(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子制御されるサーボモータの回転を動力伝達変換機構を介してスライドの上下往復動に変換し、当該スライドの上下往復動を利用してワークに対してプレス加工を施す電動サーボプレスの制御方法であって、
急停止指令に応じて、所定の急停止モーションに従ったサーボモータの回転停止制御を実行する一方、
サーボモータが正常である場合において、急停止指令が発生した時刻を基準時刻として、前記回転停止制御の実行によりサーボモータの回転が停止される予定時刻或いはその付近の時刻を予定停止時刻とし、
前記基準時刻から前記予定停止時刻までの所要時間から、電動サーボプレスの機械式ブレーキのブレーキ作動遅れ時間を差し引いて設定される前記基準時刻に対する第１の所定時刻を取得すると共に、
前記基準時刻から前記予定停止時刻までの所要時間から、前記回転停止制御の停止指令を送出してから当該回転停止制御が実際に停止されるまでの作動遅れ時間を差し引いて設定される前記基準時刻に対する第２の所定時刻を取得し、
急停止指令の発生から、サーボモータの回転が停止しているか否かに拘わらず、前記第１の所定時刻を経過したときに、前記機械式ブレーキに作動指令を送出すると共に、
急停止指令の発生から、サーボモータの回転が停止しているか否かに拘わらず、前記第２の所定時刻を経過したときに、サーボモータに対する前記回転停止制御を少なくとも含む電子制御或いは駆動電源供給の少なくとも一方を停止するための停止指令を送出すること
を特徴とする電動サーボプレスの制御方法。
【請求項２】
電子制御されるサーボモータの回転を動力伝達変換機構を介してスライドの上下往復動に変換し、当該スライドの上下往復動を利用してワークに対してプレス加工を施す電動サーボプレスの制御装置であって、
急停止指令に応じて、所定の急停止モーションに従ったサーボモータの回転停止制御を実行する一方、
サーボモータが正常である場合において、急停止指令が発生した時刻を基準時刻として、前記回転停止制御の実行によりサーボモータの回転が停止される予定時刻或いはその付近の時刻を予定停止時刻とし、
前記基準時刻から前記予定停止時刻までの所要時間から、電動サーボプレスの機械式ブレーキのブレーキ作動遅れ時間を差し引いて設定される前記基準時刻に対する第１の所定時刻を取得すると共に、
前記基準時刻から前記予定停止時刻までの所要時間から、前記回転停止制御の停止指令を送出してから当該回転停止制御が実際に停止されるまでの作動遅れ時間を差し引いて設定される前記基準時刻に対する第２の所定時刻を取得し、
急停止指令の発生から、サーボモータの回転が停止しているか否かに拘わらず、前記第１の所定時刻を経過したときに、前記機械式ブレーキに作動指令を送出すると共に、
急停止指令の発生から、サーボモータの回転が停止しているか否かに拘わらず、前記第２の所定時刻を経過したときに、サーボモータに対する前記回転停止制御を少なくとも含む電子制御或いは駆動電源供給の少なくとも一方を停止するための停止指令を送出すること
を特徴とする電動サーボプレスの制御装置。
【請求項３】
サーボモータに異常がある場合において、急停止指令が発生した時刻を基準時刻として、急停止指令が発生してからサーボモータの回転が停止するまでの最大急停止時刻が、所定の安全規格を満たすように、前記第１の所定時刻或いは前記第２の所定時刻の少なくとも一方が調整可能であることを特徴とする請求項２に記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項４】
前記サーボモータに対する前記回転停止制御を少なくとも含む電子制御或いは駆動電源供給の少なくとも一方を停止することには、サーボモータに接続される制御信号ライン或いは駆動電源供給ラインをハードウェア的に遮断することが含まれることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項５】
前記サーボモータに対する駆動電源供給を停止することには、サーボモータドライブ回路の一部を構成するパワートランジスタの制御信号を消失させ前記パワートランジスタのベース駆動信号を消失させること、或いは前記サーボモータへ供給される駆動電流を電磁接触器により遮断することの少なくとも一方が含まれることを特徴とする請求項２〜請求項４の何れか１つに記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項６】
電子制御されるサーボモータの回転を動力伝達変換機構を介してスライドの上下往復動に変換し、当該スライドの上下往復動を利用してワークに対してプレス加工を施す電動サーボプレスの制御装置であって、
急停止指令が発生されたときに、記憶手段に記憶されている急停止モーションに基づいてサーボモータの回転停止制御を実行する急停止制御手段と、
サーボモータが正常である場合において、急停止指令が発生した時刻を基準時刻として、前記回転停止制御の実行によりサーボモータの回転が停止される予定時刻或いはその付近の時刻を予定停止時刻とし、
前記基準時刻から前記予定停止時刻までの所要時間から、電動サーボプレスの機械式ブレーキのブレーキ作動遅れ時間を差し引いて設定される前記基準時刻に対する第１の所定時刻を記憶する部分と、
前記基準時刻から前記予定停止時刻までの所要時間から、前記回転停止制御の停止指令を送出してから当該回転停止制御が実際に停止されるまでの作動遅れ時間を差し引いて設定される前記基準時刻に対する第２の所定時刻を記憶する部分と、
を備え、
急停止指令の発生から、サーボモータの回転が停止しているか否かに拘わらず、前記第１の所定時刻を経過したときに、前記機械式ブレーキに作動指令を送出すると共に、急停止指令の発生から、サーボモータの回転が停止しているか否かに拘わらず、前記第２の所定時刻を経過したときに、前記急停止制御手段による回転停止制御を停止するための停止指令を送出する制御手段と、
を含んで構成したことを特徴とする電動サーボプレスの制御装置。
【請求項７】
サーボモータに異常がある場合において、急停止指令が発生した時刻を基準時刻として、急停止指令が発生してからサーボモータの回転が停止するまでの最大急停止時刻が、所定の安全規格を満たすように、前記第１の所定時刻或いは前記第２の所定時刻の少なくとも一方が調整可能であることを特徴とする請求項６に記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、急停止指令の発生から、サーボモータの回転が停止しているか否かに拘わらず、前記第２の所定時刻を経過したときに、サーボモータに対する駆動電源供給を停止する制御を実行することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項９】
前記制御手段が実行する前記急停止制御手段による回転停止制御の実行の停止には、サーボモータに接続される制御信号ラインをハードウェア的に遮断する制御が含まれることを特徴とする請求項６〜請求項８の何れか１つに記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項１０】
前記制御手段が実行する前記サーボモータに対する駆動電源供給を停止する制御には、サーボモータに接続される駆動電源供給ラインをハードウェア的に遮断する制御が含まれることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項１１】
前記制御手段が実行する前記サーボモータに対する駆動電源供給を停止する制御には、サーボモータドライブ回路の一部を構成するパワートランジスタの制御信号を消失させ前記パワートランジスタのベース駆動信号を消失させる制御、或いは前記サーボモータへ供給される駆動電流を電磁接触器により遮断する制御の少なくとも一方が含まれることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項１２】
少なくとも、前記第１の所定時刻を記憶する部分と、前記第１の所定時刻において電動サーボプレスの機械式ブレーキに対してサーボモータの出力に対する制動動作の開始を指示する部分と、前記第２の所定時刻を記憶する部分と、前記第２の所定時刻において前記急停止制御手段による回転停止制御の実行を停止するよう指示する部分と、が、安全性に対する信頼性を高めるよう冗長性をもって構成されることを特徴とする請求項６〜請求項１１の何れか１つに記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項１３】
電動サーボプレスの機械式ブレーキをサーボモータの出力に対して実際に作用させて制動する時期が、サーボモータに対する前記回転停止制御を少なくとも含む電子制御或いは駆動電源供給の少なくとも一方を実際に停止する時期に対して同時或いは所定に早い時期となるように、前記第１の所定時刻及び前記第２の所定時刻が設定されたことを特徴とする請求項２〜請求項１２の何れか１つに記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項１４】
前記機械式ブレーキは、電磁弁を作動させてシリンダ内のエアを排気することでスプリングの付勢力に抗するエア圧をレリースし、前記スプリングの付勢力を介して摩擦要素をサーボモータの出力に対して押圧して制動する構造であることを特徴とする請求項２〜請求項１３の何れか１つに記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項１５】
前記サーボモータが、ロータの磁極位置に同期した回転駆動信号により回転駆動される同期型モータであることを特徴とする請求項２〜請求項１４の何れか１つに記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項１６】
前記急停止指令は、作業員の手操作に基づき生成される非常停止指令、或いは危険領域に人手等が侵入したこと基づき生成される侵入検出信号の少なくとも一方に基づいて生成されることを特徴とする請求項２〜請求項１５の何れか１つに記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項１７】
前記予定停止時刻は、前記回転停止制御の実行前のサーボモータの回転速度に拘らず、サーボモータが最高速度で運転されている状態或いは電動サーボプレスが最高速度で運転されている状態から、前記回転停止制御の実行によりサーボモータの回転が停止される予定時刻或いはその付近の時刻であることを特徴とする請求項２〜１６の何れか１つに記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項１８】
前記予定停止時刻は、前記回転停止制御の実行前のサーボモータの回転速度及び目標減速度合いに応じて変更可能であることを特徴とする請求項２〜１６の何れか１つに記載の電動サーボプレスの制御装置。
【請求項１９】
請求項２〜請求項１８の何れか１つに記載の電動サーボプレスの制御装置を備えた電動サーボプレス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータの回転を動力伝達変換機構を介してスライドの上下往復動に変換し、当該スライドの上下往復動を利用してワークに対してプレス加工を施す電動サーボプレスの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子制御される電動のサーボモータの回転を、動力伝達変換機構（例えば、クランク機構）を介して、スライド側に伝達しかつスライドの上下往復動に変換し、当該スライドの上下往復動を利用して、ワークに対してプレス加工を施すプレスマシン（所謂電動サーボプレスマシン（プレス機械）。以下、プレスマシンを単にプレスとも称することがある）が知られている。
かかる電動サーボプレスマシンでは、その利点（サーボモータによる自由なモーションが可能であり、従来の機械式プレスに備えられるフライホイールやクラッチ・ブレーキ装置を一掃化できる。）との関係において、以下のような検討が必要である。
