(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッチ装置によって断接されて駆動装置から動力が伝達されて回転するフライホィールと該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プレス加工するスクリュープレス装置において、直線運動するラムの移動速度を検出する速度センサと、該速度センサからの検出信号を受信して前記ラムの加速度を演算し該加速度の大きさに応じて加速度が大きいときは前記フライホィールに接続されている前記クラッチ装置の切断時期を早め、前記加速度が小さいときは前記フライホィールに接続されている前記クラッチ装置の切断時期を遅くして前記クラッチ装置と前記駆動装置との接続が切断された後の前記フライホィールの持つ運動エネルギが常に一定となるように制御する制御装置とを備えたことを特徴とするスクリュープレス装置。
【請求項２】
クラッチ装置によって断接されて駆動装置から動力が伝達されて回転するフライホィールと該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プレス加工するスクリュープレス装置において、ラムに固定されたラックに噛合して回転するピニオンに装着され前記ラムの移動に応じて検出信号を送出するエンコーダと、該エンコーダからの検出信号を受信して前記ラムの加速度を演算し該加速度の大きさに応じて前記クラッチ装置の切断時期を制御して該クラッチ装置の切断信号が送出されてから実際に切断されるまでのタイムラグを補正して前記クラッチ装置と前記駆動装置との接続が切断された後の前記フライホィールの持つ運動エネルギが常に一定となるように制御する制御装置とを備え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、スクリュープレス装置に係り、特にラムの速度からその加速度を演算して該加速度の大きさに応じて加速度が大きいときは駆動装置とフライホィールとの動力伝達を断接するクラッチ装置の切断時期を早め、加速度が小さいときはクラッチ装置の切断時期を遅くして該フライホィールの回転加速度のばらつきにより生じるクラッチ装置切断後のフライホィールの運動エネルギのばらつきをなくし、クラッチ切断時のフライホィールが常に一定の運動エネルギとなるように制御して安定したプレス加工を行うことができるようにした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、回転しているフライホィールの持つ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】
成形のためのエネルギは、クラッチ装置によって回転する摩擦盤とフライホィールとの接続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）がフライホィールに与えられるとクラッチ装置を切ることによって予め決められた大きさの運動エネルギをフライホィールに付与するようになっている。
【０００４】
図６において、クラッチ装置により摩擦盤とフライホィールとが接続されると、フライホィールは時間と共に加速されて次第に回転速度が速くなり、このときのラムのストロークＳとフライホィールに付与される運動のエネルギＥとは、相関関係にあり、クラッチ装置の切断後のフライホィールの持つ運動のエネルギＥは一定となる。
【０００５】
スクリュープレス装置では、クラッチ装置が切られるまでにフライホィールに与えられた運動のエネルギ（回転エネルギ）Ｅを、クラッチ装置が切られた後に１回の加工ごとにすべて使用して成形が行われ、成形に要する以上の余分の運動のエネルギは、スクリュープレスのフレームの弾性で吸収することとなるので、成形に必要な適正な大きさの運動のエネルギをフライホィールに付与する必要があり、クラッチの切断タイミングの制御が重要となる。
【０００６】
フライホィールに与えられた運動のエネルギは、フライホィールの回転速度の二乗に比例して計算によって求めることができ、従来のスクリュープレスは、ラムにラック、ピニオン機構を配設し、ピニオンに装着したエンコーダによってラムの下降速度求め、該速度が所定の速度に達したとき、クラッチ装置のオフ信号を送出して、フライホィールに付与する運動のエネルギを制御するようになっていた。
【０００７】
しかし、上記したスクリュープレス装置を用いて連続して製品を成形すると、時間経過と共にフライホィールに付与される運動のエネルギが変動する傾向があり、これが原因して製品のばらつきが生じるという欠点があった。
【０００８】
本願発明者は、製品のばらつきをなくし、安定したプレス加工を可能とすべく、フライホィールに付与される運動のエネルギの経時変化の原因を調査し、ついに真の原因を究明することができた。
