JP2010188392A - 電動サーボプレス - Google Patents

Abstract

【課題】安価に製造でき、かつ能力変更にも早急に対応できる電動サーボプレスを提供すること。
【解決手段】電動サーボプレス１を、エキセンシャフト４１と、エキセンシャフト４１の外周に摺動自在に設けられ、かつ外周が内周に対して偏心したスライダクランク４２と、スライダクランク４２の外周に摺動自在に設けられ、かつ上下動自在とされたスライダコンロッド４３と、スライダコンロッド４３に設けられたスライド５と、エキセンシャフト４１に挿通されて該エキセンシャフト４１を駆動する中空サーボモータ６とを備え、プレス能力に応じた異なる数の中空サーボモータ６が収容される収容空間６０が予め設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動サーボプレスに関する。

従来、汎用性に優れた比較的小型の電動サーボプレスとして、スライドに連結されたトグルリンク機構を偏心機構で押し引きすることにより、該スライドを上下動させる構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、このような電動サーボプレスのトグルリンク機構は、垂直方向に直列に並ぶ一対のリンクを備えて構成されることから、小型といえども相当な高さ寸法を有しており、大きな吹き抜け空間を確保しにくい建屋（工場）にあっては、容易に設置できない場合がある。また、偏心機構を備えていることも、全高が高くなる要因である。
さらに、トグルリンク機構を備えた上記の電動サーボプレスでは、前記一対のリンクと偏心機構とを三軸（三角）リンクで連結しているため、全体としてリンクの軸着部分が多く、機械的なガタが生じやすい。

このような問題を解決するために、スライドをスライダクランク機構によって上下動させることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかも、駆動源であるサーボモータをスライダクランク機構のエキセンシャフトに直結させることも可能であり、減速装置や大径のプーリ等を省いて全高をより確実に抑えることができる。加えて、電動サーボモータとして、中空サーボモータを用いれば、モータ自身の小型化をも促進でき、全高を一層下げることができる。

特開２００４−０１７０９８号公報 特開２００６−２５５７４５号公報

しかしながら、中空サーボモータはモータメーカに対し、プレス能力（容量）に応じて特別注文として発注されるため、電動サーボプレスの製品体系として能力違いに系列化しようとすると、仕様の異なる特注の中空サーボモータの種類が増え、非常に高価なものになる。
また、プレスラインに設置されてある既設の電動サーボプレスにおいて、プレス能力を変更したいという要望に対しても、仕様の異なる中空サーボモータを入手するまでには、多大な時間を有することになり、早急に対応できないという問題もある。

本発明の目的は、安価に製造でき、かつ能力変更にも早急に対応できる電動サーボプレスを提供することにある。

本発明の電動サーボプレスは、エキセンシャフトと、前記エキセンシャフトの外周に摺動自在に設けられ、かつ前記外周が内周に対して偏心したスライダクランクと、前記スライダクランクの外周に摺動自在に設けられ、かつ上下動自在とされたスライダコンロッドと、スライダコンロッドに設けられたスライドと、前記エキセンシャフトに挿通されて該エキセンシャフトを駆動する中空サーボモータとを備え、プレス能力に応じた異なる数の中空サーボモータが収容される収容空間が予め設けられていることを特徴とする。

本発明の電動サーボモータにおいて、前記収容空間に複数の中空サーボモータが収容されたとき、これらの中空サーボモータは同一の仕様であることが望ましい。
ここで、「仕様が同じ」とは、同じ型番を有するなど、外形形状や出力、トルク、定格回転数等が同じものをいう。

本発明の電動サーボモータにおいて、前記スライドは、前記スライダコンロッドに対してリストピンを介して連結されていてもよい。

本発明によれば、スライダクランクやスライダコンロッドを備えたスライダクランク機構を採用することで、機械的なガタがすくなくて成形精度や剛性に優れ、かつ全高を確実に低くできる。また、本発明では、プレス能力に応じた異なる数の中空サーボモータが収容される収容空間を予め備えているので、より大きなプレス能力を所望する場合には、より多くの数の中空サーボモータを収容してエキセンシャフトを駆動すればよく、この際に中空サーボモータの仕様を限定しておけば、中空サーボモータとしての種類を少なくできて、特別注文によらずに発注できるから、中空サーボモータひいては電動サーボプレスを安価に製造できる。また、中空サーボモータの仕様を限定することで、中空サーボモータの発注から納品までを短納期にできるので、能力変更にも早急に対応できる。
以上により、電動サーボプレスの製品体系としてプレス能力違いによる系列化を促進できる。

中空サーボモータが複数用いられる場合において、その仕様が全て同じであれば、中空サーボモータの種類としては１種類でよく、さらに安価に製造できるうえ、能力変更に対してより早急に対応でき、また、種類が１種類である分、管理も容易にできる。