【０００３】
すなわち、従来の機械式プレスでは、クラッチ・ブレーキ装置の切り替え状態により駆動源であるモータ（乃至フライホイール）とクランク軸とは、物理的（機械的）に完全に切り離すことができる構成となっている。
これに対し、電動サーボプレスの場合は、運転状態をソフトウェアで比較的自由に制御可能であるという利点と、装置コストの低減、小型化等を促進するなどの観点から、サーボモータとクランク軸とが常に連結状態として駆動源と稼動部とを物理的に切り離すことができない構成が採用されるのが一般的である。
【０００４】
ここで、一般的に、電動サーボモータにおいて、制御状態で停止(サーボロック状態)しているときに確実に停止状態を維持保障することや、停止すべき場合に決められた時間内に確実に停止させることを保証することは甚だ難しい。すなわち、サーボモータの暴走等を完全に防止することは困難である。
特に、電動サーボプレスをハンド・イン・ダイにて使用する場合、すなわち電動サーボプレスを一行程毎に停止させ、人手にてワークの出し入れを行って使用する場合、停止すべき時に電動サーボモータ延いてはスライドが動いてしまえば直接人身の安全を脅かす事態につながる惧れがあるため、より高度で安全確実な停止を実現可能なシステムを構築することが求められる。
【０００５】
ここにおいて、特許文献１では、サーボブレーキやダイナミックブレーキを補完する意味で、又は、サーボブレーキやダイナミックブレーキに代わる制動手段として機械式ブレーキを含んで構成された電動サーボプレスが提案されている。
この特許文献１に記載の電動サーボプレスによれば、サーボブレーキやダイナミックブレーキよりも大きな制動力のある機械式ブレーキを加えることにより急速に停止させることができ、かつ停止状態を保持し不意な起動等を防止することができるので安全であるとされる。
しかし、この特許文献１に記載のプレスは、停止の度に毎回機械式ブレーキが作動するため、機械式ブレーキの摩擦板が摩耗するため、定期的に摩擦板を交換しなければならないといった問題がある。
さらに、不意の起動等を防止するためには、サーボモータの最大トルク以上に機械式ブレーキの制動力が無ければならず、ブレーキが大型化し、更に大型化した摩擦板の定期的な交換も必要であることを考慮すると、経済的負担が大きくなる惧れがある。
【０００６】
また、特許文献２には、プレス（モータ回転）停止中において、所定範囲内に作業員等が侵入したことが検出された場合に、サーボモータの電源を遮断して、サーボモータの暴走等による不意な起動等（回転駆動）を防止するようにした電動サーボプレスが提案されている。
かかる特許文献２に記載されたものは、段取り作業などにおいて作業者の人手等がプレス作業域（すなわち危険領域内）に侵入した場合、サーボモータの電源を遮断してしまうことで、操作ミスやサーボモータの暴走等による危険状態が生じないように考案されたものである。
すなわち特許文献２に記載されたものは、プレス（モータ回転）停止中において、その停止状態がより一層確実に維持されるようにしたものであって、プレス動作中に急停止要求があり直ちに停止する場合についての考慮はなされておらず、特許文献２に記載の構成をプレス動作中の急停止用にそのまま適用したとしても、例えば慣性力による動作がしばらく継続する惧れがある。
従って、プレス作業中に危険領域内へ人手等が侵入した場合、人手等が危険領域内に到達する前にプレスのスライドが確実に停止している保証がなく、人身に重大な危険を及ぼす惧れがある。特にプレスの動力伝達変換機構がクランク機構で構成されているプレスなどでは、サーボモータの電源を遮断し駆動力を消失させても、スライドやクランクの慣性力でプレスはしばらく動作し続ける惧れがあり、人身事故の危険性はさらに高まる惧れがある。
【０００７】
特許文献３には、モータ軸側エンコーダとクランク軸側エンコーダとで検出したスライド位置間の差分が設定値以上である場合に異常と判断するプレス機械が提案されている。
更に、特許文献４には、スライド側のリニアスケールとメインギア側のエンコーダとモータ軸側エンコーダとを用いて検出され、かつ検出された相互のずれ量を監視して異常を判断するプレスの暴走監視装置が提案されている。
確かにスライド側やクランク軸側、モータ軸側のエンコーダの故障等の異常はサーボモータが暴走を引き起こすひとつの要因であり、これらの異常を検出して対処することは暴走を防ぐために有効である。しかしながら、サーボモータの暴走はこれらの異常によるものだけではなく、例えばサーボモータのモーションコントローラ演算部の異常やモーションコントロールの記憶部の異常などによっても起こり得る。従って、特許文献４に記載のものでは、人身に危険を及ぼすような場合の対策としては不十分である惧れが高い。
【０００８】
特許文献５には、サーボモータへの減速停止指令信号入力後に所定時間経過毎にプレス速度を検出し、予め設定した速度を超えていた場合に機械的制動を作動させる暴走監視装置が提案されている。
かかる特許文献５に記載のものは、サーボモータの減速状況を監視するものであり、特許文献３や特許文献４のように、エンコーダの異常のみではなくモーションコントロールの演算部やモーションコントロールの記憶部等の異常によって発生する暴走に対しても有効に監視できる。
しかしながら、かかる暴走監視装置は、本来正常であれば所定に減速されているであろう時点において、予め設定した速度まで減速されていないことを検出してはじめて異常と判定するものであり、それから機械式ブレーキを作動させる方式であるので、この検出に要する時間分と、制動開始指令が与えられてから機械式ブレーキが実際に制動を開始するまでのブレーキ作動時間分だけ遅れて機械式ブレーキが実際に制動を開始しサーボモータの減速が開始されることになり、その結果最終的にその遅れ分だけ停止する時間が遅れることになる。また、サーボモータが暴走状態で加速駆動等していれば、制動に要する時間が延びるため、更にサーボモータ延いてはプレスマシンの停止は遅れることになる。
【特許文献１】特開２００３−２９０９９７号公報
【特許文献２】特開２００５−１２５３３０号公報
【特許文献３】特開２００３−２０５３９７号公報
【特許文献４】特開２００５−２１９０８９号公報
【特許文献５】特開２００５−１９９３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、従来の機械式プレスにおいても、また電動サーボプレスにおいても、光線式安全装置などの侵入検出装置を用いて人身事故を防止することが、従来より行われている。
詳細には、例えば、危険域の手前に侵入検出装置を設置し、手等が侵入検出装置を通過してから危険域に到達するまでにプレスのスライドを確実に停止し、手等がスライドや金型等に挟まれるのを防止しようとするものである。
このため、侵入検出装置は危険域から定められた距離を隔てて設置され、例えば、手等が1.6m/秒の速度で移動する場合には、侵入検出装置を手等が通過してから危険域に到達するのに相当する時間内にプレスのスライドを確実に停止する必要がある。
このことは、侵入を検出してから確実にスライドが停止する時間が長くなれば、それだけ侵入検出装置は危険域（作業域）から離して設置しなければならず、延いてはプレスの作業性を低下させることとなる。言い換えると、プレスの作業性を良くするためには侵入検出装置が侵入を検出したら、できるだけ早く確実にスライドを停止することが必要となる。
【００１０】
危険域から侵入検出装置までの距離（すなわち安全距離）と、検出してからスライドが確実に停止するまでの時間(最大急停止時間)と、の関係は、例えば、米国国家規格（ＡＮＳＩ．Ｂ１１．１）、欧州規格（ＥＮ６９１）や日本の動力プレス機械構造規格にて定められている。
一例として、ＡＮＳＩ．Ｂ１１．１に定められている計算式を以下に示す。
安全距離（Ｄｓ）＝Ｋ（Ｔｍ+Ｔｒ+Ｔｂｍ）＋Ｄｐｆ
Ｋ=１．６ｍ/ｓｅｃ（手の速度）
Ｔｍ：最大急停止時間（制御装置に入力されてから止まるまでの時間）
Ｔｒ：侵入検出装置反応時間
Ｔｂｍ：オーバーラン監視時間（停止性能が劣化した場合に、それを検出するまでの時間）
Ｄｐｆ：侵入検出装置の性能による追加距離
従来の機械式プレスにおいては、常に機械式ブレーキの制動力で停止しているため、使用の経過に伴ってブレーキライニング等の摩耗などが増加する傾向にある。このため、ブレーキの監視を行い、停止時間が延びてきたら異常と検出するオーバーラン監視装置を装備することが求められ、上記安全距離計算式においても、オーバーラン監視時間（Ｔｂｍ）が考慮に入れられている。
ここで、上記安全距離計算式でいうオーバーラン監視時間（Ｔｂｍ）とは、ブレーキ劣化により急停止時間が延びた場合に、それをオーバーラン監視装置が検出するのに要する時間であり、上記安全距離計算式では、これを考慮して安全距離を求めている。このことは、別の言い方をすると、性能劣化や故障等が発生しても確実に停止できる時間を最大急停止時間とするべきである、という考え方を基礎とするものである。このような考え方は、プレスの作業が人身事故などにつながる惧れがあることに鑑みれば、電動サーボプレスにおいても採用すべきである。
【００１１】
上述したような安全距離の考え方は両手式押しボタンについても同様に適用される。すなわち、両手式押しボタンから離した手が危険域に到達するまでにプレスのスライドを確実に停止させなければならない。
【００１２】
一方、電動サーボプレスにおいては、フライホイールを持たない構成の場合、電動サーボモータ自身がプレス加工に必要なトルクを擁していなければならない。
このため、電動サーボプレスでは従来の機械式プレスに採用されるサーボモータに比べ非常に大きな駆動トルクを擁するサーボモータが要求される。
従って、サーボモータが暴走等した場合において、従来の機械式プレスのように機械式ブレーキの制動力で停止させようとすると、この大きな駆動トルクに打ち勝ってサーボモータを停止させることが要求されるため、機械式ブレーキはサイズの大きなものとなり、以って製品コストの増大、延いてはそのメンテナンスコストも増大するなどといった惧れが生じる。
加えて、大きな制動トルクで減速させることは、プレスマシンに比較的大きな振動や騒音等の発生を招く惧れがあり、かかる観点からも好ましくない。
【００１３】
従って、サーボモータの暴走等の異常が発生した場合においても、従来の機械式プレスのように、直ちに、安全確実にスライドを停止させることができ、巨大な機械式ブレーキ等を備える必要がなく、延いてはコストを増大させることもなく、ハンド・イン・ダイでの使用においても安全で操作性・作業効率の良い電動サーボプレスが求められる。
【００１４】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、比較的簡単かつ安価な構成でありながら、過酷な機械式ブレーキ作動を回避しつつ、急停止指令に対して短時間で安全確実に急停止させることができると共に、サーボモータの暴走等が発生した場合でも確実かつ迅速に停止させることができ、更には操作性や作業効率に優れた低コストな電動サーボプレス、その制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
ここにおいて、制御要素や機械要素の故障・異常によるモータ暴走が生じた場合は、機械式ブレーキを用いて確実に対処すべき（プレスを停止させるべき）である。しかし、非常停止や侵入検出などによる急停止指令にてプレスを停止させる機会は比較的多い（確率が高い）が、モータ暴走が生じる確率は非常に低い。
また、暴走を発生させ得る全ての要因を監視し検出することは難しい。
従って、常に機械式ブレーキを作動させて、確率（発生頻度）の低い暴走対策を図るという考え方もあるが、かかる考え方では、確率（発生頻度）の高い指令に基づくプレス停止に際しても機械式ブレーキを作動させることになるので、経済的・生産的に不利である。
【００１６】
