JP3782710B2 - 油圧プレス装置 - Google Patents

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    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/88—Control measures for saving energy

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧プレス装置に関し、特に板金成形用に適した油圧プレス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のドア、フード、トランクリッド等を製作するには、インナー部品とアウター部品を縁部でかしめるヘムプレス加工（Ｈｅｍ−Ｐｒｅｓｓ）が行われ、これらの加工には油圧プレス機械が用いられる。従来の油圧プレス機械では誘導電動機で油圧ポンプを絶えず駆動し、油圧シリンダに送油しないときにはアンロード弁で圧油をタンクに戻していた。このため、油温が上昇し、作動油を冷却する水冷クーラー等を必要とすると共に、エネルギー消費（電力消費）も大であった。
【０００３】
これら油圧プレス機械において単一の油圧シリンダを用いると金型の昇降に多量の圧油を要し、金型の昇降工程に多くの時間を要し生産性が落ちるという問題点がある。このため、特開２０００−２５４７９９号公報（第１の公報）では、ねじ式スライド駆動装置１５と油圧シリンダ式スライド駆動装置２２を並列に設置し、急速昇降駆動にはねじ式スライド駆動装置１５を用い、ワークの加圧時にのみ油圧シリンダ式スライド駆動装置２２を使用するものが提案されている。また、特開平１０−２６３８８８号公報（第２の公報）には、昇降用の急速シリンダ３６とワーク加圧用の加圧シリンダ３７を用いたものが提案されている。さらに、特開平１０−１８０４９９号公報（第３の公報）には、ワーク加圧用の第１シリンダと２４下降用の第２シリンダ２５と上昇用シリンダ２６の３つのシリンダを備え、交流サーボモータ１８で油圧ポンプ１７を駆動するようにしラム６の位置を精密に制御するようにしたものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１の公報のものは、電気モータ１２で駆動されるねじ１５と油圧シリンダ２２が併設され、構造や制御が複雑になるという問題点があった。上記第２の公報のものは、２つのシリンダ３６、３７が直列に接続されシリンダの高さが高く大型のものになるという問題点、サーボバルブ５２で油圧、油量を調節しているためエネルギーロスが大きくなるという問題点があった。上記第３の公報のものは、交流サーボモータ１８を用いているが、交流サーボモータ１８に結合される油圧ポンプ１７は一方向に吐出するタイプのもので逆方向に吐出できるタイプのものではない。このため、交流サーボモータ１８では回転数とトルクのみの制御を行い、逆転制御を行うものではない。したがって、各シリンダ２４、２５，２６からの戻り油はタンク１６に戻されており、ここでエネルギーロス、油温の上昇が生じていた。
【０００５】
そこで、本発明は、作動油の温度の上昇が少なく水冷クーラー等を必要とせず、コンパクトで省エネルギーを実現できる油圧プレス装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のうち第１の実施態様の発明は、図２に例示するように、受圧面積の小さな往道用の第１のシリンダ室５１と、第１のシリンダ５１と同じ受圧面積を有する復道用の第２のシリンダ室５２と、受圧面積の大きな往道用の第３のシリンダ室５３と、各シリンダ室を区画する一体のピストン体５４とを有する多重シリンダ５０と、正逆両方向に作動油を圧送可能な定容積型可逆の油圧ポンプ７及びその油圧ポンプ７を正逆両方向に回転駆動するサーボモータ６と、前記第１のシリンダ室５１と前記第２のシリンダ室５２とを前記油圧ポンプ７を介して連結するクローズド油圧回路３１、３４と、前記第３のシリンダ５３と油タンク１とを自動供給弁２３を介して連結する自動供給油圧回路３２と、前記油圧ポンプ７の一方の吐出口と第３のシリンダ室５３とをチェック弁２７を介して連結する加圧油圧回路３５と、前記第３のシリンダ５３の油圧を検出する圧力センサー２８と、前記圧力センサー２８からの信号に基づいて前記サーボモータを６制御する制御装置８０と、前記制御装置８０が、ワークの塑性変形が終了した状態で前記ピストン体５４の押圧力を前記油圧ポンプ７の最大出力以下の所定圧に所定時間保持するように前記サーボモータ６を制御する加圧保持手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このように形成すると、第１のシリンダ室５１は早送り及び加圧用の、第２のシリンダ室５２は早戻し用の、第３のシリンダ室５３は加圧用のシリンダとしてそれぞれ用いられる。