JP2003181698A - プレス機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スライド位置がプレス加工領域内に存在する
場合に加圧力制御によりプレス加工を行えるクランク機
構を用いたプレス機械を提供する。 【解決手段】 スライド位置が初期位置からプレス加工
領域への切替え位置までの間に存在すると判別された場
合は位置制御系（５３，６０，７０）によりモータ３０
を正回転駆動制御させてスライド下降可能かつプレス加
工領域内に存在すると判別された場合には加圧力制御系
（５８，７０）に切替えてスライド加圧力を設定スライ
ド加圧力と等しくなるようにしてスライド下降させつつ
プレス加工可能で、プレス加工終了後（下死点手前位置
に到達後）に再び位置制御系に切替えてモータを逆回転
駆動制御させてスライド上昇させつつ初期位置まで戻し
上昇可能に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クランク軸の回転
によりスライドを昇降させつつプレス加工するプレス機
械に関する。

【０００２】

【背景の技術】プレス機械では、駆動源（例えば、電動
モータ）によって駆動機構（例えば、クランク機構等）
を駆動し、これに連結されたスライドを上下動させつつ
プレス加工運転可能に形成される。

【０００３】プレス速度は、スライドが上死点と下死点
との間を１上下動するに要する時間として観念され、駆
動源（電動モータ）の回転速度として指定される。具体
的には、ＳＰＭ（Ｓｔｒｏｋｅ Ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔ
ｅ）として指定されている。すなわち、生産性を重視す
る場合には、速度制御系（速度制御装置）を用いて駆動
源（電動モータ）を速度制御している。目標速度は、電
動モータとクランク軸との間にギヤや減速器を介在させ
るか否かによって、対応調整される。

【０００４】一方、プレス加工ではスライドの位置が決
まれば製品形状が決まることから、製品精度を重視する
場合には、位置制御系（位置制御装置）を用いて駆動源
（電動モータ）を位置制御している。例えばクランク軸
角度とスライド位置との対応関係であるスライドモーシ
ョンに従い目標位置を一定サイクル毎に切替え入力しつ
つ位置制御が行われる。

【０００５】なお、位置制御系でも最終段は速度制御系
の場合と同様に駆動源（電動モータ）を速度制御してい
る。また、速度制御系でも最初段では位置制御系の場合
と同様に時間とクランク軸の回転角度との関係（位置）
として設定する場合が多い。

【０００６】しかしながら、製品の種類や加工方法等に
よっては、例えばヘリカルギヤ等を鍛造成形（プレス加
工）する場合には、位置よりも加圧力の方が製品の良否
に及ぼす影響が強い場合もある。かくして、従来は、駆
動源を油圧とした圧力制御系（油圧式プレス機械）を用
い、例えば油圧シリンダに接続されたスライドの位置と
クランク軸角度と加圧力との対応関係に従い目標加圧力
を一定サイクル毎に切替え入力しつつスライド加圧力を
所定圧力に維持する圧力制御が行われていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、駆動源を油
圧式としたプレス（油圧式プレス機械）では、構成上、
発熱・冷却によるエネルギーロスが大きく、また油漏れ
など環境上の問題もある。かかる観点からは、油圧式プ
レス機械の採用を避けたいとの指摘がある。

【０００８】そこで、油圧式プレス機械の場合と同様な
動きが可能であるとともにクランク機構を用いずかつ加
圧力がモータ電流に比例する特性のリニアモータを駆動
源とする圧力制御系（リニアモータ式プレス機械）を試
行してみた。しかし、リニアモータ式では、その構造
上、大推力を得ることが難しい。しかも、コイル側と強
力な吸引力を持つ永久磁石側が別ユニットであるから、
永久磁石側ユニットをプレス機械に組込む際の取扱いが
難しく、危険を伴う虞がある。

【０００９】クランク機構を備えた回転型電動モータ式
の場合には、リニアモータ式の問題点は無く、減速器等
を介することでトルクを増大させることもできる。しか
し、回転型モータ式の場合には、回転―直動変換機構で
あるクランク機構を必須とするので、減速器やギヤの有
無に拘わらず、スライドの加圧力とモータトルクの関係
が変化したり、下死点（乃至下死点直前）では理論的に
加圧力が無限大になってしまうという問題がある。な
お、クランク機構に代えてボールねじ軸機構を採用する
ボールねじ軸式では、リニアモータ式の場合と同様に大
推力を得ることが難しい。また、製品成形時に加圧力が
ボールねじに掛かり摩擦力が増大し、ボールねじの磨耗
が問題となっている。

【００１０】かくして、従来は、例えばヘリカルギヤ等
を鍛造成形（プレス加工）する場合には、未解決な構成
上問題（エネルギーロスが大きい）や環境上問題が存在
することを認識しつつも、これらを一種のリスクと忍受
して油圧式プレス機械を採用せざるを得なかった。

【００１１】本発明の目的は、スライド位置がプレス加
工領域内に存在する場合に加圧力制御によりプレス加工
を行えるクランク機構を用いたプレス機械を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、クラ
ンク軸の回転によりスライドを昇降させつつプレス加工
するプレス機械において、前記クランク軸をこれに直接
またはギヤを介して間接に連結されたモータの回転制御
により可逆回転駆動制御可能に構成し、スライド位置が
初期位置からプレス加工領域への切替え位置までの間に
存在すると判別された場合は位置制御系によりモータを
正回転駆動制御させてスライドを下降可能かつスライド
位置がプレス加工領域内に存在すると判別された場合に
は位置制御系から切替えた加圧力制御系によりモータを
正回転駆動制御させてスライド加圧力を設定スライド加
圧力と等しくなるようにしてスライドを下降させつつプ
レス加工可能に形成し、プレス加工終了後でかつスライ
ド位置が下死点手前位置に到達後に再び加圧力制御系か
ら位置制御系に切替えかつ切替え後の位置制御系により
モータを逆回転駆動制御させてスライドを上昇させつつ
初期位置まで戻し上昇可能に形成されたプレス機械であ
る。