【０００９】
即ち、図７において、スクリュープレスを長時間連続して操作すると、フライホィールと摩擦盤との温度が上昇して摩擦力が変化し、フライホィールの加速度が次第に変動し、運転初期には直線ａで示される加速度で加速されていたフライホィールが、時間が経つにつれて摩擦力の変動によって直線ｂで示されるように、小さな加速度で加速されるように変化することが分かった。
【００１０】
一方、ラムの速度が所定の速度に達したときにクラッチオフ信号が出力されるが、該クラッチオフ信号から実際にクラッチ装置が切断されるまでには、タイムラグΔｔがあり、付与された運動のエネルギＥがＥ1 に達したときにエンコーダからクラッチオフ信号を送出しても、実際にクラッチが切断されて摩擦盤からフライホィールへの運動のエネルギの付与が終了するのは、Δｔ時間後であり、大きな加速度で加速されている直線ａでは、運動のエネルギＥ3 が付与され、小さな加速度で加速されている直線ｂでは、運動のエネルギＥ2 までしか付与されないこととなる。
【００１１】
図８及び図９において、フライホィールの加速度が変化するにもかかわらずラムの速度が一定速度に達したとき、クラッチオフ信号が送出される従来のスクリュープレス装置では、直線ａで示す大きな加速度で加速されて、大きな運動のエネルギＥ3 が付与されたフライホィールによる加工では、製品１の頭部１ａの外径Ｄ1 は大きく、また高さＨ1 は小さく加工され、直線ｃで示す小さな加速度で加速されて小さな運動のエネルギＥ1 しか付与されなかったフライホィールによる加工では、製品１の頭部１ａの外径Ｄ3 は小さく高さＨ3 は十分にプレスされず厚いままとなる。
【００１２】
また、直線ｂで示す中間的な加速度で加速さる中間的な運動のエネルギＥ2 が付与されたフライホィールによる加工では、頭部１ａの外径Ｄ2 及び高さＨ2 は中間の寸法となり、製品形状のばらつきを生じさせることになる。
【００１３】
上記したように、従来スクリュープレス装置では、フライホィールに付与される運動のエネルギの大きさが、摩擦盤とフライホィールの温度上昇に伴う摩擦力の変化によって時間と共に変化し、それが原因となって製品形状がばらついてしまうという欠点があった。
【００１４】
【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、ラムの加速度を検出し、該加速度の大きさに応じてクラッチオフ信号の送出タイミングを制御することにより、加速度が大きいときには早いタイミングでクラッチオフ信号を送出し、加速度が小さいときには遅いタイミングでクラッチオフ信号を送出することができるようにすることであり、またこれによってクラッチオフ信号送出から実際にクラッチが切断するまでのタイムラグの影響をなくし、常に一定の運動のエネルギを安定してフライホィールに付与できるようにすることである。
【００１５】
また他の目的は、ラムに配設されたラック、ピニオン機構にエンコーダを装着して該エンコーダにより得られる速度データから演算によりラムの加速度を求め、該加速度の大きさに応じてクラッチの切断時期を制御することにより、クラッチオフ信号送出から実際にクラッチが切断されるまでのタイムラグの影響を補正して常に一定の大きさの運動のエネルギがフライホィールに付与されるようにすることであり、またこれによってスクリュープレス装置を連続して使用したときに生じる摩擦力の変化による付与運動のエネルギのばらつきを防止し、常に一定の運動のエネルギでプレス加工することができるようにして製品の品質を一定レベルに安定して維持できるようにすることである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
要するに本発明（請求項１）は、クラッチ装置によって断接されて駆動装置から動力が伝達されて回転するフライホィールと該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プレス加工するスクリュープレス装置において、直線運動するラムの移動速度を検出する速度センサと、該速度センサからの検出信号を受信して前記ラムの加速度を演算し該加速度の大きさに応じて加速度が大きいときは前記フライホィールに接続されている前記クラッチ装置の切断時期を早め、前記加速度が小さいときは前記フライホィールに接続されている前記クラッチ装置の切断時期を遅くして前記クラッチ装置と前記駆動装置との接続が切断された後の前記フライホィールの持つ運動エネルギが常に一定となるように制御する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