早送り時には、第２のシリンダ室５２から油圧回路３１、油圧ポンプ７、油圧回路３４そして第１のシリンダ５１に至るクローズド油圧回路が形成される。ここで、第１のシリンダ室５１の受圧面積と第２のシリンダ室５２の受圧面積が等しくされているから、第２のシリンダ室５２から吐出される作動油の量と第１のシリンダ室５１に供給される作動油の量が等しい。このため、油圧ポンプ７から吐出される作動油は上記のクローズド油圧回路５２、３１、７、３４、５１を通過するのみで油タンク１に戻されることがない。したがって、エネルギーロスがなく作動油の油温が上昇することもない。なお、加圧用の第３のシリンダ室５３には自動供給油圧回路３２及び自動供給弁２３を経由して油タンク１の作動油が負圧により吸引される。
【０００８】
同様に、早戻し時には、第１のシリンダ室５１から油圧回路３４、油圧ポンプ７、油圧回路３１そして第２のシリンダ５２に至るクローズド油圧回路が形成される。油圧ポンプ７を逆転駆動することにより、第１のシリンダ室５１から第２のシリンダ室５２に作動油が送られ、ピストン体５４が後退する。このときも、エネルギーロスがなく作動油の油温が上昇することがない。なお、第３のシリンダ室５３の作動油は自動供給弁２３及び自動供給油圧回路３２を経由して油タンク１に逃がされる。このように、早送り時、早戻し時には作動油が第３のシリンダ室５３に自動的に吸引されたり排出されたりするから、油圧ポンプ７の吐出量が少なくて済み、油圧ポンプ７の小型化が図れる。
【０００９】
加圧時には、自動供給弁２３が閉じられる。そして、油圧ポンプ７と連通する油圧回路３４と第３のシリンダ室５３と連通する加圧油圧回路３５が接続される。そして、油圧ポンプ７を正転駆動することにより、作動油が第３のシリンダ室５３及び第１のシリンダ室５１に送られ、第３のシリンダ室５３の受圧面積と第１のシリンダ室５１の受圧面積とを加えた受圧面積で受ける圧力でもってピストン体５４を押し出す。このとき、圧力センサー２８で第３のシリンダ室５３の油圧を検出し、その圧力が適正となるようにサーボモータ６の回転数を制御する。このように、サーボバルブで油圧を制御するのではなく、サーボモータ６すなわち油圧ポンプ７の回転数及びトルクで油圧を制御しているので、エネルギーロスが少なく作動油の油温の上昇も僅かである。さらに、ワークによってプレス圧力を変更する等のタクトの変更も、制御装置８０内の設定を電気的に変更しサーボモータ６の回転数等の制御を変更するだけで変更でき容易である。
【００１０】
待機時には、サーボモータ６及び油圧ポンプ７は停止しており、アンロード弁で圧油を逃がすこともないから、エネルギーロスがなく作動油の油温が上昇することがない。このように、本発明の油圧プレス装置は、作動油の上昇がほとんどなく冷却装置もいらないことから、省エネルギーでコンパクトな装置を提供できるという効果を奏する。そして、前記制御装置８０が、ワークの塑性変形が終了した状態で前記ピストン体５４の押圧力を前記油圧ポンプ７の最大出力以下の所定圧に所定時間保持するように前記サーボモータ６を制御する加圧保持手段と、を備えることを特徴とすることができる。
さらに、前記制御装置８０が、前記加圧手段の後に、前記往動用各シリンダ室５１，５３の圧力が自然開放の場合よりゆっくりと所定時間掛けて下がるように前記サーボモータ６を制御するプレス圧抜き手段、を備えることを特徴とすることができる。このように構成すると、仕上がりの良いプレス加工品が得られるという顕著な効果を奏する。
【００１１】
ここで、第２の実施態様の発明のように、前記定容積型可逆の油圧ポンプ７が、ベーンポンプであることを特徴とすることができる。
このように形成すると、ベーンポンプは吐出圧力の脈動が小さいため、騒音が小さくなると共にプレスの加圧圧力が安定する。
【００１２】
ここで、第３の実施態様の発明のように、前記定容積型可逆の油圧ポンプ７が、ピストンポンプであることを特徴とすることができる。
このように形成すると、ピストンポンプは誤差の少ない吐出量が得られ、高回転かつ高圧力が得られるので、小型のシリンダでもって高速でかつ高圧力の油圧プレス装置が実現できる。
【００１３】
