(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記連結流路に前記吐出流路を介して接続された前記複数の油圧ポンプにおける隣接する油圧ポンプ同士は、同時に作動しないか又は同時に作動する確率が小さい油圧アクチュエータ用の油圧ポンプである
ことを特徴とする請求項1記載のプレス装置。
【背景技術】
【0002】
油圧アクチュエータを用いたプレス装置では、プレス本体に組込まれた移動部材(スライド、パンチ、ノックアウト装置等)を駆動するための油圧シリンダへの圧油供給は、油圧ユニットに搭載される油圧ポンプから供給する圧油を使用することが一般的である。
【0003】
近年のプレス装置ではプレスの大型化に伴い、大型の油圧アクチュエータを有していることが多いが、それらを高速で駆動させるためには、大型の油圧ポンプを常時稼動しておくことが多い。また油圧アクチュエータの数量が多くなれば、それに伴い常時稼動する油圧ポンプの容量も大型化し、非作業時においてもエネルギの放出が大きい油圧装置となっている。
【0004】
しかるに、大型の油圧ポンプを常時稼働させておくことはエネルギロスが大きいので、プレス装置の油圧アクチュエータを作動していないときには、エネルギを消費しない油圧装置であることが望ましい。
そのため特許文献1の従来技術では、複数の油圧ポンプを用い、スライドを駆動するためのインナスライド駆動の油圧シリンダとアウタスライド駆動の油圧シリンダのそれぞれに油圧ポンプを割り当て、スライドの移動時には、インナスライド駆動用油圧シリンダに全流量を合流させて高速駆動を可能としている。
【0005】
しかるに、この従来技術はインナスライド駆動用油圧シリンダの高速駆動にのみ有利な合流方式として工夫されてたものである。したがって、他の油圧アクチュエータへの作動油合流では、自由度が制限され、エネルギロスの解消には極めて不充分であった。また、プレス加工の成形条件に対応させたフレキシブルなアクチュエータ駆動もできないものであった。
【0006】
一般にプレス装置において、多数の油圧アクチュエータを備えておれば、多くの成形条件を選択しやすくなるはずであるが、多くの成形条件にできるだけフレキシブルに対応するためには、なるべく多くの油圧アクチュエータを同時に動作させたり、かつ、任意のアクチュエータに作動油を追加合流させ広範囲な速度調整範囲を実現できることが望ましい。
【0007】
ところで、プレス装置のような大型アクチュエータを有する装置では、配管自体も大型になるため、限られた設置スペースの中に配置するには、油圧ポンプの組合せ制御に必要な配管スペース自体を最小限に抑える必要がある。
また、多数のアクチュエータの制御に位置制御、圧力制御、速度制御を求められる場合は、油圧配管が複雑になり、かつ、多数のサーボバルブを利用した制御を行うことになれば、バルブ部で多くの圧力損失が発生する。このため、油圧ポンプで発生する圧力を効率的に利用できていなかった。また、コンタミ性に敏感な機器であるため、できるだけサーボバルブの使用数量を削減し、メンテナンス工数の削減することも求められていた。
【発明を実施するための形態】
【0013】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、本発明が適用されるプレス装置の基本構造を
図8および
図9に基づき説明する。
本発明に係るプレス装置は、油圧を用いて被成形品の成形加工を行う機械であり、プレス本体Pに複数の油圧シリンダ5a〜5fと複数の油圧ポンプ1a〜1fを組み込んでいる。なお、以下に説明する実施形態では、6台の油圧シリンダと6台の油圧ポンプを備えているが、本数は任意であり、6台を越えたものも6台未満のものも本発明に含まれる。
【0014】
