JP2022141121A - ロードセルおよび該ロードセルを備える電動プレス - Google Patents

Abstract

【課題】 ロードセルを取り外して交換作業を行なうことなしに、簡単に定格荷重を変更できるロードセルおよび該ロードセルを備える電動プレスを提供すること。
【解決手段】 ロードセルＥとして、ワークＷに加える荷重方向Ｐの断面積が最小のＳ１となる箇所であって、前記荷重方向Ｐの荷重を検出する検出部３６と、前記荷重方向Ｐに沿って前記検出部３６と並列に着脱可能に配置される荷重分散部３８と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電動プレスなどに装着して使用され、荷重を検出するロードセルおよび該ロードセルを備える電動プレスに関するものである。

従来から、サーボモータを駆動源とし、サーボモータの回転運動をボールねじによって往復直線運動に変換し、プレス用ラムを上下往復動させてワーク（工作物）に対し圧縮荷重を加えることが可能な電動プレスは、精密な加工・組み付けを要求される分野で広く用いられている。

前記電動プレスは、サーボモータの回転を制御することにより、負荷荷重の制御、停止位置の制御、駆動速度や停止時間などの制御が可能であり、このために、電動プレスには、プレス用ラムの荷重（プレス荷重）を検出する荷重センサが設けられており、前記荷重センサによってワークに対する荷重を検出し、検出した荷重信号を種々の制御に用いている。

この種の荷重センサとしては、ロードセルが多く使用されている。これは、ロードセルに発生するひずみに応じて電気抵抗が変化するひずみゲージを用い、ロードセルのひずみを電気信号に変換することでプレス荷重を検出するものである。
ロードセルは、それぞれ定格荷重が決められているため、電動プレスに使用するロードセルの定格荷重を変更するには、ロードセルを交換する必要が生じる。

このため、ロードセルが内部に組み込まれた構造の電動プレスでは、ロードセルを交換するために、電動プレスを分解後、ロードセルを交換して再度組み立て直し、調整する必要があり、作業が煩雑であった。

そこで、ロードセルの交換作業を容易にするため、ロードセルをプレス用ラムと一体化してプレス用ラムの先端に設置した構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１－８８１６８号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の電動プレスでは、ロードセルがプレス用ラムの先端に設置されているため、電動プレスの全長が長くなるとともに、ロードセルとコントローラを接続するケーブルの影響で電動プレスの駆動範囲が制限されるという問題があった。

本発明は、上記問題を解決することを課題とし、ロードセルを取り外して交換作業を行なうことなしに、簡単に定格荷重を変更できるロードセルおよび該ロードセルを備える電動プレスを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、ロードセルとして、ワークに加える荷重方向の断面積が最小となる箇所であって、前記荷重方向の荷重を検出する検出部と、前記荷重方向に沿って前記検出部と並列に着脱可能に配置される荷重分散部と、を備える構成を採用する。

本発明のロードセルの実施形態として、前記ワークに加える荷重方向の断面積は、前記検出部および前記荷重分散部の荷重方向の合計断面積が最小である構成を採用し、また、前記荷重分散部は、前記検出部と同じ素材である構成を採用する。
さらに、本発明のロードセルを備える電動プレスの実施形態として、ロードセルを内部に設置する筐体部を有し、前記筐体部は、前記荷重分散部が通過可能な窓部を備える構成を採用する。

本発明のロードセルは、前記構成を採用することにより、ロードセルを取り外して交換作業を行なうことなしに、ロードセルの検出部に荷重分散部を着脱するだけで、簡単にロードセルの定格荷重を変更できる。
また、本発明のロードセルを備える電動プレスは、電動プレスの筐体部に開口された窓部を通してロードセルの検出部に荷重分散部を着脱することにより、ロードセルの定格荷重を変更できる。

本発明の実施例に係るロードセルを備える電動プレスの構造を示す概略図である。 本発明の実施例に係るロードセルの形状を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は斜視図である。 本発明の実施例に係るロードセルの取り付け構造を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１－Ｘ１方向矢視断面図である。 本発明の実施例に係るロードセルに荷重分散部を取り付けた状態を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ２－Ｘ２方向矢視断面図である。

本発明の実施形態に係るロードセルおよび該ロードセルを装着した電動プレスについて、実施例に示した図面を参照して説明する。
以下の説明では、図１でみて、縦方向（軸線方向）を「上下」とする。