【００１３】この請求項１の発明に係るプレス機械で
は、プレス加工領域までは位置制御系によりモータを正
回転駆動制御させてスライドを高速で下降できるから高
生産性を担保でき、プレス加工領域内ではスライド加圧
力を設定スライド加圧力と等しくする加圧力制御により
プレス加工できるから良好な鍛造成形製品を確実に生産
でき、プレス加工終了後でかつ下死点手前位置に到達後
は再び位置制御系に切替えてスライドを下死点位置を通
過させることなく上昇させるので無駄な可動ストローク
を短縮つまり生産タクトタイムの短縮を図れる。

【００１４】また、請求項２の発明は、前記位置制御に
際する前記位置制御系への目標値信号が、設定されたモ
ーション指令パターンに基き出力されるスライド位置相
当信号とされたプレス機械である。

【００１５】請求項２の発明に係るプレス機械では、位
置制御系には、予めまたはその場で設定したスライドの
モーション指令パターン［例えば、クランク角度（クラ
ンク軸回転角度）とスライド位置との関係グラフ］に基
き、当該時のクランク角度に対応するスライド位置に相
当する信号（目標値信号）が入力される。スライドのモ
ーション指令パターンには、加工領域突入時におけるス
ライドの衝撃力の緩和化，加工領域内を除く他の領域で
のスライド昇降（１往復）時間の最短化（最高速化）を
企図するための情報を盛りこめる。

【００１６】また、請求項３の発明は、前記加圧力制御
に際する前記加圧力制御系への目標値信号が、設定され
た加圧力指令パターンに基くスライド加圧力相当信号と
して出力される、プレス機械である。

【００１７】請求項３の発明に係るプレス機械では、加
圧力制御系には、予めまたはその場で設定したスライド
の加圧力指令パターン［例えば、クランク角度（クラン
ク軸回転角度）と加圧力の関係グラフ］に基き、当該時
のクランク角度に対応するスライドの加圧力に相当する
信号（目標値信号）が入力される。加圧力指令パターン
には、加工領域内での１または２以上の加圧力を組込む
ことができる。

【００１８】また、請求項４の発明は、前記スライド加
圧力相当信号が、前記加圧力指令パターンおよびクラン
ク軸回転角度とスライド加圧力とモータトルクとの関係
式を用いかつ検出クランク軸回転角度を入力として算出
された当該検出クランク軸回転角度に対応するモータト
ルクの値として出力される、プレス機械である。

【００１９】この請求項４の発明に係るプレス機械で
は、検出されたクランク軸回転角度が入力されると、関
係式［クランク角度（クランク軸回転角度）およびモー
タトルク（スライド加圧力）を変数としてスライド加圧
力（モータトルク）を算出する式）］を利用して、当該
時の検出クランク角度に対応するスライド加圧力に相当
する信号（目標値信号）が算出され、モータトルクの値
として出力される。

【００２０】さらに、請求項５の発明は、前記スライド
加圧力相当信号が、前記加圧力指令パターンおよびクラ
ンク軸回転角度とスライド加圧力とモータトルクとの関
係を記憶させた記憶関係情報を参照してかつ検出された
クランク軸回転角度に対応するものとして読み出された
モータトルクの値として出力される、プレス機械であ
る。

【００２１】請求項５の発明に係るプレス機械では、検
出されたクランク軸回転角度が入力されると、記憶関係
情報［クランク角度（クランク軸回転角度）とスライド
加圧力とモータトルクとの関係をテーブル化したデータ
ベース］を参照して、当該時の検出クランク角度に対応
するスライド加圧力に相当する信号（目標値信号）が抽
出され、モータトルクの値として出力される。

【００２２】さらにまた、請求項６の発明は、前記プレ
ス加工終了が、経過時間またはクランク軸回転角度を監
視することにより判別可能なプレス機械である。

【００２３】請求項６の発明に係るプレス機械では、加
工領域内でのプレス加工（例えば、鍛造成形）の終了
は、例えば加工領域突入時から計数開始をした経過時間
が予め設定された加工時間を超えた場合あるいは検出し
たクランク軸回転角度（クランク角度）が予め設定され
た終了クランク角度以上になった場合を監視すること
で、判別できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００２５】（第１の実施形態）本プレス機械１０は、
図１〜図８に示す如く、クランク軸１２に連結されたモ
ータ３０の回転制御により可逆回転駆動制御可能に構成
され、スライド位置ＰＴが初期位置（上死点位置ＰＴ
０）からプレス加工領域（θ１〜θ２）への切替え位置
までの間に存在すると判別された場合は位置制御系（５
３，６０，７０）によりモータ３０を正回転駆動制御さ
せてスライド１７を下降可能かつスライド位置ＰＴがプ
レス加工領域（θ１〜θ２…ＰＴ１〜ＰＴ２）内に存在
すると判別された場合には位置制御系から切替えた加圧
力制御系（５８，７０）によりモータ３０を正回転駆動
制御させてスライド加圧力（ＰＲ）を設定スライド加圧
力（ＰＲｓ）と等しくなるようにしてスライド１７を下
降させつつプレス加工可能で、プレス加工終了後でかつ
スライド位置が下死点位置（ＰＴ１８０）に至る以前の
下死点手前位置［ＰＴ２過ぎからＰＴ１８０到達前の位
置（ＰＴ１８０−α）］に到達後に再び加圧力制御系か
ら位置制御系に切替えてモータ３０を逆回転駆動制御さ
せてスライド１７を上昇させつつ初期位置（ＰＴ０）ま
で戻し上昇可能に形成されている。

【００２６】図１において、プレス機械１０の駆動機構
はクランク軸１２等を含むクランク機構１１から構成さ
れている。このクランク軸１２は、軸受１４，１４に回
転自在に支持されかつ直接連結されたＡＣ（交流）サー
ボモータからなるモータ３０の回転制御により可逆回転
（正回転，逆回転）駆動制御可能である。モータ３０は
ＤＣ（直流）サーボモータとしてもよい。１５は、機械
式ブレーキである。

