(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライホィールの回転運動をねじ機構により直線運動に変換し上型及び下型を相対的に接近又は離脱する方向に移動させて前記フライホィールに与えた回転による運動エネルギによってワークを圧縮加工するスクリュープレス装置において、前記フライホィールを巻掛け伝動部材を介して回転させるサーボモータと、該サーボモータの回転速度を検知するサーボモータ用エンコーダと、前記フライホィールの回転速度及び前記サーボモータを空転状態にするタイミングを検知するフライホィール用エンコーダと、該フライホィール用エンコーダから発信される信号のフィードバックを受けながら前記フライホィールの回転速度を制御して該フライホィールに与える回転による運動エネルギを精度よく調節するコンピュータと、前記サーボモータ用エンコーダから発信される信号のフィードバックを受けながら前記コンピュータからの指令に従って前記サーボモータを作動させるサーボ駆動装置とを備え、下型と上型とが合わさる加圧直前の前記タイミングを前記フライホィール用エンコーダにより検出して該加圧直前のタイミングで前記サーボモータによる駆動を停止させて該サーボモータを空転させ、前記フライホィールの回転による運動エネルギをすべて加工のために放出するように構成したことを特徴とするスクリュープレス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータ駆動によりフライホィールを増速させるスクリュープレス装置に係り、特にクラッチ機構を介さずに直接フライホィールの回転数を制御することで、クラッチ機構を用いた場合のクラッチ摩擦熱の変化に起因する摩擦伝達率の変化、そしてその結果発生する加工荷重のばらつきを解消して、加工エネルギをより均一化できるようにし、またワークの大小や形状に応じて加工エネルギを自在に調節できるようにした、高精度で高能率な加工が可能なスクリュープレス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクリュープレス装置は、回転指定フライホィールの持つ運動エネルギをねじ機構によって直線運動に変換し、上型及び下型とで成形素材を押圧してプレス加工するプレス装置であり、ストロークを長く取れること、経済的に少量生産できることなど、他のプレス装置にない多くの特長を持ち、ボルト頭部の成形、コイニングなどの作業に多用されている。
【０００３】
そして従来のスクリュープレス装置の成形のためのエネルギは、クラッチ機構によって回転する摩擦盤とフライホィールとの間の動力伝達を断接して付与するようになっており、加工に必要なエネルギ（フライホィールの慣性モーメントに比例し、その回転速度の二乗に比例する）をフライホィールに与えたところでクラッチ機構を切り、該フライホィールの回転による運動エネルギを用いて成形素材をプレス加工するようになっている。
【０００４】
フライホィールの回転の運動エネルギの制御については、回転数をエンコーダで検知することで、ある程度の精度は出すことができるが、フライホィール及び摩擦盤のクラッチ機構の熱変動で起動特性が変化してしまい、加工ごとに若干加工エネルギが変化してしまうという不具合があった。
【０００５】
完全自動運転で、定常運転中にはほとんどエネルギ変動はないが、運転後に少し停止させ、再び運転を再開するような場合に上記の不具合が生じ、それは運転中の摩擦熱によりある程度熱くなっていた摩擦盤が、停止中に冷却されてしまうことによって生じる。
【０００６】
近年はプレス装置に対しても高精度化の要求が高まって来ており、加工エネルギのより均一化が求められているが、従来のスクリュープレス装置の構造では限界があった。
【０００７】
また摩擦盤によるクラッチ機構では天然皮革からなるクラッチライニングが使用されており、連続自動運転を行うためには、クラッチライニングの長寿命化が要求されるにもかかわらず、クラッチライニングは保革処理を行いすぎると寿命は長くなるがスリップが多くなり、逆に保革処理を行わないとスリップは少ないが寿命が短くなってしまうという特性を持っているため、できればクラッチ機構を用いずにフライホィールを自在に制御できるようにしたスクリュープレス装置の開発が切望されていた。
