JP4668725B2 - 高周波ウェルダなどのプレス加工機における安全装置 - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂製シート材の溶着加工を行う高周波ウェルダなどのプレス加工機において、プレス加工時に作業者が加圧部材の下に手指を挟んだ場合などに、大きな力が作用しない安全装置に関する発明である。

合成樹脂製シート材を用いて、テントなどの製品を加工する場合に、高周波誘電加熱による加熱と同時に加圧することによって溶着加工を行う高周波ウェルダが広く使用されている。高周波ウェルダの一般的な加工形態として、下部電極となる受台上に被加工物をセットし、上部電極となる加圧部材(上型)で溶着するべき部分を押圧し、押圧状態で高周波電流を印加することによって溶着加工を完了させる。すなわち、作業者は加工工程において、定盤上に被加工物をセットする作業を行い、かつ加圧部材で押圧する工程が必要であるため、加圧部材の下に誤って手指を挟む危険性があった。
上記、危険性を回避するため、特許文献１や特許文献２に開示される安全装置が工夫されている。
特開平４−１８３２７号公報 特開平７−２４６６５６号公報

特許文献１に開示される従来技術は、本出願人が開発したものである。特許文献１に開示されている発明は、加圧部材を含む支持フレーム(昇降フレーム)全体を押圧シリンダのピストンロッドに支持させるとともに、支持フレームがピストンロッドの一定範囲を遊動可能な状態に支持するように構成したものである。この発明では、作業者が手指を挟んだ場合であっても、直ちに押圧シリンダによる押圧力が作用することがない。
特許文献２に開示される従来技術は、プレス(昇降フレーム)を下降させる際に押圧シリンダの空気圧を大気解放とし、プレスが自重によって降下するようにしたものである。

特許文献１及び２に開示される先行技術は、いずれも作業者が手指を挟んだ場合に直ちに押圧シリンダによる押圧力が作用しない点で有効である。しかしながら、いずれの先行技術の場合にも、加圧部材の下に挟んだ作業者の手指には、加圧部材を含む昇降フレーム全体の重量がかかる。すなわち昇降フレーム全体の重量が大きな場合は、完全に安全が確保されるものではなかった。
上記、従来技術の欠点に鑑み、本発明は昇降フレームの下に挟んだ作業者の手指などの異物に、昇降フレーム全体の重量がかからない、より安全な装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、受台１上に被加工物を載置し、その上方から加圧部材によって押圧する高周波ウェルダなどのプレス加工機において、加圧部材２を含む昇降フレーム３を、直列的に配置する押圧シリンダ４と安全シリンダ５の二種類のシリンダによって支持する。そして、安全シリンダ５は昇降フレーム３全体の重量よりも小さな力で昇降フレーム３全体を上方に持ち上げる方向に付勢する一定ストロークのシリンダとする。

請求項２記載の発明は、昇降フレーム３の下降過程において、安全シリンダ５のストロークの縮まり位置を検出する検出手段を設けたもの、請求項３記載の発明は、安全シリンダ５のストロークの縮まり位置を検出する検出手段を設けるとともに、昇降フレームの下降過程において受台と加圧部材の間隔を検出する検出手段を設けるものである。

請求項１記載の発明によれば、昇降フレーム３を下降させたときに、作業者が誤って加圧部材２の下に手指を挟んだり、異物が挟まったりした状態で昇降フレーム３が下降を続けても、昇降フレーム３には安全シリンダ５による上方への付勢力が作用しているため、昇降フレーム３の全重量が作用することがない。具体的には、昇降フレーム３の全重量と安全シリンダの上方への付勢力の差に相当する小さな荷重のみが作用し、従来の安全装置よりも一層安全である。

請求項２記載の発明によれば、昇降フレーム３の下降位置を検出することによって、最終的な押圧の前に改めて安全確認を行うことができる。特に、昇降フレーム３の下降過程において、安全シリンダ５のストロークの縮まり位置を検出することにより、昇降フレーム３が押圧開始位置に下降したことや、加圧部材２の下に作業者の手指などの異物が挟まれた状態であるか否かを容易に感知することができる。

