JP7375603B2 - 押出プレス装置 - Google Patents
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Description
特許文献1は、複数台の油圧ポンプとして、吐出可変容量の小容量ポンプと、小容量ポンプの最大吐出量よりも吐出量が大きい大容量ポンプと、を備えることを提案する。特許文献1は、小容量ポンプの吐出量を可変に制御するとともに、大容量ポンプを運転(ON)・停止(OFF)する制御を行う。
小容量ポンプの吐出量を制御して油圧アクチュエータの動作の速度を制御するので、大容量ポンプを制御するよりも、速度制御の精度が向上する。
使用する大容量ポンプを任意に選択する機能を有するので、特定の大容量ポンプのみに負荷が集中し、ポンプの寿命が短くなるのを防止できるとともに、任意のポンプにトラブルが生じても、別のポンプにより運転を行うことができるので、生産性が低下しにくい。
本発明に係る油圧ポンプユニットは、油圧アクチュエータに作動油を供給する、互いに並列に接続される複数台Nの油圧ポンプを備える。
複数台Nの油圧ポンプは、複数台nSの小容量ポンプと、単数または複数台nL(N=nS+nL)の大容量ポンプと、を含む。
小容量ポンプは、大吐出量QSLと小吐出量QSSのいずれか一方が選択可能であり、かつ、大吐出量QSLと小吐出量QSSのそれぞれを最大として吐出量が制御される。
大容量ポンプは、小容量ポンプの小吐出量QSSよりも吐出量QLが大きい。
ここで、複数台nSの一部とは、例えば四台の小容量ポンプを備える場合には、一台、二台または三台が該当し、五台の小容量ポンプを備える場合には、一台、二台、三台または四台が該当する。大容量ポンプについても同様である。
nS×QSS≧QL… 式(1)
したがって、押出工程においては、小吐出量QSSを選択すれば、ポンプ一台当たりの吐出量を小さくできるので、押出工程における油圧アクチュエータの速度制御の精度を高くできる。また、アイドル工程においては、大吐出量QSLを選択すれば、アイドル工程における必要な作動油の量が多いという要求を電動モータの容量を大きくすることなく満足できるので、アイドル工程の所要時間の短縮が期待される。
本実施形態に係る押出プレス装置1は、図1に示すように、押出機構3と油圧ポンプユニット5とを備える。
押出機構3は、例えばアルミニウム合金、銅合金からなるビレットとも称される押出材EMをダイス16より押し出すのに必要な機械的な構成要素を含んでいる。油圧ポンプユニット5は、押出機構3の油圧アクチュエータ、例えばメインシリンダ12Aに作動油を供給することにより、押出機構3を動作させる。
油圧ポンプユニット5は、図2に示すように、複数台nSの小容量ポンプ33A,33B,33C,33Dと、複数台nL(N=nS+nL)の大容量ポンプ34A,34Bと、を備える。小容量ポンプ33A,33B,33C,33Dおよび大容量ポンプ34A,34Bは互いに並列に接続されている。
小容量ポンプ33A,33B,33C,33Dは、大吐出量QSLと小吐出量QSSのいずれか一方が選択可能であり、かつ、大吐出量QSLと小吐出量QSSのそれぞれを基準にして吐出量が制御される。
大容量ポンプ34A,34Bは、小容量ポンプ33A,33B,33C,33Dの小吐出量QSSよりも吐出量QLが大きい。
押出機構3は、図1に示すように、エンドプラテン10と、メインシリンダハウジング12と、メインシリンダ12Aと、を備える。
エンドプラテン10は、メインシリンダハウジング12と対向する側の面において、ダイス16を支持している。メインシリンダハウジング12は、エンドプラテン10と対向するように配置され、エンドプラテン10と複数のタイロッド14により連結される。メインシリンダ12Aは、メインシリンダハウジング12の略中央に配置される。
メインクロスヘッド22は、エンドプラテン10とメインシリンダハウジング12の間に配置され、前端面から突出するように押出ステム24が配置される。メインラム12Bは、メインクロスヘッド22の後端面に一端側が固定され、他端側がメインシリンダ12Aに収容され、メインクロスヘッド22をエンドプラテン10に接近させるように前進させる。
サイドシリンダ26は、メインシリンダ12Aの周囲に配置される油圧アクチュエータである。サイドシリンダ26は、押出工程においてメインクロスヘッド22をエンドプラテン10に接近させるように前進させるか、または、アイドル工程においてエンドプラテン10から離間させるように後退させる。サイドシリンダ26は、油圧ポンプユニット5から作動油を受けて前進または後退する。
