特開 2017-61899 流体圧発生方法および流体圧発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-61899(P2017-61899A)

(43)【公開日】2017年3月30日

(54)【発明の名称】流体圧発生方法および流体圧発生装置

(51)【国際特許分類】

   F04B 9/113 20060101AFI20170310BHJP

【ＦＩ】

   F04B9/113

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-188262(P2015-188262)

(22)【出願日】2015年9月25日

(71)【出願人】

【識別番号】000132161

【氏名又は名称】株式会社スギノマシン

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 章

(72)【発明者】

【氏名】石倉 新

【テーマコード（参考）】

3H075

【Ｆターム（参考）】

3H075AA01

3H075BB03

3H075BB12

3H075BB20

3H075CC03

3H075DA03

3H075DA04

3H075DA09

3H075DA11

3H075DB10

3H075DB43

3H075DB44

3H075EE03

3H075EE08

3H075EE12

(57)【要約】

【課題】複動型のピストンに作動媒体の圧力を加えることによりプランジャを駆動して被加圧流体を加圧する場合の被加圧流体の圧力変動を抑制する。
【解決手段】流体圧発生方法は、ピストンが移動端に到達したことを検知した際に、ピストンの進行方向を切り替えるステップ（Ｓ１０）と、ピストンの進行方向を切り替えた後に、作動媒体ポンプの負荷が限界負荷に到達するまでの間、若しくは、前記負荷が前記限界負荷を超過するまでの間、作動媒体ポンプが、作動媒体を最大流量で吐き出すステップ（Ｓ１１）と、被加圧流体の圧力を検知し、被加圧流体の圧力をフィードバックして、被加圧流体の圧力と、被加圧流体の目標圧力との偏差を０にするように制御する被加圧流体圧力フィードバック制御ステップ（Ｓ８）と、を備えている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動媒体ポンプが発生した作動媒体の圧力によってプランジャを有する複動型のピストンを駆動し、前記プランジャによって被加圧流体を加圧する流体圧発生方法であって、
前記ピストンが移動端に到達したことを検知した際に、前記ピストンの進行方向を切り替えるステップと、
前記作動媒体ポンプの負荷を検知し、前記負荷が限界負荷に到達したか否か、若しくは、前記負荷が前記限界負荷を超過したか否か、を判別するステップと、
前記ピストンの進行方向を切り替えた後に、前記負荷が前記限界負荷に到達するまでの間、若しくは、前記負荷が前記限界負荷を超過するまでの間、前記作動媒体ポンプが、前記作動媒体を最大流量で吐き出すステップと、
前記被加圧流体の圧力を検知し、前記被加圧流体の圧力をフィードバックして、前記被加圧流体の圧力と、前記被加圧流体の目標圧力との偏差を０にするように制御する被加圧流体圧力フィードバック制御ステップと、
を備える、流体圧発生方法。

【請求項2】

請求項１に記載の流体圧発生方法であって、
前記負荷が前記限界負荷に到達した後、又は前記負荷が前記限界負荷を超過した後に、前記被加圧流体圧力フィードバック制御ステップを実行し、
前記被加圧流体圧力フィードバック制御ステップにおいて、前記負荷が、前記作動媒体ポンプの定格負荷を超えないように制御される、流体圧発生方法。

【請求項3】

請求項１に記載の流体圧発生方法であって、
前記負荷が前記限界負荷に到達した後、又は前記負荷が前記限界負荷を超過した後に、前記作動媒体ポンプが前記作動媒体を定格流量で吐き出すステップと、
検知された前記被加圧流体の圧力が、前記被加圧流体の目標圧力よりも低い判別圧力に到達したか否かを判別するステップと、を更に備え、
前記被加圧流体の前記圧力が、前記判別圧力に到達した後に、前記被加圧流体圧力フィードバック制御ステップを実行する、流体圧発生方法。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の流体圧発生方法であって、
前記負荷は、前記作動媒体ポンプの入力軸の回転トルクである、流体圧発生方法。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の流体圧発生方法であって、
前記被加圧流体の噴射を停止したときに、
前記作動媒体の圧力を検知し、前記作動媒体の圧力をフィードバックして、前記作動媒体の圧力と、前記作動媒体の目標圧力との偏差を０にするように制御する作動媒体圧力フィードバック制御ステップを、
更に備える流体圧発生方法。

【請求項6】

請求項５に記載の流体圧発生方法であって、
前記作動媒体の目標圧力は、前記被加圧流体の目標圧力を前記ピストンにおける受圧面積と前記プランジャにおける受圧面積との比である増圧比で割った値である論理圧力よりも低い値である、
流体圧発生方法。

【請求項7】

請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の流体圧発生方法であって、
前記作動媒体ポンプが可変容量型の容積ポンプであり、
前記被加圧流体の噴射を開始したときに、前記作動媒体ポンプの押しのけ容積を最大にするステップと、
前記被加圧流体の噴射を停止したときに、前記作動媒体ポンプの押しのけ容積を最小にするステップと、
を更に備える流体圧発生方法。

【請求項8】

回転速度制御されるモータにより駆動され、作動媒体を加圧する作動媒体ポンプと、
加圧された前記作動媒体によって第１のシリンダ内を往復動するピストンと、
前記ピストンに連設され、第２のシリンダ内を往復動し、被加圧流体を加圧するプランジャと、
前記ピストンが移動端に達したことを検知する端検知器と、
前記被加圧流体の圧力を検知する被加圧流体検知器と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記端検知器の検知状況によって、前記ピストンの進行方向を定める進行方向制御手段と、
前記作動媒体ポンプの負荷が限界負荷に到達したか否か、若しくは、前記負荷が前記限界負荷を超過したか否か、を判別する負荷判別手段と、
前記進行方向制御手段によって前記ピストンの進行方向が切り替えられた後、前記負荷判別手段によって、前記負荷が前記限界負荷に到達する、又は前記負荷が前記限界負荷を超過すると判別されるまでの期間に、前記作動媒体ポンプが前記作動媒体を最大流量で吐き出すように運転させる最大運転手段と、
前記被加圧流体検知器によって検知された前記被加圧流体の圧力をフィードバックして、前記被加圧流体の圧力と、前記被加圧流体の目標圧力との偏差を０にするように制御する被加圧流体圧力フィードバック制御手段と、を有する、
流体圧発生装置。

【請求項9】

請求項８に記載の流体圧発生装置であって、
前記制御装置は、
前記作動媒体ポンプが前記作動媒体を定格流量で吐き出すように制御する定格運転手段と、
検知された前記被加圧流体の圧力が、前記被加圧流体の目標圧力よりも低い判別圧力に到達したか否かを判断する圧力判別手段と、を更に有し、
前記負荷が前記限界負荷に到達した後、又は前記負荷が前記限界負荷を超過した後に、前記作動媒体ポンプが前記作動媒体を定格流量で吐き出し、
前記被加圧流体の圧力が前記判別圧力に到達した後に、前記被加圧流体圧力フィードバック制御手段が、前記被加圧流体の圧力をフィードバックして、前記被加圧流体の圧力と、前記被加圧流体の目標圧力との偏差を０にするように制御する、
流体圧発生装置。

【請求項10】

請求項８又は請求項９に記載の流体圧発生装置であって、
前記作動媒体の圧力を検知する作動媒体圧力検知器と、
前記被加圧流体の噴射を開始し、停止する噴射弁と、を更に備え、
前記制御装置は、
前記噴射弁を閉弁したときに、前記作動媒体圧力検知器によって検知された前記作動媒体の圧力をフィードバックして、前記作動媒体の圧力と、前記作動媒体の目標圧力との偏差を０にするように制御する作動媒体圧力フィードバック制御手段を、更に有する、
流体圧発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複動型のピストンに作動媒体の圧力を加えることによりプランジャを駆動して被加圧流体を加圧する流体圧発生方法および流体圧発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複動型のピストンに作動媒体の圧力を加えることによりプランジャを駆動して被加圧流体を加圧することによって超高圧を発生する流体圧発生装置がある。この流体圧発生装置は、作動媒体の圧力によって被加圧流体を加圧する。被加圧流体の吐出し圧力は、作動媒体ポンプの吐出し特性、方向切替え弁の応答遅れ、作動媒体および被加圧流体の圧縮性などにより、大きく脈動する。

【0003】

超高圧を発生する流体圧発生装置が吐き出した流体を噴出して得られる噴流を、切断等に利用するウォータージェット技術が知られている。被加圧流体の圧力の脈動は、流量の脈動をもたらし、噴流が乱れる原因となる。このため、被加圧流体の圧力を制御する技術が求められてきた。このような技術の一つとして、プランジャをサーボモータにより直接駆動して、プランジャの移動速度を一定に保つように制御し、プランジャの進行方向の切替え時間を短縮する提案がされている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３８２２３６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の発明は、サーボモータとボールねじ機構とを用いて、プランジャの直接駆動を制御する液体加圧装置である。この装置では、プランジャの位置および速度は、サーボモータの回転角度に基づいて直接に導かれる。したがって、複動型のピストンに作動媒体の圧力を加えることによりプランジャを駆動して被加圧流体を加圧する流体圧発生装置には、特許文献１に記載の発明を適用することはできない。