プレス本体Pは公知のプレス装置と同様に、ベッド1とクラウン2とこれらを連結するアプライト3とを有している。なお、プレス本体Pは、他の構成(例えばクラウン2やアプライト3に相当するものが一体構造となったもの)でもよい。
本実施形態のプレス本体Pには、上パンチシリンダ5a、下ノックアウトシリンダ5b、メインシリンダ5c、上ノックアウトシリンダ5d、下パンチシリンダ5e、リターンシリンダ5fの6個の油圧アクチュエータが備えられている。なお、これ以外の油圧アクチュエータを備えるものも本発明に含まれる。
【0015】
メインシリンダ5cのシリンダロッドの下部にはスライド4が取付けられており、その下部にはダイホルダを介して上金型5が取付けられるようになっている。一方、ベッド1の上部にはダイホルダを介して下金型6を設置するようになっている。
【0016】
メインシリンダ5cの構造は公知のものを任意に採用できるが、図示の実施形態では、2段の親子シリンダ構造を用いている。すなわち、内径が小さい小径シリンダ51とこの小径シリンダ51よりもその内径が大きな大径シリンダ52とが一体に組付けて構成されている。
【0017】
前記スライド4の内部には上パンチシリンダ5aが取付けられている。上パンチシリンダ5aのシリンダロッドはパンチを兼ねるものである。
【0018】
上パンチシリンダ5aの上方には上ノックアウトシリンダ5dが設けられている。上ノックアウトシリンダ5dのピストンロッドは、下方に突出して上金型内に固着した被成形部材を下方に落とすことができる。
【0019】
また、下金型6の下方には下ノックアウトシリンダ5bが設けられている。下ノックアウトシリンダ5bのピストンロッドは、上方に突出して下金型内の被成形部材を上方に押し上げることができる。
下パンチシリンダ5eは、下ダイホルダの下方に取付けられている。
【0020】
リターンシリンダ5fは、クラウン2に取付けられている。リターンシリンダ5fのピストンロッドはスライド4に連結され、リターンシリンダ5fを収縮させることにより、スライド4を上昇させることができる。
クラウン2の上方には加圧タンク7が設置されている。加圧タンク7は、6台の油圧ポンプ1a〜1fへ作動油を供給すると共に、メインシリンダ5cやリターンシリンダ5fが油を吸い込む際に油を供給できるようになっている。
【0021】
油圧ポンプは、符号1a、1b、1c、1d、1e、1fで示す第1から第6の6台が設けられており、
図9に示すようにプレス本体Pの左右に3台ずつ配置されている。
【0022】
つぎに、本発明の特徴であるプレス装置の回路構成を説明する。
図1に示すように、本実施形態のプレス装置は、上記した油圧シリンダ5a〜5fと加圧タンク7を備えている。
また、6台の油圧ポンプのうち、3台の第1〜第3油圧ポンプ1a、1b、1cは油圧ユニット21に搭載され、残る3台の第4〜第6油圧ポンプ1d、1e、1fは別の油圧ユニット22に搭載されている。
【0023】
上記した、6台の油圧アクチュエータ5a〜5fに対しては、第1〜第6油圧ポンプ1a〜1fがそれぞれ対応付けられている。
すなわち、第1油圧ポンプ1aは上パンチシリンダ5aに、第2油圧ポンプ1bは下ノックアウトシリンダ5bに、第3油圧ポンプ1cはメインシリンダ5cに、第4油圧ポンプ1dは上ノックアウトシリンダ5dに、第5油圧ポンプ1eは下パンチシリンダ5eに、第6油圧ポンプ1fはリターンシリンダ5fに、それぞれ専用の給排流路3a〜3fで接続されている。
【0024】
上記の対応関係を構成する回路接続を列記すると、以下のとおりである(
図1および
図2参照)。
・第1油圧ポンプ1a−給排流路3a−制御弁15a−上パンチシリンダ5a
・第2油圧ポンプ1b−給排流路3b−制御弁15b−下ノックアウトシリンダ5b
・第3油圧ポンプ1c−給排流路3c−制御弁15c1、15c2−メインシリンダ5c
・第4油圧ポンプ1d−給排流路3d−制御弁15d−上ノックアウトシリンダ5d
・第5油圧ポンプ1e−給排流路3e−制御弁15e−下パンチシリンダ5e
