JPH07232300A - 固体超高圧プレスの運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体超高圧プレスで加圧される初期昇圧工程
における試料を内包してなる固体の割れを無くする。 【構成】 固体超高圧プレスの初期昇圧工程おいて、そ
の主シリンダ６に作動油を供給する油圧ポンプ１を駆動
するインバータモータ１ａの回転数と、主シリンダ６に
供給される作動油の供給量を制御する流量制御弁２の開
度とを、速度検出器１８から入力される速度測定信号
と、速度信号発生器１９から入力される速度設定信号と
に基づいて速度調節計２０でＰＩＤ演算して求めた速度
制御信号により、主シリンダ６の主ラム６ａの伸長速度
を制御する。 【効果】 さすれば、前記主ラム６ａが速度制御信号に
基づいて伸長作動し、試料を内包してなる固体が急激に
変形しなくなるので、その割れが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンドやＣＢＮ
合成用の固体超高圧プレスの運転制御方法に係り、より
詳しくは、固体の加圧開始直後の昇圧工程において、固
体の圧壊を防止し得るようにした固体超高圧プレスの運
転制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンド合成用の固体超高圧プレス
の運転制御方法については、例えば、本願出願人の出願
になる特開平５−３８６００号公報において開示されて
いる。以下、これを、その実施例を示す構成図の図２を
参照しながら、同明細書に記載されている同一名称と同
一符号とを以て説明すると、符号１４は、固体を超高圧
で加圧する主シリンダで、この主シリンダ１４には、液
媒タンク１６からポンプ１９と、このポンプ１９を回転
駆動する可変速モータ２０とからなる液媒供給手段１７
が介装されてなる管路１８が連通している。また、前記
管路１８のポンプ１９と主シリンダ１４との間から、液
媒タンク１６に液媒を戻して主シリンダ１４に供給する
液媒の圧力を制御する、電磁式の流量制御弁２２が介装
されてなるバイパス管路２１が分岐している。

【０００３】符号３２は主シリンダ１４の圧力を計測す
る圧力計で、符号３３は圧力アンプである。符号３４は
固体を加圧する圧力を上昇させる昇圧工程、昇圧した圧
力を保持する圧力保持工程及び保持した圧力を降下させ
る降圧工程における圧力−時間関数の圧力設定信号を夫
々発生する信号発生器である。符号３５は信号発生器３
４の圧力設定信号と圧力計３２の圧力測定信号とを比較
して、その偏差に応じて制御信号をＰＩＤ演算する圧力
調節計である。符号３６は圧力調節計３５の制御信号に
対応する回転数になるようにモータ２０を制御するイン
バータである。また、符号３７は、圧力測定信号が圧力
設定信号よりも低いほど、圧力調節計３５が大きな圧力
制御のための制御信号を出すために、この制御信号を逆
変換するリバース変換器である。符号３８は加圧側と減
圧側との時定数の差を補償して開度指令を出力する一次
遅れ変換器である。符号３９は一次遅れ変換器３８から
の開度指令に応じた電流をコイル２６に出力し、流量制
御弁２２の開度を変える流量制御アンプである。

【０００４】さらに、図示省略しているが、固体超高圧
プレスには、主シリンダ１４の主ラム１５の伸長作動す
る速度を測定する速度検出器であるパルスジェネレータ
が設けられており、このパルスジェネレータの速度測定
信号であるパルスをカウントするパルスカウンタを介し
て主ラム１５のストロークとしてストローク表示器に表
示されるようになっている。

【０００５】従って、予め圧力−時間関数を信号発生器
３４にセットしておき、セット後に固体超高圧プレスの
運転を開始すると、信号発生器３４から圧力設定信号が
発生する。この圧力設定信号が圧力調節計３５に入力さ
れ、ここにおいて圧力計３２、圧力アンプ３３を介して
入力される圧力測定信号と比較され、圧力調節計３５で
圧力設定信号と圧力測定信号との偏差に応じてＰＩＤ演
算によって制御信号が決定される。このようにして決定
された制御信号はインバータ３６とリバース変換器３７
とにそれぞれ入力される。

