JP2015068389A - 油圧装置およびそれを備えたプレス機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単安価な構成で、アクチュエータの極めて高い位置精度が得られる油圧装置、および、極めて高い寸法精度の成形品が得られるプレス機を提供すること。
【解決手段】油圧装置は、油圧ポンプ（４０）と、上記油圧ポンプ（４０）を駆動するモ−タ（５０）と、上記油圧ポンプ（５０）から油が供給されるアクチュエータ（２０）と、上記アクチュエータ（２０）の位置を検出する位置センサ（２１）と、上記油の圧力を検出する圧力センサ（４２）と、コントローラ（６０）とを備える。上記コントローラ（６０）は、上記位置センサ（２１）の出力を受けて、上記アクチュエータ（２０）が目標位置に達したときの上記圧力センサ（４２）の検出圧力を目標圧力として上記アクチュエータ（２０）に供給する油の圧力を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、油圧装置およびそれを備えたプレス機に関する。

従来、プレス機において、高い寸法精度の成形品を得るためには、サーボバルブを使用する油圧装置を用いている。

この種の油圧装置としては、特開２０１１−１１５２１号公報（特許文献１）、特開２０１０−２０８１２４号公報（特許文献２）等に記載のものがある。この油圧装置は、油圧ポンプと、油圧シリンダと、サーボバルブとを備えて、上記油圧シリンダの位置をサーボバルブで極めて精度高く制御して、高い寸法精度の成形品を得るようにしている。

特開２０１１−１１５２１号公報 特開２０１０−２０８１２４号公報

しかしながら、上記従来の油圧装置は、サーボバルブを用いているため、どうしても、コストが高くなると言う問題がある。

一方、粉末成形等を行うプレス機においては、コストを安くするため、サーボバルブやサーボモータを用いない油圧装置も使用されている。このプレス機においては、上型と下型とからなる金型の上型を駆動する油圧シリンダが目標位置に達した後、保圧工程において、粉末の密度優先の加圧力制御で、油の圧力を予め定められている一定の圧力に制御して、粉末を一定の圧力で押圧している。このように、従来においては、保圧時の圧力は、密度優先で予め定められた一定圧力に制御していた。

しかしながら、最近、成形品の寸法精度の要求が厳しくなってきて、例えば、２０μｍオーダの寸法精度が要求されるようになってきた。しかし、サーボバルブやサーボモータを用いない安価な従来の油圧装置では、この要求を満たすことができない。

そこで、この発明の課題は、簡単安価な構成で、アクチュエータの極めて高い位置精度が得られる油圧装置、および、極めて高い寸法精度の成形品が得られるプレス機を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の油圧装置は、
油圧ポンプと、
上記油圧ポンプを駆動するモ−タと、
上記油圧ポンプから油が供給されるアクチュエータと、
上記アクチュエータの位置を検出する位置センサと、
上記油の圧力を検出する圧力センサと、
上記位置センサの出力を受けて、上記アクチュエータが目標位置に達したときの上記圧力センサの検出圧力を目標圧力として上記油の圧力制御をするコントローラと
を備えることを特徴としている。

上記構成の油圧装置によれば、上記コントローラは、上記位置センサの出力を受けて、上記アクチュエータが目標位置に達したときの上記圧力センサの検出圧力を目標圧力として上記アクチュエータに供給する油の圧力を制御する。

この油圧装置を、例えば、粉末等の反力が生じる弾性力のある成形材料を対象とするプレス機に用いると、上記コントローラが、上記アクチュエータが目標位置に達したときの上記圧力センサの検出圧力を目標圧力として上記アクチュエータに供給する油の圧力を制御するので、例えば、２０μｍオーダの寸法精度の要求を満たす成形品を得ることができる。

また、この油圧装置は、サーボバルブやサーボモータを用いないので、構造が簡単、安価である。

１実施形態では、
上記コントローラは、上記油圧ポンプの回転速度を制御して上記油の圧力を制御する。

上記実施形態は、上記コントローラが、上記油圧ポンプの回転速度を制御して上記油の圧力を制御するので、サーボバルブおよび一定速度の固定容量型の油圧ポンプを使用する油圧装置に比べて、余剰油の量が少ないので、省エネルギー性に優れる。

