(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス機械のフレーム側またはスライド側に取り付けられたラックと、
該ラックに噛み合い、前記スライド側または前記フレーム側に取り付けられたピニオンと、
該ピニオンの回転を検出するエンコーダと、
該エンコーダの検出結果からスライド位置を算出するスライド位置演算手段と、
前記ピニオンを回転させるモータと、
前記ピニオンに一方向のトルクを発生させ、該ピニオンのトルクを常に前記ラックに作用させるように前記モータの駆動を制御するモータ制御手段と、を備え、
前記エンコーダは、前記モータに内蔵され、該モータの出力軸の回転を検出することで前記ピニオンの回転を間接的に検出する
ことを特徴とするスライド位置検出装置。
【請求項２】
前記モータ制御手段は、前記ピニオンを前記ラックの移動に追従できる速さで回転させるように前記モータの駆動を制御するものである
ことを特徴とする請求項１記載のスライド位置検出装置。
【請求項３】
前記エンコーダの回転軸と前記ピニオンとの間に増速機が設けられている
ことを特徴とする請求項１または２記載のスライド位置検出装置。
【請求項４】
前記スライド位置演算手段は、
前記エンコーダの検出結果を換算して得られる補正前のスライド位置から、プレス機械の負荷による前記フレームの伸びを減算してスライド位置を算出する
ことを特徴とする請求項１、２または３記載のスライド位置検出装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４記載のスライド位置検出装置が取り付けられた
ことを特徴とするプレス機械。
【請求項６】
前記スライド位置検出装置がスライドを囲むように複数取り付けられており、
前記スライドを水平に維持する水平維持手段と、
前記スライド位置演算手段により算出したスライド位置から、前記スライドの傾きを算出し、該傾きが無くなるように前記水平維持手段を制御する水平制御手段と、を備える
ことを特徴とする請求項５記載のプレス機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スライド位置検出装置およびプレス機械に関する。さらに詳しくは、プレス機械に取り付けられて、スライドの位置を検出するスライド位置検出装置およびプレス機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレス機械に取り付けられるスライド位置検出装置の一例としてラック・ピニオン機構のスライド位置検出装置が知られている。
ラック・ピニオン機構のスライド位置検出装置は、スライドに設置されるラックと、ラックと噛み合うピニオンと、ピニオンの回転を検出するエンコーダ装置とから構成されている。この構成によると、スライドが昇降するとともにラックが昇降し、ラックの昇降に従って回転するピニオンの回転をエンコーダ装置で読み取ることによりスライドの位置を検出することができる。
しかし、ラックとピニオンとの噛み合い部にはバックラッシュがあるため、そのバックラッシュ分だけ位置検出精度が低下するという問題がある。
【０００３】
この問題を解消する従来技術として特許文献１がある。特許文献１に記載のスライド位置検出装置は、ラックとピニオンとが高精度で噛み合うように形成され、極力バックラッシュを無くしたノーバックラッシュギアを使用することで位置検出精度の低下を防止したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０７５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、特許文献１に記載のスライド位置検出装置は、バックラッシュを無くすために高精度の加工が要求され、製造コストが高くなるという問題がある。