請求項３記載の発明によれば、受台１と加圧部材２の間隔を検出することによって、昇降フレーム３の下降過程において、安全シリンダ５のストロークの縮まり位置を検出する以前に、受台１と加圧部材２の間隔が手指を詰める可能性のある寸法よりも接近していることを検知し、安全装置の働きを遮断することができる。これにより、安全装置の作動による作業の中断を回避し、例えば一人の作業者が、プレス作業を安全かつ能率的に進めることができる効果がある。

以下、本発明に係る高周波ウェルダなどのプレス加工機における安全装置の実施形態を、添付の図面に基づいて説明する。
図１ないし図４は、高周波ウェルダの正面図で、図１は作動前の状態、図２は昇降フレームを下降させ、被加工物を挟んだセット状態、図３は被加工物を加圧した作動状態、図４は手指などの異物が挟まった状態を示している。図５は、昇降フレームと押圧シリンダによる押圧部との相対位置を検出する位置検出部分の正面図である。

図１に示す高周波ウェルダは、下部電極となるとともに、被加工物をセットする作業台ともなる受台１の上方に、上部電極となるとともに溶着の金型となる加圧部材２を備えた昇降フレーム３が配置されている。昇降フレーム３は、押圧シリンダ４によって昇降駆動され、受台１上に載置される被加工物Ａを、加圧部材２によって押圧する。具体的には、昇降フレーム３の上端に位置する押え板21を押圧シリンダ４によって押圧するとともに、押え板21と電極ホルダ９を支持しているホルダ支持板22の間に、絶縁体20を介在させて支持し、昇降フレーム３全体を押圧シリンダ４によって昇降駆動させている。このように、高周波電極となる加圧部材と、押圧シリンダによる押圧機構との間に絶縁手段を設けることによって、機械的な押圧機構への高周波電流の影響を回避している。

昇降フレーム３は、押圧シリンダ４のピストンロッド６に連結されるものであるが、本発明は、押圧シリンダ４と直列的に配列した安全シリンダ５によって昇降フレーム３を支持する。安全シリンダ５には、昇降フレーム３全体の重量よりも小さな力で、昇降フレーム３を上方に持ち上げる方向の力を常時作用させる。すなわち、安全シリンダ５は昇降フレーム３の一部に固定し、そのピストンロッド７は、押圧シリンダ４のピストンロッド６に連結する。具体的には、押圧シリンダ４のピストンロッド６先端に押圧片８を装着し、この押圧片８に安全シリンダ５のピストンロッド７を連結する。

昇降フレーム３は、押型(上型)であり上部電極となる加圧部材２を着脱自在に保持する電極ホルダ９を備えるとともに、昇降フレーム３の上面に固定したロッド11が、本体フレームに固定したガイド筒10に沿って摺動することによって正確に上下動を行う。昇降フレーム３の上端面である押圧板21には、安全シリンダ５を上方に向けて固定するための取付け台12を設け、上端に配置した固定板13の下面に安全シリンダ５を固定し、固定板13を貫通させてピストンロッド７を上方に突出させ、押圧シリンダ４のピストンロッドの先端に位置する押圧片８に固定している。

図１に示す高周波ウェルダによって溶着作業を行うには、作業者が受け台１上に被加工物をセットし、押圧シリンダ４を伸ばして昇降フレーム３を下降させると、図２に示すように加圧部材２が被加工物Ａに当接する。この状態では、安全シリンダ５の力が昇降フレーム３を持ち上げる方向に作用しているため、被加工物Ａに対して軽い力、すなわち昇降フレーム３の重量と安全シリンダ５による上方への付勢力の差が、荷重として作用する。

