JP2011183401A - 油圧ダイクッション装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下死点におけるダイクッションパッドの跳ね上がりを効果的に抑制することができる油圧ダイクッション装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】油圧ダイクッション装置２０は、例えばプレス機１のスライド１０と接触しスライド１０の移動と連動して一軸移動可能なダイクッションパッド２２と、ダイクッションパッド２２を駆動する油圧シリンダ２３と、油圧シリンダ２３に連通されて油圧シリンダ２３で用いられる油が蓄えられるアキュムレータ２６と、油圧シリンダ２３とアキュムレータ２６との間の油の流路を開閉するロジック弁２７と、ダイクッションパッド２２が下死点に達した時点で油圧シリンダ２３内の油が排出されてアキュムレータ２６に蓄えられるようにロジック弁２７を制御する制御装置３０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ダイクッション装置及びその制御方法に関する。

油圧ダイクッション装置は、上金型と下金型との間で被加工物を挟んで成型するプレス機に設けられ、上金型との間で被加工物を狭持して、しわ押え用の反力や被加工物をプレス成型するための突き上げ力（プレス機の可動部であるスライドに対する押付力：クッション力）を発生する装置である。この油圧ダイクッション装置は、下金型が取り付けられるダイクッションパッドと、ダイクッションパッドを駆動する油圧シリンダと、油圧シリンダに上記のクッション力を発生させる制御を行う制御装置とを備える。

上記構成の油圧ダイクッション装置は、油圧シリンダの圧力を昇圧させることで、クッション力を発生させている。被加工物の成型中は大きなクッション力が必要になるため油圧シリンダは、例えば１０〜３０Ｍｐａ程度の高い圧力に昇圧される。被加工物が上金型と下金型との間に挟持された状態で油圧ダイクッションパッドが下死点に達すると被加工物の成型が終了する。すると、ダイクッションパッドからスライドが離間されるため、制御装置によって、ダイクッションパッドの位置を保持する制御（ロッキング制御）が行われる。

以下の特許文献１には、ダイクッションパッドが下死点に達したときに、電動サーボモータを駆動して、その下死点位置から所定の退避高さだけ下降側にダイクッションパッドを退避させる制御を行うダイクッション制御装置が開示されている。かかる制御を行うことにより、ダイクッションパッドが下死点に達してスライドが上昇した瞬間に生ずる被加工物の跳ね上がりを防止している。

特開２００７−２３７１８７４号公報

ところで、上述した下死点におけるダイクッションパッドの跳ね上がりが生ずると、ダイクッションパッドが大きく振動することになるため、機械的な負荷がかかって油圧ダイクッション装置の寿命を短縮させる虞が考えられる。また、ダイクッションパッドの跳ね上がりが生ずると、上述した被加工物の跳ね上がりが生ずるばかりではなく、振動による大音響が生じて騒音となるため、ダイクッションパッドの跳ね上がりは極力抑制する必要がある。

