JP6392172B2 - 液圧プレスおよび液圧プレスの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、液圧プレスおよび液圧プレスの制御方法に関する。さらに詳しくは、複数本の加圧シリンダを備える液圧プレスおよび液圧プレスの制御方法に関する。

一般に、大型油圧プレスには複数本の加圧シリンダが搭載されている。そして、ワークの成形に必要な加圧力に応じて、作動油を供給する加圧シリンダの本数を選択している（例えば、特許文献１）。

３本の加圧シリンダを並べてそれらのラムをスライドに固定した構成を有する油圧プレスは、以下の３の加圧能力モードを有する。
・低圧モード：中央１本の加圧シリンダに作動油を供給するモード
・中圧モード：両側２本の加圧シリンダに作動油を供給するモード
・高圧モード：３本全ての加圧シリンダに作動油を供給するモード

いずれの加圧能力モードにおいてもポンプから供給される作動油の流量は同じであるから、作動油を供給する加圧シリンダの数が多い加圧能力モードほど加圧速度が遅くなる。したがって、３つの加圧能力モードのうち、ワークの成形に必要な最大加圧力を超える必要最低限の加圧能力モードを選択することにより、必要な加圧能力を得るとともに、加圧速度を速くできる。

ところで、ワークに成形に必要な力は、スライドの上限位置からのスライドストロークの増加に伴って増加し、スライドの下限位置近傍でさらに急激に増加する。すなわち、ワークに成形に必要な力は、成形工程のほとんどにおいて最大加圧力よりも十分に低い。ここで、成形工程とはプレスの１サイクルにおけるワークの成形を行う工程である。また、最大加圧力とはワークの成形に必要な力が最大となる際にプレスが発生する加圧力である。

上記のような従来の加圧能力モードの選択方法では、成形工程の全ての期間において最大加圧力を超える加圧力を発生できる加圧能力モードで運転する。そのため、スライドの下限位置近傍以外にスライドが位置する際には、必要以上の加圧力を発生できる加圧能力モードで運転しており、その分加圧速度が遅い。すなわち、ワークの成形に要する時間が長くなるという問題がある。なお、加圧速度とはスライドの移動速度である。

これに対して、特許文献２には、成形工程の途中で加圧能力モードを切り替えることが開示されている。成形工程の初期においてワークの成形に必要な最大加圧力を下回る加圧能力モードで運転することで、加圧速度が向上する。また、ポンプ台数を削減しても、加圧速度を速くできるので、省エネルギー化ができる。

特開２００２−１７２５００号公報 特開２０１１−１４７９４８号公報

しかし、成形工程の途中で加圧能力モードを切り替えると、切り替え時にスライドストロークや加圧力が急激に変化する場合がある。スライドの下限位置近傍でスライドストロークや加圧力が急激に変化するとワークに過大な加圧力が加わり、加圧成形の精度が低下するおそれがある。

本発明は上記事情に鑑み、加圧速度を向上できるとともに、精度の高い加圧成形ができる液圧プレスおよび液圧プレスの制御方法を提供することを目的とする。

第１発明の液圧プレスは、複数本の加圧シリンダと、前記複数本の加圧シリンダの駆動により動作するスライドと、前記複数本の加圧シリンダに選択的に作動流体を供給する液圧回路と、前記液圧回路を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、作動流体が供給されている切替元加圧シリンダ群から加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替えた直後のスライドストロークを推定し、前記スライドストロークの推定値が成形完了位置設定値と一致した時に、前記切替元加圧シリンダ群から前記切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替えることを特徴とする。
第２発明の液圧プレスは、複数本の加圧シリンダと、前記複数本の加圧シリンダの駆動により動作するスライドと、前記複数本の加圧シリンダに選択的に作動流体を供給する液圧回路と、前記液圧回路を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、作動流体が供給されている切替元加圧シリンダ群から加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替えた直後の加圧力を推定し、前記加圧力の推定値が最大加圧力設定値と一致した時に、前記切替元加圧シリンダ群から前記切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替えることを特徴とする。
第３発明の液圧プレスは、複数本の加圧シリンダと、前記複数本の加圧シリンダの駆動により動作するスライドと、前記複数本の加圧シリンダに選択的に作動流体を供給する液圧回路と、前記液圧回路を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、作動流体が供給されている切替元加圧シリンダ群の液圧が設定圧力を超えた時に、前記切替元加圧シリンダ群から加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替えた直後のスライドストロークを推定し、前記スライドストロークの推定値が成形完了位置設定値以下である場合は、前記切替元加圧シリンダ群から前記切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替え、前記スライドストロークの推定値が成形完了位置設定値を超える場合は、作動流体の供給先を切り替えないことを特徴とする。
第４発明の液圧プレスは、複数本の加圧シリンダと、前記複数本の加圧シリンダの駆動により動作するスライドと、前記複数本の加圧シリンダに選択的に作動流体を供給する液圧回路と、前記液圧回路を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、作動流体が供給されている切替元加圧シリンダ群の液圧が設定圧力を超えた時に、前記切替元加圧シリンダ群から加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替えた直後の加圧力を推定し、前記加圧力の推定値が最大加圧力設定値以下である場合は、前記切替元加圧シリンダ群から前記切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替え、前記加圧力の推定値が最大加圧力設定値を超える場合は、作動流体の供給先を切り替えないことを特徴とする。
第５発明の液圧プレスは、第１、第２、第３または第４発明において、前記複数本の加圧シリンダは、それぞれのロッドが連結されたタンデム形シリンダを構成することを特徴とする。
第６発明の液圧プレスの制御方法は、複数本の加圧シリンダの駆動によりスライドを動作させる液圧プレスの制御方法であって、作動流体が供給されている切替元加圧シリンダ群から加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替えた直後のスライドストロークを推定し、前記スライドストロークの推定値が成形完了位置設定値と一致した時に、前記切替元加圧シリンダ群から前記切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替えることを特徴とする。
第７発明の液圧プレスの制御方法は、複数本の加圧シリンダの駆動によりスライドを動作させる液圧プレスの制御方法であって、作動流体が供給されている切替元加圧シリンダ群から加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替えた直後の加圧力を推定し、前記加圧力の推定値が最大加圧力設定値と一致した時に、前記切替元加圧シリンダ群から前記切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替えることを特徴とする。
第８発明の液圧プレスの制御方法は、複数本の加圧シリンダの駆動によりスライドを動作させる液圧プレスの制御方法であって、作動流体が供給されている切替元加圧シリンダ群の液圧が設定圧力を超えた時に、前記切替元加圧シリンダ群から加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替えた直後のスライドストロークを推定し、前記スライドストロークの推定値が成形完了位置設定値以下である場合は、前記切替元加圧シリンダ群から前記切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替え、前記スライドストロークの推定値が成形完了位置設定値を超える場合は、作動流体の供給先を切り替えないことを特徴とする。
第９発明の液圧プレスの制御方法は、複数本の加圧シリンダの駆動によりスライドを動作させる液圧プレスの制御方法であって、作動流体が供給されている切替元加圧シリンダ群の液圧が設定圧力を超えた時に、前記切替元加圧シリンダ群から加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替えた直後の加圧力を推定し、前記加圧力の推定値が最大加圧力設定値以下である場合は、前記切替元加圧シリンダ群から前記切替先加圧シリンダへ作動流体の供給先を切り替え、前記加圧力の推定値が最大加圧力設定値を超える場合は、作動流体の供給先を切り替えないことを特徴とする。

