JP4878769B2 - プレスの安全装置 - Google Patents

Description

本発明はサーボモータなどのモータ駆動でスライドを並進する形式のプレスに好適な安全装置に関する。

金属・非金属の材料の塑性加工手段としてプレスが汎用されている。かかるプレスにおいては、型を搭載した大重量のスライドが昇降するので高い安全性が要求される。
プレスとしてクランクプレスなど機械式のものにおいては、大きなクラッチブレーキを使用して非常時にスライドの移動を停止させるようにしているが、慣性エネルギーを利用して駆動するので慣性エネルギーが大きく、クラッチブレーキの摩擦盤などの磨耗により非常停止時の落下量がバラついたり、摩擦盤やばねなどの部品の故障により、正常に機能しなくなる可能性がある。
プレスとしては、油圧プレスや本出願人の提案にかかるリンクサーボ式プレスがあるが、かかるプレスにおいては、バランス装置があるものの、平常運転の際のスライド重量バランスを調整しスライドの速度を制御することが狙いであり、停電などの際にスライドが落下する危険を解消することができなかった。

特開２００１−３００７７８号公報

本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、停電時などにおいても高い安全性を保証できるプレスの安全装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、モータを駆動源としてスライドを昇降させ、アキュムレータとバランスシリンダ間の油の流通によりスライド重量を制御する形式のプレスにおいて、バランスシリンダと前記アキュムレータを結ぶ配管系にチェック弁を介在させるとともに、チェック弁の閉じ側には非常時にチェック弁を断側に制御する切換弁を設けたことを特徴としている。

本発明によるときには、通常運転時にはアキュムレータとバランスシリンダ間の油の流通によりスライド重量を制御することができ、しかも停電時などにスライドが重量慣性落下する危険が生じたときに、切換弁がオフ位置となり、チェック弁の閉じ側にバランスシリンダのロード側の高圧油を作用させ、バランスシリンダ内とアキュムレータを結ぶ配管系を遮断するので、バランスシリンダに高圧油が閉じ込められ、これによりスライドが重量慣性落下を防止することができるというすぐれた効果が得られる。

バランスシリンダとアキュムレータを結ぶ配管系にドレン配管系が接続され、これにリリーフ弁が介在されている。
これによれば、バランスシリンダの最大圧力を抑えることができるので、管路の破損を防止することができる。

また、バランスシリンダのロッド側室にダウンセイフティー弁を設けている。
これによればリリーフ弁の性能が発揮されない場合や、バランスシリンダとアキュムレータを結ぶ配管系とドレン配管系の破損時にバランスシリンダからの圧油の流出を止め、バランスシリンダの内圧によりスライドを急停止させるので、安全性をさらに高めることができる。

以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は本発明によるモータ駆動型プレスの安全装置をサーボリンクプレスに適用した実施例を示している。
１は金型を搭載して昇降されるスライド、２は駆動源としてのサーボモータ、３はサーボモータに連結された減速機構、４は減速機構の出力側に設けられた多条角ねじないしボールねじ軸(以下ボールねじ軸と称す)、５はボールねじ軸に螺合され、ボールねじ軸の回転によって昇降される昇降体、６は前記昇降体５の左右方向の腕部に一端が連結され他端がスライド１に連結された屈伸自在なリンク機構であり、第１リンク６ａと、これの自由端に一端が枢着され他端がプレスフレーム側に枢着された第２リンク６ｂと、それら第１リンクと第２リンクの集合点に上端が連結され下端がスライドに連結された第３リンク６ｃとからなっている。

7，７は前記スライド１の両端部に対応するプレスフレーム（この例ではプレスフレーム上部）に固設された左右１組のバランスシリンダであり、ピストンロッド７０，７０がスライド１に連結されている。この例では、ピストン側は空圧室となっていて、通孔により外部に通じ、大気を吸込んだり排気できるようになっている。

