油圧サーボ装置
【課題】 プレス機等の工作機械のほか、種々の産業用油圧機械等に適用できる油圧サーボ装置を提供する。ワークの種類にかかわらず油圧シリンダのストローク位置の制御を高精度に行う。
【解決手段】シリンダ１１を鉛直方向に配置し、シリンダロッド２１の自重により発生するチューブ側の圧力を圧力を油圧ポンプ１４に導く。このパイロット圧は、油圧ポンプ１３の容量切換用として使用する。油圧ポンプ１３の容量を切り換えるための圧力は、シリンダ１１のチューブ側またはロッド側の圧力のいずれか高い方を使用する。パイロット圧は、電磁切換弁１６の切り換えにより行う。電磁切換弁１６の切り換えは、シリンダロッド２１のストロークに従う。シリンダロッド２１のストロークは、位置センサ１４により検出する。
【解決手段】シリンダ１１を鉛直方向に配置し、シリンダロッド２１の自重により発生するチューブ側の圧力を圧力を油圧ポンプ１４に導く。このパイロット圧は、油圧ポンプ１３の容量切換用として使用する。油圧ポンプ１３の容量を切り換えるための圧力は、シリンダ１１のチューブ側またはロッド側の圧力のいずれか高い方を使用する。パイロット圧は、電磁切換弁１６の切り換えにより行う。電磁切換弁１６の切り換えは、シリンダロッド２１のストロークに従う。シリンダロッド２１のストロークは、位置センサ１４により検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プレス機等の工作機械のほか、種々の産業用油圧機械等に適用される油圧サーボ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧シリンダを用いた塑性加工装置（プレス機）等では、その作動を制御するために次のような油圧サーボ装置が採用されている。
【０００３】
図２は、プレス機に採用されている油圧サーボ装置の一例を示すものである（例えば、特許文献１参照。）。この油圧サーボ装置では、サーボモータ１が回転して二方向吐出型の油圧ポンプ２が駆動されると、油圧シリンダ３のチューブ側ポート４に圧油が供給され、シリンダロッド５が所定の初期位置から下死点位置まで伸長する。これによりダイ６が所定のプレス位置まで下降し、ワーク７がプレス加工される。その後、サーボモータ１が逆回転することによりシリンダロッド５が下死点位置から初期位置まで縮短する。なお、サーボモータ１は、所定の制御装置によってその回転が制御されている。
【０００４】
このようなプレス機等では、高精度なプレス加工を行うために油圧シリンダ３の作動（シリンダロッド５のストローク）を正確に制御する必要がある。すなわち、シリンダロッド５は、初期位置からダイ６がワーク７に接触する程度の位置までは速やかに伸長し、プレスの段階ではシリンダロッド５の下死点位置をダイ６が所定のプレス位置となる位置に精密に合致させる必要がある。また、下死点位置から初期位置までは速やかに戻る必要がある。
【０００５】
かかる制御を行うために、同図に示すような可変容量型の油圧ポンプ２が採用されており、ダイ６がワーク７に接触する程度までは吐出量を大きくしてシリンダロッド５を高速で伸長させ、その後下死点位置までは吐出量を小さくしてシリンダロッド５のストローク速度を低下させてその位置を精密に制御している。また、プレス位置から初期位置へ戻る際には、再び吐出量を大きくして高速で戻るようにしている。
【０００６】
なお、油圧ポンプ２はパイロット式可変容量型のものであって、油圧シリンダ３のチューブ側圧力をパイロット圧として油圧ポンプ２に導き、このパイロット圧が大きくなると吐出量が小さくなるように設定されている。
【特許文献１】特開平１０−１６６１９９号公報（第９図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、油圧ポンプ２の容量の切り換え（傾転量の切り換え）が油圧シリンダ３のチューブ側圧力に依存することから、次のような問題がある。
【０００８】
すなわち、ワーク７の塑性加工に大きなプレス力を必要としない場合や、加工していないときに無負荷で微少上昇または微少下降させたい場合（無負荷運転）には、油圧シリンダ３のチューブ側圧力が上がらず、そのため、油圧ポンプ２の容量の切り換えを行うことができない。その結果、シリンダロッド５の下死点位置をダイ６のプレス位置に精密に対応させることができないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、ワークの種類にかかわらず油圧シリンダのストローク位置の制御を高精度に行うことのできる油圧サーボ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
(1) 本願発明者は、油圧ポンプの容量の切り換えを確実に行うことができれば油圧シリンダのストローク位置を高精度に制御できることから、従来のように油圧ポンプの容量の切り換えを油圧シリンダの圧力を検知して間接的に行うのではなく、油圧シリンダのストロークを直接検出し、これに基づいて強制的に油圧ポンプの容量を切り換えることで上記目的を達成することができると考えた。
【００１１】
(2) そこで、本願に係る油圧サーボ装置は、容量切換用パイロット圧によって容量を変えることができる二方向吐出型の油圧ポンプと、シリンダロッドが鉛直方向に沿って伸縮するように配置され、油圧ポンプの２つの吐出口がチューブ側ポートおよびシリンダロッド側ポートにそれぞれ油圧的に接続された油圧シリンダと、上記シリンダロッドが所定のストロークを行ったときにこれを検出してストローク信号を発信する位置センサと、少なくともシリンダロッド側ポートの圧力を上記容量切換用パイロット圧として油圧ポンプに導くパイロットラインと、パイロットラインを開閉する電磁切換弁と、上記ストローク信号を受信し、これに基づいて電磁切換弁を開く信号を発信する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