スライダコンロッドとスライドとがリストピンを介して連結される構造の場合には、機械的ガタが大幅に増える訳ではなく、むしろこのガタによって成形時の偏荷重によるスライドの傾き等を吸収でき、成形性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る電動サーボプレスを一部断面して示す正面図。 前記電動サーボプレスの側断面図であり、図１のII−II線断面図。 中空サーボモータの取付数を変更した場合を示す側断面図。 本発明の第２実施形態に係る電動サーボモータの側断面図。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る電動サーボプレス１を一部断面して示す正面図、図２は電動サーボプレス１の側断面図であり、図１でのII−II線断面図である。

図１、図２において、電動サーボプレス１は、複数の板状のフレーム部材から構成された本体フレーム２と、本体フレーム２の下部側前面に設置されたボルスタ３と、本体フレーム２の上部に設けられたスライダクランク機構４と、スライダクランク機構４に上下動自在に連結されたスライド５と、スライダクランク機構４を駆動する中空サーボモータ６とを備えている。

具体的に本体フレーム２は、両側方を形成する一対の鉛直な板状フレーム２１と、各板状フレーム２１の内側に固着された厚板状のスライド支持フレーム２２とを備え、前方側が開口した全体Ｃ形に形成されている。本体フレーム２の下部側では、各板状フレーム２１（スライド支持フレーム２２）同士がプレート２３，２４で連結されている。これらのプレート２３，２４および各フレーム２１，２２の下部側にてボルスタ３が支持され、スライド支持フレーム２２の上部にてスライド５が上下動自在に支持されている。

本体フレーム２の上部側は、板状フレーム２１、支持プレート２５、トッププレート２６、およびフロントプレート２７等により箱状に形成され、内部にスライダクランク機構４および中空サーボモータ６が収容されている。支持プレート２５の下面とスライド支持フレーム２２の上部とが鉛直な連結プレート２８にて連結されている。ただし、本体フレーム２の具体的な構造は、本実施形態のものに限定されず、その実施にあたって任意に決められてよい。

スライダクランク機構４は、中空サーボモータ６によって駆動されるエキセンシャフト４１と、エキセンシャフト４１の回転により周方向に揺動するスライダクランク４２と、スライダクランク４２の揺動によって上下動するスライダコンロッド４３とを備えている。

エキセンシャフト４１は、長手方向の前方側（正面側）の位置にエキセンドラム４４が一体に形成されており、このエキセンドラム４４の前後において、本体フレーム２に設けられた軸受プレート１１，１２によって支持されている。エキセンシャフト４１は軸受プレート１２で支持された部分から後方側が長く、その後端側は中空サーボモータ６よりもさらに後方に立設された軸受プレート１３で支持されている。

スライダクランク４２は、内周に対して外周が偏心した環状に形成され、内周がエキセンドラム４４の外周にブッシュ（不図示）を介して摺動自在に配置されている。ここで、スライダクランク４２の内外周が最も接近した薄肉部分は、スライド５が上死点（図１中の２点鎖線の位置）および下死点（図１、図２中の実線の位置）にあるときエキセンシャフト４１の真下に位置する。この構成により、スライド５の下死点位置での移動速度が遅くなり、形成精度を向上させることができる。

スライダクランク４２の外周には２面幅状の平坦面４５が形成されている。平坦面４５は、スライダクランク４２の内外周の偏心方向に沿って形成されている。このように、スライダクランク４２の両側を省くことで、全体円形とされる場合に比して軽量化が図られている。スライダクランク４２の外周は、スライダコンロッド４３に設けられた円形の開口部４６にブッシュ（不図示）を介して摺動自在に配置されている。

スライダコンロッド４３は、鉛直な一対の摺動部４７を左右両側に有した略五角形状である。摺動部４７は、板状フレーム２１の内面に設けられたガイド部２９に接触しており、このガイド部２９に案内されながらスライダコンロッド４３全体が上下に摺動する。スライダコンロッド４３の下部側には、下方に垂下したロッド部４８が一体に設けられている。ロッド部４８は、スライド５のプランジャ５１に対してリストピン４９を介して連結されている。

このように、スライダクランク機構４は、トグルリンク機構に比して、エキセンシャフト４１からスライダコンロッド４３までの間に、機械的なガタが殆ど生じない構造であり、優れた成形精度を実現可能である。また、ガタが生じにくい構造であることから、剛性も大きくなり、能力限界をより大きくできる。

一方で、スライダクランク機構は通常、スライド５に直結されているのであるが、本実施形態では、スライダクランク機構４とスライド５とがリストピン４９を介して連結されており、リストピン４９回りの極わずかなガタによって成形時の偏荷重によるスライド５の傾きを吸収し、本体フレーム２が大きく歪むのを抑制している。