・第6油圧ポンプ1f−給排流路3f−制御弁15f−リターンシリンダ5f
【0025】
図1に示す実施形態では、つぎの回路構成も含まれている。
・加圧タンク7−給排流路3h−開閉弁15c3、15c4−メインシリンダ5cへのプレフィル用
・加圧タンク7−給排流路16−6台の油圧ポンプ1a〜1fへの作動油サクションライン供給用
【0026】
上記油圧回路では2種類の制御弁が用いられている。制御弁15a、15b、15dおよび15eはスプール型の方向切換弁であり、上パンチシリンダ5a、下ノックアウトシリンダ5b、上ノックアウトシリンダ5dおよび下パンチシリンダ5eの伸縮動作を制御する。制御弁15c1、15c2、15fは、逆止弁タイプの開閉弁であり、メインシリンダ5cの子シリンダ51と親シリンダ52の伸長動作とリターンシリンダ5fの伸長動作を制御する。
上記した制御弁のうち、いずれの種類の開閉弁を用いるかは、制御対象の油圧シリンダの機能に応じて選択すればよく、特別な制限はない。
【0027】
図2に基づき、各油圧シリンダ5a〜5fまわりの油圧回路を更に説明する。
メインシリンダ5cにおける子シリンダ51の油室には給排流路3cから分岐した給排流路3c1が接続されており、この給排流路3c1には逆止弁タイプの制御弁15c1が介装されている。また、メインシリンダ5cにおける親シリンダ52の油室にも給排流路3cから分岐した給排流路3c2が接続されており、この給排流路3c2にも逆止弁タイプの制御弁15c2が介装されている。
これらの逆止弁タイプの制御弁15c1、15c2は、パイロット制御弁を開いてパイロット圧をかけると逆止弁が開き、パイロット圧がかかってないときはスプリングで逆止弁が閉じる型式の弁である。
【0028】
上パンチシリンダ5aには給排流路3aが接続されているが、スプール型の方向切換弁である制御弁15aを介して、上パンチシリンダ5aのヘッド側油室とロッド側油室とに分かれて給排流路が接続されている。このため、制御弁15aのスプール位置を切り換えると、上パンチシリンダ5aを伸長させたり縮小させたりすることができる。
図中の残りの制御弁15b、15e、15dも同様の機能を有している。
【0029】
図1および
図3に基づき加圧タンク7まわりの油圧回路を説明する。
加圧タンク7は、給排流路16を介して6台の油圧ポンプ1a〜1fへ作動油を供給できるようになっている。
加圧タンク7には、給排流路3fから分岐した給排流路3gが接続されており、油圧ポンプ1fが吐出する圧油と共に加圧タンク7内の圧油が給排流路3gを介してリターンシリンダ5fのロード側油室に供給されることが可能となっている。加圧タンク7からは、2本の給排流路3hが延びており、メインシリンダ5cにおける小径シリンダ51の油室と大径シリンダ52の油室に接続されている。2本の給排流路3h、3hのそれぞれには逆止弁タイプの制御弁15c3、15c4が介装されている。また、加圧タンク7からは給排流路3iが延びており、リターンシリンダ5fのヘッド側油室に接続されている。
【0030】
図7に示すように、油圧システムの作動油を蓄える加圧タンク7をプレス本体P上部に設置すると、メインシリンダ5cの高速下降動作のような大流量を必要とする場合、メインシリンダ5cと加圧タンク7を接続する給排流路を開閉弁15c3、15c4等の流路制御ブロックで構成することができ、管を使用した配管工事やブロックに形成する流路施工加工等の工事を大幅に省略することができるので、給排流路のスペースの省スペース化を図ることができる。
【0031】
図1に示すように、3台の油圧ポンプ1a、1b、1cは油圧ユニット21に搭載され、かつ、バルブユニット23に連結されている。また、別の3台の油圧ポンプ1d、1e、1fは別の油圧ユニット22に搭載され、かつ、バルブユニット24に連結されている。
【0032】
