JP7285173B2 - 定圧液供給装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、液の噴出孔を有する対象物に、液を供給する定圧液供給装置に関する。

特許文献１には、工作機械のクーラント供給装置が記載されている。クーラント供給装置は、工作機械に接続される。クーラント供給装置は、工作機械に一定の圧力のクーラントを供給する。

特許文献１に記載されたクーラント供給装置は、ポンプと、電動モータと、圧力センサと、コントローラとを備えている。ポンプは、クーラントを吐出する。電動モータは、ポンプを運転する。圧力センサは、ポンプが吐出したクーラントの吐出圧力を検出する。コントローラは、圧力センサの検出値に基づいて、ポンプの吐出圧力が目標圧力となるように、インバータ回路がモータへ出力する周波数を制御する。

特許文献１に記載されたクーラント供給装置は、圧力センサが検出した吐出圧力に基づく圧力フィードバック制御を行っている。圧力センサの信号は、工作機械におけるクーラントの配管の圧力損失の影響を受けて、変化する場合がある。また、圧力センサの信号は、工作機械における加工状況が変わることに伴い変化する場合もある。圧力センサの信号は、様々な影響を受けて変化する。クーラント供給装置は、様々な工作機械に接続される。このため、様々な工作機械に対応できるように、圧力フィードバック制御の制御定数を一つの定数に定めることは、極めて困難である。

本願発明者は、クーラント供給装置においては、電動モータの実トルクとポンプの吐出圧力とが比例関係にあることを見いだした。この知見から、本願発明者は、電動モータの実トルクに基づいて、ポンプの吐出圧力を調節するクーラント供給装置を提案している（特許文献２参照）。

電動モータの回転速度が上昇し、それに伴い容積式のポンプの回転速度が上昇すると、ポンプの吐出流量が高まる。工作機械の工具は、クーラントが噴出する孔を有している。このため、ポンプの吐出流量が高まるに従い、ポンプの吐出圧力も高まる。容積式のポンプの吐出圧力が高まるに従い、電動モータの実トルクも高まる。従って、電動モータの実トルクとポンプの吐出圧力とは比例関係にある。

特許文献２に記載されたクーラント供給装置のコントローラは、電動モータの実トルクとポンプの吐出圧力との関係を定めたテーブル又は関係式を有している。コントローラは、テーブル又は関係式に基づいて、電動モータの実トルクが目標トルクとなるように、電動モータを制御する。その結果、ポンプの吐出圧力が、目標圧力になる。電動モータの実トルクは、例えばインバータの出力電流から算出される出力トルクで代用できる。トルクフィードバック制御を行うクーラント供給装置は、圧力センサが不要であり、装置構成を簡略化できるという利点がある。また、圧力センサの信号を利用しないため、トルクフィードバック制御の制御定数は、一つの定数に定めることができる。

特開２００４－３６４２１号公報 特開２００９－２１５９３５号公報

前述したように、トルクフィードバック制御を行うクーラント供給装置は、特定の制御定数を有している。制御定数は予め調整されている。

ところが、クーラント供給装置が工作機械に接続されると、ポンプは、工作機械における配管の圧力損失の影響を受ける。

前述したように、クーラント供給装置は、様々な工作機械に接続される。通常、クーラント供給装置は、クーラント供給装置の専業メーカから工作機械のユーザーへ販売され、工作機械と接続して使用される場合が多い。工作機械におけるクーラントの配管構成は、工作機械毎に異なる。そのため、配管の圧力損失は、工作機械毎に相違する。しかし、専業メーカから出荷されるクーラント供給装置におけるトルクフィードバック制御の制御定数は、配管の圧力損失の相違を考慮せずに定められる。そのため、クーラント供給装置が工作機械に接続されると、ポンプの吐出圧力が目標圧力からずれる場合がある。つまり、定常偏差が発生する場合がある。

また、工作機械における加工状況が変化すると、配管内を流れるクーラントの圧力及び／又は流量が変わる。トルクフィードバック制御の制御定数は、加工状況の変化を考慮せずに定められる。そのため、工作機械が加工を行っている最中に、ポンプの吐出圧力が目標圧力からずれる場合がある。

尚、この問題は、工作機械用のクーラント供給装置に限らず、洗浄装置用の洗浄液供給装置も同様に有している。洗浄装置とは、工作機械によって加工された加工品を洗浄するために、所定圧力の洗浄液を加工品に供給する装置である。クーラント供給装置及び洗浄液供給装置は共に、対象物に、所定圧力の液を供給する定圧液供給装置である。

