JP5222956B2 - スクリュープレス用二重加力ラム駆動装置 - Google Patents

Description

本特許出願は、２００７年９月１４日に出願された仮特許出願第６０／９７２，４３６号「ファスナープレスのためのセットアップシステム」及び、優先権主張に係る２００７年９月１４日に出願された仮特許出願第６０／９７２，４４７号「ねじプレスのためのデュアルフォースラムドライブ」に関連する。

本発明は正確なラム位置制御のための電気サーボモータを利用するファスナープレスに関する。より具体的には、本発明はクラッチ型駆動機構を使用し、制御装置により調整される高加力駆動モータおよび低加力駆動モータを別々に有するサーボモータ駆動ラムに関する。

ファスナー挿入プレスにとって望ましい特徴は高速と、高加力である。これらの特徴を達成するため、単一駆動ユニットは実用的ではない。なぜならば、高コスト、大きい電力要求、大きい物理的サイズが障害となるからである。しかし、プレス位置への高速アプローチ、ついで挿入プレスへの低速で高加力というプレス動作プロフィールが解決となる。

この動作プロフィールを達成するため、プレスはツーモーター・サーボシステムを利用し、プレスラムの速度、位置および加力を制御し、用途に依存して正しい加力又は距離にファスナーを据付けるようにしている。高トルク駆動が噛み合ってラムを望ましい加力又は位置に駆動させる。挿入の後、高速モータがラムをホーム位置に戻す。

仮特許出願Ｎｏ．６０／９７２，４３６

従って、本技術分野において、高速および高加力の双方を正確、かつ、信頼性良く提供するプレスにおけるラム駆動の必要性が存在する。更に、製造上経済的であり、オペレータの有意な操作技術を要することのない正確、かつ、信頼できるラム駆動およびプレスについての要望が存在する。

本業界でのこの必要性を満たすため、本発明が開発されたものである。ファスナープレス、例えば図１に示すようなPemserter Series 3000(Penn Engineering and Manufacturing社により製造、販売)は、双方向オーバーラニングクラッチ（追越しクラッチ）を利用し、これを介して高加力ラム駆動パワーが送られるようになっている。このクラッチは以下に詳述するように２つの別々のモータ駆動の相対的動作により制御されるようになっている。双方向オーバーラニングクラッチは市販されている部品であり、図３に示すように、規則的な多角内側ハブを、外側ハブ内に収納された複数のローラにより囲んだ構成となっている。これら内側ハブおよび外側ハブは別々のシャフトに接続されている。内側ハブのシャフトの回転速度が外側ハブよりも大きい場合には、内側ハブのシャフトが外側ハブのシャフトを時計方向又は反時計方向に駆動できるようになっている。もしも、外側ハブの速度が内側ハブよりも大きい場合は、上記クラッチは係合が解かれ、外側ハブは内側ハブからは独立して回転できるようになっている。従って、クラッチ作用は、駆動部材対従動部材の相対的速度によってのみ制御される。これはラムの高速/低加力と、低速/高加力との間の極めて円滑、かつ、順応性の移行を提供するものとなる。そのため、プレスサイクルを可及的に迅速、かつ、効率的にすることができる。これらの構造は、本出願人による仮特許出願No.60/972,436に開示されているファスナープレスについてのセットアップシステムと共に使用することができる。

本発明の少なくとも１つの実施例を詳述する前に、理解して頂きたいことは、本発明は以下の記載又は図面の説明に描かれた部材の詳細な構成および配置に限定されないということである。つまり、本発明は他の実施例も可能であり、種々の方法で実施し得るものである。更に、ここに使用された表現および用語は単に説明のためであり、限定的に解釈されるべきではない。

従って、この開示に基づく概念は、本発明の幾つかの目的を実行するため、他の構造、方法およびシステムの設計のためのベースとして容易に利用し得ることを当業者は理解し得るであろう。従って、請求の範囲は、本発明の理念および範囲を逸脱しない限り、均等の構成をも包含するものとして考慮されるべきものである。

本発明を利用したラムプレスの左前方等距離図。 本発明の主な部材を示す模式図。 本発明の双方向クラッチの頂部の左前方等距離図。 本発明の双方向クラッチの頂部の縦断面図。 ラムの経時的速度変化を示す本発明の一例のプレスプロフィールを示すグラフ図。

図１を参照すると、本発明に係わるラムプレス４が示されており、これはC-型フレーム１を有し、このフレーム１によりアンビル２が支持され、このアンビル２はラム３により相互的に突き当てられるようになっている。

図２を参照すると、本発明の主要部材が示されており、これは本発明の基本的機械部材を支持するフレームを具備してなり、この基本的機械部材は高速機械的アクチュエータと、高トルクモータとを具備している。このフレームは更に、スクリュー駆動装置を支持し、これは高速又は低速モータ手段によりいずれの方向にも操作することができる。双方向自己離脱クラッチが、モータ/歯車減増速機・コンビネーションを有する高トルクモータ手段に接続されている。プログラマブル・ロジックコントローラが２つのモータの操作、従ってスクリュー駆動装置を介してラムの動きを規制する。双方向クラッチはタイミングベルトを介してスクリュー駆動装置のメインシャフトに接続している。ロジックコントローラは、プレスプロフィールに従ってラムの動きを規制するが、これについては図５を参照してより具体的に以下に説明する。

