JP2020085051A - 液圧システム - Google Patents

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Abstract

【課題】カウンターバランス弁を用いずにロッドの伸長による移動物の移動時にシリンダの速度等を安定して制御することができる液圧システムを提供する。【解決手段】液圧システムは、ロッドの伸長および短縮によって移動物を鉛直方向に沿って移動させるシリンダと、第１給排ラインによりシリンダのヘッド側室と接続された第１両回転ポンプと、第２給排ラインによりシリンダのロッド側室と接続されるとともに、第１両回転ポンプとトルク伝達可能に連結された第２両回転ポンプと、第１両回転ポンプと第２両回転ポンプの一方から排出された作動液を他方へ導くように第１両回転ポンプと第２両回転ポンプとを接続する中継ラインと、第１両回転ポンプまたは第２両回転ポンプを駆動するサーボモータと、を備え、第１両回転ポンプと第２両回転ポンプの少なくとも一方は、一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプである。【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダを含む液圧システムに関する。
例えば、プレス機械などに組み込まれる液圧システムには、可動型などの移動物を鉛直方向に沿って移動させるシリンダと、このシリンダと閉回路を形成するように接続された両回転ポンプを含むものがある。両回転ポンプは、通常、サーボモータにより駆動される。
例えば、特許文献１には、図４に示すようなプレス機械に組み込まれる液圧システム１００が開示されている。この液圧システム１００では、両端が閉塞されたチューブ１１１の内部がピストンによって上側のヘッド側室１１４と下側のロッド側室１１３とに仕切られており、ロッド１１２の伸長によって移動物（可動型）１６０が下降され、ロッド１１２の短縮によって移動物１６０が上昇される。
シリンダ１１０のヘッド側室１１４は第１給排ライン１３０により両回転ポンプ１４０と接続されており、シリンダ１１０のロッド側室１１３は第２給排ライン１２０により両回転ポンプ１４０と接続されている。第２給排ライン１２０には、カウンターバランス弁１２１が設けられている。さらに、第２給排ライン１２０には、カウンターバランス弁１２１をバイパスするようにバイパスライン１２２が接続されており、このバイパスライン１２２に速度切換弁１２３が設けられている。
移動物１６０の下降速度は、速度切換弁１２３により比較的に速い接近速度と比較的に遅い加工速度との間で切り換えられる。すなわち、プレス時には、カウンターバランス弁１２１によってロッドの伸長に対して反力が与えられる。
特許第４４０２８３０号公報
図４に示す液圧システム１００のように、プレス時にカウンターバランス弁によってロッドの伸長に対して反力が与えられる構成では、シリンダの速度、ストロークあるいは推力（以下、シリンダの速度等と略する）を安定して制御することができる。なお、カウンターバランス弁は、ロッドの伸長によって移動物を上昇させる場合にも、ロッドの伸長に対して反力を与えるために用いられることがある。しかしながら、このようなカウンターバランス弁を用いた構成では、作動液がカウンターバランス弁を通過するためにエネルギーロスが発生する。
そこで、本発明は、カウンターバランス弁を用いずにロッドの伸長による移動物の移動時にシリンダの速度等を安定して制御することができる液圧システムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の液圧システムは、ロッドの伸長および短縮によって移動物を鉛直方向に沿って移動させる、チューブの内部がピストンによってヘッド側室とロッド側室とに仕切られたシリンダと、第１給排ラインにより前記ヘッド側室と接続された第１両回転ポンプと、第２給排ラインにより前記ロッド側室と接続されるとともに、前記第１両回転ポンプとトルク伝達可能に連結された第２両回転ポンプと、前記第１両回転ポンプと前記第２両回転ポンプの一方から排出された作動液を他方へ導くように前記第１両回転ポンプと前記第２両回転ポンプとを接続する中継ラインと、前記第１両回転ポンプまたは前記第２両回転ポンプを駆動するサーボモータと、を備え、前記第１両回転ポンプと前記第２両回転ポンプの少なくとも一方は、一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプである、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、第２両回転ポンプが第１両回転ポンプとトルク伝達可能に連結されているので、電動モータによって第１両回転ポンプと第２両回転ポンプのどちらかが駆動されれば、それらの双方が駆動される。そして、第１両回転ポンプと第２両回転ポンプの少なくとも一方は一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプであるので、第１両回転ポンプと第２両回転ポンプの回転数比が一定でも、第１両回転ポンプと第２両回転ポンプとの吐出容量比を適切に設定することができる。これにより、カウンターバランス弁を用いずに、ロッドの伸長に対して反力を与えることができる。その結果、ロッドの伸長による移動物の移動時にシリンダの速度等を安定して制御することができる。
さらに、移動物の下降時には、シリンダから排出される作動油が第１両回転ポンプまたは第２両回転ポンプに流入するので、移動物の位置エネルギをトルクと回転数の形で回生することができる。このとき、第１両回転ポンプと第２両回転ポンプとの吐出容量比を適切に設定できるので、例えばシリンダがロッドの伸長によって移動物を下降させるものである場合には、ヘッド側圧力が過小となってキャビテーションが発生することを防ぐことができる。また、その構成において、第１両回転ポンプの吐出容量が過大となってヘッド側圧力が過大となった場合でも、ロッド側に余分に生じた圧力を第２両回転ポンプのトルクの形で回生できる。従って、この場合でもエネルギ効率は従来技術よりも向上する。
