(57)【要約】　　　（修正有）【課題】本願発明は、プレス加工に適した最適加工速度とエネルギを確保でき、生産性に適したスライドの下降速度と上昇速度が得られる機械プレスを提供する。【解決手段】フライホイールを有する機械プレスにおいて、動力伝達装置を介してスライドを昇降させるための、フライホイールを駆動するメインモータとは別のサーボモータを設け、クラッチで切り替えることにより、プレス加工はフライホイールの回転エネルギで行い、プレス加工前後のスライドの昇降運動はサーボモータで行う構成にする。【選択図】　図９
2004114119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライホイールを有する機械プレスにおいて、動力伝達装置を介してスライドを昇降させるための、前記フライホイールを駆動するメインモータとは別のサーボモータを設け、クラッチで切り替えることを特徴とする機械プレス。
【請求項２】
フライホイールを有する機械プレスにおいて、動力伝達装置を介してスライドを昇降させるための、前記フライホイールを駆動するメインモータとは別のサーボモータを設け、クラッチで切り替えることにより、プレス加工する間は前記フライホイールを利用し、プレス加工前とプレス加工後は前記サーボモータを利用する構成としたことを特徴とする機械プレス。
【請求項３】
前記プレス加工に先立ち、前記サーボモータによる駆動をフライホイールによる駆動に切り替える時点において、前記動力伝達装置側の回転速度をフライホイール側の回転速度にほぼ一致させる構成としたことを特徴とする請求項２記載の機械プレス。
【請求項４】
前記プレス加工が終了後前記フライホイールによる駆動を前記サーボモータによる駆動に切り替える時点において、前記サーボモータ側の回転速度を前記動力伝達装置側の回転速度にほぼ一致させる構成にしたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の機械プレス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は機械プレスに関するものである。更に詳しく言えば、主に絞り加工、コイニング加工及びファインブランキング加工に適した機械プレスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、スライドの下降速度をプレス加工に適したものにし、且つクランク軸の１回転あるいはスライドの１往復運動であるサイクルタイムを短くして、生産性を上げるために、リンクプレスあるいはサーボモータを駆動源とするサーボプレスが多用されるようになってきた。
【０００３】
リンクプレスとしては、メインギヤとクランク軸との間に所謂ウイットウオース機構を介在させる構造が良く採用される。（例えば、特許文献１参照。）プレス加工を行う間だけスライドをゆっくり下降させ、プレス加工に入る前とプレス加工終了後はスライドの昇降速度を速める。このようなスライドの運動によって、好ましいプレス加工が行われ、且つサイクルタイムが短くなり、生産性が確保される。
【０００４】
サーボプレスとしては、クランク軸にサーボモータを直接連結したもの（例えば、特許文献２参照）や、ナックル機構をサーボモータで駆動するもの（例えば、特許文献３参照。）がある。これらサーボモータを用いたものは、スライドの昇降速度を自由に変えられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０ー２２５７９７
【特許文献２】
特開２０００ー２８８７９２
【特許文献３】
特開２００２ー１０３０８９
【０００６】
前記特許文献１に示す構造のものは、フライホイールを有しているから、プレス加工に要するエネルギが十分に供給されることからエネルギの点では問題ないが、下降速度が固定的であってプレス加工に最適なスライドの下降速度を得ることが容易でない。
【０００７】