プレス機等においては、通常、油圧シリンダは鉛直方向に配置されるから、軽負荷または無負荷状態であっても、シリンダロッド、ダイおよび金型等の自重によってシリンダロッド側ポートに一定の圧力が発生する。この圧力はパイロットラインによって油圧ポンプに導かれるが、パイロットラインは電磁切換弁によって開閉されるから、電磁切換弁が閉のときはシリンダロッド側ポート圧力は油圧ポンプに導かれず、開の状態で導かれる。つまり、電磁切換弁を切り換えることによって確実に容量切換用パイロット圧を油圧ポンプに導くことができる。
【００１３】
ここで、電磁切換弁の切り換えのタイミングは、位置センサによってシリンダロッドのストロークを検出し、そのときの検出信号（ストローク信号）に基づいて行う。すなわち、この油圧サーボ装置が適用されるプレス機等の工作機械の用途・機能に応じてシリンダロッドの所要のストロークを予め設定し、当該ストロークを位置センサで検出する。そして、上記ストローク信号は、制御装置により受信され、制御装置はこれに基づいて信号を発信する。電磁切換弁は、この信号に基づいてパイロットラインを開く。
【００１４】
(3) 上記パイロットラインには、油圧ポンプの上記チューブ側ポートに接続された吐出口の圧力および上記シリンダロッド側ポートの圧力のうちいずれか高圧側を上記容量切換用パイロット圧として油圧ポンプに導くための高圧選択弁を設けることもできる。このようにすれば、油圧ポンプの容量を切り換えるためのパイロット圧をより確実に得ることができるという利点がある。
【００１５】
また、油圧シリンダのシリンダロッド側ポートに、カウンタバランス弁を設けることもできる。これにより、必要に応じてブレーキをかけた状態でシリンダロッドを伸長させることができ、シリンダロッドが予め設定された下死点位置で正確に停止するようにストロークを制御することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明によれば、位置センサによってシリンダロッドのストロークを検知することにより、電磁切換弁を開位置に操作して、シリンダロッドの自重により発生する圧力がパイロットラインを介して油圧ポンプに導かれるから、所要時に確実に油圧ポンプの容量を切り換えることができる。したがって、ワークの種類にかかわらず油圧シリンダのストローク位置の制御を高精度に行うことができる（請求項１に係る発明）。
【００１７】
また、上記パイロットラインに、油圧ポンプの上記チューブ側ポートに接続された吐出口の圧力および上記シリンダロッド側ポートの圧力のうちいずれか高圧側を上記容量切換用パイロット圧として油圧ポンプに導くことにより、油圧ポンプの容量を切り換えるためのパイロット圧をより確実に得ることができ、ワークの種類にかかわらず油圧シリンダのストローク位置の制御を確実且つ高精度に行うことができる（請求項２に係る発明）。
【００１８】
特に、油圧シリンダのシリンダロッド側ポートにカウンタバランス弁を設けることにより、いわゆるシリンダのオーバーシュートを防止して油圧シリンダのストローク位置の制御をより一層確実且つ高精度に行うことができる。また制御装置の故障時や停電時にシリンダロッドおよびダイが落下することを防止する安全対策手段としても有効である（請求項３に係る発明）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る油圧サーボ装置の構成を示す系統図である。この油圧サーボ装置１０は、本実施形態ではワークを塑性加工するプレス機に適用されており、精密なプレス加工を行うためにプレス用油圧シリンダ（以下、単に「シリンダ」という。）１１のストロークを精密に制御する。この油圧サーボ装置１０は、プレス機に限定されることはなく、種々の工作機械の他、一般産業用機械等にも適用することができる。
【００２１】
油圧サーボ装置１０の構成について説明する。油圧サーボ装置１０は、サーボモータ１２によって駆動される二方向吐出型可変容量油圧ポンプ（以下、単に「油圧ポンプ」という。）１３と、油圧ポンプ１３から圧油の供給を受けて作動するシリンダ１１と、シリンダ１１のストロークを監視する位置センサ１４と、油圧ポンプ１３の容量を切り換えるためのパイロット圧を油圧ポンプ１３に導くためのパイロットライン１５と、パイロットライン１５を開閉するための電磁切換弁１６と、電磁切換弁１６の作動のほか油圧サーボ装置１０全体の動作を制御する制御装置１７とを備えている。
【００２２】
また、本実施形態では、油圧ポンプ１３が二方向吐出型のものであって、シリンダ１１の作動時にはシリンダチューブ側とシリンダロッド側の作動油が循環するようになっているが、シリンダ１１の作動をより良好なものとするために、作動油調整回路１８が備えられている。
【００２３】
以下、各部について詳しく説明する。
【００２４】
(1) 油圧ポンプ
油圧ポンプ１３は、大容量と小容量とに切換可能な斜板ポンプである。当該油圧ポンプ１３では、容量の切り換えを、外部パイロット圧によって斜板の傾転角を変化させることによって行っている。当該油圧ポンプ１３は容量制御のための調節器２９を備えており、この調節器２９はパイロットポート１９と設定圧力調整用ばね２０とを備えている。このばね２０のバネ力を調整することにより、油圧ポンプ１３の容量切り換えの設定圧力を変えることができる。また、シリンダロッド側ポート圧力に対応して、このばね２０のバネ定数を従来技術より小さくして、容量切り換えをきわめてレスポンスの高いものとすることができる。なお、この油圧ポンプ１３を駆動するためのサーボモータ１２は、上記制御装置１７によってその作動が制御されている。
【００２５】
油圧ポンプ１３の主軸が正転されると作動油がシリンダロッド側から吸油されて圧油がシリンダチューブ側へ供給される。また、主軸が逆転されると作動油がシリンダチューブ側から吸油されて圧油がシリンダロッド側へ供給される。このような油圧ポンプ１３とシリンダ１１とを連結した油圧回路は、理論的には閉じているが、実際には内部で多少の作動油の漏れが起こる。このように漏れた作動油は図示しないドレン回路によってドレンされるのであるが、場合によっては、油圧回路内での作動油量が不足してキャビテーションが発生することもある。また、シリンダ１１は片ロッド複動型であるので、シリンダロッド２１のストロークの際にシリンダチューブ２２側を流れる作動油量とシリンダロッド２１側を流れる作動油量とは異なる。その一方、油圧ポンプ１３の吸油量と吐出量とは等しい。そのため、シリンダロッド２１の伸長時に油圧回路内の作動油量が不足し、またシリンダロッド２１の縮短時にはシリンダロッド側の作動油量が過多となって異常圧力になるおそれがある。
