JPH0724957B2 - 固体超高圧プレスの圧力制御方法 - Google Patents

固体超高圧プレスの圧力制御方法

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JPH0724957B2
JPH0724957B2 JP3192114A JP19211491A JPH0724957B2 JP H0724957 B2 JPH0724957 B2 JP H0724957B2 JP 3192114 A JP3192114 A JP 3192114A JP 19211491 A JP19211491 A JP 19211491A JP H0724957 B2 JPH0724957 B2 JP H0724957B2
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Japan
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pressure
liquid medium
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main cylinder
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明 浅利
正一 上田
洋 岡本
雅一 村上
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/16Control arrangements for fluid-driven presses

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)
  • Control Of Presses (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

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圧力制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ダイヤモンド合成用の固体超高圧プレス
の圧力制御方法には、特開昭62−61800 号公報に開示さ
れたものがある。これは、図4に示すように、固体を主
ラム1 を介して超高圧で加圧する主シリンダ2 と、可変
速モータ3 により駆動され、液媒タンクからの油等の液
媒を管路4 を通じて主シリンダ2 に供給するポンプ5
と、ポンプ5 と主シリンダ2 との間の管路4 から分岐し
て液媒をタンクに戻すバイパス管路6 と、バイパス管路
6 の途中に設けられかつパルスモータ7 により開度が調
節されるリリーフ弁8 と、主シリンダ2 の圧力を計測す
る圧力計9 とを備えている。そして、昇圧工程、圧力保
持工程及び降圧工程において、圧力計9 により計測され
た圧力が所定設定圧力となるように、パルスモータ7 の
回転によってリリーフ弁8 の絞り量、即ち開度を調節す
る方法を採っている。
【0003】リリーフ弁8 は、図5に示すように、弁座
10を有する弁本体11と、バネ12により付勢されかつ弁座
10に接離自在な球13とを備え、パルスモータ7 の回転に
よってバネ12の圧力を調節し、このバネ12で設定された
液媒の圧力で球13が弁本体11の弁座10に接離して主シリ
ンダ2 の圧力を制御するようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】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、種々の支障を来たすこ
とになる。
【0005】即ち、昇圧工程においては、精度の要求度
は他の圧力保持、降圧工程の要求度に比べれば低い。し
かし、試料の加圧、圧縮が一定又は制御可能であること
は、試料に対して過度な歪速度を与えなくて済み、試料
の割れ防止になる。圧力保持工程は、ダイヤモンドの合
成には最も重要な段階である。つまり、1カラット(=
0.2g 直径6mm) のダイヤモンドを合成するには、約90
時間の長時間を要する。この長時間の間、圧力を±1%
以内の精度に保持しなければ、均質な単結晶を得ること
ができず、方向性のない歪な結晶となる。また成長速度
が遅く、結晶面に埋め残しが生じ、結果的には骸晶若し
くは溶媒金属を内包した結晶となる。
【0006】降圧工程においては、ダイヤモンド合成の
場合、金型内に5万気圧の圧力を内包した試料空間を形
