JP2011079040A

JP2011079040A - トグル加圧ユニット

Info

Publication number: JP2011079040A
Application number: JP2009235321A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Ito; 裕啓伊藤
Original assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Current assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-04-21

Abstract

【課題】管理やメンテナンスが容易で、プレスラムのストロークが調整可能であり、且つ、装置の大型化を招くことなく大きな加圧力が得られるトグル加圧ユニットを提供する。
【解決手段】電動機１を駆動源とし、電動機１による回転駆動力をボールネジ機構２及びトグルリンク３を介してプレスラム４に伝達し、このときのプレスラム４の加圧力でワークを加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トグルリンクを介した加圧力でワークを加工するトグル加圧ユニットに関する。

トグル加圧ユニットは、駆動源で発生させた駆動力をトグルリンクを介してプレスラムに伝達し、このときのプレスラムの加圧力でワークの加工を行うものである。このようにトグルリンクを介することにより、小さな駆動力から大きな加圧力を得ることができるため、トグル加圧ユニットは、例えばカシメ加工や穴あけ加工等のように、大きな加圧力を要する加工に好適に適用される。

例えば特許文献１に示されているトグル加圧ユニットでは、流体圧により揺動可能な揺動ピストンを駆動源とし、この揺動ピストンで発生した駆動力をトグルリンクを介してプレスラムに伝達している。流体圧としては、空気圧（圧縮空気）によるものが例示されている。

特公昭５３−４４７０８号公報

上記のように、流体圧による揺動ピストンを駆動源とすると、流体圧を十分に管理する必要があると共に、流体漏れを防止するメンテナンス作業が必要となる。また、空気圧により揺動可能な揺動ピストンを駆動源とすると、空気の体積変化によりプレスラムを往復動ストローク途中で精度良く停止させることができない。

また、上記のトグル加圧ユニットの加圧力を大きくしようとすると、揺動ピストンに供給される流体圧を大きくする必要があるため、装置の大型化を招く。

さらに、上記のようなトグル加圧ユニットにより加工する際、ワークの状態、すなわち、所定のワークが正常にセットされたか否か、あるいは、ワークに所定の加工が正常に施されたか否かは、例えばワークの加工部の寸法を直接測定することにより、あるいは、目視や監視カメラ等により確認することにより、管理することができる。しかし、このような管理方法では加工部が多数の場合には測定や確認作業に手間がかかる。また、加工部が微小である場合は、加工部の測定や確認が困難となり、品質管理の信頼性が低下する場合がある。

本発明が解決しようとする課題は、管理やメンテナンスが容易で、プレスラムのストロークを高精度に調整可能であり、且つ、装置の大型化を招くことなく大きな加圧力が得られるトグル加圧ユニットを提供することにある。

また、本発明が解決しようとする他の課題は、ワークの状態を容易且つ確実に管理することができるトグル加圧ユニットを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、電動機を駆動源とし、電動機による回転駆動力をボールネジ機構及びトグルリンクを介してプレスラムに伝達し、このときのプレスラムの加圧力でワークを加工するトグル加圧ユニットを提供する。

このように、本発明のトグル加圧ユニットは、電動機を駆動源としているため、管理やメンテナンスが容易である。また、電動機でプレスラムを駆動することで、プレスラムを往復動ストロークの途中で正確に停止させることができるため、ワークの大きさに合わせてプレスラムのストロークが調整可能となり、これによりサイクルタイムの短縮を図ることができる。さらに、電動機による駆動力を、倍力機能を有するボールネジ機構を介してトグルリンクに伝達することにより、装置の大型化を招くことなく大きな加圧力を出力することができる。

上記のようなトグル加圧ユニットは、例えばカシメ加工や穴あけ加工等のように大きな加圧力を要する加工に適しており、特に、変形量の大きいカシメ加工（例えば据え込み加工等）や厚い材料への穴あけ加工等のように、非常に大きな加圧力を要する加工に適している。

例えばボールネジ機構は、電動機の出力軸に接続された軸部材と、軸部材に外挿され、トグルリンクに接続されたサポートナットと、軸部材の外周面に形成された螺旋溝とサポートナットの内周面に形成された螺旋溝との間に配された複数のボールとを備え、電動機の回転駆動力で軸部材を回転させることにより、サポートナットを回転軸方向に移動させてトグルリンクを駆動するものとすることができる。この場合、電動機の出力軸と軸部材とを直結することにより、簡単な機構でボールネジ機構に駆動力を伝達することができる。これとは逆に、サポートナットを回転させて軸部材を回転軸方向に移動させる場合は、サポートナットと電動機とを歯車やベルト等を介して連結する必要があるため、駆動力を伝達する機構が複雑になり、装置の大型化を招く。

