JP5440209B2 - 油圧ダイクッション装置の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ダイクッション装置の制御装置及び制御方法に関する。

油圧ダイクッション装置は、上金型と下金型との間で被加工物を挟んで成型するプレス機に設けられ、上金型との間で被加工物を狭持して、しわ押え用の反力や被加工物をプレス成型するための突き上げ力（プレス機の可動部であるスライドに対する押付力：クッション力）を発生する装置である。この油圧ダイクッション装置は、下金型が取り付けられるダイクッションパッドと、ダイクッションパッドを駆動する油圧シリンダと、油圧シリンダに上記のクッション力を発生させる制御を行う制御装置とを備える。

図４は、油圧ダイクッション装置の理想的な特性を示す図である。油圧ダイクッション装置は、オーバーシュートの発生無しに高速応答性が実現できることが理想である。つまり、図４に示す通り、スライドが油圧ダイクッション装置のダイクッションパッドに衝突（接触）する時刻ｔ１において、余分なクッション力を発生することなく目標のクッション力Ｆ１を即座に発生し得るのが理想である。

従来、高速応答性を実現する方法の一つとしてプリロード法が提案されている。図５は、従来のプリロード法を説明するための図である。図５に示す通り、プリロード法は、スライドがダイクッションパッドに衝突する時刻ｔ１の前に、予め目標とするクッション力Ｆ１を発生させてスライドの衝突を待つ方法である。この方法では、スライドが油圧ダイクッション装置に衝突する時刻ｔ１において既に目標とするクッション力Ｆ１が得られているため、時刻ｔ１になって初めてクッション力を発生させる場合に比べて高速応答性を実現することが可能である。

以下の特許文献１には、ダイクッションパッドの速度がスライドの速度から大きく乖離しないような制御を行い、両者間の挟持力を低下することを防止する技術が開示されている。具体的には、スライドとダイクッションパッドとの間に生じさせるべき力の指令及び両者間に生ずる力の検出結果に基づいてダイクッションの速度指令値を求め、この速度指令値の絶対値が、検出されたスライドの速度の絶対値以上の閾値を超えないように、ダイクッションの指令値を作成している。

特許第４１８９４１９号公報

ところで、上述したプリロード法においては、スライドが衝突するタイミングよりも前の所定のタイミング（油圧シリンダのサーボ弁の無駄時間Ｔａ及び応答時間Ｔｂを考慮したタイミング）でサーボ弁を動かし始め、油圧シリンダのクッション力が調整されるタイミングとスライドが衝突するタイミングとを厳密に一致させる制御が必要になる。このため、制御切り替えのタイミングがずれると過大なオーバーシュートが発生するという問題があった。また、油圧ダイクッション装置の機構によっては、クッション力を調整するタイミングのずれによって振動が生じてしまいオーバーシュートが発生する場合があるという問題があった。