【０００８】
更にスクリュープレス装置はフライホィールの回転による運動エネルギを成形時にすべて使用するのでパワフルである半面、小物を加工する場合にはフライホィールの回転数を低くして運動エネルギを少なくしないと過負荷になってしまうので、装置の稼働率が低下してしまうという欠点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、サーボモータを用いてフライホィールを回転させることによって、摩擦盤やクラッチ機構を用いずに直接フライホィールを回転させることができるようにして、スクリュープレス装置の運転後に少し停止させ、再び運転を再開するような場合でも加工エネルギが変動しないように均一化し、加工を高精度化することであり、またこれによってクラッチライニングのような消耗品を用いる必要性をなくすと共に、クラッチ機構を作動させるエアバルブを不要にして停止しているフライホィールをレスポンスよく起動させることができるようにすることである。
【００１０】
また他の目的は、上記構成に加えてサーボモータの回転速度を検知するサーボモータ用エンコーダと、フライホィールの回転速度を検知するフライホィール用エンコーダと、フライホィール用エンコーダから発信される信号のフィードバックを受けながらフライホィールの回転速度を制御するためのコンピュータと、サーボモータ用エンコーダから発信される信号のフィードバックを受けながらコンピュータからの指令に従ってサーボモータを作動させるサーボ駆動装置とを備え、かつ下型と上型とが合わさる加圧直前のタイミングをフライホィール用エンコーダにより検出して該加圧直前のタイミングでサーボモータによる駆動を停止させて該サーボモータを空転させ、フライホィールの回転による運動エネルギをすべて加工のために放出するように構成することによって、フライホィールの運動エネルギを自在に制御できるようにすると共に、加圧エネルギ制御の精度を向上させることである。
また他の目的は、例えば小物の成形素材の加工時には短時間で上型と下型とが接近するように高速度でフライホィールを回転させ、上型と下型とが接近したところでフライホィールの回転速度を小物の加工に必要な速度に下げ、その低速度で回転するフライホィールの運動エネルギを用いて加圧できるようにすることであり、またこれによって大型のスクリュープレス装置であっても、稼働率を下げることなく小物の成形素材を加工できるようにすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
要するに本発明は、フライホィールの回転運動をねじ機構により直線運動に変換し上型及び下型を相対的に接近又は離脱する方向に移動させて前記フライホィールに与えた回転による運動エネルギによってワークを圧縮加工するスクリュープレス装置において、前記フライホィールを巻掛け伝動部材を介して回転させるサーボモータと、該サーボモータの回転速度を検知するサーボモータ用エンコーダと、前記フライホィールの回転速度及び前記サーボモータを空転状態にするタイミングを検知するフライホィール用エンコーダと、該フライホィール用エンコーダから発信される信号のフィードバックを受けながら前記フライホィールの回転速度を制御して該フライホィールに与える回転による運動エネルギを精度よく調節するコンピュータと、前記サーボモータ用エンコーダから発信される信号のフィードバックを受けながら前記コンピュータからの指令に従って前記サーボモータを作動させるサーボ駆動装置とを備え、下型と上型とが合わさる加圧直前の前記タイミングを前記フライホィール用エンコーダにより検出して該加圧直前のタイミングで前記サーボモータによる駆動を停止させて該サーボモータを空転させ、前記フライホィールの回転による運動エネルギをすべて加工のために放出するように構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。本発明に係るスクリュープレス装置１は、図１から図５において、サーボモータ２と、サーボモータ用エンコーダ３と、フライホィール用エンコーダ４と、コンピュータ５と、サーボ駆動装置６とを備えている。