【0006】

本発明は、複動型のピストンに作動媒体の圧力を加えることによりプランジャを駆動して被加圧流体を加圧する場合の被加圧流体の圧力変動を抑制することができる流体圧発生方法および流体圧発生装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題に鑑みて、本発明の流体圧発生方法は、作動媒体ポンプが発生した作動媒体の圧力によってプランジャを有する複動型のピストンを駆動し、前記プランジャによって被加圧流体を加圧する流体圧発生方法であって、前記ピストンが移動端に到達したことを検知した際に、前記ピストンの進行方向を切り替えるステップと、前記作動媒体ポンプの負荷を検知し、前記負荷が限界負荷に到達したか否か、若しくは、前記負荷が前記限界負荷を超過したか否か、を判別するステップと、前記ピストンの進行方向を切り替えた後に、前記負荷が前記限界負荷に到達するまでの間、若しくは、前記負荷が前記限界負荷を超過するまでの間、前記作動媒体ポンプが、前記作動媒体を最大流量で吐き出すステップと、前記被加圧流体の圧力を検知し、前記被加圧流体の圧力をフィードバックして、前記被加圧流体の圧力と、前記被加圧流体の目標圧力との偏差を０にするように制御する被加圧流体圧力フィードバック制御ステップと、を備えている。

【0008】

ここで、ピストンの進行方向が切り替わる際に、ピストンが受圧した作動媒体の圧力を増圧してプランジャで被加圧流体を加圧する増圧器からの被加圧流体の吐き出しが停止する。その間も、被加圧流体を貯留するアキュームレータを設けて、被加圧流体が連続吐出する場合には、アキュームレータ内に貯留された被加圧流体が吐き出される。被加圧流体の吐き出しに伴い、アキュームレータ内に貯留された被加圧流体の圧力は、低下する。再び、ピストンが反転方向に進行すると、アキュームレータ内に被加圧流体が供給され、圧力が上昇する。

【0009】

本発明の上記構成によれば、ピストンの進行方向が切り替わった後に、作動媒体ポンプの負荷が限界負荷に到達するまでは、作動媒体ポンプが最大流量で作動媒体を吐き出すため、ピストンの進行方向の切替え後、増圧器からの被加圧流体の吐出し再開までの時間が短縮される。ピストンの進行方向が切り替わった後に、ピストンが進行を始めると、被加圧流体の圧縮に伴い、作動媒体の圧力が上昇する。作動媒体の圧力上昇は、作動媒体ポンプの負荷の上昇をもたらす。作動媒体ポンプの負荷が限界負荷に到達するまでの期間、作動媒体ポンプが最大流量で作動媒体を吐き出すため、最大流量の吐き出し時間は、許容される最長の時間となる。そのため、被加圧流体の圧力は、最大の速度で上昇する。

【0010】

そして、被加圧流体の圧力をフィードバックして、被加圧流体の圧力と、被加圧流体の目標圧力との偏差を０にするように作動媒体ポンプの回転を制御する。このため、作動媒体ポンプを保護しつつ、被加圧流体の吐出し圧力を目標圧力に近づけられる。
これらの相互作用により、増圧器からの吐き出し圧力の圧力変動が低減される。
すなわち、本発明によれば、複動型のピストンに作動媒体の圧力を加えることによりプランジャを駆動して被加圧流体を加圧する場合の被加圧流体の圧力変動を抑制することができる流体圧発生方法を提供できる。

【0011】

本発明の流体圧発生方法は、好ましくは、下記の構成をとる。前記負荷が前記限界負荷に到達した後、又は前記負荷が前記限界負荷を超過した後に、前記被加圧流体圧力フィードバック制御ステップを実行する。そして、前記被加圧流体圧力フィードバック制御ステップにおいて、前記負荷が、前記作動媒体ポンプの定格負荷を超えないように制御される。

【0012】

被加圧流体圧力フィードバック制御ステップでは、作動媒体ポンプの定格負荷を超えない限度において実行されるため、作動媒体ポンプが過負荷により破損することを防止できる。そして、作動媒体ポンプの負荷が限界負荷に達した後又は、これを超過した後に、負荷が許容範囲内に制限されながら、被加圧流体の圧力が目標値に近づくように、作動媒体ポンプの運転がフィードバック制御される。このため、作動媒体ポンプの保護を図りつつ、ピストンの進行方向の切替え後における速やかな被加圧流体の圧力の上昇と、該圧力の目標値への一致とを両立できる。

【0013】

本発明の流体圧発生方法は、好ましくは、前記負荷が前記限界負荷に到達した後、又は前記負荷が前記限界負荷を超過した後に、前記作動媒体ポンプが前記作動媒体を定格流量で吐き出すステップと、検知された前記被加圧流体の圧力が、前記被加圧流体の目標圧力よりも低い判別圧力に到達したか否かを判別するステップと、を更に備え、前記被加圧流体の前記圧力が、前記判別圧力に到達した後に、前記被加圧流体圧力フィードバック制御ステップを実行する。

【0014】

上記構成によれば、次の作用効果が生ずる。作動媒体ポンプの負荷が限界負荷に到達した後、又はそれを超過した後に、作動媒体ポンプが作動媒体を定格流量で吐き出す。すなわち、ピストン速度が上昇し、限界負荷に到達し、超過した後に、作動媒体ポンプが定格流量での作動媒体の吐き出しを行う。そして、被加圧流体の圧力が目標圧力より若干低い圧力に到達してからフィードバック制御を行う。通常、フィードバック制御では応答遅れが生ずるところ、被加圧流体の圧力が目標圧力より若干低い圧力となるまで作動媒体ポンプが定格流量で作動媒体を吐き出すため、フィードバック制御による応答遅れを解消できる。また、目標圧力付近まで被加圧流体の圧力が上昇した後にフィードバック制御を開始するため、フィードバック制御によるオーバーシュートを防止し、速やかに被加圧流体の圧力が目標圧力に到達する。

【0015】

本発明の流体圧発生方法において、好ましくは、前記負荷は、前記作動媒体ポンプの入力軸の回転トルクである。

【0016】

作動媒体ポンプの入力軸の回転トルクは計測が容易であるため、上記構成によれば簡便に本発明を実現できる。

【0017】

ここで、複動型のピストンに作動媒体の圧力を加えることによりプランジャを駆動して被加圧流体を加圧することによって超高圧を発生する流体圧発生装置は、プランジャを収容するシリンダ内部からの被加圧流体の吐出しを吐出し弁の開閉により行う。被加圧流体の噴射を停止し増圧器からの被加圧流体の吐き出しを停止したときには、吐出し弁が閉弁され、増圧器から吐き出された超高圧の被加圧流体は、配管又はアキュームレータ内に閉じ込められる。このとき、被加圧流体は、その圧力が上昇する。本発明者らは、作動媒体回路の圧力損失の分だけ、作動媒体の停止により、作動媒体の圧力上昇が起きると考えている。

【0018】

被加圧流体の圧力は、被加圧流体の連続噴射時においては、フィードバック制御により、目標圧力と一致している。噴射停止時に被加圧流体の圧力が上昇し、圧力上昇した被加圧流体は閉じこめられる。すると、噴射停止時の被加圧流体は、目標圧力よりも高い圧力に維持される。

【0019】

このとき、被加圧流体の圧力が目標圧力よりも高いため、被加圧流体の圧力をフィードバックして目標圧力に近づけるように作動媒体ポンプを制御すると、作動媒体ポンプはその吐出し圧力を低くしようとするため、作動媒体の圧力は次第に低下する。作動媒体の圧力が低下した後に、被加圧流体の噴射を再開すると、被加圧流体の噴射に伴い、被加圧流体の圧力と、作動媒体の圧力に増圧比を乗じた値と、がバランスするまで被加圧流体の圧力が低下する。その後、増圧器の運転により被加圧流体の圧力が次第に上昇する。すなわち、作動媒体の圧力の変化により、噴射再開時の被加圧流体の圧力波形が乱れる。それに伴い、噴流が乱れる。

【0020】

被加圧流体の噴射を停止したときに作動媒体の圧力を保つことで、被加圧流体の噴射を再開したときに、被加圧流体の圧力変動を抑制することを本発明の更なる課題とする。

【0021】

上述の更なる課題に鑑みて、本発明の流体圧発生方法は、好ましくは、以下の構成を備える。前記被加圧流体の噴射を停止したときに、前記作動媒体の圧力を検知し、前記作動媒体の圧力をフィードバックして、前記作動媒体の圧力と、前記作動媒体の目標圧力との偏差を０にするように制御する作動媒体圧力フィードバック制御ステップを、更に備えている。

