JP2007044720A - ブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ - Google Patents

ブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ Download PDF

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Abstract

【課題】 発熱および消費電力が少なく、かつプレス本体への熱影響が小さく、また慣性が小さく耐久性の高いブレーキを備えたブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータの提供。
【解決手段】 ブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ7において、該サーボモータの前側に該サーボモータを前記プレスに取り付けるモータ取付部を設け、該サーボモータの後側に空圧作動のディスクブレーキ43を設け、該ディスクブレーキを介して前記サーボモータの回転を検出するエンコーダ79を設けたことを特徴とするブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ。
【選択図】 図１

Description

本発明はブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータに関する。
プレス駆動用サーボモータとして、サーボモータの前側に電磁ブレーキを設け、この電磁ブレーキの固定板を介してプレス本体にサーボモータを取り付けて使用するブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータが知られている（例えば、特許文献１）。
特開平２００３−２９０９９７号公報
上述の特許文献１に記載のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータにおける電磁ブレーキは、制動時には、可動板を介してブレーキディスクを固定板に押圧付勢するばね力により制動力を得ており、このばね力による制動の解除は、前記可動板を吸引する電磁石の励磁コイルに電流を流すことにより、前記可動板を摩擦板から離反する方向へ吸引することにより行っている。
特許文献１に記載のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータにおいては、正常動作時におけるスライドの停止には、サーボブレーキ（ダイナミックブレーキ）を使用するので、安全のためにプレスを急停止させるとき、またはサーボモータの暴走時などのとき以外は、電磁ブレーキはＯＦＦ状態にある。すなわち、電磁ブレーキには、電磁ブレーキを解除すべく常に大電流が供給された状態となっているので、電磁ブレーキが発熱し、かつ消費電力も多くなるいという問題がある。
上述のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータは、電磁ブレーキの固定板を介してプレス本体に取り付けられるので、電磁ブレーキ部での発熱がプレス本体に伝導し、プレス本体に熱歪みが発生してプレス加工の精度に悪影響を与えるという問題がある。
また、前記ブレーキディスクは可動板と共にモータシャフト上を軸方向へ摺動可能とするためモータシャフトにスプライン係合する構造となっているので、スプライン係合部の耐久性に問題がある。また、スプライン部の剛性を高くするためには軸方向の長さを大きくする必要があり、その結果として、ブレーキディスクの質量が増加してブレーキディスクの慣性が大きくなり、ブレーキの停止時間が遅くなるなどの問題もある。
また、精密部品であるエンコーダがサーボモータ後部に設けてあるため、エンコーダの精度に影響がでる恐れがあるなどの問題もある。
本発明は上述の如き問題を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、発熱および消費電力が少なく、かつプレス本体への熱影響が小さく、また慣性が小さく耐久性の高いブレーキを備えたブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータを提供することである。
上述の課題を解決する手段として請求項１に記載のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータは、該サーボモータの前側に該サーボモータを前記プレスに取り付けるモータ取付部を設け、該サーボモータの後側に空圧作動のディスクブレーキを設け、該ディスクブレーキを介して前記サーボモータの回転を検出するエンコーダを設けたことを要旨とするものである。
