JP2006130569A - プレス機械のサーボドライブシステム - Google Patents

Abstract

【課題】打ち抜き速度を負荷に応じて自動的に加減することで低騒音化を実現し、しかも、作動軸の片側に相当する機械各部にのみ歪みが生じることを防止して、安定した稼動を実現する。
【解決手段】ラム２２の動力源として、互いに同一の速度−トルク特性に基づくトルクを合成して使うことで必要なラム圧力を発生可能な一対のサーボモータ３０ａ、３０ｂを採用し、この一対のサーボモータ３０ａ、３０ｂを、互いにミラーイメージで対称に構成したうえ、ラム２２を上下動させる作動軸２０の両端に互いに対向して設置する。この一対のサーボモータ３０ａ、３０ｂを一体として動作させることで、作動軸２０を直接駆動する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばタレットパンチプレスに適用されるプレス機械のサーボドライブシステムに関するものである。

一般に、パンチプレスには、ラムの駆動源としてサーボモータを用いる電動式のものがある。このようなパンチプレスなどのプレス機械の打ち抜き加工では、加工中にきわめて大きい騒音が発生するので、この種の騒音をできるだけ減らすことが望まれている。

このような打ち抜き加工における騒音の発生原理は複雑で、ワークの材質、板厚その他各種の条件によってさまざまであるが、ラムの駆動による打ち抜き速度が速いときは騒音は大きく、打ち抜き速度が遅くなるほど騒音は小さくなり、また、打ち抜き速度が一定であれば、負荷が軽いときは騒音は小さく、負荷が重いほど騒音は大きくなることが知られている。
特開２００１−６２５９１号公報 特開２００１−６２５９６号公報

しかしながら、従来の電動式のパンチプレスは、例えばトグルやフライホイールなどの機構を利用することで加工に必要なトルクを発生しているため、この機構によるイナーシャがラムの往復動を遅らせる原因となり、また、それに加えて、サーボモータの主軸とラムを上下動させる作動軸とは、ギヤなどの動力伝達機構を介してドライブされるため、この動力伝達機構によるロスや遅れも生じることが避けられない。そのため、サーボモータの速度を制御してもラムの駆動速度を追従させることが困難で、ラムを速度制御することに適していないという問題があった。

この発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、トグルやフライホイールなどの機構やギヤなどの動力伝達機構を利用せず、それにより、打ち抜き速度を負荷に応じて自動的に加減することで低騒音化を実現し、しかも、作動軸の片側に相当する機械各部にのみ歪みが生じることを防止して、安定した稼動を実現することのできるプレス機械のサーボドライブシステムを提供することを目的とする。

この発明の請求項１に係るプレス機械のサーボドライブシステムは、ラムを上下動させる作動軸を少なくともその一端に設置したサーボモータにより直接駆動するプレス機械において、前記サーボモータとして、互いに同一の速度−トルク特性に基づくトルクを合成して使うことで必要なラム圧力を発生可能な一対のサーボモータを使用し、前記両サーボモータを、前記作動軸の両端に互いに対向して設置し、一体として動作させるように、互いにミラーイメージで対称に構成したことを特徴とするものである。

この発明の請求項２に係るプレス機械のサーボドライブシステムは、請求項１記載のプレス機械のサーボドライブシステムにおいて、前記一対のサーボモータの一方のサーボモータ用のサーボアンプのパワー部と、他方のサーボモータ用のサーボアンプのパワー部とを、同一ゲート信号でドライブすることで、両サーボモータを一体として動作させることを特徴とするものである。

この発明の請求項３に係るプレス機械のサーボドライブシステムは、請求項１または請求項２記載のプレス機械のサーボドライブシステムにおいて、前記一対のサーボモータは、板状のワークをパンチ金型で打ち抜く際、ワークの種類に応じて、軽い負荷から重い負荷まで最適な打ち抜きパターンが生成されるモータトルクとなるように、前記サーボモータの速度−トルク特性を設定することを特徴とするものである。

この発明の請求項４に係るプレス機械のサーボドライブシステムは、請求項１〜３のいずれか１項記載のプレス機械のサーボドライブシステムにおいて、前記作動軸はエキセンシャフトで構成されて、当該エキセンシャフトの偏心軸部にラムが取り付けられ、また、前記エキセンシャフトの延長部が前記サーボモータのロータとして構成されて、当該サーボモータのステータは前記エキセンシャフトの支持フレームに固定されることを特徴とするものである。

