(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的に上下動する上下動部材と、該上下動部材の下死点近傍で上下動部材に上向きのクッション力を与える出力ピストンと、該出力ピストンに作用する下向きの力を封入された液体を介して制御ピストンに伝達するパスカルシリンダと、前記制御ピストンを駆動しかつこれに駆動されるエネルギー回生可能なリニア駆動装置とを備えたダイクッション装置の制御装置であって、
上下動部材が出力ピストンに接触して衝撃力を下向きに作用する直前にステップ状の力指令で制御ピストンを作動させて前記クッション力を低減するオープンループ制御器を有し、
これにより、前記接触時の出力ピストンと制御ピストンの相対速度を低下させて液体の残留振動を抑制する、ことを特徴とするダイクッション装置の制御装置。
【請求項２】
出力ピストンと制御ピストンの間に介在する液体の温度から該液体の固有周期Ｔを演算する固有周期演算器を有し、
前記ステップ状の力指令と前記接触時との時間間隔を、制御遅れを加味して固有周期Ｔの１／４に応答遅れ補償値Δｔを加算した値に設定する、ことを特徴とする請求項１に記載のダイクッション装置の制御装置。
【請求項３】
前記接触後、液体の残留振動を抑制しながら目標クッション力に達するように、フィードフォワード制御とフィードバック制御を併用するフィードフォワード制御器とフィードバック制御器を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のダイクッション装置の制御装置。
【請求項４】
周期的に上下動する上下動部材と、該上下動部材の下死点近傍で上下動部材に上向きのクッション力を与える出力ピストンと、該出力ピストンに作用する下向きの力を封入された液体を介して制御ピストンに伝達するパスカルシリンダと、前記制御ピストンを駆動しかつこれに駆動されるエネルギー回生可能なリニア駆動装置とを備えたダイクッション装置の制御方法であって、
上下動部材が出力ピストンに接触して衝撃力を下向きに作用する直前にステップ状の力指令で制御ピストンを作動させて前記クッション力を低減し、前記接触時の出力ピストンと制御ピストンの相対速度を低下させて液体の残留振動を抑制する、ことを特徴とするダイクッション装置の制御方法。
【請求項５】
出力ピストンと制御ピストンの間に介在する液体の温度から該液体の固有周期Ｔを演算し、
前記ステップ状の力指令と前記接触時との時間間隔を、制御遅れを加味して固有周期Ｔの１／４に応答遅れ補償値Δｔを加算した値に設定する、ことを特徴とする請求項４に記載のダイクッション装置の制御方法。
【請求項６】
前記接触後、液体の残留振動を抑制しながら目標クッション力に達するように、フィードフォワード制御とフィードバック制御を併用する、ことを特徴とする請求項４に記載のダイクッション装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス機械用ダイクッション装置の制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイクッション装置は、プレス機械において上金型とブランクホルダの間にワークを挟みワークのしわ押さえ力（クッション力）を発生する装置である。
【０００３】
従来から、プレス機械のダイクッション装置として、種々の方式のものが提案されている（例えば、特許文献１〜３）。なお、特許文献４は、本願と関連する発明である。
【０００４】
特許文献１は、電動式であり、駆動機構に電動機で駆動するボールねじ等の送りねじと歯車を用いるものである。
特許文献２は、リニアモータ式であり、リニアモータによりブランクホルダを直接駆動するものである。
特許文献３は、油圧式であり、油圧シリンダを用いてブランクホルダを直接駆動するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２４１８０３号公報、「プレスのＮＣサーボダイクッション装置」
【特許文献２】特開２００７−３０１６１２号公報、「ダイクッション装置」