また、モータ電源遮断後の制御解放状態（モータ回転自由状態）においてサーボモータの回転が停止するまでの必要時間（回転減衰時間）は積極的なサーボモータの回転停止制御によるサーボモータ回転停止までの回転減衰時間に比較して、非常に長い。ここに、非常停止指令や急停止指令が発せられた場合には、停止までの時間短縮の点からも、積極的にサーボモータの回転停止制御を実行することが望ましい。
【００１７】
他方、本当にモータ暴走が生じた場合には、ブレーキの摩耗等と、人身の安全と、を比較考慮すれば、人身の安全を優先すべきであり、機械式ブレーキのメンテナンスやブレーキ交換に要する経済的負担は許されるものである。むしろ発生する確率が低い暴走時における作動であれば機械式ブレーキの消耗等は少なく、摩擦板等の交換インターバルも十分長く取ることが可能であり、経済的負担が増大することも無いのが実情であろう。
【００１８】
本発明は、このような電動サーボプレスの固有的・技術的な実情に鑑み、急停止指令が生じた場合に、所定のモーション（例えば、振動や騒音が大きくならない範囲での最大加速度で停止させるモーション）に切り替え、かつモータの回転停止制御を積極的に行い正常時におけるプレス停止までの時間を最短的時間に抑える。また、モータ回転が正常・異常いずれであるか否かに拘わらず、かつその判断もせずに最短的な設定時間が経過した時に、回転停止制御を解除してモータ回転自由状態に切り替え、この状態で機械式ブレーキを実際にブレーキ作動させる、すなわち実際に制動を行わせるように構成する。
【００１９】
このため、本発明に係る電動サーボプレス制御方法及び装置は、
電子制御されるサーボモータの回転を動力伝達変換機構を介してスライドの上下往復動に変換し、当該スライドの上下往復動を利用してワークに対してプレス加工を施す電動サーボプレスの制御方法及び装置であって、
急停止指令に応じて、所定の急停止モーションに従ったサーボモータの回転停止制御を実行する一方、
サーボモータが正常である場合において、急停止指令が発生した時刻を基準時刻として、前記回転停止制御の実行によりサーボモータの回転が停止される予定時刻或いはその付近の時刻を予定停止時刻とし、
前記基準時刻から前記予定停止時刻までの所要時間から、電動サーボプレスの機械式ブレーキのブレーキ作動遅れ時間を差し引いて設定される前記基準時刻に対する第１の所定時刻を取得すると共に、
前記基準時刻から前記予定停止時刻までの所要時間から、前記回転停止制御の停止指令を送出してから当該回転停止制御が実際に停止されるまでの作動遅れ時間を差し引いて設定される前記基準時刻に対する第２の所定時刻を取得し、
急停止指令の発生から、サーボモータの回転が停止しているか否かに拘わらず、前記第１の所定時刻を経過したときに、前記機械式ブレーキに作動指令を送出すると共に、
急停止指令の発生から、サーボモータの回転が停止しているか否かに拘わらず、前記第２の所定時刻を経過したときに、サーボモータに対する前記回転停止制御を少なくとも含む電子制御或いは駆動電源供給の少なくとも一方を停止するための停止指令を送出すること
を特徴とする。
【００２０】
本発明は、サーボモータに異常がある場合において、急停止指令が発生した時刻を基準時刻として、急停止指令が発生してからサーボモータの回転が停止するまでの最大急停止時刻が、所定の安全規格を満たすように、前記第１の所定時刻或いは前記第２の所定時刻の少なくとも一方が調整可能であることを特徴とすることができる。
【００２１】
本発明において、前記サーボモータに対する前記回転停止制御を少なくとも含む電子制御或いは駆動電源供給の少なくとも一方を停止することには、サーボモータに接続される制御信号ライン或いは駆動電源供給ラインをハードウェア的に遮断することが含まれることを特徴とすることができる。
【００２２】
本発明において、前記サーボモータに対する駆動電源供給を停止することには、サーボモータドライブ回路の一部を構成するパワートランジスタの制御信号を消失させ前記パワートランジスタのベース駆動信号を消失させること、或いは前記サーボモータへ供給される駆動電流を電磁接触器により遮断することの少なくとも一方が含まれることを特徴とすることができる。
【００２３】
また、本発明に係る電動サーボプレスの制御装置は、
電子制御されるサーボモータの回転を動力伝達変換機構を介してスライドの上下往復動に変換し、当該スライドの上下往復動を利用してワークに対してプレス加工を施す電動サーボプレスの制御装置であって、
急停止指令が発生されたときに、記憶手段に記憶されている急停止モーションに基づいてサーボモータの回転停止制御を実行する急停止制御手段と、
サーボモータが正常である場合において、急停止指令が発生した時刻を基準時刻として、前記回転停止制御の実行によりサーボモータの回転が停止される予定時刻或いはその付近の時刻を予定停止時刻とし、
前記基準時刻から前記予定停止時刻までの所要時間から、電動サーボプレスの機械式ブレーキのブレーキ作動遅れ時間を差し引いて設定される前記基準時刻に対する第１の所定時刻を記憶する部分と、
前記基準時刻から前記予定停止時刻までの所要時間から、前記回転停止制御の停止指令を送出してから当該回転停止制御が実際に停止されるまでの作動遅れ時間を差し引いて設定される前記基準時刻に対する第２の所定時刻を記憶する部分と、
を備え、
急停止指令の発生から、サーボモータの回転が停止しているか否かに拘わらず、前記第１の所定時刻を経過したときに、前記機械式ブレーキに作動指令を送出すると共に、
急停止指令の発生から、サーボモータの回転が停止しているか否かに拘わらず、前記第２の所定時刻を経過したときに、前記急停止制御手段による回転停止制御を停止するための停止指令を送出する制御手段と、
を含んで構成したことを特徴とすることができる。
【００２４】
上記本発明に係る電動サーボプレスの制御装置において、サーボモータに異常がある場合において、急停止指令が発生した時刻を基準時刻として、急停止指令が発生してからサーボモータの回転が停止するまでの最大急停止時刻が、所定の安全規格を満たすように、前記第１の所定時刻或いは前記第２の所定時刻の少なくとも一方が調整可能であることを特徴とすることができる。
【００２６】
本発明において、前記制御手段は、急停止指令の発生から、サーボモータの回転が停止しているか否かに拘わらず、前記第２の所定時刻を経過したときに、サーボモータに対する駆動電源供給を停止する制御を実行することを特徴とすることができる。
【００２７】
本発明において、前記制御手段が実行する前記急停止制御手段による回転停止制御の実行の停止には、サーボモータに接続される制御信号ラインをハードウェア的に遮断する制御が含まれることを特徴とすることができる。
本発明において、前記制御手段が実行する前記サーボモータに対する駆動電源供給を停止する制御には、サーボモータに接続される駆動電源供給ラインをハードウェア的に遮断する制御が含まれることを特徴とすることができる。
【００２８】
本発明において、前記制御手段が実行する前記サーボモータに対する駆動電源供給を停止する制御には、サーボモータドライブ回路の一部を構成するパワートランジスタの制御信号を消失させ前記パワートランジスタのベース駆動信号を消失させる制御、或いは前記サーボモータへ供給される駆動電流を電磁接触器により遮断する制御の少なくとも一方が含まれることを特徴とすることができる。
【００２９】
本発明において、少なくとも、前記第１の所定時刻を記憶する部分と、前記第１の所定時刻において電動サーボプレスの機械式ブレーキに対してサーボモータの出力に対する制動動作の開始を指示する部分と、前記第２の所定時刻を記憶する部分と、前記第２の所定時刻において前記急停止制御手段による回転停止制御の実行を停止するよう指示する部分と、が、安全性に対する信頼性を高めるよう冗長性をもって構成されることを特徴とすることができる。
【００３０】
本発明において、電動サーボプレスの機械式ブレーキをサーボモータの出力に対して実際に作用させて制動する時期が、サーボモータに対する前記回転停止制御を少なくとも含む電子制御或いは駆動電源供給の少なくとも一方を実際に停止する時期に対して同時或いは所定に早い時期となるように、前記第１の所定時刻及び前記第２の所定時刻が設定されたことを特徴とすることができる。
【００３１】
本発明において、前記機械式ブレーキは、電磁弁を作動させてシリンダ内のエアを排気することでスプリングの付勢力に抗するエア圧をレリースし、前記スプリングの付勢力を介して摩擦要素をサーボモータの出力に対して押圧して制動する構造であることを特徴とすることができる。
【００３３】
また、本発明において、前記サーボモータが、ロータの磁極位置に同期した回転駆動信号により回転駆動される同期型モータであることを特徴とすることができる。
本発明において、前記急停止指令は、作業員の手操作に基づき生成される非常停止指令、或いは危険領域に人手等が侵入したこと基づき生成される侵入検出信号の少なくとも一方に基づいて生成されることを特徴とすることができる。
【００３４】
本発明において、前記予定停止時刻は、前記回転停止制御の実行前のサーボモータの回転速度に拘らず、サーボモータが最高速度で運転されている状態或いは電動サーボプレスが最高速度で運転されている状態から、前記回転停止制御の実行によりサーボモータの回転が停止される予定時刻或いはその付近の時刻であることを特徴とすることができる。
また、本発明において、前記予定停止時刻は、前記回転停止制御の実行前のサーボモータの回転速度及び目標減速度合いに応じて変更可能であることを特徴とすることができる。
【００３５】
また、本発明に係る電動サーボプレスは、本発明に係る電動サーボプレスの制御装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、比較的簡単かつ安価な構成でありながら、過酷な機械式ブレーキ作動を回避しつつ、急停止指令に対して短時間で安全確実に急停止させることができると共に、サーボモータの暴走等が発生した場合でも確実かつ迅速に停止させることができ、更には操作性や作業効率に優れた低コストな電動サーボプレス、その制御装置及び制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００３８】
本実施の形態に係る電動サーボプレス１は、図１〜図８に基づいて以下で説明するように、急停止指令信号Ｓｋｔに基づき、予め設定した急停止モーションＣＲＶｓに従うサーボモータ１０の回転停止制御（急停止制御）に切り替え、かつサーボモータが正常であるときに当該急停止モーションに従って停止するまでの予定制御終了時（予定停止時刻ｔ３）に、機械式ブレーキ１５が実際に制動を開始するようにブレーキ作動させ、かつ予定制御終了時（予定停止時刻ｔ３）にサーボモータ１０の回転駆動用電源を強制的に遮断することによって、サーボモータ１０やその制御系等が正常である場合における急停止要求の場合は勿論、サーボモータ１０やその制御系等に異常などがあって暴走等しているような場合における急停止要求の場合でも、確実かつ迅速にサーボモータ１０の回転を停止させることができるプレス運転を実現可能に構成されている。
【００３９】
図１において、電動サーボプレス１は、サーボモータ１０の回転を、動力伝達変換機構５を介して、スライド９の上下往復動に変換し、当該スライド９の上下往復動を利用してワークに対してプレス加工を施すことができるようになっている。
【００４０】
前記動力伝達変換機構５としては、例えば、クランク軸６、コンロッド８などを含んで構成されるクランク機構５などが想定される。サーボモータ１０の回転軸とクランク軸６とは、機械式ブレーキ１５及び減速機構（ピニオン２及びメインギア３）を介して連結されている。なお、動力伝達変換機構５は、ねじ軸機構やリンク機構等を採用しても実施することができる。
【００４１】
サーボモータ１０には、モータ軸用エンコーダ１１が連結され、エンコーダ１１はモータ軸回転角度に対応する情報としての検出信号Ｓ１１をサーボドライバ２１に帰還する。検出信号Ｓ１１は、位置制御系において位置フィードバック信号として利用され、速度制御系において速度フィードバック制御信号として利用される。更に、図示していないが検出信号Ｓ１１はサーボコントローラ２８やプレス制御部５０にも伝達され、モーション制御やプレス制御にも用いられる。