この発明の請求項５に係るプレス機械のサーボドライブシステムは、請求項４記載のプレス機械のサーボドライブシステムにおいて、前記一対のサーボモータの各ロータは、前記エキセンシャフトの左右各端延長部の周囲に、外周に偶数個の磁極用マグネットを円周方向に沿って所定間隔で備えたスリーブをそれぞれ嵌装し、左右両スリーブの磁極位置（磁極用マグネットの円周方向位置）が互いにミラーイメージで対称となるように位置決めしてそれぞれ固定することで構成し、また、前記一対のサーボモータの各ステータは、三相電機子巻線を巻いた外筒を前記各ロータにそれぞれ外装し、左右両外筒の三相電機子巻線の円周方向位置が互いにミラーイメージで対称となるように位置決めして、前記エキセンシャフトの左右の支持フレームにそれぞれ固定することで構成したことを特徴とするものである。

この発明は以上のように、ラムを上下動させる作動軸を少なくともその一端に設置したサーボモータにより直接駆動するプレス機械において、前記サーボモータとして、互いに同一の速度−トルク特性に基づくトルクを合成して使うことで必要なラム圧力を発生可能な一対のサーボモータを使用し、前記両サーボモータを、前記作動軸の両端に互いに対向して設置し、一体として動作させるように、互いにミラーイメージで対称に構成したので、トグルやフライホイールなどの機構やギヤなどの動力伝達機構を利用しないため、打ち抜き速度を負荷に応じて自動的に加減することができて、低騒音化を実現することができ、しかも、作動軸の片側に相当する機械各部にのみ歪みが生じることを防止して、安定した稼動を実現することができる。

この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、この発明によるプレス機械のサーボドライブシステムの一実施の形態を示す要部の縦断面図、図２はその右側面図であり、このプレス機械のサーボドライブシステム１は、タレットパンチプレス１０に適用したものである。

タレットパンチプレス１０は、平行に立設したフレーム１１ａ、１１ｂに設けた軸受部１２ａ、１２ｂにエキセンシャフト２０が軸支されている。フレーム１１ａ、１１ｂ間のほぼ中央に位置するエキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅには、コンロッド２１を介してラム２２が取り付けられ、エキセンシャフト２０が回転または回動することで、コンロッド２１を介してラム２２がラムガイド２３に沿って上下動し、ラム２２の下端に取り付けられるストライカ２４もラム２２と一体に上下動する。そして、ラム２２が下降するとき、ストライカ２４が、タレット２５に装着してあるパンチ金型２６を押圧してワークを打ち抜くようになっている。

また、エキセンシャフト２０の両端延長部２０ａ、２０ｂはフレーム１１ａ、１１ｂから外方へ延び、この延長部２０ａ、２０ｂをモータ主軸３１ａ、３１ｂとするサーボモータ３０ａ、３０ｂが、フレーム１１ａ、１１ｂの外側にそれぞれ取り付けられている。

サーボモータ３０ａは、エキセンシャフト２０の延長部２０ａをモータ主軸３１ａとして構成される。すなわち、エキセンシャフト２０の延長部２０ａの周囲に、外周に偶数個（４個）の磁極用マグネット（永久磁石）３２ａを円周方向に沿って所定間隔（９０°間隔）で備えたスリーブ３３ａを嵌装してブッシュ３４ａで固定することで、ロータ（回転子）３５ａを構成する。そしてこのロータ３５ａの中心軸をなすエキセンシャフト２０の延長部２０ａは、モータ主軸３１ａそのものである。そのため、サーボモータ３０ａは、延長部２０ａしたがってエキセンシャフト２０を、実質的にロータ３５ａとして用いるものである。

また、サーボモータ３０ａは、三相電機子巻線Ｕａ、Ｖａ、Ｗａを巻いた外筒３６ａをロータ３５ａに外装してフレーム１１ａに固定し、これによりステータ（固定子）３７ａを構成する。

