JP4318074B2 - パンチプレス - Google Patents

Description

この発明は、サーボモータ等によるモータ駆動式のパンチプレスに関する。

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。このようなパンチプレスでは、クランク軸にフライホイールを連結し、モータの回転をフライホイールを介してクランク機構に伝達する構成のものが一般的である（例えば特許文献１）。

近年の機械式のパンチプレスでは、サーボモータの回転動作を、フライホイールを設けずにクランク機構を介してラムの昇降動作に変換するようにしたものが提案されている。サーボモータ駆動によるものは、ストローク途中におけるラムの昇降速度の制御が可能であり、例えばパンチ工具が板材に接する直前のラム速度を低下させて静音化を図ることなどができる。図７〜図１０は、その一例を示す。このパンチプレスでは、サーボモータ４２、遊星ギヤ式の減速機４５、およびクランク軸４６が直列に配置され、サーボモータ４２の回転出力を減速機４５で減速し、その回転出力をカップリング４７を介してクランク軸４６に伝達し、クランク軸４６の回転をクランク機構４４でラム４３の昇降動作に変換するようにしている。クランク機構４４は、一対の対向板からなるフレーム５２内に設置され、遊星減速機４５付きのサーボモータ４２は、図１０に平面図で示すように、フレーム５２の側部から横方向に突出した状態で取付けられる。

なお、最近のパンチプレスでは、減速機を廃止して、クランク軸の両端に大出力のモータを直結した構成のものもある。

特開平６−３４４０５９号公報

しかし、図７〜図１０に示すパンチプレスでは、サーボモータ４２、減速機４５、およびクランク機構４４の全てを直列に並べて配置しているため、その配列長が長くなりパンチプレス全体が大型化するという問題点を有する。また、サーボモータ４２がフレーム５２から片持ち状に大きく突出した状態で取付けられることになるので、サーボモータ４２の振動が大きくなり、モータ破損による短寿命化を招き易い。また、熱源であるサーボモータ４２や減速機４５がフレーム５２の中央から外れた位置に設置されるため、フレーム５２の左右の熱変位の差が大きくなり、フレーム５２に微妙な変形が生じて板材ワークＷに対する加工品質を低下させることにもなる。さらに、ラム４３の荷重でクランク軸４６が変位したときに、芯ずれによって減速機４５またはモータ４２の軸受にストレスがかかることを防止するために、減速機４５とクランク軸４６とを、芯ずれの吸収が可能なカップリング４７を介して連結する必要がある。そのため、駆動伝達系の部品点数が増えてコスト増となる。
なお、減速機を４５を介したものに限らず、クランク軸の両端に大出力のモータを直結した構成のパンチプレスでも、その突出程度は異なるが、配列長が長くなってパンチプレス全体が大型化するという課題や、その他の上記各課題が同様に有る。

上記特許文献１に示されたパンチプレスは、フライホイール式であり、モータの駆動はフライホイールにベルト伝達するため、パンチ荷重によるクランク軸の変位吸収のためにカップリングを設けることは不要である。しかし、フライホイールを用いるため、ストローク途中のラム昇降速度の制御が行えない。また特許文献１に開示のものは、クランク軸の軸心方向に対して、モータがフライホイールよりもクランク軸側に配置されているが、ラム中心に対してモータの配置はフライホイール側に大きく偏っており、上記のフレーム左右の熱膨張差による変形の問題が上記と同様に生じる。

この発明の目的は、モータとクランク機構の配列長を短くできて、モータを側方に大きく突出させることなく設置でき、また熱源となるモータの偏りを無くしてフレームの膨張差による変形を減少できるパンチプレスを提供することである。
この発明の他の目的は、ラムの昇降速度制御が可能なパンチプレスにおいて、上記各目的を達成できるものとすることである。
この発明のさらに他の目的は、クランク軸への駆動伝達系に、芯ずれ吸収用のカップリングを設けることが不要なものとすることである。
この発明のさらに他の目的は、駆動伝達系で生じる騒音を低減することである。
この発明のさらに他の目的は、騒音低減用の歯車により生じる推力の影響を無くすことである。
この発明のさらに他の目的は、クランク軸の回転により生じる加振力を相殺して振動の軽減を図ることである。