第１発明によれば、加圧能力モードを切り替えた直後のスライドストロークの推定値が成形完了位置設定値と一致した時に加圧能力モードを切り替えるので、スライドストロークが成形完了位置設定値を超えて、ワークを潰し過ぎることを防止できる。その結果、精度の高い加圧成形ができる。
第２発明によれば、加圧能力モードを切り替えた直後の加圧力の推定値が最大加圧力設定値と一致した時に加圧能力モードを切り替えるので、加圧力が最大加圧力設定値を超えて、ワークに過大な加圧力が加わることを防止できる。その結果、精度の高い加圧成形ができる。
第３発明によれば、加圧能力モードを切り替えるタイミングで、スライドストロークの推定値が成形完了位置設定値以下であることを確認するので、スライドストロークが成形完了位置設定値を超えて、ワークを潰し過ぎることを防止できる。その結果、精度の高い加圧成形ができる。
第４発明によれば、加圧能力モードを切り替えるタイミングで、加圧力の推定値が最大加圧力設定値以下であることを確認するので、加圧力が最大加圧力設定値を超えて、ワークに過大な加圧力が加わることを防止できる。その結果、精度の高い加圧成形ができる。
第５発明によれば、一本のタンデム形シリンダを搭載した構成であるので、幅の狭い液圧プレスでも複数の加圧能力モードを実現できる。また、スライドのサイズを小さくでき、可動部重量を低減できるため、速度変更点でのショックを低減できる。
第６発明によれば、加圧能力モードを切り替えた直後のスライドストロークの推定値が成形完了位置設定値と一致した時に加圧能力モードを切り替えるので、スライドストロークが成形完了位置設定値を超えて、ワークを潰し過ぎることを防止できる。その結果、精度の高い加圧成形ができる。
第７発明によれば、加圧能力モードを切り替えた直後の加圧力の推定値が最大加圧力設定値と一致した時に加圧能力モードを切り替えるので、加圧力が最大加圧力設定値を超えて、ワークに過大な加圧力が加わることを防止できる。その結果、精度の高い加圧成形ができる。
第８発明によれば、加圧能力モードを切り替えるタイミングで、スライドストロークの推定値が成形完了位置設定値以下であることを確認するので、スライドストロークが成形完了位置設定値を超えて、ワークを潰し過ぎることを防止できる。その結果、精度の高い加圧成形ができる。
第９発明によれば、加圧能力モードを切り替えるタイミングで、加圧力の推定値が最大加圧力設定値以下であることを確認するので、加圧力が最大加圧力設定値を超えて、ワークに過大な加圧力が加わることを防止できる。その結果、精度の高い加圧成形ができる。

本発明の第１実施形態に係る油圧プレスＰの正面図である。 同油圧プレスＰの油圧回路図である。 スライドストロークおよび加圧力の時間変化の説明図である。 同油圧プレスＰの制御方法のフローチャートである。 スライドストロークの時間変化の説明図である。 本発明の第２実施形態に係る油圧プレスＰの制御方法のフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る油圧プレスＰの制御方法のフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る油圧プレスＰの制御方法のフローチャートである。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
〔第１実施形態〕
（油圧プレスＰ）
本発明の第１実施形態に係る液圧プレスＰは、スライドの駆動を油圧によって行う油圧プレスＰである。

図１に示すように、油圧プレスＰは、クラウン１１と、ベッド１２と、それらの間に立設するアップライト１３とから構成されるフレーム１０を有する。

クラウン１１には１本の親子シリンダ２０が設けられている。親子シリンダ２０のラムロッド２０ｒにはスライド１４が固定されている。スライド１４には上型１５が設けられ、ベッド１２には下型１６が設けられている。親子シリンダ２０が伸長することでスライド１４が下降し、上型１５と下型１６とでワークを加圧して成形できる。なお、上型１５はスライド１４に他の部材を介して間接的に取り付けられてもよい。同様に、下型１６はベッド１２に他の部材を介して間接的に取り付けられてもよい。さらに、スライド１４はラムロッド２０ｒに他の部材を介して間接的に取り付けられてもよい。

