(57)【要約】  板紙プレスウェアを製造する成形装置（１０）は、サーボ駆動打抜きサブシステム（４０）およびサーボ駆動製品成形サブシステム（６０）と、タイミングおよび位置の精度を向上させるようにサーボ駆動サブシステム（２０、４０、６０）を独立して制御するコンピュータによる制御システム（９０）と、を有する。さまざまな構成要素サブシステムの独立した個々の電子制御により、製造および機械機能の遠隔制御および監視が可能になる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板紙ブランクを成形する打抜きダイであって、第１制御可能アクチュエータによって駆動される、打抜きダイと、
前記打抜きダイから前記板紙ブランクを受け取り、板紙プレスウェアを成形する成形ダイであって、第２制御可能アクチュエータによって駆動される、成形ダイと、
前記第１制御可能アクチュエータおよび前記第２制御可能アクチュエータを独立して制御する制御システムと、
を具備する、プレス成形システム。
【請求項２】
前記第１制御可能アクチュエータおよび前記第２制御可能アクチュエータがサーボモータである、請求項１に記載のプレス成形システム。
【請求項３】
第３制御可能アクチュエータによって駆動される紙供給サブアセンブリをさらに具備し、前記第３制御可能アクチュエータが、前記制御システムによって独立して制御可能である、請求項１に記載のプレス成形システム。
【請求項４】
前記成形ダイから成形プレスウェア物品を排出するようにノックアウト空気の放出を制御する少なくとも１つの弁であって、前記制御システムによって制御可能な少なくとも１つの弁をさらに具備する、請求項１に記載のプレス成形システム。
【請求項５】
成形プレスウェア物品を前記成形ダイから移送するようにアシスト空気供給の放出を制御する少なくとも１つの弁であって、前記制御システムによって制御可能な少なくとも１つの弁をさらに具備する、請求項１に記載のプレス成形システム。
【請求項６】
前記制御システムが、前記成形ダイのストローク長を制御する、請求項１に記載のプレス成形システム。
【請求項７】
バルク供給源から紙材料を搬送する、第１サーボモータを備える紙供給サブシステムと、
前記紙供給サブシステムによって搬送される前記紙材料からブランクを成形する、第２サーボモータを備える打抜きサブシステムと、
前記ブランクをプレスウェアにプレス成形する、第３サーボモータを備える成形ダイサブシステムと、
前記第１サーボモータ、前記第２サーボモータおよび前記第３サーボモータを独立して制御するプログラマブルコントローラと、
を具備する、プレス成形システム。
【請求項８】
前記プログラマブルコントローラが、さらに、前記成形ダイサブシステムから前記プレスウェアを放出するようにノックアウト空気の供給を独立して制御する、請求項７に記載のプレス成形システム。
【請求項９】
前記プログラマブルコントローラが、さらに、前記打抜きサブシステムからスクラップを排出するように吹出空気の供給を独立して制御する、請求項７に記載のプレス成形システム。
【請求項１０】
前記プログラマブルコントローラが、さらに、前記打抜きサブシステムと前記成形ダイサブシステムとの間にブランクを保持する少なくとも１つの中間止め具を独立して制御する、請求項７に記載のプレス成形システム。
【請求項１１】
前記プログラマブルコントローラが、さらに、前記プレス成形システムによって製造されるプレスウェアを計数する、請求項７に記載のプレス成形システム。
【請求項１２】
前記プログラマブルコントローラが、さらに、前記成形ダイサブシステムから前記プレスウェアを取り出す排出アシスト空気の供給を独立して制御する、請求項７に記載のプレス成形システム。
【請求項１３】
前記プログラマブルコントローラが、さらに、前記バルク供給源からの紙材料巻出しを独立して制御する、請求項７に記載のプレス成形システム。
【請求項１４】
板紙プレスウェアを成形する方法であって、
板紙材料のウェブからブランクを成形するステップと、
前記ブランクをプレスウェア物品にプレスするステップと、
ブランクを成形する前記ステップに関連する第１サーボモータと、前記ブランクをプレスする前記ステップに関連する第２サーボモータと、を独立して制御するステップと、
を含む、方法。
【請求項１５】
