(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、このモータから駆動伝達系を介して伝達された回転動作を直線動作に変換するリンク機構と、上記リンク機構の下方に設置されて上記直線動作によりプレス加工のために昇降するラムとを備え、上記リンク機構は、クランク軸および偏心軸部を有するクランク部材と、回転自在な連結を行う第１ないし第３の連結部をそれぞれ３角形の各頂点に位置するように有し、第１の連結部が上記クランク部材の偏心軸部に連結された揺動リンクと、第２の連結部と上記ラムの上端とに両端が連結されたコネクティングロッドと、基端がフレームに回動自在に連結され先端が上記揺動リンクの第３の連結部に連結されて上記揺動リンクの揺動を規制する拘束リンクとを備え、上記駆動伝達系は、モータの回転制御によりラムの昇降動作を制御可能に上記モータの回転駆動を上記クランク軸に伝達するものであり、
上記拘束リンクの基端の回動中心の位置を変更するリンク回動中心変更手段を設け、上記リンク回動中心変更手段の変更動作を行わせるときに、上記モータの駆動により上記クランク軸を所定角度だけ回転させる変更対応モータ角制御手段を設けたことを特徴とするモータ駆動式リンクプレス。
【請求項２】
上記リンク回動中心変更手段は、偏心部に上記拘束リンクの基端を回動自在に支持した回動部材と、この回動部材を回動させるアクチュエータとでなる請求項１記載のモータ駆動式リンクプレス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スライド駆動機構としてリンク機構を用いたモータ駆動式リンクプレスに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
機械式のパンチプレスでは、モータの回転動作をラムの昇降動作に変換するスライド駆動機構としてクランク機構が一般に用いられている。また、フライホイールを用い、クラッチの入切でフライホイールの回転の接・断によるラムの駆動と停止の切換を行っている。クランク機構では、ラムの昇降速度の曲線は、下降時と上昇時とで下死点に対して対称であり、下降速度と上昇速度とが同じとなる。しかし、パンチ加工など、プレス加工一般において、ラムの下降時は静音化やプレス荷重の要求から、低速とすることが好ましいが、上昇時は特に制限事項がないため、高速であることが望ましい。下降速度と上昇速度とが同じとなるクランク機構では、上昇に必要以上の時間を要し、パンチ加工のサイクルタイムが長くなる。
最近では、駆動源としてサーボモータを用い、フライホイールを設けずにクランク機構を介してラムを昇降させるようにしたものも提案されている。サーボモータを用いると、ラムのストローク途中の速度変更が自在であり、下降時の速度を速く、上昇時の速度を遅くすることも自在である。しかし、モータの能力は、回転速度によって変わり、モータの能力を最大に活かすには、モータ特性に応じた最適なモータ回転速度の範囲で運転する必要がある。モータ回転速度を制御することでラムの下降時と上昇時の速度を変えるのでは、モータの能力を十分に活かすことができず、必要なプレス荷重を得て上昇時の速度も速めるには、大型のモータが必要となる。
【０００３】
そこで、本発明者は、適切なスライド機構の選択によって、下降時に遅く、上昇時に速くなるものを種々研究した。
従来、金属の冷間押出し，据え込み等の塑性加工用のプレス装置に用いられるスライド機構として、リンクプレスが古くから用いられている（例えば、特公平３−４２１５９号）。リンクプレスは、クランク機構のクランクピンに揺動リンクを連結し、揺動リンクにコネクティングロッドを連結すると共に、揺動リンクに拘束リンクを連結したものである。クランク軸の駆動は、モータによりフライホイールを介して行う。リンクプレスによると、拘束リンクの作用により、ラム速度が下降時は遅くて上昇時は速いという動作特性が得られる。
【０００４】
しかし、従来のリンクプレスは、その下死点付近の非常に遅い下降動作を利用することで、冷間押出し等の塑性加工の加工品質を上げるために使用されるものであり、塑性加工とは異なる動作特性の要求されるパンチプレスへの適用例はない。また、モータ出力を慣性エネルギとして蓄えるフライホイールを備えるため、制御性に欠ける。
また、上記リンクプレスのリンク機構は、動作特性が定まっているため、加工の種類が変わった場合、例えば負荷の大小が変わった場合に、最適な特性とならないことがある。パンチ加工等において、板厚が厚い場合や硬質の材料の場合は負荷が大きいため、小出力のモータで駆動するには、ラムの下降速度を低速とする必要があるが、負荷が小さくて余裕のある場合は、下降速度を速くする方が加工品質が向上する。すなわち、パンチ加工のようなせん断加工では、パンチ速度が速い方がバリの少ない高品質な加工となる。このような加工の種類に応じた動作を得ることが、従来のリンク機構では得られない。