まず、本発明に係るロードセルについて説明する前に、該ロードセルを装着する電動プレスについて説明する。
図１において、Ａは、回転運動を発生する駆動部Ｂと、駆動部Ｂの回転運動を往復直線運動に変換するねじ機構部Ｃと、ねじ機構部Ｃの往復直線運動により昇降してワークＷに圧力を加えるプレス用ラムＤと、プレス用ラムＤに負荷された荷重を検出するロードセルＥと、ねじ機構部Ｃ、プレス用ラムＤおよびロードセルＥを収容する筐体部Ｆと、を備える電動プレスである。

駆動部Ｂは、駆動源であるサーボモータ１と、サーボモータ１の駆動軸２に固定された駆動プーリ３と、駆動プーリ３からタイミングベルト４によって連動される従動プーリ５と、従動プーリ５に接続された電磁ブレーキ６と、を備え、駆動部Ｂは、前記従動プーリ５に接続されたねじ機構部Ｃを回転するように構成されている。

ねじ機構部Ｃは、前記駆動部Ｂによって正逆回転されるボールねじ軸１０と、ボールねじ軸１０の一端を回転自在に筐体部Ｆに支持する固定側軸受け１１と、ボールねじ軸１０の他端に取着される転がり軸受け１２と、ボールねじ軸１０に螺合するボールねじナット１３と、を備え、ボールねじ軸１０が正逆回転すると、ボールねじナット１３は、往復直線運動するように構成されている。

プレス用ラムＤは、前記ボールねじ軸１０の外周を包囲するように配置され、上端がボールねじナット１３に固定された中空ラム軸１５と、中空ラム軸１５をワークＷに対して加圧するラム先端部１６と、を備え、ボールねじ軸１０が正逆回転すると、ボールねじナット１３と一体に中空ラム軸１５を昇降させるとともに、中空ラム軸１５の内周は、ボールねじ軸１０の他端に取着される転がり軸受け１２を摺動自在に支持するように構成されている。

ロードセルＥは、前記ねじ機構部Ｃの固定側軸受け１１に当接した状態で筐体部Ｆの上部に固定されており、中空ラム軸１５のラム先端部１６がワークＷを加圧する際の荷重は、中空ラム軸１５と一体のボールねじナット１３によってボールねじ軸１０に加わり、さらに、ボールねじ軸１０を支持する固定側軸受け１１を介してロードセルＥにより検出される。
さらに、ロードセルＥは、ワークＷに加えられた荷重に応じて発生するひずみ信号をケーブル２０を経由して増幅後、荷重信号に変換する荷重信号変換装置２１に伝送するように構成されている。

筐体部Ｆは、全体として円筒状をなし、ボールねじナット１３および中空ラム軸１５が内周を摺動する案内筒部２５と、案内筒部２５の上部に内周が拡径して形成され、固定側軸受け１１およびロードセルＥを固定する装着筒部２６と、を備えている。
案内筒部２５は、内周に設置され、プレス用ラムＤの中空ラム軸１５の外周をスライド自在に支持する複数の滑り軸受け２７と、中空ラム軸１５の回転を阻止するカムフォロア２８と、を備えている。

また、プレス用ラムＤの昇降制御は、筐体部Ｆの案内筒部２５に取り付けられたセンサ２９により検出されるボールねじナット１３の上端位置を原点として下降する距離をサーボモータ１の回転量によって制御するように構成されている。

次に、本発明の要部であるロードセルＥの構造について説明すると、図２に示すように、ロードセルＥは、全体として円筒形状をなし、中心部を軸線方向に貫通する貫通孔部３０と、上部に形成され、筐体部Ｆの装着筒部２６に固定される大径の固定フランジ部３１と、固定フランジ部３１の下端から滑らかに縮径されて形成される小径の検出筒部３２と、検出筒部３２の下端から滑らかに拡径されて形成される中径の受圧筒部３３と、を備えている。

図３に示すように、ロードセルＥの貫通孔部３０は、ねじ機構部Ｃのボールねじ軸１０が所定の間隙を確保して貫通するように構成されている。
同様に、固定フランジ部３１には、ロードセルＥを筐体部Ｆの装着筒部２６上端面に固定するための固定ねじ孔３４が形成されている。