ベッド１２の側部には引戻シリンダ１７が固定されている。引戻シリンダ１７のロッド先端はスライド１４の端部に固定されている。引戻シリンダ１７が伸長することでスライド１４が上昇し、上型１５をワークから離間できる。なお、引戻シリンダ１７はベッド１２の側部に限らず他の場所に設けてもよい。例えば、引戻シリンダ１７をクラウン１１に固定してもよい。引戻シリンダ１７を設けずに、親子シリンダ２０の収縮によりスライド１４を上昇させるようにしてもよい。

親子シリンダ２０は、小径の子シリンダ２１と、子シリンダ２１よりも大径の親シリンダ２２とが一体形成されたものである。子シリンダ２１および親シリンダ２２はラム形であり、親子シリンダ２０はラム形である。子シリンダ２１と親シリンダ２２は、それぞれのシリンダチューブ２１ｔ、２２ｔが一体形成されているとともに、それぞれのラムロッド２１ｒ、２２ｒが連結されている。したがって、親子シリンダ２０は子シリンダ２１と親シリンダ２２とからなるタンデム形シリンダである。

なお、子シリンダ２１および親シリンダ２２は特許請求の範囲に記載の「加圧シリンダ」に相当する。すなわち、油圧プレスＰには２本の加圧シリンダ２１、２２が搭載されており、それらの駆動によりスライド１４を動作できる。

子シリンダ２１はそのシリンダチューブ２１ｔとラムロッド２１ｒとで囲まれた子油室２１ｃを有する。親シリンダ２２はそのシリンダチューブ２２ｔとラムロッド２２ｒで囲まれた親油室２２ｃを有する。油圧プレスＰには、これら油室２１ｃ、２２ｃのそれぞれに独立して作動油を供給・排出できる油圧回路３０が設けられている。また、親シリンダ２２のラムロッド２２ｒの作動油が接触する部分の面積は、子シリンダ２１のラムロッド２１ｒの作動油が接触する部分の面積よりも大きい。その結果、親シリンダ２２は子シリンダ２１よりも大きな加圧力を発生できる。

作動油を供給する加圧シリンダ２１、２２を選択することにより、油圧プレスＰは以下の３つの加圧能力モードを実現できる。なお、作動油は特許請求の範囲に記載の「作動流体」に相当する。
・低圧モード：子シリンダ２１のみに作動油を供給するモードである。加圧能力は低圧であり、加圧速度は高速である。
・中圧モード：親シリンダ２２のみに作動油を供給するモードである。加圧能力は中圧であり、加圧速度は中速である。
・高圧モード：子シリンダ２１と親シリンダ２２の両方に作動油を供給するモードである。加圧能力は高圧であり、加圧速度は低速である。
なお、加圧速度１４とはスライドの移動速度である。

油圧プレスＰは一本の親子シリンダ２０を搭載した構成であるので、複数本の加圧シリンダを横に並べてスライド１４に接続した構成よりも、プレス自体の幅を狭くできる。幅の狭い油圧プレスＰでも複数の加圧能力モードを実現できる。

また、複数本の加圧シリンダを横に並べてスライド１４に接続した構成よりも、スライド１４のサイズを小さくできる。これにより可動部重量を低減できるため、スライド１４の速度変更点でのショックを低減できる。

（油圧回路３０）
つぎに、親子シリンダ２０を駆動させる油圧回路３０を説明する。
図２に示すように、油圧回路３０は油圧ポンプなどの油圧源３１を備えている。油圧源３１には逆止弁３２を介して配管４１が接続されている。配管４１は二股に分岐しており、一方に第１制御弁３３が接続され、他方に第２制御弁３４が接続されている。第１制御弁３３の二次側は配管４２を介して子シリンダ２１の子油室２１ｃに接続されている。第２制御弁３４の二次側は配管４３を介して親シリンダ２２の親油室２２ｃに接続されている。

第１、第２制御弁３３、３４は、電磁弁であり、ソレノイドがＯＮの時に開状態、ＯＦＦの時に閉状態となる。第１、第２制御弁３３、３４の開閉状態を切り替えることで、作動油を供給する加圧シリンダ２１、２２を選択できる。

子シリンダ２１の子油室２１ｃは配管４４を介して第３制御弁３５に接続されている。第３制御弁３５の二次側は配管４６を介してプレフィルタンク３８に接続されている。親シリンダ２２の親油室２２ｃには配管４５が接続されている。配管４５は二股に分岐しており、一方に第４制御弁３６が接続され、他方に逆止弁３７が接続されている。第４制御弁３６および逆止弁３７は配管４６を介してプレフィルタンク３８に接続されている。

第３制御弁３５は、電磁弁であり、ソレノイドがＯＮの時に開状態、ＯＦＦの時に閉状態となる。第３制御弁３５を開状態とすることで、プレフィルタンク３８に貯留された作動油を子シリンダ２１に吸引させたり、子シリンダ２１から排出された作動油をプレフィルタンク３８に戻したりすることができる。逆止弁３７はプレフィルタンク３８から親シリンダ２２に作動油が供給されることを許容する。第４制御弁３６は、電磁弁であり、ソレノイドがＯＮの時に開状態、ＯＦＦの時に閉状態となる。第４制御弁３６を開状態とすることで、親シリンダ２２から排出された作動油をプレフィルタンク３８に戻すことができる。

油圧プレスＰには油圧回路３０を制御する制御装置５０が備えられている。制御装置５０はＣＰＵやメモリなどで構成されたコンピュータである。制御装置５０は第１〜第４制御弁３３〜３６のソレノイドに接続されており、各制御弁３３〜３６の開閉状態を切り替えることができる。

制御装置５０には、第１圧力検出器５１、第２圧力検出器５２、およびスライド位置検出器５３が接続されている。第１圧力検出器５１は子シリンダ２１に作用する油圧（子油室２１ｃ内の圧力）を検出する検出器である。第１圧力検出器５１は例えば配管４２に設けられるが、その設置位置は特に限定されない。第２圧力検出器５２は親シリンダ２２に作用する油圧（親油室２２ｃ内の圧力）を検出する検出器である。第２圧力検出器５２は例えば配管４３に設けられるが、その設置位置は特に限定されない。スライド位置検出器５３はスライドストロークを検出する検出器である。ここで、スライドストロークとはスライド１４が移動する方向におけるスライド１４の位置である。