また、この実施形態は、サーボバルブ、可変容量型の油圧ポンプおよびアキュムレータを使用する油圧装置に比べて、メンテナンス性の悪いアキュムレータを使用していないから、メンテナンス性に優れる。

１実施形態は、
圧力制御弁を備え、
上記コントローラは、上記圧力制御弁を制御して上記油の圧力を制御する。

上記実施形態では、上記コントローラが、上記圧力制御弁を制御して上記油の圧力を制御するので、圧力制御が簡単になる。

１実施形態では、
上記アクチュエータは、片ロッド油圧シリンダである。

この実施形態は、上記アクチュエータは、両ロッド油圧シリンダに比べて安価で容易に入手できる片ロッド油圧シリンダであるから、安価、容易に製造することができる。

サーボバルブ、サーボモータを用いる油圧装置では、油圧シリンダの行き側と戻り側との単位移動量に対する油量を同じにするため、一般に、両ロッド油圧シリンダを用いるが、この発明では、サーボバルブ、サーボモータを用いないので、安価で容易に入手できる片ロッド油圧シリンダを使用できるのである。

１実施形態では、
上記コントローラは、比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）を行い、上記位置センサの出力を受けて、上記アクチュエータが目標位置に達したときに、積分項をクリアする。

上記実施形態では、上記コントローラは、ＰＩＤ制御を行い、上記位置センサの出力を受けて、上記アクチュエータが目標位置に達したときに、積分項をクリアするので、圧力のオーバーシュートの発生を抑えることができる。

１実施形態では、
上記コントローラは、上記アクチュエータが目標位置に達したときの上記圧力センサの検出圧力を、保圧時の目標圧力とする。

上記実施形態によれば、上記アクチュエータが目標位置に達したときの上記圧力センサの検出圧力を、保圧時の目標圧力とするので、簡単安価な構成で、保圧時の圧力を適切に制御することができる。

この発明のプレス機は、
上述の油圧装置と、
上記アクチュエータで駆動される金型と
を備え、
主機コントローラは、上記アクチュエータが目標位置に達したときの上記圧力センサの検出圧力を、保圧時の目標圧力とすることを特徴としている。

この発明のプレス機は、上記油圧装置を備え、上記主機コントローラは、上記アクチュエータが目標位置に達したときの上記圧力センサの検出圧力を、保圧時の目標圧力とするので、簡単安価な構成で、極めて高い寸法精度の成形品を作ることができる。

この発明の油圧装置によれば、簡単安価な構成で、アクチュエータの極めて高い位置精度を得ることができる。

また、この発明のプレス機によれば、簡単安価な構成で、極めて高い寸法精度の成形品を作ることができる。

この発明の１実施形態のプレス機の概略ブロック図である。 上記実施形態のコントローラの要部のフローチャートである。 上記実施形態のプレス機の動作を示すグラフである。 上記実施形態のプレス機の油圧装置の圧力−流量特性を示すグラフである。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１に示すように、この実施形態のプレス機は、上型１１と下型１２からなる金型１０と、この上型１１を駆動するアクチュエータの一例としての片ロッド油圧シリンダ２０とを備える。上型１１と下型１２との間の粉末１３に、片ロッド油圧シリンダ２０によって、上型１１を介して加圧して、粉末成形を行う。

上記片ロッド油圧シリンダ２０のロッドの位置は、位置センサ２１で検出するようにしている。上記片ロッド油圧シリンダ２０のヘッド側ポート２３とロッド側ポート２４とは、比例流量方向制御弁３０の負荷ポート３１，３２に接続している。上記片ロッド油圧シリンダ２０のロッド側ポート２４と比例流量方向制御弁３０の負荷ポート３２との間に、カウンターバランス弁３５とチェック弁３６とを接続している。上記カウンターバランス弁３５とチェック弁３６とは、並列に接続し、チェック弁３６は、比例流量方向制御弁３０の負荷ポート３２から片ロッド油圧シリンダ２０のロッド側ポート２４への流れが順方向になっている。