【００２６】
(2) 作動油調整回路
上述の作動油調整回路１８は、かかる不都合を回避するために設けられている。具体的には、内部にチェック弁２３ａとパイロットチェック弁２３ｂが配設されており、このチェック弁２３ａとパイロットチェック弁２３ｂとはプレス機に備えられたオイルタンク２４に接続されている。
【００２７】
この作動油調整回路１８によれば、油圧ポンプ１３が正転して作動油がシリンダロッド２１側から吸油されててシリンダチューブ２２側に供給されると、電磁切換弁３５が励磁されている場合は油圧回路内の不足分油量がタンク２４からパイロットチェック弁２３ｂを通って補充される。また、電磁切換弁３５が非励磁の場合はカウンタバランス弁２７によってシリンダチューブ側の圧力が上昇するのでパイロットチェック弁２３ｂが閉じている。そのため、チェック弁２３ａから不足分油量を吸い込んで補充する。その結果、油圧回路内の作動油量が不足しても、オイルタンク２４から作動油が吸い上げられて不足分を補う。
【００２８】
一方、油圧ポンプ１３が逆転して作動油がシリンダチューブ２２側から吸油されてシリンダロッド２１側に供給されると、同様にまずシリンダロッド２１側の圧力が上昇し、これにより、パイロットチェック弁２３ｂが開く。その結果、油圧回路内の作動油量が過多となっても、その分をオイルタンク２４に戻すことができる。なお、作動油調整回路１８は、かかるチェック弁２３ａとパイロットチェック弁２３ｂとを用いたものに限定されることなく、その他公知の構造を採用することができる。
【００２９】
(3) シリンダおよび位置センサ
シリンダ１１は、上述したようにシリンダチューブ２２とシリンダロッド２１とを備えた片ロッド複動型のものである。本実施形態に係る油圧サーボ装置１０をプレス機に採用した場合、このシリンダ１１は鉛直方向に沿って配置されている。また、シリンダ１１は、シリンダロッド２１の先端にダイ２５を備えており、且つシリンダロッド側ポート２６にカウンタバランス弁２７が配設されている。
【００３０】
ダイ２５は、ワーク２８をプレスするためのものであり、ワーク２８を所要の形状に塑性加工するために必要な外形形状を有している。また、カウンタバランス弁２７を設けることによって、シリンダロッド２１が伸長する際にブレーキをかけて急激な伸長（落下）を防止している。
【００３１】
位置センサ１４は、上下方向（すなわちシリンダロッド２１の伸縮方向）に沿って設置されており、当該位置に対応した信号Ｓ１を出力してシリンダロッド２１のストロークを検出することができる。
【００３２】
(4) パイロットラインおよび電磁切換弁
パイロットライン１５は、シリンダチューブ側ポート３１の圧力またはシリンダロッド側ポート２６の圧力のうち高い方をパイロット圧として油圧ポンプ１３のパイロットポート１９に導くためのものである。このため、パイロットライン１５には高圧選択弁３２が設けられており、この高圧選択弁３２の両ポートは、それぞれシリンダチューブ側ポート３１およびシリンダロッド側ポート２６に接続されている。
【００３３】
また、パイロットライン１５の途中には電磁切換弁１６が設けられており、これが切り換わることによってパイロットライン１５が開閉されるようになっている。すなわち、電磁切換弁１６は通常閉位置となるように設定されており（図に示す状態）、パイロット圧が油圧ポンプ１３のパイロットポート１９に導かれていないが、電磁切換弁１６を電気的に切り換え開位置とすることによりパイロットライン１５がパイロットポート１９と連通し、パイロット圧が油圧ポンプ１３のパイロットポート１９に導かれるようになっている。なお、この電磁切換弁１６の切り換えのタイミングは、制御装置１７からの指令によるものとなっている。
【００３４】
(5) 制御装置
制御装置１７は、メモリ３４とＣＰＵ３３とを備えている。メモリ３４には、サーボモータ１２を予め設定された速度、回転方向等に制御するためのプログラムが記憶されている。そして、それにしたがってＣＰＵ３３がサーボモータ１２を運転する信号（指令信号Ｓ４と位置センサ１４の検出信号Ｓ１との偏差信号）Ｓ２を出力するようになっている。
【００３５】
また、メモリ３４には、上記位置センサ１４によって検出されるべきシリンダロッド２１の２つの所定位置が信号として記憶されている。一つは、電磁切換弁１６を切り換えるタイミングに対応した位置であって、具体的には、シリンダロッド２１に設けられたダイ２５がワーク２８に接触して押圧し始める位置である。もう一つは、ダイ２５がワーク２８を完全にプレスした位置であって、この位置を正確に検出することが高精度なプレス作業をするために重要である。
【００３６】
そして、ＣＰＵ３３は、位置センサ１４が出力する検出信号Ｓ１を受信し、この検出信号Ｓ１と上記記憶された１つ目の所定位置信号とを比較して、一致すれば電磁切換弁１６のソレノイドを駆動する信号Ｓ３を出力し、電磁切換弁１６は、パイロットラインを開の状態に切り換える。また、検出信号Ｓ１と上記記憶された２つ目の所定位置信号とが一致すればサーボモータ１２が停止して、シリンダロッドは所定位置で停止する。
【００３７】
(6) 油圧サーボ装置の動作
次に、本実施形態に係るプレス機の動作について、油圧サーボ装置１０の作用効果と共に説明する。
【００３８】
上述した油圧サーボ装置１０を採用したことによる最大のメリットは、プレス機によって薄肉の鋼板等を加工する場合、すなわち、シリンダ１１内に高い圧力が発生しない軽負荷の場合であっても、正確なプレス加工を行うことができる点である。
【００３９】
詳述すると、まず常態において油圧ポンプ１３は大容量に設定されており、油圧ポンプ１３が正転されると大量の作動油がシリンダチューブ２２側に供給され、シリンダロッド２２は急速に下降する。
【００４０】