制御装置５０には、第１圧力検出器５１、第２圧力検出器５２、およびスライド位置検出器５３の検出値が入力されている。制御装置５０はこれらの検出値に基づいて油圧回路３０を制御する。なお、油圧は特許請求の範囲に記載の「液圧」に相当する。また、油圧回路３０は特許請求の範囲に記載の「液圧回路」に相当する。

前述の３つの加圧能力モードは、油圧回路３０を以下の通りに制御することで切り替えられる。

低圧モード：
第１制御弁３３を開状態とし、その他の制御弁３４〜３６を閉状態とする。そうすると、油圧源３１から子シリンダ２１のみに作動油が供給され、これにより親子シリンダ２０が伸長する。親子シリンダ２０の伸長にともない、親シリンダ２２は逆止弁３７を介してプレフィルタンク３８の作動油を吸引する。

低圧モード→中圧モード：
低圧モードから中圧モードに切り替えるには、まず、第１制御弁３３を開状態としたまま第２制御弁３４を開状態に切り替える。子シリンダ２１の油圧と親シリンダ２２の油圧が同圧となった後に、第１制御弁３３を閉状態に切り替える。そうすると、油圧源３１から親シリンダ２２のみに作動油が供給され、これにより親子シリンダ２０が伸長する。親子シリンダ２０の伸長にともない、子シリンダ２１の油圧が低下する。子シリンダ２１が負圧となる前に第４制御弁３５を開状態に切り替える。そうすると、子シリンダ２１はプレフィルタンク３８の作動油を吸引する。

中圧モード→高圧モード：
中圧モードから高圧モードに切り替えるには、第１制御弁３３を開状態に切り替えるとともに、第３制御弁３５を閉状態に切り替える。そうすると、油圧源３１から子シリンダ２１と親シリンダ２２の両方に作動油が供給され、これにより親子シリンダ２０が伸長する。

低圧モード→高圧モード：
低圧モードから高圧モードに直接切り替えてもよい。この場合、第２制御弁３４を開状態に切り替えるだけでよい。そうすると、油圧源３１から子シリンダ２１と親シリンダ２２の両方に作動油が供給され、これにより親子シリンダ２０が伸長する。

以上のように油圧回路３０を制御することで、２本の加圧シリンダ２１、２２に選択的に作動油を供給できる。また、作動油を供給する加圧シリンダ２１、２２の組み合わせを変更することで、加圧能力モードを切り替えることができる。

つぎに、図３に基づき、加圧能力モードの切り替えの手順を説明する。図３は、ある成形サイクルにおけるスライドストロークおよび加圧力の時間変化の一部を示すグラフである。各グラフにおいて、横軸は時間を、縦軸はスライドストロークおよび加圧力を示している。なお、図３においてスライドストロークを示す縦軸の正方向（上方向）は、スライド１４がワークに接近する（スライド１４が下降する）方向を意味し、負方向（下方向）は、スライド１４がワークから離間する（スライド１４が上昇する）方向を意味する。

加圧能力モードの切り替えは、基本的に以下の手順で行う。
（切替１）低圧モードから中圧モードへの切り替え
成形工程の初期においては、一番加圧能力の低い低圧モードで運転する。このとき加圧速度は高速である。低圧モードにおいては、時間の経過とともに子シリンダ２１の油圧が上昇する。子シリンダ２１の油圧は第１圧力検出器５１で検出されており、その検出値は制御装置５０に入力されている。制御装置５０は子シリンダ２１の油圧が第１設定圧力P1を超えた時に、低圧モードから中圧モードへの切り替えを行う。

（切替２）中圧モードから高圧モードへの切り替え
成形工程の中期においては、中圧モードで運転する。このとき加圧速度は中速である。中圧モードにおいては、時間の経過とともに親シリンダ２２の油圧が上昇する。親シリンダ２２の油圧は第２圧力検出器５２で検出されており、その検出値は制御装置５０に入力されている。制御装置５０は親シリンダ２２の油圧が第２設定圧力P2を超えた時に、中圧モードから高圧モードへの切り替えを行う。

成形工程の後期においては、高圧モードで運転する。このとき加圧速度は低速である。高圧モードでワークの成形に必要な加圧力を発揮して、加圧成形を完了する。

以上のように、制御装置５０は、作動油が供給されている切替元加圧シリンダの油圧が設定圧力を超えた時に、それより加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ作動油の供給先を切り替える。

切替１において、「切替元加圧シリンダ」は子シリンダ２１であり、「切替先加圧シリンダ」は親シリンダ２２である。また、切替２において、「切替元加圧シリンダ」は親シリンダ２２であり、「切替先加圧シリンダ」は子シリンダ２１および親シリンダ２２である。すなわち、加圧能力モードの切り替えにおいて、切り替え前の加圧能力モードにおいて作動油が供給される加圧シリンダが「切替元加圧シリンダ」であり、切り替え後の加圧能力モードにおいて作動油がされる加圧シリンダが「切替先加圧シリンダ」である。「切替元加圧シリンダ」および「切替先加圧シリンダ」は、１本の加圧シリンダのみならず、複数の加圧シリンダの組み合わせの場合も含む概念である。切替元加圧シリンダから切替先加圧シリンダへ作動油の供給先を切り替えることを「加圧能力モードの切り替え」と称する。

成形工程の途中で加圧能力モードを切り替えるので、成形工程の初期ではワークの成形に必要な最大加圧力を下回る加圧能力モードで運転することができる。その結果、加圧速度が向上する。また、ポンプ台数を削減しても、加圧速度を速くできるので、省エネルギー化ができる。

