JP2003156005A

JP2003156005A - ポンプ回転制御加圧装置

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Publication number: JP2003156005A
Application number: JP2001353528A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Nakagawa; 達二中川
Original assignee: N SYSTEM KK; System Kk N
Current assignee: N SYSTEM KK; System Kk N
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2003-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】安価で、高信頼性、高耐久性といった特性を
持つ一方向吐出形液圧ポンプを使用した、省エネルギー
で、応答性が高いポンプ回転制御加圧装置を提供する。【解決手段】油圧プレス等に使用するポンプ回転制御
加圧装置において、液圧シリンダ１８ａ、１８ｂ内の圧
力または液圧シリンダの位置・移動速度の測定値に応じ
て回転速度を精密にフィードバック制御された電動モー
タ２で、一方向吐出形液圧ポンプ１を駆動し、加圧動作
を行う。そのとき作動液漏れ量調整装置１９により、作
動液漏れ量を動的に制御することにより、高速な制御応
答、圧力のオーバーシュートの抑止や、省エネルギーを
実現している。

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、金属材料、木
材、プラスチック材料等をその塑性変形特性を利用して
塑性加工するための装置に関し、特に、液圧シリンダ等
の液圧アクチュエータで可動部材を駆動してその可動部
材により被加工材料を加圧、塑性加工する装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】液圧アクチュエータで可動部材を駆動し
て材料の塑性加工を行う場合は従来、例えば株式会社大
河出版が昭和42年に発行した機械工学全書1053「油圧装
置設計の実際」に記載されているように、方向制御弁、
圧力制御弁、油量制御弁等を使用するか又はサーボ弁、
電磁比例制御弁等のオリフィス制御形の制御弁を使用し
て、その液圧アクチュエータの作動を高精度に制御して
いた。

【０００３】これに対し、図４に示すような、回転数を
制御したモータで二方向吐出型の液圧ポンプを駆動する
ことにより、液圧シリンダの圧力制御または位置・速度
制御を行い、液圧回路の単純化、エネルギー効率の向上
や低騒音化を実現するものが提案されている（例えば、
特開平１０−１６６１９９号公報および特開平１０−３
１４９９９号公報）。

【０００４】また、サーボモータと一方向吐出形液圧ポ
ンプで液圧アクチュエータを駆動する液圧制御装置であ
って、液圧ポンプを含む負荷回路に漏れが極めて少ない
ときに、サーボモータの回転が低速の不安定領域に入る
ことにより生じる圧力の脈動を防止するため、圧力補償
形流量制御弁を通じて常時一定量の作動液を漏らし、そ
れによりモータの回転速度を常に安定領域内に保つこと
ができる液圧制御装置が提案されている（例えば、特開
２００１−１３２６４９号公報）。さらに流量指令信号
に基づいてインバータコントローラで同期モータの回転
数を制御し、固定容量型油圧ポンプから必要量の油を吐
出させ、リリーフ弁でからオーバーライド特性を利用し
て僅かな油をタンクに戻すインバータ駆動油圧ユニット
も提案されている（特開２０００−２６５９６６号、特
開２０００−２７４３７６号、特開２０００−２７４３
７７号の各公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のポンプを加圧工
程中に必要とされる最大の圧力を常に出力するように一
定速度で回転させながら、方向制御弁、圧力制御弁、油
量制御弁等で圧力を制御する方式、あるいはサーボ弁、
電磁比例制御弁等のオリフィス制御形の制御弁を使用し
て、その液圧アクチュエータの作動を制御する方式で
は、液圧回路の構成が複雑になるため、コスト高にな
り、耐久性、信頼性が低くなる。また、必要な圧力より
も常に高い圧力をポンプが出力しているため、エネルギ
ーのロスも大きい。

【０００６】回転速度を制御したモータで二方向吐出型
の液圧ポンプを駆動することにより、液圧シリンダの圧
力制御または位置・速度制御を行う方式においては、供
給側と戻り側との作動液量を原則的に等しくする必要が
あることから、液圧回路を閉回路としている。しかし、
一般に多く使用される加圧装置においては、加圧側が一
方向作動型のラム構造で、戻り側のシリンダ面積が加圧
側のシリンダ面積に比較してかなり小さい構造を持つ場
合が多いため、ポンプの吐出側流量と、吸入側流量の差
が大きく、提案された二方向吐出型の液圧ポンプを用い
た構成を適用することが難しい。仮に適用しても、その
流量差を補償する回路の流量が吸入側の流量より大きく
なり、閉回路を採用した効果が得られない。