つぎに、油圧ユニット21、22とバルブユニット23、24の詳細を
図4および
図5に基づき説明する。
各油圧ポンプ1a〜1fの吐出流路2a〜2fと給排流路3a〜3fへの接続関係と、介装されている開閉弁11a〜11fを列記すると、つぎのとおりである。
・第1油圧ポンプ1a−吐出流路2a−給排流路3a−開閉弁11a
・第2油圧ポンプ1b−吐出流路2b−給排流路3b−開閉弁11b
・第3油圧ポンプ1c−吐出流路2c−給排流路3c−開閉弁11c
・第4油圧ポンプ1d−吐出流路2d−給排流路3d−開閉弁11d
・第5油圧ポンプ1e−吐出流路2e−給排流路3e−開閉弁11e
・第6油圧ポンプ1f−吐出流路2f−給排流路3f−開閉弁11f
【0033】
上記のとおり6台の油圧ポンプ1a〜1fには吐出流路2a〜2fが対応付けられ、かつ各吐出流路2a〜2fは油圧アクチュエータへの給排流路3a〜3fに接続されている。なお、吐出流路2a〜2fは後述する連結流路10に接続されるまでの流路をいい、そこから先の流路は給排流路3a〜3fが該当する。そして、各給排流路3a〜3fには開閉弁11a〜11fが介装されている。
【0034】
前記開閉弁11a〜11fはいずれもパイロット弁を操作してパイロット圧をかけると開弁し、パイロット圧を抜くとスプリングによって閉弁する逆止弁タイプの弁である。
この開閉弁11a〜11fを開閉することによって、対応付けられた油圧アクチュエータ5a〜5fに圧油を供給することができる。
【0035】
つぎに、前記吐出流路2a〜2fと前記給排流路3a〜3fを互いに接続する連結流路10を
図6に基づき説明する。
連結流路10は、エンドレスに連結された環状の流路であり、全ての吐出流路2a〜2fと全ての給排流路3a〜3fを接続している。そしてこの、連結流路10における一の吐出流路(2a〜2fのいずれか)との接続点と他の吐出流路(2a〜2fのいずれか)との接続点の間の全ての個所には、6個の連通制御弁12fa、12ab、12bc、12cd、12de、12efが介装されている。各連通制御弁12fa、12ab、12bc、12cd、12de、12efは、上記した接続点同士の間で、作動油の連通状態と非連通状態との間で切り替える制御弁である。この連通制御弁12fa〜12efの群は、ポート組合せ制御ブロックを構成しており、停止中の油圧ポンプを連結して油圧ポンプ複数台分の流量を吐出する制御を行えるようにするバルブ群である。
【0036】
前記連結流路10に吐出流路2a〜2fを介して接続された6台の油圧ポンプ1a〜1fは、いずれも隣接する油圧ポンプ同士が、同時に作動しないか又は同時に作動する確率が小さい油圧アクチュエータ用の油圧ポンプである。この「隣接する」の意味は連結流路10上における油圧系統が隣接するという意味であって、物理的な位置を意味するものではない。
【0037】
図7に基づき、油圧ポンプ1a〜1fの合流関係を具体的に説明する。
図7において○印は駆動させる油圧アクチュエータの主たるポンプを示し、●印は追加合流用の油圧ポンプを示し、矢印は合流方向を示している。
(1)第1油圧ポンプ1aと合流可能な油圧ポンプ:油圧ポンプ1fと油圧ポンプ1b
(2)第2油圧ポンプ1bと合流可能な油圧ポンプ:油圧ポンプ1aと油圧ポンプ1c
(3)第3油圧ポンプ1cと合流可能な油圧ポンプ:油圧ポンプ1bと油圧ポンプ1d
(4)第4油圧ポンプ1dと合流可能な油圧ポンプ:油圧ポンプ1cと油圧ポンプ1e
(5)第5油圧ポンプ1eと合流可能な油圧ポンプ:油圧ポンプ1dと油圧ポンプ1f
(6)第6油圧ポンプ1fと合流可能な油圧ポンプ:油圧ポンプ1eと油圧ポンプ1a
【0038】
上記(1)〜(6)の合流制御する場合、開閉弁11a〜11fと連通制御弁12fa〜12efの開閉は、つぎのように行われる(
図4および
図5と
図6を参照)。
・前記(1)の合流
開閉弁11b、11fを閉とし、連通制御弁12fa、12abを開とする。