【特許文献３】特開平０７−２４６００号公報、「プレスの油圧ダイクッション装置」
【特許文献４】特願２００８−２９６５１９号、「プレス機械のダイクッション装置」、未公開
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した電動式のダイクッション装置（特許文献１）は、駆動機構にボールねじ等の送りねじや歯車を利用しているため、耐衝撃性に欠け、駆動機構の強度および耐久性の確保が困難である問題点があった。
【０００７】
また、リニアモータ式のダイクッション装置（特許文献２）は、ブランクホルダを直接駆動するリニアモータに要求される推力が大きく、この大推力を有するリニアモータの製作が実質的に不可能、或いは非常に困難であった。
【０００８】
さらに、油圧式のダイクッション装置（特許文献３）は、ブランクホルダを駆動する油圧シリンダのクッション速度およびクッション能力を油圧サーボ弁で制御するため、油圧サーボ弁によるエネルギー損失が大きく、かつエネルギーの回生ができないためエネルギー効率が低い問題点があった。
【０００９】
そこで、本願発明の出願人は、構成機器が少なくシンプルな構造により容易に実現でき、耐久性及び耐衝撃性が高く、エネルギー効率が高く、かつエネルギーの回生ができるプレス機械のダイクッション装置を創案し、出願した（特許文献４、現時点で未公開）。
【００１０】
図１は、特許文献４のダイクッション装置の模式図である。
この図において、ダイクッション装置１０は、出力ピストン１２、制御ピストン１４、パスカルシリンダ１６、及びリニア駆動装置１８を備えている。
【００１１】
出力ピストン１２は、ワークを保持するブランクホルダ（図示せず）の下方に位置しブランクホルダと同期して上下動可能に構成されている。すなわち、この例では、出力ピストン１２のピストンロッドが軸方向上方に延び、その上端がクッションパッド７を介してブランクホルダに常に上向きのクッション力Ｆを付加し、これらが常に一体となって上下動するようになっている。
この構成により、従来熱として損失していたエネルギーをモータジェネレータ１８ｃで電力回生できるため省エネルギーに貢献することができる。
【００１２】
しかし、特許文献４のダイクッション装置の場合、出力ピストン１２と制御ピストン１４の間の主連通流路１６ｃに発生する液圧を介して力を伝達するため、主連通流路１６ｃの液圧（作動油）の体積変化に比例する力がシリンダに伝達される「ばね−質点系」の挙動となるため、液体の振動抑制が困難である問題点があった。
そのため、特にモータジェネレータ１８ｃの応答遅れが大きい場合に、フィードバックゲインを大きくとれないため、上下動部材が出力ピストンに接触して液圧が急上昇する衝撃力作用時における非定常な動作への応答が不十分となる問題点があった。
【００１３】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、出力ピストンに作用する衝撃力を封入された液体に発生する液圧を介して制御ピストンに伝達してエネルギーを回生でき、かつ上下動部材が出力ピストンに接触して液圧が急上昇する衝撃力作用時における液圧の体積変化に起因する液体の残留振動を抑制することができるダイクッション装置の制御装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、周期的に上下動する上下動部材と、該上下動部材の下死点近傍で上下動部材に上向きのクッション力を与える出力ピストンと、該出力ピストンに作用する下向きの力を封入された液体を介して制御ピストンに伝達するパスカルシリンダと、前記制御ピストンを駆動しかつこれに駆動されるエネルギー回生可能なリニア駆動装置とを備えたダイクッション装置の制御装置であって、
上下動部材が出力ピストンに接触して衝撃力を下向きに作用する直前にステップ状の力指令で制御ピストンを作動させて前記クッション力を低減するオープンループ制御器を有し、
