JP5091928B2

JP5091928B2 - 機械プレスのクラッチブレーキ制御装置

Info

Publication number: JP5091928B2
Application number: JP2009185363A
Authority: JP
Inventors: 良亘山田; 研二平石; 正裕高橋; 亮太横内
Original assignee: 住友重機械テクノフォート株式会社
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2029-08-10
Also published as: JP2011036876A

Description

本発明は、機械プレスのクラッチブレーキ制御装置に関する。機械プレスでは、スライドを上死点で正確に停止させるための進角制御が、正確なプレス動作をさせるために必要である。機械プレスでは、外部動力源の動力を、クランク軸を介してスライドに伝達・遮断するためのクラッチブレーキ装置が設けられている。クラッチブレーキ装置には、乾式と湿式があるが、本発明は湿式クラッチブレーキを用いた機械プレスのクラッチブレーキ制御装置に関する。

機械プレスの進角制御に関する従来技術として、特許文献１，２の技術がある。特許文献１，２の従来技術は、クランク角度を検出するエンコーダを備えており、エンコーダ出力に基づいてクランク角度すなわちスライド昇降位置をフィードバック制御するものである。

上記のフィードバック制御技術では、エンコーダからクランク上死点停止角度を検出し、それがオーバーランかアンダーランかを判断して、ブレーキのタイミングをオーバーなら早く、アンダーなら遅くなるようにフィードバック制御することでスライド停止位置を制御している。この角度指令を変える制御を進角制御という。

ところで、上記従来技術で、クランク上死点の停止精度を向上させようとした場合、角度設定を細かくする必要があり、結果としてエンコーダに設定するカムの数が増え、同時に配線が必要となり、ハード面でのコストに少なからず負荷をかけ、システムが複雑になるといった欠点があった。

また、機械プレスの起動停止を湿式クラッチブレーキで制御している場合、初期運転中と定常運転中に入った後では、スライドの停止位置が大きく異なる。その理由は、定常運転中は油温が安定しているのでフィードバック制御による限り制御性が良いが、起動直後は油温が低く、また油の初期温度は気候気温などの要素でも変化するので、結果として起動直後のスリップ角度はオーバーランとなり、その度合も一定でないため、制御性が劣るからである。

特開平０９−２２５６９６号公報特開平０８−１１８０９６号公報

本発明は上記事情に鑑み、制御装置を簡単に構成でき、外気温に影響されず、スライドの上死点での停止を正確に制御できる機械プレスのクラッチブレーキ制御装置を提供することを目的とする。

第１発明の機械プレスのクラッチブレーキ制御装置は、外部駆動源にクランク軸を接続・切断するクラッチ機構と、該クランク軸を制動・解放するブレーキ機構と、作動油の供給により前記クラッチ機構を接続してブレーキ機構を解放し、作動油の排出によりクラッチ機構を切断して前記ブレーキ機構を制動させるクラッチシリンダからなる湿式クラッチブレーキを備えており、該湿式クラッチブレーキによってスライドの上死点停止位置を制御する機械プレスにおいて、前記クラッチシリンダに作動油を給排する油路に介装されており、作動油の給排時圧力を制御する電磁駆動型サーボ制御弁と、前記電磁駆動型サーボ制御弁の弁位置切換えと目標圧力を電気量で指令する指令信号を出力するコントローラを備えており、前記電磁駆動型サーボ制御弁は、前記指令信号に基づき、前記クラッチシリンダへ作動油を供給する弁位置をとり、クラッチ機構を接続しつつブレーキ機構を解放していくソフトクラッチと、クラッチ機構を完全接続しブレーキ機構を完全解放するフルクラッチを選択し、また、前記クラッチシリンダから作動油を排出する弁位置をとり、ブレーキ機構で制動させつつクラッチ機構を切断していくソフトブレーキと、ブレーキ機構を完全制動しクラッチ機構を完全切断するフルブレーキを選択することができ、該コントローラは、前記スライドの上死点での停止位置を出力指令する進角制御手段を備えており、該進角制御手段による進角制御は、前記スライドの上死点停止位置を前記ソフトブレーキで実現し、かつソフトブレーキを実現する指令信号の電気量を大小に加減して、上死点停止位置を早めたり遅めるように制御することを特徴とする。
第２発明の機械プレスのクラッチブレーキ制御装置は、第１発明において、前記進角制御手段による進角制御は、プレス起動直後の初期運転中において、クラッチブレーキの冷却油温に基づいてフィードフォワード制御を行うことを特徴とする。
第３発明の機械プレスのクラッチブレーキ制御装置は、第１発明において、前記進角制御手段による進角制御は、プレス起動直後の初期運転中は、クラッチブレーキの冷却油温に基づいてフィードフォワード制御を行い、初期運転に続く定常運転中は、スライド実停止位置に基づいてフィードバック制御を行うことを特徴とする。
第４発明の機械プレスのクラッチブレーキ制御装置は、第２または第３発明において、前記湿式クラッチブレーキ内の冷却油温を検出する油温センサを備えており、前記進角制御手段によるフィードフォワード制御は、プレスの運転回数と前記油温センサの検出した冷却油温を制御ファクターとして、指令信号の電気量を選択することを特徴とする。
第５発明の機械プレスのクラッチブレーキ制御装置は、第３発明において、前記スライドの上死点停止位置を検出する停止位置センサを備えており、前記進角制御手段によるフィードバック制御は、前記停止位置センサで検出したスライドの実停止位置に基づき、指令信号の電気量を加減することを特徴とする。