図６は、従来のプリロード法を用いた場合に生ずるオーバーシュートの一例を示す図である。図６において、符号Ｃ１００を付した曲線は油圧ダイクッション装置が備える油圧シリンダを駆動する指令値を示す曲線であり、符号Ｆ１００を付した曲線は油圧シリンダで生ずるクッション力を示す曲線である。図６に示す通り、スライドが衝突するタイミング（時刻ｔ１）に対しクッション力を調整するタイミングがずれると、油圧シリンダで生ずるクッション力がオーバーシュートし、このオーバーシュートを抑えるべく油圧シリンダを駆動する指令値も振動する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、オーバーシュートを抑制しつつ目標のクッション力を即座に発生させることができる油圧ダイクッション装置の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の油圧ダイクッション装置の制御装置は、接触対象物（１０）と接触し前記接触対象物の移動と連動して一軸移動可能な接触部材（２２）と、該接触部材を駆動する油圧シリンダ（２３、４１）を備える油圧ダイクッション装置（２０、４０）の制御装置（３０、５０）であって、前記接触対象物が前記接触部材に接触する時点である接触時点以後に前記油圧シリンダに発生させるべき第１クッション力よりも大きな第２クッション力を前記接触時点よりも前に予め前記油圧シリンダに発生させ、前記接触時点において前記油圧シリンダのクッション力が減じられている状態にする制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の油圧ダイクッション装置の制御装置は、前記接触時点における前記油圧シリンダのクッション力が、前記第１クッション力と前記第２クッション力との間において減圧されている状態になるように制御することを特徴としている。
また、本発明の油圧ダイクッション装置の制御装置は、前記油圧ダイクッション装置が、前記油圧シリンダに対する油の供給及び排出を行う弁装置（２４）を備えており、前記弁装置を制御することによって前記油圧シリンダに発生させるクッション力の制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の油圧ダイクッション装置の制御装置は、前記油圧ダイクッション装置が、前記油圧シリンダ内の油に対する加圧及び減圧を行う駆動機構を動かすモータ（４３）を備えており、前記モータを制御することによって前記油圧シリンダに発生させるクッション力の制御を行うことを特徴としている。
本発明の油圧ダイクッション装置の制御方法は、接触対象物（１０）と接触し前記接触対象物の移動と連動して一軸移動可能な接触部材（２２）と、該接触部材を駆動する油圧シリンダ（２３、４１）とを備える油圧ダイクッション装置（２０、４０）の制御方法であって、前記接触対象物が前記接触部材に接触する時点である接触時点以後に前記油圧シリンダに発生させるべき第１クッション力よりも大きな第２クッション力を、前記接触時点よりも前に予め前記油圧シリンダに発生させる第１ステップと、前記接触時点において前記油圧シリンダのクッション力が減じられている状態に制御する第２ステップとを有することを特徴としている。
また、本発明の油圧ダイクッション装置の制御方法において、前記第２ステップは、前記接触時点における前記油圧シリンダのクッション力が、前記第１クッション力と前記第２クッション力との間において減圧されている状態になるように制御するステップであることを特徴としている。

本発明によれば、接触対象物が接触部材に接触する時点である接触時点以後に油圧シリンダに発生させるべき第１クッション力よりも大きな第２クッション力を接触時点よりも前に予め油圧シリンダに発生させ、接触時点において油圧シリンダのクッション力が減じられている状態にする制御を行っているため、接触時点においてオーバーシュートを抑制しつつ目標のクッション力を即座に発生させることができるという効果がある。

油圧ダイクッション装置を備えるプレス機の概略構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態による制御装置の動作を説明するための図である。 プレス機の変形例を示す図である 油圧ダイクッション装置の理想的な特性を示す図である。 従来のプリロード法を説明するための図である。 従来のプリロード法を用いた場合に生ずるオーバーシュートの一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による油圧ダイクッション装置の制御装置及び制御方法について詳細に説明する。図１は、油圧ダイクッション装置を備えるプレス機の概略構成を示す側面図である。図１に示す通り、プレス機１は、スライド１０（接触対象物）と油圧ダイクッション装置２０とを備えており、スライド１０を油圧ダイクッション装置２０に衝突（接触）させて、これらの間に挟持されたパネルＰ（被加工物）をプレス成型する。

スライド１０は、鉛直方向の往復運動が可能に構成されており、その下部にはパネルＰをプレス成型するための上金型Ｄ１が取り付けられている。具体的に、スライド１０は、メーンモータ（図示省略）によって回転駆動されるクランク軸１１と、クランク軸１１の偏心部とスライド１０の上部とを連結するコネクティングロッド１２とを備えるクランク機構によって往復運動が可能である。

尚、クランク機構にはクランク軸１１の回転角を検出する回転角センサ１３が設けられており、この回転角センサ１３で検出された回転角によってスライド１０の速度やスライド１０が衝突する時点が求められる。回転角センサ１３の検出結果は、スライド１０の動作を制御する制御装置（図示省略）及び油圧ダイクッション装置２０の動作を制御する制御装置３０にそれぞれ出力される。

油圧ダイクッション装置２０は、クッションピン２１、ダイクッションパッド２２、油圧シリンダ２３、サーボ弁２４（弁装置）、ロジック弁２５、チェック弁２６、ストロークセンサ２７、及び圧力センサ２８ａ，２８ｂを備えており、制御装置３０の制御の下でしわ押え用の反力やパネルＰをプレス成型するためのクッション力を発生する。ダイクッションパッド２２は、スライド１０の下方に配置され、クッションピン２１を介して下金型Ｄ２を支持する。