スライド５は、プランジャ５１とその下方のスライド本体５２とをスクリューシャフト５３で連結した構造である。つまり、プランジャ５１には雌ネジが刻設され、この雌ネジ部分にスクリューシャフト５３の上部側に刻設された雄ネジ部分が螺合されている。スクリューシャフト５３の下部側は、スライド本体５２に対して回転自在に取り付けられている。

スライド本体５２において、スクリューシャフト５３の下端側外周には、ウォームホイール５４が設けられている。ウォームホイール５４には、図示しないウォームが噛合している。ウォームはスライド本体５２の背面に設けられたインダクションモータ５５で回転駆動され、この回転がウォームホイール５４を介してスクリューシャフト５３に伝達される。スクリューシャフト５３の回転によりスライド本体５２が上下動し、ダイハイトを調整することが可能である。

中空サーボモータ６は、本実施形態の図２に示す電動サーボプレス１では、そのプレス能力を実現するためにエキセンシャフト４１の軸方向に沿って２機用いられている。すなわち、本実施形態では、本体フレーム２の上部における箱状部分において、軸受プレート１２の後方側の空間が中空サーボモータ６の収容空間６０になっている。収容空間６０には、プレス能力に応じた異なる数の中空サーボモータ６が収容される（本実施形態の図２では２機）。収容される中空サーボモータ６はそれぞれ、出力、トルク、定格回転数等の仕様が同じものである。

このような中空サーボモータ６は、エキセンシャフト４１側に固定されたマグネット６１と、マグネット６１回りに対向配置されたコイル６２とを備え、エキセンシャフト４１に挿通されて配置されている。中空モータ６では、マグネット６１が設けられたエキセンシャフト４１側がロータとして機能し、コイル６２側がステータとして機能する。エキセンシャフト４１の後端にはエンコーダ６３が設けられ、エンコーダ６３から出力される回転角度信号が中空サーボモータ６の駆動制御に用いられる。

ここで、エキセンシャフト４１を支持する軸受プレート１１，１２等は上下に分割可能に設けられているか、または本体フレーム２に対して着脱可能に設けられている。軸受プレート１３も、上下に分割可能であり、本体フレーム２に対して着脱可能で、かつ位置を変更して立設させることが可能である。軸受プレート１１〜１３を分割したり、あるいは本体フレーム２から脱着させたりすることにより、エキセンシャフト４１を容易に交換することができる。

そして、軸受プレート１３の立設位置を変更することで、後方側の長さ寸法の異なるエキセンシャフト４１と交換することが可能である。この際、エキセンシャフト４１の長さに応じて、中空サーボモータ６の取付数として異なった数が設定されており、エキセンシャフト４１および中空サーボモータ６の取付数変更により、プレス能力を容易に変更することができる。

図３には、例えばエキセンシャフト４１として、図２に示したエキセンシャフト４１より長い別のエキセンシャフト４１Ａを用いた例が示されている。このような電動サーボプレス１では、エキセンシャフト４１Ａを支持する軸受プレート１３が中空サーボモータ６にして１機分後方側にずれて立設されている。

従って、予め設けられた収容空間６０内で用いられる中空サーボモータ６の取付数は３機とされ、より大きなプレス能力を実現している。この追加された中空サーボモータ６は、水平な支持プレート２５に予め設けられてある取付部に取り付けられている。

このようなエキセンシャフト４１Ａは、電動サーボプレス１の製造工場にて初めから組み込まれてもよく、プレスラインに既に設置さている電動サーボプレス１では、プレス能力の変更のために途中から交換されてもよい。

この他、より短いエキセンシャフト４１を用いて中空サーボモータ６を１機としたり、さらに長いエキセンシャフト４１を用いて中空サーボモータ６を４機以上としたりしてもよく、所望されるプレス能力に応じた取付数を選択でき、また取付数に応じた長さのエキセンシャフト４１を用いることができる。

以上の電動サーボプレス１の動きを説明する。
中空サーボモータ６に電流を供給することで、エキセンシャフト４１を予め決められた正転方向に回転させると、エキセンドラム４４が一体に回転するとともに、スライダクランク４２が逆転側に揺動し、この揺動に伴ってスライダコンロッド４３が下降し、スライド５が下降する。

さらに、エキセンシャフト４１が所定の回転角度を超えて１８０度の回転角度に向かって回転していくと、スライダクランク４２が戻るように正転側に揺動し、この揺動に伴ってスライダコンロッド４３およびスライド５がさらに下降する。この後、エキセンシャフト４１の回転角度が１８０度に達し、スライダクランク４２が動き初めの位置に戻った時点でスライド５が下死点に達することになる（図１中の実線の位置）。