また、バックラッシュを無くすと、組み立て用の隙間が無くなるため、プレス機械への取り付けが困難になるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、位置検出精度が高く、かつ、安価でプレス機械への取り付けが容易なスライド位置検出装置およびプレス機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明のスライド位置検出装置は、プレス機械のフレーム側またはスライド側に取り付けられたラックと、該ラックに噛み合い、前記スライド側または前記フレーム側に取り付けられたピニオンと、該ピニオンの回転を検出するエンコーダと、該エンコーダの検出結果からスライド位置を算出するスライド位置演算手段と、前記ピニオンを回転させるモータと、前記ピニオンに一方向のトルクを発生させ、該ピニオンのトルクを常に前記ラックに作用させるように前記モータの駆動を制御するモータ制御手段と、を備え、前記エンコーダは、前記モータに内蔵され、該モータの出力軸の回転を検出することで前記ピニオンの回転を間接的に検出することを特徴とする。
第２発明のスライド位置検出装置は、第１発明において、前記モータ制御手段は、前記ピニオンを前記ラックの移動に追従できる速さで回転させるように前記モータの駆動を制御するものであることを特徴とする。
第３発明のスライド位置検出装置は、第１または第２発明において、前記エンコーダの回転軸と前記ピニオンとの間に増速機が設けられていることを特徴とする。
第４発明のスライド位置検出装置は、第１、第２または第３発明において、前記スライド位置演算手段は、前記エンコーダの検出結果を換算して得られる補正前のスライド位置から、プレス機械の負荷による前記フレームの伸びを減算してスライド位置を算出することを特徴とする。
第５発明のプレス機械は、第１、第２、第３または第４発明のスライド位置検出装置が取り付けられたことを特徴とする。
第６発明のプレス機械は、第５発明において、前記スライド位置検出装置がスライドを囲むように複数取り付けられており、前記スライドを水平に維持する水平維持手段と、前記スライド位置演算手段により算出したスライド位置から、前記スライドの傾きを算出し、該傾きが無くなるように前記水平維持手段を制御する水平制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１発明によれば、ピニオンに一方向のトルクを発生させ、そのトルクを常にラックに作用させるようにするので、ピニオンの歯の一方のピッチ面がラックの歯の一方のピッチ面と常に接触するようになり、それらのピッチ面の間のバックラッシュが無くなる。そのため、位置検出精度が高くなる。また、他方のピッチ面の間にはバックラッシュが有るので、高精度の加工が要求されず製造コストが安価となり、組み立て用の隙間が有るのでプレス機械への取り付けが容易となる。
第２発明によれば、ピニオンをラックの移動に追従できる速さで回転させるので、常に一方のピッチ面の間のバックラッシュが無くなるため、位置検出精度が高くなる。
第３発明によれば、エンコーダの回転軸とピニオンとの間に増速機が設けられているので、ピニオン１回転当たりのエンコーダの回転数が多くなり、より位置検出精度が高くなる。
第４発明によれば、スライド位置演算手段はプレス機械の負荷によるフレームの伸びを補正してスライド位置を算出するので、算出されたスライド位置から型間距離を精度よく求めることができる。そのため、算出されたスライド位置を基にスライドの昇降を制御することにより、被加工物を精度よく加工することができる。
第５発明によれば、ピニオンに一方向のトルクを発生させ、そのトルクを常にラックに作用させるようにするので、ピニオンの歯の一方のピッチ面がラックの歯の一方のピッチ面と常に接触するようになり、それらのピッチ面の間のバックラッシュが無くなる。そのため、位置検出精度が高くなる。また、他方のピッチ面の間にはバックラッシュが有るので、高精度の加工が要求されず製造コストが安価となり、組み立て用の隙間が有るのでプレス機械への取り付けが容易となる。
第６発明によれば、スライド位置検出装置で検出したスライド位置から、スライドの傾きを算出し、その傾きが無くなるようにスライドを水平に維持するので、上型と下型の平行度を良好に保つことができ、被加工物を精度よく加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るスライド位置検出装置の側面図である。
【図２】同スライド位置検出装置の正面図である。
【図３】ラックとピニオンとの噛み合い部の拡大図である。
【図４】他の実施形態に係るスライド位置検出装置の側面図である。
【図５】さらに他の実施形態に係るスライド位置検出装置の側面図である。
【図６】プレス機械の正面図である。
【図７】プレス機械の側面図である。