一方、サーボモータ３０ｂも、サーボモータ３０ａと同様に、エキセンシャフト２０の延長部２０ｂをモータ主軸３１ｂとして構成される。すなわち、エキセンシャフト２０の延長部２０ｂの周囲に、外周に偶数個（４個）の磁極用マグネット（永久磁石）３２ｂを円周方向に沿って所定間隔（９０°間隔）で備えたスリーブ３３ｂを嵌装してブッシュ３４ｂで固定することで、ロータ（回転子）３５ｂを構成する。そしてこのロータ３５ｂの中心軸をなすエキセンシャフト２０の延長部２０ｂは、モータ主軸３１ｂそのものである。そのため、サーボモータ３０ｂは、延長部２０ｂしたがってエキセンシャフト２０を、実質的にロータ３５ｂとして用いるものである。

また、サーボモータ３０ｂは、三相電機子巻線Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂを巻いた外筒３６ｂをロータ３５ｂに外装してフレーム１１ｂに固定し、これによりステータ（固定子）３７ｂを構成する。

このように、サーボモータ３０ａとサーボモータ３０ｂとは、同様のものであるが、ただし、互いにミラーイメージで対称に構成されたものであり、このミラーイメージで対称である点を除けば、互いに全く同一のものであって、互いのロータ３５ａ、ロータ３５ｂが一体に構成されるから、ロータ３５ａ、３５ｂの回転角度を検出するロータリエンコーダ３８は一方（例えばサーボモータ３０ｂ）にのみ設けて共用され、また、互いに同一の速度−トルク特性を有し、この速度−トルク特性に基づくトルクを合成して使うことで、必要なラム圧力を発生する性能を有するものである。

すなわち、サーボモータ３０ａのロータ３５ａの磁極位置（磁極用マグネット３２ａの円周方向位置）と、サーボモータ３０ｂのロータ３５ｂの磁極位置（磁極用マグネット３２ｂの円周方向位置）とは、互いにミラーイメージで対称に位置決めして取り付けられ、また、サーボモータ３０ａの三相電機子巻線Ｕａ、Ｖａ、Ｗａの円周方向位置と、サーボモータ３０ｂの三相電機子巻線Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂの円周方向位置とは、互いにミラーイメージで対称に位置決めして取り付けられている。

そのため、図３に示すように、サーボモータ３０ａの制御回路であるサーボアンプ４０ａのパワードライバ４２ａと、サーボモータ３０ｂの制御回路であるサーボアンプ４０ｂのパワードライバ４２ｂとを、同一ゲート信号でドライブすれば、サーボモータ３０ａおよびサーボモータ３０ｂには、同位相、同一電流値の三相交流電流しか流れないから、サーボモータ３０ａのトルクベクトルとサーボモータ３０ｂのトルクベクトルとが同位相、同一となり、そのため、サーボモータ３０ａおよびサーボモータ３０ｂの合成トルクは、正確に、両サーボモータ３０ａ、３０ｂのトルクの和となる。

サーボアンプ４０ａは、図３に示すように、三相の商用交流電源をＡ−Ｄ変換するコンバータ４１ａと、パワードライバ４２ａと、パワードライバ４２ａの前段に設けられ、高周波電流成分をカットすることでピーク電流を抑制するリアクトル４３ａと、容量の大きい蓄電用のコンデンサ４４ａとで構成され、パワードライバ４２ａの６個のパワートランジスタＱがゲート信号でドライブされることで、パワードライバ４２ａの三相交流出力によってサーボモータ３０ａを駆動するものである。パワードライバ４２ａの各パワートランジスタＱには、サーボモータ３０ａの減速期間中に発生する回生電流を流すためのダイオードＤが接続してあり、回生電流はコンデンサ４４ａに流れ込んで回生電力として蓄えられる。コンデンサ４４ａは、この回生電力を用いて、リアクトル４３ａによるピーク電流の抑制により不足する電力エネルギー、すなわち、高速動作用の電力エネルギーおよび／または打ち抜き用の電力エネルギーを供給するものである。また、サーボアンプ４０ｂも、サーボアンプ４０ａと全く同様に構成されている。

このようなサーボアンプ４０ａ、４０ｂの制御により、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅが、ラム２２がパンチング加工に要する所定の下降端位置にあるのに相当するＬ位置（図４参照）と、この位置から戻されてラム２２下端のストライカ２４がパンチ金型２６上面から離れる上昇端位置にあるのに相当するＨ位置（図４参照）との間を上下動するように、エキセンシャフト２０をＬ、Ｈ両位置間に相当する角度範囲θだけ往復して回動させることで、ワークにパンチング加工を行なうようになっている。