前記特許文献２及び３の場合は、指令によって速度を自由に変えられるからプレス加工に最適な速度を得ることは容易であるが、プレス加工に要するエネルギを確保するためには、サーボモータを大きくする必要がある。通常、サーボモータの容量はフライホイールを有するプレスに用いられる３相誘導電動機の出力の１０倍以上になる。加えて、市場性の点で大容量のサーボモータを入手するのが容易でないことから複数のサーボモータを用いることもある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、プレス加工に適した最適加工速度とエネルギを確保でき、生産性に適したスライドの下降速度と上昇速度が得られる機械プレスを提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
プレス加工はフライホイールの回転エネルギで行い、プレス加工前後のスライドの昇降運動はサーボモータで行う構成にする。更に詳しく言えば、請求項１の発明は、フライホイールを有する機械プレスにおいて、動力伝達装置を介してスライドを昇降させるための、前記フライホイールを駆動するメインモータとは別のサーボモータを設け、クラッチで切り替えることにした。請求項２の発明は、フライホイールを有する機械プレスにおいて、動力伝達装置を介してスライドを昇降させるための、前記フライホイールを駆動するメインモータとは別のサーボモータを設け、クラッチで切り替えることにより、プレス加工する間は前記フライホイールを利用し、プレス加工前とプレス加工後は前記サーボモータを利用する構成とした。請求項３の発明は、請求項２の構成に加えて前記プレス加工に先立ち、前記サーボモータによる駆動をフライホイールによる駆動に切り替える時点において、前記動力伝達装置側の回転速度をフライホイール側の回転速度にほぼ一致させる構成とした。請求項４の発明は、請求項２又は請求項３の構成に加えて前記プレス加工が終了後前記フライホイールによる駆動を前記サーボモータによる駆動に切り替える時点において、前記サーボモータ側の回転速度を前記動力伝達装置側の回転速度にほぼ一致させる構成にした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１から図５及び図９により、第１実施例について説明する。尚、図４と図５は左側面図であるが、図５は、動力の伝達状態を解り易くするために各部材の位置を展開して表示してある。機械プレス１は、フレーム２にスライド３、ボルスタ４及びスライド３を昇降させるためのメインモータ１８、サーボモータ２１及び動力伝達装置等が組込まれて成り立っている。スライド３は、ガイド１３によって案内され、昇降する。
【００１１】
スライド３の下面に上型が取付けられ、ボルスタ４の上面に下型が組付けられ、これら上下型の間に供給された素材はスライド３の昇降運動に伴なってプレス加工が施され加工品が得られる。これらの構成は、従来の機械プレスと変わりはない。尚、防振具５は、機械プレス１の振動が基礎に伝達されるのを防ぐためのものである。
【００１２】
メインモータ１８は、フレーム２に設けられている。メインモータ１８は、後述のベルト２０を張るために位置調整可能にフレーム２に固定されている。メインモータ１８の出力軸にはプーリ１９が固定されている。
【００１３】
フレーム２には、フライホイールが回転自在に設けられている。プーリ１９とフライホイール１１にはベルトが掛けられている。フライホイール１１は、プーリ１９とベルト２０を介してメインモータ１８で駆動され、回転する。メインモータ１８には、回転数を制御するためのタコジェネ２６が設けられている。
【００１４】
ドライブ軸２７はフライホイール１１を貫通して設けられている。フライホイール１１には、クラッチ１７が内装されている。ドライブ軸２７はクラッチ１７を介して、フライホイール１１によって駆動され回転する。即ち、クラッチ１７が「入り」でドライブ軸２７はフライホイール１１と同じ回転数で回転する。ドライブ軸２７には、ドライブギヤ１０が設けられている。
【００１５】
