JP6104728B2 - プレスシリンダの油圧制御方法及びプレスシリンダの油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレスシリンダの油圧制御方法及びプレスシリンダの油圧制御装置に関するものである。

従来より、上型と下型との間に成形材料を一定の保持圧力で所定時間保持してゴム成型品や焼結金属成型品などを成型するようにプレスシリンダを制御する油圧制御方法は知られている。例えば、特許文献１の圧力一定制御回路装置のように逆止弁等を用いて油圧シリンダの押出側の圧力を一定に保つようにするものが知られている。

実開昭６３ー２５８０３号公報

しかしながら、従来のプレスシリンダの油圧制御方法では、プレスシリンダを逆止弁の作用により逆流を防止して保持した状態で時間が経過すると、高圧油のリーク等により、徐々に押出側圧力室の圧力が低下してくる。

そうすると、圧力フィードバック制御により、再加圧を行って押出側圧力室内の圧力を保持圧力に戻す必要がある。

この場合、逆止弁の作用により、押出側圧力室と油圧ポンプとの吐出側圧力の関係が無くなった状態にあり、その状態から一気に保持圧力まで吐出圧力を上昇させると、押出側圧力室内は、下限圧力程度の圧力に保たれているため、逆止弁が開いて押出側圧力が保持圧力に達したときに油圧ポンプを急激に停止させても押出側圧力室内の圧力が保持圧力よりも一時的に上昇するという、オーバーシュート現象が起きてしまう。

そうすると、成型品に過度の荷重が加わって成型後の成型品の寸法に誤差が生じるなど、その品質を悪化させるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、オーバーシュートを防ぎながら、プレスシリンダの保持圧力を所定範囲内に保つことにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、保持圧力の低下後の再加圧の際に油圧ポンプを２段階で駆動するようにした。

具体的には、第１の発明では、保持圧力でプレスシリンダを保持するプレスシリンダの油圧制御方法を前提とし、
上記方法は、
油圧ポンプを駆動して上記プレスシリンダの押出側圧力室内を上記保持圧力にする初期加圧工程と、
上記押出側圧力室が上記保持圧力となった状態で逆止弁により保持する保持工程と、
上記保持工程の後、上記押出側圧力室内の圧力が上記保持圧力よりも低い下限圧力となったのを検知し、上記油圧ポンプを駆動して該油圧ポンプの吐出圧を上記下限圧力となるようにする第１加圧工程と、
上記油圧ポンプからの吐出圧が上記下限圧力となると、上記押出側圧力室内の圧力が上記保持圧力になるように再び上記油圧ポンプを駆動する第２加圧工程とを含む構成とする。

上記の構成によると、第１加圧工程で油圧ポンプの吐出圧を下限圧力まで上昇させてから第２加圧工程で押出側圧力室内の圧力を下限圧力から保持圧力へ上昇させるようにしているので、逆止弁が開いて高圧油が流れ込むことによる急激な圧力上昇であるオーバーシュートは露見せず、成型品の品質を悪化させることはない。なお、下限圧力は、成型品の材料、成形型の大きさ等から決定される。また吐出圧とは、油圧ポンプの吐出側の配管内の圧力をいう。

第２の発明では、第１の発明において、
所定時間内において上記第１加圧工程と、上記第２加圧工程とを繰り返す構成とする。

上記の構成によると、オーバーシュートを防ぎながら押出側圧力室内の圧力を下限圧力以上に保つことができるので、効率よく高品質の成型品を成型することができる。

また、第３の発明では、保持圧力でプレスシリンダを保持するプレスシリンダの油圧制御装置を前提とし、
上記油圧制御装置は、
上記プレスシリンダの押出側圧力室内へ高圧油を吐出する油圧ポンプと、
上記油圧ポンプを駆動する電動機と、
上記電動機を回転制御するインバータと、
上記油圧ポンプの吐出圧を検出する一次圧検出センサと、
上記油圧ポンプの吐出側と上記押出側圧力室との間に配置された逆止弁と、
上記押出側圧力室内の圧力を検出する二次圧検出センサと、
上記二次圧検出センサの信号を受けて上記インバータを制御する制御部とを備え、
上記制御部は、
上記押出側圧力室内の圧力を上記保持圧力に保った後、二次圧検出センサが上記押出側圧力室内の圧力が上記保持圧力よりも低い下限圧力となったのを検知したのを受け、上記油圧ポンプを上記一次圧検出センサの圧力が上記下限圧力となるまで駆動し、その後、再び上記一次圧検出センサの圧力が上記保持圧力になるまで該油圧ポンプを駆動するように構成されている。

上記の構成によると、油圧ポンプの吐出圧を下限圧力まで上昇させてから再び下限圧力から保持圧力へ上昇させるようにしているので、逆止弁が開いたときの急激な圧力上昇であるオーバーシュートは露見せず、成型品の品質を悪化させることはない。