Ａは前記バランスシリンダ７，７を含む安全・バランス回路の全体を指している。この安全・バランス回路Ａは、バランスシリンダ７，７のロッド側室に安全弁１４、１４を介して通じ、上流側同士が接続された主配管系８と、この主配管系８に接続された安全回路系１０と、これに一端が接続され端末が外部のタンク１５に至り、中間にリリーフ弁１６を介在させたドレン配管系１１と、一端が該安全回路系１０に通じ、他端がアキュムレータ１７に通じるバランス回路系１２と、一端がバランス回路系１２に接続された初期圧設定用のチャージ配管系１３を有している。

主配管系８の端末にはこの系の圧力を検出する圧力センサ１８が設けられている。
前記安全回路系１０は２つのポートが直角の関係にあるアングルチェック弁１９と、電磁切換弁２０と、シャトル弁２１と圧力センサ２３を有している。
前記アングルチェック弁１９はロジック弁とも称されるもので、軸線方向のポートが前記バランス回路系１２に、側方のポートが第１の配管系８に通じている。このアングルチェック弁１９は軸方向背部にばねで付勢されたピストン室１９０を有しており、該ピストン室１９０に２位置電磁切換弁２０が接続されている。前記スライド１の側方には前記サーボモータの駆動を制御するために光電管式などの位置センサ２１が配されている。

図１では電磁切換弁２０がオフの状態を示しており、この状態では電磁切換弁２０のシリンダポートがアングルチェック弁１９のピストン室１９０に通じ、ポンプポートはシャトル弁２１の出口に接続され、タンクポートはドレン配管系１１に接続されている。電磁切換弁２０がオン状態においては、ポンプポートはシリンダポートと非連通となり、シリンダポートがタンクポートに接続されるようになっている。
前記シャトル弁２１の２つの入口はそれぞれ前記安全回路系１０とバランス回路系１２に接続されている。前記チャージ配管系１３にはポンプ１３０と切換弁１３１が設けられている。

この第１実施例においては、昇降体５はボールねじ軸４の軸線方向で高位位置にあり、左右の第１リンク６ａ，６ａは引き上げられ、これらの自由端と他のリンクをつないでいる集合用支軸はクラウンの下面に近づくように持ち上げられる。従って、第１リンク６ａ，６ａはボールねじ軸線となす角度が小さく、第２リンク６ｂ，６ｂはボール角ねじ軸線と平行な軸線となす角度が大きく(水平に近い角度)、第３リンク６ｃ，６ｃはボールねじ軸線と平行な軸線となす角度が大きくなるように保持されている。

この状態でプレス加工を行うには、サーボモータ２を正方向に回転駆動するもので、この出力が減速機３によって減速されてボールねじ軸４に伝達されてこれが回転するため、昇降体５がボールねじ軸４の軸線に沿って下降し、スライド１はリンク機構６を介して高速降下する。この下降行程では第１リンク６ａ，６ａは左右に広がりつつ集合用支軸を押し下げる。この時の各リンクの状態は、上死点位置のときよりも第１リンク６ａ，６ａの角度は大きくなり、第２リンク６ｂ，６ｂの角度は小さくなり、第３リンク６ｃ，６ｃの角度は小さくなる。

次いで、加圧行程においては、全荷重の開始位置までの間、第１リンク６ａ，６ａはさらに左右に広がりつつ集合用支軸を押し下げる。この時の各リンクの状態は、下降完了位置のときよりも第１リンク６ａ，６ａの角度は大きくなり、第２リンク６ｂ，６ｂの角度は小さくなり、第３リンク６ｃ，６ｃの角度は小さくなる。したがって、自動的にスライド１は低速で降下し高荷重で加圧することになる。

全荷重の開始位置から下死点位置に達するストロークにおいては、第２リンク６ｂ，６ｂの角度と第３リンク６ｃ，６ｃの角度はさらに小さくなり、下死点において垂直線に最も近い状態となる。本発明は駆動源として数値制御型であるサーボモータ２を使用しているため、下死点位置での圧力保持を自在かつ確実に行なうことができる。