【0022】

上記構成によれば、被加圧流体の噴射を停止したときに、作動媒体の圧力を、作動媒体の目標圧力に近づけるように、作動媒体ポンプをフィードバック制御することで、作動媒体の圧力を、噴射停止中の目標圧力に保つことができる。作動媒体の圧力がその目標圧力に保持されるため、噴射再開時の圧力変動を抑制できる。

【0023】

ここで、作動媒体の目標圧力は、被加圧流体の目標圧力を増圧比で割った値とすることができる。

【0024】

本発明の流体圧発生方法は、好ましくは、前記作動媒体の目標圧力は、前記被加圧流体の目標圧力を前記ピストンにおける受圧面積と前記プランジャにおける受圧面積との比である増圧比で割った値である論理圧力よりも低い値である。

【0025】

上述したように、被加圧流体の噴射を停止したときには、被加圧流体の圧力が若干上昇する。作動媒体の目標圧力を、被加圧流体の目標圧力を増圧比で割った値である論理圧力よりも低い値とすることによって、被加圧流体の噴射を停止した際の圧力上昇が抑制される。作動媒体の目標圧力を低くすることにより、圧力維持に係る作動媒体ポンプの消費電力量が低下する。また、超高圧領域においては、プランジャを収容するシリンダ、および吐出し弁、吐出し配管に大きな内部応力が発生する。噴射停止時の圧力上昇が抑制されることにより、流体圧発生装置の構成部品の耐久寿命が向上する。

【0026】

本発明の流体圧発生方法は、好ましくは、前記作動媒体ポンプが可変容量型の容積ポンプであり、前記被加圧流体の噴射を開始したときに、前記作動媒体ポンプの押しのけ容積を最大にするステップと、前記被加圧流体の噴射を停止したときに、前記作動媒体ポンプの押しのけ容積を最小にするステップと、を更に備えている。

【0027】

被加圧流体の噴射を停止したときは、ピストンは移動しない。従って、作動媒体ポンプは作動媒体を、複動型のピストンを収容すると共に増圧器を駆動するシリンダに供給する必要はない。上記構成によれば、被加圧流体の噴射時には作動媒体ポンプの押しのけ容積を最大にし、被加圧流体の噴射停止時には作動媒体ポンプの押しのけ容積を最小にするため、作動媒体ポンプの吐出し特性が適切に変化する。そのため、作動媒体ポンプの運転に対する作動媒体の圧力および流量の応答性が高くなり、被加圧流体の圧力波形が安定化する。また、消費電力量も低下する。

【0028】

本発明は、上述の流体圧発生方法を実現するための、下記の構成を持つ流体圧発生装置を提供する。

【0029】

本発明の流体圧発生装置は、回転速度制御されるモータにより駆動され、作動媒体を加圧する作動媒体ポンプと、加圧された前記作動媒体によって第１のシリンダ内を往復動するピストンと、前記ピストンに連設され、第２のシリンダ内を往復動し、被加圧流体を加圧するプランジャと、前記ピストンが移動端に達したことを検知する端検知器と、前記被加圧流体の圧力を検知する被加圧流体圧力検知器と、制御装置と、を備えている。そして、前記制御装置は、前記端検知器の検知状況によって、前記ピストンの進行方向を定める進行方向制御手段と、前記作動媒体ポンプの負荷が限界負荷に到達したか否か、若しくは、前記負荷が前記限界負荷を超過したか否か、を判別する負荷判別手段と、前記進行方向制御手段によって前記ピストンの進行方向が切り替えられた後、前記負荷判別手段によって、前記負荷が前記限界負荷に到達する、又は前記負荷が前記限界負荷を超過すると判別されるまでの期間に、前記作動媒体ポンプが前記作動媒体を最大流量で吐き出すように運転させる最大運転手段と、前記被加圧流体検知器によって検知された前記被加圧流体の圧力をフィードバックして、前記被加圧流体の圧力と、前記被加圧流体の目標圧力との偏差を０にするように制御する被加圧流体圧力フィードバック制御手段と、を有している。

【0030】

本発明の流体圧発生装置は、好ましくは、前記制御装置は、前記作動媒体ポンプが前記作動媒体を定格流量で吐き出すように制御する定格運転手段と、検知された前記被加圧流体の圧力が、前記被加圧流体の目標圧力よりも低い判別圧力に到達したか否かを判断する圧力判別手段と、を更に有し、前記負荷が前記限界負荷に到達した後、又は前記負荷が前記限界負荷を超過した後に、前記作動媒体ポンプが前記作動媒体を定格流量で吐き出し、前記被加圧流体の圧力が前記判別圧力に到達した後に、前記被加圧流体圧力フィードバック制御手段が、前記被加圧流体の圧力をフィードバックして、前記被加圧流体の圧力と、前記被加圧流体の目標圧力との偏差を０にするように制御する。

【0031】

本発明の流体圧発生装置は、好ましくは、前記作動媒体の圧力を検知する作動媒体圧力検知器と、前記被加圧流体の噴射を開始し、停止する噴射弁と、を更に備え、前記制御装置は、前記噴射弁を閉弁したときに、前記作動媒体圧力検知器によって検知された前記作動媒体の圧力をフィードバックして、前記作動媒体の圧力と、前記作動媒体の目標圧力との偏差を０にするように制御する作動媒体圧力フィードバック制御手段を、更に有している。

【発明の効果】

【0032】

本発明によれば、複動型のピストンに作動媒体の圧力を加えることによりプランジャを駆動して被加圧流体を加圧する場合の被加圧流体の圧力変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の第１実施形態における流体圧発生装置の概略図を示す。

【図2】本発明の第１実施形態における流体圧発生装置の機能ブロック線図を示す。

【図3】本発明の第１実施形態における流体圧発生方法のフローチャートを示す。

【図4】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１実施形態における流体圧発生装置の一実施例の運転波形を示す。

【図5】本発明の第２実施形態における流体圧発生装置の概略図を示す。

【図6】本発明の第２実施形態における流体圧発生装置の機能ブロック線図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0034】

（第１実施形態）
図１を参照して、本発明の第１実施形態の流体圧発生装置１０について説明する。流体圧発生装置１０の作動媒体Ｆ１は作動油であり、被加圧流体Ｆ２は水である。流体圧発生装置１０は、増圧器２０と、閉回路用の作動媒体ポンプ１１と、を備えている。流体圧発生装置１０は、作動媒体ポンプ１１が発生した作動媒体Ｆ１の圧力によってプランジャ２６１、２６２を有する複動型のピストン２３を駆動し、プランジャ２６１、２６２によって被加圧流体Ｆ２を加圧する。流体圧発生装置１０は、連続的に超高圧水を吐出する、ウォータージェット切断に好適である。

【0035】

作動媒体ポンプ１１は、２つの吸入吐出口１１１、１１２を備えている。作動媒体ポンプ１１は、押しのけ容積を変更できる、可変容量型ポンプである。作動媒体ポンプ１１は、サーボモータであるモータ１２によって駆動される。作動媒体ポンプ１１は、内部リークを生じる。リーク回路１１３は、内部リークを排出する。このような作動媒体ポンプ１１としては、斜板式可変容量型ポンプ、斜軸式可変容量型ポンプが好適である。

【0036】

なお、作動媒体ポンプ１１は、可変容量型ポンプに替えて、斜板式固定容量型ポンプ、斜軸式固定容量型ポンプ、ギアポンプ、ベーンポンプなどの固定容量型ポンプ、その他の容積式ポンプを利用できる。サーボモータは、永久磁石型同期モータおよびロータリーエンコーダと、磁気式回転センサなどの回転センサとの組合せを用いても良い。

【0037】

増圧器２０は、複動型のピストン２３と、プランジャ２６１、２６２とを備えている。増圧器２０は、ピストン２３における作動媒体Ｆ１の受圧面積と、プランジャ２６１、２６２における被加圧流体Ｆ２の受圧面積の比率（以下、「増圧比Ｒ」という。）に応じて、複動型のピストン２３が受圧した作動媒体Ｆ１の圧力を、増圧して被加圧流体Ｆ２を加圧する。ピストン２３は、駆動シリンダ（第１のシリンダ）２４内を往復動する。ピストン２３は、駆動シリンダ２４内を、第１室２１と第２室２２に区画する。ピストン２３には、超高圧シリンダ（第２のシリンダ）２５１、２５２内を往復動するプランジャ２６１、２６２が連設されている。

【0038】

増圧器２０は、端検知器２９１、２９２を備えている。端検知器２９１、２９２は、ピストン２３が駆動シリンダ２４内の端（移動端）にあることを検知し、端検知信号を出力する。端検知器２９１、２９２は、リミットスイッチ、近接スイッチその他の電気接点を有するスイッチが利用できる。端検知器２９１、２９２は、Ａ接点スイッチのみならず、Ｂ接点スイッチをも利用できる。

