JP7404315B2 - プレス装置およびプレス装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、加圧シリンダにより熱板および熱板に載置された成形物を上盤に取り付けられた熱板に向けて上昇させ、熱板間で加圧するプレス装置およびプレス装置の制御方法に関するものである。

加圧シリンダにより熱板および熱板に載置された成形物を上盤に取り付けられた熱板に向けて上昇させ、熱板間で加圧するプレス装置には、一つのポンプでプレス時の加圧制御を行うものと複数のポンプでプレス時の加圧制御を行うものがある。複数のポンプでプレス時の加圧制御を行うものとしては特許文献１に記載されたものと特許文献２に記載されたものが知られている。

特許文献１は、可動盤を上昇させる際は大容量ポンプと小容量ポンプを駆動させて加圧シリンダに送油し、油圧が所定圧以上となると大容量ポンプを停止することが記載されている。また特許文献２は一定の回転数で回転するモータを使用する移動用ポンプとインバータを使用し吐出量を制御可能な加圧用ポンプを設け、加圧モードでは移動用ポンプを停止し、加圧用ポンプの回転数を制御することが記載されている。

特開２００３－２００３００号公報 特開２０１５－１３２３３５号公報

しかしながら特許文献１、特許文献２のプレス装置はいずれも省エネ性能や加圧開始時の圧力上昇を滑らかに切替する成形性能において十分なものではなかった。

そこで本発明では上記の問題を鑑みて、省エネ性能または成形性能の向上を図ることができるプレス装置およびプレス装置の制御方法を提供することを目的とする。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本発明の請求項１に記載のプレス装置は、加圧シリンダにより熱板および熱板に載置された成形物を上盤に取り付けられた熱板に向けて上昇させ、熱板間で加圧するプレス装置において、加圧シリンダに作動油を供給するポンプは、サーボモータ以外のモータにより駆動される大容量ポンプと、サーボモータにより駆動され前記大容量ポンプよりも吐出量の小さい小容量ポンプとを備えることを特徴とする。

本発明のプレス装置は、加圧シリンダにより熱板および熱板に載置された成形物を上盤に取り付けられた熱板に向けて上昇させ、熱板間で加圧するプレス装置において、加圧シリンダに作動油を供給するポンプは、サーボモータ以外のモータにより駆動される大容量ポンプと、サーボモータにより駆動され前記大容量ポンプよりも吐出量の小さい小容量ポンプとを備えるので、省エネ性能または成形性能の向上を図ることができる。また本発明のプレス装置の制御方法についても同様の効果を奏する。

本実施形態のプレス装置の熱板下降時の概略図である。 本実施形態のプレス装置の加圧時の概略図である。 本実施形態のプレス装置の制御説明図である。 本実施形態のプレス装置の制御フローチャート図である。

本発明の実施形態のプレス装置について図１および図２を参照して説明する。本実施形態のプレス装置１１は、多段のホットプレスであり、加圧シリンダ１５により熱板１８，２１および熱板１８，２１に載置された成形物Ｐを上盤に取り付けられた熱板１９に向けて上昇させ、熱板間で加圧するものである。プレス装置１１は、フロア上にレイアウトされたプレス装置１１の他、制御装置２９、真空ポンプ、油圧装置、熱媒体油加熱冷却装置を含み、成形物の搬入・搬出装置等と共にプレス成形システムを構成する。

プレス装置１１の構造について説明すると、プレス装置１１の上部に固定的に設けられた上盤１２と下部に固定的に設けられた下盤１３の間は、タイバ１４により接続されている。下盤１３の下部には加圧シリンダ１５が取付けられている。加圧シリンダ１５にはシリンダ部１５ａに対して昇降するラム１６が備えられ、前記ラム１６の前面は可動盤１７の背面に固定されている。またシリンダ部１５ａの内部であってラム１６の後面側には加圧油室１５ｂが設けられている。本実施形態の加圧シリンダ１５は単動シリンダである。