【０００５】
この発明の目的は、比較的小出力のモータを用いても、高いプレス荷重による加工、および加工のサイクルタイムの向上が可能で、制御性にも優れ、さらに、加工の種類に応じてリンク機構の最適な特性を選択可能なモータ駆動式リンクプレスを提供することである。
この発明の他の目的は、拘束リンクの回動中心を変更するための手段を、簡単な構成で実現可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、拘束リンクの回動中心を変更するための手段の設計の自由度を高めることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の構成を実施形態に対応する図１と共に説明する。このモータ駆動式リンクプレスは、モータ（１３）と、このモータ（１３）から駆動伝達系（１４）を介して伝達された回転動作を直線動作に変換するリンク機構（１）と、上記リンク機構（１）の下方に設置されて上記直線動作によりプレス加工のために昇降するラム（６）とを備える。
上記リンク機構（１）は、クランク軸（３）および偏心軸部（４）を有するクランク部材（２）と、回転自在な連結を行う第１ないし第３の連結部（Ｐ１〜Ｐ３）をそれぞれ３角形の各頂点に位置するように有し、第１の連結部（Ｐ１）が上記クランク部材（２）の偏心軸部（４）に連結された揺動リンク（５）と、第２の連結部（Ｐ２）と上記ラム（６）の上端とに両端が連結されたコネクティングロッド（７）と、基端がフレーム（９）に回動自在に連結され先端が上記揺動リンク（５）の第３の連結部（Ｐ３）に連結されて上記揺動リンク（５）の揺動を規制する拘束リンク（８）とを備える。上記駆動伝達系（１４）は、モータ（１３）の回転制御によりラム（６）の昇降動作を制御可能に上記モータ（１３）の回転駆動を上記クランク軸（３）に伝達するものである。この駆動伝達系（１４）は、フライホイール等の慣性付与を目的とした部品が介在しないものであり、減速機を有していても、またモータの出力軸とクランク軸とを直結するようにしても良い。
このモータ駆動式リンクプレスは、上記構成において、上記拘束リンク（８）の基端の回動中心（Ｅ）の位置を変更するリンク回動中心変更手段（５１）を設けたものである。
【０００７】
この構成の作用を説明する。クランク軸（３）の回転により、揺動リンク（５）は偏心軸部（４）の軸心の旋回軌道に沿った公転動作と、拘束リンク（８）が連結されていることによって正逆に振られる自転運動との複合動作を行う。揺動リンク（５）の上記公転動作のため、これに連結されたコネクティングロッド（７）が昇降するが、上記の自転運動を伴うため、コネクティングロッド（７）の下端位置、つまりラム位置の昇降速度曲線は、準サイン曲線とはならず、下降時と上昇時とで非対称となる。下降時と上昇時とのいずれが速くなるかは、拘束リンク（８）の支点位置や長さなど、各種の要素の組み合わせによって定まる。そこで、各要素を適宜設計することで、クランク軸（３）を一方向に一定速度で回転させたときのラム（６）の下降動作が上昇速度よりも遅くなるように、拘束リンク（８）で揺動リンク（５）の揺動を規制することができる。このように、下降時の速度を遅くすることで、比較的小出力のモータ（１３）を用いても、高いプレス荷重による加工が行え、また上昇速度が速くなるため、加工のサイクルタイムが向上する。モータ速度は一定としたままで上記の速度変化を与えるため、例えば適宜の減速比率の減速機を介在させることで、モータ特性に応じ、モータ出力が最大となるモータ回転速度で運転できる。これによっても、小出力のモータ（１３）の使用が可能になる。また、モータ（１３）とクランク軸（３）とは、フライホイール等の慣性付与系の介在しない駆動伝達系（１４）を介して連結するため、例えば、モータ（１３）の回転速度制御によるラム速度変更や、ストローク途中の停止等の制御性に優れる。
【０００８】
また、拘束リンク（８）の基端の回動中心（Ｅ）の位置を変更するリンク回動中心変更手段（５１）を設けたため、リンク機構（１）におけるラム下降速度等の特性を変更することができる。したがって、負荷が大きい加工の場合は下降速度を遅くしてトルクの軽減を量り、負荷の軽い加工の場合は、加工速度を比較的速くし、加工品質の向上を図るなど、加工の種類に応じてリンク機構（１）の最適な特性を選択することができる。
【０００９】
上記リンク回動中心変更手段（５１）は、偏心部（１２）に上記拘束リンク（８）の基端を回動自在に支持した回動部材（５２）と、この回動部材（５２）を回動させるアクチュエータ（５３）とでなるものであっても良い。