【０００６】そして、インバータ３６は入力された制御
信号に対応する回転数になるようにモータ２０の回転数
を制御する。一方、リバース変換器３７は入力された制
御信号を逆変換し、逆変換した信号を流量制御弁２２の
開度指令信号として次遅れ変換器３８を介して流量制御
アンプ３９に送る。そのため、この開度指令信号により
流量制御弁２２の開度が変えられるので、主シリンダ１
４の圧力が信号発生器３４で予めセットした圧力−時間
関数に従って制御される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の通り、ダイヤモ
ンド合成用の固体超高圧プレスでは、昇圧工程、圧力保
持工程及び降圧工程の何れにおいても、設定圧力に対し
て或る一定の精度内に圧力を制御することが重要であ
り、精度が悪ければ、ダイヤモンドの結晶が歪になった
り、ダイヤモンド合成ができなかったりする等種々の支
障を来すので、高精度で圧力を制御するようにしてい
る。ところで、初期昇圧段階において、試料を内包した
固体に急激な変形が生じることがある。固体に急激な変
形が生じると、この固体の急激な変形に伴って試料が破
損してしまい、固体超高圧プレスの安定運転ができなく
なる。つまり、試料は、例えば、金型、アンビルにより
蝋石からなる固体を介して加圧されるが、初期昇圧段階
においては金型とアンビルとの間の隙間が大きく、隙間
から一挙に固体の一部がはみ出すために、固体に急激な
変形が生じて試料が破損するに至るものである。勿論、
昇圧が進み金型とアンビルとの間の隙間が小さくなる
と、固体のはみ出し部分に大きな剪断力が生じてパッキ
ンの働きをするので、固体には均等な圧力が作用し、破
損しなくなる。

【０００８】従って、本発明の目的とするところは、固
体超高圧プレスの昇圧工程における初期段階において、
試料の破損を防止することを可能ならしめる固体超高圧
プレスの運転制御方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記実情に鑑
みてなされたものであって、従って、本発明に係る固体
超高圧プレスの運転制御方法の要旨は、固体を超高圧で
加圧する主シリンダに連通する管路に介装されたポンプ
を駆動する可変速モータの回転数と、前記ポンプと主シ
リンダとの間において前記管路から分岐して作動油タン
クに作動油を戻すバイパス管路の途中に設けられた流量
制御弁の開度とを制御する固体超高圧プレスの運転制御
方法において、前記主シリンダの圧力が予め設定した圧
力に到達するまでは、前記主シリンダの主ラムの速度が
予め設定した速度プログラムに沿うように前記可変速モ
ータの回転数と流量制御弁の開度とを制御し、前記主シ
リンダの圧力が予め設定した圧力に到達した以降は、前
記主シリンダの圧力が予め設定した圧力プログラムに沿
うように制御することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明に係る固体超高圧プレスの運転制御方法
によれば、主シリンダの圧力が予め設定した圧力に到達
するまでは、主シリンダの主ラムの速度が予め設定した
速度プログラムに沿うように可変速モータの回転数と流
量制御弁の開度とを制御するので、主シリンダによる初
期昇圧段階では、主ラムが予め設定した速度プログラム
に沿って伸長作動し、固体に急激な変形が生じることが
ない。

【００１１】一方、圧力計で測定された圧力が予め設定
した圧力に到達した以降は、ポンプを駆動する可変速モ
ータの回転数と流量制御弁の開度との速度制御が圧力制
御に切換えられるので、可変速モータの回転数と流量制
御弁の開度とが、予め設定した圧力プログラムに沿うよ
うに圧力制御されて固体超高圧プレスの主シリンダが伸
長して試料を内包する固体を加圧するが、圧力が予め設
定した圧力に到達した時点においては固体のはみ出しが
抑制されるので、固体が急激に変化するようなことがな
い。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例に係る固体超高圧プレ
スの運転制御方法を実現する固体超高圧プレスを、その
系統説明図の図１を参照しながら説明すると、同図に示
す符号６は固体を超高圧で加圧する主ラム６ａを有する
主シリンダであり、符号７は作動油が入れられている作
動油タンクである。前記主シリンダ６には、作動油タン
ク７から、可変速モータであるインバータモータ１ａで
駆動されて作動油を供給する供給量可変型の油圧ポンプ
１が介装されてなる管路４が連通している。