シリンダロッド２１のストロークは位置センサ１４により監視されており、シリンダロッド２１が伸長してダイ２５がワーク２８を押圧し始めると、位置センサ１４および制御装置１７がこれを感知して信号Ｓ３が発信される。この信号に基づいて電磁切換弁１６が切り換えられ、パイロットライン１５が開かれる。
【００４１】
このとき、仮にシリンダ１１が軽負荷または無負荷であっても、シリンダロッド２１側には、シリンダロッド２１およびダイ２５の自重によって一定の圧力が発生する。この圧力は高圧選択弁３２に導かれる。一方、シリンダ１１が軽負荷または無負荷のときはシリンダチューブ２２側にはほとんど圧力が発生しない。このため、パイロットライン１５は、シリンダロッド２１側の圧力をパイロット圧として油圧ポンプ１３のパイロットポート１９に導くことになり、この圧力によって、油圧ポンプ１３の容量が切り換えられて小容量となる。これにより、シリンダ１１は低速で駆動され、シリンダロッド２１のストロークを高精度に制御することが可能となり、シリンダロッド２１の予め設定された下死点位置、すなわち、ダイ２５がワーク２８を完全にプレスした位置を正確に検出することができる。
【００４２】
このように本実施形態では、シリンダロッド２１等の自重により発生する圧力を油圧ポンプ１３の容量制御のための調節器２９のパイロット圧として導くから、ワーク２８の種類にかかわらず（シリンダ１１の負荷の大小にかかわらず）シリンダ１１のストローク制御を精密に行い、精度の高いプレス作業をすることができる。
【００４３】
さらに、油圧ポンプ１３の設定圧力調整用バネ２０を操作して容量切換用のパイロット圧を低圧に設定することができる。これにより、油圧ポンプ１３の容量の切換をきわめてレスポンスの高いものとすることができるという利点がある。
【００４４】
また、シリンダロッド２１の下死点位置を位置センサ１４が検出したときは、制御装置１７から信号Ｓ２が出力され、サーボモータ１２が逆回転される。上記信号Ｓ２の出力と共に電磁切換弁１６を再び切り換えてパイロットラインを閉じる信号を出力させることもできる。このようにすれば、油圧ポンプ１３の容量を大きくして、シリンダ１１の縮短を高速で行うことができる。
【００４５】
特に本実施形態では、パイロットライン１５には高圧選択弁３２が設けられているから、シリンダチューブ２２側に発生する圧力およびシリンダロッド２１側に発生する圧力のうち、いずれか高圧側を上記容量切換用のパイロット圧として導くことができる。これにより、シリンダ１１の負荷の大小にかかわらず、油圧ポンプ１３の容量を切り換えるためのパイロット圧をより確実に得ることができる。
【００４６】
しかも、本実施形態では、シリンダ１１にカウンタバランス弁２７が設けられている。ワーク２８をプレスする際、電磁切換弁３５を励磁して上記カウンタバランス弁２７を機能させて、シリンダ１１にブレーキをかけた状態となる。これにより、シリンダ１１のオーバーシュートを確実に避けることができ、一層精度の高いプレス作業が可能となる。
【００４７】
なお、本実施形態では、上述のようにシリンダ１１のストロークを基準にしてシリンダロッド２１側の圧力をパイロット圧として導くようにしたが、これと共に、シリンダチューブ２２側の圧力を基準にしてこの圧力をパイロット圧として導く従来の構造を併せ持たせることもできる。
【００４８】
すなわち、たとえば、厚肉の鋼板等を加工する場合のように、シリンダ１１内に高い圧力が発生する場合は、シリンダチューブ側ポート３１に発生する圧力によりシリンダロッド２１が伸長してダイ２５がワーク２８を押圧し始める位置を検出することができる。したがって、そのときのシリンダチューブ２２側の圧力を所要の圧力センサにより検出し、その検出信号に基づいて電磁切換弁１６を切り換える。これにより、油圧ポンプ１３を小容量となし、シリンダ１１を低速駆動してシリンダロッド２１の予め設定された下死点位置（すなわちダイ２５がワーク２８を完全にプレスする位置）の精度を向上させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
ワークの種類にかかわらず油圧シリンダのストローク位置の制御を高精度に行うことが不可欠な用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る油圧サーボ装置の構成を示す系統図である。
【図２】従来のプレス機に採用されている油圧サーボ装置の構成を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 油圧サーボ装置
１１ シリンダ
１２ サーボモータ
１３ 油圧ポンプ
１４ 位置センサ
１５ パイロットライン
１６ 電磁切換弁
１７ 制御装置
１９ パイロットポート
２１ シリンダロッド
２２ シリンダチューブ
２６ シリンダロッド側ポート
２７ カウンタバランス弁
２８ ワーク
３１ シリンダチューブ側ポート
３２ 高圧選択弁
３５ 電磁切換弁
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プレス機等の工作機械のほか、種々の産業用油圧機械等に適用される油圧サーボ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧シリンダを用いた塑性加工装置（プレス機）等では、その作動を制御するために次のような油圧サーボ装置が採用されている。
【０００３】
図２は、プレス機に採用されている油圧サーボ装置の一例を示すものである（例えば、特許文献１参照。）。この油圧サーボ装置では、サーボモータ１が回転して二方向吐出型の油圧ポンプ２が駆動されると、油圧シリンダ３のチューブ側ポート４に圧油が供給され、シリンダロッド５が所定の初期位置から下死点位置まで伸長する。これによりダイ６が所定のプレス位置まで下降し、ワーク７がプレス加工される。その後、サーボモータ１が逆回転することによりシリンダロッド５が下死点位置から初期位置まで縮短する。なお、サーボモータ１は、所定の制御装置によってその回転が制御されている。
【０００４】