このように偏心部（１２）を有する回動部材（５２）を用いた場合、回動部材（５２）を回動させるだけで拘束リンク（８）の基端位置を変更でき、リンク回動中心変更手段（５１）が簡素な構成のものとできる。
【００１０】
また、上記リンク回動中心変更手段（５１）の変更動作を行わせるときに、上記モータ（１３）の駆動により上記クランク軸（３）を所定角度だけ回転させる変更対応モータ角制御手段（６３）を設ける。
拘束リンク（８）は、基端の回動中心（Ｅ）を変更させるときに、先端が揺動リンク（５）の第３の連結部（Ｐ３）に連結されているため、ラム（６）を大きく昇降させることなく拘束リンク（８）の基端位置を変更しようとした場合、第３の連結部（Ｐ３）を中心とする円弧上で変更させる必要がある。このような円弧上で位置変更させるようにするには、リンク回動中心変更手段（５１）の構成が制限される。上記変更対応モータ角制御手段（６３）を設けると、拘束リンク（８）の基端の回動中心（Ｅ）の位置変更を任意の経路で行っても、その変更に伴う揺動リンク（５）の揺動，ラム（６）の昇降に対応する量だけクランク軸（３）を回転させることで、つまりモータ（１３）によりクランク軸（３）を所定角度だけ回転させることで、ラム（６）の昇降位置を大きく変えることなく、拘束リンク（８）の回動中心位置の変更が行える。すなわち、ラム（６）の昇降を適当な範囲に抑えて、拘束リンク（８）の回動中心位置の変更が行える。したがってリンク回動中心変更手段（５１）の構成が制限されず、その設計の自由度が高められ、簡単な構成とできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１はこのモータ駆動式リンクプレスにおけるリンク機構と制御系の概念構成を示すブロック図とを組み合わせた図である。制御系については後に説明する。このモータ駆動式リンクプレスは、モータ１３と、このモータ１３から駆動伝達系１４を介して伝達された回転動作を直線動作に変換するリンク機構１と、このリンク機構１の下方に設置されて上記直線動作によりプレス加工のために昇降するラム６とを備える。リンク機構１は、クランク軸３の軸心に対して偏心した偏心軸部４を有するクランク部材２と、偏心軸部４に連結された揺動リンク５と、コネクティングロッド７と、拘束リンク８とを有する。クランク軸３は、フレーム９に回転自在に設置されており、回転駆動力を受ける軸となる。偏心軸部４は、クランク軸３よりも大径の軸部とされている。偏心軸部４は、上記のような大径のものとする代わりに、クランク軸３よりも小径として、クランクアーム（図示せず）を介してクランク軸４に一体化されたものとしても良い。ラム６は、パンチツール等のプレス加工の作用部の昇降を行わせる部材であり、フレーム９に、ガイド部材１０を介して昇降自在に設置されている。ラム６は、クランク軸２の真下である。
【００１２】
揺動リンク５は、第１ないし第３の連結部Ｐ１〜Ｐ３を有し、第１の連結部Ｐ１でクランク部材２の偏心軸部４に連結されている。各連結部Ｐ１〜３は、いずれも回転自在な連結を行う連結部分であり、図７に模式的に示すように、３角形Ｔの各頂点にそれぞれ位置する。この三角形Ｔは、クランク軸３の軸心に垂直な平面内における任意の三角形である。図１において、コネクティングロッド７は、揺動リンク５の第２の連結部Ｐ２に上端が連結され、下端がラム６の上端にピン１１を介して回転自在に連結される。拘束リンク８は、基端がフレーム９に支点軸１２を介して回動自在に支持され、先端が揺動リンク５の第３の連結部Ｐ３に連結されている。拘束リンク８は、その支点軸１２の軸心である揺動中心と第３の連結点Ｐ３とを、クランク軸３の両横に振り分けて配置してある。上記両横は、クランク軸３の軸心に対する垂直な平面内における両横であり、モータ駆動式リンクプレスの全体に対して、左右方向の両側であっても、前後方向の両側であっても良い。
【００１３】
クランク軸３は、図４，図５に示すように、モータ１３の出力軸（図示せず）に駆動伝達系１４を介して連結されている。駆動伝達系１４は、モータ１３の回転制御によりラム６の昇降動作を制御可能にモータ１３の回転駆動をクランク軸３に伝達可能なものとする。したがって、駆動伝達系１４は、フライホイール等の慣性付与を目的とした部品が介在せず、モータ１３のトルクを伝達する手段である。駆動伝達系１４は、この実施形態では、減速機１５と、この減速機１５の出力軸をクランク軸３に連結するカップリング１６とでなる。モータ１３にはサーボモータが用いられている。減速機１５とモータ１３とは、互いに一体化されて減速機付きモータを構成するもの等が用いられる。
【００１４】