また本発明（請求項２）は、クラッチ装置によって断接されて駆動装置から動力が伝達されて回転するフライホィールと該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プレス加工するスクリュープレス装置において、ラムに固定されたラックに噛合して回転するピニオンに装着され前記ラムの移動に応じて検出信号を送出するエンコーダと、該エンコーダからの検出信号を受信して前記ラムの加速度を演算し該加速度の大きさに応じて前記クラッチ装置の切断時期を制御して該クラッチ装置の切断信号が送出されてから実際に切断されるまでのタイムラグを補正して前記クラッチ装置と前記駆動装置との接続が切断された後の前記フライホィールの持つ運動エネルギが常に一定となるように制御する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
【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。図１から図３において、本発明に係るスクリュープレス装置１０は、速度センサの一例たるエンコーダ１１と、制御装置１２とを備えている。
【００１９】
まず、スクリュープレス装置１０の基本構成を説明すると、図１及び図２において、門型のフレーム１３にはフレームベッド１４及び摺動部１５が固定され、ラム１６は摺動部１５によって上下方向に摺動自在に支持されており、ラム１６には上型４６が、フレームベッド１４には下型４９が夫々固定されている。
【００２０】
ラム１６の中央には、雌ねじ（図示せず）が形成されたガイドスクリュー２１が配設され、該ガイドスクリュー２１に螺合する雄ねじであるリードスクリュー２２は、フレーム１３の上部フレーム１３ａに配設されたブッシュ２３及びラム１６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。
【００２１】
上部フレーム１３ａから上方に突出したリードスクリュー２２の上端には、フライホィール２４が固定され、該フライホィール２４を回転させることによりリードスクリュー２２を回転させて螺合するガイドスクリュー２１をラム１６と共に上下方向に移動させることができるように構成されている。
【００２２】
フライホィール２４の上方には軸方向に移動可能とされた駆動軸２６が水平に配設されており、摩擦盤２９，３０が該駆動軸２６に固定されてフライホィール２４の両側部に対向するように配設されると共にベルト３１が駆動装置の一例たるモータ３２のプーリ３３に巻き掛けられ、該モータ３２で駆動されて回転するようになっている。なお、摩擦盤２９，３０が駆動軸２６に固定されず、スラスト方向に移動する型式のものもある。
【００２３】
また駆動軸２６の両端にはクラッチ装置３４の一例たる上昇シリンダ３５及び下降シリンダ３６が配設され、該上昇シリンダ３５又は下降シリンダ３６に圧縮空気を供給して駆動軸２６を摩擦盤２９，３０と共に左右方向に移動させ、フライホィール２４と摩擦盤２９又は３０とを接触させて摩擦盤２９又は３０の摩擦力によりこれらの回転をフライホィール２４に伝達するようになっている。
【００２４】
フライホィール２４には、該フライホィール２４を皿ばね、コイルばね等のばねの弾発力によりブレーキパッド４０で挟持してフライホィール２４の回転に制動力を付与し、またエアシリンダ３９を作動させることにより該制動力を解除するブレーキ装置４１が配設されている。
【００２５】
ラム１６の側面にはバランスシリンダ４２，４３のピストンロッド４４，４５が固定され、該バランスシリンダ４２，４３に圧縮空気を供給してラム１６及び上型４６の重量と釣り合わせるように構成されている。
【００２６】
そして、ラム１６及びフレームベッド１４に上型４６、下型４９を夫々取り付け、フライホィール２４の回転をガイドスクリュー２１及びリードスクリュー２２で直線運動に変換してラム１６を上下動させ、上型４６と下型４９とで素材をプレスして所望の形状に加工するように構成されている。
【００２７】
次に、スクリュープレス装置１０の制御系について説明すると、図３及び図５において、ラム１６にはピニオン５０と噛合するラック５１が装着され、該ピニオン５０には速度センサの一例たるエンコーダ１１が取り付けられてラム１６の上下動に伴うピニオン５０の回転速度をエンコーダ１１で検出して信号線５２を介してラム１６の速度データを制御装置１２のＩ／Ｏポート６８を介して制御装置１２の中央演算処理装置６４に伝達するようになっている。
【００２８】
上昇シリンダ３５及び下降シリンダ３６には、信号線５５，５６によってＡ／Ｄ変換器６９を介して制御装置１２と電気的に接続された上昇圧力センサ５３、下降圧力センサ５４が装着され、上昇シリンダ３５及び下降シリンダ３６内の空気圧を検出して制御装置１２に伝達するように構成されている。
【００２９】
