JP4476026B2 - ダイクッション装置及びプレス機械 - Google Patents

Description

本発明は、クッションパッドの駆動源としてリニアサーボモータを備えたダイクッション装置及びこのダイクッションを備えたプレス機械に関する。

プレス機械には絞り加工におけるしわ押さえのためにダイクッション装置（以下、単にダイクッションという）が設けられる。従来のダイクッションは油圧や空気圧を用いてクッションパッドを昇降駆動しつつクッション圧を発生させる。プレス機械の絞り加工性を高くしワークの破断やひずみを防止するためにはダイクッションのクッション圧を高精度に制御する必要があり、特にクッションパッドの下降動作時のクッション圧を高精度に制御する必要がある。

空気圧のみを利用するダイクッションはクッションパッド動作時にクッション圧を高精度に制御できない。油圧を利用するダイクッションは圧油の制御によってクッションパッド動作時にクッション圧を高精度に制御できる。しかし油圧機器の構造が複雑であり、また厳密な保守・管理を必要とするという点が難点である。そこで近年は構造が簡素であり、また厳密な保守・管理を必要としない電動サーボモータを備えたダイクッションが注目されている。

下記特許文献１には回転式の電動サーボモータを備えたダイクッションが開示されている。このダイクッションは、大きくはクッションパッドとクッションパッドを駆動する駆動機構とで構成される。駆動機構は、大きくはサーボモータとサーボモータの動力をクッションパッドに伝達する動力伝達機構とで構成される。動力伝達機構は大きくは支持杆とラックとピニオンとで構成される。

クッションパッドの下面には支持杆が接続され、支持杆の下部にはラックが接続される。クッションパッドと支持杆とラックは一体となって昇降動作自在である。ラックにはピニオンが咬合され、ピニオンはサーボモータの回転軸に連結される。サーボモータに電流が供給され回転軸が回転するとピニオンが回転し、ピニオンの回転によってラックは昇降動作する。ラックと共に支持杆とクッションパッドも昇降動作する。
特開平６−５４４号公報（図４）

大きな重量を有するクッションパッドをサーボモータで駆動する際に機械的接触で動力伝達が行われると大きな機械音が発生する。特に上記特許文献１のダイクッションではラックとピニオンとが咬合されているため、非常に大きな機械音が発生する。こうした機械音が激しい場合は騒音となる。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、サーボモータでクッションパッドを駆動する際の動作音を低減することを解決課題とするものである。

第１発明は、
昇降可能に支持されるクッションパッドと、クッションパッドの側面に対向した内壁面を有するベッドとを具備し、クッションパッドをベッド内で昇降駆動するダイクッション装置において、
クッションパッドの側面と、その側面に対向するベッドの内壁面の間に、上向きの付勢力を与えつつクッションパッドを昇降駆動するリニアサーボモータを備えたこと
を特徴とする。

第２発明は第１発明において、
さらに前記クッションパッドと前記リニアサーボモータとでダイクッションモジュールを形成したこと
を特徴とする。

第３発明は、
昇降可能に支持されるクッションパッドと、クッションパッドの側面に対向した内壁面を有するベッドとを具備したダイクッションを備えたプレス機械において、
前記ダイクッションの、クッションパッドの側面と、その側面に対向するベッドの内壁面の間に、上向きの付勢力を与えつつクッションパッドを昇降駆動するリニアサーボモータを備えたこと
を特徴とする。

クッションパッドの側面とベッドの内壁面との間には一対のコイル部とマグネット部からなるリニアサーボモータが設けられる。コイル部とマグネット部は非接触で互いに力を及ぼし合う。コイル部が励磁されるとコイル部とマグネット部との間に引力及び反発力が働き、クッションパッドが昇降方向の付勢力を受ける。コイル部への供給電流が制御されると、クッションパッドに与えられる付勢力すなわちクッションパッドに生ずるクッション圧が制御される。