前記第１両回転ポンプが、一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプであり、上記の液圧システムは、電気信号に応じて前記第１両回転ポンプの傾転角を調整する第１レギュレータと、前記サーボモータの回転数を制御するサーボアンプと、前記サーボアンプへ回転数指令を出力するとともに、前記第１レギュレータへ傾転角指令を出力する制御装置と、前記ヘッド側室または前記第１給排ラインの圧力を検出するヘッド側圧力センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記ロッドの伸長による前記移動物の所定位置までの移動時、前記移動物が所定速度で移動するように前記サーボアンプへ回転数指令を出力するとともに、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が所定範囲内に保たれるように前記レギュレータへ傾転角指令を出力してもよい。この構成によれば、第２両回転ポンプに発生する圧力の大きさに依存する内部漏れ量の大きさに影響されることなく、安定して上記の効果を得ることができる。
前記第２両回転ポンプは、一回転当りの吐出容量が変更不能な固定容量型のポンプであるか、一回転当りの吐出容量が第１固定値と第２固定値のどちらかに選択的に切り換えられる可変容量型のポンプであってもよい。この構成によれば、第１両回転ポンプと第２両回転ポンプの双方が一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプである場合に比べて、コストを低減することができる。
上記の液圧システムは、プレス機械に組み込まれるものであり、前記制御装置は、前記ロッドの伸長によって前記移動物を前記所定位置からさらに移動させるプレス時、前記移動物が所定速度で移動するように前記サーボアンプへ回転数指令を出力するとともに、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が目標圧力まで上昇するように前記レギュレータへ傾転角指令を出力してもよい。プレス時においては、従来技術では原理上、カウンターバランス弁で反力を保持しながらヘッド側圧力を維持せざるを得なかった。これに対し、前記の構成では、シリンダがロッドの伸長によって移動物を下降させるものである場合には、プレス時に第２両回転ポンプでエネルギを回生しつつ反力を得られるので、プレス機械としてエネルギ効率が向上する。
前記制御装置は、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が前記目標圧力に到達した後は、前記サーボモータの回転数が所定値となるように前記サーボアンプへ回転数指令を出力するとともに、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が前記目標圧力に維持されるように前記レギュレータへ傾転角指令を出力してもよい。この構成によれば、プレス力を発生させるヘッド側圧力の不足を防止することができて目標圧力に安定して制御することができる。
前記シリンダは、前記ロッドの伸長によって移動物を下降させるものであり、上記の液圧システムは、前記ロッド側室または前記第２給排ラインの圧力を検出するロッド側圧力センサをさらに備え、前記サーボアンプは、前記サーボモータの回生トルクも制御し、前記制御装置は、前記移動物が自重で下降する場合に、前記ロッド側圧力センサで検出される圧力が所定値となるように前記サーボアンプへ回生トルク指令を出力してもよい。この構成によれば、移動物が自重で下降する際にヘッド側圧力がゼロまたは負圧となることを回避してキャビテーションの発生を防止することができる。
前記第２両回転ポンプが、一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプであり、上記の液圧システムは、電気信号に応じて前記第２両回転ポンプの傾転角を調整する第２レギュレータと、前記サーボモータの回転数を制御するサーボアンプと、前記サーボアンプへ回転数指令を出力するとともに、前記第２レギュレータへ傾転角指令を出力する制御装置と、前記ヘッド側室または前記第１給排ラインの圧力を検出するヘッド側圧力センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記ロッドの伸長による前記移動物の所定位置までの移動時、前記第２両回転ポンプの吐出容量が所定値となるように前記第２レギュレータへ傾転角指令を出力するとともに、前記移動物が所定速度で移動するように前記サーボアンプへ回転数指令を出力し、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が所定範囲から外れたときに前記サーボアンプへ出力する回転数指令を補正してもよい。この構成によれば、第２両回転ポンプに発生する圧力の大きさに依存する内部漏れ量の大きさに影響されることなく、安定して上記の効果を得ることができる。
前記第１両回転ポンプは、一回転当りの吐出容量が変更不能な固定容量型のポンプであるか、一回転当りの吐出容量が第１固定値と第２固定値のどちらかに選択的に切り換えられる可変容量型のポンプであってもよい。この構成によれば、第１両回転ポンプと第２両回転ポンプの双方が一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプである場合に比べて、コストを低減することができる。