【図８】他の実施形態のプレス機械の正面図である。
【図９】他の実施形態のプレス機械の側面図である。
【図１０】さらに他の実施形態のプレス機械の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図６および図７に示すように、プレス機械Ｐは、クラウン１と、ベッド２と、それらの間に立設するアップライト３と、アップライト３の内部に挿入されクラウン１とベッド２とを締結するタイロッド４と、から構成されるフレームｆを有している。クラウン１には加圧シリンダ５が設けられており、その加圧シリンダ５のピストンにはスライド６が固定されている。そのため、加圧シリンダ５が伸長することによりスライド６が下降し、スライド６に取り付けられた上型７とベッド２に取り付けられた下型８とで、被加工物を加圧して加工できるようになっている。また、プレス機械Ｐには引戻シリンダ９が設けられている。引戻シリンダ９のシリンダはベッド２の側面に固定されており、ラムの先端はスライド６の端部に固定されている。そのため、引戻シリンダ９が伸長することにより、スライド６を上昇させて引き戻すことができる。
【００１１】
本発明の一実施形態に係るスライド位置検出装置Ａは、このようなプレス機械Ｐに取り付けられる。
なお、スライド位置検出装置Ａは、上記のような油圧プレスに限られず、サーボプレスや液圧プレスなど種々のプレス機械に取り付けられる。
【００１２】
図１および図２に示すように、スライド位置検出装置Ａは、プレス機械Ｐのスライド６に取り付けられたラック１０と、そのラック１０に噛み合うピニオン２０とを有している。ラック１０はスライド６の移動方向（図１および図２における上下方向）に沿って設けられている。一方、ピニオン２０は、アップライト３に取り付けられたサーボモータ３０の出力軸に取り付けられている。そのため、スライド６の昇降に従ってラック１０が昇降し、それによりピニオン２０が回転するようになっている。
【００１３】
また、ピニオン２０が回転することによりサーボモータ３０が回転させられる。サーボモータ３０はエンコーダ（位置検出器）が内蔵されており、そのエンコーダによりサーボモータ３０の出力軸の回転を検出することで、間接的にピニオン２０の回転を検出することができる。
また、サーボモータ３０にはスライド位置演算手段５１が接続されており、エンコーダの検出結果からスライド６の位置（スライド位置）を算出できるようになっている。
【００１４】
図３に示すように、サーボモータ３０は、ピニオン２０に一方向（図３における矢印ａ方向）のトルクを発生させ、そのピニオン２０のトルクを常にラック１０に作用させるように駆動している。より詳細には、サーボモータ３０にはモータ制御手段５２（図１参照）が接続されており、そのモータ制御手段５２により、サーボモータ３０のトルクを制御して、ピニオン２０に一方向のトルクを発生させ、そのトルクを常にラック１０に作用させるように駆動している。あるいは、モータ制御手段５２により、サーボモータ３０の回転速度を制御して、ピニオン２０をスライド６の昇降に従って移動するラック１０に追従できる速さで回転させることにより、そのピニオン２０の一方向のトルクを常にラック１０に作用させるようにしてもよい。
【００１５】
そのため、スライド６が上昇中であっても下降中であっても、ラック１０の歯の一方のピッチ面１１がピニオン２０の歯の一方のピッチ面２１と常に接触するようになり、それらのピッチ面１１、２１の間のバックラッシュが無くなる。そのため、バックラッシュにより位置検出精度が低下することを防止でき、位置検出精度を高くすることができる。
【００１６】
また、ラック１０の歯の他方のピッチ面１２とピニオン２０の歯の他方のピッチ面２２との間にはバックラッシュｂが有るので、ラック１０とピニオン２０に高精度の加工が要求されず製造コストが安価となる。また、そのバックラッシュｂは、ラック１０とピニオン２０の組み立て用の隙間にもなるので、スライド位置検出装置Ａをプレス機械Ｐへ容易に取り付けることができる。
【００１７】
なお、ピニオン２０のトルクの方向はいずれか一方向であればよく、スライド６を上昇させるようにトルクが作用する方向でもよいし、スライド６を下降させるようにトルクが作用する方向でもよい。
さらになお、サーボモータ３０は、特許請求の範囲に記載のモータおよびエンコーダに相当する。
【００１８】
（他の実施形態）
