(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主機モータとフライホイールとを備えた駆動機械系により、クランク軸を駆動するプレス装置の、プレス前後における駆動機械系の速度変化量を検出し、検出された速度変化量を、速度変化量とプレス荷重の関係式として予め設定された関係式であって、主機モータのトルク制限前の領域とトルク制限後の領域とで、それぞれ勾配を異ならせた一次関数を使用する関係式に代入してプレス荷重を求めることを特徴とするモーター駆動のプレス装置におけるプレス荷重検出方法。
【請求項２】
主機モータが、速度低下に応じてモータトルクを増加させるが、所定トルクに達するとトルク制限される機能を備えたものであることを特徴とする請求項１記載のモーター駆動のプレス装置におけるプレス荷重検出方法。
【請求項３】
トルク制限前の領域では速度変化量に対するプレス荷重変化の勾配が大きく、トルク制限後の領域では速度変化量に対するプレス荷重変化の勾配が小さい一次関数を使用することを特徴とする請求項１記載のモーター駆動のプレス装置におけるプレス荷重検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーター駆動により被加工材をプレス加工するプレス装置のプレス荷重検出方法に関するもので、例えば熱間圧延用素材であるスラブを幅方向圧下するために製鉄所などで用いられるサイジングプレスにおけるプレス荷重検出にも使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所の熱間圧延工程においては、加熱炉により所定温度に加熱されたスラブを連続的に幅方向圧下するために、従来からサイジングプレスが用いられている。業界において周知のように、サイジングプレスは左右一対のプレス金型をクランク機構を利用して幅方向に進退動させ、スラブを連続的にプレスする装置である（例えば特許文献１、特許文献２）。なおクランク軸の駆動は、主機モータとフライホイールとを備えた駆動機械系により行われており、フライホイールに蓄積した回転エネルギをプレス時に瞬間的に消費し、消費された回転エネルギを次回のプレスまでの短時間内に主機モータによって回復するようになっている。
【０００３】
このサイジングプレスにおけるプレス荷重は断続的な衝撃荷重であり、設備保護のためや品質管理のためには、プレス荷重が限界荷重を越えないように管理する必要がある。そこで従来は、サイジングプレス用の金型に取付けたロードセルや歪みゲージによって、プレス荷重が検出されていた。ところが、ロードセルや歪みゲージは長期間にわたり衝撃荷重を受けると検出精度が低下したり破損したりすることがあり、サイジングプレスにおけるプレス荷重検出方法としては安定性に欠けるという問題があった。
【０００４】
なお、特許文献１には、検出されたプレス荷重を用いて、スラブのスリップ発生を検出する方法が開示されている。また特許文献２には、駆動機械系の速度制御方法が開示されている。特許文献１の発明ではプレス荷重の検出が必要であるが、具体的な検出方法は開示されていない。また特許文献２の発明はプレス荷重の検出を必要としていないので、やはり具体的な検出方法は開示されていない。
【特許文献１】特開平９−１２２７０６号公報
【特許文献２】特許第３７４２６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決して、サイジングプレスのようなモーター駆動により衝撃的なプレス荷重を発生させるプレス装置において、ロードセルや歪みゲージを用いることなく、長期間にわたり安定して、しかも精度よく検出することができるプレス荷重検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するためになされた本発明のモーター駆動のプレス装置におけるプレス荷重検出方法は、主機モータとフライホイールとを備えた駆動機械系により、クランク軸を駆動するプレス装置の、プレス前後における駆動機械系の速度変化量を検出し、検出された速度変化量を、速度変化量とプレス荷重の関係式として予め設定された関係式であって、主機モータのトルク制限前の領域とトルク制限後の領域とで、それぞれ勾配を異ならせた一次関数を使用する関係式に代入してプレス荷重を求めることを特徴とするものである。
【０００７】
