JP5327704B2 - 機械プレスの回生制動装置とその方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレスサイクル毎にスライドを上死点で停止させて使用する機械プレスの回生制動装置とその方法に関する。

図１は、従来の機械プレスの模式的構成図である。この図において、機械プレスはクランクプレスであり、メインモータ５１でフライホイール５２を回転駆動し、この回転動力をクラッチ５３を介してドライブ軸５４に伝達し、さらに減速機構５５を介してクランク軸５６を回転し、クランク軸５６の回転をクランク機構５７によりスライド５８の上下動に変換し、スライド５８の下面に取付けられた上金型５９と、その下方に固定された下金型６０との間で図示しないワークをプレス加工するようになっている。

この装置はさらに、ドライブ軸５４を制動するメカブレーキ６１と、メカブレーキ６１を介してドライブ軸５４を回転駆動するマイクロインチング装置６２を備える。マイクロインチング装置６２は、マイクロインチングモータ６２ａと、その回転を減速してドライブ軸５４に伝達する減速装置６２ｂと、マイクロインチングモータ６２ａ又は減速装置６２ｂを制動するマイクロインチングブレーキ６２ｃとからなり、クラッチ５３が解除されているときに、メカブレーキ６１を介してドライブ軸５４を微速で回転駆動し、クランク軸５６又はスライド５８の位置を正確に微調整できるようになっている。

上述した従来の機械プレスは、一般的に、１回のプレス加工（すなわち１プレスサイクル）毎に、スライド５８を上死点で停止させて使用する。この停止動作は、スライドの上昇行程において、クラッチ５３を切断してメインモータ５１からの動力伝達を切り離し、次いでメカブレーキ６１を空圧又は油圧で作動させてドライブ軸５４を制動し、上死点で停止させるようになっている。

しかし、かかる従来の機械プレスには、以下の問題点があった。
（１） ドライブ軸５４の運動エネルギをメカブレーキ６１で制動して熱に変換して捨てており、エネルギ効率が悪い。
（２） メカブレーキ６１は空圧又は油圧の機械式であり、応答遅れが長く、停止時（例えば非常停止時）における惰走距離（停止までの距離）が長い。
（３） メカブレーキ６１はバネ力制動式であり、停止位置がバラつきやすく、停止位置異常で生産停止が発生する場合がある。
（４） メカブレーキ６１のブレーキパッドが磨耗しやすいため、定期的なメンテナンスが不可欠となる。
（５） 生産中に動作しないマイクロインチング装置６２を備えており、その分、コストが高くなっている。

そこで、これらの問題の一部を解決するために、従来から種々の装置が提案されている（例えば、特許文献１，２）。

特許文献１は、フライホイールの回転エネルギによりスライド駆動機構をマイクロインチングで駆動し、マイクロインチモータの設置を不要とすることを目的とする。
そのため、この装置は、図２に示すように、フライホイール７２の回転エネルギを伝達する動力伝達軸７４を、フライホイール側分割軸７４ａと伝達ギヤ側分割軸７４ｂとに分割する。分割軸７４ａ，７４ｂ間に、太陽ギヤ７６と遊星ギヤ７７と内歯リングギヤ７８とからなる遊星ギヤ装置７９を組み付ける。内歯リングギヤ７８にブレーキ７３を設ける。内歯リングギヤ７８と分割軸７４ｂの間に着脱装置を介在させる。内歯リングギヤ７８をブレーキ７３で止めて、フライホイールの回転を遊星ギヤ装置７９を介し伝達ギヤ７５に低速で伝え、スライド駆動機構７０をマイクロインチングで駆動するものである。

特許文献２は、ブレーキと電動モータの容量を小さくしたクランクプレスを目的とする。
そのため、この装置は、電動モータ８９の動力をクラッチ８７を介してクランク軸８１に伝えて、スライドを降下させ、クランク軸８１に接続したブレーキ８６でスライド８３の上昇を減速させ、各サイクル毎に、上死点でスライド８３を停止させるクランクプレスであって、クランク軸８１にギヤを介して連結された油圧ポンプ・モータ８０と、油圧ポンプ・モータ８０に油圧回路で接続されたアキュムレータ８３と、作動油を油圧ポンプ・モータ８０を介してアキュムレータ８３へ送るエネルギ吸収状態と、作動油をアキュムレータ８３から油圧ポンプ・モータ８０へ送るエネルギ放出状態とを切り換える第１、第２切換弁８４、８５とからなる。