また、上記のように駆動源に電動機を用いることで、電動機に流れる電流値に基づいてワークの状態を管理する管理部を設けることができる。すなわち、電動機に流れる電流値は電動機に加わる負荷によって変動する。従って、加工が正常に行われた場合に電動機に流れる基準電流値を取得し、実際の加工時に測定した測定電流値と前記基準電流値とを比較することで、ワークの状態、すなわち、所定のワークが正常にセットされたか否か、あるいは、ワークに正常な加工が行われたか否かを判別することができる。具体的には、測定電流値と基準電流値との差が所定範囲内であれば、ワークの状態が正常であり、所望の加工品質が得られたとみなすことができ、測定電流値と基準電流値との差が正常範囲外であれば、ワークの状態に何らかの異常が生じたために加工が正常に行われず、所望の加工品質が満たされていないとみなすことができる。

以上のように、本発明のトグル加圧ユニットによれば、プレスラムのストロークを調整してサイクルタイムを短縮することができると共に、コスト高や大型化を招くことなく大きな加圧力を得ることができる。

また、上記のように電動機の電流値に基づいて加工品質を管理することで、加工部の直接測定や目視等に比べてワークの状態の管理が容易化されると共に、加工部が微小である場合であっても品質管理の信頼性は低下しない。

トグル加圧ユニットの内部の様子を示す側面図（プレスラム上端位置）である。トグル加圧ユニットの内部の様子を示す側面図（プレスラム下端位置）である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。管理部のブロック図である。電動機の電流値の波形を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すトグル加圧ユニットは、トグルリンク３を介した加圧力でワークＷを加工するものであり、本実施形態では、例えば一対の板状ワークＷのカシメ加工を行うものである。トグル加圧ユニットは、駆動源としての電動機１と、ボールネジ機構２と、トグルリンク３と、プレスラム４と、加工治具５とを備える。

電動機１は、例えば制御部（図示省略）により制御されるサーボモータであり、側部フレーム１０に設けられたモータベース１１に固定される。モータベース１１は、側部フレーム１０と垂直な垂直部１１ａと、垂直部１１ａから延びた取付部１１ｂとを有し、取付１１ｂがベアリング１２を介して側部フレーム１０に取付けられる。これによりモータベース１１、電動機１、及びボールネジ機構２は、側部フレーム１０の面方向に沿って回転可能とされる。

ボールネジ機構２は、軸部材２１と、軸部材２１に外挿されたサポートナット２２と、軸部材２１の外周面に形成された螺旋溝２１ａとサポートナット２２の内周面に形成された螺旋溝２２ａとの間に配された複数のボール２３とを備える。図示例では、軸部材２１が電動機１により回転駆動され、サポートナット２２が、軸部材２１の回転により回転軸方向（図１のＭ方向）に駆動される。軸部材２１の後方側（電動機１側）端部は、電動機１の出力軸１３とカップリング１４を介して直結され、これにより軸部材２１及び電動機１が同一軸線Ｍ上に配される。サポートナット２２の前方側（トグルリンク３側）には、内周に軸部材２１を収容した筒部２４が設けられ、図示例では、サポートナット２２及び筒部２４がスライド部材Ｓとして一体に設けられる。スライド部材Ｓの前方側端部は、連結部２５を介してトグルリンク３に回転可能に接続される。

ボールネジ機構２のスライド部材Ｓは、リニアガイド２６により軸方向にガイドされる。具体的には、モータベース１１の垂直部１１ａに直線状のレール２６ａを設けると共に、スライド部材Ｓにガイド２６ｂを設け、ガイド２６ｂをレール２６ａに軸方向に摺動可能な状態で嵌合させることにより、スライド部材Ｓが軸方向Ｍに沿ってガイドされる。