可動盤１７の上面には熱板１８（下熱板）が固定的に取り付られている。上側の上盤１２の下面にも熱板１９（上熱板）が取り付けられている。本実施形態では熱板１９は、上盤１２に固定的に取り付けられた保持部２０により保持されている。従って熱板１９は上盤１２に対してごく僅かに移動可能である。ただし熱板１９は上盤１２に固定されたものでもよい。熱板１８（下熱板）と熱板１９（上熱板）の間には図示しない載置段部に載置され熱板２１（中間熱板）が配置されている。前記熱板２１は、可動盤１７に取り付けられた熱板１８の昇降とともに昇降される。図１の例では、中間熱板２１は４枚であるが、中間熱板２１の数は限定されず、中間熱板２１を備えないものでもよい。熱板１８，１９，２１は加圧面がそれぞれ平滑に形成された矩形の所定板厚の金属板であり、内部には熱媒油、蒸気または水等の温度制御用媒体が流通されるための通路が形成されている。また熱板１８，１９，２１は盤内にヒータを設けて直接加熱するものでもよい。

上盤１２の内部には下方に向けてリミットスイッチ２２が取り付けられている。そして加圧シリンダ１５の作動により最上部の成形物Ｍが熱板１９に当接して熱板１９が持ち上げられたことが前記リミットスイッチ２２により検出可能となっている。なおリミットスイッチ２２は、上盤１２の側面や熱板１９の側面に取り付けられ、中間熱板２１が接触位置まで上昇したことを検出するものでもよい。更に本実施形態ではプレス装置１１は、外界と区画可能なチャンバ（図示せず）の中に収容され、前記チャンバには真空装置の真空ポンプ（図示せず）が接続されている。ただしプレス装置１１は、チャンバを備えず、大気下で加圧されるものでもよい。

次にポンプを含めた油圧回路について説明する。プレス装置１１の加圧シリンダ１５に作動用を供給するポンプは、サーボモータ以外のモータにより駆動される大容量ポンプ２３とサーボモータ２４により駆動され、前記大容量ポンプ２３よりも吐出量の小さい小容量ポンプ２５とを備えている。

より具体的には大容量ポンプ２３は、三相モータ２６（交流三相誘導モータ）により回転駆動される固定容量型ポンプである。本実施形態では大容量ポンプ２３の種類はギアポンプが使用されているが、スクリュポンプ、ベーンポンプ等の偏芯ポンプ、固定容量型のピストンポンプなどを使用したものでもよい。また大容量ポンプ２３に使用されるモータは三相モータ２６の他、他の交流誘導モータ、交流同期モータ、ブラシレスモータを含む直流モータであってもよい。前記大容量ポンプ２３のポンプとモータの組み合わせは主に時間当たりの吐出量とコスト重視で選定され、高圧対応性能は求められない。

大容量ポンプ２３の三相モータ２６は電力線２７およびモータ駆動ユニット２８を介して制御装置２９に接続されている。また大容量ポンプ２３は、タンク３０に接続されるともに吐出側の管路３１が接続されている。管路３１には逆止弁３２が設けられ、大容量ポンプ２３と逆止弁３２の間から分岐した管路にはリリーフ弁３３が設けられている。

小容量ポンプ２５は、サーボモータ２４により回転駆動される可変容量型ポンプである。本実施形態では小容量ポンプ２５の種類はアキシャルピストンポンプが使用されるが、ラジアルピストンポンプ等の他の可変容量型ポンプを使用したものでもよい。小容量ポンプ２５をアキシャルピストンポンプシステム５０は公知のものであるが、斜板駆動部３４と、斜板駆動部３４を切換えるための電磁切換弁３５と圧力制御弁３６を備えている。なおアキシャルピストンポンプシステムを圧力補償型のみとする場合は、電磁切換弁３５を設けずに圧力補償型の圧力制御弁３６のみを設けてもよい。なお本実施形態ではこれに限定されるものではないが、一例として小容量ポンプ２５の最大吐出量は大容量ポンプの固定吐出量の５％ないし３０％とすることが望ましい。ただし小容量ポンプ２５は最高圧力（定格圧力）が８ＭＰａ以上の高圧対応性能が必要となる。