本発明によれば、サーボモータとクッションパッドとの間の動力伝達が、歯車やベルトやボールねじ等の咬合部材を用いた機械的接触によって行われるのではなく、磁力を用いた非接触によって行われる。したがって動力伝達の際の機械音が無くなり、プレス機械の動作音が低減する。

また第２発明によれば、複数の組合せが自在なダイクッションモジュールが形成される。ダイクッションモジュールは複数の組み合わせが自在である。プレス機械の製造段階ではプレス機械の設計に合わせて規格化されたダイクッションモジュールを必要な分だけ組み合わせればよく好適である。

また第３発明によれば、第１発明、第２発明と同様の効果が得られる。また従来と比較して油空圧機器等の駆動装置がコンパクトになるためベッド内およびピット内の設置スペースの確保が容易になる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１はプレス機械の構成を示す模式図である。
プレス機械においては、上部に位置するスライド２と下部に位置するボルスタ８とが互いに対向するように設けられる。スライド２は上方のスライド駆動機構１から動力を受けて昇降動作する。スライド２の下部には上型３ａが取り付けられる。一方、ボルスタ８はベッド９の上部に固定されており、ボルスタ８の上部には下型３ｂが取り付けられる。ボルスタ８及び下型３ｂには上下方向に貫通する複数の孔が設けられ、この孔にはクッションピン７が挿通される。クッションピン７の上端は下型３ｂの凹部分に設けられたブランクホルダ５の下部に当接し、クッションピン７の下端はベッド９内に設けられたダイクッション６０のクッションパッド１１に当接する。ベッド９の内壁面間にはビーム６が設けられ、ビーム６でダイクッション６０が支持される。

図２は本実施形態に係るダイクッションの模式図である。図３は本実施形態に係るダイクッションの上面図である。
クッションパッド１１の各側面とその各側面に対向するベッド９の内壁面との間にはリニアサーボモータ６１が設けられる。リニアサーボモータ６１は一対のコイル部６１ａとマグネット部６１ｂとからなり、クッションパッド１１の各側面にコイル部６１ａが設けられ、ベッド９の内壁面にマグネット部６１ｂが設けられる。これとは逆にクッションパッド１１の各側面にマグネット部６１ｂが設けられ、ベッド９の内壁面にコイル部６１ａが設けられていてもよい。なお図２においては、クッションパッド１１の右側面及び対向するベッド９の内壁面にのみリニアサーボモータ６１が示されている。しかし実際は図３で示されるようにクッションパッド１１の各側面及び対向するベッド９の内壁面にリニアサーボモータ６１は設けられる。

クッションパッド１１にコイル部６１ａが設けられる場合は、コイル部６１ａが励磁されるとコイル部６１ａとマグネット部６１ｂとの間に引力及び反発力が働き、コイル部６１ａ及びクッションパッド１１が昇降方向の付勢力を受ける。クッションパッド１１にマグネット部６１ｂが設けられる場合は、コイル部６１ａが励磁されるとコイル部６１ａとマグネット部６１ｂとの間に引力及び反発力が働き、マグネット部６１ｂ及びクッションパッド１１が昇降方向の付勢力を受ける。コイル部６１ａへの供給電流が制御されると、クッションパッド１１に与えられる付勢力すなわちクッションパッド１１に生ずるクッション圧が制御される。

クッションパッド１１の下部にはピストンとシリンダからなる空圧式のバランサ６２が設けられる。図示されていないが、バランサ６２のピストンは下方をビーム６で支持される。こうしてクッションパッド１１はバランサ６２を介してビーム６で支持されるため、リニアサーボモータ６１の電源が遮断されてコイル部６１ａとマグネット６１ｂとの間の磁力が無くなってもクッションパッド１１が下方に落下することはない。

