JP2003011000A - 冷間鍛造用等の油圧プレスの油圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷間鍛造等の加工に油圧プレスを使用する
と、大きな加工力を得るための高圧力と、金型を含む可
動部を早く移動させるための大流量を備えた非常に大き
な出力容量を持つ電動油圧ポンプが必要となり、大型で
製造原価が高く、エネルギー効率が低い設備となる。 【解決手段】 金型を含む可動部の移動は電動機４が油
圧ポンプ５を正逆回転して行い、大きな加工エネルギー
は加工の直前に油圧ポンプ５に電磁クラッチ１２により
連結した蓄勢されたフライホイール１５が減速時に発生
する回転エネルギーにより供給して、従来の油圧プレス
に比較して著しく小容量化、省エネルギー化した電動
機、電源により同じ効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は油圧プレスのシリ
ンダーを駆動する油圧回路に関し、より具体的に用途例
をあげれば加工ストロークが数センチメータ程度の油圧
式冷間鍛造プレス等の油圧回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の油圧プレスは誘導電動機等により
駆動される電動油圧ポンプより作動油を供給され、その
作動油の圧力はリリーフ弁等により一定圧力に調整され
てあり、この作動油を電磁弁で切り替えてシリンダーに
送入・排出して出力軸を駆動し、出力軸にプレス躯体よ
りスライドで摺動支持されるラムを取り付け、ラムに固
定された金型の上型を往復運動させる構成となってい
る。この往復運動の往動作の最後の限られた短い期間で
上型が下型に置かれたワークに接触し、これを強力な加
工力で押し込んで、冷間鍛造等がなされる。この往復運
動のそれ以外の期間ではシリンダーの出力軸はラムと上
型をプレスのスライドに沿って移動させるだけであっ
て、シリンダーの負荷としては加工力に比較すれば極め
て軽微な負荷である。

【０００３】この構成では電動油圧ポンプはリリーフ弁
等により一定圧力以上の圧力を発生することがない。油
圧プレスが最大の発生力を要求されるのは上型がワーク
に接触してから押し切ってしまうまでの比較的短い加工
期間であり、その期間では加工より発生する反抗力によ
りシリンダーの速度は急減速し、加工が終われば停止す
る。油圧回路が要求されるのは高圧力・小流量モードで
ある。

【０００４】加工期間以外の移動期間では移動速度が早
いのでシリンダーの作動油の流量は大きいが、シリンダ
ーが必要とされる力は小さい。油圧回路が要求されるの
は低圧力・大流量モードである。

【０００５】上型が上限まで引き上げられて次の動作に
移るまでの停止期間ではシリンダーの作動油の流量はゼ
ロであり、油圧回路も停止モードであり、要求エネルギ
ーはゼロである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに従来の油圧プ
レスの油圧回路では、電動油圧ポンプの電動機が一定回
転速度で廻り続けるためポンプは一定流量の作動油を流
し続けており、その作動油はリリーフ弁等により一定圧
力に保たれている。常に一定圧力・一定流量の作動油を
供給し続けるために常に一定のエネルギーを電力として
消費している。

【０００７】シリンダーが必要とする油圧エネルギー
は、加工期間は高圧力・小流量モード、移動期間は低圧
力・大流量モード、停止期間は停止モードである。対す
る電動油圧ポンプは常に高圧力・大流量モードで油圧エ
ネルギーを供給している。このミスマッチはリリーフ弁
等が高圧力の不要な流量の作動油を、油タンク等へ放出
してエネルギーを熱化させることにより調整されてい
る。この過程で莫大なエネルギーが熱として捨てられ、
このため一般に油圧プレスの消費エネルギーに対する加
工エネルギーは作動条件が良い場合で２０％程度、作動
条件が悪いと１％にも満たない場合さえあり得る低効率
となっている。

【０００８】このことを冷間鍛造プレスに多く用いられ
るクランク式プレス及びその応用形と比較すると明らで
ある。クランク式プレスは巨大なフライホイールを有
し、このフライホイールを誘導電動機等で付勢してい
る。加工時は上死点で待機しているクランク軸にクラッ
チによりフライホイールを連結してフライホイールに蓄
勢された運動エネルギーによりクランク軸、コンロッ
ド、ラム、上型を駆動する。下死点の少し前より上型は
ワークと接触して加工が始まり、下死点を通過して加工
が完了し、クランクは上死点近くまで戻ってからフライ
ホイールとの連結を断たれてブレーキにより上死点で停
止し、待機する。