小容量ポンプ２５のサーボモータ２４はロータリエンコーダ３７を備えており、電力線３８および信号線３９を介してサーボアンプ４０に接続され、サーボアンプ４０は制御装置２９に接続されている。小容量ポンプ２５は、タンク３０に接続されるともに吐出側の管路４１が接続されている。管路４１には電磁開閉弁４２が設けられている。なお管路４１のいずれかの部分かまたはアキシャルピストンポンプ内に圧力センサを設けてもよい。

小容量ポンプ２５側の管路４１の延長部分は大容量ポンプ２３側の管路３１の延長部分と合流して加圧シリンダ１５に作動油を供給する管路４３となっている。管路４３は圧力センサ４４が設けられ、加圧シリンダ１５の圧力が検出可能となっている。更に管路４３からはドレン用の管路４５が分岐している。管路４５にはパイロット管４６を介してカートリッジ弁４７を開閉するための電磁弁４８が設けられている。カートリッジ弁４７の一方は管路４５に接続され他方は管路４９を介してタンク３０に接続されている。本実施形態のプレス装置１１の油圧回路の概要を説明したが、油圧回路はこれに限定されず、同様の機能を備えた異なる回路であってもよい。また本実施形態の油圧回路は複数のプレス装置１１へ作動油を供給するものや他の搬送装置へ作動油を供給するものでもよい。

次にプレス装置１１の制御方法について、図３のプレス装置の制御説明図、および図４の制御フローチャート図を参照して説明する。最初に成形物Ｐが熱板１８，２１に載置後に行われる熱板上昇制御時には、制御装置２９からの信号により大容量ポンプ２３の三相モータ２６と小容量ポンプ２５のサーボモータ２４の双方のポンプが駆動される（ｓ１）。この際に小容量ポンプ２５であるアキシャルピストンポンプは、電磁切換弁３５および斜板駆動部３４が制御されポンプ１回転当たりの吐出量が最大吐出量となるように駆動される。またサーボモータ２４の回転数は最高回転数となるように制御される。これらのポンプ２３，２５の作動より加圧シリンダ１５の加圧油室１５ｂに作動油が急速に供給されてラム１６が上昇される。またラム１６の上昇とともに熱板１８と成形物Ｐが上昇され、更には中間の熱板２１とその上に載置された成形物Ｐも順に押し上げていく。

そして最上位の中間の熱板２１とその上に載置された成形物Ｐが、上盤１２に保持された熱板１９に当接して、更に熱板１９を押し上げるとリミットスイッチ２２が検出される（ｓ２）。すると熱板上昇制御は終了し、昇圧制御に移行する。昇圧制御では制御装置２９から送られる信号により三相モータ２６が停止され、大容量ポンプ２３から加圧シリンダ１５への作動油の供給が停止される（ｓ３）。また同時に制御装置２９から送られる信号により電磁切換弁３５が作動され斜板駆動部３４も作動することによりアキシャルピストンポンプの斜板の角度が大傾転角から小傾転角に変更され、アキシャルピストンポンプ１回転当たりの作動油の吐出量が最小量に切り替えられ、必要圧力（所定の設定圧力）となるように吐出が行われる（ｓ４）。ただしサーボモータ２４の回転数は最高回転数のまま駆動される。