図２に示す状態で、安全確認を行った上でスイッチを押してプレス作業を続けると、押圧シリンダのピストンロッド６がさらに伸張する。ピストンロッド６が伸張すると、図３に示すように、安全シリンダ５のストロークＳが吸収される。
安全シリンダ５のストロークが吸収されると、押圧シリンダ４のピストンロッド６に固定した押圧片８が、安全シリンダ５の固定板13の上面に当接し、さらにピストンロッド６が伸張されると、押圧シリンダ４の押圧力が昇降フレーム３に伝えられる。すなわち、安全シリンダ５の固定板13が受圧面となって昇降フレーム３が押圧され、その押圧力が加圧部材２に作用し、被加工物Ａを押圧する。このとき、受台１と加圧部材２の間に高周波電流を印加し、高周波誘電加熱によって被加工物Ａを加熱することによって、被加工物は図３に示すように溶着される。

昇降フレーム３の下降過程において、作業者の手指などの異物Ｂが受台１と加圧部材２の間に挟まれると、図４に示すように昇降フレーム３の加圧部材２が異物Ｂに当接し、押圧シリンダ４のピストンロッド６が伸ばされても、昇降フレーム３が下降せずに安全シリンダ５のストロークで吸収される。このとき、手指などの異物Ｂには、昇降フレーム３の全重量ではなく、昇降フレーム３の重量と安全シリンダ５による上方への付勢力の差のみが作用する。そのため、例え手指を挟むことがあっても、また昇降フレーム３の全重量が大きなものであっても、その全荷重が手指などの異物Ｂにかかることがなく、安全を確保することができる。

このとき、安全シリンダ５の伸縮力を昇降フレーム３の重量とほぼ等しいものに設定することによって、挟んだ手指に掛かる荷重をゼロに近づけることができる。もっとも、安全シリンダ５の力が大き過ぎると、それによって昇降フレーム３が持ち上げられてしまうため、昇降フレーム３の全重量よりも小さい力であることが必要である。
現実には受台１上にセットした被加工物Ａが、ずれることなく、正常な位置関係を維持した状態で溶着する必要がある。したがって、昇降フレーム３の重量と安全シリンダ５の伸縮力の差に起因する荷重は、被加工物Ａを軽く押さえつけることができ、かつ安全が確保できる程度であるのが好ましい。

本発明に係る安全装置は、安全シリンダ５のストローク変化や、昇降フレーム３の昇降位置を検出する検出手段を設けることによって、有効に活用することができる。本発明を有効に活用する検出手段は種々考えられるが、図５に検出手段の一例を示している。図５に示す検出手段は、安全シリンダの取付け台12にリミットスイッチ14を、押圧シリンダの押圧片８に当たり片15を設け、安全シリンダ５のストロークの変化を検出することによって、押圧シリンダ４による押圧力が作用する直前であることを感知する。

安全シリンダ５のストロークＳの変化は、図２に示すように加圧部材２が被加工物Ａや受台１に当接した状態、及び加圧部材２が異物Ｂに当接した状態のいずれの場合をも検出する。したがって、作業者は、リミットスイッチ14による検出を、安全確認の最終信号と認識し、リミットスイッチ14の信号によって被加工物のセット状態や、異物が挟まれていないことを確認し、最終のプレススイッチを押すように利用することができる。

上記安全装置を利用したプレス作業では、最終的に安全確認を行った上でプレス作業を行うため、作業が中断する欠点がある。これに対して、別の位置検出手段を組み合わせることによって、上記欠点を解消することができる。すなわち、受台１と昇降フレーム３の隙間、換言すれば昇降フレーム３の昇降位置を検出し、この検出信号と前記安全シリンダ５のストローク変化の信号を組み合わせることによって、連続的な作業を、例えば一人の作業者によって安全に進めることが可能となる。