第１発明によれば、コントローラから電磁駆動型サーボ制御弁へ出力する指令信号の電気量を変えるだけで、スライド上死点停止位置を早めにも遅めにも制御できるので、従来技術で必要としていた多数のカムは必要でなく、プレス構造が簡単となる。また、スライドの上死点停止をソフトブレーキで行うので、停止時の衝撃・騒音が小さくなり、プレスの寿命が延び労働環境が改善される。
第２発明によれば、プレスの初期運転中は、冷却油温が低いが、その後の油温上昇傾向とオーバーラン傾向に基づき、停止位置の補正量が予測できるので、フィードフォワード制御によりスライド上死点での停止を許容範囲内に収めるよう制御することができる。
第３発明によれば、プレス初期運転中では、フィードフォワード制御の方がオーバーランやその後のオーバーラン量の減少傾向を見込んだ制御を行えて、スライドの停止位置を許容範囲に収めるように制御できる。プレス定常運転中では、フィードバック制御の方がスライドの実停止位置をフィードバックさせるのでスライド停止位置を正確に制御できる。
第４発明によれば、プレスの運転回数に応じて変化し、また冷却油温に応じて変化するスライドの上死点停止位置を、油温センサで検出した冷却油温とプレス運転数から割り出して修正する方向に指令信号の電気量を選択できるので、スライドの停止位置を許容範囲内に良く収めることができる。
第５発明によれば、停止位置センサでスライドの実停止位置を検出したうえで、本来の停止位置に近づけるよう指令信号の電気量を加減できるので、スライドの上死点停止位置を精度よく制御できる。

本発明の一実施形態における機械プレスのクラッチブレーキ制御装置の油圧回路図および制御回路図である。図１のクラッチブレーキ制御装置におけるスライド停止動作の説明図である。プレス動作の説明図であって、（Ａ）はクラッチシリンダ２５の目標圧力（Ｌ２）と実圧力（Ｌ３）を示す圧力線図であり、（Ｂ）はサーボ制御弁Ｖ１の開閉タイミングチャートである。本発明のクラッチブレーキ制御方法の説明図である。本発明におけるフィードフォワード制御に用いられる制御回数と油温の関係図である。本発明におけるフィードフォワード制御のフローチャートである。本発明におけるフィードバック制御のフローチャートである。進角制御動作を示す目標圧力（Ｌ２）と実圧力（Ｐ３）の圧力線図である。本発明のクラッチブレーキ制御装置が適用される湿式クラッチブレーキの構造説明図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、本発明が適用される湿式クラッチブレーキの一例を図９に基づき説明する。
符号Ａは機械プレスのクランク軸、Ｂは駆動軸であり、この駆動軸Ｂと前記クランク軸Ａとは遊星歯車減速機Ｃを介して連結されている。Ｄはプレスフレームに取付けられた固定部材である。

前記固定部材Ｄの外周には、フライホイールＦが、回転可能に取付けられている。また、フライホイールＦにはベルト車Ｅが同軸に固定されており、外部駆動源であるメインモータで回転されるようになっている。そして、このベルト車Ｅと前記駆動軸Ａとの間には、両者を接続・切断し制動・解放する湿式クラッチブレーキ１０が設けられている。

前記湿式クラッチブレーキ１０は、クラッチ機構１５、ブレーキ機構２０、クラッチシリンダ２５からなる。
このクラッチシリンダ２５は、駆動軸Ｂ内に形成した油路28aと、駆動軸Ｂの先端に取付けたロータリジョイント２９と油路３２によって外部の油圧源に接続されている。

前記クラッチ機構１５は、ベルト車Ｅ側に連結されたクラッチハウジング１６と駆動軸Ｂにキー等で固定されたクラッチボス１７とを有しており、クラッチハウジング１６にスプライン結合されたディスク１８とクラッチボス１７にスプライン結合されたディスク１８が交互に隣り合って配置されている。
前記ブレーキ機構２０は、プレスの固定部材Ｄに連結されたブレーキハウジング２１と駆動軸Ｂにキー等で固定されたブレーキボス２２とを有しており、ブレーキハウジング２１にスプライン結合されたディスク２３とブレーキボス２２にスプライン結合されたディスク２３が交互に隣り合って配置されている。

前記ディスク１８と前記ディスク２３には、駆動軸Ｂ内に形成した油路28bと前記ロータリジョイント２９と外部の冷却油路３４から冷却油が供給されるようになっている。なお、その冷却油は冷却油路３４に接続されたクーラーで冷却されるようになっている。

クラッチシリンダ２５は、ピストン２６と油室２７とで構成されている。
ピストン２６は前記駆動軸Ｂの軸方向において、前記クラッチ機構１５と、前記ブレーキ機構２０との間に設けられている。このピストン２６とブレーキボス２２側との間には、液密に密閉された油室２７が形成されており、この油室２７には、前記油路28aを介して作動油が供給されるようになっている。
一方、前記ピストン２６とクラッチボス１７との間には、ブレーキバネ２４が配設されている。このブレーキバネ２４はピストン２６を常時ブレーキ機構２０側に押し付け、ブレーキを効かせるものである。