ここで、第４の実施態様の発明のように、図１を参照し、前記制御装置８０が、前記ピストン体５４若しくはピストン体５４と一体となったラム２０５、スライド２０４等の位置を検出する位置検出装置９１からの信号に基づき前記サーボモータ６を制御する手段を備えることを特徴とすることができる。
このように形成すると、ピストン体５４の高速移動から低速高圧力移動に移る場所等を正確に制御できる。また、タクトの変更も制御装置８０内の設定の変更で容易にできるようになる。
【００１４】
ここで、第５の実施態様の発明のように、図５を参照し、前記制御装置８０が、前記サーボモータ６の回転を検出する回転検出器９２と、その回転検出器９２の出力に基づき前記サーボモータ６の回転数の総和を記憶する手段と、その記憶された回転数の総和からラム２０５、スライド２０４の位置を特定し、特定されたラム２０５、スライド２０４の位置に基づき前記サーボモータ６を制御する手段を備えることを特徴とすることができる。
このように形成すると、前記第２のシリンダ室５２から油圧回路３１、油圧ポンプ７、油圧回路３４そして第１のシリンダ室５１に至るクローズド油圧回路が形成されており、油圧ポンプ７が定容積型可逆の油圧ポンプであるから、サーボモータ６の回転数の総和（逆転は負で数える）すなわち油圧ポンプ７の回転数の総和は、油圧ポンプ７からいずれかのシリンダ室５１、５２へ吐出された作動油の容積に対応する。したがって、回転数の総和によりピストン体５４の位置を特定することができ、ピストン体５４の高速移動から低速高圧力移動に移る場所等を正確に制御できる。また、タクトの変更も制御装置８０内の設定の変更で容易にできるようになる。さらに、検出器９２がサーボモータ６に付属するため配線の取り回しが簡易になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照し説明する。
図１は、本発明に係る油圧プレス装置を示す正面図である。ベッド２０１には４本のコラム２０２が立設され、コラム２０２の上にはクラウン２０３が固定されている。クラウン２０３上には油圧駆動ユニット１０、多重シリンダ５０とその付属機器からなるシリンダユニット２０が設置され、地上には油圧駆動ユニット１０を電気的に駆動制御する制御装置８０が載置される。コラム２０２には昇降自在にスライダ２０４が支承されている。スライダ２０４はラム２０５を介して多重シリンダ５０のピストン体５４に固定され、ピストン体５４の進退により昇降する。スライダ２０４にはその昇降位置を検出する位置検出装置９１が取り付けられている。ベッド２０１上にはボルスタ２０６が固定され、その上に下金型２０７が固定される。スライダ２０４には上板２０８が固定され、その下に上金型２０９が固定される。
【００１６】
図２は、油圧プレス装置の油圧回路図である。ここには、油圧駆動ユニット１０、シリンダユニット２０及びこれらを電気的に制御する制御装置８０が示されている。油圧駆動ユニット１０は、交流サーボモータ６と、その交流サーボモータ６により両方向に回転駆動され両方向に作動油が吐出されるベーンポンプからなる油圧ポンプ７と、油タンク１とを主な要素としている。交流サーボモータ６は出力１１Ｋｗ、２０００ｒｐｍのものである。油圧ポンプ７は高圧型のベーンポンプであり、最大吐出圧力３２Ｍｐａ、吐出量２８ｃｃ／ｒｅｖで両方向に吐出可能なポンプである。
【００１７】
油圧ポンプ７と直接接続する油圧通路として、油圧ポンプ７が正転駆動されたときに圧油が送られる正転側の油圧通路３４と、油圧ポンプ７が逆転駆動されたときに圧油が送られる逆転側の油圧通路３１とがある。逆転側の油圧通路３１にはチェックバルブ１０１、サクションフィルタ５を経由して油タンク１の作動油が吸引できるようになっている。正転側の油圧通路３４にはチェックバルブ１０２、サクションフィルタ５を経由して油タンク１の作動油が吸引できるようになっている。また、油圧リミッターとして、正転側の油圧通路３４にはリリーフバルブ１０４が設けられ、正転側の油圧通路３４の油圧が３１Ｍｐａを超えたときは作動油を油タンク１に戻すようになっている。同様に、逆転側の油圧通路３１にはリリーフバルブ１０３が設けられ、逆転側の油圧通路３１の油圧が１７Ｍｐａを超えたときは作動油を油タンク１に戻すようになっている。これらのリリーフバルブ１０３、１０４は安全弁として作用する。
【００１８】
正転側の油圧通路３４にはゲージバルブ１０５を介して油圧計１０６が接続されている。逆転側の油圧通路３１にはゲージバルブ１０７を介して油圧計１０８が接続されている。油タンク１には、オイルゲージ２、フィルター３、エアブレザー４が取り付けられている。
【００１９】