ここに開示する技術は、トルクフィードバック制御を行う定圧液供給装置において、ポンプの吐出圧力が目標圧力からずれることを抑制する。

具体的にここに開示する技術は、対象装置に接続されかつ、前記対象装置に液を供給する定圧液供給装置に係る。

前記対象装置は、液の噴出孔を有する対象物と、液の圧力に対応した信号を出力するセンサとを備えている。

前記定圧液供給装置は、
液を吐出する容積式のポンプ本体、及び 前記ポンプ本体に連結されかつ、前記ポンプ本体を運転する電動モータを含むポンプ部と、
前記電動モータの回転速度を変更させるインバータと、
前記インバータを通じて前記ポンプ部を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、少なくとも、前記電動モータの実トルクに関連する第１パラメータと、前記ポンプ部の吐出圧力と、の関係を定めたテーブル又は関係式を有しかつ、前記第１パラメータをフィードバックしながら、前記ポンプ部の吐出圧力が目標圧力となるように、前記テーブル又は前記関係式に従い前記電動モータを制御するトルクフィードバック制御を行い、
前記コントローラはまた、前記センサが出力する信号を受けかつ、前記液の圧力が目標圧力となるように前記電動モータを制御する圧力フィードバック制御を行う。

コントローラは、トルクフィードバック制御を行う。定圧液供給装置において、電動モータの実トルクとポンプ部の吐出圧力とは比例関係にある。トルクフィードバック制御は、電動モータの実トルクに関連する第１パラメータをフィードバックしながら、ポンプ部の吐出圧力が目標圧力となるように電動モータを運転する制御である。トルクフィードバック制御は圧力センサの信号を用いない。トルクフィードバック制御の制御定数は、一つの定数に定められる。尚、トルクフィードバック制御の制御定数は、定圧液供給装置が接続される対象装置の構成の影響、及び、対象装置の動作の影響を考慮せずに定められる。

コントローラがトルクフィードバック制御を行うと、ポンプ部が対象装置の構成の影響、及び、対象装置の動作の影響を受けることによって、ポンプ部の吐出圧力が目標圧力からずれる場合がある。

コントローラはまた、圧力フィードバック制御を行う。圧力フィードバック制御は、対象装置のセンサの信号をフィードバックしながら、ポンプ部の吐出圧力が目標圧力となるように電動モータを運転する制御である。圧力フィードバック制御は対象装置のセンサの信号に基づくため、コントローラは、対象装置の構成の影響、及び、対象装置の動作の影響を含めて、電動モータを制御できる。液の圧力は、目標圧力になる。

コントローラは、トルクフィードバック制御と、圧力フィードバック制御との両方を行う。このことによって、定圧液供給装置は、様々な対象装置に対して、目標圧力の液を、安定して供給できる。

また、対象装置が有するセンサを利用するため、定圧液供給装置はセンサが不要である。定圧液供給装置の構成は、簡易である。

前記コントローラは、前記センサが出力する信号に基づく前記液の圧力と、前記目標圧力との偏差が所定以上である状態が、所定時間継続した場合に、前記圧力フィードバック制御を行う、としてもよい。

コントローラは、基本的に、電動モータをトルクフィードバック制御する。定圧液供給装置は、対象装置に対して、目標圧力の液を安定的に供給する。トルクフィードバック制御中に、圧力の偏差が所定以上である状態が、所定時間継続すると、コントローラは、圧力フィードバック制御を行う。定常偏差が生じていても、圧力フィードバック制御の実行によって、液の圧力は目標圧力に変わる。定圧液供給装置は、様々な対象装置に対して、目標圧力の液を安定的に供給できる。また、定圧液供給装置は、対象装置の動作状況が変わっても、目標圧力の液を安定的に供給できる。

前記コントローラは、前記定圧液供給装置の起動から第２所定時間が経過するまで、前記圧力フィードバック制御を禁止する、としてもよい。

定圧液供給装置の起動時は、液の圧力が目標圧力にまで高まっていない。センサの信号に基づく液の圧力と、目標圧力との偏差が大きい。定圧液供給装置の起動時に、圧力フィードバック制御を実行すると、オーバーシュート又はハンチングが生じることによって、電動モータの運転が不安定になる恐れがある。

定圧液供給装置の起動の際に、コントローラは圧力フィードバック制御を行わない。このことによって、電動モータの運転は不安定にならない、又は、なりにくい。

前記コントローラは、前記第１パラメータと、前記ポンプ部の回転速度である第２パラメータと、前記ポンプ部の吐出圧力と、の関係を定めたテーブル又は関係式を有し、
前記コントローラは、前記第１パラメータと前記第２パラメータとをフィードバックしながら、前記ポンプ部の吐出圧力が目標圧力となるように、前記テーブル又は前記関係式に従い前記電動モータを制御するトルクフィードバック制御を行う、としてもよい。

コントローラは、第１パラメータと、第２パラメータと、ポンプ部の吐出圧力との関係を定めたテーブル又は関係式を有している。第１パラメータは、前述したように、電動モータの実トルクに関連する。第２パラメータは、ポンプ部の回転速度である。特許文献２に記載された従来の装置は、電動モータの実トルクとポンプ部の吐出圧力との関係を定めたテーブル又は関係式を有している。前記の定圧液供給装置のテーブル又は関係式には、従来と比較して、ポンプ部の回転速度である第２パラメータが追加されている。尚、ポンプ部の回転速度は、電動モータの回転速度であると共に、ポンプ本体の回転速度である。