上記湿式クラッチブレーキ１０のクラッチ動作とブレーキ動作を説明する。
クラッチシリンダ２５の油室２７に油が供給されていない状態では、ピストン２６はブレーキバネ２４によって図中左方に向かって付勢される。このとき、ブレーキ機構２０のディスク２３は互いに密着してブレーキが効き、クラッチ機構１５のディスク１８は互いに離間してクラッチが切れた状態となる。すると、駆動軸Ｂもクランク軸Ａも回転を停止する。この状態を、フルブレーキという。なお、フルブレーキには至らないが、ある程度ブレーキが効く状態を、半ブレーキという。

逆に、クラッチシリンダ２５の油室２７に作動油を供給すると、ピストン２６は油室２７内の油圧によって図中右方に向かって付勢される。つまり、ブレーキバネ２４を圧縮しつつ、ブレーキ機構２０のディスク２３は互いに離間してブレーキが解放され、クラッチ機構１５のディスク１８は互いに密着してクラッチが接続した状態となる。
すると、駆動軸Ｂはベルト車Ｅからの動力を受けて回転し、その回転が遊星歯車減速機Ｃを介してクランク軸Ａに伝えられるので、クランク軸Ａが起動回転する。この状態を、フルクラッチという。なお、フルクラッチには至らないが、ある程度クラッチが接続している状態を半クラッチという。

以上のように、湿式クラッチブレーキ１０は、クラッチシリンダ２５の油室２７への作動油を給排することにより、外部動力のクランク軸Ａに対する接続・切断を制御することができる。また、その供給圧力を制御することにより、クラッチの半接続（つまり、半クラッチ）もブレーキの半制動（つまり、半ブレーキ）も制御することができ、さらに、半クラッチおよび半ブレーキの程度も連続的に変えることができる。

つぎに、上記湿式クラッチブレーキ１０を制御するための油圧制御装置を説明する。
図１は本発明の一実施形態における機械プレスのクラッチブレーキ制御装置を示す油圧回路図および制御回路図である。

図１に示すクラッチシリンダ２５、クラッチ機構１５、ブレーキ機構２０は、図９で解説したものである。
このクラッチシリンダ２５の油室２７には、油圧源３１から作動油が既述の油路３２を介して給排されるようになっている。３３はタンクである。
Ｖ１は電磁駆動型サーボ制御弁（以下、サーボ制御弁という）であって、前記油路３２に介装されている。

前記サーボ制御弁Ｖ１とクラッチシリンダ２５間の油路３２には圧力センサ３５が接続されている。この圧力センサ３５はクラッチシリンダの油室２７内の作動油圧力を検出するものである。
なお、圧力センサ３５は、クラッチシリンダ２５により近いロータリジョイント２９などに取付けてもよい。要するに、クラッチシリンダ２５内の作動油圧力を検出することができれば、どこに取付けてもよいものである。

油温センサ３６は、前記クラッチ機構１５内のディスク（図９の１８）の冷却油および前記ブレーキ機構２０内のディスク（図９の２３）の冷却油の油温を検出するものである。この油温センサ３６は、冷却油の油温を検出できる位置、たとえば、冷却油用の戻り油路３８（図９参照）などに設けられる。

前記サーボ制御弁Ｖ１は、４ポート３位置の方向制御弁であって、スプリングセンタ付勢電磁駆動型の高速リニアサーボ弁である。
このサーボ制御弁Ｖ１は、給排時の作動油圧力を制御する圧力制御サーボ弁であり、圧力センサ３５で検出した現在圧力と目標圧力との圧力差（圧力偏差）の大小に比例して弁開度が大小に変わるものである。ただし、制御入力として圧力をそのまま使わず、圧力を電圧に変換して制御用指令信号としているため、圧力センサ３５で検出した現在圧力（現在電圧）と目標圧力（目標電圧）との圧力偏差（電圧偏差）の大小に比例して弁開度が大小に変わるものである。

したがって、制御用指令信号の電圧偏差がプラス側に大きいと弁開度が大きくなってクラッチシリンダ２５への作動油供給量が多くなり、電圧偏差がマイナス側に大きいと作動油排出量が多くなるので、いずれの場合もクラッチシリンダ２５の伸縮動作が早くなる。

反対に、制御用指令信号の電圧偏差がプラス側に小さいと弁開度が小さくなってクラッチシリンダ２５への作動油供給量が少なくなり、電圧偏差がマイナス側に小さいと作動油排出量が少なくなるので、いずれの場合もクラッチシリンダ２５への伸縮動作が遅くなる。もちろん、大きい電圧偏差と小さい電圧偏差の間で連続的に変えると、その電圧偏差に比例した弁開度となるので、クラッチシリンダ２５の伸縮動作を早くも遅くも変えることができる。
なお、制御入力である圧力が電流に変換される場合は、制御用指令信号は電流となるので、電流偏差の大小で開閉制御するサーボ制御弁を用いるとよい。

図１に示す状態のサーボ制御弁Ｖ１は、目標圧力と圧力センサ３５で検出した現在圧力が一致した圧力偏差が０の状態のときは中立位置IIIとなり、全てのポートがブロックされ、クラッチシリンダ２５内の油室２７から作動油が排出されず、油室２７内は一定圧に保たれることになる。