かくしてプレス加工が完了した後は、サーボモータ２を逆方向に回転駆動するもので、この出力が減速機３によって減速されてボールねじ軸４に伝達されてこれが回転するため、昇降体５がボールねじ軸４の軸線に沿って上昇する。これにより集合用支軸が第１リンク６ａ，６ａを介して牽引されるため、前記した状態から逆に作動され、スライド１が上死点位置に戻る。
以下前述した操作の繰返しにより、スライド１はリンク機構３を介して連続直線往復運動し、プレス加工が行われるが、左右対称の多リンク機構を用いているため、ボールねじ軸４と昇降体５との噛み合いに偏心荷重が発生せず、円滑に昇降させることができ、しかも、一般にプレス加工においては、加圧ストロークはプレスの全ストロークの１／３以内で使用することが多いが、本発明はサーボモータ２、ボールねじ軸４、ナットを含む昇降体５およびリンク機構６を併用するため、小さい容量のサーボモータ２で大きな加工能力を得ることができるとともにスライド１を高速駆動することができる。

そして、スライド１に対して安全・バランス回路Ａを有しているので、スライド１、多リンク機構６などの運動部分の重量とバランスさせることができるため、より省エネルギー化、高速化およびノンショック作動を実現することができる。 すなわち、プレス運転に当たっては、切換弁１９の電磁部をオンにして油圧ポンプ１３０からの吐出油をチャージ配管系１３を介してバランスシリンダ７，7のピストン側およびアキュムレータ１７に流入させ、それによりアキュムレータ１７の初期圧力を設定させる。

この状態でスライド１が下降したときには、スライド１にはバランスシリンダ７，７のピストンロッド７０，７０が連結されているため、スライド１の下降によりピストンは下降し、ピストン室の油は高い圧力であるため、シャトル弁２１で選択されてアキュムレータ１７に流入し、ダイヤフラム弁を介して封入ガスを圧縮し、蓄圧させる。
プレス加工が完了した後、昇降体５が上昇し、集合用支軸が第１リンク６ａ，６ａを介して牽引され、スライド１が上死点位置に戻るが、平常運転時には、安全回路系１０の電磁切換弁２０はオン状態にあるので、アングルチェック弁１９はピストン室の圧が低く、したがってこのスライド１の上昇時には、アキュムレータ１７で蓄圧された油がアングルチェック弁１９を開いてバランス回路系１２からバランスシリンダ７，７のピストン室に流入され、それによってスライド１の上昇を補助するため、リンク機構６の復帰を早めることができる。

スライド１ｅの下降時には、油圧バランスシリンダ７，７のピストン側の油圧によりスライド１の重量がバランスされるため、急激なスライド降下が抑制され、安定した速度での下降を行うことができる。スライド１が加圧下降してこれに取り付けた上型とベッド側の下型により所望の加工が行われた後、スライド１を上昇させると、同時にアキュムレータ１７に蓄積されている圧油はバランスシリンダ７，７のピストン側に大流量が流入する。これによりピストンは上方に押圧されるため、ピストンロッド７０，７０が突出してスライド１を上昇方向に押圧し、それによりスライド１は保有重量がバランスされ、上昇が補助される。したがって、省エネルギー条件下で高効率の高速上昇が可能となる。

そして、停電などの事故が生じたり、非常停止ボタンが操作されたりしたときには、前記切換弁１９の電磁部がオフとなる。これにより、ばね力で図示するＰ−Ａ接続状態となる。このときには、安全回路系１０の圧力がバランス回路系１２の圧力よりも高いので、これをシャトル弁２１により選択されることにより安全回路系１０の圧力が切換弁２０を通ってアングルチェック弁１９のピストン室１９０に作用し、ポペットのテーパー部でアングルチェック弁１９の２つのポートを閉止する。
これによりバランス回路系１２と安全回路系１０が遮断されるので、バランスシリンダ７，７のロッド室の圧力が増圧され、その圧力が反力としてスライド１に作用するのでスライド１は急停止される。したがって、停電時などにおけるスライドの落下事故が防止され、安全停止させられる。

また、何らかの原因で切換弁２０が破損すると、安全回路系１０が非常に高圧になる危険があるが、安全回路系１０に接続されているドレン配管系１１にリリーフ弁11があるため、最大圧力を抑えることができ、２重の安全を図ることができる。
また、バランスシリンダ７，７には安全弁１４、１４が接続されているので、安全回路系１０の配管が破損したときに、バランスシリンダ７，７のロッド側室と安全回路系１０とが遮断され、バランスシリンダ７，７のロッド側室に圧油が閉じ込められるので、スライド１を急停止させることができ、３重の安全を図ることができる。