【0039】

第１流路１３は、第１室２１と吸入吐出口１１１とを連通する。第２流路１４は、第２室２２と吸入吐出口１１２とを連通する。増圧器２０のピストン２３およびプランジャ２６１、２６２が図１において右行（以下、単に「増圧器２０が右行」ともいう）するときは、作動媒体ポンプ１１は、第２流路１４を介して第２室２２から作動媒体Ｆ１を吸込み、第１流路１３を介して第１室２１へ吐き出す。増圧器２０のピストン２３およびプランジャ２６１、２６２が図１において左行（以下、単に「増圧器２０が左行」ともいう）するときは、逆に、作動媒体ポンプ１１は、第１室２１から作動媒体Ｆ１を吸込み、第２流路１４を介して第２室２２へ吐き出す。

【0040】

選択回路１５は、第１流路１３と、第２流路１４とを一組のチェック弁１５１、１５２を介して連通する。選択回路１５は、圧力検知器１５６を備えている。圧力検知器１５６は、第１流路１３の圧力と第２流路１４の圧力のうちの高い方の圧力Ｐ１を、検知する。

【0041】

選択回路１５は、第１流路１３と第２流路１４のうちの圧力が高い方を、回収回路１８と連通する。回収回路１８は、リリーフ弁１５４、絞り１５３を備えている。回収回路１８は、選択回路１５から、余剰な作動媒体Ｆ１をタンク１７に回収する。

【0042】

供給回路１６は、一組のチェック弁１６１、１６２を介して、第１流路１３又は第２流路１４と、タンク１７とを連通する。供給回路１６は、第１流路１３と第２流路１４のうちの圧力が低い方に作動媒体Ｆ１を供給する。

【0043】

被加圧流体Ｆ２の供給源３０は、吸入弁２８を介して、超高圧シリンダ２５１、２５２内と連通している。また、超高圧シリンダ２５１、２５２内は、吐出し弁２７を介してアキュームレータ３１と連通している。配管３２は、アキュームレータ３１と、噴口を備えるノズル３５とを、噴射弁３４を介して連通する。配管３２は、圧力検知器３３を備えている。圧力検知器３３は、被加圧流体Ｆ２の圧力を検知し、出力する。

【0044】

増圧器２０が左行するときは、プランジャ２６１が被加圧流体Ｆ２を押し出し、加圧する。すると吐出し弁２７を開弁し、被加圧流体Ｆ２が吐き出される。プランジャ２６２は、超高圧シリンダ２５２内を引き込み移動し、吸入弁２８を開弁し、被加圧流体Ｆ２を吸い込む。増圧器２０が右行すると、この逆の動作をする。

【0045】

図２を参照して、制御装置４０の構成および機能を説明する。制御装置４０は、メモリー４１と、演算装置４２と、入力ポート４３と、出力ポート４４とを備え、これらがバス（不図示）で接続されている。

【0046】

メモリー４１は、以下に示す演算装置４２の機能を具体化したプログラムと、演算装置４２の機能を利用するための各種データを収納する。タッチパネル、ポインティングデバイス、キーボードその他の入力装置（不図示）から、入力ポート４３を介してプログラム及び各種データがメモリー４１に入力される。

【0047】

アンプ１２１は、モータ１２と結線し、モータ１２への出力を行う。モータ１２は、作動媒体ポンプ１１を回転し、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１によって、増圧器２０が上述のように稼働する。流体圧発生装置１０の運転状況は、入力ポート４３を介して制御装置４０に入力される。演算装置４２によって、作動媒体ポンプ１１の回転速度、押しのけ容積が決定される。演算装置４２の演算結果は、出力ポート４４を介して、アンプ１２１、噴射弁３４、作動媒体ポンプ１１へ出力される。

【0048】

演算装置４２は、進行方向制御手段４２ａと、第１の圧力判別手段４２ｂと、噴射開始制御手段４２ｃと、負荷判別手段４２ｅと、第２の圧力判別手段（圧力判別手段）４２ｆと、押しのけ容積制御手段４２ｄと、を備えている。

【0049】

端検知器２９１、２９２の端検知信号は、進行方向制御手段４２ａに入力される。
進行方向制御手段４２ａは、端検知信号を受けると、増圧器２０のピストン２３およびプランジャ２６１、２６２の進行方向（以下、単に「増圧器２０の進行方向」ともいう）、すなわち、作動媒体ポンプ１１の吐出し方向を切り替える。ここで、作動媒体ポンプ１１が、両回転型ポンプであれば、その吐出し方向は、モータ１２の回転方向として決定される。進行方向制御手段４２ａは、増圧器２０の進行方向を示す進行方向信号を出力する。例えば、進行方向制御手段４２ａは、増圧器２０が右行のときに１を、左行のときに０を出力する。

【0050】

なお、作動媒体ポンプ１１が傾転角逆転可能な斜板式可変容量ポンプであれば、吐出し方向は、傾転角の正逆によって定められる。そして、作動媒体ポンプ１１の回転方向は一方向となる。このとき、進行方向制御手段４２ａは、押しのけ容積制御手段４２ｄへ進行方向信号を出力する。そして、進行方向制御手段４２ａは、第１のフィードバック制御手段４２ｈ、最大運転手段４２ｋ、定格運転手段４２ｍ、第２のフィードバック制御手段４２ｐへ、進行方向信号を発信しない。

【0051】

進行方向制御手段４２ａは、被加圧流体Ｆ２の噴射停止後においても、その進行方向信号を保持する。進行方向制御手段４２ａは、被加圧流体Ｆ２の噴射停止後に再度噴射を開始したときには、保持されている進行方向信号を出力する。

【0052】

噴射開始制御手段４２ｃは、噴射弁３４を制御する。噴射開始制御手段４２ｃは、噴射を開始する際に、出力ポート４４を介して噴射弁３４の開弁命令を噴射弁３４に出力する。また、入力ポート４３を介して、噴射弁３４が開弁しているときに出す開弁信号を噴射弁３４から受領する。噴射開始制御手段４２ｃは、噴射弁３４から開弁信号を受領しているときに、噴射信号を、第１の圧力判別手段４２ｂ、負荷判別手段４２ｅ、押しのけ容積制御手段４２ｄへ出力する。例えば、噴射信号は、被加圧流体Ｆ２の噴射のときに１、噴射停止のときに０とされる。

【0053】

第１の圧力判別手段４２ｂは、噴射停止時、すなわち、開弁信号を受領しないときに機能する。第１の圧力判別手段４２ｂは、圧力検知器１５６から作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１を受け取る。第１の圧力判別手段４２ｂは、作動媒体Ｆ１の圧力が、目標圧力Ｐ１ｃｏｍよりも若干低い第１の判別圧力Ｐ１Ｔに達したかどうかを判別する。例えば、第１の圧力判別手段４２ｂは、第１の圧力判別信号として、第１の判別圧力Ｐ１Ｔに到達したときに１を、到達しないときに０を、第１のフィードバック制御手段（作動媒体圧力フィードバック制御手段）４２ｈ、定格運転手段４２ｍに発信する。

【0054】

負荷判別手段４２ｅは、噴射時に、すなわち、噴射信号（＝１）を受領したときに働く。負荷判別手段４２ｅは、作動媒体ポンプ１１に作用する負荷を、入力ポート４３を介して、アンプ１２１から受け取る。本実施形態では、上記負荷は、モータ１２の回転トルクＴｒである。負荷判別手段４２ｅは、回転トルクＴｒが限界トルクＴｒＬに到達したか、又は、回転トルクＴｒが限界トルクＴｒＬを超過したかを判別する。負荷判別手段４２ｅは、負荷判別情報を、第２の圧力判別手段４２ｆ、最大運転手段４２ｋに出力する。負荷判別手段４２ｅは、限界負荷到達時に１を、限界負荷未満のときに０を、負荷判別情報として出力する。

【0055】

なお、モータ１２の出力軸と作動媒体ポンプ１１の入力軸との間に減速手段が設けられていなければ、モータ１２の回転トルクＴｒと、作動媒体ポンプ１１の入力軸の回転トルクとは同一である。勿論、モータ１２の出力軸と作動媒体ポンプ１１の入力軸との間に減速手段が設けられていれば、限界負荷について減速手段の減速率を考慮する。すなわち、モータ１２の回転トルクＴｒに減速率を乗じて作動媒体ポンプ１１の入力トルクが得られる。

【0056】

第２の圧力判別手段４２ｆは、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２を、圧力検知器３３から受け取る。第２の圧力判別手段４２ｆは、圧力Ｐ２が、第２の判別圧力Ｐ２Ｔに到達したか否か、又は圧力Ｐ２が第２の判別圧力Ｐ２Ｔを超過したか否かを判別する。第２の判別圧力Ｐ２Ｔは、被加圧流体Ｆ２の目標圧力Ｐ２ｃｏｍである設定圧力Ｐ０よりも若干低く定められる。ここで、第２の判別圧力Ｐ２Ｔは、設定圧力Ｐ０から閾値Ｔ２を差し引いた値で与えられる。閾値Ｔ２は、フィードバック制御を開始するか否かに関連して定められる。閾値Ｔ２は、フィードバック制御を開始したときに、速やかに目標値である設定圧力Ｐ０に接近し、圧力Ｐ２がオーバーシュートしない圧力となるように、定められる。閾値Ｔ２は、例えば、フィードバック制御を比例制御により行ったときにおける、定常偏差の値を参考に定められても良い。第２の圧力判別手段４２ｆは、第２の圧力判別信号を、定格運転手段４２ｍ、第２のフィードバック制御手段（被加圧流体圧力フィードバック制御手段）４２ｐに発信する。例えば、第２の圧力判別信号は、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２の第２の判別圧力Ｐ２Ｔへの到達時に１、未到達時に０とされる。