交流サーボモータ６は制御装置８０と電気配線により接続され、制御装置８０により正逆回転駆動される。油圧駆動ユニット１０とシリンダユニット２０とは、正転側の油圧通路３４と逆転側の油圧通路３１の他に油タンク１と連通する２つの油圧通路３２、３３の、４本の油圧通路３１、３２、３３、３４により接続されている。
【００２０】
シリンダユニット２０は多重シリンダ５０とその付属機器からなる。多重シリンダ５０はピストン体５４で区画された３つのシリンダ室５１、５２、５３を有する。中央部の円形の受圧面を持つ第１のシリンダ室５１は早送り及び加圧用のシリンダ室である。周辺部の環状の受圧面を持つ第２のシリンダ室５２は早戻し用のシリンダ室であり、その受圧面積は第１のシリンダ室５１の受圧面積と等しくされている。上部の第３のシリンダ室５３は大きな受圧面積を有する加圧用のシリンダ室である。
【００２１】
正転側の油圧通路３４は直接第１のシリンダ室５１に連通している。逆転側の油圧通路３１はチェックバルブ２１とカウンターバランス弁２２との並列回路を経由して第２のシリンダ室５２に連通している。カウンターバランス弁２２はリリーフバルブであり、第２のシリンダ室５２からの油圧が所定の圧力以上になったときに導通し第２シリンダ室５２の作動油を逆転側の油圧通路３１に逃がす。したがって、カウンターバランス弁のリリーフ圧を図１に示す上金型２０９等の重量に相当する圧力に調整することによりカウンターバランスをとることができる。そして、第１のシリンダ室５１と第２のシリンダ室５２との受圧面積が等しいから、第１のシリンダ室５１から、正転側の油圧通路３４、油圧ポンプ７、逆転側の油圧通路３１、チェックバルブ２１あるいはカウンターバランス弁２２、第２のシリンダ室５２に至るクローズド油圧回路が形成される。このクローズド油圧回路内の作動油に限って考えれば、油圧ポンプ７を正転させても逆転させても、作動油はクローズド油圧回路内を移動するだけで油タンク１等に移動することはない。
【００２２】
油タンク１からの油圧通路３２は自動供給弁２３を介して第３のシリンダ室５３に連通している。第１の電磁弁２４をオンとしたときに自動供給弁２３が開かれ、油タンク１から作動油を第３のシリンダ室５３に吸引したり、第３のシリンダ室５３から作動油を油タンク１に戻したりすることができる。第１の電磁弁２４をオフとすると第３のシリンダ室５３から作動油を油タンク１に戻すことが阻止される。油圧通路３２と自動供給弁２３は自動供給油圧回路を構成している。
【００２３】
正転側の油圧通路３４は、また、第２の電磁弁２５、スロットルチェックバルブ２６、チェックバルブ２７、油圧通路３５を経由して第３のシリンダ室５３に連結している。第２の電磁弁２５をオンとすると正転側の油圧通路３４の油圧が第３のシリンダ室５３に加えられる。油圧ポンプ７から油圧通路３４、第２の電磁弁２５、スロットルチェックバルブ２６、チェックバルブ２７、油圧通路３５を経由して第３のシリンダ室５３に至る油圧回路は加圧油圧回路を構成している。油圧通路３５には圧力センサー２８が取り付けられ、第３のシリンダ室５３の油圧が圧力センサー２８により電気信号に変えられ制御装置８０に送られる。また、第２の電磁弁２５の他方のポートは、油圧通路３３により油タンク１に連通され、第２の電磁弁２５をオフとしたときのサージ圧を逃がすようにしている。第１の電磁弁２４及び第２の電磁弁２５はそれぞれ制御装置８０に電気的に接続されオンオフ制御される。
【００２４】
図３は、シリンダユニット２０の正面図であり左半分を断面にして示している。図４は、シリンダユニット２０を示す側面図である。また、いずれの図も長さ方向は切断短縮して示している。シリンダ筒６１の上下に上フランジ６２と下フランジ６３が固定されている。上フランジ６２にはヘッドカバーブロック６４が固定されている。ヘッドカバーブロック６４の中心にはキッカーロッド６５がシリンダ筒６１の中心部に延伸して固定されている。キッカーロッド６５の中心には中心孔６５Ａが開けら、上下で開口している。シリンダ筒６１には、下からピストン体５４が嵌挿されている。ピストン体５４の中心には孔５４Ａが穿たれ、その孔５４Ａにキッカーロッド６５が入り込むように組み立てられる。ピストン体５４の外径は２段に形成され、上部はシリンダ筒６１の内径と等しいφ２６０（ｍｍ）とされ、下部は若干縮径してφ２４０（ｍｍ）とされている。キッカーロッド６５の外径はφ１００（ｍｍ）とされている。
【００２５】