ポンプ部の回転速度をテーブル又は関係式に加えることによって、容積式のポンプ本体の特性が、テーブル又は関係式に反映される。ポンプ本体の特性とは、容積式のポンプ本体は、回転速度が低くなると容積効率が低下するという特性である。また、電動モータの特性も、テーブル又は関係式に反映される。電動モータの特性とは、例えばインバータ専用モータは、同一トルクを出力していても、その回転速度の高い場合と低い場合とでは、インバータの出力電流値が相違するという特性である。コントローラは、テーブル又は関係式に従って、ポンプ部の吐出圧力を、目標圧力に、適切に調節できる。

尚、第２パラメータとしてのポンプ部の回転速度は、インバータが演算する電動モータの回転速度によって代用できる。そうすれば、新たなセンサが不要であり、定圧液供給装置の構成が簡略になる。

以上説明したように、前記の定圧液供給装置によると、トルクフィードバック制御を行う定圧液供給装置において、ポンプの吐出圧力が目標圧力からずれることを抑制できる。さらに、前記の定圧液供給装置は、対象装置との配管接続と、前記センサが出力する信号を入力するための配線と、を行えばよい。トルクフィードバック制御の制御定数の調整は、実質的に不要であり、容易に前記の定圧液供給装置を使用することができる。

図１は、クーラント供給装置の構成を例示する回路図である。 図２は、インバータの出力トルクと、ポンプ部の回転速度と、ポンプ部の吐出圧力と、の関係式を例示する図である。 図３は、コントローラが実行する電動モータの制御に関するフローチャートである。 図４は、クーラント供給装置の起動時におけるポンプ部の吐出圧力のタイムチャート（上図）、及び、ポンプ部の回転速度のタイムチャート（下図）の一例である。 図５は、圧力フィードバック制御の実行フラグ、インバータの出力トルク、及び、クーラントの圧力についての、タイムチャートの一例である。 図６は、図1とは異なるクーラント供給装置の構成を例示する回路図である。

以下、定圧液供給装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、定圧液供給装置の一例である。

（クーラント供給装置の構成）
図１は、ここに開示する定圧液供給装置が、クーラント供給装置１に適用された構成例を示している。

クーラント供給装置１は、工作機械２に配管接続されると共に、後述するように工作機械２に配線される。クーラント供給装置１は、工作機械２における工具２１に、クーラントを供給する。工具２１は、どのようなものであってもよい。工具２１には、図１に例示するように、クーラントが噴出する噴出孔２２が形成されている。クーラントは、この噴出孔２２を通じて加工箇所へ噴出する。工作機械２は、対象装置の一例である。工具２１は、液を噴出する孔を有する対象物の一例である。

工具２１には、クーラントの供給ライン２３が接続されている。供給ライン２３は、クーラント供給装置１の接続部２０を介して、クーラント供給装置１における吐出ライン３に接続されている。クーラントは、吐出ライン３及び供給ライン２３を通じて、工具２１へ供給される。

供給ライン２３には、圧力センサ２４が取り付けられている。圧力センサ２４は、例えば、供給ライン２３における工具２１の近くに配置されている。圧力センサ２４は、供給ライン２３を流れるクーラントの圧力に対応する信号を出力する。

吐出ライン３には、ポンプ部４が配設されている。ポンプ部４は、クーラントを工具２１に向けて吐出する。ポンプ部４は、ポンプ本体４１と電動モータ４２とを含む。

ポンプ本体４１は、定容量の容積式ポンプである。ポンプ本体４１は、具体的には、歯車ポンプ、ベーンポンプ、ねじポンプなどの回転ポンプとしてもよい。ポンプ部４はまた、ピストンポンプ、プランジャーポンプなどの往復動ポンプとしてもよい。

電動モータ４２は、ポンプ本体４１に連結されている。電動モータ４２は、例えばインバータ専用モータとしてもよい。電動モータ４２は、ＰＭモータや汎用モータであってもよい。

電動モータ４２は、インバータ７２に接続されている。インバータ７２は、電動モータ４２に回転速度指令を出力する。電動モータ４２は、インバータ７２が出力する回転速度指令によって回転速度を変えることができる。

インバータ７２には、コントローラ７１が接続されている。コントローラ７１は、インバータ７２を通じて、電動モータ４２を制御する。工作機械２において、クーラントの圧力が同一で加工を行っている最中に必要なクーラントの流量は常に変化するので、コントローラ７１は、インバータ７２を通じて、電動モータ４２の回転速度を常時制御する。

インバータ７２は、電動モータ４２への出力トルク及び電動モータ４２の回転速度を演算する。詳細は後述するが、インバータ７２は、インバータ７２の出力トルク及び電動モータ４２の回転速度を、フィードバック信号として、コントローラ７１に出力する。コントローラ７１は、インバータ７２の出力トルク及び電動モータ４２の回転速度に基づいて、電動モータ４２をフィードバック制御する。尚、インバータ７２の出力トルクは、電動モータ４２のトルクに関連する第１パラメータの一例である。電動モータ４２の回転速度は、第２パラメータである。

吐出ライン３において、接続部２０とポンプ部４との間には、リリーフライン５が接続されている。リリーフライン５には、リリーフ弁５１が配設されている。リリーフ弁５１は、所定の圧力で開弁する。リリーフ弁５１は、工具２１に必要なクーラントの流量が極端に少なくなった場合、及び、コントローラ７１が出力する制御指令に異常が発生した場合に、安全のために開弁する。