図４（ａ）に示すように、ラム２２の下降端位置に相当するエキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅのＬ位置は、エキセンシャフト２０の偏心量Ｅ（エキセンシャフト２０の軸線と偏心軸部２０ｅの軸線との距離）によって決まるラム２２の全上下動可能ストロークの下死点Ｂよりやや手前上方に設定され、また、ラム２２の上昇端位置に相当するエキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅのＨ位置は、ラム２２の全上下動可能ストロークの中間高さＭよりやや下方に設定される。すなわち、エキセンシャフト２０の前記往復回動角度範囲θは、使用するパンチ金型２６のストロークにもよるが、約４０°〜６０°程度に設定される。

また、図４（ｂ）に示すように、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、金型交換時、タレット回転時などには、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅ（すなわちラム２２）を上死点Ｔに位置決めする。そして、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、加工開始にともない、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅを、この上死点Ｔからラム２２の下降端位置に相当するＬ位置まで回動させることでラム２２を下降させて１回目のパンチング加工を行なった後、ラム２２の上昇端位置に相当するＨ位置まで戻してその位置でラム２２を待機させ、２回目以降のパンチング加工では、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅを、Ｈ位置とＬ位置との間の前記往復回動角度範囲θを往復して回動させる。

さらに、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅの全周回転範囲のうち、つねに図４（ｂ）に示すように片側半周分だけを使用すると、潤滑油の行き渡り方をはじめ各部が均等に使用されないことによる不都合が生じる可能性がある。このような不都合を回避するため、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、必要に応じて、図４（ｃ）に示すように反対側の半周分も使用するように構成される。このような、図４（ｂ）に示す側と図４（ｃ）に示す側との切り換えは、例えば、金型交換の都度またはタレット回転のたびに、あるいは、あらかじめ決められたパンチング回数ごとなどに応じて、自動的に行われることが好ましい。

このタレットパンチプレス１０は、以上のように、一対のサーボモータ３０ａ、３０ｂが、フレーム１１ａ、１１ｂの外側にそれぞれ取り付けられているため、エキセンシャフト２０の片側に相当する機械各部にのみ歪みが生じることはない。すなわち、例えば、サーボモータ３０ａ、３０ｂを三相並列回路として一体に構成した１台のサーボモータ（３０）を、片側のフレーム１１ａまたは１１ｂの外側にのみ取り付けることも可能ではあるが、その場合は、サーボモータ（３０）の重量による応力を片側のフレーム１１ａまたは１１ｂのみで受けるため、両フレーム１１ａ、１１ｂに歪みが生じ、また、サーボモータ（３０）の発熱により熱の不均一による歪みも生じ、さらには、軸受部１２ａ、１２ｂの応力も互いに異なるため、これらに対する対策を講じる必要がある。しかし、このタレットパンチプレス１０の場合は、そのような応力歪みがなく、熱も分散・平均化されるという利点があり、そのため、安定した稼動を実現することができるものである。

次に、上記の実施の形態の作用について、図５〜図１３に示す説明図を用いて説明する。

図５は、サーボモータ３０ａ、３０ｂの速度−トルク特性の例（１）、（２）を示し、この図は、ラム２２にかかる負荷の大きさによって、その負荷の大きさに必要なラム２２の駆動トルクを発生するうえで、サーボモータ３０ａ、３０ｂが運転可能な速度の上限を示したものである。

図５からわかるように、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、ラム２２にかかる負荷が軽いときは必要なトルクが小さいため、ラム２２の駆動速度が低下しなくてパンチングの打ち抜き速度は速く、一方、ラム２２にかかる負荷が重いほど必要なトルクが大きくなるため、ラム２２の駆動速度が低下してパンチングの打ち抜き速度は遅くなる。もともと、打ち抜き加工における騒音の発生は、ワークの材質、板厚その他各種の条件によってさまざまであるが、ラムの駆動による打ち抜き速度が速いときは騒音は大きく、打ち抜き速度が遅くなるほど騒音は小さくなり、また、打ち抜き速度が一定であれば、負荷が軽いときは騒音は小さく、負荷が重いほど騒音は大きくなることが知られている。このことから、図５に示すサーボモータ３０ａ、３０ｂの速度−トルク特性のように、負荷が重いほどラム速度が低下することは、そのまま低騒音化につながるのである。しかも、このようなラム速度の低下は、作業効率を妨げるものではないことが、以下に示す各種ワークについての打ち抜き加工の実測データおよびそれに基づく特徴抽出波形データから明らかである。