【０００７】また、液圧シリンダのロッド側シリンダ室
に接続する配管にも加圧圧力に近い耐圧が要求されるの
で、コスト高、低信頼性、低耐久性の問題が生じる。そ
れに加え、二方向吐出型の液圧ポンプは、一方向吐出形
ポンプに比べ、一般に構造が複雑、高価で、耐久性が低
いといった問題がある。

【０００８】さらに油圧プレスのような縦型の加圧装置
の場合には、シリンダ下降時の速度制御において、シリ
ンダやスライドおよび金型の重量により、ロッド側（下
側）の圧力が高くなる。そのためシリンダを下降させる
方向に作動液を吐出させるようなモータへの回転力が生
じることにより、モータに発電現象が起こる。したがっ
て、それを防止するためにモータの制御回路に回生抵抗
や回生コンバータが必要となるなど、使用上の制約や高
コストの機器構成となる問題がある。

【０００９】また、前記の速度制御したモータで二方向
吐出型の液圧ポンプを駆動する方式を既に設計されてい
る油圧装置に適用する場合は、加圧シリンダが往復動シ
リンダでなく、一方向作動形シリンダの組み合わせであ
ったり、加圧側シリンダ面積と戻り側シリンダ面積の差
が大きいなど液圧回路や液圧シリンダ構造が異なる場合
が多い為、新規設計のコストや手間も発生する。また、
既存の加圧装置に改造取り付けをする場合などは、シリ
ンダの改造等、費用がかさむ問題がある。

【００１０】特開２００１−１３２６４９号公報におい
て提案されているようなサーボモータと一方向吐出形液
圧ポンプで液圧アクチュエータを駆動する液圧制御装置
は、液圧ポンプを含む負荷回路に漏れが極めて少ないと
きに、サーボモータの回転が低速の不安定領域に入るこ
とにより生じる圧力の脈動を防止するため、圧力補償形
流量制御弁を通じて一定量の作動液を漏らし、それによ
りモータの回転速度を常に安定領域内に保つものであ
る。

【００１１】このような常に一定量の作動液を漏らす構
造のものは、昇圧動作時には、過度の漏れが発生し、そ
れがエネルギーロスになる。なぜなら、実際の油圧プレ
ス等に代表される加圧装置では、液圧アクチュエータを
作動させる液圧回路中に、方向制御弁や過度の圧力上昇
を防止する安全弁、ラムの自重下降に使用するプレフィ
ル弁等の多数のバルブを備え、また、ポンプの容積効率
も１００％ではないため、漏れ回路を特別に設けなくて
も、昇圧動作時には必然的にある程度の漏れ量が生じる
からである。また、加圧圧力を保持する場合も、実際に
は、ある程度の漏れが生じることから、モータの回転が
０回転付近の不安定領域に入ることは考えにくいので、
常に一定量の作動液を漏らす構造は、エネルギーロスが
大きくなる。

【００１２】また、このような常に一定量の作動液を漏
らす構造の液圧制御装置を、圧力制御を必要とせず、シ
リンダを作動させる場合、例えば小型の上昇専用シリン
ダに適用して油圧プレスのラムを上昇させる装置等に適
用する場合にも、必要以上の漏れを発生しエネルギーロ
スとなる。また、圧力制御時に目標圧力への到達時間を
短くすることを目的として、フィーバック制御のＰＩＤ
ゲインを上げるときに、減圧を速くして制御の応答を良
くするため、あるいは、目標圧力到達後のオーバーシュ
ートを防止するため、漏れ量を多くすることが考えられ
る。しかし、そのときに必要とされる大きい量に漏れ量
を固定してしまうと、漏れ量一定構造のため、それ以後
の加圧保持の場合や、他のシリンダ、例えば上昇専用シ
リンダを動作させる時に必要以上の漏れが発生し、エネ
ルギーロスとなる問題がある。特開２０００−２６５９
６６号公報などのインバーターモータで駆動するポンプ
とリリーフバルブとを組み合わせたインバータ駆動油圧
ユニットは、リリーフバルブからの漏れが一定でない
が、圧力に応じて受動的に流量が変化するだけであり、
減圧時の応答性が低い点およびオーバーシュートを防止
しにくい点で前述の液圧制御装置と同様の問題がある。
本発明は、上記問題を解消し、一方向吐出形の液圧ポン
プを採用しながら、省エネルギーで、応答性が高いポン
プ回転制御加圧装置を提供することを技術課題としてい
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、一方向吐出形
液圧ポンプと、その一方向吐出形液圧ポンプを駆動する
電動モータと、その電動モータの回転速度を制御する電
動モータ制御部と、前記一方向吐出形液圧ポンプの吐出
液圧により作動する液圧シリンダと、その液圧シリンダ
の作動方向を制御する方向切換弁と、加圧側液圧回路の
圧力が過度に上昇することを防止する安全装置と、あら
かじめ設定したプログラムあるいは液圧シリンダの状態
に基づき、前記加圧側液圧回路からの作動液の漏れを有
段階もしくは無段階に調整するための作動液漏れ量調整
部と、加圧シリンダ側のシリンダ室もしくは加圧側液圧
回路内の圧力を検出する圧力検出手段と、その圧力検出
手段により検出した前記加圧シリンダ側のシリンダ室も
しくは加圧側液圧回路内の圧力値を表す信号を入力し、
その圧力値と、あらかじめ設定した指令値とを比較演算
し、前記電動モータの回転速度指令を前記電動モータ制
御部に与えることにより、前記加圧シリンダ側のシリン
ダ室もしくは加圧側液圧回路内の圧力をフィードバック
制御する圧力制御部を備えていることを特徴としている
（請求項１）。