トグルリンク３は、ボールネジ機構２から入力された駆動力をプレスラム４に出力するものである。本実施形態のトグルリンク３は、リンク連結部３３を介して回動可能に連結された第１リンク３１及び第２リンク３２からなる。リンク連結部３３付近にはボールネジ機構２のスライド部材Ｓが連結され、図示例では、第２リンク３２のリンク連結部３３付近に設けられた入力部３２ａにボールネジ機構２の連結部２５が回転可能に連結される。第１リンク３１の上端部３１ａは側部フレーム１０に回転可能に取付けられ、第２リンク３２の下端部３２ｂにはプレスラム４が回転可能に連結される。以上により、トグルリンク３は、ボールネジ機構２の伸縮動作により、両リンク３１・３２を「く」の字型に折り曲げた状態（図１参照）と、略一直線状にした状態（図２参照）との間で回動可能とされる。尚、トグルリンク３は、外部に露出した状態で設けられるため、側部フレーム１０等を外すことなく容易にメンテナンスを行うことができる。特に、両リンク３１・３２を一直線状にした状態で、リンク連結部３３が側部フレーム１０から外部に出ることで（図２参照）、リンク連結部３３に不具合が生じた場合でも容易にメンテナンスすることができる。

プレスラム４は、トグルリンク３から伝達された駆動力により所定方向に往復動可能に設けられ、図示例では、その下端部に装着された加工治具５と共に昇降可能に設けられる。図示例の加工治具５は、カシメ加工を行うためのものであり、ポンチ５ａと、ポンチ５ａの外周に設けられた押さえ部材５ｂとを有する。プレスラム４及び加工治具５の下方には、下部フレーム１５に固定されたダイス６が設けられる。ダイス６は、ポンチ５ａの下端部が当接する本体部６ａと、本体部６ａの外周に設けられ、ポンチ５ａの加圧力により外方に開いて分割可能な一対の分割部６ｂとを有する。プレスラム４を下端位置付近まで降下させたときに、ダイス６の上に載置されたワークＷが加工治具５及びダイス６で加圧されるように、加工治具５及びダイス６の位置（高さ）が設定される（図２参照）。

このトグル加圧ユニットには、プレスラム４の往復動を所定方向（図示例では上下方向）にガイドするガイド機構が設けられる。図示例では、ガイド機構として、第１ガイド部４１及び第２ガイド部４２が設けられる。第１ガイド部４１は、プレスラム４に設けられたガイド４１ａと、側部フレーム１０に固定された上下方向の直線レール４１ｂとからなる。ガイド４１ａ及び直線レール４１ｂは、例えば図３に示すように、水平方向（図中の左右方向）に互いに係合すると共に、上下方向（図中の紙面と直交する方向）に摺動可能な状態で嵌合する。第２ガイド部４１は、プレスラム４の下部に設けられた円筒ガイド４２ａと、下部フレーム１５に固定されたガイド棒４２ｂとからなり、円筒ガイド４２ａの内周面とガイド棒４２ｂの外周面とが上下方向に摺動可能な状態で嵌合している。尚、プレスラム４には、ガイド棒４２ｂとの干渉を回避するために、プレスラム４が降下したときにガイド棒４２ｂが挿入可能な挿入穴４３が設けられる。

次に、上記構成のトグル加圧ユニットの動作、特に、プレスラム４を上端位置（図１参照）から下端位置（図２参照）まで降下させる動作を説明する。まず、図１に示す状態から、電動機１を回転駆動し、この回転駆動力により出力軸１３及びカップリング１４を介して、ボールネジ機構２の軸部材２１を回転させる。軸部材２１が回転すると、ボールネジ機構２のスライド部材Ｓが、リニアガイド２６でガイドされながら先端側（トグルリンク３側）にスライドする。こうして電動機１による回転駆動力がボールネジ機構２で軸方向に変換され、この軸方向の駆動力がトグルリンク３に伝達される。

ボールネジ機構２のスライド部材Ｓによる押し込み力が、トグルリンク３を介してプレスラム４に伝達される。具体的には、トグルリンク３の入力部３２ａが、ボールネジ機構２のスライド部材Ｓにより軸方向先端側（図示例ではおよそ水平方向左側）に押し込まれる。これにより、トグルリンク３が、第１リンク３１の上端部３１ａを支点として、両リンク３１・３２の屈曲角αが大きくなる方向に回動する。これに伴って、第２リンク３２の下端部３２ｂに連結されたプレスラム４が、第１ガイド部４１及び第２ガイド部４２でガイドされながら降下する。そして、プレスラム４が下端位置付近まで降下すると（図２参照）、加工治具５の押さえ部材５ｂがダイス６に載置されたワークＷに当接し、さらにプレスラム４が降下することで、加工治具５のポンチ５ａとダイス６の本体部６ａとでワークＷが加圧され、ワークに所定の加工（本実施形態ではカシメ加工）が施される。