このことにより最上位の中間の熱板２１とその上に載置された成形物Ｐが、上盤の保持された熱板１９に当接してから開始される昇圧制御時の作動油の供給量が制限されるので、加圧開始時に急速に加圧シリンダ１５が昇圧されることによる衝撃を無くすか抑制することができる。なお大容量ポンプ２３の三相モータ２６の停止は、成形物Ｐと熱板１９の当接された際以外に、当接直前、当接後タイマにより所定時間経過が計時された際、当接後加圧シリンダが所定圧力まで上昇したことが圧力センサ４４等により検出されたときに停止するようにしてもよい。成形物Ｐと熱板１９の当接直前の状態をセンサにより検出して大容量ポンプ２３を停止し、小容量ポンプ２５のみの作動で成形物Ｐと熱板１９の当接を行うことにより成形物Ｐへの当接時の衝撃を軽減することができる。これは熱板１８、２１に載置された成形物Ｐが上方の熱板２１，１９に当接する直前に毎回行ってもよく、最上位の中間の熱板２１の成形物Ｐが上盤１２に取り付けられた熱板１９に当接する直前のみに行ってもよい。

次に図３にも示されるように圧力センサ４４により検出される加圧シリンダ１５の圧力が所定の設定圧力に到達する（ｓ５）と、昇圧制御から加圧保持制御に移行する。加圧保持制御は、加圧シリンダ１５の圧力を設定圧力に保つための制御であり、サーボモータ２４により小容量ポンプ２５を作動させることによるクローズドループ制御が行われる。小容量ポンプ２５のみを使用して加圧シリンダ１５および油圧回路からリークした分の作動油が補われる。より具体的には制御装置２９からサーボアンプ４０を介して小容量ポンプ２５を駆動可能な範囲で極低速回転数の指令信号がサーボモータ２４に送られる（ｓ６）。

図３においてはこの部分は破線と矢印で示されている。なおこの際、制御装置２９からサーボモータ２４に送られる極低速回転数の指令値は、小容量ポンプ２５の駆動可能な最低回転数の指令値であってもよく、最低所定の極低速回転数の指令値であってもよい。または加圧保持制御時にサーボモータ２４の駆動を停止して小容量ポンプ２５を停止する区間を含むものでもよい。更にはアキシャルピストンポンプの吐出量をゼロにした状態でサーボモータ２４の回転は継続させるものでもよい。なお加圧補正制御時に圧力を検出する圧力センサは、加圧シリンダ１５、小容量ポンプ２５、または加圧シリンダ１５から小容量ポンプ２５の間の管路４１のいずれかに配置されたものでもよい。

そして小容量ポンプ２５の1回転当たりの吐出量が最小量に切り替えられた上で、小容量ポンプ２５の回転数も極低速回転数に変更されることにより、加圧シリンダ１５または油圧回路からのリーク量が小容量ポンプ２５から加圧シリンダ１５に送られる作動油の供給量を上回ることにより圧力センサ４４により検出される作動油の圧力（加圧シリンダ１５の圧力）が降下する。または小容量ポンプ２５を駆動させるサーボモータ２４が一定時間停止されることにより圧力センサ４４により検出される作動油の圧力が降下する。そして前記圧力センサ４４により検出される作動油の圧力が設定圧力よりも僅かに下側に設定された設定圧力下限値に到達したことが検出される（ｓ７）と、制御装置２９から予め定めた昇圧用のリーク分補填回転数の指令信号をサーボアンプ４０を介してサーボモータ２４に送信し、サーボモータ２４の回転数を変更し増速する（ｓ８）。

この際のリーク分補填回転数は、小容量ポンプ２５の最大回転数と最小回転数の間において中間よりも低速側の回転数が設定される。そのことにより小容量ポンプ２５から加圧シリンダ１５への作動油の供給量が加圧シリンダ１５または油圧回路からの作動油のリーク量を上回ることにより圧力センサ４４により検出される作動油の圧力が設定圧力に向けて上昇する。図３においてはこの部分は実線と矢印で示されている。これらの加圧保持制御は、加圧保持制御の間、継続的に行われる（ｓ９）。即ち（ｓ９）において図示しないタイマが終了時間を計時しない間は、（ｓ５）に戻って制御が繰り返される。なお図３の例はデフォルメして記載されているが、実際の制御においては設定圧力と設定圧力下限値の差がごく僅かである。またポンプ増速回数もプレス装置１１の成形時間や加圧圧力に応じて変化するので一律ではない。またこれらの加圧保持制御の間の熱板１８，１９，２１の温度制御については従来のプレス装置と同様にクローズドループ制御により昇温または降温が行われる。