【００１４】かかる加圧装置にあっては、加圧シリンダ
内の圧力測定値信号を、電動モータ制御装置にフィード
バックしながら、電動モータの回転速度を精密に制御す
ることにより、所望の圧力を実現することから、従来行
われていた、ポンプを必要最大流量に対応する一定速度
で回転させておいて、余分な圧力をリリーフ弁で逃がす
制御方式に比べ、液圧回路が簡単になり、コスト、信頼
性および耐久性の点で有利となる。

【００１５】また、従来行われていた、ポンプを一定速
度で回転させておいて、リリーフ弁で余分な圧力を逃が
す制御方式では、ポンプは、加圧工程中に必要とされる
圧力で、最大流量を常に出力しておく必要があるが、電
動モータの回転速度を必要に応じて制御することによ
り、運用時のエネルギーロスを低く抑えることができ
る。

【００１６】本発明において採用している一方向吐出形
のポンプは、二方向吐出型のポンプに比べて安価であり
耐久性が高く、また入手が容易であるという有利な特徴
がある。このような一方向吐出形のポンプでは、制御対
象に対する制御の方向が、一方向であるため、オーバー
シュートした場合に、圧力を下げて目標の圧力値に近づ
ける等の減圧方向の制御が困難である。本発明では、電
動モータの回転速度を低くし、液圧ポンプの吐出量を下
げ、作動液漏れ量調整部で作動液の漏れ量を増大させる
ことにより、減圧方向の応答を速くすることができる。
また逆に昇圧方向の制御を行う場合には、電動モータの
回転速度を速くし、液圧ポンプの吐出量を上げ、作動液
の漏れ量を減少させることにより、制御の応答を速くす
ることができる。オーバーシュートを防止する場合も、
目標の圧力に到達する前に、過度の増圧を防止するた
め、減圧方向の制御を行うが、その場合も電動モータの
回転速度を低くし、液圧ポンプの吐出量を下げ、作動液
漏れ量調整部で作動液の漏れ量を増大させることによ
り、増圧を抑える制御の応答を速くすることができる。

【００１７】一般に多く使用される加圧装置において
は、加圧側が一方向作動型のラム構造で、戻り側のシリ
ンダ面積が加圧側のシリンダ面積に比較してかなり小さ
い構造を持つ場合が多いため、ポンプとシリンダで閉回
路を構成したときはポンプの吐出側流量と吸入側流量の
差が大きくなり、実際の作動時には、外部からの作動液
吸い込み量または、漏れ量が大きくなる。このため、こ
のようなタイプの加圧装置に、二方向吐出型の液圧ポン
プと閉回路を用いた構成を適用するのは難しく、また効
果が小さい。

【００１８】また、この発明では、前記作動液漏れ量調
整部は、電磁弁および流量制御弁、もしくは、流量０か
ら調整できる流量調整弁から構成し、加圧シリンダ内の
圧力をフィードバック制御するときの作動液漏れ量の調
整を、制御目標圧力の値または昇圧圧力の単位時間当た
りの変化量またはフィードバック制御のＰＩＤゲインの
値の情報に基づいて行うものであるのが好ましい（請求
項２）。

【００１９】より具体的に述べると、一方向吐出形のポ
ンプで、液圧シリンダの圧力制御を行う場合、昇圧方向
の制御時には、電動モータの回転速度を上げ、作動液の
漏れ量を少なくすることにより、ポンプの出力のうち作
動液の排出に使われる割合が小さくなり、大部分が圧力
上昇に貢献するため制御の応答が速くなる。逆に減圧方
向の制御時には、電動モータの回転数を下げ、液圧ポン
プの吐出量を下げ、作動液の漏れ量を多くすることで減
圧が速くなり、制御の応答速度が速くなる。そのため、
昇圧時の単位時間当たり圧力変化が大きくてオーバーシ
ュートが予測される場合には、前もって作動液漏れ量調
整部で、作動液の漏れ量を大きくしておくことにより、
オーバーシュートを抑止することができる。