【００１３】前記管路４の油圧ポンプ１と主シリンダ６
との間から、ソレノイド２ａへの励磁で開度が制御され
ると共に、励磁解除後はリターンスプリングで戻される
ことにより、作動油タンク７に戻される作動油の量を制
御する電磁式の流量制御弁２が介装されてなるバイパス
管路５が分岐している。さらに、管路４には、主シリン
ダ６の圧力を計測する圧力計３が設けられている。

【００１４】また、前記主シリンダ６には、従来例と同
様に、主シリンダ６の主ラム６ａの作動速度を検出する
速度検出器であるパルスジェネレータ８が設けられ、パ
ルスジェネレータ８の速度測定信号であるパルスをカウ
ントするパルスカウンタ９を介して主ラム６ａのストロ
ークとしてストローク表示器１０で表示されるように構
成されている。

【００１５】次に、固体超高圧プレスの運転制御装置を
説明する。これは、圧力制御系と速度制御系とからなっ
ている。先ず、圧力制御系を説明すると、圧力計３で検
出された圧力測定信号は圧力アンプ１１に入力され、圧
力アンプ１１で増幅された圧力測定信号と、圧力信号発
生器１２から発生され、固体を加圧する圧力を上昇させ
る昇圧工程、昇圧した圧力を保持する圧力保持工程及び
保持した圧力を降下させる降圧工程における圧力−時間
関数からなる圧力プログラムである圧力設定信号とが圧
力調節計１３に入力されるように構成されている。圧力
調節計１３は、前記圧力信号発生器１２の圧力設定信号
と圧力計３で検出された圧力測定信号とを比較して、そ
の偏差に応じて圧力制御信号をＰＩＤ演算するものであ
る。

【００１６】そして、圧力調節計１３のＰＩＤ演算で求
められた圧力制御信号は、後述する圧力／速度切換スイ
ッチ２２を介して、従来と同様に、この制御信号に対応
する回転数になるようにモータ２０を制御するインバー
タ１４に入力される一方、圧力測定信号が圧力設定信号
よりも低いほど圧力調節計１３が大きな制御信号を出す
ために、この制御信号を逆変換するリバース変換器１
５、加圧側と減圧側との時定数の差を補償して開度指令
を出力する一次遅れ変換器１６、この一次遅れ変換器１
６からの開度指令に応じた電流を流量制御弁２のソレノ
イド２ａに出力してスプールを作動させる流量制御アン
プ１７を介して流量制御弁２の開度を変えるように構成
されている。

【００１７】以上の説明から良く理解されるように、固
体超高圧プレスの運転制御装置の圧力制御系の構成は、
従来例に係る固体超高圧プレスの運転制御装置の圧力制
御系の構成と若干の相違があるもののほぼ同構成であ
る。本発明では、上記のとおり、このような構成になる
固体超高圧プレスの運転制御装置に、主ラム６ａの伸長
作動する速度を制御する速度制御系を付加したものであ
る。

【００１８】次に、上記運転制御装置の速度制御系の構
成を説明すると、主シリンダ６に設けられた主ラム６ａ
が伸長作動する速度を計測する速度検出器であるパルス
ジェネレータ８から出力されたパルスはパルスカウンタ
９に入力され、次いで、入力されたパルスを速度信号に
変換する速度検出器１８に入力され、この速度検出器１
８で主ラム６ａの速度信号に変換される。

【００１９】そして、前記速度検出器１８で変換された
速度信号と、速度信号発生器１９から発生され、初期昇
圧工程における主ラム６ａの速度−時間関数の速度プロ
グラムである速度設定信号とが速度調節計２０に入力さ
れるように構成されている。速度調節計２０は、前記速
度信号発生器１９の速度設定信号と速度検出器１８で得
られた速度信号とを比較して、その偏差に応じて速度制
御信号をＰＩＤ演算により演算するものである。

【００２０】速度調節計２０のＰＩＤ演算で求められた
速度制御信号は圧力／速度切換スイッチ２２に入力され
るように構成されている。一方、圧力アンプ１１で増幅
された圧力測定信号は圧力調節計１３に入力される他、
圧力／速度切換制御装置２１に入力されるように構成さ
れている。圧力／速度切換制御装置２１は、圧力計３で
測定される主シリンダ６の圧力が予め設定した切換圧力
Ｐｓ（１１７７Ｐａ）になったと判定されたときに、前
記圧力／速度切換スイッチ２２を速度制御側から圧力制
御側に切換える働きをするものである。なお、１１７７
Ｐａの切換圧力Ｐｓは、経験則によって決定したもので
ある。