【００２７】なお、クランク軸１２とモータ３０とは、
ギヤ（減速機）を介して間接的に連結させてもよい。ギ
ヤ（減速機）を介せば、一段と高い加圧力を得ることが
できる。

【００２８】スライド１７は、フレーム本体（図示省
略）に上下方向に摺動自在に装着され、ウエイトバラン
ス装置１８に係合されている。したがつて、クランク軸
１２を回転駆動すれば、コンロッド１６を介してウエイ
トバランスされたスライド１７を昇降駆動することがで
きる。金型２０はスライド１７側の上型２１とボルスタ
１９側の下型２２とからなる。この実施形態の金型２０
では、鍛造成形（コイニング等）を主目的としている。

【００２９】ＡＣサーボモータ（３０）の各相Ｕ，Ｖ，
Ｗのモータ駆動電流に対応する各相電流信号Ｕｉ，Ｖ
ｉ，Ｗｉは、図１，図２に示す電流検出部７３によって
検出される。また、モータ３０には、エンコーダ３５が
連結されている。

【００３０】このエンコーダ３５は、原理的には多数の
光学的スリットと光学式検出器とを有し、モータ３０
（クランク軸１２）の回転角度（クランク角度）θを出
力するが、この実施形態では、回転角度θ（パルス信
号）をスライド１７の上下方向位置ＰＴ（パルス信号）
に変換して出力する信号変換器（図示省略）を含むもの
とされている。

【００３１】図２において、設定選択指令駆動制御部
は、設定選択指令部５０と位置・速度制御部６０とモー
タ駆動制御部７０とから形成されている。

【００３２】なお、これら（５０，６０，７０等…図９
の１００相当）と接続されかつ具体的プレス運転のため
に必要なプレス運転駆動制御部（図示省略）が設けられ
ている。このプレス運転駆動制御部は、シーケンサ，ロ
ジック回路あるいはコンピュータを用いて構築すること
ができる。プレス運転駆動制御部の代表的動作は、例え
ば第２の実施形態（図９）での動作を説明するための図
１０に示す通りである。

【００３３】設定選択指令部５０の位置制御用として
は、速度設定器５１，モーションパターン選択器５２お
よびモーション指令部５３を含み、位置・速度制御部６
０に設定スライド位置信号（設定選択モーション指令信
号）ＰＴｓを出力可能に形成されている。モーション指
令部５３は、位置（速度）制御系の一部を形成する。

【００３４】モーションパターン選択器５２を用いて予
め設定記憶された複数のモーションパターン（経過時間
ｔ−スライド位置ＰＴ）の中から希望のモーションパタ
ーン（ｔ−ＰＴカーブ）を選択することができる。選択
されたモーションパターン（ｔ−ＰＴカーブ）は、速度
設定器５１を用いて設定されたモータ回転速度（乃至Ｓ
ＰＭ…スライド速度）［いわゆるスライドストローク数
（ＳＰＭ）］とともにモーション指令部５３に出力され
る。

【００３５】なお、モーションパターン選択器５２は、
その場で運転開始からの経過時間ｔと当該各スライド位
置ＰＴとを対応させて入力することで、モーションパタ
ーン（ｔ−ＰＴカーブ）を作成（選択）可能に形成して
もよい。

【００３６】速度設定器５１は、モータ３０の回転速度
（例えば、１００ＲＰＭ）を“手動”で設定することが
できるが、“自動”を選択した場合には、予め選択設定
されていた最高回転速度が選択されたものとして取扱わ
れる。この速度設定器５１は、ＳＰＭ設定器，生産速度
設定器等から形成してもよい。

【００３７】モーション指令部５３は、位置パルスの払
出し方式構造で、選択されたモーションパターン（ｔ−
ＰＴカーブ）に則り位置指令パルスＰＴｓを出力する。

【００３８】例えば、速度設定器５１を用いて設定され
たモータ回転速度が１２０ＲＰＭで、エンコーダ３５か
ら１回転（３６０度）当りに出力されるパルス数が１０
０万パルスで、払出しサイクルタイムが５ｍＳである場
合は、１サイクル（５ｍＳ）毎に出力されるパルス数
は、１００００パルス［＝（１００００００×１２０）
／（６０×０．００５）］となる。

【００３９】なお、設定モータ回転速度や負荷の大きさ
によっては、急激なトルク変化を防止する策として、起
動直後に加速区間（出力パルス数を漸次増加）を、停止
直前に減速区間（出力パルス数を漸次減少）を設けるこ
とが好ましい。しかも、回転速度の設定が“手動”およ
び“自動”のいずれの場合でも、プレス加工領域突入時
の回転速度をそれ以前の回転速度よりも減速した低速に
設定することができる。

【００４０】ここに、位置制御に際する位置制御系（６
０）への目標値信号は、設定されたモーション指令パタ
ーンに基き出力されるスライド位置相当信号（ＰＴｓ）
であると理解される。すなわち、位置制御系（６０）に
は、予めまたはその場で設定したスライド１７のモーシ
ョン指令パターンに基き、当該時までの経過時間ｔに対
応するスライド位置ＰＴに相当する信号（目標値信号）
が入力される。スライド１７のモーション指令パターン
には、加工領域突入時におけるスライドの衝撃力の緩和
化，加工領域内を除く他の領域でのスライド昇降（１往
復）時間の最短化（最高速化）を企図するための情報を
盛りこめるわけである。上記の速度設定器５１を用いて
設定されたモータ回転速度が、モーション指令パターン
（ｔ−ＰＴカーブ）に反映されている。かくすれば、プ
レス加工時の衝撃，騒音の低減を図りつつ生産性を一段
と向上できる。

【００４１】位置・速度制御部６０は、位置（速度）制
御系の一部を形成する位置比較器６１，位置制御部６
２，速度比較器６３，速度制御部６４を含み、電流制御
部７１に電流指令信号Ｓｉを出力可能に形成されてい
る。なお、速度検出器３６および制御モード切替制御部
３７は、図示上の便宜性から位置・速度制御部６０に含
めた形で表現した。