【００２０】また、プレス加工中のように、負荷変動
（外乱）が大きい時には、制御応答を良くするためフィ
ードバック制御のＰＩＤゲイン（主として比例ゲイン）
を大きくするが、その場合にも、フィードバック制御の
ＰＩＤゲインを大きくするのにあわせて、前もって作動
液漏れ量調整装置で、作動液の漏れ量を大きくしておく
ことにより、制御応答を速くすることができる。

【００２１】また、この発明の好ましい態様では、液圧
シリンダの位置を検出するのに用いる位置検出手段と、
その検出手段により検出した液圧シリンダの位置を表す
信号を入力し、その位置信号から液圧シリンダの移動量
と移動速度を計算し、得られた移動量と移動速度を予め
設定したそれぞれの指令値と比較演算し、電動モータの
回転速度指令を前記電動モータ制御部に与えることによ
り、液圧シリンダの位置及び移動速度をフィードバック
制御する位置・速度制御部を備えており、その位置・速
度制御部が、前記圧力制御部が圧力制御を行わないとき
で、位置・速度の制御指令が位置・速度制御部に与えら
れているときに、位置・速度制御を行うようにしている
（請求項３）。

【００２２】また、この発明では、入力された加圧シリ
ンダ内の圧力を制御するための圧力指令値に対応する電
気信号を、前記圧力制御部に対して出力する指令生成制
御部をさらに備えていることが好ましい（請求項４）。

【００２３】その場合、前記指令生成装置から出力され
た圧力の指令値信号が、前記圧力制御部に入力され、そ
の指令値に基づき制御された圧力が指令値の近傍に到達
すると、前記圧力制御部が前記指令生成制御装置に対し
完了信号を出力し、それにより前記指令生成装置が次の
指令値に対する処理を開始するというように、指令生成
装置に格納された一連の指令値データに基づく制御を時
系列的に行うものであるのが好ましい（請求項５）。

【００２４】また、この発明では、入力された液圧シリ
ンダの位置及び移動速度を制御するための位置指令値お
よび速度指令値に対応する電気信号を、前記位置・速度
制御部に対して出力する指令生成制御部をさらに備えて
いることが好ましい（請求項６）。

【００２５】その場合も、前記指令生成装置から出力さ
れた位置および移動速度の指令値信号が、前記位置・速
度制御部に入力され、その指令値に基づき制御された位
置および移動速度が各指令値の近傍に到達すると、前記
位置・速度制御部が前記指令生成制御装置に対し完了信
号を出力し、それにより前記指令生成装置が次の指令値
に対する処理を開始するというように、指令生成装置に
格納された一連の指令値データに基づく制御が時系列的
に行うものであるのが好ましい（請求項７）。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態
を、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、こ
の発明のポンプ回転制御加圧装置（油圧プレス）の一実
施の形態としての油圧駆動式加圧装置の基本的な構成を
示す構成図であり、この装置では液圧アクチュエータと
して油圧プレスのラム１７を往復駆動する一組の油圧シ
リンダ１８（加圧シリンダ１８ａおよび上昇シリンダ１
８ｂ）を用いている。この油圧シリンダ１８は、加圧側
液圧回路２２および上昇側液圧回路２３によって一方向
吐出形ポンプ１に接続されている。加圧側液圧回路２２
および上昇側液圧回路２３の途中には、方向切換弁５が
介在されている。

【００２７】一方向吐出形ポンプ１は、例えばギヤポン
プ、ピストンポンプ等の液圧ポンプであり、回転速度制
御が可能なインバータ制御電動モータ２により駆動され
る。電動モータ２には、回転速度センサーとしてエンコ
ーダ等の回転速度検出手段３が装着されており、その出
力信号が、制御装置４内の、マイクロプロセッサを搭載
したコントローラとインバータドライブを内蔵した電動
モータ制御部４ａに入力され、電動モータ２の回転速度
を精密に制御するのに使用される。

【００２８】方向切換弁５は電磁駆動の方向制御弁であ
り、一方向吐出形ポンプ２の出力を加圧シリンダ１８ａ
に接続するか、上昇シリンダ１８ｂに接続するかを、制
御装置４からの指令信号により切り換える。