図２は、リンク機構１の破断側面を示す。クランク軸３は偏心軸部４の両側に延びており、両側でジャーナル軸受等の軸受１７を介してフレーム９に回転自在に支持されている。揺動リンク５は、第１の連結部Ｐ１を構成する連結孔の内径面が、偏心軸部４の外周にライナ１８を介して嵌合している。揺動リンク５の第２の連結部Ｐ２とコネクティングロッド７とは、連結ピン１９により連結されている。
【００１５】
図１に示すように、フレーム９には、拘束リンク８の基端の回動中心Ｅの位置を変更するリンク回動中心変更手段５１が設けられている。リンク回動中心変更手段５１は、同図および図８に示すように、上記支点軸１２が偏心部として設けられた回動部材５２と、この回動部材５２を回動させるアクチュエータ５３とでなる。回動部材５２は、その中心位置に一致した軸部５２ａ（図９）を有し、この軸部５２ａでフレーム９に軸受（図示せず）を介して回転自在に支持されている。拘束リンク８は、この支点軸１２に基端が回動自在に支持されており、回動部材５２が回動することにより、支点軸１２の位置が変わり、拘束リンク８の回動中心Ｅが変わる。回動部材５２は、一対ものが同軸心に設けられ、両側の回動部材５２に渡って支点軸１２が設けられている。アクチュエータ５３は、例えばエアシリンダ等の流体圧シリンダ、モータ、または電磁ソレノイド等が用いられる。
【００１６】
リンク回動中心変更手段５１に対して、拘束リンク８の回動中心Ｅを各変更位置で固定するロック手段５４が設けられている。ロック手段５４は、回動部材５２に設けられた被係合部５５と、この被係合部５５に係合するロック部材５６と、このロック部材５６の係脱用駆動源５７とで構成される。被係合部５５は回動部材５４の外周面に設けられた凹部からなり、ロック部材５６は進退自在なピン状の部材からなる。係脱用駆動源５７は、流体圧シリンダまたは電磁ソレノイドからなり、上記フレーム９に設置されている。回動部材５２の被係合部５５は、円周方向に離れた２か所に設けられており、ロック部材５６は回動部材５２の回動によって対面した被係合部５５に係合可能である。したがって、拘束リンク８の回動中心Ｅを２位置で固定可能である。なお、被係合部５５を３箇所以上に設け、回動中心Ｅを３か所以上で固定可能としても良い。
【００１７】
図５に示すように、フレーム９は、リンク機構１を支持する独立のリンク部フレームとされ、本体フレーム２２の上フレーム部２２ａの先端に取付けられている。リンク部フレーム９はボックス状とされている。フレーム９は、取付基板９ａの内面に設けた支持板９ｂとこれに対向する対向板９ｃとで、クランク軸３の両端を支持する。フレーム９には、モータ支持部材２３が設けられ、上記モータ１３はモータ支持部材２３に設置されている。したがって、モータ９は、リンク機構１を設置したリンク部フレーム９と共に、本体フレーム２２に対して着脱可能に組み付けられる。
本体フレーム２２は、側面形状がＣ字状とされ、その喉部となる開口部分２４は、板材ワークやツール支持体が進入する空間となる。本体フレーム２２は、一対の対向側板を有しており、図５には片方の対向側板のみを図示してある。上フレーム部２２ａにおいて、両側の対向側板は、上フレーム下面板２５および中間補強板２６により互いに接合されている。
【００１８】
図１２，図１３は、図１のリンク機構１を備えたモータ駆動式リンクプレスの全体の平面図，側面図をそれぞれを示す。本体フレーム２２は機体カバー３０で覆われている。本体フレーム２２に、リンク機構１の他に、ツール支持手段２８とワーク送り手段２９とが設置されいる。ツール支持手段２８は、複数のパンチツール３１およびダイツール３２を搭載し、ラム６によるプレス加工位置Ｑに任意のツール３１，３２（図１３）を割出可能としたのものである。ツール支持手段２８は、それぞれパンチツール３１およびダイツール３２を搭載した上下のタレット２８ａ，２８ｂからなる。ワーク送り手段２９は、テーブル３３上の板材ワークＷを、任意部分がプレス加工位置Ｑに来るように直交２軸方向（Ｘ軸，Ｙ軸）に移動させる手段である。ワーク送り手段２９は、前後（Ｙ軸方向）移動するキャリッジ３４と、キャリッジ３４に搭載されて左右（Ｘ軸方向）移動するクロススライド３５とを有し、クロススライド３５に設けられた複数のワークホルダ３６により板材ワークＷを把持する。キャリッジ３４の前後移動とクロススライド３５の左右移動とで、上記２軸方向の板材ワークＷの送りが行われる。
【００１９】