また、ダイクッションパッド２２は、その下部に油圧シリンダ２３のピストンの一端部が連結されており、スライド１０が衝突したときにスライド１０の移動と連動して鉛直下方向に移動可能である。油圧シリンダ２３は、ピストンの他端部に仕切られた上室２３ａと下室２３ｂとを備えており、上室２３ａ及び下室２３ｂに対する油の供給及び排出が行われることで必要なクッション力を発生する。サーボ弁２４は、制御装置３０の制御の下で、不図示のポンプから供給される加圧された油の供給先（油圧シリンダ２３の上室２３ａ又は下室２３ｂ）及び供給量の切り替え、並びに、油の排出元（油圧シリンダ２３の上室２３ａ又は下室２３ｂ）及び排出量の切り替えを行う。尚、油圧シリンダ２３から排出された油は、油圧シリンダ２３で用いられる油を収容するタンク（図示省略）に収容される。

ロジック弁２５は、油圧シリンダ２３の上室２３ａとサーボ弁２４とを接続する配管に設けられ、制御装置３０の制御の下でこの配管の流路を断状態又は開状態にする。チェック弁２６は、油圧シリンダ２３の上室２３ａとサーボ弁２４とを接続する配管と不図示のタンクとの間を接続する配管に設けられ、油圧シリンダ２３の上室２３ａの油圧が予め設定された閾値よりも小さくなった場合に開状態になる弁である。

ストロークセンサ２７は、ダイクッションパッド２２の鉛直方向の移動量を検出するセンサである。また、圧力センサ２８ａ，２８ｂは、油圧シリンダ２３の上室２３ａの油圧と下室２３ｂの油圧とをそれぞれ検出するセンサである。尚、図１では図示を省略しているが、これらストロークセンサ２７及び圧力センサ２８ａ，２８ｂの検出結果は制御装置３０に出力される。

制御装置３０は、回転角センサ１３、ストロークセンサ２７、及び圧力センサ２８ａ，２８ｂの検出結果を用いてサーボ弁２４及びロジック弁２５等を制御して油圧シリンダ２３で発生するクッション力の調整を行うことにより、油圧ダイクッション装置２０の動作を制御する。ここで、制御装置３０は、パネルＰをプレス成型する際には、油圧シリンダ２３に予め過剰なクッション力を発生させておき（オーバープリロード）、スライド１０の衝突時に油圧シリンダ２３のクッション力が減じられている状態にする制御を行う。

具体的には、スライド１０がダイクッションパッド２２に衝突する時点を時刻ｔ１とすると、制御装置３０は、時刻ｔ１以後に油圧シリンダ２３に発生させるべきクッション力Ｆ１（目標値：第１クッション力）よりも大きなクッション力Ｆ２（第２クッション力）を時刻ｔ１よりも前に予め油圧シリンダ２３に発生させる制御を行う。そして、時刻ｔ１の前の所定のタイミングでサーボ弁２４を開状態にしてクッション力を徐々に減少させ、時刻ｔ１において油圧シリンダ２３のクッション力が上記のクッション力Ｆ１とクッション力Ｆ２との間のクッション力になるように制御する。かかる制御を行うのは、衝突時においてオーバーシュートを抑制しつつ目標のクッション力を即座に発生させるためである。

ここで、クッション力Ｆ２の大きさはクッション力Ｆ１よりも大きければ任意の大きさに設定することが可能であるが、クッション力Ｆ２を余り大きくしすぎるとクッション力を減ずるのに時間を要してしまう。このため、クッション力Ｆ２の大きさは、油圧シリンダ２３のクッション力をクッション力Ｆ２からクッション力Ｆ１に減ずるのに要する時間が数秒程度に収まる大きさ設定にするのが望ましい。

次に、上記構成におけるプレス機の動作について説明する。図２は、本発明の一実施形態による制御装置の動作を説明するための図である。尚、図２において、符号Ｃ１０を付した曲線は制御装置３０がサーボ弁２４に対して出力する指令値（サーボ弁２４の開度を示す指令値）を示す曲線であり、符号Ｆ１０を付した曲線は油圧シリンダで生ずるクッション力を示す曲線である。

プレス機１に設けられたスライド１０及び油圧ダイクッション装置２０のダイクッションパッド２２は、パネルＰの成型を開始する前に制御装置３０等の制御によって予め定められた高さ位置にそれぞれ配置される。尚、スライド１０が配置される高さ位置をＨ１とし、ダイクッションパッド２２が配置される高さ位置をＨ２とする。そして、クッションピン２１を介してダイクッションパッド２０上に支持された下金型Ｄ２上にはパネルＰが配置される。