【００２９】加圧シリンダ１８ａは加圧操作を行うため
に用いられ、圧力制御時には、予め設定された圧力を油
圧プレスのラム１７に印加し、また、位置・移動速度制
御時には、ラム１７を予め設定された位置に、予め設定
された速度で移動させる。加圧シリンダ１８ａ内の圧力
は、加圧側液圧回路２２に取り付けられた圧力検出器１
３により測定され、その出力信号は、制御装置４の圧力
制御部４ｂに入力され、加圧シリンダ１８ａ内の圧力を
あらかじめ設定された値になるように制御するのに使用
される。また、ラム１７の位置を検出するための位置検
出器１４が、油圧プレスのフレームに取り付けられてお
り、その出力信号が制御装置４の位置・速度制御部４ｂ
に入力され、ラム１７が、あらかじめ設定された位置に
予め設定された速度で移動するように制御するのに使用
される。スライド２０は、ラム１７が上下に移動すると
きのガイドとして機能する。金型２１は、ラム１７に装
着され被加工物の加圧成型等に用いられる。

【００３０】加圧シリンダ１８ａにはプレフィル弁１０
が接続されている。このプレフィル弁１０は、ラム１７
の自重下降や上昇時に用いられ、開にすることにより、
自重下降時は加圧シリンダ１８ａ内に作動液が吸い込ま
れて、ラム１７が自重で降下する。上昇時は上昇シリン
ダ１８b の上昇力で加圧シリンダ内１８ａの作動液を排
出する。プレフィル弁１０は、プレフィル弁１０のパイ
ロット用電磁弁１１を作動させることにより作動する。

【００３１】上昇シリンダ１８ｂは、ラム１７を上昇さ
せるために使用され、ラム１７を安全に上昇させる力が
出せればよいため、加圧シリンダ１８ａに比べて、小さ
いサイズになっている。上昇側液圧回路２３の途中に
は、カウンターバランス弁１２が介在されている。こ
のカウンターバランス弁１２は、ラム１７を自重下降さ
せるときにブレーキとして機能する。上昇側液圧回路２
２にはリリーフ弁１６が接続されている。このリリーフ
弁１６は、上昇シリンダ１８ｂ内の圧力が過大となった
ときに、作動液を解放する安全装置として機能する。

【００３２】加圧側液圧回路２２には、他のリリーフ弁
６が接続されている。このリリーフ弁６も圧力が過大と
なったときに作動液を解放する。リリーフ弁６のベント
ポートには電磁パイロット弁７が接続されており、この
電磁パイロット弁７は、加圧装置が作動していない時
に、リリーフ弁６のベントポートを開放し、液圧回路の
圧力を解放し、液圧回路をアンロード状態にするのに用
いられる。

【００３３】制御装置４には指令生成制御装置１５が接
続されている。この指令生成制御装置１５は、タッチパ
ネル付きのシーケンサまたはパソコン等で構成され、オ
ペレータが、必要なデータを入力したり、予め設定され
た動作手順を自動的に実行するための指令信号を制御装
置４に送信する。その指令信号は、たとえば加工製品の
材質や種類、金型などに応じて、目標とする加圧力の時
間的な変動、加圧状態を維持する時間、加圧力の立ち上
がり、立ち下がりの時間当たりの変動の割合など、種々
のデータが含まれている。

【００３４】制御装置４は、前述の圧力制御部４ｂのほ
か、位置・速度制御部、後述する作動液漏れ量調整部１
９の電磁弁８のドライバなど、他の制御部が含まれてい
る。圧力制御部４ｂは、指令生成制御装置１５から入力
されたデータに基づいて、電動モータ制御部４ａに逐次
データを送ったり、油圧プレスの１サイクルの目標とす
る圧力を演算したりする。また、圧力制御の出力に応じ
て、作動液漏れ量調整部１９の電磁弁８の開閉操作のタ
イミングを演算し、後述する種々の制御方法に適した信
号を出力する。なお、フィードフォワード制御の場合
は、プログラムテーブルからデータを引き出し、それに
応じて電磁弁８の制御信号を出すようにする。

【００３５】加圧側液圧回路２２には、作動液漏れ量調
整部１９が接続されている。この実施形態においては、
作動液漏れ量調整部１９は、加圧側液圧回路２に連結さ
れたスプリングオフセット電磁方式の２ポート２位置切
換弁（電磁弁）８と、その切換弁８の出口側ポートに連
結された流量制御弁９とから構成されている。この作動
液漏れ量調整部１９は、制御部からの信号に応じて電磁
弁８のオン／オフを切り換えて、オフの場合は最も少な
い漏れ量、すなわち油圧機器に必然的に生ずるシール部
からの漏れとし、オンの場合は流量制御弁９で定めた流
量にするものであり、いわば２段階で流量を調整するも
のである。なお、流量調整弁は、オリフィスやチョーク
などの絞りで流量を調整するもので、通常は圧力に応じ
て流量が受動的に変化する。なお、段階的に漏れ量を変
化させるほか、電磁比例流量制御弁やサーボバルブ等の
連続的に流量（漏れ量）を制御できる制御弁などを用い
ることもできる。