キッカーロッド６５の外径部とピストン体５４の孔５４Ａとの間には、ピストン体５４の上方に第１のシール体６６が設けられ、油密に区画している。シリンダ筒６１の下端内径部にはピストン体５４の縮径部（φ２４０）との間に第２のシール体６７が設けられ、油密に区画している。また、ピストン体５４の上部の大径部（φ２６０）にはシリンダ筒６１の内径部と摺接する第３のシール体６８が設けられ、油密に区画している。この結果、シリンダ筒６１、ヘッドカバーブロック６４、キッカーロッド６５、ピストン体５４等で構成される多重シリンダ５０は、ピストン体５４の孔５４Ａとキッカーロッド６５で区画される円形の第１のシリンダ室５１と、シリンダ筒６１の内壁（φ２６０）とピストン体の縮径部（φ２４０）で区画される環状の第２のシリンダ室５２と、シリンダ筒６１の内壁、キッカーロッド６５の外壁、ピストン体５４の上面等で区画される環状の第３のシリンダ室５３とを有することになる。
【００２６】
ここで、第１のシリンダ室５１に作動油を供給するとピストン体５４を下降させるように働く。その有効受圧面積は、第１のシール体６６によりキッカーロッド体６５の外径部がシールされているから、キッカーロッド体６５の外径（φ１００）の断面積であるπ×２５ｃｍ2 ＝７８．５ｃｍ2 である。一方、第２のシリンダ室５２に作動油を供給するとピストン体５４を上昇させるように働く。第２のシリンダ室５２はφ２６０−φ２４０の環状であるから、その受圧面積はπ×（１３2 −１２2 ）＝π×（１６９−１４４）＝π×２５ｃｍ2 である。つまり、第１のシリンダ室５１の受圧面積と第２のシリンダ室５２の受圧面積は等しくなるように作られている。第３のシリンダ室５３（φ２６０）に作動油を供給するとピストン体５４を下降させるように働く。第３のシリンダ室５３に作動油を供給しピストン体５３に圧力を掛けるときは第１のシリンダ室５１にも作動油を供給し加圧するから、２つのシリンダ室５１、５３を合わせた受圧面積はπ×１３2 ＝π×１６９ｃｍ2 ＝５３０．７ｃｍ2 になる。
【００２７】
ヘッドカバーブロック６４の上には、圧力センサー２８が取り付けられたブロック、チェックバルブ２７のブロック、スロットルチェックバルブ２６のブロック、第２の電磁弁２５が積み上げられ一体とされている。また、ヘッドカバーブロック６４の右側面には自動供給弁２３が取り付けられる。図４を参照し、ヘッドカバーブロック６４の側部にカウンターバランス弁２２が取り付けられている。カウンターバランス弁２２からはパイプ６９によりシリンダ筒６１の側部に接続され、第２のシリンダ室５２に連通している。上記の部材によりシリンダユニット２０を構成している。
【００２８】
図５は、制御装置８０を示すブロック図である。制御装置８０は、全体を制御するコンピュータ（ＰＣ）８１、プレス条件等を入力するタッチパネル８２、交流サーボモータ６を回転駆動するサーボモータ制御装置８３、外部機器との入出力をするインターフェースパネル８４を有する。インターフェースパネル８４には第１の電磁弁２４、第２の電磁弁２５が接続されオンオフ制御される。また、インターフェースパネル８４には圧力センサー２８からの信号が入力され第３のシリンダ室５３の油圧が伝えられる。サーボモータ６にはロータリエンコーダ９２が取り付けられサーボモータ６の回転情報をインターフェースパネル８４に伝える。さらに、図１に示すスライド２０４の位置を検出するエンコーダからなる位置検出装置９１からの信号が入力される。
【００２９】
以上の構成に基づき、作動について説明する。図６は、作動を説明する動作線図である。図６において縦軸はピストン体５４すなわちスライダ２０４の下降距離（ｍｍ）を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）である。折れ線３００〜３０８、４００〜４０８はスライダ２０４の下降上昇を示し、実線で示す折れ線３００〜３０８は本発明装置の作動を示し、破線で示す折れ線４００〜４０８は従来の三相誘導モータを用いた装置の作動を示す。ここでは、まず、実線で示す本発明装置の作動について図２を併せ参照し説明する。
【００３０】
実線３００は準備作動の工程である。ここでは、０．２秒の間に第１の電磁弁２４をオンとして自動供給弁２３が開くことができる状態にする。第２の電磁弁２５はオフのままである。
【００３１】
実線３０１はプレス高速下降の工程である。ここでは、交流サーボモータ６を正方向に２０００回転で高速回転させる。油圧ポンプ７から吐出される作動油は正転側の油圧通路３４を経由して第１のシリンダ室５１に送られる。一方、第２のシリンダ室５２から吐出される作動油はカウンターバランス弁２２、逆転側の油圧通路３１を経由して油圧ポンプ７に戻される。ここで、第１のシリンダ室５１の受圧面積と第２のシリンダ室５２の受圧面積は等しくされているから、第２のシリンダ室５２から、カウンターバランス弁２２、逆転側の油圧通路３１、油圧ポンプ７、正転側の油圧通路３４、第１のシリンダ室５１に至る閉回路が形成され、第２のシリンダ室５２から排出される作動油はすべて油圧ポンプ７を経由して第１のシリンダ室５１に注入される。第３のシリンダ室５３には、油圧通路３２、自動供給弁２３を経由して油タンク１の作動油が吸引される。