図６はノーワークのときの打ち抜き加工の実測データ、図７（ａ）はそれに基づく特徴抽出波形データ、（ｂ）はその打ち抜きトルク−速度特性を示す。

図６，７に示すように、ワークのないときは、ラム２２の１サイクルの前半において、速度カーブおよびトルクカーブはいずれも正転方向に立ち上がって一定値を保ち、これによりラム位置カーブは上昇端位置（Ｈ位置相当）から下降端位置（Ｌ位置相当）まで実質的に均一に下降する。つぎに、ラム２２の１サイクルの後半において、速度カーブおよびトルクカーブはいずれも逆転方向に立ち上がって一定値を保ち、これによりラム位置カーブは下降端位置（Ｌ位置相当）から上昇端位置（Ｈ位置相当）まで実質的に均一に上昇する。

図８は薄板のワークを小径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データ、図９（ａ）はそれに基づく特徴抽出波形データ、（ｂ）はその打ち抜きトルク−速度特性を示す。

図８，９に示すように、薄板のワークを小径のパンチで打ち抜くときは、ラム２２の１サイクルの前半における挙動が図６，７の場合と異なる。すなわち、初期動作は図６，７の場合と同様、速度カーブおよびトルクカーブはいずれも正転方向に立ち上がって一定値になり、これによりラム位置カーブは上昇端位置（Ｈ位置相当）から実質的に均一に下降し始める。ところが、ラム２２下端のストライカ２４がパンチ金型２６を押し込んでその先端がワーク上面に当たることでワークから負荷を受けると、トルクカーブが急激に上昇するとともに速度カーブが減少し、これにともなってラム位置カーブの下降が緩やかに（遅く）なる。そして、パンチ金型２６の先端がワーク下面手前まで下降してワークから受ける負荷が急減すると、トルクカーブが急激に下降するとともに、速度カーブが速度減少分を取り戻すべく前記一定値を超えて加速し、これにともなってラム位置カーブも下降速度を加速する。その後ラム２２の１サイクルの後半では、図６，７の場合と同様に、ラム位置カーブは下降端位置（Ｌ位置相当）から上昇端位置（Ｈ位置相当）まで実質的に均一に上昇する。

図１０は同じ薄板のワークを大径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データ、図１１（ａ）はそれに基づく特徴抽出波形データ、（ｂ）はその打ち抜きトルク−速度特性を示す。

図１０，１１に示すように、薄板のワークを大径のパンチで打ち抜くときは、ラム２２の１サイクルの前半における挙動が図８，９の場合と異なる。すなわち、初期動作は図８，９の場合と同様、速度カーブおよびトルクカーブはいずれも正転方向に立ち上がって一定値になり、これによりラム位置カーブは上昇端位置（Ｈ位置相当）から実質的に均一に下降し始める。ところが、ラム２２下端のストライカ２４がパンチ金型２６を押し込んでワークから負荷を受けると、図８，９の場合に比べてパンチの直径が大きいためワークから受ける負荷が大きく、そのため、トルクカーブが図８，９の場合より大きく上昇するとともに速度カーブが図８，９の場合より大きく減少し、これにともなってラム位置カーブの下降が図８，９の場合よりずっと緩やかに（遅く）なる。そして、パンチ金型２６の先端がワーク下面手前まで下降してワークから受ける負荷が急減すると、トルクカーブが急激に下降するとともに、速度カーブが速度減少分を取り戻すべく図８，９の場合より大きく加速し、これにともなってラム位置カーブも下降速度を図８，９の場合より大きく加速する。その後ラム２２の１サイクルの後半では、図８，９の場合と同様に、ラム位置カーブは下降端位置（Ｌ位置相当）から上昇端位置（Ｈ位置相当）まで実質的に均一に上昇する。

図１２は厚板のワークを小径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データ、図１３（ａ）はそれに基づく特徴抽出波形データ、（ｂ）はその打ち抜きトルク−速度特性を示す。