ロールから前記板紙材料のウェブを巻き出すステップと、前記第１サーボモータおよび前記第２サーボモータの制御とは無関係に、前記巻出しステップに関連する第３サーボモータを制御するステップと、をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ブランクをプレスする前記ステップに関連するプレス成形ダイから前記プレスウェア物品を放出するように、ノックアウト空気の供給を独立して制御するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
ブランクを成形する前記ステップに関連するスクラップを排出するように吹出空気の供給を独立して制御するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
ブランクを成形する前記ステップと前記ブランクをプレスする前記ステップとの間で、ブランクを保持する少なくとも１つの中間止め具を独立して制御するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
製造されたプレスウェア物品を自動計数するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記ブランクをプレスする前記ステップに関連するプレス成形ダイから前記プレスウェア物品を取り出すための排出アシスト空気の供給を独立して制御するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
ロールからの前記板紙材料のウェブの巻出しを独立して制御するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１サーボモータおよび前記第２サーボモータの前記制御が、遠隔制御ステーションから行われる、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に製造用のプレス成形システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイ・プレス成形システムは、種々の成形品の製造に用いられている。皿、ボウル等、板紙プレスウェア製品を製造する既知のプレス成形システムの全体的な背景が理解されるように、たとえば、Ｒｏｓｓｉらの米国特許第４，５８８，５３９号明細書、Ｍａｒｘの同第５，２４９，９４６号明細書、Ｆｏｒｔｎｅｙらの同第６，５２７，６８７号明細書、Ｊｏｈｎｓらの米国特許第６，５９２，３５７号明細書および米国特許出願公開第２００５／０１９２１７１Ａ１号明細書はすべて、参照により本明細書に援用される。
【０００３】
従来、ブルギアに結合された単一大型モータが、プレス成形装置全体を駆動する。板紙ブランクが、打抜きステーションから成形ダイ内に重力送りされる。ギア、ベルト、タイミングチェーン、カムおよび／または機械式エンコーダおよびスイッチを組み込んだ機械システムが、通常、駆動モータを、成形ラム、打抜きダイ、紙送り、製品ノックアウトおよびスクラップ排出部、ならびにプレス成形装置の他の構成部品に結合する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした機械システムでは、製品成形プロセスのさまざまな段階の適切なタイミングおよび動作を維持するために、相当な保守および調整が必要であることが多い。また、動力伝達経路内の一連の機械部品における公差の積重ねにより、タイミングおよび位置が不正確になる可能性があり、それは製品品質に悪影響を与える可能性がある。さらに、機械的に連結されたシステムでは、さまざまな部品が共通の駆動モータに結合されているため、ストローク距離、ドウェルタイム、印加圧力、および成形工程の他の態様の独立した調整は、幾分か制限される。生産率を向上させる試みには、一般に、より短いサイクルタイムが必要であり、それによって機械式駆動システムの欠点の多くが増幅される可能性がある。
【０００５】
したがって、成形プレスの駆動システムおよび制御システムに対する改良が非常に望ましいということが分かる。本発明が主に目的とするのは、これらおよび他の必要性を満たす改良された成形プレスシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、板紙プレスウェア等の物品を製造する改良されたプレス成形システムを提供する。本発明の特定の実施形態では、プレス成形システムの構成要素サブシステムに対して、サーボモータ等の独立したアクチュエータが設けられる。たとえば、独立したアクチュエータが、板紙プレスウェア成形システムの紙巻出し、打抜き、ブランク供給、成形および／または製品排出の構成要素のうちの１つまたは複数を駆動することができる。本発明の形態例では、独立したアクチュエータに連結されたコンピュータ制御システムが、プレス成形作業におけるタイミングおよび位置の精度の向上を可能にし、構成要素の独立した調整を可能にし、品質の改良および生産率の向上を可能にする。