このようなプレス機等では、高精度なプレス加工を行うために油圧シリンダ３の作動（シリンダロッド５のストローク）を正確に制御する必要がある。すなわち、シリンダロッド５は、初期位置からダイ６がワーク７に接触する程度の位置までは速やかに伸長し、プレスの段階ではシリンダロッド５の下死点位置をダイ６が所定のプレス位置となる位置に精密に合致させる必要がある。また、下死点位置から初期位置までは速やかに戻る必要がある。
【０００５】
かかる制御を行うために、同図に示すような可変容量型の油圧ポンプ２が採用されており、ダイ６がワーク７に接触する程度までは吐出量を大きくしてシリンダロッド５を高速で伸長させ、その後下死点位置までは吐出量を小さくしてシリンダロッド５のストローク速度を低下させてその位置を精密に制御している。また、プレス位置から初期位置へ戻る際には、再び吐出量を大きくして高速で戻るようにしている。
【０００６】
なお、油圧ポンプ２はパイロット式可変容量型のものであって、油圧シリンダ３のチューブ側圧力をパイロット圧として油圧ポンプ２に導き、このパイロット圧が大きくなると吐出量が小さくなるように設定されている。
【特許文献１】特開平１０−１６６１９９号公報（第９図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、油圧ポンプ２の容量の切り換え（傾転量の切り換え）が油圧シリンダ３のチューブ側圧力に依存することから、次のような問題がある。
【０００８】
すなわち、ワーク７の塑性加工に大きなプレス力を必要としない場合や、加工していないときに無負荷で微少上昇または微少下降させたい場合（無負荷運転）には、油圧シリンダ３のチューブ側圧力が上がらず、そのため、油圧ポンプ２の容量の切り換えを行うことができない。その結果、シリンダロッド５の下死点位置をダイ６のプレス位置に精密に対応させることができないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、ワークの種類にかかわらず油圧シリンダのストローク位置の制御を高精度に行うことのできる油圧サーボ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
(1) 本願発明者は、油圧ポンプの容量の切り換えを確実に行うことができれば油圧シリンダのストローク位置を高精度に制御できることから、従来のように油圧ポンプの容量の切り換えを油圧シリンダの圧力を検知して間接的に行うのではなく、油圧シリンダのストロークを直接検出し、これに基づいて強制的に油圧ポンプの容量を切り換えることで上記目的を達成することができると考えた。
【００１１】
(2) そこで、本願に係る油圧サーボ装置は、容量切換用パイロット圧によって容量を変えることができる二方向吐出型の油圧ポンプと、シリンダロッドが鉛直方向に沿って伸縮するように配置され、油圧ポンプの２つの吐出口がチューブ側ポートおよびシリンダロッド側ポートにそれぞれ油圧的に接続された油圧シリンダと、上記シリンダロッドが所定のストロークを行ったときにこれを検出してストローク信号を発信する位置センサと、少なくともシリンダロッド側ポートの圧力を上記容量切換用パイロット圧として油圧ポンプに導くパイロットラインと、パイロットラインを開閉する電磁切換弁と、上記ストローク信号を受信し、これに基づいて電磁切換弁を開く信号を発信する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
プレス機等においては、通常、油圧シリンダは鉛直方向に配置されるから、軽負荷または無負荷状態であっても、シリンダロッド、ダイおよび金型等の自重によってシリンダロッド側ポートに一定の圧力が発生する。この圧力はパイロットラインによって油圧ポンプに導かれるが、パイロットラインは電磁切換弁によって開閉されるから、電磁切換弁が閉のときはシリンダロッド側ポート圧力は油圧ポンプに導かれず、開の状態で導かれる。つまり、電磁切換弁を切り換えることによって確実に容量切換用パイロット圧を油圧ポンプに導くことができる。
【００１３】
ここで、電磁切換弁の切り換えのタイミングは、位置センサによってシリンダロッドのストロークを検出し、そのときの検出信号（ストローク信号）に基づいて行う。すなわち、この油圧サーボ装置が適用されるプレス機等の工作機械の用途・機能に応じてシリンダロッドの所要のストロークを予め設定し、当該ストロークを位置センサで検出する。そして、上記ストローク信号は、制御装置により受信され、制御装置はこれに基づいて信号を発信する。電磁切換弁は、この信号に基づいてパイロットラインを開く。
【００１４】
(3) 上記パイロットラインには、油圧ポンプの上記チューブ側ポートに接続された吐出口の圧力および上記シリンダロッド側ポートの圧力のうちいずれか高圧側を上記容量切換用パイロット圧として油圧ポンプに導くための高圧選択弁を設けることもできる。このようにすれば、油圧ポンプの容量を切り換えるためのパイロット圧をより確実に得ることができるという利点がある。
【００１５】
また、油圧シリンダのシリンダロッド側ポートに、カウンタバランス弁を設けることもできる。これにより、必要に応じてブレーキをかけた状態でシリンダロッドを伸長させることができ、シリンダロッドが予め設定された下死点位置で正確に停止するようにストロークを制御することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明によれば、位置センサによってシリンダロッドのストロークを検知することにより、電磁切換弁を開位置に操作して、シリンダロッドの自重により発生する圧力がパイロットラインを介して油圧ポンプに導かれるから、所要時に確実に油圧ポンプの容量を切り換えることができる。したがって、ワークの種類にかかわらず油圧シリンダのストローク位置の制御を高精度に行うことができる（請求項１に係る発明）。
【００１７】
また、上記パイロットラインに、油圧ポンプの上記チューブ側ポートに接続された吐出口の圧力および上記シリンダロッド側ポートの圧力のうちいずれか高圧側を上記容量切換用パイロット圧として油圧ポンプに導くことにより、油圧ポンプの容量を切り換えるためのパイロット圧をより確実に得ることができ、ワークの種類にかかわらず油圧シリンダのストローク位置の制御を確実且つ高精度に行うことができる（請求項２に係る発明）。