【0057】

なお、第２の判別圧力Ｐ２Ｔは、例えば設定圧力Ｐ０の８０％ないし９７％、好ましくは８５％ないし９５％として定めても良い。
また、第２の圧力判別手段４２ｆは省いても良い。この場合には、次の構成をとる。負荷判別手段４２ｅが、作動媒体ポンプ１１の負荷が限界負荷に到達するか、負荷が限界負荷を超過するときに、第２のフィードバック制御手段４２ｐへ、フィードバック制御開始指令を発する。

【0058】

第２の圧力判別手段４２ｆを省く場合には、後記する定格フィルタ４２ｑを設けることが望ましい。

【0059】

押しのけ容積制御手段４２ｄは、作動媒体ポンプ１１が可変容量型ポンプの場合に設けられる。押しのけ容積制御手段４２ｄは、作動媒体ポンプ１１の押しのけ容積を決定し、制御する。押しのけ容積制御手段４２ｄは、噴射開始制御手段４２ｃからの噴射信号、および、第１の圧力判別手段４２ｂからの第１の圧力判別信号を受け取る。噴射信号（＝１）を受け取ったときは、押しのけ容積制御手段４２ｄは、押しのけ容積を最大とする。噴射信号を受け取らない（噴射信号＝０）ときは、押しのけ容積制御手段４２ｄは、押しのけ容積を最小とする。具体的には、作動媒体ポンプ１１が斜板式可変容量型ポンプであれば、その傾転角を出力する。

【0060】

噴射停止時において、可変容量型ポンプの押しのけ容積を最小とすると、噴射停止時の被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２が、噴射時圧力よりも若干低下する効果が生ずる。これは、押しのけ容積変更の応答は、増圧器２０の停止の応答よりも速いためと考えられる。この場合であっても、噴射再開時には、増圧器２０の運転により速やかに圧力が回復する。そして、流体圧発生装置１０で発生する被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２が５００ＭＰａを超過すると、圧力Ｐ２があまりにも高いため、この圧力Ｐ２によって装置内部に発生する内部応力が非常に大きい。このような内部応力を少しでも抑えることは、流体圧発生装置１０の耐久性を大幅に改善する。したがって、上記構成によれば、流体圧発生装置１０のメンテナンス周期を大幅に延長できる。

【0061】

回転制御手段４２ｇは、第１のフィードバック制御手段４２ｈと、最大運転手段４２ｋと、定格運転手段４２ｍと、第２のフィードバック制御手段４２ｐと、を備えている。

【0062】

第１のフィードバック制御手段４２ｈは、噴射停止時に機能する。第１のフィードバック制御手段４２ｈは、進行方向制御手段４２ａから受け取った進行方向信号と、第１の圧力判別手段４２ｂから受け取った第１の圧力判別信号と、圧力検知器１５６から受け取った作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１とに基づいて、モータ１２の回転速度を制御する。第１のフィードバック制御手段４２ｈは、モータ１２の回転速度ｎをアンプ１２１に出力する。

【0063】

第１のフィードバック制御手段４２ｈは、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１をフィードバックして、作動媒体Ｆ１の目標圧力Ｐ１ｃｏｍと、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１との差分が０になるように、作動媒体ポンプ１１を制御する。フィードバック制御は、ＰＩＤ制御の他、単純適応制御、ロバスト制御、最適制御その他の現代制御を利用できる。フィードバック制御は、既知であるため、その詳細な説明は省略する。

【0064】

作動媒体Ｆ１の目標圧力Ｐ１ｃｏｍは、噴射時における被加圧流体Ｆ２の目標圧力Ｐ２ｃｏｍである設定圧力Ｐ０を、増圧比Ｒで割った値である論理圧力ＰＬとできる。

【0065】

より望ましくは、作動媒体Ｆ１の目標圧力Ｐ１ｃｏｍは、論理圧力ＰＬから、被加圧流体Ｆ２の噴射を停止したときの被加圧流体Ｆ２の圧力上昇に関する閾値Ｔ１を差し引いた値として与えられる。特に、作動媒体ポンプ１１が可変容量型ポンプであり、制御装置４０が押しのけ容積制御手段４２ｄを備えるときには、論理圧力ＰＬよりも若干低い圧力である、作動媒体Ｆ１の目標圧力Ｐ１ｃｏｍを使用することで、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１が良好に制御され、消費電力が減少する。

【0066】

なお、作動媒体Ｆ１の目標圧力Ｐ１ｃｏｍの上述の算出方法に替えて、この作動媒体Ｆ１の目標圧力Ｐ１ｃｏｍは、論理圧力ＰＬの７０％ないし９５％としてもよい。作動媒体Ｆ１の目標圧力Ｐ１ｃｏｍに増圧比Ｒを乗じた値は、増圧器２０の進行方向の切替え時に低下する被加圧流体Ｆ２の圧力と同等か、それ以上となるように調整されることが望ましい。

【0067】

噴射停止時においては、被加圧流体Ｆ２は、増圧器２０と噴射弁３４との間に閉じ込められる。そのため、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２は、ピストン２３の位置が動かない限り、変化しない。他方、作動媒体Ｆ１は、閉回路中を作動媒体ポンプ１１の内部リーク、閉回路からのタンク１７への回収、作動媒体ポンプ１１からの吐き出しによる補充により、循環している。この場合、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１の変動と、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２の変動は、リンクしない。

【0068】

本実施形態の流体圧発生装置１０によれば、被加圧流体Ｆ２の噴射停止時において、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１をフィードバックして、圧力Ｐ１を、圧力Ｐ１の目標値である目標圧力Ｐ１ｃｏｍに保つよう制御することで、直接作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１を一定に保持できる。被加圧流体Ｆ２の噴射を再開するときに、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１が仮に理想値から乖離していた場合、噴射再開時に、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１の変化に伴って、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２が大きく変動する。しかし、本実施形態の流体圧発生装置１０によれば、被加圧流体Ｆ２の噴射停止時に、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１が目標圧力Ｐ１ｃｏｍに保持されるため、噴射再開時において、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２が乱れない。従って、被加圧流体Ｆ２の噴射再開時においても、噴射開始後、速やかに乱れの少ない理想的な噴流が得られる。

【0069】

最大運転手段４２ｋは、被加圧流体Ｆ２の噴射時であり、増圧器２０の進行方向が切り替わった後、負荷判別手段４２ｅから負荷判別情報＝１を受け取るまでの期間、機能する。言い換えると、負荷判別情報＝０を受け取っている期間機能する。最大運転手段４２ｋは、進行方向制御手段４２ａから受け取った進行方向信号と、負荷判別情報とに基づいて、作動媒体ポンプ１１をその最大流量を吐き出すように制御する。具体的には、最大運転手段４２ｋは、作動媒体ポンプ１１の最大回転速度ｎｍａｘをアンプ１２１に出力する。ここで、最大回転速度ｎｍａｘは、後記する定格回転速度ｎｒよりも大きいことは勿論である。

【0070】

作動媒体ポンプ１１が可変容量ポンプであれば、押しのけ容積制御手段４２ｄが作動媒体ポンプ１１の押しのけ容積を最大に制御したときにおいて、最大運転手段４２ｋが最大回転速度ｎｍａｘを指令したときに、作動媒体ポンプ１１は、作動媒体を最大流量で吐き出す。作動媒体ポンプ１１が固定容量ポンプであれば、その回転速度が最大回転速度ｎｍａｘのときに、作動媒体ポンプ１１は、作動媒体を最大流量で吐き出す。

【0071】

定格運転手段４２ｍは、被加圧流体Ｆ２の噴射停止時においては、進行方向制御手段４２ａから受け取った進行方向信号と、第１の圧力判別信号とに基づいて、その定格流量を吐き出すように作動媒体ポンプ１１を制御する。定格運転手段４２ｍは、被加圧流体Ｆ２の噴射時においては、進行方向制御手段４２ａから受け取った進行方向信号と、第２の圧力判別信号とに基づいて、作動媒体ポンプ１１をその定格流量を吐き出すように制御する。具体的には、定格運転手段４２ｍは、作動媒体ポンプ１１の定格回転速度ｎｒをアンプ１２１に出力する。

【0072】

なお、作動媒体ポンプ１１が可変容量ポンプであれば、定格運転手段４２ｍは、押しのけ容積制御手段４２ｄと協調して、作動媒体ポンプ１１の押しのけ容積に対応する回転速度をアンプ１１に指令できる。また、後述するように、被加圧流体Ｆ２の噴射時における定格運転手段４２ｍの使用を取り止めても良い。

