プレス機械

プレス機械とは、金属素材に強い圧力を加え、金型の形状に変形させる機械である。 漢字では鍛圧機械とも表記される。

1. 概要
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プレス機械に金型を装着し、金属などの素材を金型の間に挟みこみ、強い力を伴った上下動により素材を金型表面に押し付けて、金型と同じ形状に加工する。用いられる金型により、曲げる、せん断する、絞る、つぶすなどの加工をすることが可能である。いずれの加工にせよ、加工時に発生する力を機械の系の中で支えるのがプレス機械の特徴である。

プレス機械は、一般に「ボルスタ」と呼ばれる面に「下金型」がセットされ、スライドと呼ばれる上下動を行う部分に「上金型」がセットされる。スライドの上下動により、上下の金型が離れているときは被加工材をセットでき、咬みあうことで曲げ・抜きや成形が行われる。

作動方式により「機械式プレス」と「液圧式プレス」に2分類されている。→#分類

プレス機械は主に 薄い金属の加工に用いられるので、「板金機械」に分類されることもある。金型を用いるので生産性が高く、自動車産業には欠かせない機械であり、自動車メーカーや自動車部品メーカーには加圧能力が数万kNにおよぶ大型機械が多数設置されている。

2. 分類
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いくつかの分類法がある。

まずスライドの上下動の作動方式により2大別することが一般的である。

機械式プレス: モーターの回転運動をクランク機構などを用いて往復運動に変えスライドを動作させる。
液圧式プレス: 液体に圧力をかけてスライドを動作させる。液圧式は液体としては大抵は油が用いられるので「油圧式プレス」とも呼ばれる。また機能による分類法もあり、この方法では stamping pressスタンピングプレス、forging press 鍛造プレス、press brake プレスブレーキ、punch press パンチプレス などに分類されている。

3. 機械式プレス
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モーターによる回転運動をクランク機構やスクリュー機構などで往復運動に変換して塑性加工に用いる力をとりだす。

クランク式プレスの場合、モーターとクランク軸・コネクティングロッドは直結しているのではなく、種類により中間ギヤ等の構成が変わるが回転運動をフライホイールに蓄え、上下運動させたい時のみクラッチを繋いで運動変換する。 クラッチには「ポジティブクラッチ」と「フリクションクラッチ」の2種類がある。現在製作されている機械式プレスには、急停止機構を備えるためにフリクションクラッチが用いられる。

せん断加工や小物の絞り加工の用途に向いているといった特徴がある。

機構や構造によって下記のような種類がある。

クランクプレス
クランクレスプレス
ナックルプレス
スクリュープレス
摩擦プレス
シェービングプレス
ウェッジプレス
カム式プレス
リンクプレス
タレットパンチプレス
ダイイングマシン
ノッチングプレスなど。

4. 液圧式プレス
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液圧ポンプにて作動液を液圧回路内で循環させ、上下運動させたい時のみ電磁弁などで回路を切り替えて液圧シリンダーへ作動液を供給し、シリンダーに直結したスライドやクッションを動作させる。

上下運動・停止は液圧回路の切り替えで容易にできる。 取り出したいエネルギー量は液圧を調整して任意に調整できる。曲げ加工や大物の絞り加工の用途に向いているといった特徴がある。クッションの役割は主に、絞り加工にて金属の展延性を効果的に発揮させるためである。

上述のように、操作性は容易であるのに対し、油圧回路に関しては厳重な安全措置が必要とされる。というのも、油圧プレスでの死亡事故は非常に多く、 特にメンテナンス時の死亡事故はプレス機の中でも最多である。 動力が液体であるので、油圧回路のどこかから液漏れが相当量発生すると、スライドの自重などにより全く制御不能な状態に陥る事がある。 これを、「自重落下」とよび、動力プレス特定自主検査や、日常点検においてはこれを厳しくチェックする必要がある。 その対策として、バランスバルブの設置や、メンテナンス時の安全ブロック装着の義務付けなどが構造規格において規定されている。 また、クッションによる事故も多い。液圧によりクッションを上昇させる時、そのベクトルを妨げるオペレータの想定外の要因があったとする。 この場合、時間経過に伴う物体の動作を二つの例で表すと、

ステップ①
パターン1：　液圧の最大設定圧まで上昇し、停止する
パターン2：　設定した圧力の範囲内で妨げている要因を破壊する、または押しのける上記の内、どちらも非常に危険な状態ではあるが特にパターン1は以下の通りかなり危険な結果を招く恐れがある。

ステップ②
パターン1：　妨げていた要因が不意に外れた時、蓄えていたエネルギーを一気に放出しようと液圧がクッションを一気に押し上げ通常の何倍もの力が発生し、設定した高さを超え金型などに影響を及ぼした場合、通常干渉するはずのない部位でクッションピンが金型を押し上げ、クランプ治具などが弾け飛び周囲に飛散する。または金型自体が転覆し、最悪の場合オペレータの人身事故につながる。
パターン2：　破壊された要因がパターン1の誘発因子となる可能性もある。機構や構造によって下記のような種類がある。

プレスブレーキ
単動油圧式プレス
複動油圧式プレスなど。

5. 安全対策
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プレス機械を使用した作業は、その動作原理ゆえに作業者が深刻な負傷をしがちなので、さまざまな対策がハード面、ソフト面でなされてきた。

5.1. ハード面の対策
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プレス機械による労働災害の原因として、金型などに身体の一部が挟まれること、被加工物が飛散して身体に当たること、などがある。 これらの対策として以下のことが挙げられる。

安全囲い - 機械自体を覆う「プレス囲い」と 金型を覆う「型囲い」がある。挟まれ災害、飛散事故ともに有効である。
安全装置 - 手指などの身体が金型やスライド作動部分、いわゆる「危険限界」に入れられない、あるいは入ると機械が急停止するように作動させる装置。 以下の種類があり、通常は「両手操作式安全装置」と他の安全装置を組み合わせて用いられる。
両手操作式安全装置
光線式安全装置
ガード式安全装置
手引き式安全装置
手払い式安全装置など。

自動化 - 材料送給装置を用いて材料の供給・取出しを自動化し、加工作業自体に人手が介在することをなくす。
順送プレス
トランスファプレス

5.2. ソフト面の対策
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ソフト面の対策として、「作業管理体制」 「作業標準」を制定する、安全教育を行なう、注意喚起するなどが挙げられる。 これらの対策はプレス機械作業に限ったことではなく、広く一般的に当てはまることである。

プレス機械作業主任者 - 事業場で行うプレス機械作業において労働災害を防止するための管理、作業者への指導を行なう。
指差喚呼 - 主に作業の要所・区切りごとに作業対象に対し指差しし、声に出して注意喚起する。
定められた服装・安全具の着用。などがある。また加工屑が金型内に残った場合に作業者が手で取り除かなければならないなど、危険が予測される作業工程を、手作りで専用の治具を用意して廃するなど、作業者の工夫を取り入れることは、しばしば町工場レベルで行われる。ただ作業者自身が注意をしていなければ如何なる安全措置も無効化されかねないため、定期的な休息や適切な作業環境の整備により、注意力を保つ工夫も必要と言えよう。

6. 関連事項
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プレス加工
ハンマー
シングル段取り
外段取り
安全装置
安全工学
ファインブランキングプレス

7. 外部リンク
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[1] JFMA プレス機械の工業会
[2] JPSDA プレス機械用安全装置の工業会