上記比例流量方向制御弁３０のポンプポート３３に、固定容量型の油圧ポンプ４０を接続し、この固定容量型の油圧ポンプ４０と比例流量方向制御弁３０のポンプポート３３との間に、安全弁として機能するリリーフ弁４１と、圧力センサ４２とを接続している。

上記油圧ポンプ４０をモ−タ５０で駆動し、このモ−タ５０の回転速度（回転数／時間）を制御することによって、油の吐出量を制御するようにしている。このモ−タ５０には、エンコーダ５１が設けられていて、このエンコーダ５１の出力によって、モ−タ５０の回転位置あるいは回転速度が検出できるようになっている。

コントローラ６０には、主機コントローラ７０からの圧力指令および流量指令、位置センサ２１の出力、圧力センサ４２の出力、および、エンコーダ５１の出力を入力している。

上記コントローラ６０においては、加え合わせ点６１で主機コントローラ７０からの流量指令とエンコーダ５１からのフィードバック信号との流量偏差を求め、この流量偏差を制御演算部６２に入力する。

また、上記コントローラ６０においては、主機コントローラ７０からの圧力指令を、スイッチ６３を介して加え合わせ点６５に入力し、この加え合わせ点６５に圧力センサ４２からの検出圧力も入力し、この加え合わせ点６５で圧力指令と検出圧力との圧力偏差を求めて、制御演算部６２に入力する。

また、上記コントローラ６０の制御演算部６２においては、流量偏差と圧力偏差に基づいてＰＩＤ制御をして、回転数出力をモータ５０に出力して、油圧ポンプ４０からアクチュエータを含めた油圧回路の状態に応じた油を吐出するように制御する。

上記スイッチ６３は、上記位置センサ２１から片ロッド油圧シリンダ２０が目標位置に達したことを表す信号を受けると、圧力指令側の端子から圧力センサ４２の検出圧力側の端子に切り替わって、加え合わせ点６５の正負の両端子に、検出圧力が入力される。そして、上記加え合わせ点６５から、圧力偏差が零であることを表す信号が、制御演算部６２に入力されて、この制御演算部６２では、目標位置に到達した時点の圧力センサ４２の検出圧力を目標圧力とするＰＩＤ制御をして、油の圧力を制御するための回転数出力をモ−タ５０に出力する。このとき、上記制御演算部６２は、位置センサ２１の出力を受けて、片ロッド油圧シリンダ２０が目標位置に達したときに、ＰＩＤ制御の積分項をクリアして、オーバーシュートを抑えるようにしている。

上記コントローラ６０は、図１では模式的なブロック図で示しているが、アナログ回路であってもよく、ディジタル回路であってもよい。

上記コントローラ６０は、例えば、ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）で構成できる。その場合、このＤＳＰの保圧時の圧力制御の構成は、図２に示すように、ステップＳ１で、位置センサ２１の出力を取り込み、ステップＳ２で、片ロッド油圧シリンダ２０が目標位置に達したか否かを判別する。そして、否なら、このステップＳ２の判別を繰り返し、是ならば、ステップＳ３に進んで、圧力センサ４２の検出圧力を取り込む。そして、ステップＳ４で、圧力センサ４２の検出圧力を目標圧力とし、ＰＩＤ制御の積分項をクリアして、モータ５０の回転数を制御する。

上記構成のプレス機は、次のように動作する。

図１において、今、上記片ロッド油圧シリンダ２０が上死点にあって、下型１２と上型１１との間に、粉末１３を充填しているとする。

この状態で、上記コントローラ６０は、まず、比例流量方向制御弁３０を右側の切り換え位置に位置させ、それから、主機コントローラ７０からの流量指令とエンコーダ５１からのフィードバック信号とに基づいて、モータ５０の回転速度をＰＩＤ制御して、図３の（Ａ），（Ｂ）に示すように、最初は、片ロッド油圧シリンダ２０を高速下降させ、次いで、低速下降させ、さらに、この低速よりも遅い速度で速度が徐々に低下する微速下降をさせるように、モータ５０の回転速度を制御して、油圧ポンプ４０の吐出量を制御する。このとき、圧力センサ４２の検出する検出圧力（負荷圧力）は、図３の（Ｃ）のように、変化する。