中間ピン２９は、フレーム２に回り止めされた状態で設けられている。中間ピン２９には、中間ギヤ１５と中間ピニオン１６が回転自在に嵌合されている。本実施例においては、中間ギヤ１５と中間ピニオン１６は一体物になっている。場合によっては、これらを別に製造し、回り止めを施しても良い。中間ギヤ１５は、前記ドライブギヤ１０と噛み合っている。
【００１６】
クランク軸８は、フレーム２に回転自在に設けられている。クランク軸８は、フレーム２に設けられた軸受によって支持され回転自在になっている。クランク軸８の端部には、メインギヤ９が設けられている。メインギヤ９の中心に明けられた穴に、クランク軸９の端部が嵌合し、回り止めされている。クランク軸８の端部にはエンコーダ２９が設けられている。エンコーダ２９は、アブソリュートエンコーダであって、クランク軸８の回転角度を検出する。即ち、エンコーダ２９によって、スライド３の高さ位置が特定できる。
【００１７】
フレーム２には、サーボモータ２１が設けられている。サーボモータ２１は、出力軸側にクラッチブレーキ２２を有している。このクラッチとブレーキは分離型であって、夫々の「入り」と「切り」が独立に制御できるものである。サーボモータ２１は、クラッチブレーキ２２を介してフレーム２に固定されている。サーボモータ２１の出力軸には、サーボモータ軸２４が設けられている。サーボモータ２１には、回転数を制御するためのエンコーダ２５が設けられている。
【００１８】
サーボモータ軸２４には、アプローチギヤ２３が設けられている。アプローチギヤー２３の中心に明けられた穴にサーボモータ軸２４が嵌合している。アプローチギヤ２３とサーボモータ軸２４は、スプライン機構によって回り止めされている。アプローチギヤ２３は、前記メインギヤ９と噛み合っている。尚、サーボモータ軸２４の先端部は、フレーム２によって回転自在に支持されている。
【００１９】
クランク軸８の偏心部８ａと他の部材とにより、滑り案内機構６が構成されている。即ち、偏心部８ａの上下に夫々滑り子が係合され、偏心部８ａと上下の滑り子は、矩形の空間を有する枠体内に収納されている。前記上下の滑り子の外周の平面部は当該枠体の内面で摺動自在に案内されている。
【００２０】
前記枠体の下部にはねじ棒１２ａが形成され、全体としてアジャスト部材１２になっている。アジャスト部材１２と他の部材によって位置調整機構７が構成されている。位置調整機構７は、所謂スライド調節装置に関するものである。ねじ棒１２ａ、これに螺号するウオームホイール、当該ウオームホイールと噛み合うウオームシャフト等によって位置調整機構７が構成されている。
【００２１】
前記アジャスト部材１２は、スライド３に明けられたガイド穴によって、案内され、スライド３に対して上下方向に出没するようになっている。
【００２２】
クランク軸８が回転すると滑り案内機構６によって、スライド３は昇降する。
【００２３】
図１のバランサ１４は、スライド３を上方に懸垂し、駆動部分のガタ（クリアランス）がプレス加工に及ぼす悪影響を除去するものである。
【００２４】
以下作用について説明する。エンコーダ２９により、スライド３を上死点に位置させ、クラッチ１７は「切り」で、クラッチブレーキ２２のクラッチは「入り」、ブレーキは「切り」の状態にし、メインモータ１８を起動し、フライホイール１１を回転させておく。フライホイール１１が一定速度で回転しているが、クラッチ１７が「切り」であるからドライブ軸は駆動されていない。以下、フライホイール１１の回転数をＮｗとする。更に、フライホイール１１の回転速度をフライホイール側の回転速度と呼ぶ。
【００２５】
この状態でサーボモータ２１を起動する。アプローチギヤ２３、メインギヤ９、クランク軸８、滑り案内機構６等を介してスライド３は上死点から下降する。他方、アプローチギヤ２３、メインギヤ９、中間ピニオン１６、ドライブギヤ１０を介してドライブ軸２７が回転する。以下、ドライブ軸２７の回転数をＮｄとする。更に、ドライブ軸２７の回転速度を動力伝達装置側の回転速度と呼ぶ。
【００２６】