図２を更に参照すると、プレスラムはスクリュー・アクチュエータにより移動し、このスクリュー・アクチュエータのシャフトは高速モータ手段、つまり、この実施例では電気機械的アクチュエータと一般に呼ばれている市販の装置に直接連結している。この装置はスクリュー駆動機構を組み込み、それによりその内部シャフトは伸張位置と、収縮位置との間の動作範囲内で往復動するようになっている。この駆動シャフトは更にギアベルト駆動装置を介して上記クラッチの出力に連結されている。このクラッチの入力シャフトは高トルクモータに連結している。このクラッチは、コントローラにより規制された別々のブラシレスDCサーボモータ又はACサーボモータの相対的速度により操作される。夫々のモータはエンコーダ又はリゾルバーなどのフィードバック装置を具備し、更なるエンコーダがメインアクチュエータのシャフトに取着され、それにより、どちらのモータがラムを操作しているかに関係なくラムの相対的位置を知ることができる。第１のモータが高速駆動装置を提供し、第２のモータが高トルク駆動装置を提供し、この高トルク駆動装置は１対１０比のインテグレイテッド・サーボギア・モータとなっている。この高トルクモータ手段は通信および制御のためのそれ自身のエンコーダを有し、その出力シャフトはベルトで伝達される上記高トルククラッチを介して高速モータの駆動シャフトに連結されている。高トルクモータは、上記クラッチが係合したときにスクリュー・アクチュエータを回転するようになっている。このクラッチの係合はこれらモータの速度を規制することにより達成され、他方のモータがより速く稼動している場合は、一方のモータから他方のモータへ、ラムの操作を切換えるようになっている。

図３、４を参照すると、本発明の双方向クラッチは、当業界で周知の市販の装置である。図４はこの双方向クラッチの断面であり、その構造の細部を示している。外側ハブのシャフトはクラッチの出力を担持し、図２に示すベルト駆動装置を介して高速モータシャフトに接続されている。内側ハブのシャフトはギアモータの高トルク出力に接続されている。

〈操作：〉
ラムの要求される動きは４つの段階で記述することができる。
１．セットアップのため高速下降、ホーム位置のための高速上昇；
２．高加力を必要としない動きの後の上方高速移動；
３．高加力プレス；
４．高加力プレスの後の上方移動。

本発明の１実施例について以下に詳述する。上述のラムに求められた４段階の動きは、具体的には各動きが以下の工程で行われる。

１．セットアップのため高速軸下降、ホーム位置のための高速上昇への動きのためのシーケンス：
a. 高速サーボ駆動を可能にし、位置を保持する
b. 高トルクを可能にする
c. 高トルク軸を＋0.015″突き当て、クラッチを確実にフリーにする
d. 0.050秒で動作させ、高速軸を可能にする
e. 高トルクの動きを終了しつつ高速軸を降下させる
f. 高トルクを無能にする

２．加力のための高トルク軸を必要としない動きの後、高速軸を上方に移動させるためのシーケンス：
a. 降下し始めたので、高速を可能にする
b. 高トルクを可能にする
c. 高トルク軸を−0.015″突き当て、クラッチを確実にフリーにする
d. 0.050秒で動作させ、高速軸を可能にする
e. 高トルクの動きを終了しつつ高速軸を上昇させる
f. 高トルクを無能にする

３．プレスのためクラッチを高トルク軸と係合させるためのシーケンス：
a. 高速サーボ駆動を可能にし、位置を保持する
b. 高トルクを可能にする
c. 高トルク軸を＋0.015″突き当て、クラッチを確実にフリーにする
d. 高速軸を降下させ、２つの動きを一緒に合成する（見当合わせ動（registration move）および折畳み動(collapse move)）
e. ラムセンサーが正しいウインドウ内で作動し、他の状態が満足することを確実にするため、ロジカル・デシジョン（logical decision）をフライ（fly）に対して行う
f. 高速軸を移動させつつ、高トルクを可能にする
g. 被加工品上で高トルク軸を略0.650″移動させることをスタートさせる−これは高速軸よりも遅い速度で作動させ、そのため、ラムは依然として高速軸により8 IPSで駆動され、他方、高トルクは、この速度よりも可なり小さい速度で回転される（0.80-1.6 IPS）
h. 高速軸がゼロに減速するとき、高トルクがラムの動きを引き継ぐ
i. 高速軸がその動きを終了し、無能となる
j. 高トルク軸が降下し、歪みゲージ入力に基づいてプレスを完了させる