【００３６】上記の作動液漏れ量調整装置１９による漏
れ量の調整方法は、使用機器の状態や制御対象の性質に
応じて種々選択しうる。たとえば圧力制御を行う場合に
おいて、圧力制御開始から、圧力が目標値の近傍に到達
するまでの昇圧時は、昇圧時間が長い時は作動液漏れ量
調整部１９の電磁弁８を閉じて漏れ量をなるべく少なく
しておく。それによりネルギーロスが少なくなる。なお
昇圧時は元々制御応答が高いため、漏れが少なくても問
題はない。

【００３７】そして圧力が目標値に近づいた時点で、作
動液漏れ量調整部１９の電磁弁８を開き、作動液の漏れ
量を多くする。それにより圧力を下げる方向での制御応
答が向上し、目標の圧力値への整定時間が短くなる。そ
れにより昇圧時も降圧時も制御応答が速くなる。なお、
圧力を下げる場合、被加工物の弾力性でラムが上向きに
移動しようとするとき、作動液漏れが少ない場合は、圧
力の低下が遅いが、上記のように作動液漏れ量調整部１
９で漏れ量を多くすることにより、圧力の低下が迅速に
なる。このような電磁弁８の開閉のタイミングは、圧力
検出器１３からの信号に基づいて制御装置４で演算させ
る。漏れ量を多くしたり、一旦多くした漏れ量を少なく
する調整は、前述の２段階の調整のほか、３段階あるい
は４段階以上の有段階とすることができる。例えば図１
の作動液漏れ量調整部１９を２セット並列的に配管し、
２個の電磁弁１８を個別に作動させる構成とする場合
は、両方作動させないモード、１セットだけを作動させ
るモード、２セットとも作動させるモードの３段階調整
を実施しうる。その場合、流量制御弁の漏れ量を異なら
せておくと、４段階で調整することが出来る。

【００３８】さらに有段階で行うほか、連続的に流体を
流す開口の大きさや隙間を連続的に変化させる無段階調
整の方法を採用することもできる。無段階調整の場合
は、たとえば電磁比例式流量制御弁、サーボバルブ等を
採用することにより実施しうる。無段階制御の場合も、
有段階と同様に、指令生成制御装置１５からの入力デー
タや、あるいは制御プログラムからの情報、あるいは制
御装置４が圧力検出センサからの信号に応じて演算した
結果に基づいて制御することができる。

【００３９】また、昇圧時間が短い時は、圧力制御を行
う前にあらかじめ作動液漏れ量調整部１９の電磁弁８を
開き、作動液の漏れ量をあらかじめ多くしておく。それ
により圧力を下げる方向の制御応答を良くすることで、
目標の圧力値への整定時間を短くすることができる。そ
の場合も有段階で制御するほか、無段階で制御すること
ができる。あらかじめ漏れ量を多くする制御は、たとえ
ば目標とする圧力変動のデータと共に指令生成制御装置
１５などから送ることが出来る。また、加圧曲線の特定
のモードごとに予め決めておき、テーブルなどからデー
タを読みみ込ませるようにしても良い。

【００４０】図２は図１のような油圧プレスにおける圧
力制御の場合の漏れ量の調整方法を示している。図２に
示すような圧力制御を行う場合において、短時間に圧力
を上げる設定になっている場合、つまり図２の△Ｐ／Δ
Ｔの値が大きい場合は、圧力のオーバーシュートが発生
することが予測されるため、前もって作動液漏れ量調整
部１９で、漏れ量を多くしておく。それによりオーバー
シュートを抑止することができる。

【００４１】また、圧力制御の目標値が高い場合は、液
圧が高くなるため圧力制御の応答性は必然的に高くな
り、フィードバック制御においてＰＩＤゲインを低くす
ることが出来る。その場合、昇圧方向に合わせて減圧方
向の応答性も低くすることが出来るため、作動液の漏れ
量を少なくするように調整するのが好ましい。それによ
り昇圧時と降圧時の制御応答特性がバランスし、エネル
ギーロスが一層少なくなる。

【００４２】一方、圧力制御の目標値が低い場合は、液
圧が低くなる為、圧力制御の応答性は低くなり、フィー
ドバック制御においてのＰＩＤゲインを高くする必要が
ある。その場合、減圧方向の応答性も高くする必要が生
じるため、作動液漏れ量調整調整部の漏れ量を多くする
ように調整するのが好ましい。なお、圧力制御の目標値
が低い場合は元々ポンプの必要馬力を小さくすることが
できるので、漏れ量を多くしてもエネルギーロスはほと
んど増加しない。