【００３２】
プレス高速下降は、ピストン体５４が約５００ｍｍ下降するまで続けられる。この間、油圧ポンプ７の吐出圧力は３．５Ｍｐａでピストン体５４の押圧力は２．７トンである。ピストン体５４の下降速度は１０８ｍｍ／ｓで高速下降に４．７秒の時間が掛かる。約５００ｍｍ下降すると位置検出装置９１がそれを検出し、制御装置８０が交流サーボモータ６を低速回転にする。この結果、プレス低速下降の工程に移行する。
【００３３】
実線３０２はプレス低速下降の工程である。ここでは、油圧回路は前のままで交流サーボモータ６の回転数が落とされ、ピストン体５４は減速されて５０ｍｍ／ｓで１．８秒間下降する。このとき、油圧ポンプ７の吐出圧は最大２０Ｍｐａまで上昇できるように交流サーボモータ６が制御され、ピストン体５４の最大押圧力は１５．７トンになる。プレス低速下降は約６００ｍｍの位置まで続けられ、この間の時間は１．８秒である。
【００３４】
実線３０３はプレス加圧の工程である。ここでは、第１の電磁弁２４をオフとし第２の電磁弁２５をオンとする。その結果、自動供給弁２３が閉じられ第２の電磁弁２５が開かれる。この結果、油圧ポンプ７から吐出される作動油は、正転側の油圧通路３４を経由して第１のシリンダ室５１に送られると共に、加圧油圧通路３５を経由して第３のシリンダ室５３に送られる。径φ２６０の大径の第３のシリンダ室５３に送られる作動油は、油タンク１からサクションフィルター５、チェックバルブ１０１、油圧通路３１を経由して吸入し油圧ポンプ７に供給される。油圧ポンプ７から吐出される作動油が供給されるシリンダ室５１。５３の有効受圧面積が大きくなるためピストン体５４の下降速度はさらに低下し、ゆっくり７．８ｍｍ／ｓで１．３秒間下降する。このとき、油圧ポンプ７の吐出圧は最大２９．０Ｍｐａまで上昇できるように交流サーボモータ６が制御され、ピストン体５４の最大押圧力は１５３．９トンになる。この間に、下金型２０７上に載置されたワークが上金型２０９で押圧され塑性変形する。上金型がゆっくり下降することにより塑性変形するワークの素材の流れが整い、プレス加工の仕上がりが良くなる。
【００３５】
実線３０４はプレス加圧保持の工程である。ここでは、ワークの塑性変形が終了し上金型２０９がワークを押し切った状態である。ピストン体５４が止まった状態で交流サーボモータ６を制御し油圧ポンプ７の吐出圧を所定圧たとえば２９．０Ｍｐａに保持し、ピストン体５４の押圧力を１５３．９トンに保持する。このプレス加圧保持は１．０秒間続けられる。
【００３６】
実線３０５はプレス圧抜きの工程である。ここでは、約１秒掛けてゆっくりシリンダ室５１、５３の圧力を０Ｍｐａ近くまで下げる。これは交流サーボモータ６の回転を制御することにより行われる。シリンダ室５１、５３の圧力が０Ｍｐａになると第２の電磁弁２５をオフとして残圧を逃がす。この工程により仕上がりの良いプレス加工品が得られる。
【００３７】
実線３０６はプレス低速上昇の工程である。ここでは、第１の電磁弁２４がオンとされ、第３のシリンダ室５３の作動油が自動供給弁２３、油圧通路３２を経由して油タンク１に逃げることができるようにする。そして交流サーボモータ６を低速で逆転駆動することにより、第１のシリンダ室５１から、正転側の油圧通路３４、油圧ポンプ７、逆転側の油圧通路３１、チェックバルブ２１を経て第２のシリンダ室５２に至る閉回路を通り、作動油が第２のシリンダ室５２に供給されてピストン体５２が約５００ｍｍの位置まで上昇する。第３のシリンダ室５３の作動油は油タンクに戻される。この間の所要時間は３．１秒、上昇速度は３３．２ｍｍ／ｓであり、ピストン体５４の上昇力は１３．３トンである。
【００３８】
実線３０７はプレス高速上昇の工程である。ここでは、油圧回路は前のままで、交流サーボモータ６が高速で逆転駆動される。これによりピストン体５４は上昇端まで上昇し停止する。この間の所要時間は６．３秒、上昇速度は８０．０ｍｍ／ｓであり、ピストン体５４の上昇力は１３．３トンである。
【００３９】
実線３０８は待機工程である。この間にワークの交換等が行われる。待機工程では交流サーボモータ６は停止したままで油圧ポンプ７も停止しているので、無駄な作動油の流れはなく、省エネルギーが達成できる。また、実線３００〜３０７の１サイクルに要する時間は総時間として１９．４秒であった。
【００４０】