【００４２】
また、クランク軸６にはクランク軸用エンコーダ７が連結され、エンコーダ７はクランク軸回転角度に対応する情報としての検出信号Ｓ７をプレス制御部５０に送信する。この検出信号Ｓ７は、スライド９の位置やプレス速度（スライド速度）に変換されて、制御や表示に利用される。更に、図示してはないが、特許文献３や特許文献４に記載の技術を用いて、検出信号Ｓ１１と検出信号Ｓ７とを相互比較してエンコーダ検出信号の異常を検出することも可能である。
【００４３】
サーボモータ１０としては、運転状態を電子制御可能なモータであれば採用可能であるが、ここでは、例えばロータの磁極（永久磁石）に対応する信号（図５、図６に示される回転駆動信号Ｓｄ）に同期して回転可能な同期型モータ（ＡＣサーボモータ）が採用される。回転駆動信号Ｓｄが入力されたとしても、それが磁極（永久磁石）に対応する信号（駆動力を生じさせることができるタイミングで与えられる信号）でなければ、サーボモータ１０を回転駆動することができない。つまり、構成要素（回路や素子など）の異常や故障などが発生したためにその対応性が崩れたときや、パワートランジスタ２５が故障などしてモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが遮断できなくなったときも、サーボモータ１０は正常に駆動されず正常に回転することができない。このような同期型のサーボモータの特性は、セーフティサイドにあり、この点からもモータ暴走状態等の発生を未然防止できるものとなる。
【００４４】
機械式ブレーキ１５は、図１に示したように、電磁弁１７を作動させてシリンダ装置１６内のエアを排気し、その後にバネの締め力を利用して実際にブレーキ操作（可動摩擦板を固定摩擦板に押し付ける動作）をさせ、サーボモータ１０にブレーキ（制動）力を付与する構造とされている。なお、機械式ブレーキ１５は、このようなエア・レリース式ものに限定されるものではないが、プレス機械のような比較的大きな制動トルクを必要とするものには適した形式である。また、かかる形式の機械式ブレーキは、従来の機械式プレスにも多く用いられており、信頼性やコスト、入手容易性などの面でも有利である。なお、機械式ブレーキ１５は、他の形式の摩擦ブレーキや、例えば電磁力を用いたブレーキなどとすることも可能である。
【００４５】
本実施の形態に係る機械式ブレーキ１５は、図７に示すように、時刻ｔ１（本発明に係る第１の所定時刻に相当する）において電磁弁（ソレノイド）１７の励磁を解放すると、シリンダ装置１６内のエアが電磁弁１７を介して排出され始め、当該エアの圧力が時間経過に連れて徐々に下降する。すると、図７において「ブレーキストローク」として表示した軌跡に従って摩擦板が変移しつつブレーキ動作に入る。図７では、以下の説明における便宜のため、摩擦板が接触してブレーキが制動を開始することができる時刻ｔ３１を、実質的なブレーキ動作の開始時（実際ブレーキ作動）としている。
【００４６】
つまり、この機械式ブレーキ１５の作動遅れ時間は、Ｔ１２（時刻ｔ１〜時刻ｔ３１）とされ、例えば、約６０ｍｓｅｃである。
その後、シリンダ装置１６内のエアの排出が進み、略完全に排気されるとバネ（スプリング）の全ての力で摩擦板を押し付けることになる。すなわち、制動力増加時間Ｔｂｄ（例えば１５ｍｓｅｃ）を経て機械式ブレーキ１５の制動力が増大して規定制動力となり、この規定制動力でサーボモータ１０を制動し停止させることとなる。
【００４７】
図１に示したように、電動サーボプレス１の制御装置は、サーボドライブ回路２０、プレス制御部５０を含んで構成されている。更に、サーボドライブ回路２０は、サーボコントローラ２８とサーボドライバ２１を含んで構成されている。
プレス制御部５０には、非常停止装置６１と侵入検出装置６２が接続され、更に設定部５５、表示部５６も接続され、これらによって後述する制御解除タイミングの設定、ブレーキ作動開始タイミングの設定、更にはサーボ制御信号Ｓｃｎｔを介してサーボコントローラ２８内の記憶手段に記憶される急停止モーションの設定等も行えるように構成されている。本実施の形態においては、例えば、サーボ制御信号Ｓｃｎｔは双方向のシリアル通信線で構成されており、各種プレス成形のためのモーションの設定やそれらの選択、運転モードの選択、サーボパラメータの設定や選択などの信号の送受が可能となっており、これらの信号全てがサーボ制御信号Ｓｃｎｔに含まれるものである。
【００４８】
具体的には、制御解除タイミングの設定などは、表示部５６で確認しながら設定部５５に設定値を入力し、その値を設定値として記憶部に記憶することになる。ブレーキ作動開始タイミングの設定、急停止モーションの設定なども同様である。
【００４９】
プレス制御部５０は、プレスマシン全体を制御する手段であるが、図１、図２ではサーボモータ１０の回転駆動、特に急停止に関する事項を中心に記載し、直接的に関係のない事項（例えば、正常運転中の制御内容や急停止に関係ない入出力、ワーク搬送手段等）については図示を省略した。
【００５０】
プレス制御部５０は、ハードウェアとして、例えば入出力部、演算部、記憶部等を含んで構成されるが、図１ではこれらのハードウェアの記載を省略し、急停止時の信号処理を行う部分を主に示した。非常停止装置６１又は侵入検出装置６２が急停止信号を発生するとプレス制御部５０内に構成される信号発生手段４１は直ちに急停止指令信号Ｓｋｔを生成する。なお、これらの装置だけではなく、必要に応じ安全ガード等のその他の装置からの急停止信号が入力されることもできる。
【００５１】
急停止指令信号Ｓｋｔ（Ｈ→Ｌレベル）が生成されると、プレス制御部５０内に構成された論理処理手段４２を介してサーボコントローラ２８へ急停止信号Ｓｓｃ（Ｈ→Ｌレベル）が送出される。
論理手段４２は急停止指令信号Ｓｋｔのみでなく、その他の制御手段４９（例えばワーク搬送手段の制御等）による停止指令信号に対しても同様に急停止できるように、それぞれの信号をＡＮＤ処理し、何れか一方の信号が生成（Ｈ→Ｌレベル）された場合でも急停止信号Ｓｓｃを出力（Ｈ→Ｌレベル）するように構成されている。論理処理手段４４、４６、４８も同様の目的である。
【００５２】
サーボコントローラ２８内に構成される記憶手段には、急停止モーション（より詳しくは、サーボモータ１０が最高回転の状態から急停止する際のモーションで基準急停止モーションと呼ぶ）が予め記憶される。この基準急停止モーションは、その回転停止制御（急停止制御）中に過大な衝撃や振動などが生じない範囲で、なお且つ、速やかに電動サーボプレス１のスライド９を停止させるために適した停止カーブ（停止パターン）、言い換えると衝撃や振動などを許容できる範囲で最大の減速加速度を達成可能な減速カーブ（減速パターン）が設定される。
【００５３】
急停止制御手段は、プレス制御部５０とサーボコントローラ２８とサーボドライバ２１を含んで構成される。サーボコントローラ２８は、プレス制御部５０からの急停止信号Ｓｓｃ（Ｈ→Ｌレベル）を受け取ると、前記基準急停止モーションを基にそのときまで運転していたサーボモータ１０の速度から速やかに減速停止する急停止モーションを変換生成する。同時に運転中のモーションは前記急停止モーションに切り替えられ、それに従うモーション信号Ｓｍをサーボドライバ２１に送り、サーボモータ１０を速やかに停止すべく回転停止制御を行う。
【００５４】
本実施の形態に係る急停止モーションでは、最高速度から急停止する場合の基準急停止モーションを１つだけ記憶しておき、それぞれの速度に応じた急停止モーションを基準急停止モーションから演算生成する方法を採用した。この方法に限定されるものではなく、例えば各速度に対応した急停止モーションを複数記憶しておき、運転速度に対応する急停止モーションを選択する方法或いは補間演算により急停止モーションを求める方法などでも構わない。
【００５５】
ブレーキ制御手段は、プレス制御部５０と電磁弁１７を含んで構成される。プレス制御部５０のブレーキ作動タイミング計数手段４５には、ブレーキ作動開始タイミング設定手段（５５、５６、５０）により、予めブレーキ作動開始タイミング設定値Ｔ１１が設定されている。急停止指令信号Ｓｋｔが生成されると、プレス制御部５０内に構成されたブレーキ作動開始タイミング計数手段４５は経過時間の計数を開始する。その計数値が設定値Ｔ１１に達すると、論理処理手段４６を介して機械式ブレーキ作動信号Ｓｓｌｃを電磁弁１７に出力（Ｈ→Ｌレベル）する。電磁弁１７はブレーキ作動信号Ｓｓｌｃにより作動され、機械式ブレーキ１５のシリンダ装置１６内のエアを排出して機械式ブレーキ１５の作動を開始する。
【００５６】
制御強制解除手段は、プレス制御部５０と、サーボドライバ２１及び／又は電磁接触器２２を含んで構成される。プレス制御部５０の制御解除タイミング計数手段４３には、制御解除タイミング設定手段（５５、５６、５０）によって、予め制御解除タイミング設定値Ｔ２１が設定されている。急停止指令信号Ｓｋｔが生成されると、制御解除タイミング計数手段４３は経過時間の計数を開始し、計数値が設定値Ｔ２１に達すると、論理処理手段４４を介して制御解除信号をベース駆動遮断信号Ｓｂｃ（Ｈ→Ｌレベル）としてサーボドライバ２１へ出力し、サーボドライバ２１が出力するサーボモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを遮断し回転停止制御を強制的に解除する。
【００５７】
図１において、サーボドライブ回路２０は、サーボドライバ２１とサーボコントローラ２８を含んで構成される。サーボコントローラ２８は、種々のプレス成形に対応した複数のモーションや前記基準急停止モーション等を記憶できるように構成されている。サーボコントローラ２８は、プレス制御部５０からのサーボ制御信号Ｓｃｎｔ並びに急停止信号Ｓｃｃに基づいて記憶している各種モーションを選択演算してモーション信号Ｓｍを生成しサーボドライバ２１に送る。サーボドライバ２１はモーション信号Ｓｍを指令値として、サーボモータ１０の位置検出信号Ｓ１１をフィードバックし、必要な駆動力を演算してそれに見合うモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを出力してサーボモータ１０を回転駆動する。
【００５８】
サーボドライバ２１の一部を構成するＰＷＭ制御部２２は、図５に示すように、前記演算にて求めた必要な駆動力に基づきパルス幅調整しつつ、サーボモータ１０の位置検出信号Ｓ１１による各磁極位置からサーボモータ１０の各相の位相を求めて各相のＰＷＭ制御信号Ｓｃを生成する。
ＰＷＭ制御信号Ｓｃはサーボモータ１０の各相に対応する各制御素子２３へ出力され、各制御素子２３はモータ各相に対応する駆動信号Ｓｄを各パワートランジスタ２５に生成出力する。すなわち、各パワートランジスタ２５を含む駆動回路２４が、サーボモータ１０を回転駆動する。Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗがモータ駆動電流である。なお、図５ではサーボモータ１０の各相の巻線とパワートランジスタ２５の接続についての詳細は公知であるため省略している。また、Ｖ２１は制御用電源で、Ｖｍｔはモータ回転駆動用電源である。
【００５９】
ベース駆動信号遮断による回転停止制御の強制解除は、以下のように行われる。
すなわち、
サーボドライバ２１は、プレス制御部５０からのベース駆動遮断信号Ｓｂｃ（Ｈ→Ｌレベル）を受けると（図１等参照）、図３に示す制御リレー３３を駆動トランジスタ３２を介して消勢し、制御リレー３３の接点を開放する。これにより、図５の制御電源Ｖ２１が遮断され、制御素子(ベース駆動素子)２３の電源は消失される。つまり、サーボドライブ回路２０内のパワートランジスタ２５への制御信号Ｓｃを消滅させる。