以上説明したように、本発明によれば、押出側圧力室内の圧力が保持圧力よりも低い下限圧力となったのを検知し、油圧ポンプを駆動してその吐出圧を下限圧力となるようにした後、再び保持圧力になるように油圧ポンプを駆動するようにしたので、オーバーシュートを防ぎながら、プレスシリンダの保持圧力を保って品質のよい成形型を得ることができる。

本発明の実施形態に係るプレスシリンダの油圧制御装置における圧力変化の様子を示すグラフである。 プレスシリンダの油圧制御装置の油圧回路図である。 プレス機の動作を示すフローチャートである。 比較例に係る図１相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図２は、本発明の実施形態に係るプレスシリンダ３の油圧制御装置の油圧回路図を示す。詳しくは図示しないが、例えばこのプレスシリンダ３は、ゴムシール成型装置に用いられるもので、上型１と下型２との間に加熱前のゴム材料を投入し、このゴム材料をプレスシリンダ３で押し上げられた下型２と、上型１とで挟み込み、加熱しながら一定の圧力を加えて成型するように構成されている。ゴムシール成型装置側では、プレスシリンダ３のシリンダロッド３ａの先端に下型２が接続されている。

本発明の実施形態のプレスシリンダ３の油圧制御装置は、一連の部品が１つにまとめられたパワーユニット４を備えている。このパワーユニット４は、プレスシリンダ３の押出側圧力室３ｂ内へ高圧油を吐出する油圧ポンプ５を備えている。この油圧ポンプ５は、特に限定されないが例えば、内接式歯車ポンプよりなる。そしてこの油圧ポンプ５を駆動する電動機６についても特に限定されないが、例えば三相誘導電動機よりなり、油圧ポンプ５と一体に結合されている。このため、カップリング等が必要なくコンパクトな構成となっている。

電動機６は、パワーユニット４外に設けたインバータ７により回転制御されるようになっている。同様にパワーユニット４外に設けられ、シーケンサ等を備えた制御部８によりインバータ７を制御可能となっている。制御部８の構成は特に限定されず、ゴムシール成型装置全体を制御するコントローラでもよい。

パワーユニット４には、油圧ポンプ５の吐出圧Ｐ１を検出する一次圧検出センサ９が設けられている。この一次圧検出センサ９の値Ｐ１を制御部８にフィードバックさせることで、電動機６の回転数又はトルクを制御して油圧ポンプ５の吐出圧Ｐ１を制御できるようになっている。

一方、プレスシリンダ３の押出側圧力室３ｂに至る油圧配管には、二次圧検出センサ１０が設けられている。二次圧検出センサ１０の値Ｐ２を正確に保つことは、加圧される製品の仕上がり品質を保つ上で重要となっている。

そして、パワーユニット４内の油圧ポンプ５の吐出側と押出側圧力室３ｂとの間には、例えば４ポート２位置切換弁１１が配置されている。４ポート２位置切換弁１１は、４ポート３位置切換弁で構成してもよい。この４ポート２位置切換弁１１と押出側圧力室３ｂとの間には、逆止弁としてのパイロットチェックバルブ１２が設けられている。プレスシリンダ３の押下側圧力室３ｃ側の油圧配管は４ポート２位置切換弁１１に直接接続されている。パイロットチェックバルブ１２は、油圧ポンプ５の吐出圧Ｐ１が押出側圧力（二次圧検出センサ１０の値Ｐ２）よりも低くなったときに、逆流を防止するために自動で閉じられるようになっている。パイロットチェックバルブ１２が閉じられると、油圧ポンプ５とプレスシリンダ３との接続は切断されるので、二次圧検出センサ１０の値Ｐ２と一次圧検出センサ９の値Ｐ１との関連性が無くなる。

制御部８は、押出側圧力室３ｂ内の圧力Ｐ２が保持圧力となってパイロットチェックバルブ１２が閉じられた後、二次圧検出センサ１０が、押出側圧力室３ｂ内の圧力Ｐ２が保持圧力よりも低い下限圧力となったのを検知したのを受け、油圧ポンプ５を一次圧検出センサ９の圧力Ｐ１が下限圧力となるまで駆動し、その後、一次圧検出センサ９の圧力Ｐ１が保持圧力になるまで油圧ポンプ５を駆動するように構成されている。