ダイクッション６０には各種測定装置が設けられる。クッションパッド１１に生ずる負荷を測定するために、クッションパッド１１の側面にはひずみゲージ１７が貼着される。このひずみゲージ１７によってクッションパッド１１に生ずる圧力が測定される。またクッションパッド１１とベッド９との間には昇降方向を測定方向としたリニアスケール１８が設けられる。リニアスケール１８のうちスケール部１８ａはベッド９の内壁面に設けられ、ヘッド部１８ｂはスケール部１８ａに近接するようにしてクッションパッド１１側に固定される。クッションパッド１１の昇降動作に伴いヘッド部１８ｂがスケール１８ａに沿って移動する。このリニアスケール１８によってクッションパッド１１の昇降位置が測定される。パッド制御部３０には各測定値が入力され、リニアサーボモータ６１への供給電流が出力される。パッド制御部３０については後述する。

さらにクッションパッド１１の各側面とその各側面に対向するベッド９の内壁面との間には１以上のガイド２１が設けられる。ガイド２１は互いに係合する一対のインナーガイド２１ａとアウターガイド２１ｂとからなり、クッションパッド１１の各側面にインナーガイド２１ａが設けられ、ベッド９の内壁面にアウターガイド２１ｂが設けられる。ガイド２１はクッションパッド１１を昇降方向に案内する。

次にダイクッションのフィードバック制御について説明する。
図４は本実施形態で行われるフィードバック制御の制御ブロック図である。
パッド制御部３０はコントローラ３１とアンプ３２を有する。コントローラ３１には、時間（あるいはプレス角度又はスライド位置）とクッションパッド１１に生ずる圧力すなわちクッション圧との所望の対応関係を示す圧力パターンと、時間（あるいはプレス角度又はスライド位置）とクッションパッド１１の位置との所望の対応関係を示す位置パターンと、が設定される。コントローラ３１では、圧力パターンを用いて時間（あるいはプレス角度又はスライド位置）に対応するクッション圧が求められ、圧力制御信号Ｓpとして出力される。また位置パターンを用いて時間（あるいはプレス角度又はスライド位置）に対応するクッション位置が求められ、位置制御信号Ｓhとして出力される。アンプ３２には、圧力制御信号Ｓp、位置制御信号Ｓh及びその他測定値が入力される。そしてアンプ３２からはサーボモータ１６への供給電流Ｉが出力される。アンプ３２では、圧力フィードバック制御又は位置フィードバック制御の何れかが行われており、両者は所定のタイミングで切り換えられる。

ここでパッド制御部３０で行われるフィードバック制御について、まず圧力フィードバック制御を説明する。
クッションパッド１１に生ずる圧力すなわちクッション圧はひずみゲージ１７で測定され、その値は圧力フィードバック信号Ｓpfとして圧力比較部３３に出力される。圧力比較部３３では圧力フィードバック信号Ｓpfの値と圧力制御信号Ｓpの値とが比較され、圧力補正信号Ｓpcが生成される。圧力補正信号Ｓpcは圧力制御部３４に出力される。圧力制御部３４では圧力補正信号Ｓpcに基づいてリニアサーボモータ６１の適切な速度が求められ、モータ速度制御信号Ｓv1が生成される。モータ速度制御信号Ｓv1は速度比較部３５に出力される。

リニアサーボモータ６１の速度とは、マグネット部６１ｂに対するコイル部６１ａの相対速度をいう。これはすなわちクッションパッド１１の昇降速度である。クッションパッド１１の昇降速度は変位量を時間微分することによって求められる。ヘッド部１８ｂで測定された位置信号に基づいて微分が行われ、その値は速度フィードバック信号Ｓvfとして速度比較部３５に出力される。速度比較部３５ではモータ速度制御信号Ｓv1（位置フィードバック制御の場合はＳv2）の値と速度フィードバック信号Ｓvfの値とが比較され、モータ速度補正信号Ｓvcが生成される。モータ速度補正信号Ｓvcは速度制御部３６に出力される。速度制御部３６ではモータ速度補正信号Ｓvcに基づいてサーボモータ１６への適切な電流値が求められ、電流制御信号Ｓcが生成される。電流制御信号Ｓcは電流比較部３７に出力される。