このことにより、制御素子２３は各パワートランジスタ２５を駆動できず、モータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは遮断され、サーボモータ１０の駆動力が消失する。すなわち、モータ回転駆動用電源Ｖｍｔからサーボモータ１０を遮断し、サーボモータ１０の回転制御（急停止時は回転停止制御）を強制的に解除する。
【００６０】
本実施の形態に係るサーボモータ１０としては、例えば同期型モータが採用される。前述したように、各相のＰＷＭ制御信号は各磁極の位置に対応した位相で駆動されなければ、駆動力を発生し得ない。すなわち、ＰＷＭ制御信号Ｓｃさえ遮断すれば、位相にあった信号が自然発生することは考え難い。
このため、故障等によりモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが遮断できなかったとしても、サーボモータ１０の回転駆動力は生じ得ない。すなわち、かかる同期型モータを用いることは安全サイドである。
【００６１】
制御強制解除手段としては、前記サーボドライバ２１のベース駆動信号を遮断する場合の他に、例えばサーボモータ１０への動力回路を電磁接触器２２にて直接遮断する方法がある。図１において破線で示した部分（４７、４８、２２）が相当する。
この方法もベース駆動遮断による方法と同様に、予め制御解除タイミング設定値Ｔ２１−１が設定されている。急停止指令信号Ｓｋｔが生成されると、制御解除タイミング計数手段４７は経過時間の計数を開始する。その計数値が設定値Ｔ２１−１に達すると、論理処理手段４８を介して電磁接触器遮断信号Ｓｃｃを出力する。これにより電磁接触器２２は駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを遮断して回転停止制御を強制的に解除する。
【００６２】
以上のように、信号発生手段４１より急停止指令信号Ｓｋｔが発生されると、サーボモータ１０を速やかに停止すべく回転停止制御が開始されると共に、
ブレーキ作動開始タイミング設定手段（５５、５６、５０）により設定されたタイミングにて、機械式ブレーキ１５の作動を開始し、
制御解除タイミング設定手段（５５、５６、５０）により設定されたタイミングにて、サーボモータ１０の回転停止制御を強制的に解除する。
これらの作動タイミングの一例を図７に示す。
ここでは、回転停止制御を強制的に解除する手段として、ベース駆動を遮断する方法のみを記載し、電磁接触器２２により動力を遮断する方法の記載は省略している。どちらも回転停止制御を強制的に解除するものであり、同じ考え方で設定されるべきものである。なお、これらの制御強制解除手段が十分信頼性のある回路で構成されているものであれば、何れか一方のみを採用することができるし、両方を用いることもできる。
【００６３】
侵入検出装置６２は、安全装置である。人手等の侵入を検出しても何らかの故障等にて電動サーボプレス１を停止させることができない場合には、直接人身事故等につながる惧れが高い。一般的に回転駆動制御や回転停止制御の異常（すなわち、サーボモータ１０の暴走)を完全に防止することは困難である。
従って、ブレーキ制御手段と制御強制解除手段を確実に動作させてサーボモータ１０を停止させることが重要である。
より詳細には、制御強制解除手段によってサーボモータ１０の駆動力を無くすことで回転駆動制御や回転停止制御の異常(すなわち、サーボモータ１０の暴走)を確実に防止しながら、ブレーキ制御手段により機械式ブレーキ１５を作動させて確実にサーボモータ１０を停止させるという思想を、本実施の形態では実現する。
【００６４】
ところで、より一層安全性に対する信頼性を高めるために、図２に示すように、プレス制御部５０は、２つのコントローラ５１Ａと５１Ｂを含んで構成されることができる。第１のコントローラ５１Ａと第２のコントローラ５１Ｂには、それぞれ演算部５２と記憶部５３が含まれ、前述した図１のプレス制御部５０における一連の処理を、それぞれのコントローラ５１Ａ、５１Ｂで並行に実行する。これらの並行処理結果は、相互に照会して整合性ある情報を正規の情報として取り扱う（記憶・表示・出力等する）ものとして構成されている。なお、図２は図１におけるプレス制御部５０内に記したような急停止指令信号発生時の信号処理の図示を省略したが、実際にはこれらの処理を第１のコントローラ５１Ａと第２のコントローラ５１Ｂでそれぞれ並行して実行することになる。
【００６５】
また、プレス制御部５０からの出力信号、例えばベース駆動電流遮断信号Ｓｂｃ、ブレーキ作動信号Ｓｓｌｃなどは複数の信号で出力される。図４に示したように、ベース駆動電流遮断信号はＳｂｃ−ＡとＳｂｃ−Ｂの２系統の出力信号が用いられ、駆動トランジスタ３２Ａと３２Ｂを介して制御リレー３３Ａと３３Ｂを消勢し、図６に示す制御素子（ベース駆動素子）２３の電源を消失させる。所謂安全リレーの構成であり、確実にベース駆動電源を消失させＰＷＭ制御信号Ｓｃを遮断し、モータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを遮断して、サーボモータ１０の駆動力を消失させる。
図４において制御リレー３３Ａは非接地側、制御リレー３３Ｂは接地側に接続しているのは、同一要因で両回路が同時に故障等するのを防止するためのもので安全リレーにおける一般的な使用方法である。なお、各制御リレー３３Ａ、３３Ｂの故障検出回路等は安全リレーとして公知であるため図示を省略した。
【００６６】
更に、ベース駆動電流遮断信号と同様、ブレーキ作動信号も２系統の出力信号を用いることができる。図示していないが電磁弁(ソレノイド)１７として、ダブルソレノイドバルブを用いることができる。すなわち、一方の系統の電磁弁が故障等しても、他方の系統の電磁弁にて排気を行うことができる構成として、電磁弁が故障等しても信頼性高く機械式ブレーキ１５を確実に作動させることができる仕組みとなっている。なお、プレス制御部５０からの２系統のブレーキ作動出力信号を用いてそれぞれの出力でそれぞれのソレノイドを駆動する機構を採用することもできる。
また、サーボモータ１０の動力を遮断する電磁接触器２２についても同様に、２系統の出力と２つの電磁接触器を用いて構成することができる。但し、ベース駆動信号遮断によるサーボモータ１０の駆動力消失を確実に行うことが期待できる場合は、電磁接触器２２を省略することも可能である。
なお、図示してはいないが、安全上重要な侵入検出装置６２も同様に冗長性のある回路構成とすることができ、侵入検出装置の２系統の出力がプレス制御部５０に入力される構成とすることができる。
【００６７】
侵入検出装置６２は、例えば、人身保護に対する適応性が広い光線式安全装置又はインターロック付安全ガードなどに基づいて構成されることができる。
本実施の形態では、非接触でかつ検出感度が高い光線式安全装置を用いた。光線式安全装置は安全ガードのように開閉の必要がなく、操作性の良いプレス作業を提供できる。しかし、光線式安全装置においては何時でも人手等が侵入できる構成であるため、確実なスライドの停止が必要不可欠となる。
ここにおいて、光線式安全装置の光線の走査位置は、規格に基づく速度１．６ｍ／ｓｅｃで進行（移動）する人手等が危険領域に到達する以前に、サーボモータ１０を完全に停止、つまり電動サーボプレス１（スライド９）を停止できるものとして選択された位置である。
【００６８】
具体的には、電動サーボプレス１の危険域と、光線走査位置と、の距離、すなわち安全距離（Ｄｓ）は以下の式で決定され、その決定に基づいて設置されなければならない。
以下に、米国国家規格（ＡＮＳＩ）の場合を示す。各国によって若干異なる部分はあるが基本的考え方は同じである。
安全距離（Ｄｓ）＝Ｋ（Ｔｍ＋Ｔｒ＋Ｔｂｍ）＋Ｄｐｆ
Ｋ＝１．６ｍ／ｓｅｃ（手等の移動速度）
Ｔｍ：最大急停止時間（制御装置に入力されてから止まるまでの時間）
Ｔｒ：侵入検出装置反応時間
Ｔｂｍ：オーバーラン監視時間（停止性能が劣化した場合に、それを検出するまでの時間）
Ｄｐｆ：侵入検出装置の性能（最小検出物体の大きさによる）による追加距離
Ｔｍは、図７での最大急停止時間である。ＴｒとＤｐｆは、光線式安全装置の性能によって決定される。Ｔｂｍは、従来の機械式プレスにおいて用いられるオーバーラン監視装置に起因するものである。
なお、本発明による電動サーボプレス１では機械式ブレーキの劣化が殆ど無いと考えられるので省略できるとの考えである。
【００６９】
プレス制御部５０内の信号発生手段４１は、非常停止指令信号Ｓｅｍと侵入検出信号Ｓｉｎの何れか一方（または双方）が入力されたことを条件に、電動サーボプレス１（サーボモータ１０延いてはスライド９）を急停止させるための指令（急停止指令信号Ｓｋｔ）を発生可能に構成されている。
【００７０】
例えば、ワーク搬送手段から落下したワークと昇降するスライド９とが干渉する惧れなど生じた場合において、作業員等が非常停止ボタン６１を操作（押圧）したときに、非常停止信号Ｓｅｍが生成出力される。
侵入検出手段６２は、危険領域に向かって進む人手等を検出したときに、侵入検出信号Ｓｉｎを生成出力する。
なお、手動によって材料（ワーク）を送給するプレス作業（ハンド・イン・ダイ方式）における本発明者等が行った調査によれば、前者（信号Ｓｅｍ）の発生する機会よりも後者（信号Ｓｉｎ）の発生機会が多いことが解明されている。
【００７１】
非常停止指令信号Ｓｅｍ又は侵入検出信号Ｓｉｎにより急停止指令信号Ｓｋｔが生成され、前記信号発生手段４１に入力されると、急停止制御手段（５０、２８、２１）は、プレス制御部５０から急停止信号Ｓｓｃを送出するよう機能する。
当該急停止信号Ｓｓｃを受けたサーボコントローラ２８は、内部に記憶されている基準急停止モーションから急停止モーションを生成し、それに従ったモーション信号Ｓｍをサーボドライバ２１へ送る。
サーボドライバ２１により駆動されるサーボモータ１０では、時刻ｔ０を起点にして減速停止制御を開始し、図７に示すように、急停止モーションＣＲＶｓ（最高速度からの急停止の場合の減速カーブ（減速パターン）に従って減速する。サーボモータ１０の制御が正常に行われている場合は（通常の場合ほとんどそうであるが)、予定停止時間Ｔｓ（例えば７０ｍｓｅｃ）経過して、つまり予定停止時刻ｔ３にサーボモータ１０は完全停止する。因みに、時刻ｔ０においてサーボモータ駆動電流（回転駆動用電源Ｖｍｔ）を遮断してサーボモータ１０を回転自由状態とした場合は、これよりはるかに長い時間（例えば数秒間）に亘って回転が続くことになる。特に、動力伝達変換機構５がクランク機構の場合は、その慣性が大きいのでより長時間回転が続く惧れがある。
【００７２】
なお、侵入検出装置６２が光線式安全装置の場合には、光線を遮光してから実際に検出信号を出力するまでに実際には遅れ時間（侵入検出装置反応時間Ｔｒ）があるが、図７ではこれを省略して記述するものとする。また、その他の方式の侵入検出装置においても同様に遅れ時間がある場合があるが、これらも同様に取り扱うことができる。
【００７３】
一方、機械式ブレーキ１５には作動遅れ時間Ｔ１２（ｔ１〜ｔ３１：電磁弁１７の作動時間やシリンダ装置１６内の空気の排気時間）が存在する。図７に示したように、作動遅れ時間Ｔ１２を考慮して、前記予定停止時刻ｔ３に機械式ブレーキ１５が実際に制動を開始するように、ブレーキ作動信号Ｓｓｌｃを出力するためのタイミング設定値Ｔ１１は設定される。
より詳細には、急停止モーションＣＲＶｓによる予定停止時刻ｔ３とブレーキ制動開始時刻ｔ３１が概略同時になるように、タイミング設定値Ｔ１１は設定される。しかし、これは、予定停止時刻ｔ３とブレーキ制動開始時刻ｔ３１が、後述するように完全に一致することまでは要求されるものではない。
このため、図７では、タイミング調整時間Ｔｆ１（例えば１０ｍｓｅｃ）が設けられている。
従って、ブレーキ作動信号Ｓｓｌｃ出力タイミング設定値Ｔ１１は、
Ｔ１１＝Ｔｓ−Ｔ１２＋Ｔｆ１
で求められ、例えば具体的な時間例として、
Ｔ１１（２０ｍｓｅｃ）＝Ｔｓ（７０ｍｓｅｃ）−Ｔ１２（６０ｍｓｅｃ）＋Ｔｆ１（１０ｍｓｅｃ）
などが想定される。
【００７４】