【００１８】
特に、油圧シリンダのシリンダロッド側ポートにカウンタバランス弁を設けることにより、いわゆるシリンダのオーバーシュートを防止して油圧シリンダのストローク位置の制御をより一層確実且つ高精度に行うことができる。また制御装置の故障時や停電時にシリンダロッドおよびダイが落下することを防止する安全対策手段としても有効である（請求項３に係る発明）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る油圧サーボ装置の構成を示す系統図である。この油圧サーボ装置１０は、本実施形態ではワークを塑性加工するプレス機に適用されており、精密なプレス加工を行うためにプレス用油圧シリンダ（以下、単に「シリンダ」という。）１１のストロークを精密に制御する。この油圧サーボ装置１０は、プレス機に限定されることはなく、種々の工作機械の他、一般産業用機械等にも適用することができる。
【００２１】
油圧サーボ装置１０の構成について説明する。油圧サーボ装置１０は、サーボモータ１２によって駆動される二方向吐出型可変容量油圧ポンプ（以下、単に「油圧ポンプ」という。）１３と、油圧ポンプ１３から圧油の供給を受けて作動するシリンダ１１と、シリンダ１１のストロークを監視する位置センサ１４と、油圧ポンプ１３の容量を切り換えるためのパイロット圧を油圧ポンプ１３に導くためのパイロットライン１５と、パイロットライン１５を開閉するための電磁切換弁１６と、電磁切換弁１６の作動のほか油圧サーボ装置１０全体の動作を制御する制御装置１７とを備えている。
【００２２】
また、本実施形態では、油圧ポンプ１３が二方向吐出型のものであって、シリンダ１１の作動時にはシリンダチューブ側とシリンダロッド側の作動油が循環するようになっているが、シリンダ１１の作動をより良好なものとするために、作動油調整回路１８が備えられている。
【００２３】
以下、各部について詳しく説明する。
【００２４】
(1) 油圧ポンプ
油圧ポンプ１３は、大容量と小容量とに切換可能な斜板ポンプである。当該油圧ポンプ１３では、容量の切り換えを、外部パイロット圧によって斜板の傾転角を変化させることによって行っている。当該油圧ポンプ１３は容量制御のための調節器２９を備えており、この調節器２９はパイロットポート１９と設定圧力調整用ばね２０とを備えている。このばね２０のバネ力を調整することにより、油圧ポンプ１３の容量切り換えの設定圧力を変えることができる。また、シリンダロッド側ポート圧力に対応して、このばね２０のバネ定数を従来技術より小さくして、容量切り換えをきわめてレスポンスの高いものとすることができる。なお、この油圧ポンプ１３を駆動するためのサーボモータ１２は、上記制御装置１７によってその作動が制御されている。
【００２５】
油圧ポンプ１３の主軸が正転されると作動油がシリンダロッド側から吸油されて圧油がシリンダチューブ側へ供給される。また、主軸が逆転されると作動油がシリンダチューブ側から吸油されて圧油がシリンダロッド側へ供給される。このような油圧ポンプ１３とシリンダ１１とを連結した油圧回路は、理論的には閉じているが、実際には内部で多少の作動油の漏れが起こる。このように漏れた作動油は図示しないドレン回路によってドレンされるのであるが、場合によっては、油圧回路内での作動油量が不足してキャビテーションが発生することもある。また、シリンダ１１は片ロッド複動型であるので、シリンダロッド２１のストロークの際にシリンダチューブ２２側を流れる作動油量とシリンダロッド２１側を流れる作動油量とは異なる。その一方、油圧ポンプ１３の吸油量と吐出量とは等しい。そのため、シリンダロッド２１の伸長時に油圧回路内の作動油量が不足し、またシリンダロッド２１の縮短時にはシリンダロッド側の作動油量が過多となって異常圧力になるおそれがある。
【００２６】
(2) 作動油調整回路
上述の作動油調整回路１８は、かかる不都合を回避するために設けられている。具体的には、内部にチェック弁２３ａとパイロットチェック弁２３ｂが配設されており、このチェック弁２３ａとパイロットチェック弁２３ｂとはプレス機に備えられたオイルタンク２４に接続されている。
【００２７】
この作動油調整回路１８によれば、油圧ポンプ１３が正転して作動油がシリンダロッド２１側から吸油されててシリンダチューブ２２側に供給されると、電磁切換弁３５が励磁されている場合は油圧回路内の不足分油量がタンク２４からパイロットチェック弁２３ｂを通って補充される。また、電磁切換弁３５が非励磁の場合はカウンタバランス弁２７によってシリンダチューブ側の圧力が上昇するのでパイロットチェック弁２３ｂが閉じている。そのため、チェック弁２３ａから不足分油量を吸い込んで補充する。その結果、油圧回路内の作動油量が不足しても、オイルタンク２４から作動油が吸い上げられて不足分を補う。
【００２８】
一方、油圧ポンプ１３が逆転して作動油がシリンダチューブ２２側から吸油されてシリンダロッド２１側に供給されると、同様にまずシリンダロッド２１側の圧力が上昇し、これにより、パイロットチェック弁２３ｂが開く。その結果、油圧回路内の作動油量が過多となっても、その分をオイルタンク２４に戻すことができる。なお、作動油調整回路１８は、かかるチェック弁２３ａとパイロットチェック弁２３ｂとを用いたものに限定されることなく、その他公知の構造を採用することができる。
【００２９】
(3) シリンダおよび位置センサ
シリンダ１１は、上述したようにシリンダチューブ２２とシリンダロッド２１とを備えた片ロッド複動型のものである。本実施形態に係る油圧サーボ装置１０をプレス機に採用した場合、このシリンダ１１は鉛直方向に沿って配置されている。また、シリンダ１１は、シリンダロッド２１の先端にダイ２５を備えており、且つシリンダロッド側ポート２６にカウンタバランス弁２７が配設されている。
【００３０】