前記液圧システムは、プレス機械に組み込まれるものであり、前記制御装置は、前記ロッドの伸長によって前記移動物を前記所定位置からさらに移動させるプレス時、前記移動物が所定速度で移動するように前記サーボアンプへ回転数指令を出力し、かつ、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が目標圧力まで上昇するように前記サーボアンプへ出力する回転数指令を調整するとともに、回転数を増大させた場合はそれに応じて傾転角を減少させ、回転数を減少させた場合はそれに応じて傾転角を増大させるように前記第２レギュレータへ出力する傾転角指令を調整してもよい。この構成によれば、プレス時に第２両回転ポンプの傾転角を一定に保つ場合に比べて、ヘッド側圧力の変化量を小さくできて安定した制御が可能である。
例えば、前記制御装置は、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が前記目標圧力に到達した後は、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が前記目標圧力に維持されるように回転数指令の調整および傾転角指令の調整を継続してもよい。
前記シリンダは、前記ロッドの伸長によって移動物を下降させるものであり、前記サーボアンプは、前記サーボモータの回生トルクも制御し、上記の液圧システムは、前記ロッド側室または前記第２給排ラインの圧力を検出するロッド側圧力センサをさらに備え、前記制御装置は、前記移動物が自重で下降する場合に、前記ロッド側圧力センサで検出される圧力が所定値となるように前記サーボアンプへ回生トルク指令を出力してもよい。この構成によれば、移動物が自重で下降する際にヘッド側圧力がゼロまたは負圧となることを回避してキャビテーションの発生を防止することができる。
本発明によれば、移動物の下降時にシリンダの速度等を安定して制御することができる。
本発明の第１実施形態に係る液圧システムの概略構成図である。 第１実施形態の変形例の液圧システムの概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る液圧システムの概略構成図である。 従来の液圧システムの概略構成図である。
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る液圧システム１Ａを示す。この液圧システム１Ａは、プレス機械に組み込まれるものである。液圧システム１Ａで用いられる作動液は、典型的には油であるが、水などであってもよい。
液圧システム１Ａは、移動物である可動型１０を鉛直方向に沿って移動させるシリンダ５を含む。本実施形態では、シリンダ５が、後述するロッド５７の伸長によって可動型１０を下降させ、ロッド５７の短縮によって可動型１０を上昇させる。シリンダ５の軸方向は、鉛直方向と完全に平行である必要はなく、鉛直方向に対して僅かに（例えば、鉛直方向に対する角度が１０度以下で）傾いていてもよい。
さらに、液圧システム１Ａは、シリンダ５と閉回路を形成するように接続された第１両回転ポンプ３および第２両回転ポンプ４を含む。その閉回路は、導入ライン６４および導出ライン６６によりタンク６０と接続されている。
シリンダ５は、ヘッドカバーおよびロッドカバーにより両端が閉塞されたチューブ５５と、チューブ５５の内部を上側のヘッド側室５１と下側のロッド側室５２とに仕切るピストン５６と、ピストン５６からロッドカバーを貫通して下向きに延びるロッド５７を含む。ロッド５７の先端には、可動型１０が取り付けられている。
第１両回転ポンプ３は、当該ポンプの回転方向によって吸入ポートとなるか吐出ポートとなるかが切り換わるシリンダ側ポート３１および反シリンダ側ポート３２を含む。シリンダ側ポート３１は、第１給排ライン６１によりシリンダ５のヘッド側室５１と接続されている。シリンダ側ポート３１は高圧に耐えられるように設計され、反シリンダ側ポート３２は低圧に保たれる。このため、反シリンダ側ポート３２はシリンダ側ポート３１よりも大径である。
第２両回転ポンプ４は、当該ポンプの回転方向によって吸入ポートとなるか吐出ポートとなるかが切り換わるシリンダ側ポート４１および反シリンダ側ポート４２を含む。シリンダ側ポート４１は、第２給排ライン６２によりシリンダ５のロッド側室５２と接続されている。シリンダ側ポート４１は高圧に耐えられるように設計され、反シリンダ側ポート４２は低圧に保たれる。このため、反シリンダ側ポート４２はシリンダ側ポート４１よりも大径である。
第２両回転ポンプ４の反シリンダ側ポート４２は、中継ライン６３により第１両回転ポンプ３の反シリンダ側ポート３２と接続されている。これにより、第１両回転ポンプ３と第２両回転ポンプ４の一方から排出された作動液が中継ライン６３を通じて他方へ導かれる。
上述した導入ライン６４および導出ライン６６は、中継ライン６３とタンク６０とを接続する。導入ライン６４には逆止弁６５が設けられており、導出ライン６６には導出弁６７が設けられている。逆止弁６５は、タンク６０から中継ライン６３に向かう流れは許容するがその逆の流れは禁止する。
導出弁６７は、中継ライン６３の圧力が設定値（例えば、０．１〜２ＭＰａ）よりも高くなったときに中継ライン６３からタンク６０へ向かう流れを許容し、それ以外のときは中継ライン６３とタンク６０との間の流れを禁止する。本実施形態では、導出弁６７が、クラッキング圧が少し高く設定された逆止弁であるが、導出弁６７はリリーフ弁であってもよい。
第１両回転ポンプ３と第２両回転ポンプ４とは、トルク伝達可能に連結されている。本実施形態では、第１両回転ポンプ３と第２両回転ポンプ４とが同軸上に配置されている。例えば、第１両回転ポンプ３の回転軸と第２両回転ポンプ４の回転軸とがカップリングなどにより直接的に連結される。
ただし、第１両回転ポンプ３の回転軸と第２両回転ポンプ４の回転軸との間に複数のギアが設けられ、第１両回転ポンプ３と第２両回転ポンプ４とが並列に配置されてもよい。この場合、第１両回転ポンプ３の回転数と第２両回転ポンプ４の回転数とを異ならせてもよい。