−プレスシリンダの油圧制御方法−
次に、本実施形態に係るプレスシリンダ３の油圧制御方法について具体的に説明する。

図３に示すように、まず、ステップＳ０１において、下型２に加熱（加硫）前のゴム材料を載置する。

次いで、ステップＳ０２の初期加圧工程において、油圧ポンプ５を駆動してプレスシリンダ３の押出側圧力室３ｂ内を保持圧力にする。図１に示すように、一次圧検出センサ９の値Ｐ１及び二次圧検出センサ１０の値Ｐ２が２段階で上昇しているが、これは、プレスシリンダ３に自重等の抵抗が加わって所定時間圧力が上昇しないためである。このように、プレスシリンダ３を動作させている状況では、吐出圧と押出側圧が同じであるため、パイロットチェックバルブ１２は開いた状態であり、オーバーシュートを発生させずに制御を行うことが容易となる。

次いで、ステップＳ０３の保持工程において、押出側圧力室３ｂが保持圧力（例えば２１ＭＰａ）となった状態で所定時間保持する。その後、電動機６の回転を停止する。この状態で、成型材料が保持圧力で加熱される。そして、理論的にはパイロットチェックバルブ１２が閉じて逆流を防止するので、押出側圧力室３ｂ内の圧力Ｐ２は保持圧力に保たれる。

しかし、図１に破線で示すように、パイロットチェックバルブ１２等から高圧油がリークし、二次圧検出センサ１０の値Ｐ２が徐々に低下する。

そして、ステップＳ０４において、二次圧検出センサ１０は、押出側圧力室３ｂ内の圧力Ｐ２が保持圧力よりも低い下限圧力（例えば、１９．５ＭＰａ）となったのを検知すると、制御部８に信号を送る。

次いで、ステップＳ０５の第１加圧工程において、制御部８が、電動機６を再び回転させて油圧ポンプ５を駆動し、一次圧検出センサ９で検出される油圧ポンプ５の吐出圧Ｐ１が下限圧力と等しくなるようにインバータ７を制御する。そして、制御部８の制御により、一次圧検出センサ９の値Ｐ１が下限圧力に近付くと電動機６の回転数が低下する。このとき、電動機６の回転を完全に止めてもよいし、回転させていてもよい。

次いで、ステップＳ０６において、制御部８は、一次圧検出センサ９の値Ｐ１が下限圧力になったのを受信する。下限圧力を超えると、パイロットチェックバルブ１２が自然に開いて高圧油が押出側圧力室３ｂに流れ込む。

次いで、ステップＳ０７における第２加圧工程において、制御部８が一次圧検出センサ９の値Ｐ１が保持圧力になるように電動機６を回転させて油圧ポンプ５を駆動する。パイロットチェックバルブ１２を通って高圧油が流れ込むときには、一次圧検出センサ９の値Ｐ１と二次圧検出センサ１０の値Ｐ２とは、すでにほぼ同じ値を指している。そして、そこから保持圧力まで圧力Ｐ１，Ｐ２が上昇するので、図４に示すようにはオーバーシュートが露見せず、図１のような圧力変化を示す。なお、下限圧力の上限は保持圧力の９７％以下が好ましい。下限圧力を高くしすぎると、保持圧力との差が小さくなり、オーバーシュートが発生する可能性がある。

次いで、ステップＳ０８において、所定時間経過したかを判定する。所定時間経過していない場合には、ステップＳ０３に戻って、第１加圧工程と第２加圧工程とを繰り返す。

一方、ステップＳ０８において、所定時間経過した場合、次のステップＳ０９において脱荷重工程が行われる。この脱荷重工程では、４ポート２位置切換弁１１を切り換えて押下側圧力室３ｃに高圧油を送り込んでプレスシリンダ３を縮小させて成型品内に発生するガスを抜く。

次いで、ステップＳ１０において、所定回数脱荷重が行われたかを判定する。所定回数行われていない場合には、ステップＳ０２に戻って再加圧が行われる。所定回数行われている場合には、ステップＳ１１において、型開きが行われる。

このように、本実施形態に係るプレスシリンダ３の油圧制御方法によると、押出側圧力室３ｂ内の圧力Ｐ２が保持圧力よりも低い下限圧力となったのを検知し、油圧ポンプ５を駆動してその吐出圧Ｐ１を下限圧力となるようにした後、再び圧力Ｐ１が保持圧力になるように油圧ポンプ５を駆動するようにしたので、オーバーシュートを防ぎながら、プレスシリンダ３の保持圧力を保つことができる。

−比較例−
一方、図４に示す比較例では、ステップＳ０５において、いきなり一次圧検出センサ９の値Ｐ１が保持圧力と等しくなるように電動機６が回転され油圧ポンプ５から高圧油が吐出される。

そして、一次圧検出センサ９の値Ｐ１が下限圧力を超えると、逆止弁が開いて一気に押出側圧力室３ｂに高圧油が流れ込む。そして、一次圧検出センサ９の値Ｐ１が保持圧となったときに電動機６の回転を完全に停止する。