図１２，１３に示すように、厚板のワークを小径のパンチで打ち抜くときも、図８，９の場合に比べてワークの板厚が厚いためワークから受ける負荷が大きく、そのためラム２２の１サイクルの前半における挙動が図８，９の場合と異なるが、図１０，１１の場合と比べれば大差はない。

このように、ラム２２にかかる負荷の大きさによって、速度カーブが減少してラム位置カーブの下降が緩やかに（遅く）なれば、その速度減少分を取り戻すべく速度カーブが一定値を超えて加速し、ラム位置カーブも下降速度を加速することで、負荷によるラム速度の低下は、ラム２２の１サイクル中における加減速として吸収・解消されてしまい、そのため、ラム２２の１サイクルを通じて要する時間には実質的な変化がなく、作業効率の妨げとはならない。

このようなモータの速度−トルク特性は、つぎのように説明できる。モータは、供給される電気エネルギーを負荷に作用するエネルギーに変換するものであり、サーボモータ３０ａ、３０ｂの場合、供給される電気エネルギーは、サーボアンプ４０ａ、４０ｂによって容量が決定され、また電源電圧の制限も受け、電源電圧以上の電圧を印加することもできない。

一方、負荷に作用するエネルギーすなわちモータトルクは、サーボモータ３０ａ、３０ｂの場合、ラム２２を下降させる適宜加速度の正転と、ラム２２を上昇させる適宜加速度の逆転とを繰り返すサイクルのラム下降動作中に、パンチングの打ち抜き動作を実行するものであるから、ラム２２の運動エネルギー発生用のトルクと、打ち抜き加圧力発生用のトルクとに分けられる。

このような場合、加速度がかなり低ければ（ラム２２の上下動が遅ければ）、運動エネルギー発生用のトルク分が少なくて済むため、モータトルクのほとんどすべてを加圧力発生用のトルクとして利用できる。そのため、ワークの板厚、材質などの条件によって大きな加圧力を要求されても、その加圧力を充分に発生することができ、運動エネルギー発生用のトルクが不足してラム２２の速度に影響を及ぼすことはない。

これに対し、実際には作業効率などから、ある程度高い加速度（ラム２２の上下動が速い）が要請されるため、モータトルクのうち加圧力発生用のトルクとして利用できる分が限られる。そのため、ワークの板厚、材質などの条件によって大きな加圧力を要求されると、その加圧力を発生するのにモータトルクの大部分が使われ、運動エネルギー発生用のトルクが不足し、ラム２２の速度を維持することができなくてラム２２の下降速度が減速してしまう。

ところが、このラム２２の下降速度の減速こそが、パンチングの打ち抜き動作にともなう騒音、振動の低騒音化、低振動化にきわめて有用な特性である。すなわち、ワークの板厚、材質などの条件によって、要求される加圧力（加圧トン数）が比較的小さいときは、ラム２２の下降速度の速度低下が少ないから、軽い負荷の打ち抜き動作は比較的速くなり、また、要求される加圧力（加圧トン数）が比較的大きいときは、ラム２２の下降速度の速度低下が多いから、重い負荷の打ち抜き動作は比較的遅くなり、しかも、このような打ち抜き速度の変動は、要求される加圧力（加圧トン数）に応じて自動的に決定されるから、打ち抜きトン数による打ち抜きパターン（ラム２２の下降パターン）の指令が不要である。つまり、ラム２２の下降速度を維持できなくなることによって、最適な打ち抜きパターン（ラム２２の下降パターン）が自動的に生成されることになる。

逆にいえば、サーボアンプ４０ａ、４０ｂによって供給される電気エネルギーの容量が決定されるサーボモータ３０ａ、３０ｂのモータトルクが、タレットパンチプレス１０で取り扱うワークの種類に応じて、軽い負荷から重い負荷まで最適な打ち抜きパターン（ラム２２の下降パターン）が生成されるモータトルクとなるように、使用するサーボモータ３０ａ、３０ｂの速度−トルク特性を設定することで、パンチングの打ち抜き動作にともなう騒音、振動の低騒音化、低振動化が実現できる。

そして、トグルやフライホイールなどの機構を利用しないモータ−ラム作動軸直結型の電動式パンチプレスにおいて、図５〜図１３に示すような説明に基づくパンチングの打ち抜き動作にともなう騒音、振動の低騒音化、低振動化が実現されるものは、結局、この発明によるサーボドライブシステム１のサーボモータ３０ａ、３０ｂと同様の速度−トルク特性を備えているといえる。