成しているため、この試料空間を無制御で急速に開放す
れば爆発を招き、試料のブローアウトと呼ばれる吹き出
し事故が発生し、またブローアウトに至らなくても、試
料の割れ、破損が生じる。従って、常に或る精度内に圧
力を制御する必要があるが、従来は主シリンダ2の圧力
保持側に接続したリリーフ弁8 を開閉して圧力を制御し
ており、またリリーフ弁8 は弁本体11の弁座10に球13を
バネ12で押付ける構造であるため、バネ12のフラツキに
よる圧力のチャタリング、及び弁本体11の弁座10と球13
の当り面13a との摩耗によるリーク等があるため、図6
に示すように昇圧時は勿論のこと、圧力保持時において
も圧力が鋸歯状等に変化し、高精度の制御を実現するこ
とができなかった。
【0007】本発明は、このような従来の課題に鑑み、
昇圧工程、圧力保持工程及び降圧工程の何れにおいて
も、高精度の制御を実現できる固体超高圧プレスの圧力
制御方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、固体を超高圧
で加圧する主シリンダ14と、該主シリンダ14に液媒タン
ク16から管路18を通じて液媒を供給する供給量可変の液
媒供給手段17と、該液媒供給手段17と前記主シリンダ14
との間の前記管路18から分岐して前記液媒タンク16に液
媒を戻すバイパス管路21と、該バイパス管路21の途中に
設けられた流量制御弁22と、前記主シリンダ14の圧力を
計測する圧力計32とを備え、前記圧力計32により計測さ
れた圧力が所定設定圧力になるように前記液媒供給手段
17と前記流量制御弁22とを制御する固体超高圧プレスの
圧力制御方法であって、前記固体を加圧する圧力を上昇
させる昇圧工程と、該昇圧した圧力を保持する圧力保持
工程と、該保持した圧力を降下させる降圧工程とを有
し、前記昇圧工程においては、前記液媒供給手段17によ
り大供給量で液媒を供給すると共に、前記流量制御弁22
の開度を小さくした状態で圧力制御を行ない、前記圧力
保持工程においては、前記液媒供給手段17により小供給
量で液媒を供給すると共に、前記流量制御弁22の開度を
小さくした状態で圧力制御を行ない、前記降圧工程にお
いては、前記液媒供給手段17により小供給量で液媒を供
給すると共に、前記流量制御弁22の開度を大きくした状
態で圧力制御を行なうものである。
【0009】
【作用】固体超高圧プレスの圧力制御に際しては、固体
を加圧する圧力を上昇させる昇圧工程、該昇圧した圧力
を保持する圧力保持工程、該保持した圧力を降下させる
降圧工程の順で制御を行ない、その何れの工程でも、圧
力計32により計測された圧力が所定設定圧力となるよう
に液媒供給手段17と流量制御弁22とを制御する。
【0010】そして、昇圧工程においては、液媒供給手
段17により大供給量で液媒を供給すると共に、流量制御
弁22の開度を小さくした状態で圧力制御を行ない、圧力
保持工程においては、液媒供給手段17により小供給量で
液媒を供給すると共に、流量制御弁22の開度を小さくし
た状態で圧力制御を行ない、前記降圧工程においては、
液媒供給手段17により小供給量で液媒を供給すると共
に、流量制御弁22の開度を大きくした状態で圧力制御を
行なう。
【0011】従って、常に流量制御弁22を微小なりとも
開けて、液媒供給手段17で液媒を供給しながら圧力を制
御するので、昇圧工程、圧力保持工程及び降圧工程の何
れにおいても、圧力が鋸歯状にフラツクことがなく、高
精度な実現が可能である。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述
する。図1において、14は固体を超高圧で加圧する主シ
リンダで、主ラム15を有する。16は液媒タンクで、液媒
として油が入れられている。17は主シリンダ14に液媒タ
ンク16から管路18を介して液媒を供給する供給量可変型
の液媒供給手段で、ポンプ19とこれを回転駆動する可変
速モータ20とを備えている。21はポンプ19と主シリンダ
14との間の管路18から分岐して液媒タンク16に液媒を戻
すバイパス管路で、この管路21の途中には流量制御弁22
が介装されている。
【0013】流量制御弁22は、図2に示すように、弁本
体23とスプール24とバネ25とコイル26とを有する。弁本
体23は管路21に接続される入側ポート27と出側ポート28
とを有する。スプール24は周溝29を有し、弁本体23内の
入側ポート27と出側ポート28との間に、その開度を変化
させるように軸心方向に摺動自在に設けられ、かつバネ