この発明のパンチプレスは、モータと、昇降自在に設置されプレス工具を駆動するラムと、クランク軸に伝達された回転運動を前記ラムの昇降動作に変換するクランク機構と、前記モータの回転を前記クランク軸に減速して伝達する駆動伝達機構とを備える。前記モータは、回転軸心が前記クランク軸の軸心と平行となるように前記クランク機構に並べて配置する。前記モータを両側に突出した同心の第１および第２の出力軸部を有するものとし、前記クランク軸の両端をそれぞれ第１および第２の入力軸部とする。前記駆動伝達機構は、前記第１の出力軸部から前記クランク軸の第１の入力軸部に回転伝達する第１の駆動伝達部と、前記第２の出力軸部から前記クランク軸の第２の入力軸部に回転伝達する第２の駆動伝達部とを有するものとする。
この構成によると、モータの回転運動が駆動伝達機構を介してクランク軸に伝達され、その回転運動がクランク機構によりラムの昇降動作に変換され、プレス工具によるパンチ動作が行われる。モータは、回転軸心がクランク軸の軸心と平行となるようにクランク機構に並べて配置されているので、駆動部全体の配列長が短くなり、そのためモータをフレームの側方へ大きく突出させることなく設置できて、モータの振動が低減され、モータの振動による短寿命化が防止できる。また、熱源となるモータをパンチプレスの中央部に配置できるので、熱変位による加工品質低下を低減できる。
特に、駆動伝達機構を、モータの両側に突出した第１および第２の出力軸部から、クランク軸の両端にそれぞれ回転伝達する第１および第２の駆動伝達部を有するものとしたため、駆動伝達機構の構成部分を左右にバランス良く配置できて、モータの側方への突出回避、および熱源となるモータや駆動伝達系の偏り回避によるフレームの熱変形防止がより一層確実に行える。また、両側から駆動伝達するため、モーメント荷重等が作用せず、両側に配置される第１，第２の駆動伝達部の歯車を足し合わせても、片側から駆動伝達する場合に比べて歯車が小型で軽量のもので済む。そのため、慣性が小さくなり、サーボモータ等で速度制御する場合に制御性の向上が得られる。

前記第１の駆動伝達部と第２の駆動伝達部は、それぞれモータの出力軸部に結合されたモータ側歯車と、前記クランク軸の入力軸部に結合されたクランク側歯車とを、直接にまたは中間歯車を介して噛合した歯車機構からなるものとしても良い。このように歯車機構を用いた場合、クランク軸の変位による回転伝達系における芯ずれを歯車機構で吸収できて、従来例で用いられたカップリングが不要となる。また、従来例で用いられた遊星減速機に比べて、構成が簡単でかつ安価な平行軸減速機とすることができる。

上記モータ側歯車およびクランク側歯車が、上記第１の駆動伝達部と第２の駆動伝達部とで、歯の傾斜方向を左右対称としたはすば歯車であっても良い。はすば歯車の採用により、上記のように静音化と歯車の小型化が可能になる反面、スラスト力を生じるため、これを受ける手段が必要になる。これに対し、第１の駆動伝達部と第２の駆動伝達部とで、歯の傾斜方向を左右対称としたはすば歯車を用いたため、スラスト力が両側の駆動伝達部の間で相殺され、はすば歯車を用いながら、モータ軸やクランク軸の支持用軸受に大きなスラスト力を支持可能な形式をものを用いることが不要となる。