引き続きエキセンシャフト４１を正転側に回転させると、スライダクランク４２が再度逆転側に揺動するとともに、スライダコンロッド４３およびスライド５が上昇し始める。エキセンシャフト４１の回転角度が所定角度を超えて３６０度に向かうと、スライダクランク４２が正転側に転じて揺動し、スライダコンロッド４３およびスライド５がさらに上昇する。エキセンシャフト４１の回転角度が３６０度に達して一回転すると、スライダコンロッド４３が動き始めの位置に再び戻り、スライド５が上死点に戻る（図１中の２点鎖線の位置）。

このような電動サーボプレス１では、以上に説明したように、エキセンシャフト４１を一回転させることで、１ストローク分のプレス加工が可能である。さらに、トグルリンク機構を有した従来のプレスでは、下死点を跨いでスライドを小ストロークで上下動させる、所謂振り子運転が構造上不可能であったのに対し、電動サーボプレス１によれば、スライド５が下死点を跨いで上下動を繰り返すよう、エキセンシャフト４１の正逆転を切り換えることにより、スライド５の振り子運転を実現でき、より多彩な加工方法を実現できる。

〔第２実施形態〕
図４には、本発明の第２実施形態に係る電動サーボプレス１として、前記第１実施形態の図３に示したエキセンシャフト４１Ａを用いつつ、中空サーボモータ６の取付数を２機とした例が示されている。他の構成は図３の電動サーボプレス１と同じである。

このような本実施形態では、エキセンシャフト４１を交換することなく中空サーボモータ６の取付数を変更できるよう、予め長目のエキセンシャフト４１Ａが用いられているのであり、エキセンシャフト４１の交換が不要なことで、能力変更を一層容易にできる。勿論、中空サーボモータ６を１機に変更することも可能である。

つまり、支持プレート２５側において、プレス能力に応じて中空サーボモータ６全体が着脱される構造になっており、また、エキセンシャフト４１にあっては、中空サーボモータ６の特にマグネット６１が着脱自在に設けられている。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、スライダコンロッド４３がリストピン４９を介してプランジャ５１と連結されていたが、スライダコンロッド４３がリストピン４９回りに摺動する訳ではないので、スライダコンロッドとプランジャとを一体ものとして設けてもよい。

前記実施形態では、本体フレーム２としてＣ形フレームが採用されていたが、開口を有しない板状のフレーム部材を用いることでＯ形フレームを採用してもよい。
前記実施形態では、スライド５を１つのスライダクランク機構４にて動作させる構造であったが、より大きなスライド５を上下動させる場合など、複数のスライダクランク機構４を採用してもよい。

前記実施形態では、プランジャ５１に螺設されたスクリューシャフト５３、およびこれに噛合するウォームホイール５４を有したウォームギアにより、ダイハイトを調整する構造であったが、スライダクランク４２とスライダコンロッド４３との間にスライド調整用の偏心リングを介在させた構造であってもよい。このような場合、スライドにダイハイト調整機構が不要であるから、スライダコンロッド４３の下部側にスライド５を一体に設けることが可能である。

前記実施形態では、中空サーボモータ６が支持プレート２５上に並設されていたが、最も前方側の中空サーボモータ６を軸受プレート１２の鉛直面に固定し、この中空サーボモータ６に対して次の中空サーボモータ６を直に取り付けるような設置構造を採用してもよい。

前記実施形態では、全ての中空サーボモータ６は同じ仕様であったが、さほど種類が多くならない程度であれば、異なる仕様の中空サーボモータ６を複数種類用意しておく場合でも、本発明に含まれる。

本発明は、プレス能力に応じて体系化された汎用の電動サーボプレスに利用できる他、レトロフィット対応の電動サーボプレスとしても利用することができる。

１…電動サーボプレス、４…スライダクランク機構、５…スライド、６…中空サーボモータ、４１，４１Ａ…エキセンシャフト、４２…スライダクランク、４３…スライダコンロッド、４９…リストピン、６０…収容空間。

Claims (3)

1. エキセンシャフトと、
   前記エキセンシャフトの外周に摺動自在に設けられ、かつ前記外周が内周に対して偏心したスライダクランクと、
   前記スライダクランクの外周に摺動自在に設けられ、かつ上下動自在とされたスライダコンロッドと、
   スライダコンロッドに設けられたスライドと、
   前記エキセンシャフトに挿通されて該エキセンシャフトを駆動する中空サーボモータとを備え、
   プレス能力に応じた異なる数の中空サーボモータが収容される収容空間が予め設けられている
   ことを特徴とする電動サーボプレス。
2. 請求項１に記載の電動サーボプレスにおいて、
   前記収容空間に複数の中空サーボモータが収容されたとき、これらの中空サーボモータは同一の仕様である
   ことを特徴とする電動サーボプレス。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動サーボプレスにおいて、
   前記スライドは、前記スライダコンロッドに対してリストピンを介して連結されている ことを特徴とする電動サーボプレス。

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