本実施形態では、第１両回転ポンプ３が、一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプ（斜板ポンプまたは斜軸ポンプ）であり、第２両回転ポンプ４が、一回転当りの吐出容量が変更不能な固定容量型のポンプである。
第１両回転ポンプ３の吐出容量を規定する傾転角は、第１レギュレータ３５により調整される。第１レギュレータ３５は、電気信号に応じて第１両回転ポンプ３の傾転角を調整する。例えば、第１レギュレータ３５は、第１両回転ポンプ３が斜板ポンプである場合、第１両回転ポンプ３の斜板と連結されたサーボピストンに作用する油圧を電気的に変更するものであってもよいし、第１両回転ポンプ３の斜板と連結された電動アクチュエータであってもよい。
本実施形態では、第１両回転ポンプ３がサーボモータ２によって駆動される。例えば、第１両回転ポンプ３の回転軸とサーボモータ２の回転軸とがカップリングなどにより直接的に連結される。ただし、第２両回転ポンプ４の回転軸にサーボモータ２の回転軸が連結され、第２両回転ポンプ４がサーボモータ２によって駆動されてもよい。サーボモータ２の回転方向および回転数は、サーボアンプ７により制御される。また、可動型１０の下降時は、サーボモータ２が主に発電機として機能するため、サーボモータ２の回生トルクがサーボアンプ７により制御される。
第１レギュレータ３５およびサーボアンプ７は、制御装置８と電気的に接続されている。制御装置８は、第１レギュレータ３５へ傾転角指令を出力するとともに、サーボアンプ７へ回転方向指令、回転数指令および回生トルク指令を出力する。例えば、制御装置８は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭに記憶されたプログラムがＣＰＵにより実行される。
制御装置８は、入力装置９、ヘッド側圧力センサ８１およびロッド側圧力センサ８２とも電気的に接続されている。ただし、図１では、図面の簡略化のために一部の信号線のみを描いている。
本実施形態では、入力装置９が、作業者からの作業開始の入力を受け付ける。作業者が入力装置９に作業開始を入力すると、制御装置８により、可動型下降工程、プレス工程および可動型上昇工程が自動的に行われる。ただし、入力装置９は、作業者からの可動型下降開始の入力と可動型上昇開始の入力とを別々に受け付けてもよい。
ヘッド側圧力センサ８１は、第１給排ライン６１に設けられており、第１給排ライン６１の圧力を検出する。ただし、ヘッド側圧力センサ８１は、ヘッド側室５１の圧力を検出するようにチューブ５５に設けられてもよい。
ロッド側圧力センサ８２は、第２給排ライン６２に設けられており、第２給排ライン６２の圧力を検出する。ただし、ロッド側圧力センサ８２は、ロッド側室５２の圧力を検出するようにチューブ５５に設けられてもよい。
さらに、制御装置８は、シリンダ５に設けられたストロークセンサ８３とも電気的に接続されている。ストロークセンサ８３は、可動型１１がプレス開始位置（本発明の所定位置に相当）に到達したことを検出するためのものである。
次に、制御装置８により行われる制御フローを説明する。なお、可動型下降工程では、可動型１０が待機位置からプレス開始位置まで下降し、プレス工程では、可動型１０がプレス開始位置からプレス完了位置までさらに下降し、可動型上昇工程では、可動型１０がプレス完了位置から待機位置まで上昇する。
１．可動型下降工程
作業者が入力装置９に作業開始を入力すると、制御装置８は、可動型１０を下降させる方向にサーボモータ２が回転するようにサーボアンプ７へ回転方向指令を出力する。また、制御装置８は、可動型１０が所定速度Ｖ１で下降するようにサーボアンプ７へ回転数指令を出力する。さらに、制御装置８は、可動型１０が自重で下降する場合に、ロッド側圧力センサ８２で検出される圧力Ｐｒが所定値α（例えば、２〜３０ＭＰａ）となるようにサーボアンプ７へ回生トルク指令を出力する。例えば、ロッド側圧力センサ８２で検出される圧力Ｐｒが所定値αを上回る場合は回生トルクを減少させる回生トルク指令が出力され、検出される圧力Ｐｒが所定値αを下回る場合は回生トルクを増加させる回生トルク指令が出力される。
なお、可動型１０が自重で下降する状態にあるかどうかは、サーボモータ２に発生する回生トルクの有無、即ちサーボアンプ７に電流が発生するかどうかにより判定される。この電流はさらに電源ラインを逆流して他の設備で使うことができる。
さらに、可動型下降工程では、制御装置８は、ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが所定範囲（例えば、０ＭＰａ以上１ＭＰａ以下の範囲）内に保たれるように第１レギュレータ３５へ傾転角指令を出力する。例えば、ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが所定範囲の上限を上回るかその可能性が高い場合には第１両回転ポンプ３の吐出容量を減少させる傾転角指令が出力され、検出される圧力Ｐｈが所定範囲の下限を下回るかその可能性が高い場合には第１両回転ポンプ３の吐出容量を増加させる傾転角指令が出力される。
なお、第１両回転ポンプ３の吐出容量をｑ１、第２両回転ポンプ４の吐出容量をｑ２、ヘッド側室５１の面積をＡｈ、ロッド側室５２の面積をＡｒとしたとき、それらの関係は以下の式で表される。以下の式中のΔｑが、ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈに基づく調整量である。
ｑ１＝ｑ２×Ａｈ／Ａｒ±Δｑ
２．プレス工程
ストロークセンサ８３により可動型１１がプレス開始位置に到達したことが検出されると、制御装置８はプレス工程に移行する。プレス工程では、制御装置８が、可動型１０が所定速度Ｖ２で下降するようにサーボアンプ７へ回転数指令を出力する。このときの所定速度Ｖ２は、可動型下降工程での所定速度Ｖ１よりも小さい（例えば、Ｖ１の５０％以下）。