また、上記方法によれば、スライド１４を遊行降下（重力降下）させることなく、親子シリンダ２０の駆動でスライド１４を降下させる。そのため、制御を保った状態で高速降下を実現できる。

遊行降下を行う場合、ワークに加圧力が加わる前に加圧シリンダの駆動による降下に切り替えられる。しかし、遊行降下は速度制御が困難であるため、切り替えによって加圧速度に変化が生じ、プレスが振動する。遊行降下を行わないことによりプレスの振動を抑えることができる。

（加圧力変化）
つぎに、低圧モードから高圧モードに切り替える場合を例に、加圧力の変化を説明する。
切り替え前（低圧モード）の作動油の圧縮ボリュームΔVbは、子シリンダ２１の子油室２１ｃ内の作動油の圧縮により生じ、数式１で表される。ここで、βは作動油の圧縮率、Acは子シリンダ２１のラム面積、Sはスライドストローク、Pbは切り替え前の油圧である。

また、切り替え後（高圧モード）の作動油の圧縮ボリュームΔVaは、子シリンダ２１および親シリンダ２２の親油室２２ｃ内の作動油の圧縮により生じ、数式２で表される。ここで、Apは親シリンダ２２のラム面積、Paは切り替え後の油圧である。

切り替えの前後で圧縮ボリュームは変化しないから、数式３の関係が成り立つ。

数式３より、数式４が導かれる。すなわち、切り替え後の油圧Paは切り替え前の油圧Pbの関数として表される。

切り替え前の加圧力Fｂは数式５で表され、切り替え後の加圧力Faは数式６で表される。

数式６に数式４を代入すると数式７が得られる。数式７より、切り替え前の加圧力Fｂと切り替え後の加圧力Faとが等しいことがわかる。切り替えの前後で加圧力が変化しないため、スムーズな切り替えが可能である。

しかし、現実には加圧能力モードの切り替え時に加圧力が急激に（ステップ状に）増加する場合がある。これは以下に説明するように、配管内の作動油の圧縮ボリュームに起因する。

切り替え前（低圧モード）は、子シリンダ２１の子油室２１ｃのみならず、子シリンダ２１の子油室２１ｃに接続された配管４１、４２、４４の油圧もPbとなっている。配管４１、４２、４４の合計体積をV1とすると、切り替え前の圧縮ボリュームΔVbは数式８で表される。ここで、Vcは子シリンダ２１の子油室２１ｃの体積（Vc=AcS）である。

また、切り替え後（高圧モード）は、子シリンダ２１の子油室２１ｃ（体積Vc）と配管４１、４２、４４（体積V1）に加えて、親シリンダ２２の親油室２２ｃ（体積Vp=ApS）と配管４３、４５（体積V2）も油圧がPaとなっている。そのため、切り替え後の圧縮ボリュームΔVaは数式９で表される。

切り替えの前後で圧縮ボリュームは変化しないから、数式１０の関係が成り立つ。

数式１０より、数式１１が導かれる。

数式６に数式１１を代入すると数式１２が得られる。

数式１２より、多くの場合、切り替え前の加圧力Fｂと切り替え後の加圧力Faとが等しくないことが分かる。そのため、切り替えの前後で加圧力がステップ状に変化する。図３に示すように、切替１、２の前後では加圧力が急激に増加し、加圧力がステップ状に変化する。加圧力がステップ状に変化すると、スライドストロークもステップ状に変化する。特に、油圧源３１から親子シリンダ２０までの配管が長いプレスは、この影響が顕著に表れる。

スライドストロークがステップ状に変化することにより、切り替え直後のスライドストロークが予定されていた成形完了位置を超えてしまう場合がある。そうすると、ワークを潰し過ぎてしまう。また、加圧力がステップ状に変化することにより、切り替え直後の加圧力がワークの成形に必要な最大加圧力を超えてしまう場合がある。そうすると、ワークに過大な加圧力が加わる。これらの原因により、加圧成形の精度が低下する。

（制御方法）
そこで、本実施形態では、加圧能力モードを切り替えた直後のスライドストロークを推定し、その推定値に基づいて加圧能力モードの切り替えを行うことで、ワークの潰し過ぎを防止している。以下、図４に示すフローチャートに基づき、油圧プレスＰの制御方法を説明する。

まず、制御装置５０は、第１圧力検出器５１または第２圧力検出器５２から切替元加圧シリンダの油圧Pbを取得する。例えば、現時点において低圧モードの場合、第１圧力検出器５１の検出値（子シリンダ２１の油圧）が切替元加圧シリンダの油圧Pbとなる。また、スライド位置検出器５３からスライドストロークSを取得する（ステップS101）。

つぎに、制御装置５０は、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えるか否かを判断する（ステップS102）。例えば、低圧モードから中圧モードに切り替えることが予定されている場合には、油圧Pbが第１設定圧力P1を超えるか否かを判断する。

切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超える場合は、加圧能力モードを切り替える（ステップ105）。例えば、低圧モードから中圧モードへ切り替える。以上の処理は、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えた時に、加圧能力モードの切り替えを行う処理であり、基本となる制御方法である。

ステップS102において、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えないと判断した場合は、加圧能力モードを切り替えた直後のスライドストロークSeを推定する（ステップS103）。スライドストロークSeの推定は、例えば以下のように行う。

まず、制御装置５０は、加圧能力モードの切り替えに起因するスライドストロークの変位ΔSを推定する。スライドストロークの変位ΔSは例えば数式１３で表される。

数式１３において、dS/dFは切り替え直前における加圧力の増分に対するスライドストロークの増分の割合である。dS/dFは数式１４で表される。ここで、dS/dtはスライドストロークの時間微分、dF/dtは加圧力の時間微分、dPb/dtは切替元加圧シリンダの油圧Pbの時間微分である。また、Abは切替元加圧シリンダのラム面積である。油圧PbおよびスライドストロークSは所定時間周期で取得されている。そのため、dS/dtは今回取得されたスライドストロークの検出値S_iから前回取得されたスライドストロークの検出値S_i-1を減算することで得られる。また、dPb/dtは今回取得された油圧の検出値Pb_iから前回取得された油圧の検出値Pb_i-1を減算することで得られる。