【００４２】まず、位置比較器６１は、モーション指令
部５３からの設定スライド位置信号（目標値信号）ＰＴ
ｓとエンコーダ３５で検出された実際のスライド位置信
号ＦＰＴ（フィードバック信号）とを比較して、位置偏
差信号△ＰＴを生成出力する。

【００４３】位置制御部６２は、入力された位置偏差信
号△ＰＴを累積し、それに位置ループゲインを乗じ、速
度信号Ｓｐを生成出力する。速度比較器６３は、この速
度信号Ｓｐと速度検出器３６からの速度信号（速度フィ
ードバック信号）ＦＳとを比較して、速度偏差信号△Ｓ
を生成出力する。

【００４４】速度制御部６４は、入力された速度偏差信
号△Ｓに速度ループゲインを乗じ電流指令信号Ｓｉを電
流制御部７１に生成出力する。この電流指令信号Ｓｉ
は、実質的にはトルク信号Ｓｔであるが、位置（速度）
制御中はプレス負荷が加わらないのでモータトルクがほ
ぼ一定で回転速度の増減をするために必要なものでよい
から、加圧力制御中の場合に比較して信号レベルは小さ
い。

【００４５】制御モード切替制御部３７は、エンコーダ
３５から入力されたクランク回転角度θとプレス加工領
域（θ１〜θ２）とを比較して、検出角度θが加工領域
（θ１〜θ２）内に存在しかつスライド下降方向である
場合に切替スイッチ３８ＢをＯＮ（閉成）してかつ切替
スイッチ３８ＡをＯＦＦ（開成）する。それ以外の場合
には、切替スイッチ３８ＡをＯＮ（閉成）してかつ切替
スイッチ３８ＢをＯＦＦ（開成）する切替信号ＣＨＧを
出力する。

【００４６】なお、プレス加工領域（θ１〜θ２）は、
詳細後記のクランク軸回転角度設定器５５を用いて設定
されたもので、制御モード切替制御部３７にはスライド
加圧力パターン選択器５７を介して入力される。

【００４７】モータ駆動制御部７０は、電流制御部７１
とＰＷＭ制御部（ドライバー部）７２とから構成され、
位置・速度制御系に切り替えられた場合（３８ＡがＯ
Ｎ、３８ＢがＯＦＦ）には位置・速度系の一部を形成
し、加圧力制御系に切り替えられた場合（３８ＡがＯＦ
Ｆ、３８ＢがＯＮ）に圧力制御系の一部を形成する。

【００４８】電流制御部７１は、図４に示す如く、各相
電流制御部７１Ｕ，７１Ｖ，７１Ｗからなる。例えばＵ
相電流制御部７１Ｕは、電流指令信号（トルク信号Ｓｔ
相当）ＳｉとＵ相信号Ｕｐとを乗算してＵ相目標電流信
号Ｕｓｉを生成し、引続きＵ相目標電流信号Ｕｓｉと実
際のＵ相電流信号Ｕｉとを比較して電流偏差信号（Ｕ相
電流偏差信号）Ｓｉｕを生成出力する。他のＶ，Ｗ相電
流制御部７１Ｖ，７１Ｗでも、Ｖ，Ｗ相電流偏差信号Ｓ
ｉｖ，Ｓｉｗが生成出力される。

【００４９】この電流制御部７１に入力される相信号Ｕ
ｐ，Ｖｐ，Ｗｐは、図２の相信号生成部４０で生成され
る。７３は、相モータ電流検出器で、各相電流（値）信
号Ｕｉ，Ｖｉ，Ｗｉを検出して電流制御部７１へフィー
ドバックする。

【００５０】ＰＷＭ制御部（ドライバー部）７２は、図
６に示すパルス幅変調を行う回路（図示省略）と図５
（Ａ）に示すアイソレーション回路７２Ａと図５（Ｂ）
に示すドライバー７２Ｂとから成る。

【００５１】すなわち、電流制御部７１から出力される
各相の電流偏差信号Ｓｉｕ，Ｓｉｖ，ＳｉｗからＰＷＭ
変調され、ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍが生成される。

【００５２】ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍのパルス信号幅（Ｗ
ｐ）は、点弧信号（＋Ｕ点弧信号あるいは−Ｕ点弧信
号）の時間幅Ｗｐで決まるが、高負荷（例えばＳｉｕが
大電流）の場合は長く、低負荷の場合は短い。

【００５３】ドライバー７２Ｂは、図５（Ｂ）に示す各
相用の各１対のトランジスタ，ダイオードを含むスイッ
チング回路からなり、各ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍ（例えば、
＋Ｕ，−Ｕ）でスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）制御さ
れ、各相モータ駆動電流Ｕ，Ｖ，Ｗを出力することがで
きる。

【００５４】かくして、スライド位置ＰＴが図７に示す
設定変更可能な初期位置（この実施形態では上死点位置
ＰＴ０と同じとした。）からプレス加工領域（θ１〜θ
２）［ＰＴ１〜ＰＴ２］への切替え位置（θ１…ＰＴ
１）までの間に存在すると判別された場合は、位置制御
系（５３，６０，７０）によりモータ３０を正回転駆動
制御させてスライド１７を下降させることができる。

【００５５】次に、設定選択指令部５０の加圧力制御用
としては、スライド位置設定器相当のクランク軸回転角
度（クランク角度）設定器５５，スライド加圧力設定器
５６，スライド加圧力パターン選択器５７およびスライ
ド加圧力指令部５８を含み、モータ駆動制御部（加圧力
制御部）７０に設定スライド加圧力（モータトルク値）
ＰＲＳ（Ｔｓ）相当のトルク信号（設定選択スライド加
圧力指令信号相当）Ｓｔを出力可能に形成されている。

【００５６】つまり、設定選択スライド加圧力指令信号
（ＰＲｓ）としては、これに対応する設定選択モータト
ルク指令信号Ｔｓとして出力するように形成されてい
る。スライド加圧力指令部５８は、モータ駆動制御部７
０とともに加圧力制御系の一部を形成する。