【０００７】
一態様では、本発明はプレス成形システムである。本プレス成形システムは、板紙ブランクを成形する打抜きダイを有し、打抜きダイは、第１制御可能アクチュエータによって駆動される。また、本プレス成形システムは、打抜きダイから板紙ブランクを受け取り、板紙プレスウェアを成形する成形ダイを有し、成形ダイは、第２制御可能アクチュエータによって駆動される。さらに、本プレス成形システムは、第１制御可能アクチュエータおよび第２制御可能アクチュエータを独立して制御する制御システムを有する。
【０００８】
別の態様では、本発明は、バルク供給源から紙材料を搬送する紙供給サブシステムであって、第１サーボモータを有する紙供給サブシステムを備えるプレス成形システムである。また、本プレス成形システムは、紙供給サブシステムによって搬送される紙材料からブランクを成形する打抜きサブシステムであって、第２サーボモータを有する打抜きサブシステムを備える。また、本プレス成形システムは、ブランクをプレスウェアにプレス成形する成形ダイサブシステムであって、第３サーボモータを有する成形ダイサブシステムを備える。プログラマブルコントローラが、第１サーボモータ、第２サーボモータおよび第３サーボモータを独立して制御する。
【０００９】
さらに別の態様では、本発明は、板紙プレスウェアを成形する方法であって、本方法は、板紙材料のウェブからブランクを成形するステップと、ブランクをプレスウェア物品にプレスするステップと、ブランクを成形するステップに関連する第１サーボモータと、ブランクをプレスするステップに関連する第２サーボモータと、を独立して制御するステップと、を含む。
【００１０】
本発明のこれらおよび他の態様、特徴および利点は、図面および本明細書の詳細な説明を参照することによって理解され、特に添付の特許請求の範囲に挙げられているさまざまな要素および組合せによって具現化されるであろう。請求項に記載されているように、上述した概略的な説明、ならびに以下の図面の簡単な説明および本発明の詳細な説明は、本発明の好適な実施形態を例示し説明するものであり、本発明を限定するものではない、ということが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態例によるプレス成形装置の側面図である。
【図２】図１のプレス成形装置の平面図である。
【図３】本発明の別の実施形態例によるプレス成形装置の第１側面図である。
【図４】図３のプレス成形装置の第２側面図である。
【図５】図３のプレス成形装置の正面図である。
【図６】図３のプレス成形装置の背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を、この開示の一部を形成する添付図面に関連して発明の以下の詳細な説明を参照することにより、より容易に理解することができる。本発明は、本明細書に記載されかつ／または図面に示される所定の装置、寸法またはパラメータに限定されない、ということが理解されるべきである。むしろ、提供される説明および図面は、請求項に記載されている発明の理解に役立つように、単に例として特定の実施形態を説明する目的のものであり、請求項に記載されている発明を限定するようには意図されていない。また、本発明は、請求項に記載されているように、本明細書に記載されているシステムおよび方法すべてを、個々の構成要素およびそれらのサブコンビネーションとともに包含する。本明細書で使用する単数形「１つの（ａ、ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈で特に明確に指示されない限り、複数形を含むように解釈されるべきであり、特定の数値に対する言及は、少なくともその特定の値を含む。
【００１３】