この発明における上記発明のパンチプレスにおいて、上記駆動伝達機構を、前記中間歯車を有するものとし、前記クランク軸に第１のカウンタバランスを設けてもよい。さらに、前記中間歯車またはこの中間歯車と一体に回転する軸に第２のカウンタバランスを設けても良い。上記第１のカウンタバランスは、クランク軸の回転により生じる加振力を相殺するためのものである。第２のカウンタバランスは、クランク軸の回転より生じる加振力、または第１のカウンタバランスの回転により生じる加振力を相殺するためのものである。このようにカウンタバランスを設けることで、クランク軸の偏心部分が回転することによってよって生じる加振力が、カウンタバランスによって相殺される。この場合に、第２のカウンタバランスは中間歯車またはこの中間歯車と一体に回転する軸に設けられているため、クランク軸よりも短い周期で回転する。例えばクランク軸の１／２の周期で回転する。そのため、加振力相殺による振動低減効果が向上する。

この発明のパンチプレスは、モータを回転軸心が前記クランク軸の軸心と平行となるように前記クランク機構に並べて配置し、前記モータを両側に突出した同心の第１および第２の出力軸部を有するものとし、前記クランク軸の両端をそれぞれ第１および第２の入力軸部とし、前記駆動伝達機構を、前記第１の出力軸部から前記クランク軸の第１の入力軸部に回転伝達する第１の駆動伝達部と、前記第２の出力軸部から前記クランク軸の第２の入力軸部に回転伝達する第２の駆動伝達部とを有するものとしたため、モータとクランク機構の配列長を短くできて、モータを側方に大きく突出させることなく設置でき、また熱源となるモータの偏りを無くしてフレームの膨張差による変形が減少できる。
前記第１の駆動伝達部と第２の駆動伝達部は、それぞれモータの出力軸部に結合されたモータ側歯車と、前記クランク軸の入力軸部に結合されたクランク側歯車とを、直接にまたは中間歯車を介して噛合した歯車機構からなるものとしても良い。このように歯車機構を用いた場合、クランク軸の変位による回転伝達系における芯ずれを歯車機構で吸収できて、従来例で用いられたカップリングが不要となる。また、従来例で用いられた遊星減速機に比べて、構成が簡単でかつ安価な平行軸減速機とすることができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。図１はこのパンチプレスにおけるパンチ駆動部の斜視図である。このパンチ駆動部１は、サーボモータ２と、昇降自在に設置されプレス工具を駆動するラム３と、クランク軸６に伝達された回転運動をラム３の昇降動作に変換するクランク機構４と、サーボモータ２とクランク軸６の間に設けられた駆動伝達機構５とを備える。駆動伝達機構５は、サーボモータ２の回転制御によりラム３の昇降動作を制御可能に、サーボモータ２の回転を前記クランク軸６に減速して伝達する機構である。
図４に示すように、クランク機構４は、クランク軸６の軸心に対して偏心した偏心軸部７を有するクランク部材８と、偏心軸部７に連結された揺動リンク９と、コネクティングロッド１０とを有する。クランク機構４は、この実施形態では、拘束リンク１１を揺動リンク９に連結したリンクプレス形式のものとしてある。拘束リンク１１は、ラム３の昇降速度曲線を、下死点に対して下降時と上昇時とで非対称となるように機構的に変えるためのものであり、機構的に対称動作とする場合は、拘束リンク１１は設けられない。クランク軸６はフレーム１２（図５）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。ラム３は、プレス工具であるパンチツール２４の昇降を行わせる部材であり、フレーム１２に、ガイド部材３１を介して昇降自在に設置されている。ラム３は、クランク軸６の真下である。

揺動リンク９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８の偏心軸部７に連結されている。各連結部Ｐ１〜Ｐ３は、いずれも回転自在な連結を行う連結部分であり、三角形の各頂点にそれぞれ位置する。この三角形は、クランク軸６の軸心Ｏに垂直な平面内における任意の三角形である。コネクティングロッド１０は、揺動リンク９の第２の連結部Ｐ２に上端が連結され、下端がラム３の上端に回転自在に連結される。拘束リンク１１は、基端がフレーム１２に支点軸１３を介して回動自在に支持され、先端が揺動リンク９の第３の連結部Ｐ３に連結されている。