バランスシリンダ４２には、信号線５９によって制御装置１２と接続されバランスシリンダ４２内の空気圧を検出して制御装置１２に伝達するバランスシリンダ圧力センサ６０が配設され、またフレーム１３に取り付けられた２つの荷重センサ６１は、信号線６３によって荷重計６２及び制御装置１２と接続されており、プレス加工時にラム１６に作用する力を検出するように構成されている。また制御装置１２は、その出力が信号線５７，５８により下降シリンダ３５，上昇シリンダ３６に夫々伝達されるようにこれら２つのシリンダに接続されている。
【００３０】
制御装置１２は、図５において、中央演算処理装置６４，ＲＯＭ６５，ＲＡＭ６６及びＩ／Ｏポート６８とから構成されたいわゆるマイクロコンピュータであり、エンコーダ１１からの速度データはＩ／Ｏポート６８に直接入力され、下降圧力センサ５４及び荷重センサ６１によって検出された空気圧変動データ、上昇圧力センサ５３からの検出信号及びスピード設定器７１からの各信号をＡ／Ｄ変換装置６９でデジタル信号に変換し、Ｉ／Ｏポート６８を介して中央演算処理装置６４に入力し、該中央演算処理装置６４で演算処理して得られたラム１６の加速度により定まるクラッチの切断時期等の信号を上昇シリンダ３５及び下降シリンダ３６に出力して該上昇シリンダ３５及び下降シリンダ３６の作動を制御するように構成されている。
【００３１】
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２から図４において、電源スイッチ（図示せず）を投入すると、モータ３２が回転し、プーリ３３及びベルト３１を介して摩擦盤３０に伝達されて摩擦盤２９，３０及び駆動軸２６は一定速度で矢印Ａ方向に回転する。
【００３２】
このとき、駆動軸２６は中立位置にあり、摩擦盤２９，３０とフライホィール２４とは離間しているので、フライホィール２４は停止し、ラム１６は上昇位置にある。
【００３３】
ここで、下型４９内に加工すべき素材を載せてセットし、始動スイッチ（図示せず）を操作すると、下降シリンダ３６に圧縮空気が供給されて駆動軸２６は矢印Ｃ方向に移動して摩擦盤３０とフライホィール２４とが接触し、摩擦力によって摩擦盤２９の回転がフライホィール２４に伝達されて該フライホィール２４は矢印Ｅ方向に増速しながら回転する。
【００３４】
フライホィール２４に固定されたリードスクリュー２２が矢印Ｅ方向に回転すると、該リードスクリュー２２が螺合するガイドスクリュー２１が固定されたラム１６は、矢印Ｈ方向に下降を開始する。
【００３５】
ラム１６の下降により、ラック５１に噛合するピニオン５０はエンコーダ１１と共に、ラム１６の下降速度に比例した速度で回転し、エンコーダ１１からはラムの速度データが信号線５２を介して制御装置１２に伝達される。
【００３６】
図４において、フライホィール２４は滑りを伴う摩擦力によって回転が伝達されるので、時間と共に次第に回転速度が速くなる。即ち、時間ｔ又はラム１６のストロークＳに対応してフライホィール２４に付与される運動のエネルギＥも増加し、所定の回転速度に達すると、換言すれば所定量の運動のエネルギがフライホィール２４に付与されると、制御装置１２からクラッチオフ信号が送出されて下降シリンダ３６への圧縮空気の供給が遮断され、駆動軸２６は矢印Ｂ方向に移動して摩擦盤２９とフライホィール２４とが離間して動力の伝達が遮断される。
【００３７】
フライホィール２４は、クラッチ装置３４によって動力の伝達が遮断された後も慣性力によって回転し続けるので、ラム１６も下降し続け、やがて上型４６が下型４９の位置まで到達して該上型４６と下型４９とで素材を押圧して所望の形状にプレス加工する。該加工によってフライホィール２４の持つ運動のエネルギがすべて消費されてフライホィール２４の回転が停止する。
【００３８】
ここで、制御装置１２からクラッチオフ信号が送出されてから実際に下降シリンダ３６への圧縮空気の供給が遮断され、駆動軸２６が矢印Ｂ方向に移動して摩擦盤２９とフライホィール２４とが離間するまでの間には、一定のタイムラグΔｔがあり、クラッチオフ信号が送出されたときにフライホィール２４の持っている運動のエネルギよりも多くの運動のエネルギがフライホィール２４に付与されることとなり、クラッチオフ信号送出後フライホィール２４に付与される運動のエネルギは、フライホィール２４の回転加速度に比例して増大した分である。
【００３９】
制御装置１２は、例えばフライホィール２４の加速度に比例したタイミングでクラッチオフ信号を送出するためのテーブル（数値表）を記憶しており、エンコーダ１１が検出するラムの速度データから演算によって求められた加速度により、該テーブルからクラッチオフ信号送出タイミングを読み出し、該タイミングでクラッチオフ信号を送出する。
【００４０】
具体的には、図４において、フライホィール２４が大きな加速度で加速されている直線ｄでは、小さな運動のエネルギＥ4 がフライホィール２４に付与された段階でクラッチオフ信号を送出し、また小さな加速度で加速されている直線ｅでは、より大きな運動のエネルギＥ5 がフライホィール２４に付与された段階でクラッチオフ信号を送出する。