上述した特許文献１は、電動サーボモータを駆動してダイクッションパッドを下降側に退避させる制御を行うことにより、ダイクッションパッドの跳ね上がりを防止しているが、電動サーボモータに対する制御が複雑になるという問題がある。また、電動サーボモータに対する制御が複雑であるため、ダイクッションパッドを退避させるタイミングを精確に制御するのは困難であり、ダイクッションパッドの跳ね上がりを十分に抑制できない場合も考えられるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、下死点におけるダイクッションパッドの跳ね上がりを効果的に抑制することができる油圧ダイクッション装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の油圧ダイクッション装置は、接触対象物（１０）と接触し前記接触対象物の移動と連動して一軸移動可能な接触部材（２２）と、該接触部材を駆動する油圧シリンダ（２３）とを備える油圧ダイクッション装置（２０）において、前記油圧シリンダに連通されており、前記油圧シリンダで用いられる油が蓄えられる蓄圧器（２６）と、前記油圧シリンダと前記蓄圧器との間の油の流路を開閉する弁装置（２７）と、前記接触部材が下死点に達した時点で前記油圧シリンダ内の油が排出されて前記蓄圧器に蓄えられるように前記弁装置を制御する制御装置（３０）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の油圧ダイクッション装置は、前記制御装置が、前記弁装置が閉状態から開状態になるのに要する応答時間を考慮して前記弁装置を制御することを特徴としている。
また、本発明の油圧ダイクッション装置は、前記制御装置が、前記接触部材が下死点に達する時点から前記応答時間の分だけ前の時点で前記弁装置の制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の油圧ダイクッション装置は、前記油圧シリンダの圧力状態を検出する圧力センサ（２９ａ〜２９ｃ）を備えており、前記制御装置は、前記圧力センサによって検出される前記油圧シリンダの圧力状態が予め設定された圧力状態になった場合に前記弁装置を開状態から閉状態にする制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の油圧ダイクッション装置は、前記弁装置が、開状態と閉状態との２状態をとるロジック弁であることを特徴としている。
また、本発明の油圧ダイクッション装置は、前記油圧シリンダが、前記接触部材に連結された第１ピストン（Ｐ１）と、前記第１ピストンとの間で油を挟持し、当該油に対する加圧及び減圧を行うための第２ピストン（Ｐ２）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の油圧ダイクッション装置は、前記第２ピストンに連結された可動板（２４）と、前記制御装置によって制御され、前記可動板を移動させることによって前記第１ピストンと前記第２ピストンとの間に挟持された油に対する加圧及び減圧を行うモータ（２５）とを備えることを特徴としている。
本発明のダイクッション装置の制御方法は、接触対象物（１０）と接触し前記接触対象物の移動と連動して一軸移動可能な接触部材（２２）と、該接触部材を駆動する油圧シリンダ（２３）とを備える油圧ダイクッション装置（２０）の制御方法において、前記接触部材が下死点に達した時点で前記油圧シリンダ内の油が排出されて前記油圧シリンダに連通された蓄圧器（２６）に蓄えられるように、前記油圧シリンダと前記蓄圧器との間の流路を開閉する弁装置（２７）を制御することを特徴としている。

本発明によれば、油圧シリンダに連通した蓄圧器と、油圧シリンダと蓄圧器との間の油の流路を開閉する弁装置とを設け、接触部材が下死点に達した時点で油圧シリンダ内の油が排出されて蓄圧器に蓄えられるように弁装置を制御装置によって制御しているため、下死点におけるダイクッションパッドの跳ね上がりを効果的に抑制することができるという効果がある。その結果として、油圧ダイクッション装置にかかる機械的な負荷が軽減されて装置寿命を伸ばすことができるとともに騒音が防止されるという効果がある。

本発明の一実施形態による油圧ダイクッション装置を備えるプレス機の概略構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態による油圧ダイクッション装置を備えるプレス機の動作を示すフローチャートである。 プレス時において油圧シリンダ２３で発生するクッション力の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による油圧ダイクッション装置及びその制御方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による油圧ダイクッション装置を備えるプレス機の概略構成を示す側面図である。図１に示す通り、プレス機１は、スライド１０（接触対象物）と油圧ダイクッション装置２０とを備えており、スライド１０を油圧ダイクッション装置２０に衝突（接触）させて、これらの間に挟持されたパネルＰ（被加工物）をプレス成型する。

スライド１０は、鉛直方向の往復運動が可能に構成されており、その下部にはパネルＰをプレス成型するための上金型Ｄ１が取り付けられている。具体的に、スライド１０は、メインモータ（図示省略）によって回転駆動されるクランク軸１１と、クランク軸１１の偏心部とスライド１０の上部とを連結するコネクティングロッド１２とを備えるクランク機構によって往復運動が可能である。

尚、クランク機構にはクランク軸１１の回転角を検出する回転角センサ１３が設けられており、この回転角センサ１３で検出された回転角によってスライド１０の速度やスライド１０が油圧ダイクッション装置２０に衝突する時点が求められる。回転角センサ１３の検出結果は、スライド１０の動作を制御する制御装置（図示省略）及び油圧ダイクッション装置２０の動作を制御する制御装置３０にそれぞれ出力される。