上記構成の動作を説明する。図１のリンク機構１は、図７の模式図を参照してわかるように、次の動作を行う。クランク軸３がモータ駆動により回転すると、クランク部材２の偏心軸部４の中心は、図７に示すように、クランク軸３の軸心を中心とする円周軌道Ｃ１を描く。揺動リンク５は、偏心軸部４に第１の連結部Ｐ１で回転自在に連結されているため、上記円周軌道Ｃ１に沿った公転運動を行う。揺動リンク５は、第３の連結部Ｐ３で拘束リンク８に連結されていることにより動作が規制され、上記公転運動に伴って、第１の連結部Ｐ１の回りに正逆に振られる自転運動を行う。この公転運動と自転運動の複合動作のため、揺動リンク５のコネクティングロッド７との連結部である第２の連結部Ｐ２は、同図に示すように斜めの楕円状の軌道Ｃ２を移動する。ラム６は昇降のみ自在に支持されていて、コネクティングロッド７を介して揺動リンク５の第２の連結部Ｐ２に連結されているため、第２の連結部Ｐ２が楕円状の軌道を描くことによって昇降動作する。このラム６の昇降動作の速度は、図９に１周期のクランク角度と変位の関係を曲線Ｈで示す示すように、下降時と上昇時とで非対称となる。また、ラム６が下死点ＢＤＣに達する時のクランク角度θBDC は１８０°からずれた位置となる。同図中に併記した曲線Ｊは、一般的なクランク機構におけるラムの上下変位を示し、対称となっている。
【００２０】
リンク機構１の動作に影響を与える要素は、図７に示す次の８つの要素である。クランク長さ（偏心量）ｒ、拘束リンク８の長さｗ、コネクティングロッド７の長さＬ、揺動リンク５の連結部Ｐ２，Ｐ３間の開き角度α、揺動リンク５の連結部Ｐ１と連結部Ｐ２，Ｐ３間の各長さａ，ｂ、および拘束リンク８の回動中心ＥのＸ座標Ｅｘ，Ｙ座標Ｅｙである。なお、座標の中心はクランク軸３の軸心とする。
リンク機構１の成り立つ条件として、クランク軸３の回転中心−連結部Ｐ１−連結部Ｐ３−拘束リンク８の支点軸１２を、各節間の連結点として成り立つ４節回転連鎖が成立する必要があり、最短節をクランク長さｒとして、次の各式を満たす必要がある。
Ａ＝√（Ｅｘ＾２＋Ｅｙ＾２）として、
ｒ＋ａ≦ｗ＋Ａ
ｒ＋ｗ≦ａ＋Ａ
ｒ＋Ａ≦ａ＋ｗ
これは、グラスホフの定理として知られており、この条件を満たす範囲で上記各要素の値を適宜設計することで、ラム８の変位曲線を自由に設計することができる。
図１のリンク回動中心変更手段５１は、回動中心Ｅの位置を変更して上記のＥｘ，Ｅｙの値を変え、ラム８の変位曲線を後述のように変えるものである。
【００２１】
下降時と上昇時とのいずれが速くなるかは、モータ回転方向と上記各要素の組み合わせによって定まる。そこで、モータ回転方向が一定方向であるとして、各要素を適宜設計することで、モータ１３が一定速度で回転したときのラム６の下降速度が上昇速度よりも遅くなる動作を行うものとできる。このように、下降時の速度を遅くすることで、比較的小出力のモータ１３を用いても、高いプレス荷重による加工が行え、また上昇速度が速くなるため、加工のサイクルタイムが向上する。
図１０にクランク式プレスとリンク式プレスとを比較して示すように、サイクルタイムを「１０」とした場合、クランク式では同図（Ａ）のように下降時間と上昇時間が共に「５」となるが、リンク式では、例えば同図（Ｂ）のように下降時間が「７」，上昇時間が「３」となるように設計することが可能である。このようにリンク機構１を設計した場合、クランク式に比べて、下降動作のラム速度は５／７と遅くなり、その分、プレス荷重は７／５と大きくなり、同じモータを用いても、４０％のプレス荷重の向上が図れる。ラム６の上昇時は特に仕事を行わないため、力が弱くても加工に影響しない。
【００２２】
また、モータ速度は一定としたままで上記の速度変化を与えるため、適宜の減速比率の減速機１５（図４）を介在させることで、モータ特性に応じ、モータ出力が最大となるモータ回転速度で運転できる。これによっても、小出力のモータ１３の使用が可能になる。また、モータ１３とクランク軸３とは、フライホイール等の慣性付与系の介在しない駆動伝達系１４を介して連結するため、モータ１３の回転速度制御によるラム速度変更等の制御性に優れる。
【００２３】
モータ１３がサーボモータである場合は、モータ速度の自由な変更が行えるため、ラム６の昇降ストローク中における速度を変化させることもでき、各種の要望に応じた加工が行える。すなわち、モータ１３を等速回転させた場合の速度曲線として、クランク部材２や各揺動リンク５，拘束リンク８等で構成されるリンク機構１の動作に従った速度曲線を基本とし、モータ速度を変化させることで、例えばパンチツール３１が板材ワークＷに接するときの速度をより遅くしてより一層の静音化を図ったり、また上昇時の速度をさらに速めることも可能である。また、ラム６を任意高さで止めることもできる。
【００２４】
このモータ駆動式リンクプレスにおいて、パンチ加工を行う場合は、図９に示すように、板材ワークＷの打ち抜きに使用する区間である打抜区間Ｍは、ラム昇降ストロークの下降過程の中間区間とする必要がある。この打抜区間Ｍとする中間区間は、ラム６のクランク角度に対する変位の曲線Ｈが略直線状となる区間である。打抜区間Ｍの下限位置Ｈ1 は、ダイハイトＤＨよりも若干上方の位置にある。