４．高トルク軸でプレスした後、クラッチを離脱させるシーケンス：
a. 高トルク軸が全てのプレスおよび休止（dwell）を完了した後、加力に基づいて離脱距離を計算し、クラッチに対し作用していた加力の荷重を解き、それによりラムの戻り駆動を生じさせる
b. 高トルク軸を−XXX距離＝（加力/16000）^＊−0.150移動させる
c. 高トルクの稼動を維持する
d. 高速軸を再度可能にする

上述の動きはコントローラにより調整される。つまり、このコントローラは高速および高トルクモータの速度を決定し、これは高トルクモータとスクリュー・アクチュエータとの間に介在させた図２のクラッチとの組合せで、ラムの動きを決定する所定のプレスプロフィールに従うようになっている。

図５は典型的なプロフィールを表している。X軸は時間（秒）を表し、Y軸は速度（インチ/秒）を表している。点線９は高トルクモータの典型的動作を示し、点線８はラムの動きに関連する高速モータの動作を示している。このプロセスの最初において、最初の動きは高速モータをスタートさせる前に、高トルクモータをスタートさせることである。この動きにより、高速モータが高トルクモータを引き継いだときに、クラッチが離脱するのを確実にする。実線が点線を横切るとき（左から右に読んで）、高速モータが高トルクモータを引き継ぎ、ついでラムを制御することになる。ついで、高トルクモータは減速し、高速動作の間に停止する。グラフの中間点において、高速動作（実線）がプレス位置に近づく。この時点において、高トルクモータが加速を開始し、他方、高速モータは減速する。点線が実線を追い越したとき、高トルクモータは制御され、プレスシーケンスが開始される。プレスがいったん完了すると、高トルクモータは減速する。プレス後の戻りストロークにおいて、高トルクモータが反対方向にスタートし、加速し始める。ついで、高速モータがスタートし、より早い割合で加速し始める。実線が点線を横切ったとき、高速モータが高トルクモータを引き継ぎ、制御される。高速モータが動作を終了すると、減速し、停止する。このサイクルが完成すると、次のサイクルの準備が整う。

従って、以上の記載は本発明の原理を説明するものに過ぎない。更に、多くの変形例および変化が当業者にとって自明であるから、ここに示し、記載された正確な構成および操作に本発明が限定されることを望むものではなく、従って、適切な全ての変更および均等物は本発明の範疇に包含されるべきものである。

Claims (7)

1. フレームと；
   前記フレームに回転可能に装着された一つの駆動スクリューであり、前記フレームに固定して装着された第１のモータ手段により反対方向に選択的に回転自在の前記駆動スクリューと；
   伸張位置と収縮位置との間の動作範囲内で往復動し且つ前記駆動スクリューに装着されたラムと、
   前記フレームに固定して装着された第２のモータ手段であり、前記駆動スクリューの回転のため、クラッチを介して前記駆動スクリューに回転可能に接続された前記第２のモータ手段と；
   前記第２のモータ手段に接続された入力シャフトと前記駆動スクリューに接続された出力シャフトとを具備し、前記出力シャフトが前記入力シャフトの速度より速い速度で駆動される場合にのみ前記クラッチと前記第２のモータ手段とが離脱するように双方向自己離脱する前記クラッチと；
   前記第１及び第２のモータ手段の操作で前記ラムの位置を調整するためのプログラマブルロジックコントロールシステムであり、前記ラムの動きが速い動作段階の間、前記第２のモータ手段に比べより速い速度で前記駆動スクリューを回転させるために前記第１のモータ手段に信号が送られ、それにより前記第２のモータ手段から前記駆動スクリューを離脱させる前記プログラマブルロジックコントロールシステムと；
   を具備してなることを特徴とするラムプレスのための駆動装置。
   
2. 前記プログラマブルロジックコントロールシステムが、前記第２のモータ手段より遅い速度で前記駆動スクリューを操作させるために、前記第１のモータ手段に信号を送った時に前記クラッチが係合し、それにより前記ラムの高加力移動段階の間において前記第２のモータ手段より前記ラムが移動するようになっている請求項１記載の駆動装置。
   
3. 前記プログラマブルロジックコントロールシステムに電気的に接続された前記ラムの位置を感知するための手段を更に具備してなる請求項１記載の駆動装置。
   
4. 前記第１のモータ手段が高速低トルクモータであり、前記第２のモータ手段が、前記第２のモータ手段と前記クラッチの入力シャフトとの間に介在させた歯車減増速機を有し、それにより前記クラッチの入力シャフトが、前記第１のモータ手段に比べ高トルク、低速度で駆動される請求項１記載の駆動装置。
   
5. 前記第１および第２のモータ手段の双方は、これらのモータ手段が同時に操作される場合に、常に前記駆動スクリューを同一方向に回転する請求項１記載の駆動装置。
   
6. 前記第１のモータ手段が停止している間に高加力移動段階が実行された後に、計算された離脱距離で前記ラムを上昇させる前記第２のモータ手段である請求項３記載の駆動装置。
   
7. 前記ラムの前記位置を前記感知するための手段が、前記駆動スクリューの端部に装着された一つのエンコーダである請求項３記載の駆動装置。

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