油圧ダイクッション装置２０は、クッションピン２１、ダイクッションパッド２２（接触部材）、油圧シリンダ２３、移動板２４、モータ２５、アキュムレータ２６（蓄圧器）、ロジック弁２７（弁装置）、ストロークセンサ２８、及び圧力センサ２９ａ〜２９ｃを備えており、制御装置３０の制御の下でしわ押え用の反力やパネルＰをプレス成型するためのクッション力を発生する。

ダイクッションパッド２２は、スライド１０の下方に配置され、クッションピン２１を介して下金型Ｄ２を支持する。また、ダイクッションパッド２２は、スライド１０が衝突（接触）したときにスライド１０の移動と連動して鉛直下方向に移動可能である。尚、本明細書中の「接触」なる語句は、スライド１０とダイクッションパッド２２とが、ダイクッションピン２１、上金型Ｄ１、下金型Ｄ２、パネルＰを介して間接的に触れることを意味する。

油圧シリンダ２３は、ピストンＰ１（第１ピストン）及びピストンＰ２（第２ピストン）を備えており、モータ２５の駆動によりクッション力が制御される。ピストンＰ１は、一端部がダイクッションパッド２２の下部に連結され、他端部が油圧シリンダ２３の内部を上室２３ａと中室２３ｂとに仕切っている。ピストンＰ２は、一端部が可動板２４に連結され、他端部が油圧シリンダ２３の内部を中室２３ｂと下室２３ｃとに仕切っている。これらピストンＰ１，Ｐ２により仕切られる上室２３ａ、中室２３ｂ、及び下室２３ｃには油が充填されている。

可動板２４は、ネジ溝を有する穴部が両端部に形成されている平板状の部材である。可動板２４に形成された穴部の各々には、側面にネジ山が形成されておりモータ２５によって軸の周りに回動可能に構成された円柱形状の送り部材２５ａが介挿されている。送り部材２５ａの各々の軸は鉛直方向に設定されており、モータ２５によって送り部材２５ａを同じ速度で回転させると可動板２４を鉛直方向に並進させることができる。

ここで、可動板２４はピストンＰ２の一端に連結されているため、可動板２４が鉛直方向に移動するとピストンＰ２は可動板２４と一体になって鉛直方向に移動する。モータ２５の駆動によって可動板２４を上方向に移動させると、ピストンＰ１とピストンＰ２との間に挟持された油が加圧されるため、油圧シリンダ２３のクッション力を大きくすることができる。これに対し、モータ２５の駆動によって可動板２４を下方向に移動させると、ピストンＰ１とピストンＰ２との間に挟持された油が減圧されるため、油圧シリンダ２３のクッション力を小さくすることができる。

アキュムレータ２６は、油圧シリンダ２３に連通されており、ピストンＰ１，Ｐ２で仕切られる中室２３ｂに充填される油が蓄えられるものである。具体的には、パネルＰのプレス成型が行われるときに、ダイクッションパッド２２が下死点に達した時点で中室２３ｂに充填されている油が排出されてアキュムレータ２６に蓄えられる。これは、ダイクッションパッド２２が下死点に達してスライド１０と離間される際に生ずる跳ね上がり（振動）を抑制するためのである。

ロジック弁２７は、開状態と閉状態との２状態のうちの何れか一方の状態になる弁であり、油圧シリンダ２３とアキュムレータ２６とを接続する配管に設けられ、制御装置３０の制御の下で油圧シリンダ２３とアキュムレータ２６との間の配管の流路を開状態又は閉状態にする。油圧シリンダ２３とアキュムレータ２６との間の流路の開閉を行う弁としてロジック弁を用いるのは、開閉制御が容易であるとともに、閉状態から開状態になるのに要する応答時間が短いためである。

ストロークセンサ２８は、ダイクッションパッド２２の鉛直方向の移動量を検出するセンサである。また、圧力センサ２９ａ〜２９ｃは、油圧シリンダ２３の上室２３ａの油圧、中室２３ｂの油圧、下室２３ｃの油圧をそれぞれ検出するセンサである。尚、図１では図示を省略しているが、これらストロークセンサ２８及び圧力センサ２９ａ〜２９ｃの検出結果は制御装置３０に出力される。