また図３および図４の実施形態において加圧保持制御は、１つの設定圧力に制御する例が記載されているが、１サイクルのプレス制御工程において、２段階または３段階以上の設定圧力の加圧保持制御により圧力制御されるものでもよい。その際に低い方の設定圧力から高い方の設定圧力に昇圧する際には小容量ポンプ２５のサーボモータ２４の回転数を最高回転数にしてポンプ１回転当たりの吐出量は低吐出量としたまま昇圧をする。また高い方の設定圧力から低い方の設定圧力に降圧する際は、小容量ポンプ２５のサーボモータ２４を逆回転制御して加圧シリンダ１５の加圧油室１５ｂからタンク３０へ作動油を戻すことにより降圧を行う。

更に図３および図４の実施形態において加圧保持制御の小容量ポンプ２５の吐出量の制御は、大容量吐出量から最小吐出量へ変更する２値制御を行っているが、それ以外に複数の吐出量により制御を行うものでもよい。特にアキシャルピストンポンプを圧力補償型におより使用する場合は、加圧シリンダ１５や小容量ポンプ２５から吐出された管路４１の作動油の圧力を検出し、圧力に応じて斜板駆動部３４を制御してアキシャルピストンポンプの斜板の角度を制御することにより無段階に吐出量を変更することもできる。

そして予め設定された加圧保持制御の時間が経過したことが図示しないタイマにより検出されると（ｓ９）、次に圧抜制御に移行する（ｓ１０）。圧抜制御においては、小容量ポンプ２５のサーボモータ２４をクローズドループ制御により逆回転制御させ、加圧シリンダ１５の加圧油室１５ｂの作動油をタンク３０に戻す。このことにより加圧シリンダ１５の圧抜時のショックを無くすことができる。そして圧抜制御が完了すると次に電磁弁４８を作動させてパイロット圧によりカートリッジ弁４７を開放し、ドレン回路の管路４５，４９からタンク３０に向けて大量の作動油を高速で戻す（ｓ１１）。この熱板下降制御により各熱板１８，２１およびラム１６が急速に下降される。そして各熱板１８，２１が図１に示される最下方の位置に到達すると、プレス装置１１が真空チャンバ内にある場合は真空チャンバ内を大気圧に戻した上で扉を開放して成形物Ｐを取り出す。

なお図３および図４の実施形態においては、熱板上昇制御時に小容量ポンプ２５のアキシャルピストンポンプは１回転当たりの吐出量を最大としている。しかしながら熱板上昇制御時の小容量ポンプ２５のピストンポンプの１回転当たりの吐出量も最小または最大ではない吐出量として使用してもよい。小容量ポンプ２５の吐出量を変更しないことにより、小容量ポンプ２５を含めたピストンポンプシステムを廉価なものとすることができるか、制御を容易にすることができる。

また小容量ポンプ２５にギアポンプなどの固定容量型ポンプを使用した場合についても説明する。小容量ポンプ２５が固定容量型ポンプの場合、ポンプ１回転当たりの吐出量に対して出力が大きなサーボモータ２４が使用され一例として最高圧力（定格圧力）が８ＭＰａ以上の高圧対応のポンプが使用される。このことにより昇圧制御時や加圧保持制御時のクローズドループ制御による圧力制御が良好に行える。小容量ポンプ２５を固定容量型ポンプとすることにより一概には言えないが、廉価やポンプを使用することができる場合も多くなる。