【００５７】クランク軸回転角度設定器（スライド位置
設定器相当）５５は、クランク軸角度θを設定するもの
で、図７に示す角度θ１と角度θ２とを選択入力するこ
とで、プレス加工領域（θ１〜θ２）を設定するもので
ある。なお、スライド位置ＰＴ１とＰＴ２とを選択入力
することでプレス加工領域（ＰＴ１〜ＰＴ２）を設定可
能に形成してもよい。さらに、スライド位置設定器や加
工領域設定器として、結果としてプレス加工領域を設定
できればその形式や名称を問わない。

【００５８】加圧力設定器５６は、設定プレス加工領域
（θ１〜θ２）内でのスライド加圧力［例えば、図８
（Ａ）のＰＲｓ］を設定するものである。

【００５９】スライド加圧力指令部５８は、エンコーダ
３５で検出されたクランク軸回転角度θに対応する設定
加圧力信号ＰＲｓ（モータトルク信号Ｔｓ）を出力す
る。

【００６０】この実施形態では、加圧力制御系における
スライド加圧力指令部５８からモータ駆動制御部７０へ
出力する目標値信号は、設定されたスライド加圧力指令
パターン［加圧力ＰＲ（トルクＴ）−角度θあるいは、
加圧力ＰＲ（トルクＴ）−時間ｔ］に基き出力され、こ
の実施形態ではスライド加圧力（ＰＲ）の信号（ＰＲ
ｓ）に対応するトルク信号（Ｔｓ）とされている。

【００６１】詳しくは、加圧力制御系には、予めまたは
その場で設定されたスライド１７の加圧力指令パターン
［例えば、クランク角度（クランク軸回転角度）θと加
圧力ＰＲとの関係］に基き、当該時のクランク角度θに
対応するスライド加圧力ＰＲに相当するトルク信号（目
標値信号）Ｔｓが入力される。

【００６２】したがって、加圧力指令パターンには、プ
レス加工領域内での１または２以上の加圧力を組込むこ
とができるから、図８（Ａ）に示す１つの加圧力ＰＲｓ
のみならず、例えば図８（Ｂ）に示す２つの加圧力（加
圧力ＰＲｓ、これより高加圧力のきめ込み圧ＰＲｓ１）
を設定することができる。

【００６３】ここに、クランク角度θと加圧力ＰＲとト
ルクＴとの関係式を、図３を参照して説明する。図３に
おいて、クランク軸１２のトルクをＴ，クランク半径を
Ｌ１，コンロッド１６の長さをＬ２，クランク回転方向
の力をＦ１，コンロッド軸方向の力をＦ２，スライド１
７の加圧力をＦｓ，Ｆ１とＦｓとのなす角をα，Ｆ１と
Ｆ２とのなす角をβとすると、

【数１】 が成立するので、設定加圧力Ｆｓとクランク角度θとか
ら当該時のトルクＴを求めるには、スライド加圧力指令
部５８において

【数２】 を演算すれば、設定加圧力Ｆｓに対応する設定トルク信
号Ｔｓを出力することができる。したがって、検出クラ
ンク角度θに応じた正確なスライド加圧力ＰＲ（Ｆｓ）
［トルクＴ］を迅速に出力することができる。

【００６４】ここに、プレス加工領域に突入したか否か
の判別，制御モードの切替タイミングの判別およびプレ
ス加工領域内での鍛造成形終了の判別には、加圧力管理
および時間管理が考えられる。加圧力管理は、直接に加
圧力ＰＲｉ（モータトルクＴｉ）を管理するほか、これ
に代えて間接的な角度（θｉ）やスライド位置（ＰＴ
ｉ）を管理して行う。一方の時間管理は、経過時間（ｔ
ｉ）を管理して行うものである。

【００６５】この実施形態では、プレス加工領域に突入
したか否かの判別はモータトルク（加圧力）［Ｔｉ］の
管理によるが、制御モードの切替タイミングの判別およ
びプレス加工領域内での鍛造成形終了の判別にはモータ
トルク（加圧力）管理（Ｔｉ）と時間管理（ｔｉ）とを
選択切替可能（図１０のＳＴ１４を参照）に形成してあ
る。加圧力管理は、例えば肉厚の材料で深い模様等の鍛
造成形に好適で確実な製品を生産できかつ安全性が高
い。時間管理は例えば肉薄の材料で浅い模様等の鍛造成
形に好適で確実な製品を生産できかつ取扱いが簡単であ
る。

【００６６】図１０において、位置制御モードでモータ
正回転によりスライド１７が下降中（ＳＴ１０）にクラ
ンク軸１２の回転角度θｉが予め設定された計測開始角
度θｓｔ（例えば、θｓｔ＝θ１−β）以上になった場
合（ＳＴ１１でＹＥＳ）に、モータトルクＴｉの計測を
開始させる（ＳＴ１２）。そして、計測されたモータト
ルクＴｉが設定トルク値Ｔｓｔ（この実施形態では、図
８の設定加圧力ＰＲｓに対応するモータトルク値に等し
い。）以上になった場合（ＳＴ１３でＹＥＳ）にプレス
加工領域に突入したと判別する。

【００６７】加圧力管理が選択されている場合（ＳＴ１
４でＹＥＳ）には、直ちに制御モード切替制御部３７が
切替信号ＣＨＧを出力し、図２の切替スイッチ３８Ａを
ＯＦＦ、３８ＢをＯＮし、加圧力制御系（５８，７０）
に切替える（ＳＴ１５）。時間管理が選択されている場
合（ＳＴ１４でＮＯ）には、経過時間ｔｉをカウントす
るためのタイマー（図示省略）をスタートさせ（ＳＴ２
１）、しかる後に加圧力制御系（５８，７０）に切替え
られる（ＳＴ２２）。

【００６８】いずれの場合でも、スライド位置ＰＴ（こ
の実施形態では、クランク軸回転角度θ）がプレス加工
領域ＰＴ１〜ＰＴ２（この実施形態では、θ１〜θ２）
内に存在する場合には、位置制御系（５３，６０，７
０）から切替えた加圧力制御系（５８，７０）によりモ
ータ３０を正転駆動制御させてスライド１７を下降させ
つつプレス加工可能である（ＳＴ１６、ＳＴ２３）。