制御装置３０は、回転角センサ１３、ストロークセンサ２８、及び圧力センサ２９ａ〜２９ｃの検出結果を用いてモータ２５を制御して油圧シリンダ２３で発生するクッション力の調整を行う。また、回転角センサ１３及び圧力センサ２９ａ〜２９ｃの検出結果を用いてロジック弁２７を制御することにより、ダイクッションパッド２２が下死点に達してスライド１０が離間される時に生ずる跳ね上がり（振動）を抑制する。

ここで、ダイクッションパッド２２の跳ね上がりを抑制するには、ダイクッションパッド２２が下死点に達してパネルＰのプレス成型が完了する精確なタイミングで油圧シリンダ２３のクッション力を減ずる必要がある。つまり、ダイクッションパッド２２が下死点に達した時点でピストンＰ１とピストンＰ２との間に挟持されている油が排出されてアキュムレータ２６に蓄えられるように制御するする必要がある。このため、制御装置３０は、ロジック弁２７が閉状態から開状態になるのに要する応答時間を考慮してロジック弁２７の制御を行う。

具体的に、ダイクッションパッド２２が下死点に達する時点での回転角センサ１３の検出結果をθ０［度］、クランク軸１１の回転角速度をω［度／ｓｅｃ］、ロジック弁２７の応答時間をｔｄ［ｓｅｃ］とすると、制御装置３０は以下の（１）式で示される角度θ１［度］が回転角センサ１３で検出されたタイミングでロジック弁２７を閉状態から開状態にする制御を行う。つまり、制御装置３０は、ダイクッションパッド２２が下死点に達する時点からロジック弁２７の応答時間の分だけ前の時点でロジック弁２７の制御を行う。
θ１＝θ０−ω×ｔｄ …（１）

また、制御装置３０は、ダイクッションパッド２２が下死点付近の予め設定された位置（ロッキング位置）で停止している状態において、圧力センサ２９ａ〜２９ｃによって検出される油圧シリンダ２３の圧力状態が予め設定された圧力状態になった場合にロジック弁２７を開状態から閉状態にする制御を行う。具体的には、圧力センサ２９ａ〜２９ｃの検出結果から油圧シリンダ２３の残圧が無くなったと判断した場合に、ロジック弁２７の制御を行う。

次に、上記構成におけるプレス機の動作について説明する。図２は、本発明の一実施形態による油圧ダイクッション装置を備えるプレス機の動作を示すフローチャートである。まず、プレス機１に設けられたスライド１０及び油圧ダイクッション装置２０のダイクッションパッド２２は、パネルＰの成型を開始する前に制御装置３０等の制御によって予め定められた高さ位置にそれぞれ配置される（ステップＳ１１）。そして、クッションピン２１を介してダイクッションパッド２２上に支持された下金型Ｄ２上にパネルＰが配置されたか否かが判断される（ステップＳ１２）。

以上の配置が完了すると、ステップＳ１２の判断結果が「ＹＥＳ」になり、不図示の制御装置の制御によってメインモータのトルクが制御されてクランク軸１１の回転が開始され、これによりスライド１０の下降が開始される（ステップＳ１３）。スライド１０の下降が開始されると、制御装置３０は油圧センサ２９ａ〜２９ｃの検出結果を参照しつつモータ２５を制御して、油圧シリンダ２３に目標とするクッション力を発生させる。ここで、目標とするクッション力とは、スライド１０がダイクッションパッド２２に衝突する時点で油圧シリンダ２３に発生させるべきクッション力である。

以上の制御を行っている間、制御装置３０は回転角センサ１３の検出結果に基づいてスライド１０がダイクッションパッド２２に衝突したか否かを判断する（ステップＳ１４）。スライド１０がダイクッションパッド２２に衝突したと判断すると、ステップＳ１４ｎ判断結果が「ＹＥＳ」になり、制御装置３０は、パネルＰのプレス成型を行う上で必要となる一定のクッション力を油圧シリンダ２３に発生させる制御を行う（ステップＳ１５）。これにより、パネルＰが上金型Ｄ１と下金型Ｄ２との間に一定のクッション力をもって挟持された状態で、スライド１０とダイクッションパッド２２が一体となって所定の距離（ストローク）だけ鉛直下方向に移動する。