リニアサーボモータ６１のコイル部６１ａへの供給電流は電流検出部３９で測定され、その値は電流フィードバック信号Ｓcfとして電流比較部３７に出力される。電流比較部３７では電流制御信号Ｓcの値と電流フィードバック信号Ｓcfの値とが比較され、電流補正信号Ｓccが生成される。電流補正信号Ｓccは電流制御部３８に出力される。電流制御部３８では電流補正信号Ｓccに基づいてリニアサーボモータ６１への適切な供給電流Ｉが生成される。供給電流Ｉは電流出部３９に出力されると共に、リニアサーボモータ６１に供給される。するとリニアサーボモータ６１はクッションパッド１１を駆動する。この際クッションパッド１１は上向きの付勢力を発生させながら下降動作する。こうして設定されたクッション圧が得られる。

次に位置フィードバック制御について説明する。
クッションパッド１１の高さ位置はリニアスケール１８のヘッド部１８ｂで測定され、その値は位置フィードバック信号Ｓhfとして位置比較部４３に出力される。位置比較部４３では位置フィードバック信号Ｓhfの値と位置制御信号Ｓhの値とが比較され、位置補正信号Ｓhcが生成される。位置補正信号Ｓhcは位置制御部４４に出力される。位置制御部４４では位置補正信号Ｓhcに基づいてリニアサーボモータ６１の適切な速度が求められ、モータ速度制御信号Ｓv2が生成される。モータ速度制御信号Ｓv2は速度比較部３５に出力される。速度比較部３５以降の信号の流れは圧力フィードバック制御と同じである。

なおパッド制御部３０において、コントローラ３１側に速度制御部３６までの機能を持たせ、アンプ３２側に電流比較部３７以降の機能をもたせてもよい。

圧力フィードバック制御と位置フィードバック制御とは切換部４５のスイッチ動作で切り換えられる。本実施形態では上型とワークとが接する第１の切換時機が検知された場合に位置フィードバック制御から圧力フィードバック制御に切り換えられ、クッションパッド１１が下死点に到達する第２の切換時機が検知された場合に圧力フィードバック制御から位置フィードバック制御に切り換えられる。

第１の切換時機は、クッションパッド１１の下降時にひずみゲージ１７の測定値が第１の閾値に達したとき（上型とワークが接してクッションパッド１１の圧力が発生し始めた場合）或いはリニアスケール１８のヘッド部１８ｂの測定値が第１の所定位置に達したとき（上型とワークが接する位置にクッションパッド１１が達した場合）である。第２の切換時機は、クッションパッド１１の下降時にひずみゲージ１７の測定値が第２の閾値に達したとき（上型とワークが離間してクッションパッド１１の圧力が消失した場合）或いはリニアスケール１８のヘッド部１８ｂの測定値が第２の所定位置に達したとき（クッションパッド１１が下死点に達した場合）である。

次にクッションパッド１１の動作と圧力・位置フィードバック制御との関係について図４、図５を用いて説明する。
図５はスライドとダイクッションパッドの動作を示す図であり、時間の経過に伴うスライドとダイクッションパッドの位置の変化を示している。

プレス機械においては、上型とワークとが接する際の衝撃を緩和するためにクッションパッド１１の予備加速が行われる。時刻ｔ1からｔ2までの間は予備加速が行われる。この間はパッド制御部３０で位置フィードバック制御が行われており、位置測定値が予め設定された位置パターンに追従するようにクッションパッド１１の位置が制御される。クッションパッド１１はその結果に応じて下降する。

時刻ｔ2（第１の切換時機）で上型とワークとが接する。この時、パッド制御部３０の切換部４５ではスイッチが切り換えられ、位置フィードバック制御から圧力フィードバック制御へ切り換えられる。時刻ｔ2からｔ3までの間はスライド２とクッションパッド１１が一体となって下降し、ワークが絞り加工される。この間はパッド制御部３０で圧力フィードバック制御が行われており、圧力測定値が予め設定された圧力パターンに追従するようにクッションパッド１１に加える付勢力が制御される。クッションパッド１１はその結果に応じて下降する。