図１〜図３に示すように、サーボモータ２は、その回転軸心Ｏ１がクランク軸６の軸心Ｏと平行になるようにクランク機構４に並べて配置されている。また、サーボモータ２はクランク機構４に対して幅方向（すなわち軸心Ｏ１，Ｏに沿う方向）の中心が互いに略一致するように配置されている。駆動伝達機構５は、互いに左右に分離して配置された第１の駆動伝達部５Ａと第２の駆動伝達部５Ｂとからなる。サーボモータ２は、両側に突出した同心の第１および第２の出力軸部１４Ａ，１４Ｂを有し、またクランク軸６はその両端がそれぞれ第１および第２の入力軸部６Ａ，６Ｂとされる。上記第１の駆動伝達部５Ａは、第１の出力軸部１４Ａからクランク軸６の第１の入力軸部６Ａに回転伝達する。第２の駆動伝達部５Ｂは、第２の出力軸部１４Ｂからクランク軸６の第２の入力軸部６Ｂに回転伝達する。第１の駆動伝達部５Ａは、第１の出力軸部１４Ａに結合されたサーボモータ側歯車１５Ａと、クランク軸６の第１の入力軸部６Ａに結合されたクランク側歯車１６Ａとを、中間歯車１７Ａ１，１７Ａ２を介して噛合した歯車機構からなる。第２の駆動伝達部５Ｂは、第１の駆動伝達機構５Ａと同様に、第２の出力軸部１４Ｂに結合されたサーボモータ側歯車１６Ｂと、クランク軸６の第２の入力軸部６Ｂに結合されたクランク側歯車１６Ｂとを、中間歯車１７Ｂ１，１７Ｂ２を介して噛合した歯車機構からなる。
上記各中間歯車１７Ａ１，１７Ａ２，１７Ｂ１，１７Ｂ２は、共通の中間軸１９に固定されている。中間軸１９は、サーボモータ２の回転軸心Ｏ１と平行に設けられ、上記フレーム１２に回転自在に支持されている。駆動伝達機構５を構成する上記各歯車は、いずれも、歯が傾斜した歯車であるはすば歯車からなる。これらのはすば歯車からなるサーボモータ側歯車１５Ａ，１５Ｂおよびクランク側歯車１６Ａ，１６Ｂは、第１の駆動伝達部５Ａと第２の駆動伝達部５Ｂとで、歯の傾斜方向を左右対称としている。また、第１の駆動伝達機構５Ａにおける２枚の中間歯車１７Ａ１，１７Ａ２同士、および第２の駆動伝達機構５Ｂにおける２枚の中間歯車１７Ｂ１，１７Ｂ２同士においても、互いに歯の傾斜方向が左右対称とされている。
なお、前記駆動伝達機構５は、第１および第２の駆動伝達部５Ａ，５Ｂのうち片方のみで構成しても良い。また、サーボモータ側歯車１５Ａ，１５Ｂとクランク側歯車１６Ａ，１６Ｂとは、上記のように中間歯車１７Ａ１〜１７Ｂ２を介さずに直接に噛合するようにしても良い。

クランク軸６の第２の入力軸部６Ｂには、第１のカウンタバランス２０が設けられている。中間歯車１７Ａ１〜１７Ｂ２と一体に回転する中間軸１９の中間歯車１７Ａ１，１７Ａ２側の端部には第２のカウンタバランス２１が設けられている。第１のカウンタバランス２０は、クランク軸６の回転より生じる加振力を相殺するためのものである。第２のカウンタバランス２１は、クランク軸６の回転より生じる加振力、または第１のカウンタバランス２０の回転により生じる相殺用の加振力を相殺するためのものである。なお、これらのカウンタバランス２０，２１は、第１の駆動伝達部５Ａと第２の駆動伝達部５Ｂの両側に設けても良く、その場合にはより簡単にバランスを保てるように設置できる。