【０００９】以上の動作において主に加工力を供給した
のはフライホイールであって、誘導電動機等は加工力を
供給したことによりフライホイールの速度が低下したも
のを回復しようとして下死点から上死点へ復帰する期間
に最大の出力を発生させている。この誘導電動機等の駆
動力ではこのクランク式プレスが発生した加工力は到底
発生させることはできない。フライホイールはこのよう
な瞬間的に巨大な発生力が必要な用途には好適な特性を
有している。

【００１０】クランク式プレスの動作に比較すると、油
圧プレスは誘導電動機の駆動力だけでワークを加工して
いる形となり、同等の加工力を発生させようとするとク
ランク式プレスよりはるかに大きな出力容量の電動機が
必要となる。このことは大きな電動機容量、大きな電源
容量、そして低いエネルギー利用効率を意味する。

【００１１】このように課題が多い油圧プレスである
が、クランク式プレスにはない加工上の利点も多い。ク
ランク式プレスは位置制御だが油圧プレスは圧力制御で
ある、前者はストロークが固定だが、後者は可変であ
る、前者は加工速度が一定だが後者は調整可能で、ある
種の素材の加工には極めて良い結果が得られる等の利点
である。

【００１２】この発明はクランク式プレスと同等の小容
量電動機を用いて、油圧プレスでクランク式プレスと同
等の冷間鍛造等加工能力を実現せんとするものである。
即ち、油圧プレスの持つ前述の加工上の利点を活かし、
電動機容量はクランク式プレスと同等にすることを目的
としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】従来の油圧プレスが大容
量の電動油圧ポンプを必要としていながら、そこで発生
した油圧エネルギーの大部分をリリーフ弁等で熱化して
いる。この損失を解決するためにはリリーフ弁を撤去し
て、電動油圧ポンプとシリンダーを直結する必要があ
る。そうすれば加工期間以外の期間で低圧力・大流量モ
ードで運転する小出力容量の電動油圧ポンプで上型を含
む可動部分を所定の位置へ所定の速度で移動させること
ができる。

【００１４】加工期間に必要な加工エネルギーは前述小
出力容量の電動油圧ポンプでは供給し得ない。この短い
加工期間だけはクランク式プレスの原理を借りて、蓄勢
されたフライホイールをこの小出力容量の電動油圧ポン
プに連結すればよい。フライホイールを連結された前述
電動油圧ポンプは高圧力・小流量モードで動作すること
が可能である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につき
説明する。この発明の第一の要素はリリーフ弁を取除い
て電動油圧ポンプとシリンダーの高圧側を直結すること
である。シリンダーの往動作で上型がワークに接触する
までの移動期間中はサーボ電動油圧ポンプを正方向に高
速回転させ、大流量をシリンダーに供給する。また、加
工が終わって復動作になると、サーボ電動油圧ポンプは
逆方向に高速回転させて上型を含む可動部分を調整可能
な上限まで移動させる。この何れの期間も要求される負
荷が小さいから作動油の圧力は低く保たれる。油圧回路
としては低圧力・大流量モードであり、このサーボ電動
油ポンプは油圧プレスの可動部分を移動させるだけの比
較的小さな出力容量しか要求されない。

【００１４】この発明の第二の要素は別の電動機に直結
されて正回転方向に蓄勢されたフライホイールがあり、
上型がワークに接近した時点で電磁クラッチにより前述
サーボ電動油圧ポンプと機械的に連結し、上型がワーク
に接触して加工が始まると加工に要するエネルギーの大
部分をフライホイールが減速する時に解放する回転エネ
ルギーにより供給し、加工が終わったら速やかに前述機
械的な連結を解除して、次の加工サイクルまでにフライ
ホイールをサーボモータにより所定の回転速度まで蓄勢
することにある。加工内容が冷間鍛造であれば１加工サ
イクル中の加工期間は短く、残りの期間で蓄勢できるの
で、短期間で失った回転エネルギーを長期間で補充すれ
ばよいので、フライホイールに直結したサーボモータの
出力容量も前述従来の油圧プレスの電動油圧ポンプに比
較すれば数分の１で充分である。