【００６９】プレス加工領域内での鍛造成形（プレス加
工）の終了は、加圧力管理の場合はモータトルクＴｉが
設定加工終了トルク値Ｔｓｔ１以上になったか否かで判
別（ＳＴ１７）され、時間管理の場合には計測した経過
時間ｔｉが設定加工終了時間ｔｓ以上になったか否かで
判別（ＳＴ２４）される。したがって、加圧力一定での
プレス加工の場合でも、その加工終了とともにスライド
１７を迅速かつ確実に反転動（下死点を通過させること
なく上昇）させられる（ＳＴ１８）。クランク角度
（θ）による監視・判断の場合も同様である。

【００７０】詳しくは、プレス加工終了後でかつスライ
ド位置ＰＴが下死点位置（図７のＰ１８０）に至る以前
の下死点手前位置（Ｐ１８０−α）に到達後に制御モー
ド切替制御部３７は切替信号ＣＨＧを出力し、図２の切
替スイッチ３８ＡをＯＮ、３８ＢをＯＦＦし、再び加圧
力制御系から位置制御系に切替えかつ切替え後の位置制
御系によりモータ３０を逆回転駆動制御させてスライド
１７を上昇（ＳＴ１８）させつつ初期位置（ＰＴ０）ま
で戻し上昇した場合（ＳＴ１９でＹＥＳ）にモータ３０
を停止させる（ＳＴ２０）。

【００７１】かかる第１の実施形態に係るプレス機械１
０では、クランク軸１７が図７の上死点位置（ＰＴ０）
に停止されているプレス運転停止状態において、プレス
運転駆動制御部の駆動制御電源を投入する。

【００７２】すると、制御モード切替制御部３７は、エ
ンコーダ３５で検出されたクランク回転角度θがプレス
加工領域（θ１〜θ２）以外の領域内に存在するので、
切替信号ＣＨＧを出力して図２の切替スイッチ３８Ａを
ＯＮ（閉成）してかつ切替スイッチ３８ＢをＯＦＦ（開
成）する。つまり、位置（速度）制御モードに切替える
（図１０のＳＴ１０）。

【００７３】ここで、プレス運転指令を発すると、モー
ション指令部５３から選択されたモーションパターン
（ｔ−ＰＴカーブ）に基づき設定するスライド位置信号
（位置パルス）ＰＴｓが出力（払出し）される。

【００７４】したがって、位置（速度）制御系を形成す
る位置・速度制御部６０およびモータ駆動制御部７０が
働き、モータ３０は各相モータ駆動電流Ｕ，Ｖ，Ｗによ
り正（例えば、左回り）回転される。スライド１７は図
１に示すクランク軸１２，コンロッド１６を介して下降
する（図１０のＳＴ１０）。

【００７５】この際のスライド下降速度は、図７に示す
選択スライドモーションパターンに基くモ―ションＳＭ
（カーブ）通りになる。速度設定器５１で“自動”を設
定した場合には、最高速度でスライド下降される。

【００７６】加圧力管理が選択されている場合（図１０
のＳＴ１４でＹＥＳ）において、制御モード切替制御部
３７は、モータトルクＴｉが設定トルク値Ｔｓｔ以上に
なったと判別（ＳＴ１３でＹＥＳ）された場合、つまり
選択プレス加工領域（θ１〜θ２）に突入したと判別さ
れた場合に、切替信号ＣＨＧを出力して切替スイッチ３
８ＢをＯＮ（閉成）してかつ切替スイッチ３８ＡをＯＦ
Ｆ（開成）させて加圧力制御系（５８，７０）に切替え
る（ＳＴ１５）。

【００７７】なお、時間管理が選択されている場合（Ｓ
Ｔ１４でＹＥＳ）には、タイマーをスタート（経過時間
Ｔｉの計数開始）させる（ＳＴ２１）。

【００７８】この時間管理は、図８（Ｂ）に示す如く、
鍛造成形（プレス成形）の終了を時間管理（ｔ１〜ｔ
２）による場合に必要である。タイマー自体（図示省
略）は、制御モード切替制御部３７内に設けられている
が、プレス運転駆動制御部内に設けてもよい。

【００７９】この時間管理でなく、加圧力管理（や図８
（Ａ）に示すクランク角度管理等）の場合には、タイマ
ー並びに図１０のＳＴ１２は必要ない。

【００８０】ここに、モータ駆動制御部７０には、スラ
イド加圧力指令部５８からの設定スライド加圧力指令
（ＰＲｓ）つまりはこれに対応するモータトルク指令
（Ｓｔ）が入力されるので、モータ３０をスライド加圧
力が設定スライド加圧力（ＰＲｓ）に一定になるように
加圧力一定化制御しつつ下降させる（ＳＴ１６）。ＳＴ
２３の場合も同様である。

【００８１】加圧力一定制御であるから、ワーク（材
料）の厚み誤差の影響を受けない。例えば、コイン相当
物（ワーク）の場合、成形前の材料にバラツキがあつた
としても、全てのコイン相当物（ワーク）に同一模様等
を同一深さ・幅で成形することができる。ヘリカルギヤ
等の場合も同様である。

【００８２】すなわち、鍛造成形を安定して行えかつ高
品質な製品（ヘリカルギヤ，コイン相当物等）を確実に
生産することができる。しかも、加圧力制御であるから
モータ３０の超低速回転でのプレス加工が可能である。
しかも、回転速度が零から最大トルクを発生できるから
適応性が広い。