【００１５】
スクリュープレス装置１の基本的な仕組みは、フライホィール８の回転運動をねじ機構９により直線運動に変換し、上型１０及び下型１１を相対的に接近又は離脱する方向に移動させて、フライホィール８に与えた回転による運動エネルギによってワーク（図示せず）を圧縮加工するというものであり、門形のフレーム８１に固定されたフレームベッド８２に２本のスライドタイロッド８３が嵌合し、該スライドタイロッド８３の上下端には夫々ラム８４、スライドベッド部８５がタイロッドナット８６によって固定されており、スライドタイロッド８３と共にフレームベッド８２に配設された軸受（図示せず）により案内されて上下動できるようになっている。
【００１６】
ねじ機構９は、フライホィール８の回転運動を直線運動に変換して下型１１を上下方向に移動させるためのものであって、ラム８４の中央には、雌ねじ（図示せず）が形成されたガイドナット８８が配設され、該ガイドナット８８に螺合する雄ねじであるねじ軸３１は、フレーム８１の上部フレーム８１ａに配設されたブッシュ８７及びフレームベッド８２内に配設されたブッシュ（図示せず）に回動自在に嵌合している。
【００１７】
上部フレーム８１ａから上方に突出したねじ軸３１には、フライホィール８が固定され、該フライホィール８を回転させることによりねじ軸３１を回転させて螺合するガイドナット８８をラム８４と共に上下方向に移動させることができるようになっている。
【００１８】
サーボモータ２は、フライホィール８を巻掛け伝動部材の一例たるＶベルト１２を介して回転させるための例えばＡＣサーボモータであって、図２から図５に示すように、導線２ａを介してサーボ駆動装置６により作動するようになっており、モータ軸１４が上方を向くようにフレーム１３の側面１３ａに垂直に配設され、チェーン１５により強固に締付け固定されている。
【００１９】
モータ軸１４は、メカロック１６を介してカップリング１８に接続され、該カップリング１８を介してモータの回転部材の一例たるモータプーリ１９がねじ２０により取り付けられている。
【００２０】
モータプーリ１９は、Ｖ溝１９ａが例えば９本形成されたＶベルト用のプーリであって、固定軸２１に軸受２２を介して支持されている。軸受２２は軸受押え２３によって固定され、シール材２４によってシールドされている。モータプーリ１９とフライホィール８には１本当たり３山の巻掛け伝動部材の一例たるＶベルト１２が例えば３本巻き掛けられている。
【００２１】
固定軸２１は、水平に配設されたブリッジ２５上の軸支持板２６及び該軸支持板２６上にねじ２８によって固定される芯出し板２９とによって、垂直に拘束されている。固定軸２１とブリッジ２５の取外しは容易になっており、Ｖベルト１２を容易に交換できるようになっている。
【００２２】
サーボモータ用エンコーダ３は、サーボモータ２の回転速度を検知するためのものであって、サーボモータ２に取り付けられ導線３ａを介してサーボ駆動装置に信号をフィードバックするようになっている。
【００２３】
フライホィール用エンコーダ４は、フライホィール８の回転速度及びサーボモータ２を空転状態にするタイミングを検知するためのものであって、図５に示すブラケット３５に取り付けられ、フライホィール８が取り付けられているねじ軸３１の同軸上に取り付けられたプーリ３２からタイミングベルト３３及びプーリ３４を介してフライホィール８の回転速度を計測し、導線４ａを介してコンピュータ５に信号を送信するようになっている。
【００２４】
フライホィール８は、Ｖ溝８ａが例えば９本形成されたＶベルト用のプーリを兼ねており、図４に示すように、ねじ軸３１にキー３６を用いて取り付けられている。フライホィール８は、スぺーサ３８及び押え金具３９によって回転中に上方に抜けてしまわないようになっている。
【００２５】
またフライホィール８の直下のねじ軸３１には、ブレーキロータ４０がキー４１を用いて取り付けられており、その周囲にはブレーキライニング４２が配設されている。ブレーキライニング４２は、通常時はエア圧により図示しないばねによる締付けのばね力に抗して押し広げられており、非常停止時や停電時等には、エアシリンダ４３からエア圧が抜けることでブレーキライニング４２がブレーキロータ４０を締め付けてフライホィール８を停止させるようになっている。