【００１５】サーボ電動油圧ポンプとフライホイールを
機械的に連結するとして好適なのは、パウダークラッチ
と呼ばれる種類の電磁クラッチである。このクラッチは
電磁コイルに流れる電流によって駆動軸から従動軸に伝
達できるトルク上限値が決定される。従って電流値を制
御することにより、伝達できる最大トルクを制御でき
る。それ以上のトルクを伝達しようとしても駆動軸と従
動軸の回転の間に滑りが生じて、電流によって制御され
た最大トルクまでしか従動軸から取り出せない。

【００１６】この性質は本発明になる油圧プレスに好適
な特性である。第一に加工期間に上型に加える力を電磁
クラッチの電流を制御することにより制御できる。

【００１７】第二に加工が終了して上型が下型に突き当
たって停止しても前述制御された力以上の力は加わらな
い。これは上下型の突き当てによってシリンダーが停止
し、サーボ電動油圧ポンプが停止すると、フライホイー
ル側からは前述制御されたトルクをサーボ電動油圧ポン
プに加えるが、駆動軸の回転に対して従動軸が滑ってそ
れ以上の力は加えることがないからである。

【００１８】もしも機械的に滑りを許さない電磁クラッ
チであった場合は、シリンダーが停止してサーボ電動油
圧ポンプも停止し、フライホイールも瞬時停止となって
瞬間的にポンプに衝撃圧力が発生して機器を損傷する懼
れがある。パウダークラッチはそのような心配が全くな
い安全なクラッチである。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の一つの実施例の電気回路・油
圧回路図である。シリンダー１の出力軸２が上型を含む
可動部を動かす。位置検出器３はシリンダーの位置制御
に使用するセンサーである。サーボモータ４と油圧ポン
プ５は同軸に構成されてサーボ電動油圧ポンプとなって
いる。さらにこの軸は伸ばされて電磁クラッチ１２の従
動軸となっている。フライホイール１４の軸の一方はサ
ーボモータ１５により駆動され、他方は電磁クラッチ１
２の駆動軸となっている。

【００２０】運転が開始されると、制御装置６の信号を
受けて駆動電源１７がサーボモータ１５を回転させ、フ
ライホイール１４はそれに駆動されて所定の回転速度ま
で蓄勢される。制御装置６が加工の信号を受取ると駆動
電源１６に信号を送り、駆動電源１６はサーボモータ４
を正方向に回転させ、それにより駆動された油圧ポンプ
５は押し側油圧回路７に作動油を送出してシリンダー１
の出力軸２は上型を含む可動部を加工側に向かって進行
させる。電磁クラッチ１２の駆動軸と従動軸の回転速度
が接近した時点で、制御装置６は制御された電流を電磁
クラッチの電磁コイル１３に流してサーボモータ１５、
フライホイール１４及びサーボモータ４の軸は機械的に
一体となった回転系を形成して油圧ポンプ５を駆動す
る。

【００２１】加工期間に入って上型がワークに接触する
とシリンダー１を押すために大きな力が必要となつて油
圧ポンプ５に大きな反抗力が加わり、前述一体となった
回転系は回転速度を減少させながら反抗力に打ち勝って
油圧ポンプ５からシリンダー１へとエネルギーを送出す
る。この加工期間中、サーボモータ４、サーボモータ１
５も油圧ポンプにエネルギーを送出するが、前述の説明
のようにこれらの電動機は従来の油圧プレスの電動機と
比較すると極めて小出力容量であるため、加工エネルギ
ーの大部分は蓄勢されたフライホイール１４が供給する
ことになる。

【００２２】上型が下型に突き当たって加工が完了する
と、シリンダー１は停止し、油圧ポンプ５も停止する
が、フライホイール１４からは電磁クラッチの電磁コイ
ル１３に流れる制御された電流に対応するだけのトルク
しか加えられることはない。加工が完了したことを制御
装置６が検知すると、直ちに電磁クラッチの電磁コイル
１３の電流は切られる。制御装置６は駆動電源１６によ
りサーボモータ４を逆方向に回転させて油圧ポンプは作
動油を引き側油圧回路８に送出してシリンダー１を引き
方向に移動させ、所定の上限位置に達したらその位置で
停止させる。その間に制御装置６は駆動電源１７により
サーボモータ１５を駆動して所定回転速度までフライホ
イール１４を蓄勢する。以上で加工の１サイクルを完了
する。