目標圧力（目標電圧）を高くすると圧力偏差（電圧偏差）がプラスになるため、図１に示すようにサーボ制御弁Ｖ１は、供給位置Ｉへ切換り、油圧源３１がクラッチシリンダ２５の油室２７に連通され、油室２７に作動油が供給されるので、その内部圧力が目標圧力まで上昇しようとする。すると、ピストン２６が図中右方向へ動き、ブレーキバネ２４の圧縮力に抗してクラッチを接続し、ブレーキを解除する。

目標圧力（目標電圧）を低くすると圧力偏差（電圧偏差）がマイナスになるため、図２に示すように、サーボ制御弁Ｖ１は排出位置IIへ切換り、タンク３３にクラッチシリンダ２５の油室２７が連通して、油室２７から作動油が排出されて、その内部圧力が目標圧力まで低下しようとする。すると、ブレーキバネ２４の圧縮力によってピストン２６が図中左方向へ動き、ブレーキを作動させ、クラッチを切断する。

上記の供給位置Ｉヘの切換え、また、排出位置IIへの切換えは、目標圧力（目標電圧）の設定により連続的に行え、サーボ制御弁Ｖ１から排出する作動油の圧力も目標圧力（目標電圧）の設定により連続的に変えることができる。

図１に示すプレスの駆動軸Ａの偏心部には、コネクティングロッドＲの上端部が回転自在に支持され、コネクティングロッドＲの下端部にはピンＰを介してスライドＳが取付けられている。よって、駆動軸Ａが１回転すると、スライドＳが下降して上昇する１回分のプレス動作が行われる。
図示の位置がスライドＳ（および駆動軸Ａ）の上死点位置であり、この上死点位置を検出するためエンコーダ等の位置検出器４６が設けられている。
この位置検出器４６は、上死点位置のみ検出できればよく、エンコーダを用いた場合でも、上死点で当るカムを１個備えることで足りる。

４０は前記サーボ制御弁Ｖ１を制御するコントローラである。このコントローラ４０は、つぎのように構成されている。
４１は演算部で、これには、位置検出器４６から得たスライドＳの上死点付近における実際の停止位置（以下、実停止位置という）、圧力センサ３５から得たクラッチシリンダ２５の油圧検出値（現在圧力）、油温センサ３６から得たディスク１８，２３まわりの油温および後述する指令信号（目標圧力であるブレーキ圧力指令値、すなわち目標電圧）が入力されるようになっている。増幅器４２は、演算部４１の演算結果に応じた指令信号をサーボ制御弁Ｖ１のソレノイドV1sに送るものである。この指令信号によりサーボ制御弁Ｖ１が開閉制御される。

演算部４１およびプレス動作制御手段４４と進角制御手段４５はコンピュータプログラム等で構成された制御手段である。
プレス動作制御手段４４は、プレス動作全体（起動から停止まで）をクラッチシリンダ２５の圧力に基づいて制御するものである。進角制御手段４５はスライド上死点停止位置の修正制御を行うものであり、ディスク１８，２３の冷却油温に基づいてフィードフォワード制御（以下、ＦＦ制御と略称することがある）する進角制御と、スライドＳの実停止位置に基づいてフィードバック制御（以下、ＦＢ制御と略称することがある）する進角制御の二つを実行する。

上記のコントローラ４０からの指令信号に基づき、サーボ制御弁Ｖ１をＩ位置にすると（図１の状態）、クラッチシリンダ２５の油室２７に作動油が供給され、ブレーキを解除しクラッチを接続する方向にクラッチシリンダ２５を作動させる。また、コントローラ４０からの指令信号に基づき、サーボ制御弁Ｖ１を排出位置IIとすれば（図２の状態）、クラッチシリンダ２５から作動油が排出され、ブレーキバネ２４の弾発力によってブレーキが効きクラッチが切断する方向にクラッチシリンダ２５が作動する。

図２は上記のブレーキ動作を示している。そして、既述のごとく、サーボ制御弁Ｖ１の弁開度を大きくして、作動油排出量（単位時間当り）を多くすれば、早くピストン２６がブレーキ側へ動いて急制動ができ、弁開度を小さくして作動油排出量（単位時間当り）を少なくすればピストン２６がゆっくりとブレーキ側へ動いて緩制動ができる。もちろん、弁開度の大小は指令信号の電圧値の大小で制御することができる。

（プレス動作）
つぎに、図３に基づき、プレスの全体動作を説明する。
なお、以下の実施形態では、クラッチシリンダ２５のブレーキ圧力指令値（つまり目標圧力）を以下のように設定しているが、これはブレーキバネ２４の仕様等によって変動するものであり、あくまでも一例である（図３（Ｂ）参照）。
ａフルブレーキ圧：０kgf/ｃｍ²
クラッチ機構を切断してブレーキ機構を制動させるフルブレーキ動作を行わせる圧力
ｂソフトブレーキ圧：12.5kgf/ｃｍ²
ブレーキ機構に半ブレーキ動作を行わせる圧力
ｃソフトクラッチ圧：５０kgf/ｃｍ²
クラッチ機構に半クラッチ動作を行わせる圧力
ｄフルクラッチ圧：７０kgf/ｃｍ²
クラッチ機構を接続してブレーキ機構を解放するフルクラッチ動作を行わせる圧力