制御強制解除手段も、制御解除信号（Ｓｂｃ及び／又はＳｃｃ）を出力してからサーボモータ１０の駆動力が消滅するまでには、遅れ時間Ｔ２２（ｔ２〜ｔ３２：制御リレー３３や電磁接触器２２の作動時間、回路作動遅れ時間などで制御解除信号を出力してから駆動力が消滅するまでの遅れ時間）が存在する。
従って、機械式ブレーキ１５の実際の作動開始タイミングと同様に、制御解除タイミング設定値Ｔ２１（及び／又はＴ２１−１：以後、Ｔ２１を代表的に用いて説明）は設定される。
具体的には、急停止モーションＣＲＶｓによる予定停止時刻ｔ３に合わせて実際にサーボモータ１０の駆動力が消滅するように、制御解除信号（Ｓｂｃ及び／又はＳｃｃ）の出力タイミング設定値Ｔ２１が設定される。より詳細には、急停止モーションＣＲＶｓによる予定停止時刻ｔ３と駆動力消滅時刻ｔ３２が概略同時となるよう設定値Ｔ２１は設定される。しかし、これは、時刻ｔ３と時刻ｔ３２が、後述するように完全に一致することまでは要求されるものではない。
このため、図７ではタイミング調整時間Ｔｆ２（例えば２０ｍｓｅｃ）が設けられている。従って、制御解除信号(Ｓｂｃ及び／又はＳｃｃ)出力タイミング設定値Ｔ２１は、
Ｔ２１＝Ｔｓ−Ｔ２２＋Ｔｆ２で求められ、例えば具体的な時間例として、
Ｔ２１（６０ｍｓｅｃ）＝Ｔｓ（７０ｍｓｅｃ）−Ｔ２２（３０ｍｓｅｃ）＋Ｔｆ２（２０ｍｓｅｃ）
などが想定される。
【００７５】
図７に示したタイミングチャートでは、タイミング調整時間Ｔｆ１とＴｆ２を設けたが、予定停止時刻ｔ３とブレーキ制動開始時刻ｔ３１と駆動力消滅時刻ｔ３２は、理想的には同一であることが望ましい。
しかし、運用上の実際では、例えば電源電圧変動等の外乱の影響等により、実際のブレーキ作動開始時やモータ停止時が常に予定通りとは限らない。しかも、作業員の各タイミング設定作業に厳密な正確性を求めることは作業効率等の面から現実的であるとは言い難い。このため、外乱の影響等によるバラツキを吸収し、作業効率等を現実的なものとすることができるように、タイミング調整時間Ｔｆ１、Ｔｆ２を設けたものである。但し、タイミング調整時間Ｔｆ１、Ｔｆ２をあまり長く設定すると、その分だけ最大急停止時間Ｔｍが若干ではあるが長くなるので、外乱の影響等や作業効率等の現実性と、侵入検出装置２を設置する際の安全距離と、を比較考量して、タイミング調整時間Ｔｆ１、Ｔｆ２を設定することが望ましい。
【００７６】
一方、タイミング調整時間を設けずに予定停止時刻ｔ３の少し前にブレーキ制動が開始するようブレーキ制動開始時刻ｔ３１を設定（タイミング調整時間Ｔｆ１がマイナスの値に設定されるように）しても良い。予定停止時刻ｔ３の少し前であってもサーボモータ１０の制御が正常であれば十分減速されており、停止間際の小さなトルクで低速回転しているサーボモータ１０に対して僅かな制動を行うだけである。また、機械式ブレーキ１５も制動を開始した時点では排気が不十分であり、摩擦板の押圧力も小さいので摩擦板の摩耗は殆ど発生しない。むしろ、このようにブレーキ制動開始時刻ｔ３１を予定停止時刻ｔ３の少し前に設定したほうが、正常運転の場合でも摩擦板の僅かな摺動が生じて摩擦板が常に清浄に保たれることが期待できる。
【００７７】
このように、タイミング調整時間Ｔｆ１、Ｔｆ２が負の値に設定されるラップ状態も可能であり、Ｔｆ１、Ｔｆ２は、例えば最大急停止時間Ｔｍの±２０％程度まで許容されることができる。但し、ブレーキ制動開始時刻ｔ３１より前に駆動力消滅時刻ｔ３２を設定する（Ｔｆ１＞Ｔｆ２）と、機械式ブレーキ１５が実際に制動を開始する前にサーボモータ１０の駆動力が消滅することになり、サーボモータ１０の回転軸がフリーとなる時間が生じてスライド９が自重で落下するなどの惧れがあるため、試行等を行って適当なタイミング調整時間Ｔｆ１、Ｔｆ２に設定することが望ましい。
なお、回転軸がフリーとなる時間が許容されるのは、スライド９が実際に自重落下を起こさない極わずかな時間のみであり、具体的には、許容される時間は、小型のプレスマシンでは最大１０ｍｓｅｃ程度、大型のプレスマシンでも最大３０ｍｓｅｃ程度である。
【００７８】
以上のように、機械式ブレーキ１５を実際に作動（制動開始）させる時刻と、回転停止制御を強制的に解除する時刻は、予定停止時刻ｔ３と合致していることが望ましいが、現実的には予定停止時刻ｔ３の前後となることを許容するものであり、そのような設定も本実施の形態においては含むものである。
【００７９】
本実施の形態では、図７、図８に示したように、タイミング調整時間Ｔｆ１を１０ｍｓｅｃ、Ｔｆ２を２０ｍｓｅｃとしている。このため、サーボモータ１０の制御に異常がない場合は、予定停止時刻ｔ３にサーボモータ１０が正常に停止された時から１０ｍｓｅｃ後に機械式ブレーキ１５が実際の制動を開始し、機械式ブレーキ１５の制動が開始された時から１０ｍｓｅｃ後に回転停止制御が強制解除されることになる。
従って、このような設定の場合、最大急停止時間Ｔｍは、タイミング調整時間分だけ長くなるが、機械式ブレーキ１５の摩擦板の摺動は全く発生せず、かつ、機械式ブレーキ１５が実際にサーボモータ１０に制動を掛けている状態においてサーボモータ１０の駆動制御が停止されるため回転自由状態が全く存在しないこととなり、機械式ブレーキ１５の摩擦板等の摩耗を最少に留めつつ、サーボモータ１０の不用意な回転等の発生等が確実に防止されたサーボモータ１０延いては電動サーボプレス１の急停止制御が実現できることになる。
【００８０】
ところで、一般に、プレスマシンは、常に最高速度で運転されるとは限らない。加工条件や搬送装置との関係で生産運転時の速度は適宜に決定される。
図７では最高速度にて運転中の状況から急停止を示し、図８では中間速度Ｖｉからの停止状況を示している。
サーボコントローラ２８は、急停止信号を受けると、そのときの運転速度に見合った急停止モーションを演算生成する。図８のＣＲＶｓ−１は、最高速度Ｖｍａｘの急停止モーションＣＲＶｓと同じ加速度で回転停止するよう演算されたものである。
一方、ＣＲＶｓ−２は同じく急停止モーションＣＲＶｓと同じ時間で停止するように演算されたものである。
このように、中間速度での急停止モーションは、予定停止時間Ｔｓ以内で停止することができるものであれば、これらの何れか又はこれらの間を取ったようなモーションを採用することができる。本実施の形態では同じ加速度のＣＲＶｓ−１を採用した場合について説明されている。
【００８１】
従来の機械式プレスマシンでは、プレス速度（ｓｐｍ：ｓｔｒｏｋｅ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅｓ）が決定されるとプレスのスライド（又はクランク軸）の速度が決定される。一方、電動サーボプレスマシンは各種成形にあった様々なモーションを設定でき、その動作を実現可能である。例えば、スライドの一行程の中において、高速で下降し加工領域に到達し、その後の成形では低速に切り替えて成形し、成形終了後は高速で上昇し設定点に戻るモーションなどが良く使用される。このようなモーションは、比較的成形が難しい場合や製品精度等を所定に維持するべく成形をゆっくり行いながら、生産性を同時に向上させることなどが可能である。
【００８２】
これに対し、電動サーボプレスでは、このようなモーションが容易に採用可能であるため実際に採用される可能性も高く、急停止指令信号が生成されたときのサーボモータの速度から急停止モーションを演算生成する場合を想定しておく必要がある。
従って、本実施の形態においても、このような方法を採用した。しかし、比較的速度変化の少ないモーションしか設定しない場合には、従来の機械式プレスマシンと同様に、プレス速度（ｓｐｍ）から急停止モーションを演算生成することも可能である。
【００８３】
中間速度Ｖｉ時の急停止モーションＣＲＶs−１を採用した場合、実際の予定停止時間が最高速度のときよりも短くなるので、それに見合った分だけ設定値Ｔ１１と設定値Ｔ２１を自動計算して短縮することもできる。これにより、ブレーキ制動開始時刻ｔ３１と駆動力消滅時刻ｔ３２を早め、最大急停止時間Ｔｍを短縮することが可能である。しかし、侵入検出装置６２の取付位置を運転速度ごとに変えることは通常は行わないので、本実施の形態では図８に示したように、ブレーキ制動開始時刻ｔ３１と駆動力消滅時刻ｔ３２は一定としている。
【００８４】
ここにおいて、図８のタイミングチャートに従って詳細に説明する。
ブレーキ制御手段は、プレス制御部５０にて構成され、予め設定したブレーキ作動タイミングＴ１、つまり時刻ｔ３１において機械式ブレーキ１５が実施に制動を開始するよう制御する。
制御強制解除手段は、プレス制御部５０、サーボドライブ回路２０を含んで構成され（電磁接触器２２を含むこともできる）、予め設定された制御解除タイミングＴ２、つまり時刻ｔ３２に回転停止制御を強制的に解除する。
これらにより、図８に示す時刻ｔ３にて急停止指令信号Ｓｋｔに基づく回転停止制御が終了しているか否かに拘わらず、時刻ｔ３１において必ず機械式ブレーキ１５による停止動作が行われると共に、時刻ｔ３２においてサーボモータ１０の回転停止制御が強制的に解除されることになる。
【００８５】
以上のように、侵入検出手段６２が作動し、急停止指令信号Ｓｋｔが発生されると、サーボモータ１０やサーボドライブ回路２０が正常の場合は予定停止時間Ｔｓで停止する。ほとんどの場合が正常であるので、予定停止時刻ｔ３以降(または直前)に制動を開始する機械式ブレーキ１５は停止後作動となるので摩擦板等の摩耗は殆ど生じない。更に、機械式ブレーキ１５は、サーボモータ１０の駆動力消滅時刻ｔ３２以降は停止保持ブレーキとして機能することができる。
正常な場合は、最大急停止時間Ｔｍよりもはるかに短い時間で停止できるので安全である。
【００８６】
一方、サーボモータ１０が暴走等して予定停止時刻ｔ３に停止できない場合は、ブレーキ作動開始時刻ｔ３１に機械式ブレーキ１５が制動を開始すると共に、駆動消滅時刻ｔ３２にはサーボモータ１０の駆動力がなくなるので、サーボモータ１０は機械式ブレーキ１５の規定の制動力によって、図８のブレーキ減速カーブＣＲＶ−ｂにてブレーキ停止時間Ｔｂ（例えば７０ｍｓｅｃ）で確実にサーボモータ１０を停止させることができる。
従って、サーボモータ１０が暴走等したような場合においても、最大急停止時間Ｔｍで確実にサーボモータ１０を停止させることが保障され、安全が確保される。また、サーボモータ１０の暴走等は頻繁に起こるものではないので、機械式ブレーキ１５の磨耗はそれほど生じず、耐久性の高い高価な大容量のブレーキ装置も必要が無いため経済的である。
【００８７】
ところで、急停止制御において、サーボモータ１０の正常時と異常・故障時（暴走時）とを比較すれば、確率的に正常時であることが圧倒的に多いことは、上述した通りである。しかも、それまでのプレス（モータ回転）速度が、上述のように最高速度Ｖｍａｘよりも低速である場合で、かつ構成要素に何らの異常も発生していない正常時には、最高速度から完全停止させるものとして設定した時間Ｔ１（例えば７０ｍｓｅｃ）より短い時間内でサーボモータ１０を完全停止させることができる。この点からも、本実施の形態に係る急停止制御によれば、機械式ブレーキ１５の長寿命化を図れる。
【００８８】
本実施の形態に係る回転停止制御（急停止制御）は、このような実際のプレス運転（主）に重点を置きながら、サーボモータ１０の正常時における急停止制御では、機械式ブレーキ１５の摩擦板の摩耗を最少としながら確実にサーボモータ１０を短時間で停止させることを可能にしつつ、確率的に低いが遭遇し得るモータ暴走（従）の場合においては、暴走等の検出等を行うことなく、予定停止時刻となったら機械式ブレーキ１５でサーボモータ１０を制動しつつサーボモータ１０の回転止制御を強制的に解除することで（駆動用電源の供給の遮断も行わせることができる）、サーボモータ１０が暴走等していたとしても最大停止時間内にサーボモータ１０を確実に回転停止させることを可能とし、これにより人身の安全を確保するように構築されているものである。
【００８９】
次に、プレス運転方法および各動作を、主に図７、図８を参照しつつ説明する。