また、プレス工程では、制御装置８は、可動型下降工程と同様に、可動型１０が自重で下降する場合に、ロッド側圧力センサ８２で検出される圧力Ｐｒが所定値α（例えば、２〜３０ＭＰａ）となるようにサーボアンプ７へ回生トルク指令を出力する。
さらに、プレス工程では、制御装置８は、ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが目標圧力Ｐｔまで上昇するように第１レギュレータ２５へ傾転角指令を出力する。一般的には、第１両回転ポンプ３の吐出容量が徐々に大きくされる。
ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが目標圧力Ｐｔに到達した後は、制御装置８は、サーボモータ２の回転数が所定値Ｎｃとなるようにサーボアンプ７へ回転数指令を出力する。所定値Ｎｃは、目標圧力Ｐｔを維持するのに必要な最低回転数であることが望ましいが、それよりも高くてもよい。
さらに、制御装置８は、ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが目標圧力Ｐｔに維持されるように第１レギュレータ３５へ傾転角指令を出力する。第１両回転ポンプ３の内部では作動液が漏れ、この漏れた作動液がドレンライン（図示せず）を通じてタンク６０へ戻される。このような第１両回転ポンプ３の内部漏れにより、目標圧力Ｐｔを維持するための第１両回転ポンプ３の吐出容量はゼロとはならない。
３．可動型上昇工程
ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが目標圧力Ｐｔに到達してから、あるいはストロークセンサ８３により可動型１１がプレス開始位置に到達したことが検出されてから所定過時間経過したことが制御装置８のタイマーにより計測されると、制御装置８は、可動型１０を上昇させる方向にサーボモータ２が回転するようにサーボアンプ７へ回転方向指令を出力する。また、制御装置８は、可動型１０が所定速度Ｖ３で上昇するようにサーボアンプ７へ回転数指令を出力する。このときの所定速度Ｖ３は、可動型下降工程での所定速度Ｖ１と同じであっても異なっていてもよい。
さらに、可動型上昇工程では、制御装置８は、ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが所定範囲（例えば、０ＭＰａ以上１ＭＰａ以下の範囲）内に保たれるように第１レギュレータ３５へ傾転角指令を出力する。
以上説明したように、本実施形態の液圧システム１Ａでは、第２両回転ポンプ４が第１両回転ポンプ３とトルク伝達可能に連結されているので、サーボモータ２によって第１両回転ポンプ３が駆動されれば、第２両回転ポンプ４も駆動される。そして、第１両回転ポンプ３は一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプであるので、第１両回転ポンプ３と第２両回転ポンプ４の回転数比が一定でも、第１両回転ポンプ３と第２両回転ポンプ４との吐出容量比をシリンダ５のヘッド側室５１とロッド側室５２との面積差に応じて適切に設定することができる。さらに、第１両回転ポンプ３が可変容量型のポンプであることにより、二つの給排ライン６１，６２の圧縮性等による影響にも拘らず、給排ライン６１，６２のそれぞれの圧力をより適切に制御することができる。これにより、カウンターバランス弁を用いずにシリンダ５の伸長に対して反力を与えることができる。その結果、ロッド５７の伸長による可動型１０の下降時にシリンダ５の速度等を安定して制御することができる。
特に、可動型下降工程において上述したような制御を行えば、第２両回転ポンプ４に発生する圧力の大きさに依存する内部漏れ量の大きさに影響されることなく、安定して上記の効果を得ることができる。
さらに、可動型１０の下降時には、シリンダ５から排出される作動油が第２両回転ポンプ４に流入するので、可動型１０の位置エネルギをトルクと回転数の形で回生することができる。このとき、第１両回転ポンプ３と第２両回転ポンプ４との吐出容量比を適切に設定できるので、ヘッド側圧力Ｐｈが過小となってキャビテーションが発生することを防ぐことができる。また、第１両回転ポンプ３の吐出容量が過大となってヘッド側圧力Ｐｈが過大となった場合でも、ロッド側に余分に生じた圧力を第２両回転ポンプ４のトルクの形で回生できる。従って、この場合でもエネルギ効率は従来技術よりも向上する。
プレス時においては、従来技術では原理上、カウンターバランス弁で反力を保持しながらヘッド側圧力を維持せざるを得なかった。これに対し、本実施形態では、プレス時に第２両回転ポンプ４でエネルギを回生しつつ反力を得られるので、プレス機械としてエネルギ効率が向上する。
また、本実施形態では、可動型１０が自重で下降する際に、ロッド側圧力センサ８２で検出される圧力Ｐｒが所定値αとなるようにサーボモータ２の回生トルクが制御されるので、ヘッド側圧力Ｐｈがゼロまたは負圧となることを回避してキャビテーションの発生を防止することができる。
また、プレス時には、ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが目標圧力Ｐｔに維持されるように第１両回転ポンプ３の傾転角が制御されるので、プレス力を発生させるヘッド側圧力Ｐｈの不足を防止することができて目標圧力に安定して制御することができる。
ところで、図４に示すような従来の液圧システム１００では、両回転ポンプ１４０の両ポートが同時ではないにせよ、高圧になる場合があるので、両回転ポンプ１４０として特殊なポンプを用いる必要があり、コストが高い。
これに対し、本実施形態では、第１両回転ポンプ３および第２両回転ポンプ４の反シリンダ側ポート３２，４２が常に低圧に保たれる。従って、第１両回転ポンプ３および第２両回転ポンプ４として一般的なポンプを用いることができる。このような一般的な２つのポンプを用いた場合には、特殊なポンプとカウンターバランス弁を用いた液圧システム１００に比べてコストを低減することができる。