特開平６−１２６４９１号公報、「機械プレスの駆動力伝達装置」 特開平１１−２８５８９７号公報、「クランクプレス」

特許文献１の装置により、上記（５）の問題点を解決し、マイクロインチング装置を不要にできる。しかし、新たに遊星ギヤ装置７９を必要とするため、装置全体が複雑となる問題点があった。また、この装置では、上述した（１）〜（４）の問題点は解決できなかった。

また、特許文献２の装置により、上記（１）の問題点を解決し、ブレーキと電動モータの容量を小さくできる。しかし、新たな油圧ユニットを必要とするため、装置全体が複雑となる問題点があった。また、この装置では、上述した（２）〜（５）の問題点は解決できなかった。

さらに、既設の機械プレスを改造する場合、特許文献１，２の適用は、改造箇所が多く、困難であった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、制動エネルギを回生することによりエネルギ効率を高めることができ、応答遅れを無くして惰走距離を短縮でき、停止位置のバラつきを無くすことができ、メカブレーキのブレーキパッドの磨耗を減らしてメンテナンスの必要性を大幅に低減でき、別個にマイクロインチング装置を備えることなくマイクロインチング動作ができ、既設の機械プレスにも容易に適用することができる機械プレスの回生制動装置とその方法を提供することにある。

本発明によれば、メインモータで回転駆動されるフライホイールと、該フライホイールの回転動力をドライブ軸に伝達するクラッチとを有し、該ドライブ軸の回転によりスライドを上下動しかつプレス運転の１サイクル毎にスライドを上死点で停止させる機械プレスの回生制動装置であって、
前記ドライブ軸の停止時にその回転を防止する機械式ブレーキと、
前記ドライブ軸を回転駆動する直流電動機と、
該直流電動機を速度制御するインバータと、
前記機械式ブレーキ及びインバータを制御する制御装置とを備え、
該制御装置により、ドライブ軸の加速時及び等速時において前記直流電動機をフリーランにしてドライブ軸と同期して回転させ、ドライブ軸の減速時においてインバータにより前記直流電動機を回生制動して運動エネルギを電力に変換して回収すると共にスライドを上死点で停止させ、ドライブ軸の停止時に機械式ブレーキによりドライブ軸の回転を防止する、ことを特徴とする機械プレスの回生制動装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記制御装置は、前記クラッチが切離された状態で、機械式ブレーキを解除し、かつ前記直流電動機を駆動してスライドを逆転可能に回転駆動してマイクロインチング動作を行う。

また本発明によれば、メインモータで回転駆動されるフライホイールと、該フライホイールの回転動力をドライブ軸に伝達するクラッチとを有し、該ドライブ軸の回転によりスライドを上下動しかつプレス運転の１サイクル毎にスライドを上死点で停止させる機械プレスの回生制動方法であって、
ドライブ軸の加速時及び等速時においてドライブ軸を回転駆動する直流電動機をフリーランにしてドライブ軸と同期して回転させ、
ドライブ軸の減速時においてインバータにより前記直流電動機を回生制動して運動エネルギを電力に変換して回収すると共にスライドを上死点で停止させ、
ドライブ軸の停止時に機械式ブレーキによりドライブ軸の回転を防止する、ことを特徴とする機械プレスの回生制動方法が提供される。

上記本発明の装置及び方法によれば、ドライブ軸を回転駆動する直流電動機と、直流電動機を速度制御するインバータとを備え、ドライブ軸の減速時においてインバータにより直流電動機を回生制動して運動エネルギ（制動時の制動エネルギ）を電力に変換して回収するので、エネルギ効率を高めることができる。

また、直流電動機（例えばサーボモータ）が常にドライブ軸と繋がっているため、従来のメカブレーキにおける応答遅れを無くして惰走距離を短縮できる。さらに、モータ制動なので停止位置の誤差が無く、停止位置のバラつきを大幅に低減又は無くすことができ、ライン停止を無くすことができる。

また、直流電動機を回生制動してドライブ軸を減速するので、従来のメカブレーキのブレーキパッドのような磨耗部材がなく、磨耗によるメンテナンスの必要性を大幅に低減又は無くすことができる。