これにより、前記接触時の出力ピストンと制御ピストンの相対速度を低下させて液体の残留振動を抑制する、ことを特徴とするダイクッション装置の制御装置が提供される。
【００１５】
本発明の実施例によれば、出力ピストンと制御ピストンの間に介在する液体の温度から該液体の固有周期Ｔを演算する固有周期演算器を有し、
前記ステップ状の力指令と前記接触時との時間間隔を、制御遅れを加味して固有周期Ｔの１／４に応答遅れ補償値Δｔを加算した値に設定する。
【００１６】
また、前記接触後、液体の残留振動を抑制しながら目標クッション力に達するように、フィードフォワード制御とフィードバック制御を併用するフィードフォワード制御器とフィードバック制御器を有する。
【００１７】
また本発明によれば、周期的に上下動する上下動部材と、該上下動部材の下死点近傍で上下動部材に上向きのクッション力を与える出力ピストンと、該出力ピストンに作用する下向きの力を封入された液体を介して制御ピストンに伝達するパスカルシリンダと、前記制御ピストンを駆動しかつこれに駆動されるエネルギー回生可能なリニア駆動装置とを備えたダイクッション装置の制御方法であって、
上下動部材が出力ピストンに接触して衝撃力を下向きに作用する直前にステップ状の力指令で制御ピストンを作動させて前記クッション力を低減し、前記接触時の出力ピストンと制御ピストンの相対速度を低下させて液体の残留振動を抑制する、ことを特徴とするダイクッション装置の制御方法が提供される。
【００１８】
本発明の実施例によれば、出力ピストンと制御ピストンの間に介在する液体の温度から該液体の固有周期Ｔを演算し、
前記ステップ状の力指令と前記接触時との時間間隔を、制御遅れを加味して固有周期Ｔの１／４に応答遅れ補償値Δｔを加算した値に設定する。
【００１９】
また、前記接触後、液体の残留振動を抑制しながら目標クッション力に達するように、フィードフォワード制御とフィードバック制御を併用する。
【発明の効果】
【００２０】
上記本発明の装置及び方法によれば、オープンループ制御器を有し、上下動部材が出力ピストンに接触して衝撃力を下向きに作用する直前にステップ状の力指令で制御ピストンを作動させてクッション力を低減し、制御ピストンを出力ピストンと同じ方向に加速するので、前記接触時には出力ピストンと制御ピストンの相対速度が低下しており、これにより衝撃力作用時の液体の残留振動を抑制することができる。
【００２１】
特に、液体の固有周期Ｔを演算する固有周期演算器を有し、前記ステップ状の力指令と前記接触時との時間間隔を、制御遅れを加味して固有周期Ｔの１／４に応答遅れ補償値Δｔを加算した値に設定することにより、衝撃力作用時に制御ピストンの速度が最大となるため出力ピストンと制御ピストンの相対速度が最小となり、液体の残留振動が生じにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】特許文献６のダイクッション装置の模式図である。
【図２】本発明による制御装置を備えたダイクッション装置の構成図である。
【図３】本発明による制御装置の構成図である。
【図４】従来例による衝撃力作用時のクッション力とピストン速度を示す図である。
【図５】本発明による制御方法の説明図である。
【図６】本発明による衝撃力作用時のクッション力とピストン速度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２４】
図２は、本発明による制御装置を備えたダイクッション装置の構成図である。
この図において、ダイクッション装置１０は、周期的に上下動する上下動部材４と、上下動部材４の下死点近傍で上下動部材に上向きのクッション力を与える出力ピストン１２と、出力ピストン１２に作用する下向きの力を封入された液体を介して制御ピストン１４に伝達するパスカルシリンダ１６と、制御ピストン１４を駆動しかつこれに駆動されてエネルギー回生可能なリニア駆動装置１８とを備える。
【００２５】
出力ピストン１２は、ワークを保持するブランクホルダ（図示せず）の下方に位置しブランクホルダと同期して上下動可能に構成されている。すなわち、この例では、出力ピストン１２のピストンロッドが軸方向上方に延び、その上端がクッションパッド７を介してブランクホルダに常に上向きのクッション力Ｆを付加し、これらが常に一体となって上下動するようになっている。