特に、本実施形態のように第１両回転ポンプ３および第２両回転ポンプ４のそれぞれの反シリンダ側ポート（３２または４２）がシリンダ側ポート（３１または４１）よりも大径であれば、反シリンダ側ポートと連通する各ポンプ内の通路はシリンダ側ポートと連通する通路と比較して低い圧力しか受けないので、高い圧力に耐えられる強度は不要となり、通路面積を大きく確保することができる。従って、作動液が通路を通過するときに発生する圧力損失を小さく抑えることができる。
さらに、本実施形態では、逆止弁６５が設けられた導入ライン６４および導出弁６７が設けられた導出ライン６６が採用されているので、第１両回転ポンプ３または第２両回転ポンプ４の吸入流量が不足すること、および中継ライン６３の圧力が高くなり過ぎることを防止することができる。
＜変形例＞
図２に示すように、第２両回転ポンプ４は、一回転当りの吐出容量が第１固定値ｑａと第１固定値ｑａよりも大きな第２固定値ｑｂのどちらかに選択的に切り換えられる可変容量型のポンプ（斜板ポンプまたは斜軸ポンプ）であってもよい。この構成によれば、シリンダ５の速度を低速にするか高速にするかを切り換えることができる。
第２両回転ポンプ４が上述したような吐出容量切換式の可変容量型のポンプである場合、第２両回転ポンプ４の吐出容量を規定する傾転角は、第２レギュレータ４５により調整される。第２レギュレータ４５は、電気信号に応じて第２両回転ポンプ４の傾転角を調整する。例えば、第２レギュレータ４５は、第２両回転ポンプ４が斜板ポンプである場合、第２両回転ポンプ４の斜板と連結されたサーボピストンに作用する油圧を電気的に変更するものであってもよいし、第２両回転ポンプ４の斜板と連結された電動アクチュエータであってもよい。
第２両回転ポンプ４が吐出容量切換式の可変容量型のポンプである場合、可動型下降工程および可動型上昇工程において第２両回転ポンプ４の吐出容量が第２固定値ｑｂに切り換えられ、プレス工程において第２両回転ポンプ４の吐出容量が第１固定値ｑａに切り換えられる。可動型下降工程からプレス工程に移行するときには、第２両回転ポンプ４の吐出容量が第２固定値ｑｂから第１固定値ｑａに瞬時に切り換えられるので、第１両回転ポンプ３の吐出容量もそれに合わせて大きく変更される。その他の制御は、前記実施形態と同様である。
（第２実施形態）
図３に、本発明の第２実施形態に係る液圧システム１Ｂを示す。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
本実施形態では、第１両回転ポンプ３が一回転当りの吐出容量が変更不能な固定容量型のポンプであり、第２両回転ポンプ４が一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプ（斜板ポンプまたは斜軸ポンプ）である。第２両回転ポンプ４の吐出容量を規定する傾転角は、第１実施形態の変形例と同様に第２レギュレータ４５により調整される。
次に、制御装置８により行われる制御フローを説明する。
１．可動型下降工程
作業者が入力装置９に作業開始を入力すると、制御装置８は、第２両回転ポンプ４の吐出容量が所定値ｑｃとなるように第２レギュレータ４５へ傾転角指令を出力する。第１両回転ポンプ３の吐出容量をｑ１、ヘッド側室５１の面積をＡｈ、ロッド側室５２の面積をＡｒとしたとき、所定値ｑｃは以下の式で表される。すなわち、所定値ｑｃは、第１両回転ポンプ３の吐出容量ｑ１に、ヘッド側室５１の面積Ａｈに対するロッド側室５２の面積Ａｒの比を積算したものである。
ｑｃ＝ｑ１×Ａｒ／Ａｈ
ついで、制御装置８は、可動型１０を下降させる方向にサーボモータ２が回転するようにサーボアンプ７へ回転方向指令を出力する。また、制御装置８は、可動型１０が所定速度Ｖ１で下降するようにサーボアンプ７へ回転数指令を出力する。さらに、制御装置８は、可動型１０が自重で下降する場合に、ロッド側圧力センサ８２で検出される圧力Ｐｒが所定値α（例えば、２〜３０ＭＰａ）となるようにサーボアンプ７へ回生トルク指令を出力する。例えば、ロッド側圧力センサ８２で検出される圧力Ｐｒが所定値αを上回る場合は回生トルクを減少させる回生トルク指令が出力され、検出される圧力Ｐｒが所定値αを下回る場合は回生トルクを増加させる回生トルク指令が出力される。
その後、ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが所定範囲（例えば、０ＭＰａ以上１ＭＰａ以下の範囲）から外れたときに、制御装置８は、サーボアンプ７へ出力する回転数指令を補正する。例えば、ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが所定範囲の上限を上回る場合には回転数を低くするように回転数指令が補正され、検出される圧力Ｐｈが所定範囲の下限を下回る場合は回転数を高くするように回転数指令が補正される。
２．プレス工程
ストロークセンサ８３により可動型１１がプレス開始位置に到達したことが検出されると、制御装置８は、第２両回転ポンプ４の吐出容量を所定値ｑｃに維持したままで、プレス工程に移行する。プレス工程では、制御装置８が、可動型１０が所定速度Ｖ２で下降するようにサーボアンプ７へ回転数指令を出力する。このときの所定速度Ｖ２は、可動型下降工程での所定速度Ｖ１よりも小さい（例えば、Ｖ１の５０％以下）。
また、プレス工程では、可動型下降工程と同様に、可動型１０が自重で下降する場合に、ロッド側圧力センサ８２で検出される圧力Ｐｒが所定値α（例えば、２〜３０ＭＰａ）となるようにサーボアンプ７へ回生トルク指令を出力する。