図６の(ａ)に示すように、加圧部材２が下降して受台１に接近したときに、点線で示すように受台１と加圧部材２の隙間Ｘが、手指を挟む可能性のない十分小さな隙間となったときに安全装置のスイッチを遮断し、安全シリンダ５のストロークＳ変化にかかわらず昇降フレーム３の下降を続け、作業を継続させる。
このような設定であれば、受台１と加圧部材２の間に手指を挟んだ場合は、加圧部材２が、設定された寸法である隙間Ｘよりも小さくなることがないため安全装置が働き続け、安全シリンダ５のストロークＳの変化を検出することによって、異物を挟んだことを検出する。手指などの異物を挟んだことを検出した場合は、昇降フレーム３の下降を停止し、昇降フレーム３を直ちに上昇させて安全を確保する。

高周波ウェルダなどのプレス加工機によるプレス作業に際して、図６の(ｂ)に示すように、高さＹの置き型16を使用する場合がある。置き型16は、被加工物Ａの上に載置し、加圧部材２によって置き型16を押圧する。この場合、置き型16と加圧部材２の間に手指を挟む危険性がある。そのため、安全確認のために置き型16と加圧部材２との隙間Ｘが、手指を挟む可能性のない十分小さな隙間となったときに、安全装置のスイッチを遮断し、安全シリンダのストロークＳ変化にかかわらず昇降フレーム３の下降を続け、作業を継続することができるようにする。換言すれば、受台１からＸ+Ｙの位置で安全装置のスイッチを遮断する。

１台の高周波ウェルダなどのプレス加工機において、置き型を使用しない作業と、置き型16を使用する作業を使い分けることができるようにするには、二つの検出手段を設け、適用する検出手段に切り替えて作業をする。その際、適用する検出手段を誤って選択することによって、手指を挟んでも安全装置が機能しない可能性が生じる。

すなわち、図６の(ａ)に示す置き型を使用しない設定で置き型16を使用すると、加圧部材２が下降した時に置き型16を異物と判断して安全装置が働き、プレス作業を進行させることができない。逆に、図６の(ｂ)に示す置き型を使用する設定で置き型を用いないで使用すると、加圧部材２が受台１からＸ+Ｙの位置で安全装置のスイッチを遮断しているため、手指を挟んでも安全装置が作動しない。この事態を回避するには、安全装置のスイッチが切れている状態で一定寸法以上降下したときに、再度安全スイッチを作動させる。

具体的には、置き型16の高さＹと隙間Ｘを加えた、Ｙ+Ｘの位置で遮断されている安全スイッチを、置き型16の高さを通過し、加圧代Ｚを通過する位置を検知したとき、すなわち受台１からＹ-Ｚの位置で安全スイッチを再度作動させる。加圧代Ｚは、置き型を使用する作業において、被加工物Ａの高さが変化する可能性のある最大値である。このとき、加圧部材２と受台１との間隔Ｙ-Ｚが、手指を挟む可能性のある寸法よりも大きな寸法に設定しておく。

図７及び図８は、受台１に対する加圧部材２の位置を検知する、検知装置の一例を示すものである。図示実施形態の検知装置は、プレス加工機の本体17の定位置にリミットスイッチ18を配置するとともに、該リミットスイッチ18を作動させる検知用ドグ19を昇降フレーム３に固定している。これにより、本体17に対する昇降フレーム３の昇降位置を検出することができる。

検知するべき昇降フレーム３の昇降位置は、一台の高周波ウェルダなどのプレス加工機において、置き型を使用する場合と使用しない場合とでは異なる。その場合、検知用ドグ19の検知位置の設定を変更して使用することもできるが、二つの検知装置を配置しておき、適用する検知装置を切り替えて使用するのが便利である。図８には、昇降フレーム３に検知用ドグ19と19’を固定するとともに、本体にリミットスイッチ18と18’を配置する思想を開示している。