図９において、スライド３がＡ点迄下降したら（スライド３の位置は、前述の如くエンコーダ２９で判定される）サーボモータ２１に指令を与え、Ｂ点の位置で前記ＮｄがＮｗになるように制御する。即ち、Ａ点からＢ点において動力伝達装置側の回転速度をフライホイール側の回転速度に一致させる。
【００２７】
前記フライホイール１１の回転数Ｎｗは、メインモータ１８の回転数を、フライホイール１１とプーリ１９の半径の比で割ったものになる。他方、前記ドライブ軸２７の回転数は、サーボモータ２１の回転数を、メインギヤ９の歯数とアプローチギヤ２３の歯数の比で割り、それを中間ピニオン２９の歯数とメインギヤ９の歯数の比で割り、更にそれをドライブギヤ１０の歯数と中間ギヤ１５の歯数の比で割れば算出できる。
【００２８】
即ち、メインモータ１８の回転数が分かればフライホイール１１の回転数Ｎｗは分かり、同様にして、サーボモータ２１の回転数が分かればドライブ軸２７の回転数Ｎｄが分かる。逆にドライブ軸２７の回転数Ｎｄの目標値に対してサーボモータ２１の回転数は特定できる。
【００２９】
よって、タコジェネ２６によってメインモータ１８の回転数を検知し、サーボモータ２１によって、ドライブ軸２７の回転数Ｎｄをフライホイール１１の回転数Ｎｗに追従させることができる。ここで、アプローチギヤ２３の回転速度を動力伝達装置側の回転速度と呼ぶ。
【００３０】
Ｂ点においてクラッチブレーキ２２のクラッチを「切り」（ブレーキは「切り」のままとする）クラッチ１７を「入り」にする。スライド３は、フライホイール１１側の回転力によって駆動され、下降する。
【００３１】
スライド３がＣ点の位置にきたときに、クラッチ１７を「切り」にし、クラッチブレーキ２２のクラッチを「入り」（ブレーキは、「切り」のままとする）にする。Ｃ点からスライド３はサーボモータ側の動力で駆動され、上昇する。Ｃ点からＤ点において加速し、その後は高速で上死点に至り停止する。プレス加工は、Ｂ点からＣ点の間で行なわれる。この間のスライド３の動きは、一般的にはサインカーブに近似したものになる。運転が終わったときには、クラッチブレーキ２２のブレーキを「入り」にして、不測の起動を防止する。
【００３２】
上記の作用を要約すれば、フライホイール１１のエネルギを用いてプレス加工を行い、プレス加工の前後においては、スライド３をサーボモータ２１で昇降させると共に、Ｂ点において動力伝達装置側の回転速度をフライホイール側の回転速度に一致させる。更にＣ点において、サーボモータ側の回転速度を動力伝達装置側の回転速度にほぼ一致させる。このことによって、クラッチの衝撃を無くす。通常のクラッチの如く、クラッチの衝撃が心配ない場合には、Ａ点からＢ点にかけての減速と、Ｃ点からＤ点にかけての加速は不要とし、Ａ点、Ｄ点における動力伝達装置側の速度で、夫々Ｂ点及びＣ点においてクラッチを「入り」にしても良い。
【００３３】
本実施例の制御においては、ベルト２０の滑りを無視して、タコジェネ２６の出力でフライホイール１１の回転数Ｎｗを算出したが、更に正確に制御したい場合は、タコジェネ２６に代えて、フライホイール１１の回転数を直接検出するセンサ（例えばエンコーダ）を使用すれば良い。
【００３４】
本実施例においては、図９におけるＢ点からＣ点の間、サーボモータ２１でフライホイール１１の回転数を追従する構成になっているが、多くの加工エネルギを要しないプレス加工においてはフライホイール１１の回転のスピードドロップが小さいことから、前記追従はせずに、Ｃ点までＢ点での回転数の運転を続けても良い。
【００３５】
上記の如く、フライホイール１１の回転数の検出、及び図９におけるＢ点からＣ点の間のサーボモータ２１の制御の方式は夫々２種類あるが、これらを適宜組み合わせることは容易である。
【００３６】
以下、第２実施例に付いて図６、図７及び図８を用いて説明する。尚、滑り案内機構６、位置調整機構７、スライド３、ボルスタ４及び図９のスライド３の動きに関しては第１実施例と変わらないので説明は割愛する。フライフォイール１１は、フレーム２に回転自在に設けられている。フライホイール１１は、その軸心をクランク軸８の軸心に一致する位置及び向きに配備されている。
【００３７】