ダイ２５は、ワーク２８をプレスするためのものであり、ワーク２８を所要の形状に塑性加工するために必要な外形形状を有している。また、カウンタバランス弁２７を設けることによって、シリンダロッド２１が伸長する際にブレーキをかけて急激な伸長（落下）を防止している。
【００３１】
位置センサ１４は、上下方向（すなわちシリンダロッド２１の伸縮方向）に沿って設置されており、当該位置に対応した信号Ｓ１を出力してシリンダロッド２１のストロークを検出することができる。
【００３２】
(4) パイロットラインおよび電磁切換弁
パイロットライン１５は、シリンダチューブ側ポート３１の圧力またはシリンダロッド側ポート２６の圧力のうち高い方をパイロット圧として油圧ポンプ１３のパイロットポート１９に導くためのものである。このため、パイロットライン１５には高圧選択弁３２が設けられており、この高圧選択弁３２の両ポートは、それぞれシリンダチューブ側ポート３１およびシリンダロッド側ポート２６に接続されている。
【００３３】
また、パイロットライン１５の途中には電磁切換弁１６が設けられており、これが切り換わることによってパイロットライン１５が開閉されるようになっている。すなわち、電磁切換弁１６は通常閉位置となるように設定されており（図に示す状態）、パイロット圧が油圧ポンプ１３のパイロットポート１９に導かれていないが、電磁切換弁１６を電気的に切り換え開位置とすることによりパイロットライン１５がパイロットポート１９と連通し、パイロット圧が油圧ポンプ１３のパイロットポート１９に導かれるようになっている。なお、この電磁切換弁１６の切り換えのタイミングは、制御装置１７からの指令によるものとなっている。
【００３４】
(5) 制御装置
制御装置１７は、メモリ３４とＣＰＵ３３とを備えている。メモリ３４には、サーボモータ１２を予め設定された速度、回転方向等に制御するためのプログラムが記憶されている。そして、それにしたがってＣＰＵ３３がサーボモータ１２を運転する信号（指令信号Ｓ４と位置センサ１４の検出信号Ｓ１との偏差信号）Ｓ２を出力するようになっている。
【００３５】
また、メモリ３４には、上記位置センサ１４によって検出されるべきシリンダロッド２１の２つの所定位置が信号として記憶されている。一つは、電磁切換弁１６を切り換えるタイミングに対応した位置であって、具体的には、シリンダロッド２１に設けられたダイ２５がワーク２８に接触して押圧し始める位置である。もう一つは、ダイ２５がワーク２８を完全にプレスした位置であって、この位置を正確に検出することが高精度なプレス作業をするために重要である。
【００３６】
そして、ＣＰＵ３３は、位置センサ１４が出力する検出信号Ｓ１を受信し、この検出信号Ｓ１と上記記憶された１つ目の所定位置信号とを比較して、一致すれば電磁切換弁１６のソレノイドを駆動する信号Ｓ３を出力し、電磁切換弁１６は、パイロットラインを開の状態に切り換える。また、検出信号Ｓ１と上記記憶された２つ目の所定位置信号とが一致すればサーボモータ１２が停止して、シリンダロッドは所定位置で停止する。
【００３７】
(6) 油圧サーボ装置の動作
次に、本実施形態に係るプレス機の動作について、油圧サーボ装置１０の作用効果と共に説明する。
【００３８】
上述した油圧サーボ装置１０を採用したことによる最大のメリットは、プレス機によって薄肉の鋼板等を加工する場合、すなわち、シリンダ１１内に高い圧力が発生しない軽負荷の場合であっても、正確なプレス加工を行うことができる点である。
【００３９】
詳述すると、まず常態において油圧ポンプ１３は大容量に設定されており、油圧ポンプ１３が正転されると大量の作動油がシリンダチューブ２２側に供給され、シリンダロッド２２は急速に下降する。
【００４０】
シリンダロッド２１のストロークは位置センサ１４により監視されており、シリンダロッド２１が伸長してダイ２５がワーク２８を押圧し始めると、位置センサ１４および制御装置１７がこれを感知して信号Ｓ３が発信される。この信号に基づいて電磁切換弁１６が切り換えられ、パイロットライン１５が開かれる。
【００４１】
このとき、仮にシリンダ１１が軽負荷または無負荷であっても、シリンダロッド２１側には、シリンダロッド２１およびダイ２５の自重によって一定の圧力が発生する。この圧力は高圧選択弁３２に導かれる。一方、シリンダ１１が軽負荷または無負荷のときはシリンダチューブ２２側にはほとんど圧力が発生しない。このため、パイロットライン１５は、シリンダロッド２１側の圧力をパイロット圧として油圧ポンプ１３のパイロットポート１９に導くことになり、この圧力によって、油圧ポンプ１３の容量が切り換えられて小容量となる。これにより、シリンダ１１は低速で駆動され、シリンダロッド２１のストロークを高精度に制御することが可能となり、シリンダロッド２１の予め設定された下死点位置、すなわち、ダイ２５がワーク２８を完全にプレスした位置を正確に検出することができる。
【００４２】
このように本実施形態では、シリンダロッド２１等の自重により発生する圧力を油圧ポンプ１３の容量制御のための調節器２９のパイロット圧として導くから、ワーク２８の種類にかかわらず（シリンダ１１の負荷の大小にかかわらず）シリンダ１１のストローク制御を精密に行い、精度の高いプレス作業をすることができる。
【００４３】
さらに、油圧ポンプ１３の設定圧力調整用バネ２０を操作して容量切換用のパイロット圧を低圧に設定することができる。これにより、油圧ポンプ１３の容量の切換をきわめてレスポンスの高いものとすることができるという利点がある。
【００４４】
また、シリンダロッド２１の下死点位置を位置センサ１４が検出したときは、制御装置１７から信号Ｓ２が出力され、サーボモータ１２が逆回転される。上記信号Ｓ２の出力と共に電磁切換弁１６を再び切り換えてパイロットラインを閉じる信号を出力させることもできる。このようにすれば、油圧ポンプ１３の容量を大きくして、シリンダ１１の縮短を高速で行うことができる。
【００４５】
特に本実施形態では、パイロットライン１５には高圧選択弁３２が設けられているから、シリンダチューブ２２側に発生する圧力およびシリンダロッド２１側に発生する圧力のうち、いずれか高圧側を上記容量切換用のパイロット圧として導くことができる。これにより、シリンダ１１の負荷の大小にかかわらず、油圧ポンプ１３の容量を切り換えるためのパイロット圧をより確実に得ることができる。