また請求項２のように、主機モータが、速度低下に応じてモータトルクを増加させるが、所定トルクに達するとトルク制限される機能を備えたものであることが好ましい。また請求項３のように、トルク制限前の領域では速度変化量に対するプレス荷重変化の勾配が大きく、トルク制限後の領域では速度変化量に対するプレス荷重変化の勾配が小さい一次関数を使用することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、主機モータとフライホイールとを備えた駆動機械系に取付けた回転センサによって駆動機械系の速度を連続的に測定し、プレス前後における駆動機械系の速度変化量、速度変化量とプレス荷重の関係式として予め設定された関係式であって、主機モータのトルク制限前の領域とトルク制限後の領域とで、それぞれ勾配を異ならせた一次関数を使用する関係式に代入してプレス荷重を求める。このため、従来のように破損し易いロードセルや歪みゲージを用いることなく、破損のおそれのない回転センサを利用して、プレス荷重を長期間にわたり安定して、精度よく検出することができる。しかもこの速度変化量はリアルタイムで検出できるので、プレス荷重もリアルタイムで検出することができ、異常値が検出されたときには直ちに設備を停止して設備を保護することができる。
【０００９】
なお、速度変化量が低下したときに主機モータは直ちにモータトルクを増加させて駆動機械系の回転速度を一定に維持しようとするが、何らかの原因により速度変化量が過大となった場合には、主機モータに求められるモータトルクも過大となり、主機モータが故障するおそれがある。このため請求項３のように、主機モータのモータトルクが所定トルクに達すると、トルク制限される機能を備えたものとしておくことが好ましい。
【００１０】
ところが主機モータがトルク制限されると、主機モータのトルク制限前の領域とトルク制限後の領域とで、速度変化量とプレス荷重の関係が変化してしまう。そこで請求項４及び請求項５のように、トルク制限の有無によって勾配を異ならせた一次関数を使用することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施形態を製鉄所の熱間圧延工程におけるサイジングプレスの例で説明する。
図１はサイジングプレスの全体構造の説明図であり、１は主機モータ、２はこの主機モータ１によって回転される左右一対のフライホイール、３は左右一対の減速機である。主機モータ１は例えば３４００ｋＷ・５００ｒｐｍの能力を有するものであり、減速機３は１/１０の減速比を持つものである。これらの主機モータ１、フライホイール２、減速機３によって、サイジングプレスの駆動機械系が構成されている。
【００１２】
この駆動機械系の回転速度ｖ、より正確にはフライホイール２の回転速度ｖは、回転軸４に取付けられた回転速度センサ５によって常時検出されており、従来と同様に速度一定制御が行われている。回転速度センサ５としては、ロータリーソレノイドその他の市販品を使用することができる。回転速度センサ５はロードセルや歪みゲージとは異なり衝撃荷重を受けることもなく、耐久性に優れている。
【００１３】
６は減速機３の出力軸に接続されたクランク軸であり、クランクアーム７とコネクティングロッド８を用いた公知の駆動機構によってプレス金型９を矢印のように左右対称的に進退動させ、加熱されたスラブ１０の幅方向圧下を行う。プレス金型９は左右一対のものであるから、その駆動機構も左右対称に設けられていることはいうまでもない。なおこの実施形態では、クランク軸６の回転速度ｖは５０ｒｐｍ、スラブ１０の移動速度は毎分２０mであるが、これらの数値はラインの仕様によって様々である。
【００１４】
このようなサイジングプレスは、主機モータ１によってフライホイール２を高速回転させて回転エネルギを蓄積し、プレス時に瞬間的にエネルギを消費する動作を繰り返すのであるが、仮にフライホイール２の慣性モーメントのみによってプレス動作を行うとした場合には、消費エネルギは（機械ロスを無視して）、次式によって表わされる。
消費エネルギ＝速度変化×慣性モーメント
【００１５】
しかし実際のサイジングプレスでは主機モータ１が常に駆動機械系に接続された状態のままでプレスを行うため、プレス金型９に実際に供給されるエネルギはフライホイール２の蓄勢エネルギと主機モータ１からの供給エネルギの和である。この場合の消費エネルギは（機械ロスを無視して）次式によって表わされる。
消費エネルギ＝速度変化×慣性モーメント＋モータ供給エネルギ
【００１６】