数式１３において、ΔFは切り替え前後の加圧力の増分であり、数式１５で表される。数式５および数式１２に示すように、切り替え前の加圧力Fｂも切り替え後の加圧力Faも、切替元加圧シリンダの油圧Pbの関数として表される。したがって、ΔFも油圧Pbの関数であり、圧力検出器から取得された油圧Pbから求まる。

以上のように、スライドストロークの変位ΔSは、ステップ101で取得した検出値Pb、Sから求めることができる。

制御装置５０は、求めた変位ΔSに基づき、加圧能力モードを切り替えた直後のスライドストロークSeを推定する。数式１６に示すように、スライドストロークの推定値Seは、現在のスライドストロークSに変位ΔSを加算することで得られる。例えば、中圧モードから高圧モードに切り替えることが予定されている場合には、高圧モードに切り替えた直後のスライドストロークSeが推定される。このように、加圧能力モードの切り替えに起因するスライドストロークの変化を考慮したスライドストロークの推定値Seが求まる。

つぎに、制御装置５０は、スライドストロークの推定値Seが成形完了位置設定値Ssと一致するか否かを判断する（ステップS104）。ここで、成形完了位置設定値Ssは、成形完了時におけるスライド１４の位置（下死点）の設定値であり、予め制御装置５０に設定されている。

スライドストロークの推定値Seが成形完了位置設定値Ssと一致する場合は、加圧能力モードを切り替える（ステップ105）。例えば、中圧モードから高圧モードへ切り替える。ここで、スライドストロークの推定値Seと成形完了位置設定値Ssとが厳密に一致することを求める必要はない。許容範囲を定めておき、スライドストロークの推定値Seと成形完了位置設定値Ssとの差が許容範囲に収まる場合に両者が一致すると判断すればよい。

ステップS104において、スライドストロークの推定値Seが成形完了位置設定値Ssと一致しないと判断した場合は、加圧能力モードの切り替えを行わない。

制御装置５０は、上記ステップS101からS105の処理を、成形工程の間繰り返し行う。そして、基本的には、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えた時に、加圧能力モードを切り替える。これに加えて、制御装置５０は加圧能力モードを切り替えた直後のスライドストロークSeをリアルタイムで推定している。その推定値Seが成形完了位置設定値Ssと一致した時に、加圧能力モードを切り替える。

図５の一点鎖線で示すように、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えた時に加圧能力モードを切り替えると、スライドストロークがステップ状に変化し、成形完了位置設定値Ssを超える場合がある。この場合、ワークの潰し過ぎになる。

これに対して、本実施形態では、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えていない場合であっても、スライドストロークの推定値Seが成形完了位置設定値Ssと一致した時に、加圧能力モードを切り替える（図５における実線）。つまり、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超える前に加圧能力モードを切り替えることになる。加圧能力モードを切り替えた直後のスライドストロークは成形完了位置設定値Ssとなっている。そのため、スライドストロークが成形完了位置設定値Ssを超えて、ワークを潰し過ぎることを防止できる。その結果、精度の高い加圧成形ができる。

〔第２実施形態〕
つぎに、本発明の第２実施形態に係る油圧プレスＰを説明する。
本実施形態の油圧プレスＰの機械的構成は、第１実施形態に係る油圧プレスＰと同様であるので、説明を省略する。

本実施形態では、圧力制御により加圧能力モードの切り替えを行う。すなわち、加圧能力モードを切り替えた直後の加圧力を推定し、その推定値に基づいて加圧能力モードの切り替えを行う。これにより、ワークに過大な加圧力が加わることを防止している。以下、図６に示すフローチャートに基づき、油圧プレスＰの制御方法を説明する。

ステップS201、S202、およびS205は、それぞれ第１実施形態のステップS101、S102、およびS105と同じ処理である。すなわち、基本となる制御方法は第１実施形態と同様である。制御装置５０は、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えた時に、加圧能力モードの切り替えを行う。

ステップS202において、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えないと判断した場合は、加圧能力モードを切り替えた直後の加圧力Feを推定する（ステップS203）。加圧力Feの推定は、例えば以下のように行う。

まず、制御装置５０は、加圧能力モードの切り替えに起因する加圧力の変位ΔFを推定する。加圧力の変位ΔFは例えば数式１７で表される。ここで、Aaは切替先加圧シリンダのラム面積、Abは切替元加圧シリンダのラム面積である。数式１１に示すように、切替先加圧シリンダの油圧Paは切替元加圧シリンダの油圧Pbから求まる。したがって、ΔFは圧力検出器から取得された油圧Pbから求まる。

数式１７は、加圧力の上昇に起因するワークの変形が無いと仮定した式である。実際には、加圧力の上昇によりワークが変形し、スライドストロークが増加する。そのため、実際の加圧力の変位は、数式１７で得られるΔFよりも小さくなる。したがって、安全サイドに立った計算である。

加圧力の変位ΔFをより正確に求めるためには、以下のようにすればよい。スライドストロークの変位ΔSを考慮した場合の切替先加圧シリンダの油圧Pa’は数式１８で表される。数式１８中、スライドストロークの変位ΔSは数式１３から求まる。数式１８で求めた油圧Pa’を、数式１７の油圧Paに代入すれば、スライドストロークの変位ΔSを考慮した加圧力の変位ΔFを求めることができる。

制御装置５０は、求めた変位ΔFに基づき、加圧能力モードを切り替えた直後の加圧力Feを推定する。数式１９に示すように、加圧力の推定値Feは、現在の加圧力Faに変位ΔFを加算することで得られる。このように、加圧能力モードの切り替えに起因する加圧力の変化を考慮した加圧力の推定値Feが求まる。