【0073】

第２のフィードバック制御手段４２ｐは、被加圧流体Ｆ２の噴射時に機能する。第２のフィードバック制御手段４２ｐは、進行方向制御手段４２ａから受け取った進行方向と、第２の圧力判別手段４２ｆから受け取った第２の圧力判別信号と、圧力検知器３３から受け取った被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２とに基づいて、モータ１２の回転速度ｎを制御する。第２のフィードバック制御手段４２ｐは、モータ１２の回転速度ｎをアンプ１２１に出力する。

【0074】

第２のフィードバック制御手段４２ｐは、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２をフィードバックして、被加圧流体Ｆ２の目標圧力Ｐ２ｃｏｍと、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２との差分が０になるように、作動媒体ポンプ１１を制御する。フィードバック制御は、ＰＩＤ制御の他、単純適応制御、ロバスト制御、最適制御その他の現代制御を利用できる。フィードバック制御は、既知であるため、その詳細な説明は省略する。ここで、目標圧力Ｐ２ｃｏｍは、被加圧流体Ｆ２の設定圧力Ｐ０である。

【0075】

第２のフィードバック制御手段４２ｐは、定格フィルタ４２ｑを備えることができる。定格フィルタ４２ｑは、第２のフィードバック制御手段４２ｐが出力するモータ１２の運転条件が、作動媒体ポンプ１１の定格出力範囲を超過しないように、監視し、その回転速度を調整する。より具体的には、次の構成を取り得る。モータ１２の出力トルクは常時変動する。定格フィルタ４２ｑは、作動媒体ポンプ１１の回転トルクＴｒの一定時間の二乗平均を実効トルクとして演算する。定格フィルタ４２ｑは、実効トルクが定格トルクを超過しないように、回転速度ｎを制御する。

【0076】

なお、定格フィルタ４２ｑは、アンプ１２１が備えても良い。

【0077】

図３に従って、流体圧発生装置１０の制御方法を説明する。流体圧発生装置１０は、被加圧流体Ｆ２の噴射停止の状態で起動する（Ｓ１〜Ｓ５）。被加圧流体Ｆ２の噴射開始の信号を受け、噴射弁３４を開弁すると同時に、噴射中の制御を行う（Ｓ６〜Ｓ１５）。被加圧流体Ｆ２の噴射中にポンプ停止指令を受ける（Ｓ１６のＹＥＳ）と、流体圧発生装置１０は運転を停止する。噴射信号（＝１）が入る（Ｓ１７のＹＥＳ）と、噴射運転を続行する（Ｓ７へジャンプ）。噴射信号（＝１）が切れる、又は噴射停止信号（＝０）が入る（Ｓ１７のＮＯ）と、再度噴射停止状態で待機する（Ｓ４へジャンプ）。

【0078】

流体圧発生装置１０の起動直後に、押しのけ容積制御手段４２ｄは、作動媒体ポンプ１１の押しのけ容積を最大にする（Ｓ１）。

【0079】

作動媒体ポンプ１１は、定格流量で作動媒体Ｆ１を吸入吐出口１１１の方向へ吐き出す（Ｓ２）。定格運転手段４２ｍは、アンプ１２１に定格回転速度ｎｒを出力する。流体圧発生装置１０の起動直後は、緩やかにモータ１２の回転速度を上昇させることが望ましい。

【0080】

作動媒体ポンプ１１が動き出すと、増圧器２０のピストン２３が作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１を受けて右方向へ進行する。超高圧シリンダ２５２内にある被加圧流体Ｆ２は、プランジャ２６２により圧縮され、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２が上昇を始める。

【0081】

なお、起動直後の増圧器２０の進行方向は、右方向に替えて、左方向を選択できる。また、最終運転時の運転停止時の進行方向を記憶しておき、記憶しておいた進行方向、又はその逆方向から運転を開始できる。運転開始時の進行方向は、運転停止方法との関係において、選択しえる。例えば、進行方向切替え時からの運転時間を記憶しておき、切り替え時から運転停止までの運転時間と、増圧器２０の進行方向切替えの間隔とを比較し、ピストン２３の位置に応じて、進行方向制御手段４２ａが起動直後の進行方向を決定できる。

【0082】

第１の圧力判別手段４２ｂは、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１を監視している（Ｓ３）。圧力Ｐ１が、第１の判別圧力Ｐ１Ｔに到達するまで（Ｓ３のＮＯ）は、作動媒体ポンプ１１は、定格運転（定格回転速度）を継続する。

【0083】

なお、圧力Ｐ１が第1の判別圧力Ｐ１Ｔに到達する条件に替えて、圧力Ｐ１が第1の判別圧力Ｐ１Ｔを超過する条件を利用できる。

【0084】

作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１が第１の判別圧力Ｐ１Ｔに到達する（Ｓ３のＹＥＳ）と、押しのけ容積制御手段４２ｄは、作動媒体ポンプ１１の押しのけ容積を最小化する（Ｓ４）。さらに、第１のフィードバック制御手段４２ｈは、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１をフィードバックして、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１と、作動媒体Ｆ１の目標圧力Ｐ１ｃｏｍとの偏差を０にするように、作動媒体ポンプ１１の回転速度を制御する（Ｓ５：作動媒体圧力フィードバック制御ステップ）。

【0085】

このとき、増圧器２０は、被加圧流体Ｆ２をほとんど吐き出さない。そして、作動媒体ポンプ１１は、その内部リークの流量と、回収回路１８の流量との和と殆ど同量の作動媒体Ｆ１を吐出する。一旦増圧器２０から吐き出された被加圧流体Ｆ２は、配管３２から排出されないため、圧力Ｐ２が低下することはない。

【0086】

なお、作動媒体ポンプ１１が固定容量型ポンプであれば、勿論ステップＳ１、ステップＳ４は省かれる。

【0087】

噴射開始制御手段４２ｃは、被加圧流体Ｆ２の噴射開始を待機する（Ｓ６）。噴射開始指令が、操作盤（不図示）から、制御装置４０に入力されると、噴射開始制御手段４２ｃは、噴射弁３４に開弁命令を出力して噴射弁３４を開弁する。噴射弁３４は、開弁すると、開弁信号を噴射開始制御手段４２ｃに発し、噴射開始制御手段４２ｃは噴射信号（＝１）を出力する（Ｓ６のＹＥＳ）。

【0088】

噴射弁３４が開弁すると（Ｓ６のＹＥＳ）、ノズル３５から被加圧流体Ｆ２が噴出する。押しのけ容積制御手段４２ｄは、作動媒体ポンプ１１の押しのけ容積を最大にする（Ｓ７）。

【0089】

なお、作動媒体ポンプ１１が固定容量型ポンプであれば、勿論ステップＳ７は省かれる。

【0090】

その後、第２のフィードバック制御手段４２ｐは、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２をフィードバックして、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２と、被加圧流体Ｆ２の目標圧力Ｐ２ｃｏｍとの偏差を０にするように、作動媒体ポンプ１１の回転速度を制御する（Ｓ８：被加圧流体圧力フィードバック制御ステップ）。

【0091】

ピストン２３が、駆動シリンダ２４内の端（移動端）に到達すると、端検知器２９１又は端検知器２９２は、ピストン２３を検知し、端検知信号を発する（Ｓ９）。このとき、進行方向制御手段４２ａは、増圧器２０の進行方向を反転する（Ｓ１０）。具体的には、端検知器２９１が端検知信号を発したとき、進行方向制御手段４２ａは、作動媒体ポンプ１１が作動媒体Ｆ１を第２室２２から吸込み、第１室２１へ吐き出すように、その回転方向を決定する。端検知器２９２が端検知信号を発したときは、この逆である。

【0092】

増圧器２０の進行方向の指令が反転すると、最大運転手段４２ｋは、作動媒体ポンプ１１が作動媒体Ｆ１を最大流量で吐き出すように、最大回転速度を指令する（Ｓ１１）。

【0093】

作動媒体ポンプ１１の回転方向の反転により、増圧器２０の進行方向反転前の加圧側の媒体室（例えば端検知器２９２が検知しているときの第２室２２）の圧力が急速に低下する。また、ピストン２３は、加圧した被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２を受ける。そのため、端検知に伴ってプランジャ進行が速やかに停止し、ピストン２３が反転する方向の力を圧力Ｐ２により受ける。増圧器２０は、慣性が非常に大きいため、一般的には方向切替え時の応答が悪いところ、本実施形態によれば、上記作用により、方向切替えの応答遅れが改善する効果が生ずる。応答遅れが改善するため、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２のオーバーシュートが改善される。

【0094】

また、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２による、ピストン２３の反転方向への力により、増圧器２０の進行方向反転後の吸込み側の媒体室（例えば端検知器２９２が検知しているときの第１室２１）からの、作動媒体ポンプ１１による作動媒体Ｆ１の吸込み特性が改善する。