コンテナシリンダ28は、押出工程において、コンテナホルダ19に固定されたコンテナ18をエンドプラテン10に支持されたダイス16に押圧させて、コンテナシール力を発生させる油圧アクチュエータである。また、コンテナシリンダ28は、アイドル工程において、コンテナ18をエンドプラテン10から離間させるように後退させる。コンテナシリンダ28も、油圧ポンプユニット5から作動油を受けて前進または後退する。
また、押出プレス装置1において、押出方向は、図1に示す矢印で定義されるものとする。
油圧ポンプユニット5は、メインラム12Bを駆動するメインシリンダ12A、サイドシリンダ26およびコンテナシリンダ28に対し、並列に接続される複数台の油圧ポンプから作動油が供給可能に構成される。複数台の油圧ポンプは、その全部が常に運転されるわけではなく、メインラム12Bが前進する速度に応じて、一部または全部が運転される。押出工程と次の押出工程との間のアイドル工程においては、必要に応じて、複数台の油圧ポンプの全部が、例えばサイドシリンダ26、コンテナシリンダ28、および、シャー装置25などを駆動するために作動油を供給する。
ポンプ機構32は、押出工程中にメインラム12Bを前進させるために作動油をメインシリンダ12Aおよびサイドシリンダ26のヘッド側に供給する。
ポンプ機構32は、アイドル工程中にも作動油を供給する。本実施形態におけるこの作動油の供給は以下の3つの形態を含む。
形態1:メインクロスヘッド22を介してメインラム12Bおよび押出ステム24を後退させるための、サイドシリンダ26のロッド側への供給。
形態2:コンテナ18をダイス16から離間させるための、コンテナシリンダ28のヘッド側への供給。
形態3:ディスカード切断用のシャー装置25への供給。
小容量ポンプ33A~33Dは、同じ仕様を有する可変容量型のポンプである。ただし、小容量ポンプ33A~33Dのそれぞれは、小吐出量QSSまたは大吐出量QSL(QSS<QSL)のいずれかが選択可能とされる。小吐出量QSSは押出工程において選択され、大吐出量QSLはアイドル工程において選択される。
なお、電動モータ35A~35Dの回転数が一定であれば、小容量ポンプ33A~33Dは、吐出量が小吐出量QSSと大吐出量QSLの二つに固定される固定容量型のポンプということができる。
次に、大容量ポンプ34A,34Bは、同じ仕様を有し、吐出量が一定である。大容量ポンプ34A,34Bの一台当たりの吐出量をQLとすると、吐出量QL>小吐出量QSSが成り立つ。
なお、大容量ポンプ34A,34Bは、上述した可変容量機構を備えるポンプを用い、傾斜板を例えば最大吐出角度に維持することで、吐出量QLを一定に維持することもできる。
押出プレス装置1は、押出工程とアイドル工程とを繰り返して実行することができる。押出工程は、押出機構3を動作させて押出材EMをダイス16から押し出す工程であり、アイドル工程は押出工程以外の期間であって、先行する押出工程を終えた後に、後続の押出工程までが該当する。
押出工程においては、小容量ポンプ33A~33Dを用いて作動油をメインシリンダ12Aなどに供給してメインラム12Bを前進移動させる速度の制御を行う。このときの小容量ポンプ33A~33Dは小吐出量QSSが選択され、吐出量が小吐出量QSS以下の範囲で運転され、それぞれに対応する電動モータ35A~35Dの回転数、つまり小容量ポンプ33A~33Dの吐出量を制御する。
押出工程におけるメインラム12Bの前進速度(以下、ラム速度)に応じて、メインシリンダ12Aに作動油を供給する小容量ポンプ33A~33Dの一部または全部が選択される。また、選択される小容量ポンプ33A~33Dの少なくとも一台は、対応する電動モータ35A~35Dの回転数を制御することで吐出量が制御される。例えば選択されるのが小容量ポンプ33A,33B,33Cだとすると、吐出量が制御されない小容量ポンプ33A,33Bは、基本的に小吐出量QSSで運転される。
大容量ポンプ34A,34Bのいずれか一方または双方を用いてメインシリンダ12Aに作動油を供給する場合には、小容量ポンプ33A~33Dのいずれか一つから四つからメインシリンダ12Aなどに向けて作動油が供給される。小容量ポンプ33A~33Dは電動モータ35A~35Dの回転数制御による吐出量の制御が行われるので、大容量ポンプ34A,34Bを含めた全体としての吐出量を連続的に増減できる。