しかしながら、電動機６の回転制御を一次圧検出センサ９の値Ｐ１をフィードバックして行っており、電動機６を回転し始めたときには、二次圧検出センサ１０の値Ｐ２は、下限圧力近傍にあってそこから急に逆止弁が開いて保持圧力まで上昇する。このため、オーバーシュートが発生し、二次圧検出センサ１０の値Ｐ２が保持圧力よりも一時的に上昇してしまう。押出側圧力室３ｂ内の圧力Ｐ２がいったん上昇してしまうとすぐには低減されず、破線のように徐々に低下していく。

すると、成型品に所望の荷重よりも大きな荷重が加わって成型品の品質が悪化してしまう。

したがって、本発明の実施形態のプレスシリンダの油圧制御方法及びプレスシリンダの油圧制御装置は、比較例のようなオーバーシュートを確実に防止し、極めて高品質の成型品を成型することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、第１加圧と第２加圧とを２回繰り返しているが、この回数は限定されず、１回だけ、又は３回以上でもよい。

上記実施形態では、第２加圧工程において、制御部８が一次圧検出センサ９の圧力Ｐ１が保持圧力になるように電動機６を回転させて油圧ポンプ５を駆動するようにしたが、二次圧検出センサ１０の圧力Ｐ２が保持圧力になるように油圧ポンプ５を駆動してもよい。
これは、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２は逆止弁１２が開いているときには同じ圧力になっているからである。

上記実施形態では、ゴムシール成型装置に用いられるプレスシリンダ３について説明したが、焼結金属成型装置に用いられるプレスシリンダであってもよい。また、上記実施形態では、脱荷重工程を有しているが、この脱荷重工程はなくてもよい。

上記実施形態では、油圧ポンプ５は、内接式歯車ポンプとしたが、ピストン型ポンプ等他の形式のポンプでもよい。また、電動機６は、三相誘導電動機としたがサーボモータなど他の形式の電動機でもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、ゴム成型品や焼結金属成型品などを成型するためのプレスシリンダの油圧制御方法及びプレスシリンダの油圧制御方法について有用である。

１ 上型
２ 下型
３ プレスシリンダ
３ａ シリンダロッド
３ｂ 押出側圧力室
３ｃ 押下側圧力室
４ パワーユニット
５ 油圧ポンプ
６ 電動機
７ インバータ
８ 制御部
９ 一次圧検出センサ
１０ 二次圧検出センサ
１１ ４ポート２位置切換弁
１２ パイロットチェックバルブ（逆止弁）

Claims (3)

1. 保持圧力でプレスシリンダを保持するプレスシリンダの油圧制御方法において、
   油圧ポンプを駆動して上記プレスシリンダの押出側圧力室内を上記保持圧力にする初期加圧工程と、
   上記押出側圧力室が上記保持圧力となった状態で逆止弁により保持する保持工程と、
   上記保持工程の後、上記押出側圧力室内の圧力が上記保持圧力よりも低い下限圧力となったのを検知し、上記油圧ポンプを駆動して該油圧ポンプの吐出圧を上記下限圧力となるようにする第１加圧工程と、
   上記油圧ポンプからの吐出圧が上記下限圧力となると、上記押出側圧力室内の圧力が上記保持圧力になるように再び上記油圧ポンプを駆動する第２加圧工程とを含む
   ことを特徴とするプレスシリンダの油圧制御方法。
2. 請求項１に記載のプレスシリンダの油圧制御方法において、
   所定時間内において上記第１加圧工程と、上記第２加圧工程とを繰り返す
   ことを特徴とするプレスシリンダの油圧制御方法。
3. 保持圧力でプレスシリンダを保持するプレスシリンダの油圧制御装置において、
   上記プレスシリンダの押出側圧力室内へ高圧油を吐出する油圧ポンプと、
   上記油圧ポンプを駆動する電動機と、
   上記電動機を回転制御するインバータと、
   上記油圧ポンプの吐出圧を検出する一次圧検出センサと、
   上記油圧ポンプの吐出側と上記押出側圧力室との間に配置された逆止弁と、
   上記押出側圧力室内の圧力を検出する二次圧検出センサと、
   上記二次圧検出センサの信号を受けて上記インバータを制御する制御部とを備え、
   上記制御部は、
   上記押出側圧力室内の圧力を上記保持圧力に保った後、二次圧検出センサが上記押出側圧力室内の圧力が上記保持圧力よりも低い下限圧力となったのを検知したのを受け、上記油圧ポンプを上記一次圧検出センサの圧力が上記下限圧力となるまで駆動し、その後、再び上記一次圧検出センサの圧力が上記保持圧力になるまで該油圧ポンプを駆動するように構成されている
   ことを特徴とするプレスシリンダの油圧制御装置。

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