尚、電動機１を回転駆動してボールネジ機構２のスライド部材Ｓをスライドさせる際、スライド部材Ｓの先端部（連結部２５）は、トグルリンク３の入力部３２ａの昇降に伴って若干上下方向に移動する。本実施形態では、ボールネジ機構２及び電動機１を固定したモータベース１１がベアリング１２を中心に回転可能に設けられているため、ボールネジ機構２及び電動機１の中心軸Ｍをベアリング１２を中心に回動させることができる。これにより、連結部２５の上下方向移動を中心軸Ｍの回動によって吸収することができるため、スライド部材Ｓのスライド動作、ひいてはプレスラム４の昇降動作をスムーズに行うことができる。

上記のようなトグル加圧ユニットでは、トグルリンク３の両リンク３１・３２の屈曲角αが小さいとき（図１参照）はプレスラム４の昇降スピードが速く、屈曲角αが大きいとき（図２参照）は、プレスラム４の昇降スピードは遅くなるが、プレスラム４の加圧力が大きくなる。したがって、トグルリンク３を介してプレスラム４を昇降することで、両リンク３１・３２の屈曲角αが小さいとき、すなわち加工が行われないときは、プレスラム４の素早い昇降によりサイクルタイムの短縮が図られ、両リンク３１・３２の屈曲角αが大きいとき、すなわち加工が行われるときは、プレスラム４の大きな加圧力によりワークＷに確実に加工を施すことができる。

また、ボールネジ機構２は、電動機１の回転駆動力よりも大きな軸方向の駆動力を出力する、いわゆる倍力機能を備えているため、電動機１の出力を大きくすることなく、すなわち装置の大型化を招くことなく、プレスラム４の加圧力をさらに大きくすることができる。

また、上記の説明では、プレスラム４を、上端位置（図２のＸ位置）と下端位置（図２のＹ位置）との間を最大ストロークＬ₁で昇降させる場合を示しているが、プレスラム４は必ずしも最大ストロークＬ₁で昇降させる必要は無い。すなわち、ワークＷを加工することができ、且つ、ワークＷの搬入出に支障を来たさなければ、プレスラム４を、上端位置Ｘよりも下方の位置Ｚ（図２の鎖線参照）と下端位置Ｙとの間を比較的短いストロークＬ₂で昇降させてもよい。この場合、プレスラム４のストロークが短縮されることで、サイクルタイムの短縮を図ることができる。特に、多数の打点を加工する際には、プレスラムのストロークを必要最小限として一打点あたりのサイクルタイムを短縮することで、全体のサイクルタイムを大幅に短縮することができる。プレスラム４のストロークは、電動機１の回転を制御することにより調整することができる。本実施形態では、電動機１がサーボモータであるので、所望のプレスラム４の昇降ストロークに合わせて、電動機１の回転方向、回転速度、あるいは回転トルク等を自動的に制御することができる。特に、電動機１の出力軸１３とボールネジ機構２の軸部材２１とをカップリング１４を介して直結しているため、電動機１と軸部材２１との間に遊びは生じず、プレスラム４の位置を高精度に設定することができる。

上記のトグル加圧ユニットには、電動機１に流れる電流値に基づいてワークの状態を管理する管理部が設けられる。本実施形態の管理部７は、例えば図４に示すように、電動機１の電流値を測定する電流値測定部７１と、電流値測定部７１で測定した測定電流値を、正常な加工が行われた場合の基準電流値と比較し、その差が所定範囲内であるか否かを判別する比較判別部７２と、比較判別部７２による判別結果を出力する出力部７３（例えばモニタ）とを備える。

管理部７は、以下のようにしてワークＷの状態、すなわち、所定のワークＷが正常にセットされたか否か、及び、ワークＷに正常な加工が施されたか否かを管理する。まず、所定のワークＷが正常にセットされ、正常な加工が行われた場合の電動機１の基準電流値Ｉを取得する。例えば図５に、プレスラム４が１サイクル（１往復）する間、連続的に測定した正常加工時の基準電流値Ｉを時刻ｔに対してプロットした波形を実戦で示す。そして、実際にワークＷの加工を行い、ワークＷを加工している間の電流値Ｉ’を電流値測定部７１で測定する。この測定電流値Ｉ’と前記基準電流値Ｉとが比較判別部７２で比較され、加工が正常に行われたか否かが判別される。すなわち、時刻ｔにおける測定電流値Ｉ’と基準電流値Ｉとの差が所定範囲内であれば、ワークの状態が正常であるみなすことができ、測定電流値Ｉ’と基準電流値Ｉとの差が所定範囲外であれば、ワークの状態に何らかの不具合が生じたとみなすことができる。この判別結果が出力部７３に伝達され、モニタ等に表示される。