請求項２に記載のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータは、該サーボモータの前側に空圧作動のディスクブレーキを設けると共に、該空圧作動のディスクブレーキ部に該サーボモータを前記プレスに取り付けるモータ取付部を設けたことを要旨とするものである。
請求項３に記載のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータは、請求項１または請求項２に記載のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータにおいて、前記空圧作動のディスクブレーキは、前記サーボモータの後方へ突出した前記サーボモータの出力軸の後端部に一体的に固定したブレーキディスクと、該ブレーキディスクの後方に回転不能にかつ前記出力軸方向にのみ移動可能に設けた環状の押圧ディスクと、該押圧ディスクに対向して設けた環状の固定ディスクと、前記押圧ディスクの外周部を前記ブレーキディスクに対して常時押圧付勢する押圧付勢部材と、前記環状の押圧ディスクを前記ブレーキディスクから離反するように動かすブレーキ解除手段とからなることを要旨とするものである。
請求項４に記載のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータは、請求項３に記載のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータにおいて、前記ブレーキ解除手段は、前記固定ディスクに設けた複数のガイド部材を介してシリンダ本体を設け、該シリンダ本体に後方に開口した環状シリンダを設け、該環状シリンダに空圧で作動する環状ピストンを摺動可能に嵌合すると共に、該環状ピストンと前記環状の押圧ディスクとを複数のガイド部材を介して連結し、前記環状シリンダと環状の押圧ディスクとが一体的に移動可能に設けたことを要旨とするものである。
請求項５に記載のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータは、請求項３に記載のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータにおいて、前記押圧付勢部材が圧縮スプリングからなり、前記ブレーキディスクが弾性的に屈撓可能な材料からなると共に、該ブレーキディスクの中心部は前記出力軸に固定されて軸方向移動しないことを要旨とするものである。
本発明のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータによれば、摩擦板との間の摩擦による発熱はほとんど発生しないので、プレス加工の精度に悪影響を与えることがない。さらに、空圧ブレーキの作動時に必要な電力は空圧弁などの制御部だけなので消費電力を大幅に低減できる。
また、ディスクブレーキを介して前記サーボモータの回転を検出するエンコーダを設けたので、サーボモータの発熱が精密部品であるエンコーダへの影響を低減し、スライドの位置決め精度の低下を抑制することができる。
また、ブレーキディスクは、弾性的に屈撓可能な材料からなると共に、ブレーキディスクの中心部を出力軸に固定して軸方向に移動しない構成としたので、弾性的に屈撓可能薄い板でのブレーキディスク製作が可能となり、ブレーキディスクの慣性が小さくなって、ブレーキ停止時間の短縮など、ブレーキ性能の向上を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。
図１はサーボプレス１の正面中心を前後方向（図１では左右方向）に延伸したクランク軸３に沿って断面した図であり、スライド５及びブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ７以外の装置は省略してある。
サーボプレス１のＣ形の本体フレーム９には、前記クランク軸３の前後の軸受け部３jが回転自在に軸支してある。このクランク軸３の偏心部３ｈには、コネクティングロッド１１上部の係合穴１１ｈが係合してある。コネクティングロッド１１の下端部は前記スライド５に球軸受け（図示省略）を介して揺動可能に連結してある。
前記クランク軸３とコネクティングロッド１１によって、クランク機構が構成され、前記スライド５は前記本体フレーム９に設けたスライドガイド（図示省略）によって上下方向にガイドされ、前記クランク軸３の回転により昇降運動するよう構成してある。
前記本体フレーム９のベッド１３上には、前記スライド５に対向させてボルスター１５が交換可能に装着してある。スライド５の下面には上型（図示省略）が装着され、ボルスター１５上面には下型（図示省略）が装着される。この上型と下型との間に供給された素材（図示省略）は、前記スライド５の昇降運動により、プレス加工が加えられて製品となる。