【００４３】また、金属板を金型で加圧して所定の形状
に組成変形させるプレス成形では圧力制御で成形品を加
工するが、その場合は材料の変形抵抗や金型の摩擦等
で、負荷変動が大きいことがある。この場合は、フィー
ドバック制御ではＰＩＤゲインを上げ、圧力制御の応答
性を高くする。また、これに伴い作動液漏れ量調整部の
調整し、漏れ量を大きくする。

【００４４】より滑らかな圧力制御や微細な圧力制御を
行う場合は、電磁比例流量制御弁等の連続的に流量を調
整できる制御弁で、連続的な漏れ量の調整を行うのが望
ましい。また、合成樹脂板を加圧状態を維持しながら加
熱して所定の形状に硬化させる加工では、圧力変動は少
ないため、漏れ量を少ない状態に維持するようにしても
よい。

【００４５】この発明の一実施形態としての油圧駆動式
加圧装置で、被加工物を加圧する場合のラムの位置およ
び移動速度の制御は、具体的には例えば図３のように行
われる。ラム１７を被加工物の近傍まで加工させるため
に、プレフィル弁１０を開にして、ラムの自重により、
急速下降させる。ラム１７が、被加工物の近傍に達した
後は、プレフィル弁１０を閉じて、ラムを予め設定した
移動速度で下降させる速度制御のモードに切り換える
が、速度制御中も、圧力の監視を行っており、被加工物
からの反力が、予め設定された値に達すると、速度制御
のモードを圧力制御のモードに切り換える。一定時間、
成型圧力を保持した後、上昇シリンダ１８ｂを使用し
て、ラムを上昇させる。

【００４６】

【発明の効果】本発明のポンプ回転制御加圧装置は、作
動液漏れ量調整部を採用しているので、一方向吐出型の
ポンプを採用するにも関わらず、減圧時の制御の応答性
が良い。また、圧力制御時に圧力を急激に上昇させる場
合の圧力のオーバーシュートは、被成型物や金型等の破
損につながるため好ましくないが、制御目標圧力の値
や、圧力上昇の時間当たりの変化や、フィードバック制
御のＰＩＤゲインの値の情報に基づき、作動液漏れ量を
増加させるフィードフォワード制御を取り入れることに
より、オーバーシュートの発生が抑止される。そのた
め、ポンプを一定速度で回転させた状態で、方向制御
弁、圧力制御弁、油量制御弁等で圧力を制御する従来の
方式に比べ、液圧回路の構成が簡単になり、コスト低減
および信頼性、耐久性の向上が実現でき、また、エネル
ギーのロスも小さくできる。

【００４７】また、本発明の装置で用いる一方向吐出形
のポンプは、二方向吐出型ポンプに比べて、コスト、耐
久性、入手容易性といった点で有利である。また、一般
に多く使用される加圧装置においては、加圧側が一方向
作動型のラム構造で、上昇側のシリンダ面積が加圧側の
シリンダ面積に比較してかなり小さい構造を持つ場合が
多いため、ポンプの吐出側流量と、吸入側流量の差が大
きく、二方向吐出型の液圧ポンプを用いた構成を適用す
ることが難しく、また効果が小さいが、本発明の装置
は、そのような構造を持つ加圧装置にも容易に適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のポンプ回転制御加圧装置の一実施形
態としての油圧駆動式加圧装置の全体を示す構成図であ
る。