図５，図６は、この実施形態のパンチプレスの全体の平面図，側面図をそれぞれ示す。パンチ駆動部１が支持されるフレーム１２は一対の対向側板を有しており、このフレーム１２にはパンチ駆動部１の他に、ツール支持手段２６とワーク送り手段２３とが設置されている。ツール支持手段２６は、複数のパンチツール２４およびダイツール２５をそれぞれ搭載した上下のタレット２６ａ，２６ｂからなる。ワーク送り手段２３は、テーブル２７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２３は、前後（Ｙ軸方向）移動するキャリッジ２８と、キャリッジ２８に搭載されて左右（Ｘ軸方向）移動するクロススライド２９とを有し、クロススライド２９に設けられた複数のワークホルダ３０により板材ワークＷを把持する。キャリッジ２８の前後移動とクロススライド２９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。

上記構成の動作を説明する。サーボモータ２の回転出力は駆動伝達機構５を介してクランク軸６に伝達され、クランク部材８の偏心軸部７の中心がクランク軸６の軸心Ｏを中心とする円周軌道を描く。揺動リンク９は、偏心軸部７に第１の連結部Ｐ１で回転自在に連結されているため、上記円周軌道に沿った公転運動を行う。揺動リンク９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９のコネクティングロッド１０との連結部である第２の連結部Ｐ２は、斜めの楕円状の軌道を移動する。ラム３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１０を介して揺動リンク９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３の昇降動作の速度は、下降時と上昇時とで非対称となる。また、ラム３が下死点に達する時のクランク角度は１８０°からずれた位置となる。このようにして、サーボモータ２によりラム３が昇降制御され、パンチツール２４によるパンチ動作が行われる。

この実施形態のこのパンチプレスでは、サーボモータ２を回転軸心がクランク軸６の軸心と平行となるようにクランク機構４に並べて配置されているので、パンチ駆動部１の全体の配列長が短くできて、駆動源であるサーボモータ２をフレーム１２外に突出させずに配置できる。すなわち、サーボモータ２が従来のようにフレーム外に片持ち状に長く突出することが回避できる。そのため、モータ２の振動低減が可能となり、振動に起因するサーボモータ２の破損を防止できる。また、熱源となるサーボモータ２がパンチプレスの中央部に配置されるので、フレーム１２の左右部分の熱膨張差がなくなり、熱膨張差によって生じるフレーム１２の変形による加工品質低下が緩和される。

また、駆動伝達機構５を、サーボモータ２の出力軸１４Ａ，１４Ｂに結合されたサーボモータ側歯車１５Ａ，１５Ｂとクランク軸６に結合されたクランク側歯車１６Ａ，１６Ｂとが、直接にまたは中間歯車１７Ａ１〜１７Ｂ２を介して噛合した歯車機構からなるものとしているので、クランク軸６にパンチ反力による変位が生じても、駆動伝達機構５の伝達系における軸心のずれを歯車機構で吸収できる。そのため、従来例で用いられた芯ずれ吸収用のカップリングが不要となる。また、駆動伝達機構５は、従来例で用いられた遊星減速機に比べて、構成が簡単でかつ安価な平行軸減速機とすることができる。

サーボモータ側歯車１５Ａ，１５Ｂおよびクランク側歯車１６Ａ，１６Ｂは、はすば歯車としているので、その歯が斜めとなったはすば歯車の特長により、駆動伝達機構５の騒音を低減でき、かつ歯車を小さくできる。そのため駆動伝達機構５を小型化できる。

駆動伝達機構５は、サーボモータ２の第１の出力軸部１４Ａからクランク軸６の第１の入力軸部６Ａに回転伝達する第１の駆動伝達部５Ａと、サーボモータ２の第２の出力軸部１４Ｂからクランク軸６の第２の入力軸部６Ｂに回転伝達する第２の駆動伝達部５Ｂとで構成して左右対称としているので、モーメント荷重等の余分な荷重が作用せず、この点からも歯車を小さくできる。さらに、サーボモータ側歯車１５Ａ，１５Ｂおよびクランク側歯車１６Ａ，１６Ｂは、歯の傾斜方向を第１の駆動伝達部５Ａと第２の駆動伝達部５Ｂとで左右対称としたため、はすば歯車を用いることから生じるスラスト力が上記第１の駆動伝達部５Ａと第２の駆動伝達部５Ｂとの間で相殺される。そのため、駆動伝達機構５を安定良く設置できる。