図８において、検知用ドグ19とリミットスイッチ18の組み合わせは、置き型を使用しない場合の検知装置を示している。置き型を使用しない場合に、昇降フレーム３が降下し、リミットスイッチ18の検知部が検知用ドグ19のａ点に達すると、安全装置のスイッチが遮断され、昇降フレーム３は降下を続け、被加工物を加圧する。ａ点から更に降下可能な寸法は、加圧部材２が受台１に当たるため僅かであり、リミットスイッチ18の検知部が検知用ドグ19のｂ点に達することはない。間違って、置き型を使用した場合は、安全装置が作動して安全シリンダ５のストローク変化を検知した時点で昇降フレーム３が上昇する。

検知用ドグ19’とリミットスイッチ18’の組み合わせは、置き型を使用する場合の検知装置を示している。置き型を使用する作業において昇降フレーム３が下降し、リミットスイッチ18’の検知部が検知用ドグ19’のa’点に達すると安全装置のスイッチが遮断され、昇降フレーム３は下降を続ける。a’点から更に下降可能な寸法は、加圧部材２が置き型に当たるため僅かであり、リミットスイッチ18’の検知部が検知用ドグ19’のｂ’点に達することはない。しかしながら、間違って置き型が使用されていないと、昇降フレーム３が下降を続け、リミットスイッチ18’の検知部が検知用ドグ19’のｂ’点を検知する。リミットスイッチ18’の検知部が検知用ドグ19’のｂ’点を検知した時点で安全装置のスイッチを働かせる。この状態では、昇降フレーム３が下降を続け、安全シリンダ５のストローク変化を検知した時点で安全装置が作動し、昇降フレーム３が上昇する。
すなわち、二組の検知装置の設定を誤った場合は、いずれの場合であっても加圧操作を行うことができず、安全を確保することができる。

本発明を実施する上において、押圧シリンダ４と安全シリンダ５は、その伸縮関係が直列的に配置されているものであればよく、例えば一本の押圧シリンダに対して複数の安全シリンダで昇降フレームを支持するようなものであってもよい。

図１は、作動前の状態を示す高周波ウェルダの正面図、 図２は、被加工物をセットし、昇降フレームを下降させた状態を示す高周波ウェルダの正面図、 図３は、被加工物を加圧した作動状態を示す高周波ウェルダの正面図、 図４は、手指などの異物が挟まった状態を示す高周波ウェルダの正面図、 図５は、昇降フレームと押圧シリンダによる押圧部との相対位置を検出する位置検出部の正面図、 図６は、置き型を使用する場合と使用しない場合の、受台と押圧部材との位置関係を示す略図、 図７は、受台に対する加圧部材の位置を検知する、検知装置の側面図、 図８は、二つの検知装置を設ける場合の概念図である。

符号の説明

１…受台、 ２…加圧部材、 ３…昇降フレーム、 ４…押圧シリンダ、 ５…安全シリンダ、 ６，７…ピストンロッド、 ８…押圧片、 ９…電極ホルダ 10…ガイド筒、 11…ロッド、 12取付け台、 13…固定板、 14…リミットスイッチ、 15…当たり片、 16…置き型、 17…本体、 18…リミットスイッチ、 19…検知用ドグ、 20…絶縁体、 21…押え板、 22…ホルダ支持板、 Ａ…被加工物、 Ｂ…異物、 Ｓ…ストローク。

Claims (3)

1. 受台上に被加工物を載置し、その上方から加圧部材によって押圧するプレス加工機において、加圧部材を含む昇降フレームを直列的に配置する押圧シリンダと安全シリンダの二種類のシリンダによって支持し、安全シリンダは昇降フレーム全体の重量よりも小さな力で昇降フレーム全体を上方に持ち上げる方向に付勢する一定ストロークのシリンダであることを特徴とする高周波ウェルダなどのプレス加工機における安全装置。
2. 昇降フレームの下降過程において、安全シリンダ５のストロークの縮まり位置を検出する検出手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の高周波ウェルダなどのプレス加工機における安全装置。
3. 昇降フレームの下降過程において、受台と加圧部材の間隔を検出する検出手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の高周波ウェルダなどのプレス加工機における安全装置。
   

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