さらに、プレス工程では、制御装置８は、ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが目標圧力Ｐｔまで上昇するようにサーボアンプ７へ出力する回転数指令を調整する。それに加え、制御装置８は、回転数を増大させた場合はそれに応じて傾転角を減少させ、回転数を減少させた場合はそれに応じて傾転角を増大させるように第２レギュレータ４５へ出力する傾転角指令を調整する。
ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが目標圧力Ｐｔに到達した後は、制御装置８は、ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが目標圧力Ｐｔに維持されるように、上述した回転数指令の調整および傾転角指令の調整を継続する。
３．可動型上昇工程
ヘッド側圧力センサ８１で検出される圧力Ｐｈが目標圧力Ｐｔに到達してから、あるいはストロークセンサ８３により可動型１１がプレス開始位置に到達したことが検出されてから所定過時間経過したことが制御装置８のタイマーにより計測されると、制御装置８は、可動型１０を上昇させる方向にサーボモータ２が回転するようにサーボアンプ７へ回転方向指令を出力する。また、制御装置８は、可動型１０が所定速度Ｖ３で上昇するようにサーボアンプ７へ回転数指令を出力する。このときの所定速度Ｖ３は、可動型下降工程での所定速度Ｖ１と同じであっても異なっていてもよい。
さらに、可動型上昇工程では、制御装置８は、第２両回転ポンプ４の容量が両回転ポンプ３で許容できる最大容量となるように第２レギュレータ４５へ傾転角指令を出力する。
本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、本実施形態では、プレス時にサーボモータ２の回転数および第２両回転ポンプ４の傾転角が制御されるので、プレス時に第２両回転ポンプ４の傾転角を一定に保つ場合に比べて、ヘッド側圧力Ｐｈの変化量を小さくできて安定した制御が可能である。
＜変形例＞
第１実施形態の変形例と同様に、第１両回転ポンプ３は、一回転当りの吐出容量が第１固定値ｑａと第１固定値ｑａよりも大きな第２固定値ｑｂのどちらかに選択的に切り換えられる可変容量型のポンプ（斜板ポンプまたは斜軸ポンプ）であってもよい。この場合、可動型下降工程および可動型上昇工程において第１両回転ポンプ３の吐出容量が第２固定値ｑｂに切り換えられ、プレス工程において第１両回転ポンプ３の吐出容量が第１固定値ｑａに切り換えられる。可動型下降工程からプレス工程に移行するときには、第１両回転ポンプ３の吐出容量が第２固定値ｑｂから第１固定値ｑａに瞬間的に切り換えられるので、第２両回転ポンプ４の吐出容量もそれに合わせて大きく変更される。その他の制御は、前記実施形態と同様である。
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、シリンダ５の向きが図１〜図３と逆にされ、シリンダ５が、ロッド５７の伸長によって可動型１０を上昇させ、ロッド５７の短縮によって可動型１０を下降させてもよい。この場合、可動型１０の下降時に、可動型１０の位置エネルギが第１両回転ポンプ３によって回生される。なお、この場合でも、シリンダ５の伸長による可動型１０の所定位置までの上昇時および所定位置からのさらなる上昇時（プレス時）の制御は、第１実施形態および第２実施形態と同様である。
また、第１両回転ポンプ３と第２両回転ポンプ４の双方が、一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプであってもよい。この場合、第１両回転ポンプ３と第２両回転ポンプ４の一方の容量を一定に保つか、第１固定値ｑａと第２固定値ｑｂのどちらかに選択的に切り換えるようにすれば、第１実施形態または第２実施形態と同様の制御を行うことが可能である。
ただし、第１実施形態もしくはその変形例または第２実施形態もしくはその変形例のように第１両回転ポンプ３と第２両回転ポンプ４の一方が固定容量型のポンプまたは吐出容量切換式の可変容量型のポンプであれば、第１両回転ポンプ３と第２両回転ポンプ４の双方が一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプである場合に比べて、コストを低減することができる。
また、本発明の液圧システムは、プレス機械以外の機械に組み込まれてもよい。つまり、シリンダ５によって鉛直方向に沿って移動される移動物は、液圧システムが組み込まれる機械の種類に応じて適宜変更可能である。
１Ａ，１Ｂ 液圧システム
１０ 可動型（移動物）
２ サーボモータ
３ 第１両回転ポンプ
３５ 第１レギュレータ
４ 第２両回転ポンプ
４５ 第２レギュレータ
５ シリンダ
５１ ヘッド側室
５２ ロッド側室
５５ チューブ
５６ ピストン
６１ 第１給排ライン
６２ 第２給排ライン
６３ 中継ライン
７ サーボアンプ
８ 制御装置
８１ ヘッド側圧力センサ
８２ ロッド側圧力センサ

Claims (11)

  1. ロッドの伸長および短縮によって移動物を鉛直方向に沿って移動させる、チューブの内部がピストンによってヘッド側室とロッド側室とに仕切られたシリンダと、
    第１給排ラインにより前記ヘッド側室と接続された第１両回転ポンプと、
    第２給排ラインにより前記ロッド側室と接続されるとともに、前記第１両回転ポンプとトルク伝達可能に連結された第２両回転ポンプと、
    前記第１両回転ポンプと前記第２両回転ポンプの一方から排出された作動液を他方へ導くように前記第１両回転ポンプと前記第２両回転ポンプとを接続する中継ラインと、
    前記第１両回転ポンプまたは前記第２両回転ポンプを駆動するサーボモータと、を備え、
    前記第１両回転ポンプと前記第２両回転ポンプの少なくとも一方は、一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプである、液圧システム。