本発明のプレス装置１１は、これに限定されるものではないが、比較的大型のプレス装置に使用される。一例としては成形物Ｐを載置する熱板１８，２１（下部の熱板と中間の熱板）の枚数が５枚以上のプレス装置に用いられる。またプレス装置１１の加圧時間についても、一定時間以上（これに限定されるものではないが一例として２０分ないし２４時間）加圧成形するようなケースにおいて有効である。逆に加圧時間が非常に短いプレス装置への本発明の採用は不可能ではないにしても好適ではない。

そして本発明によれば、従来の三相モータにより回転駆動される固定容量型ポンプまたは可変容量型ポンプが１基だけ配置されたプレス装置のように加圧保持制御時にポンプから送られた作動油がリリーフ弁からタンクに戻されることがないために作動油の昇温が抑制される。その結果、作動油を冷却するオイルクーラーの設置をしなくてもよくなる場合も多い。また作動油の劣化が抑制される。

また本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態やその他のバリエーションのものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものや、本実施形態やバリエーションの各記載を掛け合わせたものについても、適用されることは言うまでもないことである。プレス装置１１においてプレス成形される成形物は、各種の回路基板の他、半導体、プリプレグ、樹脂板、繊維樹脂板、木材合板、セラミックスといった成形物であってもよく、限定されない。

１１ プレス装置
１２ 上盤
１３ 下盤
１５ 加圧シリンダ
１８、１９，２２熱板
２３ 大容量ポンプ
２４ サーボモータ
２５ 小容量ポンプ
２６ 三相モータ
２９ 制御装置
４４ 圧力センサ

Claims (4)

1. 加圧シリンダにより熱板および熱板に載置された成形物を上盤に取り付けられた熱板に向けて上昇させ、熱板間で加圧するプレス装置において、
   加圧シリンダに作動油を供給するポンプは、
   サーボモータ以外のモータにより駆動される大容量ポンプと、
   サーボモータにより駆動され前記大容量ポンプよりも吐出量の小さい小容量ポンプとを備え、
   前記大容量ポンプと前記小容量ポンプを接続する管路から、前記加圧シリンダに接続する管路にのみ、圧力センサが設けられている、プレス装置。
2. 加圧シリンダにより熱板および熱板に載置された成形物を上盤に取り付けられた熱板に向けて上昇させ、熱板間で加圧するプレス装置において、
   加圧シリンダに作動油を供給するポンプは、
   サーボモータ以外のモータにより駆動される大容量ポンプと、
   サーボモータにより駆動される可変容量型ポンプとを備え、
   前記大容量ポンプと前記可変容量型ポンプを接続する管路から、前記加圧シリンダを接続する管路にのみ、圧力センサが設けられている、プレス装置。
3. 加圧シリンダにより熱板および熱板に載置された成形物を上盤に取り付けられた熱板に向けて上昇させ、熱板間で加圧するプレス装置の制御方法において、
   加圧シリンダに作動油を供給するポンプは、
   サーボモータ以外のモータにより駆動される大容量ポンプと、サーボモータにより駆動され前記大容量ポンプよりも吐出量の小さい小容量ポンプの両方のポンプを用いて熱板を上昇させ、
   前記大容量ポンプと前記小容量ポンプを接続する管路から、前記加圧シリンダを接続する管路にのみ設けられた圧力センサは、前記加圧シリンダの圧力を検出し、
   前記加圧シリンダに作動油を供給するポンプは、
   上盤に取り付けられた熱板と成形物とが当接直前、当接、当接後所定時間経過、当接後加圧シリンダが所定圧力まで上昇のいずれかのタイミングで前記大容量ポンプを停止し、
   前記大容量ポンプ停止後は前記小容量ポンプのみにより加圧シリンダに作動油を供給して成形物の加圧保持制御を行う、
   プレス装置の制御方法。
4. 前記加圧シリンダ、前記小容量ポンプ、または前記加圧シリンダから前記小容量ポンプの間の管路のいずれかの１つにのみ圧力センサが配置され、
   加圧保持制御時には、前記圧力センサにより検出される作動油の圧力により前記小容量ポンプの制御が行われる
   請求項３に記載のプレス装置の制御方法。

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