図２は本発明をねじ・ナット型のモータ駆動型プレスに適用した実施例を示している。この実施例では、多リンク機構が用いられず、サーボモータ２と、サーボモータに連結された減速機構３と、減速機構の出力側に設けられた多条角ねじないしボールねじ軸(以下ボールねじ軸と称す)と、スライド１の上部に回転自由に埋め込まれ、ボールねじ軸に螺合されたナット５Ａで駆動系が構成されており、サーボモータ２の回転でナット５Ａが回動することによりスライド１が昇降されるようになっている。
他の構成は第１実施例と同様であるから、同じ部分に同じ符号を付し、説明は援用する。

図３は本発明をクランクとリンク機構を併用したモータ駆動型プレスに適用した実施例を示している。この実施例では、サーボモータ２と、これの出力軸の駆動ギヤ２６と、これと噛み合う減速ギヤ２７と、これの回転を伝達する中間ギヤ２８を有し、最終段の左右のギヤ２９、２９には偏心位置にリンク機構６の第１リンク６ａ、６ａが接続されており、サーボモータ２の駆動による最終段のギヤ２９，２９の回転でリンク機構６が前述したような動作を行うようになっている。
最終段のギヤ２９，２９が１方向回転することでスライド１の昇降工程を得る方式であるため、バランスシリンダ７，７は、ピストン側室にも安全弁１４´、１４´が設けられ、これらに安全回路系１０´が接続されている。そして、この安全回路系１０´にはドレン配管系１１´が接続され、安全回路系１０´には第１実施例と同様に切換弁２０とアングルチェック弁１９が介在されている。切換弁２０のポンプポートは分岐管路２５によりロッド側安全回路のパイロット管路と接続されている。
この実施例によれば、停電などに際して、バランスシリンダ７，７のロッド側とピストン側に通ずる安全回路１０，１０´の双方が働き、バランス回路系１２と遮断されるので、スライド１を的確に急停止することができる。

図４はクランクとリンク機構を併用したモータ駆動型プレスに適用し、かつリンク機構６を単一にしたもので、それ以外は第３実施例と同様であるから、説明は援用する。

なお、本発明は図示する態様に限定されるものではない。すなわち、実施例ではバランスシリンダ７，７のチューブがプレスフレームの上部たとえばクラウン部に固設され、ピストンロッドでスライド１を吊り下げる形式となっているが、これに代えて、図５で代表的に示すように、ベッド側やコラム側にスライドシリンダ７，７のチューブを固設し、スライド１からラム7０´をチューブ内に挿入し、あるいは図示しないが、スライドシリンダ７，７のチューブからピストンロッドを突出させてスライドに連結してもよい。

本発明による安全装置を適用したプレスの第１実施例を示す説明図である。 第２実施例のプレスの説明図である。 第３実施例のプレスの説明図である。 第４実施例のプレスの説明図である。 本発明におけるバランスシリンダの他の形式と配置を例示する説明図である。

符号の説明

１ スライド
２ サーボモータ
６ リンク機構
７ バランスシリンダ
１０，１０´ 安全回路
１１、１１´ ドレン配管系
１２ バランス回路系
１４，１４´ 安全弁
１６ リリーフ弁
１９ 切換弁
２０ アングル型チェック弁

Claims (2)

1. モータを駆動源としてスライドを昇降させ、アキュムレータとバランスシリンダ間の油の流通によりスライド重量を制御する形式のプレスにおいて、バランスシリンダと前記アキュムレータを結ぶ第１の配管系にチェック弁を介在させるとともに、非常時にチェック弁を断側に制御する切換弁を設け、 前記バランスシリンダに設けられ、前記バランスシリンダと前記第１の配管系との間を遮断し、前記バランスシリンダ内の油が前記第１の配管系に流出することを防止するダウンセイフティー弁を備えたことを特徴とするプレスの安全装置。
2. バランスシリンダとアキュムレータを結ぶ前記第１の配管系にドレン配管系が接続され、これにリリーフ弁が介在されている請求項１に記載のプレスの安全装置。
   

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