  2. 前記第１両回転ポンプが、一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプであり、
    電気信号に応じて前記第１両回転ポンプの傾転角を調整する第１レギュレータと、
    前記サーボモータの回転数を制御するサーボアンプと、
    前記サーボアンプへ回転数指令を出力するとともに、前記第１レギュレータへ傾転角指令を出力する制御装置と、
    前記ヘッド側室または前記第１給排ラインの圧力を検出するヘッド側圧力センサと、をさらに備え、
    前記制御装置は、前記ロッドの伸長による前記移動物の所定位置までの移動時、前記移動物が所定速度で移動するように前記サーボアンプへ回転数指令を出力するとともに、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が所定範囲内に保たれるように前記レギュレータへ傾転角指令を出力する、請求項１に記載の液圧システム。
  3. 前記第２両回転ポンプは、一回転当りの吐出容量が変更不能な固定容量型のポンプであるか、一回転当りの吐出容量が第１固定値と第２固定値のどちらかに選択的に切り換えられる可変容量型のポンプである、請求項２に記載の液圧システム。
  4. 前記液圧システムは、プレス機械に組み込まれるものであり、
    前記制御装置は、前記ロッドの伸長によって前記移動物を前記所定位置からさらに移動させるプレス時、前記移動物が所定速度で移動するように前記サーボアンプへ回転数指令を出力するとともに、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が目標圧力まで上昇するように前記レギュレータへ傾転角指令を出力する、請求項２または３に記載の液圧システム。
  5. 前記制御装置は、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が前記目標圧力に到達した後は、前記サーボモータの回転数が所定値となるように前記サーボアンプへ回転数指令を出力するとともに、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が前記目標圧力に維持されるように前記レギュレータへ傾転角指令を出力する、請求項４に記載の液圧システム。
  6. 前記シリンダは、前記ロッドの伸長によって移動物を下降させるものであり、
    前記ロッド側室または前記第２給排ラインの圧力を検出するロッド側圧力センサをさらに備え、
    前記サーボアンプは、前記サーボモータの回生トルクも制御し、
    前記制御装置は、前記移動物が自重で下降する場合に、前記ロッド側圧力センサで検出される圧力が所定値となるように前記サーボアンプへ回生トルク指令を出力する、請求項２〜５の何れか一項に記載の液圧システム。
  7. 前記第２両回転ポンプが、一回転当りの吐出容量が任意に変更可能な可変容量型のポンプであり、
    電気信号に応じて前記第２両回転ポンプの傾転角を調整する第２レギュレータと、
    前記サーボモータの回転数を制御するサーボアンプと、
    前記サーボアンプへ回転数指令を出力するとともに、前記第２レギュレータへ傾転角指令を出力する制御装置と、
    前記ヘッド側室または前記第１給排ラインの圧力を検出するヘッド側圧力センサと、をさらに備え、
    前記制御装置は、前記ロッドの伸長による前記移動物の所定位置までの移動時、前記第２両回転ポンプの吐出容量が所定値となるように前記第２レギュレータへ傾転角指令を出力するとともに、前記移動物が所定速度で移動するように前記サーボアンプへ回転数指令を出力し、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が所定範囲から外れたときに前記サーボアンプへ出力する回転数指令を補正する、請求項１に記載の液圧システム。
  8. 前記第１両回転ポンプは、一回転当りの吐出容量が変更不能な固定容量型のポンプであるか、一回転当りの吐出容量が第１固定値と第２固定値のどちらかに選択的に切り換えられる可変容量型のポンプである、請求項７に記載の液圧システム。
  9. 前記液圧システムは、プレス機械に組み込まれるものであり、
    前記制御装置は、前記ロッドの伸長によって前記移動物を前記所定位置からさらに移動させるプレス時、前記移動物が所定速度で移動するように前記サーボアンプへ回転数指令を出力し、かつ、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が目標圧力まで上昇するように前記サーボアンプへ出力する回転数指令を調整するとともに、回転数を増大させた場合はそれに応じて傾転角を減少させ、回転数を減少させた場合はそれに応じて傾転角を増大させるように前記第２レギュレータへ出力する傾転角指令を調整する、請求項７または８に記載の液圧システム。
  10. 前記制御装置は、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が前記目標圧力に到達した後は、前記ヘッド側圧力センサで検出される圧力が前記目標圧力に維持されるように回転数指令の調整および傾転角指令の調整を継続する、請求項９に記載の液圧システム。
  11. 前記シリンダは、前記ロッドの伸長によって移動物を下降させるものであり、
    前記サーボアンプは、前記サーボモータの回生トルクも制御し、
    前記ロッド側室または前記第２給排ラインの圧力を検出するロッド側圧力センサをさらに備え、
    前記制御装置は、前記移動物が自重で下降する場合に、前記ロッド側圧力センサで検出される圧力が所定値となるように前記サーボアンプへ回生トルク指令を出力する、請求項７〜１０の何れか一項に記載の液圧システム。
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