【００２６】
以下、機械プレスにおいて、上下動してクッションパッド７に衝突し、下向きの衝撃力を周期的に与える機械プレスの構成部材４（スライド、上金型など）を総称して、「上下動部材」と呼ぶ。
【００２７】
出力ピストン１２は、円筒形の外周面を有し、その外周面に図示しない液密シール（例えばオイルシール）を有し、パスカルシリンダ１６の出力シリンダ１６ａ内において、液密を保持しながら軸方向（すなわち上下方向）に自由に移動できるようになっている。
【００２８】
制御ピストン１４は、出力ピストン１２より直径が小さく（例えば１／２）、同様に円筒形の外周面を有し、その外周面に図示しない液密シール（例えばオイルシール）を有し、パスカルシリンダ１６の制御シリンダ１６ｂ内において、液密を保持しながら軸方向（この例では上下方向）に自由に移動できるようになっている。
【００２９】
パスカルシリンダ１６は、上述した出力シリンダ１６ａ及び制御シリンダ１６ｂと、出力シリンダ１６ａ及び制御シリンダ１６ｂのピストン側を連通する主連通流路１６ｃと、出力シリンダ１６ａ及び制御シリンダ１６ｂのロッド側を連通する副連通流路１６ｄとを有する。
主連通流路１６ｃ及び副連通流路１６ｄは、エネルギー損失を小さくするため、断面積が大きく設定されている。また主連通流路１６ｃ及び副連通流路１６ｄには非圧縮性の作動液Ｌが封入されている。
また、主連通流路１６ｃと副連通流路１６ｄは、図示しない漏れ補償弁を介して液体タンクに接続され、それぞれの圧力が所定値未満になると作動液が供給される構造となっている。
【００３０】
この構成により、主連通流路１６ｃに発生する液圧は出力ピストン１２と制御ピストン１４の両方に作用するので、パスカルの原理によって、出力ピストン１２に対して制御ピストン１４の移動速度を増速（例えば４倍）し、制御ピストン１４の必要推力を大幅に低減（例えば１／４倍）できる。すなわち、パスカルシリンダ１６は、出力ピストン１２の運動を制御ピストン１４に増速して伝達する増速装置として機能する。
【００３１】
リニア駆動装置１８は、制御ピストン１４に連結されこれを軸方向に駆動可能かつエネルギーを回生可能に構成されている。
この例において、リニア駆動装置１８は、ボールナット１８ａ、ボールネジ１８ｂ、及びモータジェネレータ１８ｃからなる。
【００３２】
ボールナット１８ａは、制御ピストン１４から下方に延びるピストンロッドの下端部１４ａに連結されて、制御ピストン１４と共に上下動する。また、ボールネジ１８ｂは、ボールナット１８ａの上下動により回転してモータジェネレータ１８ｃを回転駆動して、制御ピストン１４の運動からエネルギーを回生し、或いはモータジェネレータ１８ｃにより回転駆動されてボールナット１８ａを上下動するようになっている。
【００３３】
上述した構成により、従来熱として損失していたエネルギーをモータジェネレータ１８ｃで電力回生できるため省エネルギーに貢献することができる。
【００３４】
図３は、本発明による制御装置の構成図である。
この図において、本発明による制御装置２０は、固有周期演算器２２、オープンループ制御器２４（ＯＬ）、フィードフォワード制御器２６（ＦＦ）、フィードバック制御器２８（ＦＢ）及び加算器２９を有する。
【００３５】
固有周期演算器２２は、出力ピストン１２と制御ピストン１４の間に介在する液体の温度から固有周期Ｔを演算する。
【００３６】
オープンループ制御器２４（ＯＬ）は、上下動部材４が出力ピストン１２に接触して衝撃力を下向きに作用する直前にステップ状の力指令で制御ピストン１４を作動させて出力ピストン１２によるクッション力を低減し、接触時の出力ピストン１２と制御ピストン１４の相対速度を低下させて接触時の液体の残留振動を抑制する。
以下、上下動部材４が出力ピストン１２に接触して衝撃力を作用する瞬間を単に「接触時」という。