【００２１】つまり、固体超高圧プレスの運転開始後の
初期昇圧工程において、圧力計３で測定される主シリン
ダ６の圧力が予め設定した切換圧力Ｐｓに到達するまで
の間は、速度調節計２０でＰＩＤ演算された速度の制御
信号に基づいて油圧ポンプ１を駆動するインバータモー
タ１ａの回転数と、流量制御弁２の開度とが圧力制御さ
れるが、前記圧力計３で測定された主シリンダ６の圧力
が切換圧力Ｐｓに到達した以降の昇圧工程は、圧力調節
計１３でＰＩＤ演算された圧力の制御信号に基づいてイ
ンバータモータ１ａの回転数と、流量制御弁２の開度と
が圧力制御されるというように、予め設定した切換圧力
Ｐｓを境として、速度制御から圧力制御に切換えられる
ものである。

【００２２】以下、上記構成になる固体超高圧プレスの
運転制御装置の動作を説明する。先ず、固体超高圧プレ
スを運転する前に、圧力調節計１３で所望する圧力−時
間関数である圧力プログラムを、速度調節計２０で速度
−時間関数である速度プログラムをそれぞれ設定すると
共に、予め定めた切換圧力Ｐｓを圧力／速度制御切換装
置２１で設定する。このとき、圧力／速度切換スイッチ
２２は、図１における右側の速度制御側の位置にセット
されている。なお、圧力調節計１３で設定する圧力プロ
グラムにおける昇圧工程では切換圧力Ｐｓが制御開始圧
力となる。

【００２３】次いで、固体超高圧プレスの運転が開始さ
れると、速度検出器１８の速度測定信号が速度調節計２
０に入力されると共に、速度信号発生器１９から速度設
定信号が入力され、速度調節計２０によりこれら速度測
定信号と速度設定信号とが比較され、これらの偏差に応
じてＰＩＤ演算により主ラム６ａの速度制御信号が決定
される。このようにして決定された速度制御信号は、イ
ンバータ１４とリバース変換器１５に入力される。

【００２４】インバータ１４では、入力された速度制御
信号に対応する回転数になるようにインバータモータ１
ａの回転数を制御する。従って、油圧ポンプ１から吐出
される作動油の吐出量がインバータモータ１ａの回転数
に比例して変化し、その作動油が管路４を経て主シリン
ダ６に供給される。

【００２５】一方、リバース変換器１５に入力された速
度制御信号は、前記速度測定信号が速度設定信号よりも
低いほど大になるので、このリバース変換器１５によっ
て逆変換される。つまり、速度測定信号が速度設定信号
よりも低い場合には、流量制御弁２の開度を小さくする
必要があり、加圧側となるインバータ１５側での制御動
作は逆動作となり、減圧側となる流量制御弁２側での制
御動作は正動作となるためである。

【００２６】リバース変換器１５により逆変換された信
号は、一次遅れ変換器１６を介して流量制御アンプ１７
に開度指令を送り、この流量制御アンプ１７によりその
開度指令に応じた電流を出力し、流量制御弁２の開度を
変える。従って、油圧ポンプ１により管路４を経て主シ
リンダ６に供給される液媒の一部が流量制御弁２を経て
バイパス管路５から作動油タンク７へと戻される一方、
油圧ポンプ１により吐出される作動油の吐出量から、流
量制御弁２を経て作動油タンク７に戻される戻り量を引
いた量の作動油が主シリンダ６に供給され、初期昇圧工
程において、主シリンダ６の主ラム６ａが所望の速度で
伸長作動する。

【００２７】一方、主ラム６ａが伸長作動している間
は、圧力計３で主シリンダ６の圧力が測定され続け、圧
力測定信号は圧力／速度切換制御装置２１に入力され続
ける。圧力／速度切換制御装置２１は、圧力測定信号と
この圧力／速度制御切換装置２１で設定されている予め
定めた切換圧力Ｐｓと比較して、圧力測定信号と切換圧
力Ｐｓが等しくなったときに、圧力／速度切換スイッチ
２２に切換指令信号を発信する。そのため、この切換指
令信号で圧力／速度切換スイッチ２２が同図における左
側の圧力制御側に切換えられる。