押出工程において油圧ポンプユニット5から供給される作動油の最大量は、4×QSS+2×QLである。
アイドル工程において、小容量ポンプ33A~33Dの一部または全部が大吐出量QSL以下の範囲で運転される。また、アイドル工程において、油圧アクチュエータの駆動開始時や、減速・停止時等の例外を除き、大容量ポンプ34A,34Bは一台または二台が運転される。したがって、アイドル工程において油圧ポンプユニット5から供給される作動油の最大量は、4×QSL+2×QLである。
次に、図4を参照して、油圧ポンプユニット5のより具体的な運転例を説明する。
この運転例は、図4に示すように、押出工程におけるラム速度が3段階に区分されている。この区分は、押出プレス装置1において、想定する押出製品等に準じて必要と考えられる、押出工程におけるラム速度をその採用頻度に応じて分けた一例である。押出プレス装置1の設計時における、油圧ポンプユニットのポンプ構成や、各ポンプの仕様や吐出量の選定等でも、ラム速度の採用頻度は、アイドル工程で想定される最大供給油量と共に、重要な設計要素の一つである。
この区分に対応して、運転される小容量ポンプ33A~33Dおよび大容量ポンプ34A,34Bが選択される。最も多い頻度(本実施形態においては80%)を占める低速運転(0~V1mm/sec)においては、小容量ポンプ33A~33Dの一部または全部が運転されることにより所望するラム速度が得られることが好ましく、大容量ポンプ34A,34Bの双方は運転が停止されている。小容量ポンプ33A~33Dは、いずれも小吐出量QSS以下の範囲で運転される。次に多い頻度(本実施形態においては15%)を占める中速運転、および、最も少ない頻度(本実施形態においては5%)を占める高速運転においても、小容量ポンプ33A~33Dは同様に小吐出量QSS以下の範囲で運転されるが、中速運転において、例えば、一方の大容量ポンプ34Aは運転される。さらに、高速運転においては、大容量ポンプ34A,34Bの双方が運転される。
なお、ラム速度およびその3段階の区分はあくまで一例であり、本実施形態において、ラム速度を2段階に区分することもできるし、4段階以上に区分することもできる。
次に、図5をも参照してより具体的な運転例に言及する。ラム速度の区分は、図4と同じである。低速運転の開始前には、小容量ポンプ33A~33Dおよび大容量ポンプ34A,34Bはいずれも運転は停止されている。
ここで、アンロードとは、油圧ポンプを運転して作動油は吐出させるが、吐出部近傍の油圧管路に配置させたリリーフ弁を開放し、この弁から作動油をタンクへの管路に戻す状態を指す。逆に、このリリーフ弁を閉止し、油圧ポンプから吐出される作動油を油圧配管へ流す状態をオンロードと呼称する。
次に、中速運転においては、大容量ポンプ34Aの運転を前提として、例えば入力されたラム速度V23に準じたポンプ構成より一つ前のポンプ構成をポンプ構成データより読み出し、大容量ポンプ34Aを含むそれぞれのポンプの運転を開始させる。本実施形態においては、図4に示すように、ラム速度V22(V22<V23)の準じたポンプ構成、すなわち、小容量ポンプ33Aおよび33Bの2台を小吐出量QSSで運転を開始させる。以後は、低速運転と同様であるため、詳細な説明は割愛するが、メインラム12Bが前進する実速度vをラム速度V23と比較する。そして、実速度v<ラム速度V23であれば、小容量ポンプ33Cの電動モータ35Cの回転数を増加させて、小容量ポンプ33Cの吐出量を増加させ、実速度v>ラム速度V23であれば、小容量ポンプ33Cの電動モータ35Cの回転数を減少させて、小容量ポンプ33Cの吐出量を減少させるフィードバック制御を行う。大容量ポンプ34Bは停止したままである。このように、メインラム12Bの中速運転においても、大容量ポンプにより、ポンプ台数の増加を抑制できるとともに、ラム速度のフィードバック制御が、小容量ポンプ一台だけの電動モータの回転数制御により行われるため、低速運転と同様のラム速度の制御精度が確保できる。
次に、高速運転においては、大容量ポンプ34Aに加えて大容量ポンプ34Bの運転も前提として、入力されたラム速度に準じたポンプ構成より一つ前のポンプ構成をポンプ構成データより読み出し、大容量ポンプ34A及び34Bを含むそれぞれのポンプの運転を開始させる。また、高速運転の間、小容量ポンプ33A~33Dは低速運転と同じ手順で運転される。このように、メインラム12Bの高速運転においても、大容量ポンプにより、ポンプ台数の増加を抑制できるとともに、ラム速度のフィードバック制御が、小容量ポンプ一台だけの電動モータの回転数制御により行われるため、低速運転と同様のラム速度の制御精度が確保できる。