【図２】この発明のポンプ回転制御加圧装置の圧力制御
時における、指令値と、実際の圧力の時間変化を示す図
である。

【図３】この発明のポンプ回転制御加圧装置の一実施例
としての油圧駆動式加圧装置で、被加工物を加圧する場
合のラムの位置と、制御方法の例を示す図である。

【図４】回転数を制御したモータで二方向吐出型の液圧
ポンプを駆動する圧力制御装置の構成図である。

【符号の説明】

１電動モータ２一方向吐出形ポンプ３エンコーダ等の回転速度検出手段４制御装置４ａ電動モータ制御部４ｂ圧力制御部および位置・速度制御部５方向切換弁６リリーフ弁７電磁パイロット弁８電磁弁９流量制御弁１０プレフィル弁１１プレフィル弁のパイロット用電磁弁１２カウンターバランス弁１３圧力検出器１４位置検出器１５指令生成制御装置１６リリーフ弁１７ラム１８液圧シリンダ１８ａ加圧シリンダ１８ｂ上昇シリンダ１９作動液漏れ量調整部２０スライド２１金型２２加圧側液圧回路２３上昇側液圧回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ３０Ｂ 15/22 Ｆ１５Ｂ 11/02 ＡＦ１５Ｂ 11/00 Ｘ 11/028 11/04 Ａ 11/04 11/00 ＥＦターム(参考） 3H089 AA20 AA50 BB01 BB14 CC01 DA02 DA14 DA17 DB03 DB46 DB49 DB54 FF03 FF07 GG02 JJ03 4E088 JJ02 JJ04 4E089 EA01 EB02 EB03 EC05 ED03 EE03 EE04 EF10 FA04 FA05 FC01 FC03 4E090 AA01 AB01 BA01 BA02 CA02 HA01 HA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方向吐出形液圧ポンプと、その一方向
吐出形液圧ポンプを駆動する電動モータと、その電動モ
ータの回転速度を制御する電動モータ制御部と、前記一
方向吐出形液圧ポンプの吐出液圧により作動する液圧シ
リンダと、その液圧シリンダの作動方向を制御する方向
切換弁と、加圧側液圧回路の圧力が過度に上昇すること
を防止する安全装置と、あらかじめ設定したプログラム
あるいは液圧シリンダの状態に基づき、前記加圧側液圧
回路からの作動液の漏れを有段階もしくは無段階に調整
するための作動液漏れ量調整部と、加圧シリンダ側のシ
リンダ室もしくは加圧側液圧回路内の圧力を検出する圧
力検出手段と、その圧力検出手段により検出した前記加
圧シリンダ側のシリンダ室もしくは加圧側液圧回路内の
圧力値を表す信号を入力し、その圧力値と、あらかじめ
設定した指令値とを比較演算し、前記電動モータの回転
速度指令を前記電動モータ制御部に与えることにより、
前記加圧シリンダ側のシリンダ室もしくは加圧側液圧回
路内の圧力をフィードバック制御する圧力制御部を備え
ているポンプ回転制御加圧装置。
【請求項２】前記作動液漏れ量調整部が、電磁弁およ
び流量制御弁もしくは、０から調整できる流量調整弁か
ら構成され、加圧シリンダ室内の圧力をフィードバック
制御するときの作動液漏れ量の調整を、制御目標圧力の
値または単位時間当たりの昇圧圧力の変化量またはフィ
ードバック制御のＰＩＤゲインの値の情報に基づいて行
うものである請求項１記載のポンプ回転制御加圧装置。
【請求項３】液圧シリンダの位置を検出するのに用い
る位置検出手段と、その検出手段により検出した液圧シ
リンダの位置を表す信号を入力し、その位置信号から液
圧シリンダの移動量と移動速度を計算し、得られた移動
量と移動速度を予め設定したそれぞれの指令値と比較演
算し、電動モータの回転速度指令を前記電動モータ制御
部に与えることにより、液圧シリンダの位置及び移動速
度をフィードバック制御する位置・速度制御部を備えて
おり、その位置・速度制御部が、前記圧力制御部が圧力
制御を行わないときで、位置・速度の制御指令が位置・
速度制御部に与えられているときに、位置・速度制御を
行うものである請求項１もしくは２記載のポンプ回転制
御加圧装置。
【請求項４】入力された加圧シリンダ内の圧力を制御
するための圧力指令値に対応する電気信号を、前記圧力
制御部に対して出力する指令生成制御部をさらに備えて
いる請求項１もしくは２記載のポンプ回転制御加圧装
置。
【請求項５】前記指令生成装置から出力された圧力の
指令値信号が、前記圧力制御部に入力され、その指令値
に基づき制御された圧力が指令値の近傍に到達すると、
前記圧力制御部が前記指令生成制御装置に対し完了信号
を出力し、それにより前記指令生成装置が次の指令値に
対する処理を開始するというように、指令生成装置に格
納された一連の指令値データに基づく制御が時系列的に
行われる請求項４記載のポンプ回転制御加圧装置。
【請求項６】入力された液圧シリンダの位置及び移動
速度を制御するための位置指令値および速度指令値に対
応する電気信号を、前記位置・速度制御部に対して出力
する指令生成制御部をさらに備えている請求項３記載の
ポンプ回転制御加圧装置。
【請求項７】前記指令生成装置から出力された位置お
よび移動速度の指令値信号が、前記位置・速度制御部に
入力され、その指令値に基づき制御された位置および移
動速度が各指令値の近傍に到達すると、前記位置・速度
制御部が前記指令生成制御装置に対し完了信号を出力
し、それにより前記指令生成装置が次の指令値に対する
処理を開始するというように、指令生成装置に格納され
た一連の指令値データに基づく制御が時系列的に行われ
る請求項６記載のポンプ回転制御加圧装置。