力指令のタイミングは、ステップ状の力指令と前記接触時との時間間隔を、制御遅れを加味して固有周期Ｔの１／４に設定するのがよい。
すなわち、力指令の出力から制御ピストン１４が作動するまでに応答遅れΔｔがある場合には、前記時間間隔を、固有周期Ｔの１／４に応答遅れΔｔを加算した（Ｔ／４＋Δｔ）に設定するのがよい。
【００３７】
フィードフォワード制御器２６（ＦＦ）は、機械プレスのプレス角度、目標クッション力、及び接触前のクッション力から、なるべく液体の残留振動を生じさせずに初期状態から目標値とするトルクパターンを出力する。
フィードバック制御器２８（ＦＢ）は、機械プレスのプレス角度、目標クッション力、モータ回転位置、各部の液圧から振動抑制力偏差を出力する。
加算器２９は、フィードフォワード制御器２６（ＦＦ）の出力（トルクパターン）とフィードバック制御器２８（ＦＢ）の出力（振動抑制力偏差）を加算してモータトルク指令を出力する。
フィードフォワード制御器２６とフィードバック制御器２８は、接触後、液体の残留振動を抑制しながら目標クッション力に達するようになっている。
【００３８】
図４は、従来例による衝撃力作用時（接触時）のクッション力とピストン速度を示す図である。この図は、図２の構成において、クッション力を接触前は一定の低い値、接触後は所定の目標クッション力にステップ状に制御した場合のシミュレーション結果の模式図である。またこの図において、（Ａ）は接触時のクッション力の変化、（Ｂ）は接触時の出力ピストン１２と制御ピストン１４の速度変化を示している。ここに示す出力ピストン１２の速度と制御ピストン１４の速度は、パスカルの原理による増速分を考慮してスケーリングしている。例えば制御ピストン１４が４倍に増速されている場合は、制御ピストン速度/４を表示している。
【００３９】
図４（Ａ）に示すように、上下動部材４が出力ピストン１２に衝突すると、クッション力は接触時から固有周期Ｔで大きく変動し、接触時からＴ／４の時点で最大クッション力となる。
また、図４（Ｂ）に示すように、上下動部材４と共に移動する出力ピストン１２は、接触後に下向きに急加速されて最大速度となり、その後上下動部材４と共に緩やかに減速する。これに対し、制御ピストン１４は、間に介在する液体を介して加速されるため、接触時から固有周期Ｔで大きく変動し、接触時からＴ／４の時点で出力ピストン１２と等速（４倍に増速されている場合は、出力ピストン速度×４）に、Ｔ／２の時点で最大速度となる。
固有周期Ｔは、出力ピストン１２と制御ピストン１４の間に介在する液体の振動周期である。
【００４０】
従って、図４の例において、接触と同時に目標クッション力相当のトルクをリニア駆動装置１８が発生させたとしても、図４（Ｃ）に示すように、目標クッション力を中心とした振動力がクッションパッド７を介してその上に載っているワーク（プレス製品）に伝達されるため、ダイクッション装置の本来の目的である「ワークに所定のクッション力を与える」が十分に達成できない。
【００４１】
図５は、本発明による制御方法の説明図である。
本発明の方法では、上述したオープンループ制御器２４により、上下動部材４が出力ピストン１２に接触して衝撃力を下向きに作用する直前にステップ状の力指令で制御ピストンを作動させてクッション力を低減し、前記接触時の出力ピストン１２と制御ピストン１４の相対速度を低下させて接触時の液体の残留振動を抑制する。
また、上述した固有周期演算器２２により、出力ピストン１２と制御ピストン１４の間に介在する液体の固有周期Ｔを常時演算し、オープンループ制御器２４によるステップ状の力指令のタイミングを、接触前の固有周期Ｔ／４に設定する。なお、固有周期Ｔ／４に応答遅れ補償値Δｔを加算するのがよい。
【００４２】
すなわち本発明による制御装置は、図５に示すようなクッション力指令値（又はこれに相当するモータトルク指令値）を出力する。すなわち、現在のプレス角度とあらかじめ決まっているプレス動作パターンデータからプレス接触タイミングを算出し、プレス接触タイミングから（固有周期Ｔ／４＋応答遅れ補償値Δｔ）だけ前の時間になったときに「接触前クッション力」を出力する。
【００４３】