次に、アイドル工程においては、必要に応じて、小容量ポンプ33A~33Dおよび大容量ポンプ34A,34Bの全部が一斉に運転される。
アイドル工程において吐出可能な作動油の最大吐出量は4×QSL+2×QLであり、先に説明したように、小容量ポンプ33A~33Dの、押出工程において選択される小吐出量QSSとアイドル工程において選択される大吐出量QSLとの関係がQSS<QSLであることから、以下に示すように、アイドル工程における最大の吐出量は押出工程における最大の吐出量よりも多い。
アイドル工程:4×QSL+2×QL>押出工程:4×QSS+2×QL
また、小容量ポンプ33A~33Dの小吐出量QSSと大吐出量QSLは、小容量ポンプを斜板式の可変容量機構を備える可変容量型のポンプとする。そうすれば、小吐出量QSSと大吐出量QSLは傾斜板の傾斜角度を係止する傾転ストッパに傾斜板をパイロット油圧で押し当ててその角度が維持されることにより確保される最大吐出量であり、その大小関係に機械的な制約は特にない。そのため、小容量ポンプであっても、アイドル工程において選択される大吐出量QSLが、例えば、大容量ポンプの吐出量QLと同じか、それ以上であってもよい。そうすれば、アイドル工程において吐出可能な作動油の最大吐出量は、本実施形態の場合、6×QL以上となり、ポンプ台数の増加を抑制しつつ、且つ、押出工程時に対して、小容量ポンプの電動モータの回転数を増加することなく、アイドル工程において、多量の作動油確保が容易となる。一方、アイドル工程において選択される大吐出量QSLが、大容量ポンプの吐出量QLと同じかそれ以上の小容量ポンプであっても、押出工程において選択される小吐出量QSSを、後述する、小容量ポンプ(小吐出量QSS)と大容量ポンプの吐出量(QL)の関係を満足する範囲で十分に小さくすることにより、先に説明したようなラム速度の制御精度が確保できる。
ここで、必要に応じて、小容量ポンプ33A~33Dおよび大容量ポンプ34A,34Bの全部が一斉に運転を開始されることとしたが、これは、小容量ポンプ33A~33Dおよび大容量ポンプ34A,34Bの全部が全く同時に運転を開始することを意味するものではなく、多少の時間のずれを持って運転を開始し、これらポンプの全部が同じ期間に運転されていればよい。
小容量ポンプ33A~33Dの小吐出量QSSを合計した値である4×QSS(=QSmax)と大容量ポンプ34A,34Bのそれぞれの作動油の吐出量QLとは、以下に示すように、等しいかQSmaxがQLよりも大きいことが好ましい。
QSmax(=4×QSS)≧QL
これは、押出工程において、吐出させる作動油のかさ上げを目的とする大容量ポンプ34A,34Bの吐出量を余すことなく使い切るためである。すなわち、吐出量が制御される小容量ポンプ33A~33Dの小吐出量QSSを合計した値である4×QSS(=QSmax)が大容量ポンプ34A,34Bのそれぞれの作動油の吐出量QLよりも小さいものとする。そうすれば、先に図4やラム速度の低速運転で説明したような、大容量ポンプ34A,34Bの運転/停止を伴う油圧ポンプユニット5の供給作動油量増減のつなぎ部分が、ラム速度の制御に必要になった場合に、当該制御が困難になるか、可能であっても、供給作動油量増減が段付き制御になって、ラム速度の制御精度を低下させる虞がある。
本実施形態においては、四台の小容量ポンプ33A~33Dを用いるが、例えば、一台当たりの小容量ポンプの吐出量を2×QSSとして二台の小容量ポンプで代替できるし、一台当たりの小容量ポンプの吐出量を4/3×QSSとして三台の小容量ポンプで代替できる。しかるに、以下に示すように、小容量ポンプの台数は多いほうが好ましい。
電動モータの回転数により制御される小容量ポンプ一台当たりの吐出量が小さいほど、ラム速度の制御精度が向上する。
また、当該小容量ポンプを駆動する電動モータの効率は、最大の吐出量において最も高くなり、逆に、吐出量が少なくなるほど低くなる。したがって、一台当たりの吐出量の制御範囲を小さくすれば、それぞれの小容量ポンプを駆動する電動モータが高い効率で運転される範囲が広くなり、省エネルギに寄与する。
次に、押出プレス装置1が奏する効果について説明する。