つぎに、制御装置５０は、加圧力の推定値Feが最大加圧力設定値Fsと一致するか否かを判断する（ステップS204）。ここで、最大加圧力設定値Fsは、ワークの成形に必要な最大加圧力の設定値であり、予め制御装置５０に設定されている。

加圧力の推定値Feが最大加圧力設定値Fsと一致する場合は、加圧能力モードを切り替える（ステップ205）。ここで、加圧力の推定値Feと最大加圧力設定値Fsとが厳密に一致することを求める必要はない。許容範囲を定めておき、加圧力の推定値Feと最大加圧力設定値Fsとの差が許容範囲に収まる場合に両者が一致すると判断すればよい。

ステップS204において、加圧力の推定値Feが最大加圧力設定値Fsと一致しないと判断した場合は、加圧能力モードの切り替えを行わない。

制御装置５０は、上記ステップS201からS205の処理を、成形工程の間繰り返し行う。そして、基本的には、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えた時に、加圧能力モードを切り替える。これに加えて、制御装置５０は加圧能力モードを切り替えた直後の加圧力Feをリアルタイムで推定している。その推定値Feが最大加圧力設定値Fsと一致した時に、加圧能力モードを切り替える。

切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えた時に加圧能力モードを切り替えると、加圧力がステップ状に変化し、最大加圧力設定値Fsを超える場合がある。この場合、ワークに過大な加圧力が加わる。金型１５、１６が破損する可能性もある。

これに対して、本実施形態では、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えていない場合であっても、加圧力の推定値Feが最大加圧力設定値Fsと一致した時に、加圧能力モードを切り替える。つまり、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超える前に加圧能力モードを切り替えることになる。加圧能力モードを切り替えた直後の加圧力は最大加圧力設定値Fsとなっている。そのため、加圧力が最大加圧力設定値Fsを超えて、ワークに過大な加圧力が加わることを防止できる。その結果、精度の高い加圧成形ができる。

〔第３実施形態〕
つぎに、本発明の第３実施形態に係る油圧プレスＰを説明する。
本実施形態の油圧プレスＰの機械的構成は、第１実施形態に係る油圧プレスＰと同様であるので、説明を省略する。

本実施形態では、加圧能力モードを切り替えるタイミングで、加圧能力モードを切り替えた直後のスライドストロークを推定し、加圧能力モードを切り替えるか否かを判断する。以下、図７に示すフローチャートに基づき、油圧プレスＰの制御方法を説明する。

ステップS301およびS302は、それぞれ第１実施形態のステップS101およびS102と同じ処理である。ステップS302において、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えないと判断した場合は、加圧能力モードを切り替えることなく、ステップS301に戻る。

ステップS302において、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えたと判断した場合は、加圧能力モードを切り替えた直後のスライドストロークSeを推定する（ステップS303）。スライドストロークSeは第１実施形態と同様の方法で推定できる。

つぎに、制御装置５０は、スライドストロークの推定値Seが成形完了位置設定値Ss以下であるか否かを判断する（ステップS304）。

スライドストロークの推定値Seが成形完了位置設定値Ss以下である場合は、加圧能力モードを切り替える（ステップ305）。スライドストロークの推定値Seが成形完了位置設定値Ssを超える場合は、加圧能力モードを切り替えることなく、ステップS301に戻る。

制御装置５０は、上記ステップS301からS305の処理を、成形工程の間繰り返し行う。そして、加圧能力モードを切り替えるタイミング（切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えた時）で、加圧能力モードを切り替えた直後のスライドストロークSeを推定し、スライドストロークの推定値Seが成形完了位置設定値Ss以下であることを確認する。そのため、スライドストロークが成形完了位置設定値Ssを超えて、ワークを潰し過ぎることを防止できる。その結果、精度の高い加圧成形ができる。

〔第４実施形態〕
つぎに、本発明の第４実施形態に係る油圧プレスＰを説明する。
本実施形態の油圧プレスＰの機械的構成は、第１実施形態に係る油圧プレスＰと同様であるので、説明を省略する。

本実施形態では、加圧能力モードを切り替えるタイミングで、加圧能力モードを切り替えた直後の加圧力を推定し、加圧能力モードを切り替えるか否かを判断する。以下、図８に示すフローチャートに基づき、油圧プレスＰの制御方法を説明する。

ステップS401およびS402は、それぞれ第１実施形態のステップS101およびS102と同じ処理である。ステップS402において、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えないと判断した場合は、加圧能力モードを切り替えることなく、ステップS401に戻る。

ステップS402において、切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えたと判断した場合は、加圧能力モードを切り替えた直後の加圧力Feを推定する（ステップS403）。加圧力Feは第２実施形態と同様の方法で推定できる。

つぎに、制御装置５０は、加圧力の推定値Feが最大加圧力設定値Fs以下であるか否かを判断する（ステップS404）。

加圧力の推定値Feが最大加圧力設定値Fs以下である場合は、加圧能力モードを切り替える（ステップ405）。加圧力の推定値Feが最大加圧力設定値Fsを超える場合は、加圧能力モードを切り替えることなく、ステップS401に戻る。

制御装置５０は、上記ステップS401からS405の処理を、成形工程の間繰り返し行う。そして、加圧能力モードを切り替えるタイミング（切替元加圧シリンダの油圧Pbが設定圧力Psを超えた時）で、加圧能力モードを切り替えた直後の加圧力Feを推定し、加圧力の推定値Feが最大加圧力設定値Fs以下であることを確認する。そのため、加圧力が最大加圧力設定値Fsを超えて、ワークに過大な加圧力が加わることを防止できる。その結果、精度の高い加圧成形ができる。

〔その他の実施形態〕
前記第１から第４実施形態に係る制御方法のうちいずれか２以上を選択して、それらを組み合わせた制御としてもよい。例えば、第１実施形態の位置制御と第２実施形態の圧力制御とを組み合わせてもよい。