リンクプレスでは、モータ速度が一定であると、同図のラム変位曲線Ｈからわかるように、上死点ＴＤＣ付近では緩やかな曲線となり、中間区間で直線状となり、下死点ＢＤＣの付近で再度緩やかな曲線となる。下死点ＢＤＣ付近の速度が最も遅く、したがって下死点ＢＤＣ付近で最も大きなプレス荷重が得られる。従来の成形加工のリンクプレスでは、この下死点ＢＤＣ付近の大きなプレス荷重を成形に用いる。しかしパンチ加工の場合、打ち抜きカスを確実に落とすために、板材ワークＷの下面よりも下方にストロークが必要となる。これに対して、ストロークの中間区間を打抜区間Ｍとすると、板材ワークＷの下面の下方に十分なストロークを得て、打ち抜きカスを確実に落とすことができ、中間区間での本来小さなパンチ荷重をリンク機構１で補える。言い換えれば、このため、大きなプレス荷重が得られる下死点ＢＤＣ付近を使用することはできないが、従来の対称動作のクランク機構と比較して効率的に使うことができる。パンチ加工では大きなプレス荷重と共に、加工の高速化が要求される。また、パンチ加工では打ち抜き速度が速い方が加工品質が良く、打抜区間Ｍを中間区間とすると、加工品質上で要求される打ち抜き速度を無駄なく得ることができる。このように、パンチプレスに適用する場合に、従来の成形加工用のリンクプレスとは異なる使用形態で、そのリンク機構１の作用を効果的に用いることができる。
【００２５】
つぎに、拘束リンク８の回動中心Ｅを変更した場合のリンク特性の変化につき説明する。図１に示したリンク機構１の各部の位置および寸法関係の場合に、図９（Ａ）のように回動部材５２の上部に回動中心Ｅを位置させた場合は、解析結果によると、図１１に曲線ＨＡで示すラム変位曲線が得られる。これは、図１０に示したラム変位曲線Ｈと同じである。なお、図１１は、比較の都合上、ラム変位曲線ＨＡの下死点となるクランク角度を１８０°の位置として示した。このラム変位曲線ＨＡとなる場合のトルクは、同図に曲線ＴＡで示すように、下降時に略一定となる区間が長く得られる。
これに対して、図８（Ｂ）のように回動中心Ｅを元の位置より左下方に位置させると、図１１に曲線ＨＢで示すラム変位曲線となり、変更前の曲線ＨＡに比べてラム下降時の速度が速くなる。このラム変位曲線ＨＢとなるときのトルクは、同図に曲線ＴＢで示すように、下降時において、ラムの下降に従って大きく変化する傾向にある。
【００２６】
上記のリンク回動中心変更手段５１によると、回動中心Ｅを変更することにより、このような２つのラム変位曲線ＨＡ，ＨＢの選択が自由に行える。
下降速度の遅いラム変位曲線ＨＡとする場合は、板材ワークＷの板厚が厚い場合や、材質が硬質の場合、また外径の大きなパンチツールで加工する場合など、大負荷の加工を行う場合に、小出力のモータ１３で加工が行える利点がある。
下降速度の速いラム変位曲線ＨＢとする場合は、板材ワークＷの板厚が薄い場合など、小負荷で加工できる場合に、高速で打ち抜きが行えることから、バリの少ない高品質の加工が行える利点がある。
このように、リンク回動中心変更手段５１によりリンク機構１の特性を変更して、加工の種類に応じた最適な特性を選択することができる。
なお、加工の種類に応じて、リンク回動中心変更手段５１を制御するリンク特性制御手段６７（図１）を設けることが好ましい。リンク特性制御手段６７は、例えば、後に示す加工制御手段６１に設けられる。リンク特性制御手段６７において、加工の種類は、所定の加工種類識別情報によって判断する。加工種類識別情報は、例えば加工プログラム６５における所定の指令または情報であっても良く、また加工制御手段６１の上位制御手段（図示せず）から与えられる所定の指令または情報であっても良く、さらに操作盤（図示せず）等からオペレータによって入力される所定の指令または情報であっても良い。リンク特性制御手段６７は、例えば上記所定の加工種類識別情報と、リンク回動中心変更手段５１により制御する回動中心Ｅの位置との対応表（図示せず）を持っていて、加工種類識別情報を上記対応表と照合して回動中心Ｅの位置を制御する。加工種類識別情報は、複数の情報の組み合わせ、例えば板厚と加工周長等の組み合わせであっても良い。
【００２７】
制御系につき説明する。加工制御手段６１は、このモータ駆動式リンクプレスの全体を制御する装置であり、加工プログラム６５によって制御するコンピュータ式の数値制御装置およびプログラマブルコントローラからなる。加工制御手段６１は、拘束リンク８の回動中心を変更した場合に、その変更後の位置が固定されたことを確認した後に、モータ１３を駆動して開始する制御機能を備える。この機能等につき説明する。
【００２８】