リリーフライン５は、クーラントのタンク６に接続されている。リリーフライン５を流れる余剰のクーラントは、タンク６に戻る。また、図示は省略するが、工具２１に供給されたクーラントはタンク６に戻る。ポンプ部４は、タンク６に接続されている。ポンプ部４は、タンク６のクーラントを吸い込む。

尚、吐出ライン３には、クーラントの圧力を示す圧力計３１が接続されている。

次に、クーラント供給装置１の運転について説明する。コントローラ７１は、前述したように、電動モータ４２のフィードバック制御を行う。

（トルクフィードバック制御）
クーラントが供給される工具２１は、クーラントが噴出する噴出孔２２を有している。このため、吐出ライン３及び供給ライン２３におけるクーラントの流量が増えると、ポンプ部４の吐出圧力が高くなる。電動モータ４２の回転速度とポンプ部４の吐出圧力とは比例関係にある。また、定容量型の容積式のポンプ本体４１において、吐出圧力とトルクとは比例関係にある。電動モータ４２の実トルクはインバータ７２の出力トルクに相当する。このため、インバータ７２の出力トルクとポンプ部４の吐出圧力とは比例関係にある。コントローラ７１は、インバータ７２の出力トルクをフィードバック信号として用いる。コントローラ７１は、電動モータ４２のトルクが目標トルクとなるように、電動モータ４２を制御する。つまり、コントローラ７１は、トルクフィードバック制御を行う。このことにより、コントローラ７１は、ポンプ部４の吐出圧力を検知する圧力センサを用いなくても、ポンプ部４の吐出圧力が目標圧力となるように、ポンプ部４を制御できる。圧力センサを省略することにより、クーラント供給装置１の構成を簡略化できる。

吐出ライン３及び供給ライン２３の圧力が高くなって、所定のトルク以上のフィードバック信号がコントローラ７１に入力された場合、コントローラ７１は、速やかに電動モータ４２の回転速度を低下させて圧力を下げる。噴出孔２２から噴出するクーラントの量が調節されるため、クーラント供給装置１の正常動作時には、リリーフ弁５１が開弁しない。リリーフライン５に無駄なクーラントが流れない。

ここで、インバータ専用モータは、低回転速度域における定トルク特性に優れている。電動モータ４２がインバータ専用モータであれば、ポンプ部４は低回転速度域で運転できる。ポンプ部４が低回転速度域で運転することよって、クーラント供給装置１は省エネ化できる。しかしながら、容積式のポンプ本体４１は回転速度が低くなると容積効率が急激に低下する。このため、低回転速度域においては、前述したインバータ７２の出力トルクとポンプ部４の吐出圧力との間の比例関係が、成立しない、又は，成立し難い。

また、本願発明者らは、インバータ専用モータは、回転速度が高いときと低いときとでは、モータが出力する実トルクが同一であってもインバータ７２の出力電流値が相違することを見つけた。

ポンプ部４の全効率は、ポンプ本体４１の容積効率の低下と、電動モータ４２の入力電流値及び実トルクの関係と、を含む。ポンプ部４が低回転速度域で運転する場合と、ポンプ部４が低回転速度域よりも高回転速度で運転する場合とにおいて、ポンプ部４の全効率は相違する。そのため、コントローラ７１は、ポンプ部４を低回転速度域で運転する場合には、前述したようにインバータ７２の出力トルクとポンプ部４の吐出圧力との間の関係のみに基づいてポンプ部４を制御することが難しい。

そこで、このクーラント供給装置１のコントローラ７１は、電動モータ４２の実トルクに関連する第１パラメータと、ポンプ部４の回転速度である第２パラメータと、ポンプ部４の吐出圧力と、の関係を定めたテーブル又は関係式を有していて、当該テーブル又は関係式に基づいて、ポンプ部４を制御する。第１パラメータは、具体的にはインバータ７２の出力トルクである。

図２の左図２０１は、インバータ７２の出力トルク（ｙ）と、ポンプ部４の吐出圧力（ｘ_１）との関係を定めた関係式（ｙ＝ａ_１ｘ_１＋ｂ_１）を例示している。この関係式は、ポンプ本体４１と電動モータ４２とを含むポンプ部４について、様々な運転条件で運転を行った試験結果（図２における白丸参照）について、多変量解析を行うことによって設定できる。左図２０１には明示していないが、この試験結果には、ポンプ部４の回転速度を変えた場合の結果も含まれている。例えば、トルク（ｙ）を目的変数とし、吐出圧力（ｘ_１）を説明変数とした単回帰分析により、関係式は設定できる。一次式とした関係式の各定数ａ_１、ｂ_１は、例えば最小二乗法（ordinary least square：ＯＬＳ）を用いて設定してもよい。尚、関係式は、一次式に限定されない。関係式は、二次式、又は、三次式でもよい。