そして、プレスの１サイクルの間で、サーボ制御弁Ｖ１の圧力制御は、つぎのシーケンスで繰り返される。
ａフルブレーキ圧→ｃソフトクラッチ圧→ｄフルクラッチ圧→ｂソフトブレーキ圧→ａフルブレーキ圧。以後はこの順を繰り返す。

上記のバルブ開閉動作に基づく、クラッチブレーキの動作を図３（Ａ）に基づき説明する。
線Ｌ１（細線）は機械プレスのスライドＳの一サイクルを示し、Ｕｄは上死点、Ｌｄは下死点を示している。
線Ｌ２（太点線）はサーボ制御弁Ｖ１で与えるクラッチシリンダ２５の目標圧力を示している。
まず、図３（Ｂ）のバルブ開閉タイミングチャートと図３（Ａ）の目標圧力Ｌ２（点線）に基づき、サーボ制御弁Ｖ１の指令動作を説明する。この指令動作に基づくクラッチシリンダ２５の実動作は後述する。

Ｉ：ソフトクラッチ圧の指令
クランク軸（およびプレススライド）が上死点Ｕｄで停止している間に、ソフトクラッチ圧への目標圧力をステップ応答で指令する。

II：フルクラッチ圧の指令
クランク軸（およびプレススライド）が上死点Ｕｄから少し動いた後、下死点Ｌｄの前の間で、フルクラッチ圧力への目標圧力をステップ応答で指令する。

III：ソフトブレーキ圧の指令
クランク軸（およびプレススライド）が下死点Ｌｄに達した後、上昇している間に、ソフトブレーキ圧への目標圧力をステップ応答で指令する。このソフトブレーキ圧はスライドＳが上死点で停止した後も続ける。すなわち、スライドＳの上死点での停止は、ブレーキ機構２０のソフトブレーキで実施する。

IV：フルブレーキ圧の指令
スライドＳが上死点Ｕｄで停止した後で、フルブレーキ圧への目標圧力指令する。すなわち、０圧を指令する。

つぎに、クラッチシリンダ２５によるブレーキ制御とクラッチ制御の実動作を図３（Ａ）の圧力線図に基づき、説明する。なお、同図において、線Ｌ３（太実線）およびＰ０〜Ｐ９はクラッチシリンダ２５の油室２７内の実圧力を示している。
（Ｉフルブレーキ状態）
クラッチシリンダ２５の実圧力が０近辺のときクラッチシリンダ２５のピストン２６はブレーキバネ２４の付勢力によってブレーキ機構２０側にフルストロークしている。すなわち、フルブレーキ状態である。なお、サーボ制御弁Ｖ１はII位置である。

（Ｉフルブレーキ → II半クラッチへ）
点線Ｌ２で示すソフトクラッチ圧の目標圧力指令があると、プラスの圧力偏差（電圧偏差）が生じサーボ制御弁Ｖ１がＩ位置に切り替わって開弁し、ソフトクラッチ圧の作動油がクラッチシリンダ２５に供給される。これにより、クラッチシリンダ２５内の圧力はやや遅れて急激に立上る。圧力がＰ０点に上昇してからピストン２６が動きはじめ、同時にブレーキバネ２４が押し戻され始める。その後も圧力が立上り、Ｐ１点でピストン２６がクラッチ側に移動してブレーキバネ２４と吊り合ったときピストン２６のストロークが停止する。その後圧力はＰ２まで上昇しこの状態では、ディスク１８同士が接触し、圧力差（Ｐ２−Ｐ１）の力でクラッチディスクを押すクラッチトルクに相当するクラッチが効いた半クラッチ状態となる。
この半クラッチ状態になると、スライドＳが上死点から下降し始める。

（II半クラッチ → IIIフルクラッチ）
目標圧力としてフルクラッチ圧を指令すると、サーボ制御弁Ｖ１がその圧力偏差（電圧偏差）に相当する弁開度となり、フルクラッチ圧に上昇させた作動油がクラッチシリンダ２５に供給される。これにより、目標圧力の指令より少し遅れて（Ｐ３点）、クラッチシリンダ２５内の圧力が急上昇して、クラッチシリンダ２５内はフルクラッチ圧になる（Ｐ４点）。この結果、ピストン２６をクラッチ側にフルストロークさせクラッチを完全接続する。また、ブレーキバネ２４は圧縮され、ブレーキは完全開放される。この状態になると、スライドにはクランク軸Ａの回転駆動力がフルに伝えられ、スライドは高速下降する。

（IIIフルクラッチ → IV半ブレーキ）
スライドＳが下死点Ｌｄに至り、プレス加工を終えると上死点に向けて上昇しはじめる。この下死点Ｌｄを越えてから目標圧力としてソフトブレーキ圧を指令する。これにより、マイナスの圧力偏差（電圧偏差）によりサーボ制御弁Ｖ１がII位置に切り替えられ、かつ、圧力偏差（電圧偏差）に相当する弁開度となりソフトブレーキ圧力で維持される。このとき、クラッチシリンダ２５内の圧力が、ソフトブレーキ圧に下降するように排出される（図２参照）。