さらに、クラッチが切離された状態で、機械式ブレーキを解除し、かつ直流電動機を駆動してスライドを逆転可能に回転駆動することができるので、別個にマイクロインチング装置を備えることなく、マイクロインチング動作ができる。

また、既設の機械プレスのメカブレーキ６１とマイクロインチング装置６２を取り外し、この部分に、上述した機械式ブレーキと直流電動機を取付けるだけで、機械プレス本体の改造ができるので、既設の機械プレスにも容易に適用することができる。

従来の機械プレスの模式的構成図である。 特許文献１に開示された従来の機械プレスの構成図である。 特許文献２に開示された従来のクランクプレスの構成図である。 本発明の回生制動装置を備えた機械プレスの構成図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図４は、本発明の回生制動装置２０を備えた機械プレス１０の構成図である。この図において、この機械プレス１０は、メインモータ１１で回転駆動されるフライホイール１２と、フライホイール１２の回転動力をドライブ軸１４に伝達するクラッチ１３とを有し、ドライブ軸１４の回転によりスライド１８を上下動しかつプレス運転の１サイクル毎にスライド１８を上死点で停止させるようになっている。

すなわち、図４において、機械プレス１０はクランクプレスであり、メインモータ１１でフライホイール１２を回転駆動し、この回転動力をクラッチ１３を介してドライブ軸１４に伝達し、さらに減速機構１５を介してクランク軸１６を回転し、クランク軸１６の回転をクランク機構１７によりスライド１８の上下動に変換し、スライド１８の下面に取付けられた上金型１９ａと、その下方に固定された下金型１９ｂとの間で図示しないワークをプレス加工するようになっている。
なお、本発明において、機械プレス１０はクランクプレスに限定されず、その他の型式の機械プレスであってもよい。

図４において、本発明の回生制動装置２０は、機械式ブレーキ２２、直流電動機２４、インバータ２６及び制御装置２８を備える。

機械式ブレーキ２２は、機械プレス１０のフレーム１０ａに取付けられ、ドライブ軸１４の停止時にその回転を防止するようになっている。この機械式ブレーキ２２は、機械プレス１０の作動中には使用（制動）せず、機械プレス１０のドライブ軸１４の停止時にのみその回転を防止して、ダイエリア内作業等を行うようになっている。
従って、機械式ブレーキ２２の制動能力は、従来のメカブレーキ６１と比較して大幅に小型のものでよい。この機械式ブレーキ２２は、直流電動機２４（サーボモータ）の電力を遮断した際に作動するバネ式ブレーキであるのがよい。また、機械式ブレーキ２２を省略して、スライドロック機構のようなもので代用してもよい。

直流電動機２４は、好ましくはサーボモータであり、減速機２３を介してドライブ軸１４を回転駆動する。なお、直流電動機２４はサーボモータに限定されず、速度制御可能なインバータモータであってもよい。また、減速機２３は必須ではなく、直流電動機２４をドライブ軸１４に直結してもよい。
インバータ２６は、直流電動機２４を速度制御する。

制御装置２８は、機械式ブレーキ２２及びインバータ２４を制御する。この制御装置２８は、ドライブ軸１４の加速時及び等速時において直流電動機２４をフリーランにしてドライブ軸１４と同期して回転させ、ドライブ軸１４の減速時においてインバータ２４により直流電動機２４を回生制動して運動エネルギを電力に変換して回収すると共にスライド１８を上死点で停止させ、ドライブ軸１４の停止時に機械式ブレーキ２２によりドライブ軸１４の回転を防止するようになっている。

また、制御装置２８は、図示しない操作盤を備え、オペレータによる操作盤の操作により、クラッチ１３が切離された状態で、機械式ブレーキ２２を解除し、かつ直流電動機２４を駆動してスライド１８を逆転可能に回転駆動してマイクロインチング動作を行うようになっている。

上述した回生制動装置２０を用い、本発明の回生制動方法では、
（Ａ） ドライブ軸１４の加速時及び等速時において、ドライブ軸１４を回転駆動する直流電動機２４をフリーランにして直流電動機２４をドライブ軸１４と同期して回転させる。
（Ｂ） ドライブ軸１４の減速時において、インバータ２６により直流電動機２４を回生制動して、ドライブ軸１４、減速機構１５、クランク軸１６、及びスライド１８の運動エネルギを電力に変換して回収すると共にスライド１８を上死点で停止させる。
（Ｃ） ドライブ軸１４の停止時に機械式ブレーキ２２によりドライブ軸１４の回転を防止する。