ここで、サーボアンプ４０ａ、４０ｂのリアクトル４３ａ、４３ｂおよびコンデンサ４４ａ、４４ｂの作用について説明する。

リアクトル４３ａ、４３ｂの値をＬとすると、インピーダンスＺはＺ＝２πｆＬであるから、周波数の高い成分に対しては大きな抵抗となる。そのためリアクトル４３ａ、４３ｂは、高周波電流成分をカットすることでピーク電流を抑制することができるものであり、これによりサーボアンプ４０ａ、４０ｂのピーク電力が抑制されるため、Ｌ値がかなり大きなリアクトル４３ａ、４３ｂを用いることで、例えばトグルやフライホイールなどの機構を利用する場合に比べて、電力会社との契約電力を実質的に変更する必要のないピーク電力に調整することができる。

ところが、パンチプレスによる打ち抜き加工では、ラム２２を上下動させるエキセンシャフト２０を高速動作させるには大きな運動エネルギーが必要で、しかもその頻度も高いから、リアクトル４３ａ、４３ｂのＬ値がかなり大きくなると、サーボアンプ４０ａ、４０ｂからサーボモータ３０ａ、３０ｂへの高速動作用の電力エネルギー供給が間に合わない虞がある。また、パンチプレスによる打ち抜き加工では、打ち抜き加工時に大きな抜きエネルギーが必要であるから、リアクトル４３ａ、４３ｂのＬ値がかなり大きくなると、サーボアンプ４０ａ、４０ｂからサーボモータ３０ａ、３０ｂへの打ち抜き動作用の電力エネルギー供給が不足する虞がある。

そこで、このようなサーボアンプ４０ａ、４０ｂからサーボモータ３０ａ、３０ｂへの高速動作用の電力エネルギー供給、および／または、打ち抜き動作用の電力エネルギー供給を補うために、コンデンサ４４ａ、４４ｂを設けてあり、容量がかなり大きなコンデンサ４４ａ、４４ｂを用いることで、高速動作用に必要な電力エネルギーおよび／または打ち抜き動作用に必要な電力エネルギーを、サーボアンプ４０ａ、４０ｂからサーボモータ３０ａ、３０ｂへ充分に供給することができる。

したがって、Ｌ値がかなり大きなリアクトル４３ａ、４３ｂを用いるとともに、容量がかなり大きなコンデンサ４４ａ、４４ｂを用いることで、ピーク電力を所望に応じて低減することができるとともに、タレットパンチプレス１０の本来の性能に応じた高速パンチング加工を実行することができる。

なお、上記の実施の形態では、両サーボモータ３０ａ、３０ｂを一体として動作させることを前提として説明したが、これに限定するものでなく、例えば、負荷が非常に軽くて片方のサーボモータ３０ａまたは３０ｂのトルクだけで充分加工できるような場合は、いずれか一方のサーボモータ３０ａまたは３０ｂのみに通電して動作させることも可能である。そうすれば、そのような非常に軽い負荷に対して両サーボモータ３０ａ、３０ｂを一体として動作させた場合に比べて、ラム２２の下降速度が緩やかになって低騒音化につながる可能性があり、また、省電力効果も期待できる。ただし、冷却などの必要な発熱対策を講じておくことが好ましい。

また、上記の実施の形態では、エキセンシャフト２０の両端延長部２０ａ、２０ｂ自体を、サーボモータ３０ａ、３０ｂの主軸３１ａ、３１ｂとして構成したが、これに限定するものでなく、必要であれば、例えば、エキセンシャフト２０と主軸３１ａ、３１ｂとを別部材として構成し、ボルト止めその他適宜の手段によりエキセンシャフト２０の両端部に主軸３１ａ、３１ｂをそれぞれ固着することで、両者を一体に構成することも可能である。

さらに、上記の実施の形態では、サーボドライブシステム１をタレットパンチプレス１０に適用したが、これに限定するものでなく、パンチプレス以外の各種のプレス機械に適用することが可能である。