【００４６】
しかも、本実施形態では、シリンダ１１にカウンタバランス弁２７が設けられている。ワーク２８をプレスする際、電磁切換弁３５を励磁して上記カウンタバランス弁２７を機能させて、シリンダ１１にブレーキをかけた状態となる。これにより、シリンダ１１のオーバーシュートを確実に避けることができ、一層精度の高いプレス作業が可能となる。
【００４７】
なお、本実施形態では、上述のようにシリンダ１１のストロークを基準にしてシリンダロッド２１側の圧力をパイロット圧として導くようにしたが、これと共に、シリンダチューブ２２側の圧力を基準にしてこの圧力をパイロット圧として導く従来の構造を併せ持たせることもできる。
【００４８】
すなわち、たとえば、厚肉の鋼板等を加工する場合のように、シリンダ１１内に高い圧力が発生する場合は、シリンダチューブ側ポート３１に発生する圧力によりシリンダロッド２１が伸長してダイ２５がワーク２８を押圧し始める位置を検出することができる。したがって、そのときのシリンダチューブ２２側の圧力を所要の圧力センサにより検出し、その検出信号に基づいて電磁切換弁１６を切り換える。これにより、油圧ポンプ１３を小容量となし、シリンダ１１を低速駆動してシリンダロッド２１の予め設定された下死点位置（すなわちダイ２５がワーク２８を完全にプレスする位置）の精度を向上させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
ワークの種類にかかわらず油圧シリンダのストローク位置の制御を高精度に行うことが不可欠な用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る油圧サーボ装置の構成を示す系統図である。
【図２】従来のプレス機に採用されている油圧サーボ装置の構成を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 油圧サーボ装置
１１ シリンダ
１２ サーボモータ
１３ 油圧ポンプ
１４ 位置センサ
１５ パイロットライン
１６ 電磁切換弁
１７ 制御装置
１９ パイロットポート
２１ シリンダロッド
２２ シリンダチューブ
２６ シリンダロッド側ポート
２７ カウンタバランス弁
２８ ワーク
３１ シリンダチューブ側ポート
３２ 高圧選択弁
３５ 電磁切換弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量切換用パイロット圧によって容量を変えることができる二方向吐出型の油圧ポンプと、
シリンダロッドが鉛直方向に沿って伸縮するように配置され、油圧ポンプの２つの吐出口がチューブ側ポートおよびシリンダロッド側ポートにそれぞれ油圧的に接続された油圧シリンダと、
上記シリンダロッドが所定のストロークを行ったときにこれを検出してストローク信号を発信する位置センサと、
少なくともシリンダロッド側ポートの圧力を上記容量切換用パイロット圧として油圧ポンプに導くパイロットラインと、
パイロットラインを開閉する電磁切換弁と、
上記ストローク信号を受信し、これに基づいて電磁切換弁を開く信号を発信する制御装置とを備えたことを特徴とする油圧サーボ装置。
【請求項２】
請求項１記載の油圧サーボ装置において、
上記パイロットラインは、油圧ポンプの上記チューブ側ポートに接続された吐出口の圧力および上記シリンダロッド側ポートの圧力のうちいずれか高圧側を上記容量切換用パイロット圧として油圧ポンプに導くための高圧選択弁を備えていることを特徴とする油圧サーボ装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の油圧サーボ装置において、
油圧シリンダのシリンダロッド側ポートに、カウンタバランス弁が設けられていることを特徴とする油圧サーボ装置。
【請求項１】
容量切換用パイロット圧によって容量を変えることができる二方向吐出型の油圧ポンプと、
シリンダロッドが鉛直方向に沿って伸縮するように配置され、油圧ポンプの２つの吐出口がチューブ側ポートおよびシリンダロッド側ポートにそれぞれ油圧的に接続された油圧シリンダと、
上記シリンダロッドが所定のストロークを行ったときにこれを検出してストローク信号を発信する位置センサと、
少なくともシリンダロッド側ポートの圧力を上記容量切換用パイロット圧として油圧ポンプに導くパイロットラインと、
パイロットラインを開閉する電磁切換弁と、
上記ストローク信号を受信し、これに基づいて電磁切換弁を開く信号を発信する制御装置とを備えたことを特徴とする油圧サーボ装置。
【請求項２】
請求項１記載の油圧サーボ装置において、
上記パイロットラインは、油圧ポンプの上記チューブ側ポートに接続された吐出口の圧力および上記シリンダロッド側ポートの圧力のうちいずれか高圧側を上記容量切換用パイロット圧として油圧ポンプに導くための高圧選択弁を備えていることを特徴とする油圧サーボ装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の油圧サーボ装置において、
油圧シリンダのシリンダロッド側ポートに、カウンタバランス弁が設けられていることを特徴とする油圧サーボ装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−３００１８７（Ｐ２００６−３００１８７Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２１３６９（Ｐ２００５−１２１３６９）
【出願日】平成１７年４月１９日（２００５．４．１９）
【出願人】（５９２２１６１８８）株式会社カワサキプレシジョンマシナリ (67)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１９日（２００５．４．１９）
【出願人】（５９２２１６１８８）株式会社カワサキプレシジョンマシナリ (67)
【Ｆターム（参考）】
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