・前記(2)の合流
開閉弁11a、11cを閉とし、連通制御弁12ab、12bcを開とする。
・前記(3)の合流
開閉弁11bと11dを閉とし、連通制御弁12bc、12cdを開とする。
・前記(4)の合流
開閉弁11cと11eを閉とし、連通制御弁12cd、12deを開とする。
・前記(5)の合流
開閉弁11dと11fを閉とし、連通制御弁12de、12efを開とする。
・前記(6)の合流
開閉弁11eと11aを閉とし、連通制御弁12ef、12faを開とする。
【0039】
なお、
図7では、全ての油圧ポンプ1a〜1fが両隣の油圧ポンプから補給を受けているが、全てそうする必要はなく、一方の隣の油圧ポンプから補給を受けるようにする構成も本発明に含まれる。
【0040】
上記のように、第1油圧ポンプ1aに接続されるアクチュエータは、油圧ポンプ1aに隣り合う油圧ポンプを合流することで、油圧ポンプ1台〜6台分の流量範囲で広範囲の速度に対応できる。すなわち、上パンチシリンダ5aを高速で作動する場合、第1油圧ポンプ1aの1台の流量では流量が不足する場合は、吐出流路2aに流入する作動油に加え、吐出流路2b、吐出流路2fに流入する作動油を合流させ、これを給排流路3aから吐出することで、3倍の流量を確保することができる。
【0041】
以上のように、同時に動作しないアクチュエータ用の油圧ポンプを隣に配置することにより、非稼働中のアクチュエータ用の油圧ポンプを合流することで、油圧ポンプ1台〜6台分の流量範囲で広範囲の速度に対応することが可能となっている。
【0042】
一般的に、プレス装置では、メインシリンダ5cの加圧動作中は、上ノックアウトシリンダ5d、下ノックアウトシリンダ5bは同時に動作は行わない。また、リターンシリンダ5fもメインシリンダ5cの加圧動作中には同時動作しない。
本発明の技術思想は、メインシリンダ5c、上下パンチシリンダ5a、5e、上ノックアウトシリンダ5d、下ノックアウトシリンダ5b、リターンシリンダ5fのアクチュエータの全てが同時に動作することは無く、あらかじめ同時動作するアクチュエータを選出し、そのアクチュエータに使用する油圧ポンプが隣接しないように配管系統上で配置しておくことで、多くの成形パターンにおいて、合流可能な油圧ポンプを確保する、というものである。
【0043】
以上の技術思想に従い、本実施形態では、連結流路10上においてメインシリンダ5c用の油圧ポンプ1cの両隣には下ノックアウトシリンダ5b用、上ノックアウトシリンダ5d用の油圧ポンプ1b、1dを配置することで、メインシリンダ5c加圧動作時には、両隣の油圧ポンプを合流して使用することができるようにしている。
【0044】
合流の制御は、既述のごとく連通制御弁12fa、12ab、12bc、12cd、12de、12efをパイロット弁によって開閉操作することと、開閉弁11a〜11fをパイロット弁によって開閉操作することにより容易に行える。
また、油圧ポンプ1a〜1fの合流は、配管系統上で(連結流路10上で)1つ隣の油圧ポンプと合流できる。また、1つ隣の油圧ポンプは、さらに隣(2つ隣)と合流できる。すなわち、プレス装置の成形パターンにより、同時動作しないアクチュエータの状況により合流できる油圧ポンプの台数を変化させることができる。
【0045】
本実施形態では、油圧ポンプ1a〜1fに対し、油圧アクチュエータ5a〜5fを接続した構成で説明したが、複数工程を有するプレス機などでは、一つのポンプに対し複数の油圧アクチュエータを接続される場合がある。但し、油圧ポンプからの圧油は、制御弁を介して圧油を必要とする油圧アクチュエータに供給される。
また、複数の油圧ポンプには、予備の油圧ポンプが設けられている場合もあり、全ての油圧ポンプにアクチュエータが接続されていない場合もある。