この発明によるプレス機械のサーボドライブシステムの一実施の形態を示す要部の縦断面図である。 図１に示す要部の右側面図である。 図１のサーボモータとそれを駆動するサーボアンプの構成例を示す結線図である。 エキセンシャフトの偏心軸部（ラム）の作動領域を示す説明図である。 サーボモータの速度−トルク特性の例を示す図である。 ノーワークのときの打ち抜き加工の実測データを示す図である。 図６の実測データに基づく特徴抽出波形データ（ａ）および打ち抜きトルク−速度特性（ｂ）を示す図である。 薄板のワークを小径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データを示す図である。 図８の実測データに基づく特徴抽出波形データ（ａ）および打ち抜きトルク−速度特性（ｂ）を示す図である。 薄板のワークを大径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データを示す図である。 図１０の実測データに基づく特徴抽出波形データ（ａ）および打ち抜きトルク−速度特性（ｂ）を示す図である。 厚板のワークを小径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データを示す図である。 図１２の実測データに基づく特徴抽出波形データ（ａ）および打ち抜きトルク−速度特性（ｂ）を示す図である。

符号の説明

１ プレス機械のサーボドライブシステム
１０ タレットパンチプレス
１１ａ、１１ｂ フレーム
１２ａ、１２ｂ 軸受部
２０ エキセンシャフト
２０ａ、２０ｂ 延長部
２０ｅ 偏心軸部
２１ コンロッド
２２ ラム
２３ ラムガイド
２４ ストライカ
２５ タレット
２６ パンチ金型
３０ａ、３０ｂ サーボモータ
３１ａ、３１ｂ モータ主軸
３２ａ、３２ｂ 磁極用マグネット（永久磁石）
３３ａ、３３ｂ スリーブ
３４ａ、３４ｂ ブッシュ
３５ａ、３５ｂ ロータ（回転子）
３６ａ、３６ｂ 外筒
３７ａ、３７ｂ ステータ（固定子）
３８ ロータリエンコーダ
４０ａ、４０ｂ サーボアンプ
４１ａ、４１ｂ コンバータ
４２ａ、４２ｂ パワードライバ
４３ａ、４３ｂ リアクトル
４４ａ、４４ｂ コンデンサ

Claims (5)

1. ラムを上下動させる作動軸を少なくともその一端に設置したサーボモータにより直接駆動するプレス機械において、
   前記サーボモータとして、互いに同一の速度−トルク特性に基づくトルクを合成して使うことで必要なラム圧力を発生可能な一対のサーボモータを使用し、
   前記両サーボモータを、前記作動軸の両端に互いに対向して設置し、一体として動作させるように、互いにミラーイメージで対称に構成したことを特徴とするプレス機械のサーボドライブシステム。
2. 前記一対のサーボモータの一方のサーボモータ用のサーボアンプのパワー部と、他方のサーボモータ用のサーボアンプのパワー部とを、同一ゲート信号でドライブすることで、両サーボモータを一体として動作させることを特徴とする請求項１記載のプレス機械のサーボドライブシステム。
3. 前記一対のサーボモータは、板状のワークをパンチ金型で打ち抜く際、ワークの種類に応じて、軽い負荷から重い負荷まで最適な打ち抜きパターンが生成されるモータトルクとなるように、前記サーボモータの速度−トルク特性を設定することを特徴とする請求項１または請求項２記載のプレス機械のサーボドライブシステム。
4. 前記作動軸はエキセンシャフトで構成されて、当該エキセンシャフトの偏心軸部にラムが取り付けられ、また、前記エキセンシャフトの延長部が前記サーボモータのロータとして構成されて、当該サーボモータのステータは前記エキセンシャフトの支持フレームに固定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のプレス機械のサーボドライブシステム。
5. 前記一対のサーボモータの各ロータは、前記エキセンシャフトの左右各端延長部の周囲に、外周に偶数個の磁極用マグネットを円周方向に沿って所定間隔で備えたスリーブをそれぞれ嵌装し、左右両スリーブの磁極位置（磁極用マグネットの円周方向位置）が互いにミラーイメージで対称となるように位置決めしてそれぞれ固定することで構成し、また、前記一対のサーボモータの各ステータは、三相電機子巻線を巻いた外筒を前記各ロータにそれぞれ外装し、左右両外筒の三相電機子巻線の円周方向位置が互いにミラーイメージで対称となるように位置決めして、前記エキセンシャフトの左右の支持フレームにそれぞれ固定することで構成したことを特徴とする請求項４記載のプレス機械のサーボドライブシステム。

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