さらに、上述したフィードフォワード制御器２６とフィードバック制御器２８により、前記接触後、液体の残留振動を抑制しながら目標クッション力に達するように、フィードフォワード制御（ＦＦ制御）とフィードバック制御（ＦＢ制御）を併用する。
【００４４】
図６は、本発明による上下動部材４と出力ピストン１２の接触時のクッション力とピストン速度を示す図である。この図は、図２の構成において、図４と同じ目標クッション力に本発明の方法で制御した場合のシミュレーション結果の模式図である。この図において、（Ａ）は接触時のクッション力の変化、（Ｂ）は接触時の出力ピストン１２と制御ピストン１４の速度変化を示している。
【００４５】
上述した本発明の装置及び方法によれば、オープンループ制御器２４を有し、上下動部材４が出力ピストン１２に衝突する直前にステップ状の力指令でクッション力を低下させ、制御ピストン１４を出力ピストン１２と同じ方向に加速するので、図６に示すように、上下動部材４が出力ピストン１２に接触する接触時には出力ピストン１２と制御ピストン１４の相対速度が低減しており、これにより接触時の液体の残留振動を抑制することができる。
【００４６】
特に、固有周期演算器２２を有し、前記ステップ状の力指令のタイミングを、下動部材４が出力ピストン１２に接触する接触時より、前記液体の固有周期の１／４に応答遅れ補償値Δｔを加算した値だけ前に設定することにより、クッション力が最大となるプレス接触の固有周期の１／４後に制御ピストン１４の速度が最大となるため出力ピストン１２と制御ピストン１４の相対速度が最小となり、液体の残留振動が生じにくくなる。
【００４７】
従って、図６の例において、クッション力が最大となった状態から出力ピストン１２にクッション力の振動が発生せず、ダイクッション装置の本来の目的である「ワークに所定のクッション力を与える」が十分に達成できる。
【００４８】
なお図５に示した接触前のクッション力は、出力ピストン１２を接触時まで所定位置に保持する場合を示している。この場合、出力ピストン１２に上向きの力を与えるために、接触前のクッション力は、常に正圧である必要がある。（クッションパッド７は図示しないストッパによって、正圧が働いている状態でも所定位置より上昇しない）
しかし、本発明はこの構成に限定されず、接触前に出力ピストン１２を予備加速してもよい。この場合、接触前のクッション力は、出力ピストン１２が下降する低い圧力または負圧となってもよい。
さらに、一定圧力の空気を封入した空圧シリンダを併設したり、リニア駆動装置１８の初期トルクを大きくするなどして、初期状態のクッション力を大きくとり、初期状態と接触前クッション力との変化量を大きくしてもよい。
【００４９】
また、上述した本発明の制御装置及び方法は、プレス機械用ダイクッション装置に限定されず、油圧とモータを組み合わせたその他の機構にも適用可能である。
【００５０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００５１】
４  上下動部材（スライド、上金型など）、７  クッションパッド、
１０  ダイクッション装置、
１２  出力ピストン、１４  制御ピストン、
１６  パスカルシリンダ、
１６ａ  出力シリンダ、１６ｂ  制御シリンダ、
１６ｃ  主連通流路、１６ｄ  副連通流路、
１８  リニア駆動装置、１８ａ  ボールナット、
１８ｂ  ボールネジ、１８ｃ  モータジェネレータ、
２０  制御装置、２２  固有周期演算器、
２４  オープンループ制御器（ＯＬ）、
２６  フィードフォワード制御器（ＦＦ）、
２８  フィードバック制御器（ＦＢ）、２９  加算器
【図１】
0005446743.tif 000002
【図２】
0005446743.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005446743.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005446743.tif 000007