以上の配置が完了すると、制御装置３０は、図２に示す通り、サーボ弁２４を制御してスライド１０の衝突後に油圧シリンダ２３に発生させるべきクッション力Ｆ１よりも大きなクッション力Ｆ２を発生させる（オーバープリロード：第１ステップ）。油圧シリンダ２３がオーバープリロードの状態になると、不図示の制御装置の制御によってメーンモータのトルクが制御されてクランク軸１１の回転が開始され、これにより高さスライド１０の下降が開始される。

スライド１０の下降が開始されると、制御装置３０はサーボ弁２４を開状態にしてクッション力を徐々に減少させ、スライド１０が衝突する時点において油圧シリンダ２３のクッション力が上記のクッション力Ｆ１とクッション力Ｆ２との間のクッション力になるように制御する（第２ステップ）。かかる制御によって、スライド１０は油圧シリンダ２３のクッション力が減じられている状態で、ダイクッションパッド２２に衝突することになる（時刻ｔ１）。

尚、ここでは、説明を簡単にするためにスライド１０を下降させてから油圧シリンダ２３のクッション力を徐々に減少させる場合を例に挙げている。しかしながら、例えば油圧シリンダ２３のクッション力をクッション力Ｆ１からクッション力Ｆ２に減ずるのに要する時間が、スライド１０の下降が開始されてから衝突するまでに要する時間よりも長ければ、スライド１０を下降させる前に油圧シリンダ２３のクッション力を徐々に減少させる制御が開始される。

スライド１０がダイクッションパッド２２に衝突した後（時刻ｔ１以降）は、図２に示す通り、目標値としてのクッション力Ｆ１を油圧シリンダ２３に発生させる制御が行われる。これにより、パネルＰが上金型Ｄ１と下金型Ｄ２との間にクッション力Ｆ１をもって挟持された状態で、スライド１０とダイクッションパッド２２が一体となって所定の距離（ストローク）だけ鉛直下方向に移動する。スライド１０及びダイクッションパッド２２の移動が完了するとスライド１０がダイクッションパッド２２から離間し、これによりパネルＰが上金型Ｄ１及び下金型Ｄ２通りにプレス成型された成型品が得られる。

以上説明した通り、本実施形態では、スライド１０がダイクッションパッド２２に衝突する時刻ｔ１以後に油圧シリンダ２３に発生させるべきクッション力Ｆ１よりも大きなクッション力Ｆ２を時刻ｔ１よりも前に予め油圧シリンダ２３に発生させ、時刻ｔ１において油圧シリンダ２３のクッション力が減じられている状態（具体的には、クッション力Ｆ１とクッション力Ｆ２との間において減じられている状態）にしている。これにより、制御切り替えタイミングのずれに対するロバスト性が高まり、衝突時においてオーバーシュートを抑制しつつ目標のクッション力を即座に発生させることができる。

以上、本発明の一実施形態による油圧ダイクッション装置の制御装置及び制御方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、油圧ダイクッション装置２０が外部からの油の供給が行われる油圧シリンダ２３を備えており、制御装置３０がサーボ弁２４を制御することによって油圧シリンダ２３で発生するクッション力を制御する例について説明した。

しかしながら、本発明は、上記の油圧シリンダ２３以外の油圧シリンダを備える油圧ダイクッション装置の制御にも適用可能である。図３は、プレス機の変形例を示す図である。図３に示すプレス機２は、スライド１０と油圧ダイクッション装置４０とを備えており、スライド１０を油圧ダイクッション装置４０に衝突（接触）させて、これらの間に挟持されたパネルＰ（被加工物）をプレス成型する。

ダイクッション装置４０は、図１に示すダイクッション装置２０において、油圧シリンダ２３、サーボ弁２４、ロジック弁２５、及びチェック弁２６に代えて、モータ駆動によりクッション力が制御される油圧シリンダ４１を設けた構成である。油圧シリンダ４１は、２つのピストンＰ１，Ｐ２を備える。ピストンＰ１は、一端部がダイクッションパッド２２の下部に連結され、他端部が油圧シリンダ４１の内部を上室４１ａと下室４１ｂとに仕切っている。ピストンＰ２は、一端部が可動板４２に連結され、他端部が油圧シリンダ４１の下室４１ｂを２つに仕切っている。ピストンＰ１により仕切られる上室４１ａ及び下室４１ｂの双方には油が充填されている。