【００８３】そして、加圧力管理の場合は、モータトル
クＴｉが設定加工終了トルク値Ｔｓｔ１以上になった場
合に鍛造成形終了と判別（ＳＴ１７のＹＥＳ）される。
時間管理（監視）の場合には、タイマーによる計測経過
時間Ｔｉが設定加工終了時間ｔｓ以上になった場合に鍛
造成形終了と判別（ＳＴ２４でＹＥＳ）される。つま
り、プレス加工終了後でかつスライド位置ＰＴ（θ）が
下死点位置手前（Ｐ１８０−α）に到達後に、再び加圧
力制御系（５８，７０）から位置制御系（５３，６０，
７０）に切替えかつ切替え後の位置制御系によりモータ
３０を逆回転駆動制御させてスライド１７を図７のカー
ブＳＲＭ［カーブＳＭ（角度θ（１８０°）の右側に点
線で示したカーブをその左側に反転させた場合のカーブ
に等しい。）］で上昇（ＳＴ１８）させつつ初期位置
（Ｐｔ０）まで戻し上昇される。初期位置に戻ったらモ
ータ３０を停止させる（ＳＴ１９でＹＥＳ，ＳＴ２
０）。

【００８４】なお、初期位置は、上死点位置（ＰＴ０…
θ０）ではなく任意の角度（例えば、θ０＋α）に設定
してプレス運転することができる。

【００８５】すなわち、プレス加工終了後でかつ下死点
手前位置に到達後は再び位置制御系に切替えてスライド
１７を下死点位置を通過させることなく上昇させるの
で、無駄な可動ストロークを昇降させないでよい。つま
り、生産タクトタイムの短縮を図れる。

【００８６】（第２の実施形態）この第２の実施形態
は、基本的構成が第１の実施形態の場合（図１〜図５）
と同様とされているが、図２における速度設定器（５
１），角度設定器（５５）および圧力設定器（５６）が
図９に示すコンピュータ８０の一部を構成する操作パネ
ル８５から形成され、モーションパターン選択器（５
２）およびモーション指令部（５３）並びにスライド加
圧力パターン選択器（５７）およびスライド加圧力指令
部（５８）が図９に示す操作パネル８５，ＣＰＵ８１，
ＲＯＭ８２，ＲＡＭ８３から形成されている。

【００８７】すなわち、コンピュータは、図９に示す如
く、ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２，ＲＡＭ８３，発振器（Ｏ
ＳＣ）８４，操作パネル（ＰＮＬ）８５，表示部（ＩＮ
Ｄ）８６およびインターフェイス（Ｉ／Ｆ）［乃至入出
力ポート（Ｉ／Ｏ）］８７を含み、上記の他、設定選択
指令駆動制御部をも構成する。

【００８８】インターフェイス（Ｉ／Ｆ）［乃至入出力
ポート（Ｉ／Ｏ）］８７に接続された入出力機器１００
は、上記の通り、位置・速度制御部６０，モータ駆動制
御部７０等を含む総称概念である。

【００８９】なお、以下では、各種の固定情報，制御プ
ログラム，演算（算出）式等は、ＲＯＭ８２に固定的に
格納されているものとして説明するが、これらは書替え
可能なフラッシュメモリやハードディスク装置（ＨＤ
Ｄ）等に格納させておくように形成してもよい。

【００９０】いずれにしても、記憶関係情報（例えば、
データテーブル）を交換するだけで、多様なスライド加
圧力を利用できるようになるから、第１の実施形態の場
合に比較してもプレス加工態様等に対する適応性を一段
と拡大できる。

【００９１】モーションパターン選択器（５２）として
は、ＲＯＭ８２に予め記憶されかつ表示部８６に表示さ
せた複数のスライドモーションパターン（クランク角度
θとスライド位置ＰＴとを対応させた関係情報）の中か
ら、キー（８５）操作により選択された１つの記憶関係
情報（選択モーションパターン）をモーション指令部
（ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２，ＲＡＭ８３）に出力する。

【００９２】モーション指令部（５３）としては、ＣＰ
Ｕ８１がＲＯＭ８２に格納された制御プログラムおよび
入力（ＲＡＭ８３に一時記憶される。）された記憶関係
情報（選択モーションパターン）に基き、第１の実施形
態の場合と同様なタイミング（５ｍＳ）で位置パルス
（ＰＴｓ）を出力する。

【００９３】スライド加圧力パターン選択器５７として
は、ＲＯＭ８２に予め記憶されかつ表示部８６に表示さ
せた複数のスライド加圧力パターン（クランク角度θと
スライド加圧力ＰＲとを対応させた関係情報）の中か
ら、キー（８５）操作により選択された１つの記憶関係
情報（選択スライド加圧力パターン）をスライド加圧力
指令部（ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２，ＲＡＭ８３）に出力
する。

【００９４】スライド加圧力指令部（５８）としては、
ＣＰＵ８１がＲＯＭ８２に格納された制御プログラムお
よび入力（ＲＡＭ８３に一時記憶される。）された記憶
関係情報（選択スライド加圧力）に基き、第１の実施形
態の場合と同様なタイミング（５ｍＳ）で加圧力パルス
相当のトルク信号（Ｔｓ）を出力する。

【００９５】なお、発振器８４のクロックパルスをベー
スに、払出し制御用のタイミングや決められ、タイマー
（ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２）も経過時間Ｔｉ計数可能に
構築される。

【００９６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、次のような優
れた効果を奏することができる。 鍛造成形を安定して行えかつ高品質な製品（ヘリカ
ルギヤ等）を確実に生産することができる。 ワーク（材料）の厚み誤差の影響を受けない。 加圧力制御であるからモータの超低速回転でのプレ
ス加工が可能である。しかも、回転速度が零から最大ト
ルクを発生できるから適応性が広い。 設定位置（上死点等）と下死点手前位置との間つま
り初期位置からプレス加工終了位置までのプレス運転ス
トロークだけスライドを昇降させるだけでよいから、生
産タクトタイムを大幅に短縮できる。

【００９７】また、請求項２の発明によれば、請求項１
の発明の場合と同様な効果を奏することができることに
加え、さらにスライドのモーション指令パターンに加工
領域突入時におけるスライドの衝撃力の緩和化，加工領
域内を除く他の領域でのスライド昇降（１往復）時間の
最短化（最高速化）を企図するための情報を盛りこめる
から、プレス加工時の衝撃，騒音の低減を図りつつ生産
性を一段と向上できる。