検出筒部３２は、中間位置に開口される一対の切欠き穴３５と、切欠き穴３５に隣接し、軸方向の断面積が最小のＳ１となる一対の検出部３６と、切欠き穴３５の上下に凹設されるタップ孔３７と、を備え、検出部３６の表面には、図示しないひずみゲージを貼着し、ひずみゲージからのひずみ信号をケーブル２０を経由して荷重信号変換装置２１に入力するように構成されている。
なお、検出部３６は、起歪部とも呼ばれ、荷重方向Ｐに対してロードセルＥにおいて断面積がＳ１で一番小さく、ひずみが一番大きく発生する部分である。

受圧筒部３３は、ロードセルＥを電動プレスＡに組み付けた際に、側面が筐体部Ｆの装着筒部２６と当接するとともに、下面がねじ機構部Ｃの固定側軸受け１１と当接するように構成されている。

さらに、図４に示すように、検出筒部３２は、ロードセルＥの定格荷重を変更するために、形状が柱状で、荷重方向Ｐの断面積がＳ２の荷重分散部３８を荷重方向Ｐに沿って検出部３６と並列に、着脱ねじ３９によってタップ孔３７に螺着して固定するように構成されている。
筐体部Ｆの装着筒部２６には、ロードセルＥの切欠き穴３５に対向する位置に窓部４０が開口されている。

次に、本実施例の使用態様と作用効果について説明する。
まず、電動プレスＡを使用して、ワークＷを加圧する作業について説明すると、図１に示す原点位置にボールねじナット１３が停止している状態から、駆動部Ｂの電磁ブレーキ６を解除し、サーボモータ１を所定の回転速度で駆動し、タイミングベルト４を介してねじ機構部Ｃのボールねじ軸１０を正回転させると、ボールねじナット１３が下降し始める。

すると、ボールねじナット１３に固定されたプレス用ラムＤの中空ラム軸１５も下降を始め、中空ラム軸１５（ボールねじナット１３）の原点からの下降距離は、サーボモータ１の回転量を回転検出器等で検出することにより制御することができるので、予め作業が終了する下降位置に基づいて下降距離を設定しておく。

一方、ロードセルＥは、プレス用ラムＤのラム先端部１６が原点位置からワークＷに当接するまで荷重が０となるように校正されている。
ロードセルＥは、ラム先端部１６がワークＷに当接すると、検出部３６に発生したひずみ信号は、ケーブル２０により荷重信号変換装置２１に伝送され、荷重信号に変換してサーボモータ１のコントローラに送られる。

ついに、ラム先端部１６が作業を終了する下降位置まで下降し、ロードセルＥが設定された荷重を検出すると、電磁ブレーキ６が作動し、サーボモータ１は、駆動を停止する。
所定時間後、駆動部Ｂの電磁ブレーキ６を解除すると、サーボモータ１は、逆回転を開始し、タイミングベルト４を介してねじ機構部Ｃのボールねじ軸１０を逆回転させると、ボールねじナット１３が上昇し始める。

すると、ボールねじナット１３に固定されたプレス用ラムＤの中空ラム軸１５も上昇を始め、サーボモータ１は、センサ２９がボールねじナット１３の上端を検出するまで逆回転を継続する。
最後に、ボールねじナット１３が上昇し、センサ２９がボールねじナット１３の上端を検出すると、電磁ブレーキ６が作動し、サーボモータ１は、逆回転を停止し、プレス作業が終了する。

次に、本発明のロードセルＥの定格荷重を変更する作業について説明する。
図３に示すロードセルＥにおいて、検出部３６は、荷重方向Ｐの断面積が最小のＳ１となる部分で、検出筒部３２の切欠き穴３５に隣接する。ロードセルＥにおいて検出部３６以外の部分の断面積が最小となると、その部分に検出部３６にかかる荷重以上の荷重がかかり、変形する可能性がある。そのような問題が生じないように、検出部３６の荷重方向Ｐの断面積を最小としている。
また、この考えは荷重分散部３８を装着しても同じであり、検出部３６と荷重分散部３８との合計の断面積（Ｓ１＋Ｓ２）もロードセルＥにおいて最小とする。そのために、検出筒部３２に切欠き穴３５を設けている。仮に切欠き穴３５がない場合、荷重分散部３８を装着することにより合計の断面積（Ｓ１＋Ｓ２）がロードセルＥにおいて最小とならない場合がある。その場合、上述したように断面積が最小となる他の部分に変形が生じる可能性がある。
本実施例では、検出部３６の定格荷重を２ｋＮとし、荷重方向Ｐの断面積Ｓ１を１６．５ｍｍ²としている。
なお、本実施例では切欠き穴３５を設けているが、荷重分散部３８を装着した場合の合計の断面積（Ｓ１＋Ｓ２）がロードセルＥにおいて最小となることを条件として、切欠き穴３５の開口した部分を開口せずに薄肉部としても構わない。