【0095】

作動媒体ポンプ１１が反転して回転を開始すると、ピストン２３は、進行方向を切り替え、駆動シリンダ２４内の移動端から離れる方向に進行する。すると、端検知器からの端検知信号の出力が止まる。進行方向制御手段４２ａは端検知信号の出力停止を受け取る（Ｓ１２）。

【0096】

作動媒体ポンプ１１が、作動媒体Ｆ１を最大流量で吐き出し続けると、次第にプランジャ２６１が進行（左行）し、超高圧シリンダ２５１内の圧力が上昇する。超高圧シリンダ２５１内の圧力上昇は、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１の上昇を伴う。従って、作動媒体ポンプ１１の入力軸の回転トルクＴｒが上昇する。

【0097】

負荷判別手段４２ｅは、作動媒体ポンプ１１の入力軸の回転トルクＴｒを監視している（Ｓ１３）。回転トルクＴｒが限界トルクＴｒＬに到達する（Ｓ１３のＹＥＳ）と、定格運転手段４２ｍは、作動媒体Ｆ１を定格流量で吐き出すように、作動媒体ポンプ１１の回転速度を制御する（Ｓ１４）。回転トルクＴｒが限界トルクＴｒＬに到達しないとき（Ｓ１３のＮＯ）、ステップＳ１５を実行する。

【0098】

なお、回転トルクＴｒが限界トルクＴｒＬに到達する条件に替えて、回転トルクＴｒが限界トルクＴｒＬを超過する条件を利用できる。

【0099】

第２の圧力判別手段４２ｆは、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２を監視している（Ｓ１５）。圧力Ｐ２が第２の判別圧力Ｐ２Ｔに到達するとき（Ｓ１５のＹＥＳ）、ポンプ停止判別ステップ（Ｓ１６）を実行する。圧力Ｐ２が第２の判別圧力Ｐ２Ｔに到達しないとき（Ｓ１５のＮＯ）、ステップＳ１３を実行する。

【0100】

なお、圧力Ｐ２が第２の判別圧力Ｐ２Ｔに到達する条件に替えて、圧力Ｐ２が第２の判別圧力Ｐ２Ｔを超過した条件を利用できる。

【0101】

また、ステップＳ１４およびステップＳ１５は省いても良い。この場合には、ステップＳ１３のＹＥＳは、ステップＳ１６へ移動し、ステップ１３のＮＯは、再度ステップ１３を実行するように循環する。そして、この場合には、第２の圧力判別手段４２ｆは設けることを要しない。

【0102】

ポンプ停止指令が操作盤（不図示）から入力されると、流体圧発生装置１０の運転を停止する（Ｓ１６のＹＥＳ）。流体圧発生装置１０の運転停止時には、作動媒体ポンプ１１の回転を停止する。増圧器２０、アキュームレータ３１内に溜まった被加圧流体Ｆ２は、ノズル３５から噴出する。それに伴い、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２は徐々に低下する。そして、回路内の作動媒体Ｆ１は、絞り１５３およびリーク回路１１３を介してタンク１７に回収される。作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２が共に大気圧となったときに、流体圧発生装置１０は、安全に停止する。

【0103】

ポンプ停止指令が入力されない（Ｓ１６のＮＯ）とき、制御装置４０は、噴射信号（＝１）の出力の有無によって、分岐判断する（Ｓ１７）。噴射信号（＝１）が出力されていれば（Ｓ１７のＹＥＳ）、ステップＳ７へ進む。噴射信号（＝１）が出力されないとき（Ｓ１７のＮＯ）、ステップＳ４へ進む。

【0104】

本実施形態の流体圧発生装置１０は、上記の構成、方法の作用効果により、非常に平滑な被加圧流体Ｆ２の圧力波形を得ることができる。また、噴射停止後の噴射再開時にも、被加圧流体Ｆ２の圧力波形の乱れが少ない。このため、流体圧発生装置１０は、非常に安定したウォータージェットを噴出することができる。そして、作動媒体Ｆ１を駆動源として被加圧流体Ｆ２を超高圧に加圧するため、大流量の流体圧発生装置１０を得ることができる。さらに、噴射停止時の待機電力を大幅に低減できる。

【実施例】

【0105】

上述の実施形態の流体圧発生装置１０の一実施例の運転波形を、図４に従って説明する。但し、本発明の技術的範囲が以下の実施例によって限定されるものではない。
本実施例における流体圧発生装置１０は、次の構成を持つ。第２のフィードバック制御手段４２ｐは、定格フィルタ４２ｑを備えている。作動媒体ポンプ１１は、両回転型の斜板式可変容量型ポンプを用いている。流体圧発生装置１０は、アキュームレータ３１を備えている。制御装置４０は、押しのけ容積制御手段４２ｄを備えている。制御装置４０は、作動媒体ポンプ１１の押しのけ容積を制御するステップＳ１、ステップＳ４およびステップＳ７を実行する。しかし、被加圧流体Ｆ２の噴射時の定格運転ステップ（Ｓ１４）、被加圧流体Ｆ２の圧力比較ステップ（Ｓ１５）を実行しない。

【0106】

まず、被加圧流体Ｆ２の噴射時の運転波形（挙動）について以下に説明する。設定圧力Ｐ０は、６００ＭＰａである。

【0107】

図４（ａ）は、作動媒体ポンプ１１の回転速度ｎ［％］対時間ｔ［ｓ］の関係を示す。ここで、定格回転速度を１００％とする。破線は、指令回転速度を示す。実線は、実行回転速度を示す。指令回転速度、実行回転速度共に、当初−５０％程度で移行している。指令回転速度は、ｔ＝０．２５ｓで垂直に１３０％まで変化する。実行回転速度は、若干遅れて立ち上がり、ｔ＝０．３ｓで指令値に到達する。ｔ＝０．２５ｓで回転速度の符号が反転した。これは、反転ステップ（Ｓ１０）が実行されたことを示している。そして、ｔ＝０．３〜０．６ｓの間、最高回転速度である１３０％に保持されている。これは、ステップＳ１１の実行を示している。ｔ＝０．６ｓで、回転トルクＴｒが限界トルクＴｒＬを超過し（Ｓ１３のＹＥＳ）、被加圧流体圧力フィードバック制御に移行している（Ｓ８）。被加圧流体圧力フィードバック制御に移行した後もしばらくの期間は、第２のフィードバック制御手段４２ｐが、定格回転速度を超える回転速度を演算する。しかし、定格フィルタ４２ｑの作用により、回転速度ｎが定格回転速度に抑制されている。第２のフィードバック制御手段４２ｐが演算する回転速度ｎｏｕｔが、定格回転速度ｎｒを下回ると、徐々に回転速度が低下し、ほぼ一定の回転速度に落ち着く。定格回転速度を下回る時は、ｔ＝１．１ｓである。ｔ＝１．３〜２．７ｓにおいては、回転速度がほぼ一定値を示している。この期間、ピストン２３は、一定速度で動作している。ｔ＝２．７ｓで端検知器２９１又は２９２がピストン２３を検知する。ここで進行方向制御手段４２ａは、増圧器２０の進行方向を反転する（Ｓ１０）。最大運転手段４２ｋは、逆転方向に最大回転速度である−１３０％を指令する（Ｓ１１）。逆転時の波形は、前述と同様に変化する。

【0108】

図４（ｂ）は、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２［ＭＰａ］対時間ｔ［ｓ］の関係を示す。増圧器２０の進行方向が反転するｔ＝０．２５ｓで圧力Ｐ２が一旦低下し、０．７ｓで再度上昇している。アキュームレータ３１に貯蔵されている被加圧流体Ｆ２によって、圧力変動が移動平均をとったように推移するため、圧力低下は抑制される。圧力Ｐ２は、設定圧力Ｐ０の実に９５％である５７０ＭＰａまでしか低下しない。作動媒体ポンプ１１の回転速度が定格回転速度から徐々に低下する１．１ｓでは、圧力Ｐ２は、設定圧力Ｐ０＝６００ＭＰａに到達している。逆から見ると、圧力Ｐ２が、設定圧力Ｐ０に到達したために、ピストン２３の移動速度は、被加圧流体Ｆ２の噴射流量を超高圧シリンダ２５１、２５２の断面積で割った値である速度まで低下している。これが、図４（ａ）における作動媒体ポンプ１１の回転速度ｎの挙動に表れている。ｔ＝１．１〜２．７ｓの期間は、ほぼ設定圧力Ｐ０＝６００ＭＰａに保たれている。また、圧力Ｐ２のオーバーシュートはほとんど観察されない。本実施例の流体圧発生装置１０が発生する圧力Ｐ２は、非常に高いレベルで安定した圧力波形を呈する。