25により閉方向に付勢されている。コイル26は弁棒31を
介してスプール24を開方向に押圧するためのもので、外
部からの電気信号により遠隔制御され、かつその電気信
号の大小に比例してスプール24の位置を変化させるよう
になっている。
【0014】32は主シリンダ14の圧力を計測する圧力
計、33は圧力アンプである。34は信号発生器で、これは
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
夫々発生するものである。35は圧力調節計で、信号発生
器34の圧力設定信号SVと圧力計32の圧力測定信号PV
とを比較して、その偏差に応じて制御信号MVをPID
演算により演算するものである。36はインバータで、圧
力調節計35の制御信号MVに対応する回転数になるよう
にモータ20を制御するものである。37はリバース変換器
で、圧力測定信号PVが圧力設定信号SVよりも低いほ
ど圧力調節計35が大きな制御信号MVを出すため、この
制御信号MVを逆変換するものである。38は一次遅れ変
換器で、加圧側と減圧側との時定数の差を補償して開度
指令を出力するものである。39は流量制御アンプで、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の開度を変えるためのものであ
る。
【0015】次に動作を説明する。先ず運転前に所望す
る圧力−時間関数を信号発生器34にセットしておき、そ
の後に運転を開始する。すると信号発生器34が圧力設定
信号SVを発生する。この圧力設定信号SVは圧力調節
計35に入力され、この圧力調節計35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PVと比
較され、圧力調節計35で圧力設定信号SVと圧力測定信
号PVとの偏差に応じてPID演算により制御信号MV
が決定される。
【0016】この決定された制御信号MVは、インバー
タ36とリバース変換器37に入力される。インバータ36で
は入力された制御信号MV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。従って、ポンプ19から
の液媒の吐出量がモータ20の回転数に比例して変化し、
その液媒が管路18を経て主シリンダ14へと供給されて行
く。
【0017】一方、リバース変換器37に入力された制御
信号MVは、圧力測定信号PVが圧力設定信号SVより
低いほど大になるので、このリバース変換器37により逆
変換される。即ち、圧力測定信号PVが圧力設定信号S
Vよりも低い場合は、流量制御弁22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36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22側での制御
動作は正動作となるためである。
【0018】リバース変換器37で逆変換された信号は一
次遅れ変換器38を介して流量制御アンプ39に開度指令を
送り、この流量制御アンプ39によりその開度指令に応じ
た電流を出力し、流量制御弁22の開度を変える。従っ
て、ポンプ19により管路18を経て主シリンダ14に供給さ
れる液媒の一部が流量制御弁22を経て管路21から液媒タ
ンク16へと戻されて行く。そして、ポンプ19により吐出
される液媒の吐出量と、流量制御弁22を経て液媒タンク
16に戻される戻り量とにより、主シリンダ14に供給され
る液媒の供給量を制御し、昇圧、圧力保持及び降圧の各
工程において、主シリンダ14の圧力が所望の設定圧力と
なるようにする。
【0019】この場合、昇圧工程では、ポンプ19からの
液媒の供給量は大の 100%(許容範囲 100〜80%) に、
流量制御弁22の開度は小の1%(許容範囲1〜20%) に
夫々制御し、大量の液媒を送りながら微小量の液媒を流
量制御弁22により戻し、この流量制御弁22の開度を制御
することにより、液媒の圧縮率の変化に影響されずに直
線的に昇圧して行く。
【0020】また圧力保持工程においては、ポンプ19か
らの液媒の供給量は小の15%(許容範囲17〜13%) に、
流量制御弁22の開度は小の15%(許容範囲15〜50%) に
夫々制御し、小量の液媒を送りながらその液媒の一部を
流量制御弁22から戻し、同様に一定の圧力を保持する。
降圧工程においては、ポンプ19からの液媒の供給量を小
の15%(許容範囲15〜50%) に、流量制御弁22の開度を
大の80%(許容範囲60〜 100%) に夫々制御し、小量の