このように、本実施の形態では油圧ポンプ７としてベーンポンプを使用しているので油圧の脈動が少なく、騒音値も６８ｄＢと静かなプレス装置とすることができた。また、上記のように、プレス加圧工程３０３，プレス加圧保持工程３０４以外の高速下降、高速上昇等の工程は作動油を第３のシリンダ室５３に自動吸引、自動排出させているから、油圧ポンプ７の吐出量が少なくて済み、油圧ポンプ７の小型化ができた。さらに、最大圧力３２Ｍｐａの高圧のベーンポンプを用いているので低騒音かつコンパクトにできた。また、油圧プレス装置のタクトの変更や調整は制御装置８０内のタッチパネル８２から容易に行うことができ、ワークの変更等に対処するのも容易である。
【００４１】
図６に破線で示した従来のプレス機の作動について簡単に説明する。破線４００〜４０８は実線３００〜３０８にそれぞれ対応し、破線４００は準備作動、破線４０１はプレス高速下降、破線４０２はプレス低速下降、破線４０３はプレス加圧、破線４０４はプレス加圧保持、破線４０５はプレス圧抜き、破線４０６はプレス低速上昇、破線４０７はプレス高速上昇、破線４０８は待機工程をそれぞれ示している。破線３００〜３０７の１サイクルに要する時間は総時間として２６．３秒であった。
【００４２】
従来の１５０トンプレス機では２２Ｋｗの交流誘導モータを用いている。交流誘導モータは１２００回転の一定回転数で油圧ポンプを回転駆動し、負荷トルクに応じて電流値を増やし出力を増加させる。つまり、従来は油圧ポンプは一定方向に定速で回転しっぱなしであり、油圧回路のバルブの切り替えで上記４００〜４０８の作動をさせてきた。このため、高圧の作動油を油タンクに逃がしたりする必要が生じ、エネルギーロスを生じていた。
【００４３】
たとえば、高圧でワークを押し付け静止している破線４０４のプレス加圧保持の際には１５，７３０kcal/hの発熱量が生じていた。これに対して、本発明装置では実線３０４のプレス加圧保持の際には２０４kcal/hしか発熱しなかった。これは、交流サーボモータ６の回転を制御して圧力を制御しているからである。また、破線４０８の待機工程では、アンロード弁で作動油をすべて油タンクに戻さなければならないので、１，８７５kcal/hの作動油の発熱を生じる。これに対して、本発明装置では実線３０８の待機工程では油圧ポンプ７は停止しており作動油の発熱量は０kcal/hである。待機工程はワークの交換等でかなりの時間を要するから、このエネルギーロスは機械の全稼働時間で考えるとかなりの量になる。
【００４４】
以上述べた実施の形態では油圧ポンプ７をベーンポンプとして説明したが、油圧ポンプ７としてピストンポンプを用いてもよい。ピストンポンプは、ベーンポンプに比べて脈動はやや大きくなるが、高い圧力を出すことができ、また、高回転まで使用できる特徴がある。
【００４５】
同じシリンダユニット５０を用いて発明者が実験した例では、ピストンポンプとして最大吐出圧力４０Ｍｐａ、最大回転数５０００ｒｐｍ、吐出量２８ｃｃの両方向に吐出可能なポンプを用いた。サーボモータ６は同じ１１ｋｗ、２０００ｒｐｍのものも使用できるが、高速回転を利用するため１５ｋｗ、５０００ｒｐｍのものを用いた。この結果、図６に示す高速下降３０１、高速上昇３０７のスピードが２倍以上になった。また、プレス加圧３０３、プレス加圧保持３０４では油圧ポンプ７の吐出圧を４０．０Ｍｐａに保持し、ピストン体５４の押圧力を２００トンとすることができた。また、低速上昇３０６でのピストン体５４の上昇力は１５トンにまで向上した。ただ、騒音値はベーンポンプに比べて大きくなり、７５ｄＢとなった。それでも従来の油圧プレス機に比べると静かである。
【００４６】
図５に示すブロック図では、ピストン体５４の突出位置を検出する素子としてスライダ２０４の位置を直接検出するエンコーダ等の位置検出装置９１と、サーボモータ６に取り付けたロータリエンコーダ９２との２つを示したが、実際にはどちらか片方で良い。位置検出装置９１を用いると直接スライダ２０４の位置を検出し、プレス高速下降３０１からプレス低速下降３０２に移行する時点、プレス低速下降３０２からプレス加圧３０３に移行する時点、プレス低速上昇３０６からプレス高速上昇３０７に移行する時点をコンピュータ８１が判断しサーボモータ６等を制御する。この方式は制御が容易であるという利点がある。
【００４７】