【0109】

図４（ｃ）は、作動媒体ポンプ１１の入力軸の回転トルクＴｒ［％］対時間ｔ［ｓ］の関係を示す。ここで、定格トルクを１００％とする。ｔ＝０〜０．２５ｓの区間において、回転トルクＴｒは、−１００％付近で推移している。増圧器２０の進行方向が反転するとき（ｔ＝０．２５ｓ）に、回転トルクＴｒの絶対値は、急激に低下する。被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２が再度上昇を開始するｔ＝０．７ｓに向けて、回転トルクＴｒの符号が反転して、回転トルクＴｒは急激に上昇する。圧力Ｐ２が上昇に転じたとき（ｔ＝１．４ｓ）、回転トルクＴｒは、定格フィルタ４２ｑの作用により、ほぼ定格値付近の９０％程度に抑制されている。作動媒体ポンプ１１の回転速度ｎが低下を開始したとき（ｔ＝１．１ｓ）から、定格トルク１００％前後で振動しながら推移する。増圧器２０の進行方向が反転（ｔ＝２．７ｓ）した後は、上記と同様の変化が繰り返し現れる。

【0110】

図４（ｄ）は、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１［ＭＰａ］対時間ｔ［ｓ］の関係を示す。作動媒体ポンプ１１の回転方向が反転した時（ｔ＝０．２５ｓ）に、圧力Ｐ１が一旦低下している。作動媒体ポンプ１１の回転方向が反転した後も、圧力低下が一定時間続いている。圧力Ｐ１は、２２ＭＰａを中心に推移している。被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２が上昇に転ずるｔ＝０．６ｓの直前のｔ＝０．４ｓ時点で圧力Ｐ１が上昇に転ずる。圧力Ｐ１は、回転トルクＴｒが限界トルクＴｒＬに到達するｔ＝０．６ｓから若干遅れてピークを迎え（ｔ＝０．７ｓ）、作動媒体ポンプ１１の回転速度ｎが定常値に到達するｔ＝１．２ｓに若干遅れて下がり止まる。圧力Ｐ１は、ｔ＝１．５ｓから増圧器２０の進行方向反転まで定常値の２２ＭＰａ前後で推移する。この圧力が論理圧力ＰＬを示している。増圧器２０の進行方向が反転（ｔ＝２．７ｓ）した後は、上記と同様の変化が繰り返し現れる。

【0111】

次に、被加圧流体Ｆ２の噴射停止時の運転波形について説明する。
ｔ＝４．７ｓに、噴射停止指令が入力している。このとき、噴射開始制御手段４２ｃは、噴射弁３４を閉弁する。そして、押しのけ容積制御手段４２ｄは、作動媒体ポンプ１１の押しのけ容積を最小化する。第１のフィードバック制御手段４２ｈは、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１をフィードバックして、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１と、作動媒体Ｆ１の目標圧力Ｐ１ｃｏｍとの差分が０になるように、作動媒体ポンプ１１の回転速度ｎを制御する。

【0112】

図４（ａ）を参照して、作動媒体ポンプ１１の回転速度ｎは、被加圧流体Ｆ２の噴射停止後、急速に０に近づく。回転速度ｎは、作動媒体ポンプ１１の内部リーク流量と、回収回路１８からの回収流量との和に相当する吐き出し量を確保するために、最低限の回転速度とされる。

【0113】

図４（ｂ）に示すように、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２は、５８０ＭＰａに維持されている。この圧力は、設定圧力Ｐ０（＝６００ＭＰａ）よりも若干低い。ここでの圧力Ｐ２は、押しのけ容積制御手段４２ｄによる押しのけ容積低下と、増圧器２０の速度低下との応答時間の差によるものと考えられる。

【0114】

図４（ｃ）に示すように、作動媒体ポンプ１１の入力軸の回転トルクＴｒも、作動媒体ポンプ１１の回転速度ｎと共に、急激に低下し、０％に近づく。このため、消費電力は限りなく低下する。被加圧流体Ｆ２の噴射停止時の消費電力（不図示）は、噴射時のピーク時（増圧器２０の進行方向を反転するとき）の消費電力の約８％に抑えられている。

【0115】

図４（ｄ）に示すように、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１は、若干低下するものの、論理圧力ＰＬよりも低い１７ＭＰａ程度で維持される。ここで、この圧力は、増圧器２０の進行方向を切替える際の１６ＭＰａを上回っている。圧力Ｐ１がフィードバック制御により、高く維持されるため、被加圧流体Ｆ２の噴射再開時には、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２は、速やかに上昇する。

【0116】

最後に、被加圧流体Ｆ２の噴射再開時の運転波形について説明する。
被加圧流体Ｆ２の噴射再開時（ｔ＝７．７５ｓ）は、噴射停止直前の増圧器２０の進行方向を引き継ぐ。そして、回転速度波形（図４（ａ））、被加圧流体Ｆ２の圧力波形（図４（ｂ）、回転トルク波形（図４（ｃ））、作動媒体Ｆ１の圧力波形（図４（ｄ））の全てにおいて、概ね進行方向の反転時と同様の波形を描く。

【0117】

本実施例における、被加圧流体の圧力波形、作動媒体の圧力波形は、共に、非常に変化の少ない波形を示している。そして、噴射停止および噴射再開の前後においてもその波形の乱れは小さい。そのため、本実施例の流体圧発生装置を用いたウォータージェット装置は、噴射中、及び噴射停止後の噴射再開時において非常に乱れの少ないウォータージェットを提供できる。
また、噴射停止時においては、作動媒体ポンプ１１の回転速度ｎ、モータ１２の回転トルクＴｒが非常に低い。これは、エネルギー効率が高いことを明確に示している。

【0118】

（第２実施形態）
第１実施形態では、閉回路型の流体圧発生装置１０について説明したが、本発明は、開回路型の流体圧発生装置７０についても、適用できる。本実施形態では、流体圧発生装置７０への適用例について説明する。ここで、第１実施形態と同一の構成、機能、ステップについては、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0119】

図５は、流体圧発生装置７０の回路図を示している。作動媒体ポンプ７１は、開回路用のポンプである。作動媒体ポンプ７１として、可変容量型ポンプ、固定容量型ポンプその他の容積式ポンプが利用できる。作動媒体ポンプ７１は、サーボモータであるモータ１２により駆動される。モータ１２は、作動媒体ポンプ７１の回転方向である一方向にのみ回転する。作動媒体ポンプ７１の吐出し口には、リーク弁７２が設けられ、急激な圧力上昇があった場合に作動媒体回路を保護する。流路切替弁７３は、増圧器２０の進行方向を切り替える。圧力検知器１５６は、作動媒体Ｆ１の圧力Ｐ１を検知する。制御装置４０は、端検知器２９１、２９２、圧力検知器１５６、３３からの信号に基づいて、モータ１２、流路切替弁７３を制御する。その他、開回路型の流体圧発生装置７０の構成は既知であるため、その詳細な説明を省略する。

【0120】

図６は、流体圧発生装置７０の機能ブロック線図を示す。進行方向制御手段４２ａは、端検知器２９１、２９２の信号に基づいて、流路切替弁７３を切り替える。回転制御手段４２ｇは、モータ１２を一方向の回転方向にのみ回転するため、進行方向制御手段４２ａからの信号を受けない。

【0121】

上記構成によれば、開回路型の流体圧発生装置７０において、被加圧流体Ｆ２の圧力Ｐ２を安定的に制御できる。

【符号の説明】

【0122】

１０、７０ 流体圧発生装置
１１、７１ 作動媒体ポンプ
１２ モータ
１５６ 圧力検知器（作動媒体圧力検知器）
２０ 増圧器
２３ ピストン
２４ 駆動シリンダ（第１のシリンダ）
２５１、２５２ 超高圧シリンダ（第２のシリンダ）
２６１、２６２ プランジャ
２９１、２９２ 端検知器
３３ 圧力検知器（被加圧流体圧力検知器）
３４ 噴射弁
４０ 制御装置
４１ メモリー
４２ 演算装置
４２ａ 進行方向制御手段
４２ｂ 第１の圧力判別手段
４２ｃ 噴射開始制御手段
４２ｄ 押しのけ容積制御手段
４２ｅ 負荷判別手段
４２ｆ 第２の圧力判別手段（圧力判別手段）
４２ｈ 第１のフィードバック制御手段（作動媒体圧力フィードバック制御手段）
４２ｋ 最大運転手段
４２ｍ 定格運転手段
４２ｐ 第２のフィードバック制御手段（被加圧流体圧力フィードバック制御手段）
４２ｇ 回転制御手段
４３ 入力ポート
４４ 出力ポート
Ｆ１ 作動媒体
Ｆ２ 被加圧流体
ｎ 回転速度
ｎｍａｘ 最大回転速度
ｎｒ 定格回転速度
Ｐ０ 設定圧力
Ｐ１ （作動媒体Ｆ１の）圧力
Ｐ１ｃｏｍ （作動媒体Ｆ１の）目標圧力
Ｐ１Ｔ 第１の判別圧力
Ｐ２ （被加圧流体Ｆ２の）圧力
Ｐ２ｃｏｍ （被加圧流体Ｆ２の）目標圧力
Ｐ２Ｔ 第２の判別圧力（判別圧力）
ＰＬ 論理圧力
Ｒ 増圧比
Ｔｒ 回転トルク（負荷）
ＴｒＬ 限界トルク（限界負荷）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】