【００９８】また、請求項３の発明によれば、請求項１
および請求項２の各発明の場合と同様な効果を奏するこ
とができることに加え、さらに加圧力指令パターンに
は、プレス加工領域内での１または２以上の加圧力を組
込むことができるので、例えば鍛造成形終了時にそれま
での加圧力よりも大きな加圧力でのきめ込みを行うよう
に企図することもできる。

【００９９】さらに、請求項４の発明によれば、請求項
３の発明の場合と同様な効果を奏することができること
に加え、さらに検出クランク角度に応じた正確なスライ
ド加圧力を迅速に出力することができる。

【０１００】さらに、請求項５の発明によれば、請求項
３の発明の場合と同様な効果を奏することができること
に加え、さらに記憶関係情報（例えば、データテーブ
ル）を交換するだけで、多様なスライド加圧力を利用で
きるようになり、プレス加工態様等に対する適応性が一
段と拡大できる。

【０１０１】さらにまた、請求項６の発明によれば、請
求項１から請求項５までの各発明の場合と同様な効果を
奏することができることに加え、さらに例えば加圧力一
定でのプレス加工の場合でもその加工終了とともにスラ
イドを迅速かつ確実に反転動（下死点を通過させること
なく上昇）させられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を説明するためのプレ
ス機械の概略図である。

【図２】同じく、設定選択指令駆動制御部［設定選択指
令部・位置（速度）制御部・加圧力制御部］を説明する
ためのブロック図である。

【図３】同じく、クランク軸のトルクＴと回転角度θと
スライド加圧力Ｆｓとの関係を説明するための図であ
る。

【図４】同じく、電流制御部を説明するための図であ
る。

【図５】同じく、ＰＷＭ制御部（ドライバー部）を説明
するための図である。

【図６】同じく、ＰＷＭ制御部（ドライバー部）の動作
を説明するためのタイムチャートである。

【図７】同じく、スライドモーションとプレス加工領域
内の加圧力一定化とを説明するためのタイムチャートで
ある。

【図８】同じく、プレス加工領域内加圧力の設定態様例
を説明するための図である。

【図９】本発明の第２の実施形態に係る設定選択指令駆
動制御部［設定選択指令部・位置（速度）制御部・加圧
力制御部］を説明するためのブロック図である。

【図１０】同じく、プレス運転動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１０ プレス機械 １２ クランク軸 １６ コンロッド １７ スライド ２０ 金型 ３０ ＡＣサーボモータ（モータ） ３５ エンコーダ ３６ 速度検出部 ３７ 制御モード切替制御部 ４０ 相信号生成部 ５０ 設定選択指令部 ５１ 速度設定器 ５２ モーションパターン選択器 ５３ モーション指令部（位置制御系） ５５ 角度設定器 ５６ 圧力設定器 ５７ スライド加圧力パターン選択器 ５８ スライド加圧力指令部（加圧力制御系） ６０ 位置・速度制御部（位置制御系） ６１ 位置比較器 ６２ 位置制御部 ６３ 速度比較器 ６４ 速度制御部 ７０ モータ駆動制御部（位置・速度制御部…位置制御
系，加圧力制御部…加圧力制御系） ７１ 電流制御部 ７２ ＰＷＭ制御部（ドライバー部） ７３ 電流検出部 ８０ パソコン（設定選択指令駆動制御部） ８１ ＣＰＵ ８５ 操作部（ＰＮＬ） １００ その他機器

フロントページの続き (72)発明者 仙田 正樹 東京都町田市小山町1005−１ Ｆターム(参考） 4E087 CA11 EA18 EB07 HA04 4E089 EA01 EB02 EB03 EB10 EC01 ED02 EE02 EE06 FC01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク軸の回転によりスライドを昇降
   させつつプレス加工するプレス機械において、 前記クランク軸をこれに直接またはギヤを介して間接に
   連結されたモータの回転制御により可逆回転駆動制御可
   能に構成し、 スライド位置が初期位置からプレス加工領域への切替え
   位置までの間に存在すると判別された場合は位置制御系
   によりモータを正回転駆動制御させてスライドを下降可
   能かつスライド位置がプレス加工領域内に存在すると判
   別された場合には位置制御系から切替えた加圧力制御系
   によりモータを正回転駆動制御させてスライド加圧力を
   設定スライド加圧力と等しくなるようにしてスライドを
   下降させつつプレス加工可能に形成し、 プレス加工終了後でかつスライド位置が下死点手前位置
   に到達後に再び加圧力制御系から位置制御系に切替えか
   つ切替え後の位置制御系によりモータを逆回転駆動制御
   させてスライドを上昇させつつ初期位置まで戻し上昇可
   能に形成された、プレス機械。
2. 【請求項２】 前記位置制御に際する前記位置制御系へ
   の目標値信号が、設定されたモーション指令パターンに
   基き出力されるスライド位置相当信号とされている、請
   求項１に記載されたプレス機械。
3. 【請求項３】 前記加圧力制御に際する前記加圧力制御
   系への目標値信号が、設定された加圧力指令パターンに
   基くスライド加圧力相当信号として出力される、請求項
   １または請求項２に記載されたプレス機械。
4. 【請求項４】 前記スライド加圧力相当信号が、前記加
   圧力指令パターンおよびクランク軸回転角度とスライド
   加圧力とモータトルクとの関係式を用いかつ検出クラン
   ク軸回転角度を入力として算出された当該検出クランク
   軸回転角度に対応するモータトルクの値として出力され
   る、請求項３記載のプレス機械。
5. 【請求項５】 前記スライド加圧力相当信号が、前記加
   圧力指令パターンおよびクランク軸回転角度とスライド
   加圧力とモータトルクとの関係を記憶させた記憶関係情
   報を参照してかつ検出されたクランク軸回転角度に対応
   するものとして読み出されたモータトルクの値として出
   力される、請求項３記載のプレス機械。
6. 【請求項６】 前記プレス加工終了が、経過時間または
   クランク軸回転角度を監視することにより判別可能に形
   成されている、請求項１から請求項５までのいずれか１
   項に記載されたプレス機械。