ロータリエンコーダ９２を用いたものでは、サーボモータ６の回転数の総和（累積値）から油圧ポンプ７からいずれかのシリンダ室５１、５２へ吐出された作動油の容積を算出し、ピストン体５４の位置を算出する。そして、プレス高速下降３０１から低速下降３０２に移行する時点等を検出し制御する。この方式はロータリエンコーダ９２がサーボモータ６に付属するため配線の取り回しが簡易になるという利点がある。さらには、ロータリエンコーダ９２を特別に取り付けず、交流サーボモータ６を制御するサーボモータ制御装置８３が有する回転データをコンピュータ８１に直接取り込み交流サーボモータの回転数の総和を算出しても良い。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、クローズド油圧回路を構成し、サーボモータにより油圧ポンプを正逆両方向に制御するものであるから、作動油の温度の上昇が少なく水冷クーラー等を必要とせず、高速かつコンパクトで省エネルギーを実現できる油圧プレス装置を提供することができるという優れた効果がある。さらに、自動車のドア、フード、トランクリッド等を製作する際の、インナー部品とアウター部品を縁部でかしめるヘムプレス加工（Ｈｅｍ−Ｐｒｅｓｓ）において、仕上がりの良いプレス加工品が得られるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る油圧プレス装置を示す正面図である。
【図２】油圧プレス装置の油圧回路図である。
【図３】シリンダユニットの正面図であり左半分を断面にして示している。
【図４】シリンダユニットの側面図である。
【図５】制御装置を示すブロック図である。
【図６】作動を説明する動作線図である。
【符号の説明】
１ 油タンク
６ 交流サーボモータ
７ 油圧ポンプ
２３ 自動供給弁
２７ チェック弁
２８ 圧力センサー
３１ 逆転側の油圧通路
３２ 自動供給弁への油圧通路
３４ 正転側の油圧通路
３５ 加圧油圧通路
５０ 多重シリンダ
５１ 第１のシリンダ室
５２ 第２のシリンダ室
５３ 第３のシリンダ室
５４ ピストン体
８０ 制御装置

Claims (6)

  1. 受圧面積の小さな往道用の第１のシリンダ室と、第１のシリンダと同じ受圧面積を有する復道用の第２のシリンダ室と、受圧面積の大きな往道用の第３のシリンダ室と、各シリンダ室を区画する一体のピストン体とを有する多重シリンダと、
    正逆両方向に作動油を圧送可能な定容積型可逆の油圧ポンプ及びその油圧ポンプを正逆両方向に回転駆動するサーボモータと、
    前記第１のシリンダ室と前記第２のシリンダ室とを前記油圧ポンプを介して連結するクローズド油圧回路と、
    前記第３のシリンダと油タンクとを自動供給弁を介して連結する自動供給油圧回路と、
    前記油圧ポンプの一方の吐出口と第３のシリンダ室とをチェック弁を介して連結する加圧油圧回路と、
    前記第３のシリンダの油圧を検出する圧力センサーと、
    前記圧力センサーからの信号に基づいて前記サーボモータを制御する制御装置と、
    前記制御装置が、ワークの塑性変形が終了した状態で前記ピストン体の押圧力を前記油圧ポンプの最大出力以下の所定圧に所定時間保持するように前記サーボモータを制御する加圧保持手段と、
    を備えることを特徴とする油圧プレス装置。
  2. 前記制御装置が、前記加圧手段の後に、前記往動用各シリンダ室の圧力が自然開放の場合よりゆっくりと所定時間掛けて下がるように前記サーボモータを制御するプレス圧抜き手段、を備えることを特徴とする請求項１に記載の油圧プレス装置。
  3. 前記定容積型可逆の油圧ポンプが、ベーンポンプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧プレス装置。
  4. 前記定容積型可逆の油圧ポンプが、ピストンポンプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧プレス装置。
  5. 前記制御装置が、前記ピストン体若しくはピストン体と一体となったラム、スライド等の位置を検出する位置センサーからの信号に基づき前記サーボモータを制御する手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧プレス装置。
  6. 前記制御装置が、前記サーボモータの回転を検出する回転検出器と、その回転検出器の出力に基づき前記サーボモータの回転数の総和を記憶する手段と、その記憶された回転数の総和からラム、スライドの位置を特定し、特定されたラム、スライドの位置に基づき前記サーボモータを制御する手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧プレス装置。
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