【００４１】
クラッチオフ信号送出から摩擦盤２９とフライホィール２４とが離間するまでのタイムラグΔｔは一定時間であり、加速度が大きい場合には、クラッチオフ信号送出後、より大きな運動のエネルギが付与され、加速度が小さい場合には小さな運動のエネルギが付与され、結果としていずれの場合にも一定の運動のエネルギＥ6 が安定してフライホィール２４に付与される。
【００４２】
従ってプレス成形の加工力は、摩擦盤２９又は３０とフライホィール２４との摩擦力の大小にかかわらず、常に一定の加工力で加工することができ、製品形状や仕上がり寸法のばらつきを防止することができる。
【００４３】
フライホィール２４の回転が停止し、即ちラム１６が下降位置で停止してプレス加工が終了すると、制御装置１２から上昇シリンダ３５への圧縮空気の供給が指令され、駆動軸２６を矢印Ｂ方向に移動させて摩擦盤２９とフライホィール２４とを接触させて該フライホィール２４を矢印Ｄ方向に回転させると、リードスクリュー２２は矢印Ｆ方向に回転し、これによりラム１６は矢印Ｇ方向に上昇して元の位置に復帰し、次のプレス加工に備える。
【００４４】
なお、上記実施例においては、クラッチオフ信号送出は制御装置に記憶されたテーブルから読み出したタイミングで送出するものとして説明したが、クラッチオフ信号送出はテーブルを使用したもの限定されるものではなく、その都度加速度から演算によって求めるようにしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、上記のようにラムの加速度を検出し、該加速度の大きさに応じてクラッチオフ信号の送出タイミングを制御することにより、加速度が大きいときには早いタイミングでクラッチオフ信号を送出し、加速度が小さいときには遅いタイミングでクラッチオフ信号を送出することができ、またこの結果クラッチオフ信号送出から実際にクラッチが切断されるまでのタイムラグの影響をなくすことができ、常に一定の運動のエネルギを安定してフライホィールに付与できるという効果がある。
【００４６】
またラムに配設されたラック、ピニオン機構にエンコーダを装着して該エンコーダにより得られる速度データから演算によりラムの加速度を求め、該加速度の大きさに応じてクラッチの切断時期を制御するようにしたので、クラッチオフ信号送出から実際にクラッチが切断されるまでのタイムラグの影響を補正して常に一定の大きさの運動のエネルギがフライホィールに付与されるようにすることがてでき、またこの結果スクリュープレス装置を連続して使用したときに生じる摩擦力の変化による運動のエネルギのばらつきを防止し得、常に一定の運動のエネルギでプレス加工することができるため、製品の品質を一定レベルに安定して維持できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１から図５は本発明の実施例に係り、図１はスクリュープレス装置の正面図である。
【図２】スクリュープレス装置の要部拡大斜視図である。
【図３】スクリュープレス装置の制御系を示すブロック図である。
【図４】フライホィールに付与される加速度によってクラッチオフ信号送出時期を変化させ、タイムラグの影響を補正して常に一定のエネルギを付与することを示す線図である。
【図５】スクリュープレス装置の制御装置のブロック図である。
【図６】図６から図９は従来に係り、図６はラムのストロークと付与されるエネルギとの関係を示す線図である。
【図７】ラム速度が一定速度に達したとき、クラッチオフ信号を送出した場合、実際に付与される運動のエネルギが加速度によって異なる原理を示す線図である。
【図８】加速度の大きさに比例して付与される運動のエネルギが変化する状態を示す線図である。
【図９】異なる大きさの運動のエネルギが付与されたスクリュープレス装置によってプレス加工した製品形状及び寸法のばらつきを示す正面図である。
【符号の説明】
１０  スクリュープレス装置
１１  速度センサの一例たるエンコーダ
１２  制御装置
１６  ラム
２４  フライホィール
３２  駆動装置の一例たるモータ
３４  クラッチ装置
４６  上型
４９  下型
５０  ピニオン
５１  ラック
Δｔ  タイムラグ
【図１】
0003943656.tif 000002
【図２】
0003943656.tif 000003
【図３】
0003943656.tif 000004
【図４】
0003943656.tif 000005
【図５】
0003943656.tif 000006
【図６】
0003943656.tif 000007
【図７】
0003943656.tif 000008
【図８】
0003943656.tif 000009
【図９】
0003943656.tif 000010