【００２６】
コンピュータ５は、フライホィール用エンコーダ４から発信される信号のフィードバックを受けながらフライホィール８の回転速度を制御して該フライホィール８に与える回転による運動エネルギを精度よく調節するためのものであって、図１に示すように、Ｉ／Ｏポート４６より入力されるフライホィール用エンコーダ４からの信号及びサーボ駆動装置６を経由したサーボモータ用エンコーダ３からの信号を、ＣＰＵ４９がＲＯＭ４８から読み出した制御プログラムに則って、ＲＡＭ５０にデータを読み書きしながらサーボ駆動装置６に送信する制御データとして速度制御信号５１、位置制御信号５２及び回転制御信号５３を算出し、Ｉ／Ｏポート４６から夫々の信号を出力するようになっている。
【００２７】
サーボ駆動装置６は、サーボモータ用エンコーダ３から発信される信号のフィードバックを受けながら、コンピュータ５からの命令に従ってサーボモータ２を駆動するものであって、図１に示すように、コンピュータ５からの命令及びサーボモータ用エンコーダ３からの信号を受けてモータドライバ４４を制御するモータコントローラ４５と、実際にサーボモータ２を作動させると共にサーボモータ用エンコーダ３からの信号をコンピュータ５にフィードバックするモータドライバ４４とから構成されている。
【００２８】
本発明は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図１において、下型１１が下降しているときに成形素材（図示せず）を下型１１に取り付け、該成形素材の加工に必要な加工エネルギをコンピュータ５に入力し、サーボ駆動装置６を下型１１を上昇させるように作動させると、サーボモータ２が矢印Ａ方向に回転を始め、その回転がＶベルト１２を伝わることによってフライホィール８が矢印Ａ方向に回転を始める。
【００２９】
フライホィール８が回転することにより、該フライホィール８に固定されたねじ軸３１が矢印Ａ方向に回転すると、該ねじ軸３１が螺合するガイドナット８８が固定されたラム８４は、スライドタイロッド８３で一体的に組み付けられたスライドベッド部８５と共に矢印Ｃ方向に上昇を開始する。
【００３０】
下型１１が上型１０に到達する少し前にサーボモータ２をアイドル状態にして空転させると、その後フライホィール８は慣性力によって回転し続け、またラム８４も上昇し続け、やがて下型１１が上型１０の位置まで到達して該下型１１と上型１０とで成形素材（図示せず）を押圧し加工が行われる。
【００３１】
フライホィール８に与える回転速度及び該サーボモータ２をアイドル状態にするタイミングはフライホィール用エンコーダ４からの信号を受けながらコンピュータ５が制御しているので、加工エネルギが少な過ぎることも多過ぎることもなく、フライホィール８の運動エネルギをすべて使い切ったときに最適な加工がなされる。なおフライホィール８が慣性力により回転しているときには、サーボモータ２から回生電力が戻されるので、電力の節約になる。
【００３２】
またフライホィール８をサーボモータ２により直接回転させるので、スクリュープレス装置の運転後に少し停止させ、再び運転を再開するような場合でも加工エネルギが変動せず、均一で高精度な加工を行うことができる。更にクラッチ機構を用いていないので、消耗する部分がない上に、クラッチ機構を作動させるエアバルブから生じる起動レスポンスの遅れがなく、効率的である。
【００３３】
フライホィール８の運動エネルギがすべて加工に費やされ、フライホィール８の回転が停止したら、サーボ駆動装置６はサーボモータ２を矢印Ｂ方向に回転させ、その回転がＶベルト１２を伝わることによってフライホィール８を矢印Ｂ方向に回転させる。
【００３４】
ねじ軸３１が矢印Ｂ方向に回転することにより、下型１１は矢印Ｄ方向に下降して行く。フライホィール用エンコーダ４からの信号は常にコンピュータ５に送信されているので、下型１１が十分に下降するのに必要なだけフライホィール８が矢印Ｂ方向に回転すると、サーボモータ２を停止させる信号がコンピュータ５からサーボ駆動装置６に送信され、該サーボ駆動装置６のモータドライバ４４がサーボモータ２を停止させる。