液媒を送りながら大量の液媒を流量制御弁22より液媒タ
ンク16に戻して降圧して行く。
【0021】このようにポンプ19で液媒を供給しながら
流量制御弁22の開度を調節して圧力制御を行ない、通
常、速度制御として用いられるブリード・オフ方式を採
用することにより、昇圧、圧力保持及び降圧工程の何れ
においても、圧力が鋸歯状にフラツクことがなくなり、
図3に示すように圧力−時間関数一致する高精度な圧力
制御を実現できる。
【0022】しかも流量制御弁22は液媒の流れ方向に対
してバネ25、弁棒31が直角であり、従来のリリーフ弁の
ように液媒の流量、圧力変動による影響を受けないの
で、バネ25のフラツキによる圧力のチャタリングがな
い。またスプール24型のものを用いることにより摩耗も
なく、流量制御弁22の寿命も長くなる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、固体を加圧する圧力を
上昇させる昇圧工程と、該昇圧した圧力を保持する圧力
保持工程と、該保持した圧力を降下させる降圧工程とを
有し、前記昇圧工程においては、前記液媒供給手段17に
より大供給量で液媒を供給すると共に、前記流量制御弁
22の開度を小さくした状態で圧力制御を行ない、前記圧
力保持工程においては、前記液媒供給手段17により小供
給量で液媒を供給すると共に、前記流量制御弁22の開度
を小さくした状態で圧力制御を行ない、前記降圧工程に
おいては、前記液媒供給手段17により小供給量で液媒を
供給すると共に、前記流量制御弁22の開度を大きくした
状態で圧力制御を行なうので、流量制御弁22が常に微小
なりとも開いており、昇圧、圧力保持及び降圧の工程の
何れにおいても圧力のフラツキがなく、高精度の制御が
実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】本発明の一実施例を示す流量制御弁の断面図で
ある。
【図3】本発明の一実施例を示す圧力特性図である。
【図4】従来の圧力制御装置の構成図である。
【図5】従来のリリーフ弁の構成図である。
【図6】従来の圧力特性図である。
【符号の説明】
14 主シリンダ 16 液媒タンク 17 液媒供給手段 18 管路 21 バイパス管路 22 流量制御弁 32 圧力計 34 信号発生器 35 圧力調節計 36 インバータ 37 リバース変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平1−165200(JP,U)

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(14)
    と、該主シリンダ(14)に液媒タンク(16)から管路(18)を
    通じて液媒を供給する供給量可変の液媒供給手段(17)
    と、該液媒供給手段(17)と前記主シリンダ(14)との間の
    前記管路(18)から分岐して前記液媒タンク(16)に液媒を
    戻すバイパス管路(21)と、該バイパス管路(21)の途中に
    設けられた流量制御弁(22)と、前記主シリンダ(14)の圧
    力を計測する圧力計(32)とを備え、前記圧力計(32)によ
    り計測された圧力が所定設定圧力になるように前記液媒
    供給手段(17)と前記流量制御弁(22)とを制御する固体超
    高圧プレスの圧力制御方法であって、前記固体を加圧す
    る圧力を上昇させる昇圧工程と、該昇圧した圧力を保持
    する圧力保持工程と、該保持した圧力を降下させる降圧
    工程とを有し、前記昇圧工程においては、前記液媒供給
    手段(17)により大供給量で液媒を供給すると共に、前記
    流量制御弁(22)の開度を小さくした状態で圧力制御を行
    ない、前記圧力保持工程においては、前記液媒供給手段
    (17)により小供給量で液媒を供給すると共に、前記流量
    制御弁(22)の開度を小さくした状態で圧力制御を行な
    い、前記降圧工程においては、前記液媒供給手段(17)に
    より小供給量で液媒を供給すると共に、前記流量制御弁
    (22)の開度を大きくした状態で圧力制御を行なうことを
    特徴とする固体超高圧プレスの圧力制御方法。
JP3192114A 1991-07-31 1991-07-31 固体超高圧プレスの圧力制御方法 Expired - Lifetime JPH0724957B2 (ja)

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