実施形態に係る油圧ポンプユニット5は、押出工程においては、可変容量機構が小吐出量QSSに対応する状態で固定されるので、ポンプ一台当たりの最大吐出量が小さい。そのため、ラム速度の制御精度を高くできる。
また、油圧ポンプユニット5は、アイドル工程においては、大容量ポンプ34Aや34Bの運転を行うとともに、小容量ポンプ33A~33Dから、押出工程において選択された小吐出量QSSより大きい大吐出量QSLで作動油が吐出される。したがって、アイドル工程において供給可能な作動油の量をポンプ台数の増加を抑制しつつ、多くすることができ、アイドル工程の所要時間、サイクルタイムを短縮できる。
このように、油圧ポンプユニット5は、小容量ポンプ33A~33Dを小吐出量QSSと大吐出量QSLとのいずれかを選択できることにより、押出工程とアイドル工程のそれぞれにおける作動油の要求を満たすことができる。
本実施形態において、大容量ポンプは複数台(二台)用意されているが、大容量ポンプは単数(一台)であってもよい。
3 押出機構
10 エンドプラテン
12 メインシリンダハウジング
12A メインシリンダ
12B メインラム
14 タイロッド
16 ダイス
18 コンテナ
19 コンテナホルダ
22 メインクロスヘッド
24 押出ステム
25 シャー装置
26 サイドシリンダ
28 コンテナシリンダ
31 コントローラ
32 ポンプ機構
33A,33B,33C,33D 小容量ポンプ
34A,34B 大容量ポンプ
35A,35B,35C,35D,36A,36B 電動モータ
Claims (6)
- 押出要素と、前記押出要素を動作させる油圧アクチュエータと、を備える押出機構と、
前記油圧アクチュエータに作動油を供給する、油圧ポンプユニットと、を備える押出プレス装置であって、
油圧ポンプユニットは、
前記油圧アクチュエータに作動油を供給する、互いに並列に接続される複数台Nの油圧ポンプを備え、
複数台Nの前記油圧ポンプは、
複数台nSの小容量ポンプと、単数または複数台nL(N=nS+nL)の大容量ポンプと、を含み、
前記小容量ポンプは、大吐出量QSLと小吐出量QSSのいずれか一方が選択可能であり、かつ、前記大吐出量QSLと前記小吐出量QSSのそれぞれを最大として吐出量が制御され、
前記大容量ポンプは、前記小容量ポンプの前記小吐出量QSSよりも吐出量QLが大きく、
前記押出プレス装置の押出工程において、
複数台n S の一部または全部の前記小容量ポンプが前記小吐出量Q SS を最大として運転され、
前記押出工程を除くアイドル工程において、
複数台n S の一部または全部の前記小容量ポンプが前記大吐出量Q SL を最大として運転される、
ことを特徴とする押出プレス装置。
- 前記押出工程において、
前記大容量ポンプが運転されないか、もしくは、複数台nLの一部または全部の前記大容量ポンプが運転され、
前記アイドル工程において、
複数台nLの一部または全部の前記大容量ポンプが運転される、
請求項1に記載の押出プレス装置。
- 複数台nSの全部の前記小容量ポンプの前記小吐出量QSSの合計と、前記大容量ポンプの一台当たりの前記吐出量QLとが、以下の式(1)の関係を有する、
請求項1または請求項2に記載の押出プレス装置。
nS×QSS≧QL… 式(1)
- 前記押出プレス装置の前記押出工程において、
複数台nSの前記小容量ポンプの少なくとも一台の前記吐出量が制御されるように運転され、
他の前記小容量ポンプは、運転されないか、もしくは、少なくとも一台が前記小吐出量QSSを吐出するように運転される、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の押出プレス装置。
- 前記小容量ポンプの回転数を制御する電動モータを備え、
前記小容量ポンプは、前記大吐出量QSLおよび前記小吐出量QSSのそれぞれに対応する角度に傾斜板が維持される、斜板式可変容量ポンプからなる、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の押出プレス装置。
- 前記大容量ポンプを回転駆動させる、ソフトスタート機能付きの電動モータを備え、
前記押出プレス装置の前記押出工程において、ソフトスタート機能付きの前記電動モータは、回転および回転停止のいずれかが選択される、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の押出プレス装置。
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