上記実施形態では、エンコーダが内蔵されたサーボモータ３０を用いたが、これに代えて、モータとエンコーダとを別々に備えるように構成してもよい。
例えば、図４に示すように、電動モータ等のモータ３１をアップライト３に取り付け、その出力軸３２の一端にピニオン２０を取り付け、他端にエンコーダ３３を接続するように構成すればよい。
なお、モータ３１とエンコーダ３３とを別々に備えるように構成する場合、エンコーダ３３の検出結果からスライド位置を算出するスライド位置演算手段５１はエンコーダ３３に接続され、モータ３１の駆動を制御するモータ制御手段５２はモータ３１に接続される。
【００１９】
なお、エンコーダ３３は、モータ３１の回転を検出する構成や、ピニオン２０に噛み合う他のギヤの回転を検出する構成等、ピニオン２０の回転を間接的に検出するように構成してもよいし、ピニオン２０の回転を直接的に検出するように構成してもよい。特許請求の範囲に記載の、「ピニオンの回転を検出するエンコーダ」とは、このように、ピニオンの回転を直接的あるいは間接的に検出するエンコーダが含まれる。
【００２０】
ピニオン２０のピッチ円直径は、エンコーダ３３の分解能と、必要とする位置検出精度によって決定することが好ましい。
例えば、18bitのエンコーダ３３は、１回転当たり262,144（=218）の分解能を有する。したがって、ピッチ円直径が80mmのピニオン２０を用いれば、ピニオン２０の１回転当たりのストロークは、251.3mm（=π×80）となり、位置検出精度はエンコーダ３３の１パルス当たり、0.00096mm（=251.3/262,144）となる。
位置検出精度をさらに高くするためには、ピッチ円直径が小さいピニオン２０を用いたり、ビット数の大きいエンコーダ３３を使用すればよい。
【００２１】
また、エンコーダの回転軸とピニオン２０との間に増速機を設けるようにすれば、ピニオン２０の１回転当たりにおけるエンコーダの回転数が多くなり、より位置検出精度が高くなる。
そのためは、図５（ａ）に示すように、エンコーダが内蔵されたサーボモータ３０の出力軸とピニオン２０との間に増速機４０を設ければよい。
また、図５（ｂ）に示すように、モータ３１とエンコーダ３３とを別々に備える場合には、エンコーダ３３の回転軸とピニオン２０との間にのみ増速機４０を設けるようにし、モータ３１の出力軸とピニオン２０とは直接接続するようにしてもよい。
【００２２】
さらに、上記実施形態では、ラック１０をスライド６側に取り付け、ピニオン２０をアップライト３側に取り付けたが、これを逆にし、ラック１０をアップライト３側に取り付け、ピニオン２０をスライド６側に取り付けてもよい。
また、ピニオン２０またはラック１０の取り付け場所はアップライト３に限られず、スライド６の移動に対して基準となる部位、すなわちプレス機械Ｐのフレームｆであれば特に限定されない。
【００２３】
つぎに、さらに他の実施形態を説明する。
この実施形態は、図８および図９に示すように、スライド位置検出装置Ａをスライド６の四隅に取り付けてもよい。具体的には、スライド６の四隅にラック１０を取り付け、４本のアップライト３にピニオン２０を取り付けて、４つのスライド位置検出装置Ａを構成している。この場合、引戻シリンダ９をスライド６の四隅の取り付けることで、スライド６を水平に維持するように制御することができる。
より詳細には、４つのスライド位置検出装置Ａのスライド位置演算手段５１と、４つの引戻シリンダ９の作動油の流れを制御する制御弁５３とを、水平制御手段５４と接続する。水平制御手段５４は、スライド６を下降させる工程において、各スライド位置演算手段５１により算出したスライド位置からスライド６の傾きを算出し、その傾きが無くなるように制御弁５３を制御して各引戻シリンダ９から排出する作動油の量を調整する。これにより、スライド６を水平に維持でき、上型７と下型８の平行度を良好に保つことができ、被加工物を精度よく加工することができる。
【００２４】
なお、スライド６の傾きを算出するためには、スライド位置検出装置Ａは、スライド６の四隅に限られず、スライド６を囲むように複数取り付けられていればよい。例えば、３つのスライド位置検出装置Ａをスライド６の周囲に取り付ければ、スライド６の２次元の傾きを算出することができる。また、４つ以上のスライド位置検出装置Ａをスライド６の周囲に取り付ければ、スライド６の傾きを精度良く算出することができる。また、２つのスライド位置検出装置Ａをスライド６の両端に取り付けてもよい。この場合、２つのスライド位置検出装置Ａを結ぶ線におけるスライド６の傾きを算出することができる。このように、特許請求の範囲に記載の「スライドを囲むように」とは、スライド６に２つのスライド位置検出装置Ａを取り付ける構成も含まれる概念である。