前記クランク軸３の右端部にはテーパが形成してあり、このクランク軸３のテーパ部にメインギヤ１７のテーパ穴を係合させ、固定部材１９とボルト（図示省略）によりメインギヤ１７をクランク軸３に固定してある。
前記ブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ７の前側（図１、図２において左側）には、サーボモータ７の出力軸２１、すなわち回転子２５の出力軸２１が突出しており、この出力軸２１の先端部にピニオンギヤ２３が取り付けてある。前記サーボモータ７のケーシングは、中央部の固定子ケーシング２５Ｃと、この固定子ケーシング２５Ｃの前側の前部ケーシング２５Ｆと後方の後部ケーシング２５Ｒとからなっており、前部ケーシング２５Ｆには、前部ケーシング２５Ｆよりも若干小径の円筒形のボス２７を備えた段部２９が形成してある。
前記サーボプレス１の本体フレーム９には、サーボモータ７を固定するための取付板９Ｍが一体的に設けてある。そして、この取付板９Ｍにはサーボモータ７の円筒形のボス２７に嵌合する取付穴３１が設けてある。サーボモータ７はこの取付穴３１を介してサーボプレス１の本体フレーム９の所定の位置にボルト（図示省略）により固定してある。
出力軸２１の先端は、本体フレーム９に設けた軸受け部９ｊにより回転自在に支持されており、この出力軸２１に設けた前記ピニオンギヤ２３と前記メインギヤ１７とが係合するように配置してある。
したがって、サーボモータ７によりピニオンギヤ２３を適宜に回転駆動させることにより、前記クランク機構を介して前記スライド５を昇降運動させることができる。
図２に示すように、前記出力軸２１は、前記前部ケーシング２５Ｆに設けた自動調心ころ軸受けからなる軸受け３３と、後部ケーシング２５Ｒに設けた深溝玉軸受けからなる軸受け３５により回転自在に支持されている。なお、軸受け３３は環状の軸受け押さえ３８とナット４０により出力軸２１に固定してある。
前記回転子２５の円周部には磁石３７が取り付けてあり、この回転子２５の円周部には微小な間隙をおいて励磁用コイル３９を備えた固定子４１が設けてある。
サーボモータ７の後部ケーシング２５Ｒには、空圧作動のディスクブレーキ４３が設けてある。
ディスクブレーキ４３の構成は、前記後部ケーシング２５Ｒに環状の固定ディスク４５を設け、この環状の固定ディスク４５の外周部において円周方向に適宜な間隔で配置したショルダーボルトの如き複数のガイド部材４７を前記出力軸２１に平行に後方へ延伸させて設け、この複数のガイド部材４７の後方の軸端部のねじ部にシリンダ本体４９がナット５０により一体的に固定してある。なお、前記ガイド部材４７により、前記シリンダ本体４９と固定ディスク４５との間隔が一定になるように設けてある。
前記シリンダ本体４９には、前記出力軸２１と同軸に後方に開口した環状のシリンダ５１が設けてあり、この環状のシリンダ５１に空圧で作動する環状ピストン５３が移動自在に嵌合してある。また、シリンダ本体４９には、環状のシリンダ５１に空圧を供給する空圧供給口８５が設けてあり、空圧供給口８５から流路８６を介して環状のシリンダ５１へ空圧が供給される。
前記シリンダ本体４９と固定ディスク４５の間の前記ガイド部材４７には、環状の押圧ディスク５５が回転不能にかつ出力軸方向にのみ移動可能に保持してある。
前記環状の押圧ディスク５５には、前記シリンダ本体４９の外周部において円周方向に適宜な間隔で設けたガイド孔５７を軸方向に摺動可能に貫通するショルダーボルトの如き複数のガイド部材５９が設けてあり、このガイド部材５９の後端部のショルダー部に前記環状ピストン５３がナット６１により一体的に固定してある。
前記環状の固定ディスク４５と環状の押圧ディスク５５との間には、例えば、ばね鋼の如き材質で弾性的に屈撓可能な薄い円板状のブレーキディスク６３が配置され、このブレーキディスク６３は前記出力軸２１の後端部に押さえ板６５とボルト６７により一体的に固定してある。なお、ブレーキディスク６３外周部の両面には環状の摩擦材６９が接合してある。
前記シリンダ本体４９の外周部には、前記押圧ディスク５５を前記ブレーキディスク６３に対して常時押圧付勢する押圧付勢部材としてのスプリング７１を収納する複数のスプリング装着穴７３が円周方向に適宜な間隔おいて設けてある。
また、前記シリンダ本体４９の中央に形成された環状のシリンダの内側壁部４９iには、前後に貫通する穴７５が設けてある。そして、このシリンダの内側壁部４９iの後端部に取り付けた環状取付台７７を介してパルスエンコーダの如きエンコーダ７９が取り付けてある。
前記押さえ板６５には、サーボモータ７の出力軸２１の回転をエンコーダ７９に伝達するためのエンコーダ軸８１が一体的に設けてある。なお、エンコーダ７９には、エンコーダカバー８３が取り付けてある。
上記構成のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ７の動作の説明を図３及び図４を参照しながら説明する。