本発明によるプレス成形システム１０の実施形態例を、図１および図２に示す。板紙のウェブ１２が、巻出しスタンドまたは他のバルク供給源に支持されているロール１４から搬送され、方向矢印Ｐで示すプロセス方向に、紙巻出しサブアセンブリ２０を介して打抜きサブアセンブリ４０に供給される。そして、打抜きサブアセンブリ４０によって成形される板紙ブランク４２は、プレス成形サブアセンブリ６０に供給され、皿、ボウル等の板紙プレスウェア物品８０に成形される。制御システム９０が、紙巻出しサブアセンブリ２０、打抜きサブアセンブリ４０および／またはプレス成形サブアセンブリ６０に関連する１つまたは複数のアクチュエータを、指定された動作の順序に従って独立して制御する。
【００１４】
紙巻出しサブアセンブリ２０は、ロール１４から紙を巻き出すかまたは他の方法で別のバルク供給源から紙を搬送するように、紙巻出しモータ２２によって駆動される、１つまたは複数のローラ、ドライブシャフトまたはベルトを備えることができる。モータ２２の動作は、プログラマブルマイクロプロセッサベースの制御システム９０により、または専用コントローラにより制御される。紙巻出しサブアセンブリ２０から打抜きサブアセンブリ４０への板紙のウェブ１２の供給を制御するように、サーボモータ、ステッピングモータ、リニアアクチュエータ、または他の形態の制御可能アクチュエータ２４が任意に設けられている。
【００１５】
板紙ブランク４２は、打抜きサブアセンブリ４０内で往復運動する打抜きダイによって、板紙のウェブ１２から切断される。打抜きダイは、サーボモータ、ステッピングモータ、リニアアクチュエータ、または他の形態の制御可能アクチュエータ４４によって駆動される。任意に、打抜き動作からもたらされる打抜きサブアセンブリ４０からのスクラップを排出するために、吹出空気４６が供給される。１つまたは複数の中間止め具４８ａ、４８ｂが、成形サブアセンブリ６０に制御されて送られるようにブランク４２を保持する。
【００１６】
ブランク４２は、成形サブアセンブリ６０の成形プレス６２の雄パンチ部品と雌ダイ部品との間の空間内に、重力送りされるか、または別法としてサーボモータ作動移送機構により供給される。成形プレスは、別のサーボモータ、ステッピングモータ、リニアアクチュエータ、または他の形態の制御可能アクチュエータ６４によって駆動される。成形されたプレスウェア物品を成形プレス６２のダイから放出するために、ノックアウト空気６６が任意に供給され、かつ／または後続する収集、計数、検査および包装のために、成形されたプレスウェア物品を成形プレスから取り除くために、排出アシスト空気６８が供給される。
【００１７】
図３〜図６は、上述した実施形態と実質的に同様に動作する、本発明によるプレス成形システム１１０の別の実施形態例を示す。紙巻出しモータ１２２が、外部バルク供給源からプロセス方向Ｐに板紙のウェブを引き出す。紙供給サーボ１３０が、板紙を打抜きダイに搬送するように制御され、打抜きダイは、打抜きサーボ１４４により板紙のウェブからの成形板紙ブランクを切断するように駆動される。成形サーボ１６４は、板紙ブランクを成形板紙プレスウェア物品に成形するように、成形プレスを駆動し、それら物品は、その後、製品出力部１８０において、包装、検査またはさらなる処理のために排出される。ローカルユーザインタフェースを可能にするため、かつ／または遠隔監視および制御システムと通信するために、制御キャビネット１５０、制御パネル１５２および速度インジケータ１５４が任意に設けられている。
【００１８】
コンピュータによる制御システムは、紙供給、打抜き、成形、ノックアウト空気の供給、製品取出しアシスト空気の供給および／またはスクラップ排出吹出空気の供給を含む、プレス成形システム１０、１１０のさまざまな構成要素サブシステムの電子制御を提供する。形態例では、制御システムは、プレス成形システムおよびそれらの構成要素のさまざまなサブアセンブリの指定された一連の動作を行うようにソフトウェアを実行する、プログラマブルマイクロプロセッサベースのコンピュータを備えている。制御システムは、１つまたは複数のデジタル・アナログ変換器、増幅器、モータコントローラ、および／またはソフトウェアまたはユーザ入力命令に従ってプレス成形システムの構成要素を動作させるよう信号を通信する他の構成要素をさらに備えることができる。このように、制御システムは、電子または仮想「カム」として動作して、既知のプレス成形システムの機械式カム作動システムの代りに、システムのさまざまな構成要素ならびに機能の制御および監視を行う。
【００１９】