例えば、ワークＷの厚さが所定よりも厚い場合、あるいは、板状ワークＷの枚数が所定よりも多い場合の電流値を図５に鎖線Ｉ_aで示す。この場合、加工治具５とワークＷとは、正常なワークを加工する場合より早期に当接する（当接開始位置が図２で示す場合よりも高くなる）ため、図５に示す加工開始予定時刻ｔ₁よりも早くに（左側に）測定電流値Ｉ’の立ち上がり部が形成される。従って、加工開始予定時刻ｔ₁における測定電流値Ｉ₁’は、基準電流値Ｉ₁よりも大きくなっているはずである（Ｉ₁’＞Ｉ₁）。一方、ワークＷの厚さが所定より薄い場合や、板状ワークＷの枚数が所定より少ない場合（あるいはワークＷが全くセットされていない場合）の電流値を図５に鎖線Ｉ_bで示す。この場合、加工治具５とワークＷとは、正常なワークを加工する場合よりも遅れて当接する（あるいは当接しない）ため、図５に示す加工開始予定時刻ｔ₁よりも遅くに（右側）に電流値Ｉ₀の立ち上がり部が形成される。従って、加工開始予定時刻ｔ₁よりも少し後の時刻ｔ₂（例えば電流値Ｉ_bの加工開始時刻）における測定電流値Ｉ₂’は、基準電流値Ｉ₂よりも小さくなっているはずである（Ｉ₂’＜Ｉ₂）。以上より、時刻ｔ₁やｔ₂における測定電流値Ｉ’と、その時刻における基準電流値Ｉとの差が所定範囲を超えていれば、ワークの厚さや枚数、あるいはセット状態に何らかの異常が生じたとみなすことができる。

また、基準電流値Ｉの加工開始予定時刻ｔ₁と加工終了予定時刻ｔ₄との間、すなわち加工が行われている間の任意の時刻ｔ₃における測定電流値Ｉ₃’（図示省略）と基準電流値Ｉ₃とを比較し、これらの差が所定範囲外であれば、電動機１に過大あるいは過小な負荷が加わっていることとなり、所定の加工が行われていないとみなすことができる。

このように、電動機１の電流値に基づいてワークＷの状態を管理すれば、加工部を直接測定等で確認する方法と比べて管理作業が容易化され、且つ、加工部が微小であっても品質管理の信頼性の低下を招くことはない。尚、電流値を測定する回数は特に限定されず、１サイクル中に１回測定してもよいし、複数回測定してもよい。あるいは、１サイクル中の電流値を連続して測定し、電流値の波形全体を比較してもよい。

１電動機
２ボールネジ機構
２１軸部材
２２サポートナット
３トグルリンク
３１第１リンク
３２第２リンク
３３リンク連結部
４プレスラム
５加工治具
６ダイス
７管理部
１０側部フレーム
１１モータベース
１２ベアリング
１３出力軸
１４カップリング
１５下部フレーム
Ｓスライド部材

Claims

電動機を駆動源とし、電動機による回転駆動力をボールネジ機構及びトグルリンクを介してプレスラムに伝達し、このときのプレスラムの加圧力でワークを加工するトグル加圧ユニット。
ワークにカシメ加工又は穴あけ加工を施すためのものである請求項１記載のトグル加圧ユニット。
ボールネジ機構が、電動機の出力軸に接続された軸部材と、軸部材に外挿され、トグルリンクに接続されたサポートナットと、軸部材の外周面に形成された螺旋溝とサポートナットの内周面に形成された螺旋溝との間に配された複数のボールとを備え、電動機の回転駆動力で軸部材を回転させることにより、サポートナットを回転軸方向に移動させてトグルリンクを駆動する請求項１又は２記載のトグル加圧ユニット。
電動機に流れる電流値に基づいて、ワークの状態を管理する管理部を設けた請求項１〜３の何れかに記載のトグル加圧ユニット。