このとき、上記片ロッド油圧シリンダ２０は、カウンターバランス弁３５によって一定の背圧がかけられているから、高い精度で速度制御がされる。

そして、上記コントローラ６０が、片ロッド油圧シリンダ２０が上述の微速で下降している状態で目標位置に達したことを、位置センサ２１からの出力に基づいて、判別すると、その瞬間に、コントローラ６０は、モータ５０ひいては油圧ポンプ４０を停止させるように、回転数を制御して、片ロッド油圧シリンダ２０のロッドを停止させ、かつ、その目標位置に達した瞬間の圧力センサ４２の検出圧力を、目標圧力として保圧の圧力制御を行うように、モータ５０を制御する。このとき、コントローラ６０は、圧力センサ４２の検出圧力を目標圧力とし、制御演算部６２におけるＰＩＤ制御の積分項をクリアして、モータ５１の回転数を制御するので、図４に示すように、圧力制御のオーバーシュートを抑えることができる。

その後、この目標位置に達した瞬間の圧力センサ４２の検出圧力を、目標圧力として保圧の圧力制御を予め定められた一定時間、持続する。そうすると、片ロッド油圧シリンダ２０は、粉末１３からの反力に釣り合って、目標位置を維持する。

その後、図３の（Ａ）,（Ｃ）に示すように、圧抜きを行った後、図１において、比例流量方向制御弁３０を左側の位置に切り換えて、図３に示すように、片ロッド油圧シリンダ２０を高速で上昇させる。このとき、油はチェック弁３６を通って、片ロッド油圧シリンダ２０のロッド側ポート２４に高速で供給される。

その後、図示しないエジェクタで、金型１０から、粉末１３の成形品を取り出す。

上記実施形態のプレス機では、上記コントローラ６０は、片ロッド油圧シリンダ２０のロッドが目標位置に達したときの圧力センサ４２の検出圧力を目標圧力として、油圧ポンプ４０の吐出圧力を、モータ５０の回転速度を介して制御するので、粉末１３等の反力が生じる弾性力のある成形材料から、例えば、２０μｍオーダの高い寸法精度の成形品を得ることができる。

また、この実施形態の油圧装置およびプレス機は、サーボバルブやサーボモータ、アキュムレータを用いないので、構造が簡単、安価である。

また、この実施形態の油圧装置では、コントローラ６０が、モータ５０の回転速度を制御して、固定容量型の油圧ポンプ４０の回転速度を制御して、油の圧力を制御するので、一定速度の固定容量型の油圧ポンプを使用する油圧装置に比べて、余剰油の量が少ないので、省エネルギー性に優れる。

また、この実施形態の油圧装置は、メンテナンス性の悪いアキュムレータを使用していないから、メンテナンス性に優れる。

また、この実施形態の油圧装置およびプレス機は、アクチュエータとして、両ロッド油圧シリンダに比べて安価で容易に入手できる片ロッド油圧シリンダを用いているから、安価、容易に製造することができる。

また、この実施形態の油圧装置では、コントローラ６０の制御演算部６２は、ＰＩＤ制御を行い、位置センサ２１の出力を受けて、片ロッド油圧シリンダ２０のロッドが目標位置に達したときに、積分項をクリアするので、圧力のオーバーシュートの発生を抑えることができる。

上記実施形態では、コントローラ６０でモータ５０の回転速度を制御して、圧力を制御しているが、これに代えて、圧力制御弁を用い、アクチュエータが目標位置に達したときの圧力センサ４２の検出圧力を目標圧力として、コントローラで圧力制御弁を制御するようにしてもよい。この圧力制御弁として、図１に示すリリーフ弁を圧力制御弁として用いてもよく、あるいは、減圧弁を圧力制御弁として用いてもよい。