制御装置３０は、上記のクッション力の制御を行っている間、回転角センサ１３及びストロークセンサ２８の検出結果を参照して、ダイクッションパッド２２が下死点の近傍に到達したか否かを判断している（ステップＳ１６）。ここで、下死点の近傍とは、ダイクッションパッド２２が下死点に達する前の位置であって、ロジック弁２７の応答時間を考慮してロジック弁２７を閉状態から開状態に制御すべき位置をいう。具体的には、回転角センサ１３の検出結果が、前述した（１）式に示される角度θ１になる位置である。

制御装置３０は、ステップＳ１６の判断結果が「ＮＯ」である間は、ステップＳ１５に示されるクッション力の制御を継続する。これに対し、ステップＳ１６の判断結果が「ＹＥＳ」になると、制御装置３０は、ロジック弁２７を閉状態から開状態にする制御を行う（ステップＳ１７）。かかる制御を行うことにより、ダイクッションパッド２２が下死点に達したタイミングで、油圧シリンダ２３のピストンＰ１，Ｐ２に挟持された油が排出されてアキュムレータ２６に蓄積される。

ダイクッションパッド２２が下死点に達すると、スライド１０がダイクッションパッド２２から離間してパネルＰのプレス成型が完了し、これによりパネルＰが上金型Ｄ１及び下金型Ｄ２通りにプレス成型された成型品が得られる。ここで、スライド１０がダイクッションパッド２２から離間するタイミングでは、上述したステップＳ１７の制御によって油圧シリンダ２３のクッション力が減じられている。このため、ダイクッションパッド２２からスライド１０が離間しても、ダイクッションパッド２２の跳ね上がり（振動）は殆ど生じない。

図３は、プレス時において油圧シリンダ２３で発生するクッション力の一例を示す図である。尚、図３においては、横軸に時間をとり、縦軸に圧力（クッション力）を取っている。また、横軸の時刻ｔ１はスライド１０がダイクッションパッド２２に衝突する時刻であり、横軸の時刻ｔ２はダイクッションパッド２２が下死点に達する時刻である。図３に示す通り、スライド１０がダイクッションパッド２２に衝突する時刻ｔ１で油圧シリンダ２２で発生するクッション力が急激に大きくなっており、その後ダイクッションパッド２２が下死点に達する時刻ｔ２までは一定のクッション力にされている。

ダイクッションパッド２２が下死点に達した時刻ｔ２の直後において、従来は、スライド１０がダイクッションパッド２２から離間することにより、油圧シリンダに残存するクッション力によってダイクッションパッドの跳ね上がりが生じていた。このため、図３中の符号Ｆ２を付した曲線（破線）で示す通り、油圧シリンダのクッション力が振動していた。これに対し、本実施形態では、ダイクッションパッド２２が下死点に達した時刻ｔ２で油圧シリンダＰ１，Ｐ２で挟持される油を排出してクッション力を減ずる制御を行っているため、スライド１０がダイクッションパッド２２から離間しても跳ね上がりは生じず、図３中の符号Ｆ１を付した曲線（実線）で示す通り、油圧シリンダ２３のクッション力も殆ど振動しない。

スライド１０がダイクッションパッド２２から離間すると、制御装置３０によって、ダイクッションパッド２２の位置を、下死点付近の予め設定されたロッキング位置に保持する制御（ロッキング制御）が行われる。かかるロッキング制御が行われている間に、プレス成型されたパネルＰは下金型Ｄ２上から取り除かれる。

また、以上のロッキング制御を行っている間、制御装置３０は、油圧センサ２９ａ〜２９ｃによって検出される油圧シリンダ２３の圧力状態が予め設定された圧力状態（残圧が無くなった状態）になったか否かを判断する（ステップＳ１８）。そして、ステップＳ１８の判断結果が「ＹＥＳ」になると、制御装置３０は、ロジック弁２７を開状態から閉状態にする制御を行う（ステップＳ１９）。これにより、油圧シリンダ２３とアキュムレータ２６との間の流路が閉状態になる。以上の処理にて、１枚のパネルＰをプレス成型する一連の処理が終了する。図２に示した処理が繰り返されることにより、複数枚のパネルＰがプレス成型される。