このように、目標圧力の指令より少し遅れてクラッチシリンダ２５内の圧力が低下しはじめ（Ｐ５点）、その圧力がＰ６点に低下するとピストン２６が動きはじめる。そして、圧力がＰ７点になるとピストン２６はブレーキ側ストローク端でブレーキバネ２４と吊り合って、その後圧力降下して、Ｐ８点になると圧力差（Ｐ７−Ｐ８）に相当するブレーキバネ２４によるブレーキが効いてくる。この状態が半ブレーキ状態である。
この半ブレーキの間にスライドＳは下死点から上昇に転じているので、その上昇速度が制動されていき、上死点Ｕｄに至ると、この半ブレーキ状態でスライドＳは完全停止して保持される。つまり、スライドＳの上死点停止後も半ブレーキ状態が継続する。

（IV半ブレーキ → Ｉフルブレーキ）
スライドが上死点で停止した後、目標圧力としてフルブレーキ圧０kgf/ｃｍ²を指令すると、サーボ制御弁Ｖ１はII位置のままでマイナスの圧力偏差（電圧偏差）に相当する弁開度となり、これにより、クラッチシリンダ２５内の圧力は、急激に低下しはじめ（Ｐ９点から）、後にフルブレーキ圧、すなわち０kgf/ｃｍ²となる。この状態ではピストン２６はブレーキバネ２４でブレーキ機構２０側にフルストロークしており、フルブレーキが効いている。

通常のプレス動作は、以上のクラッチブレーキ動作を順に行うことにより、実行される。そして、本実施形態ではスライドＳの停止をソフトブレーキで実行するため、スライドＳの停止に衝撃や騒音が発生せずプレス寿命が延びる。また、静かにプレスを運転できるので労働環境が改善されるという利点がある。しかもソフトブレーキ圧はサーボ制御弁Ｖ１の目標圧力（目標電圧）を変更するだけで簡単に弁開度を連続的に変化させることができるので、プレス動作の制御が簡単に行える。

（進角制御）
つぎに、本実施形態におけるプレスの進角制御を説明する。
機械プレスのスライド停止動作には、つぎのような傾向のあることが、本発明者の研究により見出されている。
機械プレスの起動初期はブレーキ機構２０およびクラッチ機構１５のディスク２３，１８の冷却油温度が低いため粘性が高く、ブレーキディスク２３が滑りやすいので、スライドは上死点を越えて停止するオーバーランが生じやすい。その後、プレスの運転に伴い冷却油温が少しづつ上昇していくと冷却油の粘性が低くなってオーバーラン量が少なくなってくる。そして、起動してから数回のプレス動作を行い定常運転に入ると冷却油温が上昇し、一定の範囲で安定するので、クラッチディスク１８およびブレーキディスク２３の摩擦接触とクラッチシリンダ２５の動きはほぼ安定するようになる。

上記の背景を踏まえ、図４に示すように、本発明のクラッチブレーキ制御では、プレスの初期運転中はディスク１８，２３の冷却油温を制御ファクターとして用いＦＦ制御を行い、定常運転中はスライドの実停止位置を制御ファクターとしてＦＢ制御を行うようにしている。
プレス初期運転中では、ＦＦ制御の方がオーバーランやその後のオーバーラン量の減少傾向を見込んだ制御を行えて、スライドの停止位置のずれを許容範囲に収めるように制御できる。そして、プレス定常運転中では、ＦＢ制御の方がスライドの実停止位置をフィードバックさせるのでスライド停止位置を正確に制御できる。
プレス初期運転中に該当する運転回数は、３〜１０回位であり、その後は定常運転に入る。

（ＦＦ制御）
つぎに、プレス初期運転中のＦＦ制御を説明する。
ＦＦ制御では、油温センサ３６の検知したディスク１８，２３用の冷却油温ｔを制御ファクターとしてサーボ制御弁Ｖ１に圧力指令電圧Ｖ（指令信号）を出力する。図５は油温センサ３６で検出したディスク１８，２３用の冷却油温ｔと、連続運転回数Ｎに対応付けられた圧力指令電圧Ｖの補正値ｖ_０´〜ｖｉ´・・・ｖ_０ ^（ｎ）〜ｖｉ^（ｎ）を示している。

図５中でＮはプレスの連続運転回数（ショット数）である。この回数は５回を採用する例が多いが、条件によっては３回〜１０回以上の数値が選ばれる。
冷却油温ｔに対応する圧力指令電圧Ｖは連続的に対応させるのではなく、幾つかの区分に対応付けられている。表ではｔ_１、ｔ_２・・・ｔｉと表記しているが、５〜１０°位のきざみで分けるのが実際的である。

連続運転数Ｎと冷却油の温度ｔに対応付けてサーボ制御弁Ｖ１に与える圧力指令電圧Ｖ（指令信号）の補正値もｖ_０´〜ｖｉ´からｖ_０ ^（ｎ）〜ｖｉ^（ｎ）を定めている。この補正値は、もちろん実機のデータから得られたオーバーランの始まりとその量に対応させて決定すればよい。
圧力指令電圧Ｖの演算式は、図６の右欄にも示すように、Ｖ＝設定指令電圧ｖ−補正値ｖ´・・・である。