加工制御手段６１は、リンク特性制御手段６７、変更指令手段６２、変更対応モータ角制御手段６３、およびロック確認加工許容手段６４を有する。変更指令手段６２は、上記リンク特性制御手段６７の一部または全体となる。
変更指令手段６２は、加工プログラム６５における所定の指令により、加工の種類を認識し、加工の種類に応じてリンク回動中心変更手段５１に拘束リンク８の回動中心Ｅを変更させる制御を行う。変更指令手段６２において、上記加工の種類は、大負荷加工と小負荷加工との２種類に分けるものとしてあり、大負荷加工の場合は、回動中心Ｅを大負荷に対応する位置（図８（Ａ）に示す位置）とし、小負荷加工の場合は回動中心Ｅを小負荷に対応する位置（図８（Ｂ）に示す位置）とする。また、リンク回動中心変更手段５１の動作の前に、ロック手段５４のロックを解除させ、変更完了後にロック手段５４にロックを行わせる。なお、変更指令手段６２は、スイッチ６６の操作により、リンク回動中心変更手段５１に回動中心Ｅの変更を行わせるものとしても良く、また加工プログラム６５とスイッチ６６とのいずれによっても上記変更動作を行わせることができるものとしても良い。
【００２９】
変更対応モータ角制御手段６３は、リンク回動中心変更手段５１により変更動作を行わせるときに、モータ１３を駆動させてクランク軸３を所定角度だけ回転させる制御を行わせる手段である。この所定角度は、回動中心Ｅの位置変更によって揺動リンク５が揺動し、ラム６が昇降する動作に対して、変更の前後でラム６の昇降位置があまり変化しないようにクランク軸３の回転を行わせる角度である。
【００３０】
ロック確認加工許容手段６４は、リンク回動中心変更手段５１により拘束リンク８の回動中心Ｅを変更するときに、モータ１３の駆動を不許可とし、変更後の位置が固定されたことを確認した後に、モータ１３の駆動開始を許容する手段である。具体的には、リンク回動中心変更手段５１の回動部材５２が回転し、ロック手段５４のロック部材５６が回動部材５２の被係合部５５に係合したことが確認されたときに、ロック確認加工許容手段６４はモータ１３の駆動を許可する。ロック部材５６か被係合部５５に係合したことは、ロック駆動手段５７が所定位置まで動作したことを検出手段５８が検出した信号で認識される。なお、検出手段５８を省略し、変更指令手段６２がロック駆動手段５７にロック動作の指令を出力した後、所定の時間の経過後等にモータ１３の駆動を許可するようにしても良い。ロック確認加工許容手段６４による不許可は、例えば変更指令手段６２がロック手段５４にロック解除指令を出力するときに行う。
【００３１】
加工制御手段６１による回動中心位置変更時の制御動作を説明する。高負荷加工を行うときは、加工プログラム６５の所定の指令、またはスイッチ６６の信号により、変更指令手段６２は、リンク回動中心変更手段５１に拘束リンク８の回動中心Ｅを大負荷対応位置（図８（Ａ）の位置）とする。この位置の場合、上記のように図１１に示すラム変位曲線ＨＡとなり、ラム６は下降速度が遅く、低トルクでパンチ加工が行える。
小負荷加工を行うときは、加工プログラム６５の所定の指令、またはスイッチ６６の信号により、変更指令手段６２は、リンク回動中心変更手段５１に拘束リンク８の回動中心Ｅを小負荷対応位置（図８（Ｂ）の位置）とする。この位置の場合、図１１に示すラム変位曲線ＨＢとなり、ラム６は下降速度が速く、したがって高品質のパンチ加工が行える。
【００３２】
変更指令手段６２によりリンク回動中心変更手段５１に変更動作を行わせるときは、まずロック手段５４による回動部材５２のロックを解除させ、その後にアクチュエータ５３により回動部材５２を所定角度回動させる。この回動により、図８（Ｂ）のように、回動部材５２の別の被係合部５５がロック部材５６と対応する。この後、ロック手段５４にロック部材５５を被係合部５５に係合させ、回動部材５２を回転不能にロックさせる。このように回動部材５２をロック手段５４でロックすることにより、加工時の荷重等で拘束リンク８の回動中心Ｅが移動することが防止される。ロック確認加工許容手段６４は、上記の回動部材５２のロック解除時に、加工制御手段６１によるモータ１３の駆動を不許可状態とし、ロック手段５４がロック状態になったことが検出手段５８により検出されると、モータ１３の駆動を許可状態とする。このように、回動中心Ｅの位置が固定された後にモータ１３の動作を許可し、パンチ加工を行わせるため、ロック不良状態や、回動中心Ｅの位置決め不完全状態でパンチ加工が行われることが防止され、安全性が確保される。上記の変更動作は、大負荷位置から小負荷位置への変更の場合を説明したが、小負荷位置から大負荷位置への変更も、回動部材５２の回動方向が逆方向になるだけで、上記と同じ動作を行う。
【００３３】
またリンク回動中心変更手段５１によって回動部材５２を回動させるときに、変更対応モータ制御手段６３は、モータ１３によりクランク軸３を所定角度だけ回転させる。