上記実施形態では、アクチュエータとして、片ロッド油圧シリンダを用いたが、両ロッド油圧シリンダ、油圧モータ等を用いてもよい。

上記実施形態では、圧力センサ４２は、油圧ポンプ４０と比例流量方向制御弁３０との間に設けたが、比例流量方向制御弁３０と片ロッド油圧シリンダ２０との間に設けてもよい。

また、上記実施形態では、比例流量方向制御弁３０を用いたが、単なる方向制御弁（切換弁）を用いてもよい。また、カウンターバランス弁やチェック弁は、除去してもよい。

上記実施形態では、位置センサ２１の出力によって、片ロッド油圧シリンダ２０が目標位置に達したことを検出して、片ロッド油圧シリンダ２０を停止させるようにしているが、遅れによる誤差を考慮して、片ロッド油圧シリンダ２０が誤差の範囲内で目標位置に達したと見なすことができるときに、コントローラ６０が片ロッド油圧シリンダ２０の停止動作を始めるようにしてもよい。

上記実施形態では、片ロッド油圧シリンダ２０が目標位置に達したときの圧力センサ４２の検出圧力を保圧時の目標圧力とする制御を、油圧装置内のコントローラ６０で行っていたが、このコントローラ６０に代えて、圧力センサ４２から圧力モニタ信号を受ける主機コントローラ７０で行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、粉末を成形するプレス機について述べたが、反力を生じる粒体、弾性体等を成形するプレスについても、この発明の油圧装置を適用できるのは、勿論である。

さらに、この発明の油圧装置は、プレス機に限らず、弾性体等をクランプするクランプ装置、射出成形機等にも適用できる。

上記実施形態および変形例で述べた構成要素は、適宜、組み合わせてもよく、また、適宜、選択、置換、あるいは、削除してもよいのは、勿論である。

１０ 金型
２０ 片ロッド油圧シリンダ
２１ 位置センサ
４０ 油圧ポンプ
５０ モータ
４２ 圧力センサ
６０ コントローラ
７０ 主機コントローラ

Claims (7)

1. 油圧ポンプ（４０）と、
   上記油圧ポンプ（４０）を駆動するモータ（５０）と、
   上記油圧ポンプ（４０）から油が供給されるアクチュエータ（２０）と、
   上記アクチュエータ（２０）の位置を検出する位置センサ（２１）と、
   上記油の圧力を検出する圧力センサ（４２）と、
   上記位置センサ（２１）の出力を受けて、上記アクチュエータ（２０）が目標位置に達したときの上記圧力センサ（４２）の検出圧力を目標圧力として上記油の圧力制御をするコントローラ（６０）と
   を備えることを特徴とする油圧装置。
2. 請求項１に記載の油圧装置において、
   上記コントローラ（６０）は、上記油圧ポンプ（４０）の回転速度を制御して上記油の圧力を制御することを特徴とする油圧装置。
3. 請求項１に記載の油圧装置において、
   圧力制御弁を備え、
   上記コントローラは、上記圧力制御弁を制御して上記油の圧力を制御することを特徴とする油圧装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の油圧装置において、
   上記アクチュエータ（２０）は、片ロッド油圧シリンダ（２０）であることを特徴とする油圧装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の油圧装置において、
   上記コントローラ（６０）は、比例積分微分制御を行い、上記位置センサ（２１）の出力を受けて、上記アクチュエータ（２０）が目標位置に達したときに、積分項をクリアすることを特徴とする油圧装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の油圧装置において、
   上記コントローラ（６０）は、上記アクチュエータ（２０）が目標位置に達したときの上記圧力センサ（４２）の検出圧力を、保圧時の目標圧力とすることを特徴とする油圧装置。
7. 請求項１から５のいずれか１つに記載の油圧装置と、
   上記アクチュエータ（２０）で駆動される金型（１０）と
   を備え、
   主機コントローラ（７０）は、上記アクチュエータ（２０）が目標位置に達したときの上記圧力センサ（４２）の検出圧力を、保圧時の目標圧力とすることを特徴とするプレス機。

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