上述した本発明の装置及び方法によれば、ドライブ軸１４を回転駆動する直流電動機２４と、直流電動機２４を速度制御するインバータ２６とを備え、ドライブ軸１４の減速時においてインバータ２６により直流電動機２４を回生制動して運動エネルギ（ドライブ軸１４、減速機構１５、クランク軸１６、及びスライド１８の制動時の制動エネルギ）を電力に変換して回収するので、エネルギ効率を高めることができる。

また、直流電動機２４（サーボモータ）が常にドライブ軸１４と繋がっているため、従来のメカブレーキにおける応答遅れを無くして惰走距離を短縮できる。さらに、モータ制動なので停止位置の誤差が無く、停止位置のバラつきを大幅に低減又は無くすことができ、ライン停止を無くすことができる。

また、直流電動機２４を回生制動してドライブ軸１４を減速するので、従来のメカブレーキのブレーキパッドのような磨耗部材がなく、磨耗によるメンテナンスの必要性を大幅に低減又は無くすことができる。

さらに、クラッチ１３が切離された状態で、機械式ブレーキ２２を解除し、かつ直流電動機２４を駆動してスライド１８を逆転可能に回転駆動することができるので、別個にマイクロインチング装置を備えることなく、マイクロインチング動作ができる。

また、既設の機械プレスのメカブレーキ６１とマイクロインチング装置６２を取り外し、この部分に、上述した機械式ブレーキ２２と直流電動機２４を取付けるだけで、機械プレス本体の改造ができるので、既設の機械プレスにも容易に適用することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１０ 機械プレス、１１ メインモータ、
１２ フライホイール、１３ クラッチ、
１４ ドライブ軸、１５ 減速機構、
１６ クランク軸、１７ クランク機構、
１８ スライド、１９ａ 上金型、１９ｂ 下金型、
２０ 回生制動装置、２２ 機械式ブレーキ、
２３ 減速機、２４ 直流電動機、
２６ インバータ、２８ 制御装置

Claims (3)

1. メインモータで回転駆動されるフライホイールと、該フライホイールの回転動力をドライブ軸に伝達するクラッチとを有し、該ドライブ軸の回転によりスライドを上下動しかつプレス運転の１サイクル毎にスライドを上死点で停止させる機械プレスの回生制動装置であって、
   前記ドライブ軸の停止時にその回転を防止する機械式ブレーキと、
   前記ドライブ軸を回転駆動する直流電動機と、
   該直流電動機を速度制御するインバータと、
   前記機械式ブレーキ及びインバータを制御する制御装置とを備え、
   該制御装置により、ドライブ軸の加速時及び等速時において前記直流電動機をフリーランにしてドライブ軸と同期して回転させ、ドライブ軸の減速時においてインバータにより前記直流電動機を回生制動して運動エネルギを電力に変換して回収すると共にスライドを上死点で停止させ、ドライブ軸の停止時に機械式ブレーキによりドライブ軸の回転を防止する、ことを特徴とする機械プレスの回生制動装置。
2. 前記制御装置は、前記クラッチが切離された状態で、機械式ブレーキを解除し、かつ前記直流電動機を駆動してスライドを逆転可能に回転駆動してマイクロインチング動作を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の機械プレスの回生制動装置。
3. メインモータで回転駆動されるフライホイールと、該フライホイールの回転動力をドライブ軸に伝達するクラッチとを有し、該ドライブ軸の回転によりスライドを上下動しかつプレス運転の１サイクル毎にスライドを上死点で停止させる機械プレスの回生制動方法であって、
   ドライブ軸の加速時及び等速時においてドライブ軸を回転駆動する直流電動機をフリーランにしてドライブ軸と同期して回転させ、
   ドライブ軸の減速時においてインバータにより前記直流電動機を回生制動して運動エネルギを電力に変換して回収すると共にスライドを上死点で停止させ、
   ドライブ軸の停止時に機械式ブレーキによりドライブ軸の回転を防止する、ことを特徴とする機械プレスの回生制動方法。

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