ドライブ軸２７は、フライホイール１１を貫通して設けられている。フライホイール１１には、クラッチ１７が内装されている。クラッチ「入り」でフライホイール１１の回転がドライブ軸に伝達される構造になっている。ドライブ軸２７にはドライブギヤ１０が設けられている。ドライブ軸２７の端部は、クランク軸８の端部で軸心に明けられた穴に嵌合され、ドライブ軸の端部は回転自在に支持されている。
【００３８】
フレーム２にサーボモータ２１が設けられている。サーボモータ２１は、クラッチ３３を介して固定されている。サーボモータ２１にはエンコーダ２５が付いている。エンコーダ２５は、サーボモータ２１を制御するときに使用される。
【００３９】
サーボモータ２１の出力軸には、サーボモータ軸２４が連結されている。サーボモータ軸２４には、中空体３２が回転自在に嵌合している。中空体３２には中間ギヤと中間ピニオン１６が設けられている。中間ギヤ１５は前記ドライブギヤ１０と噛み合っている。ドライブギヤ１０と中間ギヤ１５によって減速機構が構成されている。
【００４０】
前記中空体３２と同じ中空体３２が、前記ドライブ軸２７の対称位置に設けられている。即ち、中間ギヤ１５及び中間ピニオン１６も全体で２個ずつ設けられている。中間ピニオン１６、１６は、クランク軸８の端部に固定されたメインギヤ９と噛み合っている。尚、クランク軸８にエンコーダ２９が連結されている。該エンコーダは第１実施例のエンコーダ２９に相当する。
【００４１】
フレーム２にブレーキ２８が設けられている。ブレーキ２８は、ブレーキ軸３０を有し、ブレーキ軸３０にはブレーキピニオン３１が設けられている。ブレーキピニオン３１は、前記中間ギヤ１５と噛み合っている。ブレーキ２８は、運転を終了した時点で「入り」にして不測の起動を防止する。これは、第１実施例におけるクラッチブレーキのブレーキに相当するものである。
【００４２】
上記第２実施例は、中間ギヤ１５と中間ピニオン１６が２個ずつあるので、これらのギヤとメインギヤ９が小さくてすみ、駆動機構がコンパクトになっている。
【００４３】
【発明の効果】
本願発明によれば、プレス加工に適した最適加工速度とエネルギを確保でき、生産性に適したスライドの下降速度と上昇速度が得られる機械プレスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における一部断面の正面図
【図２】第１実施例における一部断面の背面図
【図３】第１実施例における一部断面の上面図（展開図）
【図４】第１実施例における一部断面の左側面図
【図５】第１実施例における一部断面の左側面図（展開図）
【図６】第２実施例における一部断面の背面図
【図７】第２実施例における一部断面の上面図
【図８】第２実施例における一部断面の左側面図
【図９】スライドの動きを示す説明図
【符号の説明】
１は機械プレス、２はフレーム、３はスライド、４はボルスタ、５は防振具、６は滑り案内機構、７は位置調整機構、８はクランク軸、８ａは偏心部、９はメインギヤ、１０はドライブギヤ、１１はフライホイール、１２はアジャスト部材、１２ａはねじ棒、１３はガイド、１４はバランサ、１５は中間ギヤ、１６は中間ピニオン、１７はクラッチ、１８はメインモータ、１９はプーリ、２０はベルト、２１はサーボモータ、２２はクラッチブレーキ、２３はアプローチギヤ、２４はサーボモータ軸、２５はエンコーダ、２６はタコジェネ、２７はドライブ軸、２８はブレーキ、２９は中間ピン、３０はブレーキ軸、３１はブレーキピニオン、３２は中空体、３３はクラッチである。
【図１】
2004114119.tif 000003
【図２】
2004114119.tif 000004
【図３】
2004114119.tif 000005
【図４】
2004114119.tif 000006
【図５】
2004114119.tif 000007
【図６】
2004114119.tif 000008
【図７】
2004114119.tif 000009
【図８】
2004114119.tif 000010
【図９】