以上説明した通り、本実施形態では、油圧シリンダ２３に連通したアキュムレータ２６と油圧シリンダ２３とアキュムレータ２６との間の流路を開閉するロジック弁２７とを設け、ダイクッションパッド２２が下死点に達した時点で油圧シリンダ２３内の油（ピストンＰ１，Ｐ２に挟持された油）が排出されてアキュムレータ２６に蓄えられるように制御装置３０がロジック弁２７を制御している。このため、ダイクッションパッド２２が下死点に達してスライド１０がダイクッションパッド２２から離間するときのダイクッションパッドの跳ね上がりを効果的に抑制することができる。その結果として、油圧ダイクッション装置２０にかかる機械的な負荷が軽減されて装置寿命を伸ばすことができるとともに騒音が防止される。

以上、本発明の一実施形態による油圧ダイクッション装置及びその制御方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、油圧シリンダ２３とアキュムレータ２６との間の流路を開閉する弁装置としてロジック弁２７を用いていたが、制御が容易であって応答時間が短ければロジック弁２７以外の弁を用いることも可能である。

１０ スライド
２０ 油圧ダイクッション装置
２２ ダイクッションパッド
２３ 油圧シリンダ
２４ 可動板
２５ モータ
２６ アキュムレータ
２７ ロジック弁
２９ａ〜２９ｃ 油圧センサ
３０ 制御装置
Ｐ１，Ｐ２ ピストン

Claims (8)

1. 接触対象物と接触し前記接触対象物の移動と連動して一軸移動可能な接触部材と、該接触部材を駆動する油圧シリンダとを備える油圧ダイクッション装置において、
   前記油圧シリンダに連通されており、前記油圧シリンダで用いられる油が蓄えられる蓄圧器と、
   前記油圧シリンダと前記蓄圧器との間の油の流路を開閉する弁装置と、
   前記接触部材が下死点に達した時点で前記油圧シリンダ内の油が排出されて前記蓄圧器に蓄えられるように前記弁装置を制御する制御装置と
   を備えることを特徴とする油圧ダイクッション装置。
2. 前記制御装置は、前記弁装置が閉状態から開状態になるのに要する応答時間を考慮して前記弁装置を制御することを特徴とする請求項１記載の油圧ダイクッション装置。
3. 前記制御装置は、前記接触部材が下死点に達する時点から前記応答時間の分だけ前の時点で前記弁装置の制御を行うことを特徴とする請求項２記載の油圧ダイクッション装置。
4. 前記油圧シリンダの圧力状態を検出する圧力センサを備えており、
   前記制御装置は、前記圧力センサによって検出される前記油圧シリンダの圧力状態が予め設定された圧力状態になった場合に前記弁装置を開状態から閉状態にする制御を行う
   ことを特徴とする請求項３記載の油圧ダイクッション装置。
5. 前記弁装置は、開状態と閉状態との２状態をとるロジック弁であることを特徴とする請求項４記載の油圧ダイクッション装置。
6. 前記油圧シリンダは、前記接触部材に連結された第１ピストンと、
   前記第１ピストンとの間で油を挟持し、当該油に対する加圧及び減圧を行うための第２ピストンと
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項５記載の油圧ダイクッション装置。
7. 前記第２ピストンに連結された可動板と、
   前記制御装置によって制御され、前記可動板を移動させることによって前記第１ピストンと前記第２ピストンとの間に挟持された油に対する加圧及び減圧を行うモータと
   を備えることを特徴とする請求項６記載の油圧ダイクッション装置。
8. 接触対象物と接触し前記接触対象物の移動と連動して一軸移動可能な接触部材と、該接触部材を駆動する油圧シリンダとを備える油圧ダイクッション装置の制御方法において、
   前記接触部材が下死点に達した時点で前記油圧シリンダ内の油が排出されて前記油圧シリンダに連通された蓄圧器に蓄えられるように、前記油圧シリンダと前記蓄圧器との間の流路を開閉する弁装置を制御することを特徴とするダイクッション装置の制御方法。

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