図３（ａ、ｂ）は、空圧作動のディスクブレーキ４３を開放させた状態を示した図であり、空圧切換弁（図示省略）を作動させて、空圧供給口８５から流路８６を介して環状のシリンダ５１内へ高圧空気を供給すれば、環状ピストン５３がスプリング７１の付勢力に抗して右方へ移動する。
環状ピストン５３と押圧ディスク５５とはガイド部材５９で一体的に連結されているので、押圧ディスク５５が環状ピストン５３と同時に右方へ移動して、ブレーキディスク６３への押圧付勢力が解除され、固定ディスク４５と押圧ディスク５５の間に押圧保持されていたブレーキディスク６３の回転が自由となりディスクブレーキ４３が開放された状態となる。
図３（ｂ）に示すように、前記シリンダ本体４９の適宜な位置にディスクブレーキ４３の動作状態を検出するリミットスイッチ８５が設けてある。また、前記環状ピストン５３には、リミットスイッチ８５に対向するドッグ８７がボルト８９により取り付けてある。そして、ディスクブレーキ４３が開放された状態においては、リミットスイッチ８５とドッグ８７との間に僅かな間隙ｄができるように設定してある。
次に、図４を参照しながら、空圧ブレーキを作動させる場合を説明する。空圧ブレーキを作動させる場合には、前記空圧切換弁（図示省略）を作動させて、環状のシリンダ５１内の高圧空気を流路８６を介して空圧供給口８５から排気させれば、スプリング７１の付勢力により環状ピストン５３と共に押圧ディスク５５が左方へ移動して、ブレーキディスク６３が固定ディスク４５と押圧ディスク５５の間に押圧保持されてブレーキがかかることになる。なお、このとき円板状のブレーキディスク６３の中心部は、前記出力軸２１に固定されていて軸方向へは移動できないが、ブレーキディスク６３がばね鋼の如き材質で弾性的に屈撓可能な材質からできているので、ブレーキディスク６３の周縁部が左方へ撓むことにより固定ディスク４５と押圧ディスク５５の間に押圧保持されるものである。
なお、空圧ブレーキが作動した状態はでは、図４（ｂ）に示すように前記リミットスイッチ８５がドッグ８７に当接した状態となり、これにより空圧ブレーキが作動したことが検出される。
上記構成のサーボモータを使用してプレスを駆動する場合、プレスが正常に動作しているときのスライドの停止には、主としてサーボブレーキ（ダイナミックブレーキ）が使用され、空圧ブレーキの使用は停電時にスライドが自重落下するのを防止するなどの安全のために、サーボブレーキ（ダイナミックブレーキ）をかけた後に使用される。
この場合、空圧ブレーキは静的な動作だけであり、摩擦板との間の摩擦による発熱はほとんど発生しない。したがって、サーボモータから若干の発熱はあるが、プレス本体に熱が伝導して熱歪みが発生するほどのものではなく、プレス加工の精度に悪影響を与えることがない。なお、空圧ブレーキの作動時に必要な電力は空圧弁などの制御部だけなので消費電力は大幅に低減される。
また、ディスクブレーキを介して前記サーボモータの回転を検出するエンコーダを設けたので、サーボモータの発熱が精密部品であるエンコーダへの影響を低減することができ、スライドの位置決め精度の低下を抑制することができる。
また、上記構成のサーボモータにおけるブレーキディスクは、弾性的に屈撓可能な材料からなると共に、該ブレーキディスクの中心部は前記出力軸に固定されて軸方向に移動しないので、ブレーキディスクを弾性的に屈撓可能薄い板で製作可能となり、ブレーキディスクの慣性を小さくすることが可能となった。その結果、ブレーキの停止時間が短縮できるなど、ブレーキ性能の向上を図ることができた。
図５は、第２の実施の形態を示したものであり、上述のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ７における空圧ブレーキ４３を前記サーボモータ７の前側に配置したことを特徴とするものである。したがって、この第２の実施の形態のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータをサーボプレス１の本体フレーム９に固定した場合、サーボモータ部の発熱の本体フレーム９への熱伝導がさらに抑制され、プレス本体に熱歪みが発生せずプレス加工の精度が向上する。
本発明に係るブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータを装備したサーボプレスの説明図（縦断面）。 図１におけるサーボモータ部の詳細の拡大説明図（一部断面図）。 本発明に係るブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータの動作説明図で、図３（ａ）はディスクブレーキを開放させた状態の説明図、図３（ｂ）は、ブレーキＯＦＦ状態におけるリミットスイッチの位置を示す図。 本発明に係るブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータの動作説明図で、図４（ａ）はディスクブレーキが作動した状態の説明図、図４（ｂ）は、ブレーキＯＮ状態におけるリミットスイッチの位置を示す図。 本発明に係る第２の実施形態のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータを装備したサーボプレスの説明図（一部を破断した縦断面図）。