【００３５】
成形素材が小物である場合には、短時間で上型１０と下型１１とが接近するように高速度でフライホィール８を回転させ、上型１０と下型１１とが接近したところでフライホィール８の回転速度を小物の加工に必要な運動エネルギを生じさせる速度に下げることによって、小物であっても稼働率を下げることなく加工することができる。
【００３６】
スクリュープレス装置１を非常停止させたり、また運転時に停電になった場合には、ブレーキライニング４２をエア圧により締付け、ばね力に抗して押し広げていたエアシリンダ４３から該エア圧が抜けてしまい、強力なばね力がブレーキライニング４２に作用するので、該ブレーキライニング４２がブレーキロータ４０を締め付けてフライホィール８を即座に停止させてしまうので安全である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、上記のようにサーボモータを用いてフライホィールを回転させることによって、摩擦盤やクラッチ機構を用いずに直接フライホィールを回転させることができるようにしたので、スクリュープレス装置の運転後に少し停止させ、再び運転を再開するような場合でも加工エネルギが変動しないように均一化し得、加工を高精度化することができる効果があり、またこの結果クラッチライニングのような消耗品を用いる必要性がなくなると共に、クラッチ機構を作動させるエアバルブを不要にして停止しているフライホィールをレスポンスよく起動させることができるという優れた効果がある。
【００３８】
また上記構成に加えてサーボモータの回転速度を検知するサーボモータ用エンコーダと、フライホィールの回転速度及びサーボモータを空転状態にするタイミングを検知するフライホィール用エンコーダと、フライホィール用エンコーダから発信される信号のフィードバックを受けながらフライホィールの回転速度を制御するためのコンピュータと、サーボモータ用エンコーダから発信される信号のフィードバックを受けながらコンピュータからの指令に従ってサーボモータを作動させるサーボ駆動装置とを備え、かつ下型と上型が合わさる加圧直前のタイミングをフライホィール用エンコーダにより検出して該加圧直前のタイミングでサーボモータによる駆動を停止させて該サーボモータを空転させ、フライホィールの回転による運動エネルギをすべて加圧のために放出するように構成したので、フライホィールの運動エネルギを自在に制御できると共に、加圧エネルギ制御の精度を向上させることができる効果がある。
また例えば小物の成形素材の加工時には短時間で上型と下型とが接近するように高速度でフライホィールを回転させ、上型と下型とが接近したところでフライホィールの回転速度を小物の加工に必要な速度に下げ、その低速度で回転するフライホィールの運動エネルギを用いて加圧できるという効果があり、またこの結果大型のスクリュープレス装置であっても、稼働率を下げることなく小物の成形素材を加工できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スクリュープレス装置の部分縦断面概略正面図及びサーボモータを作動させるサーボ駆動装置とエンコーダ類とコンピュータとの間の信号の流れを示すブロック図である。
【図２】スクリュープレス装置の正面図である。
【図３】スクリュープレス装置の要部斜視図である。
【図４】スクリュープレス装置の要部縦断面図である。
【図５】スクリュープレス装置の側面図である。
【符号の説明】
１    スクリュープレス装置
２    サーボモータ
３    サーボモータ用エンコーダ
４    フライホィール用エンコーダ
５    コンピュータ
６    サーボ駆動装置
８    フライホィール
９    ねじ機構
１０    上型
１１    下型
１２    巻掛け伝動部材一例たるＶベルト
【図１】
0003983924.tif 000002
【図２】
0003983924.tif 000003
【図３】
0003983924.tif 000004
【図４】
0003983924.tif 000005
【図５】
0003983924.tif 000006