図７はプレスの運転速度が最高速度Ｖｍａｘの時からの急停止の動作タイミングを示し、図８では更に中速Ｖｉ（最高速度Ｖｍａｘの約２／３の速度）の場合も同時に示している。
【００９０】
［時刻ｔ０以前］
プレス制御部５０からサーボドライブ回路２０に通常の運転信号（プレス動作用信号）としてのサーボ制御信号Ｓｃｎｔが出力される。サーボモータ１０は、サーボ制御信号Ｓｃｎｔに対応して選択されたモーションに従って、サーボモータ１０は所定速度（Ｖ）で回転制御されている。なお、このときスライド９が昇降されてプレス加工が行われる。
この際のモータ回転速度は生産性の点から最高速度Ｖｍａｘで運転されている場合(図７)、或いは例えば特殊加工（例えば、深絞り）のために中速（例えば、２／３×Ｖｍａｘ）で運転されている場合(図８)等、要求に応じて様々である。
【００９１】
［時刻ｔ０において］
時刻ｔ０において、図１に示す非常停止ボタン６１の操作により非常停止信号Ｓｅｍが生成され、或いは侵入検出装置６２により侵入検出信号Ｓｉｎが生成されると、直ちに信号発生手段４１から急停止指令信号Ｓｋｔが生成され、プレス制御部５０は急停止信号Ｓｓｃ（Ｈ→Ｌ）をサーボコントローラ２８に出力する。
【００９２】
サーボコントローラ２８は、プレス制御部５０からの急停止信号Ｓｓｃ(Ｈ→Ｌレベル)を受け取ると、前記基準急停止モーションを基にそのときまで運転していたサーボモータ１０の速度（図７では最高速度Ｖｍａｘ、図８では中速Ｖｉ）から速やかに減速停止する急停止モーション（図７のＶｍａｘではＣＲＶｓ、図８のＶｉではＣＲＶｓ−１）を変換生成する。同時に運転中のモーションから前記急停止モーションに切り替えられ、それに従うモーション信号Ｓｍをサーボドライバ２１に送り、サーボモータ１０を速やかに停止すべく回転停止制御を行う。
ここで、サーボコントローラ２８で生成される前記急停止モーションは、サーボモータ１０に対する指令値であり、実際にサーボモータ１０はこの急停止モーションに従うように制御される。実際にサーボモータ１０が回転停止制御されて動作するモーションは指令値と偏差が生じていて、厳密には異なるモーションとなる。しかし、現実的には僅かな偏差であり、ここでは両者とも同じく急停止モーション（図７のＶｍａｘのときはＣＲＶｓ、図８のＶｉのときはＣＲＶｓ−１）として扱うこととする。すなわち、急停止モーションＣＲＶｓやＣＲＶｓ-１は指令値としての急停止モーションでもあり、実際にサーボモータ１０が減速停止する急停止モーションでもあるとする。
【００９３】
詳しくは、サーボドライバ２１は、サーボコントローラ２８からのモーション信号Ｓｍに従い制御信号Ｓｃを生成出力する。各制御素子２３は、モータ磁極に対応する駆動信号Ｓｄを駆動回路２４に出力する。これにより、モータ駆動電流Ｉ（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）が生成され、サーボモータ１０は急速に減速され停止される。
なお、これらの制御システム並びにサーボモータ１０が正常な時は、最高速度Ｖｍａｘ時（図７）は予定停止時刻ｔ３にて停止し、中速Ｖｉ時（図８）は予定停止時刻ｔ３より前に停止している。
【００９４】
時刻ｔ０において急停止指令信号Ｓｋｔが生成されると同時に、ブレーキ作動タイミング計数手段４５は、経過時間の計数を開始する。また、同時に、制御解除タイミング計数手段４３も経過時間の計数を開始する。
【００９５】
［時刻ｔ１において］
ブレーキ作動信号発生時刻ｔ１において、ブレーキ作動開始タイミング計数手段４５は、予め設定されているブレーキ作動開始タイミング設定値Ｔ１１に達する。このことにより、ブレーキ作動開始タイミング計数手段４５は論理処理手段４６を介して機械式ブレーキ作動信号Ｓｓｌｃを電磁弁１７に出力（Ｈ→Ｌレベル）する。
電磁弁１７は、ブレーキ作動信号Ｓｓｌｃにより作動し、その所定時間後に、機械式ブレーキ１５のシリンダ装置１６内のエアを排出し、それに伴って機械式ブレーキ１５の摩擦板が移動（ブレーキストローク）を開始する。
すなわち、時刻ｔ３１において、実際に機械式ブレーキ１５が制動を開始するように、時刻ｔ１にて先行指令するわけである。当該先行指令は、サーボモータ１０が暴走等しているか否かの判断や監視をすることなく実行されるので、実際にブレーキ動作のタイミングが遅れたりすることがない。
図７、図８において、「シリンダ内圧力」は、シリンダ装置１６内のエア圧力が低下する様子を示しており、「ブレーキストローク」は、機械式ブレーキ１５の摩擦板が移動する様子を示している。
【００９６】
［時刻ｔ２において］
制御解除信号発生時刻ｔ２（本発明に係る第２の所定時刻に相当する）において、制御解除タイミング計数手段４３は、予め設定されている制御解除タイミング設定値Ｔ２１に達する。このことにより、制御解除タイミング計数手段４３は論理処理手段４４を介して制御解除信号をベース駆動遮断信号Ｓｂｃ（Ｈ→Ｌレベル）としてサーボドライバ２１へ出力するなお、電磁接触器遮断信号Ｓｃｃに関連する制御強制解除も同様であるのでここでの記述は省略する。
サーボドライバ２１は、ベース駆動遮断信号Ｓｂｃ（Ｈ→Ｌレベル）を受けると、制御リレー３３の作動時間やその他の回路の遅れ時間後に、サーボモータ１０の駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを消失させる。
【００９７】
［時刻ｔ３において］
（正常の場合）
急停止制御手段（５０，２０）は、図７に示す最高速度（Ｖｍａｘ）の時、急停止モーションＣＲＶｓに従いサーボモータ１０の回転を減衰させ、予定制御時間Ｔｓ（例えば７０ｍｓｅｃ）を経過した予定停止時刻ｔ３にて速度零（停止）とするように働く。
また、図８に示す中速の時は、急停止モーションＣＲＶｓ−１又はＣＲＶｓ−２に従いサーボモータ１０の回転を減衰させ、予定制御時間Ｔｓ以内で速度零（停止）とするように働く。何れの場合においても、予定停止時刻ｔ３までにはサーボモータ１０は停止される。
【００９８】
（モータ暴走の場合）
時刻ｔ０から急回転停止制御に切り替えたにも拘わらず、何らかの原因（例えば、エンコーダ１１からサーボドライバ２１にフィードバックする信号Ｓ１１に異常が発生するなど）で、サーボモータ１０が最高速度（又は、それ以下の速度）で回転継続（暴走）している場合は、予定制御時間Ｔｓの経過時においてもサーボモータ１０は回転している。
ここで、本実施の形態では、サーボモータ１０に同期型モータ（ＡＣサーボモータ）を採用しているので、ロータの磁極（永久磁石）に対応する回転駆動信号Ｓｄが入力されなければ駆動力が生じない。従って、最高速度Ｖｍａｘ以上の速度の駆動信号がロータ磁極に対応した信号として自然発生的に発生することは考え難いので、サーボモータ１０が暴走している状況においても、最高速度Ｖｍａｘを超えることは想定し難い。
すなわち、図７に示す最高回転時においても、図８に示す中速時においても、サーボモータ１０が暴走等した場合の予定停止時刻ｔ３における速度は、０〜Ｖｍａｘの範囲内であり、最も高速の場合でもＶｍａｘであると考えることができる。
【００９９】
［時刻ｔ３１において］
機械式ブレーキ作動信号Ｓｓｌｃにて電磁弁１７が作動され、機械式ブレーキ１５の作動が開始される。予定停止時刻ｔ３から調整時間Ｔｆ１（例えば、１０ｍｓｅｃ）後のブレーキ制動開始時刻ｔ３１には、図７、図８の「ブレーキストローク」にて示すように可動側摩擦板が移動して固定側の摩擦板と接触し、制動を開始する。すなわち、時刻ｔ３１において実際に機械式ブレーキ１５が制動を開始する。
【０１００】
［時刻ｔ３２において］
ベース駆動遮断信号Ｓｂｃ（Ｈ→Ｌレベル）により、制御リレー３３の作動時間やその他の回路の遅れ時間後に、サーボモータの駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが消失される。このことにより、予定停止時刻ｔ３から調整時間Ｔｆ２（例えば、２０ｍｓｅｃ）後の時刻ｔ３２にサーボモータ１０の磁界が消滅され、駆動力が消滅される。
【０１０１】
（正常の場合）
正常の場合は、予定停止時間Ｔｓで回転停止制御が終了する。サーボモータ１０は回転停止されスライド９は昇降停止している。確率的に殆どの場合は正常であるから、機械式ブレーキ１５は停止している状態を保持するだけである。つまり、機械式ブレーキ１５の摩擦板の消耗はほとんど発生しない。更に、サーボモータ１０の急停止制御は強制解除されサーボモータ１０へ供給される駆動電流が消滅しているので、サーボコントローラ２８やサーボドライバ２１に如何なる異常が発生していたとしても、サーボモータ１０に駆動力は生ぜず、機械式ブレーキ１５にて停止状態が保持されることになる。すなわち、この状態であれば危険域（作業域）に安心して手等を入れることができる。
【０１０２】
（モータ暴走の場合）
何らかの異常でサーボモータ１０が暴走している場合、予定停止時刻ｔ３おいてもサーボモータ１０は回転され、スライド９は動作される。最悪の場合、サーボモータ１０は最高回転Ｖｍａｘで回転している可能もある。
かかる場合において、本実施の形態では、図７、図８に示したように、ブレーキ制動開始時刻ｔ３１に機械式ブレーキ１５は制動を開始する。その後も機械式ブレーキ１５のシリンダ装置１６内のエアは排気され、全てのバネ力（スプリングの付勢力）で摩擦板を押し付けるようになり機械式ブレーキ１５の持つ最大能力でサーボモータ１０を制動することとなる。
それと並行して、駆動力消滅時刻ｔ３２にてサーボモータ１０の駆動力は消滅するので、サーボモータ１０が暴走状態であっても、それ以降は駆動力が無くなり、機械式ブレーキ１５の最大能力でサーボモータ１０は減速停止されることとなる。最高速度Ｖｍａｘからの機械式ブレーキ１５による制動の場合、図７に示すブレーキ減速カーブＣＲＶｓに従いサーボモータ１０は減速され、ブレーキ制動時間Ｔｂ（例えば７０ｍｓｅｃ）にて確実に停止されることとなる。
従って、本実施の形態においては、機械式ブレーキ１５はサーボモータ１０の駆動力に勝る制動力を備える必要はなく、慣性力による作動を停止させる制動力を持てば十分であることが理解される。
【０１０３】
最高速度Ｖｍａｘで暴走している場合もあるので、この場合の摩擦板の消耗等は免れられない。しかし、最高速度Ｖｍａｘで暴走している場合はその発生頻度は極めて小さいものであり、機器破損防止や人身の保護が最優先事項であることに鑑み、かかる程度の負担は妥当なものとして許される。急停止指令があった場合に、常にモータ電源を強制遮断してモータ回転自由状態とし、その状態で機械式ブレーキによる強制ブレーキ動作のみでサーボモータを停止させるような場合（かかる場合は、常にブレーキの摩擦板が制動のためにフル稼働されるため摩擦板は短寿命となる）と比較すれば、経済的でメンテナンス時間も短く生産効率が高いものである。
【０１０４】
（中速の場合）
サーボモータ１０が暴走している場合、ブレーキ制動開始時刻ｔ３１や駆動力消滅時刻ｔ３２における速度は、前述したように０〜Ｖｍａｘの範囲であるが、その時の速度は規定することはできない。
図８には、中速Ｖｉのまま前記時刻に至った場合の減速カーブＣＲＶｓ−１を示した。すなわち、中速Ｖｉのまま機械式ブレーキ１５により制動した場合は、ＣＲＶｓ−１に従い、サーボモータ１０は減速され停止されることとなる。かかる場合は、最高速度Ｖｍａｘであった場合のブレーキ制動時間Ｔｂに比べて短い時間で停止されることになり、安全サイドである。
換言すれば、本実施の形態においては、如何なる場合においても、最大急停止時間Ｔｍ以内でサーボモータ１０を停止させることができるので、安全な電動サーボプレスを提供できるものである。
【０１０５】
［時刻ｔ４において］
以上のように、本実施の形態では、如何なる場合においても時刻ｔ４においては、サーボモータ１０（すなわち、電動サーボプレス１のスライド９）は確実に停止されていることになる。時刻ｔ０から時刻ｔ４までの時間が、最大急停止時間Ｔｍであり、最大急停止時間Ｔｍ以内で確実に停止させることができる。例えば、本実施の形態において具体的な最大急停止時間の一例としては、以下のような例が想定される。
