JP2007319917A - 機械式電動サーボプレス機 - Google Patents

Abstract

【課題】サーボプレス機において制御の安全性を向上させる。
【解決手段】ブレーキおよびクラッチを有する機械式プレス機のクラッチ側の駆動軸２１またはスリーブ７１１にサーボモータ７のモータ軸７１を接続して機械式電動サーボプレス機とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、すぐれた作動特性を有するサーボプレス機において制御の安全性を向上させた機械式電動サーボプレス機に関する。

プレス機は、板材やシート材に対して絞り、打ち抜き、曲げ等を行う加工機械である。従来型のプレス機は純メカニカルな構成でその機能を実現するため、機械式プレス機とよばれる。その一例を図４により説明する。
この図は駆動部分を示す断面図で、１はケーシング、１１は追って説明するピストンを作動させるためケーシング１に設けられた圧力空気入口、２１は第１の回転軸（駆動軸）、２２は第２の回転軸（従動軸）、２１１は第１の回転軸２１の一端に取り付けられたフライホイール、２１２は第１の回転軸２１の他端に取り付けられたヨーク、３１は第２の回転軸２２に取り付けられた第１のハブ、３２は同じく第２のハブ、４１は第１のハブ３１の外側に配置された第１の外輪、４２は第２のハブ３２の外側に配置された第２の外輪、５１は第１のハブ３１と第１の外輪４１との中間に配置された摩擦板、５２は第２のハブ３２と第２の外輪４２との中間に配置された摩擦板、６１はケーシング１の内部に挿入され、軸方向に移動可能なピストン、６２は第２の回転軸２２に取り付けられ、ベアリングを介してピストン６１によって軸方向に移動するスリーブ、６３はスリーブ６２によって軸方向に移動するシフタ、６４は第２のハブ３２を貫通して挿入されているピン、６５は第１のハブ３１内に挿入され、シフタ６３を押し戻すばね、２２１は第２の回転軸２２の端部に取り付けられたピニオンであり、ピニオン２２１は図示しないプレス機のクランクに取り付けられたメインギヤと噛み合っている。

摩擦板５１、５２はスプライン状の溝によって内側の第１のハブ３１または第２のハブ３２と係合するものと、第１の外輪４１または第２の外輪４２と係合するものが交互に配置されて多板クラッチを構成している。ケーシング１の内部には潤滑油を充填してあるので、これは湿式クラッチである。
駆動軸２１の一端にはフライホイール２１１が取り付けられ、図示しないモータに駆動され、駆動軸２１は常時回転している。

第１の外輪４１はヨーク２１２に連結されていて第１の回転軸２１と一体となって回転しているが、第２の外輪４２はケーシング１に取り付けられているため回転しない。第１のハブ３１、摩擦板５１、および第１の外輪４１でクラッチ部分が構成され、第２のハブ３２、摩擦板５２、および第２の外輪４２でブレーキ部分が構成される。
一方、圧力空気入口１１から圧力空気が侵入するとピストン６１を右方向に押すのでシフタ６３が右側に動き、圧力空気が抜けるとばね６５によってシフタ６３が左方向に押し戻される。シフタ６３が右方向に動くと摩擦板５１が互いに密着してクラッチがつながり、第１の外輪４１と第１のハブ３１が連結され、第２の回転軸２２が第１の回転軸２１と一体となって回転する。

シフタ６３が左方向に動くと摩擦板５１は離れ、摩擦板５２が密着してブレーキが作用し、第２の外輪４２と第２のハブ３２が連結され、第２の回転軸２２は回転しないケーシング１と一体となるので停止する。
オペレータは、スイッチにより電磁弁を操作して圧力空気を出し入れすることによって第２の回転軸２２をフライホイールに同調して回転させたり、停止させたりしてプレス作業を行う。機械式プレス機にはクランクプレス、ナックルプレス、リンクプレスなどの種類があるが、いずれも軸の回転運動を上下方向の往復運動に変換してスライドの昇降を行うものであり、クランクプレスの例でいうとスライドの動きはいわゆるクランクモーションとなり、上下方向のストロークを縦軸に取り、時間を横軸に取れば、正弦波を描く。

なお、プレス機を非常停止させる場合、まずクラッチを切り、同時にブレーキを作動させるのであるが、通常、ブレーキトルクはクラッチトルクの40〜70％程度で設計されているので、ブレーキのみでフライホイールの全運動エネルギーを瞬時に吸収することは困難である。
このような機械式プレス機に対して、近年、サーボプレスと呼ばれる新しいプレス機が登場した。サーボプレスは、駆動軸に交流サーボモータを接続し、交流サーボモータを任意に速度制御することによりこれまでの機械式プレス機と同等の動きは勿論、これまでの機械式プレス機では実現不可能であったさまざまな動きを行わせることができる。

サーボプレスでは、大きいトルクを必要とする加圧時はスライドの下降速度を低下させ、単なる下降、あるいは上昇時は高速とするような速度制御が自由にできる。またスライドを停止させる場合はサーボモータそのものを停止させればよい。モータを常時空転させておく必要がないので、クラッチは不要と考えられている。
なお、制御精度を高めるため、スライドの実際の位置を検出するためのリニアスケール、あるいはエンコーダが設けられる。

このようにサーボプレスでは、スライドの動きをすべて電気制御によって行うので、正常に作動しているときは所望の性能を発揮するが、ときに制御回路における断線、外乱等の異常によって制御不能となったり、スライドが設定位置で停止せず暴走したり、正規の起動信号がないのに起動するなどの危険が存在するという問題点がある。サーボプレス機の場合も、モータが停止しない限り、通常のブレーキでは例えば100〜250ｍｓ程度の短時間内にスライドを停止させることはできない。