ＦＦ制御の手順は、つぎのとおりである。
図６に示すように、プレスが運転をスタートし、連続運転に入ると（111）、まず初期運転中か否かを判定する（112）。すなわち、運転回数がＮ（多くは１０回）以下なら、初期運転中としてＦＦ制御を開始する。

ＦＦ制御に入ると、連続運転スタート時の冷却油温度を判定するステップ（113）に進み、連続運転回数（114）に対応した圧力指令電圧Ｖを演算する（115）。連続運転スタート時の冷却油温度がｔ＜ｔ_１で連続運転回数が１のとき、圧力指令電圧Ｖを補正値ｖ_０´を用いて演算する。以下の運転回数においても同様にして、Ｎ回まで圧力指令電圧Ｖを補正値を用いて演算して出力する。各ステップの演算式は既述のとおり、図６の右欄に示している。

このＦＦ制御における圧力指令電圧Ｖは、運転回数Ｎとを油温ｔに対応付けてオーバーランと、その減少傾向を解消するようサーボ制御弁Ｖ１の弁開度を制御する。
この制御内容を図８に基づき説明する。ソフトブレーキをステップ応答で指令する（Ｌ２参照）と、Ｐ５点から圧力低下しはじめ、Ｐ６点でクラッチシリンダ２５のピストン２６が動きはじめ、Ｐ７点でピストン２６がブレーキバネ２４と吊り合い、Ｐ８点になるとＰ７−Ｐ８の圧力差でブレーキが効いてくることは、図３で既述したとおりである。

いま、Ｐ５からＰ１０の圧力変動は実線で示した基準値、つまり圧力指令電圧Ｖ＝設定指令電圧ｖのときで説明している。この圧力変動のＰ５からＰ８の間は、現在圧力と目標圧力の間の偏差Ｄｐと考えてよい。既述のごとく、この偏差Ｄｐが大きいと、サーボ制御弁Ｖ１は、弁開度が大きくなり、偏差Ｄｐが小さいと弁開度が小さくなる。そして、圧力Ｐ７と圧力Ｐ８の間は、実際に発揮されるブレーキ力Ｂｆに対応している。

図８において、ソフトブレーキの指令圧力を下げると、現在圧力と目標圧力との間の偏差Ｄｐが大きくなるので、サーボ制御弁Ｖ１の弁開度が大きくなり、クラッチシリンダ２５の油室２７からの排油も早く行われるので、ソフトブレーキ圧がＰ８Ｌまで下がり、かつＰ５からＰ８Ｌに至る圧力変動も早くなる。つまり、圧力線が２点鎖線で示したように実線位置よりも左に寄る。この現象は、ソフトブレーキが早く効くことを意味している。さらにＢｆが大きくなることでブレーキ力が強くなり、スライドの停止を早めることができる。

ＦＦ制御では、圧力指令電圧Ｖを設定指令電圧ｖから補正値ｖ_０´〜ｖｉ^（ｎ）を引くことで求めているが、これは、図８に示す偏差Ｄｐを大きくし、ソフトブレーキ圧Ｐ８を下方に（たとえば、Ｐ８Ｌに）下げることであるので、同時にブレーキ力Ｂｆも大きくなりスライドの上死点停止を早めることになる。
このようなソフトブレーキ圧の下方修正を冷却油温ｔに対応させて行わせることで、油温ｔが安定してない運転初期であっても、スライドの上死点停止位置を予測して、これを許容範囲に収めることができる。

つぎに、プレス定常運転中のＦＢ制御を説明する。
プレスの連続運転回数がＮを超えると（図６のステップ112）、定常運転に入る。この場合、ソフトブレーキの圧力指令電圧Ｖは設定指令電圧ｖと一致しているのが基本である（図６のステップ118）。これ以降は、スライドの実停止位置に基づき、ＦＢ制御を行う。

図７に示すように、定常運転に入った後はスライドが上死点で停止する度に（211）、エンコーダ４６よりスライド停止位置（停止角度）を取り込む（212）。そして、停止角度がオーバーランかアンダーランかを判定する（213）。５°以上をオーバーラン、355°以下をアンダーラン、355°〜５°を設定範囲内とすることが多い。ついで、アンダーランの連続停止回数Ｍがｍ回以下か、またオーバーランの連続停止回数Ｋがｍ回以下かを判定し（214）、ｍ回以下であれば、そのまま運転を続ける。停止角度がアンダーランでもオーバーランでもない範囲内であれば、カウント数（ＭまたはＫ）をリセットする。

アンダーランしているときは、その連続停止回数Ｍをカウントし（221）、アンダーランの連続停止回数がｍ回以下かを判定する（222）。ｍ回を越えていれば、ブレーキ圧力指令電圧を高める演算（Ｖ＝ｖ＋α）を行う（223）。補正値αは実機のデータが得られた圧力指令電圧とスリップ角度の関係から決定すれば良い。この場合、高電圧の指令信号を出力するので、図８に示す現在圧力と目標圧力との間の圧力偏差Ｄｐが小さくなることを意味する。このときサーボ制御弁Ｖ１は弁開度が小さくなり、クラッチシリンダ２５の油室２７からの排油量が少なくなり排油も遅くなるので、図８に示すソフトブレーキ圧がＰ８からＰ８Ｈまで上昇し、かつＰ５からＰ８Ｈに至る圧力変動も遅くなる。つまり、圧力線が１点鎖線で示したように実線位置よりも右に寄る。この現象は、ソフトブレーキが遅く効くことを意味している。さらにＢｆが小さくなることでブレーキ力が弱くなるので、スライドの停止を遅らせることができる。このため、アンダーランが解消される。