【００２３】ここでフライホイール１５について少し説
明したい。クランク式プレスではフライホイールは動作
時はクランク軸と直結されて回転する。即ち、１加工サ
イクルで１回転である。対するに本発明になる方式では
例えば１加工サイクルでフライホイール１４が１００回
転するとしよう。減速比は１００対１であり、高速側の
慣性モーメントは低速側であるシリンダーで換算する
と、その２乗である１０，０００倍になる。同じフライ
ホイール効果を利用しながら、本方式ではフライホイー
ル本体が極めて小さくて同じ効果を挙げることができる
訳である。このため、本方式によれば、クランク式プレ
スの巨大なフライホイールが不要になる利点がある。

【００２４】この高速側フライホイール１４が油圧ポン
プ５と直結されていれば、サーボモータ４の回転速度に
よりこの油圧プレスの加工能力は一意的に決定される。
しかしながら、パウダークラッチである電磁クラッチ１
２が組み合わされることで、電磁クラッチの電磁コイル
１３の電流を制御することにより、電流を大きくすれば
大きな慣性モーメントをサーボモータ４に直結したのと
同じ効果を生じ、電流を小さくすれば小さな慣性モーメ
ントをサーボモータ４に直結したのと同じ効果を生じ
る。このように慣性力を利用しながら加工能力の調整が
可能なクランク式プレスはこれまでなかったから、この
特性も本発明になる油圧プレスの一つの特徴といえる。

【００２５】圧力検出器９は制御装置６がサーボモータ
４を位置・圧力制御するためのセンサーである。低圧優
先シャトル弁１０と油タンク１１はシリンダー１の出力
軸２の出入り、油温の変化等による油圧回路内の油量の
増減を調整するためのものである。安全弁１８は加工中
に万一過剰圧力が発生した場合に作動油を逃がして圧力
を引き下げて油圧回路を保護する。安全上の見地から設
けられたもので通常は作動することはなく、本発明の必
須要素ではない。２ポート手動切換弁は金型交換等で可
動部が勝手に移動しないように油圧回路を固定化するも
のであり、本発明の必須要素ではない。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を奏する。

【００２７】この発明によれば、従来の油圧プレスに比
べて、電源及び電動機の出力容量を著しく小容量化する
ことができる。

【００２８】また、この発明によれば、前述小容量化の
結果、油圧プレスの製造原価を低減することができる。

【００２９】さらに、この発明によれば、前述小容量化
の結果と運転方式の改善により、著しい省電力、省エネ
ルギーを達成することができる。

【００３０】加えて、この発明によれば、プレスの可動
部が同一移動速度でも、電磁クラッチの電磁コイルの電
流制御により広い範囲で任意の加工能力に設定すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の請求項１に相当する実施例の電気
回路・油圧回路図である。

【符号の説明】

１ シリンダー ２ 出力軸 ３ 位置検出器 ４ サーボモータ ５ 油圧ポンプ ６ 制御装置 ７ 押し側油圧回路 ８ 引き側油圧回路 ９ 圧力検出器 １０ 低圧優先シャトル弁 １１ 油タンク １２ 電磁クラッチ １３ 電磁クラッチの電磁コイル １４ フライホイール １５ サーボモータ １６ 駆動電源 １７ 駆動電源 １８ 安全弁 １９ ２ポート手動切換弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダーによって駆動される往復運動よ
   りなる１動作サイクルの大部分の期間において可動部は
   移動するだけで負荷が軽微であって、 往動作の最後の限られた加工期間だけに最大の力を発生
   することが必要な用途に用いられ、 前述シリンダーを駆動する１台のサーボ電動油圧ポンプ
   に電磁クラッチを介してフライホイールとそれを所定回
   転速度まで付勢するサーボモータが連結されてあり、 前述電磁クラッチは前述サーボ電動油圧ポンプが往動作
   に入って前述フライホイールの回転速度に接近した期間
   から機械的連結を開始し、 往動作の終了後に前述電磁クラッチは前述サーボ電動油
   圧ポンプと前述フライホイールとの機械的連結を切り離
   すようにしてなる油圧プレスの油圧回路。
2. 【請求項２】電磁クラッチがパウダークラッチである請
   求項１記載の油圧プレスの油圧回路。