すなわち、拘束リンク８は、基端の回動中心Ｅを変更させるときに、先端が揺動リンク５の第３の連結部Ｐ３に連結されているため、ラム６を昇降させることなく拘束リンク８の基端位置を変更しようとした場合、第３の連結部Ｐ３を中心とする円弧上で変更させる必要がある。このような円弧上で位置変更させるようにするには、リンク回動中心変更手段５１の構成が制限され、この実施形態における回転部材５２に支点軸１２を偏心して設けた構成では対応できない。変更対応モータ角制御手段６３を設けると、拘束リンク８の基端の回動中心Ｅの位置変更を任意の経路で行っても、その変更に伴う揺動リンク５の揺動，ラム６の昇降に対応する量だけクランク軸３を回転させることで、つまりモータ１３によりクランク軸３を所定角度だけ回転させることで、ラム６の昇降位置を大きく変えることなく、拘束リンク８の揺動中心Ｅの位置変更が行える。したがってリンク回動中心変更手段５１の動作が制限されず、リンク回動中心変更手段５１の設計の自由度が高められ、上記の回転部材５２に支点軸１２を偏心して設けた簡単な構成ものとできる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明のモータ駆動式リンクプレスは、クランク部材，揺動リンク，コネクティングロッド，および拘束リンクを有するリンク機構を採用したため、比較的小出力のモータを用いても、高いプレス荷重による加工、および加工のサイクルタイムの向上が可能である。また、リンク機構を採用しながら、モータの回転駆動をリンク機構のクランク軸に伝達する駆動伝達系として、モータの回転制御によりラムの昇降動作を制御可能に伝達するものを用いたため、つまりフライホイール等の慣性付与を目的とした部品の介在しない駆動伝達系を用いたため、制御性にも優れたものとなる。また、拘束リンクの基端の回動中心の位置を変更するリンク回動中心変更手段を設けたため、加工の種類に応じてリンク機構の最適な特性を選択することができる。
上記リンク回動中心変更手段が、偏心部に上記拘束リンクの基端を回動自在に支持した回動部材と、この回動部材を回動させるアクチュエータとでなる場合はリンク回動中心変更手段を簡単な構成とすることができる。
また、リンク回動中心変更手段の変更動作を行わせるときに、上記モータの駆動により上記クランク軸を所定角度だけ回転させる変更対応モータ角制御手段を設けたため、ラムの昇降位置を大きく変えることなく、拘束リンクの回動中心を変えるにつき、設計の自由度が得られ、リンク回動中心変更手段を簡単な構成のものとできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかるモータ駆動式リンクプレスにおけるリンク機構の破断正面図と制御系の概念構成を示すブロック図とを組み合わせた説明図である。
【図２】同リンク機構の破断側面図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ同リンク機構の正面図および側面図である。
【図４】同リンク機構とモータとの連結状態を示す側面図である。
【図５】同リンク機構とモータを本体フレームに設置した部分を示す斜視図である。
【図６】同リンク機構の斜視図である。
【図７】同リンク機構の動作モデルの説明図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれリンク回動中心変更手段の各動作状態を示す破断正面図である。
【図９】同リンク機構とクランク式プレスのクランク角度とラム変位の関係を比較したグラフである。
【図１０】同リンク機構とクランク式プレスとのラム変位過程を比較したグラフである。
【図１１】拘束リンクの各回動中心位置について、同リンク機構におけるクランク角度とラム変位およびトルクとの関係を示すグラフである。
【図１２】同実施形態のモータ駆動式リンクプレスの全体を示す平面図である。
【図１３】同モータ駆動式リンクプレスの全体を示す側面図である。
【符号の説明】
１…リンク機構
２…クランク部材
３…クランク軸
４…偏心軸部
５…揺動リンク
６…ラム
７…コネクティングロッド
８…拘束リンク
９…フレーム
１０…ガイド部材
１１…ピン
１２…支点軸（偏心部）
１３…モータ
１４…駆動伝達系
１５…減速機
５１…リンク回動中心変更手段
５２…回動部材
５３…アクチュエータ
５４…ロック手段
６１…加工制御手段
６３…変更対応モータ角制御手段
６７…リンク特性制御手段
【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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