ロードセルＥの定格荷重を２ｋＮよりも大きくするには、図４に示すように、筐体部Ｆに開口された窓部４０を通して荷重分散部３８を着脱ねじ３９によってタップ孔３７に螺着するだけでよい。
このため、ロードセルＥの定格荷重を変更する際に、従来のように、ロードセルＥを電動プレスＡから取り外して交換する必要がなく、作業効率を向上させることができる。

ここで、定格荷重の変更結果を具体的な数値としてみると、２ｋＮの定格荷重を４ｋＮに変更するには、荷重分散部３８の断面積Ｓ２が合計で１６．５ｍｍ²となるように、断面積８．２５ｍｍ²の荷重分散部３８を２本取り付け、合計断面積（Ｓ１＋Ｓ２）を３３ｍｍ²とすればよい。
同様に、定格荷重を６ｋＮに変更するには、荷重分散部３８の断面積Ｓ２が合計で３３ｍｍ²となるように、断面積１６．５ｍｍ²の荷重分散部３８を２本取り付け、合計断面積（Ｓ１＋Ｓ２）を４９．５ｍｍ²とすればよい。

また、荷重分散部３８を取り付けたロードセルＥの定格荷重を小さくするには、ロードセルＥから荷重分散部３８を取り外すだけで済む。
なお、本実施例では、荷重分散部３８を対称に２本取り付けるようにしているが、荷重分散部３８の数は、偶数本であれば構わない。

以上、説明したように、本実施例のロードセルＥは、定格荷重の変更のために交換する必要がなく、荷重分散部３８が検出部３６と並列に配置されるため、荷重方向Ｐの検出部３６と荷重分散部３８との合計断面積（Ｓ１＋Ｓ２）が増減することにより、定格荷重を変更することができる。
また、本実施例の電動プレスＡは、筐体部Ｆに開口された窓部４０を通してロードセルＥの検出部３６に荷重分散部３８を着脱ねじ３９によって着脱するだけで、ロードセルＥの定格荷重を変更することができる。

本発明のロードセルは、ロードセルを取り外して交換作業を行なうことなしに、ロードセルの検出部に荷重分散部を着脱するだけで、簡単にロードセルの定格荷重を変更できるので、特に電動プレスに適用するロードセルとして有利なものである。

Ａ 電動プレス
Ｂ 駆動部
Ｃ ねじ機構部
Ｄ プレス用ラム
Ｅ ロードセル
Ｆ 筐体部
Ｐ 荷重方向
Ｓ１、Ｓ２ 断面積
Ｗ ワーク
１ サーボモータ
２ 駆動軸
３ 駆動プーリ
４ タイミングベルト
５ 従動プーリ
６ 電磁ブレーキ
１０ ボールねじ軸
１１ 固定側軸受け
１２ 転がり軸受け
１３ ボールねじナット
１５ 中空ラム軸
１６ ラム先端部
２０ ケーブル
２１ 荷重信号変換装置
２５ 案内筒部
２６ 装着筒部
２７ 滑り軸受け
２８ カムフォロア
２９ センサ
３０ 貫通孔部
３１ 固定フランジ部
３２ 検出筒部
３３ 受圧筒部
３４ 固定ねじ孔
３５ 切欠き穴
３６ 検出部
３７ タップ孔
３８ 荷重分散部
３９ 着脱ねじ
４０ 窓部

Claims (4)

1. ワークに加える荷重方向の断面積が最小となる箇所であって、前記荷重方向の荷重を検出する検出部と、
   前記荷重方向に沿って前記検出部と並列に着脱可能に配置される荷重分散部と、
   を備えるロードセル。
2. 前記ワークに加える荷重方向の断面積は、前記検出部および前記荷重分散部の荷重方向の合計断面積が最小である請求項１に記載のロードセル。
3. 前記荷重分散部は、前記検出部と同じ素材である請求項１または２に記載のロードセル。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のロードセルを内部に設置する筐体部を有し、
   前記筐体部は、前記荷重分散部が通過可能な窓部を備える電動プレス。

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