符号の説明
１ サーボプレス
３ クランク軸
３j 軸受け部
５ スライド
７ ブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ
９ 本体フレーム
９ｊ 軸受け部
９Ｍ 取付板
１１ コネクティングロッド
１１ｈ 係合穴
１３ ベッド
１５ ボルスター
１７ メインギヤ
１９ 固定部材
２１ 出力軸
２３ ピニオンギヤ
２５ 回転子
２５Ｃ 固定子ケーシング
２５Ｆ 前部ケーシング
２５Ｒ 後部ケーシング
２７ ボス
２９ 段部
３１ 取付穴
３３、３５ 軸受け
３７ 磁石
３８ 軸受け押さえ
３９ 励磁用コイル
４０ ナット
４１ 固定子
４３ ディスクブレーキ
４５ 固定ディスク
４７ ガイド部材
４９ シリンダ本体
４９i 内側壁部
５１ 環状のシリンダ
５３ 環状ピストン
５５ 押圧ディスク
５７ ガイド孔
５９ ガイド部材
６１ ナット
６３ ブレーキディスク
６５ 押さえ板
６７ ボルト
６９ 摩擦材
７１ スプリング
７３ スプリング装着穴
７５ 穴
７７ 環状取付台
７９ エンコーダ
８１ エンコーダ軸
８３ エンコーダカバー
８５ 空圧供給口
８６ 流路
８７ ドッグ
８９ ボルト

Claims (5)

  1. ブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータにおいて、該サーボモータの前側に該サーボモータを前記プレスに取り付けるモータ取付部を設け、該サーボモータの後側に空圧作動のディスクブレーキを設け、該ディスクブレーキを介して前記サーボモータの回転を検出するエンコーダを設けたことを特徴とするブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ。
  2. ブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータにおいて、該サーボモータの前側に空圧作動のディスクブレーキを設けると共に、該空圧作動のディスクブレーキ部に該サーボモータを前記プレスに取り付けるモータ取付部を設けたことを特徴とするブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ。
  3. 請求項１または請求項２に記載のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータにおいて、前記空圧作動のディスクブレーキは、前記サーボモータの後方へ突出した前記サーボモータの出力軸の後端部に一体的に固定したブレーキディスクと、該ブレーキディスクの後方に回転不能にかつ前記出力軸方向にのみ移動可能に設けた環状の押圧ディスクと、該押圧ディスクに対向して設けた環状の固定ディスクと、前記押圧ディスクの外周部を前記ブレーキディスクに対して常時押圧付勢する押圧付勢部材と、前記環状の押圧ディスクを前記ブレーキディスクから離反するように動かすブレーキ解除手段とからなることを特徴とするブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ。
  4. 請求項３に記載のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータにおいて、前記ブレーキ解除手段は、前記固定ディスクに設けた複数のガイド部材を介してシリンダ本体を設け、該シリンダ本体に後方に開口した環状シリンダを設け、該環状シリンダに空圧で作動する環状ピストンを摺動可能に嵌合すると共に、該環状ピストンと前記環状の押圧ディスクとを複数のガイド部材を介して連結し、前記環状シリンダと環状の押圧ディスクとが一体的に移動可能に設けたことを特徴とするブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ。
  5. 請求項３に記載のブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータにおいて、前記押圧付勢部材が圧縮スプリングからなり、前記ブレーキディスクが弾性的に屈撓可能な材料からなると共に、該ブレーキディスクの中心部は前記出力軸に固定されて軸方向移動しないことを特徴とするブレーキ機構付きプレス駆動用サーボモータ。
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