最大急停止時間Ｔｍ（１６０ｍｓｅｃ）＝Ｔｓ（７０ｍｓｅｃ）＋Ｔｆ２（２０ｍｓｅｃ）＋Ｔｂ（７０ｍｓｅｃ）
【０１０６】
この最大急停止時間Ｔｍは最長の停止時間であるから、本実施の形態における具体的数値（一例）を用いて安全距離（危険域から侵入検出装置６２の走査位置までの距離）を求める(米国国家規格の場合)。
安全距離Ｄｓ（０．２８８）＝１．６（Ｔｍ（０．１６）＋Ｔｒ（０．０２）＋Ｔｂｍ（０））＋Ｄｐｆ（０）
Ｋ＝１．６ｍ/ｓｅｃ（手の速度）
Ｔｍ：最大級停止時間（一例：０．１６ｓｅｃ）
Ｔｒ：侵入検出装置反応時間（一例：０．０２ｓｅｃ）
Ｔｂｍ：オーバーラン監視時間（一例：０ｓｅｃ）
Ｄｐｆ：侵入検出装置の性能による追加距離（一例：０ｓｅｃ）
この場合において、安全距離は０．２８８ｍで、危険域(作業域)の手前２８８ｍｍの位置に侵入検出装置６２の光線走査位置を設置することが要求される。これは、従来の機械式プレスと比較して、ほぼ同等の安全距離であり、本実施の形態によれば、電動サーボプレスでありながら機械式プレスと同等以上の作業員の安全を保証しつつ、作業容易性と生産性を向上させることができることとなる。
【０１０７】
ところで、上述したように、本実施の形態においては、エアレリース・バネ締め式の機械式ブレーキ１５を採用して説明している。
この方式は、エア圧（空気圧）を用いてレリースするため、摩擦板を押し当てるための強力なバネを採用することができ、大きな制動トルクが要求されるブレーキに適した構造である。また、この方式は、多数のバネを用いること、更に、ダブルソレノイドバルブを用いて排気する方法を併用することにより、高い信頼性と確実性を備えることができる。
また、従来の機械式プレスの多くにおいても、この方式が採用されており、製品品質等からの信頼性等の面においても信頼のおけるものであり、かつ入手容易性も高い。
かかる観点から、本実施の形態に係る電動サーボプレスにおいても、この方式を採用した。
【０１０８】
しかしながら、この方式のブレーキは、電磁力を利用して制動する電磁式ブレーキ等に比べ、電磁弁の作動時間やシリンダ装置内のエアの排気時間等が必要であるため、制動を開始するまでの遅れ時間が比較的大きい。すなわち、図７に示したように、本実施の形態において採用した機械式ブレーキ１５の場合、機械式ブレーキ作動遅れ時間は、例えば６０ｍｓｅｃである。
当該機械式ブレーキ１５と同等の性能のブレーキを装備した従来の機械式プレスにおいての最大急停止時間Ｔｍ−ｍは、
Ｔｍ−ｍ（１３０ｍｓｅｃ）＝作動遅れ時間Ｔ１２（６０ｍｓｅｃ）＋ブレーキ制動時間Ｔｂ（７０ｍｓｅｃ）
である。
前述したように、本実施の形態における電動サーボプレス１の最大急停止時間Ｔｍは１６０ｍｓｅｃであるので、従来の機械式プレスに比べ、３０ｍｓｅｃだけ最大急停止時間が延びたことになる。
しかし、電動サーボプレス１の最大急停止時間は、サーボモータ１０の回転停止制御で停められなかった場合に機械式ブレーキ１５を作動させて停止させた場合の停止時間であり、このような場合であっても３０ｍｓｅｃしか延びていないのである。更に、タイミング調整時間Ｔｆ１やＴｆ２をゼロに近づけたならば、本実施の形態に係る電動サーボプレス１の最大急停止時間は、更に２０ｍｓｅｃ短縮され、１４０ｍｓｅｃとなり、従来の機械式プレスと殆ど変わらない急停止性能を実現できることとなる。
【０１０９】
別の見方をすると、本実施の形態は、従来から用いられている機械式ブレーキの動作特性上の無駄時間（作動遅れ時間）内は、サーボモータ１０の回転停止制御を行い、前記無駄時間の経過時刻と、サーボモータ１０の回転停止制御の特性から予定されるサーボモータ１０の回転停止時刻と、が略一致するようにタイミングを合わせて機械式ブレーキ１５を作動させると共に、サーボモータ１０の回転停止制御と回転駆動用電源の遮断を行うようにし、例えサーボモータ１０が暴走していたとしても確実にサーボモータ１０を停止させることができるようにしたものである。
例えば、特許文献５に記載されるもののように、減速停止指令後の減速状態を監視して正常に減速されないことを検出してからブレーキを作動させたのでは、前記無駄時間が存在する場合には、当該無駄時間分だけブレーキの作動が遅れるため、最適なタイミングで機械式ブレーキを作動させることはできない。更に、特許文献５に記載の方法で最大急停止時間を本発明と同程度まで短縮しようとすれば、より早期に制動を開始する必要があるため、大きな制動力を有する容量の大きな機械式ブレーキを採用せざるを得ないことになる。
これに対し、本実施の形態によれば、電動サーボプレスであるためモーション設定の自由度が高く様々なプレス加工への対応を実現可能としながら、従来の機械式プレスと同程度の急停止性能をもち安全性が高いと共に作業効率や操作性も良く、かつ機械式ブレーキの消耗も殆ど無く、機械式ブレーキのメンテナンス周期も比較的長くすることができる経済的な電動サーボプレスの提供を実現することができるのである。
【０１１０】
また、電動サーボプレスにおける急停止制御が行われる場合において、サーボモータが正常である場合と異常である場合とでは圧倒的に正常である場合の方が多い。従って、本実施の形態に係る制御方法によれば、機械式ブレーキは停止の保持はするがサーボモータの制動には殆ど寄与しない。従って、場合によっては、電動サーボプレスの寿命が尽きるまで機械式ブレーキの実質的な制動が行われない可能性もある。
この一方で、電動サーボプレスには、万が一のときには確実にサーボモータを制動停止可能であることが要求される。
このため、例えば、機械式ブレーキ１５の制動力をテストするテストモードを設け、プレス作業の開始前、或いは終了前などの適宜のタイミングで、サーボモータ１０の回転停止制御を実行しない状態で機械式ブレーキ１５の制動力のみで最大急停止時間内で停止できることなどを確認するようにすることもできる。
【０１１１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、急停止指令Ｓｋｔが生じた場合に、これに基づいて、通常のプレス制御を行っている状態から急停止モーションＣＲＶｓに従うモータ回転停止制御に切り替え、当該モータ回転停止制御によりサーボモータ１０が回転停止される予定停止時間Ｔｓ（予定停止時刻ｔ３）を超えたときに、機械式ブレーキ１５を実際にブレーキ動作させ、かつ、回転駆動用電源Ｖｍｔを強制遮断するようにしたので、サーボモータ１０が正常である場合には急停止指令に対して電動サーボプレス１を急停止させることができると共に、サーボモータが暴走している場合でも確実かつ迅速にサーボモータを所定時間内に回転停止させることができ、以って電動サーボモータにおける急停止要求に応えることができる。
また、従来の電動サーボモータの急停止制御のように、機械式ブレーキ１５を酷使することが無いため、小容量の機械式ブレーキを備えれば良く、また摩擦板の摩耗も抑制できるためメンテナンス時間や費用を低減できるため、経済的負担が小さくかつ生産性の高い電動サーボプレスを提供することができる。
【０１１２】
更に、本実施の形態においては、制御手段を急停止制御強制解除手段（５０、２１、２２）とブレーキ制御手段（５０）とを含んで構成し、かつ急停止制御手段（５０，２０）に加えて記憶手段（５０、２８）、制御解除タイミング設定手段（５０、５５、５６）、ブレーキ開始タイミング設定手段（５０、５５，５６）および信号発生手段４１を設けた構成であるから、一段と具現化が容易で、大幅な普及拡大が期待できる。また、取り扱いが一段と容易で、円滑な運用ができる。
【０１１３】
また、本実施の形態のように、機械式ブレーキ１５として、従来の機械式プレスにおいても広く採用されているエアレリース・バネ締め式の機械式ブレーキを採用すれば、確実なブレーキ効果及び高い信頼性が保証される。
【０１１４】
更に、サーボモータ１０のモータ駆動電流Ｉ（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を遮断することで、サーボモータ１０の回転停止制御を強制的に解除するように構成したので、サーボモータ１０の危険な暴走状態を長時間維持してしまうような制御状態を作り出すことがなく、以ってサーボモータ１０の暴走状態を確実に排除することができる。
しかも、パワートランジスタ２５の制御信号Ｓｃをソフトウェア的に消失させたり、ベース駆動信号Ｓｄをソフトウェア的に消失させたり、更には回転駆動用電源Ｖｍｔをハードウェア的（或いは物理的）に遮断して、モータ駆動電流Ｉを遮断するので、迅速な電流遮断ができると共に、信頼性高く確実に電流遮断を行うことができる。
なお、本実施の形態のように、サーボモータ１０として、ロータ磁極位置に同期した回転駆動信号Ｓｄを受けて初めて回転駆動される同期型モータを採用すれば、より一層サーボモータ１０の回転暴走に対して安全サイドにある電動サーボプレスを提供することができる。
【０１１５】
加えて、本実施の形態では、非常停止指令信号Ｓｅｍと侵入検出信号Ｓｉｎの何れか一方でも入力されると急停止指令信号を発生させるので、危険回避に対する適応範囲が広い。更に、選択された急停止モーションに基づく最高速度の高低に応じて設定タイミング（Ｔ１，Ｔ２）を自動調整可能な構成とすれば、急速なモータ停止位置保持を可能にしながら、一段と取り扱いが容易な電動サーボプレスを提供することができる。
以上で説明した実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、急停止指令に対して、モータ回転正常における過酷な機械式ブレーキ動作状態の一掃化を担保しつつ、最短的時間でプレス動作を停止させる要求に応えることができると共に、機械的、電気的な故障・異常によるモータ暴走が発生している場合でも、確実かつ迅速にプレス停止させる要求に応えられることができ、電動サーボプレス或いはその制御系として有益である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電動サーボモータの制御装置を説明するためのブロック図である。
【図２】同上実施の形態に係る電動サーボモータの制御装置（より安全性を高めた形態）を説明するためのブロック図である。
【図３】同上実施の形態に係る電動サーボモータの制御装置の回転駆動等電源遮断を説明するための回路図である。
【図４】同上実施の形態に係る電動サーボモータの制御装置の回転駆動用電源遮断（より安全性を高めた形態）を説明するための回路図である。
【図５】同上実施の形態に係る電動サーボモータの制御装置のサーボドライバを説明するための回路図である。
【図６】同上実施の形態に係る電動サーボモータの制御装置のサーボドライバ（より安全性を高めた形態）を説明するための回路図である。
【図７】同上実施の形態に係る電動サーボモータの制御装置の最高速度からの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】同上実施の形態に係る電動サーボモータの制御装置の中速度からの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１１８】
１  電動サーボプレス
５  クランク機構（動力伝達変換機構）
７  クランク軸用エンコーダ
９  スライド
１０  サーボモータ
１５  機械式ブレーキ
２０  サーボドライブ回路
２２  電磁接触器
２４  駆動回路
２５  パワートランジスタ
２８  サーボコントローラ
５０  プレス制御部
５２  演算部
５３  記憶部
５５  設定部
５６  表示部
６１  非常停止装置
６２  侵入検出装置
【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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【図７】
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【図８】
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