可動板４２は、ネジ溝を有する穴部が両端部に形成されている平板状の部材である。可動板４２に形成された穴部の各々には、側面にネジ山が形成されておりモータ４３によって軸の周りに回動可能に構成された円柱形状の送り部材４４が介挿されている。送り部材４４の各々の軸は鉛直方向に設定されており、モータ４３によって送り部材４４を同じ速度で回転させると可動板４２を鉛直方向に並進させることができる。

ここで、可動板４２はピストンＰ２の一端に連結されているため、可動板４２が鉛直方向に移動するとピストンＰ２は可動板４２と一体となって鉛直方向に移動する。モータ４３の駆動によって可動板４２を上方向に移動させると、ピストンＰ１とピストンＰ２との間に挟持された油が加圧されるため、油圧シリンダ４１のクッション力を大きくすることができる。これに対し、モータ４３の駆動によって可動板４２を下方向に移動させると、ピストンＰ１とピストンＰ２との間に挟持された油が減圧されるため、油圧シリンダ４１のクッション力を小さくすることができる。

制御装置５０は、回転角センサ１３、ストロークセンサ２７、及び圧力センサ２８ａ，２８ｂの検出結果を用いてモータ４３を制御して油圧シリンダ４１で発生するクッション力の調整を行うことにより、油圧ダイクッション装置４０の動作を制御する。ここで、制御装置５０は、前述した制御装置３０と同様に、パネルＰをプレス成型する際には、油圧シリンダ４１に予め過剰なクッション力を発生させておき（オーバープリロード）、スライド１０の衝突時に油圧シリンダ４１のクッション力が減じられている状態にする制御を行う。従って、図３に示す構成のダイクッション装置４０においても、衝突時においてオーバーシュートを抑制しつつ目標のクッション力を即座に発生させることができる。

１０ スライド
２０ 油圧ダイクッション装置
２２ ダイクッションパッド
２３ 油圧シリンダ
２４ サーボ弁
３０ 制御装置
４０ 油圧ダイクッション装置
４１ 油圧シリンダ
４３ モータ
５０ 制御装置

Claims (6)

1. 接触対象物と接触し前記接触対象物の移動と連動して一軸移動可能な接触部材と、該接触部材を駆動する油圧シリンダとを備える油圧ダイクッション装置の制御装置であって、
   前記接触対象物が前記接触部材に接触する時点である接触時点以後に前記油圧シリンダに発生させるべき第１クッション力よりも大きな第２クッション力を前記接触時点よりも前に予め前記油圧シリンダに発生させ、前記接触時点において前記油圧シリンダのクッション力が減じられている状態にする制御を行うことを特徴とする油圧ダイクッション装置の制御装置。
2. 前記接触時点における前記油圧シリンダのクッション力が、前記第１クッション力と前記第２クッション力との間において減圧されている状態になるように制御することを特徴とする請求項１記載の油圧ダイクッション装置の制御装置。
3. 前記油圧ダイクッション装置は、前記油圧シリンダに対する油の供給及び排出を行う弁装置を備えており、
   前記弁装置を制御することによって前記油圧シリンダに発生させるクッション力の制御を行う
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の油圧ダイクッション装置の制御装置。
4. 前記油圧ダイクッション装置は、前記油圧シリンダ内の油に対する加圧及び減圧を行う駆動機構を動かすモータを備えており、
   前記モータを制御することによって前記油圧シリンダに発生させるクッション力の制御を行う
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の油圧ダイクッション装置の制御装置。
5. 接触対象物と接触し前記接触対象物の移動と連動して一軸移動可能な接触部材と、該接触部材を駆動する油圧シリンダとを備える油圧ダイクッション装置の制御方法であって、
   前記接触対象物が前記接触部材に接触する時点である接触時点以後に前記油圧シリンダに発生させるべき第１クッション力よりも大きな第２クッション力を、前記接触時点よりも前に予め前記油圧シリンダに発生させる第１ステップと、
   前記接触時点において前記油圧シリンダのクッション力が減じられている状態に制御する第２ステップと
   を有することを特徴とする油圧ダイクッション装置の制御方法。
6. 前記第２ステップは、前記接触時点における前記油圧シリンダのクッション力が、前記第１クッション力と前記第２クッション力との間において減圧されている状態になるように制御するステップであることを特徴とする請求項５記載の油圧ダイクッション装置の制御方法。

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