さらに、クランク軸６の第２の入力軸部６Ｂにカウンタバランス２０を設け、駆動伝達機構５の中間歯車１７Ａ１，１７Ａ２またはその歯車設置側の中間歯車軸１９の端部に別のカウンタバランス２１を設けているので、駆動伝達機構５のバランス調整を容易に行うことできる。すなわち、クランク軸６のみにカウンタバランス２０を取付けた構成では、カウンタバランス２０がクランク軸と同一方向に同一周期で回転するので、振動低減効果が限定的となる。しかし、上記カウンタバランス２０，２１の設置構成では、中間歯車１７Ａ１〜１７Ｂ２の中間軸１９がクランク軸６とは逆回転となり、その回転数は減速比に応じて高くるため、減速比を整数倍とすることで、中間軸１９のもカウンタバランス２１によって細かな周期でバランス動作が作用し、バランス調整をより適切に行うことができる。なお、上記カウンタバランス２０，２１は、第１および第２の駆動伝達部５Ａ，５Ｂの両側に設けても良く、この場合は駆動伝達機構５のバランス調整をより容易に行うことができる。

この発明の一実施形態にかかるパンチプレスのサーボモータとクランク機構との連結構造を示す斜視図である。 同連結構造の平面図である。 同連結構造の正面図である。 同クランク機構の破断側面図である。 同パンチプレスの全体構成を示す平面図である。 同右側面図である。 従来のパンチプレスのサーボモータとクランク機構との連結構造を示す側面図である。 同連結構造の正面図である。 図７のVIII−VIII矢視断面図である。 同パンチプレスの全体構成を示す平面図である。

符号の説明

２…サーボモータ
３…ラム
４…クランク機構
５…駆動伝達機構
５Ａ…第１の駆動伝達部
５Ｂ…第２の駆動伝達部
６…クランク軸
６Ａ…第１の入力軸部
６Ｂ…第２の入力軸部
１４Ａ…第１の出力軸部
１４Ｂ…第２の出力軸部
１５Ａ，１５Ｂ…サーボモータ側歯車
１６Ａ，１６Ｂ…クランク側歯車
１７Ａ１〜１７Ｂ２…中間歯車
１９…中間歯車の軸
２０…第１のカウンタバランス
２１…第２のカウンタバランス
２４…パンチツール（プレス工具）

Claims (3)

1. モータと、昇降自在に設置されプレス工具を駆動するラムと、クランク軸に伝達された回転運動を前記ラムの昇降動作に変換するクランク機構と、前記モータの回転を前記クランク軸に減速して伝達する駆動伝達機構とを備え、
   前記モータを回転軸心が前記クランク軸の軸心と平行となるように前記クランク機構に並べて配置し、前記モータを両側に突出した同心の第１および第２の出力軸部を有するものとし、前記クランク軸の両端をそれぞれ第１および第２の入力軸部とし、前記駆動伝達機構を、前記第１の出力軸部から前記クランク軸の第１の入力軸部に回転伝達する第１の駆動伝達部と、前記第２の出力軸部から前記クランク軸の第２の入力軸部に回転伝達する第２の駆動伝達部とを有するものとし、前記第１の駆動伝達部と第２の駆動伝達部は、それぞれモータの出力軸部に結合されたモータ側歯車と、前記クランク軸の入力軸部に結合されたクランク側歯車とを、直接にまたは中間歯車を介して噛合した歯車機構からなるものとしたことを特徴とするパンチプレス。
2. 上記モータ側歯車およびクランク側歯車が、上記第１の駆動伝達部と第２の駆動伝達部とで、歯の傾斜方向を左右対称としたはすば歯車である請求項１記載のパンチプレス。
3. 駆動伝達機構を、前記中間歯車を有するものとし、前記クランク軸に第１のカウンタバランスを設け、前記中間歯車またはこの中間歯車と一体に回転する軸に第２のカウンタバランスを設けた請求項１または請求項２に記載のパンチプレス。

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