保するため中央部をコ字形に切り欠いたウェッジ１０を水平方向に移動させて行う。ウェッジ１０を液圧シリンダ２により押し込むと重力ブロック１は上昇し引き抜くと下降し、昇降速度は液圧シリンダ２の作動速度を制御することで行う。ウェッジ１０は重力ブロック１下部の静圧軸受上側ガイド面１２を滑りながら、ベース枠１１の静圧軸受下側ガイド面１３に沿って水平作動し、重力ブロック１は、ベース枠１１の昇降ガイド６に沿って垂直作動する。このため、偏心荷重が発生する加圧加工時や昇降動作中及び停止中に重力ブロック１に傾きが発生することは無い。
【００１７】
なお、この発明は上記発明の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。例えば、上記の実施の形態では説明していないが、従来、長尺物の曲げ加工製品においては、下部フレームや金型の変形量が大きく所定の精度が得られず苦慮しているが、この問題は、この発明の精神にもとずき、重力ブロック及びベースフレームを長尺物の曲げ加工製品と同等の長さに設定することで容易に解決できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上の記載より明らかなように、請求項１及び２の発明に係る重力応用特殊プレスにおいては、必要な重さを有した重力ブロックを液圧シリンダによって昇降させながら重力ブロックの重力を応用してプレス作業をおこない、従来のプレスのように加圧力を上下フレームや支柱で支える方式を取らない。又、重力ブロックの下降及び加圧加工速度は液圧制御装置によって任意に設定でき最大自重落下速度も得られる形態を取る。
【００１９】
従って、プレスの大型化を図ろうとする場合は、重力ブロックの重さを増やすことで容易に対応できる。又、重力ブロックやベースフレームの材質を鉄筋コンクリートとすれば、プレスの設置現場でコンクリート枠や鉄筋を組みコンクリートを混練打設することができるため、従来プレスのような製造、輸送、据付等の場合に生ずる大きさや重量の制限は解消される。又、重力ブロックの材質を鉄鋼系とした場合でも重力ブロックを輸送可能な大きさに細分化して製作、輸送し、現地で順次組立を行い溶接若しくはボルト締結して重力ブロック全体を完成させることもできる。更に液圧シリンダについても製作、輸送が可能な最大限の大きさのシリンダを必要本数設置することで大型化に容易に対応できる。即ち、これ等の手段により１００万トンといった超大型プレスといえども実現は可能となる。
【００２０】
次に、加圧速度の高速化は重力ブロックの昇降用液圧シリンダの作動圧力を制御することで可能となり、理論的にはシリンダ内の圧力を０ｋｇ／ｃｍ２近くまで下降させれば重力ブロックは自重落下速度で急速下降することになる。熱間加工の場合は素材の変形抵抗が小さい高温状態で短時間で加工する要があるため、より高速加工が求められるが、実用的には重力ブロックの下降速度即ち加圧速度は５０〜１００ｍｍ／ｓｅｃ程度で充分であり、高速化の要望は容易に達成できる。然も、この時、重力を応用しているため動力は必要とされない。従来方式のプレスでは１０ｍｍ／ｓｅｃ程度の加圧速度でさえも液圧ポンプ、電動機等の容量の制約からそれを得ることは極めて困難であることを考えると本発明の重力応用特殊プレスの有益性は明白である。
【００２１】
又、本発明のプレスにおいては、中型、小型の分野においても、プレス加工時には金型や加工製品の上に重力ブロックの重量が載荷される形態で加工が行われることとなる。従って、この場合従来方式のプレスと異なり、重力ブロックやベースフレームの加圧力受圧面は圧縮応力のみとなり曲げ応力は殆ど発生せず、当然曲げ応力に起因する曲げ歪や、せん断歪も無くなる。即ち、図１４に示すようなδ１、δ２、δ３の変形は発生しない。このことによってプレス加工製品の寸法精度は大幅に向上する。
【００２２】
更に、重力ブロックを上下に２分割した場合は、所要加圧力が比較的小さい場合は下部重力ブロックのみの単独運転とすることが可能で、省エネルギー化を図ることができ、生産性も向上する。
【００２３】
また、請求項３の発明に係る重力応用特殊プレスによれば、必要な重さを有する重力ブロックをウェッジを用いてそれを水平方向に押し引きすることで、重力ブロックを昇降させながら、重力を応用してプレス作業をおこなうものであり、従来のプレスのように加圧力を上下フレームや支柱で支える方式を取らない。又、重力ブロックの下降及び加圧加工速度は液圧制御装置によって任意に設定できる形態を取る。従って、重力ブロックはベース枠及びウェッジの上に載荷された形態であり、加圧加工時の偏心荷重の発生等、いかなる作業状態にあっても傾くことはなく安定した作業ができ、又、上下フレームや支柱等は使用されていないため、これらの曲げ変形は皆無となりプレス製品の高精度化が容易となる。又、ウェッジ効果により液圧シリンダの使用本数も大幅に減らすことができ、液圧制御装置も小規模なものとなる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すもので、重力ブロックが一体形でその外側がベースフレームによりガイドされる重力応用特殊プレスであり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】本発明の実施の形態を示すもので、重力ブロックが上下に２分割され、その外側がベースフレームによりガイドされる重力応用特殊プレスであり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図６】図５のＤ−Ｄ断面図である。
【図７】図５のＥ−Ｅ断面図である。
【図８】図５のＦ−Ｆ断面図である。
【図９】本発明の実施の形態を示すもので、重力ブロックが一体形でその外側がガイドされない重力応用特殊プレスであり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図１０】図９のＧ−Ｇ断面図である。
【図１１】図９のＨ−Ｈ断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態を示すもので、重力ブロックが一体形でウェッジにより昇降する重力応用特殊プレスであり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図１３】図１２のＪ−Ｊ断面図である。
【図１４】本図は、従来プレスの基本構成図であり、本発明の重力応用特殊プレスとの相違を明らかとするための参考図である。
【符号の説明】
１　　重力ブロック
１ａ　　上部重力ブロック
１ｂ　　下部重力ブロック
２　　液圧シリンダ
３　　ベースフレーム
４　　上金型
５　　下金型
６　　昇降ガイド
７　　位置検出装置
８　　ベースブロック
９　　センタリングガイド
１０　ウェッジ
１１　ベース枠
１２　静圧軸受上側ガイド
１３　静圧軸受下側ガイド
１０１　上部フレーム
１０２　液圧シリンダ
１０３　支柱
１０４　上金型（従来プレス用）
１０５　下金型（従来プレス用）
１０６　下部フレーム
１０７　スライド
１０８　引上げシリンダ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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