2004114119.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成14年10月29日(2002.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械プレスのスライドと協働することによってクランク軸の偏心部の回転運動を往復直線運動に変換する滑り案内機構をアジャスト部材の上側に設け、前記スライドに対して回り止めされた状態で進退自在とさせる位置調整機構を前記アジャスト部材の下側に設けたフライホイールを有する機械プレスにおいて、動力伝達装置を介してスライドを昇降させるための、前記フライホイールを駆動するメインモータとは別のサーボモータを設け、クラッチで切り替えることを特徴とする機械プレス。
【請求項２】
機械プレスのスライドと協働することによってクランク軸の偏心部の回転運動を往復直線運動に変換する滑り案内機構をアジャスト部材の上側に設け、前記スライドに対して回り止めされた状態で進退自在とさせる位置調整機構を前記アジャスト部材の下側に設けたフライホイールを有する機械プレスにおいて、動力伝達装置を介してスライドを昇降させるための、前記フライホイールを駆動するメインモータとは別のサーボモータを設け、クラッチで切り替えることにより、プレス加工する間は前記フライホイールを利用し、プレス加工前とプレス加工後は前記サーボモータを利用する構成としたことを特徴とする機械プレス。
【請求項３】
前記プレス加工に先立ち、前記サーボモータによる駆動をフライホイールによる駆動に切り替える時点において、前記動力伝達装置側の回転速度をフライホイール側の回転速度にほぼ一致させる構成としたことを特徴とする請求項２記載の機械プレス。
【請求項４】
前記プレス加工が終了後前記フライホイールによる駆動を前記サーボモータによる駆動に切り替える時点において、前記サーボモータ側の回転速度を前記動力伝達装置側の回転速度にほぼ一致させる構成にしたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の機械プレス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
【課題を解決するための手段】
プレス加工はフライホイールの回転エネルギで行い、プレス加工前後のスライドの昇降運動はサーボモータで行う構成にする。更に詳しく言えば、請求項１の発明は、機械プレスのスライドと協働することによってクランク軸の偏心部の回転運動を往復直線運動に変換する滑り案内機構をアジャスト部材の上側に設け、前記スライドに対して回り止めされた状態で進退自在とさせる位置調整機構を前記アジャスト部材の下側に設けたフライホイールを有する機械プレスにおいて、動力伝達装置を介してスライドを昇降させるための、前記フライホイールを駆動するメインモータとは別のサーボモータを設け、クラッチで切り替えることにした。
請求項２の発明は、機械プレスのスライドと協働することによってクランク軸の偏心部の回転運動を往復直線運動に変換する滑り案内機構をアジャスト部材の上側に設け、前記スライドに対して回り止めされた状態で進退自在とさせる位置調整機構を前記アジャスト部材の下側に設けたフライホイールを有する機械プレスにおいて、動力伝達装置を介してスライドを昇降させるための、前記フライホイールを駆動するメインモータとは別のサーボモータを設け、クラッチで切り替えることにより、プレス加工する間は前記フライホイールを利用し、プレス加工前とプレス加工後は前記サーボモータを利用する構成とした。
請求項３の発明は、請求項２の構成に加えて前記プレス加工に先立ち、前記サーボモータによる駆動をフライホイールによる駆動に切り替える時点において、前記動力伝達装置側の回転速度をフライホイール側の回転速度にほぼ一致させる構成とした。
請求項４の発明は、請求項２又は請求項３の構成に加えて前記プレス加工が終了後前記フライホイールによる駆動を前記サーボモータによる駆動に切り替える時点において、前記サーボモータ側の回転速度を前記動力伝達装置側の回転速度にほぼ一致させる構成にした。