こうした危険を回避する対策のひとつとして、特許文献１には、本来の制御装置の他にオーバーラン監視装置を設け、スライド位置を検出するリニアスケールからの位置情報を基に、起動信号の異常監視、寸動運転時の速度のしきい値外れや急停止時の制動距離のしきい値外れ等を判断するようにすることが記載されている。
特許文献２にはプレス駆動用のサーボモータに強力な電磁ブレーキを付加し、制動力を強化することが記載されている。また特許文献３には、プレス速度を検出するパルスコーダを設け、プレス速度が設定値を超えていると判断されたときに機械式ブレーキによって停止させるようにした暴走監視装置が記載されている。

こうした対策はいずれも基本的に電気方式によっているため、制御系統がいっそう複雑になり、設備費がかさむ上に、付加した監視装置に対する信頼性という新たな問題もあり、トータルの安全性はさして向上しないといううらみがある。
特開２００２−２８３１００号公報 特開２００３−２９０９９７号公報 特開２００５−１９９３１４号公報

本発明は、制御系統の安全性を向上させ、安心して使用できるサーボプレス機を実現することを目的とする。

本発明は、ブレーキおよびクラッチを有する機械式プレス機のクラッチ側の駆動軸またはスリーブにサーボモータを接続したことを特徴とする機械式電動サーボプレス機であって、好ましくは前記のサーボモータがベルト機構を介して前記の駆動軸またはスリーブに接続されている前記の機械式電動サーボプレス機である。

本発明によれば、サーボプレス機の安全性が向上し、信頼性が高まるという、すぐれた効果を奏する。

本発明によれば、サーボモータを使用することによりワークの加工条件に適合した任意のスライドモーションを実現できるばかりでなく、サーボプレス機でありながら従来の機械式プレス機と同様のクラッチおよびブレーキを有することにより、異常時には直ちに動力を遮断し、ブレーキを作動させて停止させることができ、安全性の高いサーボプレス機が実現する。

本発明の一実施例を図面により説明する。図１は実施例の機械式電動サーボプレス機の駆動部分を示す断面図で、各符号はさきに図４において使用したものの他、７はサーボモータ、７１はモータ軸、７１１はスプライン等によってモータ軸７１に取り付けられたスリーブである。スリーブ７１１には第１の外輪４１に接続されるヨーク２１２が一体的に形成されている。

このプレス機は、図４で示した従来の機械式プレス機と同様に、ブレーキおよびクラッチを有し、図４で示した従来の機械式プレス機におけるフライホイール２１１の代わりに、直接サーボモータ７が取り付けられている。
このプレス機のクランク軸とサーボモータのモータ軸とには、図示しない２基のエンコーダが取り付けられており、これらによって、スライドの位置とサーボモータの動きとが監視される。両者を比較して異常が検知されない正常な運転状態においては、ピストン６１に圧力空気が作用し、シフタ６３はばね６５に打ち勝って図１の右方向に押されているから、摩擦板５１は押し付けられ、摩擦板５２は解放されている。すなわちクラッチはつながり、ブレーキは作用しない。

異常が検知されると圧力空気が抜け、ピストン６１がばね６５によって左方向に押されるのでクラッチが切れ、ブレーキが作動する。これは従来の機械式プレス機と全く同様であるが、クラッチが切れていることにより、通常のブレーキ容量でも容易に停止させることができる。
図１は「コンビネーション型」と呼ばれるクラッチ５１とブレーキ５２が隣接して設けられているプレス機で、サーボモータは入力軸に直結で取り付けられているが、例えば図２に示すようにタイミングベルト等のベルト機構により、プーリ８１、８２を使用し、ベルト８３を介して動力を伝達するようにすると、サーボモータのメンテナンスなどに便利である。

また大型機などでは「セパレート型」として図３に示すようにクラッチ５１とブレーキ５２とをピニオン２２１に対して互いに反対側に分離して配置しているが、本発明は以上のいずれのタイプにも適用できる。
また、本発明の機械式電動サーボプレス機は、新規に製作してもよいのはいうまでもないが、既存の機械式プレス機からの改造により容易に実現することもできる。

本発明実施例の機械式電動サーボプレス機の駆動部分を示す断面図である。 本発明変形例の機械式電動サーボプレス機の駆動部分を示す概念図である。 同じく本発明変形例の機械式電動サーボプレス機の駆動部分を示す概念図である。 従来例の機械式プレス機の駆動部分を示す断面図である。

符号の説明

１ ケーシング
７ サーボモータ
１１ 圧力空気入口
２１ 第１の回転軸（駆動軸）
２２ 第２の回転軸（従動軸）
３１ 第１のハブ
３２ 第２のハブ
４１ 第１の外輪
４２ 第２の外輪
５１ 摩擦板（クラッチ）
５２ 摩擦板（ブレーキ）
６１ ピストン
６２、７１１ スリーブ
６３ シフタ
６４ ピン
６５ ばね
７１ モータ軸
８１、８２ プーリ
８３ ベルト
２１１ フライホイール
２１２ ヨーク
２２１ ピニオン

Claims (2)

1. ブレーキおよびクラッチを有する機械式プレス機のクラッチ側の駆動軸またはスリーブにサーボモータのモータ軸を接続したことを特徴とする機械式電動サーボプレス機。
2. 前記のサーボモータがベルト機構を介して前記の駆動軸またはスリーブに接続されている請求項１に記載の機械式電動サーボプレス機。

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