親子シリンダ２０は、２段に限らず、３段以上のシリンダ・ロッドからなるものとしてもよい。また、複数の親子シリンダ２０を１つのスライド１４に設けてもよい。さらに、複数本の加圧シリンダを備えていればよく、その構成は特に限定されない。複数本の加圧シリンダのそれぞれのロッドを連結したタンデム形シリンダを採用すれば、プレスの幅を狭くできる。複数本の加圧シリンダを並べてそれらのラムをスライドに固定した構成としてもよい。

本発明は、油圧プレスに限定されず、水圧プレスなどの他の液圧プレスに適用してもよい。

Ｐ 油圧プレス
１０ フレーム
１１ クラウン
１２ ベッド
１３ アップライト
１４ スライド
２０ 親子シリンダ
２１ 子シリンダ
２２ 親シリンダ
３０ 油圧回路
５０ 制御装置
５１ 第１圧力検出器
５２ 第２圧力検出器
５３ スライド位置検出器

Claims (9)

1. 複数本の加圧シリンダと、
   前記複数本の加圧シリンダの駆動により動作するスライドと、
   前記複数本の加圧シリンダに選択的に作動流体を供給する液圧回路と、
   前記液圧回路を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記作動流体が供給されている切替元加圧シリンダから加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替えた直後のスライドストロークを推定し、
   前記スライドストロークの推定値が成形完了時における前記スライドの位置の設定値である成形完了位置設定値と一致した時に、前記切替元加圧シリンダから前記切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替える
   ことを特徴とする液圧プレス。
2. 複数本の加圧シリンダと、
   前記複数本の加圧シリンダの駆動により動作するスライドと、
   前記複数本の加圧シリンダに選択的に作動流体を供給する液圧回路と、
   前記液圧回路を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記作動流体が供給されている切替元加圧シリンダから加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替えた直後の加圧力を推定し、
   前記加圧力の推定値がワークの形成に必要な最大加圧力の設定値である最大加圧力設定値と一致した時に、前記切替元加圧シリンダから前記切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替える
   ことを特徴とする液圧プレス。
3. 複数本の加圧シリンダと、
   前記複数本の加圧シリンダの駆動により動作するスライドと、
   前記複数本の加圧シリンダに選択的に作動流体を供給する液圧回路と、
   前記液圧回路を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記作動流体が供給されている切替元加圧シリンダの液圧が設定圧力を超えた時に、
   前記切替元加圧シリンダから加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替えた直後のスライドストロークを推定し、
   前記スライドストロークの推定値が成形完了時における前記スライドの位置の設定値である成形完了位置設定値以下である場合は、前記切替元加圧シリンダから前記切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替え、
   前記スライドストロークの推定値が前記成形完了位置設定値を超える場合は、前記作動流体の供給先を切り替えない
   ことを特徴とする液圧プレス。
4. 複数本の加圧シリンダと、
   前記複数本の加圧シリンダの駆動により動作するスライドと、
   前記複数本の加圧シリンダに選択的に作動流体を供給する液圧回路と、
   前記液圧回路を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記作動流体が供給されている切替元加圧シリンダの液圧が設定圧力を超えた時に、
   前記切替元加圧シリンダから加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替えた直後の加圧力を推定し、
   前記加圧力の推定値がワークの形成に必要な最大加圧力の設定値である最大加圧力設定値以下である場合は、前記切替元加圧シリンダから前記切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替え、
   前記加圧力の推定値が前記最大加圧力設定値を超える場合は、前記作動流体の供給先を切り替えない
   ことを特徴とする液圧プレス。
5. 前記複数本の加圧シリンダは、それぞれのロッドが連結されたタンデム形シリンダを構成する
   ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の液圧プレス。
6. 複数本の加圧シリンダの駆動によりスライドを動作させる液圧プレスの制御方法であって、
   作動流体が供給されている切替元加圧シリンダから加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替えた直後のスライドストロークを推定し、
   前記スライドストロークの推定値が成形完了時における前記スライドの位置の設定値である成形完了位置設定値と一致した時に、前記切替元加圧シリンダから前記切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替える
   ことを特徴とする液圧プレスの制御方法。
7. 複数本の加圧シリンダの駆動によりスライドを動作させる液圧プレスの制御方法であって、
   作動流体が供給されている切替元加圧シリンダから加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替えた直後の加圧力を推定し、
   前記加圧力の推定値がワークの形成に必要な最大加圧力の設定値である最大加圧力設定値と一致した時に、前記切替元加圧シリンダから前記切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替える
   ことを特徴とする液圧プレスの制御方法。
8. 複数本の加圧シリンダの駆動によりスライドを動作させる液圧プレスの制御方法であって、
   作動流体が供給されている切替元加圧シリンダの液圧が設定圧力を超えた時に、
   前記切替元加圧シリンダから加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替えた直後のスライドストロークを推定し、
   前記スライドストロークの推定値が成形完了時における前記スライドの位置の設定値である成形完了位置設定値以下である場合は、前記切替元加圧シリンダから前記切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替え、
   前記スライドストロークの推定値が前記成形完了位置設定値を超える場合は、前記作動流体の供給先を切り替えない
   ことを特徴とする液圧プレスの制御方法。
9. 複数本の加圧シリンダの駆動によりスライドを動作させる液圧プレスの制御方法であって、
   作動流体が供給されている切替元加圧シリンダの液圧が設定圧力を超えた時に、
   前記切替元加圧シリンダから加圧能力が高くなる切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替えた直後の加圧力を推定し、
   前記加圧力の推定値がワークの形成に必要な最大加圧力の設定値である最大加圧力設定値以下である場合は、前記切替元加圧シリンダから前記切替先加圧シリンダへ前記作動流体の供給先を切り替え、
   前記加圧力の推定値が前記最大加圧力設定値を超える場合は、前記作動流体の供給先を切り替えない
   ことを特徴とする液圧プレスの制御方法。