図２の右図２０２は、前述した試験結果をプロットした図である。右図２０２は、横軸がポンプ部４の回転速度（ｘ_２）であり、縦軸が、インバータ７２の出力トルクの実データから、前述した出力トルクと吐出圧力との関係式を差し引いたトルク差分（Δｙ）である。右図２０２からわかるように、ポンプ部４の回転速度が所定回転速度Ｎ以下の場合のトルク差分の特性と、所定回転速度Ｎを超える場合のトルク差分の特性とは、互いに異なる。具体的には、ポンプ部４の回転速度が所定回転速度Ｎ以下の場合、トルク差分は、ポンプ部４の回転速度が高くなるに従い下がるのに対し、ポンプ部４の回転速度が所定回転速度Ｎを超える場合、トルク差分は、ポンプ部４の回転速度が高くなるに従い上がる。所定回転速度Ｎにおいて、トルク差分は変曲点を有している。

パラメータ（ｙ）と、パラメータ（ｘ_２）と、パラメータ（ｘ_１）と、の関係は、一つの関係式によって表すことが難しい。そこで、本願発明者らは、ポンプ部４の運転領域を、所定回転速度Ｎを境に、低回転速度域と高回転速度域とに分けた。そして、本願発明者らは、それぞれの領域に対応する複数の関係式を設定した。

具体的には右図２０２に示すように、本願発明者らは、低回転速度域におけるトルク差分の特性式（Δｙ_１＝ａ_２１ｘ_２＋ｂ_２）と、高回転速度域におけるトルク差分の特性式（Δｙ_２＝ａ_２２ｘ_２＋ｂ_３）とを、それぞれ設定した。特性式は、前記と同様に一次式としてもよい。特性式の各定数ａ_２１、ａ_２２、ｂ_２、ｂ_３）は、例えば最小二乗法を用いて設定してもよい。

電動モータ４２の実トルクに関連する第１パラメータ（ｙ）と、ポンプ部４の回転速度である第２パラメータ（ｘ_２）と、ポンプ部４の吐出圧力（ｘ_１）と、の関係を定めた関係式は、図２の左図２０１に示す関係式（ｙ＝ａ_１ｘ_１＋ｂ_１）と、右図２０２に示す関係式（Δｙ_１＝ａ_２１ｘ_２＋ｂ_２、又は、Δｙ_２＝ａ_２２ｘ_２＋ｂ_３）の和で表すことができる。従って、関係式は、
第１関係式 ｙ_total＝（ａ_１ｘ_１＋ｂ_１）＋（ａ_２１ｘ_２＋ｂ_２） 但し、所定回転速度Ｎ以下
第２関係式 ｙ_total＝（ａ_１ｘ_１＋ｂ_１）＋（ａ_２２ｘ_２＋ｂ_３） 但し、所定回転速度Ｎ超
の二つである。

コントローラ７１は、ポンプ部４の目標圧力と、ポンプ部４の回転速度と、第１関係式又は第２関係式とに基づいて、インバータ７２の目標出力トルクを設定できる。

尚、図示は省略するが、テーブルは、前記の関係式と同様に、インバータ７２の出力トルクと、ポンプ部４の回転速度と、ポンプ部４の吐出圧力と、の関係を定める。コントローラ７１は、ポンプ部４の目標圧力と、ポンプ部４の回転速度と、テーブルとに基づいて、インバータ７２の目標出力トルクを設定できる。

コントローラ７１は、インバータ７２の出力トルクと、インバータ７２が演算したポンプ部４の回転速度と、をフィードバック信号とし、前記のテーブル又は関係式に従って、ポンプ部４を制御する。図１に示すように、コントローラ７１は、機能ブロックとして、テーブル又は関係式７１１と、減算器７１２とを有している。コントローラ７１は、工作機械２が指定する目標圧力の信号を受ける。コントローラ７１はまた、インバータ７２が出力する、電動モータ４２の回転速度の信号を受ける。電動モータ４２の回転速度とポンプ本体４１の回転速度とは一致する。コントローラ７１は、目標圧力と回転速度とに基づき、テーブル又は関係式７１１に従って、目標の出力トルクを設定する。

減算器７１２は、目標の出力トルクと、インバータ７２の出力トルクとの偏差を演算する。インバータ７２の出力トルクは、インバータ７２が出力するフィードバック信号である。コントローラ７１は、トルクの偏差に応じた制御信号を、インバータ７２に出力する。インバータ７２は、トルクの偏差が無くなるように、電動モータ４２を運転する。その結果、ポンプ部４の吐出圧力が目標圧力となる。

ポンプ部４の回転速度をテーブル又は関係式７１１に加えることにより、ポンプ本体４１の容積効率の低下、及び、電動モータ４２の入力電流値と出力する実トルクとの関係を、ポンプ部４の制御に反映できる。その結果、コントローラ７１は、ポンプ部４が低回転速度域において運転する場合に、ポンプ部４の吐出圧力を、目標圧力に、適切に調節できる。ポンプ部４が低回転速度域において運転することによって、クーラント供給装置１は省エネ化する。また、コントローラ７１は、ポンプ部４が、低回転速度域よりも高い回転速度で運転する場合も、ポンプ部４の吐出圧力を適切に調節できる。