オーバーランしているときを再び図７に基づき説明する。オーバーランの連続停止回数Ｋをカウントし（231）、オーバーランの連続停止回数がｍ回以下かを判定する（232）。ｍ回を越えていれば、ブレーキ圧力指令電圧を低める演算（Ｖ＝ｖ−α）を行う（233）。この場合の補正値αも実機のデータから得られた圧力指令電圧とスリップ角度の関係から決定した値である。この場合、低電圧の指令信号を出力するので、図８に示す実線よりも低い圧力線図（たとえば、Ｐ７Ｌ〜Ｐ８Ｌ）のソフトブレーキ圧を生成する。このとき、既述のごとく圧力偏差Ｄｐが大きくなり早く効きブレーキ力Ｂｆも大きくなるので、スライドは早めに停止し、オーバーランが解消される。

以上のように定常運転に入った後はスライドの実停止位置に基づきＦＢ制御をするので、季節の違いや外気温によって冷却油温度が変動した場合でも、それらに左右されず、定常運転中のスライド停止位置を正確に保ち続けることができる。

つぎに、本発明の他の実施形態を説明する。
上記実施形態では、プレスが定常運転に入った後はＦＢ制御を行ったが、必ずしもこのＦＢ制御を行わなくてもよい。
つまり、定常運転に入った後は、冷却油温度は割合安定しているので、スライドの上死点停止位置はさほど変化せず、とくに制御しなくても許容範囲に収まることがあるからである。本発明には、定常運転において特別なスライド停止位置制御をしないものも含まれる。

１０湿式クラッチブレーキ
１５クラッチ機構
２０ブレーキ機構
２４ブレーキバネ
２５クラッチシリンダ
３５圧力センサ
Ｖ１サーボ制御弁
４０コントローラ
４４プレス動作制御手段
４５進角制御手段

Claims

外部駆動源にクランク軸を接続・切断するクラッチ機構と、該クランク軸を制動・解放するブレーキ機構と、作動油の供給により前記クラッチ機構を接続してブレーキ機構を解放し、作動油の排出によりクラッチ機構を切断して前記ブレーキ機構を制動させるクラッチシリンダからなる湿式クラッチブレーキを備えており、該湿式クラッチブレーキによってスライドの上死点停止位置を制御する機械プレスにおいて、
前記クラッチシリンダに作動油を給排する油路に介装されており、作動油の給排時圧力を制御する電磁駆動型サーボ制御弁と、
前記電磁駆動型サーボ制御弁の弁位置切換えと目標圧力を電気量で指令する指令信号を出力するコントローラを備えており、
前記電磁駆動型サーボ制御弁は、前記指令信号に基づき、
前記クラッチシリンダへ作動油を供給する弁位置をとり、クラッチ機構を接続しつつブレーキ機構を解放していくソフトクラッチと、クラッチ機構を完全接続しブレーキ機構を完全解放するフルクラッチを選択し、また、
前記クラッチシリンダから作動油を排出する弁位置をとり、ブレーキ機構で制動させつつクラッチ機構を切断していくソフトブレーキと、ブレーキ機構を完全制動しクラッチ機構を完全切断するフルブレーキを選択することができ、
該コントローラは、前記スライドの上死点での停止位置を出力指令する進角制御手段を備えており、該進角制御手段による進角制御は、
前記スライドの上死点停止位置を前記ソフトブレーキで実現し、かつソフトブレーキを実現する指令信号の電気量を大小に加減して、上死点停止位置を早めたり遅めるように制御する
ことを特徴とする機械プレスのクラッチブレーキ制御装置。
前記進角制御手段による進角制御は、プレス起動直後の初期運転中において、クラッチブレーキの冷却油温に基づいてフィードフォワード制御を行う
ことを特徴とする請求項１記載の機械プレスのクラッチブレーキ制御装置。
前記進角制御手段による進角制御は、
プレス起動直後の初期運転中は、クラッチブレーキの冷却油温に基づいてフィードフォワード制御を行い、
初期運転に続く定常運転中は、スライド実停止位置に基づいてフィードバック制御を行う
ことを特徴とする請求項１記載の機械プレスのクラッチブレーキ制御装置。
前記湿式クラッチブレーキ内の冷却油温を検出する油温センサを備えており、
前記進角制御手段によるフィードフォワード制御は、プレスの運転回数と前記油温センサの検出した冷却油温を制御ファクターとして、指令信号の電気量を選択する
ことを特徴とする請求項２または３記載の機械プレスのクラッチブレーキ制御装置。
前記スライドの上死点停止位置を検出する停止位置センサを備えており、
前記進角制御手段によるフィードバック制御は、前記停止位置センサで検出したスライドの実停止位置に基づき、指令信号の電気量を加減する
ことを特徴とする請求項３記載の機械プレスのクラッチブレーキ制御装置。