プレス成形システムの電子監視および制御は、任意に、コンピュータによる制御システムを介して遠隔地から提供される。遠隔地からの制御は、製造および機械機能の監視を行うことができ、また、プレス成形システムのさまざまな構成要素サブシステムの個々の設定の調整とともに、生産率、出力品質および／または他のシステム機能のデータ収集および監視も可能にすることができる。コンピュータによる制御システムはまた、プレス成形システムの電子監視および制御を、包装ステーション、印刷ステーションおよび／または検査ステーション等、プレス成形システムの上流および／または下流の他の製造ステーションの監視および制御とリンクさせることを可能にすることにより、集中化された全工場生産監視および制御を、工程データ収集、在庫管理および報告機能とともに提供する。
【００２０】
制御システムは、システムのさまざまな構成要素および機能の独立した制御が可能であることが好ましく、それにより、既知の機械システムよりタイミングおよび位置の精度が向上する。たとえば、制御システムは、紙供給サーボ、打抜きサーボ、成形サーボ、紙巻出しモータ、中間止め具に関連する電子アクチュエータ、および／またはスクラップ吹出空気、ノックアウト空気および／または排出アシスト空気に関連するコンピュータ制御弁を独立して制御することができる。１つまたは複数のサーボ駆動装置が、サーボモータに伝達される電流を制御することができ、サーボおよび／または関連部品に関連するエンコーダまたはセンサを組み込んだフィードバック制御ループが、ソフトウェアまたはユーザ入力命令に従って、プレス成形システムのそれぞれのサブアセンブリ構成要素に対する適切な位置決めならびにトルクおよび速度の伝達を可能にする。制御システムはまた、任意に、プレス成形システムによって製造される製品を計数する。
【００２１】
本発明の制御システムによって提供される仮想カムは、既知のシステムのように機械的制約に拘束されないため、成形工程の個別の態様を独立して制御することが可能になる。成形サーボは、たとえば、成形システムの他の動作から独立して、成形プレスのドゥエルタイムの増大する調整または低減する調整も可能にすることができる。これにより、必要な場合は、製品成形工程の他のステップでの時間を低減する一方で、製品を適切に成形するためにドゥエルタイムを追加することができ、可能性として総機械出力が増大しかつ／または製品品質が向上する。また、成形ラムのストローク（すなわち移動距離）を、「製造ストローク」では成形ダイから飛び出す皿に対しちょうど十分なクリアランスを提供する一方で、「保守ストローク」に対し、ダイを交換するかまたは機械内部の他の機械作業を実行するためにはるかに大きいクリアランスを提供するように、独立して制御することができる。このように製造ストロークを最小限することにより、サイクルタイムおよび振動を低減することができ、それにより生産率が向上し保守費用が低減する。打抜きダイの動作もまた、ソフトウェア実装「仮想カム」によって、製造にはるかに短いストロークを提供し保守により大きい開放間隔を提供するように、独立して制御することができる。成形された製品を成形ダイから放出するためのノックアウト空気、成形ダイからの製品取出しのためのアシスト空気、スクラップ吹出空気の供給および／または他の製造機構のタイミングは、本発明の電子「仮想」カム制御システムによって同様に制御される。全体として、さまざまなサブアセンブリの構成部品の動きおよび動作を、機械がより好適に同期するようにして、より正確な指示された時刻に発生するようにより好適に制御することができる。
【００２２】
さらなる利点として、本発明のいくつかの実施形態例では、成形サーボおよび打抜きサーボを、プレス成形システム成形端および打抜き端それぞれに取り付けることができる。こうした取付配置により、目下既知のシステム内部の機械式ギア列が除去され、また、目下単一メインモータに連結されて使用されているブルギアおよびプーリが除去される。
【００２３】
本発明を好ましくかつ実施形態例に関連して説明してきたが、当業者には、種々の変更、追加および削除が、以下の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内にあることが理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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