クーラント供給装置１のフィードバック信号は、インバータ７２の出力トルク、及び、インバータ７２が演算したポンプ部４の回転速度である。フィードバック信号である第１パラメータ及び第２パラメータを検知するセンサを、クーラント供給装置１に追加する必要がない。クーラント供給装置１の構成が簡略になる。

尚、第１パラメータは、インバータ７２の出力トルクに代えて、電動モータ４２の電流値としてもよい。電動モータ４２の電流値は、センサが検知してもよい。

また、第１パラメータは、インバータ７２の出力トルクに代えて、電圧値と電力値を組み合わせた、電動モータ４２の実トルクに比例する値としてもよい。

尚、ポンプ部４の運転領域は、図２に示すように二つの領域に分けることに限らない。ポンプ部４の運転領域は、三つ以上の領域に分けてもよい。コントローラ７１は、各領域に対応する関係式を有すればよい。

また、ポンプ部４の運転領域を複数の領域に分けなくてもよい。コントローラ７１は、ポンプ部４の運転領域の全体に有効な一つの関係式を有してもよい。

（圧力フィードバック制御）
クーラント供給装置１は、様々な工作機械２に接続される。工作機械２におけるクーラントの配管構成は、工作機械２毎に異なる。配管の圧力損失は、工作機械２毎に相違する。

コントローラ７１は、トルクフィードバック制御を行うために、特定の制御定数を有している。トルクフィードバック制御の制御定数は、配管の圧力損失の相違を考慮せずに定められる。クーラント供給装置１が特定の工作機械２に接続されると、コントローラ７１がトルクフィードバック制御を行っても、ポンプ部４が工作機械２における配管の圧力損失の影響を受ける結果、ポンプ部４の吐出圧力が目標圧力からずれる場合がある。

また、工作機械２における加工状況が変化すると、配管内を流れるクーラントの圧力及び／又は流量が変わる。トルクフィードバック制御の制御定数は、加工状況の変化を考慮せずに定められる。コントローラ７１がトルクフィードバック制御を行っていても、ポンプ部４が工作機械２における配管内を流れるクーラントの圧力及び／又は流量の変化の影響を受ける結果、ポンプ部４の吐出圧力が目標圧力からずれる場合がある。

そこで、このクーラント供給装置１は、コントローラ７１が、トルクフィードバック制御に加えて、圧力フィードバック制御を行う。

クーラント供給装置１は、コネクタ１１を有している。工作機械２の圧力センサ２４は、コネクタ１１に接続される。コントローラ７１は、コネクタ１１を介して、圧力センサ２４の信号を受ける。コネクタ１１及びコントローラ７１は、様々な圧力センサ２４の信号に対応可能である。これにより、クーラント供給装置１は、様々な工作機械２に接続できる。例えば、コネクタ１１は、圧力センサ２４が出力するアナログ信号を入力可能である。コネクタ１１は、圧力センサ２４が出力するデジタル信号を入力可能であってもよい。コントローラ７１はまた、圧力センサ２４が出力する信号の電圧、及び／又は、電流に基づいて、供給ライン２３を流れるクーラントの圧力を検知する。コントローラ７１はさらに、信号の入力レンジを変更可能である。

コントローラ７１は、機能ブロックとして、第２減算器７１３を有している。第２減算器７１３は、目標圧力と、供給ライン２３におけるクーラントの圧力との偏差を演算する。第２減算器７１３は、演算した偏差に対応する制御信号を、減算器７１２へ出力する。コントローラ７１は、前述したトルクの偏差と、圧力の偏差とに応じた制御信号を、インバータ７２に出力する。コントローラ７１が圧力フィードバック制御を行うことによって、コントローラ７１は、工作機械２の配管構成の影響、及び、工作機械２の加工状況の影響を含めて、電動モータ４２を制御できる。供給ライン２３におけるクーラントの圧力は、目標圧力になる。

尚、後述するように、コントローラ７１は、所定の条件が成立した場合にのみ、圧力フィードバック制御を実行する。第２減算器７１３は、所定の条件が成立した場合にのみ、制御信号を、減算器７１２へ出力する。

圧力センサ２４は、工作機械２に取り付けられている。このため、クーラント供給装置１はセンサが不要である。クーラント供給装置１の構成は、簡易である。

（クーラント供給装置の運転制御）
図３は、コントローラ７１が実行する、電動モータ４２の制御に係るフローチャートである。コントローラ７１は、ステップＳ１において、クーラント供給装置１の起動時か否かを判断する。起動時でない場合、プロセスはステップＳ１を繰り返す、起動時である場合、プロセスはステップＳ２へ進む。

ステップＳ２において、コントローラ７１は、起動制御を実行する。起動制御は、電動モータ４２を、一定の加速度で運転する制御である。クーラント供給装置１の起動時、コントローラ７１は、トルクフィードバック制御及び圧力フィードバック制御を禁止する。