このため、もし主機モータ１の容量がプレス時に消費される衝撃エネルギを瞬間的にカバーできるほど十分に大きい場合には、回転速度ｖはほとんど変化しないこととなるが、実際にはそのような大容量の主機モータ１は過剰設備となるために用いられておらず、次回のプレスまでの短時間内に低下した回転速度を復帰できる容量の主機モータ１が用いられている。このため、プレス時の衝撃荷重によって回転速度ｖが低下するので、その速度変化を演算装置１１に入力し、あらかじめ求めておいた速度変化量とプレス荷重の関係式に代入することによって、プレス荷重を求めることができる。この速度変化量とプレス荷重はほぼ比例するので、速度変化量とプレス荷重の関係式は一次式となる。
【００１７】
しかし速度低下を検出した主機モータ１は直ちにモータ供給エネルギを増加させて速度を回復しようとするので、速度低下の大きい場合には主機モータ１に過剰な負荷がかかり、そのままでは主機モータ１の故障の原因となる。そこで実際の設備においては主機モータ１に所定トルクに達するとトルク制限を行うモータ制御機構（電気的制御による制限であり図示しない）が設けられており、このモータ制御機構の作動の有無により速度変化量とプレス荷重の関係は変化する。以下にこの点について説明する。
【００１８】
図２はプレス荷重が比較的小さく、従って速度変化量も小さい場合のグラフである。この場合には、モータトルクとプレス荷重、速度変化量とプレス荷重はそれぞれほぼ比例する。このため、図４の左側に示すように速度変化量の小さい領域では、プレス荷重と速度変化量との関係式は原点を通る一次関数となる。
【００１９】
しかし図３のようにプレス荷重が大きくなると速度変化量も大きくなるので、主機モータ１は直ちにモータトルクを増大させる。そしてモータトルクが所定トルクに達すると、前述のモータ制御機構が動作してトルク制限を行い、それ以上のモータトルクの増大を抑制するから、モータトルクは最大値のまま一定となる。
【００２０】
従って速度変化量の大きい領域では、図４の右側に示すようにプレス荷重と速度変化量との関係は原点を通らない一次関数となる。すなわち、トルク制限前の領域では速度変化量に対するプレス荷重変化の勾配が大きく、トルク制限後の領域では速度変化量に対するプレス荷重変化の勾配が小さい一次関数となる。
【００２１】
なお厳密には、モータトルクの積分値とプレス荷重も一次関数の関係となるが、モータトルクの積分値は検出タイミングに遅れが生じるので、リアルタイムでプレス荷重を検出しようとしている本発明においては、利用するには不適当である。
【００２２】
以上に説明したように、主機モータ１にモータ制御機構によるトルク制限が設けられている場合には、図４に示すように主機モータ１のトルク制限前の領域とトルク制限後の領域とで、勾配を異ならせた一次関数を使用し、検出された速度変化量を演算装置１１によってプレス荷重に正確に変換することができる。
【００２３】
このように、本発明によれば従来のように破損し易いロードセルや歪みゲージを用いることなく、破損のおそれのない回転速度センサ５を利用して、サイジングプレス等のプレス荷重を長期間にわたり安定して、しかも精度よく検出することができ、異常なプレス荷重が検出された場合には装置を停止して設備の破損を防止することができる。
【００２４】
以上の説明は、サイジングプレスのプレス荷重検出を中心として行ったが、本発明はモーター駆動により被加工材をプレス加工するプレス装置のプレス荷重検出に広く適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】サイジングプレスの全体構造の説明図である。
【図２】プレス荷重が小さい場合の、プレス荷重、速度変化量、モータトルクの時間的変化を示すグラフである。
【図３】プレス荷重が大きい場合の、プレス荷重、速度変化量、モータトルクの時間的変化を示すグラフである。
【図４】速度変化量とプレス荷重との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１  主機モータ
２  フライホイール
３  減速機
４  回転軸
５  回転速度センサ
６  クランク軸
７  クランクアーム
８  コネクティングロッド
９  プレス金型
１０  スラブ
１１  演算装置
【図１】
0005157321.tif 000002
【図２】
0005157321.tif 000003
【図３】
0005157321.tif 000004
【図４】
0005157321.tif 000005