【００２８】この圧力／速度切換スイッチ２２の切換え
と同時に、圧力信号発生器１２から圧力調節計１３に圧
力設定信号が入力され、この圧力設定信号が圧力アンプ
１１から入力され続けている圧力測定信号と比較され、
ＰＩＤ演算された圧力制御信号がインバータ１４とリバ
ース変換器１５とにそれぞれ入力される。そして、上記
速度制御信号による速度制御の場合と同様に、インバー
タモータ１ａの回転数と、流量制御弁２の開度が変えら
れ、主シリンダ１４の圧力が切換圧力Ｐｓ以上の所望の
設定圧力になるように制御される。このようにして、昇
圧工程が終了すると、圧力保持工程を経て、降圧工程に
移行され、固体超高圧プレスの一連の運転制御が終了す
る。

【００２９】このように、固体超高圧プレスの初期昇圧
工程においては、主シリンダ６の主ラム６ａの伸長作動
する速度が制御され、従来のように、試料を内包した固
体に急激な変形を生じさせることがないので、固体の急
激な変形に伴って試料が破損するということがなくな
り、固体超高圧プレスの安定した運転が行える。

【００３０】なお、圧力計３で測定された圧力が予め設
定した切換圧力Ｐｓに到達した以降では、油圧ポンプ１
を駆動するインバータモータ１ａの回転数と、流量制御
弁２の開度との制御が速度制御から圧力制御に切換えら
れるので、インバータモータ１ａの回転数と流量制御弁
２の開度とが、予め設定した圧力プログラムに沿うよう
に圧力制御されて固体超高圧プレスの主シリンダ６の主
ラム６ａが伸長作動して、試料を内包する固体を加圧す
るが、圧力が予め設定した切換圧力Ｐｓに到達した時点
においては固体のはみ出しが抑制されるので、固体が急
激に変化するようなことがなく、固体超高圧プレスの安
定運転に支障が生じることがない。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の固体超高
圧プレスの運転制御方法によれば、主シリンダの圧力が
予め設定した圧力に到達するまでの初期昇圧段階では、
主シリンダの主ラムの速度が予め設定した速度プログラ
ムに沿うように可変速モータの回転数と流量制御弁の開
度とが制御されて速度制御され、主ラムが予め設定した
前記速度プログラムに沿って伸長作動するので、固体に
急激な変形が生じることがなく、固体が割れたりするこ
とがなくなる結果、固体超高圧プレスの安定運転の向上
に対して多大な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る固体超高圧プレスの運転
制御方法を実現する固体超高圧プレスの運転制御装置の
系統説明図である。

【図２】従来例に係る固体超高圧プレスの運転制御方法
の実施例を示す構成図である。

【符号の説明】

１…油圧ポンプ，１ａ…インバータモータ，２…流量制
御弁，２ａ…ソレノイド，３…圧力計，４…管路，５…
バイパス管路，６…主シリンダ，６ａ…主ラム、７…作
動油タンク，８…パルスジェネレータ，９…パルスカウ
ンタ，１０…ストローク表示器，１１…圧力アンプ，１
２…圧力信号発生器，１３…圧力調節計，１４…インバ
ータ，１５…リバース変換器，１６…一次遅れ変換器，
１７…流量制御アンプ，１８…速度検出器，１９…速度
信号発生器，２０…速度調節計，２１…圧力／速度制御
切換装置，２２…圧力／速度切換スイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 16/00 Ｃ 7740−3Ｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体を超高圧で加圧する主シリンダに連
   通する管路に介装されたポンプを駆動する可変速モータ
   の回転数と、前記ポンプと主シリンダとの間において前
   記管路から分岐して作動油タンクに作動油を戻すバイパ
   ス管路の途中に設けられた流量制御弁の開度とを制御す
   る固体超高圧プレスの運転制御方法において、前記主シ
   リンダの圧力が予め設定した圧力に到達するまでは、前
   記主シリンダの主ラムの速度が予め設定した速度プログ
   ラムに沿うように前記可変速モータの回転数と流量制御
   弁の開度とを制御し、前記主シリンダの圧力が予め設定
   した圧力に到達した以降は、前記主シリンダの圧力が予
   め設定した圧力プログラムに沿うように制御することを
   特徴とする固体超高圧プレスの運転制御方法。