図４は、クーラント供給装置１の起動時の、ポンプ部４の吐出圧力の変化（図４の上図）と、ポンプ部４の回転速度の変化（図４の下図）とを例示している。図４の実線は、コントローラ７１が、クーラント供給装置１の起動から設定時間が経過するまで、トルクフィードバック制御及び圧力フィードバック制御を禁止した場合の、吐出圧力の変化及び回転速度の変化を示している。図４の二点鎖線は、コントローラ７１が、クーラント供給装置１の起動時から、トルクフィードバック制御及び圧力フィードバック制御を行った場合の、吐出圧力の変化及び回転速度の変化を示している。

図４からわかるように、コントローラ７１が、クーラント供給装置１の起動時からフィードバック制御を行うと、ポンプ部４の回転速度の上昇が遅れる。これは、電動モータ４２が一定の加速度で運転しないためである。ポンプ部４の回転速度の上昇が遅れる結果、ポンプ部４の吐出圧力が目標値に到達するまでの時間が長い（図４のｔ２参照）。これに対し、コントローラ７１が、クーラント供給装置１の起動時から設定時間が経過するまで、フィードバック制御を禁止すると、電動モータ４２が一定の加速度で運転する。ポンプ部４の回転速度は、速やかに上昇する。その後、コントローラ７１がトルクフィードバック制御を開始すると、ポンプ部４の吐出圧力が目標値に速やかに到達する。クーラント供給装置１の起動時に、コントローラ７１がフィードバック制御を禁止することによって、ポンプ部４の吐出圧力が目標値に到達するまでの時間が短い（図４のｔ１参照）。

また、クーラント供給装置１の起動時は、クーラントの圧力が目標圧力にまで高まっていない。圧力センサ２４の信号に基づく液の圧力と、目標圧力との偏差が大きい。クーラント供給装置１の起動時に、圧力フィードバック制御を実行すると、オーバーシュート又はハンチングが生じることによって、電動モータ４２の運転が不安定になる恐れがある。コントローラ７１が、クーラント供給装置１の起動の際に圧力フィードバック制御を禁止することによって、ポンプ部４は、クーラントを安定して吐出できる。

図３のフローチャートに戻り、ステップＳ３においてコントローラ７１は、クーラント供給装置１の起動から設定時間が経過したか否かを判断する。ステップＳ３の判断がＮＯの場合、プロセスはステップＳ３を繰り返す。設定時間が経過するまで、コントローラ７１は、トルクフィードバック制御及び圧力フィードバック制御を禁止する。ステップＳ３の判断がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ４へ進む。

ステップＳ４において、コントローラ７１は、トルクフィードバック制御を開始する。前述したように、コントローラ７１は、インバータ７２の出力トルク及び電動モータ４２の回転速度に基づいて、電動モータ４２を制御する。

ステップＳ５において、コントローラ７１は、圧力センサ２４の信号に基づき、供給ライン２３のクーラントの圧力と目標圧力との偏差が所定以上であるか否かを判断する。ステップＳ５の判断がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ６へ進む。ステップＳ５の判断がＮＯの場合、プロセスはステップＳ８へ進む。

ステップＳ６において、コントローラ７１は、圧力の偏差が所定以上の状態が、所定時間継続したか否かを判断する。ステップＳ６の判断がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ７へ進む。ステップＳ６の判断がＮＯの場合、プロセスはステップＳ４へ戻る。

ステップＳ７においてコントローラ７１は、圧力フィードバック制御を実行する。つまり、コントローラ７１は、トルクフィードバック制御中に、圧力の偏差が所定以上である状態が、所定時間継続すると、圧力フィードバック制御を行う。図５は、クーラント供給装置１の、圧力フィードバック制御の実行フラグ５０１、インバータ７２の出力トルク５０２、クーラントの圧力５０３についての、タイムチャートを例示している。

前述したように、クーラント供給装置１の起動後、クーラントの圧力の偏差ΔＰが所定以上の状態が、所定時間Δｔだけ継続すると、コントローラ７１は、圧力フィードバックの実行フラグ５０１をオンにし、圧力フィードバック制御を実行する。圧力フィードバック制御の結果、クーラントの圧力の偏差ΔＰは小さくなる。

コントローラ７１は、予め設定した時間だけ、圧力フィードバック制御を実行する。圧力フィードバック制御の終了後、クーラントの圧力の偏差ΔＰが所定以上の状態が、所定時間Δｔだけ継続すると、コントローラ７１は、圧力フィードバックの実行フラグ５０１を再びオンにし、圧力フィードバック制御を実行する。こうして、コントローラ７１は、クーラントの圧力の偏差ΔＰが所定よりも小さくなるまで、圧力フィードバック制御を、断続的に実行する。

コントローラ７１は、基本的に、電動モータ４２をトルクフィードバック制御する。これにより、クーラント供給装置１は、工作機械２に対して、目標圧力のクーラントを安定的に供給する。トルクフィードバック制御中に、圧力の定常偏差が生じた場合、コントローラ７１は、圧力フィードバック制御を行う。これにより、定常偏差はなくなる、又は、小さくなる。圧力の定常偏差は、工作機械２における供給ライン２３の圧力損失の大小に起因して生じる。また、工作機械２における加工状況が変化することに起因して生じる。コントローラ７１が、トルクフィードバック制御及び圧力フィードバック制御を実行することによって、圧力の定常偏差を抑制しながら、クーラント供給装置１は、工作機械２に対して、目標圧力のクーラントを安定的に供給できる。