さらになお、本実施形態において引戻シリンダ９は、特許請求の範囲に記載の水平維持手段の役割を担う。水平維持手段としては、引戻シリンダ９に限られず、スライド６を水平に維持できる他の手段を用いることができる。
【００２５】
ところで、プレス機械の加工精度を向上するためには、上型７と下型８との間の距離（型間距離）を精度よく制御することが求められる。そのため、本来は型間距離を直接測定することが好ましい。しかし、一般に、上型７と下型８との間に型間距離を測定する装置を取り付けることは困難であるため、スライド６とフレームｆとの間にスライド位置検出装置が取り付けられ、スライド位置検出装置により検出したスライド位置から型間距離を間接的に求めるのである。
プレス機械を完全な剛体と考えれば、スライド位置と型間距離とは線形に対応するので、スライド位置を検出することにより型間距離を精度よく求めることができ、スライド位置を基にスライドの昇降を制御することにより、被加工物を精度よく加工することができる。
【００２６】
しかし、図１０に示すように、クラウン１とベッド２とを締結するタイロッド４は、プレス機械Ｐが発生する負荷により伸びδが発生する。
そのため、スライド位置検出装置Ａのラック１０をスライド６に取り付け、ピニオン２０をクラウン１に取り付けた場合、タイロッド４の伸びδによりラック１０の取り付け位置とピニオン２０の取り付け位置との間の距離が変位δだけ変化し、スライド位置検出装置Ａで測定されるスライド位置と型間距離との間には、変位δだけズレが生じる。
大型のプレス機械の場合、この変位δは数mmにもなるので、精度よく型間距離を制御するためには、スライド位置の検出値に対して変位δを補正する必要がある。
【００２７】
そこで、スライド位置演算手段５１は、次のような演算を行いスライド位置の検出値に対して変位δを補正することが好ましい。
具体的には、プレス機械Ｐに、その負荷を検出するためのロードセルなどのセンサ（図示せず）を取り付け、そのセンサの出力がスライド位置演算手段５１に入力されるように構成する。そして、スライド位置演算手段５１は、そのセンサにより検出された負荷Fと、エンコーダの検出結果を換算して得られる補正前のスライド位置S'とから、変位δを演算する。
ここで、変位δは、タイロッド４をバネ定数をｋとすると、以下の数１により求められる。
（数１）
δ = F/k
【００２８】
なお、タイロッド４のバネ定数ｋは、例えば、予め、プレス機械Ｐの最大負荷Fmaxが作用した際のタイロッド４の伸びδmaxを測定し、数１に代入することにより求められる（k = Fmax/δmax）。
【００２９】
つぎに、スライド位置演算手段５１は、補正前のスライド位置S'から変位δを減算し、補正後のスライド位置Sを算出する。
（数２）
S = S' - δ
【００３０】
補正後のスライド位置Sと型間距離との間にはズレがないため、このスライド位置Sから型間距離を精度よく求めることができる。そのため、スライド位置Sを基にスライド６の昇降を制御することにより、被加工物を精度よく加工することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ラック
２０  ピニオン
３０  サーボモータ
３１  モータ
３３  エンコーダ
４０  増速機
５１  スライド位置演算手段
５２  モータ制御手段
５３  制御弁
５４  水平制御手段
【図１】
0005785012.tif 000002
【図２】
0005785012.tif 000003
【図３】
0005785012.tif 000004
【図４】
0005785012.tif 000005
【図５】
0005785012.tif 000006
【図６】
0005785012.tif 000007
【図７】
0005785012.tif 000008
【図８】
0005785012.tif 000009
【図９】
0005785012.tif 000010
【図１０】
0005785012.tif 000011