更に、油圧ポンプや油圧アクチュエータが6個設けられた例で説明したが、少なくとも、3個以上の油圧ポンプや油圧アクチュエータを有するプレス機であれば本発明を適用できる。例えば、油圧ポンプが8個でその内1個が予備のポンプであり、残りの油圧ポンプ7個には、油圧アクチュエータが11個設けられ、7個の油圧ポンプの内、複数の油圧ポンプに複数のアクチュエータが設けたものを例示できる。
【0046】
本発明で用いる油圧ポンプ1a〜1fの型式は、定吐出量型ポンプでもよく可変吐出量型ポンプでもよい。可変吐出型ポンプとはそれ自体が有する吐出量変更機能に基づいて吐出量を変更できるポンプであり、可変吐出量型ポンプには斜板型可変容量ピストンポンプや可変吐出型ベーンポンプなど任意の型式のものを使うことができる。
【0047】
定吐出量型の油圧ポンプ1a〜1fには、サーボモータが駆動源として連結されている。サーボモータを用いるとサーボモータの回転数変更で吐出量を変更できる。すなわち、定吐出量型ポンプであっても吐出量を変更することができる。また、可変吐出量型ポンプには、定速型のモータが駆動源として連結され、例えば、斜板の角度を変更することにより吐出量を変更することができる。さらに、サーボモータを用いればモータの回転数を変更することに加え、可変吐出量型ポンプではポンプ自体の吐出量変更に加えると、更に、大幅な吐出量増減制御が可能となる。このように、本実施形態では油圧ポンプ自体の吐出量変更に、隣接する油圧ポンプによる合流増量と併せると相当広範囲の速度制御が可能となる。
【0048】
本発明に用いる各種制御弁は、制御部(図示省略)により開閉制御される。
制御部は、制御用ソフトを備えたコンピュータ等で構成されるが、これに限られるものではない。この制御部で開閉制御される各種制御弁には、開閉弁11a〜11f、連通制御弁12fa〜12ef、制御弁15a〜15f等が含まれる。これらの各種制御弁は、直接動作用のソレノイドまたは間接動作させるパイロット弁のソレノイドを有しているものが用いられる。
制御部が制御信号を発すれば、それによりソレノイドが作動することによって、上記各制御弁が開閉制御される。
制御部からの制御信号の発信は、油圧プレスの運転状況に応じ条件を満足するとき自動で合流制御を行ってもよく、オペレータの操作による手動で行ってもよい。
【0049】
本実施形態の利点をつぎに説明する。
(1)同時動作の確率が低いアクチュエータ用の油圧ポンプ1a〜1fを、流路系統上で隣に配置する構成とし、さらに、隣の油圧ポンプ1a〜1fと合流できる流路構成としている。任意の油圧ポンプがその他の任意の油圧ポンプと自由に合流できるようにする合流構成に比べ、合流可能な油圧ポンプの対象を絞ることで合流制御部の流路構成を簡略化できる。このため、流路の総長さを短くでき、また、合流制御に使用するバルブ機器の数量を抑えることができ、流路および配管構成部品設置スペースの省スペース化を図ることが可能となっている。
【0050】
(2)複数の油圧ポンプを各アクチュエータに割り当て、それぞれのアクチュエータを独立して駆動できる油圧システム構成としたうえで、ポンプ吐出量の可変制御を使いアクチュエータの位置制御、圧力制御、速度制御を行う方式とした。このため、油圧ポンプの組合せ制御の構成に必要な配管構成を簡略化できると共に、使用上注意が必要なサーボバルブ弁を用いる必要がなくなった。
【0051】
(3)油圧アクチュエータ5a〜5fが高速動作を必要とするときは、流路系統上で隣の同時動作していないアクチュエータ用の油圧ポンプ1a〜1fを合流することで、必要な作動油流量を互いに補い合い、合流台数分の広範囲の流量を制御することが可能となる。必要速度に応じて必要な台数合流することで、広範囲の速度制御、位置制御、圧力制御を実現できる。
一般的な油圧ポンプで採用されている常時稼働してエネルギ(圧力)を常時発生しておいて必要時にアクチュエータに供給する方式とは異なり、必要時にだけモータを稼働するためエネルギ効率の向上を図ることができる。