図３のフローチャートに戻り、ステップＳ８において、コントローラ７１は、工作機械２が、クーラントの目標圧力を変更したか否かを判断する。例えば工作機械２の工具２１が変更されると、クーラントの目標圧力が変更される場合がある。ステップＳ８の判断がＮＯの場合、プロセスはステップＳ１０に進む。ステップＳ８の判断がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ９に進む。

ステップＳ９において、コントローラ７１は、目標圧力の変更後、所定時間が経過するまでは、圧力フィードバック制御を禁止する。クーラント供給装置１の起動時と同様に、圧力の偏差が大きい場合に、コントローラ７１が圧力フィードバック制御を行うと、電動モータ４２の運転が不安定になる恐れがあるためである。プロセスはその後、ステップＳ４に進む。

ステップＳ１０において、コントローラ７１は、クーラント供給装置１の停止が指示されたか否かを判断する。ステップＳ１０の判断がＮＯの場合、プロセスはステップＳ４へ戻り、トルクフィードバック制御を継続する。ステップＳ１０の判断がＹＥＳの場合、プロセスは終了する。

（クーラント供給装置の変形例）
図６は、クーラント供給装置の変形例を示している。図６のクーラント供給装置１０において、トルクフィードバック制御のフィードバック信号は、インバータ７２の出力トルクのみである。コントローラ７１０は、関係式又はテーブル７１１０を有している。関係式は、例えば、図２の左図２０１に示す、インバータ７２の出力トルク（ｙ）と、ポンプ部４の吐出圧力（ｘ_１）との関係を定めた関係式（ｙ＝ａ_１ｘ_１＋ｂ_１）である。コントローラ７１０は、ポンプ部４の目標圧力と、テーブル又は関係式７１１０とに基づいて、インバータ７２の目標出力トルクを設定する。

クーラント供給装置１０も、トルクフィードバック制御と圧力フィードバック制御とを行う。このため、クーラント供給装置１０は、様々な工作機械２に対して、目標圧力のクーラントを、安定して供給できる。

ここに開示する定圧液供給装置は、クーラント供給装置に限らない。図示は省略するが、ここに開示する定圧液供給装置は、例えば洗浄装置用の洗浄液供給装置であってもよい。洗浄装置は、工作機械によって加工された加工品を洗浄するために、洗浄液を加工品に向かって噴出する。洗浄装置は、対象装置の一例である。洗浄液供給装置は、洗浄装置に所定圧力の洗浄液を供給する。

１、１０ クーラント供給装置（定圧液供給装置）
２ 工作機械（対象装置）
２１ 工具（対象物）
２２ 噴出孔
２４ 圧力センサ
４ ポンプ部
４１ ポンプ本体
４２ 電動モータ
７１、７１０ コントローラ
７１１、７１１０ テーブル又は関係式
７２ インバータ

Claims (4)

1. 対象装置に接続されかつ、前記対象装置に液を供給する定圧液供給装置であって、
   前記対象装置は、液の噴出孔を有する対象物と、液の圧力に対応した信号を出力するセンサとを備え、
   前記定圧液供給装置は、
   液を吐出する容積式のポンプ本体、及び 前記ポンプ本体に連結されかつ、前記ポンプ本体を運転する電動モータを含むポンプ部と、
   前記電動モータの回転速度を変更させるインバータと、
   前記インバータを通じて前記ポンプ部を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、少なくとも、前記電動モータの実トルクに関連する第１パラメータと、前記ポンプ部の吐出圧力と、の関係を定めたテーブル又は関係式を有しかつ、前記第１パラメータをフィードバックしながら、前記ポンプ部の吐出圧力が目標圧力となるように、前記テーブル又は前記関係式に従い前記電動モータを制御するトルクフィードバック制御を行い、
   前記コントローラはまた、前記センサが出力する信号を受けかつ、前記液の圧力が目標圧力となるように前記電動モータを制御する圧力フィードバック制御を行う定圧液供給装置。
2. 請求項１に記載の定圧液供給装置において、
   前記コントローラは、前記センサが出力する信号に基づく前記液の圧力と、前記目標圧力との偏差が所定以上である状態が、所定時間継続した場合に、前記圧力フィードバック制御を行う定圧液供給装置。
3. 請求項１又は２に記載の定圧液供給装置において、
   前記コントローラは、前記定圧液供給装置の起動から第２所定時間が経過するまで、前記圧力フィードバック制御を禁止する定圧液供給装置。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の定圧液供給装置において、
   前記コントローラは、前記第１パラメータと、前記ポンプ部の回転速度である第２パラメータと、前記ポンプ部の吐出圧力と、の関係を定めたテーブル又は関係式を有し、
   前記コントローラは、前記第１パラメータと前記第２パラメータとをフィードバックしながら、前記ポンプ部の吐出圧力が目標圧力となるように、前記テーブル又は前記関係式に従い前記電動モータを制御するトルクフィードバック制御を行う定圧液供給装置。
   

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