時刻ｔ3（第２の切換時機）でスライド２とクッションパッド１１は下死点に達する。この時、パッド制御部３０の切換部４５ではスイッチが切り換えられ、圧力フィードバック制御から位置フィードバック制御へ切り換えられる。時刻ｔ3からｔ4までの間はスライド２とクッションパッド１１が一体となって補助リフト分だけ上昇する。時刻ｔ4からｔ5までの間はクッションパッドはロッキングし上昇動作を一旦停止する。時刻ｔ5でクッションパッド１１は再び上昇動作を開始する。以上、時刻ｔ3以降はパッド制御部３０で位置フィードバック制御が行われており、位置測定値が予め設定された位置パターンに追従するようにクッションパッド１１の位置が制御される。クッションパッド１１はその結果に応じて上昇する。

なお本実施形態ではクッションパッド１１に生ずる圧力すなわちクッション圧が測定され圧力フィードバック制御が行われるが、測定された圧力からクッションパッド１１に与えられる付勢力に基づきフィードバック制御することも圧力フィードバック制御の一種と位置づけている。

本実施形態によれば、サーボモータとクッションパッドとの間の動力伝達が、歯車やベルトやボールねじ等の咬合部材を用いた機械的接触によって行われるのではなく、磁力を用いた非接触によって行われる。したがって動力伝達の際の機械音が無くなり、プレス機械の動作音が低減する。

また本実施形態によれば、回転式のサーボモータを用いる場合よりも部品点数が少ない。したがってダイクッションのメンテナンスが容易である。

ところでダイクッション１０をモジュール化してプレス機械の１加工ステーションに複数設けることも可能である。

図６（ａ）〜（ｄ）は１加工ステーションの上面図である。図６（ａ）ではプレス機械の１加工ステーションに一つのダイクッションモジュール１０が設けられ、図３（ｂ）ではプレス機械の１加工ステーションに二つのダイクッションモジュール１０が設けられ、図３（ｃ）ではプレス機械の１加工ステーションに四つのダイクッションモジュール１０が設けられ、図３（ｄ）ではプレス機械の１加工ステーションに八つのダイクッションモジュール１０が設けられている。

各ダイクッションモジュール１０は独立して制御される。したがって１加工ステーション内のクッション圧が可変になる。また各ダイクッションモジュールを連動させることも可能である。

ダイクッションモジュールは複数の組み合わせが自在である。プレス機械の製造段階ではプレス機械の設計に合わせて規格化されたダイクッションモジュールを必要な分だけ組み合わせればよく好適である。

図１はプレス機械の構成を示す模式図である。 図２は本実施形態に係るダイクッションの模式図である。 図３は本実施形態に係るダイクッションの上面図である。 図４は本実施形態で行われるフィードバック制御の制御ブロック図である。 図５はスライドとダイクッションパッドの動作を示す図である。 図６（ａ）〜（ｄ）は１加工ステーションの上面図である。

符号の説明

１１ クッションパッド
６０ ダイクッション
６１ リニアサーボモータ
６１ａ コイル部
６１ｂ マグネット部

Claims (3)

1. 昇降可能に支持されるクッションパッドと、クッションパッドの側面に対向した内壁面を有するベッドとを具備し、クッションパッドをベッド内で昇降駆動するダイクッション装置において、
   クッションパッドの側面と、その側面に対向するベッドの内壁面の間に、上向きの付勢力を与えつつクッションパッドを昇降駆動するリニアサーボモータを備えたこと
   を特徴とするダイクッション装置。
2. さらに前記クッションパッドと前記リニアサーボモータとでダイクッションモジュールを形成したこと
   を特徴とする請求項１記載のダイクッション装置。
3. 昇降可能に支持されるクッションパッドと、クッションパッドの側面に対向した内壁面を有するベッドとを具備したダイクッションを備えたプレス機械において、
   前記ダイクッションの、クッションパッドの側面と、その側面に対向するベッドの内壁面の間に、上向きの付勢力を与えつつクッションパッドを昇降駆動するリニアサーボモータを備えたこと
   を特徴とするプレス機械。

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